-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
umfassend ein Zeilen- und Spaltenfeld aus Flüssigkristall-Anzeigeelementen,
wobei jedes Anzeigeelement eine Anzeigeelement-Elektrode, die an
eine zugehörige Schalteinrichtung
angeschlossen ist, Sätze
von Zeilen- und Spaltenadressleitern, die an die Anzeigeelemente
angeschlossen sind und über
die Auswahlsignale bzw. Datensignale den Anzeigeelementen zugeführt werden,
eine Zeilenansteuerschaltung zum Zuführen der Auswahlsignale zu
dem Satz von Zeilenadressleitern und eine Spaltenansteuerschaltung
zum Zuführen
von Datensignalen zu dem Satz von Spaltenadressleitern über jeweilige
Ausgänge
umfasst, wobei die Spaltenansteuerschaltung derart betreibbar ist,
dass ein Ausgang davon, der mit einem Zeilenadressleiter verbunden
ist, vor oder während
das Datensignal für
einen benachbarten Zeilenadressleiter zugeführt wird, hochohmig wird.
-
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen,
die zum Anzeigen von grafischen oder Videoinformationen geeignet
sind, sind wohl bekannt. Typische Beispiele davon und die allgemeine
Art, in der diese betrieben werden, sind in
US-A-5 130 829 beschrieben.
In diesen Vorrichtungen sind die Anzeigeelement-Elektroden, die
in Zeilen und Spalten angeordnet sind, zusammen mit den Schalteinrichtungen und
den Sätzen
an Zeilen- und Spaltenadressleitern in Form eines TFTs (Dünnschichttransistor)
auf einem ersten Substrat angeordnet. Ein zweites Substrat, welches
eine transparente gemeinsame Elektrode trägt, ist in einem Abstand von
dem ersten Substrat angebracht und ein LC (Flüssigkristall) Material befindet
sich zwischen den beiden Substraten, wobei jedes Anzeigeelement
durch eine entsprechende Anzeigeelement-Elektrode und die übereinander
liegenden Teile der gemeinsamen Elektrode zusammen mit dem LC Material
dazwischen definiert ist. Jede Anzeigeelement-Elektrode ist mit
der Drainelektrode seiner angeschlossenen TFT verbunden. Der TFT
eines jeden Anzeigeelements ist an die jeweiligen Zeilen- und Spaltenadressleiter
mit den Gates aller TFTs in einer Reihe der Anzeigeelemente verbunden,
die an einem entsprechenden Zeilenadressleiter angebunden ist, und
die Sourceelektroden aller TFTs in einer Spalte aus Anzeigeelementen
sind an einen entsprechenden Spaltenadressleiter angebunden. Jede Anzeigeelement-Elektrode
ist in unmittelbarer Nähe des
Kreuzungspunkts seines entsprechenden Zeilen- und Spaltenleiters,
der sich entlang zwei verbindenden Seiten der Elektrode ausdehnt,
angeordnet. Nebeneinander angeordnete Zeilen- und Spaltenleiter
dehnen sich über
die andere Seite der Elektrode aus, so dass jede Anzeigeelement-Elektrode
durch zwei benachbarte Paare an Zeilenleitern und Spaltenleitern
begrenzt ist. Eine Zeilenansteuerschaltung, die an den Satz der
Zeilenadressleiter angeschlossen ist, scannt die Zeilenleiter und
gibt ein Gating-Signal an jeden Zeilenleiter der Reihe nach ab,
um die TFTs einer Zeile an Anzeigeelementen einzuschalten und eine
Spaltenansteuerschaltung, die mit dem Satz an Spaltenleitern verbunden
ist, gibt Datensignale an die Spaltenleiter ab, synchron mit dem
Scannen der Zeilenleiter durch die Zeilenansteuerschaltung, wobei
die Anzeigeelemente einer ausgewählten
Zeile über
die entsprechenden TFTs auf ein Niveau aufgeladen werden, das von
dem Wert des Datensignals auf deren entsprechenden Spaltenleiter
abhängt,
um einen benötigten
Anzeigeoutput zu erhalten. Die Zeilen werden nacheinander während entsprechender
Zeilenadressperioden auf diese Weise betrieben, um ein Anzeigebild über eine Felddauer
aufzubauen und das Feld der Anzeigeelemente wird wiederholt in gleicher
Weise, in aufeinander folgenden Feldperioden angesprochen.
-
Zur
einfacheren Herstellung und für
die Kompaktheit wurden die Zeilen- und/oder Spaltenansteuerschaltungen
in einigen Anzeigevorrichtungen, und insbesondere in solchen, die
Polysilicium-TFTs verwenden, in dem Substrat integriert, welches
die TFTs des Anzeigeelementfeldes peripher trägt, das denselben großen Bereich
an elektronischer Technologie verwendet, wie der, der für die Aktivmatrix-Schaltungen
des Anzeigeelementfeldes angewendet wird, wobei die Schaltung der
Ansteuerschaltungen gleichermaßen
mit der Aktivmatrix-Schaltung hergestellt wurde und gleichzeitig
TFTs, Leiterlinien etc. umfasst. Hierdurch wird das Erfordernis
der Verwendung von getrennt hergestellten Ansteuerschaltungen, die
an die Adressleiter des Anzeigeelementfeldes auf dem Substrat angebunden
werden müssen,
vermieden. Aufgrund der Beschränkungen
der Leistungsfähigkeit
der TFTs und der Art der möglichen
Schaltung, wenn die TFTs verwendet werden, wird die Spaltenansteuerschaltung
von Haus aus in der Form einer einfachen Multiplex-Schaltung bereitgestellt,
wobei Beispiele in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben
sind „Fully
Integrated Poly-Si TFT CMOS Drivers for Self-Scanned Light Valve" von Y. Nishihara
et al in SID 92 Digest, Seiten 609–612 und „A 1.8-in Poly-Si TFT-LCD
for HDTV Projectors with a 5-V Fully Integrated Driver" von S. Higashi et
al in SID 95 Digest, Seiten 81 to 84. Eine derartige Schaltung wird
in der in dem einleitenden Abschnitt beschriebenen Weise betrieben.
