JPS635324A

JPS635324A - アクテイブマトリツクス液晶表示素子及びその駆動方法

Info

Publication number: JPS635324A
Application number: JP61150048A
Authority: JP
Inventors: Kesao Noguchi; 野口　今朝男
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1988-01-11

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、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）をスイッチング
素子として設けたアクティブマドＩＪックス形液晶表示
素子の構造及びその素子の駆動方法に関する。

（従来の技術）アクティブマトリックス液晶表示素子は従来の単純マ）
　ＩＪラックス子に比較し、大容量表示が可能であり、
表示特性（コントラスト、視野角、階調数）が改善でき
ることから、その研究開発が活発である。近年、ＯＡ機
器の表示素子としての要望も高く、又、ボケツ）ＴＶ用
表示素子として一部実用に供され始めている。

アクティブマトリックス液晶表示素子に設けられるアク
ティブ素子の内、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ　）を用い
た場合が再現性、製造歩留りが高い。特にアモルファス
シリコン（ａ−ｓｔ）やポリシリコン（ｐ−８１）薄膜
を用いたＴＰＴ）ｉＩｃ。

ＬＳＩ技術で高められた半導体製造プロセスを応用でき
るので有望視されている。ａ−８ｉＴＩＦＴを用いた側
が、「アイトリプルイー・インターナショナル嗜コンフ
ァレンスｅオン句コンシュマー〇エレクトロニクス・レ
コード」（工ＫＫＥ　工ＮＴＥＲ−ＮＡＴＩＯＮＡＬ　
　Ｃ０ＮＦＥＲＥＮＣＥ　　ＯＮ　　ＣＯＮＳＣ０Ｎ５
Ｕ　　ＫＩＢＣＴＲＯＮ工Ｃ８Ｒｅｃｏｒｄ　）ｐ、７
４．１９８４で報告されている。

一般的なアクティブマトリックス液晶表示素子の構造の
概略を第５図に示す。第５図のアクティブマトリックス
液晶表示素子は、ガラス製の基板上に走査線５０２及び
信号線５０３のバスラインがマ）　ＩＪラックス状絶縁
されて配線され、各交点近傍にＴＦＴ５Ｑ４がそれぞれ
マトリックス内に設けられ、走査線５０２、信号線５０
３及びマトリックス内に設けられた表示電極５０５とに
剋気的に接続されてなるマトリックス基板５０１を有し
、このマトリックス基板５０１と電位して設けられた対
向基板５０６を有し、この上に対向電極５０７が設けら
れ、マトリックス基板５０１と対向基板５０６とに配向
膜が付与されて、配向処理が施され、マｌ−１７ツクス
基板５０１と対向基板５０６とは液晶材が充填されて張
り合わせられ、その基板の外側に偏光板（記入されてい
ない）が設けられた構造となっている。又、対向電極５
０７は対向基板５０６の表示面領域の全面に一様に設け
られている。又、対向電極５０７の取出し端子は対向基
板上でなく、トランスファ電極を介してマトリックス基
板５０１側に設けられている。したがって、マトリック
ス基板５０１より端子が取り出せるように、表示素子の
４辺のいずれにおいても対向基板はマ）　ＩＪラックス
板より短かい形状となっていた。

次に、従来の一般的な表示素子の駆動方法について述べ
る。

表示を得るためには入力端子５０８よりビデオ信号を入
力する。入力を受けたビデオ制御回路５０９でフレーム
周期と表示素子の走査線数及び走査方法などから決めら
れた走査信号が作られる。

又、ビデオ信号を表示素子の容量にしたがってサップリ
ングした信号もビデオ制御回路５０９で作られ、かつ、
成品に電界を加えるために対向電極５０７に印加する′
ｄ圧も作られる。なお、カラー表示を行なう場合は色分
離回路を通して、色信号としたサンプリング信号が作ら
れる。走査信号は表示素子の走査線側を駆動するため、
さらにシフトレジスタを備えたＸ方向ドライバー５１０
によって、信号処理され、表示素子の走査線５０２に接
続されたＴＰＴゲートに印加される。ビデオサンプリン
グ信号Ｖｉ線順次走査による表示の場合、ソフトレジス
タの他にサンプリングホールド回路を有し、ｌライフ分
をホールド出来るＹドライバー５１１によって処理され
、表示素子の信号線５０３と接続されたＴＰＴのドレイ
ン（もしくはソース）に印加される。対向電極５０７に
印加される電圧は全表示電極に対して共通に作用するか
ら、共通対向電圧（■ＣＯＭ）　５１２ともいわれる。

