JP3681774B2 - 液晶表示装置とその駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
液晶表示装置は低消費電力のフラットパネルディスプレイとして広く応用されている。中でも、スイッチング素子を各画素に作り込んで駆動するアクティブマトリクス方式は大容量高品質の表示素子としてテレビ、情報端末等に用いられつつある。スイッチング素子としては３端子型のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と２端子型のダイオードやＭＩＭ等の非線形抵抗素子が使われる。２端子型は製造が３端子型に対して簡単であり今後が期待されている。本発明は２端子型のスイッチング素子を用いた２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置とその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に２端子型スイッチング素子を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置のブロック図を示す。マトリクス表示パネル３にはデータ線Ｄ１，Ｄ２，．．，ＤＭと走査線Ｓ１，Ｓ２，．．，ＳＮがマトリクス状に配置されている。その交点に対応して液晶画素１と２端子型スイッチング素子２が設置されている。データ線にはデータ線ドライバ回路４からデータ信号が供給され、走査線には走査線ドライバ回路５から走査信号が供給される。データ線ドライバ回路４及び走査線ドライバ回路５にはクロック及び画像信号７を処理するコントロール回路及び電源回路６が接続されている。２端子型スイッチング素子としては金属−絶縁体−金属（導体）構造を有し非線形の電流−電圧特性を有するＭＩＭが用いられる事が多い。ＭＩＭの代表的な構造としては下電極Ｔａ、絶縁膜としては該Ｔａの陽極酸化膜（ＴａＯｘ）、上電極としてＩＴＯ（透明導電体）があり、２枚のパタン（マスク）で製造可能である。
【０００３】
図３は従来のダイオード、ＭＩＭ等の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法に於ける走査信号波形及びデータ信号波形である（公開特許公報 昭５９−５７２８８）。φ（ｎ）、φ（ｎ＋１）、φ（ｎ＋２）はそれぞれｎ本目、ｎ＋１本目及びｎ＋２本目の走査線に印加される走査信号である。それぞれ負極性の選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ’（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）及び正極性の選択期間Ｓ’（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ’（ｎ＋２）では選択電位Ｖａ２、Ｖａ１をそれ以外の非選択期間では保持電位Ｖｂ２、Ｖｂ１をとる。ｍ本目のデータ線に印加されるデータ信号Ｄ（ｍ）はデータ電位Ｖｄ１とＶｄ２の間の電位をとる。階調表示は振幅変調或いはパルス幅変調のどちらかが用いられ、図３では後者の例を示した。ＶＧ は基準電位であり本図では一定電位で描いているが系全体で変動しても原理的には等価な為、ドライバ回路の電源電圧の関係によっては変動させる事が多い。図ではＶａ１、Ｖａ２及びＶｂ１、Ｖｂ２をそれぞれ基準電位に対し対称で示したが２端子型スイッチング素子の特性が非対称の場合には非対称にする事もある。また本例ではｎ本目、ｎ＋１本目、ｎ＋２本目の連続する選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）及び選択期間Ｓ’（ｎ）、Ｓ’（ｎ＋１）、Ｓ’（ｎ＋２）の選択電位の極性が反転しており行毎反転の例に対応するが、フィールド毎反転の場合も多い。
【０００４】
２端子型スイッチング素子によるアクティブマトリクス液晶表示装置、特にＭＩＭをスイッチング素子として用いた場合の最大の問題点は画像の焼き付きや残像現象である。図４でこの焼き付きを説明する。ノーマリー白表示の場合、図４（ａ）に示した透過率の変化、即ち、白、中間調、黒、中間調と順次表示する場合、実際の透過率変化は図４（ｂ）となり意図した理想の画像の透過率変化図４（ａ）とは一致しない。白から中間調に変化する場合中間調よりやや暗い像が１１の如く一定期間焼き付き、逆に黒から中間調に変化する場合は中間調よりやや明るい像が１２の如く一定期間焼き付いてしまう。これはスイッチング素子の閾値電圧Ｖｔｈが変化する事による。この変化はスイッチング素子を流れる電流量に依存し電流量が多い状態が有る程度連続すると閾値電圧Ｖｔｈは増加、逆に少ない電流量に対してはＶｔｈが減少する傾向にある。
【０００５】
図５（ａ）に図３の駆動波形が液晶画素及びスイッチング素子に印加された場合のスイッチング素子に印加される電圧波形及びスイッチング素子に流れる電流波形を示す。選択期間ではスイッチング素子の非線形電流／電圧特性に従って液晶画素への充電電流が微分パルス的に流れる。この電流はデータ電圧、即ち画像の階調に依存する。ノーマリィ白の場合暗い程大きく、図４（ａ）のような順番で階調変化をさせた時のスイッチング素子を流れる電流量は変化する。よって、閾値電圧が変化し階調変化時点から安定状態迄の一定期間は残像、焼き付きが生ずる事になる。閾値電圧Ｖｔｈは白或いは黒でも変化しており原理的には白或いは黒でも焼き付きは生じている。但し、白或いは黒状態は印加電圧に対する透過率変化が少なく中間調で焼き付きが最も顕著となる。図３の従来の駆動法ではこの問題が生じ易い。
