JP2007058235A - アクティブマトリクス型表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アティブマトリクス型の液晶表示装置において、駆動電圧を低減し、消費電力を低減する方法を提供する。
【解決手段】スイッチング素子は、入力端子がデータ線に接続され、出力端子が画素容量素子の一方の電極に接続され、制御電極はスキャン線に接続され、画素容量素子の他方の電極は、コモン線に接続された面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示装置において、コモン線は、Ｖ_ＨもしくはＶ_Ｌ（Ｖ_Ｈ＞Ｖ_Ｌ）のいずれかの電位に保持され、Ｖ_Ｈは、基準電位Ｖｃに対してオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位、および画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐの電位を加えた電位であり、Ｖ_Ｌは、基準電位Ｖｃに対してオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位を引いた電位である。従って、データ線の電位の変動幅は、基準電位Ｖｃに対して画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐとなる。
【選択図】図１１

Description

本発明はアクティブマトリクス型表示装置に関する。特に、表示方法として、面内スイッチング方式（In-Plane Switching Mode 、ＩＰＳともいう）を用いる方法に関する。本発明では、信号（データ）の電位の変動を抑制し、よって、消費電力の低減を図り、また、各画素に設けられたスイッチング素子にかかる電圧を低減することにより、その負担を軽減するものである。本発明は、液晶表示装置等の容量結合型表示装置の駆動方法に関する。

液晶表示装置等の容量結合型の表示装置においては、画素容量素子に印加される電圧の反転が必要とされている。この操作は交流化ともいわれる。これは、容量素子の電極の間の光電変換材料（電圧によって光透過率や反射率、屈折率等の光物性が変化する材料）に常に１つの向きの電界が印加されると、材料の劣化を招くためであり、フレーム（フィールド）ごと、もしくは数フレームごとの反転が必要とされた。

反転の方法としては、１フレームにおいては表示画面全体が同じ極性のフレーム反転（フィールド反転）（図１０（Ａ））、同じ行では、極性が同じだが、隣接する行の極性が異なるゲイトライン反転（図１０（Ｂ））等の方式があった。これはＩＰＳ方式においても同様であった。

従来は、このような反転をおこなうためには、データドライバー（信号ドライバー）から極性の反転する信号が画素に供給されていた。図７には従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の単位画素を示す。スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔ）は、スキャン線（走査線）（Ｘ_n ）の信号（選択パルス）によって制御され、選択パルスの印加された状態（ＯＮ状態）のときにデータ線（信号線）（Ｐ_m ）の信号が液晶画素容量素子（ＬＣ）および、必要によっては、それと並列に接続された補助容量（Ｃ）に送られる。一方、コモン線（もしくはコモン電極）（Ｙ_n ）は一定の電位に保たれる。そして、データ線より供給された電位と、コモン線の電位の差に応じて、電荷が蓄積される。（図７）

このような単位画素をＮ行のマトリクス状に配置した表示装置における駆動の信号は図８のようになる。ここで、ＣＬＫはクロック信号（同期信号）であり、表示装置の最小時間を示す。これに応じて、信号が形成される。スキャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．Ｘ_N-1 、Ｘ_N ）は、図に示すように、選択パルスが順次印加される。一方、データ線（Ｐ₁ ）には、各行の画像信号に応じた電位が印加される。ここでは、フィールド反転（図１０（Ａ））の例を示した。比較のため、画像情報は常に同じであるとした。すなわち、第２フィールド（2nd Field)のデータは、第１フィールド（1st Field)のデータを、基準電位（コモン線の電位）に対して、反転させたものである。

第２フィールド（2nd Field)と第３フィールド（3rd Field)でも同様である。また、ゲイトライン反転（図１０（Ｂ））のデータの例を図９に示したが、各行に対応するデータを比較すると、第１フィールドと第２フィールドでは、極性が逆である。

このように、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画像情報のみから必要とされる信号の変動の２倍の変動量を有するデータをドライバーによって作成する必要があった。すなわち、液晶には実効的に５Ｖの電圧を印加させればよいのであるが、反転の必要から、＋５Ｖから−５Ｖまでの１０Ｖの電位変動が必要であった。このことは、ドライバーの駆動電圧を上昇させることとなり、消費電力を低減する上で最大の障害であった。

データの電位の変動が大きいため、スキャン・ドライバーの出力電位差（選択パルス高）や消費電力が増大することも問題であった。さらに、アクティブマトリクス回路に過大な電圧が印加されることによるスイッチング素子（トランジスタ）の破壊や特性の劣化も問題であった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、データの変動を必要最小限としつつも、必要な反転をおこなうための装置の構成およびその駆動方法を提供する。

