(57)【要約】  【課題】  大容量コンデンサを用いないで、共通電極の印加電圧を自動的に設定できる液晶表示装置を提供する。  【解決手段】  液晶表示装置１は、各画素の画素電極１８が各画素に設けられた抵抗２６を介して共通画素電極３０に接続されており、画素電極１８および補助容量２０からのリーク電流が接点Ａを介して共通電極回路３０に流れる。共通電極回路３０は、一端が接点Ａに接続され、他端が接地されたコンデンサ３２と、コンデンサ３２と並列に接点に接続された抵抗３４およびコンデンサ３６を備えている。また、共通電極回路３０は、抵抗３４とコンデンサ３６との接点Ｃの電圧が入力されるボルテージフォロア型のオペアンプ４０と、一端がオペアンプ４０の出力に接続され、他端が接点Ａに接続された抵抗４２を備える。抵抗４２としては、抵抗３４より抵抗値が一桁以上低い抵抗を用いる。【選択図】  図１
2008181053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子と画素電極と前記画素電極に接続された第１の抵抗とを含んで構成される複数の画素と、
前記画素に共通の電圧を印加する共通電極と、
前記共通電極の電圧を制御する共通電極回路と、を備え、
前記共通電極回路は、
前記複数の画素の各画素電極に前記第１の抵抗を介して接続された第１の接点と、
一端が前記第１の接点に接続され、他端が接地された第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと並列に前記第１の接点に接続された第２の抵抗と、
一端が前記第２の抵抗に接続され、他端が接地された第２のコンデンサと、
入力端子が前記第２の抵抗と前記第２のコンデンサとの間にある第２の接点に接続されると共に、出力端子が前記第２の抵抗より抵抗値が一桁以上低い第３の抵抗を介して、前記共通電極に接続されたボルテージフォロア型のオペアンプと、
を備える液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の接点と前記第２の接点を短絡するか否かを切り替える第１のスイッチを備え、
液晶表示装置の作動開始時に前記第１のスイッチを閉じて、前記第１の接点と前記第２の接点を短絡させ、
液晶表示装置の作動開始から所定の時間が経過したときに前記第１のスイッチを開いて前記第２の抵抗に電圧が印加されるようにする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
所定の電圧を与える電源と、
前記第２の接点と前記電源とを接続するか否かを切り替える第２のスイッチと、を備え、
液晶表示装置の作動開始時に前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを閉じて、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサに電源電圧を印加し、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサが前記電源電圧によって充電された後に前記第２のスイッチを開き、
前記第２のスイッチを開いてから所定の時間が経過したときに前記第１のスイッチを開いて前記第２の抵抗に電圧が印加されるようにする請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に液晶表示装置の共通電極に印加する電圧を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画素ごとにスイッチ素子をつけ、スイッチ素子の制御によって画素を駆動するアクティブマトリックス型液晶表示装置が知られている。
【０００３】
図５は、従来のアクティブマトリックス型液晶表示装置５０の等価回路を示す図である。アクティブマトリックス型液晶表示装置５０は、液晶を挟む２枚の基板のうちの一方の基板上に、同方向に並んだ複数のソースライン１０とソースライン１０に直交する複数のゲートライン１２が形成されている。ソースライン１０とゲートライン１２の交差部には、スイッチ素子であるＴＦＴ１４と、液晶素子１６に画素値に応じた電圧を印加する画素電極１８と、画素電極１８に並列に接続された補助容量２０とを有する画素が設けられている。補助容量２０は、液晶容量を増大させ、ＴＦＴ１４のドレイン−ゲート間の寄生容量の影響を低減させる役割を有する。液晶を挟む２枚の基板のうちの他方の基板には、一体的に共通電極２２が設けられている。共通電極２２には、共通電極回路５２が接続され、共通電極回路５２によって電圧が印加される。
【０００４】
アクティブマトリックス型液晶表示装置５０は、画素電極１８および共通電極２２が電荷を蓄えるので、ＴＦＴ１４のゲートをオフした後にも画素電極１８と共通電極２２との間の電圧が維持される。これにより、ＴＦＴ１４のゲートをオフした後にも、動きの遅い液晶分子の配列を完了させることができ、短い時間に書き込みが行われても、液晶に電圧をかける時間を長くできる。
