JP3229156B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
特に液晶表示パネルを駆動する駆動回路に関する。
素化)が進み、駆動周波数が高速化してきている。この
ような状況の中で、駆動用ICを低電圧化して高速信号
に対応させることを目的として、コモン電極を画像の極
性と反対に振るコモン反転駆動(特開昭55−2864
9号公報)や、電源電圧を画像の極性に同期してシフト
する電源レベルシフト駆動(特願平4−48313号に
係る出願)が提案されている。
ンを水平駆動周波数(15から30マイクロ秒)で駆動
しなければなにないため、消費電力が増大する。また、
電源レベルシフト駆動は、大容量の電源容量を駆動しな
ければならないため、強力な駆動回路が新たに必要にな
る他、ドット反転など高速に電源を駆動しなければなら
ない駆動には適用が難しく、現在のところ信号線反転駆
動に限って行われている。この信号線反転駆動は、大画
面化したときにコモンの抵抗が増大するために生じる横
クロストークが発生しにくい特徴を持つが、TFT(Th
in Film Transistor:薄膜トランジスタ)のリークによ
る縦クロストークは発生し易いため、TFT特性に対す
る要求仕様が厳しくなる。
として、電源は一定にして駆動用IC内部にスイッチを
設けてフィールド毎に駆動する信号線を切り替える方法
(特開平3−51887号公報)が提案されている。し
かし、このような方法を用いても、信号線反転とライン
反転を組み合わせることで高画質化ができるドット反転
駆動を実現する場合、1ライン毎極性を反転しなければ
ならないために消費電力が増大する。
を下げる方法としてマルチフィールド駆動法(特願平2
−69705号に係る出願:以下、MF駆動法と称す
る)が提案されている。このMF駆動法の概念図を図7
に示す。
する。最初のTs/3期間(Tsは各TFTが画像信号
をサンプリングする周期)には、図7の(a)に示すよ
うに1、4、…、N、N+3、N+6、…ラインのゲー
ト線を駆動すると共に、奇数番目の信号線には正極性、
偶数番目の信号線には負極性の画像信号というように信
号線反転駆動を行う。次のTs/3期間には図7の
(b)に示すように2、5、…、N+1、N+4、N+
7、…ライン、次のTs/3期間には図7の(c)に示
すように3、6、…、N+2、N+5、N+8、…ライ
ンを駆動する。次のTf/3期間には駆動するラインは
元に戻って、図7の(d)に示すように1、4、…、
N、N+3、N+6、…ラインのゲート線を駆動する
が、(a)とは極性が逆の駆動を行うことで液晶の交流
駆動を実現している。その後は図7の(b)、(c)の
極性を逆にしただけなので説明は省略する。
成分がどの様になるかを解析する。まず、フリッカの発
生原因として次の3つが考えられる。 (1)オン電流不足 (2)TFTの突き抜け電圧 (3)TFTのオフ電流 このうちの(1)、(2)は液晶表示パネルのアレイ構
造や突き抜け補正駆動によって対応可能であるが、
(3)については、MF駆動が原理的にTFTの保持時
間を通常駆動よりも長くするものであることを考える
と、TFTの光リークなどを含めたオフ特性が完全でな
い限り、この特性が通常より大きくフリッカ特性に影響
を与えることが考えられる。従って(3)の要因を中心
に解析する。
示すように近似する。つまり、正極性で駆動している時
は保持特性が良いのでVP の変動、負極性で駆動してい
る時は保持特性が悪いのでVN (>VP )だけ1サンプ
ルホールドする期間(Ts)に電位変化を生じていると
する。このとき輝度i(t)は次式で与えられる。
変動に周波数軸上で掛け合わせる必要があるが、応答特
性は電位レベルに依存する複雑な特性であるので、ここ
では画素の電位変動のみを輝度変化として解析する。こ
れをフーリエ変換すると次式が得られる。
と、k=1として、次式が得られる。
図8の(b)に示すようなF1なるスペクトルを持って
いることになる。このフリッカ成分を除去するための方
法として次のようなものが挙げられる。
