JP2791622B2 - アクティブマトリクス回路およびその駆動方法 - Google Patents

アクティブマトリクス回路およびその駆動方法

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JP2791622B2 JP10220492A JP10220492A JP2791622B2 JP 2791622 B2 JP2791622 B2 JP 2791622B2 JP 10220492 A JP10220492 A JP 10220492A JP 10220492 A JP10220492 A JP 10220492A JP 2791622 B2 JP2791622 B2 JP 2791622B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置等に用い
られるアクティブマトリクス回路およびその駆動方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶ディスプレー駆動のためのア
クティブマトリクスがさかんに研究され、また、実用化
されている。従来のアクティブマトリクス回路は、1つ
の画素について、1つの導電型の薄膜状の電界効果素子
(TFT)が1つ設けられたもので、図3(A)に示さ
れるような回路構成を取っていた。場合によっては、T
FTは複数設けられることがあったが、それは主として
1つのTFTに欠陥があった場合の補償用のものであっ
た。
【0003】しかし、よく知られているように、このよ
うな回路構成では、画素電位を安定させることが出来
ず、このような回路を液晶ディスプレーとして用いた場
合には画像にフリッカーが生じたりすることが多かっ
た。図3(A)の回路で、問題となる電圧の不安定性の
要因は、2つあり、1つは画素電極からの自然放電によ
るものであり、もう1つは、TFTのゲイト電極と画素
電極との寄生容量によってゲイト信号が画素電位と容量
結合し、電圧が変動する現象(ΔV)であった。
【0004】図3(B)には、図3(A)の回路によっ
て得られる画素Zn,m の典型的な信号の例を示してい
る。図中のΔVが、ゲイト電極と画素電極の寄生容量に
よる電圧の変動である。ゲイトパルス(信号電圧)をV
G としたときには、 ΔV=C’VG /(CLC+C’) で表される。ここで、C’は寄生容量、CLCは画素容量
である。また、ゲイトパルスが切られたのち、画素電位
はゆるやかに減少するが、これは、主としてTFTを通
じて電流がリークするためである。
【0005】ΔVを解決するためには、寄生容量を減ら
すことが理想的である。一方、自然放電を減らすために
は、画素容量以外に補助の容量を形成して、放電の時定
数を大きくする方法が取られてきた。
【0006】しかし、現実にはさまざまな困難があり、
根本的な解決とはなっていない。これに対し、図4のよ
うに相補型のトランスファーゲイト回路(CMOSトラ
ンスファーゲイト)を構成する方法が提案されている。
(特開昭63−82177、同63−96636、特開
平2−178632)。すなわち、このようなトランス
ファーゲイト型の回路では、1つには、1つの導電型の
TFT回路に比べて、動作速度(すなわち、画素への電
流の供給力)が、ドレイン電圧に依存せず、一般に、1
つのTFTの場合よりも高速であるという特徴を有す
る。
【0007】のみならず、図3(A)の回路と異なり、
ΔVが、 ΔV=(C1 −C2 )VG /(C1 +C2 +CLC) で表され、CMOSにおいては、各TFTの寄生容量を
同じ程度に調整することが可能であるので、実質的にΔ
Vを0とすることができる。あるいは、ゲイト側の配線
n とXn ’にわざと画素電極をオーバーラップさせて
も、その間の容量が同じであれば、ΔVには全く影響し
ない。
【0008】そこで、特開平2−178632に記述さ
れているように、ゲイト信号線XnとXn ’に信号パル
スが印加されていないとき(すなわち電位が0である)
には、これにかぶせて形成された画素電極との間の容量
を補助容量として、画素電圧の自然放電の低下を抑止す
ることが提案されている。
【0009】しかしながら、本方法は、まだ、完璧な方
法ではなかった。すなわち、上記の特許に記述されてい
る駆動方法は図2(B)に示すようなものであった。す
