JP2008065136A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素ごとにスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の技術に関する。 The present invention relates to a technique of an active matrix liquid crystal display device provided with a switch element, an auxiliary capacitor, and a pixel electrode for each pixel.
近年、交差するように配線された複数の信号線と複数の走査線によって区分けされた区画毎にスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の開発が盛んに行われている。 In recent years, active matrix liquid crystal display devices having a switch element, an auxiliary capacitor, and a pixel electrode for each section divided by a plurality of signal lines and a plurality of scanning lines wired so as to intersect each other have been actively developed. ing.
図18は、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置の構造を示す構造図である。対向するアレイ基板100と対向基板200との間には、液晶材料(図示せず)が保持されている。アレイ基板100の背面にはバックライト(図示せず)が配置されている。アレイ基板100には、液晶材料に遠い方から、偏光板29、ガラス基板6aが配置されている。対向基板200には、液晶材料に近い方から、対向電極24、カラーフィルター28、ガラス基板6b、偏光板29が配置されている。ガラス基板6aの上部には、複数の信号線Sと複数の走査線Gとがマトリクス状に配置されており、各信号線Sと各走査線Gとの各交差部には、MOS型の画素トランジスタSWと画素電極22とが配置されている。
FIG. 18 is a structural diagram showing the structure of an active matrix liquid crystal display device. A liquid crystal material (not shown) is held between the
次に、図18で示した液晶表示装置のガラス基板6aの上に形成された回路構成について説明する。図19は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の回路構成の一例を示す回路図である。画素トランジスタSWのソース電極は信号線Sに接続され、ゲート電極は走査線Gに接続され、さらにドレイン電極には補助容量21及び画素電極22が接続されている。画素電極22と対向電極24との間には、液晶容量23が挟持されている。ドレイン電極に接続されない補助容量21の他方の端子は電源配線Yに接続されている。画素トランジスタSW、補助容量21、画素電極22、液晶容量23、対向電極24は、液晶表示装置の画面部における画素を構成している。
Next, a circuit configuration formed on the glass substrate 6a of the liquid crystal display device shown in FIG. 18 will be described. FIG. 19 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of an active matrix liquid crystal display device. The source electrode of the pixel transistor SW is connected to the signal line S, the gate electrode is connected to the scanning line G, and the
続いて、図19で示した液晶表示装置の回路構成を有する液晶表示パネルの全体構成について説明する。図20は、液晶表示パネルの基本構成を示す回路図である。液晶表示パネルの表示部2には、n行の走査線G1〜Gnとm列の信号線S1〜Smとからなるn×mマトリクス配線の交点に、図19で説明した画素が並べられている。信号線S1〜Smは信号線駆動回路8に接続され、走査線G1〜Gnは走査線駆動回路9に接続され、電源配線Y1〜Ynは電源回路5に接続されている。
Next, the overall configuration of the liquid crystal display panel having the circuit configuration of the liquid crystal display device shown in FIG. 19 will be described. FIG. 20 is a circuit diagram showing a basic configuration of a liquid crystal display panel. In the
なお、信号線S1〜Sm、走査線G1〜Gn、電源配線Y1〜Yn、画素トランジスタSW、補助容量21、画素電極22は、図19で説明したように、絶縁性のガラス基板6aの上部に形成されている。信号線駆動回路8、走査線駆動回路9、電源回路5についても、同一のガラス基板6aの上部に配置されている。
Note that the signal lines S1 to Sm, the scanning lines G1 to Gn, the power supply lines Y1 to Yn, the pixel transistor SW, the
次に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の動作原理について、図18乃至図20を用いて説明する。n×mに配置されたドットマトリクス型の液晶表示の駆動は、信号線S1〜Smに同時に供給される画像データ信号を、走査線G1〜Gnに順次供給される走査線信号でサンプリングする線順次駆動により行われる。 Next, an operation principle of the active matrix liquid crystal display device will be described with reference to FIGS. The driving of the dot matrix type liquid crystal display arranged in n × m is a line sequential sampling in which the image data signals supplied simultaneously to the signal lines S1 to Sm are sampled by the scanning line signals sequentially supplied to the scanning lines G1 to Gn. This is done by driving.
