JPS6388523A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は液晶表示装置に係わり、特にテレビジョン映
像やパーソナルコンピュータ等の映像を表示可能にする
アクティブマトリックス型液晶表示装置とその駆動方法
に関する。

〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕現在、
液晶表示装置は低価格、低消費電力であると共にカラー
フィルタを液晶表示体に一体化することにより容易にフ
ルカラー表示が実現できるため、多くの情報端末表示装
置として使われている。更にオフィス内の情報処理機器
の端末表示値カであるＶＤＴの代替え、あるいは室内に
あっては会議や劇場等の表示装置、更には屋外設置の表
示装置へと適用範囲を拡大に展開しつつある。

一般に液晶表示装置は、透明導電膜の電極パターンが形
成された２枚のガラス基板間に液晶を注入して構成され
、この２枚のガラス基板の透明導電ｎ便の電極パターン
に所定の電圧を印加することで液晶の光スイツチ動作機
能を可能にしている。

現在このような液晶表示装置にはセグメント型、単純マ
トリックス型、アクティブマトリックス型がある。

セグメント型の液晶表示装置は各セル毎に１つの取り出
し電極配線と対向する基板の電極が必要であるため画素
数をｍ　ｎ　ｔ＝　ｍとすればそれぞれの液晶セル基板
から取り出す電極配線の数はｎｘｍ川本用なる。

ψ純マトリックス型の液晶表示装置では一方の基板に０
本の走査線となる透明電極パターン配線を設け、他方の
基板に横ｍ本のデータ線となる透明電極パターン配線を
設は交点を画素とする。従って単純マトリックス型液晶
表示装置ではｎ＋ｍ本の電極配線の取り出しが必要とな
る。

アクティブマトリックス型液晶表示装置では２枚のガラ
ス基板のいずれか一方に、例えばアモルファスシリコン
やポリシリコンなどの半導体薄膜を用いた薄膜トランジ
スタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）を形成する。

このＴ　Ｆ　’ｒはマトリックス配線の交点に配置され
、例えば縦ｎ本の走査線となるゲート電極配線と横ｍ本
のデータＷ　＋’ｌ’ｒ配腺とが■合わされて構成され
、所定の唯一のゲート電極配線を選択状態にしたときデ
ータ電極配線に加えられた電圧がＴＰＴを通して液晶セ
ルの画素電価に伝達保持される。そうして′ｒ　Ｆ　Ｔ
が設けられた基板の画素電極と対向する基板に設けられ
た共通の透明電極との間で液晶の光スイツチ動作を可能
にするものであり、このアクティブマトリックス型液晶
表示装置での電極配線取り出し数はｎ＋ｍ＋１本となる
。

このように液晶の構成の違いによって基板周辺に取り出
す電極配線の数が異なる。従って、セグメント型の液晶
表示装置では簡単な英数字のパターンを作り出すには有
効だが、画素数が多いと駆動回路や結線に困難が生じる
。このため一般に多数個の表示素子を縦横に４ｒべて英
数字に限らず絵や特殊な文字やグラフなどを表示する場
合には単純マトリックス型或いはアクティダマ１−リツ
クス型の表示装置が使われている。

マトリックス型液晶表示装置の駆動方法は、まずデータ
電極配線の各々に印加電圧を与え所望の走査線を所定時
間選択する。次二ここの各データ線の印加電圧を切り替
えて次の走査線を選択する。

このように走：Ｌ線に対応する各データ線の印加電圧を
切り替えては走査線の選択を切り替える動作を、人間の
目に支障のない走査スピードを持って繰返し行う表示駆
動いわゆる線順次走査方式により画像を作り出す方法が
−Ｃに行われていた。

