JPH11160676A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH11160676A
JPH11160676A JP9329865A JP32986597A JPH11160676A JP H11160676 A JPH11160676 A JP H11160676A JP 9329865 A JP9329865 A JP 9329865A JP 32986597 A JP32986597 A JP 32986597A JP H11160676 A JPH11160676 A JP H11160676A
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哲郎 峯村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フリッカの少ない液晶表示装置を提供する。 【解決手段】信号線と走査線に囲まれた領域に画素が構
成され、この画素には正極用と負極用の２個の電圧保持
手段と、電圧を保持するために形成された信号線に印加
される電圧の最大電圧と最低電圧を常時印加する２本の
電圧保持配線と、電圧保持手段の出力を切換える切換え
手段とを有し、これらの１フレーム期間に１回以上正極
用の電圧保持手段と負極用の電圧保持手段を切換える。

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
ス方式の液晶表示装置に係り、特にシリコン単結晶上の
ＭＯＳトランジスタや多結晶シリコンの薄膜トランジス
タを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明を明確にするため従来のアクティ
ブマトリクス駆動方式について以下に説明する。なお、
現在までに知られているアクティブマトリクスパネル技
術については、１９９０年出版の小林駿介著、カラー液
晶ディスプレイ（産業図書）に詳しく説明されている。
さらに、液晶のリーク抵抗に起因するフリッカを防止す
る技術については、特開平6−118912 号に記載されてい
る。
【０００３】単結晶シリコン上のＭＯＳ（Metal-Oxide
Semicondutor）トランジスタや、多結晶シリコンの薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ：Thin-Film Transistor）を用い
たアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、マトリ
クス状に配置された信号線と走査線の交点にトランジス
タが配置された表示部と、信号線と走査線の電圧を制御
する駆動回路部で構成される。
【０００４】表示部のトランジスタは、ゲートを走査線
に、ドレインを信号線に、ソースを液晶容量に接続して
いる。通常、液晶容量と並列に保持容量を付加する。こ
こで、ゲート電極が選択状態になるとトランジスタは導
通し、信号線の映像信号を液晶容量および保持容量に書
き込む。ゲート電極が非選択状態になるとトランジスタ
はハイインピーダンスとなり、液晶容量に書き込まれた
映像信号を保持する。駆動回路部は、走査線の電圧を制
御する走査回路と、信号線の電圧を制御する信号回路で
構成されている。走査回路は、各走査線に１フレーム時
間ごとに１回走査パルスを印加する。通常このパルスの
タイミングはパネルの上側から下に向かって順にずれて
いる。１フレームの時間としては１／６０秒がよく用い
られる。代表的な画素構成である６４０×４８０ドット
のパネルでは、１フレーム時間に４８０回の走査が行わ
れるので、走査パルスの時間幅は約３５μｓとなる。こ
の走査回路には通常シフトレジスタが用いられ、このシ
フトレジスタの動作速度は約２８ｋＨｚである。
【０００５】一方、信号回路は、走査パルスが印加され
る１行分の画素に対応する液晶駆動電圧を各信号線に印
加する。走査パルスが印加された選択画素では走査線に
接続されたトランジスタのゲート電極の電圧が高くな
り、トランジスタがオン状態になる。このとき、液晶駆
動電圧は、信号線からトランジスタのドレイン，ソース
間を経由して液晶に印加され、液晶容量と保持容量とを
合わせた画素容量を充電する。この動作を繰り返すこと
により、パネル全面の画素容量には、フレーム時間ごと
に繰り返し映像に対応した信号電圧が液晶に印加され
る。
【０００６】この液晶に印加される電圧はフレーム時間
ごとに極性を反転することで、交流化を行っている。通
常６０ヘルツのフレーム周波数のとき、液晶駆動周波数
はこの１／２の周波数の３０ヘルツとなる。また、この
交流化した正極，負極の液晶印加電圧は、トランジスタ
がオンからオフ状態になるときのゲート電圧によるクロ
ストークや液晶のリーク抵抗によって歪む。
【０００７】この３０ヘルツの液晶駆動周波数では、こ
の液晶印加電圧のひずみによってフリッカと呼ばれるち
らつきが見える。このフリッカを見えないようにするた
めには、液晶駆動電圧の周期（画素電極に印加される極
性の異なる電圧を特定周期）を短くして人間の目には認
識できないようすることが考えられるが、従来の液晶表
示装置の画素電極を駆動するアクティブ素子を安定して
