JP3140088B2 - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents
液晶表示装置の駆動方法Info
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Description
下TFTと呼ぶ)と画素電極とをマトリックス状に有す
るアクティブマトリックスを用いて、液晶材料を交流駆
動して画素表示をおこなう液晶表示装置の駆動方法に関
し、特に、a)駆動電力の低減、b)表示画質の改善、
c)駆動信頼性の向上を図ろうとするものである。
よる表示画質は近年きわめて改善され、CRTのそれに
匹敵すると言われるまでに達している。しかしながら、
第1に画質の面では、フリッカー・画面上下方向の輝度
変化即ち輝度傾斜・固定画像を表示した直後に前記固定
画像のイメージが焼き付いたように残存する画像メモリ
ー現象・階調表示性能等は未だCRTに比べると遜色が
ないとは言えない。
じて、不可避的に同装置内部に発生する直流(DC)電
圧やクロストークの悪影響の課題を有している。この対
策としてはケー.スズキ:ユーロ ディスプレイ’87
P107 (1987)(K.Suzuki:Eur
o Display’87 P107 (1987))
の報告がある。本報告では、走査信号の後に負の付加信
号(Ve)を印加して補償しようとするものである。
走査信号の直前に負の付加信号(Ve)を印加して補償
しようとするものである。上記2例は画像信号振幅が大
きい欠点を有していた。本発明者らは特願昭63ー31
3456号において1フィールド毎に極性を反転した変
調信号を与えることにより、前記画素電極の電位を変化
させ、前記電位の変化と前記画像信号電圧とを相互に重
畳及び、または相殺させて画像信号振幅を減少させかつ
直流電圧を補償する方法を開示した。
では、大画面化の要求に従って走査信号の遅延が発生
し、補償電圧の極性により直流電圧の補償が不完全にな
る問題が発生し、また画面の左右の輝度ムラが発生する
という問題が生じた。
像信号振幅を小さくしたまま、更に内部直流電圧を低減
することが可能となる、液晶表示装置の駆動方法を提供
することを目的とする。なお、これは大画面化の輝度ム
ラ対策となる。
トリックス状に有し、かつ前記画素電極は走査信号配線
に印加される走査信号によってスイッチングされる薄膜
トランジスタを介して画像信号配線と接続され、前記薄
膜トランジスタに付随した画素電極の一部が絶縁層を介
して次段の隣接する走査信号配線の一部と容量を形成
し、前記画素電極と対向電極の間に保持された液晶材料
を交流駆動する液晶表示装置の駆動方法において、前記
薄膜トランジスタのオン期間に画像信号電圧を前記画素
電極に伝達し、2フィールド毎に前記薄膜トランジスタ
のオン期間の直前のオフ期間に変調信号を前記走査信号
配線に印加するとともに1フィールド毎のオフ電位を変
化させる液晶表示装置の駆動方法である。
の電位差を各々Ve(+)、Ve(−)、走査信号のオン電圧
をVgと定義し、各画素単位の蓄積容量、ゲート・ドレ
イン間容量を各々Cs、Cgdとするとき、 CsVe(+)+CgdVg=CsVe(−)−CgdVg を満足する液晶表示装置の駆動方法 である。
thからVmaxで、薄膜トランジスタのオン期間前後の電
位差を各々Ve(+)、Ve(−)、走査信号のオン電圧をV
gと定義し、各画素単位の蓄積容量、ゲート・ドレイン
間容量、ソース・ドレイン間容量、液晶材料の容量を各
々Cs、Cgd、Csd、Clcとするとき、次式 ΔV*=(Ve(+)+Ve(−))Cs/2Ct (但し、Ct=Cs+Cgd+Csd+Clc) により定義されるΔV*が、 Vth≦ΔV*≦Vmax を満足するようにVe(+)、Ve(−)を設定すること、さ
らにのぞましくは ΔV*=(Vmax+Vth)/2を満足する ように前記オン期間前後の電位差Ve(+)、
