JP4221183B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタ用表示装置に係り、特に高速化された映像信号を複数の表示素子に入力する液晶表示装置における液晶パネル駆動回路構成に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、小型表示装置から所謂OA機器等の表示端末用に広く普及している。この液晶表示装置は、基本的には少なくとも一方が透明なガラス板やプラスチック基板等からなる一対の絶縁基板の間に液晶組成物の層(液晶層)を挟持して所謂液晶パネル(液晶表示素子または液晶セルとも言う)を構成する。
【0003】
この液晶パネルは、画素形成用の各種電極に選択的に電圧を印加して所定画素部分の液晶組成物を構成する液晶分子の配向方向を変化させて画素形成を行う。また、液晶パネルの中で画素がマトリックス状に配置され、表示部を形成したものが知られている。画素がマトリックス状に配置された液晶パネルは、単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式との2つの方式に大きく分類されている。単純マトリクス方式は、一対の絶縁基板のそれぞれに形成した交差する2本のストライプ状電極の交差点で画素を形成する。また、アクティブマトリクス方式は画素電極と画素選択用のアクティブ素子(例えば、薄膜トランジスタ)を有し、このアクティブ素子を選択することにより、当該アクティブ素子に接続した画素電極と該画素電極に対向する基準電極とで画素を形成する。
【0004】
画素毎にアクティブ素子(例えば、薄膜トランジスタ)を有し、このアクティブ素子をスイッチング駆動するアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ノート型パソコン等の表示装置として広く使用されている。一般に、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、一方の基板に形成した電極と他方の基板に形成した電極との間に液晶層の配向方向を変えるための電界を印加する、所謂縦電界方式を採用している。また、液晶層に印加する電界の方向を基板面とほぼ平行な方向とする、所謂横電界方式(IPS(In−Plane Switching)方式とも言う)の液晶表示装置が実用化されている。
【0005】
一方、液晶表示装置を用いる表示装置として、液晶プロジェクタが実用化されている。液晶プロジェクタは光源からの照明光を液晶パネルに照射し、液晶パネルの画像をスクリーンに投写するものである。液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルには反射型と透過型とがあるが、液晶パネルを反射型とした場合には、画素のほぼ全域を有効な反射面とすることができ、液晶パネルの小型化、高精細化、高輝度化において、透過型に比較して有利である。また、アクティブマトリクス型液晶表示装置の中で画素電極を形成した基板上に、画素電極を駆動する駆動回路をも形成する所謂駆動回路一体型液晶表示装置が知られている。
【0006】
さらには、駆動回路一体型液晶表示装置において、画素電極及び、駆動回路を絶縁基板ではなく、半導体基板上に形成した反射型液晶表示装置(Liquid Crystal on Silicon、以下LCOSとも呼ぶ)が知られている。
【0007】
また、駆動回路一体型液晶表示装置の駆動方法において、外部から映像信号を液晶表示装置にアナログ信号で入力し、駆動回路により映像信号をサンプリングして液晶パネルに出力する駆動方法が知られている。この場合、3原色を構成するRGBの各映像信号は、共通のLSIにより処理されるため同一回路基板上に形成され、各液晶表示装置に分配される方法が一般的にとられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
反射型液晶表示装置ではフリッカー低減のため、液晶パネルへ入力する映像信号のフレーム周波数を高速化する方法を用いている。すなわち、元の映像信号のフレーム周波数が60Hzであった場合、元の映像信号を一旦フレームメモリに保持し、液晶へのDC電圧印加を避けるために、対向電極に対して正極、負極の映像信号を生成し、液晶パネルに2倍の120Hzの速度にて入力する。このことにより、液晶パネルには常に対向電極に対して対称の映像信号を印加できる。ところが、フレーム周波数を高速化することにより、高周波によるEMIすなわち電磁波妨害、EMCすなわち電磁環境適合性の問題を生じ、回路基板設計に制約が発生することを見出した。すなわち、複数の液晶パネルからなるプロジェクターの光学系形状に合わせた液晶パネルの配置を行うために、フレーム周波数を高速化する回路から液晶パネルへの信号配線経路の長さにより、ノイズやEMI、EMCの問題が発生する。更に、多少の光学系形状の変更や、組み立ての容易性を考慮して、液晶パネルへ接続するためのフレキシブルケーブル(FPC)を長くとる必要があり、高速化された信号が配線の負荷により、映像信号を劣化させると言う問題を見出した。また、3原色を構成する各液晶パネルまでの信号線配線経路長を合わせることが困難であるという問題も発生する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
複数の液晶パネルへの信号配線経路を等しくする為に、フレーム周波数を高速化する回路部及び液晶パネルを制御する液晶パネル駆動制御回路を、その他の回路部から別回路基板にて分離独立させ、各液晶パネル毎に配置し、フレキシブルなケーブルにより接続、電圧の小振幅な差動信号により映像信号を供給する。これにより、その他の回路部からフレーム周波数高速化回路までは、低速な信号線により結線されるため、ノイズやEMI、EMCの問題を抑える事が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0011】
図1は、本発明の実施の形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【0012】
本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル(液晶表示素子)100と、表示制御回路111とで構成される。表示制御回路111は液晶パネル駆動制御回路400と、前処理回路470とに分離されている。
【0013】
液晶パネル100は、マトリックス状に画素部101が設けられた表示部110と、水平駆動回路(映像信号線駆動回路)120と、垂直駆動回路(走査信号線駆動回路)130と、画素電位制御回路135から構成される。また、表示部110と水平駆動回路120と垂直駆動回路130と画素電位制御回路135とは同一基板上に設けられている。画素部101には画素電極と対向電極と両電極に挟まれて液晶層が設けられる(図示せず)。画素電極と対向電極の間に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向等が変化し、それに伴い液晶層の光に対する性質が変化することを利用して表示が行われる。なお、本発明は画素電位制御回路135を有する液晶表示装置に適用して有効であるが、画素電位制御回路135を有する液晶表示装置に限られるものではない。
【0014】
表示制御回路111には外部装置(例えばパーソナルコンピュータ等)から外部制御信号線401が接続している。表示制御回路111は外部から外部制御信号線401を経て送信されてくる制御信号を用い、水平駆動回路120および、垂直駆動回路130、画素電位制御回路135を制御する信号を出力する。
【0015】
また、表示制御回路111には表示信号線402が接続しており、外部装置から表示信号が入力する。表示信号は液晶パネル100に表示する映像を構成するよう一定の順番で送られてくる。例えば、液晶パネル100の左上に位置する画素を先頭に、1行分の画素データが順番に送られ、上から下に向けて各行のデータが外部装置から順次送られてくる。表示制御回路111は表示信号を基に映像信号を形成し、液晶パネル100が映像を表示するタイミングに合わせて映像信号を水平駆動回路120に供給する。
【0016】
131は液晶パネル駆動制御回路400から出力する制御信号線であり、132は映像信号伝送線である。なお、図1では映像信号伝送線132を1本で示しているが、複数相に相展開しており複数本の映像信号伝送線132が設けられる。また、映像信号がデジタルデータの場合は、データ転送に必要な数の映像信号伝送線132が設けられる。
【0017】
映像信号伝送線132は液晶パネル駆動制御回路400から出力して、表示部110の周辺に設けられた水平駆動回路120に接続する。水平駆動回路120からは垂直方向(図中Y方向)に、複数本の映像信号線(ドレイン信号線または垂直信号線ともいう)103が延びている。また複数本の映像信号線103は、水平方向(X方向)に並んで設けられている。映像信号線103により映像信号が画素部101に伝えられる。
【0018】
また、表示部110の周辺には垂直駆動回路130も設けられている。垂直駆動回路130からは水平方向(X方向)に複数本の走査信号線(ゲート信号線または水平信号線ともいう)102が延びている。また複数本の走査信号線102は、垂直方向(Y方向)に並んで設けられている。走査信号線102により画素部101に設けられたスイッチング素子をオン/オフする走査信号が伝えられる。
【0019】
さらに、表示部110の周辺には画素電位制御回路135が設けられている。画素電位制御回路135からは水平方向(X方向)に複数本の画素電位制御線136が延びている。また複数本の画素電位制御線136は、垂直方向(Y方向)に並んで設けられている。画素電位制御線136により画素電極の電位を制御する信号が伝えられる。
【0020】
なお、各回路の電源電圧線については表示を省略したが、必要な電圧が表示制御装置111から液晶パネル100等の各回路に供給されているものとする。
【0021】
水平駆動回路120は、水平シフトレジスタ121と、映像信号選択回路123とから構成される。表示制御装置111からの制御信号線131が水平シフトレジスタ121に接続され、制御信号が供給されている。また、表示制御装置111からの制御信号線131と映像信号伝送線132が映像信号選択回路123に接続され、制御信号と映像信号とが供給されている。
【0022】
表示制御装置111から供給される映像信号がアナログ信号の場合には、水平駆動回路120は制御信号に従い、出力すべき電圧を映像信号から取り出して映像信号線103に出力する。また、映像信号がデジタル信号の場合には、デジタル信号が示す電圧を選択して映像信号線103に出力する。
【0023】
表示制御装置111は、外部から外部制御信号線401を介して送られる表示開始を示す制御信号(例えば垂直同期信号)の入力後に、第1番目のディスプレイタイミング信号が入力されると、制御信号線131を介して垂直駆動回路130にスタートパルスを出力する。次に、表示制御装置111は水平同期信号に基づいて、1水平走査時間(以下1hと示す)毎に、走査信号線102を順次選択すようにシフトクロックを垂直駆動回路130に出力する。垂直駆動回路130は、シフトクロックに従い走査信号線102を選択し、走査信号線102に走査信号を出力する。すなわち、垂直駆動回路130は図1中上から順番に1水平走査時間1hの間、走査信号線102を選択する信号を出力する。
【0024】
また、表示制御装置111は、ディスプレイタイミング信号が入力されると、これを水平方向の表示開始と判断し、映像信号を水平駆動回路120に出力する。表示制御装置111から映像信号は順次出力されるが、水平シフトレジスタ121は表示制御装置111から送られてくるシフトクロックに従いタイミング信号を出力する。タイミング信号は、映像信号選択回路123が各映像信号線102に出力すべき映像信号を取り込むタイミングを示している。
【0025】
映像信号がアナログ信号の場合には、映像信号選択回路123はサンプルホールド回路を有しており各映像信号線103毎に映像信号を取込み出力する。表示制御装置111は映像信号選択回路123が希望する映像信号を取り込むために、サンプルホールド回路にタイミング信号が入力するタイミングに合せて、該当するサンプルホールド回路が取り込むべき映像信号を出力する。映像信号選択回路123はタイミング信号に従い映像信号(アナログ信号)の中から一定の電圧(階調電圧)を取り込み、該取り込んだ階調電圧を映像信号として映像信号線103に出力する。映像信号線103に出力された階調電圧は垂直駆動回路130からの走査信号が出力されるタイミングに従い画素部101の画素電極に書き込まれる。
【0026】
映像信号がデジタル信号の場合には、映像信号選択回路123は各映像信号線103毎に映像信号(デジタルデータ)を取込み、保持する回路(ラッチ回路)を有しており、このラッチ回路はタイミング信号が入力すると映像信号を記録する。映像信号選択回路123には、表示する階調に従った電圧(階調電圧)が供給されており、映像信号選択回路123は記録されている映像信号(デジタルデータ)に従い階調電圧を選択し、該選択した階調電圧を映像信号として映像信号線103に出力する。
【0027】
画素電位制御回路135は、表示制御装置111からの制御信号にもとづき、画素電極に書き込まれた映像信号の電圧を制御する。映像信号線103から画素電極に書き込まれた階調電圧は、対向電極の基準電圧に対してある電位差を有している。画素電位制御回路135は画素部101に制御信号を供給して画素電極と対向電極との間の電位差を変化させる。なお、画素電位制御回路135については後で詳述する。
【0028】
次に図2を用いて液晶パネル駆動制御回路400について説明する。図2(a)は映像信号としてアナログ信号を出力する液晶パネル駆動制御回路400を示す概略ブロック図で、図2(b)は映像信号としてデジタル信号を出力する液晶パネル駆動制御回路400を示す概略ブロック図である。
【0029】
前述したように、外部から表示信号線402を介して表示信号と、外部制御信号線401を介して制御信号が表示制御装置111に入力している。符号470は前処理回路で、400は液晶パネル駆動制御回路である。液晶パネル駆動制御回路400は液晶パネル駆動用のパルス信号を供給する等、直接に液晶パネル100を駆動する回路系であり、前処理回路470は外部からの信号を変換して、液晶パネル駆動制御回路400に必要な信号を生成する等、直接に液晶パネル100を駆動しない回路系である。
【0030】
符号403は外部信号入力回路で外部装置からの信号が入力する。外部信号入力回路403では種々の形式で送られて来る外部データを変換している。図2では、外部データを変換する回路としてAD変換回路408を示している。例えば、外部装置から送られて来る表示信号がアナログ信号の場合に、AD変換回路408にて表示信号をデジタル信号に変換している。なお、外部データは各種フォーマットが決められており、外部信号入力回路403では各種フォーマットに適応した変換回路が用意される。
【0031】
