KR100665160B1 - 화상 표시 장치 및 화상 표시 모듈 - Google Patents

화상 표시 장치 및 화상 표시 모듈 Download PDF

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Abstract

화소 내에 화상 메모리 소자를 구비한 표시 패널로 구성한 화상 표시 장치의 저소비 전력화를 실현한다.
액정 소자(5)의 화소 전극(25)에 상변화에 의해 저항치가 바뀌는 불휘발성의 화상 메모리 소자(1)를 접속한다. 주사 전극선(7)과 신호 전극선(9)으로 구동되는 박막 트랜지스터(17)의 출력을 화소 전극(25)에 접속한다. 주사 전극선(7)이 선택되어 전압이 하이 레벨로 되면, 박막 트랜지스터(17)가 온되고, 이 타이밍에서 신호 전극(9)에 흐르고 있는 전류 신호가 화상 메모리 소자(1)를 통하여 기준 전극선(15)에 흐른다. 화상 메모리 소자(1)를 흐르는 전류치 또는 펄스 폭에 따라 해당 화상 메모리 소자(1)의 저항이 변화되어, 저항치로서 기억된다. 화상 메모리 소자(1)의 저항에 따라 액정 소자(5)에 가해지는 액정 구동 전압이 변화하여, 액정 소자(5)에 표시가 이루어진다.

