JPS59121391A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 本発明は多画素をマトリクス的に配置した液晶表示パネ
ルを時分割駆動する方式に関するものである。

液晶表示パネルは、電力消費が少ないという特徴を生か
して、携帯時計の表示及び各種言１測器の表示装置等に
最近多用されようとしている。府、テに近年は一電子回
路の集積回路技術の発展と共に、単なる数字表示だけで
なく、英文字・カナ文字・漢字のみならず図形表示能力
を持ち、高級な情報機器の表示装置となる液晶のドツト
グラフィックパネルが広く採用されようとしている。

表示装置と電子機器の間の情報の授受は、通常時分割で
行なわれ、少ない通信線路を有効に生がして行なわれる
。もしも一液晶の駆動と情報の授受の速度を独立に設定
できる場合は、伝送された情報を−たん電子的な記憶回
路に保存し、改めて、液晶駆動に適した速度で読み出し
て液晶を１駆動する構成が可能である。しかしこの方法
では液晶駆動回路機構の内に画像メモリ回路を用意する
事が必要となる。通常の放送電波やＣＡ　Ｔ　Ｖシステ
ノ・で送信されるテレビ画像情報の伝送速度は、１秒間
に６０枚である。この程度のゆっくりした画像情報の伝
送速度であると、液晶パネルは直接に時分割駆動できる
。又、通常の趣味用・学習用の安価な家庭用端末機器に
於ては、ビデオ検波出力信号の接続により放送用テレビ
を表示装置として利用可能にしてあり、１本の同軸コー
ドで、誰にでも簡単に接続できて便利である。この様な
コンポジットビデオ信号を用いたインタフェースを液晶
グラフインクパネルに適用できれば低電力薄形の液晶表
示パネルでＣＹじＩ゛を置換されるが、従来は駆動のた
めに、各画面に対応する大容量の高価な画像メモリ回路
を必要とし、このための価格上昇が液晶表示パネル実用
化の障害となっていた。

本発明は一上記の如き液晶表示／Ｓネルのより効果的な
休止位相付駆動方式を提示するものであり、多桁のマト
リクス駆動をコントラストの低下なく実現化し、かつビ
デオメモリ回路の節約を可能な液晶表示装置を提供する
のを目的とするものである。以下、図面に基づき、本発
明の詳細な説明する。

第１図Ａは、従来技術による液晶７トリクス型表示素子
を表示面側から見た場合の電極配置例を示す平面図、第
１図１３は、第１図への断面図である。第２図は、マト
リクス型液晶表示素子の指定された］画素の駆動電圧波
形例を示す。第２図のＡはセグメント駆動回路の出力電
圧波形、第２図のＢは該表示素子に印加される点灯状態
の駆動波形、第２図のＣは非点灯波形である。ツイステ
ノドネマチインク型の液晶表示素子の電気光学的応答特
性は主として素子に印加される実効電圧で定められる。

電気分解作用を避けるため、液晶の駆動は交流駆動で行
なわれる。更に、通常のツイステンドネマチノク型液晶
表示素子は、印加電圧に対して第３図に示す様な閾値及
び飽和特性を備えている。

従って、階調表示を行なうには、■、と■２との間の電
圧を１３．〜Ｂ２の階調に対応して、画素素子に印加し
なければならない。

第１図Ａにおいて、１０２は下側ガラス、１１１〜１１
４はその表面上に形成された透明な駆動電極である。こ
の部分は光学的な透明性が必要とされるので、酸化錫（
Ｓｎ２０．）や酸化インジウム（”２０３）の如き透明
で導電性のある金属酸化物、或はポリアセチレン（−Ｃ
Ｈ）　、、ポリチアジル（−５Ｎ）、の如き高分子皮膜
が適している。導電性を良好にするために、電極線の」
二又は下に併行してクロムやアルミニウム金属の如く良
導電体の数μｍの細線を連続線状もしくは複数平行断続
線状に形成する構造が好適である。

