JPH01107237A

JPH01107237A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH01107237A
Application number: JP26381687A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kabuto; 展明甲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はアクティブマトリクス方式液晶表示装置に係り
、特に表示品質を均一にしやすい画素ＴＰＴ回路構成と
その駆動方法を採用した液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のアクティブマトリクス液晶表示装置は、テレビジ
ョン学会技術報告７５−６　（１９８３年：第２９頁か
ら第３４頁に論じられているように各画素にスイッチン
グＭＯＳトランジスタを設け。

ドレインバスに印加される画像信号を、ゲートバスに印
加される順次選択パレスのタイミングで各画素の液晶セ
ル容量に書き込み、次に順次選択されるまでその画像信
号を保持して液晶セルに画像信号電圧を加え続けて表示
を行うものであった。

［発明が解決しようとする問題点］各画素トランジスタとして、例えば上記文献にあるよう
な逆スタが構造のアモルファス薄膜トランジスタを用い
た場合、ゲート・ソース間寄生容量が比較的大きくなり
、各画素の液晶セル容量に比べて無視できないことが多
く１画素トランジスタがオンからオフに変化する時のゲ
ート電圧変化がこの寄生容量を通して液晶セル容量に保
持している画像信号電圧を変化させてしまう、一方、液
晶セル容量は、表示状態（透過、非透過）にょすその容
量値が２倍程度も変化することがあるため、ゲート電圧
変化による画像信号電圧の変化が一定）　　でなくなっ
てしまう。このことは、液晶セルの信頼性の点から、液
晶セルに印加する画像信号電圧はある周期で交流化して
いるが、実際に液晶セルに加わる画像信号電圧に直流成
分が加わってしまうことを示しており、表示不良が生じ
ゃすくなると考えられる。

本発明の目的は、画素トランジスタの寄生容量が表示特
性に影響を及ぼさない、アクティブマトリクス液晶表示
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、各画素に２個以上のスイッチングＭＯＳト
ランジスタを設け、は七んどの期間において、少くとも
１個のＭｏｓトランジスタがオンして所定の電圧を各液
晶セルに印加することにより、ＭＯＳトランジスタのゲ
ート・ソース間寄生容量を通してゲート電圧変化が液晶
セルに伝えられたとしても、直ちにオンしているＭｏｓ
トランジスタにより所定の電圧として、ゲート・ソース
間寄生容量の影響を最小限にとどめる働きをし。

達成される。

〔作用〕

液晶セルに印加される画像信号電圧が、各画素トランジ
スタのゲート・ソース間寄生容量に左右されないため、
各液晶セルの完全交流駆動化が実現でき、信頼性が高く
、表示品質の良いアクティブマトリクス液晶表示装置が
得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す液晶表示装置の構成図
である。１は１画素を２個のＭｏｓトランジスタＭＬ　
＃＊　Ｆ　Ｌ　、（ｉ　ｖｋ＝　１，２ｔ３　ｔ・・・
）と液晶セルＬ　Ｌ　＞で構成したアクティブマトリク
ス方式液晶パネル、２は水平走査回路、３は垂直走査回
路、４は垂直走査用シフトレジスタ、５は非選択電位供
給端子、６は対向共通電極、Ｉｉはインバータ、Ｄ、は
列信号電極、ＧＬは第一の行走査電極、ＨＬは第二の行
走査電極、Ｓｔ、は各画素の液晶駆動電極を示す。以下
、第１図の実施例を第２図に示す各部の動作波形例を用
いて説明する。

尚、第２図の動作波形例において、横軸は時刻、縦軸は
電位を示している。以下の動作波形を示した図も同様で
ある。

対向共通電位６にはｏｖの一定電位を与え、非選択電位
供給端子５にはフィールド周期Ｔ１毎に電位Ｖ□と−ｖ
１が交互に印加する。第一の行走査電極Ｇｔは垂直走査
用シフトレジスタ４により１フイールドＴよに１同順次
時間Ｔ２の間選択され。

