(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された複数の画素電極と、前記画素電極に対してトランジスタを介して画像信号を供給するデータ線と、前記画素電極と液晶を介して対向する共通電極とを備える液晶表示装置であって、
前記データ線に供給される前記画像信号は、前記共通電極の電位に対する前記画素電極の電位を正極性の電位にする正極性の画像信号と前記画素電極の電位を負極性の電位にする負極性の画像信号とが、水平走査期間毎に交互に切り替えられ、当該画像信号は、複数レベルの段階的変化を示す階段状波形を用いて前記正極性の画像信号の波形と前記負極性の画像信号の波形との間の切り替えがなされ、
前記画像信号の波形を発生する波形発生回路は、ビデオ信号を差動増幅した波形と極性反転増幅した波形を発生させる極性反転発生回路と、サイン波形の電圧をサンプリングして前記複数レベルの段階的変化を示す階段状波形を生成し、前記極性反転発生回路からの波形を一水平走査期間毎に交互に異なる極性に切り替えると共に、当該波形が正極性と負極性との間で切り替わる期間に前記複数レベルの段階的変化を示す階段状波形に切り替えて前記画像信号の波形を発生するスイッチとを有する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において従来から１水平期間ごとに画素電極に印加されるアナログ画像表示信号を画素電極に液晶層を介して対向する共通基板電位近辺の電位に対し、正側と負側に反転させる駆動方法があった。図３にその駆動波形を示す。図３における画像表示駆動波形は正側の映像信号部波形Ａ期間と水平帰線区間ａ期間さらに負側の映像信号部Ｂ期間と水平帰線区間ｂ期間で構成される。正側と負側の境界時Ｃにおいては電位は直線的に変化している。しかしこの駆動方法は画素電極電位についてみると、１水平走査期間ごとに画素電極と隣接するデータ線との間に存在する寄生容量によりデータ線の電位に影響される。例えば画素電位が正側電位を保持している状態において、データ線が次の水平走査期間を選択すると該データ線電位が負側電位となり該寄生容量によって容量カップリングを生じ、該画素電極電位は負側電位に振られることになる。この事は液晶のしきい値電圧を高め実効電位の低下をもたらす。画像表示上はコントラストの低下やクロストークの増大をもたらし表示品質に重大な欠陥を与える原因となり得る可能性をもっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べた様に、１水平走査期間ごとに共通基板電極近辺の電位に対して正負にアナログビデオ信号を反転させる１Ｈ反転駆動では、表示上問題とされるコントラスト不足やクロストーク不良が生ずることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題の解決のため、本発明は、マトリクス状に配列された複数の画素電極と、前記画素電極に対してトランジスタを介して画像信号を供給するデータ線と、前記画素電極と液晶を介して対向する共通電極とを備える液晶表示装置であって、前記データ線に供給される前記画像信号は、前記共通電極の電位に対する前記画素電極の電位を正極性の電位にする正極性の画像信号と前記画素電極の電位を負極性の電位にする負極性の画像信号とが、水平走査期間毎に交互に切り替えられ、当該画像信号は、複数レベルの段階的変化を示す階段状波形を用いて前記正極性の画像信号の波形と前記負極性の画像信号の波形との間の切り替えがなされ、前記画像信号の波形を発生する波形発生回路は、ビデオ信号を差動増幅した波形と極性反転増幅した波形を発生させる極性反転発生回路と、サイン波形の電圧をサンプリングして前記複数レベルの段階的変化を示す階段状波形を生成し、前記極性反転発生回路からの波形を一水平走査期間毎に交互に異なる極性に切り替えると共に、当該波形が正極性と負極性との間で切り替わる期間に前記複数レベルの段階的変化を示す階段状波形に切り替えて前記画像信号の波形を発生するスイッチとを有することを特徴とする。
特に、本発明では、一対の基板間に電気光学物質が封入され、該基板の一方の基板上にマトリクス状に配列された複数の画素電極、該画素電極に接続されてなるスイッチングトランジスタ及び該スイッチングトランジスタへ画像信号を供給する複数のデータ線が形成された画像表示部と、アナログ画像信号をサンプリングし該データ線へサンプルされた画像信号を供給する画像サンプリング手段を有してなる画像表示装置においてアナログ画像表示信号が水平走査期間毎に、共通基板電位に対し正極性と負極性に反転してなり、その反転時における該アナログ画像表示信号の電位波形が階段状波形あるか、ランプ状波形であることを特徴とする。
