JPH0820642B2 - Liquid crystal display - Google Patents
Liquid crystal displayInfo
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- JPH0820642B2 JPH0820642B2 JP21578689A JP21578689A JPH0820642B2 JP H0820642 B2 JPH0820642 B2 JP H0820642B2 JP 21578689 A JP21578689 A JP 21578689A JP 21578689 A JP21578689 A JP 21578689A JP H0820642 B2 JPH0820642 B2 JP H0820642B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、
カメラの高精細ファインダ表示やテレビジョンなどの投
影型表示に要求される、表示明度を向上した高精細マト
リックス型液晶表示を可能とする液晶表示装置の改良に
関する。The present invention relates to a liquid crystal display device. For more information,
The present invention relates to an improvement in a liquid crystal display device that enables a high-definition matrix type liquid crystal display having an improved display brightness, which is required for a high-definition finder display of a camera or a projection type display such as a television.
(ロ)従来の技術 従来から、液晶の電気光学効果を画素表示に利用した
表示装置としてマトリックス型液晶表示装置が開発され
ている。この液晶表示装置は、基本的には、ドット・マ
トリックス状に多数配列された多数の画素電極と、該画
素電極と対向する対向電極との間に印加された電圧に応
じて入射光を光学変調する液晶層とからなる。(B) Conventional technology Conventionally, a matrix type liquid crystal display device has been developed as a display device utilizing the electro-optic effect of liquid crystal for pixel display. This liquid crystal display device basically optically modulates incident light according to a voltage applied between a large number of pixel electrodes arranged in a dot matrix and a counter electrode facing the pixel electrodes. And a liquid crystal layer.
かかるマトリックス型液晶表示装置の動作モードに
は、前記液晶層として封入する液晶の種類あるいは電気
光学的性質の差異に応じて、ツイステッドネマティック
(TN)モード、スーパーツイステッドネマティック(ST
N)モード、ゲスト・ホスト(GH)モード、ダイナミッ
クスキャッタリング(DS)モード、相転移モードなどの
多くのモードが開発されている。また、それらの液晶層
と画素電極とからなる個々の表示画素を個別に制御する
方法に関しても、(1)単純マトリックス方式、(2)
多重マトリックス方式、(3)非線形二端子素子(例え
ば、ダイオード)を付加した方式、(4)スイッチング
三端子素子[例えば、薄膜トランジスタ(TFT)]を付
加したTFTアクティブマトリックス方式ながある。The operation modes of such a matrix type liquid crystal display device include a twisted nematic (TN) mode and a super twisted nematic (ST) according to the type of liquid crystal or the difference in electro-optical properties of the liquid crystal layer.
Many modes have been developed, including N) mode, guest-host (GH) mode, dynamic scattering (DS) mode, and phase transition mode. Further, regarding a method of individually controlling each display pixel composed of the liquid crystal layer and the pixel electrode, (1) simple matrix system, (2)
There are a multi-matrix method, (3) a method in which a non-linear two-terminal element (for example, a diode) is added, and (4) a switching three-terminal element [for example, a thin film transistor (TFT)] in a TFT active matrix method.
これらのうち、DSモード、[G.H.Heilmeier他:Proc I
EEE 56 1162(1968)]やホワイト・テーラ型GHモード
[D.L.White他:J.Appl.Phys.45 4718(1974)]、コレ
ステリック−ネマティック相転移モード[J.J.Wysocki
他:Proc.SID 13/2 115(1980)]等の動作モードと、TF
Tアクティブマトリックス方式なる表示方式とを組合せ
た液晶表示装置は、偏向フィルタを用いる必要がなく、
表示明度の向上が図れるものである。Among them, DS mode, [GHHeilmeier et al .: Proc I
EEE 56 1162 (1968)], white-tailed GH mode [DLWhite et al .: J. Appl. Phys. 45 4718 (1974)], cholesteric-nematic phase transition mode [JJWysocki
Other: Proc.SID 13/2 115 (1980)]
The liquid crystal display device combined with the display system called the T active matrix system does not need to use a deflection filter,
The display brightness can be improved.
そしてこの組合せによる液晶表示装置においては、第
4図に示すように、TFTのドレイン電極に接続される画
素電極(C2)と並列に、いわゆる信号蓄積キャパシタ
(C1)を設けると共に、このキャパシタ(C1)の容量を
大きくして、電荷保持機能の改良が図られている。In the liquid crystal display device based on this combination, as shown in FIG. 4, a so-called signal storage capacitor (C 1 ) is provided in parallel with the pixel electrode (C 2 ) connected to the drain electrode of the TFT, and this capacitor is also provided. The capacity of (C 1 ) is increased to improve the charge retention function.
しかしながら、このような信号蓄積キャパシタを用い
ても原理的に電荷保持機能の低下防止には限界があり、
また、高集積化されたマトリックス表示装置において、
充分な電気容量の信号蓄積キャパシタを多数のTFT毎に
設けるのは、ソースドライバー,ソースバスラインやス
イッチングTFTに対する負荷を増すと共に、面積的制約
や製造技術面で困難であった。However, even if such a signal storage capacitor is used, there is a limit in preventing the charge retention function from lowering in principle.
Further, in a highly integrated matrix display device,
It is difficult to provide a signal storage capacitor having sufficient electric capacity for each of a large number of TFTs, because it increases the load on the source driver, the source bus line, and the switching TFT, and is limited in area and manufacturing technology.
