JPH10268260A - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アクティブマトリクス型液晶表示装置に用いら
れる対向電極駆動回路内の出力プッシュプル回路に設け
られるトランジスタの誤動作を防止し、安定な対向電極
駆動回路を提供する。 【解決手段】本発明の対向電極駆動回路は、対向電極駆
動信号ＶＣＯＭを発生しバイポーラトランジスタから構
成されるプッシュプル回路２と、前記プッシュプル回路
２及びその電源間に直列に接続された保護用トランジス
タＴ３とを具備する。対向電極駆動回路に保護用トラン
ジスタを用いることにより、不意の事故による電源ＶＤ
Ｄと駆動信号ＶＣＯＭがショートした場合、前記保護用
トランジスタＴ３をＯＦＦ状態にしてプッシュプル回路
内トランジスタの誤動作を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型表示装置の液晶パネル電極電位を周期的にシフト
させる駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に代表される平面表示装置
が薄型軽量、さらに低消費電力という利点からかなり普
及しつつある。一般的な液晶表示装置は、液晶組成物が
アレイ基板および対向電極間に保持される構造を有す
る。アレイ基板および対向電極は例えば各々絶縁性およ
び光透過性を有し、液晶セルがアレイ基板と対向電極と
の間隙に液晶組成物を充填して形成される。アレイ基板
は複数の画素電極のマトリスクアレイと、これら画素電
極の行に沿ってそれぞれ形成される複数の走査線と、こ
れら画素電極の列に沿ってそれぞれ形成される複数の信
号線と、複数の画素電極のマトリスクアレイを全体的に
覆う第１配向膜とを有する。複数の走査線はそれぞれ画
素電極の行を選択し、複数の信号線はそれぞれ選択行の
画素電極に信号電圧を印加するために設けられる。対向
電極は複数の画素電極のマトリクスアレイに対向する対
向電極と、この対向電極を全体的に覆う第２配向膜とを
有する。第１および第２配向膜は画素電極および対向電
極間に電位差がないときに液晶セル内の液晶分子をツイ
ストネマチック（ＴＮ）配向させるために設けられる。
偏光が一方の基板側から液晶層に入射すると、この偏光
が液晶層の厚さ方向に配列される液晶分子のねじれに沿
って旋回し、他方の基板へ導かれ、さらに偏光板を介し
て選択的に透過される。電位差が画素電極および対向電
極間に与えられると、液晶分子が画像が表示される基板
表面に平行な平面からこの電位差に比例した角度だけチ
ルトアップし、偏光の透過率を変化させる。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置で
は、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が走査線および
信号線の交差位置に隣接してそれぞれ形成され、各々対
応する画素電極を選択的に駆動するスイッチング素子と
して用いられる。各ＴＦＴのゲートは１走査線に接続さ
れ、ドレインは１信号線に接続され、ソースは１画素電
極に接続される。このＴＦＴは走査線からの走査パルス
の立ち上がりに伴って導通したときに信号線からの信号
電圧を画素電極に供給する。画素電極および対向電極間
の液晶容量ＣＬＣには電位差が充電され、ＴＦＴが走査
パルスの立ち下がりに伴って非導通となった後も保持さ
れる。

【０００４】ところで、電界方向が一方向に維持される
と、液晶以外の物質がこの電界によって液晶セル内を移
動し、一方の電極側に集まってしまう。これは液晶セル
の寿命を短縮する原因となる。従来、この解決策とし
て、例えば１フレーム期間毎に電界方向を反対方向にす
るために対向電極の電位を基準電位として信号電圧を極
性反転させる技術が知られる。さらに、信号電圧の極性
反転はフリッカーを低減するために例えば１水平走査期
間毎にも行われる。対向電極駆動回路はこの信号電圧振
幅の増大を回避する目的で積極的に基準電位をシフトさ
せるために用いられ、対向電極の電位は対向電極駆動回
路から発生される対向電極駆動信号ＶＣＯＭにより制御
される。この場合、信号電圧はその中心レベルを基準に
してレベル反転され、信号ＶＣＯＭはこの信号電圧のレ
ベル反転毎に高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣＯ
ＭＬの一方から他方に反転される。

