JP2011027915A

JP2011027915A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2011027915A
Application number: JP2009172261A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Maki; 正博槙; Hideo Sato; 秀夫佐藤; Hiroyuki Abe; 裕行阿部
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: JP5538765B2; US20110019118A1; US8619014B2

Abstract

【課題】ドライバ回路の回路規模を縮小することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置のＴＦＴ基板は、各画素に画素回路３０１を有し、画素回路３０１は、薄膜トランジスタ３０３と、薄膜トランジスタ３０３のソース側に接続された画素電極３０５と、表示領域に平面的に広がる１つの板状の透明電極である共通電極３０７とを備える。垂直駆動回路２４０は、駆動ＩＣ２５０からのクロック信号を含む制御信号電圧Ｖcontにより駆動され、高電圧に対するダンパとなるトランジスタを含む。駆動ＩＣ２５０は、共通電極３０７とデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍとを接続するイコライズスイッチ３１３にイコライズスイッチ信号電圧Ｖeqを出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に駆動回路を内蔵する液晶表示パネルを有する液晶表示装置に関する。

コンピュータ等の情報通信端末やテレビ受像機の表示装置の１つとして、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板（以下、「ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板」という。）と、カラーフィルタ基板との間に封じ込められた液晶組成物の配向を制御することにより、光の透過度合いを変化させて、表示させる画像を制御する装置である。

この液晶組成物の配向を変えるためには、基板に備えられた電極へ印加する電圧を制御して、基板間の電界を変化させる必要があるが、印加する電圧の極性に偏りがある場合には液晶パネルの短寿命化を招くため、極性を反転させながら駆動する、いわゆる反転駆動により表示画像の制御を行っている。この反転駆動によれば、階調電圧を保持する画素電極と、画素電極と組み合わされて電界を形成する共通電極とが、交互に正極性及び負極性を繰り返すこととなる。すなわち、各共通電極線には、正極性及び負極性が交互に印加されることとなる（特許文献１参照）。

特開２００８−３０９９０２号公報

一方、このような共通電極線への電圧を印加するためのドライバ回路は、液晶表示装置の液晶パネルの面積に対して表示面積を広くする、いわゆる狭額縁化等への対応のため、回路規模の縮小が求められている。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、ドライバ回路の回路規模を縮小することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、液晶組成物の配向を制御することにより表示を行う液晶表示装置において、階調電圧に基づく電圧が印加される、複数の画素電極と、前記複数の画素電極と同一の基板に配置され、前記複数の画素電極と組み合わされることにより、液晶組成物を配向させるための電界を形成させる一つの共通電極と、前記複数の画素電極の各々に接続され、階調電圧を印加させるためのスイッチである画素トランジスタと、前記画素トランジスタに接続され、前記階調電圧が印加されるデータ信号線と、前記共通電極及び前記データ信号線とを導通させるためのスイッチであるイコライズトランジスタと、前記画素トランジスタのゲート線に順次信号を印加するシフトレジスタと、を備え、前記イコライズトランジスタは、前記共通電極の極性が反転する周期で、前記共通電極及び前記データ信号線を導通させるように動作し、前記シフトレジスタは、電位差を緩和するダンパとなるトランジスタを有する、ことを特徴とする液晶表示装置である。

また、本発明の液晶表示装置は、前記シフトレジスタにはクロック信号が入力し、前記ダンパとなるトランジスタは、クロック信号の２倍の電圧が印加されるノードと、クロック信号が入力されるノードとの間に配置される、とすることができる。