Ve(−)を設定することにより必要な信号電圧の振幅Vs
igppを最小とする。
ジスタ)である場合、走査信号の電位変化Vgがゲート
・ドレイン間容量Cgdを介して誘起される画像信号との
電位変化CgdVgが負方向に発生する。本発明では蓄積
容量Csを介して1フィールド毎に印加する極性を反転
した非対称の正負のオン期間前後のオフ電圧の電位差幅
Ve(+)、Ve(-)を与えることにより負方向にCsVe
(+)、正方向にCsVe(-)の画像電極に電位変化を発生さ
せ、上述した電位変化CgdVgに重畳される。これらの
電位変化の関係が次式を満足するように設定できる。
晶駆動電圧の一部をこの容量結合電位から供給すること
になり画像信号ドライバーの出力振幅を減少させ、駆動
電力の低減することができる。
査信号がゲート・ドレイン間容量を介して誘起する直流
成分の少なくとも一部分を補償し、フリッカー・画像メ
モリー等の発生要因を除去し、高品質の表示を可能と
し、液晶表示装置の駆動信頼性を高めることができる。
ス駆動LCDの表示要素の電気的等価回路を示す。各表
示要素は走査信号配線1、画像信号配線2の交点にTF
T3を有する。TFTには寄生容量として、ゲート・ド
レイン間容量Cgd4、ソース・ドレイン間容量Csd5及
びゲート・ソース間容量Cgs6がある。更に意図的に形
成された容量として、液晶容量Clc*7、蓄積容量Cs8
がある。
として、走査信号配線1には走査信号Vgを、画像信号
配線2には画像信号電圧Vsigを、蓄積容量Csの一方の
電極には1フィールド毎に反転する画像信号の極性に対
応してオン期間前後のオフ電圧の電位差Ve(+)、Ve(-)
を、液晶容量Clc*の対向電極には各フィールド毎に一
定の電圧を印加する。上記した寄生ないし意図的に設置
した各種の容量を通じて駆動電圧の影響が画素電極
((図1)A点)に現われる。
として定義した(図3(a)〜(d))に示すVg、Ve
(+)、Ve(-)、対向電位Vt及びVsigを(図1)の各点
に各々印加すると、容量結合による画素電極の電位変化
ΔV*は、偶、奇それぞれのフィールドで式(1)、
(2)で表わされる(但し、TFTをオンする事によ
る、画像信号配線からの電導によるA点の電位変化成分
を除く)。
量Cgdを通じて画素電極に誘起する電位変化である。第
1項は第1の変調電圧の効果を表わす。第3項は画像信
号電圧が寄生容量を通じて画素電極に誘起する電位変化
を示す。Clc*は、信号電圧(Vsig)の大小により液晶
の配向状態が変化するに連れて、その誘電異方性の影響
を受けて変化する液晶の容量である。従って、Clc*及
びΔV*は液晶容量の大(Clc(h))小(Clc(l))に各
々対応する。(Cgdはゲート・信号電極間の容量である
が走査信号配線、画像信号配線共に低インピーダンス電
源で駆動されていること、及びこの結合は直接表示電極
電位に影響しない為無視する)。
V*-を等しくすれば、走査信号Vgが寄生容量Cgdを通
じて画素電極電位に及ぼす直流的電位変動を補償でき
る。こうして液晶には直流電圧がかからず、対称な交流
駆動が可能となる。即ち次式を満足することである。
ィールドで第3項CsdVsigの効果は相殺される。従っ
て式(3)は (CsVe(+)+CgdVg)=(CsVe(-)−CgdVg)・・・・(4) と簡単化される。
れる電位ΔV*は、偶、奇各フィールドで対向電極に対
して液晶容量に無関係に正負等しくできることである。
Clc*が現われないことである。即ち、(3)、(4)
式が満たされる条件で駆動すれば液晶の誘電異方性の影
響は消失し、Clc*に起因するDC電圧は表示装置内部
に発生しないことである。さらに第3の点は(3)、
(4)式を満たした駆動条件では、走査信号Vgが寄生
容量Cgdを通じて画像信号配線と表示電極間に誘起する
直流電位をも相殺し零とすることが出来る。また本発明
の駆動法では各フィールド毎に対向電極の電位に対して
