JP2541772B2 - マトリクス表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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）マトリクス型表示装置に関し、保持
期間での電荷保持特性が改善され、コントラスト等表示
品質の優れた表示が可能であり、また低い閾値電圧Ｖth
の非線形（抵抗）素子でも使用可能で、特性変動に対す
るに対するマージンも大きなマトリクス表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶、ＥＬ、ＥＣ、ＰＤＰ、蛍光表示等
各種平面表示はいずれも実用化段階に達し、現在の目標
は高密度のマトリクス型表示にあると言える。マトリク
ス駆動性に問題のある表示方法では能動付加素子を用い
た所謂「アクティブマトリクス法が有効である。アクテ
ィブマトリクスは例えばＢ・Ｊ・Ｌｅｃｈｎｅｒ等によ
る論文（参照文献１，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ｔｈｅ ＩＥＥＥ，ＶＯＬ５９．Ｎｏ．１１．ｐ．１５
６６〜１５７９）で公知であり、能動素子としては３端
子素子（トランジスタ）及び２端子素子（非線形（抵
抗）素子）を用いた方法が提案されている。アクティブ
マトリクスの基本動作は選択期間において能動素子（ス
イッチング素子）をＯＮさせて画素の表示素子に電圧
（電荷）を書き込み、保持期間には該能動素子をＯＦＦ
する事によって電圧（電荷）を保持するものである。

【０００３】２端子素子（非線形（抵抗）素子）として
は、セラミックバリスタを用いた例（参照文献２，Ｄ・
Ｅ・Ｃａｓｔｌｅｂｅｒｒｙ．ＩＥＥＥ．ＥＤ−２６、
１９７９、ｐ．１１２３〜１１２８）及び、ＭＩＭ型ダ
イオ−ドを用いた例（参照文献３，Ｄ・Ｒ・Ｂａｒａｆ
ｆ等、ＩＥＥＥ．ＥＤ−２８、１９８１、ｐ．７３６〜
７３９）等が公知である。

【０００４】初めに従来のマトリクス表示装置を説明す
る。図１はアクティブ素子を用いない（パッシブ）マト
リクス表示装置の説明図であり、Ｓは複数の行電極、Ｄ
は複数の列電極で、各交点に対応して表示素子Ｃが配置
されている。

【０００５】図２は非線形（抵抗）素子を用いた２端子
型のマトリクス型表示装置の説明図であり、表示素子Ｃ
（n,m ）と非線形抵抗素子ＮＬ（n,m ）よりなるマトリ
クス表示要素Ｍ（n,m ）が、該表示要素を選択的に駆動
する行電極Ｓn と列電極Ｄmに接続されている。

【０００６】非線形素子の特性は簡略化すると図３で表
され、閾値電圧Ｖthの前後で異なる抵抗ＲonとＲoff を
有する。勿論実際の特性は参照文献２、３のように理想
的ではない。

【０００７】図４は従来のマトリクス表示装置の一例Ａ
に用いられた駆動波形である。全体の駆動時間は２つの
フィールド期間Ｔ1 、Ｔ2 よりなる。φn 、φn+1 は行
電極Ｓn 、Ｓn+1 に印加される時分割された走査信号で
ある。期間Ｔ1 でそれぞれの走査信号に割り当てられた
選択期間ｔn 、ｔn+1 では選択電位Ｖa 、その前後の保
持期間では基準電位０を有し、期間Ｔ2 でそれぞれの走
査信号に割り当てられた選択期間ｔ'n、ｔ'n+1では選択
電位−Ｖa 、その前後の保持期間では基準電位０をと
る。ψm は列電極に印加されるデータ信号である。表示
素子に列電極を基準として行電極側に正極性の電圧（電
荷）を充電する期間ｔn 、ｔn+1 を正極性の選択期間、
負極性の電圧（電荷）を充電する期間ｔ'n、ｔ'n+1を負
極性の選択期間とすると、正極性の選択期間ｔn 、ｔn+
1 ではデータ信号の点灯電位は−Ｖc 、非点灯電位はＶ
c であり、負極性の選択期間ｔ'n、ｔ'n+1では点灯電位
はＶc 非点灯電位は−Ｖc となる。データ信号ψm は行
電極の選択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位或
いは非点灯電位をとる。中間調表示の場合は時間割合を
変えた該点灯電位と非点灯電位両方か或いは両者の間の
電位をとるデータ信号が印加される。走査信号φn とデ
ータ信号ψm によって駆動されるマトリクス要素Ｍn,m
にはφn −ψm の信号（(ｄ)の実線）が印加される。

【０００８】非線形素子を用いた２端子型アクティブマ
トリクスにおける保持期間での電圧（電荷）保持条件
は、保持期間で非線形素子に印加される電圧がその閾値
電圧を越えない事である（無視できる程度に短時間の超
過は可能）。 非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される電圧
は、表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧｛図４（ｄ）の
破線｝とマトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印加される電圧
｛図４（ｄ）の実線｝との差の電圧である。走査信号φ
n の正の選択期間ｔn の後の保持期間４１，４２では表
示素子に印加される電圧［（ｄ）の破線］は図示したよ
うにＶa ＋Ｖc −Ｖthである。マトリクス表示要素Ｍ
(n,m )に印加される電圧［（ｄ）の実線］と表示素子Ｃ
(n,m )に印加される電圧との差が最大になるのはマトリ
クス表示要素Ｍ(n,m )に印加される電圧［（ｄ）の実
線］が−Ｖc の時である。よって保持期間４１、４２で
非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される最大の電圧はＶa ＋
Ｖc −Ｖth−（−Ｖc ）＝Ｖa ＋２Ｖc −Ｖthとなる。
前述のアクティブマトリクスの電荷保持条件はこの値が
閾値電圧Ｖthより小さい事から次の（１）式が求まる。 Ｖth≧（Ｖa ＋２Ｖc ）／２ （１）

