JPH0980384A - ２端子型非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形抵抗素子の電圧−電流特性の変化を均
一化して焼付きを解消する。 【解決手段】 走査電極とともに複数の画素を形成する
マトリクス配列の画素電極が信号電極に２端子型非線形
抵抗素子を介して接続されて、走査電極と信号電極間に
各画素ごとに走査電極−液晶層−画素電極−２端子型非
線形抵抗素子−信号電極の直列回路が形成され液晶表示
素子駆動において、走査電極の走査選択期間が、直列回
路に正または負の電圧が印加される第１の期間と、第１
の期間とは逆極性の電圧が印加される第２の期間とに分
割され、信号電極の電圧を制御調整して、ＯＮを指定す
る電圧波形には、第１の期間に直列回路に印加される電
圧（Vb−ΔVb）が、第２の期間に直列回路に印加される
電圧Vaよりも小さくする信号電圧波形となるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２端子型非線形抵抗素子
をスイッチング素子に用いた液晶表示装置、とくに液晶
表示素子の駆動に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力
の特長を活かしてパーソナルＯＡ機器やＴＶなどのディ
スプレイに利用されているが、さらに大容量表示や高品
位表示が低廉に実現されることが望まれている。

【０００３】こうした液晶表示装置としてネマティック
液晶を用いたＴＮ（Twisted Nematic ）型やＳＴＮ（Su
per Twisted Nematic ）型の表示装置があるが、ＴＮ型
は大容量表示を得るためにスイッチング素子を必要と
し、一方ＳＴＮ型は液晶自身の電気光学特性におけるし
きい値特性の急峻性を利用できるので、シンプルマトリ
クス方式の大容量表示が可能である。しかし、表示部分
（ＯＮ、オン画素）と非表示部分（ＯＦＦ、オフ画素）
のコントラスト比の点では、２００本程度の走査電極を
有する場合でも不十分になり、さらに走査電極が４００
本以上の大規模、大容量のマトリクス表示を行う場合に
は、コントラスト比の低下が致命的であった。また、応
答速度も１００msec乃至３００msecと遅く、コンピュー
タの端末ディスプレイなどの高度な利用に適さなかっ
た。

【０００４】これを改善する方法として、マトリクス配
列の個々の画素を直接にスイッチ駆動するアクティブマ
トリクス方式があり、そのスイッチング素子として薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）や２端子型非線形抵抗素子（Ｍ
ＩＭ）が用いられる。２端子の場合は３端子のＴＦＴに
比べて構造が簡単であり製造が容易であるために、装置
のコスト低下が可能であるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】２端子型液晶表示装置
では、電圧−電流特性のスイッチング特性を利用するの
で、高いコントラスト比が得られる。しかし、選択期間
（水平走査期間）という短い期間に書き込みを行うので
非線形抵抗素子の特性が僅かでも変化すると、液晶を制
御する電圧が変化しその透過率に反映されてしまうとい
う不都合がある。これは非線形抵抗素子の電圧−電流特
性がＯＮ（オン）表示をしていた画素とＯＦＦ（オフ）
表示をしていた画素とで異なるためと考えられる。非線
形抵抗素子の電圧−電流特性が微妙に異なる結果、輝度
差が生じ、焼付きとして観察されるという問題がある。
２端子型非線形抵抗素子をスイッチして信号電極にＯＮ
電圧を印加する前に、反対極性の電圧で非線形抵抗素子
に逆方向電流を流し、前フレーム期間の状態をクリアす
る技術が提案されているが、調整が微妙であるという問
題がある。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、非線形抵抗素子の電圧−電流特性の変化（ドリフ
ト）を均一化し、焼付きが解消された液晶表示装置を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素を
形成する表示領域に列設され前記領域のライン方向に延
在する複数の走査電極と、前記走査電極に交差する方向
に延在する複数の信号電極と、前記信号電極に画素ごと
に接続された２端子型非線形抵抗素子と、前記２端子型
非線形抵抗素子に接続され画素ごとに配置された画素電
極と、前記走査電極と画素電極間に挟持された液晶層と
を有する液晶表示素子と；前記走査電極に、走査選択期
間と走査非選択期間とからなる１走査期間において前記
走査選択期間に走査選択電圧を印加し前記走査非選択期
間に走査非選択電圧を印加する走査電極駆動回路と；前
記信号電極に、前記走査選択期間に同期して信号電圧を
印加する信号電極駆動回路とを具備する２端子型非線形
抵抗素子を用いた液晶表示装置において、前記液晶表示
素子の前記走査電極と前記信号電極間に各画素ごとに走
査電極−液晶層−画素電極−２端子型非線形抵抗素子−
信号電極の直列回路が形成され、前記走査選択期間を前
記走査選択電圧が前記直列回路の前記走査電極側から前
記信号電極側に正または負の電圧が印加される第１の期
間と、前記第１の期間とは逆極性の電圧が印加される第
２の期間とに分割する手段と、前記信号電圧は、ＯＮ
（オン）を指定する電圧波形には前記第１の期間に前記
直列回路に印加される電圧が、前記第２の期間に前記直
列回路に印加される電圧よりも小さくする信号電圧波形
とし、またはＯＦＦ（オフ）を指定する電圧波形には前
記第１の期間に前記直列回路に印加される電圧が、前記
第２の期間に前記直列回路に印加される電圧より大きく
する信号電圧波形とする手段と、を具備してなる２端子
型非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置にある。

