DE2953769C2

DE2953769C2 - Flüssigkristall-Anzeigematrix mit Dünnfilmtransistor-Anordnung

Info

Publication number: DE2953769C2
Application number: DE2953769A
Authority: DE
Inventors: Kohei Tenri Nara Kishi; Keisaku Nara Nonomura; Keiichiro Yamatokoriyama Nara Shimizu; Hisashi Yamatokoriyama Nara Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1985-02-14
Also published as: GB2016780A; US4386352A; DE2904596C2; GB2016780B; DE2904596A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Source-Spannungsimpulse (V_SI) jeweils ein Paar aus einem positiven und negativen Impuls sind, das Impulsbreitenverhältnis zwischen dem positiven und dem negativen Impuls derart gewählt ist, daß durch Aufladen und Entladen die Spannung am Flüssigkristallmaterial gleich Null ist, wenn der Dünnfilmtransistor (3) abgeschaltet ist, und daß nach jedem Abtastzyklus eine Phasenumkehr des Impulspaares stattfindet, wobei für die eingeschalteten Bildpunkte Source und Gate-Spannungsimpulse (V₅,; V_Gj) zeitlich derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Gatespannungsimpulse (Ve;) hinsichtlich Zeitpunkt und Breite nach jedem Abtastzyklus wechselnd dem positiven bzw. dem negativen Impuls der Source-Spannungsimpulspaare (V_s) gleich sind.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigematrix der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art.

Eine solche Flüssigkristall-Anzeigematrix ist aus der Veröffentlichung »A 6 Inch χ 6 Inch 20 Lines-per-Inch Liquid-Crystal Display Panel« von T. P. Brody et al., IEEE Trans, on Electron Devices, ED-20, Seiten 995 bis aus dem Jahr 1973 bekannt und soll anschließend zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert werden.

Die in F i g. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellte bekannte Schaltung enthält für jedes der Bildelemente der Anzeigetafel einen Dünnfilm-Transistor (TFT) 3 und eine Speicherkapazität 5. Ein zugehöriges Impulsdiagramm ist in F i g. 2 dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält nur vier in einer X/Y-Matrix angeordnete Bildelemente (Bildpunkte), die zu einer Sichtanzeigematrix verdrahtet sind.

Durch Anlegen der Source-Spannung V, an die Source-Elektrode 1 und der Gate-Spannung - V\ an die Gate-Elektrode 2 von F i g. 1 wird der Dünnfilmtransistor 3 in den leitenden (ON) Zustand versetzt, so daß die mit einer Kapazität 4 (Clc) des Flüssigkristallmaterials verbundene Speicher-Kapazität 5 (C₅) über den Leitungswiderstand Ron des Dünnfilmtransistors von der Source-Elektrode 1 her aufgeladen wird. Damit ändert sich das Potential (V Drain 1) der Drain-Elektrode 6 gemäß nachstehender Formel:

10 V Drain 1

worin

Wenn dann die Gate-Spannung der Gate-Elektrode 2 auf + V2 geladen wird, sperrt der Dünnfilmtransistor 3 (OFF-Zustand). Anschließend beginnt eine Entladung der Kapazität 4 (Clc) und 5 (Cs) über den Abschaltwiderstand Äoffdes Dünnfilmtransistors 3 und den Widerstand Rlc des Flüssigkristallmaterials. Da die folgende Beziehung

Roff > Ron, Rlc > Roff

zwischen den Widerständen Roff, Rlc und Ron besteht, erfolgt dieser Entladeprozeß sehr langsam, so daß das Potential (VDrain 2) der Drain-Elektrode für einen relativ langen Zeitraum beträchtlich hoch bleibt, wie aus folgender Formel hervorgeht:

V Drain 2= K₁ e'

wonn

IQFF

* LC

ist.

Der Ablauf dieses Prozesses geht aus F i g. 2 hervor. Die Effektivspannung der Drain-Elektrode, d. h. die sich über ein betreffendes Flüssigkristall-Element entwikkelnde Effektivspannung ist beträchtlich hoch und ermöglicht eine kontrastreiche Anzeige, obwohl die an die Source-Elektrode 1 angelegte Spannung ein kleines Nutzimpuls-Verhältnis und einen sehr geringen Effektivwerthat.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitende bekannte Zellenaufbau ist in F i g. 3 dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem Substrat 22 mit Dünnfilmtransistoranordnung sowie einem Gegensubstrat 23. Das Substrat 22 trägt den Dünnfilmtransistor 3, die Kapazität 5 und eine Elektrode 11, die nach einer bekannten Vakuumtechnik auf einer Glasunterlage 7 aufgetragen und nach den X/Y-Koordinaten als X- oder V-Leitung für das Flüssigkristall-Einheitselement ausgebildet ist. Das Gegensubstrat 23 trägt einen vollständig transparenten leitfähigen Film (Gegenelektrode) 17, der sämtlichen Bildelementen gemeinsam zugeordnet und auf einer weiteren Glasunterlage T aufgetragen ist. Beide Elektrodensubstrate sind einem konventionellen TN-(twisted nematic)-Ausrichtungsprozeß wie einer schrägen Bedampfung und Reibbehandlung unterzogen worden, nachdem transparente Isolierschichten 14 und 15 aus SiO, SiO und dergleichen darauf abgelagert wurden. Die beiden Substrate sind über ein Diehtungselement 21 miteinander verkittet worden, und der Hohlraum zwischen ihnen ist mit einem geeigneten Flüssigkristallmaterial 16 gefüllt. Außerhalb der Flüssigkristall-Anzeigematrixtafel befindet sich mindestens ein f'aar

