JPH11161237A

JPH11161237A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11161237A
Application number: JP9325598A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Seo; 光慶瀬尾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】絵素を線順次走査するドットマトリクス表示
装置において、絵素に正極性の映像信号と負極性の映像
信号を同時に出力する能力を有するソースドライバの消
費電力を削減すること。【解決手段】正極性の信号を出力する出力バッファ２
４を電源電圧ＶAH及びＶALで駆動し、負極性の信号を出
力する出力バッファ２４を上記電源電圧と異なる電源電
圧ＶBH及びＶBLで駆動して、出力バッファ２４で消費さ
れる電力を削減し、また、垂直同期信号及び／又は水平
同期信号に同期して電源電圧を切り替えることで、１フ
レーム毎のあるいは１ライン毎の極性反転に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マトリクス状に配
置された容量性負荷の絵素を持ち、線順次走査を行う液
晶表示装置、例えば、a-Si TFT AMLCD（Amorphous Sili
con Thin Film Transistor Active Matrix Liquid Crys
tal Display ）の駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノート型パソコン（Personal Com
puter ）や携帯型情報端末では、１回のバッテリの充電
で駆動できる時間を伸ばすために、その消費電力を削減
することが要求されている。このため、特開平７−２１
９４８４号公報には、正のデータ電圧を出力するデータ
ドライバと負のデータ電圧を出力するデータドライバを
交互に用いて表示パネルの液晶を駆動するよう構成し、
これにより電力消費が大きい高耐圧データドライバを不
要ならしめて消費電力を低減する液晶表示装置が開示さ
れている。具体的には、この従来技術では、コモン直
流、駆動のソースドライバ１個をコモン反転駆動のソー
スドライバを２個で置き換えることとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術を用いると、ソースドライバの数が増えるために
実装が困難となり、また信頼性が低下し、さらにコスト
の上昇を招くという大きな問題がある。すなわち、現
在、ソースドライバは、ＬＣＤの駆動回路の中で最も高
価な部材であり、また２個のコモン反転駆動のソースド
ライバの出力のうち、どちらか一方を選択する選択回路
が必要になる。ここで、映像信号入力端子とシリアル−
パラレル変換器の間に、数ゲート程度の冗長があっても
問題にならないが、シリアル−パラレル変換器と液晶セ
ルの間の冗長は、即コストアップにつながる。このた
め、低消費電力のコモン直流駆動のソースドライバを有
する表示装置をいかに経済的に実現するかが極めて重要
な課題となっている。

【０００４】そこで、本発明では、上記課題を解決し
て、低消費電力のコモン直流駆動のソースドライバを有
する経済的な液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、ソースライン及びゲートラインとい
う２種類のバスラインの各交点に絵素をマトリクス状に
配置し、同一のゲートラインに接続した複数の絵素を、
絵素と同数のソースラインに乗った信号電圧によって一
斉に更新し、極性の異なる信号を同時に出力するソース
ドライバによって前記信号電圧を供給する液晶表示装置
において、前記ソースドライバの正極性の信号を出力す
る第１の出力バッファと、負極性の信号を出力する第２
の出力バッファとを異なる電圧で駆動することを特徴と
する。

【０００６】また、第２の発明は、前記第１の出力バッ
ファ及び第２の出力バッファの駆動電源電圧を、入力さ
れた垂直同期信号及び／又は水平同期信号と同期して変
更する変更手段を具備すること特徴とする。

【０００７】また、第３の発明は、各絵素と前記ソース
ラインとの間に能動素子を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、第４の発明は、前記能動素子は、非
晶質のシリコン薄膜トランジスタであることを特徴とす
る。

【０００９】また、第５の発明は、前記絵素は、液晶材
料を用いて作られていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、
液晶表示装置の基本概念を明らかにした後、該基本概念
に基づいて本発明を説明する。

【００１１】まず最初に、液晶表示装置の基本概念につ
いて説明する。現在、ノートＰＣ（Personal Computer
）や携帯型ＴＶのモニタには、薄型軽量で低消費電力
の液晶表示装置ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）が採
用されることが多い。このＬＣＤには、ＴＦＴ（Thin F
ilm Transistor）方式やＳＴＮ（Super Twisted Nemati
c ）方式などがあり、かかる２つの方式が現在量産され
ているＬＣＤの主流である。ここで、このＴＦＴ方式
は、ＳＴＮ方式に比べて製造コストが高くなるが、コン
トラストが高く、表示ムラが少なく、多階調表示に有利
であり、応答速度が速いという特徴がある。

【００１２】まず、上記ＬＣＤの構造について駆動回路
を中心に説明する。ＬＣＤは、複数の液晶セルから構成
され、例えばＶＧＡ（Video Graphic Array ）のカラー
ＬＣＤは、約９０万個の液晶セルを有している。具体的
には、カラーフィルタで赤、緑、青の３原色に着色され
た３つの液晶セルが１つの絵素を構成し、その液晶セル
が横６４０桁×縦４８０行のマトリクス状に配置されて
いる。このため、液晶セルの総数は、６４０×ＲＧＢ×
４８０＝９２１６００個となり、この液晶セルの集合に
よって１つの画像が表される。

