JPH0535202A

JPH0535202A - 電気光学装置の画像表示方法および表示装置

Info

Publication number: JPH0535202A
Application number: JP3209869A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; 正明 ▼ひろ▼木; Masaaki Hiroki; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-07-27
Filing date: 1991-07-27
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】電気光学装置の階調表示に関して、精密で素
子間のばらつきによる影響の少ない階調表示方式を提供
する。【構成】アクティブマトリクス型電気光学装置におい
て、外部から供給されるアナログの映像信号を二進法表
示によってデジタル化し、このデジタル信号を一時的に
蓄積し、適当な順番で、次段の回路に出力し、その信号
の出力タイミングをコントロールしてアクティブマトリ
クス型電気光学装置に出力することによって、画素に電
圧のかかる時間を任意にデジタル制御し、よって視覚的
な階調表示を得る表示方式。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、駆動用スイッチング素子
として薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を使用し
た液晶電気光学装置における画像表示方法において、特
に中間的な色調や濃淡の表現を得るための階調表示方法
に関するものである。本発明は、特に、外部からいかな
るアナログ信号をもアクティブ素子に印加することな
く、階調表示をおこなう、いわゆる完全デジタル階調表
示に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶組成物はその物質特性から、分子軸
に対して水平方向と垂直方向に誘電率が異なるため、外
部の電界に対して水平方向に配列したり、垂直方向に配
列したりさせることが容易にできる。液晶電気光学装置
は、この誘電率の異方性を利用して、光の透過光量また
は散乱量を制御することでＯＮ／ＯＦＦ、すなわち明暗
の表示をおこなっている。液晶材料としては、ＴＮ（ツ
インステッド・ネマティック）液晶、ＳＴＮ（スーパー
・ツインステッド・ネマティック）液晶、強誘電性液
晶、反強誘電性液晶、ポリマー液晶あるいは分散型液晶
とよばれる材料が知られている。液晶は外部電圧に対し
て、無限に短い時間に反応するのではなく、応答するま
でにある一定の時間がかかることが知られている。その
値はそれぞれの液晶材料に固有で、ＴＮ液晶の場合に
は、数１０ｍｓｅｃ、ＳＴＮ液晶の場合には数１００ｍ
ｓｅｃ、強誘電性液晶の場合には数１０μｓｅｃ、分散
型あるいはポリマー液晶の場合には数１０ｍｓｅｃであ
る。

【０００３】液晶を利用した電気光学装置のうちでもっ
とも優れた画質が得られるものは、アクティブマトリク
ス方式を用いたものであった。従来のアクティブマトリ
クス型の液晶電気光学装置では、アクティブ素子として
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用い、ＴＦＴにはアモル
ファスまたは多結晶型の半導体を用い、１つの画素にＰ
型またはＮ型のいずれか一方のみのタイプのＴＦＴを用
いたものであった。即ち、一般にはＮチャネル型ＴＦＴ
（ＮＴＦＴという）を画素に直列に連結している。そし
て、マトリクスの信号線に信号電圧を流し、それぞれの
信号線の直交する箇所に設けられたＴＦＴに双方から信
号が印加されるとＴＦＴがＯＮ状態となることを利用し
て液晶画素のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御するものであっ
た。このような方法によって画素の制御をおこなうこと
によって、コントラストの大きい液晶電気光学装置を実
現することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアクティブマトリクス方式では、明暗や色調といっ
た、階調表示をおこなうことは極めて難しかった。従
来、階調表示は液晶の光透過性が、印加される電圧の大
きさによって変わることを利用する方式が検討されてい
た。これは、例えば、マトリクス中のＴＦＴのソース・
ドレイン間に、適切な電圧を周辺回路から供給し、その
状態でゲイト電極に信号電圧を印加することによって、
液晶画素にその大きさの電圧をかけようとするものであ
った。

【０００５】しかしながら、このような方法では、例え
ば、ＴＦＴの不均質性やマトリクス配線の不均質性のた
めに、実際には液晶画素にかかる電圧は、各画素によっ
て、最低でも数％も異なってしまった。これに対し、例
えば、液晶の光透過度の電圧依存性は、極めて非線型性
が強く、ある特定の電圧で急激に光透過性が変化するた
め、たとえ数％の違いでも、光透過性が著しく異なって
しまうことがあった。そのため、実際には１６階調を達
成することが限界であった。例えば、ＴＮ液晶材料にお
いては、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ光透過性が変化す
る、いわゆる遷移領域は、１．２Ｖの幅しかなく、１６
階調を達成せんとする場合には、１．２Ｖという狭い電
圧幅を１６分割した７５ｍＶという小さな電圧の制御が
できる必要があり、そのため、製造歩留りは著しく低く
なった。

【０００６】このように階調表示が困難であるというこ
とは、液晶ディスプレー装置が従来の一般的な表示装置
であるＣＲＴ（陰極線管）と競争してゆく上で極めて不
利であった。本発明は従来、困難であった階調表示を実
現させるための全く新しい方法を提案することを目的と
するものである。

【０００７】

【問題を解決するための手段】さて、液晶にかける電圧
をアナログ的に制御することによって、その光透過性を
制御することが可能であることを先に述べたが、本発明
人らは、液晶に電圧のかかっている時間を制御すること
によって、視覚的に階調を得ることができることを見出
した。

