JP2014170199A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示ムラを回避し、表示品位の良好な液晶表示装置１０を提供する。
【解決手段】自段の前記画素の前記画素スイッチをオフしてから、次段の前記画素の前記画素スイッチがオンされている全ての期間にわたり前記第１のオフ電圧を、前記自段の前記走査線に継続して印加し、前記次段の前記画素スイッチがオンからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで前記自段の前記画素の前記画素スイッチが再びオンになるまでの間、前記第２のオフ電圧を、継続して前記第２のオフ電圧を印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置及びその駆動方法に関するものである。

アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板と、この一対の基板間に挟持された液晶層と、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示部とを備えている。上記一対の基板の一方は、表示部において、複数の画素が配列する行に沿って配置された走査線と、複数の画素が配列する列に沿って配置された信号線とを備えている。液晶層に含まれる液晶分子は、液晶層に印加される電界によって、その配向状態が制御される。

中でも、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式やＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式の液晶表示装置は、一対の基板の一方にマトリクス状に配置された複数の画素電極（画素電極）と、複数の画素電極と対向するコモン電極とを有し、画素電極とコモン電極との間に生じる横電界によって液晶層に含まれる液晶分子の配向状態を制御する。そして、これら液晶表示装置は、広視野角や低消費電力などの優れた特徴を有し、テレビや携帯電話などのディスプレイ用途などに広く適用されている。

また、近年、操作性を向上させるためのタッチパネルなどのユーザーインターフェースを表示面に備える要求が強くなっており、上記液晶表示装置の表示面に接触感知要素を備えた製品が市場に拡がりつつある。例えば、特許文献１によれば、接触感知要素を液晶表示装置と一体形成でき、接触検出機能を兼ね備えた液晶表示装置を低コストで提供することが可能である。

そして、上記液晶表示装置では、コモン電極に供給される電圧と、画素電極に順次書き込まれる映像信号とにより液晶層に含まれる液晶分子の配向が制御される。

また、特許文献１の構成では、コモン電極は表示面の接触による静電容量の変化を検出するための配線も兼ねており、表示面内には複数個のコモン電極が電気的に独立して配されている。

特開２０１１−１３７８８２号公報

以下、従来例の液晶表示装置及びその駆動方法について図４〜図７に基づいて説明する。なお、この液晶表示装置は、ノーマリブラックであってＦＦＳ方式の液晶表示装置であるとする。

（１）従来例に係る液晶表示装置の構造
従来例に係る液晶表示装置１０の構造について図４〜図６に基づいて説明する。

液晶表示装置１０は、図４に示すように、互いに対向したアレイ基板１２及び対向基板（不図示）と、アレイ基板１２と対向基板との間に挟持された液晶層と、マトリクス状に配置された画素ＰＸからなる表示部と、走査線駆動回路１４と、信号線駆動回路１６を備えている。走査線駆動回路１４は、画素ＰＸが配列される行に沿って延びる走査線ＧＬにゲート信号を供給する。信号線駆動回路１６は、画素ＰＸが配列される列に沿って延びる信号線ＳＬに映像信号を供給する。

図５は、画素ＰＸの模式図である。画素スイッチＳＷＰは、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin Film Transistor）を備えている。ＴＦＴのゲート電極は、対応する走査線ＧＬに電気的に接続されている。ＴＦＴのソース電極は、対応する信号線ＳＬに電気的に接続されている。ＴＦＴのドレイン電極は、対応する画素電極ＰＥに電気的に接続されている。

ＴＦＴのゲート電極にオン電圧が印加されると、ソース電極とドレイン電極との間が導通し、対応する信号線ＳＬから画素電極ＰＥに映像信号が供給される。画素電極ＰＥに印加される映像信号とコモン電極ＣＯＭに印加されるコモン電圧とにより液晶容量が形成される。

