JPS6152681A - 表示パネル及びその駆動法 - 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］ 本発明は液晶素子、ＬＥＤ　　（発光ダイオード）素子
等の画像表示素子を用いた表示パネル及びその駆動方法
に関するものであり、特に強誘電液晶素子を、アクティ
ブ・マトリックス構成により駆動する方法に関するもの
である。 ［従来の技術］ 最づ、本発明に係わる光学変調物質について述べる。 本発明の表示パネル及びその駆動法で用いる光学変調物
質としては、加えられる電界に応じて第１の光学的安定
状態と第２の光学的安定状態とのいずれかを取る。すな
わち電界に対する双安定状態を有する物質、特にこのよ
うな性質を有する液晶、が用いられる。 本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクティッ
ク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクティッ
クＣ相（ＳｍＯ２）又はＨ相（Ｓｍ）Ｉりの液晶が適し
ている。この強誘電性液晶については、”ＬＥ　ＪＯＵ
ＲＮＡＬ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩＱＵＥＬＥＴＴＥＲＳ　”
　３Ｂ　（Ｌ−６９）　１９７５．　　ｒＦｅｒｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ　Ｃｒ７ｓｔａｌｓ　Ｊ　
　；　　”Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　’Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ　”　３１Ｂ　（１１）　１９８０．　　ｒ
ｓｕｂｍｉｃｒｏ　５ｅｃｏｎｄ’Ｂ１５ｔａｂｌｅ　
Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ
　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ＋Ｊ　；　　”固体物理
”　１１３　（１４１）　１９８１．　　ｒ液晶」等に
記載されており、本発明ではこれらに開示された強誘電
性液晶を用いることができる。 より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン＝ｐ′−ア
ミノ−２−メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ
）　、ヘキシルオキシベンジリデン−Ｐ′−アミノ−２
−クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ：　）
および４−ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリチン
−４′−オクチルアニリン（ＦＩＢＲＡ８　）等が挙げ
られる。 これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化合
物が、Ｓｍｉ！相又はＳｍＯ２相となるような温度状態
に保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロック等により支持することができる。 第２図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。２４と２４′は、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｒ＋０２やＩ
ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明電
極がコートされた基板（ガラス板）であり、その間に液
晶分子層２５がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍ
１ｔ相の液晶が封入されている。太線で示した線２６が
液晶分子を表わしており、この液晶分子２６は、その分
子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐよ）２７を有
している。基板２４と２４′上の電極間に一定の閾値以
上の電圧を印加すると、液晶分子２６のらせん構造がほ
どけ、双極子モーメント（Ｐ工）２７はすべて電界方向
に向くよう、液晶分子２６の配向方向を変えることがで
きる。液晶分子２６は細長い形状を有しており、その長
袖方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って１例え
ばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配
置した偏光子を置けば、電圧印加極性番こよって光学特
性が変わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解
される。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合（
例えば１１Ｌ）には、第３図に示すように電界を印加し
ていない状態でも液晶のらせん構造はほどけ、その双極
子モーメン）Ｐ又はＰ′は上向き（２７ａ）又は下向き
（２７ｂ）のどちらかの状態をとる。このようなセルに
第３図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界Ｅ又
はＥ′を付与すると、双極子モーメント電界Ｅ又はＥ′
は電界ベクトルに対応して上向き２７ａ又は、下向き２
７ｂ′と向きを変え、それに応じて液晶分子は第１の安
定状態２８かあるいは第２の安定状態２８′の何れか１
方に配向する。 ′　このような強誘電性液晶を光学変調素子として用い
ることの利点は２つある。第１に、応答速度が極めて速
いこと、第２に液晶分子の配向が双安定性を有すること
である。第２の点を、例えば第２図によって説明すると
、電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の安定状態２８に
配向するが、この状態は電界を切っても安定である。又
、逆向きの電界Ｅ′を印加すると、液晶分子は第２の安
定状態２８′に配向して、その分子の向きを変えるが、
やはり電界を切ってもこの状態に留っている。又、与え
る電界Ｅが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向
状ｆＢ、にやはり維持されている。このような応答速度
の速さと、双安定性が有効に実現されるには、セルとし
ては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、０．５
濤〜２０ｐＬ、特にＩＪＬ〜５ＪＬが適している。この
種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する
液晶−電気光学装置は１例えばクラークとラガバルによ
り、米国特許第４３６７９２４号明細書で提案されてい
る。 次に、実際に画像表示を行なう場合について以下に述べ
る。 液晶ディスプレイ法の一つであるマトリクス形表示の原
理は、走査電極群と信号電極群をマドリスク状に構成し
、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を形成
して画像或いは情報の表示を行うものであるが、この方
式の場合、画像密度を高くしたり、あるいは画面を大き
くすると、走査電極、表示電極ともそれぞれ膨大な数が
必要になり、その結果液晶の応答速度が遅くなり、表示
画素以外の画素にも電圧が分配される。いわゆるクロス
トークによる弊害が生ずる。そこでこの点を改良するた
めに、電圧平均化駆動法、二周波駆動法１分割マトリク
ス方式、多重マトリクス方式等がすでに提案されている
が、いずれの方法においても、表示素子の大画面化およ
び高密度化に伴う、走査線数の増大に対応することは、
難しかった。そこで最近になってＦＥＴ　　（電界効果
トランジ、　　スタ）等のスイッチング素子を各画素ご
とにマトリクス状に配列し、液晶を直接駆動するアクテ
ィブマトリクス表示（Ａｃｔｉｖｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙ　）方式が考えられ、実用化されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記アクティブマトリクス方式において
は、クロストークの問題は解決されるものの、従来の液
晶（ネマチック）素子を用いるものでは、表示の高速化
に限界があり、大画面表示にも繰返し川波数からの制約
があった。また、液晶素子として強誘電性液晶を用いた
場合には、前記ネマチック液晶における欠点は改善され
るものの、表示画像の高密度化に伴う回路構成の簡素化
という面においては、さらに改善の余地があった。本発
明はこのような従来の問題点を解決するためになされた
もので、アクティブマトリクスを用いた表示電極の回路
構成を改良することにより、信号線数の大幅な減少によ
る回路の簡素化を図ることを目的としている。 ［手　段］ ＴｆＩＪ１図は本発明の基本概念を示す回路構成図で、
図において明らかなように、ＦＥＴ素子のソースもしく
