JPH0281092A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置に係わり、特に薄膜トランジスタ
を各画素の駆動回路に用いた液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置では、各画素位置に設けた薄膜トランジス
タ（以下ＴＰＴと略記する）によって当該画素位置の液
晶に電圧を印加し、表示を行うアクティブ形の表示装置
が多く用いられでいる。

この液晶表示装置について５本発明の改善点を明確にす
るため、公知の液晶パネルの駆動法について述べる。第
１３図は、ＴＰＴ液晶表示装置における１画素の回路図
を示したもので、ＴＦＴのゲート２５には走査パルスＶ
ＳＣが、ドレイン２７には画像データ信号電圧ＶＳＣが
印加される。また、ソース２６は、液晶セル容量Ｃｔ−
ｃを介して、共通電極電圧Ｖ　ＣＯＭに接続されている
。また、ゲート２５とソース２６間には構造上の寄生容
量ＣＣＳが付随している。

この回路における各部の電圧を第１４図に示す。

ゲートに走査電圧ＶＳＣが印加され、ゲート電圧がＴＰ
Ｔのしきい電圧ＶＱを越えると、ＴＰＴはオン状態にな
り、ソース２６を介して電圧ＶＳＣが液晶に印加され、
容量ＣＬｃに液晶電圧ＶＬＣとして充電される。ゲート
電圧が下がると、ソース、ドレイン間は高インピーダン
ス状態となり、液晶電圧ＶＬＣは次のゲートパルスが来
るまで保持される（ゆっくりした放電はある）。

以上の動作により、表示すべく選択された画素部分には
電圧■Ｌｃが印加されて表示が行われるが、ゲートがオ
ンの期間には、ゲート電圧が容量ＣＧＳを介して液晶に
印加され、電圧Ｖ　Ｌ　Ｃを変化させる。

即ち当該画素が選択されているとき第１４図のΔｖ、　
ｌ　ｖ２、選択されていないときはΔｖ３のような、本
来の信号による液晶電圧ＶＬＣのずれを生じる。液晶電
圧には直流分が含まれないようにして、フリッカなどを
防止し、かつ液晶劣化を防止する必要があるが、上記の
ようなずれは直流成分として液晶に継続して印加される
から、液晶を劣化させ、パネルの寿命を縮めてしまうと
いう問題があった。

この問題を解決するための従来技術には、信号の中点電
圧（第１４図Ｖｓ）のレベルを調節して、上記のような
ゲート電圧によるずれ分を補正するようにしたものがあ
り、また、プロシーディングスオブジャパンディスプレ
イ、１９８６．１９２頁がら１９５頁（Ｐｒｏｃ、　Ｊ
ａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ、　１９８６．　ｐｐ１９２
−１９５）に述べられたものがある。これは、駆動条件
の指標としてフリッカの低減を目指し、信号側電極への
印加電圧を、中点電圧（第１４図ＶＭ）を中心に、非対
称な波形とすることにより、解決を試みたものである２ 〔発明が解決しようとする課題〕 信号電圧の中点電圧を調節する方法は、初期設定時に於
ける調節である。ところが液晶パネルを様々な臥度、照
度のもとで動作させる場合、あるいは経年変化により液
晶あるいはＴＰＴの特性が変化したときには、コントラ
ストが高く、かつフリッカの見られないパネルの最適駆
動条件が、初期設定値からずれてしまうという問題があ
った。

また、前記の文献のように、信号中点電圧に対して、信
号電圧を非対称にする方法では、信号系駆動回路が非常
に複雑になるという問題があった。

本発明の目的は、液晶印加電圧の直流成分を自動的に検
出して共通電極電圧を調節することにより、この直流分
を抑圧するようにした液晶表示装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、液晶パネル上の、ＴＰＴおよびそれによ
り駆動される液晶部分から成るセルの一部をテストセル
とし、あるいは実際の表示用セル以外のテストセルを設
けるとともに、装置立ち上げ時に、上記テストセルへの
印加電圧を変化させてセルの透過率の変化を検出し、透
過率が大幅に変化する２つの電圧値からセルへの印加電
圧の直流分を最小とする各セルの共通電極電圧を求め、
共通電極電圧がこの求めた値となるように制御する機構
を設けることにより達成される。