【０００９】同様の計算を負極性の選択期間ｔ'nの後の
保持期間４３、４０に於いて行うとやはり同じ（１）式
が得られる。以上より、（１）式が図４に示した従来の
駆動方式における保持期間での電荷保持条件である。

【００１０】データ信号ψ'mはφn の選択期間ｔn 、
ｔ'nでは点灯電位−Ｖc 、Ｖc をとっており、表示素子
Ｃ(n,m )に印加される（ｄ）斜線部の電圧は表示素子の
ＯＮ電圧Ｖonに対応している。データ信号ψ'mはφn+1
の選択期間ｔn+1 、ｔ'n+1では非点灯電位Ｖc 、−Ｖc
をとっているから、表示素子Ｃ(n+1,m )に印加される
（ｅ）斜線部の電圧は表示素子のＯＦＦ電圧Ｖoff に対
応している。

【００１１】ここで参照文献２によればＶth、Ｖa 、Ｖ
c は次の条件（２）を満たす必要があると言う。 Ｖa −Ｖc ＜Ｖth （２）

【００１２】しかしこれでは図４（ｅ）の如く非点灯条
件Ｖoff では片極性の電位が保持され、例えば両極性の
駆動を必要とする液晶表示素子の場合には好ましくな
い。これは（２）式の替りに（３）式の条件を満足させ
る事により改善できる。 Ｖa −Ｖc ≧Ｖth （３）

【００１３】すなわち、（２）式の条件では。非点灯電
位が列電極に印加された場合には、図４の斜線部のよう
に、フィールド毎に極性が反転せず交流駆動にならな
い。このような条件では、液晶表示素子に直流成分が印
加され画像焼き付き、フリッカ等の問題が生じてくる。
非点灯条件でも液晶に直流成分を印加せず、交流駆動を
するためには（３）式の条件が必要である。以下では
（３）式を用いて改良された方法をＡ* と呼ぶ事にす
る。

【００１４】しかし（３）式の条件を用いたとしても、
従来例のマトリクス表示装置では保持期間で非線形抵抗
素子に印加される電圧が大きく、電荷保持性能に大きな
問題があった。その為に以下の点が問題となり実用化の
障害となっていた。 コントラストが不十分。 素子特性の分布、変動の影響を受け易い。 閾値電圧の低い素子は使いにくい。 制御性のよい素子が使いにくい。 駆動電圧を下げにくい。

【００１５】図５は参照文献２に示されている他の従来
例Ｂのマトリクス表示装置に用いられる駆動波形の一例
である。参照文献２には行電極に印加される走査信号の
振幅ＶS と、閾値電圧Ｖthとの条件式（４）が示されて
いる。 ＶS ＜Ｖth （４）

【００１６】しかし本従来例では２つの問題がある。ま
ず図４の従来例Ａと同様、マトリクス表示要素Ｍ(n+1,m
)に非点灯信号、例えば図５（ｅ）のφ'n+1−ψ'mを与
えた時に表示素子Ｃ(n+1,m )には５３で示す片極性電位
が保持され交流対称性を満足出来ない。

【００１７】更に、従来例Ａと同様に、保持期間での電
荷保持特性に大きな問題がある。図５のフィールドＴ1
からフィールドＴ2 （或いはＴ2 からＴ1 ）に変わる時
点の後の初めての点灯パルス５１のタイミングでマトリ
クス表示要素に印加される電圧が大きく変化している。
その結果非線形素子には閾値以上の電圧が印加され保持
された電荷が流れてしまう為、５２のように表示素子に
印加される電圧も変化してしまう。即ち、本実施例はア
クティブマトリクスの重要な性能の一つである電荷保持
が十分に行われていない。