する (2)隣接している画素により補償する 通常、画像信号が高速化することから(1)の方法はあ
まり使われていない。ライン反転(コモン反転)や信号
線反転は(2)の方法において2画素で補償するもので
ある。この場合について詳しく説明する。まず、どの方
法でも隣接画素は逆極性の信号が入力されているので、
2画素の平均輝度ia (t)は次式で表わされる。
カ成分を完全に除去することができる。以上は補償画素
が2画素の場合であるが、補償画素をN画素まで広げた
とき、隣接するN画素の平均輝度ia (t)及びフーリ
エ変換Ia (ω)は次式で表わされる。
に取って、以下説明する。図9に上記式(6)から求め
られる3画素それぞれの透過率変化i(t)を実線、一
点鎖線、破線で示し、この時の全体の透過率変化ia
(t)として示した。また、周波数スペクトルを図10
に示す。
る画素の透過率変化i(t)が同じであれば元々2Ts
であったフリッカ成分を、3画素補償により2Ts/
3、つまり、Tsが50mSである場合(画面の書き換
え周波数20Hz)、その1/3周期である1/30秒
にすることができるため、フリッカとして視認され難く
くなる。さらにこれと、信号反転又はライン反転等を組
み合わせることにより、その倍の1/60秒周期とする
ことができ、フリッカが視認されなくなる。これは周波
数スペクトルでみれば、式(7)から明らかなように、
各画素のスペクトルの位相がそれぞれ120度ずれてい
るためにベクトル的に加算されてその成分がなくなるこ
とを意味している。この原理を利用すると、3、5、
7、…、2N+1、…画素、つまり奇数画素で補償する
ことも同様に可能であり、補償できる画素数が多い程、
駆動周波数を低くできるため、消費電力を低減できる。
いてフリッカの低減効果の実験を行った。今回は基礎実
験ということでN=1つまりサブフィールド数3で、 (1)通常駆動(60Hz) (2)さらに駆動周波数をさげた場合(20Hz) (3)MF駆動(N=1) について、透過率50%のグレイレベルを表示し、フォ
トディテクタで透過率の時間的変化を検出した。検出さ
れた時間はFFTアナライザで周波数成分ら変換され、
基本波である20、40、60Hz成分がどの程度ある
かを解析、評価した。通常駆動、20Hz駆動、MF駆
動(N=1)について、フリッカ成分の平均輝度に対す
る相対レベルを測定した結果を表1に示す。
成分として20、40、60、80Hz成分が予想通り
生じていること (2)MF駆動では予想通り20Hz成分が消え、3倍
の60Hz成分に変換されていること (3)60Hz成分についても、通常駆動とMF駆動は
同レベルであり、フリッカによる画質劣化は殆ど通常駆
動と同じであること 以上のように、MF駆動は面フリッカについては非常に
有効な手段であるが、画像信号の保持時間が大幅に長く
なるため、表1に示したように、1画素毎(通常は1ラ
イン毎)のフリッカ成分が大きくなる。その結果、フィ
ールド毎に生じる横縞が視認され、静止画の画質劣化を
引き起こすという問題がある。
液晶表示装置では、各画素に設けられたスイッチ素子の
オフ特性が不十分であるために、さらに光によってリー
ク電流が増加するために、クロストークやフリッカが増
大し、画質が劣化するという問題があった。
は、静止画を表示する場合に保持時間がさらに長くなる
ために、ラインフリッカが増大してライン障害となり、
画質が低下していた。
されたものであり、消費電力が少なく、フリッカの少な
い画像を再現できる液晶表示装置を提供することを目的
とする。
は、水平方向に沿って配置された複数のアドレス線と、
垂直方向に沿って配置された複数の信号線との各交差部
に画素がそれぞれ配置され、これらの各画素が液晶表示
素子、この液晶表示素子を選択するために所定のアドレ
ス線に接続されたスイッチ素子と、一端が対応する画素
内の上記液晶表示素子に接続され、他端が上記とは異な
るアドレス線に接続された電荷保持用のキャパシタとか
ら構成され、上記アドレス線の選択時信号に応じて上記
スイッチ素子がオンしている期間に上記信号線の画像信
