JP4213637B2 - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は表示装置及びその駆動方法に係り、特に低消費電力用のTFT(Thin Film Transistor)アクティブマトリクス液晶表示装置ないしはTFTアクティブマトリクス電気泳動表示装置の駆動方法に関する。
書籍や新聞など、従来紙で提供されてきたコンテンツを電子化するためには印刷物並の表示性能を備えた表示装置が望まれるが、現状の表示装置の精細度は最も高いものでも高々200ppi(pixels per inch)程度であり、印刷物の精細度には遙かに及ばない。
また、従来の表示装置は200ppi程度の精細度においても画素数の大幅な増大による消費電力の増大が問題である。消費電力を低減する最も効果的な方法としてはフレーム周波数の低減が挙げられる。それを実現する方法としては画素にメモリを備える方式が挙げられる。
画素にメモリを備える方式の液晶表示装置において、本発明に関連する画素回路構成の従来例としては、例えば、下記特許文献1に開示されている。従来の電気泳動表示装置としては、例えば、下記特許文献2に開示されている。透明な絶縁溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置としては、例えば、下記特許文献3に開示されている。アクティブマトリクス駆動の電気泳動表示装置の従来例としては、例えば、下記特許文献4に開示されている。
特開平2−272521号公報 特開平9−185087号公報 特開平11−202804号公報 特開2002−116734号公報
印刷物並超高精細表示を行うためには単位面積当たりの画素数を従来の表示装置に比較して大幅に増大させる必要がある。しかしながら、従来の表示装置の駆動法を用いて超高精細画像表示を行おうとすると基準となるクロックの周波数を大幅に高める必要があり消費電力が大幅に増大し現実的でない。
高精細を低消費電力で実現する方法として画素にメモリを内蔵してフレーム周波数を低減する方式が考えられる。ただし、スタティックRAM等の複雑な構成のメモリ回路やCMOSトランジスタ構成のメモリ回路構成とした場合には高精細を実現することが困難である。
高精細と低消費電力とを両立させるために、最も単純な構成である単チャネルトランジスタ構成のメモリ内蔵画素方式を選択する。単チャネルトランジスタ構成のメモリ内蔵画素方式は1画素当たり2つの単チャネルトランジスタで構成される。
CMOSトランジスタ構成の場合には2つの基準電源線の一方を選択する方式をとれるが、単チャネルトランジスタ構成の場合には基準電源線は1本であるため、画像表示に悪影響を与えずに一方の状態から他方の状態に切り替える方法がこれまでなかった。
本発明の目的は、単チャネルトランジスタ構成のメモリ内蔵画素方式の液晶表示装置ないし電気泳動表示装置において、フレーム周波数を低減しても表示に悪影響を及ぼさずに画像信号メモリのリフレッシュと、画像の更新を行い、単チャネルトランジスタ構成による印刷物並超高精細表示性能とフレーム周波数の低減による低消費電力性を兼ね備えた表示装置を実現することにある。
なお、電気泳動の材料の比抵抗は、液晶に比べて低いため従来のアクティブマトリクス駆動では、画素に書き込まれた電気信号の更新頻度であるフレーム周波数として一般的な60Hz程度では必要な駆動電圧を画素に書き込むことができない。
必要な駆動電圧を画素に書き込むためにはフレーム周波数を増大させたり、あるいは駆動電圧を高く設定する方法が考えられるが、消費電力の上昇につながり現実的ではない。
また、電気泳動表示方式は液晶表示方式と異なり、基本的に2階調表示でかつ、直流電圧で駆動する表示方式である。
多階調表示を行うためには面積階調表示を行う必要があるが、これは実質的に画素数の増加を招く。画素数の増加が消費電力の増加につながらないように配慮する必要がある。
本発明が解決しようとする他の1つの課題は、電気泳動表示装置において多階調表示を低消費電力で実現することにある。
マトリクス状に配置された複数の画素を備え、前記画素には少なくとも、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、画像信号メモリと、電気光学媒体と、共通電極とを備え、前記画素は少なくとも信号線と走査線と基準電圧線とに接続され、前記第1のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記信号線に接続され、前記第1のトランジスタのドレインないしソースの他方は第2のトランジスタのゲートに接続され、前記第1のトランジスタのゲートは前記走査線に接続され、前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記電気光学媒体に接続され、前記第2のトランジスタのドレインないしソースの他方は前記基準電圧線に接続され、前記画像信号メモリは前記第2のトランジスタのゲートと前記基準電圧線に接続され、前記電気光学媒体は前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方と前記共通電極とに接続されており、前記基準電圧線を前記走査線に同期して走査する駆動方法により、上記の課題を解決する。
さらに、上記駆動方法において、走査線に同期して基準電圧線の電位を共通電位(コモン電位)にし、画像信号メモリと第2のトランジスタとの間のノードの電位を第2のトランジスタをオフ状態とする電位にする画素においては、基準電圧線が共通電位である間に第2のトランジスタをオフ状態とし、画像信号メモリと第2のトランジスタとの間のノードの電位を第2のトランジスタをオン状態とする電位にする画素においては、少なくとも走査線の電位がハイレベルからローレベルに切り替わる時点では信号線の電位をハイレベルにしておくことにより上記課題を解決する。
あるいはまた、走査線を走査する走査期間と、走査線の走査を休止して画像表示状態を保持する画像保持期間とが設けられ、前記画像保持期間において信号線の電位を第2のトランジスタをオフ状態とする電位にすることにより、上記課題を解決する。
以上、本発明によれば、単チャネルトランジスタ構成のメモリ内蔵画素方式の表示装置において、表示に悪影響を及ぼさずに画像信号メモリのリフレッシュと、画像の更新を行うことができ、印刷物並超高精細表示性能と低消費電力性を兼ね備えた表示装置を実現することが可能となる。
また、本発明によれば、表示のメモリ性を備えた表示方式を用いかつ高精細な表示を行う表示装置において画像の更新を速やかに行うことがでる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1に本発明の表示装置のブロック図を示す。本発明の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素102からなる表示部107を備えた、いわゆるアクティブマトリクス基板であるパネル部101と、走査線109を駆動する走査線駆動回路103と、前記走査回路103に同期して基準電圧線108を駆動する基準電圧線駆動回路104と、タイミングコントローラ105と、信号線110とセレクタスイッチ106と信号線駆動回路111とからなる。パネル部101は電気光学媒体123を備え、各画素102を電気的に独立に制御して、各画素の輝度を制御することにより、任意の画像を表示することができる。
本発明の表示装置を備えた機器からのタイミング信号と画像信号はタイミングコントローラ105に入力される。タイミングコントローラ105は、信号線駆動回路111、走査線駆動回路103、基準電圧線駆動回路104を制御する。
図1は走査線駆動回路103と基準電圧線駆動回路104とを独立に設ける構成を示しているが、かならずしもこの構成にこだわる必要はない。走査線駆動回路103と基準電圧線駆動回路104とは両方の機能を併せ持つ回路構成としてもよい。また、図1はパネル部101の左側に走査線駆動回路103、右側に基準電圧線駆動回路104を設けたが、これも一例であって、他の構成例としては走査線駆動回路103及び基準電圧線駆動回路104の一方ないしは両方を分割してパネル部101の両側に設ける構成としてもよい。
セレクタスイッチ106は、隣接する信号線110同士の間隔が狭く、信号線駆動回路111との1対1の接続が困難である場合に設けられる。セレクタスイッチ106は、信号線駆動回路111と信号線110との間に備えられ、時分割で信号線駆動回路111からの信号を信号線110に分配する機能を備える。ただし、信号線駆動回路111と信号線110とを1対1に接続可能であるのなら必ずしも設ける必要は無い。信号線駆動回路111やタイミングコントローラ105等の制御回路は図1ではパネル部とは別に設けたが、パネル部101に直接形成してもよい。
図2に画素102の回路構成を示す。第1のトランジスタ121は、ゲートが走査線109に接続されドレインないしソースの一方が信号線110に接続され、ドレインないしソースの他方が画像信号メモリ124及び第2のトランジスタ122のゲートに接続されている。第2のトランジスタ122のドレインないしソースの一方は基準電圧線108に接続され、ドレインないしソースの他方は電気光学媒体123に接続される。電気光学媒体123の第2のトランジスタ122と反対側は共通電極120に接続される。電気光学媒体123の種類に応じて共通電極120はTFTと同一基板上ないしは対向基板上のいずれか一方あるいは双方に設ける。
