JPH09218388A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH09218388A
JPH09218388A JP8024389A JP2438996A JPH09218388A JP H09218388 A JPH09218388 A JP H09218388A JP 8024389 A JP8024389 A JP 8024389A JP 2438996 A JP2438996 A JP 2438996A JP H09218388 A JPH09218388 A JP H09218388A
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JP
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voltage
common electrode
potential
common
liquid crystal
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Masaru Yasui
勝 安居
Kenji Hanzawa
賢侍 半沢
Yuko Hori
祐子 堀
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Original Assignee
Hosiden Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリックス型LCDのコモン電
位の変動によって発生するクロストークを除去する。 【解決手段】 TFTをスイッチ素子として設けたアク
ティブマトリックス型LCDのコモン電極の電位を検出
し、その検出信号を基準電圧と比較してその差動出力電
圧をコモン電極に帰還させコモン電極の電位変動を打消
すか又はコモン電極の電位変動を検出し、その検出信号
の逆位相信号を生成し、この逆位相の信号をコモン電極
に与えてコモン電極の電位変動を打消し、コモン電位を
安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は例えばテレビジョ
ン受像機或はパーソナルコンピュータ等の表示器として
利用される液晶表示装置に関し、特に薄膜トランジスタ
(以下TFTと称す)を設けたアクティブマトリックス
型LCDに関する。
【0002】
【従来の技術】図8にTFTを用いたアクティブマトリ
ックス型LCDの概略の構成を示す。1及び2は透明な
基板を示す。基板1はアレイ基板、2はコモン基板と呼
ばれている。アレイ基板1には周知のようにゲート電極
1 ,Y2 ,Y3 …Ym と、ソース電極X1 ,X2 ,X
3 …Xn がマトリックス状に形成され、ゲート電極
1,Y2 ,Y3 …Ym とソース電極X1 ,X2 ,X3
…Xn とによって囲まれた各格子部分にTFT3と、画
素電極4とが形成される。
【0003】コモン基板2にはコモン電極5が形成さ
れ、これら基板1と2の間に液晶が密封されてアクティ
ブマトリックス型LCDが構成される。このアクティブ
マトリックス型LCDの駆動方法を図9を用いて説明す
る。図9Aに示すVYA,VYB,VYC…はゲート電極
1 ,Y2 ,Y3 …Ym に与えるゲート制御信号を示
す。ゲート制御信号VYA,VYB,VYC…の1周期TV
1フレーム周期に対応し、ゲート制御信号VY のH論理
期間TH は1水平走査時間に相当する。
【0004】つまり、例えばゲート電極Y1 にゲート制
御信号VYAを与える。ゲート電極Y 1 にゲート制御信号
YAが与えられることにより、ゲート電極Y1 に接続さ
れているTFT3が全てオンの状態に制御される。この
状態でソース電極X1 ,X2,X3 …Xn に画素電圧を
与え、各TFT3を通じて画素電極4に各画素の輝度を
決定するための画素電圧を与える。
【0005】画素電極4とコモン電極5との間には液晶
を介して静電容量(以下画素容量と称す)が形成され
る。従ってTFT3を通じて画素電極4に与えられた画
素電圧はこの画素容量に充電される。ゲート制御信号V
YAがL論理に立下ると、ゲート電極Y1 に接続されてい
るTFT3は全てオフに戻る。TFT3がオフに戻った
後、次の走査が開始されるまでの間、画素容量に充電さ
れた電荷は保持され、1水平走査線の輝度が保持され
る。図9Eは一つの画素に印加されて保持される画素電
圧の様子を示す。ゲート制御信号VYAがH論理の間、画
素電圧Va (図9D参照)が与えられていたものとする
と、ゲート制御信号VYAがL論理に立下る時点で画素電
極4に与えられる電圧はわずかに低下し、その時点から
次の走査開始時点まで液晶を流れる洩れ電流等により、
序々に電圧が低下する。
【0006】図9Dに示す画素電圧Vb は例えば飛越し
