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JP3255992B2 - Display method of active matrix display device - Google Patents
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JP3255992B2 - Display method of active matrix display device - Google Patents

Display method of active matrix display device

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JP3255992B2
JP3255992B2 JP27541392A JP27541392A JP3255992B2 JP 3255992 B2 JP3255992 B2 JP 3255992B2 JP 27541392 A JP27541392 A JP 27541392A JP 27541392 A JP27541392 A JP 27541392A JP 3255992 B2 JP3255992 B2 JP 3255992B2
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liquid crystal
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pixel
voltage
tft
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舜平 山崎
利光 小沼
保彦 竹村
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の利用分野】本発明は、駆動用スイッチング素子
として薄膜トランジスタ(以下TFTという)を使用し
た液晶表示装置における画像表示方法において、特に中
間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法に関
するものである。本発明は、特に、外部からいかなるア
ナログ信号をもアクティブ素子に印加することなく、階
調表示をおこなう、いわゆる完全デジタル階調表示に関
するものであり、使用する液晶材料は高速応答性に優れ
た強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶、あるいは、そ
れらを高分子化合物(ポリマー)中に分散させた、いわ
ゆるポリマー液晶(分散型液晶ともいう)に限定するこ
とを特徴とした液晶表示装置の表示方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of displaying an image in a liquid crystal display device using a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) as a driving switching element, and in particular, to a gradation display method for obtaining an intermediate color tone or shade. It is about. The present invention particularly relates to a so-called perfect digital gradation display that performs gradation display without externally applying any analog signal to an active element, and a liquid crystal material used is a strong liquid crystal material having excellent high-speed response. A display method for a liquid crystal display device, which is limited to a dielectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal, or a so-called polymer liquid crystal (also referred to as a dispersion liquid crystal) in which they are dispersed in a polymer compound (polymer). About.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶組成物は外部の電場によって、その
光透過量や屈折率が変化するものであり、この性質を使
用することによって電気信号を光信号に変換し、表示を
おこなうことができる。液晶材料としては、TN(ツイ
ンステッド・ネマティック)液晶、STN(スーパー・
ツインステッド・ネマティック)液晶、強誘電性あるい
は反強誘電性液晶、また、最近では、ネマティック液晶
や強誘電性もしくは反強誘電性液晶を高分子材料中に分
散させたポリマー液晶(分散型液晶ともいう)とよばれ
る材料が知られている。液晶は外部電圧に対して、無限
に短い時間に反応するのではなく、応答するまでにある
一定の時間がかかることが知られている。その値はそれ
ぞれの液晶材料に固有で、TN液晶の場合には、数10
msec、STN液晶の場合には数100msec、強
誘電性液晶の場合には数10μsec、ネマテッィ液晶
を利用した分散型あるいはポリマー液晶の場合には数1
0msecである。
2. Description of the Related Art A liquid crystal composition changes its light transmission amount and refractive index depending on an external electric field. By using this property, an electric signal can be converted into an optical signal and a display can be performed. . As liquid crystal materials, TN (twinstead nematic) liquid crystal, STN (super
(Twinstead nematic) liquid crystal, ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal, and more recently, nematic liquid crystal or polymer liquid crystal in which ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal is dispersed in a polymer material (also called dispersion type liquid crystal). Is known. It is known that a liquid crystal does not respond to an external voltage in an infinitely short time, but takes a certain time to respond. The value is specific to each liquid crystal material.
msec, several hundred msec for STN liquid crystal, several tens μsec for ferroelectric liquid crystal, and several tens μsec for dispersion or polymer liquid crystal using nematic liquid crystal.
It is 0 msec.

【0003】液晶を利用した電気光学装置のうちでもっ
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、アクティブ素子として
薄膜トランジスタ(TFT)を用い、TFTにはアモル
ファスまたは多結晶型の半導体を用い、1つの画素にP
型またはN型のいずれか一方のみのタイプのTFTを用
いたものであった。即ち、一般にはNチャネル型TFT
(NTFTという)を画素に直列に連結している。そし
て、マトリクスの信号線に信号電圧を流し、それぞれの
信号線の直交する箇所に設けられたTFTに双方から信
号が印加されるとTFTがON状態となることを利用し
て液晶画素のON/OFFを個別に制御するものであっ
た。このような方法によって画素の制御をおこなうこと
によって、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実
現することができる。
[0003] Among electro-optical devices using liquid crystals, the one that can obtain the best image quality is the one using the active matrix system. In a conventional active matrix type liquid crystal electro-optical device, a thin film transistor (TFT) is used as an active element, an amorphous or polycrystalline semiconductor is used for the TFT, and P
In this case, a TFT of only one of the N-type and the N-type was used. That is, in general, an N-channel TFT
(Referred to as NTFT) is connected in series to the pixel. Then, a signal voltage is applied to the signal lines of the matrix, and when signals are applied from both sides to the TFTs provided at the orthogonal portions of the respective signal lines, the ON / OFF state of the liquid crystal pixels is utilized by utilizing the fact that the TFTs are turned ON. OFF was individually controlled. By controlling the pixels by such a method, a liquid crystal electro-optical device having a high contrast can be realized.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アクティブマトリクス方式では、明暗や色調といった、
階調表示をおこなうことは極めて難しかった。従来、階
調表示は液晶の光透過性が、印加される電圧の大きさに
よって変わることを利用する方式が検討されていた。こ
れは、例えば、マトリクス中のTFTのソース・ドレイ
ン間に、適切な電圧を周辺回路から供給し、その状態で
ゲイト電極に信号電圧を印加することによって、液晶画
素にその大きさの電圧をかけようとするものであった。
However, in the conventional active matrix method, light and darkness and color tone are reduced.
It was extremely difficult to perform gradation display. Conventionally, for gray scale display, a method has been studied which utilizes the fact that the light transmittance of a liquid crystal changes depending on the magnitude of an applied voltage. This is because, for example, an appropriate voltage is supplied from a peripheral circuit between the source and drain of the TFT in the matrix, and a signal voltage is applied to the liquid crystal pixel by applying a signal voltage to the gate electrode in that state. Was to try.

