JPS626210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 液晶表示装置は、近年、電卓や電子時計の表示
装置として著しく普及している。さらに、小型の
パーソナルコンピユータ等の表示装置として使用
するという要求も生まれて来ている。ところが、
現在の液晶物質では、マルチプレクス駆動可能な
デユーテイ数は高々1/30程度であり、多量の情報
表示能力に欠けている。この様な背景から考え出
された表示方式として 非線型素子アドレス方式 Γバリスタアドレス Γ金属―絶縁体―金属（MIM）素子アドレス Γダイオードアドレス Γ放電管アドレス 能動スイツチングアドレス方式 Γ薄膜トランジスタアドレス ΓMOSトランジスタアドレス Γトライアツクアドレス 光、熱書き込み方式 Γレーザー熱書き込み Γ光導電体書き込み 二周波アドレス方式 等、表示情報量の大きな液晶表示装置の開発が鋭
意なされている。

本発明はの非線型特性を有する素子を用いた
液晶表示装置の駆動法に関するものである。さら
に詳しくは該液晶表示装置の画素に印加される実
効電圧の変動を抑制するマルチプレツクス駆動法
に関するものである。

第１図は非線型電流―電圧特性の典型である
MIM素子のカーブを示している。バリスタ、Pn
接合の降伏電圧を利用した逆方向直列接続ダイオ
ードの場合等も第１図と類似した非線型特性を持
つている。バリスタ、MIM素子は公知のように
受式で与えられる非線型特性を有している。

Ｉ＝KVⁿ Ｋ：導電率係数 ｎ：非線型係数 （バリスタ） Ｉ＝KV exp（β√） Ｋ：導電率係数 β：非線型係数 （MIM素子） これらの非線型素子は、第１図に示すように、
低電圧領域で高抵抗、高電圧領域で低抵抗とな
り、オームの法則に従わない非線特性を有する。

ここではバリスタ、MIM素子、ダイオードを
例にあげたが、本発明は例示の素子に限定される
ことなく、上述の非線型特性を有する素子ならば
すべてを応用することが可能である。

これらの非線型素子を用いて液晶表示装置を構
成すると一般のマルチプレクス駆動よりも多桁の
マルチプレクス駆動が可能となることが知られて
いる。これは次のように理解される。

第２図は１画素分の等価回路図であり、液晶の
容量Ｃ_LC、抵抗Ｒ_LC、非線型素子の等価容量Ｃ_NL
等価抵抗Ｒ_NLから構成されている。Ｒ_NLは非線型
素子に印加される電圧により、高電圧では低抵
抗、低電圧では高抵抗となる。今、該等価回路の
端子に液晶駆動信号を加えることを考える。第３
図は1/50デユーテイ、1/5バイアス法の駆動波形
の例である。走査電極及び走査信号をSCAN、
添数字は走査周期ts内での選択期間（選択レベ
ルをとる走査期間tp）の順序を示している。SIG
は信号電極及び表示信号を示し、添数字によつ
て区別されている。第３図のSIGNは、画素
（Ｍ，Ｎ）点燈（ON）し、同SIGN上の他の画
素がOFFの時の表示信号である。Ｍ番目の走査
信号SCANMと同期した走査期間で選択レベル
をとり、走査周期内の他の走査期間では非選択レ
ベルをとつていることがわかる。このとき画素
（Ｍ，Ｎ）にかかる電圧、Ｖ（Ｍ，Ｎ）は、
SCANM―SIGNで与えられる。第４図実線
は、第３図に示すＶ（Ｍ，Ｎ）が第２図の非線型
素子―液晶画素に加えられた場合の非線型素子の
電圧波形Ｖ_NLと液晶層にかかる電圧Ｖ_LCを示して
いる。なお簡単のために半走査周期についてのみ
描いてある。また磁線は非選択レベルをとつた
OFFの場合を示している。Ｖ_NLがに示す低抵
抗領域に入ると、駆動電圧がほとんど液晶層にか
かり液晶層が充電される。この時の時定数は第２
図の等価回路から τ＝（Ｃ_LC＋Ｃ_NL）×Ｒ_ＬＣ・Ｒ_ＮＬ／Ｒ_ＬＣ＋Ｒ_Ｎ
Ｌ………(1) で与えられる。Ｖ_LCの変化は、まずＣ_LCとＣ_NLに
よる容量により分割された電圧となり、次にＲ_LC
とＲ_NLにより分割された電圧を極限値とした電圧
変化を行なう。非線型素子の抵抗変化が０と無限
大の間で生じるとして、この様子を模式的に示し
たのが第５図である。非線型素子の抵抗が０なら
ば、図のように過渡的に電流ｉが流れ、Ｃ_LCを充
電する。このとき電圧はすべて液晶層にかかつて
いる。

