JP3780868B2

JP3780868B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3780868B2
Application number: JP2001123843A
Authority: JP
Inventors: 茂之西谷; 則夫萬場; 敏夫宮沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-04-23
Also published as: JP2002318565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクティブマトリックス型の液晶パネルを駆動するための駆動回路に係り、特に液晶パネルのコモン電極に与える第１および第２のコモン電圧をフレーム周期で切り替えることで液晶を交流駆動するコモン交流駆動方式を実現する液晶駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アクティブマトリックス型の液晶ディスプレイがパーソナルコンピュータのディスプレイとして広く採用されているが、更に携帯情報端末や携帯電話などの小型ディスプレイとしても採用されている。この携帯情報端末や携帯電話の電源は主に２次電池が用いられており、従ってこれらの機器に採用されるディスプレイに対しては、超低消費電力動作が要求される。
【０００３】
また液晶ディスプレイは、各表示画素を駆動するデータ線とゲート線をガラス基板上にマトリックスに配置してデータ線とゲート線の交点近傍に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を形成して液晶に表示情報に応じた駆動電圧を与えることで表示を行っている。そしてデータ線とゲート線は複数の液晶駆動用回路（液晶ドライバ）で駆動される。このような液晶ディスプレイを低消費電力で動作させるためには上記液晶ドライバの低消費電力化が必要である。特に液晶ドライバには、表示情報（階調情報）に応じた液晶駆動電圧に変換するために演算増幅回路が多数搭載されており、この消費電力を低減することが重要な課題である。しかも液晶ディスプレイは、２枚のガラスに挟まれた液晶を電圧で駆動するのであるから液晶自体が非常に大きな静電容量を持っているため、演算増幅器は、この容量性の大きな負荷を駆動する必要がある。
【０００４】
そこで、液晶パネルを駆動するための低消費電力で大きな容量性の負荷を駆動することのできる演算増幅器の構成については特開平９−２７７２１号公報に開示されており、基本となる演算増幅器の差動入力端に更に差動増幅回路と電流供給回路を設け、これらが基本となる演算増幅器に接続された大きな負荷の駆動を補助するための補助バッファの役割を果たす。これにより負荷に大きな電流を供給することができるようになり、スルーレートが向上したすなわち大きな容量性負荷を駆動することが可能な演算増幅器が実現できるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、基本となる演算増幅器に補助バッファを付加することにより大きな容量性の負荷を駆動することができるが、補助バッファを動作させるためにはバイアス電流が必要であり、そのため消費電力は増大する。また基本となる演算増幅器と補助バッファはともに差動入力の増幅器であり、差動入力の電圧差に応じて出力に接続された付加に対して電流を供給または電流を吸い込みする。そして演算増幅器と補助バッファは並列動作しているために、それぞれの差動入力の持つ差動利得の相違やオフセットの相違により、補助バッファから供給された電流が演算増幅器に流れ込む電流貫通状態となることがあり、これが更に消費電力を増加させる。従って貫通電流を防止するための回路的工夫も上記従来技術に開示されているが、差動入力の動作点を演算増幅器と補助バッファでずらす回路であるために、それぞれの回路の並列動作時の回路系の安定性の評価などに細心の注意を必要とする。要するに回路素子ばらつきなどの考慮をそれぞれの回路に対して行ない、動作の安定性を確保した回路設計が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、液晶パネルコモン電極のような非常に大きな容量性の負荷を駆動する駆動回路において、回路の消費電力を増加させることなく、高いスルーレートで容量性の負荷を駆動するコモン電極駆動回路を搭載した液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルのコモン電極に与える第１および第２のコモン電圧を一定の周期で（例えば、ライン毎に）切り替えることで液晶を交流駆動する液晶表示装置において、上記第１のコモン電圧を供給するコモン駆動アンプと、上記コモン電極の電圧を上記第２のコモン電圧から上記第１のコモン電圧に切り替えるための電荷を蓄える補助容量と、上記補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第１のスイッチ回路と、上記コモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第２のスイッチ回路と、上記コモン駆動アンプと上記補助容量の間を短絡もしくは開放する第３のスイッチ回路と、上記コモン電極と上記第２のコモン電圧の電圧源（例えば、グランド）との間を短絡もしくは開放する第４のスイッチ回路を備えることで構成される。