JP2008233415A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソースドライバーの耐圧を低く抑え、かつ、アモルファスシリコンの液晶表示装置でも画質的に良好なドット反転駆動やカラム反転駆動が実現できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】対向電極は、マトリックス状に配された対向電極画素３６と、横方向に配された複数本の対向電極線３０と、奇数番目の対向電極線３０に接続された第１共通電極３２と、偶数番目の対向電極線３０に接続された第２共通電極３４とを有し、対向電極線３０に沿って並んだ１列の対向電極画素３６に関して、奇数番目の対向電極線３０に接続された対向電極画素３６と偶数番目の対向電極線３０に接続された対向電極画素３６とが交互に配されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、対向電圧を映像信号の極性と共に反転させる液晶表示装置に関するものである。

従来より、液晶表示装置は液晶の品質保持の目的から各種の反転駆動法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

対向電圧を正負両極性に交互に反転させて、画質的に良好なドット反転駆動を実現しようとすると、１画素書き込む毎に対向電圧の極性が反転するので点順次駆動が必須となる。同様に、対向電圧を正負両極性に交互に反転させてカラム反転駆動を実現する場合も点順次駆動が必須となる。

画素ＴＦＴの駆動能力が小さく線順次駆動しかできないアモルファスシリコンの液晶表示装置では、上記の駆動方法は不可能であり、画素ＴＦＴの駆動能力が大きく点順次駆動が可能な低温ポリシリコンでのみしか実現できない。即ち、対向電圧を正負両極性に交互に反転させてライン反転駆動を実現する場合は、１走査線を書き込む毎に対向電圧の極性が反転するので、アモルファスシリコンの液晶表示装置の線順次駆動でも可能となる。

したがって、アモルファスシリコンの液晶表示装置ではドット反転駆動やカラム反転駆動を実現するためには、対向電圧を固定して、画素に書き込む電圧を対向電極に対して正負交互になるようにする必要がある。但し、この場合にはソースドライバーの駆動電圧が大きくなるという問題点がある。

例えば、図８に示すようなＴ−Ｖ特性（透過率−液晶電圧）を持つノーマリーホワイト液晶において、階調０（白）の液晶電圧の電位を０．９Ｖ、階調６３（黒）の液晶電圧の電位を４．６Ｖとする。この場合、固定された対向電圧の電位レベルを２．９Ｖとすると図９に示すように正特性（対向電圧の電位が画素電圧の電位より大きい）の場合、階調０（黒）の画素電圧の電位は対向電圧の電位より４．５Ｖ下の−１．７Ｖとなり、階調６３（白）の画素電圧の電位は対向電圧の電位より０．９Ｖ下の２．０Ｖとなる。

同様に負特性（対向電圧の電位が画素電圧の電位より低い場合）、階調０（黒）の画素電圧の電位は対向電圧の電位より４．５Ｖ上の７．５Ｖとなり、階調６３（白）の画素電圧の電位は対向電圧の電位より０．９Ｖ上の３．８Ｖとなる。

液晶表示装置の突き抜け電圧の電位を１．９Ｖとすると、実際にソースドライバーから書き込まれなければならない電圧は上記値に１．９Ｖを加えた値となり、正特性及び負特性のγカーブは図１０のようになる。即ち、ソースドライバーの駆動電圧は最大９．４Ｖ必要となり、マージンを考慮すると１０Ｖ程度の耐圧のプロセスが必要となる。

最近のソースドライバーは、液晶パネルの高精彩化（ＱＱＶＧＡ〜ＱＣＩＦ＋〜ＱＶＧＡとなる）に伴い、微細プロセスが使用されつつある。しかも、ソースドライバーの低面積化や低コスト化を実現するため、ソースドライバーにコントローラだけでなく、ゲートドライバーやＤＣ／ＤＣ変換回路も内蔵した１チップドライバーが主流になりつつあり、微細プロセスは必要不可欠となっている。一般に、プロセスは微細化するほど高耐圧化は困難となり、例えば現在の１チップドライバーで使用されている０．２５μｍや０．１８μｍの微細プロセスの耐圧は、高々５Ｖ程度である。
特開平８−５１５８４号公報