Die allgemeine Arbeitsweise basiert auf einer Multiplex-Technik,
in der analoge Videoinformation (Daten) sequentiell über Multiplex-Schaltungen
von Videoinput zu entsprechenden Gruppen an Blöcken aus Spaltenadressleitern
in der Anzeige übertragen
werden. Die Videoinformation wird gleichzeitig an eine Vielzahl
an Videooutput angelegt und über
die Multiplex-Schaltungen an eine entsprechende Anzahl an Spaltenadressleitern übertragen.
Während
einer Zeilenadress-Periode (Video Line) wird jede Gruppe der Spaltenleiter
nacheinander geladen, bis alle Spaltenleiter der Anzeigevorrichtung
auf ein Niveau aufgeladen sind, das dem Niveau der Videoinformation
der Input entspricht. Wurde eine Gruppe der Spaltenleiter aufgeladen, öffnet sich
die entsprechende Multiplex-Schaltung und die Spaltenleiter werden
hochohmig, wobei die angelegte Spannung des Spaltenleiters erhalten
bleibt und die nächste
Gruppe aufgeladen wird. Die Schaltungen werden derart betrieben,
dass alle Gruppen der Reihe nach geladen werden und jede Reihe an
Anzeigeelementen der Reihe nach auf diese Weise während entsprechender
Zeilenadressperioden betrieben werden.
-
Während die
Bereitstellung einer integrierten Spaltenansteuerschaltung vom Multiplex-Typ
Vorteile hinsichtlich der einfacheren Fabrikation der Anzeigevorrichtung
aufweist, wurde herausgefunden, dass Probleme in dem Anzeigeoutput
aus dem Anzeigeelementfeld während
des Betreibens der Vorrichtung auftreten können. Bestimmte Spalten in
dem Feld weisen Fehler in ihrer Anzeigehelligkeit auf, zum Beispiel
fehlende Anzeigeeinheitlichkeit, wenn graue Felder angezeigt werden,
die als deutlich sichtbare vertikale Linien in dem Anzeigebild ersichtlich
sind.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktivmatrix-Anzeigevorrichtung
bereitzustellen, die eine Spaltenansteuerschaltung verwendet, die
in der Weise einer Multiplex-Schaltung betrieben wird, in der die
Probleme der zuvor erwähnten unerwünschten
Anzeigeoutput-Artefakte überwunden
oder zumindest bis zu einem gewissen Grad reduziert werden.
-
Erfindungsgemäß wird eine
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
der Art, wie sie in dem anfänglichen
Absatz beschrieben wurde, bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Spaltenadressleiter, der an ein Anzeigeelement angeschlossen
ist, so angeordnet ist, dass er innerhalb der Anzeigeelement-Elektrodenränder liegt.
Der Spaltenadressleiter ist bevorzugt der Mitte der Anzeigeelement-Elektrode
zugewandt angeordnet. Es wurde herausgefunden, dass die Anordnung
der Spaltenadressleiter auf diese Weise dazu führt, dass das Ausmaß unerwünschter
Anzeigeartefakte in der Form von sichtbaren vertikalen Linien zumindest deutlich
reduziert wird.
-
Die
Erfindung rührt
von der Beurteilung der Gründe
für diese
Anzeigeartefakte her, wenn ein Spalten-Schaltkreises vom Multiplex-Typ
verwendet wird. Bei dem herkömmlichen
Anzeigeelement-Schaltbild erstreckt sich ein Spaltenadressleiter,
der mit einem bestimmten Anzeigeelement verbunden ist, entlang einer
vertikalen Kante oder Seite der Anzeigeelement-Elektrode und ein
anderer Spaltenadressleiter, der mit der benachbarten Spalte der Anzeigeelemente
verbunden ist, erstreckt sich entlang der gegenüberliegenden vertikalen Kante.
Somit erstreckt sich jeder Spaltenleiter zwischen einem benachbarten
Paar Anzeigeelement-Elektroden in einer Zeile und entlang der Sichtkante
der Elektroden. Die kapazitative Kopplung zwischen einem benachbarten
Paar an Spaltenadressleitern indirekt über die Elektrode kann daher
signifikant sein. Die direkte kapazitative Kopplung zwischen zwei
Spaltenleitern kann in dem Fall eines alternativen Schaltbilds auftreten,
in dem Paare an Spaltenleitern in Nachbarschaft zueinander vorgesehen
sind und Spalten der Anzeigeelement-Elektroden auf jeder Seite des
Paars vorgesehen sind, wobei eine Spalte an Elektroden über eine
der Spaltenleitern angesprochen wird und die anderen über den
zweiten Spaltenleiter angesprochen wird. Die Gegenwart einer derartigen
indirekten oder direkten Kapazität
bedeutet, dass sobald der erste Spaltenleiter der einen Gruppe beim
Gebrauch der Spaltenansteuerschaltung geladen wird, die Ladung mit
dem letzten Spaltenleiter der zuvor angesprochenen Gruppe über diese
Kapazität
gekoppelt werden kann, wobei die Spannung, die an den letzten Spaltenleiter
angelegt wird, gestört
wird. Dies führt dazu,
dass Fehler in der Spannung auf dem letzten Spaltenleiter einer
jeden Gruppe auftreten, wobei diese sichtbare vertikale Linien in
dem Anzeigebild verursachen. Dieses Problem ist vor allem bei Anzeigevorrichtungen
mit großer Öffnung bekannt,
zum Beispiel der Art, wie sie in
US-A-564194 und
EP-A-0617310 beschrieben ist, worin die Anzeigeelement-Elektroden
auf einer Isolierschicht getragen werden, die sich über den
Aktivmatrix-Schaltkreis auf dem Substrat erstrecken, umfassend die
TFTs und Sätze
an Zeilen- und Spaltenadressleitern, und worin Teile der Anzeigeelement-Elektroden derart
angeordnet sind, dass sie zwei benachbarten Spaltenadressleiter
(und Zeilenadressleiter) überlappen,
um deren effektive Öffnung
zu erhöhen.
