JP2008158189A - アクティブマトリクス基板、電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】サブフレーム期間の長さに適した電圧書き込み動作及び電圧保持を実現し、正確な階調表示を行う。
【解決手段】第1〜第kのトランジスタは、それぞれに対応する第1〜第kの走査線と電気的に接続され、第1のトランジスタの一方の端子はデータ線と電気的に接続されると共に第1のトランジスタの他方の端子は第1の保持容量の一方の端子及び画素電極に電気的に接続され、第2〜第kのトランジスタの一方の端子はそれぞれの前段トランジスタである第1〜第(k−1)のトランジスタの他方の端子に電気的に接続されると共に第2〜第kのトランジスタの他方の端子はそれぞれに対応する第2〜第kの保持容量の一端に電気的に接続され、第1〜第kの保持容量の他方の端子は電位線に電気的に接続される。
【選択図】図1

Description

本発明は、アクティブマトリクス基板、電気光学装置及び電子機器に関する。
電気光学装置として、例えば電気光学材料に液晶を用いた液晶装置がある。液晶装置は、各種の情報処理機器の表示部として、あるいはプロジェクタの光学エンジンなどに広く利用されている。この液晶装置は、マトリクス状に配列された画素電極や、この画素電極と接続されたTFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子をはじめとする各種回路素子が形成されたアクティブマトリクス基板と、画素電極に対向する対向電極が形成された対向基板と、これら基板間に充填された電気光学材料である液晶とから構成される。
このような液晶装置の駆動方式の1つとして、デジタル駆動方式が採用されている。このデジタル駆動方式とは、オン電圧とオフ電圧の2値の電圧信号を用い、画素電極への電圧パルスの印加時間、つまり点灯時間によって階調表示を行う方式である。一般的なデジタル駆動方式として時分割階調方式があり、この方式では1画面分の画像を表示する期間である1フレーム期間を重み付けされた複数のサブフレーム期間に分割し、各サブフレーム期間の点灯/非点灯を制御することで階調表示を行う(例えば下記特許文献1参照)。最大ビット数をNとすると、各サブフレーム期間は、2(n=0、1、2、・・・、N−1)の値で重み付けされている。すなわち、例えば最大ビット数が8ビットである場合、1フレーム期間は、1、2、4、8、16、32、64、128というサブフレーム期間に分割される。ここで、最小のサブフレーム期間は、1フレーム期間×1/256となり、最大のサブフレーム期間は、1フレーム期間×128/256となる。
また、各サブフレーム期間の先頭には走査線選択期間が設けられている。この走査線選択期間とは、シフトレジスタ回路によって走査線を順次選択して走査信号(ゲート信号)をTFTのゲート電極に出力することで、1画面分の全画素にデータ電圧(オン・オフ電圧)を書き込む期間である。つまり、1走査線(1画素)当たりの電圧書き込み時間は、走査線選択期間/走査線数となる。時分割階調方式によって正確な階調表示を行うには、この走査線選択期間を少なくとも最小サブフレーム期間以下とする必要があるが、上述したように最小サブフレーム期間は最大ビット数(階調数)が増えるほど短くなるため、1画素当たりの電圧書き込み時間は階調数及び走査線数が増加するほど短くなり、非常に高速な電圧書き込み動作が要求されることになる。
特開2002−32057号公報
上述したように、従来の時分割階調方式では、最小サブフレーム期間に律速される走査線選択期間内に全ての画素の電圧書き込みが終了するよう、非常に高速な書き込み動作が要求される。一方、最大サブフレーム期間は、1フレーム期間×128/256であるので、最小サブフレーム期間の128倍もの長さがある。正確な階調表示を行うためには、最大サブフレーム期間において液晶や保持容量に書き込んだ電圧を一定に保持する必要があるが、TFTの特性としてゲート電圧が0Vの場合でもリーク電流が発生するため、保持電圧が徐々に低下してしまう。つまり、最大サブフレーム期間では、長い時間電圧を保持できる電圧保持性能が要求される。また、最大サブフレーム期間では、十分な時間があるため高速な電圧書き込み動作は要求されないが、走査線選択期間は全てのサブフレーム期間で共通であるため、結局電圧書き込み時間は最小サブフレーム期間に律速される。
従来では、上記の高速な電圧書き込み動作と高い電圧保持性能との両方の条件を、1T1C(TFT及び保持容量共に1つ)の画素回路で実現する必要があった。高速な書き込み動作を実現するには、TFTの駆動能力を高くし、保持容量を小さくすることが好ましいが、高い電圧保持性能を実現するには、TFTの駆動能力を小さくし、保持容量を大きくすることが好ましい。つまり、高速な書き込み動作と高い電圧保持性能という相反する条件を両立するように、1T1Cの画素回路を設計しなければならず、最小サブフレーム期間における電圧保持性能及び最大サブフレーム期間における電圧書き込み動作に対してオーバースペックとなっていた。このため、特に1走査線選択時間が短い高精細・高階調パネルにおいて、1画素当たりの電圧書き込み時間が、1走査線選択時間よりも長くなり、正確な階調表示を行うことが困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、サブフレーム期間の長さに適した電圧書き込み動作及び電圧保持を実現し、正確な階調表示を行うことが可能なアクティブマトリクス基板、電気光学装置及び電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るアクティブマトリクス基板は、1フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、前記複数のサブフレーム期間の各々における画素の点灯/非点灯を制御することで階調表示を行う電気光学装置に使用される、アクティブマトリクス基板であって、データ線と、前記データ線と交差する第1〜第kの走査線(kは2以上の整数)と、前記第1〜第kの走査線と1対1に対応して設けられた第1〜第kのトランジスタと、前記第1〜第kのトランジスタと1対1に対応して設けられた第1〜第kの保持容量と、画素電極と、電位線とを有し、前記第1〜第kのトランジスタの各々は、それぞれに対応する前記第1〜第kの走査線の各々と電気的に接続され、前記第1のトランジスタの一方の端子は前記データ線と電気的に接続されると共に、前記第1のトランジスタの他方の端子は前記第1の保持容量の一方の端子及び前記画素電極に電気的に接続され、前記第2〜第kのトランジスタの各々の一方の端子は、前記第1のトランジスタの位置する側に隣接する前記第1〜第(k−1)のトランジスタのいずれかの他方の端子に電気的に接続されると共に、前記第2〜第kのトランジスタの各々の他方の端子はそれぞれに対応する第2〜第kの保持容量の各々の一端に電気的に接続され、前記第1〜第kの保持容量の各々の他方の端子は前記電位線に電気的に接続されることを特徴とする。
このような構成のアクティブマトリクス基板によれば、k個のトランジスタをそれぞれ独立してオン状態/オフ状態に制御することができ、これにより画素への電圧書き込み動作及び電圧保持に使用するトランジスタと保持容量とを任意に切り替えることができる。
すなわち、高速書き込み動作に適したトランジスタ及び保持容量と、電圧保持に適したトランジスタ及び保持容量をサブフレーム期間に応じて切り替えることにより、高速な電圧書き込み動作が要求される最小のサブフレーム期間において、従来の問題点であった書き込み動作速度の低下を防止することができると共に、電圧保持能力が重視される最大のサブフレーム期間において書き込み電圧の低下を防止することができ、正確な階調表示を行うことが可能となる。
また、本発明に係るアクティブマトリクス基板において、前記複数のサブフレーム期間をk個のグループに区分し、i番目(i=1、2、…、k)の前記グループと、i番目の前記走査線、i番目の前記トランジスタ及びi番目の前記保持容量とが対応付けられており、i番目の前記グループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記グループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、i番目の前記トランジスタ及びi番目の前記保持容量は設定されていることが好ましい。
このように各トランジスタ及び保持容量を設定することにより、サブフレーム期間の各グループ毎に高速な書き込み動作と高い電圧保持性能との相反する条件を両立することができる。
また、本発明に係るアクティブマトリクス基板において、前記データ線と交差する第1の走査線及び第2の走査線と、前記第1の走査線に対応して設けられた第1のトランジスタと、前記第2の走査線に対応して設けられた第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタに対応して設けられた第1の保持容量と、前記第2のトランジスタに対応して設けられた第2の保持容量とを有し、前記第1のトランジスタは前記第1の走査線と電気的に接続され、前記第2のトランジスタは前記第2の走査線と電気的に接続され、前記第1のトランジスタの一方の端子は前記データ線に電気的に接続され、前記第1のトランジスタの他方の端子は前記第2トランジスタの一方の端子と、前記第1の保持容量の一方の端子と、前記画素電極とに電気的に接続され、前記第2のトランジスタの他方の端子が前記第2の保持容量の一方の端子と電気的に接続され、前記第1の保持容量の他方の端子及び前記第2の保持容量の他方の端子が前記電位線に電気的に接続されることが好ましい。
