JP3154907B2 - 表示装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
し、特に1cm2/V・S以上、望ましくは10cm2/
V・S以上の移動度を持つ高速書き込み型の薄膜トラン
ジスタを用いた液晶表示装置(以下、TFT−LCDと
略記する。)を駆動する方法に関する。
するための図であり、41は絶縁性基板40上にマトリ
クス状に配置された複数の画素電極で、該画素電極の各
行毎にゲートライン43が複数配設され、該画素電極の
各列毎にデータライン44が複数配設されている。上記
ゲートライン43とデータライン44との交差部分に
は、薄膜トランジスタ(以下、TFTと略記する。)4
2が配置され、そのドレイン電極42aは上記画素電極
41に接続されている。また、該TFT42のゲート電
極42bには上記ゲートライン43が接続され、該TF
T42のソース電極42cにはデータライン44が接続
されている。なお、この図では図示していないが、上記
画素電極41上には液晶層を介してこれと対向する対向
電極が設けられており、これら画素電極及び対向電極間
に印加する電圧を制御することにより、液晶分子の配向
変動に伴う光学特性の変化を利用して画像表示が行われ
る。
法については、例えば特開昭60−59389号公報に
開示されており、以下、図5を参照して該駆動方法につ
いて簡単に説明する。
信号51が印加され、これらのパルスと同期してデータ
ライン44に画像信号52が入力される。ここではTF
T42はn−ch型であり、走査信号51がプラス(H
レベル)になるとTFT41のチャネルは導通状態、即
ちオン状態となり、画素電極41とデータライン44が
導通状態となる。また、該画像信号は、この走査信号5
1がオンになるタイミングで、データラインに所望の画
像電圧を与えるようになっている。
て画面の高精細化が挙げられ、これに伴い、TFTのサ
イズ縮小及び性能向上が進んでいる。従来、商品化され
ているTFT−LCDの大部分は、半導体材料としてア
モルファスシリコンを用いていたが、近年、負荷の充電
速度を向上させ、画面の高精細化を行うために、TFT
を構成する半導体層として、アモルファスシリコンに比
べ結晶性を高めた、ポリシリコン、マイクロクリスタル
シリコン等の非アモルファスシリコンを用いることが多
くなりつつある。また、上記TFT−LCDの技術動向
には、上述のTFTのサイズ縮小に伴う、ゲート長の縮
小、ゲート絶縁膜の薄膜化等の傾向も挙げられる。
CDの技術動向に起因して、TFTに印加される電圧の
低減を行う必要が生じてきている。つまり、一般にポリ
シリコン等の、アモルファスシリコンより移動度が大き
い半導体材料を用いると、TFTのオン電流が大きく取
れ、負荷の充電速度が良くなるという利点があるが、オ
フ電流も大きくなってしまうという問題がある。このオ
フ電流は図6に示すようにTFTのソース,ドレイン間
に印加される電圧が小さいほど減少するものであり、こ
のためTFTへの印加電圧の低減が課題となっている。
絶縁膜の薄膜化は、TFT素子に印加される電界強度が
増大することにつながり、該絶縁膜中へのキャリア注入
やその絶縁破壊を引き起こし、TFT素子の信頼性を損
なうという問題もある。このような電界強度の増加に伴
う現象も、TFTのソース,ドレイン間に印加される電
圧を小さくすることにより軽減されるため、TFT素子
の信頼性の点からも、TFTへの印加電圧の低減が課題
となっている。
スライン、つまりデータラインやゲートラインと画素電
極との電位差により、画素電極のエッジ部における液晶
分子の配向が乱れ、表示不良を起こすことが知られてお
り、例えば特開平4−323624号公報には、従来技
術の説明においてこの表示不良について記述されてい
る。このような表示不良もTFTのソース,ドレイン間
への印加電圧の低減により改善できるものであり、上記
TFT印加電圧の低減はこのような液晶による表示品位
の点からも課題となっている。
ためになされたもので、画素電極とデータラインとの間
に接続されたTFTのソース,ドレイン間への印加電圧
を実質的に低減して、TFTのオフ電流、つまりTFT
オフ時のリーク電流の低減、及びTFT素子の信頼性の
向上を図るとともに、液晶分子の配向不良を防止するこ
とができ、これによりディスプレイの表示特性及びその
