JP4954399B2 - 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、半導体表示装置(以下表示装置と表記する)の駆動回路および駆動回路を用いた表示装置に関し、特に、絶縁体上に作成される薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス型表示装置の駆動回路および駆動回路を用いたアクティブマトリクス型表示装置に関する。その中で特に、映像ソースとしてデジタル映像信号を用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動回路および駆動回路を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラス基板等の絶縁体上に半導体薄膜を形成した表示装置、特に薄膜トランジスタ(以下TFTと表記する)を用いたアクティブマトリクス型表示装置の普及が顕著となっている。TFTを使用したアクティブマトリクス型表示装置は、マトリクス状に配置された数十万から数百万のTFTを有し、各画素の電荷を制御することによって画像の表示を行っている。
【0003】
さらに最近の技術として、画素を構成する画素TFTの他に、画素部の周辺部に、TFTを用いて駆動回路を同時形成するポリシリコンTFTに関する技術が発展してきており、装置の小型化、低消費電力化に大いに貢献し、それに伴って、近年その応用分野の拡大が著しいモバイル機器の表示部等に、液晶表示装置は不可欠なデバイスとなってきている。
【0004】
デジタル方式の液晶表示装置の概略図の一例を、図13に示す。中央に画素部1308が配置されている。画素部の上側には、ソース信号線を制御するための、ソース信号線駆動回路1301が配置されている。ソース信号線駆動回路1301は、第1のラッチ回路1304、第2のラッチ回路1305、D/A変換回路1306、アナログスイッチ1307等を有する。画素部の左右には、ゲート信号線を制御するための、ゲート信号線駆動回路1302が配置されている。なお、図13においては、ゲート信号線駆動回路1302は、画素部の左右両側に配置されているが、片側配置でも構わない。ただし、両側配置とした方が、駆動効率、駆動信頼性の面から見て望ましい。
【0005】
ソース信号線駆動回路1301に関しては、図14に示すような構成を有している。図14に例として示す駆動回路は、水平方向解像度1024画素、3ビットデジタル階調の表示に対応したソース信号線駆動回路であり、シフトレジスタ回路(SR)1401、第1のラッチ回路(LAT1)1402、第2のラッチ回路(LAT2)1403、D/A変換回路(もしくはD/Aコンバータ:D/A)1404等を有する。なお、図14では図示していないが、必要に応じてバッファ回路、レベルシフタ回路等を配置しても良い。
【0006】
図13および図14を用いて動作について簡単に説明する。まず、シフトレジスタ回路1303(図14中、SRと表記)にクロック信号(S−CLK、S−CLKb)およびスタートパルス(S−SP)が入力され、順次パルスが出力される。続いて、それらのパルスは第1のラッチ回路1304(図14中、LAT1と表記)に入力され、同じく第1のラッチ回路1304に入力されたデジタル映像信号(Digital Data)をそれぞれ保持していく。ここで、D1が最上位ビット(MSB:Most Significant Bit)、D3が最下位ビット(LSB:Least Significant Bit)である。第1のラッチ回路1304において、1水平周期分のデジタル映像信号の保持が完了すると、帰線期間中に、第1のラッチ回路1304で保持されているデジタル映像信号は、ラッチ信号(LatchPulse)の入力に従い、一斉に第2のラッチ回路1305(図14中、LAT2と表記)へと転送される。
【0007】
その後、再びシフトレジスタ回路1303が動作し、次の水平周期分のデジタル映像信号の保持が開始される。同時に、第2のラッチ回路1305で保持されているデジタル映像信号は、D/A変換回路1306(図14中、D/Aと表記)にてアナログ映像信号へと変換される。このアナログ化されたデジタル映像信号は、ソース信号線を経由して画素に書き込まれる。この動作を繰り返すことによって、画像の表示が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、動画の表示をスムーズに行うため、1秒間に60回前後、画面表示の更新が行われる。すなわち、1フレーム毎にデジタル映像信号を供給し、その都度画素への書き込みを行う必要がある。たとえ、映像が静止画であったとしても、1フレーム毎に同一の信号を供給しつづけなければならないため、駆動回路が連続して同じデジタル映像信号の繰り返し処理を行う必要がある。
【0009】
静止画のデジタル映像信号を一旦、外部の記憶回路に書き込み、以後は1フレーム毎に外部の記憶回路から液晶表示装置にデジタル映像信号を供給する方法もあるが、いずれの場合にも外部の記憶回路と駆動回路は動作し続ける必要がある。
【0010】
特にモバイル機器においては、低消費電力化が大きく望まれている。さらに、このモバイル機器においては、静止画モードで使用されることが大部分を占めているにもかかわらず、前述のように外部回路、駆動回路などは静止画表示の際にも動作し続けているため、低消費電力化への足かせとなっている。
【0011】
本発明は前述のような問題点を鑑見て、新規の回路を用いることにより、静止画の表示時における外部回路、信号線駆動回路などの消費電力を低減することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明では次のような手段を用いた。
【0013】
画素内に複数の記憶回路を配置し、画素毎にデジタル映像信号を記憶させる。静止画の場合、一度書き込みを行えば、それ以降、画素に書き込まれる情報は同様であるので、フレーム毎に信号の入力を行わなくとも、記憶回路に記憶されている信号を読み出すことによって静止画を継続的に表示することができる。すなわち、静止画を表示する際は、最低1フレーム分の信号の処理動作を行って以降は、外部回路、ソース信号線駆動回路などを停止させておくことが可能となる。
【0014】
さらに、画素内に配置されている記憶回路の一部は不揮発性のものであり、一度この不揮発性の記憶回路に記憶したデジタル映像信号は、表示装置の電源を遮断した後も継続して記憶しておくことが出来る。よって、再度電源を投入した後に、改めてデジタル映像信号のサンプリングを行うことなく、不揮発性の記憶回路よりデジタル映像信号を読み出して静止画の表示が可能である。それに伴って電力消費を大きく低減することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図2は、記憶回路を有する画素を用いた液晶表示装置における、ソース信号線駆動回路および一部の画素の構成を示したものである。この回路は、3ビットデジタル階調信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路201、第1のラッチ回路202、第2のラッチ回路203、ビット信号選択スイッチ204、画素205を有する。210は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号が入力される信号線であり、画素の説明とともに後述する。
【0016】
図1は、図2における画素205における回路構成を詳細に示したものである。この画素は、3ビットデジタル階調に対応したものであり、液晶素子(LC)、保持容量(Cs)、揮発性の記憶回路(A1〜A3およびB1〜B3)、不揮発性の記憶回路(C1〜C3)等を有している。101はソース信号線、102〜104は書き込み用ゲート信号線、105〜107は、読み出し用ゲート信号線、108〜110は書き込み用TFT、111〜113は読み出し用TFT、114〜125は記憶回路選択部である。
【0017】
本発明の特徴は、画素が有する記憶回路の中に、少なくともnビットのデジタル映像信号を1フレーム分記憶する不揮発性の記憶回路(図1中、C1〜C3で表記)を含む点にある。その他の記憶回路(図1中、A1〜A3、B1〜B3で表記)に関しては、不揮発性の記憶回路との区別を明確とするため、ここではあえて揮発性の記憶回路と表記しているが、A1〜A3、B1〜B3を構成する記憶回路は必ずしも揮発性である必要はなく、不揮発性であっても良い。ただし、1フレーム期間内で書き込みや読み出しを行う必要があり、その書き込み時間や読み出し時間が十分に短い必要があるため、本発明の実施形態においては、SRAMやDRAM等の揮発性の記憶回路を用いている。
【0018】
図3は、図1に示した本発明の表示装置における動作タイミングを簡単に示したものである。表示装置は3ビットデジタル階調、VGAのものを対象としている。図1〜図3を用いて、駆動方法について説明する。なお、各番号は、図1〜図3のものをそのまま用いる(図番は省略する)。
【0019】
図2および図3(A)(B)を参照する。図3(A)において、各フレーム期間をα、β、γ、δと表記して説明する。まず、区間αにおける回路動作について説明する。
【0020】
従来のデジタル方式の駆動回路の場合と同様に、シフトレジスタ201にクロック信号(S−CLK、S−CLKb)およびスタートパルス(S−SP)が入力され、順次サンプリングパルスが出力される。続いて、サンプリングパルスは第1のラッチ回路202(LAT1)に入力され、同じく第1のラッチ回路202に入力されたデジタル映像信号(Digital Data)をそれぞれ保持していく。この期間を、本明細書においてはドットデータサンプリング期間と表記する。1水平期間分のドットデータサンプリング期間は、図3(A)において1〜480で示す各期間である。デジタル映像信号は3ビットであり、D1がMSB(Most Significant Bit)、D3がLSB(Least Significant Bit)である。第1のラッチ回路202において、1水平周期分のデジタル映像信号の保持が完了すると、帰線期間中に、第1のラッチ回路202で保持されているデジタル映像信号は、ラッチ信号(Latch Pulse)の入力に従い、一斉に第2のラッチ回路203(LAT2)へと転送される。
