(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１電極が配置された第１電極基板と、第２電極が配置された第２電極基板と、前記第１および第２電極基板間に保持される光変調層と、前記複数の第１電極を駆動する第１電極駆動回路と、前記第２電極を駆動する第２電極駆動回路とを備え、前記第２電極駆動回路は、第１電源端子と第２電源端子との間に直列に接続されるＣＭＯＳトランジスタを所定周期で交互に導通させてＣＭＯＳトランジスタの接続点の電圧を前記第２電極に出力するインバータ部と、前記第１電源端子から前記インバータ部に供給される第１電圧および前記第２電源端子から前記インバータ部に供給される第２電圧を調整する電圧調整部とを備え、前記電圧調整部は外部から供給される電源電圧を抵抗分割しこの分割割合に応じて前記第１および第２電圧を設定する抵抗分割手段を含み、前記第１電極基板は前記第１電極としてマトリクス状に配列される複数の画素電極、これら画素電極にそれぞれ接続される複数のスイッチング素子、各々対応行の画素電極をこれら画素電極に対応するスイッチング素子により選択する複数の走査線、および選択行の画素電極の電位をこれら画素電極に対応するスイッチング素子を介してそれぞれ設定する複数の信号線を含み、前記第２電極基板は前記第２電極として前記画素電極に対向するコモン電極を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１電極駆動回路は前記複数の走査線を順次駆動するＹドライバと、前記外部電源電圧の下で複数の信号電圧を発生しこれら信号電圧で前記複数の信号線をそれぞれ駆動するＸドライバを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記抵抗分割手段は、前記第１および第２電圧が前記画素電極の寄生容量のために前記外部電源電圧に依存した前記第２電極の電位シフト量の変動に追従するよう構成されることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１電極は前記第１電極基板において補助容量線と容量結合し、前記第２電極はこの補助容量線に接続されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記インバータ部は、前記ＣＭＯＳトランジスタを構成する２つのトランジスタが時間的に重複せずに導通するよう制御する制御回路を含むことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコモン電極が例えば液晶セルを介して複数の画素電極のマトリクスアレイに対向する表示装置に関し、特にコモン電極駆動回路がコモン電極の電位を周期的にシフトさせるために組み込まれた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、液晶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、液晶セルがアレイ基板および対向基板間に保持される構造を有する。アレイ基板および対向基板は各々絶縁性および光透過性を有し、液晶セルはアレイ基板と対向基板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クスアレイと、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複数の信号線と、複数の画素電極のマトリクス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。対向基板は複数の画素電極のマトリクスアレイに対向するコモン電極と、このコモン電極を全体的に覆う第２配向膜とを有する。これら第１および第２配向膜は画素電極およびコモン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の軸上に並ぶ液晶分子のねじれに沿って旋回し、他方の基板へ導かれ、さらに偏光板を選択的に透過する。電位差が画素電極およびコモン電極に与えられると、液晶分子が画像を表示す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。画素電極およびコモン電極間の液晶容量ＣＬＣはこの信号電圧によって充電され、画素電極の電位はＴＦＴが走査パルスの立ち上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逆にするためにコモン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ことがある。こうした場合、信号電圧の振幅は通常の２倍となる。コモン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、コモン電極の電位はコモン電極駆動回路から発生されるコモン電圧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、コモン電圧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ＶＣＯＭＬの一方から他方に反転される。但し、画素電極の電位はＴＦＴが非導通になったときにゲート・ソース間容量ＣＧＳの影響を受ける。すなわち、画素電極上の電荷が容量ＣＧＳを充電するために移動し、これが画素電極の電位レベルＶＰ（１．３Ｖ程度）だけ低下させてしまう。信号電圧が０Ｖから＋５Ｖの範囲で変化する場合には、高レベルＶＣＯＭＨを＋３．