JP4297628B2 - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型表示装置に関するものであり、特に画素に対応して複数の保持回路が設けられたアクティブマトリクス型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、表示装置は携帯可能な表示装置、例えば携帯テレビ、携帯電話等が市場ニーズとして要求されている。かかる要求に応じて表示装置の小型化、軽量化、省消費電力化に対応すべく研究開発が盛んに行われている。各表示画素にスタティック型メモリ(Static Random Access Memory;SRAM)を備え、静止画像を表示する液晶表示装置が特開平2000−282168号に開示されている。
【0003】
図5に従来例に係る液晶表示装置(Liquid Crystal Display;LCD)の回路構成図を示す。液晶表示パネル100には、絶縁基板10上に複数の画素電極17がマトリックス状に配置されている。そして、ゲート信号を供給するゲートドライバ50に接続された複数のゲート信号線51が一方向に配置されており、これらのゲート信号線51と交差する方向に複数のドレイン信号線61が配置されている。
【0004】
ドレイン信号線61には、ドレインドライバ60から出力されるサンプリングパルスのタイミングに応じて、サンプリングトランジスタSP1,SP2,・・・,SPnがオンし、データ信号線62のデータ信号(アナログ映像信号又はデジタル映像信号)が供給される。
【0005】
ゲートドライバ50は、あるゲート信号線51を選択し、これにゲート信号を供給する。選択された行の画素電極17にはドレイン信号線61からデータ信号が供給される。
【0006】
以下、各画素の詳細な構成について説明する。ゲート信号線51とドレイン信号線61の交差部近傍には、Pチャネル型回路選択TFT41及びNチャネル型回路選択TFT42から成る回路選択回路40が設けられている。回路選択TFT41,42の両ドレインはドレイン信号線61に接続されると共に、それらの両ゲートは回路選択信号線88に接続されている。回路選択TFT41,42は、選択信号線88からの選択信号に応じていずれか一方がオンする。また、後述するように回路選択回路40と対を成して、回路選択回路43が設けられている。回路選択回路40、43は、それぞれのトランジスタが相補的に動作すればよく、Pチャネル、Nチャネルは逆でももちろんよい。
【0007】
これにより、後述する通常動作モードであるアナログ映像信号表示(フルカラー動画像対応)とメモリ動作モードであるデジタル映像表示(低消費電力、静止画像対応)とを選択して切換えることが可能となる。また、回路選択回路40に隣接して、Nチャネル型画素選択TFT71及びNチャネル型TFT72から成る画素選択回路70が配置されている。画素選択TFT71,72はそれぞれ回路選択回路40の回路選択TFT41,42と縦列に接続されると共に、それらのゲートにはゲート信号線51が接続されている。画素選択TFT71,72はゲート信号線51からのゲート信号に応じて両方が同時にオンするように構成されている。
【0008】
また、アナログ映像信号を保持するための補助容量85が設けられている。補助容量85の一方の電極は画素選択TFT71のソースに接続されている。他方の電極は共通の補助容量線87に接続され、バイアス電圧Vscが供給されている。また、画素選択TFT71のソースは回路選択TFT44及びコンタクト16を介して画素電極17に接続されている。ゲート信号によって画素選択TFT71のゲートが開くと、ドレイン信号線61から供給されるアナログ映像信号はコンタクト16を介して画素電極17に入力され、画素電圧として液晶を駆動する。画素電圧は画素選択TFT71の選択が解除され、次に再び選択されるまでの1フィールド期間保持されなければならないが、液晶の容量のみでは、画素電圧は時間経過とともに次第に低下してしまい、1フィールド期間十分に保持されない。そうすると、その画素電圧の低下が表示むらとして現れてしまい良好な表示が得られなくなる。そこで画素電圧を1フィールド期間保持するために補助容量85を設けている。補助容量85は所定の面積を有して対向する1組の電極によって構成され、その一方の電極は画素選択TFT71と一体の半導体層、他方の電極は補助容量線87である。補助容量線87は、行方向の複数画素で連結されており、電圧VSCが印加されている。
【0009】
この補助容量85と画素電極17との間には、回路選択回路43のPチャネル型TFT44が設けられ、回路選択回路40の回路選択TFT41と同時にオンオフするように構成されている。回路選択TFT41がオンし、アナログ信号を随時供給して液晶を駆動する動作モードを通常動作モード、もしくはアナログ動作モードと呼ぶ。
【0010】
また、画素選択回路70のTFT72と画素電極17との間には、保持回路110が設けられている。保持回路110は、正帰還された2つのインバータ回路と信号選択回路120から成り、デジタル2値を保持するSRAMを構成している。
