JP3582101B2 - 液晶表示装置と液晶表示素子の駆動方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法に関し、特に、階調表示可能な強誘電性液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、階調表示の可能な強誘電性液晶表示素子の研究が進められており、「LIQUID CRYSTALS」, 1989, Vol.5, NO.4, の第1171頁ないし第1177頁には、カイラルスメクティックC相の螺旋ピッチが表示素子の基板間隔より小さい強誘電性液晶を用いることが提案されている。この種の強誘電性液晶は、配向状態のメモリ性(双安定性)を有さないものがDHF液晶(Deformed Helix Ferroelectric Liquid Crystal)、メモリ性を有するものがSBF液晶(Short Pitch Bistable Ferroelectric Liquid Crystal)と呼ばれている。
【0003】
DHF液晶或いはSBF液晶は、その螺旋ピッチが基板間隔より小さいため、螺旋構造を持った状態で基板間に封入されており、印加される電圧に応じて、液晶分子の長軸方向(ダイレクタ)が第1の方向にほぼ配列した第1の配向状態、液晶分子の長軸方向が前記第1の方向と異なる第2の方向にほぼ配向した第2の配向状態、液晶分子の長軸方向の平均的な配列が前記第1と第2の方向の間の任意の方向となる中間配向状態のいずれかに設定される。
DHF液晶或いはSBF液晶は、中間配向状態をとることができるので、階調表示が可能である。
【0004】
DHF液晶或いはSBF液晶を用いた強誘電性液晶表示素子に階調表示を行なわせる駆動方法としては、従来、表示階調に応じた電圧(書き込み電圧)を各画素に印加する方法が考えられている。
しかし、この駆動方法では、書き込み電圧と画素の透過率とが対応せず、実用レベルの階調表示を実現することは困難である。これは、DHF液晶やSBF液晶の光学特性(印加電圧と透過率の関係)にヒステリシスがあり、表示階調に対応する電圧を液晶に単純に印加しても、それ以前に印加された電圧により、階調が一義的に定まらないためである。
【0005】
この問題を解決するため、特願平4−343710と特願平4−327002には、液晶を一旦第1の配向状態と第2の配向状態の一方に設定するためのリセットパルスを印加し、その後、表示データに応じた書き込みパルスを印加する方式の駆動方法が提案されている。
【0006】
この駆動方法を用いた液晶表示装置では、例えば、液晶を挟んで対向する一対の透明基板の一方に第7図に示すように画素電極74とそれに接続される1つの薄膜トランジスタ72とをマトリクス状に配置し、他方に対向電極を形成している。
各行のゲートライン71には、対応する行の画素電極74に接続された薄膜トランジスタ72のゲート電極が接続されており、ドレインライン73には対応する列の画素電極74に接続された薄膜トランジスタ72のドレイン電極が接続されている。
液晶表示装置のゲートライン71に図8(A)に示すゲートパルスを印加してTFT素子72をオンさせている期間に、図8(B)に示す書き込み補償用パルスP1、リセット補償用パルスP2、リセットパルスP3、書き込みパルスP4を順次データライン73を介して画素電極74に印加する。書き込み補償用パルスP1は書き込みパルスP4と極性が逆で絶対値が等しいパルスであり、リセット補償用パルスP2はリセットパルスP3と極性が逆で絶対値が等しいパルスである。
【0007】
この駆動方法によれば、リセットパルスP3により強誘電性液晶の液晶分子が一方向に配列され、その後、書き込みパルスP4が画素電極74に印加され、書き込みパルスP4の電圧VMODが非選択期間中各画素に保持される。従って、液晶のヒステリシスに関係なく、書き込み電圧VMODに対応する階調を一義的に定めることができると共にその階調が1フレームの間維持される。従って、階調表示が可能となる。また、リセットパルスP3とリセット補償用パルスP2とが相殺し、書き込みパルスP4と書き込み補償用パルスP1とが相殺するため、液晶に印加される電圧に直流成分は発生しない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特願平4−343710と特願平4−327002に提案された駆動方法を用いた液晶表示装置では、印加電圧に直流成分が発生しないようにするため、書き込みパルスP4とリセットパルスP3に加えて、2つの補償用のパルスP1、P2を印加している。このため、各選択期間に同一内容でビットを反転したデータ(符号を反転したデータ)を2回データラインドライバに供給する必要があり、表示制御系の構成及び動作が複雑になるという問題があった。また、各行の画素電極74にP1からP4の4つのパルスを印加するため、各行のゲートライン71の選択期間が長くなり、その結果、1画面分の書き込み期間が長くなるという問題もあった。
【0009】