走査した場合はゲート電極Y3 に接続されているTFT
3の何れかに与える画素電圧を示す。つまり、水平走査
期間t1 ,t2 ,t3 …毎に、ゲート電極Y1 ,Y3
5 ,Y7 …にゲート制御信号VYA,VYB,VYC…が与
えられ、各水平走査ライン毎に各画素電極4に画素電圧
が与えられ、画像の表示が行なわれる。
【0007】尚、ここで画素電圧Va ,Vb ,Vc …は
1フレーム毎に図9Dに示すように極性を反転し、次の
フレームでは各画素電極に逆極性の画素電圧を与えて液
晶に平均して直流電圧が印加されないようにし、これに
より液晶の劣化を防止している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】TFTを設けたアクテ
ィブマトリックス型LCDは上述したように、各画素電
極4が形成する画素容量に各TFT3がオフの状態に戻
される時点の直前の電圧を次のフレームの開始まで保持
し、輝度を維持する。ところで1水平走査ライン上の各
画素電極4に画素電圧を印加した場合、画素電圧4とコ
モン電極5との間に充電電流が流れる。この充電電流が
コモン電極の低振成分を流れることによりコモン電位が
変動し、コモン電位の変動により、表示される画素の輝
度に変動を与え、いわゆるクロストークが発生する不都
合が生じる。
【0009】図9Fにコモン電極5の電位変動を示す。
図示するように各ゲート電極Y1 ,Y3 ,Y5 …にゲー
ト制御信号VYA,VYB,VYC…が供給され、更に各ゲー
ト電極Y1 ,Y3 ,Y5 …に接続されているTFT3が
オンに制御され、ソース電極X1 ,X2 ,X3 …Xn
画素電圧が与えられる毎に、コモン電位VCは画素電圧
の極性に対応して基準電圧VCi から正側及び負側に変
動し、この変動の最終電圧ΔV0 が自己の水平走査ライ
ン上の画素の輝度に影響を与える。特に最終電圧ΔV0
は1水平走査期間中に各画素電極に与えられる画素電圧
の累積加算値に対応して変動し、単一の電位でないため
その除去はむずかしいこととされている。 この現象を
一般にクロストークと称し、例えば「特開平7−779
50号公報」でもその解決策が提案されている。この公
報に記載されている解決策は、1水平走査期間中の画素
電圧の累積加算値を求め、その累積加算値に対応した補
償電圧を発生させ、この補償電圧により、コモン電位の
変動を抑圧しようとするものである。
【0010】然し乍ら、この先に提案されている補償方
法は、補正回路の規模が大きくなり、コストが掛る欠点
がある。また、この補償方法によれば画素電圧の加算値
を求め、その加算結果に対応した補償電圧を生成させ、
この補償電圧をLCDパネルに与える構造であるため、
フィードバック系が存在しない。従って補償の過不足を
なくし、適正な状態に調整するのがむずかしい欠点もあ
る。
【0011】この発明の第1の目的は簡単な構成によっ
て安価に提供することができるコモン電位の安定化回路
を具備した液晶表示装置を提案しようとするものであ
る。この発明の第2の目的は無調整でも適正な状態で動
作する液晶表示装置を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1で
は、TFTを設けたアクティブマトリックス型LCDの
コモン電極の電位を検出し、この検出信号を差動増幅器
の反転入力端子に与え、差動増幅器において基準電圧と
の差動信号を生成させ、この差動信号をコモン電極に帰
還させ、コモン電極に発生する電位変動を抑圧するよう
に構成した液晶表示装置を提案するものである。
【0013】この発明の請求項2では、TFTを設けた
アクティブマトリックス型LCDのコモン電極の電位変
動を検出し、この検出信号を極性反転増幅器に入力し、
この極性反転増幅器から出力される逆相信号をコモン電
極に帰還させ、コモン電極に発生する電位変動を抑圧す
るように構成した液晶表示装置を提案するものである。
【0014】この発明の構成によれば、差動増幅器又は
極性反転増幅器とその他の少しの部品だけで構成するこ
とができるため、安価に作ることができる。また、差動
増幅器又は極性反転増幅器を含む閉ループ(負帰還ルー
プ)で構成されるため、組立るだけで適正な状態で動作
させることができる。よって面倒な調整を行なう必要が
なく、この点でもコストの低減が期待できる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1にこの発明による液晶表示装
置の一実施例を説明する。この実施例を用いてこの発明
の実施の形態を詳細に説明する。図1にTFT3を設け
たアクティブマトリックス型LCDパネルを電気的等価
回路で表わし、この電気的等価回路にこの発明を適用し
た例を示す。アクティブマトリックス型LCDパネルは
コモン電極5と、ゲート電極Y1 ,Y2 …と、ソース電
