JPH06102486A - 液晶表示装置の画像表示方法 - Google Patents
液晶表示装置の画像表示方法Info
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- JPH06102486A JPH06102486A JP27541392A JP27541392A JPH06102486A JP H06102486 A JPH06102486 A JP H06102486A JP 27541392 A JP27541392 A JP 27541392A JP 27541392 A JP27541392 A JP 27541392A JP H06102486 A JPH06102486 A JP H06102486A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液晶表示装置の階調表示に関して、精密で素
子間のばらつきによる影響の少ない階調表示方式を提供
する。 【構成】 アクティブマトリクス型電気光学装置におい
て、液晶材料として強誘電性もしくは反強誘電性液晶あ
るいはそれらを利用したポリマー液晶を使用し、その制
御電極に周期的に，パルスを印加し、出入力端の他端に
正もしくは負の電圧を印加し、画素にかかる電場の向き
の持続時間を任意に制御することによって視覚的な階調
表示を得る表示方式。
子間のばらつきによる影響の少ない階調表示方式を提供
する。 【構成】 アクティブマトリクス型電気光学装置におい
て、液晶材料として強誘電性もしくは反強誘電性液晶あ
るいはそれらを利用したポリマー液晶を使用し、その制
御電極に周期的に，パルスを印加し、出入力端の他端に
正もしくは負の電圧を印加し、画素にかかる電場の向き
の持続時間を任意に制御することによって視覚的な階調
表示を得る表示方式。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は、駆動用スイッチング素子
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶表示装置における画像表示方法において、特に中
間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法に関
するものである。本発明は、特に、外部からいかなるア
ナログ信号をもアクティブ素子に印加することなく、階
調表示をおこなう、いわゆる完全デジタル階調表示に関
するものであり、使用する液晶材料は高速応答性に優れ
た強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶、あるいは、そ
れらを高分子化合物（ポリマー）中に分散させた、いわ
ゆるポリマー液晶（分散型液晶ともいう）に限定するこ
とを特徴とした液晶表示装置の表示方法に関する。
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶表示装置における画像表示方法において、特に中
間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法に関
するものである。本発明は、特に、外部からいかなるア
ナログ信号をもアクティブ素子に印加することなく、階
調表示をおこなう、いわゆる完全デジタル階調表示に関
するものであり、使用する液晶材料は高速応答性に優れ
た強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶、あるいは、そ
れらを高分子化合物（ポリマー）中に分散させた、いわ
ゆるポリマー液晶（分散型液晶ともいう）に限定するこ
とを特徴とした液晶表示装置の表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶組成物は外部の電場によって、その
光透過量や屈折率が変化するものであり、この性質を使
用することによって電気信号を光信号に変換し、表示を
おこなうことができる。液晶材料としては、ＴＮ（ツイ
ンステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・
ツインステッド・ネマティック）液晶、強誘電性あるい
は反強誘電性液晶、また、最近では、ネマティック液晶
や強誘電性もしくは反強誘電性液晶を高分子材料中に分
散させたポリマー液晶（分散型液晶ともいう）とよばれ
る材料が知られている。液晶は外部電圧に対して、無限
に短い時間に反応するのではなく、応答するまでにある
一定の時間がかかることが知られている。その値はそれ
ぞれの液晶材料に固有で、ＴＮ液晶の場合には、数１０
ｍｓｅｃ、ＳＴＮ液晶の場合には数１００ｍｓｅｃ、強
誘電性液晶の場合には数１０μｓｅｃ、ネマテッィ液晶
を利用した分散型あるいはポリマー液晶の場合には数１
０ｍｓｅｃである。
光透過量や屈折率が変化するものであり、この性質を使
用することによって電気信号を光信号に変換し、表示を
おこなうことができる。液晶材料としては、ＴＮ（ツイ
ンステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・
ツインステッド・ネマティック）液晶、強誘電性あるい
は反強誘電性液晶、また、最近では、ネマティック液晶
や強誘電性もしくは反強誘電性液晶を高分子材料中に分
散させたポリマー液晶（分散型液晶ともいう）とよばれ
る材料が知られている。液晶は外部電圧に対して、無限
に短い時間に反応するのではなく、応答するまでにある
一定の時間がかかることが知られている。その値はそれ
ぞれの液晶材料に固有で、ＴＮ液晶の場合には、数１０
ｍｓｅｃ、ＳＴＮ液晶の場合には数１００ｍｓｅｃ、強
誘電性液晶の場合には数１０μｓｅｃ、ネマテッィ液晶
を利用した分散型あるいはポリマー液晶の場合には数１
０ｍｓｅｃである。
【０００３】液晶を利用した電気光学装置のうちでもっ
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、アクティブ素子として
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用い、ＴＦＴにはアモル