この発明は上記実状に鑑みてなされたもので、表示制御系の構成及び制御が簡単で、また、1画面分の書き込み時間の短い液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、表示制御系の構成及び制御が簡単な液晶表示素子及びその駆動方法を提供することを他の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に電流路の一端が接続された第1のトランジスタと、前記画素電極に電流路の一端が接続された第2のトランジスタと、対応する列の画素電極に接続された前記第1のトランジスタの電流路の他端に接続された第1のデータラインと、この対応する列の画素電極に接続された前記第2のトランジスタの電流路の他端に接続された第2のデータラインと、対応する行の画素電極に接続された前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極に接続された第2のトランジスタのゲートとに接続されたゲートラインを備える一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に配置され、前記画素電極と前記対向電極間に印加された電圧に応じて液晶分子が一方の方向にほぼ配列した第1の配向状態と、液晶分子が他方の方向にぼぼ配列した第2の配向状態と、前記第1と第2の配向状態の中間の任意の配向状態に配向する強誘電性液晶とを備えた強誘電性液晶表示素子と、
前記対応する行の画素電極の前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極の第2のトランジスタのゲートとに接続された前記ゲートラインに前記第1及び第2のトランジスタをオンする選択信号を出力する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記対応する行の画素電極に、前記強誘電性液晶を前記第1または第2の配向状態の一方に設定するためのリセット電圧信号と、前記リセット電圧信号の後に出力される一水平操作期間分遅延された画像信号によって画素の表示階調に応じて変化する書き込み電圧信号と、からなる制御信号を前記第2のデータラインと前記第2のトランジスタとを介して印加する書き込み手段と、
前記画像信号を反転し、反転された画像信号により定義される、前記書き込み手段により前記強誘電性液晶に印加される電圧の直流成分を相殺するための補償信号を前記第1のデータラインと前記第1のトランジスタを介して前記画素電極に印加する補償手段と、
を備えることを特徴とする。
【0011】
前記補償信号は、例えば、前記書き込み電圧信号と前記リセット電圧信号とそれぞれ極性が逆で絶対値が等しい書き込み補償用電圧信号とリセット補償用電圧信号とからなる。
また、例えば、前記補償手段は、画像信号を反転する手段と、反転された画像信号に対応する書き込み補償用電圧信号を出力する第1の出力手段と、前記第1の出力手段の書き込み補償用電圧信号と前記リセット補償用電圧信号を順番に選択して出力する手段とから構成され、前記書き込み手段は、画像信号を一水平走査期間分遅延する遅延手段と、遅延された画像信号に対応する書き込み電圧信号を出力する第2の出力手段と、前記第2の出力手段の出力電圧信号と前記リセット電圧信号を順番に選択して出力する手段とから構成される。
【0012】
また、この発明にかかる液晶表示素子の駆動方法は、マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に電流路の一端が接続された第1のトランジスタと、前記画素電極に電流路の一端が接続された第2のトランジスタと、対応する列の画素電極に接続された前記第1のトランジスタの電流路の他端に接続された第1のデータラインと、この対応する列の画素電極に接続された前記第2のトランジスタの電流路の他端に接続された第2のデータラインと、対応する行の画素電極に接続された前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極に接続された第2のトランジスタのゲートとに接続されたゲートラインと、を備える一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に配置された液晶とを備えた液晶表示素子の画素電極に電圧信号を印加して画像を表示させる駆動方法において、
各行の画素電極を順次選択されている間、選択した行の画素電極に前記液晶分子を所定の方向に配向させるリセット電圧と、ビデオ信号を1水平操作期間分遅延し、遅延された前記ビデオ信号により定義される階調表示を行う書き込み電圧と、からなる制御用信号を第2のコラムドライバが前記第2のデータライン及び前記第2のトランジスタを介して各画素電極に印加する書き込みステップと、
前記ビデオ信号を反転し、反転されたビデオ信号により定義される、前記書き込みステップにより液晶に印加される電圧の直流成分を相殺するための補償用信号を、前記書き込みステップと同期して前記書き込みステップにより選択される行の前記画素電極の次の行の画素電極に第1のコラムドライバが前記第1のデータライン及び前記第1のトランジスタを介して印加する補償ステップと、より構成されることを特徴とする。
【0013】
【作用】
