JPS59107327A - 液晶表示式受像装置の駆動方式 - Google Patents

液晶表示式受像装置の駆動方式

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JPS59107327A
JPS59107327A JP21800182A JP21800182A JPS59107327A JP S59107327 A JPS59107327 A JP S59107327A JP 21800182 A JP21800182 A JP 21800182A JP 21800182 A JP21800182 A JP 21800182A JP S59107327 A JPS59107327 A JP S59107327A
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liquid crystal
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scanning
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JP21800182A
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Shiyuuji Maezawa
前沢 修「じ」
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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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】 本発明は、液晶表示式受像装置の構成と、その表示装置
の駆動方法に関する。ここでいう受像装置は、テレビジ
ョンのビデオ信号あるいはコンピューター類のビデオ信
号等の映像信号を入力し、画像として表示する装置を意
味する。もちろん、映像検波以前の回路を含むチューナ
一部分と、音声出力装置を組合せて、テレビジョンを構
成することも可能であるし、コンピューターに画像モニ
ターとして組込むことも可能なものである。
従来、こういった分野のものはテレビモニターとかモニ
ターディスプレイと呼ばれており、表示装置はCRTが
主流であった。CRTは明るく鮮明な表示が可能である
反面、重い、大きい、高電圧を使用する。電力消費が多
い、目が疲れる。といった欠点を有している。CRTに
対抗する表示装置として液晶表示装置が、その技術的進
歩とあいまって脚光をあびてきている。液晶表示装置は
CRTに比べ、軽い、薄型、低電圧、低電力、受光型の
ため目が疲れない、といった長所がある。
しかしながら一般に液晶表示装置は、画素数が多くなる
と多数の駆動電極を必要とし、マルチプレックス駆動を
行なってもその多重度(チューティ比の逆数)は限界が
あり、高々60度程度である。
小型のテレビ受像機としても走査線数は240前後、あ
るいは120前後を必要とするので、そのままのマルチ
プレックス駆動は技術的に困難である。さらに映像とし
ては黒白の中間調を表現しなければならないので、その
制御で困硫性が増す°。
これらの困難を回避するために、アクティブマトリクス
表示装置やいわゆる多重マ) IJクス方式が考えられ
た。アクティブマトリクス表示装置はさらに分類してT
PT型とンリコン基板型かある。
TFT型は透明な基板上にポリシリコンやアモルファス
シリコンを形成し、そこにスイッチングトランジスタを
配置するが、高度なIC技術を必要とし、多数の画素を
欠陥なく製造するのは鍵かしく、完成しても価格の高い
ものとなっている。ンリコン基板型はやや製造は容易と
なるが、不透明であるため、ツィスティッド・ネマティ
ック(TN)型が採用できずに、液晶はGH型やDSM
型を使用し、良いコントラストが得られない。またアク
ティブマトリクス表示装置は大型表示装置とはなり得な
いのも欠点である。いわゆる多重マトリクス方式は、実
