JPH0434412A - アクティブマトリックス型液晶表示素子及びその駆動方法 - 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、アクティブマトリックス型液晶表示素子の駆
動方法等に関すものである。

［従来の技術］ 行列状の走査電極及び信号電極の交差部分近傍に能動素
子を配置したアクティブマトリックス型液晶表示素子は
、コントラスト及び視野角依存性がよく、応答速度も速
い特徴を有し、また対向基板上にカラーフィルターを配
置した場合には゛色再現性も優れるためＣＲＴの代替と
なる平面型デイスプレィの本命と考えられてしる。

従来この能動素子としては、Ｍ　Ｉ　Ｍ、バリスター、
ダイオード等の２端子素子と薄膜トランジスター（ＴＰ
Ｔ）等の３端子素子が使わとているが、一般に３端子素
子の方が表示品位において優れている。

このＴＰＴの場合、従来は第７図のように１画素に対し
１個のＴＦＴ５６を配置するのが基本である。第７図に
おいて５】はゲートパスライン、５２はソースパスライ
ン、５３は液晶表示部、５４はコモン電極、５５は蓄積
容量、５７ｉ、を寄生容量であり、このＴ　Ｐ　Ｔ　５
６としてはＮチャンネルのＴＰＴかＰチャンネルのＴＰ
Ｔのどちらがが使われる。アクティブマトリックス基板
の歩留りを向上させるために、１画素に対し２個あるい
は３個以上のＴＰＴを配置する場合もあるが、ＴＰＴの
種類としてはＮチャンネル又はＰチャンネルかのどちら
が一方のみの素子構成であった。

そしてこのようなＴＰＴを駆動する場合には、例えばＮ
チャンネルのＴＰＴの場合には第８図のように正極性の
ゲートパルス６１をゲート電極に印加し、ソース電極に
は液晶に印加される電圧が交流になるようにフレームご
とに正と負が反転する信号６２を印加するのが一般的で
あった。

また、第１０図のように１個の表示電極に１組以上のＮ
チャンネルＴＰＴとＰチャンネルＴＰＴを配置する方式
では、第１１図に示すように正と負のゲートパルス７７
をゲート電極に印加し、ソース電極にはゲート電極に印
加するパルスの極性と同じ極性の電圧７８を印加するの
が一般的であった。

尚、第１０図において７１はゲートパスライン、７２は
ソースパスライン、７３は液晶表示部、７４はコモン電
極、７５は蓄積容量、７６は１組のＮＰＰチヤンネルＰ
Ｔであり、第１１図において、７９はコモン電位である
。

［発明の解決しようとする課題］ 第７図に示すようなＴＰＴに第８図のような単極性のゲ
ートパルス及び交流のソース電圧を印加すると、実際の
丁ＦＴには第７図のようにゲート・ドレイン間に寄生容
量があるため、ＴＰＴのドレイン電圧６４は第９図に示
すようにこの寄生容量による突き抜は電圧６６のために
電圧が非対称となり直流成分が存在することとなる。こ
の電圧の非対称性は、コモン電位をシフトさせることに
よりある程度緩和できるが、第９図の電圧波形から解る
ように完全には補償できないのが現状である。このよう
に液晶に印加される電圧が非対称になると、直流成分の
ため液晶が劣化する原因となったり、あるいは焼付けと
呼ばれる一種のメモリー現象が発生したり、あるいはフ
リッカ−の原因となったりして様々な不都合が生じ、Ｃ
ＲＴに代替する表示画像への障害の一つとなっていた。

一方、第１０図のように１個の表示電極に１組以上のＮ
チャンネルＴＰＴとＰチャンネルＴＰＴを配置する方式
では、第１１図のように正と負の両極性を持ったパルス
をゲート電極に印加し、ソース電極にはゲート電極に印
加するパルスの極性と同じ極性の電圧を印加することに
より、第１２図のように突き抜は電圧によるドレイン電
圧８０の非対称性をなくすことができるが、電圧保持特
性の悪いパネルではＴＰＴがオフの期間に自己放電のた
め電圧が減少してしまい、さらにその上突き抜は電圧の
影響による直流成分のため、液晶に印加される電圧が減
少してしまう欠点があった。第１２図において７９はコ
モン電位である。

