JP3723443B2 - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型表示装置に関するものであり、特に画素に対応して複数の保持回路が設けられたアクティブマトリクス型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、表示装置は携帯可能な表示装置、例えば携帯テレビ、携帯電話等が市場ニーズとして要求されている。かかる要求に応じて表示装置の小型化、軽量化、省消費電力化に対応すべく研究開発が盛んに行われている。
【0003】
図8に従来例に係る液晶表示装置(Liquid Crystal Display;LCD)の一画素電極の回路構成図を示す。絶縁性基板(不図示)上に、ゲート信号線51、ドレイン信号線61とが交差して形成されており、その交差部近傍に両信号線51、61に接続された選択画素選択TFT70が設けられている。選択画素選択TFT70のソース70sは液晶21の画素電極17に接続されている。
【0004】
また、画素電極17の電圧を1フィールド期間、保持するための補助容量85が設けられており、この補助容量85の一方の端子86は選択画素選択TFT70のソース70sに接続され、他方の電極87には各画素電極に共通の電位が印加されている。
【0005】
ここで、ゲート信号線51にゲート信号が印加されると、選択画素選択TFT70はオン状態となり、ドレイン信号線61からアナログ映像信号が画素電極17に伝達されると共に、補助容量85に保持される。画素電極17に印加された映像信号電圧が液晶21に印加され、その電圧に応じて液晶21が配向する。このような画素電極をマトリクス状に配置することによりLCDを得ることができる。
【0006】
従来のLCDは、動画像、静止画像に関係なく表示を得ることができる。かかるLCDに静止画像を表示する場合、例えば携帯電話の液晶表示部の一部に携帯電話を駆動するためのバッテリの残量表示として、乾電池の画像を表示することになる。
【0007】
しかしながら、上述した構成の液晶表示装置においては、静止画像を表示する場合であっても、動画像を表示する場合と同様に、ゲート信号で選択画素選択TFT70をオン状態にして、映像信号を各画素電極に再書き込みする必要が生じていた。
【0008】
そのため、ゲート信号及び映像信号等の駆動信号を発生するためのドライバ回路、及びドライバ回路の動作タイミングを制御するための各種信号を発生する外部LSIは常時動作するため、常に大きな電力を消費していた。このため、限られた電源しか備えていない携帯電話等では、その使用可能時間が短くなるという欠点があった。
【0009】
これに対して、各画素電極にスタティック型メモリを備えた液晶表示装置が特開平8−194205号に開示されている。同公報の一部を引用して説明する。図9は特開平8−194205号に開示されている保持回路付きアクティブマトリクス型表示装置の平面回路構成図である。ゲート信号線51と参照線52が行方向に、ドレイン信号線61が列方向に、それぞれ複数配置されている。そして、保持回路54と画素電極17間にはTFT53が設けられている。保持回路54に保持されたデータに基づいて表示を行うことにより、ゲートドライバ50、ドレインドライバ60を停止して消費電力を低減するものである。
【0010】
図10はこの液晶表示装置の一画素を示す回路構成図である。基板上に画素電極がマトリクス状に配置されており、画素電極17間には紙面左右方向にゲート信号線51が、上下方向にドレイン信号線61が配置されている。そしてゲート信号線51と平行に参照線52が配置され、ゲート信号線51とドレイン信号線61の交差部に保持回路54が設けられ、保持回路54と画素電極17間にはスイッチ素子53が設けられている。保持回路54は2段インバータ55,56を正帰還させた形のメモリ、即ちスタティック型メモリ(Static Random Access Memory;SRAM)をデジタル映像信号の保持回路として用いる。特にSRAMは、DRAMと異なり、データの保持にリフレッシュを必要としないので好適である。
【0011】
ここで、スタティック型メモリに保持された2値デジタル信号に応じて、スイッチ素子53は参照線Vrefと画素電極17との間の抵抗値を、保持回路54の出力に応じて制御し、液晶21のバイアス状態を調整している。一方、共通電極には交流信号Vcomを入力する。本装置は理想上、静止画像のように表示画像に変化がなければ、メモリへのリフレッシュは不要である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保持回路54にスタティックRAMを用いると、保持回路を構成するトランジスタの数は4つもしくは6つと多く、回路面積が大きい。そのようなスタティックRAMを画素電極17の間に配置すると、画素電極17の面積が小さくなって液晶表示装置の開口率が低下するか、一つの画素サイズを大きくせざるをえずに高精細化が困難であるという問題があった。
【0013】
そこで、本発明は、保持回路を有する表示装置において、特に通常の表示を行う時により高精細なアクティブマトリクス型表示装置を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、行列状に配置された複数の画素電極、画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、随時入力される映像信号に応じた画素電圧を画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、保持回路は、複数画素に1つ配置され、保持回路の一つからの出力は、複数の画素電極に供給されるアクティブマトリクス型表示装置である。
【0015】
さらに、保持回路は2画素に1つの割合で配置され、保持回路の出力は、2つの画素電極に供給される。
【0016】
さらに、保持回路は4画素に1つの割合で配置され、保持回路の出力は、4つの画素電極に供給される。
【0017】
また、行列状に配置された複数の画素電極、画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、随時入力される映像信号に応じた画素電圧を画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、保持回路の数は、画素電極の数に比較して少ないアクティブマトリクス型表示装置である。
