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技術 アクティブマトリクス型液晶表示装置

出願人 株式会社半導体エネルギー研究所
発明者 山崎舜平小山潤
出願日 1994年10月27日 (26年2ヶ月経過) 出願番号 1994-287256
公開日 1996年5月17日 (24年7ヶ月経過) 公開番号 1996-123373
状態 特許登録済
技術分野 液晶6(駆動) 液晶表示装置の制御 液晶6(駆動) 陰極線管以外の表示装置の制御 電気信号の光信号への変換
主要キーワード 二度書き Nチャネル 動き検出システム 低電圧パルス 交点部分 印加電圧特性 動き検出信号 静止画像表示
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年5月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

目的

構成

動画を表示する際に、画素において液晶に2段階の異なる電圧を加える。即ち、最初に高電圧印加した後に所定のタイミングでもって、低電圧を印加し、液晶の立ち上がりを高める。特に液晶を挟む一対の電極の両方に薄膜トランジスタを配置し、一方の薄膜トランジスタによって、液晶動作を加速するための電圧を加え、他方の薄膜トランジスタによって、静止画像表示を行うための電圧を印加する。

概要

背景

従来の表示装置としては、CRTが最も一般的であるが、CRTは真空ガラスチューブを使用し、高電圧電子加速しているため、
(1)容積が大きい
(2)重さが大きい
(3)消費電力が大きい
などの問題点がある。そのため、プラズマや、液晶を使った表示装置が開発されている。

液晶表示装置液晶物質分子軸に対して平行方向と垂直方向誘電率が異なることを利用し、光の偏光状態透過光量さらには散乱量を制御することでON/OFFすなわち明暗を表示している。液晶材料としてはTN液晶、STN液晶、強誘電性液晶等が一般的である。

特に近年、液晶表示装置のなかでも、アクティブマトリクス型液晶表示装置が普及しつつある。

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の例を図7に示す。図7に示すのは、アクティブマトリクス型液晶表示装置のマトリクス部分を拡大したものである。図7に示す構成は、ガラス基板上に信号線701〜703、走査線704〜706をマトリクス状に組み合わせ、その交点部分薄膜トランジスタ707〜710を配置している。薄膜トランジスタのソース電極は信号線701〜703に接続され、ゲイト電極は走査線704〜706にそれぞれ接続され、ドレイン電極は保持容量715〜718と液晶712〜715の一方の面に面した画素電極に接続されている。また、信号線、走査線を介してソース線ゲイト線にはそれぞれ図8(a)(b)に示す様な電気信号印加され、それに応じてドレイン電極の電位は図(c)に示すようなものになる。

薄膜トランジスタがNチャネルの場合、ゲイト電極がハイのとき薄膜トランジスタはオンとなり、ソース電位ドレイン電位は等しくなるように動作する。この動作により、信号線の電位が保持容量に書き込まれる。次にゲイト電極がロウになると薄膜トランジスタはオフとなり、ソースドレイン間はオープン状態になる。これによって、保持容量の電位は次に薄膜トランジスタがオンになり、再び書き込みが発生するまでの間、保持される。

対向電極と画素電極の間に挟まれた液晶素子はその両電極差電圧が印加され、その電圧に応じて液晶を透過する光の偏光状態が変化する。そして、この液晶を透過した光を偏光板に通すことにより、光の偏光状態に応じた明暗が表示される。

また、信号線、走査線を駆動する駆動回路は単結晶トランジスタ集積回路で作られ、TABまたはCOGという形でアクティブマトリクスに接続したもの、あるいは、薄膜トランジスタで回路を構成し、アクティブマトリクスと同じガラス基板上に製造し、基板上の金属配線でアクティブマトリクスに接続したものがある。

駆動回路をポリシリコン薄膜トランジスタで構成する技術においては以下のような長所がある。
1、アクティブマトリクスの画素ピッチを小さくできる。TABを用いてアクティブマトリクスを駆動する場合、TABのピッチはガラス基板と張り合わせが可能な大きさに限定されるため、アクティブマトリクスのピッチを小さくできない。駆動回路を基板内に内蔵して場合アクティブマトリクスとの張り合わせが存在しないため、マトリクスのピッチを小さくできる。
2、配線接続信頼性が向上できる。TABを用いる場合にアクティブマトリクスから外部に対して数千本の配線が出力されるため、TAB−アクティブマトリクス基板接続点において断線の確率が高いというのに対して、駆動回路を内蔵した場合アクティブマトリクス基板より外部にでる端子の数は百分の一程度となり信頼性の向上が期待できる。
3、表示装置の大きさを小さくできる。TABを用いる場合に画面の大きさが小さい表示装置、たとえばビュファインダの様なものではアクティブマトリクスよりも駆動回路のTABの方が大きくなりビデオカメラ等の容積縮小の足かせとなっていた。駆動回路内蔵の場合、回路の幅は5mm以下に抑えることが可能であるため、ビュウファインダ等の表示装置の小型化に貢献することが可能である。
このような駆動回路を内蔵化した液晶表示装置の例を図9に示す。