１０４ば」二側ガラスで、下側ガラスに対向する表面」
二に同じ様に透明な電極が形成される。１２１〜１２７
は、透明なセグメント電極である。第１図Ｂにおいて１
０６−１０８はＳｎＯ２−ＰＩＱ・ＰＩＸ等の透明絶縁
膜で、液晶材料と駆動電極との直接接触を防ぎ一駆動時
の直流成分印加を防ぐ。又、駆動電極面の平坦化を実現
できる。

１０７・１０９は液晶配向膜面で、ソイステンドネマチ
ック型液晶表示素子では液晶分子が膜面に平行にかつ一
方向的に配向させられる。液晶配向膜面１０７と１０９
とは例えば配向の向きが各々駆動電極１１１とセグメン
ト電極１２１に平行する様な直交関係になっている。複
屈折利用のパネルでは垂直配向と平行配向等、配向の向
きの組合せは種々ある。１２０は液晶、１６１と１６２
は直交関係にある直線偏光板、１６４は白色反射板であ
る。液晶は、ガラス板１０２上で、駆動ｉ１Σ極１１１
〜１１４に平行の向きに配向し、ガラス板１０４上でセ
グメント電極１２１〜１２７に平行の向きに配向する。

第２図は典型的な液晶駆動波形の例を示すものである。

第１図に示す如き表示素子において、例えば上面電極で
あるセグメント電極１２１と下面電極である駆動電極１
１１とにはさまれた液晶表示画素に注目すると、上面電
極電位とＦ面電極電位との差電圧が液晶に印加される。

第１図において、タイミング用電極である駆動電極１１
１〜１１４には一定の時間函数の波形の電位を与え、セ
グメント電極１２１〜１２７には、各タイミング電極で
ある駆動電極１１１〜１１４に対応したタイミングの表
示情報に対応した波形で時分割的にセグメント駆動電圧
を印加する。駆動電極１１１とセグメント電極１２１と
にはさまれた画素の液晶には第２図の如き電圧が印加さ
れ、ｔ−０〜１１のタイミングでセグメント電極１２１
には一駆動電極１１１上の液晶を駆動すべき電圧が印加
される。１＝１．〜２ｔ、のタイミングでは、駆動電極
１１２上の液晶を駆動すべき電圧が、セグメント電極１
２１に印加されるが、前記の画素には、振Ｉｆ］　Ｖの
非選択クロストーク電圧が交流バイアス的に印加される
。従って、６桁マトリクスにおける液晶駆動電圧を算出
すると、タイミングパルスの波高値１に対してセグメン
トパルスの波高値をａとして、 の如くなる。桁数ｎが増すと、Ｖ　ＯＮと■。Ｆ２の値
は近づく。第３図の■１を■。Ｆ２電圧と一致させ、ｖ
２をＶ。Ｎ電圧に一致させるためにはａの値を調整する
が−ｎが犬になるとａの調整でまかなえなくなる。α＝
Ｊ　（０＋　１　）　／　（ＪＴ−１）の場合に、■ｏ
Ｎと■。ＰＦの値は最大となる。桁数ｎが大になりαが
１に近づくと、Ｖｏ□Ｑ値は■１より大に−ＶｏＰ　Ｆ
の値はＶ２より小となってコントラストが低下する。ｎ
−３２〜６４程度で、ｖｏＮ／ｖｏ、ＦりＶ２／”Ｉ　
　となる。従って、６４桁以上の７トリクス駆動はコン
トラスト低下のために固相（となる。

７１１クス配置された画素からなる液晶表示素子の画素
の縦横の数を増す方法の１つに、多重マｊ・リクス駆動
方式がある。これは、タイミング信号の数を増やさずに
、同一タイミング信号に対してセグメント電極線の数を
増してｍ倍とし一増加すべき画素電極の場所を電気回路
上の変更なしに縦横に再配置して、見掛上の画素マトリ
クスの桁数を増す事により行なっている。

第４図は２桁４Ｍマトリクス構成の電極配置例を示ず平
面図である。４００は表示素子の外形を示し、４０１及
び４０２は駆動電極、４１１〜４１４はセグメント電極
線である。４２１〜４２４は画素電極を示す。この表示
素子は外見上８行×５列の７トリクス状に画素が配列さ
れているが、駆動電極４０１に対向して同一列上に上下
に配列されている画素４２１〜４２４を左右に配列ずろ
と通常の２桁２０列のマトリクス接続になっている事が
明白である。第４図の如き配列は見用」二８行５列であ
っても引出し線の数は１３本ではなく　２−１−２０　
＝　、２２本となり、２桁マトリクスの場合の数多い引
出線と等しい数である。

