JP3758476B2 - 電気光学装置及びそれを有する電子機器並びに投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）駆動によるマトリクス駆動方式の液晶装置等の電気光学装置及びこれを用いた電子機器の技術分野に属し、特に、データ線を駆動するサンプリング回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＴＦＴ駆動によるアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置においては、縦横に夫々配列された多数の走査線およびデータ線、並びにこれらの各交点に対応して多数の画素電極がＴＦＴアレイ基板上に設けられている。そして、これらに加えて、サンプリング回路、プリチャージ回路、走査線駆動回路、データ線駆動回路、検査回路などのＴＦＴを構成要素とする各種の周辺回路がこのようなＴＦＴアレイ基板上に設けられる場合がある。
【０００３】
これらの周辺回路のうち、サンプリング回路は高周波数の画像信号を各データ線に所定のタイミングで安定的に走査信号と同期して供給するために、画像信号をサンプリングする回路である。
【０００４】
図６には従来技術によるサンプリング回路およびそれに接続されるデータ線駆動回路と各配線、図７には図６に示したサンプリング回路の部分レイアウト図を示す。サンプリング回路７は、データ線駆動回路６からのサンプリング信号Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎに従い、画像信号線Ｖ１〜Ｖ４に印加される４系統の画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ４をデータ線３にサンプリングする。この画像信号線Ｖ１〜Ｖ４は、互いに交差する必要があるため、入力端子Ｔ１〜Ｔ４からサンプリング回路７まで同一の導電膜（例えば、低抵抗金属のアルミニウム膜等）で構成することができない。そこで、画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ４をまずアルミニウム膜からなる画像信号線Ｖ１〜Ｖ４でサンプリング回路７の近傍まで伝送し、ここで絶縁膜を介して交差する他の導電膜（例えば、ポリシリコン膜等）からなる中継用接続配線Ｈ１〜Ｈ４に乗り換え、再びアルミニウム膜からなるサンプリング用ＴＦＴ２６のソース電極Ｓ１〜Ｓ４（もしくはドレイン電極）に伝送されるように構成していた。尚、図中、サンプリング信号線Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎは、中継用配線Ｈ１〜Ｈ４と同一材料のポリシリコン膜等で形成される。
【０００５】
本従来例では画像信号は４系統の信号に相展開されているが、この相展開数はサンプリング回路のサンプリング能力に応じて定まる。即ち、水平方向の画素数を固定して考えた場合には、このサンプリング能力が高い程、画像信号の相展開の数を減らすことが出来る。このように画像信号を４系統の信号に相展開することにより、1本の画像信号線上に伝送される画像信号の周波数は４分の1に低減される。このように、サンプリング回路を用いて画像信号を相展開することにより、高解像度の表示を行うために画像信号処理回路等の画像信号の信号源にかかる負担が軽減される。
【０００６】
以上のように、サンプリング回路等の周辺回路をＴＦＴアレイ基板上に設けることにより、駆動装置等のハードウェア資源にかかる負担を軽減しながら、高品位画像の表示が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
液晶パネルやこれに周辺回路を加えた液晶表示モジュールのサイズが同じであれば、マトリクス状に配置された複数の画素電極により規定される画面表示領域、即ち液晶パネル上で実際に液晶の配向状態の変化により画像が表示される領域は、表示装置の基本的要請として大きい程良いとされている。従って、周辺回路は、画面表示領域の周囲に位置するＴＦＴアレイ基板の狭く細長い周辺部分に設けられるのが一般的である。
【０００８】