しかし、単純マトリックス型液晶表示装置の場合には結
線及び外部回路に接続するＩ　／　０５ｔＩ子（入出力
端子）が少なくなりその結線が容易となるものの、液晶
セル自体がコンデンサ成分すなわち電気的に双方向性の
性質を持っており、液晶セルを通して流れる電流や流れ
た電流によって生じた電圧が、選択しようとする画素以
外にも流れて正規の画素を作り出せなくなる８そこで単
純マド２ノックス型液晶表示装置では、走査線とデータ
線に与える電圧の条件をＯＮレベルとＯＦＦレヘレベル
って変更する必要があり、このｔ圧しベル条件はマトリ
ックス配線の本数によってそのつど変更するなど複雑な
（３号処理を必要としていた。またこのような走査線と
データ線の電圧レベルの紺合せ駆動を行う必要性から、
一般に２値の百本表示に限られており、アナログ表示を
もっス：画像データを表現するには適していなかった。

更に、印カロ時間すなわちデユーティは必要走査線数で
分割した条件となるのでコントラストを高くすることが
望めない等の欠点があった。

一方Ｔ　Ｐ　Ｔを用いたアクティダマ１−リツクス型の
液晶表示装置は、上述した華純マｌリックス型液晶表示
装置の欠点であるコントラスト向トとアナログ表示を可
能として出現している。すなわちマトリックス配線の各
交点に設けられたＴＰＴにより所定の時間に繰返し画像
データを独立して液晶セルの電極に蓄積することができ
るため、セル相互の干渉がなくなるばかりでなく、自由
な電圧レベルや各セル毎に所望の電位を保持することが
できるものである。−１’Ｇにデータ線に印加する画像
情報としての電圧レベルは液晶表示装置の駆動方法の特
徴である走査線の選択毎にコモン電圧（共通電極）を基
準にして反転した走査を行う。

このときコモン電極の電圧は一定であるから実質的に各
データ線に与える画像情報の電圧は２１ｎの電圧振幅が
必要となる。このため、液晶表示装置の低電圧駆動であ
ることの特徴が失われ、実際にはＴ　Ｔ　ＬレベルのＩ
Ｃだけの構成とした駆動回路とすることができない等１
ｃとの結合性に欠ける、という問題が生しる。また、コ
モン電極を一定の電圧にしておき、ＴＰＴのゲート電極
にパルス信号を印Ｊｎ＋　した際、このパルス信号がコ
モン電極に突き抜けて他のゲート電極や画素電極に微妙
な相互干渉を起こして正しい画像を作り出すことができ
なくなる。そこであらかじめコモン電極の電圧レベルを
ゲ〜トパルスの突き抜けに対処する電位に調整するなど
して対処していたが、実際にはフレーム走査毎に画像情
報の輝度バランスを崩す結果となっていた。

この発明の目的はアクティブマトリつクス型液晶表示装
置の液晶セルの画素電極に印加する電圧レベルを高くす
ることなくアナログ表示ができ、且つスタティック表示
動作を可能にした液晶表示装置を提イ杖する、二とと１
−ある。

〔発明の概要〕

本発明は、液晶を挟持する２枚の平行平板の透明基板の
一方の基板にＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）とこのＴＰ
Ｔを駆動する複数本のゲート電極配線と複数本のデータ
電極配線を備え、他方の基板にはゲート電極配線と平行
し゛ζ複数本のコモン電極配線が設けられる。そうして
、このコモン電極配線には対応したゲート電株配線にパ
ルス信号が印加される毎に反転した電位が与えられる。

この際のデータ電極配線に与える画像データ電位は表示
をＯＮとするときコモン電極配線の電位との間に電位差
を生じるように４え、表示をＯＦ　Ｆとするときコモン
電極配線の電位と同電位とする。

また液晶セル自体のキャパシタンス成分と抵抗成分で決
まる時定数に従うリークがあり、ＴＰＴを通して画素電
極に書き込まれた画像電位が次の書き込みまでに変化し
て表示動作を崩す、このことを補正するためにコモン電
極の各々に画素セルの時定数に合わせた電圧レベル変化
分を与える。

（発明の効果〕 フレーｌ、走査毎にコモン電極配線に与える′層圧レベ
ルを各々独立して順次交流駆動することにより繰返しス
ピードを遅くすることなくできるので画像のフリッカの
ない品位の高い画像を再現できる。

