JP2014182218A - 液晶表示装置 - Google Patents

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玄士朗 河内
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Abstract

【課題】電力消費を抑制することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置1において、走査信号線Xに接続されるシフトレジスタは複数のグループ6に分けられ、ドライバIC21から各々のグループ6まで相互に独立した複数のクロック信号線61が配線され、ドライバIC21は複数のグループ6に選択的にクロック信号を供給する。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特にはシフトレジスタの駆動に関する。
従来、画像表示領域に配線される複数の走査信号線に接続され、パルス信号を順番に出力する複数のシフトレジスタを備える液晶表示装置が知られている。
特開平8−160387号公報
従来の液晶表示装置では、走査信号線が走査される走査期間中、クロック信号は全てのシフトレジスタに供給される。すなわち、各々のシフトレジスタは、走査期間の大半で動作しないにも関わらず、常にクロック信号を供給され続ける。このため、無駄な電力消費が多いという問題がある。特に、シフトレジスタのトランジスタがアモルファスシリコンを含む場合、駆動に比較的高い電圧を要することから、電力消費が過大となりやすく、さらには寿命の低下を招きやすい。
特許文献1の図8には、1本のプラス側電源線801から分岐した経路にPチャネル型TFT802を介してシフトレジスタブロック803が接続された構成が開示されている。しかしながら、この構成では、Pチャネル型TFT802のオン抵抗が高いため、電力供給信号の波形が鈍りやすいという問題がある。
本発明は、かかる実情に鑑みて為されたものであり、電力消費を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、複数の走査信号線と複数の映像信号線とにより区画される複数の画素を備える画像表示領域と、前記複数の走査信号線に接続され、パルス信号を順番に出力する複数のシフトレジスタであって、前記複数のシフトレジスタは、1又は複数のシフトレジスタを含む複数のグループに分けられる、複数のシフトレジスタと、クロック信号供給回路と、前記クロック信号供給回路から前記各々のグループまで相互に独立して配線される複数のクロック信号線と、を備える。前記クロック信号供給回路は、前記各々のクロック信号線に接続される出力段にアンプを含み、前記パルス信号を出力する順番に従って前記複数のグループに選択的にクロック信号を供給する。
本発明の一態様では、前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループのうち、前記パルス信号を出力する順番に該当するグループに前記クロック信号を供給する。
本発明の一態様では、前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループのうち、前記パルス信号を出力する順番に該当しないグループに前記クロック信号を供給しない。
本発明の一態様では、前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループの或るグループの先頭のシフトレジスタにデータが入力される前に、当該グループに前記クロック信号を供給する。
本発明の一態様では、前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループの或るグループにおける前記クロック信号の供給開始タイミングを、前のグループにおける前記クロック信号の供給終了タイミングよりも早くする。
本発明の一態様では、前記シフトレジスタは、アモルファスシリコンを半導体層とする少なくとも1つの薄膜トランジスタを含む。
本発明の一態様では、前記複数のシフトレジスタは、前記画像表示領域の前記映像信号線と平行な辺の少なくとも一方の側に設けられ、前記クロック信号供給回路は、前記画像表示領域の前記走査信号線と平行な辺の少なくとも一方の側に設けられる。
本発明の一態様では、前記クロック信号供給回路は、集積回路パッケージに含まれる。
