JPH02116892A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マトリックス型の液晶表示装置に関し、特に
各画素に薄膜トランジスタ等のアクティブマトリックス
素子を付加した液晶表示装置に関するものである。

（従来の技術） 非線形素子をスイッチング素子として液晶表示装置に用
いたマトリックス型液晶表示装置、特に非線形素子に薄
膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス型液晶
表示装置は、多ラインのマルチプレックス駆動を行った
場合でも、スタティック駆動と同等に高品位な画像が得
られることから、種々の分野で使われている。

これは、第７図に示されるような構成である。

液晶表示パネルには複数の走査電極Ｘ１（ｉ−１，２，
・ｍ）と走査電極駆動手段２７が、また複数の信号電極
Ｙｊ（ｊ−１，２，・ｎ）と信号電極駆動手段２３が、
接続されている。そして、この複数の走査電極と複数の
信号電極がマトリックス配線を形成し、その各交点に薄
膜トランジスタ７が設置されている。第２図にこの薄膜
トランジスタ７の拡大図を示す。この薄膜トランジスタ
７のゲート電極３は走査電極Ｘｉに、ドレイン電極１は
信号電極Ｙｊに接続している。さらにソース電極５は液
晶表示装置の画素電極１１と一体となっている。

また、各画素電極１１に対向する側に電気的に共通な対
向電極１５と対向電極駆動手段２９が接続されている。

そして各画素電極１１と対向電極１５に画素１３（液晶
）が挟持されている。

このようなアクティブマトリックス型液晶表示装置の動
作原理を第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）は、信号電極駆動手段２３に入力される映
像信号波形２２である。これは、−水平期間毎に極性が
反転し、かつ１フィールド毎にも極性が反転する波形で
ある。同図（ｂ）は信号電極Ｙｊに印加される信号波形
の一つであるＶｙｊを示したものである。これは、信号
電極駆動手段２３で同図（ｂ）の映像信号を、所定のタ
イミングで抽出し例えば、次の水平期間中に出力される
電圧である。同図（ｃ）は、対向電極１５の印加電圧波
形Ｖｃである。映像信号波形と同様に、１水平期間かつ
１フィールド毎に極性を反転させる。

同図（ｄ）は、各走査電極Ｘｉに印加されるパルスを示
したものであり、走査線１ラインめと２ラインめをそれ
ぞれＶｘｌ、Ｖｘ２で示した。同図（ｅ）では、信号電
極Ｙｊと走査電極Ｘ１およびＸ２の交点の画素電位Ｖｚ
ｌ　ｊ、Ｖｚ２ｊを示す。

走査電極のパルスによって時刻ｔ１で、ある行が選択さ
れ、薄膜トランジスタのゲート電極３に電圧が印加され
ることにより、ＴＰＴのドレイン電極１とソース電極５
が導通する。そして、信号電極Ｙｊを通じて薄膜トラン
ジスタのドレイン電極１に印加されていた画素映像信号
はソース電極５に、さらに画素電極１１へと通ずる。そ
して、画素電極１１と対向電極１５との電位差が液晶に
印加され、電気・光学変換を行う画素となる。

また、トランジスタがオフ状態になると画素電極１１に
充電された電荷は保存されるから、画素電極１１と対向
電極１５の電位差は、対向電極１５の電位の変動にかか
わらす一定となる。さらに、次のフィールドで再びその
行が選択されたときは、信号電極波形は、逆極性の信号
電圧が印加されるから、各画素の液晶は交流駆動される
。一方時刻ｔ２において次行の画素が選択されると、同
様にして液晶には逆極性の電圧が印加される。その後Ｔ
ＰＴがオフになるとその電位が保持される。

このように対向電極に映像信号の極性に同期した矩形波
を人力する方法は、例えば特開昭６０−８３４７７で提
案されているように、映像信号の振幅を小さくでき、映
像信号処理回路の消費電力を小さくできる特徴がある。