質的に走査電極の数を1/2あるいは1/4とし、その
代りに信号電極の数を2倍、4倍とする方式である。信
号電極数が極端に増えて駆動回路に負担が生じるのみな
らず、2ないし4走査線分を同時に選択するために、画
像情報を相当分格納する必要があり、AD変換やメモリ
ー回路も付加しなければならない。結果的に技術的困難
と価格上昇を招く。
本発明は従来の受像装置の欠点をすべて解消するもので
ある。本発明の目的は、非線型素子を有する液晶表示装
置を主構成要素とし、簡便なる駆動回路により映像を表
示する構成と方法を提供するものである。
まず、液晶表示装置の構成について述べる。
液晶表示装置の表示型式としては、ダイナミック・スキ
ャンタリング・モード(DSM)やゲスト・ホスト(G
−H)型や、ツィスティッド・ネマティック(TN)型
があるが、消費電力が低く、コントラストの良いものと
してはTN型が優れている。そのため液晶表示装置と単
に呼ぶ場合はTN型を指し、主流製品となっている。T
N型(他の型式でも同様であるが)にとっての欠点とし
て、多重度の多いマルチプレックス駆動が困難になるこ
とである。その特性上の原因は、電圧対コントラストの
特性上のしきい値電圧と飽和電圧の差が大きく、だらだ
らと立上っていく性質にある。
マルチプレックス駆動のONとOFFの実効W正値の差
は、デユーティ比が小さくなると、小さくなり、充分な
コントラス・マージンがとれなくなる。この困難を解決
する手段として、非線型素子を少なくとも一方の画素電
極側に配置する液晶表示装置が考えられる。
本発明でいう非線型素子とは、ノクリスタ素子。
金属−絶縁体−金属(以下MIMと略)素子、ダイオー
ド素子、放電管素子などを指し、低電圧領域で高抵抗、
高電圧領域で低抵抗となる非線型特性を有するものであ
る。非線型素子を各画素毎に配置することにより、マル
チプレックス駆動の多重度を極端に増やすことが可能と
なる。本発明の実施例として、非m′型素子として、M
工M素子を採用した構造を示す。
第1図はM工M素子を用いた液晶表示装置の構造を示し
ており、11は上偏光板、12は上基板、16は上基板
透明電極、14は液晶層、15は表面酸化処理された金
属電極、16は画素透明電極、17は金属電極15の表
面と画素透明電極16を結合する結合金属電極、18は
下基板、19は下偏光板である。M工M素子は表面酸化
された金属電極15と結合金属電極17の接合部分に形
成されている。金属電極15の材料としてはタンタル、
また結合金属電極17の材料としては金およびニクロム
が用いられることが多い。
第2図は、M工M素子を用いた液晶表示装置を正面から
見た図であり、図中の番号は第1図のものと対応してい
る。図では、上基板透明電極13を走査71f、極とし
、金属電極15と画素透明電極16を信号電極としてい
るが、組構の関係を逆として走査電極と信号電極とを交
換してもよく、上下の関係を逆にしても同等である。
第6図は1画素す1.Cわち1走査電極と1信号電極の
交差する部分の等価回路図である。非線型素子の等価容
量(CM)21、等価抵抗(’ RM )22、液晶層
の容量(cr、)2s、抵抗(Rh )24、それに画
素に到るまでの配線抵抗(Rk)25から構成される。
このうちRyは非線型であり、印加電圧により変化する
第4図は、実施例の液晶表示装置の電極と画素の配置の
模式図である。XI+X2+・・・Xi@’+ + 、
X?+−1,Xnは信号電極であり、nはその総数であ
り、iは任意番号である。Yl、Y2Y 。
+  3+・・・、Ym−j、Y’mは走査電極であり
、mはその総数であり、jは任意番号である。
PII I P211 ”°*、Pi3.h°−、Pn
−1,rn、Pn、rnは各画素であり総数はn”tn
となる。
第5図の(σ)は、従来例の回路構成であって走査電極
信号に関係する部分である。入力信号の例としてテレビ
のビデオ信号を採用している。ビデオ信号VIDは周知
の同期分離回路41に入力され、回路41は水平同期信
号H3Pと垂直同期信号VSPとを出力する。信号H3