号が上記液晶表示素子に書き込まれるアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置であって、前記スイッチ素子が
オフしている期間に時間的に同一方向に値が変化する補
正電圧を、補正信号を用いて前記異なるアドレス線に生
成し、この補正電圧を前記電荷保持用のキャパシタを介
して前記液晶表示素子に供給する補正手段を具備したこ
とを特徴とする。
原因となるスイッチ素子のリーク電流特性が同じでも、
電荷保持用のキャパシタを通じて画素に補正電圧を供給
することによりフリッカを低減することができるため、
画素における信号保持期間を長くする(駆動周波数を下
げる)ことによって低消費電力化する方法やリーク特性
の悪いデバイスを用いても、画質の劣化を抑えることが
できる。
置を実施例により説明する。図1はこの発明に係る液晶
表示装置をn:mマルチフィールド処理機能を有すもの
に実施したこの発明の第1の実施例による全体の構成を
示すブロック図である。
マトリックス型液晶表示パネル11、ゲート線ドライバ1
2、信号線ドライバ13及びn:mマルチフィールド処理
回路14とから構成されている。
は、低消費電力化可能な駆動法として知られている前記
のMF駆動において、1フレームをn個のサブフィール
ド群に分割し、m個のサブフィールド群について画像を
表示する機能をいう。
を示す回路図である。この液晶表示パネル11は、水平方
向に沿って配置された複数のゲート線(アドレス線)21
と垂直方向に沿って配置された複数の信号線22との各交
差部に画素23がそれぞれ配置され、これらの各画素23が
液晶セル24と、この液晶セル24を選択するためのTFT
(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)25と、各
液晶セル24と前ラインのゲート線との間に接続された電
圧保持用のキャパシタ26とから構成されたアクティブマ
トリックス型の液晶表示パネルである。
ネル11の複数のゲート線21を選択駆動するものであり、
また上記n:mマルチフィールド処理回路14は入力画像
信号をサブサンプリンクすることによって入力画像信号
をMF駆動用に信号変換する。さらに上記信号線ドライ
バ13は、n:mマルチフィールド処理回路14で変換され
た信号を上記液晶表示パネル11の複数の信号線22に選択
的に供給する。
の一部を液晶表示パネル11の一部と共に示す回路図であ
る。上記ゲート線ドライバ12にはシフトレジスタ31が設
けられていると共に、液晶表示パネル11内の各ゲート線
21に対応してドライバ回路32がそれぞれ設けられてい
る。
時に対応する各ゲート線21に信号を供給するためのもの
であり、それぞれ、一方入力端に上記シフトレジスタ31
の対応する出力(VCOFFi 、VCOFF(i+1) 、…)が供給
され他方入力端にイネーブル信号VOEが供給されたAN
Dゲート33と、このANDゲート33の出力を反転するイ
ンバータ34と、対応するゲート線21の選択時に供給すべ
き選択時信号VONが供給されるノードと対応するゲート
線21との間に接続され、上記ANDゲート33の出力で導
通制御されるスイッチ35と、コンデンサ36及びバッファ
37とから構成されたサンプルホールド回路38と、対応す
るゲート線21の非選択時に供給すべき補正信号VOFF が
供給されるノードと上記サンプルホールド回路38の入力
との間に接続され、上記シフトレジスタ31の対応する出
力(VCOFFi 、VCOFF(i+1) 、…)で導通制御されるス
イッチ39と、上記サンプルホールド回路38の出力と対応
するゲート線21との間に接続され、上記インバータ34の
出力(VCONi、VCON(i+1)、…)で導通制御されるスイ
ッチ40とから構成されている。
4の波形図を用いて説明する。なおこの図4では、3:
1マルチフィールド処理を行う場合の信号波形例が示さ
れている。すなわち、この場合には3個のサブフィール
ド毎に選択されるゲート線の位置が異なり、始めのサブ
フィールドでは1、4、7、10、…ラインのゲート線
が選択され、次のサブフィールドでは2、5、8、…ラ
インのゲート線が選択され、さらに次のサブフィールド