なわち、第n行のゲイトパルスが終了してから、第(n
+1)行のゲイトパルスが印加されるという構成をとっ
ていた。そのため、いかにCMOSトランスファーゲイ
トが高速に動作するとはいっても、十分な時間が与えら
れなかった。特に、十分な高速動作が必要な場合(例え
ば、本発明人等の出願である特願平3−145566、
同3−163873、同3−169306に記述される
ようなデジタル階調方式)には、TFTは100cm2
/Vs以上もの高い移動度が必要とされた。しかし、こ
のような高い移動度を得ることは難しく、また、TFT
は十分に低いリーク電流(オフ電流)が要求された。一
般に、高い移動度と低いオフ電流は矛盾するものである
ので、移動度が100cm2 /VsのTFTのオフ電流
は、移動度が10cm2 /Vsのものに比べて10倍も
あった。さらに、低温作製や量産性を考慮した場合に
は、移動度は10cm2 /Vs程度が望まれた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現実を鑑みてなされたものであり、CMOSトランスフ
ァーゲイト型の回路の安定した動作を得るための駆動方
法およびそのためのマトリクス構造を提供する。
【0011】
【問題を解決するための手段】この問題の解決するため
には、ゲイトパルスを長時間にわたって、印加すればよ
い。すなわち、電界移動度が10cm2 /Vsであって
も、パルスの持続時間が10倍あれば、電界移動度が1
00cm2 /Vsのものであっても同じだけの効果が得
られる。しかしながら、従来の方法(図2(B))で
は、1つのゲイト配線のパルスに割り当てられる時間は
制限されていた。例えば、N行のマトリクスで30フレ
ーム/秒の表示をおこなう場合には、1つのゲイトパル
スの持続時間は、1/30N〔秒〕であった。
【0012】この困難を解決するためには、ゲイトパル
スを重なり合うように印加してやればよい。その例を図
2(A)に示す。すなわち、図4の回路において、隣合
う行のゲイトパルスを一部重なるように印加する。図2
(A)では、第n行に印加されたパルスがまだ、終了し
ていない段階で、次の第(n+1)行のパルスが印加さ
れる。この場合には、第n行第m列の画素Zn,m と同じ
信号が、第(n+1)行第m列の画素Zn+1,m に印加さ
れるように思われるが、最終的な画素電位は、第(n+
1)行のパルスが切れる直前のドレイン電圧に決定さ
れ、ゲイトパルスが印加されている時間に比べれば、そ
の後の時間の方が圧倒的に長いので、視覚的には全く問
題はない。
【0013】加えて、このようにゲイトパルスを他の行
と重ねて加えることによって、TFTを“余熱”してお
くことで、TFTの動作に余裕が出る。その様子は、図
2(B)に示される。図2(B)の画素Zn+1,m の電位
の表示において、実線は従来のパルス印加方法によるも
のであり、点鎖線は本発明の方法(上述、図2(A)と
同じ)によるものを示している。
【0014】従来の方法では、TFTの駆動能力が不十
分であれば、画素に対する充電・放電の動作が不十分と
なる。これに対し、本発明では同じ性能のTFTを用い
た場合にも充放電は十分におこなわれる。
【0015】しかしながら、このような動作をおこなう
場合には、図4のような回路を用いた場合には問題が生
じることもある。すなわち、上述のようにパルスが重な
るのであるから、図4において、信号線Xn ’に負のパ
ルスが印加されている間に、隣合う信号線Xn+1 に正の
パルスが印加されることとなり、両配線は距離が近いこ
ともあって、相互に影響を及ぼし合う。すなわち、信号
線Xn+1 のパルスによって、信号線Xn ’のTFT(P
チャネル)が誤動作するおそれがある。
【0016】これを避けるためには図1に示すように、
隣合う信号線Xn ’と信号線Xn+1’には、同じ導電型
のTFTを設けてやればよい。これによって、隣合うT
FTの誤動作を防止することができる。
【0017】また、各行の2本の信号線は、独立に信号
源であるドライバーに接続されてもよいが、図1(A)
に示すように、ドライバーからの1つの信号線のパルス
をインバータPn 、Pn+1 によって反転させてもよい。
インバータとしては、図1(B)に示すようなCMOS
型のTFTのもの用いれば、作製プロセスを共用できる
上、性能もよい。
