JP3454003B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3454003B2
JP3454003B2 JP7787496A JP7787496A JP3454003B2 JP 3454003 B2 JP3454003 B2 JP 3454003B2 JP 7787496 A JP7787496 A JP 7787496A JP 7787496 A JP7787496 A JP 7787496A JP 3454003 B2 JP3454003 B2 JP 3454003B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、2端子系能動素
子を使用する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は、低消費電力で軽
量なディスプレイ・デバイスとして、液晶テレビ、パー
ソナルワープロ、パーソナルコンピュータ等に広く利用
されている。そして、今後さらに多くの画像情報を表示
するために、画素数、階調数の増加が期待されている。
このような、画素数、階調数の増加は、表示画像情報の
大容量化を意味し、その結果、液晶表示装置の1ライン
の走査期間は次第に短くなり、階調もより細かく制御さ
れてきた。
【0003】このような液晶表示装置の階調を制御する
方法としては、複数のフレーム間で階調制御を行うフレ
ーム変調方式や、選択期間内のデータ信号のパルス高さ
やパルス幅の制御を行うパルス高変調方式やパルス幅変
調方式が従来より用いられている。このうち、パルス幅
変調方式は、水平選択期間を階調数に応じた複数の期間
に分割し、水平選択期間中のデータ線に、オン成分を加
算する期間、すなわち書き込みパルス幅を変えることに
よって階調表示を行う方式である。
【0004】また、上述した、画素数と階調数の両方を
増加するという要求に応える液晶表示装置の一つにアク
ティブ・マトリクス型の液晶表示装置がある。アクティ
ブ・マトリクス液晶表示装置は、画素毎に能動素子を設
け、それによって画像情報を記憶するということが特徴
の一つである。アクティブ・マトリクス液晶表示装置に
用いられる能動素子には、アモルファス・シリコン・T
FT素子に代表される3端子型素子と、MIM(導体−
絶縁体−導体)素子に代表される2端子型素子がある。
いずれも、能動素子のスイッチング機能を用いること
で、単純マトリクス液晶表示装置に比べ、駆動ライン数
の増加を実現し、大容量の画像情報を表示するものであ
る。
【0005】2端子型素子には、上記のMIM素子をは
じめ、バック・ツー・バック・ダイオード素子、ダイオ
ード・リング素子、バリスター素子などがあり、いずれ
も非線形な電流−電圧特性を有している。図9は、2端
子型能動素子として最も広く利用されているMIM素子
の電流−電圧特性を示す図である。横軸はMIM素子に
加わる電圧を、縦軸は電流を示しており、電流−電圧特
性が非線形であることがわかる。図10は、MIM素子
を用いた液晶表示装置の1画素の等価回路を示す図であ
る。駆動電圧をVD、液晶層に加わる電圧をVLC、MI
M素子に加わる電圧をVMIMとする。RLC、CLCは、そ
れぞれ液晶層の抵抗値と容量値を、また、RMIM、CMIM
は、MIM素子の抵抗値と容量値を示している。液晶表
示装置においては、図10に示す等価回路がマトリクス
状に構成されている。各等価回路にはそれ複数の走査線
及びデータ線の中のいずれか1本の走査線及びデータ線
が接続され、所定の走査線とデータ線を選択すること
で、駆動する画素が選択される。
【0006】図11は、2端子型能動素子を用いた液晶
パネルを駆動する際の理想波形を示す図である。走査側
には非選択期間中のリークを抑えるために4値の電圧レ
ベル(VY1〜VY4)を、データ側には2値の電圧レベル
(VX1、VX2)を用い、パルス幅変調を行った場合の理
想波形である。また交流化方法は、この例ではフレーム
反転及び1ライン反転を採用している。データ線駆動信
号SEGは、中間値を与えるような波形に設定してい
る。また走査信号COMとしては、選択期間(TS)に
おいて、交流化信号(FR)がHighレベルの場合に
Y4の電圧レベルが、Lowレベルの場合にVY2の電圧
レベルが出力される。また、非選択期間(Tns)には、
Y1またはVY3が出力される。走査線とデータ線にこの
ような電圧を加えた場合、走査電極とデータ電極の差電
圧(SEG−COM)が、図10及び図11に示す液晶
素子とMIM素子間に印加される駆動電圧VDとなる。
【0007】図12は、階調データが中間調データであ
る場合における、駆動電圧(VD)、液晶層に加わる電
圧(VLC)及びMIM素子に加わる電圧(VMIM)を示
している。階調データを表示する際、MIM素子に加わ
る電圧が高い期間は、データ電圧がON電圧レベルに切
り替わる部分であり、この部分でMIM素子の非線形特
性によって電流が流れ、液晶素子に電圧が急速に充電さ