次に非選択期間に入り、ON領域からOFF領域
（第４図）に移行すると、Ｒ_LC≪Ｒ_NLとなり、
過渡的に流れる電流ｉのほとんどは、Ｒ_LCを通し
て流れるようになる。近似的に時定数は τ＝（Ｃ_LC＋Ｃ_NL）Ｒ_LC ………(2) で与えられる。一般に電界効果型の液晶表示パネ
ルに使用されている液晶のＲ_LCは大きく、τを走
査周期程度にとることは十分可能である。

破線で示したOFFの場合はＶ_NLがピーク時で
もON領域に入らないため、液晶層の充電が行な
われず、Ｖ_LCが低レベルのままである。液晶は実
効値に応答することを考慮すると、ONとOFFの
実効値比は、第４図から理解されるように単なる
電圧平均化法による駆動より大きく、より高い桁
数のマルチプレクス駆動が実現されている。

非線型素子としてバリスタを用いた液晶表示装
置については特開昭55−105285、ドナルド・アー
ル・キヤツスル（ゼネラル・エレクトリツク・カ
ンパニー）、同じくMIM素子を用いたものについ
ては特開昭52−149090野村（諏訪精工舎）、特開
昭55−161273デビツト・ロビン・バラフ（ノーザ
ン・テレコム・リミテツド）を参照されたい。

このように表示の大容量化が可能となる非線型
素子液晶表示装置であるが、一般の電圧平均化法
によるマルチプレクス駆動では、非選択期間の表
示信号によつて液晶層にかかる実効電圧が変動し
てしまう。第６図はON時の表示信号を様々に変
えた場合の、液晶層にかかる電圧Ｖ_LCを示したも
のである。(a)(b)(c)を見ると同信号電極（SIG）上
の他の画素のON―OFFによつて、著しくＶ_LCが
変動する。同様なことはOFF時にもあてはま
る。このため、ON波形の実効電圧の最小値Ｅ_ON
minを液晶の飽和電圧Vsatよりも大きく、OFF波
形の実効値の最大値Ｅ_OFF maxを液晶のしきい
値Vthよりも小さくとつて、二値表示としてい
た。この理由から非線型素子液晶表示装置は二値
表示のみにしか応用されず、階調表示は不可能と
されていた。また前記のＥ_ONmin Ｅ_OFFmaxをマ
ージンとする場合、要求とされる非線型素子の特
性が厳しく、製作上の難点となつている。さら
に、ゲスト―ホスト効果のように飽和電圧が明確
でない場合などは実効値のバラツキがコントラス
トのバラツキとして表示されてしまうという表示
品質上の問題もあつた。

本発明はかかる欠点を鑑みてなされたものであ
り、実効電圧の変動を抑制することにより、階調
表示への応用、コントラストのバラツキ防止、マ
ージンの増加を目的として考案されたものであ
る。

次に実施例にもとづき本発明を詳説する。まず
ON波形の場合について考える。第６図に示した
Ｖ_LC波形に対し実効電圧をＥ_ON1，Ｅ_ON2，Ｅ_ON3
とする。つまり、Ｅ_ON1は他の画素が全てOFF、
Ｅ_ON2は交互にON―OFF、Ｅ_ON3は全てONの時の
実効値を表わしている。これらの大小関係は、Ｅ
_ON1＞Ｅ_ON2＞Ｅ_ON3である。即ちＥ_ON3は最小値で
あり、Ｅ_ON1は最大値となつている。従つて、Ｅ_O
Ｎ１とＥ_ON3をＥ_ON2のような特定レベルに近ずけれ
ば実効電圧のバラツキは小さくなる。これが本発
明の基本概念である。

