JPH0283526A - アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示装置の駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ツイスト・ネマティック型（ＴＮ型）を中心とし
た液晶表示装置（ＬＣＤ）の応用が発展し、腕時計や電
卓の分野で大量に用いられている。それに加え、近年、
文字９図形等の任意の表示が可能なマトリクス型も使わ
れ始めている。このマトリクス型ＬＣＤの応用分野を広
げるためには、表示容量の増大が必要である。しかし、
従来のＬＣＤの電圧−透過率変化特性の立上りはあまり
急峻ではないので、表示容量を増加させるためにマルチ
プレックス駆動の走査本数を増加させると、選択画素と
非選択画素との各々にかかる実効電圧比は低下するので
、選択画素の透過率増加と非選択画素の透過率低下とい
うクロストークが生じる。その結果、表示コントラスト
が著しく低下し、ある程度のコントラストが得られる視
野角も著しく狭くなる。従って、従来のＬＣＤでは走査
本数は、６０本ぐらいが限界である。このような従来の
ＬＣＤを、次に述べるアクティブマトリクスＬＣＤと比
較して、単純マトリクスＬＣＤと称する。

マトリクスＷＬＣＤの表示容量を大幅に増加させるため
に、ＬＣＤの各画素にスイッチング素子を直列に配置し
たアクティブマトリクスＬＣＤが考案されている。これ
までに発表されたアクティブマトリクスＬＣＤの試作品
のスイッチング素子ニハ、アモルファスシリコンやポリ
シリコンヲ半導体材料とした薄膜トランジスタ素子（Ｔ
ＰＴ）が多く用いられている。また一方では、製造法及
び構造が比較的単純であるため、製造工程が簡略化でき
、高歩留り、低コスト化が期待される薄膜二端子素子（
以下ＴＦＤと略す）を用いたアクティブマトリクスＬＣ
Ｄも注目されている。

このような薄膜二端子素子型アクティブマトリクスＬＣ
Ｄ（以下ＴＦＤ−ＬＣＤと略す）において、一番実用化
に近いと考えられているＬＣＤは、ＴＦＤに金属−絶縁
体−金属素子（以下ＭＩＭ素子又はＭＩＭと略す）を用
いたＬＣＤである。

ＴＦＤとして、ＭＩＭの他には、アモルファスＳ１のｐ
ｉｎ　　ダイオード２個を極性逆向きに並列接続したダ
イオードリング、及び、同じ（ｐｉｎダイオード２個を
極性逆向きに直列接続したパック・ツー・バック・ダイ
オードが知られている。

以上のＴＦＤは、全て、回路的には非線形抵抗素子であ
り、素子両端への印加電圧の増加に伴い、電流が非線形
的に急激に増加する。このようなＴＦＤを液晶と直列に
接続することにより、電圧−透過率変化特性の立上りは
急峻になり、走査本数を大幅に増やすことが可能になる
。

このようなＭＩＭを用いたＬＣＤの従来例は、論文では
デイ・アールパラフ、他、著［ジ・オンティマイゼーシ
ロン・オン・メタル・インシュレータ・メタル・ノンリ
ニア・デバイシズ・フォア・ユース・イン・マルチフレ
ックス）”−ＩＪキッド・クリスタル・ディスプレイズ
」、アイ−イー・イー・イー・トランザクション・オン
・エレクトロン・デバイシーズ、２８巻、６号、頁７３
６−７３９（１９８１年発行）［Ｄ、Ｒ，Ｂａｒａｆｆ
、ｅｔ　　ａｌ、。

”　Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔ
ａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉｎ
ｅａｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎＭｕｌ
ｔｉｐｌｅｘｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙｓ　。

Ｉ　ＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ、　ｖｏｌ、　ＥＤ−２８，ｐｐ、７３６−
７３９（１９８１）］、及び両角伸治、他、著ｒ２５０
Ｘ２４０画素の２チラルＭＩＭ−ＬＣＤ　Ｊ　　テレビ
ジョン学会技術報告（Ｉ　ＰＤ８３−８）。