正負逆極性の信号を与えるので2フィールドをみれば画
素電極、信号電極、対向電極の各電位間には直流電界は
生じないことである。液晶にたいして直流電圧を与えな
い駆動法なので信頼性上有利である。
(3)、(4)が表示装置側で任意設定可能な2個の電
圧パラメータVe(+)とVe(-)を有することである。この
為、Ve(+)とVe(-)を(3)、(4)式に合わせて制御
すれば、画素電極に現われる電位変動ΔV*を任意の大
きさに設定できる。このΔV*を液晶のしきい値電圧以
上に設定すればVsigを小さくできる。更に、Vsigを小
さくすることはアナログ信号を制御する画像信号駆動回
路の出力振幅を小さくし、振幅の自乗に比例して同回路
の消費電力を減少させる。カラー表示の場合には同様に
アナログ信号を取り扱うクロマICの省電力にも結びつ
く。一方、Veはディジタル信号であり、当該ICはオ
ン/オフ制御される。従って、オン期間前後のオフ電圧
の電位差Ve(+)、Ve(-)を印加しても相補型MOSIC
で構成した駆動系全般としては省電力化に結びつく。
圧パラメータの概略値を掲げる。Cs=0.68pF、Clc(h)=
0.226pF、Clc(l)=0.130pF、Cgd=0.059pF、Csd=0.001
pF、Vg=15.5V、Ve(+)=-2.5V、Ve(-)=+4.9V、Vt=0
V、Vsig=±2.0V。上記パラメータを考慮すると式
(3)の第3項は実質的に無視することができ式(4)
となり (Ve(-)−Ve(+))=2CgdVg/Cs・・・・(4a) となる。
(図2)に示す。18a、18bは対向電極の共通配
線、25a、25b、25cは画素信号配線、21aは
第N番目の走査信号配線、21bは第(N+1)番目の
走査信号配線、21cは第(N+2)番目の走査信号配
線である。22は走査信号駆動回路、24が画像信号回
路、25は対向電極の電位設定回路である。蓄積容量C
sの共通電極を後段の走査信号配線を用いて形成してい
る。従って、オン期間前後のオフ電圧の電位差を後段の
走査信号配線に印加している。
をさらに示す。((図3(a)),(図3(b))はそ
れぞれN番目、(N+1)番目の走査信号、(図3
(c))は対向電圧、(図3(d))は画像信号電圧、
(図3(e))は(図3(d))の実線で示す画像信号
の、(図3(f))は破線で示す画像信号を与えた場合
のN番目の画素電位を示す。
g(N)、Vg(N+1)、Vsigが入力された場合の画
素電極((図1)A点)の電位変化を(図3(e))、
(図3(f))に示す。例えば奇フィールドでVsigが
(図3(d))の実線のように信号電圧の高電位Vs
(h)にあるとき、T=T1でVg(N)は負方向に補償
信号Ve(−)をあたえ、T=T2ではオン電圧Vgに変化
すると、TFTは導通しA点の画素電極電位VaをVs
(h)と等しくなるまで充電する。T=T3でTFTが
オフになる前にVg(N+1)には負方向に補償信号Ve
(−)を与えておく。次にVg(N)がオフになって、オ
ン信号終了後次段のオン信号が入力されるまでの遅れ時
間td(≧0)後のT=T4でVg(N+1)はVgに変
化する。このVgの変化はCstを通じてA点ではΔVg
(走査信号の容量結合により画素電極に現われる電位変
化)の電位変動として現われる。更に1水平走査期間後
のT=T5に於てVg(N+1)がオフレベルに変化する
と、この影響が図のように電位Vaの正方向変位として
残留する。その後、T=T6で、VsigがVs(h)から
Vs(l)に変化すると同時にA点の電位変動が現われ
る。この容量結合成分を合わせて図ではΔV*として示
す。その後偶フィールドで走査信号が入力された場合に
は、TFTはA点をVsigの低電位Vs(l)まで充電す
る。次段のTFTがオフとなると、上記と同様に容量結
合電位ΔV*が現われる。上記のようにTFTがオフす
る時、Vsigが高レベル、次段のゲート電圧がVe(−)で
