JPH1031464A

JPH1031464A - アクティブマトリクス型表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH1031464A
Application number: JP9090247A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Hirakata; 吉晴平形; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】アティブマトリクス型の液晶表示装置におい
て、駆動電圧を低減し、消費電力を低減する方法を提供
する。【解決手段】面内スイッチング（ＩＰＳ）方式の液晶
表示装置において、データドライバーから出力されるデ
ータの電位は該コモン電極に印加される電位の間の値を
取るものとし、コモン線に印加する電位を高低２値用意
し、各フレーム毎に反転させることで、画素の両電極に
かかる電圧の極性が反転される。このため、データドラ
イバーおよびスキャン線のドライバーから出力される信
号の電位変動を従来のものよりも大幅に低減され、ドラ
イバーにおける消費電力を低減される。また、画素を制
御するスイッチング素子に印加される電圧も低減できる
ので、その負担も軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型表示装置に関する。特に、表示方法として、面内ス
イッチング方式（In-Plane Switching Mode 、ＩＰＳと
もいう）を用いる方法に関する。本発明では、信号（デ
ータ）の電位の変動を抑制し、よって、消費電力の低減
を図り、また、各画素に設けられたスイッチング素子に
かかる電圧を低減することにより、その負担を軽減する
ものである。本発明は、液晶表示装置等の容量結合型表
示装置の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置等の容量結合型の表示装置
においては、画素容量素子に印加される電圧の反転が必
要とされている。この操作は交流化ともいわれる。これ
は、容量素子の電極の間の光電変換材料（電圧によって
光透過率や反射率、屈折率等の光物性が変化する材料）
に常に１つの向きの電界が印加されると、材料の劣化を
招くためであり、フレーム（フィールド）ごと、もしく
は数フレームごとの反転が必要とされた。

【０００３】反転の方法としては、１フレームにおいて
は表示画面全体が同じ極性のフレーム反転（フィールド
反転）（図１０（Ａ））、同じ行では、極性が同じだ
が、隣接する行の極性が異なるゲイトライン反転（図１
０（Ｂ））等の方式があった。これはＩＰＳ方式におい
ても同様であった。

【０００４】従来は、このような反転をおこなうために
は、データドライバー（信号ドライバー）から極性の反
転する信号が画素に供給されていた。図７には従来のア
クティブマトリクス型液晶表示装置の単位画素を示す。
スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔ）は、ス
キャン線（走査線）（Ｘ_n）の信号（選択パルス）によ
って制御され、選択パルスの印加された状態（ＯＮ状
態）のときにデータ線（信号線）（Ｐ_m）の信号が液晶
画素容量素子（ＬＣ）および、必要によっては、それと
並列に接続された補助容量（Ｃ）に送られる。一方、コ
モン線（もしくはコモン電極）（Ｙ_n）は一定の電位に
保たれる。そして、データ線より供給された電位と、コ
モン線の電位の差に応じて、電荷が蓄積される。（図
７）

【０００５】このような単位画素をＮ行のマトリクス状
に配置した表示装置における駆動の信号は図８のように
なる。ここで、ＣＬＫはクロック信号（同期信号）であ
り、表示装置の最小時間を示す。これに応じて、信号が
形成される。スキャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．Ｘ
_N-1 、Ｘ_N）は、図に示すように、選択パルスが順次印
加される。一方、データ線（Ｐ₁ ）には、各行の画像信
号に応じた電位が印加される。ここでは、フィールド反
転（図１０（Ａ））の例を示した。比較のため、画像情
報は常に同じであるとした。すなわち、第２フィールド
（2nd Field)のデータは、第１フィールド（1st Field)
のデータを、基準電位（コモン線の電位）に対して、反
転させたものである。

【０００６】第２フィールド（2nd Field)と第３フィー
ルド（3rd Field)でも同様である。また、ゲイトライン
反転（図１０（Ｂ））のデータの例を図９に示したが、
各行に対応するデータを比較すると、第１フィールドと
第２フィールドでは、極性が逆である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のア
クティブマトリクス型液晶表示装置においては、画像情
報のみから必要とされる信号の変動の２倍の変動量を有
するデータをドライバーによって作成する必要があっ
た。すなわち、液晶には実効的に５Ｖの電圧を印加させ
ればよいのであるが、反転の必要から、＋５Ｖから−５
Ｖまでの１０Ｖの電位変動が必要であった。このこと
は、ドライバーの駆動電圧を上昇させることとなり、消
費電力を低減する上で最大の障害であった。

【０００８】データの電位の変動が大きいため、スキャ
ン・ドライバーの出力電位差（選択パルス高）や消費電
力が増大することも問題であった。さらに、アクティブ
マトリクス回路に過大な電圧が印加されることによるス
イッチング素子（トランジスタ）の破壊や特性の劣化も
問題であった。本発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたものであり、データの変動を必要最小限としつつ
も、必要な反転をおこなうための装置の構成およびその
駆動方法を提供する。

