JPH06208349A - マトリクス表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の非線形素子を用いたマトリクス表示装
置では表示内容によっては表示素子に直流が印加され信
頼性の点で問題があった。本発明は点灯状態から非点灯
状態迄のどの状態に対しても両極性駆動が可能な信頼性
の高い表示装置を提供する事を目的とする。 【構成】 走査信号の選択期間での基準電位に対する選
択電位をＶa 、データ信号の点灯電位と非点灯電位の電
圧振幅を２Ｖc 、非線形素子の閾値電圧をＶthとした時
に、閾値電圧Ｖthは（Ｖa −Ｖc ）を越えない値であ
り、且つ保持期間で非線形素子に印加される電圧は非線
形素子の閾値電圧を越えないように駆動する手段を有す
るマトリクス表示装置。 【効果】 点灯状態から非点灯状態迄のどの状態に対し
ても両極性駆動が可能となり表示装置の信頼性が改善さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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）マトリクス型表示装置に関し、どん
な場合でも表示素子にフレーム毎に両極性の電圧が印加
可能で、液晶等の直流印加に対し問題のある表示素子を
用いた場合でも信頼性の改善可能なマトリクス表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶、ＥＬ、ＥＣ、ＰＤＰ、蛍光表示等
各種平面表示はいずれも実用化段階に達し、現在の目標
は高密度のマトリクス型表示にあると言える。マトリク
ス駆動性に問題のある表示方法では能動付加素子を用い
た所謂「アクティブマトリクス法が有効である。アクテ
ィブマトリクスは例えばＢ・Ｊ・Ｌｅｃｈｎｅｒ等によ
る論文（参照文献１，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ｔｈｅ ＩＥＥＥ，ＶＯＬ５９．Ｎｏ．１１．ｐ．１５
６６〜１５７９）で公知であり、能動素子としては３端
子素子（トランジスタ）及び２端子素子（非線形（抵
抗）素子）を用いた方法が提案されている。アクティブ
マトリクスの基本動作は選択期間において能動素子（ス
イッチング素子）をＯＮさせて画素の表示素子に電圧
（電荷）を書き込み、保持期間には該能動素子をＯＦＦ
する事によって電圧（電荷）を保持するものである。

【０００３】２端子素子（非線形（抵抗）素子）として
は、セラミックバリスタを用いた例（参照文献２，Ｄ・
Ｅ・Ｃａｓｔｌｅｂｅｒｒｙ．ＩＥＥＥ．ＥＤ−２６、
１９７９、ｐ．１１２３〜１１２８）及び、ＭＩＭ型ダ
イオ−ドを用いた例（参照文献３，Ｄ・Ｒ・Ｂａｒａｆ
ｆ等、ＩＥＥＥ．ＥＤ−２８、１９８１、ｐ．７３６〜
７３９）等が公知である。また特開昭５７−５８１９１
にもその駆動方法が公開されている。

【０００４】初めに従来のマトリクス表示装置を説明す
る。図１はアクティブ素子を用いない（パッシブ）マト
リクス表示装置の説明図であり、Ｓは複数の行電極、Ｄ
は複数の列電極で、各交点に対応して表示素子Ｃが配置
されている。

【０００５】図２は非線形（抵抗）素子を用いた２端子
型のマトリクス型表示装置の説明図であり、表示素子Ｃ
（n,m ）と非線形抵抗素子ＮＬ（n,m ）よりなるマトリ
クス表示要素Ｍ（n,m ）が、該表示要素を選択的に駆動
する行電極Ｓn と列電極Ｄmに接続されている。

【０００６】非線形素子の特性は簡略化すると図３で表
され、閾値電圧Ｖthの前後で異なる抵抗ＲonとＲoff を
有する。勿論実際の特性は参照文献２、３のように理想
的ではない。

【０００７】図４は従来のマトリクス表示装置の一例Ａ
に用いられた駆動波形である。全体の駆動時間は２つの
フィールド期間Ｔ1 、Ｔ2 よりなる。φn 、φn+1 は行
電極Ｓn 、Ｓn+1 に印加される時分割された走査信号で
ある。期間Ｔ1 でそれぞれの走査信号に割り当てられた
選択期間ｔn 、ｔn+1 では選択電位Ｖa 、その前後の保
持期間では基準電位０を有し、期間Ｔ2 でそれぞれの走
査信号に割り当てられた選択期間ｔ'n、ｔ'n+1では選択
電位−Ｖa 、その前後の保持期間では基準電位０をと
る。ψm は列電極に印加されるデータ信号である。表示
素子に列電極を基準として行電極側に正極性の電圧（電
荷）を充電する期間ｔn 、ｔn+1 を正極性の選択期間、
負極性の電圧（電荷）を充電する期間ｔ'n、ｔ'n+1を負
極性の選択期間とすると、正極性の選択期間ｔn 、ｔn+
1 ではデータ信号の点灯電位は−Ｖc 、非点灯電位はＶ
c であり、負極性の選択期間ｔ'n、ｔ'n+1では点灯電位
はＶc 非点灯電位は−Ｖc となる。データ信号ψm は行
電極の選択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位或
いは非点灯電位をとる。中間調表示の場合は時間割合を
変えた該点灯電位と非点灯電位両方か或いは両者の間の
電位をとるデータ信号が印加される。走査信号φn とデ
ータ信号ψm によって駆動されるマトリクス要素Ｍn,m
にはφn −ψm の信号（(ｄ)の実線）が印加される。