【０００８】例えば、代表的な液晶材料であるＴＮ（ツ
イステッド・ネマチック）液晶を用いた場合において、
いわゆるノーマリー・ブラック、すなわち、液晶画素に
電圧を印加しない状態で光透過性がない（黒い）状態と
なるように設計した画素において、図１に示されるよう
な波形電圧を画素に印加することによって、明るさを変
化させることが可能であることがわかった。すなわち、
図１の“１”、“２”、・・・“１５”という順番で段
階的に明るくすることができる。すなわち、図１の例で
は１６階調の表示が可能である。当然のことながら、ノ
ーマリー・ブラックの逆のモードである、ノーマリー・
ホワイト（電圧が印加されていない状態で光透過性を示
す）では、“１”が最も明るく、“１５”が最も暗い。

【０００９】このとき、“１”では、１単位の長さのパ
ルスが印加される。また、“２”では、２単位の長さの
パルスが印加される。“３”では、１単位のパルスと２
単位のパルスが印加され、結果として３単位の長さのパ
ルスが印加される。“４”では、４単位の長さのパルス
が印加される。“５”では、１単位のパルスと４単位の
パルスが印加され、“６”では、２単位のパルスと４単
位のパルスが印加される。さらに、８単位の長さのパル
スを用意することによって、１５単位の長さのパルスを
結果として得ることができる。

【００１０】すなわち、１単位、２単位、４単位、８単
位という４種類のパルスを適切に組み合わせることによ
って、２⁴＝１６階調の表示が可能となる。さらに、１
６単位、３２単位、６４単位、１２８単位というよう
に、多くのパルスを用意することによって、それぞれ、
３２階調、６４階調、１２８階調、２５６階調という高
度階調表示が可能となる。例えば、２５６階調表示を得
るには、８種類のパルスを用意すればよい。

【００１１】また、図１の例では、画素に印加される電
圧の持続時間は、最初Ｔ₁、次が２Ｔ₁、その次が４Ｔ
₁というように等比数列的に増大するように配列した例
を示したが、これは、例えば、図３のように、最初にＴ
₁、次に８Ｔ₁、その次が２Ｔ₁、最後に４Ｔ₁として
もよい。このように配列せしめることにより、表示装置
にデータを伝送する装置の負担を減らすことができる。

【００１２】本発明を実施せんとすれば、液晶材料とし
ては、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶、強誘電性液晶、反強誘電
性液晶、分散型（ポリマー）液晶が適してる。また、１
単位のパルス幅は、どの液晶材料を選択するかによって
微妙に異なるが、ＴＮ液晶材料の場合には、１０ｎｓｅ
ｃ以上１００ｍｓｅｃ以下が適していることが明らかに
なった。

【００１３】本発明を実施するには、例えば、図４に示
すような、薄膜トランジスタを使用したマトリクス回路
を組めばよい。図４に示した回路は従来のＴＦＴを利用
したアクティブマトリクス型表示装置に用いられた回路
と同じである。このようなアクティブマトリクス型表示
装置の１つの画素の例を図５に示す。図において、領域
１２は、例えばポリシリコンでできたＮＴＦＴ（もしく
はＰＴＦＴ）を示し、電極１４はそのゲイト電極であ
る。そして、配線１１はゲイト配線であり、これは、Ｘ
線として機能する。また、配線１０はＴＦＴのソースに
接続した配線で、Ｙ線として機能する。また、配線１５
は図４におけるキャパシタを形成するための配線であ
り、これは、画素電極１３の下に絶縁物を介して設けら
れる。

【００１４】図４では画素のキャパシタと並列に人為的
にキャパシタが挿入されている。このとき挿入されたキ
ャパシタは、画素の自然放電によって、画素の電圧が低
下することを抑制する効果を有するとともに、ゲイト電
極とドレイン領域の間の寄生容量を介して、画素電極と
Ｘ線が容量結合し、Ｘ線の電位の変動によって、画素電
極の電位が変動することを抑制する効果も有する。

【００１５】特に後者に関しては、電位変動の大きさは
近似的には、ゲイトとソース、ドレイン間の寄生容量に
比例し、液晶画素の容量に反比例する。液晶ディスプレ
ー装置においては、画素の容量は比較的容易に制御でき
るのに対し、寄生容量のばらつきは大きくなりがちであ
り、したがって、液晶画素の容量が小さい場合（例え
ば、液晶単位画素の面積が小さい場合等）には、ゲイト
の寄生容量のばらつきが大きく影響し、各画素によって
濃淡が全くでたらめになってしまうことがある。特に本
発明のように、画素に印加され持続される電圧が一定の
ものとして階調表示をおこなおうとする場合には、重要
な問題である。したがあって、このように容量を付加し
て、見掛け上、液晶画素の容量を大きくし、ゲイトの寄
生容量の効果を抑え、液晶電位の変動を小さくすること
は重要である。

【００１６】また、液晶セル等の画素に、例えばテトラ
フルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等の有
機強誘電性材料を含有せしめることにより、画素の静電
容量を増大せしめ、よって画素の放電の時定数を増大せ
しめることによって、このような人為的なキャパシタを
もうけることなく、安定で再現性の優れた動作をさせる
こともできる。

【００１７】しかしながら、このようにキャパシタを付
加することは、動作速度の低下につながることであるか
ら、過大な容量を付加することは望ましくない。したが
って、付加する容量の大きさは、ゲイトの寄生容量の１
０〜１００倍、もしくは液晶画素本来の容量の数〜１０
０倍程度、好ましくは１０倍以下が適当である。

