JPS63249195A - 液晶表示装置 - Google Patents

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〕 この発明は、液晶表示装置に関し、例えばＴＰＴ（薄膜
トランジスタ）によるアクティブマトリックス構成の液
晶表示パネルを用いたものに利用して有効な技術に関す
るものである。

〔従来の技術〕

アクティブマトリックス構成の液晶表示装置として、例
えば特開昭６０．−１４０３２３号公報がある。この公
報においては、トランジスタがオン状態からオフ状態に
切り替わるとき、チャンネルに蓄積された電荷がドレイ
ンとソースに流出し、上記ソース側に流出した電荷が液
晶の眉間容量に伝えられるため液晶に直流電圧が印加さ
れてしまうという考えから、液晶の共通電極に対してそ
れに見合った電圧補償を行わせるようにするものである
。

〔発明が解決しようする問題点〕

上記公報においては、液晶の眉間容量に保持される信号
電圧に直流成分がのる理由として、チャンネルに存在す
る電荷の流出に原因があると説明している。しかし、本
願発明者等による解析結果によれば、上記直流電圧の発
生原因は、上記電荷の流出よりもＴＰＴのゲートとソー
ス間のオーバーラツプ容ｆｉ（寄生容ｇｋ）によるカッ
プリングに大きな原因のあることが判明した。例えば、
上記ＴＰＴのゲートとソース間のオーバーラツプ面積は
、１つの画素を構成する液晶の面積に比べて橿めて小さ
い、しかしながら、その電極間の距離は上記液晶の両電
極間の距離に比べて温かに小さい。

したがって、上記両電極間における絶縁物の誘電率をは
り同じであるとすると、上記面積比と距離比との相対的
関係から上記オーバーラツプ容量の容量値は液晶の容量
値に匹敵するような無視できない大きな容量値を持つも
のとなる。このことから、上記のような考えに基づく電
圧補償法には大きな疑問があり、ダミー素子により検出
された電圧をピークホールド回路に保持させて補償電圧
を形成したのでは、上記ゲートとソース間容量のカップ
リングにより発生するパルス状のノイズにより共通電極
の電位が決まってしまい、実際の直流電圧とはかけ離れ
た電位に設定されてしまう広れがある。

そこで、本願発明者は上記ゲート、ソース間容量を考慮
して一定の補償電圧を印加させることを考えた。しかし
ながら、液晶の眉間容量は、点灯状態と非点灯状態での
誘電率が異なることにより可変容量としての動作を行う
。このため、走査線上記ゲート、ソース間容量により液
晶層間容量に伝えられるれ電荷量が同じでも、液晶層間
容量が変化することから、保持電圧のレベルシフト量が
異なってしまう、この結果、点灯状態を考慮して上記補
償電圧を設定したのでは、非点灯状態で直流成分が残っ
てしまう。また、逆に非点灯状態を考慮して上記補償電
圧を設定したのでは、点灯状態で直流成分の残ってしま
う。

この発明の目的は、液晶に加わる直流成分の防止ないし
大幅な低減を実現した液晶表示装置を従供することにあ
る。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本ｒＩＪ１＃ｉＢ書の記述および添付図面から明らか
になるであろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、アクティブマトリックス構成の液晶表示パネ
ルの点灯／非点灯を検出して上記液晶表示パネルの共通
電極に供給する補償電圧（バイアス電圧）を切り換えて
供給する。

〔作　用〕

上記した手段によれば、液晶の点灯／非点灯に応じた最
適の補償電圧を共通を極（対向電極）に供給できるから
、液晶の交流駆動のためのより確実な電圧補償を行うこ
とができる。

〔実施例１〕 第１図には、この発明に係る液晶表示装置の要部一実施
例のブロック図が示されている。同図におい°Ｃ１液晶
表示パネルＬＣＤは、横方向に延長される複数の走査線
電極Ｇ１ないしＧ４８０と、縦方向に延長される複数の
信号線電極Ｄ工ないしＤｎを持つ、上記走査線電極と信
号線電極の各交差点にはそれぞれ１つの画素ＰＸが配置
される。