第５図Ａは、通常の上下２分割駆動結線図、第５図Ｂは
本発明の一実施例である休止位相駆動の結線図である。

第５図Ａは、画面の画素密度を一定としたまま駆動桁数
を小に押えるもので、セグメント電極を上下九分割し一
行電極は上半面と下半面に分割配置しである。５０１〜
５０８は」二半面を駆動するセグメント電極であり、５
１１〜５１８は下半面を駆動するセグメント電極である
。

第５図１３　において５６１・５６２・５６６は上半面
駆動用の駆動電極−５３４・５３５・５３６は下半面を
駆動する駆動電極である。第５図Ｂでは、電極５６１と
５６４，５６２と５６３．５６６と５６４が各々接続さ
れて、等価的にクイミンクパルスは３本３種類であり、
３桁２重マドｌ）クス構造と同等である。セグメント電
極引出線は、上・下で分けて引出されるので配線が楽で
あり、電極面積の表示素子面積全体洸対する割合も高率
となる。第５図Ｂでは、上半面のタイミングパルスと下
半面のタイミングパルス（・工互いに異すり、６桁マト
リクス駆動と等価である。しかし、鉾通の６桁マトリク
ス駆動と違って、セグメン！・電極を上半面用５６１〜
５６６と下半面用５６４〜５６６に分割できる事を利用
して特別な駆動が採用てぎ、６桁マトリクス駆動にもか
かわらず３桁７トリクス駆動と同等のＶ。Ｎ　／　Ｖｏ
Ｐ　Ｆの値を取る事ができる。

第５図１３（（おいて５６１〜５６６は駆動電極であり
、５５１〜５５７及び５６１〜５６７（佳セグメント信
号である。こごで、タイミングパルス゛Ｉ’Ｐ。

〜ＴＰ３に対応して上半面を駆動する間、＋ｐ　、、〜
Ｔｐ６及び下半面駆動電圧を等しい電圧とする事」：り
上半面の駆動の間下半面の駆動電圧を０とし、次に下半
面の駆動の間、上半面の１駆動電圧を０どする事ができ
る。どの様な駆動に於ては、マトリクス駆動される任意
の電極の表示画素に印加される実効値電圧を、前述の如
く■。ＮとＶ。Ｆ、の比として比較して祢ると、３桁マ
１．　ＩＪクスと等しい比率が得られる。液晶表示画素
の駆動は時分割的に６桁７トリクスとして行なわれるに
もかかわらず、■ｏＮとＶ。ＰＦの比率ではより高いも
のが得られる事になる。第５図Ａと比較すると、Ｖ　Ｏ
Ｎと■。ＦＦの比率は等しいが、実効電圧そのものは第
５図Ｂの方が］／、劇に低下する。これは、第５図Ｂの
駆動方式において、液晶駆動を休止する期間が５０％だ
け存在し、上半面を駆動する間に下半面画素への印加電
圧がＯ１下半面を駆動する間の」二半面画素への印加電
圧がＯであるために生じている。

ここでｌ］−、、〜７１１　Ｐ６を順次時系列上に配列
するタイミングパルスとする場合、液晶画素は１゛２．
上、′１゛１．２上と、順次上から下に駆動さ１ｔ−Ｔ
ｐ６に至る。

