JP2861266B2 - アクティブマトリックス型液晶表示素子及びその駆動方法 - Google Patents

アクティブマトリックス型液晶表示素子及びその駆動方法

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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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    • G02F1/136245Active matrix addressed cells having more than one switching element per pixel having complementary transistors

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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、アクティブマトリックス型液晶表示素子の
駆動方法等に関するものである。
〔従来の技術〕
行列状の走査電極及び信号電極の交差部分近傍の能動
素子を配置したアクティブマトリックス型液晶表示素子
は、コントラスト及び視野角依存性がよく、応答速度も
速い特徴を有し、また対向基板上にカラーフィルターを
配置した場合には色再現性も優れるためCRTの代替とな
る平面形ディスプレイの本命と考えられている。
従来この能動素子としては、MIM、バリスター、ダイ
オード等の2端子素子と薄膜トランジスター(TFT)等
の3端子素子が使われているが、一般に3端子素子の方
が表示品位において優れている。
このTFTの場合、従来は第7図のように1画素に対し
1個のTFT56を配置するのが基本である。第7図におい
て51はゲートバスライン、52はソースバスライン、53は
液晶表示部、54はコモン電極、55は蓄積容量、57は寄生
容量であり、このTFT56としてはNチャンネルのTFTかP
チャンネルのTFTのどちらかが使われる。アクティブマ
トリックス基板の歩留りを向上させるために、1画素に
対し2個あるいは3個以上のTFTを配置する場合もある
が、TFTの種類としてはNチャンネル又はPチャンネル
かのどちらか一方のみの素子構成であった。
そしてこのようなTFTを駆動する場合には、例えばN
チャンネルのTFTの場合には第8図のように正極性のゲ
ートパルス61をゲート電極に印加し、ソース電極には液
晶に印加される電圧が交流になるようにフレームごとに
正と負が反転する信号62を印加するのが一般的であっ
た。
また、第10図のように1個の表示電極に1組以上のN
チャンネルTFTとPチャンネルTFTを配置する方式では、
第11図に示すように正と負のゲートパルス77をゲート電
極に印加し、ソース電極にはゲート電極に印加するパル
スの極性と同じ極性の電圧78を印加するのが一般的であ
った。
尚、第10図において71はゲートバスライン、72はソー
スバスライン、73は液晶表示部、74はコモン電極、75は
蓄積容量、76は1組のN,PチャンネルTFTであり、第11図
において、79はコモン電位である。
〔発明の解決しようとする課題〕
第7図に示すようなTFTに第8図のような単極性のゲ
ートパルス及び交流のソース電圧を印加すると、実際の
TFTには第7図のようにゲート・ドレイン間に寄生容量
があるため、TFTのドレイン電圧64は第9図に示すよう
にこの寄生容量による突き抜け電圧66のために電圧が非
対称となり直流成分が存在することとなる。この電圧の
非対称性は、コモン電位をシフトさせることによりある
程度緩和できるが、第9図の電圧波形から解るように完
全には補償できないのが現状である。このように液晶に
印加される電圧が非対称になると、直流成分のため液晶
が劣化する原因となったり、あるいは焼付けと呼ばれる
一種のメモリー現象が発生したり、あるいはフリッカー
の原因となったりして様々な不都合が生じ、CRTに代替
する表示画像への障害の一つとなっていた。
一方、第10図のように1個の表示電極に1組以上のN
チャンネルTFTとPチャンネルTFTを配置する方式では、
第11図のように正と負の両極性を持ったパルスをゲート
電極に印加し、ソース電極にはゲート電極に印加するパ
ルスの極性と同じ極性の電圧を印加することにより、第
12図のように突き抜け電圧によるドレイン電圧80の非対
称性をなくすことができるが、電圧保持特性の悪いパネ
ルではTFTがオフの期間に自己放電のため電圧が減少し