【0021】
続いて、再びシフトレジスタ回路201から出力されるサンプリングパルスに従い、次水平周期分のデジタル映像信号の保持動作が行われる。
【0022】
一方、第2のラッチ回路203に転送されたデジタル映像信号は、画素内に配置された揮発性の記憶回路に書き込まれる。図3(B)に示すように、次列のドットデータサンプリング期間をI、IIおよびIIIと3分割し、第2のラッチ回路に保持されているデジタル映像信号をソース信号線に出力する。このとき、ビット信号選択スイッチ204によって、各ビットの信号が順番にソース信号線に出力されるように選択的に接続される。
【0023】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されてTFT108が導通し、記憶回路選択部114が揮発性の記憶回路A1を選択し、揮発性の記憶回路A1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されてTFT109が導通し、記憶回路選択部115が揮発性の記憶回路A2を選択し、揮発性の記憶回路A2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されてTFT110が導通し、記憶回路選択部116が揮発性の記憶回路A3を選択し、揮発性の記憶回路A3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0024】
以上で、1水平期間分のデジタル映像信号の処理が終了する。図3(B)の期間は、図3(A)において※印で示された期間である。以上の動作を最終段まで行うことにより、1フレーム分のデジタル映像信号が揮発性の記憶回路A1〜A3に書き込まれる。
【0025】
ところで、本発明の表示装置においては、3ビットのデジタル階調を、時間階調方式により表現する。時間階調方式とは、画素に印加する電圧によって輝度の制御を行う通常の方式と異なり、画素には2種類の電圧のみを印加してON、OFF(表示上は白、黒)の2状態を用い、表示時間の差を利用して階調を得る方式である。時間階調方式においてnビットの階調表現を行う際には、その表示期間をn個の期間に分割し、各期間の長さの比を2n-1:2n-2:・・・:20のように2のべき乗とし、どの期間で画素をONの状態にするかによって、表示期間の長さに差を生じ、もって階調の表現を行う。なお、ここで画素がONの状態にあるとは、画素電極間に電圧が印加されている状態をいい、OFFの状態にあるとは、電圧が印加されていない状態を言う。以下このような状態をON、OFFとして表記する。
【0026】
また、表示期間の長さを2のべき乗以外の区分によって階調表示を行うようにしても表示は可能である。
【0027】
以上をふまえて、区間βにおける動作について説明する。最終段における揮発性の記憶回路への書き込みが終了すると、1フレーム目の表示が行われる。図3(C)は、3ビットの時間階調方式について説明する図である。今、デジタル映像信号は、ビットごとに揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されている。Ts1は、第1ビットデータによる表示期間、Ts2は、第2ビットデータによる表示期間、Ts3は、第3ビットデータによる表示期間であり、各表示期間の長さは、Ts1:Ts2:Ts3=4:2:1となっている。
【0028】
ここでは3ビットであるから、輝度は0〜7までの8段階が得られる。Ts1〜Ts3のいずれの期間においても表示が行われない場合には輝度0、全ての期間を用いて表示を行えば輝度7を得る。例えば、輝度5を表示したい場合には、Ts1とTs3において画素をONの状態とし、表示させればよい。
【0029】
具体的に図を用いて説明する。Ts1においては、読み出し用ゲート信号線105にパルスが入力されてTFT111が導通し、記憶回路選択部117が揮発性の記憶回路A1を選択し、揮発性の記憶回路A1に記憶されたデジタル映像信号にしたがって画素が駆動される。続いて、Ts2においては、読み出し用ゲート信号線106にパルスが入力されてTFT112が導通し、記憶回路選択部118が揮発性の記憶回路A2を選択し、揮発性の記憶回路A2に記憶されたデジタル映像信号にしたがって画素が駆動される。最後に、Ts3においては、読み出し用ゲート信号線107にパルスが入力されてTFT113が導通し、記憶回路選択部119が揮発性の記憶回路A3を選択し、揮発性の記憶回路A3に記憶されたデジタル映像信号によって画素に電圧が印加される。
【0030】
ここで、液晶表示装置の場合は、ノーマリーホワイトモードと、ノーマリーブラックモードがある。両者において、画素のON、OFFで白、黒が逆となるため、前述の説明と輝度とが逆になる場合もある。
【0031】
以上のようにして、1フレーム期間分の表示が行われる。一方、駆動回路側では、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が行われている。第2のラッチ回路へのデジタル映像信号の転送までは前述と同様の手順である。続く揮発性の記憶回路への書き込み期間においては、もう一方の揮発性の記憶回路を用いる。ただし、画素内に設けた揮発性の記憶回路が1フレーム分であるときは、先に書き込んだ揮発性の記憶回路に上書きする。
【0032】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されてTFT108が導通し、記憶回路選択部114が揮発性の記憶回路B1を選択し、揮発性の記憶回路B1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されてTFT109が導通し、記憶回路選択部115が揮発性の記憶回路B2を選択し、揮発性の記憶回路B2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されてTFT110が導通し、記憶回路選択部116が揮発性の記憶回路B3を選択し、揮発性の記憶回路B3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0033】
続いて、区間γに入り、揮発性の記憶回路B1〜B3に記憶されたデジタル映像信号に従って2フレーム目の表示が行われる。同時に、次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、1フレーム目の表示が終了した揮発性の記憶回路A1〜A3に再び記憶される。
【0034】
その後、揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示が区間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した揮発性の記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0035】
不揮発性の記憶回路C1〜C3へのデジタル映像信号の書き込みは、一般的にSRAM等の揮発性の記憶回路への書き込みに比べて、非常に長い時間を必要とするため、一旦揮発性の記憶回路A1〜A3もしくはB1〜B3にデジタル映像信号を記憶させ、そこから不揮発性の記憶回路C1〜C3へ書き込むという手順を踏むのが望ましい。図1においては、揮発性の記憶回路A1〜A3もしくはB1〜B3への書き込みが終了したのち、読み出し用TFT111〜113がONして映像表示を行うが、不揮発性の記憶回路への書き込みを行う際は、読み出し用TFT111〜113がOFFし、記憶回路選択部120〜122が、不揮発性の記憶回路C1〜C3を選択し、書き込みを行う。この期間中は、画面上には表示が行われないが、書き込み時間は数[ms]程度〜100[ms]程度なのでほとんど問題とはならない。
【0036】
また、電源投入時等に不揮発性の記憶回路C1〜C3に記憶されたデジタル映像信号を読み出して映像表示を行う場合にも、一旦揮発性の記憶回路A1〜A3もしくはB1〜B3の方に書き込んで、以後のフレーム期間では、揮発性の記憶回路A1〜A3もしくはB1〜B3から読み出すようにすると良い。
【0037】
以上の動作を繰り返して、映像の表示が継続的に行われる。ここで、静止画を表示する場合には、最初の動作で揮発性の記憶回路A1〜A3にいったんデジタル映像信号が記憶されてからは、各フレーム期間で揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号を反復して読み出せば良い。したがってこの静止画が表示されている期間中は、外部回路、ソース信号線駆動回路などの駆動を停止させることが出来る。
【0038】
また、画素部に配置されている不揮発性の記憶回路C1〜C3にデジタル映像信号を書き込んでおくことで、液晶表示装置の電源を遮断した後も継続して記憶しておくことが出来る。よって、再度電源を入れた後に、改めてデジタル映像信号のサンプリングを行うことなく、静止画の表示が可能である。
【0039】
さらに、記憶回路へのデジタル映像信号の書き込み、あるいは記憶回路からのデジタル映像信号の読み出しは、ゲート信号線1本単位で行うことが可能である。すなわち、ソース信号線駆動回路およびゲート信号線駆動回路を短期間のみ動作させ、画面の一部のみを書き換えるなどといった表示方法をとることも出来る。この場合は、ゲート信号線駆動回路として、デコーダを使うのが望ましい。デコーダを使用する場合には、特開平8−101609に開示された回路を用いればよく、図20に一例を示す。また、ソース信号線駆動回路にもデコーダを用いて部分書き換えを行うことも可能である。
【0040】