Pは多段77トレジスター46のクロック信号として利
用される。このシフトレジスターの第1段の出力でリセ
ットされ、信号vspで、セットされる信号SOQは、
多段ソフトレジスター43のデータ・入力となる。
多段シフトレジスターの各出方は各走査電極Y1〜Yr
nに対応する選択電位期間を定めることになる。この従
来例では、第2段目以降の出力は、デュアルアナログス
イッチ群44の各コントロール信号となる。コントロー
ル信号がonの時Get 非選択電位信号NELが、1
”の時は選択電位信号SELがアナログスイッチの出力
、すなわち走査電極信号となる。
フリップフロップ46は信号■sPの反転信号をクロッ
ク信号として、これを分周して交流信号AO3を出力す
る。信号Acsはデュアル・アナログスイッチ47.4
8のコントロール信号であり、第1フイールドの非選択
電位VMと第2フイールドの非選択電位VNを切換えて
、非選択電位信号を出力する。V−5V電圧平均化法相
当で、電圧幅を20Vとすれば、各電位は、■に=Q■
、 V T) = 20 V 、 V y = 4 V
 、 V N = 16 V稈度となる。通常のテレビ
の走査方式では、フィールド周波数は60Hzで、第1
フイールドで2625本を走査し、飛越し走査をし、第
2フイールドで2625本を走査し、2フイールドで1
フレームとしている。この従来例では1走査期間と1選
択期間は同等であり、走査Nai数は260本以下で上
下端の走査は使用されないので、240本程度が必要と
なる。また、2走査期間を1選択期間としてもよく、そ
の場合は120本程度の走査電極数となる。
第5図の(b)には、主要な信号の波形を示した。
信号vsp〜信号AC8は制御系の2値の信号であり、
走査電極信号YI+YjはVE、VD。
Vy、Vuをとる4値の信号である。
第6図は、従来例の回路構成の信号電極信号に関係する
部分である。発振回路51は周知のものであり、8MH
2〜12MHz程度の周波数をもつ。分周回路52は2
段がら4段の分周を行ない、2MHz〜/、MHzのク
ロック信号pspを出力する。これはまた、走査系のク
ロック信号H3Qの反転信号でリセットされる。この信
号でセットされ、多段ソフトレジスター56の第一段の
出力でリセットされる信号は、多段ソフトレジスター5
3のデータ入力となる。信号pspはそのクロック信号
となり、一定間隔で順次にソフトレジスター53の出力
をI nとする。各出力は個別にアナログスイッチ54
のコントロール信号となりその出力はそれぞれ信号1!
極信号X、〜xnとなる。アナログスイッチ54の入力
信号は交流ビデオ信号AVOであり、X1〜X?lには
順次に短時間に信号AVOが印加されることになる。
第6図左下部に信号ATOの形成の回路が示されている
。この信号の特徴は、電位VDとv8の間で負極性のビ
デオ信号があり、電位VFとVEの間で正極性のビデオ
信号があって、これを交流信号AO3で切換るものであ
る。ここで電位yeとVyは選択画素を完全にOFFと
する電位であり、前例でいえばV B =12 V 、
 V y = 8 V程度となる。ビデオ信号■よりは
コンデンサーを介してトランジスター61のベース入力
となり、これはエミッタフォロア型により、そのまま電
流増幅となる。この出力は可変抵抗により適当に規格化
され次の入力となる。このときベース入力のバイアス電
位を適当に設定することにより、ビデオ信号に含まれる
帰線消却期間の同期パルスを押えて画像情報を主に取り
出すことにする。トランジスタ62の構成はエミッタ接
地型であり、逆転し、VDと■8の間に増幅された信号
がコレクターに出力される。さらにこれをエミッタ7オ
ロア型のトランジスタ63により電流増幅し、負極性の
ビデオ信号とする。一方、ビデオ信号Vよりはコンデン
サ〜を介してトランジスタ64に入力される。
これはエミッタ接地型であり、コレクタ出方は逆転した
ものである。これは負帰還を充分がけたものにしておき
、増幅率は1以下であるが、コレクタ抵抗を可変にして
適当に規格化する。なお、ベース入力のバイアス電圧の