Polarisatoren 18,19 und Reflektor 20.

Der Aufbau gemäß F i g. 3 enthält eine Gate-Elektrode 8 aus Al oder dergleichen, eine Elektrode 9 der Kapazität C₅, einen Isolierfilm 10 für das Gate des TFT und als Dielektrikum der Kapazität C* die bereits erwähnte Elektrode 11 des Flüssigkristallelements, eine Source-Elektrode 12, eine Drain-Elektrode 13 und eine Halbleiterschicht 24.

Bei der Ansteuerung der Schaltung von F i g. 1 mit den in F i g. 2 dargestellten Spannungen tritt jedoch folgendes Problem auf:

Betrachtet man den Verlauf der Spannungen in Fig.4 zur Aktivierung sämtlicher Bildelemente mit Ausnahme eines einzelnen Elements, ausgewählt durch eine bestimmte Source-Elektrode 5, und eine bestimmte Gate-Elektrode Gj, dann bleibt der ausgewählte bzw. nichtaktivierte TFT zwar im abgeschalteten (OFF) Zustand, aber die Kapazitäten Clc + Cs werden dennoch über den Abschaltwiderstand Roff zunehmend aufgeladen. Auf diese Weise baut sich dort schließlich eine Spannung auf, die größer ist als eine gegebene Schwellwertspannung V,h des Flüssigkristallmaterials. Die resultierende Spannung ist in F i g. 4 dargestellt, und es erfolgt ein Umschalten der Source-Spannung V_Si und der Gate-Spannung V_Cj so, daß bei abgeschaltetem TFT die Drain-Spannung Vdü einen erhöhten Effektivwert aufweist, der gleich oder höher als der im Einschaltzustand ist. Dies führt zu einem nachteiligen Anzeigevorgang oder zu einer Kontrastdifferenz entsprechend der Anzahl der in diesem Augenblick aktivierten Flüssigkristallelemente.

Zur Vermeidung dieses Problems hat sich die Forschung sehr bemüht und TFT's mit ausgezeichneten Betriebseigenschaften entwickelt, bei denen das Verhältnis Ron/Roff ungefähr 70 000 ist, so daß der Leckstrom im abgeschalteten Zustand nicht über einen Wert ansteigt, der kleiner als 5 nA ist, während der Einschaltstrom größer als 350 μΑ ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigematrix der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so zu verbessern, daß auch bei merklichen Leckströmen im ausgeschalteten Zustand eine Reduzierung des Kontrastes unterbleibt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wird von der Source-Leitung eine bipolare Source-Spannung geliefert, bei der positive und negative Abschnitte in besonderer Weise miteinander abwechseln, das Impulsbreitenverhältnis zwischen den positiven und den negativen Abschnitten wird so gewählt, daß Laden und Entladen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung am Flüssigkristallmaterial die Spannung Null ergeben, wenn der Dünnfilmtransistor abgeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 und 2 ein schematisches Schaltbild der eingangs besprochenen bekannten Flüssigkristall-Anzeigematrix mit zugehörigem Spannungsdiagramm,

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine mit Dümmfilmtransistoren versehene Flüssigkristall-Anzeigematrix für erfindungsgemäße Zwecke,

F i g. 4 ein Spannungsdiagramm für einen bestimmten Ansteuerzustand der Schaltung von Fig. 1,

F i g. 5 ein Spannungsdiagramm zum erfindungsgemäßen Aktivieren einer Flüssigkristallanzeige.

Das in der Beschreibangseinleiiung erläuterte Problem läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Flüssigkristall-Anzeigematrix gemäß dem Spannungsdiagramm von F i g. 5 aktiviert.