また、本実施形態においては、1画素内にA1〜A3およびB1〜B3の揮発性の記憶回路を有し、3ビットのデジタル映像信号を2フレーム分だけ記憶する機能を有しているが、本発明はこの数に限定しない。つまり、nビットのデジタル映像信号をmフレーム分だけ記憶するには、1画素内にn×m個の揮発性の記憶回路を有していれば良い。
【0041】
同様に、本実施形態においては、1画素内にC1〜C3の不揮発性の記憶回路を有し、3ビットのデジタル映像信号を1フレーム分だけ記憶する機能を有しているが、本発明はこの数に限定しない。つまり、nビットのデジタル映像信号を、電源を遮断した後もkフレーム分だけ記憶しておくには、1画素内にn×k個の不揮発性の記憶回路を有していれば良い。
【0042】
以上の方法により、画素内に実装された記憶回路を用いてデジタル映像信号の記憶を行うことにより、静止画を表示する際に各フレーム期間で記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を反復して用い、外部回路、ソース信号線駆動回路などを駆動することなく、継続的に静止画表示が可能となる。よって、液晶表示装置の低消費電力化に大きく貢献することが出来る。
【0043】
また、ソース信号線駆動回路に関しては、ビット数に応じて増加するラッチ回路等の配置の問題から、必ずしも絶縁体上に一体形成する必要はなく、その一部あるいは全部を外付けで構成しても良い。
【0044】
さらに、本実施形態にて示したソース信号線駆動回路においては、ビット数に応じたラッチ回路を配置しているが、1ビット分のみ配置して動作させることも可能である。この場合、上位ビットから下位ビットのデジタル映像信号を直列にラッチ回路に入力すれば良い。
【0045】
【実施例】
以下に本発明の実施例について記述する。
【0046】
[実施例1]
本実施例においては、実施形態において示した回路における記憶回路選択部を、具体的にトランジスタ等を用いて構成し、その動作について説明する。
【0047】
図4は、図1に示した画素と同様のもので、記憶回路選択部周辺を実際に回路で構成した例である。図4中、揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3の各々に、書き込み選択用TFT420、422、424、426、428、430と、読み出し選択用TFT421、423、425、427、429、431とを設け、記憶回路選択信号線414〜419をもって制御する。不揮発性の記憶回路C1〜C3の各々は、書き込み選択用TFT435、437、439と、読み出し選択用TFT436、438、440とを設け、記憶回路選択信号線432〜434、441〜443をもって制御する。本実施例に示した画素は、揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3において、3ビットのデジタル映像信号を2フレーム分記憶し、さらに不揮発性の記憶回路C1〜C3によって、3ビットのデジタル映像信号を1フレーム分記憶するものである。
【0048】
本実施例にて図4で示した回路の駆動は、実施形態にて図3を用いて示したタイミングチャートに従って駆動することが出来る。図3、図4を用いて、記憶回路選択部の実際の駆動方法を加えて、回路動作について説明する。なお、各番号は、図3、図4のものをそのまま用いる(図番は省略する)。
【0049】
図3(A)(B)を参照する。図3(A)において、各フレーム期間をα、β、γ、δと表記して説明する。まず、区間αにおける回路動作について説明する。
【0050】
シフトレジスタ回路から第2のラッチ回路までの駆動方法に関しては実施形態にて示したものと同様であるのでそれに従う。
【0051】
まず、記憶回路選択信号線414〜416にパルスが入力されて書き込み選択用TFT420、424、428がONし、揮発性の記憶回路A1〜A3への書き込みが可能な状態となる。期間Iでは、書き込み用ゲート信号線402にパルスが入力されて書き込み用TFT408が導通し、揮発性の記憶回路A1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線403にパルスが入力されて書き込み用TFT409が導通し、揮発性の記憶回路A2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線404にパルスが入力されて書き込み用TFT410が導通し、揮発性の記憶回路A3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0052】
以上で、1水平期間分のデジタル映像信号の処理が終了する。図3(B)の期間は、図3(A)において※印で示された期間である。以上の動作を最終段まで行うことにより、1フレーム分のデジタル映像信号が揮発性の記憶回路A1〜A3に書き込まれる。
【0053】
続いて、区間βにおける動作について説明する。最終段における揮発性の記憶回路への書き込みが終了すると、1フレーム目の表示が行われる。図3(C)は、3ビットの時間階調方式について説明する図である。今、デジタル映像信号は、ビットごとに揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されている。Ts1は、第1ビットデータによる表示期間、Ts2は、第2ビットデータによる表示期間、Ts3は、第3ビットデータによる表示期間であり、各表示期間の長さは、Ts1:Ts2:Ts3=4:2:1となっている。
【0054】
ただし、表示期間の長さを2のべき乗以外の区分によって階調表示を行うようにしても表示は可能である。
【0055】
ここでは3ビットであるから、輝度は0〜7までの8段階が得られる。Ts1〜Ts3のいずれの期間においても表示が行われない場合には輝度0、全ての期間を用いて表示を行えば輝度7を得る。例えば、輝度5を表示したい場合には、Ts1とTs3において画素をONの状態とし、表示させればよい。
【0056】
具体的に図を用いて説明する。揮発性の記憶回路への書き込み動作が終了した後、表示期間に移る際に、記憶回路選択信号線414〜416に入力されていたパルスが終了して書き込み選択用TFT420、424、428は非導通となり、同時に記憶回路選択信号線417〜419にパルスが入力され、読み出し選択用TFT421、425、429が導通して、揮発性の記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となる。Ts1においては、読み出し用ゲート信号線405にパルスが入力されて読み出し用TFT411が導通し、揮発性の記憶回路A1に記憶されたデジタル映像信号にしたがって画素が駆動される。続いて、Ts2においては、読み出し用ゲート信号線406にパルスが入力されて読み出し用TFT412が導通し、揮発性の記憶回路A2に記憶されたデジタル映像信号にしたがって画素が駆動される。最後に、Ts3においては、読み出し用ゲート信号線407にパルスが入力されて読み出し用TFT413が導通し、揮発性の記憶回路A3に記憶されたデジタル映像信号によって画素に電圧が印加される。
【0057】
以上のようにして、1フレーム期間分の表示が行われる。一方、駆動回路側では、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が行われている。第2のラッチ回路へのデジタル映像信号の転送までは前述と同様の手順である。続く記憶回路への書き込み期間においては、揮発性の記憶回路B1〜B3を用いる。
【0058】
なお、揮発性の記憶回路A1〜A3に信号が書き込まれる期間においては、書き込み選択用TFT420、424、428が導通し、揮発性の記憶回路A1〜A3に書き込みが可能な状態となっているが、同時に読み出し選択用TFT423、427、431も導通し、揮発性の記憶回路B1〜B3からの読み出しが可能な状態となっている。逆に、揮発性の記憶回路B1〜B3に信号が書き込まれる期間においては、書き込み選択用TFT422、426、430が導通し、揮発性の記憶回路B1〜B3に書き込みが可能な状態となっているが、同時に読み出し選択用TFT421、425、429も導通し、揮発性の記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となっている。すなわち、本実施例で示す画素においては、揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3は、あるフレーム期間において書き込みと読み出しが交互に行われる。
【0059】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線402にパルスが入力されて書き込み用TFT408が導通し、揮発性の記憶回路B1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線403にパルスが入力されて書き込み用TFT409が導通し、揮発性の記憶回路B2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線404にパルスが入力されて書き込み用TFT410が導通し、揮発性の記憶回路B3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0060】
続いて、区間γに入り、揮発性の記憶回路B1〜B3に記憶されたデジタル映像信号に従って2フレーム目の表示が行われる。同時に、次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、1フレーム目の表示が終了した揮発性の記憶回路A1〜A3に再び記憶される。
【0061】
その後、揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示が区間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した揮発性の記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0062】
