JPH0511231A

JPH0511231A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0511231A
Application number: JP16421891A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mikami; 佳朗三上; Yuji Mori; 祐二森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は高輝度で視野角の広いＰＤＬＣ
の特徴を有する表示品位の高い大容量マトリクス表示装
置を提供することにある。【構成】上記目的はＰＤＬＣと、ＴＦＴとを組合せるア
クティブマトリクス方式において、ゲート波形を変化さ
せ、ＴＦＴの動作点を最適条件に調整することにより達
成される。【効果】本発明により、ＴＦＴアクティブマトリクス方
式ＰＤＬＣパネルを得ることができ、表示品質に優れ
た、高輝度，大容量の表示が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平面ディスプレイに係
り、とくにポリマー分散型液晶を用いたアクティブマト
リクス表示装置の表示品質の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の改善点を明確にするため、ポリ
マー分散型液晶の特性について説明する。ポリマー分散
型液晶（以下ＰＤＬＣと略す）には、散乱モードとゲス
ト・ホストモードの二つの表示モードがある。散乱モー
ドのＰＤＬＣの表示原理を図７に示す。（ａ）の散乱モ
ードのＰＤＬＣでは、透明ポリマー７９中にネマチック
液晶が、小さな粒状に多数分散されている。液晶粒８２
の大きさは、約１〜２μｍ、ＰＤＬＣ層８０の厚さは、
５〜１０μｍ程度である。ネマチック液晶の２つの屈折
率ｎ（平行），ｎ（垂直）とポリマーの屈折率ｎ_pの関
係は、次式で示される。

【０００３】ｎ（垂直）≒ｎ_p ｎ（平行）≠ｎ_p
…（数１）液晶粒の中の液晶分子は各粒子毎に２つの極を持ち、ポ
リマーの壁面に沿って配向すると考えられている。ま
た、配向の方向は、各液晶粒間でランダムである。した
がって、入射光７７はこれらの液晶粒の界面によって液
晶とポリマーとの屈折率の差により屈折し、散乱され
る。

【０００４】ＰＤＬＣ層に電源７５からスイッチ７６と
電極７３、を介して十分な電圧Ｖを印加すると、粒中の
液晶分子は電界方向に並ぶ。その結果、入射光に対し
て、ポリマーとネマチック液晶の屈折率が等しくなり、
出射光７８が直進する、透明状態に変化する。以上のよ
うに、電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、散乱状態と透明状態
が選択される。また、電圧Ｖ以下の電圧をＰＤＬＣ層に
印加すると、散乱状態と透明状態の中間状態になり、階
調表示ができる。

【０００５】ＰＤＬＣ素子の第２の表示モードとして、
色素の吸収を応用したゲスト・ホスト（ＧＨ）モードが
ある。ＧＨモードＰＤＬＣ素子の表示原理を図１（ｂ）
に示す。従来、ＰＤＬＣの特性についてはエスピーアイ
イー１０８０号４１〜４７頁（ＳＰＩＥＶｏｌ．１０
８０，ｐｐ．４１−４７）によれば、ＧＨモードでは、
色素７４を含有したネマチック液晶を、液晶粒８２とし
て透明ポリマー７９中に分散している。ポリマーとネマ
チック液晶の屈折率の関係は散乱モードと同様である。

【０００６】無電界状態で、液晶粒中の液晶分子の配向
方向は、各液晶粒間でランダムであり、液晶中の色素分
子の方向も同様にランダムである。したがって、ＰＤＬ
Ｃ層に入射した光は、液晶粒中の色素に吸収されＯＦＦ
状態となる。ＰＤＬＣ層に電圧を印加すると、電界方向
に液晶分子が並び、さらに、色素分子の方向も同様に電
界方向に並ぶ。このために、入射光は色素に吸収され
ず、そのまま透過しＯＮ状態となる。

【０００７】以上のように、ＰＤＬＣ素子の二つの表示
モードは共に、光の変調を行うために偏光板を用いな
い。したがって、ＴＮモードと異なり、ＰＤＬＣ素子で
は光の高効率利用が期待される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はこれま
で１９８５年に、調光用窓材としてのＰＤＬＣパネルを
Fergasonが初めて発表した。SID1986 年には、スタティ
ック駆動によるセグメント表示装置を発表し、ディスプ
レイへの応用展開を図った。

【０００９】ここでＰＤＬＣ素子における輝度の印加電
圧依存性について測定した。結果を図８に示す。比較の
ためＴＮ液晶の測定結果を同時に示す。液晶を駆動する
ためには輝度が飽和する電圧を印加する必要があり、そ
の値は、ＴＮ液晶では５Ｖ，一方、ＰＤＬＣでは３０Ｖ
必要であることがわかる。

