JPS59107328A - 液晶表示式受像装置の駆動方式 - Google Patents

液晶表示式受像装置の駆動方式

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JPS59107328A
JPS59107328A JP21800282A JP21800282A JPS59107328A JP S59107328 A JPS59107328 A JP S59107328A JP 21800282 A JP21800282 A JP 21800282A JP 21800282 A JP21800282 A JP 21800282A JP S59107328 A JPS59107328 A JP S59107328A
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JP21800282A
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English (en)
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Shiyuuji Maezawa
前沢 修「じ」
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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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】 本発明は、液晶表示式受像装置の構成と、その表示装置
の駆動方法に関する。ここでいう受像装置は、テレビジ
ョンのビデオ信号あるいはコンピー−ター類のビデオ信
号等の映像信号を入力し、画像として表示する装置を意
味する。もちろん、映像検波以前の回路を含むチューナ
一部分と、音声出力装置を糾合せて、テレビジョンを構
成することも可能であるし、コンピューターに画像モニ
ターとして組込むことも可能なものである。
従来、こういった分野のものはテレビモニターとかモニ
ターディスプレイと呼ばれており、表示装置はCRTが
主流であった。0RITは明るく鮮明な表示が可能であ
る反面、重い、大きい、高電圧を使用する。電力消費が
多い、目が疲れる。といった欠点を有している。CRT
に対抗する表示装置として液晶表示装置が、その技術的
進歩とあいまって脚光をあびてきている。液晶表示装置
はCRTIC比べ、軽い、薄型、低電圧、低電力、受光
型のため目が疲れない、といった長所がある。
しかしながら一般に液晶表示装置は、画素数が多くなる
と多数の駆動電極を必要とし、マルチプレックス駆動を
行なってもその多重度(デユーティ比の逆数)は限界が
あり、高々60程度である。
小型のテレビ受像機としても走査線数は240前後、あ
るいは120前後を必要とするので、そのままのマルチ
プレックス駆動は技術的に困難である。さらに映像とし
ては黒白の中間調を表現しなければならないので、その
制御で困難性が増す。
これらの困難を回避するために、アクティブマトリクス
表示装置やいわゆる多重マ) IJクス方式が考えられ
た。アクティブマトリクス表示装置はさらに分類してT
FT型とシリコン基板型がある。
TFT型は透明な基板上にポリシリコンやアモルファス
シリコンを形成し、そこにスイッチングトランジスタを
配置するが、高度な工C技術を必要とし、多数の画素を
欠陥なく製造するのは難かしく、完成しても価格の高い
ものとなっている。シリコン基板型はやや製造は容易と
なるが、不透明であるため、ツィスティッド・ネマティ
ック(TN)型が採用できずに、液晶はGH型やDSM
型を使用し、良いコントラストが得られない。またアク
ティブマトリクス表示装置は大型表示装置とはなり得な
いのも欠点である。いわゆる多重マトリクス方式は、実
質的に走査電極の数を1/2あるいは1/4とし、その
代りに信号電極の数を2倍。
4倍とする方式である。信号電極数が極端に増えて駆動