７Ｖに設定し、低レベルＶＣＯＭＬを−１．３Ｖに設定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコモン電極駆動回路は上述のようなコモン電圧ＶＣＯＭをプッシュプル回路から得ている。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ＰＯＬに応じて高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣＯＭＬの一方が選択される。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、オペアンプの出力電圧範囲、およびつきぬけ電圧のバラツキ（電源電圧から１．５Ｖくらいまでは出力できない）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程度に固定されなければならない。しかし、これら電源電圧はコモン電極駆動回路を除いて液晶表示装置で使用されない。従って、これら電源電圧の使用が通常＋５Ｖに設定される外部供給電圧から液晶表示装置に必要とされる様々な電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータの構造を複雑化する結果となる。また、電圧ＶBEに対する電圧降下は電力損失となる。
【０００６】
本発明の目的は、電源電圧レベルを制約することなく電力損失を低減できるコモン電極駆動回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の第１電極が配置された第１電極基板と、第２電極が配置された第２電極基板と、第１および第２電極基板間に保持される光変調層と、複数の第１電極を駆動する第１電極駆動回路と、第２電極を駆動する第２電極駆動回路とを備え、前記第２電極駆動回路は、第１電源端子と第２電源端子との間に直列に接続されるＣＭＯＳトランジスタを所定周期で交互に導通させてＣＭＯＳトランジスタの接続点の電圧を第２電極に出力するインバータ部と、第１電源端子からインバータ部に供給される第１電圧および第２電源端子からインバータ部に供給される第２電圧を調整する電圧調整部とを備え、電圧調整部は外部から供給される電源電圧を抵抗分割しこの分割割合に応じて第１および第２電圧を設定する抵抗分割手段を含み、第１電極基板は第１電極としてマトリクス状に配列される複数の画素電極、これら画素電極にそれぞれ接続される複数のスイッチング素子、各々対応行の画素電極をこれら画素電極に対応するスイッチング素子により選択する複数の走査線、および選択行の画素電極の電位をこれら画素電極に対応するスイッチング素子を介してそれぞれ設定する複数の信号線を含み、第２電極基板は第２電極として画素電極に対向するコモン電極を含む表示装置が提供される。
【０００８】
この表示装置では、インバータ部が第１電源端子および第２電源端子間に直列に接続されるＣＭＯＳトランジスタを有し、電圧調整部がこれら第１電源端子からインバータ部に供給される第１電圧および第２電源端子からインバータ部に供給される第２電圧を調整する。この場合、インバータ部での電圧降下がほとんど生じないため、電源電圧を適切に選定することによってコモン電極駆動回路の電力損失を低減できる。さらに、電源電圧は電圧調整部によって調整されるため、安定化された状態で電源端子に供給される必要がない。このため、液晶表示装置に供給される外部電源電圧あるいは液晶表示装置において外部電源電圧から生成される様々な電源電圧を第２電極駆動回路の電源電圧とすることができる。いいかえれば、第２電極駆動回路だけに使用されるような電源電圧を液晶表示装置において生成する必要をなくすことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置を図面を参照して説明する。図１はこの液晶表示装置に組み込まれるコモン電極駆動回路の回路構成を示し、図２はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示す。
【００１０】
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。
【００１１】
液晶パネル１０は、液晶セルアレイ基板および対向基板間に保持される従来と同様な構造を有する。すなわち、アレイ基板および対向基板は各々絶縁性および光透過性を有し、液晶セルはアレイ基板と対向基板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（６４０×３）×４８０個の画素電極２０のマトリクスアレイと、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Ｙ１からＹ４８０と、これら画素電極２０の行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のマトリクス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コモン電極２２と、このコモン電極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およびコモン電極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ている。アレイ基板および対向基板の外側表面は互いに直交する向きに設定される２枚の偏光板で覆われる。
【００１２】
