JPH02251888A - 液晶透過率を計算するシミュレーション方法 - Google Patents

液晶透過率を計算するシミュレーション方法

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JPH02251888A
JPH02251888A JP7261289A JP7261289A JPH02251888A JP H02251888 A JPH02251888 A JP H02251888A JP 7261289 A JP7261289 A JP 7261289A JP 7261289 A JP7261289 A JP 7261289A JP H02251888 A JPH02251888 A JP H02251888A
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沼野 良典
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川元 暁
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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] この発明は、液晶表示装置、特に、薄膜トランジスタ(
以下、TFTとも略記する)を駆動素子とするア、クチ
イブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示特性計算方
法に関するものである。
[従来の技fJ] 第7図は例えば昭和63年電子情報通慣学会春季全国大
会で報告された、従来のTFTを駆動素子とするアクテ
ィブマトリクス方式液晶デイスプレィの1画素の表示特
性計算方法を示す等価回路図である。第7図において、
 (1)は薄膜トランジスタ、 (2)は薄膜トランジ
スタのゲート電極とソース電極間に生じる寄生容量(C
gs)、 (3)は薄膜トランジスタのドレイン電型と
ソース電極間に生じる寄生容量(Cds)、 (4a)
、 (4b)はそれぞれ表蘭保護膜の容量(CSiN)
および抵抗(R5iN)、 (5a)、 (5b)はそ
れぞれTPT側配向膜の容量(CPII)および抵抗(
RpH)、(6a)、 (6b)はそれぞれ液晶の容量
(CLC)および抵抗(RLC)、 (7a)、 (7
b)はそれぞれ対向電極側配向膜の容量(CPI2)お
よび抵抗(RPI2)である。また、 [dsはTPT
を流れるドレイン電流、■gは薄膜トランジスタのゲー
ト電圧、Vdは薄膜トランジスタのドレイン電圧、V 
cowは対向電極の電圧、VSは画素電位、VPllは
保護膜とTFT側配面配向膜間位、VLCはTFT側配
向膜と液晶間の電位、V PI2は液晶と対向電極側配
向膜間の電位をそれぞれ表している。
次に、従来のTFTを駆動素子とするアクティブマ) 
I7クス方式液晶デイスプレィの表示特性計算方法につ
いて説明する。第7図の等価回路から、(1)式に示す
電圧の時間に関する微分方程式が帰られる。
・・  (1) ユニで、誘電体である液晶の誘電率は、液晶に加わる電
界に依らず一定として、計算においては一定容量として
(1)式を計算している。 (1)式は数値計算によっ
て解くことが可能であり、 (1)式を解(ことにより
液晶に加わる電圧の時間変化が計算できる。この電圧の
時間変化を積分して求められる実効電圧からデイスプレ
ィの透過率を計算する。以上のようにして、TPTを駆
動素子とするアクティブマトリクス方式液晶デイスプレ
ィの表示特性計算が可能となる。
[発明が解決しようとする課題] 以上のように、従来のTPTを駆動素子とするアクティ
ブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示特性計算方法
は、液晶の誘電率は電界に依らず一定として計算してい
る。液晶の誘電率は、液晶の分子長軸方向の誘電率ε7
7と、これと直交する方向の誘電率ε上が異なる。Δε
=ε/2−ε土を液晶の誘電率異方性と呼ぶ。棒状分子
のネマチック液晶では常に877〉ε上である。誘電率
異方性Δeをもつ液晶に電場を印加すると電気的エネル
ギー密度を生じ、そのエネルギーが最小になるように液
晶分子が再配列する。Δεが正の液晶では、分子長軸方
向の平均ベクトル(ディレクタ)が電場ベクトルに平行
になるように配向する。電場の強さによって誘電率が連
続的に変化するため、′液晶分子の配向角度も連続的に
変化する。ツィスティッドネマティック(TN)形液晶
セルは、液晶分子の長軸が2枚の基板間で90°連続的
にねじれるように作られ1.TN形液晶セルを通過する
光は、電場無印加時には90″旋光し、電場印加時には
誘電率異方性により液晶分子が再配列し、旋光性が消失
する。このTN形液晶七ルの両側に、平行偏光子をつけ
た場合には電場印加時に光を透過し、直交偏光子をつけ
た場合には電場無印加時に光を透過する。このように、
液晶の誘電率異方性により、液晶の電気光学的特性は変
化し、これを考慮しなければ液晶表示装置の透過率変化
