JPH11502325A - 画素予備充電を用いてフラットスクリーンをアドレス指定する方法、その方法を実施するドライバ及びその方法の大型スクリーンへの応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 行及び列により構成され、行と列の交点に画素が設けられたフラットスクリーンをアドレス指定する方法において、スクリーン上に表示されるべきビデオ信号の各サンプリングの始めに、有効電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電圧（Ｖτ）が時間ｔｒの間に選択された画素に印加され、次に、有効電圧が時間ｔｓの間にサンプリングされる。本発明は液晶ディスプレイドライバに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 画素予備充電を用いてフラットスクリーンをアドレス指定する方法、その方法 を実施するドライバ及びその方法の大型スクリーンへの応用 本発明は、画素予備充電を用いてフラットスクリーン、特に、液晶ディスプレ イスクリーンをアドレス指定する方法に係る。また、本発明は、上記方法を実施 するスクリーンの列ドライバ、及び、上記方法の大型スクリーンへの応用に関す る。 直視型又は投影型液晶ディスプレイスクリーンは、一般的に、行（選択ライン ）及び列（データライン）により構成され、トランジスタを介して上記ラインに 接続された画素電極が行と列の交点に設けられている。他の周辺ドライバに接続 されたデータラインを用いて、画素電極を充電し、上記電極と補助電極（又は基 準電極）との間に含まれる液晶の光学特性を変化させ、これにより、スクリーン 上に像を形成し得るように、上記トランジスタのゲートは選択ラインを形成し、 ラインを走査し、各ラインのトランジスタをターンオンする周辺ドライバにより 駆動される。 図１は、行及び列ドライバによりアドレス指定されたフラットスクリーン画素 の等価回路図である。液晶を取り囲む電極及び補助電極はキャパシタ１を形成し 、キャパシタ１の電荷（殆どの場合に、ビデオデータを含む）は、選択ライン４ により駆動されたトランジスタ３を通る列２により伝達される。図２には、上記 画素の動作の時間プロファイルが示され、同図において、Ｖｓは画素の行の選択 ラインによりアドレス指定された信号であり、Ｖｃは選択された画素の行からサ ンプリングされたビデオ信号であり、Ｖｐは上記画素の中の１個の画素の有効電 荷である。理論上、サンプリングパルスの終わりに、液晶の端子の両端の画素電 圧Ｖｐは列電圧Ｖｃ、即ち、 ＋／−Ｖに一致する必要がある。 このタイプのアドレス指定に関する問題は、実際上、電圧Ｖｐが列の充電電圧 Ｖｃとは異なることである。その理由は、各トランジスタが、オン状態のとき、 非ゼロの抵抗Ｒｏｎを有するので、（図２に示される如く）画素の電荷は、時定 数が非ゼロの指数関数的特性を示すためである。上記時定数は、Ｃが画素キャパ シタ１のキャパしタンスを表わすとき積Ｒｏｎ×Ｃに一致するので、非ゼロであ る。充電時間が経過したとき、残留収束誤差は、正フレーム（負の値）の場合に Ｖｅｎ＋と一致し、或いは、負フレーム（正の値）の場合にＶｅｎ−と一致し、 これらは、充電電圧Ｖｃの値＋／−Ｖとは異なる。 これにより、液晶を配光させる二乗平均電圧に（Ｖｅｎ＋ − Ｖｅｎ−）の オーダーの誤差が生じる。しかし、スクリーンの電気光学的仕様は、この誤差に 対し、９０°ねじれたネマティック効果の場合に５乃至１０ｍＶのオーダーの最 大値を設定する。従って、積ＲＣ（抵抗とキャパシタンスの積）は、高品位応用 と互換性のある収束レートを達成するため、典型的にアドレス指定時間よりも７ 乃至８倍小さくしなければならない。このため、アドレス指定可能なラインの本 数及び画素の寸法の制限が避けられない。この場合、抵抗Ｒは減少されるべきで あり、即ち、トランジスタは広げられる必要がある。チャネルの幅対長さの比が 数ユニットよりも大きくなることは現実的ではない。その上、選択ラインに印加 されたパルスＶｓがロー状態に戻るとき（図２を参照のこと）、ラインと画素と の間の寄生結合は、トランジスタの幅が所定の値を超える過大になる。 