JP4617728B2 - 画像表示方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の駆動に適用して好適な画像表示方法及び装置に関する。

図５は、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に用いる半導体基板の一般的な回路図である。図５に示すように、多数のゲート線Ｇとデータ線Ｄとが直交するように配置してあり、各ゲート線と各データ線の交点に、表示画素を構成する画素電極が配置してある。各ゲート線Ｇは、ゲート線駆動回路１０により駆動され、各データ線Ｄは、データ線駆動回路２０により駆動される。

データ線駆動回路２０は、例えば、表示させる１ライン中（ここでのラインは図５中の水平方向のライン）の各画素の輝度に対応した画像データを出力し、その出力されるラインがどのラインであるかが、ゲート線駆動回路１０からゲート線に出力される信号で選択されて、１ライン単位で各画素への書き込みを行って、全てのラインの書き込みを行うことで、１画面内の全ての画素電極に、画像データがセットさせる。

各ゲート線と各データ線の交点の構成について説明すると、例えば図５に示したゲート線Giとデータ線Djとの交点に、画素３０ijが構成される。図５の例では、トランジスタとしてＮ型ＭＯＳトランジスタを用いた例である。ゲート線Giは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３１のゲートに接続してあり、データ線Djは、トランジスタ３１のソースに接続してあり、トランジスタ３１のドレインが、画素電極３３に接続してある。画素電極３３には、コンデンサ３２が接続してあり、画素電極３３に供給される画像データ電位をホールド期間中保持するための容量として機能する。

このように接続してあることで、ゲート線駆動回路１０がゲート線Giをハイレベル“Ｈ”にすることで、そのゲート線Giに接続されたトランジスタ３１がオンし、データ線Djに導かれた画像データ電位が画素電極３３にサンプリングされる。ゲート線をローレベル“Ｌ”にするとトランジスタ３１はオフし、サンプリングされた画像データ電位が画素電極３３にホールドされる。

このようにして、ゲート線駆動回路１０が各ゲート線を順に一時的にハイレベルにしながら、そのハイレベルになるゲート線と直交する画素に、データ線駆動回路２０から画像データ電位を供給することで、全ての画素の電極に画像データ電位が送られて、画像表示が行える。

ところで、図５に示した如き構成において、各画素の状態が、サンプリングからホールド状態に移行するときには、ゲート線をハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に変化させる。このとき、その変化が、トランジスタ３１のゲート‐ソース間容量Cgsによりデータ線Djに、ゲート‐ドレイン間容量Cgdによって画素電極３３にそれぞれ伝わり、両者の電位を下げてしまう。これがスイッチングノイズであり、一般にデータ線の容量Cdは大きいため、ノイズによる電圧低下は微小であるが、画素電極３３の方はコンデンサ３２の容量が小さいため、電圧低下が大きくなってしまう。

ゲート線の電圧が、トランジスタ３１をオンさせる閾値よりも高い間は、データ線Djと画素電極３３とが導通しているため、データ線と画素電極の間の電位差は、両者の間に電流が流れて解消される。またこのとき、データ線Djの容量Cdは、ソース側の容量Csよりも数１００倍大きいため、データ線の電位はほとんど変化しないまま画素電極の電位がデータ線の電位に近づく。つまり、画素電極のスイッチングノイズを解消する方向に働く。ゲート線の電圧がトランジスタ３１の閾値よりも低くなると、トランジスタがオフしてデータ線Djと画素電極３３とが非道通になるため、ノイズによる画素電極の電圧低下はそのまま残る。またトランジスタ３１の閾値は、ソースの電圧つまり書き込み電圧が高いほど高くなる。

ゲート線の電圧がトランジスタ３１の閾値よりも少しだけ高いところまで下がった状態では、トランジスタの抵抗が高いため流れる電流が小さく、データ線と画素電極との電位差を解消しきれないうちにゲート線の電圧がさらに低下してトランジスタがオフしてしまう、という現象が起こっている。このため、スイッチングノイズを抑制するには、ゲート線立ち下げ波形の傾きをなるべく緩やかにし、データ線の電位が閾値まで低下する間になるべく多くの電流を流して画素電極の電圧低下を埋めることが必要である。