製造することは難しい。また、人間の目で視認しづらく
する方法として、フリッカを隣合う画素の駆動電圧極性
を反転させる駆動法がある。これは、左右に隣合う画素
の信号電極、および上下に隣合う画素の信号電極の極性
を互いに反転した信号電圧を印加する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のアクティブマト
リクス駆動方式の液晶表示装置では以下のような課題が
生じる。
【０００９】まず、大きな課題として、フリッカの発生
がある。前述のアクティブマトリクス駆動方式の液晶表
示装置では、液晶印加電圧はフレーム時間ごとに極性を
反転することで、交流化を行っている。この結果、通常
６０ヘルツのフレーム周波数のとき、液晶駆動周波数は
この１／２の周波数の３０ヘルツとなる。この３０ヘル
ツの液晶駆動周波数ではフリッカと呼ばれるちらつきが
見える。このフリッカを見えないようにするため、隣合
う画素の駆動電圧極性を反転させる駆動法が取られてい
る。これは、左右に隣合う画素の信号電極、および上下
に隣合う画素の信号電極の極性を互いに反転した信号電
圧を印加する方法である。この信号電極の極性は、上述
の６４０×４８０ドットのパネルの場合、１走査期間の
３５μｓ毎に反転するので、信号電極の駆動周波数は１
４.４ｋＨｚ と液晶駆動周波数の約５００倍になり、設
計自由度が低下する。
【００１０】また、上記駆動方法では同極性の電圧を印
加した画素を同時に表示させた市松模様のような特定パ
ターンを表示するとフリッカが視認可能な程ひどくな
る。
【００１１】第２点目は、耐圧が高い点である。前述の
アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置では、表
示部のトランジスタでフレーム時間ごとに極性を反転し
た電圧をサンプリングして液晶印加電圧を制御してい
る。このため、表示部のトランジスタの耐圧は液晶駆動
する実効電圧の２倍以上を必要としており、電力を多く
消費する。一方、液晶プロジェクタ用の小型，高精細の
液晶パネルや、超高精細の液晶表示装置においては、開
口率を高くするためトランジスタの小型化が望まれてい
る。微細加工によってトランジスタを小型化していく場
合、このトランジスタの耐圧が特に大きな障害となる。
【００１２】第３点目は、液晶を駆動するインピーダン
スの低減である。前述のアクティブマトリクス駆動方式
の液晶表示装置では、表示部のトランジスタで保持容量
と液晶容量に走査線の走査信号でサンプリングした映像
信号を印加することで液晶を駆動している。このため、
液晶のインピーダンスは、サンプリング周期である１フ
レーム期間に渡って電圧を印加し続けることはできず、
保持するためには十分大きな容量が必要である。このイ
ンピーダンスは、特に液晶ディスプレイにゲストホスト
型の液晶を適用する場合、大きな障害となる。
【００１３】上記のように本発明は多くの課題を解決す
ることができるが、本発明のもっとも大きな目的はフリ
ッカを解消した液晶表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の構成としては、
一対の基板と、この一対の基板に挟持された液晶層とを
有し、一対の基板の一方には複数の走査線と、これら複
数の走査線にマトリクス状に形成された複数の信号線と
を有する液晶表示装置において、走査線と信号線に囲ま
れた領域に複数の画素が構成され、画素のそれぞれには
１フレームに極性の異なる１周期以上の液晶駆動電圧を
液晶層に印加する画素回路が形成される構成が考えられ
る。
【００１５】このように画素に形成した画素回路に、１
フレームに極性の異なる１周期以上の液晶駆動電圧を液
晶層に印加することにより、フリッカの発生を抑制する
ことができます。
【００１６】また、この画素回路を現フレームの液晶印
加電圧を記憶する第１の記憶手段と、１フレーム前の液
晶駆動電圧を記憶するための第２の記憶手段と、第１の
記憶手段と第２の記憶手段を切換える切換え手段とを有
するように形成する。
【００１７】さらに、この極性の異なる液晶駆動電圧を
現フレームの液晶印加電圧と１フレーム前の液晶印加電
圧とが交互に印加されたものとすると、他の配線にほぼ
影響を与えることなく、また、他に配線を引くことな
く、１フレームに極性の異なる１周期以上の液晶駆動電
圧を液晶層に印加することが可能になる。
【００１８】本発明の他の手段としては、一対の基板
と、その一対の基板に挟持された液晶層を有する液晶表
示装置において、一対の基板の一方の基板は複数の第１
の走査線と、これらの複数の第１の走査線の間に形成さ
れた第２の走査線と、複数の第１の走査線及び複数の第
２の走査線に対してマトリクス状に形成された複数の信
号線とを有し、第１の走査線及び第２の走査線及び信号
線とで囲まれた領域にはこれらの配線に接続された液晶
分子を駆動するための複数の画素回路が形成され、画素
回路のそれぞれは、対応する第１の走査線及び対応する
信号線に接続されその信号線からの映像信号電圧を保持
する第１の電圧保持手段と、対応する第２の走査線及び
対応する信号線に接続されその信号線からの映像信号電
圧を保持する第２の電圧保持手段と、第１の電圧保持手
段と第２の電圧保持手段の出力電圧とを切換え信号によ
