JPH08194205A - アクティブマトリックス型表示装置 - Google Patents

アクティブマトリックス型表示装置

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JPH08194205A
JPH08194205A JP7005742A JP574295A JPH08194205A JP H08194205 A JPH08194205 A JP H08194205A JP 7005742 A JP7005742 A JP 7005742A JP 574295 A JP574295 A JP 574295A JP H08194205 A JPH08194205 A JP H08194205A
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signal
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scanning
substrate
lines
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友信 ▲もたい▼
Tomonobu Motai
Kohei Suzuki
公平 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドライバＩＣの消費電力を低減することので
きるアクティブマトリックス型液晶表示装置を提供する
ことにある。 【構成】 アクティブマトリックス型液晶表示装置にお
いて、第１の基板上にマトリックス状に配置された画素
電極２と、画素電極２間に横列方向に配置された走査線
３と、画素電極２間に縦列方向に配置された信号線４
と、走査線３と信号線４の各交差部にそれぞれ配置さ
れ、走査線３からの走査信号に応じて信号線４からの２
値表示信号を保持するスタティック型のメモリ素子６
と、一方の端子が画素電極２に他方の端子が基準電位を
与える配線５に接続され、メモリ素子６に保持された信
号によりオン・オフするスイッチ素子７と、第１の基板
と対向配置され、画素電極２と対向するように対向電極
８が設けられた第２の基板と、第１及び第２の基板間に
設けられた液晶層１０とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイなど
の画像表示装置に係わり、特に薄膜トランジスタ等のス
イッチ素子を用いたアクティブマトリックス型表示装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ等の薄型の表示
装置の開発が活発に行われている。なかでも、どこでも
持ち運べる携帯用や大画面の表示への要求が高まってお
り、軽量化，使用時間の長時間化，低消費電力化が求め
られている。このためには、電源用バッテリーの高性能
化のほかに、表示装置自体の消費電力を下げる方法によ
る効果が大きい。
【０００３】液晶表示装置では、背面照明として利用さ
れている蛍光管，導光板，蛍光管用インバータの効率が
低く、現状はこれら照明で消費される電力に対する高効
率化による効果が大きいことから、表示材料或いは表示
パネル自体の改良による消費電力低減の試みは殆どな
い。しかし、将来的には表示パネル自体の消費電力を低
減することが必要と考えられる。
【０００４】表示パネル自体の消費電力は、おもにドラ
イバＩＣ特性と表示パネルの駆動方法に依存すると考え
られており、使用ドライバＩＣの低電圧化の改良が進め
られている。しかし、表示画素部にＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）等のスイッチ素子を設け、画像信号を短い周期
で繰り返し書き込む方法（ＴＦＴ−ＬＣＤ）では、ドラ
イバＩＣの個々の画素駆動を担当するトランジスタの消
費電力を低減することは容易ではない。
【０００５】表示パネル自身の消費電力は、現状の１０
インチクラスのＴＦＴ−ＬＣＤでは、回路系の消費電力
が１．５Ｗ程度で、バックライト照明が５Ｗ程度である
が、電池動作を長時間化するためには１Ｗ未満、望まし
くは小型軽量電池での駆動が可能な０．２Ｗ未満が要求
されている。この消費電力の問題は、照明を伴う透過型
表示装置よりも、照明を伴わない反射型表示装置で顕著
となる。特に、広告用表示装置等に使用される対角５０
センチ以上の表示装置では、消費電力量が設置場所の制
約を生じさせていた。
【０００６】図１１（ａ）は、従来のアクティブマトリ
ックス型液晶表示装置を示す回路構成図である。薄膜工
程により、走査線７３，信号線７４，共通配線７５、３
端子スイッチ素子の薄膜トランジスタ７７や画素部電極
などが作成され、ドライバＩＣより走査信号と画像信号
が、各々走査線７３と信号線７４に入力される。ここ
で、走査信号が入力された薄膜トランジスタ７７はオン