ある場合に、あるいはその逆にVsigが低レベル、次段
のゲート電圧がVe(+)である場合に、TFTがオフ後
に電位は変動し、画像信号振幅Vsigppに対し、画素電
極電位の変化幅Veffは図示のようにほぼ2ΔV*+2V
sigppとなり、両者は相互に重畳し合う。換言すると、
画像信号出力ICの出力振幅を2ΔV*だけ減少させる
ことができる。(以下、VeとVsigが上記の位相関係に
ある場合を逆相という)一方、オン期間前後のオフ電圧
の電位差Veに対し、Vsigが(d)図点線のような位相
関係にあるとき(以下、同相という)、A点の画素電極
電位の変化幅はほぼ2ΔV*−2Vsigppとなり、ΔV*
とVsigは相互にその一部を相殺しあう。
関係を示すとともに、ΔV*およびVsigにより透過光を
制御する電圧範囲の例を示す。液晶の透過光が変化する
電圧範囲は液晶のしきい値電圧Vth(液晶の光透過開始
電圧)から飽和電圧Vmax(液晶の光透過の飽和電圧)
までである。ΔV*がVth以上に設定すれば位相制御を
行なわない場合、必要最大信号電圧は(Vmax−Vth)
となる。ΔV*による印加電圧をVCTに設定し、信号電
圧の振幅と位相を制御すれば、必要最大信号振幅電圧は
(Vmax−Vth)/2程度に減少させることができる。
前記した本発明の目的の一つである画像信号振幅を減少
させる効果を有しているのは上述の通りである。
を改良した駆動法を示す。基本的相違点は偶フィールド
のT=T3からT1’間と、奇フィールドのT=T3'から
T1間とでは、オフ電圧が各々異なる電圧に設定されて
いることである。即ち、T=T1においてはVg(N)は
Ve(−)−Ve(+)だけ負方向に変調電圧を与え、T=T
2においてVgに変化させ、画像信号を画素電極に与え
る。T=T3においてTFTがオフにするため走査信号
を先の変調電圧からVe(−)だけ上昇したレベルに変化
させる。その後偶フィールドでT=T2’でVgに変化さ
せTFTをオンにして画像信号を伝達後、T=T3'にお
いて、奇フィールドのオフレベルからVe(+)だけ負方
向へ減少したレベルに変化させる。
で、黒から白までの全域を駆動できコントラストの良い
表示が可能であった。また各電極間の直流成分がほとん
どなく液晶の長期信頼性も良好であった。なお、表示映
像の輝度調整はオン期間前後のオフ電圧の電位差の振幅
ΔV*を変化させて行なった。画素電位に対するゲート
のオフ電圧の電位差が小さくでき偶奇フィールドでの画
素電位の保持特性の差が少なくなり、(参考例)に比較
してフリッカーが減少した。
を更に改良した駆動法を示す。基本的相違点は変調電圧
の与え方である。T=T1においてはVgは変化させず、
T=T2においてVgに変化させ、画像信号を画素電極に
与える。T=T3においてTFTがオフにするため走査
信号を先のオフレベルからVe(-)だけ上昇したレベルに
変化させる。その後偶フィールドでT=T1’において
はVg(N)はVe(-)−Ve(+)だけ負方向に変調電圧を
与え、T=T2’においてVgに変化させ、画像信号を画
素電極に与える。T=T3’において、奇フィールドの
オン直前の変調電圧からVe(+)だけ負方向へ減少したレ
ベルに変化させる。本実施例は(実施例1)に比べてゲ
ート振幅が小さくできる。
(1)、3(2)として(図8)(図9)にそれぞれ示
す。(参考例)、(実施例1)、(実施例2)に対応し
ている。前記実施例との違いは各フィールドで1行置き
に変調信号の極性を変えていることである。従ってこの
場合、画像信号も変調信号の極性に応じて変化させる必
要がある。本実施例の効果は前記の(参考例)、(実施
例1)、(実施例2)に比較してフリッカーが減少し
た。
の、Ve(-)、Ve(+)電位をVeと独立に制御すれば、条
件式(4a)を満足させることが出来る。
の極性を変化させる本実施例の場合に於いても、Ve(+)
とVe(-)を調整することにより、液晶の誘電率異方性の