【0005】しかしながら、このような方法では、例え
ば、TFTの不均質性やマトリクス配線の不均質性のた
めに、実際には液晶画素にかかる電圧は、各画素によっ
て、最低でも数%も異なってしまった。一方、液晶の光
透過度の電圧依存性は、極めて非線型性が強く、ある特
定の電圧で急激に光透過性が変化するため、画素電圧
が、たとえ数%異なっても、光透過性が著しく異なって
しまうことがあった。そのため、従来のアナログ的な階
調表示方式では16階調を達成することが限界であっ
た。例えば、TN液晶材料においては、光透過性が変化
する、いわゆる遷移領域は、1.2Vの幅しかなく、1
6階調を達成せんとする場合には、75mVもの小さな
電圧の制御ができる必要があり、そのため、製造歩留り
は著しく低くなった。
However, in such a method, for example, due to the inhomogeneity of the TFT and the inhomogeneity of the matrix wiring, the voltage actually applied to the liquid crystal pixels differs by at least several% depending on each pixel. Oops. On the other hand, the voltage dependence of the light transmittance of the liquid crystal is extremely non-linear, and the light transmittance changes rapidly at a specific voltage. Therefore, even if the pixel voltage differs by several%, the light transmittance is low. In some cases it was significantly different. Therefore, it has been a limit to achieve 16 gradations in the conventional analog gradation display method. For example, in a TN liquid crystal material, a so-called transition region in which light transmissivity changes has a width of only 1.2 V and has a width of 1 V.
In order to achieve six gradations, it is necessary to be able to control a voltage as small as 75 mV, so that the production yield has been significantly reduced.

【0006】このように階調表示が困難であるというこ
とは、液晶ディスプレー装置が従来の一般的な表示装置
であるCRT(陰極線管)と競争してゆく上で極めて不
利であった。これに対し、本発明人らは、液晶に電圧の
かかっている時間を制御することによって、視覚的に階
調を得ることができることを見出した。その詳細は特願
平3−169306に示される。
[0006] As described above, the difficulty of gradation display is extremely disadvantageous in that the liquid crystal display device competes with a conventional general display device such as a cathode ray tube (CRT). In contrast, the present inventors have found that gradation can be visually obtained by controlling the time during which voltage is applied to the liquid crystal. The details are disclosed in Japanese Patent Application No. 3-169306.

【0007】例えば、代表的な液晶材料であるTN(ツ
イステッド・ネマチック)液晶を用いた場合において、
図1のように各種のパルス波形を液晶画素に印加するこ
とによって、明るさを変化させることが可能である。す
なわち、図1の“1”、“2”、・・・“15”という
順番で段階的に明るくすることができ、図1の例では1
6階調の表示が可能である。例えば、図1(A)では、
“1”では、1単位の長さのパルスが印加される。ま
た、“2”では、2単位の長さのパルスが印加される。
“3”では、1単位のパルスと2単位のパルスが印加さ
れ、結果として3単位の長さのパルスが印加される。
“4”では、4単位の長さのパルスが印加される。
“5”では、1単位のパルスと4単位のパルスが印加さ
れ、“6”では、2単位のパルスと4単位のパルスが印
加される。さらに、8単位の長さのパルスを用意するこ
とによって、15単位の長さのパルスを結果として得る
ことができる。
For example, when a TN (twisted nematic) liquid crystal, which is a typical liquid crystal material, is used,
The brightness can be changed by applying various pulse waveforms to the liquid crystal pixels as shown in FIG. That is, the brightness can be increased stepwise in the order of "1", "2",... "15" in FIG.
Display of six gradations is possible. For example, in FIG.
At "1", a pulse of one unit length is applied. In the case of "2", a pulse having a length of 2 units is applied.
At “3”, one unit pulse and two unit pulses are applied, and as a result, a pulse having a length of three units is applied.
At “4”, a pulse having a length of 4 units is applied.
At "5", one unit pulse and four unit pulses are applied, and at "6", two unit pulses and four unit pulses are applied. Further, by providing a pulse of 8 units in length, a pulse of 15 units in length can be obtained as a result.