設定により、同期パルスを押えておく。次に、トランジ
スタ65によりさらに逆転し、正極性に戻し、vyとV
ffiの間に増幅された信号をコレクターに出方する。
これをエミッタフォロア型のトランジスタ66により電
流増幅し、正極性のビデオ信号とする。こうして得られ
た2系統のビデオ信号をデュアルアナログスインチロ7
に入力し、交流信号AO3で走査系信号と同期して切換
え、交流ビデオ信号AVOを出力し、アナログスイッチ
群54の入力とする。
交流ビデオ信号AVOの形成については、通常のトラン
ジスタ構成としたが、直線性や帯域特性を向上させるた
めに、OPアンプ構成とするのもよい方法である。信号
電極信号は本発明の実施例でも従来例を採用する。
従来例の構成は述べたので明らかな様に、この表示装置
は非線型素子は有するが、ラッチ回路を有するアクティ
ブマトリクスではなく、さらにAD変換等を利用t2て
画像情報をメモリーシ、通常の電圧平均化法により26
0分の1デー−ティ比の駆動を行なうものでもない。ア
クティブマトリクスでないのにもかかわらず、情報をメ
モリーせずに直接に映像を書込み表示する全く新規の方
法であり装置である。この方法が可能であることを、次
に動作原理として説明する。もちろん、実験的にすでに
充分確認されている。
第7図は総合して、動作原理を説明する図である。原理
であるので、任意の1画素にらいて説明し、また交流動
作の前半と後半は極性の変化であり同等の動作なので交
流の考慮は特にしない。第7図(α)は、これから相当
する画像情報を書込もうとしている画素の等価回路であ
る。CMは非線型素子の容量、RMはその抵抗、QLは
液晶層の容量、Bcはその抵抗、Rkは配線抵抗、Eは
画像出力電位、VLは液晶層に印加される電圧である。
書込みのクロック信号PSPの周波数が3MHzであれ
ば、書込み時間(+wT)は3 X 10−7秒程度と
なる。図でのスイッチの閉じる時間である。
初期には(:!M、OLには電荷がなかったとして過度
現象を解くと次の様になる。ただし、Rk<″〈RM 
、 RLとして近似した。
各定数のオーダーを調べると、CMは1O−3F。
RMはON時には106〜109Ω、OLは1O−12
F、Rt、は109Ω、Rkは104Ω以下である。τ
Aは10−9秒以下で、τBは10″′6秒以上となる
。t = W ’Tでは第1項は残り、第2項はほとん
ど0である。すなわち次の通りである。
OL−1−(jM アナログスイッチはOFFとなっても出力端子と電極間
に電荷は蓄えられている。これは通常の0MO8型のも
ので5pF程度の容量である。書込み時間以後の画素に
対する書込みはこれによって行なわれる。この等価回路
を第7図(b)に示す。
この場合は(、)に比べ、長い時間を問題とするのでR
kは無視した。該当画素における残りの選択走査時間を
STとする。書込み時間以後の過渡現象を解くと次の様
になる。t=aでVL=KCM/(Cb+(+u)とし
、適当に近似する。
τBは前と同じ τc == Ok (RL+RM ) τCは10−3以上であり、また非選択画素への電荷の
移動はほどんどないので、走査期間満了時の状態は次の
通りである。
Cy / (OL +C! M )は01以下であり、
RII/(RI、 + RM )は初期にはほとんど1
に近い。したがってV’Lは時間とともに、RI、 /
 (RL+RM)に近ずきながら増大する。しかし、R
MはE −VLが減少すると増加し、RL / (Rh
 + p M )は減少し、バランスのとれた値に定ま
る。これをαとする。すなわちVLの最大値はαEとな
る。一方、τBは10−6秒から10−4秒まで遅くな
ってゆく。
通常のビデオ信号の1走査期間(1H)は6.35x 
i o−5秒であり、τBのオーダーと近い。左端の画
素については1Hがほぼ走査時間となる。
右端の画素については0.2 Hの走査時間が残され0
、8 H分は1本前の選択画素情報が混じるが、通常の
画像では実用上の問題は生じない。こうして次の非選択
書込みまでIc V L =αEとなる。