選択時に画素トランジスタＭＬ、をオンにする電位ｖｏ
ｏｎが、非選択時には画素トランジスタＭＬ。

をオフにする電位Ｖ。ｏｊ丁を与える。第二の行走査電
極ＨＬは第一の行走査電極ＯＬの電位をインバータＩｔ
により゛反転させ１選択時に画素トランジシスタＦＬオ
をオフにする電位Ｖａｏ杼が、非選択時には画素トラン
ジスタＦ　Ｌ　、をオンにする電位Ｖａｏｎを与える。

列信号電極り、には選択された。

行の画素に相当する画像信号が水平走査回路２より供給
され、画像を表示している。

第２図の動作波形例では電圧を加えない時に黒表示とな
る、いわゆるノーマリ・クローズ形の液晶セルを用い、
１列目の１行目と２行目の画素をそれぞれ白表示と黒表
示する場合を想定している。

時刻ｔ１において、第一の第１行走査電極Ｇ□がオン電
位ｖａｏｎ、第二の第２行走査電極Ｇ２がオフ電位Ｖａ
ｏ５５Ｌｆなり、第１行の画素トランジスタＭ　ｚ　）
はオン、ＦＬ、はオフと選択状態になる。同時に、第１
列信号電極りよには白表示信号電位ｖ２が出力され、第
１行第１列の画素駆動電極Ｓ１□に白表示信号電位ｖ２
が印加される。この時、第一の第２行走査電極Ｇ２がオ
フ電位Ｖｏｏｊ３、第二の第２行走査電極Ｈ２がオン電
位ＶＣｔｏ１１になっており、第２行の画素トランジス
タＭ２．がオフ、Ｆ　２）がオンと非選択状態になる。

非選択電位供給端子５には非選択電位Ｖ工が与えられて
いるので、第２行第１列の画素駆動電極Ｓａｔに非選択
電位Ｖ□が印加される。

時刻ｔ□から１行選択時間Ｔ２経過後の時刻ｔ２におい
て、第一の第１行走査電極Ｇ□がオフ電位Ｖａｏ（４、
第二の第２行走査電極Ｇ２がオン電位になり１時刻ｔｉ
からフィールド周期Ｔ１経過後の時刻ｔ４まで、第１行
の画素トランジスタＭ　１　ｉがオフ、Ｆニオがオンと
非選択状態になる６非選択電位供給端子５には非選択電
位Ｖ□が与えられているので、第１行第１列の画素駆動
電極ｓ１１に非選択電位Ｖ工が１時刻し、まで印加され
る。第１行が非選択状態になる時刻ｔ２において、第一
の第２行走査電極Ｇ２がオン電位ＶＣＯｎ、第二の第２
行走査電極Ｈ２がオフ電位になり、第２行の画素トラン
ジスタＭ２．がオン、Ｆ　ｚ　ｋがオフと選択状態とな
る。

同時に第１列信号電極Ｄ□には黒表示信号電位０が出力
され、第２行第１列の画素駆動電極Ｓ　ｚｔに黒表示信
号電位０が印加される。

時刻し２から１行選択期間Ｔ２経過後のｔ３において、
前述したように、第１行４１列の画素駆動電極ＳｔＸに
は非選択電位■□が印加されている。

一方、第一の第２行走査電極Ｇ２がオフ電位Ｖｏｏｊ）
。

第二の第２行走査電極Ｈ２がオン電位Ｖ。ｏｎになり、
時刻ｔ２からフィールド周期Ｔ工経過後の時刻１ｓまで
、第２行の画素トランジスタＭｚ、がオフ、Ｆ２．がオ
ンと非選択状態になる。非選択電位供給端子５には時刻
ｔ４まで非選択電位ｖ１が与えられているので、第２行
第１列の画素駆動電極Ｓ２□に非選択電位Ｖ□が時刻ｔ
４まで印加される。

