JP2007041610A - 画像表示装置および画像表示モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】画素内に画像メモリ素子を具備した表示パネルで構成した画像表示装置の低消費電力化を実現する。
【解決手段】液晶素子５の画素電極２５に相変化により抵抗値が切り替わる不揮発性の画像メモリ素子１を接続する。走査電極線７と信号電極線９で駆動される薄膜トランジスタ１７の出力を画素電極２５に接続する。走査電極線７が選択されて電圧がハイレベルとなると、薄膜トランジスタ１７がオンし、このタイミングで信号電極９に流れている電流信号が画像メモリ素子１を通って基準電極線１５に流れる。画像メモリ素子１を流れる電流値またはパルス幅に応じて当該画像メモリ素子１の抵抗が変化し、抵抗値として記憶される。画像メモリ素子１の抵抗に応じてて液晶素子５に加わる液晶駆動電圧が変化し、液晶素子５に表示がなされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に係り、特に画素ごとに記憶手段を内蔵した画像表示パネルを用いた画像表示装置における当該記憶手段の構成を簡素化し、開口率の低下を抑制すると共に、低消費電力化を実現した画像表示装置とこの画像表示装置を用いた画像表示モジュールに関する。

薄型・軽量の画像表示装置として、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、あるいは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネル等の各種画像表示パネルを用いた画像表示装置が知られている。この種の画像表示装置を構成する画像表示パネルは、多数の画素をマトリクス状に配置し、各画素の点灯（オン）と消灯（オフ）を制御するためのアクティブ素子を備えた、所謂アクティブ・マトリクス型画像表示装置が主流となっている。画像表示装置に用いられる上記アクティブ素子としては、薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどが広く用いられている。

なお、以下では、画像表示パネルとして、主として薄膜トランジスタをアクティブ素子とした液晶表示パネルを用いた画像表示装置を例として説明するが、上記した他の形式の画像表示パネルとこの画像表示パネルを用いた画像表示装置についても同様に本発明を適用できるものであることは言うまでもない。また、一画素はモノクロ表示では各画素に対応し、カラー一画素の場合は、その各色を担当する単位画素（サブ画素）を意味する。しかし、以下では、特に必要とする場合を除き、カラー一画素の場合の単位画素も、単に画素と記述する。

上記のアクティブ・マトリクス型の画像表示装置として、画素のオン・オフに携わる薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等のアクティブ素子を制御するために、所謂スタティック型の半導体記憶手段（以下、画像メモリ素子あるいは単にメモリ素子と称することもある）を画素毎に設けて消費電力を低減するようにしたものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。また、下記特許文献２には、消費電力の低減を実現し得る液晶表示装置を提供するために、複数の画素に供給された画像データを保持するデータ保持手段を備えて、当該データ保持手段に保持された画像データに基づいて液晶に電圧を印加する液晶表示装置が開示されている。上記後者の公報に開示された液晶表示装置のデータ保持手段にはダイナミック型の半導体メモリ素子が用いられている。
特開平８−１９４２０５号公報 特開２００１―３０６０３８号公報

しかしながら、上記したような従来の画像表示装置を構成する画像表示パネルの画素毎に備える画像メモリ素子は、半導体素子、または半導体素子とコンデンサを用いて構成されているため、画素領域内に多数の半導体素子のつくり込みを必要とし、あるいはコンデンサを構成するために大きな面積を必要とする。すなわち、従来のスタティック型の画像メモリ素子を備えたものにおいては、多くのトランジスタを必要とし、画像表示パネルの作製が難しくなるとともに画素領域内の有効な表示領域すなわち開口率が低下してしまう。

また、ダイナミック型の画像メモリ素子を備えたものにおいては、コンデンサを用いて情報を記憶するため、画素領域内に当該コンデンサを形成するための領域が必要であり、やはり画素内の有効な領域が小さくなって開口率が低下する。さらに、ダイナミック型の画像メモリ素子は、記憶される画像データに応じてコンデンサに蓄積された電荷が経時的に減少するため、記憶した画像データが変化しないように定期的リフレッシュする必要がある。そのため、画素内外の回路構成が複雑となり、またレフレッシュ用の回路を必要とするため、回路規模が大きくなる。

またさらに、前記従来技術に開示されている画像メモリ素子は、電源を切ると、当該メモリ内の画像データが消えてしまう揮発性メモリであるため、このような画像メモリ素子にも常に電圧を印加するか、電源を再投入する際にデータを再書き込みする必要があり、消費電力の低減化の妨げの一つとなっていた。

このように、従来の画像表示パネルを用いた画像表示装置には、多くの解決すべき課題があった。本発明の第１の目的は、画像表示パネルの画素毎に設ける画像メモリ素子の構成を簡素化して画素の開口率の低減を抑制し、また電源を切っても画素内に画像データが保持される構成として低消費電力化を実現した画像表示パネルで構成した画像表示装置を提供することにある。

また、本発発明の第２の目的は、上記の画像表示装置を用いた低消費電力の画像表示モジュールを提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明は、複数の走査電極線線と前記走査電極線線に交差する複数の信号（表示データ）電極線との交差部にマトリックス状に複数の画素からなる表示素子を有する画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記走査電極線を選択する走査電極線選択回路と前記信号電極線を駆動する信号電極線駆動回路、および前記画素ごとに表示データを記憶する記憶手段とで画像表示装置を構成する。前記記憶手段は画素毎に接続された抵抗体で構成され、当該抵抗体の抵抗値により前記画素に表示データを記憶する。

上記の記憶手段（以下、画像メモリ素子とも称する）は、電流信号により制御することが望ましい、また、不揮発性の記憶手段とすることができる。画像メモリ素子は、この画像メモリ素子を構成する記憶媒体の相変化または相転移に伴う抵抗変化を用いる。相変化媒体としては、結晶状態とアモルファス状態との間の相変化により抵抗する材料を用いることができ、ＧｅＳｂＴｅ系の相変化媒体を用いることが好適である。画像メモリ素子に接続した画素は、走査電極線及び信号電極線と電気的に分離することもできる。その場合、単純マトリックス型のように、走査線と信号線に常に電気的に接続した書換手段を走査電極線と信号電極線で直接駆動することもできる。

また、記憶手段の記憶データを読み出す読出手段を設けることもできる。読出手段により読み出した画像データ（表示データ、または表示信号とも言う）と、次に表示する次画像データと演算する演算手段を設けることにより、読出した画像データと次画像データとを比較し、異なる場合にのみ記憶手段の記憶データを書き換えることもできる。また、一画素内に複数の記憶手段を設けることもできる。

また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、複数の走査電極線と前記走査電極線に交差する複数の信号電極線との交差部にマトリックス状に複数の画素からなる表示素子で構成した画像表示パネルと、前記画像表示装置に表示データを記録する記録装置と、前記記録装置によって前記画像表示パネルに記録された表示データを表示する表示駆動装置とを具備し、前記画像表示パネルを、前記記録装置と前記表示駆動装置の一方に選択的に、または双方同時に接続可能とした。

前記画像表示パネルには、前記画素ごとに表示データを記憶する不揮発性の記憶手段と、前記走査線に走査信号を入力するための走査線接続部と、前記信号線に表示データ信号を入力するための信号線接続部と、前記画素を駆動するための駆動信号を入力するための駆動線接続部と、電源線接続部とを備える。

そして、前記記録装置に前記液晶表示装置の前記走査線と前記信号線を駆動する走査線選択回路と信号線駆動回路および信号制御回路と、前記信号線接続部と前記駆動線接続部とに接続する記録装置接続部を具備する。

前記画像表示パネルに前記記録装置接続部を介して前記記録装置を接続し、前記走査線接続部と前記信号線接続部に前記記憶手段の書換信号を入力することによって前記記憶手段の記憶データを書き換える。

前記表示駆動装置は、対向電極駆動回路と電源回路、および前記画像表示パネルの前記駆動線接続部と前記電源線接続部とに接続する表示駆動装置接続部を具備し、前記画像表示パネルに前記表示駆動装置接続部を介して前記表示駆動装置を接続して、前記画像表示パネルに記憶された表示データを表示する。

また、前記画像表示パネルの一画素内に複数の画像メモリ素子を設け、これを切替えることにより複数の画像を切替えてすることも表示できる。

本発明は、上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

上記したように、本発明によれば、抵抗変化に基づく不揮発メモリを画素内に具備したことで、表示データの記憶機能をもつ表示パネルの構成が簡素化され、開口率を向上し、低消費電力で、かつ電源を切っても画素内に画像データが保持される画像表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図７は本発明に係る液晶表示装置の第１実施例の説明図であり、液晶表示装置を構成する画像表示パネルとして液晶表示パネルに本発明を適用したものである。そして、図１は本発明の第１実施例に係る画像表示装置の画像表示パネルすなわち液晶表示パネルを構成する一画素の構成を説明する回路図、図２は図１に示した画素を有する液晶表示パネルを用いて構成した画像表示装置の構成図である。