ファスまたは多結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ
型またはＮ型のいずれか一方のみのタイプのＴＦＴを用
いたものであった。即ち、一般にはＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮＴＦＴという）を画素に直列に連結している。そし
て、マトリクスの信号線に信号電圧を流し、それぞれの
信号線の直交する箇所に設けられたＴＦＴに双方から信
号が印加されるとＴＦＴがＯＮ状態となることを利用し
て液晶画素のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御するものであっ
た。このような方法によって画素の制御をおこなうこと
によって、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実
現することができる。
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、アクティブ素子として
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用い、ＴＦＴにはアモル
ファスまたは多結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ
型またはＮ型のいずれか一方のみのタイプのＴＦＴを用
いたものであった。即ち、一般にはＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮＴＦＴという）を画素に直列に連結している。そし
て、マトリクスの信号線に信号電圧を流し、それぞれの
信号線の直交する箇所に設けられたＴＦＴに双方から信
号が印加されるとＴＦＴがＯＮ状態となることを利用し
て液晶画素のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御するものであっ
た。このような方法によって画素の制御をおこなうこと
によって、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実
現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アクティブマトリクス方式では、明暗や色調といった、
階調表示をおこなうことは極めて難しかった。従来、階
調表示は液晶の光透過性が、印加される電圧の大きさに
よって変わることを利用する方式が検討されていた。こ
れは、例えば、マトリクス中のＴＦＴのソース・ドレイ
ン間に、適切な電圧を周辺回路から供給し、その状態で
ゲイト電極に信号電圧を印加することによって、液晶画
素にその大きさの電圧をかけようとするものであった。
アクティブマトリクス方式では、明暗や色調といった、
階調表示をおこなうことは極めて難しかった。従来、階
調表示は液晶の光透過性が、印加される電圧の大きさに
よって変わることを利用する方式が検討されていた。こ
れは、例えば、マトリクス中のＴＦＴのソース・ドレイ
ン間に、適切な電圧を周辺回路から供給し、その状態で
ゲイト電極に信号電圧を印加することによって、液晶画
素にその大きさの電圧をかけようとするものであった。
【０００５】しかしながら、このような方法では、例え
ば、ＴＦＴの不均質性やマトリクス配線の不均質性のた
めに、実際には液晶画素にかかる電圧は、各画素によっ
て、最低でも数％も異なってしまった。一方、液晶の光
透過度の電圧依存性は、極めて非線型性が強く、ある特
定の電圧で急激に光透過性が変化するため、画素電圧
が、たとえ数％異なっても、光透過性が著しく異なって
しまうことがあった。そのため、従来のアナログ的な階
調表示方式では１６階調を達成することが限界であっ
た。例えば、ＴＮ液晶材料においては、光透過性が変化
する、いわゆる遷移領域は、１．２Ｖの幅しかなく、１
６階調を達成せんとする場合には、７５ｍＶもの小さな
電圧の制御ができる必要があり、そのため、製造歩留り
は著しく低くなった。
ば、ＴＦＴの不均質性やマトリクス配線の不均質性のた
めに、実際には液晶画素にかかる電圧は、各画素によっ
て、最低でも数％も異なってしまった。一方、液晶の光
透過度の電圧依存性は、極めて非線型性が強く、ある特
定の電圧で急激に光透過性が変化するため、画素電圧
が、たとえ数％異なっても、光透過性が著しく異なって
しまうことがあった。そのため、従来のアナログ的な階
調表示方式では１６階調を達成することが限界であっ
た。例えば、ＴＮ液晶材料においては、光透過性が変化
する、いわゆる遷移領域は、１．２Ｖの幅しかなく、１
６階調を達成せんとする場合には、７５ｍＶもの小さな
電圧の制御ができる必要があり、そのため、製造歩留り
は著しく低くなった。
【０００６】このように階調表示が困難であるというこ
とは、液晶ディスプレー装置が従来の一般的な表示装置
であるＣＲＴ（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不
利であった。これに対し、本発明人らは、液晶に電圧の
かかっている時間を制御することによって、視覚的に階
調を得ることができることを見出した。その詳細は特願
平３−１６９３０６に示される。
とは、液晶ディスプレー装置が従来の一般的な表示装置
であるＣＲＴ（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不
利であった。これに対し、本発明人らは、液晶に電圧の
かかっている時間を制御することによって、視覚的に階
調を得ることができることを見出した。その詳細は特願
平３−１６９３０６に示される。
【０００７】例えば、代表的な液晶材料であるＴＮ（ツ
イステッド・ネマチック）液晶を用いた場合において、
図１のように各種のパルス波形を液晶画素に印加するこ
とによって、明るさを変化させることが可能である。す
なわち、図１の“１”、“２”、・・・“１５”という
順番で段階的に明るくすることができ、図１の例では１
６階調の表示が可能である。例えば、図１（Ａ）では、
“１”では、１単位の長さのパルスが印加される。ま
