专利名称：有源矩阵型液晶显示系统及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种有源矩阵型液晶显示系统及其驱动方法，该系统诸如用于个人计算机的显示单元。
目前，有源矩阵型(薄膜晶体管型)液晶显示系统广泛应用于各种领域，但需要在多级灰度(全色)方面加以改进。
作为液晶显示系统的一种显示类型，有所谓的扭转向列显示型式(以下称为“垂直电场型”)，其中液晶充填在相互面对面的两块基片之间，每块基片的相对表面上含有扁平显示电极，大致垂直于基片表面的电场被施加到液晶用于驱动。此类液晶显示系统已经在市场上有售了。
另一方面，例如第63-21907(1988)号日本专利推荐了另一种不同的新型式，其中用以将电场加到液晶上的一对电极做在同一块基片上，通过以几乎平行于基片表面的方向将电场加到液晶上而驱动液晶(以下称为“平行电场型”)。
为了在一种薄膜晶体管型液晶显示系统中产生多级灰度显示，用以将图像信号加到信号电极的电路的电压输出，即信号驱动器集成电路(IC)需要具有与多级灰度数量相应的多级输出值。例如在产生16级灰度的情况下，信号驱动器IC要求能提供16×2(由于液晶需要用交流电流驱动，每一灰度需要正、负二元数值)＝32个输出电压值。为了能提供足够的电流，信号驱动器IC的每个输出级都有运算放大器，因此在上述情况下必须提供32个运算放大器。输出级的运算放大器做得越小，信号驱动器IC的体积也由此可以做得越小，而最大耗电的绝对值也越低。由于信号驱动器IC的生产率可以得到改进，且显示系统的外形尺寸因信号驱动器IC尺寸的减小而可以做得很小，用作信号电压的最大输出电压也由此可以减小。
另一方面，在平行电场型式中，用做在同一基片上的一对非透明线状电极将电压加到液晶层，而在上述垂直电场型式中，则用相互面对面的一对透明扁平状电极将电压加到液晶层。因此，在平行电场型式中，开度比变小了。在此情况下，由于两电极之间的距离不能很小，故与垂直电场型式相比，平行电场型式的两电极之间的距离较大，其电场强度更弱。因此，为了产生同样幅度的电场强度，前者比起后者需要将更高的电压加在各电极之间。
本发明的目的在于提供一种采用平行电场型式的有源矩阵型液晶显示系统及其驱动方法，其中，显示系统可用信号驱动电路实际上足以低的驱动电压操作。本发明的另一目的在于提供采用平行电场型式的有源矩阵型液晶显示系统及其驱动方法，其中不会发生串扰尤其是横向曳尾现象，且可以获得较高的图像质量。
为了实现上述目的，根据本发明的有源矩阵型液晶显示系统的结构如下(1)一种有源矩阵型液晶显示系统，其中液晶组合物插入于第一与第二基片之间，由按矩阵排列的多个扫描电极和多个信号电极构成多个像素部分，并在形成开关元件的每个像素部分设置了开关元件。
像素电极和连接到开关元件的反电极以这样一种方式设置，即电场平行于基片而施加，液晶组合物层内的液晶由施加在两电极之间的电压所驱动，保持液晶分子的主轴线平行于基片表面，本系统包括能获得液晶组合物的发亮状态以及具有定向状态的暗状态的元件结构以及极化装置，包括能熄灭其在扫描电极上多于两个非选择电压的扫描信号的驱动装置。
(2)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的反电极是同扫描电极、信号电极、像素电极分开设置的共用电极。
(3)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的反电极为邻近像素部分的一部分扫描电极。
(4)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中开关晶体管元件的阈值VTH与最大电压VON之间的关系满足以下等式VTH＞｜VON｜其中的VON为用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间的最大电压。
(5)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中开关晶体管元件的阈值VTH、最大电压VON以及最小电压VOFF之间的关系满足以下等式VTH＞(｜VON｜－｜VOFF｜)/2其中，VON为用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间的最大电压；VOFF为用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间的最小电压。
(6)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的开关晶体管元件按每行P型和n型特征交替的顺序直线排列。
(7)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中一个像素中形成至少两个开关晶体管元件，薄膜晶体管元件至少有一个源极或漏极连接到信号电极，薄膜晶体管元件至少有一个源极或漏极在电学上连接到紧接下一行的扫描电极。
(8)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中一个像素中形成至少两个开关晶体管元件，薄膜晶体管元件至少有一个源极或漏极连接到信号电极，薄膜晶体管元件至少有一个源极或漏极通过电容元件连接到紧接下一行的扫描电极。
(9)根据本发明另一特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的液晶组合物、擦亮方向、极化板的构成、基片之间的距离以及像素电极与反电极之间的距离，设置得使获得亮状态的电压与获得暗状态的电压之差低于5V。
(10)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的扫描信号输出至少两种非选择的电压值。
(11)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中通过改变扫描信号的非选择电压而改变像素电极的电压，该扫描信号主要通过扫描电极与像素电极之间的电容施加到扫描电极。
(12)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中施加到所有行中扫描电极的扫描信号，其非选择电压以同样的幅度、同样的周期和同样的相位发生变化。
(13)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中将每帧交替含有二元非选择电压值并在非选择周期保持在恒压的扫描信号施加到扫描电极，信号电极接收以这种方式发射的图像信号，即像素电极与反电极之间的电压按每行交替地呈不同的极性。
(14)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中将两种非选择电压值之间的电压差设置等于用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间的最大电压VON和最小电压VOFF之和。
(15)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中将两种非选择电压值之间的电压差设置等于用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间最大电压VON与最小电压VOFF之和的一半。
