JPS60134293A - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、カラー液晶表示装置に関するもので、特にテ
レビ画像等を表示するマトリックス型表示絵素パターン
に対応したモザイク状の着色体を備え、各絵素にスイッ
チングトランジスタを付加したマトリックス型液晶表示
装置の駆動方法に関するものである。

〈従来技術〉 スイッチングトランジスタを用いたマトリックス型液晶
表示装置は、液晶表示パネル内にスイッチングトランジ
スタを組み込むことにより、デユーティ比の小さい即ち
多ラインのマルチプレックス駆動を行っても、高コント
ラスト表示を可能にする表示装置であり、一般に第１図
に示されるような等価回路で表わされる。第１図におい
て１１はスイッチングトランジスタであり、単結晶、多
結晶または非晶質のＳｉやＴｅ、　ＣｄＳｅ等を半導体
とした電界効果型トランジスタが用いられる。１２け行
電極、１３は列電極でそれぞれトランジスタ１１のゲー
ト電極、ソース電極に接続されている。

１４は表示絵素電極上対向電極の間に挾まれた液晶層の
静電容量であジ、１５は液晶層の電荷蓄積能力が不十分
な場合に設けられる嚇積コンデンサーである。

カラー液晶表示パネルではドツトマトリックス状に配列
された多数の絵素電極に対応して配設されたストライプ
状又はモザイク状のカラーフィルタ等の着色体を有し、
各絵素にそれ七対応する色に応じた映像信号を印加する
ことにより、カラーＣＲＴ（ブラウン管）と同じ原理で
加色混合された中間色を含む任意の映像を表示すること
ができる。

通常、着色体の色としては、加法三原色が選ばれる。着
色体としては、偏光板、干渉フィルター、無機若しくは
有機の染料あるいは顔料からなるフィルター等が用いら
れる。着色体は液晶表示パネルを構成する基板の外面に
設けても内面に設けても良い。後者の場合には、絵素電
極または共通電極の上に設けても下に設けても良い。

カラーフィルタから成る着色体の配列形態にはストライ
プ状、モザイク状があり、前者には第２図（Ａ）Ｋ示す
縦ストライプ型、第２図（Ｂ）に示す横ストライプ型、
後者には第２図（Ｃ）に示す９絵素階段型、第２図（Ｄ
）に示す縦６絵素型、第２図（Ｅ）に示す横６絵素型、
第２図碩）に示す４絵素型等があジ、さらにそれらのバ
リエーションがある。これらの各種パターンｔ／ｉ縦及
び横方向きも周期的である〇本発明で重要な要素きなる
縦方向の周期ｎＩ″ｉ第２図囚でＩ′ｉ１絵素、同０３
）（Ｃ）■）では３絵素、同（Ｅ）（Ｆ）でＩｉ２絵素
である。

上記液晶表示装置の動作原理を第１図の等価回路および
第３図の駆動信号波形を用いて説明する。

″第３図（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ１番目および（ｉ＋１
）番目の行電極１２に印加される走査パルスであり、全
走査時間をＴ走査線数音Ｎとした時、ＴのうちＨ＝Ｔ／
Ｎの時間だけトランジスタをオン状態トするような波形
が、図に示したように一行ずつ順次オン状態となるよう
に各行電極１２に印加される。

第３図（Ｃ）は３番目の列電極１３に印加されるデータ
信号波形である。第ｊ列の各行のトランジスタが順次オ
ン状態上なるのに同期して、それぞれの行の絵素にかけ
る電圧に対応した電圧波形が列電極Ｂに印加される。第
３図（Ｑは第３列の、第１行の絵素にＶボルト、他のす
べての絵素にゼロボルトの電圧全印加する場合を示して
いる。尚データ信号波形は液晶を交流駆動するため走査
毎に極性全反転する形で印加される。

まず第１図において、第ｉ行−第Ｊ列の絵素につｂて考
える。トランジスタＪ］がオン状態になると、トランジ
スタのオン抵抗Ｒ８Ｎを通して列電極から液晶および蓄
積コンデンサに電荷が充電され、表示絵素電極の電位は
データ信号上回じ＋Ｖとなる。次にトランジスタがオフ
状態となると充電された電荷はそのまま保持されるので
表示絵素電極の電位は十Ｖのまま保持される。トランジ
スタが次に再ひオン状態となると同様にして表示絵素電
極の電位が−Ｖになるように充電が行われ、次のオフ状
態の間その値を保持する。その結果として表示絵素電極
にＩｉ第３図（ｄ）に示すようにほぼ矩形に近い電圧波
形が印加されることになり、対向電極の電位をゼロボル
ト、■の値を液晶のしきい値以上にすると液晶はオン状
態となる。