画素電極ＰＥには例えば所定の間隔を置いてスリットが設けられ、絶縁層を介して配置されたコモン電極ＣＯＭとの間に横電界が生じる。この横電界によって、液晶層ＬＱに含まれる液晶分子の配向状態が制御される。各画素ＰＸは液晶容量と結合する補助容量ＣＳをさらに備えている。液晶容量は、液晶層に印加される電界によって液晶層に蓄えられる。補助容量ＣＳは、画素電極ＰＥとコモン電極ＣＯＭとの間に生じる容量である。また走査線ＧＬとコモン電極ＣＯＭの間には、寄生容量Ｃｇｃｏｍが存在している。

図６は、画素ＰＸからなる表示部の模式図である。なお、画素スイッチＳＷＰ、信号線ＳＬ、補助容量ＣＳは記載を省略している。そして、説明をわかりやすくするために、この液晶表示装置１０は、６本の走査線ＧＬ１、ＧＬ２・・・、ＧＬ６と、画素電極ＰＥが配列する列に沿った列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎと、画素電極ＰＥが配列する行に沿った行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗを備えている。ここで、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎと行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗは、それぞれが電気に独立したコモン電極ＣＯＭの配線であって、表示面の接触による静電容量の変化を検出するための配線を兼ねている。

列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎと行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗには、表示期間においてそれぞれに共通のコモン電圧が供給され、また、表示面の接触を検出する期間において、それぞれに独立した検出信号が供給される。なお、１フレームの中で、液晶表示の書き換えは通常の液晶表示装置１０と同様に順次行スキャンにおいて行い、表示面の接触の検出は垂直ブランキング期間において行うことで、液晶の表示と、表示面の接触の検出とを、両立させることができる。表示面の接触を検出は、特許文献１に示すように、検出信号に基づいて行う。

（２）従来例に係る液晶表示装置１０の駆動方法
従来例に係る液晶表示装置１０の表示期間における駆動方法について図６と図７に基づいて説明する。

図７に示すように、走査線駆動回路１４によって、走査線ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３・・・のゲート信号が、一水平期間毎に順次駆動される。なお、ゲート信号のＶＧＨは画素スイッチＳＷＰのオン電圧、ＶＧＬは画素スイッチＳＷＰのオフ電圧である。

信号線駆動回路１６から各信号線に供給された映像信号は、画素スイッチＳＷＰを介して画素電極ＰＥに供給される。画素電極ＰＥに充電される電位の極性を、コモン電圧に対し、１フレーム毎に正負交互に入れ替えることにより、液晶の交流駆動を行う。

画素電極ＰＥに映像信号の電位が充電された後、走査線ＧＬの電位はオン電圧ＶＧＨからオフ電圧ＶＧＬに変化し、画素スイッチＳＷＰをオフさせる。しかし、走査線ＧＬの電位が変動する際、寄生容量Ｃｇｃｏｍの容量結合によりコモン電極ＣＯＭの電位変動も同時に発生する。この図７の例では、一つの走査線ＧＬ２に着目すると、画素電極ＰＥが配列する列に沿った列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎ（図７では点線で表示）は３画素分のＣｇｃｏｍと容量結合して電位が変動するのに対し、画素電極ＰＥが配列する行に沿った行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗ（図７では実線で表示）は、９画素分の寄生容量Ｃｇｃｏｍと容量結合しているので、行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗ（図７では実線で表示）の方が電位の振られ量は大きくなる。

また、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎと行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗは、上記のように表示面の接触による静電容量の変化を検出するための配線として、表示面内に電気的に独立した配線として設けられている。そのために、それぞれに異なった固有の時定数を有しており、それぞれの時定数に応じて独立して本来のコモン電位に向かって収束する。画素電極ＰＥの電位は、画素スイッチＳＷＰがオフ状態になってから後はフローティングであり、コモン電極ＣＯＭの電位変化に追従する。故に、等しい映像信号電圧が、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎに属する画素と行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗに属する画素にそれぞれ書き込まれても、画素スイッチＳＷＰがオフになってからは、それらの画素電位は分離し、異なった電位で保持される。