本実施例におけるトランジスタは薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)である。TFTとしては、アモルファスシリコンTFTや、ポリシリコンTFTを用いることができる。また、有機半導体を用いた有機TFTを用いてもよい。
本実施例においては、電気光学媒体123として液晶を用いた液晶表示方式を適用した場合について述べる。具体的な液晶表示方式の例としては、反射型ツイストネマティック方式や、コレステリック液晶表示方式、ゲストホスト液晶方式、反射型ホメオトロピックECB(Electrically Controlled Birefringence)方式等が挙げられる。あるいはまた、反射型インプレーンスイッチング方式も可能である。その場合には、共通電極120はTFTと同一基板上に設ける。
本発明の駆動方法について図3から図7を用いて説明する。図3から図5はi行目の基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例を示している。
基準電圧線108の駆動波形(電位)136は、走査期間126と画像保持期間127とに分けられる。走査期間126は画像信号メモリ124のリフレッシュ及び電気光学媒体123に印加される電圧の状態の更新、すなわち表示画像の更新を行う期間である。一方、画像保持期間127は、画面の走査を休止して、画像信号メモリ124の状態に応じて決まる各画素の表示状態を保持する期間である。
基準電圧線108の駆動波形(電位)136は、基本的には共通電位(コモン電位)137に対し一定期間毎に極性を反転する交流矩形波であるが、走査期間126においてのみ対応する走査線を走査するタイミングにおいて共通電位137にする駆動を行う。基準電圧線108の駆動波形(電位)136の交流周期と、走査期間126の長さとの関係は任意である。
図4のように基準電圧線108の駆動波形(電位)136の交流周期を走査期間126に設ける周期と同一としてもよいし、あるいは図示してはいないが走査期間126を設ける周期よりも交流周期を長くしてもよい。また、図3では極性切り替えのタイミングと走査期間126を同期させているが、必ずしも同期させる必要はない。図5がこれに相当する。あるいはまた、対応する走査線109を走査するタイミングにおいて基準電圧線108の電位を共通電位137に一定期間設定する前後で極性を切り替えてもよい。
図6は、画像信号メモリ124のリフレッシュ及び電気光学媒体123に印加される電圧の状態の更新、すなわち表示画像の更新を行う各走査期間126の駆動シーケンスを示しており、各走査期間126に対応するi-1、i、i+1行目の各走査線109を選択するゲートパルス信号131と信号線110の駆動波形132と、i-1、i、i+1行目の各基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例を示している。
各ゲートパルス信号131に対応して信号線の電圧制御がなされるが、i走査線の選択期間133は2つのステージに分かれる。まず、最初のステージとしてリセット期間134があり、次のステージとして画像信号書き込み期間135が続く。
リセット期間134の信号線110の電位132は、第2のトランジスタ122をオン状態にする電位(ON)である。画像信号書き込み期間135の信号線110の電位132は、書き込む画像信号がオンかオフかによって2状態の電位(ON,OFF)のうちいずれかが、ゲートパルス信号131の立下りの時点で選択され、画像信号メモリ124に書き込まれる。
各走査線109に対応する基準電圧線108の駆動波形(電位)136は走査線毎に極性を共通電位137に対して反転しており、いわゆる行毎反転駆動となっている。各走査線109に対応する基準電圧線108の駆動波形(電位)136は、ゲートパルス信号131に同期して共通電位137に設定する。
ゲートパルス信号131により対応する走査線に接続された第1のトランジスタ121がオン状態となり、リセット期間134においては信号線110の電位が第2のトランジスタ122をオン状態にする電位にあるので、それまでの画像信号メモリ124の状態によらず第2のトランジスタ122がオン状態となり、基準電圧線108と電気光学媒体123との間が低抵抗状態となる。
そのとき基準電圧線108の電位は共通電位137にあるので、電気光学媒体123の両端は概ね同電位となる。すなわち、リセット期間134において、電気光学媒体123の両端の電位差は概ね0Vにリセットされる。
その後の画像信号書き込み期間135において、信号線110の駆動波形132における画像信号電圧が画像信号メモリ124に書き込まれる。画像信号メモリ124の状態に応じて第2のトランジスタ122のオン状態ないしオフ状態が制御される。
画像信号書き込み期間135において、画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオン状態にする電位にある場合には、すなわち、信号線110の駆動波形132がONの場合には、基準電圧線108と電気光学媒体123との間が低抵抗状態となり、該走査線に対応する画像信号書き込み期間の後、第1のトランジスタ121がオフ状態になった後にも、基準電圧線108と共通電極120との間の電位差が電気光学媒体123に印加される状態が保持される。
一方、画像信号書き込み期間135において、画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオフ状態にする電位にある場合には、すなわち、信号線110の駆動波形132がOFFの場合には、基準電圧線108と電気光学媒体123との間が高抵抗状態となり、実質的に電気光学媒体123はフローティング状態となる。基準電圧線108の電位が共通電位137にあるうちに第2のトランジスタ122がオフ状態となるために電気光学媒体123の両端の電位差が概ね0Vの状態で保持される。
以上の駆動シーケンスによって、画像信号メモリ124のリフレッシュと、電気光学媒体123に印加される電圧の状態の更新、すなわち表示画像の更新が行われる。
図7は、画像信号メモリ124のリフレッシュ及び電気光学媒体123に印加される電圧の状態の更新、すなわち表示画像の更新を行う各走査期間126における駆動シーケンスの第2の実施例を示しており、i-1、i、i+1行目の各走査線109を選択するゲートパルス信号131と信号線110の駆動波形132と、i-1、i、i+1行目の各基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例を示している。
信号線110の駆動波形132は、電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとする場合と、基準電圧線108の電位136と共通電位137との差分の電位差とする場合とで異なった波形とする。
図7の信号線の駆動波形132(OFF)は電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとする場合の信号線の駆動波形を示しており、信号線の駆動波形132(ON)は電気光学媒体123の両端の電位差を基準電圧線108の電位136と共通電位137との差分の電位差とする場合の信号線の駆動波形を示している。信号線110の駆動波形132は、ゲートパルス信号131の立下りの時点でサンプリングされて、画像信号メモリ124に書き込まれる。すなわち、駆動波形132(OFF)は低レベルが、駆動波形132(ON)は高レベルがサンプリングされ、書き込まれる。
図7の信号線の駆動波形132は列方向に連続した数画素を全てOFF状態ないしON状態とする波形を示しているが、実際の駆動波形は画像信号に応じて両者が時間的に入り混じった波形となる。
前記図6の駆動シーケンスにおいては、前走査期間において画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオン状態にする電位で、かつ現走査期間においても同様の電位とする場合においても、リセット期間134において、電気光学媒体123の両端の電位差が概ね0Vとなっていた。そのため、電気光学媒体123の応答時間がリセット期間134に比べて十分長い場合には、たかだかリセット期間134の間だけ電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとしても電気光学媒体123が応答しないので表示に影響は与えないが、応答時間がリセット期間134と同等な気光学媒体123を用いた場合、応答して表示に影響、たとえばフリッカとして、表示に悪影響を与える可能性がある。
一方、図7に示した駆動シーケンスにおいては、第1のトランジスタ121が選択され、かつ基準電圧線108の駆動波形136が共通電位137電位に制御される期間内において、第2のトランジスタ122をオン状態にするのは、電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとしようとしている画素のみとすることができる。