前処理回路470及び、液晶パネル駆動制御回路400では補正等の信号処理が行われ、液晶パネル駆動制御回路400から液晶パネル100の仕様に合せた信号が出力する。404は信号処理回路で、映像信号のデータレートの変換、γ補正等の信号処理が行われる。また、信号処理回路404は映像信号に合わせ、液晶パネルの駆動に必要な各種駆動パルスを生成、出力する駆動用パルス回路409を有している。
【0032】
映像信号のデータレートの変換について以下簡単に説明する。外部から表示に必要な信号は液晶パネル駆動制御回路400に1画面毎送られてくる。この1画面分の表示に必要な信号が送られてくる期間を1フレーム周期とし、フレーム周期の逆数をフレーム周波数とする。特に外部から液晶表示装置に信号が送られる場合を外部フレーム周期、表示制御装置111が液晶パネル100に信号を送る場合を液晶駆動フレーム周期と呼ぶ。信号処理回路404では外部フレーム周波数に対して液晶駆動フレーム周波数を数倍に上げている(データレート変換)。フレーム周波数の逓倍化は、フリッカの防止の目的で行われる。
【0033】
図2(a)に示す液晶パネル駆動制御回路400には、アナログ信号用の回路が具備している。464はデジタル信号をアナログ変換した後、必要なアナログ回路での処理を行うアナログドライバ回路である。405はDA変換回路部であり信号処理回路404で信号処理したデジタル信号をアナログ信号に変換している。406は増幅交流化回路である。増幅交流化回路406はDA変換回路405から出力したアナログ信号を増幅し交流化する。
【0034】
一般に液晶表示装置においては、液晶層に印加する電圧の極性を周期的に反転させる交流化駆動が行われている。交流化駆動を行う目的は直流電圧が液晶に印加されることによる劣化を防止するためである。画素部101には前述したように画素電極と対向電極が設けられているが、交流化駆動を行う一つの方法として、対向電極に定電圧を印加し、画素電極に対向電極に対して正極性、負極性の階調電圧を印加する。なお、本明細書では正極性と負極性の電圧とは対向電極の電位を基準にした画素電極の電圧を示している。
【0035】
画素電極及び、駆動回路を半導体基板上に形成した反射型液晶表示装置LCOSでは、この交流化駆動をフレーム周期で行っている(フレーム反転)。ライン反転、ドット反転が用いられない理由は、反射型液晶表示装置LCOSではブラックマトリックスを設けないため、ライン反転、ドット反転で生じる不要な横電界による光漏れを隠すことができないからである。ただし、フレーム反転を行うと、フレーム周期で表示面にフリッカが生じる(面フリッカ)。そこで、反射型液晶表示装置LCOSでは、前述したようにデータレート変換を行うことで、フレーム周期を人間の目の応答時間より短くし、面フリッカを低減している。
【0036】
増幅交流化回路406の次段には、サンプルホールド回路407が設けられている。サンプルホールド回路407では、増幅交流化回路406から出力した映像信号を一定の期間ごと取り込み、映像信号伝送線132に出力している。前述したように映像信号伝送線132は複数本形成されており、サンプルホールド回路407は取込んだ電圧を映像信号伝送線132に順番に出力する。そのため、映像信号は複数相に相展開されて映像信号伝送線132に出力される。
【0037】
次に、図3を用いてプロジェクタの回路構成を説明する。なお、図3では各回路の配置は考慮せずに各回路間の関連について示している。
【0038】
図3はプロジェクタのパネル3板方式の構成である。プロジェクタの外部から入力される映像信号は、いくつかのフォーマットがあり、それぞれに応じて、外部信号入力回路403には、各種取りこみ回路が用意される。450はビデオ信号デコーダーである。TV信号フォーマットであるNTSCやPAL、SECAMのアナログコンポジット信号、または色差信号を、色、輝度信号に分離し、デジタル信号に変換する。451はデジタル入力のインターフェイスであり、DVI (Digital Visual Interface)、TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)、IEEE1394等のデジタル信号のレシーバーである。455はRGBアナログ信号入力回路である。パーソナルコンピュータ等からRGB毎のアナログ信号が入力し、デジタル信号に変換される。
【0039】
符号452は解像度変換回路である。異なる入力フォーマットに対応するため、液晶表示素子への信号は、表示する素子に合わせたフォーマットに合わせ変換する必要がある。一般的には、デジタルの演算処理により入力フォーマット(水平垂直画素数)に対し、所望される出力フォーマット(水平垂直画素数)を算出し生成する解像度変換回路が用いられる。
【0040】
符号453は色むら補正回路である。一般的には液晶を用いた表示素子には、液晶ギャップのムラや、光学系に対する応力の掛かり方により表示領域内に輝度のムラが発生することが有る。このムラを回路の演算により補正する事が可能であり、予め得られたムラの情報を元に表示の平面座標に対する補正値を演算し、表示結果にてムラが無くなる様画像処理する。
【0041】
符号454はOSD(On Screen Display)コントローラであり、表示画像に、任意の文字表示を加算するために使用される。430はマイクロプロセッサであり、回路全体の制御を行う。457はタイミング発生器であり、液晶表示素子及び、DA変換回路405、増幅交流化回路406、サンプルホールド回路407の駆動タイミングを生成する回路である。458は電源回路であり、各回路への電源を供給すると共に、430のマイクロプロセッサにより液晶表示素子及び、各回路の電源ON/OFF管理がなされる。
【0042】
符号459は特に、液晶表示素子及びDA変換回路405、増幅交流化回路406で使用される映像信号振幅を決定する電圧を生成する。460は不揮発性の電気的に書き換え可能なメモリ(EPROM)であり、各回路の動作条件を保持し、電源投入と共に、430のマイクロプロセッサにより、動作条件が読み出され、各回路に設定される。461は赤外線通信インターフェイスであり、一般的には手元で制御するリモートコントローラーとの通信に用いられる。462は光学系ランプであり、463はランプ及び、回路を空冷するためのファンである。
【0043】
次に、図4に光学エンジン500を含めた概略ブロック図を示す。図4はクロスダイクロイックプリズム(Cross−Dichroic Prism)と3原色に対応する偏光ビームスプリッタ(PBS)を用いている。462は光源ランプである。501、502、503は各3原色に対応した偏光ビームスプリッタ(PBS)である。504はクロスダイクロイック(Cross−Dichroic)ミラーであり、光源からの光を分離する。505はクロスダイクロイックプリズムであり、3色の別経路からの光を合成するプリズムである。506は光学系レンズであり、505により合成された画像をスクリーンに拡大投射するためのものである。
【0044】
図4に示す光学エンジン500の構成からわかるように、3原色(RGB)に応じた3つの液晶パネル100は、比較的離れた位置と異なる向きに配置されている。また、光学エンジン500の方式等により、この位置や向きは異なる。すなわち、光学系の設計により液晶パネル100の配置が制限されている。そのため、光学系の設計自由度が高い液晶表示装置が望まれている。また、先に述べたように、反射型液晶表示装置LCOSは、フリッカー低減のため、フレーム周波数を高速化する必要があり、液晶パネルが高解像度になるに従い、さらにデータの転送レートが高速化する。たとえば、UXGA、入力画像のリフレッシュレート60Hzの場合、データレートは162MHzであるが、フレーム周波数を2倍化した場合、データレートは324MHzとなる。
【0045】
解像度変換回路452は入力信号が、輝度/色差信号であることから、3原色(RGB)用の回路が1つのパッケージに収められている。また、同様に色むら補正回路453も一般的にはRGBが1つのパッケージに収められている。従って、3原色からなる液晶パネル100が、光学系に依存し離れた位置に配置されることに対して、色むら補正回路453までの回路は1個所にまとめて配置されることとなる。そのため、色むら補正回路453から液晶パネル100までの経路を配線により引き伸ばすことを余儀なくされる。
【0046】
配線を引き回す信号として、アナログ信号とデジタル信号の場合が考えられる。アナログ信号を引き回した場合には、配線を設ける箇所として、図2に示すDA変換回路405後の配線経路が考えられる。しかしながら、DA変換回路405後の配線経路では、配線の負荷の影響を受けやすく、映像が端的に劣化する。すなわち、光学系の設計変更等に容易に対応することが困難である。
【0047】
DA変換回路405の前にてデジタル信号用の配線を引き回した場合には、例えば10ビットで信号を伝える場合には、RGB各10本必要である。さらに、2相展開により動作周波数の低減を図った場合には、各20本のデジタル信号線を配線する必要があり、EMI、EMCの問題が発生しやすくなる。また、一般的にはタイミング発生器457も、3原色を構成するパネルが同期して動作するため、1つの駆動回路にて構成されるため、光学系に依存し離れた位置に配置された液晶パネルまでの配線経路が、パネルごとに異なることとなる。
【0048】
そこで、液晶パネル駆動制御回路400を液晶パネル100の近傍に設け、解像度変換回路452や色むら補正回路453等の回路を前処理回路470とし、液晶パネル100から離れた位置に形成した。そして、前処理回路470から液晶パネル駆動制御回路400までの配線を低振幅信号線472で形成した。
【0049】
以下、配線経路について考慮した回路構成について説明する。図5は図3のプロジェクタブロック図において各回路の配置を考慮した場合の構成を示したものである。液晶パネルを直接駆動する液晶パネル駆動制御回路400は、別基板にて分離し、液晶パネル素子に近接して独立配置し、液晶パネルを直接駆動しない回路系で形成した前処理回路470との間を、ケーブル471により接続可能としたものである。なお、ケーブル471は光学系の構造に合せて、柔軟に折り曲げられる線であればよく、必要に応じてフレキシブルケーブル等が用いられる。
【0050】
前処理回路470は、映像信号の外部からの取り込み回路450、451、455および解像度変換回路452、色むら補正回路453、他、マイクロコンピュータ430、電源回路458、459等から構成されている。前処理回路470からパネルを直接駆動する液晶パネル駆動制御回路400に出力する信号は低振幅信号線472により伝えられている。
【0051】
符号466はトランスミッタであり、467はレシーバーである。トランスミッタ466は信号を低振幅信号に変換し、低振幅信号線472に出力する。レシーバ467は低振幅信号を受けて、液晶パネル駆動制御回路400で使用する信号に変換する。例えば、低振幅信号線472はLVDS(Low Voltage Differential Signaling)を用いることが可能である。LVDSケーブル内では、数百ミリボルトの電位差を持つ差動振幅信号により、映像信号、クロック、同期信号が伝えられる。なお、低振幅信号線472で差動振幅信号を伝える場合では、低振幅信号線472は2本の線が1組の配線が用いられる。
【0052】
液晶パネル駆動制御回路400上には、信号処理回路404が形成されている。そのため、液晶パネルに近接した位置で映像信号のデータレートの変換、γ補正等の信号処理を行うことが可能であり、高速化された信号配線を基板上に引き回す必要が無い。また、信号処理回路404は映像信号に合わせ、液晶パネルの駆動に必要な各種駆動パルスを生成する駆動用パルス回路409を備えている。駆動用パルス回路409を各液晶パネル100毎分離した構成とすることで、光学系の配置に関係なく、3原色の液晶パネル100への映像信号を同一条件にて引き回すことができ、且つ、EMI、EMC等の問題を回避できるばかりでなく、光学エンジン500の試作段階や、光学エンジン500の形状変更に対しても、特にコスト、特性評価のやりなおし等を行うこと無く対応可能となる。
【0053】
また、液晶パネル駆動制御回路400上には、DA変換回路405、増幅交流化回路406、サンプルホールド回路407をIC化したアナログドライバ464が設けられている。
【0054】
なお、ケーブル471には、低振幅信号線472の他に、電源電圧線474や、信号処理回路404を制御する信号が伝えられる信号処理制御線473が設けられている。
【0055】
図6に、前処理回路470をメインボードとし、前処理回路470と液晶パネル駆動制御回路400とを接続するケーブル471にフレキシブルケーブルを用いた構成を示す。前処理回路470は、電源回路458、459等を含めて電気系のメインボードを構成している。各液晶パネル100毎に液晶パネル駆動制御回路400が分離して設けられており、前処理回路470と液晶パネル駆動制御回路400とは、フレキシブルケーブル471で接続されている。このフレキシブルケーブル471は比較的柔軟に変形して、液晶パネル100の配置の変化に対応可能である。また、フレキシブルケーブル471には、低振幅信号線472の他に電源電圧線、信号処理回路404を制御する信号処理制御線473等の必要な信号線が設けられている。
【0056】
次に、信号処理回路404について説明する。前述したように、信号処理回路404では、γ補正、解像度変換等の信号処理や、フレーム周波数の逓倍化が行われる。
【0057】
図7は液晶パネル駆動制御回路400の概略ブロック図で、デジタル信号をサンプルホールドする方式である。信号処理回路404にてγ補正、解像度変換、フレームレート変換等の信号処理をしたデジタル信号がアナログドライバ464に入力する。アナログドライバ464内ではサンプルホールド回路407においてデジタル信号をデジタルのまま相展開し、それぞれの相のデジタル信号をDA変換回路405でDA変換し、増幅交流化回路406で増幅、交流化する。
【0058】
図7に示す回路構成では、サンプルホールドをデジタル信号で行う為、サンプルホールドばらつきが発生しない。そのため、信号が高速化した場合に特に有効である。デジタル信号をサンプルホールドして相展開する方法では、映像信号は“1”か“0”のデジタル信号であり、信号線上に出力された電圧がばらついたとしても、信号としては“1”か“0”の値として取込まれるため、アナログ信号で問題となるばらつきは発生しない。
【0059】
なお、複数の信号線に映像信号を振り分ける方法についても、デジタル信号であるためアナログ信号に比べてデータの保持が容易である。映像信号は表示する画像の解像度に従った周期の信号が、画面を構成する順番に、外部から入力しており、液晶パネル駆動制御回路400に入力するデジタル信号も外部装置から入力する映像信号の周期と順番に従っている。そのため、取込んだデジタル信号を順番に複数の信号線に出力することで、デジタル信号で相展開が可能である。
【0060】
しかしながら、相展開した場合には相数分、信号線の数が増加する問題がある。すなわち、6相に相展開した場合には、信号線の数は約6倍となる。特にサンプルホールド回路407とDA変換回路405との間はデジタル信号であり、信号線は表示階調数に応じたビット数が必要で、ケーブル数が増加する。そのため、相展開を前処理回路470で行い、相展開した後のデジタル信号を転送するよりも、液晶パネル駆動制御回路400にて相展開した方が有利である。また、発明者は相展開した後の回路の特性により各相間でばらつきが発生する問題を見出した。次に、この相展開後の回路により発生するばらつきについて説明する。