本発明によると、パルス信号を出力する順番に従って複数のグループに選択的にクロック信号が供給されるので、電力消費を抑制することが可能である。また、クロック信号供給回路は出力段にアンプを含んでいるため、クロック信号の波形が鈍ることを抑制することが可能である。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の外観斜視図である。 アレイ基板上に形成される回路の構成例を示す図である。 画像表示領域に形成される画素の一つを回路図により示す図である。 シフトレジスタとクロック信号線との関係例を概略的に示す図である。 シフトレジスタの構成例を示す図である。 クロック信号の供給例を示すタイミングチャートである。 クロック信号供給回路の構成例を示す図である。 クロック信号供給回路の状態例を示すタイミングチャートである。
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置1の外観斜視図である。液晶表示装置1は、アレイ基板2とカラーフィルタ基板3の間に数マイクロメートル程度の厚みの液晶材料を挟み込んだ構造であり、カラーフィルタ基板3の外周に沿って設けられるシール材により、アレイ基板2とカラーフィルタ基板3が接着されるとともに、液晶材料が漏れ出ることが無いよう封止される。
アレイ基板2は、その前面に多数のスイッチング素子や画素電極を格子状に形成したガラス基板であり、スイッチング素子としてTFTを用いている場合には、TFT基板とも呼ばれる。アレイ基板2は、図示のようにカラーフィルタ基板3より外形が大きく、その少なくとも一辺がカラーフィルタ基板3から飛び出していることにより、前面が露出している。アレイ基板2の前面の露出部分には、多数のスイッチング素子のオン/オフや、各画素電極に印加される映像信号の制御を行う制御回路を含む集積回路パッケージであるドライバIC21が実装されているとともに、液晶表示装置1を例えばFPC(Flexible Printed Circuits)等により外部の機器と電気的に接続するための接続端子22が形成されている。
カラーフィルタ基板3は、液晶表示装置1が画像を形成する際の単位となる画素毎に赤、緑、青に塗り分けられた色付き薄膜が形成されたガラス基板であり、かかる色付き薄膜はアレイ基板2に形成された画素電極に対応する位置に設けられる。
また、アレイ基板2の背面及びカラーフィルタ基板3の前面には、偏光フィルム4が貼り付けられる。
なお、以上示した実施形態では、液晶表示装置1は、いわゆる透過型であり、アレイ基板2及びカラーフィルタ基板3はガラス等の透明基板であるが、反射型とする場合には、必ずしも透明である必要はなく、その材質もガラスに限定されない。また、ここで示した実施形態では、液晶表示装置1はフルカラー表示が可能なものであるため、カラーフィルタ基板3には赤、緑及び青の色付き薄膜が設けられているが、この色の組み合わせは異なるものとしてもよく、また、液晶表示装置1をモノクロ表示のものとして色付き薄膜を単色のものとし、あるいは省略してもよい。
図2は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置1のアレイ基板2上に形成された回路の構成例を示す図である。
アレイ基板2上には、多数の画素が格子状に配置された矩形の画像表示領域5が形成されている。なお、画像表示領域5の解像度や、左右方向及び上下方向の長さは、液晶表示装置1の用途に応じて定められる。本実施形態で例示する液晶表示装置1は縦長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより短い)であるが、これは、液晶表示装置1がいわゆるスマートホン等の携帯情報端末向けの表示装置としての用途を想定しているためであり、用途によっては、画像表示領域5が横長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより長い)であっても、左右方向と上下方向の長さが等しくともよい。
アレイ基板2上には、画像表示領域5を貫くように複数の走査信号線Xと複数の映像信号線Yが形成されている。走査信号線Xと映像信号線Yは互いに直交しており、画像表示領域5を格子状に区画する。そして隣接する2つの走査信号線Xと隣接する2つの映像信号線Yによって囲まれた領域が1つの画素となっている。