以上のように、アクティブマトリックス表示素子の走査
線５０２及び信号線５０３及び共通対向電極５１２に表
示パターンに応じて各々電圧が印加され、マトリックス
中の任意の画素を表示させている。これらの電圧波形を
第６図、第７図のり゛イヤグラムを用いて説明する。

ａ−８ｉＴＦＴを用いた例について述べる。第６図に示
すように、一画面を走査するフィールド期間ＴＩＰＨに
おいて、走査線数ｎに応じたパルス幅を有した１０〜２
０Ｖ程度のゲート電圧ｖＧ、〜ｖｏｎを第１番目の走査
線にｖＧ３、第１番目の走査線にＶ。１、第ｎ番目の走
査線にｖｏｎの順でそれぞ、　れ印加する。又、ある信
号線１本について、そのフィールド期間Ｔｙｎの信号を
見ると、走査線を走査しているタイミングに同期させ、
表示させる個所に、例えば第１番目の個所ならばｖＤＩ
、第１番目の個所ならばｖＤｌ、第ｎ番目の個所ならば
ｖＤＨの信号を最大１５〜２０Ｖ程度のドレイン（又は
ソース）１！圧を信号線に印加し、階調表示を行なう場
合は１０〜２０Ｖの範囲でその値に変化を持たせて印加
している。しかしながら、電界効果形液晶材を用いる場
合、単一方向の電界が長年月加わると液晶材特性の劣化
が起きるから、液晶材の寿命を考えて、交番電界を液晶
材に印加している。

このため、対向電極５０７には前述のドレイン（又はソ
ース）電圧のピーク値の号の値を共通対向電圧ｖｃｏＭ
として印加し、そのドレイン（又はソース）電圧の基準
レベルもｖｃｏ讐と同一にしている。そして、次のフィ
ールド期間ＴＰｎ＋ｌでは表示させる個所にタイミング
を合せて、仙のフィールド期間’ｒｒｎとは逆Ｋ　ｖ、
、　＋　　ｖＤｉ＋　ｖＤｎ　’Ｃ零にしている。その
結果、フィールド期間ごとに液晶には逆向きの電界が印
加されて表示していることになり、表示をしたい個所で
は対向電極の共通対向電圧と、表示電極の信号電圧（ド
レインもしくはソース電圧）とが−致して液晶には電界
が印加されない。

例えばｎ番目の走査線上の、ある信号線との交点に設け
られた表示電極と静電容量を有する液晶材を介した対向
電極５０７間に発生する液晶印加電圧ｖＬｎは、ＴＦＴ
のスイッチングによってＩ　Ｖｏｎ　　ＶＣＯＭ　Ｉ　
　の絶対値だけ充電されＶＬｎとなる。ＴＰＴがＯＦＦ
した後も、液晶側から見たＣＲ時定数によって、ＶＬｎ
は放電して減衰するが、ＴＰＴのＯＦＦ抵抗が１０１！
Ω以上と高いことや液晶自体の抵抗も同程度の高抵抗で
あることによって、その時定数はフィールド期間で減衰
が４割程度に抑えらする値である。

従来のアクティブマ）　ＩＪラックス晶表示素子は上述
のように、液晶に交番電界を印加するのに、共通電極に
信号電圧の％を印加していたから、駆動電圧が実効電圧
の２倍必要である欠点を有していた。