走査線Gごとに一定の時間(T1〜Tn)を割り当てた場合、ある選択時間T1において、走査線G1に走査線信号が印加されると、走査線G1に配置されている全ての画素トランジスタSW11〜SW1mがオンとなり、スイッチが入った状態に変化する。この結果、信号線S1〜Smに伝達された画像データ信号は、画素トランジスタSW11〜SW1mを通して画素電極22に伝達されるとともに、補助容量21に供給される。補助容量21に画像データ信号が供給された時、補助容量21に接続された電源配線Y1の電位を変動させることで、補助容量21の電荷を再配分し、画素電極22に印加される電圧を決定する。このように画素電極22の電圧を定める方式は、容量結合駆動方式と呼ばれる。この種の液晶表示装置としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。その結果、画素電極22と対向電極24との間に電圧差が発生し、液晶容量23における液晶分子の配向が制御される。これにより、図18に示すバックライトの入射光の明るさが調整され、カラーフィルター28を介して画像データ信号に応じたカラー表示が可能となる。
When a certain time (T1 to Tn) is assigned to each scanning line G, when a scanning line signal is applied to the scanning line G1 at a certain selection time T1, all the pixel transistors SW11 arranged on the scanning line G1. ... SW1m is turned on and changes to a switched on state. As a result, the image data signal transmitted to the signal lines S1 to Sm is transmitted to the
次の選択時間T2において、走査線G1にある全ての画素トランジスタSW11〜SW1mはオフとなり、走査線G1によって選択されていた画素は信号線S1〜Smから電気的に切り離される。このとき、選択時間T1により表示された画像は、次に走査線信号が走査線G1に印加されるまで補助容量21により保持される。一方、走査線G2に配置されている全ての画素トランジスタSW21〜SW2mがオンとなり、画像データ信号は画素電極22に伝達されるとともに、補助容量21に供給される。以下、同様の動作が繰り返し行われることにより、1フレームの表示が行われる。
In the next selection time T2, all the pixel transistors SW11 to SW1m in the scanning line G1 are turned off, and the pixels selected by the scanning line G1 are electrically disconnected from the signal lines S1 to Sm. At this time, the image displayed by the selection time T1 is held by the
液晶表示装置の用途は多岐に渡るが、特に携帯端末向けの液晶表示装置では、高精細化、高輝度化のニーズが強く、写真等の画像を鮮明に表示するために液晶パネルの階調−輝度特性がばらつかないことが要求される。
しかしながら、上記の容量結合駆動方式の液晶表示装置では、補助容量を形成する膜の膜厚バラツキにより、画素トランジスタSWを介して印加される映像信号電圧の書き込みにバラツキが発生し、階調などの表示特性が劣化するという問題があった。 However, in the capacitive coupling drive type liquid crystal display device described above, variation in writing of the video signal voltage applied through the pixel transistor SW occurs due to variations in the film thickness of the film forming the auxiliary capacitance, and the gray level and the like. There was a problem that display characteristics deteriorated.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、液晶表示装置の表示特性の劣化を防止することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to prevent deterioration of display characteristics of a liquid crystal display device.
第1の本発明に係る液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線によって区分けされた区画毎にスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えた表示部と、前記補助容量と同様の層構造の検出用容量を備えた第1発振機と、前記第1発振機から出力された周波数をカウントする第1周波数カウンタと、カウントされた前記周波数を記憶する第1レジスタと、予め定めておいた前記第1発振機から出力される周波数と前記補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて、記憶された前記周波数を当該調整値に変換する変換器と、変換された前記調整値に基づいて、前記補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整する調整器と、を有することを特徴とする。 A liquid crystal display device according to a first aspect of the present invention includes a display unit including a switch element, an auxiliary capacitor, and a pixel electrode for each section divided by a plurality of scanning lines and a plurality of signal lines, and a layer similar to the auxiliary capacitor A first oscillator having a structure detection capacity; a first frequency counter for counting the frequency output from the first oscillator; a first register for storing the counted frequency; A converter for converting the stored frequency into the adjustment value based on the relationship between the frequency output from the first oscillator and the adjustment value of the potential amplitude of the auxiliary capacitor; and the converted adjustment value And an adjuster for adjusting the potential amplitude of the power supply wiring connected to the auxiliary capacitor.
本発明にあっては、補助容量と同様の層構造の検出用容量を備えた第1発振機から出力された周波数を検出し、この周波数に基づいて補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整することで、第1発振機の周波数のバラツキが補助容量の膜厚のバラツキに対応することから、簡易な構成で膜厚バラツキに起因する階調ずれを防止でき、安定した階調−輝度特性を得ることができる。 In the present invention, the frequency output from the first oscillator having the detection capacitor having the same layer structure as the auxiliary capacitor is detected, and the potential amplitude of the power supply wiring connected to the auxiliary capacitor is detected based on this frequency. By adjusting the frequency, the variation in the frequency of the first oscillator corresponds to the variation in the film thickness of the auxiliary capacitor. Therefore, the gradation shift due to the film thickness variation can be prevented with a simple configuration, and the stable gradation- Luminance characteristics can be obtained.
第2の本発明に係る液晶表示装置は、前記第1発振機が、前記検出用容量を持つ薄膜トランジスタで構成されたインバータがループ状に奇数段縦続接続された回路であることを特徴とする。 The liquid crystal display device according to a second aspect of the present invention is characterized in that the first oscillator is a circuit in which an inverter composed of a thin film transistor having the detection capacitor is cascaded in an odd number of stages.
第3の本発明に係る液晶表示装置は、前記インバータの出力端子と当該インバータの次段に接続されたインバータの入力端子との間に抵抗を接続し、当該インバータの入力端子と電源線との間に前記検出用容量を更に備えることを特徴とする。 In the liquid crystal display device according to the third aspect of the present invention, a resistor is connected between the output terminal of the inverter and the input terminal of the inverter connected to the next stage of the inverter, and the input terminal of the inverter and the power supply line are connected. The detection capacitor is further provided in between.