【0061】
回路を構成する部品には、もともと特性のばらつきがある。図8にオペアンプ413で増幅回路を構成した場合の例を示す。以下図8(a)に示す例を用いて、部品の特性ばらつきによる信号のばらつきを試算する。図8(a)の回路において、抵抗R1の抵抗値を270Ωとし、抵抗R2の抵抗値を750Ωとし、これら抵抗のばらつきを±0.5%とし、オペアンプ413のゲインばらつきを±0.025%とし、映像信号の振幅を1.2Vとすると、オペアンプ413の増幅率はR2/R1の比で決まることから、特性ばらつきにより増幅率が最大になる場合と最小になる場合の出力電圧の振幅を求めると、
最大の場合は、1.2V×((750×1.005)÷(270×0.995)+1)×1.00025=4.568Vとなり、最小の場合は、1.2V× ((750×0.995)÷(270×1.005)+1)×0.99975=4.499Vとなる。
【0062】
よって、最大の場合と最小の場合の差は、4.568V−4.499V=0.069Vより、最大で69mVのばらつきを生じる。この増幅率のばらつきは図8(b)に示すような波形となって表れる。なお、クランプ電圧Vcrpは一定電圧が供給されており、図8(b)では1.0Vとした。
【0063】
また、図9に反射型液晶表示装置LCOSの印加電圧−反射率特性を示す。相対反射率90%で印加電圧は1.1V、相対反射率10%で印加電圧は2.4Vとなることから、1.3Vの電圧差で256階調を表示することとなり、図9の傾きは1.3V÷256階調=5.1mV/階調となる。よって1階調あたりの電圧は約5mVとなる。従ってばらつきが69mVある場合、 69mV ÷ 5mV/階調 = 13.8階調となる。よってこの場合、69mVのばらつきは約14階調の輝度差を生じる。
【0064】
この増幅回路のばらつきは、映像信号伝送線132間でのばらつきとなる。映像信号伝送線132間でのばらつきは、液晶パネル上の表示画像としては周期性の縦線の輝度差となって表れるため、著しく表示品質を低下させて問題になる。
【0065】
図10に示すように増幅交流化回路は、増幅回路が有するオペアンプの他に、交流化回路もオペアンプを有しており、交流化回路での反転ばらつきも考えられる。また、液晶パネル100内におけるトランジスタの特性ばらつき等も縦線の発生要因としてあげられる。
【0066】
図11に図10に示す回路のばらつきを示す。図11(a)は図8(b)に示す入力波形がオペアンプ413に入力する場合の図10中節点Aに出力する信号波形を示している。図11(b)は正極性用オペアンプ415の出力を示している。正極性用オペアンプ415は増幅率が1の反転増幅回路で、出力は図11(b)に示すように定電圧で与えられる反転レベル電圧から入力電圧を差し引いた値となる。負極性用オペアンプ414は増幅率1のバッファアンプで入力波形がそのまま出力する。
【0067】
図11(c)はアナログスイッチ416を用いて、負極性用オペアンプ414と正極性用オペアンプ415との出力が交互に出力する様子を示している。なお、図11(c)に示す映像信号は、ノーマリーホワイトの場合を示している。そのため、対向電極の基準電極Vcomに対して、電位差が少ない方が高輝度(白表示)となる。図11(c)に示すように、各回路のばらつきは映像信号伝送線132間でのばらつきとなる。例えば映像信号伝送線132がn本の場合で、1本目が最小でn本目が最大となるようにばらついた場合に、n本毎に液晶パネル上の表示画像に縦線が表れるため、著しく表示品質を低下させることになる。
【0068】
各アナログ回路を調整することで、ばらつきを補正することは可能であるが、調整する部品数が多く、量産性を著しく損なうこととなる。そこで、アナログ回路のばらつきを各アナログ回路に入力する前のデジタル信号にて補正することで低減することとした。
【0069】
以下、相展開した各信号ライン毎に参照表((LUT:Look Up Table 以下LUTとも呼ぶ)420をもち、各相独立に補正を行う構成について説明する。
【0070】
図12において、信号処理回路404にてγ補正、解像度変換、フレームレート変換等の信号処理が行われ、さらに、サンプルホールドされ相展開されたデジタル信号が出力する。相展開されたデジタル信号は参照表420に入力し補正される。参照表420ではデジタル信号が入力すると、入力データに対応するデジタルデータを補正データとしてDA変換回路405に出力する。DA変換回路405ではデジタルデータをアナログ信号に変換し増幅交流化回路406に出力する。
【0071】
参照表420には各相毎にばらつきを補正するデータが格納されている。参照表420に格納される補正データの設定は、表示画面を観察、評価しながら行う。まず、補正していないデータ(標準データ)を参照表420に格納し表示を行い、各相毎のばらつきを観察する。その後、輝度が低下している相は輝度が増加するような係数が標準データに掛けられ補正データとされ、輝度が増加している相は輝度が減少する係数が選ばれる。各相毎の輝度が均一化されると、その場合の係数が最適な係数として液晶パネル駆動制御回路400又は、前処理回路470のメモリ460に記録される。
【0072】
図13に図12の回路の参照表420を1パッケージ化し、後段処理をIC化した構成を示す。464はIC化されたアナログドライバで、421はゲートアレイ等で1パッケージ化された参照表420である。信号処理回路404にてγ補正、解像度変換、フレームレート変換、相展開等の信号処理をしたデジタル信号が、各相毎参照表421に入力する。参照表421ではデータを補正しアナログドライバ464に出力する。アナログドライバ464ではDA変換、増幅、交流化が行われる。本構成では、各段を1パッケージ化でき、回路をシンプルにすることが可能となる。
【0073】
なお、信号処理回路とサンプルホールド回路とを分離して、サンプルホールド回路と参照表とを1パッケージ化することも可能である。また、1パッケージの中は1チップのゲートアレイで構成することも、複数のチップに分割して構成することも可能である。
【0074】
図14に信号処理回路404と参照表420を1パッケージで構成する実施例を示す。412はフラットパッケージで、内部に信号処理回路404と参照表420を有する。信号処理回路404と参照表420は1チップのゲートアレイで構成することも、複数のチップで構成することも可能である。
【0075】
図15に1色あたり256階調データを補正する参照表420のデータ構成の実施例を示す。入力データは8ビットで補正データは10ビットとした。補正データは充分階調表現が可能な階調数分のビット数を使用する。参照表420は読み書き可能なメモリ(RAM)で構成され、入力した256階調の映像信号をアドレスとして、アドレスに格納された10ビットのデータを補正データとして出力する。
【0076】
なお、補正データを出力する構成としては、入力データに対して補正データを出力する機能を有するものであれば利用可能である。たとえば、入力データに対して補正係数を演算して補正データを出力する信号処理回路を用いることも可能である。また、参照表はアドレスと該各アドレスにデータを格納できるものを利用することができるが、RAMまたはROM等のメモリで構成することも、論理回路で構成することも可能である。
【0077】
図15に示した参照表420への補正データ設定方法の例を図16、図17に示す。液晶パネル駆動制御回路400内部の信号線の構成は、データバス435は10ビット、アドレスバス436は8ビットで構成される。また、前処理回路470にはプロジェクタ装置の初期設定、制御用にマイクロプロセッサ430とメモリ460が設けられている。図16ではメモリ460に補正データを設定するための係数が記録されている。
【0078】
まず、内部バスライン475を介してマイクロプロセッサ430は、メモリ460に記録されている係数を読み出す。次に、マイクロプロセッサ430は係数をもとに補正データを算出する。信号処理制御473を介してマイクロプロセッサ430は、補正データを信号処理回路404に伝える。信号処理回路404はデータバス435に10ビット×256の補正用データを送信して参照表420用のRAMに設定する(経路▲1▼)。
【0079】
参照表420から補正データを読み出す場合は、相展開されたデジタル信号がアドレスバス436に設定され、RAMはアドレスバス436が指示するアドレスの補正データをデータバス435上に出力する(図15中の経路▲2▼)。DA変換回路405はデータバス435により入力するデジタルデータをアナログ信号に変換し増幅交流化回路に出力する。
【0080】
図17に示す回路では、液晶パネル駆動制御回路400側にメモリ476を有しており、初期設定時に液晶パネル駆動制御回路400からマイクロプロセッサ430に、信号処理制御473により係数を出力する。マイクロプロセッサ430は係数をもとに補正データを算出し、信号処理制御473を介して補正データを信号処理回路404に伝える。また、液晶パネル駆動制御回路400側にメモリ476を有する場合では、信号処理回路404を用いて、メモリ476に記録された係数から補正データを算出する構成とすることも可能である。係数は液晶パネル100毎の特有な値であるため、液晶パネル100毎に設けられる液晶パネル駆動制御回路400に記録されていると、異なる係数が用いられる等の不具合が防止できる。
【0081】
次に、参照表420によるデータの補正方法を図18に示す。補正方法はアナログ回路で発生する特性ばらつきを参照表420にて逆方向に補正し、補正後の出力でばらつきを最小にしている。
【0082】
図18(a)はアナログ回路特性が理想的な場合で、入力に対し正常な出力が得られている。線481は入力に対し正常な出力の特性を示している。線481で示す特性は正常なため、参照表420の値は補正をかけない値が選ばれる。線482は補正をかけない場合の参照表420の入力と出力の特性を示し、線483は補正後の出力を示す。
【0083】
次に、図18(b)はアナログ回路特性が正常値に対して、高い値を出力する場合を示す。線484は入力に対し出力が高い値となる特性を示す線である。線484で示す入力と出力の特性は、出力が高い値を示すため、参照表420では出力が低くなるような補正データが選ばれる。参照表420の特性は線485に示すように、補正をかけない場合の線482に対して出力が低くなるような値になっている。
【0084】
図18(b)で示す場合のばらつきを補正する方法としては、液晶パネルの画像を観察し、高輝度の相に設けられた参照表の特性が、図18(b)の線485となるような係数を外部から図16に示すマイクロプロセッサ430に入力する。マイクロプロセッサ430は入力した係数と基準データから補正データを作成し参照表のデータを作成する。上記方法で補正データが作成され、参照表420により補正され、液晶パネルには補正した画像が出力される。さらに、係数が合ってなく再補正の必要がある場合は同様な操作を繰り返し、画面に輝度むらが観察されなくなるように調整する。
【0085】
次に図18(c)にアナログ回路特性が正常値に対して、低い値を出力する場合を示す。486は入力に対し出力が低い値となる特性を示す線である。線486で示す入力と出力の特性は、出力が低い値を示すため、参照表420では出力が高くなるような補正データが選ばれる。参照表420の特性は線487に示すように、線482に対して出力が高くなるような値になっている。
【0086】
なお、係数を決定するために調整を行う場合には、マイクロプロセッサ430は係数調整モードで動作する。また、外部から係数を入力するためのインターフェース部が設けられており、マイクロプロセッサ430に係数を入力することが可能である。
【0087】
一度設定された係数は、前処理回路470のメモリ460や、液晶パネル駆動制御回路400に設けられたメモリ476に記録される。液晶表示装置の立上げ動作時にマイクロプロセッサ430または、信号処理回路404により、標準データと係数とから補正データが作成され、参照表420に格納される。
【0088】
なお、補正の方法としては、液晶パネルの画像を撮像装置で入力し、入力した画像データから輝度むらのある相を検出して、自動的に係数を算出し、算出した係数を基に参照表420に補正データを作成することも可能である。
【0089】
図18に示すように、アナログ回路のばらつきが増幅率のばらつきのような場合では、入力に対して出力のばらつきが線形に変化しているため、ばらつきを補正するデータも入力に対して線形に変化する値となる。そのため、標準データに係数を掛けて補正データを求めることが可能である。
【0090】
図19に交流化回路で発生したばらつきを補正する場合の構成を示す。参照表は1相あたり正極性用423と負極性用422の2つのテーブルをもち、交流化信号に同期してアナログスイッチ417で選択する。負極性用オペアンプ414から映像信号が出力する場合は、負極性用参照表422で補正し、正極性用オペアンプ415から映像信号が出力する場合は、正極性用参照表423で補正する。正極性用、負極性用それぞれの参照表に補正データを設定しておくことにより、正極と負極間でのばらつきが補正できる。
【0091】
図20に映像ソースにより複数の参照表から1つの参照表を選択する方法を示す。通常、信号のソースとしては、パソコンのウインドウの様なグラフィック画像、又は映画、自然画等がある。予め、これらの複数の映像ソースに適したγ補正データなどの参照表を作成しておき、映像ソースによってスイッチを切り替えて使用する。図20においては3種類の映像ソース用に参照表を設ける場合を示す。なお、当然映像ソースの数に対応して複数の参照表を設けることが可能である。424は第1の映像ソース用参照表で、425は第2の映像ソース用参照表、426は第3の映像ソース用参照表である。スイッチ418によってどの参照表を用いるかを選択する。
【0092】
なお、スイッチ418は、デジタル信号の伝達経路を切り替えるスイッチであれば利用可能である。図20(b)に、スイッチ418を論理回路で構成する場合を示す。
【0093】
図21、図22を用いて参照表を複数使用して、擬似的に階調を上げる方法を説明する。γ補正用の参照表等の場合では、図21(a)の様に、入力に対する出力の変化が少なく、出力する階調が減少して画質が劣化する。図21(b)に出力の変化が少ない部分Bの拡大図を示す。図21(b)の例では符号Cで示す点のように、n+1の入力に対し、mとm+1の間の階調を出力したいが、ビット数の関係で、mまたはm+1のどちらかしか表現できないことがある。そこで、2つの参照表をフレーム毎切り換えて中間階調を出力する。
【0094】