上記問題点を解決するものとして、本願出願人等は先
に、ことに比抵抗が小さな液晶層を使用した場合におい
てもそこでの放電による表示動作への悪影響を防止で
き、それにより偏光フィルターを用いない高い表示明度
を実現できる新しいTFTアクティブマトリトックス方式
の液晶表示装置を出願している(特願平1-95581号)。In order to solve the above-mentioned problems, the applicant of the present application can prevent the adverse effect on the display operation due to the discharge even when a liquid crystal layer having a small specific resistance is used, thereby using the polarizing filter. We have applied for a new TFT active matrix type liquid crystal display device that can achieve high display brightness (Japanese Patent Application No. 1-95581).
(ハ)発明が解決しようとする課題 この発明は、上記出願の液晶表示装置を更に改良し
て、中間調を含む画像を表示するのに好適な駆動方式を
有するTFTアクティブマトリックス方式の液晶表示装置
を提供しようとするものである。(C) Problem to be Solved by the Invention The present invention is a further improvement of the liquid crystal display device of the above application, and a TFT active matrix liquid crystal display device having a drive system suitable for displaying an image including halftone. Is to provide.
(ニ)課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、(a)X−Yマトリック
ス状に配設された電極ラインと、(b)ソース、ドレイ
ン、ゲートを有し、このソースが上記電極ラインXに、
ゲートが電極ラインYに各々接続された多数の第1のス
イッチング三端子素子と、(c)上記第1の各スイッチ
ング三端子素子に対応する多数の画素電極と、液晶駆動
用電源に接続される対向電極との間に液晶層を配置して
なり、該スイッチング三端子素子のドレイン出力に基づ
いてマトリックス表示動作を行う液晶表示部を備えてな
り、(d)ソースが上記画素電極に接続され、ドレイン
が液晶表示部のインピーダンスと略等しいインピーダン
スを有するダミー負荷を介して共通ラインに接続された
第2スイッチング三端子素子を備え、前記第1のスイッ
チング三端子素子のドレインを信号蓄積キャパシタを介
してアースラインまたは隣接するゲートラインに接続し
かつ上記第2のスイッチング三端子素子のゲートに接続
構成し、(e)前記対向電極と前記共通ラインに互いに
逆相の交流電圧を印加しうるよう構成されてなる液晶表
示装置が提供される。(D) Means for Solving the Problems Thus, according to the present invention, (a) an electrode line arranged in an XY matrix and (b) a source, a drain and a gate are provided, and the source is the above-mentioned. In the electrode line X,
A large number of first switching three-terminal elements each having a gate connected to the electrode line Y, (c) a large number of pixel electrodes corresponding to the respective first switching three-terminal elements, and a liquid crystal driving power source. A liquid crystal layer disposed between the counter electrode and a liquid crystal display section that performs a matrix display operation based on the drain output of the switching three-terminal element, and (d) the source is connected to the pixel electrode, A second switching three-terminal element connected to a common line via a dummy load having a drain having an impedance substantially equal to that of the liquid crystal display section; and a drain of the first switching three-terminal element via a signal storage capacitor Connected to a ground line or an adjacent gate line and connected to the gate of the second switching three-terminal element, (e) before The liquid crystal display device comprising configured capable of applying an anti-phase alternating voltage with each other in the opposing electrode and the common line is provided.
すなわちこの発明は、各画素毎に薄膜トランジスタと
信号蓄積キャパシタにより構成されるサンプルホールド
回路を備え、かつ液晶層に直流成分の印加されない新規
な駆動方式を有する液晶表示装置であることを特徴とす
る。That is, the present invention is characterized by being a liquid crystal display device having a novel drive system in which a sample hold circuit composed of a thin film transistor and a signal storage capacitor is provided for each pixel, and a direct current component is not applied to the liquid crystal layer.
なお、一般の電界効果型トランジスタにおいては、キ
ャリアの供給側の電極をソースと呼び、キャリアの掃き
出し側をドレインと呼ぶ習慣となっているが、この発明
の液晶表示装置における薄膜トランジスタではソースと
ドレインの構造は、後述するごとく対称的でありチャン
ネル間には双方向に電流を流すので、前述の習慣では区
別できない。そこで以下の説明では信号又は駆動電圧の
供給源に近い方をソースと呼び、他方をドレインと呼ぶ
ことにする。In a general field effect transistor, it is customary to call the electrode on the carrier supply side the source and the carrier sweep side the drain, but in the thin film transistor in the liquid crystal display device of the present invention, the source and drain are The structure is symmetric as will be described later, and a current flows bidirectionally between the channels, so that it cannot be distinguished by the above-mentioned custom. Therefore, in the following description, one closer to the supply source of the signal or the driving voltage is called a source and the other is called a drain.