図１に示した本実施例の画素は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、単にＴＦＴと称する）１７、液晶素子５、および画像メモリ素子１で構成され、図２に参照符号１２７に点線で囲んで示してある。この画素は、図２における走査線選択回路１０３で駆動される走査電極線７と信号線駆動回路１０１で駆動される信号電極線９の交差部に画素１２７として配置される。参照符号Ｒ_LCは液晶素子５の抵抗値、Ｒ_PCは画像メモリ素子１の抵抗値を示す。なお、参照符号１５は液晶素子５に電圧を印加するとともに画像メモリ素子１に電流を流すための基準電極線、２５は画素電極、Ｇｍは第ｍ番目の走査電極線、Ｄｎは第ｎ番目の信号電極線を示す。

図２に示した画像表示装置は、画素１２７に設けられたＴＦＴ１７を制御して画像を表示するアクティブマトリックス型の液晶表示装置である。この画像表示装置は、ガラス等の絶縁板で構成した第１基板７７の内面に多数の走査電極線７と、この走査電極線７に交差した多数の信号電極線９とのマトリクスを有し、前記したように走査電極線７と信号電極線９の交差部に画素１２７がマトリクス状に配列されている。マトリクス状に配列された多数の画素の薄膜トランジスタ１７で駆動される画素電極２５は図示しないガラス等を好適とする第２基板の内面に形成された対向電極３との間に形成される電界で液晶素子５の配向を制御するように構成されている。

１つの画素１２７内には図１に示した画像メモリ素子１が設けられており、当該画素１２７に表示する画像データ（表示データ）を保持する。この画像メモリ素子１は、可逆的に抵抗を変化させて画像データを記録し、記録された画像データを書換えることができるものである。通常の使用においては、記録した画像データが消えない不揮発メモリとしている。

画像メモリ素子１は、信号電極線９からのパルス電流によりスイッチングされ、当該パルス電流の電流値とパルス幅を変えることによってスイッチングする抵抗状態を制御する。図２において、一番上の走査電極線７をＧ₁ として順に番号を付け、また一番左の信号電極線９をＤ₁ とし順に番号を付けた場合の、Ｇ_m 番の走査電極線７とＤ_n 番の信号電極線９の交差部の画素の回路図が図１に相当する。Ｇ_m 番の走査電極線７が選択されて電圧がハイレベルになると、ゲートが走査電極線７に接続したｎ型のＴＦＴ１７がオン状態となり、このタイミングで信号電極線９に流れている電流信号（すなわち、画像データ）がＴＦＴ１７に取り込まれ、画像メモリ素子１を通って基準電極線１５に流れる。画素メモリ素子１を流れる電流値またはパルス幅に応じて画像メモリ素子１の抵抗値が変化し、その抵抗値が画像データとして記憶される。

本実施例における液晶素子５の画素電極２５（図中、液晶素子５とＴＦＴの接続点で示す）は画像メモリ素子１を介して基準電極線１５に接続されており、液晶素子５の対向電極２７と基準電極線１５間に印加された駆動電圧は、直列に接続された画像メモリ素子１と液晶素子５に印加されることになる。そのため、駆動電圧のうち、画像メモリ素子１の抵抗Ｒ_PCと液晶素子５の抵抗Ｒ_LCとの抵抗分割によって定まる電圧が有効な液晶駆動電圧として液晶素子５に印加される。画像メモリ素子１の抵抗Ｒ_PCがスイッチングして変化するとそれに応じて液晶駆動電圧が変化し、液晶素子５の表示状態がスイッチングする。

図３は本発明の第１実施例の液晶表示パネルに用いたノーマリクローズモードの液晶素子の電圧−反射率特性の説明図である。反射率は相対値で示す。対向電極３と基準電極線１５間の駆動電圧をＶ、液晶素子５がクローズ状態となる閾値電圧をＶ_min 、オープン状態となる閾値電圧をＶ_max 、画像メモリ素子１の高抵抗状態の抵抗をＲＨ、低抵抗状態の抵抗をＲＬとすると、
Ｖ_min ≧Ｒ_LCＶ／（Ｒ_LC＋ＲＨ）
Ｖ_max ≦Ｒ_LCＶ／（Ｒ_LC＋ＲＬ）
を満たすようにすることにより、画像メモリ素子１の抵抗変化を用いて液晶素子５の表示状態をスイッチングすることができる。また、Ｒ_LC≧ＲＨとすることが望ましい。すなわち、Ｒ_LC≧ＲＨではＴＦＴ１７から注入される電流が主に画像メモリ素子１を流れ、当該電流を有効に画像メモリ素子１のスイッチングに用いることができる。ノーマリオープンモードの場合も同様に閾値電圧を満たすようにすればよい。

図４は本発明の第１実施例に用いた画像メモリ素子１をスイッチングする電流パルスの波形図である。本実施例においては、画像メモリ素子１の記憶媒体として、結晶とアモルファスの二つの相の間を可逆的に変化する相変化媒体の薄膜（相変化膜）を用いた。相変化媒体の結晶状態とアモルファス状態では抵抗が異なり、一般的に結晶状態（これを結晶相とも称する）が抵抗が低く、アモルファス状態（アモルファス相とも称する）の抵抗が高い。このメモリ媒体を加熱することで相変化を起すことができる。

本実施例では、電流を流すことによって生じるジュール熱を用いて画像メモリ素子を構成する上記メモリ媒体を加熱し、相変化を起させる。相変化膜からなる画像メモリ媒体をアモルファス相に変化される場合（以下、これをリセット動作と称する）には、図４のＩ_reset 以上の電流を流し、相変化膜を溶融させる。電流を流す時間Ｔ_reset を、相変化膜が融点以上に加熱される時間以上で、かつ溶融した相変化膜が急冷してアモルファスとなる時間以下とすることにより、溶融した相変化膜はアモルファス化する。一方、結晶化する場合（以下、これをセット動作と称する）には、Ｉ_th以上、Ｉ_reset 未満の電流を、相変化膜が結晶化するのに十分な時間Ｔ_set 流してアニールすることにより結晶化する。

このように、結晶からアモルファスに相変化させる場合（リセット動作）には、Ｉ_reset 以上の電流を短時間流し、相変化媒体を溶融させ、急冷する。アモルファスから結晶に相変化させる場合（セット動作）には、Ｉ_thからＩ_reset の間の電流を長めに流して、結晶化温度以上に保って結晶化させる。相変化前の状態によらず、同じパルス波形の電流を流すことで、前の相状態を消去し、新しい相状態に書き換えることが可能である。相変化媒体の材料としては、ＧｅＳｂＴｅ系、ＩｎＳｂＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系等のカルコゲナイド系の材料を用いることが望ましい。本実施例では、ＧｅＳｂ₂ Ｔｅ₄ 、Ｉｎ₂ ＳｂＴｅ₃ 、Ａｇ₅ Ｉｎ₅ Ｓｂ₇₀Ｔｅ₂₀の組成を用いた。

これらの相変化媒体は、５０ｎｓ以下の電流パルスで相変化を起すため、高速にスイッチング（結晶相⇔アモルファス相）することができる。本実施例では、Ｔ_reset として３０ｎｓ〜５０ｎｓ、Ｔ_set として５０ｎｓ〜１００ｎｓを用いた。これら相変化媒体の組成を変えると相変化速度を遅くすることがきるので、駆動回路の駆動性能に合わせて相変化速度を調整することができる。ＧｅＳｂ₂ Ｔｅ₄ においては、結晶状態とアモルファス状態で抵抗が１００倍から１０００倍変化する。

また、ＧｅＳｂＴｅ系は繰り返し書換え回数に優れており、ＩｎＳｂＴｅ系は結晶とアモルファスの抵抗比が大きい特徴があり、画像表示装置の特徴に合わせて適宜材料を選択することが望ましい。これら材料は、ガラス転移温度が室温よりも十分に大きいため、各相の状態は長期保持され、不揮発メモリとして機能する。カルコゲナイド系以外にも、ＶＯ₂ のように温度によって金属−絶縁体転移を起す材料を用いることもできる。また、構造相転移に伴う金属−絶縁体転移を起す材料を用いることもできる。

図５は画像表示パネルを駆動する信号波形の説明図である。図２に示した走査電極線７の電圧ＶＧｍは、走査線選択回路１０３により１フレーム周期毎に１回選択されてハイレベルとなる。信号電極線９には、信号線駆動回路１０１から画像データ信号が供給される。本実施例においては、画像データ信号として画像メモリ素子１を書換えるための電流信号が供給される。ｍ番目の走査電極線７とｎ番目の信号電極線９との交差部に形成される画素においては、ｍ番目の走査電極線７の電圧ＶＧｍがハイレベルとなるとＴＦＴ１７がオンとなり導通するため、そのとき信号電極線９を流れていた電流ＩＤｎがＴＦＴ１７を通り、画像メモリ素子１に供給される。