図3は、画像表示領域5に形成される画素の一つを回路図により示す図である。図中に示した、走査信号線Xn及びXn+1並びに映像信号線Yn及びYn+1に囲まれた領域が一つの画素となっている。ここで注目する画素は、映像信号線Yn及び走査信号線Xnにより駆動されるものとする。各画素には、TFT51が設けられている。TFT51は走査信号線Xnから入力される走査信号によってオン状態となる。映像信号線Ynは当該画素の画素電極52に、オン状態のTFT51を介して電圧(各画素の階調値を表す信号)を加える。
また、画素電極52に対応して、アレイ基板2とカラーフィルタ基板3間に挟まれて封入されている液晶層を介して容量を形成するように共通電極53が形成されている。共通電極53は、共通電位に電気的に接続される。そのため、画素電極52に印加された電圧に応じて、画素電極52と共通電極53の間の電界が変化し、それにより液晶層中の液晶の配向状態が変化し、画像表示領域5を透過する光線の偏光状態を制御する。この液晶層により制御される偏光方向と、アレイ基板2とカラーフィルタ基板3に貼り付けられた偏光フィルム4の偏光方向との関係により、液晶表示装置1を透過する光線の透過率が決まり、各画素は光の透過率を制御する素子として機能する。そして、各画素の光の透過率を入力された画像データに応じて制御することにより画像が表示される。従って、液晶表示装置1において、画素が形成されている領域が、画像が表示される画像表示領域5となる。
なお、共通電極53が形成される基板は、液晶の駆動方式により異なっており、例えばIPS(In Plane Switching)と呼ばれる方式であればアレイ基板2に、また、例えばVA(Vertical alignment)、TN(Twisted Nematic)と呼ばれる方式であればカラーフィルタ基板3に共通電極が形成される。本発明において、液晶の駆動方式は特段限定されないが、本実施形態においては、IPS方式を用いるものとする。
図2に戻り、画像表示領域5の走査信号線Xと平行な辺の少なくとも一方の側、図示の例では画像表示領域の上側には、走査信号駆動回路211と映像信号駆動回路212を含むドライバIC21が設けられる。ドライバIC21には、外部機器より電源電圧、接地電圧、タイミング信号や映像信号等の各種信号が入力される。なお、本実施形態では、共通電位は接地電位であるが、必ずしもこれに限定するものではない。
画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺の少なくとも一方の側、図示の例では画像表示領域の左右両側には、各々の走査信号線Xに接続される複数のシフトレジスタ65(図4及び図5を参照)が設けられている。シフトレジスタ65は、連結された順番に、図示の例ではドライバIC21に近い側から順番に、走査信号線Xにパルス信号を出力する。これにより、走査信号線Xには、TFT51(図3参照)をオンとする電圧(以降、オン電圧という。)が順番に印加される。
複数のシフトレジスタ65は、複数のグループ6に分けられており、グループ6毎にクロック信号線61が接続されている。複数のクロック信号線61は、ドライバIC21の走査信号駆動回路211から各々のグループ6まで相互に独立して配線されている。走査信号駆動回路211は、クロック信号供給回路75(図7を参照)を含んでおり、クロック信号を供給するクロック信号線61を所定のタイミングで切り替えることで、複数のグループ6にクロック信号を選択的に供給する。
クロック信号線61は、画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺(図示の例では、左右の辺)の少なくとも一方、本実施形態では両方の側に設けられる。ここでは、クロック信号線61は、走査信号駆動回路211から画像表示領域5の左右方向外側の領域に一端延び出し、それから映像信号線Yと平行に画像表示領域5の左右の辺の外側を通り、各々のグループ6に接続されるように配置される。
また、先頭のグループ6には、当該グループ6に含まれる先頭のシフトレジスタ65にスタート信号を供給するためのスタート信号線62が接続されている。スタート信号線62は、ドライバIC21の走査信号駆動回路211から先頭のグループ6まで配線されている。走査信号駆動回路211が先頭のシフトレジスタ65にスタート信号を出力することで、複数のシフトレジスタ65によるパルス信号の一連の出力が開始される。ここで、先頭とは、パルス信号を出力する順番における最初を指す。
