JP4084274B2

JP4084274B2 - 液晶表示器の駆動方法および駆動回路

Info

Publication number: JP4084274B2
Application number: JP2003345222A
Authority: JP
Inventors: リンチン−ウェイ; チャンシン−チャン; ファンチャン−シャン
Original assignee: TPO Displays Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005114786A

Description

本発明は、液晶表示器の駆動方法および駆動回路に関し、特に液晶表示器の液晶極性反転の駆動方法および駆動回路に関する。

従来の能動式液晶表示器の駆動方式は、フレーム極性反転（ｆｒａｍｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）、行極性反転（ｃｏｌｕｍｎｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）、列極性反転（ｒｏｗｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）、点極性反転（ｄｏｔｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）などの方式を含んでいる。どの方式を選ぶのか、映像画質、電力消費、および駆動の複雑度によって決められる。これらの方式のうち、フレーム極性反転は最も簡単ではあるが、その映像画質は最も悪いため、通常は使用されていない。一方、点極性反転は、最も良い映像画質を生成するが、消費電力および複雑度が共に高い。したがって、映像画質が高く求められていない場合、行極性反転および列極性反転の方式は、上述した方式のうち折衷的な方式として用いられている。

図１は、従来の能動式液晶表示器の画素駆動方法に用いられる等価回路を示している。図中の走査信号（ｓｃａｎｓｉｇｎａｌ）Ｖ_s１０２は、トランジスタ１１０のゲートに接続されてそのオン／オフを制御している。映像信号（ｄａｔａｓｉｇｎａｌ）Ｖ_D１０４は、トランジスタ１１０のソースに接続されており、トランジスタ１１０がオンとなったとき、映像信号１０４はこのトランジスタ１１０を介して内部電圧を得る（図中の電圧値Ｖ_1c）。内部電圧１１２は蓄積用コンデンサ１３０（図示のコンデンサＣ_st）および液晶コンデンサ１２０（図示のコンデンサＣ_1c）に蓄積される。内部電圧１１２と直流信号１０６との電位（図示の直流電圧値Ｖ_com）差により、液晶コンデンサ１２０中の液晶角度を駆動する。一方、トランジスタ１１０がオフであったとき、液晶コンデンサ１２０を駆動するための電位差は、蓄積用コンデンサ１３０から継続して提供される。

図２は、各種極性反転に基づく駆動方法を示しており、図１の等価回路にあわせて、各駆動信号のタイムチャートとなっている。図２において、直流信号（Ｖ_com）２０６は参考電圧であり、走査信号（Ｖ_s）２０２は、高電位であったとき、映像信号（Ｖ_D）２０４が画素内部に導入されることで、蓄積用コンデンサ１３０および液晶コンデンサ１２０に対して充電する。このようなコンデンサへの充電により、内部電圧２１２が安定に維持されているので、液晶コンデンサ１２０が必要とする電位差２１０が提供される。

上述した極性反転の駆動方式は、映像信号が毎回画素に書き込まれた後に極性反転をしなければならないので、高い電圧振幅および反転頻度によって消費電力が大幅に高くなってしまう。一方、このような消費電力を低減するために、駆動方式を少し変更し、参考電位反転（Ｖ_comｉｎｖｅｒｓｉｏｎ，或いはｃｏｍｍｏｎｔｏｇｇｌｅと称する）の駆動方式が使用されている。このような駆動方式によって、映像信号反転時の電圧振幅を低減することができるので、表示器作動時の消費電力が低減される。

