JPS63179331A - 液晶表示装置の駆動電圧設定方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は表示体として液晶を用い、テレビ画像などを表
示する液晶表示装置、とりわけＴＰＴ（薄膜トランジス
タ）をスイッチング素子として用いたアクティブ・マト
リクス型液晶表示装置の駆動方法に関するものである。

従来の技術 液晶表示装置の表示品位を決定する上で、コントラスト
、色再現性、視野角などが重要な因子であることはいう
までもないが、画面のちらつき即ちフリッカもまた大き
く画質を左右し、実用上大きな問題となる。

ＬＣＤのフリッカについては、１９８４年妹尾６（妹尾
、大今、吉迫：電気関係学会関西支部連合大会Ｇ９−１
４（１９８４）　）がＴＦＴのオン特性とフリッカの関
係に注目し、オン電流の低いａ−３ｉＴＦＴではちらつ
きが発生することを見い出している。時期を同じくして
大田ら（大田、置田、山下：電気関係学会関西支部連合
大会Ｇ９−１５（１９８４）　）／ｒｉ、インクレース
走査を想定した１５Ｈ２の駆動条件下における液晶材料
のフリッカを、材料物性の観点から調べている。

１９８６年柳沢ら［Ｔ　、　Ｙａｎａｇｉｓａｗａ　、
に、Ｋａｓａｈａｒａ。

Ｍ、Ｋａｊｉｍｕｒａ：ＪＡＰＡＮ　ＤＩＳＰＬＡＹ’
（ジャパン　ディスプレイ）８６１）、１９２（１９８
６）］はＴＦＴのゲート〜ドレイン間浮遊容量ＣＧ１１
の影響を考察し、フリッカ低減のために’ｅｓの影響を
考慮した新しい駆動法を提案するとともに、デバイス設
計としては、Ｃａｓを小さく、蓄積容量Ｃ５を大きく、
液晶の誘電異方性Δεを小さくするのが望ましいとして
いる。同年石原ら（石原、松尾２分元、横谷。

山田、小用：第１２回液晶討論会　３連ＦＯ４（１９８
６））は液晶配向膜とフリッカの関係を検討し、上下配
向膜が異なる非対称セルはフリッカが大きいことを報告
している。

次にＴＦＴ−ＬＣＤｉＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅ
ｌｅｖｉｓｉｏｎ　　Ｓｙｓｔｅｍ　　Ｃｏｍｍ１ｔｔ
ｅｅ）規格に準じる一般的なノン・インタレース方式で
駆動する場合の駆動法について述べる。

駆動方式のタイミング・チャートを第２図に示す。第２
図においてＶ、、Ｖ、は各々ＴＦＴのゲート、ソースに
与えられる走査信号及び表示信号で、Ｖ　はＴＦＴｉ通
じてＶＤとして液晶（ＬＣ）の一方の電極に印加される
。対向する電極には一定のＤＣバイアス（Ｖｏ）が印加
される。ＴｏｎはＴＰＴが選択される期間で、”ｏｆｆ
は表示信号の極性が反転してから走査信号が与えられる
までの期間である。”ｆ’１ｅｌｄはここでは１／６ｏ
秒で、ｖ８は液晶に対して３０Ｈ２の正・負極性繰り返
し周期をもつ。

以下このような駆動法によりＴＦＴ−ＬＣＤ−！！−駆
動したときのフリッカの発生要因を考察する。

第１に挙げられるのは、ＴＦＴのゲート〜ドレイン間浮
遊容量ＣＧＤのカップリングに起因する電位変化である
。

第３図はＴＦＴ−ＬＣＤの１絵素の等価回路で、同図で
Ｃａｄｄは蓄積容量を、ＲＬＣＩ　ＣＬＣは各々液晶の
抵抗、容量を示す。通常ＴＦＴｉ製作時のプロセス裕度
を確保し、ゲート〜ドレイン間のオフセントを避けるた
めに、ゲート電極とドレイン電極が絶縁層を介して一部
重なり合うような構成をとる。そのため同図に示す如く
浮遊容量’ＧＤが存在することになる。この浮遊容量Ｃ
Ｇ、、は容量結合（カップリング）により次式で示され
る一定の電位降下を引き起こす。

このため第４図に示すように連続する奇遇フィールド間
で液晶印加電圧は非対称となる。このことは液晶の光応
答波形に駆動周波数（今の場合３０　Ｈｚ　）　の振動
成分を含むことを予想させる。