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る。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はコモン電極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ＣＧＳを持つ。
【００１３】
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ＳＴ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。この場合、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に供給し、これと同時に０Ｖから＋５Ｖに立ち上がるシャットダウン信号ＳＨＵＴを図１に示すコモン電極駆動回路に供給する。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ＰＯＬをＸドライバ１２に供給する。この極性反転信号ＰＯＬは図１に示すコモン電極駆動回路にも供給される。
【００１４】
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。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Ｘ６４０×３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ＰＯＬ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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およびコモン電極２２間の液晶容量ＣＬＣおよび画素電極２０および補助容量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の位置はこの後もコモン電極２２の電位を基準にして保持され、ＴＦＴ２４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。
【００１７】
図１に示すコモン電極駆動回路は図２に示す液晶パネルのコモン電極２２を駆動するために上述の液晶表示装置に組み込まれる。この液晶表示装置では、図１に示すように＋５Ｖの電源電圧がコンピュータ等から外部電源端子ＶＥＸを介してＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶおよび電源端子＋ＶＤＤに供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶは外部電源端子ＶＥＸからの＋５Ｖの電源電圧を安定な＋１９Ｖ、−１２Ｖ、および−３Ｖの電源電圧に変換し、それぞれ電源端子＋ＶＯＮ、−ＶＯＦＦ、および−ＶＥＥに供給する。コモン電極駆動回路は電源端子＋ＶＯＮ、−ＶＥＥ、＋ＶＤＤに供給される＋１９Ｖ、−３Ｖおよび＋５Ｖの電源電圧で動作する。ここで、＋１９Ｖおよび−３Ｖの電源電圧はＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶにより安定化されているが、＋５Ｖの電源電圧は外部電源端子ＶＥＸから直接供給されるため安定化されていない。
【００１８】
コモン電極駆動回路は図１に示すようにＭＯＳトランジスタＴＲ１−ＴＲ４、固定抵抗Ｒ１−Ｒ１０、平滑コンデンサＣ１およびＣ２、可変抵抗ＶＲ１およびＶＲ２、オペアンプＯＰ１−ＯＰ４、並びにマルチプレクサＭＰＸを有する。ＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＴＲ３はＰチャネル型で構成され、ＭＯＳトランジスタＴＲ２およびＴＲ４はＮチャネル型で構成される。オペアンプＯＰ１−ＯＰ４は＋５Ｖおよび−３Ｖの電源電圧で動作し、これら電圧レベルにほぼ等しい出力を得ることができるレールトゥレール型で構成される。マルチプレクサＭＰＸは例えば＋５Ｖの電源電圧で動作するＨＣ４０５３型で構成される。
【００１９】
ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＲ１のカレントパスは電源端子＋ＶＤＤおよび抵抗Ｒ９の一端間に接続され、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＲ３のカレントパスは抵抗Ｒ９の他端およびコモン電圧出力端子ＶＣＯＭ間に接続される。ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＲ４のカレントパスはコモン電圧出力端子ＶＣＯＭおよび抵抗Ｒ１０の一端間に接続され、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＲ２のカレントパスは抵抗Ｒ１０の他端および電源端子−ＶＥＥ間に接続される。ＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４はマルチプレクサＭＰＸによって制御されるゲート電圧に応じて相補的な関係で導通し、電源端子＋ＶＤＤからＭＯＳトランジスタＴＲ１および抵抗Ｒ９を介して印加される正電圧（ＶＯＣＭＨ）および電源端子−ＶＥＥからＭＯＳトランジスタＴＲ２および抵抗Ｒ１０を介して印加される負電圧（ＶＣＯＭＬ）の一方をコモン電圧出力端子ＶＣＯＭに出力するＣＭＯＳインバータを構成する。平滑コンデンサＣ１はＣＭＯＳインバータに印加される正電圧を平滑化するためＭＯＳトランジスタＴＲ１と抵抗Ｒ９との接続点および接地端子（０Ｖ）間に接続される。平滑コンデンサＣ２はＣＭＯＳインバータに印加される負電圧を平滑化するためにＭＯＳトランジスタＴＲ４と抵抗Ｒ１０との接続点および接地端子間に接続される。