【００１８】更に問題なのはこの電荷の流出が画面内で
不均一であり、又で表示内容によっても不均一となる点
である。第１に、フィールド期間Ｔ1 、Ｔ2 は画面に固
有なため、その切り替わりのタイミング（Ｔ1 →Ｔ2 或
いはＴ2 →Ｔ1 ）とそれぞれの走査信号の選択期間・
・、ｔn 、ｔn+1 、・・、或いは・・、ｔ'n、ｔ'n+1、
・・、との間隔は行電極の位置、ここでは添字n の値、
により画面の上下ので異なる。よって画面の上下で大き
な電圧むらを生ずる。第２に、点灯パルスの入るタイミ
ングは他行の表示内容に依存する為、切り替わり後に初
めて表示素子に電圧が印加されるタイミングも表示内容
に依存し、表示上はクロストークが生じ一様性が保持で
きない。これら問題点は従来例Ａの様に電圧条件の変更
で解決できない。このように駆動方式Ｂを用いたマトリ
クス表示にも電圧保持性能に大きな問題がある。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の非
線形素子を用いたマトリクス表示装置では両極性駆動す
る為の問題があるのみならず、保持期間に非線形素子に
印加される電圧が大きく、或いは不均一で、電荷保持特
性に大きな問題があった。その結果、表示ムラやコント
ラスト、特性変動に対する許容度等に問題があった。ま
た低い閾値電圧の非線形素子を用いる事が困難であっ
た。本発明の目的は保持期間での非線形素子に印加され
る電圧を低減し、電荷保持特性を改善する事により、表
示ムラやコントラストを改善し、低い閾値電圧の非線形
素子や制御性のよい非線形素子の使用を可能とする事で
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の本発明は、表示素子と非線形素子よりなる表示
要素が、該表示要素を選択的に駆動する行電極と列電極
に接続されてなり、前記行電極には選択期間と保持期間
とを有する走査信号が印加され、前記列電極には行電極
の選択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位と非点
灯電位とを含むデータ信号が印加されるマトリクス表示
装置に於いて、前記表示素子を列電極を基準として前記
行電極側を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択
期間、負の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間
とし、それぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と
非点灯電位の中間電位を基準電位とした時に、前記走査
信号では、正極性の選択期間と負極性の選択期間との間
の保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に正
極性であり、負極性の選択期間と正極性の選択期間の間
の保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に負
極性であることを特徴とするものである。第２の本発明
は、上記第１の発明の構成の全てを主要部とし、さら
に、データ信号の点灯電位と非点灯電位の中間電位を基
準電位とした時に、この基準電位を常に一定の電位とし
たものである。第３の本発明は、上記第１の発明の構成
の全てを主要部とし、さらに、データ信号での点灯電位
と非点灯電位の振幅を２Ｖｃ、走査信号での前記基準電
位に対する保持電位の絶対値をＶｂとしたときにＶｂ≧
Ｖｃとしたものである。

【００２１】

【実施例】図６に本発明のマトリクス表示装置における
駆動波形を示す。列電極に印加されるデータ信号ψ*mは
従来例Ａの波形と同様、基準電位に対し対称な点灯電位
−Ｖc （Ｖc ）或いは非点灯電位Ｖc （−Ｖc ）を取っ
ている。勿論±Ｖc の絶対値は必ずしも従来例と同一で
はない。走査信号φ*n、φ*n+1は従来例と同様選択期間
と保持期間を有する。例えばｎ行目のマトリクス要素Ｍ
(n,m )についてはｔn 、ｔn+1 が選択期間であり、６３
（ｔn,b 、ｔ'n,a）、６４（ｔ'n,b、ｔn,a）が保持期
間である。

【００２２】本発明のマトリクス表示装置の特徴は保持
期間の走査信号にある。それぞれの選択期間でのデータ
信号の点灯電位と非点灯電位の中間電位を基準電位とし
た時に、基準電位を基準とした保持期間の走査信号電位
は従来例Ａでは単一であったが、本発明では正極性の選
択期間の後と負極性の選択期間の後で異なる値を持つ。
図６では正極性の選択期間ｔn 、ｔn+1 の後では第１の
保持電位Ｖb 、負極性の選択期間ｔ'n、ｔ'n+1の後では
第２の保持電位−Ｖb を有している。

【００２３】本発明の効果を得る為に保持電位は、正極
性の選択期間の後と負極性の選択期間の後で同一電位で
ある従来例と比較して、保持期間に非線形抵抗素子に印
加される電圧の絶対値を小さくするように設定されてい
る。即ち本実施例では正極性の選択期間ｔn 、ｔn+1 の
後では基準電位よりも正極性の値であるＶb に、負極性
の選択期間ｔn 、ｔn+1 の後では基準電位よりも負極性
の値である−Ｖb に設定されている。

【００２４】更に本発明では、従来例Ｂのように保持期
間に非線形抵抗素子に印加される電圧が該非線形抵抗素
子の閾値電圧を越えて保持電荷が逃げる事のないように
設定されている。即ち従来例Ｂでは連続する保持期間で
あってもＴ1 とＴ2 では保持電位が異なりその切り替わ
りで電荷が逃げているのに対し、図６の本実施例の走査
信号φ*nではｔn,b とｔ'n,a、及びｔ'n,bとｔn,a でそ
れぞれ同一の保持電位を取ることにより非線形素子に加
わる電圧を閾値電圧以内に抑制している。

【００２５】マトリクス表示要素Ｍ(n+1,m )やＭ(n,m )
に印加される電圧波形、例えば図６のφ*n+1−ψ*mやφ
*n−ψ*mを見ると、選択期間で±（Ｖa ±Ｖc ）、保持
期間では±（Ｖb ±Ｖc ）となり、従来例Ａに対し保持
期間で±Ｖb の保持（バイアス）電圧、（ｄ）の６５、
６６、を有している。保持電位とマトリクス要素に印加
される駆動信号電位の差の絶対値は閾値電圧Ｖthよりも
小さく設定されている。