また、１走査電極毎に液晶の印加電圧の極性を反転させ
る駆動方法は、例えば文献（テレビジョン学会誌、Ｖｏ
１４０゜Ｎｏ、１０．１９８６）等で示唆されているよ
うに、正極性と負極性の液晶印加電圧の非対称性で生じ
る異なる光学応答を、１フイ一ルド期間内に混在させる
ことによって人間の目に認識されるフリッカを減少させ
るという効果がある。

ところが、表示画面サイズが大きくなり表示画素数が増
加した表示装置にこのような方法を用いると、液晶パネ
ル上に輝度むらが生じるという問題が起こってきた。

また、対向電極のインピーダンスが増大し対向電極駆動
手段の大規模化とそれに伴う消費電力の増大を生じてい
た。

ところで、対向電極駆動手段の負荷インピーダンスは、
おもに対向電極と画素電極間の容量であり、表示パネル
の面積に比例して増大する。また、液晶表示パネル上の
輝度むらの発生は、表示画素数の増大にともなう対向電
極と信号電極との結合容量の増大によることが研究の結
果明かになった。

即ち、対向電極と信号電極間の結合容量により対向電位
が信号電圧に影響され、クロストークが形成される。

このクロストークは、対向電極駆動手段の電流供給能力
に依存する。１画素あたりの結合容量をＣｓ、信号電極
と対向電極の電位変化をΔＶ１電圧変化のある画素数を
ｎとすると、対向電極駆動手段に要求される充放電電荷
量の値は、ｎＸＣ５ＸΔＶ の値に対応する。

いま、第８図に示すような黒の背景色に色い図形を、全
走査電極数がｍの画面の途中の走査電極ｐからｑまでの
間表示したときの、つまり垂直期間内及び水平期間内で
、信号電位間で急激なレベル差が有った場合、結合容量
Ｃｓの電荷の移動が起こる。この時、対向電極駆動手段
の電流供給能力が十分でなく、水平期間内での高速な応
答ができないと対向電極の電位は信号電位側に引き上げ
、あるいは引き下げられる。従って、液晶に印加される
電圧がそれだけ変動する。

この後、対向電極電位が変動前の電位になったとしても
、ＴＰＴがオフとなり、画素電極に充電が終了した後で
は、ＴＰＴがオフになった瞬間の画素電位と対向電極間
の電位差は保存される。従って、走査電極１〜（ｐ−１
）、及び（ｑ＋１）〜ｍに対応する背景色の黒Ａと図形
の左右の黒Ｂで輝度差が発生し横方向のクロストークと
なって、画面品位が著しく損なわれてしまう。

このような問題を解決するために、例えば、高速電流増
幅器を用いて、対向電極駆動手段の駆動能力を上げるこ
とが考えられるが、高性能回路の採用や部品点数の増加
によるコストの増大と、規模の大型化を招くだけでなく
、消費電力の点でも問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように大画面化によって、表示画素数が増加す
ると、液晶表示装置に輝度むらが生じ画面品位が著しく
損なわれてしまい、さらに対向電極駆動手段の大規模化
に伴う消費電力の増大を生じていた。

そこで本発明の目的は、消費電力の少なく、輝度むらの
無い高画質の画像が得られる液晶表示装置を提供するも
のである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記従来の課題を解決する本発明は、複数の走査電極と
複数の信号電極からなるマトリックス配線と、このマト
リックス配線の交点に設置されたトランジスタスイッチ
ング素子とこのスイッチング素子を介して前記マトリッ
クス配線と接続された画素電極と、この画素電極に対向
する対向電極と、前記画素電極と前記対向電極とによっ
て挟持された液晶とを具備し、前記対向電極には極性の
変化する電圧が印加される液晶表示装置において、 前記対向電極を前記信号電極または前記走査電極の連続
方向において少なくとも２組の電極に分割し、かつ該２
組の対向電極にそれぞれ電気的に独立した電圧を印加す
る対向電極駆動手段を接続することを特徴とする。