【００１３】図５は、６桁×４行のＴＦＴ方式のＬＣＤ
の構造を示す図である。同図に示すように、このＴＦＴ
方式のＬＣＤは、液晶パネル１、ソースドライバ２、ゲ
ートドライバ３、制御回路及び電源回路４、ＴＦＴ５、
液晶セル６及びコモン電極７からなる。なお、このソー
スドライバ２は、データドライバ、カラムドライバ、Ｘ
ドライバ又は列電極駆動回路とも呼ばれ、ゲートドライ
バ３は、スキャンドライバ、ロウドライバ、Ｙドライバ
又は行電極駆動回路とも呼ばれる。

【００１４】液晶パネル１には、１枚のガラス基板上に
液晶セル６がマトリクス上に形成されている。ＬＣＤの
駆動回路から見ると、各液晶セル６は、容量性負荷と考
えることができ、その容量に印加された電圧に応じて、
光学的な性質を変える。例えば、ノーマリホワイト方式
のＬＣＤでは、液晶セルは、その容量を充電すると黒く
なり、放電すると白くなる。

【００１５】ＴＦＴ５のソース電極は、ソースバスライ
ンを介してソースドライバ２の出力端子に接続され、ゲ
ート電極は、ゲートバスラインを介してゲートドライバ
３の出力端子に接続され、ドレイン電極は、液晶セル６
に接続されている。液晶セル６のドレイン電極と反対側
の端子は、コモン電極７に接続されている。すべての液
晶セル６のコモン電極は、互いに短絡していて、常に等
しい電位に保たれているため、各液晶セル６に印加され
ている電圧は、ＴＦＴ５のドレイン電極の電位で決ま
る。

【００１６】ソースドライバ２は、ＴＦＴ５を介して液
晶セルを放充電させるための電圧を出力する駆動回路で
あり、ゲートドライバ３は、ＴＦＴ５のスイッチングを
制御する電圧を出力する駆動回路である。また、制御回
路及び電源回路４は、この２種類のドライバにタイミン
グ信号と駆動電源電圧などを供給するものである。ＴＦ
Ｔ５は、一種のスイッチング素子であり、その動作は、
ｎ−ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）に似ている。
現在、大型ＬＣＤには、専らａ−Ｓｉ（Amorphous Sili
con ）ＴＦＴが使われている。ただし、ａ−ＳｉＴＦ
Ｔは、Ｏｎ抵抗が数ＭΩ程度と非常に高く、性能的にｎ
−ＦＥＴに遠く及ばない。

【００１７】ソースドライバ２の出力端子と液晶セル６
の間にＴＦＴ５が介在し、ＴＦＴ５のＯｎ抵抗と液晶セ
ル６の容量が、ＲＣ時定数を持っている。液晶セル６の
容量は数ｐＦ程度なので、１個の液晶セルを充電するに
は、数十μｓｅｃ程度の時間を要する。このため、ａ−
ＳｉＴＦＴ方式のＬＣＤでは、１水平表示期間内に、
横１行（時には複数行）の液晶セルを同時に充電するこ
とによって、充電時間を確保している。

【００１８】ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やｐｏｌｙ−
ＳｉＴＦＴ方式のＬＣＤでは、映像信号は、１ドット
ずつリフレッシュされるのに対して、ａ−ＳｉＴＦＴ
方式のＬＣＤでは、１ライン分の映像信号が一斉にリフ
レッシュされる。前者を点順次走査、後者を線順次走査
と言う。

【００１９】ＶＧＡのＬＣＤでは、横１行、６４０×Ｒ
ＧＢ＝１９２０個の液晶セルが同時に充電されるが、１
９２０個の出力端子を備えたＩＣの製造や実装は非現実
的である。このため、現在では、１台のＬＣＤに出力端
子の少ないソースドライバのＩＣを複数個実装すること
で、これを実現している。それでも、ソースドライバ
は、ＬＣＤの駆動回路に使われる部材の中で、最も高価
なものである。そしてまた、表示品位に最も影響を与え
る部材でもある。

【００２０】図６は、図５に示すソースドライバ２の構
成を示すブロック図である。ここでは、ソースドライバ
２に映像信号がディジタルで入力されるものとする。同
図に示すように、ソースドライバは、シリアル−パラレ
ル変換器又はシフトレジスタ２１と、ラッチ又はフリッ
プフロップ（以下「ＦＦ」と言う。）２２と、ディジタ
ル−アナログ変換器（以下「ＤＡＣ」と言う。）２３
と、出力バッファ又はオペアンプ２４とからなる。ここ
では、ソースドライバＩＣの入力端子のピン数を減らす
ため、映像信号をシリアルに入力し、これをシリアル−
パラレル変換してラッチした後、ＤＡＣ２３からアナロ
グ信号を出力する。