(16)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中施加到含P型开关晶体管元件的扫描电极的扫描信号中非选择电压的中点电压高于施加到含N型开关晶体管元件的扫描电极的扫描信号中非选择电压的中点电压，其电压差超出用以获得亮状态和暗状态的像素电极与反电极之间的最大电压VON。
(17)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中的反电极电压由扫描电极提供。
(18)根据本发明进一步特征的有源矩阵型液晶显示系统，其中由扫描电极提供的反电极电压根据图像信号电压的极性而改变。
以下将描述本发明的操作。
通过改变在非选择周期加到扫描电极的扫描信号中的非选择电压(OFF电压)，以及采用平行电场型式作为驱动型式，通过耦合于像素电极与扫描电极之间的电容改变像素电极中的电压完成本发明的以下操作，这种操作已由本发明的发明人作了披露。
(第一种操作)在平行电场型中，像素电极与共用电极之间的电容量CLC小于垂直电场型中的电容量，因为在垂直电场型中，像素电极和反电极形成一个平行板电容。因此，在平行电场型中，像素电极与扫描电极之间的电容CS相对大于像素与反电极之间的电容CLC，这样就能根据扫描电极中的电压变化，将一个足够的偏压施加到像素电极。由此可以减小像素电极与扫描电极之间所形成的电容元件CS所占用的空间与一个像素元件所占空间之比例，以此改善开度比。
(第二种操作)由于像素电极与反电极之间的电容CLC较小，扫描电极的负载容量变小，于是，用以将一调制电压加到扫描电极的驱动方法，其优点在于调制波形中的失真很小。由此减小了随图像改变的扫描电极中负载容量的比例，同时减小了扫描信号的非选择电压中波形畸变之比例。因此，可以均匀地施加调制电压，并可以抑制串扰(其中出现水平拖曳线的水平曳尾)的产生。
(第三种操作)在平行电场型式中，可以将相邻的扫描电极当作反电极。为此，由反电极主体部分所用的区域可以用作空隙部分以提高开度比。再者，这样减少了互连电极的交叉点数目，故减少了电极中的短路故障。
为了用交流电驱动液晶，图像信号以这样一种方式加到信号电极，即加到像素电极的电压波形相对于反电极成为交流波形。然而，有源矩阵型液晶显示系统中所用的典型有源元件，诸如非晶硅薄膜晶体管(a—SiTFT)、多晶硅薄膜晶体管(P—SiTFT)等等，具有这样一种特性，即漏电流在扫描电压几乎为0V时开始流动，也即阀值电压VTH几乎为0V。因此，当把扫描电压(截止电平)的非选择电压用作反电极电压时，上述的晶体管元件即使加上了负电压，也未能相对于反电极电压维持负电压。其原因在于扫描电压的截止电平处于比像素电极电压更高的电平，阀值电压VTH几乎为0V的晶体管元件进入导通状态，像素电极电压通过泄漏减低直至达到扫描电压的截止电平。因此，为了用交流电驱动液晶，需要单独提供一种反电极，把反电极电压设置得高于扫描电压的截止电平。通过利用高阀值电压的晶体管，就能用交流电驱动液晶，因为即使当扫描电极用作反电极，扫描电压的截止电平用作为反电极电压，像素电极也可以施加并相对于反电压保持一个负电压。本发明的特点在于，开关晶体管元件的阀值VTH超过了加到液晶上的最大电压VON，或超过了最大电压VON与最小电压VOFF之差值的半数。为此，即使将负电压加到液晶，像素电极电压也不会泄漏而可保持，并可用交流电和低压驱动液晶。
再者，构成的晶体管元件使之每隔一行表征P型或n型特性，这样，加到含P型开关晶体管元件的扫描电极上的扫描信号中非选择电压的中点电压，将高于加到含n型开关晶体管元件的扫描电极上的扫描信号中非选择电压的中点电压，该电压差超过像素电极与反电极之间为获得亮状态或暗状态所需的最大电压VON。为此，即使阀值电压VTH接近0V或低于0V，仍可用交流电和低压驱动液晶。
此外，一个像素中构成两个薄膜晶体管元件，图像信号电压由其中一个薄膜晶体管元件提供，反电极电压由另一个薄膜晶体管元件提供。为此，可以用交流电驱动液晶。再者，通过改变对应于图像信号电压极性的反电极电压，可以用低电压驱动液晶。
图1是根据本发明液晶显示系统第一个实施例的、沿图3中A—A′线的剖面图。
图2是表示实施例1中一个像素的结构的正视图，其中包括了相邻的像素。
图3是表示根据本发明的实施例1中一个像素结构的正视图。
图4是沿图3中B—B′线的剖面侧视图。
图5是沿图3中C—C′线的剖面侧视图。
图6是表示根据本发明的实施例1中一个显示系统的结构图。
图7表示根据本发明的实施例1中的驱动波形。
图8表示根据本发明的实施例2中的驱动波形。
图9是表示实施例3中一个像素结构的正视图，其中包含了相邻的像素。
图10是表示根据本发明的实施例3中一个像素结构的正视图。
图11是沿图10D—D′线的剖面侧视图。
图12是表示根据本发明的实施例3中一个显示系统的结构图。
图13表示根据本发明的实施例3的驱动波形。
图14是表示实施例4中一个像素结构的正视图，其中包含相邻的像素。
图15是表示根据本发明的实施例4中一个像素结构的正视图。
图16表示根据本发明的实施例4中一个显示系统的结构。
图17表示根据本发明的实施例4中的驱动波形。
图18表示根据本发明的实施例5中的驱动波形。
图19表示根据本发明的实施例6中的驱动波形。
图20表示根据本发明的实施例7中的驱动波形。
图21是表示根据本发明的实施例8中一个像素结构的正视图。
图22是实施例8中一个像素的连通线路。
图23是沿图21E—E′线的剖面侧视图。
图24是沿图21F—F′线的剖面侧视图。
图25是沿图21G—G′线的剖面侧视图。
图26表示根据本发明的实施例8中一个显示系统的结构。
图27表示根据本发明的实施例8中的驱动波形。
图28是表示根据本发明的实施例9中一个像素结构的正视图。
图29表示实施例9中一个像素的连通电路。
图30表示根据本发明的实施例10中的驱动波形。
图31表示在根据本发明的一个液晶显示系统中液晶的操作。
图32表示在相对电场方向的界面上，分子主轴取向的方向(擦亮方向)角度LC以及极化板之极化轴的方向角度P。
图33表示根据本发明的实施例中的光电特性，以常闭型为例。
图34表示界面上光电特性与分子主轴取向方向(擦亮方向)角度LC的关系曲线，以常闭型为例。
图1表示液晶显示面板中一个像素区域的剖面结构。该液晶面板包括上层基片、下层基片以及在该两基片间隙之间注入的液晶层。通过在下层基片上所形成的像素电极3和反电极4之间施加电压，控制两电极之间所产生的电场，以控制液晶的取向状态，并改变光从背光通过面板的透射比。从液晶面板中背光相对一侧看，通过控制施加在像素电极与反电极之间的电压，可以观察到亮状态、暗状态或介于两者之间的中间状态。像素电极和反电极按正交于图1纸面的方向直线型延伸，两电极之间的距离约为15μm。由于液晶层的厚度约为4μm，小于像素电极与反电极之间15μm的间隙，故在液晶层内部所产生的电场101(电力线)的方向几乎成为图1的水平方向(与实际系统相比，图1是沿显示面板厚度方向扩展的图)。
