JP2008225507A - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素トランジスタ及び補助容量の駆動方式を改善して、書き込み不足やリーク性輝点欠陥などに起因する画質不良を取り除く。
【解決手段】 画素Ｐは、走査線Ｘ及び信号線Ｙに接続し選択パルスに応答して導通するトランジスタＴｒと、導通したトランジスタＴｒを介して信号が書き込まれる画素電極と、書き込まれた信号を保持する補助容量Ｃｓとからなる。補助容量Ｃｓは、一方の電極が対応するトランジスタＴｒに接続し、他方の電極が行単位で共通に補助走査線Ｘｓに接続する。補助走査回路４は、所定の基準電位ＣＯＭに対して電位が反転する補助パルスを選択パルスにあわせて順次補助走査線Ｘｓに印加し、選択される画素行の補助容量Ｃｓの電極電位が選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と逆極性になる様制御するとともに、画素行の選択が解除されたとき補助容量Ｃｓの電極電位を基準電位に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＣＤなどによって代表されるアクティブマトリクス型の表示装置及びその駆動方法に関する。より詳しくは、表示装置の画素毎に集積形成されるトランジスタ及び補助容量の駆動制御技術に関する。

図１７は従来の表示装置の一例を示すブロック図である。表示装置は画素アレイ部１と垂直方向シフトレジスタ２ａと水平方向シフトレジスタ３ａとで構成されている。画素アレイ部１は、行状に配された走査線Ｘ、列状に配された信号線Ｙ、各走査線Ｘと信号線Ｙの交差部に対応して行列状に配された画素Ｐ及び走査線Ｘと並行に配された補助容量線Ｘｓを含んでいる。垂直方向シフトレジスタ２ａは左右に分かれて一対配されており、画素アレイ部１を両側から同時に駆動する。すなわち、垂直方向シフトレジスタ２ａは各走査線Ｘに順次選択パルスを印加して画素Ｐを行単位で順次選択する。水平方向シフトレジスタ３ａは、所定の基準電位ＣＯＭに対して電位が反転する信号ＶＩＤＥＯを各信号線Ｙに印加して、選択された行の画素Ｐに何れか一方の電位を書き込む。具体的に見ると、各信号線Ｙは対応する水平スイッチＨＳＷを介して共通の映像ライン３ｂに接続している。この映像ライン３ｂには外部から信号ＶＩＤＥＯが供給されている。水平方向シフトレジスタ３ａは水平スイッチＨＳＷを順次開閉制御して、信号ＶＩＤＥＯを各信号線Ｙにサンプリングしていく。尚、各信号線Ｙの下端には、画質改善回路５が接続されている。

各画素Ｐは、トランジスタＴｒと画素電極と補助容量Ｃｓとで構成されている。トランジスタＴｒは、走査線Ｘ及び信号線Ｙに接続し選択パルスに応答して導通する。画素電極はＴｒとＣｓの中間ノードとして表わされており、導通したトランジスタＴｒを介して信号ＶＩＤＥＯが書き込まれる。補助容量Ｃｓは画素電極に書き込まれた信号ＶＩＤＥＯを保持する。補助容量Ｃｓは一方の電極が対応するトランジスタＴｒ及び画素電極に接続し、他方の電極が行単位で共通に補助容量線Ｘｓに接続している。各補助容量線Ｘｓは一本に束ねられ、所定の基準電位ＣＯＭに保持されている。すなわち、各補助容量Ｃｓの電極電位はＣＯＭに固定されている。

図示しないが、表示装置は各画素電極と所定の間隙を介して対向配置された対向電極を備えている。各画素電極と対向電極との間には液晶などの電気光学物質が挟持されている。対向電極は所定の基準電位ＣＯＭに保持される一方、画素電極に書き込まれる信号電位は基準電位ＶＩＤＥＯに対して正極性又は負極性となっている。

図１８は、画素アレイ部のＮ段（Ｎ行）及びＮ＋１段（Ｎ＋１行）を取り出した模式図である。前述した様に、画素ＰはトランジスタＴｒと補助容量Ｃｓを含んでいる。補助容量Ｃｓの一方の電極はトランジスタＴｒに接続する一方、他方の電極は補助容量線Ｘｓを介して所定の基準電位ＣＯＭに接続している。本明細書では、補助容量Ｃｓの他方の電極を、Ｃｓ対向電極と呼ぶ場合がある。

図１９は、図１７及び図１８に示した表示装置の駆動方法を示すタイミングチャートであり、１フィールドと２フィールドを表わしている。１フィールド目で全走査線が一回順次走査される。２フィールド目では再び全走査線が順次走査される。画素アレイ部のＮ段（Ｎ行）に着目すると、１フィールド目のある水平期間で走査線に選択パルス（ＧＡＴＥ）が印加され、Ｎ段目の画素行が選択される。その際Ｃｓ対向電位はＣＯＭに固定されている。従来の場合、Ｃｓ対向電位は線順次走査に関わらず、常に基準電位ＣＯＭに固定されている。選択されたＮ段の画素行には、例えば基準電位に対して正極性の信号が書き込まれる。１フィールド目で次の水平期間に移ると、Ｎ＋１段目の画素行が選択される。この選択された画素行には、基準電位ＣＯＭに対して負極性の信号が書き込まれる。１フィールド目で更に次の水平期間に移ると、Ｎ＋２段目の画素行が選択される。この選択された画素行には基準電位ＣＯＭに対して正極性の信号が書き込まれる。この様に、従来の表示装置では、一般に１水平期間（１Ｈ）毎に各画素行に書き込まれる映像信号の極性が反転しており、いわゆる１Ｈ反転駆動となっている。２フィールド目でも同様に１Ｈ反転駆動が行われる。但し、１フィールド目と２フィールド目では同一画素行について見ると、信号の極性が反転しており、いわゆる１Ｆ反転駆動が行われている。例えば、Ｎ段目の画素行に着目すると、１フィールド目は正極性の映像信号が書き込まれるのに対し、２フィールド目では負極性の映像信号が書き込まれる。