面内スイッチング（ＩＰＳ）方式は、従来の液晶表示装置が、基板間に基板に垂直な電圧を印加することによって、表示をおこなっていたことに対して、基板内で、基板面に平行な電圧を印加して、表示をおこなうものである。既に、特公昭６３−２１９０７には、薄膜トランジスタをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に用いた場合の基本的な概念が示されている。

他にも特開平７−４３７４４、特開平７−４３７１６、特開平７−３６０５８、特開平６−１６０８７８、特開平６−２０２０７３、特開平７−１３４３０１、特開平６−２１４２４４にも、その応用発明が示されている。さらに、単純マトリクス型液晶表示装置に用いた場合には、特開平７−７２４９１に、薄膜ダイオードをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に用いた場合には、特開平７−１２０７９１に開示されている。

これらの先行技術に開示されたＩＰＳ方式の原理を図５、図６を用いて簡単に説明する。図５には、ＩＰＳ方式によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の単位画素を示した。通常のアクティブマトリクス型液晶表示装置の場合と同様に、データ線１１とスキャン線１２がマトリクス状に設けられるが、それに加えて、コモン線１３（対向電極線ともいう）が設けられる。
従来は、対向基板の電極があったために、コモン線１３は不要であるが、ＩＰＳ方式では対向基板には電極がないので、面内にそれと同様な機能を有する配線（コモン線１３）を設ける必要がある。

このコモン線１３は、従来のＩＰＳ方式では、一定の電位に保持される。また、スキャン線１２と同時に形成される場合には、スキャン線１２と交差しない、すなわち、平行な構成を有する。かくすると、コモン線１３の一部を、データ線１１と同時に形成される画素電極１４の一部と重ねて補助容量（Ｃ）を形成することができる。
すなわち、スキャン線１２とコモン線１３、および、データ線１１と画素電極１４は同時に形成できる。スキャン線１２の一部を制御電極（ゲイト電極）として図に示されるようにスイッチング素子（薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）が形成される。その入力端子（ソース）はデータ線１１とコンタクトし、出力端子（ドレイン）は画素容量素子の一方の電極（画素電極１４）とコンタクトする。また、コモン線１３は画素容量素子の他方の電極として配置される。（図５）

このように、画素電極１４に対向させてコモン線１３を配置する構造から、画素電極１４に電位を与えると、図６に示すように、画素電極１４とコモン線１３の間には、矢印のような電界が生じる。光電変換材料として液晶を用いる場合には、液晶分子は、当初、図６の状態ａで示すように、予定される電界に対して、ある一定の角度なすように配向させておく。例えばネマティク型液晶であれば１５°をなすように配向させておく。次に電界が印加されると図６の状態ｂで示されるように、液晶分子は電界に平行になろうとする。この液晶分子の傾きをうまく利用することにより、濃淡を表現できる。以上が、ＩＰＳ方式の原理である。（図６）

ＩＰＳ方式は、液晶の配向が基板に平行であることにより、従来の液晶表示装置に比べて視野角が広いという特徴を有する。しかしながら、上記の先行技術においては、データドライバーの負担を低減させることについては、特に考慮されておらず、データは従来の場合と同様である。

本発明はＩＰＳ方式の特徴を生かして、データの電位の変動を抑制しつつ、液晶分子に印加される電界の反転をなすことができる。本発明は、コモン線とスキャン線を交差しないように配置し、かつ、コモン線の電位を対応するスキャン線の信号に合わせて制御できる構成とする。そして、対応するスキャン線に選択パルスが印加されていない時間のほとんどにおいて、コモン線にはＶ_H もしくはＶ_L （Ｖ_H ＞Ｖ_L ）のいずれかの電位を与え、画素電極にはＶ_L ≦Ｖ_D ≦Ｖ_H なる画像情報に応じた信号電位Ｖ_D を与えることを特徴とする。

もちろん、（画像に影響を与えない程度に）微小な時間（例えば、選択パルスの印加される直前や直後）においては、コモン線にＶ_H やＶ_L 以外の電位（例えば、Ｖ_H とＶ_L の中間値やそれらを越える値）を与えてもよい。

画像に影響を与えないためには、Ｖ_H やＶ_L 以外の電位の印加される時間は、１フレームの２０％以下、好ましくは５％以下とするとよい。すなわち、１フレームの８０％以上、好ましくは９５％以上の時間において、コモン線は、Ｖ_H もしくはＶ_L いずれかの電位に保持されていることが望ましい。