図7の駆動シーケンスによれば、応答時間がリセット期間134と同等な気光学媒体123を用いた場合でも表示に悪影響を与えずに、画像信号メモリ124のリフレッシュと、フローティング状態の画素の電気光学媒体123の両端の電位を概ね0Vにリセットする動作と、画像表示の更新とを同時に行うことができる。
図8を用いて画像保持期間127における信号線110の駆動シーケンスについて説明する。同図は、基準電圧線108、走査線109、信号線110の駆動シーケンスを示す図である。
低周波駆動のためには、第1のトランジスタ121及び第2のトランジスタ122のオフ抵抗に配慮する必要がある。オフ抵抗とは、トランジスタのゲート電圧を制御してソース-ドレイン間を高抵抗状態に保ったときの電気抵抗を指す。第1のトランジスタ121のオフ抵抗は、画像信号メモリ124の状態を維持するために重要である。
第1のトランジスタ121のオフ抵抗が低い場合には、信号線110の電位の影響を受け画像信号メモリ124の状態が変化する。画像信号メモリ124の状態が変化して、第2のトランジスタ122のソース-ドレイン間の電気抵抗が変化すると、電気光学媒体123の両端の電位差が変動して輝度変動を生じる恐れがある。
オフ状態にある画像信号メモリ124の電位状態が保たれないと、第2のトランジスタ122の抵抗が変動しフローティング状態が保たれず、基準電圧線108の電位変動により電気光学媒体123の第2のトランジスタ122側の電位が変動し、電気光学媒体123の両端の電位差を0Vに維持できなくなる。その結果、表示状態が意図しない輝度に変化し、画質劣化が生じる。輝度状態の変化は、時間的に進行し、画像信号メモリのリフレッシュ時に望ましい輝度状態にリセットされる。したがって、画像信号メモリのリフレッシュ周期に同期したフリッカが生じてしまう。
保持期間127の信号線110の電位132を一定電位に設定することにより画像信号メモリ124の電位状態を制御できる。前記一定電位を第2のトランジスタ122をオフにする信号電位(オフ電位)とほぼ同等の電位にすると、オフ電位状態にある画像信号メモリ124のノード125の電位は変動せず、第2のトランジスタ122のオフ状態が保たれる。
あるいは、保持期間127において信号線110の電位をフローティングとする場合においても、前記一定電位を一度第2のトランジスタ122をオフにする信号電位(オフ電位)とほぼ同等の電位にしてからフローティングとする駆動シーケンスをとることが望ましい。
第2のトランジスタ122のオフ抵抗は、電気光学媒体123の両端の電位差を維持するために重要である。第2のトランジスタ122のオフ抵抗が低い場合には、電気光学媒体123と第2のトランジスタ122との間の点における電位が基準電圧線108の電位の影響を受けて時間とともに変動する。これにより電気光学媒体123の両端の電位差が変動するため、意図しない輝度変動が生じ、フリッカとして視認される。
第2のトランジスタ122がオフ状態にある場合の、電気光学媒体123の第2のトランジスタ122側の電位は、基準電圧線108の電位と共通電極120の電位との電位差を第2のトランジスタ122のオフ抵抗と電気光学媒体123の抵抗との分圧で決定される。したがって、電気光学媒体123の第2のトランジスタ122側の電位変動を抑制するためには、第2のトランジスタ122に接続された画素電極(反射電極)と共通電極120との間の電気光学媒体123の抵抗が、第2のトランジスタ122のオフ抵抗よりも低い方が望ましい。
一方、画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオンにする電位(オン電位)にある場合について説明する。
保持期間127の間、オン電位にある画像信号メモリ124のノード125の電位は、時間とともに、ほぼオフ電位と同等の電位に設定された信号線110の電位に漸近していく。基準電圧線108と共通電極120との間の電圧は第2のトランジスタ122と電気光学媒体123とで分圧されるが、第2のトランジスタ122の抵抗が電気光学媒体123の抵抗に比べて十分に低いうちには、基準電圧線108と共通電極120との間の電圧のうち第2のトランジスタ122への分圧は無視できる程度である。
さらに、電気光学媒体123を用いた表示方式として、上記の第2のトランジスタ122への分圧分の電圧低下では輝度変動がほとんどない方式を適用すれば、1Hzないしはそれ以下の超低周波駆動も可能となる。
図9に駆動シーケンスの第3の実施例を示す。図9の図7との相違点は、信号線110の駆動波形132(ON)のパルスの立下りを対応する走査線109のゲートパルス131の立下りよりも前に変更したことである。本駆動法において、信号線110の駆動波形132(OFF)の駆動シーケンスは図7と同様である。
一方、信号線110の駆動波形132(ON)の駆動シーケンスは次のようになる。ある走査線109のゲートパルス131が立ち上がった状態では第1のトランジスタ121がオン状態にあり、さらに信号線110の駆動波形132(ON)が立ち上がると第2のトランジスタ122がオン状態となる。このとき基準電圧線108の電位136は正極性電位又は負極性電位にあり、電気光学媒体123には前記正極性電位又は負極性電位と共通電位137との間の電圧が印加される。
その後、信号線110の駆動波形132(ON)が立下り第2のトランジスタ122はオフ状態となるが、このとき電気光学媒体123には、基準電圧線108の正極性電位又は負極性電位136が保持され、この保持された電位が印加される。さらにその後走査線109のゲートパルス131が立下り画像信号メモリ124のノード125の電位は第2のトランジスタ122をオフ状態に保持する電位がサンプリングされる。
本駆動法を適用することにより、第2のトランジスタ122として特にアモルファスシリコンTFTを適用した場合に生じる可能性のあるしきい値電圧の変動を抑制することができる。
図9では、基準電圧線108の電位136を共通電位137とするタイミングをゲートパルス131に対して前よりにしているが、信号線110の駆動波形132(OFF)と132(ON)のタイミングを入れ替えて、後よりにしてもよい。
また、本駆動法においてはゲートパルス131が立ち上がった状態にあるとき以外の基準電圧線108の電位136は基本的には任意であり、例えば画像保持期間127中はフローティング状態としてもよい。
本駆動法を適用する場合には、画素回路において図10のように、共通線129を設け、共通線と電気光学媒体123の第2のトランジスタ122側との間に保持容量128を設けると、第2のトランジスタ122と電気光学媒体123との間の電位が安定してよい。
画像信号メモリ124のノード125の電位は本駆動法においては常に第2のトランジスタ122をオフ状態に保持する電位である。画像信号メモリ124は第2のトランジスタ122のゲートと共通線129との間に形成すると、ノード125の電位が安定してなおよい。
図11及び図12に本発明のアクティブマトリクスにおける画素102のレイアウト例を示す。画素102は信号線110と走査線109との交差部にアモルファスシリコン層145を有する第1のトランジスタ121を備え、さらに前記第1のトランジスタ121の信号線110とは反対側のソース電極に画像信号メモリ124及びスルーホールコンタクト142を介してゲートが接続された第2のトランジスタ122を備える。
本実施例における第1のトランジスタ121及び第2のトランジスタ122は、半導体層としてアモルファスシリコン層145を用いたアモルファスシリコンTFTである。前記第1のトランジスタ121のソース電極は、基準電圧線108及び第2のトランジスタ122のソースないしドレインとスルーホールコンタクト143を介して接続された電極144との間で容量を形成し、画像信号メモリ124として機能する。前記第2のトランジスタ122のソースないしドレインの一方は基準電圧線108にスルーホールコンタクト143を介して接続され、他の一方はスルーホールコンタクト141を介して図12に示す反射電極(画素電極)146に接続される。
図11及び図12における断面A-A'、断面B-B'、断面C-C'、断面D-D'、断面E-E'を夫々図13、図14、図15、図16、図17に示す。図17だけは、液晶層166及び基板163も含んだ断面図であり、他はアクティブマトリクス側の基板150の断面図である。図14ないし図16において、4層の金属配線151、152、144、146が、その層間に絶縁膜147、148、149を介して積層されている。
図13において、スルーホールコンタクト141は、第2のトランジスタ122のソースないしドレインに相当する金属配線151と反射電極146とを接続している。
図14において、スルーホールコンタクト142は、第2のトランジスタ122のゲートに相当する金属配線152と第1のトランジスタ121のソースないしドレインに相当する金属配線151とを接続している。
図15において、スルーホールコンタクト143は、基準電圧線108に相当する金属配線152と第2のトランジスタ122のソースないしドレインに相当する金属配線151と画像信号メモリ124を形成する電極144とを接続している。