【０００５】
【実施例】
図１（ａ）（ｂ）は本発明におけるアナログビデオ信号の駆動波形の例でそれを発生させる駆動回路例を図２（ａ）（ｂ）に示す。また図４に本発明に用いる液晶表示装置の液晶駆動用アクテイブマトリックス基板の等価回路図を示す。以下にＮチャンネル画素トランジスタを有する画素にデータが書き込まれ、保持する動作例の説明をする。
【０００６】
図４においてシフトレジスタ３１によってアナログスイッチ３２のゲートが順次開きアナログビデオ信号をデータ線３７に書き込む。画素ゲート電極３６が高電位になることで画素トランジスター３３が開く１水平走査期間の間に画素電極に所定のデータ信号を書き込まれる。その後画素トランジスタがゲート電位が低電位になることで閉じる。そして画素保持容量３５によって画素に書き込まれた電位を保持する。この保持状態は次のフィールドにおける画素の書き込み動作まで継続しこの動作が繰り返される。この時の任意の１画素の画素電位波形４１と画素トランジスタゲート電位波形４３また共通電極電位４５と該任意の１画素の画素トランジスタのソース部に接続されたデータ線のビデオ電位波形４４のタイミングチャートを図５に示す。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、画素電極波形、ゲートライン波形、データ線ビデオ信号波形をそれぞれ示し、各波形の振幅は電圧を横軸は時間を意味する。
【０００７】
データ線ビデオ波形４４は共通電極電位４５に対して正電位の期間と負電位の期間を交互に繰り返す。その半周期の時間が画素ゲート電極が開いている時間に等しい。つまり画素への書き込み動作が終わった後次段のゲートラインが開いて次段の画素の書き込み動作の間は自画素に書き込まれたデータ線ビデオ信号と逆極性の信号がデータラインに存在する。この極性反転が１水平走査期間ごと交互に繰り返される。△ＶＳＧは図４における画素とデータ線の寄生容量３８によってもたらされる電位降下と考えられ、これによって液晶に印加する実効電圧が低減される。画素とデータ線の寄生容量はアクテイブマトリックス基板の設計値で決定されるパラメータで、高解像度を要求されるファインピッチのデバイスではこの寄生容量の画素保持容量に対する比が大きくなり△ＶＳＧの値はさらに大きくなる。
【０００８】
従来例では画素電極とデータ線は図６（ａ）に示す様に同一層に形成されていた。図６（ａ）でそのプロセスの概略を以下に説明する。ガラス基板５８上に薄膜トランジスタ５１のソース、ドレイン部及びチャネル部を多結晶Ｓｉ５６で形成し、ゲート絶縁膜５７形成後にゲート電極５５と走査線を金属または不純物をドープされた多結晶Ｓｉで形成する。その後ゲート電極を元にセルフアライメントでイオン注入を行いソース、ドレイン部を形成する。その後絶縁膜をつけコンタクトホールを形成する。その後画素電極であるＩＴＯ層５３を形成し、その同一層にデータ線５２であるＡＬ，Ｃｒ等の金属を形成する。図４における△ＶＳＧに電位降下はこのＩＴＯ層５３と金属層５２の間の容量によってもたらされる。画素電極であるＩＴＯ層５３とデータ線である金属層５２のスペースは液晶の横方向への電界による配向の乱れを防止する意味でも３μｍ以上は必要である。この並列容量は画素ピッチが４０μｍ角程度のデバイスで全体の画素容量の２％程度に押さえられていた。
【０００９】
しかし近年、表示の明るさが要求され開口率を上げるために画素電極であるＩＴＯ層５３を図６（ｂ）のようにデータ線に重なる構造を取る必要が生じてきた。しかも液晶パネルモジュール全体の小型化が要求され、さらにファインピッチが要求されるデバイスでは図６（ｂ）に示す様に画素電極とデータ線は別層に形成されデータ線と絶縁膜５４を介して重なる構造をとる。またこの絶縁膜５４はＳｉＯ２等で形成するわけだが膜厚を厚くすると第２層目の絶縁膜でもありクラック等が生じるため余り厚く出来ない。このため前者では並列容量だが後者では最大膜厚が制限された重なり容量となりデータ線５２と画素電極５３間容量が大きくなる。しかもファインピッチであるため全体の画素保持容量には制限がある。このため寄生容量の画素保持容量に対する比は大きくなり△ＶＳＧの値は大きくなる。画素ピッチが３０μｍ程度のデバイスではこの画素電極とデータ線間の寄生容量は１５％程度にも達し△ＶＳＧの値は無視できなくなる。
【００１０】