Description

화상 표시 장치 및 화상 표시 모듈{IMAGE DISPLAY APPARATUS AND IMAGE DISPLAY MODULE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 화소마다 기억 수단을 내장한 화상 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치에 있어서의 해당 기억 수단의 구성을 간소화하여, 개구율의 저하를 억제함과 동시에, 저소비 전력화를 실현한 화상 표시 장치와 이 화상 표시 장치를 이용한 화상 표시 모듈에 관한 것이다.
박형·경량의 화상 표시 장치로서, 액정 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 혹은 유기 EL(전계 발광) 패널 등의 각종 화상 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 화상 표시 장치를 구성하는 화상 표시 패널은, 다수의 화소를 매트릭스 형상으로 배치하고, 각 화소의 점등(온)과 소등(오프)을 제어하기 위한 능동 소자를 구비한, 소위 액티브 매트릭스형 화상 표시 장치가 주류를 이루고 있다. 화상 표시 장치에 이용되는 상기 능동 소자로서는, 박막 트랜지스터나 박막 다이오드 등이 널리 이용되고 있다.
또한, 이하에서는 화상 표시 패널로서, 주로 박막 트랜지스터를 능동 소자로 한 액정 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치를 예로서 설명하지만, 상기한 다른 형식의 화상 표시 패널과 이 화상 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치에 관해서도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 1 화소는 흑백 표시에서는 각 화소에 대응하고, 컬러 화소의 경우에는 그 각 색을 담당하는 단위 화소(서브 화소)를 의미한다. 그러나, 이하에서는 특별히 필요한 경우를 제외하고, 컬러 화소의 경우의 단위 화소도 단지 화소라고 기술한다.
상기 액티브·매트릭스형의 화상 표시 장치로서, 화소의 온/오프에 관계하는 박막 트랜지스터나 박막 다이오드 등의 능동 소자를 제어하기 위해서, 소위 스태틱형의 반도체 기억 수단(이하, 화상 메모리 소자 혹은 단지 메모리 소자라고 칭하는 경우도 있음)을 화소마다 마련하여 소비 전력을 저감하도록 한 것이 알려져 있다(예컨대, 일본 특개평 제8-194205호 공보 참조). 또한, 일본 특허 공개 2001-306038호 공보에는, 소비 전력의 저감을 실현할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하기 위해서, 복수의 화소에 공급된 화상 데이터를 보유하는 데이터 보유 수단을 구비하여, 그 데이터 보유 수단에 보유된 화상 데이터에 근거하여 액정에 전압을 인가하는 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 상기 후자의 공보에 개시된 액정 표시 장치의 데이터 보유 수단에는 다이나믹형의 반도체 메모리 소자가 이용되고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 화상 표시 장치를 구성하는 화상 표시 패널의 화소마다 구비하는 화상 메모리 소자는, 반도체 소자, 또는 반도체 소자와 콘덴서를 이용하여 구성되어 있기 때문에, 화소 영역 내에 다수의 반도체 소자의 조립을 필요로 하거나, 혹은 콘덴서를 구성하기 위해서 큰 면적을 필요로 한다. 즉, 종래의 스태틱형의 화상 메모리 소자를 구비하는데는, 많은 트랜지스터를 필요로 하여, 화상 표시 패널의 제작이 어려우며 화소 영역 내의 유효한 표시 영역, 즉 개구율이 저하되어 버린다.
또한, 다이나믹형의 화상 메모리 소자를 구비한 것에 있어서는, 콘덴서를 이용하여 정보를 기억하기 때문에, 화소 영역 내에 그 콘덴서를 형성하기 위한 영역이 필요하여, 역시 화소 내의 유효한 영역이 작아져 개구율이 저하된다. 또한, 다이나믹형의 화상 메모리 소자는 기억되는 화상 데이터에 따라 콘덴서에 축적된 전하가 시간 경과에 따라 감소하기 때문에, 기억한 화소 데이터가 변화하지 않도록 정기적으로 리프레쉬할 필요가 있다. 그 때문에, 화소 내외의 회로 구성이 복잡해지고, 또한 리프레쉬용의 회로가 필요하기 때문에 회로 규모가 커진다.
그리고 또한, 상기 종래 기술에 개시되어 있는 화상 메모리 소자는, 전원을 끄면, 해당 메모리 내의 화상 데이터가 사라져 버리는 휘발성 메모리이기 때문에, 이러한 화상 메모리 소자에도 항상 전압을 인가하거나, 전원을 재투입할 때에 데이터를 재기입해야 하기 때문에, 소비 전력 저감화에 방해가 되고 있었다.
이와 같이, 종래의 화상 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치에는 많은 해결해야 할 과제가 있었다. 본 발명의 제1 목적은, 화상 표시 패널의 화소마다 마련하는 화상 메모리 소자의 구성을 간소화하여 화소의 개구율의 저감을 억제하고, 또한 전원을 끄더라도 화소 내에 화상 데이터가 보유되는 구성으로 하여 저소비 전력화를 실현한 화상 표시 패널로 구성한 화상 표시 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 화상 표시 장치를 이용한 저소비 전력의 화상 표시 모듈을 제공하는 데에 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선에 교차하는 복수의 신호(표시 데이터) 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자를 갖는 화상 표시 패널과, 상기 화상 표시 패널의 상기 주사 전극선을 선택하는 주사 전극선택 회로와 상기 신호 전극선을 구동하는 신호 전극선 구동 회로, 및 상기 화소마다 표시 데이터를 기억하는 기억 수단으로 화상 표시 장치를 구성한다. 상기 기억 수단은 화소마다 접속된 저항체로 구성되고, 해당 저항체의 저항치에 의해 상기 화소에 표시 데이터를 기억한다.