図16において、画像信号メモリ124を形成する電極144は、基準電圧線108に相当する金属配線152に、前記図15に示すスルーホールコンタクト143を介して接続されて、画像信号メモリ124の一方の電極を形成し、電極144と金属配線152との間に、第1のトランジスタ121のソースないしドレインに相当する金属配線151が形成されて、画像信号メモリ124の他方の電極を形成する。このように、画像信号メモリ124は、2層以上の配線層と1層以上の絶縁層から形成されている。
図13ないし図16において、絶縁膜147及び絶縁膜148はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成したシリコンナイトライド膜を用いた。絶縁膜149としては光可塑性の樹脂を用いた。反射電極146としては光の反射率を高めるためにアルミニウムを用いた。電極144としては、図示されていない基板外部との電気的接続のための端子部の最上層の電極層と兼用してITO(Indium Tin Oxide)を用いた。金属配線層151及び金属配線層152としてはモリブデンとクロムの合金を用いた。
図17は、アクティブマトリクス側の基板150と対向させた基板163との間に配向膜165及び167と、液晶層166と、透明電極164と、遮光層(ブラックマトリクス)168と、保護層169とを備え、前記基板163の前記液晶層166とは反対側の側面に位相差フィルム161及び162と、偏光板160とを備える。図17はモノクローム表示の例を示しており、カラー表示を行うためにはさらにカラーフィルタ層が追加される。
また、図17中には示していないが、散乱フィルムを貼付することにより適度な散乱性が得られ、視野角が広くなり、より紙に近い表示が可能となる。また、偏光板160に散乱性を付与してもよい。あるいはまた、絶縁層149を凹凸加工するか、絶縁層149と反射電極146との間に凹凸加工を施した絶縁層を新たに追加するなどして、その上に形成する反射電極146を凹凸加工することにより、反射光に適度な散乱性を付与することができ、視野角が広くなり、より紙に近い表示が可能となる。解像度の観点からも反射電極146に散乱性を付与することはより望ましい。
本実施例においては第1のトランジスタ121及び第2のトランジスタ122としてアモルファスシリコンTFTを用いた例について述べたが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、ポリシリコンTFTを用いてもよい。
本発明の表示装置における電気光学媒体123として電気泳動表示媒体を用いた実施例について説明する。図18は、本発明の電気泳動表示装置の断面図である。電気泳動表示媒体は帯電粒子171と絶縁性溶媒181とからなる。
帯電粒子171としては各種有機顔料、無機顔料を用いることができ、その材質により様々な色を選択できる。黒色では例えばカーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄、アイボリーブラック、二酸化クロム等がいずれも利用可能であり単体またはこれらを調合して用いれば良い。さらにこれら顔料をアクリル系ポリマー等の分散剤でコーティングすることで分散性を向上し、界面活性剤で粒子のゼータ電位を高めたものを用いると帯電粒子の安定性、応答速度が向上し好適である。
絶縁性溶媒181としては、キシレン、トルエン、シリコンオイル、流動パラフィン、塩化有機物、各種炭化水素、各種芳香族炭化水素等がいずれも利用可能であり単体またはこれらを調合して用いればよい。光利用効率の面からは透過率が高く、寿命の面からは電圧印加時のイオンを生じない高い絶縁性を持ち、移動速度の面からは粘度が低いものが好ましい。シリコンオイルを絶縁性溶媒181として、これに樹脂でコーティングした直径0.2μmのカーボンブラック粒子を4wt%の濃度で分散させ、これを両基板間に封入、封止した。
アクティブマトリクス側の基板150は概ね実施例1と同様である。基板163にはパターニングされた共通電極177が形成されている。共通電極177の一部は隔壁170と重畳して形成されており、隣接する画素間で共有されている。これは、開口部の画素に占める割合である開口率を最大化するための重要な構成である。共通電極177は透明導電膜ないし金属薄膜で形成するとよい。
カーボンブラック粒子171はプラスに帯電し、反射電極146と共通電極177を同電位にするとカーボンブラック粒子171は反射電極146上に分散し、基板163側から黒表示が確認できた。一方反射電極146の電位が共通電極177の電位より10V高くなるように電圧を印加するとカーボンブラック粒子171は共通電極177に集まり、基板163側から白表示が確認できた。
隣り合う画素において、互いに異なる表示状態の時には隣接画素間に横電界が発生する。隣接画素間に隔壁170がないと帯電粒子171が画素の境界をまたいで移動する可能性がある。この現象が極端に進行すると図1に示す表示部107の場所毎の帯電粒子濃度が変化して表示むらが発生してしまう。この現象を防止するためには、ある範囲以上に帯電粒子が拡散しないように隔壁170を設けて空間的に領域を分離する必要がある。前記領域とは少なくとも一つの副画素(図37に示す)ないし画素を含む領域である。本実施例においては、画素毎に電気泳動表示媒体を空間的に分離するための隔壁170を設けた。隔壁170は光可塑性の樹脂を用いて形成した。
図19から図21を用いて、本発明の表示装置に用いた電気泳動表示媒体の電気光学特性について説明する。図19から図21の各図面の上図は反射電極146の共通電極177に対する電位、すなわち画素電圧であり、駆動波形に相当する。一方図19から図21の各図面の下図は輝度の応答波形である。横軸は何れの図面も時間である。
図19の駆動波形は、500msから2500ms及び4500msから5000msにかけて反射電極146の電位を8Vとし、他の期間においては共通電極177と同電位としている。500ms及び4500ms近傍で反射電極146の電位が0Vから8Vに切り替わった直後に輝度が急激に増加し明状態となり、2500ms近傍で反射電極146の電位が8Vから0Vに切り替わった直後からゆっくりと輝度が低下して暗状態になっている。しかしながら、明状態から暗状態への変化は遅く、たとえば新聞並みのコントラスト比である5:1のコントラスト比を得るまでには1秒以上の応答時間を要している。明状態から暗状態への移行は、共通電極177に引き寄せられた帯電粒子171が画素全体に自然に拡散することにより実現されるが、応答時間が遅い。
図20の駆動波形は、500msから2500ms及び4500msから5000msにかけて反射電極146の電位を8Vとして、他の期間においては-5Vとしている。500ms及び4500ms近傍で反射電極146の電位が-5Vから8Vに切り替わった直後に輝度が急激に増加し明状態となり、2500ms近傍で反射電極146の電位が8Vから-5Vに切り替わった直後に急激に輝度が低下して暗状態になっている。しかしながら、コントラスト比は3以下と低い。これは、反射電極146の電位を-5Vとしたことにより、共通電極177に引き寄せられていた帯電粒子171を効果的に引き剥がしているが、帯電粒子171は共通電極177と概ね対向する反射電極146に引き寄せられてそこに留まり、画素全体への拡散が抑制されてしまうため暗状態の輝度が低くならず到達コントラスト比が低い。
図19及び図20に示した駆動方法の問題点を解決する駆動方法を図21に示す。図21の駆動波形は、500msから2500ms及び4500msから5000msにかけて反射電極146の電位を8Vとして、2500msで短期間反射電極146の電位を-5Vとした後共通電極177と同電位としている。500ms及び4500ms近傍で反射電極146の電位が0Vから8Vに切り替わった直後に輝度が急激に増加し明状態となり、2500ms近傍で反射電極146の電位が8Vから-5Vに切り替わりさらに0Vになる過程で急激に輝度が低下して暗状態になっている。
暗状態の到達輝度も図19及び図20よりも低くなっており、コントラスト比の高い表示が得られている。
図22に基準電圧線108、走査線109、信号線110の駆動シーケンスを示す。駆動シーケンスは大まかに走査期間126(126Aと126B)と画像保持期間127の2つのステージに分けられる。走査期間126は画像信号メモリ124のリフレッシュ及び電気光学媒体123に印加される電圧の状態の更新、すなわち表示画像の更新を行う期間である。一方、画像保持期間127は、画面の走査を休止して、画像信号メモリ124の状態に応じて決まる各画素の表示状態を保持する期間である。走査期間126はさらに第一の走査期間126Aと第二の走査期間126Bとに分けられる。
基準電圧線108の駆動波形136は、第一の走査期間126Aにおいて対応する走査線を走査するタイミングにおいてリセット電位173に一定期間設定され、第二の走査期間126Bにおいて対応する走査線を走査するタイミングにおいて共通電位137に一定期間設定され、他の期間は共通電極177に対して正極性の電位に設定される。
各走査線109は、第一の走査期間126A及び第二の走査期間126Bの夫々において走査が行われる。信号線110は、第一の走査期間126A及び第二の走査期間126Bの夫々において、画像データに応じた駆動波形を供給し、画像保持期間127においては、第2のトランジスタ122をオフ状態にする電位132を設定する。これは、画像保持期間127において、特に第2のトランジスタ122をオフ状態に保つ画像信号メモリ124のノード125の電位が、第1のトランジスタのオフ抵抗を通じて変動するのを防止するためである。