１）Ｉ）３９−４４．（１９８３年１２月発行）に代表
的に示され、特許公開公報では特開昭５２−１４９０９
０号公報、及び特開昭５５−１６１２７３号公報中に代
表的に示され、その動作原理についても詳細に述べられ
ている。

ＭＩＭにおいて、最も重要な材料は、絶縁体層の材料で
ある。従来の論文、特許公開公報等に記載のＭＩＭでは
、絶縁体層の材料にタンタル（Ｔａ）又はシリコンの酸
化物又は窒化物が主として用いられるがこれに限定され
ない。又、金属は殆んど全ての金属を用いることが可能
であるが、主としてクロムかタンタルが用いられる。

非線形抵抗素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、種々の
形で数式化されるが、代表的なものとして、次の式が知
られている。

Ｉ＝Ａ・■“ ここで、工は電流、■は電圧、αは非線形係数、Ａは比
例定数である。既に述べたＭＩＭ素子等においては、α
は６以上の直をもつ。

以上述べたＴＦＤ−ＬＣＤにおいて、従来は、ＴＮ型単
純マ）　ＩＪクスＬＣＤに用いられている駆動法と実質
的には同一の駆動方法が用いられている。従来の駆動方
法については、エレクトロニクス昭和６３年４月９ｆｐ
１）４２　４６に詳述されている。

第２図は、注目している画素が選択画素であり、データ
信号ライン上、選択画素と非選択画素が父互に存在する
場合の駆動信号である。走交信号（ａ）、データ信号（
ｂ）は、負・正の各フレームで第１表のような値をとる
。負・正の各１フレームで、１画面の走査を行い、表示
内容を書き込む。アドレス時が各画素への書き込み区間
、非アドレス時が各画素の電荷保持区間である。ＶＤと
ＶＰの比（ＶＤ／ＶＰ）は通常一定であり、バイアス比
とよばれる。

ＴＦＤ−ＬＣＤパネル１画素の等価回路は、第３図のご
とく、非線形抵抗素子１３と液晶素子１４とが直列に接
続され、データ信号線１５と走査信号線１６が両端に接
続される。これが逆でも全く問題ない。

第１表 第２表 面素印加信号（ｃ）は、（データ信号）−（走査信号）
であり、第２表の値をとる。それに対応して、液晶電圧
（ｄ）が変化し、表示コントラストとなる。

理想的には、非線形素子のＩ−Ｖ特性は、電圧の正負に
対して対称のはずであるが、実際のＭＩＭ素子は非対称
性が大きい。即ち、（１）式でαは同じでも■〉０の時
のＡの値Ａ＋とｖく０の時のＡの値Ａ−とは異なりる。

Ａ−）Ａ＋の時、液晶に印加される電圧は、負フレーム
の方が、絶対値が大きくなる。液晶のコントラストは、
液晶電圧（ｄ）の実効値で決まるため、このような場合
は、画面のチラッキ、即ち、フリッカが目につきやすく
なる。

尚、第２表中で、非アドレス時の値が、全て〔〕付にな
っているのは、データ信号の内容が、選択か、非選択か
らにより、画素印加電圧が〔〕内の値をとる、という意
味である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたように、従来のＴＦＤ−ＬＣＤにはフリッカ
が起こりやすいという欠点があった。

本発明の目的は、７リツカが生じないＴＦＤ−ＬＣＤの
駆動方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、非線形抵抗素子を用いたアクティブマ
）　ＩＪクス液晶表示装置の駆動方法において、画素印
加電圧をフレームごとに極性が反転し、かつ、その絶対
値の比が表示最適比値に設定された画素印加電圧とする
ことを特徴とするアクティブマドＩＪクス液晶表示装置
の駆動方法が得られる。

〔作用〕

本発明による駆動方法を第１図に示す。基本的には、第
２図の従来型と同じであるが、負フレームと正フレーム
とで、走査信号（ａ）とデータ信号（ｂ）の差である画
素印加電圧（ｃ）の絶対値を変えた点が特徴である。即
ち、ｖＰの値は正フレームと負フレームでＶｐと■Ｐ′
とになり、ＶＤの値はＶＤとＶｎ’になる。Ａ−＞Ａ”
ｔ−仮定ｔ　ル（！：　、Ｖｐ＞Ｖｐ　’。

