JP2629360B2 - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

液晶表示装置の駆動方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、表示素子に薄膜トランジスタ(以下TFTと
略す)を設けたアクティブマトリックス型液晶表示装置
の駆動方法に関するものである。
従来の技術 液晶表示デバイスは低消費電力、ポータビリティの点
においてCRTにかわる次世代ディスプレイとして大きく
期待されている。さらにOA化が進む中で表示画面の大面
積化、高精細度化が進んでいる。それに伴いコントラス
トの向上が必要となり、液晶を電極でサンドイッチした
だけの構造である単純マトリックス方式から各々の画素
にTFT等のスイッチング素子を付加したアクティブマト
リックス方式のものが商品化されている。この液晶表示
デバイスによりテレビ受像を行う場合についてのべる。
第4図(a)(b)を用いて従来のアクティブマトリ
ックス型液晶表示パネルの駆動方法について説明する。
第4図(a)において、テレビ信号はラインA1、A2
Anに加えられる。このラインには走査ラインB1、B2…Bn
との交点にあるTFT51のソース(あるいはドレイン)が
接続されている。さらに走査ラインB1、B2…BnにはTFT5
1のゲート電極が接続されている。TFT51のドレイン(ソ
ース)電極は液晶セルを通して対向電極Tに通じてい
る。走査ラインB1、B2…Bnを介して、第4図(b)に示
すように、駆動パルスΦ、Φ…Φが順次ゲート電
極に印加されてTFT51がオン状態となり、ソース電極を
通じてそれぞれの画素電極にテレビ信号が書き込まれ
る。この状態は次のフィールドで走査パルスがTFT51の
ゲート電極に印加されるまで保持される。このようにし
てテレビ画像の表示が行われる。
一般に液晶で表示を行う場合、液晶セルの信頼性確保
のために交流駆動を行なわねばならない。液晶セルにDC
電圧が印加された場合、液晶の電圧−透過率曲線が変化
するために、表示品位の劣化を起こす。これを避けるた
めに1フィールド毎に画素信号の極性を反転させること
が必要となる。
第5図は、1画素単位における液晶セルの等価回路で
ある。CLCは液晶の容量、CSはドレインでの電荷を保持
するための容量である。この蓄積容量により、液晶セル
に印加された電圧が次の書き込みまでの間保持するはた
らきがある。蓄積容量の一方の電極としては第5図に示
したように独立して設けられる他に、第6図のように、
前段のゲートバスラインとの間で作られる場合がある
(特開昭61−151516号公報、特開昭62−10619号公報、
特開昭62−134628号公報)。
一般にこれらの容量の他に液晶セルにはTFT51やバス
ラインのクロス部分での寄生容量が存在する。これらの
寄生容量としては第5図に示したようなゲートラインと
ソースラインとのクロス容量Cx、TFT51部でのゲートと
ソースのオーバーラップ容量Cgs、TFT51部でのゲートと
ドレインとのオーバーラップ部での容量Cgd、ソース、
ドレイン間の容量Csdなどである。
この中で特に影響の大きいものとしてはCgd等の影響
によりゲート電圧がオン状態からオフ状態に変化する場
合にドレインの電位も変化し正、負の状態で等しくなら
ないことが挙げられる。このままの状態で駆動を行なっ
た場合、先に述べたように液晶セルにDC電圧が印加され
てしまう。
この状態を第7図(a)(b)を用いて説明する。ゲ
ート電圧がオンの状態で画素電極はソースと同電位まで
充電される(第7図(a))。次にゲート電圧がオフに
なった時点で画素の電位は低下する(第7図(b))。
これは突き抜け電圧ΔVと呼ばれその大きさは、Vgを走
査信号とすると次式で表される。
これを避けるために従来は、液晶の対向電極の電位の
平均をこの電圧の変異分ΔVだけ変化させて液晶にDC成
分が印加されないようにしていた(特開昭62−25731号
公報)。
また液晶には誘電率異方性が存在しこれにより表示装
置内に発生するDC電圧成分は上述の方法では防ぐことが
できない。この対策としては画像信号を奇、偶フェーズ
に於て極性反転基準電圧に対する振幅を変えてやる(特
開昭62−11829号公報)などがある。
発明が解決しようとする課題 前述のごとく対向電極の電位を調整することによって
画素電極と対向電極間にかかるDC成分は除くことが可能
であるが、ソース電極と画素電極間には常にDC成分がか
かることになる。
従ってソース、ドレイン間に存在する液晶がこのDC電
圧により影響を受け表示品位が劣化する問題が生じる。
たとえば静止画を長時間表示させた場合、パターンが画
面に焼き付いてしまう等の問題があった。
課題を解決するための手段 上記の問題の解決法として、蓄積容量が前段のゲート
