JP2578942B2 - アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法

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JP2578942B2 JP63237035A JP23703588A JP2578942B2 JP 2578942 B2 JP2578942 B2 JP 2578942B2 JP 63237035 A JP63237035 A JP 63237035A JP 23703588 A JP23703588 A JP 23703588A JP 2578942 B2 JP2578942 B2 JP 2578942B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔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
クス液晶表示装置の駆動方法に関する。
〔従来の技術〕 近年、ツィスト・ネマティック型(TN型)を中心とし
た液晶表示装置(LCD)の応用が発展し、腕時計や電卓
の分野で大量に用いられている。それに加え、近年、文
字,図形等の任意の表示が可能なマトリクス型も使われ
始めている。このマトリクス型LCDの応用分野を広げる
ためには、表示容量の増大が必要である。しかし、従来
のLCDの電圧−透過率変化特性の立上りはあまり急峻で
はないので、表示容量を増加させるためにマルチプレッ
クス駆動の走査本数を増加させると、選択画素と非選択
画素との各々にかかる実効電圧比は低下するので、選択
画素の透過率増加と非選択画素素の透過率低下というク
ロストークが生じる。その結果、表示コントラストが著
しく低下し、ある程度のコントラストが得られる視野角
も著しくなる。従って、従来のLCDでは走査本数は、60
本ぐらいが限界である。このような従来のLCDを、次に
述べるアクティブマトリクスLCDと比較して、単純マト
リクスLCDと称する。
マトリクス型LCDの表示容量を大幅に増加させるため
に、LCDの各画素にスイッチング素子を直列に配置した
アクティブマトリクスLCDが考案されている。これまで
に発表されたアクティブマトリクスLCDの試作品のスイ
ッチング素子には、アモルファスシリコンやポリシリコ
ンを半導体材料とした薄膜トランジスタ素子(TFT)が
多く用いられている。また一方では、製造法及び構造が
比較的単純であるため、製造工程が簡略化でき、高歩留
り、低コスト化が期待される薄膜二端子素子(以下TFD
と略す)を用いたアクティブマトリクスLCDも注目され
ている。
このような薄膜二端子素子型アクティブマトリクスLC
D(以下TFD−LCDと略す)において、一番実用化に近い
と考えられているLCDは、TFDに金属−絶縁体−金属素子
(以下MIM素子又はMIMと略す)を用いたLCDである。TFD
として、MIMの他には、アモルファスSiのpinダイオード
2個を極性逆向きに並列接続したダイオードリング、及
び、同じくpinダイオード2個を極性逆向きに直列接続
したバック・ツー・バック・ダイオードが知られてい
る。
以上のTFDは、全て、回路的には非線形抵抗素子であ
り、素子両端への印加電圧の増加に伴い、電流が非線形
的に急激に増加する。このようなTFDを液晶素子と直列
に接続することにより、電圧−透過率変化特性の立上り
は急峻になり、走査本数を大幅に増やすことが可能にな
る。
このようなMIMを用いたLCDの従来例は、論文ではディ
・アールバラフ、他、著「ジ・オプティマイゼーション
・オブ・メタル・インシュレータ・メタル・ノンリニア
・デバイシズ・フォア・ユース・イン・マルチプレック
スド・リキッド・クリスタル・ディスプレイズ」、アイ
・イー・イー・イー・トランザクション・オン・エレク
トロン・デバイシーズ、28巻、頁736−739(1981年発
行)〔D.R.Baraff,et al.,“The Optimization of Meta
l−Insulator−Metal Nonlinear Devices for Use in M
ultiplexed Liquid Crystal Displays,"IEEE Trans.Ele
ctron Devices,vol.ED−28,pp.736−739(1981)〕、及
び両角伸治、他、著「250×240画素のラテラルMIM−LC
D」テレビジョン学会技術報告(IPD83−8),pp.39−4
4,(1983年12月発行)に代表的に示され、特許公開公報
では特開昭52−149090号公報、及び特開昭55−161273号
公報中に代表的に示され、その動作原理についても詳細
に述べられている。
MIMにおいて、最も重要な材料は、絶縁体層の材料で
ある。従来の論文、特許公開公報等に記載のMIMでは、
絶縁体層の材料にタンタル(Ta)又はシリコンの酸化物
又は窒化物が主として用いられるが、これに限定されな
い。又、金属は殆んど全ての金属を用いることが可能で
あるが、主としてクロムかタンタルが用いられる。
非線形抵抗素子の電流−電圧(I−V)特性は、種々
の形で数式化されるが、代表的なものとして、次の式が