【0011】
また、信号選択回路120は、2つのインバータからの信号に応じて信号を選択する回路であって、2つのNチャネル型TFT121、122で構成されている。TFT121、122のゲートには2つのインバータからの相補的な出力信号がそれぞれ印加されているので、TFT121、122は相補的にオンオフする。
【0012】
ここで、TFT121がオンすると直流電圧の対向電極信号VCOM(信号A)が選択され、TFT122がオンするとその対向電極信号VCOMを中心とした交流電圧であって液晶を駆動するための交流駆動信号(信号B)が選択され、回路選択回路43のTFT45、コンタクト16を介して、液晶の画素電極17に供給される。回路選択TFT42がオンし、保持回路110に保持されたデータに基づいて表示をする動作モードをメモリモードもしくはデジタル動作モードと呼ぶ。
【0013】
上述した構成を要約すれば、画素選択素子である画素選択TFT71及びアナログ映像信号を保持する補助容量85から成る回路(アナログ表示回路)と、画素選択素子であるTFT72、2値のデジタル映像信号を保持する保持回路110から成る回路(デジタル表示回路)とが1つの表示画素内に設けられ、更に、これら2つの回路を選択するための回路選択回路40,43が設けられている。
【0014】
次に、液晶パネル100の周辺回路について説明する。液晶パネル100の絶縁性基板10とは別基板の外付け回路基板90には、駆動信号発生回路91、昇圧回路92、電圧生成回路93が設けられている。外付け回路基板90には電池95が接続されている。
【0015】
電池95は電池電圧VBを出力し、昇圧回路92がこれをより高い昇圧電圧VVDDに昇圧し、電圧生成回路93はLCDパネル100の各部に接続された配線にそれぞれ所定の電圧を出力する。昇圧VVDDは例えばゲートドライバ50の駆動用正電圧として用いられる。昇圧負電圧VVEEはゲートドライバの駆動用負電圧として用いられる。基準電圧VSSは通常グランドである。信号A、信号Bは保持回路110の保持データによって選択されて液晶に印加される電圧である。PCG、PCDはドレイン信号線61をプリチャージするための信号である。また、駆動信号発生回路91から垂直スタート信号STVがゲートドライバ50に入力され、水平スタート信号STHがドレインドライバ60に入力される。また映像信号がデータ線62に入力される。
【0016】
次に、上述した構成の表示装置の駆動方法について説明する。
(1)通常動作モード(アナログ動作モード)の場合
モード信号に応じて、アナログ表示モードが選択されると、駆動信号発生回路91はデータ信号線62にアナログ信号を供給する状態に設定されると共に、回路選択信号線88の電位がL(ロウ)となり、回路選択回路40,43のPチャネル回路選択TFT41,44がオンし、Nチャネル回路選択TFT42、45がオフする。
【0017】
また、水平スタート信号STHに基づくサンプリング信号に応じてサンプリングトランジスタSP1,SP2,・・・,SPnが順次オンしデータ信号線62のアナログ映像信号がドレイン信号線61に供給される。
【0018】
また、垂直スタート信号STVに基づいて、ゲート信号がゲート信号線51に供給される。ゲート信号に応じて、画素選択TFT71がオンすると、ドレイン信号線61からアナログ映像信号An.Sigが画素電極17に伝達されると共に、補助容量85に保持される。画素電極17に印加された映像信号電圧が液晶に印加され、その電圧に応じて液晶が配向することにより液晶表示を得ることができる。
【0019】
ドレイン信号線61は、多くのトランジスタに接続されているため、容量が大きく、映像信号を瞬時に印加することが困難である。そこで、プリチャージトランジスタPCT1,、PCT2、・・・、PCTnより、各ドレイン信号線61に所定電圧のプリチャージ信号PCDを供給する。プリチャージトランジスタはプリチャージ信号PCGによって、水平帰線期間毎にオンする。
【0020】
このアナログ表示モードでは、随時入力されるアナログ信号に応じて随時液晶を駆動するので、フルカラーの動画像を表示するのに好適である。ただし、外付け回路基板90の駆動信号発生回路91、各ドライバ50,60にはそれらを駆動するために、絶えず電力が消費されている。
(2)メモリ動作モード(デジタル表示モード)の場合
モード信号に応じて、デジタル表示モードが選択されると、駆動信号発生回路91は映像信号をデジタル変換して上位1ビットを抽出したデジタルデータをデータ信号線62に出力する状態に設定されると共に、回路選択信号線88の電位がハイとなり、回路選択回路40,43の回路選択TFT41,44がオフすると共に、回路選択TFT42,45がオンして保持回路110が有効な状態になる。
【0021】