图31示意性地表示在像素电极3与反电极4之间加和不加电压情况下，液晶分子的取向状态。图31(a)和31(b)是从横向看液晶面板的图，图31(c)和31(d)是从顶部和底部看液晶面板的图。图31(a)和31(c)是未加电压时的图，图31(b)和31(d)是已加电压的图。通过将不同的电压分别施加到像素电极和反电极，在两电极之间产生电位差，并将电场施加到液晶组合物层，液晶分子同液晶组合物的介电各向异性和电场的相互反应起反应，以改变对电场方向的取向。如图1和图31所示，极化板8在液晶面板的顶面和底面形成，通过液晶组合物层的折射率的各向异性与极化板的相互作用，改变了光经由液晶面板的透射比。为此，可以改变显示器的亮度。
图32中，规定了液晶分子主轴(光轴)接近于界面的方向102的角度为LC，极化板极化轴方向103相对于电场101的方向的角度为P。由于在顶面和底面分别有一对极化板和液晶界面，故这些角度必须用P1、P2、LC1、和LC2表示。未加电场期间，条形液晶分子5的取向相对像素电极3和反电极4的纵向有一个小角度(见图31(c)的正视图)，即满足关系式45度≤｜LC｜＜90度。图31和32中，用箭头表示液晶分子在界面上的主轴取向(擦亮)方向103。对于液晶分子在顶部和底部界面上主轴取向的方向，最好情况是相互平行，即LC1＝LC2(＝LC)。这里假定液晶组合物的介电各向异性为正。
图33表示加在像素电极与反电极之间的电压VLC与亮度之间关系的特性曲线，即所谓的光—电特性。设亮度最大值为100％时，在纵座标上用相对值表示亮度。当所加电压增大时，在电压VOFF处亮度快速增大，然后，随着所加电压增大直至接近于电压Von时，亮度呈单一地增高。
如图1所示，在上层基片上还形成一滤色片11用以彩色显示，用屏蔽膜(黑色矩阵)23相对于像素周围的光屏蔽经由非控制区域(光透射比不能由像素电极与反电极之间所加电压控制的区域)的光来改善对比度，用平整膜12平整基片的表面，用定向控制膜6控制液晶分子的取向，当未加电压时使之以给定的方向取向。这些薄膜做在玻璃、塑料树脂等透明基片7上。
在下层基片上，而不是在像素电极或反电极上，形成各种互连的薄膜晶体管(TFT)，用以切换加到像素电极等等的电压，这将在以后描述。这些都在诸如玻璃等等的透明基片7上形成，类似于上层基片中的情况。在本实施例中，将其表面抛光厚度例如为1.1mm的透明玻璃基片用作基片7。在一个基片上形成薄膜晶体管，在其最高表面上再形成定向膜6。在本实施例中，将聚酰亚胺用作定向膜6，其表面经擦亮处理，用以定向液晶5。在另一基片上也采用聚酰亚胺并经擦亮处理。在顶部和底部界面上的擦亮方向几乎相互平行，擦亮方向与电场方向的夹角为88度(LC1＝LC2＝88°)。向列液晶组合物的正向介电各向异性△ε为4.5，折射率各向异性△n为0.072(589nm，20℃)，它插入于两基片之间。在充填液晶下面的间隙d为3.9nm，它通过扩散和插入球状聚合物小珠保持。因此，△n·d为0.281μm。面板由两块极化板(例如用Nitto Denkou公司的G1220DU型)8相夹，其中一块极化板的极化传输轴设置得使之相对于擦亮方向成一小角度，即P1＝80°(故/LC1－P1/＝8°)，另一块极化板的极化传输轴设置得使之以直角与前者相交，即P2＝-10°。为此，实现了这样一种特性，当根据本发明施加到像素的电压VLC(位于像素电极3与反电极4之间的电压)从零开始增加时，亮度减低直至最小值(图33)。本实施例采用常闭的特性，其中在低电压(VOFF)获得暗状态，在高电压(VON)获得亮状态)，其中VOFF为6.9V，VON为9.1V。尽管在本实施例中采用了常闭的特性曲线，也可以采用常开的特性曲线。此外，也可以采用负向介电各向异性的液晶。
图2表示在下层基片液晶层一侧上形成的各种电极、互连接和TFT的平面结构。标号1表示扫描电极(栅极)，在图中它沿横向延伸，并以相互平行的多个电极形成。标号2表示信号电极(漏极)，图中沿纵向延伸，它与扫描电极交叉并以相互平行的各个电极形成。一对信号电极由两个相邻的信号电极组成，其中形成多对信号电极。反电极4在一对信号电极与邻近一对信号电极之间形成。每个反电极包括沿图中垂直方向延伸的主体部分，以及从主体部分向左右两侧延伸的分支部分。如图中所示，一个像素是由信号电极2，邻近该信号电极的反电极4的主体部分以及两个相邻的扫描电极所包围的区域。TFT15在每个像素内的扫描电极上形成。标号3表示像素电极(源极)，它从每个TFT以倒U形弯曲延伸。一部分像素电极与邻近的扫描电极重叠，在这部分上形成一个储存电容元件。
在本实施例中，像素间距在扫描电极方向上为110μm，在信号电极方向上为330μm。关于电极宽度，扫描电极1、信号电极2、反电极4的主体沿着多个像素形成，采用10μm的宽度避免因击穿而损坏。
另一方面，为了改善开度比，像素电极3以及反电极4由主体部分延伸的分支部分，采用6μm较窄的宽度。此外，通过为两个横向排列的像素形成一个反电极，反电极的数量可以减少一半。为此，空档部分可以进一步扩展，在反电极4和扫描电极1交叉部分发生短路的可能性(与电极交叉面积成正比例)减小。在本实施例中，信号电极数设为640×3，扫描电极数设为480，反电极数设为960。这样，像素的数量约为一百万。
图3是表示图2中一个像素部分的放大图。上述图1是沿图3中A—A′线平面截取的剖面图。图4和图5分别是沿图3中B—B′线和C—C′线截取的剖面图。
如图4所示，TFT具有一倒罩型结构，栅极绝缘体9(例如氮化硅)在扫描电极1上形成，非晶硅层22在栅极绝缘体9上形成。再者，漏极2和源极3通过连接到非晶硅层而形成。TFT中的漏极和源极分别由一部分信号电极和像素电极构成。在漏极、源极与非晶硅层22之间形成一个n+-型非晶硅层，作为一个欧姆接触层(未图示)。在本实施例中，信号电极2、像素电极3和反电极4由相同的金属材料(例如铝)组成。
如图5所示，栅极绝缘体9插入于扫描电极13与像素电极3之间，以形成一个存贮电容的容性元件16。在本实施例中，存贮电容的区域大大小于常规垂直电场型中的区域，电容量较小，为Cs＝200fF。
尽管本实施例中的存贮电容由前一行扫描电极和像素电极形成，当然也可以由后一行扫描电极和像素电极形成。尽管通常将反电极的主体部分用于两个相邻的横向排列的像素，它基本上不会改变本发明的效果，即使反电极的一个主体形成用于横向排列像素中的一个，它仍旧属于本发明的范围。
以下将描述电路原理图和驱动波形。
图6表示根据本发明的一个液晶显示系统的线路原理图。标号21表示显示区域，在横向上形成多个扫描电极1，在纵向上形成多个信号电极2和反电极，TFT在扫描电极与信号电极的每个交叉部分形成。TFT的栅极G连接到扫描电极，漏极连接到信号电极。液晶电容CLC在TFT的源极S与反电极4之间形成，在贮电容Cs在源极S与扫描电极之间形成。图1中所示的像素电极3、反电极4和液晶层在电气上形成一电容CLC。存贮电容Cs是一种绝对关键的电容，当扫描电极1的扫描信号电压从选择电压转换为非选择电压时，该电容用以抑制旁路电压经由TFT的栅极与源极之间的电容CGS进入像素电极3的电压，并相对于电容CGS要求有较大的容量(例如约为电容CGS的10倍大)。
图6中的标号18表示扫描驱动器，在图中它从上到下地将扫描电压连续不断地(逐行扫描法)加到扫描电极上，以控制TFT的导通状态(ON)和非导通状态(OFF)以及调制电压，这将在后面描述。标号19表示的信号驱动器，它将要显示的图像信号加到每个信号电极。当用于TFT的选择电压(导通电压)加到扫描电极时，连接到扫描电极的TFT进入导通状态，施加到信号电极的图像信号通过TFT加到包括液晶电容CLC的像素电极。标号17表示用以控制扫描驱动器18和信号驱动器19操作的控制电路，标号20表示用以向反电极提供电压的反电极驱动线路。