図22(a)において、427は第1の参照表で、428は第2の参照表で、419は切り換え用のアナログスイッチである。図22(b)に示すように、第1の参照表427はn+1が入力した時に、mを出力する。図22(c)に示すように、第2の参照表428はn+1が入力した時に、m+1を出力する。第1の参照表427と第2の参照表428の出力をアナログスイッチ419を用いて、フレーム周期で交互に切り換えて出力する。それにより図22(d)に示すように、擬似的にmとm+1の中間の階調(図中D)を視覚的に表示することが可能となる。
【0095】
次に図23、図24を用いて参照表を使用してコントラスト、及び輝度を調整する方法を説明する。なお、図23、図24では説明を簡単にするために、ノーマリーブラックの場合で説明する。すなわち、電圧が大で高輝度(白表示)となる。図23はコントラストを調整する方法を説明する図である。図23(a)の入力に対する出力の特性を示す線491に示すデータのコントラストを下げる場合は、図23(b)に示すように、参照表を用いて補正を行い、特性を示す線492の様に傾きを小さくする。コントラストを上げる場合は図23(c)に示すように、参照表を用いて補正を行い、特性を示す線493の様に傾きを大きくする。
【0096】
図24は輝度を調整する方法を説明する図である。図24(a)の入力に対する出力の特性を示す線491に示すデータの輝度を下げる場合は、参照表を用いて補正を行い、図24(b)の特性を示す線494の様に黒方向に平行移動し、輝度を上げる場合は、図24(c)の特性を示す線495の様に白方向に平行移動する。
【0097】
図25にアナログスイッチを設け、1パッケージ化した参照表421のピン数を減らす回路構成を示す。なお、同様の構成で内外のインターフェースの配線及びピン数を減らすことが可能である。複数の参照表420を1パッケージに収納した場合、回路構成はシンプルになるが、パッケージのピン数が増加するという問題が生じる。参照表420とDA変換回路405との間のデータバス435は10ビットであるため、各相毎にデータバスを設けると、データバスに接続するための1パッケージ化した参照表421のピン数は、著しく増加する。例えば12相10ビットの場合、120ピンとなる。そのため、各参照表の出力を内部スイッチ437で選択し、同じタイミングで外付けスイッチ438で出力先を選択する。本回路構成により例えば12相10ビットの場合、120ピンから10ピンに減少するため、使用するパッケージの最小化が可能となる。
【0098】
図26に図25に示すピン数を減らす構成を用いて前処理回路470側に参照表420等の信号処理回路を設け、前処理回路470と液晶パネル駆動制御回路400間の配線数の増加を抑える構成を示す。図26では、トランスミッタ466に参照表420の出力を選択するスイッチ437の機能を持たせ、レシーバ467に出力先を選択するスイッチ438の機能を持たせている。前処理回路470側に相展開する回路を設け、参照表420で補正を行うと、前処理回路470から液晶パネル駆動制御回路400までの配線数が増加するという問題があるが、図25に示す回路を用いると配線数の増加を抑えられることが可能である。
【0099】
次に図27を用いて、配線数を省略可能な構成について説明する。図27では、参照表420の位置が相展開用のサンプルホールド回路404の前に設けられている。図27に示す構成では、参照表420とサンプルホールド回路404間の配線数が大幅に省略可能である。前述したように、相展開した後は配線数が増加する。例えば図12に示す構成では、サンプルホールド回路404と参照表420との間では、データを伝える信号線が相展開した数必要である。12相10ビットの場合では、配線数は120本となる。対して図27に示す場合では、10ビット分の10本ですむことになる。
【0100】
図27に示す参照表420では、表示信号線402により外部装置から表示信号が一定の順番で、映像信号制御回路に送られてくる。そのため、表示信号の順番に合せて、相展開される順番を定めれば、相展開する構成と補正する構成の位置を並べ替えても問題ない。すなわち、n番目の相のデータであることがわかれば、n番目の相のばらつきに必要な補正を相展開前に行うことが可能である。
【0101】
AD変換回路403からは、例えば10ビットのデータバス435が出力している。参照表420は相展開する数設けらており、各参照表420にはデータバス435が接続している。液晶パネル駆動制御回路400はAD変換回路403から出力するデータの順番により、どの相のデータであるかを知り、補正する参照表420を選択する。
【0102】
また、図27に示す回路では、参照表420を前処理回路470側に設けることが可能である。その場合には参照表420で補正を行った後、トランスミッタ466で低振幅信号に変換し、ケーブル472を介して液晶パネル駆動制御回路400に設けられた、レシーバ467に入力する。図27に示す回路では、参照表420を利用する信号処理を前処理回路470で行うことが可能であり、マイクロプロセッサ430による制御が容易となる。
【0103】
次に図28を用いて参照表データの通信について説明する。参照表に設定するデータ量としては1色あたり12相、10ビット(2バイト)データ、256階調とした場合、
12相 × 2バイト × 256階調 = 6144バイト
になり、3色では
6144バイト × 3色 = 18432バイト
となる。例えば外部のパソコン448に参照表データを記録しておき、前処理回路470内のマイクロプロセッサ430とでデータ通信を行い、参照表420にデータを取り込む方法を用いると、パソコン−マイクロプロセッサ間通信をRS−232Cで9600bpsの速さで通信した場合、最短で15秒かかる。なお、447はデータ通信用のインターフェース部である。また、パソコン−マイクロプロセッサ間のデータ通信はRS−232Cに限らず、他の方法(例えばUSB、IEEE1394、SCSI、Bluetooth等)を用いることが可能である。
【0104】
次に、表示制御回路111内に設けた内蔵のRAMやROM等のメモリに記憶しておく場合を考察すると、18432バイトもの領域を消費する問題が発生する。
【0105】
そこで、通信時間の短縮及び内蔵メモリを節約する為、データをγ補正用の標準データ429と差分データ(係数)に分ける方法を用いた。前述したように、差分データは外部装置(パソコン)より表示画像を観察しながら最適な値が係数として設定される。前述したように参照表データを作成する場合は、表示制御回路111内で標準データ429に係数を掛けて演算することで参照表データを作成する。これによりパソコン−マイクロプロセッサ間での通信データ量の増大も、内蔵メモリ領域を大きく使用することもなく参照表にデータを取り込むことが可能となる。
【0106】
次に図29に液晶パネル駆動制御回路400と液晶パネル100とをフレキシブル基板80で接続した構成を示す。基板上に、レシーバ467と、信号処理回路404、アナログドライバ464がそれぞれ設けられて、液晶パネル駆動制御回路400を構成している。符号448はコネクタで、ケーブル471(図示せず)に接続される。また、符号449もコネクタで、フレキシブル基板80に接続され、液晶パネル駆動制御回路400からの出力が、液晶パネル100に伝えられる。フレキシブル基板80は異方性導電膜等を用いて、液晶パネル100の基板1側に設けられた端子13に接続される。また、フレキシブル基板80には端子81が形成されており、基板2に設けられた透明導電膜82にも同じく異方性導電膜等を用いて接続されている。
【0107】
図30は液晶パネル駆動制御回路400をフレキシブル基板80に形成した構成を示す。液晶パネル100に接続するフレキシブル基板80は、前処理回路470に接続するケーブル471を兼ねており、フレキシブル基板80に液晶パネル駆動制御回路400を構成する基板が接続されている。なお、レシーバ467、信号処理回路404、アナログドライバ464を、フレキシブル基板80に直接搭載する構成とすることも可能である。また、レシーバ467、信号処理回路404、アナログドライバ464を1チップ化して搭載することも可能である。
【0108】
図31は液晶パネル100内にデジタル・アナログ変換回路が備わっており、液晶パネル駆動制御回路400からはデジタル信号が出力する場合の構成を示している。液晶パネル駆動制御回路400にアナログドライバ464は備わっていない。なお、符号474は電源電圧線で、符号478はコネクタである。液晶パネル100ではデジタル・アナログ変換のために、階調電圧を生成しているが、電源電圧線474をケーブル471とは別に設けて供給することで、安定した電圧を液晶パネル100に供給可能としている。
【0109】
図32に液晶パネル100をデジタル入力とした場合のプロジェクタブロック図を示す。液晶パネル駆動制御回路400にはレシーバ467と信号処理回路404が設けられ、ケーブル471とは別に電源電圧線477が設けられ、電源回路459から電源電圧が供給されている。
【0110】
図33は液晶表示装置200を構成する各構成物の分解組立て図である。85はパッケージで、Snメッキを施した42アロイで形成されている。パッケージ85には凹部86が形成されており、凹部86内に液晶パネル100が収納される。71はヒートシンクコンパウンドで液晶パネル100からの熱をパッケージ85に伝えて放熱する役割がある。87は取り付け穴で液晶表示装置200を外部装置に固定する。遮光枠76には表示部110に対応するように開口が形成されている。89は外形基準溝で液晶表示装置200の外形寸法の基準を示す。液晶パネル駆動制御回路400はフレキシブル基板80に搭載されている。
【0111】
図34(a)は、液晶表示装置200に液晶パネル駆動制御回路400を接続した状態を示す平面概略図で、図34(b)は断面概略図である。図34では、液晶パネル駆動制御回路400は基板上に形成され、液晶パネル駆動制御回路400と液晶パネル100とは、フレキシブル基板80で接続されている。なお、図34(b)ではフレキシブル基板80を折り曲げ、液晶パネル駆動制御回路400を液晶表示装置200の裏側に配置した場合を示している。前述したように遮光枠76には表示部110を表示するように開口が形成されている。
【0112】
図34(b)に示すように、フレキシブル基板80を折り曲げることで、液晶表示装置200の裏面を液晶パネル駆動制御回路400の配置に利用できる。液晶表示装置200は反射型のため、光は液晶パネル100の前面から入射する。そのため、液晶表示装置200の裏面は光学系では利用されない可能性が高い。液晶パネル100の近傍は光学系の構成が複雑に配置されているが、液晶表示装置200の裏面に液晶パネル駆動制御回路400を配置することで、光学エンジン部において液晶パネル駆動制御回路400を設けるスペースを得ることが可能である。
【0113】
図35にフレキシブル基板80に、液晶パネル駆動制御回路400を設けた場合の液晶表示装置200を示す。液晶パネル駆動制御回路400を遮光枠76の下側に設けることで、強い光が液晶パネル駆動制御回路400に照射されることを防いでいる。なお、図35では液晶パネル駆動制御回路400を液晶表示装置200内に設けることができ、光学系の設計自由度も向上する。なお、図34では、液晶パネル駆動制御回路400の位置がわかり易くなるよう、遮光枠76の一部を省略している。
【0114】
図36では、パッケージ85の一部を液晶パネル100の裏面側に折り曲げ、液晶パネル駆動制御回路400の保持を可能にした構成を示す。裏面側に折り曲げられた部分には取り付け穴87が設けられている。図36の構成とすることで、液晶表示装置200が占有する面積がより狭くなり、表示部110の面積に近くなっており、コンパクトな液晶表示装置を実現することができる。。
【0115】
図37はマルチチップ構成として、液晶パネル100と同一面に液晶パネル駆動制御回路400を配置した概略見取り図である。液晶パネル100を構成する基板1は半導体基板であるため、レシーバ467、信号処理回路404、アナログドライバ464と同様の実装方法を用いることが可能である。図37では各ICチップをワイヤーボンディングで接続している。
【0116】
図38は、液晶パネル駆動制御回路400を液晶パネル100の裏面に配置した例である。液晶パネル駆動制御回路400は1チップ化されて実装されている。
【0117】
図39(a)に、LVDS方式での液晶パネル駆動制御回路400への入力信号例を示す。図39(a)の上記入力信号例は本発明を実施しうる一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、多趣多様に応用可能なことはいうまでもない。
【0118】
図39(b)は、トランスミッタ466とレシーバ467の構成を示し、図39(c)はLVDS転送方式の信号形式と、その信号レベルを説明するための図である。LVDS転送方式では、“1”または“0”の信号を、低振幅で差動形式の信号、即ち、2つの信号の組合せからなる信号に変換して転送する。図39(c)の場合では、2つの信号の一方を正信号、他方を負信号と定義し、“1”の信号はこの正信号が負信号に対して電圧レベルが大で、 “0” の信号はこの正信号が負信号に対して電圧レベルが小に変換される。
【0119】
図39(b)に示すように、トランスミッタ466とレシーバ467の間は、ツイストペアの配線471で接続されている。図39ではデータを転送するのに4組のデータ用の配線と1組のクロック用配線が用いられている。図39(a)では、符号Aを付した奇数番目の10ビットのデータと、符号Bを付した偶数番目の10ビットのデータと、残りの8つの制御信号を4組のデータ線で転送する例を示している。
【0120】
次に図40を用いて、画素部101について説明し、さらには、画素電位制御回路を用いて、画素電極の電位を変化させる駆動方法について説明する。図40は画素部101の等価回路を示す回路図である。画素部101は表示部110の隣接する2本の走査信号線102と、隣接する2本の映像信号線103との交差領域(4本の信号線で囲まれた領域)にマトリックス状に配置される。ただし、図40では図を簡略化するため1つの画素部だけを示している。各画素部101は、アクティブ素子30と画素電極109を有している。また、画素電極109には画素容量115が接続されている。画素容量115の一方の電極は画素電極109に接続され、他方の電極は画素電位制御線136に接続されている。さらに画素電位制御線136は画素電位制御回路135に接続されている。なお、図40においては、アクティブ素子30はp型トランジスタで示している。
【0121】
前述したように、走査信号線102には垂直駆動回路130から走査信号が出力している。この走査信号によりアクティブ素子30のオン・オフが制御される。映像信号線103には映像信号として階調電圧が供給されており、アクティブ素子30がオンになると、映像信号線103から画素電極109に階調電圧が供給される。画素電極109に対向するように対向電極107(コモン電極)が配置されており、画素電極109と対向電極107との間には液晶層(図示せず)が設けられている。なお、図40に示す回路図上では画素電極109と対向電極107との間は等価的に液晶容量108が接続されているように表示した。画素電極109と対向電極107との間に電圧を印加することにより、液晶分子の配向方向等が変化し、それに伴い液晶層の光に対する性質が変化することを利用して表示が行われる。