本発明において、１フィールド毎に反転をおこなうのであれば、あるフィールドにおけるコモン線の電位を、その前後のフレームにおける電位と異なるようにすればよい。

また、コモン線に印加される電位は次にスイッチング素子を経由して、別の信号が入力されるまで、一定に保たれる必要から、対応するスキャン線にパルス信号が印加される毎に、他の値に変動させてもよい。

本発明は、フィールド反転にも、また、ゲイトライン反転にも適用できる。後者を実施するには、隣接するコモン線の電位を常に異なるようにすればよい。

また、本発明を液晶表示装置に応用した場合には、画像に影響を与えないために、コモン線に印加される電位の大きさは、液晶のしきい電位よりも小さくするとよい。

液晶に電圧を印加していない状態から電圧を増していくと、ある電圧値をこえると、その液晶の長軸が回転する。この電圧値を液晶のしきい電位とよぶ。

従って、コモン線の電位が変動しても、コモン線に印加されている電位の大きさ（絶対値）を液晶のしきい電位よりも小さくすることによって、コモン線の電位変動によって液晶の配向が乱れることを防ぐことができ、画像に影響を与えることを防ぐことができる。

以上のように、本発明はデータの電位の変動を半減させ、かつ、液晶素子の電界の向きを反転させることができる。その結果、データドライバーの駆動電圧を従来の半分とすることができ、消費電力の低減に有効である。さらに、本発明を採用することの効果は、スキャンドライバーの駆動回路やアクティブマトリクスに用いられるトランジスタにも現れる。

例えば、従来の駆動方式を採用するアクティブマトリクス回路（図７参照）においては、画素の対向基板の電極の電位を一定とするため、例えば、対向基板の電極（もしくはコモン線）の電位を０Ｖ、画像表示のためのデータが０〜５Ｖの範囲であるとすると、データ・ドライバーより出力されるデータの電位は＋５Ｖから−５Ｖまで、１０Ｖの電位差で変動した。すなわち、トランジスタのソースとドレインの間の電位差は最大で１０Ｖにもなった。

このような状態で、非選択時にトランジスタが安定してＯＦＦとなるには、しきい値電圧をＶ_thとして、トランジスタのゲイト電極の電位を（−５＋Ｖ_th）（Ｖ）以下（以下、ＮＭＯＳの場合についてのみ記述する。ＰＭＯＳの場合は（５−Ｖ_th）（Ｖ）以上）が必要であった。
また、選択時にトランジスタが確実にＯＮ状態となるためには、ゲイト電極の電位は＋５Ｖにトランジスタのしきい値電圧Ｖ_thを加えたもの、＋（Ｖ_th＋５）（Ｖ）以上にしておくことが要求された。

上記の〔実施の形態〕においてはしきい値電圧を＋０．５Ｖとし、１．５Ｖのマージンを取ったが、同じ条件では、ＯＦＦ状態とするための電位は、−６Ｖ、ＯＮ状態とするための電位は＋７Ｖが要求される。このため、スイッチングトランジスタのソース−ドレイン間の最大電位差は１０Ｖ、ゲイト−ソース間（ゲイト−ドレイン間）の最大電位差は１２Ｖとなり、画像情報から必要とされる電圧（５Ｖ）に比して異常に高いストレスが印加されることがわかる。このため、アクティブマトリクスに用いられるトランジスタは高耐圧トランジスタであることが要求される。

また、スキャン・ドライバーから出力される電位も−６Ｖから＋７Ｖ、すなわち、電位差（選択パルス高）が１３Ｖであり、異常に高い電圧が要求される。データ・ドライバーの出力電位差も１０Ｖである。

ところが、本発明を用いると、同じトランジスタを用いて、同じ表示をする場合にも、上記の作用の例で説明したように、データの電位は０Ｖから＋５Ｖまで、すなわち、電位差は５Ｖであり、かつ、そのデータ線の電位の極性を単一である。さらに、非選択時にトランジスタが安定してＯＦＦとするには、トランジスタのゲイト電極の電位を−１Ｖ程度にしておけばよい。また、選択時にトランジスタが確実にＯＮ状態となるためには、＋７Ｖ程度にしておくとよい。すなわち、スキャンドライバーの出力電位差（選択パルス高）は８Ｖである。

すなわち、本発明を用いたアクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタにおいては、例えば、ソース−ドレイン間の最大電位差は５Ｖ、ゲイト−ソース間（ゲイト−ドレイン間）の最大電位差は７Ｖであり、従来例の電位差１２Ｖから大幅に低減できる。電位差の低下が５Ｖということは、あまり大きな効果のないように見えるかもしれない。しかし、この電位差の低下によって、トランジスタの負担を十分に軽減できる。すなわち、トランジスタの歩留り向上の上で格段の効果を有する。

