JPH06230746A - Active-matrix liquid-crystal display system and operating method of said system - Google Patents

Active-matrix liquid-crystal display system and operating method of said system

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JPH06230746A
JPH06230746A JP41791790A JP41791790A JPH06230746A JP H06230746 A JPH06230746 A JP H06230746A JP 41791790 A JP41791790 A JP 41791790A JP 41791790 A JP41791790 A JP 41791790A JP H06230746 A JPH06230746 A JP H06230746A
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address lines
pair
mim
charge
storage element
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JP41791790A
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Japanese (ja)
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Boer Willem Den
ウイレム・デン・ブウル
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OPTICAL IMAGING SYST
OIS Optical Imaging Systems Inc
Original Assignee
O I S OPT IMEEJINGU SYST Inc
OPTICAL IMAGING SYST
OIS Optical Imaging Systems Inc
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Abstract

PURPOSE: To provide the active matrix liquid crystal display system which includes a storage element and an MIM diode block element and its driving method. CONSTITUTION: The storage element 46 has its address specified through pairs of parallel row select address lines 12 and 12', 14 and 14', and column address lines 18 and 20. A couple of MIM devices 34 and 36 are connected between the row select address lines 12 and 12', and the storage element 46 is connected between a common node 38 and a column address line 18 which is applied with a charging potential. When the storage element is discharged, an operating potential, having the opposite polarity, is applied to the pairs of row select address lines, so that the two MIM devices are biased forward and backward, and consequently electric charges are held in the storage element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般に、電子マトリック
スシステム及び該システムの作動方法に関する。本発明
は中でも特に、蓄積素子を含み且つMIMダイオードブ
ロッキング素子を使用しているマトリックスシステム、
及び電荷を選択された蓄積素子に速やかに蓄積させ且つ
蓄積された電荷を効果的に保存するための駆動手段に関
する。本発明は、蓄積素子が表示用画素の形態をとって
いる能動マトリックス液晶表示システムに特に有効であ
る。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to electronic matrix systems and methods of operating the systems. The present invention is particularly directed to a matrix system including a storage element and using a MIM diode blocking element,
And a driving means for promptly accumulating charges in a selected storage element and effectively storing the accumulated charges. The present invention is particularly useful in active matrix liquid crystal display systems in which the storage elements are in the form of display pixels.

【0002】[0002]

【従来の技術】多くの電子マトリックスシステムでは、
それぞれが単一のアドレスを有する蓄積素子のアレイ
は、電荷を蓄積させるのに使用され、また例えばメモリ
アレイ及び光感応表示装置(light influe
ncing displays)を含み得る。この光感
応表示装置では、蓄積素子は画素の形態をとっている。
画素は一般に、離隔され且つ対面する1組の電極を含ん
でおり、これらの電極はその間に配置された光感応材料
を有する。その結果、各画素は、電荷が蓄積され得るコ
ンデンサを構成している。画素に電荷が蓄積されると、
電圧電位が電極を横切って、電界が光感応材料を横切
る。蓄積された電荷の量を制御することにより、光感応
材料の特性が、所望の光感応効果を得るように制御され
得る。
In many electronic matrix systems,
An array of storage elements, each having a single address, is used to store charge, and may be used, for example, in memory arrays and light sensitive displays.
ncing displays). In this light sensitive display device, the storage element is in the form of a pixel.
Pixels generally include a set of spaced and facing electrodes with the light sensitive material disposed therebetween. As a result, each pixel constitutes a capacitor capable of accumulating charges. When the charge is accumulated in the pixel,
A voltage potential traverses the electrodes and an electric field traverses the photosensitive material. By controlling the amount of stored charge, the properties of the photosensitive material can be controlled to obtain the desired photosensitive effect.

【0003】光感応材料が液晶材料のときは、材料に与
えられる電界が一定の閾値を上回ると、液晶材料分子の
整列が実施され得る。よく知られているように、液晶表
示システムは一般に、このシステムの両側に配置される
偏光子(polarizes)と、液晶表示用材料の両
側に配置される整列層とを含んでいる。液晶表示用材料
を横切る電界が閾値を上回ると、画素は偏光子と整列層
との相対的な整列に応じて光透過性又は光吸収性を有し
得る。電界が閾値を下回ると、反対の光感応作用が得ら
れ得る。表示システムは一般に多くの画素を含んでいる
ので、画像は、どの画素が光透過性を有し、どの画素が
光吸収性を有するかを選択的に制御することにより形成
され得る。
When the light-sensitive material is a liquid crystal material, alignment of the liquid crystal material molecules can be performed when the electric field applied to the material exceeds a certain threshold. As is well known, liquid crystal display systems generally include polarizers disposed on opposite sides of the system and alignment layers disposed on opposite sides of the liquid crystal display material. When the electric field across the liquid crystal display material exceeds a threshold value, the pixel may be light transmissive or light absorbing depending on the relative alignment of the polarizer and the alignment layer. When the electric field falls below the threshold, the opposite photosensitivity may be obtained. Since display systems generally include many pixels, an image can be formed by selectively controlling which pixels are light transmissive and which are light absorptive.

【0004】液晶表示システム(LCD)では、一定の
間隔で、例えば30フレーム/秒のフレーム速度で各画
素の条件を更新することが必要である。画素は限定され
た時間、与えられた電位を保存するか又は蓄積すること
ができるので、上記の作業が必要である。ネマチック液
晶表示用材料が使用されるときにも更新が必要である。
何故ならば、与えられる電位は、このような液晶表示用
材料の劣化を避けるために、代替(alternat
e)フレーム中は反対にされなければならないからであ
る。表示された画像が規則的に変化することが予想され
るとき、例えば表示された画像が絶えず動いているとき
にも更新が必要である。従って、電荷を速やかに画素に
転送して蓄積させ、且つ少なくとも1つのフレーム期間
の間、蓄積された電荷を有効に保存する能力が重要であ
る。
In a liquid crystal display system (LCD), it is necessary to update the condition of each pixel at regular intervals, for example at a frame rate of 30 frames / sec. This is necessary because the pixel can store or store the applied potential for a limited time. Renewal is also needed when nematic liquid crystal display materials are used.
Because the applied electric potential is an alternator to avoid such deterioration of the liquid crystal display material.
e) It must be reversed during the frame. Updates are also needed when the displayed image is expected to change regularly, for example when the displayed image is constantly moving. Therefore, the ability to quickly transfer and store charge to a pixel and to effectively store the stored charge for at least one frame period is important.

【0005】液晶表示システムの画素を正確に駆動する
ために、能動マトリックスが使用されていた。このよう
な能動マトリックスでは、各画素は1つ以上の閾値装置
に結合されており、画素に蓄積されるべき電位は、この
閾値装置を通じて画素に与えられる。閾値装置は電界効
果トランジスタ又はp−i−nダイオードの形態をとっ
ていた。例えば、構成の異なる閾値装置を使用する種々
の能動マトリックスが、例えばアノード−カソード間ダ
イオードの構成でのディスクリート結晶性シリコンダイ
オードを開示しているMarlowe等による米国特許
第3,654,606号、リングダイオード構造体を教
示するMiner等による米国特許第4,251,13
6号、及び論文”Active Addressing
for Flat Panel Display”
(62 Japan Display 1986)を含
む多数の参考文献に開示されている。
Active matrices have been used to accurately drive the pixels of liquid crystal display systems. In such an active matrix, each pixel is coupled to one or more threshold devices and the electric potential to be stored in the pixels is applied to the pixels through this threshold device. The threshold device was in the form of a field effect transistor or a pin diode. For example, various active matrices using differently configured threshold devices have been disclosed, for example, by Marlowe et al., US Pat. No. 3,654,606, Ring, which discloses a discrete crystalline silicon diode in an anode-cathode diode configuration. US Pat. No. 4,251,13 to Miner et al. Teaching a diode structure.
No. 6 and paper "Active Addressing"
for Flat Panel Display ”
(62 Japan Display 1986).