【００２６】更に図６に示すようにＶｂ≧Ｖｃと設定す
れば保持期間でマトリクス表示要素に加わる電位を正の
保持位相では正、負の保持位相では負と片極性にする事
も可能である。すなわち、Ｖｂ＞Ｖｃとしておくと、例
えば図１１に示す表示電極１１７以外の領域である列電
極１１１と行電極１２８とが対向する部分での液晶１２
７に、常に交流の電圧が印加されることになり液晶１２
７の劣化を抑制できる。さらにＶｂ＝Ｖｃに設定する
と、これは走査信号の保持期間での保持電位と、データ
信号での点灯および非点灯電位とを同電位にできること
を意味し、電源回路の構成を単純化できる。さらに、図
６（ｃ）ではデータ信号の点灯と非点灯との中間電位で
ある基準電位が常に一定の電位（実施例では０Ｖ）とな
っているため、図５（ｃ）に示す従来例のようなデータ
信号の基準電位が２値とされているものに比べ、列電極
に与えられるデータ信号の生成が容易となる。

【００２７】本実施例の駆動波形の特徴を具体的に記述
すると、行電極に印加する走査信号は基準電位に対し、
奇数番目の選択期間では電位Ｖa 、奇数番目の保持期間
ではＶb 、偶数番目の選択期間では電位−Ｖa 、偶数番
目の保持期間では−Ｖb を有し、列電極に印加されるデ
ータ信号は少なくとも殆どの期間で基準電位に対し±Ｖ
c 以内の電位を有する。

【００２８】本実施例の駆動波形を別の形で記述する
と、駆動信号を印加する期間はふたつの期間Ｔ1 、Ｔ2
よりなり、行電極例えばＳn 、Ｓn+1 に印加される走査
信号φ*n、φ*n+1は基準電位に対し、期間Ｔ1 のそれぞ
れの行電極にほぼ固有に割り当てられた選択期間ｔn 、
ｔn+1 では選択電位Ｖa を有し、期間Ｔ1 の選択期間ｔ
n 、ｔn+1 より前の少なくとも大部分の期間ｔn,a ｔn+
1,a に於いては第２の保持電位−Ｖb を有し、期間Ｔ1
の選択期間ｔn 、ｔn+1 より後の少なくとも大部分の期
間ｔn,b ｔn+1,b に於いては第１の保持電位Ｖb を有
し、期間Ｔ2 のそれぞれの行電極にほぼ固有に割り当て
られた選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1 では選択電位−Ｖa を有
し、期間Ｔ2 の選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1 より前の少なく
とも大部分の期間ｔ'n,a ｔ'n+1,a に於いては第１の保
持電位Ｖb を有し、期間Ｔ2 の選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1
より後の少なくとも大部分の期間ｔ'n,b ｔ'n+1,b に於
いては第２の保持電位Ｖb を有しており、列電極に印加
されるデータ信号は少なくとも殆どの期間で基準電位に
対し±Ｖc 以内の電位を有する。

【００２９】本実施例のマトリクス表示装置に用いる駆
動波形は以下の特徴がある。まず従来例の走査信号φn
、φ'nはそれぞれのフィールド期間Ｔ1 、Ｔ2 で２値
信号であるのに対し、本実施例は３値信号である。従来
例Ａでは期間Ｔ1 、Ｔ2 の保持期間を通じて保持電位は
一定値０であったが、本実施例では２つの保持電位を有
する。各マトリクス表示要素に印加される電圧は点灯要
素には例えば図６φ*n+1−ψmのような信号、非点灯要
素にはφ*n−ψmのような信号であり、保持期間で非線
形素子に印加される電圧はその閾値電圧以下に設定され
ている。

【００３０】次に、本発明のマトリクス表示装置の電荷
保持特性に付いて説明する。従来例Ａで（１）式として
導出したと同様の、保持期間で非線形素子に印加される
電圧がその閾値電圧を越えない電圧（電荷）保持条件を
図６の実施例で求める。

【００３１】非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される電圧
は、表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧｛図６（ｄ）
（ｅ）の破線｝とマトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印加さ
れる電圧｛図６（ｄ）（ｅ）の実線｝との差の電圧であ
る。図６（ｄ）の走査信号φ*nの正極性の選択期間ｔn
の後の保持期間６３（ｔn+1,b 、ｔ'n+1,a）に於いて、
表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧（破線）は（Ｖa ＋
Ｖc −Ｖth）である。マトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印
加される電圧（実線）と表示素子Ｃ(n,m )に印加される
電圧との差が最大になるのはマトリクス表示要素Ｍ(n,m
)に印加される電圧（実線）が（Ｖb −Ｖc ）となる時
である。よって保持期間６３で非線形素子ＮＬ(n,m )に
印加される最大の電圧は（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth）−（Ｖb
−Ｖc ）＝（Ｖa ＋２Ｖc −Ｖth −Ｖb）となる。この
値が閾値電圧Ｖthより小さいというアクティブマトリク
スの保持条件から（５）式が求まる。 Ｖth≧（Ｖa −Ｖb ＋２Ｖc ）／２ （５）

【００３２】負極性の選択期間の後の保持期間に関し
て、及び非点灯条件図６（ｅ）の両極性の選択期間の後
の保持期間に関しても同様の考察が可能で結果としては
（５）式が導出される。

