JPH01116622A - 液晶表示装置の駆動電圧設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、表示体として液晶を用い、テレビ画像などを
表示する液晶表示装置、とりわけＴＰＴ（薄膜トランジ
スタ以下ＴＰＴという）をスイッチング素子として用い
たアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法に関
するものである。

（従来の技術） 液晶表示装置の表示品位を決定する上で、コントラスト
、色再現性、視野角などが重要な因子であることはい６
までもないが、画面のちらつき即ちフリッカもまた大き
く画質を左右Ｌ、実用上人きな問題となる。

ＬＣＤ　（液晶表示装置以下ＬＣＤという）のフリッカ
については、１９８４年妹尾６（妹尾、大会、吉迫：電
気関係学会関西支部連合大会Ｇ９−１４（１９８４）　
）がＴＰＴのオン特性とフリッカの関係に注目Ｌ、オン
電流の低いａ−８ｉＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜
トランジスタ）ではちらつきが発生することを見い出し
ている。時期を同じくして穴田ら（穴田、置田、白下：
電気関係学会関西支部連合大会Ｇ　９−１５　（１９８
４））は、インタレース走査を想定した１５七の駆動条
件下における液晶材料のフリッカを、材料物性の観点か
ら調べている。

１９８６年柳沢ら（Ｔ　、　Ｙ　ａｎａｇｉｓａｗａ　
、　Ｋ　、　Ｋ　ａｓａｈａｒａ、　Ｍ、　Ｋａｊｉｍ
ｕｒａ：　Ｊ　ＡＰＡＮ　Ｄ　Ｉ　Ｓ　ＰＬＡＹ’８６
　　ｐ、１り２　（１９８６））はＴＰＴのゲートルド
レイン間寄生容量Ｃ６Ｄの影響を考察Ｌ、フリッカ低減
のためにＣ６０の影響を考慮した新しい駆動法を提案す
るとともに、デバイス設計としては、Ｃｏｏを小さく、
菩績容：ｈｔＣｓを大きく、液晶の誘電異方性Δεを小
さくするのが望ましいとしている。

同年５原ら（石原、松尾、分光、横谷、山田、小川：第
１２回液晶討論会３連Ｆ。４（１９８６））は液晶配向
膜とフリッカの関係を検討Ｌ、上下配向膜厚が異なる非
対称セルはフリッカが大きいことを報告している。

次に、ＴＦＴ−ＬＣＤをＮ　Ｔ　Ｓ　Ｃ（’Ｎａｔｉｏ
ｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍ
１ｔｔｅｅ）規格に準じる一般的なノン・インタレース
方式で駆動する場合の駆動法について述べる。

駆動方式のタイミング・チャートを第２図に示す。第２
図においてＶ。、■、は各々ＴＰＴのゲート、ソースに
与えられる走査信号及び表示信号（以下Ｖａ、Ｖｇとい
う）で、Ｖ、はＴＦＴｔ通じてドレインに与えられる信
号ＶＯ（以下Ｖ。という）として液晶（Ｌ’Ｃ）の一方
の電極に印加さ九る。

対向する電極には一定のＤＣバイアス（以下ｖｃという
）が印加される。Ｔ　ｏｎはＴＰＴが選択される期間で
、　Ｔｏ、、は表示信号の極性が反転してから走査信号
が与えられるまでの期間である。Ｔ、１゜１５はここで
は１／６０秒で、ｖ５は液晶に対。て３０１１ｚの正・
負極性繰り返し周期をもつ。

以下このような駆動法によりＴ　Ｐ　Ｔ　−Ｌ　ＣＤを
駆動したときのフリッカの発生要因を考察する。

第１に挙げられるのは、ＴＰＴのゲートルドレイン間寄
生容量Ｃ（、Ｄのカップリングに起因する電位変化であ
る。

第３図はＴＰＴ−ＬＣＤの１絵素の等価回路で、同図で
ｃ　ａｄｄは蓄積容量を、ＲＬＣｌＣＬｃは各々液晶の
抵抗、容量を示す。通常ＴＰＴは製作時のプロセス裕度
を確保Ｌ、ゲート〜ドレイン間のオフセットを避けるた
めに、ゲート電極とドレイン電極が絶縁層を介して一部
重なり合うような構成をとる。そのため同図に示す如く
寄生容量Ｃ６Ｄが存在することになる。この寄生容量Ｃ
６Ｄは容量結合（カップリング）により次式で示される
一定の電位降下を引き起こす。

Ｃｏｎ　＋　ＣＬＣ＋　Ｃ−ｉｔ このため第４図に示すように連続する奇偶フィールド間
で液晶印加電圧は非対称となる。このことは液晶の光応
答波形に駆動周波数（今の場合３０ｔｌｚ）の振動成分
を含むことになる。