長期信頼性をさらに優れたものとできる表示装置の駆動
方法を得ることが本発明の目的である。
の駆動方法は、複数の画素電極、各画素電極に接続され
た薄膜トランジスタ、該薄膜トランジスタにその制御信
号を供給するための複数のゲートライン、及び該薄膜ト
ランジスタを介して該画素電極に画像信号を供給するた
めの複数のデータラインを絶縁性基板上に配設してなる
TFTアレイを備えた表示装置を駆動する方法であっ
て、前記各ゲートラインには、ゲート信号として、該薄
膜トランジスタをオン状態とする周期的なオンパルス
を、隣接するゲートラインに対して所定の時間間隔をあ
けて線順次で入力されるよう供給し、各データラインに
は、データ信号として、前記オンパルスのオフレベルか
らオンレベルに切り替わってから所定時間後に画像表示
に寄与する画像信号に切り替わり、前記時間間隔の間に
画像表示に寄与しない一定電位の非画像信号に切り替わ
るデータ信号を供給するものであり、そのことにより上
記目的が達成される。
て、前記一定電圧を、画像信号レベルの最大値と最小値
のほぼ中間値とすることが好ましい。
て、前記複数のゲートラインには、隣接するゲートライ
ンおけるオンパルスの入力時間間隔が1μS以上となる
ようオンパルスを入力することが好ましい。
て、前記薄膜トランジスタとして、1cm2/V・S以
上の移動度を有するものを用いることが好ましい。
て、前記薄膜トランジスタを構成する半導体材料は、多
結晶シリコンまたはマイクロクリスタルシリコンである
ことが好ましい。
て、前記表示装置は液晶により画像表示を行う液晶表示
装置であり、該液晶表示装置を構成する液晶材料は、電
気光学特性として4V以下の飽和電圧を有するものであ
ることが好ましい。
て画素電極に接続されたデータラインに、その入力信号
として、画像表示に寄与する画像信号の区間が占める時
間的割合が概ね80パーセント以下であるデータ信号を
入力するようにしたから、画素電極とデータラインとの
間に接続された薄膜トランジスタのソース,ドレイン間
への印加電圧の実効値が低減されることとなる。
して、ポリシリコン等の、アモルファスシリコンより移
動度が大きい半導体材料を用いた場合に、TFTのオフ
電流が大きくなってしまうのを抑制することができ、T
FTのオフ電流の増大を抑えつつ、オン電流の増大によ
り負荷の充電速度を高めることができる。
実質的に低減されるため、該TFTのゲート絶縁膜中へ
のキャリア注入やその絶縁破壊を抑制しつつ、TFTの
ゲート長の縮小及びゲート絶縁膜の薄膜化を図ることが
できる。
質的な低減により、バスラインと画素電極との電位差に
よる画素電極のエッジ部における液晶分子の配向の乱れ
を緩和することができ、液晶ディスプレイの表示特性を
向上できるとともに、より長期間にわたる信頼性の維持
が可能となる。
介して画素電極に接続されたデータラインにはその入力
信号として、画像表示に寄与する画像信号の区間が、画
像表示に寄与しない非画像信号の区間より短いデータ信
号を入力するようにしたので、薄膜トランジスタに印加
される電圧の実効値をさらに低減することができる。
されるデータ信号の、画像表示に寄与しない非画像信号
区間の一部で、データ信号のレベルが一定電圧となるよ
うににし、この際該一定電圧を、画像信号レベルの最大
値と最小値のほぼ中間値とするようにしたので、各画素
電極に対応するTFTへの印加電圧を、そのばらつきを
抑えつつ低減することができる。
び効果を先行技術と対比して説明する。
電極に接続されたデータラインに、その入力信号とし
て、画像表示に寄与する画像信号の区間がゲートライン
の1走査期間(オンパルス区間)に占める時間的割合が
概ね80パーセント以下であるデータ信号、あるいは該
1走査期間内で画像信号の区間が画像表示に寄与しない
非画像信号の区間より短いデータ信号を入力するように
したもので、これによりデータラインと画素電極との間
に接続されたTFT素子への印加電圧を有効に低減する
ことができるものである。
号公報には、データラインのドライバ回路での消費電力
を低減するため、該ドライバ回路の出力端に、負荷に充
電されている電荷を放電させる抵抗に代えて電気的スイ
ッチを設け、データ電圧を負荷に出力する前に、該スイ
ッチの導通により該ドライバ回路の出力端を所定の放電