また、本発明の液晶表示装置は、前記ダンパとなるトランジスタは、複数連続して配置される、とすることができる。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動する駆動回路を有する液晶表示装置において、液晶表示パネルは、複数の画素電極と、共通電極と、前記複数の画素電極の各々に接続され、階調電圧を印加させるためのスイッチである画素トランジスタと、前記画素トランジスタに接続され、前記階調電圧が印加されるデータ信号線と、前記共通電極及び前記データ信号線とを導通させるためのスイッチであるイコライズトランジスタと、前記画素トランジスタのゲート線に走査信号を供給するシフトレジスタとを備え、前記イコライズトランジスタは、前記共通電極及び前記データ信号線を導通させるように動作し、前記シフトレジスタには、クロック信号が入力し、該クロック信号は前記シフトレジスタから前記走査信号として出力し、前記シフトレジスタは、電位差を緩和するトランジスタを有する、ことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す図である。図１の液晶表示パネルの構成を示す図である。図２のＴＦＴ基板の回路について概略的に示す図である。図３の各信号の変化の様子を表したタイミングチャートである。垂直駆動回路の様子を概略的に示す図である。図５の垂直駆動回路の動作の様子を表すタイミングチャートである。イコライズスイッチのトランジスタの構成を示す図である。図７のＡ−Ａ線における断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１には、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、液晶表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された液晶表示パネル２００及び不図示のバックライト装置等から構成されている。

図２には、図１の液晶表示パネル２００の構成が示されている。液晶表示パネル２００は、ＴＦＴ基板２３０とカラーフィルタ基板２２０の２枚の基板を有し、これらの基板の間には液晶組成物が封止されている。液晶表示パネル２００は、ＴＦＴ基板２３０に、後述する画素電極３０５及び共通電極３０７を共に有する横電界方式、いわゆるＩＰＳ（In Plane Switching）方式の液晶パネルである。ＴＦＴ基板２３０には、垂直駆動回路２４０により制御される走査信号線Ｘ_１〜Ｘ_ｎ、及び駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２５０により制御されるデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍが張り巡らされ、これらの信号線は、液晶表示装置１００の画素を形成している。なお、液晶表示パネル２００は、その表示の解像度に対応する数の画素を有するが、図が煩雑になるのを避けるため、図２では簡略化して示している。

図３は、ＴＦＴ基板２３０の回路について概略的に示す図である。各画素は、画素回路３０１を有し、画素回路３０１は、走査信号線Ｘ_１がゲートに接続され、データ信号線Ｙ_１がドレインに接続された薄膜トランジスタ３０３と、薄膜トランジスタ３０３のソース側に接続された画素電極３０５と、表示領域に平面上に広がる板状の共通電極３０７とにより構成されている。共通電極３０７は、平面的に広がる板状の透明電極であるが、図の画素回路３０１内では、回路の動作が説明できるように、コンデンサ３０９の一方の電極として記載している。

駆動ＩＣ２５０から延びるデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍのそれぞれには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の色ごとにＲＧＢスイッチ３１１が設けられており、ある一色の画素についての階調電圧が、同時に各データ信号線に印加される。更に、データ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍのそれぞれには、イコライズスイッチ３１３が設けられており、これにより共通電極３０７とデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍとが接続される。

垂直駆動回路２４０は、駆動ＩＣ２５０から出力されるクロック信号ＧＣＫ１及びＧＣＫ２を含む制御信号電圧Ｖcontにより駆動される。駆動ＩＣ２５０は、制御信号電圧Ｖcontの他に、共通電極３０７へ印加する共通電極電圧Ｖcom、データ信号電圧Ｖsig、ＲＧＢスイッチ３１１それぞれへのゲート信号であるＲスイッチ信号電圧Ｖr、Ｇスイッチ信号電圧Ｖg及びＢスイッチ信号電圧Ｖb、並びにイコライズスイッチ３１３のゲート信号線であるイコライズスイッチ信号線３１５にイコライズスイッチ信号電圧Ｖeqを出力している。