そして、上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を短路して、上記コモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記補助容量に電荷を蓄えると共に、上記液晶の電位を上記第２のコモン電圧とし、上記第１のスイッチ回路を短路し、上記第３のスイッチ回路を開放し、上記第４のスイッチ回路を開放して、上記補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を短路して、上記コモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧を上記液晶に与える。
【０００８】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルのコモン電極に与える第１および第２のコモン電圧を一定の周期で（例えば、ライン毎に）切り替えることで液晶を交流駆動する液晶表示装置において、上記第１のコモン電圧を供給する第１のコモン駆動アンプと、上記第１のコモン駆動アンプが上記コモン電極に充電するための動作を補助する第１の補助容量と、上記第１の補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは解放する第１のスイッチ回路と、上記第１のコモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第２のスイッチ回路と、上記第１のコモン駆動アンプと上記第１の補助容量との間を短絡もしくは開放する第３のスイッチ回路と、上記第２のコモン電圧を供給する第２のコモン駆動アンプと、上記第２のコモン駆動アンプが上記コモン電極から放電するための動作を補助する第２の補助容量と、上記第２の補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第４のスイッチ回路と、上記第２のコモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第５のスイッチ回路と、上記第２のコモン駆動アンプと上記第２の補助容量との間を短絡もしくは開放する第６のスイッチ回路を備えることで構成される。そして、上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を短路し、上記第６のスイッチ回路を開放して、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記第１の補助容量に電荷を蓄えると共に、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧を上記液晶に与え、上記第１のスイッチ回路を短路し、上記第３のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を開放し、上記第６のスイッチ回路を短路して、上記第１の補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を短路して、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧を上記液晶に与えると共に、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧に基づいて上記第２の補助容量に電荷を蓄え、上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を短路し、上記第６のスイッチ回路を短路して、上記第２の補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、上記第４のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を短路して、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧を上記液晶に与えると共に、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記第１の補助容量に電荷を蓄える。
【０００９】