時刻も４からフィールド周期Ｔ工の間すなわち第２フイ
ールドは、時刻ｔ工からフィールド周期Ｔ１の間すなわ
ち第１フイールドと同様な行走査を行うが、非選択電位
供給端子５と列信号電極り、に与える電圧の極性を反対
にする。従って、第２フイールドにおいて、各画素駆動
電極ＳＬ、に印加される信号の波形は、第１フイールド
の信号波形の極性を反転したものになる。

以下、時刻ｔ７から始まる第３フイールド、時刻ｔよ。

から始まる第４フイールドと、フィールド周期Ｔ工毎に
順次極性が反転した信号波形が各画素駆動電極ＳＬ、に
加わり、２Ｔ工周期の交流波形となる。対向共通電極６
の電位は０であるから、各画素の液晶セルＬｔ、の両端
間に印加される電圧波形は、各画素駆動電極ＳＬ、の信
号波形に等しい、Ｌ液晶セルＬ　Ｌ　、の明るさは、液
晶セルＬＡ、に印加される交流信号電圧の実効値に依存
し、例えば、第９図のような表示特性を持っている。こ
こで、白表示である第１行第１列の液晶セルＬ□□に印
加される電圧波形は第２図のＳよ、の波形であるから、
その実効電圧■８、は次式で与えらＬ２、に印加される
実効電圧ｖ２□は次式で与えられり、液晶セル丁、２□
の実効電圧ｖ２□が黒表示輝度ＢＢとなる実効電圧ＶＢ
、液晶セルＬ１□の実効電圧■、１が白表示輝度Ｂｖｔ
ｚとなる実効電圧■ｗ　に設定することができる。

また、電圧ｖ２を適当に変化させることにより、液晶セ
ルＬ　１　、の実効電圧ｖ４□の値を黒表示実効電圧Ｖ
Ｂから白表示実効電圧ＶＷの範囲で任意に設定できるの
で、中間調の表示も容易に実現できる。

このように、第１図の実施例の液晶表示装置を、第２図
の動作波形例に示す駆動方式で駆動することにより、各
画素中の２個の画素トランジスタＭ　Ｌ）とＦＬ、の内
どちらかがオン状態になるため、画素駆動電極Ｓ　ｔ　
＞は列信号電極り、又は非選択電位供給端子５に接続さ
れ、安定な電位が与えられる。従って、前述した従来の
液晶表示装置において問題となった１画素トランジスタ
のゲート・ソース間寄生容量による、画素トランジスタ
のオフ時のゲート電圧変化が与えるソース電位（画素駆
動電極電位）変化を抑制することができ、液晶セルを完
全交流駆動化し、良好な表示特性を得ることができる。

第１図の実施例の他の駆動方法を第３図の動作波形例を
用いて説明する。第２図の動作波形例と行走査電極Ｇｈ
、Ｈ＝に印加する信号波形は同一であるが、対向共通電
極６の電位がＯと一定であった第２図の動作波形例に対
し、第３図の動作波形例では、対向共通電極６の電位が
フィールド周期毎にＯと■１に切換る点が大きく異なる
。各画素の液晶セルＬ　Ｌ　ｊに印加される電圧波形は
各画素駆動電極ＳＬ、の電位波形から、対向共通電極６
の電位波形を引いたものであるから、対向共通電極６が
一定電位Ｏである第２図の動作波形例を用いた場合と、
対向共通電極６か電位ＯとＶ、に切換る第３図の動作波
形例を用いた場合の各画素の液晶セルＬ　Ｌ　＞印加電
圧波形を等しくするために、第３図の動作波形例では対
向共通電極６が電位Ｏである間、例えば時刻ｔ１から時
刻ｔ４の間は画素駆動電極ＳＬ、の電位が液晶セルＬＬ
）印加電圧（すなわち第２図における画素駆動電極ＳＬ
。

の電位）と等しく、対向共通電極６が電位Ｖ、である間
、例えば時刻ｔ４から時刻ｔ７の間は画素駆動電極Ｓｉ
＞の電位が液晶セルＬ　Ｌ　、印加電圧（すなわち第２
図における画素駆動電極Ｓ、オの電位）に電圧ｖ３を加
えた電位になるように、列信号電極Ｄ　Ｌ　Ｈ及び非選
択電位供給端子５を駆動する。