はドレインとして機能する第一端子に画素電極を設ける
とともに、その画素電極に対応して複数の対向電極を接
続し、走査信号を、前記ＦＥＴ素子のソースもしくはド
レインとして機能する第二端子が導かれる走査信号線と
、これに平行に配置した複数の対向電極に印加し、さら
に前記走査信号線と対向電極線に直交に配置したゲート
線（ＦＥＴの第三端子に接続する）に表示信号を印加す
る。一般に、ｎ画素の表示においてはＪｉＸＺ本の引き
出し線が必要であるが、本発明では、　３ｒ′ｎ×３木
の引き出し線が必要となる。なお、Ｎの三乗板が自然数
で存在しない場合には引き出し線数を若干増す必要があ
る。 ［作　用］ 本発明は、第１図の回路構成図において明らかなように
、三系統の信号線群のうち二つを走査信号線として、書
き込みラインの選択をすると共に、残った一系統の信号
線に、表示信号を入力することによって、画像表示を行
うものである。具体的には、駆動素子であるＦＥＴ　　
（電界効果トランジスタ）のゲートがゲートオン状態と
なるように信号電圧を印加し、それと同期させてＦＥＴ
のゲート以外の端子であるソース端子及びドレイン端子
の間に電界を形成させると共に、その極性を変えること
によって、第一の配向状態と第二の配向状態の二つの表
示状態を制御するものである。したがって、本発明で用
いられる強誘電性液晶としては、電界の極性に応じて第
一の光学的安定状態及び第二の光学的安定状態のいずれ
かを取る物質、すなわち電界に対して双安定状態を有す
る物質が用いられる。また、駆動素子であるＦＥＴにお
いては、Ｐ型であってもＮ型であっても、ゲート以外の
端子のいずれがソースとして作用し、いずれがドレイン
として作用するかは、電圧の印加の方向によって定まる
。すなわちＮ型では電圧の低い方がソースであり、Ｐ型
では電圧の高い方がソースとして作用する。なお各信号
電極における電圧レベルは各信号間の電位差を相対的に
維持するものであれば、以下に述べる実施例にとられれ
ることなく任意の値に設定することが出来る。 ［実施例１ 本発明の液晶表示装置を用いた画像表示の具体例を第１
図及び第４図〜第７図に基づいて説明する。 第１図の回路構成において、駆動素子としてＮ型ＦＥＴ
好ましくはＴＰＴ　　（薄膜トランジスタ）、液晶素子
として強誘電性液晶を使用し、第５図に示した所定の表
示パターンを書き込むための、各々の電圧値は、以下の
条件を満足する所望の値に設定される。

【１１走査信号線■でｍ＝ａ、走査信号線■でｍ＝ｂ、
表示信号線で文＝Ｃの位置に「明」を書き込む場合。 〜／− 【２】走査線■でｍ＝ａ、走査線■でｍ＝ｂを選び表示
信号線見ζＣで「暗」を書き込む場合。 但し、各記号は下記事項を表わす。 ＶＬＩＩ：：強誘電性液晶の閾値電圧の絶対値ｖＰニア
クチイブマトリクスを構成しているＦＥＴのゲート閾値
電圧 ■ｓｎ：走査信号電圧■ ｖｃ、、：走査信号電圧■ ＶＧＩ：表示信号電圧 以上の各信号電圧の、位相ｔ１〜ｔ８における電気信号
波形を第６図に示す、第６図においては、それぞれ横軸
が時間を、縦軸が電圧を表わしている。この様な電気信
号が与えられた時の各画素への書き込み動作をｆＪｒＶ
図に示す＠　ｆＪＳ７図においては、横軸が時間を表わ
し、縦軸は上側ＯＮ（暗）、下側ＯＦＦ　　（明）の各
表示状態を表わす。 すなわち、各位相時間において、各々の画素が「暗」又
は「明」のいづれの状態にあるかを表わしている。なお
、図中ＱＮ−１は前回走査されたときの信号状態をその
まま保持しているものとする。 また第７図における各画素の座標は、第４図による０以
上、位相し１〜ｔ８の各動作によって第５図に示される
所望の表示パターンが完成する。 なお、本実施例では、第６図においてＶｐ＝０としたが
、Ｖｐ＃０であるならば、ＶＣ（ゲート電圧）をＶｐ分
だけシフトすればよい、又、実施例において１強誘電性
液晶としてＤＯＢＡＭＢＣを使用シタ場合（７）具体的
数値は、Ｖ　ＬＣ＝　＝　１〜２０（Ｖ）、使用温度と
しては７５℃〜８５℃、一画素を書き込むのに必要な時
間は約５０ｇｇである。 本発明の回路構成は１通常のアクティブマトリクスの画
素上に、パッシブマトリクスを形成することと同じにな
るので、従来のパッシブマトリクスの場合と同様にクロ
ストークが避は難い、そこで、一般的なりロストークを
考えた最適条件を以下に述べる。 第８図において、対向電極を走査信号線として用いた場
合、他の走査線がそのアクティブマトリクス上の画素を
選択している場合には、第８図（ａ）において１−ｎま
での対向電極は独立に動作して、対向電極によって分け
られる画素相互では、アクティブマトリクス電極と対向
電極間に挟持する光制御物質（たとえばＬＣ）に印加さ