このため、従来は、例えば図６に示すような駆動回路を、ゲート線駆動回路１０が備える構成として、立ち下げに用いるトランジスタの能力を落とすことで傾きを緩やかにしていた。即ち、図６に示すように、ゲート線駆動回路１０内で、ゲート線に供給する駆動信号の制御端子１を、２つのＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２で構成されたインバータに供給する。即ち、制御端子１に得られる信号を、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートと、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに供給する。両トランジスタＱ１，Ｑ２は、図６に示すように、電源電圧部と接地電位部との間に、ソース・ドレインが直列に接続してある。そして、両トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点を出力端子２として、この出力端子２に得られる信号を、図５に示したゲート線Ｇに供給する。

この図６に示す構成とした場合に、上述した問題を解決するために、波形の立ち下げに用いるトランジスタＱ２の能力を落とすことで、傾きを緩やかにしていた。即ち、図７に、制御端子１に得られる入力電圧ＩＮ（図７（ｂ））と、出力端子２からのゲート線駆動電圧Ｇ（図７（ａ））とを示すように、入力電圧ＩＮがハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に変化する場合には、駆動電圧Ｇが迅速に立ち上がるようにし、ローレベル“Ｌ”からハイレベル“Ｈ”に戻る際には、傾きを緩やかにしていた。

特許文献１には、このような駆動電圧を生成させる回路の一例についての開示がある。
特開２００１−９４４０６号公報

しかしながら、図７に示したようなゲート線の電圧は、指数関数で立ち下がるため、立ち下げ開始直後よりも後半の方が傾きが緩やかになる。このため、立ち下げ始めの傾きを緩やかにしようとすると、ゲート線が完全に立ち下がるまでには長い時間が必要となってしまい、隣接する２本のゲート線が同時に立ち上がる状態ができたり、それを避けようとすると立ち上げ開始を遅らせる必要があるため書き込み時間が不足したりしてしまう。また、一定時間以内に立ち下げようとすると、立ち下げ始めの傾きが急になってしまう。このように、高い電圧を書き込んだ場合、すなわちトランジスタがオフする閾値が高くなる場において、立ち下げを緩やかにするという効果が得られず、その結果ノイズが大きくなっていた。例えば、図７（ａ）に示すゲート線駆動電圧Ｇの波高値が１５Ｖであるとすると、１２Ｖ程度でオフした場合、立ち下げ始めの傾きが急な時点でオフしてしまい、ノイズが大きくなっていた。

上述した特許文献１には、駆動の変化を緩やかにする技術について記載されているが、この方法では大きな容量素子が必要となるため、多数のゲート線駆動回路を狭いピッチで並べる必要のある、液晶表示装置の如き画像表示装置には不向きであった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、この種の画像表示装置のゲート線の駆動が良好にできることを目的とする。

本発明は、画像表示装置のゲート線を駆動する場合に、駆動回路として、ゲート線に接続した第１の能動素子と、第１の能動素子に流れる電流を流してカレントミラーする第２の能動素子と、第２の能動素子でカレントミラーされた電流を、ゲート線から流す第３の能動素子とを備えた駆動力設定手段を備え、駆動力設定手段による制御として、ゲート線の電圧をモニタし、そのモニタされたゲート線電圧の電位が高いうちは駆動力が小さく、ゲート線の電位が低下するに従って駆動力が大きくなるように制御するようにしたものである。

このようにしたことで、ゲート線の駆動電圧が立ち下がる際には、立ち下げ始めから緩やかな傾きで立ち下がるようになり、画素電圧をサンプリングする能動素子がオンする電圧が高い場合、すなわち書き込み電圧が高い場合でも、スイッチングノイズを抑制するように働く。

本発明によると、ゲート線の駆動電圧が立ち下がる際には、立ち下げ始めから緩やかな傾きで立ち下がるようになり、全ての書き込み電圧範囲に渡ってスイッチングノイズを抑制し、スイッチングノイズの影響のない高品位な画像表示が可能になる。