知られている。
I=A・Vα ここで、Iは電流、Vは電圧、αは非線形系数、Aは比
例定数である。既に述べたMIM素子等においては、αは
6以上の値をもつ。
以上述べたTFD−LCDにおいて、従来は、TN型単純マト
リクスLCDに用いられている駆動法と実質的には同一の
駆動方法が用いられている。従来の駆動方法について
は、エレクトロニクス昭和63年4月号pp42−46に詳述さ
れている。
第2図は、注目している画素が選択画素であり、デー
タ信号ライン上、選択画素と非選択画素が交互に存在す
る場合の駆動信号である。走査信号(a)、データ信号
(b)は、負・正の各フレームで第1表のような値をと
る。負・正の各1フレームで1画面の走査を行い、表示
内容を書き込む。アドレス時が各画素への書き込み区
間、非アドレス時が各画素の電荷保持区間である。VP
VPの比(VD/VP)は通常一定であり、バイアス比とよば
れる。
TFD−LCDパネル1画素の等価回路は、第3図のごと
く、非線形抵抗素子13と液晶表示14とが直列に接続さ
れ、データ信号線15と走査信号線16が両端に接続され
る。これが逆でも全く問題ない。
画素印加信号は、(データ信号)−(走査信号)であ
り、第2表の値をとる。それに対応して、液晶電圧が変
化し、表示コントラストとなる。理想的には、非線形素
子のI−V特性は、電圧の正負に対して対称のはずであ
るが、実際のMIM素子は非対称性が大きい。即ち、
(1)式でαは同じでもV>0の時のAの値A+とV<0
の時のAの値A-とは異なる。A->A+の時、液晶電圧は負
フレームの方が絶対値が大きくなる。液晶のコントラス
トは、液晶電圧の実効値で決まるため、このような場合
は、画面のチラツキ、即ち、フリッカが目につきやすく
なる。
このようなフリッカを抑えるために、1〜2走査線ご
とに信号の極性を反転させる方法が既に提案されてい
る。これは、走査線1〜2本ごとに、第1表の駆動電圧
と第3表の駆動電圧とを交互に用いるものであり、画素
印加電圧は第2表と第4表のようになり、数画素のエリ
アでフリッカが相殺され、擬似的にフリッカが抑えられ
たようにみえるものである。しかし、この方法によるフ
リッカの抑制は不完全であり、フリッカが残る。
〔発明が解決しようとする課題〕 以上述べたように、従来のTFD−LCDにはフリッカが起
こりやすいという欠点があった。
また、これを解決する方法として、画素に印加する電
圧を非線形素子の非対称特性に合わせてシフトさせる方
法が、特開昭58−14891号公報、特開昭61−256325号公
報に記載されている。しかし、この方法ではコントラス
ト調整のためには、画素印加電圧調整と同時にバイアス
電圧も変える必要があるため、駆動回路は複雑になり、
コントラスト調整は非常に困難である。
本発明の目的は、フリッカが生じないTFD−LCDの駆動
方法を提供すると同時に、容易にコントラスト調整ので
きる駆動方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、非線形抵抗素子を用いたアクティブ
マトリクス液晶表示の駆動方法において、画素印加電圧
を、1又は2走査線ごとに極性を反転させ、且つ、バイ
アス比を一定に保ちつつその絶対値の比を表示最適比値
に設定したことを特徴とするアクティブマトリクス液晶
表示装置の駆動方法が得られる。
〔作用〕
本発明による駆動方法を第1図に示す。基本的には、
第2図の従来例と同じであるが、負フレームと正フレー
ムとで走査信号とデータ信号の差である画素印加電圧の
絶対値を変えた点が特徴である。即ち、VPの値は正フレ
ームと負フレームでVPとVP′とになり、VDの値はVD
VD′になる。A->A+を仮定すると、VP>VP′,VD>VD
と設定すると、正・負フレーム間の液晶電圧の絶対値は
等しくすることが可能になる。これらの値は、第5表に
まとめてある。
バイアス比は正・負フレームで一定にする(VD/VP
VD′/VP′)。
正負フレーム間の画素印加電圧の絶対値の比であるVP
/VP′,(VP−2VD)/(VP′−2VD′)を各々調整す
ることにより、フリッカが無くなる比がみつけられる。
この比を表示最適比とよぶ。バイアス比が一定の場合
は、VP/VP′を表示最適値に設定すればよい。
本発明による駆動方法は、1又は2走査線ごとに極性
を反転させる。即ち、第5表と第7表の駆動電圧を1又
は2走査線ごとに交互に印加する。
第5表及び第7表の駆動電圧により、画素印加電圧
は、各々第6表及び第8表になる。
〔実施例〕 以下、実施例に基づいて説明する。
代表的なMIM−LCDの構造、作製法は以下のとうりであ
る。
まず、下部ガラス基板1上の膜形成、MIM素子の製作
について述べる。第4図において、下部ガラス基板1を
Ta2O5,SiO2等のガラス保護膜2で被覆する。この保護
膜2は、不可欠なものではないので、被覆を省略するこ
ともできる。次にこの上にリード電極3、絶縁体層4を
形成する。
絶縁体層4は、種々の方法で形成することが可能であ
るが、本実施例においては、窒素ガス,シランガス,水
素ガスなどの混合ガスによるプラズマCVD法を用いて約1
000Åに形成した。
上部電極5はCrとし、抵抗加熱法により形成し、通常