【0018】
さらに、保持回路の数は、画素電極の数の1/2である。
【0019】
さらに、保持回路の数は、画素電極の数の1/4である。
【0020】
また、行列状に配置された複数の画素電極、画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、随時入力される映像信号に応じた画素電圧を画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、メモリ動作モード時の表示画素数は通常動作モード時の表示画素数よりも少ないアクティブマトリクス型表示装置である。
【0021】
さらに、メモリ動作モード時の画素数は、通常動作モード時の画素数の1/2である。
【0022】
さらに、メモリ動作モード時の画素数は、通常動作モード時の画素数の1/4である。
【0023】
さらに、前記保持回路は3値以上のデータを保持する多ビットのメモリである。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施形態に係る表示装置について説明する。図1に本発明の表示装置を液晶表示装置に応用した場合の回路構成図を示す。
【0025】
液晶表示パネル100には、絶縁基板10上に複数の画素電極17がマトリックス状に配置されている。そして、ゲート信号を供給するゲートドライバ50に接続された複数のゲート信号線51が一方向に配置されており、これらのゲート信号線51と交差する方向に複数のドレイン信号線61が配置されている。
【0026】
ドレイン信号線61には、ドレインドライバ60から出力されるサンプリングパルスのタイミングに応じて、サンプリングトランジスタSP1,SP2,…,SPnがオンし、データ信号線62のデータ信号(アナログ映像信号又はデジタル映像信号)が供給される。
【0027】
ゲートドライバ50は、あるゲート信号線51を選択し、これにゲート信号を供給する。選択された行の画素電極17にはドレイン信号線61からデータ信号が供給される。
【0028】
以下、各画素の詳細な構成について説明する。ゲート信号線51とドレイン信号線61の交差部近傍には、Pチャネル型回路選択TFT41及びNチャネル型回路選択TFT42から成る回路選択回路40が設けられている。回路選択TFT41,42の両ドレインはドレイン信号線61に接続されると共に、それらの両ゲートは回路選択信号線88に接続されている。回路選択TFT41,42は、選択信号線88からの選択信号に応じていずれか一方がオンする。また、後述するように回路選択回路40と対を成して、回路選択回路43が設けられている。回路選択回路40、43は、それぞれのトランジスタが相補的に動作すればよく、Pチャネル、Nチャネルは逆でももちろんよい。また、回路選択回路40、43はいずれか一方のみを省略することもできる。
【0029】
これにより、後述する通常動作モードであるアナログ映像信号表示(フルカラー動画像対応)とメモリ動作モードであるデジタル映像表示(低消費電力、静止画像対応)とを選択して切換えることが可能となる。また、回路選択回路40に隣接して、Nチャネル型画素選択TFT71及びNチャネル型TFT72から成る画素選択回路70が配置されている。画素選択TFT71,72はそれぞれ回路選択回路40の回路選択TFT41,42と縦列に接続されると共に、それらのゲートにはゲート信号線51が接続されている。画素選択TFT71,72はゲート信号線51からのゲート信号に応じて両方が同時にオンするように構成されている。画素選択回路70は回路選択回路40よりもドレイン信号線61側に配置しても良い。この場合、画素選択TFT71、72を1個のTFTで代用することもできる。
【0030】
また、アナログ映像信号を保持するための補助容量85が設けられている。補助容量85の一方の電極は画素選択TFT71のソースに接続されている。他方の電極は共通の補助容量線87に接続され、バイアス電圧Vscが供給されている。また、画素選択TFT71のソースは回路選択TFT44及びコンタクト16を介して画素電極17に接続されている。ゲート信号によって画素選択TFT70のゲートが開くと、ドレイン信号線61から供給されるアナログ映像信号はコンタクト16を介して画素電極17に入力され、画素電圧として液晶を駆動する。画素電圧は画素選択TFT71の選択が解除され、次に再び選択されるまでの1フィールド期間保持されなければならないが、液晶の容量のみでは、画素電圧は時間経過とともに次第に低下してしまい、1フィールド期間十分に保持されない。そうすると、その画素電圧の低下が表示むらとして現れてしまい良好な表示が得られなくなる。そこで画素電圧を1フィールド期間保持するために補助容量85を設けている。
【0031】
この補助容量85と画素電極17との間には、回路選択回路43のPチャネル型TFT44が設けられ、回路選択回路43の回路選択TFT41と同時にオンオフするように構成されている。回路選択TFT41がオンし、アナログ信号を随時供給して液晶を駆動する動作モードを通常動作モード、もしくはアナログ動作モードと呼ぶ。
【0032】
また、画素選択回路70のTFT72と画素電極17との間には、保持回路110が設けられている。保持回路110は、正帰還された2つのインバータ回路と信号選択回路120から成り、デジタル2値を保持するスタティック型メモリを構成している。
【0033】
また、信号選択回路120は、2つのインバータからの信号に応じて信号を選択する回路であって、2つのNチャネル型TFT121、122で構成されている。TFT121、122のゲートには2つのインバータからの相補的な出力信号がそれぞれ印加されているので、TFT121、122は相補的にオンオフする。
【0034】
ここで、TFT122がオンすると直流電圧の対向電極信号VCOM(信号A)が選択され、TFT121がオンするとその対向電極信号VCOMを中心とした交流電圧であって液晶を駆動するための交流駆動信号(信号B)が選択され、回路選択回路43のTFT45を介して、液晶21の画素電極17に供給される。回路選択TFT42がオンし、保持回路110に保持されたデータに基づいて表示をする動作モードをメモリモードもしくはデジタル動作モードと呼ぶ。