【００１８】このような回路において、各薄膜トランジ
スタのゲイト電圧やソース・ドレイン間電圧をコントロ
ールすることによって、画素に印加される電圧のＯＮ／
ＯＦＦを制御することが可能である。この例では、マト
リクスは６４０×４８０ドットであるが、煩雑さをさけ
るため、ｎ行ｍ列近傍のみを示した。これとおなじもの
を上下左右に展開すれば、完全なものが得られる。この
回路を用いた動作例を図２に示す。

【００１９】信号線Ｘ_1,Ｘ_2,..Ｘ_n,Ｘ_n+1,..Ｘ₄₈₀（以
下、Ｘ線と総称する）は、各ＴＦＴのゲイト電極に接続
されている。そして、図２に示すように、順番に矩形パ
ルス信号が印加されてゆく。一方、信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ
_m,Ｙ_m+1,..Ｙ₆₄₀（以下、Ｙ線と総称する）は、各ＴＦ
Ｔのソース（あるいはドレイン電極）に接続されている
が、これには、やはり、複数のパルスからなる信号が印
加されてゆく。このパルス列には、１単位の時間Ｔ₁中
に、６４０個の情報が含まれている。

【００２０】以下では、４つの画素Ｚ_n,m、Ｚ_n+1,m、
Ｚ_n,m+1、Ｚ_n+1,m+1に注目するが、ゲイト電極とソー
ス電極の双方に信号が来ないかぎり、画素の電圧は変化
しないので、この４つの画素に関しては、信号線Ｘ_n,Ｘ
_n+1およびＹ_m,Ｙ_m+1に注目すればよい。

【００２１】図に示すように、矩形パルスがＸ_nに印加
された場合を考える。今、４つの画素Ｚ_n,m、
Ｚ_n,m+1、Ｚ_n+1,m、Ｚ_n+1,m+1に注目しているとすれ
ば、Ｙ_mおよびＹ_m+1のそのときの状態に注目すればよ
い。このとき、Ｙ_mには信号があり、Ｙ_m+1には信号が
ないので、結局、画素Ｚ_n,mは電圧状態、Ｚ_n,m+1は非
電圧状態になる。そして、Ｙ線に加える電圧よりも早
く、Ｘ線のパルスを切ることにより、画素の電圧状態
は、画素のキャパシタによって維持されるので、画素Ｚ
_n,mは電圧状態を維持する。以後、次にＸ_nに信号が印
加されるまで、基本的にはそれぞれの画素の状態が持続
する。

【００２２】ついで、Ｘ_n+1にパルスが印加される。図
に示されているように、そのときにはＹ_mは非電圧状
態、Ｙ_m+1は電圧状態であるため、画素Ｚ_n+1,mは非電
圧状態、画素Ｚ_n+1,m+1は電圧状態となり、先に述べた
のと同様にそれぞれの状態を維持し続ける。

【００２３】次に、先にＸ_nにパルスが印加されてか
ら、時間Ｔ₁後に信号線Ｘ_nに２回目のパルスが印加さ
れたときには、Ｙ_mおよびＹ_m+1は、それぞれ、非電圧
状態、電圧状態であるので、画素Ｚ_n,mは非電圧状態
に、画素Ｚ_n,m+1は電圧状態に、それぞれ、状態が変化
する。さらに、Ｘ_n+1にパルスが印加される。図に示さ
れているように、そのときにはＹ_mもＹ_m+1も電圧状態
であるため、画素Ｚ_n+1,mもＺ_n+1,m+1は電圧状態とな
る。このとき、画素Ｚ_n+1,m+1は電圧状態を継続するこ
とになる。

【００２４】その後、時間４Ｔ₁後に、３回目の信号が
Ｘ_nに印加される。そのときには、Ｙ_mもＹ_m+1も電圧
状態であるため、画素Ｚ_n,mは非電圧状態から電圧状態
に変化し、画素Ｚ_n,m+1は電圧状態を継続することとな
る。さらに、Ｘ_n+1にパルスが印加される。そのときに
はＹ_mもＹ_m+1も非電圧状態であるため、画素Ｚ_n+1,m
もＺ_n+1,m+1は非電圧状態となり、いずれも電圧状態が
終了する。

【００２５】その後、時間２Ｔ₁後に、４回目の信号が
Ｘ_nに印加される。そのときには、Ｙ_mもＹ_m+1も非電
圧状態であるため、画素Ｚ_n,mも画素Ｚ_n,m+1も電圧状
態から非電圧状態へ変化する。さらに、Ｘ_n+1にパルス
が印加されるが、やはりＹ_mもＹ_m+1も非電圧状態であ
るため、画素Ｚ_n+1,mもＺ_n+1,m+1は非電圧状態のまま
である。

【００２６】このようにして、１周期が完了する。この
間、各Ｘ線には３個のパルスが印加され、各Ｙ線には、
３×４８０＝１４４０の情報信号が印加されている。ま
た、この１周期の時間は１Ｔ₁＋２Ｔ₁＋４Ｔ₁＝７Ｔ
₁であり、Ｔ₁としては、例えば、１０ｎｓｅｃ〜１０
ｍｓｅｃが適当である。そして、各画素に注目してみれ
ば、画素Ｚ_n,mには時間Ｔ₁のパルスと２Ｔ₁のパルス
が印加され、視覚的には３Ｔ₁のパルスが印加されたも
のと同じ効果が得られる。すなわち、“３”の明るさが
得られる。同様に、画素Ｚ_n,m+1、画素Ｚ_n+1,m、Ｚ
_n+1,m+1には、結局、“４”、“６”、“５”の明るさ
が得られる。