例えば、高精細が要求されるアクティブマトリクス基板では、画素内に設けるトランジスタの数は可能な限り削減する必要がある。このような高精細が要求される場合であれば、上記のように最低2個のトランジスタを設けることにより、正確な階調表示を行うことが可能という効果が得られる。
また、この場合、前記複数のサブフレーム期間を2個のグループに区分し、1番目の前記グループと、前記第1の走査線、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量とが対応付けられ、2番目の前記グループと、前記第2の走査線、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量とが対応付けられおり、前記1番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記1番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量は設定され、前記2番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記2番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量は設定されていることが好ましい。
また、本発明に係るアクティブマトリクス基板において、前記データ線と交差する第3の走査線と、前記第3の走査線に対応して設けられた第3のトランジスタと、前記第3のトランジスタに対応して設けられた第3の保持容量とをさらに有し、第3のトランジスタは前記第3の走査線と電気的に接続され、前記第3トランジスタの一方の端子は前記第2のトランジスタの他方の端子及び第2の保持容量の一方の端子に電気的に接続され、前記第3トランジスタの他方の端子は前記第3の保持容量の一方の端子に電気的に接続され、
前記第3の保持容量の他方の端子は前記電位線に電気的に接続されることが好ましい。
それほど高精細が要求されないアクティブマトリクス基板では、上記のように3つのトランジスタを設けても良い。これにより、上記の2つのトランジスタを設けた場合と比較して、より効果的に高速な電圧書き込み動作と電圧保持性能との両立を実現することができ、より正確な階調表示を行うことが可能となる。
また、この場合、前記複数のサブフレーム期間を3個のグループに区分し、1番目の前記グループと、前記第1の走査線、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量とが対応付けられ、2番目の前記グループと、前記第2の走査線、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量とが対応付けられ、3番目の前記グループと、前記第3の走査線、前記第3のトランジスタ及び前記第3の保持容量とが対応付けられ、前記1番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記1番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量は設定され、前記2番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記2番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量は設定され、前記3番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記3番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第3のトランジスタ及び前記第3の保持容量は設定されていることが好ましい。
また、本発明に係るアクティブマトリクス基板は、データ線と、前記データ線と交差する第1の走査線と、前記データ線と交差する第2の走査線と、前記第1の走査線の電位によりキャリアの移動が制御される第1のトランジスタと、前記第2の走査線の電位によりキャリアの移動が制御される第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタにより電圧書き込みが制御される画素電極と、前記画素電極への電圧書き込み時間を制御できる第1の保持容量と、前記画素電極への電圧書き込み時間を制御できる第2の保持容量と、電位線と、を含み、前記第1のトランジスタの一方の電極が前記データ線に電気的に接続され、かつ、前記第1のトランジスタの他方の電極が前記第1の保持容量の一方の電極に電気的に接続され、前記第2のトランジスタの一方の電極が前記第1のトランジスタの他方の電極に電気的に接続され、かつ、前記第2のトランジスタの他方の電極が前記第2の保持容量の一方の電極に電気的に接続され、前記第1の保持容量の他方の電極および前記第2の保持容量の他方の電極が前記電位線に電気的に接続されている、ことを特徴とするものであってもよい。
一方、本発明に係る電気光学装置は、上述したアクティブマトリクス基板と、前記画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に挟持された電気光学材料とから構成される表示部と、各サブフレーム期間における画素の点灯/非点灯を規定するデータ信号を前記データ線に供給するデータ線駆動回路と、i番目の前記グループに含まれるサブフレーム期間に応じて、画素への電圧書き込み時間を規定する走査信号を1〜i番目の前記走査線に供給する走査線駆動回路とを備え、前記走査信号は、i番目の前記グループに含まれる最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように設定されていることを特徴とする。
このような構成の電気光学装置によれば、高速な電圧書き込み動作と電圧保持性能との両立を実現することができ、正確な階調表示を行うことが可能となる。
また、本発明に係る電気光学装置において、前記電気光学材料は液晶であることが好ましい。つまり、正確な階調表示を行うことが可能な液晶装置を得ることができる。
さらに、本発明に係る電子機器は、上述した電気光学装置を備えることを特徴とする。
つまり、正確な階調表示を行うことが可能な電子機器を得ることができる。
以下、本発明に係るアクティブマトリクス基板、電気光学装置、電気光学装置の駆動方法及び電子機器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、アクティブマトリクス基板として液晶装置用のアクティブマトリクス基板を例示し、電気光学装置として256階調(つまり8ビット)対応の液晶装置を例示して説明する。
〔アクティブマトリクス基板〕
図1は、本発明の一実施形態に係るアクティブマトリクス基板10の回路構成図である。図1に示すように、アクティブマトリクス基板10には、所定の間隔で並列配置されたデータ線D1〜Dnと、これらデータ線D1〜Dnと交差し、所定の間隔で並列配置された走査線群G1〜Gmと、共通電位線(以下、コモン線と称す)comと、m行×n列のマトリクス状に配列された画素回路20とが形成されている。また、各走査線群G1〜Gmは、それぞれ2本の走査線(第1走査線及び第2走査線)からなり、例えば、走査線群G1の第1走査線をG1a、第2走査線をG1bとし、以下同様に、走査線群Gmの第1走査線をGma、第2走査線をGmbとする。
データ線D1〜Dnは、画素電極に印加する電圧信号であるデータ信号d1〜dnを各画素回路20に供給するための配線である。走査線群G1〜Gmは、マトリクス状に配列された画素回路20の1行目(走査線群G1に接続された画素回路20)からm行目(走査線群Gmに接続された画素回路20)までを順次選択して、各画素回路20に対してデータ信号d1〜dnの印加タイミングを規定する走査信号を供給するための配線である。なお、走査線群G1の第1走査線G1aを介して供給される第1走査信号をg1a、第2走査線G1bを介して供給される第2走査信号をg1bとし、以下同様に、走査線群Gmの第1走査線Gmaを介して供給される第1走査信号をgma、第2走査線Gmbを介して供給される第2走査信号をgmbとする。
図2は、画素回路20の詳細な回路構成図である。なお、画素回路20の回路構成は、アクティブマトリクス基板10上において全て同一であるため、図2ではデータ線D1及び走査線群G1に対応する画素回路20を代表的に用いて説明する。図2に示すように、画素回路20は、第1選択トランジスタ20a、第2選択トランジスタ20b、第1保持容量20c、画素電極20d及び第2保持容量20eから構成されている。
