JP3331837B2 - マトリクス液晶パネル及びその駆動波形 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非線形素子を有す
る液晶表示パネル（ＭＩＭ液晶表示パネルを含む）の品
質向上、特に直流分の印加を原因とした焼き付きの低減
あるいは解消に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種ビデオ関連機器、計測機、情
報機器、携帯用パーソナルコンピュータのディスプレイ
等に、大容量のマトリクス液晶パネルが使われ始めてい
る。これらの液晶パネルをアドレス方式により分類する
と、単純マトリクス方式、アクティブマトリクス方式、
光アドレス方式、熱アドレス方式等に分けられる。以上
の中で基板上にアクティブ素子を形成するアクティブマ
トリクス方式は、高画質で大容量のディスプレイとして
各社で製造され大量に市場に出回っている。アクティブ
マトリクス液晶パネルの代表的なものは、アモルファス
シリコンやポリシリコンを使用したＴＦＴ液晶パネルで
ある。また製造工程がＴＦＴに比べて短いＭＩＭ液晶パ
ネルの製造は我が社を含め数社で行われている。一方単
純マトリクス方式では、ＳＴＮ、ＦＴＮの様に新しい表
示モードを用いることにより表示容量の拡大が可能とな
り、また駆動法や製造プロセスの改良等で表示品質も向
上したため大量に市場に送り出されている。本特許に関
わる非線形素子（ＴＦＤ、ＭＩＭ、バリスタ等）を用い
た液晶パネルについては表示品質の中で特にコントラス
トは格段に向上してきているが、焼き付きと称される現
象が発生し表示品質上の大きな問題となっている。非線
形素子（ＴＦＤ、ＭＩＭ、バリスタ等）を用いた液晶パ
ネルの焼き付きは非常に複雑であるが、原因から大別す
ると素子の電圧ー電流特性の駆動による変動を原因とし
た物とそれ以外のハ゜ネル原因の焼き付きに分類することが
できる。後者の焼き付きの中には直流分が液晶層や配向
膜に印加されることにより生じる焼き付きも含まれる。

【０００３】図２は、従来のＭＩＭ液晶パネルの駆動波
形の一例を示した図である。

【０００４】Ｙjライン（横ライン）に印加される走査
信号を２１に、Ｘｉライン（縦ライン）に印加されるデ
ータ信号を２２に、ＹｊラインとＸｉラインの交点に印
加されるＸｉ−Ｙｊ差信号を２３に示す。差信号２３は
一定期間２４毎に極性が反転する。また、一定期間２４
の中は更に選択期間２５と保持期間２６に分けることが
出来、選択期間２５の中で画素に信号を書き込む為に設
定されたパルスを選択パルス２７（正極性期間）と称
し、画素のオン・オフや階調を決定している。保持期間
２６は選択期間２５中に書き込まれた信号を記憶する期
間である。画素の中の液晶層に書き込まれた信号電圧を
斜線２８に示す。一点鎖線はバイアス電圧２９（正極性
期間）と称し一つの保持期間２６の電圧の時間平均を表
している。バイアス電圧２９は、この例に示すように０
ボルトではなく、数ボルトに設定した方がＭＩＭ素子を
通してリークする電流が少なくなり液晶層に書き込まれ
た信号電圧２８を維持できコントラストを確保し易い。
選択パルスは正極性のパルス２７と負極性のパルス２１
０でその絶対値を等しくに設定してある。またバイアス
電圧も正極性のバイアス電圧２９と負極正のバイアス電
圧２１１とは等しく設定してある。本従来例で判るよう
に正極性期間と負極性期間の信号絶対値を同等に与えて
もＭＩＭ素子の電流電圧特性が極性により異なる場合は
画素液晶層に書き込まれる信号の大きさが正極性期間と
負極性期間で異なりその結果として直流分が印加され焼
き付きが生じる。