Eine derartige Überlappung
kann zu signifikanten Kapazitäten
führen, die
zwischen einem Spaltenadressleiter und den benachbarten Teilen der
Anzeigeelement-Elektroden bestehen. Durch Anordnen der Spaltenadressleiter relativ
zu den Anzeigeelement-Elektroden
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Ausmaß der
kapazitativen Kopplung zwischen benachbarten Spaltenadressleitern
deutlich reduziert. Bei diesen Anzeigevorrichtungen mit großer Öffnung können Spaltenleiter
vollständig
angeordnet werden statt unterhalb der Anzeigeelement-Elektrode und
einwärts
von seinen Kanten gerichtet, zum Beispiel im Wesentlichen mittig,
eher als in der Nähe
der Elektrodenkanten, wenn die Elektroden von einer Isolierschicht
bei einem bestimmten Grad des Aktivmatrix-Schaltkreises tragen.
-
Wird
eine Anzeigevorrichtung im transmissiven Modus betrieben und ein
transparentes Leitmaterial, wie ITO, als Anzeigeelement-Elektroden
verwendet, wird das Bereitstellen der Spaltenleiter einwärts von
der Elektrode gerichtet die effektive Pixel-Öffnung leicht verringern, wenn
die Leiter statt aus einem lichtdurchlässigen Material aus lichtundurchlässigem Material,
wie ein Metall, bestehen. Jedoch beeinflusst im Fall einer reflektiven
Anzeigevorrichtung mit Licht reflektierenden Anzeigeelement-Elektroden
die Anordnung der Leiter unterhalb der Elektroden auf diese Weise
nicht die Öffnung.
-
Sind
die Spaltenadressleiter, die sich zwischen benachbarten Spalten
von Anzeigeelement-Elektroden in den bekannten Anzeigevorrichtungen
ausdehnen, aus Metall, können
diese ebenso als Lichtschild dienen, das zusammen mit den Metall-Zeilenadressleitern
eine schwarze Matrix bildet, welche die einzelnen Anzeigeelementen
zur Verbesserung des Anzeigekontrastes begrenzt. Da die Spaltenadressleiter
in der Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht länger
die Lücken
zwischen den Spalten der Anzeigeelement-Elektroden besetzen, kann
es erwünscht
sein, diese Lücken
zu blockieren, um die Möglichkeit
zu vermeiden, dass der Anzeigekontrast verschlechtert wird. In einer
bevorzugten Ausführungsform
werden Anzeigeelement-Speicherkondensator-Elektroden aus lichtundurchlässigem Material
verwendet, um diese Lücken
zu maskieren. Andere Versuche, wie die Verwendung der Zeilenmetallisierung
oder anderer Schichten, zum Beispiel eine schwarze Matrix auf einem
anderen Substrat, sind ebenso möglich.
-
Es
ist vorhersehbar, dass die Erfindung gewinnbringend in Anzeigevorrichtungen
verwendet werden kann, die andere Spaltenansteuerschaltungen als
vom Multiplex-Typ
verwenden, die jedoch in ähnlicher
Weise steuerbar sind, dass ein Output, der mit einem Spaltenleiter
verbunden ist, vor oder während
das Datensignal für
einen benachbarten Zeilenadressleiter zugeführt wird hochohmig wird, wenn ähnliche
Probleme auftreten.
-
Ausführungsformen
der Aktivmatrix-Anzeigevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden
durch die Beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, worin:
-
1 ein
vereinfachtes schematisches Schaltdiagramm einer Aktivmatrix-LC-Anzeigevorrichtung
ist;
-
2 schematisch
das Schaltbild der Anzeigeelement-Elektroden und Zeilen- und Spaltenadressleiter
in einer typischen Art einer bekannten Aktivmatrix-LC-Anzeigevorrichtung
mit großer Öffnung illustriert;
-
3 schematisch
den Schaltkreis eines Teils einer Spaltenansteuerschaltung und ein
Anzeigeelementfeld der Anzeigevorrichtung aus 1 illustriert;
-
4 zeigt
die Ersatzschaltung eines Teils des Anzeigeelementfeldes der Anzeigevorrichtung aus 1;
-
5 illustriert
typische Ansteuerwellenformen, die beim Arbeiten der Anzeigevorrichtung
aus 1 vorhanden sind;
-
6 illustriert
schematisch die Anordnung der Anzeigeelement-Elektroden und der
Zeilen- und Spaltenadressleiter in einer ersten Ausführungsform der
Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
7 ist
ein schematischer Querschnitt durch einen Teil der Anzeigevorrichtung
aus 6; und
-
8 illustriert
schematisch die Anordnung der Anzeigeelement-Elektroden, der Zeilen-
und Spaltenadressleiter und der Speicherkapazität-Elektroden in einer zweiten
Ausführungsform
der Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Es
wird betont, dass die Figuren nicht im richtigen Maßstab gezeichnet
sind und dass bestimmte Dimensionen vergrößert sind, während andere
verkleinert wurden. Dieselben Bezugsziffern werden in den Figuren
verwendet, um gleiche oder ähnliche
Teile zu kennzeichnen.
-
Bezugnehmend
auf 1 ist ein vereinfachter schematischer Schaltplan
einer allgemeinen herkömmlichen
Form einer Aktivmatrix-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung
gezeigt, welche ein Zeilen- und Spaltenfeld an Flüssigkristall-Anzeigeelementen 10 umfasst.
Die Anzeigeelemente weisen ein angeschlossenes TFT 12 auf,
welches als eine Schalteinrichtung fungiert und werden über Sätze an Zeilen- und
Spaltenleitern 14 und 16 angesprochen. Der Einfachheit
halber sind nur einige Anzeigeelemente gezeigt. In der Praxis können einige
hundert Zeilen und Spalten an Anzeigeelementen vorhanden sein. Die Drain
einer TFT 12 ist an eine entsprechende Anzeigeelement-Elektrode 18 angebunden,
die nahe dem Kreuzungspunkt der entsprechenden Zeilen- und Spaltenadressleitern
angeordnet ist, wohingegen die Gates aller TFTs, die mit einer entsprechenden
Zeile an Anzeigeelementen 10 verbunden sind, an dieselben
Zeilenadressleiter 14 angebunden sind, und die Source aller
TFTs, die mit einer entsprechenden Spalte an Anzeigeelementen verbunden
ist, mit demselben Spaltenadressleiter 16 verbunden sind.
