JPH02170124A - アクティブマトリクス液晶表示装置の駆動回路 - 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、非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示装置の駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

近年、ツイスト・ネマティック型（ＴＮ型）を中心とし
た液晶表示装置（ＬＣＤ）　　の応用が発展し、腕時計
や電卓の分野で大量に用いられている。

それに加え、近年、文字２図形等の任意の表示が可能な
マトリクス型も使われ始めている。このマトリクス型Ｌ
ＣＤの応用分野を広げるためには、表示容量の増大が必
要である。しかし、従来のＬＣＤの電圧−透過率変化特
性の立上りはあまり急峻ではないので、表示容量を増加
させるためにマルチプレックス駆動の走査本数を増加さ
せると、選択画素と非選択画素との各々にががる実効電
圧比は低下するので、選択画素の透過率増加と非選択画
素の透過率低下というクロストークが生じる。

その結果、表示コントラストが著しく低下し、ある程度
のコントラストが得られる視野角も著しく狭くなる。従
って、従来のＬＣＤでは走査本数は、６０本ぐらいが限
界である。このような従来のＬＣＤを、次に述べるアク
ティブマトリクスＬＣＤと比較して、単純マトリクスＬ
ＣＤと称する。

マトリクス型ＬＣＤの表示容量を大幅に増加させるため
に、ＬＣＤの各画素にスイッチング素子を直列に配置し
たアクティブマトリクスＬＣＤが考案されている。これ
までに発表されたアクティブマトリクスＬＣＤの試作品
のスイッチング素子には、アモルファスシリコンやポリ
シリコンを半導体材料とした薄膜トランジスタ素子（Ｔ
ＰＴ）が多く用いられている。また一方では、製造法及
び構造が比較的単純であるため、製造工程が簡略化でき
、高歩留り、低コスト化が期待される薄膜二端子素子（
以下ＴＦＤと略す）を用いたアクティブマトリクスＬＣ
Ｄも注目されている。

このような薄膜二端子素子型アクティブマトリクスＬＣ
Ｄ　（以下ＴＦＤ−ＬＣＤと略す）において、一番実用
化に近いと考えられているＬＣＤは、ＴＦＤに金属−絶
縁体−金属素子（以下ＭＩＭ素子又はＭＩＭと略す）を
用いたＬＣＤである。

ＴＦＤとして、ＭＩＭの他にはアモルファスＳｉのｐｉ
ｎダイオード２個を極性逆向きに並列接続したダイオー
ドリング、ｐｉｎダイオード２個を極性逆向きに直列接
続したバック・ツー・バック・ダイオード等が知られて
いる。

以上のＴＦＤは、回路的には全て非線形抵抗素子であり
、素子両端への印加電圧の増加に伴い電流が非線形的に
急激に増加する。このようなＴＦＤを液晶と直列に接続
することにより、電圧−透過率変化特性の立上りは急峻
になり、走査本数を大幅に増やすことが可能になる。

このようなＭＩＭを用いたＬＣＤの従来例は、論文では
デイ・アールバラフ、他、著「ジ・オプディマイゼーシ
ョン會オプ・メタル・インシュレータ・メタル・ノンリ
ニア・デバイシズ・フォア・ユース・イン・マルチブレ
ツクスト・リキッド・クリスタル・ディスプレイズ」、
アイ・イー・イー・イーのトランサクションｅオン拳エ
レクトロン・テバイシーズ、２８巻、６号、頁７３６−
７３９（１９８１年発行）　（：Ｄ、Ｒ，Ｂａｒａｆｆ
、　ｅｔ　ａｌ、。

”　Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔ
ａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉｎ
ｅａｒ　ＤｅｖＩｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎＭｕｌ
ｔｉｐｌｅｘｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙｓ。

ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ　　ｖｏｌ。

ＥＤ−２ｓ、ｐｐ、　７３６−７３９（１９ｓｘ）］、
及び両角伸治、他、著ｒ２５０Ｘ２４０画素のラテラル
ＭＩＭ−ＬＣＤｊテレビジョン学会技術報告（ＩＰＤ８
３−８）、ｐｐ３９−４４．（１９８３年１２月発行）
に代表的に示され、特許公開公報では特開昭５２−１４
９０９０号公報、及び特開昭５５１６１２７３号公報中
に代表的に示され、その動作原理についても詳細に述べ
られている。