【０００５】
しかしながら、ＴＦＴ１４のオフ期間中に画素電極１８および補助容量２０から電流がリークする現象が起こる。画素電極１８および補助容量２０から電流がリークすると、画素電圧レベルを平均化したＤＣ平均と、データ信号の中心レベルであるソースレベル中心（コモンレベル）とに差が生じ、フリッカノイズの原因となり、信頼性を損なう原因ともなる。
【０００６】
従来のアクティブマトリックス液晶表示装置５０の共通電極回路５２は、図５に示すように、共通電極２２に印加する電圧（以下、「共通電極電圧」という）を調整するための可変抵抗を備えている。ユーザは、この機構を用いて、液晶表示装置５０の表示を見ながら、フリッカノイズが低減するように手動で電圧を調整する。例えば、製品の出荷時などに個々の製品に合わせて共通電極電圧を調整する。共通電極電圧の調整は、よく表示される画像データ（例えば、灰色等の中間色）を用いて行う。
【０００７】
ところで、スイッチオフ時のリーク電流の電流量は、液晶表示装置が用いられる環境の温度等によって変動する。従って、液晶表示装置５０の使用環境が共通電極電圧の調整時の環境と異なる場合には、フリッカノイズが発生する。また、リーク電流は、液晶表示装置が表示する画像データによっても変動する。例えば、白い画像が連続して表示される場合と黒い画像が連続して表示される場合とでは、リーク電流量が異なる。従って、表示される画像内容によってもフリッカノイズが発生する可能性がある。従来の液晶表示装置５０では、フリッカノイズが発生するたびに、共通電極電圧を手動で調整しなければならない。
【０００８】
本発明の発明者らは、上記のような課題に着目し、共通電極電圧を自動的に調整する液晶表示装置の発明を出願した（特許文献１）。特許文献１では、画素からのリーク電流を共通電極回路に導き、リーク電流に基づいて共通電極電圧を制御することで、コモンレベルへのリーク電流による影響を低減させ、フリッカノイズの発生を抑える発明を開示した。
【特許文献１】特開２００６−１８９４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した特許文献１に記載された回路では、画素電位の検出のために共通電極電位に流れ込んだリーク電流に基づいて、共通電極電圧を画素電位に一致して荷電させるために、第２のコモン線にコンデンサが接続されている。なお、このコンデンサは、第２のコモン線（共通電極）を常にＡＣロウインピーダンス状態とする役割も兼ね備えさせるため、大きい時定数になっている。リーク電流に基づいて共通電極電圧を制御するために、大容量のコンデンサが必要である。
【００１０】
しかし、大容量コンデンサは、大きい素子なので、大きいスペースをとってしまう。液晶表示装置の小型化が要望されている中で、大容量コンデンサを用いて回路を設計することは好ましくない。
【００１１】
本発明は、上記背景に鑑み、大容量コンデンサを用いないで、共通電極の印加電圧を自動的に設定できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の液晶表示装置は、スイッチ素子と画素電極と前記画素電極に接続された第１の抵抗とを含んで構成される複数の画素と、前記画素に共通の電圧を印加する共通電極と、前記共通電極の電圧を制御する共通電極回路とを備え、前記共通電極回路は、前記複数の画素の各画素電極に前記第１の抵抗を介して接続された第１の接点と、一端が前記第１の接点に接続され、他端が接地された第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサと並列に前記第１の接点に接続された第２の抵抗と、一端が前記第２の抵抗に接続され、他端が接地された第２のコンデンサと、入力端子が前記第２の抵抗と前記第２のコンデンサとの間にある第２の接点に接続されると共に、出力端子が前記第２の抵抗より抵抗値が一桁以上低い第３の抵抗を介して、前記共通電極に接続されたボルテージフォロア型のオペアンプとを備える。
【００１３】
この構成により、画素電極および補助容量からリークする電流を共通電極回路に導いて、リーク電流量に基づいて共通電極電圧を制御すると共に、共通電極回路のコンデンサに蓄積された電荷によって生成される電位を十分大きい時定数回路を介して検出する回路を、大容量のコンデンサを用いることなく構成することができる。従って、小型の回路で、共通電極電圧を自動的に調整できる。
【００１４】
上記液晶表示装置は、前記第１の接点と前記第２の接点を短絡するか否かを切り替える第１のスイッチを備え、液晶表示装置の作動開始時に前記第１のスイッチを閉じて、前記第１の接点と前記第２の接点を短絡させ、液晶表示装置の作動開始から所定の時間が経過したときに前記第１のスイッチを開いて前記第２の抵抗に電圧が印加されるようにしてもよい。