【００２７】以上の例では、８階調の表示が可能である
が、さらに多くのパルス信号を加えることによって、よ
り高階調が可能である。例えば、１周期（１画面）中
に、さらに各Ｘ線に５回のパルスを加え、計８パルスと
し、各Ｙ線には８×４８０＝３８４０の情報信号を印加
することにより、２５６階調もの高階調表示を達成する
ことができる。

【００２８】図２の例では、Ｘ線に印加するパルスの間
隔を最初Ｔ₁、次に４Ｔ₁、その次に２Ｔ₁とした。こ
の方式は図３の例に近いものであり、このようにするこ
とによってデータ転送の動作を容易におこなえる。以下
では、データの転送も含めた周辺回路の構成を示し、本
発明の有利性を説明する。

【００２９】図６は、本発明を実施するための表示装置
本体とその周辺回路の様子を示している。説明を簡単に
するために、画面のマトリクスサイズは８×８の小さな
ものとした。本発明の特徴とすることは、Ｙ線のドライ
バーの外部にファースト・イン・ファースト・アウト・
メモリー装置（以下、ＦＩＦＯという）を付加したこと
である。すなわち、このＦＩＦＯによって、Ｙ線に供給
されるべきデータを一時ストックし、その後、Ｙ線、す
なわち、表示装置に出力するというものである。また、
従来は、Ｙ線に印加されるデータはアナログ信号であっ
たが、本発明では、デジタル信号である。逆に言えば、
信号をデジタル化することが可能であったから、ＦＩＦ
Ｏを付加することができたともいえる。このように、Ｆ
ＩＦＯを付加することによって、信号の流れを平均化す
ることができ、よって、図６のシフトレジスター以前の
駆動回路の負担を軽減することができる。

【００３０】駆動回路の負担とは、以下のように説明で
きる。すなわち、図２のＹ線の信号に注目すると、最初
のＴ₁の間に、Ｙ線には４８０個もの情報信号が印加さ
れる。しかしながら、次の４Ｔ₁の間にも、４８０個の
信号が印加されるが、時間が４倍になっているので、密
度は４分の１である。また、その次の２Ｔ₁の間の信号
の密度は最初のものの半分である。このように、信号の
密度にむらがある場合においては、最も、高密度な場合
をもとに回路を設計しなければならない。したがって、
シフトレジスターはＴ_Iの間に４８０個の信号を処理す
ることが求められる。

【００３１】しかしながら、最初のＴ₁と次の４Ｔ₁の
データを一緒にして、転送した場合には、５Ｔ₁の時間
に９６０個の信号であるから、Ｔ₁あたり１９２個のデ
ータを転送すればいいこととなる。そこで、ＦＩＦＯを
設けて、データを一時ストックすることによってシフト
レジスターにかかる負担を軽減することができる。これ
は、例えて言うならば、ダムのようなものである。一定
の流量の水がダムに流れ込んでおり、ダムには、常に一
定量の水が蓄えられているので、下流の需要に合わせ
て、水を多量に放出したり、少しづつ放出したりする自
由度が得られる。

【００３２】さらに、図６では、ロジック・シーケンサ
ーによって、Ｘ線、Ｙ線のシフトレジスターおよびＦＩ
ＦＯのタイミングを細かく制御できるようにした。

【００３３】本発明の動作は、以下のように例示され
る。例えば、図７に示すように、通常のアナログ映像信
号として入力された信号は、ただちに二進法演算処理に
よってデジタル信号とされる。例えば、８ビット（８
桁）のデジタル信号とする。この例では、例えば、アナ
ログ信号の１０は、０００１１００１、２０は、００１
１００１１、１００は１１１１１１１１というように変
換される。８ビットとすることによって、２⁸＝２５６
階調の表示が可能となる。同様に、６４階調が必要な場
合には６ビット、１６階調が必要な場合には４ビットの
信号に変換する。また、例えば、１２８階調表示の場合
には、７ビットの信号に変換される。

【００３４】次に、このように変換された信号は、一時
的にメモリーに蓄積される。しかしながら、このときの
各データは８ビットのひとまとまりのデータとして蓄積
されるのではなく、８ビットの各桁別に、２⁰、２¹、
２²、２³、２⁴、２⁵、２⁶、２⁷の計８個に分配さ
れたデータ、すわなち、＃０、＃１、＃２、＃３、＃
４、＃５、＃６、＃７という平面的なデータとして、階
調表示用階調別メモリーに分配してストックされる。も
し、マトリクスの第１行第２列のデータを知りたかっ
た、＃０〜＃７ｂｉｔの各データのそれぞれ第１行第
２列を見ればよい。この場合には、＃７から順に、０、
０、０、１、１、０、０、１というデータがストックさ
れている。したがって、階調データは０００１１００１
であり、１０進法でアナログ変換すれば、１０という数
字になる。

【００３５】このようにしてストックされたデータは、
次に、図８に示すように、＃０ｂｉｔの第１行から順
に次段の装置に転送される。第８行まで、転送された
ら、今度は＃７ｂｉｔの第１行から順に転送される。

【００３６】＃７ｂｉｔの転送が終了したら、図９に
示すように、以下、（＃１、＃６）、（＃２、＃５）、
（＃３、＃４）というように転送される。この転送の順
序は、この逆であってもよいし、また、（＃０、＃
７）、（＃６、＃１）、（＃２、＃５）、（＃４、＃
３）という順番であってもよい。いずれにしろ、これら
のデータの転送の組合せで、画像出力の密度が最も高く
なるのは、後に示すように＃３と＃４のデータの出力時
であるから、その他の組合せが、この組合せよりも低い
密度となるようなものであれば、特に問題はない。ま
た、例えば、１２８階調表示をおこなう場合には、先に
述べたように７ビットの信号（＃０、＃１、＃２、＃
３、＃４、＃５、＃６）に変換されるのであるが、この
場合には、例えば、ダミーの信号として、映像情報を何
ら含まない＃７を作り、見掛け上、８ビットの信号のよ
うにして、上記のような組合せを行えばよい。さらに、
ダミーを用いないで、＃６、（＃０、＃５）、（＃１、
＃４）、（＃２、＃３）という組合せを作り、データを
転送してもよい。