上記構成の液晶表示装置は、ゲートラインに順次ゲートパルスを印加することにより、1つの行の画素電極に接続された第2のトランジスタと次の行の画素電極に接続された第1のトランジスタが同期してオンする。従って、ゲートライン1行毎に画素電極が2行分づつ順次選択される。
即ち、1つの行の画素電極は、その行のゲートラインにゲートパルスが印加されたその行の選択期間中に第1のトランジスタを介して第1のデータラインから前記画素印加する信号の前半の電圧が印加され、次の行の画素電極に接続されたゲートラインにゲートパルスが印加された次の行の選択期間中に、第2のトランジスタを介して第2のデータラインから前記画素に印加する信号の後半の電圧が印加される。従って、上記構成の液晶表示装置によれば、1つの画素電極の書き込み期間を隣接する2つのゲートラインの選択期間としているので、一行のゲートラインの選択期間を短縮することができ、フレーム周波数を高くすることができる。
【0014】
また、書き込み電圧印加の前にリセット電圧が印加されるので、書き込み電圧印加時の液晶の配向状態が一定状態となり、書き込み電圧に対応した表示階調が安定して得られる。
また、1つの画素電極に制御信号と補償信号とを互いに異なるトランジスタから入力することができ、制御系の構成を簡略化できる。
【0015】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施例にかかる液晶表示素子の構成を説明する。図1は液晶表示素子の断面図、図2は液晶表示素子の画素電極とアクティブ素子を形成した基板(下基板)の平面図である。
【0016】
この液晶表示素子は、アクティブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板(例えば、ガラス基板)1、2のうち、図1において下側の基板(以下、下基板)1には透明な画素電極11と1つの画素電極11に接続された第1と第2の薄膜トランジスタ(以下、TFT)13、15とがマトリクス状に配列形成されている。
【0017】
第1と第2のTFT13、15は、図示はしないが、例えば、下基板1上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された半導体層と、ソース電極及びドレイン電極とから構成される。
【0018】
下基板1には、図2に示すように、画素電極11の行方向に延在するゲートライン(走査ライン)17が配線されている。ゲートライン17の本数は画素電極11の行数より1本多い。
また、画素電極11の列方向に第1と第2のデータライン(階調信号ライン)19、21が配線されている。
【0019】
各画素電極11には、第1と第2のTFT13と15の電流路の一端、例えば、ソース電極が接続されている。第1のTFT13のドレイン電極は対応する第1のデータライン19に接続され、そのゲート電極は対応するゲートライン17に接続されている。第2のTFT15のドレイン電極は対応する第2のデータライン21に接続され、そのゲート電極は次の行のゲートライン17に接続されている。
【0020】
即ち、第N行の画素電極に接続された第1のTFT13のゲート電極は第N行のゲートライン17に接続され、第N行の画素電極に接続された第2のTFT15のゲート電極は第N+1行のゲートライン17に接続される。また、第M列の画素電極に接続された第1のTFT13のドレイン電極は第M列の第1のデータライン19に接続され、第M列の画素電極11に接続された第2のTFT15のドレイン電極は第M列の第2のデータライン21に接続されている。
【0021】
図1において、上側の基板(以下、上基板)2には、下基板1の各画素電極11と対向する透明な対向電極31が形成されている。対向電極31は表示領域全体にわたる1枚の電極から構成され、一定の基準電圧V0が印加されている。
【0022】
下基板1と上基板2の電極形成面には、それぞれ配向膜3、4が設けられている。配向膜3、4はポリイミド等の有機高分子化合物からなる水平配向膜であり、その表面にはラビング等による配向処理が施されている。
【0023】
下基板1と上基板2は、枠状のシール材5とスペーサ7を介して接着されており、基板1、2間のシール材5で囲まれた領域には液晶6が封入されている。液晶6は、カイラルスメクティックC相の螺旋ピッチが両基板1、2の間隔より小さい強誘電性液晶(DHF液晶或いはSBF液晶)であり、その液晶分子は所定のピッチをもつ螺旋構造に配向し、その螺旋の軸は配向膜3、4の配向処理の方向とほぼ平行である。
液晶6の液晶分子は、一方の極性でかつ絶対値が所定の値以上の電圧を印加した時、図3(B)に実線で示す第1の配向方向6aに配向し、他方の極性でかつ絶対値が所定の値以上の電圧を印加した時、波線で示す第2の配向方向6bに配向する。
【0024】
液晶表示素子の上下には、それぞれ偏光板8、9が配置されている。
偏光板8、9の一方、例えば、上偏光板8の透過軸8aは、図3(A)に示すように配向方向6bとほぼ平行になっており、他方の偏光板9の透過軸9aは、図3(C)に示すように上偏光板8の透過軸8aとほぼ直交している。
【0025】