この発明の液晶表示装置(以下、この発明の装置とい
う)は、ことに前述したDSモード、GHモード、コレステ
リック−ネマティック相転移モード等のように、偏光フ
ィルターを用いずかつ液晶層としてイオン性不純物を含
む低比抵抗のものを用いてその光吸収や光散乱特性につ
いての液晶電気光学効果を表示に利用する動作モードと
組合わせた場合に最も有効であり、プロジェクション
(投影)型の液晶表示装置に組合わせるのがさらに一つ
の好ましい態様である。The liquid crystal display device of the present invention (hereinafter, referred to as the device of the present invention) is different from the above-mentioned DS mode, GH mode, cholesteric-nematic phase transition mode, etc., in that no ionic impurities are used as a liquid crystal layer without using a polarizing filter. This is most effective when a liquid crystal display device having a low specific resistance is used in combination with an operation mode in which the liquid crystal electro-optic effect of its light absorption and light scattering characteristics is used for display. Is a further preferred embodiment.
とくにこの発明の装置によれば、従来よりも導電性の
高い液晶層、ことに109Ωm以下の低比抵抗の液晶層を
用いた場合においても、放電による表示動作への悪影響
を防止できるものである。従ってこの発明においては、
109Ωm以下の低比抵抗の液晶層を用いるのが好ましい
態様である。In particular, according to the device of the present invention, even when a liquid crystal layer having higher conductivity than the conventional one, particularly a liquid crystal layer having a low specific resistance of 10 9 Ωm or less, can be used, the adverse effect on the display operation due to the discharge can be prevented. It is. Therefore, in this invention,
It is a preferable embodiment to use a liquid crystal layer having a low specific resistance of 10 9 Ωm or less.
この発明の装置において、電極ラインの材料として
は、ITO,Al,Ti,Ni,W,Mo,Cr,p-Si(n+)(多結晶シリコ
ン)等の一般的配線材料を用いることができ、電極ライ
ンの交差部にはSiOx,SiNx,Ta2O5,Al2O3等の絶縁膜が用
いられて短絡が防止される。In the device of the present invention, as a material for the electrode line, a general wiring material such as ITO, Al, Ti, Ni, W, Mo, Cr, p-Si (n + ) (polycrystalline silicon) can be used. An insulating film made of SiO x , SiN x , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 or the like is used at the intersection of the electrode lines to prevent a short circuit.
この発明の装置において、第1及び第2のスイッチン
グ三端子素子としては例えば薄膜トランジスタ(TFT)
が適しており、信号蓄積キャパシタとしても通常のアク
ティブマトリックス方式に用いられるコンデンサ素子を
適用することができる。例えば、第1及び第2のスイッ
チング三端子素子としてはa-Si(アモルファスシリコ
ン),p-Si,Si結晶,CdSe,GaAs,GaP等からなるTFTを用い
ることができる。また、Si基板を用いたいわゆるMOS型
トランジスタアレイも反射型装置用として適用可能であ
る。信号蓄積キャパシタとしては上記配線材料と同様な
導電体を電極とし絶縁体として上記交差部絶縁材料と同
様の材料を用いて形成したものが適している。但し、信
号蓄積キャパシタのもう一方の電極はアースラインに接
続する代わりに、隣接するゲート電極に接続しても良
い。また信号蓄積キャパシタは、上記第1のスイッチン
グ三端子素子と別個の素子として設けられてなくてもよ
く、この第1のスイッチング三端子素子の内在するコン
デンサ成分を利用したもの、すなわちその浮遊容量を利
用したものであってもよい。In the device of the present invention, the first and second switching three-terminal elements are, for example, thin film transistors (TFT).
Is suitable, and a capacitor element used in a normal active matrix system can be applied as a signal storage capacitor. For example, a TFT composed of a-Si (amorphous silicon), p-Si, Si crystal, CdSe, GaAs, GaP or the like can be used as the first and second switching three-terminal elements. Further, a so-called MOS type transistor array using a Si substrate is also applicable for the reflection type device. As the signal storage capacitor, a capacitor formed by using a conductor similar to the above wiring material as an electrode and using an insulating material similar to the above intersection insulating material is suitable. However, the other electrode of the signal storage capacitor may be connected to an adjacent gate electrode instead of being connected to the ground line. Further, the signal storage capacitor does not have to be provided as an element separate from the first switching three-terminal element, and the one using the internal capacitor component of the first switching three-terminal element, that is, its stray capacitance It may be used.
なお、例えば上記TFTの形成は、特開昭58-147069号に
記載された手法に準じて行うことができる。Incidentally, for example, the formation of the above-mentioned TFT can be carried out according to the method described in JP-A-58-147069.
また、液晶表示部を構成する画素電極や対向電極には
少なくとも一方が透明の電極(例えばITOと略称されるS
nO2がドープされたIn2O3膜やNESAという商品名で知られ
ているSnO2膜)等が用いられ、いわゆる反射型表示装置
とする場合には他方はAl,Au等の金属電極が用いられ
る。In addition, at least one of the pixel electrodes and the counter electrode forming the liquid crystal display section is transparent (for example, S is abbreviated as ITO).
nO 2 doped In 2 O 3 film or SnO 2 film known under the trade name NESA) is used, and in the case of a so-called reflective display device, the other is a metal electrode such as Al, Au. Used.