第1選択トランジスタ20aは、TFT(Thin Film Transistor)であり、ゲート端子が第1走査線G1aに電気的に接続され、ソース端子がデータ線D1に電気的に接続され、ドレイン端子が第2選択トランジスタ20bのソース端子、第1保持容量20cの一端及び画素電極20dに電気的に接続されている。第2選択トランジスタ20bは、TFTであり、ゲート端子が第2走査線G1bに電気的に接続され、ソース端子が第1選択トランジスタ20aのドレイン端子、第1保持容量20cの一端及び画素電極20dに電気的に接続され、ドレイン端子が第2保持容量20eの一端に電気的に接続されている。
第1保持容量20cは、液晶による電圧保持を補助するために設けられた容量であり、一端が第1選択トランジスタ20aのドレイン端子、第2選択トランジスタ20bのソース端子及び画素電極20dと電気的に接続され、他端はコモン線comに電気的に接続されている。画素電極20dは、ITOやIZOなどから形成された、液晶への電圧印加用の透明電極であり、第1選択トランジスタ20aのドレイン端子、第2選択トランジスタ20bのソース端子及び第1保持容量20cの一端と電気的に接続されている。第2保持容量20eは、液晶による電圧保持を補助するために設けられた容量であり、一端が第2選択トランジスタ20bのドレイン端子に電気的に接続され、他端はコモン線comに電気的に接続されている。
第1走査線G1aを介して第1走査信号g1aが供給された場合、第1選択トランジスタ20aはオン状態となり、データ線D1を介してデータ信号d1が第1保持容量20c及び画素電極20dに供給される。また、第1走査信号g1aと共に第2走査線G1bを介して第2走査信号g1bが供給された場合、第1選択トランジスタ20a及び第2選択トランジスタ20bがオン状態となり、データ信号d1は第1保持容量20c及び画素電極20dに加えて第2保持容量20eにも供給される。つまり、第1走査信号g1aのみが供給される場合、画素回路20は1T1C回路(TFT及び保持容量共に1つ)として機能し、第1走査信号g1aと共に第2走査信号g1bが供給される場合、画素回路20は2T2C回路(TFT及び保持容量共に2つ)として機能する。
〔電気光学装置〕
次に、上記のように構成されたアクティブマトリクス基板10を備えた液晶装置(電気光学装置)について説明する。図3は、本発明の一実施形態による液晶装置LDの構成を示すブロック図である。本液晶装置LDは、表示部40、クロック発生回路50、タイミング信号生成回路60、データ変換回路70、駆動電圧生成回路80、走査線駆動回路90及びデータ線駆動回路100から構成されている。
図4(a)は、図3における表示部40のA−A矢視断面図である。図4に示すように、表示部40は、図1に示す走査線群G1〜Gm、データ線D1〜Dn、画素回路20が形成されたアクティブマトリクス基板10と対向基板30とが、電気光学材料である液晶11を狭持するようにシール材12によって貼り合わされた構成となっている。また、対向基板30には、画素電極20dの対向電極31が面一に形成されており、アクティブマトリクス基板10上に形成されたコモン線comと対向電極31とは、図示しないAu(金)などの導電性材料によって電気的に接続されている。このような構成の表示部40おける画素回路20の等価回路は、図4(b)のように表される。つまり、画素電極20d及び対向電極31に狭持された液晶11は、容量成分(液晶容量20f)として機能する。
なお、図3及び図4では図示を省略しているが、表示部40にはバックライトや偏光板などの光学系も含まれている。
第1走査信号g1aが供給された場合、データ信号d1とコモン線comのコモン電圧との電位差が、第1保持容量20c及び液晶容量20fに書き込まれ、保持される。また、第1走査信号g1a及び第2走査信号g1bが供給された場合、データ信号d1とコモン線comのコモン電圧との電位差は、第1保持容量20c、液晶容量20f及び第2保持容量20eに書き込まれ、保持される。
本液晶装置LDでは、上記の表示部40を駆動する方式として、時分割階調方式を用いる。つまり、1画面分の画像を表示する期間である1フレーム期間を重み付けされた複数のサブフレーム期間に分割し、各サブフレーム期間の点灯・非点灯を制御することで階調表示を行う。例えば、最大ビット数が8ビットである場合、図5に示すように、1フレーム期間は、1、2、4、8、16、32、64、128というサブフレーム期間に分割される。なお、図5において、横軸は時間軸であり、縦軸は走査方向を示している。また、最小のサブフレーム期間をSF1、次のサブフレーム期間をSF2、以下同様に、最大のサブフレーム期間をSF8とする。ここで、最小のサブフレーム期間SF1は、1フレーム期間×1/256となり、最大のサブフレーム期間SF8は、1フレーム期間×128/256となる。
本実施形態では、サブフレーム期間SF1を第1グループ、サブフレーム期間SF2〜SF8を第2グループとしてグループ分けし、画素回路20が1T1C回路として機能する場合に第1グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持性能を満たすように、第1選択トランジスタ20a及び第1保持容量20cは設計され、また、画素回路20が2T2C回路として機能する場合に第2グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持性能を満たすように、第2選択トランジスタ20b及び第2保持容量20eは設計されている。
以下、具体的に説明する。第1グループ(つまりサブフレーム期間SF1)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF1以下である必要がある。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF1とすると、第1グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×1/256となる。つまり、第1グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×1/(256・m)となる。なお、mは、走査線群G1〜Gmの数である。一方、第1グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF1と同一なので1フレーム期間×1/256となる。すなわち、画素回路20が1T1C回路として機能する場合に、上述した第1グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第1選択トランジスタ20aと、容量値を有する第1保持容量20cとを設計し、アクティブマトリクス基板10上に形成する。
続いて、第2グループ(つまりサブフレームSF2〜SF8)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF2以下である必要がある。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF2とすると、第2グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×2/256となる。つまり、第2グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×2/(256・m)となる。一方、第2グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF8と同一なので1フレーム期間×128/256となる。すなわち、画素回路20が2T2C回路として機能する場合に、上述した第2グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第2選択トランジスタ20bと、容量値を有する第2保持容量20eとを設計し、アクティブマトリクス基板10上に形成する。
従来の全サブフレーム期間を1単位として考え、最小のサブフレーム期間の電圧書き込み時間と最大のサブフレーム期間の電圧保持時間とを1T1Cの画素回路で両立する場合と比較すると、第1グループ(サブフレーム期間SF1)で要求される電圧書き込み時間は従来と同じであるが、電圧保持時間は従来の1/128と大きく短縮される。つまり、本実施形態の画素回路20における1T1C回路は、高速な電圧書き込み動作を重視して設計すれば良いので、高速な電圧書き込み動作が要求される最小サブフレーム期間SF1において、従来のような1画素当たりの電圧書き込み時間が長くなることを防ぐことができ、正確な階調表示を行うことが可能となる。一方、第2グループ(サブフレーム期間SF2〜SF8)で要求される電圧保持時間は従来と同じであるが、電圧書き込み時間は従来の2倍となる。つまり、本実施形態の画素回路20における2T2C回路は、電圧保持能力を重視して設計すれば良いので、電圧保持能力が重視されるサブフレーム期間SF8における保持電圧の低下を防止し、正確な階調表示を行うことが可能となる。