〔作　用〕

信号電圧ＶＳＣの振幅をＯｖ（非選択時）または５Ｖ（
ｉ択時）に設定したときの、透過率の共通電極電圧Ｖ　
６０Ｍ依存性を第１５図に示す。非選択時の透過率ＴＮ
Ｓは、電圧Ｖ　ＣＯＭの上昇にともない一旦低下した後
再び上昇する。従って、２つのしきい値■ヤ、■−を有
する。また、選択時の透過率ＴＳは、Ｖ＋、Ｖ−付近で
２つのデイツプを生じる。

このときの透過率強度をモニタすると、第１６図のよう
な波形が見られる。同図（ａ）、　（ｅ）は第１３図の
デイツプの生ずる電圧のときであり、リプルが生じてい
る。また（ａ）と（Ｃ）では位相が１８０度ずれている
。一方、透過率Ｔｓがほぼ最大値となる（ｂ）の場合は
、リプルは見られない。また、ＴＳ’／ＴＮＳにより定
義されるコントラスト比ＣＲも、ＴＳが最大となるとこ
ろで最高値を示す、これらの結果から、非選択時の透過
率ＴＮＳの急変する電圧Ｖ＋ＩＶ−の平均値、またはＴ
ｓにおけるフリッカ強度が最低どなるＶ　ＣＯＭのとき
、電圧ＶＬＣの直流成分が最低であることがわかる。し
たがって、共通電極電圧Ｖ　ＣＯＭをこのレベルに設定
することにより良好な表示が得られ、かつ液晶の寿命の
上からも好ましい電圧を各セルへ印加できる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第１図は、本発明の装
置の実施例の基本構成を示す図である。

アクティブマトリクス表示部１にはＴＦＴＩＩにより駆
動されるセルが並べられており、これとＴＦＴ１３を含
むテストセル５とが液晶デイスプレィパネル１５を構成
し、これに走査側駆動部２．信号側駆動部３からなる駆
動系と、テストセル５の共通電極１４に接続され、少な
くとも１つの掃引電圧発生器やコンパレータを有する制
御部２０と、制御部２０により制御される表示部の共通
電極電圧設定部８とが設けられている。共通電極電圧設
定部８からは、直流電圧あるいは直流成分にパルス波形
。

三角波、あるいは正弦波などの交流を重畳した電圧が共
通電極１２へ出力される。この電圧の直流分は、制御部
２０の制御により可変設定される。

以下、より具体的な実施例により詳細な説明を行う。第
２図は本発明の第１の具体的実施例を示しており、ガラ
ス基板１０上に形成したＴＦＴＩＩ（ＭＩＭ、バリスタ
、　Ｐｉｎダイオードリング等の三端子、または二端子
アクティブ素子でもよい）を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示部１と、これと同一基板上に形成され１表示
部１とは独立した共通電極１４を有し、表示部１のセル
と同じか一定の関係をもつアクティブ素子１３を有する
テストセル５とからなる液晶パネル１５と、これに接続
した走査側駆動部２．信号側駆動部３からなる駆動系、
テストセルに時間的に変化する電圧を印加する掃引電圧
発生部６．テストセルの外側に設置するかまたは薄膜セ
ンサとしてガラス基板上に形成した輝度または照度を検
出する光センサ４．このセンサ４出力と設定電圧とを比
較するコンパレータ７、この出力をもとに掃引電圧発生
部６あるいは表示部１の共通電極設定部８を制御する制
御部９により構成される。

テストセル５の駆動時には、ゲートに表示部１と同一の
信号電圧ＶＳＣを印加し、ドレインには中点電圧ｖＭを
印加しておく。また共通電極１４には掃引電圧発生部６
の出力を印加する。この掃引電圧は、液晶の負側のしき
い値Ｖ−よりも十分低い値からｖＭを経て、正側のしき
い値Ｖ＋以上の十分大きい値まで時間とともに変化する
電圧である。