ｖＤ＞ｖＤ’と設定すると、正・負フレーム間の液晶電
圧（ｄ）の絶対値は等しくすることが可能になる。

これらの値は、第３表にまとめである。

通常、バイアス比は正・負フレームで一定にする（Ｖｏ
／Ｖｐ＝Ｖｎ’／Ｖｐ’）　が、コレハ、本質的なこと
ではない。

正・負フレーム間の画素印加電圧の絶対値の比であるＶ
ｐ／Ｖｐ’、（Ｖｐ−２Ｖｏ）／（Ｖｐ’−２ｖ、、’
）を各々調整することにより、フリッカが無くなる比が
みつけられる。この比を表示最適比値とよぶ。

バイアス比が一定の場合は％ＶＰ／ＶＰ’を表示最適比
値に設定すればよい。

画素印加′に圧（ｃ）は、（データ信号）−（走査信号
）であり、第４表にまとめた。

第３表 第４表 〔実施例〕 以下、実施例に基づいて説明する。

〔実施例１〕 代表的なＭ　Ｉ　Ｍ　−Ｌ　ＣＤの構造、作製法は以下
のとうりである。

まず、下部ガラス基板１上の膜形成、ＭＩＭ素子の製作
について述べる。第４図において、下部ガラス基板ｌを
Ｔａｇ　Ｏｓ　、　５ｉｆｔ等のガラス保護膜２で被覆
する。この保藤膜２は、不可欠なものではないので、被
覆を省略する仁ともできる。次にこの上にリード電極３
、絶縁体層４を形成する。

絶縁体層４の窒化シリコンは、種々の方法で形成するこ
とが可能であるが、本実施例においては、窒素ガス、シ
ランガス、水素ガスなどの混合ガスによるプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて約１００ＯＡに形成した。

上部電極５はＣｒとし、抵抗加熱法により形成し、通常
のフォトリングラフィによりパターン化した。下部透明
電極６は、酸化インジウム−酸化スズ（通称ＩＴＯ）と
し、マグネティック・スパッタリングにより形成し、通
常のフォトリングラフィ法によりパターン化した。

上部ガラス基板７上の膜形成、パターン化は通常の単純
マルチプレックスＬＣＤと＃１とんど同一である。上部
ガラス基板７は、５ｉＯ−等のガラス保護膜８で被覆さ
れているが、この保護膜８は不可欠ではない。上部透明
電極９も、下部透明電極６と同じく酸化インジウム−酸
化スズであり、マグネティック・スパッタリングにより
形成し通常のフォトリングラフィ法によりパターン化し
た。

下部ガラス基板１と上部ガラス基板７とは、ガラスファ
イバー等のスペーサを介して張り合わされ、通常のエポ
キシ系接着剤によりシールした。

セル厚は８μｍとした。

両ガラス基板１，７はラビングにより配向処理をした。

こめ場合、ポリイミド等の配向処理膜を塗、布すること
が多いが不可欠ではないので、８１図では省略した。

上記のセルに、ツイスト・ネマティック型液晶であるＺ
ＬＩ−１５６５（メルク製）を注入孔より注入して、液
晶層１０とした。注入孔を接着剤で封止することにより
ＴＦＤ−ＬＣＤを完成した。

第５図に、下部ガラス基板ｌ上の１画素の素子パターン
を示す。このように下部透明電極６は、１画素毎に分離
されている。リード電極３は陽極酸化により前面が絶縁
体層４で覆われており、又、リード電極３からは各画素
に対応して小さな突起がでている。この突起状の電極１
１は、上部電極５と交差しており、この交差部がＭＩＭ
素子になりている。

第６図に、本実施例ＴＦＤ−ＬＣＤの構造の一部を示す
。このように、第５図に示した下部ガラス基板１上の各
画素が格子状に並び、リード電極３は横につながり、端
部で端子部１２ｔｌ−構成している。第４図における上
部ガラス基板７上の上部透明電極９は、図示のように各
画素を縦につなげた形で帯状に形成されている。この上
部透明電極９の形状は、単純マルチプレックス駆動のＬ
ＣＤの電極形状とほぼ同一である。