図４は、走査信号線Ｘ_１及びデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_３で特定される３つの画素における、各信号の変化の様子を表したタイミングチャートである。ここで、ＶＸ_１は、走査信号線Ｘ_１の電圧を表し、ＶＹ_１〜ＶＹ_３はそれぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_３の電圧を表している。ここで、このＴＦＴ基板２３０の動作は、ライン反転駆動とし、このタイミングチャートは、ノーマリブラックにおいて、全白表示時の動作を表している。また、タイミングチャート内の点線は、イコライズスイッチ３１３がない場合の信号の動作について示している。

図４のタイミングチャートの時刻ｔ０では、ＲＧＢスイッチ３１１の各スイッチ信号電圧Ｖr、Ｖg及びＶbはローレベルであり、イコライズスイッチ信号電圧Ｖeqもローレベルであるため、データ信号線Ｙ_１〜Ｙ_３は、フローティング状態にある。時刻ｔ２において、共通電極電圧Ｖcomが、反転駆動のために、正極性から負極性の電位ＶcomLに切り替わると同時に、イコライズスイッチ信号電圧Ｖeqをハイレベルとし、共通電極３０７とデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_３を導通させることにより、データ信号線の電圧ＶＹ_１〜ＶＹ_３を共通電極電圧Ｖcomとなるようにしている。

次に時刻ｔ３において、走査信号線Ｘ_１の電圧ＶＸ_１をハイレベルとして、階調電圧を印加する行を選択し、時刻ｔ４で、イコライズスイッチ信号電圧Ｖeqをローレベルとして、イコライズスイッチ３１３をＯＦＦする。次に、時刻ｔ５において、データ信号電圧Ｖsigが赤色の階調電圧ＶsigHとなると共に、Ｒスイッチ信号電圧Ｖrがハイレベルとなることにより、階調電圧ＶsigHはデータ信号線Ｙ_１に印加される。このとき、走査信号線Ｘ_１の電圧ＶＸ_１がハイレベルであることから、走査信号線Ｘ_１に接続する薄膜トランジスタ３０３は導通状態となり、階調電圧ＶsigHが画素電極３０５に書き込まれる。時刻ｔ６において、Ｒスイッチ信号電圧Ｖrがローレベルとなることにより、コンデンサ３０９には、共通電極電圧Ｖcomとデータ信号電圧Ｖsigとの電位差（ＶsigH−ＶcomL）が保持され、この電位差により生じる電界により液晶組成物の配向が調整され、赤色の明るさが制御される。

また、データ信号線Ｙ_１についても電圧ＶＹ_１が保持されるが、共通電極３０７に対しては、データ信号線Ｙ_１は共通電極電圧Ｖcomと重なっていることからコンデンサ３０９と同様に電位差（ＶsigH−ＶcomL）が保持される。

ここで、時刻ｔ２においてイコライズスイッチ３１３が動作しない場合には、時刻ｔ２において、共通電極電圧Ｖcomが、反転駆動のために、正極性から負極性の電位ＶcomLに切り替わるとデータ信号線Ｙ_１〜Ｙ_３はフローティング状態であることにより、コンデンサ３０９と同様の電位差が維持され、電圧ＶＹ_１は、図４の点線に示されるように大きく下方に移動するため、データ信号線Ｙ_１の階調電圧ＶsigHに引き上げるための負荷は大きくなる。しかしながら、時刻ｔ２におけるイコライズスイッチ３１３の動作により、共通電極３０７とデータ信号線Ｙ_１とが同電位となるため、データ信号線Ｙ_１の電位を階調電圧ＶsigHにするための負荷は軽減されている。

なお、時刻ｔ２において、走査信号線Ｘ_１がローレベルの状態で、画素電極３０５がフローティングの状態で、共通電極電圧Ｖcomが、反転駆動のために、正極性から負極性の電位ＶcomLに切り替わると、画素電極３０５の電位もデータ線Ｙ_１の電圧ＶＹ_１と同様に大きく下方に移動する。そのため、薄膜トランジスタ３０３のオフ状態を維持するよう、走査信号線Ｘ_１の電圧ＶＸ_１のローレベルは低下した画素電極３０５の電圧よりも十分に低い必要が生じる。そのため、共通電極電圧Ｖcomを反転駆動するためには、走査信号線Ｘ_１の電圧ＶＸ_１のローレベルとハイレベルの電位差を大きくとらなければいけないといった問題が生じる。