【0122】
液晶表示装置の駆動方法としては、前述したように液晶層に直流電流が印加されないように交流化駆動が行われる。交流化駆動を行うためには、対向電極107の電位を基準電位とした場合に、映像信号選択回路123からは基準電位に対して正極性と負極性の電圧が階調電圧として出力する。しかしながら、映像信号選択回路123を正極性と負極性の電位差に耐えるような高耐圧な回路とすると、アクティブ素子30をはじめとし回路規模が大きくなるという問題や、動作速度が遅くなるといった問題が生じることとなる。また、図19に示すように、液晶パネル駆動制御回路400では正極性側と負極性側のオペアンプが必要である。
【0123】
そこで、映像信号選択回路123から画素電極109に供給する映像信号は、基準電位に対して同極性の信号を用いながらも交流化駆動を行うことを検討した。例えば、映像信号選択回路123から出力する階調電圧は、基準電位に対し正極性の電圧を用い、基準電位に対し正極性の電圧を画素電極に書き込んだ後に、画素電位制御回路135から画素容量115の電極に印加している画素電位制御信号の電圧を引き下げることにより、画素電極109の電圧も降下させて、基準電位に対して負極性の電圧を生じることができる。このような駆動方法を用いると、映像信号選択回路123が出力する最大値と最小値との差が小さいため、映像信号選択回路123は低耐圧の回路とすることが可能となる。なお1例として、画素電極109に正極性の電圧を書き込んで画素電位制御回路135により負極性の電圧を生じさせる場合について説明したが、負極性の電圧を書き込んで正極性の電圧を生じさせるには、画素電位制御信号の電圧を引き上げることにより可能である。
【0124】
次に図41を用いて、画素電極109の電圧を変動させる方法について説明する。図41は説明のため液晶容量108を第1のコンデンサ53で表わし、画素容量115を第2のコンデンサ54で表わし、アクティブ素子30をスイッチ104で示したものである。画素容量115の画素電極109に接続される電極を電極56とし、画素容量115の画素電位制御線136に接続される電極を電極57とする。また、画素電極109と電極56とが接続された点を節点58で示す。ここでは説明のため、他の寄生容量は無視できるものとして、第1のコンデンサ53の容量はCLで、第2のコンデンサ54の容量はCCとする。
【0125】
まず図41(a)に示すように、第2のコンデンサ54の電極57には外部から電圧V1を印加する。次に、走査信号によりスイッチ104がオンになると、映像信号線103から電圧が画素電極109及び電極56に供給される。ここで、節点58に供給された電圧をV2とする。
【0126】
次に、図41(b)に示すように、スイッチ104がオフになった時点で、電極57に供給している電圧(画素電位制御信号)をV1からV3に降下させる。このとき、第1のコンデンサ53と第2のコンデンサ54とに充電された電荷の総量は変化しないことから、節点58の電圧が変化して、節点58の電圧は、V2−{CC/(CL+CC)}×(V1−V3)となる。
【0127】
ここで、第1のコンデンサ53の容量CLが第2のコンデンサ54の容量CCに比べて充分小さい場合(CL<<CC)は、CC/(CL+CC)≒1となり節点58の電圧はV2−V1+V3となる。ここでV2=0、V3=0とすると、節点58の電圧は−V1となる。
【0128】
前述した方法によれば、画素電極109に映像信号線103から供給する電圧は対向電極107の基準電位に対し正極性にして、負極性の信号は電極57に印加する電圧(画素電位制御信号)を制御することにより作り出すことができる。このような方法で負極性の信号を作り出すと、映像信号選択回路123からは負極性の信号を供給する必要が無くなり、周辺回路を低耐圧の素子で形成することが可能となる。
【0129】
次に図42を用いて、図40に示す回路の動作タイミングについて説明する。Φ1は映像信号線103に供給される階調電圧を示す。Φ2は走査信号線102に供給される走査信号である。Φ3は画素電位制御信号線136に供給される画素電位制御信号(降圧信号)である。Φ4は画素電極109の電位を示している。なお、画素電位制御信号Φ3は図41で示した電圧V3とV1で振幅する信号である。
【0130】
図42を説明するにあたり、Φ1は正極性用入力信号Φ1Aと、負極性用入力信号Φ1Bを示している。ここで、負極性用とは画素電極に印加された電圧が画素電位制御信号により変動して、基準電位Vcomに対して負極性となる場合の信号のことである。本実施例では映像信号Φ1として正極性用入力信号Φ1Aと負極性用入力信号Φ1B共に、対向電極107に印加された基準電位Vcomに対して電位が正極性となるような電圧が供給される場合を説明する。
【0131】
図42において期間t0からt2の間では、階調電圧Φ1が正極性用入力信号Φ1Aの場合を示している。まず、t0において画素制御信号Φ3として電圧V1を出力する。次に時刻t1において走査信号Φ2が選択されロウレベルとなると、図40に示すp型トランジスタ30がオン状態となり、映像信号線103に供給されている正極性用入力信号Φ1Aが、画素電極109に書き込まれる。画素電極109に書き込まれる信号は図42ではΦ4で示している。また、図42においてt2で画素電極109に書き込まれた電圧はV2Aで示している。次に、走査信号Φ2が非選択状態となり、ハイレベルになると、トランジスタ30はオフ状態となり、画素電極109は電圧を供給する映像信号線103から切り離された状態になる。液晶表示装置は画素電極109に書き込まれた電圧V2Aに従った階調を表示する。
【0132】
次に、期間t2からt4の間で階調電圧Φ1が負極性用入力信号Φ1Bの場合を説明する。負極性用入力信号Φ1Bの場合、時刻t2において走査信号Φ2が選択され、画素電極109にはΦ4に示すような電圧V2Bが書き込まれる。その後、トランジスタ30をオフ状態とし、時刻t2から2h(2水平走査時間)後の時刻t3において画素容量115に供給している電圧を画素電位制御信号Φ3に示すようにV1からV3に降圧する。画素電位制御信号Φ3をV1からV3に変動させると画素容量115が結合容量の役割を果たし、画素電位制御信号Φ3の振幅に従い、画素電極の電位を下げることができる。これにより基準電位Vcomに対して負極性の電圧V2Cを画素内に作り出すことができる。
【0133】
前述した方法で、負極性の信号を作り出すと、周辺回路を低耐圧の素子で形成することが可能となる。すなわち、映像信号選択回路123から出力する信号は正極性側の狭い振幅の信号であるため、映像信号選択回路123は低耐圧の回路とすることが可能となる。また、負極性側のオペアンプを用いる必要が無く、さらに映像信号選択回路123が低電圧で駆動可能であれば、他の周辺回路である、水平シフトレジスタ120、表示制御装置111等は低耐圧の回路であるため、液晶表示装置全体として低耐圧の回路による構成が可能となる。
【0134】
次に図43を用いて、画素電位制御回路135の回路構成を示す。SRは双方向シフトレジスタであり、上下双方向に信号をシフトすることが可能である。双方向シフトレジスタSRはクロックドインバータ61、62、65、66で構成されている。67はレベルシフタで、69は出力回路である。双方向シフトレジスタSR等は電源電圧VDDで動作している。レベルシフタ67は双方向シフトレジスタSRから出力する信号の電圧レベルを変換する。レベルシフタ67からは電源電圧VDDより高電位である電源電圧VBBと電源電圧VSS(GND電位)との間の振幅を有する信号が出力される。出力回路69は電源電圧VPPとVSSが供給されており、レベルシフタ67からの信号に従い、電圧VPPとVSSとを画素電位制御線136に出力する。図42にて説明した画素電位制御信号Φ3の電圧V1が電源電圧VPPで、電圧V3が電源電圧VSSとなる。なお、図43では出力回路69をp型トランジスタとn型トランジスタからなるインバータで示している。p型トランジスタに供給する電源電圧VPPとn型トランジスタに供給する電源電圧VSSの値を選ぶことで、電圧VPPとVSSとを画素電位制御信号Φ3として出力することが可能である。
【0135】
ただし、後述するようにp型トランジスタを形成するシリコン基板には基板電圧が供給されているので、電源電圧VPPの値は基板電圧に対して適切な値が設定される。
【0136】
符号26はスタート信号入力端子で、制御信号の一つであるスタート信号を画素電位制御回路135に供給する。図43に示す双方向シフトレジスタSR1からSRnは、スタート信号が入力すると外部から供給されるクロック信号のタイミングに従い、順番にタイミング信号を出力する。レベルシフタ67はタイミング信号に従い電圧VSSと電圧VBBを出力する。出力回路69はレベルシフタ67の出力に従い電圧VPPと電圧VSSを画素電位制御線136に出力する。図42の画素電位制御信号Φ3に示すタイミングとなるように、スタート信号およびクロック信号を双方向シフタレジスタSRに供給することで、画素電位制御回路135から希望するタイミングで画素電位制御信号Φ3を出力することが可能である。なお25はリセット信号入力端子である。
【0137】
次に、図44(a)(b)を用いて、双方向シフトレジスタSRに用いられるクロックドインバータ61、62を説明する。UD1は第1方向設定線、UD2は第2方向設定線である。
【0138】
第1方向設定線UD1は、図44では下から上に走査する場合Hレベルで、第2方向設定線UD2は、図43では上から下に走査する場合Hレベルである。図44では図を見やすくするために結線を省略してあるが、第1方向設定線UD1、第2方向設定線UD2は共に双方向シフトレジスタSRを構成するクロックドインバータ61、62に接続されている。
【0139】
クロックドインバータ61は図44(a)に示すように、p型トランジスタ71、72とN型トランジスタ73、74からなる。p型トランジスタ71は第2方向設定線UD2に接続されており、n型トランジスタ74は第1方向設定線UD1に接続されている。そのため第1方向設定線UD1がHレベルで第2方向設定線UD2がLレベルの場合、クロックドインバータ61はインバータとして働き、第2方向設定線UD2がHレベルで第1方向設定線UD1がLレベルの場合ハイインピーダンスとなる。
【0140】
逆にクロックドインバータ62は図44(b)に示すように、p型トランジスタ71は第1方向設定線UD1に接続されており、n型トランジスタ74は第2方向設定線UD2に接続されている。そのため第2方向設定線UD2がHレベルの場合インバータとして働き、第1方向設定線UD1がHレベルの場合ハイインピーダンスとなる。
【0141】
次にクロックドインバータ65は図44(c)に示す回路構成であり、CLK1がHレベルで、CLK2がLレベルの場合に、入力を反転出力し、CLK1がLレベルで、CLK2がHレベルの場合に、ハイインピーダンスとなる。
【0142】
また、クロックドインバータ66は、図44(d)に示す回路構成であり、CLK2がHレベルで、CLK1がLレベルの場合に、入力を反転出力し、CLK2がLレベルで、CLK1がHレベルの場合に、ハイインピーダンスとなる。図43では、クロック信号線の結線を省略してあるが図44のクロックドインバータ65、66にはクロック信号線CLK1、CLK2が接続されている。
【0143】
以上説明したように、双方向シフトレジスタSRをクロックドインバータ61、62、65、66で構成することで、タイミング信号を順番に出力することが可能である。また画素電位制御回路135を双方向シフトレジスタSRで構成することで、画素電位制御信号Φ3を双方向に走査することが可能である。すなわち、垂直駆動回路130も同様の双方向シフトレジスタにより構成されており、本発明による液晶表示装置は上下双方向の走査が可能である。そのため、表示する像を上下逆転する場合などに、走査方向を反転して図中下から上に走査する。そこで垂直駆動回路130が下から上に走査する場合には、画素電位制御回路135も第1方向設定線UD1と第2方向設定線UD2の設定を変更することにより、下から上に走査するよう対応する。なお、水平シフトレジスタ121も同様の双方向シフトレジスタにより構成されている。
【0144】
次に図45を用いて、本発明による反射型液晶表示装置LCOSの画素部を説明する。図45は本発明の反射型液晶表示装置に用いられる液晶パネルの模式断面図である。図45において、100は液晶パネル、1は第1の基板である駆動回路基板、2は第2の基板である透明基板、3は液晶組成物、4はスペーサである、スペーサ4は駆動回路基板1と透明基板2との間に一定の間隔であるセルギャップ(cell gap)dを形成している。このセルギャップdに液晶組成物3が挟持されている。5は反射電極(画素電極)で駆動回路基板1に形成されている。6は対向電極で反射電極5との間で液晶組成物3に電圧を印加する。7、8は配向膜で液晶分子を一定方向に配向させる。30はアクティブ素子で反射電極5に階調電圧を供給する。
【0145】
符号34はアクティブ素子30のソース領域、35はドレイン領域、36はゲート電極である。38は絶縁膜、31は画素容量を形成する第1の電極で、40は画素容量を形成する第2の電極である。絶縁膜38を介し第1の電極31と第2の電極40とは容量を形成する。図44では、第1の電極31と第2の電極40とを画素容量を形成する代表的な電極として示しており、他にも画素電極と電気的に接続した導体層と画素電位制御信号線と電気的に接続した導体層とが、誘電体層を挟んで対向していれば画素容量を形成することが可能である。
【0146】
符号41は第1の層間膜、42は第1の導電膜である。第1の導電膜42はドレイン領域35から第2の電極40とを電気的に接続している。43は第2の層間膜、44は第1の遮光膜、45は第3の層間膜、46は第2の遮光膜である。第2の層間膜43と第3の層間膜45にはスルーホール42CHが形成され、第1の導電膜42と第2の遮光膜46が電気的に接続されている。47は第4の層間膜、48は反射電極5を形成する第2の導電膜である。アクティブ素子30のドレイン領域35から第1の導電膜42、スルーホール42CH、第2の遮光膜46を介して階調電圧は反射電極5に伝えられる。
【0147】
本液晶表示装置は反射型であり、大量の光が液晶パネル100に照射される。遮光膜は駆動回路基板の半導体層に光が入射しないよう遮光している。反射型液晶表示装置において液晶パネル100に照射された光は、透明基板2側(図44中上側)から入射し、液晶組成物3を透過し反射電極5で反射し再度液晶組成物3、透明基板2を透過して液晶パネル100から出射する。しかしながら、液晶パネル100に照射される光の一部は、反射電極5の隙間から駆動回路基板側に漏れ込む。第1の遮光膜44と第2の遮光膜46はアクティブ素子30に光が入射しないように設けられている。本実施例では、この遮光膜を導電層で形成し、第2の遮光膜46を反射電極5に電気的に接続し、第1の遮光膜44に画素電位制御信号を供給することで、遮光膜を画素容量の一部としても機能するようにしている。
【0148】
