JP2541773B2 - 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】本発明は電流−電圧特性に閾値特
性を有する非線形（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、非線形抵抗素子の閾値電
圧の表示装置間のばらつきや閾値電圧の時間変動を自動
的に補償し、製造上のばらつきや長時間の信頼性を改善
しうる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。

【０００３】閾値電圧特性を有する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．Ｉ
ＥＥＥ．ＥＤ−２６、１９７９、ｐ．１１２３〜１１２
８）及び、ＭＩＭ型ダイオ−ドを用いた例（参照文献
３，Ｄ・Ｒ・Ｂａｒａｆｆ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は非線形素子を用いない（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】まず従来の非線形素子を用いたマトリクス
表示装置の駆動波形に付いて説明する。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 、ｔ
n+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Ｖc 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φn
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） 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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】以上の従来例は保持期間での電圧保持特性
に問題以外にも大きな問題があった。即ち、図４、図５
の（ｄ），（ｅ）に示されるように非線形素子の閾値電
圧特性がそのまま表示素子の駆動電圧に反映するにも関
わらず、閾値電圧特性の装置毎のばらつきや時間変化、
温度変化を補償する事が出来なかった。その為に、装置
毎にいちいち駆動電圧を最適化する必要があった。又、
時間的な特性変化や温度による特性変化は補償できない
為に、長期間の使用後に表示品質、例えばコントラスト
や明るさが最適値からずれてしまったり、環境温度によ
っても最適な表示品質を得る事が出来なかった。マトリ
クス表示部外部に設けた温度センサにより補償される例
は公知であるが、閾値電圧そのものでは無いため完全な
補償にはならず、又上記装置間のばらつきや時間変化に
対しては無力であった。

【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、非線形素子
の閾値電圧特性がそのまま表示素子の駆動電圧に反映す
るにも関わらず、閾値電圧特性の装置毎のばらつきや時
間変化、温度変化を補償する事が出来ず、装置毎や時間
的な駆動電圧の最適化が不可能であった。最適な電圧が
印加されない事により、コントラストが不十分であった
り、長期的な信頼性に問題を生じていた。本発明の目的
はこのような装置毎のばらつきや時間変化、温度変化を
自動的に補償する事により、製造ばらつきや環境によら
ず常に最良のコントラストが得られ、長期信頼性にも優
れたマトリクス表示装置を提供する事にある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為に
本発明のマトリクス表示装置は、表示素子と非線形抵抗
素子よりなる表示要素及び該表示要素に接続された行電
極と列電極を有するマトリクス表示部の内部に設けられ
た参照用非線形抵抗素子を有し、該参照用非線形抵抗素
子の閾値電圧そのものを検出する検出回路を有し、該検
出回路出力により駆動電圧を設定する手段を有する。

【００２１】

【実施例】図６に本発明のマトリクス表示装置の実施例
に用いた駆動波形を示す。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
例の駆動波形と同一ではない。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】本実施例の駆動波形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、本実施例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】本実施例の保持電位は、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ｔ
n 、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】更に本実施例では、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圧を正の
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。

【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。

【００２９】次に、本実施例の駆動波形を用いたマトリ
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。

【００３０】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）

【００３１】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。

【００３２】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
実施例ではＶa ＋２Ｖc −Ｖth−Ｖb であった。本実施
例は従来例と比べ「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。以上のように本実施例の駆動波形
を用いると、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、本実施例では従来と比べ、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。

【００３３】（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、本実施例を用い
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。

【００３４】次に改良された例Ａ*と本実施例の比較を
更に詳細に検討する。表示素子のＯＮ、ＯＦＦ電圧をＶ
on、Ｖoff 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）

【００３５】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）

【００３６】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）

【００３７】（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。本実施例の（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。