第７図は本発明の駆動波形の例である。前述の
平均電圧法の説明と同じく1/50デユーテイ、1/5
バイアス法で考える。通常の電圧平均化法では、
走査周期を交流駆動のために半分に分け、さらに
桁数50で分割して、合計100分割（この１単位期
間を１走査期間と呼ぶ）する。そして各半走査
周期毎に１回ずゝ、１走査期間だけ選択レベルを
とり、他の走査期間は非選択レベルをとることに
よつて走査信号を作つている。これに対し本発明
では、各半走査周期に選択レベルをとる１走査期
間をさらに複数の期間（これを細走査期間と呼ぶ
）に分割し、その一部の細走査期間だけ選択レ
ベルとし、他は非選択レベルとする走査信号を作
つている。１走査期間を細走査期間に分割する仕
方は、種々の比、不等間隔、等間隔に選べるが、
簡単のために1/2に等分割する場合について説明
する。第７図ｂはこの1/2等分割の場合であり、
ａは通常の電圧平均化法の波形である。SCANM
は、Ｍ番目の走査信号であり、見かけ上1/100デ
ユーテイの走査信号と同じになつている。

表示信号波形（SIGNとして例を示した）は走
査信号と同様に１走査期間を複数に分け（この場
合は半分）、一部の細走査期間（この場合は前半
の半走査周期）のみを通常の電圧平均化法と同じ
選択、もしくは非選択レベルにとり、残りの細走
査期間を逆のレベル、即ち選択レベルに対し非選
択レベル、非選択レベルに対し選択レベルをとる
ようにして作られている。結果として、画素
（Ｍ，Ｎ）だけがON、同信号電極上の他の画素が
全てのOFFの場合、一画素毎に交互にON，OFF
の場合、同信号電極上の全ての画素がONの場合
について第７図のような表示信号波形SIGN、画
素印加電圧波形Ｖ（Ｍ，Ｎ）が得られる。Ｖ
（Ｍ，Ｎ）の波形は基準レベルを中心に、1/100デ
ユーテイの場合と見かけ上は同じ波形変化をする
が、半走査周期内の非選択期間の平均値を考える
と、いずれの場合もほぼ基準レベルに等しい平均
値であることがわかる。第８図は第７図のＶ
（Ｍ，Ｎ）が印加された時の液晶層にかかる電圧
波形を示している。図は簡単のために半走査周期
の一部について描いてある。第６図に示す通常の
電圧平均化法の場合と比較してみると、第８図の
本発明によるＶ_LC波形は、非選択期間における放
電波形がほぼ同一レベルであり、その結果実効電
圧の変動がきわめて小さく抑えられている。この
ように同一信号電極上のON―OFFに影響される
ことなく画素印加実効電圧が決まる。このため選
択期間のピークレベル、選択レベルをとる時間ピ
ークレベルを変調することにより従来の非線型素
子液晶表示装置では不可能とされていた階調表示
が可能となり、さらに従来の非線型素子液晶表示
装置の電圧マージンであつた、OFF波形での最
大実効電圧と、ON波形での最小実効電圧が、本
発明によるとOFF波形、ON波形の特定レベル間
で与えられるため、マージンが拡大される利点を
有している。しかるに本発明はＮ桁のラルチプレ
クス駆動時にも、実際には2N桁のマルチプレク
ス駆動となる。このため従来のマトリツクスパネ
ルにおいては、マージンが低くなり使用は無意味
であるが、非線型素子液晶表示装置の場合は、
ON波形のピーク電圧が印加される細走査期間内
に十分なレベルにまで液晶層の等価容量Ｃ_LCが充
電される時間があれば、駆動桁数が多くなつても
問題とはならない。実際、この充電期間は相当短
くでき、非線型素子の特性によつては数千分の１
デユーテイも可能な位である。

以上の実施例は、１走査期間を1/2等分した例
をあげたが、本発明は1/2等分に限定されるもの
ではない。要はＣ_LCがピーク電圧値をとる細走査
期間内に十分なレベルにまで充電する時間があれ
ばよいのであつて、１走査期間内にピーク電圧値
をとる複数の細走査期間があつても良く、不等間
隔に走査期間を分割した細走査期間であつても良
い。しかし駆動回路の容易さ、及び実効電圧の変
動の少なさから考えて1/2等分が最上と考えられ
る。