不揮発性の記憶回路C1〜C3におけるデジタル映像信号の書き込み、読み出し動作については、実施形態と同様である。
【0063】
以上の手順を繰り返すことにより、映像の表示を行う。なお、静止画の表示を行う場合には、あるフレームのデジタル映像信号の、記憶回路への書き込みが終了したら、ソース信号線駆動回路を停止させ、同じ記憶回路に書き込まれている信号を毎フレームで読み込んで表示を行う。このような方法により、静止画の表示中における消費電力を大きく低減することが出来る。さらに、不揮発性の記憶回路を用いてデジタル映像信号を記憶することによって、表示装置の電源を遮断した後も、静止画のデジタル映像信号を記憶することが可能であり、再度電源を投入した後も、静止画の表示を行うことが出来る。
【0064】
[実施例2]
本実施例においては、画素部の揮発性の記憶回路への書き込みを点順次で行うことにより、ソース信号線駆動回路の第2のラッチ回路を省略した例について記す。
【0065】
図5は、記憶回路を有する画素を用いた液晶表示装置における、ソース信号線駆動回路および一部の画素の構成を示したものである。この回路は、3ビットデジタル映像信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路501、ラッチ回路502、画素503を有する。510は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号が入力される信号線であり、画素の説明とともに後述する。
【0066】
図6は、図5に示した画素503の回路構成の詳細図である。実施例1と同様、3ビットデジタル階調に対応したものであり、液晶素子(LC)、揮発性の記憶回路(A1〜A3およびB1〜B3)、不揮発性の記憶回路(C1〜C3)等を有している。601は第1ビット(MSB)信号用ソース信号線、602は第2ビット信号用ソース信号線、603は第3ビット(LSB)信号用ソース信号線、604は書き込み用ゲート信号線、605〜607は、読み出し用ゲート信号線、608〜610は書き込み用TFT、611〜613は読み出し用TFTである。記憶回路選択部は、書き込み選択用TFT620、622、624、626、628、630および読み出し選択用TFT621、623、625、627、629、631等を用いて構成される。632〜634および641〜643は、記憶回路選択信号線である。不揮発性の記憶回路C1〜C3に関しては、記憶回路選択部は、書き込み選択用TFT636、638、640および読み出し選択用TFT635、637、639等を用いて構成される。
【0067】
図7は、本実施例にて示した回路の駆動に関するタイミングチャートである。図5、図6および図7を用いて説明する。
【0068】
シフトレジスタ回路501からラッチ回路(LAT1)502までの動作は実施形態および実施例1と同様に行われる。図7(B)に示すように、第1段目でのラッチ動作が終了すると、直ちに画素内に有する揮発性の記憶回路への書き込みを開始する。書き込み用ゲート信号線604にパルスが入力されて書き込み用TFT608〜610が導通し、さらに記憶回路選択信号線614〜616にパルスが入力されて書き込み選択用TFT620、624、628が導通して、揮発性の記憶回路A1〜A3への書き込みが可能な状態となる。ラッチ回路502に保持されたビット毎のデジタル映像信号は、3本のソース信号線601〜603を経由して、同時に書き込まれる。
【0069】
第1段目でラッチ回路に保持されたデジタル映像信号が、揮発性の記憶回路へ書き込まれているとき、次段では、サンプリングパルス出力から、ラッチ回路においてデジタル映像信号の保持までが行われている。このようにして、順次揮発性の記憶回路への書き込みが行われていく。
【0070】
以上を1水平期間(図7(A)中、※※で示す期間)内に行い、垂直方向の行数分が繰り返されて、区間αにおける1フレーム分のデジタル映像信号の揮発性の記憶回路への書き込みが終了すると、区間βで示される1フレーム目の表示期間に移る。書き込み用ゲート信号線604に入力されていたパルスが停止し、さらに記憶回路選択信号線614〜616に入力されていたパルスが停止して書き込み選択用TFT620、624、628が非導通となり、代わって記憶回路選択信号線617〜619にパルスが入力されて読み出し選択用TFT621、625、629が導通し、揮発性の記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となる。
【0071】
続いて、実施例1で示した時間階調方式により、図7(C)に示すように、表示期間Ts1では、読み出し用ゲート信号線605にパルスが入力されて読み出し用TFT611が導通し、揮発性の記憶回路A1に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われる。続いてTs2では、読み出し用ゲート信号線606にパルスが入力されて読み出し用TFT612が導通し、揮発性の記憶回路A2に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われ、同様にTs3では、読み出し用ゲート信号線607にパルスが入力されて読み出し用TFT613が導通し、揮発性の記憶回路A3に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われる。
【0072】
以上で、1フレーム目の表示期間が完了する。区間βでは、同時に次のフレームにおけるデジタル映像信号の処理が行われる。ラッチ回路502へのデジタル映像信号の保持までは前述と同様の手順である。続く揮発性の記憶回路への書き込み期間においては、揮発性の記憶回路B1〜B3を用いる。
【0073】
なお、揮発性の記憶回路A1〜A3に信号が書き込まれる期間においては、書き込み選択用TFT620、624、628が導通し、揮発性の記憶回路A1〜A3に書き込みが可能な状態となっているが、同時に読み出し選択用TFT623、627、631も導通し、揮発性の記憶回路B1〜B3からの読み出しが可能な状態となっている。逆に、揮発性の記憶回路B1〜B3に信号が書き込まれる期間においては、書き込み選択用TFT622、626、630が導通し、揮発性の記憶回路B1〜B3に書き込みが可能な状態となっているが、同時に読み出し選択用TFT621、625、629も導通し、揮発性の記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となっている。すなわち、本実施例で示す画素においては、揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3は、あるフレーム期間において書き込みと読み出しが交互に行われる。
【0074】
記憶回路B1〜B3への書き込み動作、読み出し動作は揮発性の記憶回路A1〜A3の場合と同様である。揮発性の記憶回路B1〜B3への書き込みが終了すると、区間γに入り、2フレーム目の表示期間に移る。さらにこの区間では、次のフレームにおけるデジタル映像信号の処理が行われる。ラッチ回路502へのデジタル映像信号の保持までは前述と同様の手順である。続く揮発性の記憶回路への書き込み期間においては、再び揮発性の記憶回路A1〜A3を用いる。
【0075】
その後、揮発性の記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示が区間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した揮発性の記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0076】
不揮発性の記憶回路C1〜C3におけるデジタル映像信号の書き込み、読み出し動作については、実施形態と同様である。
【0077】
以上の手順を繰り返すことにより、映像の表示を行う。静止画の表示を行う場合には、あるフレームのデジタル映像信号の、記憶回路への書き込みが終了したら、ソース信号線駆動回路を停止させ、同じ記憶回路に書き込まれている信号を毎フレーム期間で読み込んで表示を行う。さらに、一度電源を遮断し、再度電源を投入した後に静止画を表示するときには、不揮発性の記憶回路C1〜C3に記憶されているデジタル映像信号に基づき表示を行う。このような方法により、静止画の表示中における消費電力を大きく低減することが出来る。さらに、実施例1にて示した回路と比較すると、ラッチ回路の数を1/2とすることが出来、回路配置の省スペース化による装置全体の小型化に貢献出来る。
【0078】
[実施例3]
本実施例においては、実施例2にて示した、第2のラッチ回路を省略した液晶表示装置の回路構成を応用し、線順次駆動により画素内の記憶回路への書き込みを行う方法を用いた液晶表示装置の例について記す。
【0079】
図17は、本実施例にて示す液晶表示装置のソース信号線駆動回路の回路構成例を示している。この回路は、3ビットデジタル階調信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路1701、ラッチ回路1702、スイッチ回路1703、画素1704を有する。1710は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号が入力される信号線である。画素の回路構成に関しては、実施例2のものと同様で良いので、図6をそのまま参照する。
【0080】
図18は、本実施例にて示した回路の駆動に関するタイミングチャートである。図6、図17および図18を用いて説明する。
【0081】
シフトレジスタ回路1701からサンプリングパルスが出力され、ラッチ回路1702で、サンプリングパルスに従ってデジタル映像信号を保持するまでの動作は、実施例1および実施例2と同様である。本実施例では、ラッチ回路1702と画素1704内の揮発性の記憶回路との間に、スイッチ回路1703を有しているため、ラッチ回路でのデジタル映像信号の保持が完了しても、直ちに揮発性の記憶回路への書き込みが開始されない。ドットデータサンプリング期間が終了するまでの間は、スイッチ回路1703は閉じたままであり、その間、ラッチ回路ではデジタル映像信号が保持され続ける。