また、前記画素電極に供給される映像信号が、１フィー
ルドまたは１フレーム毎の第１の周期で反転されて交流
駆動され、かつ前記映像信号が前記交流駆動より短い第
２の周期で反転され、前記対向電極は前記第２の周期の
極性に対応して分割され、それぞれの対向電極には第１
の周期で逆相となる電圧を印加せしめることを特徴とす
る。

（作　用） そこで、本発明では、対向電極を電気的に全て共通とせ
ずに分割し、複数の安価な構成の対向ｆｌｌ駆動手段で
、それぞれに信号を供給する。このようにすることによ
って、輝度むらの無い高品位な画質を得ることができる
。さらに、複数の対向電極に電圧波形の異なる信号を供
給することにより、対向電極駆動手段の消費電力を大幅
に低減することかできる。

（実施例） （第１の実施例） 以下、本発明の第１の実施例について第１図及び第２図
を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の
構成を示す図であり、第２図はその液晶表示装置の薄膜
トランジスタ部を拡大して示した図である。

映像信号発生手段２１は、例えばテレビ信号である画像
信号から液晶の駆動に適した映像信号を発生し、信号電
極駆動手段２３に送出する。また、制御信号発生回路２
５は、画像信号から所定の制御信号２６を発生し、信号
電極駆動手段２３、走査電極駆動手段２７、及び２組の
対向電極駆動手段２９ａ、２９ｂに送出する。

表示パネル部は、走査電極駆動手段２７に接続されたｍ
本の走査電極Ｘ１（ｉ−１，２，・・・ｍ）と、信号電
極駆動手段２３に接続された０本の信号電極Ｙｊ（ｊ−
１，２，・・・ｎ）によってマトリックス配線が形成さ
れている。このマトリックス配線の交点には、薄膜トラ
ンジスタ７が設けられ、薄膜トランジスタ７のゲート電
極３と走査電極Ｘｉ１　ドレイン電極１と信号電極Ｙｊ
１そしてソース電極５と画素電極１１がそれぞれ接続さ
れている。

一方、対向電極１５は、信号電極駆動手段２３に接続さ
れた信号電極Ｙ１、Ｙ２、　　　・Ｙ（ｎ／２）に対応
する対向電極１５ａと、信号電極Ｙ（ｎ／２＋１）、Ｙ
　（ｎ／２＋２）、　　　　・Ｙｎに対応する対向電極
１５ｂといった電気的に２組の対向電極１５ａ、１５ｂ
に分けられている。

そして、この対向電極１５ａ、１５ｂは、それぞれ独立
に対向電極駆動手段２９ａ、２９ｂと接続している。

このような液晶表示装置の駆動方法を説明する。

走査電極駆動手段２７は、制御信号２６からタイミング
信号を抽出して走査パルス信号を表示パネル部の各走査
電極Ｘｉに印加する。また、信号電極駆動手段２３は、
制御信号２６から抽出されるタイミング信号で、映像信
号２２から各画素映像信号を抽出し、例えば次の水平期
間中に各信号電極Ｙｊに印加する。２組の対向電極駆動
手段２９ａ、２９ｂは同じ性能を有したものであって、
制御信号２６からタイミング信号を抽出して対向電極信
号を表示パネル部の各対向電極１５に印加する。

第３図は、液晶表示装置の各部分に印加される駆動電圧
波形を示す図である。信号電極駆動手段２３に入力され
る映像信号２２は、第３図（ａ）に示す様な信号を供給
する。即ち、例えば奇数フィールドにおいて１水平期間
毎に反転する信号が供給され、偶数フィールドにおいて
は奇数フィールドと逆相で１水平期間毎に反転する信号
が供給される。

信号電極駆動手段２３は映像信号２２を所定のタイミン
グでサンプリングし、例えば次の水平期間に各信号電極
Ｙ」に印加する。これが、各画素映像信号であり、第３
図（ｂ）のＶｙｊで示したように、水平期間毎に反転し
、かつフィールド毎に逆相となる信号である。