本発明者の実験では、ゲイト絶縁膜として厚さ１２００Åの酸化珪素を用いた場合には、ゲイト−ソース電圧が１０Ｖまでの段階で破壊される素子は非常に少ないが、１０Ｖ以上では、１Ｖ電圧が増加するごとに指数関数的に増加することが分かった。したがって、ゲイト−ソース電圧が１０Ｖ以下ということは産業的には非常に意義のあることである。

本発明では、上記したように、データの電位は０Ｖから＋５Ｖまで変動させることができ、これは電位の変動幅が５Ｖであるということと、データ線の電位の極性が単一であるということも意味している。
このため、従来では、交流化のため、データドライバーから極性の反転する信号をデータ線に供給する必要があったが、本発明によって、データドライバーからの出力信号を単一の極性にすることも可能になる。

また、本発明では、スキャン・ドライバーから出力される選択パルス高も８Ｖであり、従来の１３Ｖよりも低く、したがって、スキャン・ドライバーの負担も軽減できる。

このように、本発明によって、データ・ドライバーのみならず、スキャンドライバーにおける消費電力も低減でき、アクティブマトリクス回路に用いられるトランジスタの負担も低減できる。特に後者に関して関して言えば、少々質の悪いトランジスタであっても十分に動作させることができるのである。

スキャン・ドライバー、データ・ドライバーの出力電圧が低減できるということは、それらの回路に用いられているトランジスタの負担をも軽減できることを意味し、このことは、特に、アクティブマトリクス回路と同じ基板に、スキャン・ドライバーとデータ・ドライバーを一体化して組み込んだ、いわゆるモノリシック型アクティブマトリクス回路において有効である。なぜなら、一般にモノリシック型アクティブマトリクス回路に用いられる回路では、アクティブマトリクス回路と同様に薄膜トランジスタが用いられ、これは、耐圧性の点で難点があるためである。

さらに、選択パルス高が小さくなることにより、スイッチングの際にスイッチングトランジスタの寄生容量によってもたらされる画素側の電位降下（いわゆる「飛び込み電圧」）も低減できる。なぜならば、この電位降下は選択パルス高に比例するからである。

なお、実施例においては、トランジスタはＮ型のもの（ＮＭＯＳ）を例として説明したが、Ｐ型のもの（ＰＭＯＳ）であっても同様に駆動できることは言うまでもない。このように本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置においてさまざまな効果を有し、工業上、有益である。

本発明における単位画素の動作について、図３を用いて説明する。図３の具体的な電極・配線構造は、図５に示す従来のＩＰＳ方式のアクティブマトリクス型表示装置と同様である。

図３においては、いずれもスイッチング素子が閉じられている状態を示す。したがって、いずれの場合もスキャン線Ｘ_n に印加される電位は、スイッチング素子がＯＦＦ状態となるような電位である。スイッチング素子SDがＮチャネル型の単一のトランジスタの場合には、この電位Ｖ_X の必要十分条件については後述する理由から、Ｖ_X ≦Ｖ_L ＋Ｖ_th（Ｖ_thはスイッチング素子SDのしきい値電圧）となる。

あるフィールドにおいては、画素電極の電位Ｖ_nmはＶ_D である。ここで、Ｖ_D は画像情報に応じた電位であるが、いかなる場合にも、Ｖ_L ≦Ｖ_D ≦Ｖ_H という条件を満たす。いうまでもなく、画素電極の電位は、スイッチング素子SDが開いたとき（より正確には、閉じる瞬間）のデータ線Ｐ_m の電位Ｖ_P によって決定される。したがって、Ｖ_L ≦Ｖ_P ≦Ｖ_H である。

一方、コモン線Ｙ_n の電位Ｖ_Y はＶ_L である。この状態では、画素容量素子LCにかかる電位差Ｖ_LC（＝Ｖ_nm−Ｖ_Y ）は、Ｖ_LC＝Ｖ_D −Ｖ_L である。Ｖ_D ≧Ｖ_L なので、現実の電界の向きは矢印に示すようになる。（図３（Ａ））

次のフィールドにおいては、画素容量素子LCに印加される電位差を反転させるものとする。このときには、コモン線の電位をＶ_Y ＝Ｖ_H とする。そして、画素電極の電位はＶ_nm＝Ｖ_H ＋Ｖ_L −Ｖ_D となるようにする。条件Ｖ_L ≦Ｖ_D ≦Ｖ_H より、Ｖ_L ≦Ｖ_H ＋Ｖ_L −Ｖ_D ≦Ｖ_H である。そして、画素容量素子LCにかかる電位差Ｖ_LC（＝Ｖ_nm−Ｖ_Y ）は、Ｖ_LC＝Ｖ_L −Ｖ_D である。Ｖ_D ≧Ｖ_L なので、現実の電界の向きは矢印に示すようになる。すなわち、電界の向きを逆転させることができる。（図３（Ｂ））