また、外付け回路基板90の駆動信号発生回路91から、ゲートドライバ50及びドレインドライバ60にスタート信号STV、STHがそれぞれ入力される。それに応じてサンプリング信号が順次発生し、それぞれのサンプリング信号に応じてサンプリングトランジスタSP1,SP2,・・・,SPnが順にオンしてデジタル映像信号D.Sigをサンプリングして各ドレイン信号線61に供給する。
【0022】
次に保持回路110について説明する。まず、ゲート信号G1によってゲート信号線51に接続された各表示画素の各画素選択TFT72が1水平走査期間オンする。第1行第1列の表示画素に注目すると、サンプリング信号SP1によってサンプリングしたデジタル映像信号S11がドレイン信号線61に入力される。そして画素選択TFT72がゲート信号によってオン状態になるとそのデジタル信号D.Sigが保持回路110に入力され、2つのインバータによって保持される。
【0023】
このインバータで保持された信号は、信号選択回路120に入力されて、この信号選択回路120で信号A又は信号Bを選択して、その選択した信号が画素電極17に印加され、その電圧が液晶に印加される。
【0024】
こうして1行目のゲート信号線から最終行のゲート信号線まで走査することにより、1画面分(1フィールド期間)のスキャン、即ち全ドットスキャンが終了し1画面が表示される。
【0025】
ここで、1画面が表示されると、ゲートドライバ50並びにドレインドライバ60及び外付け基板の駆動信号発生回路91への電圧供給を停止しそれらの駆動を止める。保持回路110には常に参照電圧として昇圧電圧VVDD,基準電圧VSSを供給して駆動し、また対向電極電圧を対向電極に、各信号A及びBを選択回路120に供給する。
【0026】
即ち、保持回路110にこの保持回路を駆動するためのVVDD、VSSを供給し、対向電極には対向電極電圧VCOMを印加し、液晶表示パネル100がノーマリーホワイト(NW)の場合には、信号Aには対向電極電圧と同じ電位の交流駆動電圧を印加し、信号Bには液晶を駆動するための交流電圧(例えば60Hz30Hz)を印加するのみである。そうすることにより、1画面分を保持して静止画像として表示することができる。また他のゲートドライバ50、ドレインドライバ60及び駆動信号発生回路91には電圧が印加されていない状態である。
【0027】
このとき、ドレイン信号線61にデジタル映像信号で「H(ハイ)」が保持回路110に入力された場合には、信号選択回路120において第1のTFT121にはロウが入力されることになるので第1のTFT121はオフとなり、他方の第2のTFT122にはハイが入力されることになるので第2のTFT122はオンとなる。そうすると、信号Bが選択されて液晶には信号Bの電圧が印加される。即ち、信号Bの交流電圧が印加され、液晶が電界によって立ち上がるため、NWの表示パネルでは表示としては黒表示として観察できる。
【0028】
ドレイン信号線61にデジタル映像信号でロウが保持回路110に入力された場合には、信号選択回路120において第1のTFT121にはハイが入力されることになるので第1のTFT121はオンとなり、他方の第2のTFT122にはロウが入力されることになるので第2のTFT122はオフとなる。そうすると、信号Aが選択されて液晶には信号Aの電圧が印加される。即ち、対向電極と同じ電圧が印加されるため、電界が発生せず液晶は立ち上がらないため、NWの表示パネルでは表示としては白表示として観察できる。
【0029】
このように、1画面分を書き込みそれを保持することにより静止画像として表示できるが、その場合には、各ドライバ50,60及び駆動信号発生回路91の駆動を停止するので、その分低消費電力化することができる。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の保持回路つきアクティブマトリクス型表示装置は、メモリ動作モード時に画素電極に供給される電圧は、外付け回路基板90から供給され、外付け回路基板90に配置される駆動信号発生回路91及び昇圧回路92の動作を完全に停止させることができず、メモリ動作モード時の消費電力が大きいという課題があった。
【0031】
そこで、本発明は、保持回路を有するアクティブマトリクス表示装置において、メモリ動作モード時に用いる電源数や制御信号数を削減し、更なる低消費電力化を達成することを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】
絶縁基板上の一方向に配置された複数のゲート信号線と、ゲート信号線に交差する方向に配置された複数のドレイン信号線と、絶縁基板上に配置され、ゲート信号線からの走査信号により選択される薄膜トランジスタと、ドレイン信号線から映像信号が薄膜トランジスタを介して供給される複数の画素電極と、画素電極に対応して配置され、映像信号に応じたデータを記憶する保持回路とを有し、随時入力される映像信号に応じた画素電圧を随時印加して表示する通常動作モードと、保持回路が記憶したデータに応じて表示するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、メモリ動作モード時に所定周期の第1の交流信号と、第1の交流信号を反転した第2の交流信号とを出力する発振部を有し、保持回路の保持するデータに応じて第1もしくは第2の交流信号を選択して画素電極に供給し、保持回路及び発振部は、絶縁基板上に配置される薄膜トランジスタを用いて形成され、発振部は、第1及び第2の交流信号よりも早い周期で出力する発振器と、発振器の出力を分周する分周回路とを有するアクティブマトリクス型表示装置である。