【００２１】液晶セルの充電時間を短縮するため、ＤＡ
Ｃ２３と出力端子との間に出力バッファ２４を設け、イ
ンピーダンス変換をすることが多い。シリアル−パラレ
ル変換器２１には、映像信号を供給し、ＦＦ２２にはタ
イミング信号を供給し、ＤＡＣ２３にはいわゆるγ補正
用の基準電圧を供給し、出力バッファ２４には、その駆
動電源電圧＋Ｖ及び−Ｖを供給する必要がある。なお、
ディジタルラッチの代わりに、アナログのサンプル＆ホ
ールド素子が採用されることもあるが、この場合には、
上記ＤＡＣ２３は不要となる。ただし、このアナログ素
子を使うと、高速動作と高精度と低コストを両立させる
ことが困難になる。ＶＧＡの場合、ＬＣＤ１台につき１
９２０個の出力バッファが必要となるため、ＤＡＣや出
力バッファの設計にトランジスタ１個の無駄があると、
ＬＣＤ全体では１９２０個もの無駄につながる。

【００２２】一方、図示しないＬＣＤの映像信号入力端
子とシリアル−パラレル変換器２１との間に、数ゲート
程度の無駄や冗長があったとしても、それに起因するコ
ストや消費電力のアップは、ほとんど問題にならない。
したがって、ＤＡＣ２３や出力バッファ２４の設計が、
非常に重要であり、特に、トランジスタ数の削減や出力
バッファのアイドル電流の低減などをいかに実現するか
が大きな課題となる。幸い、ａ−ＳｉＴＦＴ方式のＬ
ＣＤのソースドライバ２の出力バッファ２４は、オーデ
ィオ帯域で動作すればよいので、それほど高性能なもの
は必要ない。スルーレートはそれほど高くないけれど
も、駆動電源電圧の割に大きなダイナミックレンジがと
れるため、いわゆるRail-to-Rail出力が可能で、特に調
整しなくても出力偏差の少ないものが使われる。

【００２３】次に、図５に示すゲートドライバ３は、複
数のゲートラインの中から、次に充電する行を選択する
機能を有している。ゲートラインにソース電極やドレイ
ン電極より高い電圧を印加すると、その行に接続された
全てのＴＦＴ５がオンし、低い電圧を印加するとＴＦＴ
５はオフする。１垂直表示期間内に、全ての行を選択し
終えると、１枚の画像が完成する。なお、ＳＴＮ方式の
ＬＣＤは、ＴＦＴ方式のような能動素子やコモン電極を
持っていない。液晶セルの一方がソースラインに、他方
がゲートラインにダイレクトに接続される。

【００２４】次に、ＬＣＤの表示品位に影響を及ぼす原
因と対策について述べる。

【００２５】図７は、ＴＦＴ周辺に浮遊する容量を示す
図である。ここで、７１はＴＦＴを示し、７２は液晶セ
ルを示し、７３はコモン電極を示し、７４はゲートライ
ン及びドレイン電極間の浮遊容量ＣGDを示し、７５はソ
ースライン及びドレイン電極間の浮遊容量ＣSDを示し、
７６は隣のソースラインとドレイン電極間の浮遊容量Ｃ
SD’を示し、７７はソースラインとコモン電極間の浮遊
容量ＣSCを示している。

【００２６】液晶セルに充電された電荷は、絶縁抵抗を
介して徐々に放電するため、たとえ静止画像を表示する
場合であっても、１垂直周期毎に液晶セルを再充電する
必要がある。すでに説明したように、液晶セルは容量性
負荷であり、このキャパシタには極性がなく、正に充電
しても負に充電しても、その光学的な応答は同じであ
る。むしろ、液晶セルが長時間同じ極性に帯電している
と、表示品位が劣化するので好ましくない。ノーマリホ
ワイトのＬＣＤでは、液晶セルに電圧を印加すると黒く
なるが、この方式のＬＣＤに黒っぽい画像を長時間表示
し続けると、焼き付き残像が発生することがある。これ
は、液晶材料に微量に含まれるイオンが電極に移動し
て、応答を悪くするためである。

【００２７】このため、１垂直周期毎に液晶セルを充電
する極性を反転（以下「フレーム反転」と言う。）する
対策が講じられる。かかるフレーム反転の結果、各液晶
セルには、垂直周期６０〜７０Ｈｚの半分の３０〜３５
Ｈｚの矩形波の交流電圧が印加されることになる。とこ
ろが、フレーム反転を採用すると、その副作用のため
に、別の種類の表示品位の低下を招く。

