JPS598837B2

JPS598837B2 - エキシヨウマトリクスヒヨウジソウチノクドウソウチ

Info

Publication number: JPS598837B2
Application number: JP12964875A
Authority: JP
Inventors: 尚武斎藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1984-02-27
Also published as: JPS5253694A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液晶マトリクスパネルを駆動する駆動装置に関
するものである。

液晶は電圧を印加すると光の透過率が変化するという性
質をもつ。

この性質を利用して、液晶を用いた文字表示装置、図形
表示装置、中間調を有する画像表示装置などの表示装置
の開発研究が行われている。液晶表示装置の駆動には、
通常、線順次走査によるマトリクス駆動法が用いられて
いる。第１図は液晶マトリクスパネルの構造の一例を示
したものである。

Ａは上面図、Ｂは断面図である。厚さ数１７７１の２枚
のガラス板１と２の表面に帯状電極３と４を形成する。
３は透明電極、４は透明または金属反射電極である。

２枚のガラス板は厚さ１０〜数十ミクロンのスペーサ５
を介して接着され、空隙６には液晶が満されている。

液晶の表示の原理は、電界を印加しない時透明であるが
、電界を印加すると白濁して不透明になる動的散乱モー
ド（ＤＳＭ）と、液晶の分子配列によつて光の複屈折性
あるいは旋光性をもち、電界によつて分子配列を制御で
きる電界効果モード（ＦＥＭ）がある。

本発明はＤＳＭ、、ＦＥＭのいずれにも適用することが
できる。第２図Ａに示すように、第１図に示した液晶セ
ルＴに信号源８を接続して駆動する。

このとき、印加電圧に対する液晶の透過光強度はＢに示
すよ・うになる。液晶＆Ａ直流駆動を行うと寿命が短
いため、通常、方形波による交流駆動が行われている。
印加電圧は実効値であり、透過光強度は駆動波形に依存
しない。第２図Ｂにおいて、印加電圧をＯからあげてい
くと、Ｔを越えたところで透過光強度は急減に変化する
。

ＶＴをしきい値電圧（スレツシヨルド電圧）という。印
加電圧がＶＴ以下の場合、液晶は非点灯状態、ＶＴを越
えた場合点灯状態という。ＶＴはＦＥＭでは１〜６Ｖ，
．ＤＳＭでは６〜８である。第１図の液晶マトリクスに
おいて、電極３と４に信号電圧を印加した時、その交点
に印加される電圧がＶＴ以下ならば液晶は点灯しないが
、ＶＴを越えると点灯する。

電極３と４の交点が１つの画素となる。第３図は第１図
の液晶マトリクスの等価回路を示したものである。

水平方向電極（以下走査電極あるいは走査線という）を
Ｙｉ（１＝１、２、３、４）、垂直方向電極（以下信号
電極という）をＸｊ（ｊ＝１、２、３、４）とする。Ｙ
ｉ電極とＸｊ電極の交点Ｚｉｊは画素を表わす。以下、
従来知られている線順次走査によるマトリクスの駆動法
について説明する。第３図は線順次走査による液結マト
リクスの駆動法の原理を示したものである。

走査電極Ｙ２を選択して３／３Ｖ０なる電圧を印加し、
同時に信号電極Ｘ１とＸ３を選択して−１／３Ｖ０なる
電圧を印加すると、交点の画素Ｚ２ｌとＺ２３にはＶ。
なる電圧が印加される。ＶＯ＞ＶＴとすればＺ２ｌとＺ
２３は点灯する。非選択電極を開放にすると、表示パタ
ーンの内容によつては、選択電極からのまわり込み電流
によつて、Ｚ２ｌとＺ２３以外の画素にもＴを越える電
圧が印加されて点灯することがある。

この現象はクロストークとよばれている。クロストーク
を防ぐためには、非選択電極にもバイアス電圧を印加す
る必要がある。第３図において、非選択走査電極には０
Ｖ、非選択信号電極には１／３Ｖ０なるバイアス電圧を
印加する。