ところで、共通電極にも交番電圧を印加する方法が考え
られる。しかし、正負の交番電圧を用いるには、信号電
圧に正負の交番電圧を用いる場合と同様、負の別電源が
必要となる欠点がある。別の方法として、負の別電源を
用いずに、第７図で示すように信号電圧となるドレイ／
（もしくけソース）電圧ｖＤｔ＋　　ｖＤｉ＋　　Ｖｏ
ｎヲフイ−ｋ　）”期間ごとに正の交番電圧とし、表示
をＯＮさせる時に逆電圧を印加させ、−方の共通対向電
圧ｖｃｏＭにも正の交番電圧をフィールド周期ごと信号
電圧とは逆の交番電圧を印加させて、液晶に印加される
実効電圧を高め、駆動電圧を低下させることが考えられ
る。しかし、この方法も、第１の走査線上の駆動は上記
の理想通りに液晶印加電圧ｖＬ、が得られるが、第ｎ番
目の走査線上の液晶印加電圧ｖｔ、ｎは、前述のＴＰＴ
のＲＯｉＰＦ抵抗、液晶抵抗、液晶容量、さらに別付加
されることのあるストレージ容量などの効果はほとんど
無く、対向電極の電位が第ｎ番目の走査後続いて直ちに
逆向きに変化するために第７図のｖＬｎのごとく液晶印
加電圧の幅が短かく、実効電圧が小さくなり、液晶をＯ
Ｎさせることができない欠点がある。

したがって、対向電極が１枚の共通電極である従来のア
クティブマドＩＪツクス液晶表示素子には多少の駆動方
法の変更では解決できない問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）上記のような構造のアクティブマ）　ＩＪラックス晶表
示素子は、最良のコントラスト、視野角、階調数を得る
ためには駆動電圧を高くする必要があり、したがって高
電圧が得られる電源を必要とする欠点があった。消費電
力が低い利点はあるものの、高電圧電源の使用は、ドラ
イバーＩＣへの制約や、用いるバッテリーへの制約等が
生じ、トータル的なシステムの欠点となる。又、負の別
電源を用いることもシステムの重量増加を招く欠点を有
する。

又、従来のように対向基板の表示面領域の全面に一様に
設けた対向電極にドレイン電位の約半分をコモン電位と
して印加して駆動する方法では、対向電極とドレインバ
ス電極間に常時電位が存在し、液晶にバイアスされるこ
とから画質を悪化させる要因の一つとなっていた。

なお、従来のペタの対向１！極を用いた表示素子の製造
方法のように表示素子の４辺ともマトリックス基板の端
子部を露出させる方法では、分割された対向電極の端子
部を容易に接続することは困難であった。

そこで、本発明の目的は液晶にかかる実効電圧が高めら
れ、駆動電圧を従来より低下できるアクティブマ）　Ｉ
Ｊラックス晶表示素子の端子接続が容易な構造とその素
子の駆動方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本願の第一の発明によれば、スイッチング素子が薄膜ト
ランジスタでなり、前記薄膜トランジスタはマ）　ＩＪ
ラックス板に形成してあり、対向電極が走査線数に応じ
て分割して設けられ、表示面側の輪郭かはぼ４角形であ
るアクティブマトリックス液晶表示素子であって、前記
４角形をなす４辺の内の３辺で前記マ）　ＩＪラックス
板の端子部が露出し、残りの１辺で対向電極の基板の端
子部が露出しており、前記マトリックス基板および前記
対向電極基板が互いに張り合わされていることを特徴と
するアクティブマトリックス液晶表示素子が得られる。

又、本願の第２の発明によれば、スイッチング素子が薄
膜トランジスタでなり、前記薄膜トランジスタはマトリ
ックス基板に形成してあり、対向電極が走査線数に応じ
て分割して設けられたアクティブマトリックス液晶表示
素子の駆動方法であって、前記薄膜トランジスタのゲー
トバスにフレーム数と走査線数に応じたパルス幅を有す
る正の走査信号を印加し、フレーム周期に対応して各フ
レームごとに正で交番する基準信号に、前記走査信号の
パルス幅に等しい幅の逆向きの画像信号を重畳して前記
薄膜トランジスタのドレイン又はソースのバスに印加し
、走査線と電位して設けられた前記分割対向電極に各走
査ごとに該走査線の走査信号のパルス前縁に同期し、か
つ前記フレーム周期に等しいパルス幅の電位を前記画像
信号の基準信号の高低の向きに一致させて印加すること
を特徴とするアクティブマトリックス液晶表示素子の駆
動方法が得られる。