次に第（ｉ＋１）行−第ｊ列の絵素について考えるとこ
の場合には表示絵素電極は第３図（ｅ）に示すようにゼ
ロボルトに充電されそして保持されるので液晶には電圧
が印加されずオフ状態となる。

以上のように上記の液晶表示装置では、マルチプレック
ス駆動を行っているにもががねらず、スタティック駆動
と同等な電圧が液晶に印加されるため、高コントラスト
の表示が得られるものである０ 尚、前述の説明では簡単の為にデータ信号は±Ｖボルト
対向電極は接地する場合について示したが、対向電極に
フィールド毎に極性の反転する矩形波またげランプ波を
印加する方法もある。この方法には次のような長所があ
る。

（１）　アナログ信号の電圧振幅が小さくてすむので、
アナログ信号処理回路の消費電力が少なくなる〇（２）
　コントラストとバイアス（ＣＲＴの場合のＢＲＩＧＨ
ＴＮＥＳＳに相当する）を独立に調節することが可能に
なるので画像調整が容易になる。

特にバイアスが独立して調節できる七いうことは視角の
調整に有効である。

上記駆動法を説明する為にツィステッドネマティック（
ＴＮ）型液晶表示装置に於ける印加電圧対透過率の関係
を第４図に示す。図中の実線は液晶表示パネルの前背面
に設置される２枚の偏光板の偏光軸を平行に設定した場
合破線はこれらを直交させて設定した場合である。以下
、前者を例にとって説明するが後者の場合には白レベル
と黒レベルを反転すれば全く同じ意味となる。第４図に
示すように印加電圧がｖｔｈ以下の時は透過率はほとん
ど変化しないが、ｖｔｈからＶｓａｔの間では大きく変
化しＶｓａｔｋ超えると飽和状態に近刊く。

ＴＮ型の場合Ｖ　ｔ　ｂ　Ｉｄ約２Ｖ、Ｖｓａｔは約３
Ｖである。従って黒レベルを約２Ｖ、白レベルを約３ｖ
に設定すれば中間調がほぼ忠実に再現できることになる
。液晶を交流駆動する為に極性を反転するので、対向電
極を接地する方式ではデータ信号は最大±３■ニ６ＶＰ
　、の振幅となる。一般にアナログ回路では電源電圧は
扱う信号電圧の最大値よりも大きくなければならず、消
費電力は犬ま力）にいって電源電圧の２乗に比例する。

従って、この場合の消費電力は後述の対向電極に矩形波
またはランプ波を印加する方式に比べて非常に大きなも
のとなる。またこの方式ではデータ信号を扱う回路のゲ
インを変化させると白レベルと黒レベルが連動して変化
する、つまりコントラストとノ＼イアスが連動して変化
する。コントラストとノ〜イアス全独立シて調節する為
にはレベルシフト回路に導入する等の手段を講しなけれ
ばならない。これにひきかえ、対向電極に電圧？印加す
る方式で月信号の白レベルを（Ｖｓａｔ”Ｖｔｈ）／２
、黒レベルを−（Ｖｓａｔ−Ｖｔｈ）／２　とし、対向
電極には−（Ｖｓａ　ｔ＋Ｖｔｈ）　／　２の電圧を印
加する。ＴＨの場合にはそれぞれＯ，５Ｖ、　−０，５
Ｖ、−２，５Ｖとなり液晶にハ白レベルで３Ｖ、黒レベ
ルで２Ｖの電圧が印加される。交流駆動の為にフィール
ド毎に全ての極性を反転する。このようにするとデータ
信号の振幅は±０．５Ｖ−］ＶＰ　、となり対極接地方
式の１／６となる０また消費電力は約１／３６に低減さ
れる。

またこの方式ではデータ信号の振幅がコントラストに対
応し、対向電極に印加する電圧がバイアスに相当するの
で、両者を独立して調整することができる。

尚、ランプ波を印加する方法は ＴＰＴのオフ抵抗が十分でない場合や、液晶パネルに接
近して観察する場合に液晶パネルの上下方向の位置によ
って視角が変化すること等による直線的な表示ムラを補
正することを企図する駆動方法である。