他の従来の解決法が図３に示される。この場合、画素６により構成されたスク リーン５は、行ドライバ７と、シフトレジスタにより駆動される標本化器により 形成された列ドライバ８によりアドレス指定される。標本化器の負荷は、駆動さ れた列９の分布キャパシタ ンスに他ならない。充電時間はライン９がアドレス指定される時間の一部分を超 えないということにより上記の変換の問題が悪化される場合、上記列９は非常に 短い時間の間に充電される必要がある。その理由は、上記のライン時間の間に、 ビデオをスクリーンのすべての列を介して順次にサンプリングする必要があるか らである。このため、集積化されたドライバスクリーンの製造は、高移動度半導 体、例えば、単結晶又は多結晶シリコンを用いる必要がある。 上記の欠点を解決し、シリコン内に製造された薄膜トランジスタを利用できる ようにするため、特に、国際特許出願ＰＣＴ／ＦＲ９４／１６４２８に、画素を 動作電圧よりも低い電圧まで予備充電（プレチャージ）することが提案されてい る。このタイプの電圧を用いる場合に、多数の欠点が生じる。特に、収束の問題 が未解決である。 本発明は、上記の欠点を解決する新規のアドレス指定方法を提供する。 従って、本発明は、行及び列により構成され、行と列の交点に画素が設けられ たフラットスクリーンをアドレス指定する方法であって、 上記スクリーン上に表示されるべきビデオ信号の各サンプリングの始めに、動 作電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電圧（Ｖｒ）が時間ｔｒの間に選択された画素に 印加され、 次に、動作電圧が時間ｔｓの間にサンプリングされる方法である。 好ましくは、予備充電電圧（Ｖｒ）は、 Ｖｅｎ＋ ＝ Ｖｅｎ− となるように選択され、式中、Ｖｅｎ＋及びＶｅｎ−は、夫々、正フレーム及び 負フレームにおける残留誤差を表わす。この場合、予備充電電圧は以下の式： 及び により得られる。式中、Ｖｇはサンプリング中のトランジスタのゲート電圧であ り、Ｖｔはその閾値電圧である。 条件 Ｖｅｎ＋ ＝ Ｖｅｎ− は、以下の式： 又は 及び のように表わされるので、τ（Ｖ）は、 の形式であり、従って、 即ち、 と表わされる。 また、本発明は、シフトレジスタの出力により駆動される標本化器からなるタ イプのフラットスクリーンの列ドライバであって、 各標本化器は並列に設けられた３個のＭＩＳタイプトランジスタにより構成さ れ、 各トランジスタの第１の電極はビデオ信号に接続され、第２の電極は駆動され た列に接続され、第１のトランジスタのゲートは上記シフトレジスタの出力の中 の一つに接続され、第２及び第３のトランジスタのゲートは、２個のトランジス タの中の一方が奇数番目のフレームを予備充電するため活性化され、他方が偶数 番目のフレームを予備充電するため活性化されるように２個のクロック信号に接 続されていることを特徴とするドライバである。 本発明の他の特徴によれば、第２及び第３のトランジスタに印加されたクロッ ク電圧は、トランジスタが予備充電のため使用されていないとき、そのトランジ スタのゲートが負電圧を受け、この電圧がゼロに戻るとき、次の容量性カップリ ングの補償が行えるように選択される。 ３個のトランジスタは同一であり、薄膜トランジスタＴＦＴである方が好まし い。この解決法により、標本化器を製造するため使用されるトランジスタは大型 になるので、強い容量性カップリングを補償し得るようになる。更に、同一の寸 法を有する３個のトランジスタ全体に均等に歪み又は疲労を分布させることが可 能であり、これにより、トランジスタの耐用期間を延ばす効果が得られる。 本発明は、更に、上記アドレス指定方法の大型スクリーンへの応用である。 従って、本発明は、ライン及び列を含み、ラインと列との交点に画素が設けら れ、Ｘ個のラインドライバが夫々Ｙ本のラインに接続されたフラットスクリーン をアドレス指定する方法であって、 時間ｔｒの間に、第１のラインドライバに接続されたラインに在る画素は動作 電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電圧（Ｖｒ）に予備充電され、 次に、Ｙ本のラインが順次にサンプリングされ、 上記動作がＸ−１個の残りのドライバに対し繰り返し行われることを特徴とす る方法である。 