【0018】回路の単位画素の様子は、図5に示すよう
になる。いずれも、特開昭63−82177、同63−
96636、特開平2−178632に示されているも
のと同じである。図5(A)は画素電極がゲイト側の信
号線とオーバーラップしない構成のものであり、図5
(B)は画素電極がゲイト側の信号線とオーバーラップ
し、画素本来の容量CLC以外に、補助容量Ca およびC
a ’を設けたものである。このときには、容量Ca およ
びCa ’が異なると、ΔVが生じるので、できりだけ同
じ値となるようにすべきである。以下に実施例を示す。
【0019】
【実施例】図6に液晶ディスプレーパネルに本発明を実
施した例を示す。基板上に図6に示される回路を形成し
た。TFTの作製方法については、特願平3−1455
66、同3−163873、同3−169306もしく
は同3−237100、同3−238713に記述され
る技術を使用すればよい。
【0020】図ではパネルを中央で分断し、パネルの左
側に関しては、そのドライバー側から、第n行の配線X
n とXn ’および第(n+1)行の配線Xn+1
n+1 ’等の配線を形成した。そして、この配線の右側
の終端には、インバータ回路をCMOSのTFTで形成
した。その電圧供給線は図示していないが、データ線に
平行に設けられている。入力すべき信号は図2(A)に
示されるものと実質的に同じものを使用した。
【0021】このような回路構成を取ることによって、
もし、Xn とXn ’、あるいはXn+1 とXn+1 ’等に断
線があったとしても、残りの信号線を通った信号がイン
バータによって反転され、他の素子を確実に駆動でき
る。
【0022】すなわち、Xn ’において、データ線Ym
とYm+1 の間に断線があったとしよう。従来であれば、
n には信号が終端まで伝達されるので、Xn に接続し
たNTFTは全て駆動できる。しかしながら、Xn ’に
おいては、Ym+1 以降のPTFTは駆動できない。本発
明ではNTFTとPTFTのバランスのとれた動作によ
って安定した動作をおこなうのであるから、Ym+1 以降
の画素に関しては『片肺飛行』を余儀なくされ、表示の
品質が低下する。
【0023】しかしながら、本実施例では例え、Xn
に断線があったとしても、Xn の終端に達した信号はイ
ンバータで反転してXn ’を折り返し、Ym+1 以降のP
TFTを駆動する。
【0024】本実施例において注意しなければならない
ことは、上記のような断線のある行における信号の伝達
では、回路長が伸びるので、信号の遅延が生じる。すな
わち、あまりにドライバーとXn の終端の距離が大きい
と、特にドライバーに近い画素部分で断線がおこった場
合には顕著であるが、Ym のPTFTにゲイトパルスが
到達して、かなりの時間が経過してからYm+1 のPTF
Tにパルスが到達する。なぜなら、Ym+1 は最も長い行
路の終端であるからである。この場合には、NTFTの
駆動とPTFTの駆動にずれが生じることがある。した
がって、ゲイト線はあまり長くしないほうがよい。好ま
しくは、図6に示すようにパネルの中央で折り返して、
右側にも同じようなドライバーをアクティブマトリクス
を設けるべきである。
【0025】なお、このような効果については、本発明
の駆動方法である図2(A)だけでなく、従来の駆動方
法(図2(B))を使用した場合においても同じであ
る。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明によって、画素に
安定した電圧を供給できるアクティブマトリクスおよび
それに最適な駆動方法が得られた。本発明では、TFT
に過大な負担をかけずに優れた特性を引き出すことがで
き、工業的に有益である。
【0027】以上の説明では、画像表示方法については
特に言及しなかったが、従来のような、データ線にアナ
ログ信号を入力するアナログ階調方式だけでなく、例え
ば、特願平3−145566、同3−163873、同
3−169306、同3−209869、同3−209
870に記述されるごとき、デジタル階調方式を採用し
てもよいことはいうまでもない。
【0028】さらに、TFTの種類に関しては、特に限
定されることがないことは明白であるが、本発明では、
例え上記のごときデジタル階調を実施せんとしても、従
来のような100cm/Vs以上もの高移動度は要求さ