ゲートライン17はゲートドライバ(行駆動回路)23に接続される。第1のデータライン19は第1のコラムドライバ(列駆動回路)40内の第1のマルチプレクサ回路47に接続され、第2のデータライン21は第2のコラムドライバ(列駆動回路)50内の第2のマルチプレクサ回路57に接続される。
【0026】
アナログビデオ信号は、第1のコラムドライバ40と第2のコラムドライバ50に供給される。
第2のコラムドライバ50は、図8(B)に示す液晶6の液晶分子の長軸方向を第1の配向方向6a或いは第2の配向方向6bに配向させるリセット電圧−VRのリセットパルスP3と書き込み電圧VMODの書き込みパルスP4とを画素電極11に印加するためのものであり、第1のコラムドライバ40は、液晶6に一方の極性の電圧が片寄ることを補償するための書き込み補償用電圧−VMODのパルスP1とリセット補償用電圧VRのリセットパルスP2とを画素電極11に印加するためのものである。
【0027】
第1のコラムドライバ40は、入力したアナログビデオ信号S1を反転増幅する反転ビデオアンプ41と、反転されたアナログビデオ信号S2をサンプリングする第1のサンプルホールド回路43と、第1のサンプルホールド回路43にサンプリングされた一水平期間分の映像信号をパラレルに出力する第1の出力回路45と、第1の出力回路45の出力する書き込み補償用電圧−VMODと正極性のリセット補償用電圧VRとを、1選択期間を1周期とし、前記選択期間をわずかに位相がずれた切り替え信号SL1に従って切り換えて第1のデータライン19に出力する第1のマルチプレクサ回路47とから構成される。
【0028】
第2のコラムドライバ50は、入力したアナログビデオ信号S1を一水平走査期間遅延する遅延素子51と、遅延されたアナログビデオ信号S3をサンプリングする第2のサンプルホールド回路53と、第2のサンプルホールド回路53にサンプリングされた一水平期間分の映像信号をパラレルに出力する第2の出力回路55と、第2の出力回路55の出力する負極性のリセット電圧−VRと書き込み電圧VMODとを、切り替え信号SL1を反転させた切り替え信号SL2に従って切り換えて第2のデータライン21に出力する第2のマルチプレクサ回路57とから構成される。
【0029】
次に、上記構成の液晶表示装置の動作を図4、図5を参照して説明する。
図4(A)はこの液晶表示装置にコンピュータ等の外部装置から供給されるアナログビデオ信号S1の波形を反転ビデオアンプ41により反転した出力信号S2を示し、図4(B)は遅延素子51により信号S1を1水平操作期間遅らせた出力信号S3を示す。図4(C)は水平同期信号に同期したインヒビット信号を示す。図4(D)と(E)はそれぞれ第1及び第2の出力回路の出力を示す。
さらに、図4(F)と(G)は、それぞれ、第1及び第2のマルチプレクサ回路47及び57に供給される切り替え信号SL1、SL2の波形、図4(H)は第1のマルチプレクサ回路47の出力信号の波形、図4(I)は第2のマルチプレクサ回路57の出力信号の波形をそれぞれ示す。
【0030】
図5(A)、(B)は、それぞれ、図4(H)、(I)と同一の波形図であり、図4と図5の間のタイミング関係を明確にするために記載したものである。
、図5(C)は第N行のゲートライン17に印加されるゲートパルスの波形、図5(D)は第N+1行のゲートライン17に印加されるゲートパルスの波形、図5(E)は第N+2行のゲートライン17に印加されるゲートパルスの波形、図5(F)は第N行の画素電極11に印加される電圧の波形、図5(G)は第N+1行の画素電極11に印加される電圧の波形をそれぞれ示す。
【0031】
アナログビデオ信号S1は、例えば、通常のNTSC信号をデコードして生成される信号であり、水平同期信号とそれに後続する1走査ライン上の各画素の輝度を示す信号から構成される。なお、波形内の”N”、”N+1”等の記号は、その波形が第N行、N+1行等の画素の表示階調を定義する信号であることを意味する。
【0032】
アナログビデオ信号S1は増幅率が−1の反転ビデオアンプ41により図4(A)に示すように反転されたビデオ信号S2に変換され、第1のサンプルホールド回路43に供給される。
また、アナログビデオ信号S1は遅延素子51により図4(B)に示すように一水平走査期間遅延されたビデオ信号S3に変換され、第2のサンプルホールド回路53に供給される。
【0033】
第2のサンプルホールド回路53は遅延されたビデオ信号S3を所定のタイミング(1ライン上の各画素の位置に対応するタイミング)でサンプリングすると共に一水平走査期間前にサンプリングしておいた信号を、図4(E)に示すように第2の出力回路55を介して出力する。第2のマルチプレクサ回路57は、図4(G)に示す切り替え信号SL2に応答し、図4(I)に示すように、負極性のリセット電圧−VRと正極性の書き込み電圧VMODを交互に選択して、対応する第2のデータライン21に出力する。
【0034】
第1のサンプルホールド回路43は供給された反転ビデオ信号S2を所定のタイミングでサンプリングすると共に一水平走査期間前にサンプリングしておいた信号を、図4(D)に示すように、第1の出力回路45を介して出力する。第1のマルチプレクサ回路47は、図4(F)に示す切り替え信号SL1に応答し、図4(H)に示すように、画素電極11に印加される負極性のリセット電圧−VRと絶対値が等しく逆極性、即ち、正極性のリセット補償用電圧VRと第1の出力回路45から供給された書き込み電圧VMODと絶対値が等しく逆極性、即ち、負極性の書き込み補償用電圧−VMODを交互に選択して、対応する第1のデータライン19に出力する。