この発明の装置の液晶表示部において、液晶層はイオ
ン性不純物を含む低比抵抗のものから構成されていても
何等支障はなく、この構成は動作モードに応じて適宜選
択される。例えばDSモードを適用する場合には、中性、
又は弱い正の誘電異方性若しくは弱い負の誘電異方性を
有したネマティック化合物及びイオン性不純物が用いら
れる。該ネマティック化合物としては、例えば、 及び/又は (式中、R,R′は各々独立してC3〜C8のアルキル基;Xは
水素原子またはフッ素原子)等が挙げられる。上記液晶
層にはこれらのネマティック化合物を含有しかつ系全体
としては負の誘電異方性を有し正の導電率異方性を有す
る混合液晶組成物として用いることが好ましい。一方、
イオン性不純物としては、 (式中、mは1〜16の整数、R1,R2は水素原子、メチル
基又はベンジル基)等の化合物(峰崎他:応物学会(19
79)春期講演会30P-B-13)が好適なものとして挙げられ
る。In the liquid crystal display section of the device of the present invention, there is no problem even if the liquid crystal layer is made of one having a low specific resistance containing ionic impurities, and this constitution is appropriately selected according to the operation mode. For example, when applying DS mode, neutral,
Alternatively, a nematic compound having a weak positive dielectric anisotropy or a weak negative dielectric anisotropy and an ionic impurity are used. As the nematic compound, for example, And / or (in the formula, R and R ′ are each independently a C 3 to C 8 alkyl group; X is a hydrogen atom or a fluorine atom) and the like. The liquid crystal layer is preferably used as a mixed liquid crystal composition containing these nematic compounds and having a negative dielectric anisotropy and a positive conductivity anisotropy as the whole system. on the other hand,
As ionic impurities, (In the formula, m is an integer of 1 to 16, R 1 and R 2 are hydrogen atoms, methyl groups or benzyl groups) and other compounds (Minezaki et al.
79) Spring lecture 30P-B-13) is mentioned as a suitable one.
また、ホワイトテーラ型GHモードの場合には、正の誘
電異方性を有するコレステリック液晶化合物や正の誘電
異方性を有したネマティック液晶化合物と光学活性化合
物とからなるものが挙げられる。またこのモードの場合
には、用いる二色性染料として、T.Uchidaらの文献[T.
Uchida他;Mol.Cryst and Liq.Cryst.63 19(1981)]に
記載があるように、下記アゾ染料; やアントラキノン染料が一般的なものとして挙げられる
が、これらの染料以外のクマリン系染料等の蛍光染料や
その他の染料でも適用可能である。In the case of a white tailored GH mode, a cholesteric liquid crystal compound having a positive dielectric anisotropy or a nematic liquid crystal compound having a positive dielectric anisotropy and an optically active compound are exemplified. In this mode, as the dichroic dye used, T. Uchida et al. [T.
Uchida et al .; Mol. Cryst and Liq. Cryst. 63 19 (1981)], the following azo dyes; And anthraquinone dyes are common examples, but other than these dyes, fluorescent dyes such as coumarin-based dyes and other dyes are also applicable.
この発明の装置において、第2のスイッチング三端子
素子は、そのソース側が共通ラインに接続される。すな
わち、このような接続により、該三端子素子はチャンネ
ルの中央部の電位に対してソースとドレインの電位が正
負対称になるので、ソースとドレインの電位を入れ換え
ると正負対称の動作を行う。In the device of this invention, the source side of the second switching three-terminal element is connected to the common line. That is, with such a connection, the potential of the source and the drain of the three-terminal element becomes symmetrical with respect to the potential of the central portion of the channel, and therefore, when the potentials of the source and the drain are exchanged, the operation of the positive and negative is performed.
この発明において、共通ラインには対向電極と逆相の
交流電圧が印加される。この逆相の交流電圧とは、対向
電極に印加される交流電圧と振幅が同じで位相が互いに
逆のものを意味する。すなわちこの逆相の交流電圧を共
通ラインに印加することにより上記第2のスイッチング
三端子素子の各電極の電位関係が対向電圧の極性が正の
場合と負の場合とでほぼ対称になり、従って該スイッチ
ング三端子素子のインピーダンスは対向電圧の極性に拘
わらず一定値となり、液晶表示部の液晶層に印加される
電圧は正負対称とすることができる。In the present invention, an AC voltage having a phase opposite to that of the counter electrode is applied to the common line. The opposite-phase alternating-current voltage means that the alternating-current voltage applied to the counter electrode has the same amplitude and the opposite phases. That is, by applying this alternating-phase alternating-current voltage to the common line, the potential relationship between the electrodes of the second switching three-terminal element becomes substantially symmetrical depending on whether the polarity of the opposing voltage is positive or negative, and The impedance of the switching three-terminal element has a constant value regardless of the polarity of the counter voltage, and the voltage applied to the liquid crystal layer of the liquid crystal display section can be positive / negative symmetrical.
また、この発明において、第2のスイッチング三端子
素子のドレインと共通ラインの間にさらに液晶層と同程
度のダミー負荷を挿入することにより上記対称性をさら
に向上させることができる。Further, in the present invention, the symmetry can be further improved by further inserting a dummy load of the same degree as the liquid crystal layer between the drain of the second switching three-terminal element and the common line.
(ホ)作用 電極ラインX及びYによって選択された第1のスイッ
チング三端子素子からのドレイン出力により、信号蓄
積キャパシタに電荷が蓄積すると共に第2のスイッチ
ング三端子素子のゲートに電圧が付与されて閉回路とな
って液晶表示部の対応する画素電極部位に液晶駆動用電
源から電圧が印加されて表示動作が行われる。(E) Action Due to the drain output from the first switching three-terminal element selected by the electrode lines X and Y, charges are stored in the signal storage capacitor and a voltage is applied to the gate of the second switching three-terminal element. A closed circuit is formed, and a voltage is applied from the liquid crystal driving power source to the corresponding pixel electrode portion of the liquid crystal display portion to perform the display operation.