図23及び図24を用いて本駆動方法をより詳細に説明する。図23は第一の走査期間126Aのうちの任意の3本の走査線を走査する期間のタイミングチャートである。図24は第二の走査期間126Bのうちの任意の3本の走査線を走査する期間のタイミングチャートである。
信号線110の駆動波形132は、電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとする場合と、基準電圧線108の電位136と共通電位137との差分の電位差とする場合とで異なった波形とする。信号線110の駆動波形132(OFF)は電気光学媒体123の両端の電位差を概ね0Vとする場合の信号線の駆動波形を示しており、信号線110の駆動波形132(ON)は電気光学媒体123の両端の電位差を基準電圧線108の電位136と共通電位137との差分の電位差とする場合の信号線の駆動波形を示している。
図23及び図24の信号線110の駆動波形132は列方向に連続した数画素を全てOFF状態ないしON状態とする波形を示しているが、実際の駆動波形は画像信号に応じて両者が時間的に入り混じった波形となる。
図23において、信号線110に駆動波形132(OFF)が印加されている場合について、例えばi番目の走査線109について説明する。i番目の走査線109に対応するゲートパルス131が立ち上がり、第1のトランジスタ121がオン状態になるのに同期して、対応する基準電圧線108の駆動波形136を正極性電位からリセット電位173とする。その直後に信号線110の駆動波形132(OFF)が立ち上がり、第1のトランジスタ121がオン状態であるので第2のトランジスタ122もオン状態となる。
基準電圧線108の駆動波形136の電位はリセット電位173にあるので、電気光学媒体123には共通電極120に対して負極性の電圧が印加される。続いて信号線110の駆動波形132(OFF)が立下り、第1のトランジスタ121がオン状態であるので、電気光学媒体123には共通電極120に対して負極性の電圧が印加された状態を維持したまま第2のトランジスタ122がオフ状態となる。続いて基準電圧線108の駆動波形136の電位をリセット電位173から正極性電位に戻し、信号線110の駆動波形132(OFF)の電位がローレベルの状態でゲートパルス131を立ち下げる。したがって、画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオフ状態に保持する電位となった状態で、第1のトランジスタ121がオフ状態となる。
次に、図23において、信号線110に駆動波形132(ON)が印加されている場合について、例えばi番目の走査線109について説明する。i番目の走査線109に対応するゲートパルス131が立ち上がり、第1のトランジスタ121がオン状態になるのに同期して、対応する基準電圧線108の駆動波形136を正極性電位からリセット電位173として再び正極性電位とする。その後信号線110の駆動波形132(ON)が立ち上がり、第1のトランジスタ121がオン状態であるので第2のトランジスタ122もオン状態となる。基準電圧線108の駆動波形136の電位は正極性電位にあるので、電気光学媒体123には共通電極120に対して正極性の電圧が印加される。
続いてゲートパルス131が立下り、画像信号メモリ124のノード125の電位が第2のトランジスタ122をオン状態に保持する電位の状態で第1のトランジスタ121がオフ状態となる。さらに、信号線110の駆動波形132(ON)を立ち下げる。この場合、第2のトランジスタ122は次の走査期間126を迎えるまで画像信号メモリ124のノード125の電位によりオン状態を保持される。したがって、画像保持期間127の間、電気光学媒体123には第2のトランジスタ122を介して基準電圧線108と共通電極120との間の電圧が印加される。
図24は、図23における基準電圧線108の駆動波形136のゲートパルス131に同期したパルスの設定電位をリセット電位173から共通電位137に変更した駆動シーケンスである。
本発明の回路構成並びに駆動方法を適用すれば、高速応答性とコントラスト比とを両立させることが可能となる。なぜならば、第二の電極146への黒電圧書き込みにより、インク粒子171が第二の電極146に引き寄せられるが、第2のトランジスタ122がオフでかつインクの比抵抗が低いことにより、第一の電極177と第二の電極146との間の電位差が時間とともに小さくなる。第一の電極177と第二の電極146との間の電位差が小さくなるにつれてインク粒子171は電極上から拡散していき均一に分散する。このため所望の黒輝度が得られ、高コントラスト比を実現することができる。
図23や図24の駆動シーケンスを変更して、実施例1における図9のように、信号線110の駆動波形132(ON)のパルスの立下りを対応する走査線109のゲートパルス131の立下りよりも前に変更することも可能である。
図25を用いて本駆動法の変形を説明する。図23との相違点は基準電圧線108の駆動波形136にある。図25では走査線109のゲートパルス131に同期してリセット電位173にした後、画像信号メモリ124のノード125の電位を第2のトランジスタ122をオフ状態にする電位にするための信号線110の駆動波形132(OFF)がハイレベルにあるうちに共通電位137にする。本駆動法により、1回の走査でリセット及び帯電粒子の拡散を行うことができる。
図26から図34は隔壁170及び共通電極177の構成の実施例である。図26は図18の隔壁170の部分の拡大図である。アクティブマトリクス基板において反射電極146間に隔壁170を設け、他方の基板163上に設けた共通電極177と重ね合わせて張り合わされる。共通電極177は隣接する画素の双方にとって共通電極として寄与するので全面積に占める表示に寄与する面積の比である開口率を高めることができる。隔壁170として光吸収性の材料を適用すると、共通電極177が透明電極であっても、外光が反射電極146間の隙間からTFT領域に侵入するのを防止することができる。
図27と図26との相違点は遮光層168を基板163と共通電極177との間に設けたことである。遮光層168は共通電極177を透明導電膜で形成した場合には隣接する画素の間隙から光が侵入するのを防止する機能を備える。一方、共通電極177を金属薄膜で形成した場合には共通電極177の不要反射を防止する機能を備える。
図28では共通電極177上に密着層174を形成している。密着層174は例えば有機透明絶縁膜で形成され、2つの基板150、163間の密着性を増す効果がある。
図29では反射電極146上に保護層175を設けている。これは反射電極146の腐食防止のためである。
図30では反射電極146上の保護層176を塗布により隔壁170まで形成した実施例を示している。
図31は隔壁178を共通電極177上に形成した実施例を示している。
図32は隔壁178を基板163上に形成した後、共通電極177が前記隔壁178を覆うように形成した実施例を示している。反射電極146上には共通電極177との絶縁性を保つために保護層179が設けられている。本構成によれば、共通電極177は壁電極となり帯電粒子171を吸着する面積が増大する一方、表示装置の観測者からは帯電粒子171が集められたときの面積が縮小するため、開口率を高めることができる。
図33は図32の共通電極177を透明導電膜で形成した場合に必要となる遮光層168を設けた実施例である。
図34は、共通電極177と反射電極146との絶縁性を保つための保護層180を共通電極177に積層して設けた実施例である。もちろん共通電極177と反射電極146との絶縁性を保つための保護層は両方の基板150、163に設けてもよい。
図35は画素102と共通電極177のレイアウト例を示し、共通電極177を外部に引き出すための電極がその側面に形成されている。
図36は、帯電粒子171及び絶縁性溶媒181の印刷形成の実施例を示している。本発明の電気泳動表示装置は画素単位で隔壁が設けられているため、液晶表示装置のように2枚の基板を張り合わせて空のセルを作製してから液晶材料を封入するような工程でのパネル形成は困難である。各画素に均一に帯電粒子171及び絶縁性溶媒181を分散する方法としてはインクジェット印刷が好適である。表示領域の周辺に設けた隔壁192内をプリンタヘッド190で走査することにより、表示領域前面に渡って帯電粒子171及び絶縁性溶媒181からなるインク191が均一に分散される。
本発明の表示装置は1画素単位では2値表示であるので、階調はディザ階調表示を行う必要がある。すべて正方形の画素でモノクローム表示の表示装置を構成した場合には、2×2画素単位で5階調、3×3画素単位で10階調、4×4画素単位で17階調、5×5画素単位で26階調というように、n×n画素単位で(n2+1)階調の階調表示が可能である。ただし、階調表示時の精細度はn分の1に低下する。また、カラー表示を行う場合にはさらに精細度が3分の1に低下する。