これに対し、第５図への駆動方式では、セグメント電極
５２１と５４１上の画素が同時に駆動され、次にセグメ
ント電極５２２と５４２上の画素が同時に駆動される。

ここで、テレビにおける画像情報の伝送についてながめ
てみると、表示情報は両面を構成する画素の上から下へ
順次水平走査線を描きながら一画面を構成するように伝
送されてくる。従って水平走査線１本ふんの画素メモリ
回路を用意しておき、線順次で液晶表示パネルな駆動す
るならば、第５図１３の駆動方式との合い性が良い事が
歴然としてくる。線順次駆動と（・う要請からは第５図
Ｂの上下の電極例えば５４１と５５１を接続した６桁マ
トリクス駆動でも用は足りるが、Ｖ　ｏＮ／　Ｖｏ、、
の比率では大きな相異が生じ、上下の電極を分離し、上
半面と下半面を交互に休止位相とする方が格段に優れて
いる。すなわち−上下の画面分割と休止位相何液晶駆動
方式の組合ぜＫＪ二つ、点順次で伝送されてくる画像デ
ータにより、１〜２本分のライン画素メモリを用いるだ
けで画面メモリなしで直接的に液晶表示素子を線順次駆
動でき、かつ時分割の■。Ｎ／ＶＯＦＦの比率は画面メ
モリを用いた上下画面の非休止駆動と同様の高い値を維
持できる。

このような休止位相駆動の考え方は、電極配夕１と駆動
波形を同時に検討する事により種々の変形応用できる。

一般的には液晶駆動位相を複数の位相領域に分割し、こ
れに対応して表示画面を同じく複数領域に分割する。こ
こにおいて第１の位相で第１の画面領域を、又第２の位
相で第２の画面領域を駆動し、非駆動の位相においては
非駆動画面領域の液晶画素素子の印加電圧をＯにするが
如きパネルの電極構成と駆動方式の組合せで実施する。

この方法は多重マトリクスの手法と組合せて用いる事も
でき、組合せる事により今まで実現不可能と考えられて
いた多画素の液晶表示パネルが実現できる。６４桁時分
割上下分割駆動と４重マトリクス手法を組合せると５１
２Ｘ７６８程度の画素からなる液晶表示パネルの駆動が
可能になりこれは通常のテレビジョンの画素の構成に等
しい多画素である。本液晶パネルの表示電極の上、或は
電極線と電極との間に電圧吸収素子例えばアモルファス
シリコン薄膜半導体のＰＩＮ接合ダイオードな正逆並列
接続した電圧吸収用素子或はテルルや酸化亜鉛薄膜半導
体薄膜利用のショトキ−ダイオード利用の電圧吸収素子
をそう人する事により、液晶のＶ　ＯＮ＋　ＶＯＦ　Ｆ
の電圧から０．５〜］、　５　Ｖの電圧を差引くと、液
晶駆動時の実効的■。Ｎ／ＶＯＦＦ比が改善され、時分
割の桁数も１００〜２００桁が可能となってｌ０００Ｘ
１０００〜４０００Ｘ４Ｏｆ）０程度までの端末用多画
素液晶表示パネルの構成が可能となる。又多画素化が実
現できると、カラーブラウン管の如く色フィルタを液晶
表示画素の上もできる。

以上述べた如く、休止位相駆動方式の採用により多画素
マトリクス液晶パネルの駆動におけるＶｏ、／Ｖｏ、、
比の改善ができ、更に実際的には、上下２分割画面構成
と組合せ、両面メモＩＪ　ｌ工して液晶パネルを通常の
ビデオ信号により高い■。Ｎ／ｖｏＦ　Ｐ比で液晶パネ
ルを直接駆動できるために表示駆動回路が安価に構成で
きるので、特に液晶テレビ表示に適する。更に数センチ
角の小型の液晶表示バ、ｉ、ルでは、１２０Ｘ１６Ｑ程
度の画素構成で充分な解像度でテレビ画素が表示できる
ので、上下２分割画面構成の単純なマトリクス電極構造
が採用できる。これは第５図Ｂの如き構造になるが、太
い表示用電極が直接連なった形状のため、多重７トリク
ス画素構造例えば第４図と比較すると明らかなように、
金属細線導電線が第５図Ｂの単純マトリクス構成では追
放できて、電極導線バタン化工程における収率が高く、
又開口率すなわち画面に対する有効表示面積の比率も高
くできる。従来２重マトリクス構成の画面は単純マトリ
クスに、４重７トリクス構成は２重マトリクスへと多重
度を下げる事かできるので収率及び開口率の向上が実現
できる。８重７１１クス画素構成は収率及び開口率が極
端に低下するので採用されなかったが、本方式の採用に
より、非現実的な８重マトリクスでしか考えられなかっ
た高画素密度の液晶マトリクスパネルも実現可能になっ
て（る。