このとき、選択点Ｚ２，とＺ２３以外のすべての画素に
は１／３０なる電圧が印加される。したがつて、つぎの
条件を満すようにＶ。を決定すれば、クロストークのな
い鮮明な表示を行うことができる。１／３Ｖ０くＴ＜Ｖ
Ｏ（１）走査電極、信号電極の両方が選択された交点の画素Ｚ２
ｌとＺ２３を選択点、いずれか一方が選択された交点の
画素ＺｌｌＦＺ３ｌラＺ４ｌ９Ｚｌ８ｙＺ３３，Ｚ４３
を半選択点、いずれも選択されない交点の画素を非選択
点という。

走査電極をＹｌ，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４の順に順次選択し、
信号電極には表示パターンに応じた信号を印加すること
により表示が行われる。

第１図および第３図に示した液晶マトリクスは走査電極
および信号電極ともに４本の場合であるが、一般にはよ
り多数の電極によつて構成される。第４図に、従来より
知られているクロストークを防ぎ、交流駆動となる液晶
マトリクスの駆動波形の一般形を示す。

以下、第４図を用いて説明する。走査電極に印加する電
圧をＶｙ、信号電極に印加する電圧をＶｘとすると、両
電極の交点の液晶に印加される電圧はｙ−ｘとなる。

走査線を選択した時ｙ＝（１−１／ａ）ＶＯ、非選択の
時Ｖｙ＝Ｏを印加する。信号電極を選択した時Ｖｘ−一
１／ＡｖＯｌ非選択のときｘ＝１／ＡＶＯを印加する。
ここで走査線数をＮ本とすると、ａは次の条件を満した
時最適駆動条件となることが知られている。ａは１より
大となる。

画素に印加される電圧の絶対値は、選択点Ａ１ではＶ。
、半選択点Ｂ１では（１−２／ａ）ＶＯ．Ｃｌでは１／
ＡＶＯ、非選択点Ｄ１ではし／ＡＶＯとなる。以上の説
明は線順次走査を行うとき第１フレームにおける動作で
あるが、第２フレームでは各電極に印加する電圧の極性
を反転させれば、液晶は２フレームで交流駆動となる。
つぎに、第５図に１つの画素に印加される信号電圧波形
の時間的変化の例を示す。

Ｙ２は第３図においてＹ２に印加される電圧、ＶＸｌ，
ＶＸ２はそれぞれＸ１およびＸ２に印加される信号電圧
である。ＶＺ２ｌはＺ２ｌ（選択点）に印加される信号
電圧、ＶＺ２２はＺ２２（非選択点）に印加される信号
電圧である。第５図より選択点に印加される実効電圧を
ＶＳｌ、非選択点に印加される実効電圧をＶＳ２とする
と（５）式を満足するように。

を設定することにより、選択点だけを点灯させることが
できる。つぎに、第６図に示すように、走査電極が選択
されている時間内に、ｘが−１／ＡＶＯの値をとる時間
Ｔｒを制御することにより、液晶に印加される実効電圧
を制御することができる。このような方法によれば、テ
レビ画像のように中間調をもつ画像表示が可能となる。
第４図および第５図の駆動波形は、第６図でＴｐ＝ｏの
場合に相当する。第７図は１フレームで交流駆動となる
駆動波形である。この場合も（２）〜（５）式を適用す
ることができる。Ｔ，を制御することにより中間調をも
つ画像表示が可能である。第６図あるいは第７図より、
走査線駆動回路は±（１−１／ａ）ＶＯおよび０Ｖの３
つの電圧レベルを発生することが必要であり、信号電極
駆動回路は±１／ＡＶＯの２つの電圧レベルを発生する
ことが必要である。

（２）式よりａ〉１であるからァとＸの間にはつぎの関
係がある。ただし、Ｉｖｙｉは選択時の値である。

（２）〜（５）式より。の値が決まるので、：Ｖｙｉお
よび１ｖｘ１の値を決定することができる。ＶＯは（２
）〜（５）式より走査線数Ｎと液晶のスレツシヨルド電
圧ＶＴに依存する。大画面の液晶表示装置においては、
Ｎは数百本である。ＶＴは１〜８Ｖの値をとる。１例と
して、Ｎ−１００、Ｔ＝６とすると、１ｙ：一４２Ｖ、
１ｖｘＩ＝４。

２Ｖとなる。

また、Ｎ＝１００、ＶＴ＝１Ｖとすると、ＩｖｙＩ＝７
、Ｉｖｘｌ−０．７となる。±０．７Ｖという低電圧を
正確に発生する液晶駆動回路は、従来知られていない。
第８図は液晶マトリクスを構成する１つの画素を示した
ものである。