すなわち、対向共通電極６と非選択電位供給端子５、列
信号電極り、に印加する信号波形を、奇数フィールド（
例えば時刻ｔ工からｔ、の間や時刻ｔ７からｔ工。の間
など）ではそれぞれ第２図の動作波形例と同じ信号波形
とし、偶数フィールド（例えば時刻ｔ４からｔ、の間な
ど）ではそれぞれ第２図の動作波形例に電圧Ｖ、を加え
た信号波形を用いている。

このように、第３図の動作波形例を用いることにより１
列信号電極り、に印加する最大信号電圧振幅ＶＰρは、で与えられる。従って、ｖ２＝ｖ３とすれば、水平走査
回路２の最大出力電圧振幅ＶＰＰはＶｐρ＝ｖ２＝ｖ、
となるため、第２図の動作波形例における最大出力電圧
振幅ｖｐｐ＝２Ｖ２の半分ですむため、水平走査回路の
最大定格電圧の低減及び消費電力の低減に効果がある。

第３図の動作波形例を用いる場合でも、前述のように、
電圧ｖ２を適当に変化させることにより、中間調表示も
容易に実現できる。

第４図は、第１図の実施例の液晶表示装置において、中
間調表示を実現するために必要な水平走査回路２の具体
的実現例を示す構成図である。７は線順次走査回路、８
は水平走査用シフトレジスタ、９は２分周器、１０は論
理ゲート、１１はアナログスイッチ、１２はホールド容
量、１３及び１６は切換スイッチ、１４はバッファアン
プ、１５はアナログ極性反転アンプ、１７は水平走査ク
ロック端子、１８は水平走査開始端子、１９は映像信号
端子である。

例えばテレビ表示を行う場合、水平走査クロック端子１
７には液晶パネルの水平画素数に応じた高速クロックを
入力し、水平走査開始端子１８には水平同期信号に同期
した水平走査開始信号を入ガし、シフトレジスタ８から
水平画素数分の順次選択信号を得る。アナログスイッチ
１１とホールド容ｊ１１２で構成されるサンプルホール
ド回路を列信号電極Ｄｉ駆動出力１個当り２系統持ち、
水平走査開始信号を２分周器９に入力して得た水平走査
周期Ｔ２毎に反転する論理信号により論理ゲ−ト１０及
び切換スイッチ１３を制御して、第１系統サンプルホー
ルド回路がシフトレジスタ８の順次選択出力によりサン
プリング動作する水平走査周期中は第２系統サンプルホ
ールド回路のホールド電圧をバッファアンプ１４を通し
て出力し、次の水平走査周期においては第１系統が出力
、第２系統がサンプリングと、水平走査周期毎に入れ代
わる。このような動作をする回路７は線順次走査回路と
呼ばれる。

一方、適当に増幅及び直流分を与えられた画像信号が映
像信号端子１９に入力され、極性反転アンプにより極性
が反転した画像信号を形成し、フィールド毎に切換わる
切換スイッチ１６によりフィールド毎極性反転画像信号
を得、線順次走査回路７に入力することにより、容易に
、中間調表示可能な水平走査回路２が構成できる。

第５図は、第１図の実施例の液晶表示装置において中間
調表示を実現できる水平走査回路２の他の具体的実現例
を示す構成図である。２０はＡ／Ｄ変換器、２１はライ
ンメモリ、２２はパルス幅変調器、２３は切換スイッチ
、２４及び２５は電圧印加端子である。第４図の実現例
と異なる点は、第４図の実現例では列信号電極り、にア
ナログ画像信号を印加しているのに対し、第５図の実現
例ではパルス幅変調により２値の電圧を切換えて与える
ことにより、中間調表示を実現している点である。まず
、このようなパルス幅変調による中間調表示の原理を、
第６図に示す第１図の実施例の動作波形例により説明す
る。

