JPH09265112A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置

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JPH09265112A
JPH09265112A JP7446796A JP7446796A JPH09265112A JP H09265112 A JPH09265112 A JP H09265112A JP 7446796 A JP7446796 A JP 7446796A JP 7446796 A JP7446796 A JP 7446796A JP H09265112 A JPH09265112 A JP H09265112A
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Hiroyuki Osada
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用
いたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、高
コントラストが得られ、「ステップ応答」の見られない
高速応答・広視野角の液晶表示装置の提供することを目
的とする。 【解決手段】一方の基板に液晶駆動系および複数の走査
線を有する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され
た液晶層とを具備し、前記液晶駆動系は、情報書込用能
動素子と、特定の走査線の選択中に同時に他の少なくと
も１本の走査線のリセット動作を行うリセット用能動素
子とを備えていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電性液晶や反
強誘電性液晶を用いたアクティブマトリクス型液晶表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の第１の課題は以下に示すもので
ある。スイッチング素子として例えばＴＦＴ（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表示装
置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）において、ＴＮ（ツイステッドネ
マチック）液晶よりも早い応答速度および広い視野角を
実現するため、液晶材料として強誘電性液晶や反強誘電
性液晶を用いる方式がいくつか検討されている。
【０００３】強誘電性液晶や反強誘電性液晶のような自
発分極を有する液晶（より一般的には、カイラルスメク
ティックＣ相あるいはその副次相の液晶）をＴＦＴで駆
動すると、液晶の応答時間が書込み時間より大きい場合
に、反電場により保持電圧が低下する現象が起こること
が知られている（Hartmann:J.Appl.Phys.66,1132(198
9)）。この保持電圧の低下は、いわゆる書込み不足であ
り、実効印加電圧の低下をもたらし、コントラスト比を
低下させるので、実用上大きな問題となる。
【０００４】また、もう一つの問題として、あるフレー
ムを境に信号電圧の絶対値が変化した場合に、「ステッ
プ応答」、すなわち数フレームにわたって明暗を繰り返
しながら定常の透過光量に落ち着くという現象が発生す
る（Verhulst et al.:IDRC'94 digest,377(1994)）こと
も知られている。
【０００５】低電圧駆動や常温よりもやや低い温度での
駆動において充分高速で、応答時間が書込み時間より短
い液晶材料を用いれば上記問題は解決するが、現状では
その条件を満たす液晶材料は存在しない。今後も特に低
温域での高速化の実現は疑問視されている。また、液晶
表示装置は、さらに大画面化・高精細化が求められてく
るが、それには必然的に１水平期間の短縮が伴う。した
がって、液晶材料の改善のみでこの問題を解決するのは
困難である。
【０００６】「ステップ応答」の解決策としては、書込
み直前に０Ｖを書き込むリセット動作をする方法が知ら
れている。この方法としては、ＴＦＴまたはＴＦＤ（薄
膜ダイオード）を用いた方法等が発表されているが、こ
れらの方法は書き込み時間の一部をリセット動作に充て
ている。このため、「ステップ応答」は解決するが、ラ
イン数を減らさない限り、実質的な書き込み時間は短く
なる。このため、コントラストは充分に向上しない。
【０００７】また、高精細化で書き込み時間が短くなっ
た場合に、書き込み時間がリセット動作のためにさらに
短くなることから、書き込み不足が深刻になってくる。
ＴＦＤを用いれば、他のラインの書き込み中にリセット
動作を行うことも可能であるが、ＴＦＤでは表示素子全
体の素子特性のバラツキが抑えにくいという問題があ
り、実用化には不適当である。このように、従来の液晶
材料やリセット方法では、反電場によるコントラスト低
下および「ステップ応答」を解決することができない。