サンプリング回路は、上述の如きサンプリング機能を発揮するためには、それらの主たる構成要素である各ＴＦＴにおいて、十分に高い電流供給能力が必要となる。更に、この回路を構成するＴＦＴは、電圧保持時にオフ状態でも電流が若干リークするため、そのチャンネル長はリーク電流を抑えるためにある程度長くなければならない。従って、ＴＦＴサイズを安易に小さくすることは出来ない。そして、このようにチャンネル長を短くする事に制限があると、高い電流供給能力を実現するためには、実践上はＴＦＴのチャンネル幅を大きくするしかない。
【０００９】
上記のような制約により、従来のサンプリング回路は図７に示すように等間隔に並べることにより、サンプリング機能と狭い領域でのレイアウトを両立させてきた。
【００１０】
しかしながら、サンプリング回路のＴＦＴのチャンネル幅を大きくすると、そこに接続される画像信号線とデータ線が並行して配置される距離が増加し、画像信号線とデータ線との間の寄生容量による容量結合が大きくなる。このため、サンプリング回路のＴＦＴがオフ状態であっても画像信号線上の電位変化がデータ線の電位に影響を及ぼして画質を劣化させる。このような現象は、高精細で、且つ小さな液晶表示モジュールになるほど各々の配線の間隔が短くなるため、顕著に現れるようになった。
【００１１】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ゴーストの発生を抑制すると共に、必要とされるサンプリング機能とＴＦＴアレイ基板上の省スペースを実現したサンプリング回路を備えており、液晶パネルや液晶表示モジュールのサイズと比較して相対的に有効表示面積が大きく且つ高品位の画像表示が可能な液晶装置および当該液晶装置を備えた電子機器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、基板上に少なくとも１本の画像信号線と、複数のデータ線と、該画像信号線に印加される信号を該データ線に選択出力する複数のスイッチ回路とを有し、前記データ線に出力された信号に基づき表示を行う電気光学装置において、隣接する前記スイッチ回路の形状が互いに異なることを特徴とする。
【００１３】
これにより、前記スイッチ回路近傍に存在する前記データ線と前記画像信号線との間の寄生容量を減少させることができる。
【００１４】
前記複数のスイッチ回路は、少なくとも２種類の形状のスイッチ回路を所定の順序で配置してもよい。
【００１５】
前記複数のスイッチ回路は、互いに線対称の形状であるスイッチ回路を交互に配置することでも上記目的が達成される。
【００１６】
また、本発明の電子機器は、上記電気光学装置と、前記電気光学装置を制御する制御装置を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の投射型表示装置は、光源と該光源からの光を変調して、透過もしくは反射する上記電気光学装置と、該電気光学装置により変調された光を集光し拡大投射する投射光学手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、相対的に有効表示面積が大きく且つ高品位の画像表示が可能な電子機器や投射型表示装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は、本発明が適用されるアクティブマトリクス型液晶表示装置のアクティブマトリクス型液晶表示装置用基板の一構成例を示す。図１において、１はアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成する一方のガラス基板や石英基板等の基板、２および３は互いに交差する方向に配設された走査線およびデータ線、４は前記走査線２とデータ線３とに接続された画素で、各画素４はＩＴＯ等からなる画素電極とこの画素電極に順次画像信号に応じた電圧を印加するＴＦＴからなる。同一行のＴＦＴはそのゲート電極が同一の走査線２に接続され、ドレイン電極が対応する画素電極に接続されている。また、同一列のＴＦＴはそのソース電極が同一のデータ線３に接続されている。この実施形態においては、画素を駆動するＴＦＴはポリシリコン膜をチャネル層とするいわゆるポリシリコンＴＦＴで構成されており、周辺駆動回路（データ線駆動回路６や走査線駆動回路５Ａ、５Ｂ等）を構成するＣＭＯＳ型ＴＦＴとともに同一プロセスにより、同一基板上に形成される。