２番目の要因としては、ＴＰＴのオン特性の不足である
。ＴＰＴを流れる電流工。は Ｌ ＋（ＶＧ　　Ｖ？　　ｖｓ））　　・・・（４）で与え
られる。ここでＷはＴＰＴのチャネル幅、Ｌはチャネル
長、Ｃ１はゲート絶縁膜容量、μは移動度、ｖ、ｔはし
きい値電圧である。

ところでＴＰＴの活性層としてａ−３ｉ（アモルファス
シリコン）を用いた場合には、移動度μが、０．１〜１
　ｃｉ／　Ｖ、ｓｅｃと小さく、設計上Ｗ／Ｌを十分大
きくとれないことが多い。それに伴ってＴＰＴのオン電
流が十分大きくないとき、（４）式かられかるように、
信号電圧Ｖ、のハイ側フィールドでＴＰＴのオン期間（
Ｔ、。）にＶ。は所定のｖ５まで達しない。このとき生
じる信号電圧ｖｓとの差は、第５図のΔＶ（ＯＮ）で示
される。これに対してＶ、の極性反転後のロー側フィー
ルドではＶ、が小さいためＶ。は所定の信号電圧まで速
やかに充電される。これによって先程と同様の理由で奇
偶フィールド間で液晶印加電圧の非対称性を生じうる。

以上はＴＰＴ−ＬＣＤでの代表的なフリッカの要因であ
るが、実際には液晶セルの内部オフセットや、ＴＰＴ−
ＬＣＤトータルな系での液晶印加電圧の非対称性などの
要因もフリッカに影響する。

上述したような３０１（ｚのフリッカは人間の目にちら
つきとして視認され、液晶表示装置の表示品位を大きく
低下させるものである。（小川、宮田、掘出、近付：Ｔ
ｖ学会技報Ｅ　Ｄ８７−５Ｐ、２５０（１９８７））そ
こでこのようなフリッカを駆動により補償する方法とし
て、 ■　信号線１ライン毎に互いに逆極性の表示信号を供給
する（曽根田、林：特開昭６０−１５６０９５号）■　
走査線１ライン選択毎に表示信号極性を反転する（竹田
、土浦、田村：特開昭６０−１５１６１５号）などが考
案されている。

上記の方法はいずれも、隣接するライン間で液晶光応答
波形に１８０°の位相差を設けることにより、単一絵素
で生じる３０１ｒｚのフリッカを、画面全体として６０
１（ｚに変調するものである。通常６０１社のフリッカ
は、目にちらつきとして感じられない。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した様に、単一絵素で生じる３０１にのフリッカは
、主として液晶パネルを構成する上下電極間のオフセッ
ト電圧により生じるものである。しかしながら従来の駆
動方法では、各絵素で生じる３０１（ｚのフリッカを、
画面全体として６０１１ｚ成分に変調するためＬＣＤの
動作開始時に上下電極間にオフセット電圧が生じていた
としても、表示画面を観測しただけではわからない。こ
の上下電極間のオフセット電圧は、長時間の動作下で液
晶セルの劣化をもたらすという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためのもので、ＬＣＤ
のフリッカを評価パラメータを用いて定量化Ｌ、その評
価パラメータが最小となるように駆動電圧を設定すると
いうもので、対向する上下電極間に不必要なオフセット
電圧を生じることなく、フリッカを補償出来る液晶表示
装置の駆動電圧設定方法を程供することを目的とするも
のである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、液晶表示装置に所
定電圧を印加Ｌ、そのときの液晶光応答波形を周波数分
解して特定周波数成分のみを抽出Ｌ、その周波数成分の
輝度変調度が最小となるように、液晶表示装置の対向す
る上下電極の各々に与える電圧間のオフセット電圧を設
定するものである。

即ち、本発明の液晶表示装置の駆動電圧設定方法は、複
数の走査線を信号線との各交点に対応して、非線形素子
を配したアクティブマトリクス型液晶表示装置で、走査
線または信号線１ライン毎に表示信号の極性を反転して
液晶を駆動Ｌ、単一周波数Ｆ＆で正弦波振動する光Ｆ　
（ｔ）、その平均輝度Ｌ、角速度ω、上記周波数で正弦
波振動する光゛の最大値Ｆ　（ｔ）ｍａｘ、同じく最小
値Ｆ　（ｔ）ｍｉｎとＬ、上記正弦波振動する光のＦ　
（ｔ）およびフリッカの程度を表わす輝度変調度ｍは Ｆ（ｔ）＝　Ｌ（１＋ｍ−５ｕｎ　（ωｔ））　　　　
　−（１）Ｏ≦ｍ≦１ で定義されるパラメータとＬ、液晶表示装置に所定電圧
を印加したときの光応答波形を、フーリエ変換により周
波数分解Ｌ、特定周波数ＦＨｚ成分の振幅を知り、その
ＦＨｚ成分の輝度変調度ｍ２を（２）式に従って求め、
実際に液晶表示装置を駆動する際に対向する上下電極の
各々に与える電圧間のオフセット電圧を、特定周波数Ｆ
の郊度変調度ｍ２が最小となるように設定するものであ
る。