また、本発明は、ライン及び列を含み、ラインと列との交点に画素が設けられ 、Ｘ個のラインドライバが夫々Ｙ本のラインに接続されたフラットスクリーンを アドレス指定する方法であって、 Ｘ個の各ラインドライバの第１のラインが動作電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電 圧Ｖｒに同時に予備充電され、 次に、Ｘ個のラインドライバの上記ラインが順次にサンプリングされ、 上記の動作がＸ個の各ラインドライバのＹ−１本の他のラインに対し繰り返し 行われることを特徴とする方法である。 以下の添付図面を参照した説明を読むことによって、本発明はより明瞭に理解 され、本発明の他の利点が明らかになる。図面において、 図１は、上記の液晶ディスプレイスクリーンの等価回路図であり、 図２は、図１に示された画素の動作のタイミングチャートを表わす図であり、 図３は、ライン及び行ドライバにより駆動されるスクリーンの公知の構造を表 わす図であり、 図４は、本発明により液晶ディスプレイスクリーンをアドレス指定する方法を 表わす図であり、 図５は、本発明によるアドレス指定方法を利用する公知の列ドライバの一実施 例を表わす図であり、 図６は、図５の列ドライバのタイミングチャートを示す図であり、 図７は、本発明によるアドレス指定方法を利用する列ドライバの好ましい一実 施例を表わす図であり、 図８は、図７の列ドライバの動作のタイミングチャートを表わす図であり、 図９は、本発明の方法を使用するライン及び列ドライバに接続された大型フラ ットスクリーンの一部を概略的に表わす図である。 図４に示される如く、リセット時間ｔｒに亘り、動作電圧よりも高い電圧Ｖｒ が負荷からサンプリングされ、（＋Ｖと−Ｖとの間の動作電圧）が時間ｔｓの間 にサンプリングされる。高い電圧値から（＋Ｖと−Ｖとの間にある）動作電圧を 得ることが求められるので、残留収束誤差は、常に同じ符号であり（Ｖｅｎ＋ − Ｖｅｎ−）に一致し、二乗平均電圧上の誤差を最小限に抑える。 画素トランジスタがアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）から作られ、数ボルト の閾値電圧を有するとき、予備充電電圧Ｖｒが存在する。動作電圧レンジ（＋Ｖ ，−Ｖ）の両端に達する収束誤差Ｖｅｎ＋及びＶｅｎ−は等しい（Ｖｅｎ＋ ＝ −Ｖｅｎ−）。従って、二乗平均電圧の誤差はゼロである。この電圧Ｖｒは以 下の式： 及び を使用することにより得られる。式中、Ｖｇはサンプリング中のトランジスタの ゲート電圧であり、Ｖｔはその閾値電圧である。 条件 Ｖｅｎ＋ ＝ Ｖｅｎ− は、以下の式： 又は 及び のように表わされるので、τ（Ｖ）は、 の形式であり、従って、 即ち、 と表わされる。 図５は、本発明による方法の実施を可能にさせるスクリーンの列ドライバの一 実施例を表わす図である。このドライバは、アモルファスシリコンから製造され たトランジスタにより形成される。ドライバ１１は、好ましくは、多重化周波数 を同程度に低下させるため並列に動作する複数のビデオ入力からなる。図５にお ける意図的に簡単に示された例において、列ドライバは５個のビデオ入力ＤＢ１ 乃至ＤＢ５と、６個のデマルチプレクシング信号入力ＤＷ１乃至ＤＷ６とを有し 、３０本の列１２を充電することが可能である。各列１２は単一のトランジスタ １３により駆動され、このトランジスタ１３は、時間ｔｒの間に電圧Ｖｒに達す るための予備充電と、適当なビデオ電圧値への収束とのため使用される。 図６には、本発明の方法に従って使用された図５のスクリーンの動作のタイミ ングチャートが示される。時間ｔｒに亘り、動作電圧よりも高い電圧Ｖｒが信号 ＤＷ１乃至ＤＷ６を介してすべての列に印加される。入力ＤＷ１乃至ＤＷ６は、 各信号ＤＢ１乃至ＤＢ５に対し、ＤＷ１乃至ＤＷ６によって表わされるように順 次に選択され、動作電圧が時間ｔｓに亘りサンプリングされる。 