【0008】すなわち、1単位、2単位、4単位、8単
位という4種類のパルスを適切に組み合わせることによ
って、24 =16階調の表示が可能となる。さらに、1
6単位、32単位、64単位、128単位というよう
に、多くのパルスを用意することによって、それぞれ、
32階調、64階調、128階調、256階調という高
度階調表示が可能となる。例えば、256階調表示を得
るには、8種類のパルスを用意すればよい。
That is, by appropriately combining four kinds of pulses of 1 unit, 2 units, 4 units, and 8 units, it is possible to display 2 4 = 16 gradations. In addition, 1
By preparing as many pulses as 6 units, 32 units, 64 units, and 128 units,
Advanced gray scale display of 32 gray scales, 64 gray scales, 128 gray scales, and 256 gray scales becomes possible. For example, in order to obtain 256 gradation display, eight types of pulses may be prepared.

【0009】また、図1(A)の例では、画素に印加さ
れる電圧の持続時間は、最初T1 、次が2T1 、その次
が4T1 というように等比数列的に増大するように配列
した例を示したが、これは、例えば、図1(B)のよう
に、最初にT1 、次に8T1、その次が2T1 、最後に
4T1 としてもよい。このように等比数列を満たすこと
なく配列せしめることにより、表示装置にデータを伝送
する装置の負担を減らすことができる。
Further, in the example of FIG. 1 (A), the duration of the voltage applied to the pixel, the first T 1, the following is 2T 1, so that the next increases geometric progression manner and so 4T 1 an example is shown arranged in which, for example, as shown in FIG. 1 (B), the first T 1, then 8T 1, the following 2T 1, finally may be 4T 1. Satisfying the geometric progression in this way
By arranging the data in the display device, the load on the device transmitting data to the display device can be reduced.

【0010】しかしながら、TN液晶を用いた場合に
は、結果的には印加する電圧は、従来のアナログ的な階
調表示方式の場合と同じだけの精度が要求された。すな
わち、画素にONの電圧として5Vをかけて、図1にお
ける“10”を表示した場合は、ONの電圧として5.
1Vの電圧をかけて、同じ“10”を表示した場合よ
り、約2%だけ暗く見えてしまった。すなわち、このよ
うなデジタル的な階調表示方式では、従来のアナログ階
調表示方式と同じくTFTのばらつきがないことが要求
された。
However, when the TN liquid crystal is used, as a result, the applied voltage is required to have the same accuracy as that of the conventional analog gradation display system. That is, when 5 V is applied to the pixel as an ON voltage and “10” in FIG.
The display looks darker by about 2% than when the same “10” is displayed by applying a voltage of 1V. That is, in such a digital gray scale display system, it is required that there is no variation in TFT as in the conventional analog gray scale display system.

【0011】代表的なTFTアティブマトリクスの回路
図を図3(A)に示す。このような回路に走査信号(V
G )、データ信号(VD )を印加した場合の液晶画素の
電位V1 の変化を図3(B)に示す。
FIG. 3A is a circuit diagram of a typical TFT active matrix. A scanning signal (V
G ), and the change in the potential V 1 of the liquid crystal pixel when the data signal (V D ) is applied is shown in FIG.

【0012】V1 のばらつきをもたらす要因はいくつか
あるが、大きなものはTFTのゲイト電極と画素電極側
配線との寄生容量によって走査信号が切れる際に生じる
電位降下(ΔV)と、TFTのリーク電流や液晶のリー
ク電流による電圧の降下であり、TFTの駆動能力が十
分でない(移動度が小さい)場合には、走査信号が持続
している時間t1 の間に十分な充電ができないための到
達電圧のばらつきである。
[0012] Factors leading to variations in V 1 was there some, but a large potential drop that occurs when the scanning signal is cut by the parasitic capacitance between the gate electrode and the pixel electrode side wiring of the TFT ([Delta] V), the TFT leakage a voltage drop due to current and liquid crystal leakage current, TFT driving capability is not sufficient if (low mobility) are for impossible is fully charged during the time the scanning signal persists t 1 This is the variation of the attained voltage.

【0013】これらの変動はTFTの特性によって大き
く影響を受けるため、TFTのばらつきが大きいと画素
の明暗が大きく異なるものとなる。例えば、ゲイト電極
と画素電極側配線の寄生容量がばらばらならばΔVが異
なり、TFTのリーク電流の大きさがばらばらならば画
素電圧の降下速度もまちまちとなる。アモルファスシリ
コンTFT(a−SiTFT)のごとき低移動度のTF
Tでは、充電のばらつきも問題である。以上のような理
由のために、同じ信号を印加しても、画素電位V1 は図
3(B)の実線で示されるようなものも、点線のような
ものも得られる。当然のことながら、このようなばらつ
きは好ましいものではない。
Since these fluctuations are greatly affected by the characteristics of the TFT, if the variation of the TFT is large, the brightness of the pixel is greatly different. For example, if the parasitic capacitances of the gate electrode and the pixel electrode side wiring are different, ΔV is different, and if the magnitude of the leak current of the TFT is different, the falling speed of the pixel voltage is also different. Low mobility TF such as amorphous silicon TFT (a-Si TFT)
At T, charging variation is also a problem. For these reasons, even when applying the same signal, the pixel potential V 1 was also ones represented by the solid line in FIG. 3 (B), also obtained dotted like. Of course, such variations are not desirable.