【０００６】
図６は二端子型アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法の中で焼き付き低減を目的とした従来例に於ける走査信号波形及びデータ信号波形である。φ（ｎ）、φ（ｎ＋１）、φ（ｎ＋２）はそれぞれｎ本目、ｎ＋１本目及びｎ＋２本目の走査線に印加される走査信号である。それぞれ負極性の選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ’（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）及び正極性の選択期間Ｓ’（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ’（ｎ＋２）では選択電位Ｖａ１、Ｖａ２をそれ以外の非選択期間では保持電位Ｖｂ１、Ｖｂ２をとる。ｍ本目のデータ線に印加されるデータ信号Ｄ（ｍ）はデータ電位Ｖｄ１とＶｄ２の間の電位をとる。図３の駆動波形に対し図６の駆動波形の特徴は走査信号φ（ｎ）、φ（ｎ＋１）、φ（ｎ＋２）はそれぞれ負極性の選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ’（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）及び正極性の選択期間Ｓ’（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ’（ｎ＋２）の前それぞれ逆極性の電流印加期間Ｉ（ｎ）、Ｉ’（ｎ＋１）、Ｉ（ｎ＋２）及び負極性の選択期間Ｉ’（ｎ）、Ｉ（ｎ＋１）、Ｉ’（ｎ＋２）を有する事にある。本従来例ではこの電流印加期間に強制的にスイッチング素子に流される電流によって素子の特性変化が飽和し焼き付きを抑制する事を期待している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように流れる電流量によって素子特性が変化するスイッチング素子を用いた２端子型アクティブマトリクスでは、該特性変化によって生ずる画像の焼き付き、残像が問題になる。図３の従来の駆動法では液晶画素に表示する階調によってスイッチング素子を流れる電流量が異なりこの現象を取り除く事が出来ない。一方図６の駆動法では電流印加期間を設け強制的にスイッチング素子に電流を流す事によって素子の特性変化が飽和し焼き付きを抑制する事をねらっているが期待通りの効果は得られにくい。図５（ｂ）に図６の駆動波形が液晶画素及びスイッチング素子に印加された場合のスイッチング素子に印加される電圧波形及びスイッチング素子に流れる電流波形を示す。例えば、図６のように電流印加期間Ｉ’（ｎ）、Ｉ’（ｎ＋１）、Ｉ’（ｎ＋２）の電圧がその前の選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）の選択電圧と同極性同電圧の場合には理想的な非線形電流電圧特性を有する２端子型スイッチング素子では電流印加期間では電流は流れない。実際にはスイッチング素子の非線形特性は理想的ではない為図５（ｂ）の電流波形のように若干の電流は流れるが、素子の特性変化が飽和し焼き付きを抑制する迄の効果は得られにくい。電流印加期間Ｉ’（ｎ）、Ｉ’（ｎ＋１）、Ｉ’（ｎ＋２）の電圧をその前の選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）の選択電圧より大きな値とすれば特性変化を飽和させて焼き付きを抑制する効果が得られる。しかし、独立の高電圧電源が必要であり、回路規模、耐圧の点で負荷が大きい。本発明の目的は従来例に比較して回路規模、耐圧を同等或いはそれほど大きくせずにスイッチング素子に流れる電流量を大きくする事を可能とし、画像焼き付き、残像現象を改善し得る駆動法を提供する事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に本発明の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置及びその駆動法では、複数のデータ線及び複数の走査線と、該データ線及び該走査線の交点に対応して設けられた液晶画素及び少なくとも１つの２端子型スイッチング素子とを有し、前記走査線に印加される走査信号と前記データ線に印加されるデータ信号に応じて前記液晶画素が駆動される２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置及びその駆動法に於て、該走査信号は選択期間と該選択期間に先立つ電流印加期間と該選択期間に続く保持期間を有し、該電流印加期間は４つ以上の複数の小区間からなり、該複数の小区間は前記選択期間の電圧極性と同じ電圧極性の小区間及び逆の電圧極性の小区間の両方からなり、且つ一の選択期間と該選択期間に続く最初の電流印加期間は互いに逆の電圧極性である事を特徴とする。