なお、第1の遮光層44に画素電位制御信号を供給すると、階調電圧が供給される第2の遮光膜46と映像信号線103を形成する第1の導電層42や走査信号線102を形成する導電層(ゲート電極36と同層の導電層)との間に電気的シールド層として第1の遮光膜44を設けることができる。このため、第1の導電層42やゲート電極36等と第2の遮光膜46や反射電極5との間の寄生容量成分が減少する。前述したように液晶容量CLに対して画素容量CCは充分大きくする必要があるが、第1の遮光膜44を電気的シールド層として設けると、液晶容量LCと並列に接続される寄生容量も小さくなりより効率的である。さらに信号線からの雑音の飛び込みを減少することも可能となる。
【0149】
また、液晶表示素子を反射型とし、駆動回路基板1の液晶組成物3側の面に反射電極5を形成した場合、駆動回路基板1として不透明なシリコン基板等を用いることが可能である。また、アクティブ素子30や配線を反射電極5の下に設けることができ、画素となる反射電極5を広くし、所謂高開口率を実現することができる利点がある。また、液晶パネル100に照射される光による熱を駆動回路基板1の裏面から放熱できるといった利点もある。
【0150】
次に遮光膜を画素容量の一部として利用することについて説明する。第1の遮光膜44と第2の遮光膜46とは第3の層間膜45を介して対向しており、画素容量の一部を形成している。49は画素電位制御線136の一部を形成する導電層である。導電層49により第1の電極31と第1の遮光膜44とは電気的に接続されている。また、導電層49を用いて画素電位制御回路135から画素容量までの配線を形成することが可能である。ただし、本実施例では第1の遮光膜44を配線として利用した。図46に第1の遮光膜44を画素電位制御線136として利用する構成について示す。
【0151】
図46は第1の遮光膜44の配置を示す平面図である。46は第2の遮光膜であるが、位置を示すために点線で示している。42CHはスルーホールで、第1の導電膜42と第2の遮光膜46とを接続している。なお、図46は第1の遮光膜44を解り易く示すために、他の構成は省略している。第1の遮光膜44は、画素電位制御線136の機能を有しており図中X方向に連続して形成されている。第1の遮光膜44は遮光膜として機能するために表示領域全面を覆うように形成されているが、画素電位制御線136の機能も持たせるために、X方向に延在し(走査信号線102と並列の方向)、Y方向に並んでライン状に形成され、画素電位制御回路135に接続される。また、画素容量の電極としても働くために、第2の遮光膜46となるべく広い面積で重なるように形成されている。さらに、遮光膜として漏れる光が少なくなるように、隣接する第1の遮光膜44の間隔はなるべく狭くなるよう形成されている。
【0152】
ただし、図46に示すように隣接する第1の遮光膜44の間隔を狭く形成すると、遮光膜44の一部が隣接する第2の遮光膜46と重なり合うことになる。前述したように、本液晶表示装置は双方向に走査可能である。そこで、双方向に画素電位制御信号を走査した場合に、次段の第2の遮光膜46と重なり合う場合と重なり合わない場合とが生じる。図46の場合では、図中上から下に走査する場合に第1の遮光膜44と次段の第2の遮光膜46とが重なり合っている。
【0153】
図47を用いて遮光膜44の一部が次段の第2の遮光膜46と重なり合うことによる問題点と解決方法を説明する。図47(a)は問題点を説明するタイミング図である。Φ2Aは任意の行の走査信号でありA行目の走査信号とする。Φ2Bは次段の行の走査信号でありB行目の走査信号とする。なお、問題が発生する期間t2からt3の間について説明し、その他の期間については省略する。
【0154】
図47(a)において、A行目において時刻t2から2h(2水平走査時間)後の時刻t3に画素電位制御信号Φ3Aを変化させている。時刻t2から1h後には走査信号Φ2Aの出力は終了しており、走査信号Φ2Aで駆動されるA行目のアクティブ素子30はオフ状態となり、A行目の画素電極109は映像信号線103から切り離されている。時刻t2から2h後の時刻t3であれば、信号の切り換わりによる遅延等を考慮しても、A行目のアクティブ素子30は充分にオフ状態となっている。しかしながら、時刻t3はB行目の走査信号Φ2Bが切り換わる時である。
【0155】
A行目の第1の遮光膜44とB行目の第2の遮光膜46とが重なり合っているため、B行目の画素電極とA行目の画素電位制御信号線との間で容量が生じていることになる。時刻t3はB行目のアクティブ素子30がオフ状態へと切り換わる時であるため、B行目の画素電極109は映像信号線103から充分に切り離されていない。この時にB行目の画素電極109との間で容量成分を有するA行目の画素電子制御信号Φ3Aが切り換わると、画素電極109と映像信号線103との間が充分に切り離されていないため、映像信号線103と画素電極109との間で電荷が移動する。すなわち、A行目の画素電子制御信号Φ3Aの切り換わりが、B行目の画素電極109に書き込まれる電圧Φ4Bに影響を与えることとなる。
【0156】
この画素電子制御信号Φ3Aによる影響は、液晶表示装置の走査方向が一定であるならば均一な影響となり、あまり目立つことはない。しかしながら、赤、緑、青等の色毎に液晶表示装置を備え、各液晶表示装置の出力を重ねてカラー表示する場合に、液晶表示装置の光学的配置による理由で、例えば1つの液晶表示装置だけ下から上に走査し、他の液晶表示装置は上から下に走査することがある。このように複数の液晶表示装置のうちで走査方向が異なるものがある場合には、表示品質が不均一となり美観を損ねることとなる。
【0157】
次に、図47(b)を用いて解決方法を説明する。A行目の画素電位制御信号Φ3AをA行目の走査信号Φ2Aの開始より3h遅れて出力するようにする。この場合、B行目の走査信号Φ2Bも切り換わった後であり、B行目のアクティブ素子30は充分にオフ状態であるためA行目の画素電位制御信号Φ3AによるB行目の画素電極109に書き込まれる電圧Φ4Bに与える影響が減少する。
【0158】
なお、この場合、負極性用入力信号が書き込まれる時間が、正極性用入力信号に対して3hもの間短くなるが、例えば走査信号線102の数が100を超えるような場合では3%以下の値となる。そのため、負極性用入力信号と正極性用入力信号の実効値の違いは基準電位Vcomの値等により調整することが可能である。
【0159】
次に図48を用いて画素容量に供給される電圧VPPと基板電位VBBとの関係について説明する。図48(a)は画素電位制御回路135の出力回路69を構成するインバータ回路を示している。
【0160】
図48(a)において32はp型トランジスタのチャンネル領域でありシリコン基板1にイオン打ち込み等の方法によりn型ウエルが形成されている。シリコン基板1には基板電圧VBBが供給されており、n型ウエル32の電位はVBBとなっている。ソース領域34とドレイン領域35はp型半導体層であり、シリコン基板1にイオン打ち込み等の方法により形成される。p型トランジスタ30のゲート電極36に基板電圧VBBより低電位の電圧が印加されるとソース領域34とドレイン領域35とが導通状態となる。
【0161】
一般に絶縁部を設ける等の必要がなく構造が簡単になることから、同じシリコン基板のトランジスタには共通の基板電位VBBが印加されている。本発明の液晶表示装置は同じシリコン基板1上に駆動回路部のトランジスタと、画素部のトランジスタが形成されている。画素部のトランジスタも同様の理由で、同じ電位の基板電位VBBが印加されている。
【0162】
図48(a)に示すインバータ回路では、ソース領域34には画素容量に供給される電圧VPPが印加されている。ソース領域34はp型半導体層でありn型ウエル32との間はpn接合となっている。n型ウエル32の電位よりもソース領域34の電位が高くなると、ソース領域34からn型ウエル32に電流が流れるという不具合が生じる。そのため、基板電圧VBBに対して電圧VPPは低電位になるように設定される。
【0163】
前述したように画素電極の電圧は、画素電極に書き込まれた電圧をV2、液晶容量をCL、画素容量をCC、画素電極制御信号の振幅がVPPとVSSとすると、電圧降下後の画素電極の電圧は、V2−{CC/(CL+CC)}×(VPP−VSS)で表わされる。ここで、VSSにGND電位を選ぶと、画素電極の電圧変動の大きさは電圧VPPと液晶容量CLと画素容量CCで決まることになる。
【0164】
図48(b)を用いてCC/(CL+CC)と電圧VPPとの関係を示す。なお説明を簡単にするために基準電圧VcomをGND電位としている。また、電圧を印加しないと白表示(ノーマリーホワイト)となる方式の場合で、黒表示(階調最小)となるよう階調電圧が画素電極に印加される場合を説明する。図48(b)のΦ1は映像信号選択回路123から画素電極に書き込まれる階調電圧を示している。Φ1Aは正極性の場合で、Φ2Aは負極性の場合の階調電圧である。黒表示なので基準電圧Vcomと画素電極に書き込まれる階調電圧の電位差が最大になるようにΦ1A、Φ1Bともに設定される。図48(b)においてΦ1Aは正極性用信号なので、従来通り基準電圧Vcomとの電位差が最大となるように+Vmaxとし、Φ1BはVcom(GND)として、画素電極に書き込んだ後で画素容量を用いて引き下げる。
【0165】
Φ4A、Φ4B共に画素電極の電圧を示しており、Φ4AはCC/(CL+CC)が1の理想的な場合を示し、Φ4BはCC/(CL+CC)が1以下となる場合を示す。Φ4Aの負極性の場合、Φ1BはVcom(GND)が書き込まれているので、画素電極制御信号の振幅VPPに従い引き下げられた−Vmaxは、CC/(CL+CC)=1より、−Vmax=−VPPとなる。
【0166】
対してΦ4BはCC/(CL+CC)が1以下のため、+Vmax<VPP2となるような画素電極制御信号を供給する必要がある。前述したようにVPP<VBBである必要があるため、+Vmax<VPP<VBBといった関係になる。ここで、低耐圧回路とするために、画素電圧を引き下げる方法を用いているが、画素電極制御信号の電圧VPPが高電圧になってしまうと、基板電圧VBBが高電圧となってしまい結局高耐圧回路となってしまうという不具合が生じる。そのため、CC/(CL+CC)がなるべく1となるように、すなわちCL<<CCとなるように、CLとCCの値を定める必要がある。
【0167】
なお、従来のガラス基板に薄膜トランジスタを形成する液晶表示装置では、画素電極をなるべく広く(所謂高開口率化)する必要があるため、せいぜいCL=CCとすることが実現可能な程度である。また、本発明の液晶表示装置は駆動回路部と画素部とが同一シリコン基板上に形成されるものであるため、基板電位VBBを高電圧としては低耐圧化できないという問題点を有している。
【0168】
次に図49を用いて負極性用の階調電圧について説明し、さらに図50により参照表を用いて負極性用の階調電圧を形成する方法について説明する。なお図49では、ひきつづき説明を簡単にするために基準電圧VcomをGND電位としている。また、電圧を印加しないと白表示(ノーマリーホワイト)となる方式の場合で説明する。
【0169】
図49(a)のΦ1は映像信号選択回路123から画素電極に書き込まれる階調電圧を示し、図48(b)のΦ4は画素電極の電圧を示している。まず、黒表示(階調最小)となるよう階調電圧が画素電極に印加される場合について説明する。Φ1A1は正極性の場合で、Φ1B1は負極性の場合を示している。黒表示なので基準電圧Vcomと画素電極に書き込まれる電圧の電位差が最大になるようにΦ1A1、Φ1B1ともに設定される。
【0170】
図49(b)においてΦ1A1は正極性用信号なので、画素電極の電圧は、従来通り基準電圧Vcomとの電位差が最大となるように+Vmaxとなる。対して負極性用信号であるΦ1B1は画素電極に書き込んだ後で画素容量を用いて引き下げられて−Vmaxとなる。
【0171】
次に、白表示(階調最大)となるよう階調電圧が画素電極に印加される場合について説明する。Φ1A2は正極性の場合で、Φ1B2は負極性の場合を示している。白表示なので基準電圧Vcomと画素電極に書き込まれる電圧の電位差が最小になるようにΦ1A2、Φ1B2ともに設定される。
【0172】
図49(b)においてΦ1A2は正極性用信号なので、従来通り基準電圧Vcomとの電位差が最小となるように+Vminとなる。負極性用信号Φ1B2は画素電極に書き込んだ後で画素容量を用いて引き下げられる。引き下げられる電圧はVPPなので、引き下げられた後で−Vminとなるような電圧がΦ1B2として選ばれる。
【0173】
図49に示すように、負極性用信号Φ1B1、Φ1B2は従来用いられた方法のように、単純に正極性用信号Φ1A1、Φ1A2を反転した電圧ではない。そのため、参照表を用いて負極性用信号を作成することとした。図50に参照表を用いて負極性用信号を作成する液晶パネル駆動制御回路400のブロック図を示す。422は負極性用参照表で、423は正極性用参照表である。負極性用信号は画素容量を用いて作成されるため、負極性、正極性用オペアンプは使用されない。
【0174】
正極性用参照表422には、ばらつき補正を行う補正データが用いられる。対して負極性用参照表423には、ばらつき補正を行う補正データの他に画素容量により引き下げられて負極性用信号となるような補正も加えられる。交流化信号によりアナログスイッチ417を切り換えることで、正極性用信号と負極性用信号がDA変換回路405に伝えられる。
【0175】
次に反射型液晶表示装置の動作について説明する。反射型液晶表示素子の一つとして電界制御複屈折モード(ELECTRICALLY CONTROLLED BIREFRINGENCE MODE)が知られている。電界制御複屈折モードでは、反射電極と対向電極との間に電圧を印加し液晶組成物の分子配列を変化させ、その結果として液晶パネル中の複屈折率を変化させる。電界制御複屈折モードは、この複屈折率の変化を光透過率の変化として利用し像を形成するものである。
【0176】
さらに図51を用いて、電界制御複屈折モードの1つである単偏光板ツイステッドネマティクモード(SPTN)について説明する。9は偏光ビームスプリッタで光源(図示せず)からの入射光L1を2つの偏光に分割し、直線偏光となった光L2を出射する。図51では、液晶パネル100に入射させる光に、偏光ビームスプリッタ9を透過した光(P波)を用いる場合を示しているが、偏光ビームスプリッタ9で反射した光(S波)を用いることも可能である。液晶組成物3は液晶分子長軸が駆動回路基板1と透明基板2に対して平行に配列し、誘電異方性が正のネマティク液晶を用いる。また、液晶分子は配向膜7、8により約90度ねじれた状態で配向している。
【0177】
まず図51(a)に電圧が印加されていない場合を示す。液晶パネル100に入射した光は液晶組成物3の複屈折性により楕円偏光となり反射電極5面では円偏光となる。反射電極5で反射した光は再度液晶組成物3中を通過し再び楕円偏光となり出射時には直線偏光に戻り、入射光L2に対して90度位相が回転した光L3(S波)として出射する。出射光L3は再び偏光ビームスプリッタ9に入射するが、偏光面で反射され出射光L4となる。この出射光L4をスクリーン等に照射して表示を行う。この場合、電圧を印加していない場合に光が出射する所謂ノーマリーホワイト(ノーマリオープン)と呼ばれる表示方式となる。
【0178】