図７は、本発明を利用する列ドライバの好ましい一実施例を表わす図である。 この場合、各標本化器は、好ましくは同一であり並列に設けられた３個のトラン ジスタ１６、１７及び１８により構成される。図７に明瞭に示される如く、３個 のトランジスタ１６、１７及び１８の第１の電極、即ち、ドレインは入力ビデオ 信号１４を受け、一方、第２の電極、即ち、ソースは駆動されるべき列１５を充 電する。更に、トランジスタ１６のゲートは、シフトレジスタの出力に接続され 、デマルチプレクシング信号１９を受け、一方、他の２個のトランジスタ１７及 び１８のゲート２０及び２１は、以下に詳述される２個のクロックに接続されて いる。３個のトランジスタを用いることにより、単一の大型トランジスタを用い て強い容量性 カップリングを補償し、すべてのトランジスタに歪みを分布させることが可能に なり、トランジスタの耐用期間が延びる。 図８は、図７に示されたタイプのラインドライバのタイミングチャートである 。ここで与えられた数値は一例に過ぎない。トランジスタ１７及び１８に印加さ れたクロック信号は、１個のトランジスタが奇数番目のラインを予備充電すると 共に、他のトランジスタが偶数番目のラインを予備充電するような信号である。 その上、１個のトランジスタ、例えば、トランジスタ１７のゲート２０が時間ｔ ｒに亘り予備充電パルスを受けるとき、別のトランジスタ１８のゲート２１は、 ライン時間の終わりまでに、例えば、−２２Ｖの負のパルスを受けるので、制御 電極２１上の正のパルスを用いて、ライン時間の終わりに収束トランジスタのカ ップリングを補償し得る。トランジスタ１６のゲートは、収束を行うべく間隔ｔ ｓのパルスを受ける。予備充電は、収束（０．９μｓ）の約２倍の時間（２μｓ ）を要するので、３個のトランジスタの動作のデューティ比は等しく、これによ り、歪みを均等に分配する。 非常に多数のライン又は非常に多数の基本画素を有するスクリーンの場合に、 トランジスタは、過剰に強い結合キャパシタンスが現れないように設計するには 不充分である。基本的な図は、図１に示されたタイプのものである。上記トラン ジスタが非常に小さいため画素の正確な充電が通例的に行えない、若しくは、ラ インの本数が非常に多いため、充電のために非常に僅かな時間しか利用できない かかるスクリーンの動作を改良するため、図４に示されたタイプの予備充電を伴 う動作系統を使用してもよい。 この場合、動作はラインパケットによって行われる方が好ましい。かくして、 列ドライバが図５のドライバと同じであるスクリーンに関係し、５本ずつのライ ンが５個のラインパケットに対しラインレジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３・・・により 駆動される各グループに分けられた図９に示される如く、ラインＬ１乃至Ｌ５は 最初に同時に予 備充電され、次に、同じラインＬ１乃至Ｌ５が順次にサンプリングされる。ライ ンＬ６乃至Ｌ１０が次に同時に予備充電され、以下同様である。この動作モード は、（５本のラインを同時に駆動する）通常のドライバとは互換性がない。従っ て、特別の電子部品が必要である。 例えば、スクリーンが、６００本のラインに対しＲ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・の ような５個のラインドライバを使用するならば、５個のドライバを同時に充電す ることが可能である。屡々、本発明の出力イネーブル機能は、例えば、図９の実 施例において、５個の回路Ｒ１、Ｒ２、・・・により駆動される最初の５本のラ インＬ１、Ｌ６、Ｌ１１、・・・のような５本のラインの同時的な予備充電を順 次に制御し、次に、５本のラインを順次にアドレス指定するため使用される。し かし、このタイプの解決法には、ビデオ画像を格納し、それによって再生するフ レームメモリが必要である。 いずれの場合でも、予備充電は、動作電圧Ｖ＋／Ｖ−よりも高い電圧Ｖｒを用 いて行われる。 