また、走査信号を選択レベルとする時間がON
波形の選択期間内でＣ_LCが十分なレベルまで充電
される時間だけあれば良いから、１走査期間は必
ずしも１走査周期tsを2N等分した期間である必
要はない。即ち、１走査周期tsより少ない期間
xts（Ｏ＜ｘ≦１）を2N等分した期間を１走査期
間とすることもできる。第９図は、1/5バイアス
法、Ｎ＝８、ｘ＝0.8とした時の走査信号SCAN1
とSCAN8、表示信号SIGIを示したものである。
第９図で表示期間がTpは８つの走査期間の集合
であり、休止期間Tpはどの走査期間も属さない
時間であり、全信号電極もこのTpの間は非選択
レベルにある。この場合、Tpの期間に表示信号
は常に本発明でいう非選択波形となつているが、
選択波形であつてもかまわない。

次に階調表示が可能とされる例をあげ、説明す
る。

第１０図は階調表示のために表示信号に振幅変
調をかけた場合の波形例である。振幅変調がかけ
られる範囲は非選択時に非線型素子がONをして
しまわないことが必要である。この時、同一信号
線上の他画素の振幅変調の影響が画素印加電圧に
出る。そのために、非選択期間の波形の波高値
は、同一信号線上の他画素の変調に従つて変化し
ている。しかるに、その波高値の変動も非線型素
子がON領域に入らない程度の幅である。さらに
１走査期間内に細走査期間を設け、選択、非選択
レベルをとらせることで、液晶層にかかる電圧Ｖ
_LCの他画素の変調の影響をきわめて小さく抑える
ことができる。第１０図では最簡単な1/2等分割
細走査期間の例を示している。もちろん、不等分
割、種々の比であつても有効である。第１０図は
階調表示の一例として表示信号を振幅変調した例
であるが、この他にも選択された走査期間内に選
択レベルをとる細走査期間の数、時間幅を変調す
ることによつても階調表示が可能である。いずれ
にしても、これらの階調表示は非選択時の液晶層
印加電圧波形の平均値をある特定レベルにほぼ一
致させたことにより、液晶層にかかる実効値が、
非選択時に他画素の影響を受けにくくした点が画
期的である。

以上のように、本発明による走査期間を再分割
してなる細走査期間を設けたことで、従来は不可
能と考えられていた非線型素子液晶表示装置の階
調表示が可能となるばかりか、駆動マージンの増
加、コントラストの変動防止、さらには液晶層と
非線型素子のマツチングが容易になり、非線型素
子の製作が簡単に行なわれるという様々な利点を
有している。

本発明は大情報量表示液晶表示パネルの分野に
画期的な駆動法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な非線型素子のＶ―Ｉ特性であ
る。第２図は非線型素子液晶表示装置の等価回路
である。第３図は従来の電圧平均化法による液晶
パネル駆動波形例である。 １…走査電極群、２…信号電極群、３…画素
（Ｍ，Ｎ）、４…選択期間、５…走査期間。 第４図は非線型素子液晶表示装置の動作波形を
示したものである。 １…ON波形の場合（実線）、２…OFF波形の
場合（破線）、３…非線型素子のON領域、４…非
線型素子のOFF領域。 第５図は非線型素子液晶表示装置の動作概念を
模式的に示したものである。第６図は非線型素子
液晶表示装置の画素印加波形と液晶層印加波形を
示したものである。 (1)は当事画素ON、同一信号線上の他画素OFF
の時、(2)は交互にON，OFFの時、(3)は、全画素
ONの時を示している。 第７図は本発明による駆動波形(b)と従来の駆動
波形(a)を示したものであり、(1)，(2)，(3)は第６図
と同意義である。 １…走査期間、２…細走査期間。 第８図は本発明による液晶層にかかる電圧を表
わすものである。右は画素印加波形、左は液晶層
の波形である。(1)，(2)，(3)は第６図と同意義であ
る。第９図は本発明による休止期間Tpを設置し
た場合の駆動波形例を示している。第１０図は本
発明による表示信号を振幅変調し、階調表示を行
なつた場合の駆動波形例である。 １…変調波形、２…変調を受けない場合の液晶
層にかかる電圧波形、３…変調を受けない場合の
Ｖ（Ｍ，Ｎ）のピーク電圧レベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液晶パネルを構成する少なくとも一方の基板
   に、非線型特性を有する素子を設置した液晶表示
   装置の駆動方法において、走査信号は、選択期間
   のうち選択レベルをとる第１期間及び非選択レベ
   ルをとる第２期間を有し、表示信号は、該第１期
   間には画像情報に対応し選択レベル又は非選択レ
   ベルをとり、該第２期間には該第１期間の反転レ
   ベルをとることを特徴とする液晶表示装置の駆動
   方法。