また、各コモン電極配線と画素電極との電位差を大きく
することができるので実質的な駆動電圧を低くすること
ができる。

更にゲート電極配線への信号パルス印加の際、コモン電
極を通して他の画素電極への電位の突き抜けの影響がな
くなるなど相互干渉が起こらないので、正規の画像表示
が可能となるものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第１図乃至第９図を参照して説明
する。

まず本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装置の
構成とその駆動方法を第１図〜第５図を併用して説明す
る。

第１図において、Ｇ　１−Ｇ　ｎはゲート電極配線、Ｄ
　Ｉ　−Ｄ　ｍはデータ電極配線、ｐＨ−Ｐｎｍはゲー
ト電極配Ｌ’Ｘ　Ｇ　１−　Ｇ　ｎとデータ電極配線Ｄ
１〜Ｄｍの交点付近に配置された画素セル、ｌと２と３
は各々画素セルＰ１１〜Ｐｎｎ＋内のＴＰＴ（７ｉＪ膜
トランジスタ）と画素電極と液晶セル、ｃｉ−ｃｎはコ
モン電極配線である。第３図は、第１図の１つの画素セ
ルの等価回路を示す回路図である。

図において、ｇはゲート電極、Ｓはソース電極、ｄはド
レイン電極、ＣＬＣは液晶セルの等酒客Ｙ成分、ＲＬＣ
は液晶セルの等価抵抗成分を示す。

本発明の実施例に於けるアクティブマトリックス型液晶
表示装置の製造方法を第４図及び第５図を参照して、説
明しながら本実施例の構成を説明する。第４図はこの液
晶表示装置の部分平面図、第５図は第４図のｖ−ｖ’線
部分断面図である。

第５図に示すように、まず約２ｍｍの厚さの７１−リッ
クス基板を構成する透明ガラス基板ｌＯＴに例えば２０
００オングストロームのモリブデン薄膜を付着し、Ｐ　
Ｅ　Ｐ　（Ｐｈｏｔｏ　Ｅｎｇｒａｖｉｎｇ　Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ）技術によりゲート電極配線Ｇｌ−Ｇｎ及びゲー
ト電極ｇを形成する。次に約２０００オングストローム
のシリコン酸化膜（層間絶縁膜）２０をＣＶＤ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉ口ｏｎ）　法
により付着し、このシリコン酸化膜２０上の所望のゲー
ト１掻り部上に例えばアモルファスシリコンからなる半
導体１咬３０をＣＶＤ法により約３０００オングストロ
ーム付着し、しかるのちＰＥＰ技術を用いて島状のパタ
ーンに形成する。次に約３０００オンゲストローｌ、の
ＩＴＯ（□インジウム・チン・オキサイド）からなる透
明導電膜を付着し７、このＰＥ■）技術を用いてバクー
ン化して画素電極２を形成する０次いで杓１μｍのアル
ミニウム膜をスバフタ或いは蒸着で付着し、史にＰＰＰ
技術を用いて画素電極２との接続をなすドレイン′屯極
ｄと、データ電極配線Ｄ　Ｉ　−Ｄ　ｍとの接続をなす
ソース電極Ｓを形成する。またこのときゲート電極配線
６１〜Ｇｎと絶縁膜を介して直行するデータ配ｋｌ　Ｄ
Ｉ−Ｄｍも同時に形成すればＴＰＴ構成のアクティブマ
トリックスＢ　＜Ｈを完成させることができる。

一方のガラス基板５０上にはＩＴＯなどの透明導電膜の
コモン電極配線Ｃ及びＣ１〜Ｃ０のパターンを形成する
。このコモン電極配線ＣおよびＣ１〜Ｃｎとゲート電極
配線Ｇ及びＧｌ−Ｇｎのパターンが互いに平行して対向
するように２枚のガラス基板を所定間隔を持って挟持し
、この隙間に液晶４０を注入して画素電極２とコモン電
極配線Ｃ１ＣＩ−Ｃｎとの間を液晶セル３　（第１回）
としてアクティブマトリックス型液晶表示装置を完成す
る。