ＭＩＭにおいて、最も重要な材料は、絶縁体層の材料で
ある。従来の論文、特許公開公報等に記載のＭＩＭでは
、絶縁体層の材料にタンタル（Ｔａ）又はシリコンの酸
化物又は窒化物が主として用いられるが、これに限定さ
れない。又、金属は殆んど全ての金属を用いることが可
能であるが、主としてクロムかタンタルが用いられる。

非線形抵抗素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、種々の
形で数式化されるが、代表的なものとして、次の式が知
られている。

Ｉ＝Ａ　−Ｖ” ここで、■は電流、■は電圧、αは非線形係数、ＡＩ−
ｊ：比例定数である。既に述べたＭＩＭ素子等において
は、αは６以上の値をもつ。

以上述べたＴＦＩ）−ＬＣＤ　　において、従来は、Ｔ
Ｎ型単純マＩｎクスＬＣＤに用いられている駆動方法と
実質的には同一の駆動方法が用いられている。従来の駆
動方法については、エレクトロニクス昭和６３年４月号
ｐｐ４２−４６に詳述されている。

第５図は、注目している画素が選択画素であり、データ
信号ライン上、選択画素と非選択画素が交互に存在する
場合の駆動信号である。走査信号、データ信号は、負・
正の各フレームで第１表のような値をとる。負・正の各
１フレームでｌｆＪ面の走査を行い、表示内容を書き込
む。アドレス時が各画素への書き込み区間、非アドレス
時が各画素の電荷保持区間である。■ｏとＡｌＰの比（
■Ｄ／■Ｐ）は通常一定でありバイアス比と工ばれる。

ＴＦＤ−ＬＣＤ１画素の等節回路は、第７図のととく、
非線形抵抗素子１３と液晶素子１４とが直列に接続され
、データ信号線１５と走看信＋ｆ３線１６が両端に接続
される。これが逆でも、全く間題ない。

画素印加電圧は、（データ信号）−（走査信号）であり
、第２表の値をとる。それに対応して、液晶電圧が変化
し、表示コントラストとなる。理想的には、非線形素子
のＩ−Ｖ特性は、電圧の正負に対して対称のはずである
が、実際のＭＩＭ素子は非対称性が太きい。即ち、（１
）式で、αは同じでも■〉０の時のＡの値Ａ　と■〈０
の時の人の値Ａ−とは異なる。Ａ　　）Ａ＋の時、液晶
電圧は、負フレームの方が絶対値が大きくなる。液晶の
コントラストは、液晶電圧の実効値で決まるため、この
ような場合は、画面のチラッキ、即ち、フリッカが目に
つきやすくなる。

第２表 ここで、第５図に示された駆動方法では、走査信号もデ
ータ信号もＯＶを中心に信号がふれている（との電圧を
中心電圧とよぶ）。しかし、この方法では、正負両型源
が必要であるので、複雑になる。又、通常、ＴＮ型単純
マトリクスＬＣＤ駆動方法においては、第５図の液晶印
加信号を電位差としては変えないようにして、フレーム
ごとに走査信号、データ信号釜々の中心電圧をかえるこ
とにより、必要な電源の数を減らしている（いわゆる位
相差駆動法）。このような駆動方法の一例を第３表に示
す。通常は、Ｖｓ　　をｏＶ（ＧＮＤ）とすることが多
いが、他の任意の電圧に設定することが可能である。第
５図と第１表に示された駆動方法を実現するには、■Ｌ
ＣＤ−■Ｐ＋　Ｖｔ−Ｖｐ　’Ｉ）＋Ｖ２＝ＶＰ−２Ｖ
Ｄ、　Ｖｓ　＝　２ＶＤ　、　　Ｖ４　””ＶＤ　ＩＶ
５−０　とすればよい。

このような駆動波形をつくる従来の駆動回路は、第６図
に示されるように、コントロール部、データドライバ部
、走査ドライバ部と駆動電圧発生部とから通常構成され
る。この回路は、ＴＮ型単純マトリクスＬＣＩ）に用い
られているものと同一である。

第３表に示すように、負・正フレームに対応して、フレ
ーム信号が、コントロール部からデータドライバ部、走
査ドライバ部に出力さ扛る。この信号は論理レベルであ
り、第３表に示すＬ（ロウレベル）、Ｈ（ハイレベル）
は、もちろん、逆でもよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の従来の駆動回路を用いて、ＴＦＤ−ＬＣＤを駆動
した場合は、フリッカが拙著に見えるという欠点があっ
た。