なお、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６のスイッチ回路はそれぞれＭＯＳトランジスタにより構成されることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図５を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施例を適用した液晶表示装置の例である。まず始めに図１の各部の説明をする。１は表示データ、２は表示データ１に同期したドットクロック、３は水平同期信号、４は垂直同期信号、５は表示データ１を１水平分蓄えて液晶パネルに出力するデータドライバ、６は走査ドライバ、７は液晶表示装置内で必要な基準電圧を生成する電源回路、８は電源回路７で生成した階調の基準となる電圧を与える階調電圧線、９は電源回路７で生成した走査電圧を与える走査電圧線、２６は液晶パネルのコモン電極に基準電圧を与えるためのコモンアンプ回路、１０はコモンアンプ回路２６で生成されたコモン電圧を液晶に印可するためのコモン電圧線、１１は液晶パネル、１２は液晶表示装置である。液晶パネル１１は、２４０行３２０列のマトリックス型液晶パネルであり、２４０行の行電極Ｇ１〜Ｇ２４０は走査ドライバ６に、３２０列の列電極Ｄ１〜Ｄ３２０はデータドライバ５に接続されている。
【００１２】
また図２は、液晶パネル１１のｍ行ｎ列目の画素の回路を拡大したものであり、１３は薄膜トランジスタ（以下単にＴＦＴという）、２５は液晶である。ｍ行目の行電極Ｇｍとｎ列目の列電極Ｄｎには、それぞれＴＦＴ１３のゲート端子とドレイン端子が接続されている。またＴＦＴ１３のソース端子には液晶１４が接続されている。更に液晶１４のもう一方の端子は液晶のコモン端子となっており、コモン電圧線１０と接続されている。またコモン電圧線１０は２４０行３２０列のマトリックスの配置された液晶全てに接続されている。従って図１におけるコモン電圧線１０では、２４０×３２０画素の液晶が接続されており、コモン電圧線１０からみた液晶の負荷容量は２４０×３２０個分の大きな容量となっている。
【００１３】
また、図３は本発明第１の実施例における液晶２５を駆動する駆動波形の例である。
【００１４】
また、図４は電源回路７におけるコモン電圧線１０の駆動電圧を生成する回路の例である。図４の各部の説明をする。１３はコモン電圧線１０に接続された２４０×３２０画素の液晶（以下単に液晶負荷という）、１４は第１のコモン電圧を生成するアンプ、１５は補助容量、１６は補助容量とコモン電圧線１０の間を短絡または開放するスイッチ、１７はアンプ１４の出力とコモン電圧線１０の間を短絡または開放するスイッチ、１８はアンプ１４の出力と補助容量１５との間を短絡または開放するスイッチ、１９はコモン電圧線１０とグランドとの間を短絡または開放するスイッチ、２０〜２３はそれぞれスイッチ１６〜１９の短絡または開放を制御する制御線であり、ローレベルで開放となりハイレベルで短絡となるように動作する。また２４は第１のコモン電圧である。なお本実施例では、第２のコモン電圧はグランドとした例である。
【００１５】
次に図１〜図３を用いて、本発明第１の実施例の液晶表示装置の動作を説明する。図１において、データドライバ５は、ドットクロック２に同期して送られてくる表示データ１を取りこみ内部に１行分のデータとして蓄える。更にデータドライバ５は、蓄えた１行分の表示データは水平同期信号３のタイミングに従って列電極Ｄ１〜Ｄ３２０に表示電圧として液晶パネル１１に出力する。一方この動作に合わせて走査ドライバ６は、水平同期信号３と垂直同期信号４にしたがって行電極Ｇ１〜Ｇ２４０のうちの１つの行電極にゲートオン電圧を出力する。これによりゲートオン電圧を与えられた行電極に接続されているＴＦＴはオン状態となり、上記データドライバ５の現在出力している表示電圧がそれぞれの液晶に印可される。液晶に印可される電圧は、データドライバ５から与えられる表示電圧と、電源回路７から出力されるコモン電圧線１０から与えられるコモン電圧との間の差の電圧が液晶自体にかかる。この差電圧により液晶の特性に応じて各画素に対して濃淡を表示することができる。更に液晶に印可される電圧は、定められた周期でその印可電圧極性を反転する交流駆動を行う必要があり、データドライバ５および走査ドライバ６、電源回路７の動作により、この液晶に対する交流駆動を実施している。
【００１６】
更に図３を用いて液晶に印可される電圧駆動波形について説明する。図３は、走査ドライバ６がｍ行目の行電極Ｇｍにゲートオン電圧を与えるタイミングと、それに伴ないデータドライバ５が列電極Ｄ１〜Ｄ３２０に表示電圧を与えるタイミングおよびコモンアンプ１４がコモン電極にコモン電圧を与えるタイミングの関係を示す例である。走査ドライバ６は行電極Ｇｍにゲートオン電圧を与えた後、データドライバ５は各列電極Ｄ１〜Ｄ３２０にそれぞれの階調データに対応した表示電圧をデータドライバ５は出力する。一方コモンアンプ２６は、第１もしくは第２のコモン電圧を出力する。図３の例では第１のコモン電圧を出力している。次にデータドライバ５の出力する表示電圧とコモン電圧が安定したタイミングで、行電極Ｇｍの電圧をゲートオフ電圧とする。このゲートオフのタイミングでデータドライバ５から与えられている表示電圧が液晶に保持され、表示が維持される。このときコモン電圧は第２のコモン電圧であり、これを基準とすると液晶に印可されている表示電圧は負電圧である。従って図３の例では、ｍ行目の行電極Ｇｍに接続されている画素には負電圧が印可される。また次のｍ＋１行目の行電極Ｇｍ＋１にゲートオン電圧を与えるタイミングでは、コモン電圧は第１のコモン電圧（本実施例ではグランド）であり、これを基準とすると液晶に印可されている表示電圧は正電圧である。