図37に示すように、副画素を用いることにより階調表示時の精細度の低下を抑制することができる。図37を用いて、副画素を用いた場合の階調表示方法を説明する。一つの画素201は2つの副画素201A、201Bとから構成される。R画素の場合副画素は例えば201RA、201RBのように記載する。m×m個の画素201により階調表示を行う。副画素の面積比はn:1であり、このときn=m2+1の関係にある。いくつかのmについての階調数について下記表1に示す。
Figure 0004213637
例えば、m=1の場合には、n=2で画素201が2:1の面積比となる副画素に分割する。階調1としては、面積比1の副画素のみをONとし、階調2としては、面積比2の副画素のみをONとし、階調3としては、両副画素をONとする。このようにして、階調0を含めて4階調を表示することができる。また、m=2の場合には、n=5で画素201が5:1の面積比となる副画素に分割する。階調1としては、面積比1の副画素の1つのみをONとし、階調2としては、面積比1の副画素の2つのみをONとし、階調3としては、面積比1の副画素の3つのみをONとし、階調4としては、面積比1の副画素全てをONとする。次に、階調5としては、面積比5の副画素の1つのみをONとし、階調6としては、面積比5の副画素の1つと面積比1の副画素の1つのみをONとする。このようにして、階調0を含めて25階調を表示することができる。
このように、例えば3×3画素の場合において正方画素と比較すると、正方画素の場合階調数は10階調であるのに対し、本階調表示方式では100階調が表示できる。
次にアクティブマトリクス基板150側に、隔壁170、共通電極177及び遮光層168を印刷により形成した場合について述べる。
図38は、反転印刷法により形成した隔壁構造を適用したパネル断面図である。反転印刷法により、隔壁170のパターンを版として使うことにより、隔壁170上に共通電極層177とブラックマトリクス168が順次積層形成されている。
図39は、反転印刷法により隔壁170を形成する工程の模式図である。反転印刷法とは撥インク性を主体とした印刷法であり、印刷工程は次の工程(1)(2)(3)からなる。
(1)インク塗布装置223によりインク転写胴221の撥インク性ブランケット220上にインクを塗布してインク塗布面222を形成する工程
(2)所望の印刷パターンの反転パターンが凸部になる画像形成版224により前記転写胴221のインク塗布面222よりインクを転写除去する工程
(3)前記転写胴221に残ったインクを基板150上に転写する転写工程
図40は、反転印刷法の応用により、隔壁170上に共通電極177を形成する工程の模式図である。下層構造である隔壁170を画像形成版として用いているため、各層を下層構造に対してセルフアラインでインク塗布面225からのインクを転写・積層することができ、かつ共通電極177を形成するための画像形成版224(図39)は不要である。また、セルフアラインで積層されるため共通電極層177を厚く形成することも可能である。金属層177を厚く形成することのメリットは帯電粒子171を共通電極層177に集めたときのディスプレイ面内方向への粒子の広がりが抑えられ、高開口率を確保できることである。
あるいはまた、隔壁170の材料として有機材料を用いた場合、熱処理によって形状を制御可能である。基板150に接する下面の寸法に比べ上面の寸法を細くすることができる。積層する共通電極層177並びに遮光層(ブラックマトリクス)168の寸法は、隔壁170の上面の寸法を基準に形成されるので、隔壁170下面寸法に比べて小さくすることができる。この構造により画素内に生成されるスペースは、共通電極177に帯電粒子171を引き寄せたときのバッファ領域となり、開口率を高める効果が得られる。
また、図38に示した構成においては、反射電極146の下層には凹凸構造240及びレベリング層149からなる凹凸層が形成されている。したがって、反射電極146の形状は下層の凹凸層の形状に倣って凹凸面となっており、表示装置への入射光を散乱する機能を有する。凹凸構造240は、パターニング形成された樹脂層を加熱処理により凸面形状加工して形成されている。
レベリング層149は、塗布形成され、かつ反射電極146と下層電極との接続部が除去加工されている。レベリング層149は、一層の膜により形成してもよいが、二層以上の膜により形成してもよい。また、レベリング層149を構成する膜の少なくとも一層は黒色樹脂を用いて形成することが望ましい。
図38は、透明樹脂からなる第一のレベリング層149Aと黒色樹脂からなる第二のレベリング層149Bの積層構成例を示している。レベリング層として黒色樹脂を用いる理由は、表示装置への入射光が反射電極146の隙間を通って第1のトランジスタ121や第2のトランジスタ122に入射することを防止するためである。すなわち黒色樹脂からなるレベリング層149Bは遮光層としての働きを有する。
第1のトランジスタ121や第2のトランジスタ122における半導体層に光が照射されると光誘起電気伝導が生じ意図しない動作を生じてしまう。しかも、本発明の表示装置は従来の表示装置と異なりフレーム周波数60Hz以下の低周波駆動を行うことを特徴としているので、光誘起電気伝導による動作異常の影響が従来の表示装置よりも大きい。
対向基板163上ないしは共通電極層177上に形成した遮光層168も表示装置外部からの入射光を遮光する機能を備えるが、斜め方向から表示装置に入射した光が反射電極146の隙間を通過することを防止することはできない。
一方、黒色樹脂からなるレベリング層149Bは、反射電極146の隙間を全て覆うように形成されているので、反射電極146の隙間から入射する光を全て遮光することが可能である。凹凸層を形成する他の方法としては、塗布形成した黒色樹脂層を加熱処理により相分離させて形成する方法もある。あるいはまた、凹凸構造を備えた感光性フィルムを用いてもよい。
本実施例と実施例1、実施例2との相違点は、表示のメモリ性を備えた表示方式を採用している点である。ここでいう「表示のメモリ性を備えた」とは、電源を切っても表示された状態が維持されるという意味である。
メモリ性を備えた表示方式の例としては、電気泳動表示方式、エレクトロクロミック表示方式、コレステリック液晶表示方式、液体移動表示方式、バイステーブルツイストネマティック液晶表示方式、強誘電性液晶表示方式、反強誘電性液晶表示方式等が挙げられる。本実施例に好適な表示方式はここに挙げた表示方式のみに限られるわけではなく、表示のメモリ性を備えた表示方式であれば適用可能である。
メモリ性表示方式の第1の問題点は、画像の書き換え時に応答が完了するまで継続して電圧ないし電流を供給することが必要な点である。従来の1トランジスタ1キャパシタ構成のアクティブマトリクスでメモリ性表示方式を駆動する場合、電気光学媒体の応答時間が画面を走査する1フレーム期間よりも長いと画面走査を何度も繰り返して所望の電圧を電気光学媒体123に印加しつづける必要がある。
また、メモリ性表示方式の第2の問題点は、電気光学媒体の比抵抗が通常の液晶に比べて低い点である。従来の1トランジスタ1キャパシタ構成のアクティブマトリクスでメモリ性表示方式を駆動すると、電気光学媒体の比抵抗が低いことが原因でリークが生じ、キャパシタに書き込まれた電圧を1フレーム期間保持することができない。このため電気光学媒体への実効的な印加電圧は低下するため、画像書き換えの際の画面走査回数はさらに増加し、また画像書き換えに要する時間は、電気光学媒体に連続して同じ電位の駆動電圧を印加しつづけた場合の応答時間よりも長くなってしまう。
これらの問題点は、ディスプレイのライン数が、ごく少ないうちには大きくはないが、ディスプレイが高精細化し、ライン総数が大幅に増加した場合には、深刻な問題となる。
トランジスタのオン抵抗の制限から取り得る1ライン選択期間には下限があるので、大幅なライン総数の増加は1フレーム分の走査期間の増加に繋がる。また、1フレーム分の走査期間の増加により、電気光学媒体への実効的な印加電圧はさらに低下するため必要な走査回数も増加する。したがって、従来の1トランジスタ1キャパシタ構成のアクティブマトリクスでメモリ性表示方式を駆動するディスプレイにおいては、ディスプレイの高精細化に伴い、画像書き換えに要する時間が大幅に増加してしまう。このような画面の切り換えに長い期間を要するディスプレイを備えた装置の操作性は著しく悪い。
この問題を解決するための画素回路構成並びにその駆動方法について以下に述べる。画素回路構成は実施例1と同じく図2に示す回路構成である。すなわち、第1のトランジスタ121は、そのゲートが走査線109に接続され、そのドレインないしソースの一方が信号線110に接続され、ドレインないしソースの他方が画像信号メモリ124及び第2のトランジスタ122のゲートに接続されている。
第2のトランジスタ122のドレインないしソースの一方は基準電圧線108に接続され、ドレインないしソースの他方は電気光学媒体123に接続される。電気光学媒体123の第2のトランジスタ122と反対側は共通電極120に接続される。電気光学媒体123の種類に応じて共通電極120はTFTと同一基板上ないしは対向基板上のいずれか一方あるいは双方に設ける。
