JP3213072B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3213072B2
JP3213072B2 JP25676592A JP25676592A JP3213072B2 JP 3213072 B2 JP3213072 B2 JP 3213072B2 JP 25676592 A JP25676592 A JP 25676592A JP 25676592 A JP25676592 A JP 25676592A JP 3213072 B2 JP3213072 B2 JP 3213072B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
特に薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチング素子と
して用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は、薄型、低消費電
力等の特徴を活かして、テレビあるいはグラフィックデ
ィスプレイなどの表示素子として盛んに利用されてい
る。
【0003】中でも、薄膜トランジスタ(Thin Film Tr
ansistor;以下、TFTと略称)をスイッチング素子と
して用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置は、
高速応答性に優れ、高画素数化に適しており、ディスプ
レイ画面の高画質化、大型化、カラー画像化を実現する
ものとして期待され、研究開発が進められ、既に実用に
供されているものもある。
【0004】このアクティブマトリックス型液晶表示装
置の表示素子部分は、一般的にTFTのようなスイッチ
ング用アクティブ素子とこれに接続された画素電極が配
設されたアクティブ素子アレイ基板と、これに対向して
配置される対向電極が形成された対向基板と、これら基
板間に挟持される液晶組成物と、さらに各基板の外表面
側に貼設される偏光板とからその主要部分が構成されて
いる。
【0005】図6は従来のアクティブマトリックス型液
晶表示装置の 1画素部分の一例を等価回路で示す図であ
る。
【0006】信号線601と走査線603との交差部分
ごとにn型のTFTスイッチング素子605が配設され
ており、そのドレイン電極(D)607が信号線601
に、ゲート電極(G)609が走査線603に、ソース
電極(S)611が画素電極613にそれぞれ接続され
ている。
【0007】そしてこの画素電極613と、直流電圧発
生回路615に接続された対向電極617との間に液晶
組成物619が挟持されている。また対向電極617と
同様に直流電圧発生回路615に接続された補助容量線
621と画素電極613との間で絶縁膜等を介在させて
補助容量(Cs )623が構成されている。
【0008】図7は、図6に示すような構成の従来のア
クティブマトリックス型液晶表示装置の 1画素の各駆動
波形を示す図であり、この図7に基づいて従来のアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置の動作について説明す
る。
【0009】図7(a)に示すように、走査パルス(V
Y )が走査線603を介してTFTスイッチング素子6
05のゲート電極(G)609に、また液晶組成物61
9の劣化を避けるために 1フレーム期間(TF )ごとに
基準電位(VT1)を中心として極性反転する映像信号電
圧(VX )が信号線601に印加される。
【0010】TFTスイッチング素子605のゲート電
極(G)609に走査パルス(VY)が印加されている
期間に、映像信号電圧(VX )が画素電極613に書き
込まれ、画素電極613には図7(b)に示す画素電極
電位(Vs )が保持される。
【0011】これにより、1フレーム期間(TF )、画
素電極電位(Vs )と対向電極電位(Vc )との電位差
が液晶組成物619を主要部とする液晶容量(CLC)に
液晶印加電圧として保持され、液晶組成物619が励起
されて表示が行なわれる。
【0012】また対向電極電位(Vc )と同電位に設定
された補助容量線電位と画素電極電位(Vs )との電位
差が補助容量(Cs )623に保持され、液晶容量(C
LC)に保持された電位差の時間的な低下を補うことで 1