この例では、行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗに属する画素電位は、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎに属する画素電位よりも高い電位となっている。一方、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎも行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗも、どちらも同じコモン電位に収束するため、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎに属する画素と行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗに属する画素で輝度差が生じ、表示ムラとなるという問題点がある。

このようなケースでは、コモン電圧にオフセットを加えても、面内で一様にオフセットがかかってしまうため、列コモン電極ＣＯＭ＿ＣＯｌｕｍｎの領域と行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗの領域の輝度差を埋めることはできない。

一般に、容量結合による電位変動を抑えるために駆動波形をなまらせる方法が知られているが、走査線ＧＬの駆動波形をなまらせてしまうと実効的なオン期間が短くなってしまい駆動マージンが削られるという問題点がある。

また、駆動波形をなまらせることは、ＣＭＯＳロジック回路からなるバッファ部の貫通電流を引き起こし、消費電流が増加するという問題点もある。

また、前後の走査線で駆動波形をオーバーラップさせて、前段の走査線の立ち下がりと容量結合した電位振られを、次段の走査線の立ち上がりによる容量結合で補償する方法も知られている。しかし、前段の走査線につながる画素スイッチがオフする前に後段の映像信号が干渉してしまうおそれがあり、駆動マージンが狭く、タイミング設計が難しいという問題点がある。

本発明の実施形態は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、表示ムラの発生を回避し、良好な品位の液晶表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、基板上にマトリクス状に配置された画素と、前記各画素にそれぞれ配置された画素電極と、前記画素が配列される行に沿って延びる走査線と、前記画素が配列される列に沿って延びる信号線と、前記走査線にゲート信号を順次供給する走査線駆動回路と、前記信号線に映像信号を供給する信号線駆動回路と、前記走査線と前記信号線との交差部近傍に配置され、前記走査線に供給されたゲート信号により前記信号線と前記画素電極との接続を切り替える画素スイッチと、前記行方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して少なくとも配線された複数のコモン電極と、を有する液晶表示装置であって、前記走査線駆動回路は、（１）前記走査線に供給するゲート信号の電位が、前記画素スイッチをオン状態にするオン電圧と、オフ状態にする際の第１のオフ電圧と第２のオフ電圧からなり、前記第２のオフ電圧は前記オン電圧と前記第１のオフ電圧の間の電圧であり、（２）自段の前記画素の前記画素スイッチをオフしてから、次段の前記画素の前記画素スイッチがオンされている全ての期間にわたり前記第１のオフ電圧を、前記自段の前記走査線に継続して印加し、（３）前記次段の前記画素スイッチがオンからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで前記自段の前記画素の前記画素スイッチが再びオンになるまでの間、前記第２のオフ電圧を、継続して前記第２のオフ電圧を印加する、液晶表示装置である。

また、本発明の実施形態は、基板上にマトリクス状に配置された画素と、前記各画素にそれぞれ配置された画素電極と、前記画素が配列される行に沿って延びる走査線と、前記画素が配列される列に沿って延びる信号線と、前記走査線にゲート信号を順次供給する走査線駆動回路と、前記信号線に映像信号を供給する信号線駆動回路と、前記走査線と前記信号線との交差部近傍に配置され、前記走査線に供給されたゲート信号により前記信号線と前記画素電極との接続を切り替える画素スイッチと、前記行方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して少なくとも配線された複数のコモン電極と、を有する液晶表示装置の駆動方法であって、前記走査線駆動回路は、（１）前記走査線に供給するゲート信号の電位が、前記画素スイッチをオン状態にするオン電圧と、オフ状態にする際の第１のオフ電圧と第２のオフ電圧からなり、前記第２のオフ電圧は前記オン電圧と前記第１のオフ電圧の間の電圧であり、（２）自段の前記画素の前記画素スイッチをオフしてから、次段の前記画素の前記画素スイッチがオンされている全ての期間にわたり前記第１のオフ電圧を、前記自段の前記走査線に継続して印加し、（３）前記次段の前記画素スイッチがオンからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで前記自段の前記画素の前記画素スイッチが再びオンになるまでの間、前記第２のオフ電圧を、継続して前記第２のオフ電圧を印加する、液晶表示装置の駆動方法である。