本発明は、ＴＦＤ−ＬＣＤにおいてフリッカの無い表示
を実現する駆動回路を得ることを目的としている。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリクス
液晶表示装置の駆動回路は、コントロール部と、データ
ドライバ部と、走査ドライバ部と、駆動電圧発生部から
構成され、前記駆動電圧発生部か電源フレーム切替回路
、電圧分割回路と増幅回路から構成されることを特徴と
した構成になっている。

〔作用〕

第１図は本発明による駆動回路の概念図の一例、第２図
は前記概念図中の駆動電圧発生部の一例、第３図は前記
駆動電圧発生部中の電源フレーム切替回路の一例、第４
図は本発明による駆動回路による駆動波形と液晶電圧の
一例である。

笛１図に示された本発明による駆動回路は、第６図に示
された従来の駆動回路と同じく、概念的にはコントロー
ル部、データドライバ部、走査ドライバ部、駆動電圧発
生部から構成される。本体トハ、パーソナル・コンピュ
ータ等のＯＡ機器、もしくはテレビ回路である。コント
ロール部は本体から表示信号を受け、それをＴＦＤ−Ｌ
ＣＤのドライバのコントロール信号に変換し、データド
ライバ部、及び走査ドライバ部に送る。データドライバ
部、走査ドライバ部は、コントロール部からの信号によ
り、駆動電圧部からの■ＬＣＤ　Ｉ　Ｖ＋　、　Ｖ２　
。

Ｖ３　、　Ｖ４の電圧を、第３表に従って印加する。

以上の動作は、第６図に示した従来の駆動回路と同じ動
作であるが、本発明による駆動回路は、コントロール部
からのフレーム信号により、駆動電圧部からの■ＬＣＤ
Ｉ　Ｖｌｌ　■２１　Ｖ３＋　Ｖ４　の電圧が正負フレ
ームで変わる点が特徴である。

このような動作は、第２図に示される駆動電圧発生部の
中の電諒フレーム切替回路により実現される。

このような駆動波形を用いると、走査信号とデータ信号
の差である画素印加電圧信号の絶対値が、フレーム毎に
独立に設定可能となり、液晶電圧ＶＬＣＤの実効値をフ
レーム間で一定にすることが可能になる。これにより、
フリッカのないＴＦＤＬＣＤが可能になる。

本発明による圓１素印加電圧を第４表に示す。

第４表 正負フレーム間の画素印加電圧の絶対値の比である”Ｐ
／ＶＰ’＋　（ＶＰ　　２ＶＤ）／（ＶＰ’−２ＶＤ’
）を各々調整することにより、フリッカが無くなる比が
みつけられる。この比を表示最適比値とよぶ。バイアス
比が一定の場合は、■Ｐ／■２′を表示最適比値に設定
すればよい。ダイオード特性で、Ａ−）Ａｉ仮定スルと
、■や〉ｖＰ′、■ｏ＞ｖＤ′と設定すると、正・負フ
レーム間の液晶電圧の絶対値は等しくすることが可能に
なる。このように設定された例を第４図に示す。ただし
、この図中、走査信号とデータ信号は、便宜上、ｏＶを
中心にしてふれているように示した（即ち、中心電圧が
ｏＶ）。

第１図〜第３図に示された本発明による駆動回路によれ
ば、バイアス比は正負フレーム間で一定である（ＶＤ／
Ｖ、−Ｖ、’／Ｖ、’）。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて説明する。代表的なＭＩＭ−Ｌ
ＣＤの構造、作製法は以下のとうりである。

まず、下部ガラス基板ｌ上の膜形成、ＭＩＭ素子の製作
について述べる。第８図において、下部ガラス基板ｌを
Ｔａ２０５，５ｉＯｚ等のガラス保護膜２で被覆する。

この保護膜２は、不可欠なものではないので、被覆を省
略することもできる。次にこの上にリード電極を形成後
、絶縁体層４を形成する。

絶縁体層４の窒化シリコンは、種々の方法で形成するこ
とが可能であるが、本実施例においては、窒素ガス、シ
ランガス、水素ガスなどの混合ガスによるプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて約１００ＯＡ　に形成した。