第６図の構造のパネルに、第３図の電圧印加方法をとる
場合、上部透明電極が走査信号線であり、リード電極が
データ信号線である。

第１図に示された本発明の駆動法において、ＶＰ＝１６
ｖ、ＶＰ′＝１９Ｖ、バイアス比＝９とした駆動波形を
、上記パネルに印加することにより、コントラスト比２
０以上で、クロストークが無く、フリッカも全く無い高
コントラストの表示が得られた。即ち、この場合、表示
最適比値（＝Ｖｐ／Ｖｐ’）は０．８４２ｒあった。

ここで、第１図に示された本発明の駆動法では、走査信
号もデータ信号も、Ｏを中心に信号がふれている（この
電圧を中心電圧とよぶ）。しかし、この方法では、正負
側電源が必要であるので、複雑になる。又、通常、ＴＮ
Ｗ単純マトリクスＬＣＤ駆動方法においては、第１図の
液晶印加信号を電位差としては変えないようにして、フ
レームごとに、走査信号、データ信号台々の中心電圧を
かえることにより、必要な電源の数を減らしている（い
わゆる位相差駆動法）。このような方法は、本発明の駆
動方法にも適用可能である。

〔実施例２〕 本発明による駆動法に位相差駆動法を適用した場合の走
査信号とデータ信号を第５表に記す。これを、実施例１
のＴＰＴ−ＬＣＤパネルに印加した場合、Ｖｐ　＝ｌ　
６Ｖ、　　Ｖｐ’　＝１９Ｖ、　　バイアｘ比＝９の条
件で、コントラスト比が２０以上で、クロストークが無
く、フリッカも全く無い高コントラスト表示が得られた
。

第５表 〔実施例３」 毒実施例２１−の選択画素のデータ信号の時間幅を階調
に応じて変調する方法（即ち、パルス幅変調方式）によ
り、中間調を実現した。即ち、映像信号を４ビツトのＡ
／Ｄ変換により、ディジタル化し、液晶のコントラスト
曲線に合わせてパルス幅を変化させ、１６階調を実現し
た。

疵にＡ／Ｄ変換のビット数を増加させれば、よプ高ＶＩ
ｔ調が可能になった。

尚、上記いずれの実施例においてもＶ　ｐ　／　Ｖ　ｐ
の値は液晶表示装置の画面を見ながら、フリッカが無く
なるようｙ４整して定めた。

〔効果〕

本発明の駆動法を用いれば、非対称Ｉ−Ｖ特性の非線形
抵抗素子を用いたＴＦＤ−ＬＣＤパネルにおいてもフリ
ッカの全く無い高コントラストの表示が得られる。

又、以上の実施例においては、非線形素子に窒化シリコ
ン系ＭＩＭ素子を用いた例のみ述べた。

しかし、非線形素子に他の材料のＭＩＭ素子、及び、ダ
イオード・りング、バック・ツー・バックφダイオード
を用いても、はぼ同じフリッカの無い表示性能が得られ
た。

１・・・・・・下部ガラス基板、２，８・・・・・・ガ
ラス保護膜、３・・・・・・リード電極、４・・・・・
・絶縁体層、５・・・・・・上部電極、６・・・・・・
下部透明電極、７・・・・・・上部ガラス基板、９・・
・・・・上部透明電極、１０・・・・・・液晶層、１１
・・・・・・突起状の電極、１２・・・・・・端子部、
１３・・・・・・非線形抵抗素子、】４・・・・・・液
晶素子、１５・・・・・・データ信号線、１６・・・・
・・走査信号線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液晶素子から成る各画素に、非線形抵抗素子から成るス
   イッチング素子が直列に接続されているアクティブマト
   リクス液晶表示装置の各画素に印加する画素印加電圧を
   フレームごとに極性を反転する駆動方法において、極性
   の異なる画素印加電圧の絶対値の比が、液晶素子に加わ
   る電圧の絶対値が各フレーム間で等しくなるように設定
   されたことを特徴とするアクティブマトリクス液晶表示
   装置の駆動方法。