【０００８】本発明の第２の課題は以下に示すものであ
る。近年、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、大
画面化が進み、２１インチサイズが開発されているに至
っている。大画面化に有効な方式として、広視野角で高
速応答可能な強誘電性液晶や反強誘電液晶を用いたディ
スプレイが提案されている。しかしながら、図８（Ａ）
に示すアレイ構成を有する液晶表示装置において、アク
ティブマトリクス駆動を行う場合、１水平期間内で高速
に応答しないと、液晶分子が動くことによりセル内部で
発生する反転電流により蓄積された電荷が相殺されてし
まい、図８（Ｂ）に示すように、電圧が低下するという
問題が生じる（J.Appl.Phys.66(3),1 August 1989 ）。
これは、２値で表示し、メモリ性を持つ強誘電性液晶
（ＳＳＦＬＣ：Surface Stabilized Ferroelectric Liq
uid Crystal ）の場合、透過率が変化してしまうので非
常に問題になる。このように、従来の液晶表示装置で
は、１走査時間内に応答が終了しないような応答性の不
充分な強誘電性液晶を用いると、輝度が変化してしまう
という問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用いたアクティブ
マトリクス型液晶表示装置において、高コントラストが
得られ、「ステップ応答」の見られない高速応答・広視
野角の液晶表示装置の提供することである。また、本発
明の第２の目的は、応答性の不充分な強誘電性液晶を用
いても、輝度の変化が少ない液晶表示装置を提供するこ
とである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
一方の基板に液晶駆動系および複数の走査線を有する一
対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを
具備し、前記液晶駆動系は、情報書込用能動素子と、特
定の走査線の選択中に同時に他の少なくとも１本の走査
線のリセット動作を行うリセット用能動素子とを１画素
中に備えていることを特徴とするアクティブマトリクス
型液晶表示装置を提供する。
【００１１】第１の発明において、前記液晶層がカイラ
ルスメクティックＣ相あるいはその副次相の液晶を含有
する場合に特に大きな効果を発揮する。本発明の第２の
発明は、一方の基板に複数の画素を有する一対の基板
と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを具備し、
少なくとも隣接する画素同士が交流的に結合しているこ
とを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置を
提供する。第２の発明において、隣接している画素が容
量結合していることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して具体的に説明する。本発明の第１の発明
は、特定の走査線（ライン）の選択中に同時に他の少な
くとも１本の走査線のリセット動作を行うことを特徴と
する。すなわち、１本の走査線を選択したときに、選択
ラインの書き込みと、次に選択されるラインのリセット
を同時に行うことを特徴とする。
【００１３】第１の発明において、特定のラインの選択
中（情報書込時間中）に同時に次以降に選択されるライ
ンのリセット動作を行うことにより、書込時間をリセッ
ト時間に充てることなく充分に確保することができると
共に、ライン数を減らすことなく維持することができ
る。これにより、リセット動作と、それに続く充分な書
込時間の確保により、コントラストを向上させることが
でき、「ステップ応答」の問題も解消する。その結果、
液晶表示装置の高精細化が可能となる。
【００１４】第１の発明においては、液晶材料としてカ
イラルスメクティックＣ相あるいはその副次相の液晶
（例えば、強誘電性液晶、反強誘電性液晶）を用いる場
合に大きな効果が得られる。これは、液晶の持つ自発分
極の反転に伴う反転電流が抑えられるからである。ただ
し、他の表示方式の液晶表示素子にも適用することが可
能である。ここで、カイラルスメクティックＣ相の副次
相とは、強誘電相（Ｓｃ* ）、反強誘電相（ＳｃA
* ）、フェリ誘電相（Ｓｃγ* ）、その他の相（Ｓｃα
* 、Ｓｃβ* 、ＦＩH 、ＦＩL 、ＡＦ、ＳｃI * 等）を
意味する。
【００１５】第１の発明において、リセット動作とは、
０Ｖあるいは０Ｖに近い信号が書き込まれることを意味
する。このリセット動作の方法としては、次以降に選択
されるラインに信号線により０Ｖを書き込む方法、次以
降に選択されるラインの全画素電極間を短絡させてコモ
ン電位に落とす方法、次以降に選択されるラインの全画
素電極とＣｓ線とを短絡させる方法等が挙げられる。
【００１６】第１の発明に対応するアレイ構成として