したがって、上記のように対向電極の電圧を固定して、ドット反転駆動やカラム反転駆動を実現するのは、必要な駆動電圧がソースドライバーの耐圧を超えてしまうため非常に困難である。即ち、アモルファスシリコンを用いた液晶表示装置では対向電圧の極性を反転させようが固定させようが、ドット反転駆動やカラム反転駆動を実現するのが従来困難である。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ソースドライバーの耐圧を低く抑え、かつ、アモルファスシリコンの液晶表示装置でも画質的に良好なドット反転駆動やカラム反転駆動が実現できる液晶表示装置を提供する。

本発明は、絶縁基板上に配線された複数本の信号線と、前記複数本の信号線と直交するように配線された複数本の走査線と、前記信号線と前記走査線の交叉部近傍に形成されたスイッチング素子を含み、かつ、マトリックス状に配された表示画素と、を含んだアレイ基板と、前記アレイ基板に液晶層を介して配され、かつ、絶縁基板上に透明な対向電極が形成された対向基板と、を有した液晶表示装置において、前記対向電極は、マトリックス状に配された対向電極画素と、前記走査線と平行で、かつ、前記対向電極画素を挟むように配線された複数本の対向電極線と、奇数番目の前記対向電極線に接続された第１共通電極と、偶数番目の前記対向電極線に接続された第２共通電極と、を有し、前記対向電極線に沿って並んだ一列の対向電極画素に関して、前記奇数番目の対向電極線に接続された対向電極画素と前記偶数番目の対向電極線に接続された対向電極画素とが交互に配され、前記第１共通電極と前記第２共通電極とに極性が異なる対向電圧が印加され、かつ、前記極性が所定期間毎に反転する液晶表示装置である。

本発明によれば、隣接する対向電極画素が交互に異なる極性を保持しつつ反転するため、ドット反転駆動やカラム反転駆動が可能となる。

以下、本発明の一実施形態の液晶表示装置１０について図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の液晶表示装置１０について図１〜図７に基づいて説明する。

（１）液晶表示装置１０の構成
図１に基づいて、液晶表示装置１０の構成について図１及び図２に基づいて説明する。

液晶表示装置１０のアレイ基板１２は、ガラス基板より形成され、縦方向に１７６ｘ３本の信号線１４が配線され、横方向に２２０本の走査線が配線されている。また、信号線１４と走査線１６の交叉部近傍にはアモルファスシリコンよりなる薄膜トランジスタ（以下、単にＴＦＴという）１８が形成され、このＴＦＴ１８のソース電極が信号線１４に接続され、ゲート電極が走査線１６に接続され、ドレイン電極が画素電極に接続されている。

複数本の信号線１４に映像信号を出力するためにソースドライバー２０が設けられ、また、走査線１６にゲート信号を出力するためにゲートドライバー２２が設けられている。

このソースドライバー２０とゲートドライバー２２を制御するためにコントローラ２４が設けられている。このコントローラ２４は、ソースドライバー２０に映像信号やクロック信号を供給し、ゲートドライバー２２にもクロック信号を供給している。さらに、コントローラ２４は後から説明する対向基板２６における対向電圧を制御するための対向電圧発生回路２８も制御している。

そして、ソースドライバー２０、ゲートドライバー２２、コントローラ２４及び対向電圧発生回路２８は１チップで構成されている。

（２）対向基板２６の構成
次に、図２に基づいて対向基板２６の構成について説明する。

本実施形態の対向基板２６における対向電極は、マトリックス状に配された複数の対向電極画素３６から構成されている。この対向電極画素３６は、アレイ基板１２上の表示画素に対応する位置に設けられている。また、この対向基板２６には、走査線１６と平行に対向電極線３０が形成され、奇数番目の対向電極線３０は対向基板２６の左側に沿って設けられた第１共通電極３２に接続され、偶数番目の対向電極線３０は対向基板２６の右側に形成された第２共通電極３４に接続されている。そして、奇数番目の対向電極線３０と偶数番目の対向電極線３０とによって対向電極画素３６が挟まるように形成されている。この対向電極線３０に沿って一列に配された対向電極画素３６に関して、最も左側の対向電極画素３６は偶数番目の対向電極線３０に接続され、左から２番目の対向電極画素３６は奇数番目の対向電極線３０に接続されている。即ち、対向電極線３０に沿って並んだ一列の対向電極画素３６に関して、奇数番目の対向電極線３０に接続された対向電極画素３６と偶数番目の対向電極線３０に接続された対向電極画素３６とが交互に配置されている。