【００３７】８ビットの信号を転送する場合、例えば、
＃０、＃１、＃２、・・・というように単純にデータを
転送したとすると、図１に示すような画像出力となり、
出力密度の高いデータと低いデータを組み合わせて、平
均化し、密度を低く保つという本発明の技術思想は実現
できない。もちろん、そのようなデータ転送をおこなっ
ても、後段での信号の処理が十分に高速でおこなえれば
何ら問題はない。

【００３８】さて、このように転送されたデータはシフ
トレジスターによって、Ｙ線の各列に分配され、ＦＩＦ
Ｏに入力される。ＦＩＦＯでは、先に入力されたデータ
が、順々に先に送られ、丁度、トコロテンが押し出され
るようにＬＣＤドライバーにおくられ、各Ｙ線に出力さ
れる。この様子は図１０に示される。先に、トコロテン
式に押し出されると記述したが、その速度は一定ではな
い。図１０の例では、＃０ｂｉｔのデータが押し出さ
れた後、＃７ｂｉｔのデータが押し出され、しばら
く、時間を置いてから、＃１ｂｉｔのデータが押し出
される。その様子を図１１に示す。

【００３９】図１１では、ＳＬ０〜７で示されるＸ線
の信号と、ＤＬ０〜７で示されるＹ線の信号、および
Ｙ線へのデータの転送の様子が示されている。最初、＃
０のデータがＹ線に出力されているときには、＃７と＃
１のデータがＦＩＦＯにストックされている。＃０の出
力は時間Ｔで終了し、引続き＃７が出力されるが、それ
も時間Ｔで終了する。そして、＃７のデータは、時間１
２７Ｔの間、画面マトリクス上に保持される。この＃０
と＃７が出力されている時間に＃６とそれに続いて＃２
のデータがシフトレジスターを経由してＦＩＦＯに入力
される。それに要する時間はそれぞれ１２Ｔ、計２４Ｔ
である。したがって、＃１のデータが出力されたときに
は、＃６のデータの１２分の１が、ＦＩＦＯに入力され
たに過ぎず、＃７のデータが出力されたときでも＃６の
データの入力の６分の１が完了したに過ぎない。これら
のデータの入力には＃７のデータが画面上に表示されて
いて、ＬＣＤドライバーの動いていない時間が主として
使われる。このことから明らかなようにＦＩＦＯの前段
の回路（例えば、シフトレジスターや階調表示用各階調
別メモリー）は、ＬＣＤドライバーよりも低速で動作で
きるので、その負担は軽くて済む。

【００４０】その後、＃１のデータが出力され、データ
出力完了後、時間Ｔを置いて、＃６のデータが出力され
る。そして、＃１のデータが出力されたことによってＦ
ＩＦＯに空きができるので、次の＃５と＃３のデータが
入力される。この入力に要する時間は、＃６と＃２のデ
ータの入力に要したのと同じく、２４Ｔである。

【００４１】このようにして、＃３および＃４のデータ
がＦＩＦＯに入力され、ＬＣＤドライバーから出力され
て、１周期が完了し、これによって２５６階調表示の１
画面が形成される。以上のように、ＦＩＦＯへのデータ
の入力時間は１ビット当り、１２Ｔであったが、これ
は、＃３および＃４のデータの出力時間によって決定さ
れるものである。すなわち、図に示されているようにＦ
ＩＦＯにストックされていた＃３のデータが時間Ｔで出
力されたあと、７Ｔの間保持され、続いて、＃４のデー
タが時間Ｔで出力されたあと、１５Ｔの間保持される。
この間、２４Ｔの時間である。この時間は、他のいかな
る組合せのデータ保持時間よりも短い。したがって、こ
の間に、＃７のデータと＃１のデータをＦＩＦＯに入力
しなければならないので、ＦＩＦＯへデータを転送する
速度の最大値は、１ビット当り、１２Ｔと決定される。
もちろん、より短時間でデータを転送しても構わない。

【００４２】以上の説明では、ＦＩＦＯは２４×８ビッ
トのものであったが、これは、表示装置のマトリクスの
規模によって、決定され、Ｎ×Ｍであったならば、３×
Ｎ×Ｍである。

【００４３】以上の説明から明らかなように、高階調表
示では、時間分割を細かくおこなう必要があるので、ア
クティブ素子（ＴＦＴ）やシフトレジスター、ＬＣＤド
ライバー、ＦＩＦＯ等の回路は、極めて高速のスイッチ
ングが必要とされる。例えば、２５６階調を実現するに
は、動画は、毎秒３０枚以上繰り出される必要があるの
で、２５６Ｔ₁＜３０ｍｓｅｃ、すなわち、Ｔ₁＜１０
０μｓｅｃである。したがって、例えば、Ｘ線（ゲイト
電極に接続している）が４８０行の場合には、各Ｙ線に
は１００μｓｅｃの間に４８０個の信号が出力され、ま
た、各Ｘ線もその速度に追従してＴＦＴを駆動する必要
があるので、結局、２００ｎｓｅｃ以下のパルスが印加
され、ＴＦＴもそのようなパルスに応答できることが必
要である。図２の例では、ＮＭＯＳのＴＦＴのみを用い
たが、動作速度を上げる目的で、ＣＭＯＳ回路を有する
回路を画素に接続してもよい。例えば、ＣＭＯＳインバ
ータ回路、ＣＭＯＳ変形インバータ回路、ＣＭＯＳ変形
バッファー回路、あるいはＣＭＯＳ変形トランスファー
ゲイト回路等を用いても構わない。

