JPH04362991A

JPH04362991A - 液晶表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH04362991A
Application number: JP3256183A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kamagami; 信一鎌上; Hiroshi Morita; 廣森田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1992-12-15

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置の駆動
方法に係わり、特に、非線形な電流電圧特性を有するス
イッチング素子を画素ごとに組み込んだ液晶表示装置の
駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、時計・電卓・計測機器等の比較的
簡単なものから、パ−ソナルコンピュ−タ、ワ−ドプロ
セッサ−、更にはＯＡ用の端末機器、ＴＶ画像表示等の
大容量情報表示の用途に液晶表示装置は使用されている
。こうした大容量の液晶表示装置においては、マトリク
ス表示の時分割駆動方式が一般に採用されている。とこ
ろがこの方式は、液晶自身の本質的な特性によって、表
示部分（ＯＮ画素）と非表示部分（ＯＦＦ画素）のコン
トラスト比は走査電極の本数が多くなるに従い低下し、
走査電極の本数は２００本程度が実用上の限界であり、
更に走査電極が５００本以上の大規模なマトリクス表示
を行なう場合には、コントラスト比の劣化が致命的であ
った。

【０００３】そして、この液晶表示装置のもつ欠点を解
決するための開発が各所で盛んに行われている。その一
つの方向が、個々の画素を直接にスイッチ駆動するもの
である。その場合のスイッチング素子として薄膜トラン
ジスタが採用されている。薄膜トランジスタを構成する
半導体として、これまで単結晶シリコン、セレン化カド
ミウム及びテルル等の種々の材料が提案されてきたが、
現在は非晶質シリコンが最も多く研究されている。しか
しながら、この種の液晶表示装置の製造においては、微
細加工工程が数回必要となり、工程が複雑で歩留まりが
悪くなることがあった。この結果、製品コストが高くな
り、また、大規模な液晶表示装置の製造が著しく困難と
なっていた。

【０００４】スイッチング素子列（アレイ）を用いた別
の方向として、非線形な電流電圧特性を有するスイッチ
ング素子（以下非線形抵抗素子と呼ぶ）を用いたものが
ある。非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタの三端子に
比べて、基本的に二端子で構造が簡単であり、製造が容
易である。このため、製品歩留まりの向上が期待でき、
コスト低下の利点がある。

【０００５】非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタと同
様の材料を用いて、接合形成したダイオ−ドの型、酸化
亜鉛を用いたバリスタの型、電極間に絶縁物を挟んだ金
属−絶縁物−金属（ＭＩＭ）型、更には金属電極間に半
導電性の層（ＭＳＩ）を用いた型等が開発されている。このうちＭＩＭ型は、構造が最も簡単なものの一つで現
在すでに実用化されている。

【０００６】図６はＭＩＭ型液晶表示装置の液晶層に印
加される電圧波形を示す図であり、縦軸は液晶層に印加
される電圧ＶＬＣ、横軸は時間を表している。このＭＩ
Ｍ型液晶表示装置では、液晶を挟持する両電極間に駆動
電圧が印加されると小さい時定数で充電が行なわれ、駆
動電圧が印加されなくなると大きい時定数で放電する。従って、図６に示すように駆動電圧がＯＮされてから短
い選択期間τｏｎで液晶は充電され、ＯＦＦされた後も
長い時間τｏｆｆ　だけ充分な電圧を保持する。この結
果、選択期間τｏｎにおける印加電圧が駆動電圧の実効
値を決定し、通常のマトリクス表示の時分割駆動方式の
液晶表示素子よりもＯＮとＯＦＦの実効値比を大きくす
ることができ、コントラスト比を低下させることがない
液晶表示装置が実現される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ＭＩＭ型液晶表示装置では、ＭＩＭ素子の電流電圧特性
が正／負方向で対称でないため、表示のちらつき（フリ
ッカ）という問題が起きたり、同じ表示パタ−ンを長時
間表示しておくと表示がしばらくの間薄く残る残像現象
という問題が発生する。フリッカは直流のオフセット電
圧を駆動波形に重畳することにより抑えることができる
。しかしながら、残像現象は直流のオフセット電圧を印
加しフリッカのない状態にしても発生する。ＯＮとＯＦ
Ｆの実効値比が十分大きい場合、即ち、１００〜３００
本程度の走査電極を有する液晶表示装置を時分割駆動す
る場合には、残像現象は、見かけ上、無視できるほど小
さいが、近年のように３００〜１０００本もの走査電極
を有する液晶表示装置を時分割駆動する場合のようにＯ
ＮとＯＦＦの実効値比が必然的に小さくなってくると残
像現象は、見かけ上、大きくなる。この残像現象は表示
品位を著しく低下させるため実用上大きな問題となる。

