JP2001255851A

JP2001255851A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001255851A
Application number: JP2000064433A
Authority: JP
Inventors: Masahito Matsunami; 將仁松浪
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低温ポリシリコンを用いた液晶表示装置にお
いて、低電力化と信頼性の向上を図ること。【解決手段】トランジスタ１４、液晶セル１５、及び
補助容量１２からなる画素をマトリクス状に配設した液
晶パネルにおいて、走査線駆動回路１６から選択された
走査線Ｇに対してゲート信号を与え、信号線駆動回路１
７から信号線Ｓを介して表示信号を与える。また補助容
量線駆動回路１０を設け、各走査線の補助容量１２に対
してフレーム毎に極性が反転する電圧を供給する。こう
するとランジスタ１４の出力電圧の振幅は、補助容量１
２の影響を受けて増加する。このため信号線駆動回路１
７の出力電圧を低減でき、低温ポリシリコンを用いた回
路素子の信頼性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温ポリシリコン
を用いた液晶パネルに対して信号線電圧を低減した液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低温ポリシリコンを用いた液晶表
示装置は、軽量薄型といった点から注目され、様々な機
器の表示装置として実用化されている。図４は低温ポリ
シリコンを用いた従来の液晶表示装置の回路構成図であ
る。点線部で示す表示領域１１は、透明基板を用いてア
クティブマトリクスの液晶パネル上に形成され、画像を
表示する領域である。この液晶パネルは走査線Ｇ１、Ｇ
２、Ｇ３・・・Ｇｎによって走査され、信号線Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３・・によって表示信号が与えられる。

【０００３】第１の透明基板に形成された走査線Ｇ１、
Ｇ２・・Ｇｎと信号線Ｓ１、Ｓ２・・との交差部にトラ
ンジスタ１４が配置される。トランジスタ１４は第１の
透明基板上に低温ポリシリコンを用いて形成された薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）であリ、そのゲートは走査線Ｇ
に接続され、ソースは信号線Ｓに接続される。各トラン
ジスタ１４のドレインに接続された画素電極部に液晶セ
ル１５が配置される。また各トランジスタ１４のドレイ
ンに補助容量１２の一端が接続され、その他端は共通の
補助容量線１３に接続される。

【０００４】走査線駆動回路１６は各走査線Ｇ１、Ｇ２
・・Ｇｎを順次に走査して１水平期間毎に１行分の画素
列を選択する。信号線駆動回路１７は各信号線Ｓ１、Ｓ
２・・を通して表示信号を出力し、１水平期間内で走査
線駆動回路１６により選択された１行分の液晶セル１５
に対してトランジスタ１４を介して画素電圧を与える。
また各液晶セル１５を挿んで対向電極１８とその配線ラ
インが第２の透明基板に形成される。対向電極駆動回路
１９は対向電極１８を介して全ての液晶セルに共通の対
向電圧を印加する。

【０００５】従来の液晶パネルの補助容量１２の他端は
補助容量線１３を通して電源回路の固定電圧出力端又は
回路アースに接続されている。こうして表示信号と対向
電圧の差に等しい駆動電圧が画素電圧として夫々の液晶
セル１５に印加され、液晶セル１５の光学特性が制御さ
れる。

【０００６】以上のトランジスタ１４、走査線駆動回路
１６、信号線駆動回路１７は、液晶パネルのＴＦＴアレ
イ基板となる第１の透明基板に低温ポリシリコンを用い
て形成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５は、図４に示す従
来の液晶表示装置の各画素（液晶セル）に印加される電
圧波形図である。同図において、パルス状の信号Ｇsig
は走査線駆動回路１６から各走査線Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ）
に出力されるゲート信号であり、１行分の各画素の選択
時には電圧がＶghとなり、非選択時には電圧がＶglに保
持される。電圧Ｖcom は対向電極駆動回路１９の出力す
る対向電圧であり、ここでは直流電圧が用いられる。ま
た太い実線で示す出力電圧Ｖd はトランジスタ１４のド
レイン電圧を示し、液晶セル１５の画素電極に印加され
る。出力電圧Ｖd はフレーム周期で出力レベルが対向電
圧Ｖcom を中心に正及び負側に変化する。トランジスタ
１４のゲートの選択時は、当該走査線上にある液晶セル
１５は、信号線を介して供給される信号電圧Ｖsig に充
電されるが、トランジスタ１４の寄生容量であるドレイ
ン−ゲート間の容量（図示せず）の影響で、ゲート信号
Ｇsig がＶghからＶglに変化したとき、出力電圧Ｖd が
Ｖsig より更にＶptだけ低くなる。こうして、対向電圧
Ｖcom と出力電圧Ｖd の差の電圧Ｖdlが駆動電圧（画素
電圧）として液晶セル１５に印加される。

