WO2018230452A1 - 液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a display device, and more particularly, to a liquid crystal display device and a driving method thereof.
- FIG. 4 and 5 are signal waveform diagrams when the power supply of the conventional liquid crystal display device is turned off.
- the power supply voltage VCC changes from 3.3V to the ground level.
- the all-on control signal ALLON for selecting all the scanning lines is at the high level. From the start of the charge extraction period, the common electrode voltage Vcom begins to decrease.
- the common electrode voltage Vcom cannot be lowered to the ground level during the charge extraction period.
- the TFT 26 included in the pixel circuit 23 and the TFT (not shown) included in the scanning line driving circuit 24 are formed in the same manufacturing process using the same material. These TFTs are oxide semiconductor TFTs having an oxide semiconductor layer formed using an oxide semiconductor. Thus, the liquid crystal panel 20 is formed using an oxide semiconductor. The oxide semiconductor TFT will be described later.
- the common electrode control circuit 30 includes two resistors 31 and 32, a NOT circuit 33, and two FETs 34 and 35.
- the FETs 34 and 35 are N-channel transistors.
- the resistors 31 and 32 are connected in series. One end (the upper end in FIG. 1) of the resistor 31 is connected to the terminal T1 of the power supply control circuit 11, and the gate high voltage VGH2 is applied to one end of the resistor 31. The other end of the resistor 31 is connected to one end of the resistor 32. The other end of the resistor 32 is grounded.
- the node to which the connection points of the resistors 31 and 32 are connected is referred to as Na.
- the all-on control signal ALLON changes to a high level.
- the signal XALLON changes to low level, and the FET 34 is turned off.
- the voltage Va at the node Na during the charge extraction period is given by the following equation (1).
Abstract
電源オフ後に電荷引き抜き期間を設定し、電荷引き抜き期間では全オン制御信号をハイレベルにする。電源オフ後も電荷引き抜き期間の途中まで、液晶パネルに形成された走査線駆動回路に対して出力されるハイレベル電圧をハイレベルに保つ。2個の抵抗とNOT回路と2個のFETを用いて、全オン制御信号がハイレベル、かつ、上記ハイレベル電圧が動作レベルのときに共通電極をグランドに接続する共通電極制御回路を構成し、液晶表示装置に設ける。これにより、電源オフ時に共通電極電圧をグランドレベルにまで低下させ、電源オン後の焼き付きを防止できる液晶表示装置を提供する。
Description
本発明は、表示装置に関し、特に、液晶表示装置、および、その駆動方法に関する。