第7図(c)はすぐ次の非選択時の書込み時の等価回路
である。この場合にはRMは101°Ω以上であり、他
の定数に比べ無限大として扱い、図中も省略した。K)
lは非選択時の書込み電位である。
1=0で、VL−αE 、VM:(1−α)Eとして過
渡現象を解くと次の様になる。
t=WTでは第2項のみ残る。非選択の書込み時間以後
は、この第2項をもってVLの式としてよい。なぜなら
、(ikの電荷はCMfi:通してのみ流れ必むが、a
yはCkよりかなり小さく、はとんど無視できる。その
次の非選択時の書込みとその後は同様の考察より次の通
りとなる。
ただし、E N7は新しい書込み電位である。近似的に
はENについては相殺されてしまう。結局穴ざっばな式
としては次の通りである。tは画素に対する選択書込み
時から計るものとする。E N (c)はその都度の非
選択の書込み電位であり、RM (E)値は選択時に落
着いた値である。
τBが1フイ一ルド周期の1/10程度であり、RMは
RLと同程度で、(IMがCLよりかなり小さければ、
充分のコントラストを得ると同時に、非選択の影響を押
えることができる。
ところが、以上の説明で見落されていた近傍画素の情報
漏れが存在することが判明した。非選択の電位信号NI
Lの設定は、従来例ではE’の平均が0となる様にする
のがよいとされている。しかし、直前に選択され書き込
まれたところの現非選択画素については、液晶層に電荷
が蓄えられ電位が変動し、バイアス電位として余分に印
加されてしまう。充分に放電された非選択画素に比較し
、M 工M素子に高めの逆電圧が印加され、RMが低く
なり、選択画素の情報がこの非選択画素に書込まれてし
まう。表示装置を駆動した状態で見ると画面の下の映像
が」ニへ尾を引く現象となる。260本走査構成で20
本〜40本に渡って生しることが観測された。さらに具
体的に電圧値を用いて説明する。書込み電圧が20V〜
12Vてあり、2゜■が真黒、12Vが真白であるとし
、非選択走査のバイアスが16Vとすれば、非選択画素
には±4vの電圧か印加される。ところが直前に選択さ
れていて真墨の画となっていた場合には、液晶層に流入
した電荷により9v程度の電工が液晶層に流入した電荷
により9v程度の電圧が液晶N lて生じている。この
時に選択画素が真白であると、非選択画素には一4■が
印加され、結果として直前の画素のM工M素子には一1
3vの電圧が印加されることになり、MIMは半導通状
態となって液晶層から放電され、真黒であるべき画素が
白っぽく変化してしまうのである。
本発明はこの欠点を改善するものである。従来例で説明
した走査電極信号を改良する。すなわち走査電極に印加
する駆動信号は、選択期間は選択電位を取り、非選択期
間は選択期間の前後で異なり、選択期間の直後の一定時
間は電位を定めず開状態とし、他の非選択期間は非選択
電位を取ることとする。
第8図(α)K本発明にかかわる実施例の走査電極信号
に関する回路構成を示す。ビデオ信号VIDは同期分離
回路81に入力さ机、水平同期信号Hspと垂直同期信
号VSPを出力する。信号H3Pは2系統の多段ソフト
レジスター82.83のクロック信号として入力される
。ソフトレジスター82の第1段の出力QYoでリセッ
トされ、信号vSPで信号SCQは、ソフトレジスター
82のデータ入力となる。またソフトレジスター86(
1)第21段の出力の逆信号−RY 20でリセットさ
れ、信号vspでセットされる信号の逆信号SCTは、
ソフトレジスター83のデータ人力となる。
ソフトレジスター82の各出力は各走査電極のY。
〜Y、に対応する選択電位期間を定め、アナログスイッ
チ84を通じて、選択電位信号SELが各走査電極に出
力される。
フリップ70ノブ86は信号■sPの反転信号をクロッ
ク信号として、これを分周して交流信号A(jSを出方
する。信号AOSはテユアルアナログスイッヂ87.8
8のコントロール信号であり、第1フイールドの選択電
位Vnと第2フイールドの選択電位vgを切換えて、選
択電位信号SELをアナログスイッチ87は出力し、非