【０００８】さらにＯＮを指定する信号電圧波形は、第
１の期間において直列回路に印加される電圧が、ＯＦＦ
を指定するときに第２の期間において前記直列回路に印
加される電圧よりも絶対値で小さい信号電圧波形である
ことを特徴とする２端子型非線形抵抗素子を用いた液晶
表示装置にある。

【０００９】さらに、ＯＦＦを指定する信号電圧波形
は、第１の期間において直列回路に印加される電圧が、
ＯＮを指定するときに第２の期間において前記直列回路
に印加される電圧よりも絶対値で大きい信号電圧波形で
あることを特徴とする２端子型非線形抵抗素子を用いた
液晶表示装置にある。

【００１０】さらに、走査非選択電圧は、前記１走査期
間周期で交流化する手段を有することが望ましい。

【００１１】

【作用】本発明は１走査期間を走査選択期間と走査非選
択期間に２分して駆動する場合に、走査選択期間を第１
の期間とこれに続く第２の期間で構成し、走査選択期間
に走査電極から信号電極側に印加する走査選択電圧は第
１の期間と第２の期間で正負逆の電圧を印加する。

【００１２】液晶表示素子は、走査電極と信号電極との
間の、各画素ごとに走査電極−液晶層−画素電極−２端
子型非線形抵抗素子−信号電極の直列回路を等価回路的
に形成するので、走査電極に印加する走査電圧と、信号
電極に印加する信号電圧の大きさと極性により、直列回
路に印加される電圧波形の大きさと極性が制御される。

【００１３】信号電圧は表示内容によって走査選択期間
に同期して変化する電圧であり、本発明は、ＯＮを指定
する電圧波形に対しては第１の期間に直列回路に印加さ
れる電圧が、第２の期間に直列回路に印加される電圧よ
りも小さくする信号電圧波形にする。

【００１４】図３において、VaはＯＮの電圧波形、Vbは
ＯＦＦの電圧波形を示しており、（ａ）、（ｂ）はＯＮ
を指定する電圧波形を、（ｃ）、（ｄ）はＯＦＦを指定
する電圧波形を説明するものである。これらの波形は｜
信号電圧−走査電圧｜で得られる。ここで（ａ）（ｄ）
が本発明に係わる波形である。