影響を補償し、且つ画像信号配線と画素電極間に発生す
るDC電圧を補償することができた。(当然の結果とし
て、画像信号配線に与える画像信号の平均電位と画素電
極の平均電位は等しくなる。) こうして、フリッカー
・画像メモリーの主な発生原因を除去し、駆動信頼性を
向上させ、更に駆動電力を減少させることが出来た。叉
この場合には、階調制御性もきわめて向上する。
できるので電源出力の数を減少させることができる。
素電位の中心電圧Vpcを一致させることができるので液
晶表示装置内で直流成分がほとんとなくなる。
ウパターン・カラーバー・解像度チャート等の固定パタ
ーンを表示し画像メモリー現象の現れ方を検査した。本
実施例の方法でウインドウパターンを4時間表示した後
パネル全面を中間調表示状態としたが、これら固定パタ
ーンの焼き付き現象は認められなかった。
の画像焼き付き現象を以下のように比較した。第1の比
較パネルは、画素毎に蓄積容量を持たないパネルであ
る。このパネルではゲートに印加する走査信号が寄生容
量Cgdを通じて信号母線と画素電極に誘起する内部DC
電位差は3.5〜4.0Vである。このパネルにウイン
ドウパターンを3分間表示すると明らかな焼き付き現象
が観察された。またこのパネルに同様ウインドウパター
ンを1時間表示した場合には以後3時間にわたって焼き
付き現象は消えなかった。このパネルに他の固定パター
ンを表示すると同様な焼き付きが観察された。 第2の
比較パネルは画素毎に1pFの蓄積容量を持つもので、前
記内部DC電位差は0.7〜1.0Vのものである。こ
のパネルでは数分の固定パターン表示では明らかな焼き
付き現象は認められないが、1時間の連続表示後には焼
き付きが観察されその後数時間残存した。
にも接続せず電位浮動の状態で駆動した。この場合、全
ての走査信号線に印加されるオン期間前後のオフ電圧の
電位差Veが表示装置内部の静電容量を通じて対向電極
にも現われる。表示装置内部にはVeと無関係な電位に
保持される画像信号配線が有り、前記対向電極に現われ
る第2のオン期間前後のオフ電圧の電位差の振幅は一般
にVeより小さく、前記条件式(4a)を正確には満た
さない。しかしながら第2のオン期間前後のオフ電圧の
電位差発生源を省略でき、省電力効果は大きい。また良
好な画像を表示することが可能であり、本発明の目的を
ほとんどを満たすことが出来る。
下の顕著な効果を有する。
駆動回路の出力信号電圧を大幅に減少させ、もってアナ
ログ信号を取り扱う同駆動回路の消費電力を減少させる
ことが出来る。更に本発明をカラー表示に使用する場合
にはクロマICの出力振幅をも減少させ同回路の省電力
化も計れた。こうして表示装置全体としての駆動電力の
削減が可能となる。一方、上記出力信号電圧の振幅を減
少させることは、益々表示の高密度化が要求され信号駆
動回路が高周波化されねばならぬ今日、上記当該回路の
製作をより容易とする、更に、信号増幅器の直線性のよ
い領域を使用でき、表示品質の改善にもつながると言う
副次的利点をも有する。
1)、(実施例2)のような1フィールド毎の交流駆動
に於いても、フリッカーの発生原因を除去する事が出来
た。また(実施例3)では、上記に加え表示輝度の均一
化・階調表示性能の顕著な向上が見られた。
れは液晶の異方性・走査信号のCgdを通じた容量結合等
により、従来は表示装置内に不可避的に発生したDC電
圧を除去したことによる。これらのDC電圧成分は各種
の表示欠陥を誘発する原因であった。このDC電圧を除
去したことにより、固定画像を表示した直後に発生する
画像の焼付け現象が大幅に改善された。更に、式(4)
に従った駆動条件は液晶の誘電率異方性の影響を受けな
い。このことは表示装置を広い温度範囲で使用する場合
等、誘電率そのものが変化してもその影響が現われず、
安定した駆動が出来ることを意味する。
3456号の駆動法は大画面化にともなって走査信号の