【００１０】液晶を用いてマトリクス駆動を行うために
は、輝度の印加電圧依存性のしきい値特性が急峻である
必要がある。さらに、表示容量の大きいパネルを実現す
るためにはパネル駆動回路の集積化が必要である。その
ためには駆動電圧の低電圧化が必要である。しかしなが
らＴＮ液晶に比べ、ＰＤＬＣ特性のグラフの立上りは穏
やかであり、したがってマトリクス駆動が行えず、この
点に関して配慮がなされていなかった。しかしながら液
晶駆動電圧として３０Ｖ印加するためにはTFTの動作点
をＴＮ液晶に比べて変える必要があり、この時のＴＦＴ
オフ電流について十分な配慮がなされていなかった。

【００１１】本発明の目的は高輝度で視野角の広いＰＤ
ＬＣの特徴を有する表示品位の高い大容量マトリクス表
示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的はＰＤＬＣと、
ＴＦＴとを組合せるアクティブマトリクス方式におい
て、ゲート波形を変化させ、ＴＦＴの動作点を最適条件
に調整することにより達成される。

【００１３】

【作用】ＴＦＴアクティブマトリクス駆動を行うことに
より、ＰＤＬＣはＴＦＴを介して駆動電圧を印加する。
したがって、ＰＤＬＣ印加電圧のデューティーはほぼ１
００％となる。また、印加電圧依存性が急峻である必要
がないため、大容量マトリクスの構成が可能である。表
示品質に関しても、ＴＦＴの動作点をゲート電圧を変化
させることにより常にオフ時のオフ電流が最低になるよ
う調整されるので、表示品質の低下が少ない。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１５】初めにＴＦＴアクティブマトリクスＰＤＬ
Ｃパネルの構造について説明する。ＴＦＴアクティブマ
トリクスＰＤＬＣパネル画素部の概略断面構造を図２に
示す。ＴＦＴ基板２５上にＴＦＴ２４と表示電極２３と
を配置し、対向基板２６上には対向電極２２を配置す
る。対向基板とＴＦＴ基板との間隙にはＰＤＬＣ層２１
により充填されている。むろんＴＦＴのゲート、ドレイ
ンを相互に接続するゲート配線，ドレイン配線，カラー
表示を行うためのカラーフィルタが実際には存在してい
ることはもちろんである。

【００１６】画素部の電気回路を図４に示す。ＴＦＴ４
８の各端子は、ゲート４３をゲート配線４１，ドレイン
４４をドレイン配線４２，ソースにはＰＤＬＣ液晶容量
４６と蓄積容量４７とが接続されている。ＰＤＬＣ液晶
容量の一端は対向電極と接続され、蓄積容量の一端はイ
ンピーダンスの低いゲート配線、または、蓄積容量同志
を接続し、これに外部から直流電圧、または交流電圧を
印加しても良い。

【００１７】この断面構造を有するＴＦＴパネルを用い
て構成するディスプレイシステム構成を図３に示す。Ｔ
ＦＴアクティブマトリクスＰＤＬＣパネル３１には、外
部からゲート配線３２には走査駆動回路３３の出力端
子、ドレイン配線３４には信号側駆動回路３５の出力端
子、対向基板の共通電極取り出し配線３６には共通電極
駆動回路３７が接続されている。共通電極駆動回路３７
は対向電極駆動電圧を出力する。この電圧は直流でも、
交流でも良い。交流電圧を印加することにより、後述す
る液晶印加電圧の一部を共通電極から印加することがで
きるため、ドレイン電圧の振幅を下げることができる。

【００１８】次にＴＦＴのゲート・ドレイン電圧−ドレ
イン電流特性の測定結果を図５に示す。ソース・ドレイ
ン電圧を１Ｖと６０Ｖにて測定した。ゲート・ソース電
圧が増大すると、ソース・ドレイン電圧によらず、ドレ
イン電流は次第に減少し、最小値を示し、再び増加して
いく。このとき、ドレイン電流の最小値を示すゲート・
ソース電圧がソース・ドレイン電圧により異なる。この
特性を用いて、PDLCを駆動する際の駆動波形を図１に示
す。（ａ）はオン表示の場合であり、(ｂ)はオフ表示の
場合である。図中、ＶＤはドレイン電圧、ＶＧはゲート
電圧、ＶＳはソース電圧波形を示す。ゲート電圧が高く
なる度にＴＦＴはドレイン電流が流れるオン状態にな
り、ソース電圧がドレイン電圧に向かって変化する。こ
の時、オン表示ではドレイン電圧の振幅をＰＤＬＣの飽
和電圧とすることにより、ＰＤＬＣに十分な駆動電圧を
印加する。ドレイン電圧は液晶を交流駆動するため、フ
レーム周期ごとに電圧を反転させる。一方、オフ状態の
場合は、（ｂ）に示すとおり、ドレイン電圧の振幅を液
晶しきい値電圧よりも小さくすることによりＰＤＬＣを
オフの状態にすることができる。