Die Sätze
an Zeilen- und Spaltenadressleitern 14, 16, die TFTs 12,
und die Bildelement-Elektroden 18 befinden sich alle auf
demselben isolierenden Substrat, zum Beispiel aus Glas, und werden
gleichzeitig unter Verwendung bekannter Dünnfilm-Technologie, welche die
Abscheidung und fotolithographische Musterung verschiedener leitfähiger, isolierender
und halbleitfähiger
Schichten mit sich bringt. Ein zweites Glassubstrat (nicht gezeigt),
welches eine kontinuierliche, transparente Elektrode, die allen
Anzeigeelementen zu Eigen ist, in dem Feld trägt, ist in einem Abstand von
dem Substrat 25 angeordnet und die beiden Substrate werden
um die Peripherie des Anzeigeelementfeldes miteinander versiegelt
und durch Platzhalter (Spacer) auf Abstand gehalten, um einen eingeschlossenen
Raum zu definieren, worin das Flüssigkristall-Material
enthalten ist. Jede Anzeigeelement-Elektrode 18 zusammen
mit einem darüber
liegenden Bereich der gemeinsamen Elektrode und das Flüssigkristall-Material
dazwischen definiert ein Licht modulierendes Anzeigeelement.
-
Sowohl
die Struktur als auch die Arbeitsweise dieser Vorrichtung folgt
herkömmlicher
Praxis, wie sie zum Beispiel in
US-A-5 130 829 beschrieben ist. Scanning (Gating)-Signale werden nacheinander
jedem Zeilenadressleiter
14 durch eine Zeilenansteuerschaltung
30,
die zum Beispiel ein digitales Verschiebungsregister umfasst, zugeführt, und
Datensignale werden dem Spaltenleiter
16 synchron mit den Gating-Signalen
durch eine Spaltenansteuerschaltung
35 zugeführt. Auf
jedem Zeilenleiter, dem ein Gating-Signal zugeführt wurde, werden die TFTs
12,
die an diesen Zeilenleitern angebunden sind, angeschaltet, wodurch
sich das entsprechende Anzeigeelement entsprechend dem Niveau des
Datensignals auflädt,
das sich dann auf deren verbundenen Spaltenleitern befindet. Nachdem
eine Zeile an Anzeigeelementen in einer entsprechenden Zeilenadressperiode
angesprochen wurde, die zum Beispiel der Linienperiode eines angewandten
Videosignals entspricht, werden deren angebundene TFTs durch Beendigung
des Gating-Signals zum Erhalt der Feldperiode abgeschaltet, um die
Anzeigeelemente elektrisch zu isolieren und sicherzustellen, dass
die zugeführte
Ladung gespeichert wird, um deren Anzeigeoutputs beizubehalten,
bis sie erneut in einer folgenden Feldperiode angesprochen werden.
-
Für einen
transmissiven Arbeitsmodus bestehen die Anzeigeelement-Elektroden 18 aus
einem lichtdurchlässigen
leitfähigen
Material, wie ITO, und die einzelnen Anzeigeelemente dienen der
Lichtanpassung, das auf eine Seite der Vorrichtung, zum Beispiel
das Substrat 25, von einem Rücklicht gerichtet sind, entsprechend
der zugeführten
Datensignalspannung, so dass ein Anzeigebild, das durch Ansprechen
aller Zeilen der Displayelemente in dem Feld aufgebaut wird, von
der anderen Seite sichtbar wird. Für einen reflektiven Arbeitsmodus
werden die Anzeigeelement-Elektroden 18 auf
einem Licht reflektierenden leitfähigen Material gebildet, wie
ein Metall, und Licht, das die Vorderseite der Vorrichtung durch
das Substrat, welches die gemeinsame Elektrode trägt, eintritt,
wird durch das LC Material an jedem Anzeigeelement angepasst und
durch die Anzeigeelement-Elektroden durch das Substrat zurückreflektiert,
abhängig
von dem Anzeigezustand, um ein Anzeigebild, das für einen
Betrachter auf der Vorderseite der Vorrichtung sichtbar wird, hervorzurufen.
-
Ein
Beispiel der physikalischen Anordnung der Anzeigeelement-Elektroden
und Zeilen- und Spaltenadressleiter in einem typischen Teil des
Feldes ist schematisch in 2 dargestellt.
Aus Gründen
der Klarheit wurden die TFTs 12 weggelassen. Die einzelnen
Anzeigeelement-Elektroden 18 sind mit Pn,m bezeichnet,
worin n und m die entsprechenden Zeilen- und Spaltennummern wiedergeben.
Somit wird die Elektrode Pn,m über
verbundene Zeilen- und Spaltenleiter Rn und Cm angesprochen, die Elektrode
Pn,m + 1 über
die Zeilen- und Spaltenleiter Rn und Cm + 1 angesprochen, die Elektrode
Pn + 1,m wird über
die Zeilen- und Spaltenleiter Rn + 1 und Cm angesprochen, etc. Die
TFTs sind zum Beispiel in der Nähe
der Kreuzungspunkte der Zeilen- und Spaltenleiter, die mit dem betreffenden
Anzeigeelement verbunden sind, angebracht.
-
In
diesem speziellen Beispiel ist die Struktur der Anzeigevorrichtung
von der Art, die eine große Öffnung bereitstellen
kann. Dazu werden die Anzeigeelement-Elektroden
18 auf
einer Schicht aus Isoliermaterial, zum Beispiel Siliciumnitrid,
oder einem organischen Material wie Polyimid oder Resist, das über dem
Aktivmatrix-Schaltkreis angeordnet ist, der die Sätze an Adressleitern
und die TFTs, die auf dem Substrat getragen werden, umfasst, getragen,
und erstrecken sich derart, dass sie teilweise mit den gegenüberliegenden
vertikalen Seitenkanten der benachbarten Spaltenleiter
16 überlappen
und deren obere und untere Kanten die benachbarten Zeilenleiter
14 überlappen,
wie in
2 gezeigt. Wie deutlich wird, kann daher jeder
Spaltenleiter von Bereichen der Anzeigeelement-Elektroden in zwei
benachbarten Spaltenanzeigeelementen überlappt werden. Jede Anzeigeelement-Elektrode
18 ist
an die Drain seiner verbundenen TFT angebunden, die unterhalb der
Isolierschicht liegt, über
eine Kontaktöffnung (nicht
gezeigt), die in der Isolierschicht gebildet ist. Die einzelnen
Anzeigeelement-Elektroden
18 sind durch kleine Lücken, die über- und
unterhalb der Zeilen- und Spaltenleiter liegen, getrennt. Beispiele
dieser Art der Struktur sind in
US-A-5 641 974 und
EP-A-0 617 310 beschrieben,
auf die für
eine genauere Beschreibung verwiesen wird.