【0082】
図18(B)に示すように、1水平期間分のデジタル映像信号の保持が完了すると、その後の帰線期間中にラッチ信号(Latch Pulse)が入力されてスイッチ回路1703が一斉に開き、ラッチ回路1702で保持されていたデジタル映像信号は一斉に画素1704内の揮発性の記憶回路に書き込まれる。このときの書き込み動作に関わる、画素1704内の動作、さらに次のフレーム期間における表示の再の読み出し動作に関わる、画素1704内の動作については、実施例2と同様で良いので、ここでは説明を省略する。同様に、不揮発性の記憶回路への書き込み方法およびタイミングに関しても、実施例2に従うので、ここでは説明を省略する。
【0083】
以上の方法によって、ラッチ回路を省略したソース信号線駆動回路においても、線順次の書き込み駆動を容易に行うことが出来る。
【0084】
[実施例4]
本実施例では、本発明の表示装置の画素部とその周辺に設けられる駆動回路部(ソース信号線側駆動回路、ゲート信号線側駆動回路、画素選択信号線側駆動回路)のTFT、さらに不揮発性記憶回路部を同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路部に関しては基本単位であるCMOS回路を図示することとする。
【0085】
まず、図9(A)に示すように、コーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスから成る基板5001上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜5002を形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜5002aを10〜200[nm](好ましくは50〜100[nm])形成し、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコン膜5002bを50〜200[nm](好ましくは100〜150[nm])の厚さに積層形成する。本実施例では下地膜5002を2層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造として形成しても良い。
【0086】
島状半導体層5003〜5006は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザー結晶化法や公知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層5003〜5006の厚さは25〜80[nm](好ましくは30〜60[nm])の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
【0087】
レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30[Hz]とし、レーザーエネルギー密度を100〜400[mJ/cm2](代表的には200〜300[mJ/cm2])とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10[kHz]とし、レーザーエネルギー密度を300〜600[mJ/cm2](代表的には350〜500[mJ/cm2])とすると良い。そして幅100〜1000[μm]、例えば400[μm]で線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98[%]として行う。
【0088】
次いで、島状半導体層5003〜5006を覆うゲート絶縁膜5007を形成する。ゲート絶縁膜5007はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150[nm]としてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、120[nm]の厚さで酸化窒化シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例えば、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40[Pa]、基板温度300〜400[℃]とし、高周波(13.56[MHz])、電力密度0.5〜0.8[W/cm2]で放電させて形成することが出来る。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500[℃]の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることが出来る。
【0089】
そして、ゲート絶縁膜5007上にゲート電極を形成するための第1の導電膜5008と第2の導電膜5009とを形成する。本実施例では、第1の導電膜5008をTaで50〜100[nm]の厚さに形成し、第2の導電膜5009をWで100〜300[nm]の厚さに形成する。
【0090】
Ta膜はスパッタ法で、TaのターゲットをArでスパッタすることにより形成する。この場合、Arに適量のXeやKrを加えると、Ta膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することが出来る。また、α相のTa膜の抵抗率は20[μΩcm]程度でありゲート電極に使用することが出来るが、β相のTa膜の抵抗率は180[μΩcm]程度でありゲート電極とするには不向きである。α相のTa膜を形成するために、Taのα相に近い結晶構造をもつ窒化タンタルを10〜50[nm]程度の厚さでTaの下地に形成しておくとα相のTa膜を容易に得ることが出来る。
【0091】
W膜を形成する場合には、Wをターゲットとしたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することも出来る。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20[μΩcm]以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることが出来るが、W中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度99.9999[%]のWターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20[μΩcm]を実現することが出来る。
【0092】
なお、本実施例では、第1の導電膜5008をTa、第2の導電膜5009をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cuなどから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。本実施例以外の組み合わせの一例で望ましいものとしては、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をWとする組み合わせ、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をAlとする組み合わせ、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をCuとする組み合わせ等が挙げられる。
【0093】
次に、レジストによるマスク5010を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。本実施例ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2を混合し、1[Pa]の圧力でコイル型の電極に500[W]のRF(13.56[MHz])電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)にも100[W]のRF(13.56[MHz])電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合にはW膜及びTa膜とも同程度にエッチングされる。
【0094】
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。テーパー部の角度は15〜45°となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20[%]程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50[nm]程度エッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層5011〜5016(第1の導電層5011a〜5016aと第2の導電層5011b〜5016b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第1の形状の導電層5011〜5016で覆われない領域は20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。(図9(B))
【0095】
そして、第1のドーピング処理を行いN型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014[atoms/cm2]とし、加速電圧を60〜100[keV]として行う。N型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層5011〜5016がN型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域5017〜5020が形成される。第1の不純物領域5017〜5020には1×1020〜1×1021[atoms/cm3]の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加する。(図9(B))
