JPS62502069A - 能動基板電気光学ディスプレイの温度補正 - Google Patents
能動基板電気光学ディスプレイの温度補正Info
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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】
能動基板電気光学ディスプレイの温度補正発明の背景
本発明は電気光学材料を使用するディスプレイ、よ勺詳細には高レベルの多重化
を可能とする能動基板を含むこのようなディスプレイに関する。本発明は主に液
晶(LC)セルとの関連で説明され、この用途を主目的とするが、他の電気光学
材料を使用するディスプレイ セル、特に電気泳動、すなわちエレクトロクロミ
ック材料を基礎とするセルに応用することも可能である。
N個の行とM個の列を持つ液晶ディスプレイ(LCD)のマトリックス多重アド
レシングにおいては、走査パルスVsのトレインが、例えば、順番に行の導体に
加えられ、一方、一連データパルス(±Vdのいずれか)が列の導体に加えられ
る。選択された行と列が交差する所の画素をオンにするためには、周知の方法に
よって、選択された行と列にそれぞれ加えられるVsと−Vdの差が液晶の分子
配向、従って、セルの光透過率を変化させるのに十分な程度に大きくされる。つ
まり、Vs −(−Vd )の電圧差が選択された画素をオンにするのに必要な
最低電圧Von以上にされる。反対に、アドレスされた行内では、電圧差Vs
−(+Vd )がその行内の選択されない画素がオフ状態にとどまることを保証
するために必要な最大電圧Voff 以下にされる。
D、R,バック(D、 FL Baraff ) らによって米国特許第4、2
23.308号に開示されているように、幾つかの要因が重って液晶ディスプレ
イ内に多重化できるラインの数は制約される。
第1に、1つの画素が選択された瞬間に、選択された列内の他の選択されない画
素(つ1シ、アドレスでれない行内の画素)は電圧+Vdを受ける。1つの行が
アドレスされた場合は、選択されない画素が受けるa、e。
電圧のRMS値は画素がオンにされるには不十分である。
しかし、1フレ一ム期間内に残シの(N−1)個の行がアドレスされると、オフ
状態の画素はさらに(N−1)回の追加の電圧Vdを受ける。こうして累積され
る電圧はこの画素をオンにするのに十分な値となる。Nが増加すると、オンの画
素によって受けられるRMS電圧に対するオフの画素のRMS電圧の比が小さく
なシ、また液晶がオン状態とオフ状態を区別する鋭いしきい値を持たないため、
オンの画素とオフの画素の間のコントラスト比が乏しくなシ、する行の導体の所
では、このコントラスト比が許容できないものとなる。
この問題はセルが見られる角度が最適な値とずれることによってさらに深刻とな
る。さらに、液晶の電気光学、レスポンスは温度に依存する。従って、この液晶
を高温でVo f f の所でオフにし、低温でVonの所でオンにするために
は、温度が一定の状態での動作と比較して、VoffとVanとの間の差を大き
くすることが必要となる。
これら問題は個々の画素と直列に非線形電気デバイスを組み込み、鋭いしきい値
特性を与えることによって大きく修正できる。ガラス上に製造されるデバイスで
は、この能動要素として、薄膜トランジスタ、アモルファスシリコン・バック・
トウ・バック形ダイオード、あるいは金属−絶縁体−金属(MIM)デバイスを
使用することができる。液晶ディスプレイに組み込まれるMIMデバイスが、例
えば、SIDの会議録(Proceedings ofthe 5ID) 、第
2274号、310−313ページ(1981年)において、D、R,バックら
によって説明されている。
MIMは基本的には金属性のベース電極、陽極処理によって形成された酸化物層
、及び金属性のカウンタ電極を含む2端子コンデンサである。MIMデバイスの