【0033】
さらに、薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを結晶化させて得られるポリシリコンを半導体層として用いることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【0034】
さらに、第1もしくは第2の交流信号の一方が対向電極に供給される。
【0035】
さらに、発振部は、通常動作モード時に動作を停止する。
【0036】
さらに、発振部は、出力端に通常動作モード時にオフとなるスイッチング素子を有する。
【0037】
さらに、発振部を構成する回路の少なくとも一部は、通常動作モード時に所定の電位に固定される。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る表示装置について説明する。図1に本発明の表示装置を液晶表示装置に応用した場合の回路構成図を示す。本実施形態の表示装置の画素部分は従来とほぼ同様である。即ち、本実施形態は、回路選択回路40、43によって選択TFT71、補助容量85を有するアナログ動作回路と、保持回路110を有するメモリ動作回路とを切り換えることによって、通常動作モードとメモリ動作モードとを切り換えて表示する。従来と同様の構成については同一の番号を付し、詳しい説明を省略する。
【0039】
本実施形態の表示装置は、LCDパネル100内部に、昇圧回路200、発振部300、接地スイッチ401、接地スイッチ402を有する点で、従来の表示装置と大きく異なっている。そして、保持回路には高低2種類の参照電圧が入力されている点では従来の表示装置と同様であるが、本願においては、高い方の参照電圧として、昇圧回路200の出力C1が供給されている点で従来と異なっている。低い方の参照電圧は従来同様、基準電位VSSであり、通常グランド電位である。
【0040】
まず、昇圧回路200について説明する。図2は昇圧回路200をより詳細に示した図である。昇圧回路200は電池電圧VBと基準電圧VSSが供給されたチャージポンプ201と、切換信号が供給される第1の切換回路202、昇圧電圧VVDDが供給される第2の切換回路203、トランジスタ204を有する。
【0041】
チャージポンプ201は、電源電圧VBが供給され、これを昇圧して所定の電圧LVDDを出力する。第1の切換回路202は、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタのゲート電極に切り換え信号が入力され、切り換え信号に応じてチャージポンプの出力LVDDと負電圧VVEEとを選択して第1の制御信号C1を出力する。第2の切換回路203は、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタのゲート電極にVVDDが入力され、VVDDに応じてチャージポンプの出力LVDDと負電圧VVEEとを選択して第2の制御信号C2を出力する。
【0042】
昇圧回路200の第1の制御信号C1は、回路選択回路40,43のゲート電圧として、及び、保持回路110の高電圧側参照電圧として供給されている。第2の制御信号C2は、発振部300、接地スイッチ401、接地スイッチ402の各トランジスタのゲート電圧として供給されている。
【0043】
次に発振部300について説明する。図3は発振部300をより詳細に示した図である。発振部300は発信回路301、分周回路302、複数のインバータを有する。発信回路301は、例えば120Hz周期の矩形波を出力する。分周回路302は、発信回路301の出力を4分周し、30Hz周期の矩形波を出力する。分周回路302の出力は、インバータ307、308で2回反転された後、第1出力トランジスタ303を介して第1の交流信号として出力される。また、分周回路302の出力は、インバータ307、309、310で3回反転された後、第2出力トランジスタ304を介して第2の交流信号として出力される。第1と第2の交流信号は互いに反転された矩形波である。
【0044】
次に、本実施形態の動作について、図4を用いて3つの場合に分けて順次説明する。図4は昇圧回路200と発振部300とを詳細に記し、図面の簡略化のために、画素部を1画素のみ描き他の画素を省略した図であり、図1と同様の実施形態を示している。
【0045】
(1)通常動作モード