とりわけ表示信号としてはＮＴＳＣ規格に準じる映像信
号を想定Ｌ、特定周波数Ｆを６０とするものである。

（作　用） 本発明は上記した方法により駆動電圧を設定するので、
液晶セルの劣化をもたらす上下電極間のオフセット成分
を排除Ｌ、しかも画面全体ヒしてはフリッカが感じられ
ないように液晶表示装置の駆動電圧を設定することがで
きる。

（実施例） まず、ＬＣＤのフリッカ定量化の原理のついて述べる。

第６図に示すように、輝度Ｆ　（ｔ）が一定周期、即ち
単一周波数で正弦波振動する光について、フリッカの程
度を表す輝度変調度ｍは次の（１）式、（２）式で定義
される。

Ｆ（ｔ）＝＝Ｌ（１＋ｍ−５ｉｎ　（ωｔ））　　　　
　−（１）Ｏ≦ｍ≦１ ここで、Ｌは平均輝度、ωは角速度である。

しかるに１例えば多くのＴＰＴ−ＬＣＤで用いられるＴ
Ｎ液晶に対Ｌ、特定周波数の交流電圧を印加した場合の
光応答は、一般に単純な正弦波的応答を示さず、□しか
も上述した理由などにより複数の周波数成分を含んでい
る。そのため液晶の光応答の観測波形から単純に（２）
式を用いてｍ値を求めることは妥当性を欠く。そこでま
ず、得られた液晶の光応答波形をフーリエ変換により周
波数分解Ｌ、注目する特定周波数成分の振幅Ａ、を求め
る。このとき平均輝度がわかれば液晶の光応答波形にお
ける特定周波数Ｆの輝度変調度ｍｐｌよ（２）式から Ａ。

ｍ、＝□　　　　　　　　　　　・・・（３）で得られ
ることがわかる。

第１図は本定量化に用いた測定系の１例である。

第１図に示すように、ＬＣＤ４は恒温層１の中に保持さ
れ、パネルドライバー１２により駆動される。

ただし特に支障の無い場合はＬＣＤを恒温層中に保持す
る必要はない。ＬＣＤ４を通過した光はフォトマル５に
検知され、その出力はオシロスコープ６でモニタすると
ともに、デジタルボルトメータ７にてその平均輝度を読
みとり、ＦＦＴアナライザ８によって周波数分解を行な
う。得られた結果はコンピュータ１１を通じてプリンタ
１３及びプロッタ１４に出力する。なお同図で２は光源
、３は拡散板を示す。また９は各計測器やパネルドライ
バの制御などを行なうコントローラで、１０はＣＲＴな
どのデイスプレィである。

次に駆動方法と液晶光応答波形との関係について述べる
。

前述した様に、ＴＦＴ−ＬＣＤをＮＴＳ、Ｔ：規格に準
じる一般的なノン・インタレ−久方式で駆動した場合に
は、単一絵素では、奇偶フィールド間の液晶印加電圧の
非対称性、即ち上下電極間のオフセット成分により３０
七のフリッカを生じる。

そこでこれを防止するため、走査線または信号線１ライ
ン毎に表示信号の極性を反転して液晶を駆動する。この
時の液晶光応答波形を第７図に示す、第７図で（ａ）は
奇数行（列）の単一絵素の液晶光応答波形を、（ｂ）は
偶数行（列）の液晶光応答波形を示している。これから
れかるように、単一絵素では、液晶光応答波形に３０土
成分が含まれており、これは目にちらつきとして感じる
成分である。

ただＬ、奇数行（列）と偶数行（列）の液晶光応答波形
には１８０°の位相差が゛あるため、直面全体としては
第７図（Ｃ）に示すように、液晶光応答が６０１（ｚに
見かけ上変調され、目にちらつきは感じられなくなる。

しかしながら、これだけでは、単一絵素では上下電極間
のオフセット成分は依然として残ったままである。これ
を排除するには、単一絵素の液晶光応答波形における３
（ＨＩｚの輝度変調度ｍ３ｏを最小にしなければならな
い。