第4の本発明に係る液晶表示装置は、前記検出用容量を持つ薄膜トランジスタで構成されたインバータがループ状に奇数段縦続接続され、当該インバータの出力端子と当該インバータの次段に接続されたインバータの入力端子との間に抵抗を接続し、当該インバータの入力端子と電源線との間に前記検出用容量とは異なる構造の参照用容量を備えた第2発振機と、当該第2発振機から出力された周波数をカウントする第2周波数カウンタと、当該第2周波数カウンタによりカウントされた周波数を記憶する第2レジスタと、前記第1レジスタと当該第2レジスタとに記憶された周波数の差分を計算する差分計算器と、を更に有し、前記変換器は、予め定めておいた前記第1発振機及び前記第2発振機から出力された周波数の差分と前記補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて、当該差分計算器により計算された差分周波数を当該調整値に変換することを特徴とする。 In a liquid crystal display device according to a fourth aspect of the present invention, an inverter composed of thin film transistors having the detection capacitance is connected in an odd number of stages in a loop, and the inverter is connected to the output terminal of the inverter and the next stage of the inverter A second oscillator having a reference capacitor having a structure different from that of the detection capacitor between the input terminal of the inverter and a power supply line, and the second oscillator A second frequency counter that counts the frequency output from the second frequency counter, a second register that stores the frequency counted by the second frequency counter, and a difference between the frequencies stored in the first register and the second register. A difference calculator for calculating, and the converter includes a predetermined difference between the frequency output from the first oscillator and the second oscillator and the auxiliary capacity. Based on the relationship between the adjustment value of the potential amplitude, and converting the difference frequency calculated by the difference calculator to the adjustment value.
本発明にあっては、予め定めておいた第1発振機及び第2発振機から出力された周波数の差分と補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて、補助容量と同様の層構造の検出用容量を備えた第1発振機と検出用容量とは異なる構造の参照用容量を備えた第2発振機とから出力された周波数の差分を調整値に変換するので、第1発振機を構成する薄膜トランジスタの薄膜トランジスタ特性や他の寄生容量の影響を排除した周波数を用いて補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整でき、より安定した階調−輝度特性を得ることができる。 In the present invention, the same layer as that of the auxiliary capacitor based on the relationship between the frequency difference output from the first and second oscillators determined in advance and the adjustment value of the potential amplitude of the auxiliary capacitor. Since the difference between the frequencies output from the first oscillator having the detection capacitor having the structure and the second oscillator having the reference capacitor having a structure different from the detection capacitor is converted into an adjustment value, the first oscillation is performed. The potential amplitude of the power supply wiring connected to the auxiliary capacitor can be adjusted by using the frequency excluding the influence of the thin film transistor characteristics of the thin film transistor and other parasitic capacitances, and more stable gradation-luminance characteristics can be obtained. .
第5の本発明に係る液晶表示装置は、前記検出用容量が、1E19atoms/cm3〜1E22atoms/cm3に設定された濃度の不純物をチャネル部に含有すること特徴とする。 The liquid crystal display device according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the detection capacitor contains an impurity having a concentration set to 1E19 atoms / cm 3 to 1E22 atoms / cm 3 in the channel portion.
本発明にあっては、1E19atoms/cm3〜1E22atoms/cm3に設定された濃度の不純物を検出用容量のチャネル部に含有するので、第1発振機又は/及び第2発振機の動作を安定にすることができる。 In the present invention, since the impurity having a concentration set to 1E19 atoms / cm 3 to 1E22 atoms / cm 3 is contained in the channel portion of the detection capacitor, the operation of the first oscillator and / or the second oscillator is stabilized. Can be.