【0014】このような問題を解決するために、通常は
図3(A)に示すように液晶画素と並列に補助容量を設
ける。これは通常、画素容量の数倍〜数10倍である
が、当然のことながら、TFTに対する負担は増大す
る。さらに、通常はN型もしくはP型のTFTのみを使
用するために、得られる信号波形も正負の対称性の良く
ないものであり、液晶の劣化を引き起こした。
In order to solve such a problem, an auxiliary capacitor is usually provided in parallel with the liquid crystal pixel as shown in FIG. This is usually several times to several tens times the pixel capacity, but naturally, the burden on the TFT increases. Further, since usually only N-type or P-type TFTs are used, the obtained signal waveform is also not good in positive and negative symmetry, which causes deterioration of the liquid crystal.

【0015】[0015]

【問題を解決するための手段】先に指摘したように画素
電位を精密に制御することが要求されるのは、TN液晶
が実効値電圧に応じて光透過性を変えるためであった。
STN液晶でも、あるいはこれらの基本材料であるネマ
ティック液晶を利用した分散型液晶でも同じことであっ
た。これに対し、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶
は非常に高速な応答性を示し、実質的に実効値電圧に応
答しない。そのため上記のようなデジタル階調表示をお
こなった場合には少々ばらつきのあるTFTにおいても
均一な階調表示が可能であることが明らかになった。す
なわち、強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶では、O
N電圧として1msec以上の間、継続的な電圧印加が
ある場合には、5Vでも5.1Vでも同じ光透過性を示
すからである。強誘電性液晶(フェニルピリミジン系)
を用いて、このパルスの持続時間を変化せしめることに
よってコントラストを制御し、階調表示した例を図5に
示す。例えばTN液晶を用いた場合には、同じようにパ
ルス幅を変化させる方式によって階調表示をおこなう場
合であっても、このような直線的な階調表示は得られな
かった。同様な効果は、強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を高分子中に分散させた材料においても観測され
た。
As pointed out above, the need to precisely control the pixel potential is due to the fact that the TN liquid crystal changes the light transmittance according to the effective value voltage.
The same applies to the STN liquid crystal or the dispersion type liquid crystal using the nematic liquid crystal which is the basic material. On the other hand, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal shows a very high-speed response, and does not substantially respond to an effective value voltage. Therefore, it has been clarified that, when the above-described digital gradation display is performed, uniform gradation display can be performed even with a TFT having a slight variation. That is, in a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal, O
This is because when the voltage is continuously applied for 1 msec or more as the N voltage, the same light transmittance is exhibited at 5 V and 5.1 V. Ferroelectric liquid crystal (phenylpyrimidine-based)
FIG. 5 shows an example in which the contrast is controlled by changing the duration of the pulse by using, and gradation display is performed. For example, when a TN liquid crystal is used, such a linear gradation display cannot be obtained even when gradation display is performed by a method in which the pulse width is similarly changed. A similar effect was observed in a material in which a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal was dispersed in a polymer.

【0016】本発明を実施するには、例えば、図4に示
すような、薄膜トランジスタを使用したマトリクス回路
を組めばよい。図4に示した回路は従来のTFTを利用
したアクティブマトリクス型表示装置に用いられた回路
と同じである。ただし、TFTに対する負担を軽減する
目的から補助容量は設けていない。
In order to carry out the present invention, for example, a matrix circuit using thin film transistors as shown in FIG. 4 may be assembled. The circuit shown in FIG. 4 is the same as the circuit used in a conventional active matrix display device using a TFT. However, no auxiliary capacitance is provided for the purpose of reducing the load on the TFT.

【0017】強誘電性液晶はそれ自体メモリー性を有し
ているので、従来のアクティブマトリクスに必要とされ
たような補助容量(画素容量に並列に挿入される容量)
がなく、画素電極が放電した場合でもON状態を持続す
ることは可能である。しかしながら、このような強誘電
性(もしくは反強誘電性)が強い材料は、いわゆる『焼
け』という現象が発生しやすく、信頼性に欠ける面があ
った。これに対し、強誘電性(もしくは反強誘電性)が
小さい材料は、『焼け』等の表示に関する欠陥は少ない
が、画素容量の放電が激しく、表示を持続するのに十分
な電圧が維持できない場合にはON状態(もしくはOF
F状態)を持続することが難しくなる。したがって、従
来通りに補助容量が必要とされる。
Since the ferroelectric liquid crystal itself has a memory property, an auxiliary capacitance (capacity inserted in parallel with the pixel capacitance) as required for the conventional active matrix.
Therefore, it is possible to maintain the ON state even when the pixel electrode is discharged. However, such a material having strong ferroelectricity (or antiferroelectricity) tends to cause a so-called "burn" phenomenon and has a lack of reliability. On the other hand, a material having low ferroelectricity (or antiferroelectricity) has few defects relating to display such as "burn", but the pixel capacitance is severely discharged, and a voltage sufficient to maintain display cannot be maintained. In the case of ON state (or OF
F state). Therefore, a storage capacitor is required as in the related art.