り切換えて出力する切換え手段と、この切換え手段に接
続され切換え手段の出力電圧を液晶層に印加する画素電
極とを有するように構成が考えられる。
【００１９】この構成でも、フリッカをほぼ解消するこ
とができる。
【００２０】この構成の第１の電圧保持手段は正極の映
像信号電圧を保持し、第２の電圧保持手段は負極の映像
信号電圧を保持するようにすることが好ましい。
【００２１】さらに、この第１の電圧保持手段及び第２
の電圧保持手段の動作周期と切換え制御手段の動作周期
が異なるようにすると、さらにフリッカを解消すること
ができる。
【００２２】また、切換え手段は第１の電圧保持手段と
第２の電圧保持手段とを１フレーム期間内で少なくとも
１回以上切換えることが望ましい。
【００２３】また、一対の基板の他方の基板には共通電
極が形成され、共通電極には画素電極に印加される液晶
駆動電圧とは逆極性の電圧が印加されるようにすると、
画素回路の画素電極に印加する電圧を低くすることが可
能なので、低消費電力化することができる。
【００２４】これらの構成第１の電圧保持手段に第１の
スイッチング素子と第１の容量素子と第１のバッファ回
路とを形成し、第２の電圧保持手段に第２のスイッチン
グ素子と第２の容量素子と第２のバッファ回路とを形成
する。さらに、この第１のスイッチング素子を第１のＰ
型トランジスタで構成し、第２のスイッチング素子を第
１のＮ型トランジスタで構成すると耐圧の低いトランジ
スタを用いることができ、低消費電力にすることができ
る。
【００２５】また、第１のバッファ回路は第２のＮ型ト
ランジスタで構成されたソースフォロア回路であって、
第２のバッファ回路は第２のＰ型トランジスタで構成さ
れたソースフォロア回路であるようにすることが望まし
い。
【００２６】これらの構成の画素回路に形成されたトラ
ンジスタが全てＮ型若しくはＰ型で構成されていると耐
圧の低いトランジスタを用いることができ、低消費電力
にすることができる。
【００２７】これらの本発明の液晶表示装置では、第
１，第２の電圧保持回路で正極の映像信号と負極の映像
信号を保持し、その出力を切換え回路で切換えた信号で
液晶を駆動するので、映像信号を第１，第２の電圧保持
回路に書き込むタイミングと液晶を駆動するタイミング
を一致させる必要がない。この結果、本発明の液晶表示
装置では、切換え回路の制御信号の周期を短くすること
で、液晶を駆動する周波数を高くして、フリッカを防止
することができる。また、ドレイン信号の交流化は２フ
レーム周期にできるので消費電力を低減することができ
る。さらに、必要に応じて電圧保持回路への電圧書き込
み周期を長くすることで消費電力を低減することもでき
る。
【００２８】また、本発明の液晶表示装置では、第１，
第２の電圧保持回路で保持した映像信号に共通電極に印
加した交流振幅を加算した電圧で液晶を駆動することが
できる。このため、画素回路は、映像信号によって変化
する正極または負極の振幅を発生できればよいので、画
素回路を低耐圧のトランジスタで実現することが可能と
なる。例えば、５Ｖ駆動の液晶の場合、液晶の駆動電圧
範囲は実効値で２Ｖから５Ｖであり、使用するトランジ
スタの耐圧は理想的でも１０Ｖ以上必要であった。しか
し、本発明の液晶表示装置では、液晶駆動の最小電圧で
ある２Ｖを共通電極から印加し、正極または負極の電圧
変化分である３Ｖを第１，第２の電圧保持回路および切
換え回路で制御する方法をとることができるので、画素
回路に使用するトランジスタの耐圧は理想的には３Ｖ以
上でよくなり、トランジスタの必要とされる耐圧を下げ
ることができ、引いては液晶表示装置全体の消費電力を
下げることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図１は本発明における液晶表示装置の実施例の
ブロック構成図を示したものである。本発明の液晶表示
装置は、少なくとも基板上に複数の走査線と、この複数
の走査線にマトリクス状に形成された複数の信号線とを
形成し、これらの配線に囲まれた領域に画素が構成し、
各画素には画素回路１００を形成する。この画素回路１
００をマトリクス状に配置し表示部２００とし、上記信
号線と走査線はそれら画素回路に形成された画素電極に
電圧を印加する信号回路３００と走査回路４００とに接
続する。
【００３０】走査回路４００は、基板外からの極性切換
え信号ＰＯＬ，スタート信号ＶＳＴ，クロック信号ＶＣ
Ｋを入力し、ＶＧＰ１，ＶＧＰ２…と、ＶＧＮ１，ＶＧ
Ｎ２…の２種類の走査信号を表示部２００に配置した行
方向の画素回路１００に供給している。
【００３１】信号回路３００は、サンプリング走査回路
３２０と、サンプリング回路３３０で構成し、ＶＤ１，
ＶＤ２…のドレイン信号を表示部２００に配置した列方
向の画素回路１００に供給している。サンプリング走査
回路３２０は、スタート信号ＨＳＴとクロック信号ＨＣ
Ｋを入力し、サンプリング信号ＰＨ１，ＰＨ２…を出力
し、サンプリング回路３３０は、サンプリング信号ＰＨ
１，ＰＨ２…と映像信号ＶＩを入力し、ドレイン信号Ｖ
Ｄ１，ＶＤ２…を発生している。
【００３２】図２に画素回路１００の実施例のブロック
構成図を示す。
【００３３】画素回路１００は第１の走査線と信号線に
接続され、正の極性で映像信号電圧を常に保持する第１