動作波形例を示す第６図は、第２図や第３図の動作波形
例の時間軸方向のスケールを２倍に拡大して示しである
。第６図の動作波形例は第３図の動作波形例において、
Ｖ２＝Ｖ、の条件を入れており、例えば、時刻ｔ□とｔ
２の間のある時刻ｔ工。□において、列信号電極Ｄ１の
電位をｖ３からＯに変化させている点が異なる。行走査
電極Ｇえ、ＨＬの駆動波形は第２図や第３図の実施例と
同様である。

時刻ｔ１から、時刻ｔ４゜、までの時間をτ１とすると
、第１行第１列の液晶セルＬ工、に印加される効電圧ｖ
１□′は、■式と同様に、次式で与えられ変化させるこ
とにより、■□、′は下記の範囲内で間調表示について
説明したように、パルス幅変調によっても、中間調表示
は可能である。

続いて、水平走査回路２をパルス幅変調方式で実現する
ための具体的な実現例である第５図についてその動作を
説明する。映像信号端子１９にはアナログ画像信号が印
加され、Ａ／Ｄ変換器２０によりディジタル画像信号に
変換した後、ラインメモリ２１に加えられ、１水平走査
周期分のディジタル画像信号をたくねえ、−斉に、列信
号電極り、の数に応じたパルス幅変調器２２に与えられ
る。一方、電圧印加端子２４と２５はそれぞれ電位ｖ３
及びＯを与えておき、パルス幅変調器２２の出力により
切換スイッチ２３を制御することにより、容易に第６図
の列信号電極Ｄ工の信号波形が形式できる。

このように、ディジタル信号で容易に水平走査回路を動
作させることができるので、将来普及していくと思われ
る高画質ディジタルＴＶへの応用が容易となる。また、
入力される画像信号で想定されている電圧輝度特性が、
液晶表示素子と一致しない場合に必要となる、補正回路
（いわゆるガンマ補正回路）は、Ａ／Ｄ変換器２０を通
る前にアナログ信号処理で行っても良いし、Ａ／Ｄ変換
器２０とラインメモリ２１の間でディジタル処理を行っ
ても良い。また、パルス幅変調器？２の特性をノンリニ
アにして実現しても良い。

本発明の他の実施例を第７図に示す。第１図の実施例と
異なる点は、液晶パネル３１において、各画素にある２
個の画素トランジスタを異なる型のトランジスタで構成
し、第二の行走査電極ＨＬを削除した点である。すなわ
ち、ＮＬ、は冷型ＭＯＳトランジスタ、ＰＬ、はＰ型Ｍ
ＯＳトランジスタを用い、各画素内のトランジスタのゲ
ートは同一の行走査電極Ｇ−Ｌに接続している。

第１図の実施例では、各画素内の２個の画素トランジス
タを同型で構成していたため、常にどちらか一方のトラ
ンジスタだけオン状態とし、他方をオフ状態とするため
には、互いに極性が反転した２桁の行走査電極を各行毎
に設ける必要があったが、第６図の実施例を用いれば、
２個のトランジスタの型が異なるため、各行毎に１本の
行走査電極しか必要とせず、しかも、第１図の実施例と
同様な動作が期待できる。

このように、第６図の実施例では第１図の実施例の行走
査電極数を半減できるので、垂直走査回路の出力数及び
液晶パネルとの接続数の半減効果、歩留りの向上、開口
率の向上等の効果があり１表示特性向上、低コスト化が
図れる。

本発明のさらに他の実施例を第８図に示す、第１図の実
施例と異なる点は液晶パネル１にあった画素トランジス
タＦｉ、を液晶パネル３２では抵抗素子ＲＬ　）に置き
換え、第７図の実施例と同じように、第二の行走査電極
Ｈｔを削減した点である。画素トランジスタＭ　Ｌ　、
のオン抵抗より小さくしておくことにより、行走査電極
ＧＡが選択状態となり画素トランジスタＭ　Ｌ　）がオ
ンした時は。