れる電圧に影響を及ぼさない。 しかし、アクティブマトリクス上の画素電極が　：選択
されていないときは、ゲートがＯＦＦ　してｔｊＳ８図
（ｂ）のようにアクティブマトリクス上の画素電極を通
して、１〜ｎまでの対向電極によって分けられる画素は
短絡されたことになり、１〜ｎまでの対向電極のうちひ
とつが選択されたときの電圧がアクティブマトリクス上
の画素電極を通して分配されることになる。 対向電極に入れる走査信号電圧を■として、他の選択さ
れない対向電極の電圧０とすると、より正確には選択走
査信号電圧をＶＯＮ非選択時の走査信号電圧をＶ　ＯＦ
Ｆとした場合にＶ＝（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ　）と定義す６
゜ そうすると１選択された走査線ｍ（１≦ｍ≦ｎ）にＶを
印加した場合の他の走査線に表われる電圧、言い変えれ
ば他の画素の電極間にかかる電圧は、 ｖ　′＝ｖ−！− と表わすことができる。又、走査信号ｉＪｉｍに表われ
る電圧は。 ｖ″＝ｖＬｘ上 と表わされる。 ここで、ＶＯＮは使用材料（例えばＬＣ）の閾値を越え
ることがあっても、　ｖＯＦＦは絶対に越えられない、
したがって、上述の３’ｌｌｉ圧値ｖ’、ｖ″。 Ｖ　ＯＦＦは使用材料の閾値の絶対値より小さいことが
要求される。 そこでＶＯＦＦ　＝ａ　ＶＯＮと定義すると、上述の３
つの電圧値は全てＷＯＮの関数となるので、次の条件を
満足することが必要となる。すな゛わち、ｗａｘ（Ｖ’
、Ｖ″、ＶＯＦＦ　）　＜Ｖｏ、、、、、、■ここでＶ
Ｑは使用する材料の閾値である。 ■式を書き変えると、 ｍａｘ　　（Ｖ？′（１−ａ　）　、　Ｌｉ１１−Ｍｏ
Ｎ　（１−ａ　）　、　ａ　ＶＯＮ）　＜　ＶＯ−−−
００式においてｎ＃１ならば −ＨＶｏＨ（１−ａ）≦”−ｎ”　ＯＮ　（１−ａ　）
ａに対する最適値を定めるのに、ｎ笑１で了ＹＯＮ　（
１−ａ　）　＝　ａ　’ＶＯＮとおくと、 ・→古　・・・・・・■ となる＊　　（ｎ　；ｌのときａは意味をもたない、） したがって、選択走査信号線にＶＯＮ、非選択走査信号
線にａＶＢ（ａは０式で表わされる定数であり、ｎは走
査信号線の本数である。）を印加す■ れば、　Ｖ　ＯＮ＜　Ｔ　Ｖ　ｏの条件の元でＯＦＦ画
素の点灯の問題は解除される。 実際には、強誘電性液晶のうちで、長時間低電界を印加
しておくと、記憶状態が反転してしまうものがあるので
、ＶＯＲは出来るだけ低く押えることが望ましいし、走
査時間の関係から、ｎが制約を受けることにもなる。 ｆ、９図は本発明において使用されるＴＦＴにおけるＦ
ＥＴの構成を示す断面図、第１０図はＴＰＴを用いた強
誘電性液晶セルの断面図、第１１図はＴＰＴ基板の斜視
図、第１２図はＴＰＴ基板の平面図、第１３図は第１２
図のＡ−Ａ’線で切断した部分断面図、第１４図は第１
２図のＢ−Ｂ　’線で切断した部分断面図であり、以上
に示す各図はいずれも本発明の一実施態様を示すもので
ある。 第１０図は、本発明の方法で用いうる液晶素子の１つの
具体例を表わしている。ガラス、プラスチック等の基板
１４の上にゲート電ｇ！１８、絶縁１１り１６、（水素
原子をドーピングした窒化シリコン膜など）を介して形
成した半導体膜１０（水素原子をドーピングしたアモル
ファスシリコン）と、この半導体ｎり１０に接する２つ
端子１と５で構成したＴＰＴと、ＴＦＴの端子４と接続
した画素電極５（ＩＴＯ；　Ｉｎｄｎｉｕｍ　Ｔｉｎ　
０ｘｉｄｅ）が形成されてｌ、Ｘる。 さらに、この上に絶縁層７（ポリイミド、ポリアミド、
ポリビニルアルコール、ボリノくラキシリレン、ＳｉＯ
、５ｉ０２）とアルミニウムやクロムなどからなる光遮
蔽膜２が設けられている。 対向基板となる基板１４’の上には対向電極１５（ＩＴ
Ｏ；　Ｉｎｄｎｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）と絶縁膜
１Ｇが形成されている。 この基板１４と１４′の間には、前述の強誘電性液晶１
７が挟持されている。又、この基板１４と１４′の　　
□周囲部には強誘電性液晶１７を封止するためのシール
材１９が設けられている。 この様なセル構造の液晶素子の両側にはクロスこコル状
態の偏光子１３と１３’が配置され、観察者Ａが入射光
重。よりの反射光重１によって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子１３’の背後に反射板１２（乱反射性ア
ルミニウムシート又は板）が設けられてい、る。 又、上記の各図においてソース電極、ドレイン電極とは
、ドレインからソースへ電流が流れる場合に限定した命
名である。ＦＥＴの働きではソースがドレインとして働