本发明的特点是采用驱动器LSI能够为扫描驱动器18产生至少三种数值，即扫描驱动器18能产生至少三种电压值。
另一方面，信号驱动器19包括能将含有图像信息的电压波形加到信号电极2上的电路，其构成使信号电压波形中的最大幅度VDP-P(图7中的VDH-VDL)变成△/V(参见图33△V＝VON－VOFF)。在本实施例中，将一个恒压加到反电极上。
图7表示本实施例中由驱动电路输出的驱动波形。其中，图7(a)表示由扫描驱动器18加到第(i-1)个扫描电极的扫描信号波形VG(i-1)，图7(b)表示由扫描驱动器18加到第i个扫描电极的扫描信号波形VG(i)，图7(C)表示由信号驱动器19加到第j个信号电极的信号波形VD(j)，图7(d)表示加到反电极的电压波形VC。图7(e)表示当上述电压加到扫描电极、信号电极和反电极时，加到在第i个扫描电极与第j个信号电极的交叉部分形成的像素的像素电极3上的电压VS。含图像信息的信号波形加到信号电极2，扫描信号波形与图像信号波形同步加到扫描电极1。图像信号电压由信号电极2经过TFT15传送到像素电极3，该电压加到位于像素电极与反电极4之间的液晶部分。其中，对加到扫描电极1、用作扫描信号波形VG的非选择电压(截止电压)进行调制，当TFT15为截止状态时，通过电容耦合改变像素电极3上的电压，偏置电压VB(+)和VB(-)加到像素电极4上的电压。其中，VB(+)表示用于偶数帧(正向帧)的偏置电压，VB(-)表示用于奇数帧(负向帧)的偏置电压。为此，与对加到扫描电极上之波形VG中的截止电压不作调制(恒压)的情况相比，像素电极3上之电压VS减去反电极4上之电压VC所得电压，即加到液晶上的电压VLC＝VS－VC实际上是增大了。加到像素电极3的偏置压电VB(+)和VBC(-)的幅值根据变化△VGL(△VGL(+)＝VGL－VGLL或△VGL(-)＝VGLH－VGL)用下式表示VB＝(CS/CT)△VGL(1)其中，CS是存贮电容元件16的容量，CT为总电容量(CS＋CLC＋CGS＋CDS)。因此，通过设定偏置电压VB的幅值，正常闭合时为VB＝VOFF＋△V/2 (2)正常开时为VB＝VON＋△V/2 (3)当亮状态时(在偶数帧情况下)，电压△V/2加到漏电压的中心电压VD-CENTER(从信号驱动器19加到信号电极2)上，当暗状态时(在偶数帧情况下)，则加一△V/2。最大幅值VDP-p(＝VDH－VDL)减小至△V(图33)。(在奇数帧情况下，当亮状态时电压-△V/2加到中心电压，当暗状态时则加△V/2。获得中间色调的电压采用上述相同的方法)。
在本实施例采用平行电场型的液晶显示元件中，由于线状像素电极3和线状反电极4相互平行设置在同一块基板上，液晶电容CLC为33fF，它几乎是传统的垂直电场型中约为370fF的液晶电容的十分之一那样小，后者的液晶电容是通过将扁平状像素电极与扁平状反电极相互面对面设置而形成的。因此，在平行电场型中采用将偏置电压从扫描电极加到像素电极的驱动方法时，若TFT内的寄生电容(尤其是栅极与源极之间的电容CGS)与CS比较已足够小，则CT≌CS。从等式1可见，非选择电压中的变化△VGL本身变成了偏压VB，可以施加一个足够的偏压。在本实施例中，图7所示电压波形的预定值如下VD-CENTER＝23.0V，VGH＝28.6V，VGL＝0，VDH＝24.5V，VDL＝21.6V，VGLH＝9.0V，VGLL＝-9.0V，VC＝22.3V。结果，因栅级与源极之间寄生电容CGS而引起的电压偏移△VGS(+)，△VGS(-)，△VB，偏压VB以及加到液晶上的电压VLC的均方根值Vrms示于表1。
表1各种电压值
如表1所示，加到液晶上的电压VLC的最大电压为9.11V，它等于获得亮状态时的电压VON；而最小电压为6.80V，等于获得暗状态时的电压VOFF。可见，得到图33中亮度曲线的最大值和最小值，可得到比值为80的足够高的对比度。此外，信号电压波形的最大幅值可以减低至VDP-P＝VDH－VDL＝2.9V。
其中，在本实施例所述的这样一种扫描电压波形中，在扫描信号电压之选择电压VGH非选择电压VGLH之间必须设置较高的电压，以满足下列等式VGH≥VDH＋VTH＋VM(4)VGLH≤VSI＋VTH－VM(5)其中，VSI为图7(e)标出的电压，VSI＝VDL－△VGS(-)－VB(-)。VTH为TFT的阈值，VM为确保TFT导通/截止操作的容限电压。在本实施例中，上述电压设定为VTH＝0V，VM＝4V。为了消除直流成分，反电极电压VC设定得比中心电压VD-CENTER低△VC＝0.5V。
再者，在前一行扫描电压VG(i-1)从导通电压VGH跃变到非选择电压VGLH或VGLL的时间之后，扫描电压VG(i)开始上升到导通电压VHG，时间差为td1；并在前一行扫描电压VG(i-1)从导通电压VGH跃变到非选择电压VGLH或VGLL的时间之后，扫描电压VG(i)落到非选择电压VGLH或VGLL，时间差为Td2。这是因为考虑到了电压波形的失真，在本实施例中，td1和td2都设为3μs。(然而，在本实施例中，当存贮电容16连接到前一行的扫描电极，并以行的递减次序执行扫描时；或者当存贮电容16连接到后一行的扫描电极，并以行的递增次序执行扫描时，td1和td2就不一定需要了。当存贮电容16连接到前一行的扫描电极，以行的递增次序完成扫描时，或者当存贮电容16连接到后一行的扫描电极，以行的递减次序完成扫描时，td1和td2总是需要的。
如上所述，即使液晶电容小到只有33fF，存贮电容小至才200fF，与9V(△VG＝VGLH－VGL＝VGLLH－VGL)的调制电压相比，仍可以施加约为8V的偏压。为此，显示系统可以用极低的驱动电压驱动，其中VDP-P(参见图7(c))仅为2.9V。因此，耗电最多的信号驱动器19的功耗减少，由此减少了显示系统的总功耗。再者，由于信号驱动器的芯片尺寸减小，围绕显示面板的框架可以减小，从而实现小尺寸的显示系统。此外，由于显示区域所占百分比增大，能见度性能可以改善。同时，由于存贮电容较小，故由存贮电容占用的开敞区域小得足以能获得53％之高的开度比，因而显示屏幕的亮度可以得到改善。
每一条扫描总线线路上的电容CG由下式表示CG＝M·{CS(CGS＋CLC)＋CGS(CS＋CLC)}/(CS＋CGS＋CLC)(6)其中，M为水平方向上像素的总量。由于垂直电场型的液晶电容较大，CGS＜＜CLC。因此CG＝CS·CLC/(CS＋CLC) (7)假定偏压幅值为调制电压△VGL的80％，得到CS＝4CLC，CG的最小值为(4/5)·CLC。另一方面，在平行电场型中，由于CGS≌CLC＜＜CS，CS＝2CGS＋CLC(8)当CGS＝CLC时，CS＝3CLC。如上所述，由于平行电场型中液晶电容CLC约为垂直电场型的十分之一，故平行电场型的CG约为垂直电场型中CG的0.4倍那样小。通常，因不同图像变化而产生的电压波形失真将发生串扰(横向曳尾)，其中可见水平拖曳线。尤其在采用对扫描电极上的电压予以调制以减小信号电压幅度的驱动方法中，扫描电极上的电压波形失真变化显著地改变了有效偏压。因此，通过将调制扫描电极上的电压以减少信号电压幅度的驱动方法与平行电场型结合在一起，可以充分地施加偏压并可以抑制横向曳尾。