上述の駆動方法では、充電の時定数Ｒ６Ｎ−ＣＬ（Ｒｏ
Ｎはトランジスタのオン抵抗、ＣＬは液晶および蓄積コ
ンデンサの並列容量）が走査パルスの幅Ｈに比べて十分
に短かくなるように設定し、表示絵素電極の電位がデー
タ信号波形の電圧Ｖに等しくなるまで十分に充電が行わ
れるようにすることが望ましい。もし時定数が、Ｈに比
べて十分小さい値ではなく、表示絵素電極に対して十分
な充電が行われないとすると、第５図に示すように、列
電極にＶの電圧全印加しても実際液晶ｅこホ■１の電圧
しかかからないからである。きらにこの様な状態では、
液晶に印加される電圧■１は、ＲＯＮ・ＣＬの値により
変化するため、表示装置１り内の各絵素にＲｏＮおよび
ＣＬの値のバラツキがあると、それらが表示コントラス
トに反映され、テレビ画像のような中間調を必要とする
表示では大きな障害となる。

上述の駆動方法では走査パルスの幅ＨはＨ＝（全走査時
間二Ｔ）÷（走査線数二Ｎ）で計算さｈ仝が、液晶のち
らつきの問題からＴｆ大きくすることができないため、
Ｈｋ大きくするのには限界がある。容量ＣＬについては
電荷保持機能の点で小さくすることはむずかしい０また
オン抵抗についても、例えば非晶質のＳｉのように導電
率の低い半４［−用いたトランジスタではその値を十分
に小さくすることができない場合があり、その様な場合
には上述のような問題が生じる。

〈発明の目的〉 本発明は、マトリックス型液晶表示装置の従来の駆動方
法における上記問題点に鑑みてなされたものでアリ、ス
イッチングトランジスタのオン抵抗を十分に小さくする
ことができない場合においても、良好な表示コントラス
トを得ることができる新規有用な液晶表示装置の駆動方
法を提供することを目的とするものである。

〈発明の基本原理〉 本発明の駆動方法の特徴は、カラーパターンの縦方向の
周期がｎ絵素の場合、本来のデータ信号での充電に先立
ってｎ行前の同じ色配列の絵素のデータ信号で予備充電
するこ七により、走査パルスの幅を実質的に広げたのと
同じ効果をもたらすもので、第６図はその駆動波形であ
る。尚、図は縦方向の色同期が３絵素である９絵素型パ
ターン（第２図（Ｃ））に於いて走査パルスを２回印加
する場合を例として示したものである。第６図において
（３）乃至（Ｄ）はそれぞれい−３）乃至１番目の行電
極に加える走査パルスの波形、（匂は第３列の列電極に
加えるデータ信号波形である。従来方法の駆動波形（Ｆ
）と比較して、本発明による駆動波形（Ｇ）でｌｄｎ行
前の同じ色配列のデータ信号で予備充電することにより
走査パルスの幅を実質的に広げた形になっている。第１
行−第３列の絵素を例にとりその動作原理を説明する。

（Ｇ）は第ｉ行−第ｊ列の表示絵素電極の電位を表わし
たもので、Ｖｉ　−ｎ、　ＶｉＶｉそれぞれ第（ｉ−ｎ
）行、第」行に対応するデータ電圧である。まず各フィ
ールドの最初には各絵素電極は前フィールドで逆極性に
充電されている。次にＨｉ−ｎの期間中トランジスタが
オン状態になると、第ｉ行−第Ｊ列の表示絵素電極は、
ｎ行前のデータ電圧Ｖｉ　−ｎに向かって予備充電が行
われる。そしてＨｉ−ｎ＋１〜Ｈｉ−１の期間は一旦オ
フ状態になり次のＨｌの期間では再ひオン状態になり、
本来のデータ電圧Ｖｉに向かって充電が行イつれるため
、結果として第６図０）の充電曲線となり、第６図（Ｆ
）に示す従来方法の場合と比べて高い電圧まで充電が行
われる○テレビ画像表示のようにＶｉ−ｎとＶｉが同色
のデータ信号でありその相関が高い場合には、上述のよ
うに走査パルスを２回印加することにより、幅を広げず
にＲ６Ｎ−ＣＬをＩ／２にすることと同じ効果が得られ
る。