まず、通常動作モードにおいて、外付け回路基板90の昇圧回路92は動作しており、ゲートドライバ50の駆動用正電圧として所定電圧のVVDDが出力されている。通常動作モード時、ゲートドライバ50とドレインドライバ60は、駆動信号発生回路91が出力する各種タイミング信号に基づいて動作している。切換信号はハイになっており、昇圧回路200の第1の切換回路202は、低電圧VVEEを選択して第1の制御信号C1として出力し、Pチャネル回路選択TFT41,44がオンし、Nチャネル回路選択TFT42、45がオフする。これによって、ゲート信号に応じて、画素選択TFT71がオンすると、ドレイン信号線61からアナログ映像信号An.Sigが画素電極17、補助容量85に伝達されて表示を行う。
【0046】
この時、保持回路110の高電圧参照電圧は第1の制御信号C1が供給されているため、保持回路110は、保持内容が消去され、動作を停止している。通常動作モード時には保持回路110は不要であるので、回路選択回路40、43のゲート電極と信号を共有し、画素内の省スペース化を実現している。さらに、チャージポンプ201に電源である電池電圧VBを供給するトランジスタ204が切換信号に応じてオフするので、チャージポンプ201も動作を停止し、チャージポンプ201の動作電流を、回路のリーク電流なども含めて、削減できる。
【0047】
また、VVDDがハイであるので、第2の切換回路203も低電圧VVEEを選択し、第2の制御信号C2として出力し、発振部300の第1出力トランジスタ303,第2出力トランジスタ304、接地スイッチ401、接地スイッチ402の各トランジスタはオフする。そして、発振器301に電源を供給するトランジスタ305がオフするので、発振器301は動作を停止し、発振器301の動作電流を削減することができる。一方、第3の出力トランジスタ306はオンするので、補助容量SC85の電極に所定の電圧VSCが印加される。
【0048】
発振部300は、後述するメモリ動作モードで用い、通常動作モードでは用いない。ところが、トランジスタ303、304をオフにしただけでは、発振器300を構成する回路素子の一部がフローティングとなり、周囲の回路の動作によってそれら回路の一部の電位が変動し、表示に予期しないノイズを乗せる恐れがある。そこで、本実施形態においては、ゲートに第2の制御信号C2が入力される一対のPチャネルトランジスタ311、312が設置されている。トランジスタ311、312は通常動作モード時にオンし、発振部300の回路素子を接地することで、予期しないノイズによる影響を防止している。トランジスタ311、312の接続する位置は、発振部300を構成する回路で、通常動作モード時にフローティングとなる個所であれば、どこに接地しても効果を奏するが、図示したように、最終段のインバータ308、310と発振部300の出力トランジスタ303、304との間に接続すれば、最も確実にノイズによる影響を防止することができる。
【0049】
(2)保持回路書き込みモード
次に、保持回路書き込みモードにおいて、外付け回路基板90の昇圧回路92は動作しており、ゲートドライバ50の駆動用正電圧として所定電圧のVVDDが出力されている。ゲートドライバ50とドレインドライバ60は、各種タイミング信号に基づいて動作している。切換信号がロウに切り替わる。これによって昇圧回路200のトランジスタ204がオンし、チャージポンプ201が動作する。そして第1の切換回路202がチャージポンプ201の出力を第1の制御信号として出力し、Pチャネル回路選択TFT41,44がオフし、Nチャネル回路選択TFT42、45がオンする。保持回路110の参照電圧もオンとなるので、保持回路110が動作し、ゲートドライバ50、ドレインドライバ60の制御に基づいて、各画素の保持回路110に映像信号に基づいたデータが順次書き込まれる。
【0050】
保持回路書き込みモードにおいて、昇圧回路92からVVDDが出力されているので、昇圧回路200の出力する第2の制御信号C2は、ロウのままである。従って、発振部300のトランジスタ303、304、305はオフのままである。
【0051】
(3)メモリ動作モード
そして、メモリ動作モードになると、外付け回路基板90の駆動信号発生回路91及び昇圧回路92は動作を停止する。従って、ゲートドライバ50の駆動用電圧VVDDがロウとなり、ゲートドライバ50やドレインドライバ60も動作を停止する。切換信号はハイのままであるので、回路選択回路40、43は保持回路110を選択し、表示装置は保持回路110に保持された映像データに応じた表示を行う。
【0052】
本実施形態において、メモリ動作モード時には、外付け回路基板90に配置される駆動信号発生回路91及び昇圧回路92は、完全に動作を停止し、何らの出力も行わない。唯一電池95から供給される電池電圧VBが直接液晶表示パネル100に供給されるのみである。保持回路110に供給するための参照電圧は、液晶表示パネル100内部に配置される昇圧回路200によって電池電圧VBを昇圧して用いる。従って、外付け回路基板90に対する電圧供給を完全に停止することができ、メモリ動作モードにおける消費電力は、従来に比較して大きく削減される。