【００２０】
マルチプレクサＭＰＸは図２に示す液晶コントローラ１６からの極性反転信号ＰＯＬが＋５Ｖに立ち上がったときに電源端子−ＶＥＥから得られる−３Ｖの電源電圧を選択し、この極性反転信号ＰＯＬが０Ｖに立ち下がったときに電源端子＋ＶＤＤから得られる＋５Ｖの電源電圧を選択し、こうして選択される電圧をゲート電圧としてＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４に供給する。また、マルチプレクサＭＰＸは液晶コントローラ１６からのシャットダウン信号ＳＨＵＴが＋５Ｖに立ち上がったときに電源端子−ＶＥＥから得られる−３Ｖの電源電圧を選択し、シャットダウン信号ＳＨＵＴが０Ｖに立ち下がったときにオペアンプＯＰ１の出力電圧を選択し、こうして選択された電圧をゲート電圧としてＭＯＳトランジスタＴＲ１に供給し、さらにＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４にも供給する。
【００２１】
オペアンプＯＰ１−ＯＰ４は各々非反転入力端子および反転入力端子間の電位差に応じた出力電圧を出力端子から発生する。オペアンプＯＰ１の出力端子はマルチプレクサＭＰＸに接続され、オペアンプＯＰ１の出力端子はＭＯＳトランジスタＴＲ２のゲートに接続される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ９とＭＯＳトランジスタＴＲ３との接続点に抵抗Ｒ６を介して接続され、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ１０とＭＯＳトランジスタＴＲ４との接続点に抵抗Ｒ８を介して接続される。抵抗Ｒ３は電源端子＋ＶＤＤおよび可変抵抗ＶＲ２に一端間に接続され、抵抗Ｒ４は可変抵抗ＶＲ２の他端および接地端子間に接続れ、可変抵抗ＶＲ２の中間タップはオペアンプＯＰ１反転入力端子およびオペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の出力端子は抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続されると共に、オペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ４の出力端子は抵抗Ｒ７を介してオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続されると共に、オペアンプＯＰ４の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ１は電源端子−ＶＥＥおよびオペアンプＯＰ３の非反転入力端子間に接続され、可変抵抗ＶＲ１はオペアンプＯＰ３の非反転入力端子およびオペアンプＯＰ４の非反転入力端子間に接続され、抵抗Ｒ２はオペアンプＯＰ４の非反転入力端子および電源端子＋ＶＯＮ間に接続される。可変抵抗ＶＲ１の中間タップは可変抵抗ＶＲ１の一端に接続される。
【００２２】
すなわち、抵抗Ｒ３、可変抵抗ＶＲ２、および抵抗Ｒ４は電源端子＋ＶＤＤおよび接地端子間の電圧を抵抗比により分圧する分圧回路を構成し、コモンセンター電圧ＶＣＯＭＣ、すなわちコモン電圧ＶＣＯＭの高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣＯＭＬの平均を設定するために用いられる。他方、抵抗Ｒ１、可変抵抗ＶＲ１、および抵抗ＶＲ２は電源端子−ＶＥＥおよび＋ＶＯＮ間の電圧を抵抗比により分圧する分圧回路を構成し、コモン電圧ＶＣＯＭの振幅ＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）、すなわち高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣＯＭＬの差を設定するために用いられる。
【００２３】
ここで、実際ＶＣＯＭＨ、ＶＣＯＭＬ、ＶＣＯＭＣ、およびＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）の値について説明する。この実施形態の液晶パネル１０では、信号電圧が電源端子＋ＶＤＤの電圧から生成され、階調デ―タに応じて０Ｖから＋５Ｖの範囲で変化する。図４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−１２Ｖから＋１９Ｖに立ち上がると、対応ＴＦＴ２４が導通し、Ｘドライバ１２から第１信号線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＋５Ｖであると、画素電極２０の画素電位は＋５Ｖまで変化する。ところが、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ＶＰ（１．３Ｖ程度）だけ低下させ、＋３．７Ｖにしてしまう。また、信号電圧のレベル変換がフレーム反転駆動およびライン反転駆動のために行われた場合には、信号電圧がこの反転を行わない場合の同一階調データの下で０Ｖとなる。この場合、画素電極２０の画素電位が０Ｖまで変化し、ＴＦＴ２４が非導通になった後寄生容量ＣＧＳのためにさらに所定レベルＶＰ（１．３Ｖ程度）だけ低下し、−１．３Ｖにしてしまう。画素電極２０およびコモン電極２２間に必要とされる５Ｖの電位差を得るため、ＶＣＯＭＨはＶＰ＋３．７Ｖに設定され、ＶＣＯＭＬは−１．３Ｖに設定される。この場合、ＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）は＋５Ｖに設定され、ＶＣＯＭＣは＋１Ｖに設定される。