【００３３】ここで（１）、（５）式の導出に用いた、
「保持期間に非線形素子に印加される最大電圧」を比較
する。前述の如く、従来例ではＶa ＋２Ｖc −Ｖth、本
発明ではＶa ＋２Ｖc −Ｖth−Ｖb であった。本発明は
従来例と比べ「保持期間に非線形素子に印加される最大
電圧」が新たに導入した保持（バイアス）電圧Ｖb だけ
小さい事が解る。以上のように本発明によれば、保持期
間に非線形素子に印加される電圧を従来例より低減する
事が可能で電荷保持特性が大幅に改善される。この結
果、本発明は従来と比べ、保持特性の良くない非線形素
子、即ち閾値電圧付近の非線形特性が不十分な素子やリ
ーク問題がある素子でも使用することが可能である。

【００３４】（１）式と（５）式は使用可能な非線形素
子の閾値電圧Ｖthの下限を示しており、本発明を用いれ
ば従来例と比べ下限を、新たに導入した保持（バイア
ス）電圧Ｖb に対し、Ｖb ／２だけ下げる事ができる。
即ち、従来例の問題点を改善出来る。またこの事は閾
値電圧Ｖthの許容範囲を拡大出来た事に相当し、閾値電
圧Ｖthが分布している場合、あるいは変動している場合
でもその影響を受けにくい。即ち、従来例の問題点が
改善される。

【００３５】次に従来例Ａ*と本発明の比較を更に詳細
に検討する。表示素子のＯＮ、ＯＦＦ電圧をＶon、Ｖof
f とすると、両者とも以下の（６）、（７）式が成り立
つ。 Ｖon ＝Ｖa＋Ｖc−Ｖth （６） Ｖoff ＝Ｖa−Ｖc−Ｖth （７）

【００３６】ここで表示素子に印加出来る電圧のダイナ
ミックレンジΔＶ＝Ｖon−Ｖoff と平均印加電圧Ｖmean
＝（Ｖon＋Ｖoff ）／２を用いて（６）（７）式を変形
する。 Ｖa ＝Ｖmean＋Ｖth （８） Ｖc ＝ΔＶ／２ （９）

【００３７】以上の式により（１）、（５）式の条件は
以下のように書き直せる。 ΔＶ≦Ｖth−Ｖmean （１０） ΔＶ≦Ｖth−Ｖmean＋Ｖb （１１）

【００３８】（１０）、（１１）式は非線形素子の閾値
電圧Ｖthと表示素子の駆動電圧Ｖmeanに対し、表示素子
に印加出来る電圧のダイナミックレンジΔＶの上限を与
えている。本発明の（１１）式は従来例の（１０）式と
比べ上限が拡大されている事がわかる。即ち、新たに導
入した保持（バイアス）電圧Ｖb の分だけ大きなダイナ
ミックレンジで駆動が可能で、表示品質即ちコントラス
トや視野角を改善する事が出来、従来例の問題点が改
善される。また、分布や変動、一様性に対する許容度
が改善される事も意味する。

【００３９】次に先に示した従来例の問題点、、
を次の量Ｄ，Ｆ，Ｇで評価する。 Ｄ＝（ｄＶon／Ｖon）／（ｄＶth／Ｖth） （１２） Ｆ＝Ｖth／Ｖon （１３） Ｇ＝Ｖp-p ／Ｖon （１４） ここでＶp-p は駆動電圧ピークからピーク迄の電圧であ
る。Ｄ，Ｆ，Ｇが小さい程好ましい。

【００４０】（６）、（７）式を用いて書き直すと次式
となる。 Ｄ＝Ｆ／（ｄＶon／ｄＶth）＝Ｆ＝Ｖth／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth）（１５） Ｆ＝Ｖth／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth） （１６） Ｇ＝２Ｖa ／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth） （１７）

【００４１】以下では表示品質をダイナミックレンジΔ
Ｖ＝Ｖon−Ｖoff ではなく良く知られた駆動マージンＭ
＝Ｖon／Ｖoff と呼ばれる量で評価する。駆動マージン
Ｍが大きい程表示品質は改善される。

【００４２】改良された従来例Ａ* でＤ，Ｆを最小にす
る最適条件は閾値電圧Ｖthが（１）式の下限の値を取っ
た時、即ち等号が成立した条件（１８）である。 Ｖth＝（Ｖa＋２Ｖc）／２ （１８）

【００４３】（１５）〜（１８）式より以下の関係が得
られる。 ＤA*＝（３Ｍ−１）／２Ｍ （１９） ＦA*＝（３Ｍ−１）／２Ｍ （２０） ＧA*＝４ （２１）

【００４４】一方、本発明の実施例での最適条件はやは
り閾値電圧Ｖthが（５）式の下限の値と取った時、即ち
等号が成立した条件（２２）である。 Ｖth＝（Ｖa−Ｖb＋２Ｖc）／２ （２２）

【００４５】更に必要条件ではないが図６ｅの６１の電
位Ｖa −Ｖc が６２の電位Ｖb ＋Ｖc よりも大きい方が
非不活時の電位設定が確実で好ましい。即ち Ｖa −Ｖc ＞２Ｖc （２３）

【００４６】（５）、（２３）両式を満足する場合は
（２４）式となり、 Ｖth＞Ｖa −Ｖb ＞２Ｖc （２４） 等号が成立した場合のＤc 、Ｆc 、Ｇcは（２５）、
（２６）、（２７）となる。 Ｄc ＝（Ｍ−１）／Ｍ （２５） Ｆc ＝（Ｍ−１）／Ｍ （２６） Ｇc ＝（３Ｍ−１）／Ｍ （２７）