た、“２”では、２単位の長さのパルスが印加される。
“３”では、１単位のパルスと２単位のパルスが印加さ
れ、結果として３単位の長さのパルスが印加される。
“４”では、４単位の長さのパルスが印加される。
“５”では、１単位のパルスと４単位のパルスが印加さ
れ、“６”では、２単位のパルスと４単位のパルスが印
加される。さらに、８単位の長さのパルスを用意するこ
とによって、１５単位の長さのパルスを結果として得る
ことができる。
イステッド・ネマチック）液晶を用いた場合において、
図１のように各種のパルス波形を液晶画素に印加するこ
とによって、明るさを変化させることが可能である。す
なわち、図１の“１”、“２”、・・・“１５”という
順番で段階的に明るくすることができ、図１の例では１
６階調の表示が可能である。例えば、図１（Ａ）では、
“１”では、１単位の長さのパルスが印加される。ま
た、“２”では、２単位の長さのパルスが印加される。
“３”では、１単位のパルスと２単位のパルスが印加さ
れ、結果として３単位の長さのパルスが印加される。
“４”では、４単位の長さのパルスが印加される。
“５”では、１単位のパルスと４単位のパルスが印加さ
れ、“６”では、２単位のパルスと４単位のパルスが印
加される。さらに、８単位の長さのパルスを用意するこ
とによって、１５単位の長さのパルスを結果として得る
ことができる。
【０００８】すなわち、１単位、２単位、４単位、８単
位という４種類のパルスを適切に組み合わせることによ
って、２4 ＝１６階調の表示が可能となる。さらに、１
６単位、３２単位、６４単位、１２８単位というよう
に、多くのパルスを用意することによって、それぞれ、
３２階調、６４階調、１２８階調、２５６階調という高
度階調表示が可能となる。例えば、２５６階調表示を得
るには、８種類のパルスを用意すればよい。
位という４種類のパルスを適切に組み合わせることによ
って、２4 ＝１６階調の表示が可能となる。さらに、１
６単位、３２単位、６４単位、１２８単位というよう
に、多くのパルスを用意することによって、それぞれ、
３２階調、６４階調、１２８階調、２５６階調という高
度階調表示が可能となる。例えば、２５６階調表示を得
るには、８種類のパルスを用意すればよい。
【０００９】また、図１（Ａ）の例では、画素に印加さ
れる電圧の持続時間は、最初Ｔ1 、次が２Ｔ1 、その次
が４Ｔ1 というように等比数列的に増大するように配列
した例を示したが、これは、例えば、図１（Ｂ）のよう
に、最初にＴ1 、次に８Ｔ1、その次が２Ｔ1 、最後に
４Ｔ1 としてもよい。このように配列せしめることによ
り、表示装置にデータを伝送する装置の負担を減らすこ
とができる。
れる電圧の持続時間は、最初Ｔ1 、次が２Ｔ1 、その次
が４Ｔ1 というように等比数列的に増大するように配列
した例を示したが、これは、例えば、図１（Ｂ）のよう
に、最初にＴ1 、次に８Ｔ1、その次が２Ｔ1 、最後に
４Ｔ1 としてもよい。このように配列せしめることによ
り、表示装置にデータを伝送する装置の負担を減らすこ
とができる。
【００１０】しかしながら、ＴＮ液晶を用いた場合に
は、結果的には印加する電圧は、従来のアナログ的な階
調表示方式の場合と同じだけの精度が要求された。すな
わち、画素にＯＮの電圧として５Ｖをかけて、図１にお
ける“１０”を表示した場合は、ＯＮの電圧として５．
１Ｖの電圧をかけて、同じ“１０”を表示した場合よ
り、約２％だけ暗く見えてしまった。すなわち、このよ
うなデジタル的な階調表示方式では、従来のアナログ階
調表示方式と同じくＴＦＴのばらつきがないことが要求
された。
は、結果的には印加する電圧は、従来のアナログ的な階
調表示方式の場合と同じだけの精度が要求された。すな
わち、画素にＯＮの電圧として５Ｖをかけて、図１にお
ける“１０”を表示した場合は、ＯＮの電圧として５．
１Ｖの電圧をかけて、同じ“１０”を表示した場合よ
り、約２％だけ暗く見えてしまった。すなわち、このよ
うなデジタル的な階調表示方式では、従来のアナログ階
調表示方式と同じくＴＦＴのばらつきがないことが要求
された。
【００１１】代表的なＴＦＴアティブマトリクスの回路
図を図３（Ａ）に示す。このような回路に走査信号（Ｖ
G ）、データ信号（ＶD ）を印加した場合の液晶画素の
電位Ｖ1 の変化を図３（Ｂ）に示す。
図を図３（Ａ）に示す。このような回路に走査信号（Ｖ
G ）、データ信号（ＶD ）を印加した場合の液晶画素の
電位Ｖ1 の変化を図３（Ｂ）に示す。
【００１２】Ｖ1 のばらつきをもたらす要因はいくつか
あるが、大きなものはＴＦＴのゲイト電極と画素電極側
配線との寄生容量によって走査信号が切れる際に生じる
電位降下（ΔＶ）と、ＴＦＴのリーク電流や液晶のリー
ク電流による電圧の降下であり、ＴＦＴの駆動能力が十
分でない（移動度が小さい）場合には、走査信号が持続
している時間ｔ1 の間に十分な充電ができないための到
達電圧のばらつきである。
あるが、大きなものはＴＦＴのゲイト電極と画素電極側
配線との寄生容量によって走査信号が切れる際に生じる
電位降下（ΔＶ）と、ＴＦＴのリーク電流や液晶のリー
ク電流による電圧の降下であり、ＴＦＴの駆動能力が十
分でない（移動度が小さい）場合には、走査信号が持続
している時間ｔ1 の間に十分な充電ができないための到
達電圧のばらつきである。
【００１３】これらの変動はＴＦＴの特性によって大き
く影響を受けるため、ＴＦＴのばらつきが大きいと画素
の明暗が大きく異なるものとなる。例えば、ゲイト電極
と画素電極側配線の寄生容量がばらばらならばΔＶが異
なり、ＴＦＴのリーク電流の大きさがばらばらならば画
素電圧の降下速度もまちまちとなる。アモルファスシリ
コンＴＦＴ（ａ−ＳｉＴＦＴ）のごとき低移動度のＴＦ
Ｔでは、充電のばらつきも問題である。以上のような理
由のために、同じ信号を印加しても、画素電位Ｖ1 は図
３（Ｂ）の実線で示されるようなものも、点線のような
ものも得られる。当然のことながら、このようなばらつ
きは好ましいものではない。
く影響を受けるため、ＴＦＴのばらつきが大きいと画素
の明暗が大きく異なるものとなる。例えば、ゲイト電極
