JPH11295694A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH11295694A
JPH11295694A JP9619198A JP9619198A JPH11295694A JP H11295694 A JPH11295694 A JP H11295694A JP 9619198 A JP9619198 A JP 9619198A JP 9619198 A JP9619198 A JP 9619198A JP H11295694 A JPH11295694 A JP H11295694A
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tft
gate
liquid crystal
color
crystal display
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Masaru Yasui
勝 安居
Osao Kamiya
長生 神谷
Katsutoshi Motosugi
功寿 本杉
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Philips Components Kobe KK
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Hosiden and Philips Display Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像信号の全画素への書込みを、従来のカラ
ーフィルタ方式TFT・LCDの速度の6倍程度から理
想的な限界値の3倍程度まで下げる。 【解決手段】 各画素ごとに第1,第2のTFTを設
け、第1のTFTのソースに画像信号印加用のソースバ
スSBが、ゲートにライン走査用のゲートバスGBが、
ドレインに画像信号に対するサンプルホールド用容量C
mnがそれぞれ接続される。第2のTFTのソースに第1
のTFTのドレインが、第2のTFTのドレインに画素
容量CmnLcがそれぞれ接続される。第2のTFTのゲ
ートは全画素に渡って互いに短絡されて、一括駆動ゲー
ト信号線13によりLCD表示素子から外部のタイミン
グ制御回路27に導出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はTFT(薄膜トラ
ンジスタ)アクティブ・マトリックス方式で、かつフィ
ールド・シーケンシャル駆動・カラー表示方式の液晶表
示装置(LCDとも言う)に関し、特に各画素への色デ
ータの書込み速度が、これまでカラーフィルタ方式・T
FT・LCDの6倍程度であったものを理想的な限界値
である3倍程度に遅くしたLCDに関する。
【0002】
【従来の技術】(1)フィールド・シーケンシャル駆動
・カラー表示について 透過型モノクロ画面があるとき、その画面に赤色に対応
する表示を出して、同時に背後から赤色のバックライト
を照射し、赤色表示を得る。次に緑色に対応する表示を
出して緑色のバックライトを照射して緑色表示を得、更
に青色に対応する表示を出して青色のバックライトを照
射して青色表示を得る。このように各色の3フィールド
を1フレームとして順次繰り返し、通常のカラー表示を
得る方式をフィールド・シーケンシャル駆動・カラー表
示方式と呼ぶ。この方式の利点をあげると、 カラー表示を得るのに高価なカラー・フィルタが不
要である。
【0003】 モノクロ画面なので透過率が高く、光
効率が良い。 バックライトの光が直接出力するので色純度の良い
表示画像が得られる。 モノクロ画面なので画素数がカラー・フィルタ方式
に比べて1/3になる。 一方、次の様な欠点もある。
【0004】 異なる3色の光源が必要になり、これ
らのシーケンシャル駆動が必要である。 通常の1フレームが3色並列の信号系へ応用する場
合には、各色のシーケンシャル信号に変換する必要があ
る。 1フレームが3フィールドで構成されるので3倍速
駆動が必要になる。
【0005】これらの欠点は、上記の利点との総合評価
によって埋められ、ある特定の用途では充分に実用的で
あるとされるのが一般的である。しかしながら、特にこ
れをTFTアクティブ・マトリックス液晶表示装置に応
用するときには、更に次の様な欠点が浮上する。 (2)TFTアクティブ・マトリックス液晶駆動方式 TFTアクティブ・マトリックス液晶駆動方式では、1
画面の表示データを各画素に与えるに際し、1行分のデ
ータを同時に書込み、それを垂直方向にスキャンする線
順次書込み(ライン走査)方式を採っている。TFTの
画面への書込み能力には限界があり、1行分の書込みに
ある所定の時間を要し、そうして1画面を書き終えるの
には、その行数に比例した書込み時間を設ける必要があ