【００２１】
本実施形態では、走査線２の両端にそれぞれ該走査線２を順次選択駆動するＹシフトレジスタ回路やバッファ回路等を含む走査線駆動回路５Ａ、５Ｂが設けられている。走査線駆動回路５Ａと５Ｂは、同一の電圧を同一のタイミングで各走査線２に印加する。つまり、１本の走査線２をその両側から同時に駆動する。これによって、走査線２の有する抵抗成分や周辺配線等との間に存在する寄生容量による電圧のレベル低下や信号遅延を軽減することができる。
【００２２】
一方、本実施形態では、データ線３を選択駆動するＸシフトレジスタ回路やバッファ回路等を含むデータ線駆動回路６が設けられている。また、データ線３の両端に画像信号サンプリング用の回路７，８が設けられている。このうち８は各データ線３にプリチャージレベルを印加するプリチャージ回路であり、他方の７は各データ線３に画像信号に応じた電圧を印加するサンプリング回路である。
【００２３】
プリチャージ回路８のソース電極（データ線３側の接続電極と反対側の電極）には外部から供給される画像補助入力信号ＮＲＳ１、ＮＲＳ２がデータ線３に対して１本おきに印加される様に画像補助入力信号線１０Ａ、１０Ｂを介してプリチャージ回路８に供給されるとともに、該プリチャージ回路８のゲート電極には外部から供給されるタイミング信号ＮＲＧが信号配線１８を介して共通に印加されている。これによって、すべてのデータ線３は、一水平期間中でサンプリング回路７からの画像信号レベルの印加前に、画像補助入力信号ＮＲＳ１、ＮＲＳ２のレベルにそれぞれ同時にプリチャージされる。また、隣り合うデータ線３毎に画像信号の極性を変える駆動を行う際には、画像補助入力信号ＮＲＳ１、ＮＲＳ２は互いに反対の極性を持つようにすると有効である。
【００２４】
各データ線３の他端に設けられたサンプリング回路７のソース電極には、外部から供給される相展開された画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ４が画像信号線群１１を介して入力され、サンプリング回路７のゲート電極にはデータ線３を順次選択するシフトレジスタ回路やバッファ回路等を含むデータ線駆動回路６から出力されるサンプリング信号が印加されている。本実施形態では、画像信号を４系統に相展開したが、サンプリング回路７を構成するＴＦＴの書き込み特性が高ければ相展開数を減らすことも可能であるし、書き込み特性が低ければ相展開数を増やしてもよい。また、ＮＴＳＣ信号やＰＡＬ信号に対応したＲＧＢパラレル信号でも良いことは言うまでもない。データ線駆動回路６は、外部から供給されるスタート信号ＳＰＸとクロック信号ＣＬＸに基づいて一水平走査期間中にすべてのデータ線３を所定の順序で１回ずつ選択するようなサンプリング信号Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎを形成してサンプリング回路１６のゲート電極に供給する。
【００２５】
また、本実施形態では、データ線３を一定のタイミングで４ラインずつ順次駆動していく方法を説明したが、１個のデータサンプリング信号で同時に選択するライン数を１ラインや６ライン、１２ライン等としても本実施形態を用いることができる。
【００２６】
また、本実施形態ではデータ線駆動回路６や走査線駆動回路５Ａ、５Ｂを含む周辺駆動回路と、データ線駆動回路６に接続された複数のデータ線３と走査線駆動回路５Ａ，５Ｂに接続された走査線２がマトリクス状に交差されて成り、該データ線３および走査線２に接続された画素トランジスタと該画素トランジスタに接続された画素電極が同一基板上に形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置について説明したが、周辺駆動回路の部分を石英基板等の高価な基板上に高温ポリシリコンＴＦＴにより形成し、データ線３および走査線２と画素４を含む領域１３（図１点線内）をガラス基板等の安価な基板上にアモルファスシリコンＴＦＴやプロセス温度が６００度以下の低温ポリシリコンＴＦＴにより形成し、これらの基板を繋ぎ合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置用基板を構成することも可能である。