【0053】
また、外付けの昇圧回路92が停止することによってVVDDがロウになり、昇圧回路200の第2の選択回路203がチャージポンプ201の出力を選択して第2の制御信号C2として出力するように切り替わる。これによって、発振器301に電源を供給するトランジスタ305がオンし、発振器301が動作する。発振器301の出力は、分周回路302によって分周されて、インバータ307〜310によって反転され、トランジスタ303、304を介して出力される。同時に、トランジスタ306はオフとなる。トランジスタ303の出力を第1の交流信号、トランジスタ304の出力を第2の交流信号と呼ぶ。第1、第2の交流信号は、位相が互いに180度ずれた波形となる。保持回路110は、映像データに応じてトランジスタ121、122の一方をオン、他方をオフするので、トランジスタ121がオンの時第1の交流信号が、トランジスタ122がオンの時第2の交流信号がそれぞれ液晶に供給される。第2の交流信号は、図示しない対向電極にも対向電極信号VCOMとして供給されている。従って、トランジスタ122が選択された画素では、液晶が駆動されず、ノーマリーブラックの場合は「黒」表示となる。
【0054】
なお、通常動作モード時対向電極に供給される電圧VSCは、メモリ動作モード時にフローティングとなる場合は、トランジスタ306は設置しなくてもよい。しかし、VSCは外付け回路基板90から供給され、外付け回路基板90と配線で接続されているので、この配線がノイズを拾って動作に支障をきたす恐れもある。従って、トランジスタ306は設置する方がより好適である。
【0055】
本実施形態において、メモリ動作モード時には、外付け回路基板90に配置される駆動信号発生回路91及び昇圧回路92は、完全に動作を停止し、液晶に印加される電圧は、液晶表示パネル100内部に配置される発振部300によって電池電圧VBを用いて作成する。従って、外付け回路基板90に対する電圧供給を完全に停止することができ、メモリ動作モードにおける消費電力は、従来に比較して大きく削減される。
【0056】
次に、昇圧回路200の出力電位について説明する。昇圧回路200の出力は、発振部300の出力が取りうる最も高い電位よりも高い電位となるように設定する。発振部300の出力は、データ出力トランジスタ121もしくは122、回路選択回路43のトランジスタ45を順次介して画素電極17に入力される。この時、回路選択トランジスタ45、データ出力トランジスタ121、122のゲート電位がこの発振部300の電位よりも低い場合、トランジスタ45、121、122を確実にオンすることができなくなってしまう。従って、トランジスタ45、121、122のゲート電圧は、発振部300の出力する最大の電圧よりもさらに高くする必要がある。本実施形態の場合、回路選択トランジスタ45のゲート電圧は昇圧回路200の出力電圧であり、データ出力トランジスタ121、122をオンするときのゲート電圧は、保持回路100の高い参照電圧、即ちこちらも昇圧回路200の出力電圧である。従って、昇圧回路200の出力電位を、発振部300の出力が取りうる最も高い電位よりもトランジスタ45、121、122のしきい値だけ高く設定しておけば、トランジスタ45を確実にオンすることができる。
【0057】
発振部300の出力振幅は、電池電圧VBによって左右される。発振部300の振幅によって、液晶に印加する電圧が決定されるので、もしも電池電圧VBのみで得られる出力振幅で表示を行ってオン、オフのコントラスト比が充分に得られない場合は、発振器301とトランジスタ305との間に昇圧回路を挿入し、電圧を高める必要がある。本実施形態においては、電池電圧VBを3Vにすることで、充分なコントラスト比を得ることができ、発振器301とトランジスタ305との間に昇圧回路は挿入する必要がなかった。
【0058】
ところで、液晶表示パネル100上の回路素子は、アモルファスシリコンをレーザなどによって結晶化させたポリシリコンを用いて形成される。このポリシリコンは、結晶化レーザの出力ばらつきなどに起因して結晶性がばらつくため、半導体ウエハ上に形成する回路素子に比較して、特性のばらつきが大きい。その為、発振器301は、出力信号のデューティ、即ちハイとロウとのバランスが崩れる場合がある。デューティバランスが崩れると、液晶に直流成分の電圧がかかってしまい、液晶の劣化を招く。これに対し、本実施形態によれば、発振器301の出力を分周回路302によって分周して出力するので、発振器301の出力デューティを補正し、デューティのそろった波形の出力を得ることができる。また、第1、第2の交流信号は、30Hzを例示しているが、液晶の劣化を招かない程度の周期で反転すれば充分であり、ゲートドライバ50の動作周期などに比較して遅い周期である。このような遅い周期の交流出力を発振器301で直接出力するためには、発振器301を構成する容量や抵抗を大きくしたり、インバータの段数を多く設定せねばならず、大きな回路面積が必要となるが、本実施形態では、高い周波数の発振器301の出力を分周回路302で分周するので、発振器301を構成する容量や抵抗を小さくし、インバータの段数を少なく設定することができるので、より回論面積を縮小することができる。