列信号電極り、の信号波形が液晶セルＬ　Ｌ　、に印加
され１行走査電極Ｇｔが非選択状態となり、画素トラン
ジスタＭ　Ｌ　）がオフした時は非選択電位供給端子５
の信号波形が抵抗素子ＲＬ　）を通して液晶セルＬ　ｉ
　ｉに印加されるので、第１図の実施例と同様な動作が
期待できるのは明らかである。抵抗素子ＲＬｂは理想的
な抵抗素子でなくとも、例えばｌＭＯＳトランジスタの
ゲートとソースあるいはドレインと接続して得られる２
端子素子や非線形素子でも良い。

このように、第７図の実施例では異なる型の画素トラン
ジスタが必要であったが、第８図の実施例では単一の型
の画素トランジスタですむため、生産性が向上する効果
がある。

〔発明の効果〕以上で述べてきたように１本発明によれば。

ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間寄生容量による
各画素の液晶セルへの直流電圧成分印加を防止すること
ができ、表示特性が良好でかつ信頼性が高い液晶表示装
置を実現する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての液晶表示装置を示す
構成図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図の実施例の
異なる駆動方法を説明する各部信号波形図、第４図及び
第５図は、第１図の実施例の液晶表示装置で中間調表示
を行うための水平走査回路をそれぞれアナログ方式とデ
ィジタル方式で実現した例を示す構成図、第６図は第１
図の実施例で中間調表示を行う駆動方法の各部信号波形
図、第７図及び第８図はそれぞれ本発明の他の一実施例
の液晶表示装置を示す構成図、第９図は液晶セルの電圧
輝度特性例を示す、グラフである。１．３１，３２・・・液晶パネル、２・・・水平走査回
路、３・・・垂直走査回路、４，８・・・シフトレジス
タ。５・・・非選択電位供給端子、６・・・対向共通電極、
Ｄ。・・・第１列信号電極ｙＧ）・・・第一の第１行走査電
極。Ｈ，・・・第二の第１行走査電極ｇ　ＭＬ、、ＦＬ　ｒ
ｅＮＬ　ｋｅＰ　Ｌ　）・・・画素トランジスタ、ＬＡ
、・・・第１行第１列液晶セル、Ｓｈｋ・・・第り行第
１列画素駆動電極、７・・・線順次走査回路、９・・・
２分周器、１５・・・極性反転アンプ、２０・・・Ａ／
Ｄ変換器、２１・・・ラインメモリ、２２・・・パルス
幅変調器、ＲＬ）・・・抵抗素子。Ｕ）　　＼０葛２図

Claims

【特許請求の範囲】１、行走査電極と列走査電極により構成されるマトリク
スの各交点に画素としての液晶素子を配置すると共に、
各液晶素子毎に液晶駆動用スイッチング素子としてのＭ
ＯＳトランジスタを配し、前記各ＭＯＳトランジスタの
ゲートを行走査電極に接続し、ドレインを列走査電極に
接続し、ソースを液晶素子の液晶駆動電極に接続するこ
とにより液晶表示パネルを構成して成る液晶表示装置に
おいて、前記ＭＯＳトランジスタがオフのとき、対応す
る液晶素子の液晶駆動電極へ非選択電位を供給する素子
を該液晶素子の液晶駆動電極と非選択電位供給源との間
に設けたことを特徴とする液晶表示装置。２、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
、前記非選択電位供給素子が、前記行走査電極とは反転
した信号極性をとる第２の行走査電極にゲートを接続さ
れ、ドレインを前記液晶素子の液晶駆動電極に接続され
、ソースを前記非選択電位供給源に接続された第２のＭ
ＯＳトランジスタから成ることを特徴とする液晶表示装
置。３、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
、前記非選択電位供給素子が、前記ＭＯＳトランジスタ
とはチャネルの型を異にする第２のＭＯＳトランジスタ
であって、そのゲートが前記行走査電極に接続され、ド
レインが前記液晶素子の液晶駆動電極に接続され、ソー
スが前記非選択電位供給源に接続された該第２のＭＯＳ
トランジスタから成ることを特徴とする液晶表示装置。