この掃引電圧の波形例を第８図に示す。

第８図（ａ）、　（ｂ）は、直線的に掃引する場合であ
る。（ｂ）の場合は（ａ）に比べて上昇速度ｄＶ／ｄｔ
が大きい。液晶に比較的低い周波数を印加する場合、ｄ
Ｖ／ｄｔの値により透過率の応答特性が第９図の曲線ａ
、ｂのように変化する。しかし、本発明で問題となるし
きい値Ｖ＋、Ｖ−の平均値Ｖ。

＝　（Ｖ÷＋Ｖ−）／２は変化しないので、上昇速度ｄ
Ｖ／ｄｔは適当に選べばよい。なお、　（ａ）、　（ｂ
）両図では、掃引電圧の傾斜ｄＶ／ｄ　ｔ）Ｏの場合を
示したが、液晶によってはこのｄＶ／ｄｔの正負で透過
率の変化が異なる場合がある。このときは第１０図（ａ
）に示すような掃引波形とし、第１０図（ｂ）に示すよ
うに、ｄＶ／ｄｔが正のときのしきい値Ｖ、＋、　Ｖ、
−と負のときのしきい値”２＋＋　ｖ２−をそれぞれ少
なくとも１回以上測定し、共通電極電圧Ｖｃをこれらの
平均値 Ｖｃ＝　　（Ｖ　盲−＋　Ｖ２−＋　ＶＩ＋＋　Ｖ２＋
）　　／　４により決定すればよい。

第８図（Ｃ）は、同図（ｂ）の波形に周波数の高い交流
を重畳したものであり、これにより液晶の応答を改善で
きる。なお、このときの共通電極電圧Ｖ　ＣＯＮに対す
る透過率は、第９図（ｃ）となる。

第８図（ｄ）は、　（ａ）、　（ｂ）の波形で共通電極
の電圧Ｖ　ＣＯＭがＶ＋、Ｖ−の近くではｄＶ／ｄｔを
小さくシ、他の領域では大きくさせた場合であり。

（ａ）、　（ｂ）の場合に比較して測定時間を改善する
ことができる。この他に、デジタル処理に適したステッ
プ状の波形、正弦波などでもよい。

次に、上記波形を印加し、液晶の透過率から共通電極の
電圧を設定する方法について述べる。第２図において、
テストセルの共通電極１４の電圧（ＶＴＳＴ）を掃引す
ると同時に、光センサ４の出力と設定電圧とをコンパレ
ータ７で比較する。ここでは、コンパレータの他に電圧
計を用いて、直接光センサ出力を測定してもよい、掃引
電圧（ＶＴＳＴ）がＶ＋あるいはＶ−を越えると、第１
５図で説明したようにテストセル５の透過率が大きく変
化し、コンパレータ７出力が変化する。この変化点の電
圧がＶ＋、Ｖ−の値として求められるから、これらの平
均値をとることにより、セルの直流成分が最も低いテス
トセル共通電極電圧が求められる。この値をもとに、制
御部９でパネル表示部１における共通電極１２の電圧を
決定し、共通電極電圧設定部８を通じ、パネル共通電極
に供給する。

なお、制御部９．コンパレータ７、掃引電圧発生部６．
光センサ４．共通電極電圧設定部８．走査側駆動部２．
信号側駆動部３は、液晶デイスプレィパネル１５の外部
に配置してもよいし、ＩＣチップあるいは薄膜ＩＣの形
でパネル内に組込んでもよい。

光センサ４としては、フォトダイオード、フォトトラン
ジスタ、あるいは太陽電池および光導電素子などでもよ
い。

以上に述べた第２図の回路動作による共通電極電圧の設
定は、本装置の電源が投入されるたびに自動的に行うか
、あるいはパネル使用中に適宜行ってもよい、また、−
回の測定結果をメモリ等に記憶しておき、次回のシステ
ムイニシャライズ時にそれを用いた共通電極電圧設定を
行うようにすることもできる。

第３図は本発明の第２の具体的実施例を示すもので、テ
ストセル５が表示部１の一部分を割り当てた構成となっ
ている点だけが第２図の実施例と異なり、他は同じであ
る。この場合、テストセル５の共通電極は表示部と共用
してもよく、また独立した電極としてもよい。この実施
例の特徴は、構造が簡単になり、コスト低減に役立つ。

