説明

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、液晶表示装置に係り、特に薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は薄型・軽量であり、低電圧駆動が可能で更にカラ―化も容易である等の特徴を有し、近年、パ―ソナルコンピュ―タ,ワ―プロなどの表示装置として利用されている。中でも各画素毎に、スイッチング素子として薄膜トランジスタを設けたいわゆるアクティブマトリックス型液晶表示装置は、多画素にしてもコントラスト,レスポンス等の劣化がなく、更に、中間調表示も可能であることから、フルカラ―テレビや、OA用の表示装置として最適な方式である。
【0003】このアクティブマトリックス型液晶表示装置は、2枚の平面ガラスからなる基板(アレイ基板,対向基板)と、これら基板間に挟まれた液晶層とからなる基本構成をとっている。一方のガラス基板、即ち、対向基板上には、各画素に対応したカラ―フィルタ―配列と、透明電極(対向電極)とが形成されており、アレイ基板には、マトリックス状に配列された透明電極からなる画素電極と、各画素電極にソ―ス電極が接続された薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタのゲ―ト電極は、X方向に設けられたゲ−ト線に接続され、ドレイン電極はゲ−ト線と直角方向に設けられたデ―タ線に接続されている。
【0004】このように構成された液晶表示装置では、ゲ−ト線及びデ−タ線に線順次方式と呼ばれるタイミングで電気信号を印加することにより、各画素電極の表示に対応した電圧を選択的に印加することができる。液晶の配向は、即ち、光透過率は、対向電極と画素電極との電位差で制御でき、これにより任意の表示が可能となる。詳細は、T.P.Brodyらの文献(IEEE Tvans on Elect.Deu.Vol ED−20,Nov.1973,pp.995−1001)に述べられている。
【0005】しかしながら、このような液晶表示装置では、液晶層の寄生容量や薄膜トランジスタの寄生容量などが原因して、薄膜トランジスタがオン状態からオフ状態及びオフ状態からオン状態に制御される際に、画素電極電位に非線形なスイッチングノイズが重畳するため、表示特性が劣化したり、直流成分により液晶層が劣化するという問題があった。
【0006】このようなスイッチングノイズを除去する方法として補償駆動法がある。図5(a)はこの方法を実現するための液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図であり、図5(b)は同液晶表示装置の印加電圧波形である。なお、図中VCOM は対向電極電位を表している。
【0007】この液晶表示装置の特徴は、ゲ−ト線G1 ,G2 ,…と液晶層LC11,LC21,…との間に補償用キャパシタC11,C21,…を挿設し、ゲ−ト線G1 ,G2 ,…にそれぞれ図4(b)に示すようなゲ−トパルス信号VG1,VG2,…を印加することにある。この結果、所定の時間間隔でゲ−トパルス信号VG1,VG2,…をそれぞれのゲ−ト線G1 ,G2 ,…に印加し、薄膜トランジスタT12,T21,…を順位オンにすると、例えば、蓄積容量体CS12 に接続された画素電極の電位、つまり、画素電極電位VS は、ゲ−トパルス信号VG2 の立ち下がり(VGSから−VE )でいったん降下するが、パルス信号VG1の立ち上がり(−VE から0)の際に、その電圧が補償用キャパシタC12を介して印加されるため、電位VS は上昇し所定のレベルに保持される。詳細は、K.Suzukiらの文献(“Compensation Addressing for SwitchingDistortion in a−SiTFT LCD”,Proceechings 7+h IDRC,PP107−110,Sept.1987)に述べられている。
【0008】しかしながら、このような補償駆動法では、例えば、パルス信号VG1の立上がり(0からVGS)の際に、その電圧が補償用キャパシタC12を介して画素電極電位VS にスイッチングノイズNとして重畳される。このため、直流成分の除去が不十分になり液晶層の信頼性が低下したり、液晶層に低周波のノイズが発生しフリッカ−や焼付が生じるという問題があった。図6は他の補償駆動法を説明するための液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図である。
