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JP3069659B2 - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP3069659B2
JP3069659B2 JP26295090A JP26295090A JP3069659B2 JP 3069659 B2 JP3069659 B2 JP 3069659B2 JP 26295090 A JP26295090 A JP 26295090A JP 26295090 A JP26295090 A JP 26295090A JP 3069659 B2 JP3069659 B2 JP 3069659B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２つの支持プレート間の液晶表示媒体と、
行及び列に配置され、各画素が前記支持プレートの対向
する表面上に設けられた絶縁層を有している画像電極に
よって構成される画素系と、選択信号及びデータ信号を
与える行及び列電極の系であって、これらの電極によっ
て画像表示目的のために画素間に液晶表示媒体に依存す
る範囲の電圧を与えることができる行及び列電極系とを
具え、画素を選択する前に画像表示に使用すべき電圧範
囲を越えるか、又は該電圧範囲の縁部における値の補助
電圧を画素間に印加する手段も具えている表示装置に関
するものである。
絶縁層は、１つの層が液晶分子に対する配向層として
機能するようにして複数のサブ層で構成することができ
る。
斯種の表示装置は英数字情報及びビデオ情報を表示す
るのに好適である。
〔従来の技術〕
上述した種類の表示装置は本願人の出願に斯かる特願
昭63−148389号（特開平１−257,897号公報）に記載さ
れており、この表示装置では表示媒体の両端間に電圧を
印加するのに非対称の非線形スイッチング素子を用いて
いる。又、本願人の出願に斯かるオランダ国特許出願第
8802436号には対照的な非線形スイッチング素子を用い
た斯種の表示装置が記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
スイッチング素子における電圧変動の均等化について
の適切な説明として、上記出願のものでは、画像電極を
覆う絶縁層（配向層を含む）間に直流電圧を徐々に発生
すると述べている。しかし、直流電圧が発生するまでに
は画素に関連するスイッチング素子に応じてかなりの時
間（数10秒又はそれ以上）がかかる。この期間中画像全
体は均一な状態にない。
本発明の目的はスイッチング素子の特性のバラツキに
よる画像の不均一性を許容期間（例えば10〜20秒）以内
に均等化する前述した種類の表示装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は冒頭にて述べた種類の表示装置において、画
素を横切って見た絶縁層の電気抵抗値を液晶材料層の電
気抵抗値よりも大きくし、画素の個所における絶縁層の
（単位表面積当りの）キャパシタンスCSと画素の個所に
ける液晶材料層の（単位表面積当りの）キャパシタンス
CSとの比率CS/C1が１〜100の範囲内の値となるようにし
たことを特徴とする なお、ここに云う絶縁層の抵抗値RS及びキャパシタン
スCSとは、合成層と見なされる２つの絶縁層に対して垂
直方向に測定したこれら２つの絶縁層の抵抗値及びキャ
パシタンスをそれぞれ意味するものとする。
本発明は特に、表示装置の電気的な等化回路は絶縁層
の特性によってほぼ規定される並列RC回路網と、液晶材
料の特性によってほぼ規定される並列RC回路網との直列
回路によって表わすことができると云う認識に基づいて
成したものである。
さらに本発明は配向（絶縁）層及び液晶材料の双方の
抵抗値及びキャパシタンス（及び特にそれらの特性）を
所定の限度内に選定することによって上述したような画
像の速い均等化を達成することができると云う認識に基
づいて成したものである。
液晶材料間の直流電圧は実際上次のような関係式で表
わされる特性時定数τDCにより近似的に表わすことので
きる電圧変化に従って低下することからして、画像の不
均一性が消失することが判る。
ここに、 CS:合成絶縁層の（単位表面積当りの）キャパシタン