なお、上記の２つのフィールドのそれぞれのＶ_LCの式より、
（最初のフィールド）Ｖ_LC ＝ Ｖ_D −Ｖ_L ≦ Ｖ_H −Ｖ_L
（次のフィールド） Ｖ_LC ＝ Ｖ_L −Ｖ_D ≧ Ｖ_L −Ｖ_H
である。
よって、Ｖ_L −Ｖ_H ≦ Ｖ_LC ≦ Ｖ_H −Ｖ_L 、
もしくは、

という関係がある。

すなわち、画素容量素子LCにかかる電位差の大きさは、（Ｖ_H −Ｖ_L ）以下である。ちなみに、従来の方法では、コモン線に印加される電位の変動はないので、Ｖ_H ＝Ｖ_L ＝０、であり、更に、

であるので、上記の関係は満たさない。このように、コモン電極の電位が上記の関係を満たして変動する点も、本発明の特徴とすることである。

次に、データ線の電位について考察する。図３（Ｂ）の状態を得るためには、データ線Ｐ_m の電位をＶ_P ＝Ｖ_nm＝Ｖ_H ＋Ｖ_L −Ｖ_D とする必要があるが、Ｖ_L ≦Ｖ_H ＋Ｖ_L −Ｖ_D ≦Ｖ_H であるので、この場合も、Ｖ_L ≦Ｖ_P ≦Ｖ_H である。すなわち、反転をおこなう場合にも、データ線の電位Ｖ_P は、Ｖ_L ≦Ｖ_P ≦Ｖ_H である。

さて、スイッチング素子SDがＮチャネル型の単一のトランジスタの場合について考察すると、データ線、画素電極がいかなる電位でもＯＦＦ状態を維持するのには、データ線もしくは画素電極で電位の低い方の電位にしきい値を加えた電位よりもスキャン線（ゲイト電極）の電位を低くすればよい。データ線、画素電極の取りうる電位のうち最低の電位はＶ_L であるので、すなわち、Ｖ_X ≦Ｖ_L ＋Ｖ_thとなるようにスキャン線の電位を設定すれば、十分である。

一方、ＯＮ状態を得るには、データ線と画素電極の電位の高い方の電位にしきい値電圧を加えた電位よりも高い電位とすればよい。データ線、画素電極の取りうる電位のうち最高の電位はＶ_H であるので、すなわち、Ｖ_X ≧Ｖ_H ＋Ｖ_thとなるようにスキャン線の電位を設定すれば、十分である。

例えば、画素容量素子LCの電位差を最大で５Ｖとする場合を考えると、Ｖ_L ＝０Ｖ、Ｖ_H ＝＋５Ｖとすればよい。したがって、データ線の電位Ｖ_P は、０≦Ｖ_P ≦５（Ｖ）である。これで、画素容量素子LCの電位差を−５Ｖから＋５Ｖまでの任意のものとすることができる。一方、スキャン線の電位Ｖ_X は、ＯＦＦ状態でＶ_th（Ｖ）以下、ＯＮ状態で、（５＋Ｖ_th）（Ｖ）以上であればよい。例えば、しきい値電圧を＋０．５Ｖとし、１．５Ｖのマージンをとるとして、ＯＮ状態で７Ｖ、ＯＦＦ状態で−１Ｖとすればよい。

このように、データ線（およびコモン線）に印加されるデータの変動を従来のものに比較して、大幅に低減させでも、液晶容量素子LCに印加される電界の向きを逆転できるのが本発明の特徴である。

例えば、データの電位の変動を半分とすることができる。さらに、スキャン線に印加される電位の変動（すなわち、選択パルス高）も大幅に小さくできることも本発明の特徴である。このように、本発明では動作電圧を大幅に低下させることができる。

本発明はフィールド反転もしくはゲイトライン反転のように、同じスキャン線の画素の極性が全て同じ反転形式に有効であるが、ソースライン反転もしくはドット反転のように、同じスキャン線の画素の極性が異なる形式の反転方式を実施する際には、上記の効果は享受できない。

ソースライン反転とは、同じ行（同じスキャン線）の隣接する画素電極の極性が異なることを特徴とする。例えば、図１２に示すように、隣接する左右２つの画素の電位差Ｖ_LC1 、Ｖ_LC2 が、それぞれ、第１フレームで＋５Ｖ、−５Ｖ（図１２（Ａ））、第２フレームで−５Ｖ、＋５Ｖ（図１２（Ｂ））とする場合について考えてみる。