フレーム期間(TF )表示を維持する。ここでは説明の
簡潔化のためにVc は前記の基準電位VT1と同電位に設
定されているものとした。
【0013】しかしながら、TFTスイッチング素子6
05には、寄生容量(CGS)が存在している。このTF
Tスイッチング素子605の寄生容量(CGS)に起因し
て、走査パルス(VY )の立ち下がりの際に、液晶印加
電圧が変動して液晶印加電圧には図7(b)に示すよう
なレベルシフト(ΔV1 )が生じる。また、TFTスイ
ッチング素子605には、寄生容量(CGS)、(CDS)
が存在するため、映像信号電圧(VX )が基準電位(V
T1)を中心として極性反転する際に、液晶印加電圧が変
動して液晶印加電圧には図7(b)に示すようなレベル
シフト(ΔV2)が生じる。
【0014】このように、従来の液晶表示装置において
は、TFTスイッチング素子605の寄生容量(CG
S)、(CDS)に起因して、液晶印加電圧にレベルシフ
ト(ΔV1 )、(ΔV2 )が生じるため、液晶組成物6
19に印加される液晶印加電圧が変動して表示画像にフ
リッカや輝度むらが発生するという問題があった。
【0015】このうち、レベルシフト(ΔV1 )につい
ては、例えば液晶表示装置の対向電極617にバイアス
電圧を印加することで、レベルシフト(ΔV1 )を補償
して、表示画像のフリッカを抑えるという方法が既に知
られている。
【0016】一方、レベルシフト(ΔV2 )の電圧ΔV
2 [V]は、映像信号電圧(VX )の振幅をdVX
[V]、補助容量(Cs )623の容量値をCs
[F]、液晶容量(CLC)をCLC[F]、TFTスイッ
チング素子605の寄生容量(CGS)、(CDS)をCGS
[F],CDS[F]とすると、次の式で示すことができ
る。
【0017】 ΔV2 =CDS・dVX /(CGS+CDS+CLC+Cs ) この式によれば、レベルシフト(ΔV2 )の電圧ΔV2
[V]を 0にして表示画像のフリッカや輝度むらを解消
するためには、寄生容量(CDS)そのものを消失させる
か、あるいは映像信号電圧(VX )の振幅(dVX )を
0にしなければならないことが導かれる。
【0018】しかしながら、そのTFT素子の寄生容量
(CGS)、(CDS)そのものを消失させることは実際に
は不可能である。
【0019】また画像表示を行なうために刻々と変化す
る映像信号電圧(VX )の振幅(dVX )を、常に 0に
するということはできないことも明らかである。
【0020】このように、従来の液晶表示装置において
は、TFTスイッチング素子605の寄生容量(CDS)
に起因するレベルシフト(ΔV2 )により、表示画像に
フリッカや輝度むらが発生するという問題があった。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するために成されたもので、その目的は、T
FTスイッチング素子の寄生容量に起因して生じる液晶
印加電圧のレベルシフト(ΔV2 )により発生する表示
画像のフリッカや輝度むらを解消して、安定した高品位
な画像表示を実現する液晶表示装置を提供することにあ
る。
【0022】
【課題を解決するための手段】 上記の問題を解決する
ために、本発明の液晶表示装置は、走査パルスが印加さ
れる複数本の走査線と、前記走査線に交差して配置さ
れ、第1の基準電位を中心として所定周期で極性反転す
る映像信号電圧が印加される複数本の信号線と、前記走
査線および前記信号線の各交差部ごとに配置された画素
電極と、前記画素電極と前記走査線と前記信号線とに接
続されたトランジスタスイッチング素子と、前記画素電
極との間で補助容量を形成する複数本の補助容量線と、
前記画素電極に対向配置され直流電圧を印加される対向
電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に挟持され
た液晶組成物と、前記映像信号電圧の極性反転と同一の
タイミングで第2の基準電位を中心として極性反転し、
かつ前記トランジスタスイッチング素子のドレイン・ソ
ース電極間およびゲート・ソース電極間の寄生容量に起
因する液晶印加電圧の変動分を補償する振幅を有する補
助電圧を前記補助容量線に印加する補助電圧発生手段を
具備することを特徴としている。
【0023】
【0024】なお、前記の補助電圧(VH )[V]の振
幅(dVH )としては、映像信号電圧(VX )の振幅が