電位に接続して、負荷を所定の電圧レベルになるまで放
電するようにしたものが開示されている。確かに、この
ような構成のドライバ回路によりデータラインを駆動す
ると、データラインに画像信号レベル以外の電圧レベル
が結果的に発生する。
気的スイッチにより、負荷に充電された電荷を短い時間
に必要最小限の量だけ放電させるもので、この画像信号
レベル以外の電圧レベルが現れる時間は短いものであ
る。
では、データ信号における画像表示に寄与しない非画像
信号の区間は非常に短いものであると言え、本発明のよ
うに、データ信号における非画像信号の区間を少なくと
も20パーセント以上としているものとは異なり、デー
タラインと画素電極との間に接続されたTFT素子への
印加電圧を有効に低減できるものではない。
マトリクス状に配置された複数の画素電極と、該画素電
極とデータ線あるいはタイミング線との間に接続された
非線形素子からなる複数のスイッチング素子とを有する
液晶表示装置を駆動する方法において、データ線に印加
されるデータ信号の各フレーム期間に休止期間、つまり
データ信号レベルが一定となる期間を設け、1フレーム
におけるデータ信号の最小実効値を高め、かつ1フレー
ムにおけるデータ信号の最大実効値を低下させるように
し、これにより表示パターンの実効値変動、つまり表示
むらを抑制するようにしたものが記載されている。
法では、該休止期間によりスイッチング素子への印加電
圧が低下すると考えられるが、該休止期間は1フレーム
を単位として設けたもので、本発明のように1走査期間
毎に画像表示に寄与しない非画像信号の区間を設けたも
のとは異なり、スイッチング素子への印加電圧が低減さ
れる効果は、すべてのスイッチング素子に及ぶものでは
なく、各TFT素子への印加電圧を有効に低減すること
ができるものではない。
置の駆動方法は、スイッチング素子として2端子の非線
形素子を用いたものを前提とし、フレーム間での表示パ
ターンによる実効値変動を抑制して、表示品位を向上す
るものである。これに対し、本発明は、スイッチング素
子としてTFTを用いた液晶表示装置において、個々の
スイッチング素子としてのTFTに印加される電位を低
減することにより、高移動度のTFTを用いた場合のリ
ーク電流の問題、TFTのサイズ縮小及びゲート絶縁膜
の薄膜化による素子の信頼性劣化の問題を解決したもの
であり、両者は明確にその構成,効果が異なるものであ
る。
マトリクス型の液晶表示装置の駆動方法を説明するため
の図であり、データライン及びゲートラインに印加され
る信号の波形、並びに該信号の立ち上がり及び立ち下が
りタイミングを示している。また、この実施例の液晶表
示装置は、図4に示す従来のものと同一の構造となって
いる。
に印加される信号(データ信号)で、該データ信号10
には、画像表示に寄与する画像信号11a,11bの区
間T11と、画像表示に寄与しない非画像信号12の区間
T12とがある。
一定であり、画像信号11a,11b区間における信号
レベルの最大値と最小値の中間値となっている。この中
間値は、液晶表示装置の場合、画像データが交流電圧と
なることから、その交流のDCレベルとなる。また、本
実施例では、画像信号11a,11bと非画像信号12
との時間比(T11:T12)は、約1:1となっており、
データ信号10の中で画像信号11a,11bが占める
割合は50%となっている。この割合は小さいほど、T
FTのソース,ドレイン間に印加される電圧が低減さ
れ、上述の問題に対してより有効なものとなるため、T
FTのオン能力(電流駆動能力)が高く、画像データを
負荷に充電するのに必要な時間が短くて良い場合には、
T11/(T11+T12)で表される時間比を50%より小
さくすることが効果的であり、該時間比を50%に制約
する必要はない。
る信号(ゲート信号)で、TFT41をオンするための
周期的なオンパルス13aを含んでおり、該オンパルス
13aの区間T13は、データ信号10の画像信号11
a,11bの区間と重なっている。また、i番目のゲー
トラインに印加されるゲート信号のオンパルス13a
と、(i+1)番目のゲートラインに印加されるゲート
信号のオンパルス13aとの間には、ゲートラインによ
る信号の遅延の影響を考慮して、オンパルスの時間的間
隔14が設けてあり、本実施例では、オンパルスの区間
T13が7μSであるのに対し、隣接するゲートライン間