第８図には単一絵素の液晶光応答波形における３〇七の
輝度変調度ｍ１゜と、画面全体の６０七の輝度変調度ｍ
６ｏとの関係を示した図である。同図かられかるように
、画面全体としての６０　Ｈｚの輝度変調度ｍ６ｏを低
下させることにより、単一セルの３０１にの輝度変調度
ｍ３ｆｌも低下させることが可能であり、これにより上
下電極間のオフセット成分を排除することが出来る。ま
たこれは、第２図におけるＶＣ（対向電極電圧）を変化
させることにより行なった。尚対向電極電圧ｖｃは３〇
七の輝度変調度ｍ３ｏが０．０１以下になるように設定
した。

従って、画面全体としての６０Ｉｔｚの輝度変調度ｍ６
ｏが最小となるように対向電極電圧ｖｃと信号電圧７５
間のオフセラ１−電圧を調整することによって、単一絵
素で生じる上下電極間のオフセット成分を排除すること
ができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、液晶セルの劣化を
もたらす対向する上下電極間のオフセット電圧を光応答
波形によって求められた特定周波数の輝度変調度が最小
となるように設定したので、画面全体としてはフリッカ
を補償することができた。

また、本発明によれば定量的な評価パラメータを用いて
駆動電圧を設定するので、設定する人に依存せず精度良
くその設定を行うことができた。

さらに自動化も容易に行なえることから液晶表示装置の
量産にも適Ｌ、実用的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における駆動電圧の設定を行な
う測定系を示すブロック図、第２図は一般的なＴ　Ｐ　
Ｔ　−ＬＣＤの駆動方法を示すタイミング・チャート、
第３図はＴＰＴ−ＬＣＤの１絵素の等価回路図、第４図
はＴＦＴのゲート〜ドレイン間寄生容量　Ｃａ　ｏのカ
ップリングに起因する電位降下を示す図、第５図はＴＰ
Ｔのオン特性の不足に伴う充電不足を示す図、第６図は
周期振動する光波形を示す図、第７図は液晶光応答波形
を示す図、第８図は単一絵素のｍ３ｏと画面全体のｍＧ
ｏの関係を示す図である。 ２・・・光源、４・・・ＬＣＤ、５・・・フォトマル、
６　・・・オシロスコープ、７　・・・デジタルボルト
メータ、８　・・・ＦＦＴアナライザ、１２・・・パネ
ルドライバー。 第５図 ΔＶ（ＯＮ＋−オン電流の不足分 第６図 端　１５　　ｔ／ 派　　　　　　　　　派 守　　　　〉　　Ｑ　　ψ０ り〉〉〉 浪 第７図 第８図 ６Ｑ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の走査線と信号線との各交点に対応して、非
   線形素子を配したアクティブマトリクス型液晶表示装置
   で、走査線または信号線１ライン毎に表示信号の極性を
   反転して液晶を駆動し、単一周波数ＦＨｚで正弦波振動
   する光Ｆ（ｔ）、その平均輝度Ｌ、角速度ω、上記周波
   数で正弦波振動する光の最大値Ｆ（ｔ）ｍａｘ、同じく
   最小値Ｆ（ｔ）ｍｉｎとし、上記正弦波振動する光のＦ
   （ｔ）およびフリッカの程度を表わす輝度変調度ｍは Ｆ（ｔ）＝Ｌ｛１＋ｍ・ｓｉｎ（ωｔ）｝…（１）ｍ＝
   ［Ｆ（ｔ）ｍａｘ−Ｆ（ｔ）ｍｉｎ］／［Ｆ（ｔ）ｍａ
   ｘ＋Ｆ（ｔ）ｍｉｎ］…（２）０≦ｍ≦１ で定義されるパラメータとし、液晶表示装置に所定電圧
   を印加したときの光応答波形を、フーリエ変換により周
   波数分解し特定周波数ＦＨｚ成分の振幅を知り、そのＦ
   Ｈｚ成分の輝度変調度ｍ＿Ｆを（２）式に従って求め、
   実際に液晶表示装置を駆動する際に対向する上下電極の
   各々に与える電圧間のオフセット電圧を、特定周波数Ｆ
   の輝度変調度ｍ＿Ｆが最小となるように設定することを
   特徴とする液晶表示装置の駆動電圧設定方法。
2. （２）表示信号はＮＴＳＣ規格に準じる映像信号で、特
   定周波数Ｆが６０であることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の液晶表示装置の駆動電圧設定方法。
3. （３）液晶表示装置が薄膜トランジスタをスイッチング
   素子として用いたアクティブマトリクス型であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）項
   記載の液晶表示装置の駆動電圧設定方法。