上記マトリックス配置される複数のＭ素ＰＸは、カラー
表示の場合にはそれぞれに三原色のカラーフィルタが配
置される。

上記走査線電極Ｇ１ないしＧ４８０のうち、奇数番目の
走査線電極Ｇ１．Ｇ３・・・・Ｇ４７９は、第１　（左
）の走査線駆動回路ＧＤＬにより順次選択状態にされる
。また、残りの偶数番目の走査線電極Ｇ２．Ｇ４・・・
・Ｇ４８０は、第２（右）の走査線駆動回路ＧＤＲによ
り順次選択状態にされる。これらの走査線駆動回路ＧＤ
Ｌ、ＧＤＲは、選択信号Ｓ１及びＳ２によりその動作が
制御され、特に制限されないが、図示しない水平同期信
号によってシフト動作を行うシフトレジスタ及び駆動回
路から構成される。なお、同図において、液晶表示パネ
ルＬＣＤの左右に、１つの走査線駆動回路ＧＤＬ及びＧ
ＤＲを配置しているが、独立した２つの走査線駆動回路
が在るというように限定されるものではない、すなわち
、上記走査線駆動回路ＧＤＬとＧＤＲは、１つの半導体
集積回路装置により構成されるものであってもよい。

あるいは、液晶表示パネルの走査線電極を複数に分割し
て、各分割された走査線電極に対応して上記回路ＧＤＬ
及びＧＤＲを持つ複数の半導体集積回路装置を用いるも
のであってもよい。

上記信号線電極ＤＩないしＤｎには、信号線駆動回路Ｄ
Ｉ）により、画像信号が供給される。この信号線駆動回
路ＤＤは、後述するようにシリアルに供給されるビディ
オ信号ＶＤをパラレルに変換してレベルを保持（サンプ
ル及ホールド）、する機能と出力選択機能とを持つシリ
アル／パラレル変換回路Ｓ／Ｐ及び駆動回路を持つ、上
記シリアル／パラレル変換動作によって、１゛水平ライ
ン分の画像信号が、上記各信号線電極Ｄ工ないしＤｎに
対してパラレルに出力される。なお、液晶の交流駆動の
ために、特に制限されないが、上記信号線駆動回路ＤＤ
は、上記画像信号の極性を反転させる機能を持つ、また
、これに代えて、上記信号駆動回路ＤＤに入力する信号
を反転させるものであってもよい。

タイミング制御回路ＴＧは、同期信号５ＹＮＣを受けて
、後述するような上記シリアル／パラレル変換のための
各種制御信号及びタイミング信号（これらの総称して信
号ＣＬとして示している）並びに上記走査線駆動回路Ｇ
ＤＬ、ＧＤＲを動作状態にする選択信号３１．３２及び
図示しないがそのシフト動作に必要なタイミング信号を
発生させる。

この実施例においては、上記画素ＰＸに保持される保持
電圧に直流成分がのるのを補償するために、次の各回路
ブロックが付加される。特に制限されないが、フリップ
フロップ回路ＦＦは、１フレーム毎にリセットされ、画
像信号ＶＤの点灯信号によりセット状態にされる。この
フリップフロップ回路ＦＦの出力信号は、スイッチ回路
ＳＷの切り換え制御を行う、スイッチ回Ｂｓｗは、上記
フリップフロップ回路ＦＦの出力信号に従って液晶の点
灯状態に応じて設定される補償電圧Ｖ　ｃｏａｌと非点
灯状態に応じて設定される補償電圧Ｖｃｏ■２とを切り
換えて、液晶表示パネルＬＣＤの共通電極（対向電極）
に供給する補償電圧Ｖｃｏ−を発生させる。上記フリッ
プフロップ回路ＦＦやスイッチ回路ＳＷ並びに図示しな
い補償電圧発生回路は、上記駆動回路ＧＤＬ　（ＧＤＲ
）又はＤＤに内蔵させるものであってもよい。