このように表示のライン毎に液晶に印可する表示電圧の極性を正から負、負から正と切り替え、これに伴いコモン電圧も第１のコモン電圧と第２のコモン電圧を切り替えるような駆動方法をコモン交流駆動法という。コモン交流駆動法では、液晶のコモン電圧を第１と第２の電圧で交流する駆動法であるので、コモンアンプ２６は、液晶の大きな負荷に対してコモン電圧を駆動する必要がある。特に、ゲートオフのタイミングで液晶に表示電圧が保持されるため、このタイミングでは液晶のコモン電圧は安定している必要がある。この電圧が変動すると液晶に印可される表示電圧も変動してしまうため表示ムラや表示のちらつきといった表示品質の大幅な低下を招く。したがって、コモン交流駆動法ではコモン電圧波形の高速化が表示品質確保のために必要な事項である。そこで次にコモンアンプ２６の詳細な動作について説明する。
【００１７】
図４は、コモンアンプ２６の詳細な構成である。また図５は、コモンアンプ２６の動作を示すタイミングチャートである。コモンアンプ２６がコモン電極に対して、第２のコモン電圧（すなわちグランド）から第１のコモン電圧に切り替える動作について説明する。始めの状態すなわち時刻Ａ以前の状態では、液晶負荷２５に印可されている状態は第２のコモン電圧（グランド）である。またこのときスイッチ１９はオン状態であり、スイッチ１６および１７はオフ状態である。またスイッチ１８はオン状態で、アンプ１４の出力する第１のコモン電圧は補助容量１５に充電されている。
【００１８】
次に時刻Ａにおいて、スイッチ１８,１９をオフとし、スイッチ１６をオンとすることで、補助容量１５に蓄えられた電荷により、液晶負荷２５への充電が始まる。そしてコモン電圧線１０の電位は上昇し次式に示す電圧Ｖａｓまで上昇する。
【００１９】
【数１】

ここで、Ｃａｓは補助容量１５の静電容量、ＣＬＣは液晶負荷２５の静電容量、Ｖ０は第１のコモン電圧である。この電圧Ｖａｓまでの上昇は、補助容量１５と液晶負荷２５で決まる電荷の移動であるので、アンプ回路１４の駆動能力とは関係なく、その電位は決まる。
【００２０】
次に時刻Ｂにおいて、スイッチ１６はオフとし、スイッチ１７をオンとすることで、液晶負荷２５におよそ電圧Ｖａｓまで充電された状態からアンプ回路１４にて駆動を開始する。なおこのときのコモン電圧線１０の電位の上昇の関数を次式で示す。
【００２１】
【数２】

ここで、ｔは時刻Ｂを基点とした時間、Ｒはアンプ回路１４の出力インピーダンスやコモン電圧線１０のインピーダンス、液晶パネル内部の諸々のインピーダンスの合計であり、アンプ回路１４から液晶負荷２５に至るまでの駆動に関係するインピーダンスである。このようにスイッチ１６〜１９のオンとオフを制御することでコモン電圧線１０を介して液晶負荷２５に与える第２のコモン電圧から第１のコモン電圧の切替動作を行うことができる。
【００２２】
次に時刻Ｃにおいて、スイッチ１７はオフとし、スイッチ１８をオンとすることで、およそＶａｓまで低下した補助容量１５の電位についてはアンプ回路１４により充電される。また液晶負荷２５の電位は、スイッチ１９がオンとなることで放電されグランド（第２のコモン電圧）電位となる。
【００２３】
以上のように液晶のコモン電極に対して第１および第２のコモン電圧を一定の周期で切り替えて駆動するコモン交流駆動法に対し本発明第１の実施例のアンプ回路１４では、補助容量１５とスイッチ１６〜１９を備えることでコモン交流駆動波形を生成することができる。
【００２４】
コモン交流駆動法は大きな液晶負荷容量を一定周期で駆動するため、それを駆動するアンプ回路に駆動能力の大きな物が必要である。そこで本発明第１の実施例のアンプ回路１４を適用したときのコモン交流駆動の性能について図６を用いて説明する。図６は液晶負荷２５の静電容量ＣＬＣと補助容量１５の静電容量Ｃａｓの比に対する第２のコモン電圧から第１のコモン電圧に切り替えるのに必要な遷移時間を上記数式（１）および（２）をもとにグラフにプロットしたものである。なお遷移時間は目標電位の９９％に達するのに要する時間で定義した。また補助容量１５の静電容量Ｃａｓが「０」のときの遷移時間を「１」（単位時間）とし、補助容量１５と液晶負荷２５のそれぞれの静電容量の比に対する遷移時間を求めた。図６から、補助容量１５を用いることで遷移時間を大幅に短縮できることが分る。特に補助容量１５の静電容量Ｃａｓを液晶負荷２５の静電容量ＣＬＣと等しくしたときの遷移時間は、およそ１５％にまで短縮される。これはアンプ回路１４の駆動能力はそのままに補助容量１５とスイッチ回路１６〜１９を備えることで、コモンアンプ２６のコモン駆動能力を増大させることができたためである。
【００２５】
なお、補助容量１５の静電容量Ｃａｓの大きさであるが、液晶負荷２５の静電容量ＣＬＣとほぼ同等であることが望ましい。なぜならアンプ回路１４から見た負荷変動が最小となるのがこの条件だからである。アンプ回路１４の出力からは、スイッチ１７を介して液晶負荷２５が見えており、またスイッチ１８を介して補助容量１５が見えている。そして図５のタイミングチャートから分るように、スイッチ１７とスイッチ１８は同時にオンすることは無く、どちらか一方がオンとなるかまたは両方がオフとなる状態である。アンプ回路１４から見た負荷は補助容量１５または液晶負荷２５のどちらか一方のみが見えるため、これらを両方を一度に駆動する必要は無い。従ってアンプ回路１４の設計の自由度が増すことになり、補助容量１５を付加するのに伴うアンプ回路１４の駆動能力を変更（増大）させる必要は無い。