【0035】
上述した構成を要約すれば、画素選択素子である画素選択TFT71及びアナログ映像信号を保持する補助容量85から成る回路(アナログ表示回路)と、画素選択素子であるTFT72、2値のデジタル映像信号を保持する保持回路110から成る回路(デジタル表示回路)とが1つの画素電極内に設けられ、更に、これら2つの回路を選択するための回路選択回路40,43が設けられている。
【0036】
次に、液晶パネル100の周辺回路について説明する。液晶パネル100の絶縁性基板10とは別基板の外付け回路基板90には、パネル駆動用LSI91が設けられている。この外付け回路基板90のパネル駆動用LSI91から垂直スタート信号STVがゲートドライバ50に入力され、水平スタート信号STHがドレインドライバ60に入力される。また映像信号がデータ線62に入力される。
【0037】
次に、上述した構成の表示装置の駆動方法について説明する。
(1)通常動作モード(アナログ動作モード)の場合
モード信号に応じて、アナログ表示モードが選択されると、LSI91はデータ信号線62にアナログ信号を供給する状態に設定されると共に、回路選択信号線88の電位が「L」となり、回路選択回路40,43の回路選択TFT41,43がオンし、回路選択TFT42、45がオフする。
【0038】
また、水平スタート信号STHに基づくサンプリング信号に応じてサンプリングトランジスタSPが順次オンしデータ信号線62のアナログ映像信号がドレイン信号線61に供給される。
【0039】
また、垂直スタート信号STVに基づいて、ゲート信号がゲート信号線51に供給される。ゲート信号に応じて、画素選択TFT71がオンすると、ドレイン信号線61からアナログ映像信号An.Sigが画素電極17に伝達されると共に、補助容量85に保持される。画素電極17に印加された映像信号電圧が液晶21に印加され、その電圧に応じて液晶21が配向することにより液晶表示を得ることができる。
【0040】
このアナログ表示モードでは、随時入力されるアナログ信号に応じて随時液晶を駆動するので、フルカラーの動画像を表示するのに好適である。ただし、外付け回路基板90のLSI91、各ドライバ50,60にはそれらを駆動するために、絶えず電力が消費されている。
(2)メモリ動作モード(デジタル表示モード)の場合
モード信号に応じて、デジタル表示モードが選択されると、LSI91は映像信号をデジタル変換して上位1ビットを抽出したデジタルデータをデータ信号線62に出力する状態に設定されると共に、回路選択信号線88の電位が「H」となり、保持回路110が有効な状態になる。また、回路選択回路40,43の回路選択TFT41,44がオフすると共に、回路選択TFT42,45がオンする。
【0041】
また、外付け回路基板90のパネル駆動用LSI91から、ゲートドライバ50及びドレインドライバ60にスタート信号STHが入力される。それに応じてサンプリング信号が順次発生し、それぞれのサンプリング信号に応じてサンプリングトランジスタSP1,SP2,…,SPnが順にオンしてデジタル映像信号D.Sigをサンプリングして各ドレイン信号線61に供給する。
【0042】
ここで第1行、即ちゲート信号G1が印加されるゲートドレイン信号線61について説明する。まず、ゲート信号G1によってゲートドレイン信号線61に接続された各画素電極の各画素選択TFT72が1水平走査期間オンする。第1行第1列の画素電極に注目すると、サンプリング信号SP1によってサンプリングしたデジタル映像信号S11がドレイン信号線61に入力される。そして選択画素選択TFT72がゲート信号によってオン状態になるとそのデジタル信号D.Sigが保持回路110に入力され、2つのインバータによって保持される。
【0043】
このインバータで保持された信号は、信号選択回路120に入力されて、この信号選択回路120で信号A又は信号Bを選択して、その選択した信号が画素電極17に印加され、その電圧が液晶21に印加される。
【0044】
こうして1行目のゲート信号線から最終行のゲート信号線まで走査することにより、1画面分(1フィールド期間)のスキャン、即ち全ドットスキャンが終了し1画面が表示される。
【0045】
ここで、1画面が表示されると、ゲートドライバ50並びにドレインドライバ60及び外付けのパネル駆動用LSI91への電圧供給を停止しそれらの駆動を止める。保持回路110には常に駆動電圧VDD,VSSを供給して駆動し、また対向電極電圧を対向電極32に、各信号A及びBを選択回路120に供給する。
【0046】
即ち、保持回路110にこの保持回路を駆動するための駆動電圧VDD、VSSを供給し、対向電極には対向電極電圧VCOMを印加し、液晶表示パネル100がノーマリーホワイト(NW)の場合には、信号Aには対向電極電圧と同じ電位の交流駆動電圧を印加し、信号Bには液晶を駆動するための交流電圧(例えば60Hz)を印加するのみである。そうすることにより、1画面分を保持して静止画像として表示することができる。また他のゲートドライバ50、ドレインドライバ60及び外付けLSI91には電圧が印加されていない状態である。
【0047】
このとき、ドレイン信号線61にデジタル映像信号で「H(ハイ)」が保持回路110に入力された場合には、信号選択回路120において第1のTFT121には「L」が入力されることになるので第1のTFT121はオフとなり、他方の第2のTFT122には「H」が入力されることになるので第2のTFT122はオンとなる。そうすると、信号Bが選択されて液晶には信号Bの電圧が印加される。即ち、信号Bの交流電圧が印加され、液晶が電界によって立ち上がるため、NWの表示パネルでは表示としては黒表示として観察できる。
【0048】
ドレイン信号線61にデジタル映像信号で「L」が保持回路110に入力された場合には、信号選択回路120において第1のTFT121には「H」が入力されることになるので第1のTFT121はオンとなり、他方の第2のTFT122には「L」が入力されることになるので第2のTFT122はオフとなる。そうすると、信号Aが選択されて液晶には信号Aの電圧が印加される。即ち、対向電極32と同じ電圧が印加されるため、電界が発生せず液晶は立ち上がらないため、NWの表示パネルでは表示としては白表示として観察できる。