映像信号駆動回路212は、映像信号線Yに接続されている。映像信号駆動回路212は、シフトレジスタ65による走査信号線Xの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Xに接続されるTFT51のそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。
図4は、シフトレジスタ65とクロック信号線61との関係例を概略的に示す図である。本実施形態では、シフトレジスタ65は、画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺の両側、図示の例では左右両側に振り分けられている。例えば、奇数番目の走査信号線Xに接続されるシフトレジスタ65は、画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺の一方の側、図示の例では左側に配置されている。他方、偶数番目の走査信号線Xに接続されるシフトレジスタ65は、画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺の他方の側、図示の例では右側に配置されている。なお、これに限らず、シフトレジスタ65を画像表示領域5の映像信号線Yと平行な辺の片側のみに設けてもよい。
走査信号線X、映像信号線Yの本数は、画像表示領域5の解像度に依存し、本実施形態では、走査信号線Xは1920本、映像信号線Yは1080本である。また、シフトレジスタ65の分割数mは10であり、各々のグループ6に接続される走査信号線Xは192本である。この場合、走査信号線X1〜X192に接続されるシフトレジスタ65が第1のグループ6(G1)を構成し、走査信号線X193〜X384に接続されるシフトレジスタ65が第2のグループ6(G2)を構成し、以下同様に繰り返す。本実施形態では、シフトレジスタ65は画像表示領域5の左右両側に振り分けられているので、各々のグループ6も左右両側に分かれた状態となっている。
また、各々のクロック信号線61は、相互に逆相のクロック信号を伝送する一対の信号線CK,CKBによって構成されている。これら一対の信号線CK,CKBは、接続対象のグループ6に含まれる各々のシフトレジスタ65に接続されている。具体的には、第1のクロック信号61(CK1,CKB1)は第1のグループ6(G1)に含まれる全てのシフトレジスタ65に接続されており、第2のクロック信号61(CK2,CKB2)は第2のグループ6(G2)に含まれる全てのシフトレジスタ65に接続されており、以下同様に繰り返す。本実施形態では、シフトレジスタ65は画像表示領域5の左右両側に振り分けられているので、各々のクロック信号線61も左右両側に設けられている。
図5は、シフトレジスタ65の構成例を示す図である。シフトレジスタ65は、一対のクロック端子CK,CKBと、接地端子VSSと、入力端子SETと、出力端子OUTと、を備えている。クロック端子CK,CKBには、クロック信号線61(CK,CKB)が接続されており、相互に逆相のクロック信号が供給される。接地端子VSSには、オフ信号線69が接続されており、オフ電圧Vgoffが供給される。オフ電圧Vgoffの電位は、例えば共通電位(すなわち接地電位)である。
入力端子SETには、上流のシフトレジスタ65から出力されたパルス信号が入力データとして入力される。シフトレジスタ65は、クロック端子CK,CKBにクロック信号が供給された状態で、入力端子SETにパルス信号が入力されると、クロック信号の1パルスと同じ長さのパルス信号を出力端子OUTから走査信号線Xと下流のシフトレジスタ65とに出力する。
シフトレジスタ65の内部には、複数のトランジスタ71が設けられている。本実施形態において、トランジスタ71はTFTであり、アレイ基板2の製造工程の中で画像表示領域5のTFT51(図3を参照)と一緒に形成される。このため、トランジスタ71の半導体層は、TFT51と同様にアモルファスシリコンからなる。
図4に戻り、シフトレジスタ65の動作について説明する。走査信号駆動回路211から出力されたスタート信号Vstは、スタート信号線62を通じて1番目のシフトレジスタ65に入力される。スタート信号Vstが入力されると、1番目のシフトレジスタ65は、1番目の走査信号線X1にパルス信号を出力する。1番目のシフトレジスタ65から出力されたパルス信号は、1番目の走査信号線X1を通じて2番目のシフトレジスタ65に入力される。パルス信号が入力されると、2番目のシフトレジスタ65は、2番目の走査信号線X2にパルス信号を出力する。2番目のシフトレジスタ65から出力されたパルス信号は、2番目の走査信号線X2を通じて3番目のシフトレジスタ65に入力される。以下同様に繰り返す。