では3、6、9、…ラインのゲート線が選択される。従
って、3個のサブフィールドで全てのゲート線が選択さ
れることになる。
の対応するドライバ回路32により駆動される選択期間で
は、対応する信号線22の画像信号がTFT25を介して液
晶セル24に書き込まれる。例えば、シフトレジスタ31か
らの出力VCOFF(i+1) が“H”レベルでイネーブル信号
VOEが“H”レベルのとき、ANDゲート33の出力が
“H”レベルとなり、スイッチ35がオン状態になる。こ
のスイッチ35がオンすることにより、選択時信号VONが
対応するゲート線21(図3中のG(i+1) )に出力され、
このゲート線21に接続された1ライン分の画素23内の各
TFT25が導通する。そして、このとき、各信号線22に
供給される画像信号がこれら1ライン分の画素23の各T
FT25を介して各液晶セル24にVP として書き込まれ
る。そして、これら選択された1ラインの画素23が次に
選択されるのは2フィールド期間後であるため、各液晶
セル24に書き込まれた画像信号VP は、図4に示すよう
に画像信号を保持している期間にTFT25を介してリー
クする。
ンデンサ26を介して1ライン前のゲート線21から補正信
号を液晶セル24に与えることによって画像信号の補正を
行うようにしている。つまり、基本的にそのフィールド
で駆動するゲート線(この実施例では3ライン毎)は駆
動するが、駆動しないゲート線についてはそのゲート線
に、液晶セル24の保持電圧が正極性であれば正極性の、
負極性であれば負極性の補正信号を供給する。つまり、
液晶セル24の保持電圧が正極性であればリークは負極性
方向に生じ、負極性であればリークは正極性方向に生じ
るので、その逆方向に補正を行う。また、このリークは
通常、液晶表示パネルの画面位置に依存して変化するの
で、この実施例で用いるゲート線ドライバ12には、図4
の波形図のVOFF で示すように画面位置に応じて値が異
なる補正信号が供給される。つまり、画面が下側であれ
ばある程リークが大きくなるので、その分、補正電圧の
値が大きくなっている。
めに、ゲート信号G(i+1) が供給されるゲート線21に接
続された1ライン分の画素23に対して正極性の画像信号
の書き込みが行われたとする。そして、次の1フィール
ド期間内にシフトレジスタ31の出力VCOFFiが“H”レ
ベルになるとスイッチ39が導通し、補正信号VOFF がサ
ンプルホールド回路38に供給され、サンプリングされ
る。この場合、補正信号VOFF は図4に示されるよう
に、画面位置に従って値が変化するものにされている。
そして、図4で示したゲート線は画面最下部付近の場合
について示している。そして、この期間ではインバータ
34の出力である信号VCONiは“L”レベルのままなの
で、スイッチ40は閉じられたままであり、サンプルホー
ルド回路38で補正信号VOFF をサンプリングして生成さ
れた補正電圧が、ゲート信号Giが供給されるゲート線
21に出力される。そしてこの補正電圧は画素23内のキャ
パシタ26を介して液晶セル24に供給されるので、この画
素23における画像信号は図4に示すように一時的に上昇
(降下)し、再びリークによって低下(上昇)してい
く。さらに次の1フィールド期間内にシフトレジスタ31
の出力VCOFFiが再び“H”レベルになるとスイッチ39
が導通し、上記と同様に補正信号VOFF がサンプルホー
ルド回路38に供給され、サンプリングされる。この期間
でもインバータ34の出力である信号VCONiは“L”レベ
ルのままなので、スイッチ40は閉じられたままであり、
サンプルホールド回路38でサンプリングされた補正電圧
が、ゲート信号Giが供給されるゲート線21に出力さ
れ、キャパシタ26を介して液晶セル24に供給される。従
って、この画素23における画像信号は図4に示すように
再び一時的に上昇(降下)し、再びリークによって低下
(上昇)していく。従って各画素の輝度変化は、図4に
示すように各フィールド期間の最初では高く、そのフィ
ールド期間内で時間の経過に伴って低下していく。
