JP2001500994A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 “インプレーンスイッチング”に基づくＬＣ表示装置において、ＬＣ材料の流体力学的特性を考慮に入れて、画素をこれらの画素両端間電圧の変化時に過駆動することによりスイッチング速度を増大させるものである。この補正手段は周囲温度又は液晶温度の変化に対する補正にも使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 表示装置 本発明は、 少なくとも一方が透明である２つの基板と、 基板間に保持された液晶材料と、 液晶材料の分子を基板にほぼ平行に配向させる配向手段と、 少なくとも１つの基板上に設けられた電極と、 偏光手段と、 動作状態において少なくとも一つの画素を選択し、選択中電界を前記基板にほ ぼ平行に印可する選択手段と、 画素に結合された電極に信号電圧を供給する駆動手段と、 を具える表示装置に関するものである。 このタイプの表示装置はテレビジョン、モニタ、英数字ディスプレイ等のよう なフラットパネル表示装置に使用される。 上述したタイプの表示装置はＥＰ−Ａ−０６６７５５５に開示されている。こ の装置は“インプレーンスイッチング効果”に基づくものであり、種々の電気光 学状態間のスイッチングを基板にほぼ平行な電界により行うものであり、従って “水平電界形ディスプレイ”と称されている。しかし、この効果は一般に使用さ れている（ねじれネマティック）ＮＴ効果より著しく低速であるため、高速が必 要とされる用途（ビデオ、モニタ）には全く又は殆ど使用し得ない。 ＥＰ−Ａ−０６６７５５５はスイッチング速度を増大させる方法を記載してい るが、最適に実現されるスイッチング時間は２５msec〜３０msec であり、他方 ビデオ用には代表的には６０Hzのフィールド周波数において１６．７msec であ る１フィールド時間内に完全な遷移が必要とされる。 本発明の目的はもっと高速にスイッチし得る上述したタイプの表示装置を提供 することにある。本発明の他の目的はビデオ速度、できれば１００Hz以上の速度 で駆動し得るこのような表示装置を提供することにある。 この目的のために、本発明は上述したタイプの表示装置において、前記駆動手 段に、画素の選択中に、この画素に結合された電極に供給する信号電圧をこの画 素の選択中に供給される外部データ電圧とこの画素の前選択中に供給された外部 データとに依存して調整する補正手段を設けたことを特徴とする。 上述した（ＩＰＳ又は“インプレーンスイッチング”）構造の画素のスイッチ ング速度は、画素に結合された電極に供給する信号電圧のレンジを表示目的用の 外部データ電圧のレンジに対しかなり広げることにより増大することが確かめら れた。他の電気光学効果（例えばＳＳＦＬＣのようなゲスト−ホスト効果又は双 安定効果）では、この手段は加速効果を全く有しない。 前記補正手段は、画素に結合された電極に供給する信号電圧を、この画素の次 の選択前にこの画素が外部データ電圧と関連する透過値又は反射値に到達するよ うに調整するのが好ましい。 ねじれネマティック液晶表示装置において外部から供給される信号を前選択時 の信号値に基づいて予め補正することはＵＳＰ５，４９５，２６５から既知であ る。しかし、この特許明細書は電圧の変化時の画素のキャパシタンス変化により 画素の電荷を補正する技術を扱っている。２つの極端な状態の間の遷移時に、誘 電率がε‖からε⊥に、またはその逆に変化する。電界の増大時に、最高値を有 する誘電率がより大きな影響を及ぼす。ＩＰＳを用いる構造では、基板材料（例 えばガラス）の誘電率が液晶材料の誘電率よりはるかに大きな影響を及ぼす。特 有の構造のために、電気力線の少なくとも等しい大きさの部分が両基板内を延在 する。基板の誘電率はスイッチング中変化しない。液晶分子の小さな回転のため に、液晶材料の誘電率も極めて僅かに変化する。従って、画素の電極間の総合キ ャパシタンスは透過状態の変化時にほぼ一定であるため、“インプレーンスイッ チング効果”に基づく表示装置内の画素のキャパシタンスは駆動電圧（又は画素 の両端間電圧）に伴ない全く又は殆ど変化しない。従って、ＵＳＰ５，４９５， ２６５に示されている補正はこのような表示装置においては殆ど効果がない。“ インプレーンスイッチング効果”に基づく表示装置においては、補正値は主とし て選択の持続時間と液晶材料の流体力学的特性とにより決まる。