図３は、従来の能動式液晶表示器の参考電位の反転駆動方式を用いた画素等価回路を示している。図中の走査信号３０２がトランジスタ３１０のゲートに接続されてそのオン／オフを制御し、映像信号３０４がトランジスタ３１０のソースに接続されている。トランジスタ３１０がオンであったとき、映像信号３０４が通過し、内部電圧３１２が得られる。この際、内部電圧３１２が蓄積用コンデンサ３３０および液晶コンデンサ３２０に蓄積される。蓄積用コンデンサ３３０および液晶コンデンサ３２０の第一端はトランジスタ３１０のドレーンに接続され、蓄積用コンデンサ３３０および液晶コンデンサ３２０の第二端（共通電極）は、共に交流信号３０６に接続されている。実は、内部電圧３１２と交流信号３０６との間の電圧差によって、液晶コンデンサ３２０の中の液晶角度が駆動されている。このように、トランジスタ３１０がオフであったとき、液晶コンデンサ３２０が必要とする電位差は、蓄積用コンデンサ３３０から継続して供給される。

図４は、前述した参考電位の反転駆動方法を示しており、図３の等価回路にあわせて、各駆動信号のタイムチャートとなっている。図４において、液晶駆動に必要な参考電圧を交流信号（Ｖ_com）４０６に変更している。走査信号（Ｖ_s）４０２は、高電位であったとき、映像信号（Ｖ_D）４０４が画素内部に導入されることで、蓄積用コンデンサ３３０および液晶コンデンサ３２０に対して充電を行って内部電圧４１２が得られる。このような内部電圧４１２および交流信号４０６によって、液晶駆動用の電圧差４１０が得られ、液晶コンデンサ３２０に作用する。
特開２０００−０４１００３号公報特開２０００−２０２７６０号公報

上述した参考電位反転の駆動方法により、映像信号４０４の振幅を下げることができるので、消費電力を低減することもできる。一方、液晶コンデンサ３２０と蓄積用コンデンサ３３０との間の共通電極（ｃｏｍｍｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、同一の電位に接続されている。なお、蓄積用コンデンサ３３０は、非線形コンデンサであった場合、前述した参考電位反転の駆動方法を使用することができない。

また、製造技術の進歩に伴って、薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）のサイズが小さくなってきているが、精密度に対する要求も相対的に高まってきている。そこで、従来の光学的な位置合わせ方式を必要としなくなり、自己位置合わせ（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ）の製造方式を必要としてきた。なお、自己位置合わせの製造方式を使用するとき、薄膜トランジスタの性能を向上させることが可能であるが、ゲート電極と多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ）電極との間に形成された蓄積用コンデンサは、非線形コンデンサ（図８に示す）となっている。結局、従来の参考電位反転の駆動方法を使用することができなく、消費電力を低減する目的に達成できない。

本発明の目的は、液晶表示器の駆動方式を提供し、参考電位反転の駆動方式を自己位置合わせの製造方式に用いて、トランジスタのサイズおよび表示器作動時の消費電力を低減することで、従来の駆動方法の欠点を解消する。

本発明によって、液晶表示器の駆動方法が提供されている。この液晶表示器は、複数の画素（ｐｉｘｅｌ）から構成され、各画素には、トランジスタと液晶コンデンサと蓄積用コンデンサとが含まれている。この方法によれば、従来の画素において液晶コンデンサと蓄積用コンデンサの共通参考電位を二種類の異なる交流信号にそれぞれ供給する。これらの種類の交流信号は、互いに同期であり、後者は前者にない直流オフセット電圧（ＤＣｏｆｆｓｅｔ）を有する。即ち、本発明の方法に含まれるのは次のことである。１．走査信号と映像信号と第一交流信号と第二交流信号とを画素に供給する。２．トランジスタに走査信号を供給して該トランジスタのオン／オフを制御する。３．トランジスタがオンであったとき、液晶コンデンサの第一端と蓄積用コンデンサの第一端とに映像信号を供給し、液晶コンデンサと蓄積用コンデンサの第一端は、互いに接続されている。４．液晶コンデンサの第二端と蓄積用コンデンサの第二端とに対して、第一交流信号と第二交流信号とをそれぞれ供給し、第一交流信号と第二交流信号が互いに同期であり、第二交流信号は、第一交流信号にない直流オフセット電圧を有する。５．トランジスタがオンであったとき、映像信号が画素に導入されて蓄積用コンデンサおよび液晶コンデンサへの充電を行って内部電圧が得られ液晶を駆動する。一方、トランジスタがオフであったとき、内部電圧が蓄積用コンデンサから継続して供給されることで、液晶駆動用の電位差を維持し、画素の液晶を継続して駆動する。