こうして得られた液晶表示装置の基板を表示するための
駆動方法は、まず第２図に示すように各４ｆｆｉ配線に
例えばＮＴＳＣ方式などのテレビジョン信号走査に於け
る垂直間！ｉｌｌ信号と水平同期信３更には画素信号の
各信号を与える。第２図に於いてＴは約１７ｍ秒のテレ
ビジョン走査信号の垂直同期信号の周期、ｔｌは杓６３
．５μ秒の水平同期信号の周期、またｔ２は水モ同朋信
号到来毎（水平同期信号が立上がる毎）に作られる約１
０８秒のゲート印加パルス信号のパルス幅である。

データ電極配線Ｄｉ、Ｄ２、Ｄ３、・・・Ｄｍへ出力す
る画素データの切り替えは各ゲート電極配ｕＧＩＳＧ２
、Ｇ３、−Ｇｎにパルス輻ｔ２のゲートパルス（３号が
印加される事前すなわぢ６３．５ｔｔ秒−Ｉ　Ｏｔｔ秒
間の約５０μ秒間に行われ、例えば４トンプリングホ一
ルド回路（図示せず）により１９４７分の画素データが
書込まれ所定期間ホールドされろ。この画像データは各
データ？１ｌｉ４７５配線ＤＩ、Ｄ２、Ｄ３、−−−Ｄ
ｍからＴＦＴ　１のソース電極５からドレイン電極ｄを
通して画素電極２へ転送されて画素型Ｐｉ１２とコモン
電極配線ＣＩ、Ｃ２、Ｃ３、・−−Ｃｍ間の液晶セル３
に印加電圧として与えられる。

一方コモン電極配線ＣＩ、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎの切
り替えは、ゲート電極配線Ｃ１がオンとなると同時にコ
モン電極配線Ｃ１のレベルが高レベルカラ低レベルまた
は低レベルかう高しベルヘ変化し、このコモン電極配線
ＣＩのレベルはゲート電極配線Ｇ１が次にオンとなるま
で高レベルまたは低レベルの電位で保持される。そうし
てゲート電極配線Ｇｌとコモン電極配線Ｃ１から次のゲ
ート電極配線Ｇ２とコモン電極配線Ｃ２への信号切替え
は水平間！ＩＪＩ信号到来毎（１１毎）に行われ、同様
にＧ３、Ｇ　４　、Ｇ　５、・・・Ｇｎと０３、（じ４
、Ｃ５、・・・Ｃｎと順次信号走査の移動が行われる。

そうして１〜記各電極配線への４３号走査を１！ｌ’　
ｌｈｌして行えばテレビジョン信号からの影像をリアル
タイムで映し出すことができる。

次に第６図から第９図を用いて本発明に係わる他の実施
例についてその駆動回路と駆動方法について説明する。

駆動方法の基本構成は上記実施例で画像表示可能である
が、液晶に印加する画像データの変化で表示画像に微妙
な誤動作が起こる。

すなわち、−Ｃにアクティブマトリックス型の液晶表示
装置ではゲート電極配線Ｇがイン期間にＴＦＴＩのソー
ス電極Ｓとドレイン電極ｄは導通し、画素電極２の電圧
は液晶セルの等価キャパシタンスＣＬＣ（第３図）に蓄
えられ、この電圧は次にゲート電極配線Ｇをオンするま
でこのキャパシタンスＣＬ　Ｃに蓄えられるが、液晶の
ジー２１氏抗ＲＬＣ（第３図）により放電するため電圧
レベルが変化するものである。これには液晶セル自体の
抵抗成分Ｒ１、Ｃを大きくすることと、液晶セルと並列
に保持容量（図示せず）を抱き合わせて時定数を大きく
すること等の工夫が必要だが、必要以上に時定数を大き
くするとＴＰＴのオン動作の抵抗成分との組合せで液晶
セル電極に十分な画像データの書き込みが行われなくな
る。しかしながら保持容量があっても実際には書き込ん
だ画像データの電位が変化する。液晶セルの書き込み画
像データの電位が変化するとフレーム毎に反転するコモ
ン電極配線電位との間の正規の電位差からずれを生ずる
。これが為に第６図（δ）とｆｂｌに示すように“明”
として与えた画像情報でも暗”また、′暗”として与え
た画像情ｆｉｌも”明゛へと表示動作の移動がわずかに
起こる。