-
In
einem Transmissionsarbeitsmodus und unter der Annahme, dass die
Adressleiter aus einem lichtundurchlässigen Metall bestehen, entspricht dann
die Öffnung
eines Anzeigeelements, das im Wesentlichen der Fläche entspricht,
die durch die benachbarten Paare an Zeilen- und Adressleitern begrenzt
werden. In einem Reflektivmodus entspricht dann die Öffnung anstelle
des Bereichs der Elektrode 18.
-
In
dieser speziellen Anzeigevorrichtung sind auch die Zeilen- und Spaltenansteuerschaltungen 30 und 35 der
Einfachheit halber auf dem Substrat 25 integriert und werden
gleichzeitig mit dem Aktivmatrix-Feld hergestellt, welches die Anzeigeelemente, die
TFTs und die Zeilen- und Spaltenadressleiter umfassen, eher unter
Verwendung derselben Dünnschicht-Verarbeitungstechnologie
als dass sie als getrennte Komponenten hergestellt werden und die
Bereitstellung von Mitteln zur elektrischen Verbindung erfordern,
um deren Outputs mit den Zeilen- und Spaltenadressleitern zu verbinden.
Integrierte Ansteuerschaltungen sind bekannt, wobei Beispiele in den
zuvor genannten Veröffentlichungen
beschrieben sind. Die normale Polysilicium-Technologie wird verwendet,
obwohl die amorphe Silicium-Technologie
statt dessen in bestimmten Fällen
angewendet werden kann. Hinsichtlich der integrierten Spaltenansteuerschaltung 35 ist
es am gebräuchlichsten,
diese in Form einer einfachen Schaltung vom Multiplex-Typ bereitzustellen.
Die allgemeine Arbeitsweise dieser Schaltungen basiert auf einer
Multiplex-Technik, in der analoge Videoinformation sequentiell auf
eine oder mehrere Videoinputlinien auf entsprechende Gruppen eines
oder mehrerer der Spaltenadressleitern in der Anzeigevorrichtung übertragen
wird. Die Videoinformation wird über
Multiplex-Schaltungen übertragen,
die aus NMOS TFTs, PMOS TFTs oder CMOS Übertragungsgates bestehen können. Die Schaltungen,
die jeweils einen Output der Multiplex-Schalter, der mit einem entsprechenden
Spaltenleiter verbunden ist, bilden, werden in Gruppen betrieben
und wenn eine Gruppe an Schaltungen angeschaltet wird, werden die
entsprechenden Spalten aufgeladen, bis sie die Spannung der entsprechenden
Videolinien erreicht haben. Werden die Schalter abgeschaltet, bleibt
durch die Kapazität
der Spaltenleiter und jeder zusätzliche
Speicherkondensator, der daran angebunden sein kann, die Spannung
auf den Spaltenleitern erhalten. Während einer Videolinienperiode
wird jede Gruppe der Multiplex-Schalter nacheinander angeschaltet,
bis alle Spalten der Anzeigeelemente mit der entsprechenden Videoinformation
aufgeladen sind.
-
3 illustriert
in vereinfachter schematischer Form einen Teil der Multiplex-Spaltenansteuerschaltung.
In diesem sehr einfachen Beispiel werden drei Videoinputlinien,
V1, V2 und V3, und die Multiplex-Schalter 36, in Dreiergruppen angeordnet,
wobei deren Outputs mit den entsprechenden aufeinander folgenden
Spaltenadressleitern 16 verbunden sind. Eine Kontrollschaltung 37 in
der Spaltenansteuerschaltung und umfassend ein Shift-Register, das
in dem Substrat 25 mit der Multiplex-Schaltung integriert
sein kann oder nicht, wählt
sequentiell jede der Gruppen der Multiplex-Schalter unter Verwendung der
Kontrollsignale G1, G2, G3, etc aus, so dass am Ende der Videozuführungsperiode
alle der Spalten in dem Feld aufgeladen werden. Wird G1 hoch, werden die
ersten drei Multiplex-Schalter 35 geschlossen und die ersten
drei Spalten S1, S2 und S3 werden aufgeladen, bis sie die Spannung
der Videolinien V1, V2 bzw. V3 erreicht haben. Wird G1 niedrig, öffnen sich
die drei Multiplex-Schalter und die Spalten S1, S2 und S3 werden
von den Videozuführungen
isoliert. Die Spannung auf den Spalten wird auf dem Spaltenkondensator
aufrechterhalten. Als nächstes wird
das Kontrollsignal G2 hoch und die zweite Gruppe der drei Spalten
S4, S5 und S6 werden aufgeladen, bis die Spannung der Videozuführungen
erreicht wird. Die Arbeitsweise der Multiplex-Schaltung wird auf diese Weise mit jeder
Gruppe der Spalten fortgesetzt, die entsprechend nacheinander aufgeladen werden,
bis alle Spaltenleiter in dem Feld aufgeladen wurden.
-
Beim
Betreiben dieser bekannten Art an Anzeigevorrichtung und der Verwendung
einer Multiplex-Spaltenansteuerschaltung wurden Probleme mit Anzeigeartefakten
festgestellt, die in Form von sichtbaren vertikalen Linien in regelmäßigen Intervallen auftauchen.
Es wurde herausgefunden, dass diese Artefakte durch Spannungen verursacht
werden, die ungewollt an spezielle Spaltenleiter beim Betreiben der
Spaltenansteuerschaltung kapazitiv gekoppelt sind, was zu einem
Fehler in der Spannung der Anzeigeelemente führt, die mit den Spaltenleitern
und so mit deren Outputhelligkeit verbunden ist. Insbesondere treten
solche kapazitive Kopplungen auf, da in dieser herkömmlichen
Anzeigeelementanordnung die Spaltenadressleiter 16 zwischen
benachbarten Spalten an Anzeigeelement-Elektroden 18 verlaufen. Dementsprechend
ergibt sich eine signifikante Kapazität zwischen einem Spaltenadressleiter
und den benachbarten Anzeigeelement-Elektroden. Dies ist insbesondere
bei einem großen Öffnungstyp
an Anzeigeelement-Schaltbild der Fall, in dem die Anzeigeelement-Elektroden
teilweise über
den Spaltenleitern liegen.