図４で説明したように、結晶相からアモルファス相に相変化させる場合（リセット動作）には、Ｉ_reset 以上の電流を短時間流し、アモルファス相から結晶相に相変化させる場合（セット動作）には、Ｉ_thからＩ_reset の間の電流を長めに流す。１走査線の選択時間は、通常のフレーム周期約６０Ｈｚ、走査線数１０００本においても約１６μｓであり、画像メモリ素子１の書き換え時間に比べて十分に長い。本実施例では、画像メモリ素子１をリセットした場合に液晶素子５がオフ、セットした場合に液晶素子５がオンとなるようにしており、画像メモリ素子１の変化に合わせて液晶素子５の表示も変化する。対向電極３には、液晶素子５を駆動するための駆動電圧ＶＣＯＭが印加されている。

本実施例においては、駆動電圧ＶＣＯＭは１フレーム周期毎に極性を反転する交流電圧とした。そのため、信号電極線９のベース電圧ＶＬＣｍｎも駆動電圧ＶＣＯＭと同じように極性反転させることにより、信号電極線９と対向電極３の電位差を小さくすることができ、液晶素子５を通って流れる電流を小さくし、ほとんどの電流を画像メモリ素子１に流れるようにした。信号電流ＩＤｎも駆動電圧ＶＣＯＭの反転に合わせて極性を反転している。

本実施例においては、画素内に画像メモリ素子として不揮発メモリを有しているため、１度画像データを画像メモリ素子１に書き込んだ後は、表示画像が変化するまで画像データを書き込む必要がない。そのため、従来のコンデンサを用いて画像データを保持していた画像表示パネル（画像表示装置）では、静止画を表示している場合でも一定時間ごとにデータをリフレッシュする必要があったが、本実施例においてはリフレッシュが不要である。したがって、文字、静止画等の情報を表示している場合には、表示画像が変わるまで液晶駆動電圧のみ供給すればよい。さらに、不揮発メモリを用いているため、液晶駆動電圧の交流化によるフリッカも発生せず、液晶駆動電圧の駆動周波数は液晶が劣化しない程度に遅くすることができる。したがって、液晶駆動に伴う液晶容量への充放電や、配線の浮遊容量への充放電による消費電力を大幅に削減でき、低消費電力化が図られる。

また、画像メモリを用いる静止画表示と画像メモリ素子を用いない動画表示を切り替えられるようにする場合は、１フレーム時間は、画像データ書込時間の整数倍とすることが望ましい。この理由は、動画表示の周波数に合わせたクロックを用いて動画表示と静止画表示を切替える事ができるためである。さらに、動画を表示する場合は、高速にデータを書き換えデータを保持する必要がないため、１フレーム時間をデータ書込時間と同じとすればよい。また、動画を表示する場合には、画像データを記憶する必要がないため、画像メモリ素子を画素から切り離すスイッチを設けて画像メモリ素子１を用いないようにしてもよい。画像メモリ素子の書換え回数を少なくできるため画像メモリ素子の信頼性が向上する。

画像データ書込時間内は、液晶素子５に電流が流れないように、対向電極３をハイインピーダンスとしてもよい。この場合は、信号電極線９への交流電圧印加や、電流の反転は必要ない。また、基準電極線１５に液晶を駆動する交流を供給してもよく、対向電極３と基準電極線１５の両方に交流を供給することもできる。

図６は本発明の第１実施例における液晶表示パネルを構成する第１基板の要部断面図である。同図中、参照符号７７はガラス基板、５１はゲート電極、６９は絶縁膜（ゲート絶縁膜）、７１はシリコン膜、７９はＮ＋シリコン膜、５３はソース電極、５５はドレイン電極、６１はメモリ素子電極、６７は相変化膜、２５は画素電極である。なお、図１と同様に、参照符号１は画像メモリ素子、１７は薄膜トランジスタを示す。

本実施例ではシリコン膜７１としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いてＴＦＴを構成した。ガラスの基板７７上にゲート電極５１及び画像メモリ素子電極６１を形成する。相変化膜６７と接する画像メモリ素子電極６１は耐熱性が高いこととが望ましい。ＴＦＴのゲート電極５１の材料としてよく用いられているタンタルＴａ、モリブデンタンタルＭｏＴａ、モリブデンタングステンＭｏＷ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ、等の高融点金属を用いることにより、ゲート電極５１と画像メモリ素子電極６１を同一材料を用いて同時に形成することができる。ＴＦＴ１７のゲート電極５１及び画像メモリ素子電極６１上に酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いて絶縁膜６９を形成する。

絶縁膜６９にコンタクトホールを形成し、画像メモリ素子電極６１と接するように相変化膜６７を成膜する。またＴＦＴ１７のゲート電極５１直上の絶縁膜６９上には、アモルファスのシリコン膜７１を成膜する。この上にＮ＋シリコン層７９を形成し、アルミニウム等の金属によりＴＦＴ１７のソース電極５３とドレイン電極５５を形成する。

ソース電極５３は、画像メモリ素子１の一部の電極として相変化膜６７上も覆っている。さらに、ソース電極５３は画素電極２５とも接続している。ソース電極５３とドレイン電極５５を分離するように、ＴＦＴ１７のチャネル部を形成し、ＴＦＴ１７を形成する。さらに、上部に保護膜（図示せず）を形成する。画素電極２５として透明電極を用いると透過形の画像表パネルを形成でき、画素電極２５としてアルミニウム等の金属膜を用いれば反射型の画像表示パネルとなる。反射型の場合は、画素電極２５とＴＦＴ１７及び画像メモリ電極６１を上下に分離し、ＴＦＴ１７、画像メモリ素子電極６１を覆うように画素電極２５を形成してもよく、その場合は開口率が大きくできる。

相変化膜６７は、ＴＦＴのソース電極５３と画像メモリ素子電極６１とから電流信号が流れて加熱される。画像メモリ素子電極６１側で相変化膜６７の幅が狭くなっており、ここで電流集中がおこり、発熱量が大きくなる。そのため、相変化膜６７は画像メモリ素子電極６１側でより高温となり、溶融しやすい。したがって、画像メモリ素子電極６１としては、相変化膜６７の融点よりも融点が高いことが望ましい。また、相変化膜６７で発生した熱は熱伝導率の大きなソース電極５３側に良く逃げ、電流を切ると急冷される。画像メモリ素子電極６１としては、タンタルシリサイドＴａＳｉ₂ 等のシリサイドを用いることもできる。

ＴＦＴ１７は、本実施例のアモルファスシリコンを用いたものに限ることなく、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）や、単結晶シリコンを用いて作製してもよい。また、ＴＦＴの構造も、本実施例の逆スタガ型以外にも、正スタガ型、コプレーナ型、等を用いることが出来る。

高抵抗状態での相変化膜６７の抵抗値ＲＨは、液晶素子５の抵抗Ｒ_LCと同程度に大きいことが望ましい。一方、画像メモリ素子１に電流を流すための電圧は低い方が望ましい。そのためには、相変化膜６７の膜厚を保ったまま断面積を小さくして抵抗値ＲＨを高くすることが望ましい。

図７は本発明の第１実施例における画像表示装置の構成を説明するブロック図である。図中、信号線制御回路１０１はシリアル−パラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路１０５、ラインメモリ１０７、電圧−電流変換回路１０９で構成される。また、参照符号１１１は信号制御回路で、図示しない外部信号源から入力する画像信号を液晶表示パネルで表示する形式の画像データ信号に変換する画像信号処理回路１１３と同期信号に基づいて信号線制御回路１０１と走査線選択回路１０３の制御信号を生成するドライバ制御回路１１５で構成される。

外部信号源からの画像信号と同期信号を入力した信号制御回路１１１は、画像信号処理回路１１３より画像データを信号線制御回路１０１に送り、ドライバ制御回路１１５より制御信号を出力する。信号制御回路１０１では、シリアル−パラレル信号変換回路１０５においてシリアル信号で伝送された画像データ信号を信号電極線９の本数分のパラレル信号に変換し、ラインメモリ１０７に１走査線分の画像データを記憶する。ラインメモリ１０７に記憶された画像データは電圧―電流変換回路１０９において電圧データを電流値に変換し、制御信号のタイミングに合わせて出力する。

走査線選択回路１０３は、制御信号と同期して走査電極線７を選択してハイレベルとし、順次選択する走査電極線７を走査する。電源回路１１７は、データ信号の基準電圧、走査電極線７および対向電極３に印加する所要の電圧を発生し、対向電極駆動回路１１９により対向電極３に印加する電圧を交流化し、対向電極３に印加する。