状態となり、信号線７４からの画像信号が補助容量７８
に蓄積されると共に液晶７９に伝達される。走査信号が
入力されない場合には、薄膜トランジスタ７７はオフ状
態となるため、オン時に印加された画像信号が液晶７９
にそのまま保持される。
【０００７】このような構造の液晶表示装置では、書き
込む信号がたとえ同一の画像であっても、液晶材料を交
流駆動する必要上、再度、走査信号で薄膜トランジスタ
をオン状態にして、画像信号を再書き込みする必要が生
じる。よって、駆動信号を発生させる走査信号用・画像
信号用ドライバＩＣはたえず動作するので、電力は常に
消費される。
【０００８】これに対して、図１１（ｂ）に示すよう
に、第１のスイッチ素子Ｔ１により容量性負荷Ｃ１にア
ナログ信号を保持することで、第２のスイッチ素子Ｔ２
を動作させる方法が提案されている（J.Vanfleteren (I
DRC,1988,p74-79)）。しかし、表示画素のサイズが大き
くなるにつれて、スイッチ素子Ｔ２及びこれにつながる
容量負荷Ｃ２が大きくなるため、さらに保持したアナロ
クデータに変動を生じさせないために、大容量の負荷容
量Ｃ１を駆動する能力を持つスイッチ素子Ｔ１が必要と
なる。
【０００９】例えば、設計上のＣ１の容量値が過度に小
さい場合には、Ｔ１がオンからオフとなった時のＴ２へ
送ったオン信号のレベル減少や、Ｔ２がオン状態となる
境界電圧であるしきい値電圧が経時変動することでＴ２
のオン抵抗の上昇が発生し、目的とする表示が達成され
ない。加えて、Ｃ１等の大型化は消費電力の上昇を招く
こととなる。これらの設計上の問題は、本素子構成がア
ナログ的なサンプルホールド回路よりなっているためで
あり、新構成の表示装置が求められていた。
【００１０】一方、アクティブマトリックス型液晶表示
装置においては、面積変調によるデジタル階調表示を行
う方法が提案されている。これは、画素電極を所定数毎
にブロック化すると共に、ブロック内の各々の画素電極
の寸法を変え、各ブロック内で表示すべき画素を選択す
ることにより、各ブロックの表示画素面積をデジタル的
に可変するものである。
【００１１】しかし、従来の駆動方法では、ＴＦＴなど
のスイッチ素子が持つ寄生容量によって、スイッチング
時に表示性能に悪影響を及ぼす画素電位のレベルシフト
が発生する。このレベルシフト量は、寄生容量と画素電
極容量とのスイッチングノイズ電荷の分配比で決定さ
れ、画素電極の寸法が異なるとレベルシフト量は画素電
極毎に異なり、対向電極電位の調整によっても無害化す
ることは困難である。従って、実質的に面積階調は不可
能であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、ドラ
イバＩＣの消費電力の低減のために、液晶等の表示材料
層に信号を供給するためのスイッチ素子を走査線で直接
駆動するのではなく、アナログ的なサンプルホールド回
路を用いて駆動する方法が提案されているが、この方法
では十分な効果は達成できなかった。
【００１３】また、面積変調によるデジタル階調表示を
行う例では、スイッチングノイズ電荷による画素電位の
レベルシフトが発生し、このレベルシフト量は画素電極
の寸法が異なると画素電極毎に異なり、対向電極電位の
調整によっても無害化することは困難であり、従って実
質的に面積階調は不可能であった。
【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ドライバＩＣの消費電
力を低減することのできるアクティブマトリックス型表
示装置を提供することにある。
【００１５】また、本発明の他の目的は、ドライバＩＣ
の消費電力を低減することができ、かつ面積変調による
デジタル階調表示を可能としたアクティブマトリックス
型表示装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成を採用している。即ち、本
発明（請求項１）は、マトリックス配置された各画素に
スイッチ素子を設けたアクティブマトリックス型表示装
置において、第１の基板上にマトリックス状に配置され
た画素電極と、第１の基板上に一方向に沿って配置され
た複数本の走査線と、第１の基板上に前記走査線と交差
する方向に配置された複数本の信号線と、前記走査線と
前記信号線との各交差部にそれぞれ配置され、走査線よ
り入力された走査信号に応じて信号線より入力される２
値表示信号を保持するスタティック型のメモリ素子と、
これらのメモリ素子に対応してそれぞれ設けられ、一方
の端子が前記画素電極に接続され、他方の端子が基準電
位を与える配線に接続され、前記メモリ素子に保持され
た信号により端子間をオン・オフするスイッチ素子と、
第１の基板と対向配置され、前記画素電極と対向するよ
うに対向電極が設けられた第２の基板と、第１及び第２