この補正値は１ つのタイプの表示装置に対し実験的に（又は簡単な式を用いて近似的に）決定 し、次いで例えばルックアップテーブルに記憶することができ、或いは又マイク ロプロセッサを用いて補正を計算することもできる。 必要に応じ、液晶の温度又は周囲温度の変化も補正に含めることができる。 本発明は選択を３極スイッチ（薄膜トランジスタ）又は２極スイッチのような アクティブスイッチにより行うアクティブマトリクスに適用し得るが、選択をプ ラズマダクトにより行うプラズマアドレス液晶ディスプレイ（ＰＡＬＣ）に適用 することもできる。 本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例を参照すると明ら かになる。 図面において、 図１は本発明表示装置の一部分を模式的に示すものであり、 図２は上述した原理（“インプレーンスイッチング”又はＩＰＳ）に従って動 作する画素の平面図であり、 図３は図２のIII−III線上の断面図であり、 図４は画素と関連する透過／電圧特性を示し、 図５は画素のスイッチング特性の一例を本発明による補正手段が設けられてな い装置と本発明による補正手段が設けられた装置の双方について示すものであり 、 図６は関連するパルスパターンを模式的に示すものであり、 図７は本発明による補正手段の可能な実施例を示し、 図８はＩＰＳに基づいて動作する他の画素の平面図であり、 図９は図８のIX−IX線状の断面図である。 これらの図は略図であって、一定の寸法比で描いてない。また、対応する素子 は同一の参照番号で示してある。 図１は画像表示装置１の一部分の等価回路図を模式的に示す。この装置は行列 に配置された画素２のマトリクスを具える。画素２はスイッチ、本例ではＴＦＴ トランジスタ３を経て列又はデータ電極４に接続される。１つの画素行が行又は 選択電極５により選択され、この電極がＴＦＴの制御電極を介して関連する行を 選択する。行電極５は行駆動回路６、例えばシフトレジスタにより連続的に選択 される。 入力データ信号、例えば（ビデオ）情報７は処理／駆動ユニット８内で処理さ れ、必要に応じ補正され、次いでデータレジスタ９に記憧される。データレジス タ９により供給される電圧はグレーレベルの所望のスケールを設定するのに十分 な電圧レンジをカバーする。ここではキャパシタで表す画素２は、電極１１が選 択中に列電極から電圧を受けるため、ＴＦＴ３を経て正又は負に充電される。本 例では、電極１２が共通接続線１４を経て、例えば大地に接続されている。駆動 ライン１０を経て相互同期が取られている。 図２は、電極１１、１２がそれぞれ設けられた２つの例えばガラス製の基板１ ６、１７間にネマティック液晶材料を有する液晶画素２を具える液晶表示装置の 一部分の概略平面図及び概略断面図である。この装置は、更に、液晶材料を本例 では電極１１、１２の方向に配向させる配向層３８、３９を基板の内壁上に具え ている。本例では、液晶材料は正の光学的異方性及び正の誘電異方性を有する。 従って、電極１１、１２を電圧により付勢すれば、分子２１は電界の方向に向く 。 そのため、電極１１にデータ電圧をデータ電極４に接続された薄膜トランジス タ（ＴＦＴ）３を経て供給する。例えばアモルファスシリコンからなるこのトラ ンジスタが選択電極５により選択されると同時に、このＴＦＴが導通する。この ときデータ電極４の電圧が電極１１に転送される。そのため、ゲート絶縁層とし て機能する絶縁材料の（連続）層２５が選択電極５とアモルファスシリコン２２ との間に存在する。更に、ＴＦＴはソース領域４４及びドレイン領域４５を具え 、これらの領域は接点金属部２３、２４を経て電極４、１１に導電的に接続され ている。本例では、電極１２は接地されている。液晶材料の劣化を避けるために 、データ電圧は交互に正極性及び負極性で与えられる。入射光２６によるＴＦＴ のリーク電流を阻止するために、基板１６にはブラックマスク２０も設けられて いる。 液晶層１５は２つの隣接する電極１１、１２間の距離Ｌよりはるかに小さい厚 さｄを有するため(例えばｄ＝０．３Ｌ)、分子２１は印可電界（矢１８で示す） により２つの基板にほぼ平行な平面内で回転する。第１段落に記載されているよ うに、電界は基板１６、１７まで延在するため、電極１１、１２間のキャパシタ ンスは主として基板の誘電率により決まる。