ス、 C1:液晶材料の（単位表面積当りの）キャパシタンス、 RS:合成絶縁層の（単位表面積当りの）抵抗値、 R1:液晶材料の（単位表面積当りの）抵抗値。
液晶材料間の直流電圧を最小にしなければならない条
件を成立させるためにはRSの値をR1よりも大きく、例え
ば10倍大きくする。CS/C1の範囲は、一方では駆動電圧
の最大許容損失により（CS/C1＞１）、又は他方では時
定数τDCにおけるキャパシタンスの影響により（CS/C1
＜100）決定される。CS/C1の比率は２〜50の範囲内の値
とするのが好適である。
絶縁層及び液晶の誘導定数並びに液晶層の厚さはCSの
値を規定することになるが、CSの値は一般に絶縁層の総
厚が少なくとも0.3μｍとなるようなCS/C1に対して選定
した範囲内に見つけられる。この場合、１つ又は２つの
絶縁層を必要に応じサブ層で構成し、これらサブ層の１
つを例えばカラーフィルタとすることができる。
本発明による表示装置の好適例では、補助キャパシタ
ンスを画素に並列に配置する。
斯種のキャパシタンスは上述した時定数τDCには影響
を及ぼさず、例えば絶縁層及び液晶材料層の抵抗値及び
キャパシタンスを所定値に選定することにより起こり得
る画素の迅速な放電を防止する。液晶材料をスイッチン
グすることにより起こり得る影響（例えば特性の変動）
も或る程度なくすることができる。
既に述べたように、表示装置は補助電圧を印加する手
段を具えている。この補助電圧は、前記補助電圧の値
を、前記液晶媒体の透過度／電圧特性における遷移範囲
を越えるか、又は該遷移範囲の縁部における値とするの
が好適である。
斯種の表示装置の第１好適例では、前記支持プレート
における画像電極を、データ信号用の列電極と基準電圧
用の電極との間に直列に配置した２つの非線形スイッチ
ング素子の共通接続点に導電的に接続する。
非線形スイッチング素子は例えば前記特開平１−2578
97号公報に記載されているようなダイオードとする。
本発明の他の好適例では、少なくとも１つの画像電極
を非線形スイッチング素子を介して行又は列電極に接続
し、ライン期間の少なくとも一部分の期間中に行電極を
介して画素行を選択し、データ信号を列電極を介して与
え、前記スイッチング素子をほぼ対称なものとし、前記
スイッチング素子によって前記画素を画像表示に使用す
べき電圧範囲以上か又は該電圧範囲の縁部における補助
電圧にまで充電又は放電させるようにする。
斯種の表示装置については前記オランダ国特許出願第
8802436号にさらに詳細に記載されている。対称スイッ
チング素子は、例えば金属−絶縁体−金属素子、逆並列
ダイオード素子、NIN又はPIPスイッチング素子で構成す
ることができ、又対称スイッチング素子はダイオードリ
ングの場合又は冗長度を用いる場合のように、複数のサ
ブ素子で構成することもできる。
画素は行電極又は列電極に容量的に結合させることも
できる。
〔実施例〕
以下実施例について図面を参照して説明するに、第１
図は本発明による画像表示装置を概略的に示したもので
ある。マトリックスに配置する画素12は行電極11と列電
極８との交差個所に位置付けられ、又画素は非線形スイ
ッチング素子（本例ではMIM）15を介して列電極８に接
続される。
データ電圧Vdが列電極８に与えられ、又選択電圧VS1
が選択行電極11に与えられる場合、画素12間の電圧、即
ち画素電圧VP1（第２図参照）は次式にて表わされる電
圧に等しくなる。
VP1＝Vd−VS1−Vm （１） ここにVmはMIMの順方向電圧であり、この電圧でMIMは
画素を所望時間内に正しい電圧に充電するのに十分な電
流を供給する。
次のフレームではデータ電圧は反転形態（−Vd）で与
えられ、又選択電圧はこの際VS2となる。画素12に関連
するキャパシタンスは先ず最初は特開平１−257897号公
報に記載されているのと同様な方法でかなりの程度にま
で負方向に充電されるため、この際も上記キャパシタン
スはMIMを流れる電流が同じ電流方向にある間再び充電
されて、画素電圧VP2（第２図参照）は次式にて表わさ
れる電圧に等しくなる。
VP2＝−Vd−VS2−Vm （２） 式（１）及び（２）から次式が成立する。
VP1−VP2＝2Vd−VS1＋VS2≡2Vampl （３） VP1−VP2＝−VS1−VS2−2Vm≡2VDC （４） 理想的な場合（電圧Vmのバラツキがなく、例えば第３
図に示すようにほぼ対称の透過度／電圧特性を呈する場