【００４４】さらに、以上の説明では、１画面ごとに、
あるいは数画面ごとに周期的に液晶にかかる電圧の向き
を反転させ、液晶に直流電圧が長時間印加されることに
よって電気分解等による液晶の劣化を防止する、いわゆ
る交流化については、何ら記述しなかったが、本発明と
矛盾するものではないので、交流化をおこなって本発明
を実施しても構わないことは明らかである。

【００４５】また、画素の対向電極に適切なバイアス電
圧を印加することによって、画素材料にかかる実質的な
電圧を変化させることは可能である。例えば、画素の対
向電極に、適切な電圧を印加することにより、画素材料
に印加される電圧の向きを、正負両方取りうるようにす
ることもできる。このような操作は、例えば、強誘電性
液晶においては必要である。

【００４６】また、以上の説明では、画面は１行づつ順
に走査されていったが、１行あるいは複数行おきに走査
する、いわゆる飛び越し走査法を採用することも可能で
あることは言うまでもない。

【００４７】

【実施例】本発明を用いて、実際のモノクロ・テレビジ
ョン（ＮＴＳＣ）を駆動した場合の装置を図１２および
図１３、図１５に、駆動信号の例を図１４および図１６
に示す。

【００４８】図１２は、テレビジョンの画面部分および
その周辺回路を示しており、画面のマトリクスの大きさ
は７２０×４８０である。したがって、ＦＩＦＯは、７
２０×４８０×３＝１０３６８００ビットであり、Ｘ線
のドライバーおよびシフトレジスターは４８０ドット、
Ｙ線のドライバーおよびシフトレジスターは７２０ドッ
トである。さらに、Ｙ線のデータシフトレジスターは１
６ビット×４５のものを用いた。これらのタイミングは
ＬＣＤ階調駆動シーケンス・コントローラによって制御
した。

【００４９】画面のマトリクスは、ポリシリコンＴＦＴ
を用いて、ＣＭＯＳ（相捕型電界効果素子）トランスフ
ァー・ゲイト回路を用いた。その４つの画素に関する回
路図を図１５に示す。作製については通常の低温熱アニ
ール結晶化法を採用した。その詳細については省略す
る。このような回路を効率よく高速動作させるには、そ
の制御電極に接続されたＸ線には、図１６に示すよう
に、極性が反転するパルス信号（以下、バイポーラ・パ
ルスという）を印加するとよい。このとき、バイポーラ
パルスの極性の順序やパルスの高さ、パルスの幅は素子
の特性に応じて、設計される。図１６には、トランスフ
ァー・ゲイト回路の動作例を示したものであるが、基本
的には、バイポーラ・パルスを用いること以外は、通常
のＮＭＯＳ型回路を用いる場合と同じである。

【００５０】図１３は、テレビジョンの信号処理部分の
ブロック図を示す。通常のアナログ映像信号が、同期分
離されたのち、アナログ・デジタル・コンバータ（Ａ／
Ｄ８ｂｉｔ）によって、８ビットのデジタル映像信号に
変換され、この信号は、階調表示用階調別データメモリ
ーとして機能する、７２０ｄｏｔ×４８０ｄｏｔ×８ｂ
ｉｔのデュアルポートメモリーに一時蓄積された後、図
９のような順番で、次段のＦＩＦＯ（マトリクスの周辺
のＦＩＦＯとは異なる）に送り出され、このＦＩＦＯか
らデータセットシフトレジスターを経由して図１２のＤ
ａｔａ入力端子に出力される。これらの周辺回路につい
て、全てモノリシックＩＣを用い、ドライバー出力端子
をＸ線およびＹ線に公知のＴＡＢ法によって接続した。

【００５１】しかしながら、マトリクスの周辺回路、特
にドライバー、ＦＩＦＯ、シフトレジスターをマトリク
スと同時にポリシリコンで作製することも可能である。
その場合には、多数のＸ線、Ｙ線の接続という工程が必
要でないので、製品の歩留りを向上せしめ、価格を低下
させることができる。

【００５２】回路に加えられる信号は図１４に示され
る。Ｘ線に加えられる信号のパルス幅は１３５ｎｓｅｃ
とした。データのデータシフトレジスターへの転送には
１６ビット・データ・バスを使用した為、１ビット当り
のデータ（７２０×４８０）の転送には２１６００クロ
ックのパルスを使用した。１ビットあたりのデータ転送
時間は７８０μｓｅｃとし、例えば、＃６のデータと＃
２のデータの間は、３μｓｅｃだけ信号を加えない状態
とした。そのためのデータの周波数は２７．７ＭＨｚで
あった。以上のようにして、液晶装置で２５６階調のモ
ノクロ映像を得ることができた。