【０００８】図６は液晶セルの駆動電圧Ｖdlと透過率と
の相関を示す特性図である。同図より、液晶セルを白か
ら黒まで状態を変化させるためには、閾値電圧Ｖdl0 以
上の駆動電圧を必要とする。また、液晶セルは交流駆動
が必要なので、図５に示すように、信号電圧Ｖsig の振
幅Ｖspp は駆動電圧Ｖdlの２倍の電圧が必要となる。そ
の結果、信号線Ｓに出力すべき電圧振幅が大きくなり、
液晶表示装置の消費電力が大きくなってしまうという課
題があった。更に、一般的に低温ポリシリコンで形成さ
れた回路素子に大きな電力を消費させると、信頼性が低
下するという問題点もあった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、信号線の電圧振幅を小さくす
ることにより、液晶表示装置の消費電力を少なくすると
共に、その結果として低温ポリシリコンで形成された液
晶パネル上の回路素子の信頼性を向上させることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、第１の基板に複数の走査線及び複数の信号線を設
け、前記走査線と前記信号線との交差部にスイッチング
素子を設け、前記スイッチング素子の出力端に接続され
た画素電極と第２の基板に形成された対向電極との間に
液晶セルを配設し、前記スイッチング素子の出力端に前
記液晶セルに対する補助容量となるコンデンサを接続し
た表示部と、前記表示部の各走査線を順次に走査し、１
水平期間毎に１行分の表示信号を液晶セルに与えるため
のタイミングを制御する走査線駆動回路と、前記走査線
駆動回路により選択された１行分の液晶セルに画素電圧
を印加するための表示信号を出力する信号線駆動回路
と、各液晶セルの対向電極に対向電圧を与える対向電極
駆動回路と、同一走査線の液晶セルの補助容量のコンデ
ンサに対して、フレーム周期に同期して電圧が変化する
補助容量駆動電圧を与える補助容量駆動回路と、を具備
することを特徴とする。

【００１１】本願の請求項２の発明は、請求項１の液晶
表示装置において、前記表示部、前記走査線駆動回路、
前記信号線駆動回路、前記補助容量駆動回路、前記対向
電極駆動回路は、同一の液晶パネルに形成されたことを
特徴とする。

【００１２】本願の請求項３の発明は、請求項２の液晶
表示装置において、前記走査線駆動回路、前記信号線駆
動回路、前記補助容量駆動回路、前記対向電極駆動回路
の内少なくとも１回路は、前記スイッチング素子と同一
プロセスの低温ポリシリコンで形成したことを特徴とす
る。

【００１３】本願の請求項４の発明は、請求項１〜３の
いずれか１項の液晶表示装置において、前記表示部は、
前記液晶セル単位で外光の反射率を制御して画像を表示
する反射型であることを特徴とする。

【００１４】本願の請求項５の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項の液晶表示装置において、前記補助容量駆
動回路は、同一走査線の液晶セルの補助容量のコンデン
サに対して、当該走査線のゲート信号の立ち下がり直後
に前記表示信号の電圧極性と同方向にレベルが変化する
電圧を補助容量駆動電圧として出力することを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１における液晶表示装置について、図１〜図３を用
いて説明する。図１は本実施の形態における液晶表示装
置の回路構成図であり、従来の液晶表示装置と同一部分
は同一の番号を付けて説明する。

【００１６】点線部で示す表示領域１１は、所定の画像
を複数の画素で表示する表示部であり、第１及び第２の
透明基板を用いてアクティブマトリクスの液晶パネル上
に形成される。この表示部は走査線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・
・・Ｇｎによって走査され、信号線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・
・によって表示信号が与えられる。

【００１７】第１の透明基板に形成された走査線Ｇ１、
Ｇ２・・Ｇｎと信号線Ｓ１、Ｓ２・・との交差部にトラ
ンジスタ（ＴＦＴ）１４が配置される。そして各トラン
ジスタ１４のドレインに接続された画素電極部に液晶セ
ル１５が配置される。トランジスタ１４は第１の透明基
板上に低温ポリシリコンを用いて形成された薄膜トラン
ジスタであリ、そのゲートは走査線Ｇに接続され、ソー
スは信号線Ｓに接続される。