【００１５】第１の期間と第２の期間で逆極性の電圧波
形を印加する場合、ＯＮを指定する電圧波形は、通常
（ｃ）に示すように、第１の期間がVb、第２の期間がVa
となるが、本発明では（ａ）に示すように第１の期間を
（Vb−ΔVb）とΔVbだけ僅かにVbよりも小さくする。

【００１６】さらに、ＯＦＦを指定する電圧波形は、通
常（ｃ）のように第１の期間がVa、第２の期間がVbとな
るが、本発明では（ｄ）に示すように第１の期間を（Va
＋ΔVa）とΔVaでけ僅かにＶａよりも大きくする。

【００１７】図３（ｂ）や（ｃ）に示すように選択期間
中に画素に印加される電圧をＯＮ画素とＯＦＦ画素とで
逆極性電圧波形でバランスさせても、ＭＩＭ素子内のス
トレスがＯＮとＯＦＦで微妙に異なる。このため、この
ストレスを除去するためにはＭＩＭ素子に流れる電流を
ＯＮとＯＦＦの場合で近付けることが有効であることが
わかった。

【００１８】そこで、本発明は（ａ）（ｄ）に示すよう
に、選択期間前半の第１の期間のパルスを調整可能にし
て、ＭＩＭ素子など２端子型非線形抵抗素子に流れる正
逆の電流差の低減化をはかるものである。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の一実施例を示すもので、２
端子型非線形抵抗素子を用いたスーパーツイスト方式の
液晶表示素子１０に走査電極駆動部２０、信号電極駆動
部３０、制御部４０、駆動電圧発生回路５０が接続され
ている。

【００２０】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように
液晶表示素子１０は２枚のガラス基板１１、１２のそれ
ぞれの対向する面に、酸化インジウム錫からなる透明導
電体の細条を一定間隔で多数平行に配列した電極群（電
極線）Ｘi 、Ｙj を形成しており、電極の延長方向を相
互に直交してマトリクスを形成するように基板を組み合
わせ、その間に液晶層１３を封入したものである。表示
領域の画面のライン方向、図示では水平方向に延在する
電極群が走査電極群Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 、Ｙj 、ＹJ+1 、
…、Ｙ320 、垂直方向に延長する電極群が信号電極群Ｘ
1 、Ｘ2 、Ｘ3、Ｘi 、Ｘi+1 、…、Ｘ480 で、その各
交点Ｘi Ｙj 近傍の電極群が囲む領域の一方の基板の面
に画素電極Ｐijを配置し、画素電極に隣接して配置され
たＭＩＭ素子Ｄijを介して信号電極Ｘi に接続されてい
る。この領域が画面の１画素を形成する。

【００２１】表示素子は各画素すなわちドット数が４８
０×３２０ドットであり、走査電極群の電極本数は３２
０本、信号電極群の電極本数は４８０本であり、各電極
は個々に給電端を走査電極駆動部２０または信号電極駆
動部３０に接続される。

【００２２】表示素子１０パネルはセル厚約７μｍで、
ラビング配向処理を施したポリイミド配向層を備え、液
晶素子内で液晶分子が２４０°ねじれた構成をもってい
る。液晶材料はメルク社製ZLI-2293を用いた。

【００２３】図１に示すように、制御部４０はパルス幅
変調の中間表示法の駆動波形を得るもので、走査電極駆
動手段２０と信号電極駆動手段３０を構成しているシフ
トレジスタ、ラッチ回路、極性反転回路などを動作さ
せ、走査電極駆動部２０の走査電極ドライバーＩＣから
は一定の周期で走査電極を駆動する走査電圧パルスを発
生させ、信号電極駆動部３０の信号電極ライバーＩＣか
らは、信号電極を駆動する表示入力信号にしたがった信
号電圧パルスを出力させる。