上記の説明からわかるように、本実施形態では、第1グループ(サブフレーム期間SF1)の期間において画素回路20を1T1C回路として機能させ(第1走査信号のみを供給する)、また、第2グループ(サブフレーム期間SF2〜SF8)の期間において画素回路20を2T2C回路として機能させる(第1走査信号及び第2走査信号を供給する)必要がある。以下、図3に戻って、このように表示部40を駆動するためのクロック発生回路50、タイミング信号生成回路60、データ変換回路70、駆動電圧生成回路80、走査線駆動回路90及びデータ線駆動回路100について説明する。
クロック発生回路50は、本液晶装置LDの動作タイミングの基準となるクロック信号CLKを発生してタイミング信号生成回路60に出力する。タイミング信号生成回路60は、クロック発生回路50から入力されるクロック信号CLKと、図示しない他の回路から供給される垂直走査信号Vs、水平走査信号Hs及びドットクロック信号DCLKに従って、交流化信号FR、スタートパルス信号DY、走査側転送クロックCLY、ラッチパルス信号LP及びデータ転送クロックCLXを生成する。
ここで、交流化信号FRは、1フレーム期間毎にデータ書き込み(液晶容量20fへの電圧の印加)の極性を反転させるための信号であり、以下に説明するデータ線駆動回路100は、この交流化信号FRに従った極性でデータ信号d1〜dnを出力することになる。交流化信号FRは、データ変換回路70及びデータ線駆動回路100に出力される。走査側転送クロックCLYは、各走査線群G1〜Gmに走査信号を供給するタイミングを規定する信号であり、走査線駆動回路90に出力される。ラッチパルス信号LPは、データ線駆動回路100における階調指示信号Dsのラッチ、およびデータ線駆動回路100からデータ線D1〜Dnへのデータ信号d1〜dnの供給を開始させるタイミングを規定する信号であり、データ変換回路70及びデータ線駆動回路100に出力される。データ転送クロックCLXは、データ線駆動回路100においてラッチ信号(S1、S2、…Sn)を生成するタイミングを規定する信号であり、データ線駆動回路100ではこのラッチ信号のタイミングに従って、データ変換回路70から送られる階調指示信号Dsを取得する。
スタートパルス信号DYは、各サブフレーム期間SF1〜SF8の開始タイミングを規定する信号であり、タイミング信号生成回路60内のスタートパルス生成回路210によって生成される。以下、スタートパルス生成回路210の詳細を説明する。図6は、スタートパルス生成回路210の回路構成図を示したものである。スタートパルス生成回路210は、カウンタ211、コンパレータ212、マルチプレクサ213、リングカウンタ214、Dフリップフロップ215及びOR回路216から構成されている。
カウンタ211にはクロック信号CLKが入力され、カウンタ211は入力されたクロック信号CLKをカウントする。カウントは、各サブフレーム期間毎に行われ、カウント値は各サブフレーム期間の開始時点でリセットされる。そのために、OR回路216の出力がカウンタ211に戻されるようになっている。なお、OR回路216の一方の入力端子にはフレーム開始時にのみハイレベルを示すリセット信号RSETが供給され、各フレームの開始時にはカウンタ211のカウント値がリセットされる。
マルチプレクサ213には、各サブフレーム期間の長さを定義するサブフレーム期間指定データDSF1〜DSF8が入力される。マルチプレクサ213は、スタートパルス生成回路210から出力されるスタートパルス信号DYの数をカウントするリングカウンタ214の出力に基づいて、次のサブフレームに対応するサブフレーム期間指定データをDSF1〜DSF8から選択し、コンパレータ212へ出力する。例えば、リングカウンタ214によるスタートパルス信号DYのカウント数が“2”であれば、現在は2番目のサブフレーム期間(SF2)ということになり、マルチプレクサ213は、3番目のサブフレーム(SF3)に対応するサブフレーム期間指定データ、すなわちDSF3を出力する。
コンパレータ212は、カウンタ211から入力されるクロック信号CLKのカウント値と、マルチプレクサ213からのサブフレーム期間指定データとを比較し、両者が一致したら、ハイレベルの一致信号を出力する。すなわち、コンパレータ212からは、サブフレーム期間指定データDSF1〜DSF8によって順次指定される期間毎に、一致信号が出力されることになる。一致信号は、OR回路216を介してDフリップフロップ215へ入力される。Dフリップフロップ215は、一致信号が入力されると、走査側転送クロックCLYに同期させてスタートパルス信号DYを出力する。なお、OR回路216の一方の入力端子に上記一致信号が入力されるため、カウンタ211のカウント値は、一致信号の入力すなわちサブフレーム期間毎にリセットされることになる。
このように、スタートパルス生成回路210は、サブフレーム期間指定データDSF1〜DSF8を適宜調整することで1フレーム期間における各サブフレーム期間SF1〜SF8を所望の長さに設定することができるように構成されている。
続いて、図3に戻って説明すると、データ変換回路70は、1フレーム期間において表示部40の各画素(画素回路20)が表示すべき階調を指定した階調デジタルデータB0〜B7を階調指示信号Dsに変換して、データ線駆動回路100へ出力する。階調指示信号Dsは、サブフレーム期間毎に、各画素回路20の液晶容量20fに電圧を印加するか(点灯)、否か(非点灯)を指定する情報である。したがって、各サブフレーム期間の階調指示信号Dsは、階調デジタルデータと全サブフレーム期間を与えることによって決定することができる。より詳しくは、データ変換回路70は、垂直走査信号Vs、水平走査信号Hs、およびドットクロック信号DCLKに同期して動作するように構成され、図示しない所定の外部回路から入力される各画素回路20毎の8ビット(256階調)の階調デジタルデータB0〜B7をフィールドメモリに書き込み、スタートパルス信号DYが入力されるとフィールドメモリから各画素回路20の階調デジタルデータB0〜B7を読み出すとともに、スタートパルス信号DYをカウントしてそのカウント数から現在のサブフレーム期間を求める。
ここで、階調指示信号Dsは、上述したように各画素回路20の液晶容量20fに電圧を印加するか(点灯)、否か(非点灯)を指定する2値情報であり、電圧印加をハイレベルの信号に、電圧非印加をローレベルの信号にそれぞれ対応させるものとする。例えば、256階調(最大の明るさ)を表示する場合、全てのサブフレーム期間で各画素回路20の液晶容量20fに電圧を印加する(点灯させる)必要があるので、階調指示信号Dsは、全てのサブフレーム期間でハイレベル信号となる。
駆動電圧生成回路80は、データ信号を生成するための電圧V1、−V1、V0を生成してデータ線駆動回路100へ出力するとともに、走査信号を生成するための電圧V2を生成して走査線駆動回路90に出力し、さらに、コモン電圧Vcomを生成して表示部40のコモン配線comに出力する。
走査線駆動回路90は、スタートパルス信号DYによって規定される各サブフレーム期間の開始時点において、走査側転送クロックCLYに従って各走査線群G1〜Gmに走査信号を順次供給する。より具体的には、走査線駆動回路90は、サブフレーム期間SF1(第1グループ)の間は、各走査線群G1〜Gmの第1走査線G1a〜Gmaに、1フレーム期間×1/(256・m)の電圧書き込み時間を確保できるパルス幅Tsの第1走査信号g1a〜gmaを出力し、また、サブフレーム期間SF2〜SF8(第2グループ)の間は、各走査線群G1〜Gmの第1走査線G1a〜Gma及び第2走査線G1b〜Gmbに、1フレーム期間×2/(256・m)、つまりサブフレーム期間SF1の2倍の電圧書き込み時間を確保できるパルス幅(2×Ts)の第1走査信号g1a〜gma及び第2走査信号g1b〜gmbを出力する。なお、走査線駆動回路90は、スタートパルス信号DYをカウントするカウンタ回路を備えており、当該カウンタ回路のカウント値から現在のサブフレーム期間が第2グループであると判定した場合に、第1走査信号g1a〜gmaと共に第2走査信号g1b〜gmbを出力する。
データ線駆動回路100は、ある水平走査期間において階調指示信号Dsをデータ線D1〜Dnの本数に相当するn個順次ラッチした後、ラッチしたn個の階調指示信号Dsを、次の水平走査期間において、それぞれ対応するデータ線D1〜Dnにデータ信号d1〜dnとして一斉に供給するものである。ここで、データ線駆動回路100の具体的な構成は、図7に示される通りである。すなわち、データ線駆動回路100は、Xシフトレジスタ101と、第1のラッチ回路102と、第2のラッチ回路103と、電圧選択回路104とから構成されている。
Xシフトレジスタ101は、水平走査期間の最初に供給されるラッチパルス信号LPをデータ転送クロックCLXにしたがって転送し、ラッチ信号S1、S2、S3、…、Snとして順次排他的に供給するものである。第1のラッチ回路102は、階調指示信号Dsをラッチ信号S1、S2、S3、…、Snの立ち下がりにおいて順次ラッチするものである。第2のラッチ回路103は、第1のラッチ回路102によりラッチされた階調指示信号Dsの各々をラッチパルス信号LPの立ち下がりにおいて一斉にラッチするとともに、電圧選択回路104を介して、データ線D1〜Dnの各々にデータ信号d1〜dnとして供給するものである。