回路に負担が生じるのみならず、2ないし4走査線分を
同時に選−択するために、画像情報を相当分格納する必
要があり、AD変撓やメモリー回路も付加しなければな
らない。結果的に技術的困難と価格上昇を招く。
本発明は従来の受像装置の欠点をすべて解消するもので
ある。本発明の目的は、非線型素子を有する液晶表示装
置を主構成要素とし、簡便なる駆動回路により映像を表
示する構成と方法を提供するものである。
まず、液晶表示装置の構成について述べる。
液晶表示装置の表示型式としては、ダイナミック・スキ
ャッタリング・モード(DSM)やゲスト・ホスト(’
G−H)型や、ツィスティッド・ネマティック(TN)
型があるが、消費電力が低く、コントラストの良いもの
としてはT N型が優れている。そのため液晶表示装置
と単に呼ぶ場合はTN型を指し、主流製品となっている
。TN型(他の型式でも同様であるが)にとっての欠点
として、多重度の多いマルチプレックス駆動が困難にな
ることである。その特性上の原因は、電圧対コントラス
トの特性上のしきい値電圧と飽和電圧の差が大きく、だ
らだらと立上っていく性質にある。マルチプレックス駆
動のONとOFFの実効電圧値の差は、デユーティ比が
小さくなると、小さくなり、充分なコントラス・マージ
ンがとれなくなる。
この困難を解決する手段として、非線型素子を少なくと
も一方の画素電極側に配置する液晶表示装置が考えられ
る。
本発明でいう非線型素子とは、バリスタ素子。
金属−絶縁体−金属(以下MIMと略)素子、ダイオー
ド素子、放電管素子などを指し、低電圧領域で高抵抗、
高電圧領域で低抵抗となる非線型特性を有するものであ
る。非線型素子を各画素毎に配置することにより、マル
チプレックス駆動の多重度を極端に増やすことが可能と
なる。本発明の実施例として、非線型素子としてM丁M
素子を採用した構造を示す。
第1図4−Jj M I M素子を用いた液晶表示装置
の構造を示しており、11は上偏光板、12は上基板、
13は子基板透明電極、14は液晶層、15は表面酸化
処理された金属電極、16は画素透明電極、17は金属
種5fi15の表面と画素透明電極16を結合する結合
金属電極、18は1基板、19は下偏光板である。MU
M素子は表面酸化された金属電極15と結合金属電極1
7の接合部分に形成されている。金属電極15は材料と
してはタンタル、また結合金属電極17の材料としては
金およびニクロムが用いられることが多い。
第2図は2M工M素子を用いた液晶表示装置を正面から
見た図であり、図中の番号は第1図のものと対応してい
る。図では、上基板透明電極16を走査電極とし、金属
電極15と画素透明i!極16を信号1!極としている
が、縦横の関係を逆として走査電極と信号電極とを交換
してもよく、上下の関係を逆にしても同等である。
第6図は1画素すなわち1走査電極と1信号電極の交差
する部分の等価回路図である。非線型素子の等価容量(
CM)21 、等価抵抗(RM)22、液晶層の容量(
OL)23.抵抗(RI、)24、それに画素に到るま
での配線抵抗(Rk)25から構成される。このうちR
Mは非線型であり、印加電圧により変化する。
第4図は、実施例の液晶表示装置の電極と画素の配置の
模式図である。Xl+X2+・・・、Xj、・・・、x
s−+、xnは信号電極であり、nはその総数であり、
iは任意番号である。YI+Y2・・・Yj、・・・、
Ym−1,・Y’mは走査電極であり・mはその総数で
あり、jは任意番号であるo pH+”?+ 1 ” 
” ” IPLj、” ” e、Py*−j、m、Pn
、mは各画素であり総数はn’mとなる。
第5図(a)は、従来例の回路構成であって走査電極信
号に関係する部分である。入力信号の例としてテレビの
ビデオ信号を採用している。ビデオ信号Vよりは周知の
同期分離回路41に入力され、回路41は水平同期信号
H8Pと垂直同期信号■spとを出力する。信号Hsp
は多段シフトレジスター43のクロック信号として利用
される。このシフトレジスターの第1段の出力でリセッ
トされ、信号VSPでリセットされる信号SOQは、多