対向電極駆動手段２９ａ、２９ｂからは、同図（ｃ）の
Ｖｃに示したように、矩形波が印加される。つまり、周
期が水平期間の２倍で、フィールド毎に逆相で、かつ画
素映像信号と逆極性となる信号である。

各走査電極Ｘｉには位相がずれたパルス信号が走査電極
駆動手段２７から印加されており、−例として走査電極
Ｘ１及びＸ２に印加される信号Ｖｘ１、Ｖｘ２を同図（
ｄ）に示している。

走査電極Ｘ１と信号電極ＹｊにはＶｘｌ、Ｖｙｊて示し
た信゛号が印加されるとする。走査電極Ｘ１には時刻ｔ
１てパルス信号が入力されており、信号電極Ｙ１、ドレ
イン電極１、ソース電極５、画素電極１１が導通ずる。

このとき画素１３（液晶）には、対向電極１５と画素電
極１１の電位差の電圧か印加される。いま、対向電極１
５の電位を一定、例えばＯＶとしたときの液晶の印加電
圧を同図（ｅ）のＶｚｌ□　ｊで示しである。また、ｔ
２の時刻に印加される次の走査電極Ｘｉの液晶印加電圧
をＶＺ２．ｊで示した。

さて、前述したように、表示パネルの面積が大きくなる
と、対向電極１５の容量が大きくなり、対向電極駆動手
段２９ａ、２９ｂの高性能化が必要となる。そこでこの
問題を解消するために、対内電極１５を分割し、複数の
駆動手段で駆動する。

このようにすることによって、対向電極駆動手段２９ａ
、２９ｂを従来の回路で構成することができ、高性能化
を行うよりはるかに容易であり、回路規模や、コストの
面でも非常に有効である。

なお、ここでは２組の対向電極１５を表示画面の左右で
分割したが、上下半分づつを異なった対向電極手段と接
続してもよい。また、２組以上の対向電極に分割しても
よい。

（第２の実施例） 以下、本発明の第２の実施例について第４図及び第５図
を参照して説明するが、第１の実施例と同様の箇所につ
いては同一の符号を付して示す。

第１図と同様に映像信号発生手段２１は、液晶の駆動に
適した映像信号を発生し、信号電極駆動手段２３に送出
する。また、制御信号発生回路２５は、所定の制御信号
２６を発生し、信号電極駆動手段２３、走査電極駆動手
段２７、及び２組の対向電極駆動手段２９ａ、２９ｂに
送出する。

表示パネル部は、走査電極駆動手段２７に接続されたｍ
本の走査電極Ｘ１（ｉ−１，２，・・・ｍ）と、信号電
極駆動手段２３に接続された０本の信号１ｓ極Ｙ　ｊ　
　（ｊ　−１、２，・・・ｎ）によってマトリックス配
線が形成されている。このマトリックス配線の交点には
、薄膜トランジスタ７が設けられ、薄膜トランジスタ７
のゲート電極３と走査電極Ｘｉ１　ドレイン電極１と信
号電極Ｙ５５そしてソース電極５と画素電極１１がそれ
ぞれ接続されている。

一方、対向電極１５は、走査電極Ｘｉ１本毎に分割しで
ある。即ち、対向電極１５は走査電極駆動手段２７に接
続された走査電極Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５、・・・Ｘ　（２に
−１）（ｋ−１，２゜ｍ／２）に対応する対向電極１５
ａと、走査電極Ｘ２、Ｘ４、Ｘ６、　　　・Ｘ　（２ｋ
）（ｋ−１゜２、　　・・ｍ／２）に対応する対向電極
１５ｂの電気的に２組の電極に分けられている。

そして、この対向電極１５ａ、１５ｂは、それぞれ独立
に対向電極駆動手段２９ａ、２９ｂと接続している。

このような液晶表示装置の駆動方法を説明する。

走査電極駆動手段２７は、制御信号２６からタイミング
信号を抽出して走査パルス信号を表示パネル部の各走査
電極Ｘｉに印加する。また、信号電極駆動手段２３は、
制御信号２６から抽出されるタイミング信号で、映像信
号２２から各画素映像信号を抽出し、例えば次の水平期
間中に各信号電極Ｙｊに印加する。２相の対向電極駆動
手段２９ａ、２９ｂは、制御信号２６からタイミング信
号を抽出して対向電極信号を表示パネル部の各対向電極
１５に印加する。