dVX [V]、補助容量(Cs )がCs [F]、寄生容
量がCDS[F]であるとき、最も好ましくは|−CDS・
dVX /Cs |、あるいは|−CDS・dVX /Cs |±
|−CDS・dVX /Cs |/ 5以上に設定すれば実用上
十分な効果が得られるが、最大範囲として|−CDS・d
VX /Cs |×10、好ましくは|−CDS・dVX /Cs
|× 4以下に設定することにより、映像信号電圧(VX
)のレベルシフト(ΔV2 )を補償して表示画像のフ
リッカや輝度むらを解消し安定した高品位な画像表示を
実現することができる。
【0025】
【作用】アクティブマトリックス型の液晶表示装置にお
けるTFTスイッチング素子には寄生容量(CGS)、
(CDS)が存在しているので、映像信号電圧(VX )が
基準電位を中心として極性反転する際にTFT素子の寄
生容量により液晶印加電圧が変動して液晶印加電圧にレ
ベルシフト(ΔV2 )が生じようとする。
【0026】そこで、本発明では、そのようなレベルシ
フト(ΔV2 )を、補助容量線を積極的に駆動すること
により解消する。
【0027】即ち、本発明の液晶表示装置においては、
映像信号電圧(VX )と同期して第2の基準電位を中心
として極性反転する補助電圧(VH )を補助容量線に印
加することにより、前記の液晶印加電圧のレベルシフト
(ΔV2 )を低減させ、さらに解消させることができ
る。
【0028】なお、補助電圧(VH )の振幅(dVH )
としては、最も好ましくは|−CDS・dVX /Cs |に
調整することにより、レベルシフト(ΔV2 )を過不足
なく効果的に補償し、表示画像のフリッカや輝度むらを
解消して、安定した高品位な画像表示を実現することが
できる。
【0029】上述した補助電圧(VH )の振幅(dVH
)を示す式からも分かるように、補助容量(Cs )を
大きく設定することにより振幅(dVH )を小さく抑え
ることができ、そのような補助電圧を発生させる回路の
構成は簡易化されたものとすることができる。したがっ
て、補助容量(Cs )を大きく設定するように構成する
こと、例えば補助容量線をITO(酸化インジウム・
錫)等の透明電極で構成し開口率を低下させることなく
画素電極との重複面積を大きくして、補助容量(Cs )
を面積的に大きくとりその容量値を大きくする、または
補助容量線と画素電極との間に介挿する絶縁膜の材質を
誘電率の高い適切な誘電体に変更してその容量値を大き
くする、あるいは補助容量線と画素電極と間の絶縁膜の
膜厚を薄くしてその容量値を大きくすることなどが有効
である。
【0030】
【実施例】以下、本発明に係る液晶表示装置の一実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。
【0031】図1は本発明に係るアクティブマトリック
ス液晶表示装置の概略構成を示す図、図2はそれに用い
られる液晶表示素子の断面構造を示す図である。
【0032】このアクティブマトリックス型液晶表示装
置は、液晶表示素子101と、走査線駆動回路103
と、信号線駆動回路105と、対向電極駆動回路107
と、補助電圧発生回路109とからその主要部が構成さ
れている。
【0033】液晶表示素子101は、アクティブ素子基
板111と対向基板113との間に液晶組成物115を
挟持し、アクティブ素子基板111および対向基板11
3のそれぞれに偏光板117、119が貼設されてい
る。
【0034】アクティブ素子基板111は、ガラス基板
を用いた透明絶縁基板121上にm本の信号線123と
n本の走査線125とが図1に示すようにマトリックス
状に配置され、その各交差部分にスイッチング素子とし
てTFT素子127が配設されている。透明絶縁基板1
21としては、ガラス基板の他にもプラスチックフィル
ムなどが用いられる。
【0035】このTFT素子127は、走査線125と
一体に形成されたゲート電極129上を覆うように絶縁
膜131が配置され、その上にn型のアモルファスシリ
コン(a−Si)からなる活性層133が配置され、信
号線123と一体に形成されたドレイン電極135およ
びITOからなる画素電極137に接続されたソース電
極139がそれぞれ活性層133にオーミックコンタク
ト層(図示省略)を介して接続されている。このTFT
素子127では、製造途中に活性層133が損傷を受け