段シフトレジスター43のデータ入力となる0多段シフ
トレジスターの各出力は各走査電極YI〜Ymに対応す
る選択電位期間を定めることになる。この従来例では、
第2段目以降の出力は、デュアルアナログスイッチ群4
4の各コントロール信号となる。コントロール信号が0
″の時は非選択電位信号NFiLが、++1#の時は選
択電位信号5InLがアナログスイッチの出力、すなわ
ち走査電極信号となる。
フリップ70ツブ46は信号vspの反転信号をクロッ
ク信号として、これを分周して交流信号AC8を出力す
る。信号AC5はデュアル・アナログスイッチ47.4
8のコントロール信号であり、第1フイールドの非選択
電位VMと第2フイールドの非選択電位Vyを切換で、
非選択電位信号を出力する。V−5V電圧平均化法相当
で、電圧幅を20Vとすれば、各電位は、v]!+−0
■。
VD=20V、VM=4V、VH=16V程度となる。
通常のテレビの走査方式では、フィールド周波数は60
Hzで、第1フイールドで2625本を走査し、飛越し
走査をL7、第2フイールドで262、5本を走査し、
2フイールドで1フレームとしている。この従来例では
1走査期間と1選択期間は同等であり、走査電極数は2
60本以下で上下端の走査は使用されないので、240
本程度が必要となる・また、2走査期間を1選択期間と
してもよく、その場合は120本程度の走査電極数とな
る。
第5図の(6)には、主要な信号の波形を示した〇信号
VSP〜信号AO8は制御系の2値の信号であり、走査
電極信号Yl+YjはVE、VD。
VN、VMをとる4値の信号である。
第6図は、従来例の回路構成の信号電極信号に関係する
部分である。発振回路51は周知のものであり、8MH
z〜12MH2程度の周波数をもつ0分周回路52は2
段から4段の分周を行ない、2MHz〜6MHzのクロ
ック信号PSEを出力する。これはまた、走査系のクロ
ック信号H8Qの反転信号でリセットされる。この信号
でセットされ、多段シフトレジスター53の第一段の出
力でリセットされる信号は、多段シフトレジスター53
のデータ入力となる。信号pspはそのクロック信号と
なり、一定間隔で順次にシフトレジスター56の出力を
パ1”とする。各出力は個別にアナログスイッチ54の
フントロール信号となり、その出力はそれぞれ信号1!
葎信号X1〜Xttとなる。アナログスイッチ54の入
力信号は交流ビデオ信号AVOであり、X、〜XnKは
順次短時間に信号AVOが印加されることになる。
第6図左下部に信号AVOの形成の回路が示されている
0この信号の特徴は、電位VDと7日の間で負極性のビ
デオ信号があって、これを交流信号AO8で切換るもの
である。ここで電位VsとVFは選択画素を完全にOF
Fとする電位であり、前例でいえばV e = 12 
V 、 V y = 8 V程度となる。ビデオ信号V
よりはコンデンサーを介してトランジスター61のベー
ス入力となり、これはエミッタフォロア型により、その
まま電流増幅となる。この出力は可変抵抗により適当に
規格化され次の入力となる。このときベース入力のバイ
アス電位を適当に設定することにより、ビデオ信号に含
まれる帰線消却期間の同期パルスを押えて画像情報を主
に取り出すことにする。トランジスタ62の構成はエミ
ッタ接地型であり、逆転し、VDと7日の間に増幅され
た信号がコレクターに出力される。さらにこれをエミッ
タ7オロア型のトランジスタ65′に、より電流増幅し
、負極性のビデオ信号とする。一方、ビデオ信号■より
はコンデンサーを介してトランジスタ64に入力される
。これはエミッタ接地型であり・コレクタ出力は逆転し
たものである。これは負帰還を充分かけたものにしてお
き、増幅率は1以下であるが、コレクタ抵抗を可変にし
て適当に規格化する。なお、ベース入力のバイアス電圧
の設定により、同期パルスを押えておく。次に、トラン
ジスタ65により、さらに逆転し、正極性に戻し、■ア
とyzの間に増幅された信号をコレクターに出力する。
これをエミッタフォロア型のトランジスタ66により電