【００１８】走査線駆動回路１６は各走査線Ｇ１、Ｇ２
・・Ｇｎを順次に走査して１水平期間毎に１行分の画素
列を選択する。信号線駆動回路１７は各信号線Ｓ１、Ｓ
２・・を通して表示信号を出力し、１水平期間内で走査
線駆動回路１６により選択された１行分の液晶セルに対
してトランジスタ１４を介して画素電圧を与える。また
各液晶セル１５を挿んで対向電極１８とその配線ライン
が第２の透明基板に設けられている。

【００１９】対向電極駆動回路１９は第２の透明基板に
形成された対向電極１８を介して全ての液晶セルに共通
の対向電圧Ｖcom を印加する。また各画素に設けられた
補助容量１２はその一端が各トランジスタ１４のドレイ
ンに接続され、他端は走査線毎に異なる補助容量線１３
に接続される。走査線Ｇ１に対応した補助容量線１３は
補助容量線駆動回路１０の第１出力端に接続され、走査
線Ｇ２に対応した補助容量線１３は補助容量線駆動回路
１０の第２出力端に接続される。以下も同様に接続され
る。そして走査線Ｇ１〜Ｇｎに対応して異なるタイミン
グで補助容量駆動電圧Ｖst１〜Ｖstｎが補助容量線駆動
回路１０の第１出力端〜第ｎ出力端から夫々出力される
ようにしている。

【００２０】液晶セル１５のスイッチング素子であるト
ランジスタ１４は勿論のこと、走査線駆動回路１６、信
号線駆動回路１７、補助容量線駆動回路１０の少なくと
も１回路又は全ての回路は、低温ポリシリコンを用いて
第１の透明基板に形成され、ＴＦＴアレイ基板が構成さ
れる。ここでアレイ基板と第２の透明基板との間隙に液
晶を充填したパネルを液晶パネルという。

【００２１】図２は本実施の形態による液晶表示装置の
動作を示すタイミング図である。図２（ａ）は各走査線
Ｇ１，Ｇ２・・・から出力されるゲート信号Ｇsig １，
Ｇsig ２・・・を示し、図２（ｂ）は補助容量線駆動回
路１０から出力される補助容量線駆動電圧Ｖst１、Ｖst
２・・・の変化を示す。ゲート信号Ｇsig １、Ｇsig
２、・・・は図１の走査線駆動回路１６から出力され、
走査線を選択するパルスであり、１フレームの繰り返し
周期を有している。ゲート信号Ｇsig の電圧は１行分の
各画素の選択時には電圧Ｖghになり、非選択時には電圧
Ｖglに保持される。補助容量線駆動電圧Ｖst１、Ｖst２
・・・は△Ｖstの振幅を持った２値の電圧信号であり、
補助容量１２を介して各液晶セル１５の一端に印加され
る。また走査線Ｇ１に対する補助容量線駆動電圧Ｖst１
は、ゲート信号Ｇsig １が立ち下がった後、少し遅れて
振幅がΔＶstだけ変化する。補助容量線駆動電圧Ｖst２
・・・についても同様に振幅が変化する。

【００２２】図３は本実施の形態の液晶表示装置の各画
素（液晶セル）に印加される電圧の波形図である。同図
に示すゲート信号Ｇsig は走査線駆動回路１６から選択
された走査線Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対して出力される。
１行分の各画素の選択時には電圧がＶghとなり、非選択
時には電圧がＶglになる。直流の対向電圧Ｖcom は対向
電極駆動回路１９から出力される。トランジスタ１４の
ドレインから出力される出力電圧Ｖd は、１フレーム周
期で出力レベルが対向電圧Ｖcom を中心に正及び負側に
変化する。当該ゲートの選択時は、その走査線上にある
液晶セル１５は、信号線Ｓを介して供給される信号電圧
Ｖsig に充電されるが、トランジスタ１４の寄生容量で
あるドレイン−ゲート間の容量Ｃdgの影響で、ゲート信
号ＧsigがＶghからＶglに変化したとき、出力電圧Ｖd
がＶsig より更にＶptだけ低くなった電圧に変化する。
その後補助容量駆動回路１０の補助容量駆動電圧Ｖstが
△Ｖst電圧だけ立ち下がると、Ｋ・△Ｖstだけ出力電圧
Ｖd が更に低下する。こうして、対向電圧Ｖcom と出力
電圧Ｖd の差の電圧Ｖdlが液晶セル１５の駆動電圧（画
素電圧）として印加される。