【００２８】いま、図５に示すＬＣＤ全面に、黒一色を
表示したとする。ここでは、図の上から下へ、つまり、
ゲートラインＧ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 の順に走査するも
のとする。図５に示すコモン電極７の電位を０Ｖと考え
たときのソースラインＳ0 の電位と、ドレイン電極Ｄ00
及びＤ30の電位とを図８の従来例１として示している。
なお、このソースドライバ２は、垂直帰線期間中は有効
な信号を出力していない。

【００２９】液晶セル６に充電された電荷は、ＴＦＴ５
のＯｆｆ抵抗や図示しない絶縁抵抗を介して徐々にソー
スラインに放電する。その量は、ソースラインとドレイ
ン電極間の電位差の大きな状態が長時間続けば続くほど
多い。また、電荷は、ソースラインの電位が反転すると
き、浮遊容量ＣSDを介してソースラインに逃げる。液晶
セルＤ00は、ソースラインの反転後、即ち電荷が逃げた
後、直ちに再充電されるため、その影響を受けにくい。
しかし、液晶セルＤ30は、電荷が逃げた後、しばらく放
置されるため、影響を受けやすい。

【００３０】ドレイン電極から電荷が逃げる量は、フィ
ールド反転によってソースドライバ２の出力信号の極性
が変わってから、液晶セルの充電が実際に始まるまでの
時間で決まり、ソースドライバ２から液晶セル５までの
距離で決まるわけではない。ここでは、ゲートラインＧ
3 の駆動する液晶セル６は、Ｇ0 の駆動する液晶セルよ
りも電荷が逃げやすく、かかる電荷が逃げると、純粋な
黒を表示することができず、灰色っぽい表示になる。こ
のため、均一な黒ベタを表示したつもりでも、実際に
は、画面の下の方ほど灰色がかるという現象が発生す
る。これをコントラストの傾斜と呼ぶ。

【００３１】このコントラストの傾斜を回避するには、
１水平周期毎に、液晶セル６を充電する極性を反転させ
てやればよい。そうすれば、ソースラインの電位が頻繁
に反転するので、画面全体が均一に灰色っぽくなる。少
々灰色がかるという問題は、ソースドライバ２の出力電
圧の振幅を少し上げるだけで解消できる。ここでは、こ
れをライン反転と呼ぶ。通常、ライン反転は、フレーム
反転と併用される。このライン反転を採用すると、１水
平周期毎にソースラインとコモン電極間の浮遊容量ＣSC
の充放電が繰り返されるため、ソースドライバの消費電
流が増える。また、クロストークまたはシャドーイング
と呼ばれる表示ムラが発生しやすくなる。

【００３２】ライン反転をしたときの、ソースラインＳ
0 の電位と、ドレイン電極Ｄ00およびＤ30の電位とを、
図８に従来例２として示している。ライン反転では、１
重直周期の間にソースラインに印加される電圧の平均値
（直流成分）が０になるので、コントラストの傾斜は解
消される。しかし、１垂直周期に限って言えば、電圧の
ｐ−ｐ（PeakーtoーPeak）値が従来例１の場合よりも大き
くなる。

【００３３】振幅の大きな高周波信号をソースラインに
乗せると、ＣSDを介してドレイン電極の電位が振られ、
走査していないはずの液晶セルの印加電圧が乱される。
ライン反転をすると、１水平周期の２倍の周期の交流信
号がソースラインに乗る。ライン反転をしない場合で
も、ベタ画面でなければ、同じ周期の交流信号がソース
ラインに乗るが、信号の振幅が小さいので問題になりに
くい。しかし、１水平周期毎にソースドライバの出力電
圧の極性を反転させると、大きな振幅の交流信号がソー
スラインに乗ってしまう。

【００３４】いま、図５に示すＬＣＤに、図９（ａ）に
示すような白ベタの中に黒い四角形が内在する画像を表
示する場合を考える。この場合に、ソースラインに乗っ
た信号は、ゲートドライバが選択していない液島セルへ
も、わずかながらＣSDを介して書き込まれる。ソースラ
インとドレイン電極間が交流的に短絡しているからであ
る。例えば、ゲートラインＧ1 が選択され、液晶セルＤ
12を充電しているときには、Ｄ02、Ｄ22及びＤ32につい
ても少し充電され、その結果、黒い四角形の上下が灰色
っぽくなり、図９（ｂ）に示すのように尾を引いたよう
な表示になる。このため、液晶セルの容量を浮遊容量Ｃ
SDより十分大きくすれば、上記問題は解消するが、液晶
パネル上に大きな容量を作るのは困難である。また、液
晶セルの充電に要する時間は、その容量に比例するた
め、液晶セルの充電が不十分になると、やはり表示品位
が劣化する。

【００３５】なお、ＴＦＴのＯｎ抵抗を下げて充電時間
を短縮する方法もあるが、かかる技術を用いると、ゲー
トドライバのコストアップや信頼性の低下を招く。この
ため、図７に示すように、ドレイン電極と隣のソースラ
インの間には、浮遊容量ＣSD' （６）が存在することを
考慮して、ＣSD＝ＣSD' となるように液晶パネルを設計
し、隣り合うソースラインに逆位相の交流信号を乗せて
ＬＣＤを駆動する技術が知られている。