なお、上記同期信号５ＹＮＣは、画像信号ＶＤを形成す
るテレビジョン受像回路等の信号処理回路は、この発明
と直接関係がないので同図では實略されている。

ここで、上記走査線駆動回路ＧＤＬ及びＧＤＲによる走
査線電極の駆動動作を説明する前に、上記液晶表示パネ
ルＬＣＤおける各画素ＰＸの構成例を第４図及び第５図
を参照して説明する。

第４図には、１つの画素ＰＸの一実施例の平面図が示さ
れ、第５図にはそのＡ−Ｂ断面図が示されている。

同図において、５ＵＢ２は１．１　ｍ１１程度の厚さを
有するガラス基板であり、Ｇｉはクロム（Ｃｒ）等から
なるゲート電極である。このゲート電極は前記液晶表示
パネルＬＣＤの走査線電極と一体的に構成される。ＡＳ
は非結晶シリコンであり、ＡＳとゲート電極Ｇｉやガラ
ス基板５ＵＢＩとの間には、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ
　Ｔ）のゲート絶縁膜として作用する膜ＧＩが形成され
ている。信号線電極ＤＩと一体的に形成されるＳＤＩと
、ＳＤ２は上記ＴＦＴを構成する一対のソース・ドレイ
ン電極であり、シリコン膜ＡＳ上に間隔をもって、かつ
上記ゲート電極Ｇｉをそれらがまたぐように形成される
。ここで、一対のソース・ドレイン電極ＳＤＩ、ＳＤ２
は、回路のバイアス極性がかわると動作上めソース、ド
レインが逆転するので、言い換えるならば、通常のＦＥ
Ｔと同様に双方向性の信号伝達特性を持つので、両方（
ＳＤＩ、５Ｄ２）ともソース・ドレイン電極と呼ぶこと
とする。上記ソース・ドレイン電極ＳＤＩ、ＳＤ２は、
下側からＮ”　　（ドナー不純物濃度の高い）非結晶シ
リコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）及びアルミニュウム（
ＡＩ）の３層構造とされる。Ｎ”−５ｉ電極層は非結晶
シリコン（Ｓｔ）との接触抵抗値を下げ、クロム（Ｃｒ
）電極層は、アルミニウム（ＡＩ）電極層が非結晶シリ
コン（Ｓｉ）と反応するのを防ぐために設けられる。Ｐ
Ｓｖは、保護膜であり、ＴＰＴを湿気等から保護し、透
明性が高く耐湿気性のよいＳｉｎ、膜やＳｔ、Ｎ、膜に
より形成される。

ＩＴＯＩはソース・ドレイン電極ＳＤ２に接続された透
明渾電膜であり、液晶画素ＰＸの一方の電極（画素電極
）として作用する。他方のソース・ドレインＳＤＩは、
上述のように信号線電極Ｄｉと一体的に形成されるもの
である。

ＬＳは外部光がＴＰＴの心臓部であるゲート５Ｎ域に照
射されてしまうことを防ぐための遮光膜であり、例えば
クロム（Ｃｒ）材等により形成される。上記ＴＰＴはソ
ース電極に対してゲート電極を正の電圧によりバイアス
することによってオン状態（ソースとドレイン間の抵抗
値が小さくなる）なり、ゲート電極に供給されるバイア
スを零に近くすることによってオフ状態（ソースとドレ
イン間の抵抗値が大きくなる）になるという伝達特性を
持つ。

液晶ＬＣは上下のガラス基板５ＵＢＩと５ＵＢ２間に封
入され、液晶分子の向きは上下の配向膜０ＲＩ２及び０
ＲＩＩにより決められる。ＰＳｖ２はアクリル系の樹脂
で形成された保護膜である。