【0018】もちろん、画素の放電が充分に小さけれ
ば、補助容量はなくても構わない。特に、過大な補助容
量の存在は、充電あるいは放電の動作に時間がかかり、
本発明を実施するにおいて望ましいものではない。画素
の放電を小さくするには、例えば、薄膜トランジスタの
OFF抵抗を充分大きくし、リーク電流を減らすこと
と、液晶等の画素自身の電極間抵抗を充分大きくするこ
とが必要である。特に後者の目的のためには、画素電極
を、窒化珪素、あるいは酸化珪素等、酸化タンタル、酸
化アルミニウムの絶縁性材料で被覆してしまうことが有
効である。
Of course, if the discharge of the pixel is sufficiently small, the auxiliary capacity may not be provided. In particular, the presence of an excessive auxiliary capacity takes time for charging or discharging operation,
It is not desirable in practicing the present invention. In order to reduce the discharge of the pixel, for example, it is necessary to sufficiently increase the OFF resistance of the thin film transistor to reduce the leak current and to sufficiently increase the resistance between the electrodes of the pixel itself such as liquid crystal. Especially for the latter purpose, it is effective to cover the pixel electrode with an insulating material such as tantalum oxide or aluminum oxide such as silicon nitride or silicon oxide.

【0019】このような回路において、各薄膜トランジ
スタのゲイト電圧やソース・ドレイン間電圧をコントロ
ールすることによって、画素に印加される電圧のON/
OFFを制御することが可能である。この例では、マト
リクスは640×480ドットであるが、煩雑さをさけ
るため、n行m列近傍のみを示した。これとおなじもの
を上下左右に展開すれば、完全なものが得られる。この
回路を用いた動作例を図2に示す。ここでは1つの画素
だけに注目してその動作を示した。
In such a circuit, the ON / OFF of the voltage applied to the pixel is controlled by controlling the gate voltage and the source-drain voltage of each thin film transistor.
It is possible to control OFF. In this example, the matrix is 640 × 480 dots, but for the sake of simplicity, only the vicinity of n rows and m columns is shown. If you expand the same thing up, down, left and right, you will get a complete one. FIG. 2 shows an operation example using this circuit. Here, the operation is shown focusing on only one pixel.

【0020】信号線Xn (走査線)は、各TFTのゲイ
ト電極に接続されている。そして、図2に示すように、
矩形パルス信号が印加されてゆく。一方、信号線Ym
(データ線)は、各TFTのソース(あるいはドレイン
電極)に接続されているが、これには、正もしくは負の
いずれかの状態を示すパルス列が印加される。480行
のマトリクスでは、このパルス列には、1単位の時間T
1 中に、480個の情報が含まれている。本発明では、
1フレームが複数のサブフレーム(図2の例では5つ)
から構成されていることが特徴である。また、図2の例
では各サブフレームはそれぞれ持続時間が異なる。また
本発明は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリ
クス型の表示装置の表示方法において、1つのフレーム
をN(Nは2以上の自然数)個の互いに持続時間の異な
るサブフレームに分割し、前記N個のサブフレームにお
いて、画素容量に印加される電圧の絶対値は一定であ
り、前記持続時間のなかで最短の持続時間をT 0 とした
とき、前記N個のサブフレームの持続時間は、T 0 、2
0 、・・・2 N-1 0 のいずれかであり且つ等比数列を
満たすことなく配列し、2 N 階調の表示を行うことを特
徴とする。 さらに本発明は、前記画素容量は前記薄膜ト
ランジスタに接続されており、前記画素容量は誘電性材
料として強誘電性液晶材料、反強誘電性液晶材料、強誘
電性液晶材料又は反強誘電性液晶材料を高分子中に分散
させた材料を用いることを特徴とする。
The signal line X n (scanning line) is connected to the gate electrode of each TFT. And as shown in FIG.
A rectangular pulse signal is applied. On the other hand, the signal line Y m
The (data line) is connected to the source (or drain electrode) of each TFT, to which a pulse train indicating either a positive or negative state is applied. In a 480 row matrix, this pulse train has one unit of time T
One item contains 480 pieces of information. In the present invention,
One frame is composed of a plurality of subframes (five in the example of FIG. 2).
It is characterized by being composed of Further, in the example of FIG. 2, each subframe has a different duration. Also
The present invention relates to an active matrix having a thin film transistor.
In the display method of the box type display device, one frame
Are N (N is a natural number of 2 or more) having different durations from each other.
Into N subframes, and the N subframes
Therefore, the absolute value of the voltage applied to the pixel capacitance is constant.
Ri, the shortest duration among the duration was T 0
At this time, the duration of the N subframes is T 0 , 2
T 0 ,... 2 N-1 T 0 and the geometric progression
Array without filling , and display 2N gradations.
Sign. Further, in the invention, it is preferable that the pixel capacitance be the thin film transistor
Connected to a transistor, and the pixel capacitor is made of a dielectric material.
Liquid crystal material, antiferroelectric liquid crystal material, ferroelectric
Disperse electro-conductive or anti-ferroelectric liquid crystal in polymer
It is characterized by using a material that has been subjected to the above.