流増幅し、正極性のビデオ信号とする。こうして得られ
た2系統のビデオ信号をデュアルアナログスイッチ67
に入力し、交流信号AO8で走査系信号と同期して切換
え、交流ビデオ信号t> V Oを出力し、アナログス
イッチ群54の入力とする。
交流ビデオ信号ATOの形成については、通常のトラン
ジスタ構成としたが、直線性や帯域特性を向上させるた
めに、OPアンプ構成とするのもよい方法である。信号
電極信号は本発明の実施例でも従来例を採用する。
従来例の構成は述べたので明らかな様に、この表示装置
は非線型素子は有するが、ラッチ回路を有するアクティ
ブマトリクスではなく、さらにAD変換等を利用して画
像情報をメモリーシ、通常の電圧平均化法により260
分の1デユーテイ比の駆動を行なうものでもない。アク
ティブマトリクスでないのにもかかわらず、情報をメモ
リーせずに直接に鋏像を書込み表示する全く新規の方法
であり装置である。この方法が可能であることを・次に
動作原理として説明する。もちろん、実験的にすでに充
分確認されている。
第7図は総合して、動作原理を説明する図である。原理
であるので、任意の1画素について説明し、また交流動
作の前半と後半は極性の変化であり同等の動作なので交
流の考慮は特にしない。第7図(α)は、これから相当
する画像情報を書込もうとしている画素の等価回路であ
る。CMは非線型素子の容量、RMはその抵抗、cbは
液晶層の容量、Hr+はその抵抗、Rkは配線抵抗、E
は画像出力電位、VLは液晶層に印加される電圧である
書込みのクロック信号pspの周波数が3MHzであれ
ば、書込み時間(WT)は5 X 10−7秒程度とな
る。図でのスイッチの閉じる時間である。
初期にはCM、OLには電荷がなかったとして過度現象
を解くと次の様になる。ただし、Rk<<RM 、RL
として近似した。
各定数のオーダーを調べると、CMは10−13F。
RMはON時には106〜109Ω、QLは10司2F
SRLは109Ω、Rkは104Ω以下である07Aは
101秒以下で、τBは101秒以上となる。t = 
W Tでは第1項は残り、第2項はほとんど0である。
すなわち次の通りである。
M OL+OM アナログスイッチはOFFとなっても出力端子と電極間
に電荷は蓄えられている。これは通常のC1MO3型の
もので5pF程度の容量である。書込み時間以後の画素
に対する書込みはこれによって行なわれる。この等価回
路を第7図(b)に示す、この場合は(a)に比べ、長
い時間を問題とするのでRkは無視し7た。誤当画素に
おける残りの選択走査時間をSTとする。書込み時間以
後の過渡現象を解くと次の様になる。t==0でVL:
EOM/(CL−11:M)とし、適当に近似する・+
 −e x p (−−)・E OL+CM      τB τBは前と同じ τc = Ok (RL +RM ) τCけ10−3以上であり、また非選択画素への電荷の
移動はほとんどないので、走査期間満了時の状態は次の
通りである。
ST +−11Z71(−)・E Ob+CM      rn CM / (c r−+ Oy )は01以下であり、
Rr、/(RL+RM)は初期にはほとんど1に近い。
したがってVLは時間とともに、Rr、 /(RL+R
M)に近すきなから増大する・しかし、RMはE −y
 r。
が減少すると増加し、RL / (RL 十RM )は
減少し、バランスのとれた値に定まる。これをαとする
。すなわちVl、の最大値はαEとなる。一方、τBは
10−6秒から10−4秒まで遅くなってゆく。
通常のビデオ信号の1走査期間(1H)は635×10
−5秒であり、τBのオーダーと近い。左端の画素につ
いては1Hがほぼ走査時間となる。
右端の画素については0.2 Hの走査時間が残され0
、8 H分は1本前の選択画素情報が混じるが、通常の
画像では実用上の問題は生じない。こうして次の非選択
書込みまでにVL−αEとなる。
第7図(6)はすぐ次の非選択時の書込み時の等価回路
である。この場合にはRMは1010Ω以上であり、他
の定数に比べ無限大として扱い、図中も省略した。EN
は非選択時の書込み電位である。