【0049】
このように、1画面分を書き込みそれを保持することにより静止画像として表示できるが、その場合には、各ドライバ50,60及びLSI91の駆動を停止するので、その分低消費電力化することができる。
【0050】
上記実施形態では、保持回路110は1ビットのみを保持するが、もちろん保持回路110を多ビット化すれば、メモリ動作モードで階調表示を行うこともできるし、保持回路110をアナログ値を記憶するメモリとすれば、メモリ動作モードでのフルカラー表示もできる。
【0051】
上述したように、本発明の実施形態によれば、1つの液晶表示パネル100でフルカラーの動画像表示(アナログ表示モードの場合)と、低消費電力のデジタル階調表示(デジタル表示モードの場合)という2種類の表示に対応することができる。
【0052】
次に、第1の実施形態のレイアウトについて、図2を用いて説明する。図2は本実施形態のレイアウトを示す概念図である。回路選択回路のPチャネル回路選択TFT41、NチャネルTFT42、画素選択回路のNチャネル画素選択TFT71、72、回路選択回路のPチャネルTFT44が直列に接続され、画素電極17にコンタクト16を介して接続されているとともに補助容量85に接続されている。また、回路選択TFT42、画素選択TFT72、保持回路110、回路選択回路のNチャネルTFT45がコンタクト16を介して画素電極17に接続されている。以上の構成はいずれも画素電極17に重畳して配置されている。なお、保持回路110に接続される各電源線は省略した。本実施形態は、各画素毎に保持回路110が配置されている。
【0053】
ところで、本実施形態のLCDは反射型LCDである。本実施形態の反射型LCDの図2A−A’線断面図を図3に示す。一方の絶縁性基板10上に、多結晶シリコンから成り島化された半導体層11が配置され、その上をゲート絶縁膜12が覆って配置されている。半導体層11の上方であってゲート絶縁膜12上にはゲート電極13が配置され、このゲート電極13の両側に位置する下層の半導体層11には、ソース及びドレインが形成されている。ゲート電極13及びゲート絶縁膜12上にはこれらを覆って層間絶縁膜14が形成されている。そしてそのドレイン及びソースに対応した位置にはコンタクトが形成されており、そのコンタクトを介してドレインは画素選択TFT71に、ソースはコンタクト16を介して画素電極17に、それぞれ接続されている。平坦化絶縁膜15上に形成された各表示電極17はアルミニウム(Al)等の反射材料から成っている。各表示電極17及び平坦化絶縁膜15上には液晶21を配向するポリイミド等から成る配向膜20が形成されている。
【0054】
他方の絶縁性基板30上には、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色を呈するカラーフィルタ31、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電性膜から成る対向電極32、及び液晶21を配向する配向膜33が順に形成されている。もちろんカラー表示としない場合には、カラーフィルタ31は不要である。
【0055】
こうして形成された一対の絶縁性基板10,30の周辺を接着性シール材によって接着し、それによって形成された空隙に液晶21が充填されている。
【0056】
反射型LCDでは、図中点線矢印で示すように、絶縁性基板30側から入射した外光が表示電極17によって反射されて、観察者1側に出射し、表示を観察することができる。
【0057】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。一般的に、表示装置には、高精細化、即ち画素数を増やしたり、画素数を維持したまま小型化したりする要求がある。しかし、保持回路110は、第1の実施形態で示したように、SRAMで構成されている。SRAMは複数のTFTの組み合わせによって構成できる保持回路であり、動作電圧も低いため、表示装置の駆動回路とともにガラス基板上に作り込むには適した保持回路である。一方、SRAM一つを構成するのに必要なトランジスタは4つ乃至6つであり、一定の回路面積を必要とする。そのような保持回路110を各画素毎に配置すれば、画素ピッチは少なくともこの保持回路110が入る大きさとする必要があり、保持回路110を有さない通常の表示装置の画素ピッチに比較して数倍の大きさが必要となる。これに対し本実施形態では、複数画素に1つの割合で保持回路を配置し、より高精細化するものである。
【0058】
図4に本発明のレイアウト概念図を示す。図4には、画素電極17a、17bに対応する2画素が示されている。画素電極17a、17bそれぞれに回路選択TFT41、画素選択TFT71、回路選択TFT44が直列に接続されているとともに補助容量85が接続されている。以上の構成は第1の実施形態と全く同様である。以降、これらの構成を総称して通常動作回路と言うことがある。この通常動作回路によって、通常動作モード(アナログ動作モード)時、各画素毎に表示を行う。各列毎に配置されたドレイン信号線61からそれぞれの画素に対応した映像信号が画素電極17a、17bに入力され、各画素毎の表示を行う。
【0059】
本実施形態の特徴とするところは、保持回路110が2画素にまたがって配置されており、2画素で1つの保持回路110を共有している点にある。以下に、この点について詳しく説明する。
【0060】
保持回路110は、回路選択TFT42を介してドレイン信号線61aに接続され、保持回路110から出力される映像信号は、回路選択TFT45a、45bを介してそれぞれの画素電極17a、17bに入力される。そして、通常動作モードの時に画素電極17bに映像信号を供給していたドレイン信号線61bには保持回路110は接続されていない。そして、図示しないドレインドライバ60はドレイン信号線61に対して一本おきに出力する。また、出力する映像信号は、2本のドレイン信号線61の映像信号より算出される中間値に応じた信号である。
【0061】