【００２４】各ドライバーＩＣはＴＡＢ方式で液晶表示
素子に接続されている。デューティ比１／３２０、バイ
アス比１／９、フレーム周波数７０Ｈｚで駆動した。

【００２５】駆動電圧発生回路５０は走査電圧の選択電
位、非選択電位および信号電圧のＯＮ、ＯＦＦ電位をそ
れぞれ発生させる電源である。

【００２６】駆動電圧発生回路５０は電源電圧Vcc （＝
V0）を分圧してV0、V1、V2、V3、V4、V5の各電位を供給
するために、複数の分圧抵抗５１1 乃至５１5 を有して
おり、各抵抗の接続点および可変抵抗接点から所定の電
位の電圧を取り出す。

【００２７】これらの電圧のうち、V0、V0´、V2、V2
´、V3、V3´、V5、V5´は信号電圧制御回路５２を通し
て信号電極駆動部３０の駆動用電圧入力端子へ、またV
0、V1、V4、V5は走査電圧制御回路５６を通して走査電
極駆動部２０の駆動用電圧入力端子へそれぞれ供給され
る。すなわち、信号電圧制御回路５２はタイミング発生
回路４１によって制御されるアナログのスイッチ部５３
とそれぞれの電位のバッファ５４からなる。スイッチ部
５３でスイッチングされた信号は、バッファ５４を通し
て出力Vx0,Vx2,Vx3,Vx5 となる。スイッチ部５３によっ
て、信号電圧の選択電位（ＯＮ電位）V0(V5)と走査電圧
の非選択電位V1(V4)の間、信号電圧の非選択電位（ＯＦ
Ｆ電位）V2(V3)と走査電圧の非選択電位V1(V4)の間を切
り替えるように構成される。

【００２８】また、走査電圧制御回路５６はタイミング
発生回路４１によって制御されるアナログのスイッチ部
５７と各電位のバッファ５８からなり、スイッチ部５７
によって、走査電圧の選択電位V0、V5と非選択電位V1、
V4の間を切り替えるように構成される。切り替えられた
信号は、バッファ５８を通り出力Vy0,Vy1,Vy4,Vy5 とな
る。

【００２９】スイッチ部４１と信号電極駆動部の出力波
形の切り替えは、制御部４０から出力された１走査電極
分の時間を決定するラッチ信号LPと、表示データDATAを
転送するパルスであるクロックSCP とでつくられるスイ
ッチ制御信号Ｓにより行われる。このスイッチ制御信号
Ｓのデューティ比による。タイミングで信号電極駆動部
３０と走査電極駆動部２０に電位が供給され制御され
る。

【００３０】この場合、図５に示すように１ラインの走
査期間は第１の期間と第２の機かオンとに２分割され、
スイッチ制御信号Ｓにより、第１の期間と第２の期間で
極性反転を生じるように制御される。

【００３１】信号電極駆動部３０では制御部４０からの
信号を受けて、スイッチ部５３を通して出力電位をVx0,
Vx2,Vx3,Vx5 のなかから一つ選択設定する。入力された
データが選択データならば、選択電位（ＯＮ電位）Vx5
（極性反転時には電圧Vx0 ）、非選択データならば非選
択電位（ＯＦＦ電位）Vx3 （極性反転時には電圧Vx2）
を選択し、各信号電極に出力する。このようにして図４
に示すような信号電極駆動波形を得た。すなわち図４は
液晶表示素子に印加する駆動波形であり、実線は走査電
圧印加波形、点線は信号電圧印加波形であり、液晶表示
素子はこの差の波形すなわち駆動波形により駆動され
る。図３は、フレーム反転駆動方式による駆動を示して
おり、ｎフレームと（ｎ＋１）フレームとで波形は極性
反転している。ここに（ａ）は画素がＯＮ表示の場合、
（ｂ）は画素がＯＦＦ表示の場合である。

【００３２】図３は本実施例の駆動波形であり、この波
形は表示素子すなわち、画素単位の個々のＭＩＭ素子と
液晶層のつくる直列回路に印加する波形を表し、図４の
ような電圧差により得られる。