【０００５】対向電極を駆動するには液晶を駆動するた
め、最適な電圧振幅と対向電極を充電するための電流が
必要になる。従来の対向電極駆動回路を図４に示す。極
性反転信号ＰＰＯＬをオペアンプで電圧増幅し、プッシ
ュプル構成のトランジスタにより電流増幅を行い、所望
の出力を得ている。また、その電源はＤＣ−ＤＣコンバ
ータから得られるＶＢＢ＋とＶＢＢ−を使用している。

【０００６】このプッシュプル回路は、＋３．７Ｖの高
レベルＶＣＯＭＨを出力するために正の電源端子および
出力端子間に接続されるＮＰＮトランジスタと、−１．
３Ｖの低レベルＶＣＯＭＬを出力するために出力端子お
よび負の電源端子間に接続されるＰＮＰトランジスタを
有し、これらトランジスタのベースに供給される極性反
転信号に応じて高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣ
ＯＭＬの一方を出力する。トランジスタのベースエミッ
タ間電圧ＶＢＥに対応する電圧降下を考慮すると、正お
よび負の電源端子の電圧はそれぞれ＋６．５Ｖ、−５Ｖ
程度に設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成の対向電極駆動回路では、不意の事故により対向電
極出力と電源ＶＤＤがショートした場合、トランジスタ
Ｔ２がＯＮのままになり、ＶＢＢ−に電流が流れるが、
ＤＣ−ＤＣコンバータ５がシャットダウンしてＶＢＢ−
がＧＮＤレベルになってもなおトランジスタＴ２はＯＮ
状態を維持するのでトランジスタＴ２に過電流が流れ続
け、トランジスタＴ２が誤動作を起こす問題があった。

【０００８】ここで、ＶＤＤ−ＶＣＯＭショートの原因
としてＸ−ＴＡＢの入力パッドにおいてＶＤＤとＶＣＯ
Ｍ端子が隣り合って配置されており、製造工程にて半田
不良として発生する可能性がある。従って本発明は、ト
ランジスタＴ２の誤動作を防止し、安定な対向電極駆動
回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶表示装置
用対向電極駆動回路において保護用トランジスタを直列
に配置したことを特徴とする対向電極駆動回路である。
即ち本発明のアクティブマトリクス型表示装置に用いら
れる対向電極駆動回路は、対向電極駆動信号を発生しバ
イポーラトランジスタから構成されるプッシュプル回路
と、前記プッシュプル回路及びその電源間に直列に接続
された過電流防止回路とを具備する。

【００１０】対向電極駆動回路に過電流を防止する保護
用トランジスタを用いることにより、不意の事故による
電源ＶＤＤと駆動信号ＶＣＯＭがショートした場合、前
記保護用トランジスタをＯＦＦ状態にしてプッシュプル
回路内トランジスタの誤動作を防止し、安定な対向電極
駆動回路が提供される。

【００１１】電源ＶＤＤと駆動信号出力ＶＣＯＭがショ
ートした場合、プッシュプル回路内トランジスタおよび
ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に定常電流以上の電流が流
れ、ＤＣ−ＤＣコンバータがシャットダウンし、このコ
ンバータ出力はＧＮＤレベルになる。このとき、保護用
トランジスタのエミッタがＧＮＤレベルになり、そのベ
ースも抵抗を介してＧＮＤに接続されているためＧＮＤ
レベルになる。従って保護用トランジスタのエミッタ・
ベース間電圧ＶＢＥは０Ｖとなり、結局このトランジス
タはＯＦＦし、プッシュプル回路内トランジスタに流れ
る電流は遮断される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明によるアクティブ
マトリクス型表示装置に設けられる対向電極駆動回路の
実施の形態を図面を参照して説明する。図１はこのアク
ティブマトリクス対向電極駆動回路の構成を示し、図２
はこの対向電極駆動回路で生成された駆動信号を使用す
るアクティブマトリクス型液晶表示装置の回路構成を概
略的に示す。