即ち、メモリ動作モード(デジタル表示モード)の場合、2つの画素電極17a、17bには通常動作モード時にこれらに供給される映像信号の中間の映像信号が共通して供給され、ドレイン信号線61bはとばされるので、画素電極17aと17bとは、いわば一つの画素として振る舞う。このように、2画素を1画素として扱い、擬似的に「画素数」を落として表示を行う。
【0062】
本実施形態によれば、回路面積を必要とする保持回路110を二つの画素で共有しているので、画素配置をより密に、即ち表示装置をより高精細にすることができる。また、メモリ動作モード時に動作させるSRAMの数は、通常モード時の画素数の1/2、特に、列数が1/2である。従って、ドレインドライバ60の動作周波数をさらに低くすることが可能であり、各画素にSRAMを配置する第1の実施形態に比較して、SRAMの数が少ないので、メモリ動作モード時に移行する時の書き込むSRAMの数が少なく、また、メモリ動作モード時にSRAMの洩れ電流が少ないので、消費電力をさらに削減することができる。
【0063】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5に本発明のレイアウト概念図を示す。図5には、4画素が示されている。画素電極17a、17b、17c、17dそれぞれに回路選択TFT41、画素選択TFT71、回路選択TFT44、補助容量85よりなる通常動作回路が配置されている。
【0064】
第3の実施形態の特徴とするところは、4画素で1つの保持回路110を共有している点である。そして、保持回路110の出力は、回路選択TFT45a、45b、45c、45dを介してそれぞれの画素電極17a、17b、17c、17dに供給される。各構成要件は第1、第2の実施形態と同様であるので詳述は省略する。
【0065】
また、本実施形態において、図面1行目と2行目の画素に配置される回路選択TFT41、画素選択TFT71、回路選択TFT44、補助容量85の配置を比較すると、行間を軸として線対称に配置されている。これによって、各画素の行間側の領域に保持回路110のためのまとまったスペースを確保している。
【0066】
本実施形態においても、通常動作モードの場合は、通常動作回路を用いて各画素毎に表示を行う。そして、メモリ動作モード時には、4画素を一つの画素として、画素数を落とした表示を行う。本実施形態において、一つの画素電極に配置されるのは保持回路の1/4程度であるので、一画素あたりに配置される保持回路の面積はさほど大きくない。従って、第2の実施形態に比較して画素配置をさらに密にし、高精細化することができる。そして、通常動作モード時に高精細な表示を行った上で、メモリ動作モード時には消費電流を削減して表示を行うことができる。また、メモリ動作モード時に動作させるSRAMは、通常モード時の画素数の1/4である。第2の実施形態と同様、ドレインドライバの動作周波数を低下させることができるだけでなく、走査するゲート信号線51も1/2になるので、ゲートドライバ50の動作周波数も低下させることができるので、第2の実施形態に比較して、メモリ動作モード時の消費電流をさらに削減することができる。
【0067】
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図6に本発明のレイアウト概念図を示す。本実施形態は、カラー表示を行う表示装置である。カラー表示装置の場合、例えばRGB3色の画素を一つの絵素として用いる。図6には、2絵素、6画素が示されている。以下では、各絵素、画素の構成を特に区別する場合、第1の絵素に対応するRGBの画素にはそれぞれR1、G1、B1、第2の絵素はそれぞれR2、G2、B2を図番の後に付記して区別する。
【0068】
各画素には、6つの画素電極17と、これに接続される通常動作回路200が配置されている。通常動作回路200は、図面簡略化のために上記各実施例における回路選択TFT41、画素選択TFT71、回路選択TFT44、補助容量85をまとめて表したものであり、上記各実施形態と構成上の差違はない。そして、それぞれ2画素にまたがって保持回路110R、110G、110Bが配置されている。中央の2画素に配置された保持回路110Rは、赤の映像信号に応じたデータを保持する。保持回路110Rは、ドレイン信号線61R2にTFT42Rを介して接続されている。保持回路110Rの出力は、左端と中央のRに対応する画素電極17R1、17R2それぞれにTFT45R1、45R2を介して供給される。ただし、出力の配線は図面簡略のため省略した。同様に、左端の2画素にまたがって配置された保持回路110Gは、緑の映像信号に応じたデータを保持し、ドレイン信号線61G1にTFT42Gを介して接続され、その出力はTFT45G1、45G2を介して画素電極17G1、17G2に供給される。右端の2画素にまたがって配置された保持回路110Bは、青の映像信号に応じたデータを保持し、ドレイン信号線61B2にTFT42Bを介して接続され、その出力はTFT45B1、45B2を介して画素電極17B1、17B2に供給される。
【0069】
本実施形態の動作について説明する。まず通常動作モード時、6つの画素電極それぞれに、各通常動作回路200を介して接続されるドレイン信号線61から映像信号が供給され、2絵素6画素として動作する。次に、メモリ動作モード時、ドレイン信号線61R2、61G1、61B2から供給される信号を保持回路110R、G、Bが保持し、それぞれTFT45を介して接続された2つの画素電極17に同じ信号を出力する。従ってメモリ動作時には、図示した画素は、1絵素3画素として動作する。
【0070】
本実施形態の動作は、上記第2の実施形態の動作と比較すれば理解しやすい。即ち、保持回路110は2画素に一つ配置され、2画素で共有されている点で第2の実施形態と一致する。第2の実施形態と異なる点は、第2の実施形態では保持回路110が接続される2つの画素電極に重畳していたのに対し、本実施形態では、保持回路110が配置される画素の片方が、別の色の画素であり、保持回路110の配置とその保持回路110が信号を供給する画素電極17の配置とが異なっていることである。例えば、Rに対応する保持回路110Rは、画素電極17B1と17R2に重ねて配置されているが、その出力は画素電極17R1、17R2にされているのである。
【0071】