この際、電極ラインX及びYの選択は一定の短いフレ
ーム周波数下での走査により行われるため、第1のスイ
ッチング三端子素子の出力時間は、一つの画素電極に対
しては極めて短い。At this time, since the electrode lines X and Y are selected by scanning under a constant short frame frequency, the output time of the first switching three-terminal element is extremely short for one pixel electrode.
しかし、信号蓄積キャパシタが付設されているため、
第1のスイッチング三端子素子がOFF状態となった後に
おいても第2のスイッチング三端子素子のゲートに次の
フィールドにて新たな信号電荷が蓄積されるまで電圧が
付与されてON状態が保たれる。そして、信号蓄積キャパ
シタに蓄積した電荷は、第2のスイッチング三端子素子
を介して液晶表示部と切離されているため、放電による
消費は実質的に生じず、従来に比して電荷保持時間も延
長される。つまりサンプルホールド回路として動作する
こととなる。However, since the signal storage capacitor is attached,
Even after the first switching three-terminal element is turned off, a voltage is applied to the gate of the second switching three-terminal element until a new signal charge is accumulated in the next field and the on state is maintained. Be done. Since the charge stored in the signal storage capacitor is separated from the liquid crystal display unit via the second switching three-terminal element, the discharge does not substantially consume the charge, and the charge holding time is longer than that in the conventional case. Is also extended. That is, it operates as a sample hold circuit.
一方、第2のスイッチング三端子素子のON状態が保た
れる状態においては、液晶層で放電が生じても液晶駆動
用電源からの電荷が連続して供給されるため、放電によ
る悪影響も生じない。On the other hand, in the state where the second switching three-terminal element is kept in the ON state, even if discharge occurs in the liquid crystal layer, the charge from the liquid crystal driving power supply is continuously supplied, so that the discharge does not adversely affect. .
またこの発明の装置において、2値表示つまり白黒表
示を行う場合には次のような駆動条件が選択される。す
なわち、液晶層に電圧が印加された状態をONと呼び、電
圧が印加されない状態をOFFと呼ぶことにすると、ON状
態では第2のスイッチング素子のインピーダンスVSWが
液晶層のインピーダンスZLCよりも十分に小さくなるよ
うに、また、OFF状態ではその逆になるように、第1の
スイッチング素子に供給される信号電圧ZS1のレベルを
選択する。対向電極には交流電圧VCが印加されるが、こ
れは、直流電圧を印加すると液晶の電気分解や電極の腐
食が生じるからである。対向電極に印加された交流電圧
VCは液晶層のインピーダンスZLCとスイッチング素子の
インピーダンスZSWによって分割される。両者が前述の
条件を満たしておれば、ON状態では液晶層に印加される
電圧VLCは対向電極に印加された電圧VCとほぼ等しくな
り、OFF状態では液晶層にはほとんど電圧が印加されな
い。この場合、液晶層に印加される電圧VLCはほぼ正負
対称になり、直流成分は無視できることとなる。Further, in the device of the present invention, the following drive conditions are selected when performing binary display, that is, monochrome display. That is, when a state in which a voltage is applied to the liquid crystal layer is called ON and a state in which no voltage is applied is called OFF, the impedance V SW of the second switching element is higher than the impedance Z LC of the liquid crystal layer in the ON state. The level of the signal voltage Z S1 supplied to the first switching element is selected so that it becomes sufficiently small and vice versa in the OFF state. An AC voltage V C is applied to the counter electrode because the application of a DC voltage causes electrolysis of the liquid crystal and corrosion of the electrode. AC voltage applied to the counter electrode
V C is divided by the impedance Z LC of the liquid crystal layer and the impedance Z SW of the switching element. If both satisfy the above conditions, the voltage V LC applied to the liquid crystal layer in the ON state becomes almost equal to the voltage V C applied to the counter electrode, and almost no voltage is applied to the liquid crystal layer in the OFF state. . In this case, the voltage V LC applied to the liquid crystal layer becomes substantially positive and negative symmetrical, and the DC component can be ignored.
またこの発明の装置によれば、第2スイッチング素子
のソース側が共通ラインに接続されて、該スイッチング
素子はチャンネルの中央部の電位に対してソースとドレ
インの電位が正負対称になる。従って共通電極と対向電
極に印加する電圧を反転しても動作点は変わらない。従
ってこのとき対向電極に印加される交流電圧の極性に拘
わらず該スイッチング素子のインピーダンス(ZSW)が
一定となり、液晶層のインピーダンス(ZLC)も一定と
なってZSW≒ZLCとなる。従って上記対向電極に振幅VCの
交流電圧を印加し、それと同一振幅で逆相の電圧を共通
電極に印加すると、第2のスイッチング素子の各電極の
電位関係がVCの極性が正の場合と負の場合とでほぼ対称
になり、ZSWがほぼ等しくなる。従って液晶層に印加さ
れる電圧はほぼ正負対称となる。Further, according to the device of the present invention, the source side of the second switching element is connected to the common line, and the potential of the source and the drain of the switching element is symmetrical with respect to the potential of the central portion of the channel. Therefore, the operating point does not change even if the voltage applied to the common electrode and the counter electrode is reversed. Therefore, at this time, the impedance (Z SW ) of the switching element becomes constant regardless of the polarity of the AC voltage applied to the counter electrode, and the impedance (Z LC ) of the liquid crystal layer also becomes constant, and Z SW ≈Z LC . Therefore, when an AC voltage of amplitude V C is applied to the counter electrode and a voltage of the same amplitude and opposite phase is applied to the common electrode, the potential relationship of each electrode of the second switching element is positive when the polarity of V C is positive. And become negative and Z SW becomes almost equal. Therefore, the voltage applied to the liquid crystal layer becomes substantially positive and negative symmetrical.