（作用）本発明のアクティブマトリックス液晶表示素子によれば
、分割した対向′電極の端子部を、表示素子の１辺で全
端子露出する構造としたから、対向電極の端子接続が極
めて容易となる。

さらに、本発明のアクティブマトリックス液晶表示素子
の駆動方法によれば、上記の如く、対向電極に印加され
る電位を走査線の走査に同期させたから、ＴＰＴのスイ
ッチングにより印加された表示電極の電位と対向電極の
電位とが互に逆向きの交番電位とすることができ、した
がって画像信号の最大値は電源電圧にまで選べる。この
結果、液晶に印加される実効電圧を従来方法の２倍に改
善でき、十分な実効電圧となり、コントラスト、視野角
、階調数が大幅に改善できる。

又、本発明のアクティブマトリックス液晶表示素子の駆
動方法によれば、低い電源電圧を用いることが可能とな
り、ドライバー１０回路も低電圧化でき、工Ｃの設計が
極めて容易になる。

（実施例）以下、本発明について図面を参照して説明する。

（実施例１）第１〜２図は本願の第１の発明の実施例の構造を説明す
るためのアクティブマトリックス液晶表示素子の概略図
である。

第１図は外観を説明するためのもので、第１図（ａ）は
表示素子の平面図であり、同図（１））は同図（ａ）の
Ａ−Ａ’破断線における矢視断面図であり、第１図（Ｃ
）は同図（ａ）のＢ−Ｂ／破断線における断面図である
。

ＴＰＴの設けられたアクティブマトリックス基板１０１
のゲートバスが引き出された走査線端子部１０５とドレ
イン（又はソース）バスが引キ出された信号線端子部１
０４を表示素子の４辺の内の３辺において露出させ、分
割対向電極が設けられた対向（電極）基板１０２の分割
対向電極端子部１０６を残りの一辺で露出させた構造と
した。したがって、本図（ｔ））、　（Ｃ）で見るよう
ＶＣ２枚の基板はずれた張り合せ構造となっている。

もう少し詳細に説明するために第２図に端子部の拡大図
を示す。第２図（ａ）Ｆｉ上面からの透視図であり、第
２図（ｂ）は本図（ａ）のＡ　−Ａ’破断線における矢
視断面図である。マトリックス基板２０１の走査線２０
２と信号線２０３数に応じて分割されて設けられた表示
電極２０５が配列されている。この配列に電位して設け
られたストライプ状の分割対向電極２０７の対向電極端
子２１５を露出させるようにマトリックス基板２０１と
対向基板２０６を張り合せた構造とした。

これにより、多数設けた対向電極端子２１５と外部駆動
回路との接続が確実に、しかも容易に行なうことができ
た。従来よく用いられているトランスファ電極を介して
、マトリックス基板からＴＦＴの走査（ゲート）電極端
子及びドレイン（又はソース）（信号線）端子と同一に
接続する方法より、接続不良確率を２０％から２〜０．
２％に改善できた。

（実施例２）第３〜４図は本願の第２の発明の実施例の駆動方法を説
明するための概略図である。、第３図はアクティブマト
リックス液晶表示素子を駆動させるための構成を示した
図、第４図はその実施例の駆動方法を説明するための各
信号のタイミング図である。

第３図において、従来例と同様にマトリックス基板３０
１上に走査線３０２及び信号線３０３が設けられており
、その交点近傍に薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）３０４が
設けられ、表示電極３０５と接続されて、それぞれマト
リックスに設けられている。このマトリックス基板３０
１と電位して設けられ、複数本に分割された対向電極３
０７を有する対向基板３０６が、基板間に液晶材を封入
され、マトリックス基板３０１とシール剤で接着されて
いる。

ここで、対向電極はマトリックス基板上に設けられた走
査線数が４００本であるから、４００本に分割された分
割対向電極３０７である。分割対向電極３０７の長さけ
表示面以上の長さを有している。