【0009】この補償駆動法の特徴は、バスラインB1 ,B2 ,…を設け、これらを介して蓄積容量体CS11 ,CS12,…に補償用パルス信号を印加し、スイッチングノイズを相殺することにある。これら補償用キャパシタはゲ−ト線G1 ,G2 ,G3,…に接続されていないので先の補償駆動法のようなスイッチングノイズNは生じない。
【0010】しかしながら、このような方法では、デ−タ線D1 ,D2 ,D3 ,…の駆動用IC10の出力端子数は先の方法と変わらないが、ゲ−ト線G1 ,G2 ,G3 ,…の駆動用IC11の出力端子はバスラインB1 ,B2 ,…の数だけ増加し、更にゲ−トパルスと補償パルスの2種類の電圧を発生させなければならないため、端子数の増大による駆動用IC11のチップサイズの大型化や複雑化,駆動用IC11の実装工程の増加による信頼性の低下,狭ピッチ化による接続技術の高度化などの問題が生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の薄膜トランジスタをスイッチング素子に用いた液晶表示装置では、補償駆動法により、薄膜トランジスタの寄生容量や液晶層の寄生容量に起因するスイッチングノイズを除去する試みが行われていたが、直流成分の除去が不十分だったり、ゲ−ト線の駆動用ICの大型化や複雑化を招いたり、信頼性が低下するという問題があった。
【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、装置の大型化を招くこと無くスイッチングノイズを除去できる液晶表示装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ゲ−トパルス信号を利用した薄膜トランジスタからなる回路で補償パルス信号を生成することにある。
【0014】即ち、上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、マトリクス配列された画素電極の電位により液晶の配向が制御される液晶層と、前記画素電極にソースが接続されたスイッチング素子としての1の薄膜トランジスタと、同一行の前記第1の薄膜トランジスタのゲートに接続されたゲート線と、同一列の前記第1の薄膜トランジスタのドレインに接続されたデータ線と、ゲート線間に設けられ且つ第1の電源に繋がったバスラインと、このバスラインと前記画素電極との間に設けられた蓄積容量体と、前記バスラインに設けられ、共通ソースが前記第1の電源に繋がれ、共通ドレインが前記蓄積容量体に接続され、2つのゲートがそれぞれ前記バスラインに隣接した異なるゲート線に接続された並列接続された一対の第2の薄膜トランジスタと、一端がこの一対の第2の薄膜トランジスタの共通ドレインに接続され、他端が前記第1の電源よりも高電位の第2電源に繋がった抵抗体とを備えていることを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明の液晶表示装置では、並列接続された薄膜トランジスタの2つのゲ−トをそれぞれ隣接したゲ−ト線に接続しているので、ゲ−トパルス信号に同期して共通ドレインの電位が変わる。この共通ドレインの電位は高電位電源と低電位電源との電圧差で調整できる。
【0016】したがって、スイッチング素子としての薄膜トランジスタのゲ−ト・ソ−ス間の寄生容量とに起因する、ゲ−トパルス信号に同期して生じるスイッチングノイズは、高電位電源と低電位電源との電圧差を調整して上記共通ドレインの電位をスイッチングノイズを打ち消すことができるレベルに設定すれば除去される。また、ゲ−ト線間に接続される補償用キャパシタを用いていないので、これに起因するスイッチングノイズは発生しない。
【0017】更に、共通接続された薄膜トランジスタのゲ−トを制御する余分な配線や回路が不要なので、従来のようにゲ−ト線の駆動用ICの出力端子が増加して装置が大型化したり、複雑化するという問題は生じない。
【0018】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図1は本発明の一実施例に係る液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図である。