ることを防止するために、いわゆるエッチングストッパ
としてチャネル保護膜141が活性層133上に配置さ
れた構成を採用している。
【0036】そしてさらに透明絶縁基板121上には、
走査線125と同一工程で形成され、平面的配置が走査
線125と略平行で、かつ層構造的には画素電極137
に絶縁膜131を介して対向するように形成されたMo-T
a 合金からなる補助容量線143が配置されている。こ
の補助容量線143と画素電極137との間で絶縁膜1
31をその誘電体として用いた補助容量(Cs )145
が形成される。
【0037】このようなアクティブ素子基板111の上
面を覆うように配向膜147が配置されてアクティブ素
子基板111が構成されている。
【0038】対向基板113は、ガラス基板からなる透
明絶縁基板149上に、前述の画素電極137に対向す
る対向電極151および配向膜153が配置されてお
り、前述のアクティブ素子基板111に対して所定の間
隔で平行に組み合わされる。この対向電極151は直流
電圧(Vc )を発生する対向電極駆動回路107に接続
されている。
【0039】液晶組成物115は、アクティブ素子基板
111と対向基板113との間に挟持され、周囲に封止
材(図示省略)が設けられて封止されている。そしてこ
れらのアクティブ素子基板111、対向基板113基板
の外向側の面には、それぞれ偏光板117、119が貼
設されている。
【0040】このような液晶表示素子101は、その信
号線123が信号線駆動回路105に、走査線125が
走査線駆動回路103に接続され、また各補助容量線1
43は共通に接続されて補助電圧発生回路109に接続
されており、対向電極151は対向電極駆動回路107
に接続されている。
【0041】信号線駆動回路105は、シフトレジスタ
回路とラッチ回路とからその主要部が構成され、図4
(b)に示すように、その極性が第1の基準電位(VT
1)を中心にして 1フレーム期間(TF )ごとに反転す
る映像信号電圧(VX )を発生し信号線123に送出す
る。
【0042】走査線駆動回路103は、シフトレジスタ
回路とラッチ回路とからその主要部が構成され、各走査
線125を線順次に選択する図4(a)に示すような走
査パルス(VY )を発生し走査線125に送出する。
【0043】補助電圧発生回路109は、図5に示すよ
うに、対向電極駆動回路107から送出される直流の対
向電極電圧(Vc )に、直流電圧発生回路501から送
出される電圧(Vd )を加算して出力する加算回路50
3と、対向電極駆動回路107から送出される直流電圧
(Vc )から、直流電圧発生回路501から送出される
電圧(Vd )を減算して出力する減算回路505とを有
し、さらに加算回路503からの出力と減算回路505
からの出力とをフレーム信号(SF )に基づいて 1フレ
ーム期間(TF )ごとに選択するスイッチ回路507と
から、その主要部が構成されている。このように補助電
圧発生回路109の内部で直流の対向電極電圧(Vc )
に対して上記の電圧(Vd )の加算および減算された出
力を交互に選択することにより、補助電圧(VH )を振
幅(dVH )で振らせて、補助容量線143に印加す
る。
【0044】このような構成の本実施例のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置の動作を、図3および図4に
基づいて説明する。
【0045】図3はこのアクティブマトリックス型液晶
表示装置の 1画素部分の等価回路を示す図である。例え
ば信号線123と走査線125との交差部の表示画素
(Xi、Yj )一画素を中心に説明すると、図4(d)
に示すように、映像信号電圧(VXi)がドレイン電極1
35に印加され、走査パルス(VYj)がゲート電極12
9に印加されると、ドレイン電極135とソース電極1
39との間にドレイン・ソース電流(IDS)が流れ、ソ
ース電極139に接続された画素電極137に映像信号
電圧(VXi)が書き込まれ、画素電極137には図4
(e)に示すような画素電極電位(Vs )が保持され
る。これにより 1フレーム期間(TF )にわたって画素
電極電位(Vs )と対向電極電位(Vc )との間の電位
差が液晶容量(CLC)155に保持され、液晶組成物1
15が励起されて表示が行なわれる。この画素電極電位