【０００８】非線形素子を用いた２端子型アクティブマ
トリクスにおける保持期間での電圧（電荷）保持条件
は、保持期間で非線形素子に印加される電圧がその閾値
電圧を越えない事である（無視できる程度に短時間の超
過は可能）。非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される電圧
は、表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧｛図４（ｄ）の
破線｝とマトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印加される電圧
｛図４（ｄ）の実線｝との差の電圧である。走査信号φ
n の正の選択期間ｔn の後の保持期間４１，４２では表
示素子に印加される電圧［（ｄ）の破線］は図示したよ
うにＶa ＋Ｖc −Ｖthである。マトリクス表示要素Ｍ
(n,m )に印加される電圧［（ｄ）の実線］と表示素子Ｃ
(n,m )に印加される電圧との差が最大になるのはマトリ
クス表示要素Ｍ(n,m )に印加される電圧［（ｄ）の実
線］が−Ｖc の時である。よって保持期間４１、４２で
非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される最大の電圧はＶa ＋
Ｖc −Ｖth−（−Ｖc ）＝Ｖa ＋２Ｖc −Ｖthとなる。
前述のアクティブマトリクスの電荷保持条件はこの値が
閾値電圧Ｖthより小さい事から次の（１）式が求まる。 Ｖth≧（Ｖa ＋２Ｖc ）／２ （１）

【０００９】同様の計算を負極性の選択期間ｔ'nの後の
保持期間４３、４０に於いて行うとやはり同じ（１）式
が得られる。以上より、（１）式が図４に示した従来の
駆動方式における保持期間での電荷保持条件である。こ
の式は特開昭５７−５８１９１でも公開されている。

【００１０】データ信号ψ'mはφn の選択期間ｔn 、
ｔ'nでは点灯電位−Ｖc 、Ｖc をとっており、表示素子
Ｃ(n,m )に印加される（ｄ）斜線部の電圧は表示素子の
ＯＮ電圧Ｖonに対応している。データ信号ψ'mはφn+1
の選択期間ｔn+1 、ｔ'n+1では非点灯電位Ｖc 、−Ｖc
をとっているから、表示素子Ｃ(n+1,m )に印加される
（ｅ）斜線部の電圧は表示素子のＯＦＦ電圧Ｖoff に対
応している。

【００１１】ここで参照文献２或いは特開昭５７−５８
１９１によればＶth、Ｖa 、Ｖc は次の条件（２）を満
たす必要があると言う。 Ｖa −Ｖc ＜Ｖth （２）

【００１２】マトリクス表示要素に非点灯信号の与えら
れた場合を考える。図４（ｅ）でマトリクス表示要素Ｍ
(n+1,m )に印加されるφn+1−ψmがそれに対応する。正
極性の選択期間ｔn+1 ではマトリクス表示要素にはＶa
−Ｖc の電圧が印加され表示素子Ｃ(n+1,m )に印加され
る電圧は（Ｖa −Ｖc −Ｖth）となる。ここで（２）式
の条件が成り立てば（Ｖa −Ｖc −Ｖth）＜０となり、
図４（ｅ）で示すように電圧はプラスに転ずる事が出来
ない。同様に負極性の選択期間ｔ'n+1ではマトリクス表
示要素には−Ｖa ＋Ｖc の電圧が印加され表示素子Ｃ(n
+1,m )に印加される電圧は−Ｖa ＋Ｖc ＋Ｖthとなる。
ここで（２）式の条件が成り立てば（−Ｖa ＋Ｖc ＋Ｖ
th）＞０となり、電圧はマイナスの転ずる事が出来な
い。以上のように従来例では点灯状態では問題なく両極
性信号が印加されるが、点灯状態から非点灯状態に転ず
ると、最後の点灯状態の極性を保存し片極性の電圧が印
加し続けてしまう。つまり非点灯に転ずる直前がプラス
ならその後の負極性の書き込みでのマイナスに転ずる事
が出来ない。この様に従来例の非点灯状態では表示素子
には常に直流成分が印加されてしまう。

【００１３】図５は参照文献２に示されている他の従来
例Ｂのマトリクス表示装置に用いられる駆動波形の一例
である。参照文献２には行電極に印加される走査信号の
振幅ＶS と、閾値電圧Ｖthとの条件式（３）が示されて
いる。 ＶS ＜Ｖth （３）

【００１４】この従来例ではデータ信号の点灯電位が−
ＶD、非点灯電位が０となっている。よってマトリクス
表示要素に非点灯信号の与えられた場合、例えば図５
（ｅ）でマトリクス表示要Ｍ(n+1,m )にφ'n+1−ψ'mが
印加されると表示素子Ｃ(n+1,m)に印加される電圧は
（ＶS−０−Ｖth）＝ＶS−Ｖthとなる。ここで（３）式
の条件が成り立てばＶS −Ｖth＜０となり、５３で示す
片極性電位が保持されてしまう。即ち非点灯状態では、
表示素子には常に直流成分が印加されてしまう。