は、図１および図３に示すような構成が挙げられる。図
１は画素電極間をＣｓ線を介して短絡する機構を有する
アレイ構成を示す概略図であり、図２は図１に示すアレ
イ構成の回路図である。また、図３は画素電極間を直接
短絡する機構を有するアレイ構成を示す概略図であり、
図４は図３に示すアレイ構成の回路図である。
【００１７】第１に、画素電極間をＣｓ線を介して短絡
する機構を有するアレイ構成は、図２に示すように、信
号線１および走査線９で構成されるマトリクス電極と画
素電極５との間に書込用ＴＦＴ素子３が接続されてお
り、画素電極５とＣｓ線４との間で補助容量（Ｃｓ）７
が形成されている。また、先に選択される走査線２、Ｃ
ｓ線４、および書込用ＴＦＴ素子３には、リセット用Ｔ
ＦＴ素子６が接続されている。また、リセット用ＴＦＴ
素子６は、セル端部ではコモン電位に接続されている。
なお、この場合には、最初に選択される最端部のライン
の外側にリセット用ＴＦＴ素子専用の走査線が１本余計
に必要である。この構成によれば、リセット用ＴＦＴ素
子６をスイッチングすることにより、画素電極間をＣｓ
線４を介して短絡させることができる。
【００１８】第２に、画素電極間を直接短絡する機構を
有するアレイ構成は、図４に示すように、信号線１およ
び走査線９で構成されるマトリクス電極と画素電極５と
の間に書込用ＴＦＴ素子３が接続されており、画素電極
５とＣｓ線４との間で補助容量（Ｃｓ）７が形成されて
いる。また、先に選択される走査線２にリセット用ＴＦ
Ｔ素子６が接続されており、リセット用ＴＦＴ素子６の
画素電極間短絡線８と書込用ＴＦＴ素子３とが接続され
ている。これにより、画素電極５とリセット用ＴＦＴ素
子６が画素電極間短絡線８を介して交互に直列に接続さ
れる。また、リセット用ＴＦＴ素子６は、セル端部では
コモン電位に接続されている。なお、この場合にも、最
初に選択される最端部のラインの外側にリセット用ＴＦ
Ｔ素子専用の走査線が１本余計に必要である。この構成
によれば、リセット用ＴＦＴ素子６をスイッチングする
ことにより、画素電極間を直接短絡させることができ
る。
【００１９】第１の発明においては、隣接する信号線の
信号の極性を反対にする列反転、いわゆるＶline反転駆
動を行うことが好ましい。Ｖline反転駆動を行うことに
より、印加電圧−光透過率特性が正負電圧で完全に対称
でない場合でもフリッカを防止することができる。ま
た、Ｖline反転駆動において、次以降に選択されるライ
ンの全画素電極間を短絡させることにより、リセット動
作を電源と独立させて行うことができる。これにより、
電源によってリセット電圧を書き込むリセット方法に比
べて、消費電力を低減することができる。
【００２０】第１の発明において、能動素子としては、
ＴＦＴ素子、ＴＦＤ素子、ＭＩＭ素子等を用いることが
できる。ＴＦＴ素子を用いることにより、素子特性の変
化等を制御する機構を用いることなく、信頼性、表示均
一性の高い液晶表示装置を実現することができる。
【００２１】本発明の第２の発明は、少なくとも隣接す
る画素同士が交流的に結合していることを特徴とする。
ここで、画素同士が交流的に結合しているとは、直流成
分は通さず、交流成分を通す状態を意味する。このよう
に、少なくとも隣接する画素同士が交流的に結合するこ
とにより、画素が保持状態に入った後で変化が発生する
ことを隣接画素により補償することができる。
【００２２】第２の発明においては、容量結合した隣接
画素が逆極性で駆動されることが好ましい。これによ
り、隣接画素の画像信号に相関が高いときに、反転電流
が補償され、また、相関がないときであっても、少なく
とも逆極性の電流が流れるために、通常に駆動する方法
に比べて、反転電流による画素電位の現象が小さくな
り、駆動電圧を低減することができる。
【００２３】第２の発明においては、液晶材料としてカ
イラルスメクティックＣ相あるいはその副次相を用いる
ことが好ましい。これは、反転電流が強誘電液晶特有の
問題であるからである。ただし、通常のＴＮに本発明を
用いた場合でもリーク電流を補償できる等の利点があ
る。
【００２４】第１および第２の発明において、基板とし
ては、ガラス基板、プラスチック基板、樹脂フィルム等
を用いることができ、配向膜、電極、スペーサ、シール
材等の材料としては通常液晶表示装置に用いられている
ものを用いることができる。
【００２５】次に、本発明の効果を明確にするために行
った実施例について説明する。以下の実施例１〜３およ
び比較例１〜４は本発明の第１の発明に関するものであ
る。 （実施例１）図１に示すアレイ構成を有する液晶表示装
置を作製した。このとき、液晶材料として、自発分極１
５０ｎＣ／ｃｍ2 、応答時間１００μｓ、飽和電圧５Ｖ
の無閾値型反強誘電性液晶Ａ（Fukuda:Asia Display,95
digest:61(1995)）を用い、能動素子としてはＴＦＴを
用い、ＴＦＴの駆動系としては最大印加電圧±６Ｖ、１
ラインの選択時間６４μｓのＶＧＡのものを用いた。