【0019】この液晶表示装置は、大きく分けて、ゲ−ト線GX とデ―タ線DX (X =1,2,…)との交点に設けられたスイッチング素子としての薄膜トランジスタTXY(XY=11,12,…)と蓄積容量体CSXY (SXY=S11,S12,…)と画素電極とからなる画素と、この画素の画素電極の電位により液晶の配向(光透過率)が制御される液晶層LCXY(XY=11,12,…)と、画素電極の電位を補償するための補償パルス発生回路PGX (X =1,2,…)とからなる。なお、図中、各液晶層LCXYは対向電極電位VCOM に接続されている。
【0020】補償パルス発生回路PG1 は、並列接続された薄膜トランジスタT1a,T1bと抵抗体R1 とで構成されている。なお、抵抗体R1 の抵抗値は薄膜トランジスタT1a,T1bのオン抵抗値より十分大きいことが望ましい。
【0021】薄膜トランジスタT1a,T1bのゲ−トはそれぞれゲ−ト線G1 ,G2 に接続され、共通ソ−スは低電源電位VCSL に接続され、共通ドレインはバスラインB1を介して蓄積容量体CS11 ,CS12 ,…に接続されると共に、抵抗体R1 を介して高電源電位VCSH に接続されている。
【0022】他の補償パルス発生回路PGX (X=2,3…)も同様に構成されている。なお、本実施例では、スイッチング用及び補償パルス発生回路の薄膜トランジスタの活性層の材料並びに抵抗体の材料としてn+アモルファスシリコンを用いている。
【0023】このように構成された液晶表示装置では、以下に示すように高電源電位VCSH,低電位電源VCSL を調整することで、スイッチングノイズを除去できる。
【0024】図2は液晶表示装置の印加電圧波形を示す図である。ゲ−ト線G1 にはパルス振幅ΔV(=VGH−VGL),パルス幅TG ,パルス間隔TF のゲ−トパルス信号VG1が印加されている。ここで、VGHは選択電位,VGLは非選択電位である。ゲ−トパルス信号VG1の電位が選択電位VGHになると、薄膜トランジスタT11がオンになる。この結果、液晶層LC11の画素電極にはデ−タ線D1 の電圧が印加されるので、その画素電極電位Vp11 はVSLからVSHに上がる。次いでゲ−トパルス信号VG1の電位が選択電位VGHから非選択電位VGLに変わると、画素電極電位Vp11 にはスイッチングノイズΔVp が重畳される。このスイッチングノイズΔVp は次式で表される。
ΔVp =CGS・ΔVG /(CS +CLC+CGS
ここで、CGSは薄膜トランジスタT11のゲ−ト・ソ−ス間の寄生容量,CS は蓄積容量体CS11 の容量,CLCは液晶層LC11の容量である。
【0025】一方、補償パルス発生回路PG1 もゲ−ト線G1 に接続されているので、ゲ−トパルス信号VG1の電位が選択電位VGHになると、薄膜トランジスタT1aがオンになり、バスラインB1 の電位VCS1 は低電位電源VCSL と等しくなる。したがって、蓄積容量体CS11 には低電位電源VCSL が印加される。そしてゲ−トパルス信号VG1の電位が選択電位VGHから非選択電位VGLに変わると、ゲ−ト線G2に選択電位VGHが印加されるので薄膜トランジスタT1bがオンになる。このため、バスラインB1 の電位VCS1 は低電位電源VCSL のままで、蓄積容量体CS11には低電位電源VCSL が印加される。この後、パルス信号VG2が選択電位VGHから非選択電位VGLに変わると、薄膜トランジスタT1a,T1bが伴にオフとなるので、抵抗体R1 を介して高電位電源VCSH が蓄積容量体CS11 に印加される。この結果、補償パルス発生回路PG1 により、画素電極電位Vp11 には、次式で表される補償パルス信号Vcpが印加される。
cp=CS ・VZ /(CS +CLC+CGS
ここで、VZ =VCSH −VCSL である。したがって、ΔVp =Vcpであれば、スイッチングノイズを除去できる。
【0026】即ち、VZ =CGS・ΔVG /CS となるように、高電源電位VCSH ,低電位電源VCSL を設定すれば良い。本実施利では、VCSH を6.0[V]、VCSL を2.5[V]に設定し、対向電極電位VCOM を6.0[V]、データ線DX には6[V]を中心とするフレーム毎に極性が反転する交流表示信号(最大振幅は5[V])を印加する。なお、本実施例では、従来のようにゲ−ト線に接続される補償用コンデンサを用いていないので、図4で示したようなスイッチングノイズNは発生しない。同様にして他の薄膜トランジスタTXYXY=12,13,…)のスイッチングノイズも除去される。