２番目の要因としては、ＴＰＴのオン特性の不足である
。ＴＰＴを流れる電流工、は ＋　（ｖ、−ｖ、−ｖ８））・川・・（２）で与えられ
る。ここでＷはＴＰＴのチャネル幅、Ｌはチャネル長、
Ｃ１はゲート絶縁膜容量、μは移動度、ｖＴはしきい値
電圧である。

ところでＴＰＴの活性層としてａ−８ｉｌ用いた場合に
は、移動度μが０．１〜１　ｃｎｆ／　Ｖ−ｓｅｃと小
さく、設計上Ｗ／Ｌを十分大きくとれないことが多い。

それに伴ってＴＰＴのオン電流が十分大きくないとき、
（２）式から予想されるように、信号電圧ｖ８のハイ側
フィールドでＴＰＴのオン期間（ＴＯｎ）に所定のｖ８
までＶ、は達しない。このとき生じる信号電圧ｖ８との
差は、第６図のΔＶ（ＯＮ）で示される。これに対して
ｖｓの極性反転後のロー側フィールドでＶｉｖｓが小さ
いためＶＤは所定の信号電圧まで速やかに充電される。

これによって先程と同様の理由で奇遇フィールド間で液
晶印加電圧の非対称性を生じうる。

以上はＴＰＴ−ＬＣＤでの代表的なフリッカの要因であ
るが、実際には液晶セルの内部オフセットや、ＴＰＴ−
ＬＣＤトータルな系での液晶印加電圧の非対称性などの
要因もフリッカに影響する。

上述したような３０Ｈｚのフリッカは人間の目にちらつ
きとして視認され、液晶表示装置の表示品位を大きく低
下させるものである。

そこでこのようなフリッカを駆動により補償する方法と
して、対向電圧Ｖ。の電位を変化させ、信号電圧ｖｓと
のオフセット電圧をフリッカが小さくなる方向に変化さ
せることが考えられる。従来は、所定電圧を印加し液晶
表示装置を駆動しながら設定を行なう人が自分の目でみ
ながらちらつきが小さくなるようにするか、または、液
晶の光応答波形をオンロスコープ等でモニタしながら３
０Ｈｚの振動成分が小さくなるようにするなどしてｖｃ
と７８間のオフセット電圧を最適点に設定していた０ 発明が解決しようとする問題点 このような従来の駆動電圧の設定方法では、目でみて合
わせる場合には観測者の年齢、性別、精神状態や主観な
どの個人差があり、設定する人によって最適点に設定さ
れないという欠点があった。

またオシロスコープ等で液晶の光応答波形をモニタしな
がら合わす場合には、一般に液晶の光応答波形は複数の
周波数成分を含むため、最適点への設定が困難であった
。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、液晶表示装
置のフリッカを評価パラメータを用いて定量化し、その
評価パラメータが最小となるように駆動電圧を設定する
という、フリッカの補償に対して極めて簡易でかつ正確
な液晶表示装置の駆動電圧設定方法を提供するものであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、液晶表示装置に所
定電圧を印加し、そのときの液晶の光応答波形を周波数
分析し、目にちらつきとして感じる特定周波数成分のみ
を抽出し、その周波数成分の輝度変調度が最小となるよ
うに、液晶表示装置の対向する上下電極の各々に与える
電圧間のオフセット電圧を設定するものである。

すなわち、本発明の液晶表示装置の駆動電圧設定方法は
、単一周波数ｆＨｚで正弦波振動する光Ｆ　（ｔ）にお
いて、その平均輝度をＬ１角速度をω、最大値をＦ（ｔ
）　　　、最小値を　Ｆ　（ｔ）　ｍｉｎとし、フリｍ
＆ｘ ツカの程度を表す輝度変調度ｍを Ｆ（ｔ）＝　Ｌ　（１＋　！ｌｌ５ｉｎ（ａｒｔ）　　
　　・・・・・・（１）Ｆ　（ｔ）　　　＋　Ｆ　（ｔ
）　ｗｉｎａｘ Ｏ≦ｍ≦１ で定義されるパラメータとし、液晶表示装置に所定電圧
を印加したときの光応答波形を、フーリエ変換により周
波数分析し、特定周波数ｆＨｚ成分の振幅を知り、ｆＨ
ｚ成分の輝度変調度ｍｆを（２）式に従って求め、実際
に液晶表示装置を駆動する際に対向する上下電極の各々
に与える電圧間のオフセット電圧を、特定周波数ｆの輝
度変調度ｍｆが最小となるように設定するものである。