明瞭のため、これを両電極１１及び １２が同一の基板１７上に存在する別の実施例（図３ａ）について再度示す。 この回転は複屈折を導き、バックライトの（入射）光２６の透過を一般に既知 のように変化させる。装置は、更に、偏光方向が例えば互いに平行である２つの 偏光子１９を具えている。偏光子の相対的向きを変えることにより表示装置のコ ントラストが最適になる。 関連する透過／電圧特性曲線を図４に示す。表示セル両端間の電圧が６ボルト のとき、本例では最大光量の約３０％が透過するが(３０％透過)、７ボルトでは 最大光量の約６０％が透過する(６０％透過)。 表示セルのダイナミック動作を図５、６について説明する。複数の行を具える 表示装置では、各行が例えば１６．７msec の各フィールド時間ｔ_fにおいてライ ン選択時間ｔ₁中選択される。ビデオ用途では、奇数ラインの情報が第１フィー ルドにおいて供給され、次の偶数ラインの情報が次のフィールドにおいて同一の 行に供給される。 図５、６の例では、情報は瞬時ｔ₀において画素の透過レベルが３０％から６ ０％に変化するように変化する。この目的のため、画素の両端間の電圧を瞬時ｔ₀ に続く選択時間中６ボルトから７ボルトに上昇させ(図６のパターン２６)、情 報が再び変化するまでは、次の選択時間中に７ボルトの電圧を供給する。このよ うな画素の両端間電圧の供給は液晶材料の慣性により主として決まるパターン２ ８（図５の曲線１）と関連する。画素のキャパシタンスは殆ど変化しないため、 ＵＳＰ５，４９５，２６５から既知の補正は効果が小さい。 しかし、この電圧をもっと高い値で（低い透過レベルへのスイッチング時には もっと低い値で）１度供給すること（図６のパターン２７）によりスイッチング を加速することができるという驚くべき事実が確かめられた。このように確かめ られた補正効果は、ＵＳＰ５，４９５，２６５に記載されているＴＮ効果に対す る通常の補正効果より何倍も大きい。従って、画素の両端間の電圧を瞬時ｔ₀に 続く選択時間中に６ボルトから８ボルトに上昇させる場合には(図６のパターン ２７)、画素の両端間の電圧はパターン２９（図５の曲線２）を生ずる。図５か ら明らかなように、１フィールドｔ_f内に所望の透過レベルに到達するため、ｔ₁ からは補正はもはや必要ない。従って、ｔ₁からは再び７ボルトの電圧を後続の 選択時 間中画素の両端間に供給する。このとき画素の両端間の電圧はパターン３０（図 ５の曲線３）を生ずる。図６の画素の両端間電圧は一極性であるが、実際には交 互に極性が変化する電圧を使用する。図示の例では、液晶材料としてMerck社の ＺＬＩ４７９２を使用した。下記の表は、画素の両端間の任意の所望電圧におい て（次の選択時間中に）画素の両端間に如何なる電圧を１度供給する必要がある かを示す。左端の第１列は情報の変化前の画素両端間の電圧を示し、第１行は情 報の変化後の画素両端間の所望の電圧を示す。 この補正は、例えば図７に示す回路により実行される。第１フィールド中に供 給される画像ラインの情報７(入データ)が１フィールド時間の遅延時間を有する 遅延回路３２、ＬＵＴ(ルックアップテーブル)３３及び加算器３４に供給される 。１フィールド時間後に、情報７が変化する。この瞬時から、変化した情報(新 入データ)が遅延回路３２、ＬＵＴ３３及び加算器３４に供給される。前フィー ルドからの遅延された情報(旧入データ)と変化した情報(新入データ)とにより表 １につき述べたようにＬＵＴ３３をアドレスして捕正値を決定する。加算器３４ において、この補正値を変化した情報(新入データ)に加算する。このように決定 されたデータがシフトレジスタ９を介してまたは介さずに列電極４に供給される 。補正値は駆動ユニット８内で決定する代わりにシフトレジスタ９により供給さ れる電圧に基づいて決定することもできる。 必要に応じ、各画素に補助キャパシタ１３を設けることができる。補助キャパ シタ１３の存在は画素の両端間の電圧の損失を低減する。この補助キャパシタは 画素のキャパシタンスの例えば約６倍のキャパシタンスを有する。この場合には 画素のキャパシタンスの相対的変化が更に小さくなるため、ＵＳＰ５，４９５， ２６５に記載された補正の使用は殆ど効果がない。 図８及び図９はプラズマアドレスＬＣＤ（ＰＡＬＣ）の表示装置の一部分を示 し、この表示装置では連続する画素行が、基板１７に形成され且つ陰極３６及び 陽極３７が設けられたプラズマダクト３５により選択される。