上記説明した相変化媒体を用いた不揮発メモリはフラッシュメモリ等の従来の不揮発メモリに比べて、高速書換え、低電圧・低消費電力での書換えができるという特徴がある。また、書換え回数も大きく、６０Ｈｚでの書き換えでも１０年以上の寿命を有しており、動画を表示する際にも十分な寿命を有している。さらに、この種のメモリは、そのセル面積が小さく、メモリ素子を搭載しても画像表示パネルの開口率の低減が少ないという特徴がある。このメモリを画像表示パネル（画像表示装置）の画素内メモリ素子として用いることにより、低消費電力化、高開口率化、高寿命化の効果が得られるものである。また、メモリ素子が小さくできるため、高精細な画像表示装置に適している。その場合、２値表示においても、面積階調を用いることで、高画質のカラー画像データを表示することが可能となる。

以上では、対向電極を用いた液晶表示パネルとこの液晶表示パネルを用いた液晶表示装置について液晶を用いた本発明の実施例を説明したが、本発明に用いる液晶表示パネルおよび液晶表示装置、および表示モードあるいは素子構造は特に限定されるものではなく、例えば、インプレーンスイッチング型の液晶表示パネルを用いた画像表示装置にも本発明は同様に適用できる。表示モードも、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶、ゲストホスト液晶、ＰＤＬＣ液晶等を用いることができる。さらに、双安定性を示すコレステリック液晶を用いると、液晶に表示が記憶されるため、液晶駆動電圧をオフしても表示を保持することができる。この双安定性コレステリック液晶を用いる場合は、画像メモリ素子は不揮発性である必要はなく、可逆的に抵抗が変化する素子を用いればよい。また、メモリ媒体に光が当たると特性が変化する場合には、メモリ媒体に光が当たらないよう遮光することが望ましい。

次に、本発明の第２実施形態を図８を用いて説明する。図８は本発明の第２実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。図中、参照符号１７ａは第１のＴＦＴ、１７ｂは第２のＴＦＴ、２１はバイパス抵抗で、Ｒ_BPはその抵抗値を示す。図１と同一参照符号は同一機能部分に対応する。走査電極線７が選択されハイレベルとなると、第１のＴＦＴ１７ａと第２のＴＦＴ１７ｂが導通する。そのため、信号電極線９を流れていた電流データ信号は、第１のＴＦＴ１７ａを通って画像メモリ素子１を流れ、画像メモリ素子１は当該電流データに応じたメモリ状態にスイッチングする。

画像メモリ素子１の高抵抗状態の抵抗をＲＨ、バイパス抵抗２１の抵抗をＲ_BP、液晶素子５の抵抗をＲ_LCとしたとき、ＲＨ＜Ｒ_BP＜Ｒ_LCの関係を満たすようにすれば、第１のＴＦＴ１７ａより導入された電流データ信号は、主に画像メモリ素子１を流れ、当該画像メモリ素子１のスイッチングに有効に用いられる。またこのとき、第２のＴＦＴ１７ｂも導通しているため、液晶素子５側にわずかに流れる電流はバイパス抵抗２１を通ることになり、液晶素子５には殆ど電流が流れない。

走査電極線７がローレベルになると、第１のＴＦＴ１７ａと第２のＴＦＴ１７ｂは共にオフとなり、基準電極線１５と対向電極（図示せず）間に加わる電圧に対して、液晶素子５の抵抗Ｒ_LCと画像メモリ素子１の抵抗Ｒ_PCの抵抗分割で決まる電圧が液晶素子５に印加されるため、画像メモリ素子１の抵抗に応じて液晶表示素子５の表示を切り替えることができる。本実施例によっても、前記実施例と同様の効果が得られ、高画質のカラー画像データを表示することが可能となる。

図９は本発明の第３実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。図中、参照符号１ａは第１の画像メモリ素子、１ｂは第２の画像メモリ素子、図８と同一の参照符号は同一機能部分に対応する。図９において、走査電極線７が選択されてハイレベルになると、ＴＦＴ１７が導通する。信号電極線９を流れていた電流データ信号は、ＴＦＴ１７を通り、第１の画像メモリ素子１ａ又は第２のメモリ素子１ｂを流れて電流データに応じたメモリ状態にスイッチングする。信号電極線９の電圧を制御することにより、電流を流す画像メモリ素子１ａ、１ｂを選択することができる。第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂの書換えを続けて行うことにより、第１のメモリ素子１ａと第２のメモリ素子１ｂの抵抗を独立に制御できる。

走査電極線７がローレベルとなると、ＴＦＴ１７はオフとなり、基準電極線１５と対向電極（図示せず）間に加わる電圧に対して、液晶素子５には、第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂの抵抗分割で決まる電圧が液晶素子５に印加されるため、画像メモリ素子１の抵抗変化により液晶素子５の表示を切り替えることができる。つまり、第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂの抵抗が同じ場合には、抵抗の組合せにより、
ＶＨ＝Ｖ・ＲＨ／（ＲＨ＋ＲＬ）
≒Ｖ
ＶＬ＝Ｖ・ＲＬ／（ＲＨ＋ＲＬ）
≒０
ＶＭ＝Ｖ・ＲＨ／（ＲＨ＋ＲＨ）
≒Ｖ／２
の３値の電圧を発生できるため、液晶素子５はオンとオフの状態に加えて中間調も表示できる。

本実施例では、液晶素子５に印加される電圧は液晶素子５の抵抗に依存しないため、液晶素子５の抵抗の経年変化、液晶材料の抵抗ばらつき等に因らず画質が安定する。また、液晶駆動用の電圧を効率良く液晶素子５に印加することができる。また、電圧ＶＬはゼロボルトに近く、液晶に印加される電圧のオン・オフ比が良い。本実施例によっても、上記効果に加えて前記実施例と同様の効果が得られ、高画質のカラー画像データを表示することが可能となる。

図１０は本発明の第４実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。図中、参照符号１９はｐ型ＴＦＴ、２１は抵抗、１３は電源電極線、１１は駆動電圧供給電極、前記実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。図１０において、走査電極線７が選択されてハイレベルになると、第１のＴＦＴ１７ａが導通し、ｐ型ＴＦＴ１９が遮断する。信号電極線９を流れていた電流データ信号は、第１のＴＦＴ１７ａを通り、画像メモリ素子１及び抵抗２１を流れる。画像メモリ素子１は、流れた電流データに応じたメモリ状態をスイッチングする。

走査電極線７がローレベルになると、第１のＴＦＴ１７ａが遮断し、ｐ型ＴＦＴ１９が導通するため、画像メモリ素子１と抵抗２１との間に電源電極線１３と基準電極線１５間のＤＣ電圧が印加される。第２のＴＦＴ１７ｂのゲートには、画像メモリ素子１と抵抗２１との抵抗分割に応じた電圧が印加され、画像メモリ素子１の抵抗値に応じて第２のＴＦＴ１７ｂのゲート電圧が変化する。この電圧変化によって第２のＴＦＴ１７ｂがオン・オフするように、抵抗２１の抵抗値を定めることにより、メモリ素子１の抵抗値に応じて第２のＴＦＴ１７ｂのオン・オフを制御できる。

つまり、画像メモリ素子１の抵抗が高いときには、ゲート電圧が小さくなるため、第２のＴＦＴ１７ｂはオフとなり、逆に画像メモリ素子１の抵抗が低いときには、ゲート電圧が大きくなって第２のＴＦＴ１７ｂがオンとなる。第２のＴＦＴ１７ｂがオン状態になると、駆動電圧供給電源１１の電圧が液晶素子５に印加され、第２のＴＦＴ１７ｂがオフ状態となると駆動電圧が印加されなくなるため、画像メモリ素子１の抵抗によって、液晶素子５のオン・オフを制御することができる。

本実施例では、第２のＴＦＴ１７ｂを用いて液晶素子５に印加する電圧をスイッチングするため、液晶素子５のオンとオフを十分にスイッチングすることができる。また、画像メモリ素子１の抵抗は第２のＴＦＴ１７ｂのゲートを制御できる範囲で変化すればよいため、画像メモリ素子１の抵抗値のばらつきや、動作の繰り返しによる特性変化等による画像品質に与える影響がほとんどなく、画質が安定する。また、本実施例では、走査電極線７を用いてｐ型ＴＦＴ１９を制御したが、ｐ型ＴＦＴ１９のかわりにｎ型ＴＦＴを用い、このｎ型ＴＦＴを制御するための信号線を別途設けることにより、ｎ型のＴＦＴのみを用いて回路を構成することもできる。

図１１は本発明の第５実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。図中、前記実施例と同一参照符号は同一機能部分に対応する。図１１において、走査電極線７が選択されてハイレベルとなると、第１のＴＦＴ１７ａと第２のＴＦＴ１７ｂがオンとなり、ｐ型ＴＦＴ１９がオフする。信号電極線９を流れていた電流データ信号は、第１のＴＦＴ１７ａを通り、画像メモリ素子１から第２のＴＦＴ１７ｂをとおって画像メモリ素子１に流れ、画像メモリ素子１は電流データに応じたメモリ状態にスイッチングする。この電流は画像メモリ素子１から第２のＴＦＴ１７ｂを通って基準電極線１５に流れるため、液晶素子５に電流が流れることがない。