【0035】
ゲートドライバ23は、図5(C)〜(E)に示すように、各ゲートライン17に順次ゲートパルスを印加する。ゲートパルスが印加されたゲートライン17にゲートが接続され、それぞれ異なる行の画素電極11にソース又はドレイン電極が接続された第1と第2のTFT13と15とが同期してオンし、第1及び第2のデータライン19、21に印加されていた信号(図4(H)、(I)及び図5(A)、(B)に示す信号)をそれぞれの行の画素電極11に供給する。
【0036】
このため、例えば、第N行の画素電極11に接続される第1のTFT13と第N−1行の画素電極に接続される第2のTFT15とに接続されるゲートライン17にゲートパルスを印加すると、この期間、図5(F)に示すように、第N行の画素電極11に第1のデータライン19と第1のTFT13とを介して書き込み補償用電圧−VMODとリセット補償用電圧VRとからなる補償用信号が印加されると共に第N−1行の画素電極11に第2のデータライン21と第2のTFT15とを介してリセット電圧−VRと書き込み電圧VMODが印加される。
【0037】
次に、第N+1行のゲートライン17にゲートパルスを印加すると、図5(F)、(G)に示すように、この期間に、第N行の画素電極11に第2のデータライン21と第2のTFT15とを介して負極性のリセット電圧−VRと正極性の書き込み電圧VMODとからなる表示階調制御用の信号が印加されると共に第N+1行の画素電極11に第2のデータライン21と第2のTFT15を介して書き込み補償用電圧−VMODリセット補償用電圧VRからなる補償用信号が印加される。そして、第N+1行のゲートライン17に印加されたゲートパルスがオフすると、第N行の画素電極11の第2のTFT15がオフし、その時点で画素電極11に印加されていた書き込み電圧VMODが次の選択期間まで保持される。
【0038】
従って、第N行の画素電極11は、第N行のゲートライン17からのゲートパルスによる選択期間中に第1のTFT13を介して書き込み補償用電圧−VMODとリセット補償電圧VRとからなる補償用信号を印加された後、第N+1行のゲートライン17からのゲートパルスによる選択期間中に第2のTFT15を介してリセット電圧−VRと書き込み電圧VMODとからなる表示階調制御用信号を印加される。
このため、液晶分子は任意の中間の配向状態に維持され、階調表示が可能となる。
【0039】
以上説明したように、上記構成の液晶表示素子及びその駆動方法によれば、通常のアナログビデオ信号を液晶表示素子に供給するだけで、任意の階調の画像を表示することができ、画素電極11に供給する書き込み電圧VMOD、リセット電圧−VR、及びこれらの直流成分を補償(相殺)するための書き込み補償用電圧−VMOD、リセット補償用電圧VRを指示する信号(データ)を外部で生成する必要がない。
また、第N行の画素電極11に表示階調制御用のリセット電圧−VRと書き込み電圧VMODを印加している期間に、第N+1行の画素電極11に補償用の電圧−VMODとVRを印加するので、図5(F)、(G)に示すように、1つの画素電極11への書き込みを隣接する2つの行の選択期間で行っているので、一行分の選択期間を従来のほぼ半分の時間とすることができ、デューティー比を大きくすることができる。
【0040】
次に、図2に示す第1と第2のコラムドライバ40、50の回路構成の一例を説明する。
図6は、第1及び第2のコラムドライバ40、50の1列分(データライン1本分)の構成を示す。
図示するように、第1のサンプルホールド回路43は、サンプリングとサンプリングした電圧を第1の出力回路45に供給する動作を同時に可能とするため、4つのスイッチSW1〜SW4と2つのコンデンサC1、C2から構成されるブリッジ型のサンプルホールド回路から構成される。スイッチSW1〜SW4のオン・オフのタイミングはタイミング制御回路TCにより制御される。
【0041】
スイッチSW1とSW2はタイミング制御回路TCからのオン・オフ制御信号に従ってビデオ信号の各水平走査期間内の所定タイミングでその一方がオンするとともに他方がオフし、コンデンサC1又はC2にビデオ信号を供給する。コンデンサC1、C2は供給されたビデオ信号をサンプルし、ホールドする。
一方スイッチSW3とSW4とはそれぞれコンデンサC1、C2にホールドされている電圧信号を第1の出力回路45に供給する。
【0042】
第1の出力回路45は、増幅率が1倍の増幅回路APと、図4(C)に示すように、水平同期信号に同期した禁止(インヒビット)信号INHに応答して、第1の出力回路45の入力と出力を基準電圧V0(アナログビデオ信号の中心電圧であり、対向電極31の電圧)に設定するスイッチSW5、SW6とから構成される。
第1のマルチプレクサ回路47は、ハイレベルの切り替え信号SL1に応答して、第1の出力回路45の出力信号を対応する第1のデータライン19に供給するセレクタSE1と、ローレベルの切り替え信号SL1に応答して、正極性のリセット補償用電圧VRを対応する第1のデータライン19に供給するセレクタSE2から構成される。