この場合、ゲート線の電圧が低下する所定期間に、モニタされた信号の電流経路を遮断するようにしたことで、本発明の処理を行うことによる消費電力の増大を抑制することができる効果を有する。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１及び図２を参照して説明する。この図１及び図２において、従来例として示した図５〜図７に対応する部分には同一符号を付す。

本例においては、従来例で説明した、図５に示した如き画像表示装置（アクティブマトリクス方式の液晶表示装置）の各ゲート線Ｇを駆動する信号を生成する回路である、ゲート線駆動回路に適用したものである。

ここで、図５を参照して本発明が適用される画像表示装置の回路構成を、再度簡単に説明すると、基板上には、多数のゲート線Ｇとデータ線Ｄとが直交するように配置してあり、各ゲート線と各データ線の交点に、表示画素を構成する画素電極が配置してある。各ゲート線Ｇは、ゲート線駆動回路１０により駆動され、各データ線Ｄは、データ線駆動回路２０により駆動される構成としてある。各画素（例えば画素３０ij）の構成としては、各データ線と交差するように配置された複数のゲート線との各交点に、能動素子（スイッチング素子）であるトランジスタ３１が配置され、そのトランジスタ３１が一時的にオンする電圧をゲート線Ｇに印加するように駆動することで、データ線を介して供給される画像データ電圧をサンプリングして、そのサンプリングされた電圧が、コンデンサ３２に保持され、画素電極３３にその電圧が印加され、画素駆動が行われる。

図1は、本例のゲート線Ｇを駆動する信号の生成回路構成である。この図１に示した回路が、図５に示したゲート線駆動回路１０内に設けられた回路であり、例えば図１に示した１つの回路で、１本のゲート線Ｇを駆動する。

図１に示した本例の構成について説明すると、ゲート線に供給する駆動信号の制御端子１を、２つのＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２で構成されたインバータに接続し、両トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点を出力端子２として、この出力端子２に得られる信号を、図５に示したゲート線Ｇに供給する点については、従来例として図６に示した構成と同じである。

ここで本例においては、この２つのトランジスタＱ１，Ｑ２の内で、立ち下げに用いるトランジスタＱ２の駆動力は、小さくしておく。そして、出力端子２に得られるゲート制御電圧をモニタする手段として、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１１を設け、出力端子２に得られる信号を、トランジスタＱ１１のゲートに供給する。このトランジスタＱ１１は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１２と接続してあり、図１に示すように、電源電圧部と接地電位部との間に、両トランジスタＱ１１，Ｑ１２のソース・ドレイン間が、直列に接続された状態となっている。

トランジスタＱ１２のゲートには、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１３のゲートが接続してあり、さらにトランジスタＱ１１，Ｑ１２の接続点側とトランジスタＱ１２のゲートとを接続して、いわゆるカレントミラー接続として、トランジスタＱ１２を流れる電流と、トランジスタＱ１３を流れる電流とが比例するようにしてある。そして、トランジスタＱ１３のドレインが、トランジスタＱ２のドレインに接続してある。トランジスタＱ１３のソースは、接地電位部に接続してある。

このように構成したことで、駆動信号の制御端子１に得られる信号として、ハイレベル“Ｈ”から一時的にローレベル“Ｌ”に変化させる信号とすることで、出力端子２から出力される駆動電圧Ｇは、良好な波形変化となる。即ち、ゲート線Ｇを立ち下げるには、端子１の電位を、ローレベル“Ｌ”からハイレベル“Ｈ”に変化させて、トランジスタＱ１をオフして、トランジスタＱ２をオンし、ゲート線Ｇの電荷を引き抜く。

ここで、トランジスタＱ２の駆動力は小さくしてあるので、ゲート線Ｇの電位は緩やかに低下していき、トランジスタＱ１１はゲート線の電位が閾値よりも低下したところで電流を流し始め、ゲート線Ｇの電圧低下と共に電流量が大きくなってゆく。この電流はトランジスタＱ１２に流れ込み、ノードａ（図１参照）を上昇させて、トランジスタＱ１３にも比例した電流を流す。トランジスタＱ１３は、ゲート線Ｇから電流を引き抜き、トランジスタＱ２を強化する役割を果たす。