対して図51(b)に液晶組成物3に電圧が印加されている場合を示す。液晶組成物3に電圧が印加されると、液晶分子が電界方向に配列するため、液晶内で複屈折が起こる割合が減少する。そのため、直線偏光で液晶パネル100に入射した光L2はそのまま反射電極5で反射され入射光L2と同じ偏光方向の光L5として出射する。出射光L5は偏光ビームスプリッタ9を透過し光源に戻る。そのため、スクリーン等に光が照射されないため、黒表示となる。
【0179】
単偏光板ツイステッドネマティクモードでは、液晶分子の配向方向が基板と平行であるため、一般的な配向方法を用いることができ、プロセス安定性が良い。またノーマリーホワイトで使用するため、低電圧側でおこる表示不良に対して裕度を持たせることができる。すなわち、ノーマリーホワイト方式では、暗レベル(黒表示)が高電圧を印加した状態で得られる。この高電圧の場合には液晶分子のほとんどが基板面に垂直な電界方向に揃っているので、暗レベルの表示は、低電圧時の初期配向状態にあまり依存しない。さらに、人間の目は、輝度ムラを輝度の相対的な比率として認識し、かつ、輝度に対し対数スケールに近い反応を有する。そのため、人間の目は暗レベルの変動には敏感である。こうした理由から、ノーマリーホワイト方式は、初期配向状態による輝度ムラに対して有利な表示方式である。
【0180】
しかしながら、上述した電界制御複屈折モードでは高いセルギャップの精度が求められる。すなわち、電界制御複屈折モードでは、光が液晶層中を通過する間に生じる異常光と常光との間の位相差を利用しているため、透過光強度は異常光と常光との間のリタデーションΔn・dに依存する。ここで、Δnは屈折率異方性で、dはスペーサ4によって形成される透明基板2と駆動回路基板1との間のセルギャップである(図45参照)。
【0181】
このため、本実施例の場合、表示ムラを考慮しセルギャップ精度は、±0.05μm以下とした。また、反射型液晶表示素子では液晶に入射した光は反射電極で反射し再度液晶層を通過するため、同じ屈折率異方性Δnの液晶を用いる場合、透過型液晶表示素子に対してセルギャップdは半分になる。一般の透過型液晶表示素子の場合セルギャップdは5〜6μm程度であるのに対し、本実施例では約2μmである。
【0182】
本実施例では高いセルギャップ精度と、より狭いセルギャップに対応するため、従来からあるビーズ分散法に代わり柱状のスペーサを駆動回路基板1上に形成する方法を用いた。
【0183】
図52に駆動回路基板1上に設けられた反射電極5とスペーサ4との配置を説明する模式平面図を示す。一定の間隔を保つように多数のスペーサ4が駆動回路基板全面にマトリックス状に形成されている。反射電極5は液晶表示素子が形成する像の最小の画素である。図51では簡略化のため、符号5A、5Bで示す縦4画素、横5画素で示した。なお、最外側の画素群を符号5Bで示し、それらより内側の画素群を符号5Aで示す。
【0184】
図52では縦4画素、横5画素の画素が、表示領域を形成している。液晶表示素子で表示する像はこの表示領域に形成される。表示領域の外側にはダミー画素113が設けられている。このダミー画素113の周辺にスペーサ4と同じ材料で周辺枠11が設けられている。さらに、周辺枠11の外側にはシール材12が塗布される。13は外部接続端子で液晶パネル100に外部からの信号を供給するのに用いられる。
【0185】
スペーサ4と周辺枠11の材料には、樹脂材料を用いた。樹脂材料として例えば、株式会社JSR製の化学増幅型ネガタイプレジスト「BPR−113」(商品名)を用ることができる。反射電極5が形成された駆動回路基板1上にスピンコート法等でレジスト材を塗布し、マスクを用いてレジストをスペーサ4と周辺枠11のパターンに露光する。その後除去剤を用いレジストを現像してスペーサ4と周辺枠11とを形成する。
【0186】
スペーサ4と周辺枠11とをレジスト材等を原料として形成すると、塗布する材料の膜厚でスペーサ4と周辺枠11の高さを制御でき、高い精度でスペーサ4と周辺枠11を形成することが可能である。また、スペーサ4の位置はマスクパターンで決めることができ、希望する位置に正確にスペーサ4を設けることが可能である。液晶プロジェクタでは画素上にスペーサ4が存在すると、拡大投映された像にスペーサによる影が見えてしまう問題がある。スペーサ4をマスクパターンによる露光、現像で形成することで、映像表示した際に、問題とならな位置にスペーサ4を設けることができる。
【0187】
また、スペーサ4と同時に周辺枠11を形成しているので、液晶組成物3を駆動回路基板1と透明基板2との間に封入する方法として、液晶組成物3を駆動回路基板1に滴下しその後透明基板2を駆動回路基板1に貼り合せる方法を用いることができる。
【0188】
液晶組成物3を駆動回路基板1と透明基板2の間に配置し、液晶パネル100を組立てた後は、周辺枠11により囲まれた領域内に液晶組成物3が保持される。また、周辺枠11の外側にはシール材12が塗布され、液晶組成物3を液晶パネル100内に封入する。前述したように、周辺枠11はマスクパターンを用いて形成されるので、高い位置精度で駆動回路基板1上に形成することができる。そのため、液晶組成物3の境界を高い精度で定めることが可能である。また、周辺枠11はシール材12の形成領域の境界も高い精度で定めることが可能である。
【0189】
シール材12は駆動回路基板1と透明基板2とを固定する役目と、液晶組成物3にとって有害な物質が進入することを阻止する役目がある。流動性があるシール材12を塗布した場合に、周辺枠11はシール材12のストッパとなる。シール材12のストッパとして、周辺枠11を設けることで、液晶組成物3の境界やシール材12の境界での設計裕度を広くすることができ、液晶パネル100の端辺から表示領域までの間を狭く(挟額縁化)することが可能である。
【0190】
表示領域を囲むように周辺枠11が形成されていることから、駆動回路基板1をラビング処理する際に、周辺枠11により周辺枠11の近傍がうまくラビングできない問題がある。液晶組成物3を一定の方向に配向するため、配向膜を形成しラビング処理が行われる。本実施例の場合、駆動回路基板1にスペーサ4、周辺枠11が形成された後に、配向膜7が塗布される。その後、液晶組成物3が一定方向に配向するよう、配向膜7を布等を用いて擦ることでラビング処理が行われる。
【0191】
ラビング処理において、周辺枠11が駆動回路基板1より突出しているため、周辺枠11の近傍の配向膜7は、周辺枠11による段差により充分に擦られない。そのため、周辺枠11の近傍には液晶組成物3の配向が不均一な部分が生じやすい。液晶組成物3の配向不良による表示ムラを目立たなくするため、周辺枠11の内側数画素をダミー画素113とすることで、表示に寄与しない画素としている。
【0192】
ところが、ダミー画素113を設け、画素5A、5Bと同じように信号を供給すると、ダミー画素113と透明基板2との間には液晶組成物3が存在するため、ダミー画素113による表示も観察されてしまうという問題が生じる。ノーマリホワイトで使用する場合、液晶組成物3に電圧を印加しないと、ダミー画素113が白く表示される。そのため、表示領域の境が明確でなくなり、表示品質をそこなう。ダミー画素113を遮光することも考えられるが、画素と画素の間隔は数μmのため、表示領域の境に精度良く遮光枠を形成することは困難である。そこで、ダミー画素113には黒表示となるような電圧を供給し、表示領域を囲む黒枠として観察されるようにした。
【0193】
図53にダミー画素113の駆動方法について説明する。ダミー画素113には黒表示となるような電圧を供給するために、ダミー画素が設けられた領域は一面黒表示となる。一面黒表示となるならば、表示領域に設けた画素と同じように個別に設ける必要がなく、複数のダミー画素を電気的に接続して設けることができる。また、駆動に必要な時間を考えると、ダミー画素のために書き込み時間を設けことは無駄である。そこで、複数のダミー画素の電極を連続して設けて1つのダミー画素電極とすることが可能である。しかしながら、複数のダミー画素を接続して1つのダミー画素とすると画素電極の面積が増加することから、液晶容量が大きくなってしまう。前述したように液晶容量が大きくなると画素容量を用いて画素電圧を引き下げる効率が低下する。
【0194】
そこで、ダミー画素も表示領域の画素と同様に個別に設けることとした。しかしながら、有効画素と同様に1ライン毎の書き込みを行った場合、新たに設けた複数行のダミー行を駆動する時間が長くなる。そして、その分有効画素に書き込みを行う時間が短くなってしまうという問題が生じる。対して高精細表示を行う場合には、高速の映像信号(ドットクロックの高い信号)が入力するため、ますます画素の書き込み時間に対する制限が生じてくる。そこで1画面の書き込み期間中に数ライン分の書き込み時間を節約するために、図53に示すようにダミー画素については垂直駆動回路130の垂直双方向シフトレジスタVSRから複数行分のタイミング信号を出力させて、複数のレベルシフタ67と出力回路69に入力させ走査信号を出力するようにした。また、同じく画素電極制御回路135についても双方向シフトレジスタSRから複数行分のタイミング信号を出力させて、複数のレベルシフタ67と出力回路69に入力させ画素電極制御信号を出力するようにした。
【0195】
次に、図54、図55を用いて駆動回路基板1上に設けられるアクティブ素子30とその周辺の構成を詳細に説明する。図54、図55において図45と同じ符号は同じ構成を示す。図55はアクティブ素子30周辺を示す概略平面図である。図54は図55のI−I線における断面図であるが、図54と図55との各構成間の距離は一致していない。また図55は走査信号線102とゲート電極36、映像信号線103とソース領域35、ドレイン領域34、画素容量を形成する第2の電極40、と第1の導電層42と、コンタクトホール35CH、34CH、40CH,42CHの位置関係を示すもので、その他の構成は省略した。
【0196】
図54において、1は駆動回路基板であるシリコン基板、32はシリコン基板1にイオン打ち込みで形成した半導体領域(p型ウエル)、33はチャネルストッパ、34はp型ウエル32にイオン打ち込みで導電化し形成したドレイン領域、35はp型ウエル32にイオン打ち込みで形成したソース領域、31はp型ウエル32にイオン打ち込みで導電化し形成した画素容量の第1の電極である。なお、本実施例ではアクティブ素子30をp型トランジスタで示したが、n型トランジスタとすることも可能である。
【0197】
符号36はゲート電極、37はゲート電極端部の電界強度を緩和するオフセット領域、38は絶縁膜、39はトランジスタ間を電気的に分離するフィールド酸化膜、40は画素容量を形成する第2の電極で絶縁膜38を介しシリコン基板1に設けた第1の電極31との間で容量を形成する。ゲート電極36と第2の電極40は、絶縁膜38上にアクティブ素子30のしきい値を低くするための導電層と低抵抗の導電層とを積層した2層膜からなっている。2層膜としては例えばポリシリコンとタングステンシリサイドの膜を用いることができる。41は第1の層間膜、42は第1の導電膜である。第1の導電膜42は接触不良を防止するバリアメタルと低抵抗の導電膜の多層膜からなっている。第1の導電膜として、例えばチタンタングステンとアルミの多層金属膜をスパッタで形成して用いることができる。
【0198】
図55において102は走査信号線である。走査信号線102は、図55中、X方向に延在しY方向に並設されていて、アクティブ素子30をオン・オフする走査信号が供給される。走査信号線102はゲート電極と同じ2層膜からなっており、例えばポリシリコンとタングステンシリサイドを積層した2層膜を用いることができる。映像信号線103はY方向に延在しX方向に並設されていて、反射電極5に書き込まれる映像信号が供給される。映像信号線103は第1の導電膜42と同じ多層金属膜からなっており、例えばチタンタングステンとアルミの多層金属膜を用いることができる。
【0199】
映像信号は絶縁膜38と第1の層間膜41に空けられたコンタクトホール35CHを通り第1の導電膜42によりドレイン領域35に伝わる。走査信号線102に走査信号が供給されると、アクティブ素子30はオンになり、映像信号は半導体領域(p型ウエル)32からソース領域34に伝わり、コンタクトホール34CHを通り第1の導電膜42に伝わる。第1の導電膜42に伝わった映像信号は、コンタクトホール40CHを通り画素容量の第2の電極40に伝わる。
【0200】
また、図54に示すように映像信号はコンタクトホール42CHを通り反射電極5へと伝わっていく。コンタクトホール42CHはフィールド酸化膜39の上に形成されている。フィールド酸化膜39は膜厚が厚いため、フィールド酸化膜の上は他の構成に比較して高い位置となっている。コンタクトホール42CHはフィールド酸化膜39上に設けられることで、上層の導電膜により近い位置とすることができ、コンタクトホールの接続部の長さを短くしている。
【0201】
さらに図54に示すように、第2の層間膜43は、第1の導電膜42と第2の導電膜44とを絶縁している。第2の層間膜43は、各構成物により生じている凹凸を埋める平坦化膜43Aとその上を覆う絶縁膜43Bとの2層で形成されている。平坦化膜43AはSOG(spin on grass)を塗布して形成している。絶縁膜43BはTEOS膜であり、反応ガスとしてTEOS(Tetraethylorthosilicate)を用いSiO2膜をCVDにより形成したものである。
【0202】
第2の層間膜43の形成後、CMP(ケミカル・メカニカル・ポリシング)により第2の層間膜43は研磨される。第2の層間膜43はCMPにより研磨することで平坦化する。平坦化された第2の層間膜の上に第1の遮光膜44が形成される。第1の遮光膜44は第1の導電膜42と同じタングステンとアルミの多層金属膜で形成している。
【0203】
第1の遮光膜44は駆動回路基板1の略全面を被っており、開口は図54に示すコンタクトホール42CHの部分だけある。第1の遮光膜44の上に第3の層間膜45がTEOS膜で形成されている。さらに第3の層間膜45の上に第2の遮光膜46が形成されている。第2の遮光膜46は第1の導電膜42と同じタングステンとアルミの多層金属膜で形成している。第2の遮光膜46はコンタクトホール42CHで第1の導電膜42と接続されている。コンタクトホール42CHでは、接続をとるために第1の遮光膜44を形成する金属膜と第2の遮光膜46を形成する金属膜とが積層されている。
【0204】
第1の遮光膜44と第2の遮光膜46を導電膜で形成し、間に第3の層間膜45を絶縁膜(誘電膜)で形成し、第1の遮光膜44に画素電位制御信号を供給し、第2の遮光膜46に階調電圧を供給すると、第1の遮光膜44と第2の遮光膜46とで画素容量を形成することができる。また、階調電圧に対する第3の層間膜45の耐圧と、膜厚を薄くして容量を大きくすることを考慮すると、第3の層間膜45は150nmから450nmが好ましく、より好ましくは、約300nmである。
【0205】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0206】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0207】