【００２７】
図２は、本発明を適用したサンプリング回路７、およびそれに接続される配線のレイアウトの実施形態を示すものである。
【００２８】
Ｖ１〜Ｖ４は外部入力端子から入力された画像信号ＶＩＤ１〜ＶＩＤ４を伝送する画像信号線である。これらの画像信号線Ｖ１〜Ｖ４は、特に制限されないが、データ線３と同一材料の低抵抗のアルミニウム膜によって形成されている。
【００２９】
Ｘ１、Ｘ２は前記データ線駆動回路６から出力されるサンプリング信号をサンプリング回路７のゲート電極に供給するための配線であり、前記サンプリング信号線Ｘ１、Ｘ２は前記画像信号線Ｖ１〜Ｖ４と交差する方向に配設され、走査線と同一材料のポリシリコン膜からなり、前記サンプリング回路７のゲート電極と連続するように形成されている。
【００３０】
前記画像信号線Ｖ１には、前記画像信号線Ｖ１〜Ｖ４と交差する方向に画像信号線Ｖ１〜Ｖ４とは層間絶縁膜を介して別層で、走査線２と同一層のポリシリコン膜等の導電膜からなる中継用配線Ｈ１がコンタクトホール２４にて接続され、更に、該中継用配線Ｈ１の他方の配線端においては、コンタクトホール２５にて補助中継用配線としての引き出し線Ｓ１が接続される。同様にその他の画像信号線Ｖ２〜Ｖ４からも、該画像信号線Ｖ２〜Ｖ４に対応した中継用配線Ｈ２〜Ｈ４、補助中継用配線Ｓ２〜Ｓ４がそれぞれコンタクトホール２４、２５にて接続される。尚、この実施形態では、特に限定されないが、前記データ線３および補助中継用配線Ｓ１〜Ｓ４と画像信号線Ｖ１〜Ｖ４は同一プロセスにて形成されるアルミニウム膜によって構成されている。
【００３１】
２０、２１は各々前記サンプリング信号線Ｘ１、Ｘ２の両側に設けられたポリシリコン膜からなるサンプリング回路７を構成するサンプリング用ＴＦＴ２６のソース・ドレイン領域である。サンプリング用ＴＦＴ２６のソース領域２０には前記補助中継用配線Ｓ１〜Ｓ４がコンタクトホール２２にて接続され、ドレイン領域２１には前記データ線３がコンタクトホール２３にて接続されている。隣り合うサンプリング用ＴＦＴ２６は、互いにソース領域同士、もしくはドレイン領域同士が隣り合うように、図３に示される２種類のサンプリング回路用ＴＦＴが交互に配置されている。
【００３２】
そのため、例えばデータ線３Ｂに接続されるドレイン領域２１とこれに隣接するソース領域に着目した場合、従来技術においては補助中継用配線Ｓ２，Ｓ３に接続される２つのソース領域２０に挟まれていたのに対し、本実施形態では補助中継用電極Ｓ２に接続されるソース領域２０しか存在しないため、ドレイン領域２１とソース領域２０の間に存在する寄生容量は従来のおよそ半分に減少する。
【００３３】
これにより、例えばサンプリング信号Ｘ１によって制御されるサンプリング用ＴＦＴ２６がオフでデータ線３Ａ〜３Ｄに所定の画像データをホールドしている状態において、他画素に書きこまれるべき画像信号が画像信号線Ｖ１〜Ｖ４、中継用配線Ｈ１〜Ｈ４、補助中継用配線Ｓ１〜Ｓ４、およびサンプリング用ＴＦＴ２６のソース領域２０−ドレイン領域２１間の寄生容量を介してそれぞれデータ線３Ａ〜３Ｄにノイズとして飛び込むことを抑制することが可能となる。
【００３４】
（アクティブマトリクス型液晶表示装置の説明）
図４（Ａ）は、本実施形態で作製したアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図を示す。図４（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ’線における該アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図を示す。図４に示すようにアクティブマトリクス型液晶表示装置用基板１上のデータ線駆動回路６および走査線駆動回路５Ａ，５Ｂは、電荷の直流成分によりポリイミド等の配向膜や液晶の劣化を防ぐために、対向基板３０の外周より外側に配置している。