【０００８】この発明は、以上述べたような問題点を解
決するためになされたものであり、液晶表示装置の走査
電極数が増えた場合でも残像現象等の見られない良好な
表示の液晶表示装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、非線形な電
流電圧特性を有し且つこの電流電圧特性が電圧印加の正
方向と負方向とで非対称なスイッチング素子と、このス
イッチング素子を組み込んだ複数個の画素と、電気光学
特性におけるしきい値電圧がＶｔｈ（Ｖ）、飽和電圧が
Ｖｓａｔ　（Ｖ）である液晶とを有し、信号電圧を所定
の画素に書き込む選択期間と書き込まれた信号電圧を保
持する非選択期間とからなる電圧波形で時分割駆動され
る液晶表示装置の駆動方法についてのものである。そし
て、非選択期間に画素に印加される電圧の絶対値Ｖｂ　
（Ｖ）が　　　　　　Ｖ’／２−０．４≦Ｖｂ　≦Ｖ’
／２＋０．５（Ｖ’＝Ｖｔｈ＋Ｖｓａｔ　）を満足する
ように設定した電圧波形で時分割駆動することを特徴と
している。

【００１０】ここで、例えばノーマリーホワイトの液晶
表示装置を想定した場合には、Ｖｔｈは透過率９０％の
ときの電圧、Ｖｓａｔ　は透過率１０％のときの電圧と
して規定している。

【００１１】

【作用】ＭＩＭ型のような二端子型液晶表示装置では、
ＭＩＭ素子の電流電圧特性が正／負方向で対称でないこ
とにより直流電圧等が発生し、残像現象が発生する。こ
のＭＩＭ素子の電流電圧特性を対称にすれば残像現象は
発生しないと考えられる。しかし、ＭＩＭ素子の電流電
圧特性を対称にする、即ち、２つの金属−絶縁体接合界
面を同じ特性になるように作り、且つ、絶縁体の膜質も
膜厚方向に対称になるように作製するのは、容易ではな
い。

【００１２】このような従来の状況で、本発明者等は、
各種の実験から解決の糸口となる次のような知見を得た
。即ち、残像現象の大きさを、一定時間τの間ＯＮ状態
にした後に引き続きＯＮ状態にしたときの透過率と、一
定時間τの間ＯＦＦ状態にした後にＯＮ状態にしたとき
の透過率との差をΔＴｒで表すと、残像現象の大きさΔ
Ｔｒは、非選択期間に画素に印加される電圧の絶対値Ｖ
ｂ　に依存していることがわかった。即ち、Ｖｔｈ、Ｖ
ｓａｔ　の異なる各種液晶について調べたところ、Ｖｂ
は選択期間の電圧との比で決まるのではなく、Ｖ’＝Ｖ
ｔｈ＋Ｖｓａｔ　としたときに、Ｖ’／２−０．４≦Ｖｂ　≦Ｖ’／２＋０．５の範囲で
あれば良いことがわかった。

【００１３】これは、スーパーツイステッドネマチック
（ＳＴＮ）形液晶表示装置等で用いられている最適バイ
アス比とは大きく異なっている。（最適バイアス比は１
／Ｎデューティの場合、１／（Ｎ１／２　＋１）である
。）

【００１４】このことは次のように考えられる。図
７に示すように、ＭＩＭ素子の電流電圧特性は、低電圧
側でより非対称である。このために直流電圧が発生する
。直流電圧は液晶層との界面等に電荷二重層を形成し、
残像現象となると考える。印加電圧が小さい場合には、
ＭＩＭ素子の抵抗が大きいため、電流電圧特性の非対称
性が大きいにもかかわらず、直流電圧の発生は抑えられ
る。また、印加電圧が大きい場合には、電流電圧特性の非対
称性が小さいため、やはり直流電圧の発生は抑えられ、
図８に示すように、所定の印加電圧で直流電圧は極値を
とると推察される。

【００１５】また、発生する直流電圧は、選択期間の電
圧の違いからＯＮ状態とＯＦＦ状態とで異なり、その差
はある電圧で最小になる。液晶表示装置においては表示
コントラストから一義的に駆動電圧が決まってしまうが
、その駆動電圧範囲においては、バイアス電圧を変える
ことによって発生する直流電圧のＯＮ状態とＯＦＦ状態
との差を最小にすることができる。また、液晶層に印加
される電圧は常に、ＯＮ状態ではＶｓａｔ　程度、ＯＦ
Ｆ状態ではＶｔｈ程度であるため、最適なバイアス電圧
は液晶自身の電気光学特性に依存する。即ち、最適なバ
イアス電圧はＶｓａｔ　，Ｖｔｈに関連づけられる。