く場合も可能である。 ［効　果］ 以上の説明で明らかなように、本発明は従来の回路構成
に比べ、信号線数を著しく減らすことが出来る。したが
って回路の簡素化という点において大幅な改善が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念を示す回路構成図、第２図及
び第３図は、本発明の方法に用いる強誘電性液晶を模式
的に表わす斜視図、ｆｊＳ４図は対応画素の座標を示す
説明図、ｔＪＳ５図は対応画素の表示パターン例を示す
説明図、第６図は走査電極及び表示電極に印加する電気
信号波形を表わす説明図、１５７図は各画素への書き込
み動作を表わす説明図、第８図はアクティブマトリクス
の一つの表示電極中の画素構成図、第９図はＴＦＴにお
けるＦＥＴの構成を示す断面図、第１０図はＴＦＴを用
いた強誘電性液晶セルの断面図、第１１図はＴＰＴ基板
のＡｔ視図、第１２図はＴＰＴ基板の平面図、第１３図
はＡ−Ａ　’線部分断面図、第１４図はＢ−Ｂ　′部分
断面図である。 １；ソース電極（ドレイン電極） ２；遮光金属又は光吸収層 ３；ｎ４層 ４；　ドレイン電極（ソース電極） ５；画素電極 ６；第一の絶縁層 ７；第二の絶縁層 ８　；　ＴＦＴ基板 ９；半導体直下の光遮蔽効果をもつゲート部１０；半導
体 １１、ゲート配線部の透明電極 １２．反射板 １３．１３′；偏光板 １４．１４”；ガラス、プラスチック等の透明基板１５
；対向電極 １６；絶縁１１り １７；強誘電性液晶層 １８；ゲート電極 １８；シール材 ２０；痘膜半導体 ２１、ゲート配線 ２２；パネル基板 ２３；光遮断効果を有するゲート部 ２４、２４’　、透明電極がコートされた基板２５；液
晶分子層 ２６：液晶分子 ２７；双極子モーメント（Ｐ工） ２７ａ；上向き双極子モーメント ２７ｂ；下向き双極子モーメント ２８；第１の安定状態 ２８′；第２の安定状態

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アクティブマトリクス基板を構成する電界効果トラ
   ンジスタのゲート以外の端子である第一端子に接続した
   画像表示電極に対応する対向電極を複数設けたことを特
   徴とする表示パネル。 ２）電界効果トランジスタが薄膜トランジスタである特
   許請求の範囲第１項記載の表示パネル。 ３）前記電界効果トランジスタのソース又はドレインと
   して機能する第二端子に接続された信号線と複数の対向
   電極を平行に配置し、前記薄膜トランジスタのゲートと
   して機能する第三端子に接続されたゲート線と前記信号
   線及び複数の対向電極を直交に配置した特許請求の範囲
   第１項記載の表示パネル。 ４）前記画像表示電極に液晶の容量が、電気的に接続さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の表示パネル。 ５）前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の範囲第４
   項記載の表示パネル。 ６）前記強誘電性液晶が、カイラルスメクティック液晶
   である特許請求の範囲第５項記載の表示パネル。 ７）アクティブマトリクス基板を構成する薄膜トランジ
   スタの、ゲートとして機能する第三端子に接線したゲー
   ト線、ソース又はドレインとして機能する第二端子に接
   線した信号線及び第一端子に接続した画像表示電極に対
   応する複数の対向電極線からなる３種の信号線のうち、
   ２種の信号線に走査信号を印加し、残りの１種の信号線
   に表示信号を印加することを特徴とする表示パネルの駆
   動法。 ８）前記電界効果トランジスタのソース又はドレインと
   して機能する第二端子に接続された信号線と複数の対向
   電極線を平行に配置し、前記電界効果トランジスタのゲ
   ートとして機能する第三端子に接続されたゲート線と前
   記信号線及び複数の対向電極を直交に配置した特許請求
   の範囲第７項記載の表示パネルの駆動法。 ９）前記表示信号を電界効果トランジスタのゲートとし
   て機能する第三端子に接続したゲート線に印加する特許
   請求の範囲第７項記載の表示パネルの駆動法。 １０）前記画像表示電極に液晶の容量が電気的に接続さ
   れている特許請求の範囲第７項記載の表示パネルの駆動
   法。 １１）前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の範囲第
   １０項記載の表示パネルの駆動法。 １２）前記強誘電性液晶がカイラルスメクティック液晶
   である特許請求の範囲第１１項記載の表示パネルの駆動
   法。