【０００９】面内スイッチング（ＩＰＳ）方式は、従来
の液晶表示装置が、基板間に基板に垂直な電圧を印加す
ることによって、表示をおこなっていたことに対して、
基板内で、基板面に平行な電圧を印加して、表示をおこ
なうものである。既に、特公昭６３−２１９０７には、
薄膜トランジスタをスイッチング素子としたアクティブ
マトリクス型液晶表示装置に用いた場合の基本的な概念
が示されている。

【００１０】他にも特開平７−４３７４４、特開平７−
４３７１６、特開平７−３６０５８、特開平６−１６０
８７８、特開平６−２０２０７３、特開平７−１３４３
０１、特開平６−２１４２４４にも、その応用発明が示
されている。さらに、単純マトリクス型液晶表示装置に
用いた場合には、特開平７−７２４９１に、薄膜ダイオ
ードをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型
液晶表示装置に用いた場合には、特開平７−１２０７９
１に開示されている。

【００１１】これらの先行技術に開示されたＩＰＳ方式
の原理を図５、図６を用いて簡単に説明する。図５に
は、ＩＰＳ方式によるアクティブマトリクス型液晶表示
装置の単位画素を示した。通常のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の場合と同様に、データ線１１とスキャ
ン線１２がマトリクス状に設けられるが、それに加え
て、コモン線１３（対向電極線ともいう）が設けられ
る。従来は、対向基板の電極があったために、コモン線
１３は不要であるが、ＩＰＳ方式では対向基板には電極
がないので、面内にそれと同様な機能を有する配線（コ
モン線１３）を設ける必要がある。

【００１２】このコモン線１３は、従来のＩＰＳ方式で
は、一定の電位に保持される。また、スキャン線１２と
同時に形成される場合には、スキャン線１２と交差しな
い、すなわち、平行な構成を有する。かくすると、コモ
ン線１３の一部を、データ線１１と同時に形成される画
素電極１４の一部と重ねて補助容量（Ｃ）を形成するこ
とができる。すなわち、スキャン線１２とコモン線１
３、および、データ線１１と画素電極１４は同時に形成
できる。スキャン線１２の一部を制御電極（ゲイト電
極）として図に示されるようにスイッチング素子（薄膜
トランジスタ、ＴＦＴ）が形成される。その入力端子
（ソース）はデータ線１１とコンタクトし、出力端子
（ドレイン）は画素容量素子の一方の電極（画素電極１
４）とコンタクトする。また、コモン線１３は画素容量
素子の他方の電極として配置される。（図５）

【００１３】このように、画素電極１４に対向させてコ
モン線１３を配置する構造から、画素電極１４に電位を
与えると、図６に示すように、画素電極１４とコモン線
１３の間には、矢印のような電界が生じる。光電変換材
料として液晶を用いる場合には、液晶分子は、当初、図
６の状態ａで示すように、予定される電界に対して、あ
る一定の角度なすように配向させておく。例えばネマテ
ィク型液晶であれば１５°をなすように配向させてお
く。次に電界が印加されると図６の状態ｂで示されるよ
うに、液晶分子は電界に平行になろうとする。この液晶
分子の傾きをうまく利用することにより、濃淡を表現で
きる。以上が、ＩＰＳ方式の原理である。（図６）

【００１４】ＩＰＳ方式は、液晶の配向が基板に平行で
あることにより、従来の液晶表示装置に比べて視野角が
広いという特徴を有する。しかしながら、上記の先行技
術においては、データドライバーの負担を低減させるこ
とについては、特に考慮されておらず、データは従来の
場合と同様である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はＩＰＳ方式の特
徴を生かして、データの電位の変動を抑制しつつ、液晶
分子に印加される電界の反転をなすことができる。本発
明は、コモン線とスキャン線を交差しないように配置
し、かつ、コモン線の電位を対応するスキャン線の信号
に合わせて制御できる構成とする。そして、対応するス
キャン線に選択パルスが印加されていない時間のほとん
どにおいて、コモン線にはＶ_HもしくはＶ_L（Ｖ_H＞Ｖ
_L）のいずれかの電位を与え、画素電極にはＶ_L≦Ｖ_D
≦Ｖ_Hなる画像情報に応じた信号電位Ｖ_Dを与えること
を特徴とする。

【００１６】もちろん、（画像に影響を与えない程度
に）微小な時間（例えば、選択パルスの印加される直前
や直後）においては、コモン線にＶ_HやＶ_L以外の電位
（例えば、Ｖ_HとＶ_Lの中間値やそれらを越える値）を
与えてもよい。

【００１７】画像に影響を与えないためには、Ｖ_HやＶ
_L以外の電位の印加される時間は、１フレームの２０％
以下、好ましくは５％以下とするとよい。すなわち、１
フレームの８０％以上、好ましくは９５％以上の時間に
おいて、コモン線は、Ｖ_HもしくはＶ_Lいずれかの電位
に保持されていることが望ましい。

【００１８】本発明において、１フィールド毎に反転を
おこなうのであれば、あるフィールドにおけるコモン線
の電位を、その前後のフレームにおける電位と異なるよ
うにすればよい。

【００１９】また、コモン線に印加される電位は次にス
イッチング素子を経由して、別の信号が入力されるま
で、一定に保たれる必要から、対応するスキャン線にパ
ルス信号が印加される毎に、他の値に変動させてもよ
い。