図41は、本実施例の駆動波形の模式図である。横軸は時間を示しており、画像書き換え期問218と画像保持期間217とに大きく分けられる。画像書換期間218は、さらに細かく走査期間(a)210から走査期間(d)215及び保持期間(A)211及び保持期間(B)214に分けられる。
基準電圧線の電位136は、走査期間(a)から保持期間(A)にかけてはVRHとし、走査期間(b)においては原則共通電位(コモン電位(Vcom))とし、走査期間(c)から保持期間(B)にかけてはVRLとし、走査期間(d)及び保持期間(C)217にかけてはコモン電位とする。
走査期間(a)においては、画像信号が黒から白に変化する画素のみ走査線を選択するタイミングで信号線電位132をHレベル(VDH)にする。Hレベル(VDH)にされた画素における第2トランジスタ122はオン状態となり、基準電圧線の電位136(VRH)が電気光学媒体123に印加される。ここで、走査期間(a)における走査回数は1回としているが、複数回走査してもよい。
保持期間(A)においては、信号線電位132はLレベル(VDL)とし、走査は休止する。保持期間(A)では、Hレベル(VDH)にされた画素における第2トランジスタ122はオン状態で、電気光学媒体123には、基準電圧線の電位136(VRH)が印加・保持される。なお、保持期間(A)は、黒から白に変化する画素における光学応答が十分に飽和する時間を確保するとよい。
走査期間(b)212においては、信号線電位132をLレベル(VDL)として走査線を走査することにより全ての第2のトランジスタ122をオフ状態にする。走査期間(b)においては、基準電圧線の電位136をコモン電位にしておくとなおよい。
走査期間(c)213においては、画像信号が白から黒に変化する画素のみ走査線を選択するタイミングで信号線電位132をHレベル(VDH)にする。Hレベル(VDH)にされた画素における第2トランジスタ122はオン状態となり、基準電圧線の電位136(VRL)が電気光学媒体123に印加される。ここで、走査期間(c)における走査回数は1回としているが、複数回走査してもよい。
保持期間(B)においては、信号線電位132はLレベル(VDL)とし、走査は休止する。保持期間(B)では、Hレベル(VDH)にされた画素における第2トランジスタ122はオン状態で、電気光学媒体123には、基準電圧線の電位136(VRL)が印加・保持される。なお、保持期間(B)は白から黒に変化する画素における光学応答が十分に飽和する時間を確保するとよい。
走査期間(d)においては、信号線電位132をLレベル(VDL)として走査線を走査することにより、前記走査期間(b)と同様に、全ての画素電位をコモン電位とする。
保持期問(C)においては、信号線電位132はLレベル(VDL)とし、走査線の走査は休止する。
先にも述べたように、メモリ性を備えた表示方式の電気光学媒体123は、一般に比抵抗が低く、従来方式では電気光学媒体123への駆動電圧印加を1フレーム期間維持できない。このため、画像書き換え期間に電気光学媒体123の本来の応答時間よりも大幅に長い期間を要してしまう。
一方、表示のメモリ性を備えた表示方式を、本実施例の画素回路構成並びに駆動方法によって駆動することにより、前記保持期間(A)(B)で説明したように、画像書き換え時において、電気光学媒体123が十分に応答するまで第2のトランジスタ122を介して基準電圧線108の駆動電圧136を電気光学媒体123に印加し続けることができる。したがって、画像書き換え期間は電気光学媒体123の応答時間と同程度である。
本実施例は、2値表示の場合について述べた。一方、電圧変調による多値表示が可能な表示媒体を適用し、基準電圧線の電位をVRH、VRL以外の電位にした状態で走査・保持する期間を追加すれば、アナログ階調による多値表示も可能であることはいうまでもない。
図42は、本実施例における他の駆動波形の模式図である。図41と異なっている点は、走査期間(d’)216を追加したことにある。走査期間(a)〜(d)、保持期間(A)〜(C)の動作については図41と同じである。
走査期間(d’)においては、信号線電位132をHレベル(VDH)として走査線を走査することにより全ての画素電位をコモン電位とする。走査期間(d’)の追加により、電気光学媒体123の両端の電位が等しくなり、残留電荷が表示に悪影響を及ぼすことを防止する。
本実施例においては、基準電圧線の電位136を切り換えるタイミングを全ラインで共通としたが、走査線の走査に同期して基準電圧線の電位を切り換えるタイミングを走査すると、各ラインを選択するタイミングと基準電圧線の電位の切り換えのタイミングとの相対関係が全てのラインで同等となり、画像表示の走査方向依存性が軽減されるのでなおよい。
また、本実施例においては、書換え前後の画像データを比較し、黒から白ないし白から黒に変化する画素のみ書き換える構成例について述べたが、黒から白への書換え時に、同時に書換え前後の画像データが両方とも白である画素についてもリフレッシュする意味で当該画素を選択する際に信号線電位132をHレベル(VDH)としてもよい。白から黒への書き換えについても同様である。すなわち、前記保持期間(A)においては、全ての白を書換え、前記保持期間(B)においては、全ての黒を書き換える。この場合には、書換え前後の画像データを比較して差分を抽出する駆動シーケンス及びそのための回路構成を省略することができる。
図43は、本実施例における駆動波形の模式図である。図41と異なっている点は、走査期間(b)及び走査期間(c)を組み合わせて走査期間(c’)219とした点と、走査期間(a)及び走査期間(c’)において基準電圧線の電位136をコモン電位とした点である。
走査期間(c’)においては、走査期間(a)において黒から白に画像を書き換えた画素(第2のトランジスタ122をオンにした画素)の走査線を選択するタイミングで信号線電位132をLレベル(VDL)にする一方、画像信号が白から黒に変化する画素の走査線を選択するタイミングで信号線電位をHレベル(VDH)にする。
この動作により、黒から白に画像が書き換えられた画素における電気光学媒体123の両端の電位が等しくなる。また当該画素における第2のトランジスタがオフ状態となり、その後の基準電圧線の電位変動の影響を受けなくなる。
走査期間(a)及び走査期間(c’)において、基準電圧線の電位136をコモン電位とし、走査期間の終了後に基準電圧線の電位136を変化させているのは、画面の上下で黒から白ないし白から黒に変化するタイミングを等しくするためである。
図44は本発明に係る表示装置を文庫リーダーに適用したものであって、本体230の表示枠231内に表示部232が備えられ、この表示部232に本発明に係る表示装置を採用する。図44(a)はこの文庫リーダーを開いた場合を示し、その寸法は、例えば、幅が204mm程度で、長さが151mm程度である。図44(b)は図44(a)の底面図で、その厚さは、例えば、3mm程度である。図44(c)はこの文庫リーダーを閉じた場合を示し、その寸法は、例えば、幅が105mm程度で、長さが151mm程度である。図44(d)は図44(c)の底面図で、その厚さは、例えば、6mm程度である。なお、本体230は開閉軸233によって開閉され、指で左右に操作して頁の送り戻しを行う頁操作ボタン234と機能操作のためのファンクションボタン235及び電源をオンオフするパワーボタン236を備えている。
本発明の表示装置のブロック図 画素102の回路構成例を示す図 i行目の基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例1を示す図 i行目の基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例2を示す図 i行目の基準電圧線108の駆動波形(電位)136の例3を示す図 走査期間126の駆動シーケンスの例1を示す図 走査期間126の駆動シーケンスの例2を示す図 基準電圧線108、走査線109、信号線110の駆動シーケンスを示す図 走査期間126の駆動シーケンスの例3を示す図 画素102の回路構成例を示す図 反射電極146より下層の画素部のレイアウト例を示す図 反射電極146を含む画素部のレイアウト例を示す図 図11及び図12のA−A’部の断面図 図11及び図12のB−B’部の断面図 図11及び図12のC−C’部の断面図 図11及び図12のD−D’部の断面図 図11及び図12のE−E’部の断面図 第二の実施例の表示装置の断面図 電気泳動表示媒体の電気光学特性の例を示す図 電気泳動表示媒体の電気光学特性の例を示す図 電気泳動表示媒体の電気光学特性の例を示す図 基準電圧線108、走査線109、信号線110の駆動シーケンスを示す図 走査期間126Aの駆動方法の説明図 走査期間126Bの駆動方法の説明図 走査期間126A及びBの駆動方法の変形の説明図 隔壁170及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁170及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁170及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁170及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁170及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁178及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁178及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁178及び共通電極177の構成の実施例を示す図 隔壁178及び共通電極177の構成の実施例を示す図 画素102及び共通電極177のレイアウトを示す図 帯電粒子171及び絶縁性溶媒181を印刷形成する実施例を示す図 階調表示方法の説明図 反転印刷法により形成した隔壁構造を適用したパネル断面図 反転印刷法による隔壁構造の形成プロセスの模式図 反転印刷法による共通電極の形成プロセスの模式図 第三の実施例の駆動波形の模式図 第三の実施例の駆動波形の模式図 第四の実施例の駆動波形の模式図 本発明の表示装置を適用した文庫リーダーの概略図