は計算できない。すなわち、従来のTPTを駆動素子と
するアクティブ啼トリクス方式液晶デイスプレィの表示
特性計算方法では、液晶の誘電率異方性を考慮していな
いため、液晶の特性を反映した計算ができない。また、
透過率を計算する際に、液晶に加わる実効電圧を一定時
間積分してから計算するため、透過率がフレーム毎に変
化するフリッカ現象などの透過率の過渡的な変化は計算
できなかった。このため、従来のTFTt−駆動素子と
するアクティブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示
特性計算方法では、十分な表示特性の解析ができなかっ
た。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、TPTを駆動素子とするアクティブマトリク
ス方式液晶デイスプレィの表示特性計算において、液晶
の電気光学的特性を反映し、かつ、透過率の過渡応答特
性も計算できる方法を得る事により、詳細な表示特性解
析を可能にすることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明におけるTPTを駆動素子とするアクティブマ
トリクス方式液晶デイスプレィの表示特性計算方法は、
液晶の誘電率異方性を考慮することにより、液晶の電気
光学的特性を反映し、さらに、液晶の誘電率変化の応答
時間は透過率の応答時間と一致するとして、液晶の誘電
率の時間変化を計算可能にし、透過率の過渡応答特性が
計算できるようにしたものである。
[作用] この発明において、液晶の誘電率異方性を考慮すること
により、液晶の電気光学的特性を反映し、さらに、液晶
の誘電率変化の応答時間は透過率の応答時間と一致する
とすることにより、液晶の誘電率の時間変化を計算可能
にし、透過率の過渡応答特性が計算できるようになる。
これにより、TPTを駆動素子とするアクティブマトリ
クス方式液晶デイスプレィの表示特性の詳細な解析が可
能となる。
[実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図は、TPTを駆動素子とするアクティブマトリクス方
式液晶デイスプレィの1画素の断面図の一例であり、第
2図は第1図の断面図から得られる1画素の表示特性計
算方法を示す等価回路図である。第1図において、 (
11)は透明絶縁基板、 (12)はゲート電極、 (
13)はゲート絶縁膜、 (14)はa−5i活性層、
 (15)はチャネルIff膜、 (16)はソース・
ドレイン領域、 (17)はソース・ドレイン電極、(
18)は画素電極、 (19)は保護膜、 (20)は
配向膜、 (21)は液晶、 (22)は対向電極、 
(23)はフィルタである。また、第2図において、(
1)は薄膜トランジスタ、 (2)は薄膜トランジスタ
のゲート電極とソース電極間に生じる寄生容量(Cgs
)、 (3)は薄膜トランジスタのドレイン電極とソー
ス電極間に生じる寄生容量(Cds)(4a)、(4b
)はそれぞれ表面保護膜の容量(C5IN)および抵抗
(R5iN)、 (5a)、 (5b)はそれぞれTP
T側配面配向膜量(CPll)および抵抗(RpH)、
 (6a)、 (6b)はそれぞれ液晶の容量(CLC
)および抵抗(RLC)、 (7a)、 (7b)はそ
れぞれ対向電極側配向膜の容量(CPI2)および抵抗
(RPI2)である。また、IdsはTPTを流れるド
レイン電流、Vgは薄膜トランジスタのゲート電圧、V
dは薄膜トランジスタのドレイン電圧、Vcomは対向
電極の電圧、■Sは画素電位、V pHは保護膜とTF
T側配面配向膜間位、VLCはTPT側配面配向膜晶間
の電位、VPI2は液晶と対向電極側配向膜間の電位を
それぞれ表している。
次に、二の発明の一実施例におけるTPTを駆動素子と
するアクティブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示
特性計算方法について詳細に説明する。
第2図の等価回路から(2)式に示す微分方程式が洋ら
れる。
本実施例において、液晶の容量CLCは液晶の誘電率異
方性により液晶に加わる電界によって変化するとした。
具体的には次に示す液晶の電気光学特性測定結果を用い
て、液晶の誘電率を液晶に加わる電圧の関数とし、また
、誘電率が変化する際の時定数は、液晶の透過率の応答
時間と一致するとして計算を行った。第3図に液晶の誘
電率の印加電圧依存性測定結果の一例を示す。また、第
4図に液晶の透過率の印加電圧依存性測定結果の一例を
、第5図に液晶の透過率の応答時間の印加電圧依存性測
定結果の一例を示す。第5図において、OおよびΔは実
測値、実線および点線は計算値を示す。液晶の透過率応
答時間の印加電圧依存性測定結果から、液晶の誘電率ε
LCを例えば(3)式のように表す。
gB:  ε くt@) +   Ctv −ε (t@a)  [1−EXP(
−に−t@/τ 〉コ・・ (3) ε9〉ε(t@〉のとき で=τr εV(ε(t@〉のとき で=τd ここで、 τrは立ち上がり時間、 rdは立ち下がり