の電圧保持回路１１０と、第２の走査線と信号線に接続
され、常に負の極性で映像信号電圧を保持する第２の電
圧保持回路１２０，信号切換え回路１３０，液晶ＣＬＣ
を構成する画素電極で構成する。第１の電圧保持回路１
１０は、走査信号ＶＧＰｎとドレイン信号ＶＤｍを入力
とし、その出力V110を信号切換え回路１３０に出力す
る。また、第２の電圧保持回路１２０は、走査信号ＶＧ
Ｎｎとドレイン信号ＶＤｍを入力とし、その出力Ｖ１２
０を信号切換え回路１３０に出力する。信号切換え回路
１３０は、前記出力Ｖ１１０，Ｖ１２０と切換え制御信
号ＶＳＷを入力し、その出力ＶＰＩＸを図示していない
画素電極に接続する。液晶ＣＬＣはこの画素電極と、こ
の基板に対向する基板に形成された共通電極ＶＣＯＭの
間に接続される。
【００３４】以上のように構成にし、図３，図４に示す
本発明の信号電圧印加（動作）タイミングで電圧を印加
する。図３の入力信号であるスタート信号ＶＳＴは表示
する映像のフレームの先頭を示し、同じく入力信号であ
るクロック信号ＶＣＫは走査信号の切換えタイミングを
示している。前記走査回路４００は、前記クロック信号
ＶＣＫの立ち上がりのタイミングで前記スタート信号Ｖ
ＳＴを取り込み、前記走査信号ＶＧＰ１，ＶＧＰ２…
と、ＶＧＮ１，ＶＧＮ２…を出力する。ここで、前記走
査信号ＶＧＰ１，ＶＧＰ２…は負の走査信号で、ＶＧＮ
１，ＶＧＮ２…は正の走査信号で示している。前記走査
信号ＶＧＰ１，ＶＧＰ２…と、ＶＧＮ１，ＶＧＮ２…は
１フレーム置きに交互に出力される。
【００３５】映像信号ＶＩは、基準電圧ＶＲＥＦを中心
にして変化し、表示する映像の１行分の信号に区切られ
ている。この映像信号の極性はフレーム毎に反転してい
る。Ｖ１１０，Ｖ１２０は、上記の条件で駆動したとき
の、画素回路１００の第１，第２の電圧保持回路１１
０，１２０の出力である。画素回路は、表示部２００の
左上に相当する１行１列の位置を仮定して示している。
ここで、第１の電圧保持回路１１０は、走査信号ＶＧＰ
１が“Ｌ”のときに信号回路３００の出力であるドレイ
ン信号ＶＤ１をサンプリングし、走査信号ＶＧＰが
“Ｈ”のときにその電圧を保持する。第２の電圧保持回
路１２０は、走査信号ＶＧＮ１が“Ｈ”のときに信号回
路３００の出力であるドレイン信号ＶＤ１をサンプリン
グし、走査信号ＶＧＰ１が“Ｌ”のときにその電圧を保
持する。ドレイン信号ＶＤ１はタイミング図中に示して
いないが、前述のように映像信号ＶＩをサンプリングし
て発生するので、その極性は、映像信号ＶＩと等しい。
この結果、第１の電圧保持回路は走査信号ＶＧＰ１が
“Ｌ”のときに正極の映像信号ＶＩをサンプリングし、
第２の電圧保持回路１２０は走査信号ＶＧＮ１が“Ｌ”
のときに負極の映像信号ＶＩ（図では、画面を幾分割か
し、ストライプ状に発色させた場合の映像信号電圧であ
る。）をサンプリングする。このため、第１の電圧保持
回路１１０の出力Ｖ１１０は常に正極となり、第２の電
圧保持回路１２０の出力Ｖ１２０は常に負極を保持す
る。
【００３６】続いて、信号切換え回路１３０の動作を図
４のタイミング図を用いて説明する。スタート信号ＶＳ
Ｔ、第１，第２の電圧保持回路の出力１１０，１２０
は、図３に示すタイミングと同一の条件で示している。
【００３７】ＶＰＩＸは切換え回路１３０の出力であ
り、切換え回路１３０で、切換え制御信号ＶＳＷによっ
て正極の出力Ｖ１１０と負極の出力Ｖ１２０を切換える
ことで発生している。ＶＣＯＭは、前記基準電圧ＶＲＥ
Ｆを中心に変化し、この変化のタイミングはこの切換え
制御信号ＶＳＷと等しくしている。ＶＬＣは液晶ＣＬＣ
を駆動する電圧である。ＶＬＣは、切換え回路１３０の
出力ＶＰＩＸと共通電極の電圧ＶＣＯＭとの差となる。
共通電極の電圧ＶＣＯＭは切換え回路１３０の出力ＶＰ
ＩＸと逆極性の振幅で印加するので、切換え回路１３０
の出力ＶＰＩＸの振幅に共通電極ＶＣＯＭの振幅を加算
した振幅で液晶を駆動することができる。以上のように
本発明の液晶表示装置では、第１，第２の電圧保持回路
で正極の映像信号と負極の映像信号を保持し、その出力
を切換え回路で交互に切換えることで液晶を駆動するの
で、映像信号を第１，第２の電圧保持回路に書き込むタ
イミングと液晶を駆動するタイミングを一致させる必要
がなくなる。
【００３８】つまり、本発明によれば、切換え回路の制
御信号の周期を自由に決定することができるので、液晶
を駆動する周波数を高くして、フリッカを防止すること
ができる。
【００３９】また、表示に激しい変化がない場合は走査
回路に周波数を変化させる手段を形成することで、従来
どおりのフレーム周波数で（フリッカを一定にすると考
えたとき）第１，第２の電圧保持回路に書き込む周期を
長くすることができ、ドレイン信号自体の交流化の周波
数を従来の３０ヘルツから下げることができる。
【００４０】例えば、フレーム周波数を下げることがで
きることは、消費電力を低減することができる。
【００４１】さらに、本発明の液晶表示装置では、第
１，第２の電圧保持回路で保持した映像信号に共通電極
に印加した交流振幅を加算した電圧で液晶を駆動するこ
とができる。このため、画素回路は、映像信号によって
変化する正極または負極の振幅を発生できればよいの