【0096】
次に、図9(C)に示すように、レジストマスクは除去しないまま、第2のエッチング処理を行う。エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第2の形状の導電層5021〜5026(第1の導電層5021a〜5026aと第2の導電層5021b〜5026b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第2の形状の導電層5021〜5026で覆われない領域はさらに20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0097】
W膜やTa膜のCF4とCl2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することが出来る。WとTaのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Wのフッ化物であるWF6が極端に高く、その他のWCl5、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、CF4とCl2の混合ガスではW膜及びTa膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加するとCF4とO2が反応してCOとFになり、FラジカルまたはFイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一方、TaはFが増大しても相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすいので、O2を添加することでTaの表面が酸化される。Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにTa膜のエッチング速度は低下する。従って、W膜とTa膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となりW膜のエッチング速度をTa膜よりも大きくすることが可能となる。
【0098】
そして、図10(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてN型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120[keV]とし、1×1013[atoms/cm2]のドーズ量で行い、図10(B)で島状半導体層に形成された第1の不純物領域の内側に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の形状の導電層5021〜5026を不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層5021a〜5026aの下側の領域の半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第2の不純物領域5027〜5031が形成される。この第2の不純物領域5027〜5031に添加されたリン(P)の濃度は、第1の導電層5021a〜5026aのテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第1の導電層5021a〜5026aのテーパー部と重なる半導体層において、第1の導電層5021a〜5026aのテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。
【0099】
続いて、図10(B)に示すように第3のエッチング処理を行う。エッチングガスにCHF6を用い、反応性イオンエッチング法(RIE法)を用いて行う。第3のエッチング処理により、第1の導電層5021a〜5026aのテーパー部を部分的にエッチングして、第1の導電層が半導体層と重なる領域が縮小される。第3のエッチング処理によって、第3の形状の導電層5032〜5037(第1の導電層5032a〜5037aと第2の導電層5032b〜5037b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第3の形状の導電層5032〜5037で覆われない領域はさらに20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0100】
第3のエッチング処理によって、第2の不純物領域5027〜5031においては、第1の導電層5032a〜5037aと重なる第2の不純物領域5027a〜5031aと、第1の不純物領域と第2の不純物領域との間の第3の不純物領域5027b〜5031bとが形成される。
【0101】
そして、図10(C)に示すように、Pチャネル型TFTを形成する島状半導体層5004に、第1の導電型とは逆の導電型の第4の不純物領域5039〜5044を形成する。第3の形状の導電層5033bを不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、Nチャネル型TFTを形成する島状半導体層5003、5005、保持容量部5006および配線部5034はレジストマスク5038で全面を被覆しておく。不純物領域5039〜5044にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成し、そのいずれの領域においても不純物濃度が2×1020〜2×1021[atoms/cm3]となるようにする。
【0102】
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第3の形状の導電層5032、5033、5035、5036がゲート電極として機能する。5037は、メモリセルのフローティングゲート電極として機能する。また、5034は島状のソース信号線として機能する。(図10(C))
【0103】
その後、レジストマスク5038を除去した後、図11(A)に示すように、第2のゲート絶縁膜5045形成する。第2のゲート絶縁膜5045の膜厚は、10〜250[nm]とすれば良い。また、製膜方法は、公知の気相法(プラズマCVD法、スパッタ法等)を用いれば良い。なお、本実施例においては、70[nm]のSiNO膜をプラズマCVD法により形成する。
【0104】
続いて、導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することが出来る。熱アニール法では酸素濃度が1[ppm]以下、好ましくは0.1[ppm]以下の窒素雰囲気中で400〜700[℃]、代表的には500〜600[℃]で行うものであり、本実施例では500[℃]で4時間の熱処理を行う。ただし、第3の形状の導電層5037〜5042に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする)を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
【0105】
さらに、3〜100[%]の水素を含む雰囲気中で、300〜450[℃]で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0106】
その後、200〜400[nm]の厚さで導電膜を形成し、パターニングを行い、コントロールゲート電極5046を形成する。コントロールゲート電極5046は、第2のゲート絶縁膜5045を介してフローティングゲート電極5037の一部あるいは全体と重なるように形成する(図11(A))。
【0107】
第1の層間絶縁膜5047は酸化窒化シリコン膜から100〜200[nm]の厚さで形成する。そして、駆動回路部において島状半導体層のソース領域とコンタクトを形成するソース配線5048、5050、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線5049を形成する。また、画素部においては、接続電極5051、5052を形成する。同時に、メモリセル部においても、接続電極5053、5054を形成する。接続電極5051により、ソース信号線5034は、画素TFTと電気的な接続が形成される(図11(B))。
【0108】
その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜5055を形成し、続いて画素電極5056を形成する。本実施例で示すような、反射型の液晶表示装置を作成する場合、画素電極5056としては、Al、Agを主成分とする膜、あるいはそれらの積層膜等の、反射性に優れた材料を用いることが望ましい。
【0109】
以上のようにして、図11(C)に示すように、Nチャネル型TFT、Pチャネル型TFTを有する駆動回路部と、画素TFT、不揮発性記憶回路を有する画素部とを同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0110】
続いて、図11(C)の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図12(A)に示すように、アクティブマトリクス基板上に配向膜5057を形成しラビング処理を行う。
【0111】
一方、対向基板5058を用意する。対向基板5058には、対向電極5059をパターニング形成し、配向膜5060を形成した後ラビング処理を行う。対向電極には、ITO膜あるいはそれに準ずる透明の導電性材料を用いる。
【0112】
スペーサ(図示せず)をアクティブマトリクス基板あるいは対向基板に形成する。スペーサは球状のビーズを散布しても良い。あるいは、表示領域において感光性の樹脂をドット状またはストライプ状にパターニングしても良い。スペーサにより液晶材料の配向欠陥がでないようにする。
【0113】
本実施例にて示す反射型の液晶表示装置ではリタデーションの関係からセルギャップは0.5〜1.5[μm]が望ましい。本実施例ではセルギャップを画素部において1.0[μm]になるようにする。