電極の一部で形成されるTFTの走査電極にTFTをオンする
為の走査信号以外に変調信号を印加し、この変調信号
は、偶数番目と奇数番目の走査電極で、走査信号のオフ
時に対する電圧の極性を変化させ、かつ画素電極・対向
電極と画像信号配線・対向電極との相互の平均の電圧を
等しくするように振幅を設定する、さらに奇フィール
ド、偶フィールドで前記変調信号の極性を逆転させるこ
とを特徴とするものである。
作用 上記構成により、画像信号を伝えるソース電極、画素
電極、対向電極の電圧の平均を等しくすることが可能と
なり、液晶パネル内部でのいずれの部分においてもDC電
圧が時間平均として印加されることがないために、前述
の表示品質の劣化やパターンの焼付けがない高信頼性、
高画質の液晶表示パネルを得ることができるものであ
る。
以下にこの駆動方法の理論的な背景を、第1図(a)
〜(f)を用いて説明する。
第1図(a)に(N−1)番目の走査信号配線に与え
られる信号を、第1図(b)にN番目のゲートに与えら
れる信号をそれぞれ示す。走査信号配線にはTFTをオン
するための走査信号電圧Vgの他に、次の水平走査期間
(1H)の間にVgeなる変調信号が印加されている。このV
geは偶数番目の走査電極と奇数番目の走査電極でVg=0
を中心として、それぞれの変調の方向およびその振幅が
図に示すように異なっている。Vg=0に対して正方向に
あるものをVge+、負方向にあるものをVge-とする。さら
に奇フィールド、偶フィールドでこの関係は逆転する。
対向電極に与えられる電圧は一定であり、その電位は
画像信号電圧の平均値と等しく取る(第1図(c))。
画像信号電圧の変化を第1図(d)に、画素電極での電
圧の変化を第1図(e)(f)に各々示す。
いまあるフィールドでのn番目の走査電極に接続され
ているTFTの画素電極での容量結合による電位変化ΔV
*は、次式で表される。
(Ct=Cs+Ct+CLC) 次のフィールドでのn番目の走査電極に接続されてい
るTFTの画素電極での容量結合による電位変化ΔV*
は、次式で表される。
従って奇フィールド、偶フィールドでのそれぞれの電
位変化をゼロにするためには1式および2式をそれぞれ
ゼロとおくことによって以下のように求められる。
とすればよい。
第1図(d)において画像信号としてVsig(h)及び
Vsig(l)が印加された場合の各々の画素電極の変化を
同図(e)(f)にそれぞれ示している。Vge-及びVge+
の値を式3、4に合わすことにより、寄生容量による画
素電位の変化をゼロとすることができる。同図(e)
(f)においてVa(奇フィールド)、Va′(偶フィール
ド)とも画像信号電圧は変化を受けないことが分かる。
更に式3、4はともにCLCを含まない。これは上述のVge
+、Vge -の設定は液晶容量に無関係に設定され、以後液
晶による誘電率異方性の影響は消失する。
実 施 例 実施例1 上述の計算式により求めた駆動電圧で液晶パネルを駆
動した。この装置に用いた上記の容量、電圧パラメータ
の概略値を掲げる。
Cs=0.63pF、Cgd=0.06pF CLC=0.2pF、Vg=20V 上記パラメータを考慮した場合3式および4式よりVg
e-およびVge+はそれぞれ Vge-=−1.9V、Vge+=1.9V となる。
本実施例では信号電圧の振幅Vsigppを6V程度で、黒か
ら白までの表示を行うことが可能であった。さらに対向
電極と画像信号電極との間でDC電圧差をゼロにしている
状態で、1000時間以上の60℃での動作信頼性試験におい
てもその表示特性に変化はみられなかった。また数時間
以上静止画を表示させたのち、パターンを変化させても
先の静止画パターンが残るいわゆる画像の焼付け現象も
観察されなかった。
実施例2 実施例1では画像信号の極性が1フィールドでのあい
だで変化しなかったが、実施例2では走査ライン1本毎
に画像信号の極性を変化させた。本実施例において第2
図(a)に(N−1)番目の走査信号配線に与えられる
信号を、同図(b)にN番目のゲートに与えられる信号
を示す。対向電圧を同図(c)に、画像信号電極の電圧
変化を同図(d)に、ドレインA点での電圧の変化を同
図(e)(f)にそれぞれ示す。Vge-、Vge+の設定はす
べて実施例1と同様である。
本実施例により、実施例1では防ぐことのできない、
パネルの上部と下部でTFTのオフ時での抵抗の差あるい
はソース、ドレイン間の容量を介して次のフィールドで
の逆極性の電圧が絵素電極に飛び込むことに起因する画
面上部と下部で輝度の傾斜、いわゆるシェーディング現
象を解消することができる。
本実施例では実施例1に比較して、画像信号を1Hの期
間で反転させるために表示装置全体としての駆動電力は
増加するが、実施例1での高信頼性、焼付け効果のない