【００１６】この発明の液晶表示装置では非選択期間に
画素に印加される電圧の絶対値Ｖｂを、ＯＮ／ＯＦＦ各
状態で発生する直流電圧の差が最小になるように、即ち
、　　　　　　Ｖ’／２−０．４≦Ｖｂ　≦Ｖ’／２＋０
．５（Ｖ’＝Ｖｔｈ＋Ｖｓａｔ　）を満足するように設
定してあるため、残像現象が無視できる最適な状態で駆
動されることになり、常に良好に表示することが可能と
なる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の詳細を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１はこの発明の一実施例を適用する液晶
表示装置を説明するための図であり、図１（ａ）はこの
液晶表示装置におけるマトリクスアレイ基板を示す平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´断面に対応する
液晶表示装置の断面図を表している。

【００１９】図１において製造工程に従って説明すると
、例えばガラスからなる基板１上に、例えばＴａからな
る走査電極２とスイッチング素子部の下部電極３を形成
する。次に、走査電極２と下部電極３の表面には、陽極
酸化によりスイッチング素子部の絶縁体４を形成する。更に、例えばＣｒからなるスイッチング素子部の上部電
極５を形成することにより、スイッチング素子６が完成
する。次に、例えばＩＴＯからなる画素電極７を上部電
極５と電気的に接続するように形成することにより、マ
トリクスアレイ基板８を得る。

【００２０】一方別に、例えばガラスからなる基板９上
に、例えばＩＴＯからなる表示電極１０を走査電極２と
直交する方向に形成することにより、対向基板１１を得
る。そして、マトリクスアレイ基板８と対向基板１１を
５〜２０μｍの間隔を保って保持させ、この間隙に液晶
１２を注入する。ここで、接続されたスイッチング素子
６と画素電極７、表示電極１０及び液晶１２の組合せに
より１つの画素が構成されている。

【００２１】図１に示した液晶表示装置は４５０×１１
５２ドットの画素を有し、図２に示される駆動手段によ
り駆動される。即ち、液晶表示装置の表示部２０は、照
明用電源回路２１によって動作される照明器２２でその
背面が照明される。また、走査信号発生回路２３におい
ては、表示データ発生回路２４から発生されるデータ信
号で電源回路２５からの電圧信号が変調されて走査信号
が発生され、同様に、表示信号発生回路２６においては
、データ信号で電源回路２５からの電圧信号が変調され
て表示信号が発生される。この表示部２０の各画素にお
いては、走査電極２に走査信号発生回路２３から発生さ
れる走査信号が印加され、表示電極１０には、表示信号
発生回路２６から発生された表示信号が印加され、これ
らの信号によって表示部２０の各画素が駆動される。電源回路２５には、温度補正回路２７が接続され、この
温度補正回路２７によって残像を最小にする最適な電圧
にバイアス電圧が維持される。即ち、バイアス電圧は、
液晶のしきい値電圧Ｖｔｈに依存して定められるが、こ
のしきい値電圧Ｖｔｈは、温度の変化に従って変化され
る。このことから、例えば環境温度が上昇されて液晶のしき
い値電圧Ｖｔｈが低下されると、電源回路２５において
は、バイアス電圧が低下されるように温度補正回路２７
からの信号に従ってバイアス電圧が最適に変化され、こ
の最適電源電圧が走査信号発生回路２３及び表示信号発
生回路２６に供給される。その結果、走査電極２には走
査信号発生回路２３から発生される最適走査信号が印加
され、表示電極１０には表示信号発生回路２６から発生
された最適表示信号が印加される。

【００２２】既に説明したように各画素には、非線形な
電流電圧特性を有し、且つ、この電流電圧特性が電圧印
加の正方向と負方向とで非対称なＭＩＭ素子であるスイ
ッチング素子６が組み込まれている。また、液晶１２は
電気光学特性におけるしきい値電圧Ｖｔｈが１．９（Ｖ
）、飽和電圧Ｖｓａｔ　が３．３（Ｖ）である材料を用
いた。また、この液晶表示装置の駆動電源部は、デュー
ティー比１／４５０で、バイアス電圧を１乃至４（Ｖ）
に設定した時分割駆動波形を発生する回路からなってお
り、更に詳細には図３（ａ）に示すように、抵抗Ｒ０　
に直列接続された可変抵抗Ｒ１　及びそれらの抵抗Ｒ１
　，Ｒ０　間に接続された増幅器３０，３１，３２，３
３から構成され、可変抵抗Ｒ１　により手動で出力電源
電圧ＶＤＤ，Ｖ１　〜Ｖ５　を変えられるようになって
いる。同様に、温度補正回路２７を含む電源回路２５は
、図３（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ０　に直列接続され
た可変抵抗Ｒ１　、サーミスタＲｔｈからなる並列回路
、及びそれらの抵抗Ｒ１　，Ｒ０　間に接続された増幅
器３０，３１，３２，３３から構成され、温度に依存し
て抵抗値が変化されるサーミスタＲｔｈにより出力電源
電圧ＶＤＤ，Ｖ１　〜Ｖ５　が変化される。走査信号発
生回路２３にはＶＤＤ，Ｖ１　，Ｖ４　，Ｖ５　が供給
され、この走査信号発生回路２３から図４（ａ）に示す
ような走査信号が走査電極２に出力される。表示信号発
生回路２６にはＶＤＤ，Ｖ２　，Ｖ３　，Ｖ５　が供給
され、この表示信号発生回路２６から図４（ｂ）に示す
ような表示信号が表示電極１０に出力される。そして、
｜ＶＤＤ−Ｖ５｜が選択期間に画素に印加される電圧Ｖ
ＯＰに相当し、｜ＶＤＤ−Ｖ１　｜がバイアス電圧Ｖｂ
　に相当する。