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の表示装置として広く利用されている。液晶表示装置は、液晶パネル、走査線駆動回路、データ線駆動回路などを含んでいる。液晶パネルには、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、TFTという)を含む複数の画素回路が2次元状に形成される。走査線駆動回路は、ゲートドライバとも呼ばれる。
近年の多くの液晶表示装置では、装置を小型化するために、走査線駆動回路をTFTを用いて液晶パネル上に形成する技術(ゲートドライバモノリシック技術)が採用されている。液晶パネル上に形成された走査線駆動回路は、モノリシックゲートドライバとも呼ばれる。走査線駆動回路を形成した液晶パネルは、ゲートドライバモノリシック液晶パネルとも呼ばれる。
また、液晶表示装置では、消費電力を削減するために、液晶パネルに含まれるTFTを酸化物半導体を用いて形成する技術が採用されることがある。例えば、酸化物半導体の一種である酸化インジウムガリウム亜鉛(Indium Gallium Zinc Oxide :以下、IGZOという)を用いてTFTを形成する技術が実用化されている。IGZOを用いて形成されたTFT(以下、IGZO-TFTという)のオフリーク電流は、他の材料で形成されたTFTのオフリーク電流と比べて非常に小さい。したがって、IGZO-TFTを用いた液晶表示装置によれば、TFTのオフリーク電流を削減し、消費電力を大幅に削減することができる。
従来技術として特許文献1および2には、IGZO-TFTを用いて形成されたモノリシックゲートドライバを有する液晶表示装置が記載されている。特許文献1および2に記載された液晶表示装置は、電源オフ時に液晶パネルに残留する電荷を引き抜くために所定の電源オフシーケンスを実行する。
液晶表示装置では、液晶パネルに残留する電荷を引き抜くための電荷引き抜き期間が電源オフ後に設定される。電荷引き抜き期間では、液晶パネルのすべての走査線が一括して選択される。電荷引き抜き期間では、液晶パネルの共通電極電圧をグランドレベル(0V)まで低下させることが好ましい。その理由は、電源オフ後に共通電極電圧がグランドレベルでない場合、液晶パネル(具体的には、画素電極と共通電極)に電荷が残留し、電源を再びオンしたときに液晶パネルに焼き付きが発生するからである。
図4および図5は、従来の液晶表示装置の電源オフ時の信号波形図である。図4では、時刻t0において、電源電圧VCCが3.3Vからグランドレベルに変化する。時刻t1~t2に設定された電荷引き抜き期間では、すべての走査線を選択するための全オン制御信号ALLONがハイレベルになる。電荷引き抜き期間の開始から、共通電極電圧Vcomは低下し始める。ところが、従来の液晶表示装置では、電源オフ後に共通電極電圧Vcomを制御するための時間を十分に確保することができない。このため、図4に示す例では、電荷引き抜き期間において共通電極電圧Vcomをグランドレベルまで低下させることができない。
図5では、共通電極電圧Vcomは、電荷引き抜き期間においてグランドレベルに到達または接近する。その後、共通電極電圧Vcomは、短時間だけ上昇し、続いてゆっくりと低下する。このため、図5に示す例でも、電荷引き抜き期間において共通電極電圧Vcomをグランドレベルまで低下させることができない。
特に、IGZO-TFTを用いた液晶表示装置では、TFTのオフリーク電流が小さいので、電源オフ時に液晶パネルに残留した電荷は長時間放電されずに残ったままになる。このため、電源を再びオンしたときに液晶パネルに焼き付きが発生しやすい。
特許文献1および2に記載された液晶表示装置でも、電源制御回路から供給される電源電圧は、電荷引き抜き期間よりも前にオフするので、電荷引き抜き期間において共通電極の電圧をグランドレベルまで低下させることは困難である。
それ故に、電源オフ時に共通電極電圧をグランドレベルまで低下させ、電源オン後の焼き付きを防止できる液晶表示装置を提供することが課題として挙げられる。
上記の課題は、例えば、共通電極を有し、酸化物半導体を用いて形成された液晶パネルと、電源オフ後に設定された期間においてアクティブレベルになる制御信号と、電源オフ後も期間の途中まで動作レベルに保たれる電源電圧とを出力する電源制御回路と、制御信号がアクティブレベル、かつ、電源電圧が動作レベルのときに、共通電極をグランドに接続する共通電極制御回路とを備えた液晶表示装置によって解決することができる。
上記の課題は、共通電極を有し、酸化物半導体を用いて形成された液晶パネルを含む液晶表示装置の駆動方法であって、電源オフ後に設定された期間において制御信号をアクティブレベルにするステップと、電源オフ後も期間の途中まで電源電圧を動作レベルに保つステップと、制御信号がアクティブレベル、かつ、前記電源電圧が動作レベルのときに、共通電極をグランドに接続するステップとを備えた液晶表示装置の駆動方法によっても解決することができる。
上記の液晶表示装置およびその駆動方法によれば、電源オフ後に設定された期間の一部で、制御信号がアクティブレベル、電源電圧が動作レベルになり、共通電極はグランドに接続される。このため、共通電極電圧は期間の開始後に速やかに低下し、短時間でグランドレベルに到達する。したがって、電源オフ後に液晶パネルに電荷が残留することを防止し、電源オン後の焼き付きを防止することができる。
図1は、実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図1に示す液晶表示装置10は、電源制御回路11、レベルシフタ12、液晶パネル20、および、共通電極制御回路30を備えている。典型的には、電源制御回路11とレベルシフタ12には別のICチップが用いられる。以下、電界効果トランジスタをFET(Field Effect Transistor )という。