在本实施例中，每一扫描电极的电容很小，其值为69fF。在这种情况下，观察扫描电压波形的结果是调制电压中的波形失真几乎不存在，肉眼不能证实横向曳尾的发生。如上所述，在本实施例中，可以实现低驱动电压，高开度比和高图像质量的兼容。此外，在本实施例中，由于显示亮状态之电压VON和显示暗状态之电压VOFF之间的电压差低于5V，在信号驱动器19中可以采用由通用LSI(例如C-MOS)工艺所制造的LSI，其最大电源电压低于5V，由此改善了显示系统的生产率并降低了制造成本。
当未叠加调制电压时，即VGLH＝VGLL＝VGL假定VDH＝22.5V，VDL＝4.3V，就得到VDP-P＝18.2V。由于本实施例中VDP-P＝2.9V，故VDP-P可以减低到如未叠加调制电压情况下的1/6那样小。
实施例2本实施例中的驱动波形不同于实施例1。
图8表示本实施例的驱动波形。尽管实施例1中在同一帧所加的调制电压△VGL(+)、△VGL(-)在所有扫描行中具有相同的正或负极性，但在本实施例中，相互邻近的扫描行之间调制电压的极性却相反。因此，施加到像素电极的电压VS的极性以交替的顺序每行相反，这就是所谓的选通线反向驱动(gate line inversion driving)方法。本实施例中，给出相应于实施例1的(等式4)和(等式5)的等式如下VGH≥VDH＋VTH＋VM(9)VGL≤VS1＋VTH－VM(10)VGLH≤VS2＋VTH－VM(11)其中VS2为图8所示电压值，且VS2＝VDL－△VGS(+)。当该电压设定为VM＝4V时，结果为VD-CENTER＝15.0V，VGH＝20.5V，VGL＝0，VDH＝16.5V，VDL＝13.6V，VGLH＝9.0V，VGLL＝9.0V，VC＝14.5V。表2示出了因栅极与源极之间的寄生电容而产生的电压偏差△VGS(+)、△VGS(-)、△VB，偏置电压VB以及施加到液晶的电压VLC的均方根值Vrms。
表2各个电压值
通过在本实施例中采用选通线反向驱动方法，扫描电极电压的最大幅度可以从28.6V减低到20.5V，尽管容限电压VM设定于同样值。为此，扫描驱动器IC18的绝对最大电源电压和功耗均可以减小。
如上所述，本实施例中，除了具有与实施例1相同的作用外，还可以应用绝对最大电源电压低的扫描驱动器IC，并进一步减小了功耗。
实施例3本实施例在电极结构和驱动方法方面不同于实施例1。
图9表示下基片上覆盖多个像素之区域的平面结构。图10是表示一部分像素的放大图。图11是沿图10D—D′线平面的剖面图。图12表示根据本发明的一个显示系统的电路原理图。
如图9至12所示，反电极4的主体平行于扫描电极1，并安排到扫描驱动器18反面的面板的边缘，主体部分连在一起后连接到反电极驱动器20。分支部分从反电极的每个主体上下延伸。为了实现尽可能高的高开度比，将反电极的一个主体用于两个垂直邻近成直线排列的像素，以便将反电极互连的数目减少一半。扫描电极1和反电极4用同样的金属材料制成。
如图11所示，通过将栅极绝缘体9夹在像素电极和反电极4之间，形成存贮电容器16。由于反电极4经由栅极绝缘体9在不同于像素电极3和信号电极2的另一层上形成，反电极4与信号电极2之间几乎不会发生短路，两者之间的距离可以做到约3μm那么短。为此，由于信号电极2与邻近反电极之间非用于显示的区域面积可以减小，与实施例1相比，通过利用像素电极3和反电极4的分支部分将像素划分为4个部分(在实施例1中是划分为3个部分)，尽管减小了各电极之间的间隙宽度，但仍可以保持相当于实施例1的高开度比。通过减小各电极之间的间隙，可以减小各电极之间所加电压，以将同样幅度的电场加到液晶。如上所述，本实施例中，与实施例1相比，驱动电压可以减小，但具有与实施例1相同的亮度。
由于在邻近信号电极2处直接形成反电极4，来自信号电极2的绝大部分电场在反电极4终止，故通过反电极的屏蔽作用可以防止信号电极2与像素电极3之间的电容耦合，并可以抑制因信号电极的电压波动而引起的像素电极的电压波动。为此，可以抑制垂直方向上的串扰(垂直曳尾)，改进显示质量。在本实施例中，信号电极数为640×3，扫描电极数为480，反电极互连数为240，像素总数约为一百万，与实施例1相同。由于本实施例中反电极互连数比实施例1少得多，故可以大量减少互连破坏的可能性以及互连之间短路故障的可能性，并可以提高面板的产量。尽管本实施例中反电极的主体部分通常用于相邻两个垂直排列的像素，基本上也不会改变本发明的效果，如果反电极的一个主体用于每个垂直排列的像素，还是属于本发明的范围。
图13表示本实施例显示系统的驱动波形。扫描信号VG(i-l)VG(i)的非选择电压以VGLH与VGLL之间每个扫描周期交替的顺序变化，与此同步，反电极4的电压VC也在VCH与VCC之间变化。其中，截止电压｜VGLH－VGLL｜的幅度和反电极电压｜VCH－VCL｜的幅度设定为同一值，这样，像素电极3、扫描电极1和13以及反电极4之间的相对电压成为恒定。通过同时调制反电极的电压VC，可以使扫描信号之非选择电压的调制相位在各行同相。为此，尽管实施例1中扫描驱动器IC的输出需要四种电压值，然而在本实施例中，由于显示系统可以用三种电压值驱动，扫描驱动器IC内部的电路规模可以减小。此外，如果调制电压施加到扫描驱动器IC中的接地电压，或经由输出的OFF电压用作扫描一侧的驱动IC，则可以利用具有二进制输出的扫描侧驱动IC，显示系统可以进一步减小。
如上所述，在本实施例中，除了具有与实施例1相同的效果以外，驱动电压可以进一步减小，串扰现象可以得到抑制，而面板的产量可以进一步提高。此外，由于扫描部分驱动IC可以做小，显示系统的整个尺寸可以做小。
由于本实施例的驱动方法可以应用于实施例1中的像素结构，故实施例1中的扫描部分驱动IC也可以做小。
在本实施例中，尽管调制电压以每一个扫描周期交替的顺序变化，但如果调制电压以每两个扫描周期或每一帧周期交替顺序地变化，也可以获得同样的效果。
实施例4图14表示在本实施例的液晶显示系统中覆盖多个像素之区域的结构。图15是表示一部分像素的放大图。
在本实施例中，不采用反电极4，利用前一行的扫描电极1 3作为面对像素电极3的反电级。液晶层内液晶分子的取向主要由像素电极3与由前一行扫描电极13延伸并与之垂直的分支电极之间的电场E所控制。在本实施例中，尽管分支电极是从前一行扫描电极引出的，但分支电极也可以从后一行的扫描电极引出。通过将栅极绝缘体9夹在像素电极3与前一行扫描电极13之间，在该结构中形成寄生电容16。由于前一行扫描电极13经由该绝缘体设置在与信号电极2不同的另一层上，故扫描电极5与信号电极2之间的距离可以减小到3μm。此外，由于未配置反电极，可以将前面实施例中由反电极线路部分所占的区域用作空隙部分。如上所述，由于减少了不能控制光透射状态的区域面积，故尽管因像素分为四部分而减少了各电极之间的间隙，但仍可获得比实施例1和实施例3更大的开度比。因此，在本实施例中，亮度进一步改善，而驱动电压比实施例1的小。通过在邻近信号电极2的前一行形成扫描电极13的分支电极，来自信号电极2的大部分电场在扫描电极13的分子电极处终止。因此，由于信号电极的电压波动而引起的像素电极的电压波动可以得到抑制，垂直方向上的串扰也可得到抑制。
图16表示本实施例的显示系统的线路图。由于未配置反电极，故反电极驱动器也不必要了。由于取消了反电极线路和反电极驱动器，面板的产量得以提高。