【０００９】
【実施例】
以下、本発面の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明の駆動法の一実施例を示す。φ（ｎ）、φ（ｎ＋１）、φ（ｎ＋２）はそれぞれｎ本目、ｎ＋１本目及びｎ＋２本目の走査線に印加される走査信号である。各選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ（ｎ＋１）、Ｓ（ｎ＋２）の電圧極性で明かな通りいわゆる行毎反転の例を示している。勿論本発明は行毎反転に制限される者ではなくフレーム反転や行内反転でも有効である。走査信号φ（ｎ）は負極性の選択期間Ｓ（ｎ）、及び正極性の選択期間Ｓ’（ｎ）を、走査信号φ（ｎ＋１）は正極性の選択期間Ｓ（ｎ＋１）は及び負極性の選択期間Ｓ’（ｎ＋１）を持ち、正極性では選択電位Ｖa1、負極性では選択電位Ｖa2を持つ。それぞれの選択期間に続く期間は保持期間Ｈ（ｎ）、Ｈ（ｎ＋１）、Ｈ（ｎ＋２）或いはＨ’（ｎ）、Ｈ’（ｎ＋１）、Ｈ’（ｎ＋２）に対応し正極性の選択期間に続く保持期間では保持電位Ｖb1、負極性の選択期間に続く保持期間では保持電位Ｖb2をとる。本実施例では選択期間Ｓ（ｎ）、Ｓ’（ｎ）では全て選択電位Ｖa1、Ｖa2を取っているが一部は他の電位例えば保持電位Ｖb1、Ｖb2をとっても構わない。
【００１０】
本発明の特徴は選択期間に先立つ電流印加期間にある。例えば、走査信号φ（ｎ）では負極性の選択期間Ｓ（ｎ）に先立つ期間Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−３）、Ｓ（ｎ−４）では交互の極性を有する電圧が印加されている。これらの期間Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−３）、Ｓ（ｎ−４）は他の走査信号に対する選択期間を利用している。
【００１１】
図５（ｃ）に図１の本発明の駆動波形が液晶画素及びスイッチング素子に印加された場合のスイッチング素子に印加される電圧波形及びスイッチング素子に流れる電流波形を示す。例えば、図１に走査信号φ（ｎ）を例に取ると、負極性の選択期間Ｓ（ｎ）に先立つ電流印加期間Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−３）、Ｓ（ｎ−４）では交互の極性を有する電圧が印加されており、スイッチング素子に印加される電圧波形は図５（ｃ）の如く正負の大きな電圧がとなる。その結果スイッチング素子には図５（ｃ）の電流波形の如く正負の大きな電流が流れる。図５（ｂ）の従来例の電流波形と比べるとトータルで非常に大きな電流量がスイッチング素子を通過している事がわかる。大きな電流量を選択期間の前に常に流す事は焼き付き低減に大きな威力を発揮すので、本発明は従来例より大きな焼き付き低減効果が得られる。
【００１２】
本発明は更にこの電流印加小期間の数を３つ以上設けている事に特徴がある。図９に電流印加小期間の数と焼き付き低減効果との関係を示す。３期間以上で非常に大きな効果が得られている。本実施例ではこれらの電流印加期間の電圧は選択電位Ｖa1、Ｖa2と同じ値を用いている。このようにすると電源電位数を増やすこと無く電流印加をする事が可能となる。特に電流印加期間を４つ以上の複数の小区間で構成し、該複数の小区間は選択期間の電圧極性と同じ電圧極性を有する２つ以上の小区間及び逆の電圧極性を有する２つ以上の小区間から構成すると焼付き低減効果が大きい事が図９からわかる。
【００１３】
本実施例では例えば選択期間Ｓ（ｎ）に先立つ電流印加期間Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−３）、Ｓ（ｎ−４）は連続しているが、その間に電流の余り流れない期間を設けてもかまわない。同様に保持期間も選択期間の後であれば連続である必要はない。
【００１４】
本発明ではｍ本目のデータ線に印加されるデータ信号Ｄ（ｍ）は図１の如く図３の従来例と同様データ電位Ｖd1とＶd2の間の電位をとる。階調表示は振幅変調或いはパルス幅変調のどちらかが用いられ、図１では後者の例を示した。２２は基準電位であり本図では一定電位で描いているが系全体で変動してもかまわない。図ではＶa1、Ｖa2及びＶb1、Ｖb2をそれぞれ基準電位に対し対称で示したが非対称にする事もある。また本例は行毎反転の例に対応するが、フィールド反転や行内反転でもよい。
【００１５】
以上の例では電流印加期間での電位は選択電位Ｖa1、Ｖa2と同じものを用いており、回路の電源数節約の点では非常にメリットが大きい。しかし本発明では必ずしも選択電位と同電位である必要はない。
【００１６】
図８は原理的には図１と全く等価であり、図１の基準電位ＶＧを図８の基準電位ＶＧのように行毎に振って走査信号振幅を低減した例である。反対にデータ信号振幅は増加している。駆動波形は一見違ったものに見えるが等価である。本発明はこのような揺動電位に対しても基準電位固定で記述して等価ならば該当する。
【００１７】
【発明の効果】
図４で従来の駆動法の問題点を説明したように、２端子型スイッチング素子によるアクティブマトリクス液晶表示装置の最大の問題点は画像の焼き付きや残像現象であり、スイッチング素子の閾値電圧Ｖthが流れる電流量に依存し変化する事による。本発明では特に設けた電流印加期間によって強制的にスイッチング素子に電流を印加し閾値Ｖthを変化させて安定させよる事により図７の如く焼き付き、残像を低減させるものである。