合）には、選択電圧VS1,VS2に対してVS2＝−VS1−2Vmが
成立するものとすれば、大きさは等しいが、極性が反対
のデータ電圧Vd又は−Vdでの画素電圧も大きさが等し
く、極度が反対のものとなる。従って、VP1−VP2＝V
amplとなり、又同時にVDC＝０となる。
上記画素電圧VP1,VP2は次のように表わすこともでき
る。
VP1＝1/2（VP1＋VP2）＋1/2（VP1−VP2）＝VDC＋Vampl （５） VP2＝1/2（VP1−VP2）＋1/2（VP1−VP2）＝VDC＋Vampl （６） 直流電圧成分VDCは、MIMの電圧Vm（又は他のほぼ対称
的なスイッチング素子の電圧）が画像表示装置の表面領
域全体を通じて同一とならず、任意のMIM間における電
圧降下が公称値Vmからずれることからして導入されるの
であって、実際上このような直流電圧成分VDCは、液晶
材料におけるイオンを、或る時間後に電極を覆っている
絶縁層間にのみ直流電圧を与えるようにして動かすこと
により補償することができることは明らかである。この
場合の実効画素電圧Ｖ＊ Ｐは（周期的に交番する）電圧
Vamplによって決定される。このために次式の関係が成
立する。
Ｖ＊ P1＝−Ｖ＊ P2＝Vampl（第２図参照） 電圧VamplはMIM間の電圧降下及びMIMにて起り得る変
動にほぼ無関係である。これがため、スイッチング素子
の不均一のスイッチング特性による変動は、起り得る直
流成分が補償されるために表示装置の伝送特性には殆
ど、或いは全く見られなくなる。これらの直流成分はデ
ータ電圧に無関係（式（４）参照）であるため、スミア
効果（像保留、ゴースト画像）が生じなくなる。
情報を読取る場合には、第１選択電圧VS1を各選択期
間tS中選択ライン11に与えると共に、情報、即ちデータ
電圧Vdを同時に列電極８に与える。これにより例えば画
素12間には供給された情報を表わす正電圧が現れる。
液晶が劣化しないようにすると共に所謂大面積フリッ
カ周波数を高めることのできるようにするためには画素
12間に極性が交番する情報を与えるのが好適である。本
発明による方法では、与えられた情報を表わす画素12間
の電圧を次のようにして負にする。即ち、画素12に関連
するキャパシタンスをMIM15を介して著しく放電させた
（又は負方向に著しく充電した）後に第２選択電圧VS2
を与えると共に、これと同時に反転データ電圧（−Vd）
を与えることによって上記画素間の電圧を負にする。
式（５）及び（６）から明らかなように、画素電圧VP
の正負符号は、起り得る直流成分VDCの大きさに応じて
例えばフレーム周期毎に一度変化する。
冒頭にて既に述べたように、スイッチング素子のバラ
ツキによって生ずる不均一性及び直流成分の発生は、特
性時定数τDCによって特徴付けられる時間変化により均
等化され、その後直流成分VDCは画像電極を覆う配向層
間にほぼ完璧に与えられる。
この経時的作用は第４図に示すような２つのRC回路間
の経時的電圧変化として次式のように表わすことができ
る。即ち、 R1C1＞＞１フレーム周期である ものとすれば、次のようになる。
ここに、 CS:合成絶縁層の（単位表面積当りの）キャパシタン
ス、 C1:液晶材料の（単位表面積当りの）キャパシタンス、 RS:合成絶縁層の（単位表面積当りの）抵抗値、 R1:液晶材料の（単位表面積当りの）抵抗値。
これがため、時定数τDCは画像が均一となる策を決定
する。液晶材料層間の直流成分を最小とするためには、
RS＞＞R1（例えば10倍以上）として、上式（７）を次式
のように表わせるようにする。
上式（８）による関係をCS/C1の種々の値（１〜200）
に対して第５図に示してある。本発明による表示装置の
特性はこの図を参照してパラメータを適当に選定するこ
とにより決定することができる。
例えば、領域は一方ではτDCに例えばτDC＜20sec
（第５図の破線１）又はτDC＜10sec（第５図の破線
２）なる必要条件を課し、他方ではコントラストが過度
に劣らないようにτDC＞0.1sec（第５図の破線３）なる
必要条件を課することによって画成される。
これらの境界線とCS/C1＝１に対する上式（８）とに
よって固定される三角形ABC及びＡ′BC′内でτDC,τLC
及びCS/C1の適当な組合せを選定することができ、又CS/