【００２４】
抵抗Ｒ５、Ｒ７およびＲ８の抵抗値はそれぞれ次の関係を満足するよう選定される。
Ｒ５：Ｒ６＝Ｒ７：Ｒ８  …（１）
コモン電圧ＶＣＯＭの高レベルＶＣＯＭＨおよび低レベルＶＣＯＭＬはそれぞれＭＯＳトランジスタＴＲ１のソース電圧およびＭＯＳトランジスタＴＲ４のソース電圧に等しい。これらＶＣＯＭＨ、ＶＣＯＭＬ、ＶＣＯＭＣ、およびＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）はオペアンプＯＰ１およびＯＰ２の各反転入力電圧Ｖ０、オペアンプＯＰ３の出力電圧Ｖ１、およびオペアンプＯＰ４の出力電圧Ｖ２を用いて次のように表される。
0003943687.tif 000002
ところで、電圧Ｖ０は電源端子＋ＶＤＤの電圧変動により変化し、図３に示す関係でコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣを設定する。すなわち、電源端子＋ＶＤＤおよび接地端子間の電圧は抵抗Ｒ３、可変抵抗ＶＲ２、および抵抗Ｒ４の分圧回路によって分圧されるため、電圧Ｖ０の変動率はこの分圧回路の分圧比（抵抗比）に依存する。このため、電圧Ｖ０はコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣが電源端子＋ＶＤＤの電圧変動時に液晶パネル１０の種類によって決まる最適値にシフトするよう予め決定される。電圧Ｖ１およびＶ２は液晶パネル１０にそれぞれ固有のＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）およびＶＣＯＭＣと、電源電圧変動時にコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣを最適値とする電圧Ｖ０、および式（４）および式（５）から決定される。抵抗Ｒ１およびＲ２はこうして決定された電圧Ｖ１およびＶ２が得られるように選定される。
【００２５】
実際の値としては、抵抗Ｒ１＝８．２ｋΩ，Ｒ２＝６８ｋΩ，Ｒ３＝４７ｋΩ，Ｒ４＝６．８ｋΩ，Ｒ５＝４．７ｋΩ，Ｒ６＝４．７ｋΩ，ＶＲ１＝２２ｋΩ，ＶＲ２＝４７ｋΩに選定されている。
【００２６】
ここで、このコモン電極駆動回路の動作を説明する。
【００２７】
オペアンプＯＰ３およびＯＰ４は可変抵抗ＶＲ１でコモン電圧振幅ＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）を設定した分圧回路によって分圧された電圧に応じた出力電圧を低インピーダンス化してそれぞれ出力する。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して供給されるオペアンプＯＰ３の出力電圧および抵抗Ｒ６を介して供給されるＭＯＳトランジスタＴＲ３のソース電圧に応じた電位に設定され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子は可変抵抗ＶＲ２でコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣを設定した分圧回路によって分圧された電圧に応じた電位に設定される。オペアンプＯＰ１はこれらの電位差に応じた出力電圧を発生し、マルチプレクサＭＰＸに供給する。マルチプレクサＭＰＸはシャットダウン信号ＳＨＵＴが０Ｖに維持されるときこのオペアンプＯＰ１の出力電圧をゲート電圧としてＭＯＳトランジスタＴＲ１に供給する。これにより、ＭＯＳトランジスタＴＲ１での電圧降下が制御され、ＭＯＳトランジスタＴＲ３のソース電圧を上述のＶＣＯＭＨに安定化する、他方、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ７を介して供給されるオペアンプＯＰ４の出力電圧および抵抗Ｒ８を介して供給されるＭＯＳトランジスタＴＲ４のソース電圧に応じた電位に設定され、オペアンプＯＰ２の反転入力端子の電位は上述のコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣが得られるように可変抵抗ＶＲ２を調整した分圧回路からの電圧に応じた位置に設定される。オペアンプＯＰ２はこれらの電位差に応じた出力電圧を発生し、この出力電圧をゲート電圧としてＭＯＳトランジスタＴＲ２に供給する。これにより、ＭＯＳトランジスタＴＲ１での電圧降下が制御されＭＯＳトランジスタＴＲ３のソース電圧を上述ＶＣＯＭＬに安定化する。
【００２８】
マルチプレクサＭＰＸは極性反転信号ＰＯＬが画素電極２０の画素電位のレベル反転に伴って変化する毎にゲート電圧をＭＯＳトランジスタＴＲ３のゲート電圧を−３Ｖおよび＋５Ｖの一方から他方に変化させる。ＭＯＳトランジスタＴＲ３はゲート電圧が−３Ｖに設定されたときに導通し、ゲート電圧が＋５Ｖに設定されたときに非導通となる。また、ＭＯＳトランジスタＴＲ４はゲート電圧が＋５Ｖに設定されたときに導通し、ゲート電圧が−３Ｖに設定されたときに非導通となる。すなわち、安定な＋３．７ＶのＶＣＯＭＨおよび安定な−１．３ＶのＶＣＯＭＬがそれぞれＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を介して交互にコモン電圧端子ＶＣＯＭに印加される。これにより、液晶セル内の電界方向は画素電極２０およびコモン電極２２間の電位差を変化させずに逆転される。