图17表示本实施例的驱动波形。(a)和(b)表示扫描信号电压，(c)表示信号电压，(d)表示加到像素电极的电压，(e)表示像素电极与扫描电极之间的电压差。本实施例中，扫描信号与实施例3中的相同。由于施加到扫描电极1之扫描信号电压的调制电压和加到前一行扫描电极13之扫描信号电压的调制电压为相同的波形，故消除了因反电极与扫描电极的电压波形之差而引起的调制电压波形的相位位移，可以将偏置电压用作加到高保真度液晶的电压。
如图17所示，把在非选择周期期间所施加的最大栅极电压记作V′，V′＝VON。本实施例中，由于交流电流波形加到施加到液晶的电压上，故控制TFT的阈电压VTH以满足VTH＞VON。为此，即使根据扫描信号的非选择电压的状况而将该电压施加到带负值的液晶上的电压(-VON)增大，像素电极也可以保持该电压。在本实施例中，通过使非晶硅薄膜厚度变薄，控制栅极阈电压VTH朝着高电压一侧偏移。栅极阈电压VTH的范围为VTH＜VG＜VD＋VTH，栅极阈电压由栅极电压VG轴与一直线交叉点上的栅极电压VG所确定，该直线是通过画出漏电流的平方根 对栅极电压VG的关系曲线并使它近似为一直线而作出。在本实施例中，尽管栅极阈电压是通过使半导体薄膜变薄而控制的，但还可以通过其它方法控制栅极阈电压，例如通过选择栅极电极材料、栅极绝缘体、半导体薄膜等材料，搀杂，背沟道控制等等。可以采用上述方法中的任一种或N种方法的组合，这些方法均属于本发明的范围，只要它满足栅极阈电压的条件。
如上所述，除了实施例1和3所具有的效果外，本实施例还具有进一步改善亮度以及改善面板批量生产的效果。
尤其是，通过使VTH超过VON，有可能使该电压根据扫描信号的非选择电压的状况而充电并保持为负，因此可以用交流电驱动液晶。由此，可以获得使用寿命长、图像质量高而不会发生曳尾的有源矩阵型液晶显示系统。
实施例1和2中的驱动方法也可以应用于本实施例中的像素结构。
实施例5该实施例在驱动方法上不同于实施例4。
图18表示本实施例的驱动波形。在本实施例中，扫描电极接收扫描信号电压，其中同一帧内的非选择电压是恒定的，但非选择电压值每帧有改变，每行之间的相位差为{1＋(一个扫描周期)/(一个帧周期)}。使图像信号电压VD在选择周期内经由TFT加到像素电极，表示以这样一种方式将该电压加到信号电极当加到前一行扫描电极13的非选择电压为VGLH，而VGLH为两个非选择电压VGLH和VGLL中较高的一个电压时，将负电压加到信号电极2；当加到前一行扫描电极13的非选择电压为VGLL，而VGLL为两个非选择电压VGLH和VGLL中较低的一个电压时，将正电压加到信号电极2。为此，可以将交流驱动波形加到液晶上。
在本实施例中，如图18所示，由于V′＝VON，要求TFT的阈电压满足VTH＞VON。实现时使每行的极性可以反向，耗电小且无需像实施例4那样在每个扫描周期改变非选择电压，并且可以抑制闪烁。在本实施例中，通过将较高的非选择电压VGLH与较低的非选择电压VGLL之间的电压差VGLH－VGLL设置等于VON＋VOFF，可以将图像信号电压VPP-P的最大幅度限制到VON－VOFF，从而可以实现相当于实施例4的低阈电压。
如上所述，在本实施例中，扫描驱动器的耗电比实施例4的小。
实施例6图19表示本实施例的液晶显示系统的驱动波形。尽管本实施例中的驱动波形基本上与实施例5的相同。但其中与实施例5的不同点在于，较高的非选择电压VGLH与较低的非选择电压VGLL之间的电压差VGLH－VGLL设置为(VON＋VOFF)/2。为此，如图19(c)所示，虽然图像信号电压的最大幅度VPP-P变成(3VON-VOFF)/2较高的电压，但是，TFT的阈电压VTH变成大于V′＝△V/2＝(VON－VOFF)/2，所以最大负电压(-VON)仍能加到液晶上。由此，与实施例4和5相比，可以利用阈电压较低的TFT，图像信号电压的最大幅度与单值非选择电压情况下的最大幅度VDP-P＝2VON相比，可以减低到(VON＋VOFF)/2。此外，在本实施例中，通过使角度φLC较大些，差值(VON－VOFF)可以做到更小，可以利用阈电压更低的TFT，由此图像信号电压可以减低。
如上所述，本实施例具有这样一种效果，它与实施例4和5相比，可以利用阀电压更低的TFT。
实施例7图20表示本实施例的液晶显示系统的驱动波形，在本实施例中，按行交替设置P型TFT和n型TFT。为此，可以采用具有负阈电压VTH的TFT。为了使用具有负阀电压VTH的TFT，含有P型TFT扫描电极的非选择电压的中心值VGL-P必须高于含有n型TFT扫描电极的非选择电压的中心值VGL-N。同时，电压差必须超过VON＋△VS，其中，△VS为馈通电压的最大值。为此，图像信号电压的最大幅度VDP-P可以减小到VON＋△VS＋△V。
如上所述，与实施例4比较，本实施例中可以采用具有负阈值电压VTH的TFT，图像信号电压可以减低。
实施例8该实施例在像素结构和驱动方法方面均不同于实施例1。
本实施例中，像素结构如图21所示。图22表示像素的等效电路。图23表示沿图21E—E′线的剖面图。图24表示沿图21F—F′线的剖面图。图25表示沿图21G—G′线的剖面图。如图21所示，在像素中形成薄膜晶体管元件15a和15b。如图21所示，对应于图像的信号电压加到薄膜晶体管元件15a的漏极25a，并经由源极26a和通孔31送到像素电极3。用以提供一电压差的反电极4的电压，由下一行的扫描电极13a经由通孔32、薄膜晶体管元件15b的漏极25b以及源极26b，加到像素电极3。如图25所示，存贮电容元件16a由像素电极3、反电极4和栅极绝缘体9形成。该存贮电容元件16a用来通过吸收因信号产生的噪声使像素电极的电压维持于一个恒定值。如上所述，在单个像素中设置两个薄膜晶体管元件，由此，如图24所示，像素电极3与反电极4之间之电场E的方向主要包含平行即水平成分。尽管这里采用了两个薄膜晶体管元件，当然也可以对其它结构使用三个或多个薄膜晶体管元件。同样地，也可以采用两个或多个存贮电容元件16a。这里，由于像素电极3与反电极4之间的对准是通过光掩膜完成的，加到液晶层的电场的偏差可以抑制得较小。此外，由于两种源极在同一层上形成，像素电极3与反电板4之间的距离偏差d可以抑制到小于5％。
以下将描述驱动方法。图27表示加到每个电极的电压波形。这里采用了逐行写入信号的每次一行法。扫描电压波形40VG(i)包括用以选择一行中的TFT并使之处于导通状态的选择脉冲41VGON(i)以及用以将电压VC提供给前一行反电极的反电极电压脉冲51VC(i)。第(i＋1)行的反电极电压脉冲52VGC(i＋1)几乎与用于i行之扫描行的选择脉冲41VGON(i)同步地施加。因此，当选择脉冲41加到i行之扫描行的扫描电压波形40时，薄膜晶体管元件15a和15b导通，第(i＋1)行的信号电压波形61VD(j)和反电极电压脉冲52VGC(i＋1)写入存贮电容16a，液晶5a分别经由薄膜晶体管元件15a和15b连接到信号电极2和扫描电极13a。在完成对行的写入周期(1H)后，扫描电压波形40VG(i)落到截止电平(非选择电压)，薄膜晶体管元件15a和15b进入截止状态，写电压保持。然而，实际上因薄膜晶体管元件5a和5b的寄生电容而引起的耦合噪声，将产生馈通电压76、77，写电压保持在该电压上。这里，施加到液晶的电压是分别位于薄膜晶体管元件15a和15b中源电压71与72之间的电压78。像素的亮度(透射比)由电压78确定。