電圧選択回路104では、交流化信号FRのレベルに応じてデータ信号d1〜dnに対応する電圧が選択される。すなわち、交流化信号FRがハイレベルである場合、ある画素回路20の液晶容量20fに電圧を印加する(点灯する)ためのデータ信号には電圧V1が選択され、非点灯のデータ信号には電圧V0が選択される。また、交流化信号FRがローレベルである場合、ある画素を点灯するためのデータ信号には電圧−V1が選択され、非点灯のデータ信号には電圧V0が選択される。
次に、上記のように構成された液晶装置LDの動作について、図8〜図10に示すタイミングチャートを用いて説明する。
まず、時刻T1において、サブフレーム期間SF1の開始を示すスタートパルス信号DYが走査線駆動回路90に入力されたと想定する。走査線駆動回路90は、スタートパルス信号DYが入力されると、走査側転送クロックCLYのタイミングに従って、各第1走査線G1a〜Gmaにパルス幅Ts=1フレーム期間×1/(256・m)の第1走査信号g1a〜gmaを順次出力する。
なお、第1走査線G1aに対応する第1走査信号g1aは、スタートパルス信号DYが入力された後、走査側転送クロックCLYが最初に立ち上がってから、少なくとも走査側転送クロックCLYの半周期だけ遅延して出力される。よって、スタートパルス信号DYが入力されてから、第1走査信号g1aが出力されるまでに、ラッチパルス信号LPの1パルス分(L0)がデータ線駆動回路100に入力されることになる。
このラッチパルス信号LPの1パルス分(L0)が入力されると、データ線駆動回路100のXシフトレジスタ101は、データ転送クロックCLXに従った転送によって、ラッチ信号S1〜Snを水平走査期間(1H)内に順次排他的に出力する。なお、ラッチ信号S1〜Snは、それぞれデータ転送クロックCLXの半周期に相当するパルス幅を有している。
この時、データ線駆動回路100の第1のラッチ回路102は、ラッチ信号S1の立ち下がりにおいて、1行目1列目の画素回路20(走査線群G1とデータ線D1とが交差する領域の画素回路20)に対応する階調指示信号Dsをラッチし、次に、ラッチ信号S2の立ち下がりにおいて、1行目2列目の画素回路20(走査線群G1とデータ線D2とが交差する領域の画素回路20)に対応する階調指示信号Dsをラッチし、以下同様に、ラッチ信号Snの立ち下がりにおいて、1行目n列目の画素回路20(走査線群G1とデータ線Dnとが交差する領域の画素回路20)に対応する階調指示信号Dsをラッチする。
これにより、まず、走査線群G1と接続された1行分の画素回路20に対応する階調指示信号Dsが、第1のラッチ回路102により点順次的にラッチされることになる。なお、データ変換回路70は、第1のラッチ回路102によるラッチのタイミングに合わせて、各画素の階調デジタルデータB0〜B7から順次、各サブフレーム期間に対応する階調指示信号Dsを生成して出力することはいうまでもない。
次に、走査側転送クロックCLYが立ち下がって、第1走査信号g1aが出力されると、第1走査線G1aが選択される結果、当該第1走査線G1aに接続された各画素回路20における第1選択トランジスタ20aが全てオン状態となる。つまり、各画素回路20は1T1C回路として機能する。一方、走査側転送クロックCLYの立ち下がりによってラッチパルス信号LP(L1)が出力される。そして、このラッチパルス信号LP(L1)の立ち下がりタイミングにおいて、第2のラッチ回路103は、第1のラッチ回路102によって点順次的にラッチされた階調指示信号Dsを、対応するデータ線D1〜Dnの各々に電圧選択回路104を介してデータ信号d1〜dnとして一斉に供給する。これにより、第1走査線G1aに接続された各画素回路20における第1保持容量20c及び液晶容量20fに、点灯・非点灯を規定する電圧が第1走査信号g1aの パルス幅Tsの時間分だけ書き込まれることになる。
以下同様に、サブフレーム期間SF1の間に、第1走査線G2a〜Gmaまでが順次選択され、それぞれの走査線に接続された各画素回路20における第1保持容量20c及び液晶容量20fに、点灯・非点灯を規定する電圧がパルス幅Tsの時間分だけ書き込まれる。また、このサブフレーム期間SF1(第1グループ)では、走査線選択期間はサブフレーム期間SF1と同一であるため、最終行目の第1走査線Gmaに接続された各画素回路20における第1保持容量20c及び液晶容量20fに対する電圧書き込みが終了すると、次のサブフレーム期間SF2に移行する。
続いて、図9に示すように、時刻T2において、サブフレーム期間SF2の開始を示すスタートパルス信号DYが走査線駆動回路90に入力されたと想定する。走査線駆動回路90は、スタートパルス信号DYのカウント値から現在のサブフレーム期間が第2グループ(サブフレーム期間SF2)と判定すると、走査側転送クロックCLYのタイミングに従って、各走査線群G1〜Gmの第1走査線G1a〜Gma及び第2走査線G1b〜Gmbに、1フレーム期間×2/(256・m)、つまりサブフレーム期間SF1の2倍の電圧書き込み時間を確保できるパルス幅(2×Ts)の第1走査信号g1a〜gma及び第2走査信号g1b〜gmbを順次出力する。つまり、サブフレーム期間SF2において各画素回路20の第1選択トランジスタ20a及び第2選択トランジスタ20bは共にオン状態となり、各画素回路20は2T2C回路として機能する。なお、データ線駆動回路100の動作は図8と同様なので説明を省略する。
これにより、サブフレーム期間SF2の間に、各画素回路20における第1保持容量20c、第2保持容量20e及び液晶容量20fに、点灯・非点灯を規定する電圧が第1走査信号及び第2走査信号のパルス幅(2×Ts)の時間分だけ書き込まれることになる。また、このサブフレーム期間SF2(第2グループ)では、走査線選択期間はサブフレーム期間SF2と同一であるため、各画素回路20における第1保持容量20c、第2保持容量20e及び液晶容量20fに対する電圧書き込みが終了すると、次のサブフレーム期間SF3に移行する。
続いて、図10に示すように、時刻T3において、サブフレーム期間SF3の開始を示すスタートパルス信号DYが走査線駆動回路90に入力されたと想定する。走査線駆動回路90は、スタートパルス信号DYのカウント値から現在のサブフレーム期間が第2グループ(サブフレーム期間SF3)と判定すると、サブフレーム期間SF2と同様に、走査側転送クロックCLYのタイミングに従って、各走査線群G1〜Gmの第1走査線G1a〜Gma及び第2走査線G1b〜Gmbに、1フレーム期間×2/(256・m)、つまりサブフレーム期間SF1の2倍の電圧書き込み時間を確保できるパルス幅(2×Ts)の第1走査信号g1a〜gma及び第2走査信号g1b〜gmbを順次出力する。つまり、サブフレーム期間SF3において各画素回路20の第1選択トランジスタ20a及び第2選択トランジスタ20bは共にオン状態となり、各画素回路20は2T2C回路として機能する。なお、データ線駆動回路100の動作は図8と同様なので説明を省略する。
これにより、サブフレーム期間SF3の間に、各画素回路20における第1保持容量20c、第2保持容量20e及び液晶容量20fに、点灯・非点灯を規定する電圧が第1走査信号及び第2走査信号のパルス幅(2×Ts)の時間分だけ書き込まれることになる。また、このサブフレーム期間SF3において、走査線選択期間はサブフレーム期間SF2と同一であるため、各画素回路20における第1保持容量20c、第2保持容量20e及び液晶容量20fに対する電圧書き込みが終了すると、次のサブフレーム期間SF4に移行するまでの間、書き込まれた電圧は保持され続けることになる。
残りのサブフレーム期間SF4〜SF8における動作は、サブフレーム期間SF3と同様である。すなわち、サブフレーム期間SF2と同一の走査線選択期間内に、各画素回路20における第1保持容量20c、第2保持容量20e及び液晶容量20fに対する電圧書き込みが終了し、次のサブフレーム期間に移行するまでの間、書き込まれた電圧は保持され続ける。
以上のように、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板10を備えた液晶装置LDでは、画素回路20において、高速書き込み動作に適した1T1C回路と、電圧保持に適した2T2C回路とをサブフレーム期間に応じて切り替え、それぞれの回路に適したパルス幅の走査信号を供給する。これにより、高速な電圧書き込み動作が要求される最小のサブフレーム期間SF1において、従来の問題点であった書き込み動作速度の低下を防止することができると共に、電圧保持能力が重視されるサブフレーム期間SF2〜SF8において書き込み電圧の低下を防止することができ、正確な階調表示を行うことが可能となる。
(変形例1)
ところで、上記実施形態ではサブフレーム期間SF1を第1グループ、サブフレーム期間SF2〜SF8を第2グループとしてグループ分けした場合を例示して説明したが、これに限定されず、グループ分けは任意に行うことができる。例えば、サブフレーム期間SF1〜SF7までを第1グループとし、サブフレーム期間SF8を第2グループとした場合を変形例1として以下説明する。
