JP3270034B2 - ディスプレイ装置に輝度信号を供給する装置及びその装置ための比較器 - Google Patents

ディスプレイ装置に輝度信号を供給する装置及びその装置ための比較器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、ディ
スプレイ装置の駆動回路に関するものであり、具体的に
は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置の画素に輝
度信号を供給する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ等の多くのディスプレ
イ装置は、水平に行に及び垂直に列に配置された画素の
マトリックスによって構成されている。ディスプレイさ
れるべきデータは、画素の各列に個別に接続されたデー
タ線に輝度( 諧調）信号として入力される。画素の行を
順次走査して、活性化した行内の画素を、各列に入力さ
れた輝度信号のレベルに応じて様々な輝度レベルにチャ
ージする。カラーディスプレイでは、各画素は、少なく
とも３つの画素エレメントによって構成されており、こ
れらの画素エレメントはそれぞれ赤、緑または青の原色
の１つの光を放出する。
【０００３】アクティブマトリックスディスプレイで
は、各画素エレメントは、その画素エレメントをオン/
オフするために使用されるスイッチング素子に接続され
ている。典型的には、スイッチング素子は、薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）等の固体素子であり、固体素子回路か
ら輝度情報を受ける。スイッチング素子及び回路は、ど
ちらも固体素子装置によって構成されているので、アモ
ルファスシリコン技術またはポリシリコン技術を使用し
て、スイッチング素子及び回路を同時に製造することが
好ましい。
【０００４】液晶ディスプレイは、2 つの基板の間に挟
まれた液晶材料によって構成されている。基板は、少な
くとも1 つが、しかし典型的には両方ともが光透過性で
あり、液晶材料に近接する基板の表面は、個々の画素エ
レメントを形成するパターンに配置された透明電導電極
のパターンを支持している。この工業分野の目標は、固
体素子スイッチング素子を製造するのと同時に基板上及
びディスプレイの周辺に様々な制御回路素子を製造する
ことである。
【０００５】アモルファスシリコンは、低温で製造され
るので、液晶ディスプレイの製造には好ましい技術であ
った。製造温度が低いと、標準的な、入手容易な、安価
な材料を使用することができるので、この製造温度の低
さは重要である。しかしながら、アモルファスシリコン
の移動度は低く、従って、テレビディスプレイを製造す
るのに必要な速度で動作することができないので、今日
まで、アモルファスシリコン技術は使用できないと思わ
れていた。このため、ポリシリコンのキャリヤ移動度は
かなり高いので、ディスプレイマトリックスと同じ基板
上に制御回路を製造するには、ポリシリコンの使用が必
要であると思われていた。しかしながら、ポリシリコン
の欠点は、高温での製造が必要であり、従って、特別
な、高価な基板材料の便用が必要であることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの理由によっ
て、アモルファスシリコン技術またはポリシリコン技術
のいずれを使用しても製造できる、ディスプレイ装置の
画素エレメントに輝度信号を供給する液晶駆動回路が必
要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、この要求を満
たすものである。行及び列に配置された画素マトリック
スを備えるディスプレイ装置の画素の個々の列に輝度信
号を供給する装置は、画素の列に個々に輝度信号を個々
に供給するように配置された複数の信号転送ゲートを備
える。各信号転送ゲートは、閾値レベルを越えた制御信
号に応答して転送ゲートをオン/ オフする制御電極を備
える。この装置は更に、制御電極を閾値レベルにプリチ
ャージするための手段を備える。輝度信号は、それら転
送ゲートを介して、画素の列に入力される。
【０００８】本発明は、米国特許出願第07／600050号に
基づく優先権を主張して同日に出願された、ルオポルド