作用 本発明は上記した方法により駆動電圧を設定するので、
設定する人に依存せず、しかも精度良く、正確な液晶表
示装置の駆動電圧を設定することが出来る。

実施例 まず液晶表示装置のフリッカ定量化の原理について述べ
る。第６図に示すように、輝度ｙ（ｔ）が一定周期、即
ち単一周波数で正弦波振動する光について、フリッカの
程度を表す輝度変調度ｍは次の（３）式、（４）式で定
義される。

Ｆ（ｔ）　＝　Ｌ　（１＋　ｍ−５ｉｎ　（ωｔ）　）
　　　　・−・・−（３）０≦ｍ≦１ ここで、Ｌは平均輝度、ωは角速度である。

しかるに、例えば多くのＴＰＴ−ＬＣＤで用いられるＴ
Ｎ液晶に対し、特定周波数の交流電圧を印加した場合の
光応答は、一般に単純な正弦波的応答を示さず、しかも
上述した理由などにより複数の周波数成分を含んでいる
。そのため液晶の光応答の観測波形から単純に（４）式
を用いてｍ値を求めることは妥当性を欠く。そこでまず
、得られた液晶の光応答波形をフーリエ変換により周波
数分解し、注目する特定周波数成分の振幅ム１１ｒ、求
める。このとき平均輝度がわかれば液晶の光応答波形に
おける特定周波数ｆの輝度変調度ｍｆは（４）式％式％ 第１図は本定量化に用いた測定系の１例である。

第１図に示すように、ＬＣＤ４は恒温層１の中に保持さ
れ、パネルドライバー１２により駆動される。ただし特
に支障の無い場合はＬＣＤを恒温層中に保持する必要は
ない。Ｌ　ＣＤ　４ｆ通過した光はフォトマル６に検知
され、その出力はオシロスコープ６でモニタするととも
に、デジタルポルトメータ７にてその平均輝度を読みと
り、ＦＦＴアナライザ８によって周波数分解を行なう。

得られた結果はコンピュータ１１を通じてプリンタ１３
及びプロッタ１４に出力する。なお同図で２は光源、３
は拡散板を示す。また９は計測器やパネルドライバの制
御などを行なうコントローラで、１０はＣＲＴなどのデ
ィスプレイである。このような測定系で第２図の駆動法
によって実際のτＦ丁−ＬＣＤ’ｉ駆動した場合の液晶
の光応答の一例が第７図であり、その周波数スペクトル
が第８図である。第８図をみれば、３０，６０．９０Ｈ
ｚに鋭いピークがみられるのがわかる。このうち８０　
Ｈｚと９０Ｈ２の成分は通常の明るさや観測条件下では
目にちらつきとは感じない成分である。それに対し、３
０Ｈ２のフリッカは十分ちらつきとして感知しうるもの
である。そこで液晶の光応答波形から３０Ｈ２成分を抽
出し、３０Ｈ２成分の輝度変調度”５ｏを（６）式より
求め、評価パラメータとして用いることにした。

第９図はＶＣ（対向電圧）による液晶の光応答波形の変
化を示している。同図で、写真横の電圧値は対向電圧ｖ
０と信号電圧の中心電圧ｖ０゜ｎｔｅｒ間のオフセット
電圧を表している。観測波形きみればＯｖでは３０Ｈ２
成分がかなり顕著であるが−０，７Ｖで同成分が小さく
なるのがわかる。この−０，７Ｖｉ境にそれより正側で
も負側でも３０　Ｈｚ成分は増大しその位相は互いに１
８０°ずれている０ このような変化を前節で述べた手法に従って定量化し、
”５０のｖ０依存性として示したのが第１０図である。

ｍｓｏの変化は実際に目でみたちらつき、即ちフリッカ
の変化とよく一致しており、オフセント電圧−０，７Ｖ
のポイント、第１０図では”ｌが最小となるポイントで
は目にちらつきとして感じられなかった。このポイント
から正側。