このようなデバイス仕様及びプロセス設計上制限のあるデバイスにおいては  図１（ａ）（ｂ）に示す様にビデオ信号反転時において電位波形を階段波やランプ波にすることによって高周波成分を小さくしデータ線と画素電極間の寄生容量を介する信号の振幅を小さく押さえる本発明の方法が有力である。このため構造上寄生容量の画素保持容量に対する比の大きなファインピッチのデバイスにおいては△ＶＳＧの値を小さく制限できる有効な手段となりえる。△ＶＳＧを小さくすることで図５における画素電位波形と共通電極電位の差の絶対値が大きくなり、保持期間を通じて液晶に印加される実効電圧は大きくなる。またビデオ信号の画面内の場所による電位差がある場合、データ線と画素間の容量を介した干渉作用の画面内の場所による差は小さくなる。ゆえに表示上でコントラストの低下やクロストーク不良を未然に防止できる。
【００１１】
次に図２（ａ）に図１（ａ）の階段波ビデオ波形の発生回路例を示す。ビデオ信号は反転増幅器１１、差動増幅器１２よりなる極性反転発生回路で極性反転増幅波形が作らる。ここでＶＷＰは液晶表示がノーマリー白表示の場合正フィールドの白レベルの電圧であり、ＶＷＭは負フィールドの白レベルの電圧である。さらに一水平走査期間切り替えスイッチ（１ＨＳＷ）１３で一水平走査期間ごとに別極性の波形を生じさせる。次にサイン波形電圧１４を入力としてサンプリングパルス１５によってスイッチングされるアナログスイッチ１６とコンデンサー１７で構成されるサンプルホールド回路によって階段波形を発生させる。この階段波を一水平走査期間の帰線区間内のタイミングで切り替える切り替えスイッチ１８で先の反転ビデオ波形と合成する。このようにして図１（ａ）の階段波形を作ることができる。
【００１２】
さらに図２（ｂ）に図１（ｂ）のランプ波発生回路を示す。ビデオ信号は図２（ａ）の階段波発生回路と同様に極性反転増幅回路によって極性反転増幅される。また適当な矩形電位波形１９（Ｖｓｉｇ）を積分してランプ波形を作り一水平走査期間の帰線区間内のタイミングで切り替える切り替えスイッチで先の反転ビデオ波形と合成する。このようにして図２（ｂ）のランプ波を作ることができる。このような回路を液晶駆動回路に加えることにより設計上制約のあるファインピッチの液晶表示体でもクロストークやコントラストの低下を起こす事無く表示する事が可能となる。
【００１３】
本発明においては、図１に示すビデオ信号反転時において電位波形を階段波やランプ波にすることによって高周波成分を小さくしデータ線と画素電極間の寄生容量を介する信号の振幅を小さく押さえることが可能である。このため構造上寄生容量の画素保持容量に対する比の大きなファインピッチのデバイスにおいては△ＶＳＧの値を小さく制限できる有効な手段となりえる。△ＶＳＧを小さくすることで図５における画素電位波形と共通電極電位の差の絶対値が大きくなり、保持期間を通じて液晶に印加される実効電圧は大きくなる。またビデオ信号の画面内の場所による電位差がある場合、データ線と画素間の容量を介した干渉作用の画面内の場所による差は小さくなる。ゆえに表示上でコントラストの低下やクロストーク不良を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置駆動用ビデオ信号波形図。
【図２】図１の波形発生回路例の図。
【図３】従来の液晶表示装置駆動用ビデオ信号波形を示した図。
【図４】液晶表示装置の等価回路図。
【図５】ある一画素の画素電位波形、ゲート電位波形、データ線電位波形、共通電極電位を示す図。
【図６】液晶表示装置画素部断面図。
【符号の説明】
１１・・・・・・反転増幅回路
１２・・・・・・差動増幅回路
１３・・・・・・１Ｈ切り替えスイッチ
１４・・・・・・サイン電位波形
１５・・・・・・サンプリングパルス
１６・・・・・・アナログスイッチ
１７・・・・・・サンプルホルダー容量
１８・・・・・・反転時切り替えスイッチ
１９・・・・・・ランプ波発生用基準電圧
２０・・・・・・積分器
３１・・・・・・シフトレジスタ
３２・・・・・・アナログスイッチ
３３・・・・・・画素トランジスタ
３４・・・・・・ビデオライン
３５・・・・・・画素保持容量
３６・・・・・・画素ゲート電極、走査線
３７・・・・・・データ線
３８・・・・・・寄生容量
４１・・・・・・画素電位波形
４２・・・・・・データ線、画素電極間寄生容量による降下電圧△ＶＳＧ
４３・・・・・・ゲートライン電位波形
４４・・・・・・データ線電位波形
４５・・・・・・共通電極電位
５１・・・・・・薄膜トランジスタ
５２・・・・・・データ線
５３・・・・・・画素電極
５４・・・・・・層間絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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