で、画素回路を低耐圧のトランジスタで実現することが
可能となる。例えば、５Ｖ駆動の液晶の場合、液晶の駆
動電圧範囲は実効値で２Ｖから５Ｖであり、使用するト
ランジスタの耐圧は理想的でも１０Ｖ以上必要であっ
た。
【００４２】しかし、本発明では、液晶駆動の最小電圧
である２Ｖを共通電極から印加し、正極または負極の電
圧変化分である３Ｖを第１，第２の電圧保持回路および
切換え回路で制御する方法をとることができるので、画
素回路に使用するトランジスタの耐圧は理想的には３Ｖ
以上でよい。
【００４３】この耐圧の条件としては、（信号電圧の最
大値＋共通電極に印加される電圧の振幅×２−信号電圧
の最小値）／２のトランジスタでも可能となり、トラン
ジスタの耐圧を著しく下げることができる。
【００４４】このトランジスタの低耐圧化は、トランジ
スタの微細化による開口率の向上，トランジスタの信頼
性向上，消費電力低減と、不要輻射ノイズの低減、など
の２次的な効果がある。
【００４５】図５に本発明の液晶表示装置に適用する走
査回路４００の一実施例を示す。本走査回路４００はシ
フトレジスタ４１０と複数のゲート回路ＧＡ１，ＧＡ２
…で構成している。シフトレジスタ４１０はスタート信
号ＶＳＴとクロック信号VCKを入力して、複数の出力Ｖ
Ｇ１，ＶＧ２…を発生する。複数のゲート回路ＧＡ１，
ＧＡ２…はＮＡＮＤゲート４２０，インバータ４２２，
ＮＯＲゲート４２３で構成している。各ゲート回路はシ
フトレジスタ４１０の出力と極性信号ＰＯＬを入力し、
ＶＧＰｎとＶＧＮｎの２種類の走査信号を発生する。
【００４６】図５に示す走査回路の動作を図６を用いて
説明する。シフトレジスタ４１０の出力ＶＧ１，ＶＧ２
…は、図示の様に互いにオーバーラップしない多相信号
である。ゲート回路の出力ＶＧＰ１，ＶＧＰ２…は、こ
のシフトレジスタの出力と極性信号ＰＯＬとのＮＡＮＤ
論理で発生するので、極性信号ＰＯＬが“Ｈ”の場合、
図示の様に負の走査信号となり、“Ｌ”の場合、“Ｈ”
固定となる。一方、ゲート回路の出力ＶＧＮ１，ＶＧＮ
２…は、シフトレジスタの出力の反転信号と極性信号Ｐ
ＯＬとのＮＯＲ論理で発生するので、極性信号ＰＯＬが
“Ｌ”の場合に図示の様に正の走査信号となり、“Ｈ”
の場合に“Ｌ”固定となる。
【００４７】図７に本発明の画素回路の第１の実施例を
示す。本実施例は、多結晶シリコンの薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を用いた例で示している。図２に示したブロ
ック図に対応する部分は同一符号を用いた。
【００４８】第１の電圧保持回路１１０はＰ型TFT111と
Ｎ型TFT113と容量１１２で構成している。TFT111のゲー
トは走査信号ＶＰｎに、ドレインはドレイン信号ＶＤｍ
に、ソースは容量１１２とTFT113のゲートに接続してい
る。容量１１２の他端はVSSに接続し、TFT113のドレイ
ンは電源ＶＤＤに、ソースは信号切換え回路１３０に接
続している。
【００４９】このように構成した第１の電圧保持回路１
１０の動作を説明する。TFT111は、走査信号ＶＰｎが
“Ｌ”のときにＯＮ状態になりドレイン信号ＶＤｍを容
量112に書き込み、走査信号ＶＰｎが“Ｈ”のときにＯ
ＦＦ状態になり容量１１２に書き込んだ電圧を保持す
る。TFT113はソースフォロア回路として動作し、容量11
2に書き込み保持した電圧を信号切換え回路１３０に出
力する。このTFT113のソース電圧は、容量１１２の保持
電圧に対してTFT113のしきい値電圧Ｖｔｈだけ低い値と
なる。
【００５０】第２の電圧保持回路１２０は、Ｎ型TFT121
とＰ型TFT123と容量１２２で構成し、第１の電圧保持回
路１１０とＴＦＴのタイプが反対で対称な構成である。
TFT121は、走査信号ＶＮｎが“Ｈ”のときにＯＮ状態に
なりドレイン信号ＶＤｍを容量１２２に書き込み、走査
信号ＶＮｎが“Ｌ”のときにＯＦＦ状態になり容量１２
２に書き込んだ電圧を保持する。TFT123はソースフォロ
ア回路として動作し、容量１２２に書き込み保持した電
圧を信号切換え回路１３０に出力する。このTFT123のソ
ース電圧は、容量１１２の保持電圧に対してTFT123のし
きい値電圧Ｖｔｈだけ低い値となる。
【００５１】信号切換え回路１３０はＰ型TFT131とＮ型
TFT132で構成し、各ＴＦＴのゲートは切換え制御信号Ｖ
ＳＷに接続し、各ＴＦＴのソースは図示していない画素
電極を介して液晶ＣＬＣに接続し、TFT131とTFT132のド
レインはそれぞれ前記TFT113と前記TFT123のドレインに
接続している。このように構成した信号切換え回路１３
０は、切換え制御信号ＶＳＷが“Ｌ”のときTFT131がＯ
Ｎ状態になり、第１の電圧保持回路１１０の出力を液晶
ＣＬＣに供給する。一方、切換え制御信号ＶＳＷが
“Ｈ”のときTFT132がＯＮ状態になり、第２の電圧保持
回路１２０の出力を液晶ＣＬＣに供給する。
【００５２】以上のように本発明の液晶表示装置では、
第１，第２の電圧保持回路にソースフォロアのＴＦＴを
設けている。このため、液晶ＣＬＣは常にローインピー
ダンスで駆動されることになるので、低いインピーダン
スの液晶でも使用することが可能となる。これは、例え
ばゲストホストのように比較的インピーダンスが低い液