上述のように走査パルスの幅を広げた場合、幅を広げず
にＲ８Ｎ−ＣＬを小さくした場合と異なりＶｉ−ｎとｖ
ｌの差により誤差を出しるが、通常の映像信号のように
Ｖｉ−ｎとＶｉの相関が高く走査パルスを印加する回数
が全走査本数に対してあまり大きくない場合にはその値
は液晶の駆動電圧に比へて十分小さく問題とはならない
。

尚、上述の例では縦方向の色同期が３絵素の場合につい
て説明したが、色同期が２絵素またはそれ以外の場合に
も本発明が適用されるのはいうまでもない。またパルス
数も２回に限定されるものでもない。

〈実施例〉 第７図（５）（Ｂ）は本発明の１実施例全説明する駆動
回路のブロック図および波形図である。液晶パネル２１
は行電極と列電極でマトリックス電極が形成され、その
交点にスイッチングトランジスタが付加されている。ス
イッチングトランジスタとしでは例えばアモルファスン
リコンを用いた薄膜トランジスタやシリコン基板上に形
成したＭＯＳＦＥＴが用いられる。２２はソフトレジス
タ、サンプル・ホールド等から成る列電極ドライバーで
、データ制御部２３から送られるデータ信号Ｄ’ｔ、信
号制御部２４からのクロックφ１に同期してサンプルホ
ールドし、φ２に同期して各列電極へ出する。各列電極
はスイッチングトランジスタのソース電極に接続されて
いる。２５は、ソフトレジスタから成る行電極ドライバ
ーで、信号制御部２４から送られる基本走査パルスＳを
クロックφ２で順次ンフトさせることにより、各行電極
へ走査パルスを出力する。各行電極はスイッチングトラ
ンジスタのゲート電極に接続されており、スイッチング
トランジスタのオンオフを制御する。この時、基本走査
パルスＳを色同期と同期した複数のパルス列とすること
により、走査パルスの数を変化させることができる。尚
、本駆動回路の構成は従来の駆動方法の場合とほぼ同じ
であり、従来の駆動回路において基本走査パルスＳの数
を変更することにょリ、容易に本駆動方法に適用可能で
ある。スイッチングトランジスタの各ゲートが接続され
ている行電極に印加されるパルスは、■−フィールド時
間÷行電極数とするとき、そのパルス幅がＨで（ｎ−１
）ＸＨの間隔を有する一連の複数パルスで構成されるこ
ととなる。

〈発明の効果〉 以上の如く水元１Ｊｉｒｊ、スイッチングトランジスタ
を通しての表示絵素電極への充電が不十分であるために
生じる電圧降下、表示特性の悪化を軽減することができ
る２、有効な駆動方法であり、大容量ＸＹマ）　ＩＪソ
クス型液晶表示装置全駆動する上で極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図はスイッチングトランジスタを伺加したマトリッ
クス型液晶表示装置の等価回路図である。 第２図は着色パターンを例示する説明図である。 第３図は従来の駆動方法における各電極の信号波形図で
ある。第４図はＴＮ型液晶表示に於ける印加電圧対透過
率特性である。第５図は表示絵素電極への充電が不十分
な場合の電圧誤差を示す充電曲線である。第６図は本発
明の駆動方法の１実施例を示す各電極の信号波形図であ
る。第７図は本発明の１実施例を説明する回路構成のブ
Ｏワク図およびその信号波形図である。 １１・・・スイッチングトランジスタ、１２・行電極、
１３・・・列電極、２１・・・液晶パネル、２２・・列
電極ドライバ、２５・・・行電極ドライバ。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦　（他２名）第１図 （Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）　（ （Ｄ）　（Ｅ）　（Ｆ） 第２ｍ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　マトリックス状に配列された絵素の各々にスイッ
   チングトランジスタが付加され、各絵素に対応したモザ
   イク状の着色手段が共役されてなるカラー画像表示用液
   晶表示装置に於いて、該モザイク状の着色手段の縦方向
   の色同期’（ｒｎ絵素とし、フィールド時間÷行電極数
   −Ｈとした場合にスイッチングトランジスタの各ゲート
   が接続されている行電極に印加されるパルスをパルス幅
   が■］で（ｎ−１）ＸＨの間隔を有する一連の複数パル
   スで構成したことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法
   。 ２　スイッチングトランジスタとしてアモルファスンリ
   コンから成る薄膜トランジスタを用いた特許請求の範囲
   第１項記載の液晶表示装置ｔｆの駆動方法。