【0043】
第2のサンプルホールド回路53の1列分の構成は入力信号がS3である点以外第1のサンプルホールド回路43の構成と同一である。第2の出力回路55の構成は第1の出力回路45の構成と同一である。第2のマルチプレクサ回路57の構成は、リセット補償用電圧VRをリセット電圧−VRに代え、切り替え信号SL1をその反転した切り替え信号SL2に代え、セレクタの接続先を第2のデータライン21に代える点以外は、第1のマルチプレクサ回路47の構成と同一である。
【0044】
次に、図5に示す構成を有する第1と第2のコラムドライバ40、50の動作を図4を参照して説明する。
まず、タイミング制御回路TCは各水平走査期間内の対応するタイミングでスイッチSW1とSW2の一方を所定期間オンさせるとともに他方を所定期間オフさせ、コンデンサC1とC2の一方に図4(A)、(B)に示すビデオ信号S2、S3に含まれる対応するコラム用の画像データをサンプリングさせる。一方、タイミング制御回路TCはコンデンサC1、C2のうちサンプリング中でないほうに接続されたスイッチSW3或いはSW4をオンさせ、コンデンサに保持されている電圧を出力回路に供給する。
【0045】
第1と第2の出力回路45、55は供給された信号を増幅器APにより1倍に増幅して出力すると共に図4(C)に示す水平同期信号に同期した禁止信号INHが供給される期間、その出力を基準レベルV0に設定する。
このため、第1の出力回路45と第2の出力回路55の出力信号は図4(D)、(E)に示すようになる。
【0046】
第1のマルチプレクサ回路47は図4(F)に示す選択信号SL1に応答して、選択信号SL1がハイレベルの期間は図4(D)に示す第1の出力回路45の出力を選択し、選択信号SL1がローレベルの期間はリセット電圧VRを選択して出力する。このため、第1のマルチプレクサ回路47は図4(H)に示す信号を対応する第1のデータライン19に供給する。
【0047】
一方、第2のマルチプレクサ回路57は図4(G)に示す切り替え信号SL2に応答して、切り替え信号SL2がハイレベルの期間は図4(E)に示す第2の出力回路55の出力を選択し、切り替え信号SL2がローレベルの期間はリセット電圧−VRを選択して出力する。このため、第2のマルチプレクサ回路57は図4(I)に示す信号を対応する第2のデータライン21に供給する。
【0048】
一方、ゲートドライバ23は図4(C)〜(E)に示すように、一水平走査期間より短いパルス幅のゲートパルスをゲートライン17に順次印加する。このゲートパルスにより、1つの画素電極11に接続された第1のTFT13と第2のTFT15とが順次オンし、第1のTFT13がオンしたときに第1のデータライン19に出力されている信号が画素電極11に印加され、第2のTFT15がオンした時に第2のデータライン21に出力されている信号が画素電極11印加される。このため、例えば、第N行の画素電極11には図5(F)に示す波形の電圧が印加される。
【0049】
以上説明したように、図6に示す構成を使用することにより、簡単な構成の駆動回路を用いて、液晶表示素子を駆動することができる。
なお、この発明は上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図6に示したサンプルホールド回路、出力回路、マルチプレクサ回路の構成は例示であり、実質的に同一の機能を有する他の回路を使用できる。例えば、出力回路に供給される基準電圧は、電源電圧VDD等の他の電圧でもよい。
上記実施例では、第1のデータライン19に書き込み補償用電圧とリセット補償用電圧をこの順番で印加したが、順番を逆にしてもよい。
また、書き込み補償用電圧を負極性、リセット補償用電圧を正極性、リセット電圧を負極性、書き込み電圧を正極性としたが、書き込み補償用電圧を正極性、リセット補償用電圧を負極性、リセット電圧を正極性、書き込み電圧を負極性としてもよい。
【0050】
上記実施例では、アナログ映像信号S1を1つとしたが、RGBアナログ映像信号を用意し、R用アナログ映像信号をR表示用のコラムのサンプルホールド回路にサンプリングさせ、G用アナログ映像信号をG表示用のコラムのサンプルホールド回路にサンプリングさせ、B用アナログ映像信号をB表示用のコラムのサンプルホールド回路にサンプリングさせることにより、フルカラー表示にも同様に適用できる。
【0051】
上記実施例では、DHF液晶、SBF液晶を使用したが、SSF液晶と呼ばれるカイラルステクティックC相の螺旋ピッチが表示素子の基板間隔よりも大きく且つ安定した2つの配向状態のメモリ性(双安定性)を有する強誘電性液晶や反強誘電性液晶にも本願発明を適用可能である。
また、高分子分散液晶のように、ヒステリシス等により、画素に複数の電圧を印加するものであれば、上述の液晶に限るものではない。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、上記構成の液晶表示装置によれば、ある行の画素電極に電圧を印加している期間に、次の行の画素電極に電圧を印加しておくことができるので、1ゲートライン分の選択期間を短縮することができ、デューテイ比を大きくすることができる。