一実施形態に係る液晶表示装置の波形図である。 走査線駆動回路の構成図である。 走査線駆動回路の波形図である。 従来例の液晶表示装置の説明図である。 画素の模式図である。 コモン電極の配置図である。 従来例の液晶表示装置の波形図である。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置１０について、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態に係る液晶表示装置１０も従来技術の場合と同様に、ノーマリブラックであってＦＦＳ方式の液晶表示装置１０である。また、従来例と同じ部分については同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。

（１）走査線駆動回路１４の構成
本実施形態の液晶表示装置の走査線駆動回路１４は、図２に示すように、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子、第３のスイッチ素子を有し、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子、第３のスイッチ素子に電圧ＶＧＨ、ＶＧＬ１、ＶＧＬ２がそれぞれ印加されている。

図３に示すように、第１のスイッチ素子のゲート電極のＡ点、第２のスイッチ素子のゲート電極のＢ点、第３のスイッチ素子のゲート電極のＣ点にそれそれの所定のタイミングで信号が入力して、出力端子Ｄ点から各段の走査線ＧＬにゲート信号がそれぞれ順番に出力される。したがって、走査線駆動回路１４から各段の走査線ＧＬに供給するゲート信号の電位は、図１に示すように、画素スイッチＳＷＰをオンにするオン電圧ＶＧＨ、オフにする第１のオフ電圧ＶＧＬ１、第２のオフ電圧ＶＧＬ２からなる。第２のオフ電圧ＶＧＬ２は、画素スイッチＳＷＰのオン電圧ＶＧＨと第１のオフ電圧ＶＧＬ１の間の電圧である。すなわち、ＶＧＨ＞ＶＧＬ２＞ＶＧＬ１である。

（２）画素電位の状態
次に、画素電位の状態について、図１に基づいて説明する。

第１のオフ電圧ＶＧＬ１は、自段の画素ＰＸの画素スイッチＳＷＰをオフにしてから、次段の画素ＰＸの画素スイッチＳＷＰがオンとなってオフになるまでの全ての期間にわたって、走査線駆動回路１４から継続して印加される。

第２のオフ電圧ＶＧＬ２は、次段の画素ＰＸの画素スイッチＳＷＰがオンしてからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで自段の画素ＰＸの画素スイッチＳＷＰが再びオンになるまでの間を継続して走査線駆動回路１４から印加される。

自段の走査線（例えば、図１において走査線ＧＬ２とする）の電位に関して、オン電圧ＶＧＨから第１のオフ電圧ＶＧＬ１に変化して画素スイッチＳＷＰがオフになるタイミングで、前段の走査線ＧＬ１の電位が、第１のオフ電圧ＶＧＬ１から第２のオフ電圧ＶＧＬ２に切り替わる。その際の容量結合でコモン電極ＣＯＭの電位を押し戻してから自段の画素電位が確定し、その時点で画素電位とコモン電極ＣＯＭの電位との間の相対電位も確定する。そのため、画素電位に関して、行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗに属する画素電位（図１では実線で表示）と、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎに属する画素電位（図１では点線で表示）とは、ほぼ等しい。したがって、画素電位は、画素スイッチＳＷＰがオフになった後のコモン電極ＣＯＭの電位の変化の影響を受けない。

（３）効果
本実施形態によれば、補償動作において前段の画素スイッチＳＷＰはオフのままであるから、次段の映像信号が前段に干渉することはない。

また、本実施形態によれば、列コモン電極ＣＯＭ＿Ｃｏｌｕｍｎ、行コモン電極ＣＯＭ＿Ｒｏｗのそれぞれの領域で走査線ＧＬとコモン電極ＣＯＭ間の寄生容量Ｃｇｃｏｍに応じた重み付けで補償動作がなされる。そのため、寄生容量Ｃｇｃｏｍが異なる領域であっても、面内で均一な補正が得られ、良好な画質の液晶表示装置１０を実現できる。