符号の説明
101…パネル部、102…画素、103…走査線駆動回路(走査回路)、104…基準電圧線駆動回路、105…タイミングコントローラ、106…セレクタスイッチ、107…表示部、108…基準電圧線、109…走査線、110…信号線、111…信号線駆動回路、120…共通電極、121…第1のトランジスタ、122…第2のトランジスタ、123…電気光学媒体、124…画像信号メモリ、125…ノード、126…走査期間、127…画像保持期間、128…保持容量、131…ゲートパルス信号、132…信号線の駆動波形、133…i走査線の選択期間、134…リセット期間、135…画像信号書き込み期間、136…基準電圧線の駆動波形、137…共通電位(コモン電位)、141、142、143…スルーホールコンタクト、144…電極、145…アモルファスシリコン層、146…反射電極(画素電極)、147、148、149…絶縁層、149A…透明樹脂層、149B…黒色樹脂層、150…基板、151、152…金属配線、160…偏光板、161、162…位相差フィルム、163…基板、164…透明電極、165…配向膜、166…液晶層、167…配向膜、168…遮光層(ブラックマトリクス)、169…保護膜、170…隔壁、171…帯電粒子、173…リセット電位、174…密着層、175、176…保護層、177…共通電極、178…隔壁、179、180…保護層、181…絶縁性溶媒、201…画素、217…画像保持期間、218…画像書き換え期問、220…撥インク性ブランケット、221…インク転写胴、222…インク塗布面、223…インク塗布装置、224…画像形成版、225…インク塗布面、230…文庫リーダー本体、232…表示部、240…凹凸構造

Claims (7)

  1. マトリクス状に配置された複数の画素を備え、
    前記画素は少なくとも、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、画像信号メモリと、電気光学媒体と、共通電極とを備え、
    前記画素は少なくとも信号線と走査線と基準電圧線とに接続され、
    前記第1のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記信号線に接続され、
    前記第1のトランジスタのドレインないしソースの他方は第2のトランジスタのゲートに接続され、
    前記第1のトランジスタのゲートは前記走査線に接続され、
    前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記電気光学媒体に接続され、
    前記第2のトランジスタのドレインないしソースの他方は前記基準電圧線に接続され、
    前記画像信号メモリは前記第2のトランジスタのゲートと前記基準電圧線に接続され、
    前記電気光学媒体は前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方と前記共通電極とに接続されており、
    前記基準電圧線を前記走査線に同期して走査することを特徴とする表示装置の駆動方法において、
    前記画像信号メモリをリフレッシュする走査期間と、前記画像信号メモリに書き込まれた画像信号を保持する画像信号保持期間とを備え、
    前記走査期間において、前記走査線の走査に同期して前記基準電圧線の電位を一定期間共通電位にし、それ以外の期間においては、前記基準電圧線の駆動波形をある周波数の矩形波とすると共に、
    前記走査線に同期して前記基準電圧線の電位を共通電位にし、
    記電気光学媒体の両端の電位差を概ね0Vとする画素においては、
    前記基準電圧線が共通電位である間の一定期間、前記信号線の電位をハイレベルとし、
    記電気光学媒体の両端の電位差を前記基準電圧線の正極性電位又は負極性電位と共通電極との間の電位差とする画素においては、
    前記基準電圧線が共通電位である間は前記信号線の電位をローレベルとし、
    前記走査線の電位がハイレベルからローレベルに切り替わる直前で前記信号線の電位をハイレベルからローレベルにすることを特徴とする表示装置の駆動方法。
  2. 請求項1に記載の表示装置の駆動方法において、
    前記走査線を走査する走査期間と、前記走査線の走査を休止して画像表示状態を保持する画像保持期間とが設けられ、
    前記画像保持期間において、前記信号線の電位を前記第2のトランジスタをオフ状態とする電位にしたことを特徴とする表示装置の駆動方法。
  3. マトリクス状に配置された複数の画素を備え、
    前記画素は少なくとも、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、画像信号メモリと、電気光学媒体と、共通電極とを備え、
    前記画素は少なくとも信号線と走査線と基準電圧線とに接続され、
    前記第1のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記信号線に接続され、
    前記第1のトランジスタのドレインないしソースの他方は第2のトランジスタのゲートに接続され、
    前記第1のトランジスタのゲートは前記走査線に接続され、
    前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方は前記電気光学媒体に接続され、
    前記第2のトランジスタのドレインないしソースの他方は前記基準電圧線に接続され、
    前記画像信号メモリは前記第2のトランジスタのゲートと前記基準電圧線に接続され、
    前記電気光学媒体は前記第2のトランジスタのドレインないしソースの一方と前記共通電極とに接続されており、
    前記基準電圧線を前記走査線に同期して走査することを特徴とする表示装置の駆動方法において、
    前記画像信号メモリをリフレッシュする走査期間と、前記画像信号メモリに書き込まれた画像信号を保持する画像信号保持期間とを備え、
    前記走査期間において、前記走査線の走査に同期して前記基準電圧線の電位を一定期間共通電位にし、それ以外の期間においては、前記基準電圧線の駆動波形をある周波数の矩形波とすると共に、
    前記走査線に同期して前記基準電圧線の電位を共通電位にし、
    記電気光学媒体の両端の電位差を概ね0Vとする画素においては、前記基準電圧線が共通電位である間の一定期間、前記信号線の電位をハイレベルとし、
    記電気光学媒体の両端の電位差を前記基準電圧線の正極性電位又は負極性電位と共通電極との間の電位差とする画素においては、
    前記基準電圧線が共通電位である間において前記信号線の電位をローレベルとし、前記走査線の電位がハイレベルからローレベルに切り替わる直前で前記信号線の電位をローレベルからハイレベルにし、
    前記走査線の電位がハイレベルからローレベルに切り替わる直後で前記信号線の電位をハイレベルからローレベルにすることを特徴とする表示装置の駆動方法。
  4. 請求項3に記載の表示装置において、
    前記画像信号メモリは少なくとも2層以上の配線層と1層以上の絶縁層とから形成されていることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項3に記載の表示装置において、
    前記電気光学媒体が絶縁性溶媒と前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子とからなることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項3に記載の表示装置において、
    前記各画素は2種類の大きさの副画素から形成されており、
    前記副画素の大きさの比がm2+1:1(mは自然数)であることを特徴とする表示装置。
  7. 請求項4に記載の表示装置において、
    前記画像信号メモリは前記基準電圧線に接続された透明電極層と前記第1のトランジスタのソース電極との間に絶縁層を介して挟持する構成で、かつ、前記透明電極層は表示領域外において基板外部との電気的接続のための端子を形成する電極層を兼ねることを特徴とする表示装置の駆動方法。


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