t = 0で、VL=av 、VM=(1−α)Eとし
て過渡現象を解くと次の様になる。
y I、 ニー (IN −E ) e zp(−)C
1、+0M               TAt:W
Tでは第2項のみ残る0非選択の書込み時間以後は、こ
の第2項をもってVLの式とし7てよい。なぜなら、O
kの電荷はCMを通してのみ流れ込むが1.CMはOk
よりかなり小さく、はとんど無視てきる。その次の非選
択時の書込みとその後は同様の考察より次の通りとなる
0 たたし、ENlは新1−7い書込み電位である・近似的
にはENについては相殺されてしまう。結局大つばな式
としては次の通りである。tは画素に対する選択書込み
時から計るものとする0EN(t)はその都度の非選択
の書込み電位であり、Ry Qcl値は選択時に落着い
た値である0 τBが1フイ一ルド周期の1710稗度であり、RMは
Rbと同程度で、CMがCT、よりかなり小さければ、
充分のコントラストを得ると同時に、非選択の影響を押
えることができる。
ところが、以上の説明で見落されていた近傍画素の情報
漏れが存在することが判明した。非選択の電位信号NF
iLの設定は、従来例ではFiNの平均が0となる様に
するのがよいとされている。しかし、直前に選択され書
き込まれたところの現非選択画素については、液晶層に
電荷が蓄えられ電位が変動[7、バイアス電位として余
分に印加されてしまう。充分に放電された非選択画素に
比較し、M工M素子に高めの逆電圧が印加され、RMが
低くなり、選択画素の情報がこの非選択画素に書込まれ
てしまう。表示装置を駆動した状態で見ると、画面の下
の映像が上へ尾を引く現象となる。260本走査構成で
20本〜40本に渡って生じることが観測された。さら
に具体的に電圧値を用いて説明する0書込み電圧が20
’V〜12Vであり、20Vが真黒、12’Vか真白で
あるとし、非選択走査のバイアスが16vとすれば、非
選択画素には±4vの電圧が印加される。ところが直前
に選択されていて真黒の画となっていた場合には、液晶
層に流入した電荷により9■程度の電圧が液晶層に生じ
ている。この時に選択画素が真白であると、非選択画素
には一4vが印加され、結果として直前の画素のMIM
素子には一13vの電圧が印加されることになり、M工
Mは半導通状態となって液晶層から放電され、真黒であ
るべき画素が白っぽく変化1てしまうのである。
本発明はこの欠点を改善するものである。従来例で説明
した走査電極信号を改良する。すなわち走査電極に印加
する駆動信号は、選択期間は選択電位を取り、非選択期
間は選択期間の前後で異なる非選択電位を取ることとす
る。第8図(a)に本発明にかかわる実施例の走査電極
信号に関する回路構成を示す。ビデオ信号VIDは同期
分離回路81に入力され、水平同期信号H6Pと垂直同
期信号VSPを出力する。信号H8Fは2系統の多段シ
フトレジスター82.83のクロック信号として人力さ
れる。シフトレジスター82の第1段の出力QYOでリ
セットされ、信号vSPでセットされる信号SOQは、
シフトレジスター82のデータ入力となる。またシフト
レジスター85の第21段の出力TY20でリセットさ
れ、信号VSPでセットされる信号SOTは、シフトレ
ジスター85のデータ入力となる。シフトレジスター8
2の各出力は各走査電極のY、〜Y、に対応する選択電
位期間を定める。各選択期間では、アナログスイッチ8
4を通じて、選択電位信号SELが各走査電極に出力さ
れる。
フリップ70ツブ86は信号vspの反転信号をクロッ
ク信号として、これを分周して交流信号AC8を出力す
る。信号AO8はデュアル・アナログスイッチ87.8
8.89のコントロール信号であり、第1フイールドの
選択電位VDと第2フイールドの選択電位vKを切換え
て・選択電位信号SELをアナログスイッチ87は出力
し、非選択電位VGとVHを切換えて、第2非選択電位
信号HELをアナログスイッチ89は出力する0ここで
VGはVDとVMの間の電位であり、VMはyxとVN
の間の電位である。