【００４７】以上の従来例及び本発明におけるＤ，Ｆ，
Ｇの最適条件での関係（１９）〜（２１）式及び（２
５）〜（２７）式を図７、図８、図９に図示した。従来
例と比べると本発明は同一の駆動マージンＭに対しては
小さなＤ，Ｆ，Ｇが得られる。即ち、同程度の表示品
質、コントラストを素子特性分布や変動の影響を受け
にくく、低い閾値電圧Ｖthの素子でも使用可能で、
低い駆動電圧で用いる事が可能となる。勿論、示した曲
線は下限値であり最適条件を外した図の曲線の上側での
任意の値でも設定可能である。

【００４８】（１９）〜（２１）式及び（２５）〜（２
７）式と図７、図８、図９から同一のＤ，Ｆ，Ｇに対し
ては本発明が従来例に対し大きな駆動マージンＭが得ら
れ、表示品質が向上する事もわかる。即ち、同一のバラ
ツキ条件ならより良好なコントラストや視野角特性が可
能であり、同一の閾値電圧ならより良好なコントラスト
や視野角特性が可能であり、同一の駆動電圧ではより良
好なコントラストや視野角特性が可能である。

【００４９】用いる事の出来る非線形素子の閾値電圧の
下限が本発明によって下げられる事には大きな意味があ
る。非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリクスでは
閾値電圧のバラツキの絶対値がそのまま表示素子に印加
される電圧に反映する。閾値電圧の絶対値の大きい非線
形抵抗素子は一般的に閾値電圧のバラツキが大きい。よ
って本発明により閾値電圧の下限を下げられた事はバラ
ツキの小さな素子が使用可能となった事を意味する。

【００５０】例えばＭＩＭダイオードでは絶縁膜の厚さ
によって閾値電圧がかなり自由に変える事は参考文献３
に示されている。しかし、絶縁膜が厚い場合には薄い場
合と比べると閾値電圧の絶対値のバラツキが大きく表示
上のムラとなりやすい。更に駆動電圧も高くなり駆動回
路に負担を掛ける事になる。本発明を用いれば絶縁膜厚
を従来に対して薄くした小さな閾値電圧のＭＩＭダイオ
ードが使用可能となりムラや、駆動電圧を改善出来る。

【００５１】本発明の最適条件の時のＶa 、Ｖb 、Ｖc
の値は表示要素に必要な駆動マージンＭに対して次式
（２８）〜（３０）で設定すればよい。 Ｖa ＜｛（３Ｍ−１）／（Ｍ−１）｝・Ｖth／２ （２８） Ｖb ＜｛（Ｍ＋１）／（Ｍ−１）｝・Ｖth／２ （２９） Ｖc ＜Ｖth／２ （３０）

【００５２】実際にはＶthの素子間のバラツキや時間変
化、光効果等がある為その変化文ΔＶth程度は余裕を見
る必要があり次式程度の値に設定するとよい。 Ｖa −Ｖb ＝（Ｖth−ΔＶth） （３１） Ｖc＝（Ｖth−ΔＶth）／２ （３２）

【００５３】以下に、本発明のマトリクス表示装置を構
成する為の各部分の実施例を示す。

【００５４】図１０は本発明の実施例のマトリクス表示
装置で用いた非線形抵抗素子１０１の構成である。逆方
向にリング接続された２つａ−Ｓｉダイオード１０２，
１０３からなっている。

【００５５】図１１は同じ実施例のマトリクス表示装置
の１画素におよそ対応する部分の平面図、図１２は断面
図である。１１８，１１９はそれぞれ１つのａ−Ｓｉｐ
ｉｎダイオードであり、１１１は列電極、１１６は接続
電極、１１２，１１５ａ−Ｓｉｐｉｎダイオード、１１
４は接続用透明電極、１１２、１１５はａ−Ｓｉｐｉｎ
構造、１１４は接続用透明電極、１１７は表示電極であ
る。図１２の１２５、１２９は上下基板、１２７は液
晶、１２８は行電極、１２６は表示画素電極、１２１は
列電極、１２２、１２３、１２４はａ−Ｓｉのそれぞれ
ｐ+ 、ｉ、ｎ+ 層、１２０の部分がダイオード部であ
る。１０５は光源であり光は金属配線１２１側から入れ
ると良い。

【００５６】以上の様な構造のダイオードリングのＩ−
Ｖ特性を図１３に示す。

【００５７】図１４はダイオードリングの閾値電圧Ｖth
の素子間分布である。４０ｍＶ（±３％）程度の内にほ
とんどの素子がはいっている。Ｍ＝１．２の時本発明の
駆動法では、Ｄ＝１／６となりＶonの画素間バラツキは
±３／６＝±０．５％に入り極めて一様性の良い表示が
実現できる。しかも駆動電圧Ｖp-p はマトリクスの行列
数Ｎ，Ｍによらず４．３Ｖ程度となり５Ｖの電源で容易
に駆動できる。

【００５８】図１５は本発明のマトリクス表示装置のブ
ロック図である。１５１は図１１、図１２に例示したダ
イオードリング等の非線形抵抗素子を有する表示パネ
ル、１５２は図６に示したφ*n走査信号を表示バネルの
行電極Ｓ1 〜Ｓn に印加する行電極ドライバー、１５４
は図６に示したψ*mのようなデータ信号を列電極Ｄ1 〜
Ｄm に印加する列電極ドライバ、１５３は表示情報１５
５、タイミング信号１５８、１５９、電源１５６、１５
７等を各ドライバに供給するコントローラである。