【００１５】良く知られたように液晶表示素子等を表示
素子とした場合、直流成分の印加は液晶物質の劣化を引
き起こし信頼性問題を生じ、両極性の駆動が必要とされ
る。この様に従来のマトリクス表示装置では両極性駆動
と言う点で大きな問題があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の非
線形素子を用いたマトリクス表示装置では表示内容によ
っては両極性駆動する事が出来ず、液晶表示素子等直流
に弱い表示素子を用いた表示装置の場合には信頼性の点
で問題であった。本発明は新規な駆動条件を用いる事に
より点灯状態から非点灯状態迄のどの状態に対しても両
極性駆動を可能とし信頼性の高い表示装置を提供する事
を目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為に
本発明のマトリクス表示装置は、それぞれの選択期間で
のデータ信号の点灯電位と非点灯電位の中間電位を基準
電位とした時に、走査信号の選択期間での基準電位に対
する選択電位をＶa 、データ信号の点灯電位と非点灯電
位の電圧振幅を２Ｖc 、非線形素子の閾値電圧をＶthと
した時に、閾値電圧Ｖthは（Ｖa −Ｖc ）を越えない値
とする手段を有する。

【００１８】

【実施例】本発明の第１の実施例に用いる駆動波形は基
本的には図４に示した従来例と同一である。しかし、
（２）式の条件が異なる。本実施例では図４と同様にそ
れぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非点灯電
位の中間電位を基準電位とした時に、走査信号の選択期
間での基準電位に対する選択電位をＶa 、データ信号の
点灯電位と非点灯電位の電圧振幅を２Ｖc 、非線形素子
の閾値電圧をＶthとする。但し、本発明では（２）式の
替りに（４）式の条件を満足する。 Ｖa −Ｖc ≧Ｖth （４）

【００１９】前述の通り（２）式の条件では、非点灯電
位が列電極に印加された場合には、図４（ｅ）の斜線部
のように、フィールド毎に極性が反転せず交流駆動にな
らない。ところが、（４）式の条件を満たせば、非点灯
状態の表示素子にも両極性の電荷が書き込まれる。即ち
正極性の選択期間では（Ｖa −Ｖc −Ｖth）＞０と正極
性の電圧が書き込まれ、負極性の選択期間では（−Ｖa
＋Ｖc ＋Ｖth）＜０と負極性の電圧が書き込まれる。

【００２０】図６に本発明のマトリクス表示装置におけ
る第２の実施例の駆動波形を示す。本実施例でもそれぞ
れの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非点灯電位の
中間電位を基準電位とした時に、走査信号の選択期間で
の基準電位に対する選択電位をＶa 、データ信号の点灯
電位と非点灯電位の電圧振幅を２Ｖc 、非線形素子の閾
値電圧をＶthとする。ここで本実施例でも本発明の条件
である（４）式を満足している。即ち図６で明かなよう
に、正極性の選択期間では（Ｖa −Ｖc −Ｖth）＞０と
正極性の電圧が書き込まれ、負極性の選択期間では（−
Ｖa ＋Ｖc ＋Ｖth）＜０と負極性の電圧が書き込まれ、
非点灯表示素子に対しても両極性の電荷が書き込まれ
る。

【００２１】以上の実施例で明かなように本発明では点
灯状態から非点灯状態迄、中間状態を含むどのような状
態でも必ず両極性の交流電圧を表示素子に印加する事が
可能である。

【００２２】従来例では閾値電圧Ｖthの下限が（２）、
（３）式のよって与えられた。しかし本発明の（４）式
は閾値電圧Ｖthの上限を与えてる。本発明での閾値電圧
の下限は保持期間での電荷保持条件にによって与えられ
る。具体的条件は２つの実施例で異なるので、両者の比
較を含め以下に説明する。

【００２３】第１の実施例では、図４のように表示素子
を列電極を基準として行電極側を正の電圧に充電する選
択期間を正極性の選択期間、負の電圧に充電する選択期
間を負極性の選択期間とした時、基準電位を基準とした
保持期間の走査信号電位は、前記正極性の選択期間の後
と負極性の選択期間の後では同一の値である場合には、
（１）式の条件が保持期間で非線形素子に印加される電
圧が非線形素子の閾値電圧を越えない条件となる。

【００２４】（４）式の条件を用いて最適化された第１
の実施例でも保持期間で非線形抵抗素子に印加される電
圧が大きく、電荷保持性能に大きな問題があった。その
為に以下の問題があった。 コントラストが不十分。 素子特性の分布、変動の影響を受け易い。 閾値電圧の低い素子は使いにくい。 制御性のよい素子が使いにくい。 駆動電圧を下げにくい。

【００２５】以下に第１の実施例と比較しながら第２の
実施例について述べる。本実施例でも列電極に印加され
るデータ信号ψ*mは第１の実施例と同様、基準電位に対
し対称な点灯電位−Ｖc （Ｖc ）或いは非点灯電位Ｖc
（−Ｖc ）を取っている。勿論±Ｖc の絶対値は必ずし
も従来例と同一ではない。走査信号φ*n、φ*n+1は従来
例と同様選択期間と保持期間を有する。例えばｎ行目の
マトリクス要素Ｍ(n,m)についてはｔn 、ｔn+1 が選択
期間であり、６３（ｔn,b 、ｔ'n,a）、６４（ｔ'n,b、
ｔn,a）が保持期間である。