-
Dieser
Effekt wird unter Bezugnahme auch auf 4 beschrieben,
die eine etwa äquivalente Schaltung
für eine
typische kleine Anzahl an Anzeigeelementen in dem Feld zeigt und
auf 5, die Beispiele bestimmter Spannungswellenformen
beim Betreiben der Schaltung aus 4 darstellt.
Die Anzeigeelemente der Anzeigevorrichtung enthalten jeweils eine
Anzahl an Kapazitäten,
wobei einige davon in 4 gezeigt sind. C1 und C2 stellt
die Kapazität
zwischen einer Anzeigeelement-Elektrode 18 und den zwei
benachbarten Spaltenleitern 16 dar. C3 stellt die Anzeigeelementkapazität dar, die
eine Kombination aus der Flüssigkristallkapazität und einem Anzeigeelement
Speicherkondensator sein kann. C4 stellt die Kapazität des Spaltenleiters
dar und wird die Kapazität
zwischen dem Spaltenleiter und dem Zeilenleiter und die Kapazität zwischen
dem Spaltenleiter und der gemeinsamen Elektrode des Anzeigefeldes
umfassen. Andere Kapazitäten
können
ebenso vorhanden sein und können
auf die Effekte wirken, die hier beschrieben sind, jedoch wurden
sie der Klarheit halber nicht in 4 gezeigt.
-
Die
Quelle der Spaltenspannungsfehler wird deutlich, wenn man den Effekt
der Veränderung
in der Videoinformation auf z. B. den Spaltenleiter S2 berücksichtigt.
Diese Spannungsveränderung
ist mit dem Anzeigeelementkondensator C3 über den Kondensator C2 gekoppelt und verursacht daher eine Veränderung
in der Anzeigeelementspannung. Wird die Spannung auf dem Spaltenleiter
S1 nicht durch die Spaltenansteuerschaltung aufrechterhalten, d.
h. der relevante Spaltenansteueroutput wird hochohmig und der Spaltenleiter
S1 fließt,
kann dann diese Veränderung
der Anzeigeelementspannung weiter mit dem Spaltenleiter S1 über den
Kondensator C1 gekoppelt werden. Diese Kopplung
der Veränderung der
Spannung mit einem Spaltenleiter auf den benachbarten Spaltenleiter
kann durch einen Kopplungsfaktor Kc gekennzeichnet werden. Verändert sich
die Spannung auf dem ersten Spaltenleiter durch einen Betrag ΔV, ist die
Veränderung
der Spannung, die auf dem zweiten Spaltenleiter verursacht wird,
durch KcΔV
gegeben. Dieser Effekt wird weiter durch Bezugnahme auf die 3 und 5 erklärt. An dieser
Stelle wird der Einfachheit halber angenommen, dass das Anzeigefeld
mit einem einheitlichen, zum Beispiel grauen, Feld angesprochen wird
und dass eine Zeilenumkehr der Polarität der Videoinformation-Ansteuerspannung
verwendet wird, sowie die Tatsache, dass die Spaltenansteuerschaltung 35 nur
drei Videoinputzuführungen
aufweist. Ähnliche
Effekte treten für
andere Umkehrmethoden auf, für
Schaltungen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Videozuführungen
und wenn die angezeigte Videoinformation komplexer ist. In 5 sind
G1, G2 und G3 Kontrollwellenformen, die auf die Gruppe der Multiplex-Schalter 36 angewendet
werden, die Spannungssignale umfassen, um diese Schalter anzuschalten,
und S1 bis S9 die Spannungswellenformen sind, die auf den ersten
neun Spaltenleitern auftreten. Zeigt die Anzeige ein einheitlich
graues Feld, sind die Spannungswellenformen, die auf die drei Videozuführungen
V1–V3
angewendet werden, die gleichen wie in 5 gezeigt.
Die Polarität
der Signale kehrt sich nach jeder Videozuführungsperiode (TI) um. Die
Kontrollschaltung 37 in der Spaltenansteuerschaltung wählt nacheinander
jede der Gruppen der Multiplex-Schalter
unter Verwendung der Kontrollsignale G1, G2, G3 etc. aus, so dass
am Ende der Videozuführungsperiode
TI alle Spalten der Anzeige aufgeladen wurden. Wird G1 hoch, schließen sich
die ersten drei Multiplex-Schalter 36 und die erste Gruppe
der drei Spaltenleiter S1, S2 und S3 werden bis zu der Spannung
der entsprechenden Videozuführungen
aufgeladen. Kehrt G1 zu einem niedrigeren Niveau zurück, werden
die Ansteuerschaltungsoutputs, die mit den Spalten S1, S2 und S3
verbunden sind, hochohmig. Wird die zweite Gruppe unmittelbar danach
ausgewählt,
wobei G2 hoch wird, verändert
sich die Spannung auf dem Spaltenleiter S4, wobei die Änderung
mit verringerter Amplitude mit den Anzeigeelement-Elektroden der Anzeigeelemente
in der dritten Spalte, die durch den Knoten p3 in 3 dargestellt
ist, gekoppelt wird. Die Veränderung
der Anzeige-Elementspannung
wird weiter mit dem Spaltenleiter S3 in der zuvor angesprochenen
Gruppe gekoppelt, da dieser Leiter nicht von den Videozuführungen
isoliert ist. Dies führt
zu einem Fehler in der Spaltenspannung, wie durch die Spannungswellenform
für S3
in 5 angedeutet wird. Diese Spannungsveränderung
wird ebenso weiter mit dem Spaltenleiter S2 über den Anzeigeelementknoten
p2 und dann den Spaltenleiter S1 über den Knoten p1 gekoppelt.