また、図４の時刻ｔ５のＶＹ_２及びＶＹ_３の動きに見られるように、ＶＹ_１への階調電圧ＶsigHの印加は、他の配線（例えば、ＶＹ_２及びＶＹ_３）のノイズの原因となるが、イコライズスイッチ３１３による導通がない場合には、ＶＹ_１に更に大きな電位の変化が生じるため、図４の点線に示されるように、ＶＹ_２及びＶＹ_３で発生するノイズは大きくなる。しかしながら、イコライズスイッチ３１３の動作により、共通電極３０７とデータ信号線Ｙ_１とが同電位となるため、ＶＹ_１の電位の変化は小さく、共通電極や、ＶＹ_２及びＶＹ₃等の他の配線に与える影響は小さい。

引き続き、時刻ｔ７において、データ信号電圧Ｖsigが緑色の階調電圧ＶsigHとなると共に、Ｇスイッチ信号電圧Ｖgがハイレベルとなることにより、階調電圧ＶsigHはデータ信号線Ｙ_２に印加される。時刻ｔ８において、Ｇスイッチ信号電圧Ｖgがローレベルとなることにより、コンデンサ３０９には、共通電極電圧Ｖcomとデータ信号電圧Ｖsigとの電位差（ＶsigH−ＶcomL）が保持され、この電位差により生じる電界により液晶組成物の配向が調整され、緑色の明るさが制御される。

時刻ｔ９から時刻ｔ１０においても、同様に、時刻ｔ９において、データ信号電圧Ｖsigが青色の階調電圧ＶsigHとなると共に、Ｂスイッチ信号電圧Ｖbをハイレベルとなることにより、階調電圧ＶsigHはデータ信号線Ｙ_３に印加される。時刻ｔ１０において、Ｂスイッチ信号電圧Ｖbがローレベルとなることにより、コンデンサ３０９には、共通電極電圧Ｖcomとデータ信号電圧Ｖsigとの電位差（ＶsigH−ＶcomL）が保持され、この電位差により生じる電界により液晶組成物の配向が調整され、青色の明るさが制御される。

時刻ｔ１１以降においても、共通電極電圧Ｖcomが、データ信号電圧Ｖsigに対し正極性の電位ＶcomHとなり、データ信号電圧Ｖsigは、共通電極電圧Ｖcomに対し、負極性の階調電圧ＶsigLとなる他は同様の動作となる。

図５には、垂直駆動回路２４０の様子が概略的に示されている。垂直駆動回路２４０は、２つのクロック信号ＧＣＫ１及びＧＣＫ２により動作するシフトレジスタである。図５は、垂直駆動回路２４０のうち、走査信号線Ｘ_ｉ及びＸ_i＋１へ出力する部分が示されている。なお、符号Ｔはトランジスタを示し、符号Ｎはノードを示す。

図６は、図５の垂直駆動回路２４０の動作の様子を表すタイミングチャートである。以下、図５に示された垂直駆動回路２４０の動作について、図６のタイミングチャートを用いて説明する。

まず、Ｘ_iの出力がされていないときは、上位側からの信号により、ノードＮ１３がハイレベルとなっている。ノードＮ１３のハイレベルにより、トランジスタＴ１８が導通し、フローティングであったノードＮ１１は、ローレベル（ＶＳＳ）となる。ノードＮ１１がローレベルであるため、トランジスタＴ１７は非導通となり、ローレベル（ＶＳＳ）とノードＮ１４は接続されない。また、クロック信号ＧＣＫ２により、トランジスタＴ１４及びＴ１５を介してＮ１５に電荷が充電され、引き続き、クロック信号ＧＣＫ１がハイレベルとなることにより、ノードＮ１４はハイレベルとなる（チャージポンプ）。これにより、ノードＮ１４はノードＮ１１がローレベルの間、安定してハイレベルを維持する。