遅延が発生し、画面の輝度ムラが発生した。本発明の駆
動法を用いるとTFTのオフ特性が改善され左右の輝度
ムラが改善された。
の低減・画質の改善・信頼性の向上を同時に達成でき、
その工業的効果は大きい。
回路図
と画素電圧変化を示す図
による電圧の効果を示す図
電圧変化を示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 画素電極をマトリックス状に有し、かつ
前記画素電極は走査信号配線に印加される走査信号によ
ってスイッチングされる薄膜トランジスタを介して画像
信号配線と接続され、前記薄膜トランジスタに付随した
画素電極の一部が絶縁層を介して次段の隣接する走査信
号配線の一部と容量を形成し、前記画素電極と対向電極
の間に保持された液晶材料を交流駆動する液晶表示装置
の駆動方法において、前記薄膜トランジスタのオン期間
に画像信号電圧を前記画素電極に伝達し、2フィールド
毎に前記薄膜トランジスタのオン期間の直前のオフ期間
に変調信号を前記走査信号配線に印加するとともに1フ
ィールド毎のオフ電位を変化させることを特徴とする液
晶表示装置の駆動方法。 - 【請求項2】 薄膜トランジスタのオン期間前後の電位
差を各々Ve(+)、Ve(−)、走査信号のオン電圧をVg
と定義し、各画素単位の蓄積容量、ゲート・ドレイン間
容量を各々Cs、Cgdとするとき、 CsVe(+)+CgdVg=CsVe(−)−CgdVg を満足することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装
置の駆動方法。 - 【請求項3】 液晶表示装置の対向電極の電位が少なく
とも各フィールド期間で一定であることを特徴とする請
求項1記載の液晶表示装置の駆動方法。 - 【請求項4】 液晶表示装置の対向電極の電位が一定で
信号電圧の平均的中心電位に一致することを特徴とする
請求項1記載の液晶表示装置の駆動方法。 - 【請求項5】 液晶材料の透過率が変化する電圧範囲が
VthからVmaxで、薄膜トランジスタのオン期間前後の
電位差を各々Ve(+)、Ve(−)、走査信号のオン電圧を
Vgと定義し、各画素単位の蓄積容量、ゲート・ドレイ
ン間容量、ソース・ドレイン間容量、液晶材料の容量を
各々Cs、Cgd、Csd、Clcとするとき、 次式 ΔV*=(Ve(+)+Ve(−))Cs/2Ct (但し、Ct=Cs+Cgd+Csd+Clc) により定義されるΔV*が、 Vth≦ΔV*≦Vmax を満足するようにVe(+)、Ve(−)を設定することを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液晶表示装置
の駆動方法。 - 【請求項6】 ΔV*が、 ΔV*=(Vmax+Vth)/2 を満足するように設定されていることを特徴とする請求
項5記載の液晶表示装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03144453A JP3140088B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | 液晶表示装置の駆動方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03144453A JP3140088B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | 液晶表示装置の駆動方法 |
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1991
- 1991-06-17 JP JP03144453A patent/JP3140088B2/ja not_active Expired - Lifetime
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