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の液晶表示装置において、電源をオフした時には、内
部のロジック部を駆動する電源の端子電圧であるロジッ
ク電圧が、電源のコンデンサ容量と負荷電流に応じて低
下してゆき、ある電圧値以下になった時点で、パネルの
駆動回路が動作を停止する。この時点でパネルへ印加さ
れる電圧は不定であるが、いずれにしても各走査電極に
対しては、VY1〜VY4のいずれかの電圧が、そして各デ
ータ電極に対しては、VX1またはVX2が連続して印加さ
れることとなる。この状態においては、各画素のMIM
素子がオフまたはオン状態で一定となるため、液晶層の
電圧はより絶対値が大となる方向に充電されてゆくか、
いったん動作時に充電された電圧が保持され続けるかの
どちらかの状態となる。
【0009】いずれにしても液晶およびMIM素子に直
流電圧が印加され続ける状態となり、周知のように、双
方にとって特性を劣化させる原因となる。また、この電
源オフ時に発生する直流電圧の印加は、走査ラインに沿
って黒いラインを発生したり、オフ直前の表示をそのま
ま残存させたりする等の不具合を生じるものであるほ
か、電源再投入時にフリッカを発生させるものでもある
ことが知られている。
【0010】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、電源オフ時の液晶及び能動素子の残留電荷を
最小に抑えることができる液晶表示装置を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、走査線と信号線の交差部に
配置され、走査線駆動手段と信号線駆動手段によって印
加電圧が制御される複数の2端子系能動素子を用いた
クティブマトリクス型の液晶表示装置において、前記液
晶表示装置の電源の遮断を検出する検出手段と、前記電
源の遮断を検出してから前記走査線駆動手段及び前記信
号線駆動手段を制御する論理回路の電源電圧を保持する
電源電圧保持手段と、前記検出手段が前記電源の遮断を
検出した時から、前記2端子系能動素子に掛かる前記印
加電圧を漸減し始める電圧制御手段と、前記検出手段が
前記電源の遮断を検出した時から、前記走査線駆動手段
に複数の走査線を同時に選択するように指示する選択指
示信号を発生する信号発生手段とを具備することを特徴
としている。
【0012】
【0013】上記構成によれば、電源の遮断が検出され
た時に、制御電圧を保持した状態で、2端子系能動素子
に掛かる電圧が漸減され始めるので、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置において能動素子に接続されてい
る液晶及び素子自体に電荷が充電されたままの状態で電
源が遮断してしまうことがなくなる。また、複数の走査
線を同時に選択することによって、短時間で液晶に充電
されていた電荷を放電することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の一実施形態について説明する。図1はこの発明の一実
施形態である液晶表示装置を示すブロック図である。こ
の図において1はDC/DCコンバータであり、電源ス
イッチ2を介して、商用電源を利用した直流電源、バッ
テリ等によって構成されている直流電源VBから供給さ
れた直流電圧を、液晶駆動電圧VY2aおよびVY4aならび
にロジック電圧VDDに変換して出力する。なお、ロジッ
ク電圧VDDは、ここで説明するようにするのではなく、
外部の装置から供給されるようにしてもよい。3は電源
オフ検出部であり、ロジック電圧VDDが低下したことを
検出すると制御信号OFFをHighレベルにする。4
は液晶駆動電源コントロール部であり、制御信号OFF
がHighレベルになったときに、液晶駆動電圧VY2a
およびVY4aを徐々に低下させながら、液晶駆動電圧V
Y2およびVY4として出力する。
【0015】5はパネルであり、本実施形態では図9及
び図10を参照して説明したものと同様のMIM素子を
能動素子と液晶から成る画素を、マトリクス状に配置し
た、アクティブ・マトリクス型液晶パネルを使用してい
る。6は走査線駆動回路であり、液晶駆動電圧VY1、V
Y2、VY3及びVY4を用いて、パネル5が有する複数の走
査線に接続された複数の走査電極に所定の電圧波形を印
加する。7はデータ線駆動回路であり、液晶駆動電圧V
X1及びVX2(この場合ロジック電圧VDDと接地電位GN
D)を用いて、パネル5が有する複数のデータ線に接続
された複数のデータ電極に所定の電圧波形を印加する。
【0016】8はロジックコントロール部であり、ロジ
ック電圧VDDを電源電圧として動作する複数の論理回路
から構成されていて、外部から供給される映像信号等に
基づいて走査線駆動回路6及びデータ線駆動回路7を制
御する。9はコンデンサであり、通常時にはロジック電
圧VDDを安定化するために、また電源スイッチ2がオフ
した時にはロジック電圧VDDを所定時間保持するために
用いられる。