本発明によれば、補助容量を形成する膜の膜圧バラツキに起因する階調ずれを防止し、安定した階調−輝度特性を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to prevent gradation shift due to film pressure variation of the film forming the auxiliary capacitor, and to obtain stable gradation-luminance characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態における液晶表示装置の概略的な構成を示す構成図である。アレイ基板100は、透光性基板上に表示部2、補助容量検出回路3、補助容量電圧調整回路4、電源回路5が形成されたものである。透光性基板上に形成することを可能とするため、各回路におけるトランジスタには、薄膜トランジスタ(TFT)が採用される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the liquid crystal display device according to the first embodiment. The
表示部2では、複数の走査線Gと複数の信号線Sとが交差するように配線され、走査線G及び信号線Sで区分けされた区画毎に画素を備える。各画素は、スイッチ素子SW、補助容量21、画素電極22、液晶容量23、対向電極24を備える。スイッチ素子SWは、ここではMOS型の薄膜トランジスタとする。スイッチ素子SWのゲート電極は、走査線Gに接続され、ソース電極は、信号線Sに接続され、ドレイン電極は補助容量21及び画素電極22に接続される。補助容量21の他方の端子には、電源配線Yが接続される。本液晶表示装置は、対向電極24を備える対向基板が、液晶層を挟んでアレイ基板100に対向配置され、アレイ基板100における画素電極22と対向基板における対向電極24とは液晶容量23を挟んで相対するように配置される。
In the
次に、スイッチ素子SWを構成するMOS型薄膜トランジスタと補助容量21との層構造について簡単に説明する。図2は、nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbと補助容量21との層構造を示す断面図である。nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbと補助容量21とは、同じ厚さのゲート絶縁膜71を有する層構造を備えており、具体的には、ガラス基板6a及びアンダーコート7の上に、ポリシリコン(p−Si)から成るチャネル70、ゲート絶縁膜71、ゲート電極72、層間絶縁膜73、ソースドレイン電極74を備える。ゲート絶縁膜71は、nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbと補助容量21とにおける電荷を蓄える誘電体としてのゲート酸化膜容量として機能する。
Next, the layer structure of the MOS thin film transistor and the
また、各チャネル70には、リン又はボロンの不純物が含有されている。nMOS型薄膜トランジスタSWaの場合、ソースドレイン電極74に接触する部分には高濃度のリンが含有され、その内側には低濃度のリンが含有されている。また、pMOS型薄膜トランジスタSWbの場合は、ソースドレイン電極74に接触する部分に高濃度のボロンが含有されている。そして、補助容量21の場合には、チャネル70の全領域に高濃度のリンが含有されている。
Each
図3は、チャネル70に含有された不純物の濃度が異なる場合の電圧とゲート酸化膜容量との関係を示すグラフである。不純物濃度が低い場合、ゲート酸化膜容量は電圧の変化に大きく依存するので、nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbと補助容量21との動作は不安定となり、液晶表示装置の動作に影響を及ぼす。一方、不純物濃度が高い場合には、電圧の変化に対するゲート酸化膜容量は一定なので、電圧依存性は非常に低い。故に、1E19atoms/cm3〜1E22atoms/cm3に設定された高濃度の不純物を含有することで、nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbと補助容量21との動作を安定にすることが可能となる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the voltage and the gate oxide film capacitance when the concentrations of impurities contained in the
次に、走査線G及び信号線Sが駆動したときの画素の動作について図4の波形図を用いて説明する。図4においては、信号線Sにおける映像信号電圧をVs、走査線Gにおける走査線信号電圧をVg、補助容量21の電圧をVcs、対向電極24の電圧をVcomで示している。ここでは、対向電極24の電圧Vcomは一定とする。
Next, the operation of the pixel when the scanning line G and the signal line S are driven will be described with reference to the waveform diagram of FIG. In FIG. 4, the video signal voltage on the signal line S is indicated by Vs, the scanning line signal voltage on the scanning line G is indicated by Vg, the voltage of the
第1のタイミングで走査信号電圧Vgが一時的にハイレベルになると、そのときの映像信号電圧Vsが補助容量21に印加され、映像信号電圧Vsと電源配線Yの電圧とにより補助容量電圧Vcsが決定される。同図では補助容量電圧Vcsが上昇した状態を示す。そして、第2のタイミングで、走査信号電圧Vgが一時的にハイレベルになると、そのときの映像信号電圧Vsが補助容量21に印加され、やはり映像信号電圧Vsと電源配線Yの電圧とにより補助容量電圧Vcsが決定される。同図では補助容量電圧Vcsが下降した状態を示す。このように、補助容量21の電圧Vcsは、映像信号電圧Vs及び電源配線Yの電圧に応じた振幅ΔVcsをもつ。
When the scanning signal voltage Vg temporarily becomes high level at the first timing, the video signal voltage Vs at that time is applied to the
続いて図1の説明に戻る。補助容量検出回路3は、発振機31、周波数カウンタ32、レジスタ33を備える。発振機31から出力された周波数は、周波数カウンタ32でカウントされ、レジスタ33に一旦記憶された後、補助容量電圧調整回路4に伝達される。
Next, the description returns to FIG. The auxiliary capacitance detection circuit 3 includes an
図5は、本実施の形態における発振機31の回路構成を示す回路図である。発振機31は、補助容量21と同様の層構造の検出用容量を備えたMOS型薄膜トランジスタで構成され、具体的には、図2で示したnMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbを直列接続したインバータを、ループ状に5段縦続接続したリングオシレータ回路で構成される。入出力間をループさせると、各インバータの入力端子に入力された論理値を反転した論理値がその入力端子に戻るので、入力の反転が際限なく繰り返され、発振機として動作する。また、全てのnMOS型薄膜トランジスタSWaのソース電極は電源VSSに接続され、全てのpMOS型薄膜トランジスタSWbのソース電極は電源VSSとは異なる電流電圧が供給される電源VDDに接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the
リングオシレータ回路で構成された発振機31の周波数fは、インバータの遅延時間τpd、インバータ数Nを用いて、次式によって定まる。
The frequency f of the
f=1/(2×τpd×N) (1)
また、遅延時間τpdは、nMOS型薄膜トランジスタの飽和電流Ion(nch)、pMOS型薄膜トランジスタの飽和電流Ion(pch)を用いて、次式によって定まる。尚、kは係数である。
f = 1 / (2 × τpd × N) (1)
The delay time τpd is determined by the following equation using the saturation current Ion (nch) of the nMOS type thin film transistor and the saturation current Ion (pch) of the pMOS type thin film transistor. Note that k is a coefficient.