る。この書込み時間中は、1画面にすでに書き込まれた
領域の新しい色データと、これから書き込まれる古い色
データが同時に存在する。
【0006】このため、こうした書込み中にはバックラ
イトは消灯して、全画面がある1色のデータに変わるま
で待たなければならない。1画面の書込みが終了して初
めてその色データに対応した色のバックライトが点灯す
る(図6参照)。バックライトの輝度が適度であるよう
にするには、そうして点灯した時間を充分長くして、そ
のままの画面を適度に保持しなければならない。原理的
にはTFTの書込み能力の許す限り短時間に書込み、残
った時間をできるだけ長く点灯保持するのが良い。
【0007】とはいっても、TFTの書き込める限り行
数を多くして大画面高精細パネルを作りたい訳であるか
ら、この双方の要求を満たす最適な設計には、自ずと限
界があるのは明らかである。一方で書込み時間を充分と
って、点灯時間を短くする方法は、バックライトの輝度
を極端に明るくして対応することになるが、これにも限
度があることは容易に想定できる。いずれの場合にも、
単にTFTへの書込み限界やバックライトの輝度限界へ
の挑戦だけでなく、更に、はたして書き込まれたデータ
に対して液晶そのものが充分高速に反応できるのかと言
う、液晶の応答特性にも関与し、議論は単純ではない。
【0008】こうして各種の拘束要因があるので、ここ
ではわかりやすいようにTFTの書込み時間とその色の
点灯時間が共に1/2フィールド時間であるとして、話
を進める。この両者の時間比率は上述のように多少適度
に変更して設定できるのは言うまでもない。この様にラ
イン・スキャン方式のLCDパネルに、フィールド・シ
ーケンシャル方式を適用すると、書込み、点灯の1セッ
トを1サイクルとして3色の表示のため3サイクルが必
要になって、書込み時間は通常のカラー・フィルタ方式
の1/6になる。即ち、3倍速ではなく6倍速スキャン
が必要になってTFTの電流容量、オン抵抗等のオン特
性に対する要求も通常の6倍になるのである。
【0009】図5に従来のTFT・LCDパネルの各画
素の等価回路を示す。第n行目(n=1〜N)のゲート
信号が選択レベルになると、その行に配置されたTFT
mn(m=1〜M)がオンになり、対応する画素容量C
mnLcにデータが書き込まれる。これがn=1,2…N
とスキャンされ、次々の行に書き込まれる。n行目に書
かれた直後の時点では、n行目の画素には新しい色のデ
ータがあるが、n+1行目の画素には以前のデータがあ
って、同時に異なる色のデータが1画面中に存在する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のTFTアクティ
ブ・マトリックス方式で、かつフィールド・シーケンシ
ャル駆動・カラー表示方式のLCDでは、各画素へのデ
ータの書込み速度が、従来のTFTアクティブ・マトリ
ックス方式でカラーフィルタ方式のTFT・LCDの6
倍程度の高速性が必要となる。そのため、画像信号の転
送速度をカラーフィルタ方式の6倍程度にする必要があ
り、TFTの電流容量は、カラーフィルタ方式の場合の
6倍程度、オン抵抗は1/6程度が要求される。
【0011】しかし、この様なTFTを実現するのは困
難であるので、例えばライン数をカラーフィルタ方式
の1/6程度として、ライン1本当たりの選択時間をカ
ラーフィルタ方式と同程度にする。また別の方法とし
て、データの書込み時間を長くし、その長くなった分
だけバックライトの点灯時間を短くし、その代りにより
明るい、従って電力の大きなバックライトを用いる。
【0012】の方法では、画面が粗くなってしまい、
の方法では、電源容量が増え、電源が大型になると言
った問題がある。この発明は、データの書込み速度を従
来のカラーフィルタ方式の3倍程度(理想的な限界値に
近い)に低速化して、これら従来の問題を解決すること
を目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】(1)請求項1の発明
は、TFTアクティブ・マトリックス方式で、かつフィ
ールド・シーケンシャル駆動・カラー表示方式の液晶表
示装置に関する。請求項1では特に、各画素ごとに第
1,第2のTFTが設置される。その第1のTFTのソ
ースに画像信号印加用のソースバスが、ゲートにライン
走査用のゲートバスが、ドレインに画像信号に対するサ
ンプル・ホールド用容量がそれぞれ接続される。第2の
TFTのソースに、第1のTFTのドレインが、第2の
TFTのドレインに画素容量がそれぞれ接続される。第
2のTFTのゲートは全画素に渡って互いに短絡されて
一括駆動ゲート信号線によりLCD表示素子から外部に
導出される。
【0014】(2)請求項2の発明では、前記(1)に
おいて、全行の第1のTFTのゲートにゲート信号が線