【００２６】本実施例のマトリクス表示装置の特徴は保
持期間の走査信号にある。それぞれの選択期間でのデー
タ信号の点灯電位と非点灯電位の中間電位を基準電位と
した時に、基準電位を基準とした保持期間の走査信号電
位は第１の実施例では単一であったが、本実施例では正
極性の選択期間の後と負極性の選択期間の後で異なる値
を持つ。図６では正極性の選択期間ｔn 、ｔn+1 の後で
は第１の保持電位Ｖb、負極性の選択期間ｔ'n、ｔ'n+1
の後では第２の保持電位−Ｖb を有している。

【００２７】本実施例の効果を得る為に保持電位は、正
極性の選択期間の後と負極性の選択期間の後で同一電位
である第１の実施例と比較して、保持期間に非線形抵抗
素子に印加される電圧の絶対値を小さくするように設定
されている。即ち本実施例では正極性の選択期間ｔn 、
ｔn+1 の後では基準電位よりも正極性の値であるＶb
に、負極性の選択期間ｔn 、ｔn+1 の後では基準電位よ
りも負極性の値である−Ｖb に設定されている。

【００２８】更に本実施例では、従来例Ｂのように保持
期間に非線形抵抗素子に印加される電圧が該非線形抵抗
素子の閾値電圧を越えて保持電荷が逃げる事のないよう
に設定されている。即ち従来例Ｂでは連続する保持期間
であってもＴ1 とＴ2 では保持電位が異なりその切り替
わりで電荷が逃げているのに対し、図６の本実施例の走
査信号φ*nではｔn,b とｔ'n,a、及びｔ'n,bとｔn,a で
それぞれ同一の保持電位を取ることにより非線形素子に
加わる電圧を閾値電圧以内に抑制している。

【００２９】マトリクス表示要素Ｍ(n+1,m )やＭ(n,m )
に印加される電圧波形、例えば図６のφ*n+1−ψ*mやφ
*n−ψ*mを見ると、選択期間で±（Ｖa ±Ｖc ）、保持
期間では±（Ｖb ±Ｖc ）となり、第１の実施例に対し
保持期間で±Ｖb の保持（バイアス）電圧、（ｄ）の６
５、６６、を有している。保持電位とマトリクス要素に
印加される駆動信号電位の差の絶対値は閾値電圧Ｖthよ
りも小さく設定されている。

【００３０】更に図６に示すようにＶb ≧Ｖc と設定す
れば保持期間でマトリクス表示要素に加わる電圧を正の
保持位相では正、負の保持位相では負と片極性にする事
も可能である。

【００３１】本実施例の駆動波形の特徴を具体的に記述
すると、行電極に印加する走査信号は基準電位に対し、
奇数番目の選択期間では電位Ｖa 、奇数番目の保持期間
ではＶb 、偶数番目の選択期間では電位−Ｖa 、偶数番
目の保持期間では−Ｖb を有し、列電極に印加されるデ
ータ信号は少なくとも殆どの期間で基準電位に対し±Ｖ
c 以内の電位を有する。

【００３２】本実施例の駆動波形を別の形で記述する
と、駆動信号を印加する期間はふたつの期間Ｔ1 、Ｔ2
よりなり、行電極例えばＳn 、Ｓn+1 に印加される走査
信号φ*n、φ*n+1は基準電位に対し、期間Ｔ1 のそれぞ
れの行電極にほぼ固有に割り当てられた選択期間ｔn 、
ｔn+1 では選択電位Ｖa を有し、期間Ｔ1 の選択期間ｔ
n 、ｔn+1 より前の少なくとも大部分の期間ｔn,a ｔn+
1,a に於いては第２の保持電位−Ｖb を有し、期間Ｔ1
の選択期間ｔn 、ｔn+1 より後の少なくとも大部分の期
間ｔn,b ｔn+1,b に於いては第１の保持電位Ｖb を有
し、期間Ｔ2 のそれぞれの行電極にほぼ固有に割り当て
られた選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1 では選択電位−Ｖa を有
し、期間Ｔ2 の選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1 より前の少なく
とも大部分の期間ｔ'n,a ｔ'n+1,a に於いては第１の保
持電位Ｖb を有し、期間Ｔ2 の選択期間ｔ'n 、ｔ'n+1
より後の少なくとも大部分の期間ｔ'n,b ｔ'n+1,b に於
いては第２の保持電位Ｖb を有しており、列電極に印加
されるデータ信号は少なくとも殆どの期間で基準電位に
対し±Ｖc 以内の電位を有する。

【００３３】本実施例のマトリクス表示装置に用いる駆
動波形は以下の特徴がある。まず第１の実施例の走査信
号φn 、φ'nはそれぞれのフィールド期間Ｔ1 、Ｔ2 で
２値信号であるのに対し、本実施例は３値信号である。
第１の実施例では期間Ｔ1 、Ｔ2 の保持期間を通じて保
持電位は一定値０であったが、本実施例では２つの保持
電位を有する。各マトリクス表示要素に印加される電圧
は点灯要素には例えば図６φ*n+1−ψmのような信号、
非点灯要素にはφ*n−ψmのような信号であり、保持期
間で非線形素子に印加される電圧はその閾値電圧以下に
設定されている。

【００３４】次に、本実施例のマトリクス表示装置の電
荷保持特性に付いて説明する。第１の実施例で（１）式
として導出したと同様の、保持期間で非線形素子に印加
される電圧がその閾値電圧を越えない電圧（電荷）保持
条件を図６の実施例で求める。