【００２６】
また、補助容量１５を付加する本発明第１の実施例において、コモンアンプ２６から見た液晶負荷の充放電電力であるが、次式の通りである。
【００２７】
【数３】

本式に示すように補助容量１５は液晶負荷の充放電電力には影響しないため、本実施例を適用することによる消費電力の増加はない。
【００２８】
以上のようにコモン交流駆動法では、コモン電圧波形の高速化が表示品質の確保のために重要であることは既に述べたが、本発明第１の実施例のコモンアンプ２６を用いることで、コモン駆動能力が増大したアンプ回路が実現できる。したがってコモン交流駆動法による表示品質が向上した液晶表示装置が実現できる。
【００２９】
次に本発明第１の実施例の変形例を図７を用いて説明する。図７は図４に示したスイッチ１６〜１９をＭＯＳ回路で置き換えた回路例である。図７（ａ）はスイッチ１６〜１９を示し、図７（ｂ）はこれをＭＯＳ回路で置き換えた場合の回路である。また図７（ａ）および（ｂ）のＡＢＣの端子記号はそれぞれ対応している。図７（ｂ）のＭＯＳ回路は、ＰおよびＮチャネルのＭＯＳトランジスタを並列接続し、端子Ａ−Ｂ間でスイッチ回路を形成したものである。また端子Ｃは制御端子で、本端子がローレベルのときＭＯＳ回路はオフとなり、ハイレベルのときＭＯＳ回路はオンとなる。図７（ｂ）のＭＯＳ回路を図４に示したスイッチ１６〜１９に置き換えアンプ回路を構成することで、アンプ回路自体を半導体チップに集積することも可能となる。
【００３０】
次に本発明第２の実施例を図８および図９を用いて説明する。図８は、本発明の液晶表示装置のコモンアンプ２６の回路のほかの構成例である。第２の実施例は、第２のコモン電圧をグランドではなく、第１のコモン電圧とは異なる他の電圧としたときのコモンアンプ２６の回路の具体例である。始めに各符号の説明をする。なお第１の実施例と同じ部分には同じ符号を付与してある。３０は第２のコモン電圧、３１はアンプ回路、３２は補助容量、３３〜３５はスイッチ、３６〜３８はスイッチ３３〜３５を制御する制御線である。
【００３１】
次に本発明第２の実施例の動作について図９とともに説明する。
【００３２】
まず始めにコモンアンプ２６がコモン電極に対して、第２のコモン電圧から第１のコモン電圧に切り替える動作について説明する。始めの状態すなわち時刻Ａ以前の状態は、液晶負荷２５に印可されている電圧は第２のコモン電圧である。またこのときスイッチ３４はオン状態であり、第２のコモン電圧３０がアンプ回路３１を介して液晶負荷２５に印可されている。さらにまたスイッチ１６および１７はオフ状態である。またスイッチ１８はオン状態で、アンプ１４の出力する第１のコモン電圧は補助容量１５に充電されている。またスイッチ３３およびスイッチ３５はオフ状態である。
【００３３】
次に時刻Ａにおいて、スイッチ１８をオフとし、スイッチ１６をオンとすることで、補助容量１５に蓄えられた電荷により、液晶負荷２５への充電が始まる。そしてコモン電圧線１０の電位は上昇し、第１の実施例で示した数式１に示す電圧Ｖａｓまで上昇する。この電圧Ｖａｓまでの上昇は、補助容量１５と液晶負荷２５で決まる電荷の移動であるので、アンプ回路１４の駆動能力とは関係なく、その電位は決まる。一方、スイッチ３４はオフとなり、スイッチ３５はオンと成ることで、アンプ回路３１により補助容量３２の電位は第２のコモン電圧まで放電される。なおスイッチ３４およびスイッチ３５の状態は時刻Ｃまで継続する。
【００３４】
次に時刻Ｂにおいて、スイッチ１６はオフとし、スイッチ１７をオンとすることで、液晶負荷２５におよそ電圧Ｖａｓまで充電された状態からアンプ回路１４にて駆動を開始する。なおこのときのコモン電圧線１０の電位は、第１の実施例で示した数式２に示した関数で電位が上昇し、第１のコモン電圧まで達する。このようにスイッチ１６〜１９のオンとオフを制御することでコモン電圧線１０を介して液晶負荷２５に与える第２のコモン電圧から第１のコモン電圧の切替動作を行うことができる。
【００３５】
次に第１のコモン電圧から第２のコモン電圧に切り替える動作について説明する。この動作は時刻Ｃから始まる。なお時刻Ｃ以前の状態は上記で説明したとおり、スイッチ１７がオンでスイッチ１６、１８がオフ状態、またスイッチ３３，３４がオフでスイッチ３５がオン状態となっており、また補助容量１５は液晶負荷２５に対して充電したためＶａｓまで電位が低下している状態であり、補助容量３２は第２のコモン電圧まで放電された状態である。
【００３６】
次に時刻Ｃにおいて、スイッチ３５をオフとし、スイッチ３３をオンとすることで、液晶負荷２５の現在の電位（第１のコモン電圧）から補助容量３２への放電が始まる。従って液晶負荷２５の電位は下降し、補助容量３２の電位は上昇し、それぞれの電位はともにＶａｓ２となる。この電位は液晶負荷２５の静電容量ＣＬＣと補助容量３２の静電容量Ｃａｓ２で決まる電位であり、その関係は数式４で示す電位となる。