の基板間に設けられた表示材料層とを具備してなること
を特徴とする。
【００１７】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 表示材料層は液晶であること。 (2) 走査線及び信号線は、画素電極間に配置されている
こと。 (3) 基準電位を与える配線及び対向電極の少なくとも一
方に交流信号を印加すること。 (4) 同一走査線に接続されたメモリ素子が走査選択され
る時に、配線又は対向電極から印加される交流信号を一
定電位とすること。 (5) ２値表示信号を保持するメモリ素子が不揮発性メモ
リにより形成されていること。 (6) メモリ素子及びスイッチ素子は、薄膜トランジスタ
により形成されていること。
【００１８】また、本発明（請求項４）は、マトリック
ス配置された各画素にスイッチ素子を設けたアクティブ
マトリックス型表示装置において、基板上にマトリック
ス状に配置された画素電極と、前記基板上に一方向に沿
って配置された複数本の走査線と、前記基板上に前記走
査線と交差する方向に配置された複数本の信号線と、前
記走査線と前記信号線との各交差部に配置され、走査線
より入力された走査信号に応じて信号線より入力される
表示信号を保持するメモリ素子と、これらのメモリ素子
に対応してそれぞれ設けられ、一方の端子が前記画素電
極に接続され、他方の端子が基準電位を与える配線に接
続され、前記メモリ素子に保持された信号により端子間
抵抗値が変化するスイッチ素子とを具備してなり、前記
画素電極が所定数毎にブロック化され、該ブロック内の
画素電極の寸法がそれぞれ異なっていることを特徴とす
る。 (1) 表示材料層は液晶であること。 (2) 走査線及び信号線は、画素電極間に配置されている
こと。 (3) スイッチ素子は、オン・オフの２状態で動作し、複
数の信号線と走査線をそれぞれ２状態の電位で駆動する
駆動回路を備えていること。 (4) メモリ素子，スイッチ素子，駆動回路は、同一基板
上に形成された薄膜トランジスタから構成されているこ
と。 (5) メモリ素子を、応用システムの画像メモリとして用
いること。
【００１９】
【作用】本発明（請求項１）によれば、１画素毎に設け
られたスタティック型のメモリ素子によって、その画素
で表示すべき情報が次に変化するまで周期的に書き換え
る必要なく、その状態が保たれる。表示画素の表示情報
が変化しない場合には、メモリ素子への情報の書き換え
は不要であるため、走査信号や画像信号を周期的に書き
加える必要がなくなり、ドライバＩＣで消費される電力
が低減される。
【００２０】即ち、従来装置では容量負荷の充放電に大
部分の電力が消費されていたが、本発明では、従来のよ
うに表示画像が変化しなくても交流駆動のために信号線
に一定周期の極性反転された信号を印加する必要がな
く、信号線を駆動する駆動回路はほぼ停止状態のためそ
こで消費される電力は殆ど無視できるほど小さくなる。
唯一消費される電力は対向電極の交流駆動によるものと
なるが、これはフリッカが視認されない程度の例えば６
０Ｈｚ以下の低い周波数で十分なため、消費電力は従来
駆動法の１００分の１から１０００分の１程度にドラス
ティックに低減される。
【００２１】また、メモリ素子としてスタティック型を
用いているので、大容量の負荷容量やこれを駆動する能
力を持つ大きなスイッチ素子を必要とすることはなく、
この点からも消費電力の低減に有効である。さらに、液
晶表示装置の場合、従来ではスイッチ素子のオフ特性或
いはフリッカ視認の制約から画素への信号書き替え周期
を延ばすことが難しかったが、本発明の装置では、全表
示画素の書き換え周期や１画素の書き換え時間を延長す
ることが可能となる。
【００２２】また、本発明（請求項４）によれば、画素
電極が所定数毎にブロック化され、そのブロック内の画
素電極の寸法がそれぞれ異なっていることにより、１ブ
ロックとして面積変調によるディジタル多階調表示が容
易となる。従来の駆動法でこのように面積変調表示をし
ようとした場合、前述したようにスイッチングノイズ電
荷による画素電位のレベルシフトが発生したが、本発明
では、このスイッチングノイズ電荷によるレベルシフト
は、液晶などの光電変換部材のリーク抵抗を通じてスイ
ッチング終了後の初期に消滅する。このため、表示性能
に悪影響を及ぼすことがなく、面積変調によるディジタ
ル多階調表示が可能である。
【００２３】さらに、液晶などの光電変換部材の１画素
の表示状態はオン又はオフの２状態であるため、中間調
表示時でも視野角は広く、表示むらもない極めて良好な
表示品位が得られる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例を、公知の半導体技術
を応用した薄膜工程で形成された薄膜トランジスタを利