第７図（＋１）とｆｂｌおよび第８図（８）とｆｔ＋１
はこの表示の誤動作を補正する駆動回路とそのタイミン
グを示す図である。駆動回路は、第７図（ａｌに示すよ
うに、シリアル入力端子Ａｉと出力端千人〇とコントロ
ール入力端子Ａｇを備えたアナログスイッチ７０と、こ
のアナログスイッチ出力端子ＡＯと接地間に並列に接続
された例えばｔｏｏｏｐＦから１００００ｐＦのコンデ
ンサＣｃｍとにより構成される。このアナログスイッチ
の入力端子Ａｉと出力端千人〇間の抵抗は、例えばコン
トロール入力端子Ａｇに加える水平同期４に−１パルス
ＣＮＴがＯＮの時１００Ω程度でＯＦＦの時ｉ０”　Ω
以上となる。そうして、第７図（ｂｌに示すように、デ
ータ入力端子Ａｉには垂直同期信号Ｖｐの到来毎に高レ
ベルと低レベルを操り返す信号パルスＳＤを加え、コン
トロール入力端子Ａｇに垂直同期信号周期期間内に１つ
の水平同期信号パルスＣＮＴを加えることでその出力端
子Ａ。にｉ）られる減衰波形をコモン信号とする。

また第８図ｉａｌの駆動回路においてはシリアルデータ
入力端子Ａｉとデータ転送用クロノツク信号入力端子Ｃ
Ｋ、、！：複数の出力端子０１．０２．０３、・・・Ｏ
ｎを備えたシリアルイン・パラレルアウトのシフトレジ
スタ８０と、このシフトレジスタ８０の出力端子０１．
０２．０３、・・・Ｏｎの各々に直列に接続されたコン
デンサＣｃｍｌ　、　Ｃｃｍ２　、Ｃｃｍ３　、・・・
Ｃｃｍｎにより構成する。このシフトレジスタ８０のデ
ータ入力端子Ａｉに、第８図（ｂ）に示すように、垂直
同期信号パルスＶｐ１１来（立−ヒがり）毎に高レベル
と低レベルを繰り返す信号パルスＳＤを加え、クロソッ
ク信号入力端子ＣＫには水平同期信号ＩＩ　ｐを加える
。そうしてシフトレジスタ８０の出力端子０１゜０２．
０３、・・・Ｏｎからの出カイ３号をコンデン４すＣｃ
ｍｌ　、　Ｃｃ＋ｇ２　、Ｃｃｍ３　、・・・Ｃｃｍｎ
　を通した後出力端子ＣＩ、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎで
得られる減衰波形をコモン信号とする。このようにコモ
ン電極配線に与える電圧レベルを第９図に示すような波
形とすれば表示の誤動作を防ぐことができるものである
。

なお、コモン電極配線ヘイ３号を送り込む駆動回路は第
７図（ａｌや第８図満に示すようなアナログスイツヂや
シフトレジスタとコンデンサとを組み合わぜた駆動回路
に限らずオペアンプ等を使用した駆動回路であってもよ
い。要するに本発明はコモン電極配線への信号波形を、
ゲート電極配線に゛走査パルスが印加される毎に反転し
た電圧レベルであって且つＴ　Ｐ　Ｔにより電気的に区
分された画ノー電極の画像情報のリーク時定数を補正す
るための変化用をもたせることにより、表示動作に於り
る微妙な誤動作をも防ぐ事ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアクティブマトリックス型液晶表
示装置の構成を示す結線等価回路の模式図、第２図は各
電極配線に与える入力信号とその電圧レベル変化を示す
タイミング図、第３図と第４図と第５図は各々第１図に
示す画素電極と液晶セルを模式図的に表わす等価回路図
と部分平面図と部分断面図、第６図（ａｌ　＋１）ｌは
コモン信号とデータ信号の電圧レベルの変化を示すタイ
ミング図、第７図ｔａ＋及びｌｂｌと第８図ｆａｔ及び
（ＩＪ）は本発明の他の実施例を示す駆動回路構成とそ
の（３号タイミング図、第９図は本発明の駆動方法によ
り工夫された信号波形のレベル変化状態を示す図である
。 Ｇ、Ｇｌ　、Ｇ２．Ｇ３・・・・・・Ｇｎ・・・ゲート
電極配線Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・・・・Ｃｎ・・・
コモンＴＬ極６１Ｄ、Ｄｉ　、Ｃ２，Ｃ３・・・・・・
Ｄｎ・・・データ電極配線ｐＨ，ＰＩ３．　　ＰＩ３　
、Ｐ３２．　　Ｔ３３　、Ｐｎ＊一画素セルＲＬ　Ｃ・
・・液晶セル抵抗成分 ＣＬ　Ｃ・・・液晶セルキャパシタ成分ｌＳ・・・ゲー
ト電極 Ｓ・・・ソース電極 ｄ・・・ドレイン電極 １・・・薄膜トランジスタ（ＴＰＴ） ２・・・画素電極 ３・・・液晶セル １０．５０・・・ガラス基板 ２０・・・層間絶縁膜 ３０・・・半導体薄膜 ４０・・・液晶