また、前記アクティブマトリクス型液晶表示装置用基板上に形成した画素電極の表面には、ガラスやネオセラムあるいは石英といた透明基板上に対向電極電位を印加することができるＩＴＯ膜等の透明導電膜からなる電極３１を有する対向基板３０が適当な間隔をおいて配置され、前記データ線駆動回路６および前記走査線駆動回路５Ａ，５Ｂと画素４間のデータ線３および走査線２上でシール材３２により封止する。更に、画面表示領域外側は、モジュールとして組み立てた際に光が漏れないように対向基板３０上にブラックマトリクス３３と同一層で周辺見切りを形成する。尚、１２は対向基板３０側に設けられた対向電極３１に、アクティブマトリクス型液晶表示装置用基板１側から共通電極電位ＬＣＣＯＭ（図１参照）を供給するための上下基板導通用端子であり、該上下基板導通用端子１２上に所定の径を有する導電性接着剤を介在させて、該対向電極３１と導通を図るように構成されている。また、外部入力端子３４は前記対向基板３０より外側に配置され、ワイヤーボンディング、ＡＣＦ（Ａｉｓｏｔｏｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）圧着等により外部回路と接続される。
【００３５】
図４（Ｂ）に示されるように、周囲をシール材３２で封止された間隔内に周知のＴＮ型液晶等の液晶３５を充填し、液晶封入孔を封止材３６で封止することにより、アクティブマトリクス型液晶表示装置として構成する。また、液晶を高分子中に微小粒として分散させた高分子分散型液晶を用いれば、配向膜も偏向板も不要になるため、光利用効率が高くなり、明るいアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供できる。更に、画素電極をＩＴＯ膜からアルミニウム膜等の非透過で反射率の高い金属膜を用いた反射型液晶表示装置の場合には、電圧無印加状態で液晶分子がほぼ垂直配向されたＳＨ（Ｓｕｐｅｒ Ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）型液晶などを用いても良い。更にその他の液晶を用いても良いことは言うまでもない。
【００３６】
また、液晶以外でも他の電気光学物質を用いた電気光学装置にも用いることができる。
【００３７】
（投射型表示装置の説明）
図５には前記構成のアクティブマトリクス型液晶表示装置を電子機器の一例としてライトバルブとして応用した投射型表示装置の一例としてデータプロジェクタの構成例が示されている。
【００３８】
図５において、４０はハロゲンランプ等の光源、４１は放物ミラー、４２は熱線カットフィルター、４３、４５、４６はそれぞれ青色反射、緑色反射、赤色反射のダイクロイックミラー、４４、４７は反射ミラー、４８、４９、５０は前記実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置からなるライトバルブ、５３はダイクロイックプリズム、５５は制御装置である。図１に示されているアクティブマトリクス型液晶表示装置用基板に外部から供給される画像信号やクロック信号、各種制御信号は前記制御装置５５で形成される。
【００３９】
この実施形態のデータプロジェクタにおいては、光源４０から発した白色光は放物ミラー４１により集光され、熱線カットフィルター４２を通過して赤外域の熱線が遮断されて、可視光のみが青色反射ダイクロイックミラー４３に入射される。そしてまず、青色反射ダイクロイックミラー４３によって青色光（概ね５００ｎｍ以下の波長）が反射され、その他の光（黄色光）は透過する。反射した青色光は反射ミラー４４により方向を変え青色変調ライトバルブ４８に入射する。
【００４０】
一方、前記青色反射ダイクロイックミラー４３を透過した光は緑色反射ダイクロイックミラー４５に入射し、緑色光（概ね５００〜６００ｎｍの波長）が反射され、その他の光である赤色光（概ね６００ｎｍ以上の波長）は透過する。緑色反射ダイクロイックミラー４５で反射した緑色光は緑色変調ライトバルブ４９に入射する。また、緑色反射ダイクロイックミラー４５を透過した赤色光は、赤色反射ダイクロイックミラー４６、反射ミラー４７により方向を変え赤色変調ライトバルブ５０に入射する。
【００４１】