この変形例1において、第1グループ(つまりサブフレーム期間SF1〜SF7)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF1以下である必要がある。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF1とすると、第1グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×1/256となる。つまり、第1グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×1/(256・m)となる。一方、第1グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF7と同一なので1フレーム期間×64/256となる。すなわち、画素回路20が1T1C回路として機能する場合に、上述した第1グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第1選択トランジスタ20aと、容量値を有する第1保持容量20cとを設計すれば良い。
続いて、第2グループ(つまりサブフレームSF8)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF8以下であれば良い。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF8とすると、第2グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×128/256となる。つまり、第2グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×128/(256・m)となる。一方、第2グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF8と同一なので1フレーム期間×128/256となる。すなわち、画素回路20が2T2C回路として機能する場合に、上述した第2グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第2選択トランジスタ20bと、容量値を有する第2保持容量20eとを設計すれば良い。
この変形例1では、第1グループ(サブフレーム期間SF1〜SF7)で要求される電圧書き込み時間は従来と同じであるが、電圧保持時間は従来の1/2に短縮される。一方、第2グループ(サブフレーム期間SF8)で要求される電圧保持時間は従来と同じであるが、電圧書き込み時間は従来の128倍となる。つまり、第1グループ(サブフレーム期間SF1〜SF7)の走査選択期間に供給すべき第1走査信号g1a〜gmaのパルス幅Tsは、1フレーム期間×1/(256・m)で良いが、第2グループ(サブフレーム期間SF8)の走査選択期間に供給すべき第1走査信号g1a〜gma 及び第2走査信号g1b〜gmbのパルス幅を、Tsの128倍とする必要がある。
(変形例2)
次に、サブフレーム期間SF1〜SF8を3グループに分けた場合について説明する。
以下では、サブフレーム期間SF1を第1グループ、サブフレーム期間SF2〜SF7を第2グループ、サブフレーム期間SF8を第3グループとして分けた場合を例示して説明する。図11は、サブフレーム期間SF1〜SF8を3グループに分けた場合に、アクティブマトリクス基板10に形成されるデータ線、走査線群、画素回路20’の回路構成図である。また、画素回路20’は、アクティブマトリクス基板10上において全て同一であるため、図11ではデータ線D1及び走査線群G1に対応する画素回路20’を代表的に用いて説明する。なお、図11において図2と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
この図11に示すように、変形例2の場合は、走査線群G1に第3走査線G1cが新たに追加され、画素回路20’には、第3選択トランジスタ20gと第3保持容量20hとが新たに追加される。第3選択トランジスタ20gのゲート端子は、第3走査線G1cに電気的に接続され、ソース端子は第2選択トランジスタ20bのドレイン端子及び第2保持容量20eの一端に電気的に接続され、ドレイン端子は第3保持容量20hの一端に電気的に接続されている。また、第3保持容量20hの一端は、第3選択トランジスタ20gのドレイン端子に電気的に接続され、他端はコモン線comに電気的に接続されている。
第1走査線G1a介して第1走査信号g1aが供給された場合、第1選択トランジスタ20aはオン状態となり、データ線D1を介してデータ信号d1が第1保持容量20c及び画素電極20dに供給される。また、第1走査信号g1aと共に第2走査線G1bを介して第2走査信号g1bが供給された場合、第1選択トランジスタ20a及び第2選択トランジスタ20bがオン状態となり、データ信号d1は第1保持容量20c及び画素電極20dに加えて第2保持容量20eに供給される。さらに、第1走査信号g1a及び第2走査信号g1bに加えて第3走査線G1cを介して第3走査信号g1cが供給された場合、第1選択トランジスタ20a、第2選択トランジスタ20b及び第3選択トランジスタ20gがオン状態となり、データ信号d1は第1保持容量20c、画素電極20d及び第2保持容量20eに加えて第3保持容量20hに供給される。つまり、第1走査信号g1aのみが供給される場合、画素回路20’は1T1C回路(TFT及び保持容量共に1つ)として機能し、第1走査信号g1a及び第2走査信号g1bが供給される場合、画素回路20’は2T2C回路(TFT及び保持容量共に2つ)として機能し、さらに、第1走査信号g1a、第2走査信号g1b及び第3走査信号g1cが供給される場合、画素回路20’は3T3C回路(TFT及び保持容量共に3つ)として機能する。
この変形例2では、画素回路20’が1T1C回路として機能する場合に第1グループ(サブフレーム期間SF1)で要求される電圧書き込み時間及び電圧保持性能を満たすように、第1選択トランジスタ20a及び第1保持容量20cを設計し、また、画素回路20’が2T2C回路として機能する場合に第2グループ(サブフレーム期間SF2〜SF7)で要求される電圧書き込み時間及び電圧保持性能を満たすように、第2選択トランジスタ20b及び第2保持容量20eを設計し、さらに、画素回路20’が3T3C回路として機能する場合に第3グループ(サブフレーム期間SF8)で要求される電圧書き込み時間及び電圧保持性能を満たすように、第3選択トランジスタ20g及び第3保持容量20hを設計すれば良い。
第1グループ(サブフレーム期間SF1)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF1以下である必要がある。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF1とすると、第1グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×1/256となる。つまり、第1グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×1/(256・m)となる。一方、第1グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF1と同一なので1フレーム期間×1/256となる。すなわち、画素回路20’が1T1C回路として機能する場合に、上述した第1グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第1選択トランジスタ20aと、容量値を有する第1保持容量20cとを設計すれば良い。
続いて、第2グループ(サブフレームSF2〜SF7)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF2以下である必要がある。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF2とすると、第2グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×2/256となる。つまり、第2グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×2/(256・m)となる。一方、第2グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF7と同一なので1フレーム期間×64/256となる。すなわち、画素回路20’が2T2C回路として機能する場合に、上述した第2グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第2選択トランジスタ20bと、容量値を有する第2保持容量20eとを設計すれば良い。