すなわち本例の回路は、ゲート線Ｇの電位が高いうちは駆動力が小さく、ゲート線Ｇの電位が低下するに従って駆動力が大きくなるような駆動回路として働く。このため、図２の（ｂ）に示すように、ハイレベル“Ｈ”から一時的にローレベル“Ｌ”に変化して、ハイレベル“Ｈ”に戻る信号を端子１に供給することで、端子からゲート線Ｇに印加される信号の波形は、図２の（ａ）に示すようになり、ゲート電圧低下時の傾きは、広い範囲でほぼ一定とすることができる。従って、高い電圧を書き込んだ画素においても、スイッチングノイズを低減することができ、スイッチングノイズの影響のない、高品位な画像表示が可能になる。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図３及び図４を参照して説明する。この図３及び図４において、従来例として示した図５〜図７、並びに第１の実施の形態で示した図１及び図２に対応する部分には同一符号を付す。

本例においても、従来例で説明した、図５に示した如き画像表示装置（アクティブマトリクス方式の液晶表示装置）の各ゲート線Ｇを駆動する信号を生成する回路である、ゲート線駆動回路に適用したものであり、第１の実施の形態で示した図１にさらに改良を施したものである。

図３に示した本例の構成について説明すると、本例では、図１に示した回路のトランジスタＱ１２のソースを、さらにＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１４のドレインに接続してあり、トランジスタＱ１４のソースを接地電位部に接続してある。このトランジスタＱ１４のゲートは、ゲート駆動回路１０（図５参照）側に用意された電流遮断用制御端子３に接続してある。

さらに、トランジスタＱ１３のソースが、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１５のドレインに接続してあり、トランジスタＱ１５のソースが接地電位部に接続してあり、トランジスタＱ１５のゲートがトランジスタＱ１，Ｑ２のゲート側に接続してある。

電流遮断用制御端子３には、ゲート線Ｇの電圧が低下した状態のとき、余計な電流が流れないように制御する電流遮断用制御信号ＥＮが供給される。電流遮断用制御信号ＥＮは、例えば、ゲート線Ｇの電圧（即ち端子２の電圧）が低下している間を含む一定の期間、ハイレベル“Ｈ”となり、その他の期間はローレベル“Ｌ”となる信号（例えば図４（ｃ）に示す信号）である。その他の部分については、第１の実施の形態で説明した図１の回路と同様に構成する。

この図３に示す回路構成としたことで、第１の実施の形態で示した図１の回路と同様に、ゲート線Ｇを駆動する際には、図４の（ｂ）に示すように、ハイレベル“Ｈ”から一時的にローレベル“Ｌ”に変化して、ハイレベル“Ｈ”に戻る信号を端子１に供給することで、端子からゲート線Ｇに印加される信号の波形は、図４の（ａ）に示すようになり、ゲート線電圧が低下するときの傾きは広い範囲でほぼ一定とすることができる。従って、第１の実施の形態と同様に、高い電圧を書き込んだ画素においても、スイッチングノイズを低減することができ、スイッチングノイズの影響のない、高品位が画像表示が可能になる。

そして本例においては、余計な電流消費を防止できる。即ち、図４の（ｃ）に示すように、ゲート線Ｇの電圧が低下している間を含む一定の期間、ハイレベル“Ｈ”となり、その他の期間はローレベル“Ｌ”となる信号を、トランジスタＱ１４のゲートに供給することで、ゲート線Ｇが立ち下がった後、余計な電流が流れ続けることがなく、消費電流が大きくなることを阻止できる。

具体的には、ゲート線Ｇが立ち下がった後、トランジスタＱ１４をオフすることになり、ゲート電圧モニタ用のトランジスタＱ１１からの電流経路を遮断するように作用する。また、第１の実施の形態で示した図１の構成では、ゲート線の立ち上げを開始するとき、ノードａは高い電位にあるため、トランジスタＱ１から流した電流が、ゲート線Ｇを駆動せずに、トランジスタＱ１３を通って抜けてしまう。これに対して、本実施の形態では、トランジスタＱ１５があるので、トランジスタＱ１がオンするときには、トランジスタＱ１５をオフして電流経路を遮断してある。