在本实施例中，通过将下一行扫描电极的电压提供给反电压的办法，无需用以将该电压加到反电极的反电极互连接。与实施例4、5和6不同的是，该TFT无需高的阈电压，该阈电压接近于零或低于零的TFT可以用交流电驱动液晶。在常规驱动方法中，当薄膜晶体管元件从导通状态转为截止状态时，施加到液晶的电压中的直流分量由经由薄膜晶体管元件的寄生电容的馈通电压76、77所产生。在本实施例中，施加到液晶的电压中的直流分量不会产生，因为它被两个薄膜晶体管元件抵消了。因此，在传统的系统中，尽管用一个反电极电压来校正直流分量，而在本实施例中根本无需校正。而且，由于可以用交流电驱动液晶，因此，不会产生闪烁现象。同样地，也看不出因直流分量而产生的图像保留，亮度等级也不明显。此外，在采用诸如MIM二极管一类两端元件的情况下，由于两个元件抵消了元件阈值偏差，故消除了因偏差而引起亮度非均匀一类的图像劣化。
实施例9除了以下部分外，本实施例的结构与实施例8中的相同。图28是表示本实施例中一个像素的平面图，图29表示其等效电路。将电压供给反电极4的薄膜晶体管元件15b，其漏极通过电容元件101连接到下一行的扫描电极4。电容元件6用以滤除因连接在像素电极3与反电极4之间的信号而产生的噪声，它由两个电容元件6a和6b组成。采用这种结构，实施例8中所需的通孔都可以取消。为此，就不再需要在要求精确制图的像素中的层间绝缘体上诸如制图或打孔一类的制造工序，因绝缘体制造加工的过失而引起的层间短路或连接缺陷也得以消除。此外，还可以通过减少与显示无关的通孔区域改善了开度比，获得高质量的液晶显示系统。
如图29所示，在通过电容耦合将电压提供给反电极4的情况下，反电极4的电压取决于电容元件101与存贮电容16b与16c之合成电容的比例。这里，像素电极3的电压设定为Vds，下一行扫描电极的电压设定VGC(i)，反电极4的电压设为VC(i)，液晶的电容和存贮电容16b和16c分别设为C17，C6a和C6b，这些电容的合成电容设为C102，电容元件101的电容设为C101。由于像素电极3与反电板4之间的液晶电容很小，故得到下例关系式C102=C17+(C6a×C6b)/(C6a+C6b)]]>≌(C6a×C6b)/(C6a＋C6b)加到液晶的电压为VD(j)-VC(i)=VD(j)-{(VD(j)-VGC(i))×C102/(C101+C102)+VGC(i)}]]>＝(VD(j)－VGC(i))×C102/(C101+C102)
因此，如果电容元件101的电容C101明显大于合成电容C102，电容元件101可以施加足够大的电压驱动液晶。即使电容元件101的电容C101为合成电容C102的2至3倍那样大，显示特性也不会受影响，只是下一行扫描电极的电压幅度增大了25％至33％。
根据本实施例，由于反电极的电压是通过容性耦合供给的，就无需诸如在层间的绝缘体上制图或打孔等一类制造加工，故因减少了与显示无关的通孔区域而改善了开度比。此外，可以获得一种高质量的液晶显示系统，其中因绝缘体制造加工的缺陷而引起的不合格极少。
实施例10除了下述部分，本实施例的结构与实施例8的相同。
图30表示驱动波形。尽管像素结构和等效电路与图21和22中的相同，但本实施例的特点在于，扫描电压波形40VG(i＋1)中反电极电压脉冲5VGC(i＋1)的极性相对Vcc中点交替地逐行相反。由于液晶电压等于信号电压61与反电极电压脉冲52之间的电压差，通过在紧接所选行的一行中的扫描电压波形中交替反向反电极电压脉冲52，可以实现液晶的低电压栅极行反向驱动。通过适当选择反电极电压51和52的幅度，以及将信号电压和反电极电压的中心值设定为几乎相互相等，可以使信号电压的幅度减至最小。
在本实施例中，通过选择如上所述的驱动条件，可以利用栅极行反向方法减小信号驱动器电压的最大幅度并减少闪烁。
实施例11除了以下部分外，本实施例的结构与实施例10中的相同。
图31是表示本实施例中2行×2列像素的平面图，图32是等效电路图。图33表示驱动波形。整个显示区域是通过重复这些像素结构而构成的。尽管该像素结构与图21所示第一个实施例中的相同，但本实施例还具备以下的性能特点。接收扫描电极电压的反电极4按每一列交替地连接到扫描电极1或13a；关于驱动方法，在扫描周期内，有两种反电极电压按每一例交替地加到扫描电极。而在实施例10中，两种反电极电压是按每一行交替地加到扫描电极。
根据本实施例，施加到液晶上之电压的极性可以逐列交替地反向，进一步可以发现，通过在扫描电极上施加反极性的信号电压以消除串扰电流，可以防止水平曳尾，同时，信号电压也较低。此外，通过逐列交替反向极性，也可以防止垂直曳尾，并可以实现高的图像质量和低电压驱动。
尽管本发明是参照发送型液晶显示系统的实施例描述的，当然也可以有效地应用于反射型液晶显示系统。至于薄膜晶体管，其结构(常规交错排列结构、反向交错排列结构、共面结构等等)和材料不局限于上述实施例。
部分或整个外围电路(信号驱动器、扫描驱动器、反电极驱动电路)可以直接附加到基片7上组成面板，形成IC芯片。部分或整个外围电路可以例如用多晶硅，在基片7表面上作为一部件形成。如此，其效果是，整个显示系统可以比在显示面板外面形成外围电路的情况做得更小。
通过将该液晶显示系统与处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信单元等等结合在一起，可以构成办公自动化机器或便携式机器。
根据本发明，在切换液晶的方法中采用平行于基片界面的电场，通过调制扫描电极的电压减低了信号电极的电压，并实现了像素中的高开度比和低驱动电压。这样，就能提供具有低功耗、高亮度和优质能见度的薄膜晶体管型液晶显示系统。此外，通过调制扫描电极电压的驱动方法，可以抑制一直是个难题的串扰(水平曳尾)，并能够提供一种具有高质量图像的薄膜晶体管液晶显示系统。再者，通过控制薄膜晶体管元件的阈电压或构造N型薄膜晶体管元件和P型薄膜晶体管元件，扫描电极也可以用作反电极互连接，并可用低电压驱动。此外，通过在一个像素中采用两个薄膜晶体管元件，反电极电压可以通过扫描电极提供，驱动电压可以降低，图像质量得到改善。
权利要求
1.一种有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于包括第一基片，在其一面包括多个扫描电极，与所述多个扫描电极交叉形成的多个信号电极，在所述多个扫描电极与所述多个信号电极的每个交叉部位形成的开关元件，连接到所述开关元件的像素电极，以及面向所述像素电极形成的反电极；面向所述第一基片设置的第二基片；置于所述第一基片与所述第二基片之间间隙内的液晶组合物；将具有至少两种非选择电压值的扫描信号加到每个所述多个扫描电极的扫描驱动器；将图像信号加到多个信号电极之每个电极的信号驱动器；其中，在所述像素电极与所述反电极之间施加电压，以向所述液晶成分提供电场并产生显示。
2.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，所述反电极为相对多个像素具有一公共电压的反电极。
3.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，所述反电极连接到所述扫描电极。