【００２３】なお、上記の定数Ｋは次の（１）式で与え
られる。Ｋ＝Ｃst／（Ｃlc＋Ｃst＋Ｃdg）・・・（１）式Ｃst：補助容量１２の容量Ｃlc：液晶セル１５の容量Ｃdg：トランジスタ１４のドレイン−ゲート間の寄生容
量

【００２４】次のフレームで同一走査線の各液晶セル１
５に表示信号を書き込むときは、当該走査線Ｇｉの再度
の選択時に、当該画素（ｉ，ｊ）の液晶セル１５に対し
て信号線Ｓｊを介して供給される信号電圧Ｖsig により
充電を行う。図３に示すように、トランジスタ１４のド
レイン−ゲート間の寄生容量Ｃdgの影響で、ゲート信号
Ｇsig ｉの電圧がＶghからＶglに変化したとき、出力電
圧Ｖd がＶptだけ低下する。その後、補助容量駆動回路
１０の補助容量駆動電圧Ｖstが△Ｖstだけ立ち上がる
と、現在の電圧からＫ・△Ｖstだけ出力電圧Ｖd が上昇
する。この後は上昇した電圧が保持され、出力電圧Ｖd
と対向電圧Ｖcom との差が駆動電圧Ｖdlとして液晶セル
１５に印加される。このように、液晶パネルが１フレ−
ム周期で交流駆動（反転駆動）される。

【００２５】その結果、図３に示すように対向電圧Ｖco
m に対して出力電圧Ｖd が低くなる場合は、補助容量駆
動回路１０からの信号により出力電圧Ｖd は（Ｖsig ＋
Ｖpt）より更にＫ・△Ｖstだけ対向電圧Ｖcom に対して
低い方向にシフトする。また、対向電圧Ｖcom に対し出
力電圧Ｖd が高くなる場合は、補助容量駆動回路１０か
らの信号により出力電圧Ｖd は（Ｖsig −Ｖpt）より更
にＫ・△Ｖstだけ対向電圧Ｖcom に対して高い方向にシ
フトする。

【００２６】以上のことは、液晶セル１５を黒表示する
ため、駆動電圧ＶdlをＶdl０より高い値Ｖdl１に設定し
た場合、所定の駆動電圧Ｖdl１に対する信号電圧Ｖsig
の値を小さくできることを意味する。このように、液晶
セル１５に与える出力電圧Ｖd がＫ・△Ｖstだけ対向電
圧Ｖcom から離れる方向にシフトするため、本実施の形
態における信号線の振幅Ｖspp ’は、図５に示す信号線
の振幅Ｖspp より小さくすることができる。

【００２７】一般的に消費電力が大きいと低温ポリシリ
コンの信頼性が低下するが、このような駆動方法によれ
ば、信号線Ｓの出力電圧を低く抑えることができるの
で、各液晶セルを駆動する全てのトランジスタ１４を初
め、信号線駆動回路１７に用いられる低温ポリシリコン
素子の信頼性を向上することができる。また液晶表示装
置全体の低電力化を図ることができる。

【００２８】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２における液晶表示装置について説明する。本実施の形
態では、液晶パネルを反射型にすることを特徴とする。
前述した（１）式から明らかなように、補助容量駆動回
路１０の出力変化△Ｖstにより、出力電圧Ｖdが上下に
シフトする割合は定数Ｋに比例するといえる。即ち補助
容量１２の容量Ｃstを大きくするほど、出力電圧Ｖd の
シフト量が大きくなり、信号線振幅Ｖspp をより小さく
できる効果が得られる。

【００２９】一方、反射型の液晶パネルは一般的にその
構造上（図示せず）、金属からなる反射電極がアレイ基
板全体を覆うため、反射電極と対面する補助容量１２の
対向面積を１画素領域全体まで大きくとれる。そのた
め、補助容量１２の容量Ｃstを透過型の液晶パネルより
大きくすることが可能となる。この場合、（１）式より
出力電圧Ｖd のシフト量が増え、信号線振幅Ｖspp を一
層小さくすることが可能となる。こうすると、液晶表示
装置の消費電力を更に低減することができる。特に反射
型の液晶パネルの場合は、携帯機器など低電力を要求さ
れる分野に適用されるので、その効果は非常に大きいも
のとなる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１〜３，５記載の発明によれば、
対向電圧に対してスイッチング素子の出力電圧が低くな
る場合は、補助容量駆動回路からの信号により、出力電
圧を補助容量に比例した値だけ対向電圧に対して低い方
向にシフトさせることができる。また対向電圧に対し出
力電圧が高くなる場合は、出力電圧を対向電圧に対して
高い方向にシフトさせることができる。このため液晶セ
ルを白・黒に変化さる電圧に対して信号線の振幅Ｖspp
を低くすることが可能となる。従って液晶表示装置の低
電力化を図ることができる。