Jedoch verringert sich mit jeder Stufe der Kopplung die Größenordnung
des übertragenen
Signals durch den Faktor Kc. Daher ist der Fehler in der Spannung
auf S3 am Wichtigsten für
die Einheitlichkeit des Anzeigebildes.
-
Ist
die zweite Gruppe der drei Spalten aufgeladen, verringert sich das
Signal G2 und der zweite Satz der Multiplex-Schalter schaltet ab.
Wird die dritte Gruppe der Spalten durch Erhöhen von G3 aufgeladen, verursacht
die Kopplung der Spannungsänderung
an dem Spaltenleiter S7 einen Fehler in der Spannung auf dem Spaltenleiter
S6. Dieser Effekt tritt in einer ähnlichen Weise für jede Gruppe
der Spalten in dem Feld auf, so dass im Allgemeinen die letzte Spalte
in jeder Multiplexgruppe einen deutlichen Spannungsfehler erfährt. Dieser
Fehler, der eine Art Übersprechen
ist, zeigt sich in der Form von vertikalen Linien, die in dem Anzeigebild
sichtbar sind, wobei der Abstand der Linien der Breite der Multiplexgruppen
entspricht. Hat zum Beispiel die Spaltenansteuerschaltung 35 nur
eine einzige Videozuführung, wird
der Effekt keine getrennten vertikalen Linien ergeben, sondern kann
als Übersprechen
von Videoinformation von einem Anzeigeelement auf seinen Nachbar
gesehen werden.
-
Um
die Sichtbarkeit dieser Anzeigeartefakte zu vermeiden oder zumindest
deutlich zu verringern, wird die Positionierung der Spaltenadressleiter
in Relation zu den Anzeigeelement-Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung
verändert. 6 zeigt
schematisch das Anzeigeelement Schaltbild in einem typischen Teil
des Anzeigeelementfeldes in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Anzeigevorrichtung.
Beim Vergleich mit 2 wird ersichtlich, dass die
Spaltenadressleiter 16 nicht länger zwischen benachbarten
Spalten an Anzeigeelement-Elektroden 18 verlaufen, sondern
stattdessen weg von den Seitenkanten der Elektroden positioniert
und in Richtung des Zentrums der Anzeigeelement-Elektroden gerichtet
sind, mit denen diese jeweils verbunden sind. Somit dehnt sich jeder
Spaltenadressleiter 16 vertikal (spaltenweise) entlang oder
nahe der mittleren Achse aus, d. h. die Mitte seiner verbundenen
Spalten an Elektroden und parallel zu den vertikalen Seitenkanten
der Elektroden. Erneut wurden die TFTs aus Gründen der Klarheit weggelassen,
wären in
der Praxis sie aber unterhalb ihrer entsprechenden Anzeigeelement-Elektroden
nahe den Zwischenbereichen zwischen den Zeilen- und Spaltenleitern
angeordnet sind. Diese modifizierte Anordnung der Spaltenleiter 16 in
Relation zu den Elektroden 18 ist einfach zu erreichen,
berücksichtigt man,
dass die Elektroden 18 physikalisch in einem höheren Niveau
als die Sätze
der Adressleiter und die TFTs vorgesehen sind und auf einer Isolierschicht getragen
werden, die sich über
diese Komponenten erstreckt. Wie zuvor überlappen die Elektroden 18 jeweils
teilweise die benachbarten Zeilenleiter 14, um eine vergrößerte Öffnung bereitzustellen.
Die Lücke zwischen
den gegenüberliegenden
vertikalen Kanten der benachbarten Elektroden in derselben Reihe kann
dieselbe wie zuvor bleiben. 7 ist ein
schematischer Querschnitt durch einen Teil der Anzeigevorrichtung
in Richtung der Zeilen, umfassend ein typisches Anzeigeelement 10 und
zeigend die Anzeigeelement-Elektrode 18, die auf der Isolierzwischenschicht 28 getragen
wird, über
der Aktivmatrix-Schaltung, umfassend seine verbundenen TFT 12,
Spaltenleiter 16 und Zeilenleiter (nicht sichtbar) dieser Strukturart,
wobei die Elektrode mit der Drain der TFT über einen Öffnungskontakt verbunden ist,
der in der Zwischenschicht 28 gebildet ist.
-
Der
Effekt der Repositionierung des Spaltenleiters auf diese Weise reduziert
deutlich den Wert von C2 (4).
Dadurch dass der Spaltenleiter der Mitte der Elektroden zugewandt
ist, erhöht
sich die Kapazität
C2 zwischen der Anzeigeelement-Elektrode
und dem benachbarten Spaltenleiter. Die Kapazität C1 zwischen
dem Anzeigeelement und seinem eigenen Spaltenleiter, kann unverändert bleiben
oder kann sich in Abhängigkeit
von den Details des Schaltbilds erhöhen. Da die Kapazitäten C1 und C2 einen Weg
für die
Signalkopplung von einer Spalte zu der benachbarten Spalte bereitstellen,
wobei der Kopplungsgrad von den Werten von C1 und
C2 abhängt, führt die
deutlich verringerte Kapazität
C2, die durch diese Anordnung erreicht wird,
konsequenterweise zu einer signifikanten Verringerung des Ausmaßes der
Kopplung, wodurch eine Verbesserung der Anzeigequalität durch
deutliches Verringern oder Eliminieren der zuvor erwähnten unerwünschten
Artefakte.
-
Für einen
optimalen Vorteil erstreckt sich der Spaltenleiter bevorzugt entlang
der Mitte der Elektroden 18 in seinen entsprechenden Spalten,
um so weit wie möglich von
beiden benachbarten Spalten der Elektroden entfernt zu sein. Für etwas
Vorteil jedoch kann sie stattdessen weg von der Mitte, jedoch noch innerhalb
der vertikalen Kanten der Elektroden positioniert sein. Zum Beispiel
könnte
der Spaltenleiter links von der vertikalen Mittelachse der Elektrode
positioniert sein, um von der nächsten
angesprochenen Anzeigeelement-Elektrodenspalte weg zu sein, wobei
angenommen wird, dass die horizontale Scanrichtung von links nach
rechts fixiert ist. Es ist nicht erforderlich, dass die Spaltenleitern
sich in einer geraden Linie erstrecken. Sollte aus einigen Gründen es
zum Beispiel erwünscht
sein, das TFT weg von der Mittellinie der Anzeigeelemente zu positionieren, können die
Spaltenleiter derart gerichtet sein, dass sie entsprechend mit den
TFTs in dem Raum zwischen benachbarten Anzeigeelement-Elektroden
in einer Spalte in Kontakt stehen. Obwohl es für eine einfachere Konstruktion
bevorzugt sein kann, alle Spaltenleiter hinsichtlich der Anzeigeelement-Elektrodenspalten
gleich zu positionieren, kann der letzte Spaltenleiter in jeder
Gruppe, z. B. S3, links von der Mitte der Anzeigeelement-Elektroden
in dieser Spalte angeordnet sein, so dass der Wert von C2 für die Anzeigeelemente
in dieser Spalte weiter reduziert wird.