4.如权利要求3所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，所述开关元件的阈值VTH与用以获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极间最大电压VON之间的关系满足下列等式VTH＞｜VON｜。
5.如权利要求3所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，所述开关元件的阈值VTH、用以获得亮状态或暗状态之像素电极与反电极之间的最大电压VON、以及用以获得亮状态或暗状态之像素电极与反电极之间的最小电压VOFF三者之间的关系满足下列等式VTH＞(｜VON｜－｜VOFF｜)/2。
6.如权利要求3所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，对应于每个扫描电极的所述开关元件，在排列构成上以逐行交替次序具有P型特性和n型特性。
7.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，一个像素形成的所述开关元件至少为两个，其中第一开关元件的源极或漏极连接到信号电极，第二开关元件的源极或漏极连接到一扫描电极，该扫描电极同对应于所述第一开关元件和第二开关元件之栅极的扫描电极相邻。
8.如权利要求7所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，所述第二开关元件经由一电容元件连接到所述邻近的扫描电极。
9.如权利要求1至8任一所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，液晶组合物、擦亮方向、极化板构造、基片之间的距离以及像素电极与反电极之间的距离，设置得使获得亮状态的电压与获得暗状态的电压之差小于5V。
10.一种有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于包括第一基片，在其一面包括多个扫描电极，与所述多个扫描电极交叉形成的多个信号电极，在所述多个扫描电极与所述多个信号电极的每个交叉部位形成的开关元件，连接到所述开关元件的像素电极以及面向所述像素电极形成的反电极；面向所述第一基片设置的第二基片；置于所述第一基片与所述第二基片之间间隙内的液晶组合物；将扫描信号加到每个所述多个扫描电极的扫描驱动器；将图像信号加到多个信号电极之每个电极的信号驱动器；以及在所述像素电极与所述反电极之间施加电压，以向所述液晶成分提供电场并产生显示；其中所述扫描信号的非选择电压具有至少两种电压值。
11.如权利要求10所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，通过改变扫描信号的非选择电压改变像素电极的电压，该扫描信号主要通过扫描电极与像素电极之间的电容加到扫描电极。
12.如权利要求10所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，加到各行扫描电极之扫描信号的非选择电压，以同一幅度、同一周期和同一相位变化。
13.一种有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于包括第一基片，在其一面包括多个扫描电极，与所述多个扫描电极交叉形成的多个信号电极，在所述多个扫描电极与所述多个信号电极的每个交叉部位形成的开关元件，其中所述开关元件的阈值VTH大于为获得亮状态或暗状态之像素电极与反电极之间最大电压VON与最小电压VOFF之差值的一半，以及连接到所述开关元件的像素电极和面向所述像素电极形成并连接到所述扫描电极的反电极；面向所述第一基片设置的第二基片；置于所述第一基片与所述第二基片之间间隙内的液晶组合物；将扫描信号加到每个所述多个扫描电极的扫描驱动器；将图像信号加到多个信号电极之每个电极的信号驱动器；以及在所述像素电极与所述反电极之间施加电压以向所述液晶成分提供电场并产生显示；其中扫描信号加到扫描电极上，它按逐帧交替的顺序具有二进制数值的非选择电压，并在非选择周期维持于一个恒定电压；信号电极接收按如此方式发送的图像信号，即像素电极与反电极之间的电压极性按逐行交替的顺序而不同。
14.如权利要求13所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，两种非选择电压值之间的电压差设置等于获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间最大电压VON与最小电压VOFF之和。
15.如权利要求13所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，两种非选择电压值之间的电压差设置等于获得亮状态或暗状态的像素电极与反电极之间最大电压VON与最小电压VOFF之和的一半。
16.一种有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于包括第一基片，在其一面包括多个扫描电极，与所述多个扫描电极交叉形成的多个信号电极，在所述多个扫描电极与所述多个信号电极的每个交叉部位形成的开关元件，按连接到所述开关元件之多个扫描电极以逐行交替顺序具有P型特性和n型特性的像素电极，以及面向所述像素电极形成的反电极；面向所述第一基片设置的第二基片；置于所述第一基片与所述第二基片之间间隙内的液晶组合物；将扫描信号加到每个所述多个扫描电极的扫描驱动器；将图像信号加到多个信号电极之每个电极的信号驱动器；以及在所述像素电极与所述反电极之间施加电压，以向所述液晶组合物提供电场并产生显示；其中加到含P型开关晶体管元件之扫描电极的扫描信号中的非选择电压的电压，高于加到含n型开关晶体管元件之扫描电极的扫描信号中的非选择电压的电压，其电压差超过获得亮状态或暗状态之像素电极与反电极之间的最大电压VON。
17.一种有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于包括第一基片，在其一面包括多个扫描电极，与所述多个扫描电极交叉形成的多个信号电极，第一开关元件，其源极或漏极连接到所述多个扫描电极之一的第二开关元件，连接到所述开关元件的像素电极，以及面向所述像素电极形成的反电极；面向所述第一基片设置的第二基片；置于所述第一基片与所述第二基片之间间隙内的液晶组合物；将扫描信号加到每个所述多个扫描电极的扫描驱动器；将图像信号加到所述多个信号电极之每一个电极的信号驱动器；以及在所述像素电极与所述反电极之间施加电压，以向所述液晶成分提供电场并产生显示；其中反电极电压由所述扫描电极提供。
18.如权利要求17所述的有源矩阵型液晶显示系统，其特征在于，由所述扫描电极提供的反电极电压根据图像信号电压的极性而变化。
全文摘要
一种亮度功耗低、图像质量高且无串扰的薄膜晶体管型液晶显示系统，它包括用以将几乎平行的电场加到一基片表面的电极，液晶组合物，用以通过极化装置获得亮状态和暗状态的元件结构，以及用以将具有至少两种非选择电压值的扫描信号输出到扫描电极的驱动装置。
文档编号C09K19/10GK1128566SQ94190231
公开日1996年8月7日 申请日期1994年6月24日 优先权日1994年3月17日
发明者太田益幸, 近藤克己, 大江昌人 申请人:株式会社日立制作所