シフトレジスター83の各出力TY、〜TYmは、各走
査電極に対応する第2非選択期間を定める。この期間は
選択期間後20Hを保つが、これは−例であり、M工M
表示素子の特性により適当に股引する必要がある0また
電位vOとV)lも素子の特性により適当に設定する必
要がある。TYjは選択期間中も1”となっているが、
アナログスイッチ84で選択電位SELが優先選択され
るので問題はない。結局、アナログスイッチ84の出力
は、選択期間前では第1非選択電位信号NILが各走査
電極に出力され、選択期間後では第2非選択電位信号H
ELが出力される0第2非選択電位のVG、Vl’lは
、画像が書込まれた直後の画素のM工M素子に印加され
る電位差が平均して最低となるように設定されれば、先
に説明したところの、映像が上へ尾を引く現象を消滅ま
たは抑圧することができる。
第8図(b)には、第8図(a)Kかかわる主要な信号
の波形を示した。信号VSP−TY+8は制御系の2値
の信号であり、走査1!極信号YI 、YjはvEとV
Dの間で変化する階段状のアナログ信号であるO こうして、従来方式に比べてさらに鮮明な映像が液晶表
示装置に表示できる。また、回路構成の付加も比較的簡
便なもので効果が大きい0
【図面の簡単な説明】
第1図はM工M素子を用いた液晶表示装置の構造を示す
。 11・・上偏光板    12・・・上基板13・・・
上基板透明電極 14・・・液晶層15・・・表面酸化
処理された金属電極16・・画素透明i!極  17・
・・結合金属電極18・・・下基板     19・・
下偏光板第2図は上記液晶表示装置の正面図である。 第3図は1画素の等価回路図である。 21・・・非線型素子の容量 22・・・その抵抗    26・・・液晶層の容量2
4・・・その抵抗    25・・・配線抵抗第4図は
本発明実施例の液晶表示装置の電極と画素の配置の模式
図である。 XI+・・・、xtt−信号電極 Yll・・・、ytn−走査電極 P、1.・・・、Pnm−画素 第5図((1) 、 (b)は従来例の走査電極信号に
関する回路構成及び信号波形を示す。 第6図は実施例および従来例の信号電極信号に関する回
路構成を示す。 第7図(α) 、 (6) 、 (c)は動作原理を説
明する図である。 第8図(a)は実施例の走査電極信号に関する回路構成
を示し、(b)はその主要な信号波形図である。 以  上 lぢ 第1図 第2図 第3図 X   X2 −−−−  X=  −−−−XM−1
×n第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 映像信号を人力し駆動信号を形成する駆動回路と
    、ツィスティッド・ネマティック型液晶表示装置と、両
    者を結線する部材より構成される液晶表示式受像装置l
    fにおいて、前記液晶表示装置の液晶をはさむ一方の基
    板には走査線方向に平行な形状の多数の走査電極を有し
    、他方の基板には走査線方向に垂直な形状の多数の信号
    電極を有し、これらの交差する部分を画素とし、各画素
    には非線型素子を配置し、前記走査電極に印加する駆動
    信号は、選択期間は選択電位を取り、非選択期間は選択
    期間の前後で異なる非選択電位を取ることとし、前記信
    号電極に印加する駆動信号は、1走査期間を適当なりロ
    ック源により分割し、その分割期間毎に映像情報を相応
    する各信号電極に印加するものとすることを特徴とする
    液晶表示式受像装置の駆動方式。
JP21800282A 1982-12-13 1982-12-13 液晶表示式受像装置の駆動方式 Pending JPS59107328A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59113420A (ja) * 1982-12-21 1984-06-30 Citizen Watch Co Ltd マトリクス表示装置の駆動方法
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