【0021】以下では、話を単純にするために、対向基
板の電位は0で一定であるとする。図に示すように、最
初にVG が印加されたときに、VD は正であったので、
画素の電位VLCは正となる。このときには、図3に関し
て説明したようにΔVだけ電位が降下し、その後、自然
放電によって画素の電位VLCは徐々に0に近づく。しか
し、画素の透過率TLCに注目すると、画素電位VLCが降
下してゆくにも関わらず、透過率TLCは一定に保たれ
る。自発分極の大きな液晶材料であれば、画素電位VLC
の降下はさほど問題とならない。しかし、自発分極が小
さく、メモリー性の良くない液晶材料を用いる場合には
画素電位VLCの低下が許容できるように他のパラメータ
(VG 、VD )を設定しなければならない。
In the following, it is assumed that the potential of the counter substrate is constant at 0 for the sake of simplicity. As shown, when V G was first applied, V D was positive, so
The pixel potential VLC becomes positive. At this time, the potential drops by ΔV as described with reference to FIG. 3, and then the potential VLC of the pixel gradually approaches 0 due to spontaneous discharge. However, paying attention to the transmittance TLC of the pixel, the transmittance TLC is kept constant despite the drop in the pixel potential VLC . If the liquid crystal material has a large spontaneous polarization, the pixel potential V LC
Descent is not a problem. However, small spontaneous polarization, it is necessary to set the other parameters (V G, V D) to tolerate a reduction in pixel potential V LC in the case of using the memory of the poor liquid crystal material.

【0022】設計上のポイントとしては、最も特性の悪
いTFTを基準としてVG 、VD を設定すればよい。例
えば、最も電荷の保持特性の悪い画素において、図2に
示す場合で最も長いサブフレームの持続時間16T0
の電位VLCが+3V以上、好ましくは+5V以上あるよ
うに、VD を設定する。そして、左記VD を駆動するの
に適切なVG を設定する。
As a design point, V G and V D may be set based on the TFT having the worst characteristic. For example, V D is set so that the potential V LC after the longest subframe duration 16T 0 in the case shown in FIG. 2 is +3 V or more, preferably +5 V or more in the pixel having the worst charge retention characteristics. Then, set the appropriate V G for driving the left V D.

【0023】図2ではいずれのサブフレームでも電位V
LCの降下の様子は同じであるように書かれているが、実
際にはサブフレームの持続時間が長いほど電位の降下が
大きいことに注意しなければならない。
In FIG. 2, the potential V
Although the LC drop is written to be the same, it must be noted that the longer the subframe duration is, the larger the potential drop is.

【0024】最初のパルスVG が印加されてから時間T
0 後に、第2のパルスVG が印加される。このときのデ
ータ信号VD も正であったので、画素電位VLCは正のま
まである。ただし、新たに電荷が注入されて電位が再び
高まる。画素の透過率TLCは変化しない。
[0024] The first pulse V G is the time from when the applied T
After 0, the second pulse V G is applied. Since the data signal V D was also positive in this case, the pixel potential V LC remains positive. However, a new charge is injected and the potential increases again. The transmittance TLC of the pixel does not change.

【0025】次いで、時間16T0 後に第3のパルスV
G が印加されたときには、データ信号VD は負であった
ので、画素電位VLCは負に反転する。そして、透過率も
変動する。ただし、この遷移は比較的緩やかであり、印
加される電圧が8V以下であれば、50μsec程度の
時間が必要である。これに対し、パルスVG の幅は30
μsec以下であるが、この液晶の光学応答遷移はパル
スVG ではなく、画素電位VLCによっておこなわれるの
で、何ら支障はない。
Next, after the time 16T 0 , the third pulse V
When G is applied, the data signal V D was negative, the pixel potential V LC is inverted to negative. Then, the transmittance also varies. However, this transition is relatively gentle, and if the applied voltage is 8 V or less, a time of about 50 μsec is required. In contrast, the width of the pulse V G 30
although μsec or less, since the optical response transition of the liquid crystal is not the pulse V G, is performed by the pixel potential V LC, there is no problem at all.

【0026】その後、時間2T0 後に、3回目のパルス
G が印加され、そのときのデータ信号VD は負であっ
たので、画素の状態は変化しない。さらに時間8T0
に、4回目のパルスVG が印加され、そのときのデータ
信号VD は正であったので、画素電位VLCは再び正にな
り、画素の透過率TLCも変化する。最後に、時間4T0
後に、次のフレームの1回目のパルスVG が印加され
て、1つのフレームが終了する。このような5つのサブ
フレームを適当に組み合わせることによって32階調の
表示が可能であるが、以上の動作によって、1+16+
4=21〔階調〕の明るさが得られた。
[0026] Then, after a time 2T 0, is applied third pulses V G, since the data signal V D at the time was negative, the state of the pixel does not change. More time 8T after 0, 4 th pulse V G is applied, since the data signal V D at that time was positive, becomes positive again pixel potential V LC, also changes the transmittance T LC of the pixel. Finally, time 4T 0
Later, with the first pulse V G of the next frame is applied, one frame is completed. By appropriately combining these five sub-frames, a display of 32 gradations is possible. By the above operation, 1 + 16 +
4 = 21 [gray levels] were obtained.