走査電極線７がローレベルになると、第１のＴＦＴ１７ａと第２のＴＦＴ１７ｂがオフし、ｐ型ＴＦＴ１９がオンとなるため、ｐ型ＴＦＴ１９を介して画像メモリ素子１と液晶素子５に駆動電圧供給電極１１からの駆動電圧が印加され、画像メモリ素子１のメモリ状態に応じた電圧が印加されて画素表示がなされる。

通常、液晶素子５は高抵抗であり、流れる電流が小さいため、本実施例によれば、画像表示時に液晶素子５と画像メモリ素子１で消費される電力が小さく、より低消費電力化が実現できる。また、画像メモリ素子１に流す電流値をＩ_reset からＩ_thの間で制御することにより、画像メモリ素子１の抵抗値を連続的に変えることができるため、液晶素子５に階調表示をすることも可能である。

また、画像メモリ素子１をスイッチングする電流は短時間のパルスであるので、液晶素子５の容量を通して基準電極線１５に電流を流すことができる場合には、第２のＴＦＴ１７ｂを設けなくてもよい。つまり、液晶画素の抵抗値が相変化メモリ（画像メモリ素子１）の抵抗値よりも大きく無視できる場合には、画像メモリ素子１と液晶素子５のインピーダンスは、画像メモリ素子１の抵抗値Ｒ_PCと液晶素子５の容量Ｃによって決まり、周波数ｆに対して
√｛Ｒ_PC＋（１／２πｆｃ）² ｝
と表される。したがって、Ｒ_PCと（１／２πｆＣ）とが同程度か、またはＲ_PCの方が大きい場合には、液晶素子５の容量を通して電流を流すことができる。

画像メモリ素子１に流すパルス幅Ｔの単一のパルスについては、ｆ＝１／２Ｔと換算すればよく、従って、パルス幅１００ｎｓのパルスは５ＭＨｚに相当する。つまり、本実施例の相変化媒体のようにパルス幅が短い場合は、液晶容量を通って電流が流れやすくなり、望ましい。液晶素子５の容量を通して電流が流れる場合には、液晶素子の抵抗により加熱することがなく、液晶の劣化が抑えられる。

図１２は本発明の第６実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の回路図である。本実施例では、画像メモリ素子１の書換回路に加えて画像メモリ素子の状態を読み出すメモリ読出回路１２３を設けている。メモリ読出回路１２３はスイッチ１２５を備えている。まず、画像表示装置の表示動作について説明する。表示の場合は、基準電極線１５を電源回路１１７に接続するようにスイッチ１２５を電源回路１１７側に切替える。そして、走査電極線７が選択されてハイレベルとなるとＴＦＴ１７がオンとなる。信号電極線９を流れていた電流データ信号は、ＴＦＴ１７を通り、画像メモリ素子１を流れて電流データに応じたメモリ状態にスイッチする。

走査電極線７がローレベルとなると、ＴＦＴ１７がオフとなり、基準電極線１５と対向電極３の間の駆動電圧が液晶素子５と画像メモリ素子１に印加され、画像メモリ素子１の抵抗値に応じて液晶素子５に表示がなされる。次に、画像メモリ素子の読出動作の場合には、基準電極線１５をメモリ読出回路１２３側に接続するようにスイッチ１２５を切替える。信号電極線９にはＩ_th以下の読出電流を流す。走査電極線７がハイレベルとなるとＴＦＴ１７を通って画像メモリ素子１を流れる。メモリ読出回路１２３において図１１に示した駆動電圧供給電極１１の電圧をモニタすることにより、画像メモリ素子１の状態を読み出すことができる。この読出電流をＩ_thより十分に小さくすることにより、読出動作を行っても画像メモリ素子１の抵抗値は変化せず、何回でも読み出すことができる。

図１３は本発明の第６実施例に係る画像表示装置の構成図である。本実施例の画像表示装置は、図７で説明した信号線駆動回路１０１に図１２に示したメモリ読出回路１２３と画像データ演算回路１２１を設けたものである。この画像データ演算回路１２１にはシリアルーパラレル信号変換回路（Ｓ／Ｐ変換回路）１０５からのデータを保持する図７におけるラインメモリ１０７と同等のラインメモリを有する。信号線駆動回路１０１に設けたメモリ読出回路１２３は、走査線選択回路１０３で選択された１ライン分の画素１２７（図１３には１ラインの一画素のみを示す）内に記憶されている画像データを読出し、これを画像データ演算回路１２１に送る。

また、信号線駆動回路１０１では、シリアル信号で伝送されてきた画像データ信号をシリアル−パラレル信号変換回路１０５において信号電極線９の本数分のパラレル信号に変換し、画像データ演算回路１２１に有するラインメモリに１走査線分の画像データを送る。画像データ演算回路１２１では、ラインメモリに保持された画像データと画素１２７内の画像メモリ素子から読み出したデータとを比較する。比較の結果、両者のデータが異なる場合のみ、電圧−電流変換回路１０９に書換えデータを送る。

電圧―電流変換回路１０９は、画像データ演算回路１２１からの書換えデータを電流に変換し、制御信号のタイミングに合わせて出力する。走査線選択回路１０３は走査電極線７を選択してハイレベルとし、順次走査を行う。電源回路１１７は、データ信号の基準電圧、走査電極線７、対向電極２７に印加する電圧を発生する。対向電極駆動回路１１９は対向電極に印加する駆動電圧を交流化して対向電極２７に印加する。

図１４は本発明の第６実施例に係る画像表示パネルを駆動する信号波形の説明図である。図中、ＶＧｍはｍ番目の走査電極線７に印加される電圧、ＩＤｎは信号電極線９を流れる電流（信号電流）で、ｒは読出電流、ｗは書込電流である。また、ＶＣＯＭは液晶素子５を駆動する駆動電圧、ＶＬＣは液晶素子５に印加される電圧を示す。走査電極線７の電圧ＶＧｍは走査線選択回路１０３により１書込周期毎に１回選択されハイレベルとなる。信号電極線９には、信号線駆動回路１０１から電流データ信号が供給される。

ｍ番目の走査電極線７とｎ番目の信号電極線９との交点の画素においては、ｍ番目の走査電極線７の電圧ＶＧｍがハイレベルとなると図１２のＴＦＴ１７がオンとなるため、そのとき信号電極線９を流れていた電流ＩＤｎがＴＦＴ１７を通って画像メモリ素子１に供給される。この選択信号がハイレベルにある間に、読出電流ｒと書込電流ｗを流す。まず、読出電流ｒを流し、画像メモリ素子１のメモリ情報を読み出す。このメモリ情報と画像データ演算回路１２１に備えたラインメモリに保持されている次の画像信号の差分を取り、両データが異なる場合にのみ、信号線駆動回路１０１は信号電極線９に書込電流を送出し、画像メモリ素子１をスイッチングする。

対向電極２７には、液晶素子５を駆動する駆動電圧ＶＣＯＭが印加されている。本実施例では、駆動電圧ＶＣＯＭは、１フレーム周期毎に極性を反転する交流電圧とした。図１４では、この１フレーム周期と１書込周期が等しい場合について示した。静止画等の画像を表示する場合には、１フレーム周期を１書込周期よりも長くしても良い。信号電極線９のベース電圧ＶＧｍも駆動電圧ＶＣＯＭと同じタイミングで極性反転させることにより、信号電極線９と対向電極２７の電位差を小さくし、液晶素子５を通って流れる電流を小さくし、ほとんどの電流が画像メモリ素子１を流れるようにした。信号電流ＩＤｎも駆動電圧ＶＣＯＭの反転に合わせて極性を反転した。

走査電極線７の選択時間は、通常のフレーム周期約６０Ｈｚ、走査線数１０００本においても、１走査線の選択時間は約１６μｓであり、画像メモリ素子の読出し及び書き換え時間に比べて十分に長い。そのため、１走査線の選択時間に読出しと書込みを行うことが出来る。

本実施例では、画素に記憶されたデータを次の画像データで異なる画素のみデータを書き換えることができるので、画像メモリ素子１の書換え回数を少なくすることができる。そのため、繰り返し寿命の短い画像メモリ素子１を用いても長期にわたって性能を維持し表示することができる。また、画素内にある画像メモリ素子のデータを読み出すことができるため、別に画像メモリを設けることなく、画像メモリとして機能させることができる。本実施例の他の効果は前記実施例と同様である。

図１５は本発明の第７実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。本実施例では、画像メモリ素子１を書き換えるためにヒータ５９を設け、画像メモリ素子１をスイッチングする回路と液晶素子５を駆動する回路を分離したものである。画像メモリ素子１は液晶素子５と直列に接続され、画像メモリ素子１に近接してヒータ５９を設置した。ヒータ５９はＴＦＴ１７で駆動される。