【００５９】図１６は本発明のマトリクス表示装置の行
電極ドライバーの一例である。図１７はそのタイミング
チャートである。１６１はシフトレジスタ、１６２はラ
ッチ群、１６３はアンドゲート群、１６４は電位±Ｖa
、±Ｖb からＨn 、Ｉn 、Ｊn 、Ｋn の信号に応じて
一つの電位を選択し図６φ*nのような信号を行電極に供
給する電位選択ゲートで群である。

【００６０】図１８はコントローラの一例である。１８
０はアンテナ、１８１はチユーナ、１８２はビデオアン
プ、１８４は基準パルス発生、１５７は基準電極電位発
生の各回路である。

【００６１】図１９は列電極ドライバーの一例である。
１９１はサンプリングパルス発生回路、１９２及び１９
３はサンプルホールド回路である。この実施例では図６
の例と異なりアナログ表示でありψ^**m は図２０の如く
−Ｖc からＶc 迄の間を自由にとり、且つ極性反転回路
１９４によりＴ1 とＴ2 で極性を反転させている。

【００６２】以上の実施例におけるマトリクス表示装置
は２００〜１０００本以上の行及び列数が可能であり、
テレビ放送やコンピユータ端末など広く使う事ができ
る。表示品質はパッシブマトリクス表示より格段に優
れ、ＴＦＴ等の３端子素子を用いたアクテイブマトリク
スと遜色ない。素子のバラツキ、分布、変動の影響は駆
動法自体の余裕度向上によって従来法より大幅に改良さ
れている。更に閾値電圧Ｖthの下限が下げられる事によ
り制御性の良好な素子が使用可能となる。又駆動電圧も
低減され、従来の非線形抵抗素子を用いたアクティブマ
トリクスだけでなくパッシングマトリクスのと比べても
改善されうる。本発明により非線形素子を用いたアクテ
ィブマトリクスの問題点が大幅に改善され、ＴＦＴと比
べ製造プロセスがシンプルで短い長所を生かすことが可
能となる。

【００６３】以上の実施例では非線形抵抗素子としてａ
−Ｓｉｐｉｎダイオードを用いたがショットキーバリア
ダイオードやＭＩＳダイオートでもよく、それぞれ長所
をもっている。又ダイオードは一段ではなく多段を直列
および並列につないでも良く、配置は多層或いは平面的
に配列するとよい。ダイオードの材質もａ−Ｓｉ：Ｈに
かぎらずａ−Ｓｉ：Ｃ、ａ−Ｓｉ：Ｎ、ａ−Ｓｉ：Ｏや
ＣｄＳ、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｅ、Ｔｅ等で
も良い。又制御性さえよければハリスタヤＭＩＭダイオ
ー等他の非線形素子を用いても勿論良い。又、表示素子
は液晶以外にもエレクトロクミズム、エレクトロルミネ
ッセンス、蛍光表示管などでもよい。

【００６４】図２１は非線形素子の閾値電圧Ｖthが変化
した場合それを自動的に補償する基準電位設定回路の一
例である。基準電位Ｖa −Ｖtho 、Ｖb −Ｖtho に対し
て表示部内の参照用非線形素子を閾値電圧Ｖthの電位を
用いて、自動的にＶa →Ｖa＋Δ'Ｖth 、Ｖb →Ｖb ＋
Δ'Ｖth 、−Ｖa →−Ｖa −Δ'Ｖth 、−Ｖb →−Ｖb
−Δ'Ｖth 、となる（但しΔ'Ｖth ＝Ｖth−Ｖtho ）。
この様にすると表示要素に印加される電圧はの変動に対
し不変となり非常に都合が良い。

【００６５】

【発明の効果】以上の如く、第１の本発明のマトリクス
表示装置では、走査信号の正の選択期間後の保持期間で
の保持電位を基準電位に対して正極性、負の選択期間後
の保持期間での保持電位を基準電位に対して負極性とし
たため、従来の非線形素子を用いたマトリクス表示装置
と比べ、保持期間に非線形素子に印加される電圧を低減
することが可能となる。また走査信号では、正の選択期
間と負の選択期間との間での保持期間の間の保持電位を
基準電位に対して常に正極性とし、負の選択期間と正の
選択期間の間の保持電位を基準電位に対して常に負極性
としたので、従来のように保持電位の切り替わり時に、
電荷が逃げて表示素子にかかる電圧が極端に変動するこ
とが無くなる。このように電荷保持特性が大幅に改善さ
れる結果、表示ムラやコントラストが改善され、特性変
動に対する許容度も大きくすることが出来る。また低い
閾値電圧の非線形素子でも用いることが可能である。第
２の本発明では、データ信号の点灯電位と非点灯電位の
中間電位となる基準電位が常に一定であるため、列電極
に与えられるデータ信号の生成が容易になり、高速度転
送データの表示に適したものとなる。第３の本発明で
は、Ｖｂ≧Ｖｃに設定することにより、マトリクス表示
要素に加わる電圧を正負の保持位相でそれぞれ正負の片
極性にすることが可能になる。またＶｂをＶｃと等しく
することにより、走査信号の保持電位とデータ信号の点
灯または非点灯電位とを同じ電位とすることが可能とな
り、電源回路の構成を簡単にできる。以上から、本発明
によりパッシブ型のマトリクス表示装置やＴＦＴ型のア
クティブマトリクス表示装置に対し表示品質やコストで
魅力の大きい非線形素子型のマトリクス表示装置の実用
化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パツシブマトリクス表示装置の説明図である。