【００３５】非線形素子ＮＬ(n,m )に印加される電圧
は、表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧｛図６（ｄ）
（ｅ）の破線｝とマトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印加さ
れる電圧｛図６（ｄ）（ｅ）の実線｝との差の電圧であ
る。図６（ｄ）の走査信号φ*nの正極性の選択期間ｔn
の後の保持期間６３（ｔn+1,b 、ｔ'n+1,a）に於いて、
表示素子Ｃ(n,m )に印加される電圧（破線）は（Ｖa ＋
Ｖc −Ｖth）である。マトリクス表示要素Ｍ(n,m )に印
加される電圧（実線）と表示素子Ｃ(n,m )に印加される
電圧との差が最大になるのはマトリクス表示要素Ｍ(n,m
)に印加される電圧（実線）が（Ｖb −Ｖc ）となる時
である。よって保持期間６３で非線形素子ＮＬ(n,m )に
印加される最大の電圧は（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth）−（Ｖb
−Ｖc ）＝（Ｖa ＋２Ｖc −Ｖth −Ｖb）となる。この
値が閾値電圧Ｖthより小さいというアクティブマトリク
スの保持条件から（５）式が求まる。 Ｖth≧（Ｖa −Ｖb ＋２Ｖc ）／２ （５）

【００３６】負極性の選択期間の後の保持期間に関し
て、及び非点灯条件図６（ｅ）の両極性の選択期間の後
の保持期間に関しても同様の考察が可能で結果としては
（５）式が導出される。

【００３７】ここで（１）、（５）式の導出に用いた、
「保持期間に非線形素子に印加される最大電圧」を比較
する。前述の如く、第１の実施例ではＶa ＋２Ｖc −Ｖ
th、本実施例ではＶa ＋２Ｖc −Ｖth−Ｖb であった。
本実施例は第１の実施例と比べ「保持期間に非線形素子
に印加される最大電圧」が新たに導入した保持（バイア
ス）電圧Ｖb だけ小さい事が解る。以上のように本実施
例によれば、保持期間に非線形素子に印加される電圧を
第１の実施例より低減する事が可能で電荷保持特性が大
幅に改善される。この結果、本実施例は従来と比べ、保
持特性の良くない非線形素子、即ち閾値電圧付近の非線
形特性が不十分な素子やリーク問題がある素子でも使用
することが可能である。

【００３８】（１）式と（５）式は使用可能な非線形素
子の閾値電圧Ｖthの下限を示しており、本実施例を用い
れば第１の実施例と比べ下限を、新たに導入した保持
（バイアス）電圧Ｖb に対し、Ｖb ／２だけ下げる事が
できる。即ち、第１の実施例の問題点を改善出来る。
またこの事は閾値電圧Ｖthの許容範囲を拡大出来た事に
相当し、閾値電圧Ｖthが分布している場合、あるいは変
動している場合でもその影響を受けにくい。即ち、第１
の実施例の問題点が改善される。

【００３９】次に第１の実施例と本実施例の比較を更に
詳細に検討する。表示素子のＯＮ、ＯＦＦ電圧をＶon、
Ｖoff とすると、両者とも以下の（６）、（７）式が成
り立つ。 Ｖon ＝Ｖa＋Ｖc−Ｖth （６） Ｖoff ＝Ｖa−Ｖc−Ｖth （７）

【００４０】ここで表示素子に印加出来る電圧のダイナ
ミックレンジΔＶ＝Ｖon−Ｖoff と平均印加電圧Ｖmean
＝（Ｖon＋Ｖoff ）／２を用いて（６）（７）式を変形
する。 Ｖa ＝Ｖmean＋Ｖth （８） Ｖc ＝ΔＶ／２ （９）

【００４１】以上の式により（１）、（５）式の条件は
以下のように書き直せる。 ΔＶ≦Ｖth−Ｖmean （１０） ΔＶ≦Ｖth−Ｖmean＋Ｖb （１１）

【００４２】（１０）、（１１）式は非線形素子の閾値
電圧Ｖthと表示素子の駆動電圧Ｖmeanに対し、表示素子
に印加出来る電圧のダイナミックレンジΔＶの上限を与
えている。本実施例の（１１）式は第１の実施例の（１
０）式と比べ上限が拡大されている事がわかる。即ち、
新たに導入した保持（バイアス）電圧Ｖb の分だけ大き
なダイナミックレンジで駆動が可能で、表示品質即ちコ
ントラストや視野角を改善する事が出来、第１の実施例
の問題点が改善される。また、分布や変動、一様性に
対する許容度が改善される事も意味する。

【００４３】次に先に示した第１の実施例の問題点、
、を次の量Ｄ，Ｆ，Ｇで評価する。 Ｄ＝（ｄＶon／Ｖon）／（ｄＶth／Ｖth） （１２） Ｆ＝Ｖth／Ｖon （１３） Ｇ＝Ｖp-p ／Ｖon （１４） ここでＶp-p は駆動電圧ピークからピーク迄の電圧であ
る。Ｄ，Ｆ，Ｇが小さい程好ましい。

【００４４】（６）、（７）式を用いて書き直すと次式
となる。 Ｄ＝Ｆ／（ｄＶon／ｄＶth）＝Ｆ＝Ｖth／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth）（１５） Ｆ＝Ｖth／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth） （１６） Ｇ＝２Ｖa ／（Ｖa ＋Ｖc −Ｖth） （１７）