【0114】
そして、画素部と駆動回路部が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤5061で貼り合わせる。シール剤5061にはフィラーが混入されていて、このフィラーとスペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料5062を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料5061には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図12(A)に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【0115】
なお、上記の行程により作成されるアクティブマトリクス型液晶表示装置におけるTFTはトップゲート構造をとっているが、ボトムゲート構造のTFTやその他の構造のTFTに対しても本実施例は容易に適用され得る。
【0116】
また、本実施例においては、ガラス基板上を使用しているが、ガラス基板に限らず、プラスチック基板、ステンレス基板、単結晶ウェハ等、ガラス基板以外のものを使用することによっても実施が可能である。
【0117】
本実施例においては、反射型の液晶表示装置を例として説明を行ってきたが、画素電極の構成を変えることで、透過型の液晶表示装置を作成する場合、あるいは,画素の半分を反射電極、残る半分を透明電極とした、半透過型の表示装置として作成する場合にも、本発明は容易に適用することが出来る。
【0118】
[実施例5]
本発明の表示装置においては、階調の表現手段として時間階調方式を用いている。よって、画素に液晶素子を用いる場合には、通常のアナログ階調方式に比較して、より迅速な応答速度が要求されるため、強誘電性液晶(Ferroelectrics Liquid Crystal:FLC)を用いることが望ましい。本実施例においては、実施例4で紹介した表示装置の作成工程において、液晶素子に強誘電性液晶を用いる場合の基板の作成例について記述する。
【0119】
実施例4に従い、図19(A)(図11(C)に示した状態と同様)に示すアクティブマトリクス基板を作成する。
【0120】
一方、対向基板5058を用意する。対向基板5058には、対向電極5059をパターニング形成する。対向電極には、ITO膜あるいはそれに準ずる透明の導電性材料を用いる。
【0121】
アクティブマトリクス基板と対向基板に配向膜5101、5102を形成する。日産化学社製の配向膜RN1286を形成し、90℃で5分間プリベークした後、250[℃]で一時間ポストベークした。ポストベーク後の膜厚は40[nm]であった。配向膜の形成方法はフレキソ印刷法あるいはスピナー塗布法で行えば良い。RN1286はシール剤との密着性が悪いため、シール剤が配置される位置は配向膜を除去する。また、アクティブマトリクス基板と対向基板を電気的に接続するコンタクトパッド上の配向膜と、フレキシブルプリント配線板(Flexible Print Circuit : FPC)を接続するリード線の上には配向膜を形成しない。
【0122】
配向膜5101、5102をラビングする。このとき、対向基板5058とアクティブマトリクス基板を貼り合わせたときのラビング方向がパラレルになるようにする。ラビング処理はラビングの布として吉川化工社製のYA−20Rを用いた。常陽工学社製のラビング装置により、押しこみ量が0.25[mm]、ロール回転数が100[rpm]、ステージ速度が10[mm/sec.]、ラビング回数が1回でラビングした。ラビングロールの直径は130[mm]である。ラビング後に水流を基板面に照射して配向膜を洗浄した。
【0123】
次に、シール剤5103を形成した。シール剤は液晶材料の注入口を一箇所に設け、真空下で注入ができるパターンとすることが出来る。
【0124】
シール剤を日立化成社製のシールディスペンサーにより対向基板上に形成した。シール剤は三井化学社製のXN−21Sを用いた。シール剤の仮焼成は90[℃]で30分行い、次の15分で徐冷した。
【0125】
シール剤XN−21Sは熱プレスをしても、2.3〜2.6[μm]のセルギャップしか得られないことがわかっている。そこで1.0[μm]のセルギャップを形成するために、画素部に比べて、1.5[μm]以上積層膜の厚さが薄い領域を設けてシール剤を配置すると良い。本実施例では、第1の層間絶縁膜5045と第2の層間絶縁膜5046をエッチングにより除去した領域にシール材5103を配置する。
【0126】
シール剤を形成すると同時に導電性スペーサ(図示しない)を形成する。
【0127】
スペーサ(図示しない)を対向基板あるいはアクティブマトリクス基板に形成する。スペーサは球状のビーズを散布しても良い。あるいは、表示領域において感光性の樹脂をドット状またはストライプ状にパターニングしても良い。スペーサにより液晶材料の配向欠陥がでないようにする。
【0128】
反射型の液晶表示装置ではリタデーションの関係からセルギャップは0.5〜1.5[μm]が望ましい。本実施例ではセルギャップを画素部において1.0[μm]になるようにする。
【0129】
その後、ニュートム社製の貼り合わせ装置により、対向基板とアクティブマトリクス基板のマーカーを合わせ、貼り合わせを行った。
【0130】
次に、0.3〜1.0[kgf/cm2]の圧力を基板平面に垂直な方向にかつ基板全面に加えながら、クリーンオーブンにて160[℃]、3時間で熱硬化を行い、シール剤を硬化し、対向基板とアクティブマトリクス基板を接着させる。
【0131】
対向基板とアクティブマトリクス基板を貼り合わせてできる一対の基板を分断する。
【0132】
液晶材料5104は双安定性を示す強誘電性液晶や、三安定性を示す反強誘電性液晶等を用いる。
【0133】
液晶材料を等方相まで加熱し注入をする。その後、0.1[℃/min.]で室温まで徐冷した(図19(B))。
【0134】
封止剤として注入口を覆うように小型のディスペンサーにより紫外線硬化型樹脂(図示しない)を塗布する。
【0135】
その後、フレキシブルプリント配線板(図示しない)を異方性導電膜(図示しない)により接着して、アクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【0136】
アクティブマトリクス基板の画素電極を透明導電膜にすれば、本実施例の工程により透過型の液晶表示装置も作製することができる。透過型の液晶表示装置ではセルギャップはリタデーションの関係及び強誘電性液晶の螺旋構造を抑制する目的から1.0〜2.5[μm]とすることが望ましい。
【0137】
[実施例6]
実施例1〜実施例3にて示した、本発明の液晶表示装置の画素部においては、揮発性の記憶回路としてスタティック型メモリ(Static RAM : SRAM)を用いて構成していたが、揮発性の記憶回路はSRAMのみに限定されない。本発明の液晶表示装置の画素部に適用可能な揮発性の記憶回路には、他にダイナミック型メモリ(Dynamic RAM : DRAM)等があげられる。本実施例においては、それらの揮発性の記憶回路を用いて回路を構成する例を紹介する。
【0138】
図8は、画素に配置された揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3にDRAMを用いた例を示している。基本的な構成は、実施例1で示した回路と同様である。揮発性の記憶回路A1〜A3およびB1〜B3に用いたDRAMに関しては、一般的な構成のものを用いれば良い。本実施例では比較的構成の簡単な、図8(B)に示すようなインバータおよび容量によって構成したものを用いて図示している。
【0139】
ソース信号線駆動回路の動作は、実施例1と同様である。ここで、SRAMと異なり、DRAMの場合、一定期間ごとに再書き込み動作(以後、この動作をリフレッシュと表記する)が必要であるため、リフレッシュ用TFT801〜803を有する。リフレッシュは、静止画を表示している期間(揮発性の記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を繰り返し読み出して表示を行っている期間)のあるタイミングで、リフレッシュ用TFT801〜803をそれぞれ導通させ、画素部における電荷を、揮発性の記憶回路側に戻すことによって行われる。
【0140】
さらに、特に図示しないが、他形式の揮発性の記憶回路として、強誘電体メモリ(Ferroelectric RAM : FeRAM)を利用して本発明の液晶表示装置の画素部を構成することも可能である。FeRAMは、不揮発性でありながらSRAMやDRAMと同等の書き込み速度を有するメモリであるため、本発明においては揮発性の記憶回路部分に用いることが可能であり、その書き込み電圧が低い等の特徴から、本発明の液晶表示装置のさらなる低消費電力化が可能である。またその他、フラッシュメモリ等によっても、構成は可能である。
【0141】
[実施例7]
本発明を適用して作成した駆動回路を用いたアクティブマトリクス型表示装置には様々な用途がある。本実施例では、本発明を適用して作成した駆動回路を用いた表示装置を組み込んだ半導体装置について説明する。
【0142】
このような表示装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図15および図16に示す。
【0143】
図15(A)は携帯電話であり、本体2601、音声出力部2602、音声入力部2603、表示部2604、操作スイッチ2605、アンテナ2606から構成されている。本発明は表示部2604に適用することができる。
【0144】
図15(B)はビデオカメラであり、本体2611、表示部2612、音声入力部2613、操作スイッチ2614、バッテリー2615、受像部2616から成っている。本発明は表示部2612に適用することができる。
【0145】