以下実施例によりこの発明を詳細に説明するが、これ
によりこの発明は限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
(ヘ)実施例 第1図は、参考例1のマトリックス型液晶表示装置に
おけるマトリックスの一表示単位の構成を示す等価回路
図である。(F) Example FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the configuration of one display unit of the matrix in the matrix type liquid crystal display device of Reference Example 1.
図中、X1,X2……はX−Yマトリックス状電極におけ
るデータ信号バスライン(電極ラインX)を、Y1,Y2…
…は同じく走査信号バスライン(電極ラインY)を各々
示すものであり、これらの交差部(アドレス)は絶縁膜
で隔離されている。この交差部の近傍には各々第1の薄
膜トランジスタ(TFT1)が配設されてそのゲートは電極
ラインY(Y1)に、ソースは電極ラインX(X1)に各々
接続されている。そして図に示すごとくTFT1のドレイン
は第2の薄膜トランジスタ(TFT2)のゲートに接続され
てその途中には信号蓄積キャパシタとなるコンデンサ
(C1)が接続されている。In the figure, X 1 , X 2 ... Denote the data signal bus lines (electrode lines X) in the XY matrix electrodes, Y 1 , Y 2 ...
Similarly, each indicates a scanning signal bus line (electrode line Y), and these intersections (addresses) are isolated by an insulating film. A first thin film transistor (TFT 1 ) is provided near each of the intersections, and its gate is connected to the electrode line Y (Y 1 ), and its source is connected to the electrode line X (X 1 ). Then, as shown in the figure, the drain of TFT 1 is connected to the gate of the second thin film transistor (TFT 2 ), and a capacitor (C 1 ) serving as a signal storage capacitor is connected in the middle thereof.
一方、TFT2のソースは、多数の画素電極(a)と対向
電極(b)との間に液晶層を配置せしめた液晶表示部
(C2)における一つの画素電極(a)に接続されてお
り、対向電極(b)は液晶駆動用の交流電源(VC)に接
続されている。On the other hand, the source of the TFT 2 is connected to one pixel electrode (a) in the liquid crystal display section (C 2 ) in which a liquid crystal layer is arranged between a large number of pixel electrodes (a) and a counter electrode (b). The counter electrode (b) is connected to an AC power source (V C ) for driving the liquid crystal.
なお、図中Eはアースラインを示し、コンデンサ
(C1)の一端が接続されている。図中Fは共通ラインを
示し、TFT2のドレインが接続されている。In addition, E in the drawing indicates an earth line, and one end of the capacitor (C 1 ) is connected. In the figure, F indicates a common line, to which the drain of TFT 2 is connected.
上記回路構成を採用して下記の条件で、偏光フィルタ
を用いないDSモード−プロジェクション型アクティブマ
トリックス液晶表示装置を構成した。A DS mode-projection type active matrix liquid crystal display device not using a polarizing filter was constructed under the following conditions by employing the above circuit configuration.
1)液晶表示方法 :プロジェクション型 2)光源 :メタルハライドランプ 3)パネル寸法 :対角3″ 4)パネル画素数 :240×384ドット 5)パネル基板 :コーニング7059ガラス1.1t 6)TFT1,TFT2 :アモルファスシリコン TFT ゲート材料Ta,ゲート酸化膜Ta2O5/
SiNX 半導体材料P-CVDによるa-Si ソースドレイン材料n+ a-Si/Ti重層
膜 7)C1 :Ta/Ta2O5・SiNX/Ti 8)C2 :ITO/液晶/ITO (液晶層厚は7μmのプラスチック
ビーズスペーサを使用) 10)イオン性不純物: 0.5wt/% 11)駆動交流電圧 :60Hz矩形波 ±7.5V なお、上記液晶層の比抵抗(ρ)は107Ωm、画素面
積(S)は100μm角=10-8m2、液晶層の厚さ(d)=
7μmであり、従って1画素当りの液晶の抵抗値RLC=
(ρ・d)/S=7×109Ωである。1) Liquid crystal display method: Projection type 2) Light source: Metal halide lamp 3) Panel size: Diagonal 3 ″ 4) Panel pixel number: 240 × 384 dots 5) Panel substrate: Corning 7059 glass 1.1t 6) TFT 1 , TFT 2 : Amorphous silicon TFT gate material Ta, gate oxide film Ta 2 O 5 /
SiN X semiconductor material a-Si source / drain material by P-CVD n + a-Si / Ti multilayer film 7) C 1 : Ta / Ta 2 O 5 · SiN X / Ti 8) C 2 : ITO / liquid crystal / ITO ( Liquid crystal layer thickness uses 7 μm plastic bead spacers) 10) Ionic impurities: 0.5wt /% 11) AC drive voltage: 60Hz square wave ± 7.5V The specific resistance (ρ) of the above liquid crystal layer is 10 7 Ωm, the pixel area (S) is 100μm square = 10 -8 m 2 , and the liquid crystal layer Thickness (d) =
7 μm, and therefore the resistance value of the liquid crystal per pixel R LC =
(Ρ · d) / S = 7 × 10 9 Ω.