しては一般にnチャネルのものが使用されるが、このn
チャネルのTFTがpチャネルのTFTで近似できると
すると、保持時の画素電圧Vsは、TFTのドレイン電
圧Vd、ゲート電圧Vg、しきい値電圧をVtとすると
次式で与えられる。
LCD とキャパシタ26の容量Csとの和であり、Voは液
晶セル24に記憶される画像信号の初期値であり、また、 P=exp{βαt/Ct) α=−2(Vd+Vt−Vg) β=(W/L)Cμ/2 (WはTFTのチャネル幅、Lはチャネル長、Cはゲー
ト容量、μはキャリアの移動度)である。
いと仮定すると、βαt/Ctはほぼ0となるので、P
はほぼ1−βαt/Ctとなる。また、このとき、 (Vo−Vd)(1−P)<<2(Vd+Vt−Vg) … (9) となるので、この関係を(8)式に代入すると次式が得
られる。
れる。 ΔV=(Vo−Vd)βαt/CtTs … (11) (Tsは保持期間) いま補正電圧をVcgとすると、 Vcg(Cs/Ct)=ΔV=(Vo−Vd)βαt/CtTs … (12) Vcg=(Vo−Vd)βαt/CsTs … (13) という関係が成立するような補正電圧を加えれば完全に
リークの補正を行うことができる。上記(13)式にお
いて電圧に依存しない部分をγとすると、上記(13)
式は次のように書き直すことができる。
のVOFF として加えれば、リーク電流を完全に補正する
ことができる。ここで、ゲート線21から1ラインの全て
の画素に同じ値の補正電圧を供給するために、1ライン
全ての画素23内のTFT24のリーク特性が一定でなけれ
ば、全てを完全に補正することはできない。しかし、リ
ークがグレイ表示で目立ち易く、高周波の多いパターン
では目立たないことを考えれば、この問題点は上記実施
例の液晶表示装置における画質向上効果にそれ程、影響
を与えない。
憶された画素信号VP は図4に示すように1フィールド
毎に変化する。その結果、輝度も同様に、あたかも1フ
ィールド毎駆動しているように変化する。
が6Tfであったものが、6Tの周期の成分がほとんど
なくなり、その代わり周期Tfのフリッカが増加する。
しかし、このフリッカは通常、60Hzとなり、視覚し
にくいだけではなく、液晶の応答特性も大幅に悪くなる
ので(10Hzに対して1/10以下)全く問題になら
ない。つまり、上記実施例では保持された画像信号のリ
ークを減らすだけではなく、その変化の周波数を上げる
ことにより最終的な輝度変化を減少させるという効果も
得ることができ、全体としては従来のように単にデバイ
スの特性を向上させることによるリークの低減に比べ
て、格段にフリッカ低減効果がある。
iに示されるように、補正電圧成分はその値が段階的に
変化する場合について説明したが、これは値が直線的に
変化するようにしても良いことはもちろんである。
この実施例はゲート線の駆動は第1の実施例と同様に3
本に1本ずつインターレースで行うが、画像信号の極性
は第1の実施例とは異なりフィールド毎に変化させる場
合を示している。
た時、リークが発生する信号線と画素との間に電位差が
生じるのは1フィールド毎である。つまり、図5に示す
ように、画面下部では最初の1フィールド期間が逆極性
(リーク大)、次の1フィールド期間では同極性(リー
ク小)、最後の1フィールド期間では逆極性(リーク
大)となり、最初と最後の1フィールド期間で画素信号
にそれぞれリークが生じている。従って、このリーク量
に合わせて、補正信号も1ライン毎にそのラインが信号
線に対して同極性が逆極性かによって値を変える必要が
ある。つまり、駆動する前の1フィールドが同極性であ
れば補正を加える必要はなく、逆極性であれば最大の補
正を加えるようにする。これは駆動ラインに合わせて補
正信号VOFF の値をもっと短い周期で変化させることに
より実現できる。
この実施例は通常の駆動(60Hzノンインターレース
駆動)を行う場合であり、図6の波形図に示すように、
ある1フィールド期間においてゲート線を選択駆動して
からそのフィールド期間の周期の半分の時間が経過した
後、または、より短い時間周期で補正信号を印加するこ
とにより、フリッカの周期を1/2以下にすると共に、