スイッチング素子SDがＮチャネル型トランジスタの場合、スキャン線の電位はＯＦＦ状態では、データ線の最低電位以下であり、ＯＮ状態はデータ線の最高電位以上であることが要求されるが、従来の方法（図８もしくは図９）では、両データ線Ｐ_m 、Ｐ_m+1 はいずれも−５Ｖから＋５Ｖまで、１０Ｖ変動するので、スキャン線の電位の変動幅として１０Ｖが必要であった。

まず、左側の画素について、本発明を適用することを考えれば、例えば、第１フレームでコモン線の電位を０Ｖ、データ線Ｐ_m のデータを＋５Ｖ、第２フレームでコモン線の電位を＋５Ｖ、データ線のデータを０Ｖとすればよい。
一方、この際、右側の画素については、データ線Ｐ_m+1 のデータは、第１フレームは−５Ｖ、第２フレームは０Ｖとなる。（図１２（Ｃ））

以上の条件のもとで、スイッチングをおこなうためには、スイッチング素子SDがＮチャネル型トランジスタであるとすると、ＯＦＦ状態のスキャン線Ｘ_n の電位は、−５Ｖ（データ線の最低電圧）以下でなければならず、また、ＯＮ状態の電位は＋５Ｖ（データ線の最高電圧）以上でなければならない。すなわち、１０Ｖの変動幅が要求されるわけで、スキャン線の電位の変動（すなわち、スキャンドライバの駆動能力）の点で従来の場合と同じであり、効果がない。

ただし、それぞれのデータ線の電位の変動幅は５Ｖであり、従来の半分であるので、表示回路全体としての電圧の低減の効果はないが、個々のデータ線に印加される電圧の変動幅を低減する上では効果がある。もちろん、フィールド反転もしくはゲイトライン反転の場合ほど効果は大きくない。

なお、本発明では、コモン線はデータ線と並列にすることはできない。並列に配置した場合には、これは、コモン線の信号がデータ線に印加された電位に応じて、変動してしまうためである。

図１に、Ｎ行マトリクスのＩＰＳ方式アクティブマトリクス型液晶表示装置で、本発明を用いてフィールド反転をおこなう例を示す。本実施例での表示データは、図８で表示するものと同じものをもちいる。図に示すように、第１フィールドにおいては、Ｎ本のスキャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．Ｘ_N-1 、Ｘ_N ）に、順次選択パルスが印加される。そして、各スキャン線にパルスが印加されると同時に、それに対応する各コモン線（Ｙ₁ 、Ｙ₂ 、Ｙ₃ 、 ．．．Ｙ_N-1 、Ｙ_N ）の電位が、それまでのハイレベル（Ｖ_H ）からロウレベル（Ｖ_L ）に低下する。したがって、図３（Ａ）の状況が実現する。

一方、第２フィールドでは、第１フィールドとは逆に、各スキャン線（Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、．．．Ｘ_N-1 、Ｘ_N ）に、順次選択パルスが印加されると、それに対応するコモン線（Ｙ₁ 、Ｙ₂ 、Ｙ₃ 、．．．Ｙ_N-1 、Ｙ_N ）の電位が、それまでのロウレベルからハイレベルに上昇する。すなわち、図３（Ｂ）の状態となり、第３フィールドでは、第１フィールドと同じであり、第１フィールドと第２フィールドで液晶素子に印加される電界の向きが逆転する。第２フィールドと第３フィールドの間でも同様である。本実施例では、あるフィールドにおいて、全ての行で、図３（Ａ）もしくは図３（Ｂ）のいずれかの状態が実現するので、フィールド反転となる。（図１）

図２に、本発明によって、Ｎ行マトリクスのＩＰＳ方式アクティブマトリクス型液晶表示装置で、ゲイトライン反転をおこなう例を示す。図に示すように、第１フィールドにおいては、コモン線のうち（Ｙ₁ ）、（Ｙ₃ ）、．．．というように奇数行の電位を、対応するスキャン線に選択パルスが印加されるのに応じて、それまでのハイレベルからロウレベルに、また、偶数行のコモン線（Ｙ₂ ）、（Ｙ₄ ）．．．の電位を、対応するスキャン線に選択パルスが印加されるのに応じて、それまでのロウレベルからハイレベルに変化させる。

すなわち、第１フレームでは、奇数行においては、図３（Ａ）の状態が、それに隣接する偶数行においては、図３（Ｂ）の状態が、それぞれ実現する。すなわち、隣合う行の液晶に対する電界の向きが反転したゲイトライン反転状態となる。

