JPS59155893A - アクテイブパネル用ガラス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各パネルの表示単位（以下画素と呼ぶ）に薄膜
トランジスタで構成された電気回路を持つアクティブパ
ネル用ガラス基板に関するものである。

表示内容の複雑化につれ、これまでのセグメントによる
英数表示や、走査線数の少ないドツト表示などでは不十
分となってきている。また、表示体の性能如何がその商
品の価値に多大な影響を与えることもあり、高性能の表
示体を目的として活発な°研究開発が行なわれている。

平面ディスプレイの研究は幅広く、エレクトロルミネッ
センス・発光ダイオード・液晶・プラズマ及び螢光表示
管等に及んでいるが、低電圧及び低消費電流化の目的に
適合するのはいまのところ液晶を用いた表示方式だけで
ある。液晶を用いたドツトマトリ、クスパネルの研究は
かなり以前から行なわれているが、マルチプレックス駆
動方式では原理的問題により走査線数の増大が計れない
。これは液晶の特性の限界でもあり、また結果として駆
動電圧の増加を招いてしまう。この欠点を逃れる為、多
重マトリックスパネルの提案がなされているが、やはり
走査線の増加はむづかしい。

次に試みられているのが、各画素内に非線型素子を作り
込む方法でアクティブマトリックスパネル（または能動
型マトリックスパネル）と呼ばれるもので、ガラス基板
上に作られた薄膜トランジスタ又はシリコン基板上に作
られた電界効果トランジスタと画素のデータを一時的に
保持するコンデンサを組み合わせたものであり、第１図
に薄膜トランジスタに、ついての例を掲げた。１の破線
で囲まれた部分が１つの画素に対応する。２はガラス基
板上のポリシリコン上に作り込まれたＮ型の薄膜トラン
ジスタで、このドレイン３がデータ保持用のコンデンサ
４につながれ、またこれは液晶の駆動用透明ＴＩ！極５
にも接続されている。６は液晶層で、７は上パネルガラ
スの共通電極である。

簿膜トランジスタのゲート８には画素の選択信号９が入
力し、二の信号をＨＩＧＨにすることでトランジスタを
ＯＮ状態にし、トランジスタのソース１０と接続された
データ入力信号１１をコンデンサ４に読み込む。この方
式では、コンデンサでデータを保持する為、画像が変化
しない場合でも常時データを書き込む必要がある。

この方式においては、薄膜トランジスタのＯＮ抵抗をＲ
ｏｎ、０−ＦＦ抵抗をＲｏｆｆ　ｌ各画素の液晶層の容
量をＣ９，走査線一本当りの選択時間をτＬ１１フレー
ム時間をτＦ　とした時、 Ｒｏｎ−ｃｒ、（τＬ の関係が成立した場合に、画像信号を正しく書き込むこ
とができる。また、 ＲＯｆｆ　−ＯＬ　）τＦ の関係が成立した場合ぽ、書き込まれた画像信号をホー
ルドすることができる。したがって、可能な走査線の最
大値は Ｒｏｆｆ　／　Ｒｏｎ の値により制約を受ける。ポリシリコン上の簿膜トラン
ジスタであろうがアモー７７スシリコン上の薄膜トラン
ジスタであろうが、ＯＮ抵抗、０ＩＰＦ抵抗の厳しい管
理が必要になるという問題がある。

第２図が、第１図の回路図に示したガラス基板上に作り
込まれた薄膜トランジスタによる駆動方式のアクライブ
パネルの断面図である。透明基板１２上にチャネルとな
る第１層目の８１薄膜を減圧ＯＶＤ法、プラズマＯ’Ｖ
Ｄ法等により形成し、パターニングの後に表面に８１層
を酸化した酸化膜を形成し、その後第２層目の８１層を
形成しゲートライン、ＧＮＤラインのパターニングをし
て、前記パターンをマスタに更に酸化膜をエツチングし
て、ゲート絶縁膜１６．ゲート電極１７をなす。その後
、ゲー）Ｋ極１７をマスクに全体にＰイオンを打込みＮ
型層を形成し、トランジスタのソース１９．チャネル２
１．ドレイン２０ができる。その後、酸化膜１８を形成
し、コンタクトホールをあけてから透明導電膜をつけて
、パターニングして、データ線と駆動電極１６が形成さ
れるこのような構成を持つ小型テレビ用のパネルの発表
が行なわれていて、随時変化して行くテレビ画像の表示
という目的からすれば、このダイナミックな記憶方式は
適切な方法である。