かかる装置において、TFT1と信号蓄積コンデンサ
(C1)はサンプルホールド回路として働き、TFT2は液晶
駆動用交流電圧を液晶表示部(C2)の所定位置の液晶層
に印加するための電流制御素子(一種のバッファトラン
ジスタ)として働く。In such a device, the TFT 1 and the signal storage capacitor (C 1 ) function as a sample hold circuit, and the TFT 2 controls the current for applying an AC voltage for driving the liquid crystal to the liquid crystal layer at a predetermined position of the liquid crystal display (C 2 ). Acts as an element (a type of buffer transistor).
この構成においては、コンデンサC1は高インピーダン
スのTFT2のゲートに接続されており、液晶表示部(C2)
に直接接続されていないため放電し難く、そこに蓄積し
た電荷は、TFT1がOFF状態となった後にも従来に比して
長時間TFT2をON状態に保つように作用する。In this configuration, the capacitor C 1 is connected to the gate of the high impedance TFT 2 and the liquid crystal display (C 2 )
Since it is not directly connected to, it is difficult to discharge, and the electric charge accumulated there acts to keep the TFT 2 in the ON state for a longer time than before even after the TFT 1 is in the OFF state.
従って、比抵抗が低く放電し易い液晶層を用いた場合
においても、この放電によりTFT2が必要とする時間(通
常、フレーム周波数の周期)よりも短時間でOFFになる
現像が防止され、所望の液晶のマトリトックス表示動作
を行うことができる。Therefore, even when a liquid crystal layer having a low specific resistance and easy to discharge is used, this discharge prevents development that turns off in a shorter time than the time required by the TFT 2 (usually the frame frequency cycle), The liquid crystal matrix display operation can be performed.
また上記装置において、共通ラインFには対向電極に
印加される交流電圧VCと同じ振幅で逆相の電圧VC′が印
加される。このような駆動方法により、TFT2の動作はVC
が正の時と負の時とがほぼ対称となる。Further, in the above apparatus, a voltage V C ′ having the same amplitude as the AC voltage V C applied to the counter electrode but an opposite phase is applied to the common line F. With such a driving method, the operation of the TFT 2 is V C
When is positive and when is negative, it becomes almost symmetrical.
第2図に参考例2を示す。上記実施例との相違点はキ
ャパシタC1の一方の電極を、隣接するゲートラインとし
たことである。このような構成とすることによりアース
ラインを省略することができる。Reference Example 2 is shown in FIG. The difference from the above embodiment is that one electrode of the capacitor C 1 is an adjacent gate line. With such a configuration, the ground line can be omitted.
かかる液晶表示装置によりスクリーン上に表示を行っ
たところ、同一光源を用いて従来のTNモードの約2倍の
明るさ(100fL)の表示(白表示状態での比較)を得る
ことが可能となった。When an image is displayed on a screen using such a liquid crystal display device, it is possible to obtain a display (comparison in a white display state) with a brightness (100 fL) about twice that of the conventional TN mode using the same light source. Was.
実施例1 上記参考例1の液晶表示素子の第1図に示される等価
回路において、さらに、共通ラインとTFT2のドレインの
間にダミー負荷(ZD)を挿入して液晶表示素子を構成し
た。Example 1 In the equivalent circuit shown in FIG. 1 of the liquid crystal display element of Reference Example 1, a dummy load (Z D ) was further inserted between the common line and the drain of the TFT 2 to form a liquid crystal display element. .
上記ダミー負荷(ZD)には、ノンドープa-Si膜(膜厚
d=28nm,比抵抗ρ=108Ωm)をTFT2のドレインと共通
ラインとの間にサンドイッチ状に介在させたものを用い
た。これらがオーバラップしている部分の面積(S′)
は20μm角としているので、抵抗値R′=7×109Ωと
なる。The dummy load (Z D ) is a non-doped a-Si film (thickness d = 28 nm, specific resistance ρ = 10 8 Ωm) sandwiched between the drain of the TFT 2 and the common line. Using. Area (S ') of the part where these overlap
Is 20 μm square, the resistance value is R ′ = 7 × 10 9 Ω.
このように液晶層の抵抗値と等しいダミー負荷をドレ
イン電極と共通ラインとの間に設けることにより、駆動
時の正負の対称性がさらに改善され、フリッカが目視で
は認識できない程度となった。By providing a dummy load having a resistance value equal to that of the liquid crystal layer between the drain electrode and the common line in this way, the positive and negative symmetry during driving was further improved, and flicker could not be visually recognized.
(ト)発明の効果 この発明の液晶表示装置によれば、液晶層の比抵抗が
低く実質的に電荷保持機能がないものを用いた場合にお
いても、液晶層への電圧印加が時間的に確保され、所望
の液晶マトリトックス表示を行うことが可能となる。(G) Effects of the Invention According to the liquid crystal display device of the present invention, even when a liquid crystal layer having a low specific resistance and substantially no charge holding function is used, voltage application to the liquid crystal layer is secured in time. Thus, a desired liquid crystal matrix display can be performed.