でのオンパルスの時間的間隔14の長さT14は4μSと
している。これらの時間設定については、画像表示装置
の表示容量及びTFTの性能等を考慮し、最適化すれば
良く、前述の値に制限されるものではなく、上記オンパ
ルスの時間間隔14の長さT14は少なくとも1μS以上
であればよい。
タドライバの構成例を説明するための図であり、該ドラ
イバの、1つのデータライン(負荷)に対応する出力端
の回路構成を示している。
ノードと接地との間に接続され、該画像データVPを蓄
えるサンプリングコンデンサで、該サンプリングコンデ
ンサC1には、スイッチS1を介してホールドコンデン
サC2の一端が接続されており、また該コンデンサC2
の一端は、出力バッファBFを構成するトランジスタの
ゲートに接続されている。この出力バッファBFの入力
端(該トランジスタのゲート)は、スイッチS2を介し
て一定電圧Voに接続され、該出力バッファBFの出力
端(該トランジスタのソース)は、スイッチS3を介し
て上記一定電圧Vcに接続されている。
と同一レベルの出力信号が出力されるように構成されて
いる。また上記スイッチS2は制御信号P2で制御さ
れ、出力バッファBFをオンオフ制御するもので、一定
電位Voは出力バッファをオフさせる電位に設定されて
いる。上記スイッチS3は制御信号P3で制御され、オ
ン時にはデータラインDLの電位を一定電圧Vcとする
もので、この一定電圧Vcの値は画像データVPの最大
値と最小値の中間値に設定されている。なお、上記コン
デンサC2の他端は接地され、上記出力バッファBFの
構成トランジスタのドレインは電源Vに接続されてい
る。
では、上記サンプリングコンデンサC1に蓄えられた画
像データVPは、制御信号P1によりスイッチS1を介
してホールドコンデンサC2に転送され、出力バッファ
BFを通ってデータラインLDへ出力される。この時、
上記スイッチS2,S3はそれぞれ制御信号P2,P3
によりオンオフ制御される。
2、P3のタイミングチャートから分かるように、制御
信号P1がオフレベルからオンレベルになって上記サン
プリングコンデンサC1からホールドコンデンサC2へ
画像データが転送される前に、制御信号P2がオフレベ
ルからオンレベルになって、出力バッファBFがオフ状
態になる。この後、制御信号P3がオフレベルからオン
レベルになってデータラインDLの電圧が上記一定電圧
Vcとなる。そして、制御信号P3がオフレベルになっ
た後、制御信号P2がオフレベルになり、さらに制御信
号P1がオンレベルとなることにより、データラインD
Lは画像データVPの信号レベルとなる。
ータ信号10との対応関係は、データ信号10の画像信
号11a,11bの区間T11は、図3で制御信号P3が
オフレベルである時間にほぼ相当し、データ信号10の
信号レベルが一定電圧Vcである非画像信号12の期間
T12は、該制御信号P3がオンレベルである時間にほぼ
相当する。
して画素電極41に接続されたデータライン44に、そ
の入力信号として、画像表示に寄与する画像信号11
a,11bの区間が占める時間的割合が概ね50パーセ
ント以下であるデータ信号10を入力するようにしたの
で、画素電極41とデータライン44との間に接続され
たTFT42のソース42c,ドレイン42a間への印
加電圧の実効値が低減されることとなる。
ポリシリコン等の、アモルファスシリコンより移動度が
大きい半導体材料を用いた場合に、TFTのオフ電流が
大きくなってしまうのを抑制することができ、TFTの
オフ電流の増大を抑えつつ、オン電流の増大により負荷
の充電速度を高めることができる効果がある。
実質的に低減されるため、該TFTのゲート絶縁膜中へ
のキャリア注入やその絶縁破壊を抑制しつつ、TFTの
ゲート長の縮小及びゲート絶縁膜の薄膜化を図ることが
できる効果がある。
質的な低減により、ゲートライン43やソースライン4
4と画素電極41との電位差による画素電極41のエッ
ジ部における液晶分子の配向の乱れを緩和することがで
き、液晶ディスプレイの表示特性を向上できるととも
に、より長期間にわたるその信頼性の維持が可能とな
る。
る画像信号11a,11bが占める時間的割合が概ね5
0パーセント以下であるため、出力バッファのオン時間
が実質的に短くなり、出力バッファの信頼性が向上する
という効果もある。
