JPH0916130A - アクティブマトリクス液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクティブ素子のオフによる画素電極の電圧
の降下を低減し、高画質の画像を表示できる液晶表示装
置を提供することである。 【構成】 画像信号を反転アンプ７４Ｒ、７４Ｇ、７４
Ｂで基準レベルに対する交流信号に変換して液晶表示素
子に供給する。一方、積分回路７２において、画像信号
を積分して、その振幅に応じたＤＣ電圧を得る。ＤＣレ
ベル補正部７３は、アクティブマトリクス液晶表示素子
の光学特性に基づいて、反転アンプ７４Ｒ、７４Ｇ、７
４Ｂの基準レベルを制御することにより、ＴＦＴがオフ
した際に発生する画素電極の電圧降下の画像信号の信号
レベルの変動による変動を相殺し、実効的な電圧降下を
一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アクティブマトリク
ス液晶表示装置に関し、特に、アクティブ素子のオフに
伴う画素電極の電圧の低下による画質の劣化を抑えるこ
とができるアクティブマトリクス液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブ素子として、ＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）を用いたアクティブマトリクス液晶表示素
子の各画素は、図６に示すように、ＴＦＴ、画素容量Ｃ
LC、補償容量ＣＳ、ゲート線ＧＬ、データ線ＤＬからな
る等価回路で表現できる。画素容量ＣLCは一方の基板に
形成された画素電極と他方の基板に形成された対向電極
とその間の液晶とから構成され、補償容量ＣＳは画素電
極と絶縁膜を介して複数の画素電極に対向する補償容量
線とから形成される。

【０００３】アクティブマトリクス液晶表示素子は、図
７に示すように、各画素の選択期間に、対応するゲート
線ＧＬにゲートパルスを印加してＴＦＴをオンさせ、デ
ータ線ＤＬにデータ信号を印加して、液晶容量ＣLCにデ
ータ信号を印加する。非選択期間になると、ゲート線Ｇ
ＬのゲートパルスをオフしてＴＦＴをオフさせ、印加電
圧を液晶容量ＣLCに保持させる。

【０００４】ゲートパルスがオンからオフに切り替わる
際、即ち、ＴＦＴがオンからオフに切り替わる際に、画
素容量ＣLCを構成する画素電極の電圧がΔＶ降下する。
これは、ＴＦＴのゲート・ソース間の寄生容量Ｃgsのた
めに、ゲートパルスの電圧の降下（オンからオフ）が画
素電極の電圧に影響するためのである。

【０００５】この問題を解決するため、通常、図６に示
すように、液晶容量ＣLCに大きな容量をもった補償容量
ＣＳを並列に接続し、液晶容量ＣLCから寄生容量Ｃgsに
奪われた電荷を補償容量ＣＳから補うことにより、電圧
降下量ΔＶを小さくする手法を用いている。補償容量Ｃ
Ｓを設けた場合の電圧降下量ΔＶは数式１で表される。

【０００６】

【数１】 ΔＶ＝Ｃgs・（Ｖon−Ｖoff）／（Ｃgs＋ＣLC＋ＣＳ） ここで、Ｖonはゲートパルスのオンレベル、Ｖoffはゲ
ートパルスのオフレベルである。

【０００７】数式１から明らかなように、電圧降下量Δ
Ｖを完全に除去することはできず、電圧降下量ΔＶは、
一般に０．５〜２Ｖに設定されている。この電圧降下量
ΔＶを考慮してデータ信号の信号レベルを設定し、この
電圧降下を考慮してデータ信号の信号レベルを設定す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示素子では、デ
ータ線に印加される電圧に応じて電圧降下量ΔＶが変動
する。即ち、印加電圧に応じて液晶分子のチルトが変化
して液晶の誘電率が変化し、画素容量ＣLCの容量が変化
する。このため、データ信号に応じて、電圧降下量ΔＶ
も変化する。

【０００９】例えば、電圧無印加時に「白」を表示する
液晶表示素子の場合、表示が「白」に近いときはデータ
信号の電圧が低く、液晶容量ＣLCが小さく、電圧降下量
ΔＶが大きい。また、表示が「黒」または「黒」に近い
ときは、印加電圧が高く、液晶容量ＣLCが大きく、電圧
降下ΔＶが小さい。

【００１０】このため、一定値の電圧降下量ΔＶを考慮
して信号レベルを設定しても、表示色或いは表示階調に
よっては、所望の色或いは振幅を表示することができ
ず、動画表示時にフリッカや残像現象が発生してしまう
場合があった。

【００１１】高精細の液晶表示素子では画素の面積が小
さいため、液晶容量ＣLCの容量値が小さい。また、高開
口率の液晶表示素子では、補償容量電極の配置スペース
の問題により補償容量ＣＳの容量を大きくとることがで
きない。このため、この問題は、高精細の液晶表示素子
や高開口率の液晶表示素子において顕著である。

