JPH0343785A - アクティブマトリックス液晶ディスプレイの駆動方法 - 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］ 本発明は、アクティブマトリックス液晶ディスプレイの
駆動方法、特に、それぞれ電界効果トランジスタを介し
て接続した液晶セルをマトリックス状に配したアクティ
ブマトリックス液晶ディスプレイ画面の駆動方法に関す
る。

［従来の技術］ 第４図は電界効果トランジスタアクティブマトリックス
液晶パネルモジュールの等価回路である。

図において、マトリックス状に配された液晶セル（１）
、各液晶セル（１）と並列になされている記憶用コンデ
ンサ（２）、各液晶セル（１）毎にその一方の電極（ド
レイン電極）に接続されて設けられている電界効果トラ
ンジスタ（３）が示され、これらの３つの素子にて一画
素を構成している。マトリックスの各列毎に電界効果ト
ランジスタ（３）のソース電極に共通に接続された複数
のＸ電極（４）、並びにマトリックスの各行毎に電界効
果トランジスタ（３）のゲート電極に共通接続された複
数のＹ電極（５）が設けられている。

またＹ電極（５）に順次走査パルスを印加する走査回路
（６）、映像信号をサンプリングしホールドすることに
より１水平走査線分の映像信号をＸ電極数の並列の映像
信号に変換しＸ電極（４）に印加する直並列変換回路（
７）、液晶をドライブするために増幅・交流化された前
記映像信号を直並列変換回路（７）へ供給するための交
流化映像信号入力端子（１２）、全ての液晶セル（１）
の他方の電極に共通接続された共通電極（８）が設けら
れている。

次に、第４図の電界効果トランジスタアクティブマトリ
ックス液晶パネルモジュールを駆動する方法について説
明する。今、Ｙ電極のｉ行目の電極をＹｌとするとＹ電
極（５）の各電極、例えばＹｌ−Ｙ４の電極には第５図
のＹｌ−Ｙ４のようなタイミングの波形信号が走査回路
（６）により印加されている。この走査パルスが電界効
果トランジスタ（３）のゲートに加わるときその選択さ
れた行の全ての電界効果トランジスタ（３）のゲートに
加わるとその選択された行の全ての電界効果トランジス
タ（３）はオン状態となり、Ｘ電極（４）から並列映像
信号に応じた電荷が電界効果トランジスタ（３）を介し
て記憶用コンデンサ（２）に充電される。そして、電界
効果トランジスタ（３）がオフ状態になっても、次に書
き込まれるまでの１フレームの期間、記憶用コンデンサ
（２）に蓄えられた電荷により液晶に映像信号に対応し
た電圧が印加され続けるため、各液晶セルの透過光が映
像信号により制御され表示できることになる。

なお、液晶に同極性の電圧を印加し続けると寿命が短く
なるという属性があるため、液晶に印加する電圧の極性
が逆になっても同じ透過光特性を有していることを利用
して、第５図のＳ　（Ｖグレイスケールの場合）のよう
に基準電位ＶＣにＪＩＪシて画素電極の電位がフレーム
同期で反転するようにしている。このため、映像信号処
理において交流化する際には第６図に示すような特性に
している。すなわち、人力信号ｖＯに対し、出力信号Ｓ
がＶｃ±（ｄ＋ｂＶＯ）のように、正極性時と負極性時
でドライブ信号が基準電位Ｖｃを中心として、対称とな
っている。

ここで、第５図にはＳの信号波形の他に第４図の共通電
極（８）に印加する共通電極電位Ｖ　ＣＯＭのレベルが
示されている。本来、電界効果トランジスタアクティブ
マトリックス液晶パネルモジュールの等価回路が第４図
に示す通りであれば、Ｖ　Ｃｏｔ（とＶＣは一致するも
のである。しかし、現実には、液晶パネル部の等価回路
が種々の要因で、より複雑になっており、この影響で、
第５図に示すようにΔＶＣなる差をとらなければならな
くなっている。この理由を、第７図、第８図を用いて説
明する。