図15(C)はモバイルコンピュータあるいは携帯型情報端末であり、本体2621、カメラ部2622、受像部2623、操作スイッチ2624、表示部2625で構成されている。本発明は表示部2625に適用することができる。
【0146】
図15(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2631、表示部2632、アーム部2633で構成される。本発明は表示部2632に適用することができる。
【0147】
図15(E)はテレビであり、本体2641、スピーカー2642、表示部2643、受信装置2644、増幅装置2645等で構成される。本発明は表示部2643に適用することができる。
【0148】
図15(F)は携帯書籍であり、本体2651、表示部2652、記憶媒体2653、操作スイッチ2654、アンテナ2655から構成されており、ミニディスク(MD)やDVD(Digital Versatile Disc)に記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。本発明は表示部2652に適用することができる。
【0149】
図16(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2701、画像入力部2702、表示部2703、キーボード2704で構成される。本発明は表示部2703に適用することができる。
【0150】
図16(B)はプログラムを記録した記録媒体を用いるプレーヤーであり、本体2711、表示部2712、スピーカー部2713、記録媒体2714、操作スイッチ2715で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2612に適用することができる。
【0151】
図16(C)はデジタルカメラであり、本体2721、表示部2722、接眼部2723、操作スイッチ2724、受像部(図示しない)で構成される。本発明は表示部2722に適用することができる。
【0152】
図16(D)は片眼のヘッドマウントディスプレイであり、表示部2731、バンド部2732で構成される。本発明は表示部2731に適用することができる。
【0153】
[実施例8]
図21に携帯情報端末に本発明を実施した例を示す。この例では静止画を表示する場合には、CPU2106の映像信号処理回路2107、VRAM2111のなどの機能を停止させ、消費電力の低減を図ることができる。図21では動作をおこなう部分を点線で表示してある。また、コントーロラ2112はCOGで表示装置2113に装着してもよいし、表示装置内部に一体形成してもよい。図22,23に携帯電話に本発明を実施した例を示す。図21と同様に静止画表示は一部の機能を停止できるので消費電力を低減できる。
【0154】
【発明の効果】
各画素の内部に配置された複数の揮発性の記憶回路を用いてデジタル映像信号の記憶を行うことにより、静止画を表示する際に各フレーム期間で揮発性の記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を反復して用い、継続的に静止画表示を行う際に、外部回路、ソース信号線駆動回路などを停止させておくことが可能となる。さらに、各画素に配置された不揮発性の記憶回路を用いてデジタル映像信号を保持することによって、電源を遮断した後もデジタル映像信号の保持が可能となり、液晶表示装置全体の低消費電力化に大きく貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 複数の揮発性の記憶回路と、複数の不揮発性の記憶回路とを内部に有する本発明の画素の回路図。
【図2】 本発明の画素を用いて表示を行うためのソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図3】 本発明の画素を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図4】 複数の揮発性の記憶回路と、複数の不揮発性の記憶回路とを内部に有する本発明の画素の詳細な回路図。
【図5】 第2のラッチ回路を持たないソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図6】 図5のソース信号線駆動回路によって駆動される、本発明を応用した画素の詳細な回路図。
【図7】 図5および図6に記載の回路を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図8】 記憶回路にダイナミック型メモリを用いる場合の本発明の画素の詳細な回路図。
【図9】 本発明の画素を有する液晶表示装置の作成工程例を示す図。
【図10】 本発明の画素を有する液晶表示装置の作成工程例を示す図。
【図11】 本発明の画素を有する液晶表示装置の作成工程例を示す図。
【図12】 本発明の画素を有する液晶表示装置の作成工程例を示す図。
【図13】 従来の液晶表示装置の全体の回路構成を簡略に示す図。
【図14】 従来の液晶表示装置のソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図15】 本発明の画素を有する表示装置の適用が可能な電子装置の例を示す図。
【図16】 本発明の画素を有する表示装置の適用が可能な電子装置の例を示す図。
【図17】 第2のラッチ回路を持たないソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図18】 図17に記載の回路を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図19】 本発明の画素を有する液晶表示装置の作成工程例を示す図。
【図20】 デコーダを用いたゲート信号線駆動回路の例を示す図。
【図21】 本発明を用いた携帯情報端末のブロック図。
【図22】 本発明を用いた携帯電話のブロック図。
【図23】 携帯電話の送受信部のブロック図。
Claims (7)
- n(nは自然数、2≦n)個の第1のトランジスタと、n個の第2のトランジスタと、n個の記憶回路と、n個の第1の選択部と、n個の第2の選択部と、液晶素子と、を画素に有する液晶表示装置であって、
前記n個の記憶回路は、各々、互いに異なる前記第1の選択部と互いに異なる前記第2の選択部との間に並列に接続された、m(mは自然数、1≦m)個の第1の記憶回路及び1個の不揮発性の記憶回路を有し、
前記n個の記憶回路における前記m個の第1の記憶回路によって、nビットのデジタル映像信号がmフレーム分記憶され、
前記n個の記憶回路における前記1個の不揮発性の記憶回路によって、前記nビットのデジタル映像信号が1フレーム分記憶され、
前記n個の第1のトランジスタにおける、ゲートは互いに異なる第1のゲート信号線と、ソースまたはドレインの一方はソース信号線と、ソースまたはドレインの他方は互いに異なる前記第1の選択部を介して互いに異なる前記第1の記憶回路および互いに異なる前記不揮発性の記憶回路と電気的に接続され、
前記n個の第2のトランジスタにおける、ゲートは互いに異なる第2のゲート信号線と、ソースまたはドレインの一方は互いに異なる前記第2の選択部を介して互いに異なる前記第1の記憶回路および互いに異なる前記不揮発性の記憶回路と、ソースまたはドレインの他方は前記液晶素子と電気的に接続され、
前記n個の第1のトランジスタが順にオンになることにより、前記n個の記憶回路のそれぞれにおいて1ビットのデジタル映像信号が前記ソース信号線から前記m個の第1の記憶回路のいずれか一に書き込まれる第1の期間と、
前記n個の第2のトランジスタが順にオンになることにより、前記第1の期間において前記n個の記憶回路のそれぞれにおける前記m個の第1の記憶回路のいずれか一に書き込まれた前記1ビットのデジタル映像信号が前記液晶素子に順に印加される第2の期間と、を有することを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1において、
前記第1の選択部は、第1の書き込み用選択部および第1の読み出し用選択部を有し、
前記第2の選択部は、第2の書き込み用選択部および第2の読み出し用選択部を有し、
前記第1の書き込み用選択部および前記第2の読み出し用選択部は、前記第1の記憶回路と電気的に接続され、
前記第1の読み出し用選択部および前記第2の書き込み用選択部は、前記不揮発性の記憶回路と電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記第1の記憶回路は、揮発性の記憶回路であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第1の記憶回路は、スタティック型メモリ(SRAM)、強誘電体メモリ(FeRAM)またはダイナミック型メモリ(DRAM)であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記nビットのデジタル映像信号は、前記第1の記憶回路から前記不揮発性の記憶回路へ書き込まれ、
前記不揮発性の記憶回路に書き込まれた前記nビットのデジタル映像信号は、前記不揮発性の記憶回路から前記第1の記憶回路に書き込まれることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記不揮発性の記憶回路は、電気的に書き込み、読み出し、消去が可能な不揮発性メモリ(EEPROM)であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記液晶表示装置は、前記画素に加えてソース信号線駆動回路およびゲート信号線駆動回路を有し、
前記ソース信号線駆動回路は、前記ソース信号線と電気的に接続され、
前記ゲート信号線駆動回路は、前記第1および第2のゲート信号線と電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
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