JPS6217732B2

JPS6217732B2 -

Info

Publication number: JPS6217732B2
Application number: JP12854379A
Authority: JP
Inventors: Masami Murata
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1987-04-20
Also published as: JPS5653487A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、信号線及び選択線をマトリツクス状
に形成し、信号線と選択線の各交点に能動素子を
形成したマトリツクス表示装置に関するものであ
る。

液晶表示装置は、低消費電力であるという特徴
のために、完全に時計、電卓の表示として定着し
た。ところが、これらに用いられている表示も大
部分は、７セグメントを用いた数表示やシンボル
マークであり、一層の多機能化が図られている今
日では、表示機能に限界が生じてきている。そこ
で考えられ、一部実用されてきているのがドツト
マツリツクス表示である。ところがドツトマトリ
ツクス表示は多桁のマルチプレクス駆動が必要で
あるため、非選択点のクロストーク、選択点の低
コントラスト等の問題が存在し、電卓で一部実用
化されているのみである。

液晶のマルチプレクス駆動に起因する諸問題を
解決するために提案されているのが能動素子をド
ツトマトリツクスパネルの各画素に形成した液晶
表示装置である。第１図は該液晶表示装置の構造
を示した図であり、選択線１、信号線２、書き込
みトランジスタ３、信号保持コンデンサー４、液
晶をはさんだ電極から成るコンデンサー５から構
成されている。選択線１が選択されると該当する
画素の各書き込みトランジスタ３がON状態とな
り、信号線２に加えられている表示信号が、コン
デンサー４，５に電荷として貯えられる。該選択
線上の画素の書き込みが終ると次の選択線が選択
されて、順次、一選択線上の画素が書き込まれて
行く。そして、全画素が書き込まれた後、再び最
初の選択線が選択されるという動作を繰り返す。
書き込みトランジスタ３として、通常の単結晶シ
リコンウエハ上にMOSトランジスタがガラス基
板上にCdSeの薄膜を蒸着して形成する薄膜トラ
ンジスタ（TFT）等が提案されている。以下、
本発明の説明は単結晶シリコンウエハ上のMOS
トランジスタとする。書き込み選択期間Ｔ_Wでコ
ンデンサーの書き込みが終了するためにはＴ_W＞ron（CH＋CL）但し、ronはトランジスタ３のON抵抗、CHは信
号保持コンデンサーの静電容量、CLは液晶層の
静電容量である。また、選択線が選択されてから
次に選択されるまでの期間Tf信号が保持される
ためには、 Tf＜roff（CH＋CL）となる。但し、roffはトランジスタ３のOFF抵抗
である。通常は該液晶表示装置はTV用として考
えられているためにTfは30ｍｓ程度でありroff
（CH＋CL）＞30ｍｓを達成するために保持コンデ
ンサー４を用いている。即ち、トランジスタ３の
OFF抵抗と液晶の作るコンデンサー５から成る
時定数roffCL＞30ｍｓならば、コンデンサー４
は必要でない。消費電力の点から見ると液晶の作
るコンデンサー５だけ、充電すれば良いものを余
分なコンデンサー４も充電させている。コンデン
サー４と５に充電する信号が毎選択ごとに同じな
らば該電力の損失も少ないが、液晶は直流駆動す
ると非常に劣化し易く交流駆動を行なう必要が有
る。従つて、表示されるパターンが長い間同じで
あつても、コンデンサー４，５に書き込まれる電
圧は毎選択ごとに異なり、消費電力の増大につな
がる。例えば、対角線が１，５インチ程度のTV
画像を、200×200ケ程度の画素で実現した時の画
素寸法は150μｍ×100μｍ程度となり、液晶の作
る容量は、0.2〜0.3pFであり、時定数が30ｍｓ程
度にするには、２〜3pF程度の保持コンデンサー
４が必要となる。即ち、10倍の容量が必要とな
る。このような液晶表示装置を時計等の小型情報
機器に用いる場合、上記のごとく消費電力が多い
ことは、重大な欠点となる。そこで、以下に従来
の対策例を示す他の従来技術を挙げ具体的に説明
する。

