JPH06202077A

JPH06202077A - アクティブマトリクス型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06202077A
Application number: JP36101092A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kondo; 茂樹近藤; Shigetoshi Sugawa; 成利須川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3243583B2

Abstract

(57)【要約】【目的】表示信号線の電圧変化による画素への影響を
抑えて表示特性を向上させる。【構成】画素電極に２個のトランジスタを直列に接続
して用い、各表示信号線にトランジスタを介してリセッ
ト信号線を接続し、該リセットトランジスタのゲート電
極を水平シフトレジスタが次に選択する第２トランジス
タ制御信号線に接続することにより、リセットトランジ
スタと次に選択される画素電極への映像信号の転送を同
期して行なう液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の画素を縦横に配
列し、各画素毎にスイッチング素子を配してアクティブ
マトリクス駆動する液晶表示装置に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】近年高精細な画像表示を目的とし、膨大
な数の画素を高周波数で駆動する手段としてアクティブ
マトリクス型の駆動方法が知られている。この方式は、
各画素毎にスイッチング素子、例えばトランジスタを配
し、ドレイン電極を各画素の画素電極に接続し、各列毎
にソース電極を、各行毎にゲート電極を共通に接続し、
１走査線ずつ選択して順次ゲート電極をオンし、同時に
各表示信号線に映像信号を入力し、選択された走査線に
接続されたトランジスタを介して画素電極に映像信号を
入力して表示を行なう方式である。

【０００３】図５に従来のアクティブマトリクス型の液
晶表示装置の回路図を示す。図中１は走査信号線、２は
表示信号線、４は画素のスイッチングを行なう薄膜トラ
ンジスタ（以下「ＴＦＴ」と記す）、７は液晶、１０は
表示信号線のスイッチングを行なうＴＦＴ、１１は垂直
シフトレジスタ、１２は水平シフトレジスタ、９は映像
信号線である。

【０００４】図５の回路において、ある走査信号線１が
選択され、該走査信号線１に接続しているＴＦＴのゲー
ト４がオンになる。同時に水平シフトレジスタ１２が順
次出力線から出力し、表示信号線ＳＷ１０のゲートを順
次オンする。表示信号線ＳＷ１０のソースは映像信号線
９に接続しており、オンした期間に映像信号を表示信号
線２に転送する。転送されてきた映像信号はＴＦＴ４を
介して画素電極に入力され、次の信号が入力されるま
で、各液晶セルに液晶容量Ｃ_ＬＣとして保持される。こ
の１水平走査を順次走査線毎に行ない、１画面の表示を
行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】液晶容量として保持さ
れた電圧は、各液晶セルに映像信号Ｖ_ＬＣ（ｔ）を転送
する表示信号線２の電圧変化により変動するという問題
が有った。各画素電極と表示信号線２との間の寄生容量
をＣ_ＤＳ、表示信号線２の電圧変化（映像信号電圧）を
ΔＶ_Ｓとすると、液晶電圧の変動ΔＶ_ＬＣは次式で表
わされる。

【０００６】

【数１】上記電圧変化ΔＶ_ＬＣは、ある画素に着目すると、その
画素に信号電圧が印加さえ、液晶セルにある電荷が充電
されたとしても、同一の表示信号線により映像信号が他
の走査信号線に接続された画素に転送されると、上述の
数１式に従ってその画素の信号電荷が変化することにな
る。ＴＮ型液晶は実効駆動電圧で、強誘電性液晶は閾値
電圧により、それぞれ透過状態が決定する。従って、上
記の様な画素の電荷の変動は、所望の液晶の透過状態を
得られないことになる。

【０００７】上記ＴＮ液晶を用いた場合について更に説
明する。例えば、１フレーム毎にその信号電圧の極性を
変えて信号を印加する場合であるが、（液晶にＤＣ成分
の印加されるのを防止する）液晶自身は、ＡＣ電圧成分
に対応して動作するのである。従って、実効電圧Ｖ_rms
は、２フレーム分の時間をｔ_F，液晶に転送される信号
電圧をＶ_LC（ｔ）とすると、