れず、むしろ量産性のよい10〜60cm/Vs程度の
移動度のものを使用すればよい。この範囲であれば、T
FTの作製は600℃程度の最高プロセス温度でよく、
いわゆるセミアモルファス状態のシリコンが使用でき
る。このセミアモルファスシリコンは、粒界が明確に存
在しない材料という点で、多結晶シリコンとは明確に区
別され、そのラマンスペクトルは517cm-1程度にブ
ロードなピークをもつ。これは、上述のように粒界が存
在しない代わりに、結晶内の歪みが存在するためと考え
られる。また、これでTFTを作製した場合にはオフ電
流が著しく少ないことが特徴であり、液晶ディスプレー
の目的には最適である。
【0029】さらに、PMOSもNMOSも作製可能で
あり、その移動度の差がそれほど著しくないことも、本
発明のようなCMOS駆動には適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるアクティブマトリクスの回路図
を示す。
【図2】 本発明および従来法によるアクティブマトリ
クスの駆動方法を示す。
【図3】 従来法のアクティブマトリクスの回路図およ
び駆動方法を示す。
【図4】 従来法のアクティブマトリクスの回路図を示
す。
【図5】 本発明によるアクティブマトリクスお単位素
子の構造を示す。
【図6】 本発明によるアクティブマトリクスの回路図
を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N行M列のアクティブマトリクス回路
    おいて、 各行は2本の信号線を有し、各行の2本の信号線において、第1の信号線にゲイト電
    極が接続されている電界効果素子の導電型と第2の信号
    線にゲイト電極が接続されている電界効果素子の導電型
    は互いに異なり、 第n行の第2の信号線は、第n行の第1の信号線と第
    (n+1)行の第1の信号線にはさまれ、 かつ、第(n+1)行の第1の信号線は、第n行の第2
    の信号線と第(n+1)行の第2の信号線にはさまれ
    おり、 前記第n行の第1の信号線と第(n+1)行の第2の信
    号線は、Nチャネル型またはPチャネル型の電界効果素
    子のゲイト電極に接続し、 前記第n行の第2の信号線と第(n+1)行の第1の信
    号線は、Pチャネル型またはNチャネル型の電界効果素
    子のゲイト電極に接続していることを特徴とするアクテ
    ィブマトリクス回路
  2. 【請求項2】 前記各行の2本の信号線において、第1
    の信号線と第2の信号線はその終端でインバータ回路を
    通して接続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回路。
  3. 【請求項3】 N行M列のアクティブマトリクス回路
    おいて、 各行は2本の信号線を有し、各行の2本の信号線において、第1の信号線にゲイト電
    極が接続されている電界効果素子の導電型と第2の信号
    線にゲイト電極が接続されている電界効果素子の導電型
    は互いに異なり、 第n行の第2の信号線は、第n行の第1の信号線と第
    (n+1)行の第1の信号線にはさまれ、 かつ、第(n+1)行の第1の信号線は、第n行の第2
    の信号線と第(n+1)行の第2の信号線にはさまれ
    おり、 前記第n行の第1の信号線と第(n+1)行の第2の信
    号線に印加される信号の極性は、前記第n行の第2の信
    号線と第(n+1)行の第1の信号線に印加される信号
    の極性とは逆であることを特徴とするアクティブマトリ
    クス回路の駆動方法。
  4. 【請求項4】 N行M列のアクティブマトリクス回路
    おいて、 各行は2本の信号線を有し、各行の2本の信号線において、第1の信号線にゲイト電
    極が接続されている電界効果素子の導電型と第2の信号
    線にゲイト電極が接続されている電界効果素子の導電型
    は互いに異なり、 各信号線に印加される信号は極性が互いに逆であり、 かつ、第n行に印加された信号パルスが継続している間
    に、第(n+1)行に信号パルスが印加されることを特
    徴とするアクティブマトリクス回路の駆動方法。
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