表示を得るためには、入力端子３０８よりビデオ信号を
入力し、ビデオ制御回路３０９で走査信号や、信号線に
印加する画像のす／プリング信号が作られることは従来
と同様であり、それぞれドライバーで処理を受けて、ゲ
ート電圧及びドレイン（又はソース）電圧としてマトリ
ックス内のＴＰＴに印加されることも同様である。しか
し、従来−定の電圧を全面素に共通に印加していた対向
電極の電圧は、ここでは用いない。対向電極信号３１２
はマトリックス基板３０１の走査線３０２の走査周期か
らのトリガーが受けられるものである。又、そのトリガ
ーによって信号を処理するシフトレジスターを有する対
向電極ドライバー３１３を介して分割対向電極３０７に
順次電圧が印加される。対向電極の走査と、マトリック
ス基板３０１内の表示電極３０５の走査が同期している
。この結果、従来のように、走査線３０２と信号線３０
３とに選択された表示電極３０５の個所で液晶の表示を
行なうことができる。なお、第３図では信号線３０３を
表示素子の１辺より引出した例を示したが、対向する２
辺より出す場合も同様な信号が入力される。

さらに、本発明を実施したアクティブマトリックス液晶
表示素子の駆動方法を詳細に説明するために、第４図に
各部の信号を示す。

ＴＰＴのゲートバスに接続された走査線に印加する電圧
ＶＧは走査線数ｎに応じて第１番目の走査線から順［Ｖ
Ｇ、〜Ｖ’Ｇｉ〜ｖＧｎのごとく、走査線数とフレーム
数から決められたパルス幅を有した走査信号を印加した
。ＴＰＴのドレイン（又はソース）バスに接続された信
号線に印加する電圧ＶＤはフレーム数に応じたフールド
周期Ｔ？をもって、偶数フールドＴＩＰｎと奇数フール
ドＴｆ　ｎ　＋　Ｈとで高、低し正で交番する基準信号
を印加した。この基準信号にサンプリングされた画像信
号を、走査信号のパルス幅と等しい幅で基準信号の高低
とけ逆向きに重畳させて信号線に印加した。線順次走査
を行ない、各１本の信号線に印加される信号でみると、
走査線数ｎの走査順にしたがい、画像信号は基準信号に
そのタイミングに合せてｖＤ１〜Ｖｏｉ〜ｖａｎのごと
く重畳させて、信号線に印加した。分割対向電極に印加
される対向電極信号は、走査信号Ｖ、のパルスの前縁か
ら同期を得て、フールド周期Ｔ、のパルス幅で高、低し
正で交番させて印加した。対向電極信号の高レベル低レ
ベルは、同期を得る時点の画像の基準信号の高レベル、
低レベルと同−向きとした。

したがって、第１番目の走査線上の液晶印加電圧ｖＬ１
も、１番目（ＤＶｂｌも、最後のｎ番目（７）ＶＬｎも
同じ実効電圧とすることができた。画像信号の無いタイ
ミングでもＶｏとｖ８が高低が逆向きとなる期間が存在
するが、走査信号が高でないため、ＴＰＴはＯＦＦであ
り表示電極に信号が印加されないため誤表示せず、ＴＰ
ＴのＣｌＦＦ抵抗と寄生容量及び液晶抵抗と液晶容量な
どの回路時定数により、走査信号と画像信号とによりＴ
Ｆ’ＴがＯＮした時の表示電極の電位を保ち続は表示を
行なうことができた。

分割対向電極に付加する電圧は５〜ＩＯＶ程度でよく、
又フレーム周期のパルス幅の３０〜６０ｍ５ｅｃ程度で
よく比較的低周波であるから、そのドライバー回路（第
３図７７）Ｓ）Ｃ−ＤＲＩＶＫＶＫＲ）の設計は容易で
ある。このため、そのドライバー回路を対向基板にａ　
−Ｓｉ又はｐｏｌｙ　−１９１を用いたＴＰＴで作り付
けることも容易である。

これらの結果、従来より液晶に印加される実効電圧を２
倍にすることができ、その分だけ駆動電圧を低下させる
ことができた。Ｘ、　　Ｙドライバー回路に用いられる
ＩＣの低電圧化が行なえることから、従来のように２０
〜３０Ｖの信号を処理するのに比べ、１２７程度用のＩ
Ｃの設計は非常に容易となった。