【００３７】
【数４】

ここで、Ｃａｓ２は補助容量３２の静電容量、ＣＬＣは液晶負荷２５の静電容量、Ｖ２は第２のコモン電圧である。この電圧Ｖａｓ２までの放電は、補助容量１５と液晶負荷２５で決まる電荷の移動であるので、アンプ回路３１の駆動能力とは関係なく、その電位は決まる。
【００３８】
次に時刻Ｄにおいて、スイッチ３３はオフとし、スイッチ３４をオンとすることで、液晶負荷２５におよそ電圧Ｖａｓ２まで放電された状態からアンプ回路３１にて駆動を開始する。なおこのときのコモン電圧線１０の電位の関数を次式で示す。
【００３９】
【数５】

ここで、ｔは時刻Ｄを基点とした時間、Ｒはアンプ回路３１の出力インピーダンスやコモン電圧線１０のインピーダンス、液晶パネル内部の諸々のインピーダンスの合計であり、アンプ回路３１から液晶負荷２５に至るまでの駆動に関係するインピーダンスである。このようにスイッチ３３〜３５のオンとオフを制御することでコモン電圧線１０を介して液晶負荷２５に与える第１のコモン電圧から第２のコモン電圧の切替動作を行うことができる。
【００４０】
以上のように液晶のコモン電極に対して第１および第２のコモン電圧を一定の周期で切り替えて駆動するコモン交流駆動法に対し本発明第２の実施例のアンプ回路２６では、補助容量１５、３２とスイッチ１６〜１８、３３〜３５を備えることでコモン交流駆動波形を生成することができる。
【００４１】
また、本発明第２の実施例のコモンアンプ２６を適用したときのコモン交流駆動の性能については、既に第１の実施例で説明した通りであり、図６に示した特性と同様にアンプ回路１４、３１の駆動能力はそのままに補助容量１５、３２とスイッチ回路１６〜１８、３３〜３５を備えることで、コモンアンプ２６のコモン駆動能力を増大させることができる。さらにまた、補助容量１５、３２は液晶負荷の充放電電力には影響しないため、本実施例を適用することによる消費電力の増加はない。さらにまた、スイッチ回路１６〜１８、３３〜３５を図７に示したようなＭＯＳ回路で構成することで、アンプ回路自体を半導体チップに集積することも可能となる。
【００４２】
以上のように本発明第２の実施例のコモンアンプ２６を用いることで、コモン駆動能力が増大したアンプ回路が実現でき、したがってコモン交流駆動法による表示品質が向上した液晶表示装置が実現できる。
【００４３】
次に本発明第３の実施例を図１０を用いて説明する。第３の実施例は上記で説明したコモンアンプ２６のうち各スイッチと補助容量をポリシリコンＴＦＴで形成して構成した例である。本発明のようなアクティブマトリックス方の液晶の各画素に配置されるＴＦＴとしては、アモルファスＴＦＴが現在広く実用されているが、近年、ポリシリコンＴＦＴを液晶の各画素の駆動用のＴＦＴとして採用したものが製品化されつつある。ポリシリコンＴＦＴはアモルファスＴＦＴに比べて電気的特性が大幅に向上しており、各画素に配置するＴＦＴだけでなく、そのほかの周辺の駆動回路なども同じガラス上に形成することが可能である。これにより、部品点数を削減することができるので大幅なコストダウンが見込める。
【００４４】
次に本発明第３の実施例の各部の説明をする。第１の実施例および第２の実施例と同じ部分には同じ符号を付与してある。４０は第１のコモン電圧を出力する基準電圧線、４２〜４４はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ回路、４５は補助容量、４６〜４８はスイッチ回路４２〜４４を駆動する制御信号、４１は２４０行×３２０列の画素に加えスイッチ回路４２〜４４と補助容量４５を同一のガラス基板上に形成したポリシリコン液晶パネルである。
【００４５】
次に本発明第３の実施例の動作について説明する。図１０において、データドライバ５および走査ドライバ６の動作については第１の実施例で説明したものと同じなので説明は省略する。更に液晶の交流駆動の必要性や駆動波形についても基本的に第１の実施例と同じであり、データドライバ５と走査ドライバ６の動作により、液晶に印可される電圧は、データドライバ５から与えられる表示電圧と、電源回路７から出力されるコモン電圧線１０から与えられるコモン電圧との間の差の電圧が液晶自体にかかる。この差電圧により液晶の特性に応じて各画素に対して濃淡を表示することができる。なお、本実施例においても液晶の駆動方式はコモン交流駆動法であり、液晶の大きな負荷に対してコモン電圧線を駆動する必要がある。更に同様に液晶のコモン電圧は安定している必要があり、この電圧が変動すると液晶に印可される表示電圧も変動してしまうため表示ムラや表示のちらつきといった表示品質の大幅な低下を招く。したがって、第１の実施例と同様に、コモン交流駆動法ではコモン電圧波形の高速化が表示品質確保のために必要な事項である。そこでコモン交流駆動法を実現する各部の回路の動作を説明する。
【００４６】