C1の選定は許容できる駆動電圧損にも依存し、例えば20
％の駆動電圧損ではCS/C1＝4,10％の駆動電圧損ではCS/
C1＝９である。
液晶の層厚がｄ＝４μｍの液晶ZL84460（Merck社製）
を有する液晶表示装置の実施例ではC1＝7.74×10-10F/c
m2が成立する。τDC＝10sec及びCS/C1＝４ではτLC＝2s
ec（20℃）が成立し、又CSに対してはCS＝7.1×10-9F/c
m2となり、このことは単一絶縁層（同一層の場合）に対
して、単位表面積当りのキャパシタンスが14.2×10-9F/
cm2であることを意味する。慣例のポリイミド樹脂の場
合、εｒ４であるため、別々の絶縁層の厚さに対して
ｄ0.25μｍとなる。このような厚さは、層を複数のサ
ブ層で構成し得る程に厚く、例えばその層の第１層はよ
り一層慣用な厚さ（0.05μｍ）の配向層が被着されるス
ペーサの圧力に十分耐えるチタン酸化物／シリコン酸化
物層とすることができる。このような第１層はカラーフ
ィルタとすることもできる。
非選択期間中に電荷が漏洩しないように全画素を調整
するために、キャパシタンスCP（第４図に破線にて示
す）を画素に並列に接続することができる。このことは
特に小さめのτLC＝R1C1について云えることであり、と
りわけて有利なことではない。電荷の漏洩にとっては次
式で表わされるような時定数を考慮する必要があること
は明らかである。
又、式（８）は画像の均一性にとっても依然有効であ
る。
τLCは小さめに選定することができ、或いは液晶にイ
オノゲン的な不純物を添加することによってτLCを低下
させることができるため、第５図の選定範囲はさらに広
くなる。
上述した例ではCS/C1を４、即ちτLC＝５とした。並
列キャパシタンスCP＝C1を用いると次式が成立する。
換言するに、τLCは電荷の漏洩によるコントラストの
損失なしに元の値（20℃で2sec）の1/3とすることがで
きる。τLCのこのような値（20℃で約0.67sec）ではτ
DC3.35secであるため、均一化が極めて迅速に生ず
る。
他の例ではCS/C1＝25とした。式（８）によれば（並
列キャパシタンスがない場合）、τDC＝26・τLCとな
る。
再びτLC（20℃）＝2secに選定すれば、τDC＝52sec
となり、これは比較的長い時間である。並列キャパシタ
ンスCP＝４・C1を導入すると、上式（９）にならって次
のようになる。
従って、τLCは何等コントラストを低下させることな
く4.45のファクタだけ低下させることができる。τ
LC（20℃）＝2/4.45＝0.45secでは、画像の均一化にと
っての追従する時定数は次のようになり、即ち τDC（20℃）＝26×0.4512sec これは極めて容認し得る値である。
前述した所から明らかなように、CS,C1,RS及びR1を並
列キャパシタンスと一緒に適当に選定することにより、
上述した駆動モードを用いた場合に画像が迅速に均一化
さるように本発明による表示装置を構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による画像表示装置を概略的に示す線
図； 第２図は液晶のような電気−光学媒体の透過度／電圧特
性図； 第３図はほぼ対称な非線形スイッチング素子（例えばMI
M）の電流−電圧特性図； 第４図は２つのRC素子の形態で表わされる画素を示す線
図； 第５図はCS/C1の種々の値に対するτDCとτLCとの関係
を示す線図である。 ８……列電極 11……行電極 12……画素 15……非線形スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1333 505 G02F 1/1365

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つの支持プレート間の液晶表示媒体と、
    行及び列に配置され、各画素が前記支持プレートの対向
    する表面上に設けられた絶縁層を有している画像電極に
    よって構成される画素系と、選択信号及びデータ信号を
    与える行及び列電極の系であって、これらの電極によっ
    て画像表示目的のための画素間に液晶表示媒体に依存す
    る範囲の電圧を与えることができる行及び列電極系とを
    具え、画素を選択する前に画像表示に使用すべき電圧範