【0017】以上の構成によって、図1に示す液晶表示
装置では、電源スイッチ2がオンしている通常時には、
映像信号に基づいてロジックコントロール部8が走査線
駆動回路6とデータ線駆動回路7を制御し、パネル5に
設けられた各液晶画素の駆動電圧VDを制御する(図1
0参照)。図2はnラインも上(nは自然数)のある液
晶画素とn+1ライン上にある液晶画素に印加される駆
動電圧VD 波形を示すタイミングチャートである。各画
素には走査線とデータ線の各印加電圧の差の電圧が印加
されるので、この場合、VDD−VY4とーVY2(=0−V
Y2)が印加されることになる。また、パルス幅制御によ
ってTonの長さを制御することで、液晶電圧VLCの電圧
値が制御される(図中点線で示す曲線)。また、1フレ
ームごとに波形を反転して交流化を行うとともに、1選
択期間中においても印加電圧の極性を反転させている。
【0018】一方、電源スイッチ2がオフした時には、
電源オフ検出部3でそれを検出し、ロジック電圧VDD
保持されている間に液晶駆動電源コントロール部4で液
晶駆動電圧VY2とVY4をパネル5に固有な最適なカーブ
に沿って降下させて、液晶層の電圧VLCを徐々に放電し
て行く。そして、各駆動回路6、7が動作を停止するま
での間に、液晶層の電圧VLCを問題のない電圧まで降下
させる。図3は電源オフ時における1画素の駆動電圧V
Dと液晶電圧VLCの波形を示すタイミングチャートであ
る。なお、この場合には、電源オフ時には通常の駆動方
法に代えて、すべての走査線が選択される駆動方法を採
用している。この方法では、電源をオフした時から、パ
ネル5の駆動回路6、7が動作を停止するまでの時間、
すなわち、すべての液晶層の電圧を十分に降下させるの
に要する時間を短縮することができる。そして、ロジッ
クコントロール部8が動作を停止したところで駆動電圧
Dの波形の変化が停止する。電源がオフしてからロジ
ックコントロール部8が動作を停止するまでの時間は、
コンデンサ9の容量を適切に設定することで調整するこ
とができ、液晶の電圧VLCが所定値まで降下するのに必
要な時間より十分長くなるようにしている。なお、電源
オフ時の駆動方法としては、必ずしも走査線が全選択さ
れるものを用いる必要はなく、通常時と同様の駆動方法
で駆動しながら液晶の電圧を降下させてもよい。
【0019】以下、図1に示す各部の構成及び動作につ
いて詳細に説明する。図4は電源オフ検出部3の内部構
成を示す回路図である。図4において41はPNPトラ
ンジスタ、42はコンデンサ、43はロジック電圧VDD
でコンデンサ42を充電するダイオード、44、45は
トランジスタ41のコレクタ及びベースに接続されてい
る抵抗である。制御信号OFFは、トランジスタ41の
コレクタから取り出している。この構成で、ロジック電
圧VDDが定常状態よりも約0.7V低下すると、制御信
号OFFがHighレベルになり、電源のオフが検出さ
れる。なお、電源オフ検出部3としては、この図に示す
ものに代えて、汎用の電圧検出IC等を利用してもよ
い。また、バッテリを備えた機器においては、電源オン
/オフの指示用に別途スイッチを設け、そのスイッチが
操作された場合に各部の電源を所定のシーケンスに従っ
てオフするように制御することができる。つまり、ロジ
ック電圧VDDの低下を検出することでOFF信号を発生
させるのではなく、電源オフを指示するスイッチ操作を
検出した時にOFF信号を発生させ、駆動電圧を漸減さ
せ始めてた後、一定時間後にロジック電圧VDDをオフす
るようにすることが可能である。
【0020】図5は液晶駆動電源コントロール部4の構
成を示す回路図である。図5においいて、51、52は
PNPトランジスタ、53、54はNPNトランジス
タ、55はインバータ、56〜59及びR2、R4は抵
抗、C2、C4はコンデンサである。この構成では、制
御信号OFFがHighレベルになったとき、4個のト
ランジスタ51〜54がオフして、VY2及びVY4への電
圧の供給がオフされる。それ以後、電圧VY2及びV
Y4は、コンデンサC2と抵抗R2及びコンデンサC4と
抵抗R4並びに各電圧が掛かる負荷の大きさに応じて低
下して行く。したがって、VDD−GND間にあるコンデ
ンサC1(図1参照)をある値以上に設定し、コンデン
サC2と抵抗R2、コンデンサC4と抵抗R4による時
定数を最適化することにより、液晶駆動電圧を所定のカ
ーブに沿って降下させることが可能となる。なお、VY2
及びVY4への電圧の供給のオフは、図5に示すようにト
ランジスタ等のスイッチング手段によってオフするので
はなく、DC−DCコンバータ1の動作を停止すること
によってオフするようにすることもできる。
【0021】なお、図5に示す回路では、抵抗R2及び
R4に常に電圧VY2、VY4が印加されているが、抵抗R
2及びR4に直列にトランジスタを1個ずつ挿入し、通
常時にはオフさせておき、OFF信号がHighレベル
となったときにのみ、それらのトランジスタwpオンす
るようにして、通常時の消費電力を減少させることも可
能である。