これらのテレビ画像の表示を目的とするパネルに加え、
文字や図形の表示を目的とするドツトマトリクスパネル
の重要性も増しつつある。携帯用コンピュータ、電卓、
腕時計等の応用では、以前から低消費′電流、低電圧の
高品質のドツトマトリ、クスパネルが望まれているが、
いまだ十分な性能のものが得られていないのが現状であ
る。上述したテレビ用のアクティブパネルをこれらの携
帯用機器、特に様々な条件の最も厳しい時計に応用する
際には、低電圧、低消費電流化が困難、随時データの書
き込みが必要であり周辺回路が接離化する等の同順を抱
えており、その応用はむつかしいと思われる。

本発明は、これらの携帯用機器へ応用可能な、低消費電
流で、低′屯圧であり、高品質のドツトマトリックスパ
ネルを提供することを目的とする。

ダイナミックな記憶方式のテレビ用アクティブマトリッ
クスパネルにおいて、その消費電流が増加する最大の原
因は、常に高速で画素のデータの書き換えが必要である
ことによる。上記のような携帯用機器においては、画像
が連続的に変化するということはさほど必要ではなく、
一つの画像をかなり長い時９間静止して用いることの方
が多い。

したがって、各画素内にその画素の表示内容をスタティ
ックに記憶させ゛るということは、これらの機器の表示
体としては有用である。

本発明は、各画素内にその画素の表示内容を一旦書き込
めば、再び書き込まれない限りそのデータを記憶する機
能を作り込むことにより、随時高速の書き込みをする必
要のないアクティブパネルを実現し、その低消費電流化
を計っている。したがって静止画像時：には液晶を駆動
する低周波信号のみが印加され、この部分における消費
電流のみが問題となりこれは極めて小さくすることがで
きる。また、ガラス基板上に素子を作り込むということ
で周辺回路の作り込みも可能であり、液晶に直接電源電
圧と同じ大きさの電圧を印加することが可能であり駆動
電圧も低くすることができる。

本発明による画素の構成を第３図に示す。２２の破線で
囲まれた部分が一つの画素に対応し、２３がその画素に
表示すべき情報を保持しておくスタティックな記憶回路
であり、この記憶回路にはこの画素の選択を制御する信
号２４と、書き込むべきデータ信号、２５が人力されて
いる。外部回路からの命令により、各画素に指定された
情報が書き込まれ、保持され、再び書き換えられるまで
データが変化することはない。２６は上記記憶回路から
のデータ２７を用い、各画素の上部に形成された液晶駆
動電極へ印加される信号を制御する回路であり、２８が
各画素へ導かれる駆動信号、２９が制御されたイば号で
画素上部の液晶層６０へつながれている。６１は上パネ
ルへの入力信号である。

本発明に関する説明は、この上パネルへ印加される信号
は低周波の方形波であるとして進めるが、これに限る必
要は全くない。

このような画素を持つパネルの全体的な構成の例を第４
図により説明する。縦横マトリックス状に並んだ正方形
の画素３３は、基本的には３つの信号の入力を必要とす
る。第６図におけ°る画素の説明の際にも述べたが、記
憶回路に関しては第１に画素の選択が必要であり、これ
は第４図における外部信号３４が回路３５によってデコ
ードされ指定された画素が選択される。本図においては
横一線に対応した画素が選択される場合について描いで
ある。また各画素の記憶回路に入力されるデータ信号は
、外部から３６のように回路３７に入力され、やはり外
部からの信号３８の助けを借りて各画素へ送られる。こ
のように３４と３８の入力信号により書き込まれる画素
が選択され、３９及び４０のクロック信号によりそのタ
イミングが制御される。

第４図４１に示した回路は画素内の駆動信号制御回路へ
導かれる信号を制御しているものであり、最も簡単な方
法ではこれは上パネルへ印加される信号と同じものを各
画素に送り込んでいる。

本発明は、第３図に示したように、各画素内に各画素の
表示内容に対応したデータを保持しておくスタティック
な記憶回路と、このデータを用いて液晶駆動電極への信
号を制御する回路から構成されることを特徴としている
。

以下これらの２つの回路について、最も簡単で応用性の
ある”白″９”黒″の２値の表示を行なう場合について
具体的に例を掲げて説明をする。

″白″と″黒″の２値表示を行なわせる為には、各画素
内に１ビツトのデータを保持することで足りる。各画素
は外部からの書き込みにより０″あるいは°゛１″に指
定され、この情報を用いて液晶駆動電極の信号を制御す
る。

この記憶回路の例のひとつに、第５図の４４〜４９に示
ずようなＮＭＯ３ＲＡＭがある。４２．４６はＤＡＴＡ
　、ＤＡＴＡの入力信号、４４は画素の選択を行なうワ
ードラインである。４４゜４５．４８，４９はＮＭＯ’
Ｓ）ランジスタ、４６．４７はポリシリコン抵抗で構成
されている。このスタティックメモリーの４８と４９の
ドレインの電位を駆動′電極信号の制御に用いる。