てしまい、さらにその上突き抜け電圧の影響による直流
成分のため、液晶に印加される電圧が減少してしまう欠
点があった。第12図において79はコモン電位である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記の問題を解決すべく成されたものであ
り、絶縁性基板上に行列状に電極を交差配列し、該電極
の交差部分近傍に能動素子を配置したアクティブマトリ
ックス基板と、透明電極を有する対向基板との間に液晶
が充填されたアクティブマトリックス型液晶表示素子の
駆動方法において、能動素子部分が少なくとも1組の並
列接続されたNチャンネルトランジスターとPチャンネ
ルトランジスターからなり、これらのトランジスターの
ソース電極に印加されるソース信号電圧がコモン電位に
対し直流成分をほとんど持たず、かつ、正負対称性の交
番電圧であり、かつ該ソース信号電圧がゲートパルス電
圧と逆極性であることを特徴とするアクティブマトリッ
クス型液晶表示素子の駆動方法、および、トランジスタ
ーが薄膜トランジスターであることを特徴とするアクテ
ィブマトリックス型液晶表示素子の駆動方法、および、
周辺駆動回路用の素子としてC−MOSの薄膜トランジス
ターが用いられ、上記の駆動方法が用いられたことを特
徴とするアクティブマトリックス型液晶表示素子を提供
するものである。
以下本発明を図面に従って詳細に説明する。
第1図は本発明に係る駆動波形の一つを示したもので
ある。1はゲートパルス電圧、2はソース信号電圧、3
はコモン電位である。
第2図は、第1図に示す駆動波形を、本発明にかかる
第10図に示すような1組のN,PチャンネルのTFTに印加し
た場合の液晶表示部73に印加される電圧波形を示す。
第2図において、4はドレイン電圧を示し、このドレ
イン電圧4が液晶に印加される電圧波形となる。ドレイ
ン電圧4はコモン電位3に対してほぼ対称となり、従っ
て液晶表示部73には直流成分が印加されない。
このように第1図に示す駆動波形によって液晶の適正
な駆動が可能となる。本発明に係る駆動波形は、第1図
に示す波形に限定されず、第3図に示すようにゲートパ
ルスは正負同電位でなくともよく、コモン電位3に対し
ソース電極に印加されるソース信号電圧2が直流成分が
ほとんどなく、正負対称である交番電圧であり、かつソ
ース信号電圧2がゲートパルス電圧と逆極性であれば使
用できる。
尚、ゲートパルスがない部分では、Pチャンネル,Nチ
ャンネルの両TFTともオフになっているような特性のTFT
を使用することが必要である。
本発明では第10図に示すように1つの表示画素電極に
対しNチャンネルTFTとPチャンネルTFTが1組となって
並列にゲート,ソース、ドレイン各ライン間に接続され
ている場合に対して有効な駆動法であるが、第4図のよ
うにTFT基板の歩留り向上のために冗長性を持たせ、2
組あるいは3組以上のNチャンネルTFTとPチャンネルT
FTから構成されたパネルに対しても有効である。
第4図において、11はゲートバスライン、12はソース
バスライン、16(a),16(b)は1組のN,Pチャンネル
TFT、13は液晶表示部、14はコモン電極、15は蓄積容量
である。
また、第5図のように1つの表示画素電極に対しNチ
ャンネルTFT26(a)とPチャンネルTFT26(b)を接続
し、NチャンネルTFT26(a)とPチャンネルTFT26
(b)のゲート電圧を別々に駆動する方式においても、
第6図のようにそれぞれのゲートパルスの極性と反対の
極性の信号電圧を印加すればよい。
ここで、第5図21(a)はNチャンネルTFT用ゲート
バスライン、21(b)はPチャンネルTFT用ゲートバス
ライン、22はソースバスライン、23は液晶表示部、24は
コモン電極、25は蓄積容量であり、第6図において、
(a)はNチャンネルTFT用の駆動波形、(b)はPチ
ャンネルTFT用の駆動波形であり、27(a)は正のゲー
トパルス、27(b)は負のゲートパルスであり、28はソ
ース信号電圧である。
また1画素を複数に分割してそのそれぞれに1組以上
のNチャンネルTFTとPチャンネルTFTを接続した素子構
成に対しても本発明は有効であり、そのそれぞれに本発
明の駆動法を適用すれば同様な効果が得られる。尚、こ
の場合にも第3図に示すような駆動波形も使用できる。
また本発明はTFTで作られたアクティブマトリックス
のみに限定されず、TFTの場合のガラス基板の代わりに
半導体基板であるシリコンウエハーを用いて、モノリシ
ック半導体素子でアクティブマトリックスを構成しても