１課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の問題を解決すべ（成されたものであり
、絶縁性基板上に、行列状に電極を交差配列し、該電極
の交差部分近傍に能動素子を配置したアクティブマトリ
ックス基板と、透明電極を有する対向基板との間に液晶
が充填されたアクティブマトリックス型液晶表示素子に
おいて、能動素子部分が少なくとも１組の並列接続され
たＮチャンネルトランジスターとＰチャンネルトランジ
スターからなり、これらのトランジスターのソース電極
に印加されるソース信号電圧がコモン電位に対し直流成
分がほとんどなく、正負対称である交番電圧であり、か
つ該ソース信号電圧がゲートパルス電圧と逆極性とした
ことを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示素
子の駆動方法等を提供するものである。

以下本発明を図面に従って詳細に説する。

第１図は本発明に係る駆動波形の一つを示したものであ
る。１はゲートパルス電圧、２はソース信号電圧、３は
コモン電位である。

第２図は、第１図に示す駆動波形を、本発明にかかる第
１０図に示すような１組のＮ、ＰチャンネルのＴＰＴに
印加した場合の液晶表示部７３に印加される電圧波形を
示す。

第２図において、４はドレイン電圧を示し、このトレイ
ン電圧４が液晶に印加される電圧波形となる。ドレイン
電圧４はコモン電位３に対してほぼ対称となり、従って
液晶表示部７３には直流成分が印加されない。

このように第１図に示す駆動波形によって液晶の適正な
駆動が可能となる。本発明に係る駆動波形は、第１図に
示す波形に限定されず、第３図に示すようにゲートパル
スは正負同電位でな（ともよ（、コモン電位３に対しソ
ース電極に印加されるソース信号電圧２が直流成分がほ
とんどなく、正負対称である交番電圧であり、かつソー
ス信号電圧２がゲートパルス電圧と逆極性であれば使用
できる。

尚、ゲートパルスがない部分では、Ｐチャンネル、Ｎチ
ャンネルの両ＴＦＴともオフになっているような特性の
ＴＰＴを使用することが必要である。

本発明では第１０図に示すように１つの表示画素電極に
対しＮチャンネルＴＰＴとＰチャンネルＴＰＴが１組と
なって並列にゲート、ソース、ドレイン６９４２間に接
続されている場合に対して有効な駆動法であるが、第４
図のようにＴＦ′ｒ基板の歩留り向上のために冗長性を
持たせ、２組あるいは３組以上のＮチャンネルＴＰＴと
ＰチャンネルＴＰＴから構成されたパネルに対しても有
効である。

第４図において、１１はゲートパスライン、１２はソー
スパスライン、１６　（ａ）　、　１６　（ｂ）は１組
のＮ、ＰチャンネルＴＰＴ、１３は液晶表示部、１４は
コモン電極、１５は蓄積容量である。

また、第５図のように１つの表示画素電極に対しＮチャ
ンネルＴ　Ｆ　Ｔ　２６（ａ）とＰチャンネルＴ　Ｐ　
Ｔ　２６（ｂ）を接続し、ＮチャンネルＴ　Ｐ　Ｔ　２
６（ａ）とＰチャンネルＴ　Ｐ　Ｔ　２６（ｂ）のゲー
ト電圧を別々に駆動する方式においても、第６図のよう
にそれぞれのゲートパルスの極性と反対の極性の信号電
圧を印加すればよい。

ここで、第５図２１（ａ）はＮチャンネルＴＦＴ用ゲー
トパスライン、２１（ｂ）はＰチャンネルＴＦＴ用ゲー
トパスライン、２２はソースパスライン、２３は液晶表
示部、２４はコモン電極、２５は蓄積容量であり、第６
図において、（ａ）はＮチャンネルＴＦＴ用の駆動波形
、（ｂ）はＰチャンネルＴＦＴ用の駆動波形であり、２
７（ａ）は正のゲートパルス、ｚ７（ｂ）は負のゲート
パルスであり、２８はソース信号電圧である。

また１画素を複数に分割してそのそれぞれに１組以上の
ＮチャンネルＴＰＴとＰチャンネルＴＰＴを接続した素
子構成に対しても本発明は有効であり、そのそれぞれに
本発明の駆動法を適用すれば同様な効果が得られる。尚
、この場合にも第３図に示すような駆動波形も使用でき
る。

また本発明はＴＰＴで作られたアクティブマトリックス
のみに適用できるものではなく、半導体基板としてシリ
コンウェハーでも良いし、半導体材料としてシリコン以
外の半導体や化合物半導体で作られたアクティブマトリ
ックスに対しても応用が可能である。

更に本発明では、説明を簡単にするために第１図等にお
いてコモン電位は一定レベルとしたが、実際にはコモン
電位がフレーム毎、ライン毎あるいは１ドツト毎に変化
しているような駆動波彫金てに適用できる。