負側のいずれにＶ。がずれてもフリッカは増大した０ 我々が実験に用い７１（ＴＦＴ−ＬＣＤではＣ０，＝０
．０５５　ｐＦ　、ＣＬｃ＝　０．１７　ｐＦ（ａｔＶ
ｓｏ）＋　Ｃａｄｄ＝１．１５ｐＦであり、ｖａ　＝　
１８　Ｖ　テ動作すセ７’ｃｔｊＪ合、（１）式から ０．０６５　＋０．１７　＋　１．１５だけ信号電圧の
電位降下が生じる。これは本実験で”５０が最小となる
Ｖ。のオフセント電圧−〇、７Ｖとよく一致する。この
ことはオフセット電圧ＯＶで３０Ｈ２成分が顕著となる
のは、液晶印加電圧の非対称性が原因であることを意味
している。

ところで液晶の容量Ｃ１，Ｃは印加電圧により変化する
。しかし上記のデバイスパラメータではＣａｄｄが十分
大きいので信号電圧ｖｓの変化に伴うΔＶの変化は無視
することが出来る。

従って”ｓｏが最小となるように、対向電圧Ｖ。

と信号電圧ｖｓ間のオフセット電圧を設定することによ
って、液晶表示装置のフリッカの補償を正確に行なうこ
とが出来る。

本発明ではＴＦＴｉ用いたアクティブマトリクス型の液
晶表示装置についてのみ説明を行なったが、適用範囲は
それに限定されるものではない。

また液晶の光応答波形から抽出し評価に用いる周波数成
分も３０Ｈ２に限らず適宜選択されるべきものである。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、液晶表示装置のフ
リッカを補償するために、設定する人の個人差を排除し
、しかも精度良く駆動電圧を設定することができる。ま
た、自動化も容易に行なえることから、液晶表示装置の
量産にも適し、実用的にきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における駆動電圧の設定を行
なう測定系を示すブロック図、第２図は一般的なＴＰＴ
−ＬＣＤの駆動方法を示すタイミング・チャート、第３
図はＴＦＴ−ＬＣＤの１絵素の等価回路図、第４図はＴ
ＦＴのゲート〜ドレイン間浮遊容量ＣＧＤのカップリン
グに起因する電位降下を示す図、第５図はＴＰＴのオン
特性の不足に伴う充電不足を示す図、第６図は周期振動
する光波形を示す図、第７図は液晶光応答波形の一例を
示す図、第８図は第７図の光応答波形の周波数スペクト
ル図、第９図は液晶光応答波形の対向電圧依存性を示す
図、第１０図はｍ５００対向電圧依存性を示す図である
。 ２・・・・・・光Ｌ　　４・・・・・・Ｉ、ＣＤ、６・
・・・・・フォトマル、６・・・・・・オシロスコープ
、７・・・・・・デジタルボルトメータ、８・・・・・
・ＦＦＴアナライザ、１２・・・・・・パネルドライバ
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｇ２
図 第３図 ｓ 第　４　図 豐　　テートｌでルス 第５図 第６図 時間オ シ　　　　　　　　　　　　　− 十

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単一周波数ｆＨｚで正弦波振動する光Ｆ（ｔ）に
   おいて、その平均輝度をＬ、角速度をω、最大値をＦ（
   ｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘ、最小値をＦ（ｔ）＿ｍ＿ｉ＿ｎとし
   、フリッカの程度を表す輝度変調度ｍを Ｆ（ｔ）＝Ｌ（１＋ｍ・ｓｉｎ（ωｔ））・・・・・・
   （１）ｍ＝［Ｆ（ｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘ−Ｆ（ｔ）＿ｍ＿ｉ
   ＿ｎ］／［Ｆ（ｔ）＿ｍ＿ａ＿ｘ＋Ｆ（ｔ）＿ｍ＿ｉ＿
   ｎ］・・・・・・（２）０≦ｍ≦１ で定義されるパラメータとし、液晶表示装置に所定電圧
   を印加したときの光応答波形を、フーリエ変換により周
   波数分析し、特定周波数ｆＨｚ成分の振幅を知り、ｆＨ
   ｚ成分の輝度変調度ｍｆを（２）式に従って求め、実際
   に液晶表示装置を駆動する際に対向する上下電極の各々
   に与える電圧間のオフセット電圧を、特定周波数ｆの輝
   度変調度ｍｆが最小となるように設定することを特徴と
   する液晶表示装置の駆動電圧設定方法。
2. （２）特定周波数ｆが０＜ｆ＜１００であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置の駆動
   電圧設定方法。
3. （３）液晶表示装置が薄膜トランジスタをスイッチング
   素子として用いたアクティブ・マトリクス型であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   液晶表示装置の駆動電圧設定方法。