【００２０】本発明は、フィールド反転にも、また、ゲ
イトライン反転にも適用できる。後者を実施するには、
隣接するコモン線の電位を常に異なるようにすればよ
い。

【００２１】また、本発明を液晶表示装置に応用した場
合には、画像に影響を与えないために、コモン線に印加
される電位の大きさは、液晶のしきい電位よりも小さく
するとよい。

【００２２】液晶に電圧を印加していない状態から電圧
を増していくと、ある電圧値をこえると、その液晶の長
軸が回転する。この電圧値を液晶のしきい電位とよぶ。

【００２３】従って、コモン線の電位が変動しても、コ
モン線に印加されている電位の大きさ（絶対値）を液晶
のしきい電位よりも小さくすることによって、コモン線
の電位変動によって液晶の配向が乱れることを防ぐこと
ができ、画像に影響を与えることを防ぐことができる。

【００２４】

【本発明の実施の形態】本発明における単位画素の動作
について、図３を用いて説明する。図３の具体的な電極
・配線構造は、図５に示す従来のＩＰＳ方式のアクティ
ブマトリクス型表示装置と同様である。

【００２５】図３においては、いずれもスイッチング素
子が閉じられている状態を示す。したがって、いずれの
場合もスキャン線Ｘ_nに印加される電位は、スイッチン
グ素子がＯＦＦ状態となるような電位である。スイッチ
ング素子SDがＮチャネル型の単一のトランジスタの場合
には、この電位Ｖ_Xの必要十分条件については後述する
理由から、Ｖ_X≦Ｖ_L＋Ｖ_th（Ｖ_thはスイッチング素子
SDのしきい値電圧）となる。

【００２６】あるフィールドにおいては、画素電極の電
位Ｖ_nmはＶ_Dである。ここで、Ｖ_Dは画像情報に応じた
電位であるが、いかなる場合にも、Ｖ_L≦Ｖ_D≦Ｖ_Hと
いう条件を満たす。いうまでもなく、画素電極の電位
は、スイッチング素子SDが開いたとき（より正確には、
閉じる瞬間）のデータ線Ｐ_mの電位Ｖ_Pによって決定さ
れる。したがって、Ｖ_L≦Ｖ_P≦Ｖ_Hである。

【００２７】一方、コモン線Ｙ_nの電位Ｖ_YはＶ_Lであ
る。この状態では、画素容量素子LCにかかる電位差Ｖ_LC
（＝Ｖ_nm−Ｖ_Y）は、Ｖ_LC＝Ｖ_D−Ｖ_Lである。Ｖ_D≧
Ｖ_Lなので、現実の電界の向きは矢印に示すようにな
る。（図３（Ａ））

【００２８】次のフィールドにおいては、画素容量素子
LCに印加される電位差を反転させるものとする。このと
きには、コモン線の電位をＶ_Y＝Ｖ_Hとする。そして、
画素電極の電位はＶ_nm＝Ｖ_H＋Ｖ_L−Ｖ_Dとなるように
する。条件Ｖ_L≦Ｖ_D≦Ｖ_Hより、Ｖ_L≦Ｖ_H＋Ｖ_L−
Ｖ_D≦Ｖ_Hである。そして、画素容量素子LCにかかる電
位差Ｖ_LC（＝Ｖ_nm−Ｖ_Y）は、Ｖ_LC＝Ｖ_L−Ｖ_Dであ
る。Ｖ_D≧Ｖ_Lなので、現実の電界の向きは矢印に示す
ようになる。すなわち、電界の向きを逆転させることが
できる。（図３（Ｂ））

【００２９】なお、上記の２つのフィールドのそれぞれ
のＶ_LCの式より、（最初のフィールド）Ｖ_LC ＝Ｖ_D−Ｖ_L≦ Ｖ_H−Ｖ_L （次のフィールド）Ｖ_LC ＝Ｖ_L−Ｖ_D≧ Ｖ_L−Ｖ_H である。よって、Ｖ_L−Ｖ_H≦ Ｖ_LC ≦ Ｖ_H−
Ｖ_L、もしくは、

【００３０】

【数１】

【００３１】という関係がある。

【００３２】すなわち、画素容量素子LCにかかる電位差
の大きさは、（Ｖ_H−Ｖ_L）以下である。ちなみに、従
来の方法では、コモン線に印加される電位の変動はない
ので、Ｖ_H＝Ｖ_L＝０、であり、更に、

【００３３】

【数２】

【００３４】であるので、上記の関係は満たさない。こ
のように、コモン電極の電位が上記の関係を満たして変
動する点も、本発明の特徴とすることである。

【００３５】次に、データ線の電位について考察する。
図３（Ｂ）の状態を得るためには、データ線Ｐ_mの電位
をＶ_P＝Ｖ_nm＝Ｖ_H＋Ｖ_L−Ｖ_Dとする必要があるが、
Ｖ_L≦Ｖ_H＋Ｖ_L−Ｖ_D≦Ｖ_Hであるので、この場合
も、Ｖ_L≦Ｖ_P≦Ｖ_Hである。すなわち、反転をおこな
う場合にも、データ線の電位Ｖ_Pは、Ｖ_L≦Ｖ_P≦Ｖ_H
である。