概要

アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、表示速度を向上させる。

動画を表示する際に、画素において液晶に2段階の異なる電圧を加える。即ち、最初に高電圧を印加した後に所定のタイミングでもって、低電圧を印加し、液晶の立ち上がりを高める。特に液晶を挟む一対の電極の両方に薄膜トランジスタを配置し、一方の薄膜トランジスタによって、液晶動作を加速するための電圧を加え、他方の薄膜トランジスタによって、静止画像表示を行うための電圧を印加する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

透明基板上に信号線走査線マトリクス状に交差させ、その交点部分薄膜トランジスタ透明画素電極を配置し、前記透明基板と異なる透明基板と前記透明基板の間液晶材料をはさみ、前記液晶材料に電圧印加をおこない表示を行うアクティブマトリクス型液晶表示装置において、動きを検出する手段を有し、且つ動きが検出されたフレームにおいて、動き部分画素二段階の異なる電圧信号印加する手段を有し、前記フレームより少なくとも1フレーム以上後のフレームにおいて、前記した画素に前記した二段階電圧信号とは一方が異なる二段階電圧信号を印加する手段を有することを特徴としたアクティブマトリクス型液晶表示装置。

請求項2

請求項1において、動きが検出されたフレームにおいて、異なる二段階電圧信号として、高電圧短期パルスと該高電圧パルスより低電圧の長期間パルスを印加する手段を有し、動きが検出されたフレームより後のフレームにおいて、異なる二段階電圧信号として、低電圧の短期間パルスと該低電圧パルスより高電圧の長期間パルスを印加する手段を有することを特徴としたアクティブマトリクス型液晶表示装置。

請求項3

透明基板上に信号線、走査線をマトリクス状に交差させ、その交点部分に薄膜トランジスタと透明画素電極を配置し、前記透明基板と異なる透明基板と前記透明基板の間に液晶材料をはさみ、前記液晶材料に電圧印加をおこない表示を行うアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法において、動きと検出する手段を有し、且つ動きが検出されたフレームにおいて、動き部分の画素に二段階の異なる電圧信号を印加し、前記フレームより少なくとも1フレーム以上後のフレームにおいて、前記した画素に前記した二段階電圧信号とは一方が異なる二段階電圧信号を印加することを特徴としたアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法。

請求項4

請求項3において、動きが検出されたフレームにおいて、異なる二段階電圧信号として、高電圧の短期間パルスと該高電圧パルスより低電圧の長期間パルスを印加し、動きが検出されたフレームより後のフレームにおいて、異なる二段階電圧信号として、低電圧の短期間パルスと該低電圧パルスより高電圧の長期間パルスを印加することを特徴としたアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法。

技術分野

0001

本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、とくにその動作速度を改善したアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

背景技術

0002

従来の表示装置としては、CRTが最も一般的であるが、CRTは真空ガラスチューブを使用し、高電圧電子加速しているため、
(1)容積が大きい
(2)重さが大きい
(3)消費電力が大きい
などの問題点がある。そのため、プラズマや、液晶を使った表示装置が開発されている。

0003

液晶表示装置液晶物質分子軸に対して平行方向と垂直方向誘電率が異なることを利用し、光の偏光状態透過光量さらには散乱量を制御することでON/OFFすなわち明暗を表示している。液晶材料としてはTN液晶、STN液晶、強誘電性液晶等が一般的である。

0004

特に近年、液晶表示装置のなかでも、アクティブマトリクス型液晶表示装置が普及しつつある。

0005

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の例を図7に示す。図7に示すのは、アクティブマトリクス型液晶表示装置のマトリクス部分を拡大したものである。図7に示す構成は、ガラス基板上に信号線701〜703、走査線704〜706をマトリクス状に組み合わせ、その交点部分薄膜トランジスタ707〜710を配置している。薄膜トランジスタのソース電極は信号線701〜703に接続され、ゲイト電極は走査線704〜706にそれぞれ接続され、ドレイン電極は保持容量715〜718と液晶712〜715の一方の面に面した画素電極に接続されている。また、信号線、走査線を介してソース線ゲイト線にはそれぞれ図8(a)(b)に示す様な電気信号印加され、それに応じてドレイン電極の電位は図(c)に示すようなものになる。