【0059】
次にインバータ308、310について説明する。分周回路302の出力は、それぞれトランジスタ121、122を介して液晶に印加されるが、分周回路302は画素部の周辺に配置され、配線によって各画素に供給される。この配線は、細く長い。また、各画素には液晶容量やラインクロス容量があるので、分周回路の出力先は、大きな負荷であると言える。このように大きな負荷に対してインバータ307の出力を供給すると、インバータ307の出力波形がなまってしまう。インバータの出力波形がなまると、出力が完全に反転するまでの間に貫通電流が流れてしまい、消費電力が大きくなる。インバータ307のサイズを大きくすることで、ある程度出力波形を急峻にすることはできるが、回路面積の増大につながってしまう。そこで、インバータ308、310を配置することによって電流駆動能力を高め、出力波形を急峻にして、貫通電流を小さくすることができる。このようなインバータは多く配置するほど貫通電流を小さくすることができる。本実施形態においては、さらに、トランジスタ303、304のオン抵抗をインバータを構成するトランジスタのオン抵抗よりもある程度大きく設定し、貫通電流を少なくしている。本実施形態において、トランジスタ303、304の長さ/幅の比を1/40にした場合と、1/20にした場合とでは、1/20にした場合の方が貫通電流が小さく、メモリ動作モード時の消費電力を小さくすることができた。このようにトランジスタ303、304のオン抵抗を意図的に大きく設定することによって、インバータ308、310の個数を最小限にとどめ、回路面積の増大を極力抑えている。トランジスタ303、304のオン抵抗を大きくすることによって、貫通電流を充分に小さくすることができ、出力波形を吸収にすることができるのであれば、インバータ308、310は省略することができる。本実施形態では、図示は省略したが、インバータ308、310は、それぞれ5乃至10個ずつ配置した。
【0060】
次に、接地トランジスタ401、402について説明する。メモリ動作モード時には、ゲートドライバ50、ドレインドライバ60は停止しているため、ゲートラインゲート信号線51、ドレインラインドレイン信号線61は、フローティングとなるので、画素内の各回路素子との間で容量結合が生じる。その為、ゲートラインゲート信号線51、ドレインラインドレイン信号線61の電位が変動し、本来オフでなければならない画素内のトランジスタ41、71、72がオンしてしまう恐れがある。これに対し、本実施形態においては、接地トランジスタ401、402のゲートに第2の制御信号C2が入力されているので、メモリ動作モード時にオンする。これによって、ゲートラインゲート信号線51、ドレインラインドレイン信号線61が接地され、電位が変動することに起因する誤動作を防止している。本実施形態では、接地トランジスタ401、402の先に接地電位であるVSSを入力しているが、この限りではなく、画素内のトランジスタ41、71、72がオンしないよう、しきい値電圧以下の任意の電圧に接続すれば、どのような電位であっても良い。
【0061】
上記実施形態では、保持回路110は1ビットのみを保持するが、もちろん保持回路110を多ビット化すれば、メモリ動作モードで階調表示を行うこともできるし、保持回路110をアナログ値を記憶するメモリとすれば、メモリ動作モードでのフルカラー表示もできる。
【0062】
上述したように、本発明の実施形態によれば、1つの液晶表示パネル100でフルカラーの動画像表示を行う通常動作モード(アナログ表示モード)と、低消費電力でデジタル階調表示を行うメモリ動作モード(デジタル表示モードの場合)という2種類の表示に対応することができる。
【0063】
上記実施形態では、画素電極を反射電極とした反射型LCDとすれば、保持回路110等を画素電極下に配置でき、好適であるが、もちろん透過型LCDに適用し、透明な画素電極と保持回路とを重畳して配置することも可能である。しかし透過型LCDでは、金属配線が配置されているところは遮光されるので、開口率の低下が避けられない。また、透過型LCDで画素電極の下に保持回路を配置すると、透過する光によって保持回路や選択回路のトランジスタが誤動作する恐れがあるため、全てのトランジスタのゲート上に遮光膜を儲ける必要がある。従って、透過型LCDでは開口率を高くすることが困難である。これに対し、反射型LCDは、画素電極下にどのような回路が配置されても開口率に影響を与えることはない。更に、透過型の液晶表示装置のように、観察者側と反対側にいわゆるバックライトを用いる必要が無いため、バックライトを点灯させるための電力を必要としない。保持回路付きLCDのそもそもの目的が消費電力の削減であるから、本発明の表示装置としては、バックライト不要で低消費電力化に適した反射型LCDであることが好ましい。