よく、半導体材料としてシリコン以外の半導体や化合物
半導体で作られたアクティブマトリックスに対しても応
用が可能である。
更に本発明では、説明を簡単にするために第1図等に
おいてコモン電位は一定レベルとしたが、実際にはコモ
ン電位がフレーム毎、ライン毎あるいは1ドット毎に変
化しているような駆動波形全てに適用できる。
またTFTの構成としてスタガー、逆スタガー、コプレ
ナー等種々の方式が提案されているが、本発明は全ての
構成のTFTに適用できるし、半導体材料としてはアモル
ファスシリコンでも、あるいはポリシリコンで作成され
たTFTでもよい。特にポリシリコンの場合には、易動度
が高いため周辺の駆動回路もTFTで作成できるが、駆動
回路用の素子としては駆動マージンの点でC−MOSが有
効であり、その場合にはNチャンネルのTFTとPチャン
ネルのTFTを同時に作り込めるため、本発明の駆動方法
を有効に利用できる。
また本発明は、白黒表示のTFTパネルにも使えるし、
カラーフィルター等を用いたカラー表示用のTFTパネル
にも使える。
〔作用〕
本発明による第1図のような駆動波形を、第10図のよ
うに1つの表示画素電極に対しNチャンネルTFTとPチ
ャンネルTFTを並列に接続した構成のTFT素子に印加した
り、あるいは第6図の様な駆動波形を、第5図の様に別
々のゲート線で駆動されるNチャンネル,Pチャンネルの
TFT素子に印加すると、正のゲートパルスでNチャンネ
ルのTFTがONとなりソースラインから負の信号がドレイ
ン電極へ入る。その後ゲートが閉じTFTがOFFとなった瞬
間にNチャンネルTFTのゲート・ドレイン間の寄生容量
のために突き抜け電圧が発生するが、ゲートパルスの方
向とソース信号の極性が反対のため、第2図のように液
晶にはより大きな負の電圧が印加される。その後TFTがO
FFの期間はTFTパルスの電圧保持特性により一定の電圧
であったりあるいは徐々に減少したりする。この時Pチ
ャンネルのTFTは充分大きな負のしきい値を持っている
のでOFFのままであり、駆動になんの影響も与えない。
次に、次のフレームで負のゲートパルスが印加される
と、今度はPチャンネルのTFTがONとなりソースライン
から正の信号がドレイン電極へ入る。その後ゲートが閉
じTFTがOFFとなった瞬間にはやはりPチャンネルTFTの
ゲート・ドレイン間の寄生容量のために突き抜け電圧が
発生するがその方向は正のゲートパルスの時と対称とな
り、液晶に印加される電圧は第2図のようにより大きな
正の電圧が印加される。その後TFTがOFFの期間はTFTパ
ネルの電圧保持特性により一定の電圧であったりあるい
は徐々に減少したりする。このときNチャンネルのTFT
は充分大きな正のしきい値を持っているためOFFのまま
であり、やはり駆動にはなんの影響も与えない。
このような駆動を行うと第2図から解るように液晶に
印加される電圧には直流成分が発生しない。また、ソー
ス電極にゲートパルスの極性と同じ極性の信号電圧を印
加する従来の駆動方法では、確かに直流電圧は印加され
ないが第12図のように液晶に印加される電圧が減少して
しまうのに対して、本発明では電圧が減少しないばかり
かむしろ増加させることもできる。
〔実施例〕
実施例1 ガラス基板(旭硝子社製「ANガラス」上に非晶質シリ
コン層を形成し、イオン注入によるセルファライン方式
により、第10図に示すような1組のNチャンネルとPチ
ャンネルのTFTを複数作成し、アクティブマトリックス
基板を完成させた。
一方別のガラス基板上にカラーフィルタ、保護膜を形
成し、ITOをスパッタリングによって堆積したものを対
向基板とした。
上述した2種類の基板に配向処理を施し、スペーサー
を介して張り合わせてセルとし、このセルに液晶を充填
した。セルフャップは5μmとした。
次にパルスジェネレーターにより、第1図に示すよう
な正と負の極性を持ったゲートパルスを発生させ、この
セルに印加した。コモン電位を中心としたゲートパルス
の絶対値はそれぞれ20Vとし、第1図に示すようにソー
ス信号電圧としてはゲートパルスと反対の極性の電圧を
ソース電極に印加した。
そして次にその電気光学特性の測定および信頼性試験
を実施した。まず液晶の劣化については、1000時間の連
続通電試験をしても、液晶を書き込むためのしきい値電
圧が通電試験前の値とほとんど変化しておらず、また目
視的にも電極劣化等の不良モードが認められなかった。
次に焼付け現象については、2時間、4時間、12時
間、24時間、72時間と連続で同じパターンを通電し、そ
の後表示パターンを変えても、前のパターンが全く残ら
なかった。