次に、第２フィールドでは、第１フィールドとは逆に、奇数行のコモン線（Ｙ₁ ）、（Ｙ₃ ）、．．．の電位をロウレベルからハイレベルへ、また、偶数行のコモン線（Ｙ₂ ）、（Ｙ₄ ）、．．．の電位をハイレベルからロウレベルに変化させる。すなわち、第２フレームでは、奇数行においては、図３（Ｂ）の状態が、それに隣接する偶数行においては、図３（Ａ）の状態が、それぞれ実現する。第３フレームでは、第１フレームと同じ状況となる。

すなわち、特定の行に注目すると、第１フィールドと第２フィールドで液晶素子に印加される電界の向きが逆転する。また、本実施例では、偶数行と奇数行とで液晶素子に印加される電界の向きが逆であるので、ライン反転である。

あるフィールドにおけるマトリクスの一部の電位の状態を図４に示す。図４において、マトリクス内の電圧値は対応する画素電極の電位を表し、コモン線の電位は、Ｖ_L ＝０Ｖ、Ｖ_H ＝＋５Ｖである。また、ＯＦＦ状態のスキャン線の電位は−１Ｖ、ＯＮ状態では＋７Ｖである。

図４において、第４行の画素が書き込み中である。第１行と第２行では、全く同じ画像情報が表示されているが、電界の向きは逆である。例えば、第１行第２列と第２行第２列に着目すると、前者では画素電極の電位の方がコモン線よりも高く、電位差は＋４Ｖである。
他方、後者では、電位差は−４Ｖである。他の画素間でも同様である。第４行は書き込み中であるが、画像情報は第３行と同じもの（ただし、電界の向きは逆）となるようにデータ線Ｐ₁ 〜Ｐ４の電位が設定されている。（図４）

図１１を用いて、本発明と従来法の駆動方法の違いを説明する。図１１には図７で示される回路の画素に関して、それに接続するスキャン線Ｘ_n 、データ線Ｐ_m 、コモン線Ｙ_n に印加される電位の様子を示したものである。ここではフィールド反転とする。本実施例では画素に印加される電圧には、つねにオフセット電圧Ｖ_off を重畳する方式を取り上げる。図１１においては、スキャン線の電位Ｖ_X とデータ線の電位Ｖ_P は重ねてあるが、コモン線Ｖ_Y の電位については、それが時間変動する場合（図１１（Ｂ）および（Ｃ））には煩雑さを避けるために別記し、電位の基準としてＶ_c を用いた。

図１１（Ａ）は従来の方法によるものである。コモン線（もしくはコモン電極）の電位は一定値Ｖ_c に保持される。本来の画像情報による電位の変動はＶ_amp のみである。しかしながら、オフセット電圧Ｖ_off のため、データ線の電位Ｖ_P は最大で２（Ｖ_amp ＋Ｖ_off ）の変動がある。それに応じて、スキャン線の選択パルス高も高くなる。（図１１（Ａ））
しかし、データ線には実は非常に無駄な電位が加えられている。第一はオフセット電圧Ｖ_off である。この電圧はデータ線を通して印加される必要はない。したがって、オフセット電圧Ｖ_off をコモン線より供給することにより、データ線の電位の変動を抑制することができる。その例を図１１（Ｂ）に示す。（図１１（Ｂ））

なお、注目すべきは「ＯＦＦ状態における画素」の電位差であり、「データ線とコモン線」の電位差ではないので、コモン線へのＶ_off の供給は対応するスキャン線への選択パルスに応じておこなわれる。また、図１１（Ｂ）の例では選択パルスの印加の直前にコモン線の電位をＶ_c にする過程を設ける。データ線へは、画像情報だけに基づく電位が印加される。

このようにすることにより、データ線の電位の変動を２Ｖ_amp にまで低減できる。したがって、それに応じて、選択パルス高も低下させることができる。もちろん、ＯＦＦ状態において画素に印加される電圧は、従来法のものとほとんど同じである。

しかしながら、この方法でもまだ、データ線の出力に無駄がある。それは、交流化のための反転出力である。そこで、第２フィールドのデータは図１１（Ｂ）のデータ（図１１（Ｃ）においても点線で示す。これは、画像情報だけに基づくものである）をＶ_amp だけかさ上げしたものとする。かくすることで、データ線の電位の変動はＶ_amp となる。

データ線の電位が全体的にＶ_amp だけ上昇したので、第２フィールドにおいては、コモン線の電位もＶ_amp だけ上昇させる必要がある。そうしないと、反転がおこなえない。このような思想によってデータ線の電位の変動を低下させる例を図１１（Ｃ）に示す。（図１１（Ｂ））
このようにすることにより、データ線の電位の変動をＶ_amp にまで低減でき、それに応じて、選択パルス高も低下させることができる。もちろん、非選択状態において画素に印加される電圧は、図１１（Ｂ）のものと全く同じであり、従来法のもの（図１１（Ａ））ともほとんど同じである。