    囲を越えるか、又は該電圧範囲の縁部における値の補助
    電圧を画素間に印加する手段も具えている表示装置にお
    いて、画素を横切って見た絶縁層の電気抵抗値を液晶材
    料層の電気抵抗値よりも大きくし、画素の個所における
    絶縁層のキャパシタンスCSと画素の個所における液晶材
    料層のキャパシタンスC1との比率CS/C1が１〜100の範囲
    内の値となるようにしたことを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】画素の個所における絶縁層の直流抵抗値が
    液晶材料層の直流抵抗値の少なくとも10倍となるように
    したことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】前記比率CS/C1が２＜CS/C1＜50の関係を満
    足するように構成したことを特徴とする請求項１に記載
    の表示装置。
  4. 【請求項４】前記絶縁層の厚さの和が少なくとも0.3μ
    ｍとなるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれかに記載の表示装置。
  5. 【請求項５】前記絶縁層の内の少なくとも１つを少なく
    とも２つのサブ層で構成したことを特徴とする請求項１
    〜４のいずれかに記載の表示装置。
  6. 【請求項６】前記サブ層の１つをカラーフィルタとした
    ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
  7. 【請求項７】補助キャパシタンスを前記画素に並列に配
    置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
    の表示装置。
  8. 【請求項８】前記補助電圧の値を、前記液晶媒体の透過
    度／電圧特性における遷移範囲を越えるか、又は該遷移
    範囲の縁部における値としたことを特徴とする請求項１
    〜７のいずれかに記載の表示装置。
  9. 【請求項９】前記支持プレートにおける画像電極を、デ
    ータ信号用の列電極と基準電圧用の電極との間に直列に
    配置した２つの非線形スイッチング素子の共通接続点に
    導電的に接続したことを特徴とする請求項１〜８のいず
    れかに記載の表示装置。
  10. 【請求項１０】前記非線形スイッチング素子をダイオー
    ドとしたことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
  11. 【請求項１１】各画素電極行における２つの並置画像電
    極を非線形スイッチング素子を介して、画像電極間に配
    置した基準電圧用の共通電極に接続したことを特徴とす
    る請求項９又は10に記載の表示装置。
  12. 【請求項１２】少なくとも１つの画像電極を非線形スイ
    ッチング素子を介して行又は列電極に接続し、ライン期
    間の少なくとも一部分の期間中に行電極を介して画素行
    を選択し、データ信号を列電極を介して与え、前記スイ
    ッチング素子をほぼ対称なものとし、前記スイッチング
    素子によって前記画素を画像表示に使用すべき電圧範囲
    以上か又は該電圧範囲の縁部における補助電圧にまで充
    電又は放電させるようにしたことを特徴とする請求項１
    〜８のいずれかに記載の表示装置。
  13. 【請求項１３】前記少なくともほぼ対称な非線形スイッ
    チング素子を金属−絶縁体−金属素子、逆並列ダイオー
    ド素子、NIN−スイッチング素子又はPIPスイッチング素
    子としたことを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  14. 【請求項１４】前記非線形スイッチング素子をスイッチ
    ングサブ素子で構成したことを特徴とする請求項９〜13
    のいずれかに記載の表示装置。
  15. 【請求項１５】前記少なくともほぼ対称な非線形スイッ
    チング素子を少なくとも１つのダイオードリングで構成
    したことを特徴とする請求項14に記載の表示装置。
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