【００１５】
この構成により、第１のスイッチを閉じることにより、時定数の小さい回路を構成することができ、共通電極回路に流れ込む電荷を速やかに第１のコンデンサ、第２のコンデンサに蓄積することができる。第１のスイッチによって時定数の大きい回路と小さい回路とを切り替え可能な構成とすることで、作動開始時に、共通電極電圧をリーク電荷に基づいて速やかに制御することができると共に、使用環境に応じて共通電極電圧が安定した後は、ゆっくりとした変化に応じて、共通電極電圧を制御できる。
【００１６】
上記液晶表示装置は、所定の電圧を与える電源と、前記第２の接点と前記電源とを接続するか否かを切り替える第２のスイッチとを備え、液晶表示装置の作動開始時に前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを閉じて、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサに電源電圧を印加し、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサが前記電源電圧によって充電された後に前記第２のスイッチを開き、前記第２のスイッチを開いてから所定の時間が経過したときに前記第１のスイッチを開いて前記第２の抵抗に電圧が印加されるようにしてもよい。
【００１７】
この構成により、第１のスイッチおよび第２のスイッチを閉じ、並列に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに所定の電圧に対応する電荷を蓄積できる。第２のスイッチによって、電源電圧を印加するか否かを切り替え可能な構成とすることで、例えば、電源の初期投入時等に、所定の電圧を瞬間的に供給することができると共に、所定の電圧が供給された後は、リーク電流量に基づいて共通電極電圧を制御できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、大容量のコンデンサを用いることなく、共通電極回路のコンデンサに蓄積された電荷によって生成される電位を、十分大きい時定数回路を介して検出する回路を構成することができ、小型の回路で、共通電極電圧を自動的に調整できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態の液晶表示装置１の等価回路を示す図である。液晶表示装置１は、同方向に並んだ複数のソースライン１０と、ソースライン１０に直交する複数のゲートライン１２とを有する。ソースライン１０とゲートライン１２の交差部には、スイッチ素子であるＴＦＴ１４と、液晶素子１６に画素値に応じた電圧を印加する画素電極１８と、画素電極１８に並列に接続された補助容量２０とを有する画素が設けられている。液晶を挟む２枚の基板のうちの他方の基板には、一体的に共通電極２２が設けられている。共通電極２２は、第１の共通ライン２４を介して、共通電極回路３０に接続されている。
【００２０】
各画素は、一端が画素電極１８と同電位のラインに接続された抵抗２６を有する。抵抗２６の他端は、第２の共通ライン２８を介して、共通電極回路３０に接続されている。第２の共通ライン２８は、共通電極回路３０に至る途中で、第１の共通ライン２４に合流している。
【００２１】
共通電極回路３０は、接点Ａを介して、第１の共通ライン２４に接続されている。共通電極回路３０は、接点Ａを介して各画素からリークした電荷を蓄積すると共に、接点Ａを介して共通電極２２に共通電圧を印加する。
【００２２】
次に、共通電極回路３０の構成について説明する。共通電極回路３０は、一端が接点Ａに接続され、他端が接地されたコンデンサ３２を有している。また、共通電極回路３０は、接点Ａから直列に接続された抵抗３４とコンデンサ３６とを有している。コンデンサ３６は、抵抗３４が接続された側と反対側が接地されている。直列接続された抵抗３４およびコンデンサ３６と、コンデンサ３２とは並列の関係にある。なお、コンデンサ３２とコンデンサ３６は、ともに静電容量が比較的小さく、かつ同程度の静電容量を有するコンデンサである。
【００２３】
共通電極回路３０は、接点Ａとコンデンサ３２との間にある接点Ｂと、抵抗３４とコンデンサ３６との間にある接点Ｃとを短絡するか否かを切り替えるスイッチ３８を備えている。スイッチ３８を閉じることによって、抵抗３４に電圧が印加されなくなり、コンデンサ３２とコンデンサ３６とが接点Ａに並列接続された回路と等価になる。
【００２４】