図１５において、走査電極線７が選択されハイレベルとなると、ＴＦＴ１７が導通し、ヒータ５９に電流が流れる。画像メモリ素子１はヒータ５９から熱を受けてメモリ状態をスイッチングする。ヒータ５９の温度、通電時間を制御することにより画像メモリ素子１のメモリ状態を制御する。液晶素子５には基準電極線１５と対向電極間に加わる電圧に対して、液晶素子５と画像メモリ素子１による抵抗分割で決まる電圧が印加されるため、画像メモリ素子１の抵抗状態に応じて液晶素子５に表示がなされる。本実施例によれば、画像メモリ素子１を駆動する回路と液晶素子５を駆動する回路を分離したため、液晶素子５には常に駆動電圧を印加しておけばよく、駆動回路の構成が簡単になる。

図１６は本発明の第７実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部に設けるヒータと画像メモリ素子の構造例を説明する断面図である。図１６において、基板７７上にヒータ電極５９を形成する（ヒータ電極は図１５のヒータそのものであることから、両者に同一参照符号を付した）。ヒータ電極５９の材料としては、タンタルＴａ、モリブデン・タンタルＭｏＴａ、モリブデン・タングステンＭｏＷ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ、等の高融点金属を用いればよい。これら材料は、液晶表示装置のゲート配線によく用いられており、通常の液晶表示パネルの作製プロセスと整合性が良く、またＴＦＴのゲート配線と同時に形成することもできる。

ヒータ電極５９の幅を狭くすることで発熱を集中することができるので、ヒータ電極５９の一部を発熱部６０とする。この発熱部６０の上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、あるいは窒化シリコン（ＳｉＮ）等の熱伝送率の高い高熱伝導誘電体膜７５を形成し、それ以外の部分には酸化シリコン（ＳｉＯ２）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の熱伝導率の低い低熱伝導誘電体膜７３を絶縁膜として形成する。高熱伝導誘電体膜７５上に相変化膜６７を形成し、その上に画像メモリ素子の一方の電極６１ａと他方の電極６１ｂを形成する。画像メモリ素子の他方の電極６１ｂは相変化膜６７を覆うように形成されている。

ヒータ電極５９の発熱部６０で発生した熱は、主に高熱伝導誘電体膜７５を伝導し、相変化膜６７を過熱する。この熱は相変化膜６７から相変化膜６７を覆っている熱伝導率の高い画像メモリ素子の他方の電極６１ｂに流れる。相変化膜６７の上部に画像メモリ素子の他方の電極６１ｂの金属膜を形成したことにより、当該画像メモリ素子の他方の電極６１ｂが、いわゆる熱引き膜として機能し、溶融した相変化膜が急冷されアモルファス化する。

この熱引き膜としても機能する膜には必ずしも他方の電極６１ｂを用いる必要はなく、相変化膜６７と電気的に絶縁された別の膜でも良く、熱伝導率の高い金属を用いることが望ましい。また、低熱伝導膜７３を用いて発熱部６０を断熱しているため、発熱部６０からの熱は微小面積の高熱伝導誘電体膜７５から集中的に微小な領域の相変化膜６７を効率的に加熱する。加熱される領域の熱容量が小さいため、相変化膜を急冷することができる。また、画像メモリ素子の他方の電極６１ｂは、発熱部６０から離れているために当該画像メモリ素子の他方の電極６１ｂを伝導して熱が逃げるため、他方の電極６１ｂが高融点金属である必要はなく、アルミニウム等の金属を用いることが出来る。ヒータ電極５９には、タンタルシリサイドＴａＳｉ₂ 等のシリサイドを用いることもできる。

図１７は本発明の第８実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。本実施例の液晶表示パネルは、単純マトリックス型の液晶素子５０を用いたものに前記図１５で説明した画像メモリ素子１を書き換えるためにヒータ５９を設けたものである。液晶素子５０と直列に画像メモリ素子１が接続され、この画像メモリ素子１に近接してヒータ５９を設置してある。

図１７において、走査電極線７が選択されハイレベルとなると、信号電極線９からヒータ５９に電流が流れ、発熱する。ヒータ５９からの熱を受けて画像メモリ素子１のメモリ状態がスイッチングする。ヒータ５９の温度、通電時間を制御することにより画像メモリ素子１のメモリ状態を制御する。基準電極線１５と対向電極３の間に加わる電圧に対して、液晶素子５０と画像メモリ素子１による抵抗分割で決まる電圧が液晶素子５０に印加されるため、画像メモリ素子１の抵抗値に応じて液晶素子５０に表示される。

本実施例においては、単純マトリックス型の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置でありながら、画像メモリ素子を有している。当該画像メモリ素子の記憶状態を切替ることで画像メモリ素子の記憶状態によって表示する画像を制御することができる。走査電極線７と信号電極線９に直接結合したヒータ５９で構成した画像メモリ素子書換手段と、画像メモリ素子１及び液晶素子５０とは回路的に分離されており、それぞれ独立に駆動することができる。

本実施例によれば、ＴＦＴなどのアクティブ素子を用いることないため、単純マトリックス型の非常に単純な構成においても画素内に画像メモリ素子を設けることができる。

図１８は本発明の第９実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。本実施例の液晶表示パネルは図１７で説明した実施例と同様に、単純マトリックス型の液晶素子５０を用いたものである。走査電極線７に第１の画像メモリ素子１ａの一方の端子を接続し、信号電極線９に第２の画像メモリ素子１ｂの一方の端子を接続し、第１の画像メモリ素子１ａの他方の端子と第２の画像メモリ素子１ｂの他方の端子は共に液晶素子５０の画素電極２５に接続されている。

本実施例においては、まず画像表示パネルの全画素を走査して、画像データを書き込む。画像データを書き込む場合には、走査電極線７を選択し低インピーダンスにする。走査電極線７が低インピーダンスになると、信号電極線９から第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂに電流が流れ、それらのメモリ状態をスイッチングする。第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂとには同じ値の電流が流れるため、両方とも同じ抵抗値のメモリ状態となる。全画素５０に画像データを書き込んだ後、走査電極線７と信号電極線９を基準電圧となるよう同電位とする。液晶素子５０には基準電圧と対向電極間に加わる電圧差に対して、液晶素子５０と第１の画像メモリ素子１ａ、第２の画像メモリ素子１ｂによる抵抗分割で決まる電圧が印加され、第１の画像メモリ素子１ａ、第２の画像メモリ素子１ｂの抵抗状態に応じて液晶素子５が駆動され、表示される。

本実施例では、画素へのデータ書込みと表示とを時間的に分離しており、同じ画像データを長時間表示する画像表示装置に適している。さらに、第１の画像メモリ素子１ａ、第２の画像メモリ素子１ｂは不揮発性メモリであり、この不揮発性メモリを用いることで、電源を一度切っても画像データが保持されるため、長期間画像データを保持しておくことができる。

また、本実施例では、第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂとが液晶素子５９に対して並列に接続されているため、両メモリ素子の抵抗にばらつきがあっても、それが平均化され、表示のばらつきが低減されるという効果がある。またさらに、ＴＦＴ等のトランジスタ素子を用いることなく、画像データを記憶することができ、画素の構成が簡単である。特に、第１と第２のメモリ素子１ａ、１ｂとに用いる相変化膜及び液晶素子５０と接続する電極は、同一層の膜を用いて形成することができ、また相変化膜も必ずしも電気的に絶縁する必要がないため、エッチング等による加工の必要なく２個のメモリ素子を容易に作製することができる。

図１９は本発明の第１０実施例に係る液晶表示パネルの画素部の回路図である。また、図２０は図１９に示した画素構成を有する液晶表示パネルを記録装置に接続して構成した画像表示モジュールに画像データを書き込む際の構成図、図２１は図１９に示した画素構成を有する液晶表示パネルを表示駆動装置に接続して構成した画像表示モジュールで画像データを表示する際の構成図である。

本実施例の液晶パネルは、図１９に示したように一画素内に３個の画像メモリ素子を設けている。一画素は、第１のＴＦＴ１７ａと第２のＴＦＴ１７ｂ、第１の画像メモリ素子１ａと第２の画像メモリ素子１ｂおよび第３の画像メモリ素子１ｃの一端を共通にし、液晶素子５に対して並列に接続してある。各画像メモリ素子１ａ，１ｂ，１ｃの他端は、それぞれ第１の基準電極線１５ａ、第２の基準電極線１５ｂ、第３の基準電極線１５ｃに接続されている。

この液晶表示パネル１７５は、走査線接続パッド２９、信号線接続パッド３１、電源線接続パッド３３、選択線接続パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃを有し、これらの接続パッドで信号線駆動回路１０１と走査線駆動回路１０３および電源を有する記録装置１３１に対して着脱可能に構成されている。記録装置１３１は、信号線駆動回路１０１と走査線駆動回路１０３および電源（図示せず）、信号制御回路１１１を備えている。