従って、偏光フィルタを用いずに階調表示、高コント
ラスト表示、高速応答表示が可能なDSモードやホワイト
テーラ型GHモードなどを液晶の電気光学的モードとして
採用して理想的な高い表示明度のアクティブマトリック
ス表示を行うことができる。Therefore, the DS mode and the white tailored GH mode, which enable gradation display, high contrast display, and high-speed response display without using a polarizing filter, are adopted as the liquid crystal electro-optical mode. A matrix display can be performed.
さらに、中間調を表示する場合にも、液晶表示部に印
加される電圧が正負対称となり、直流成分が無視できる
程度に小さくなり、フリッカの発生、液晶の電気分解、
画素電極の腐食が抑制され、良好な表示品位と高い信頼
性を得ることができる。Further, even when displaying a halftone, the voltage applied to the liquid crystal display section becomes positive and negative symmetry, the DC component becomes small enough to be ignored, flicker occurs, electrolysis of the liquid crystal,
Corrosion of the pixel electrode is suppressed, and good display quality and high reliability can be obtained.
そして、ことにこの発明の液晶表示装置は、高温動作
と高光利用効率を同時に満足させる必要のあるプロジョ
クション型の表示装置のライトバルブとして有効である
が、屋外使用の高精度ディスプレイ、例えばVTRモニタ
ー、LCTV、ビューファインダー等へも有効に利用でき、
また車載用や航空機表示への応用にも適している。さら
に、透過型のみならず反射型表示装置へも適用すること
ができる。The liquid crystal display device of the present invention is particularly effective as a light valve for a projection type display device that needs to satisfy high-temperature operation and high light utilization efficiency at the same time. It can be effectively used for monitors, LCTVs, viewfinders, etc.
It is also suitable for in-vehicle applications and aircraft display applications. Further, the present invention can be applied not only to a transmission type display device but also to a reflection type display device.
第1図は参考例1の液晶表示装置における一表示単位の
等価回路図、第2図は参考例2の等価回路図、第3図は
この発明のさらに他の実施例の等価回路図、第4図は従
来の液晶表示装置の一表示単位を示す第1図相当図であ
る。 X1,X2……電極ライン、Y1,Y2……電極ライン、TFT1……
第1の薄膜トランジスタ、TFT2……第2の薄膜トランジ
スタ、C1……コンデンサ(信号蓄積キャパシタ)、C2…
…液晶表示部の容量、a……画素電極、b……対向電
極、VC,VC′……交流電源、E……アースライン、F…
…共通ライン、ZD……ダミー負荷。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of one display unit in the liquid crystal display device of Reference Example 1, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of Reference Example 2, and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of still another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 showing one display unit of a conventional liquid crystal display device. X 1 , X 2 …… Electrode line, Y 1 , Y 2 …… Electrode line, TFT 1 ……
1st thin film transistor, TFT 2 ... 2nd thin film transistor, C 1 ... Capacitor (signal storage capacitor), C 2 ...
... Capacity of liquid crystal display part, a ... Pixel electrode, b ... Counter electrode, V C , V C ′ ... AC power supply, E ... Ground line, F ...
… Common line, Z D …… Dummy load.
Claims (1)
電極ラインと、 (b)ソース、ドレイン、ゲートを有し、このソースが
上記電極ラインXに、ゲートが電極ラインYに各々接続
された多数の第1のスイッチング三端子素子と、 (c)上記第1の各スイッチング三端子素子に対応する
多数の画素電極と、液晶駆動用電源に接続される対向電
極との間に液晶層を配置してなり、該スイッチング三端
子素子のドレイン出力に基づいてマトリックス表示動作
を行う液晶表示部を備えてなり、 (d)ソースが上記画素電極に接続され、ドレインが液
晶表示部のインピーダンスと略等しいインピーダンスを
有するダミー負荷を介して共通ラインに接続された第2
スイッチング三端子素子を備え、前記第1のスイッチン
グ三端子素子のドレインを信号蓄積キャパシタを介して
アースラインまたは隣接するゲートラインに接続しかつ
上記第2のスイッチング三端子素子のゲートに接続構成
し、 (e)前記対向電極と前記共通ラインに互いに逆相の交
流電圧を印加しうるよう構成されてなる液晶表示装置。1. An electrode line (a) arranged in an XY matrix, and (b) a source, a drain and a gate, the source being the electrode line X and the gate being the electrode line Y. A plurality of connected first switching three-terminal elements, (c) a plurality of pixel electrodes corresponding to the respective first switching three-terminal elements, and a liquid crystal between a counter electrode connected to a liquid crystal driving power supply. And a liquid crystal display section that performs matrix display operation based on the drain output of the switching three-terminal element, (d) the source is connected to the pixel electrode, and the drain is the impedance of the liquid crystal display section. A second line connected to a common line via a dummy load having an impedance substantially equal to
A switching three-terminal element, wherein the drain of the first switching three-terminal element is connected to a ground line or an adjacent gate line via a signal storage capacitor and connected to the gate of the second switching three-terminal element, (E) A liquid crystal display device configured so that alternating voltages having mutually opposite phases can be applied to the counter electrode and the common line.
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