このように配置することによって、カラーの表示装置において、通常動作モードにおいては、各画素毎に表示することによって高精細な表示を行い、メモリ動作モードの場合、二つの画素、画素電極17R1と17R2とを、いわば一つの画素として扱う。従って、本実施形態によれば、保持回路110を二つの画素で共有し、画素配置をより密に、高精細にすることができる。そして、メモリ動作モード時は、「画素数」を減らし、消費電力を削減することができる。また、メモリ動作モード時に動作させるSRAMは、通常モード時の画素数の1/2である。従って、ドレインドライバ60の動作周波数をさらに低くすることも可能であり、各画素にSRAMを配置する第1の実施形態に比較して、メモリ動作モード時の消費電流をさらに削減することができる。また、通常動作モードからメモリ動作モードに移行する時、全ての保持回路110に表示データを書き込む必要があるが、この書き込み時に一定の電力を消費する。保持回路110の数が少なければメモリ動作モードへの移行時の消費電力も削減することができる。
【0072】
ところで、本実施形態において、画素はRGBの順で配置されているのに対し、保持回路110はGRBの順で配置されている。こうすることによって、各色のドレイン信号線61とその色の保持回路110とを隣接して配置することができる。もしも保持回路110の配置順を画素の配置順と同じRGBの順にすると、左端に配置される保持回路110Rと右端に配置される保持回路110Bは、それぞれドレイン配線61R1、61B2と接続することができるが、中央に配置される保持回路110Gは、ドレイン信号線61B1、61R2の間に配置されることになり、どちらかの配線をまたがる配線としなければ、ドレイン信号線61G1、61G2いずれにも接続することができない。これに対し、本実施形態のように、保持回路の配置順をGRBとすれば、全ての保持回路110が重なる画素の片方は、同色であり、保持回路に同色のドレイン信号線61が隣接して配置されるので、ドレイン信号線をまたがる配線をする必要がない。保持回路110の配置順は、RBGの順としてもよい。
【0073】
また、本実施形態において、隣接する画素の通常動作回路200の回路配置は線対称である。即ち、画素電極17R1に接続される通常動作回路200aに対し、画素電極17G1に接続される通常動作回路200bは、回路構成は同じで、画素の列間を軸として線対称に配置されている。そして、例えば画素電極17R1と17G1の間にはドレイン信号線は配置されず、画素電極17G1と17B1との間に2本のドレイン信号線61G1、61B1が配置されている。本実施形態においても、第2の実施形態、図4で説明したように、各画素電極間にドレイン信号線61を配置してもよい。これらの配置には、それぞれ長所と短所がある。保持回路110とドレイン信号線61とが交差すると、ドレイン信号線61から生じる電界などにより、保持回路110が誤動作する恐れがある。これに対し、図6のように配置することで、保持回路110とドレイン信号線61が交差することを防ぎ、保持回路110の誤動作を防止できる。逆に、ドレイン信号線61G1と61B1とが隣接して配置されるため、この間でカップリングが生じる恐れがある。このため、配線間隔を適切に設定する必要がある。図4に示したように各画素間にドレイン信号線61を配置すれば、カップリングが生じる恐れは少ない。これらの長所と短所は互いに相殺する関係にあるが、生じる問題は、レイアウトや各種膜厚を調整することでも解決できるので、いずれのレイアウトを採用するかは任意である。
【0074】
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図7に本発明のレイアウト概念図を示す。本実施形態もカラー表示装置である。図7には、4絵素、12画素が示されている。以下では、各絵素、画素の構成を特に区別する場合、RGBの色表記と1から12の数字を図番の後に付記して区別する。各画素には、第4の実施形態と同様、通常動作モード時に動作する通常動作回路200が配置され、通常動作モードにおいては上述した各実施形態と同様、各画素毎に動作する。
【0075】
そして、それぞれ4画素にまたがって保持回路110R、110G、110Bが配置されている。中央の4画素に配置された保持回路110Rは、ドレイン信号線61R2にTFT42Rを介して接続されている。保持回路110Rの出力は、左端と中央の列、2行の4つの画素電極17R1、17R2、17R3、17R4それぞれにTFT45R1、45R2、45R3、45R4を介して供給される。ただし、その配線は図面簡略のため省略した。保持回路110G、110Bについても同様に、それぞれ4つの画素電極に出力されている。
【0076】
本実施形態の動作について説明する。まず通常動作モード時、6つの画素電極それぞれに、通常動作回路200を介してそれぞれのドレイン信号線61から映像信号が供給され、4絵素12画素として動作する。次に、メモリ動作モード時、ドレイン信号線61R2、61G1、61B2から供給される信号を保持回路110R、G、Bが保持し、それぞれ4画素に同じ信号を出力する。従ってメモリ動作時には、図示した画素は、1絵素3画素として動作する。
【0077】
本実施形態の動作は、上記第3の実施形態の動作と比較すれば理解しやすい。即ち、保持回路110は4画素に一つ配置され、4画素で共有されている点で第3の実施形態と一致する。そして、本実施形態では、保持回路110Rが画素電極17B1、B3、R2、R4に配置され、画素電極17R1、R2、R3、R4に出力する点で異なっている。また、本実施形態と第4の実施形態との差違は、第2、第3の実施形態差違と同様である。即ち、2行目の画素に配置される通常動作回路200c、200dは1行目の画素に配置される通常動作回路200a、200bと同じ構成であり、行間を軸として線対称に配置されている。これによって、4つの画素の中央に保持回路110を配置するためのスペースを確保している。
【0078】