【００３８】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。

【００３９】（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）

【００４０】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。

【００４１】改良された例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）

【００４２】（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）

【００４３】一方、本実施例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）

【００４４】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）

【００４５】（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）

【００４６】以上の従来例及び本実施例におけるＤ，
Ｆ，Ｇの最適条件での関係（１９）〜（２１）式及び
（２５）〜（２７）式を図７、図８、図９に図示した。
従来例と比べると本実施例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。

【００４７】（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
ては本実施例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。

【００４８】用いる事の出来る非線形素子の閾値電圧の
下限が本実施例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。
よって本実施例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。

【００４９】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。本実施例を用いれば絶縁膜
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。

【００５０】本実施例の最適条件の時のＶa 、Ｖb 、Ｖ
c 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）

【００５１】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）

【００５２】図２１は図６で示した駆動波形も用いた場
合に本発明の実施例の構成図である。参照用非線形抵抗
素子２１１はマトリクス表示部内に設けられている。ボ
ルテージフォロア型のオペアンプと抵抗よりなる検出回
路により、参照用非線形抵抗素子の閾値電圧Ｖthが検出
されている。

【００５３】前記走査信号の選択期間に印加される選択
電圧Ｖa 及び−Ｖa は、予め設定された標準電位Ｖa −
Ｖtho の値と検出回路より供給される参照用非線形抵抗
素子の閾値電圧Ｖthの値を用いて演算増幅機により演算
され、それぞれＶa ＋（Ｖth-Vtho ）、−Ｖa −（Ｖth
−Ｖtho ）の値に自動的に設定される。ここでΔ'Ｖth
＝Ｖth−Ｖtho と置けば、選択電圧Ｖa と−Ｖa はそれ
ぞれ自動的にＶa→Ｖa ＋Δ'Ｖth 、−Ｖa →−Ｖa −
Δ'Ｖth と設定されている。このように閾値電圧が装置
毎にばらついても、時間的あるいは環境的に変動しても
その差分、変動分であるΔ'Ｖth が自動的に補償され
る。

【００５４】図４、図５、図６のどの駆動波形を用いて
も表示素子に印加される電圧は非線形素子の閾値電圧Ｖ
thのばらつき、変動をほぼ１対１に直接的に反映する。
よって本発明により実際に用いている非線形素子と同じ
マトリクス表示部内に設けられた参照用非線形素子の閾
値電圧Ｖthそのものと、標準的な閾値電圧或いは標準状
態での閾値電圧であるＶtho の差で補償する事により、
最適な補償が可能となる。

【００５５】同様に前記走査信号の保持期間に印加され
る保持電圧Ｖb 及び−Ｖb は、予め設定された標準電位
Ｖb −Ｖtho の値と検出回路より供給される参照用非線
形抵抗素子の閾値電圧Ｖthの値を用いて演算増幅機によ
り演算され、それぞれＶb ＋（Ｖth−Ｖtho ）、−Ｖb
−（Ｖth−Ｖtho ）の値に自動的に設定される。ここで
再びΔ'Ｖth ＝Ｖth−Ｖtho を用いると、保持電圧Ｖb
と−Ｖb はそれぞれ自動的にＶb →Ｖb ＋Δ'Ｖth 、−
Ｖb →−Ｖb −Δ'Ｖth と設定されている。このように
閾値電圧が装置毎にばらついても、時間的あるいは環境
的に変動してもその差分、変動分であるΔ'Ｖth が自動
的に補償される。

【００５６】図６の駆動波形を用いた場合、保持期間で
表示素子に印加できる電圧の最大値は非線形素子の閾値
電圧Ｖthにより決定され閾値電圧のばらつき、変動をほ
ぼ１対１に直接的に反映する。よって本発明により実際
に用いている非線形素子と同じマトリクス表示部内に設
けられた参照用非線形素子の閾値電圧Ｖthそのものと、
標準的な閾値電圧或いは標準状態での閾値電圧であるＶ
tho の差で補償する事により、最適な補償が可能とな
る。