第７図は現実に近い電界効果トランジスタアクティブマ
トリックス７夜品パネルの１画素の等価回路である。電
界効果トランジスタ（３）及び容量がＣａ＋の記憶用コ
ンデンサ（２）、共通電極（８）は第４図と同様であり
、電界効果トランジスタ（３）のソース及びゲートは、
それぞれ第４図のＸ電極（４）　、Ｙ電極（５）に接続
されてる。また、Ｃｅｃ（９）及びＲｅｅ（１０）はそ
れぞれ、第４図の液晶セル（１）の等価回路で、液晶セ
ル（１）の容量分と抵抗分に相当している。更にＣｇｄ
（１１）はゲートとドレインの重なりにより生じる、ゲ
ート・ドレインカップリング容量である。

第８図は、第７図の等価回路に基づく動特性を説明する
図であり、ドレイン電圧の実時間の波形を示している。

まず、ゲート選択期間（ゲートがＯＮの期間）は、正極
性、負極性側共に、ソース電圧に応じた電位に記憶用コ
ンデンサＣｍ　　（２）及び液晶セル（１）の容量成分
Ｃｅｃ（９）が充電される。次に、ゲートがＯＦＦにな
った瞬間、ゲートパルスの振幅Ｖｇが記憶用コンデンサ
Ｃｍ（２）及び液晶セル（１）の容量成分Ｃｅｃ（９）
の並列容量とゲートドレインカップリング容量Ｃｄｇ（
１１）により分圧される分、すなわち、ＣＩ！＋　　＋
Ｃｅｅ＋Ｃｄｇ だけ電位が図示のようにシフトする。そして、ゲートが
ＯＦＦとなるほぼ１フレームの期間、液晶セル（１）の
抵抗成分Ｒｅｃ（１０）により放電され、ΔＶＲだけ、
電位が低下し、上記のサイクルが繰返されることになる
。従って、液晶を理想的に近い状態で交流駆動するには
、第８図のドレイン電圧の実時間波形のほぼセンターに
共通電極（８）の電位をもってくる必要があり、このた
め、図示のように、実際の共通電極電位Ｖ　ＣＯＭを交
流化を行う際の基準電位Ｖｃより、上記ゲートドレイン
カップリング容ｆｆｉｃｇｄによる降下分ΔＶｇｄ及び
液晶セル（１）の抵抗骨Ｒｅｃによる降下分ΔＶＲを考
慮した分ΔＶＣだけ低めに設定している。

次に、この発明が問題としている電界効果トランジスタ
のＯＦＦ特性が画質に与える影響について述べる。

第９図は、横軸に時刻ｔ１縦軸にラインアドレスをとっ
た場合、フレーム同期で正極性あるいは負極性に交流化
された映像信号が各ラインに書込まれる瞬間から次に書
込まれる瞬間までの極性がどのようになっているかを示
している。（説明を簡略化するため、パネルの画素構成
は６ラインからなるものとし、第１ラインを最上部のラ
イン、第６ラインを最下部のラインとする。）第９図よ
り、例えば、第１ライン（画面上部）では正極性に書込
まれた後には、Ｘ？［Ｓ極（４）に供給される信号は次
にこのラインが書込まれるまで常に正極性であり、また
、負極性に書込まれた後では、Ｘ電極（４）に供給され
る信号は次にこのラインが書込まれるまで常に負極性で
あることが読み取れる。一方、第６ライン（画面下部）
では、第１ラインの状況とは逆に例えば、第６ラインが
正極性に書込まれた後には、ＸｆｌＳ極（４）に供給さ
れる信号は直ちに負極性に変化し、この状況は次にこの
ラインが書込まれるまで続く。また、第６ラインが負極
性に書込まれた場合には、Ｘ電極（４）に供給される信
号は直ちに正極性に変化し、この状況が次にこのライン
が書込まれるまで続くことになる。

従って、画面下部では、上部に比べ、ドレイン−ソース
間の電圧が高い状態が続く傾向にあり、この傾向は画面
上部から下部に向うほど、強くなることがわかる。しか
し、電界効果トランジスタ（３）はその原理上、ソース
−ドレイン間の電圧が高くなれば、ＯＦＦ期間の漏れ電
流１　ＯＦＦが増大することになり、この影響で各画素
の電圧が１フレームの期間どのように変動するかを第１
０図に示す。なお、第１０図では説明を簡略化するため
、第８図で説ＶしたΔＶｇｄ及び液晶セル（１）の抵抗
骨Ｒｅｃによる電位降下ΔＶＲについては、本発明と直
接的な関係がないため、この効果は無視して説明する。