魅力は構造が単純であること、及び陽極処理プロセスの収率が高く、また非常に
均一な酸化物が得られることである。
しかし、MIMデバイスは、このデバイスの4電機構(ブー1 フランケル効果
)が熱励起プロセスでるるため温度に敏感である。例えば、D、E、キャッスル
ベリー(D、 TI Ca5tleberry )の1980年、隔年ディスプ
レイリサーチ会議録(Biennial Display Re5earch
Confe−rence Record ) 、89−92ページを参照するこ
と。温度に敏感であることの影響は主にディスプレイのコントラスト及び目視特
性に表われる。つまJ、MIM液晶ディスプレイは40℃で特定のドライブ電圧
フレーム期間にて正常に動作しても、温度が、例えば、10℃に下げられると、
ディスプレイのこれら特性が大きく悪化する。
従って、コントラストあるいは目視特性を大きく損なうことなく温度の広い範囲
を通じて動作できるディスプレイが望まれることは明白である。
発明の要約
本発明の一面によると、多重電気光学ディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイ
の個々の画素が直列に個々の非線形電気デバイス、例えば、ディスプレイのコン
トラスト、目視あるいは他の特性に悪影響を与える傾向の温灰に敏感な特性を持
つMIMに接続される。デバイスの温度を検出し、さらにドライブ信号のフレー
ム期間を調節するためにフィードバック信号を生成するための温度センサが提供
される。フレーム期間を適当に調節することによって、個々の画素の電圧を、例
えば、ディスプレイの温度が変化しても所望のディスプレイ特性が得られるよう
に上げることができる。
本発明のもう一面によると、ディスプレイのドライブ化を防ぐ次めに行なわれる
通常の極性の反転の前に、1回あるいは複数回反復される。パルス極性反復と呼
ばれるこの技術は単独で使用することもあるいは本発明の前述のフレーム期間の
調節と合せて使用することもできる。
本発明、及び本発明のさまざまな特徴及び長所は以下の添付の図面を参照して、
詳細の説明から容易に理解できるものである。
図面の簡単な説明
第1図は、本発明の1つの実施態様による液晶ディスプレイの略回路図を示し;
第2図は、MIMデバイスに接続された液晶の画素゛電極を示す液晶セルの切取
略断面図でる!ll:第3図は、−例としてのMIMデバイスに関してのブーレ
フランケル導電パラメータβ及びとの絶対温度依存を示すグラフであり;
第4図は、典型的なフルページディスプレイ設計での3つの異なる温度、つ′!
!、シ、10℃、25℃及び50℃でのブーレフランケル導電パラメータの一覧
表でアシ;第5図は、スイス、ベーゼル市所在のF、ホフマンーラロツシエ社(
F、 Hoffman−LaRoche & Co、 、 ) 、から市販され
ているネマチック液晶材料ROTN−701の温度の関数としての直角の方向か
ら見た場合の10%、50%、及び90チ透過に対する電圧を表わす表でアシ;
そして第6図は、1フレーム毎(IX)及び2フレーム毎(2x )の極性反転
の場合の最悪のRMSオン電圧を示すオン電圧Vに対するドライブ電圧フレーム
期間のグラフである。ここで、与えられた温度に対する許容電圧レベルは第5図
のテ」プルから決定でれる。行に対して13.6ボルト、列に対して3.4ボル
トのドライブ電圧レベルが想定される。図示されてないが、voff に対する
曲線も存在する。
第1図には本発明の1つの実施態様によるLCDが示・される。適当なセル構造
10にFi、LC画素12のマトリックスが含まれる。各LCjlji12は例
えば、MIMデバイス等の非線形電気デバイス1′4に直列に接続されている。
第2図によシ詳細に示されるこのセルf+#造には、その間に例えば、ネマチッ
ク液等のLC材料26を含む一対のガラス基板22及び24が含まれる。このガ