【００１３】図２に示す液晶表示装置は、例えばカラー
表示可能なノーマリホワイトモードの液晶パネル１０
と、この液晶パネル１０に電気的に接続されるＸドライ
バ１２およびＹドライバ１４と、これらＸドライバ１２
およびＹドライバ１４を制御する液晶コントローラ１６
とを備える。

【００１４】液晶パネル１０は、光透過性を有するアレ
イ基板および対向基板間に液晶組成物が保持される従来
と同様な構造を有する。アレイ基板は（６４０×３）×
４８０個の画素電極２０のマトリスクアレイと、これら
画素電極２０の行に沿ってそれぞれ形成される走査線Ｙ
１からＹ４８０と、これら画素電極２０の列に沿ってそ
れぞれ形成され信号線Ｘ１からＸ６４０×３と、これら
画素電極２０のマトリスクアレイを全体的に覆う第１配
向膜とを有する。走査線Ｙ１からＹ４８０はそれぞれ画
素電極２０の行を選択し、信号線Ｘ１からＸ６４０×３
はそれぞれ選択行の画素電極２０に信号電圧を印加する
ために設けられる。対向基板は画素電極２０のマトリク
スアレイに対向する対向電極２２と、この対向電極２２
を全体的に覆う第２配向膜とを有する。第１および第２
配向膜は画素電極２０および対向電極２２間に電位差が
ないときに液晶セル内の液晶分子をツイストネマチック
（ＴＮ）配向させるために設けられる。アレイ基板およ
び対向電極の外側表面には、互いに直交する向きに設定
される２枚の偏光板が貼り付けられている。

【００１５】アレイ基板については、（６４０×３）×
４８０個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２４がさらに走
査線Ｙ１からＹ４８０および信号線Ｘ１からＸ６４０×
３の交差位置に隣接してそれぞれ形成され、各々対応す
る画素電極２０を選択的に駆動するスイッチング素子と
して用いられる。各ＴＦＴ２４のゲートは走査線Ｙ１か
らＹ４８０のうちの１本に接続され、ドレインは信号線
Ｘ１からＸ６４０×３のうちの１本に接続され、ソース
は全画素電極２０のうちの１個に接続される。また、補
助容量線２６が画素電極２０の行に沿って形成される。
各画素電極２０は対向電極２２との容量結合により液晶
容量ＣＬＣを形成し、補助容量線２６との容量結合によ
り補助容量ＣＳを形成する。また、各ＴＦＴ２４のゲー
トおよびソースはこれらの間に形成される寄生容量ＣＧ
Ｓを不可避的に持つ。

【００１６】液晶コントローラ１６は外部から画素単位
に供給される階調データを受け取り、階調データの供給
タイミングに同期してスタートパルスＳＴおよびシフト
クロックＣＫを発生し、階調データをスタートパルスＳ
ＴおよびシフトクロックＣＫと共にＸドライバ１２に供
給する。スタートパルスＳＴは１水平走査期間毎に発生
され、シフトクロックＣＫはスタートパルスＳＴに同期
して順次に供給される６４０×３個の階調データの各供
給タイミング毎に発生される。液晶コントローラ１６は
さらに１水平走査期間毎に走査線Ｙ１からＹ４８０のう
ちの１本を選択する選択信号を発生し、これをＹドライ
バ１４に供給する。シフトクロックＣＫは階調データが
外部から供給されなくなったときに停止される。停止し
た場合、液晶組成物の劣化を防止するよう液晶コントロ
ーラ１６は完全な黒を表す所定値に固定された階調デー
タをＸドライバ１２に供給する。また、液晶コントロー
ラ１６は画素電極のフレーム反転駆動およびライン反転
駆動を行うために１フレーム期間および１水平走査期間
毎に交互に０Ｖおよび＋５Ｖの一方から他方に変化する
極性反転信号ＰＰＯＬをＸドライバ１２に供給する。こ
の極性反転信号ＰＰＯＬは図１に示す対向電極駆動回路
にも供給される。