【００４５】以下では表示品質をダイナミックレンジΔ
Ｖ＝Ｖon−Ｖoff ではなく良く知られた駆動マージンＭ
＝Ｖon／Ｖoff と呼ばれる量で評価する。駆動マージン
Ｍが大きい程表示品質は改善される。

【００４６】改良された第１の実施例でＤ，Ｆを最小に
する最適条件は閾値電圧Ｖthが（１）式の下限の値を取
った時、即ち等号が成立した条件（１８）である。 Ｖth＝（Ｖa＋２Ｖc）／２ （１８）

【００４７】（１５）〜（１８）式より以下の関係が得
られる。 ＤA*＝（３Ｍ−１）／２Ｍ （１９） ＦA*＝（３Ｍ−１）／２Ｍ （２０） ＧA*＝４ （２１）

【００４８】一方、本実施例の実施例での最適条件はや
はり閾値電圧Ｖthが（５）式の下限の値と取った時、即
ち等号が成立した条件（２２）である。 Ｖth＝（Ｖa−Ｖb＋２Ｖc）／２ （２２）

【００４９】更に必要条件ではないが図６ｅの６１の電
位Ｖa −Ｖc が６２の電位Ｖb ＋Ｖc よりも大きい方が
非不活時の電位設定が確実で好ましい。即ち Ｖa −Ｖc ＞２Ｖc （２３）

【００５０】（５）、（２３）両式を満足する場合は
（２４）式となり、 Ｖth＞Ｖa −Ｖb ＞２Ｖc （２４） 等号が成立した場合のＤc 、Ｆc 、Ｇcは（２５）、
（２６）、（２７）となる。 Ｄc ＝（Ｍ−１）／Ｍ （２５） Ｆc ＝（Ｍ−１）／Ｍ （２６） Ｇc ＝（３Ｍ−１）／Ｍ （２７）

【００５１】以上の第１の実施例及び本実施例における
Ｄ，Ｆ，Ｇの最適条件での関係（１９）〜（２１）式及
び（２５）〜（２７）式を図７、図８、図９に図示し
た。第１の実施例と比べると本実施例は同一の駆動マー
ジンＭに対しては小さなＤ，Ｆ，Ｇが得られる。即ち、
同程度の表示品質、コントラストを素子特性分布や変
動の影響を受けにくく、低い閾値電圧Ｖthの素子でも
使用可能で、低い駆動電圧で用いる事が可能となる。
勿論、示した曲線は下限値であり最適条件を外した図の
曲線の上側での任意の値でも設定可能である。

【００５２】（１９）〜（２１）式及び（２５）〜（２
７）式と図７、図８、図９から同一のＤ，Ｆ，Ｇに対し
ては本実施例が第１の実施例に対し大きな駆動マージン
Ｍが得られ、表示品質が向上する事もわかる。即ち、同
一のバラツキ条件ならより良好なコントラストや視野角
特性が可能であり、同一の閾値電圧ならより良好なコン
トラストや視野角特性が可能であり、同一の駆動電圧で
はより良好なコントラストや視野角特性が可能である。

【００５３】用いる事の出来る非線形素子の閾値電圧の
下限が本実施例によって下げられる事には大きな意味が
ある。非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリクスで
は閾値電圧のバラツキの絶対値がそのまま表示素子に印
加される電圧に反映する。閾値電圧の絶対値の大きい非
線形抵抗素子は一般的に閾値電圧のバラツキが大きい。
よって本実施例により閾値電圧の下限を下げられた事は
バラツキの小さな素子が使用可能となった事を意味す
る。

【００５４】例えばＭＩＭダイオードでは絶縁膜の厚さ
によって閾値電圧がかなり自由に変える事は参考文献３
に示されている。しかし、絶縁膜が厚い場合には薄い場
合と比べると閾値電圧の絶対値のバラツキが大きく表示
上のムラとなりやすい。更に駆動電圧も高くなり駆動回
路に負担を掛ける事になる。本実施例を用いれば絶縁膜
厚を従来に対して薄くした小さな閾値電圧のＭＩＭダイ
オードが使用可能となりムラや、駆動電圧を改善出来
る。

【００５５】本実施例の最適条件の時のＶa 、Ｖb 、Ｖ
c の値は表示要素に必要な駆動マージンＭに対して次式
（２８）〜（３０）で設定すればよい。 Ｖa ＜｛（３Ｍ−１）／（Ｍ−１）｝・Ｖth／２ （２８） Ｖb ＜｛（Ｍ＋１）／（Ｍ−１）｝・Ｖth／２ （２９） Ｖc ＜Ｖth／２ （３０）

【００５６】実際にはＶthの素子間のバラツキや時間変
化、光効果等がある為その変化文ΔＶth程度は余裕を見
る必要があり次式程度の値に設定するとよい。 Ｖa −Ｖb ＝（Ｖth−ΔＶth） （３１） Ｖc＝（Ｖth−ΔＶth）／２ （３２）

【００５７】以下に、本発明のマトリクス表示装置を構
成する為の各部分の実施例を示す。

【００５８】図１０は本発明の実施例のマトリクス表示
装置で用いた非線形抵抗素子１０１の構成である。逆方
向にリング接続された２つａ−Ｓｉダイオード１０２，
１０３からなっている。