順次に与えられ、それに同期した色信号がソースに与え
られ、全行の第1のTFTにゲート信号が順次印加され
た後であって、次の新しいフィールドのゲート信号の印
加が開始される前に、第2のTFTのゲートに選択信号
が与えられる。
【0015】(3)請求項3の発明では、前記(2)に
おいて、第1のTFTを駆動して第1の色のデータを画
面全体に書込み、第2のTFTにゲート選択信号を与え
ると同時に、第1の色のバックライトを点灯し、次に第
1のTFTを駆動して第2の色のデータを画面全体に書
込み、第2のTFTにゲート選択信号を与えると同時
に、第2の色のバックライトを点灯し、以下同様の色表
示を繰り返して、全部でp(pは複数)種の色を混色さ
せ、pより多くの色の表示を得ている。
【0016】(4)請求項4の発明では、前記(1)に
おいて、サンプル・ホールド用容量の値が、画素容量と
同じか、または大きくされている。 (5)請求項5の発明では、前記(1)において、一括
駆動ゲート信号線の数が複数とされている。 (6)請求項6の発明では、前記(1)乃至(3)のい
ずれかにおいて、液晶を交流化駆動している。
【0017】(7)請求項7の発明では、前記(3)に
おいて、第2のTFTのゲートに選択信号を印加すると
同時に、それまで点灯していた有色のバックライトを消
灯し、その消灯した時点より次の新しい色のバックライ
トを点灯するまでの間に、所定時間の消灯期間を設けて
いる。
【0018】
【発明の実施の形態】(1)新TFT・LCDパネルの
構成 この発明の実施例を図1〜図3に示す。図1は全体のブ
ロック図であり、図2は図1のLCDパネル12のより
詳細な図であり、図3は図1のタイミングチャートであ
る。
【0019】1個の画素には直列に2個のTFTam
n,TFTbmnを設置する。TFTamnのソースを
従来のようにソース・バスSBmに接続する。ドレイン
にサンプルホールド用容量Cmnを設置する。この容量の
対向の端子は、直流電位である限り従来のコモン電位、
または回路のグランド基準電位等、特に制約はない。ま
た同時にTFTamnのドレインにTFTbmnのソー
スを接続する。TFTbmnのドレインに従来のように
画素容量CmnLcを接続する。TFTamnのゲートは
従来のようにスキャン信号線(ゲート・バス)GBnに
接続する。TFTbmnのゲートは全画素に渡ってゲー
ト短絡線14で接続して、一括駆動ゲート信号線13を
用いてLCDパネル12より外部に導出する。
【0020】(2)新TFT・LCDパネルの駆動原理 TFTamnは、従来のTFTと同様にライン・スキャ
ンされてゲート選択されるが、従来の画素への書込みの
代わりにサンプル・ホールド用容量Cmnに書き込まれ
る。画素容量CmnLcには書き込まれず、表示画素には
以前の画像がそのまま残るので、こうして書き込んでい
る間、従来の画面の色のバックライトを点灯の状態のま
ま継続できる。1画面(1フィールド)分すべてが書き
替わった時点でこのようなスキャンを停止し、ここで一
括駆動ゲート信号線13に書込み用信号Gtを与える。
これにて全TFTbmnが一気に選択され、全てのサン
プル・ホールド用容量Cmn(m=1〜M,n=1〜N)
の電荷が、TFTbmnを通じて全ての画素に転送され
る。このように1画面中の全画素に新しい色のデータが
一瞬に書き込まれることになり、1画面は瞬時に一新さ
れる。ここで、このような画面切り替えと同時にバック
ライトの色をその画面の色に同期的に切り替えれば、バ
ックライトの消灯時間を設置しなくて良くなる。再び、
次のフレーム動作をしてそれを繰り返せば、結果的に従
来のカラーフィルタを用いたTFT・LCDの駆動の3
倍速スキャンによってフィールド・シーケンシャル駆動
を達成できる。
【0021】(3)TFTamnのオン動作 ソース・バスには画像信号が与えられ、その電位はVa
であるとする。TFTamnがオンになると、その電位
がそのままドレインに伝送されるので、容量Cmnには電
位Vaとなる電荷が貯えられる。ただし、ここでは説明
を容易にするためTFTのゲートにパルスが与えられる
ことによる、ドレインの電位変動は言及しない。この状
態でTFTamnがオフになると、容量Cmnにはそのま
まの電荷が保持される。ここでTFTbmnのゲートが
選択され、これがオンになると、容量Cmnの電荷の一部
は画素容量CmnLcに伝播し、画素に電圧VLcが与え
られる。
【0022】この電圧VLcは次式で表される。 VLc=Va・CmnLc/(Cmn+CmnLc) …… (1) (1)式のように、ソース・バスの電位Vaはそこに繋
がれる容量Cmn,CmnLcの比率CmnLc/(Cmn+C
mnLc)によって分圧され減少するが、比例的に伝播す
ることが分かる。このような電位の減少分は与えるソー