第１０図の上段は、Ｘ電極（４）の電圧、中段は、上部
ラインの画素（ドレイン）電極の電圧、下段は、下部ラ
インの画素（ドレイン）電極の電圧のそれぞれの変動の
様子を、横軸に時間をとって表現している。図中、上段
のＸ電極（４）信号中に記入した共通電極の電位Ｖ　Ｃ
ＯＭは先にも述べたようにΔＶｇｄの影響を無視し、Ｖ
ＣＯＭ−Ｖｃとしている。また、ソースに供給される信
号は、正極性側Ｖｃ　＋　（ｄ＋ｂＶＯ）　、負極性側
ＶＣ−（ｄ＋ｂＶＯ）なる自ピーク信号とし、電界効果
を介して各画素に書込まれる瞬間は、上記電位までチャ
ージ又はディスチャージされるものとする。

まず、第１０図の中段（上部ラインの画素信号）に着目
すると、上部ラインに書込まれる瞬間、Ｖ　ＣＯＭ±（
ｄ＋ｂＶＯ）なる電位となり、その後、Ｘ電極（４）に
供給される信号の極性は、１フレームの間、書込まれた
瞬間の極性と大半が同一であり、ソース・ドレイン間の
電位差が小さいため、１　ＯＦＦは十分低く、従って、
画素電位もほとんど変動しない。（ソース信号の極性が
変化してから、上部ラインが選択されるまでのわずかな
時間、Ｉ　ＯＦＦの増加による影響は若干出る。）次に
、第１０図の下段（下部ラインの画素信号）に着目する
と、下部ラインが書込まれた瞬間、Ｖ　ＣＯＭ±（ｄ＋
ｂＶｏ）となるが、その後、まもなく、Ｘ電極（４）の
信号の極性が反転するため、１フレ一ム間の大半の期間
がソース・ドレイン間の電位差が大きい状態となり、Ｉ
　ＯＦＦの増大の影響で、図のように画素電位が変動す
る。

第１１図は画面上部及び下部の画素（ドレイン）電極−
共通電極間の電位差の絶対値の時間変動を示している。

液晶は、その両端の電位差の実効値に比例して応答する
ため、画面上下で、第１１図のような差があると、画面
下部の実効値が上部に比べ小さいこととなり、垂直輝度
傾斜として現れ、著しく、画質を劣化することとなる。

従来、この種の問題に対する対策として第１２図に示す
ように、各画素の交流化周明が１フレームとなることを
考慮しつつ、ライン周期でも、その極性が反転するよう
な駆動方式をとっていた。

なお、第１２図の図の見方は、第９図のそれと同様であ
る。このような駆動によれば、第１ラインでも、第６ラ
インでも、各画素電位に対して、その逆極性の信号が、
Ｘ電極（４）に、はぼ等しい期間供給されることになり
、その様子を第１３図に示している。図の見方は、第１
０図のそれと同様である。上部ライン及び下部ライン共
、１フレームのうち、各ラインに書込まれた極性と逆極
性の信号がＸ電極（４）に供給される期間、ｒ　ｏｐｐ
の増大の影響が出ることを示している。

第１１図と同様に、画素（ドレイン）電極と共通電極間
の電位差の絶対値の時間変動の様子を上部ライン及び下
部ラインについて示したのが第１４図である。このよう
な方法によれば、画面上部と下部で、図のように各画素
の電位変動の様子はほとんど同一となるため、前述の垂
直輝度傾斜は解消される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のアクティブマトリックス液晶ディスプレイの駆動
方法は、以上のような構成であったため、Ｘ電極に供給
する信号は、ライン同期で反転する高周波信号（フレー
ム反転に比べ）となる。一般に、パネルのＸ電極の負荷
容量はドライバＩＣ出力インピーダンスに対し、無視で
きる程小さいものではなく、このように、Ｘ電極信号が
高周波化することは、その実効値低下を招き、これを補
償するには、実効値が低下してもよいように、事前に大
振幅の信号を供給する必要があった。これが、映像信号
処理部や直並列変換回路のダイナミックレンジの増大、
ひいては消費電力の増大を招くのみにとどまらず、特に
直並列変換回路では、コンパクト実装上の問題点となっ
ていた。