そして、この第１共通電極３２と第２共通電極３４は対向電圧発生回路２８に接続され、それぞれ正負の異なる極性の対向電圧を印加する。

この対向電極を形成する場合には、対向基板２６を構成する絶縁基板上に透明電極を積層した後、エッチング等により対向電極画素３６と対向電極線３０とがのこぎり形状になるように加工する。

図２（ａ）では、第１共通電極に正極性のＶｃｏｍＨが印加され、第２共通電極３４に負極性のＶｃｏｍＬが印加されている。以上のような構成により、各表示画素に対応する対向電極画素は、図２（ａ）に示すような正負交互の対向電圧となる。

（３）画素電圧
図３にソースドライバー２０を通して、信号線１４に印加される階調−電圧特性（γ補正）を示す。対向電極の電位がＶｃｏｍＨ（正）のときは、図３の正特性のγカーブに従い、対向電極の電位がＶｃｏｍＬ（負）のときは図３の負特性のγカーブに従ってソースドライバー２０から階調電圧が出力される。

例えば、対向電極の電位がＶｃｏｍＨの場合、図３の正特性のγカーブに基づくと階調レベル０（黒）では０．８Ｖ、階調レベル６３（白）では４．５Ｖの電圧がソースドライバー２０から信号線１４に出力される。実際に各表示画素に書き込まれる電圧は突き抜け電圧δＶを引いた値である。仮に突き抜け電圧をδＶ＝１．９Ｖとすると、階調レベル０（黒）では、

０．８Ｖ−１．９Ｖ＝−１．１Ｖ

となり、
階調レベル６３（白）では、

４．５Ｖ−１．９Ｖ＝２．６Ｖ

となる。

これが、各画素に書き込まれる電圧である。対向電圧の電位をＶｃｏｍＨ＝３．５Ｖと設定すると、図４（ａ）の電位レベルに示すように階調レベル０（黒）では４．６Ｖ、階調レベル６３（白）では０．９Ｖの電位差が各表示画素と対向電極間に発生する。

同様に、対向電極の電位がＶｃｏｍＬの場合、図３の負特性のγカーブに基づくと階調レベル０（黒）では４．５Ｖ、階調レベル６３（白）では０．８Ｖの電圧がソースドライバー２０から信号線１４に出力される。実際に各表示画素に書き込まれる電圧は突き抜け電圧δＶを引いた値であるので、δＶ＝１．９Ｖとすると階調レベル０（黒）では、

４．５Ｖ−１．９Ｖ＝２．６Ｖ

となり、
階調レベル６３（白）では、

０．８Ｖ−１．９Ｖ＝−１．１Ｖ

となる。

これが各表示画素に書き込まれる電圧である。

対向電極の電位をＶｃｏｍＬ＝−２．０Ｖと設定すると、図４（ｂ）の電位レベルに示すように、階調レベル０（黒）では４．６Ｖ、階調レベル６３（白）では０．９Ｖの電位差が各表示画素と対向電極間に発生する。

即ち、対向電極の電位がＶｃｏｍＨ、または、ＶｃｏｍＬであっても、各表示画素と対向電極間には階調レベル０の場合は４．６Ｖ、階調レベル６３の場合は０．９Ｖの電位差が発生する。

液晶表示装置１０のＴ−Ｖ特性（透過率−液晶電圧）を図５に示すようなノーマリーホワイトとすると、階調レベル０（電位差４．６Ｖ）では透過率はほぼ０であるので黒色となり、階調レベル６３（電位差０．９Ｖ）では透過率は１（１００％）となるので白色となり、正常に表示される。

（５）効果
以上のような構成の対向基板２６を有する液晶表示装置１０において、正特性では如何なる階調レベルにおいても画素電位が対向電極電位よりも小さくなり、負特性では如何なる階調レベルにおいても画素電位が対向電極電位より大きくなる。即ち、正特性を＋、負特性を−で表すと、対向電極が走査線１６毎、信号線１４毎ののこぎり型構造であるので、表示画素に書き込まれる電圧の極性は、図６（ａ）のように正負交互となる。