【０００８】

【数２】で表される。

【０００９】しかしながら、あるラインの画素映像信号
は、上述数１式により、ΔＶ_LC2だけ信号レベルが変化
し、その結果、上記数２式で示した実効電圧Ｖ_rmsが変
化し、もはや黒レベルを維持できなくなる。すなわち上
記数２式は、

【００１０】

【数３】のように変化してしまい、実効電圧が変化する。

【００１１】いずれにしても、その結果、本来のレベル
を表示していなければいけないあるラインの表示レベル
は、上記数１式に従う電圧変化により別の信号レベルま
で徐々に変化し、もはや、本来のレベルを維持できなく
なってしまう。

【００１２】また、このような電圧変化は、一般のテレ
ビ映像信号の様にその信号レベルがリニアに変化する場
合には更に複雑になる。しかも、変動する方向が、表示
信号が入力された画素の信号レベルに近づく方向である
ことから、画素間、或いは走査信号線間の映像ににじみ
が発生し、映像の境界が不明瞭になってくる。このにじ
みは、画面上では、縦縞のスミアとして現れ、画質を著
しく損ねる結果となる。

【００１３】更に、画素サイズが小さくなり表示装置が
高精細になる程、その電圧変化が無視できなくなる。こ
れは画素サイズが小さくなることにより、表示信号線と
各画素電極間の寄生容量Ｃ_ＤＳが液晶容量Ｃ_ＬＣの減少
分ほど小さくならないために、液晶容量Ｃ_ＬＣが小さく
なった分、寄生容量Ｃ_ＤＳの影響が大きくなるためであ
る。

【００１４】上記の様な電圧変化ΔＶ_ＬＣを０にするに
は、Ｃ_ＤＳを０にすることが先ず考えられるが、基本的
に図５に示した様な回路構成においては０にすることは
不可能である。次に、表示信号線の電圧変化そのものを
小さくすることが考えられるが、そのためには、全容量
に対する表示信号線の寄生容量Ｃ_Ｓの割合を小さくす
ることが必要である。しかしながら、表示信号線の寄生
容量そのものは、配線の幅を狭くすることである程度小
さくなるものの、液晶側の容量Ｃ_ＤＳ、Ｃ_ＬＣに比べる
とはるかに大きい。また、Ｃ_ＤＳも画素部の構成や大き
さが決まればある程度決定されるので、この容量を大き
くすることも不可能である。

【００１５】そこでさらに、液晶容量Ｃ_ＬＣを大きくす
る方向が考えられる。このために、現存のＴＮ型液晶セ
ル構成に見られる様に液晶容量Ｃ_ＬＣと並列にＣ_ＬＣに
比べ容量の大きな補助容量を形成することが考えられ
る。しかしながら、上記したように、液晶容量Ｃ_ＬＣと
寄生容量Ｃ_Ｓの差が大き過ぎるために、その影響を無
くすためには、同程度或いはそれ以上の補助容量を付加
する必要があり、画素部への表示信号転送の負荷が増大
することになる。画素数が増加し、１走査信号線当たり
にかけられる時間が短くなると、いたずらに負荷容量を
大きく形成することはできなくなる。

【００１６】即ち、今後、急速に普及すると考えられる
ハイビジョン用ディスプレイの様に、高精細且つ高速の
駆動が要求されるものについて、前記電圧変化ΔＶ_ＬＣ
の問題がますます顕著に現れてくるものと考えられる。