【００２３】図５は図１に示した液晶表示装置について
の非選択期間に画素に印加される電圧に対する残像現象
の大きさの依存性を示す図であり、縦軸はＯＦＦ状態（
光透過状態）の透過率を１００％として、５分間ＯＮ状
態（透過率５０％）にした後に引き続きＯＮ状態にした
ときの透過率と、５分間ＯＦＦ状態にした後にＯＮ状態
にしたときの透過率との差△Ｔｒ、横軸は電圧Ｖｂ　を
表している。図５からわかるように、Ｖｂ　が２．２〜
３．１（Ｖ）、即ちＶ’／２−０．４とＶ’／２＋０．
５の範囲にあるときに、△Ｔｒが２％以下と小さい。よ
り好ましくは、△Ｔｒが１％以下の２．４〜２．９（Ｖ
）がよく、この場合、通常（コントラスト比が最大にな
るようにした）表示で残像は全く見られなかった。一方、Ｖｂ　が２．２（Ｖ）より小さい場合は黒い残像
、３．１（Ｖ）より大きい場合は白い残像が目視にて確
認され、△Ｔｒが２％以上と大きかった。

【００２４】また、｜△Ｔｒ｜が最小になるバイアス電
圧は、温度上昇によって液晶のＶｔｈが低くなること等
により低電圧側にシフトするが、駆動電源部を、図３（
ｂ）のようにし、バイアス電圧をサーミスタにより最適
値に保つようにした装置では、周囲温度が変化しても残
像現象が全く見られなかったとともに、４５ｍｓｅｃの
高速応答且つ５０という高いコントラスト比が得られ、
良好な表示であることが確認された。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、非選択期間にＭＩＭ素子に
印加される電圧をＭＩＭ素子の電流電圧特性が正／負方
向で非対称な場合にも直流電圧が発生しないような最適
な値に設定してあるため、残像現象が見られない良好な
表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を適用した液晶表示装置の
構成を示す図である。

【図２】この発明の一実施例を適用した液晶表示装置の
ブロックダイアグラムを示す図である。

【図３】この発明の一実施例を適用した液晶表示装置に
おける駆動電源部の回路図である。

【図４】この発明の一実施例を適用した液晶表示装置に
おける走査電極及び表示電極に印加される電圧波形を示
す図である。

【図５】この発明の一実施例を適用した液晶表示装置に
ついての非選択期間に画素に印加される電圧に対する残
像現象の大きさの依存性を示す図である。

【図６】非線形抵抗素子を画素ごとに組み込んだ液晶表
示装置の液晶層に印加される電圧波形を示す図である。

【図７】ＭＩＭ素子の電圧印加方向が正／負の場合の電
流の比を示す図である。

【図８】発生した直流電圧の印加電圧依存性を示す図で
ある。

【符号の説明】

６……スイッチング素子１２……液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　非線形な電流電圧特性を有し且つこの
電流電圧特性が電圧印加の正方向と負方向とで非対称な
スイッチング素子と、このスイッチング素子を組み込ん
だ複数個の画素と、電気光学特性におけるしきい値電圧
がＶｔｈ（Ｖ）、飽和電圧がＶｓａｔ　（Ｖ）である液
晶とを有し、信号電圧を所定の前記画素に書き込む選択
期間と書き込まれた前記信号電圧を保持する非選択期間
とからなる電圧波形で時分割駆動される液晶表示装置の
駆動方法において、前記非選択期間に前記画素に印加さ
れる電圧の絶対値Ｖｂ　（Ｖ）が　　　　　　Ｖ’／２−０．４≦Ｖｂ　≦Ｖ’／２＋０
．５（Ｖ’＝Ｖｔｈ＋Ｖｓａｔ　）を満足するように設
定した電圧波形で時分割駆動することを特徴とする液晶
表示装置の駆動方法。