用して作成した液晶表示装置を例として説明する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わるア
クティブマトリックス型液晶表示装置の基本構成を示す
もので、（ａ）は素子構造断面図、（ｂ）は回路構成図
である。ガラス等からなる第１の基板１上に画素電極２
がマトリックス状に配置されており、画素電極２間には
紙面左右方向に走査線３が、上下方向に信号線４が配置
されている。また、走査線３と平行に参照線５が配置さ
れている。走査線３と信号線４の交差部に後述するメモ
リ素子６が設けられ、メモリ素子６と画素電極２間には
スイッチ素子７が設けられている。
【００２５】基板１上には所定距離離してガラス等から
なる第２の基板９が対向配置されており、基板９の対向
面には対向電極８が形成されている。そして、各基板
１，９間に表示材料層としての液晶層１０が封入されて
いる。なお、図中の１３は走査線ドライバ、１４は信号
線ドライバ、１５は参照線ドライバである。
【００２６】図２（ａ）は、本実施例の１画素部構成を
示す回路図である。マトリックス状に形成された走査線
３と信号線４の交差部に２値データ保持メモリ素子６が
接続されており、このメモリ素子６には、保持されてい
る情報を出力する出力部が設けられている。出力部に
は、３端子スイッチ素子７の制御端子が接続されてい
る。このスイッチ素子７は、参照線５と画素電極２との
間の抵抗値を制御し、液晶層１０のバイアス状態を調整
している。
【００２７】図２（ａ）におけるメモリ素子の例とし
て、２段インバータを用い正帰還させた形のメモリ回
路、即ちスタティック型メモリ素子が考えられる。本回
路では、トランジスタのオフ特性が十分でなくアナログ
信号用素子として利用不可能なトランジスタ素子で実現
ができる特徴を持つ。
【００２８】具体的な回路構成を、図２（ｂ）に示す。
前記図１１（ｂ）と比較して、容量Ｃ１が不要であるた
め、図１１（ｂ）の素子Ｔ１に対応する図２の素子２１
は小さくてもよい。スイッチ素子２１とインバータ回路
部２２，２３の各素子サイズは、インバータ回路部の最
適段数比ｎと同様な考え方で設計可能である。具体的に
は、素子２１，２２，２３，２４の素子サイズの比が、
１：ｎ：ｎ：ｎ＊ｎで規定した場合にはｎ＝１〜１０
０、願わくばｎ＝２〜１０が良好な設計条件である。
【００２９】図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）（ｂ）に
その他のメモリ素子を使用した１画素部の回路構成例を
示す。図３（ａ）と（ｂ）、図４（ａ）と（ｂ）は、そ
れぞれ３端子スイッチ素子の接続位置が異なる構成例を
示している。従来構造より表示画素の構成する素子数が
増加するため、透過型の表示素子では光利用効率が減少
するが、反射型の液晶表示装置では反射電極下にメモリ
素子などを形成できるため本表示素子による光利用効率
の低下は生じない。
【００３０】駆動波形は、図５のように従来の液晶表示
装置の駆動のように線順次駆動となる。走査線３に順次
走査パルスを印加し、これに同期させたメモリ素子６に
スイッチ素子７の開閉を制御する信号を信号線４を通し
て入力する。一方、共通電極（対向電極８）には交流信
号を入力する。上述の通り、液晶材料の抵抗値とスイッ
チ素子の抵抗値の比の条件が満足されれば、上記回路・
駆動で良好な表示が可能となる。
【００３１】本装置は理想上、静止画像のように表示画
像に変化がなくなれば、メモリ素子６へのリフレッシュ
は不要である。しかし、図５のように、単純な矩形波入
力による駆動では、スイッチがオン状態からオフ状態へ
切り替わる時にスイッチ側の液晶電位が、交流駆動信号
の高い電位か低い電位かのどちらかの電位状態に固定化
されるので、液晶部に直流電圧成分が加わることとな
る。よって、表示性能を向上するためには、スイッチが
オフ状態へ切り替わるときの液晶電位設定のための、リ
フレッシュ期間を設ける必要が生じる。
【００３２】最も簡単な方法として、図６（ａ）のよう
に、共通電極の交流信号の間にブランキング期間を設け
る方法がある。従来型のデバイスでは、図１１（ａ）の
液晶７９やスイッチ素子７７のリーク電流による電位低
下を保証する容量７８を液晶容量に並列接続しているた
めに、信号の書き込み時間を短縮することが容易でなか
った。本発明の素子では、図２（ｂ）のように、スイッ
チ素子２１のゲート開閉のための信号を送るのみである
ために、リフレッシュの時間は従来型の素子に見られる
走査時間よりも短くて済む。
【００３３】また、図６（ｂ）のように、全画素を連続
的にリフレッシュせず、リフレッシュするラインの時間
を分割し、矩形信号である液晶駆動信号間に挿入するこ
とも可能である。挿入法は、一定時間で見た場合に全ラ
イン上のメモリがリフレッシュされることが望ましい
が、走査ラインの一定位置で、表示画面が変化する場
合、例えば点滅表示部分が固定位置である場合には、該