本駆動方式を採用する上では、画素配列形状と駆動波形
とを対応させて検討する必要があるが、上下２分割画面
の例を取って第６図Ａ、Ｂ、Ｃに駆動波形の例を示し一
駆動法を説明する。分割数が２より大の場合には非駆動
位相区間が拡大１．−又非駆動位相の時間軸上の配列も
自由に設定てきる。分割数を非整数とする事も町である
。

第６図Ａにおいては、回路構成上の有利のために表示情
報と独立に一定波形を定める事が可能なタイミング信号
ＴＰ、〜ＴＰ３の波形を５値の複雑な形状とし、セグメ
ント信号を単純化している。液晶を交流駆動するため、
ＴＰは半周期毎に電位を反転し、かつその半周期の後半
を休止位相としている。丁度第５図Ｂの上画面駆動用の
タイミング信号ＴＰ、〜ＴＰ３に相半すると考えて良い
。休止位相における電位はＴＰ、〜Ｔｐ３及びセグメン
トパルスＳの電位が等しいという条件を満せば自由であ
るが、表示情報によって波形を変えるセグメント信号Ｓ
を最も単純な回路で作成しようとすると２値の論理ゲー
ト回路例えばｅｘｃｌｕｓｌｖｅ　ｏｒ回路或は選択回
路となる。スイッチゲート回路を用いる場合には多値で
も構わないが、Ｍ　ＯＳ　Ｉ＝’　Ｅ　Ｔをスイッチゲ
ートに用いる場合のバックグ〜ト効果及びＩＣ設計上の
面積効率からは２値論理回路が有利で、第６図への駆動
波形の設定は合理的である。タイミングＴＰに関しては
、セグメント信号Ｓに比較して数が少ないので多値レベ
ルにしても負担が少ない。Ｓ信号の電位に対応して、前
半周期を見るとＴ、は駆動位相で最適の■。Ｎ　／　Ｖ
ＯＦ　Ｆ比を実現すべく高電位であり、休止位相でＳ信
号と等電位である。第６図Ｂは、液晶の交流駆動の時間
尺度を短かくしたもので、短時間で正負のバランスが取
れている。フーリエ級数展開して考えれば、第６図Ａよ
り第６図Ｂの方が高周波成分を多く含み、液晶駆動電力
は大きく、液晶に注入される駆動電力も実際大きい。第
６図Ｃは休止位相においては低周波の波形とした例で、
電力的に第６図Ｂより合理的である。セグメント波形作
成回路でスイッチゲ−１・回路が使える場合は、第６図
Ｃの休止位相において０■とし、タイミング信号７．１
〜ＴＰ４も休止位相においてＯ■とすれば良い。

こうするとタイミング信号もセグメント信号も３レベル
になる。相補型電界効果トランジスタ回路から構成され
る集積回路（以下ＣＭＯ５ｉＣと略記する）を用いれば
、多値レベルの液晶駆動信号も、電界効果ｌ・ランジス
タスイノチゲートの利用により簡単に実現できる。多値
の電位の切かえを行い、かつ液晶パネルは容量性負荷で
あるため、液晶パネル駆動時には駆動回路出力端には逆
電圧が印加され易くラッチアップの危険性がある。特に
本駆動方式は休止位相の採用により８倍だけ高電圧化す
るので、絶縁基盤上に形成した□ＣＭＯ８ＩＣ例えばシ
リコンオンザファイヤ型ＣＭＯ８ＩＣが好適である。又
本体止位相における素子印加電圧０は必ずしも厳密にＯ
である心安はなく、非選択時の素子印加電圧より小であ
れば効果を発揮する事は明らかである。また前述の駆動
位相の点・滅の選択位相内を更に任意に区切って点・滅
の中間の駆動状態ずなわち階調表示を行う方式も本駆動
方式において更に有効に生かせ一高桁時分割階調表示が
可能となる事は明らかである。