上述した従来の表示装置の具体的な駆動方法は、例えば以下の特許文献１や特許文献２に記載されている。
特開平１１−２７１７８７号公報 特開２００１−１５９８７７号公報

アクティブマトリクス型表示装置の画素は、画素電極に信号を書き込む為のトランジスタと画素電極に書き込まれた信号を保持する補助容量とで構成されている。これらの能動素子及び受動素子は例えばシリコン薄膜などを用いた薄膜デバイスで構成されている。従来の駆動方式では、画素部の補助容量については、１フィールドに亘って信号を安定に保持しておく為、キャパシタンスを大きくすることが望まれている。補助容量を大きくすることで、トランジスタ側の光リークなどに対処することができる。一方、画素トランジスタについては、チャネル幅を縮小化して、リークを減らす様にしている。トランジスタのチャネル抵抗は増加する為、電流駆動能力は制限される傾向にある。従って、補助容量を充電する能力は抑えられる傾向にある。この様な従来の技術の延長では、補助容量の拡大とトランジスタ抵抗の増加という二律背反の状態に陥り、信号の書き込み不足とリーク性輝点欠陥の問題から抜け出せなくなっている。特にアクティブマトリクス型表示装置の高精細化に伴い、画素数の増加は急激なものになっている。個々の画素に割り当てられる書き込み時間はその分短縮化されており、書き込み不足とリーク性輝点欠陥による画質低下の状況は厳しくなっており、解決すべき課題である。

尚、上述した課題の対応策として、従来からコモン反転方式が提案されている。この方式は、映像信号の１Ｈ反転駆動に合わせて、対向電極（コモン電極）側も逆相で基準電位に対し反転する方式である。対向電極の反転に合わせ、補助容量のＣｓ対向電極電位も反転させている。しかしながら、このコモン反転方式は、全ての画素に対して共通に配されている対向電極の電位を１Ｈ周期で正負に変動させることとなり、非常に多くの電荷が必要になる。現実には、対向電極を高速で充放電することは困難であり、コモン反転方式は有力な解決方策とはなり得ない。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は画素トランジスタ及び補助容量の駆動方式を改善して、書き込み不足やリーク性輝点欠陥などに起因する画質不良を取り除くことを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、行状に配された走査線、列状に配された信号線、各走査線及び信号線の交差部に対応して行列状に配された画素及び該走査線と並行に配された補助走査線を含む画素アレイ部と、各走査線に順次選択パルスを印加して画素を行単位で順次選択する垂直走査回路と、所定の基準電位に対して電位が反転する信号を各信号線に印加して、選択された行の画素にいずれか一方の電位を書き込む水平駆動回路と、該垂直走査回路に同期して動作し、各補助走査線に順次補助パルスを印加する補助走査回路とを備えた表示装置であって、各画素は、走査線及び信号線に接続し選択パルスに応答して導通するトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号が書き込まれる画素電極と、書き込まれた信号を保持する補助容量とからなり、各補助容量は、一方の電極が対応するトランジスタに接続し、他方の電極が行単位で共通に補助走査線に接続し、前記補助走査回路は、所定の基準電位に対して電位が反転する補助パルスを該選択パルスにあわせて順次補助走査線に印加し、選択される画素行の補助容量の電極電位が該選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と逆極性になる様制御するとともに、該画素行の選択が解除されたとき該補助容量の電極電位を基準電位に戻す様制御することを特徴とする。

好ましくは、前記水平駆動回路は、基準電位に対して反転する該補助パルスの電位に見合った分、該補助パルスと逆極性になる該信号の振幅を低減化して各信号線に印加する。又、前記補助走査回路は、該走査線に選択パルスが印加される直前に該走査線と対応する補助走査線に補助パルスを印加し、該選択パルスの印加が解除された直後該補助走査線に対する該補助パルスの印加を解除する。又好ましくは、前記水平駆動回路は、一行毎に電位が反転する信号を各画素行に書き込み、前記補助走査回路は、該信号と逆極性で一行毎に電位が反転する補助パルスを各補助走査線に印加する。又本表示装置は、各画素電極と所定の間隙を介して対向配置された対向電極を備えており、該間隙には液晶が挟持されており、該対向電極は所定の基準電位に保持される一方、該画素電極に書き込まれる信号電位及び該補助容量の電極電位は互いに逆極性で該基準電位に対し正負に反転する。

本発明によれば、基準電位に対して電位が反転する補助パルスを順次補助走査線に印加し、選択された画素行の補助容量のＣｓ対向電極電位が、当該選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と逆極性になる様制御している。更に、当該画素行の選択が解除された時、対応する補助容量のＣｓ対向電極電位を基準電位に戻している。この様に、補助容量の共通電極側を行単位で走査しながら、その電位を変化させることにより、補助容量と他の電極側で接続している画素トランジスタの動作点を変化させている。画素トランジスタの動作点を変化させることでその電流駆動能力を引き出し、従来問題となっている画素電極への信号書き込み不足を解消し、以って輝点欠陥を改善することが可能である。又、この方法は、画素トランジスタの電流駆動能力が高まる分、信号の入力振幅を従来に比し小さくすることができる。これにより、従来信号振幅に依存して問題となっていたリーク性の輝点欠陥や、横クロストーク、縦クロストーク、ウィンドウ帯などの画質不良も大幅に改善することができる。横クロストークは、画素アレイの走査線と平行な横方向に現われるクロストークである。縦クロストークは画素アレイの信号線と平行な縦方向に現われるクロストークである。ウィンドウ帯は、画素アレイにウィンドウを表示した時などに現われる帯状の画質不良である。加えて本発明の方式では画素部の補助容量の共通電極側を行単位で走査する方式であり、対向電極の様に非常に大きな容量を変化させる必要はなく、高速化に対しても対応可能である。