晶を使用する場合に特に効果的である。
【００５３】図８に本発明の画素回路の第２の実施例を
示す。図７に示す実施例と等しいものは同一の符号で示
した。図７と異なるのは、切換え信号をＶＳＷ１とＶＳ
Ｗ２に分け、Ｐ型TFT131のゲートをＶＳＷ１にＮ型TFT1
32のゲートをＶＳＷ２に接続している点である。図７の
実施例では、切換え信号ＶＳＷを変化するとき、過渡的
にTFT131とTFT132が共にＯＮ状態になる。このため、TF
T113，TFT131，TFT132，TFT123に過渡的に貫通電流が流
れることで、消費電力が増加する。図８に示す実施例で
は、TFT131とTFT132のゲート電圧を独立に制御して、TF
T131とTFT132が同時にＯＮ状態になるのを避けることが
可能である。
【００５４】図９，図１０に切換え信号ＶＳＷ１，ＶＳ
Ｗ２の発生回路の回路構成図およびそのタイミング図を
示す。切換え信号発生回路は、切換え信号ＶＳＷを入力
し、切換え信号ＶＳＷ１，ＶＳＷ２を出力するものであ
る。本回路は、ＮＡＮＤゲート７３１，７３２，インバ
ータ７３５，７３６，遅延素子７３３，７３４で構成さ
れている。
【００５５】本回路の動作のタイミングを図１０に示
す。切換え信号ＶＳＷ１，ＶＳＷ２と共にこれらの切換
え信号で制御されるトランジスタの状態を併記した。こ
の図から分かるように各TFT131，TFT132は共にオフ状態
の過程を通って変化しているので、貫通電流は流れない
ので、消費電力を低減することが可能である。
【００５６】図１１に本発明の画素回路の第３の実施例
を示す。図８の実施例と異なる点は、第１，第２の電圧
保持回路１１０，１２０の出力をそれぞれ、Ｎ型TFT11
1，Ｐ型TFT121のソースにしている点である。第１,第２
の電圧保持回路１１０,１２０を構成する容量１１２，
１２２を液晶の容量ＣＬＣに対して十分に大きな値にす
ることで、図８に示す第２の実施例と同様の効果を得る
ことができる。また、本実施例では、画素回路１００を
構成するＴＦＴは全てスイッチとして動作するので、Ｔ
ＦＴのしきい値電圧の影響を受け難い効果がある。
【００５７】図１２に本発明の画素回路の第４の実施例
を示す。図８の実施例と異なるのは、信号切換え回路１
３０を構成しているTFT131とTFT132のソースおよびドレ
インの接続方法である。本実施例では、TFT131は電源Ｖ
ＤＤとTFT113の間に、TFT132はTFT123と電源ＶＳＳに接
続している。本実施例でも、第１，第２の電圧保持回路
の出力を切換えることが可能であり、図８に示す実施例
と同様の効果がある。図１３に本発明の液晶表示装置の
表示部の断面構造の一例を示す。表示部は、液晶層８６
１をＴＦＴ基板８５０と対向基板８７０で挾持する構成
になっている。ＴＦＴ基板８５０は、酸化膜８５２を形
成したガラス基板８５１上にTFT810，TFT820を形成し、
各ＴＦＴのドレインおよびソースを第１の金属配線層８
３２で必要な回路の接続した上で、その一部をスルーホ
ール８３１を介して、画素電極である第２の金属配線層
８３０に接続し、この画素電極上に配向膜８６２を塗布
した構造である。
【００５８】ここで、TFT810は、ポリシリコン層８１１
の上にゲート酸化膜８１２を介してゲート電極８１３を
形成した上に酸化膜８５３を形成している。ソースおよ
びドレイン電極はコンタクト８１４，８１５を介して第
１の金属層８３２で取り出している。TFT820も同一の構
造をとっている。ここで、Ｎ型及びＰ型トランジスタは
TFT810，TFT820のドレインとソース領域にドーピングす
るＮ型またはＰ型の不純物で決定される。
【００５９】一方、対向基板８７０は透明電極８７２を
形成したガラス基板８７１に配向膜８６３を塗布した構
造である。
【００６０】図１４に本発明の画素回路のレイアウト図
を示す。ここでは、ＴＦＴ基板850を製造する上で代表
的パターンであるポリシリコン層ＰＳＩ，ゲート層Ｆ
Ｇ，コンタクト層ＣＯＮＴ，第１，第２の金属配線層Ｍ
１，Ｍ２，スルーホールＴＨについて示した。
【００６１】各レイアウト層と断面構造との関係を図１
３と対比して説明する。ポリシリコン層ＰＳＩはＴＦＴ
のポリシリコン層８１１の領域を示しており、ゲート層
ＦＧはＴＦＴのゲート電極８１３の領域と図示していな
いゲート配線の領域を示している。コンタクト層ＣＯＮ
Ｔは、コンタクト８１４，８１５で示すポリシリコン層
８１１と第１の金属配線層８３２との接続部、および図
示していないゲート配線と第１の金属配線層との接続部
を示している。第１，第２の金属配線層Ｍ１，Ｍ２は８
３２，８３０で示す第１，第２の金属配線領域を示し、
スルーホールＴＨは８３１で示すこれらの配線層を接続
する領域である。
【００６２】図１４において、２種類の走査信号ＶＧＰ
ｎ，ＶＧＮｎ，正負の電源ラインＶＤＤ，ＶＳＳはゲー
ト配線層ＦＧを使用し、ドレイン信号線ＶＤｎ，切換え
信号線ＶＳＷは第１の金属配線層Ｍ１を使用している。
図７に示す画素回路のTFT素子に対応する部分は同一符
号で示した。第１の画素回路は図１４に示すレイアウト
構成で実現できることが分かる。
【００６３】図１５に、本発明の液晶表示装置の第２の
実施例を示すブロック構成を示す。本実施例では、図１
に示す実施例と等しいものは同一の符号で示した。図１