【０００５】図３は、従来のＭＩＭ液晶パネルの駆動波
形の別例を示した図である。Ｙjライン（横ライン）に
印加される走査信号を３１に、Ｘiライン（縦ライン）
に印加されるデータ信号を３２に、ＹjラインとＸiライ
ンの交点に印加されるＸi−Ｙj差信号を３３に示す。差
信号３３は一定期間３４毎に極性が反転する。また一定
期間３４の中は更に選択期間３５と保持期間３６に分け
ることが出来、選択期間３５の中で画素に信号を書き込
む為に設定されたパルスを選択パルス３７（正極性期
間）と称し、画素のオン・オフや階調を決定している。
保持期間３６は選択期間３５中に書き込まれた信号を記
憶する期間である。画素の中の液晶層に書き込まれた信
号電圧を斜線３１１に示す。一点鎖線はバイアス電圧３
８（正極性期間）と称し一つの保持期間３６の電圧の時
間平均を表している。図２の例と異なるのは、選択パル
スが正極性のパルス３７と負極性のパルス３９でその絶
対値を異なるように設定してある。またバイアス電圧も
正極性のバイアス電圧３８と負極性のバイアス電圧３１
０とは異なるように設定して有る。このように正極性と
負極性で電圧を異ならせるのはＭＩＭ素子の極性差を電
圧で補償するためで、 （正極性の選択パルスの絶対値）−（負極性の選択パル
スの絶対値）＝（正極性のバイアス電圧の絶対値）−
（負極性のバイアス電圧の絶対値） と、いう条件が成り立っている。

【０００６】しかしこの例に示すように駆動波形全体を
中心からずらすと選択パルスにより液晶層に書き込まれ
た直後の電位は正極性と負極性で等しいが保持期間に液
晶層に印加される電位は正極性と負極性で等しくはなら
ない。これを分かりやすく示したのが図５である。

【０００７】図５は図３の駆動波形を用いた場合液晶層
に印加される信号電圧が正極性期間と負極性期間でどの
ように異なるかを示したグラフである。正極性期間５１
の選択期間５２に画素液晶層に書き込まれた信号電圧を
斜線５３に示す。一方負極性期間５６の選択期間５７に
おいて画素液晶層に書き込まれた信号電圧を斜線５８に
示す。正の選択期間５２と負の選択期間５７の選択パル
ス５１１、５１２はその絶対値を異ならせてＭＩＭ素子
の非対称性を補償し、選択パルス直後に画素液晶に書き
込まれる信号電圧５３、５８の絶対値が極性により違わ
ないように設定してある。しかし保持期間５４のバイア
ス電位５５、５１０の絶対値も選択パルスと等量だけ極
性により異ならせてあるのでそれに対応して保持期間５
４の信号電圧５３、５８の絶対値は斜線に示す如く極性
により異なる。これは保持期間の駆動波形（印加信号）
により液晶層に保持されている信号電位が異なって減衰
するために差が生じるものである。その結果、画素液晶
層には直流が印加され焼き付きとなって観察される。図
４はＭＩＭ素子に流れる電流を印加電圧を変えて測定し
プロットしたグラフである。下電極にＴａ（タンタ
ル）、上電極にＣｒ（クロム）、絶縁層としてＴａＯｘ
を用いたＭＩＭ素子に対し極性を変えて測定するとその
特性は、正極性（実線）４１、負極性（破線）４２に示
すように極性により少しずれる。ＭＩＭ素子の非対称性
は一般にこのグラフに示すように印加電圧によりズレ量
（極性差）が異なる為、駆動波形で素子の非対称性を補
償しようとすると駆動電圧や階調により駆動波形（非対
称性）を少しずつ変えてやらなければならない。この方
法は実際には非常に煩雑で、パネル毎にばらつきを有す
る非対称性を合わせ込むのは現実的ではないし、走査信
号だけでなくデータ信号の振幅も同時に極性毎に変える
ため（階調レベルにより変える）表示パターンによりク
ロストークが発生してしまった。また一方絶縁層として
Ｗ（タングステン）を混入させたＴａＯｘを用いたＭＩ
Ｍ素子では、その非対称性は印加電圧によりほぼ一定で
その特性は、４３（正極性）、４４（負極性）に示す如
くとなる。この様なＭＩＭ素子の電圧ー電流特性の非対
称特性に対しては駆動電圧や階調により補償する電位を
代える必要がなく常に一定の補償を行う事が可能と考え
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の如く、電圧ー電
流特性に極性差のあるＭＩＭ素子を用いた液晶パネル
を、従来の駆動方法で駆動したのでは次のような問題点
が生じてしまった。

【０００９】ＭＩＭ素子の電圧ー電流特性に極性差（極
性による非対称性）が有るパネルに（ＭＩＭ素子がバッ
クトゥバックでない限り極性差はある。）極性差の無い
波形（対称波形）を印加すると画素の液晶層には直流分
が印加され、それを原因とした焼き付きが生じる。また
図３に示すように印加波形全体に直流分を印加しＭＩＭ
素子の極性差を補償しようとすると図２に示した例に比
べると液晶層に印加される直流分は小さくなり焼き付き
は改善されるがそれでも効果は充分でなくＭＩＭパネル
の残像、焼き付きという画像品質上の欠点を逃れること
が出来なかった。