極X1 ,X2 …及びTFT3と、画素電極4と、画素電
極4とコモン電極5との間に形成される画素容量Cとに
よって表わすことができる。
【0016】5A,5B,5C,5Dはコモン電極5に
形成した外部接続端子を示す。コモン電極5には可及的
に均一な電位分布を持たせるために、周囲の複数点から
コモン電圧を供給するように構成した場合を示す。更
に、一つの端子5Dをコモン電圧取出端子と定め、この
コモン電圧取出端子5Dからコモン電極5の電位VCを
検出する。各端子5A〜5Dには例として引き出し線等
の抵抗R1,R2,R3,Rfが等価的に存在する。抵
抗Rfに電流を流さなければ、引き出し線の抵抗Rfの
値によらずに正確にコモン電極5の電位VCを読み取る
ことができる。この検出した電位をVCf と記すことに
する。
【0017】この実施例ではコモン電極5の電位VCを
検出した検出信号VCf を差動増幅器6の反転入力端子
に供給する。差動増幅器6の非反転入力端子には基準電
圧源7から一定電圧VCi を与え、差動増幅器6の出力
端子を複数の電圧供給端子5A,5B,5Cに接続し、
検出信号VCf と一定電圧VCi との差動出力電圧をコ
モン電極5に与える構成としたものである。
【0018】図2にLCDパネルを更に簡素化して表わ
した等価回路図を示す。図中10はLCDパネルの全体
を示す。抵抗Riは図1に示した抵抗R1,R2,R3
を並列接続した値を持つ抵抗、Rfは電圧検出端子の引
き出し線部分の抵抗を示す。これらの抵抗RiとRfは
コモン電極5の内部で共通接続され、その共通接続点に
画素容量Cの一端が接続される。画素容量Cの他端は端
子10Aに接続される。この端子10Aは図1に示した
ソース電極X1 ,X2 ,X3 …とゲート電極Y 1
2 ,Y3 …を総称して示すものであり、この端子10
Aに画素電圧或はゲート制御信号のような外乱雑音成分
Vnが入力されるものとする。
【0019】抵抗Riの他端は端子10Bに接続され、
この端子10Bに差動増幅器6の出力端子を接続する。
抵抗Rfの他端は端子10Cに接続し、この端子10C
から差動増幅器6の反転入力端子に検出信号VCf を供
給する。差動増幅器6の非反転入力端子には基準電圧源
7から基準電圧VCi を供給して構成される。尚、基準
電圧源7は差動増幅器6からコモン電極5に最適なコモ
ン電圧に設定することができるように基準電圧VCi
調整できるように構成している。
【0020】この構成によれば、主にソース電極X1
2 …を通じて例えば正極性の画素電圧又はゲート電極
1 ,Y2 ,Y3 …に正極性のゲート制御信号が各TF
T3のソース又はゲートに与えられたとすると、その電
圧により、端子10Aから画素容量Cを通じてコモン電
極5に向って充電電流I1 (図2参照)が流れる。この
充電電流I1 によりコモン電極5の電位が上昇し、この
電位が抵抗Rfを通じて差動増幅器6の反転入力端子に
与えられる。
【0021】反転入力端子に上昇した電圧が入力される
ことにより、差動増幅器6の出力電圧は低下する方向に
変化する。この電圧の低下が端子10Bを通じてコモン
電極5に与えられるから、この電圧の低下により、コモ
ン電極5の電圧上昇は抑えられる。画素電圧が負側に振
れる電圧の場合には、コモン電極5側から画素容量Cを
通じて端子10Aに向って放電電流I2 が流れる。この
放電電流I2 によりコモン電極5の電位VCは負電位側
に低下する方向に変化する。この電圧が電位VCfとし
て差動増幅器6の反転入力端子に与えられるから、差動
増幅器6の出力電圧は上昇方向に変化し、コモン電極5
の電位の低下を抑制する。
【0022】このように、コモン電極5の電位VCが画
素電圧の供給によって正側及び負側の何れに変化して
も、その変化を打消す方向の電圧が差動増幅器から出力
され、コモン電極5の電位変動を解消することができ
る。図3にこの発明を適用した場合のコモン電極5の電
圧変化を実測した波形データを示す。図示するように、
この発明を適用することにより1水平ラインのTFT3
がオンになった直後にコモン電極5の電位VCは画素電
圧の極性に対応した方向に変動するが、その後わずかな
時間の範囲内(実測した例では5μs程度)でコモン電
極5の電位VCは元のコモン電圧VCi の状態に戻され
ている。ここに、5μsの微小な偏差が現れたのは、駆
動回路の使用部品や電源電圧の制限によってオペアンプ
の主力電流に制約があったためであり、十分な電源容量
および電流特性を有する系においてこの発明が実施され
れば、この偏差は完全に解消される。従って各TFT3
がオフの状態に戻るとき、コモン電極5の電位VCは常
時基準となるVCi にあるから、画素容量Cにはコモン
電極5の電位変動に起因する電圧ΔV0 (図9F)が残
留することはない。これにより、各画素の輝度は入力さ