また、n番目のシフトレジスタ65に着目して説明すると、n−1番目のシフトレジスタ65から出力されたパルス信号は、n−1番目の走査信号線Xn−1を通じてn番目のシフトレジスタ65に入力される。パルス信号が入力されると、n番目のシフトレジスタ65は、n番目の走査信号線Xnにパルス信号を出力する。n番目のシフトレジスタ65から出力されたパルス信号は、n番目の走査信号線Xnを通じてn+1番目のシフトレジスタ65に入力される。
走査信号駆動回路211に含まれるクロック信号供給回路75は、パルス信号を出力する順番に従って複数のグループ6に選択的にクロック信号を供給する。具体的には、クロック信号供給回路75は、複数のグループ6のうち、パルス信号を出力する順番のシフトレジスタ65を含むグループ6にクロック信号を供給し、それ以外のグループ6にはクロック信号を供給しない。
例えば、第1のグループ6(G1)に含まれるシフトレジスタ65が走査信号線X1〜X192を走査する期間では、クロック信号供給回路75は、第1のクロック信号61(CK1,CKB1)を通じて第1のグループ6(G1)に含まれるシフトレジスタ65にクロック信号を供給し、それ以外のグループ6(G2〜G10)にはクロック信号を供給しない。また、第2のグループ6(G2)に含まれるシフトレジスタ65が走査信号線X193〜X384を走査する期間では、クロック信号供給回路75は、第2のクロック信号61(CK2,CKB2)を通じて第2のグループ6(G2)に含まれるシフトレジスタ65にクロック信号を供給し、それ以外のグループ6(G1,G3〜G10)にはクロック信号を供給しない。以下同様に繰り返す。
なお、クロック信号供給回路75は、或るグループ6におけるクロック信号の供給開始タイミングを、それより前のグループ6におけるクロック信号の供給終了タイミングよりも早くしている。具体的には、クロック信号供給回路75は、前のグループ6の最後のシフトレジスタ65から出力されるパルス信号が、次のグループ6の先頭のシフトレジスタ65に入力される前から、当該グループ6にクロック信号を供給している。これにより、予め先頭のシフトレジスタ65を動作可能な状態にしておくことが可能である。
図6に示されるように、第2のグループ6(G2)にクロック信号を供給する期間T2の供給開始タイミングは、第1のグループ6(G1)にクロック信号を供給する期間T1の供給終了タイミングよりも早くなっている。また、第3のグループ6(G3)にクロック信号を供給する期間T3の供給開始タイミングも、第2のグループ6(G2)にクロック信号を供給する期間T2の供給終了タイミングよりも早くなっている。以下同様に繰り返す。クロック信号を供給する期間の重複は、例えばクロック信号の1〜数クロック分とされる。
図7は、クロック信号供給回路75の構成例を示す図であり、図8は、クロック信号供給回路75の状態例を示すタイミングチャートである。図では、一方のクロック信号CK1〜CK10についてのみ示すが、他方のクロック信号CKB1〜CKB10についても同様である。クロック信号供給回路75は、クロック信号を発生するクロック発生回路CG1を含んでおり、クロック発生回路CG1から出力されるクロック信号は、バッファ回路BFを経由して、複数のクロック信号線CK1〜CK10に分配される。
クロック信号供給回路75の、各々のクロック信号線CK1〜CK10に接続される出力段には、レベルシフト回路LS1〜LS10が設けられている。レベルシフト回路LS1〜LS10は、バッファ回路BFからのクロック信号を必要な電圧レベルにまで昇圧して、出力する。このように、アンプとしてのレベルシフト回路LS1〜LS10が出力段に設けられることで、シフトレジスタ65に供給されるクロック信号の波形が鈍りにくくなる。
バッファ回路BFからレベルシフト回路LS1〜LS10に至る各々の経路には、クロック信号の通過をオン/オフするためのスイッチSW1〜SW10が設けられている。これらのスイッチSW1〜SW10は、一対のカウンタ回路CUの排他的論理和出力(XOR出力)x1〜x10に応じて制御される。カウンタ回路CUは、クロックパルスをカウントし、所定のカウント数に達すると1を出力する。カウンタ回路CUが1を出力するカウント数を適切に設定することで、上述したように複数のグループ6に選択的にクロック信号が供給される。