また、ビデオ信号を液晶表示素子に供給するだけで、任意の階調の画像を表示することができ、画素電極に供給する書き込み電圧、リセット電圧、及びこれらの直流成分を補償(相殺)するための電圧を指示する信号(データ)を外部で生成する必要がなく、制御系の構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる液晶表示素子の断面図である。
【図2】図1に示す下基板及びそれに接続された駆動回路の構成を示す図である。
【図3】液晶分子の配向方向と偏光板の透過軸の方向の関係を示す図である。
【図4】図1及び図2に示す液晶表示素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】図1及び図2に示す液晶表示素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図6】図2に示すコラムドライバの構成例を示す図である。
【図7】従来の強誘電性液晶表示素子の構成を示す図である。
【図8】従来の強誘電性液晶表示素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1・・・下基板、2・・・上基板、3・・・配向膜、4・・・配向膜、5・・・シール材、6・・・液晶、7・・・スペーサ、8・・・偏光板、9・・・偏光板、11・・・画素電極、13・・・第1の薄膜トランジスタ(TFT)、15・・・第2の薄膜トランジスタ(TFT)、17・・・ゲートライン、19・・・第1のデータライン、21・・・第2のデータライン、23・・・ゲートドライバ、31・・・対向電極、40・・・第1のコラムドライバ、41・・・反転ビデオアンプ、43・・・第1のサンプルホールド回路、45・・・第1の出力回路、47・・・第1のマルチプレクサ回路、50・・・第2のコラムドライバ、51・・・遅延素子、53・・・第2のサンプルホールド回路、55・・・第2の出力回路、57・・・第2のマルチプレクサ回路
Claims (6)
- マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に電流路の一端が接続された第1のトランジスタと、前記画素電極に電流路の一端が接続された第2のトランジスタと、対応する列の画素電極に接続された前記第1のトランジスタの電流路の他端に接続された第1のデータラインと、この対応する列の画素電極に接続された前記第2のトランジスタの電流路の他端に接続された第2のデータラインと、対応する行の画素電極に接続された前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極に接続された第2のトランジスタのゲートとに接続されたゲートラインを備える一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に配置され、前記画素電極と前記対向電極間に印加された電圧に応じて液晶分子が一方の方向にほぼ配列した第1の配向状態と、液晶分子が他方の方向にぼぼ配列した第2の配向状態と、前記第1と第2の配向状態の中間の任意の配向状態に配向する強誘電性液晶とを備えた強誘電性液晶表示素子と、
前記対応する行の画素電極の前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極の第2のトランジスタのゲートとに接続された前記ゲートラインに前記第1及び第2のトランジスタをオンする選択信号を出力する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記対応する行の画素電極に、前記強誘電性液晶を前記第1または第2の配向状態の一方に設定するためのリセット電圧信号と、前記リセット電圧信号の後に出力される一水平操作期間分遅延された画像信号によって画素の表示階調に応じて変化する書き込み電圧信号と、からなる制御信号を前記第2のデータラインと前記第2のトランジスタとを介して印加する書き込み手段と、
前記画像信号を反転し、反転された画像信号により定義される、前記書き込み手段により前記強誘電性液晶に印加される電圧の直流成分を相殺するための補償信号を前記第1のデータラインと前記第1のトランジスタを介して前記画素電極に印加する補償手段と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記補償信号は前記書き込み電圧信号と前記リセット電圧信号とそれぞれ極性が逆で絶対値が等しい書き込み補償用電圧信号とリセット補償用電圧信号とからなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記補償手段は、前記画像信号を反転する手段と、反転された画像信号に対応する書き込み補償用電圧信号を出力する第1の出力手段と、前記第1の出力手段の出力する書き込み補償用電圧信号と前記リセット補償用電圧信号を順番に選択して出力する手段とから構成され、