れた画素電圧だけで決定され水平ライン上のクロストー
クが解消される。
【0023】図4はこの発明の変形実施例を示す。この
例では差動増幅器6の出力とLCDパネル10との間に
電流増幅器8を付加した場合を示す。図5はこの発明の
請求項2で提案する装置の実施例を示す。この実施例で
はLCDパネル10の電圧供給端子10Bに端子10A
から供給される外乱雑音信号Vnの逆位相の信号を供給
し、この逆相信号によってコモン電極5の電位変動を除
去するように構成した場合を示す。すなわち、図4の差
同増幅器の代わりにPチャンネルとNチャンネルがコン
プリメンタルに形成されたFETを有する極性反転増幅
器を用いた場合を示し、極性反転増幅器の電源電圧をV
i の2倍とすることにより、基準電圧VCi の供給を
代替えしている。すなわち図4の差動増幅器が基準電圧
VCi を基準として動作するのに対し、図5はその基準
電圧が極性反転増幅器の特徴として自動的に電源電圧の
1/2になることから、電源電圧に2・VCi を与える
ことによってVCi を基準に反転する以外はすべて図4
と同様の動作となる。コンプリメンタルではなくアンバ
ランスな特性のFETを有する場合は、そのON抵抗比
に応じた電源電圧を供給すればよい。
【0024】このために、この実施例では端子10Cか
らコモン電極5の電位変動信号VC f を取出すと共に、
この電位変動信号VCf を極性反転増幅器9に入力し、
極性反転して増幅し、その増幅出力を位相調整回路11
と電流増幅器8を通じてLCDパネル10の端子10B
に入力するように構成することができる。尚、この実施
例では極性反転増幅器9の出力側に電流増幅器8を設け
た例を示すが、極性反転増幅器9の電流出力容量が充分
大きい場合は、電流増幅器8は必ずしも必要としない。
また、位相調整回路11は電流増幅器8のためのスピー
ドアップ回路であり、必ずしも必要とは限らない。必要
であれば図5にも適用することもできる。
【0025】この構成によればLCDパネル10の端子
10Aに供給される外乱雑音Vnを極性反転増幅器9で
極性反転して増幅し、その増幅出力をLCDパネル10
の端子10Bに供給するから、端子10Bに与えられる
信号の位相は、端子10Cから出力される信号の位相に
対して逆位相となる。この結果、コモン電極5の電位V
Cが端子10Aから与えられる外乱雑音Vnによって例
えば上昇しようとすると、その電圧の上昇信号が極性反
転されてLCDパネル10の端子10Aに帰還されるこ
とから、この極性反転信号が端子10Bを通じてコモン
電極5に与えられる。従って、端子10Aから入力され
た外乱雑音Vnは端子10Bから与えられる信号により
打消される。
【0026】以下に、この発明による液晶表示装置の動
作を数式に従って説明する。図6は従来のコモン電極5
への外乱雑音Vnの侵入系路を示す。この外乱雑音Vn
の侵入系路において、コモン電極5の電位VCは VC=VCi ・ (1/S ・C)/(Ri+ (1/S ・C))+Vn・Ri/(Ri+ (1/S ・C)) =(VCi +Vn・S ・C ・Ri)/(1+S ・C ・Ri) …(1) で表わされる。
【0027】これに対し、この発明による液晶表示装置
では、図7に示すように各部の定数及び電流の名称を設
定する。この図7からコモン電極5の電位VCを求め
る。差動増幅器6の入力抵抗が充分大きいものとする
と、キルヒホッフの法則より、 In+Ic=If=0 これは次のようにも書ける。
【0028】 (Vn−VC)/(1/S ・C)+(VC0 −VC) /Ri=0 (Vn・S ・C ・Ri−VC・S ・C ・Ri)+RC0 −VC=0 VC・(1+S ・C ・Ri)−Vn・S ・C ・Ri=VC0 …(2) また増幅器の入出力関係から VCi +(VCi −VCf )・Ga=VCi +(VCi −VC)・Ga=VC0 VCi ・(1+Ga)−VC・Ga=VC0 …(3) (2),(3)式よりVCを求めると、 VC・(1+S ・C ・Ri)−Vn・S ・C ・Ri=VCi ・(1+Ga)−VC・Ga VC・(1+S ・C ・Ri+Ga)=VCi ・(1+Ga)+Vn・S ・C ・Ri VC={VCi ・(1+Ga)+Vn・S ・C ・Ri}/(1+S ・C ・Ri+Ga) …(4) ここで差動増幅器6の増幅度Gaは1より充分大きいと
する。
【0029】Ga>>1より1+Ga=Gaとおくと、
(4)式は VC=(VCi ・Ga+Vn・S ・C ・Ri)/(Ga+S ・C ・Ri) =(VCi +Vn・S ・C ・Ri/Ga)/(1+S ・CRi /Ga) …(5) となる。(5)式と(1)式を比較すると、(1)式に
おいて、コモン電位VCの外乱Vnについての時定数を
表わす部分C・Riが(5)式ではC・Ri/Gaに書
き変わっていることが解る。
【0030】従ってこの発明によれば例えば引き出し線