このように図３に示した構成によると、ゲート線Ｇが立ち下がった後、余計な電流が流れ続けることがなく、消費電流が大きくなることを阻止でき、ゲート線Ｇが立ち下がる傾きをほぼ一定とした場合の消費電力の増大を効果的に抑えることができる。

なお、ここまで説明した各実施の形態では、図５に示した回路構成の液晶表示装置に適用した例としたが、同様のゲート線駆動が必要なその他の表示装置にも適用可能である。また、図１、図３に示した回路構成は、一例を示したものであり、同様の制御動作が行われるその他の回路構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態による回路構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態による駆動波形例を示した波形図である。 本発明の第２の実施の形態による回路構成例を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による駆動波形例を示した波形図である。 アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の回路例を示した回路図である。 従来の駆動回路構成例を示す回路図である。 図６の回路例による駆動波形例を示した波形図である。

符号の説明

１…制御端子、２…出力端子、３…電流遮断用制御端子、１０…ゲート線駆動回路、２０…データ線駆動回路、３１…画素電圧サンプリング用のトランジスタ、３２…コンデンサ、３３…画素電極、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１５…トランジスタ

Claims (4)

1. マトリクス状に画素が配置され、
   １つのライン中の各画素に対応した画像データ電圧が得られる複数のデータ線と、前記各データ線と交差するように配置された複数のゲート線との各交点に、１画素分の能動素子が配置され、
   前記能動素子が一時的にオンする電圧をゲート線に印加する駆動回路で駆動することで、前記データ線を介して供給される前記画像データ電圧をサンプリングして、そのサンプリングされた電圧に基づいた画素駆動を行う画像表示方法において、
   前記駆動回路として、前記ゲート線に接続した第１の能動素子と、前記第１の能動素子に流れる電流を流してカレントミラーする第２の能動素子と、前記第２の能動素子でカレントミラーされた電流を、前記ゲート線から流す第３の能動素子とを備えた駆動力設定手段を備えた場合に、
   前記駆動力設定手段による制御として、前記ゲート線をオン状態からオフ状態へ駆動する場合に、前記ゲート線の電圧をモニタし、駆動の初期には駆動力を小さく、駆動が進行して前記ゲート線の電圧が変化するとそれに従って駆動力を大きくするように制御する
   画像表示方法。
2. 請求項１記載の画像表示方法において、
   前記ゲート線の電圧が立ち下がっている期間又は前記能動素子がオフしている期間に、前記モニタする回路に流れる電流経路を遮断する
   画像表示方法。
3. マトリクス状に画素が配置され、
   １つのライン中の各画素に対応した画像データ電圧が得られる複数のデータ線と、前記各データ線と交差するように配置された複数のゲート線との各交点に、１画素分の能動素子が配置され、
   前記能動素子が一時的にオンする電圧をゲート線に印加する駆動回路を備えて、
   前記データ線を介して供給される前記画像データ電圧を、前記能動素子のオンでサンプリングして、そのサンプリングされた電圧に基づいた画素駆動を行う画像表示装置において、
   前記駆動回路として、前記ゲート線に接続した第１の能動素子と、前記第１の能動素子に流れる電流を流してカレントミラーする第２の能動素子と、前記第２の能動素子でカレントミラーされた電流を、前記ゲート線から流す第３の能動素子とを備えた駆動力設定手段を備え、
   前記駆動力設定手段による制御として、前記ゲート線をオン状態からオフ状態へ駆動する場合に、前記ゲート線の電圧をモニタして、駆動の初期には駆動力を小さく、駆動が進行して前記ゲート線の電圧が変化するとそれに従って駆動力を大きくするように制御する
   画像表示装置。
4. 請求項３記載の画像表示装置において、
   前記第２の能動素子を流れる電流経路を所定期間遮断する第４の能動素子を備えた
   画像表示装置。

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