ここでノードＮ１５は、最大クロック振幅の２倍にまで昇圧されるため、ゲート電圧をＶＤＤに固定されたトランジスタＴ１５により、トランジスタＴ１４にノードＮ１５の電圧が直接かかるのを緩和し安定動作させると共に、トランジスタＴ１５自体もトランジスタを２つ用いるダブルゲート構成とし高耐圧化している。

次に、Ｘ_iの出力がなされる場合について説明すると、まず、走査信号線Ｘ_i-2の立ち上がりで、ノードＮ１３はローレベルとなり、次に、走査信号線Ｘ_i-1の出力により、ノードＮ１１及びＮ１２はハイレベルとなる。ノードＮ１３がローレベルとなることにより、トランジスタＴ１８は非導通となり、ノードＮ１１がハイレベルとなることにより、トランジスタＴ１７が導通し、ノードＮ１４はローレベル（ＶＳＳ）となり、トランジスタＴ１９は非導通となる。これにより、走査信号線Ｘ_iには、トランジスタＴ１１に接続されたクロック信号ＧＣＫ１が出力されると共に、この信号を、次段の回路のノードＮ２１及びＮ２２に、転送ダイオードトランジスタＴ１３を介し、転送する。このときノードＮ１２は、ブートストラップ動作により、初期の充電電圧とクロック振幅の分だけ昇圧されるため、Ｘ_iにはクロック信号ＧＣＫ１が減衰することなく出力される。

ここで、ノードＮ１２にはクロック振幅の２倍近い高電圧がかかるため、ノードＮ１２とノードＮ１１との間のトランジスタＴ１２により、ノードＮ１１の過度な昇圧を防ぎ、トランジスタＴ１８のソース・ドレイン間のリークを防いでいる。引き続き、ノードＮ１１がハイレベルからローレベルに変化した際には、ノードＮ１４がローレベルのままの状態であるため、次段の回路の走査信号線Ｘ_i+1の出力からトランジスタＴ１１０を導通させ、走査信号線Ｘ_iの出力をローレベル（ＶＳＳ）に固定している。

図４を用いて説明したように、共通電極電圧Ｖcomを反転駆動するためには、走査信号線Ｘ_１の電圧ＶＸ_１のローレベルとハイレベルの電位差を大きくとらなければいけない。そのために、トランジスタＴ１１に接続され、走査信号線Ｘ_iに出力するクロック信号ＧＣＫ１は、ローレベルとハイレベルの電位差が大きな信号、すなわち、振幅の大きなクロックとなる。

従って、最大クロック振幅の２倍にまで昇圧されるノードＮ１５の電圧は特に高電圧となるため、トランジスタＴ１４にノードＮ１５の電圧が直接かかるのを緩和するようダンパ（緩和素子）としてゲート電圧をＶＤＤに固定されたトランジスタＴ１５を設けることが有効である。

図７は、イコライズスイッチ３１３のトランジスタの構成を概略的に示す図である。図８は、図７のＡ−Ａ線における断面図である。これらの図に示されるように、イコライズスイッチ３１３を構成するトランジスタは、ガラス基板４０１と、ソース・ドレイン線の一方であるデータ信号線Ｙ_１及びＹ_２と、ソース・ドレイン線の他方である電極４０７と、ソース・ドレイン間に配設された半導体膜４０４と、イコライズスイッチ信号線３１５に接続されたゲート信号線４０６と、共通電極３０７と、電極４０７と共通電極３０７とをスルーホール４１３を利用して接続する電極膜４１２と、により構成されている。これにより、イコライズスイッチ信号電圧Ｖeqがハイレベルとなった際には、ゲート信号線４０６がハイレベルとなり、データ信号線Ｙ_１及びＹ_２と、電極４０７及び共通電極３０７とが導通する。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置においては、表示領域内の画素電極３０５に対向する電極を１つの共通電極３０７としているため、共通電極の電位を制御するドライバ回路の回路規模を小さくすることができる。