液晶表示装置10には、外部から電源電圧VCCが供給される。以下、電源電圧VCCは、3.3Vの電圧であるとする。電源制御回路11は、電源電圧VCCに基づき、液晶表示装置10の動作に必要な各種の制御信号と電源電圧を出力する。具体的には、電源制御回路11は、ゲートハイ電圧VGH2、全オン制御信号ALLON、共通電極電圧VCOMなどを出力する。以下、ゲートハイ電圧VGH2の出力端子をT1、全オン制御信号ALLONの出力端子をT2、共通電極電圧VCOMの出力端子をT3という。
図2は、液晶パネル20の詳細を示す図である。図2に示すように、液晶パネル20は、複数の走査線21、複数のデータ線22、複数の画素回路23、走査線駆動回路24、および、共通電極25を含んでいる。走査線21は、互いに平行に配置される。データ線22は、走査線21と直交するように互いに平行に配置される。画素回路23は、走査線21とデータ線22の交点に対応して2次元状に配置される。画素回路23は、TFT26と画素電極27を含んでいる。共通電極25は、液晶パネル20に含まれるすべての画素電極27と対向するように配置される。画素電極27と共通電極25の間に液晶層(図示せず)を設けることにより、画素回路23には液晶容量28が形成される。
走査線駆動回路24は、画素回路23と共にTFTを用いて液晶パネル20上に形成される(モノリシックゲートドライバ)。レベルシフタ12は、ゲートハイ電圧VGH2、全オン制御信号ALLONなどに基づき、液晶パネル20上に形成された走査線駆動回路24に対して駆動信号C1を出力する。走査線駆動回路24は、駆動信号C1に基づき走査線21を駆動する。データ線22は、データ線駆動回路(図示せず)によって駆動される。共通電極25には、電源制御回路11から出力された共通電極電圧VCOMが印加される。
画素回路23に含まれるTFT26と走査線駆動回路24に含まれるTFT(図示せず)とは、同じ材料を用いて同じ製造工程で形成される。これらのTFTは、酸化物半導体を用いて形成された酸化物半導体層を有する酸化物半導体TFTである。このように液晶パネル20は、酸化物半導体を用いて形成されている。酸化物半導体TFTについては後述する。
共通電極制御回路30は、2個の抵抗31、32、NOT回路33、および、2個のFET34、35を含んでいる。FET34、35は、Nチャネル型トランジスタである。抵抗31、32は、直列に接続される。抵抗31の一端(図1では上端)は電源制御回路11の端子T1に接続され、抵抗31の一端にはゲートハイ電圧VGH2が印加される。抵抗31の他端は、抵抗32の一端に接続される。抵抗32の他端は接地される。以下、抵抗31、32の接続点が接続された節点をNaという。
NOT回路33の入力端子は電源制御回路11の端子T2に接続され、NOT回路33の入力端子には全オン制御信号ALLONが与えられる。NOT回路33は、全オン制御信号ALLONに基づき、全オン制御信号ALLONの否定信号(以下、明細書では信号XALLONという)を出力する。
FET34のドレイン端子とFET35のゲート端子は、節点Naに接続される。FET34のゲート端子はNOT回路33の出力端子に接続され、FET34のゲート端子には信号XALLONが与えられる。FET34、35のソース端子は接地される。FET35のドレイン端子は、共通電極25に接続される。より詳細には、FET35のドレイン端子は、電源制御回路11の端子T3と共通電極25とを接続する配線に接続される。
全オン制御信号ALLONを制御信号、ゲートハイ電圧VGH2を電源電圧、節点Naを第1節点としたとき、共通電極制御回路30は、一端に電源電圧が与えられ、他端が第1節点に接続された第1抵抗(抵抗31)と、一端が第1節点に接続され、他端がグランドに接続された第2抵抗(抵抗32)と、制御信号の否定信号を出力するNOT回路33と、第1導通端子(ドレイン端子)が第1節点に接続され、第2導通端子(ソース端子)がグランドに接続され、制御端子(ゲート端子)に上記否定信号が与えられた第1トランジスタ(FET34)と、第1導通端子が共通電極25に接続され、第2導通端子がグランドに接続され、制御端子が第1節点に接続された第2トランジスタ(FET35)とを含んでいる。以下に示すように、共通電極制御回路30は、制御信号がアクティブレベル、かつ、電源電圧が動作レベルのときに、共通電極25をグランドに接続する。
液晶表示装置10では、液晶パネル20に残留する電荷を引き抜くための電荷引き抜き期間が、電源オフ後に設定される。ゲートハイ電圧VGH2は、電源制御回路11から液晶パネル20上の走査線駆動回路24に供給されるハイレベル電圧である。ゲートハイ電圧VGH2は、電源オフ後も電荷引き抜き期間の途中まで従前のハイレベル(以下、動作レベルという)に保たれる。
図3は、液晶表示装置10の電源オフ時の信号波形図である。図3では、時刻t0において、電源電圧VCCが3.3Vからグランドレベルに変化する。電荷引き抜き期間は、電源オフ後の時刻t1~t2に設定される。全オン制御信号ALLONは、電荷引き抜き期間ではハイレベル、それ以外ではローレベルになる。ゲートハイ電圧VGH2は、電源オフ後も電荷引き抜き期間の途中まで動作レベル(ハイレベル)に保たれる。以下、ゲートハイ電圧VGH2が低下し始める時刻をtaという。また、電源制御回路11から出力される共通電極電圧VCOMと区別して、共通電極25の電圧をVcomという。