【００３１】特に請求項２記載の発明によれば、走査線
駆動回路や信号線駆動回路と同一のプロセスを用いて補
助容量駆動回路を形成することができ、何ら特別なコス
トの追加を伴うことなく液晶表示パネルを製造できる。

【００３２】特に請求項３記載の発明によれば、一般的
に低温ポリシリコン素子は、消費電力が大きいと信頼性
を損なう可能性が強くなるが、信号線の電圧を低減でき
るので、低温ポリシリコン素子で構成した回路の信頼性
が向上する。

【００３３】また請求項４記載の発明によれば、補助容
量値を大きくできるので、信号線振幅を一層小さくする
ことが可能となる。従って消費電力の低減及び回路素子
の信頼性向上を図ることができる。特に反射パネルの場
合は、携帯機器など低電力を要求される分野に適用され
るので、その効果は非常に大きいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の
回路構成図

【図２】実施の形態１の液晶表示装置の動作を示すタイ
ミング図

【図３】実施の形態１の液晶表示装置において、各画素
（液晶セル）に印加される電圧波形図

【図４】従来の液晶表示装置の回路構成図

【図５】従来の液晶表示装置において、各画素に印加さ
れる電圧波形図

【図６】液晶セルの駆動電圧と透過率の関係を示す特性
図

【符号の説明】

１１表示領域１２補助容量１３補助容量線１４トランジスタ１５液晶セル１６走査線駆動回路１７信号線駆動回路１８対向電極１９対向電極駆動回路Ｇ１〜Ｇｎ走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３信号線Ｖst１〜Ｖstｎ補助容量駆動電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２４Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００Ｆターム(参考） 2H092 KA04 KA07 KA16 KA18 NA01 NA24 NA25 NA27 PA06 2H093 NA16 NA32 NA33 NA43 NA80 NC09 NC18 NC22 NC25 NC26 NC34 ND35 ND38 ND39 ND49 NE03 NE10 5C006 AA11 AC11 AC25 AF42 AF69 BB28 BC03 BC11 FA46 FA47 5C080 AA10 BB05 DD26 DD29 EE25 FF11 JJ02 JJ04 5C094 AA22 AA31 BA03 BA43 CA19 EA04 FB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板に複数の走査線及び複数の信
号線を設け、前記走査線と前記信号線との交差部にスイ
ッチング素子を設け、前記スイッチング素子の出力端に
接続された画素電極と第２の基板に形成された対向電極
との間に液晶セルを配設し、前記スイッチング素子の出
力端に前記液晶セルに対する補助容量となるコンデンサ
を接続した表示部と、前記表示部の各走査線を順次に走査し、１水平期間毎に
１行分の表示信号を液晶セルに与えるためのタイミング
を制御する走査線駆動回路と、前記走査線駆動回路により選択された１行分の液晶セル
に画素電圧を印加するための表示信号を出力する信号線
駆動回路と、各液晶セルの対向電極に対向電圧を与える対向電極駆動
回路と、同一走査線の液晶セルの補助容量のコンデンサに対し
て、フレーム周期に同期して電圧が変化する補助容量駆
動電圧を与える補助容量駆動回路と、を具備することを
特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記表示部、前記走査線駆動回路、前記
信号線駆動回路、前記補助容量駆動回路、前記対向電極
駆動回路は、同一の液晶パネルに形成されたことを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記走査線駆動回路、前記信号線駆動回
路、前記補助容量駆動回路、前記対向電極駆動回路の内
少なくとも１回路は、前記スイッチング素子と同一プロ
セスの低温ポリシリコンで形成したことを特徴とする請
求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記表示部は、前記液晶セル単位で外光
の反射率を制御して画像を表示する反射型であることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示
装置。
【請求項５】前記補助容量駆動回路は、同一走査線の液晶セルの補助容量のコンデンサに対し
て、当該走査線のゲート信号の立ち下がり直後に前記表
示信号の電圧極性と同方向にレベルが変化する電圧を補
助容量駆動電圧として出力することを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項記載の液晶表示装置。