-
Bezug
nehmend auf 4 und vergleichend mit der Anordnung
von 2 wird angenommen, dass die Lücke zwischen den sich gegenüberstehenden
vertikalen Kanten der benachbarten Elektroden 18 in einer
Zeile offen gelassen wird, eher als durch die Spaltenleiter 16 maskiert
zu werden, wobei angenommen wird, dass diese aus einem lichtundurchlässigen Material
gebildet sind. Um zu vermeiden, dass der Kontrast der Anzeige verschlechtert
wird, kann es erwünscht
sein, diese Lücken
zu blockieren. In TFTLC–Anzeigevorrichtungen
wird gewöhnlich
ein Speicherkondensator für
jedes Anzeigeelement bereitgestellt, das parallel mit den Anzeigeelementkapazitäten verbunden
ist, z. B. wie in den gestrichelten Linien 29 in 1 gezeigt,
und ein anderer einfacher Versuch, diese Aufgabe zu lösen, ist
es, Anzeigeelement-Speicherkondensator-Elektroden zu verwenden,
um die Lücke
zu maskieren, wenn derartige Speicherkondensatoren in dem Feld für die Anzeigeelemente
vorgesehen sind, wie in 8 gezeigt. Bezug nehmend auf
diese Figur ist die Struktur grundsätzlich dieselbe wie in 6,
mit der Ausnahme, dass lichtundurchlässige Metallelektroden 40,
die sich in Spaltenrichtung ausdehnen, vorgesehen sind, wobei beide
etwa in der Mitte zwischen einem benachbarten Paar Spaltenleiter 16 unter
der Isolierschicht und unterhalb der Lücke zwischen den benachbarten
Spalten der Elektroden 18 angeordnet sind. Jede der Elektroden 40 stellt
in Kombination mit einem Anteil einer darüber liegenden Kante einer Elektrode 18 und
dem dazwischen liegenden Dielektrikum der Isolierschicht eine Speicherkapazität parallel
zu der LC-Anzeigeelementkapazität
bereit, um das Aufrechterhalten der Spannung zu unterstützen, die
in dem Anzeigeelement gespeichert ist. Zu diesem Zweck werden die
Elektroden 40 bei einem festen Potential gehalten und nehmen
folglich nicht an den unerwünschten
kapazitativen Übertragungseffekten
teil.
-
Andere
Versuche, diese Lücken
zu maskieren, wie die Metallisierung der Zeilenleiter oder anderer
Schichten können
stattdessen verwendet werden.
-
Bestehen
die Spaltenadressleiter 16 aus Metall, verringert deren
einwärts
von den Seitenkanten der Anzeigeelement-Elektroden gerichtete Anbringung
zu einem Grad die Anzeigelementöffnung, wenn
die Anzeigevorrichtung in einem transmissiven Modus betrieben wird.
Bestehen die Leiter aus einem transparenten leitfähigen Material,
wie ITO, bleibt die Öffnung
unverändert.
Für eine
Anzeigevorrichtung, die im reflektiven Modus betrieben wird, ist
die Anordnung der Spaltenleiter auf diese weise irrelevant.
-
In
einer Farbanzeigevorrichtung sind auf gewöhnliche Weise Farbfilterelemente
auf dem anderen Substrat und in diesem Fall können die Videoinputlinien V1,
V2 und V3 jeweils eine entsprechende Farbe, Rot, Grün und Blau
haben, wobei Videoinformation-Komponenten mit benachbarten Spalten
in dem Feld so angeordnet sind, rote, grüne und blaue Information anzuzeigen.
-
Während die
Erfindung bezogen auf eine Art der Anzeigevorrichtungsstruktur,
in der die Anzeigeelement-Elektroden oberhalb des Aktivmatrix-Schaltkreises
auf einer Isolierschicht getragen werden, beschrieben wurde, ist
sie auf andere Arten von Anzeigestrukturen anwendbar, in denen die
Elektroden
18 in einem ähnlichen
Grad zu und seitlich von den TFTs und den Sätzen der angesprochenen Leiter
angeordnet sind, z. B. der Art, wie sie in
US-A-5130829 beschrieben
sind.
-
Der
Teil der Spaltenansteuerschaltung, die das Videosignal den Videoinputlinien
zuführt
(z. B. V1, V2 und V3) und der Kontrollschaltkreis 37, der
die Kontrollsignale G1, G2, G3 etc. den Multiplex-Schaltern zuführt, muss
nicht in das Substrat 25 integriert sein, sondern kann
getrennt gebildet und mit dem Multiplex-Schaltkreis des Substrats
verbunden sein.
-
Während es
besonders dienlich ist, zumindest die Multiplex-Schaltung der Spaltenansteuerschaltung
vollständig
auf demselben Substrat wie die Aktivmatrix-Schaltung zu integrieren, kann dieser
Teil der Ansteuerschaltung und gleichermaßen die Zeilenansteuerschaltung
als getrennte Komponente hergestellt werden und elektrisch mit der
Aktivmatrix-Schaltung, z. B. unter Verwendung einer Chip-on-Glass-Technologie, verbunden
werden.
-
Beim
Lesen der vorliegenden Offenbarung werden einem Fachmann andere
Ausführungsformen
deutlich. Derartige Ausführungsformen
können andere
Merkmale, die bereits auf dem Gebiet der Aktivmatrix LC Anzeigevorrichtungen
bekannt sind, umfassen und Komponententeile davon, die anstelle von
oder zusätzlich
zu den hierin bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.