エー. ハーウッド(LeoPold A. Harwood)及びドラ プ
リュス(Dora P1us) の発明になる「液晶ディスプレイ駆
動回路及びそのための信号デコーダ(Liquid Crysta1 Di
splay Drive Circuit And SignalDecoderTherefor)」と
題するＰＣＴ出願に記載された発明と共に使用される。
【０００９】
【発明の実施の形態】第１図では、アナログ回路11は、
アンテナ12から、ディスプレイされるべきデータを示す
アナログ情報信号を受ける。到来信号がテレビ映像信号
である時、アナログ回路11は、公知の標準的なテレビ受
信機のアナログ回路に類似している。しかしながら、受
像管の代わりに、以下に説明するような液晶ディスプレ
イ装置が使用されている。
【００１０】アナログ回路11は、アナログ/ デジタル変
換器（Ａ／Ｄ変換器）14への入力信号としてアナログデ
ータ信号を線13上に出力する。到来信号が、コンピュー
タグラフィックディスプレイに使用されなければならな
い時、到来信号は、恐らく、デジタル信号であり、Ａ／
Ｄ変換器14は必要ではない。アナログ回路11からのテレ
ビ信号は、液晶アレー16にディスプレイされるものであ
る。この液晶アレー16は、水平ｍ個の行にそして垂直ｎ
個の列に配置された液晶セル16ａ等の多数の画素エレメ
ントによって構成されている。液晶アレー16は、液晶セ
ルの垂直な列の各々に１つづつ設けられたｎ列のデータ
線17と、液晶セルの水平な行の各々に１つづつ設けられ
たｍ個の選択線を備える。
【００１１】Ａ／Ｄ変換器14は、複数の出力線22を有す
るデジタルメモリ手段に、輝度レベルまたはグレイコー
ドを出力する出力バス19を備える。デジタルメモリ手段
21の出力線22は、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変
換器）23、比較器24及び転送ゲート26を介して、液晶セ
ル16ａの列のデータ線17に印加される電圧を制御する。
従って、出力線22は各々、対応する転送ゲート26がオン
である時、選択線18の走査に従って特定の列の液晶セル
に印加される電圧を制御する。
【００１２】カウンタと、シフトレジスタの好ましい態
様のデジタルメモリ手段21を使用するディスプレイ装置
は、アメリカ合衆国特許第4,766,430 号及び第4,724,34
6 号に記載されており、その内容は参照して本明細書に
組み入れられる。基準ランプ発生器33は、出力線27に基
準ランプ電圧信号を出力する。出力線27は、液晶セルの
各列の比較器24に線32を介して接続されている。データ
ランプ発生器34は、各転送ゲート26に接続された出力線
28を介して、画素エレメントの列にデータランプを出力
する。図示した好ましい実施例では、転送ゲート26は薄
膜トランジスタであり、その制御電極は、線29によって
比較器24の出力に接続されている。
【００１３】動作時、デジタルメモリ手段21からのデジ
タル化された輝度信号は、出力線22を介してデジタル／
アナログ変換器23に入力される。デジタル／アナログ変
換器23の出力線31は、比較器24の一方の入力に接続され
ている。基準ランプ発生器33は、線32を介して、各比較
器24の他方の入力に基準ランプを出力する。基準ランプ
は非線形であり、テレビ受信装置または比較器24のどの
ような部分で発生したどのような非線形でも補正するこ
とができる。基準ランプ電圧がＤ／Ａ変換器23から入力
された輝度信号より低い時、比較器24の出力線29はハイ
レベルとなり、転送ゲート26はオンになる。出力線29の
電圧は、転送ゲートをオン／オフし、従って、転送ゲー
ト26の制御信号として働く。従って、データランプ発生
器34からの線28上のデータランプは、活性化された行内
にあって且つオンになった転送ゲート26に接続された各
画素エレメントに入力される。
【００１４】基準ランプ電圧のレベルがＤ／Ａ変換器23
からの輝度信号のレベルに達する時、比較器24の出力線
29はローレベルとなり、接続された転送ゲート26をオフ
にする。かくして、オフになった転送ゲートに接続され
た画素エレメントは、Ｄ／Ａ変換器23からのアナログ輝
度信号によって設定されたレベルにチャージされてい
る。