またＴＰＴの構成としてスタガー、逆スタガー、コプレ
ナー等種々の方式が提案されてし入るが、本発明は全て
の構成のＴＰＴ番こ適用できるし、半導体材料としては
アモルファスシリコンでも、あるいはポリシリコンで作
成されたＴＰＴでもよい。特にポリシリコンの場合には
、易動度が高いため周辺の駆動回路もＴＰＴで作成でき
るが、駆動回路用の素子としては駆動マージンの点でＣ
−ＭＯＳが有利であり、その場合にはＮチャンネルのＴ
ＰＴとＰチャンネルのＴＰＴを同時に作り込めるため、
本発明の駆動方法を有効に利用できる。

また本発明は、白黒表示のＴＰＴパネルにも使えるし、
カラーフィルター等を用いたカラー表示用のＴＰＴパネ
ルにも使える。

［作　用］ 本発明による第１図のような駆動波形を、第１０図のよ
うに１つの表示画素電極に対しＮチャンネルＴＰＴとＰ
チャンネルＴＰＴを並列に接続した構成のＴＰＴ素子に
印加したり、あるいは第６図の様な駆動波形を、第５図
の様に別々のゲート線で駆動されるＮチャンネル、Ｐチ
ャンネルのＴＰＴ素子に印加すると、正のゲートパルス
でＮチャンネルのＴＰＴがＯＮとなりソースラインから
負の信号がドレイン電極へ入る。その後ゲートが閉じＴ
ＰＴがＯＦＦとなった瞬間にＮチャンネルＴＰＴのゲー
ト・ドレイン間の寄生容量のために突き抜は電圧が発生
するが、ゲートパルスの方向とソース信号の極性が反対
のため、第２図のように液晶にはより大きな負の電圧が
印加される。その後ＴＰＴがＯＦＦの期間はＴＰＴパネ
ルの電圧保持特性により一定の電圧であったりあるいは
徐々に減少したりする。この時ＰチャンネルのＴＰＴは
充分大きな負のしきい値を持っているのでＯＦＦのまま
であり、駆動になんの影響も与えない。

次に、次のフレームで負のゲートパルスが印加されると
、今度はＰチャンネルのＴＰＴがＯＮと゛なりソースラ
インから正の信号がドレイン電極へ入る。その後ゲート
が閉じＴＰＴがＯＦＦとなった瞬間にはやはりＰチャン
ネルＴＰＴのゲート・ドレイン間の寄生容量のために突
き抜は電圧が発生するがその方向は正のゲートパルスの
時と対称となり、液晶に印加される電圧は第２図のよう
により大きな正の電圧が印加される。その後ＴＰＴがＯ
ＦＦの期間はＴＰＴパネルの電圧保持特性により一定の
電圧であったりあるいは徐々に減少したりする。

このときＮチャンネルのＴＰＴは充分大きな正のしきい
値を持っているためＯＦＦのままであり、はやり駆動に
はなんの影響も与えない。

このような駆動を行うと第２図から解るように液晶に印
加される電圧には直流成分が発生しない。また、ソース
電極にゲートパルスの極性と同じ極性の信号電圧を印加
する従来の駆動方法では、確かに直流電圧は印加されな
いが第１２図のように液晶に印加される電圧が減少して
しまうのに対して、本発明では電圧が減少しないばかり
かむしろ増加させることもできる。

［実施例］ 実施例１ ガラス基板（旭硝子社製ｒＡＮガラスＪ上に非晶質シリ
コン層を形成し、イオン注入によるセルファライン方式
により、第１０図に示すような１組のＮチャンネルとＰ
チャンネルのＴＰＴを複数作成し、アクティブマトリッ
クス基板を完成させた。

万別のガラス基板上にカラーフィルタ、保護膜を形成し
、ＩＴＯをスパッタリングによって堆積したものを対向
基板とした。

上述した２種類の基板に配向処理を施し、スペーサーを
介して張り合わせてセルとし、このセルに液晶を充填し
た。セルギャップは５μｍとした。

次にパルスジェネレーターにより、第１図に示すような
正と負の極性を持ったゲートパルス発生させ、このセル
に印加した。コモン電位を中心としたゲートパルスの絶
対値はそれぞれ２０　、Ｖとし、第１図に示すようにソ
ース信号電圧としではゲートパルスと反対の極性の電圧
をソース電極に印加した。

そして次にその電気光学特性の測定及び信頼性試験を実
施した。まず液晶の劣化については、１０００時間の連
続通電試験をしても、液晶を書き込むためのしきい値電
圧が通電試験前の値とほとんど変化しておらず、また目
視的にも電極劣化等の不良モードが認められなかった。