上部電極５はＣｒとし、抵抗加熱法により絶縁体層上に
形成し、通常のフォトリングラフィによりパターン化し
た。下部透明電極６は、酸化インジウム−酸化スズ（通
称ＩＴＯ）　　とし、マグネティック・スパッタリング
により絶縁体層上に形成し、通常のフォトリングラフィ
法によりパターン化した。

上部ガラス基板７上の膜形成、パターン化は通常の単純
マルチプレックスＬＣＤとほとんど同一である。上部ガ
ラス基板７は、５Ｉ０２等のガラス保護膜８で被覆され
ているか、この保護膜８は不可欠ではない。上部透明電
極９も、下部透明電極６と同じく酸化インジウム−酸化
スズであり、マグネティック・スパッタリングにより形
成し通常のフォトリソグラフィ法によりパターン化した
。

下部ガラス基板１と上部ガラス基板７とは、ガラスファ
イバー等のスペーサを介して張り合わされ、通常のエポ
キシ系接着剤によりシールした。

セル厚は８μｍとした。

両ガラス基板１，７はラビングにより配向処理をした。

この場合、ポリイミド等の配向処理膜を塗布することが
多いが不可欠ではないので、第１図では省略した。

上記のセルに、ツイスト・ネマティック型液晶であるＺ
ＬＩ−１５６５（メルク製）を注入孔より注入して、液
晶Ｎｌｏとした。注入孔を接着剤で封止することにより
ＴＦＩ）−ＬＣＤを完成した。

第９図に、下部ガラス基板ｌ上の１画素の素子パターン
を示す。このように下部透明電極６は、１画素毎に分離
されている。リード電極３は陽極酸化により前面が絶縁
体層４で覆われており、又、リード電極３からは各画素
に対応して小さな突起がでている。この突起状の電極１
１は、上部電極５と交差しており、この交差部がＭＩＭ
素子になっている。

第１Ｏ図に、本実施例ＴＦＤ−ＬＣＤの構造の一部を示
す。このように、下部ガラス基板ｌ上の各画素が格子状
に並び、リード電極３は横にっながり、端部で端子部１
２を構成している。第８図における上部ガラス基板７上
の上部透明電極９は、図示のように各画素を縦にりなげ
た形で帯状に形成されている。この上部透明電極９の形
状は、単純マルチプレックス駆動のＬＣＤの電極形状と
ほぼ同一である。

本実施例による駆動回路の概念図は、第１図に示すとう
りである。本図中の駆動電圧発生部の詳細図を第２図に
示す。

本回路は、電圧■、。。を、電圧分割回路中の抵抗Ｒ１
，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，ｌＲ５，Ｒ６により、分割し、電
圧Ｖｌ、　Ｖ２．　Ｖ３．　Ｖ４を得る。これらの電圧
レベルを増幅回路により電流増幅して、データドライバ
部、走査ドライバ部に印加する。以上の回路、及び動作
は、従来の回路と同様であるが、電圧■ＬｏＤを、コン
トロール部からのフレーム信号により、正・負フレーム
で異なる値に設定するところが、本発明の特徴である。

このような機能を行う回路が、電源フレーム切替回路で
ある。

通常、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６は同じ値の固定抵
抗、Ｒ４は半固定抵抗が用いられるが、このような設定
には限定されない。−例としては、固定抵抗が３　ｋ＜
２であり、半固定抵抗が５０にΩである。

まだ、増幅回路には、ＩＣ演算増幅器（いわゆるオペ・
アンプ）を用いたボルテージ・フォロワー回路が用いら
れるが、これに限定されるものではない。オペ・アンプ
は高入力インピーダンス、高ゲインの差動アンプである
。

本実施例による電源フレーム切替回路を第３図に示す。

ＯＰＩ、ＯＦ２．ＯＦ２．ＯＦ２はオペ・アンプ、ＶＲ
Ｉ、ＶＨ２，ＶＨ２１’ｊ半固定１．ｌｆ：可変抵抗器
、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３は固定抵抗器である。

Ｖ　ＬＣＤは、正・負フレームにより、Ｖｌｌ又は■２
の値をとるとする（　Ｖｌｔ　）　Ｖ１２　）。ＶＲＩ
により、Ｖｌｌの値が設定される。この電圧レベルＶ２
１は、第２図中の増幅回路と同様に、オペ・アンプＯＰ
Ｉにより、電流増幅される。Ｖ２１ｆ　Ｖ　Ｒ２と１口
１で分割することにより、Ｖ２２の値が設定される。