【００３６】今、画面全体に黒ベタを表示したとする
と、このとき隣り合うソースラインに、極性違いの映像
信号を乗せる。コモン電極の電位を０とするとき、隣接
するソースラインの電位は、符号が異なるけれども、絶
対値は同じになる。よって、もしＣSD＝ＣSD' ならば、
ソースラインの電位の変動が相殺され、ドレイン電極の
電位に影響が現れない。

【００３７】なお、ここでは隣り合うソースラインを異
なる極性で駆動することをドット反転と呼ぶ。このドッ
ト反転には、ソースラインに乗っている信号が、浮遊容
量ＣSCを介してコモン電極の電位に影響を及ぼすのを防
止する効果もある。ただし、ドット反転は、後で述べる
コモン反転駆動方式のＬＣＤでは、使うことができな
い。

【００３８】フレーム反転とライン反転とドット反転を
併用すると、図５に示す６×４＝２４ドットのＬＣＤの
各液晶セルは、図１０のような極性で充電される。フレ
ーム反転は、原理的には、静止画を表示した場合にのみ
有効であるが、動きの遅い動画に対してもある程度の効
果が期待でき、またシーンチェンジの多い映像でも、ほ
とんど問題は起こらない。ただし、点滅するものを表示
すると、効果が半減することがある。

【００３９】ライン反転は、ベタ画面を表示した場合に
有効であるが、直流成分の多い画像に対しても、ある程
度の効果が期待できる。実際、映像信号には、通常直流
成分が多く含まれているため、ライン反転がその効果を
発揮する確率は高い。ドット反転は、自、灰、黒のベタ
画面に対して有効であるが、赤、緑、青、シアン、マゼ
ンタ、黄色のベタ画面では、やや効果が落ちる。

【００４０】カラーＬＣＤは、赤、緑、青に着色された
３つの液晶セルを、３本のソースラインで同時に充電す
る方式が主流であるため、例えば、全面赤一色の表示
は、見た目にはベタ画面でも、ソースドライバにとって
は、決してベタではない。なお、図９（ａ）のように白
や黒のベタの多い画面なら、ドット反転は、非常に有効
なものとなる。ライン反転やドット反転が最も苦手にし
ているのは、図１１に示すような市松模様の画像であ
り、かかる画像は、最も高い周波数成分を持っている。

【００４１】ここで、液晶ＴＶのモニタ用に使う場合に
は、アナログＴＶ放送の電波では、事実上このような画
像を送れないため、全く問題にならないが、ＯＡ（Offi
ce Automation ）端末のモニタとして使用する場合に
は、大きな問題となる。ＯＡ機器では、中間調をディザ
リングによって表現することがあり、条件次第では、ラ
イン反転やドット反転の効果が激減する。実際、ウイン
ドウズ９５の終了画面で、著しい表示品位の劣化を招く
ことがある。

【００４２】ディザリングに似たものとして、絵素を高
速に点滅させて中間調を表示するＦＲＣ（Frame Rate C
ontrol）と呼ばれる技術がある。これを用いると、フレ
ーム反転の効果が落ちる。その対策として、２垂直周期
毎に極性を反転する方式が考えられる。ここでは、複数
の垂直周期毎に極性を反転する駆動方式をフレーム反転
に含めて考える。

【００４３】近年、液晶パネルの開口率を上げて、ＬＣ
Ｄの輝度を高くする動きがある。このため、ドレイン電
極が大きくなり、ソースラインとドレイン電極の間の距
離が年々短くなっている。それに反比例してＣSDが増加
し、表示品位に与える影響が無視できなくなっている。
また、ＬＣＤの需要は、より高解像度で高精細の製品に
シフトしてきている。ＬＣＤの水平方向の解像度を上げ
るには、ソースドライバの出力端子の総数を増やす必要
がある。このとき、ＩＣの実装や映像信号の高速伝送が
技術的な課題になるが、表示品位の劣化に結び付くこと
はない。

【００４４】一方、垂直方向の解像度を上げるには、ゲ
ートドライバの出力端子の総数を増やすとともに、水平
周期を短くしなければならない。このとき、今述べた課
題に加えて、充電時間の短縮が大きな問題になる。

【００４５】さらに、水平周期が短くなった分、周波数
の高い信号がソースラインに乗るので、ＣSDに関する問
題がより大きくなる。問題になるのは、ソースラインに
乗った信号だけではない。ゲートラインに乗った交流信
号も、ＣGDを介してドレイン電極の電位に影響を与え
る。