この発明は、係る問題点を解決することを課題としてな
されたものであり、ソース信号を高周波化することなく
、垂直輝度傾斜を解消することができるアクティブマト
リックス液晶ディスプレイの駆動方法を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るアクティブマトリックス液晶ディスプレ
イの駆動方法は、Ｘ電極に印加されるＸ電極信号がフレ
ーム周期毎に反転し、一の反転から次の反転までの時間
において液晶セル両端の電位差の絶対値が漸増するよう
に、共通電極に電圧が印加されることを特徴とする。

［作用］ この発明においては共通電極に加える電圧は、書込みの
際の液晶セル両端の電位差の絶対値の平均値が、画面上
部より下部の方が相対的に大きくなるように印加される
。これにより、ドレイン電極の電位変動が画面上部と下
部で異なっても、液晶の実効値応答性から、垂直輝度傾
斜が補償される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。但し
、液晶パネルモジュールの構成については、第４図の従
来例と同様であり、ゲート、ソース側の駆動手段及び交
流化特性についでも、それぞれ、従来の第５図及び第６
図と同様であるので省略する。

第１図において、上段の図が、正、負両極性のピーク値
がＶｃ±（ｄ＋ｂＶＯ）なる白ピーク信号を、通常のフ
レーム反転で交流化処理されたソース信号であり、従来
の第１０図の上段と同様の信号である。なお、この交流
化の方法は当然のことながら、従来の第９図に示す方法
と同様である。

ここで、従来例と異なる駆動手段は、上記フレーム反転
されたソース信号に合せて、第１図の下段に示したよう
な漸増信号を共通電極に供給することである。

次に動作について説明する。なお、従来例でも述べたよ
うに、１画素の詳細な等価回路は第７図のようになって
おり、この結果、ゲートドレインカップリング容ｉｃｇ
ｄや液晶セル（１）の抵抗分Ｒｅｃによる影響による第
８図に示したΔＶｇｄやΔＶＲの変動が生じるが、本発
明と直接的な関わりがないため、ここでは、説明を簡略
化するため、ΔＶｇｄやΔＶＲの変動はないものと仮定
して説明する。

第２図は、従来の第１０図と対応した図であり、上段は
第１図のＸ電極信号と共通電極の信号を同時に示してお
り、中段は、上部ラインの画素電極の電圧、下段は下部
ラインの画素電極の電圧のそれぞれの変動の様子をそれ
ぞれ、横軸に時間をとって表現している。なお、中段、
下段の図中、点線で示したのが、各時刻の共通電極の電
圧を示しており、第２図上段のそれと、同様の信号であ
る。

まず、中段の上部ラインの画素電圧変動について説明す
る。上部ラインが書込まれた瞬間、Ｖ　ＣＯＭ±（ｄ＋
ｂＶＯ）なる電位となり、その後、Ｘ電極に供給される
信号の極性は、１フレームの間、書込まれた瞬間の極性
と大半が同一であり、ソース・ドレイン間の電位差が小
さいため、Ｉ　ＯＦＦによる画素電極の電圧変動はほと
んど生じない。しかしながら、書込み期間以外は電界効
果トランジスタ（３）はＯＦＦ状態で、画素電極は回路
的には、オーブンの状態と等価であるので、共通電極電
圧の変動が液晶セル（１）の容量分Ｃｅｃｓコモン容量
Ｃｍ等を通じて、直接圧わり、図の中段のような変動と
なっている。

次に第２図の下段（下部ラインの画素電極の電圧変動）
について説明する。下部ラインが書込まれた瞬間、Ｖ　
ＣＯＭ±（ｄ＋ｂＶＯ）なる電位となるが、その後、間
もなく、Ｘ？！Ｓ極の信号の極性が反転するため、１フ
レ一ム間の大半の期間が、ソース・ドレイン間の電位差
が大きい状態となり、Ｉ　ＯＦＦの増大の影響が出、共
通電極電位の変動がなければ、第１０図の下段のような
、保持期間の下降特性が現れる。しかし、上述したよう
に、共通電極電位の変動が液晶セル（１）の容量分Ｃｅ
ｃｓコモン容ｉｔ　Ｃｍ等を通じ、直接加算されるため
、結果的に第２図の下段のような変動となる。