選択電位信号NFLをアナログスイッチ88は出方する
ソフトレジスター85の各出力RY、〜RY77+は、
各走査電極に対応する非選択期間を定めるが、選択期間
直後の20Hの時間は各出力とも” o″′′トナリの
期間を除き、アナログスイッチ85を通じて、非選択電
位信号NELが各走査電h!に出力される。結局、走査
N極信号は選択期間の直後の20Hの時間は開状態とな
り、その電位は同一走査線上の画素の電位差の平均によ
って定まる。
こうすることにより、画像の書込まれた直後の画素のM
IM素子に印加される電位差は平均的に自動的に低く設
定される。一定後、放電のけば終了する頃に、通常の非
選択電位に戻る。
20Hの時間は一例であり、M工M表示素子の特性によ
り適当に設計する必要がある。この結果として、先に説
明したところの映像が上へ尾を引く現象を、消滅または
抑圧することができる。
第8図(b)には、第8図(a)にががゎる主要な信号
の波形を示した。信号VSP−RY1Bは制御系の2値
の信号であり、走査電極信号Y1 、YjはVEとVD
の間で変化するアナログ信号となっている。
こうして、従来方式に比べてさらに鮮明な脂像が液晶表
示装置に表示できる。また、回路構成の付加も比較的簡
便なもので効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はM工M素子を用いた液晶表示装置の構造を示す
。11・・・上偏光板、12・・上基板13・・・上基
板透明電極  14・・・液晶層15・・・表面酸化処
理された金属電極16・°画素透明電極   17・・
結合金属電極185.下基板      19・・下偏
光板第2図は」二記液晶表示装置の正面図である。 第6図は1画素の等411i回路図である。 21・・非線型素子の容M 22・・その抵抗23−・
液晶層の容量   24・・・その抵抗25・・・配線
抵抗 第4図は本発明実施例の液晶表示装置の電極と画素の配
置の模式図である。 XI+・・・、xn・・・信号電極 YI、・・・、y?y+・・・走査電極PI+、・・、
Pη空・・画素 第5図(Q) l (I+)は従来例の走査正極信号に
関する回路構成及びその波形図を示す。 第6図は実施例および従来例の信号電極信号に関する回
路構成を示す。 第7図(a) 、 (b) 、 (c)は動作原理を説
明する図である。 第8図(a)は実施例の走査電極信号に関する回路構成
を示し、(b)はその主要な信号波形図である。 /ぢ 第1図 第2図 第3図 Xt     X2  −−−−   X乙−−−一、
¥?l−t    ×′nに 第4図 (a) (C) 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 映像信号を入力し駆動信号を形成する駆動回路と
    、ツィスティッド・ネマティック型液晶表示装置と、両
    者を結線する部材より構成される液晶表示式受像装置に
    おいて、前記液晶表示装置の液晶をはさむ一方の基板に
    は走査線方向に平行な形状の多数の走査電極を有し、他
    方の基板には走査線方向に垂直な形状の多数の信号電極
    を有し、これらの交差する部分を画素とし、各画素には
    非線型素子を配置し、前記走査電極に印加する駆動信号
    は、選択期間は選択電位を取り、非選択期間であって選
    択期間の直後の一定時間は電位を定めず開状態とし、他
    の非選択期間は非選択電位を取ることとし、前記信号電
    極に印加する駆動信号は、1走査期間を適当なりロック
    源九より分割し、その分割期間毎に映像情報を相応する
    各信号電極に印加するものとすることを特徴とする液晶
    表示式受像装置の駆動方式。
JP21800182A 1982-12-13 1982-12-13 液晶表示式受像装置の駆動方式 Pending JPS59107327A (ja)

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