【００２６】この液晶表示装置について、前ラインの選
択時と同時にリセット動作を含む駆動を行った。なお、
リセット電圧はコモン電圧とした。その結果、コントラ
スト比３０：１が得られ、ステップ応答による残像は認
められなかった。 （実施例２）図３に示すアレイ構成を有する液晶表示装
置を作製した。なお、液晶材料、能動素子、および駆動
系は実施例１と同様とした。
【００２７】この液晶表示装置について、前ラインの選
択時と同時にリセット動作および隣接する信号線の信号
の極性を反対にする列反転（Ｖline反転）を含む駆動を
行った。その結果、コントラスト比は２８：１が得ら
れ、ステップ応答による残像は認められなかった。
【００２８】この場合、オン抵抗約１ＭΩのＴＦＴ素子
が直列接続となるため、リセットするライン全体の抵抗
は大きく、最端部の画素の短絡線からリセット電圧を書
き込むことはできない。しかしながら、列反転駆動によ
って隣接画素の極性を逆にしておくことにより、隣接画
素間の電荷のキャンセルすることによってリセット効果
が発揮される。これは、実施例１に比較して不完全なリ
セット動作ではあるが、実用上充分なリセット効果であ
る。また、外部から電荷の書き込みが実質行われないた
め、消費電力を低減する効果もある。 （比較例１）１画素につき１つのＴＦＴを備えた従来の
アレイ構成を有する液晶表示装置を作製した。なお、液
晶材料、能動素子、および駆動系は実施例１と同様とし
た。
【００２９】この液晶表示装置について、リセット動作
を行わない通常の駆動を行った。その結果、コントラス
ト比は１０：１と低く、ステップ応答による残像が認め
られた。 （比較例２）１画素につき１つのＴＦＴを備えた従来の
アレイ構成を有する液晶表示装置を作製した。なお、液
晶材料、能動素子、および駆動系は実施例１と同様とし
た。
【００３０】この液晶表示装置について、１ラインの選
択時間の前半をリセット動作に充てる駆動を行った。そ
の結果、ステップ応答による残像は解消されたが、コン
トラスト比は２０：１程度しか得られなかった。 （実施例３）図１に示すアレイ構成を有する液晶表示装
置を作製した。このとき、液晶材料として、自発分極１
５０ｎＣ／ｃｍ2 、応答時間１００μｓ、飽和電圧５Ｖ
の歪らせん型強誘電性液晶（ＤＨＦ液晶）Ｂを用い、能
動素子としてはＴＦＴを用い、ＴＦＴの駆動系としては
最大印加電圧±６Ｖ、１ラインの選択時間６４μｓのＶ
ＧＡのものを用いた。なお、ＤＨＦ液晶は、印加電圧−
光透過率曲線が０Ｖを中心に非対称となる点で上記無閾
値型反強誘電液晶Ａと異なる。
【００３１】この液晶表示装置について、前ラインの選
択時と同時にリセット動作および隣接する信号線の信号
の極性を反対にする列反転（Ｖline反転）を含む駆動を
行った。その結果、コントラスト比は３０：１が得ら
れ、ステップ応答による残像やフリッカは認められなか
った。 （比較例３）図１に示すアレイ構成を有する液晶表示装
置を作製した。なお、液晶材料、能動素子、および駆動
系は実施例３と同様とした。
【００３２】この液晶表示装置について、前ラインの選
択時と同時にリセット動作含み、列反転（Ｖline反転）
を行わない駆動を行った。その結果、コントラスト比は
３０：１が得られ、ステップ応答による残像は認められ
なかったが、フリッカが発生した。また、消費電力が約
２０％増加した。 （比較例４）能動素子としてＴＦＤ素子を用いること以
外は実施例１と同様にして図１に示すアレイ構成を有す
る液晶表示装置を作製した。
【００３３】この液晶表示装置について、前ラインの選
択時と同時にリセット動作含む駆動を行った。その結
果、コントラスト比は３０：１が得られ、ステップ応答
による残像は認められなかったが、素子特性のバラツキ
により不均一な表示になった。
【００３４】以下の実施例４は本発明の第２の発明に関
するものである。 （実施例４）この実施例では、フリッカレス駆動法とし
て、信号線反転やドット反転を用いて隣接する画素同士
を逆極性で駆動する場合について説明する。
【００３５】図５（Ａ）は本発明の第２の発明の液晶表
示装置におけるアレイ構成を示す概略図である。このア
レイ構成においては、隣接する画素同士が容量Ｃｃを通
して結合している。すなわち、逆極性で駆動されている
画素同士が交流的に結合していることになるため、反転
電流は隣接する画素同士で逆方向に流れ、図５（Ｂ）に
示すように、電荷として補償される。その結果、画素電
圧は低下しない。ただし、隣接する画素信号がまったく
同じ場合は電荷が補償されるが、異なる場合には信号が
異なる分、補償されずに残る部分が存在する。しかしな
がら、まったく異なる信号、例えば白と黒である場合で
も、逆の極性であることに変わりはないので、逆に補償
されることはない。したがって、図５（Ａ）に示す構成
の方が良い特性になる。
【００３６】図６は本発明の第２の発明の液晶表示装置
におけるアレイ構成の他の例を示す概略図である。この