ライトバルブ４８、４９、５０は、図示しない信号処理回路から供給される青、緑、赤の原色信号でそれぞれ駆動され、各ライトバルブに入射した光はそれぞれのライトバルブで変調された後、ダイクロイックプリズム５３で合成される。ダイクロイックプリズム５３は赤色反射面５２と青色反射面５１とが互いに交差するように形成されている。そして、ダイクロイックプリズム５３で合成されたカラー画像は、投射レンズ５４によってスクリーン上に拡大投射され、表示される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、前記スイッチ回路近傍に存在する前記データ線と前記画像信号線との間の寄生容量を減少させることができ、前記スイッチ回路がオフ状態であっても画像信号線上の電位変化がデータ線の電位に影響を及ぼす画質劣化を抑制すると共に、必要とされるサンプリング機能と省スペース化をを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス型液晶表示装置用基板の一例を示すブロック図。
【図２】本発明を適用したサンプリング回路の配線レイアウト図。
【図３】本発明を適用したサンプリング用ＴＦＴのレイアウト図。
【図４】（Ａ）はアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ’の断面図。
【図５】実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置をライトバルブとして応用した投射型表示装置の一例としてのデータプロジェクタ概略構成図。
【図６】アクティブマトリクス型液晶表示装置用基板におけるサンプリング回路およびその周辺回路の一例としての回路図。
【図７】アクティブマトリクス型液晶表示装置用基板におけるサンプリング回路のレイアウト図。
【符号の説明】
１ 基板
２ 走査線
３ データ線
４ 画素
５Ａ、５Ｂ 走査線駆動回路
６ データ線駆動回路
７ サンプリング回路
８ プリチャージ回路
９ プリチャージ回路駆動信号線
１０Ａ 画像補助入力信号線（ＮＲＳ１）
１０Ｂ 画像補助入力信号線（ＮＲＳ２）
１１ 画像信号配線群
１２ 上下導通端子
１３ 画素領域
２０ サンプリング用ＴＦＴソース電極
２１ サンプリング用ＴＦＴドレイン電極
２２ サンプリング用ＴＦＴソース電極側コンタクトホール
２３ サンプリング用ＴＦＴドレイン電極側コンタクトホール
２６ サンプリング用ＴＦＴ
３０ 対向基板
３１ 対向電極
３２ シール材
３３ ブラックマトリクス
３４ 外部入出力端子
３５ 液晶
３６ 封止材
４０ ランプ
４３，４５，４６ ダイクロイックミラー
４４，４７ 反射ミラー
４８，４９，５０ ライトバルブ
５３ ダイクロイックプリズム
５４ 投射レンズ
５５ 制御装置

Claims (4)

1. 基板上に複数本の画像信号線と、複数のデータ線と、該画像信号線に印加される信号を該データ線に選択出力するトランジスタで構成された複数のスイッチ回路とを有し、前記データ線に出力された信号に基づき表示を行う電気光学装置において、
   前記複数のトランジスタは前記画像信号線の数に対応して設けられ、前記複数のトランジスタの各々のソース領域は、別個の前記画像信号線に接続され、
   前記画像信号線の数に対応して設けられた前記複数のトランジスタのゲート電極は共通のサンプリング信号が供給され、
   前記複数のトランジスタは、ソース領域同士とドレイン領域同士が隣り合うように順次繰り返して配置され、
   前記トランジスタの各々の前記ドレイン領域は、別個の前記データ線に接続されることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記複数のスイッチ回路は、互いに線対称の形状であるスイッチ回路を交互に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 請求項１又は２に記載の電気光学装置と、前記電気光学装置を制御する制御装置を有することを特徴とする電子機器。
4. 光源と該光源からの光を変調して、透過もしくは反射する請求項１又は２に記載の電気光学装置と、該電気光学装置により変調された光を集光し拡大投射する投射光学手段とを備えていることを特徴とする投射型表示装置。

Images