プラズマ放電が適 切な気体混合物が封入されたダクト内の陰極及び陽極により発生される。これに よりダクトが導電性になり、画素行の選択機能を満足する。ダクトは薄い誘電体 層４０により液晶層から分離される。これらのタイプの装置の全動作の説明につ いては Buzak 等、「A 16-Inch Full Color Plasma Addressed Liquid Crystal D isplay」、「Digest of Techn．Papers，1993 SID Int．Symp.，Soc．For Info．D ispl．」、pp．883-886 を参照されたい。簡単のため図８及び図９では偏光子の ようないくつかの素子は省略してある。 本例では他方の基板１６上に設けられている列電極は、例えばプラズマダクト に平行に延在する歯を有する櫛形構造を有し、且つ液晶層１５がプラズマダクト と歯との間の距離よりはるかに小さい厚さを有するため、本例でも分子が２つの 基板にほぼ平行な平面内で印可電界（矢１８で示す）により回転する。前の例と 同一の素子は同一の参照番号を有する。もっと高い画素両端間電圧が必要とされ るが、その透過／電圧特性は図４に示すものと同様の変化を有する。入力情報に 応じて、図１、２、３の装置と同様にして補正テーブルをそれらのデータ電圧に 対し導出することができる。この場合も補正は図７に示す回路により実現するこ とができる。 装置は透過形だけでなく、例えば不透明材料の基板１７を造るとともにこれに 反射器を設けることにより反射形にすることもできる。或いは又、負の誘電異方 性を有するＬＣ材料を使用することもできる。更に、図７の回路の種々の変形が 可能である。例えば、補正値をマイクロプロセッサにより計算することもできる 。この場合又はＬＵＴの場合には、周囲温度又は液晶温度の（ディジタル）値を 追加の入力データ４１として用いて温度変動についても補正することができる。 要するに、本発明は“インプレーンスイッチング”に基づくＬＣ表示装置にお いて、ＬＣ材料の流体力学的特性を考慮に入れて、画素をこれらの画素の両端間 電圧の変化時に過駆動することによりスイッチング速度を増大させるものである 。 この補正手段は周囲温度又は液晶温度の変化の補正にも使用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一方が透明である２つの基板と、 基板間に保持された液晶材料と、 液晶材料の分子を基板にほぼ平行に配向させる配向手段と、 少なくとも１つの基板上に設けられた電極と、 偏光手段と、 動作状態において少なくとも一つの画素を選択し、選択中電界を前記基板にほ ぼ平行に印可する選択手段と、 画素に結合された電極に信号電圧を供給する駆動手段と、 を具える表示装置において、 前記駆動手段に、画素の選択中に、この画素に結合された電極に供給する信号 電圧をこの画素の選択中に供給される外部データ電圧とこの画素の前選択中に供 給された外部データとに依存して調整する補正手段を設けたことを特徴とする表 示装置。 ２．前記補正手段は、画素に結合された電極に供給する信号電圧を、この画素の 次の選択前にこの画素が外部データ電圧と関連する透過値又は反射値に到達する ように調整することを特徴とする請求項１記載の表示装置。 ３．前記補正手段による信号電圧の調整は選択の持続時間と液晶材料の流体力学 的特性とにより決まることを特徴とする請求項Ｉ又は２記載の表示装置。 ４．温度センサも具え、前記補正手段が前記補正を温度変化に適応させることを 特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。 ５．前記補正手段はマイクロプロセッサ又はルックアップテーブルを具えること を特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。 ６．当該表示装置が画素のマトリクスを具え、画素の電極が補正されたデータ電 圧が供給されるデータ電極に薄膜トランジスタを経て結合され、且つ前記選択手 段が薄膜トランジスタを選択する行電極を具えていることを特徴とする請求項１ 又は２記載の表示装置。 ７．当該表示装置が画素のマトリクスを具え、画素の電極が一方の基板上のデー タ電極に結合され、且つ前記選択手段が他方の基板内のプラズマダクトを具えて いることを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。