では、データ信号のレベルを、交流駆動される画像信号
レベルの最大値と最小値のほぼ中間値に保持するように
したので、各画素電極に対応するTFTへの印加電圧
を、そのばらつきを極力抑えつつ低減することができる
効果もある。
制御信号のタイミングチャートは、図2及び図3に示す
上記実施例のものに限られるものではなく、例えば、図
2の出力バッファはオペアンプで構成してもよく、この
場合も上記実施例と同様の効果が得られる。
して、その電気光学特性が飽和電圧4V以下、望ましく
は3V以下であり、低電圧で駆動される液晶材料を用い
ることにより、液晶分子の電圧印加による配向変動が低
電圧で生ずることとなる。従って、この場合、TFT素
子への印加電圧を低下させたことによる液晶表示のコン
トラストの劣化を抑えることができる。
動方法によれば、薄膜トランジスタを介して画素電極に
接続されたデータラインに、その入力信号として、画像
表示に寄与する画像信号の区間が占める時間的割合が概
ね80パーセント以下であるデータ信号、あるいは該画
像信号の区間が画像表示に寄与しない非画像信号の区間
より短いデータ信号を入力するようにしたので、画素電
極とデータラインとの間に接続された薄膜トランジスタ
のソース,ドレイン間への印加電圧の実効値が低減され
ることとなる。またこの際、出力バッファのオン時間が
実質的に短くなる。この結果、TFTでのリーク電流の
低減、該TFTや出力バッファの信頼性の向上を図ると
ともに、液晶分子の配向不良を防止することができ、デ
ィスプレイの表示特性及びその長期信頼性をさらに優れ
たものとできる。
印加されるデータ信号の、画像表示に寄与しない非画像
信号区間の一部で、データ信号のレベルが一定電圧とな
るようにし、この際該一定電圧を、画像信号レベルの最
大値と最小値のほぼ中間値とするようにしたので、各画
素電極に対応するTFTへの印加電圧を、そのばらつき
を抑えつつ低減することができる効果がある。
型液晶表示装置の駆動方法を説明するための図であり、
データラインに印加する信号(データ信号)及びゲート
ラインに印加する信号(ゲート信号)の波形を示してい
る。
構成例を示す図である。
号の波形を示す図である。
リクス型液晶表示装置における画像表示部の構造を示す
図である。
の図であり、該液晶表示装置を駆動するデータ信号及び
ゲート信号の波形を示している。
TFTの特性を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 複数の画素電極、各画素電極に接続され
た薄膜トランジスタ、該薄膜トランジスタにその制御信
号を供給するための複数のゲートライン、及び該薄膜ト
ランジスタを介して該画素電極に画像信号を供給するた
めの複数のデータラインを絶縁性基板上に配設してなる
TFTアレイを備えた表示装置を駆動する方法であっ
て、前記各ゲートラインには、ゲート信号として、該薄膜ト
ランジスタをオン状態とする周期的なオンパルスを、隣
接するゲートラインに対して所定の時間間隔をあけて線
順次で入力されるよう供給し、 各データラインには、データ信号として、前記オンパル
スのオフレベルからオンレベルに切り替わってから所定
時間後に画像表示に寄与する画像信号に切り替わり、前
記時間間隔の間に画像表示に寄与しない一定電位の非画
像信号に切り替わるデータ信号を供給する、 表示装置の
駆動方法。 - 【請求項2】 前記非画像信号の一定電圧は、画像信号
レベルの最大値と最小値のほぼ中間値である請求項1記
載の表示装置の駆動方法。 - 【請求項3】 前記隣接するゲートラインおけるオンパ
ルスの入力時間間隔が1μS以上である請求項1記載の
表示装置の駆動方法。 - 【請求項4】 前記薄膜トランジスタが、1cm2/V
・S以上の移動度を有するものを用いる請求項1記載の
表示装置の駆動方法。 - 【請求項5】 前記薄膜トランジスタを構成する半導体
材料は、多結晶シリコンまたはマイクロクリスタルシリ
コンである請求項1記載の表示装置の駆動方法。 - 【請求項6】 前記表示装置は、電気光学特性として4
V以下の飽和電圧を有する液晶材料によって構成された
液晶により画像表示を行う液晶表示装置である、請求項
1記載の表示装置の駆動方法。
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