【００２９】
もし、電源端子＋ＶＤＤの電源電圧が変動すると、オペアンプＯＰ１およびＯＰ２の非反転入力端子の電位がこの電圧変動に伴って変化し、コモンセンター電圧ＶＣＯＭＣが最適値にシフトし、ＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬがこのコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣのシフトに対応してシフトする。
【００３０】
また、シャットダウン信号ＳＨＵＴがシフトクロックＣＫの停止に伴って＋５Ｖに変化すると、マルチプレクサＭＰＸは−３Ｖのゲート電圧をＭＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ３，およびＴＲ４に供給する。このため、コモン電圧ＶＣＯＭがＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＴＲ３を介して＋５Ｖに設定される。
【００３１】
上述の実施形態の液晶表示装置では、ＣＭＯＳインバータが電源端子＋ＶＤＤおよび電源端子−ＶＥＥ間に直列に接続されるＣＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を有し、オペアンプＯＰ１およびＭＯＳトランジスタＴＲ１のフィードバックループが可変電圧降下手段として電源端子＋ＶＤＤからＣＭＯＳインバータに印加される正電圧および負電源端子−ＶＥＥからＣＭＯＳインバータに印加される負電圧をそれぞれを所望レベルＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬに調整する。この場合、ＣＭＯＳインバータでの電圧降下がほとんど生じないため、液晶表示装置ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶから得られるＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬに近い＋５Ｖおよび−３Ｖを利用することができ、これによりコモン電極駆動回路の電力損失を低減できる。さらに、電源端子＋ＶＤＤおよび−ＶＥＥの電源電圧は可変電圧降下手段によって調整されるため、安定化された状態でこの電源端子＋ＶＤＤに供給される必要がない。従って、液晶表示装置に供給される外部電源電圧あるいは液晶表示装置において外部電源電圧から生成される様々な電源電圧をこのコモン電極駆動回路の電源電圧とすることができる。いいかえれば、コモン電極駆動回路だけに使用されるような電源電圧を液晶表示装置において生成する必要をなくすことができる。
【００３２】
また、この実施形態では、液晶パネル１０においてＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬの差が適切となるようにＶＲ１を調整することによりコモン電圧振幅ＶＣＯＭ（ｐ−ｐ）を設定し、液晶パネル１０においてフリッカーが無くなるようにＶＲ２の調整することによりコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣを設定すれば、この後で電源端子＋ＶＤＤの電圧が変動しても、コモンセンター電圧ＶＣＯＭＣがこの電圧変動に応じてシフトされる。このため、フリッカーが電源端子＋ＶＤＤの電圧変動のために発生することを防止できる。
【００３３】
さらに、この実施形態では、シフトクロックＣＫが液晶表示装置において停止したときに、コモン電圧ＶＣＯＭがこのときの信号電圧＋５Ｖに等しく設定されるため、不必要な直流電圧の印加から液晶セルを保護することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置を説明する。この液晶表示装置は、コモン電極駆動回路が図５に示すように構成されることを除いて図２に示す第１実施形態と同様に構成される。このため、第１実施形態と共通部分は図５において同一参照符号で示され、その説明が省略される。
この第２実施形態はＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶにおいてコモン電極駆動回路専用の電源電圧を生成することが許される場合に適用されるもので、コモン電極駆動回路は第１実施形態と同様に液晶パネル１０のコモン電極２２を駆動するために液晶表示装置に組み込まれる。
【００３５】
この液晶表示装置では、図５に示すように＋５Ｖの電源電圧がコンピュータ等から外部電源端子ＶＥＸを介してＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶおよび電源端子＋ＶＤＤに供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶは外部電源端子ＶＥＸからの＋５Ｖの電源電圧を安定な＋１９Ｖ，−１２Ｖ，−１．３Ｖ，および−３Ｖの電源電圧に変換し、それぞれ電源端子＋ＶＯＮ，−ＶＯＦＦ，−ＶＢＢおよび−ＶＥＥに供給する。コモン電極駆動回路は電源端子−ＶＢＢ，−ＶＥＥ，＋ＶＤＤに供給される−１．３Ｖ，−３Ｖ，および＋５Ｖの電源電圧で動作する。ここで、−３Ｖの電源電圧はＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶにより安定化されているが、＋５Ｖの電源電圧は外部電源端子ＶＥＸから直接供給されるため安定化されていない。また、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶはＶＣＯＭＬに等しい−１．３Ｖの電源電圧が外部電源端子ＶＥＸから供給される電源電圧の変動に対応して変化し、この変化の割合が調整信号ＡＤＪによって可変できるように構成される。電源端子−ＶＢＢの電源電圧の変化割合はフリッカー現象を生じさせなくするために信号電圧の中心レベルに対応して適切に調整される。