また、共通電極回路３０は、コンデンサ３２およびコンデンサ３６に蓄積された電荷によって生成される電圧を接点Ａに出力するオペアンプ４０を備えている。オペアンプ４０の正相入力端子には、抵抗３４とコンデンサ３６との間の接点Ｃが接続されている。オペアンプ４０の逆相入力端子は、オペアンプ４０の出力端子に接続されている。オペアンプ４０の出力端子から逆相入力端子に至る帰還回路には抵抗が設けられていない。オペアンプ４０は、正相入力端子に加えられた電圧をそのまま出力するボルテージホロワ型のオペアンプとして構成されている。オペアンプ４０は、入力側の回路と出力側の回路との相互の影響を取り除くとともに、接点Ａを低インピーダンスで駆動するバッファとしての役割を有する。これによって、接点Ａの電位が、ある時定数遅れにて接点Ｃに伝播されるため、接点Ａの電位が現在のコモン電位の検出点であるとすると、接点Ｃは過去のコモン電位を記憶しており、バッファ４０の出力は、過去のコモン電位によって接点Ａを強力に駆動することを意味している。この強力なバッファ出力駆動は、強力のままには放置されず、抵抗４２によって比較的小さいインピーダンスを付加され、バッファ出力が完全に接点Ａの電位を規制し尽くすことがなく、画素電位の長期的な変動を、緩やかに接点Ａにて受信できるように設定されている。すなわち、換言すると、これまで駆動してきた過去のコモン電位を安定に守り続けながら、一方では緩やかな変動を正確に受け止めて、最新電位に更新して接点Ａを駆動する、自動応答システムが実現される。
【００２５】
オペアンプ４０の出力端子は、抵抗４２を介して接点Ａに接続されている。ここで、抵抗２６、抵抗３４、抵抗４２の抵抗値の関係について述べる。抵抗４２としては抵抗値が低い抵抗を用いる。抵抗４２は、抵抗２６および抵抗３４の抵抗値より一桁以上低い抵抗である。
【００２６】
また、共通電極回路３０は、設計により定められた値の電圧を出力する電源４４を備えている。電源４４は、接点Ｃにスイッチ４６を介して接続されている。
【００２７】
本実施の形態の液晶表示装置１の共通電極回路３０は、以下のように動作する。まず、液晶表示装置１を作動した直後には、スイッチ３８およびスイッチ４６を閉じる。スイッチ３８を閉じることによって接点Ｂと接点Ｃとを短絡し、コンデンサ３２とコンデンサ３６との並列回路とする。スイッチ４６を閉じることによって、並列接続されたコンデンサ３２とコンデンサ３６の両方に電源４４の電圧を印加する。これにより、コンデンサ３２およびコンデンサ３６には、電源４４の電圧に対応する電荷が充電される。
【００２８】
次に、液晶表示装置１の作動開始から所定時間が経過した後、共通電極回路３０は、スイッチ４６を開き、電源４４を回路から切り離す。ここで、スイッチ４６を開くまでの所定時間は、電源４４の電圧に対応する電荷がコンデンサ３２、コンデンサ３４に充電されるまでの時間である。スイッチ３８、スイッチ４６を閉じたときには、電源４４に対してコンデンサ３２、コンデンサ３６が並列に接続された回路と等価であるので、コンデンサ３２、コンデンサ３４の充電は瞬間的に完了する。従って、所定時間は、極めて短い時間である。
【００２９】
スイッチ４６を開くと、各画素からリークした電荷が共通電極回路３０のコンデンサ３２およびコンデンサ３６に蓄積される。この状態では、スイッチ３８が閉じており、接点Ｂと接点Ｃが短絡しているため、抵抗３４には電流が流れない。従って、コンデンサ３２およびコンデンサ３６には、速やかにリーク電荷が蓄積される。ここで、コンデンサ３２の静電容量をＣ１、コンデンサ３６の静電容量をＣ２、抵抗２６の抵抗値をＲｃｓとすると、コンデンサ３２およびコンデンサ３６で形成される容量の時定数Ｔ１は、次式（１）で表される。
Ｔ１＝（Ｃ１＋Ｃ２）×Ｒｃｓ  ・・・（１）
【００３０】
さらに所定の時間が経過した後、共通電極回路３０は、スイッチ３８を開く。これにより、コンデンサ３２、抵抗３４およびコンデンサ３６で形成される容量の時定数は大きくなる。ここで、抵抗３４の抵抗値をＲ１、抵抗４２の抵抗値をＲ２とし、Ｒ１≫Ｒ２、Ｒｃｓ≫Ｒ２であることを利用して、共通電極回路３０の時定数Ｔ２の近似計算を行うと、時定数Ｔ２は以下の式（２）で表される。
Ｔ２＝Ｃ２×Ｒ１×Ｒｃｓ／Ｒ２  ・・・（２）
【００３１】
ここで時定数Ｔ１と時定数Ｔ２とを比較すると、抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２では、抵抗値Ｒ１の方が一桁以上大きいので、Ｒ１／Ｒ２を含む時定数Ｔ２の方がおよそ一桁以上大きい値となる。
【００３２】
本実施の形態の液晶表示装置１は、各画素の画素電極１８と共通電極回路３０とを抵抗２６を介して接続し、共通電極回路３０は、各画素からリークした電荷を蓄積する。そして、共通電極回路３０は、蓄積された電荷によって生成される電圧を共通電極２２に印加するので、コモンレベルへのリーク電流の影響を低減し、フリッカノイズの発生を抑えることができる。
【００３３】