【００４６】いま、ゲートラインの電位が−１０Ｖのと
きＴＦＴがＯｆｆし、２０ＶのときＯｎするものとす
る。ゲートラインの電位を一１０Ｖから２０Ｖに上げる
と、ＣGDが存在するためにドレイン電極の電位も上が
る。しかし、一度ＴＦＴがＯｎしてしまえば、ソースド
ライバによるドレイン電極の充電が始まるので、これは
問題にならない。逆に、ゲートラインの電位を２０Ｖか
ら一１０Ｖに下げると、ドレイン電極の電位も下がる。
その直後にＴＦＴがＯｆｆするので、このとき、ドレイ
ン電極の電位が下がったままになる。つまり、ソースラ
インからドレイン電極に折角供給された電荷を、ゲート
ラインが吸い出してしまうのである。

【００４７】しかし、ＣGDの影響に対する対策は、比較
的容易である。ソースラインに乗る信号が表示する映像
によって変わるのに対して、ゲートラインに乗る信号
は、設計の段階で完全にわかっているからである。しか
も、交流信号が流れているのは、ＶＧＡなら４８０本あ
るゲートラインの内、現在走査している１本だけであ
る。このため、ＣGDの影響を見越して、あらかじめソー
スドライバの出力電圧を補整しておくだけで回避でき
る。

【００４８】このように、図７に示す浮遊容量ＣGD７４
やＣSD７５のために、高周波信号に対して、ＴＦＴのス
イッチング素子としての働きが悪くなる。なお、ゲート
ラインとソースライン間の浮遊容量などは、ドレイン電
極の電位に影響を与えないので、同図では省略してい
る。

【００４９】次に、コモン反転駆動について説明する。

【００５０】図１２は、液晶セルの印加電圧と、絵素の
輝度の関係の一例を示す図である。ここで、実際の特性
は、液晶材料の種類により多少変わるが、１Ｖを印加す
ると白くなり、５Ｖを印加すると黒くなるものとし、０
Ｖ以上１Ｖ以下の領域及び５Ｖ以上の領域では、光学特
性が飽和しているものとする。なお、液晶セルに負の電
圧を印加したときは、絶対値が同じで符号が逆の電圧を
印加したときと同じ特性を示す。

【００５１】液晶セルが同図に示すような特性を持つ場
合には、一見すると、ソースドライバが１Ｖ以上５Ｖ以
下の電圧を出力できれば、ＬＣＤを駆動できるようにも
見える。しかしながら、極性反転駆動するには、正負両
極性の電圧を出力しなければならないので、実際には、
−５Ｖ以上５Ｖ以下のダイナミックレンジが必要にな
る。そして、これでは、標準的な５Ｖ耐圧のプロセスで
ソースドライバを製造することができなくなり、また１
０Ｖ耐圧のプロセスを使うと、ソースドライバのチップ
サイズの増大を招き、コストアップにつながる。そこ
で、コモン電極の電位を振るいわゆるコモン反転駆動が
使われることがある。

【００５２】図１３は、ライン反転とコモン反転駆動を
採用したときの水平同期信号、コモン電極の電位、黒の
映像信号の電位、白の映像信号の電位を示す図である。
コモン反転駆動では、コモン電極には、同図に示すよう
な矩形波が入力される。ここでは、コモン電極の電位を
１水平周期毎に３Ｖの振幅で振っているため、矩形波の
周期は１水平周期の２倍、ｐ−ｐ値は６Ｖである。この
とき、ソースドライバが４Ｖのダイナミックレンジしか
有していないにもかかわらず、液晶セルには、±５Ｖの
電圧が印加されている。

【００５３】コモン反転駆動では、ソースドライバの製
造コストを押さえられる。また、ソースドライバの出力
バッファを４Ｖ電源で駆動できるので、消費電力も押さ
えられる。その反面、コモン電極に矩形波を供給する回
路が必要になる。また、コモン反転駆動を採用すると、
ドット反転ができなくなる。ただし、フレーム反転やラ
イン反転なら可能である。

【００５４】これに対して、コモン電極に直流電圧を印
加し、素直に１０Ｖ耐圧のプロセスで製造されたソース
ドライバを用いる方式を、ここでは、コモン直流駆動と
呼ぶことにする。例えば、コモン電極の電位を５Ｖ一定
とし、液晶セルを正極性に充電するときは６〜１０Ｖの
電圧を、負極性に充電するときは０〜４Ｖの電圧をソー
スドライバから供給すればよい。このときのコモン直流
駆動におけるコモン電極の電位、黒の映像信号の電位、
白の映像信号の電位を、同じ図１３に示す。

【００５５】コモン直流駆動では、その特長を生かすた
め、普通は、ドット反転が行われる。このとき、同じソ
ースドライバＩＣの異なる出力バッファから、正極性の
信号と負極性の信号が同時に出力される。極性の異なる
信号を同時に出力するため、コモン直流駆動のソースド
ライバ内のＤＡＣは、コモン反転駆動のそれの２倍の規
模になり、ＩＣのチップサイズが大きくなる。ＤＡＣに
供給するγ補整用の基準電圧の数も２倍に増え、ＩＣと
プリント回路基板の間の端子の数が増え、実装が難しく
なる。また、ソースドライバの出力バッファを１ＯＶ電
源で駆動するため、バッファで消費される電力も２倍以
上に増える。消費電力の多さは、バッテリ駆動の携帯機
器のモニタ用途では、特に大きな問題になる。