ス・バス信号をあらかじめ大きくしておけばよいから問
題にはならない。ただし、少なくとも言えることは、C
mn>CmnLcであればある程電位の減少率が小さくでき
る。逆に言えば、Cmnは大きくすることが望ましい。た
だし、あまり大きくすると、TFTの書込み能力の限界
に至るので、少なくとも画素容量CmnLcよりも大きく
するのがよい。
【0023】(4)一括駆動ゲート信号線13の駆動 一括駆動ゲート信号線13はゲート短絡線14を通じて
画素の個数と同じ個数のTFTbmn(m=1〜M,n
=1〜N)に接続される。この個数は膨大であるので、
接続されたゲート負荷は巨大なものになる。例えば表示
モードがVGAの場合に、1画素当たりのゲート寄生容
量やゲート・バス容量の総和が0.3pFであっても、全画
素では、0.3(pF)×640×480=約0.1μF にも
なる。ここで、例えば全容量C≒0.1μF に、電流Iを
t=10μS の期間充電して、V=10ボルトに充電す
ると、充電電荷Qは、Q=CV=Itであるから、 I=CV/t=0.1(μF)×10(ボルト)/10(μ
S)=0.1(A) もの電流が流れる。TFTbmnは垂直同期のタイミン
グで動作するので、ミリセカンドオーダーのゆっくりし
た時間幅で制御できるから、このような大電流駆動は必
ずしも必要ではないが、立ち上がり下がりの速度を急峻
にするためには大電流特性を許容した方が良い。このた
め、このような第2のTFTbmnを駆動するための一
括駆動ゲート信号線13は、複数本にして1本当たりの
電流分担を減らすことが望ましい。
【0024】(5)新TFT・LCDパネルの駆動応用 TFTのオン特性には限界があって、書込みと同時に画
像が切り替わるわけではなく、書込み信号Gtが入力し
てから、実際に実用的に画像が切り替わるまでには、T
FTの書込み応答特性(図4D)と、液晶の動作応答特
性(図4E)に依存した所定の時間を要する。この所定
時間中は、直前の色の画像から新しい色の画像に遷移す
る過渡的状況を経由する。このためバックライトの色の
切り替えには、実際の画像の遷移中に消灯する時間を設
けること、また切り替えの遅れ時間に対応する点灯開始
への遅延時間を持たせるのが良い。すなわち、TFTb
mnに一括駆動ゲート信号Gtを与えると同時に、これ
までの色のバックライトは消灯し、画面の色切り替え遷
移中及び液晶の過渡的な応答中はバックライトを消灯
し、液晶の応答後に新しい色のバックライトを点灯する
のが良い(図4F)。
【0025】(6)フィールド・シーケンシャル・カラ
ー表示装置の中間色の色度制御 この方式ではカラー・フィルタを持たないので、バック
ライトの光源の色度がそのまま反映して出力され、色純
度の良い画面が得られる。特にRGB3原色についての
純度については、用いる光源の特性がそのまま出力する
とみなせるが、中間色については複数種の光源の混色を
生じさせるので、画像データとバックライトの輝度及び
その点灯の時間に依存して一義的ではない。逆に言え
ば、画像の中間色色度の調整はバックライトの各色の輝
度の調整によって行え、または各色のバックライトの点
灯の時間によっても行える。点灯の時間制御とはいえ、
これもバックライトの調光の一種であるから、いずれの
方式も中間色の色度の調整はバックライトの調光(輝度
の調整)によって行えると要約できる。
【0026】(7)液晶の交流化駆動 液晶表示装置特有の交流化駆動については、ここでも同
じく交流化が必要であるが、これには今回の新たな発明
によって追加したTFTbmnやサンプル・ホールド用
容量Cmnは無いものとみなした、従来のままの交流化方
式を取り得て、フレーム間交流、行間交流、列間交流、
行列間交流のいずれもとることができる。すなわち、こ
れはTFTamnが従来のパネルのTFTと同じもので
あるとみなした駆動と同様である。
【0027】(8)フィールド・シーケンシャル駆動T
FT・LCD装置の構成 図1のブロック図から分かるように、カラーフィルタを
用いるTFT・LCDと主に異なる点は、3色並列色
信号/3色シーケンシャル色信号変換回路28と3色の
バックライト23R,23G,23Bを有する点であ
る。変換回路28の出力SCSはソースドライバ21に
供給される。3色のバックライト23R,23G,23
Bの点滅はタイミング制御回路27のバックライト制御
信号BCr,BCg,BCbによって行われる。
【0028】水平同期信号Hs 及び垂直同期信号Vがタ
イミング制御回路27に与えられ、該制御回路27はこ
れらの同期信号に同期して、ソースドライバ制御信号S
DC及びゲートドライバ制御信号GDCを生成する。こ
の発明では、該制御回路27は一括駆動ゲート信号線1
3を通じて全画素のTFTbのゲートに一斉に書込信号
Gtを印加する。
【0029】