本発明は、特に、薄膜トランジスタのアクティブマトリックス（ＡＭＬＣＤ） により駆動されるフラット液晶ディスプレイスクリーンに適用され、一般的に、 相対精度が絶対精度よりも重要である標本化器を必要とするあらゆる応用に適用 される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルブラン，ユゲ フランス国，38500 クブレヴィ，リュ・ プレヴェル 100番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 行及び列により構成され、行と列の交点に画素があるフラットスクリーン をアドレス指定する方法であって、 上記スクリーン上に表示されるべきビデオ信号の各サンプリングの始めに、動 作電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電圧（Ｖｒ）が時間ｔｒの間に選択された画素に 印加され、 次に、動作電圧が時間ｔｓの間にサンプリングされることを特徴とする方法。 ２． Ｖｅｎ＋及びＶｅｎ−が、夫々、正フレーム及び負フレームにおける残留 誤差を表わすとき、予備充電電圧（Ｖｒ）は、 Ｖｅｎ＋ ＝ Ｖｅｎ− となるように選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 上記予備充電電圧は以下の式、 及び により得られ、式中、Ｖｇはサンプリング中のトランジスタのゲート電圧であり 、Ｖｔはその閾値電圧であり、 条件 Ｖｅｎ＋ ＝ Ｖｅｎ− は、以下の式、 又は 及び のように表わされるので、τ（Ｖ）は、 の形式であり、従って、 即ち、 と表わされることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． シフトレジスタの出力により駆動される標本化器からなるタイプのフラッ トスクリーンの列ドライバ回路であって、 各標本化器は並列に設けられた３個のＭＩＳタイプトランジスタ（１６，１７ ，１８）により構成され、 各トランジスタの第１の電極はビデオ信号（１４）に接続され、 第２の電極は駆動された列（１５）に接続され、第１のトランジスタのゲート（ １９）は上記シフトレジスタの出力の中の一つに接続され、第２及び第３のトラ ンジスタのゲート（２０，２１）は、２個のトランジスタの中の一方が奇数番目 のフレームを予備充電するため活性化され、他方が偶数番目のフレームを予備充 電するため活性化されるように２個のクロック信号に接続されていることを特徴 とする、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の方法を実施するドライバ回路 。 ５． 上記第２及び第３のトランジスタに印加されたクロック電圧は、トランジ スタが予備充電のため使用されていないとき、そのトランジスタのゲートが負電 圧を受け、このゲート電圧が次に再び上昇したとき、容量性カップリングの補償 が行えるように選択されることを特徴とする請求項４記載のドライバ回路。 ６． 上記３個のトランジスタは同一であることを特徴とする請求項４又は５記 載のドライバ回路。 ７． 上記３個のトランジスタは薄膜技術から製造されることを特徴とする請求 項４乃至６のうちいずれか１項記載の回路。 ８． ライン及び列を含み、ラインと列との交点に画素が設けられ、Ｘ個のライ ンドライバ回路が夫々Ｙ本のラインに接続されたフラットスクリーンをアドレス 指定する方法であって、 時間ｔｒの間に、第１のラインドライバ回路に接続されたラインに在る画素は 、動作電圧レンジ（Ｖ）よりも高い電圧（Ｖｒ）に予備充電され、 次に、Ｙ本のラインが順次にサンプリングされ、 上記動作がＸ−１個の残りのドライバ回路に対し繰り返し行われ ることを特徴とする方法。 ９． ライン及び列を含み、ラインと列との交点に画素が設けられ、Ｘ個のライ ンドライバ回路が夫々Ｙ本のラインに接続されたフラットスクリーンをアドレス 指定する方法であって、 Ｘ個の各ラインドライバ回路の第１のラインが動作電圧レンジ（Ｖ）よりも高 い電圧Ｖｒに予備充電され、 次に、Ｘ個のラインドライバ回路の上記ラインが順次にサンプリングされ、 上記の動作がＸ個の各ラインドライバ回路のＹ−１本の他のラインに対し繰り 返し行われることを特徴とする方法。