以上の様に、画素部の補助容量の共通電極側を行単位で走査し、その電位を変化させることで以下の効果が得られる。第１に、画素トランジスタの電流供給量が増加する為、補助容量を拡大しても書き込み不足による輝点欠陥は生じなくなる。第２に、信号線にサンプリングされる映像信号の振幅変化が小さくなる為、画素からの光リークに起因する輝点欠陥を改善できる。第３に、信号線へ入力される信号の変化が少ない為、従来振幅に依存して問題となっていた縦クロストーク、横クロストーク、ウィンドウ帯などの画質劣化を改善できる。第４に、画素部の補助容量の共通電極側を行単位で走査している為、多くの電荷を必要とせず高速化に対応できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る表示装置の全体構成を示すブロック図である。図示する様に、本表示装置は基本的に、画素アレイ部１と垂直走査回路２と水平駆動回路３と補助走査回路４とで構成されている。画素アレイ部１は、行状に配された走査線Ｘ、列状に配された信号線Ｙ、各走査線Ｘと信号線Ｙの交差部に対応して行列状に配された画素Ｐ及び走査線Ｘと並行に配された補助走査線Ｘｓを含んでいる。垂直走査回路２はゲート用垂直方向シフトレジスタ２ａからなり、画素アレイ部１の左右に分かれて一対配され、画素アレイ部１を左右から同時に駆動する。具体的には、垂直走査回路２は、各走査線Ｘに順次選択パルスを印加して画素Ｐを行単位で順次選択する。

水平駆動回路３は画素アレイ部１の上側に配されており、所定の基準電位ＣＯＭに対して電位が反転する信号ＶＩＤＥＯを各信号線Ｙに印加して、選択された行の画素Ｐに正極性又は負極性何れか一方の信号電位を書き込む。本実施形態では、この水平駆動回路３は水平方向シフトレジスタ３ａと各信号線Ｙの上端に接続された水平スイッチＨＳＷとで構成されている。外部から供給される信号ＶＩＤＥＯは共通のビデオライン３ｂを通り、各水平スイッチＨＳＷを介して対応する信号線Ｙにサンプリングされる。その際、水平方向シフトレジスタ３ａは各水平スイッチＨＳＷを順次開閉駆動して、信号ＶＩＤＥＯを信号線Ｙにサンプリングさせる。尚、画質改善回路５が各信号線Ｙの下端に接続されており、各信号線Ｙに映像信号ＶＩＤＥＯがサンプリングされる前にあらかじめ信号線Ｙをプリチャージすることで、画素アレイ部１に表示される画像の画質を改善している。

補助走査回路４も画素アレイ部１の左右に一対配されており、垂直走査回路２と同期して動作する。補助走査回路４は各補助走査線Ｘｓに順次補助パルスを印加する。本実施形態では、補助走査回路４は画素アレイ部１の各段（各行）毎に設けたスイッチＳＷとこれらのスイッチＳＷを順次開閉制御するＣＯＭ用垂直方向シフトレジスタ４ａとで構成されている。

各画素Ｐは、トランジスタＴｒと画素電極と補助容量Ｃｓとからなる。トランジスタＴｒは、走査線Ｘ及び信号線Ｙに接続し選択パルスに応答して導通する。本実施形態ではこのトランジスタＴｒは電界効果型の薄膜トランジスタからなり、チャネルを制御するゲートとチャネル両端のソース／ドレインとで構成されている。ゲートが対応する走査線Ｘに接続し、ソースが対応する信号線Ｙに接続し、ドレインが対応する画素電極に接続している。但し、本実施形態では１Ｈ反転駆動を行う為、チャネルを流れる電流方向は１Ｈ毎に切り替わる。これに応じ、チャネルのソース側及びドレイン側も１Ｈ毎に切り替わる様になっている。画素電極は導通したトランジスタＴｒを介して信号が書き込まれる。図では、この画素電極を補助容量ＣｓとトランジスタＴｒを接続する中間ノードの○印で表わしてある。補助容量Ｃｓは画素電極に書き込まれた信号を１フィールドに亘って保持する。補助容量Ｃｓは一方の電極が対応するトランジスタＴｒのドレイン／ソースに接続し、他方の電極（Ｃｓ対向電極）が行単位で共通に補助走査線Ｘｓに接続している。

係る構成において、補助走査回路４は、所定の基準電位ＣＯＭに対して電位がハイ側ＣＳＣＯＭＨとロー側ＣＳＣＯＭＬとで反転する補助パルスを、選択パルスに合わせて順次補助走査線Ｘｓに印加している。これにより、選択される画素行の補助容量Ｃｓの対向電極電位が、該選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と逆極性になる様制御するとともに、該画素行の選択が解除された時該補助容量のＣｓ対向電極電位をＣＳＣＯＭＨ／ＣＳＣＯＭＬから基準電位ＣＯＭに戻す様制御している。水平駆動回路３は、基準電位ＣＯＭに対して反転する補助パルスの電位ＣＳＣＯＭＨ／ＣＳＣＯＭＨに見合った分、補助パルスと逆極性になる信号ＶＩＤＥＯの振幅を低減化して各信号線Ｙに印加する。

本実施形態では、補助走査回路４は、走査線Ｘに選択パルスが印加される直前に走査線Ｘと対応する補助走査線Ｘｓに補助パルスを印加し、選択パルスの印加が解除された直後補助走査線Ｘｓに対する補助パルスの印加を解除している。尚、補助パルスのハイ側電位ＣＳＣＯＭＨ及びロー側電位ＣＳＣＯＭＬは画素アレイ部１を構成するパネルの外部からパネル内部に導いているが、本発明はこれに限られるものではない。ＣＳＣＯＭＨ、ＣＳＣＯＭＬ、ＣＯＭを外部で一つにまとめ、あらかじめ合成された形でパネル内の補助走査回路４に供給する様にしてもよい。