例えば、Ｖ_off ＝２Ｖ、Ｖ_amp ＝３Ｖとし、選択パルス高（スキャン線の電位の変動幅）は、データ線の電位Ｖ_P の最小値、最大値に２Ｖのマージンを設けるものとすると、従来法（図１１（Ａ））のものでは、データ線の電位の変動幅は１０Ｖ、選択パルス高は１４Ｖである。
一方、図１１（Ｂ）のものでは、データ線の電位の変動幅は６Ｖ、選択パルス高は１０Ｖである。さらに、図１１（Ｃ）のものでは、データ線の電位の変動幅は３Ｖ、選択パルス高は７Ｖまで低下させることができる。

本発明の駆動方法（フィールド反転）を示す図。（実施例１） 本発明の駆動方法（ゲイトライン反転）を示す図。（実施例２） 本発明の単位画素の動作原理を示す図。 本発明のマトリクスの動作例を示す図。（実施例２） ＩＰＳ方式の単位画素を示す図。 ＩＰＳ方式の動作原理を示す図。 アクティブマトリクス型液晶表示装置の単位画素の構成を示す図。 従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の動作を示す図。（フィールド反転モード） 従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の動作を示す図。（ゲイトライン反転モード） フィールド反転（フレーム反転）、ゲイトライン反転の概念を示す図。 本発明および従来法の駆動方法の違いを示す図（実施例３） ソースライン反転の場合の問題点を示す図

Claims (6)

1. スキャン線とデータ線と、
   前記スキャン線と交差しないように配置されたコモン線と、
   前記スキャン線と前記データ線との交点に、一対の電極を有する画素容量素子と、制御電極と入力端子と出力端子を有するスイッチング素子とを有し、
   前記スイッチング素子は、前記入力端子が前記データ線に接続され、前記出力端子が前記画素容量素子の一方の電極に接続され、前記制御電極は前記スキャン線に接続され、
   前記画素容量素子の他方の電極は、前記コモン線に接続された面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示装置において、
   前記コモン線は、Ｖ_ＨもしくはＶ_Ｌ（Ｖ_Ｈ＞Ｖ_Ｌ）のいずれかの電位に保持され、
   前記Ｖ_Ｈは、基準電位Ｖｃに対してオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位、および画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐの電位を加えた電位であり、
   前記Ｖ_Ｌは、前記基準電位Ｖｃに対して前記オフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位を引いた電位であり、
   前記データ線の電位の変動幅は、前記基準電位Ｖｃに対して前記画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
2. 請求項１において、
   前記コモン線は、１フレームの８０％以上の時間において前記Ｖ_Ｈもしくは前記Ｖ_Ｌのいずれかの電位に保持されることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   あるコモン線に印加される電位は、
   前記コモン線に対応するスキャン線にパルス信号が印加される毎に、前記Ｖ_Ｈもしくは前記Ｖ_Ｌのいずれかの値に変動することを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
4. スキャン線とデータ線と、
   前記スキャン線と交差しないように配置されたコモン線と、
   前記スキャン線と前記データ線との交点に、一対の電極を有する画素容量素子と、制御電極と入力端子と出力端子を有するスイッチング素子とを有し、
   前記スイッチング素子は、前記入力端子が前記データ線に接続され、前記出力端子が前記画素容量素子の一方の電極に接続され、前記制御電極は前記スキャン線に接続され、
   前記画素容量素子の他方の電極は、前記コモン線に接続された面内スイッチング方式のアクティブマトリクス型表示装置において、
   前記コモン線は、対応するスキャン線に印加される選択パルスに応じて、電位をＶ_ＨもしくはＶ_Ｌ（Ｖ_Ｈ＞Ｖ_Ｌ）に変化させ、
   前記Ｖ_Ｈは、基準電位Ｖｃに対してオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位、および画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐの電位を加えた電位であり、
   前記Ｖ_Ｌは、前記基準電位Ｖｃに対して前記オフセット電圧Ｖ_ｏｆｆの電位を引いた電位であり、
   前記データ線の電位の変動幅は、前記基準電位Ｖｃに対して前記画像情報による電位の変動Ｖ_ａｍｐであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   あるフレームにおける前記コモン線の電位は、
   前記フレームの前後のフレームにおけるコモン線の電位Ｖ_ＨもしくはＶ_Ｌと異なることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   隣接するコモン線の電位は互いに異なることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置の駆動方法。

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