【0006】閾値装置としてアモルファスシリコンダイ
オードを使用する能動マトリックス液晶表示システムは
例えば、1989年9月19日に発行されたRober
tR. Johnson,Vincent D. Ca
nnella及びZviYanivによる米国特許第
4,868,616号に開示されている。この特許で開
示されている少なくとも1つの実施例では、各画素はア
ドレスラインの対と共通節点との間に対向しないアノー
ド−カソードの関係で結合された1組のp−i−nダイ
オードを含んでいる。画素の一方の電極は共通節点に結
合され、他方の電極は、画素を充電する電位が与えられ
る他方のアドレスライン又はデータラインに結合されて
いる。ネマチック液晶表示用材料は電極間に配置されて
いる。充電電位が画素に与えられると、アドレスライン
の対及びデータラインに与えられる電位により、一方の
p−i−nダイオードはバイアスがかけられてオフ状態
となり、他方のp−i−nダイオードはバイアスされて
オン状態となる。従って画素を充電させるために、充電
電位が一方のp−i−nダイオードを通じて与えられ
る。その結果、画素を充電させるのに十分な電流を有す
る画素を提供するためには、オン状態のp−i−nダイ
オードの非線形特性が克服されねばならない。この電流
を提供するためには、p−i−nダイオードを通じての
電圧降下が克服されねばならず、また充電電位も、p−
i−nダイオードにより与えられる直列抵抗を調整する
のに十分な時間だけ与えられねばならない。次のフレー
ム中、ダイオードの状態は、充電電位の極性の逆転を調
整するように反対にされる。これにより、共通節点での
電圧が変化し得る。共通節点での電位のこのような分散
は、画素が充電される最高電圧を制御するのに困難を呈
し、また表示システムのグレイスケール操作に悪影響を
及ぼし得る。
Active matrix liquid crystal display systems that use amorphous silicon diodes as threshold devices are described, for example, in Robert issued September 19, 1989.
tR. Johnson, Vincent D.M. Ca
It is disclosed in US Pat. No. 4,868,616 by Nnella and Zvi Yaniv. In at least one embodiment disclosed in this patent, each pixel includes a pair of pin diodes coupled in non-opposing anode-cathode relationship between a pair of address lines and a common node. I'm out. One electrode of the pixel is coupled to the common node and the other electrode is coupled to the other address line or data line to which a potential for charging the pixel is applied. The nematic liquid crystal display material is arranged between the electrodes. When a charging potential is applied to a pixel, one of the p-i-n diodes is biased into an off state and the other p-i-n diode is biased by the potential applied to the pair of address lines and the data line. Will be turned on. Therefore, a charging potential is applied through one of the p-i-n diodes to charge the pixel. As a result, in order to provide the pixel with sufficient current to charge the pixel, the non-linear characteristics of the on-state pin diode must be overcome. In order to provide this current, the voltage drop across the p-i-n diode must be overcome and the charging potential must also be p-.
It must be provided for a time sufficient to adjust the series resistance provided by the in diode. During the next frame, the diode states are reversed to coordinate the reversal of the polarity of the charging potential. This may change the voltage at the common node. Such distribution of potentials at common nodes can present difficulties in controlling the maximum voltage at which a pixel is charged and can adversely affect grayscale operation of the display system.

【0007】中でも特に、p−i−nダイオードはこの
ダイオードに関係する特性キャパシタンスを有する。こ
のキャパシタンスは画素の操作を低下させ得る。p−i
−nダイオードのキャパシタンスの好ましくない作用の
例としては、液晶画素のキャパシタンスに蓄積された電
荷に反対の極性を与えると、画素に与えられる電荷に対
する画素の感度が低減され得る。アドレッシング(即
ち、能動マトリックス液晶表示システム内の個々の画素
を充電させ且つ放電させるように、一連の電気パルスを
液晶マトリックスアレイに与えること)のために従来使
用されていた実質的に全ての方法で、上記作用が確認さ
れており、通常”キャパシティブキック”作用として知
られている。p−i−nダイオードが、このダイオード
に関係するキャパシタンスを再度充電させることにより
画素上の電荷を蓄積させるか又は散逸させるように、オ
フ状態又はブロッキング状態から、オン状態又は通電状
態に切り替えられると、p−i−nダイオード上に存在
する電荷を散逸させるのに必要な電流は、画素のキャパ
シタンスを再度充電させるのに必要な電流とは区別され
得ない。この状況では液晶画素は不適切な回数だけ充電
され得る。ダイオード装置がそれを防止するために使用
されていることがまさに問題であった。これらの型の駆
動方法の例は、例えばMarlowe等による米国特許
第3,654,606号及びPankratz等による
米国特許第3,765,747号に開示されている。
Among others, the pin diode has a characteristic capacitance associated with it. This capacitance can reduce the operation of the pixel. p-i
As an example of the unfavorable effect of the capacitance of a -n diode, imparting an opposite polarity to the charge stored in the capacitance of a liquid crystal pixel can reduce the sensitivity of the pixel to the charge imparted to the pixel. Substantially all of the methods conventionally used for addressing (ie, applying a series of electrical pulses to a liquid crystal matrix array to charge and discharge individual pixels in an active matrix liquid crystal display system). The above effect has been confirmed and is commonly known as the "capacitive kick" effect. When a p-i-n diode is switched from an off or blocking state to an on or conducting state so as to store or dissipate the charge on the pixel by recharging the capacitance associated with this diode. , The current required to dissipate the charge present on the p-i-n diode cannot be distinguished from the current required to recharge the pixel capacitance. In this situation, the liquid crystal pixels can be charged improperly. It was just a problem that diode devices were used to prevent it. Examples of these types of driving methods are disclosed, for example, in Marlowe et al., U.S. Pat. No. 3,654,606 and Pankratz et al., U.S. Pat. No. 3,765,747.

【0008】p−i−nダイオードがオン又は通電状態
からオフ又はブロッキング状態に切り替えられる充電期
間の最後に、”キャパシティブキック”として知られて
いる、場合によってはより深刻な同様の問題が生じる。
通常この時点でのp−i−nダイオードは、電流を運ぶ
ダイオードの電極を通じての相当の電圧降下を生じる。
この電圧降下により、画素の液晶素子のキャパシタンス
から絶縁装置のキャパシタンスに電荷が相当転送され得
る。この電荷の転送により、電圧は液晶素子を通じて維
持されず、またこの転送は、液晶素子で蓄積されている
電流とは容易に区別され得ない。それにより液晶素子に
蓄積された情報の正確さは悪影響を受ける。
At the end of the charging period when the p-i-n diode is switched from the on or conducting state to the off or blocking state, a possibly more serious similar problem known as "capacitive kick" occurs.
Normally, the p-i-n diode at this point causes a considerable voltage drop across the electrode of the diode carrying the current.
Due to this voltage drop, a considerable charge can be transferred from the capacitance of the liquid crystal element of the pixel to the capacitance of the isolation device. Due to this charge transfer, no voltage is maintained through the liquid crystal element, and this transfer cannot be easily distinguished from the current stored in the liquid crystal element. This adversely affects the accuracy of the information stored in the liquid crystal element.

【0009】従来の液晶素子のアレイでは、”キャパシ
ティブキック”作用は常に存在して、常に液晶素子の信
号対雑音比に悪影響を及ぼしている。”キャパシティブ
キック”又は”キャパシティブキックバック”の問題の
大きさは、p−i−nダイオードと液晶素子との間の相
対的な寸法差(、従ってこれらの要素のキャパシタンス
の比率)に直接関係する。これは、回路素子のキャパシ
タンスが回路素子の物理的寸法に直接関係するからであ
る。前述した電荷の転送により液晶素子上でのビデオ電
圧の蓄積が妨げられないようにするために、従来液晶素
子:p−i−nダイオードの寸法比を最小限5:1
に(、好ましくは10:1以上の比に)維持することが
所望されていた。
In conventional arrays of liquid crystal elements, the "capacitive kick" effect is always present and always adversely affects the signal to noise ratio of the liquid crystal element. The magnitude of the "capacitive kick" or "capacitive kickback" problem is directly related to the relative size difference between the pin diode and the liquid crystal element (and thus the ratio of the capacitances of these elements). . This is because the capacitance of the circuit element is directly related to the physical dimensions of the circuit element. In order to prevent the above-mentioned charge transfer from hindering the accumulation of the video voltage on the liquid crystal element, the dimension ratio of the conventional liquid crystal element: the p-i-n diode should be at least 5: 1.
It has been desired to maintain at (preferably at a ratio of 10: 1 or higher).

【0010】”キャパシティブキック”は重大な問題と
なって、比較的小さな区域の液晶素子を含んでいる解像
度の高い液晶表示システムの性能を大幅に制限してい
る。このようなアレイで”キャパシティブキック”の問
題が増すのは、液晶素子区域のブロッキング素子区域に
対する比率が相当小さくなるからである。所望されるよ
り大きな比率は維持され得ない。何故ならば、リトグラ
フィに対して物理的制約があり、またリトグラフィの最
小外形寸法が小さくなると生産性の問題が遥かに深刻と
なる広域表示システムでは特に、プロセッシングがブロ
ッキング素子の寸法に関して下限を設定するからであ
る。その結果、絶対的感度及び操作速度は従来、液晶表
示システムの解像度が増すと低減していた。
"Capacitive kick" has become a serious problem and severely limits the performance of high resolution liquid crystal display systems containing relatively small area liquid crystal elements. The problem of "capacitive kick" in such arrays is increased because the ratio of liquid crystal element area to blocking element area is considerably smaller. Greater than desired ratios cannot be maintained. This is because processing has a lower limit on the size of the blocking element, especially in wide area display systems where there are physical constraints on lithography, and productivity problems become much more serious when the minimum external dimensions of lithography become smaller. This is because it is set. As a result, absolute sensitivity and operating speed have traditionally decreased as the resolution of liquid crystal display systems increased.

【0011】”キャパシタンスキック及びキャパシタン
スキックバック”に関連する前述した問題を防止する駆
動方法については唯一、Baron等による米国特許第
4,731,610号に開示されている。しかしながら
この特許は、共通節点の周辺に配置されるブロッキング
素子としてp−i−nダイオードと電界効果トランジス
タとを使用するLCDの教示に限定されている。後に詳
述する如く、これらの型の装置は、LCDで使用すると
固有の欠点を有する。これらの欠点は本特許により解決
される。
A driving method which avoids the aforementioned problems associated with "capacitance kick and capacitance kickback" is the only one disclosed in Baron et al., US Pat. No. 4,731,610. However, this patent is limited to the teachings of LCDs that use pin diodes and field effect transistors as blocking elements located around a common node. As discussed in more detail below, these types of devices have their own drawbacks when used in LCDs. These drawbacks are solved by this patent.