ラス基板の内側の主面上にバスパー、画素及びMIMデバイスを形成する金属導
体が付着される。例えば、ガラス基板22の内表面に透明な列の電極28が付着
され、ガラス基板24の内表面に行のバスパー30が付着される。
これに加えて、下側のガラス基板24上の透明の電極32が画素12を画成する
のに使用される。−例として、電極28及び32の透明の材料はインジウムすず
酸化物からなる。
M1極32は典型的には正方形あるいは長方形の形状を持ち、切シ取p部分34
金持ち、この中にMIMデバイス14が形成される。−例として、MIMデバイ
ス14は行のバスパー30から開口部34に延びる指状の部材36を含む。この
バスパー及び指状部材は両方とも一例としてタンタルからなり、酸化されている
(例えば、Ta205が形成される)。MIMI 4の能動領域は指状部材36
とカウンタ電極38との間の重複領域内に存在する。
−例としてクロムからなる電極38は電極32及び指状ス14は電極3ね従って
、画素12をバスパー30に接続する。勿論、ディスプレイは第1図に示される
ように個々が直列にMIMデバイス及びアレイのバスパー30に′接続されたこ
のような画素のマトリックスを含む。
実際のデバイスにおいては、個々の画素の透明な1!極32は比較的大きく、約
20−50ミル平方でアシ、隣接する画素間には約1−2ミルのチャンネルを持
つ。列の電極28は画素電極32と概むね同一の幅を持つ。一方、バスパー30
は約1−5ミルの幅を持ち、MIMデバイス14はかなシ小さく、約5−10μ
m平方の寸法を持つ。LC材料がネマチック液である場合は、このディスプレイ
は第2図に示されるようにこの反対側に一対の変差分極剤40及び42を含む。
これに加えて、透明の電極28及び32上に周知の整合層(図示なし)が形成さ
れる。
図面を簡潔にするために、第1図には第1の列の画素のうち2つのみが示されて
いる。画素の残シの行及び列は明示されてないが図面中、波線及び点線によって
示めされてい漬。行のバスパー30及び行の電極28はそれぞれライントライバ
回路16に接続される。回路16はこれに適当なパルストレインを加える。パル
ストレインのフレーム期間は温度センサ20に結合された制御回路18によつ゛
て制御される。実施においては、セル構造に対する゛センサの相対位置はディス
プレイ温度、従って、MIMディスプレイ温度が比較的正確に測定でき、同時に
、ディスプレイを通じての光の伝搬がブロックされないように決定される。
各種の温度検出技術を使用することができる。例えば、サーミスタをセル内の視
野の外に置くこともできる。別の方法として、非線形要素(例えば、MIMデバ
イス〕と類似、あるいは比例する温度依存を持つダイオードをセルの表面付近に
位置することもできる。これに加えて、LC材料自体の温度依存パラメータ(例
えば、抵抗率、キャパシタンス)の変化を検出することによって所望のフィード
バック信号を提供することもできる。この検出機能は単にセルのガラス基板の内
表面上に置かれた電極(例えば、ITO)によって遂行することができる。
−例として、ライントライバ回路16は電圧振幅Vsの走査パルスのトレインを
行のバスバーに順番に加える。
一度に1パルスが1つの行に加えられる。同様に、回路16はどの画素がオンと
され、どの画素がオフのままとなるべきかを選択するために電圧振幅±Vdのデ
ータパルスを列の電極に加える。選択された行と行の交点の1つの画素をオンに
するには、当技術において周知の方法にて、v3と−Vdの差がLC分子の配向
を変化させてセルの光透過率を変化きせるのに十分に大きくされる。
反対に、アドレスされた行内の非選択画素に加えられるVsとVdの間の差はこ
の非選択画素がオフの状態にとどまるように十分に小さくされる。
当技術において周知のごとく、この行及び列を7ドレスする1つのモードは以下
の通シである。つまシ、第1の行がパルスvl+にてアドレスされ、次に第2の