【００１２】この発明は、アクティブ素子のオフによる
画素電極の電圧の降下を低減し、高画質の画像を表示で
きるアクティブマトリクス液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、この発明に係るアクティブマトリクス液晶表示装置
は、マトリクス状に配置された画素電極と、複数の画素
電極に対向する対向電極と、各画素電極と対向電極の間
に配置された液晶とから構成される画素容量と、各画素
容量に接続されたアクティブ素子と、を含む液晶表示素
子と、前記液晶表示素子の各画素に表示させる画像に対
応する信号レベルを有する画像信号を受け、該画像信号
を所定の基準レベルに対する交流駆動信号に変換する変
換手段と、前記画像信号の信号レベルに基づいて、前記
変換手段における前記所定の基準レベルを補正する補正
手段と、前記変換手段により生成された交流駆動信号を
前記アクティブ素子を走査しながら画素電極に印加する
駆動手段と、を具備することを特徴とする。

【００１４】

【作用】液晶に印加される電圧に応じて液晶分子の配向
状態は変化し、画素容量の容量値が変化する。このた
め、アクティブマトリクス液晶表示素子のアクティブ素
子がオフした際の画素電極の電圧の降下量が印加電圧に
応じて変化する。この発明では、画像信号の信号レベル
に基づいて、前記変換手段における前記所定の基準レベ
ルを補正するので、基準レベルと電圧降下の変動分を相
殺させることができる。従って、画像信号の信号レベル
にかかわらず、画素電極の実効的な電圧降下を一定にす
ることができる。従って、安定的に画像を表示すること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００１６】図１に示すように、この液晶表示装置は、
ＴＦＴカラー液晶表示素子１と、列ドライバ３と、行ド
ライバ５と、交流変換回路７と、から構成される。

【００１７】ＴＦＴカラー液晶表示素子１は、 図２に
示すように、一対の絶縁性透明基板１１、１２と、基板
１１と１２とを接合する封止材ＳＣと、基板１１と１２
との間に封止された液晶１７とから構成される液晶セル
１８と、液晶セル１８を挟んで配置された一対の偏光板
２１と２２とを備えている。

【００１８】基板１１の上面には、画素電極１３とアク
ティブ素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）３１と
が図１及び図２に示すように、マトリクス状に配置され
ている。ＴＦＴ３１は、基板１１上に形成されたゲート
電極３４とゲート絶縁膜３５と半導体層３６とドレイン
電極３７とソース電極３８とより構成される。画素電極
１３及びＴＦＴ３１の上には配向膜１５が配置されてい
る。

【００１９】さらに、基板１１の上には、複数の画素電
極１３にゲート絶縁膜３５を介して対向する補償容量線
ＣＬが形成されている。

【００２０】図１に示すように、各ＴＦＴ３１のゲート
電極は対応する行の走査線（ゲート線）ＧＬに接続さ
れ、ドレイン電極は対応する画素電極１３に接続され、
ソース電極は対応する列のデータ線ＤＬに接続されてい
る。各ゲート線ＧＬは行ドライバ５に接続され、データ
線ＤＬと補償容量線ＣＬと対向電極１４とは列ドライバ
３に接続されている。補償容量線ＣＬと対向電極１４に
は共通電圧Ｖcomが印加されている。

【００２１】液晶１７は、例えば、ＴＮ液晶又はＳＴＮ
液晶から構成される。

【００２２】基板１２の基板１１と対向する面には、図
２に示すように、各画素電極１３に対向し、共通電圧Ｖ
comが印加された透明な対向電極１４が形成されてい
る。対向電極１４の画素領域の部分上には、ＲＧＢ各色
のカラーフィルタＣＦR、ＣＦG、ＣＦBが配置されてい
る。

【００２３】ＴＦＴカラー液晶表示素子１の各画素の等
価回路は、図６に示す従来の液晶表示素子の各画素の等
価回路と同一である。ここで、液晶容量ＣLCは、画素電
極１３と対向電極１４との対向部分とその間の液晶１７
とから構成される。補償容量ＣＳは画素電極１３と補償
容量線ＣＬの対向部分とその間のゲート絶縁膜３５とか
ら構成されている。

【００２４】交流変換回路７は、図３（Ａ）に示すよう
なＲＧＢ各色の画像信号（輝度信号）を、図３（Ｂ）に
示すような基準レベルＶrefに対して極性が周期的に反
転する交流駆動信号に変換して出力する。なお、図３
は、表示フレーム毎に交流駆動信号の極性が反転する例
を示す。