【００３３】本実施例において駆動波形は走査電位の選
択期間において第１の期間と第２の期間との２区間に分
割される。そしてＯＮ表示の第１の期間の電圧がＯＦＦ
表示の第２の期間の電圧に比べて｜ΔVb｜小さいのが特
徴である。

【００３４】この駆動波形を得るには駆動電圧発生回路
５０の電圧分割用の抵抗を可変抵抗５１1 、５１2 、５
１4 、５１5 とし、この可変抵抗により電圧調整されて
出力された電圧V0´、V2´、V3´、V5´はスイッチ部５
３によってV0、V2、V3、V5と切り換えられ、第１の期間
のみに信号電極駆動部２０に供給される。タイミングパ
ルス発生回路４１の信号によってスイッチ部５３は電圧
V0´、V2´、V3´、V5´を選択し、この選択された電圧
が信号電極駆動部２０に供給される。

【００３５】第１の期間のＯＮを指定する信号電圧と、
V2を可変抵抗５１2 、５１4 の抵抗値Ｒ1 を調整するこ
とでV2X ＝V2−ΔVb まで下げてVb−ΔVbの電圧が走査
選択期間の第１の期間のみに印加される。このようにし
て図１（ａ）の駆動波形が得られる。

【００３６】例えばVaは Ｖ、Vbは Ｖ、ΔVbは Ｖ
である。

【００３７】以上の動作により２端子素子型液晶表示装
置を駆動したところ、どのような表示パターンにおいて
も焼付きの発生が抑えられた。

【００３８】（実施例２）実施例１において、第１の期
間のＯＦＦを指定する信号電圧とV0とを、可変抵抗５１
2 、５１4 の抵抗値Ｒ１を調整するこによってV0X ＝V0
＋ΔVaまで上げ、Va＋ΔVaの電圧が操作選択期間の第
１の期間のみに印加されるようにした。図３（ｄ）にこ
のようにして作成した駆動波形を示す。

【００３９】さらに本実施例においては、駆動波形の走
査非選択期間は、１走査の周期で交流化される駆動とし
ており、ＭＩＭ素子に流れる正逆のリーク電流量のバラ
ンス化を行っている。

【００４０】このようにして、画素数４８０×３２０ド
ットの２端子素子型液晶表示装置を１／３２０デューテ
ィ、１／９バイアス、フレーム数７０Ｈｚで駆動し、そ
の表示品位を目視にて検証した。

【００４１】まず、白地の画面に縦３２ドット×横３２
ドットの黒いブロック表示を縦横５×７個、表示させ、
これを１時間点灯させ、その後中間調ラスタ表示にして
画面の均一性を観察した。画面ブロック表示からラスタ
表示に切り替えた瞬間から数秒の内に均一な中間調ラス
タ表示になった。そしてどのような表示パターンに切り
替えても焼き付きの発生はなかった。

【００４２】なお、上記実施例では、ＯＮ指定の電圧波
形かＯＦＦ指定の電圧波形のいずれかに、第１の期間の
電圧を電圧調整した例を示しているが、本発明において
は、前記両実施例を組合わせて駆動しても良好な効果が
得られることはいうまでもない。

【００４３】さらに、本発明は上記実施例で述べたＳＴ
Ｎ型のほか、ＴＮ型などにも適用することができること
はいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、すべての画素の２端子型非線
形抵抗素子に流れる電流がどのような表示をした場合で
も、ほぼ等しくなる。非線形抵抗素子に流れる電流は、
第１の期間、または第２の期間の信号電圧で調整される
ので、電圧電流特性ドリフト量の製造上の変動は、電圧
調整によって補償することができる。そのため、ある２
画素において、ことなる表示を長時間連続表示した場合
でも、それぞれの画素電極に接続された非線形抵抗阻止
の電流−電圧特性のドリフトを均一化することができ焼
付きの発生が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図。