【００３６】さて、スイッチング素子SDがＮチャネル型
の単一のトランジスタの場合について考察すると、デー
タ線、画素電極がいかなる電位でもＯＦＦ状態を維持す
るのには、データ線もしくは画素電極で電位の低い方の
電位にしきい値を加えた電位よりもスキャン線（ゲイト
電極）の電位を低くすればよい。データ線、画素電極の
取りうる電位のうち最低の電位はＶ_Lであるので、すな
わち、Ｖ_X≦Ｖ_L＋Ｖ_thとなるようにスキャン線の電位
を設定すれば、十分である。

【００３７】一方、ＯＮ状態を得るには、データ線と画
素電極の電位の高い方の電位にしきい値電圧を加えた電
位よりも高い電位とすればよい。データ線、画素電極の
取りうる電位のうち最高の電位はＶ_Hであるので、すな
わち、Ｖ_X≧Ｖ_H＋Ｖ_thとなるようにスキャン線の電位
を設定すれば、十分である。

【００３８】例えば、画素容量素子LCの電位差を最大で
５Ｖとする場合を考えると、Ｖ_L＝０Ｖ、Ｖ_H＝＋５Ｖ
とすればよい。したがって、データ線の電位Ｖ_Pは、０
≦Ｖ_P≦５（Ｖ）である。これで、画素容量素子LCの電
位差を−５Ｖから＋５Ｖまでの任意のものとすることが
できる。一方、スキャン線の電位Ｖ_Xは、ＯＦＦ状態で
Ｖ_th（Ｖ）以下、ＯＮ状態で、（５＋Ｖ_th）（Ｖ）以上
であればよい。例えば、しきい値電圧を＋０．５Ｖと
し、１．５Ｖのマージンをとるとして、ＯＮ状態で７
Ｖ、ＯＦＦ状態で−１Ｖとすればよい。

【００３９】このように、データ線（およびコモン線）
に印加されるデータの変動を従来のものに比較して、大
幅に低減させでも、液晶容量素子LCに印加される電界の
向きを逆転できるのが本発明の特徴である。

【００４０】例えば、データの電位の変動を半分とする
ことができる。さらに、スキャン線に印加される電位の
変動（すなわち、選択パルス高）も大幅に小さくできる
ことも本発明の特徴である。このように、本発明では動
作電圧を大幅に低下させることができる。

【００４１】本発明はフィールド反転もしくはゲイトラ
イン反転のように、同じスキャン線の画素の極性が全て
同じ反転形式に有効であるが、ソースライン反転もしく
はドット反転のように、同じスキャン線の画素の極性が
異なる形式の反転方式を実施する際には、上記の効果は
享受できない。

【００４２】ソースライン反転とは、同じ行（同じスキ
ャン線）の隣接する画素電極の極性が異なることを特徴
とする。例えば、図１２に示すように、隣接する左右２
つの画素の電位差Ｖ_LC1 、Ｖ_LC2 が、それぞれ、第１フ
レームで＋５Ｖ、−５Ｖ（図１２（Ａ））、第２フレー
ムで−５Ｖ、＋５Ｖ（図１２（Ｂ））とする場合につい
て考えてみる。

【００４３】スイッチング素子SDがＮチャネル型トラン
ジスタの場合、スキャン線の電位はＯＦＦ状態では、デ
ータ線の最低電位以下であり、ＯＮ状態はデータ線の最
高電位以上であることが要求されるが、従来の方法（図
８もしくは図９）では、両データ線Ｐ_m、Ｐ_m+1 はいず
れも−５Ｖから＋５Ｖまで、１０Ｖ変動するので、スキ
ャン線の電位の変動幅として１０Ｖが必要であった。

【００４４】まず、左側の画素について、本発明を適用
することを考えれば、例えば、第１フレームでコモン線
の電位を０Ｖ、データ線Ｐ_mのデータを＋５Ｖ、第２フ
レームでコモン線の電位を＋５Ｖ、データ線のデータを
０Ｖとすればよい。一方、この際、右側の画素について
は、データ線Ｐ_m+1 のデータは、第１フレームは−５
Ｖ、第２フレームは０Ｖとなる。（図１２（Ｃ））

【００４５】以上の条件のもとで、スイッチングをおこ
なうためには、スイッチング素子SDがＮチャネル型トラ
ンジスタであるとすると、ＯＦＦ状態のスキャン線Ｘ_n
の電位は、−５Ｖ（データ線の最低電圧）以下でなけれ
ばならず、また、ＯＮ状態の電位は＋５Ｖ（データ線の
最高電圧）以上でなければならない。すなわち、１０Ｖ
の変動幅が要求されるわけで、スキャン線の電位の変動
（すなわち、スキャンドライバの駆動能力）の点で従来
の場合と同じであり、効果がない。

【００４６】ただし、それぞれのデータ線の電位の変動
幅は５Ｖであり、従来の半分であるので、表示回路全体
としての電圧の低減の効果はないが、個々のデータ線に
印加される電圧の変動幅を低減する上では効果がある。
もちろん、フィールド反転もしくはゲイトライン反転の
場合ほど効果は大きくない。