【0012】中でも特に、FET及びp−i−nダイオ
ードはLCDで使用されるときには、それぞれ製造に7
又は4までのマスク段階(mask steps)を必
要とし、また1マイクロメータの臨界整列を必要とす
る。従って、これらの複雑な構造は製造工程に対して使
用可能なコンポーネントの生産性を低減させ、従って生
産コストが増大する。更には、FETはアドレスライン
を共通の基板上でクロスさせる必要があるが、これは短
絡を商事、更には生産性を低減させる。その代わりにこ
の特許明細書に開示されているLCD装置は、2回とい
う少ないマスク段階により製造され得る金属−絶縁体−
金属(MIM)型ブロッキング素子を備えており、これ
により製造が更に簡単となり、また生産性が増大する。
更には、後述するMIMを装着したLCDを前述した平
衡化駆動アドレス方法により駆動することにより、前述
した無数の問題(即ちキャパシタンスキック等)が避け
られ得る。従来技術であるMIM装置を装着したLCD
はMIMを含んでいるといっても、液晶画素に直列に配
置されているMIMが1つあるにすぎない。その結果、
1)装置の不安定性により画像が保存され、蓄積作用が
画像品質を低下させ、2)大きな装置のキャパシタンス
が前述した”キックバック作用”を生じ、また3)表示
区域での装置の不均一性に起因してグレイスケール制御
及びグレイスケールの均一性が欠如することを特徴とす
る表示システムの欠陥が生じる。
In particular, the FET and the p-i-n diode, when used in an LCD, are each manufactured 7 times.
Or requires mask steps up to 4 and requires a critical alignment of 1 micrometer. Therefore, these complex structures reduce the productivity of the components available to the manufacturing process and thus increase production costs. Moreover, the FETs require the address lines to be crossed on a common substrate, which reduces shorts and further reduces productivity. Instead, the LCD device disclosed in this patent specification is metal-insulator-that can be manufactured with as few mask steps as two times.
It is equipped with a metal (MIM) type blocking element, which further simplifies manufacturing and increases productivity.
Furthermore, by driving an LCD having a MIM, which will be described later, by the above-mentioned balanced drive addressing method, the myriad of problems (that is, capacitance kick, etc.) described above can be avoided. LCD equipped with MIM device which is a conventional technology
Even though it includes MIM, there is only one MIM arranged in series with the liquid crystal pixel. as a result,
1) image instability due to device instability, storage effects reduce image quality, 2) large device capacitance causes the aforementioned "kickback effect", and 3) device non-uniformity in the display area. A display system defect is characterized by a lack of gray scale control and gray scale uniformity.

【0013】前述した問題の外に、広域電子マトリック
ス、例えば広域表示システム、即ちマトリックスの全長
及び全幅に関してまさに同一のI−V特性を有する装置
の製造は困難であった。従って、特定のグレイスケール
作用又はレベルに達するために1つの画素にかけられる
電圧は、特に第1の画素から若干離れた所に位置する他
の画素にかけられるときには、まったく同一のグレイス
ケール作用又はレベルを生じ得ない。
In addition to the problems mentioned above, it has been difficult to manufacture wide area electronic matrices, such as wide area display systems, ie devices having exactly the same IV characteristics with respect to the total length and width of the matrix. Thus, a voltage applied to one pixel to reach a particular grayscale effect or level will have exactly the same grayscale effect or level, especially when applied to another pixel located some distance from the first pixel. It cannot happen.

【0014】従って、能動マトリックスLCDの構成、
及びMIMのような閾値装置の製造を簡単にする一方
で、その固有の制限を排除するアドレッシング法が必要
である。
Therefore, the structure of the active matrix LCD,
There is a need for an addressing method that simplifies the manufacture of threshold devices, such as MIM and MIM, while eliminating their inherent limitations.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の液晶画
素の中の選択された1つに電荷を速やかに蓄積させ且つ
その電荷を効果的に保存させるための能動マトリックス
液晶表示システムを提供する。このシステムは、実質的
に平行な複数のアドレスラインの対と、アドレスライン
の対と複数の交点を形成するためにアドレスラインの対
とある角度で交差し且つアドレスラインの対から間隔を
置いて配置されている実質的に平行な複数の付加的アド
レスラインと、交点で結合されたアドレスラインの対の
間で共通節点に直列に結合されている1組の閾値装置と
を含んでいる。本発明で使用される閾値装置は、極性と
は関係なく、低いバイアスで電流を遮断し(即ち電圧5
Vで電流10−11A)且つ高いバイアスで電流を通す
(即ち電圧15Vで電流10−6A)MIM型装置に限
定される。何故ならばMIM装置は双方向性であり、従
って装置のIV曲線は極性に対して対称となるからであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an active matrix liquid crystal display system for rapidly accumulating and effectively storing charge in a selected one of a plurality of liquid crystal pixels. To do. The system intersects the address line pairs at an angle and is spaced from the address line pairs to form a plurality of substantially parallel address line pairs and intersections with the address line pairs. Included are a plurality of substantially parallel additional address lines disposed and a set of threshold devices serially coupled to a common node between pairs of address lines coupled at the intersections. The threshold device used in the present invention cuts off the current at a low bias (ie voltage 5) regardless of polarity.
V at a current 10 -11 A) and passing a current at a high bias (i.e. limited by the voltage 15V current 10 -6 A) MIM type devices. This is because the MIM device is bidirectional, so the IV curve of the device is symmetrical with respect to polarity.

【0016】各液晶画素は、共通節点の1つと付加的ア
ドレスラインの1つとの間で結合されている。このシス
テムは更に、アドレスラインの対に結合された蓄積素子
での電荷の蓄積を容易にするように閾値装置を通電状態
にバイアスさせるために、実質的に大きさが等しく且つ
極性が反対の第1の動作電位をアドレスラインの対に与
える第1の手段と、第1の動作電位がアドレスラインの
対に与えられている間に、蓄積されるべき電荷を選択さ
れた蓄積素子に提供するように付加的アドレスラインの
選択された1つに電位を与える第2の手段とを含んでい
る。
Each liquid crystal pixel is coupled between one of the common nodes and one of the additional address lines. The system further comprises a substantially equal magnitude and opposite polarity second bias to bias the threshold device to a conductive state to facilitate charge storage in a storage element coupled to the pair of address lines. First means for applying an operating potential of 1 to the pair of address lines, and for providing charge to be stored to the selected storage element while the first operating potential is applied to the pair of address lines. And second means for applying a potential to a selected one of the additional address lines.

【0017】MIM装置は低いバイアスで電流の流れに
対して高いインピーダンスを提供する型なので、前記第
1の電位付加手段は、アドレスラインの対に結合された
画素に蓄積された電荷の保存を簡単にするために、実質
的にMIM装置の通電用電圧以下の第2の動作電位をア
ドレスラインの対の間に与える。
Since the MIM device is of a type that provides a high impedance with respect to the flow of current at a low bias, the first potential applying means can easily store the charge accumulated in the pixels coupled to the pair of address lines. In order to achieve the above, a second operating potential substantially equal to or lower than the voltage for energizing the MIM device is applied between the pair of address lines.

【0018】本発明は更に、表示システム内の複数の画
素の中の選択された1つに電荷を速やかに蓄積させ且つ
その電荷を効果的に保存するための、MIM装置を含ん
でいる能動マトリックスLCDの動作方法を提供する。
本方法は、実質的に平行な複数のアドレスラインの対を
提供し、アドレスラインの対と複数の交点を形成するた
めにアドレスラインの対とある角度で交差し且つアドレ
スラインの対と間隔を置いて配置される実質的に平行な
複数の付加的アドレスラインを提供し、且つ1組のMI
M装置を、交点で結合されたアドレスライン間で共に共
通節点に結合する段階を含んでいる。MIM装置は、極
性とは関係なく低いバイアスで電流を遮断し且つ高いバ
イアスで電流を通す型である。何故ならば、MIM装置
は双方向性であり、従ってこの装置のIV特性は極性に
対して対称だからである。本方法は更に、共通節点の1
つと付加的アドレスラインの1つとの間で各画素を結合
し、アドレスラインに結合された蓄積素子での電荷の蓄
積を容易にするために、(実質的に大きさが等しく且つ
極性が反対の)第1の動作電位をアドレスライン間に与
え、且つ選択された画素で電荷を蓄積させるために、第
1の動作電位をアドレスラインの対に与えている間に、
付加的アドレスラインの選択された1つに充電電位を与
える段階を含んでいる。
The present invention further includes an active matrix, including a MIM device, for rapidly accumulating and effectively storing charge in a selected one of a plurality of pixels in a display system. A method of operating an LCD is provided.
The method provides a plurality of pairs of address lines that are substantially parallel, intersects the pair of address lines at an angle and is spaced apart from the pair of address lines to form a plurality of intersections with the pair of address lines. Providing a plurality of substantially parallel additional address lines that are placed side by side and having a set of MIs
The step of coupling the M devices together at the common node between the address lines coupled at the intersections. The MIM device is a type that cuts off current with a low bias and passes current with a high bias regardless of polarity. This is because the MIM device is bidirectional, and thus the IV characteristic of this device is symmetrical with respect to polarity. The method further includes the common node 1
One of the additional address lines and one of the additional address lines to facilitate storage of charge in the storage element coupled to the address line (substantially equal in magnitude and opposite in polarity). ) A first operating potential is applied between the address lines, and while the first operating potential is applied to the pair of address lines in order to accumulate charges in the selected pixel,
The step of applying a charging potential to a selected one of the additional address lines is included.