【００５３】

【発明の効果】本発明では、従来のアナログ方式の階調
表示に対し、デジタル方式の階調表示を行うことを特徴
としている。その効果として、例えば６４０×４００ド
ットの画素数を有する液晶電気光学装置を想定したばあ
い、合計２５６，０００個のＴＦＴすべての特性をばら
つき無く作製することは、非常に困難を有し、現実的に
は量産性、歩留りを考慮すると、１６階調表示が限界と
考えられているのに対し、本発明のように、全くアナロ
グ的な信号を加えることなく純粋にデジタル制御のみで
階調表示することにより、２５６階調表示以上の階調表
示が可能となった。完全なデジタル表示であるので、Ｔ
ＦＴの特性ばらつきによる階調の曖昧さは全くなくな
り、したがって、ＴＦＴのばらつきが少々あっても、極
めて均質な階調表示が可能であった。したがって、従来
はばらつきの少ないＴＦＴを得るために極めて歩留りが
悪かったのに対し、本発明によって、ＴＦＴの特性のば
らつきがさほど問題とされなくなったため、ＴＦＴの歩
留りは向上し、作製コストも著しく抑えることができ
た。

【００５４】例えば６４０×４００ドットの２５６，０
００組のＴＦＴを３００ｍｍ角に作成した液晶電気光学
装置に対し通常のアナログ的な階調表示を行った場合、
ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０％存在するために、１
６階調表示が限界であった。しかしながら、本発明によ
るデジタル階調表示をおこなった場合、ＴＦＴ素子の特
性ばらつきの影響を受けにくいために、２５６階調表示
まで可能になりカラー表示ではなんと１６，７７７，２
１６色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現できてい
る。テレビ映像の様なソフトを映す場合、例えば同一色
からなる『岩』でもその微細な窪み等から微妙に色合い
が異なる。自然の色彩に近い表示を行おうとした場合、
１６階調では困難を要する。本発明による階調表示によ
って、これらの微細な色調の変化を付けることが可能に
なった。

【００５５】本発明の実施例では、シリコンを用いたＴ
ＦＴを中心に説明を加えたが、ゲルマニウムを用いたＴ
ＦＴも同様に使用できる。とくに、単結晶ゲルマニウム
の電子移動度は３６００ｃｍ²／Ｖｓ、ホール移動度は
１８００ｃｍ²／Ｖｓと、単結晶シリコンの値（電子移
動度で１３５０ｃｍ²／Ｖｓ、ホール移動度で４８０ｃ
ｍ²／Ｖｓ）の特性を上回っているため、高速動作が要
求される本発明を実行する上で極めて優れた材料であ
る。また、ゲルマニウムは非晶質状態から結晶状態へ遷
移する温度がシリコンに比べて低く、低温プロセスに向
いている。また、結晶成長の際の核発生率が小さく、し
たがって、一般に、多結晶成長させた場合には大きな結
晶が得られる。このようにゲルマニウムはシリコンと比
べても遜色のない特性を有している。

【００５６】本発明の技術思想を説明するために、主と
して液晶を用いた電気光学装置、特に表示装置を例とし
て説明を加えたが、本発明の思想を適用するには、なに
も直視型の表示装置である必要はなく、いわゆるプロジ
ェクション型テレビやその他の光スイッチ、光シャッタ
ーであってもよい。さらに、電気光学材料も液晶に限ら
ず、電界、電圧等の電気的な影響を受けて光学的な特性
の変わるものであれば、本発明が適用できることは明ら
かであろう。さらに、液晶の動作形態についても、以上
の説明で用いた動作以外に、他のモードでの使用、例え
ば、ゲストホストモードでの使用であっても、本発明が
適用できることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による駆動波形の例を示す。