本実施形態においても、通常動作モードの場合は、各画素毎に表示を行う。そして、メモリ動作モード時には、4画素を一つの画素として、画素数を落とした表示を行う。本実施形態において、一つの画素電極に配置されるのは保持回路の1/4程度であるので、一画素あたりに配置される保持回路の面積はさほど大きくない。従って、第2の実施形態に比較して画素配置をさらに密にし、高精細化することができる。そして、通常動作モード時に高精細な表示を行った上で、メモリ動作モード時には消費電流を削減して表示を行うことができる。また、メモリ動作モード時に動作させるSRAMは、通常モード時の画素数の1/4である。第3の実施形態と同様、ドレインドライバ60、ゲートドライバ50の動作周波数を低下させることができるので、第4の実施形態に比較して、通常動作モード時からメモリ動作モード時への移行時や、メモリ動作モード時の消費電流をさらに削減することができる。
【0079】
次に第6の実施形態について説明する。第1〜第5の実施形態では、保持回路110は、全て2値を記憶する1ビットSRAMを例示して説明したが、本発明は、3値以上を記憶する多ビットメモリや、アナログ値を保持するアナログメモリでも同様に実施することができ、より効果的である。図11に示したアクティブマトリクス表示装置は、保持回路110として、4値を記憶する2ビットメモリを有する。2ビットメモリは、2つのSRAMを組み合わせた構成であり、信号A、B、C、Dの互いに異なる4値の参照電圧が入力される。ドレイン信号線61は、各画素61a、61bの2本ずつ配置される。
【0080】
ドレイン信号線61a、61bがハイの時、インバータ回路111、113からロウがトランジスタ120a、b、e、fに出力され、オフとなる。そしてインバータ回路112、114からハイがトランジスタ120c、d、g、hに出力され、オンとなる。それによってトランジスタ120c、gを介して信号Aが液晶21に供給される。同様に、ドレイン信号線61aがハイ、61bがロウの時、トランジスタ120d,eがオンして信号Cが液晶21に供給される。ドレイン信号線61aがロウ、61bがハイの時、トランジスタ120a,hがオンして信号Bが液晶21に供給される。ドレイン信号線61aがロウ、61bがロウの時、トランジスタ120b,fがオンして信号Dが液晶21に供給される。
【0081】
このようにして、保持回路110が保持した4値のデータに基づいて信号A、B、C、Dを選択して液晶21に供給することで、4階調の画像を得ることができる。なお、図11において、通常動作回路200は、図面簡略化のために図示を省略したが、図2、4、5、6、7に示したレイアウトと全く同様、複数画素に配置し、高精細化、省電力化することができる。
【0082】
図1と図11とを比較すれば明らかなように、一般的に保持回路110を多値化すると、回路規模は大きくなる。しかし、4画素で1つの保持回路110を共有すれば、画素サイズを縮小し、通常動作モードでの高精細表示が可能となる。大きな回路面積を必要とする保持回路110を複数画素で共有するという本発明の技術的思想は、より回路規模が大きい多値の保持回路110に適用してさらに効果的であるといえる。
【0083】
また、上記実施形態を比較すれば明らかなように、保持回路110をいくつの画素で共有するかは、任意である。より多くの画素で保持回路110を共有すれば、一画素あたりに配置する保持回路110の面積を縮小でき、画素電極をより密に配置することができ、通常動作時の表示をより高精細にすることができる。また、より多くの画素で保持回路110を共有すれば、メモリ動作時に動作させる保持回路110の数を少なくすることができるので、その分だけメモリ動作時の消費電力を削減することができる。もちろん、保持回路110の数が少なくなれば、メモリ動作モード時における表示「画素数」は少なくなるので、メモリ動作モード時の表示品質は低下する。いくつの画素で保持回路110を共有するかは、通常動作モード時とメモリ動作モード時との表示品質、消費電流とを比較して最適に選択すればよい。ただし、行方向に並んだ3画素で一つの保持回路110を配置すると、保持回路110のためのスペースが行方向に長い領域となるため、2画素、もしくは4画素で1つの保持回路110を配置するのが最適である。
【0084】
また、上記実施形態では、保持回路110を複数画素に1つ配置し、この出力を複数の画素電極17に供給し、メモリ動作モードにおいて擬似的に「画素数」を減らした実施形態を説明したが、保持回路110の出力を1つの画素電極17に出力し、残りの画素電極は一定の電圧を印加して黒表示に固定してもよい。(ノーマリーブラックの場合は残りの画素電極を接地して黒に固定する。)こうすれば、保持回路110の出力を1つの画素電極のみに配線し、他の画素に接続する配線を省略することができ、回路面積をさらに縮小し、通常動作モード時の表示をさらに高精細化することができる。もちろん、黒に固定される画素によって、表示は全体的に暗くなるが、そもそもメモリ動作モードは、携帯電話などで一定時間走査されなかったときに、消費電力を削減するためのモードであり、メモリ動作モードにおいて画面が暗くなっても問題とならない場合が多い。しかも、メモリ動作モード時に、表示する画素の実数を減らすことによって、保持回路110の出力である信号Aの駆動能力が低くても動作可能となるため、さらに消費電力を削減することができる。
【0085】
上記実施形態において、保持回路110が重畳する画素電極17の少なくとも一つはその保持回路が接続される画素電極17として説明したが、保持回路110の配置は、画素電極17の配置と一致させる必要は必ずしもない。ただし、あまり保持回路110と画素電極17との距離を遠くに配置すると、接続する配線が長くなり、レイアウトがしにくい上、配線でノイズを拾う可能性がある。従って、保持回路110が重畳する画素電極17の少なくとも一つはその保持回路が接続される画素電極17とした方が、より好適である。
【0086】
上記実施形態では、反射型LCDを用いて説明したが、もちろん透過型LCDに適用し、透明な画素電極と保持回路とを重畳して配置することも可能である。しかし透過型LCDでは、金属配線が配置されているところは遮光されるので、開口率の低下が避けられない。また、透過型LCDで画素電極の下に保持回路を配置すると、透過する光によって保持回路や選択回路のトランジスタが誤動作する恐れがあるため、全てのトランジスタのゲート上に遮光膜を儲ける必要がある。従って、透過型LCDでは開口率を高くすることが困難である。これに対し、反射型LCDは、画素電極下にどのような回路が配置されても開口率に影響を与えることはない。更に、透過型の液晶表示装置のように、観察者側と反対側にいわゆるバックライトを用いる必要が無いため、バックライトを点灯させるための電力を必要としない。保持回路付きLCDのそもそもの目的が消費電力の削減であるから、本発明の表示装置としては、バックライト不要で低消費電力化に適した反射型LCDであることが好ましい。