τpd=k×(1/Ion(nch)+1/Ion(pch)) (2)
更に、MOS型トランジスタの飽和電流Ionは、キャリア移動度μ、ゲート幅W、ゲート長L、単位面積あたりのゲート酸化膜容量C、ゲート電圧Vgs、閾値電圧Vthを用いて、次式によって定まる。
τpd = k × (1 / Ion (nch) + 1 / Ion (pch)) (2)
Further, the saturation current Ion of the MOS transistor is determined by the following equation using the carrier mobility μ, the gate width W, the gate length L, the gate oxide film capacitance C per unit area, the gate voltage Vgs, and the threshold voltage Vth.
Ion=(1/2)×μ×C(W/L)×(Vgs−Vth)2 (3)
式(3)において、ゲート電圧Vgs及び閾値電圧Vthは固定値なので、式(1)〜式(3)の関係から、周波数fはゲート酸化膜容量Cに比例する。図6は、本実施の形態における発振機31から出力された周波数fとゲート酸化膜容量Cとの関係を示すグラフである。このように、周波数を求めるのは、補助容量21の膜厚バラツキが、発振機31から出力される周波数のバラツキに対応するからである。即ち、発振機31から出力された周波数のバラツキは、図6に示すようにゲート酸化膜容量のバラツキに対応する。発振機31は、補助容量21と同様の層構造の検出用容量を備えたnMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbを用いて構成されるので、発振機31から出力された周波数のバラツキは、補助容量21のゲート酸化膜容量のバラツキに対応し、結果として、補助容量21におけるゲート絶縁膜71の膜厚バラツキにも対応する。
Ion = (1/2) × μ × C (W / L) × (Vgs−Vth) 2 (3)
In Expression (3), since the gate voltage Vgs and the threshold voltage Vth are fixed values, the frequency f is proportional to the gate oxide film capacitance C from the relationship of Expression (1) to Expression (3). FIG. 6 is a graph showing the relationship between the frequency f output from the
図1に戻り、補助容量電圧調整回路4について説明する。補助容量電圧調整回路4は、変換器41、デジタルアナログ変換器42、増幅器43、調整器44で構成され、補助容量検出回路3から出力された周波数に基づいて、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整する。その調整方法について次に説明する。
Returning to FIG. 1, the auxiliary capacitance
図7は、階調−輝度特性を示すグラフである。同図では、理想的な特性を基準ラインL1で示している。補助容量検出回路3によって検出した周波数が高い場合には、補助容量電圧Vcsが反転するときの電位変動ΔVが大きくなるので、電圧無印加時に光が透過するように偏光板を直交させて配置したノーマリーホワイトモードの場合には、図7の曲線L2に示すように、輝度が低くなる方向にシフトする。これは、電位変動ΔVが次式によって定まるためである。 FIG. 7 is a graph showing the gradation-luminance characteristics. In the figure, the ideal characteristic is indicated by a reference line L1. When the frequency detected by the auxiliary capacitance detection circuit 3 is high, the potential fluctuation ΔV when the auxiliary capacitance voltage Vcs is inverted increases, so that the polarizing plates are arranged orthogonally so that light is transmitted when no voltage is applied. In the case of the normally white mode, as shown by a curve L2 in FIG. This is because the potential fluctuation ΔV is determined by the following equation.
ΔV=ΔVcs×Ccs/Ctotal (4)
ここで、Ctotalは、補助容量Ccs、液晶容量(液晶層の容量)Ccl、薄膜トランジスタの寄生容量Ctftを含む総容量であり、次式で示される。
ΔV = ΔVcs × Ccs / Ctotal (4)
Here, Ctotal is a total capacity including an auxiliary capacity Ccs, a liquid crystal capacity (capacitance of the liquid crystal layer) Ccl, and a parasitic capacity Ctft of the thin film transistor, and is expressed by the following equation.