と画素電極側配線の寄生容量がばらばらならばΔＶが異
なり、ＴＦＴのリーク電流の大きさがばらばらならば画
素電圧の降下速度もまちまちとなる。アモルファスシリ
コンＴＦＴ（ａ−ＳｉＴＦＴ）のごとき低移動度のＴＦ
Ｔでは、充電のばらつきも問題である。以上のような理
由のために、同じ信号を印加しても、画素電位Ｖ1 は図
３（Ｂ）の実線で示されるようなものも、点線のような
ものも得られる。当然のことながら、このようなばらつ
きは好ましいものではない。
【００１４】このような問題を解決するために、通常は
図３（Ａ）に示すように液晶画素と並列に補助容量を設
ける。これは通常、画素容量の数倍〜数１０倍である
が、当然のことながら、ＴＦＴに対する負担は増大す
る。さらに、通常はＮ型もしくはＰ型のＴＦＴのみを使
用するために、得られる信号波形も正負の対称性の良く
ないものであり、液晶の劣化を引き起こした。
図３（Ａ）に示すように液晶画素と並列に補助容量を設
ける。これは通常、画素容量の数倍〜数１０倍である
が、当然のことながら、ＴＦＴに対する負担は増大す
る。さらに、通常はＮ型もしくはＰ型のＴＦＴのみを使
用するために、得られる信号波形も正負の対称性の良く
ないものであり、液晶の劣化を引き起こした。
【００１５】
【問題を解決するための手段】先に指摘したように画素
電位を精密に制御することが要求されるのは、ＴＮ液晶
が実効値電圧に応じて光透過性を変えるためであった。
ＳＴＮ液晶でも、あるいはこれらの基本材料であるネマ
ティック液晶を利用した分散型液晶でも同じことであっ
た。これに対し、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶
は非常に高速な応答性を示し、実質的に実効値電圧に応
答しない。そのため上記のようなデジタル階調表示をお
こなった場合には少々ばらつきのあるＴＦＴにおいても
均一な階調表示が可能であることが明らかになった。す
なわち、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶では、Ｏ
Ｎ電圧として１ｍｓｅｃ以上の間、継続的な電圧印加が
ある場合には、５Ｖでも５．１Ｖでも同じ光透過性を示
すからである。強誘電性液晶（フェニルピリミジン系）
を用いて、このパルスの持続時間を変化せしめることに
よってコントラストを制御し、階調表示した例を図５に
示す。例えばＴＮ液晶を用いた場合には、同じようにパ
ルス幅を変化させる方式によって階調表示をおこなう場
合であっても、このような直線的な階調表示は得られな
かった。同様な効果は、強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を高分子中に分散させた材料においても観測され
た。
電位を精密に制御することが要求されるのは、ＴＮ液晶
が実効値電圧に応じて光透過性を変えるためであった。
ＳＴＮ液晶でも、あるいはこれらの基本材料であるネマ
ティック液晶を利用した分散型液晶でも同じことであっ
た。これに対し、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶
は非常に高速な応答性を示し、実質的に実効値電圧に応
答しない。そのため上記のようなデジタル階調表示をお
こなった場合には少々ばらつきのあるＴＦＴにおいても
均一な階調表示が可能であることが明らかになった。す
なわち、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶では、Ｏ
Ｎ電圧として１ｍｓｅｃ以上の間、継続的な電圧印加が
ある場合には、５Ｖでも５．１Ｖでも同じ光透過性を示
すからである。強誘電性液晶（フェニルピリミジン系）
を用いて、このパルスの持続時間を変化せしめることに
よってコントラストを制御し、階調表示した例を図５に
示す。例えばＴＮ液晶を用いた場合には、同じようにパ
ルス幅を変化させる方式によって階調表示をおこなう場
合であっても、このような直線的な階調表示は得られな
かった。同様な効果は、強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を高分子中に分散させた材料においても観測され
た。
【００１６】本発明を実施するには、例えば、図４に示
すような、薄膜トランジスタを使用したマトリクス回路
を組めばよい。図４に示した回路は従来のＴＦＴを利用
したアクティブマトリクス型表示装置に用いられた回路
と同じである。ただし、ＴＦＴに対する負担を軽減する
目的から補助容量は設けていない。
すような、薄膜トランジスタを使用したマトリクス回路
を組めばよい。図４に示した回路は従来のＴＦＴを利用
したアクティブマトリクス型表示装置に用いられた回路
と同じである。ただし、ＴＦＴに対する負担を軽減する
目的から補助容量は設けていない。
【００１７】強誘電性液晶はそれ自体メモリー性を有し
ているので、従来のアクティブマトリクスに必要とされ
たような補助容量（画素容量に並列に挿入される容量）
がなく、画素電極が放電した場合でもＯＮ状態を持続す
ることは可能である。しかしながら、このような強誘電
性（もしくは反強誘電性）が強い材料は、いわゆる『焼
け』という現象が発生しやすく、信頼性に欠ける面があ
った。これに対し、強誘電性（もしくは反強誘電性）が
小さい材料は、『焼け』等の表示に関する欠陥は少ない
が、画素容量の放電が激しく、表示を持続するのに十分
な電圧が維持できない場合にはＯＮ状態（もしくはＯＦ
Ｆ状態）を持続することが難しくなる。したがって、従
来通りに補助容量が必要とされる。
ているので、従来のアクティブマトリクスに必要とされ
たような補助容量（画素容量に並列に挿入される容量）
がなく、画素電極が放電した場合でもＯＮ状態を持続す
ることは可能である。しかしながら、このような強誘電
性（もしくは反強誘電性）が強い材料は、いわゆる『焼
け』という現象が発生しやすく、信頼性に欠ける面があ
った。これに対し、強誘電性（もしくは反強誘電性）が
小さい材料は、『焼け』等の表示に関する欠陥は少ない
が、画素容量の放電が激しく、表示を持続するのに十分
な電圧が維持できない場合にはＯＮ状態（もしくはＯＦ