(Vs )と補助容量線電位(VH )との電位差が補助容
量(Cs)145に保持され、液晶容量(CLC)155
に保持された電位差の時間的な低下を補って、 1フレー
ム期間(TF )の期間中、表示を維持する。
【0046】ところで、図3に示すようにn型のTFT
素子127のゲート電極129とソース電極139との
間に寄生容量(CGS)が、またそのドレイン電極135
とソース電極139との間には寄生容量(CDS)が、T
FT素子127の構造上および画素電極137と信号線
123との配置構成上、不可避的に存在している。この
ため、TFT素子127がオフ状態(高抵抗状態)とな
っても、一旦液晶容量(CLC)155や補助容量(Cs
)145に保持された電位差が寄生容量を介した信号
線の電位変化により変動してしまうので、これに起因し
て画素電極137の電位が変動してレベルシフト(ΔV
2 )が発生しようとする。
【0047】そこで、本発明の液晶表示装置において
は、レベルシフト(ΔV2 )に対応する補助電圧(VH
)を補助容量線143に印加することで、寄生容量
(CDS)によって変動した液晶容量(CLC)155や補
助容量(Cs )145の電位差を補償して、レベルシフ
ト(ΔV2 )を解消することができる。
【0048】このようなレベルシフト(ΔV2 )を解消
する補助電圧(VH )について、さらに詳細に説明す
る。
【0049】補助電圧(VH )の振幅をdVH [V]、
映像信号電圧(VX )の振幅をdVX [V]、補助容量
(Cs )145の容量をCs [F]、液晶容量(CLC)
155の容量をCLC[F]、寄生容量(CGS)、(CD
S)の値を各々CGS[F]、CDS[F]とすると、レベ
ルシフト(ΔV2 )の電圧ΔV2 [V]は以下の式で示
される。即ち、 ΔV2 =(CDS・dVX +Cs ・dVH )/(CGS+C
DS+CLC+Cs ) 本発明によれば、対向電極電圧(Vc )と同期して第2
の基準電位(VT2)を中心として極性反転し、そのとき
の極性が対向電極電圧(Vc )の極性に対して同極性と
なり、振幅(dVH )が|−CDS・dVX /Cs |であ
る補助電圧(VH )を、補助容量(Cs )145の補助
容量線143に印加することにより、上述の式に示すレ
ベルシフト(ΔV2 )を解消して、フリッカや輝度むら
の発生を抑えて高品位な表示画像を得ることができる。
【0050】また、本実施例では、TFT素子127の
寄生容量(CGS)に起因して液晶印加電圧に発生するレ
ベルシフト(ΔV1 )については、対向電極151にレ
ベルシフト(ΔV1 )を補償するようなバイアス電圧を
印加して図4(d)に示すように対向電極電位(Vc )
が映像信号電圧(VX )の基準電位(VT1)に対してず
れるようにして、このレベルシフト(ΔV1 )を解消し
ている。
【0051】なお、上述の実施例では、補助電圧(VH
)の振幅(dVH )を、レベルシフト(ΔV2 )を過
不足なく解消できる値、即ち|−CDS・dVX /Cs |
に設定したが、この振幅(dVH )としては、|−CDS
・dVX /Cs |±|−CDS・dVX /Cs |/ 5以上
に設定すれば実用上十分な効果が得られるが、その最大
範囲としては|(−CDS・dVX /Cs )|×10、好ま
しくは|−CDS・dVX/Cs |× 4以下であれば視認
上十分な効果が得られるので、必ずしも振幅(dVH )
を|−CDS・dVX /Cs |に一致させることだけには
限定しない。
【0052】また、上述したように補助容量線143に
所定の補助電圧(VH )を印加することより、信号線1
23に印加される映像信号電圧(VX )の変動に伴なう
対向電極151の電位の変動も低減させることができ、
高品位な表示画像を得ることが可能となる。このような
対向電極151の電位変動を考慮するのであれば、補助
電圧(VH )の振幅(dVH )は上記の範囲内で大きく
設定することが好ましく、振幅(dVH )を|−CDS・
dVX /Cs |以上にするとよい。
【0053】また、本実施例では、映像信号電圧(VX
)が 1フレーム期間(TF )ごとに基準電位を中心と
して反転する場合を例示したが、 1走査線ごと、あるい
は複数の走査線ごとに映像信号電圧(VX )を反転する
場合にも、レベルシフト(ΔV2 )を補償するような補
助電圧(VH )を補助容量線143に印加することによ