（発明の効果）以上詳細に説明したとおり、本発明のアクティブマトリ
ックス液晶表示素子は、分割対向電極を有する表示素子
の対向電極端子を露出させたことにより、端子接続が容
易な構造にすることができる。

また、本発明のアクティブマトリックス液晶表示素子の
駆動方法は、十分な液晶印加電圧の実効値が得られるか
ら、表示特性を著しく改善できる。

さらに、この方法では、厖動回路の設計を容易にできる
ことや、電源の低電圧化による軽量化の効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本願の第１の発明の一実施例の構造を示
す平面図、第１図（１））は同図（ａ）のＡ　−Ａ’矢
視断面図、第１図（Ｃ）Ｉ−ｉ：同図（ａ）のＢ−Ｂ／
矢視断面図、第２図（ａ）は第１図の表示素子の上面か
ら見た分割対向電極端子部の拡大透視図、第２図（ｂ）
は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢祝断面図、第３図は本願の第
２の発明の一実施例の駆動方法を説明するためのアクテ
ィブマトリックス液晶表示素子の駆動のための構成図、
第４図は第３図の構成における各部の信号波形を説明す
るためのタイミング図、第５図は従来形のアクティブマ
トリックス液晶表示素子の構造を説明するための概略図
、第６図および第７図は従来形のアクティブマトリック
ス液晶表示素子の駆動方法における各部の信号波形を説
明するだめのタイミング図である。１０１．２０１，３０１．５０１・・−マトリックス基
板、１０２，２０６，３０６，５０６・・・対向基板、
１０３．２１６・・・シール材、１０４・・・信号線端
子部、１０５・・・走査線端子部、１ｏ６・・・分割対
向電極端子部、２０２，３０２．５０２・・・走査線、
２０３，３０３，５０３・・・信号線、２０４゜３０４
１　５０４・ＴＰＴ、２０５．．３０５．５０５・・・
表示電極、２０７ｊ　　３０７・・・分割対向電極、５
０７・・・対向電極、２１４・・・信号線端子、２１５
・・・対向電極端子、２１７・・・絶縁膜、２１８・・
・液晶材、２２２・・・ゲート、３０８．５０８・・・
入力端子、３０９．５０９・・・ビデオ制御回路、５１
ｏ・・・Ｘ方向ドライバー、５１１・・・Ｙ方向ドライ
バー、３１３・・・対向電極ドライバー、３１２・−・
対向電極信号、５１２・・−共通対向電圧。代理人　　弁理士　　本　庄　伸　介８″ （ｂ）第１図０−−−−−−−−−−−−−一〜−−−−−−−−−
−−−−−−−−第６図ＴＦｎ−１ｌ　　　　”Ｆｎ−−−←−ＴＦｎ４１　　
　１第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スイッチング素子が薄膜トランジスタでなり、前
記薄膜トランジスタはマトリックス基板に形成してあり
、対向電極が走査線数に応じて分割して設けられ、表示
面側の輪郭がほぼ４角形であるアクティブマトリックス
液晶表示素子において、前記４角形をなす４辺の内の３
辺で前記マトリックス基板の端子部が露出し、残りの１
辺で対向電極の基板の端子部が露出しており、前記マト
リックス基板および前記対向電極基板が互いに張り合わ
されていることを特徴とするアクティブマトリックス液
晶表示素子。
（２）スイッチング素子が薄膜トランジスタでなり、前
記薄膜トランジスタはマトリックス基板に形成してあり
、対向電極が走査線数に応じて分割して設けられたアク
ティブマトリックス液晶表示素子の駆動方法において、
前記薄膜トランジスタのゲートバスにフレーム数と走査
線数に応じたパルス幅を有する正の走査信号を印加し、
フレーム周期に対応して各フレームごとに正で交番する
基準信号に、前記走査信号のパルス幅に等しい幅の逆向
きの画像信号を重畳して前記薄膜トランジスタのドレイ
ン又はソースのバスに印加し、走査線と対位して設けら
れた前記分割対向電極に各走査ごとに該走査線の走査信
号のパルス前縁に同期しかつ前記フレーム周期に等しい
パルス幅の電位を前記画像信号の基準信号の高低の向き
に一致させて印加することを特徴とするアクティブマト
リックス液晶表示素子の駆動方法。