Ｆ状態）を持続することが難しくなる。したがって、従
来通りに補助容量が必要とされる。
【００１８】もちろん、画素の放電が充分に小さけれ
ば、補助容量はなくても構わない。特に、過大な補助容
量の存在は、充電あるいは放電の動作に時間がかかり、
本発明を実施するにおいて望ましいものではない。画素
の放電を小さくするには、例えば、薄膜トランジスタの
ＯＦＦ抵抗を充分大きくし、リーク電流を減らすこと
と、液晶等の画素自身の電極間抵抗を充分大きくするこ
とが必要である。特に後者の目的のためには、画素電極
を、窒化珪素、あるいは酸化珪素等、酸化タンタル、酸
化アルミニウムの絶縁性材料で被覆してしまうことが有
効である。
ば、補助容量はなくても構わない。特に、過大な補助容
量の存在は、充電あるいは放電の動作に時間がかかり、
本発明を実施するにおいて望ましいものではない。画素
の放電を小さくするには、例えば、薄膜トランジスタの
ＯＦＦ抵抗を充分大きくし、リーク電流を減らすこと
と、液晶等の画素自身の電極間抵抗を充分大きくするこ
とが必要である。特に後者の目的のためには、画素電極
を、窒化珪素、あるいは酸化珪素等、酸化タンタル、酸
化アルミニウムの絶縁性材料で被覆してしまうことが有
効である。
【００１９】このような回路において、各薄膜トランジ
スタのゲイト電圧やソース・ドレイン間電圧をコントロ
ールすることによって、画素に印加される電圧のＯＮ／
ＯＦＦを制御することが可能である。この例では、マト
リクスは６４０×４８０ドットであるが、煩雑さをさけ
るため、ｎ行ｍ列近傍のみを示した。これとおなじもの
を上下左右に展開すれば、完全なものが得られる。この
回路を用いた動作例を図２に示す。ここでは１つの画素
だけに注目してその動作を示した。
スタのゲイト電圧やソース・ドレイン間電圧をコントロ
ールすることによって、画素に印加される電圧のＯＮ／
ＯＦＦを制御することが可能である。この例では、マト
リクスは６４０×４８０ドットであるが、煩雑さをさけ
るため、ｎ行ｍ列近傍のみを示した。これとおなじもの
を上下左右に展開すれば、完全なものが得られる。この
回路を用いた動作例を図２に示す。ここでは１つの画素
だけに注目してその動作を示した。
【００２０】信号線Ｘn （走査線）は、各ＴＦＴのゲイ
ト電極に接続されている。そして、図２に示すように、
矩形パルス信号が印加されてゆく。一方、信号線Ｙ
m （データ線）は、各ＴＦＴのソース（あるいはドレイ
ン電極）に接続されているが、これには、正もしくは負
のいずれかの状態を示すパルス列が印加される。４８０
行のマトリクスでは、このパルス列には、１単位の時間
Ｔ1 中に、４８０個の情報が含まれている。本発明で
は、１フレームが複数のサブフレーム（図２の例では５
つ）から構成されていることが特徴である。また、図２
の例では各サブフレームはそれぞれ持続時間が異なる。
ト電極に接続されている。そして、図２に示すように、
矩形パルス信号が印加されてゆく。一方、信号線Ｙ
m （データ線）は、各ＴＦＴのソース（あるいはドレイ
ン電極）に接続されているが、これには、正もしくは負
のいずれかの状態を示すパルス列が印加される。４８０
行のマトリクスでは、このパルス列には、１単位の時間
Ｔ1 中に、４８０個の情報が含まれている。本発明で
は、１フレームが複数のサブフレーム（図２の例では５
つ）から構成されていることが特徴である。また、図２
の例では各サブフレームはそれぞれ持続時間が異なる。
【００２１】以下では、話を単純にするために、対向基
板の電位は０で一定であるとする。図に示すように、最
初にＶG が印加されたときに、ＶD は正であったので、
画素の電位ＶLCは正となる。このときには、図３に関し
て説明したようにΔＶだけ電位が降下し、その後、自然
放電によって画素の電位ＶLCは徐々に０に近づく。しか
し、画素の透過率ＴLCに注目すると、画素電位ＶLCが降
下してゆくにも関わらず、透過率ＴLCは一定に保たれ
る。自発分極の大きな液晶材料であれば、画素電位ＶLC
の降下はさほど問題とならない。しかし、自発分極が小
さく、メモリー性の良くない液晶材料を用いる場合には
画素電位ＶLCの低下が許容できるように他のパラメータ
（ＶG 、ＶD ）を設定しなければならない。
板の電位は０で一定であるとする。図に示すように、最
初にＶG が印加されたときに、ＶD は正であったので、
画素の電位ＶLCは正となる。このときには、図３に関し
て説明したようにΔＶだけ電位が降下し、その後、自然
放電によって画素の電位ＶLCは徐々に０に近づく。しか
し、画素の透過率ＴLCに注目すると、画素電位ＶLCが降
下してゆくにも関わらず、透過率ＴLCは一定に保たれ
る。自発分極の大きな液晶材料であれば、画素電位ＶLC
の降下はさほど問題とならない。しかし、自発分極が小
さく、メモリー性の良くない液晶材料を用いる場合には
画素電位ＶLCの低下が許容できるように他のパラメータ
（ＶG 、ＶD ）を設定しなければならない。
【００２２】設計上のポイントとしては、最も特性の悪
いＴＦＴを基準としてＶG 、ＶD を設定すればよい。例
えば、最も電荷の保持特性の悪い画素において、図２に
示す場合で最も長いサブフレームの持続時間１６Ｔ0 後
の電位ＶLCが＋３Ｖ以上、好ましくは＋５Ｖ以上あるよ
うに、ＶD を設定する。そして、左記ＶD を駆動するの
に適切なＶG を設定する。
いＴＦＴを基準としてＶG 、ＶD を設定すればよい。例
えば、最も電荷の保持特性の悪い画素において、図２に
示す場合で最も長いサブフレームの持続時間１６Ｔ0 後
の電位ＶLCが＋３Ｖ以上、好ましくは＋５Ｖ以上あるよ
うに、ＶD を設定する。そして、左記ＶD を駆動するの
に適切なＶG を設定する。
【００２３】図２ではいずれのサブフレームでも電位Ｖ
LCの降下の様子は同じであるように書かれているが、実
際にはサブフレームの持続時間が長いほど電位の降下が
大きいことに注意しなければならない。
LCの降下の様子は同じであるように書かれているが、実
際にはサブフレームの持続時間が長いほど電位の降下が
大きいことに注意しなければならない。
【００２４】最初のパルスＶG が印加されてから時間Ｔ
0 後に、第２のパルスＶG が印加される。このときのデ