【００１７】更に言えば、表示部の画素数を、垂直走査
線４５０本×水平走査線（表示信号線）６００本とした
場合、この水平画素数を持った表示パネルをＮＴＳＣ信
号で走査した場合、１水平画素（実際には各表示信号線
に寄生する寄生容量）への充電にかけられる時間は、約
９０［ｎｓｅｃ．］しかない。この時間内に映像入力信
号電荷を表示信号線寄生容量に蓄積する必要がある。蓄
積すべき信号電荷は、パネルとしての表示性能、とりわ
け、階調数をどの程度要求されるかによって決まってく
る。すなわち、表示すべき階調数の１階調分に相当する
信号電圧以上の信号電圧の転送とりこぼしがあると、そ
のパネルの階調特性はもはや維持できなくなる。今後液
晶表示パネルの分野においても、ますます高階調性が要
求されてくるものと思われる。液晶の駆動電圧振幅自体
は、大きく変化しないと思われるので、その場合、１階
調を識別するための信号電圧は、ますます小さくなる。
例えば、液晶の駆動電圧振幅を±５［Ｖ］とした場合、
その液晶の電圧−透過率曲線の変化を考慮した場合、表
示階調数を６４階調程度実現するためには、２０〜３０
［ｍＶ］前後の信号電圧の差を読み取らなければならな
い。

【００１８】例えば、スイッチングするトランジスタを
全てＰ型ＭＯＳのみで構成した場合について考える。入
力される信号の振幅は、３〜１３［Ｖ］である。この場
合、液晶セルの対向電極の電位は、ほぼ８［Ｖ］に設定
した。信号を転送するスイッチングトランジスタを駆動
するゲートパルスの駆動振幅は、０〜１５［Ｖ］とし
た。

【００１９】ここで、表示信号線寄生容量のリセット電
圧を、３［Ｖ」、及び８［Ｖ］に設定したところ、図４
に示したように、特に、入力信号が小さい場合、リセッ
ト電圧によって表示信号線寄生容量への充電率に差が生
じた。これは先述したように、リセット電圧の違いによ
り、表示信号線寄生容量側が、トランジスタのドレイン
として作用するか、ソースとして作用するかによると考
えられる。

【００２０】以上の検討の結果、本発明者等は、高画
質、高階調の液晶表示パネルを実現するための手段とし
て、本発明を得るに至ったのである。

【００２１】また、本発明の構成において、表示信号線
のリセット電位を最適化することで、映像入力信号の画
素容量への転送能力を、トランジスタを著しく大きくす
るなどの特別な工夫をすることなく向上させることがで
き、表示階調性能を向上させることができる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、各画素毎のス
イッチング素子に薄膜トランジスタを用いたアクティブ
マトリクス型液晶表示装置であって、上記トランジスタ
が直列に２個接続されて用いられ、表示信号線に接続さ
れた第１トランジスタのゲートを走査信号線に接続し、
上記表示信号線はトランジスタを介して映像信号線に接
続し、水平シフトレジスタの出力線を画素電極に接続さ
れた第２トランジスタのゲート及び上記表示信号線と映
像信号線間に接続したトランジスタのゲートとに接続
し、上記表示信号線にリセット手段を設けてなる特徴と
するアクティブマトリクス型液晶表示装置である。本発
明においては、上記表示信号線に設けたリセット手段
が、水平シフトレジスタが次に選択する第２トランジス
タ制御信号線に接続され、該第２トランジスタと同期し
て上記リセット手段が動作することが望ましい。

【００２３】

【作用】本発明の構成によると、利用して表示信号線を
可能な限り一定電位に保持する（リセット）ことによ
り、上記した電圧変化による変動を抑える、或いは影響
の程度を一定にすることで目立たなくすることができ
る。

【００２４】

【実施例】図１に本発明の液晶表示装置の一実施態様の
回路図を示す。図中１は走査信号線、２は表示信号線、
３は第２トランジスタ制御信号線、４は第１トランジス
タ、５は第２トランジスタ、７は液晶、９は映像信号
線、１０は表示信号線ＳＷ、１１は垂直シフトレジス
タ、１２は水平シフトレジスタ、１３はリセット信号
線、１４はリセットトランジスタ制御信号線、１５はリ
セットトランジスタである。