【図２】本発明の一実施例の液晶表示素子を示すもの
で、（ａ）は平面略図、（ｂ）は回路図、（ｃ）は断面
略図。

【図３】本発明の作用および実施例の駆動波形を示すも
ので、（ａ）は本発明の一実施例の波形図、（ｂ）は
（ａ）に対比する従来の波形図、（ｃ）は（ｄ）に対応
する従来の波形図、（ｄ）は本発明の他の実施例の波形
図。

【図４】本発明の一実施例の電圧波形を示す図。

【図５】本発明の一実施例の選択期間を説明する波形
図。

【符号の説明】

１０：表示素子 Ｙj ：走査電極 Ｘi ：信号電極 Ｐij：画素電極 Ｄij：２端子型非線形抵抗素子 １３：液晶層 ２０：走査電極駆動部 ３０：信号電極駆動部 ４０：制御部 ４１：タイミング発生回路 ５０：駆動電圧発生回路 ５１1 乃至５１5 ：分圧抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 健志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 三宅 和志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素を形成する表示領域に列設さ
   れ前記領域のライン方向に延在する複数の走査電極と、
   前記走査電極に交差する方向に延在する複数の信号電極
   と、前記信号電極に画素ごとに接続された２端子型非線
   形抵抗素子と、前記２端子型非線形抵抗素子に接続され
   画素ごとに配置された画素電極と、前記走査電極と画素
   電極間に挟持された液晶層とを有する液晶表示素子と；
   前記走査電極に、走査選択期間と走査非選択期間とから
   なる１走査期間において前記走査選択期間に走査選択電
   圧を印加し前記走査非選択期間に走査非選択電圧を印加
   する走査電極駆動回路と；前記信号電極に、前記走査選
   択期間に同期して信号電圧を印加する信号電極駆動回路
   とを具備する２端子型非線形抵抗素子を用いた液晶表示
   装置において、 前記液晶表示素子の前記走査電極と前記信号電極間に各
   画素ごとに走査電極−液晶層−画素電極−２端子型非線
   形抵抗素子−信号電極の直列回路が形成され、 前記走査選択期間を前記走査選択電圧が前記直列回路の
   前記走査電極側から前記信号電極側に正または負の電圧
   が印加される第１の期間と、前記第１の期間とは逆極性
   の電圧が印加される第２の期間とに分割する手段と；前
   記信号電圧は、ＯＮを指定する電圧波形には前記第１の
   期間に前記直列回路に印加される電圧が、前記第２の期
   間に前記直列回路に印加される電圧よりも小さくする信
   号電圧波形とし、またはＯＦＦを指定する電圧波形には
   前記第１の期間に前記直列回路に印加される電圧が、前
   記第２の期間に前記直列回路に印加される電圧より大き
   くする信号電圧波形とする手段と；を具備してなる２端
   子型非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置。
2. 【請求項２】 ＯＮを指定する信号電圧波形は、第１の
   期間において直列回路に印加される電圧が、ＯＦＦを指
   定するときに第２の期間において前記直列回路に印加さ
   れる電圧よりも絶対値で小さい信号電圧波形であること
   を特徴とする請求項１に記載の２端子型非線形抵抗素子
   を用いた液晶表示装置。
3. 【請求項３】 ＯＦＦを指定する信号電圧波形は、第１
   の期間において直列回路に印加される電圧が、ＯＮを指
   定するときに第２の期間において前記直列回路に印加さ
   れる電圧よりも絶対値で大きい信号電圧波形であること
   を特徴とする請求項１に記載の２端子型非線形抵抗素子
   を用いた液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記走査非選択電圧は、前記１走査期間
   周期で交流化する手段具備することを特徴とする請求項
   １、２または３に記載の２端子型非線形抵抗素子を用い
   た液晶表示装置。