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶を挟持した２枚のガラス基板の一方に複数本
   のゲート電極配線及びデータ電極配線と該ゲート電極配
   線及びデータ電極配線との交点に薄膜トランジスタ及び
   画素電極とが配置され、他方のガラス基板にコモン電極
   が具備されたアクティブマトリックス型の液晶表示装置
   において、前記コモン電極はゲート電極に相対して分離
   され複数本のコモン電極配線を構成していることを特徴
   とする液晶表示装置。
2. （２）液晶を挟持した２枚のガラス基板の一方に複数本
   のゲート電極配線及びデータ電極配線と該ゲート電極配
   線及びデータ電極配線との交点にＴＦＴ及び画素電極と
   が配置され、他方のガラス基板にゲート電極に相対して
   分離された複数本のコモン電極が具備されたアクティブ
   マトリックス型の液晶表示装置を駆動するにあたって、
   前記コモン電極配線には該コモン電極配線に対応したゲ
   ート電極配線に走査パルスが印加される毎に反転した電
   位が与えられ、このときデータ電極配線に与える画像デ
   ータ電位は表示ＯＮとするときコモン電極配線との間に
   電位差を与え、且つ表示ＯＦＦとするときコモン電極配
   線と同電位として与えることを特徴とする液晶表示装置
   の駆動方法。
3. （３）前記コモン電極配線に与える電圧レベルはゲート
   電極配線に走査パルスが印加される毎に反転した電圧レ
   ベルであって、前記薄膜トランジスタにより電気的に区
   分された画素電極の画像情報のリーク時定数を補正する
   ための電圧レベル変化量をもった信号であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の液晶表示装置の駆動
   方法。
4. （４）前記コモン電極配線の電圧レベルは、少なくとも
   １つのシリアル入力端子と出力端子とコントロール入力
   端子とを備えたアナログスイッチと、該アナログスイッ
   チの出力端子と接地間に並列に接続されたコンデンサと
   により構成された駆動回路を用いて、該アナログスイッ
   チのデータ入力端子には垂直同期信号の到来毎に高レベ
   ルと低レベルを繰り返す信号パルスを加え、コントロー
   ル入力端子に垂直同期信号周期期間内に１つの水平同期
   信号パルスを加えることで出力端子に得られる減衰波形
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の液
   晶表示装置の駆動方法。
5. （５）前記コモン電極配線の電圧レベルは、シリアルデ
   ータ入力端子とデータ転送用クロック信号入力端子と複
   数の出力端子とを備えたシリアルイン・パラレルアウト
   のシフトレジスタと、該シフトレジスタの出力の各々に
   直列に接続されたコンデンサとにより構成された駆動回
   路を用いて、該シフトレジスタのデータ入力端子に垂直
   同期信号パルス到来毎に高レベルと低レベルを繰り返す
   信号パルスを加え、クロック信号入力端子には水平同期
   信号を加えて動作するシフトレジスタの出力端子から出
   力され前記コンデンサを通して得られる減衰波形とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の液晶表示
   装置の駆動方法。