【0019】MIM装置は低いバイアスで電流の流れに
対して高いインピーダンスを提供する型なので、本方法
は更にアドレスラインの対に結合された画素に蓄積され
た電荷の保存を容易にするために、MIM装置を第2の
状態にバイアスさせるべく大きさが実質的に等しい第2
の動作電位をアドレスラインの対の間に与える段階を含
んでいる。
Since the MIM device is of the type that provides high impedance to current flow at low bias, the method further facilitates storage of the charge stored in the pixels coupled to the address line pairs. A second of substantially equal magnitude to bias the MIM device in the second state.
Of operating potentials between the pairs of address lines.

【0020】[0020]

【実施例】図1は、本発明による能動マトリクス液晶表
示システム10を示す、概略的な回路図の形態の説明図
である。システム10は、各々実質的に互いに平行な2
本の行選択ライン12、12′、14、14′、及び1
6、16′から成る3つのアドレスライン対と、実質的
に互いに平行な2本の付加的アドレスラインもしくは列
アドレスライン18及び20とを含む。列アドレスライ
ン18及び20は行選択アドレスライン対を該アドレス
ライン対に接触せずに所与の角度で横切って、複数の交
点を構成している。好ましくは、列アドレスライン18
及び20は行選択アドレスライン対と実質的に直角に交
叉する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 is an illustration in the form of a schematic circuit diagram showing an active matrix liquid crystal display system 10 according to the present invention. The system 10 includes two substantially parallel to each other.
Book row select lines 12, 12 ', 14, 14', and 1
It includes three pairs of address lines 6 and 16 'and two additional or column address lines 18 and 20 which are substantially parallel to each other. The column address lines 18 and 20 intersect the row select address line pair at a given angle without touching the address line pair to form a plurality of intersections. Preferably, the column address line 18
And 20 intersect the row select address line pair substantially at right angles.

【0021】システム10はまた、行選択ラインと列ア
ドレスラインとの交叉によって規定された各交点に1つ
ずつ画素を有する。即ち、システム10は画素22、2
4、26、28、30及び32を含む。6つの画素しか
図示しないが、システム10が図示したより多数の行選
択ライン対及び列アドレスラインを含み、それに対応し
て図示した6つより多数の画素が行列状に配置され、そ
れによって有用な画像を形成する十分な数の画素を有す
る表示システムが実現されることは当然理解されるべき
である。
System 10 also has one pixel at each intersection defined by the intersection of the row select lines and the column address lines. That is, the system 10 has pixels 22, 2
4, 26, 28, 30 and 32 are included. Although only six pixels are shown, system 10 includes a larger number of row select line pairs and column address lines as shown, with correspondingly more than the six pixels shown arranged in a matrix, which is useful. It should of course be understood that a display system is realized having a sufficient number of pixels to form an image.

【0022】画素は好ましくは実質的に互いに同等であ
るので、本明細書では画素22のみを詳細に説明する。
画素22は、図1に見えるように、共通節点38におい
て互いに接続された1対のしきい値デバイス34及び3
6を含む。しきい値デバイス34及び36は金属−絶縁
体−金属(MIM)デバイスで、共に行選択アドレスラ
イン対のライン12と12′との間に接続されている。
これらのMIMデバイスは、小さいバイアス、即ち電圧
5Vで電流10−11Aのバイアスを印加された(また
はバイアスを印加されない)場合は該デバイスを流れる
電流に高いインピーダンスをもたらし、電圧15Vで電
流10−6Aの大きいバイアスを印加された場合は低い
インピーダンスをもたらすという特徴を有する。そのう
え、この特徴は印加されるバイアスの極性から独立であ
り、なぜならMIMデバイスは両方向性であり、従って
IV特性が極性に関して対称であるからである。2つの
MIMデバイスが画素の第1の電極と電気的に関係付け
られた共通節点に関して対称に配置されているこのMI
M構成は、ただ1つのMIMデバイスしか含まない従来
の表示用画素を凌ぐ動作上の著しい利点をもたらす。こ
の利点については後段に詳述する。
Since the pixels are preferably substantially equivalent to each other, only pixel 22 will be described in detail herein.
Pixel 22 has a pair of threshold devices 34 and 3 connected together at a common node 38, as seen in FIG.
Including 6. Threshold devices 34 and 36 are metal-insulator-metal (MIM) devices, both connected between lines 12 and 12 'of a row select address line pair.
These MIM devices provide a high impedance to the current through the device when biased (or unbiased) with a small bias, ie, a current of 10 −11 A at a voltage of 5 V, and a current of 10 at a voltage of 15 V. It is characterized by a low impedance when a large bias of 6 A is applied. Moreover, this feature is independent of the polarity of the applied bias, because the MIM device is bidirectional and therefore the IV characteristic is symmetrical with respect to polarity. This MIM, in which two MIM devices are arranged symmetrically with respect to a common node electrically associated with the first electrode of the pixel
The M configuration provides significant operational advantages over conventional display pixels that include only one MIM device. This advantage will be described later in detail.

【0023】画素22はまた、間隔を置いて互いに対向
する1対の電極40及び42を含む。電極40と42と
の間に、光に影響する材料44が配置されている。“光
に影響する材料”には、任意の発光材料や、反射光また
は透過光の強度、位相または偏りを選択的に変更し得る
任意材料が含まれるものとする。好ましい例によれば、
光に影響する材料44はネマチック液晶材料のような表
示用液晶材料である。
Pixel 22 also includes a pair of spaced electrodes 40 and 42 opposite each other. A light-influencing material 44 is arranged between the electrodes 40 and 42. The "light-affecting material" is intended to include any luminescent material and any material capable of selectively changing the intensity, phase, or polarization of reflected or transmitted light. According to a preferred example,
The light-influencing material 44 is a display liquid crystal material such as a nematic liquid crystal material.

【0024】表示用液晶材料44を間に挟んだ電極40
及び42は、電荷を蓄積され得る蓄積素子46もしくは
コンデンサを構成する。蓄積素子46は、MIMデバイ
ス34と36との共通節点38と、列アドレスライン1
8との間に接続されている。
Electrodes 40 with a display liquid crystal material 44 sandwiched therebetween
And 42 constitute a storage element 46 or a capacitor capable of storing charges. The storage element 46 includes a common node 38 between the MIM devices 34 and 36 and a column address line 1
It is connected between 8 and.

【0025】MIMデバイス34及び36は、好ましく
は金属性材料または金属材料及び絶縁材料のデポジット
層から成る。特に、本発明に用いるMIMデバイスは典
型的には、インジウムスズ酸化物(ITO)のような透
明な導電性酸化物材料から成る第1の金属性材料層を含
む。第1の層の上にSiNやTaなどの絶縁材
料の層、好ましくはSiN層がデポジットされてお
り、更にその上に、好ましい例ではクロムである金属か
ら成る第3の層がデポジットされている。クロムのデポ
ジット層には普通、例えばアドレスライン、電気的相互
接続部、ビジネス等を形成するべくエッチングを施さな
ければならない。しかし、好ましい例ではSiN層が
実質的に透明に(即ち90%透明に)形成され得、従っ
て非晶質半導体層が透明でないため付加的なマスキング
及びエッチング工程を必要とする、例えばpin型ダイ
オードを用いる表示装置の場合に異なり、SiN層に
エッチングを施す必要は無い。当然ながら、SiN
はそのSi含量が高いと黄色となり、エッチングを必要
とする。そのうえ、Si濃厚層は光に比較的過敏であ
り、従って遮光膜を形成するセパレータマスキング工程
を必要とする。
The MIM devices 34 and 36 are preferably composed of a deposited layer of metallic or metallic and insulating material. In particular, the MIM device used in the present invention typically includes a first metallic material layer of a transparent conductive oxide material such as indium tin oxide (ITO). On top of the first layer is deposited a layer of an insulating material such as SiN x or Ta 2 O 5 , preferably a SiN x layer, on top of which a third layer of metal, preferably chromium, is provided. Has been deposited. The chrome deposit layer typically must be etched to form, for example, address lines, electrical interconnects, businesses, and the like. However, in a preferred example, the SiN x layer may be formed substantially transparent (ie, 90% transparent), thus requiring additional masking and etching steps because the amorphous semiconductor layer is not transparent, eg pin type. Unlike in the case of a display device using a diode, it is not necessary to etch the SiN x layer. Of course, the SiN x layer becomes yellow when its Si content is high and requires etching. Moreover, the Si-rich layer is relatively sensitive to light, thus requiring a separator masking step to form a light blocking film.