本発明に係る他の好ましい実施例による液晶表示器の駆動方法では、前記直流オフセット電圧値は少なくとも、蓄積用コンデンサのしきい電圧値と液晶駆動用電位差の最大値との和より大きい。蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい値は、ドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）量を調整することによって変更し、直流オフセット電圧を下げることが可能である。なお、他の選択実施例では、蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい値は、画素のオン／オフを制御する薄膜トランジスタのしきい電圧値と異なってもよい。

本発明によって提供された他の液晶表示器の駆動回路は、前述した駆動方法に合わせて構成されている。この液晶表示器は、複数の画素（ｐｉｘｅｌ）から構成され、各画素は液晶駆動回路を有し、この液晶駆動回路は、トランジスタと液晶コンデンサと蓄積用コンデンサとを備えている。前記トランジスタのドレーンが走査信号に接続され、トランジスタのソースは映像信号に接続されている。液晶コンデンサの第一端は、トランジスタのドレーンに接続され、液晶コンデンサの第二端は、第一交流信号に接続されている。該液晶コンデンサ内に液晶が充填され、前記第一端と前記第二端との間の電圧差により液晶の透過率が変えられるようになっている。該蓄積用コンデンサの第一端は、トランジスタのドレーンに接続され、液晶コンデンサの第二端は、第二交流信号に接続されている。

本発明に係る他の好ましい実施例による液晶表示器の駆動回路では、前記トランジスタは、薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）で構成されている。また、ゲート電極と多結晶シリコン電極との間に形成された蓄積用コンデンサは、自己位置合わせ製造技術（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ）で完成され、非線形コンデンサである。

本発明の液晶表示器の駆動方法は、異なる交流信号を使用し、画素中において液晶コンデンサと蓄積用コンデンサに異なる参考電圧を提供することによって、蓄積用コンデンサと液晶コンデンサとの電位差を維持する。両交流信号は、互いに同期が取れて同じ振幅を有する。また、蓄積用コンデンサに接続されている交流信号は、液晶コンデンサの交流信号にない直流オフセット電圧を有し、蓄積用コンデンサを最大値に維持する。したがって、本発明の方法によって、従来の駆動方法の欠点を解消することができ、且つ自己位置合わせの製造過程に適用されており、消費電力を低減することが可能となった。

本発明における上述および他の目的、特徴、利点をよりよく理解するために、次に好ましい実施例を挙げて図面を参照しながら詳しい説明を行う。

図５は、本発明の好ましい実施例を示す図である。図示の本発明液晶表示器の駆動方式は、画素の等価回路を用いている。図中の走査信号（図示の信号Ｖ_s）５０２は、トランジスタ５１０のゲートに接続されてそのオン／オフを制御する。映像信号（図示の信号Ｖ_D）５０４は、トランジスタ５１０のソースに接続されている。トランジスタ５１０がオンであったとき、映像信号５０４が通過し、内部電圧５１２（図示の電圧値Ｖ_1c）が得られる。そして、内部電圧５１２が蓄積用コンデンサ（図示のコンデンサＣ_st）５３０および液晶コンデンサ（図示のコンデンサＣ_1c）５２０に蓄積される。蓄積用コンデンサ５３０および液晶コンデンサ５２０の第一端は、トランジスタ５１０のドレーンに接続されており、蓄積用コンデンサ５３０の第二端は、第二交流信号（Ｖ₂）５０８に接続されており、そして液晶コンデンサ５２０の第二端は、第一交流信号（Ｖ₁）５０６に接続されている。図中の下半分に示す波形は、第一交流信号（Ｖ₁）および第二交流信号（Ｖ₂）のタイムチャートである。本実施例では、第一交流信号（Ｖ₁）および第二交流信号（Ｖ₂）の振幅（Ｖ_b）、周波数および位相は、互いに同様であるが、第二交流信号（Ｖ₂）は、第一交流信号（Ｖ₁）にない直流オフセット電圧（Ｖ_a）を持っている。この直流オフセット電圧値（Ｖ_a）は少なくとも、蓄積用コンデンサ５３０の等価薄膜トランジスタのしきい電圧値と液晶駆動用電位差の最大値との和より大きくなる必要がある。内部電圧５１２と第一交流信号５０６との電位差により、液晶コンデンサ５２０の中の液晶角度が駆動される。トランジスタ５１０がオフであったとき、液晶コンデンサ５２０が必要とする電位差が蓄積用コンデンサ５３０から継続して提供される。