ータ信号ＶD も正であったので、画素電位ＶLCは正のま
まである。ただし、新たに電荷が注入されて電位が再び
高まる。画素の透過率ＴLCは変化しない。
0 後に、第２のパルスＶG が印加される。このときのデ
ータ信号ＶD も正であったので、画素電位ＶLCは正のま
まである。ただし、新たに電荷が注入されて電位が再び
高まる。画素の透過率ＴLCは変化しない。
【００２５】次いで、時間１６Ｔ0 後に第３のパルスＶ
G が印加されたときには、データ信号ＶD は負であった
ので、画素電位ＶLCは負に反転する。そして、透過率も
変動する。ただし、この遷移は比較的緩やかであり、印
加される電圧が８Ｖ以下であれば、５０μｓｅｃ程度の
時間が必要である。これに対し、パルスＶG の幅は３０
μｓｅｃ以下であるが、この液晶の光学応答遷移はパル
スＶG ではなく、画素電位ＶLCによっておこなわれるの
で、何ら支障はない。
G が印加されたときには、データ信号ＶD は負であった
ので、画素電位ＶLCは負に反転する。そして、透過率も
変動する。ただし、この遷移は比較的緩やかであり、印
加される電圧が８Ｖ以下であれば、５０μｓｅｃ程度の
時間が必要である。これに対し、パルスＶG の幅は３０
μｓｅｃ以下であるが、この液晶の光学応答遷移はパル
スＶG ではなく、画素電位ＶLCによっておこなわれるの
で、何ら支障はない。
【００２６】その後、時間２Ｔ0 後に、３回目のパルス
ＶG が印加され、そのときのデータ信号ＶD は負であっ
たので、画素の状態は変化しない。さらに時間８Ｔ0 後
に、４回目のパルスＶG が印加され、そのときのデータ
信号ＶD は正であったので、画素電位ＶLCは再び正にな
り、画素の透過率ＴLCも変化する。最後に、時間４Ｔ0
後に、次のフレームの１回目のパルスＶG が印加され
て、１つのフレームが終了する。このような５つのサブ
フレームを適当に組み合わせることによって３２階調の
表示が可能であるが、以上の動作によって、１＋１６＋
４＝２１〔階調〕の明るさが得られた。
ＶG が印加され、そのときのデータ信号ＶD は負であっ
たので、画素の状態は変化しない。さらに時間８Ｔ0 後
に、４回目のパルスＶG が印加され、そのときのデータ
信号ＶD は正であったので、画素電位ＶLCは再び正にな
り、画素の透過率ＴLCも変化する。最後に、時間４Ｔ0
後に、次のフレームの１回目のパルスＶG が印加され
て、１つのフレームが終了する。このような５つのサブ
フレームを適当に組み合わせることによって３２階調の
表示が可能であるが、以上の動作によって、１＋１６＋
４＝２１〔階調〕の明るさが得られた。
【００２７】以上の動作において、最適な最小時間単位
Ｔ0 を決定することが重要である。既に述べたように、
強誘電性（もしくは反強誘電性）液晶の光学応答時間は
印加される電圧に依存する。上記のように８Ｖ程度の電
圧であれば５０μｓｅｃの応答時間である。一般に光学
応答時間は、印加電圧に反比例する。ところで、１フレ
ームは動画の表示特性やフリッカーの防止の目的で１フ
レームは１００ｍｓｅｃ以下、好ましくは３０ｍｓｅｃ
以下である必要がある。例えば１フレームを３０ｍｓｅ
ｃとすれば、最大の階調度数は、３０ｍｓｅｃを５０μ
ｓｅｃで除した６００階調が限度であるが、実際には、
光学応答が完全に行われるためには上記光学応答時間の
数倍が必要であるので、１００階調程度の階調が限度と
なる。このような制約は、液晶に印加する電圧（あるい
は電場）の大きさを大きくし、光学応答時間を短縮する
ことによって改善されるが、ＴＦＴの耐圧がそれに伴っ
て向上することが必要である。
Ｔ0 を決定することが重要である。既に述べたように、
強誘電性（もしくは反強誘電性）液晶の光学応答時間は
印加される電圧に依存する。上記のように８Ｖ程度の電
圧であれば５０μｓｅｃの応答時間である。一般に光学
応答時間は、印加電圧に反比例する。ところで、１フレ
ームは動画の表示特性やフリッカーの防止の目的で１フ
レームは１００ｍｓｅｃ以下、好ましくは３０ｍｓｅｃ
以下である必要がある。例えば１フレームを３０ｍｓｅ
ｃとすれば、最大の階調度数は、３０ｍｓｅｃを５０μ
ｓｅｃで除した６００階調が限度であるが、実際には、
光学応答が完全に行われるためには上記光学応答時間の
数倍が必要であるので、１００階調程度の階調が限度と
なる。このような制約は、液晶に印加する電圧（あるい
は電場）の大きさを大きくし、光学応答時間を短縮する
ことによって改善されるが、ＴＦＴの耐圧がそれに伴っ
て向上することが必要である。
【００２８】『実施例』本実施例は図２に示されたよう
に１フレームを５つのサブフレームによって構成し、３
２階調のデジタル階調表示をおこなったものである。各
サブフレームの持続時間を第１サブフレームは１ｍｓｅ
ｃ、第２サブフレームは１６ｍｓｅｃ、第３サブフレー
ムは２ｍｓｅｃ、第４サブフレームは８ｍｓｅｃ、第５
サブフレームは４ｍｓｅｃとし、１フレームは３１ｍｓ
ｅｃとした。
に１フレームを５つのサブフレームによって構成し、３
２階調のデジタル階調表示をおこなったものである。各
サブフレームの持続時間を第１サブフレームは１ｍｓｅ
ｃ、第２サブフレームは１６ｍｓｅｃ、第３サブフレー
ムは２ｍｓｅｃ、第４サブフレームは８ｍｓｅｃ、第５
サブフレームは４ｍｓｅｃとし、１フレームは３１ｍｓ
ｅｃとした。
【００２９】石英基板上に形成した結晶性シリコンＴＦ
Ｔを用いたアクティブマトリクスの回路構成は図４に示
すように、補助容量を設けなかった。ＴＦＴはシングル
ゲイトのＰＭＯＳを用いたが、これはリーク電流が小さ
く、ＯＮ／ＯＦＦが大きくとれるためである。典型的に
はリーク電流は１ｐＡ以下（ゲイト電圧＋１５Ｖ、ドレ
イン電圧−１０Ｖ）以下、ＯＮ／ＯＦＦ比７．５桁以上
（ゲイト電圧−１５Ｖ／＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０
Ｖ）であった。
Ｔを用いたアクティブマトリクスの回路構成は図４に示
すように、補助容量を設けなかった。ＴＦＴはシングル
ゲイトのＰＭＯＳを用いたが、これはリーク電流が小さ
く、ＯＮ／ＯＦＦが大きくとれるためである。典型的に