【００１０】図６は、ＭＩＭ素子の極性差とパネルの画
素のフリッカの関係を示したグラフである。ＭＩＭ素子
にはタングステンをドープしたタンタル酸化物を絶縁層
（インシュレータ）として用いている。横軸はＭＩＭ素
子の極性差（電流が１＊Ｅ（−７）アンペア流れるとき
の正極性と負極性の電圧差）を示し、縦軸にはパネルの
画素の初期フリッカを示す。素子の極性差が小さいほど
画素のフリッカも小さくなっている事が分かる。画素フ
リッカは駆動時間と共にその大きさが変化し、その変化
がチャージアップによる焼き付きとなるわけである。初
期の画素フリッカは駆動を行う前のフリッカの大きさを
示しており、画素液晶層にどの程度の直流分が印加され
ているかを示している。図７は、画素のフリッカの定義
を示す説明図である。

【００１１】画素には直流分と交流分が重畳された信号
電圧が印加されており、それにより画素の輝度が時間的
に揺らぐ。この揺らぎの平均値７１をＴとし、この揺ら
ぎの振幅７２を△Ｔとすると、フリッカの大きさＦは次
の式で与えられる。

【００１２】Ｆ＝（△Ｔ／Ｔ）＊１００％ 図８は、ＭＩＭパネルに白と黒のパターンを焼き付けた
とき画素のフリッカーがどの様に変化するかを調査した
グラフである。横軸は焼き付け時間、縦軸はフリッカー
の大きさを示す。実線８１は白パターンを焼き付けた後
常に同一の中間調に戻してフリッカを測定するという事
を繰り返して白パターン焼き付け部分のフリッカ経時変
化を調査したグラフであり、破線８２は黒パターンを焼
き付けた後同一の中間調に戻してフリッカを測定すると
いう事を繰り返して黒パターン焼き付け部分のフリッカ
経時変化を調査したグラフである。白パターン焼き付け
部分は時間経過に伴いフリッカは減衰する傾向にある
が、黒パターン焼き付け部分は時間経過に伴ってフリッ
カはむしろ増加する傾向にある。（殆ど変化しない場合
もある。）この画素フリッカの経時変化の焼き付けパタ
ーン依存性がＭＩＭパネルの直流分に起因する焼き付き
を生じさせていると考える事ができる。

【００１３】図９は、ＭＩＭパネルに白と黒のパターン
を焼き付けたときそれぞれの領域で階調に対して輝度が
どの様に変化するか調査したグラフである。横軸はパネ
ルの階調を、縦軸はパネルの輝度を示している。９１は
白パターン焼き付け部分のパネル輝度の階調依存性を示
し、９２は黒パターン焼き付け部分のパネル輝度の階調
依存性を示したグラフである。階調の小さい、即ち明る
い灰色の階調では白パターン焼き付け部分の方が黒パタ
ーン焼き付け部分よりも輝度が大きく焼き付きは正転パ
ターン（黒パターン部分が濃い灰色、白パターン部分が
淡い灰色となる場合を正転パターン焼き付きと称する）
となっている事が分かる。一方階調の大きい、即ち暗い
灰色の階調では白パターン焼き付け部分の方が黒パター
ン焼き付け部分より輝度が小さく焼き付きは反転パター
ンとなっている事が分かる。この様に焼き付きが階調レ
ベルに従って正転から反転へと変わるのが直流分を原因
とした焼き付きの特徴である。

【００１４】本発明の目的は、この様な点を鑑みＭＩＭ
パネルの直流分を原因とした焼き付きを解消する方法を
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のマトリクス液晶
表示パネル及びそのパネル駆動波形は、次のような特徴
を有する。

【００１６】階調レベルによって変化する振幅あるいは
パルス幅のデータ信号が印加されるデータ線と、走査信
号が印加される走査線との交点に対応して設けられる画
素液晶層と、非線形素子とを有し、前記データ信号と前
記走査信号との交点に印加される差信号によって前記画
素液晶層を駆動するマトリクス液晶表示パネルにおい
て、前記差信号は、一定期間毎に正極性と負極性とに反
転するとともに該一定期間は選択期間と保持期間とに分
かれており、前記選択期間には階調レベルに依らず一定
電圧だけ正極性と負極性とで異ならせた絶対値の電圧を
有する選択パルスが印加され、前記保持期間には該保持
期間に印加される電圧の時間平均の絶対値が正極性と負
極性とで等しくなるようなバイアス電圧が印加されてい
ることを特徴とするマトリクス液晶パネル。前記データ
信号の振幅は正極性と負極性とで異ならずに一定であ
り、前記走査信号は、前記選択期間に対応する期間にお
いて一定電圧だけ正極性と負極性とで異ならせた絶対値
の電圧を有するパルスを印加することを特徴とする。前
記非線形素子はＭＩＭ素子であり、該ＭＩＭ素子の絶縁
層はタングステンを混入させたタンタル酸化物を用いて
いることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の駆動波形の一実施例を示したもの
である。