次に焼き付は現象については、２時間、４時間、１２時
間、２４時間、７２時間と連続で同じパターンを通電し
、その後表示パターンを変えても、前のパターンが全く
残らなかった。

次にフリッカ−については、１２時間および２４時間の
通電試験をした後でも目視的には全く認められず、また
スペクトルアナライザーが解析してもフリッカ−が発生
するような周波数成分は全く認められなかった。

また信号電圧の大きさも、従来の第１２図の駆動法の場
合には突き抜は電圧の影響で液晶に印加される電圧が実
質的に減少するため、より大きな値が必要であったが、
本発明ではスタティク駆動の場合とほぼ同じ電圧で駆動
できることが解った。

実施例２ 次に、第５図のように１画素に付き１個づつのＮチャン
ネルＴＰＴとＰチャンネルＴ　Ｆ　ｒをそれぞれ別々の
ゲートパルスで駆動するＴＰＴ素子を、実施例１と同じ
ようにイオン注入によるセルファライン方式により作成
した。

次にこのＴＰＴ素子に、パルスジェネレータより、第６
図に示すようにそれぞれのゲート電圧が正と負の極性を
持ったゲートパルス発生させ、印加した。ゲートパルス
の絶対値はそれぞれ２０Ｖであり、ソース信号電圧とし
てはゲートパルスと反対の極性の電圧をソース電極に印
加した。

次に実施例１と同じように、その電気光学特性の測定お
よび信頼性試験を行ったが、実施例１と同様液晶の劣化
、焼付け、フリッカ−等の不良モードは発生しなかった
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に依れば、ゲート・ドレイン間の寄
生容量による突き抜は電圧が対称となるため液晶に直流
成分が印加されない上、突き抜は電圧による電圧の減少
を防いだり、寄生容量が大きいＴＰＴでは、むしろ信号
電圧よりも大きな電圧が印加されることになる。このた
め、いままで電圧の非対称のために発生していた液晶の
劣化、焼付は及びフリッカ−等の様々な不良モードを完
全になくすことができる上、駆動電圧の低減が図れる等
の効果が認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる駆動波形を示す電圧波形図 第２図は、本発明にかかる駆動波形により液晶に印加さ
れる電圧波形図 第３図は本発明にかかる駆動波形を示す電圧波形であっ
て、第１図とは別の態様のものの電圧波形図 第４図は１画素当り２組以上のＮチャンネルＴＰＴとＰ
チャンネルＴＰＴで構成された本発明にかかる回路構成
図 第５図は１画素当り１組のＮチャンネルＴＰＴとＰチャ
ンネルＴＰＴで構成しそれぞれのゲートを別々のパルス
で駆動する本発明にががる回路構成図 第６図は第５図に示すＴＰＴ素子を駆動するゲートパル
スおよびソース電圧の本発明にががる電圧波形図 第７図は、従来のＴＰＴの回路構成図 第８図は第７図に示す従来のＴＰＴを駆動するための電
圧波形図 第９図は第７図に示す従来の回路構成及び従来のゲート
パルスにより液晶セルに印加される電圧波形図 第１Ｏ図は本発明にががる１画素当り１個のＮチャンネ
ルＴＰＴとＰチャンネルＴＰＴで構成されたＴＦＴの回
路構成図 第１１図は第１θ図のＴＰＴを駆動するどき１こ用いる
従来の駆動波形図 第１２図は第１１図の従来の駆動波形による液晶に印加
される電圧波形図 １：ゲート電圧 ２：ソース信号電圧 ３：コモン電位 第 図 拓 １ｇ 拓 １゜ 劃 拓 ／１ 図 躬 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性基板上に、行列状に電極を交差配列し、該電
   極の交差部分近傍に能動素子を配置したアクティブマト
   リックス基板と、透明電極を有する対向基板との間に液
   晶が充填されたアクティブマトリックス型液晶表示素子
   において、能動素子部分が少なくとも１組の並列接続さ
   れたＮチャンネルトランジスターとＰチャンネルトラン
   ジスターからなり、これらのトランジスターのソース電
   極に印加されるソース信号電圧がコモン電位に対し直流
   成分がほとんどなく、正負対称である交番電圧であり、
   かつ該ソース信号電圧がゲートパルス電圧と逆極性とし
   たことを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示
   素子の駆動方法。 ２）トランジスターが薄膜トランジスターであることを
   特徴とする請求項（１）記載のアクティブマトリックス
   型液晶表示素子の駆動方法。 ３）請求項（１）又は請求項（２）に記載された駆動方
   法を使用した液晶表示装置。