当する表示ラインに重みを付けてリフレッシュすること
も可能である。
【００３４】なお、図６（ｂ）において、Ｔｇはリフレ
ッシュパルス幅、ｌは１回のリフレッシュライン数であ
り、１画面書き替えのためのリフレッシュ回数は、（ゲ
ートライン数）／ｌで定義される。
【００３５】このように本実施例によれば、１画素毎に
スタティック型のメモリ素子６を設け、この素子６の記
憶情報でスイッチ素子７を駆動するようにしているの
で、表示情報が変化しない場合には、メモリ素子７への
情報の書き換えは不要である。このため、走査信号や画
像信号を周期的に書き加える必要がなくなり、ドライバ
ＩＣで消費される電力が大幅に低減される。
【００３６】また、メモリ素子６がスタティック型であ
ることから、前記図１１（ｂ）に示した従来のように、
大容量の負荷容量Ｃ１やこれを駆動する能力を持つ大き
なスイッチ素子Ｔ１を必要とすることはなく、この点か
らも消費電力の低減に有効である。さらに、本実施例で
は、スイッチ素子のオフ特性或いはフリッカ視認の制約
が抑制され、全表示画素の書き換え周期や１画素の書き
換え時間を延長することが可能となる。
【００３７】本実施例において、アモルファスシリコン
薄膜を使用した１０インチクラスのＴＦＴ−ＬＣＤでの
消費電力試算は、表示画面を書換えない状態で１０ｍ
Ｗ、毎秒一画面の書換え状態としても３０ｍＷ未満と、
従来と比較して、５０分の１の大幅な低消費電力化が実
現できた。 （実施例２）図７は、本発明の第２の実施例に係わるア
クティブマトリックス型液晶表示装置を説明するための
もので、（ａ）は１画素部構成を示す回路図、（ｂ）は
メモリ素子の構造断面図である。
【００３８】本実施例は、基本的には第１の実施例と同
様であるが、図７（ａ）に示すように、メモリ素子３０
として書換可能な不揮発性メモリを用いている。メモリ
素子３０の具体的構成は図７（ｂ）に示す通りであり、
通常の逆スタガー型ＴＦＴのゲートを２層構造としたも
のである。図中の３１は基板、３２は第１ゲート（制御
ゲート）、３３はゲート絶縁膜、３４は第２ゲート（浮
遊ゲート）、３５はトンネル絶縁膜、３６はａ−Ｓｉ等
の活性層、３７は保護絶縁膜、３８ａ，３８ｂはソース
・ドレイン電極である。
【００３９】書換の回数は、従来駆動のスイッチング回
数の目安である１０7 回以上の書き換え動作を満足する
ことが理想であるが、静止画表示が主体となる表示装置
であるならば、書き換え回数は１００〜１００００分の
１に減少させることが可能で本表示装置のメモリ素子と
して利用できる。上述のメモリ素子は、ＥＥＰＲＯＭ構
成となっているが、誘電体材料の電場−誘電率カーブ
（Ｄ−Ｅカーブ）が、ヒステリシスを特性を有する材料
で構成される場合も同様の表示装置が構成可能である。
【００４０】具体的には、図８に示すように、ヒステリ
シスを有する誘電体材料をゲート絶縁膜として利用する
ことでメモリ素子を作成し、メモリ素子に加える端子間
電圧を制御することで、メモリ素子のリセット、メモリ
の信号書き込みを行う。図のように、メモリ素子に薄膜
トランジスタ７を接続する方法に加えて、直接表示電極
にメモリ素子の接続も駆動信号の改良により可能であ
る。 （実施例３）第１の実施例では、Ｖcom （共通電極８）
のみに交流信号を入力して液晶材料を駆動しているが、
交流信号はＶref （参照線５）側に入力してもよい。Ｖ
refに交流信号を入力した場合、液晶層１０を介して参
照線５と共通電極８との結合容量による共通電極電位の
変動が観測される。この変動の対策としては、参照線５
毎に駆動信号の符号を反転させた信号を利用する方法が
あり、さらに交流駆動信号の周期を走査時間毎にするこ
とも可能である。
【００４１】一方、交流信号をＶcom とＶref の両方に
入力し、駆動することも可能であり、駆動信号用ドライ
バＩＣの低電圧化が可能となる。この駆動は、Ｖcom の
みを交流駆動した場合と比較して、ドライバＩＣの出力
端子１個に流れる電流量あるいは、出力される電圧が低
くなり、ドライバＩＣが消費する電力を下げることが可
能となる。
【００４２】各実施例におけるメモリ素子の活性層を構
成する材料としては、単結晶シリコン，多結晶シリコ
ン，アモルファスシリコンが考えられるが、特に本構造
の表示素子は、３端子スイッチ素子の動作が可能な素子
であれば、開閉時の抵抗値の比が１０5 倍程度であるこ
とが望ましいが、最低で１００倍程度であっても実施が
可能と考える。これは、活性層を有機材料や１５０℃程
度の低い温度、或いはそれ以下で成膜されたアモルファ
スシリコンなどの使用も考えられるようになり、各材料
のプロセス上の制約、素子構造上の制約が緩和される。
【００４３】また、フォトリングラフィー工程を減らし
た素子などで、従来では表示素子として不十分なスイッ
チ特性の素子であっても、さらに高いコントラスト表示