【0022】図6は、液晶駆動電源コントロール部4の
他の構成例を示す回路図であり、図5に示すものと同様
の作用をなす素子には同一の符号を付けている。図6に
示す回路は、電源オフ時にDC/DCコンバータ1の動
作を停止する場合に用いるものである。また、トランジ
スタ61と62は、上述した、通常時に抵抗R2とR4
で消費される電力を低減するためのものである。
【0023】次に、図7を参照して、電源オフ時に走査
線をすべて選択するための構成について説明する。図7
において、(a)は、走査線駆動回路6へロジックコン
トロール部8から供給される制御信号(シフトパルス、
DY、SEL)のタイミングチャートを示したものであ
り、(b)及び(c)は、(a)に示す制御信号に基づ
いて走査線駆動回路6が内部に備えるシフトレジスタに
格納される論理値を表したものである。(b)及び
(c)に示すシフトレジスタは、走査電極と同数のレジ
スタを直列に接続したものであり、各レジスタの出力
は、各走査信号COM1,COM2,…,COM240
となる。ただし、この場合には、パネル5の走査線の数
は240本としている。
【0024】走査線駆動回路6は、制御信号DYによっ
て入力したレベルをシフトパルスに応じて内部のシフト
レジスタ上でシフトして行き、極性信号FR(図11参
照)とシフトレジスタのレベルによって各走査電極に印
加する出力レベルをVy1〜Vy4(同図参照)のいずれか
に設定する動作をする。通常駆動時には、いずれか1本
の走査線のみが選択されるように走査電極に電圧が印加
される。図7(b)は(a)に示す時刻t1におけるシ
フトレジスタの状態を示すものであり、これは通常時の
状態を示すものである。一方、図7(c)は、時刻t2
において電源オフが検出され、それから1フレーム期間
が経過した時のシフトレジスタの状態を示すものであ
る。この場合、すべてのレジスタにHighレベルが格
納されている。これは、ロジックコントロール部8にお
いて、OFF信号がHighレベルになったことを検出
した後に、信号DYをHighレベルに固定したことに
よってなされたものである。シフトレジスタのすべての
レジスタがHighレベルになると、全走査線が選択さ
れた状態となり、シフトパルスごとにVy2とVy4の電圧
を交互に全走査線に印加することになる(図3参照)。
走査線がすべて選択された場合、図5または図6に示し
たコンデンサC2またはC4に対する負荷がより大きく
なるので、全選択をしない場合よりもすみやかに液晶層
の電圧を降下させることが可能となる。
【0025】このように図7に示す構成では、電源オフ
時に信号DYを固定とすることのみで、走査線の全選択
を実現しているので、既存の走査線駆動回路をそのまま
使用することができるという利点がある。なお、図7に
示した例では、シフトパルスの周波数を通常時と電源オ
フ時で変化させていないが、電源オフ時にのみシフトパ
ルスの周波数を高くするように動作させることも可能で
ある。この場合には、ロジックコントロール部8に何ら
か回路変更が必要となるが、シフトパルスの周波数を高
くすることで全選択するまで要する時間を短縮すること
が可能となる。
【0026】図8は、全走査線を選択するための他の構
成を示すものブロック図である。この図に示す構成で
は、シフトレジスタの各出力を、各々に対応して新たに
設けられた2入力論理和ゲートに入力する。各論理和ゲ
ートの他方の入力端子にはすべて新たに設けられた信号
SELが入力されている。そして、各走査信号COM1
〜COM240は、各論理和ゲートの出力として得られ
る。この構成では、電源オフ時に、信号SELをHig
hレベルにすることで、瞬時にすべての走査線を選択す
ることが可能となる。したがって、図7に示す例に比べ
ると、より早く液晶層の電圧を低下することが可能とな
る。
【0027】なお、以上の実施形態の説明は、MIM素
子を用いる液晶表示装置を代表例として述べたものであ
るが、他の2端子系アクティブ素子についても本発明を
応用することが可能である。また、通称「揺さぶり電
源」にも応用可能である。
【0028】
【実施例】図1に示すような構成を用い、実験によって
確認した結果では、走査線を全選択しない場合に、96
0×240ドット、約5インチのMIMを使った液晶表
示装置において、フレーム周期60Hzのときに、C1
=470μF、C2=C4=10μF、R2=R4=
4.7kΩとし、オフ検出時からパネルの駆動回路が動
作を停止するまでの間の時間を70ms、VY2、VY4
ついてはパネルの駆動回路の動作停止時にそれぞれVDD
+3V、GND−3Vとなるようなカーブに沿って降下
させたときに、各回路が所望のシーケンスで動作し、液
晶層の電荷も十分放電させることができた。
【0029】また、走査線を全選択した場合には、シフ
トクロックの周波数を変化させなかったとき、960×
240ドット、約5インチのMIMを使った液晶表示装
置において、フレーム周期60Hzのときに、C1=2
20μF、C2=C4=3.3μF、R2=R4=4.