【００５７】本実施例では保持期間の電荷保持特性に優
れた図６の実施例の方法を用い、選択期間の選択電圧の
みならず保持期間の保持電圧を自動的に補償した。本実
施例では選択電圧、保持電圧とも最適化され最適の書き
込み特性と電荷保持特性が得られる。勿論、電荷保持特
性は劣るが図４、図５の従来例の選択電圧のみ自動補償
しても本発明は有効である。又図６の例でも選択電圧の
み自動補償しても本発明は有効である。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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の時本実施例
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。

【００６３】図１５は本実施例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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】

【発明の効果】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、非線形素子の閾値電圧特性が
そのまま表示素子の駆動電圧に反映するにも関わらず、
閾値電圧特性の装置毎のばらつきや時間変化、温度変化
を補償する事が出来ず、装置毎や時間的な駆動電圧の最
適化が不可能であった。最適な電圧が印加されない事に
より、コントラストが不十分であったり、長期的な信頼
性に問題を生じていた。本発明によれば、このような装
置毎のばらつきや時間変化、温度変化を自動的に補償す
る事により、製造ばらつきや環境によらず常に最良のコ
ントラストが得られ、長期信頼性にも優れたマトリクス
表示装置が実現できる。

【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】従来例及び本発明の一実施例における最適条件
下での特性比較図である。

【図８】従来例及び本発明の一実施例における最適条件
下での特性比較図である。

【図９】従来例及び本発明の一実施例における最適条件
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ば
らつき、変動を自動的に補正する参照用非線形抵抗素
子、その閾値電圧の検出回路、駆動電圧設定回路の一例
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 ２１１ ----参照用非線形抵抗素子

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示素子と非線形抵抗素子よりなる表示
   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
   点灯電位或いは両者の間の電位をとるデータ信号が印加
   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、該基準電位を基準とした保持期間の走査信
   号電位は、前記正極性の選択期間の後と負極性の選択期
   間の後では異なる値であり、かつ前記正極性の選択期間
   の後と負極性の選択期間の後で同一電位の場合と比較し
   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おり、保持期間中に非
   線形抵抗素子に印加される電圧はほぼ該非線形抵抗素子
   の閾値電圧以内であり、マトリクス表示部内に設けられ
   た参照用非線形抵抗素子の閾値電圧を検出する検出回路
   を有し、該検出回路出力により駆動信号電位を設定する
   事を特徴とするマトリクス表示装置。
2. 【請求項２】 表示素子と非線形抵抗素子よりなる表示
   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
   点灯電位或いは両者の間の電位をとるデータ信号が印加
   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、該基準電位を基準とした保持期間の走査信
   号電位は、前記正極性の選択期間の後と負極性の選択期
   間の後では異なる値であり、かつ前記正極性の選択期間
   の後と負極性の選択期間の後で同一電位の場合と比較し
   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おり、保持期間中に非
   線形抵抗素子に印加される電圧はほぼ該非線形抵抗素子
   の閾値電圧以内であり、マトリクス表示部内に設けられ
   た参照用非線形抵抗素子の閾値電圧を検出する検出回路
   を有し、該検出回路出力により走査信号の選択期間に於
   ける信号電位を設定する事を特徴とするマトリクス表示
   装置。
3. 【請求項３】 表示素子と非線形抵抗素子よりなる表示
   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
   点灯電位或いは両者の間の電位をとるデータ信号が印加
   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、該基準電位を基準とした保持期間の走査信
   号電位は、前記正極性の選択期間の後と負極性の選択期
   間の後では異なる値であり、かつ前記正極性の選択期間
   の後と負極性の選択期間の後で同一電位の場合と比較し
   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おり、保持期間中に非
   線形抵抗素子に印加される電圧はほぼ該非線形抵抗素子
   の閾値電圧以内であり、マトリクス表示部内に設けられ
   た参照用非線形抵抗素子の閾値電圧を検出する検出回路
   を有し、該検出回路出力により走査信号の保持期間に於
   ける信号電位を設定する事を特徴とするマトリクス表示
   装置。