カラーフィルタＦＩＬはカラー表示を行うために設けら
れる。

ＩＴＯ２は上記のようにマトリックス配列された複数の
画素ＰＸの一方の電極（画素電極）ＩＴＯｌに対向する
共通電極（対向電極）であり、前記のような補償電圧Ｖ
ｃｏ−が供給される。

上記のような液晶表示パネルは、基板５ＵＢＩ側と５Ｕ
Ｂ２例の積層を個別に行い、その後液晶ＬＣを封入する
ことによって組み立てられる。

第２図には、上記第１図に示した液晶表示装置の動作の
一例を説明するための波形図が示されている。同図にお
いて示された各信号ＶＣ，ＶＤ及びＰＸに係る電圧ｖＰ
Ｘは、それらが互いに重なることによって各波形の区別
が不明瞭になるのを防止するために、信号ＶＧＳＶＤ及
びｖＰＸの順に時間的にずらして描いている。また、信
号ＶＤに対して信号■ＰＸは、レベルを低下させて描い
ている。

インクレースモード（飛び越し走査）における第１フレ
ームの奇数フィールドのとき、制御信号Ｓ１がハイレベ
ルになって第１の走査線駆動回路ＧＤＬが動作状態にな
り、水平同期パルスに同期して奇数番目の走査線電極Ｇ
１、Ｇ３・・・Ｇ４７９の順に選択状態にする。これに
よって、上記走査線電極Ｇ１、Ｇ３・・・・Ｇ４７９に
結合されたＴＰＴが順次オン状態になるため、信号線駆
動回路ＤＤから信号線電極Ｄ工ないしＤｎに対応する信
号が選ばれてパラレルに出力されて各画素に書き込まれ
る。同時においては、１つの走査線電極に供給される走
査線駆動信号ＶＧが代表として例示的に示されている。

したがって、上記駆動信号ＶＣの１周期はｌフレーム周
期に相当する。

このことは、同じフレームの中の偶数フィールドで選択
される偶数番目の走査線電極Ｇ２、Ｇ４・・・・Ｇ４８
０においても同様である。

上記駆動信号ＶＧのハイレベルに応じて画像信号ＶＤの
書き込みが行われる。液晶の交流駆動のために、上記駆
動信号ＶＣの１周期毎に画像信号ＶＤの極性は、正／負
のように切り換えられて供給される。上記駆動信号ＶＣ
がハイレベルからロウレベルに変化すると、その間上記
ＴＰＴがオフ状態を維持するからその前の書き込まれた
例えば正極性の画素信号ＶＤの保持動作が行われている
。

すなわち、各画素ＰＸは等価的にキャパシタとして作用
しレベル保持動作を行うものである。

上記駆動信号ｖＧがハイレベルからロウレベルに変化す
ると、ＴＰＴのゲート、ソース間の寄生容量によって、
画素ＰＸに保持される画素電圧ＶＰＸは、上記画素信号
ＶＤの書き込みレベルに対して同図に点線で示すように
レベル低下してしまう、上記画素信号ＶＤが正及び負極
性の一定のレベルを持つようにされたとき、液晶（画素
）は点灯状態にされる。このとき、液晶の眉間容量は比
較的大きな容量値を持つようにされる。それ故、上記Ｔ
ＰＴのゲート、ソース間のカップリングによる保持信号
ＶＧＸのレベル低下は比較的小さく抑えられる。補償電
圧Ｖｃｏｍｌは、上記点灯状態において点線で示すよう
な液晶に加わる電圧の正電圧及び負電圧の平均値が零に
なるようなレベルに設定される。なお、同図おいては、
保持状態での時間軸が短縮して描かれていることに注意
する必要がある。

これに対して、上記画素信号ＶＤが一定のレベルにされ
るとき、液晶（画素）は非点灯状態にされる。このとき
、液晶の眉間容量は、比較的小さな容量値を持つように
される。それ故、上記ＴＰＴのゲート、ソース間のカッ
プリングによる保持電圧ＶＧＸのレベル低下は比較的大
きくされる。