図６は、本発明の駆動方法を示し、図５に示す等価回路にあわせて各駆動信号のタイムチャートとなっている。図７は、図５の等価回路および図６の駆動方法に基づく本発明の液晶表示器の駆動回路の実施例を示している。図６に示すように、液晶を駆動するための電位差６１０は、内部電圧６１２と第一交流信号６０６との電位差によって提供されている。走査信号（Ｖ_s）６０２が高電位であったとき、映像信号（Ｖ_D）６０４が画素内部に導入されて蓄積用コンデンサ５３０および液晶コンデンサ５２０に対して充電を行う。蓄積用コンデンサ５３０および液晶コンデンサ５２０への充電を行った後、内部電圧６１２が得られるので、前述した液晶コンデンサ５２０が必要とする電位差６１０が提供される。また、第二交流信号（Ｖ₂）６０８が第一交流信号（Ｖ₁）６０６にない直流オフセット電圧６３０を有する。好ましい実施例では、直流オフセット電圧６３０の値を選択することによって、直流オフセット電圧６３０は少なくとも、蓄積用コンデンサ５３０の等価薄膜トランジスタのしきい電圧値と液晶駆動用電圧差６１０の最大電圧値との和より大きくなっている。したがって、第二信号６０８は、内部電圧６１２と蓄積用コンデンサ電位との差６２０より大きくなり、蓄積用コンデンサ５３０が同一極性方向に保持されてコンデンサ最大値を維持する。第一交流信号６０６と第二交流信号６０８は、電位反転のタイミングに合わせて同期をとると共に振幅を同じにする必要がある。これにより、液晶コンデンサ両端を跨る電圧を安定値に維持することができる。したがって、本発明の駆動方法は、自己位置合わせ製造過程に適用される。

本発明の好ましい実施例によれば、蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい値は、ドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）量を調整することによって変えて直流オフセット電圧を下げることが可能である。図８は、蓄積用コンデンサ両端の電圧差と誘電率との関係を示す図である。この図は、蓄積用コンデンサの静電容量が端電圧に伴って非線形変化することを示している。例えば、曲線８２が示すように、端電圧がしきい電圧値８１を超えて初めて電圧が蓄積されることが可能である。そこで、駆動回路の電圧を下げて消費電力を下げるために、ドーピング量を変えることで消費電力を低減している。また、曲線８２は、或るドーピング量を有する蓄積用コンデンサの特性曲線と、ドーピング量を変えた後の左寄りの曲線８３とを示している。これと同時に、最初のしきい電圧値８１が新しいしきい電圧値８４に降下している。なお、一つの選択実施例では、設計上のニーズに応じて、この蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい電圧値を負の値に設定することも可能である。また、他の選択実施例としては、この蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい値は、画素オン／オフを制御する薄膜トランジスタのしきい値と異なるように設定されてもよい。

本発明の方法は、異なる交流信号を使用し、画素中において液晶コンデンサと蓄積用コンデンサに異なる参考電圧を提供することによって、蓄積用コンデンサの充放電を所定の極性に維持する。これらの交流信号は、互いに同期が取れて同じ振幅を有する。また、蓄積用コンデンサに接続されている交流信号は、液晶コンデンサの交流信号にない直流オフセット電圧を有する。したがって、本発明の方法によって、従来の駆動方法の欠点を解消することができ、且つ自己位置合わせの製造過程に適用されており、消費電力を低減することが可能となった。