【0087】
また、上記実施形態は、液晶表示装置を用いて説明したが、本発明はこれにとらわれるものではなく、有機EL表示装置や、LED表示装置など、様々な表示装置に適用することができる。
【0088】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアクティブマトリクス型表示装置は、保持回路が、例えば2画素、4画素といった複数画素に1つ配置され、保持回路の一つからの出力は、複数の画素電極に供給されるので、回路面積を必要とする保持回路の数を削減でき、画素電極をより密に配置できるので、通常動作モード時の表示を高精細にすることができる。
【0089】
また、メモリ動作モード時の表示画素数は通常動作モード時の表示画素数よりも少ないので、メモリ動作モード時に動作させる保持回路が少なく、通常動作モードからメモリ動作モードへの移行時及びメモリ動作モード時の消費電力を削減できる。
【0090】
さらに、前記保持回路は3値以上のデータを保持する多ビットのメモリであるので、保持回路の回路規模が大きいため、より顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の平面レイアウトを示す概念図である。
【図3】本発明の実施形態の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の平面レイアウトを示す概念図である。
【図5】本発明の第3の実施形態の平面レイアウトを示す概念図である。
【図6】本発明の第4の実施形態の平面レイアウトを示す概念図である。
【図7】本発明の第5の実施形態の平面レイアウトを示す概念図である。
【図8】液晶表示装置の1画素を示す回路図である。
【図9】従来の保持回路付き表示装置を示す回路図である。
【図10】従来の保持回路付き液晶表示装置の1画素を示す回路図である。
【図11】本発明の第6の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
17 画素電極
40、43 回路選択回路
70 画素選択回路
85 補助容量
110 保持回路

Claims (10)

  1. 行列状に配置された複数の画素電極、前記画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、
    随時入力される映像信号に応じた画素電圧を前記画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、前記保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記保持回路は、複数画素に1つ配置され、
    前記保持回路それぞれの出力は、複数の画素電極に供給されることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  2. 前記保持回路は2画素に1つの割合で配置され、
    前記保持回路の出力は、2つの画素電極に供給されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  3. 前記保持回路は4画素に1つの割合で配置され、
    前記保持回路の出力は、4つの画素電極に供給されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  4. 行列状に配置された複数の画素電極、前記画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、
    随時入力される映像信号に応じた画素電圧を前記画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、前記保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記保持回路の数は、前記画素電極の数に比較して少ないことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  5. 前記保持回路の数は、前記画素電極の数の1/2であることを特徴とする請求項4に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  6. 前記保持回路の数は、前記画素電極の数の1/4であることを特徴とする請求項4に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
  7. 行列状に配置された複数の画素電極、前記画素電極に対応して配置された複数の保持回路を備え、
    随時入力される映像信号に応じた画素電圧を前記画素電極に随時印加して表示する通常動作モードと、前記保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、
    前記前記メモリ動作モード時の表示画素数は前記通常動作モード時の表示画素数よりも少ないことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
  8. 前記メモリ動作モード時の画素数は、前記通常動作モード時の画素数の1/2であることを特徴とする請求項7に記載のアクティブマトリクス表示装置。
  9. 前記メモリ動作モード時の画素数は、前記通常動作モード時の画素数の1/4であることを特徴とする請求項7に記載のアクティブマトリクス表示装置。
  10. 前記保持回路は3値以上のデータを保持する多ビットのメモリであることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載のアクティブマトリクス表示装置。
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