【００２５】本実施態様において、表示信号線の電位制
御手段として具体的にはリセットトランジスタ１５を介
してリセット信号線に接続し、リセットトランジスタ制
御信号線１４によりゲートをオンして表示信号線の電位
を一定に保持することができる。リセット期間は、例え
ば１水平走査が終了し、次の水平走査が始まる前のブラ
ンキング期間に取れば良い。

【００２６】図２に図１とは異なる実施態様を示す。本
実施態様では、リセットトランジスタ１５がドレインを
表示信号線２に、ゲートを隣接画素の第２トランジスタ
制御信号線３’に接続し、ソースを共通にリセット信号
線１３に接続した装置である。従って、第２トランジス
タ制御信号線３’に水平シフトレジスタ１２からゲート
オンの信号が入力されると、表示信号線ＳＷ１０’がオ
ンして映像信号が表示信号線２’に印加されると同時
に、リセットトランジスタ１５のゲートがオンし、リセ
ット信号が表示信号線２に入力され、リセットされる。
その結果、リセット期間が次の表示信号線への映像信号
の入力期間に行なわれることになり、特にリセット期間
を必要とせず、周波数を減らすことなくリセットを行な
うことができる。（実施例１）本発明に係る駆動回路において、画素数４
６０×６００（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の液晶パネルを作成し、Ｎ
ＴＳＣ映像信号を用いて映像表示を行った。

【００２７】リセット電圧を８［Ｖ］として実際にアク
ティブマトリクス液晶表示素子を駆動したところ、縦方
向の画像のスミアは全く観察されなかった。ちなみに、
この時の液晶素子の駆動条件は、駆動電圧３〜１３
［Ｖ］、液晶セルの対向電極電位を８［Ｖ］、１フレー
ム毎に信号電圧の極性を反転させるフレーム反転駆動方
法をとった。また、映像入力信号は、上記数３式に基づ
き、あらかじめ補正をかけて入力している。（実施例２）実施例１と同様に、画素数４６０×６００
（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の液晶パネルを作成し、ＮＴＳＣ映像信
号を用いて映像表示を行った。

【００２８】リセット電圧を６［Ｖ］として実際にアク
ティブマトリクス液晶表示素子を駆動したところ、縦方
向の画像のスミアは全く観察されなかった。ちなみに、
この時の液晶素子の駆動条件は、駆動電圧±８〜
［Ｖ］、液晶セルの対向電極電位を０［Ｖ］、１フレー
ム及び１水平走査期間毎に信号電圧の極性を反転させる
フレーム＆１Ｈ反転駆動方法をとった。また、映像入力
信号は、上記数３式に基づく補正は特にかけていなかっ
たが、駆動電圧の振幅が大きくなる他は実施例１と大き
な差は認められなかった。

【００２９】また、特に液晶材料として、ＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶を用いた場合は、その
駆動方法は、中心電圧に対して、正負の信号を入力する
いわゆる交流駆動をするが、その場合、正負の信号のバ
ランスが崩れたままに表示を続けると、液晶分子にＤＣ
成分が印加されることになり、液晶中の不純物イオンの
再配列による液晶分子の焼きつきが徐々に生じ、フリッ
カが目立ち始め、最後には完全に動作しなくなってしま
う現象が生じる。

【００３０】そこで、本実施例において、リセット電圧
を６［Ｖ］とした理由は、映像入力信号に上記数３式に
基づいた補正をかけていないため、どうしてもＤＣ成分
を除去することができないため、そのＤＣ成分をキャン
セルするために実際に液晶セルにかかる実効電圧を計算
し、ＤＣ成分を極小にする電圧として設定した。（実施例４）本発明第４の実施例を示す。本実施例にお
いて、映像信号を各表示信号線寄生容量及び画素容量に
転送するトランジスタのサイズは、Ｗ／Ｌ＝５０／２
［μｍ］（Ｗ；ゲート幅、Ｌ；ゲート長）、チャネルタ
イプはＰ型ＭＯＳとした。。