ただし共通電極を表示部と共用する場合は、構造はより
簡単化が可能であるが、一連のテストを行う際に画像の
表示を止めなくてはならない。

第４図は、第２図の実施例と同じく、テストセル５を別
に設けたものであるが、テストセル５および表示部１の
共通電極１４および１２を互いに接続したものである。

この場合、パネルの構造が第２図の実施例に比べて簡単
になり、また第３図の実施例に比べると、表示部１をよ
り有効に使用できる利点がある。

第５図は本発明の第４の具体的実施例を示すもので、パ
ネル１５内に２つ以上のテストセルからなるテストアレ
イと、少なくとも１つ以上の掃引電圧発生部とコンパレ
ータを持つアレイコントローラ１７を設けている。個々
のセルは各々独立した共通電極を有しており、制御部１
８を用いて各共通電極を２つ以上の異なった電圧に設定
し、−斉に透過率を測定する。このようにして、複数の
しきい値Ｖ＋、Ｖ−の測定を一斉に行うことにより高速
化することができる。

第６図は本発明の第５の具体的実施例を示すもので、コ
ンパレータ７を複数個設け（本例では３個とする）、各
々に同じセンサ４の出力を印加し、これと比較する基準
電圧を各々のコンパレータごとに異なる値とする。校す
ることにより、３つの透過率に対するしきい値ｖ１−〜
ｖ３−．　ｖ、＋〜■３＋を少なくとも１度の掃引で測
ることができる。そしてこれらのしきい値電圧の平均ま
たは中央値を求めることにより、共通電極電圧ｖｃをよ
り正確に決定できる。

第７図は本発明の第６の具体的実施例を示すものである
。今まで述べた第２図〜第６図の実施例では、しきい電
圧Ｖａｔ　ｖ−などを測定するために透過率変化を用い
ていたのに対し、本実施例では、液晶容量の変化を電気
的に検出することによりしきい値を測定する。即ち、テ
ストセル５の容量は、容量検出部１９により電気的に検
出される。この検出は、テストセル容量を時定数回路、
共振回路。

または積分回路の一部として使用し、その回路の動作特
性から検出すればよく、また高周波を印加し、このイン
ピーダンスを測定してもよい。

液晶容量の印加電圧依存性を、透過率の印加電圧依存性
とともに第１２図に示す。この図から、両者は傾向が一
致しており、容量変化から印加電圧を指定できることが
わかる。