【００１８】Ｙjライン（横ライン）に印加される走査
信号を１１に、Ｘｉライン（縦ライン）に印加されるデ
ータ信号を１２に、ＹｊラインとＸｉラインの交点に印
加されるＸｉ−Ｙｊ差信号を１３に示す。差信号１３は
一定期間１４毎に極性が反転する。また、一定期間１４
の中は更に選択期間１５と保持期間１６に分けることが
出来、選択期間１５の中で画素に信号を書き込む為に設
定されたパルスを選択パルス１７（正極性期間）と称
し、画素のオン・オフや階調を決定している。保持期間
１６は選択期間１５中に書き込まれた信号を記憶（保
持）する期間である。画素の中の液晶層に書き込まれた
信号電圧を斜線領域１８（正極性期間）に示す。一点鎖
線はバイアス電圧１９（正極性期間）と称し一つの保持
期間１６の電圧の時間平均を表している。従来例と異な
るのは、選択パルスが正極性のパルス１７と負極性のパ
ルス１１０でその絶対値を異なるように設定してあり且
つバイアス電圧は正極性のバイアス電圧１９の絶対値と
負極性のバイアス電圧１１１の絶対値とが同一となるよ
うに設定してある。このようにする事により選択期間及
び保持期間のいずれにおいても正極性と負極性で液晶に
印加される電圧が同一になるようにすることができＭＩ
Ｍ素子の極性差を印加波形で補償している。斜線領域１
１２は画素の液晶層に印加されている信号電圧（負極性
期間）を示すもので正極性と負極性でバイアス電圧の絶
対値が等しいため液晶層に印加される信号電圧も両極性
で等しくなる。この実施例では走査信号１１の高電圧部
分１１３、１１２の絶対値を極性毎に異ならせる事によ
り正極性の選択パルス１７と負極性の選択パルス１１０
の絶対値が異なるようにしている。ＭＩＭ素子の非対称
性を印加波形で補償すると画素のフリッカは非常に小さ
くなり画素液晶に直流分が印加されなくなる。こうする
事により直流分を原因とした焼き付きを従来のパネルに
比べ一段と抑える事ができる。

【００１９】図１０は、本発明の駆動波形の別の実施例
を示したものである。

【００２０】Ｙjライン（横ライン）に印加される走査
信号を１０１に、Ｘｉライン（縦ライン）に印加される
データ信号を１０２に、ＹｊラインとＸｉラインの交点
に印加されるＸｉ−Ｙｊ差信号を１０３に示す。差信号
１０３は一定期間１０４毎に極性が反転する。また一定
期間１０４の中は更に選択期間１０５と保持期間１０６
に分けることが出来、選択期間１０５の中で画素に信号
を書き込む為に設定されたパルスを選択パルス１０７
（正極性期間）と称し、画素のオン・オフや階調を決定
している。保持期間１０６は選択期間１０５中に書き込
まれた信号を記憶する期間である。画素の中の液晶層に
書き込まれた信号電圧を斜線領域１０８（正極性期間）
に示す。一点鎖線はバイアス電圧１０９（正極性期間）
と称し一つの保持期間１０６の電圧の時間平均を表して
いる。従来例と異なるのは、選択パルスが正極性のパル
ス１０７と負極性のパルス１０１０はその絶対値を異な
るように設定してあり且つバイアス電圧は正極性のバイ
アス電圧１０９の絶対値と負極性のバイアス電圧１０１
１の絶対値とが同一になるように設定してある。この様
にする事により選択期間及び保持期間のいずれにおいて
も正極性と負極性で液晶に印加される電圧が同一になる
ようにするためでＭＩＭ素子の極性差を印加波形で補償
している。斜線領域１０１２は画素の液晶層に印加され
ている信号電圧（負極性期間）を示すもので正極性と負
極性でバイアス電圧の絶対値が等しいため液晶層に印加
される信号電圧も両極性で等しくなる。この実施例では
図１に示した例と異なりバイアス電圧をデータ信号の１
／２に設定しておらず少しずらしている点が異なる。以
上の如くＭＩＭ素子の非対称性を印加波形で補償する方
法はＷ（タングステン）を混入させたＴａＯｘを絶縁層
として用いたＭＩＭパネルに特に有用であり、これによ
り画素のフリッカは非常に小さくなり画素液晶に直流分
が印加されなり直流分を原因とした焼き付きを従来のパ
ネルに比べ一段と抑える事ができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ＭＩＭ素子の非対称性
を、選択パルスの絶対値を極性により変えバイアス電圧
の絶対値を極性により変えない、という印加波形で補償
することにより画素のフリッカを非常に小さくする事が
でき、画素液晶に直流分が印加されなくなる。こうする
事により直流分を原因とした焼き付きを従来のパネルに
比べ一段と抑える事ができるという効果を有する。