【0026】システム10は、行選択アドレスライン対
のライン12、12′、14、14′、16及び16′
にそれぞれ接続された出力R、R′、R
′、R及びR′を有する行選択ドライバ50も
含む。行選択ドライバ50は、後述するようにその出力
、R′、R、R′、R、R′において駆
動信号を発生して大バイアスの第1の動作電位を行選択
アドレスライン対の2本のライン間に印加し、それによ
ってMIMデバイスが導通状態となる結果、該デバイス
と接続された蓄積素子への電荷蓄積が容易となる。行選
択ドライバ50はまた、行選択アドレスライン対の2本
のライン間に小バイアスの第2の動作電位を印加してM
IMデバイスを非導通状態とし、それによってMIMデ
バイスと接続された蓄積素子に蓄積された電荷は容易に
保持される。
System 10 includes lines 12, 12 ', 14, 14', 16 and 16 'of row select address line pairs.
Outputs R 1 , R 1 ′, R 2 , respectively connected to
Also included is a row select driver 50 having R 2 ′, R 3 and R 3 ′. The row selection driver 50 generates a driving signal at its outputs R 1 , R 1 ′, R 2 , R 2 ′, R 3 and R 3 ′ to select the first operating potential with a large bias as described later. A voltage is applied between the two lines of the address line pair, which brings the MIM device into a conductive state, and as a result, it becomes easy to store charges in the storage element connected to the device. The row selection driver 50 also applies a small bias second operating potential between the two lines of the row selection address line pair to generate M.
The IM device is brought into a non-conducting state, whereby the electric charge stored in the storage element connected to the MIM device is easily retained.

【0027】最後に、システム10は列ドライバ52を
含む。列ドライバ52は、列アドレスライン18及び2
0にそれぞれ接続された出力C及びCを有する。列
ドライバ52は、行選択ドライバ50により行選択アド
レスライン対に第1の動作電位が印加された時、選択さ
れた蓄積素子に電荷が蓄積されるように選択された列ア
ドレスラインに充電電位を印加する。
Finally, the system 10 includes a column driver 52. The column driver 52 includes column address lines 18 and 2
It has outputs C 1 and C 2 respectively connected to 0. The column driver 52 applies a charging potential to a column address line selected so that charges are stored in the selected storage element when the first operating potential is applied to the row selection address line pair by the row selection driver 50. Apply.

【0028】対称MIM(SMIM)構成がMIMデバ
イスの動作特性の変化に対して、特にただ1つのMIM
デバイスしか含まない通常の表示用画素の構成に比べれ
ば過敏でないことは特に重要である。通常の単一MIM
表示装置の等価回路では、MIMデバイスに印加される
電圧は画素が充電されるにつれ、即ち充電電位が画素に
印加されるにつれ減小する。その結果、MIM電流が弱
まることによって充電速度が低下し、充電は飽和に至ら
ない。この場合、走査時間終了時の最終電圧はMIMデ
バイスのIV特性に厳密に従属する。対称MIM回路構
成内には、同一走査モードにおいて第2のMIMダイオ
ードへの予備電流路が存在する。走査周期の最後まで強
電流が維持され、充電は飽和する。即ち、走査時間終了
時にLCに印加される最終電圧の、MIMデバイスのI
V曲線への従属度ははるかに小さい(図4参照)。Si
表示装置での画像保持は、周囲のOFF状態の画素
に比較して長い期間ON状態とされた画素のデバイスの
充電特性Kを低下させることによって実現される。K
は、(例えばSiN層の厚みが表示域全体で正確に制
御されていないことなどによる)デバイスの不均一性に
よっても変化する。SMIM構成では保持電圧がKに従
属しないので、この構成を用いることによりデバイスの
劣化及び不均一性の影響を免れることができる。(後段
に詳述する)上述のキャパシタンスキックバックもSM
IM画素では排除され、なぜなら2つのダイオードに関
するキックバックは同一走査モードにおいて反対の極性
を有し、互いに補償し合うからである。
The symmetric MIM (SMIM) configuration is particularly sensitive to changes in the operating characteristics of MIM devices.
It is especially important that it is not sensitive compared to the usual display pixel configuration that only includes the device. Normal single MIM
In the equivalent circuit of a display device, the voltage applied to the MIM device decreases as the pixel is charged, that is, the charging potential is applied to the pixel. As a result, the MIM current is weakened and the charging speed is reduced, so that the charging is not saturated. In this case, the final voltage at the end of the scan time strictly depends on the IV characteristics of the MIM device. Within the symmetrical MIM circuitry there is a reserve current path to the second MIM diode in the same scan mode. The high current is maintained until the end of the scan cycle and the charge saturates. That is, the final voltage applied to the LC at the end of the scan time is I of the MIM device.
The dependence on the V-curve is much smaller (see Figure 4). Si
Image holding in the N x display device is realized by lowering the charging characteristic K of the device of the pixel that has been in the ON state for a longer period than the surrounding pixels in the OFF state. K
Also varies due to device non-uniformity (eg, due to the fact that the thickness of the SiN x layer is not precisely controlled over the display area). Since the holding voltage does not depend on K in the SIMM configuration, this configuration can be used to avoid the effects of device degradation and non-uniformity. The capacitance kickback (described in detail later) is also SM
It is excluded in IM pixels because the kickbacks for the two diodes have opposite polarities in the same scan mode and compensate each other.

【0029】図2A〜図2Cに、電荷を画素22の蓄積
素子46に蓄積し、その後該素子46に保持させる方法
を示す第1組の波形を示す。即ち、図2Aには列ドライ
バ52の出力Cから発せられる信号の波形を示し、図
2Bには行選択ドライバ50の出力Rから発せられる
信号の波形を示し、図2Cには行選択ドライバ50の出
力R′から発せられる信号の波形を示す。
2A-2C show a first set of waveforms showing how charge is stored in the storage element 46 of the pixel 22 and then held therein. That is, FIG. 2A shows a waveform of a signal emitted from the output C 1 of the column driver 52, FIG. 2B shows a waveform of a signal emitted from the output R 1 of the row selection driver 50, and FIG. 2C shows a row selection driver. 5 shows the waveform of the signal emanating from the output R 1 ′ of 50.

【0030】時点tに、行選択ドライバ50は行選択
ライン12に−15V、行選択ライン12′に+15V
を印加してMIMデバイス34及び36をバイアスし、
導通状態とする。MIMデバイス34及び36がこのよ
うにバイアスされることで、先に蓄積素子46に蓄積さ
れた電荷はこの素子46に保持される。次のフレームで
再び蓄積素子46に電荷が蓄積されるべきである場合、
列ドライバ52は時点tに、列アドレスライン18に
接続された出力Cから+3Vを出力する。その直後の
時点tに、行選択ドライバ50は行選択ライン12に
も行選択ライン12′にも0Vを印加する。即ち、行選
択ドライバ50は時点tにライン12及び12′から
成るアドレスライン対に、実質的に等しい大きさと、反
対の極性とを有する動作電位を印加してMIMデバイス
34及び36をバイアスし、非導通状態とする。MIM
デバイス34及び36がこのようにバイアスされること
で、蓄積素子46の電極42に印加される+3Vが、列
アドレスライン18から伸長して蓄積素子46及びMI
Mデバイス36を通過する電流路を介して蓄積素子46
を充電する。
At time t 0 , the row selection driver 50 has a row selection line 12 of -15V and a row selection line 12 'of + 15V.
To bias MIM devices 34 and 36,
Make it conductive. By biasing the MIM devices 34 and 36 in this way, the charge previously stored in the storage element 46 is retained in this element 46. If charge should be stored in the storage element 46 again in the next frame,
The column driver 52 outputs + 3V from the output C 1 connected to the column address line 18 at time t 1 . In that time t 2 immediately after, 0V is applied to also be the row select line 12 'to the row select driver 50 row select lines 12. That is, row select driver 50 biases MIM devices 34 and 36 at time t 2 by applying an operating potential of substantially equal magnitude and opposite polarity to the address line pair consisting of lines 12 and 12 ′. , Non-conducting state. MIM
Such biasing of devices 34 and 36 causes + 3V applied to electrode 42 of storage element 46 to extend from column address line 18 to storage element 46 and MI.
A storage element 46 via a current path passing through the M device 36.
To charge.

【0031】時点tにおいて、蓄積素子46は表示用
液晶材料44のしきい値電圧が凌駕されるほど十分に充
電され、行選択ドライバ50は行選択ライン12を−1
5Vに、行選択ライン12′を+15Vに戻して、ダイ
オード34及び36をその導通状態へとバイアスする。
その直後の時点tに、列ドライバ52は+3Vの充電
電位の出力を終了し、列アドレスライン18は−3Vを
印加される。ライン12及び12′から成る行選択アド
レスライン対によって規定される行の全蓄積素子が並列
に充電され、それによって、これらの蓄積素子が充電さ
れると直ちに行選択ライン14及び14′によって規定
される次の行が行選択ドライバ50によって選択され、
ライン14と14′との間に接続されたMIMデバイス
がその非導通状態へとバイアスされることが好ましい。
即ち、行選択ライン12及び12′によって規定される
行の蓄積素子が充電される間、他の行選択ラインはライ
ン間に接続されたMIMデバイスをその導通状態へとバ
イアスする動作電位を行選択ドライバ50から受け取
る。従って、蓄積素子46が充電されている時行選択ラ
イン14及び16は行選択ドライバ50から−15Vを
受け取り、行選択ライン14′及び16′は+15Vを
受け取る。
At time t 3 , the storage element 46 is sufficiently charged to exceed the threshold voltage of the display liquid crystal material 44, and the row selection driver 50 sets the row selection line 12 to −1.
At 5V, the row select line 12 'is returned to + 15V, biasing diodes 34 and 36 into their conducting state.
In that time t 4 immediately after, the column driver 52 terminates the output of the charging potential of + 3V, column address lines 18 is applied to -3 V. All storage elements in the row defined by the row select address line pair consisting of lines 12 and 12 'are charged in parallel so that as soon as these storage elements are charged, they are defined by row select lines 14 and 14'. The next row is selected by the row selection driver 50,
The MIM device connected between lines 14 and 14 'is preferably biased to its non-conducting state.
That is, while the storage elements in the row defined by the row select lines 12 and 12 'are being charged, the other row select lines select the operating potential that biases the MIM devices connected between the lines to their conducting state. Received from the driver 50. Thus, row select lines 14 and 16 receive -15V from row select driver 50 and row select lines 14 'and 16' receive + 15V when storage element 46 is charged.