【００５６】コモン反転駆動は、解像度が比較的低くク
ロストークの問題の少ないＬＣＤや、ドットピッチが細
かく実装の難しいＬＣＤ（パームトップＰＣ用やプロジ
ェクタ用など）に適している。コモン直流駆動は、大型
で高解像度でバッテリ駆動の必要のないＬＣＤ（デスク
トップＰＣ用など）に適している。ノートＰＣ用では、
現在のところ、コモン反転駆動もコモン直流駆動も一長
一短で、どちらも決め手に欠ける。ライン反転ドット反
転共に、消費電力の増加を招く要素があるため、どちら
が有利であるかは、一概には言えない。

【００５７】次に、本発明に係わる液晶表示装置につい
て具体的に説明する。

【００５８】図１は、本発明に係わる液晶表示装置が用
いるソースドライバの構成を示す図である。なお、図６
の各構成部に対応する箇所については、同一の符号を付
している。同図に示すように、このソースドライバ１１
は、シリアル−パラレル変換器２１、ＦＦ２２、ＤＡＣ
２３及び出力バッファ２４からなり、正極性の信号を出
力する出力バッファ２４を電源ＶAH及びＶALで駆動し、
負極性の信号を出力する出力バッファ２４を電源ＶBH及
びＶBLで駆動している。出力バッファ２４の各駆動電源
電圧は、入力された垂直同期信号及び／又は水平同期信
号と同期して変更することができる。また、液晶材料を
用いて形成された各絵素とソースラインとの間に非晶質
のシリコン薄膜トランジスタからなる能動素子を設ける
ことができる。なお、コモン電極の電位を５Ｖ、正極性
の信号のダイナミックレンジを６〜１０Ｖ、負極性のそ
れを０〜４Ｖとし、出力バッファがRail-to-Rail品であ
るとする。

【００５９】図６に示す従来のソースドライバでは、す
べての出力バッファに１０Ｖ（および０Ｖ）の電源電圧
が供給されていたが、図１に示すソースドライバ１０を
駆動するには、例えば、ＶAH＝１０Ｖ、ＶAL＝６Ｖ、Ｖ
BH＝４Ｖ、ＶBL＝０Ｖの電圧を供給すればよい。このよ
うに、図１に示すソースドライバ１１を用いることによ
り、従来のものより、出力バッファ２４を駆動する電源
の電位差を小さくできるので、無駄に消費される電力を
減らすことができる。また、シリアル−パラレル変換器
と液晶セルの間に新たに追加される回路は、出力バッフ
ァの電源ライン２本だけであり、駆動電圧の変更は、映
像信号源とシリアル−パラレル変換器の間に設けること
ができるため、現実的なコストで生産することができ
る。

【００６０】次に、図１に示すソースドライバ１１を用
いてライン反転やフィールド反転を行うための制御回路
及び電源回路等について説明する。図２は、図１に示す
ソースドライバ１１を有する液晶表示装置の全体構成を
示す図である。同図に示すように、この液晶表示装置
は、ＴＦＴ５、液晶セル６及びコモン電極７を有する液
晶パネル１０と、ソースドライバ１１と、ゲートドライ
バ１２と、制御回路１３と、電源回路１４と、選択回路
１５とからなる。ここで、電源回路１４の出力電圧は、
Ｖ1H＝１０Ｖ、Ｖ1L＝６Ｖ、Ｖ2H＝４Ｖ、Ｖ2L＝０Ｖ、
ＶCOM＝５Ｖとする。

【００６１】このとき、選択回路１５に、図４（ａ）に
示す選択信号を供給すれば、ドット反転とフィールド反
転とを併用することができる。同様に、同図（ｂ）に示
す選択信号を供給すれば、ドット反転、ライン反転及び
フィールド反転を併用することができる。

【００６２】図３は、図２に示す電源回路１４を簡略化
した液晶表示装置の構成を示す図である。ここで、電源
回路１４の出力電圧は、Ｖ1H＝１０Ｖ、Ｖ2L＝０Ｖ、Ｖ
COM＝５Ｖとする。実際には、０Ｖの電源を用意する必
要はないので、実質上、Ｖ１ＨとＶＣＯＭの２電源で
駆動していることになる。

【００６３】同図に示す液晶表示装置は、出力バッファ
の駆動電源の電位差が図２に示すものよりも大きくなる
が、電源回路１４の部品点数とコストを改善し、信頼性
を上げることができる。