【００４７】なお、本発明では、コモン線はデータ線と
並列にすることはできない。並列に配置した場合には、
これは、コモン線の信号がデータ線に印加された電位に
応じて、変動してしまうためである。

【００４８】

【実施例】

〔実施例１〕図１に、Ｎ行マトリクスのＩＰＳ方式ア
クティブマトリクス型液晶表示装置で、本発明を用いて
フィールド反転をおこなう例を示す。本実施例での表示
データは、図８で表示するものと同じものをもちいる。
図に示すように、第１フィールドにおいては、Ｎ本のス
キャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．Ｘ_N-1 、Ｘ_N）
に、順次選択パルスが印加される。そして、各スキャン
線にパルスが印加されると同時に、それに対応する各コ
モン線（Ｙ₁ 、Ｙ₂ 、Ｙ₃ 、．．．Ｙ_N-1 、Ｙ_N）の
電位が、それまでのハイレベル（Ｖ_H）からロウレベル
（Ｖ_L）に低下する。したがって、図３（Ａ）の状況が
実現する。

【００４９】一方、第２フィールドでは、第１フィール
ドとは逆に、各スキャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．
Ｘ_N-1 、Ｘ_N）に、順次選択パルスが印加されると、そ
れに対応するコモン線（Ｙ₁ 、Ｙ₂ 、Ｙ₃ 、．．．Ｙ
_N-1 、Ｙ_N）の電位が、それまでのロウレベルからハイ
レベルに上昇する。すなわち、図３（Ｂ）の状態とな
り、第３フィールドでは、第１フィールドと同じであ
り、第１フィールドと第２フィールドで液晶素子に印加
される電界の向きが逆転する。第２フィールドと第３フ
ィールドの間でも同様である。本実施例では、あるフィ
ールドにおいて、全ての行で、図３（Ａ）もしくは図３
（Ｂ）のいずれかの状態が実現するので、フィールド反
転となる。（図１）

【００５０】〔実施例２〕図２に、本発明によって、
Ｎ行マトリクスのＩＰＳ方式アクティブマトリクス型液
晶表示装置で、ゲイトライン反転をおこなう例を示す。
図に示すように、第１フィールドにおいては、コモン線
のうち（Ｙ₁ ）、（Ｙ₃ ）、．．．というように奇数行
の電位を、対応するスキャン線に選択パルスが印加され
るのに応じて、それまでのハイレベルからロウレベル
に、また、偶数行のコモン線（Ｙ₂ ）、（Ｙ₄ ）．．．
の電位を、対応するスキャン線に選択パルスが印加され
るのに応じて、それまでのロウレベルからハイレベルに
変化させる。

【００５１】すなわち、第１フレームでは、奇数行にお
いては、図３（Ａ）の状態が、それに隣接する偶数行に
おいては、図３（Ｂ）の状態が、それぞれ実現する。す
なわち、隣合う行の液晶に対する電界の向きが反転した
ゲイトライン反転状態となる。

【００５２】次に、第２フィールドでは、第１フィール
ドとは逆に、奇数行のコモン線（Ｙ₁ ）、（Ｙ
₃ ）、．．．の電位をロウレベルからハイレベルへ、ま
た、偶数行のコモン線（Ｙ₂ ）、（Ｙ₄ ）、．．．の電
位をハイレベルからロウレベルに変化させる。すなわ
ち、第２フレームでは、奇数行においては、図３（Ｂ）
の状態が、それに隣接する偶数行においては、図３
（Ａ）の状態が、それぞれ実現する。第３フレームで
は、第１フレームと同じ状況となる。

【００５３】すなわち、特定の行に注目すると、第１フ
ィールドと第２フィールドで液晶素子に印加される電界
の向きが逆転する。また、本実施例では、偶数行と奇数
行とで液晶素子に印加される電界の向きが逆であるの
で、ライン反転である。

【００５４】あるフィールドにおけるマトリクスの一部
の電位の状態を図４に示す。図４において、マトリクス
内の電圧値は対応する画素電極の電位を表し、コモン線
の電位は、Ｖ_L＝０Ｖ、Ｖ_H＝＋５Ｖである。また、Ｏ
ＦＦ状態のスキャン線の電位は−１Ｖ、ＯＮ状態では＋
７Ｖである。

【００５５】図４において、第４行の画素が書き込み中
である。第１行と第２行では、全く同じ画像情報が表示
されているが、電界の向きは逆である。例えば、第１行
第２列と第２行第２列に着目すると、前者では画素電極
の電位の方がコモン線よりも高く、電位差は＋４Ｖであ
る。他方、後者では、電位差は−４Ｖである。他の画素
間でも同様である。第４行は書き込み中であるが、画像
情報は第３行と同じもの（ただし、電界の向きは逆）と
なるようにデータ線Ｐ₁ 〜Ｐ４の電位が設定されてい
る。（図４）