の実施例と異なるのは、信号回路３００の出力が正極の
ドレイン信号ＶＤＰ１，VDP2，…と負極のドレイン信号
ＶＤＮ１，ＶＤＮ２，…を同時に出力している点と、画
素回路１００がこのドレイン信号ＶＤＰ１，ＶＤＰ２，
…と負極のドレイン信号ＶＤＮ１，ＶＤＮ２，…を入力
する点である。
【００６４】図１６に本発明の液晶表示装置の第２の実
施例の画素回路のブロック構成図を示す。第１の電圧保
持回路１１０は正極のドレイン信号ＶＤＰｍに、第２の
電圧保持回路１２０は負極のドレイン信号ＶＤＮｍに接
続している。
【００６５】以上のように構成した本発明の液晶表示装
置の第２の実施例の動作を図１７，図１８のタイミング
図を用いて説明する。図１７のタイミング図で、図３の
タイミング図と異なるのは、正極の走査信号ＶＧＰ１，
ＶＧＰ２，…と負極の走査信号ＶＧＮ１，ＶＧＮ２，…
がフレーム毎に出力される点と、信号回路のドレイン信
号を発生する映像が正極の映像信号ＶＰと負極の映像信
号ＶＮが同時に出力されている点である。この差によっ
て、第１の電圧保持回路１１０、と第２の電圧保持回路
１２０にはフレーム毎に映像信号が書き込み保持され
る。このため、各電圧保持回路の出力は基準電圧に対し
て常に対称な電圧を発生することができる。この結果、
図１８に示すように映像信号が変化した状態でも、正極
の振幅Ａと負極の振幅Ｂが等しくなるので、過渡的な状
態でも、液晶の直流電圧印加によるフリッカ増加や液晶
素子の劣化を防止することができる。
【００６６】図１９に本発明の液晶表示装置のシステム
構成の一例を示す。本システムは、映像信号発生装置５
００，映像信号増幅回路６００，タイミング制御回路７
００で表示部２００，信号回路３００，走査回路４００
を駆動する構成になっている。映像信号発生装置５００
は映像信号５０１と同期信号５０２を映像信号増幅回路
６００とタイミング制御回路７００に出力している。タ
イミング制御回路700は、同期信号５０２を入力し、極
性信号７０１，信号回路の制御信号７０２，走査回路の
制御信号７０３，切換え信号７０４，共通電極の制御信
号７０５を発生している。また、映像信号増幅回路６０
０は、映像信号５０１と極性信号７０１を入力して、交
流化した映像信号６０１を発生している。
【００６７】このような構成と図１の構成に、同期信号
の周期を遅くすることにより映像信号のフレーム周波数
の低くすることができ、信号電圧の低消費電力化を実現
できる。
【００６８】なお、本発明の実施例はＴＦＴを用いた例
で示したがこれらは、単結晶シリコンのＭＯＳトランジ
スタを用いても同様の効果を得ることが可能である。
【００６９】また、本発明の実施例では信号線の駆動方
式として、点順次方式で示したが各信号線の電圧を同一
のタイミングで制御する線順次方式にも適用可能であ
る。
【００７０】
【発明の効果】本発明によればフリッカのない液晶表示
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１の実施例を示すブ
ロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の画素回路を示すブロッ
ク構成図。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を示すタイミング
図。
【図４】本発明の第１の実施例の動作を示すタイミング
図。
【図５】本発明の第１の実施例の走査回路の構成を示す
ブロック図。
【図６】本発明の第１の実施例の走査回路の動作を示す
タイミング図。
【図７】本発明の画素回路の第１の実施例を示す回路構
成図。
【図８】本発明の画素回路の第２の実施例を示す回路構
成図。
【図９】本発明の画素回路の第２の実施例を制御する切
換え信号発生回路の回路構成図。
【図１０】本発明に適用する切換え信号発生回路の動作
を示すタイミング図。
【図１１】本発明の画素回路の第３の実施例を示す回路
構成図。
【図１２】本発明の画素回路の第４の実施例を示す回路
構成図。
【図１３】本発明の画素回路の第１の実施例に対応する
断面構造図。
【図１４】本発明の画素回路の第１の実施例に対応する
レイアウト図の一実施例。
【図１５】本発明の液晶表示装置の第２の実施例を示す
ブロック構成図。
【図１６】本発明の第２の実施例の画素回路を示すブロ
ック構成図。
【図１７】本発明の第２の実施例の動作を示すタイミン
グ図。
【図１８】本発明の第２の実施例の動作を示すタイミン
グ図。
【図１９】本発明を適用する液晶表示装置のシステム構
成の一例を示す。
【符号の説明】
１００…画素回路、１１０…第１の電圧保持回路、１２
０…第２の電圧保持回路、１３０…切換え回路、２００
…表示部、３００…信号回路、４００…走査回路、５０
０…映像信号発生装置、６００…映像信号増幅回路。
フロントページの続き (72)発明者 峯村 哲郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 長江 慶治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一対の基板と、この一対の基板に挟持され
    た液晶層とを有し、 前記一対の基板の一方には複数の走査線と、これら複数