Ctotal=Ccs+Ccl+Ctft+・・・ (5)
式(4)のように電位変動ΔVが定まるため、補助容量検出回路3によって検出された周波数が高い場合、図6に示すように容量Ccsも比例して大きくなるので、補助容量電圧調整回路4は、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅ΔVcsを小さくなる方向に調整することで輝度を高くする。また、検出された周波数が低い場合には、図7の曲線L3に示すように輝度が高くなる方向にシフトするので、電位振幅ΔVcsを大きくなる方向に調整することで輝度を低くする。
Ctotal = Ccs + Ccl + Ctft + (5)
Since the potential fluctuation ΔV is determined as shown in Equation (4), when the frequency detected by the auxiliary capacitance detection circuit 3 is high, the capacitance Ccs also increases proportionally as shown in FIG. Increases the luminance by adjusting the potential amplitude ΔVcs of the power supply wiring Y connected to the
図8は、補助容量検出回路3により検出された発振機31の周波数fと補助容量21の電位振幅ΔVcsの調整値との関係を示すグラフである。このような関係を変換テーブルに予め定めておき、補助容量電圧調整回路4は、この関係に基づいて調整を行うようにする。変換器41は、この変換テーブルに基づいてレジスタ33に記憶された周波数を電位振幅ΔVcsに変換する。変換された電位振幅ΔVcsは、デジタルアナログ変換器42によりアナログ信号に変換された後、増幅器43により所定の倍率に増幅されて調整器44に伝達される。調整器44は、変換されたアナログ信号の電位振幅ΔVcsに基づいて、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整する。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the frequency f of the
尚、電位振幅ΔVcsの調整値を用いて電源配線Yの電位振幅を調整する方法は、これに限られるものではない。例えば、増幅器43により増幅された後に、デジタルアナログ変換器42でアナログ信号に変換することも可能である。増幅器43を介さずに、デジタルアナログ変換器42により変換されたアナログ信号を調整器44に伝達することも可能である。また、調整器44は、調整値を電位振幅に加算するのみではなく、減算,乗算,除算などを用いることも可能である。
Note that the method of adjusting the potential amplitude of the power supply wiring Y using the adjustment value of the potential amplitude ΔVcs is not limited to this. For example, after being amplified by the
本実施の形態によれば、補助容量21と同様の層構造の検出用容量を備えたnMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbで構成された発振機31から出力される周波数を検出し、この周波数に基づいて補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整することで、発振機31の周波数のバラツキが補助容量21の膜厚のバラツキに対応することから、簡易な構成で膜厚バラツキに起因する階調ずれを防止でき、安定した階調−輝度特性を得ることができる。
According to the present embodiment, the frequency output from the
本実施の形態によれば、補助容量電圧調整回路4は、予め定めておいた発振機31から出力された周波数と補助容量21の電位振幅ΔVcsの調整値との関係に基づいて、電位振幅ΔVcsの調整を行うことで、補助容量電圧調整回路4を簡易な構成で実現できるとともに正確な調整を実現できる。
According to the present embodiment, the auxiliary capacitance
本実施の形態によれば、nMOS型薄膜トランジスタSWa及びpMOS型薄膜トランジスタSWbのチャネル部に、1E19atoms/cm3〜1E22atoms/cm3に設定された濃度の不純物を含有するので、発振機31の動作を安定にすることができる。
〔変形例〕
According to the present embodiment, the channel portion of the nMOS type thin film transistor SWa and the pMOS type thin film transistor SWb contains the impurity having a concentration set to 1E19 atoms / cm 3 to 1E22 atoms / cm 3 , so that the operation of the
[Modification]
図9は、発振機31の回路構成の変形例を示す回路図である。本変形例における発振機31は、上記にて説明したインバータの出力端子と次段に接続されたインバータの入力端子との間に抵抗25を更に接続し、インバータの入力端子と電源VSSとの間に補助容量21と同様の層構造の検出用容量26を更に備える。図10は、検出用容量26の構成を示す構成図である。検出用容量26は、ゲート電極72と高濃度不純物が含有されたポリシリコンとの間に、ゲート絶縁膜71を挟持している。高濃度不純物を含有する場合の効果については、上記にて説明した効果と同様である。尚、このポリシリコンは、図2で示す補助容量21のチャネル70に相当する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a modification of the circuit configuration of the
図9に戻り、抵抗25と検出用容量26との積から成る遅延時間τrcがインバータ単体の遅延時間τpdよりも十分に大きい場合、発振機31の周波数は、遅延時間τrc、インバータ数Nを用いて、次式によって定まる。
Returning to FIG. 9, when the delay time τrc formed by the product of the resistor 25 and the detection capacitor 26 is sufficiently larger than the delay time τpd of the inverter alone, the frequency of the
f=1/(2×τrc×N) (6)
ここで、遅延時間τrcは、検出用容量26のゲート絶縁膜71の膜厚に比例するので、式(6)より、周波数fは検出用容量26のゲート酸化膜容量Cに反比例する。図11は、本変形例の発振機31から出力された周波数fとゲート酸化膜容量Cとの関係を示すグラフである。上記にて説明したように、補助容量21の膜厚バラツキは発振機31から出力された周波数のバラツキに対応するので、図12に示す本変形例の発振機31を備えた補助容量検出回路3により検出された周波数fと補助容量21の電位振幅ΔVcsの調整値との関係を予め変換テーブルに定めておくことで、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整することが可能になる。
f = 1 / (2 × τrc × N) (6)
Here, since the delay time τrc is proportional to the film thickness of the gate insulating film 71 of the detection capacitor 26, the frequency f is inversely proportional to the gate oxide film capacitance C of the detection capacitor 26 from Equation (6). FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency f output from the
具体的には、補助容量検出回路3によって検出された周波数が高い場合、図11に示すように容量Ccsが小さくなるので、補助容量電圧調整回路4は、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅ΔVcsを大きくなる方向に調整することで輝度を低くする。また、検出された周波数が低い場合には、図7の曲線L2に示すように輝度が低くなる方向にシフトするので、電位振幅ΔVcsを小さくなる方向に調整することで輝度を高くする。
Specifically, when the frequency detected by the auxiliary capacitance detection circuit 3 is high, the capacitance Ccs decreases as shown in FIG. 11, so that the auxiliary capacitance
その他の構成及び動作については、先に説明した構成及び動作と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。 The other configurations and operations are the same as the configurations and operations described above, and thus a duplicate description is omitted here.