すなわち、液晶パネル１７５に記録装置１３１を接続して図２０に示した画像表示モジュール、あるいは表示駆動装置１３３を接続して図２１に示した画像表示モジュールを構成する。このように、画像表示パネル１７５を記録装置あるいは表示駆動装置の選択的に接続することで、液晶表示パネル１７５への画像データ記録動作と記録した画像データの表示動作とを分離して使用できるようにしたものである。以下、このように構成した画像表示モジュールの動作を図１９と共に説明する。

まず、図２０において、液晶表示パネル１７５の画素への画像データの書き込み時には、液晶表示パネル１７５を走査線接続パッド２９、信号線接続パッド３１を介して記録装置１３１に接続する。外部信号源からの画像信号を入力する信号制御回路１１１からの画像データ信号とクロック等のタイミング制御信号により、走査線選択回路１０３により走査電極７が選択されハイレベルとなると、第１のＴＦＴ１７ａがオンとなる。液晶表示パネル１７５への画像データの書き込み動作においては、電源電極線１３に電圧が印加されている必要はなく、当該電源電極線１３は高インピーダンスとなっている。そのため、電流は抵抗２１を流れ、電源電極線１３側には流れなることはない。第１のＴＦＴ１７ａは、抵抗２１を介して、第１の画像メモリ素子１ａ、第２の画像メモリ素子１ｂ、第３の画像メモリ素子１ｃに接続している。

走査電極線７の選択時間をメモリ素子の個数分、本実施例では３分割し、走査線選択回路１０３により第１の基準電極線１５ａ、第２の基準電極線１５ｂ、第３の基準電極線１５ｃを順次選択する。第１の基準電極線１５ａが選択されたときは、第２の基準電極線１５ｂと第３の基準電極１５ｃを高インピーダンスとすることで、画像データ信号である電流データ信号は第１の画像メモリ素子１ａを流れ、当該第１のメモリ素子１ａを所望の状態に設定する。引き続き、第２の画像メモリ素子１ｂ、第３の画像メモリ素子１ｃに異なる画像のデータを書き込む。

書き込まれた画像データの表示を行う時には、図２１に示したように、液晶表示パネル１７５の第１の基準電極線１５ａ、第２の基準電極線１５ｂ、第３の基準電極線１５ｃを選択線接続パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃを介して表示駆動回路１３３に接続する。選択線接続パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃは切替回路１２９に、電源線接続パッド３３は液晶駆動回路１１９からの駆動電圧供給電極線１１、電源回路１１７からの電源電極線１３に接続される。このとき、図２０に示した記録装置１３１を液晶表示パネル１７５から外すことが出来る。電源電極線１３には電源線接続パッド３３を介して電源回路１１７からのＤＣ電圧が、駆動電圧供給電極には液晶駆動回路１１９からのＡＣ電圧が印加される。

切替回路１２９は第１の基準電極線１５ａ、第２の基準電極線１５ｂ、第３の基準電極線１５ｃを選択する。切替回路１２９により第１の基準電極線１５ａが選択されると、電源電極線１３からのＤＣ電圧が図１９の抵抗２１、画像メモリ素子１ａに印加される。そして、第１の画像メモリ素子１ａの抵抗値に応じて、第２のＴＦＴ１７ｂのゲートにかかる電圧が変化し、そのゲート電圧に応じて第２のＴＦＴ１７ｂがオン・オフする。第２のＴＦＴ１７ｂがオンすると駆動電圧供給電極線１１の電圧が液晶素子５に加わり、第２のＴＦＴ１７ｂがオフの場合は液晶素子５に電圧が加わらず、液晶素子５の表示状態が切り替えられる。

次に、切替回路１２９が第２の基準電極線１５ｂに切り替わると、第２の画像メモリ素子１ｂに記録された画像データに基づいた画像が表示される。同様に、切替回路１２９が第３の基準電極線１５ｃに切り替わると、第３の画像メモリ素子１ｃに記録された画像データに基づいた画像が表示される。本実施例では、画素内に３個のメモリ素子を設けているため、３種類の画像を切り替えて表示できるが、画像メモリ素子の個数をさらに増やすことで、より多くの画像を切替え表示することができる。

上記したように、本実施例の画像表示パネル１７５は画素内に不揮発メモリを設けており、１度記録すれば外部にメモリがなくても、駆動電圧のみを供給することで画素内不揮発メモリに記憶された画像データを表示することができる。そのため、前記したように表示時には記録装置１３１は無くてもよい。

このように、一画素内に複数のメモリ素子を搭載し、画像メモリ素子を切替えて表示することにより、外部から画像データを供給することなく複数の画像を切替えて表示することができる。そのため、本実施例の画像表示装置は、ポスター、中吊り広告、看板等に用いることで、画像表示パネル１７５と表示駆動装置１３３のみで動きのある表示が可能である。この画像表示パネル１７５は、画像メモリ素子の内容を書き換えることができるため、画像データを書き換えて繰り返し使用することができる。

このように、画像表示パネル１７５に記録装置１３１を接続して画像を記録することにより、同じ記録装置１３１を用いて複数の表示モジュール１７５に画像データを書き込むことができる。表示時には、電圧を供給する表示駆動装置１３３があればよく、低コストで多様な画像を表示できる画像表示装置とすることができる。また、一画素中の画像メモリ素子の数を増やすことにより、表示できる画像数を増やすことができる。また、表示駆動装置１３３は画像表示パネル１７５と一体とした画像表示装置としても良い。

本実施例では、画像表示素子として液晶素子を用いて説明したが、用いる画像表示素子としては、液晶素子に限定するものではなく、有機発光素子等のエレクトロルミネッセンス等を用いた表示パネル、フィールドエミッションパネル、プラズマディスプレイ等、マトリックス電極を用いた表示パネルなどの各種の表示パネルを用いて同様の表示を行うことができる。

図２２は本発明の第１１実施例に係る表示パネルの画素部の一画素の構成を説明する回路図である。本実施例は画像表示素子として有機エレクトロルミネッセンス表示素子（ＯＬＥＤ）６を用いたものである。一画素内には、画像データを記憶する画像メモリ素子１が設けられており、ＯＬＥＤ素子６の画素に表示するデータを保持する。本実施例においては、この画像メモリ素子１も前記の各実施例で説明したものと同様に、可逆的に抵抗値を変化させてデータを記録及び書換えることができ、通常の使用においては記録データが消えない不揮発メモリである。

この画像メモリ素子１は、信号電極線９よりパルス電流を流してスイッチングされ、当該パルス電流の電流値とパルス幅を変えることによってスイッチングする抵抗状態が制御される。走査電極線７が選択されて電圧がハイレベルとなるとＴＦＴ１７がオン状態となる。このタイミングで信号電極線９に流したデータ電流信号がＴＦＴ１７に取り込まれ、画像メモリ素子１を通って基準電極線１５に流れる。画像メモリ素子１を流れる電流値またはパルス幅に応じて画像メモリ素子１の抵抗が変化し、記憶がなされる。

本実施例に示したように、ＯＬＥＤ素子６を駆動するための電流が基準電極線１５から当該ＯＬＥＤ素子６を通って対向電極側に流れる場合には、基準電極線１５に対して信号電極線９の電位を低くし、ＯＬＥＤ素子６に対して逆電圧になるようにすることにより、ＯＬＥＤ素子６に信号電極線９からのパルス電流が流れることなく、画像メモリ素子１のスイッチングが行われる。ＯＬＥＤ素子６の一方の画素電極２５０は画像メモリ素子１を介して基準電極線１５に繋がっており、画像メモリ素子１が低抵抗の状態の場合には、ＯＬＥＤ素子６の対向電極３０と基準電極線１５間に印加された駆動電圧により電流が流れて発光し、表示が行われる。また、画像メモリ素子１が高抵抗の状態の場合には、ＯＬＥＤ素子６に流れる電流が閾値以下となり、ＯＬＥＤ素子６はＯＦＦとなる。このＯＬＥＤ素子６の駆動電流は画像メモリ素子１の状態を変化させる閾値電流Ｉｔｈ以下であり、ＯＬＥＤ素子６の駆動電流により画像メモリ素子１の状態が変化することはない。

本実施例では、画像メモリ素子１に流す電流値をＩ_reset からＩ_thの間で制御することにより画像メモリ素子１の抵抗値を連続的に変えることができるため、ＯＬＥＤ素子６に階調表示することが可能である。

また、本実施例においては、１個のＴＦＴ１７でＯＬＥＤ素子６を制御でき、さらに階調表示も可能である。また、通常のＯＬＥＤ素子に用いられているストレージキャパシタを用いることなく画像メモリ素子を構成できるため、画素構成が簡単となる。さらに、画像メモリ素子１は不揮発性を持つ有しているため、同じ画像を表示している場合には、当該画像メモリ素子１のリフレッシュは必要なく、かつ書換え周波数も小さくできるので、低消費電力化が可能である。