0006

薄膜トランジスタがNチャネルの場合、ゲイト電極がハイのとき薄膜トランジスタはオンとなり、ソース電位ドレイン電位は等しくなるように動作する。この動作により、信号線の電位が保持容量に書き込まれる。次にゲイト電極がロウになると薄膜トランジスタはオフとなり、ソースドレイン間はオープン状態になる。これによって、保持容量の電位は次に薄膜トランジスタがオンになり、再び書き込みが発生するまでの間、保持される。

0007

対向電極と画素電極の間に挟まれた液晶素子はその両電極差電圧が印加され、その電圧に応じて液晶を透過する光の偏光状態が変化する。そして、この液晶を透過した光を偏光板に通すことにより、光の偏光状態に応じた明暗が表示される。

0008

また、信号線、走査線を駆動する駆動回路は単結晶トランジスタ集積回路で作られ、TABまたはCOGという形でアクティブマトリクスに接続したもの、あるいは、薄膜トランジスタで回路を構成し、アクティブマトリクスと同じガラス基板上に製造し、基板上の金属配線でアクティブマトリクスに接続したものがある。

0009

駆動回路をポリシリコン薄膜トランジスタで構成する技術においては以下のような長所がある。
1、アクティブマトリクスの画素ピッチを小さくできる。TABを用いてアクティブマトリクスを駆動する場合、TABのピッチはガラス基板と張り合わせが可能な大きさに限定されるため、アクティブマトリクスのピッチを小さくできない。駆動回路を基板内に内蔵して場合アクティブマトリクスとの張り合わせが存在しないため、マトリクスのピッチを小さくできる。
2、配線接続信頼性が向上できる。TABを用いる場合にアクティブマトリクスから外部に対して数千本の配線が出力されるため、TAB−アクティブマトリクス基板接続点において断線の確率が高いというのに対して、駆動回路を内蔵した場合アクティブマトリクス基板より外部にでる端子の数は百分の一程度となり信頼性の向上が期待できる。
3、表示装置の大きさを小さくできる。TABを用いる場合に画面の大きさが小さい表示装置、たとえばビュファインダの様なものではアクティブマトリクスよりも駆動回路のTABの方が大きくなりビデオカメラ等の容積縮小の足かせとなっていた。駆動回路内蔵の場合、回路の幅は5mm以下に抑えることが可能であるため、ビュウファインダ等の表示装置の小型化に貢献することが可能である。
このような駆動回路を内蔵化した液晶表示装置の例を図9に示す。

発明が解決しようとする課題

0010

以上に説明したアクティブマトリクス型液晶表示装置には以下に示すような問題点があった。従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置では液晶材料として、TN液晶を使用している。TN液晶は図10に示すような透過率印加電圧特性を有しており、カーブの傾きが比較的緩やかなため、印加電圧にて諧調表示が可能となる。しかし、TN液晶は液晶の透過率の電圧に対する応答が遅いという問題点がある。TN液晶では、図11に示すように諧調が黒から白またはその逆になった場合、10msecから数10msecの応答おくれが発生する。即ち、電圧を印加した後、10ms〜数10msの時間を経過しないと液晶の応答を得ることができない。

0011

このため、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置では静止画ではCRTと同等以上の表示性能を出すことが可能であるが、動画においては、前述した応答おくれのため、CRTと比較して、画質の低下をまねいていた。

0012

TN液晶は一般に実効値応答をするといわれ、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置では、ある諧調を表示する場合に液晶表示装置に印加する電圧は時間的に一定であり、液晶の応答を考慮するものではなかった。しかし、実際には液晶材料はその諧調を示す電圧より高い電圧を瞬時印加することにより、時間的にすばやく応答させることができることをわれわれは過去に見いだしている。(特許願平4−239032)

0013

具体的には図2に示すような、一定の電圧を印加した場合の液晶材料の応答を、図3に示すようにいったん高電圧を印加し、その後電圧を下げる方法を採用することにより、液晶材料の高速応答を可能する。なお、図2及び図3において、(a)は印加電圧、(b)は光学応答を示す。

0014

図2図3を比較すれば明らかなように、液晶に対して同じ電圧を単調に印加するよりも、始めに高電圧を印加し、次に低い電圧を印加したほうが、高速応答を行わせるためにはより有効であることがわかる。ここで、低い電圧としては、トータル電圧実効値が、一定電圧を印加した場合と同じになるように設定する。

0015

以上の様な電圧印加を行うために、本明細書で開示する発明では、映像信号動きを検出する手段と動きが検出された画素に、そのフレームとそのフレームより少なくとも1フレーム以上あとのフレームに電圧加算を行い、動きがない場合の電圧と異なる電圧を液晶に印加する手段を有している。