【００１５】図2 は、アナログ比較器24の好ましい実施
例を図示したものである。アナログ比較器24は、多数の
転送ゲート36〜41を含む。これらの転送ゲートは、図示
した好ましい実施例では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
である。Ｄ／Ａ変換器23の出力線31は、転送ゲート36へ
輝度信号を入力として出力する。従って、転送ゲート36
は、比較器24のデータ入力装置である。入力転送ゲート
36は、比較器24のデータ入力スイッチとして働く転送ゲ
ート37に接続されている。
【００１６】記憶コンデンサ43は、入力転送ゲート36と
スイッチング転送ゲート37との間のノードＤと、アース
とに接続されている。転送ゲート36へのデータ入力は、
コンデンサ43をデータレベルにチャージし、転送ゲート
37の制御電極がハイレベルにされた時、転送ゲート37は
オンになり、信号をノードＤからノードＡに転送する。
ディスプレイの全列のスイッチング転送ゲート37は、同
時に、オンになる。
【００１７】基準ランプ発生器33の出力線27を比較器24
に接続するように第1 図に図示されている線32は、基準
ランプ転送ゲート38に接続されており、この基準ランプ
転送ゲート38もノードＡに接続されている。基準ランプ
転送ゲート38は、基準ランプタイミングとノードＡのプ
リチャージのタイミングとを制御する。結合コンデンサ
44は、ノードＡをノードＢに接続する。ノードＢは、セ
ンサ転送ゲート39の制御電極に接続されており、このセ
ンサ転送ゲート39はノードＣとアースとの間に接続され
ている。転送ゲート39は、ノードＢの電圧のセンサとし
て働き、ノードＣの比較器出力電圧を制御する。しかし
ながら、ノードＢは結合コンデンサ44を介してノードＡ
に接続されているので、転送ゲート39は、実際には、ノ
ードＡの電圧を検出する。
【００１８】自動ゼロ転送ゲート41は、ノードＢ及びＣ
の間に配置されている。転送ゲート41がオンになると、
転送ゲート39の制御電極とドレインとが接続され、ノー
ドＢ及びＣの電圧が同じになる。スイッチング可能な負
荷40は、電源電圧Ｖ+ と出力ノードＣとの間に接続され
ている。このスイッチング可能な負荷40は、ＴＦＴとす
ることができる。そのスイッチング可能な負荷40の制御
電極は、負荷制御入力端子49に接続されている。
【００１９】第２図及び第４図を参照して、比較器24の
動作及びタイミングを説明する。ディスプレイ装置は長
い間オフであり、ちょうどオンになったとして、動作を
説明する。第4 図では、第1 ラインの時間51は、Ｔ。時
に始まり、65マイクロ秒間続く。長さが10マイクロ秒の
最初の期間55の間、入力転送ゲート36はオフになり、ス
イッチング転送ゲート37はオンになり、データをノード
ＤからノードＡに転送する。
【００２０】しかしながら、ディスプレイが最初にオン
になる時、ノードＤにはディスプレイのラインを生成さ
せるデータがなく、従って、第１ラインの時間の間、ノ
ードＤからノードＡに転送される電圧は、この時の電圧
の値であり、従って、作用が全くない。また、第１ライ
ンの時間の間、この時に使用できるデータがないので、
転送ゲート38、39、40及び41で生じる現象は重要性をも
たない。５マイクロ秒の期間56の間、スイッチング転送
ゲート37はオフになり、入力転送ゲート36はオンにな
る。この期間の間、ノードＤは、最大データ電圧、例え
ば、＋12Ｖにプリチャージされる。
【００２１】第1 ラインの時間の残りの50マイクロ秒の
期間57のある時、２マイクロ秒の期間54の間、入力転送
ゲート36はオンになり、ノードＤは、＋12Ｖから、線31
に現れているデータ電圧に低下させる。ノードＤのこの
状態は、Ｔ1 時の第２ラインの時間の開始まで、すなわ
ち、スイッチング転送ゲート37がオンになってノードＤ
からノードＡにデータを転送する時まで持続する。
【００２２】第２ラインの時間は、Ｔ1 時に始まり、明
らかに同時に発生する２組の期間52及び53に分けて図示
されている。第２ラインの時間52の期間は、同様な参照
番号によって示したように、第１ラインの時間51と同じ
であり、入力転送ゲート36とスイッチング転送ゲート37
に関係している。第２ラインの時間53の期間は、転送ゲ
ート37〜41に関係している。初期期間55の長さは10マイ