行からiN番目の行までがVsにて順番にアドレスされる。第1の行から第N番
目の行までアドレスするのに必要な時間はフレーム期間として知られる。LC材
料のd、C。
悪化を防ぐため、2つの隣接するフレーム期間を通じての個々のLC画素上の平
均d、c?ii、圧がゼロとなるように次のフレーム期間においてパルスの極性
が反転される。
本発明の1つの重要な一面によると、このフレーム期間は温度センサ20によっ
て生成されるフィードバック信号に応答して制御される。このフレーム期間を制
御することによって、後に詳細に説明されるごとく、LCDはコントラスト、目
視あるいは他の特性に大きな悪影響を与えることなく比較的広い温度の範囲を通
じて動作する能力を与えられる。別の方法として、発明のもう一面によるパルス
極性反復によって、あるいはこれを前述の一面と組合せて、これら特性を向上す
ることが可能である。パルス極性反復とは、1つのフレーム期間内に加えられた
パルスの極性が少なくともその直後のフレーム期間において反復されることを意
味する。次に、極性が反転されなかった連続フレーム期間の合計に等しい時間だ
けパルスの極性が反転される。これら技術の各々は、広い動作範囲を通じてVo
nの値が選択された画素をオン状態に維持するのに十分になるように低温の所で
のオン電圧Vanを上げるのに有効である。
高温においては、Voff がオフであるべき画素をオンにするほどに上がる可
能性があることに注意する。しかし、上述のフィードバック方法はこの現象を考
慮に入れてYon及びVoff の両方が適当となるフレーム期間の選択を行な
う。
Ta −Ta105− Cr M I Mデバイスについて、I −V−Tの測
定が20℃から60℃の範囲内で行なわれた。M!Mデバイスの伝導は以下のプ
ーレーフランケルの式に従がうことが発見された。
I = kV exp (I/V)
ここで、IFi非線形性の程度全示し、肘は低電圧導電率を示す。両方とも温度
依存パラメータでろシ、!及び枕の両方とも調べられた温度の範囲内で第3図に
示される1/T依存に良く一致した。10℃の低い温にでのβ及びEの値は、こ
のデータの外挿によって得られた。
温度に伴なうβ及びとの観察された変化がディスプレイの性能にどのような影響
を与えるかを調べるため、及び可能な補償技術を評価するためにMIM−LCD
の組合せのコンピュータシュミレーションが遂行された。最悪ドライビング条件
に対するオン及びオフRMS電圧が測定された。80字25行を表示するのに適
当な250行×480列の1ペ一ジ全部の表示を仮定して計算が行なわれた。モ
デルのディスプレイに関するデータは以下のように要約できる。サイズ 205
X480行:分岬能 601pi (列)及び501p+ (行):LC)II
(D厚さ8μm:MIMサイズ 25μm” : M I Mキャパシタンス0
.138 pF : L C誘電定数 27(オン)及び8.4(オフ);25
℃でのLC抵抗率 7X10’Ω−cm(オン)及び1.4X10”Ω−cm
(オフ);温度によるLC抵抗率の変化 2.34チ/℃(オン)及び3.24
チ/℃(オフ)。温度範囲10−50℃とみあう伝導パラメータ ペア(/%k
)が使用された。M4図にこれらが示される。前述したごとく、10℃での値は
外挿法によって得られた。
1.5ボルト(RMS)にて動作するように設計されたLC材質が市販されてい
る。ただし、これらのしきい電圧は温度とともに変化する。例えば、典型的な市
販の材質、ROTN−701においては、それぞれ光透過率10チ、50%及び
90チでのしきい電圧VIO,V50及びV2Oは概むね第5図の視角90°に
対する表に示されるように変化する。これに加えて、室温でのフリーデリックし
きい値(Freedericksz threshold ) は0.82ボル
トである。後者のしきい値以下の電圧の非選択画素は視角と無関係にオフにきれ