また、１つの共通電極３０７とした場合であっても、イコライズスイッチ３１３により、データ信号線Ｙ_１〜Ｙ_ｍと共通電極３０７を同電位にし、階調電圧印加時の電圧変動を小さくしているため、電力負荷を低減できると共に、他の信号線へのノイズを低減することができる。

また、垂直駆動回路２４０を高耐圧化しているため、走査信号線Ｘ_１〜Ｘ_ｎに安定した信号を送ることができる。

なお、本実施形態においては、トランジスタＴ１５及びトランジスタＴ１２を高耐圧化のためのトランジスタとして用いたが、高電圧がかかる恐れあるどの位置に配置されていてもよい。

１００液晶表示装置、１１０上フレーム、１２０下フレーム、２００液晶表示パネル、２２０カラーフィルタ基板、２３０ＴＦＴ基板、２４０垂直駆動回路、２５０駆動ＩＣ、３０１画素回路、３０３薄膜トランジスタ、３０５画素電極、３０７共通電極、３０９コンデンサ、３１１ＲＧＢスイッチ、３１３イコライズスイッチ、３１５イコライズスイッチ信号線、４０１ガラス基板、４０４半導体膜、４０６ゲート信号線、４０７電極、４１２電極膜、４１３スルーホール。

Claims

液晶組成物の配向を制御することにより表示を行う液晶表示装置において、
階調電圧に基づく電圧が印加される、複数の画素電極と、
前記複数の画素電極と同一の基板に配置され、前記複数の画素電極と組み合わされることにより、液晶組成物を配向させるための電界を形成させる一つの共通電極と、
前記複数の画素電極の各々に接続され、階調電圧を印加させるためのスイッチである画素トランジスタと、
前記画素トランジスタに接続され、前記階調電圧が印加されるデータ信号線と、
前記共通電極及び前記データ信号線とを導通させるためのスイッチであるイコライズトランジスタと、
前記画素トランジスタのゲート線に順次信号を印加するシフトレジスタと、を備え、
前記イコライズトランジスタは、前記共通電極の極性が反転する周期で、前記共通電極及び前記データ信号線を導通させるように動作し、
前記シフトレジスタは、電位差を緩和するダンパとなるトランジスタを有する、ことを特徴とする液晶表示装置。
前記シフトレジスタにはクロック信号が入力し、前記ダンパとなるトランジスタは、クロック信号の２倍の電圧が印加されるノードと、クロック信号が入力されるノードとの間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記ダンパとなるトランジスタは、複数連続して配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動する駆動回路を有する液晶表示装置において、
液晶表示パネルは、
複数の画素電極と、共通電極と、
前記複数の画素電極の各々に接続され、階調電圧を印加させるためのスイッチである画素トランジスタと、
前記画素トランジスタに接続され、前記階調電圧が印加されるデータ信号線と、
前記共通電極及び前記データ信号線とを導通させるためのスイッチであるイコライズトランジスタと、
前記画素トランジスタのゲート線に走査信号を供給するシフトレジスタとを備え、
前記イコライズトランジスタは、前記共通電極及び前記データ信号線を導通させるように動作し、
前記シフトレジスタには、クロック信号が入力し、該クロック信号は前記シフトレジスタから前記走査信号として出力し、
前記シフトレジスタは、電位差を緩和するトランジスタを有する、ことを特徴とする液晶表示装置。
前記ダンパとなるトランジスタは、クロック信号の２倍の電圧が印加されるノードと、クロック信号が入力されるノードとの間に配置される、ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記ダンパとなるトランジスタは、複数連続して配置される、ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。