り同様の効果を得ることができる。
【0054】また、この実施例では第2の基準電圧(V
T2)と対向電極電位(Vc )とが等しくなるようにした
が、補助電圧発生回路109を構成する加算回路503
および減算回路505に供給する電圧を、対向電極駆動
回路107から送出される直流電圧(Vc )とは別に設
定することにより、第2の基準電圧(VT2)と対向電極
電位(Vc )とを異なるようにしてもよい。
【0055】また、上記の実施例においては第1の基準
電位(VT1)と第2の基準電圧(VT2)とは異なる電位
に設定されているが、これには限定しない。第1の基準
電位(VT1)と第2の基準電圧(VT2)とを同電位に設
定してもよい。ただしその場合には、オフセット電圧に
よるΔV1 の抑制効果はなくなるので、ΔV1 自体が画
像表示の実用上無視できる程度のものであるとして無視
するか、あるいはΔV1 を解消する別の手段を講じるこ
とが必要となる。
【0056】また、本実施例においては、映像信号電圧
(VX )が一種類の第1の基準電位(VT1)に対して極
性反転する場合について示したが、例えば多階調表示を
行なう場合のように映像信号電圧(VX )の基準電位が
複数種類設定されている場合にも本発明の技術を適用す
ることができる。
【0057】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、TFTの材質や構造などを種々に変更することがで
きることは言うまでもない。
【0058】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
液晶表示装置は、各画素部に配設されたスイッチング用
のTFT素子の寄生容量に起因して生じる液晶印加電圧
のレベルシフト(ΔV2 )を補償して、フリッカや輝度
むらを解消し安定した高品位な画像表示を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアクティブマトリックス型液晶表
示装置の一実施例の構成を示す図。
【図2】本発明に係るアクティブマトリックス型液晶表
示装置の一実施例の構成を示す図。
【図3】本発明に係るアクティブマトリックス型液晶表
示装置を等価回路で示す図。
【図4】本発明に係るアクティブマトリックス型液晶表
示装置の駆動波形を示す図。
【図5】本発明に係るアクティブマトリックス型液晶表
示装置の補助電圧発生回路の構成を示す図。
【図6】従来の液晶表示装置の構成を等価回路で示す
図。
【図7】従来の液晶表示装置の駆動波形を示す図。
【符号の説明】
101…液晶表示素子、103…走査線駆動回路、10
5…信号線駆動回路、107…対向電極駆動回路、10
9…補助電圧発生回路、123…信号線、125…走査
線、127…TFT素子、143…補助容量線、155
…液晶容量(CLC)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1368 G02F 1/133 550 G09G 3/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走査パルスが印加される複数本の走査線
    と、 前記走査線に交差して配置され、第1の基準電位を中心
    として所定周期で極性反転する映像信号電圧が印加され
    る複数本の信号線と、 前記走査線および前記信号線の各交差部ごとに配置され
    た画素電極と、 前記画素電極と前記走査線と前記信号線とに接続された
    トランジスタスイッチング素子と、 前記画素電極との間で補助容量を形成する複数本の補助
    容量線と、 前記画素電極に対向配置され直流電圧を印加される対向
    電極と、 前記画素電極と前記対向電極との間に挟持された液晶組
    成物と、 前記映像信号電圧の極性反転と同一のタイミングで第
    の基準電位を中心として極性反転し、かつ前記トランジ
    スタスイッチング素子のドレイン・ソース電極間および
    ゲート・ソース電極間の寄生容量に起因する液晶印加電
    圧の変動分を補償する振幅を有する補助電圧を前記補助
    容量線に印加する補助電圧発生手段を具備することを特
    徴とする液晶表示装置。
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