まず始めにコモン電極に対して、第２のコモン電圧（すなわちグランド）から第１のコモン電圧に切り替える動作について説明する。始めの状態では、コモン電圧線１０に印可されている状態は第２のコモン電圧（グランド）であるとする。またこのときスイッチ４９はオン状態であり、スイッチ４２および４３はオフ状態である。またスイッチ４４はオン状態で、電源回路７の出力する第１のコモン電圧の基準電圧に補助容量４５は充電されている。
【００４７】
次に第１のコモン電圧に切り替え始めるタイミングにおいて、スイッチ４４、４９をオフとし、スイッチ４２をオンとすることで、補助容量４５に蓄えられた電荷により、コモン電圧線１０を介してコモン電極への充電が始まる。そしてコモン電圧線１０の電位は上昇し第１の実施例で示した数式（１）に示す電圧Ｖａｓまで上昇する。
【００４８】
その次に、スイッチ４２はオフとし、スイッチ４３をオンとすることで、コモン電圧線１０におよそ電圧Ｖａｓまで充電された状態から電源回路７にて駆動を開始する。なおこのときのコモン電圧線１０の電位の上昇の関数は第１の実施例で示した数式（２）と同じである。
【００４９】
このようにスイッチ４２〜４４、４９のオンとオフを制御することでコモン電圧線１０を介して液晶のコモン電極に与える第２のコモン電圧から第１のコモン電圧の切替動作を行うことができる。また、およそＶａｓまで低下した補助容量４５の電位については、スイッチ４４をオンとすることでアンプ回路１４により充電される。
【００５０】
さらに第１のコモン電圧から第２のコモン電圧（すなわちグランド）に切り替える動作については、スイッチ４３はオフとし、スイッチ４９をオンとすることで、コモン電圧線１０の電位は放電されグランド（第２のコモン電圧）電位となる。
【００５１】
以上のように液晶のコモン電極に対して第１および第２のコモン電圧を一定の周期で切り替えて駆動するコモン交流駆動法に対し、本発明第３の実施例の液晶表示装置では、液晶パネル４１上に補助容量４５とスイッチ４２〜４４、４９を低温ポリシリコンＴＦＴで実現することによりコモン交流駆動駆動法を実現することができる。
【００５２】
なお本発明第３の実施例を適用したときのコモン交流駆動の性能については、既に第１および第２の実施例で説明した通りであり、図６に示した特性と同様にアンプ回路１４の駆動能力はそのままに補助容量４５とスイッチ回路４２〜４４、４９を備えることで、コモン駆動能力を増大させることができる。さらにまた、補助容量４５は液晶負荷の充放電電力には影響しないため、本実施例を適用することによる消費電力の増加はない。さらにまた第３の実施例は、補助容量４５とともにスイッチ回路４２〜４４、４９を図７に示したようなＭＯＳ回路で構成したため、同一のガラス基板上に形成したポリシリコン液晶パネルが容易に実現でき、これら駆動回路を同じガラス上に形成することが可能となるため、部品点数を削減し大幅にコストダウンした液晶表示装置が実現できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置によると、コモン交流駆動法による表示品質が向上した液晶表示装置が実現でき、さらにコモン交流駆動法に必要なコモン駆動能力が増大したアンプ回路が容易に実現できる。さらにまた、ＭＯＳ回路で構成することで、アンプ回路自体を半導体チップに集積することも可能となる。
【００５４】
また本発明を液晶画素と同一のガラス基板上に形成できるポリシリコン液晶パネルに適用することで、部品点数を削減し大幅にコストダウンした液晶表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施例の液晶表示装置の構成図。
【図２】液晶パネル１１の詳細な構成図。
【図３】液晶パネル１１を駆動する駆動波形図。
【図４】コモンアンプ２６の詳細な構成図。
【図５】コモンアンプ２６の動作を説明するタイミングチャート。
【図６】第１の実施例による充電時間短縮効果を示すグラフ。
【図７】スイッチ回路とＭＯＳトランジスタ回路との関係図。
【図８】本発明第２の実施例のコモンアンプ２６の構成図。
【図９】第２の実施例のコモンアンプ２６の動作を説明するタイミングチャート。
【図１０】本発明第３の実施例の液晶表示装置の構成図。
【符号の説明】
１…表示データ、２…ドットクロック、３…水平同期信号、４…垂直同期信号、５…データドライバ、６…走査ドライバ、７…電源回路、８…階調電圧線、９…走査電圧線、１０…コモン電圧線、１１…液晶パネル、１２…液晶表示装置、１３…２４０×３２０画素の液晶、１４…アンプ回路、１５…補助容量、１６〜１９…スイッチ、２０〜２３…制御線、２４…第１のコモン電圧、２６…コモンアンプ回路、３０…第２のコモン電圧、３１…アンプ回路、３２…補助容量、３３〜３５…スイッチ、３６〜３８…制御線、４０…基準電圧線、４１…ポリシリコン液晶パネル、４２〜４４…スイッチ回路、４５…補助容量、４６〜４８…制御信号。

Claims

液晶パネルのコモン電極に与える第１および第２のコモン電圧を一定の周期で切り替えることで液晶を交流駆動する液晶表示装置において、
上記第１のコモン電圧を供給するコモン駆動アンプと、
上記コモン電極の電圧を上記第２のコモン電圧から上記第１のコモン電圧に切り替えるための電荷を蓄える補助容量と、
上記補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第１のスイッチ回路と、