    の走査線にマトリクス状に形成された複数の信号線とを
    有する液晶表示装置において、 前記複数の走査線と前記複数の信号線に囲まれた領域に
    複数の画素が構成され、 前記複数の画素のそれぞれには前記液晶層に液晶駆動電
    圧を印加する画素回路が形成され、 前記画素回路は1フレームに極性の異なる１周期以上の
    液晶駆動電圧を前記液晶層に印加することを特徴とする
    液晶表示装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記画素回路は、前記
    現フレームの液晶印加電圧を記憶する第１の記憶手段
    と、前記１フレーム前の液晶駆動電圧を記憶するための
    第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段と前記第２の記
    憶手段を切換える切換え手段とを有することを特徴とす
    る液晶表示装置。
  3. 【請求項３】請求項２において、 前記極性の異なる液晶駆動電圧は現フレームの液晶印加
    電圧と１フレーム前の液晶印加電圧とが交互に印加され
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 【請求項４】一対の基板と、その一対の基板に挟持され
    た液晶層を有する液晶表示装置において、 前記一対の基板の一方の基板は複数の第１の走査線と、
    これらの複数の第１の走査線の間に形成された第２の走
    査線と、前記複数の第１の走査線及び前記複数の第２の
    走査線に対してマトリクス状に形成された複数の信号線
    とを有し、 前記複数の第１の走査線及び前記第２の走査線及び前記
    複数の信号線とで囲まれた領域にはこれらの配線に接続
    された液晶分子を駆動するための複数の画素回路が形成
    され、 前記複数の画素回路のそれぞれは、対応する第１の走査
    線及び対応する信号線に接続されその信号線からの映像
    信号電圧を保持する第１の電圧保持手段と、対応する第
    ２の走査線及び対応する信号線に接続されその信号線か
    らの映像信号電圧を保持する第２の電圧保持手段と、前
    記第１の電圧保持手段と前記第２の電圧保持手段の出力
    電圧とを切換え信号により切換えて出力する切換え手段
    と、この切換え手段に接続され切換え手段の出力電圧を
    前記液晶層に印加する画素電極とを有することを特徴と
    する液晶表示装置。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記複数の第１の電圧
    保持手段は正極の映像信号電圧を保持し、前記複数の第
    ２の電圧保持手段は負極の映像信号電圧を保持すること
    を特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項６】請求項５において、前記第１の電圧保持手
    段及び前記第２の電圧保持手段の動作周期と前記切換え
    制御手段の動作周期が異なることを特徴とする液晶表示
    装置。
  7. 【請求項７】請求項４において、前記切換え手段は前記
    第１の電圧保持手段と前記第２の電圧保持手段とを１フ
    レーム期間内で少なくとも１回以上切換えることを特徴
    とする液晶表示装置。
  8. 【請求項８】請求項４において、前記一対の基板の他方
    の基板には共通電極が形成され、 前記共通電極には前記画素電極に印加される液晶駆動電
    圧とは逆極性の電圧が印加されることを特徴とする液晶
    表示装置。
  9. 【請求項９】請求項４或いは８において、前記第１の電
    圧保持手段には第１のスイッチング素子と第１の容量素
    子と第１のバッファ回路とを有し、前記第２の電圧保持
    手段は第２のスイッチング素子と第２の容量素子と第２
    のバッファ回路とを有することを特徴とする液晶表示装
    置。
  10. 【請求項１０】請求項９において、前記第１のスイッチ
    ング素子は第１のＰ型トランジスタで構成され、前記第
    ２のスイッチング素子に第１のＮ型トランジスタで構成
    されることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】請求項８において、前記第１のバッファ
    回路は第２のＮ型トランジスタで構成されたソースフォ
    ロア回路であって、前記第２のバッファ回路は第２のＰ
    型トランジスタで構成されたソースフォロア回路である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  12. 【請求項１２】請求項４において、前記画素回路に形成
    されたトランジスタは全てＮ型若しくはＰ型で構成され
    ていることを特徴とする液晶表示装置。
JP32986597A 1997-12-01 1997-12-01 液晶表示装置 Expired - Fee Related JP3279238B2 (ja)

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