時刻t1より前では、ゲートハイ電圧VGH2は動作レベル、全オン制御信号ALLONはローレベル、信号XALLONはハイレベルである。このため、FET34はオン状態になり、節点Naの電圧はグランドレベルになり、FET35はオフ状態になる。時刻t1より前では、電源制御回路11から出力された共通電極電圧VCOMは、共通電極25に印加される。したがって、共通電極25の電圧Vcomは、電源制御回路11から出力された共通電極電圧VCOMに等しい。
時刻t1において、全オン制御信号ALLONはハイレベルに変化する。これに伴い、信号XALLONはローレベルに変化し、FET34はオフ状態になる。電荷引き抜き期間における節点Naの電圧Vaは、次式(1)で与えられる。ただし、式(1)において、R1、R2は、それぞれ、抵抗31、32の抵抗値を表す。
Va={R2/(R1+R2)}×VGH2 …(1)
Va={R2/(R1+R2)}×VGH2 …(1)
抵抗31、32の抵抗値は、時刻t1においてFET35がオン状態になるように決定される。したがって、時刻t1においてFET35はオン状態になり、電源制御回路11の端子T3と共通電極25はグランドに接続される。少なくとも時刻taまで、この状態が続く。
時刻ta以降、ゲートハイ電圧VGH2は低下する。上記のように抵抗31、32の抵抗値を決定した場合、時刻ta以降もゲートハイ電圧VGH2がある程度低下するまで、FET35はオン状態を保つ。したがって、時刻ta以降もFET35がオン状態である間、電源制御回路11の端子T3と共通電極25は引き続きグランドに接続される。
このように時刻t1以降、FET35がオン状態である間、共通電極25はグランドに接続される。このため、時刻t1において共通電極25に残留している電荷はFET35を経由して放電され、これに伴い、画素電極27に残留している電荷も放電される。したがって、共通電極25の電圧Vcomは、電荷引き抜き期間の開始後に速やかに低下し、短時間でグランドレベルに到達する。共通電極25の電圧Vcomは、遅くとも電荷引き抜き期間が終了する時刻t2までにグランドレベルに到達する。
以上に示すように、液晶表示装置10は、共通電極25を有し、酸化物半導体を用いて形成された液晶パネル20と、電源オフ後に設定された期間(電荷引き抜き期間)においてアクティブレベル(ハイレベル)になる制御信号(全オン制御信号ALLON)と、電源オフ後も期間の途中まで動作レベル(ハイレベル)に保たれる電源電圧(ゲートハイ電圧VGH2)とを出力する電源制御回路11と、制御信号がアクティブレベル、かつ、電源電圧が動作レベルのときに、共通電極25をグランドに接続する共通電極制御回路30とを備えている。
液晶パネル20は複数の走査線21を有し、制御信号はすべての走査線21を選択するための全オン制御信号ALLONである。液晶パネル20には走査線21を駆動する走査線駆動回路24が形成されており、電源電圧は走査線駆動回路24に対して出力されるハイレベル電圧(ゲートハイ電圧VGH2)である。上記期間は電荷引き抜き期間であり、全オン制御信号ALLONは電荷引き抜き期間においてハイレベルになる。
したがって、液晶表示装置10では、電源オフ後に設定された期間(電荷引き抜き期間)の一部で、制御信号がアクティブレベル、電源電圧が動作レベルになり、共通電極25はグランドに接続される。したがって、共通電極25の電圧Vcomは期間の開始後に速やかに低下し、短時間でグランドレベルに到達する。よって、液晶表示装置10によれば、電源オフ後に液晶パネル20に電荷が残留することを防止し、電源オン後の焼き付きを防止することができる。
以下、酸化物半導体TFTについて説明する。酸化物半導体TFTの酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体でもよく、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体でもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば日本国特開2014-7399号公報に記載されている。参考のために、日本国特開2014-7399号公報の開示内容のすべてを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In(インジウム)、Ga(ガリウム)およびZn(亜鉛)のうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。酸化物半導体層は、例えば、In-Ga-Zn-O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In-Ga-Zn-O系の半導体は、In、Ga、Znの三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えば、In:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2などを含む。このような酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。In-Ga-Zn-O系の半導体は、アモルファスでもよく、結晶質でもよい。結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体が好ましい。