【００１７】Ｘドライバ１２は６４０×３段のシフトレ
ジスタ、Ｄ／Ａ変換器、および６４０×３個のラッチ回
路等で構成される（図示されず）。シフトレジスタはシ
フトクロックＣＫに応答してスタートパルスＳＴを後段
に転送する。Ｄ／Ａ変換器はシフトクロックＣＫに応答
し、電源電圧＋ＶＤＤ（＋５Ｖ）から得られる０Ｖから
＋５Ｖまでの範囲において階調データを信号電圧レベル
に変換する。６４０×３個のラッチ回路は各々シフトレ
ジスタの対応段に転送されたスタートパルスＳＴに応答
してＤ／Ａ変換器の出力をラッチし、液晶コントローラ
１６から次に供給されるスタートパルスＳＴに応答して
ラッチ電圧を信号電圧としてそれぞれ信号線Ｘ１からＸ
６４０×３に持続的に供給する。尚、階調データが液晶
コントローラ１６によって前記所定値に固定された場
合、Ｄ／Ａ変換器はこの階調データを＋５Ｖの信号電圧
レベルに変換する。また、Ｄ／Ａ変換器は液晶コントロ
ーラ１６から供給される極性反転信号ＰＰＯＬが＋５Ｖ
であるときに階調データから変換される信号電圧レベル
を０Ｖから＋５Ｖの範囲の中心レベルである＋２．５Ｖ
を基準にして反転する。

【００１８】Ｙドライバ１４は液晶コントローラ１６か
らの選択信号に基づいて走査線Ｙ１からＹ４８０を順次
選択し、電源電圧−ＶＯＦＦに等しい−１２Ｖから電源
電圧＋ＶＯＮに等しい＋１９Ｖに立ち上がる走査パルス
を選択走査線に供給する。非選択走査線の電位は電源電
圧−ＶＯＦＦに等しい−１２Ｖに維持される。

【００１９】各ＴＦＴ２４は対応走査線からの走査パル
スの立ち上がりに伴って導通したときに対応信号線から
の信号電圧を画素電極２０に供給する。画素電極２０お
よび対向電極２２間の液晶容量ＣＬＣおよび画素電極２
０および補助容量線２６間の補助容量ＣＳはこの信号電
圧によって充電される。ＴＦＴ２４は走査パルスの立ち
下がりに伴って非導通となるが、画素電極２０の電位は
この後も対向電極２２の電位を基準にして保持され、Ｔ
ＦＴ２４が１フレーム期間後に再び導通したときにキャ
ンセルされる。

【００２０】図１に示す対向電極駆動回路は図２に示す
液晶パネルの対向電極２２および補助容量線２６を駆動
するために液晶表示装置に組み込まれる。図１は図４の
駆動回路に過電流保護回路を付加した本発明による対向
電極駆動回路の構成を示す。

【００２１】この対向電極駆動回路は、振幅増幅用およ
び駆動信号ＶＣＯＭのセンター調整用のオペアンプＯＰ
１を含む増幅回路１と、電流増幅用のオペアンプＯＰ２
とトランジスタＴ１及びＴ２を含む増幅回路２と、トラ
ンジスタＴ３を含む保護回路３により構成されている。
この対向電極駆動回路の電源はＤＣ−ＤＣコンバータ５
から得ている。

【００２２】ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から発生
する電圧はＶＢＢ＋＝６．５Ｖ、ＶＢＢ−＝−５Ｖ、こ
の回路の電源電圧ＶＤＤは５Ｖであるが、所望のＶＣＯ
Ｍ振幅を得るために必要な電圧があればいくらでもよ
い。