【0027】また、補償パルス発生回路PGX の薄膜トランジスタTXa,TXb並びに抵抗体RX は、スイッチング素子の薄膜トランジスタTXYと同一のプロセスで形成できるので、製造プロセス数が増加するという不都合は生じない。
【0028】また、補償パルス発生回路PGX の薄膜トランジスタTXa,TXbは、スイッチング素子の薄膜トランジスタTXYと同一のパルス信号が印加されるので、その信頼性は、薄膜トランジスタTXYのそれと同程度である。
【0029】本発明者等は、ゲート線480本(デューティ比1/500)、ΔVG =26[V]の条件で、長時間動作させても、薄膜トランジスタTXa,TXbのしきい値電圧の変動ΔVTHは、非常に小さいことを確認した。例えば、70℃,1000時間の連続動作においては、薄膜トランジスタTXYのしきい値電圧のΔVTH量は4.0[V]であり、一方、薄膜トランジスタTXa,TXbのそれは5.0[V]以下で、十分実用に耐えるものであることが分かった。
【0030】また、本実施例では、補償パルス信号の発生に必要な信号を、外部からの多数のコントロ−ル信号を与えずに、ゲ−トパルス信号のみで発生できるので、従来のようにゲ−ト線の駆動用ICの出力端子数の増大による駆動用ICのチップサイズの大型化や複雑化,駆動用ICの実装工程の増加による信頼性の低下,狭ピッチ化による接続技術の高度化などの問題は生じない。
【0031】以上述べたように、本実施例では、製造プロセス数の増加を招くこと無く、しかも、外部から多数のコントロール信号を与えずに、ゲートパルス信号のみで制御できる補償パルス発生回路でスイッチングノイズの除去でき、もって直流電圧による液晶層の信頼性の低下や低周波のノイズによるフリッカ−,焼付を防止できる。
【0032】なお、本実施例では、抵抗体RX をn+ アモルファスシリコンで形成したが、他の材料、例えば、ゲート配線材料,データ配線材料,透明電極材料,薄膜トランジスタ等を用いても良い。ただし、この場合も、抵抗体RX の抵抗値は、薄膜トランジスタTXa,TXbのオン抵抗値よりも十分高くしておくことが望ましい。これは薄膜トランジスタTXa,TXbがオンのときに、高電源電位VCSH による低電源電位VCSL の電位上昇を抑制する必要があるからである。
【0033】図3に抵抗体RX として薄膜トランジスタを用いた場合の液晶表示装置の要部構成図を示す。これは図1の液晶表示装置と異なる部分のみを示した図である。これが図1の液晶表示装置と異なる点は、抵抗体R1,R2 ,…をそれぞれ薄膜トランジスタTR1 ,TR2 ,…で置き換えたことである。ここで薄膜トランジスタTR1a,TR1b,…のオン抵抗が薄膜トランジスタTR1 ,…のオン抵抗よりも十分小さくし、且つ高電位電源の電圧VCSH を薄膜トランジスタTR1 ,TR2 ,…のしきい値電圧VTH分だけ高くしておけば、薄膜トランジスタTR1a,TR1b,…がオフのとき、バスラインB1 ,B2 ,…にはVCSH −VTHの電位が印加され、薄膜トランジスタTR1a,TR1b,…がオンのときには、バスラインB1 ,B2 ,…にVVCSL が印加されるため、所望の動作を得ることができる。このような構成であれば、全ての素子を同じプロセスの薄膜トランジスタで形成でき、特別な工程を追加せず、且つ抵抗値の大小関係もパタ−ン寸法で決められるため、歩留り高く製造することができる。
【0034】図4は本発明の他の実施例に係る液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図である。なお、図1の液晶表示装置と対応する部分には図1と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の液晶表示装置が先の実施例のそれと異なる点は、抵抗体に薄膜トランジスタを用いたことにある。
【0035】並列接続された薄膜トランジスタT1a,T1bの共通ドレインは、先の実施例と同様に蓄積容量体CS1Y (S1Y=S11,S12,…)に接続されていると共に、薄膜トランジスタT1eを介して高電源電位VCSH に接続されている。一方、薄膜トランジスタT1a,T1bの共通ソ−スは、低電源電位VCSL に接続されている。