Fig.5(a) zeigt den Spannungsverlauf der Source-Spannung Vsi, welche der /-ten Source-Elektrode züge führt wird und Komponenten mit positiver und negativer Polarität enthält Das Impulsbreitenverhältnis zwi ■ sehen den Komponenten mit positiver und negativer

ίο Polarität ist so gewählt, daß durch Aufladung und Entladung in positiver und negativer Richtung die Spannung auf den Wert Null reduziert wird, wenn sich der TFT (Dünnfilmtransistor) im abgeschalteten (OFF) Zustand befindet, um polaritätsbedingte Charakteristik-Abweichungen zu kompensieren. Der in F i g. 5(a) dargestellte Spannungsverlauf an der Source-Elektrode bezieht sich auf den Vorgang, daß die Bildelemente auf der /-ten Source-Elektrode gegenseitig abwechselnd zur Schreib-Operation und zur Nichtschreib-Operation herangezogen werden. Die positiven und negativen Impulse der Source-Spannung weisen zwischen einem ungeradzahligen Zyklus und einem geradzahligen Zyklus eine Phasenumkehr auf.
Die F i g. 5(b) bis 5(d) zeigen die Spannungsverläufe der Gate-Spannungen Vg/, Ve/+1 und Vc^andery-ten Gate-Elektrode bis zur (j + 2)-ten Gate-Elektrode, die in Sequenz abgetastet werden. Im ungeradzahligen Zyklus haben die Impulse der angelegten Gate-Spannung eine Impulsbreite, die mit der Impulsbreite der positiven Impulse der Source-Spannung übereinstimmt, während im geradzahligen Zyklus die Breite der Gate-Impulse der Impulsbreite der negativen Impulse der Source-Spannung entspricht. Die positiven und negativen Impulse werden jeweils während der ungeradzahligen und der geradzahligen Zyklen zugeführt.

Dementsprechend wird die Source-Spannung V_n angelegt, wenn in diejenigen Elektroden Nachrichtensignale eingeschrieben werden sollen, welche sequentiell mit den Gate-Impulsen gemäß Fig. 5(b) bis 5(d) versorgt werden. Soll nicht eingeschrieben werden, werden die betreffenden Elektroden auf Null-Potential gehalten. Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 5 werden die (i,j)-len und (i,j + 2)-ten Bildelemente beschrieben, und das (i,j + l)-te Bildelement wird nicht beschrieben. Der Verlauf der Source-Spannung V₅, für die (i)-te Spalte bestimmt das Schreibintervall und das Nichtschreibintervall für die Bildelemente der /-ten Spalte.

Die Durchführung der Anzeigeoperation an dem Flüssigkristallmaterial erfolgt in der Weise, daß die durch die Source-Spannung und die Gate-Impulse ausgewählten Bildelemente in aufeinanderfolgenden Zyklen mit entgegengesetzter Spannungspolarität versorgt werden, siehe F i g. 5(e) bis 5(g).

Wie schon erwähnt, ist die Source-Spannung bipolar und enthält positive und negative Komponenten mit veränderlicher Impulsbreite, um durch Laden und Entladen in entgegengesetzter Richtung die Spannung auf den Null-Wert zu bringen, wenn der TFT abgeschaltet ist. Selbst, wenn gemäß F i g. 4 nur ein einziges Bildele-

bo ment nicht beschrieben werden soll, besteht daher keine Gefahr, daß dieses Bildelement wegen der Übersprechstörungen mit Spannung beliefert wird. Also wird das abgeschaltete Bildelement keinesfalls beschrieben. Die erfindungsgemäße Anzeigetafel besitzt den Vorzug eines höheren Kontrastes und vermeidet wesentliche Unterschiede in bezug auf die Anzahl der zu beschreibenden Bildelemente.

Aus seitens der Erfinder angestellten Versuchen hat

sich ergeben, daß für Dünnfümtransistoren mit Tellur als Halbleitermaterial folgende Impulsbreitenverhältnisse geeignet sind:

Positive Impulsbreite _ ^ _ .

Negative Impulsbreite ' '

Dank der Erfindung sind somit Elemente verwendbar, deren Verhältnis von Abschaltwiderstand zu Einschaltwiderstand nur etwa 300 ist, um eine erfindungsgemäße Aktivierschaltung aufzubauen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur Te als Halbleitermaterial, sondern auch CdS₁CdSe, PbS und dergleichen zu verwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch: Flüssigkristall-Anzeigematrix mit

— einem ersten Substrat, welches eine Dünnfilmtransistor-Anordnung mit mehreren Gate-Leitungen sowie mehreren dazu senkrecht verlaufenden Source-Leitungen aufweist, wobei an jedem zwischen den Gate- und den Source-Leitungen gebildeten Schnittpunkt je ein Dünnfilmtransistor vorgesehen ist,

— einem eine Gegenelektrode tragenden zweiten Substrat,

— mit einem zwischen der Dünnfilmtransistor-Anordnung und der Gegenelektrode eingefügten Flüssigkristallmaterial,

— mit einer Ansteuerschaltung zur sequentiellen Abtastung der Anzeigematrix und zur Zuführung von Spannungsimpulsen an eingeschaltete Bildpunkte, deren Polarität nach jedem Abtastzyklus wechselt,