また、図２（ｂ）に示すように、１フレーム毎に対向電極の極性を反転させると、表示画素に書き込まれる電圧の極性は、図５（ｂ）に示すように１フレーム毎に反転する。これは、個々の表示画素と対向電極画素に注目するとドット反転駆動を実現していることに他ならない。しかも、対向電極はフレーム毎にしか反転していないので、従来のドット毎での反転と比較すると、大幅に消費電力を低下させることができる。そして、駆動法としてはフレーム反転駆動でありながら、画質的にはドット反転駆動法を実現しているので、低消費電力で駆動振幅が小さく、かつ、高画質を実現することができる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、ドット反転駆動法における対向基板２６の対向電極について説明したが、次にカラム反転駆動法における対向電極２６の対向電極について図７に基づいて説明する。

第１の実施形態では、信号線１４に沿った方向に並んだ対向電極画素３６の極性が、それぞれ異なるようにしたが、本実施形態では信号線１４に沿って並んだ対向電極画素３６については同じ極性になるような配置にする。

即ち、図７に示すように、信号線１４と平行に並んだ対向電極画素３６が全て同じ極性になるように配置されている。具体的には、一番左側の対向電極画素３６は第１共通電極３２に接続された奇数番目の対向電極線３０に接続され、左から２行目の対向電極画素３６は第２共通電極３４に接続された偶数番目の対向電極線３０に接続されている。

本実施形態でも、１フレーム毎に対向電極の極性を反転させると、液晶表示装置１０に書き込まれる電圧の極性は、１フレーム毎に反転する。これは、カラム反転駆動を実現していることに他ならない。

本発明の第１の実施形態の液晶表示装置のブロック図である。 対向基板の説明図である。 階調−電圧特性を示すグラフである。 正特性と負特性における電圧の印加状態を示す図である。 Ｔ−Ｖ特性のグラフである。 対向基板における対向電圧の極性を表した図である。 第２の実施形態の対向基板を説明した図である。 従来の液晶表示装置におけるＴ−Ｖ特性のグラフである。 従来の画素電圧と階調との関係を示すグラフである。 従来の信号線電圧と階調との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 液晶表示装置
１２ アレイ基板
１４ 信号線
１６ 走査線
１８ ＴＦＴ
２０ ソースドライバー
２６ 対向基板
２８ 対向電圧発生回路
３０ 対向電極線
３２ 第１共通電極
３４ 第２共通電極
３６ 対向電極画素

Claims (8)

1. 絶縁基板上に配線された複数本の信号線と、
   前記複数本の信号線と直交するように配線された複数本の走査線と、
   前記信号線と前記走査線の交叉部近傍に形成されたスイッチング素子を含み、かつ、マトリックス状に配された表示画素と、
   を含んだアレイ基板と、
   前記アレイ基板に液晶層を介して配され、かつ、絶縁基板上に透明な対向電極が形成された対向基板と、
   を有した液晶表示装置において、
   前記対向電極は、
   マトリックス状に配された対向電極画素と、
   前記走査線と平行で、かつ、前記対向電極画素を挟むように配線された複数本の対向電極線と、
   奇数番目の前記対向電極線に接続された第１共通電極と、
   偶数番目の前記対向電極線に接続された第２共通電極と、
   を有し、
   前記対向電極線に沿って並んだ一列の対向電極画素に関して、前記奇数番目の対向電極線に接続された対向電極画素と前記偶数番目の対向電極線に接続された対向電極画素とが交互に配され、
   前記第１共通電極と前記第２共通電極とに極性が異なる対向電圧が印加され、かつ、前記極性が所定期間毎に反転する、
   液晶表示装置。
2. 前記信号線と平行に並んだ対向電極画素に関して、隣接する対向電極画素の極性が異なる、
   請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記信号線と平行に並んだ対向電極画素が全て同じ極性である、
   請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記第１共通電極の極性と前記第２共通電極の極性を１フレーム毎に反転させる、
   請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記スイッチング素子がアモルファスシリコンよりなる薄膜トランジスタである、
   請求項１記載の液晶表示装置。
6. ドット反転駆動法で映像を表示する、
   請求項２記載の液晶表示装置。
7. カラム反転駆動法で映像を表示する、
   請求項３記載の液晶表示装置。
8. 前記走査線が１６０本から３２０本である、
   請求項１記載の液晶表示装置。

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