【0032】好ましい例によれば、表示用液晶材料44
はネマチック液晶材料であり、従って該材料に印加され
る電位の向きは好ましくは次に続くフレームでは逆転さ
れる。蓄積素子に関連付けられたMIMデバイス対は電
流が流れ得る程度にバイアスされればよく、またこのM
IMデバイス対は関連する蓄積素子が充電されている時
ほぼ0Vに維持される共通節点電圧を確立し、このこと
が本発明の基本的利点を成すことは当業者によって理解
されるべきである。
According to a preferred example, the display liquid crystal material 44
Is a nematic liquid crystal material, so the direction of the potential applied to the material is preferably reversed in the subsequent frame. The MIM device pair associated with the storage element need only be biased to allow current to flow, and
It should be understood by those skilled in the art that the IM device pair establishes a common node voltage that is maintained at approximately 0V when the associated storage element is charged, which constitutes a basic advantage of the present invention.

【0033】図3のA〜Eに、電荷を画素22の蓄積素
子46に蓄積し、その後該素子46に保持させる方法を
示す第2組の波形を示す。即ち、図3のEには列ドライ
バ52の出力Cから発せられる信号の波形を示し、図
3のAには行選択ドライバ50の出力Rから発せられ
る信号の波形を示し、図3のBには行選択ドライバ50
の出力R′から発せられる信号の波形を示し、図3の
Cには行選択ドライバ50の出力Rから発せられる信
号の波形を示し、図3のDには行選択ドライバ50の出
力R′から発せられる信号の波形を示す。この駆動方
法の重要な特徴の中に、フレーム時間の間漏れを最小限
に留める保持電圧を用いることが含まれ、走査時間終了
時点での電圧変化は1つの表示画素に含まれる2つのM
IMデバイス間で等しく、従ってMIMデバイスからの
電圧キックバックは生起しない。
3A-3E show a second set of waveforms showing how charge is stored in the storage element 46 of the pixel 22 and then held therein. That is, E of FIG. 3 shows the waveform of the signal emitted from the output C 1 of the column driver 52, A of FIG. 3 shows the waveform of the signal emitted from the output R 1 of the row selection driver 50, and FIG. Row selection driver 50 for B
3 shows the waveform of the signal emitted from the output R 1 ′ of the same, the waveform of the signal emitted from the output R 2 of the row selection driver 50 is shown in C of FIG. 3, and the output R of the row selection driver 50 is shown in D of FIG. 2 shows a waveform of a signal emitted from 2 '. Among the important features of this driving method is the use of a holding voltage that minimizes leakage during the frame time, and the voltage change at the end of the scan time is the difference between two Ms contained in one display pixel.
It is equal between IM devices and thus no voltage kickback from MIM devices occurs.

【0034】時点tにおいて、行選択ドライバ50は
行選択ライン12及び12′を、いずれも−2Vである
その保持電圧に維持している。時点tから時点t
で、ライン12及び12′から成る行選択アドレスライ
ン対、即ち出力R及びR′によってアドレス指定さ
れる行が、出力R及びR′に選択電圧を印加するこ
とにより選択される。時点tに行選択ドライバ50に
よって出力Rに印加される電圧は17Vである。時点
に出力R′に印加される電圧は−13Vである。
このような電圧の印加によって、MIMデバイス34及
び36はその導通状態へとバイアスされる。MIMデバ
イス34及び36が導通状態にバイアスされることで、
蓄積素子46に電荷が蓄積されていればその電荷は該素
子46に保持される。従って、時点tから時点t
で、+2Vから−2Vに変化した電圧が出力Cから列
アドレスライン18に付与される。こうして、蓄積素子
46は時点tまでの期間選択されるが、蓄積素子46
に蓄積された、もしくは該素子46に付与される電荷を
保持するべく蓄積素子46を選択することが所望でない
場合は、出力R及びR′に印加されている電圧を除
去しなければならない。この除去は、出力Rに印加さ
れている+17Vの電圧を+2Vに減小し、同時に出力
´に印加されている−13Vの電圧を+2Vに増大
することによって達成される。このことから、出力R
及びR′の保持電圧を走査時間終了時点で、該時点で
の出力R及びR′に関する電圧変化が等しくなる
(即ちいずれも15Vとなる)ような値にすることによ
ってMIMデバイス34及び36からのキャパシタンス
キックバックは互いに等しくなり、即ち打ち消し合い、
従ってキックバック現象は排除されることが明らかであ
る。非選択期間である残り時間の間、即ち例えば時点t
からtまでは、出力R及びR′は2Vであるそ
の保持電圧に維持される。先に述べたように、保持電圧
は、フレーム時間の間2つのMIMデバイスを横切る電
圧と、従ってそれらのデバイスの漏れとを最小限に留め
るべく両走査ラインに適用される。
At time t 0 , the row select driver 50 maintains the row select lines 12 and 12 'at their holding voltage, which is both -2V. From time t 0 to time t 1, line 'row select address line pair consisting of, that is, the output R 1 and R 1' 12 and 12 rows addressed by the applied selection voltage to the output R 1 and R 1 ' To be selected. The voltage applied to the output R 1 by the row selection driver 50 at time t 0 is 17V. The voltage applied to the output R 1 ′ at time t 0 is −13V.
By applying such a voltage, MIM devices 34 and 36 are biased into their conducting state. With the MIM devices 34 and 36 biased conductive,
If the charge is accumulated in the storage element 46, the charge is held in the element 46. Therefore, from the time t 0 to the time t 1 , the voltage changed from + 2V to −2V is applied to the column address line 18 from the output C 1 . Thus, the storage element 46 is selected for the period up to the time point t 1, but the storage element 46 is selected.
If it is not desired to select the storage element 46 to hold the charge stored on or applied to the element 46, the voltage applied to the outputs R 1 and R 1 ′ must be removed. . This removal is accomplished by reducing the + 17V voltage applied to the output R 1 to + 2V and at the same time increasing the −13V voltage applied to the output R 1 ′ to + 2V. From this, the output R 1
And R 1 ′ by setting the holding voltage at the end of the scanning time such that the voltage changes with respect to the outputs R 1 and R 1 ′ at that time are equal (that is, both are 15 V). The capacitance kickbacks from 36 are equal to each other, ie cancel each other,
Therefore, it is clear that the kickback phenomenon is eliminated. During the remaining time that is the non-selection period, that is, at time t
From 1 to t 6 , the outputs R 1 and R 1 ′ are maintained at their holding voltage which is 2V. As mentioned earlier, the hold voltage is applied to both scan lines to minimize the voltage across the two MIM devices during the frame time and thus the leakage of those devices.