本変形例によれば、補助容量21と同様の層構造の検出用容量26を備えた発振機31から出力される周波数を検出し、この周波数に基づいて補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整することで、発振機31の周波数のバラツキが補助容量21の膜厚のバラツキに対応することから、簡易な構成で膜厚バラツキに起因する階調ずれを防止でき、安定した階調−輝度特性を得ることができる。
According to this modification, the frequency output from the
本変形例によれば、上記にて説明した効果と同様に、補助容量電圧調整回路4を簡易な構成で実現できるとともに正確な調整を実現できる。
According to this modification, as with the effect described above, the auxiliary capacitance
本変形例によれば、検出用容量26のポリシリコンに、1E19atoms/cm3〜1E22atoms/cm3に設定された濃度の不純物を含有するので、発振機31の動作を安定にすることができる。
According to this modification, the polysilicon of the detection capacitor 26 contains impurities having a concentration set to 1E19 atoms / cm 3 to 1E22 atoms / cm 3 , so that the operation of the
[第2の実施の形態]
図13は、第2の実施の形態における液晶表示装置の概略的な構成を示す構成図である。本実施の形態における補助容量検出回路3は、第2発振機31’、第2周波数カウンタ32’、第2レジスタ33’、差分計算器34を更に備える。その他の構成は、第1の実施の形態と同様の構成なので、ここでは重複した説明は省略する。尚、本実施の形態では、第1の実施の形態における、図9を用いて説明した変形後の発振機31、周波数カウンタ32、レジスタ33のそれぞれを、第1発振機31、第1周波数カウンタ32、第1レジスタ33とする。
[Second Embodiment]
FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the liquid crystal display device according to the second embodiment. The auxiliary capacitance detection circuit 3 in the present embodiment further includes a
図14は、第2発振機31’の回路構成を示す回路図である。本実施の形態における第2発振機31’の構成は、第1発振機31の構成と基本的には同じ構成であるが、インバータの入力端子と電源VSSとの間に、検出用容量26とは異なる構造の参照用容量27を備える。図15及び図16は、参照用容量27の構成の一例を示す構成図である。図15で示す参照用容量27は、ゲート電極72の間に層間絶縁膜73が挟持され、図16で示す参照用容量27は、ゲート電極72とソースドレイン電極74との間に層間絶縁膜73が挟持されている。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the second oscillator 31 '. The configuration of the
第1の実施の形態で説明したように、補助容量21の膜厚バラツキは第1発振機31から出力された周波数のバラツキに対応する。しかしながら、第1発振機31から出力された周波数には、第1発振機31を構成するMOS型薄膜トランジスタの薄膜トランジスタ特性や他の寄生容量の影響も含まれている。そこで、補助容量検出回路3は、検出用容量26とは異なる構造の参照用容量27を備えた第2発信機31’を用い、第2発信機31’から出力された周波数を第2周波数カウンタ32’でカウントし、第2レジスタ33’に一旦記憶した後、差分計算器34により、第1発振機31と第2発振機31’とから出力される周波数の差分を計算することで、薄膜トランジスタ特性等の影響を排除する。
As described in the first embodiment, the film thickness variation of the
補助容量電圧調整回路4は、図17に示す補助容量検出回路3から検出された差分周波数Δfと補助容量21の電位振幅ΔVcsの調整値との関係を予め変換テーブルに定めておくことで、補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整する。具体的な電源配線Yの電位振幅の調整方法は、第1の実施の形態における変形例で説明した調整方法と同様なので、ここでは重複した説明は省略する。
The auxiliary capacitance
また、その他の構成の動作についても、第1の実施の形態で説明した動作と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。 Further, the operation of the other configuration is the same as the operation described in the first embodiment, and therefore, a duplicate description is omitted here.
尚、参照用容量27を要素する絶縁膜は、層間絶縁膜73に限られるものではなく、既知の周波数を持つ他の絶縁膜を利用することも可能である。 The insulating film that constitutes the reference capacitor 27 is not limited to the interlayer insulating film 73, and other insulating films having a known frequency may be used.