表示に加えて画面上部と下部とで輝度の傾斜がない優れ
た表示性能が得られた。
実施例3 実施例3は実施例2をさらに改良した駆動方法であ
る。実施例2では画像を白から黒まで表示させるのに必
要な信号振幅はVsigppである場合に、実施例3では走査
電極にVge-、Vge+のほかにVeなる振幅を持ち、Vg=0を
中心としてその変調の方向が1Hの間隔で反転した信号が
付加されており、さらに対向電極も振幅がVeと等しく1H
の間隔でVeと同じ位相で反転している信号Vtを加えるも
のである。
このような駆動方法を用いると画像を黒から白まで表
示させるのに必要な振幅は前述のVsigppからVsigpp−Ve
/2まで減少させることができる。画像信号の振幅を減少
させることはVeおよびVtを印加しても相補型MOSICで構
成した駆動系全体としては省電力化に結び付く。
第3図(a)に(N−1)番目の走査信号配線に与え
られる信号を、同図(b)にN番目のゲートに与えられ
る信号をそれぞれ示す。対向電極の電圧の変化を同図
(c)に、画像信号電極の電圧変化を同図(d)画素電
極での電圧の変化を同図(e)(f)にそれぞれ示す。
本実施例の場合、各フィールドにおけるn番目の走査
電極に接続されているTFTの画素電極での容量結合によ
る電位変化ΔV*は、次式で表される。
(Ct=Cs+Ct+CLC) 次のフィールドでのn番目の走査電極に接続されてい
るTFTの画素電極での容量結合による電位変化ΔV*
は、次式で表される。
従って奇フィールド、偶フィールドでのそれぞれの電
位変化をゼロにするためには5式および6式をそれぞれ
ゼロとおくことによって以下のように求められる。
本実施例に用いた上記の容量、電圧パラメータの概略
値を掲げる。
Cs=0.63pF、Cgd=0.06pF CLC=0.2pF、Vg=20V、Ve=3V 実施例1と同様のパラメータを考慮した場合、7式お
よび8式より求められるVge-およびVge+はそれぞれ Vge-=5.19、Vge+=1.39V となる。
本実施例において画像を黒から白まで表示するのに必
要な信号の振幅はほぼ3V程度となった。
本実施例によれば、実施例2による効果に加えて信号
駆動回路の出力信号電圧を大幅に減少させた為にアナロ
グ信号を取り扱う同駆動回路の消費電力を減少させるこ
とができる。さらにカラー表示に使用する場合にはクロ
マICの出力振幅をも減少させ表示装置全体としての駆動
電力の削減が可能である。
発明の効果 本発明により画質の改善、信頼性の向上を達成できそ
の技術的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は本発明の実施例1での各電極の
電位変化を表した波形図、第2図(a)〜(f)は本発
明の実施例2での各電極の電位変化を表した波形図、第
3図(a)〜(f)は本発明の実施例3での各電極の電
位変化を表した波形図、第4図は液晶パネルの従来駆動
方法での駆動原理説明図、第5図および第6図は液晶パ
ネル1画素当りでの等価回路を示し、第5図は蓄積容量
の一方の電極が独立して設けられた場合の回路図、第6
図は同電極が前段のゲートバスラインとの間で作られた
場合の回路図、第7図(a)及び(b)は従来駆動方法
での各電極の電位変化を表した波形図である。 Vg……走査信号、Vge……変調信号、Vsig……画像信
号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−157815(JP,A) 特開 平2−913(JP,A) 特開 昭64−91185(JP,A) 特開 昭60−39620(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画素電極には画像信号配線と走査信号配線
    に電気的に接続された薄膜トランジスタが接続され、電
    荷保持用電極が前段の走査電極の一部からなり、前記画
    素電極と対向電極の間に挟まれた液晶により表示を行な
    う装置において、前記薄膜トランジスタの走査電極に、
    この薄膜トランジスタをオンする為の走査信号以外に変
    調信号を印加するものであり、前記変調信号は、偶数番
    目と奇数番目の走査電極で、前記走査信号のオフ時に対
    する電圧の極性を変化させ、かつ前記画素電極・前記対
    向電極と前記画像信号配線・前記対向電極との相互の平
    均の電圧を等しくするように振幅を設定することを特徴
    とする液晶表示装置の駆動方法。
  2. 【請求項2】画像信号配線に与えられる画像信号が走査
    線1本ごとに極性が反転していることを特徴とする請求
    項1記載の液晶表示装置の駆動方法。
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