【００５６】〔実施例３〕図１１を用いて、本発明と
従来法の駆動方法の違いを説明する。図１１には図７で
示される回路の画素に関して、それに接続するスキャン
線Ｘ_n、データ線Ｐ_m、コモン線Ｙ_nに印加される電位
の様子を示したものである。ここではフィールド反転と
する。本実施例では画素に印加される電圧には、つねに
オフセット電圧Ｖ_offを重畳する方式を取り上げる。図
１１においては、スキャン線の電位Ｖ_Xとデータ線の電
位Ｖ_Pは重ねてあるが、コモン線Ｖ_Yの電位について
は、それが時間変動する場合（図１１（Ｂ）および
（Ｃ））には煩雑さを避けるために別記し、電位の基準
としてＶ_cを用いた。

【００５７】図１１（Ａ）は従来の方法によるものであ
る。コモン線（もしくはコモン電極）の電位は一定値Ｖ
_cに保持される。本来の画像情報による電位の変動はＶ
_ampのみである。しかしながら、オフセット電圧Ｖ_off
のため、データ線の電位Ｖ_Pは最大で２（Ｖ_amp＋Ｖ
_off）の変動がある。それに応じて、スキャン線の選択
パルス高も高くなる。（図１１（Ａ））しかし、データ線には実は非常に無駄な電位が加えられ
ている。第一はオフセット電圧Ｖ_offである。この電圧
はデータ線を通して印加される必要はない。したがっ
て、オフセット電圧Ｖ_offをコモン線より供給すること
により、データ線の電位の変動を抑制することができ
る。その例を図１１（Ｂ）に示す。（図１１（Ｂ））

【００５８】なお、注目すべきは「ＯＦＦ状態における
画素」の電位差であり、「データ線とコモン線」の電位
差ではないので、コモン線へのＶ_offの供給は対応する
スキャン線への選択パルスに応じておこなわれる。ま
た、図１１（Ｂ）の例では選択パルスの印加の直前にコ
モン線の電位をＶ_cにする過程を設ける。データ線へ
は、画像情報だけに基づく電位が印加される。

【００５９】このようにすることにより、データ線の電
位の変動を２Ｖ_ampにまで低減できる。したがって、そ
れに応じて、選択パルス高も低下させることができる。
もちろん、ＯＦＦ状態において画素に印加される電圧
は、従来法のものとほとんど同じである。

【００６０】しかしながら、この方法でもまだ、データ
線の出力に無駄がある。それは、交流化のための反転出
力である。そこで、第２フィールドのデータは図１１
（Ｂ）のデータ（図１１（Ｃ）においても点線で示す。
これは、画像情報だけに基づくものである）をＶ_ampだ
けかさ上げしたものとする。かくすることで、データ線
の電位の変動はＶ_ampとなる。

【００６１】データ線の電位が全体的にＶ_ampだけ上昇
したので、第２フィールドにおいては、コモン線の電位
もＶ_ampだけ上昇させる必要がある。そうしないと、反
転がおこなえない。このような思想によってデータ線の
電位の変動を低下させる例を図１１（Ｃ）に示す。（図
１１（Ｂ））このようにすることにより、データ線の電位の変動をＶ
_ampにまで低減でき、それに応じて、選択パルス高も低
下させることができる。もちろん、非選択状態において
画素に印加される電圧は、図１１（Ｂ）のものと全く同
じであり、従来法のもの（図１１（Ａ））ともほとんど
同じである。

【００６２】例えば、Ｖ_off＝２Ｖ、Ｖ_amp＝３Ｖと
し、選択パルス高（スキャン線の電位の変動幅）は、デ
ータ線の電位Ｖ_Pの最小値、最大値に２Ｖのマージンを
設けるものとすると、従来法（図１１（Ａ））のもので
は、データ線の電位の変動幅は１０Ｖ、選択パルス高は
１４Ｖである。一方、図１１（Ｂ）のものでは、データ
線の電位の変動幅は６Ｖ、選択パルス高は１０Ｖであ
る。さらに、図１１（Ｃ）のものでは、データ線の電位
の変動幅は３Ｖ、選択パルス高は７Ｖまで低下させるこ
とができる。

【００６３】

【本発明の効果】以上のように、本発明はデータの電位
の変動を半減させ、かつ、液晶素子の電界の向きを反転
させることができる。その結果、データドライバーの駆
動電圧を従来の半分とすることができ、消費電力の低減
に有効である。さらに、本発明を採用することの効果
は、スキャンドライバーの駆動回路やアクティブマトリ
クスに用いられるトランジスタにも現れる。

【００６４】例えば、従来の駆動方式を採用するアクテ
ィブマトリクス回路（図７参照）においては、画素の対
向基板の電極の電位を一定とするため、例えば、対向基
板の電極（もしくはコモン線）の電位を０Ｖ、画像表示
のためのデータが０〜５Ｖの範囲であるとすると、デー
タ・ドライバーより出力されるデータの電位は＋５Ｖか
ら−５Ｖまで、１０Ｖの電位差で変動した。すなわち、
トランジスタのソースとドレインの間の電位差は最大で
１０Ｖにもなった。

【００６５】このような状態で、非選択時にトランジス
タが安定してＯＦＦとなるには、しきい値電圧をＶ_thと
して、トランジスタのゲイト電極の電位を（−５＋
Ｖ_th）（Ｖ）以下（以下、ＮＭＯＳの場合についてのみ
記述する。ＰＭＯＳの場合は（５−Ｖ_th）（Ｖ）以上）
が必要であった。また、選択時にトランジスタが確実に
ＯＮ状態となるためには、ゲイト電極の電位は＋５Ｖに
トランジスタのしきい値電圧Ｖ_thを加えたもの、＋（Ｖ
_th＋５）（Ｖ）以上にしておくことが要求された。