が得られる。また、図２（ｂ）中の素子２４を各種アニ
ール等の方法で性能向上することでサイズの小型化を実
現できる。一方、表示材料の液晶においても、電気光学
的な材料特性が、通常使用範囲で経時劣化しないのであ
れば、フリッカが視認されにくい長周期側の交流信号
（〜１０秒）に設定することも可能である。 （実施例４）メモリ素子のリフレッシュをする方法は、
上述の通り表示画面に変化が発生しているラインに重み
付けをすることで、他の静止画表示部分の消費電力を抑
えることが実現できた。本駆動方法は、従来の線順次駆
動（走査配線を順次走査する駆動法）の改良で駆動部分
を構成できるが、認識された動画部分に対応した走査配
線をスキャンすることが必要となる。動画部分を正確に
認識し、動画部のみの信号情報を書き換えることは、単
純に走査配線数を減少させる効果から低消費電力化とな
るが、駆動ＩＣの構成が複雑となり、かえって消費電力
の上昇を招くことになる。
【００４４】そこで、動画表示部の指定ライン数をブロ
ック化することで、トータルの駆動ＩＣの消費電力の低
減がはかれる。ブロック化するライン数としては、１０
〜２００、望ましくは５０〜１００の走査線数がよい。
ブロック化したラインの指定方法は、画像信号の入力部
に画像メモリを設け動画部分を検出し、検出した走査ラ
イン部のブロック位置と信号を駆動ＩＣへ出力する。こ
の出力をもとに、動画表示部分に対応したメモリ素子へ
の信号供給を行う。
【００４５】外部に画像メモリを有することは、該当す
るメモリの消費電力が本表示素子の消費電力に較べ低減
されなければならない。理想では、表示画素毎に画像メ
モリを持つ必要があるが、例えば同一走査ラインの表示
信号を一定周期或いは順次全てサンプリングして、２値
情報をカウントした後、記憶してある前カウントデータ
との比較を行うことで、簡易に動画を検出することがで
きる。
【００４６】この方法では、表示画素がオン状態の総数
が同じであった場合には、動画表示であっても認識する
ことができないが、上述の方法に加えて、ブロック化し
た走査ライン部のメモリデータの合計を使用しての比較
により、動画認識の誤差は大幅に減少可能となる。一
方、本カウンタ方式で問題となるのは、サンプリンブ部
とカウンタ部で発生するカウントミスである。カウント
ミスが多い場合には、全てを動画と認識してしまうため
に本構成回路の効果が期待できない。そこで、比較時に
予めカウント誤差を考慮することで、本問題を解決でき
る。
【００４７】画像メモリと同メモリ情報から動画の情報
を得る動画検出部の構成を簡略化する方法としては、表
示装置に半固定的な表示の重み付けをする方法も考えら
れる。具体的には、パソコン等のソフトウエアの多く
は、表示画面の周辺部に選択用或いは機能表示の画面を
有することが多い。この選択用の画面表示の多くは、変
化することが多くない。このような場合、代表的なソフ
トウエアに対しては、予め動画表示が多くない領域が分
かっているので、その領域に対する走査信号のリフレッ
シュの重み付けを下げることが可能となる。
【００４８】個別のソフトウエアに関しても、静止画で
ある確率が高い表示領域が存在する場合には、ユーザが
その領域を指定することで重み付けすることも可能とな
る。ＰＤＡ等の操作画面がある程度予測可能な機器に関
しては、表示装置側に画面のリフレッシュする重み付け
を予め幾つか用意しておき、ＤＩＰ−ＳＷ等のスイッチ
で指定する方法も可能である。
【００４９】また、測定機器等の操作画面等において
も、頻繁に画面の表示状態が変化する領域は、測定結果
を表示する部分や操作案内をするメニューの部分が主と
なる。加えて、これら計測器などは、ユーザが操作パネ
ルを操作しない場合は、測定結果の表示のみが変化する
ことが予め分かっているため、測定結果表示の部分に対
応した画面を走査してメモリ素子への信号供給を行えば
よいことになる。
【００５０】この場合も、表示装置側での設定で対応で
きる。さらに細かくは、動画表示で走査されるライン数
が少なければ、本装置の効果が高くなるので、動画表示
部分が特定の連続した走査ライン上に集中するように、
動画表示の画面をレイアウトすればよい。 （実施例５）図９は本発明の第５の実施例に係わるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置の１ブロックの概略
回路構成図である。
【００５１】ここでは、４ビット１６階調表示の場合で
ある。表示装置全体の画素ブロック数をＭ×Ｎ個とした
ときのｉｊ番目のブロック（ｉは１〜Ｍ、ｊは１〜Ｎ）
について示している。パソコンで現在主流のＶＧＡ規格
の表示の場合、Ｍ＝６４０，Ｎ＝４８０となる。
【００５２】画面Ｘ方向のアドレス線ＡＤＲＳ−Ｘｉと
画面Ｙ方向のアドレス線ＡＤＲＳ−Ｙｉとの交点にＡＮ
ＤゲートＧijが設けられ、その出力と４本の画像データ
