JPH07114040A - 液晶ディスプレイの駆動方法 - Google Patents

液晶ディスプレイの駆動方法

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JPH07114040A
JPH07114040A JP26234993A JP26234993A JPH07114040A JP H07114040 A JPH07114040 A JP H07114040A JP 26234993 A JP26234993 A JP 26234993A JP 26234993 A JP26234993 A JP 26234993A JP H07114040 A JPH07114040 A JP H07114040A
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義紀 山口
Yoshiyuki Shiratsuki
好之 白附
Kazuhiro Hayashi
和廣 林
Takehiro Niitsu
岳洋 新津
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電体を用いたマトリクス型液晶ディスプ
レイの駆動方法において、パルス状の電圧を印加する手
段を改良して画質の向上を図る。 【構成】 液晶ディスプレイ50は、下側基板D1とな
るガラス基板51上にCrからなる第一の電極52を設
け、その表面にジルコン酸チタン酸鉛(PZT)の強誘
電体膜53が積層され、さらにITOからなる画素電極
54を形成する。上側基板E1は、ガラス基板55上に
ITOからなる電極56を形成し、基板D1,E1間に液
晶F1を注入する。このディスプレイを駆動する方式と
して、一方の電極に印加されるパルスのタイミングを、
それに直交する他方の電極に印加されるパルスのタイミ
ングに対してその立ち上がりを送らせ、立ち下がりを早
めることによりクロストークの発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マトリクス型液晶ディ
スプレイの駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイは主としてマトリクス
型が用いられており、駆動方式から単純マトリクス型と
アクティブマトリクス型に分けられる。表示容量の増加
にともなってアクティブマトリクス型が広く用いられる
ようになっている。アクティブ素子としてはダイオード
やMIM(metal−insulator−meta
l)素子などがあるが最も一般的なのが薄膜トランジス
タである。この薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプ
レイの断面構造を図7に示す。
【0003】ガラス基板1上に形成されたゲート電極
2、ゲート絶縁膜3、アモルファスSiチャネル4、ソ
ースおよびドレイン領域5、6、ソースおよびドレイン
電極7、8からなる薄膜トランジスタに、画素電極9が
接続されてなる下側基板Aと、ガラス基板10上に電極
11が形成された上側基板Bとの間に液晶Cがある。こ
の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型液
晶ディスプレイは、ソース電極7に印加された画像情報
を、ゲート電極2によりオンオフをコントロールされる
アモルファスSiチャネル4を通して画素電極9と電極
11間に保持された液晶Cに伝えられ、画像情報は液晶
Cの電荷として保持される。ところが液晶Cの電荷は、
液晶自体のリーク、および薄膜トランジスタのリーク電
流などのために、時間とともに減少していく。このため
コントラストが低下することがあった。また薄膜トラン
ジスタを形成するプロセスが複雑で、大面積の液晶ディ
スプレイを作成する場合歩留りが悪くなるといった問題
があった。
【0004】このような問題に対して、特開昭64−4
721号公報に示されるように薄膜トランジスタのかわ
りに強誘電体を用いて単純な構造、少ない工程数の作製
プロセスで高画質な液晶ディスプレイを実現する提案が
ある。これは強誘電体がもつ残留分極特性を利用するも
ので、強誘電体に電界を印加してそれを取り除いたあと
でも残留分極に相当する電界が残ったり、また残った電
界が逆極性の抗電界を印加するとゼロになるような特性
を液晶ディスプレイの駆動素子として用いるものであ
る。強誘電体を用いた場合の液晶ディスプレイの断面構
造を図8に示す。この液晶ディスプレイは、下側基板D
としてガラス基板12上に第一の電極13を設け、その
上に強誘電体膜14を形成し、さらに前記第一の電極1
3および強誘電体膜14の上に画素電極15を形成す
る。そしてガラス基板16上に電極17が形成された上
側基板Eとの間に液晶Fがある。下側基板Dの上面図を
図9に示す。
【0005】この強誘電体を用いたマトリクス型液晶デ
ィスプレイの等価回路は図10のように示される。すな
わち上側基板の電極a、a’、・・・a’’と下側基板
の電極b、b’、・・・b’’の間に液晶18と強誘電
体膜19が直列に配置されている。このようなマトリク
ス型液晶ディスプレイに対して図11に示すような駆動
方法が提案されている。