【００３６】
図５に示すコモン電極駆動回路はＭＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ３およびＴＲ４、固定抵抗Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９、平滑コンデンサＣ１、可変抵抗ＶＲ、オペアンプＯＰ１、マルチプレクサＭＰＸ、並びにツェナーダイオードＺＤを有する。ＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＴＲ３はＰチャネル型で構成され、ＭＯＳトランジスタＴＲ４はＮチャネル型で構成される。オペアンプＯＰ１は＋５Ｖおよび−１．３Ｖの電源電圧で動作し、電圧レベルにほぼ等しい出力を得ることができるレールトゥレール型で構成される。マルチプレクサＭＰＸは例えば＋５Ｖの電源電圧で動作するＨＣ４０５３型で構成される。
【００３７】
このコモン電極駆動回路では、抵抗Ｒ３が電源端子＋ＶＤＤおよびオペアンプＯＰ１の反転入力端子間に接続され、ツェナーダイオードＺＤがコモン電圧振幅の基準を設定するためにオペアンプＯＰ１の反転入力端子および電源端子−ＶＢＢ間に逆方向接続される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ９とＭＯＳトランジスタＴＲ３との接続点に抵抗Ｒ６を介して接続され、さらにコモン電圧振幅を調整するための可変抵抗ＶＲを介して電源端子−ＶＢＢに接続される。可変抵抗ＶＲの中間タップは可変抵抗ＶＲの一端に接続される。ＭＯＳトランジスタＴＲ４のカレントパスはコモン電極出力端子ＶＣＯＭおよび電源端子−ＶＢＢ間に接続される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は電源端子−ＶＢＢよりもツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧ＶＤ１だけ高い電位に設定され、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ６および可変抵抗ＶＲによって分圧された電位に設定される。
【００３８】
ＭＯＳトランジスタＴＲ３のソース電圧はコモン電圧ＶＣＯＭの高レベルＶＣＯＭＨとして用いられ、次のように表される。
ＶＣＯＭＨ＝ＶＣＯＭＬ＋（１＋Ｒ６／ＶＲ１）ＶＤ１  …（６）
すなわち、ＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬの差は可変抵抗ＶＲ１を調整することにより設定される。
【００３９】
動作において、オペアンプＯＰ１は非反転入力端子の電位が反転入力端子の電位に等しくなるような出力電圧を発生し、マルチプレクサＭＰＸに供給する。マルチプレクサＭＰＸはシャットダウン信号ＳＨＵＴが０Ｖに維持されるときこのオペアンプＯＰ１の出力電圧をゲート電圧としてＭＯＳトランジスタＴＲ１に供給する。これにより、ＭＯＳトランジスタＴＲ１での電圧降下が制御され、ＭＯＳトランジスタＴＲ３のソース電圧を上述のＶＣＯＭＨに安定化する。
【００４０】
マルチプレクサＭＰＸは極性反転信号ＰＯＬが画素電極２０の画素電位のレベル反転に伴って変化する毎にゲート電圧をＭＯＳトランジスタＴＲ３のゲート電圧を−３Ｖおよび＋５Ｖの一方から他方に変化させる。ＭＯＳトランジスタＴＲ３はゲート電圧が−３Ｖに設定されたときに導通し、ゲート電圧が＋５Ｖに設定されたときに非導通となる。また、ＭＯＳトランジスタＴＲ４はゲート電圧が＋５Ｖに設定されたときに導通し、ゲート電圧−３Ｖに設定されたときに非導通となる。すなわち、安定な＋３．７ＶのＶＣＯＭＨおよび安定な−１．３ＶのＶＣＯＭＬがそれぞれＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を介して交互にコモン電圧端子ＶＣＯＭに印加される。これにより、液晶セル内の電界方向は画素電極２０およびコモン電極２２間の電位差を変化させずに逆転される。
【００４１】
もし、電源端子＋ＶＤＤの電源電圧が変動すると、電源端子−ＶＢＢの電位がこの電圧変動に伴って変化し、コモンセンター電圧ＶＣＯＭＣが最適値にシフトし、ＶＣＯＭＨおよびＶＣＯＭＬがこのコモンセンター電圧ＶＣＯＭＣのシフトに対応してシフトする。
【００４２】
また、シャットダウン信号ＳＨＵＴがシフトクロックＣＫの停止に伴って＋５Ｖに変化すると、マルチプレクサＭＰＸは−３Ｖのゲート電圧をＭＯＳトランジスタＴＲ１，ＴＲ３，およびＴＲ４に供給する。このため、コモン電圧ＶＣＯＭがＭＯＳトランジスタＴＲ１およびＴＲ３を介して＋５Ｖに設定される。
【００４３】
上述の第２実施形態によれば、少ない部品数でコモン電極駆動回路を構成することができ、かつ第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４４】
次に、本発明の第３実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置を説明する。この液晶表示装置は、コモン電極駆動回路が図６に示すように構成されることを除いて図２に示す第１実施形態と同様に構成される。このため、第１実施形態と共通部分は図６において同一参照符号で示され、その説明が省略される。