補償電圧Ｖ　Ｃｏ！１２は、上記非点灯状態において点
線で示すような液晶に加わる電圧、略保持電圧と等しい
ようなレベルにされる。すなわち、非点灯状態において
は、約１／４８０のデユーティ（垂直帰線期間を無視す
る）により上記非選択レベルの書き込みが行われので、
その書き込み期間が実際の保持レベルにより高くされる
。しかし、上記のような極短い時間しか印加されないか
らこれを実質的には無視でき、補償電圧Ｖ　Ｃ０１１２
を上記保持レベルとはり同じくすることによって直流電
圧が印加されないようにすることができる。このことは
、上記点灯状態においても同様であり、上記補償電圧Ｖ
ｃｏｍｌは、正の保持レベルと負の保持レベルのぼり中
間に設定されるものである。ただし、上記のように点灯
状態と非点灯状態では液晶の眉間容量の容量値が変化す
ることに応じて、非点灯状態での補償電圧Ｖ　ｃｏｍ２
は、点灯状態での補償電圧ＶＣＯ請１に対して、低いレ
ベルにされる。

第１図において、フリップフロップ回路ＦＦは、ｌフレ
ーム中に液晶を点灯状態にする画素信号があるとセント
され、スイッチ回路ＳＷを！ＩＪ御して共通電極に供給
される補償電圧Ｖ　ｃｏｔｓとして上記補償電圧Ｖｃｏ
＊１を送出する。また、フリップフロップ回路ＦＦは、
上記１フレーム中に液晶を点灯状態にする画素信号がな
いとききには、リセット状態のままにされ、スイッチ回
路ＳＷを制御して共通電極に供給される補償電圧ｖＣＯ
１ｌとして上記補償電圧Ｖ　ｃｏｓ２を送出する。

上記のように液晶の点灯／非点灯状態に応じて最適補償
電圧を切り換えて供給することによって、液晶に加わる
直流電圧を最小に設定することができる。

Ｃ実施例２〕 第３図には、この発明の他の一実施例を示す概略ブロッ
ク図が示されている。

同図において、液晶表示パネルＬＣＤは、特に制限され
ないが、同図において点線で示すように縦方向に４分割
された共通電極を持つようにされる。これにより、等価
的には４つの液晶表示パネルＬＣＤ０　ＮＬＣＤ３が縦
積されることにより、１つの表示両面が構成される。

このように共通電極を４分割したねらいは、１つの画面
中に点灯状態のものと非点灯状態のものが存在すること
に対処するものである０例えば、ワードプロセッサやマ
イクロコンピュータ等のディスプレイの文字や図形の表
示を行う場合、画面の一部を用いた表示動作が行われる
ことがしばしばある。このため、この実施例では、上記
分割された共通電極毎に、上記スイッチ回路ＳＷＯ〜Ｓ
Ｗ３を設けて、その点灯状態と非点灯状態に応じて補償
電圧ＶｃｏｓｌとＶ　ｃｏｍ２をそれぞれ独立して供給
するものである。このため、スイッチ制御回路ＳＷＣは
、図示しない各分割画面に相当する走査線電極駆動回路
と画像信号とから、各分割画面の点灯／非点灯を判別し
て、それぞれに対応したスイッチ制御信号を形成するも
のである。

これにより、その表示動作に応じた最適な補償電圧を供
給することができるから、より精度の高い電圧補償が可
能になる。

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 （１）アクティブマトリックス構成の液晶表示パネルの
点灯／非点灯を検出して上記液晶表示パネルの共通電極
に供給する補償電圧（バイアス電圧）を切り換えて供給
することにより、液晶の点灯／非点灯に応じた最適の補
償電圧を共通電極（対向電極）に供給できるから、液晶
の交流駆動のためのより確実な電圧補償を行うことがで
きるという効果が得られる。