【００６６】上記の〔実施の形態〕においてはしきい値
電圧を＋０．５Ｖとし、１．５Ｖのマージンを取った
が、同じ条件では、ＯＦＦ状態とするための電位は、−
６Ｖ、ＯＮ状態とするための電位は＋７Ｖが要求され
る。このため、スイッチングトランジスタのソース−ド
レイン間の最大電位差は１０Ｖ、ゲイト−ソース間（ゲ
イト−ドレイン間）の最大電位差は１２Ｖとなり、画像
情報から必要とされる電圧（５Ｖ）に比して異常に高い
ストレスが印加されることがわかる。このため、アクテ
ィブマトリクスに用いられるトランジスタは高耐圧トラ
ンジスタであることが要求される。

【００６７】また、スキャン・ドライバーから出力され
る電位も−６Ｖから＋７Ｖ、すなわち、電位差（選択パ
ルス高）が１３Ｖであり、異常に高い電圧が要求され
る。データ・ドライバーの出力電位差も１０Ｖである。

【００６８】ところが、本発明を用いると、同じトラン
ジスタを用いて、同じ表示をする場合にも、上記の作用
の例で説明したように、データの電位は０Ｖから＋５Ｖ
まで、すなわち、電位差は５Ｖであり、かつ、そのデー
タ線の電位の極性を単一である。さらに、非選択時にト
ランジスタが安定してＯＦＦとするには、トランジスタ
のゲイト電極の電位を−１Ｖ程度にしておけばよい。ま
た、選択時にトランジスタが確実にＯＮ状態となるため
には、＋７Ｖ程度にしておくとよい。すなわち、スキャ
ンドライバーの出力電位差（選択パルス高）は８Ｖであ
る。

【００６９】すなわち、本発明を用いたアクティブマト
リクス回路のスイッチングトランジスタにおいては、例
えば、ソース−ドレイン間の最大電位差は５Ｖ、ゲイト
−ソース間（ゲイト−ドレイン間）の最大電位差は７Ｖ
であり、従来例の電位差１２Ｖから大幅に低減できる。
電位差の低下が５Ｖということは、あまり大きな効果の
ないように見えるかもしれない。しかし、この電位差の
低下によって、トランジスタの負担を十分に軽減でき
る。すなわち、トランジスタの歩留り向上の上で格段の
効果を有する。

【００７０】本発明者の実験では、ゲイト絶縁膜として
厚さ１２００Åの酸化珪素を用いた場合には、ゲイト−
ソース電圧が１０Ｖまでの段階で破壊される素子は非常
に少ないが、１０Ｖ以上では、１Ｖ電圧が増加するごと
に指数関数的に増加することが分かった。したがって、
ゲイト−ソース電圧が１０Ｖ以下ということは産業的に
は非常に意義のあることである。

【００７１】本発明では、上記したように、データの電
位は０Ｖから＋５Ｖまで変動させることができ、これは
電位の変動幅が５Ｖであるということと、データ線の電
位の極性が単一であるということも意味している。この
ため、従来では、交流化のため、データドライバーから
極性の反転する信号をデータ線に供給する必要があった
が、本発明によって、データドライバーからの出力信号
を単一の極性にすることも可能になる。

【００７２】また、本発明では、スキャン・ドライバー
から出力される選択パルス高も８Ｖであり、従来の１３
Ｖよりも低く、したがって、スキャン・ドライバーの負
担も軽減できる。

【００７３】このように、本発明によって、データ・ド
ライバーのみならず、スキャンドライバーにおける消費
電力も低減でき、アクティブマトリクス回路に用いられ
るトランジスタの負担も低減できる。特に後者に関して
関して言えば、少々質の悪いトランジスタであっても十
分に動作させることができるのである。

【００７４】スキャン・ドライバー、データ・ドライバ
ーの出力電圧が低減できるということは、それらの回路
に用いられているトランジスタの負担をも軽減できるこ
とを意味し、このことは、特に、アクティブマトリクス
回路と同じ基板に、スキャン・ドライバーとデータ・ド
ライバーを一体化して組み込んだ、いわゆるモノリシッ
ク型アクティブマトリクス回路において有効である。な
ぜなら、一般にモノリシック型アクティブマトリクス回
路に用いられる回路では、アクティブマトリクス回路と
同様に薄膜トランジスタが用いられ、これは、耐圧性の
点で難点があるためである。

【００７５】さらに、選択パルス高が小さくなることに
より、スイッチングの際にスイッチングトランジスタの
寄生容量によってもたらされる画素側の電位降下（いわ
ゆる「飛び込み電圧」）も低減できる。なぜならば、こ
の電位降下は選択パルス高に比例するからである。

【００７６】なお、実施例においては、トランジスタは
Ｎ型のもの（ＮＭＯＳ）を例として説明したが、Ｐ型の
もの（ＰＭＯＳ）であっても同様に駆動できることは言
うまでもない。このように本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置においてさまざまな効果を有し、工
業上、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動方法（フィールド反転）を示す
図。（実施例１）