結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した日本国特開2014-7399号公報、日本国特開2012-134475号公報、日本国特開2014-209727号公報などに開示されている。参考のために、日本国特開2012-134475号公報および日本国特開2014-209727号公報の開示内容のすべてを本明細書に援用する。In-Ga-Zn-O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(アモルファスシリコンTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(アモルファスシリコンTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および画素TFT(画素に設けられるTFT)として好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn-Sn-Zn-O系半導体(例えば、In2 O3 -SnO2 -ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In-Sn-Zn-O系半導体は、In、Sn(スズ)およびZnの三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In-Al-Zn-O系半導体、In-Al-Sn-Zn-O系半導体、Zn-O系半導体、In-Zn-O系半導体、Zn-Ti-O系半導体、Cd-Ge-O系半導体、Cd-Pb-O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg-Zn-O系半導体、In-Ga-Sn-O系半導体、In-Ga-O系半導体、Zr-In-Zn-O系半導体、Hf-In-Zn-O系半導体などを含んでいてもよい。
IGZO-TFTなどの酸化物半導体TFTを用いて形成された液晶パネルを備えた液晶表示装置に対して共通電極制御回路30を設けることにより、電源オフ時に共通電極電圧をグランドレベルにまで低下させ、電源オン後の焼き付きを防止することができる。
なお、以上の説明では、電源電圧VCCは3.3Vであることとしたが、電源電圧VCCは5V以上でもよい。この場合、電源オン後の焼き付きを防止できる効果がより顕著になる。
本願は、2017年6月16日に出願された「液晶表示装置およびその駆動方法」という名称の日本国特願2017-118260号に基づく優先権を主張する出願であり、この出願の内容は引用することによって本願の中に含まれる。
10…液晶表示装置
11…電源制御回路
12…レベルシフタ
20…液晶パネル
23…画素回路
24…走査線駆動回路
25…共通電極
30…共通電極制御回路
31、32…抵抗
33…NOT回路
34、35…FET
11…電源制御回路
12…レベルシフタ
20…液晶パネル
23…画素回路
24…走査線駆動回路
25…共通電極
30…共通電極制御回路
31、32…抵抗
33…NOT回路
34、35…FET
Claims (7)
- 共通電極を有し、酸化物半導体を用いて形成された液晶パネルと、
電源オフ後に設定された期間においてアクティブレベルになる制御信号と、電源オフ後も前記期間の途中まで動作レベルに保たれる電源電圧とを出力する電源制御回路と、
前記制御信号がアクティブレベル、かつ、前記電源電圧が動作レベルのときに、前記共通電極をグランドに接続する共通電極制御回路とを備えた、液晶表示装置。 - 前記液晶パネルは複数の走査線を有し、
前記制御信号は、すべての前記走査線を選択するための全オン制御信号であることを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶パネルには、前記走査線を駆動する走査線駆動回路が形成されており、
前記電源電圧は、前記走査線駆動回路に対して出力されるハイレベル電圧であることを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記電源電圧は5V以上であることを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記期間は電荷引き抜き期間であり、
前記全オン制御信号は、前記電荷引き抜き期間においてハイレベルになることを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記共通電極制御回路は、
一端に前記電源電圧が与えられ、他端が第1節点に接続された第1抵抗と、
一端が前記第1節点に接続され、他端がグランドに接続された第2抵抗と、
前記制御信号の否定信号を出力するNOT回路と、
第1導通端子が前記第1節点に接続され、第2導通端子がグランドに接続され、制御端子に前記否定信号が与えられた第1トランジスタと、
第1導通端子が前記共通電極に接続され、第2導通端子がグランドに接続され、制御端子が前記第1節点に接続された第2トランジスタとを含むことを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 共通電極を有し、酸化物半導体を用いて形成された液晶パネルを含む液晶表示装置の駆動方法であって、
電源オフ後に設定された期間において制御信号をアクティブレベルにするステップと、
電源オフ後も前記期間の途中まで電源電圧を動作レベルに保つステップと、
前記制御信号がアクティブレベル、かつ、前記電源電圧が動作レベルのときに、前記共通電極をグランドに接続するステップとを備えた、液晶表示装置の駆動方法。
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