具体的には、リセット信号RSTが入力されると出力y1が0となり、出力y1と、電源電圧Vddからの常に1の出力y0とのXOR出力x1が1となって、スイッチS1がオンとなる。スイッチS1がオンとなった後、所定のカウント数に達すると出力y1が1となり、出力y0と出力y1とのXOR出力x1が0となって、スイッチS1がオフとなる。また、スイッチS1がオンとなった後、所定カウント数に達すると出力y2が1となり、出力y2と出力y3のXOR出力x2が1となり、スイッチS2がオンとなる。ここで、出力y2が1となるタイミングを出力y1が1となるタイミングより早くすれば、スイッチS2のオン期間の開始タイミングがスイッチS1のオン期間の終了タイミングよりも早くなる。スイッチS2がオンとなった後、所定のカウント数に達すると出力y3が1となり、出力y2と出力y3とのXOR出力x2が0となって、スイッチS2がオフとなる。以下同様に繰り返す。
なお、以上説明した各実施形態において化体された具体的な構成は、本発明を説明する上で例示されたものであり、本発明の技術的範囲をかかる具体的な構成に限定するものではない。当業者は、上記各実施形態において開示された内容を適宜変形乃至最適化することができ、例えば、各部材の配置位置、数、形状等は必要に応じ任意に変更してよい。
1 液晶表示装置、2 アレイ基板、3 カラーフィルタ基板、4 偏光フィルム、5 画像形成領域、6 選択回路、7 選択解除回路、8 液晶層、9 シール材、21 ドライバIC、22 接続端子、23 機能膜、31 機能膜、51 TFT、52 画素電極、53 共通電極、6 グループ、61 クロック信号線、62 スタート信号線、65 シフトレジスタ、69 オフ信号線、71 トランジスタ、75 クロック信号供給回路。

Claims (8)

  1. 複数の走査信号線と複数の映像信号線とにより区画される複数の画素を備える画像表示領域と、
    前記複数の走査信号線に接続され、パルス信号を順番に出力する複数のシフトレジスタであって、前記複数のシフトレジスタは、1又は複数のシフトレジスタを含む複数のグループに分けられる、複数のシフトレジスタと、
    クロック信号供給回路と、
    前記クロック信号供給回路から前記各々のグループまで相互に独立して配線される複数のクロック信号線と、
    を備え、
    前記クロック信号供給回路は、
    前記各々のクロック信号線に接続される出力段にアンプを含み、
    前記パルス信号を出力する順番に従って前記複数のグループに選択的にクロック信号を供給する、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループのうち、前記パルス信号を出力する順番に該当するグループに前記クロック信号を供給する、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループのうち、前記パルス信号を出力する順番に該当しないグループに前記クロック信号を供給しない、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループの或るグループの先頭のシフトレジスタにデータが入力される前に、当該グループに前記クロック信号を供給する、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記クロック信号供給回路は、前記複数のグループの或るグループにおける前記クロック信号の供給開始タイミングを、前のグループにおける前記クロック信号の供給終了タイミングよりも早くする、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記シフトレジスタは、アモルファスシリコンを半導体層とする少なくとも1つの薄膜トランジスタを含む、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記複数のシフトレジスタは、前記画像表示領域の前記映像信号線と平行な辺の少なくとも一方の側に設けられ、
    前記クロック信号供給回路は、前記画像表示領域の前記走査信号線と平行な辺の少なくとも一方の側に設けられる、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 前記クロック信号供給回路は、集積回路パッケージに含まれる、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
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