本実施形態では、水平駆動回路３は１行毎に電位が正負に反転する信号ＶＩＤＥＯを各画素行に書き込む。これに合わせて補助走査回路４は、信号ＶＩＤＥＯと逆極性で１行毎に電位がＣＳＣＯＭＨ／ＣＳＣＯＭＬとで反転する補助パルスを各補助走査線Ｘｓに印加している。換言すると、本実施形態の表示装置は１Ｈ反転駆動を行っており、これに合わせて補助走査回路４も補助容量の対向電極側を１Ｈ反転駆動している。但し、同じ１Ｈ反転駆動でも映像信号ＶＩＤＥＯ側とＣｓ対向電極側とでは、電位が逆位相となっている。

図示しないが、本表示装置は、各画素電極と所定の間隙を介して対向配置された対向電極を備えている。各画素電極と対向電極との間には電気光学物質として例えば液晶が挟持されている。対向電極は所定の基準電位ＣＯＭに保持される一方、画素電極に書き込まれる信号電位及び補助容量のＣｓ対向電極電位は互いに逆極性で基準電位ＣＯＭに対し正負に反転する。

図２Ａは、図１に示した表示装置の主要部を示す部分ブロック図である。図示する様に、走査線Ｘにはゲート用垂直方向シフトレジスタ２ａが接続し、補助走査線Ｘｓには補助走査回路４が接続している。一方、信号線Ｙには水平方向シフトレジスタ３ａと画質改善回路５が接続している。走査線Ｘと信号線Ｙの交差部には画素Ｐが形成されている。画素ＰはトランジスタＴｒと液晶セルＬＣと補助容量Ｃｓとで構成されている。液晶セルＬＣは画素電極と対向電極との間に挟持された液晶で構成されている。液晶セルＬＣの対向電極側は基準電位ＣＯＭに接続されている。液晶セルＬＣの画素電極側はトランジスタＴｒのドレインに接続している。一方補助容量Ｃｓの一方の電極（Ｃｓ対向電極）は補助走査線Ｘｓに接続され、他方の電極はトランジスタＴｒのドレインに接続している。従来の表示装置は液晶セルＬＣ側の対向電極と補助容量Ｃｓの対向電極側は共に基準電位ＣＯＭに固定されている。これに対し本発明では、補助容量Ｃｓの対向電極側が行単位で補助走査回路４により走査され、１Ｈ反転駆動する様になっている。

図２Ｂは、図２Ａに示した補助走査回路４の具体的な構成を示す回路図である。理解を容易にする為、Ｎ段とＮ＋１段の二行分を示している。補助走査回路内でＮ段に対応するスイッチＳＷは、実際には３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３で構成されている。各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の共通出力端子は対応するＮ行目の補助走査線Ｘｓ（Ｎ）に接続されており、画素側のＣｓ対向電極へとつながっている。ＳＷ１の入力端子には基準電位ＣＯＭに対してハイ側（Ｈ側）のＣＳＣＯＭＨが供給され、ＳＷ２の入力端子にはロー側（Ｌ側）の電位ＣＳＣＯＭＬが供給され、ＳＷ３の入力端子には基準電位ＣＯＭが供給されている。次のＮ＋１段のスイッチＳＷも同様の構成を有しており、その出力端子は対応するＮ＋１行目の補助走査線Ｘｓ（Ｎ＋１）に接続している。

図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂに示した垂直走査回路及び補助走査回路の動作説明に供するタイミングチャートである。１フィールド目でまずＮ段に着目すると、ある水平期間でＮ行目の走査線に選択パルス（ＧＡＴＥ）が出力され、Ｎ行目の画素が選択される。選択されたＮ行目の画素に対し、水平駆動回路から負極性の映像信号が書き込まれる。選択パルスＧＡＴＥの出力に合わせて、補助走査回路がＮ行目の補助走査線に補助パルスを出力する。この補助パルスはＣｓ対向電位ＣＳＣＯＭを規定するもので、Ｈ側となる様にしている。補助パルスが解除されるとＣｓ対向電位は基準電位に戻る。この様な補助パルスを出力する為ＳＷ１はＯＮとなる一方ＳＷ３がＯＮからＯＦＦに切り替わっている。この様にＮ行目の画素では、負極性の信号が書き込まれる一方、Ｃｓ対向電位は正側（Ｈ側）に制御される。

１フィールド目で次の水平期間に移行すると、Ｎ＋１段目の走査線に選択パルスが出力され、Ｎ＋１行目の画素が選択される。選択されたＮ＋１行目の画素にはＮ行目と逆に正極性の信号が書き込まれる。選択パルスと同期してＮ＋１行目の補助走査線に補助パルスも出力される。この補助パルスの電位はＮ段目と逆に負極性となっている。この様に、Ｎ＋１段でも、選択された画素行に書き込まれる信号とＣｓ対向電位とは互いに逆位相となっている。次のＮ＋２段目では、画素行に書き込まれる信号電位が負側になる一方、Ｃｓ対向電位は正側となっている。この様に、補助パルスの極性は水平期間毎に反転しており、いわゆる１Ｈ反転駆動となっている。又各画素行に書き込まれる信号の極性も水平期間毎に反転しており、１Ｈ反転駆動となっている。但し、映像信号の１Ｈ反転駆動とＣｓ対向電極の１Ｈ反転駆動は、位相が逆である。同様に２フィールド目でも映像信号及びＣｓ対向電位の１Ｈ反転駆動が行われる。但し、１フィールド目と２フィールド目では、同一段に印加される補助パルスの極性が反転しており、いわゆる１Ｆ反転となっている。映像信号についてもこれに合わせ１Ｆ反転となっている。