【図２】非線形抵抗素子を用いたアクテイブマトリクス
表示装置の説明図である。

【図３】非線形抵抗素子のＩ−Ｖ特性である。

【図４】従来のマトリクス表示装置の駆動方式による駆
動波形である。

【図５】従来のマトリクス表示装置の駆動方式による駆
動波形である。

【図６】本発明の一実施例のマトリクス表示装置におけ
る駆動波形である。

【図７】従来例及び本発明における最適条件下での特性
比較図である。

【図８】従来例及び本発明における最適条件下での特性
比較図である。

【図９】従来例及び本発明における最適条件下での特性
比較図である。

【図１０】本発明の実施例に用いた非線形抵抗素子の回
路図である。

【図１１】本発明の一実施例のおおよそ一画素分の平面
図である。

【図１２】本発明の一実施例のおおよそ一画素分の断面
図である。

【図１３】ダイオードリングのＩ−Ｖ特性である。

【図１４】ダイオードリングの特性分布の実測図であ
る。

【図１５】本発明のマトリクス表示装置のブロツク図で
ある。

【図１６】本発明のマトリクス表示装置の走査信号ドラ
イバの回路図である。

【図１７】本発明のマトリクス表示装置の走査信号ドラ
イバのタイミングチャートである。

【図１８】本発明のマトリクス表示装置のコントロラー
の一例である。

【図１９】本発明のマトリクス表示装置の列電極ドライ
バーの一例である。

【図２０】本発明のマトリクス表示装置のアナログ表示
の際のデータ信号の一例である。

【図２１】本発明のマトリクス表示装置の素子特性の変
化を自動的に補正する回路の一例である。

【符号の説明】

Ｓ、Ｓ1 、Ｓn 、ＳN 行電極（走査電極） Ｄ、Ｄ1 、Ｄm 、ＤM 列電極（データ電極） ＮＬ、ＮＬ(n,m ) 非線形抵抗素子 Ｃ、Ｃ(n,m ) 表示要素 φ、φ1 、φn 、φN 行駆動信号 ψ、ψ1 、ψm 、ψM 列駆動信号 Ｖth 非線形抵抗素子の閾値電圧

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示素子と非線形素子よりなる表示要素
   が、該表示要素を選択的に駆動する行電極と列電極に接
   続されてなり、前記行電極には選択期間と保持期間とを
   有する走査信号が印加され、前記列電極には行電極の選
   択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位と非点灯電
   位とを含むデータ信号が印加されるマトリクス表示装置
   に於いて、前記表示素子を列電極を基準として前記行電
   極側を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択期
   間、負の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間と
   し、それぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非
   点灯電位の中間電位を基準電位とした時に、前記走査信
   号では、正極性の選択期間と負極性の選択期間との間の
   保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に正極
   性であり、負極性の選択期間と正極性の選択期間の間の
   保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に負極
   性であることを特徴とするマトリクス表示装置。
2. 【請求項２】 表示素子と非線形素子よりなる表示要素
   が、該表示要素を選択的に駆動する行電極と列電極に接
   続されてなり、前記行電極には選択期間と保持期間とを
   有する走査信号が印加され、前記列電極には行電極の選
   択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位と非点灯電
   位とを含むデータ信号が印加されるマトリクス表示装置
   に於いて、前記表示素子を列電極を基準として前記行電
   極側を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択期
   間、負の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間と
   し、それぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非
   点灯電位の中間電位を基準電位とした時に、この基準電
   位が常に一定の電位であり且つ、前記走査信号では、正
   極性の選択期間と負極性の選択期間との間の保持期間で
   の保持電位が前記基準電位に対して常に正極性であり、
   負極性の選択期間と正極性の選択期間の間の保持期間で
   の保持電位が前記基準電位に対して常に負極性であるこ
   とを特徴とするマトリクス表示装置。
3. 【請求項３】 表示素子と非線形素子よりなる表示要素
   が、該表示要素を選択的に駆動する行電極と列電極に接
   続されてなり、前記行電極には選択期間と保持期間とを
   有する走査信号が印加され、前記列電極には行電極の選
   択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位と非点灯電
   位とを含むデータ信号が印加され るマトリクス表示装置
   に於いて、前記表示素子を列電極を基準として前記行電
   極側を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択期
   間、負の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間と
   し、それぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非
   点灯電位の中間電位を基準電位とした時に、前記走査信
   号では、正極性の選択期間と負極性の選択期間との間の
   保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に正極
   性であり、負極性の選択期間と正極性の選択期間の間の
   保持期間での保持電位が前記基準電位に対して常に負極
   性であり且つ、データ信号での点灯電位と非点灯電位の
   振幅を２Ｖｃ、走査信号での前記基準電位に対する保持
   電位の絶対値をＶｂとしたときにＶｂ≧Ｖｃであること
   を特徴とするマトリクス表示装置。