【図２】本発明の駆動方法（ゲイトライン反転）を示
す図。（実施例２）

【図３】本発明の単位画素の動作原理を示す図。

【図４】本発明のマトリクスの動作例を示す図。（実
施例２）

【図５】ＩＰＳ方式の単位画素を示す図。

【図６】ＩＰＳ方式の動作原理を示す図。

【図７】アクティブマトリクス型液晶表示装置の単位
画素の構成を示す図。

【図８】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置
の動作を示す図。（フィールド反転モード）

【図９】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置
の動作を示す図。（ゲイトライン反転モード）

【図１０】フィールド反転（フレーム反転）、ゲイトラ
イン反転の概念を示す図。

【図１１】本発明および従来法の駆動方法の違いを示す
図（実施例３）

【図１２】ソースライン反転の場合の問題点を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに交差しないように配置された複数
のスキャン線と、該スキャン線と交差するように配置されたデータ線と該
スキャン線と交差しないように配置された、スキャン線
に対応するコモン線と、各スキャン線とデータ線との交点のそれぞれに、一対の
電極を有する画素容量素子と、制御電極と入力端子と出
力端子を有するスイッチング素子とを有し、前記スイッチング素子は、その入力端子が前記データ線
に接続され、その出力端子が前記画素容量素子の一方の
電極に接続され、その制御電極は前記スキャン線に接続
され、前記画素容量素子の他方の電極はコモン線に接続され、
た面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示
装置において、前記コモン線は、対応するスキャン線に選択パルスが印
加されていない時間のほとんどにおいて、Ｖ_Hもしくは
Ｖ_L（Ｖ_H＞Ｖ_L）のいずれかの電位に保たれ、前記データ線には、Ｖ_L≦Ｖ_D≦Ｖ_Hなる信号電位Ｖ_D
が印加されることを特徴とする駆動方法。
【請求項２】互いに交差しないように配置された複数
のスキャン線と、該スキャン線と交差するように配置されたデータ線と該
スキャン線と交差しないように配置された、スキャン線
に対応するコモン線と、各スキャン線とデータ線との交点のそれぞれに、一対の
電極を有する画素容量素子と、制御電極と入力端子と出
力端子を有するスイッチング素子とを有し、前記スイッチング素子は、その入力端子が前記データ線
に接続され、その出力端子が前記画素容量素子の一方の
電極に接続され、その制御電極は前記スキャン線に接続
され、前記画素容量素子の他方の電極はコモン線に接続され、
た面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示
装置において、前記コモン線は、対応するスキャン線に印加される選択
パルスに応じて、その電位をＶ_HもしくはＶ_L（Ｖ_H＞
Ｖ_L）に変化させ、前記データ線には、Ｖ_L≦Ｖ_D≦Ｖ_Hなる信号電位Ｖ_D
が印加されることを特徴とする駆動方法。
【請求項３】請求項１において、前記コモン線に印加される電位は、対応するスキャン線
にパルス信号が印加される際に、他の値に変動すること
を特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方
法。
【請求項４】請求項１において、１フレームの８０％以上の時間において、前記コモン線
は、Ｖ_HもしくはＶ_L（Ｖ_H＞Ｖ_L）いずれかの電位に
保持されていることを特徴とするアクティブマトリクス
型表示装置の駆動方法。
【請求項５】請求項１もしくは２において、あるフィールド（画面）における前記コモン線の電位
は、その前後のフレームにおける電位と異なることを特
徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
【請求項６】請求項１もしくは２において、いずれも非選択状態にある隣接するコモン線の電位は互
いに異なることを特徴とするアクティブマトリクス型表
示装置の駆動方法。
【請求項７】請求項１もしくは２において、画素容量素子は一対の電極間に液晶を有し、前記コモン線に印加される電位の大きさは、前記液晶の
しきい電圧よりも小さいことを特徴とするアクティブマ
トリクス型表示装置の駆動方法。
【請求項８】互いに交差しないように配置された複数
のスキャン線と、該スキャン線と交差するように配置されたデータ線と該
スキャン線と交差しないように配置された、スキャン線
に対応するコモン線と、各スキャン線とデータ線との交点のそれぞれに、一対の
電極を有する画素容量素子と、制御電極と入力端子と出
力端子を有するスイッチング素子とを有し、前記スイッチング素子は、その入力端子が前記データ線
に接続され、その出力端子が前記画素容量素子の一方の
電極に接続され、その制御電極は前記スキャン線に接続
され、前記画素容量素子の他方の電極はコモン線に接続され、
た面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示
装置において、前記コモン線に印加される最高電位をＶ_H、最低電位を
Ｖ_Lとするとき、前記画素容量素子の電位差の大きさは、常に（Ｖ_H−Ｖ
_L）以下であることを特徴とするアクティブマトリクス
型表示装置の駆動方法。
【請求項９】請求項８において、前記画素容量素子は一対の電極間に液晶を有し、コモン線の最高電位Ｖ_H及び最低電位Ｖ_Lの大きさは、
前記液晶分子のしきい電圧よりも小さいことを特徴とす
るアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。