以下図３〜図１６を参照して、従来技術と比較しながら本発明の特徴を詳細且つ具体的に説明する。図３は、対象画素Ｐのパネル内での位置関係と時間関係を模式的に示している。表示装置を構成するパネルは直方形の基板でできており、その中央に画素アレイ１が配されている。画素アレイ１の周囲には図示しないが垂直走査回路、水平駆動回路、補助走査回路などが形成されている。又基板の上端には内蔵回路と外部とを接続する為のＰＡＤ部が形成されている。ここでは、パネルの画素アレイ部１の中央付近に位置する画素を、説明の為に着目する対象画素Ｐとする。時間的には、パネルのＰＡＤ部を上部とし、左から右に向かって１Ｈ期間の間信号線をスキャンする。１Ｈ期間における時間をアルファベットのＡ，Ｂ，Ｃ・・・で表わしている。又パネルの上方から下方に向かって１Ｆ期間の間走査線をスキャンする。１Ｆ期間における時間を（１），・・・（４）の様に表わす。図では、１Ｆ期間のうちのタイミング（１）でゲートが開き、対象画素Ｐが選択される。又次の１Ｆ期間のタイミング（４）でも同じ様にゲートが開き、対象画素Ｐが再び選択される。これに合わせ１Ｈ期間のうちタイミング（Ｅ）でＨＳＷが開き、対象画素Ｐに信号が書き込まれる。駆動方式については１Ｈ反転駆動を前提としており、７．５Ｖ±５．５Ｖの振幅を有する信号をパネルに入力する。ハイ側（Ｈ側）の最高レベルは１３．０Ｖとなり、ロー側（Ｌ側）の最低レベルは２．０Ｖとなっている。合わせて１Ｆ反転駆動を採用しており、対象画素Ｐにはフィールド毎に極性の反転した信号が書き込まれる。又、液晶を間にして各画素電極に対向する対向電極の電位については、従来例及び本発明共、基準電位７．５Ｖに固定された理想系とする。

図４は、従来パネルの対象画素Ｐのフィールド期間における画素電位及び信号線電位の変化を示している。縦軸に電圧を取り、横軸に垂直方向スキャンの経過時間を取っている。信号線電位については１Ｈ反転駆動を行っており、１行毎に対向電極電位ＣＯＭに対し、Ｈ側の位相とＬ側の位相が交互に現われる様になっている。タイミング（１）で対象画素ＰにＨ側の画素電位が書き込まれ、これが１Ｆ期間保持される。その後タイミング（４）でＬ側の信号線電位が対象画素Ｐに書き込まれる。タイミング（２）及び（３）は対象画素Ｐが選択されておらず、ゲートが閉じた時点を表わしている。

図５は、図４においてちょうど対象画素ＰにＨ側の信号線電位が書き込まれる時点（１）における画素電位の変化を表わしている。縦軸に電圧を取り、横軸に水平方向スキャンの経過時間を表わしてある。詳しくは時点（１）に対応した１Ｈ期間におけるゲート電位、画素電位及びＣｓ対向電位の変化を示している。前述した様にタイミング（１）では画素に書き込まれる電位がＬ側からＨ側へ遷移する。まずタイミング（Ａ）で水平帰線が終わり、タイミング（Ｃ）で対象画素のゲート電位が立ち上がる。この後タイミング（Ｇ）で対象画素のゲート電位が立ち下がり、タイミング（Ｈ）で水平帰線に入る。対象画素Ｐが画素アレイ部の中央付近の為、１Ｈ期間のうちタイミング（Ｅ）にてＨＳＷが開閉制御され、対象画素Ｐの電位がＨ側からＬ側に書き換えられる。その後対象画素のゲート電位が立ち下がった時点で対象画素Ｐの電位が固定され、１Ｆ期間の間保持される。前述した様に従来例はＣｓ対向電位が基準電位に固定されている。

図６は、逆に垂直方向スキャンの時点（４）で、対象画素ＰがＨ側の電位からＬ側の電位に書き換えられる場合の電位変化を表わしている。１Ｈ期間の中で、タイミング（Ｃ）になると対象画素のゲート電位が開き選択状態になる。その後タイミング（Ｅ）でＨＳＷが開閉制御され、対象画素Ｐの信号電位がＬ側からＨ側に書き換えられる。その後タイミング（Ｇ）で対象画素のゲート電位が立ち下がり、書き込まれた信号電位が次の１Ｆ期間固定される。

図７は、本発明における対象画素Ｐの１Ｆに亘る画素電位と信号線電位のマクロ的な変化を表わしている。縦軸に電圧を取り横軸に垂直方向スキャンにおける経過時間を取ってある。信号線電位については１Ｈ反転駆動を行っており、１行毎に対向電極に対してＨ側の位相とＬ側の位相が交互に現われる様になっている。信号振幅は７．５Ｖ±３．５Ｖとなっており、従来例に比べＨ側のレベル及びＬ側のレベルともに２Ｖだけ小さくしている。又補助容量の対向電極側電位についても１Ｈ反転駆動を行っており、対向電極の電位を中心に考えて、逆位相となるＣＳ電極電位ＣＳＣＯＭＨ／ＣＳＣＯＭＬを走査しながら、補助容量の対向電極電位を制御している。本実施形態では、Ｃｓ対向電極電位のＨ側ＣＳＣＯＭＨを１０．０Ｖに設定し、Ｌ側ＣＳＣＯＭＬを５．５Ｖに設定している。

図示する様にタイミング（１）で画素電位はＬ側からＨ側に書き換えられ、１Ｆ期間保持される。次のタイミング（４）で画素電位はＨ側からＬ側に書き換えられ、同じく次の１Ｆ期間保持される。