共通電極回路３０は、コンデンサ３２と、抵抗３４およびコンデンサ３６からなる直列回路を並列に接続することによって、比較的小容量のコンデンサ３２，３６によって、式（２）に示されるように、時定数の大きい回路を形成することができる。これにより、小さいスペースで共通電極回路３０を構成でき、液晶表示装置１を小型化することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の液晶表示装置１は、スイッチ３８によって、時定数の大きい回路と時定数の小さい回路を切り替えることができるので、電源投入直後は、時定数の小さい回路によって、リーク電流の影響を速やかに共通電極電圧に反映することができる。そして、リーク電流の影響が落ち着いた後は、時定数の大きい回路によって、温度変化や画像の変化などよって変わるリーク電流の影響を共通電極電圧に反映することができる。
【００３５】
また、本実施の形態の液晶表示装置１は、スイッチ４６によって、設計により定められた電圧をコンデンサ３２，３６に印加するので、電源投入直後に、共通電極電圧を設計値にプリセットできる。
【００３６】
次に、本実施の形態の液晶表示装置１の共通電極２２の電圧制御のシミュレーション結果について説明する。
図２は、シミュレーションを行ったときの条件を示す図である。図２に示すような特性の回路素子を用いて液晶表示装置１の等価回路を構成した。ここで、抵抗２６は２００ｋΩ、抵抗３４は５００ｋΩなのに対し、抵抗４２は２０ｋΩであり、抵抗２６および抵抗３４の抵抗値は抵抗４２の抵抗値より１桁大きい。また、コンデンサ３２とコンデンサ３６は、同じオーダーの容量を有している。シミュレーションでは、液晶素子１６の容量と補助容量２０を合成容量として構成した。また、ＴＦＴ１４については、オフ時の抵抗を１００ｋΩとして構成した。
【００３７】
図３は、シミュレーション結果を示す図である。縦軸は、共通電極２２に印加される電圧（コモンレベル）を示し、横軸は電源投入直後からの時間を示す。スイッチ３８およびスイッチ４６を閉じて電源を投入すると、コモンレベルは、わずかな時間で電源２．９Ｖにセットされる。
【００３８】
次に、スイッチ４６を開くと、共通電極回路３０に流れ込んだリーク電荷がコンデンサ３２，３６が速やかに充電され、コモンレベルは約３．０Ｖとなる。リーク電流が流れ込んで補正された３．０Ｖという電圧値は、その時点でのＤＣ平均とコモンレベルとの差が最小となる電圧値である。
【００３９】
その後、スイッチ３８を開くと、時定数の大きい回路で少しずつリーク電荷を蓄積され、そのときのリーク電流に応じてコモンレベルが補正される。これにより、例えば、温度変化や画像データの変化によってリーク電流量が変化した場合には、その温度変化に応じてコモンレベルが設定される。本実施の形態では、画像内容に応じてリーク電流量が変動した場合でも適切なコモンレベルに自動的に設定される。
【００４０】
以上、本発明の液晶表示装置について、実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。
【００４１】
本発明の液晶表示装置は、コモン反転駆動型の液晶表示装置にも適用することが可能である。図４は、本発明をコモン反転駆動型の液晶表示装置に適用した場合の等価回路を示す図である。コモン反転駆動型の液晶表示装置２は、基本的には、実施の形態の液晶表示装置１と同じ構成を有するが、共通電極回路３０のコンデンサ３２が接地されているのではなく、反転駆動信号が入力されている点が異なる。図４に示す構成により、コモン反転駆動型の液晶表示装置２においても、環境等の変化に応じて自動的にコモンレベルを設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、小型の回路で、共通電極から印加する電圧を自動的に調整できるという効果を有し、アクティブマトリックス型液晶表示装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態の液晶表示装置の等価回路を示す図である。
【図２】実施の形態の液晶表示装置の等価回路の具体的な構成例を示す図である。
【図３】具体的な構成例によるシミュレーション結果を示す図である。
【図４】変形例の液晶表示装置の等価回路を示す図である。
【図５】従来の液晶表示装置の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ソースライン
１２  ゲートライン
１４  ＴＦＴ
１６  液晶素子
１８  画素電極
２０  補助容量
２２  共通電極
２４  第１の共通ライン
２６  抵抗
２８  第２の共通ライン
３０  共通電極回路
３２  コンデンサ
３４  抵抗
３６  コンデンサ
３８  スイッチ
４０  オペアンプ
４２  抵抗
４４  電源
４６  スイッチ
【図１】
2008181053.tif 000003
【図２】
2008181053.tif 000004
【図３】
2008181053.tif 000005
【図４】
2008181053.tif 000006
【図５】
2008181053.tif 000007