【0035】出力R及びR′がその保持電圧に戻さ
れる時点tに、蓄積素子46は“オフ状態にされ”、
該素子46に付与された電荷は次の行が選択されるとい
った時点まで保持される。時点tから時点tまでは
画素26の蓄積素子が、列ドライバ52の出力Cから
列アドレスライン18を介して付与される電荷を蓄積す
るようにアドレス指定される。図3のC及びDから知見
されるように、出力R及びR′の電圧は時点t
では2Vの保持電圧である。画素26の蓄積素子が選択
されるべきであるので、出力Rに電圧−17V、出力
′に電圧+13Vが印加される。これらの電圧は、
画素26の蓄積素子に電荷が蓄積されるように、列ドラ
イバ52の出力Cから列アドレスライン18への出力
が+2Vである1フレーム時間の間維持される。画素2
6の蓄積素子への電荷蓄積が完了する時点tに、出力
及びR′に印加された電圧を除去しなければなら
ない。この除去は、出力Rの電圧を−17Vから−2
Vの保持電圧に増大し、同時にR′の電圧を+13V
から−2Vの保持電圧に減小することによって達成され
る。このことから、出力R及びR′の保持電圧が互
いに等しいこと、更には画素26に含まれる2つのMI
Mデバイスに関連する電圧変化がこの走査時間の終了時
点で+15V及び−15Vで、その大きさが等しく、従
ってMIMデバイスからの電圧キックバックは互いに打
ち消し合うことが理解され得る。図3のA〜Eに示した
駆動方法を用いると、能動マトリクス液晶表示システム
の画素を駆動する波形は選択走査4回毎に繰り返され
る。即ち、4回目の選択の後、出力Rの電圧は−2V
の保持電圧に戻る。こうして、図3のAに示したのと同
じ波形が繰り返される。同様に、図3のB、C及びDに
示した波形の繰り返しも、各行に関して第4の選択走査
時間が経過した後に始まる。
At time t 1 when the outputs R 1 and R 1 ′ are returned to their holding voltage, the storage element 46 is “turned off”,
The electric charge applied to the element 46 is held until the next row is selected. From time t 1 to time t 2, the storage element of pixel 26 is addressed to store the charge applied from the output C 1 of the column driver 52 via the column address line 18. As can be seen from FIGS. 3C and 3D, the voltage at the outputs R 2 and R 2 ′ is a holding voltage of 2V until time t 1 . Since storage element of the pixel 26 is to be selected, the voltage -17V output R 2, voltage + 13V is applied to the output R 2 '. These voltages are
The output from the output C 1 of the column driver 52 to the column address line 18 is maintained for one frame time of + 2V so that the charge is stored in the storage element of the pixel 26. Pixel 2
At the time t 2 when charge storage in the storage element of 6 is complete, the voltage applied to the outputs R 2 and R 2 ′ has to be removed. This removal changes the voltage of the output R 2 from -17V to -2V.
The holding voltage of V is increased and the voltage of R 2 'is increased to + 13V at the same time.
To -2V holding voltage. From this fact, the holding voltages of the outputs R 2 and R 2 ′ are equal to each other, and further, the two MIs included in the pixel 26.
It can be seen that the voltage changes associated with the M device are + 15V and -15V at the end of this scan time, of equal magnitude, and therefore the voltage kickbacks from the MIM device cancel each other out. Using the driving method shown in FIGS. 3A to 3E, the waveform for driving the pixels of the active matrix liquid crystal display system is repeated every four selection scans. That is, after the fourth selection, the voltage of the output R 1 is −2V.
Return to the holding voltage of. Thus, the same waveform as shown in FIG. 3A is repeated. Similarly, the repetition of the waveforms shown in B, C and D of FIG. 3 also begins after the fourth selected scan time for each row.

【0036】図3のA〜Eに示した駆動方法は、先行技
術による駆動方法に優る幾つかの利点を有する。それら
の利点の中には、例えば、(1)フレーム時間の間2つ
のMIMデバイスを横切る電圧と、従ってこれらのデバ
イスの漏れとを最小限に留める保持電圧が両走査ライン
に適用されること、(2)ビデオ及びLC極性が行毎に
交番されて、フリッカ及びグレイスケールの不均一性が
除かれること、(3)ビデオ信号の振幅が小さく維持さ
れて、列からのクロストークが減少されること、(4)
所与の行に関して対を成す出力1及び出力2の走査時間
終了時の電圧変化が互いに等しく、従って当該画素に含
まれるMIMデバイスからの電圧キックバックが打ち消
し合うこと、(5)所与の行に関して対を成す出力1及
び出力2の駆動レベルが全く同じであり、従って2つの
MIMデバイスの劣化は全く同様に起こり、中心点電圧
に影響が及ばないこと、(6)この駆動方法及び画素構
成は、排除が困難である、MIMデバイスのIV特性に
僅かに残留する非対称性に影響されないこと、及び
(7)時平均化されたDC成分が列アドレスラインにも
行選択ラインにも現れず、従ってこれらのライン上に生
じる不活性化層は排除され得、またはその厚みが減少し
得ることなどが有る。
The drive method shown in FIGS. 3A-3E has several advantages over prior art drive methods. Among those advantages are, for example: (1) a holding voltage applied to both scan lines that minimizes the voltage across the two MIM devices during the frame time, and thus the leakage of these devices; (2) The video and LC polarities are alternated row by row to eliminate flicker and gray scale non-uniformities, and (3) the video signal amplitude is kept small to reduce crosstalk from columns. That, (4)
That the voltage changes at the end of the scan time of the paired output 1 and output 2 for a given row are equal to each other, so that the voltage kickbacks from the MIM devices contained in the pixel cancel each other, (5) the given row The drive levels of the output 1 and the output 2 which are paired in relation to each other are exactly the same, so that the degradation of the two MIM devices occurs in exactly the same way, and the center point voltage is not affected. Is difficult to eliminate, is not affected by the slight residual asymmetry in the IV characteristics of the MIM device, and (7) the averaged DC component does not appear in the column address line or the row select line, Thus, the passivation layer that occurs on these lines may be eliminated or its thickness may be reduced, and so on.

【0037】図4に示した曲線66は、図1に示した画
素22のMIMデバイス34及び36が電荷蓄積素子4
6に蓄積された電荷の保持の際に非導通状態にバイアス
された時の本発明によるマトリクスの優れた動作を劇的
に示している。曲線66は、例えばMIMデバイス34
の、ライン12が−10Vに維持され、かつ蓄積素子4
6のインピーダンスが0Ωと仮定される場合の電流対電
圧特性である。指摘され得るように、電圧Vがライン
23上で−10Vよりも正値寄りである場合、ダイオー
ド34を流れる電流は漏れ電流のみによって表され、こ
の電流は普通非常に弱い(例えばダイオード導通電流の
値より何桁も小さい値を有する)。曲線66はまた、ラ
イン12が+10Vに維持され、かつ蓄積素子46のイ
ンピーダンスが0Ωと仮定される場合のMIMデバイス
34の電流対電圧特性も表す。素子46に印加される電
圧がライン12上で10Vより小さい正値を有する場
合、ダイオード34を流れる電流はやはり非常に弱い漏
れ電流によって表される。このような特性は実質的にい
ずれのMIMデバイスにおいても一様であり、その結
果、蓄積素子46に印加される電圧が+10Vと−10
Vとの間(または他の適当な電圧値)であれば非常に僅
かな電流しか電荷蓄積素子46から流出せず、即ちシス
テムは電荷蓄積素子46に蓄積された電荷を効率的に保
持する。
The curve 66 shown in FIG. 4 indicates that the MIM devices 34 and 36 of the pixel 22 shown in FIG.
6 shows dramatically the excellent behavior of the matrix according to the invention when biased non-conducting during the retention of the charge stored in 6. The curve 66 is, for example, the MIM device 34.
, Line 12 is maintained at -10V and storage element 4
6 is a current-voltage characteristic when the impedance of 6 is assumed to be 0Ω. As can be pointed out, when the voltage V v is more positive than −10 V on line 23, the current through diode 34 is represented only by leakage current, which is usually very weak (eg diode conduction current). Has many orders of magnitude less than the value of). Curve 66 also represents the current-voltage characteristics of MIM device 34 when line 12 is maintained at + 10V and the impedance of storage element 46 is assumed to be 0Ω. If the voltage applied to element 46 has a positive value on line 12 of less than 10V, the current through diode 34 is still represented by a very weak leakage current. Such characteristics are substantially uniform in all MIM devices, so that the voltages applied to the storage element 46 are + 10V and -10.
Very little current flows out of the charge storage device 46 between V (or any other suitable voltage value), i.e. the system effectively retains the charge stored in the charge storage device 46.

【0038】例えば、複数の画素を具備する高解像度表
示システムにおいて充電は理論的には約1〜2マイクロ
秒の充電時間で行なわれ得、この時間は、各画素の能動
マトリクス素子として通常寸法の薄膜電界効果トランジ
スタが用いられる通常のトランジスタ能動マトリクス表
示装置で達成され得る充電時間よりはるかに短い。
For example, in a high resolution display system having a plurality of pixels, charging can theoretically take about 1 to 2 microseconds of charging time, which is normally sized as the active matrix element of each pixel. Much shorter than the charging time that can be achieved in a conventional transistor active matrix display in which thin film field effect transistors are used.

【0039】本明細書では本発明をその好ましい例によ
って説明したが、本発明の範囲はこの説明によっては限
定されず、ただ特許請求の範囲各項によってのみ限定さ
れるものである。
Although the invention has been described herein by its preferred examples, the scope of the invention is not limited by this description, but only by the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による能動マトリクス液晶表示システム
の一例の概略的回路図である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an example of an active matrix liquid crystal display system according to the present invention.

【図2A】図1の列ドライバの出力Cから発せられる
信号の波形を示す説明図である。
2A is an explanatory diagram showing the waveform of the signal provided at the output C 1 of the column drivers of Figure 1.

【図2B】図1の行選択ドライバの出力Rから発せら
れる行選択信号の波形を示す説明図である。
2B is an explanatory diagram showing waveforms of row selecting signals emanating from the output R 1 of the row selection driver of FIG.

【図2C】図1の行選択ドライバの出力R′から発せ
られる行選択信号の波形を示す説明図である。
2C is an explanatory diagram showing a waveform of a row selection signal emitted from an output R 1 ′ of the row selection driver in FIG. 1. FIG.