図２３は本発明の画像表示装置を実装した電子機器の一例を示す平面図、図２４は図２３に示す電子機器のシステム構成図である。この電子機器は電子書籍と呼ばれる携帯機器（ＰＤＡ）である。この電子機器は、インターネット等の回線、あるいはパソコン等の外部データ源から小説などの書籍データ（コンテンツ）をダウンロードして利用する機能を有するものである。電子書籍１５１の表示部１５３には、本発明の画像表示装置を実装してある。機器本体の一部には入力キー１５５、入力ダイアル１５７が設けられている。

電子書籍１５１のシステムは図２４に示したように、画像表示装置１５９、表示コントローラ１６１、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１６３、メモリ１６５、電源（バッテリ）１６７、入力デバイス１６９、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１７１がシステムバス１７５に接続されている。メモリ１６５内の表示データはシステムバス１７５を介してＭＰＵ１６３で処理され、表示コントローラ１６１に送られる。表示コントローラ１６１は表示装置１５９を制御してメモリ１６５のデータを表示部１５３に可視表示する。表示部１５３を構成する画像表示装置の表示パネルの画素は不揮発メモリを有している。

前記実施例で説明したように、この不揮発メモリを画像メモリとして利用することもでき、記憶された画像メモリの内容を読み出すようにしてもよい。入力ダイアル１５７や入力キー１５５等の入力デバイス１６９を操作し、表示部１５３上でページをめくったり、表示する書籍を選ぶ等の操作を行う。書籍データ等は外部データ源からインターフェース１７１を介してメモリ１６５に取り込まれる。

本発明の画像表示装置を構成する表示パネルに有する画像メモリ素子は微小形成でき、画素の開口率も大きくできるので、高精細な画像の表示に適している。特に、新聞や本、漫画等のように一度画面に表示したら読み終わるまで同じ画像を表示する文字・静止画ベースのコンテンツの表示に対して、高精細な表示ができる共にフレーム周波数を遅くすることができるので、低消費電力化の効果が大であり、この種の電子機器に適している。すなわち、表示画像を書き換えるまでは、画像表示部の駆動を行えば良く低消費電力化できる。さらに、液晶表示装置を用いる場合には、不揮発メモリを用いているため、液晶素子が劣化しない程度にフレーム周波数を低くすることができるため、さらに低消費電力化が可能である。また、低消費電力化の点からは原理的に補助照明光源を要しない反射型の画像表示装置を用いることが望ましい。また、画像表示装置として液晶表示装置を用いる場合には、通常行われているように、カラーフィルタを用いてカラー化することができる。

本発明の画像表示装置は、上記した携帯用電子機器に限るものではなく、他の画像表示機器にも同様に適用できるものであることは言うまでもない。

本発明の第１実施例に係る画像表示装置の画像表示パネルすなわち液晶表示パネルを構成する一画素の構成を説明する回路図である。 図１に示した画素を有する液晶表示パネルを用いて構成した画像表示装置の構成図である。 本発明の第１実施例の液晶表示パネルに用いたノーマリクローズモードの液晶素子の電圧−反射率特性の説明図である。 本発明の第１実施例に用いた画像メモリ素子をスイッチングする電流パルスの波形図である。 画像表示パネルを駆動する信号波形の説明図である。 本発明の第１実施例における液晶表示パネルを構成する第１基板の要部断面図である。 本発明の第１実施例における画像表示装置の構成を説明するブロック図である。 本発明の第２実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。 本発明の第３実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。 本発明の第４実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。 本発明の第５実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の構成を説明する回路図である。 本発明の第６実施例に係る画像表示パネルである液晶表示パネルの一画素の回路図である。 本発明の第６実施例に係る画像表示装置の構成図である。 本発明の第６実施例に係る画像表示パネルを駆動する信号波形の説明図である。 本発明の第７実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。 本発明の第７実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部に設けるヒータと画像メモリ素子の構造例を説明する断面図である。 本発明の第８実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。 本発明の第９実施例に係る画像表示装置を構成する液晶表示パネルの画素部の回路図である。 本発明の第１０実施例に係る液晶表示パネルの画素部の回路図である。 図１９に示した画素構成を有する液晶表示パネルを記録装置に接続して構成した画像表示モジュールに画像データを書き込む際の構成図である。 図１９に示した画素構成を有する液晶表示パネルを表示駆動装置に接続して構成した画像表示モジュールで画像データを表示する際の構成図である。 本発明の第１１実施例に係る表示パネルの画素部の一画素の構成を説明する回路図である。 本発明の画像表示装置を実装した電子機器の一例を示す平面図である。 図２３に示す電子機器のシステム構成図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ・・・・画像メモリ素子、３・・・・対向電極、５・・・・液晶素子、６・・・・ＯＬＥＤ、７・・・・走査電極線、９・・・・信号電極線、１１・・・・駆動電圧供給電極線、１３・・・・電源電極線、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ・・・・基準電極線、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１９・・・・ｐ型ＴＦＴ、２１・・・・抵抗、２３・・・・ヒータ、２５・・・・画素電極、２７・・・・対向電極、２９・・・・走査電極線接続パッド、３１・・・・信号電極線接続パッド、３３・・・・電源線接続パッド、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ・・・・選択線接続パッド、５１・・・・ゲート電極、５３・・・・ソース電極、５５・・・・ドレイン電極、５７・・・・高融点金属電極、５９・・・・ヒータ電極、６０・・・・発熱部、６１ａ，６１ｂ・・・・画像メモリ素子電極、６３・・・・金属膜、６５・・・・透明電極、６７・・・・相変化膜、６９・・・・絶縁膜、７１・・・・シリコン膜、７３・・・・低熱伝導誘電体膜、７５・・・・高熱伝導誘電体膜、７７・・・・基板、７９・・・・Ｎ＋シリコン層、１０１・・・・走査線選択回路、１０３・・・・信号線駆動回路、１０５・・・・シリアル−パラレル変換回路、１０７・・・・ラインメモリ、１０９・・・・電圧−電流変換回路、１１１・・・・信号制御回路、１１３・・・・画像信号処理回路、１１５・・・・ドライバ制御回路、１１７・・・・電源回路、１１９・・・・対向電極駆動回路、１２１・・・・画像データ演算回路、１２３・・・・メモリ読出回路、１２５・・・・スイッチ、１２７・・・・画素、１２９・・・・切替回路、１３１・・・・記録装置、１３３・・・・表示駆動装置、１５１・・・・電子書籍、１５３・・・・表示部、１５５・・・・入力キー、１５７・・・・入力ダイアル、１５９・・・・画像表示装置、１６１・・・・表示コントローラ、１６３・・・・マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、１６５・・・・画像メモリ、１６７・・・・バッテリ、１６９・・・・入力デバイス、１７１・・・・インターフェース、１７５・・・・システムバス。

Claims (5)

1. 複数の走査電極線と前記走査電極線に交差する複数の信号電極線との交差部にマトリックス状に複数の画素からなる表示素子で構成した画像表示パネルと、前記画像表示装置に表示データを記録する記録装置と、前記記録装置によって前記画像表示パネルに記録された表示データを表示する表示駆動装置とを具備した画像表示モジュールであって、
   前記画像表示パネルは、前記記録装置と前記表示駆動装置の一方に選択的に、または双方同時に接続可能としたことを特徴とする画像表示モジュール。
2. 前記画像表示パネルは、前記画素ごとに表示データを記憶する不揮発性の記憶手段と、前記走査線に走査信号を入力するための走査線接続部と、前記信号線に表示データ信号を入力するための信号線接続部と、前記画素を駆動するための駆動信号を入力するための駆動線接続部と、電源線接続部とを有し、
   前記記録装置は、前記液晶表示装置の前記走査線と前記信号線を駆動する走査線選択回路と信号線駆動回路および信号制御回路と、前記信号線接続部と前記駆動線接続部とに接続する記録装置接続部を具備し、
   前記画像表示パネルに前記記録装置接続部を介して前記記録装置を接続し、前記走査線接続部と前記信号線接続部に前記記憶手段の書換信号を入力することによって前記記憶手段の記憶データを書き換えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示モジュール。
3. 前記画像表示パネルの各画素に複数の前記記憶手段と前記複数の前記記憶手段を選択する選択信号線を有し、前記選択信号線で選択した前記記憶手段の記憶データを書換えることを特徴とする請求項２に記載の画像表示モジュール。
4. 前記表示駆動装置は、対向電極駆動回路と電源回路、および前記画像表示パネルの前記駆動線接続部と前記電源線接続部とに接続する表示駆動装置接続部を具備し、
   前記画像表示パネルに前記表示駆動装置接続部を介して前記表示駆動装置を接続して、前記画像表示パネルに記憶された表示データを表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示モジュール。
5. 前記画像表示パネルの各画素に複数の前記記憶手段と前記複数の前記記憶手段を選択する選択信号線とを有し、
   前記表示駆動装置に、前記選択信号線との接続を切り換える切替え回路を有し、
   前記切替え回路より前記液晶表示パネルに有する複数の記憶手段を選択し、選択した記憶手段に記憶された表示データに基づいた複数の画像を表示することを特徴とする請求項４に記載の画像表示モジュール。

Images