続いて、第3グループ(つまりサブフレームSF8)で要求される走査線選択期間は、サブフレーム期間SF8以下であれば良い。ここでは、説明の簡略化のため、走査線選択期間=サブフレーム期間SF8とすると、第3グループで要求される走査線選択期間は、1フレーム期間×128/256となる。つまり、第3グループにおいて、1走査当たり(1画素当たり)に要求される電圧書き込み時間は、走査線選択期間/m=1フレーム期間×128/(256・m)となる。一方、第3グループで要求される電圧保持時間は、サブフレーム期間SF8と同一なので1フレーム期間×128/256となる。すなわち、画素回路20’が3T3C回路として機能する場合に、上述した第3グループで要求される電圧書き込み時間及び電圧保持時間を満足するような駆動能力を有する第3選択トランジスタ20gと、容量値を有する第3保持容量20hとを設計すれば良い。
この変形例2では、第1グループ(サブフレーム期間SF1)で要求される電圧書き込み時間は従来と同じであるが、電圧保持時間は従来の1/128に短縮される。また、第2グループ(サブフレーム期間SF2〜SF7)で要求される電圧書き込み時間は、従来の2倍となり、電圧書き込み時間は従来の1/2となる。一方、第3グループ(サブフレーム期間SF8)で要求される電圧保持時間は従来と同じであるが、電圧書き込み時間は従来の128倍となる。すなわち、変形例2では、第1グループ(サブフレーム期間SF1)の走査選択期間に供給すべき第1走査信号g1a〜gmaのパルス幅Tsは、1フレーム期間×1/(256・m)で良いが、第2グループ(サブフレーム期間SF2〜SF7)の走査選択期間に供給すべき第1走査信号g1a〜gma及び第2走査信号g1b〜gmbのパルス幅を、Tsの2倍に変換する必要がある。さらに、第3グループ(サブフレーム期間SF8)の走査選択期間に供給すべき第1走査信号g1a〜gma、第2走査信号g1b〜gmb及び第3走査信号g1c〜gmcのパルス幅を、Tsの128倍に変換する必要がある。
なお、この変形例2では、選択トランジスタ及び保持容量を3つ設けた場合を説明したが、高精細が要求されない場合はさらに選択トランジスタ及び保持容量を増やしても良い。
(変形例3)
上記実施形態では、電気光学装置として液晶装置LDを例示し、この液晶装置LD用のアクティブマトリクス基板10を例示して説明した。このアクティブマトリクス基板10は、液晶装置LDのみならず、例えば電気泳動装置(EPD)等の他の電気光学装置のアクティブマトリクス基板として使用することも可能である。なお、電気光学装置として有機EL装置を採用する場合、アクティブマトリクス基板上に形成する画素回路を図12に示すような構成とすれば良い。
図12(a)に示すように、有機EL装置に対応するアクティブマトリクス基板上に形成される画素回路300は、第1選択トランジスタ301、第2選択トランジスタ302、第1保持容量303、第2保持容量304、駆動用トランジスタ305及び画素電極306から構成されている。また、画素回路300において、データ線D1及び走査線群G1(第1走査線G1a及び第2走査線G1b)の配置は図2に示す画素回路20と同様であるが、コモン配線comの代わりに電源線SVが配設されている。
第1選択トランジスタ301、第2選択トランジスタ302、第1保持容量303、第2保持容量304は、図2の画素回路20における第1選択トランジスタ20a、第2選択トランジスタ20b、第1保持容量20c、第2保持容量20eにそれぞれ対応するものである。第1選択トランジスタ301のゲート端子は、第1走査線G1aに電気的に接続され、ソース端子はデータ線D1に電気的に接続され、ドレイン端子は第2選択トランジスタ302のソース端子、第1保持容量303の一端及び駆動用トランジスタ305のゲート端子に電気的に接続されている。
第2選択トランジスタ302のゲート端子は、第2走査線G1bに電気的に接続され、ソース端子は第1選択トランジスタ301のドレイン端子、第1保持容量303の一端及び駆動用トランジスタ305のゲート端子に電気的に接続され、ドレイン端子は第2保持容量304の一端に電気的に接続されている。第1保持容量303の一端は、第1選択トランジスタ301のドレイン端子、第2選択トランジスタ302のソース端子及び駆動用トランジスタ305のゲート端子に電気的に接続され、他端は電源線SVに電気的に接続されている。第2保持容量304の一端は、第2選択トランジスタ302のドレイン端子に電気的に接続され、他端は電源線SVに電気的に接続されている。駆動用トランジスタ305のゲート端子は、第1選択トランジスタ301のドレイン端子、第2選択トランジスタ302のソース端子及び第1保持容量303の一端に電気的に接続され、ソース端子は画素電極306と電気的に接続され、ドレイン端子は電源線SVに電気的に接続されている。
図12(b)は、上記の画素回路300が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とが、電気光学材料である有機EL材料307を挟んで貼り合わされた場合の等価回路を示すものである。図12(b)に示すように、有機EL材料307は、アクティブマトリクス基板側の画素電極306と対向基板側の対向電極308とによって狭持され、等価的に発光ダイオードとみなされる。このような画素回路300を備える有機EL装置における第1選択トランジスタ301、第2選択トランジスタ302、第1保持容量303及び第2保持容量304の設計方法や駆動方法は、上述した液晶装置LDと同様である。ただし、有機EL装置では、第1保持容量303及び第2保持容量304に保持されたデータ信号d1の電圧によって駆動用トランジスタ305をオン状態にし、電源線SVを介して電源電圧を有機EL材料307に供給して当該有機EL材料307を発光させる点で、
液晶装置LDの点灯・非点灯原理とは異なる。
〔電子機器〕
次に、上述した液晶装置LD(電気光学装置)を備える電子機器について説明する。図13(a)は携帯電話の一例を示した斜視図である。図13(a)において、符号400は携帯電話本体を示し、符号401は上記実施形態の液晶装置LDを備えた表示部を示している。図13(b)はワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図13(b)において、符号500は情報処理装置、501はキーボードなどの入力部、502は情報処理本体、503は上記実施形態の液晶装置LDを備えた表示部を示している。図13(c)は腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図13(c)において、符号600は時計本体を示し、601は上記実施形態の液晶装置LDを備えた表示部を示している。
本発明の一実施形態におけるアクティブマトリクス基板10の回路構成図である。 アクティブマトリクス基板10に形成された画素回路20の回路構成図である。 本発明の一実施形態における液晶装置LD(電気光学装置)の構成ブロック図である。 液晶装置LDにおける表示部40の詳細説明図である。 液晶装置LDにおける時分割階調駆動方式の説明図である。 液晶装置LDにおけるタイミング信号生成回路60内に設けられたスタートパルス生成回路210の説明図である。 液晶装置LDにおけるデータ線駆動回路100の詳細説明図である。 液晶装置LDの動作を示す第1のタイミングチャートである。 液晶装置LDの動作を示す第2のタイミングチャートである。 液晶装置LDの動作を示す第3のタイミングチャートである。 画素回路20の第1の変形例を示す回路構成図である。 画素回路20の第2の変形例を示す回路構成図である。 本発明の一実施形態における電子機器の構成図である。
符号の説明
G1〜Gm…走査線群、D1〜Dn…データ線、com…共通電位線(コモン線)、20、20’、300…画素回路、G1a〜Gma…第1走査線、G1b〜Gmb…第2走査線、G1c〜Gmc…第3走査線、20a、301…第1選択トランジスタ、20b、302…第2選択トランジスタ、20c、303…第1保持容量、20d、306…画素電極、20e、304…第2保持容量、20g…第3選択トランジスタ、20h…第3保持容量、305…駆動用トランジスタ、20f…液晶容量、307…有機EL材料、30…対向基板、40…表示部、50…クロック発生回路、60…タイミング信号生成回路、70…データ変換回路、80…駆動電圧生成回路、90…走査線駆動回路、100…データ線駆動回路

Claims (11)

  1. 1フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、前記複数のサブフレーム期間の各々における画素の点灯/非点灯を制御することで階調表示を行う電気光学装置に使用される、アクティブマトリクス基板であって、
    データ線と、
    前記データ線と交差する第1〜第kの走査線(kは2以上の整数)と、
    前記第1〜第kの走査線と1対1に対応して設けられた第1〜第kのトランジスタと、
    前記第1〜第kのトランジスタと1対1に対応して設けられた第1〜第kの保持容量と、
    画素電極と、
    電位線と、を有し、
    前記第1〜第kのトランジスタの各々は、それぞれに対応する前記第1〜第kの走査線の各々と電気的に接続され、
    前記第1のトランジスタの一方の端子は前記データ線と電気的に接続されると共に、前記第1のトランジスタの他方の端子は前記第1の保持容量の一方の端子及び前記画素電極に電気的に接続され、