【発明の効果】この発明では、各画素ごとに2個のTF
Tを縦続に接続し、1個目のTFTに容量Cmnを負荷に
したサンプルホールド回路を構成し、線順次に1フィー
ルド分のデータをサンプルホールドする。2個目のTF
Tによってそのサンプルホールドした全てのデータを全
画素容量CmnLcに一斉に転送し、それとほゞ同時に対
応する色のバックライトを点灯して画像表示を行う。
【0030】このようにすると、あるフィールドで容量
Cmnにデータを書き込んでいる間、前のフィールドで書
き込んだデータを点灯表示することができる。従って、
書込期間は従来の1/2フィールドからほゞ1フィール
ドに拡げることができる。言い換えると、書込速度はカ
ラーフィルタ方式TFT・LCDの6倍程度から3倍程
度の理想的な限界値に近づけることができる。
【0031】従って、TFTの電流容量及びオン抵抗に
対する要求が緩和され、従来の画面が粗くなる問題や、
電源が大型化されると言った問題も解決される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】図1のLCDパネル12の詳細を示す回路図。
【図3】図1の要部のタイミングチャート。
【図4】図1の要部の変形したタイミングチャート。
【図5】従来のフィールド・シーケンシャル駆動方式の
TFT・LCDパネルの回路図。
【図6】図5の要部のタイミングチャート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本杉 功寿 兵庫県神戸市西区高塚台4丁目3番1 ホ シデン・フィリップス・ディスプレイ株式 会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TFTアクティブ・マトリックス方式
    で、かつフィールド・シーケンシャル駆動・カラー表示
    方式の液晶表示装置において、 各画素ごとに第1,第2のTFTが設置され、 その第1のTFTのソースに画像信号印加用のソースバ
    スが、ゲートにライン走査用のゲートバスが、ドレイン
    に画像信号に対するサンプル・ホールド用容量がそれぞ
    れ接続され、 前記第2のTFTのソースに、前記第1のTFTのドレ
    インが、第2のTFTのドレインに画素容量がそれぞれ
    接続され、 前記第2のTFTのゲートは全画素に渡って互いに短絡
    されて、一括駆動ゲート信号線によりLCD表示素子か
    ら外部に導出されてい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、全行の前記第1のT
    FTのゲートにゲート信号が線順次に与えられ、それに
    同期した色信号がソースに与えられ、全行の第1のTF
    Tにゲート信号が順次印加された後であって、次の新し
    いフィールドのゲート信号の印加が開始される前に、前
    記第2のTFTのゲートに選択信号が与えられることを
    特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記第1のTFTを
    駆動して第1の色のデータを画面全体に書込み、前記第
    2のTFTにゲート選択信号を与えると同時に、前記第
    1の色のバックライトを点灯し、次に第1のTFTを駆
    動して第2の色のデータを画面全体に書込み、第2のT
    FTにゲート選択信号を与えると同時に、前記第2の色
    のバックライトを点灯し、以下同様の色表示を繰り返し
    て、全部でp(pは複数)種の色を混色させ、pより多
    くの色の表示を得ることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記サンプル・ホー
    ルド用容量の値が、前記画素容量と同じか、または大き
    いことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記一括駆動ゲート
    信号線の数が複数であることを特徴とする液晶表示装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、液
    晶を交流化駆動することを特徴とする液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 請求項3において、前記第2のTFTの
    ゲートに選択信号を印加すると同時に、それまで点灯し
    ていた有色のバックライトを消灯し、その消灯した時点
    より次の新しい色のバックライトを点灯するまでの間
    に、所定時間の消灯期間を設けることを特徴とする液晶
    表示装置。
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