【００２２】なお、本発明においてはＭＩＭ素子の絶縁
層にＷ（タングステン）を混入させたＴａＯｘを用いた
例を示したが、それ以外のＭＩＭ素子に置いても同様の
非対称性を有していれば駆動波形により非対称性を補償
して同様の効果を引き出す事が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の駆動波形の一実施例を示すグラフで
ある。

【図２】 従来のＭＩＭ液晶パネルの駆動波形の一例を
示した図である。

【図３】 従来のＭＩＭ液晶パネルの駆動波形の別の例
を示した図である。

【図４】 ＭＩＭ素子の電流値を印加電圧を変えて測定
しプロットしたグラフである。

【図５】 図３の駆動波形を用いた場合液晶に印加され
る信号電圧が正極性期間と負極性期間でどのように異な
るかを示したグラフである。

【図６】 ＭＩＭ素子の極性差とパネルの画素のフリッ
カの関係を示したグラフである。

【図７】 画素のフリッカの定義を示す説明図である。

【図８】 ＭＩＭパネルに白と黒のパターンを焼き付け
たとき画素のフリッカーがどの様に変化するかを調査し
たグラフである。

【図９】 ＭＩＭパネルに白と黒のパターンを焼き付け
たときそれぞれの領域で階調に対して輝度がどの様に変
化するか調査したグラフである。

【図１０】本発明の駆動波形の別の実施例を示すグラフ
である。

【符号の説明】

２７ ・・・従来波形における正極性の選択パルス ２１０ ・・・従来波形における負極性の選択パルス ２９ ・・・従来波形における正極性のバイアス電圧 ２１１ ・・・従来波形における負極性のバイアス電圧 ３７ ・・・別の従来例における正極性の選択パルス ３１０ ・・・別の従来例における負極性の選択パルス 17 ・・・本発明における正極性の選択パルス １１０ ・・・本発明における負極性の選択パルス １０９ ・・・本発明における正極性のバイアス電圧 １０１１ ・・・本発明における負極性のバイアス電圧 １０１３ ・・・本発明の走査信号の高電圧部分（正極
性） １０１４ ・・・本発明の走査信号の高電圧部分（負極
性）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 階調レベルによって変化する振幅あるい
   はパルス幅のデータ信号が印加されるデータ線と、走査
   信号が印加される走査線との交点に対応して設けられる
   画素液晶層と、非線形素子とを有し、前記データ信号と
   前記走査信号との交点に印加される差信号によって前記
   画素液晶層を駆動するマトリクス液晶表示パネルにおい
   て、 前記差信号は、一定期間毎に正極性と負極性とに反転す
   るとともに該一定期間は選択期間と保持期間とに分かれ
   ており、前記選択期間には階調レベルに依らず一定電圧
   だけ正極性と負極性とで異ならせた絶対値の電圧を有す
   る選択パルスが印加され、前記保持期間には該保持期間
   に印加される電圧の時間平均の絶対値が正極性と負極性
   とで等しくなるようなバイアス電圧が印加されているこ
   とを特徴とするマトリクス液晶パネル。
2. 【請求項２】 前記データ信号の振幅は正極性と負極性
   とで異ならずに一定であり、前記走査信号は、前記選択
   期間に対応する期間において一定電圧だけ正極性と負極
   性とで異ならせた絶対値の電圧を有するパルスを印加す
   ることを特徴とする請求項１記載のマトリクス液晶パネ
   ル。
3. 【請求項３】 前記非線形素子はＭＩＭ素子であり、該
   ＭＩＭ素子の絶縁層はタングステンを混入させたタンタ
   ル酸化物を用いていることを特徴とする請求項１または
   ２記載のマトリクス液晶パネル。