（２）表示パネルの共通電極を分割して、それぞれに対
応した画素の点灯／非点灯を検出してそれぞれの共通電
極に供給する補償電圧を独立して切り換えることにより
、より精度の高い液晶の交流駆動化を実現できるという
効果が得られる。

（３）上記（１）ないしく２）により、液晶に加わる直
流電圧を最小に設定できるから、液晶の長寿命化と応答
性を高くできるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が
可能であることはいうまでもない０例えば、液晶の共通
電極に供給する補償電圧としては、点灯状態及び非点灯
状態に応じた一定のレベルとすることの他、液晶のしき
い値電圧以下の振幅を持ち、保持電圧の逆位相で変化す
るパルス状の電圧とするものであってもよい。この場合
には、点灯状態の液晶の両電極に加わる電圧レベルを大
きくできるから、その分上記画素信号ＶＤのレベルを低
く設定することができる。これによって、走査線電極Ｖ
Ｃの選択レベルを相対的に小さくできるから、上記カッ
プリングの影響を減少させることができる。

第１図において、点灯状態と非点灯状態の判定は、上記
のようなフリップフロップ回路を用いるものの他、ｌフ
レーム中の点灯画素数を計数して、一定値以上になると
点灯状態として判定して上記補償電圧の切り換えを行う
ようにするものであってもよい、また、第３図において
、共通電極は、横方向に複数組に分割してそれぞれに対
応して上記補償電圧を切り換えて供給するものであって
もよい。

アクティブマトリックス構成の液晶表示パネルや、その
駆動回路の具体的構成は、種々の実施例形態を採ること
ができるものである。

この発明は、アクティブマトリックス構成の液晶表示パ
ネルを用いた液晶表示装置に広く利用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、アクティブマトリックス構成の液晶表示パ
ネルの点灯／非点灯を検出して上記液晶表示パネルの共
通電極に供給する補償電圧（バイアス電圧）を切り換え
て供給することにより、液晶の点灯／非点灯に応じた最
適の補償電圧を共通電極（対向電極）に供給できるから
、液晶の交流駆動のためのより確実な電圧補償を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る液晶表示装置の要部一実施例
を示すブロック図、 第２図は、その動作の一例を説明するための波形図、 第３図は、この発明の他の一実施例を示す概略ブロック
図、 第４図は、液晶画素の一実施例を示す平面図、第５図は
、そのＡ−Ｂ断面図である。 ＬＣＤ　（ＬＣＤＯ〜ＬＣＤ３）　　・・液晶表示パネ
ル、ＰＸ・・画素、ＧＤＬ、ＧＤＲ・・走査線駆動回路
、ＤＤ　（Ｓ／Ｐ）　　・・信号線駆動回路、ＴＧ・・
タイミング制御回路、ＦＦ・・フリップフロップ回路、
ｓｗ、ｓｗｏ−ｓｗａ・・スイッチ回路、ＳＷＣ・・ス
イッチ制御回路、ＧＩＮＧ４８０・・走査線電極、Ｄ１
〜Ｄｎ・・信号線電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アクティブマトリックス構成の液晶表示パネルと、
   上記液晶表示パネルに表示信号を供給する液晶駆動回路
   と、液晶の点灯／非点灯を検出して上記液晶表示パネル
   の共通電極に供給する補償電圧を切り換えるバイアス回
   路とを含むことを特徴とする液晶表示装置。 ２、上記補償電圧は、液晶の点灯時の非点灯時のそれぞ
   れに応じて液晶に加わる直流電圧を相殺させるように設
   定された２つの電圧からなるものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置。 ３、上記液晶表示パネルはその共通電極が複数に分割さ
   れ、上記バイアス回路は上記分割されてなる共通電極の
   それぞれに対応して設けられ、それに対応する液晶の点
   灯／非点灯に応じて上記補償電圧の切り換えを行うもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の液
   晶表示装置。