上記コモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第２のスイッチ回路と、
上記コモン駆動アンプと上記補助容量の間を短絡もしくは開放する第３のスイッチ回路と、
上記コモン電極と上記第２のコモン電圧の電圧源との間を短絡もしくは開放する第４のスイッチ回路を備え、
上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を短路して、上記コモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記補助容量に電荷を蓄えると共に、上記液晶の電位を上記第２のコモン電圧とし、
上記第１のスイッチ回路を短路し、上記第３のスイッチ回路を開放し、上記第４のスイッチ回路を開放して、上記補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、
上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を短路して、上記コモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧を上記液晶に与える液晶表示装置。
液晶パネルのコモン電極に与える第１および第２のコモン電圧を一定の周期で切り替えることで液晶を交流駆動する液晶表示装置において、
上記第１のコモン電圧を供給する第１のコモン駆動アンプと、
上記第１のコモン駆動アンプが上記コモン電極に充電するための動作を補助する第１の補助容量と、
上記第１の補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは解放する第１のスイッチ回路と、
上記第１のコモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第２のスイッチ回路と、
上記第１のコモン駆動アンプと上記第１の補助容量との間を短絡もしくは開放する第３のスイッチ回路と、
上記第２のコモン電圧を供給する第２のコモン駆動アンプと、
上記第２のコモン駆動アンプが上記コモン電極から放電するための動作を補助する第２の補助容量と、
上記第２の補助容量と上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第４のスイッチ回路と、
上記第２のコモン駆動アンプと上記コモン電極の間を短絡もしくは開放する第５のスイッチ回路と、
上記第２のコモン駆動アンプと上記第２の補助容量との間を短絡もしくは開放する第６のスイッチ回路を備え、
上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を短路し、上記第６のスイッチ回路を開放して、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記第１の補助容量に電荷を蓄えると共に、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧を上記液晶に与え、
上記第１のスイッチ回路を短路し、上記第３のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を開放し、上記第６のスイッチ回路を短路して、上記第１の補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、
上記第１のスイッチ回路を開放し、上記第２のスイッチ回路を短路して、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧を上記液晶に与えると共に、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧に基づいて上記第２の補助容量に電荷を蓄え、
上記第２のスイッチ回路を開放し、上記第３のスイッチ回路を短路し、上記第４のスイッチ回路を短路し、上記第６のスイッチ回路を短路して、上記第２の補助容量に蓄えられた電荷に基づいて上記液晶を充電し、
上記第４のスイッチ回路を開放し、上記第５のスイッチ回路を短路して、上記第２のコモン駆動アンプから出力された上記第２のコモン電圧を上記液晶に与えると共に、上記第１のコモン駆動アンプから出力された上記第１のコモン電圧に基づいて上記第１の補助容量に電荷を蓄える液晶表示装置。
上記第１、第２、第３、第４、第５、第６のスイッチ回路は、それぞれＭＯＳトランジスタにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
上記第１、第２、第３、第４のスイッチ回路および上記補助容量は、画素を配置した液晶パネル上に形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
上記第１、第２、第３、第４、第５、第６のスイッチ回路および上記第１、第２の補助容量は、画素を配置した液晶パネル上に形成したことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。