【００２５】画像信号を交流化する際の基準レベルＶre
fは、図４に示すように、ＲＧＢ各色の画像信号の信号
レベルが小さくなるに従って、高くなるように設定され
ている。画像信号の信号レベルが最小の時の基準レベル
Ｖrefと画像信号の信号レベルが最大の時の基準レベル
Ｖrefとの差ΔＶrefは、画像信号の信号レベルが最小の
時の電圧降下量ΔＶと画像信号の信号レベルが最大の時
のΔＶとの差ΔＶdefと等しくなるように設定されてい
る。また、画像信号の信号レベルが最大の時の基準レベ
ルＶrefは対向電極１４に印加されている電圧Ｖcomの値
と等しい。

【００２６】行ドライバ５は、図３（Ｃ）に示すよう
に、ゲート線ＧＬに順次ゲートパルスを印加する。ゲー
トパルスが印加されたゲート線ＧＬに接続されたＴＦＴ
３１はオンする。列ドライバ３は、交流変換回路７から
供給されるＲＧＢ各色の交流駆動信号を対応するデータ
線ＤＬに印加する。

【００２７】データ線ＤＬの電圧はゲートパルスにより
オンしているＴＦＴ３１を介して画素電極１３に印加さ
れる。ゲートパルスがオフすると、それまで画素電極１
３に印加されていた電圧に応じた電荷が液晶容量ＣLCと
補償容量ＣＳに保持される。

【００２８】このとき、ゲート線ＧＬの電圧がＶonから
Ｖoff低下するため、図３（Ｄ）に示すように、ＴＦＴ
３１のゲート・ソース間の寄生容量Ｃgsにより、画素電
極１３の電圧はΔＶ降下する。

【００２９】電圧降下量ΔＶはデータ信号の電圧が上昇
するに従って小さくなる。即ち、画像信号の電圧が小さ
くなるに従って画素容量ＣLCが小さくなり、電圧降下Δ
Ｖは大きくなる。一方、交流駆動信号の基準レベルＶre
fは、画像信号の信号レベルが小さくなる程大きくな
る。即ち、画像信号の信号レベルの変化に応じて、ΔＶ
の変化分とＶrefの変化分がほぼ相殺するように変化す
る。このため、この実施例によれば、ＲＧＢ画像信号の
信号レベルに関わらず、画素容量の保持電圧がほぼ一定
値となる。従って、階調を安定的に表示することがで
き、フリッカ、残像現象等を防止できる。

【００３０】次に、交流変換回路７の構成例を図５を参
照して説明する。

【００３１】図５に示す交流変換回路７は、クランプ回
路７０、ＤＣブライト調整部７１、積分回路７２、ＤＣ
レベル補正部７３、第１、第２および第３の反転アンプ
７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂを有している。

【００３２】クランプ回路７０は、カラー／コントラス
ト調整されたＲ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号をそれぞれクラ
ンプ（サンプリング）して、出力する。ＤＣブライト調
整部７１は、クランプされたＲＧＢ信号にＤＣ（直流）
成分を付加してブライト調整すなわち輝度調整を行う。

【００３３】積分回路７２は、例えば、３組のＣＲ積分
回路等から構成され、クランプ回路７０でクランプされ
たＲＧＢ各色の画像信号をそれぞれ積分して各信号の振
幅に応じたＤＣレベル信号を生成する。

【００３４】ＤＣレベル補正部７３は、積分回路７２で
得られたＤＣレベル信号に対応して、基準レベルＶref
を生成する。基準レベルＶrefはＤＣレベル信号のレベ
ルの増加に従って、即ち、画像信号の平均的な信号レベ
ルが上昇するに従って、ＴＦＴカラー液晶表示素子１の
特性に応じた変化カーブに従って低下する。

【００３５】反転アンプ（反転増幅器）７４Ｒ、７４
Ｇ、７４Ｂは、オペレーション（ＯＰ）アンプ等から構
成される。反転アンプ７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂは、それ
ぞれ、ＤＣレベル補正部７３からの基準レベルＶrefを
中心電圧入力端に受け、入力端に供給されるブライト調
整されたＲＧＢ画像信号を基準レベルＶrefを中心とし
て増幅し且つ所定周期で反転して、ＲＧＢ各色の交流駆
動信号として出力する。

【００３６】このような構成によれば、画像信号の信号
レベルの変化による電圧降下ΔＶの変動を相殺するよう
に基準レベルＶrefを変動させることができる。

【００３７】なお、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、図４で
は、画像信号の信号レベルに応じて電圧降下ΔＶが直線
的に変動する（それに伴い基準電圧Ｖrefも直線的に変
動する）例を示した。しかし、例えば画像信号の信号レ
ベルに対して電圧降下ΔＶが曲線的に変動する場合に
は、基準電圧Ｖrefもそれに併せて曲線的に変動させる
ことが望ましい。このように、データ信号とΔＶとの関
係は、表示素子の構成毎に異なるため、ＤＣレベル補正
部７３は入力ＤＣレベルに対し出力ＤＣレベルを調整可
能とすることが望ましい。なお、図５の回路構成は一例
であり、他の回路構成を使用してもよい。