はリーク電流は１ｐＡ以下（ゲイト電圧＋１５Ｖ、ドレ
イン電圧−１０Ｖ）以下、ＯＮ／ＯＦＦ比７．５桁以上
（ゲイト電圧−１５Ｖ／＋１５Ｖ、ドレイン電圧−１０
Ｖ）であった。
【００３０】画素の大きさは２０μｍ×６０μｍとし、
マトリクスの規模は１９２０×４８０であった。各画素
の電荷保持特性を調べたところ、データ信号として、−
１０Ｖを印加した時の最も悪いものの１６ｍｓｅｃ後の
電圧は約−５．５Ｖであった。
マトリクスの規模は１９２０×４８０であった。各画素
の電荷保持特性を調べたところ、データ信号として、−
１０Ｖを印加した時の最も悪いものの１６ｍｓｅｃ後の
電圧は約−５．５Ｖであった。
【００３１】マトリクスに印加する走査信号パルスの幅
は２μｓｅｃとし、パルスの波高は−１５Ｖ、データ信
号は±１０Ｖとした。液晶材料はフェニルピリミジン系
強誘電性液晶を使用し、液晶セルの厚さは２．５μｍと
した。セルの一方の基板には上記アクティブマトリクス
基板を使用し、他の基板としては全面にＩＴＯ膜を形成
し、その上にショート防止用の酸化珪素膜を形成した基
板を用いた。なお、液晶に印加される電圧が５Ｖ以下で
は液晶中にドメイン構造が生成しているのが確認され
た。このようなドメイン構造はデジタル階調表示をおこ
なう上で特性を悪化することになるので、ドメインが発
生しないように、印加する電圧を高めにすることが望ま
れる。以上の液晶表示装置によって、最大コントラスト
比１８０、３２階調の表示を得ることができた。
は２μｓｅｃとし、パルスの波高は−１５Ｖ、データ信
号は±１０Ｖとした。液晶材料はフェニルピリミジン系
強誘電性液晶を使用し、液晶セルの厚さは２．５μｍと
した。セルの一方の基板には上記アクティブマトリクス
基板を使用し、他の基板としては全面にＩＴＯ膜を形成
し、その上にショート防止用の酸化珪素膜を形成した基
板を用いた。なお、液晶に印加される電圧が５Ｖ以下で
は液晶中にドメイン構造が生成しているのが確認され
た。このようなドメイン構造はデジタル階調表示をおこ
なう上で特性を悪化することになるので、ドメインが発
生しないように、印加する電圧を高めにすることが望ま
れる。以上の液晶表示装置によって、最大コントラスト
比１８０、３２階調の表示を得ることができた。
【００３２】
【発明の効果】本発明では、従来のネマティック液晶を
用いたアナログ方式の階調表示に対し、強誘電性もしく
は反強誘電性液晶材料あるいはそれらのポリマー液晶材
料を用いたデジタル方式の階調表示を行うことを特徴と
している。従来の階調表示方式がアナログ式であれ、デ
ジタル式であれ、ＴＦＴの特性をばらつきによって制約
されていたのに対し、本発明では結果的には画素の特性
の最悪のものに合わせて各パラメータを最適化すること
によって高度な階調表示を達成できる。その結果、従来
では不良とされたようなパネルであっても、本発明によ
って非常に精細な階調表示が可能となるのであり、実質
的に歩留りを向上せしめ、ひいてはコストを削減せしめ
ることができる。
用いたアナログ方式の階調表示に対し、強誘電性もしく
は反強誘電性液晶材料あるいはそれらのポリマー液晶材
料を用いたデジタル方式の階調表示を行うことを特徴と
している。従来の階調表示方式がアナログ式であれ、デ
ジタル式であれ、ＴＦＴの特性をばらつきによって制約
されていたのに対し、本発明では結果的には画素の特性
の最悪のものに合わせて各パラメータを最適化すること
によって高度な階調表示を達成できる。その結果、従来
では不良とされたようなパネルであっても、本発明によ
って非常に精細な階調表示が可能となるのであり、実質
的に歩留りを向上せしめ、ひいてはコストを削減せしめ
ることができる。
【００３３】例えば６４０×４００ドットの２５６，０
００個のＴＦＴを１００ｍｍ角に作成した液晶表示装置
に対し通常のネマテッィク液晶を用いてアナログ的な階
調表示を行った場合、ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０
％存在するために、１６階調表示が限界であった。しか
しながら、本発明によるデジタル階調表示をおこなった
場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受けにくいた
めに、６４階調以上の表示が可能になりカラー表示では
なんと１６，７７７，２１６色の多彩であり微妙な色彩
の表示が実現できている。
００個のＴＦＴを１００ｍｍ角に作成した液晶表示装置
に対し通常のネマテッィク液晶を用いてアナログ的な階
調表示を行った場合、ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０
％存在するために、１６階調表示が限界であった。しか
しながら、本発明によるデジタル階調表示をおこなった
場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影響を受けにくいた
めに、６４階調以上の表示が可能になりカラー表示では
なんと１６，７７７，２１６色の多彩であり微妙な色彩
の表示が実現できている。
【図１】 本発明による駆動波形の例を示す。
【図２】 本発明による駆動波形の例を示す。
【図３】 従来のアクティブマトリクス回路およびその
駆動波形の例を示す。
駆動波形の例を示す。
【図４】 本発明によるマトリクス構成の例を示す。
【図５】 本発明による階調表示例を示す。（縦軸：パ
ルス持続時間、横軸：コントラスト比）
ルス持続時間、横軸：コントラスト比）
Claims (2)
- 【請求項１】 液晶材料として強誘電性もしくは反強誘
電性液晶、あるいはそれらを高分子化合物中に分散させ
た材料を使用した薄膜トランジスタを有するアクティブ
マトリクス型の液晶表示装置において表示をおこなう方
法に関して、１つのフレームをＮ（２以上の自然数）個
の互いに持続時間の異なるサブフレームに分割し、持続
時間が最短のサブフレームの持続時間をＴ0 としたと
き、これらのサブフレームの持続時間は、Ｔ0 、２
Ｔ0 、２2 Ｔ0 、・・・、２N Ｔ0 のいずれかであるこ
とを特徴とする液晶表示装置の表示方法。 - 【請求項２】 液晶材料として強誘電性もしくは反強誘