９は走査電極駆動回路（以）下Ｙドライバという）、１０は信号電極駆動回路（以下
Ｘドライバという）、１１は液晶を抵抗ＲＯと容量Ｃ。

で表わした等価回路である。第８図において、第６図の
第１フレームに示したＶｙ＝０の状態を考える。Ｖｘは
時間Ｔｐの間は−１／ＡＶＯであるから、容量Ｃ。は１
／ＡＶＯなる電圧で充電されている。時間Ｔｐが経過す
るとＶｘは１／ＡＶＯになるので、容量Ｃ。に充電され
ている電荷により、Ｙドライバの出力端子電圧は上昇し
て２／ＡＶＯになる。クロストークを防ぐためには、ｙ
はＯを保持することが必要であり、ＣＯの電荷を放電さ
せる必要がある。この放電電流はＸドライバから供給さ
れ、Ｙドライバに吸収される。一方、第２フレームでは
、ｙ＝ＯのときＶｘは１／ＡＤＯから−１／ＡＶＯに変
化するので、Ｙドライバの出力端子電圧は容量Ｃ。

に蓄種されている電荷により−ａ／２０になる。Ｖｙが
Ｏを保持するためには、容量Ｃ。を充電する必要がある
。この充電電流はＹドライバから供給され、Ｘドライバ
に吸収される。したがつて、Ｙドライバは出力電圧ｙが
０Ｖのとき、電流を供給し、かつ電流を吸収する能力を
有する必要がある。

ｙ＝±（１−１／ａ）ＶＯ、Ｖｘ−±１／ＡＶＯのいず
れの電圧レベルを発生している場合においても、Ｙドラ
イバおよびＸドライバは電流を供給し、かつ吸収する能
力を必要とすることは明らかである。第５図に示したよ
うに、走査線の非選択時間は選択時間にくらべてはるか
に長いことが一般的であるので、非選択時にｙは正確に
Ｏに保持されないと、画素に加わる実効電圧に誤差が生
じて、鮮明な表示ができない可能性がある。

したがつて、非選択時にＶｙを０Ｖに保持することは重
要である。３つの電圧レベルとして士（１−１／ａ）０
および０Ｖを発生し、それぞれの電圧レベル発生電流を
供給し、かつ吸収する能力を有する液晶マトリクス駆動
回路は、従来、適当な回路が知られていない。

本発明の目的は、液晶マトリクスにおいて、大きさの等
しい正、負の２つの低電圧を安定に発生する信号電極駆
動回路と、大きさの等しい正、負の電圧および正確に０
Ｖの３つの電圧レベルを発生し、０Ｖ発生時においては
、電流を供給し、かつ吸収する能力を有する走査電極駆
動回路を提供するにある。

本発明は、信号電極駆動回路においては、正と負の電源
と抵抗とトランジスタによる定電流発生回路を使用し、
出力トランジスタのベースを定電流駆動することにより
、絶対値の等しい正、負の低電圧を発生させた。

また、走査電極駆動回路においては、上記信号電極駆動
回路と同じ回路構成にして、絶対値の等しい正、負の電
圧を発生させ、さらに正、負の電源と抵抗と４個のダイ
オードを使用して、正確に０Ｖの電圧を発生させ、かつ
、電流供給能力と電流吸収能力を有するようにした。第
９図は本発明による信号電極駆動回路１０の実施例であ
る。＋Ｖｌ，−２（Ｖ２〉０）および＋３，−Ｖ３（３
≧０）は電源、Ｔ１〜Ｔ６はトランジスタである。Ｆｌ
，ｆ２は表示パターンによつて決まる論理入力であり、
０と１の値をとり、例えばＴＴＬのような論理回路の出
力を接続される。ｆ１＝１ならばＦ２＝０、Ｆ２＝１な
らばｆ１＝Ｏであり、Ｏのときトランジスタ回路の入力
には０、１のとき＋Ｖｉが印加される。第９図において
、Ｆ，−１の場合について考える。

このときトランジスタＴｌ，Ｔ２，Ｔ３は導通（オン）
する。トランジスタが飽和したとき、ベース・エミツタ
間の電圧をＩＶＢＥＳＩｌコレクタ・エミツタ間の電圧
を１ｖｃＥｓ１とすると、一般にこれらの値は小さいの
で近似的に０とみなすことができる。Ｔ１がオンしたと
き飽和するように回路定数を決定すれば、Ｔ１のコレク
タ電圧はＯになるのでＴ２のエミツタ電圧も０Ｖになる
。