第５図は、液晶表示装置の各部分に印加される駆動電圧
波形を示す図である。信号電極駆動手段２３に入力され
る映像信号２２は、第１の実施例と同様であり、第５図
（ａ）に示す様な信号を供給する。即ち、例えば奇数フ
ィールドにおいて１水平期間毎に反転する信号が供給さ
れ、偶数フィールドにおいては奇数フィールドと逆相で
１水平期間毎に反転する信号が供給される。

信号電極駆動手段２３は映像信号２２を所定のタイミン
グでサンプリングし、例えば次の水平期間に各信号電極
Ｙｊに印加する。これが、各画素映像信号であり同図（
ｂ）のＶｙｊで示したように、水平期間毎に反転し、か
つフィールド毎に逆相となる信号である。

対向電極駆動手段２９ａからは、同図（Ｃ）のＶｃａに
示したように、フィールド毎に逆極性となる矩形波が印
加される。また、対向電極駆動手段２９ｂからは、これ
と逆相の信号が印加され、これを同図（Ｃ）のＶｃｂで
示した。　走査電極Ｘ１と信号電極ＹｊにはＶｘｌ、Ｖ
ｙｊで示した信号が印加されるとする。走査電極Ｘ１に
は時刻ｔ１でパルス信号が入力されており、信号電極Ｙ
１、ドレイン電極１、ソース電極５、画素電極１１が導
通する。このとき画素１３（液晶）には、対向電極１５
と画素電極１１の電位差の電圧が印加される。

今、対向電極１５の電位を一定、例えばＯｖとしたとき
の液晶の印加電圧を同図（ｅ）のＶｚｌ。

ｊで示しである。また、ｔ２の時刻に印加される次の走
査電極Ｘｉの液晶印加電圧をＶｚ２．ｊで示した。これ
から分かるように、液晶に印加される実効電圧は第１の
実施例と同様となる。

しかしながら、対向電極信号周波数が減少するため、対
向電極駆動手段２９ａ、２９ｂの消費電流を大幅に低減
できる。この消費電流は、駆動周波数に比例するから従
来の対向電極信号の周波数との比をＲとすれば、本発明
により、１／Ｈにすることができる。また、従来の方法
では、対向電極信号は、水平走査期間内で電圧振幅を変
化させなければならないので対向電極駆動手段２９ａ１
２９ｂの高速化が必要であるが、本発明では、表示期間
以外の長い時間、例えば垂直帰線期間内で変化させれば
よいので対向電極駆動手段２９ａ１２９ｂの構成が容易
となる。

第６図に、本発明を実施する対向電極駆動手段の１例を
示す。図で示したように２つのアナログスイッチ３１ａ
、３１ｂそれぞれの入力端子３２．３２には、直流電位
を分割する抵抗３２ａ、３２ｂ及びコンデンサ３５ａ、
３５ｂが、出力端子３７には対向電極１５ａ、１５ｂが
接続され、スイッチ端子３９には、制御信号が印加され
る。対向電極信号の電位は直流電源の抵抗３２ａ、３２
ｂによる分割によって設定し、またコンデンサ３５ａ、
３５ｂを並列に挿入して電位を安定化する。

このアナログスイッチ３１ａ、３１ｂを制御信号によっ
て切り替えることにより対向電極には矩形波が出力され
る。本発明によれば、対向電極信号である矩形波の周波
数を低くできることから、安価なアナログスイッチを使
用することができ、また容量の大きなコンデンサを用い
ることによって電流供給能力を容易に高めることが可能
である。