【００４５】
図６に示すコモン電極駆動回路はＭＯＳトランジスタＴＲ１−ＴＲ４、固定抵抗Ｒ１−Ｒ１１、平滑コンデンサＣ１およびＣ２、遅延用コンデンサＣ３、可変抵抗ＶＲ１およびＶＲ２、オペアンプＯＰ１−ＯＰ４、マルチプレクサＭＰＸ、インバータＩＮＶ１−ＩＮＶ４、並びにアンドゲートＡＮＤ１−ＡＮＤ２を有する。
【００４６】
このコモン電極駆動回路では、インバータ部がＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を含むＣＭＯＳインバータと、マルチプレクサＭＰＸ、インバータＩＮＶ１−ＩＮＶ４、アンドゲートＡＮＤ１−ＡＮＤ２、抵抗Ｒ１１、およびコンデンサＣ３を含む制御回路とで構成される。ＭＯＳトランジスタＴＲ３およびＴＲ４は相補的な関係で導通し、電源端子＋ＶＤＤからＭＯＳトランジスタＴＲ１および抵抗Ｒ９を介して印加される正電圧（ＶＣＯＭＨ）および電源端子−ＶＥＥからＭＯＳトランジスタＴＲ２および抵抗Ｒ１０を介して印加される負電圧（ＶＣＯＭＬ）の一方をコモン電圧出力端子ＶＣＯＭに選択的に出力する。制御回路は、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４を時間的に重複させずに導通させるように変化するゲート電圧を発生する。
【００４７】
マルチプレクサＭＰＸは極性反転信号ＰＯＬの立ち上がりに伴って電源端子−ＶＥＥから得られる−３Ｖの電源電圧を出力し、この極性反転信号ＰＯＬの立ち下がりに伴って電源端子＋ＶＤＤから得られる＋５Ｖの電源電圧を出力する。マルチプレクサＭＰＸの出力電圧はインバータＩＮＶ１およびアンドゲートＡＮＤ２に供給されると共に、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ３で構成される遅延回路を介してインバータＩＮＶ２に供給される。この遅延回路は抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ３の時定数に対応してマルチプレクサＭＰＸの出力電圧を遅延する。アンドゲートＡＮＤ１はインバータＩＮＶ１の出力電圧およびインバータＩＮＶ２の出力電圧に対応した出力電圧を発生し、この出力電圧をインバータＩＮＶ４を介してＭＯＳトランジスタＴＲ３のゲートにゲート電圧として供給する。アンドゲートＡＮＤ２はインバータＩＮＶ２の出力電圧およびマルチプレクサＭＰＸの出力電圧に対応した出力電圧を発生し、この出力電圧をＭＯＳトランジスタＴＲ４のゲートにゲート電圧として供給する。
【００４８】
この液晶表示装置では、上述の制御回路のコンポーネンツがそれぞれ図７に示すような波形で変化する出力電圧を発生する。コモン電圧ＶＣＯＭをレベル反転させる際、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のゲート電圧はトランジスタＴＲ３およびＴＲ４の両方を一旦非導通に設定し、この後これらトランジスタＴＲ３およびＴＲ４の一方を導通させるように変化する。すなわち、制御回路はトランジスタＴＲ３およびＴＲ４の両方を同時に導通させることがないため、貫通電流がこれらトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を介して流れることが防止される。従って、この液晶表示装置の低消費電力化を計ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源電圧レベルを制約することなく電力損失を低減できる液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に組み込まれるコモン電極駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すコモン電極駆動回路を備え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】図１に示すコモン電極駆動回路において電源電圧＋ＶＤＤに依存するコモンセンター電圧を示すグラフである。
【図４】図１に示すコモン電極駆動回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に組み込まれるコモン電極駆動回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に組み込まれるコモン電極駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】図６に示すコモン電極駆動回路のインバータ部の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
ＯＰ１−ＯＰ４…オペアンプ
ＴＲ１−ＴＲ４…ＭＯＳトランジスタ
ＭＰＸ…マルチプレクサ
Ｒ１−Ｒ１１…固定抵抗
ＶＲ１，ＶＲ２…可変抵抗
Ｃ１，Ｃ２…平滑用コンデンサ
Ｃ３…遅延用コンデンサ
ＩＮＶ１−ＩＮＶ４…インバータ
ＡＮＤ１，ＡＮＤ２…アンドゲート
【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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【図７】
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