【００５９】図１１は同じ実施例のマトリクス表示装置
の１画素におよそ対応する部分の平面図、図１２は断面
図である。１１８，１１９はそれぞれ１つのａ−Ｓｉｐ
ｉｎダイオードであり、１１１は列電極、１１６は接続
電極、１１２，１１５ａ−Ｓｉｐｉｎダイオード、１１
４は接続用透明電極、１１２、１１５はａ−Ｓｉｐｉｎ
構造、１１４は接続用透明電極、１１７は表示電極であ
る。図１２の１２５、１２９は上下基板、１２７は液
晶、１２８は行電極、１２６は表示画素電極、１２１は
列電極、１２２、１２３、１２４はａ−Ｓｉのそれぞれ
ｐ+ 、ｉ、ｎ+ 層、１２０の部分がダイオード部であ
る。１０５は光源であり光は金属配線１２１側から入れ
ると良い。

【００６０】以上の様な構造のダイオードリングのＩ−
Ｖ特性を図１３に示す。

【００６１】図１４はダイオードリングの閾値電圧Ｖth
の素子間分布である。４０ｍＶ（±３％）程度の内にほ
とんどの素子がはいっている。Ｍ＝１．２の時本発明の
駆動法では、Ｄ＝１／６となりＶonの画素間バラツキは
±３／６＝±０．５％に入り極めて一様性の良い表示が
実現できる。しかも駆動電圧Ｖp-p はマトリクスの行列
数Ｎ，Ｍによらず４．３Ｖ程度となり５Ｖの電源で容易
に駆動できる。

【００６２】図１５は本発明のマトリクス表示装置のブ
ロック図である。１５１は図１１、図１２に例示したダ
イオードリング等の非線形抵抗素子を有する表示パネ
ル、１５２は図６に示したφ*n走査信号を表示バネルの
行電極Ｓ1 〜Ｓn に印加する行電極ドライバー、１５４
は図６に示したψ*mのようなデータ信号を列電極Ｄ1 〜
Ｄm に印加する列電極ドライバ、１５３は表示情報１５
５、タイミング信号１５８、１５９、電源１５６、１５
７等を各ドライバに供給するコントローラである。

【００６３】図１６は本発明のマトリクス表示装置の行
電極ドライバーの一例である。図１７はそのタイミング
チャートである。１６１はシフトレジスタ、１６２はラ
ッチ群、１６３はアンドゲート群、１６４は電位±Ｖa
、±Ｖb からＨn 、Ｉn 、Ｊn 、Ｋn の信号に応じて
一つの電位を選択し図６φ*nのような信号を行電極に供
給する電位選択ゲートで群である。

【００６４】図１８はコントローラの一例である。１８
０はアンテナ、１８１はチユーナ、１８２はビデオアン
プ、１８４は基準パルス発生、１５７は基準電極電位発
生の各回路である。

【００６５】図１９は列電極ドライバーの一例である。
１９１はサンプリングパルス発生回路、１９２及び１９
３はサンプルホールド回路である。この実施例では図６
の例と異なりアナログ表示でありψ^**m は図２０の如く
−Ｖc からＶc 迄の間を自由にとり、且つ極性反転回路
１９４によりＴ1 とＴ2 で極性を反転させている。

【００６６】以上の実施例におけるマトリクス表示装置
は２００〜１０００本以上の行及び列数が可能であり、
テレビ放送やコンピユータ端末など広く使う事ができ
る。表示品質はパッシブマトリクス表示より格段に優
れ、ＴＦＴ等の３端子素子を用いたアクテイブマトリク
スと遜色ない。素子のバラツキ、分布、変動の影響は駆
動法自体の余裕度向上によって従来法より大幅に改良さ
れている。更に閾値電圧Ｖthの下限が下げられる事によ
り制御性の良好な素子が使用可能となる。又駆動電圧も
低減され、従来の非線形抵抗素子を用いたアクティブマ
トリクスだけでなくパッシングマトリクスのと比べても
改善されうる。本発明により非線形素子を用いたアクテ
ィブマトリクスの問題点が大幅に改善され、ＴＦＴと比
べ製造プロセスがシンプルで短い長所を生かすことが可
能となる。

【００６７】以上の実施例では非線形抵抗素子としてａ
−Ｓｉｐｉｎダイオードを用いたがショットキーバリア
ダイオードやＭＩＳダイオートでもよく、それぞれ長所
をもっている。又ダイオードは一段ではなく多段を直列
および並列につないでも良く、配置は多層或いは平面的
に配列するとよい。ダイオードの材質もａ−Ｓｉ：Ｈに
かぎらずａ−Ｓｉ：Ｃ、ａ−Ｓｉ：Ｎ、ａ−Ｓｉ：Ｏや
ＣｄＳ、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｅ、Ｔｅ等で
も良い。又制御性さえよければハリスタヤＭＩＭダイオ
ー等他の非線形素子を用いても勿論良い。又、表示素子
は液晶以外にもエレクトロクミズム、エレクトロルミネ
ッセンス、蛍光表示管などでもよい。

【００６８】図２１は非線形素子の閾値電圧Ｖthが変化
した場合それを自動的に補償する基準電位設定回路の一
例である。基準電位Ｖa −Ｖtho 、Ｖb −Ｖtho に対し
て表示部内の参照用非線形素子を閾値電圧Ｖthの電位を
用いて、自動的にＶa →Ｖa＋Δ'Ｖth 、Ｖb →Ｖb ＋
Δ'Ｖth 、−Ｖa →−Ｖa −Δ'Ｖth 、−Ｖb →−Ｖb
−Δ'Ｖth 、となる（但しΔ'Ｖth ＝Ｖth−Ｖtho ）。
この様にすると表示要素に印加される電圧はの変動に対
し不変となり非常に都合が良い。