【００１８】
特に本発明では電流印加期間の数を４回以上とする事によって図９の如く電源電位数を増やすことなく焼き付きを防止できる。
【００１９】
以上の如く本発明の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置及びその駆動法では、走査信号として選択期間と該選択期間に先立つ電流印加期間と該選択期間に続く保持期間を有し、該電流印加期間は４つ以上の複数の小区間からなり、該複数の小区間は選択期間の電圧極性と同じ電圧極性の小区間及び逆の電圧極性の小区間の両方からなり、且つ一の選択期間と該選択期間に続く最初の電流印加期間は互いに逆の電圧極性である事により焼き付きを簡便な方法で低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法の一実施例に於ける駆動波形である。
【図２】代表的な２端子型スイッチング素子を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置のブロック図である。
【図３】従来の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法に於ける駆動波形である。
【図４】従来の駆動方法に於ける焼き付き問題の説明図である。
【図５】従来及び本発明の駆動方法に於けるスイッチング素子に印加される電圧波形及びスイッチング素子を流れる電流波形を示す説明図である。
【図６】従来の２端子型アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法に於ける駆動波形である。
【図７】本発明の駆動方法による焼き付き低減効果を示す説明図である。
【図８】本発明の駆動方法の他の実施例に於ける駆動波形である。
【図９】本発明の駆動方法に於ける焼き付き低減と電流印加期間の回数の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
φ（ｎ）、φ（ｎ＋１） 走査信号
Ｄ（ｍ） データ信号
Ｄ１，Ｄ２，ＤＭ データ線
Ｓ１，Ｓ２，ＳＮ 走査線
１ 液晶画素
２ ２端子型スイッチング素子
Ｓ（ｎ），Ｓ’（ｎ） 選択期間
Ｉ（ｎ），Ｉ’（ｎ） 電流印加期間

Claims (6)

1. 複数のデータ線及び複数の走査線と、該データ線及び該走査線の交点に対応して設けられた液晶画素及び少なくとも１つの２端子型スイッチング素子とを有し、前記走査線に印加される走査信号と前記データ線に印加されるデータ信号に応じて前記液晶画素が駆動される液晶表示装置に於て、
   該走査信号は選択期間と該選択期間に先立つ電流印加期間と該選択期間に続く保持期間を有し、該電流印加期間は４つ以上の複数の小区間からなり、該複数の小区間は前記選択期間の電圧極性と同じ電圧極性の小区間及び逆の電圧極性の小区間の両方からなり、
   且つ一の選択期間と該選択期間に続く最初の電流印加期間は互いに逆の電圧極性である事を特徴とする液晶表示装置。
2. 前記電流印加期間は、該当する走査線の前に選択される他の走査線の選択期間を利用し、該電流印加期間の前記小区間の走査信号の電圧極性は該他の走査線の選択期間の電圧極性と同じである事を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記電流印加期間の中の複数の小区間の電圧は、正極性あるいは負極性の選択期間の選択電圧とほぼ同一である事を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 複数のデータ線及び複数の走査線と、該データ線及び該走査線の交点に対応して設けられた液晶画素及び少なくとも１つの２端子型スイッチング素子とを有し、前記走査線に印加される走査信号と前記データ線に印加されるデータ信号に応じて前記液晶画素が駆動される液晶表示装置に於て、該走査信号は選択期間と該選択期間に先立つ電流印加期間と該選択期間に続く保持期間を有し、該電流印加期間は４つ以上の複数の小区間からなり、該複数の小区間は前記選択期間の電圧極性と同じ電圧極性の小区間及び逆の電圧極性の小区間の両方からなり、且つ一の選択期間と該選択期間に続く最初の電流印加期間は互いに逆の電圧極性である事を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
5. 前記電流印加期間は、該当する走査線の前に選択される他の走査線の選択期間を利用し、該電流印加期間の前記小区間の走査信号の電圧極性は該他の走査線の選択期間の電圧極性と同じである事を特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
6. 前記電流印加期間の中の複数の小区間の電圧は、正極性あるいは負極
   性の選択期間の選択電圧とほぼ同一である事を特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法。

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