Ｔ２のエミツＶ・夕には定電流］が流れ
、この電流はコレクタ電Ｒ１流にほぼ等しく、Ｒ２に流
れる電流は無視できるほど小さいものであれば、出力ト
ランジスタＴ３のベース電流となる。

すなわち、Ｔ，のベースはＶ２定電流−で駆動されるの
で、出力端子に供給すＲ１る電流が最大となる時にも、
Ｔ３は飽和するように２とＲ１を決定すれば出力電圧Ｖ
ｘはつぎの式で与えられる。

Ｖｘ＝３（７）Ｖ３≧０であるからＶｘの下限値は０Ｖであり、このと
きＴ２は飽和する。

第８図に示したＣ。

に蓄積されている電荷によりＶｘがＶ３より低くなると
、Ｔ，はＣ。に電流を供給して充電を行い、ＶｘはＶ３
に保持される。ＶｘがＶ３より高くなるとＴ３のコレク
タ・ベース間のＰＮ接合は順方向バイアスとなるので、
ＣＯの放電電流はＴ３のコレクタから流れ込んでＴ２に
吸収され、Ｖｘは３に保持される。次にＦ２＝・１の場
合は、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６がオンして、出力トランジスタ
Ｔ６のベースは定電流一Ｒ３で駆動される。

出力端子から吸収する電流が最大となつてもＴ６は飽和
するようにＶ１とＲ３を決定すれば、Ｖ，ｘはつぎの式
で与えられる。Ｖｘ＝−Ｖ３（８）Ｖｘの上限値は０Ｖであり、このときＴ，は飽和する。

Ｔ６は第８図に示したＣ。の放電電流を吸収すると同時
に、ＣＯの充電電流を供給する能力を有することは明ら
かであり、ｘは−Ｖ３に保持される。第９図においてＶ
３＝１／ＡｖＯに設定すれば、第６図に示した駆動波形
Ｖｘを満足する。

１ＶＢＥＳ１および１ｖｃＥｓ１を考慮した場合も、Ｔ
３およびＴ６のベースは定電流で駆動されることは明ら
かである。

このとき出力電圧は！ＶｘＩ＝Ｖ３−ＩＶＣＥＳＩとな
るが、Ｖ３−％ＶＣＥＳｌ＝１／ＡＶＯとなるようにＶ
３を設定すれば、第６図に示した駆動波形ｘを満足する
ことは明らかである。Ｒ２およびＲ４はＴ３およびＴ６
の蓄積時間を短縮するためのものである。負荷抵抗ＲＬ
は除いてもさしつかえない。第１０図は本発明による走
査電極駆動回路９の実施例である。

Ｔ，〜Ｔｌ２で構成される回路は、第９図の回路と原理
的に同じである。Ｇｌ，ｇ２は走査信号であり、走査電
極が選択されると１になる。ただし、ｇ１とＧ２は同時
に１になることはない。ｇ１＝１のとき、出力トランジ
スタＴ，はオンして、Ｖｙ＝Ｖ４−１ＶＣＥＳｉとなる
。

Ｇ２−１のとき、出力トランジスタＴｌ２がオンして、
ｙ＝一４＋１ＶＣＥＳ１となる。従つて１ｖ４１＝（１
−１／ａ）ＶＯ−１ＶｃＥｓ１に設定すれば、第６図の
駆動波形におけるｙ（０出力時を除く）を満足する。か
つ、それぞれの電圧レベル出力時において、電流の供給
能力および吸収能力を有し、第８図に示したＣ。の充放
電を行い、Ｖｙは士（１−１／ａ）ｏに保持されること
は明らかである。１２は、正確に０Ｖを出力し、電流供
給能力および電流吸収能力を有する回路である。

４つのダイオードＤｌ，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は同時にオン
した時、順方向電圧降下Ｆは等しいものを使用する。