0016

本発明の実施例を図1に示す。本実施例では従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置と比べて、静止時の印加電圧と同じ電圧を液晶画素に印加する第一の信号線駆動回路102と、その他に動きが検出されたときに静止時の印加電圧と異なる電圧を印加する第二の信号線駆動回路103とを有している。

0017

また、本実施例の画素部の例を図6に示す。この図6よりわかるように、本実施例では一つの画素電極に対して2つの薄膜トランジスタ601、602を配置している。そして、そのうちの一方が第一の信号線駆動回路102に接続された信号線603によって駆動され、他方が第二の信号線駆動回路103に接続された信号線604によって駆動される。また、二つの薄膜トランジスタのゲイト電極は二つの隣あった走査線605、606に接続される。

0018

まず、動きがない場合の動作について説明する。動きがない場合には第一の信号線駆動回路102と第二の信号線駆動回路103には同じ映像信号が入力され、それぞれの信号線に信号がおくられる。一つの画素に接続される二つの薄膜トランジスタのゲイトがつながる二つの走査線は1ライン分の遅れをもっているため同じ信号を1ライン期間の時間おくれをもって二度書き込むことになる。これは液晶の動作においてなんら問題はない。

0019

次に、動きがある場合の動作について説明する。図4は本実施例の動き検出システムの概略図である。以下その動作を説明する。入力された映像信号はまずフレームメモリ401に入力される。ここでは1フレーム分の画像データがメモリに記憶される。次にこのフレームメモリ401のデータと直接入力された画像データは、動き検出回路402に入力される。動き検出回路では入力された2つのデータを減算し、差分をとる。この差分からノイズと思われる成分を除去し、それが動きを現すものであるかを判断する。

0020

それが動きを示すものであった場合は、動き検出信号として、加算器403へ送られる。加算器403では検出信号が入力された場合に加算信号パルスをフレームメモリの出力信号に加算し信号線駆動回路103に送られる。

0021

図4の例ではデジタル信号処理を想定しているが、映像信号がアナログの場合、フレームメモリに入力前にADコンバータを入れ、駆動回路の入力前にDAコンバータをいれればなんら問題なく処理を行うことができる。

0022

本実施例の画素の電圧波形図5に示す。動きが検出されると、信号が加算された映像信号は第二の信号線駆動回路103に入力され、図5(b)のような信号が信号線603に出力される。一方で、第一の信号線駆動回路102は従来と同様の映像信号が入力され、図5(a)のような信号が信号線604に出力される。前記したように、一つの画素においては、画素薄膜トランジスタ601、602のゲイト電圧は図5(c)に示すようになり(実線501、点線502)、1ライン期間の時間差をもって書き込みがされる。つまり、第二の信号線駆動回路103の信号が書き込まれ、液晶に1ライン期間だけ高電圧が印加されたあと、第一の信号線駆動回路102で静止画と同じ電圧が印加される。また、そのフレームより少なくとも1フレーム以上あとのフレームにおいて、第二の信号線駆動回路103によって、静止画の印加電圧より、低い電圧の電圧印加が行われ、1ライン期間後に第一の信号線駆動回路102によって静止画と同じ電圧が印加される。画素電極に印加される電圧を図5(b)に示す。

発明の効果

0023

以上説明したように本明細書で開示する発明では、一つの画素電極に対して、動きのある映像信号では二つの薄膜トランジスタと二つの信号線駆動回路で、1ライン期間の液晶動作を加速する電圧と静止画表示の電圧を印加している。この効果によって、液晶表示装置動作速度を向上させることが可能であり、より高画質な表示をユーザーに提供することが可能である。

図面の簡単な説明

0024

図1本発明を使用したアクティブマトリクスの概略図を示す。
図2一定電圧のパルスを印加した場合の液晶の応答を示す。
図3二段階電圧パルスを印加した場合の液晶の応答を示す。
図4本発明の”動き”検出システムブロック図を示す。
図5本発明の電圧印加の概略図を示す。
図6本発明の画素部の構成を示す。
図7従来のアクティブマトリクスの概略図を示す。
図8従来のアクティブマトリクスの駆動波形を示す。
図9従来の駆動回路内蔵アクティブマトリクスの概略図を示す。
図10TN液晶の透過率−印加電圧特性を示す。
図11TN液晶の応答特性を示す。

--

0025

アクティブマトリクス:101
信号線駆動回路:102、103
走査線駆動回路:104
動き検出システム:105
フレームメモリ:401
動き検出回路:402
加算器:403
加算信号発生回路:404
薄膜トランジスタ:601、602、707〜710
走査線:605、606、704〜706
信号線:603、604、701〜703
液晶:607、712〜715
保持容量 :608、715〜718

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