前記書き込み手段は、前記画像信号を一水平走査期間分遅延する遅延手段と、遅延された画像信号に対応する書き込み電圧信号を出力する第2の出力手段と、前記第2の出力手段の出力電圧信号と前記リセット電圧信号を順番に選択して出力する手段とから構成される、ことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。 - 行方向及び列方向に沿ってマトリクス状に配置された複数の画素電極と、各画素電極に電流路の一端が接続された第1のトランジスタと、各画素電極に電流路の一端が接続された第2のトランジスタと、対応する列の画素電極に接続された前記第1のトランジスタの電流路の他端に接続された第1のデータラインと、この対応する列の画素電極に接続された前記第2のトランジスタの電流路の他端に接続された第2のデータラインと、対応する行の画素電極に接続された前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極に接続された第2のトランジスタのゲートとに接続されたゲートラインと、を備える一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に配置され、前記画素電極と前記対向電極間に印加された電圧に応じて液晶分子が一方の方向にほぼ配列した第1の配向状態と、液晶分子が他方の方向にほぼ配列した第2の配向状態と、前記第1と第2の配向状態の中間の任意の配向状態に配向する強誘電性液晶と、を備えたアクティブマトリクス型強誘電性液晶表示素子と、
前記ゲートラインから前記第1と第2のトランジスタを介して各行の画素電極を各2回づつ順次選択する選択手段と、
各画素電極の前記第2のトランジスタの選択期間に、前記強誘電性液晶を前記第1または第2の配向状態の一方に設定するリセット電圧信号及び一水平操作期間分遅延された画像信号により定義された階調表示を行うための表示階調制御用電圧信号を前記第2のデータラインから各画素電極に順次印加し、各画素電極の前記第1のトランジスタの選択期間に、前記表示階調制御用電圧信号の直流成分を相殺するために、反転された前記画像信号により定義される補償用電圧信号を前記第1のデータラインから各画素電極に印加することにより、ある行の画素電極への表示階調制御用電圧信号と他の行の画素電極への補償用電圧信号の印加を同時に行う駆動手段と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記駆動手段は、前記画像信号を反転する手段と、反転された画像信号に対応する電圧信号を出力する第1の出力手段と、前記第1の出力手段の出力電圧信号と所定の第1の電圧信号を順番に選択してなる補償用電圧信号を各画素電極の前記第1のトランジスタの選択期間に前記第1のデータラインに印加する手段と、
前記画像信号を一水平走査期間分遅延する遅延手段と、遅延された画像信号に対応する電圧信号を出力する第2の出力手段と、前記第2の出力手段の出力電圧信号と所定の第2の電圧信号を順番に選択してなる表示階調制御用電圧信号を各画素電極の前記第2のトランジスタの選択期間に前記第2のデータラインに印加する手段とから構成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。 - マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に電流路の一端が接続された第1のトランジスタと、前記画素電極に電流路の一端が接続された第2のトランジスタと、対応する列の画素電極に接続された前記第1のトランジスタの電流路の他端に接続された第1のデータラインと、この対応する列の画素電極に接続された前記第2のトランジスタの電流路の他端に接続された第2のデータラインと、対応する行の画素電極に接続された前記第1のトランジスタのゲートとこの対応する行の1行前の行の画素電極に接続された第2のトランジスタのゲートとに接続されたゲートラインと、を備える一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に配置された液晶とを備えた液晶表示素子の画素電極に電圧信号を印加して画像を表示させる駆動方法において、
各行の画素電極を順次選択されている間、選択した行の画素電極に前記液晶分子を所定の方向に配向させるリセット電圧と、ビデオ信号を1水平操作期間分遅延し、遅延された前記ビデオ信号により定義される階調表示を行う書き込み電圧と、からなる制御用信号を第2のコラムドライバが前記第2のデータライン及び前記第2のトランジスタを介して各画素電極に印加する書き込みステップと、
前記ビデオ信号を反転し、反転されたビデオ信号により定義される、前記書き込みステップにより液晶に印加される電圧の直流成分を相殺するための補償用信号を、前記書き込みステップと同期して前記書き込みステップにより選択される行の前記画素電極の次の行の画素電極に第1のコラムドライバが前記第1のデータライン及び前記第1のトランジスタを介して印加する補償ステップと、より構成されることを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
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