図８は、タイミング（１）で現われるＬ側からＨ側への画素電位の遷移状態を拡大して表わしたタイミングチャートである。縦軸に電圧を取り横軸に水平方向スキャンにおける経過時間を取っている。水平帰線のタイミング（Ａ）の後、タイミング（Ｂ）で対象画素のＣｓ対向電極電位がＣＯＭ側の７．５ＶからＣＳＣＯＭＬ側の５．５Ｖに切り替えられる。その後タイミング（Ｃ）で対象画素のゲート電位が立ち上がり選択状態となる。続いてタイミング（Ｅ）でＨＳＷが開閉制御され、対象画素Ｐの電位がＬ側の２．０ＶからＨ側の１１．０Ｖに書き換えられる。その後タイミング（Ｇ）で対象画素のゲート電位が立ち下がり信号電位もＨ側の１１．０Ｖに固定される。更にタイミング（Ｇ）で対象画素のＣｓ対向電極電位がＣＳＣＯＭＬ側からＣＯＭ側に復帰する。この時点ではすでにゲートが閉じている為、Ｃｓ電位の上方変動により画素電位が持ち上げられ、１３．０Ｖに達している。

この様に本発明ではＣｓの電極電位をゲートが開く前に信号電位とは逆位相となる様に制御している。図示の例ではタイミング（Ｂ）で５．５Ｖに切り替えている。その後信号線に信号が書き込まれＨＳＷが閉じる。この時の信号電圧はＣｓの電圧降下分を考慮して入力する。ここではタイミング（Ｅ）で信号電圧１１．０Ｖとしている。その後タイミング（Ｇ）近辺でゲートが閉じ続いて補助容量のＣｓ対向電極電位が液晶の対向電極電位と同じとなる様に戻す。この時画素はゲートが閉じており、補助容量Ｃｓの電位変動分だけトランジスタ側の電位（画素電位）が持ち上げられる。図示の例では、タイミング（Ｈ）で対象画素Ｐの電位が１３．０Ｖに上昇している。補助容量の電位変動はゲート電極と同様に走査を行っている為、この信号電位１３．０Ｖは１Ｆ期間保持される。

図９は図７に示したタイミング（４）で、対象画素の電位がＨ側からＬ側に遷移する状態を表わしている。図８と同様に図９についても、ゲートが開く少し前（タイミング（Ｂ））に補助容量のＣｓ対向電極電位が変化し、信号線の入力電位と逆位相となる（ここでは９．５Ｖ）。その後ゲートが開き更にＨＳＷが開いて信号線に信号が書き込まれる（タイミング（Ｅ））。ゲートが閉じた後補助容量のＣｓ対向電極は基準の電位（ここでは７．５Ｖ）に戻る。ゲートが閉じている為、対象画素Ｐの画素電位は補助容量のＣｓ対向電極電位の変化分をそのまま受ける。図示の例では、ゲートが閉じている為Ｃｓ電極電位の変動により画素電位が２．０Ｖだけ持ち下げられる。補助容量のＣｓ対向電極はゲート電極同様に走査を行っている為、持ち下げられたこの画素電位２．０Ｖが１Ｆ期間保持される。

図１０は対象画素Ｐの等価回路図を示す。画素ＰはトランジスタＴｒと補助容量Ｃｓとで構成されている。トランジスタＴｒのゲートＧは走査線Ｘに接続し、ソースＳは信号線Ｙに接続し、ドレインＤは画素電極に接続している。補助容量Ｃｓの一方の電極はトランジスタＴｒのドレインＤに接続し、他方の電極（Ｃｓ対向電極）は補助走査線Ｘｓに接続している。本発明は映像信号に関し１Ｈ反転駆動及び１Ｆ反転駆動を行っている為、画素電位は１Ｈ毎及び１Ｆ毎にＨ側とＬ側とで反転する。この関係で、トランジスタＴｒのソースとドレインは１Ｈ毎及び１Ｆ毎に役割が交互に入れ替わる。従ってある時点では画素電位が図示のドレイン電位となり、又別の時点ではソース電位となる。この様なゲートＧ、ドレインＤ及びソースＳを備えた３端子型の電界効果型トランジスタＴｒの動作点はゲートＧ、ドレインＤ及びソースＳの電位関係によって決まる。本発明は補助容量Ｃｓの電極電位を走査することでトランジスタＴｒの動作点を強制的に変化させ、以って電流駆動能力の強化を図っている。なお、本発明は３端子型の電界効果型トランジスタに限られるものではなく、例えば４端子型の電界効果型トランジスタにも適用され且つ同様の効果が得られる。

図１１は、従来例の対象画素Ｐにおける信号線、ゲート線及び画素の電位の時間変化を２Ｆ期間に亘って示した表図である。縦軸に垂直方向スキャンの経過時間(１)(２)(３)(４)を取り、横軸に水平方向スキャンの経過時間(Ａ)(Ｃ)(Ｅ)(Ｆ)(Ｈ)を取ってある。（Ａ）は水平帰線タイミング、（Ｃ）は水平スキャンが画素アレイ部の有効領域に到達し始めた時点を表わし、（Ｅ）は信号を書き始める時点を表わし、（Ｆ）は信号を書き終える時点を表わし、（Ｈ）は水平帰線タイミングを表わしている。１フィールド期間のうちタイミング（１）では、対象画素Ｐのゲートが開き、Ｈ側の信号電位が書き込まれる。まず時間（Ｃ）でゲートが開き、次に時間（Ｅ）で信号線に対する書き込みが行われ、１３．０Ｖが入力される。時間（Ｆ）はゲートが閉じる直前を示しており、画素が信号線の電圧になったことを表わしている。時間（Ｈ）ではゲートが閉じており、その後１Ｆ期間画素電位が保持される。タイミング（２）は対象画素のゲートが閉じており且つ信号線に印加される信号が画素に保持された信号とは逆位相となっている時点を表わしている。すなわちゲートが閉じた状態で信号線に逆極性の電位が書き込まれた時の電位配置を示している。逆にタイミング（３）ではゲートが閉じた状態で信号線に同極性の電位が書き込まれた時の電位配置を示している。最後にタイミング（４）はタイミング（１）から１Ｆ後を示しており、対象画素Ｐのゲートが再び開き、Ｌ側の信号書き込みが行われる。対象画素のゲートが時間（Ｃ）で開き、信号線に１Ｆ後の電位が入力され、その後ゲートが閉じるまでの電位配置を表わしている。