【００６９】

【発明の効果】以上の如く、本発明によるマトリクス表
示装置は従来の非線形抵抗素子を用いたマトリクス表示
装置と比べ、新規な駆動条件を用いる事により点灯状態
から非点灯状態迄のどの状態に対しても両極性駆動を可
能とし信頼性の高い表示装置を提供する事が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】パツシブマトリクス表示装置の説明図である。

【図２】非線形抵抗素子を用いたアクテイブマトリクス
表示装置の説明図である。

【図３】非線形抵抗素子のＩ−Ｖ特性である。

【図４】マトリクス表示装置の駆動方式による駆動波形
である。

【図５】従来のマトリクス表示装置の駆動方式による駆
動波形である。

【図６】本発明の一実施例のマトリクス表示装置におけ
る駆動波形である。

【図７】２つの実施例における最適条件下での特性比較
図である。

【図８】２つの実施例における最適条件下での特性比較
図である。

【図９】２つの実施例における最適条件下での特性比較
図である。

【図１０】本発明の実施例に用いた非線形抵抗素子の回
路図である。

【図１１】本発明の一実施例のおおよそ一画素分の平面
図である。

【図１２】本発明の一実施例のおおよそ一画素分の断面
図である。

【図１３】ダイオードリングのＩ−Ｖ特性である。

【図１４】ダイオードリングの特性分布の実測図であ
る。

【図１５】本発明のマトリクス表示装置のブロツク図で
ある。

【図１６】本発明のマトリクス表示装置の走査信号ドラ
イバの回路図である。

【図１７】本発明のマトリクス表示装置の走査信号ドラ
イバのタイミングチャートである。

【図１８】本発明のマトリクス表示装置のコントロラー
の一例である。

【図１９】本発明のマトリクス表示装置の列電極ドライ
バーの一例である。

【図２０】本発明のマトリクス表示装置のアナログ表示
の際のデータ信号の一例である。

【図２１】本発明のマトリクス表示装置の素子特性の変
化を自動的に補正する回路の一例である。

【符号の説明】

Ｓ、Ｓ1 、Ｓn 、ＳN 行電極（走査電極） Ｄ、Ｄ1 、Ｄm 、ＤM 列電極（データ電極） ＮＬ、ＮＬ(n,m ) 非線形抵抗素子 Ｃ、Ｃ(n,m ) 表示要素 φ、φ1 、φn 、φN 行駆動信号 ψ、ψ1 、ψm 、ψM 列駆動信号 Ｖth 非線形抵抗素子の閾値電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示素子と非線形素子よりなる表示要素
   が、該表示要素を選択的に駆動する行電極と列電極に接
   続されてなり、前記行電極には選択期間と保持期間とを
   有する走査信号が印加され、前記列電極には行電極の選
   択期間に応じて表示内容に対応した点灯電位と非点灯電
   位或いは両者の間の電位をとるデータ信号が印加される
   マトリクス表示装置に於いて、それぞれの選択期間での
   データ信号の点灯電位と非点灯電位の中間電位を基準電
   位とし、走査信号の選択期間での基準電位に対する選択
   電位をＶa 、データ信号の点灯電位と非点灯電位の電圧
   振幅を２Ｖc 、非線形素子の閾値電圧をＶthとした時
   に、閾値電圧Ｖthは（Ｖa−Ｖc ）を越えない値であ
   り、且つ保持期間で非線形素子に印加される電圧は非線
   形素子の閾値電圧を越えない事を特徴とするマトリクス
   表示装置。
2. 【請求項２】 表示素子を列電極を基準として行電極側
   を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択期間、負
   の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間とした
   時、基準電位を基準とした保持期間の走査信号電位は、
   前記正極性の選択期間の後と負極性の選択期間の後では
   同一の値であり、保持期間で非線形素子に印加される電
   圧が非線形素子の閾値電圧を越えない条件は閾値電圧Ｖ
   thが（Ｖa ＋２Ｖc ）／２より大きい事を特徴とする請
   求項１記載のマトリクス表示装置。
3. 【請求項３】 表示素子を列電極を基準として行電極側
   を正の電圧に充電する選択期間を正極性の選択期間、負
   の電圧に充電する選択期間を負極性の選択期間とし、そ
   れぞれの選択期間でのデータ信号の点灯電位と非点灯電
   位の中間電位を基準電位とした時に、該基準電位を基準
   とした保持期間の走査信号電位は、前記正極性の選択期
   間の後と負極性の選択期間の後では異なるお互いに独立
   の保持電位であり、かつこの互いに独立な保持電位は互
   いに同一な場合と比較して、保持期間に非線形抵抗素子
   に印加される電圧の絶対値を小さくするように設定され
   ており、該互いに独立な保持電位の振幅を２Ｖb とした
   時に、保持期間で非線形素子に印加される電圧が非線形
   素子の閾値電圧を越えない条件は閾値電圧Ｖthが（Ｖa
   ＋２Ｖc −Ｖb ）／２より大きい事を特徴とする請求項
   １記載のマトリクス表示装置。