る。これらの値はコンピュータシュミレーションの結果を比較するための基準と
して使用することができる。
任意の温度でのフレーム期間の許容範囲をvgot圧レベル以上となる期間と仮
定する。第6図にはそれぞれ50℃(1,43V)、25℃(1,57V)及び
10℃(1,65V)に対応し、V9Oを示す3本の水平線が示される。無極反
復(IXにて示δれるりの場仕の画素の電圧は狭い範囲のフレーム期間でのみV
2Oを越える。
4.0−>14ミリ秒;そして10℃では約9.7−>14ミリ秒のフレーム期
間での+V90のレベルが満てれる。
これら3つの全ての温度において、これら範囲の重複は起こらない。ただし、画
素間のRMSオン電圧が上げられると、有効フレーム期間の範囲は広がる。本発
明の一面によると、パルス極性反復に、よって、つ°まり、順番に、行のバスバ
ーに1フレ一ム期間だけ片方の極性の疋査パルス■3業加え、次に同一の極性の
パルスを少なくとも後続の次のフレーム期間だけ反復することによって、有効フ
レーム期間の範囲が広げられる。次に、LC材料のd、C感化を避けるために、
この列のバスバーに加えられるパルスの極性が、極性が変更でれなかった後続の
フレーム期間の総和と実質的に等しい時間だけ反転される。
第6図は、本発明に従ってフレーム毎(IX)及び2フレーム毎(2X)に通常
の極性反転が行なわ1することを仮定してのRMSの最悪の場合のオン電圧を示
す。1フレーム毎に極性の反転が行なわれる場合は、3つの全ての温度で、全て
のフレーム期間で、v90電圧レベルにみあう優れたコントラスト及び目視レベ
ルの達成は困難である。ただし、あまシ良くはないが、ある用途においてVよ許
容できる第5図のV2Oのレベルは、約7−15ミリ秒の範囲で達成される。
ただし、%足の用途に対してV50レベルが適当でない場合でも、本発明に従っ
て反転の前に定量パルスのトレインの極性が2度反後(2X)された横置は、■
90レベルを3つの全ての温度において6.5−9.0ミリ秒の範囲で同時に満
足することができる。この範囲は2xの範囲の重複、つまシ、V2O(50℃)
では約0.8−9.0ミリ秒、V2O(25℃)では2.5−>14ミリ秒、そ
してV2O(10℃)では6.5−>14ミリ秒から明白である。全体の範囲の
上限は3つの中の最小の上限(9、。
ミリ秒)によって決定され、全体の範囲の下限は最大の下限(6,5ミリ秒)に
よって決定される。ただし、人間の目は約30ミリ秒(つlシ、まばたき程度の
期間)よシ遅い変化を検出できる能力を持つため、2Xでは7.5ミリ秒以上の
フレーム期間は使用ナベきでないことに性悪する。従って、実用においては、9
.0ミリ秒の上限は実際には約7.5ミリ秒とされる。3Xではフレーム期間の
上限は約5ミリ秒であり、5Xでは約3ミリ秒である。
一方、約3ミリ秒以下のフレーム期間は使用できるドライバ回路の速度に制限を
与える。たたし、6.5−7.5ミリ秒のフレーム期間では、2Xのパルス極性
反覆ドライビングは明らかにこの特定のディスプレイの性能を向上させる。
パルス極性反復と別に、あるいは組合せて使用できる本発明のもう一面において
は、個々の画素の゛蔵圧レベルを上げるためにディスプレイ温度、従ってMIM
温度を監視し、制御回路18を介してフレーム期間を調節するための温度センサ
20が使用される。例えば、呈温で動作するディスプレイでは、最適のフレーム
期間としては、25°のIX曲線のピーク電圧(Von = 1.99 V )
がここに現れるため8.5ミリ秒とされる。一方、50℃では、IXのフレーム
期間は3ミリ秒とされ、また10℃では約14ミリ秒とされる。ただし、50℃
では、このフレーム期間は回路速度との妥協点から選択される。
あるディスプレイ設計では、この両方の方法を使用して、ディスプレイの不均一
性に対する抵抗力を最大すると同時に最も広い動作温度を得ることが効果的であ
る。
ディスプレイの均一性の欠如は第6図の曲線の位置を移動させる。この移動によ