【００２３】図２の液晶コントローラ１６から発生され
た極性反転信号ＰＰＯＬは抵抗Ｒ１を介してオペアンプ
ＯＰ１の反転入力に供給される。オペアンプＯＰ１の非
反転入力には駆動信号ＶＣＯＭのセンター値ＶＣＯＭＣ
が供給される。この反転入力は可変抵抗ＶＲ１を介して
オペアンプＯＰ１の出力すなわちノードＡに接続されて
いる。従って、極性反転信号ＰＰＯＬは抵抗Ｒ１と可変
抵抗ＶＲ１の抵抗値の比に応じて電圧増幅され、その出
力信号の中心電位はＶＣＯＭＣである。

【００２４】ノードＡはオペアンプＯＰ２の非反転入力
に接続されている。オペアンプＯＰ２の反転入力は抵抗
Ｒ３を介して増幅回路２の出力すなわちノードＣに接続
されている。オペアンプＯＰ２の出力は抵抗Ｒ２を介し
てノードＢに接続され、ノードＢは抵抗Ｒ５の一端とト
ランジスタＴ１及びＴ２のベースに接続されている。オ
ペアンプＯＰ２の反転入力と出力間には濾波用のコンデ
ンサＣ１が接続されている。抵抗Ｒ５の他端とトランジ
スタＴ１及びＴ２のエミッタは増幅回路２の出力すなわ
ちノードＣに接続されている。トランジスタＴ１のコレ
クタはＶＢＢ＋（６．５Ｖ）に接続され、トランジスタ
Ｔ２のコレクタトランジスタＴ３のコレクタに接続され
ている。コレクタトランジスタＴ３のベースは抵抗Ｒ４
を介してＧＮＤに接続され、エミッタはＶＢＢ−（−５
Ｖ）に接続されている。従ってこの増幅回路２によりノ
ードＡ上の信号は電流増幅される。

【００２５】ここで、対向電極駆動信号ＶＣＯＭについ
て説明する。この実施例の液晶パネル１０では、信号電
圧が電源端子＋ＶＤＤ（例えば５Ｖ）の電圧から生成さ
れ、階調データに応じて０Ｖから＋ＶＤＤの範囲で変化
する。図３に示すように、例えば走査線Ｙ１がＹドライ
バ１４からの走査パルスによりＶＯＦＦ（−１２Ｖ）か
らＶＯＮ（＋１９Ｖ）に立ち上がると、対応行のＴＦＴ
２４が導通し、Ｘドライバ１２から第１走査線Ｙ１に供
給される信号電圧を対応画素電極２０に印加する。この
とき、信号電圧が＋ＶＤＤであると、画素電極２０の画
素電位は＋ＶＤＤまで変化する。ところが、ＴＦＴ２４
のゲートおよびソース、さらには画素電極および走査線
はこれらの間に形成される寄生容量ＣＧＳを持つため、
ＴＦＴ２４が非導通になったときに、画素電極２０上の
電荷が容量ＣＧＳを充電するために移動し、これが画素
電極２０の電位を所定レベルΔＶＰ（１．３Ｖ程度）だ
け低下する。また、フレーム反転駆動およびライン反転
駆動のために信号電圧のレベル変換が行われた場合に
は、画素電極２０の画素電位は０Ｖとなる。この場合、
ＴＦＴ２４が非導通になった後、寄生容量ＣＧＳのため
に画素電位はさらに所定レベルΔＶＰ（１．３Ｖ程度）
だけ低下する。画素電極２０および対向電極２２間に必
要とされるＶＤＤの電位差を得るため、駆動信号ＶＣＯ
Ｍのハイレベル値ＶＣＯＭＨはＶＤＤ−ΔＶＰに設定さ
れ、駆動信号ＶＣＯＭのローレベル値ＶＣＯＭＬは０Ｖ
−ΔＶＰに設定される。この場合、駆動信号ＶＣＯＭの
振幅ＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）はＶＤＤに設定され、駆動信号
ＶＣＯＭのセンター値ＶＣＯＭＣは（ＶＣＯＭＨ−ＶＣ
ＯＭＬ）／２ Ｖに設定される。