【図２】本発明による駆動波形の例を示す。

【図３】本発明による駆動波形の例を示す。

【図４】本発明によるマトリクス構成の例を示す。

【図５】本発明による素子の平面構造の例を示す。

【図６】本発明による電気光学装置のブロック図を示
す。

【図７】本発明におけるアナログ映像データのデジタ
ル映像データへの変換法を示す。

【図８】本発明におけるデータの転送順序の例を示
す。

【図９】本発明におけるデータの転送順序の例を示
す。

【図１０】本発明におけるデータの転送方法の例を示
す。

【図１１】本発明における駆動信号の例を示す。

【図１２】実施例における液晶表示装置のブロック図を
示す。

【図１３】実施例における液晶表示装置のブロック図を
示す。

【図１４】実施例における駆動信号の例を示す。

【図１５】実施例におけるマトリクス構成の例を示す。

【図１６】実施例における駆動信号の例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/66 Ａ 7205−5Ｃ１０２Ｂ 7205−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にＮ本の信号線Ｘ_1,Ｘ_2,..Ｘ_n,..Ｘ
_Nと、それに直交するＭ本の信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..Ｙ_m,..Ｙ
_Mとによってマトリクス状に形成された配線と、各マト
リクスの交差点領域には、少なくとも１つのＮチャネル
型薄膜トランジスタあるいは、Ｐチャネル型薄膜トラン
ジスタと、各信号線の交差点領域に設けられた画素Ｚ
_11,Ｚ₁₂,...Ｚ_mn,...Ｚ_MNとを有し、各薄膜トランジス
タの出力端子は各画素を構成する静電装置の電極の一方
に接続され、該薄膜トランジスターの制御電極は信号線
Ｘ_1,Ｘ₂,..Ｘ_n,..Ｘ_Nに、入力端子は信号線Ｙ_1,Ｙ_2,..
Ｙ_m,..Ｙ_Mに接続された電気光学装置において、任意の
信号線Ｘ_nに印加されるパルスにおいて、ｉを有限な自
然数とするとき、ｉ番目と（ｉ＋１）番目のパルスの間
隔がＴ₁で、（ｉ＋１）番目のパルスと（ｉ＋２）番目
のパルスの間隔が２^NＴ₁（Ｔ₁は定数、Ｎは整数）
で、それぞれ、表されるとき、（ｉ＋２）番目と（ｉ＋
３）番目のパルスの間隔は２Ｔ₁、（ｉ＋３）番目と
（ｉ＋４）番目のパルスの間隔は、２^N-1Ｔ₁でそれぞ
れ表されることを特徴とする電気光学装置の画像表示方
法
【請求項２】アクティブマトリクスを有する表示装置と
第１のアクティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の
駆動回路に接続したファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置と、前記ファースト・イン・ファー
スト・アウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライ
バーと、第２のアクティブマトリクス表示装置駆動回路
と第２の駆動回路に接続したシフト・ドライバーと、を
有することを特徴とする電気光学表示装置。
【請求項３】アクティブマトリクスを有する表示装置と
第１のアクティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の
駆動回路に接続したファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置と、前記ファースト・イン・ファー
スト・アウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライ
バーと、を有する電気光学表示装置において、Ｎを任意
の有限な自然数とするとき、Ｎ番目の画像信号を前記ア
クティブマトリクス表示装置に出力している時には、前
記ファースト・イン・ファースト・アウト・メモリー装
置には、（Ｎ＋１）番目と（Ｎ＋２）番目の映像信号が
記憶されていることを特徴とする画像表示方法。
【請求項４】アナログの映像信号を、二進法演算によっ
てｋ桁（ｋは偶数）のデジタル映像信号とする演算装置
と、アクティブマトリクスを有する表示装置と第１のア
クティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の駆動回路
に接続したファースト・イン・ファースト・アウト・メ
モリー装置と、前記ファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライバーと、
を有する電気光学表示装置において、デジタル信号の第
（ｋ−２ｊ＋１）桁（ｊはｊ＜ｋ／２の整数）の画像信
号を前記アクティブマトリクス表示装置に出力している
時には、前記ファースト・イン・ファースト・アウト・
メモリー装置には、第（２ｊ−１）桁の映像信号が記憶
されて、第（ｋ−２ｊ＋２）桁の映像信号が、前記ファ
ースト・イン・ファースト・アウト・メモリー装置に転
送されていることを特徴とする画像表示方法。
【請求項５】アナログの映像信号を、二進法演算によっ
てｋ桁（ｋは偶数）のデジタル映像信号とする演算装置
と、アクティブマトリクスを有する表示装置と第１のア
クティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の駆動回路
に接続したファースト・イン・ファースト・アウト・メ
モリー装置と、前記ファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライバーと、
を有する電気光学表示装置において、デジタル信号の第
（ｋ−２ｊ）桁（ｊはｊ＜ｋ／２の整数）の画像信号を
前記アクティブマトリクス表示装置に出力している時に
は、前記ファースト・イン・ファースト・アウト・メモ
リー装置には、第（２ｊ）桁の映像信号が記憶されて、
第（ｋ−２ｊ＋１）桁の映像信号が、前記ファースト・
イン・ファースト・アウト・メモリー装置に転送されて
いることを特徴とする画像表示方法。
【請求項６】アナログの映像信号を、二進法演算によっ
てｋ桁（ｋは偶数）のデジタル映像信号とする演算装置
と、アクティブマトリクスを有する表示装置と第１のア
クティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の駆動回路
に接続したファースト・イン・ファースト・アウト・メ
モリー装置と、前記ファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライバーと、
を有する電気光学表示装置において、前記デジタル映像
信号のうち、第（ｋ−２ｊ＋１）桁（ｊはｊ＜ｋ／２の
整数）の画像信号が前記ファースト・イン・ファースト
・アウト・メモリー装置に入力された後、第（２ｊ−
１）桁の映像信号が前記ファースト・イン・ファースト
・アウト・メモリー装置に入力されることを特徴とする
画像表示方法。
【請求項７】アナログの映像信号を、二進法演算によっ
てｋ桁（ｋは偶数）のデジタル映像信号とする演算装置
と、アクティブマトリクスを有する表示装置と第１のア
クティブマトリクス表示装置駆動回路と第１の駆動回路
に接続したファースト・イン・ファースト・アウト・メ
モリー装置と、前記ファースト・イン・ファースト・ア
ウト・メモリー装置に接続したシフト・ドライバーと、
を有する電気光学表示装置において、前記デジタル映像
信号のうち、第（ｋ−２ｊ）桁（ｊはｊ＜ｋ／２の整
数）の画像信号が前記ファースト・イン・ファースト・
アウト・メモリー装置に入力された後、第（２ｊ）桁の
映像信号が前記ファースト・イン・ファースト・アウト
・メモリー装置に入力されることを特徴とする画像表示
方法。
【請求項８】アナログの映像信号を、二進法演算によっ
てｋ桁（ｋは偶数）のデジタル映像信号とする演算装置
と、ｋ桁の信号を各桁ごとに蓄積する記憶装置と、アク
ティブマトリクスを有する表示装置と、第１のアクティ
ブマトリクス表示装置駆動回路と第１の駆動回路に接続
したファースト・イン・ファースト・アウト・メモリー
装置と、前記ファースト・イン・ファースト・アウト・
メモリー装置に接続したシフト・ドライバーと、を有す
ることを特徴とする電気光学表示装置において、前記記
憶装置から前記シフト・ドライバーへデジタル映像信号
が送られることを特徴とする電気光学装置の画像表示方
法。