クロ秒であり、上記のように、この期間はノードＤから
ノードＡにデータが転送されるデータ転送期間である。
ノードＢは、結合コンデンサ44を介してノードＡに接続
されており、自動ゼロ転送ゲート41はこの期間の間オン
になる。
【００２３】ノードＡは、データ電圧にチャージし、一
方、ノードＢ及びＣは転送ゲート39の閾値電圧に再設定
する。アモルファスシリコンでは、閾値電圧は、様々な
電圧ストレスによって大きく変動するので、これは極め
て重要な特性である。従って、各センサ転送ゲート39
は、自動的に設定されるようにされ、閾値の変動の影響
を軽減する。10マイクロ秒の次の期間58の間、自動ゼロ
転送ゲート41はオフになる。そのとき、転送ゲート41の
寄生容量によって、ノードＢは数Ｖ低下する。センサ転
送ゲート39は、この期間にオフになる。
【００２４】スイッチング負荷40はオンになり、ノード
Ｃを電源端子48に現れている＋Ｖの電圧にプリチャージ
する。これによって、転送ゲート26はオンになり、デー
タ発生器34( 第１図) を介してデータ線17を放電させる
ことによって、データ線17を主ランプ開始電圧に再設定
する。次の32マイクロ秒の期間59の間に、基準ランプ転
送ゲート38はオンになり、ノードＡに基準ランプ電圧を
印加する。
【００２５】最初、ノードＡは、基準ランプによって低
くなり、従って、ノードＢもまた低くなる。基準ランプ
電圧が高くなると、ノードＡ及びＢの電圧もまた高くな
り、ノードＢがセンサ転送ゲー卜39の閾値電圧に達する
と、そのゲートがオンになる。ノードＢの電圧は上昇し
続け、そしてノードＣの電圧を徐々に低下させ、基準電
圧が転送ゲート26の閾値電圧に達すると、転送ゲート26
をオフにする。従って、オフになった転送ゲートと接続
された画素エレメントは、比較器24によって入力された
輝度信号によって設定されたレベルにチャージされてい
る。
【００２６】第2 ラインの期間の続く10マイクロ秒の期
間60は、選択線スキャナが水平線18の選択を解除し、次
の線のディスプレイを用意する時間を提供するために使
用される。第２ラインの時間53の最後の期間61の長さ
は、３マイクロ秒であり、この期間、基準ランプ発生器
の転送ゲート38はオンになり、ノードＡを前もって一３
Ｖの条件に設定する。この動作はノードＡの電圧を再設
定し、前のラインの時間から入力情報を消去する。3 マ
イクロ秒の期間54の開始時に、スイッチング可能な負荷
40は、また、短期間の間オンになり、ノードＣの電圧を
転送ゲート39の閾値電圧より高い電圧のレベルに上昇さ
せる。この短期間とは、3 マイクロ秒の期間より短いこ
とが好ましい。
【００２７】3 マイクロ秒の期間54では、自動ゼロ転送
ゲート41もまた、オンになり、後段でオフになるまでオ
ンのままである。自動ゼロ転送ゲート41がオンになる
と、ノードＢはノードＣに直接接続され、センサ転送ゲ
ート39は、スイッチング可能な負荷がオフになった後、
その閾値電圧に設定される。ノードＣ及びＤのプリチャ
ージは、プルダウン型の動作を生じさせ、それによっ
て、低移動度アモルファスシリコン技術またはポリシリ
コン技術のいずれかを使用して、比較器回路に必要な高
速動作を可能にすることができるので、重要な特徴であ
る。
【００２８】第３図には、ＣＭＯＳ技術を使用して製造
される比較器の実施例を図示した。ＣＭＯＳ比較器24'
では、第２図の実施例のセンサ転送ゲート39及びスイッ
チング可能な負荷40の代わりに、ＣＭＯＳインバータ54
が使用されている。また、自動ゼロ転送ゲート41に代わ
りに、ＣＭＯＳ転送ゲート55が使用される。また、第２
図の実施例の他の転送ゲート36、37、38及び26の代わり
に、ＣＭＯＳ転送ゲートを使用することができ、その基
本動作は第２図のアモルファスシリコン実施例の動作と
同様である。インバータ54は、ノードＢの電圧のセンサ
として働く。
【００２９】自動ゼロの間、出力ノードＣ及び入力ノー
ドＢは短絡され、インバータのトリガ点をそれ自体の遷
移点、通常、ＶDDの約２分の１の電圧に設定する。これ
によって、閾値電圧及び移動度等の装置のパラメータの
変動に対して検出器54が影響される度合いを小さくし
て、従って、装置の精度を大きくする。本発明によっ
て、カラーテレビのディスプレイに有効な動作速度を有