第３図は、第２図の場合の画面上部及び下部の画素（ド
レイン）電極−共通電極間の電位差の絶対値の時間変動
を示している。この図かられかるように、画素（ドレイ
ン）電極−共通電極間のＡＣ的な電位差の変動の様子は
、第１１図の従来例と同様である。しかしながら、書込
み時点での、共通電極電位が、画面上部に書込まれる時
刻と画面下部に書込まれる時刻では異なるため、画素（
ドレイン）電極と共通電極間のＤＣ的な電位差は、第１
１図と異なっている。この結果、第３図の点線にも示し
たように、画面上部と下部で、その平均レベルが同一と
することができる。ここでは、コモン電極に印加する信
号を鋸歯状波とし、保持期間の下降特性も、リニアとし
たため、その平均値が上部と下部で同一となったが、Ｉ
　ＯＦＦ等による下降特性を考慮して画面上部と下部で
、その実効値が等しくなるようにコモン電極に加える信
号を工夫し、そのＤＣ的な電位差をコントロールすれば
、液晶の実効値応答性から、ソース信号を高周波化（ラ
イン反転）することなく、垂直輝度傾斜を補償できるこ
とになる。

なお、上記実施例では、ソース信号のフレーム反転する
位相を、垂直帰線期間として、説明したが、例えば、こ
の位相が画面の中央であれば、正面の中央を境として輝
度傾斜が生じるが、この場合も、反転されるソース信号
のタイミングに対して、第１図のような関係のタイミン
グの共通信号を供給すれば、同様の効果を奏することは
明白である。

上記の通りこの実施例によれば、Ｘ電極（４）に印加さ
れる信号がフレーム周期毎に反転し、の反転から次の反
転までの時間において液晶セル（１）の両端の電位差の
絶対値が漸ｊ曽するように前記共通電極（８）に電圧が
印加されるため、液晶両面の垂直輝度傾斜をなくするこ
とができる。

［発明の効果コ この発明には以上説明した通り、垂直輝度傾斜を解消で
き、信号処理回路及び直並列変換回路のダイナミックレ
ンジを上げることなく、垂直輝度傾斜に対する画質を改
善できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアクティブマトリッ
クス液晶ディスプレイの駆動方法において用いる共通電
極信号の説明図、第２図はこの発明による駆動方法にお
ける信号曲線図、第３図はこの発明の実施例によるディ
スプレイ上下部の電位差比較図、第４図はアクティブマ
トリックス液晶ディスプレイモジュールの構成図、第５
図は液晶ディスプレイの表示原理を示す説明図、第６図
は液晶ディスプレイの電圧極性説明図、第７図は画素の
電気的等価回路図、第８図は従来の駆動方式による画素
の電位変動説明図、第９図は従来のフレーム反転駆動方
法による垂直輝度傾斜発生原理説明図、第１０図は従来
のフレーム反転駆動方法による信号曲線図、第１１図は
従来のフレーム反転駆動方法によるディスプレイの電位
差比較図、第１２図は従来のライン反転駆動方法による
垂直輝度傾斜改善原理説明図、第１３図は従来のライン
反転方式の信号曲線図、第１４図は従来のライン反転駆
動方法のディスプレイの電位差比較図である。 図において、（１）は液晶セル、（２）は記憶用コンデ
ンサ、（３）は電界効果トランジスタ、（４）はＸ電極
、（５）はＹ電極、（６）は走査回路、（７）は直並列
変換回路、（８）は共通電極、（９）は液晶セルの容量
成分、（１０）は液晶セルの抵抗成分、（１１）はゲー
トドレインカップリング容量である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリックス状に配された複数の液晶セルの一方の電極
   がそれぞれ対応する電界効果トランジスタのドレイン電
   極に接続され、これらの複数の電界効果トランジスタの
   ソース電極がマトリックスの各列毎に共通接続されさら
   にＸ電極に接続され、前記電界効果トランジスタのゲー
   ト電極がマトリックスの各行毎に共通接続されさらにＹ
   電極に接続され、前記各液晶セルの他方の電極に共通電
   極が接続されたアクティブマトリックス液晶ディスプレ
   イの駆動において、前記Ｘ電極に供給されるＸ電極信号
   がフレーム周期毎に反転し、一の反転から次の反転まで
   の時間において、前記液晶セル両端の電位差の絶対値が
   漸増するように前記共通電極に電圧が印加されることを
   特徴とするアクティブマトリックス液晶ディスプレイの
   駆動方法。