Ｖ２２はＯＦ２により電流増幅される。Ｖ２１とＶ２２
は、フレーム信号に従い、アナログスイッチで切替られ
る。このようなフレーム毎にＶ２１とＶ２２をとる信号
をＯＦ２により電圧増幅し、ＯＦ２により電流増幅する
。

代表的な各回路定数は以下のとうりである。

ＶＲ］、、＝１０にΩ、ＶＲ２＝１０にΩ、ＶＲ３＝５
０にΩ、Ｒ１１＝４．７にΩ、Ｒ１２＝４７にΩ、Ｒ１
３＝　１０　ｋＵである。ＯＰＩ、ＯＦ２．ＯＦ２．Ｏ
Ｆ２は通常のＩＣのオペアンプが用いられるが、ＯＦ２
゜ＯＦ２は高耐圧のものが望ましい。ＶＨＨは、５Ｖ程
度が適当である。

第３図中で、ＯＦ２．ＯＦ２は必要不可欠のものではな
いが、高耐圧のアナログスイッチが高価格であるため、
本実施例では用いた。

第８図の構造のＬＣＤに第７図の電圧印加方法をとる場
合、上部透明電極９が走査信号線となり、リード電極３
がデータ信号線となる。

本実施例で用いたＴＦＤ−ＬＣＤは、第５図の駆動法を
用いた場合、Ｖ、＝１９Ｖ、バイアス比−９で最大コン
トラストの表示がでたが、フリッカが存在した。ＶＰ＝
１５〜１７■とし、中間調の表示でフリッカが顕著にな
るようにしだ後、第４図の駆動法ノごとく、フレーム間
で■１をかえ（即ち、■やと■２′）、フリッカが完全
に無くなるように調整するのは、容易であった。この時
、ＶＰ＝１４．３Ｖ。

Ｖ、’−１７Ｖ　　であり、表示最適比値（−’ＶＰ／
■２′）は０．８４２であった。ここで、バイアス比は
正・負フレームともに９で一定である。特に、画面全体
が選択画素（即ち全面ＯＮ）の表示にすると特に容易で
あった。

■やと■、　の比、及びバイアス比を変えずに駆動電圧
を上げ、Ｖｐ＝１６Ｖ、ｖ、’−１９ｖでコントラスト
比２０以上、クロストーク無、フリッカも全く無い高コ
ントラスト表示が得られた。

〔発明の効果〕

このように、本発明の駆動回路を用いることにより、容
易に、フリッカの無い表示が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による駆動回路の概念図の一例を示す
図、第２図は、第１図中の駆動電圧発生部の一例を示す
図、箕３図は、第２図中の電源フレーム切替回路の一例
を示す図、第４図は、本発明による駆動回路により発生
せしめられた駆動波形と液晶電圧の一例を示す図、第５
図は、従来の駆動法の一例を示す図、第６図は、従来の
駆動回路の一例を示す図、第７図は、ＴＦＤ−ＬＣＤ　
　１画素の等価回路、第８図は、実施例に用いたＭＩＪ
、１．−ＬＣＤの断面図、第９図は、実施例に用いたＭ
ＩＭ−ＬＣＤの１画素の構造平面図、第１０図は、実施
例に用いたＭＩＭ−ＬＣＤ一部分の透視構造平面図であ
る。 １・・・・・・下部ガラス基板、２，８・・・・・・ガ
ラス保護膜、３・・・・・・リード電極、４・・・・・
・絶縁体層、５・・・・・・上部電極、６・・・・・・
下部透明電極、７・・・・・・上部ガラス基板、９・・
・・・・上部透明電極、１０・・・・・・液晶層、１１
・・・・・・突起状の電極、１２・・・・・・端子部、
１３・・・・・・非線形抵抗素子、工４・・・・・・液
晶素子、１５・・・・・・データ信号線、１６・・・・
・・走査信号線。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 第１区 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コントロール部と、データドライバ部と、走査ドライバ
   部と、駆動電圧発生部とから構成された非線形抵抗素子
   を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置の駆動回路
   において、前記駆動電圧発生部が電源フレーム切替回路
   、電圧分割回路と増幅回路から構成されることを特徴と
   したアクティブマトリクス液晶表示装置の駆動回路。