【００２６】次に本発明の対向電極駆動回路の動作を説
明する。通常動作においては、トランジスタＴ３はＯＮ
状態であるため、トランジスタＴ３のエミッタ電位は−
５Ｖ、ベース電位は−４．３Ｖ（ＯＮ状態の時、トラン
ジスタのベースエミッタ間電圧ＶＢＥ＝０．７Ｖである
ため）である。ＶＣＯＭ出力が何らかの原因でＶＤＤと
ショートした場合、ノードＣ上のＶＣＯＭ出力が強制的
に５Ｖになる。このときトランジスタＴ２のベースには
通常の信号が加わるため、トランジスタＴ２はＯＮ状態
を維持して定電流源状態に移行して強制的に電流を流す
ように働く。このときのトランジスタＴ２に流れる電流
は１５０ｍＡであった。

【００２７】この電流はトランジスタＴ３を介してその
ままＤＣ−ＤＣコンバータのＶＢＢ−に流れるため、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータはシャットダウンしてＶＢＢ−はＧ
ＮＤレベルになる。このとき、トランジスタＴ３のエミ
ッターベース間の電圧ＶＢＥは０Ｖになるので、トラン
ジスタＴ３はＯＦＦする事になりトランジスタＴ２に流
れる電流を遮断することができ、Ｔ２は誤動作を起こさ
なくなる。尚、本発明は上述の実施例に限定されず、そ
の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の対向電極駆動回路によれば、不
意の事故による電源ＶＤＤとＶＣＯＭ出力がショートし
た場合のトランジスタの誤動作を防止できるので、安定
な対向電極駆動回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る対向電極駆動回路の
構成を示す回路図である。

【図２】図１に示す対向電極駆動回路が組み込まれる液
晶表示装置の構成を概略的に示す回路図である。

【図３】対向電極駆動信号を説明するための電圧波形
図。

【図４】従来の第１実施例に係る対向電極駆動回路の構
成を示す回路図である。

【符号の説明】

ＯＰ１、ＯＰ２…オペアンプ ＴＲ１〜ＴＲ３…トランジスタ Ｒ１〜Ｒ５…固定抵抗 ＶＲ１…可変抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示装置の対向電極駆動信号を発生
   する増幅回路と、 前記増幅回路及びその電源間に直列に接続された過電流
   防止回路とを具備することを特徴とする液晶表示装置の
   対向電極駆動回路。
2. 【請求項２】 前記増幅回路はプッシュプル回路で構成
   され、ＮＰＮトランジスタ及びＰＮＰトランジスタを含
   み、該ＮＰＮトランジスタ及びＰＮＰトランジスタのベ
   ースは共に接続され極性反転信号を入力し、該ＮＰＮト
   ランジスタ及びＰＮＰトランジスタのエミッタは共に接
   続され前記対向電極駆動信号を発生し、 前記過電流防止回路は抵抗を介してＧＮＤに接続される
   ベースと、前記プッシュプル回路のＰＮＰトランジスタ
   のコレクタに接続されるコレクタと、前記電源に接続さ
   れるエミッタとを有するＮＰＮトランジスタを含むこと
   を特徴とする請求項１記載の対向電極駆動回路。
3. 【請求項３】 前記表示装置はアクティブマトリクス表
   示装置であることを特徴とする請求項１記載の対向電極
   駆動回路。
4. 【請求項４】 アクティブマトリクス液晶表示装置に用
   いる対向電極駆動回路において、対向電極信号出力と電
   源がショートした場合に発生するトランジスタの誤動作
   を防止するために保護回路を有することを特徴とするの
   対向電極駆動回路。