図１２は、図１１に示した電位配置を画素トランジスタ基準で書き直した表図である。トランジスタのソースを基準とし、ゲート電位及びドレイン電位を求めている。表図ではトランジスタのチャネルの両端に印加される電圧を見て、低い方をソースとして基準にする。電流駆動能力の観点から見ると、網掛けで強調したタイミング(１)(Ｆ)の時点における電位配置が最も厳しい状態となっており、ゲート電位は２．５Ｖに過ぎない。これでは画素電極や補助容量に対して十分な信号の書き込みが難しい。これは画素トランジスタとしてＮチャネル形を用いた場合ソースに対する電位差がなくなる為である。この様な状態である為、書き込み不足に起因する輝点欠陥の発生が顕著となる。又(２)(Ｅ)から(３)(Ｃ)までの間については、画素トランジスタのソースとドレインの間の電位差が大きく（ソース／ドレイン間電圧１１．０Ｖ）リークの発生原因となっている。一方(４)(Ｆ)のタイミングではゲート電位が１３．５Ｖとなっており、信号の書き込みに関しては最も効果的な状態となっている。

図１３は画素トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示しており、特に(１)(Ｆ)及び(４)(Ｆ)における動作点を示してある。画素への信号書き込みが厳しくなる(１)(Ｆ)の動作点については、図１３のグラフに示す様に、画素トランジスタの特性を見ても指数的にＩｄｓが小さくなる。一般にトランジスタのＩｄｓは下記の式で表わされ、ゲート電圧の二乗に比例してドレイン電流Ｉｄｓが小さくなる。
Ｉｄｓ＝ｋ｛（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２−（Ｖｇｄ−Ｖｔｈ）^２｝
ｋ＝（μ・Ｃｏｘ・Ｗ）／（２Ｌ）
μ：移動度 Ｃｏｘ：酸化膜の容量 Ｗ：トランジスタの幅 Ｌ：トランジスタの長さ

図１４は、本発明における対象画素Ｐの時系列的な電位配置を２Ｆ期間分示したものである。理解を容易にする為従来例を示す図１２と同様な表記を用いている。但し水平方向スキャンのタイミングについてはＣｓ対向電極電位が変化し始める時点（Ｂ）、水平方向スキャンが画素アレイ部の有効領域に掛かっている時点（Ｄ）、ゲートが閉じる時点（Ｇ）を加えてある。表図に示す様に、タイミング（１）では対象画素ＰのＣｓ対向電極に接続されている補助走査線が時間（Ｂ）にて７．５Ｖから５．５Ｖへ変化する。次に時間（Ｃ）でゲートが開く。その後時間（Ｅ）にて信号線へ電圧１１．０Ｖの信号が書き込まれる。信号入力はＣｓの変動分を考慮して１１．０Ｖの入力を行う。次に時間（Ｆ）はゲートが閉じる直前を示しており、画素が信号線の電圧になったことを表わしている。その後時間（Ｇ）にてゲートが閉じ、時間（Ｈ）にてＣｓ対向電極電位が元の７．５Ｖに戻り、その後１Ｆ期間保持される。

タイミング（２）はゲートが閉じた状態で信号線に逆極性の電位が書き込まれた時の電位配置を示している。尚、Ｃｓ電極電位はゲート電位と同期して変動している為、ゲートが閉じた状態ではＣｓ電極電位自体の変化はない。タイミング（３）は、ゲートが閉じた状態で信号線に同極性の電位が書き込まれた時の電位配置を示している。尚、Ｃｓ電極電位はゲート電位と同期して変動している為、ゲートが閉じた状態ではＣｓ電極電位の変化はない。

タイミング（４）は１Ｆ後の状態を示しており、対象画素のＣｓ電極電位を７．５Ｖから９．５Ｖへ時間（Ｂ）で変化させ、その後ゲートを時間（Ｃ）で開き、時間（Ｅ）にて信号線に１Ｆ後の電位が入力され、該ゲートが時間（Ｇ）で閉じ、時間（Ｈ）にてＣｓ電極電位が７．５Ｖへ戻る。

図１５は、図１４に示した電極配置を画素トランジスタ基準で書き直した表図である。図１３と同じ表記を用いており、画素トランジスタのソースを基準とし、ゲート及びドレインの電圧を求めている。図１５の表から明らかな様に、網掛けで強調したタイミング(１)(Ｆ)の時点における電位配置が、信号の書き込みに対して最も厳しい状態となる。この時点におけるゲート電位は４．５Ｖである。逆に(４)(Ｆ)時点における電位配置が信号の書き込みに対して最も好ましい状態となり、ゲート電位は１１．５Ｖである。しかし最も厳しい状態であっても、図１３に示した従来の方法に比べ、ゲート電圧が４．５Ｖと２．０Ｖも高く、Ｉｄｓの電流値は、従来に比べて｛（４．５−Ｖｔｈ）^２／（２．５−Ｖｔｈ）^２｝倍も多く流れることになる。例えば画素トランジスタの閾電圧Ｖｔｈを１Ｖとすると、従来に比し約５．４倍もの電流を流すことができる。

一方リークに対してはソースとドレイン間の電位差が大きく影響しており、図１５の(２)(Ｅ)から(３)(Ｄ)までが最も厳しくなる。この点についても、従来例の図１３で示した(２)(Ｅ)から(３)(Ｄ)までにおけるソース／ドレイン間電圧１１．０Ｖに比べ、本発明ではソース／ドレイン間電圧は９．０Ｖであり、２．０Ｖ程差が小さく、リークに対して強くなっている。