7kΩとし、オフ検出時からパネルの駆動回路が動作を
停止するまでの間の時間を30ms、VY2、VY4につい
てはパネルの駆動回路の動作停止時にそれぞれVDD+3
V、GND−3Vとなるようなカーブに沿って降下させ
たときに、短時間の動作にて全選択しない場合と同様の
良好な結果を得ることができた。
【0030】さらに、電源オフ時に、ロジックコントロ
ール部8から走査線駆動回路6へ通常時の2倍の周波数
のシフトパルスを入力したときには、C1=100μ
F、C2=C4=1.0μF、R2=R4=4.7kΩ
の値で、通常の周波数のシフトパルスを入力する場合と
同様の結果を得ることができた。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電源の遮断が検出された時に制御電圧を保持した状
態で2端子系能動素子に掛かる電圧が漸減され始めるの
で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において能
動素子に接続されている液晶及び素子自体に電荷が充電
されたままの状態で電源が遮断してしまうことがなくな
る。また、複数の走査線を同時に選択することによっ
て、短時間で液晶に充電されていた電荷を放電すること
が可能となる。したがって、この発明によれば、電源オ
フ時の素子及び液晶の残留電荷を最小に抑えることが
で、素子劣化や電源再投入時のフリッカを抑えることが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による液晶表示装置の構
成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す液晶表示装置における駆動電圧の通
常時の波形を示すタイミングチャートである。
【図3】図1に示す液晶表示装置における駆動電圧の電
源オフ時の波形を示すタイミングチャートである。
【図4】図1に示す電源オフ検出部3の構成例を示す回
路図である。
【図5】図1に示す液晶駆動電源コントロール部4の構
成例を示す回路図である。
【図6】図1に示す液晶駆動電源コントロール部4の他
の構成例を示す回路図である。
【図7】図1に示す走査線駆動回路6の内部のシフトレ
ジスタの動作を説明するためのタイミングチャート
(a)、通常時のシフトレジスタの状態(b)及び電源
オフ時のシフトレジスタの状態(c)を示す図である。
【図8】図7に示すシフトレジスタの変形例を示すブロ
ック図である。
【図9】MIM素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図10】MIM素子及び液晶層からなる1画素の等価
回路図である。
【図11】従来の液晶表示装置の動作波形を示すタイミ
ングチャートである。
【図12】従来の液晶表示装置の動作波形の実測波形を
示す図である。
【符号の説明】
3 電源オフ検出部 4 液晶駆動電源コントロール部 5 パネル 6 走査線駆動回路 7 データ線駆動回路 8 ロジックコントロール部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 550 G09G 3/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走査線と信号線の交差部に配置され、走
    査線駆動手段と信号線駆動手段によって印加電圧が制御
    される複数の2端子系能動素子を用いたアクティブマト
    リクス型の液晶表示装置において、前記液晶表示装置の電源の遮断を検出する検出手段と、 前記電源の遮断を検出してから前記走査線駆動手段及び
    前記信号線駆動手段を制御する論理回路の電源電圧を保
    持する電源電圧保持手段と、 前記検出手段が前記電源の遮断を検出した時から、前記
    2端子系能動素子に掛かる前記印加電圧を漸減し始める
    電圧制御手段と、 前記検出手段が前記電源の遮断を検出した時から、前記
    走査線駆動手段に複数の走査線を同時に選択するように
    指示する選択指示信号を発生する信号発生手段と を具備
    することを特徴とする液晶表示装置。
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