【００３１】本実施例では、トランジスタを形成する活
性層として、絶縁層上の単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）
を用いた。このような基板の製法としては、ガラス基板
上に堆積した非晶質シリコンや多結晶シリコン膜をエネ
ルギービームにより再結晶化したものや、絶縁膜上に単
結晶シリコンウェハーを貼りあわせた基板などを用いる
ことができる。

【００３２】入力するビデオ信号振幅は３〜１３
［Ｖ］、液晶の対向電極の電圧は、８［Ｖ］、スイッチ
ングトランジスタを駆動するためのシフトレジスタの駆
動電圧振幅は０〜１５［Ｖ］とした。

【００３３】また、表示信号線のリセット電圧は３
［Ｖ］に設定した。

【００３４】また、液晶の表示は、ノーマリーホワイト
（入力信号がないスタンバイ状態で白表示）表示とし
た。

【００３５】本実施例において作成した液晶表示パネル
においては、縦縞のスミアは全く観察されなかった。

【００３６】また、この結果、特に、映像入力信号が低
い場合、すなわち、表示としては、黒表示に近いところ
での階調性が向上し、入力ビデオ信号全体として、６０
階調の液晶表示パネルが実現できた。

【００３７】これは、入力ビデオ信号が低い場合におい
て、表示信号線寄生容量への充電が充分に行われたため
と考えられる。

【００３８】また、特に液晶材料として、ＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶を用いた場合は、その
駆動方法は、中心電圧に対して、正負の信号を入力する
いわゆる交流駆動をするが、その場合、正負の信号のバ
ランスが崩れたままに表示を続けると、液晶分子にＤＣ
成分が印加されることになり、液晶中の不純物イオンの
再配列による液晶分子の焼きつきが徐々に生じ、フリッ
カが目立ち始め、最後には完全に動作しなくなってしま
う現象が生じる。

【００３９】本実施例による液晶表示パネルにおいて
は、フリッカが著しく減少し、液晶の焼きつきの無い長
寿命のパネルを実現することができた。

【００４０】これは、対向電極の中心電圧に対して、特
に、負側の（入力信号の低いレベル）の映像入力信号の
転送能力が向上し、正負の信号のバランスがよりとれる
ようになったためであると考えられる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置では、表示信号線の電位変動による影響が極力抑え
られているために、縦縞のスミアが解決或いは抑制さ
れ、良好な表示を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の回路図である。

【図２】本発明の第２の実施態様の回路図である。

【図３】従来の液晶表示装置の回路図である。

【図４】本発明に係る、リセット電圧と表示信号線寄生
容量の充電率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１走査信号線２、２’ 表示信号線３、３’ 第２トランジスタ制御信号線４、４’ 第１トランジスタ５、５’ 第２トランジスタ７液晶９映像信号線１０、１０’ 表示信号線ＳＷ１１垂直シフトレジスタ１２水平シフトレジスタ１３リセット信号線１４リセットトランジスタ制御信号線１５、１５’ リセットトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各画素毎のスイッチング素子に薄膜トラ
ンジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置
であって、上記トランジスタが直列に２個接続されて用
いられ、表示信号線に接続された第１トランジスタのゲ
ートを走査信号線に接続し、上記表示信号線はトランジ
スタを介して映像信号線に接続し、水平シフトレジスタ
の出力線を画素電極に接続された第２トランジスタのゲ
ート及び上記表示信号線と映像信号線間に接続したトラ
ンジスタのゲートとに接続し、上記表示信号線にリセッ
ト手段を設けてなる特徴とするアクティブマトリクス型
液晶表示装置。
【請求項２】表示信号線に設けたリセット手段が、水
平シフトレジスタが次に選択する第２トランジスタ制御
信号線に接続され、該第２トランジスタと同期して上記
リセット手段が動作することを特徴とする請求項１記載
のアクティブマトリクス型液晶表示装置。