図１６は、画素トランジスタのゲート電圧Ｖｇ−ドレイン電流Ｉｄ特性を表わしており、特に本発明に従って規定された動作点(１)(Ｆ)及び(４)(Ｆ)を表わしている。ゲート電圧が低い領域で本発明の効果は大きく、Ｉｄｓが増加して従来問題となっていた書き込み不足を防ぐことができる。以上のことから、本発明では補助容量のＣｓ対向電極をゲート電極と同じ様に走査し、且つＣｓ対向電極の電位を信号線の入力電位に対して逆位相で印加することにより、画素トランジスタの動作点を変化させ、画素への書き込み電流を増加させ書き込み不足に起因する輝点欠陥を防ぐとともに、ソースとドレイン間の電位差を縮小させ、リーク性の輝点欠陥を防いでいる。又、この方法では信号の入力振幅を小さくすることができ、従来振幅に依存して問題となっていた横クロストーク、縦クロストーク、ウィンドウ帯などの画質不良に対して大幅な改善効果がある。一方本発明では従来のコモン反転駆動の様に液晶の対向電極を変化させることがない為、容易に高速化に対処可能である。

本発明に係る表示装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る表示装置の主要部を示す部分ブロック図である。 本発明に係る表示装置に組み込まれる補助走査回路の具体的な構成を示す回路図である。 本発明に係る表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 本発明に係る表示装置の説明用に設定した対象画素を示す模式図である。 従来の表示装置の駆動方法を示す波形図である。 図４に示した波形の拡大図である。 図４に示した波形の拡大図である。 本発明に係る表示装置の駆動方法を示す波形図である。 図７に示した波形の拡大図である。 図７に示した波形の拡大図である。 対象画素の等価回路図である。 従来の表示装置の動作を示す表図である。 従来の表示装置の動作を示す表図である。 従来の表示装置に組み込まれる画素トランジスタの動作特性図である。 本発明に係る表示装置に組み込まれる画素トランジスタの動作説明に供する表図である。 本発明に係る表示装置に組み込まれる画素トランジスタの動作説明に供する表図である。 本発明に係る表示装置に組み込まれる画素トランジスタの動作特性図である。 従来の表示装置の一例を示す回路図である。 従来の表示装置の画素の等価回路図である。 従来の表示装置の動作説明に供するタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・画素アレイ部、２・・・垂直走査回路、３・・・水平駆動回路、４・・・補助走査回路、５・・・画質改善回路

Claims (6)

1. 行状に配された走査線、列状に配された信号線、各走査線と信号線の交差部に対応して行列状に配された画素及び該走査線と並行に配された補助走査線を含む画素アレイ部と、
   各走査線に順次選択パルスを印加して画素を行単位で順次選択する垂直走査回路と、
   所定の基準電位に対して電位が反転する信号を各信号線に印加して、選択された行の画素にいずれか一方の電位を書き込む水平駆動回路と、
   該垂直走査回路に同期して動作し、各補助走査線に順次補助パルスを印加する補助走査回路とを備えた表示装置であって、
   各画素は、走査線及び信号線に接続し選択パルスに応答して導通するトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号が書き込まれる画素電極と、書き込まれた信号を保持する補助容量とからなり、
   各補助容量は、一方の電極が対応するトランジスタに接続し、他方の電極が行単位で共通に補助走査線に接続し、
   前記補助走査回路は、所定の基準電位に対して電位が反転する補助パルスを該選択パルスにあわせて順次補助走査線に印加し、選択される画素行の補助容量の電極電位が該選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と逆極性になる様制御するとともに、該画素行の選択が解除されたとき該補助容量の電極電位を基準電位に戻す様制御することを特徴とする表示装置。
2. 前記水平駆動回路は、基準電位に対して反転する該補助パルスの電位に見合った分、該補助パルスと逆極性になる該信号の振幅を低減化して各信号線に印加することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記補助走査回路は、該走査線に選択パルスが印加される直前に該走査線と対応する補助走査線に補助パルスを印加し、該選択パルスの印加が解除された直後該補助走査線に対する該補助パルスの印加を解除することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記水平駆動回路は、一行毎に電位が反転する信号を各画素行に書き込み、
   前記補助走査回路は、該信号と逆極性で一行毎に電位が反転する補助パルスを各補助走査線に印加することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
5. 各画素電極と所定の間隙を介して対向配置された対向電極を備えており、該間隙には液晶が挟持されており、該対向電極は所定の基準電位に保持される一方、該画素電極に書き込まれる信号電位及び該補助容量の電極電位は互いに逆極性で該基準電位に対し正負に反転することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
6. 行状に配された走査線、列状に配された信号線、各走査線と信号線の交差部に対応して行列状に配された画素及び該走査線と並行に配された補助走査線を含み、各画素は、走査線及び信号線に接続し選択パルスに応答して導通するトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号が書き込まれる画素電極と、書き込まれた信号を保持する補助容量とからなり、各補助容量は、一方の電極が対応するトランジスタに接続し、他方の電極が行単位で共通に補助走査線に接続している画素アレイを駆動するため、
   各走査線に順次選択パルスを印加して画素を行単位で順次選択する垂直走査手順と、
   所定の基準電位に対して電位が反転する信号を各信号線に印加して、選択された画素行の各画素電極にいずれか一方の電位を書き込む水平駆動手順と、
   該垂直走査手順に同期して動作し、各補助走査線に順次補助パルスを印加する補助走査手順とを行う表示装置の駆動方法であって、
   前記補助走査手順は、所定の基準電位に対して電位が反転する補助パルスを該選択パルスにあわせて順次補助走査線に印加し、選択された画素行の補助容量の電極電位が該選択された画素行の画素電極に書き込まれる信号電位と反対極性になる様制御するとともに、該画素行の選択が解除されたとき該補助容量の電極電位を基準電位に戻す様制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。

Images