次に上述の記憶回路のデーイを用いて駆動電極信号を制
御する回路について述べる。第５図において、５０及び
５２は所謂コモン信号が入力される。５１は上記のコモ
ン信号と位相が１８０°ずれた反転コモン信号が入力さ
れる。第６１ｍ（１）にコモン信号を示す。こ・のコモ
ン信号は０ポルトと■ボルトの間で変化する低周波の方
形波が通常用いられる。この信号は図に示すよう・に、
上部パネルの全体に形成された透明電極に印加されるほ
か、各画素内にも導かれる。５３は１つの画素に対応し
た液晶層を表わす。５４と５５の２つのＮＭＯＳトラン
ジスタのゲート信号を記憶回路のデータで制御し開閉を
する。ＮＭＯ３）ランジスタ５４が石Ｎし、５５が石Ｆ
Ｔとなれば、駆動電極の電圧は第６図（２）のようにコ
モン信号に比べて逆位相となり、正負交互の電圧が印加
される。逆にＮ　）７Ｏ８）ランジスタ５５がＯＮし、
５４がＯＦＦとなると、液晶へかかる信号は上パネルと
等しくなり、液晶に電圧は印加されない。したがって、
適当な方式による表示を行なわせるように液晶を封入し
ておけば、画素内の記憶回路内のデータに対応した表示
が行なえる。

以上“白”、°′黒”の２値表示の場合について回路例
を上げて詳しく述べてきた。これらの記憶回路と制御回
路をその目的に合わせて選択し、組み併せて使用する。

このとき、各−紫に含まれる素子数２画素内に導く必要
のある信号の数、消費′屯流、信頼性９周辺回路及び制
御回路とのマツチングの取り易さ、画像処理の為のソフ
トの作り易さ等の点を考え、各回路の長所、欠点を検討
し、設計する必要がある。特に、画素内に集積されてい
るトランジスタの大きさにより、表示の解像度が影響を
受けるため、光を透過しない、トランジスタのサイズが
小さくなるように設計する必要がある。

すでに述べたように本発明の目的は、従来のコンデンサ
で各画素のデータを保持するような随時高速で書き込み
の必要な方式を、スタティックな記憶［回路で置き換え
ることで、一度データを舊き込めば画像の変化を装しな
い限り、書き換えが必要なくなり、周辺回路も含めた全
体的な消費電流の低減、回路の簡略化を実現することに
存する。

したがって、画素内の記憶回路はなにもＮＭＯ８に限る
必要はなく、他の素子の構成による回路であっても全体
として消費電流の低減９回路の簡略化を計ることができ
、本発明の目的と合致するものであれば使用することが
できるのである。

本発明は各画素に対応した情報を保持するスタティック
な記憶回路と、この情報を用いて液晶駆動信号を制御す
る制御回路をその構成要素としていることを特徴とする
。上記のようにダイナミックな記憶回路からスタティッ
クな記憶回路に変更することにより、新たに各画素にお
ける液晶駆動電極の信号を制御する回路を加える必要が
あるのである。

本発明によるアクティブパネルによれば、薄膜トランジ
スタのＯＮ抵抗、ＯＦＦ抵抗の厳しい管理なしに大画素
数の表示体が実現でき、また、静止画像表示を主体とし
た低消費電力の携帯機器のディスプレイへの応用が可能
となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のダイナミックな記憶を行なうアクティ
ブパネルの回路図。 第２図は、第１図のようなアクティブパネルの構造を示
す断面図。 第３図は、本発明による画素内の構成を説明する為のブ
ロックダイヤグラム。 第４図は、本発明による第３図の画素を用いた場合のパ
ネル全体の構成例を示すブロックダイヤグラム。 第５図は、本発明による画素内の記憶回路の例を示す回
路図。 第６図は、その動作の説明の為に用いる駆動信号波形を
示す図である。 以　　上 １１ 第１図 ／２ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１のガラス基板上に形成された薄膜トランジスタによ
   り構成される電気回路によって、該基板上に形成された
   電極に印加される電圧を制御し、第２のガラス基板上に
   形成された透明電極の間に封入された液晶に印加される
   電界を制御することによって表示を行なわせるアクティ
   ブパネルにおいて、当該パネルの画素内に各画素の点燈
   または非点燈、すなわち０または１の２値表示の情報を
   スタティックに保持し得る記憶回路と、当該記憶回路の
   情報により、第１のガラス基板上の電極に印加される信
   号を制御する制御回路を併せ持つことを特徴とするアク
   ティブパネル用ガラス基板。