本実施の形態によれば、予め定めておいた第1発振機31及び第2発振機31’から出力された周波数の差分と補助容量21の電位振幅の調整値との関係に基づいて、補助容量21と同様の層構造の検出用容量26を備えた第1発振機31と検出用容量26とは異なる構造の層間絶縁膜73で構成された参照用容量27で構成された第2発振機31’とから出力された周波数の差分を調整値に変換するので、発振機を構成するMOS型薄膜トランジスタの薄膜トランジスタ特性や他の寄生容量の影響を排除した周波数を用いて補助容量21に接続された電源配線Yの電位振幅を調整でき、より安定した階調−輝度特性を得ることができる。
According to the present embodiment, the auxiliary frequency is determined based on the relationship between the predetermined frequency difference output from the
本実施の形態によれば、予め定めておいた第1発振機31及び第2発振機31’から出力された周波数の差分と補助容量21の電位振幅の調整値との関係に基づいて、電位振幅ΔVcsの調整を行うことで、補助容量電圧調整回路4を簡易な構成で実現できるとともに正確な調整を実現できる。
According to the present embodiment, the potential is determined based on the relationship between the predetermined frequency difference output from the
C…ゲート酸化膜容量
G,G1〜Gn…走査線
L1…基準ライン
L2,L3…曲線
S,S1〜Sm…信号線
SW,SW11〜SWnm…画素トランジスタ、スイッチ素子
SWa…nMOS型薄膜トランジスタ
SWb…pMOS型薄膜トランジスタ
VDD,VSS…電源
Y,Y1〜Yn…電源配線
f…周波数
1…アレイ基板
2…表示部
3…補助容量検出回路
4…補助容量電圧調整回路
5…電源回路
6,6a,6b…ガラス基板
7…アンダーコート層
8…信号線駆動回路
9…走査線駆動回路
21…補助容量
22…画素電極
23…液晶容量
24…対向電極
25…抵抗
26…検出用容量
27…参照用容量
28…カラーフィルター
29…偏光板
31…発振機,第1発振機
31’…第2発振機
32…周波数カウンタ,第1周波数カウンタ
32’…第2周波数カウンタ
33…レジスタ,第1レジスタ
33’…第2レジスタ
34…差分計算器
41…変換テーブル
42…デジタルアナログ変換器
43…増幅器
44…加算器
70…チャネル
71…ゲート絶縁膜
72…ゲート電極
73…層間絶縁膜
74…ソースドレイン電極
100…アレイ基板
200…対向基板
C: Gate oxide film capacitance G, G1-Gn: Scan line L1: Reference line L2, L3 ... Curve S, S1-Sm ... Signal line SW, SW11-SWnm ... Pixel transistor, switch element SWa ... nMOS type thin film transistor SWb ... pMOS Type thin film transistor VDD, VSS: power supply Y, Y1 to Yn ... power supply wiring f ...
Claims (5)
前記補助容量と同様の層構造の検出用容量を備えた第1発振機と、
前記第1発振機から出力された周波数をカウントする第1周波数カウンタと、
カウントされた前記周波数を記憶する第1レジスタと、
予め定めておいた前記第1発振機から出力される周波数と前記補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて、記憶された前記周波数を当該調整値に変換する変換器と、
変換された前記調整値に基づいて、前記補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整する調整器と、
を有することを特徴とする液晶表示装置。 A display unit including a switch element, an auxiliary capacitor, and a pixel electrode for each section divided by a plurality of scanning lines and a plurality of signal lines;
A first oscillator including a detection capacitor having a layer structure similar to the auxiliary capacitor;
A first frequency counter for counting the frequency output from the first oscillator;
A first register for storing the counted frequency;
A converter that converts the stored frequency into the adjustment value based on a predetermined relationship between the frequency output from the first oscillator and the adjustment value of the potential amplitude of the auxiliary capacitor;
A regulator that adjusts the potential amplitude of the power supply wiring connected to the auxiliary capacitor, based on the converted adjustment value;
A liquid crystal display device comprising:
当該第2発振機から出力された周波数をカウントする第2周波数カウンタと、
当該第2周波数カウンタによりカウントされた周波数を記憶する第2レジスタと、
前記第1レジスタと当該第2レジスタとに記憶された周波数の差分を計算する差分計算器と、を更に有し、
前記変換器は、予め定めておいた前記第1発振機及び前記第2発振機から出力された周波数の差分と前記補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて、当該差分計算器により計算された差分周波数を当該調整値に変換することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。 An inverter composed of thin film transistors having the detection capacitance is connected in an odd number of stages in a loop, and a resistor is connected between the output terminal of the inverter and the input terminal of the inverter connected to the next stage of the inverter, A second oscillator having a reference capacitor having a structure different from that of the detection capacitor between the input terminal of the inverter and a power line;
A second frequency counter that counts the frequency output from the second oscillator;
A second register for storing the frequency counted by the second frequency counter;
A difference calculator for calculating a difference between the frequencies stored in the first register and the second register;
The converter uses a difference calculator based on a predetermined relationship between the frequency difference output from the first oscillator and the second oscillator and the adjustment value of the potential amplitude of the auxiliary capacitor. 4. The liquid crystal display device according to claim 3, wherein the calculated difference frequency is converted into the adjustment value.
Priority Applications (4)
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