【0027】以上の動作において、最適な最小時間単位
0 を決定することが重要である。既に述べたように、
強誘電性(もしくは反強誘電性)液晶の光学応答時間は
印加される電圧に依存する。上記のように8V程度の電
圧であれば50μsecの応答時間である。一般に光学
応答時間は、印加電圧に反比例する。ところで、1フレ
ームは動画の表示特性やフリッカーの防止の目的で1フ
レームは100msec以下、好ましくは30msec
以下である必要がある。例えば1フレームを30mse
cとすれば、最大の階調度数は、30msecを50μ
secで除した600階調が限度であるが、実際には、
光学応答が完全に行われるためには上記光学応答時間の
数倍が必要であるので、100階調程度の階調が限度と
なる。このような制約は、液晶に印加する電圧(あるい
は電場)の大きさを大きくし、光学応答時間を短縮する
ことによって改善されるが、TFTの耐圧がそれに伴っ
て向上することが必要である。
In the above operation, it is important to determine the optimum minimum time unit T 0 . As already mentioned,
The optical response time of a ferroelectric (or antiferroelectric) liquid crystal depends on the applied voltage. If the voltage is about 8 V as described above, the response time is 50 μsec. Generally, the optical response time is inversely proportional to the applied voltage. By the way, one frame is 100 msec or less, preferably 30 msec, for the purpose of display characteristics of a moving image and prevention of flicker.
Must be: For example, one frame is 30 ms
c, the maximum gradation frequency is 50 μs from 30 msec.
The limit is 600 gradations divided by sec.
In order for the optical response to be completely performed, several times of the above optical response time is required, and therefore, the number of gradations of about 100 is limited. Such restrictions can be improved by increasing the magnitude of the voltage (or electric field) applied to the liquid crystal and shortening the optical response time, but it is necessary that the withstand voltage of the TFT be improved accordingly.

【0028】『実施例』本実施例は図2に示されたよう
に1フレームを5つのサブフレームによって構成し、3
2階調のデジタル階調表示をおこなったものである。各
サブフレームの持続時間を第1サブフレームは1mse
c、第2サブフレームは16msec、第3サブフレー
ムは2msec、第4サブフレームは8msec、第5
サブフレームは4msecとし、1フレームは31ms
ecとした。
[Embodiment] In this embodiment, one frame is composed of five subframes as shown in FIG.
This is a digital gradation display of two gradations. The duration of each subframe is 1 ms for the first subframe.
c, the second subframe is 16 msec, the third subframe is 2 msec, the fourth subframe is 8 msec, the fifth
The subframe is 4 ms and one frame is 31 ms
ec.

【0029】石英基板上に形成した結晶性シリコンTF
Tを用いたアクティブマトリクスの回路構成は図4に示
すように、補助容量を設けなかった。TFTはシングル
ゲイトのPMOSを用いたが、これはリーク電流が小さ
く、ON/OFFが大きくとれるためである。典型的に
はリーク電流は1pA以下(ゲイト電圧+15V、ドレ
イン電圧−10V)以下、ON/OFF比7.5桁以上
(ゲイト電圧−15V/+15V、ドレイン電圧−10
V)であった。
Crystalline silicon TF formed on quartz substrate
In the active matrix circuit configuration using T, as shown in FIG. 4, no auxiliary capacitance was provided. The TFT used was a single-gate PMOS because the leak current was small and ON / OFF was large. Typically, the leak current is 1 pA or less (gate voltage +15 V, drain voltage −10 V) or less, and the ON / OFF ratio is 7.5 digits or more (gate voltage −15 V / + 15 V, drain voltage −10 V).
V).

【0030】画素の大きさは20μm×60μmとし、
マトリクスの規模は1920×480であった。各画素
の電荷保持特性を調べたところ、データ信号として、−
10Vを印加した時の最も悪いものの16msec後の
電圧は約−5.5Vであった。
The size of the pixel is 20 μm × 60 μm,
The size of the matrix was 1920 × 480. When the charge retention characteristics of each pixel were examined, the data signal was-
The worst voltage when 16 V was applied when 10 V was applied was about -5.5 V.