【００３８】上記実施例では、カラーフィルタを備える
アクティブマトリクス型液晶表示素子を例にこの発明を
説明した。しかし、この発明はアクティブ素子のオフに
伴って画素電極の電圧が降下し、降下量がデータの値に
より変動するタイプの種々の素子に適用可能である。例
えば、モノクローム表示の液晶表示素子或いは印加電圧
に応じた色を表示する複屈折制御方式の液晶表示素子等
にも同様に適用可能である。また、アクティブ素子とし
ては、ＴＦＴに限らず、ＭＩＭ等を使用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、交流駆動信号の基準レベルを画像信号のレベルに応
じて変動させて、画素電極の電圧降下の変動分をほぼ相
殺させることができる。従って、フリッカや残像現象の
少ない高品質の画像を表示するアクティブマトリクス液
晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るアクティブマトリク
ス液晶表示装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図２】図１に示すＴＦＴカラー液晶表示素子の構成を
示す断面図である。

【図３】（Ａ）は画像信号の信号例を示すタイミングチ
ャート、（Ｂ）は（Ａ）に示す画像信号から得られた交
流駆動信号の波形の例を示すタイミングチャート、
（Ｃ）はゲートパルスの波形を示すタイミングチャー
ト、（Ｄ）は画素電極に印加される信号の波形を示すタ
イミングチャートである。

【図４】画像信号の信号レベルと、ゲートパルスのオフ
に起因する画素電極の電圧降下ΔＶと、基準電圧Ｖref
の増減の関係を説明するための図である。

【図５】図１に示す交流変換回路の構成例を示す回路ブ
ロック図である。

【図６】従来のＴＦＴ液晶表示素子の１画素の等価回路
である。

【図７】ゲートパルスのオフに伴う画素電極の電圧降下
ΔＶを説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１・・・ＴＦＴカラー液晶表示素子、３・・・列ドライバ、５
・・・行ドライバ、７・・・交流変換回路、１１、１２・・・基
板、１３・・・画素電極、１４・・・対向電極、１７・・・液
晶、１８・・・液晶セル、２１、２２・・・偏光板、３１・・・
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、７０…クランプ回路、７
１…ＤＣブライト調整部、７２…積分回路、７３…ＤＣ
レベル補正部、７４Ｒ，７４Ｇ、７４Ｂ…反転アンプ、
ＣＬ・・・補償容量線、ＧＬ・・・ゲート線、ＤＬ・・・データ
線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリクス状に配置された画素電極と、複
   数の画素電極に対向する対向電極と、各画素電極と対向
   電極の間に配置された液晶とから構成される画素容量
   と、各画素容量に接続されたアクティブ素子と、を含む
   液晶表示素子と、 前記液晶表示素子の各画素に表示させる画像に対応する
   信号レベルを有する画像信号を受け、該画像信号を所定
   の基準レベルに対する交流駆動信号に変換する変換手段
   と、 前記画像信号の信号レベルに基づいて、前記変換手段に
   おける前記所定の基準レベルを補正する補正手段と、 前記変換手段により生成された交流駆動信号を前記アク
   ティブ素子を走査しながら画素電極に印加する駆動手段
   と、 を具備することを特徴とするアクティブマトリクス液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】前記アクティブ素子は、対応する画素電極
   に電流路の一端が接続された薄膜トランジスタから構成
   され、 前記液晶表示素子は前記薄膜トランジスタのゲートに接
   続された走査線と電流路の他端に接続されたデータ線
   と、を備え、 前記駆動手段は、前記走査線にゲートパルスを印加して
   画素を走査する行駆動手段と、 前記データ線に前記変換手段で生成された画像信号を印
   加する印加手段と、 を具備することを特徴とする請求項１に記載のアクティ
   ブマトリクス液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記補正手段は、前記画像信号の振幅に応
   じた直流電圧を得る振幅検出手段と、前記振幅検出手段
   が得た直流電圧に従って、前記交流駆動信号の中心電圧
   レベルを制御する手段と、を具備することを特徴とする
   請求項１又は２に記載のアクティブマトリクス液晶表示
   装置。
4. 【請求項４】前記振幅検出手段は、前記画像信号を積分
   することにより、画像信号の信号レベルに対応する信号
   を得る積分手段を含むことを特徴とする請求項３に記載
   のアクティブマトリクス液晶表示装置。
5. 【請求項５】前記補正手段は画像信号の信号レベルが小
   さくなるに従って、交流駆動信号の基準レベルを上昇さ
   せることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに
   記載のアクティブマトリクス液晶表示装置。