第２図は、従来技術の一画素のセルの回路図で
あり、トランスミツシヨンゲート６，９、インバ
ータ７，８、から構成されている。CMOS構成と
なつているため、選択線１は、１と逆極性の１の
２本になる。書き込み時には、トランスミツシヨ
ンゲート（以下TGと略す）６はON状態となり信
号線２の２値データが書き込まれ、TG６がOFF
状態になると同時にTG９がON状態となりデータ
がインバータ７と８によりラツチされる。液晶に
は、インバータ７の出力電圧が印加される。この
従来技術により、信号保持コンデンサーが不要に
なる。ところが、液晶に加える電圧はインバータ
７のロジツクレベルで決まる２値しかとれない。
従つて、液晶を交流駆動するためには、液晶の作
るコンデンサーのもう一方の電極、即ち透明基板
上の透明電極に各画素の書き込みに同期してイン
バータ７の電源レベルの２値の矩形波を印加しな
ければならない。ところが、同一の選択線を持つ
画素の間では、書き込みのタイミングが同じであ
るが、異なる選択線を持つ画素では、該当する透
明電極に立ち上がり及び立ち下がりの異つた矩形
波を印加する必要がある。このことは第３図のご
とく、能動素子が形成された基板と一定の間隔を
もつて形成された透明基板１０上にストライプ状
の透明電極１１を形成し、各々に独立の選択線の
数だけの信号を加えることの必要性を示してい
る。従つて、パネル実装上の問題が生ずる。すな
わち、選択線の数だけパネルの端子数が増大し、
コストの増加になる。

また、この従来技術では、液晶の交流駆動を行
なうために、表示が変化していない画素でも選択
されるごとにラツチされるデータを書き換える必
要がある。従つて、液晶の交流駆動の周期内に２
回全画素のデータを書き換える必要があり、デー
タの書き込みのクロツク周波数は非常に高くな
る。

ここでこの従来技術の周辺回路図を第４図に示
す。ラインメモリ１２、デマルチプレクサ１３、
選択タイミング回路１４、液晶パネル１５から構
成されるが、ラインメモリ１２は通常、シフトレ
ジスタで構成される。シフトレジスタの入力デー
タ端子Ｄから入力したデータは順次シフトレジス
タ書き込みクロツクCLSRにより転送される。そ
して、全段のデータが入力されると選択タイミン
グ回路１４によつて１本の選択線が選択され、シ
フトレジスタの各段の出力によつて、デマルチプ
レクサ１３の２つの内１つが選択され、ON及び
OFF信号が選択された一行の画素に書き込まれ
る。次の選択線上の画素が、シフトレジスタに入
力され同様の動作を繰り返して表示が行なわれ
る。この時の書き込みクロツクについて考える。
例えば、全画素数を64×64として、液晶の交流駆
動の周波数をfHzとすると、1/2ｆ秒に64本の選
択線を選択しなければならない。従つて、１本当
りでは1/128ｆ秒となり、1/128ｆ秒以内に64個の
データをラインメモリ１２に取り入れなければな
らない。ラインメモリ１２が4bit並列のシフトレ
ジスタとしても16発のパルスが必要でありシフト
レジスタ書き込みクロツクCLSRは、2048fHz以
上が要求される。例えばｆ＝32Hzとすると
65.536KHzとなる。通常のウオツチに使われてい
る水晶振動子の発振周波数は32.768KHzであり、
65.536KHzは容易に作ることはできない。従つて
この従来技術では、書き込みクロツクの周波数が
高くなり、この点から消費電力もあまり減らない
と思われる。

そこで本発明は、上記の点を鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、低消費電力で、表示
書き込みクロツクの低速化した能動素子付液晶表
示装置を提供することである。

第５図は、実施例の一画素の回路図である。従
来技術を示す第２図にTG１６と１７を付加し、
ON信号線１８とOFF信号線１９を増設したもの
である。従来技術を示す第２図と同様にインバー
ター７と８にラツチされたデータが７の出力で
Lowレベルならば、TG１６がON，TG１７は
OFFとなり、ON信号線１８からの信号が入力さ
れ、液晶はON状態となり、逆に、７の出力が
Highレベルならば、HG１６はOFF，TG１７は
ONとなり、OFF信号線１９からの信号が液晶に
印加される。従つて、液晶に加えられる電圧は、
インバータ７のロジツクレベルの２値の間の電圧
ならばどの値でも印加することができる。よつ
て、従来技術にあつた欠点を解決できる。即ち液
晶パネルの透明電極を全面電極としインバータ７
のロジツクレベルの1/2の値に固定して、液晶を
ONする時は、インバータ７のロジツクレベルの
Ｈとして繰り返し加える。また、OFFの時は、
透明電極と同電位にする。第６図はこれらの信号
波形の図である。VCは透明電極の信号、Vonは
液晶をONさせる時の信号、Von−VcはONした画
素の液晶に加わる電圧波形、Voffは液晶をOFF
させる時の信号、Voff−VcはOFFの時の画素に
加わる電圧波形である。このように、透明電極を
全面電極として一定の電圧にしておけば良いの
で、実装の点で従来技術よりも単純化される。一
方透明電極の電位を中心に液晶を交流駆動するの
で電源は液晶が充分にONする値をＶとする2Vの
電圧が必要となる。従つて、各素子の耐圧も大き
く設計する必要がある。しかし、これらの対策を
採るに必要はコストは、従来技術の実装にかかる
ものより少ない。