って、所望の動作温度の範囲に対するフレーム期間の重複領域が狭くなシ、程度
によっては存在しなくなシ、極性反復ドライビングのみでは不十分となる。この
場合は、フレーム期間調′N金行なうことによって所足の温度範囲を通じての動
作が確保される。
結果として、フレーム期間調節はデバイスの不均一性に対する抵抗力を与え、よ
り緩やかな仕様での製造を可能とし、終局的、には、収率を向上させることにも
つながる。
国際調査報告
ANNEX To Tnε rNTERNATIONAL 5EARCHREP
ORT 0NINTERNATIONALAPPLICATIONNo、1’C
T/υS136100231(SA12344)
Claims (8)
- 1.電気光学材料と、画素のマトリツクスを画成する透明な導体手段と、個々の 画素と直列の非線形電気デバイスとを含むデイスプレイセルと、 該画素に電圧を加えるための行と列の導体と、該導体に電圧パルスを加えるため のドライバ手段と、該セルの温度を検出し、該温度に比例するフイードバツク信 号を生成するためのセンサ手段と、制御手段とから成る多重デイスプレイ装置に おいて、該非線形電気デバイスが該セルの特性に悪影響を与える傾向の温度感度 を持ち、 該パルスが該行の導体に1度に1パルスずつ順番に加えられ、該パルスを全ての 行の導体に加えるのに必要な時間が1フレーム期間として定義され、該制御手段 が該フイードバツク信号に応答して該フレーム期間の継続時間を変化させること を特徴とするデイスプレイ装置。
- 2.請求の範囲第1項に記載のデイスプレイ装置において、 該電気光学材料が液晶から成ることを特徴とする装置。
- 3.請求の範囲第2項に記載のデイスプレイ装置において、 該センサ手段が該液晶の電気パラメータの温度に伴なう変化を検出することによ つて該フイードバツク信号を生成することを特徴とする装置。
- 4.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載のデイスプレイ装置におい て、 該非線形電気デバイスが金属−絶縁体−金属コンデンサから成ることを特徴とす る装置。
- 5.請求の範囲第1項、第2項あるいは第3項に記載のデイスプレイ装置におい て、 該ドライバ手段が一方の極性のパルスを該行の導体の個々に1フレーム期間たけ 加え、該一方の極性のパルスを再度少なくとももう1フレーム期間だけ加え、そ して次に反対の極性のパルスを実質的に該1フレーム期間と該少なくとももう1 フレーム期間とを加えた総期間に等しい時間だけ加えることを特徴とする装置。
- 6.電気光学材料と、画素のマトリツクスを画成する透明な導体手段と、個々の 画素と直列の非線形電気デバイスとを含むデイスプレイセルと、 該画素に電圧を加えるための行と列の導体、及び該導体に電圧パルスを加えるた めのドライバ手段を含む多重デイスプレイ装置において、 該非線形電気デバイスが該セルの特性に悪影響を与える傾向の温度感度を持ら、 該パルスが該行の導体に1度に1パルスずつ順番に加えられ、該パルスを全ての 行の導体に加えるのに必要な時間が1フレーム期間として定義され、該ドライバ 手段がさらに一方の極性のパルスを該行の導体の個々に1フレーム期間だけ加え 、該一方の極性のパルスを再度少なくとももう1フレーム期間だけ加え、そして 次に反対の極性のパルスを実質的に該1フレーム期間と該少なくとももう1フレ ーム期間とを加えた総期間に等しい時間だけ加えるたとを特徴とするデイスプレ イ装置。
- 7.請求の範囲第6項に記載のデイスプレイ装置において、 該電気光学材料が液晶から成ることを特徴とする装置。
- 8.請求の範囲第6項あるいは第7項に記載のデイスプレイ装置において、 該非線形電気デバイスが金属−絶縁体−金属コンデンサから成ることを特徴とす る装置。
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