    前記第2〜第kのトランジスタの各々の一方の端子は、前記第1のトランジスタの位置する側に隣接する前記第1〜第(k−1)のトランジスタのいずれかの他方の端子に電気的に接続されると共に、前記第2〜第kのトランジスタの各々の他方の端子はそれぞれに対応する第2〜第kの保持容量の各々の一端に電気的に接続され、
    前記第1〜第kの保持容量の各々の他方の端子は前記電位線に電気的に接続される、
    ことを特徴とするアクティブマトリクス基板。
  2. 前記複数のサブフレーム期間をk個のグループに区分し、i番目(i=1、2、…、k)の前記グループと、i番目の前記走査線、i番目の前記トランジスタ及びi番目の前記保持容量とが対応付けられており、
    i番目の前記グループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記グループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、i番目の前記トランジスタ及びi番目の前記保持容量は設定されていることを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクス基板。
  3. データ線と交差する第1の走査線及び第2の走査線と、
    前記第1の走査線に対応して設けられた第1のトランジスタと、
    前記第2の走査線に対応して設けられた第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタに対応して設けられた第1の保持容量と、
    前記第2のトランジスタに対応して設けられた第2の保持容量と、を有し、
    前記第1のトランジスタは前記第1の走査線と電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタは前記第2の走査線と電気的に接続され、
    前記第1のトランジスタの一方の端子は前記データ線に電気的に接続され、
    前記第1のトランジスタの他方の端子は前記第2トランジスタの一方の端子と、前記第1の保持容量の一方の端子と、前記画素電極とに電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタの他方の端子が前記第2の保持容量の一方の端子と電気的に接続され、
    前記第1の保持容量の他方の端子及び前記第2の保持容量の他方の端子が前記電位線に電気的に接続される、
    ことを特徴とするアクティブマトリクス基板。
  4. 1フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割し、前記複数のサブフレーム期間の各々における画素の点灯/非点灯を制御することで階調表示を行う電気光学装置に使用される、アクティブマトリクス基板であって、
    前記複数のサブフレーム期間を2個のグループに区分し、1番目の前記グループと、前記第1の走査線、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量とが対応付けられ、2番目の前記グループと、前記第2の走査線、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量とが対応付けられおり、
    前記1番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記1番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量は設定され、
    前記2番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記2番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量は設定されていることを特徴とする請求項3記載のアクティブマトリクス基板。
  5. 前記データ線と交差する第3の走査線と、
    前記第3の走査線に対応して設けられた第3のトランジスタと、
    前記第3のトランジスタに対応して設けられた第3の保持容量と、をさらに有し、
    第3のトランジスタは前記第3の走査線と電気的に接続され、
    前記第3トランジスタの一方の端子は前記第2のトランジスタの他方の端子及び第2の保持容量の一方の端子に電気的に接続され、
    前記第3トランジスタの他方の端子は前記第3の保持容量の一方の端子に電気的に接続され、
    前記第3の保持容量の他方の端子は前記電位線に電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリクス基板。
  6. 前記複数のサブフレーム期間を3個のグループに区分し、1番目の前記グループと、前記第1の走査線、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量とが対応付けられ、2番目の前記グループと、前記第2の走査線、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量とが対応付けられ、3番目の前記グループと、前記第3の走査線、前記第3のトランジスタ及び前記第3の保持容量とが対応付けられ、
    前記1番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記1番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第1のトランジスタ及び前記第1の保持容量は設定され、
    前記2番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記2番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第2のトランジスタ及び前記第2の保持容量は設定され、
    前記3番目のグループにおける最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように、且つ、前記3番目のグループにおける最大のサブフレーム期間は画素の書き込み電圧を保持できるように、前記第3のトランジスタ及び前記第3の保持容量は設定されていることを特徴とする請求項5記載のアクティブマトリクス基板。
  7. データ線と、
    前記データ線と交差する第1の走査線と、
    前記データ線と交差する第2の走査線と、
    前記第1の走査線の電位によりキャリアの移動が制御される第1のトランジスタと、
    前記第2の走査線の電位によりキャリアの移動が制御される第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタにより電圧書き込みが制御される画素電極と、
    前記画素電極への電圧書き込み時間を制御できる第1の保持容量と、
    前記画素電極への電圧書き込み時間を制御できる第2の保持容量と、
    電位線と、を含み、
    前記第1のトランジスタの一方の電極が前記データ線に電気的に接続され、かつ、前記第1のトランジスタの他方の電極が前記第1の保持容量の一方の電極に電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタの一方の電極が前記第1のトランジスタの他方の電極に電気的に接続され、かつ、前記第2のトランジスタの他方の電極が前記第2の保持容量の一方の電極に電気的に接続され、
    前記第1の保持容量の他方の電極および前記第2の保持容量の他方の電極が前記電位線に電気的に接続されている、ことを特徴とするアクティブマトリクス基板。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板と、
    対向電極と、
    前記対向電極と、前記アクティブマトリクス基板の前記画素電極と、の間に位置する電気光学材料と、を含むことを特徴とする電気光学装置。
  9. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板と、前記画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に挟持された電気光学材料とから構成される表示部と、
    各サブフレーム期間における画素の点灯/非点灯を規定するデータ信号を前記データ線に供給するデータ線駆動回路と、
    i番目の前記グループに含まれるサブフレーム期間に応じて、画素への電圧書き込み時間を規定する走査信号を1〜i番目の前記走査線に供給する走査線駆動回路と、を備え、
    前記走査信号は、i番目の前記グループに含まれる最小のサブフレーム期間内に画素への電圧書き込みを完了できるように設定されていることを特徴とする電気光学装置。
  10. 前記電気光学材料は液晶であることを特徴とする請求項9記載の電気光学装置。
  11. 請求項8または9に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
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