【0064】
また、上記実施形態は、液晶表示装置を用いて説明したが、本発明はこれにとらわれるものではなく、有機EL表示装置や、LED表示装置など、様々な表示装置に適用することができる。
【0065】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアクティブマトリクス型表示装置は、絶縁基板上に配置される薄膜トランジスタを用いて形成される発振部が第1及び第2の交流信号よりも早い周期で出力する発振器と、発振器の出力を分周する分周回路とを有するので、発振器の出力デューティのバランスが崩れていても、第1及び第2の交流信号のデューティバランスを良好に保つことができる。また、発振器の出力周波数を高く設定することができるので、回路の専有面積を縮小することができる。
【0066】
さらに、発振部は、通常動作モード時に動作を停止するので、通常動作モード時の消費電力を削減することができる。
【0067】
さらに、発振部は、出力端に通常動作モード時にオフとなるスイッチング素子を有するので、通常動作モード時に発振部を構成する回路がノイズを拾うなどしても、その影響が表示に影響を及ぼすことを防止できる。
【0068】
さらに、発振部を構成する回路の少なくとも一部は、通常動作モード時に所定の電位に固定されるので、発振器を構成する回路素子の一部がフローティングとなり、周囲の回路の動作によってそれら回路の一部の電位が変動して表示に影響を及ぼすことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置を示す回路図である。
【図2】本発明の昇圧回路を示す回路図である。
【図3】本発明の発振部を示す回路図である。
【図4】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図5】従来のアクティブマトリクス型表示装置を示す回路図である。
【符号の説明】
17 画素電極
40、43 回路選択回路
51 ゲート信号線
61 ドレイン信号線
70 画素選択回路
85 補助容量
110 保持回路
200 昇圧回路
201 チャージポンプ
202、203 選択回路
300 発振部
301 発振器
302 分周回路
Claims (6)
- 絶縁基板上の一方向に配置された複数のゲート信号線と、
前記ゲート信号線に交差する方向に配置された複数のドレイン信号線と、
前記絶縁基板上に配置され、前記ゲート信号線からの走査信号により選択される選択薄膜トランジスタと、
前記ドレイン信号線から映像信号が前記選択薄膜トランジスタを介して供給される複数の画素電極と、
前記画素電極に対応して配置され、映像信号に応じたデータを記憶する保持回路とを有し、
随時入力される映像信号と外付け回路基板上の駆動信号発生回路より入力されるタイミング信号とに応じた画素電圧を随時印加して表示する通常動作モードと、
前記保持回路が記憶したデータに応じて表示し、前記駆動信号発生回路を停止するメモリ動作モードとを有するアクティブマトリクス型表示装置において、
メモリ動作モード時に所定周期の第1の交流信号と、前記第1の交流信号を反転した第2の交流信号とを出力する発振部を有し、
前記保持回路の保持するデータに応じて前記第1もしくは第2の交流信号を選択して前記画素電極に供給し、
前記保持回路及び前記発振部は、前記絶縁基板上に配置される薄膜トランジスタを用いて形成され、
前記発振部は、前記第1及び第2の交流信号よりも早い周期で出力する発振器と、
前記発振器の出力を分周する分周回路とを有することを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。 - 前記薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを結晶化させて得られるポリシリコンを半導体層として用いることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
- 前記第1もしくは第2の交流信号の一方が前記複数の画素電極に対向する対向電極に供給されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
- 前記発振部は、通常動作モード時に動作を停止することを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
- 前記発振部は、出力端に通常動作モード時にオフとなるスイッチング素子を有することを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
- 前記発振部を構成する回路の少なくとも一部は、通常動作モード時に所定の電位に固定されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス型表示装置。
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