【0031】マトリクスに印加する走査信号パルスの幅
は2μsecとし、パルスの波高は−15V、データ信
号は±10Vとした。液晶材料はフェニルピリミジン系
強誘電性液晶を使用し、液晶セルの厚さは2.5μmと
した。セルの一方の基板には上記アクティブマトリクス
基板を使用し、他の基板としては全面にITO膜を形成
し、その上にショート防止用の酸化珪素膜を形成した基
板を用いた。なお、液晶に印加される電圧が5V以下で
は液晶中にドメイン構造が生成しているのが確認され
た。このようなドメイン構造はデジタル階調表示をおこ
なう上で特性を悪化することになるので、ドメインが発
生しないように、印加する電圧を高めにすることが望ま
れる。以上の液晶表示装置によって、最大コントラスト
比180、32階調の表示を得ることができた。
The width of the scanning signal pulse applied to the matrix was 2 μsec, the pulse height was -15 V, and the data signal was ± 10 V. The liquid crystal material used was a phenylpyrimidine ferroelectric liquid crystal, and the thickness of the liquid crystal cell was 2.5 μm. The active matrix substrate was used as one substrate of the cell, and as the other substrate, a substrate in which an ITO film was formed on the entire surface and a silicon oxide film for preventing short circuit was formed thereon was used. When the voltage applied to the liquid crystal was 5 V or less, it was confirmed that a domain structure was generated in the liquid crystal. Since such a domain structure deteriorates characteristics in performing digital gradation display, it is desired to increase the applied voltage so that a domain does not occur. With the above liquid crystal display device, a display with a maximum contrast ratio of 180 and 32 gradations could be obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明では、従来のネマティック液晶を
用いたアナログ方式の階調表示に対し、強誘電性もしく
は反強誘電性液晶材料あるいはそれらのポリマー液晶材
料を用いたデジタル方式の階調表示を行うことを特徴と
している。従来の階調表示方式がアナログ式であれ、デ
ジタル式であれ、TFTの特性をばらつきによって制約
されていたのに対し、本発明では結果的には画素の特性
の最悪のものに合わせて各パラメータを最適化すること
によって高度な階調表示を達成できる。その結果、従来
では不良とされたようなパネルであっても、本発明によ
って非常に精細な階調表示が可能となるのであり、実質
的に歩留りを向上せしめ、ひいてはコストを削減せしめ
ることができる。
According to the present invention, in contrast to the conventional analog gradation display using a nematic liquid crystal, a digital gradation display using a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal material or a polymer liquid crystal material thereof is used. It is characterized by performing. Whereas the conventional gray scale display method, whether analog or digital, has limited TFT characteristics due to variations, the present invention consequently sets each parameter according to the worst pixel characteristics. By optimizing, an advanced gradation display can be achieved. As a result, according to the present invention, a very fine gradation display can be performed even with a panel which is conventionally determined to be defective, and the yield can be substantially improved, and the cost can be reduced substantially. .

【0033】例えば640×400ドットの256,0
00個のTFTを100mm角に作成した液晶表示装置
に対し通常のネマテッィク液晶を用いてアナログ的な階
調表示を行った場合、TFTの特性ばらつきが約±10
%存在するために、16階調表示が限界であった。しか
しながら、本発明によるデジタル階調表示をおこなった
場合、TFT素子の特性ばらつきの影響を受けにくいた
めに、64階調以上の表示が可能になりカラー表示では
なんと16,777,216色の多彩であり微妙な色彩
の表示が実現できている。
For example, 256,0 of 640 × 400 dots
When an analog gradation display is performed using a normal nematic liquid crystal on a liquid crystal display device in which 00 TFTs are formed in a 100 mm square, variation in TFT characteristics is about ± 10%.
%, The 16-gradation display was the limit. However, when the digital gradation display according to the present invention is performed, the display is not easily affected by the variation in the characteristics of the TFT elements, so that the display of 64 gradations or more is possible, and the color display has a variety of 16,777,216 colors. Display of subtle colors has been realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による駆動波形の例を示す。FIG. 1 shows an example of a driving waveform according to the present invention.

【図2】 本発明による駆動波形の例を示す。FIG. 2 shows an example of a driving waveform according to the present invention.

【図3】 従来のアクティブマトリクス回路およびその
駆動波形の例を示す。
FIG. 3 shows an example of a conventional active matrix circuit and its driving waveform.

【図4】 本発明によるマトリクス構成の例を示す。FIG. 4 shows an example of a matrix configuration according to the invention.

【図5】 本発明による階調表示例を示す。(縦軸:パ
ルス持続時間、横軸:コントラスト比)
FIG. 5 shows an example of gray scale display according to the present invention. (Vertical axis: pulse duration, horizontal axis: contrast ratio)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−107381(JP,A) 特開 昭61−69036(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-107381 (JP, A) JP-A-61-69036 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 薄膜トランジスタを有するアクティブマ
トリクス型の表示装置の表示方法において、 1つのフレームをN(Nは2以上の自然数)個の互いに
持続時間の異なるサブフレームに分割し、前記N個のサ
ブフレームにおいて、画素容量に印加される電圧の絶対
値は一定であり、前記持続時間のなかで最短の持続時間
をT0としたとき、前記N個のサブフレームの持続時間
は、 0 、2T 0 、・・・2 N-1 0 のいずれかであり且つ
等比数列を満たすことなく配列し、2N階調の表示を行
うことを特徴とする表示装置の表示方法。
1. A display method for an active matrix type display device having thin film transistors, comprising: dividing one frame into N (N is a natural number of 2 or more) subframes having different durations; in the frame, the absolute value of the voltage applied to the picture element capacitance is constant, when the shortest duration among the durations and T 0, the duration of N sub-frames, T 0, A display method for a display device, wherein the display is of any one of 2T 0 ,... 2 N-1 T 0 , and is arranged without satisfying a geometric progression, and 2 N gradations are displayed.
【請求項2】 請求項1において、前記画素容量は前記
薄膜トランジスタに接続されており、前記画素容量は誘
電性材料として強誘電性液晶材料、反強誘電性液晶材
料、強誘電性液晶材料又は反強誘電性液晶材料を高分子
中に分散させた材料を用いることを特徴とする表示装置
の表示方法。
Wherein Oite to claim 1, before Symbol pixel capacitance is connected to said <br/> TFT, the pixel capacitance induced
A display method for a display device, comprising using a ferroelectric liquid crystal material, an antiferroelectric liquid crystal material, a ferroelectric liquid crystal material, or a material obtained by dispersing an antiferroelectric liquid crystal material in a polymer as an electrically conductive material. .
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