次にフリッカーについては、12時間および24時間の通
電試験をした後でも目視的には全く認められず、またス
ペクトルアラナイザーで解析してもフリッカーが発生す
るような周波数成分は全く認められなかった。
また信号電圧の大きさも、従来の第12図の駆動法の場
合には突き抜け電圧の影響で液晶に印加される電圧が実
質的に減少するため、より大きな値が必要であったが、
本発明ではスタティック駆動の場合と同ほぼ同じ電圧で
駆動できることが解った。
実施例2 次に、第5図のように1画素に付き1個づつのNチャ
ンネルTFTとPチャンネルTFTをそれぞれ別々のゲートパ
ルスで駆動するTFT素子を、実施例1と同じようにイオ
ン注入によるセルフアライン方式により作成した。
次にこのTFT素子は、パルスジェネレータより、第6
図に示すようにそれぞれのゲート電圧が正と負の極性を
持ったゲートパルス発生させ、印加した。ゲートパルス
の絶対値はそれぞれ20Vであり、ソース信号電圧として
はゲートパルスと反対の極性の電圧をソース電極に印加
した。
次に実施例1と同じように、その電気光学特性の測定
および信頼性試験を行ったが、実施例1と同様液晶の劣
化、焼付け、フリッカー等の不良モードは発生しなかっ
た。
〔発明の効果〕
以上のように本発明に依れば、ゲート・ドレイン間の
寄生容量による突き抜け電圧が対称となるため液晶に直
流成分が印加されない上、突き抜け電圧による電圧の減
少を防いだり、寄生容量が大きいTFTでは、むしろ信号
電圧よりも大きな電圧が印加されることになる。このた
め、いままで電圧の非対称のために発生していた液晶の
劣化、焼付け及びフリッカー等の様々な不良モードを完
全になくすことができる上、駆動電圧の低減が図れる等
の効果が認められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にかかる駆動波形を示す電圧波形図 第2図は、本発明にかかる駆動波形により液晶に印加さ
れる電圧波形図 第3図は本発明にかかる駆動波形を示す電圧波形であっ
て、第1図とは別の態様のものの電圧波形図 第4図は1画素当り2組以上のNチャンネルTFTとPチ
ャンネルTFTで構成された本発明にかかる回路構成図 第5図は1画素当り1組のNチャンネルTFTとPチャン
ネルTFTで構成しそれぞれのゲートを別々のパルスで駆
動する本発明にかかる回路構成図 第6図は第5図に示すTFT素子を駆動するゲートパルス
およびソース電圧の本発明にかかる電圧波形図 第7図は、従来のTFTの回路構成図 第8図は第7図に示す従来のTFTを駆動するための電圧
波形図 第9図は第7図に示す従来の回路構成及び従来のゲート
パルスにより液晶セルに印加される電圧波形図 第10図は本発明にかかる1画素当り1個のNチャンネル
TFTとPチャンネルTFTで構成されたTFTの回路構成図 第11図は第10図のTFTを駆動するときに用いる従来の駆
動波形図 第12図は第11図の従来の駆動波形による液晶に印加され
る電圧波形図 1:ゲート電圧 2:ソース信号電圧 3:コモン電位

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に行列状に電極を交差配列
    し、該電極の交差部分近傍に能動素子を配置したアクテ
    ィブマトリックス基板と、透明電極を有する対向基板と
    の間に液晶が充填されたアクティブマトリックス型液晶
    表示素子の駆動方法において、能動素子部分が少なくと
    も1組の並列接続されたNチャンネルトランジスターと
    Pチャンネルトランジスターからなり、これらのトラン
    ジスターのソース電極に印加されるソース信号電圧がコ
    モン電位に対し直流成分をほとんど持たず、かつ、正負
    対称性の交番電圧であり、かつ該ソース信号電圧がゲー
    トパルス電圧と逆極性であることを特徴とするアクティ
    ブマトリックス型液晶表示素子の駆動方法。
  2. 【請求項2】トランジスターが薄膜トランジスターであ
    ることを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリッ
    クス型液晶表示素子の駆動方法。
  3. 【請求項3】周辺駆動回路用の素子としてC−MOSの薄
    膜トランジスターが用いられ、請求項1または請求項2
    記載の駆動方法が用いられたことを特徴とするアクティ
    ブマトリックス型液晶表示素子。
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