電性液晶、あるいはそれらを高分子化合物中に分散させ
た材料を使用した薄膜トランジスタを有するアクティブ
マトリクス型の液晶表示装置において表示をおこなう方
法に関して、１つのフレームをＮ（２以上の自然数）個
の互いに持続時間の異なるサブフレームに分割し、か
つ、各サブフレームにおいて、画素に印加される電圧は
常に＋５Ｖ以上か−５Ｖ以上のいずれかであることを特
徴とする液晶表示装置の表示方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541392A JP3255992B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | アクティブマトリクス型の表示装置の表示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541392A JP3255992B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | アクティブマトリクス型の表示装置の表示方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001307590A Division JP3402471B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | アクティブマトリクス型表示装置の表示方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102486A true JPH06102486A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3255992B2 JP3255992B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=17555160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27541392A Expired - Lifetime JP3255992B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | アクティブマトリクス型の表示装置の表示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255992B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069584A1 (fr) * | 2000-03-14 | 2001-09-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Afficheur d'image et procede d'affichage d'image |
| JP2001337642A (ja) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Sony Corp | ディジタル画像表示装置及びディジタル画像表示方法 |
| JP2002169517A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アクティブマトリックス型液晶表示装置の駆動方法及び駆動装置 |
| KR100482485B1 (ko) * | 2000-09-06 | 2005-04-14 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 전기 광학 장치의 구동 방법, 구동 회로 및 전기 광학장치와 전자 기기 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP27541392A patent/JP3255992B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069584A1 (fr) * | 2000-03-14 | 2001-09-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Afficheur d'image et procede d'affichage d'image |
| KR100493839B1 (ko) * | 2000-03-14 | 2005-06-10 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 화상 표시 장치 및 화상 표시 방법 |
| JP2001337642A (ja) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Sony Corp | ディジタル画像表示装置及びディジタル画像表示方法 |
| KR100482485B1 (ko) * | 2000-09-06 | 2005-04-14 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 전기 광학 장치의 구동 방법, 구동 회로 및 전기 광학장치와 전자 기기 |
| US7088325B2 (en) | 2000-09-06 | 2006-08-08 | Seiko Epson Corporation | Method and circuit for driving electro-optical device, electro-optical device, and electronic apparatus |
| JP2002169517A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アクティブマトリックス型液晶表示装置の駆動方法及び駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3255992B2 (ja) | 2002-02-12 |
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