本発明によれば、反射形液晶表示素子の駆動において、映像信号及び制御信号を高速化する回路を、液晶パネルに近接して配置している事により、ノイズ、EMI、EMCの特性向上を図ることが出来る。
【0208】
本発明によれば、開発段階における光学系の形状変更に関係無く回路基板の開発を行う事が出来るため、開発期間の短縮、開発、モデルチェンジに伴うコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネル駆動制御回路を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態である液晶表示装置を用いたプロジェクターの回路ブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態である液晶表示装置を用いたプロジェクタに用いられる光学系の一例を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態である液晶表示装置を用いたプロジェクターの回路ブロック図である。
【図6】本発明の実施の形態である液晶表示装置を用いたプロジェクターの構成図である。
【図7】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネル駆動制御回路を示すブロック図である。
【図8】増幅回路のばらつきを説明する概略回路図である。
【図9】本発明の実施の形態である液晶表示装置の印加電圧−反射率特性図である。
【図10】交流化回路のばらつきを説明する概略回路図である。
【図11】交流化回路のばらつきを説明する波形図である。
【図12】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネル駆動制御回路を示すブロック図である。
【図13】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネル駆動制御回路を示すブロック図である。
【図14】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネル駆動制御回路を示すブロック図である。
【図15】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表を示すデータ構成図である。
【図16】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表にデータを転送する経路を示す概略回路図である。
【図17】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表にデータを転送する経路を示す概略回路図である。
【図18】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による補正方法を示す入力−出力対照図である。
【図19】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による交流化ばらつきを補正する概略回路図である。
【図20】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による映像ソース間の違いを補正する概略ブロック図である。
【図21】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による擬似的に階調を増加させる方法を説明する図である。
【図22】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による擬似的に階調を増加させる方法を説明する図である。
【図23】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表によるコントラストを調整する方法を説明する図である。
【図24】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表による輝度を調整する方法を説明する図である。
【図25】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表のピン数を減少させる方法を説明する概略回路図である。
【図26】本発明の実施の形態である液晶表示装置の配線数を減少させる方法を説明する概略回路図である。
【図27】本発明の実施の形態である液晶表示装置の配線数を減少させる方法を説明する概略回路図である。
【図28】本発明の実施の形態である液晶表示装置の参照表のデータ作成方法を説明する概略回路図である。
【図29】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図30】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図31】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図32】本発明の実施の形態である液晶表示装置を用いたプロジェクターの回路構成図である。
【図33】本発明の実施の形態である液晶表示装置の概略組み立て図である。
【図34】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図35】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図36】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図37】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図38】本発明の実施の形態である液晶表示装置を示す概略図である。
【図39】本発明の実施の形態である液晶表示装置の信号転送方法示す概略図である。
【図40】本発明の実施の形態である液晶表示装置の画素部について説明するブロック図である。
【図41】本発明の実施の形態である液晶表示装置の画素電位を制御する方法を説明する概略回路図である。
【図42】本発明の実施の形態である液晶表示装置の画素電位を制御する方法を説明するタイミング図である。
【図43】本発明の実施の形態である液晶表示装置の画素電位制御回路の構成を示す概略回路図である。
【図44】本発明の実施の形態である液晶表示装置のクロックドインバータの構成を示す概略回路図である。
【図45】本発明の実施の形態である液晶表示装置の画素部を示す概略断面図である。
【図46】本発明の実施の形態である液晶表示装置の遮光膜を用いて画素電位制御線を形成する構成を示す概略平面図である。
【図47】本発明の実施の形態である液晶表示装置の駆動方法を示すタイミング図である
【図48】本発明の実施の形態である液晶表示装置の動作を示す概略図である。
【図49】本発明の実施の形態である液晶表示装置の正極性、負極性波形を説明する波形図である。
【図50】本発明の実施の形態である液晶表示装置の正極性、負極性信号を参照表を用いて作成する概略回路図である。
【図51】本発明の実施の形態である液晶表示装置の動作を説明する概略図である。
【図52】本発明の実施の形態である液晶表示装置の液晶パネルを示す概略平面図である。
【図53】本発明の実施の形態である液晶表示装置のダミー画素の駆動方法を示す概略回路図である。
【図54】本発明の実施の形態である液晶表示装置のアクティブ素子周辺の概略断面図である。
【図55】本発明の実施の形態である液晶表示装置のアクティブ素子周辺の概略平面図である。
【符号の説明】
1…基板(駆動回路基板、シリコン基板)、2…透明基板、3…液晶組成物、4…スペーサ、5…反射電極、6…対向電極、7、8…配向膜、9…偏光ビームスプリッタ、11…周辺枠、12…シール材、14…外部接続端子、25…走査リセット信号入力端子、26…走査スタート信号入力端子、27…走査終了信号出力端子、28…リセット用トランジスタ、30…アクティブ素子、34…ソース領域、35…ドレイン領域、36…ゲート領域、38…絶縁膜、39…フィールド酸化膜、41…第1の層間膜、42…第1の導電膜、43…第2の層間膜、44…第1の遮光膜、45…第3の層間膜、46…第2の遮光膜、47…第4の層間膜、48…第2の導電膜、61〜62…クロックドインバータ、65〜66…クロックドインバータ、71…クッション材、72…放熱板、73…モールド、74…保護用接着材、75…遮光板、76…遮光枠、80…フレキシブル配線板、100…液晶パネル、101…画素部、102…走査信号線、103…映像信号線、104…スイッチング素子、107…対向電極、108…液晶容量、109…画素電極、110…表示部、111…表示制御装置、113…ダミー画素、120…水平駆動回路、121…水平シフトレジスタ、122…表示データ保持回路、123…電圧選択回路、130…垂直駆動回路、131…制御信号線、132…表示データ線、400…液晶パネル駆動制御回路、401…外部制御信号線、402…表示信号線、403…外部信号入力回路、404…信号処理回路、405…DA変換回路、406…増幅交流化回路、407…サンプルホールド回路、408…AD変換回路、409…駆動用パルス回路、412…フラットパッケージ、413…オペアンプ(増幅用)、414…オペアンプ(負極性用)、415…オペアンプ(正極性用)、416…アナログスイッチ(オペアンプ切り換え用)、417…アナログスイッチ(参照表切り換え用)、418…アナログスイッチ(映像ソース切り換え用)、420…参照表(LUT)、421…参照表(1パッケージ)、422…正極性用参照表、423…負極性用参照表、424…第1映像ソース用参照表、425…第2映像ソース用参照表、426…第3映像ソース用参照表、427…第1の階調用参照表、428…第2の階調用参照表、429…標準参照表、430…マイクロプロセッサ、435…データバス、436…アドレスバス、447…データ通信用インターフェース、448、449…コネクタ、450…ビデオ信号デコーダー、451…デジタル入力インターフェイス、452…解像度変換回路、453…色むら補正回路、454…OSD(On Screen Display)、455…RGBアナログ信号入力回路、457…タイミング発生器、458…電源回路、459…液晶表示素子及びアナログ回路用電源回路、460…不揮発性の電気的に書き換え可能なROM、461…赤外線通信インターフェイス、462…ランプ、463…空冷用ファン、464…アナログドライバー回路、466…トランスミッタ、467…レシーバー、470…前処理回路、471…ケーブル、472…低振幅信号線、473…信号処理制御線、474…電源電圧線、475…内部バスライン、476…メモリ、478…コネクタ、501…偏光ビームスプリッタ(PBS)、502…偏光ビームスプリッタ、503…偏光ビームスプリッタ、504…クロスダイクロイック(Cross−Dichroic)ミラー、505…クロスダイクロイックプリズム(Cross−Dichroic Prism)、506…光学系レンズ。
Claims (11)
- 液晶パネルと、
上記液晶パネルに映像信号及び液晶パネル駆動用パルス信号を供給する液晶パネル駆動制御回路とを有し、
液晶パネルを直接駆動しない解像度変換回路と、
フレーム周波数を高速化する回路を備え、液晶パネルを直接駆動する液晶パネル駆動制御回路を、別基板にて分離し、
液晶パネルを直接駆動する液晶パネル駆動制御回路を液晶パネル素子に近接して独立配置し、
液晶パネルを直接駆動しない解像度変換回路を形成した回路基板と、液晶パネルを直接駆動する液晶パネル駆動制御回路との間を、フレキシブルなケーブルにより接続し、
該フレキシブルなケーブルに設けられた低振幅信号線にて上記映像信号が転送されることを特徴とする液晶表示素子装置。 - 液晶パネルを駆動する液晶パネル駆動制御回路は、映像信号のデータレートを2倍又はそれに類する変換を行い、また、パネル駆動用の制御パルスを生成する機能を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 3原色を構成する複数の液晶パネルと、該液晶パネルを形成する第1の基板と第2の基板と、
上記第1の基板と第2の基板との間に挟まれた液晶組成物と、
上記第1の基板に設けられた複数の画素と、
上記画素に映像信号を供給する駆動回路と、
上記液晶パネルに映像信号と制御信号を供給する液晶パネル駆動制御回路と、
解像度変換回路を備え上記液晶パネル駆動制御回路と別基板に分離された前処理回路と、
上記液晶パネル駆動制御回路から上記駆動回路に映像信号線が電気的に接続され、
上記駆動回路には液晶パネル毎に映像信号を出力する出力回路が設けられ、
上記液晶パネル駆動制御回路は、液晶パネル毎に独立に制御され、フレーム周波数を高速化して映像信号を出力し、
上記液晶パネル駆動制御回路と上記前処理回路とはフレキシブルケーブルで接続され、該フレキシブルケーブルを介して低振幅信号が転送されることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第1の基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネル駆動制御回路は、映像の水平垂直同期信号及びクロックを液晶パネル駆動制御回路に供給する事により、液晶パネルへの映像及び制御信号を発生することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 上記液晶パネル駆動制御回路を、液晶パネルを形成する基板と同一面に配置、もしくは同基板に形成することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 上記液晶パネル駆動制御回路を、液晶パネルを形成する基板の裏面に配置、もしくは形成することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネルへの液晶パネル駆動制御回路は、映像の同期信号及びクロックを液晶パネル駆動制御回路に供給する事により、液晶パネルへアナログ信号を供給するために用いられるAD変換回路を駆動する制御信号を発生することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネル駆動制御回路に入力する映像信号及び同期信号を差動振幅信号により供給することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 制御信号回路の信号出力は、
その立ち上がりタイミングと立下りタイミング、及び周期、極性を設定することにより、液晶パネルの使用に応じた制御信号を生成する事を特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。 - 3原色を構成する複数の液晶パネルと、液晶パネル駆動制御回路に要する電源電圧を供給する電源回路を、液晶パネル毎に独立に配置し制御されることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
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