本発明の効果は、同一画素数の配列された７トリクス駆
動洗おいて、Ｖｏ、Ｉ／ＶｏＦＦの比が従来の１７２の
２分割数と同じにまで高められろ。従って、分割数を一
定とした場合には、従来の２倍の高画素密度の表示が可
能である。又、多重マトリクスの多重度を１／２に減じ
た画素構成が可能となり表示素子のパターン形状が単純
になり収率の高い安価な液晶パネルを高いコントラスト
で使用することが可能となる。

特に小型のテレビなどの表示に用いた場合は、ビデオ信
号によりメモリーなしで直接液晶駆動回路を駆動するこ
亡、が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来マトリクス液晶表示素子の電極構成を示
す平面図、第１図Ｂは第１図Ａの液晶表示素子の断面図
、第２図は従来のマトリクス液晶駆動波形図、第３図は
一般の液晶の印加電圧応答特性図、第４図は一般の多重
マトリクス電極配置を示す平面図、第５図Ａは通常の上
下２分割駆動結線図、第５図Ｂは本発明の一実施例でん
る休止位相駆動の結線図−第６図Ａは本発明の休止位相
駆動波形図、第６図Ｂは本発明の休止位相駆動波形図、
第６図Ｃは本発明の休止位相駆動波形図である。 １１１〜１１４・・・・・・駆動電極、１２１〜１２７
・・・・・セグメント電極、第２図 第３図 第４図 朝は駆動 第６図Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　マトリクス配置された液晶駆動電極を備えた
   液晶パネルを時分割で送られてくるデータに従って駆動
   する一時分割マ十すクス駆動液晶パネルの駆動回路にお
   いて、該液晶パネルの画素を第１の領域の画素群と第２
   の領域の画素群に区分し、第１の領域の画素群を駆動す
   る位相の間において第２の領域の液晶画素群の駆動を休
   止する休止位相状態を設けて該画素をはさむ電極間に印
   加される休止電圧を該駆動位相における非選択画素駆動
   電圧未満の電圧とし、代って第２の領域の画素群を駆動
   する位相においても同様に該第１の画素群の駆動を休止
   する休止位相状態を設けた事を特徴とする液晶表示装置
   。 （２）休止位相において、駆動電極間をスイッチング回
   路で短絡とする特許請求範囲第１項記載の液晶表示装置
   。 （３）休止位相において、該画素液晶をはさんで駆動す
   る行電極と列電極とには互いに等しい電圧を印加する事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置
   。 （４）　　７トリクス駆動に於て、液晶をはさんで相対
   向して配置される行・列電極群のうち、画面情報により
   波形を変えないタイミング電極群を３値しベル以上の交
   流パルスとし、画面情報υこまり波形を変えるセグメン
   ト電極は２値ンベル以上の多値レベルの交流パルス電圧
   を印加して液晶を時分割駆動する特許請求範囲第１項記
   載の液晶表示装置。 （５）休止位相において対向するタイミング電圧波形と
   セグメント電圧波形は等しい振１〕と位相の交流パルス
   電圧波形である事を特徴とする特許請求範囲第３項記載
   の液晶表示装置。 （６）第１の画素群と第２の画素群に対して共通の休止
   位相を備えた事を特徴とする特許請求範囲第１項記載の
   液晶表示装置。 （力　液晶駆動回路は、相補型電界効果トランジスタス
   インチからなるモノリシック集積回路により構成された
   特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置。 （８）液晶表示素子駆動用の集積回路は、絶縁体分離に
   よりＰ　−Ｎ基板分離された構造の相補型電界効果トラ
   ンジスタ集積回路である事を特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の液晶表示装置。 （９）絶縁体分離の集積回路は、シリコン・オン・ザ７
   −ｒイヤ（５ｉｌｉｃｏｎ　　Ｏｎ　　５ａｐｈｉｒｅ
   ）基板上に形成された事を特徴とする特許請求範囲第８
   項記載の液晶表示装置。 （１０）液晶表示画面は上下の２つの領域に区分され、
   核上・下の領域の一方を駆動する位相において、他方の
   領域の液晶表示素子に印加される電圧を０とする上下２
   分割画面を備えた事を特徴とする特許請求範囲第１項記
   載の液晶表示装置。 （１１）液晶表示画面は上下２つの領域に区分され、か
   つ多重マトリクス配置された事を特徴とする特許請求範
   囲第１０項記載の液晶表示装置。