【００６４】また、電源の切換回路をソースドライバＩ
Ｃ内部に設ければ、ドライバの外部のアナログ回路は、
電源と基準電圧源だけになる。回路が簡単になれば、そ
のＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circu
it）化に伴うリスクも大幅に減る。アナログ回路を１つ
のＡＳＩＣにできれば、ＬＣＤの更なる薄型軽量化が実
現できる。そうすれば、より携帯に適したモニタにな
る。

【００６５】なお、図２又は図３に示す電源回路１４と
選択回路１５の代わりに、可変電圧源を用いても構わな
い。この際、高効率で可変電圧を出力するＤＣ／ＤＣコ
ンバータを使用することができる。また、電源回路１４
をＤＣ／ＤＣコンバータにするか、チャージポンプにす
るか、他の方式にするかは、特に限定されるものではな
く、また選択回路１５をいかにして実現するかも、限定
されるものではない。電源回路１４、選択回路１５及び
制御回路は、表示装置がその内部に有していても、映像
信号源が有していても構わない。また、電源回路１４、
選択回路１５、制御回路及びドライバは、１つのＩＣに
集積されていても、複数のＩＣに分かれていても構わな
い。さらに、これらが１つのパッケージに収められてい
ても、複数のパッケージに分かれていても構わない。

【００６６】本発明は、ＶＧＡ以外の解像度のＬＣＤに
も、ノーマリブラックＬＣＤにも、モノクロＬＣＤに
も、容易に適用することができる。また、液晶パネル上
に構成された能動素子は、必ずしもＴＦＴでなくてもよ
く、能動素子そのものを持たなくてもよい。さらに、液
晶材料の特性や駆動電源の出力電圧についても、特に限
定されるものではない。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
ソースドライバの正極性の信号を出力する第１の出力バ
ッファと、負極性の信号を出力する第２の出力バッファ
とを異なる電圧で駆動するよう構成したので、下記に示
す効果が得られる。１）駆動電源の電位差を下げ、ソースドライバの出力バ
ッファで消費される電力を減らすことができる。２）出力バッファの耐圧設計に余裕が生じる。３）携帯機器のバッテリの寿命を伸ばすことができる。また、本発明では、水平かつ／または垂直同期信号に同
期して駆動電源電圧を変更するため、ライン反転かつ／
またはフィールド反転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるソースドライバの構成を示す図
である。

【図２】図１に示すソースドライバを有する液晶表示装
置の全体構成を示す図である。

【図３】図２に示す電源回路を簡略化した液晶表示装置
の構成を示す図である。

【図４】図２に示す選択回路に供給する選択信号の一例
を示す図である。

【図５】６桁×４行のＴＦＴ方式のＬＣＤの構造を示す
図である。

【図６】図５に示すソースドライバの構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】ＴＦＴ周辺に浮遊する容量を示す図である。

【図８】図５に示すコモン電極の電位を０Ｖと考えたと
きのソースラインの電位及びドレイン電極の電位等を示
す図である。

【図９】図５に示すＬＣＤに表示する画像の一例を示す
図である。

【図１０】フレーム反転、ライン反転及びドット反転を
併用した場合に、図５に示すＬＣＤの各液晶セルに充電
される極性を示す図である。

【図１１】図５に示すＬＣＤに表示する画像の一例（市
松模様）を示す図である。

【図１２】液晶セルの印加電圧と、絵素の輝度の関係の
一例を示す図である。

【図１３】ライン反転とコモン反転駆動を採用したとき
の水平同期信号、コモン電極の電位、黒の映像信号の電
位、白の映像信号の電位を示す図である。

【符号の説明】

１…液晶パネル２…ソースドライバ３…ゲートドライバ４…制御回路・電源回路５…ＴＦＴ６…液晶セル７…コモン電極１０…液晶パネル１１…ソースドライバ１２…ゲートドライバ１３…制御回路１４…電源回路１５…選択回路２１…シリアル−パラレル変換器２２…ＦＦ（ラッチ又はフリップフロップ）２３…ＤＡＣ（ディジタル−アナログ変換器）２４…出力バッファ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソースライン及びゲートラインという２
種類のバスラインの各交点に絵素をマトリクス状に配置
し、同一のゲートラインに接続した複数の絵素を、絵素
と同数のソースラインに乗った信号電圧によって一斉に
更新し、極性の異なる信号を同時に出力するソースドラ
イバによって前記信号電圧を供給する液晶表示装置にお
いて、前記ソースドライバの正極性の信号を出力する第１の出
力バッファと、負極性の信号を出力する第２の出力バッ
ファとを異なる電圧で駆動することを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】前記第１の出力バッファ及び第２の出力
バッファの駆動電源電圧を、入力された垂直同期信号及
び／又は水平同期信号と同期して変更する変更手段を具
備すること特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】各絵素と前記ソースラインとの間に能動
素子を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の液晶表示装置。
【請求項４】前記能動素子は、非晶質のシリコン薄膜
トランジスタであることを特徴とする請求項３記載の液
晶表示装置。
【請求項５】前記絵素は、液晶材料を用いて作られて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装
置。