【図3】第2組の信号波形を示す説明図であり、Aは図
1の行選択ドライバの出力Rから発せられる行選択信
号の波形を示す説明図、Bは図1の行選択ドライバの出
力R′から発せられる行選択信号の波形を示す説明
図、Cは図1の行選択ドライバの出力Rから発せられ
る行選択信号の波形を示す説明図、Dは図1の行選択ド
ライバの出力R′から発せられる行選択信号の波形を
示す説明図、Eは図1の列ドライバの出力Cから発せら
れる信号の波形を示す説明図である。
[Figure 3] is an explanatory view showing a second set of signal waveforms, A is explanatory diagram showing the waveform of the row selecting signal generated from the output R 1 of the row selection driver of FIG. 1, B is the row select driver of FIG. 1 2 is an explanatory view showing the waveform of the row selection signal emitted from the output R 1 ′ of FIG. 1, C is an explanatory view showing the waveform of the row selection signal emitted from the output R 2 of the row selection driver of FIG. 1, and D is the row selection of FIG. 3 is an explanatory diagram showing a waveform of a row selection signal emitted from an output R 2 ′ of the driver, and E is an explanatory diagram showing a waveform of a signal emitted from an output C of the column driver of FIG. 1. FIG.

【図4】本発明による装置の動作及び本発明の方法の理
解を更に容易にする電流対電圧曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing current-voltage curves to further facilitate understanding of the operation of the device according to the invention and the method of the invention.

【符号の説明】 10 能動マトリクス液晶表示システム 12,12′,14,14′,16,16′ 行選択ラ
イン 18,20 列アドレスライン 22,24,26,28,30,32 画素 34,36 MIMデバイス 38 節点 40,42 電極 44 表示用液晶材料 46 蓄積素子 50 行選択ドライバ 52 列ドライバ
[Description of Reference Signs] 10 active matrix liquid crystal display system 12, 12 ', 14, 14', 16, 16 'row selection line 18, 20 column address line 22, 24, 26, 28, 30, 32 pixels 34, 36 MIM Device 38 Nodes 40, 42 Electrode 44 Liquid crystal material for display 46 Storage element 50 Row selection driver 52 Column driver

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の蓄積素子の中の選択された1つに
電荷を速やかに蓄積させ且つその電荷を効果的に保存さ
せるための能動マトリックス液晶表示システムであっ
て、該システムが、実質的に平行な複数のアドレスライ
ンの対と、アドレスラインの対と複数の交点を形成する
ために、該アドレスラインの対とある角度で交差し且つ
該アドレスラインの対から間隔を置いて配置されている
実質的に平行な複数の付加的アドレスラインと、交点で
結合された該アドレスラインの対の間で共に共通節点に
結合されていると共に、低いバイアスで電流を遮断し且
つ高いバイアスがかけられると電流の流れに対して低い
インピーダンスを提供する型である一組のMIM装置
と、前記共通節点の1つと前記付加的列アドレスライン
の1つとの間で結合されている各画素素子と、アドレス
ラインの対に結合された画素素子での電荷の蓄積を容易
にするようにMIM装置を低いインピーダンスの状態に
バイアスさせるために、実質的に大きさが等しく且つ極
性が反対の第1の動作電位をアドレスラインの対に与え
る第1の手段と、前記第1の動作電位が前記アドレスラ
インの対に与えられている間に、蓄積されるべき電荷を
選択された蓄積素子に提供するように前記付加的アドレ
スラインの選択された1つに充電電位を与える第2の手
段とを含んでいることを特徴とするシステム。
1. An active matrix liquid crystal display system for rapidly accumulating and effectively storing charge in a selected one of a plurality of storage elements, the system comprising: A plurality of pairs of address lines parallel to each other and intersecting the pair of address lines at an angle and spaced apart from the pair of address lines to form a plurality of intersections with the pair of address lines. Coupled to a common node between a plurality of substantially parallel additional address lines and the pair of address lines coupled at the intersections, blocking current with low bias and being highly biased And a set of MIM devices of the type that provide low impedance to current flow, coupled between one of the common nodes and one of the additional column address lines. Each pixel element being coupled to a pair of address lines, the biasing of the MIM device to a low impedance state to facilitate charge storage in the pixel element coupled to the pair of address lines is substantially equal in magnitude and polarity. Means for providing opposite first operating potentials to the pair of address lines and a charge to be accumulated while the first operating potential is provided to the pair of address lines. Second means for providing a charging potential to the selected one of the additional address lines to provide a storage element.
【請求項2】 前記MIM装置が更に、高いバイアス
をかけられると電流の流れに対して高いインピーダンス
を提供し、また前記第1の手段が更に、アドレスライン
の対に結合された蓄積素子に蓄積された電荷の保存を容
易にするために、該MIM装置を第2の状態にバイアス
させるために、大きさが実質的に等しく且つ極性が反対
の第2の動作電位を該アドレスラインの対の間に与える
手段を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のシ
ステム。
2. The MIM device further provides a high impedance to current flow when highly biased, and the first means further stores in a storage element coupled to a pair of address lines. A second operating potential of substantially equal magnitude and opposite polarity to bias the MIM device to a second state to facilitate storage of the stored charge. The system of claim 1 including means for interposing.
【請求項3】 MIM装置が、透明な導電性酸化物材料
からなる第1の層と、実質的に絶縁材料の層上に被覆さ
れる実質的に絶縁材料の層とを含んでいる多層装置であ
ることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
3. A multi-layer device, wherein the MIM device comprises a first layer of transparent conductive oxide material and a layer of substantially insulating material overlying a layer of substantially insulating material. The system of claim 1, wherein:
【請求項4】 前記第1の層がインジウム・スズの酸化
物であり、実質的に絶縁材料からなる前記層がSiNx
であり、前記金属材料層がクロムであることを特徴とす
る請求項3に記載のシステム。
4. The first layer is an oxide of indium tin and the layer of substantially insulating material is SiNx.
The system of claim 3, wherein the metallic material layer is chromium.
【請求項5】 マトリックスシステム内の複数の画素素
子の中の選択された1つに電荷を速やかに蓄積させ且つ
その電荷を効果的に保存するための能動マトリックス液
晶表示システムの動作方法であって、本方法が、実質的
に平行な複数のアドレスラインの対を提供し、アドレス
ラインの対と複数の交点を形成するために、該アドレス
ラインの対とある角度で交差し且つ該アドレスラインの
対と間隔を置いて配置される実質的に平行な複数の付加
的アドレスラインを提供し、第1のオン状態に順方向バ
イアスされると電流の流れに対して低いインピーダンス
を提供する型である1組のMIM装置を、交点で結合さ
れた前記アドレスラインの列の間で共に共通節点に直列
に結合し、共通節点の1つと前記付加的アドレスライン
の1つとの間で各画素素子を結合し、アドレスラインに
結合された蓄積素子での電荷の蓄積を容易にするため
に、閾値装置を前記第1のオン状態にバイアスさせるべ
く実質的に大きさが等しく且つ極性が反対の第1の動作
電位をアドレスラインの列の間に与え、選択された蓄積
素子で電荷を蓄積させるために、第1の動作電位を前記
アドレスラインの対に与えている間に前記付加的アドレ
スラインの選択された1つに充電電位を与える段階を含
んでいることを特徴とする方法。
5. A method of operating an active matrix liquid crystal display system for rapidly accumulating and effectively storing charge in a selected one of a plurality of pixel elements in a matrix system. , The method provides a plurality of pairs of substantially parallel address lines, intersects the pair of address lines at an angle and forms a plurality of intersections with the pair of address lines, and Is a type that provides a plurality of substantially parallel additional address lines spaced apart from the pair and provides a low impedance to current flow when forward biased to a first on state. A set of MIM devices are serially coupled together to a common node between the columns of the address lines coupled at the intersections, with each screen between one of the common nodes and one of the additional address lines. Substantially equal magnitude and opposite polarities for biasing the threshold device into the first on-state to couple the elementary elements and facilitate the storage of charge in the storage elements coupled to the address lines. A first operating potential between the columns of address lines, and the additional address is applied while applying the first operating potential to the pair of address lines for accumulating charge in a selected storage element. A method comprising applying a charging potential to a selected one of the lines.
【請求項6】 前記MIM装置が更に、オフ状態に逆方
向バイアスされると電流の流れに対して高いインピーダ
ンスを提供する型であり、また本方法が更に、アドレス
ラインの対に結合された前記蓄積素子に蓄積された電荷
の保存を容易にするために、前記閾値装置を第2のオフ
状態に逆方向バイアスさせるべく大きさが実質的に等し
く且つ極性が反対の第2の動作電位を該アドレスライン
の対の間に与える段階を含んでいることを特徴とする請
求項5に記載の方法。
6. The MIM device is further of a type that provides a high impedance to current flow when reverse biased to an off state, and the method further comprises the steps of: coupling to a pair of address lines. To facilitate storage of charge stored in the storage element, a second operating potential of substantially equal magnitude and opposite polarity is biased to reverse bias the threshold device to a second off state. The method of claim 5 including the step of applying between pairs of address lines.
【請求項7】 前記第1の動作電位を与える段階が、前
記充電電位の印加を開始した後に前記第1の動作電位の
印加を開始し、且つ該充電電位の印加を終了する前に該
第1の動作電位の印加を終了することを含んでいること
を特徴とする請求項6に記載の方法。
7. The step of applying the first operating potential comprises starting the application of the first operating potential after starting the application of the charging potential and before ending the application of the charging potential. 7. The method of claim 6 including terminating the application of an operating potential of 1.
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