【0006】図10と図11のa、a’、・・・a’’
とb、b’、・・・b’’は対応しており、a、a’、
・・・a’’で横方向に書き込む画素を選択してパルス
電圧Vsを付加し、b、b’、・・・b’’でパルス電
圧Vdを印加して、データを各画素に送る。選択された
ラインのデータが書き込まれるよう選択された画素、非
選択の画素にはそれぞれ、 V(選択)=Vs+Vd V(非選択)=Vs−Vd の電圧が印加される。またVsが印加されていないライ
ンの画素には、 V(非選択ライン)=±Vd の電圧が印加される。ひとつの画素は容量性負荷とみな
せる液晶と強誘電体膜が直列に配置されているので、強
誘電体膜に印加される電圧は液晶と強誘電体膜の容量比
で決まる。
【0007】したがってこの場合、液晶の電気光学的特
性で透過率が50%となる閾値電圧をVthとすると、
Vs−VdおよびVdが印加されたとき、液晶に印加さ
れる電圧はVth以下であることを満足するように設計
しなければならない。さらに、画素非選択時において、
パルスVsのタイミングがパルスVdのタイミングより
早いと、強誘電体膜の反転分極速度は非常に早いので、
強誘電体膜に発生する残留分極は、Vs−Vdではなく
Vsの容量比分に従って上昇し、これにより液晶に印加
される電圧も上昇し、図12に示す液晶に印加される実
効電圧と透過率の関係により、クロストークが発生す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためのもので、本発明の目的は、強誘電
体膜の分極を制御することにより、鮮明で高コントラス
トの画像表示が可能な液晶ディスプレイを提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶プロジェク
タの駆動方法は、第一の絶縁基板と第二の絶縁基板上に
設けられる直交するそれぞれの電極の内、一方の電極に
印加されるパルスのタイミングを、それに直交する他方
の電極に印加されるパルスのタイミングに対して、その
立ち上がりにおいて、前記直交する他方の電極に印加さ
れるパルスより遅らせ、立ち下がりにおいて、前記直交
する他方の電極に印加されるパルスより早めることによ
り選択画素の強誘電体膜の分極を制御することを駆動手
段として備える。
【0010】
【作用】すなわち、非選択画素に印加されるパルスのタ
イミングにおいて、立ち上がりにおいて、VsをVdよ
り遅らせ、立ち下がりにおいてVsをVdより早めるこ
とにより、画素に印加される電圧値を確定させ、クロス
トークの無い鮮明で高コントラストの画像表示が可能な
液晶ディスプレイを提供することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図1および図2に示す本発明の強誘
電体を用いた液晶ディスプレイは次のように作製され
る。全体を符号50で示す本発明の液晶ディスプレイ
は、下側基板D1を構成するガラス基板51上にCrか
ら成る第一の電極52を設け、ガラス基板51および第
一の電極52上にジルコン酸チタン酸鉛(以下PZT)
から成る強誘電体膜53が形成される。そしてガラス基
板51と第一の電極52および強誘電体膜53上にIT
Oから成る画素電極54を形成する。
【0012】上側基板E1を構成するガラス基板55上
にはITOから成る電極56を形成し、下側基板D1と
上側基板E1との間に液晶F1を注入して液晶ディスプ
レイ50をつくる。ここで得られた強誘電体膜のP−E
ヒステリシス特性を図4に示す。Prは残留分極で、強
誘電体に電界を切った後に残る電荷密度である。Ecは
抗電界で、残留分極をゼロにする電界である。PZT強
誘電体膜から実際に得られた値は、強誘電体の膜圧dFE
は0.4μm、非誘電率εFEは50、印加電圧15V
(電界強度Eo=2.5×107V/m)で残留分極P
r=2/102C/m2、抗電界Ec=2.5×107
/mであった。
【0013】また真空の誘電率をε0、液晶ディスプレ
イに使用する液晶材料の非誘電率εL Cを10、図2に示
した一画素の面積j×k(SLC)を300μm×300
μm、液晶ディスプレイセルのギャップdLCを5μmと
した場合の液晶材料の容量CLCはCLC=εO×εLC×S
LC/dLCより、CLC=8.854/1012×10×30
0/106×300/106/(5/106)=1.59
/1012(F)となる。そして使用した液晶材料の電気
光学的特性では、V10(光透過率10%)=2.0V、
Vth=2.5V、V90(光透過率90%)=3.0V
であった。液晶ディスプレイに印加される最大電圧を2
0Vに設定すると、選択された画素に印加される場合に
V(選択)=Vs+Vd=20Vとなり、このとき液晶
に最大電圧が印加されることになる。Vs=14V、V
d=6Vとすると、V(非選択)=Vs−Vd=8Vと
なる。
【0014】そしてこの場合、液晶に印加される電圧V
LCをVth(=2.5V)以下にするためには強誘電体の
容量CFEは、VLC=V(選択)×CFE/(CLC+CFE
からCFE≦4.18/1013(F)にしなくてはならな
い。V(選択)=Vs−Vd=8Vで液晶に印加される
電圧VLCを2Vにする場合は、CFE=0.53/1012
(F)となる。この強誘電体の容量値を満足させるため