のフォトリングラフィによりパターン化した。下部透明
電極6は、酸化インジウム−酸化スズ(通称ITO)と
し、マグネティック・スパッタリングにより形成し、通
常のフォトリングラフィ法によりパターン化した。
上部ガラス基板7上の膜形成、パターン化は通常の単
純マルチプレックスLCDとほとんど同一である。上部ガ
ラス基板7は、SiO2等のガラス保護膜8で被覆されてい
るが、この保護膜8は不可欠ではない。上部透明電極9
も、下部透明電極6と同じく酸化インジウム−酸化スズ
であり、マグネティック・スパッタリングにより形成し
通常のフォトリングラフィ法によりパターン化した。
下部ガラス基板1と上部ガラス基板7とは、ガラスフ
ァイバー等のスペーサを介して張り合わせれ、通常のエ
ポキシ系接着剤によりシールした。セル厚は8μmとし
た。
両ガラス基板1,7はラビングにより配向処理をした。
この場合、ポリイミド等の配向処理膜を塗布することが
多いが不可欠ではないので、第1図では省略した。
上記のセルに、ツィスト・ネマティック型液晶である
ZLI−1565(メルク製)を注入孔より注入して、液晶層1
0とした。注入孔を接着剤で封止することによりTFD−LC
Dを完成した。
第5図に、下部ガラス基板1上の1画素の素子パター
ンを示す。このように下部透明電極6は、1画素毎に分
離されている。リード電極3は陽極酸化により前面が絶
縁体層4で覆われており、又、リード電極3からは各画
素に対応して小さな突起がでている。この突起状の電極
11は、上部電極5と交差しており、この交差部がMIM素
子になっている。
第6図に、本実施例TFD−LCDの構造の一部を示す。こ
のように、第2図に示した下部ガラス基板1上の各画素
が格子状に並び、リード電極3は横につながり、端部で
端子部12を構成している。第1図における上部ガラス基
板7上の上部透明電極9は、図示のように各画素を縦に
つなげた形で帯状に形成されている。この上部透明電極
9の形状は、単純マルチプレックス駆動のLCDの電極形
状とほぼ同一である。
第6図の構造のパネルに、第3図の電圧印加方法をと
る場合、上部透明電極が走査信号線であり、リード電極
がデータ信号線である。
第1図に示された本発明の駆動法において、VP=16V,
VP′=19V,バイアス比=9とした駆動波形を、上記パネ
ルに印加することによりコントラスト比20以上で、クロ
ストークが無く、フリッカも全く無い高コントラストの
表示が得られた。
尚、VP/VP′の値はTFD−LCDの画面を見ながらフリッ
カが無くなるよう調整して定めた。
〔発明の効果〕
本発明の駆動法を用いれば、非対称I−V特性の非線
形抵抗素子を用いたTFD−LCDパネルにおいてもフリッカ
の全く無い、高コントラストの表示が得られる。
また、本発明の駆動方法は、極性の異なる画素印加電
圧の絶対値の比を、フリッカがなくなるように調整、固
定してあるので、印加電圧を変えてもフリッカは発生し
ない。従って、印加電圧を調整することで容易に各使用
者にあったコントラスト特性にすることができる。これ
に対し、従来からある画素電圧にオフセット電圧を加え
てフリッカ発生を抑制する方法では、画素印加電圧を変
えると同時にバイアス電圧も変える必要があるため、こ
のようなコントラスト調整は困難である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による駆動法の一実施例の波形図、第2
図は従来の駆動法の例を示す図、第3図は1画素の等価
回路を示す図、第4図は実施例に用いたMIM−LCDパネル
の断面図、第5図は実施例に用いたパネルの1画素の構
造の平面図、第6図は実施例に用いたパネル一部分の透
視構造平面図である。 1……下部ガラス基板、2,8……ガラス保護膜、3……
リード電極、4……絶縁体層、5……上部電極、6……
下部透明電極、7……上部ガラス基板、9……上部透明
電極、10……液晶層、11……突起状の電極、12……端子
部、13……非線形抵抗素子、14……液晶素子、15……デ
ータ信号線、16……走査信号線。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶素子から成る各画素に非線形抵抗素子
    から成るスイッチング素子が直列に接続されたアクティ
    ブマトリクス液晶表示装置の各画素に印加する画素印加
    電圧を、1又は2走査線ごとに極性を反転する駆動方法
    において、バイアス比を一定に保ち、極性の異なる画素
    印加電圧の絶縁値の比を液晶素子に加わる電圧の絶対値
    が各フレーム間で等しくなるように設定されたことを特
    徴とするアクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方
    法。
JP63237035A 1988-09-20 1988-09-20 アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動方法 Expired - Lifetime JP2578942B2 (ja)

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