【0036】薄膜トランジスタT1eのゲ−トは、抵抗体R1eを介して電源電位V1 に接続されていると共に、並列接続された薄膜トランジスタT1c,T1dを介して電源電位V2 に接続されている。なお、抵抗体R1eの抵抗値は、薄膜トランジスタT1c,T1dのオン抵抗値より十分高いことが望ましい。同様に他の並列接続された薄膜トランジスタTxa,Txb(x =2,3,…)にも薄膜トランジスタからなる抵抗体が接続されている。
【0037】また、高電源電位VCSH ,低電位電源VCSL は、先の実施例の場合と同様に設定されている。本実施例では、高電源電位VCSH ,低電位電源VCSL をそれぞれ6[V],2.5[V]とし、ゲ−トパルス信号の振幅を26[V],対向電極電位VCOM を6.0[V]とし、ゲ−ト線の本数を480本とした。このように構成された液晶表示装置では、以下の如く電源電位V1 ,V2 を設定することで、スイッチングノイズを除去できる。
【0038】ゲ−ト線G1 (ゲ−ト線G2 )に選択電位が印加されると、薄膜トランジスタT1a(T1b),T1cがオンになる。薄膜トランジスタT1cがオンになると、薄膜トランジスタT1eのゲ−トに電源電位V2 が印加される。このとき、先の実施例のように、低電源電位CSL だけを蓄積容量体CS11 に印加する必要がある。したがって、薄膜トランジスタT1eがオンにならいように電源電位V2 を設定する。
【0039】一方、ゲ−ト線G1 及びゲ−ト線G2 に非選択電位が印加されると、薄膜トランジスタT1a,T1b,T1c,T1dがオフとなる。この結果、抵抗体R1eを介して電源電位V2 が薄膜トランジスタT1eのゲ−トに印加される。このとき、先の実施例のように、蓄積容量体CS11 に高電源電位VCSH を印加する必要がある。したがって、薄膜トランジスタT1eがオンになるように電源電位V1 を設定する。
【0040】上記の如く電源電位V1 ,V2 を設定すれば、ゲ−ト線G2 の電位が選択電位から非選択電位に変わるときに、バスラインB1 を介して蓄積容量体CS11 に先の実施例と同じ補償パルス信号を印加できるので、スイッチングノイズを除去できる。本実施例では電源電位V1 を12[V],電源電位V2 を0.0[V]とした。
【0041】更に、本実施例では、抵抗体として薄膜トランジスタを用いたので補償パルス信号の立ち上がりや立ち下がりを改善できる。これは薄膜トランジスタのオン抵抗が小さいからである。
【0042】また、本実施例でも補償パルス発生回路の薄膜トランジスタとスイッチング素子としての薄膜トランジスタとを同一のゲ−トパルス信号で駆動できるので先の実施例と同様に実用上十分な信頼性を得ることができる。
【0043】なお、薄膜トランジスタT1e,T2e,…は、ほとんどの時間オン状態となるが、そのゲ−ト電圧を12[V](=V2 ),ソ−ス電圧(=VCSH )を6.0[V]としてあるので、ゲ−ト・ソ−ス間電圧VGSは12−6.0=6.0[V]と極めて低い値となる。しきい値電圧の変動量ΔVTHは、VGSn (n=2〜3)に比例するので、ゲ−ト・ソ−ス間電圧VGSが6.0[V]の場合、膜トランジスタTXYがオン状態のゲ−ト電圧25[V]に比べバイアス電圧が十分小さいため、長時間使用しても実用上問題は生じない。
【0044】本発明者等は、70℃,1000時間の動作での薄膜トランジスタT1eのしきい値電圧の変動量ΔVTHを調べたところ、その値は3.0[V]と低く、十分な信頼性が得られることを確認した。
【0045】なお、動作の安定化を図るために、薄膜トランジスタTXeのゲ−トに接続された薄膜トランジスタTXC,TXDの共通ドレインと電源電位V1 又は電源電位V2との間にキャパシタを設けても良い。