アレイ構成は、図において上下方向に極性が反転してい
る場合であり、ライン反転（コモン反転）やドット反転
の場合である。
【００３７】この場合、時間的には、１水平期間におい
て正極性と負極性で異なる駆動タイミングになるが、補
償する画素同士を、この間に液晶分子の変化量が少なく
なるように、充分短い間隔で駆動するようにすれば問題
はない。
【００３８】図７も本発明の第２の発明の液晶表示装置
におけるアレイ構成の他の例を示す概略図である。この
アレイ構成は、ドット反転のように斜めの信号が逆極性
である場合である。この場合の特性も上記と同じであ
る。本発明は上記実施形態に限定されず、種々変形して
実施することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の発明
は、液晶駆動系が、情報書込用能動素子と、特定の走査
線の選択中に同時に他の少なくとも１本の走査線のリセ
ット動作を行うリセット用能動素子とを備えているの
で、「ステップ応答」が解消され、より低電圧で高コン
トラストが得られ、またフリッカが防止され、消費電力
を低減できる。
【００４０】本発明の第２の発明は、少なくとも隣接す
る画素同士が交流的に結合しているので、強誘電性液晶
等のアクティブマトリクス駆動したときに反転電流を補
償するのに充分な電荷を供給することができ、駆動電圧
の低減や、応答特性等による反転電流の温度特性による
劣化を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の発明の液晶表示装置において、
画素電極間をＣｓ線を介して短絡する機構を有するアレ
イ構成を示す概略図。
【図２】本発明の第１の発明の液晶表示装置において、
画素電極間をＣｓ線を介して短絡する機構の回路図。
【図３】本発明の第１の発明の液晶表示装置において、
画素電極間を直接短絡する機構を有するアレイ構成を示
す概略図。
【図４】本発明の第１の発明の液晶表示装置において、
画素電極間を直接短絡する機構の回路図。
【図５】（Ａ）は本発明の第２の発明の液晶表示装置に
おけるアレイ構成を示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）に示す
液晶表示装置の電圧状態を示す図。
【図６】本発明の第２の発明の液晶表示装置におけるア
レイ構成を示す概略図。
【図７】本発明の第２の発明の液晶表示装置におけるア
レイ構成を示す概略図。
【図８】（Ａ）は従来の液晶表示装置におけるアレイ構
成を示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）に示す液晶表示装置の
電圧状態を示す図。
【符号の説明】
１…信号線、２…走査線、３…書込用ＴＦＴ素子、４…
Ｃｓ線、５…ＩＴＯ画素電極、６…リセット用ＴＦＴ素
子、７…補助容量（Ｃｓ）、８…画素電極間短絡線、９
…走査線２の次に選択される走査線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 洋之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 鈴木 公平 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 秋山 政彦 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の基板に液晶駆動系および複数の走
    査線を有する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持さ
    れた液晶層とを具備し、前記液晶駆動系は、情報書込用
    能動素子と、特定の走査線の選択中に同時に他の少なく
    とも１本の走査線のリセット動作を行うリセット用能動
    素子とを備えていることを特徴とするアクティブマトリ
    クス型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記液晶層は、カイラルスメクティック
    Ｃ相あるいはその副次相の液晶を含有する請求項１記載
    のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 一方の基板に複数の画素を有する一対の
    基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを具備
    し、少なくとも隣接する画素同士が交流的に結合してい
    ることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】 隣接している画素が容量結合している請
    求項３記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
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