時間を表す。また、1vは液晶に印加される電圧から計
算される誘電率の値である。kは透過率の印加電圧依存
性から得られる定数である。液晶の電気光学特性測定結
果から得られる特性値を、 (2)式、 (3)式に入
れ、数値計算によって(2)式の連立微分方程式を解く
ことにより、透過率の過渡応答特性が計算でき、TPT
を駆動素子とするアクティブマトリクス方式液晶デイス
プレィの表示特性を計算できる。  計算結果の一例と
して、第6図(a)に示すような信号を液晶セルに加え
た場特性の計算方法が透過率の過渡応答特性計算に有効
であり、TPTを駆動素子とするアクティブマトリクス
方式液晶デイスプレィの表示特性を計算できる事が判明
した。
なお、上記実施例では、TPTの活性層としてa−8i
を用いたものについて示したが、paly−5iを用い
たものでも、本計算方法を用いてTPTを駆動素子とす
るアクティブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示特
性を計算できる。
また、本計算方法を用いれば、TPTを駆動素子とする
アクティブマトリクス方式液晶デイスフレイの表示特性
を計算できるだけでなく、TPTを使わない、単純7ト
リクス方式液晶デイスプレィの表示特性計算も可能であ
る。
さらに、本実施例では(3)式で誘電率の変化を表した
が、時間変化を考慮した式であれば同様の計算が可能で
あることはいうまでもないことである。
[発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、液晶の誘電率異方性
を考慮することにより、液晶の電気光学的特性を反映し
、さらに、液晶の誘電率変化の応答時間は透過率の応答
時間と一致するとしたことにより、液晶の誘電率の時間
変化を計算可能にし、透過率の過渡応答特性が計算でき
るようになった。
このことにより、精度の高いTPTを駆動素子とするア
クティブマトリクス方式液晶デイスプレィの表示特性計
算方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係るTPTを駆動素子と
するアクティブマトリクス方式液晶デイスプレィの1画
素を示す断面図、第2図は第1図のものから帰られるこ
の発明の一実施例による1画素の表示特性計算方法を示
す等価回路図、第3図は液晶の誘電率の印加電圧依存性
測定結果の一例を示す特性図、第4図は液晶の透過率の
印加電圧依存性測定結果の一例を示す特性図、第5図は
素子とするアクティブマトリクス方式液晶デイスプレィ
の1画素の表示特性計算方法を示す等価回路図である。 図において、 (1)は薄膜トランジスタ、 (2)は
薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極間に生じる
寄生容量(Cgs)、 (3)は薄膜トランジスタのド
レイン電極とソース電極間に生じる寄生容量(Cds)
、 (4a)、 (4b)はそれぞれ表面保護膜の容量
(C5iN)および抵抗(R5LN)、(5a)、 (
5b)はそれぞれTFT側配面配向膜量(CPll)お
よび抵抗(RpH)、 (6a)、(6b)はそれぞれ
液晶の容量(CLC)および抵抗(RLC)、 (7a
)、 (7b)はそれぞれ対向電極側配向膜の容量(C
P+2)および抵抗(RP12)(11)は透明絶縁基
板、 (12)はゲート電極、 (13)はゲート絶縁
膜、 (14)はa−3i活性層、 (15)はソース
・ドレイン電極域、 (16)はチャネル保護膜、 (
17)はドレイン電極、 はソース電翫、 (19)は保護膜、 (20)は配向膜、 (21)は液晶、 (22)は 対向電極である。 なお、 図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第2図 d 第1図 /I徨期4iJ枠基柩 zl、灰口1 第3図 1−pnorff、I’f−VbRtvE(1:)−p
)(1,/) 第4図 fptyrt電a’ ThptvE(P−P) (V)
第5図 印加電圧 VD121VE(p−P) (い (自発) 第7図 ■

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一対の透明絶縁基板の内部に液晶を封入し、液晶
    の電気光学効果によって画像を表示する液晶表示装置お
    いて、上記液晶表示装置の表示特性を計算によって求め
    る際に、液晶の誘電率は液晶分子長軸方向が電場ベクト
    ルに対して平行の時の誘電率の値とそれと直交する時の
    値との間で連続的に変化する、として計算することを特
    徴とする液晶表示装置の表示特性計算方法。
JP01072612A 1989-03-24 1989-03-24 液晶透過率を計算するシミュレーション方法 Expired - Lifetime JP3107380B2 (ja)

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