振幅も1/2以下にするようにしたものである。
るものではなく種々の変形が可能であることはいうまで
もない。例えば上記各実施例では各画素に設けられた電
圧保持用のキャパシタがゲート線に接続されている場合
について説明したが、これはこのキャパシタがゲート線
とは別に設けられた独立した配線に接続された構造のも
のにも実施することができることはもちろんである。ま
た、補正信号の値は、TFTに当たる光量、TFTを駆
動する周期に応じ、絶対値と周期のうちの少なくとも1
つが変化するようにしてもよい。
リーク特性が同じでも、フリッカ量を低減できるだけで
はなく、フリッカの周波数を上げることができために、
単にリークを減らすこと以上に液晶の応答性が悪い分、
目に視覚される前にローパスフィルタ効果がかかりフリ
ッカをさらに減らすことができる液晶表示装置を提供す
ることができる。
ブロック図。
構成を示す回路図。
構成の一部を液晶表示パネルの一部と共に示す回路図。
図。
信号波形図。
信号波形図。
図。
ート線ドライバ、13…信号線ドライバ、14…n:mマル
チフィールド処理回路、21…ゲート線(アドレス線)、
22…信号線、23…画素、24…液晶セル、25…TFT、26
…電圧保持用のキャパシタ、31…シフトレジスタ、32…
ドライバ回路、33…ANDゲート、34…インバータ、3
5,39,40…スイッチ、37…サンプルホールド回路。
Claims (6)
- 【請求項1】 水平方向に沿って配置された複数のアド
レス線と、垂直方向に沿って配置された複数の信号線と
の各交差部に画素がそれぞれ配置され、これらの各画素
が液晶表示素子、この液晶表示素子を選択するために所
定のアドレス線に接続されたスイッチ素子と、一端が対
応する画素内の上記液晶表示素子に接続され、他端が上
記とは異なるアドレス線に接続された電荷保持用のキャ
パシタとから構成され、上記アドレス線の選択時信号に
応じて上記スイッチ素子がオンしている期間に上記信号
線の画像信号が上記液晶表示素子に書き込まれるアクテ
ィブマトリックス型の液晶表示装置であって、 前記スイッチ素子がオフしている期間に時間的に同一方
向に値が変化する補正電圧を、補正信号を用いて前記異
なるアドレス線に生成し、この補正電圧を前記電荷保持
用のキャパシタを介して前記液晶表示素子に供給する補
正手段を具備したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記補正電圧は値が段階的に変化するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項1に記載の
液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記補正電圧は値がほぼ直線的に変化す
るように構成されていることを特徴とする請求項1に記
載の液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記補正電圧の値は、前記信号線に供給
される画像信号の極性、信号レベル及び画素の画面内位
置のうちの少なくとも1つに応じて変化するように構成
されている請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記補正電圧の変化が生じる周期が、前
記スイッチ素子を駆動する信号の周期のほぼ1/(整
数)であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
か1つに記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記アドレス線を駆動するドライバ回路
を有し、このドライバ回路は前記補正信号の値を保持し
前記補正電圧として出力するサンプルホールド回路を含
んでいることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか
1つに記載の液晶表示装置。
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