には強誘電体の面積1×m(SFE)は、CFE=εO×ε
FE×SFE/dFEより、SFE=1×m=4.78/1010
2であり、22μm×22μm程度の面積にすればよ
い。さらに強誘電体に印加される電圧は8−2=6Vで
あり、電界は6V/0.4μm=1.5×107V/m
であり、抗電界Ecと一致し、その画素の1フィールド
前が選択された状態であると、残留電荷はゼロに戻り、
希望どおり非選択画素となる。
【0015】ここで、図5に示すように、パルスVsの
立ち上がり完了のタイミングt1がパルスVdの立ち上
がり完了のタイミングt2より早い、あるいはパルスV
sの立ち下がり開始のタイミングt3が、パルスVdの
立ち下がり開始のタイミングt4より遅いと、一時的に
Vs=14Vが非選択画素に印加され、液晶には、14
V×CFE/(CLC+CFE)=3.5V、強誘電体には1
4−3.5=10.5Vそれぞれ印加される。液晶の反
転速度は遅いため、3.5Vであっても反転は起らない
が、強誘電体の分極速度は、液晶の反転速度に比べ極め
て早いため、かりにVth以上において、液晶が反転し
ない程度の印加時間でも、強誘電体は分極をし、残留電
荷を発生する。強誘電体に10.5V印加されると、電
界は10.5V/0.4μm=2.65×107V/m
であり、抗電界以上となり、図4のヒステリスループに
従い、残留電荷が発生し、その結果電圧が残留され、V
s−Vd=8Vが印加されても残留電圧はなくならず、
クロストークの原因となる。
【0016】これに対して図6に示すように、パルスV
dの立ち上がり完了のタイミングt5をパルスVsの立
ち上がり完了タイミングt6より早め、かつパルスVd
の立ち下がり開始タイミングt7を、パルスVsの立ち
下がり開始タイミングt8より遅くすることにより、非
印字画素には必ず、Vs−Vdの電圧が印加され、この
ような問題は発生しない。一方、V(選択)=Vs+V
d=20Vで液晶に印加される電圧VLCは2V、強誘
電体に印加される電圧VFEは15Vとなり、V(選択)
=Vs+Vd=20Vを切った後に液晶に印加される残
留電圧は、Vrem=SFE×Pr/(CLC+CFE)よ
り、4.5V程度となる。この値は液晶材料の電気光学
的特性で光透過率90%のときの実効電圧値3.0Vを
十分満足させるものである。
【0017】
【発明の効果】このように本発明によれば、非印字液晶
に印加される最大電圧を、電気光学的特性でVth以下
になるようにすることでクロストークの無い、鮮明で高
コントラストの画像表示が可能な液晶ディスプレイが実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施する強誘電体を用いた液晶ディ
スプレイの断面構造を説明する図。
【図2】 本発明を実施する強誘電体を用いた液晶ディ
スプレイの下側基板の上面図を説明する図。
【図3】 本発明を実施する強誘電体を用いた液晶ディ
スプレイの等価回路を説明する図。
【図4】 本発明の一実施例の強誘電体のP−Eヒステ
リシス特性を説明する図。
【図5】 従来型の強誘電体を用いた液晶ディスプレイ
のな駆動方法を説明する図。
【図6】 本発明の強誘電体を用いた液晶ディスプレイ
のな駆動方法を説明する図。
【図7】 薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイ
の断面構造を説明する図。
【図8】 従来の強誘電体を用いた液晶ディスプレイの
断面構造を説明する図。
【図9】 図8の強誘電体を用いた液晶ディスプレイの
下側基板の上面図を説明する図。
【図10】 図8の強誘電体を用いた液晶ディスプレイ
の等価回路を説明する図。
【図11】 図8の強誘電体を用いた液晶ディスプレイ
の駆動方法を説明する図。
【図12】 液晶に印加される実効電圧と透過率の関係
を示す電気光学的特性を説明する図。
【符号の説明】
51 ガラス基板、 52 電極、 53 強誘電体
膜、 54 画素電極、55 ガラス基板、 56 電
極、 57 液晶、 58 強誘電体膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新津 岳洋 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極および強誘電体膜が形成された第一
    の絶縁基板と、前記第一の基板上に形成された電極に直
    交するような電極が形成された第二の絶縁基板との間に
    液晶材料が配設され、前記強誘電体膜と前記液晶材料が
    直列に接続される構造を有する液晶ディスプレイにおい
    て、前記直交するそれぞれの電極のうち、一方の電極に
    印加されるパルスのタイミングを、それに直交する他方
    の電極に印加されるパルスのタイミングに対して、その
    立ち上がりにおいて、前記直交する他方の電極に印加さ
    れるパルスより遅らせ、立ち下がりにおいて、前記直交
    する他方の電極に印加されるパルスより早めることによ
    り選択画素の強誘電体膜の分極を制御することを特徴と
    する液晶ディスプレイの駆動方法。
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