本発明は、好ましい実施例によって以上のように説明されたが、この実施例に限定されているわけではない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から離脱しないまま、若干の変更および修飾を行うことも可能である。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求範囲によって定めるべきである。

従来技術に係る画素駆動用の等価回路を示す図である。従来技術に係る各種極性反転の駆動方法を示し、図１にあわせて各種駆動信号を示すタイムチャートである。従来の参考電位反転の駆動方式を用いた画素等価回路を示す図である。従来技術に係る参考電位反転の駆動方法を示し、図３にあわせて各種駆動信号を示すタイムチャートである。本発明の液晶表示器の駆動方法および駆動回路を示し、好ましい実施例の液晶表示器の駆動回路における画素の等価回路を示している。本発明の好ましい実施例の駆動方法を示し、図５にあわせて各駆動信号を示すタイムチャートである。本発明の液晶表示器の駆動方法および駆動回路を示すと共に、液晶表示器における画素駆動回路を示し、図５にあわせて完成した実際の回路図である。本発明の液晶表示器の駆動方法および駆動回路を示すと共に、蓄積用コンデンサ端電圧と誘電率との関係を示し、製造過程において異なるドーピング量が蓄積用コンデンサの特性に与える影響を示している。

符号の説明

１０２走査信号
１０４映像信号
１０６直流信号
１１０トランジスタ
１１２内部電圧
１２０液晶コンデンサ
１３０蓄積用コンデンサ
２０２走査信号
２０４映像信号
２０６直流信号
２１０液晶駆動用電位差
２１２内部電圧
３０２走査信号
３０４映像信号
３０６交流信号
３１０トランジスタ
３１２内部電圧
３２０液晶コンデンサ
３３０蓄積用コンデンサ
４０２走査信号
４０４映像信号
４０６交流信号
４１０液晶駆動用電位差
４１２内部電圧
５０２走査信号
５０４映像信号
５０６第一交流信号
５０８第二交流信号
５１０トランジスタ
５１２内部電圧
５２０液晶コンデンサ
５３０蓄積用コンデンサ
６０２走査信号
６０４映像信号
６０６第一交流信号
６０８第二交流信号
６１０液晶駆動用電位差
６１２内部電圧
６２０蓄積用コンデンサの電位差
６３０直流オフセット電圧
８１ドーピング量変更前のしきい電圧値
８２ドーピング量変更前の蓄積コンデンサの特性曲線
８３ドーピング量変更後の蓄積コンデンサの特性曲線
８４ドーピング量変更後のしきい電圧値

Claims

複数の画素（ｐｉｘｅｌ）から構成され、各画素はトランジスタと蓄積用コンデンサと液晶コンデンサとを有する液晶表示器において、前記トランジスタに走査信号を供給して該トランジスタのオン／オフを制御することと、前記トランジスタがオンであったとき、互いに接続されている液晶コンデンサの第一端と蓄積用コンデンサの第一端とに映像信号を供給することと、液晶コンデンサの第一端に対応する第二端と、蓄積用コンデンサの第一端に対応する第二端とに対して、第一交流信号と第二交流信号とをそれぞれ供給し、第一交流信号と第二交流信号が互いに同期でかつ同じ振幅を有し、第二交流信号は、第一交流信号にない直流オフセット（ＤＣｏｆｆｓｅｔ）電圧を有し、前記直流オフセット電圧値は少なくとも、前記蓄積用コンデンサの等価薄膜トランジスタのしきい電圧値と液晶駆動用電位差の最大値との和より大きく、前記蓄積用コンデンサは、自己位置合わせ製造技術（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ）で完成され、非線形コンデンサであることを特徴とする液晶表示器の駆動方法。
前記蓄積用コンデンサのしきい電圧値は、トランジスタのしきい電圧値と異なることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示器の駆動方法。