の抵抗Riを、増幅器によってその増幅度の逆数倍(一
般の演算増幅器を用いる場合、その増幅度Gaは一般に
数万倍以上の値である)に圧縮できると言える。また時
定数として考える場合も外乱に対する応答能力を極度に
高めることができることが解る。ここにおいて、基準電
圧VCi はこれまですべて直流電圧として説明してきた
が、例えばコモン反転駆動の様に矩形波である場合でも
上式において基準電圧VCi がステップ応答として処理
されVCi /sとなるのみで、同様な数式展開が可能で
ある。すなわち、基準電圧VCi の波形には依存せず、
この発明を適用できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
差動増幅器6又は極性反転増幅器9の何れか一方を用い
るだけでLCDパネルのコモン電極5の電位を安定化さ
せるための制御ループを構成することができる。従って
安価に作ることができる。更に、閉ループにより自動制
御するから、組立が完了すれば適正な状態で動作させる
ことができる。よって調整作業を行なうことが必要な
く、よって人手を掛けることなくクロストークの発生が
ない液晶表示装置を提供することができる。またクロス
トークが発生しない大画面用の液晶表示装置を提供する
ことができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を説明するための接続図。
【図2】図1に示した実施例を簡素化して表わした等価
回路図。
【図3】この発明を適用した場合のコモン電圧の変化を
実測して得た波形図。
【図4】この発明の変形実施例を説明するための接続
図。
【図5】この発明の更に他の変形実施例を説明するため
の接続図。
【図6】数式によって説明するための従来の外乱雑音の
侵入系路を説明するための接続図。
【図7】数式によってこの発明の作用、効果を説明する
ための接続図。
【図8】従来の技術を説明するための接続図。
【図9】従来の技術の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
1 アレイ基板 2 コモン基板 3 TFT 4 画素電極 5 コモン電極 6 差動増幅器 7 基準電圧源 8 電流増幅器 9 極性反転増幅器 10 LCDパネル

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TFTをスイッチ素子として設けて構成
    されるアクティブマトリックス型LCDにおいて、 コモン電極にコモン電圧を供給する電圧供給端子とは別
    にコモン電圧を検出するための電圧検出端子を設け、こ
    の電圧検出端子によりコモン電極の電位を検出し、この
    検出信号を差動増幅器の反転入力端子に供給し、差動増
    幅器において基準電圧との差動信号を生成させ、この差
    動信号を上記コモン電極に帰還させ、コモン電極に発生
    する電位変動を抑圧することを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】 TFTをスイッチ素子として設けて構成
    されるアクティブマトリックス型LCDにおいて、 コモン電極にコモン電圧を供給する電圧供給端子とは別
    にコモン電圧を検出するための電圧検出端子を設け、こ
    の電圧検出端子によりコモン電極の電位を検出し、この
    検出信号を極性反転増幅器に入力し、この極性反転増幅
    器から出力される逆位相信号を上記コモン電極に帰還さ
    せ、コモン電極に発生する電位変動を抑圧することを特
    徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 基準電圧が直流電圧で与えられることを
    特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 基準電圧が直流電圧で与えられ、最適な
    コモン電位が得られるようにその基準電圧を可変できる
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 極性反転増幅器の直流電源電圧を、最適
    なコモン電位が得られるように設定することを特徴とす
    る請求項2記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 基準電圧が矩形波であることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 矩形波の振幅およびその平均電圧値を各
    々独立に可変できることを特徴とする請求項6記載の液
    晶表示装置。
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