【００１９】次にゲート電圧を低くした状態、すなわち
ＴＦＴをオフ状態にした場合は、ドレイン電流が低い動
作点に移動するため、画素部への電流はカットされ、ソ
ース電圧が保持される。ここで、ドレイン電流が流れる
と、ソース電圧が変動し、ＰＤＬＣ印加電圧が変化す
る。すると、画素の透過率が変化し、表示品質が低下す
る。（ａ）においてオフ時のＴＦＴの動作点を確認する
と、ドレイン電圧の極性により異なり、ドレイン電圧の
極性が＋の時には、ソース・ドレイン電圧がＶＤＳ＋，
ゲート・ソース電圧ＶＧＳ＋であり、図５ではａ点で示
される。ドレイン電圧の極性が−の時には、ソース・ド
レイン電圧がＶＤＳ−，ゲート・ソース電圧ＶＧＳ−で
あり、図５ではａ′点で示される。ａてんのドレイン電
流ｂ点のドレイン電流よりも大きく、ソース電圧が低下
する。

【００２０】そこで、オフ時のゲート・ドレイン電圧を
変化させ、図５のドレイン電流が最も少ない領域、すな
わちグラフの谷に最も近くなるように動作点を変化させ
る。そのため、ゲート駆動電圧を変化させる。この時の
駆動波形を図１（ｃ）に示す。ゲート電圧が低いとき
に、ドレイン電圧の位相に合わせて、すなわちパネルの
交流化駆動信号に合わせてゲート電圧を変化させる。こ
の場合の動作点を同様に図５にプロットする。ｂ点はド
レインが正極性の場合であり、ａ点に比べ、ドレイン電
流が減少している。一方、ｂ′点はａ′点と同じであ
り、したがって、ドレインが正極性の場合、オフ時のド
レイン電流を低減することができる。

【００２１】この駆動方式を行うための走査駆動回路の
構成を図６に示す。シフトレジスタ６１はフレームスタ
ート信号６８によりりセットされ、垂直クロック６９に
より順次シフトする。シフトレジスタ出力６２は出力ス
イッチ列６３に接続され、出力切り換えスイッチ７１
と、ＶＧＬ切り換えスイッチ７２により、出力レベルを
ＶＧＨ（６５），ＶＨＬ１（６６），ＶＧＬ２（６７）
から切り換えて出力端子６４に出力する。シフトレジス
タ出力が１の時はＶＧＨ，シフトレジスタ出力０の時に
は、ＶＧＬ切り換えスイッチの出力電圧を選択する。Ｖ
ＧＬ切り換えスイッチ７２は交流化信号が１の時にはＶ
ＧＬ１，０の時にはＶＧＬ２を出力する。こうすること
により、図１（ｃ）に示したゲート電圧を発生すること
ができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、ＴＦＴアクティブマトリ
クス方式ＰＤＬＣパネルを得ることができ、表示品質に
優れた、高輝度，大容量の表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＦＴアクティブマトリクス駆動波形図であ
る。

【図２】ＴＦＴ−ＰＤＬＣ画素部断面構造概略図であ
る。

【図３】ＴＦＴ−ＰＤＬＣディスプレイシステム構成図
である。

【図４】画素部ＴＦＴ回路図である。

【図５】ＴＦＴ素子のゲート・ソース電圧−ドレイン電
流特性図である。

【図６】走査駆動回路構成図である。

【図７】ＰＤＬＣの原理図である。

【図８】ＰＤＬＣ素子の輝度−印加電圧特性図である。

【符号の説明】

２１…ＰＤＬＣ層、２２…対向電極、２３…表示電極、
２４…ＴＦＴ、２５…ＴＦＴ基板、２６…対向基板、３
１…ＴＦＴアクティブマトリクスＰＤＬＣパネル、３２
…ゲート配線、３３…走査駆動回路、３４…ドレイン配
線、３５…信号駆動回路、３６…共通電極取り出し配
線、３７…共通電極駆動回路、４１…ゲート配線、４２
…ドレイン配線、４３…ゲート、４４…ドレイン、４５
…ソース、４６…液晶容量、４７…蓄積容量、４８…Ｔ
ＦＴ、６１…シフトレジスタ、６２…シフトレジスタ出
力、６３…出力スイッチ列、６４…出力端子、６５…Ｖ
ＧＨ、６６…ＶＧＬ１、６７…ＶＧＬ２、６８…フレー
ムスタート信号、６９…垂直クロック、７０…交流化信
号、７１…出力切り換えスイッチ、７２…ＶＧＬ切り換
えスイッチ、７３…電極、７４…色素、７５…電源、７
６…スイッチ、７７…入射光、７８…出射光、８０…Ｐ
ＤＬＣ層、８１…基板、８２…液晶粒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の走査電極とそれらに交叉した複数の
信号電極と、それぞれの交点に少なくとも１つのＴＦＴ
素子、１つの透明電極を形成した基板と、該基板に対向
する第２の電極基板との間に少なくともポリマーと該ポ
リマー内に内に複数の液晶で満たした粒状の領域を挟持
し、該ＴＦＴ素子からなる画素を有する表示装置におい
て、該走査電極に印加する電圧を、該走査電極に印加する走
査電圧波形の１周期内に少なくとも３つ以上の電圧値を
とること特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１において、該第２の電極に印加す
る共通電極電圧を該信号電極に印加する信号電圧の極性
を反転するごとに、極性を反転する交流電圧を印加する
ことを特徴とする液晶表示装置。