この実施例では、光センサ４が不要であり、パネルの構
成を簡略化することができる。また、外光や本表示装置
の用いる光源の強度変化による誤動作をなくすことがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、共通電極の電圧を自動的に適切な値に
設定できるから、液晶への直流印加成分を著しく低減す
ることができ、表示のコントラスト比を約２０とするこ
とができ、リプル成分も、肉眼では識別できない程度ま
で抑制することができるという効果がある。同時に、液
晶パネルの寿命が長くなり、パネルとしての信頼性も向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の基本構成を示すブロック図、第
２図〜第７図は本発明の装置の第１〜第６の具体的実施
例を示すブロック図、第８図は掃引電圧発生部の出力波
形を示す図、第９図は液晶デイスプレィパネルの透過率
の共通電極電圧依存性を示す図、第１０図は正負の傾斜
をもつ掃引波形とこれを印加したときのパネルの透過率
の共通電極電圧依存性を示す図、第１１図は透過率の複
数の値に対するしきい値から共通電極電圧を決定する場
合の説明図、第１２図は液晶セルの容量特性を示す図、
第１３図はアクティブ液晶デイスプレィパネルの１画素
の回路図、第１４図はセルの各部の電圧波形を示す図、
第１５図はアクティブ液晶表示セルの透過率およびコン
トラスト比の共通電極電圧依存性を示す図、第１６図は
アクティブ液晶ディスプレイにおける透過光強度の波形
を示す図である。 １・・・液晶パネル表示部、４・・・光センサ、５・・
・テストセル、６・・・掃引電圧発生部、７・・・コン
パレータ、８・・・共通電極電圧設定部、９・・・制御
部、１０・・・ガラス基板、１１・・・ＴＦＴ、１２・
・・共通電極、１３・・・テストセルＴＦＴ、１４・・
・テストセル共通電極、１５・・・液晶デイスプレィパ
ネル、１６・・・テストセルアレイ、１７・・・アレイ
コントローラ、１８・・・制御部、１９・・・容量検出
部、２０・・・制御部。 代理人弁理士　　秋　本　正　実 第 ？ 図 第 葛 乙 図 茎 図 第 図 、３ 第 図 葛 図 （ＣＬ＞ （’ｌ）） 第 ヲ 第 １／ 図 入之電λり」乙りＬ ＣＯＭ 第 ■ 第 メ４ 図 第 図 　ｃｏＭ 第 図 共之電極電位 ＶｃｏＭ（Ｖ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画素対応の表示セルを設けた液晶パネルを表示部と
   して有した液晶表示装置において、液晶パネルの指定さ
   れた部分の一方の側に設けた信号電極にゲートを介して
   信号電圧を印加し、他方の側に設けた共通電極にテスト
   用電圧を印加するように構成されたテストセルと、時間
   的に変化して所定の電圧範囲を掃引する掃引電圧を発生
   して上記テスト用電圧として出力するテスト電圧発生手
   段と、上記信号電極に表示セルへ印加される信号電圧の
   中央値を印加しかつ上記共通電極に上記掃引電圧を印加
   したときの上記テストセルの液晶の状態量を検出する状
   態検出手段と、該手段により検出された上記状態量が所
   定の値になったときの上記共通電極の電圧瞬時値をしき
   い電圧として検出し、該しきい電圧からすべての表示セ
   ルの共通電極電圧を決定する電圧決定手段とを設けたこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ２、前記テストセルが、表示セルとは別に設けられたこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 ３、前記テストセルは、表示セルの一部を共用したもの
   であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 ４、前記テストセルの共通電極と表示セルの共通電極と
   を常に同一電位となるように接続したことを特徴とする
   請求項１記載の液晶表示装置。 ５、前記掃引電圧は、その時間変化率が一定の鋸歯状電
   圧であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置
   。 ６、前記掃引電圧は、その時間変化率が一定の鋸歯状電
   圧に交流電圧を重畳した電圧であることを特徴とする請
   求項１記載の液晶表示装置。 ７、前記掃引電圧は、前記液晶の状態量が所定の値とな
   る電圧の近傍でのみ一定の時間変化率で変化する電圧で
   あることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 ８、前記掃引電圧は、正弦波であることを特徴とする請
   求項１記載の液晶表示装置。 ９、前記掃引電圧は、その時間変化率が正の一定値とな
   る期間と負の一定値となる期間とが交互に繰り返される
   三角波状の電圧であり、前記電圧決定手段は、上記時間
   変化率が正のときの前記しきい電圧と負のときの前記し
   きい電圧との平均値をしきい電圧として表示セルの共通
   電極電圧を決定することを特徴とする請求項１記載の液
   晶表示装置。 １０、前記液晶の状態量は液晶の透過率であることを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 １１、前記液晶の状態量は前記テストセル部分の液晶が
   形成するコンデンサの容量であることを特徴とする請求
   項１記載の液晶表示装置。 １２、その共通電極が互いに分離された前記テストセル
   を複数個設け、前記テスト電圧発生手段は上記テストセ
   ルの各々に異なった電圧値の掃引電圧を同時に印加し、
   前記電圧決定手段は上記異なった電圧値に対する各テス
   トセルの前記液晶の状態量から複数個のしきい電圧を同
   時に検出することにより表示セルの共通電極電圧を決定
   することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 １３、前記電圧決定手段は、前記状態量の１つの値に対
   するしきい電圧を検出し、該しきい電圧の平均値を表示
   セルの共通電極電圧とすることを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示装置。 １４、前記電圧決定手段は、前記状態量の複数個の値に
   対する各しきいデータを検出し、該しきい電圧の平均値
   をしきい電圧として表示セルの共通電極電圧を決定する
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。