Ｄ１とＤ２の接続点はＯに接続し、Ｄ３とＤ４の接続点
から出力をとり出す。ｇ１−Ｇ２＝Ｏ（走査線は非選択
）のときＴ，とＴｌ２はオフする。

このとき、Ｄｌ，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は同時にオンして、
抵抗Ｒ２を通して電源＋１から一２に向つて電流が流れ
る。Ｄ１とＤ２の接続点はＯであるからＡ点の電圧はＤ
１により＋Ｆになる。Ｂ点の電圧は、Ｄ３によりＡ点の
電圧よりＦ低くなるので、０になる。従つて、ｙを正確
にＯすることができる。第８図に示したＣ。

の電荷によりＶｙが０Ｖより低くなると、Ｒ，とＤ３を
通して電源１よりＣ。へ充電電流が供給されてｙはＯに
保持される。またＣ。の電荷によりｙが０より高くなる
と、Ｄ４とＲ２を通してＣ。の゜放電電流は電源−Ｖ２
に吸収され、ｙは０Ｖに保持される。第９図、第１０図
に示した駆動回路は、第７図の駆動波形におけるＶｘ，
Ｖｙも発生できることは明らかである。

第９図の本発明による信号電極駆動回路は、±１／ＡＶ
Ｏなる電圧を発生することができ、１１／ＡｖＯｌはＯ
の値をとることも可能である。

かつ、それぞれの電圧レベルを出力している時、電流供
給能力と電流吸収能力を有するので、出力電圧は１／Ａ
ＶＯあるいは−１／ＡＶＯに保持される。第１０図の本
発明による走査電極駆動回路は、±（１−１／ａ）ｏお
よび０Ｖの３つの電圧レベルを発生することができ、か
つ、それぞれの電圧レベルを出力している時、電流供給
能力と電流吸収力を有するので、出力電圧は（１−１／
ａ）ｏ、（１−１／ａ）ｏおよびＯに保持される。第９
図、第１０図の各回路を用いた本発明による液晶マトリ
クス駆動回路は、液晶マトリクスパネル上にクロストー
クのない鮮明な表示を行うために、極めて有効な手段を
与えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶マトリクスパネルの構造図、第２図は液晶
の印加電圧と透過光強度の特性図、第３図は液晶マトリ
クスの等価回路図、第４図は液晶マトリクスの駆動波形
の一般形を示す図、第５図は液晶に印加される信号波形
の時間的変化を示す図、第６図は中間調を表示する液晶
マトリクスの駆動波形図、第７図は第６図の変形例を示
す図、第８図は液晶マトリクスを構成する一画素の等価
回路図、第９図は本発明による信号電極駆動回路の実施
例を示す図、第１０図は本発明による走査電極駆動回路
の実施例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１走査電極と信号電極でマトリクスを形成し、この両
電極間の空隙に液晶を満たし、このマトリクスを線順次
走査によつて駆動する液晶マトリクス表示装置において
；表示パターンによつて決まる同時には互に極性１、０
の反対な論理入力ｆ＿１およびｆ＿２をそれぞれ入力す
る、抵抗とトランジスタで構成される２組の定電流発生
回路により、正と負の電源＋Ｖ＿３および−Ｖ＿３にそ
れぞれのエミッタを接続し、かつ出力端ｘにそれぞれの
コレクタを共に接続した２つの出力トランジスタのベー
スを定電流駆動することにより、出力端ｘに絶対値の等
しい正、負の信号電極駆動電圧を発生させる信号電極駆
動回路と、同時には互に極性１、０が反対および互に０
の走査信号ｇ＿１およびｇ＿２をそれぞれ入力する、抵
抗とトランジスタで構成される２組の定電流発生回路に
より、正と負の電源＋Ｖ＿４および−Ｖ＿４にそれぞれ
のエミッタを接続し、かつ出力端ｙにそれぞれのコレク
タを共に接続した２つの出力トランジスタのベースを定
電流駆動することにより、出力端ｙに絶対値の等しい正
、負の走査電極駆動電圧を発生させ、更に正と負の電源
＋Ｖ＿１および−Ｖ＿２間にブリッジ接続した４個のダ
イオードと抵抗とを直列に接続し、該ダイオードの２つ
の対応する中間接続点を接地および前記出力端ｙに接続
することにより、出力端ｙに前記走査信号ｇ＿１、ｇ＿
２が互に極性０（非選択時）のとき正確に零Ｖの走査電
極駆動電圧を発生させる走査電極駆動回路とを備えたこ
とを特徴とする液晶マトリクス表示装置の駆動装置。