このように、本実施例では、対向電極駆動手段の能力不
足で生じていた輝度むらを、対向電極１５を走査電極に
対応して分割し、対向電極信号の駆動周波数を下げるこ
とにより、駆動を容易にすることによって解消すること
ができる。

なお、ここでは２つの対向電極信号は逆相の矩形波であ
ったが、表示パネルの走査電極毎に輝度むらがあれば、
振幅や、バイアスに差を持たせてもよい。また、画面の
上下で輝度むらがあれば、対向電極信号は矩形波でなく
電位勾配のある信号でもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、表示パネルの大面
積化によって対向電極駆動手段の負荷が増加しても、対
向電極を複数に分割することによって駆動を容易にし、
輝度むらの無い高品質な画像を得ることのできる液晶表
示装置を提供することが可能となる。

さらに、複数の対向電極に電圧波形の異なる信号を供給
することにより、対向電極駆動手段の消費電力を大幅に
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構
成図、 第２図は第１の一実施例に係る液晶表示装置の薄膜トラ
ンジスタ部分の拡大図、 第３図は従来例及び第１の実施例に係る液晶表示装置の
駆動波形を示す図であり、同図（ａ）は映像信号の波形
を示し、同図（ｂ）は信号電極電圧の波形を示し、同図
（Ｃ）は対向電極電圧の波形を示し、同図（ｄ）は走査
電極電圧の波形を示し、同図（ｅ）は画素電極電圧の波
形を示す図、第４図は本発明の第２の実施例に係る液晶
表示装置の（Ｒ成因、 第５図は第２の実施例に係る液晶表示装置の駆動波形を
示す図であり、同図（ａ）は映像信号の波形を示し、同
図（ｂ）は信号電極電圧の波形を示し、同図（ｃｌは対
向電極電圧の波形を示し、同図（ｄ）は走査電極電圧の
波形を示し、同図（ｅ）は画素電極電圧の波形を示す図
、第６図は第２の実施ρノに係る対向電極駆動手段の１
例を示す回路図、 第７図は従来の液晶表示装置の構成図、第８図は従来の
液晶表示装置による図形の表示例を示す図である。 １・・・ドレイン電極、３・・・ゲート電極、５・・・
ソース電極、７・・・薄膜トランジスタ、１１・・・画
素電極、１３　・・・画素、１５ａ、１５ｂ一対向電極
、２１　、、。 映像信号発生手段、２２・・・映像信号、２３・・・信
号電極駆動手段、２５・・・制御信号発生回路、２６・
・・制御信号、２７・・・走査電極駆動手段、２９・・
・対向電極駆動手段、３１ａ、３１ｂ・・アナログスイ
ッチ、抵抗３２ａ、３２ｂ＝−抵抗、３５ａ、３５ｂ・
・・コンデンサ、Ｘｉ・・・走査電極、Ｙｊ・・・信号
電極。 出願人　　　　　株式会社　東芝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の走査電極と複数の信号電極からなるマトリ
   ックス配線と、このマトリックス配線の交点に設置され
   たトランジスタスイッチング素子とこのスイッチング素
   子を介して前記マトリックス配線と接続された画素電極
   と、この画素電極に対向する対向電極と、前記画素電極
   と前記対向電極とによって挟持された液晶とを具備し、
   前記対向電極には極性の変化する電圧が印加される液晶
   表示装置において、 前記対向電極を前記信号電極または前記走査電極の連続
   方向において少なくとも２組の電極に分割し、かつ該２
   組の対向電極にそれぞれ電気的に独立した電圧を印加す
   る対向電極駆動手段を接続することを特徴とする液晶表
   示装置。
2. （２）前記画素電極に供給される映像信号が、１フィー
   ルドまたは１フレーム毎の第１の周期で反転されて交流
   駆動され、かつ前記映像信号が前記交流駆動より短い第
   ２の周期で反転され、前記対向電極は前記第２の周期の
   極性に対応して分割され、それぞれの対向電極には第１
   の周期で逆相となる電圧を印加せしめることを特徴とす
   る請求項第１項に記載の液晶表示装置。