次に、書き込みクロツクについて考えると本実
施例では、液晶の交流駆動信号は、TG１６，１
７を通して液晶に加えられるので記憶セルのイン
バータ７，８に記憶されたデータは、表示される
データが変らない間は書き換える必要がない。そ
こで、全画素の中で一部の表示のみが変化するよ
うな時には、変化の生じた画素のデータのみを書
き換えれば良い。時計に用いた時には、このよう
な条件を満たす表示がほとんどであり、全面の表
示が変るのは、モード切換の時ぐらいである。例
えば曜、日、時、分、秒の表示するモードでは、
常時変化するのは秒の表示ぐらいであり、秒表示
を含む選択線の数本上の画素を毎秒１回書き換え
るだけで良いので書き込みクロツクの周波数は低
くできる。

このように、本実施例を用いれば完全スタテイ
ツクに機能素子付パネルの駆動を行なえるが素子
数の増加とこれによる製造時の歩留りが問題とな
る。素子数については、一画素当り１２素子とな
り、従来の一画素当り１素子の場合に比べて非常
に増大する。しかし、１mm²当りの素子密度は150
素子であり、現在の300素子／mm²の水準のLSI技
術ならば、充分に余裕をもつた設計を行なうこと
ができる。また、実施例を示す第５図のTG９は
インバータ８の出力インピーダンスを比較的高く
設計することにより省略することもできる。更
に、TG１７はOFF信号線１９の電圧レベルがイ
ンバータ７のロツジレベルの調度中間の値なの
で、片チヤンネルのトランジスタスイツチとする
ことも可能である。実施例では、これにより一画
素当り９素子となる。

本発明の液晶パネルに使用する液晶の動作モー
ドは低消費電力型ということで、ツイストネマチ
ツクTNモードが望ましいが、基板が一枚はSiウ
エハであり、光が透過せず、反射面に偏光特性を
持たすことも困難であるので、ゲストーホスト
（GH）モード、動的散乱DSモード等が考えられ
るが、低消費電力という点では、GHモードが有
利であろう。

このように本発明により、低消費電力で、かつ
コントラスト及び視角特性の良いマトリツクス液
晶表示装置が提供される。そして、該液晶表示装
置の使用により、一層、例えば小型携帯機器の多
機能化が促進される。

【図面の簡単な説明】

第１図……従来の能動素子付マトリツクスパネ
ル回路図。１……選択線、２……信号線、３……書き込み
トランジスタ、４……信号保持コンデンサ、５…
…液晶層の作るコンデンサ、第２図……従来の他の能動素子付マトリツクス
パネルの回路図、６，９……トランスミツシヨンゲート、７，８
……インバータ、第３図……従来の能動素子付マトリツクスパネ
ルの透明基板の図。１０……透明基板、１１……透明電極、第４図……従来の能動素子付マトリツクスパネ
ルの周辺回路図。１２……ラインメモリ、１３……デマルチプレ
クサ、１４……選択タイミング回路、１５……液
晶パネル、第５図……本発明による実施例の能動素子付マ
トリツクスパネルの回路図。１６，１７……トランスミツシヨンゲート、１
８……ON信号線、１９……OFF信号線、第６図……本発明による実施例の能動素子付マ
トリツクスパネルのON、OFF信号波形図。

Claims

【特許請求の範囲】

１マトリツクス状に形成された複数本の信号線
及び選択線、前記信号線と前記選択線の各交点に
形成されており前記信号線からの２値データを論
理的に記憶保持する記憶手段、前記信号線と前記
選択線の各交点に形成されており液晶を駆動する
液晶駆動信号を出力する液晶駆動手段、前記記憶
手段及び前記液晶駆動手段を構成している能動素
子が形成された基板、前記基板と一定の間隔をも
つて対向する面に形成された透明基板、前記透明
基板上に形成され、ある一定の電圧が印加される
透明電極を有する液晶表示装置において、前記液
晶駆動手段は、前記透明電極に印加される電圧の
２倍の電圧と0Vとがそれぞれ特定の間隔で交互
に印加されているON信号線、前記透明電極に印
加される電圧と同じ値の電圧が印加されている
OFF信号線、前記記憶手段の記憶保持内容に応
じて前記ON信号線からのON信号または前記
OFF信号線からのOFF信号のどちらかを前記液
晶駆動信号として出力するゲート回路を具備する
ことを特徴とする液晶表示装置。