線Ｄ０〜Ｄ３の各々の交点にＡＮＤゲートＧ０ij〜Ｇ３
ijが設けられている。ＡＮＤゲートＧ０ij〜Ｇ３ijの出
力はメモリ素子Ｍ０ij〜Ｍ３ijに接続され、メモリ素子
Ｍ０ij〜Ｍ３ijの出力はスイッチングトランジスタＴ０
ij〜Ｔ３ijのゲート電極に接続され、スイッチングトラ
ンジスタＴ０ij〜Ｔ３ijのオンオフを制御する。スイッ
チングトランジスタＴ０ij〜Ｔ３ijのソース又はドレイ
ン電極の一方は第１の共通電位線ＣＯＭ１に、他方は画
素電極を介して画素の液晶Ｐ０ij〜Ｐ３ijに接続されて
いる。
【００５３】なお、本実施例のメモリ素子は第１の実施
例で用いたようなスタティック型に限らず、ダイナミッ
ク型でもよいし、さらにＥＥＰＲＯＭでもよく、各種の
方式を利用することができる。
【００５４】画素電極の面積はそれぞれ異なり、図１０
に示すように、Ｐ０に対応した画素電極の面積を１とす
るとＰ１は２倍、Ｐ２は４倍、Ｐ３は８倍になってい
る。画素の液晶Ｐ０ij〜Ｐ３ijの他端は共通電極である
第２の共通電位線ＣＯＭ２に接続されている。第１の共
通電位線ＣＯＭ１と第２の共通電位線ＣＯＭ２の間には
交流の液晶駆動電源ＤＲＶが接続されている。
【００５５】本実施例の動作は次のようになる。４ビッ
トの画像データは、画面Ｘ方向のアドレス線ＡＤＲＳ−
Ｘｉと画面Ｙ方向のアドレス線ＡＤＲＳ−Ｙｊが共にア
クティブの時メモリ素子Ｍ０ij〜Ｍ３ijに記憶され、次
に再び選択されるまでその状態を保持し続ける。対向電
極には、用いた液晶の駆動に必要な一定の交流電圧（例
えば現在一般に使われているＴＮ液晶では±５Ｖの１０
Ｖ振幅の電圧）が印加されるが、この１画素毎に設けら
れたメモリ回路Ｍ０ij〜Ｍ３ijによって制限されるスイ
ッチングトランジスタＴ０ij〜Ｔ３ijによって、画素の
液晶Ｐ０ij〜Ｐ３ijには上記駆動電圧が印加されるか印
加されないかが制御され、所望の表示状態が維持され
る。
【００５６】従来のアクティブマトリクス液晶表示装置
では、データ線駆動回路や制御回路の内部等価容量やデ
ータ線配線容量負荷の充放電、対向電極容量の高速充放
電のなどに大部分の電力が消費されていたが、本実施例
では、従来のように表示画像が変化しなくても交流駆動
のためにデータ線に一定周期の極性反転された信号を印
加する必要がなく、データ線駆動回路や制御回路はほぼ
停止状態のため、そこで消費される電力は殆ど無視でき
るほど小さくなる。唯一消費される電力は対向電極の直
流駆動によるものとなるが、これはフリッカが視認され
ない程度の例えば６０Ｈｚ以下の低い周波数で十分なた
め、消費電力は従来駆動法の１００分の１から１０００
分の１程度に低減される。
【００５７】この理由を、以下に説明する。対向電極全
体の容量Ｃcom は、電極面積Ｓと液晶の誘電率ε、ギャ
ップｄでほぼ決定され、Ｃcom ＝εＳ／ｄとなり、１０
インチクラスの液晶表示装置の場合その容量は０．１〜
０．３μＦ程度である。この容量を周波数ｆdrv 、電圧
Ｖdrv の交流電圧で充放電させるに消費される電力Ｐco
m は、Ｐcom ＝Ｃcom ・ｆdrv ・Ｖdrv 2 で与えられ、
±５Ｖで６０Ｈｚで駆動した場合には０．１５ｍＷ〜
０．４５ｍＷと非常に小さいものになる。実際には、液
晶のリーク抵抗やメモリ回路や駆動回路内のリーク電流
による電力消費がそれに加算されるが、全体としての消
費電力はそれでも１ｍＷから数１０ｍＷ程度に小さく抑
えられる。
【００５８】さらに、画素電極が所定数毎にブロック化
され、そのブロック内の画素電極の寸法がそれぞれ異な
っていることにより、１ブロックとして面積変調による
ディジタル多階調表示が容易となる。従来の駆動法でこ
のような面積変調表示をしようとしたときの以下の問題
が発生せず、極めて高画質の表示品位が得られる。
【００５９】従来駆動では、ＴＦＴなどのスイッチ素子
が持つ寄生容量によってスイッチング時に、表示性能に
悪影響を及ぼす画素電位のレベルシフトが発生するが、
このレベルシフト量は上記寄生容量と画素電極容量との
スイッチングノイズ電荷の分配比で決定され、画素電極
の寸法が異なるとレベルシフト量は画素電極毎に異なり
対向電極電位の調整によっても無害化することが困難で
あり、実質的に面積階調は不可能であった。
【００６０】本実施例では、このスイッチングノイズ電
荷によるレベルシフトは、液晶のリーク抵抗を通じてス
イッチング終了後の初期に消滅するため、表示性能に悪
影響を及ぼすことがなく、面積変調によるディジタル多
階調表示が可能である。また、この方法では液晶の１画
素の表示状態ではオン又はオフの２状態であるため、中
間調表示時でも視野角は広く、表示むらやフリッカもな
い極めて良好な表示品位が得られる。
【００６１】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、表示材料層として液晶