するディスプレイ装置に液晶等の同一基板に制御回路を
集積化するためにあらゆるシリコン技術を使用すること
ができるので、本発明は、従来技術に比較して大きな利
点を示す。本発明は、また、7 つの能動素子と２つのコ
ンデンサだけを使用して、アナログ信号による振幅を時
間に基づくデジタル信号に変換することのできる変換回
路を提供することによって、大きな利点がある。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、アモルファスシリコン
技術またはポリシリコン技術のいずれを使用しても製造
できる、ディスプレイ装置の画素エレメントに輝度信号
を供給する液晶駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】好ましい実施例を図示したものである。
【図２】第１図の好ましい実施例で使用される比較器回
路の好ましい実施例を図示したものである。
【図３】ＣＭＯＳ技術を使用した比較器回路の、好まし
い実施例を図示したものである。
【図４】第２図の比較器回路のタイミングを図示したも
のである。
【符号の説明】
１１ アナログ回路 １２ アンテナ １３ 線 １４ アナログ/ デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器） １６ 液晶アレー １７ データ線 １９ 出力バス ２１ デジタルメモリ手段 ２２ 出力線 ２３ デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器） ２４ 比較器 ２６ 転送ゲート ３３ 基準ランプ発生器 ３４ データランプ発生器 ３６ 入力転送ゲート ３７ 転送ゲート ３８ 基準ランプ転送ゲート ３９ センサ転送ゲート ４１ 自動ゼロ転送ゲート ４０ スイッチング可能な負荷 ４４ 結合コンデンサ ４９ 負荷制御入力端子 ５４ ＣＭＯＳインバータ ５５ ＣＭＯＳ転送ゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−279627（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−81091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09G 3/36 G02F 1/133 G09G 3/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 行及び列に配置された画素エレメントの
    マトリックスを備えるディスプレイ装置（１６）の画素
    エレメント（１６ａ）の個々の列（１７）にデータ信号
    を供給する装置において、 各々が閾値レベルを越えた制御信号に応答してオン／オ
    フにするための、線（３１）を通して輝度信号を供給す
    る手段（２３，２１，１４，１２）に接続されている制
    御電極（２９）を備える、画素エレメントの前記列に前
    記データ信号を個々に供給するために、画素エレメント
    の前記列（１７）を個々に活性化するように配置された
    複数の転送ゲート（２６）と、 前記線をハイの値にプリチャージするための手段（３
    ６、Ｄ，３７，４３）と、 前記転送ゲートを介して画素エレメントの前記列に前記
    データ信号を供給する手段とを、備えることを特徴とす
    る装置。
  2. 【請求項２】 上記プリチャージ手段は、電荷蓄積装置
    であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 上記電荷蓄積装置は、容量性であること
    を特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 上記信号転送ゲートは、固体素子である
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記固体素子装置は、薄膜トランジスタ
    であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
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