【0046】なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、バスラインB1 ,B2 ,…への補償パルスが2レベルの場合について説明したが、本実施例は3レベル以上の多レベルの場合にも適用できる。この場合、補償パルス発生回路を複数個設ければよい。また、スイッチングノイズの補償パルス信号以外の電気信号の発生も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0047】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、装置の複雑化や大型化を招くこと無く、液晶層の寄生容量と蓄積容量体の容量とスイッチング素子としての薄膜トランジスタのソ−ス・ドレイン間の寄生容量に起因するスイッチングノイズを除去できるので、信頼性や表示性能の高い液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図。
【図2】液晶表示装置の印加電圧波形を示す図。
【図3】抵抗体に代わりに薄膜トランジスタを用いた場合の液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図。
【図4】本発明の他の実施例に係る液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図。
【図5】従来の液晶表示装置の要部構成を示す等回路図。
【図6】従来の液晶表示装置の要部構成を示す等価回路図。
【符号の説明】
1a,T1b,T1c,T1e,T11,T12,T21,T22…薄膜トランジスタ、R1,R2 ,Re1,Re2…抵抗体、CS11 ,CS12 ,CS21 ,CS22…蓄積容量体、LC11,LC12,LC21,LC22…液晶層、VCOM …対向電極電位、VCSH…高電源電位、VCSL …低電位電源、V1 ,V2 …電源電位。

【特許請求の範囲】
【請求項1】マトリクス配列された画素電極の電位により液晶の配向が制御される液晶層と、前記画素電極にソースが接続されたスイッチング素子としての第1の薄膜トランジスタと、同一行の前記第1の薄膜トランジスタのゲートに接続されたゲート線と、同一列の前記第1の薄膜トランジスタのドレインに接続されたデータ線と、ゲート線間に設けられ且つ第1の電源に繋がったバスラインと、このバスラインと前記画素電極との間に設けられた蓄積容量体と、前記バスラインに設けられ、共通ソースが前記第1の電源に繋がれ、共通ドレインが前記蓄積容量体に接続され、2つのゲートがそれぞれ前記バスラインに隣接した異なるゲート線に接続された並列接続された一対の第2薄膜トランジスタと、一端がこの一対の第2の薄膜トランジスタの共通ドレインに接続され、他端が前記第1の電源よりも高電位の第2の電源に繋がった抵抗体とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】前記抵抗体はゲートとドレインが共通接続された第3の薄膜トランジスタによって構成され、該第3の薄膜トランジスタのソースが前記一対の第2の薄膜トランジスタの共通ドレインに接続され、該第3の薄膜トランジスタの共通接続されたゲートとドレインが前記第2の電源に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図3】
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【図6】
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【図2】
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【図4】
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【図5】
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【特許番号】特許第3135627号(P3135627)
【登録日】平成12年12月1日(2000.12.1)
【発行日】平成13年2月19日(2001.2.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願平3−232918
【出願日】平成3年9月12日(1991.9.12)
【公開番号】特開平5−72995
【公開日】平成5年3月26日(1993.3.26)
【審査請求日】平成10年6月11日(1998.6.11)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)