を用いたが、これに限らず他の材料を用いることができ
る。例えば、ＥＬやプラズマディスプレイ等に適用する
ことが可能である。また、液晶の場合は、反射型に限ら
ず透過型に適用することも可能である。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
【００６２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、１
画素毎にスイッチ素子を制御するためのスタティック型
のメモリ素子を設けているので、走査信号や画像信号を
周期的に書き加える必要がなくなり、ドライバＩＣで消
費される電力を低減することができる。従って、従来型
の電源装置の小型化、或いは充電型電源装置の使用時間
延長を可能とする。
【００６３】また本発明によれば、所定数の画素毎にブ
ロック化して階調表示を行う方式において、１画素毎に
スイッチ素子を制御するためのメモリ素子を設けている
ので、スイッチングノイズ電荷によるレベルシフトを抑
制することができ、ドライバＩＣの消費電力を低減する
ことができ、かつ面積変調によるデジタル階調表示を行
うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係わるアクティブマトリックス
型液晶表示装置の基本構成を示す素子構造断面図と回路
構成図。
【図２】第１の実施例の１画素部構成を示す回路構成
図。
【図３】第１の実施例の変形例を示す回路構成図。
【図４】第１の実施例の変形例を示す回路構成図。
【図５】第１の実施例における駆動信号の一例を示す
図。
【図６】第１の実施例における駆動信号の他の例を示す
図。
【図７】第２の実施例に係わるアクティブマトリックス
型液晶表示装置の１画素部構成を示す回路図とメモリ素
子の構造断面図。
【図８】第２の実施例における駆動信号の一例を示す
図。
【図９】第５の実施例に係わるアクティブマトリックス
型液晶表示装置の１ブロックの概略回路構成図。
【図１０】１ブロックにおける画素の大きさ及び配置例
を示す図。
【図１１】従来のアクティブマトリックス型液晶表示装
置を示す回路構成図。
【符号の説明】
１…第１の基板 ２…画素電極 ３…走査線 ４…信号線 ５…参照線 ６…メモリ素子 ７…スイッチ素子 ８…対向電極 ９…第２のガラス基板 １０…液晶層（表示材料層） ２１…スイッチ素子 ２２，２３…インバータ素子 ２４…スイッチ素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の基板上にマトリックス状に配置され
    た画素電極と、 第１の基板上に一方向に沿って配置された複数本の走査
    線と、 第１の基板上に前記走査線と交差する方向に配置された
    複数本の信号線と、 前記走査線と前記信号線との各交差部にそれぞれ配置さ
    れ、前記走査線より入力された走査信号に応じて前記信
    号線より入力される２値表示信号を保持するスタティッ
    ク型のメモリ素子と、 これらのメモリ素子に対応してそれぞれ設けられ、一方
    の端子が前記画素電極に接続され、他方の端子が基準電
    位を与える配線に接続され、前記メモリ素子に保持され
    た信号により端子間をオン・オフするスイッチ素子と、 第１の基板と対向配置され、前記画素電極と対向するよ
    うに対向電極が設けられた第２の基板と、 第１及び第２の基板間に設けられた表示材料層と、を具
    備してなることを特徴とするアクティブマトリックス型
    表示装置。
  2. 【請求項２】前記表示材料層は液晶であり、前記基準電
    位を与える配線及び対向電極の少なくとも一方に交流信
    号を印加することを特徴とする請求項１記載のアクティ
    ブマトリックス型表示装置。
  3. 【請求項３】基板上にマトリックス状に配置された画素
    電極と、前記基板上に一方向に沿って配置された複数本
    の走査線と、前記基板上に前記走査線と交差する方向に
    配置された複数本の信号線と、前記走査線と前記信号線
    との各交差部に配置され、前記走査線より入力された走
    査信号に応じて前記信号線より入力される表示信号を保
    持するメモリ素子と、これらのメモリ素子に対応してそ
    れぞれ設けられ、一方の端子が前記画素電極に接続さ
    れ、他方の端子が基準電位を与える配線に接続され、前
    記メモリ素子に保持された信号により端子間抵抗値が変
    化するスイッチ素子とを具備してなり、 前記画素電極が所定数毎にブロック化され、該ブロック
    内の画素電極の寸法がそれぞれ異なっていることを特徴
    とするアクティブマトリックス型表示装置。
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