また、本実施形態によれば、走査線駆動回路１４を簡素な構成で実施でき、表示ムラを回避した良好な品位の液晶表示装置１０を安価に実現できる。

したがって、本実施形態によれば、表示ムラの発生を回避し、表示品位が良好となる。

（４）変更例
上記実施形態のＦＦＳ方式の液晶表示装置１０に代えて、ＩＰＳ方式の液晶表示装置１０でもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・液晶表示装置、１２・・・アレイ基板、１４・・・走査線駆動回路、１６・・・信号線駆動回路、ＬＱ・・・液晶層、ＰＸ・・・画素、ＰＥ・・・画素電極、ＧＬ・・・走査線、ＳＬ・・・信号線、ＳＷＰ・・・画素スイッチ、ＣＯＭ・・・コモン電極

Claims (4)

1. 基板上にマトリクス状に配置された画素と、
   前記各画素にそれぞれ配置された画素電極と、
   前記画素が配列される行に沿って延びる走査線と、
   前記画素が配列される列に沿って延びる信号線と、
   前記走査線にゲート信号を順次供給する走査線駆動回路と、
   前記信号線に映像信号を供給する信号線駆動回路と、
   前記走査線と前記信号線との交差部近傍に配置され、前記走査線に供給されたゲート信号により前記信号線と前記画素電極との接続を切り替える画素スイッチと、
   前記行方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して少なくとも配線された複数のコモン電極と、
   を有する液晶表示装置であって、
   前記走査線駆動回路は、
   （１）前記走査線に供給するゲート信号の電位が、前記画素スイッチをオン状態にするオン電圧と、オフ状態にする際の第１のオフ電圧と第２のオフ電圧からなり、前記第２のオフ電圧は前記オン電圧と前記第１のオフ電圧の間の電圧であり、
   （２）自段の前記画素の前記画素スイッチをオフしてから、次段の前記画素の前記画素スイッチがオンされている全ての期間にわたり前記第１のオフ電圧を、前記自段の前記走査線に継続して印加し、
   （３）前記次段の前記画素スイッチがオンからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで前記自段の前記画素の前記画素スイッチが再びオンになるまでの間、前記第２のオフ電圧を、継続して前記第２のオフ電圧を印加する、
   液晶表示装置。
2. 前記列方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して配線された複数のコモン電極もさらに有する、
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 基板上にマトリクス状に配置された画素と、
   前記各画素にそれぞれ配置された画素電極と、
   前記画素が配列される行に沿って延びる走査線と、
   前記画素が配列される列に沿って延びる信号線と、
   前記走査線にゲート信号を順次供給する走査線駆動回路と、
   前記信号線に映像信号を供給する信号線駆動回路と、
   前記走査線と前記信号線との交差部近傍に配置され、前記走査線に供給されたゲート信号により前記信号線と前記画素電極との接続を切り替える画素スイッチと、
   前記行方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して少なくとも配線された複数のコモン電極と、
   を有する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記走査線駆動回路は、
   （１）前記走査線に供給するゲート信号の電位が、前記画素スイッチをオン状態にするオン電圧と、オフ状態にする際の第１のオフ電圧と第２のオフ電圧からなり、前記第２のオフ電圧は前記オン電圧と前記第１のオフ電圧の間の電圧であり、
   （２）自段の前記画素の前記画素スイッチをオフしてから、次段の前記画素の前記画素スイッチがオンされている全ての期間にわたり前記第１のオフ電圧を、前記自段の前記走査線に継続して印加し、
   （３）前記次段の前記画素スイッチがオンからオフに切り替わるタイミングから、次フレームで前記自段の前記画素の前記画素スイッチが再びオンになるまでの間、前記第２のオフ電圧を、継続して前記第２のオフ電圧を印加する、
   液晶表示装置の駆動方法。
4. 前記列方向に並ぶ複数の前記画素電極と絶縁層を介して配線された複数のコモン電極もさらに有する、
   請求項３に記載の液晶表示装置の駆動方法。

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