상기 기억 수단(이하, 화상 메모리 소자라고도 함)은, 전류 신호에 의해 제어하는 것이 바람직하며, 또한 불휘발성의 기억 수단으로 할 수 있다. 화상 메모리 소자는 이 화상 메모리 소자를 구성하는 기억 매체의 상(相)변화 또는 상전이에 수반되는 저항 변화를 이용한다. 상변화 매체로서는 결정 상태와 비정질 상태 사이의 상변화에 의해 저항하는 재료를 이용할 수 있는데, GeSbTe계의 상변화 매체를 이용하는 것이 적절하다. 화상 메모리 소자에 접속한 화소는 주사 전극선 및 신호 전극선과 전기적으로 분리하는 것도 가능하다. 그 경우, 단순 매트릭스형과 같이, 주사선과 신호선에 항상 전기적으로 접속한 재기입 수단을 주사 전극선과 신호 전극선에 의해 직접 구동할 수도 있다.
또한, 기억 수단의 기억 데이터를 판독하는 판독 수단을 마련하는 것도 가능하다. 판독 수단에 의해 판독한 화상 데이터(표시 데이터, 또는 표시 신호라고도 함)와, 다음에 표시할 다음 화상 데이터와 연산하는 연산 수단을 마련함으로써, 판독한 화상 데이터와 다음 화상 데이터를 비교하여, 서로 다른 경우에만 기억 수단의 기억 데이터를 재기입할 수도 있다. 또한, 1 화소 내에 복수의 기억 수단을 마련하는 것도 가능하다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선에 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자로 구성한 화상 표시 패널과, 상기 화상 표시 장치에 표시 데이터를 기록하는 기록 장치와, 상기 기록 장치에 의해서 상기 화상 표시 패널에 기록된 표시 데이터를 표시하는 표시 구동 장치를 구비하고, 상기 화상 표시 패널을, 상기 기록 장치와 상기 표시 구동 장치의 한쪽에 선택적으로, 또는 쌍방 동시에 접속 가능하게 하였다.
상기 화상 표시 패널에는, 상기 화소마다 표시 데이터를 기억하는 불휘발성의 기억 수단과, 상기 주사선에 주사 신호를 입력하기 위한 주사선 접속부와, 상기 신호선에 표시 데이터 신호를 입력하기 위한 신호선 접속부와, 상기 화소를 구동하기 위한 구동 신호를 입력하기 위한 구동선 접속부와, 전원선 접속부를 구비한다.
그리고, 상기 기록 장치에 상기 액정 표시 장치의 상기 주사선과 상기 신호선을 구동하는 주사선 선택 회로와 신호선 구동 회로 및 신호 제어 회로와, 상기 신호선 접속부와 상기 구동선 접속부에 접속되는 기록 장치 접속부를 구비한다.
상기 화상 표시 패널에 상기 기록 장치 접속부를 통하여 상기 기록 장치를 접속하여, 상기 주사선 접속부와 상기 신호선 접속부에 상기 기억 수단의 재기입 신호를 입력함으로써 상기 기억 수단의 기억 데이터를 재기입한다.
상기 표시 구동 장치는, 대향 전극 구동 회로와 전원 회로, 및 상기 화상 표시 패널의 상기 구동선 접속부와 상기 전원선 접속부에 접속되는 표시 구동 장치 접속부를 구비하고, 상기 화상 표시 패널에 상기 표시 구동 장치 접속부를 통하여 상기 표시 구동 장치를 접속하여, 상기 화상 표시 패널에 기억된 표시 데이터를 표시한다.
또한, 상기 화상 표시 패널의 1 화소 내에 복수의 화상 메모리 소자를 마련하고, 이것을 전환함으로써 복수의 화상을 전환하는 것도 표시할 수 있다.
본 발명은 상기의 구성 및 후술하는 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 물론이다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 7은 본 발명에 관한 액정 표시 장치의 제1 실시예의 설명도이며, 액정 표시 장치를 구성하는 화상 표시 패널로서 액정 표시 패널에 본 발명을 적용한 것이다. 그리고, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치의 화상 표시 패널, 즉 액정 표시 패널을 구성하는 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이며, 도 2는 도 1에 도시한 화소를 갖는 액정 표시 패널을 이용하여 구성한 화상 표시 장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 본 실시예의 화소는 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터(이하, 단지 TFT라고 함)(17),액정 소자(5), 및 화상 메모리 소자(1)로 구성되며, 도 2에 참조 부호 127로 점선으로 둘러싸 도시한다. 이 화소는 도 2에서의 주사선 선택 회로(103)에 의해 구동되는 주사 전극선(7)과 신호선 구동 회로(101)에 의해 구동되는 신호 전극선(9)의 교차부에 화소(127)로서 배치된다. 참조 부호 RLC는 액정 소자(5)의 저항치, RPC는 화상 메모리 소자(1)의 저항치를 나타낸다. 또한, 참조 부호 15는 액정 소자(5)에 전압을 인가함과 함께 화상 메모리 소자(1)에 전류를 흘리기 위한 기준 전극선, 25는 화소 전극, Gm은 m번째 주사 전극선, Dn은 n번째 신호 전극선을 나타낸다.
도 2에 도시한 화상 표시 장치는, 화소(127)에 마련된 TFT(17)를 제어하여 화상을 표시하는 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치이다. 이 화상 표시 장치는, 유리 등의 절연판으로 구성한 제1 기판(77)의 내면에 다수의 주사 전극선(7)과, 이 주사 전극선(7)에 교차한 다수의 신호 전극선(9)과의 매트릭스를 갖고, 상기한 바와 같이 주사 전극선(7)과 신호 전극선(9)의 교차부에 화소(127)가 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 매트릭스 형상으로 배열된 다수의 화소의 박막 트랜지스터(17)로 구동되는 화소 전극(25)은 도시하지 않은 유리 등이 적합한 제2 기판의 내면에 형성된 대향 전극(3)과의 사이에 형성되는 전계에 의해 액정 소자(5)의 배향을 제어하도록 구성되어 있다.
하나의 화소(127) 내에는 도 1에 도시한 화상 메모리 소자(1)가 마련되어, 그 화소(127)에 표시할 화상 데이터(표시 데이터)를 보유한다. 이 화상 메모리 소자(1)는 가역적으로 저항을 변화시켜 화상 데이터를 기록하고, 기록된 화상 데이터를 재기입할 수 있는 것이다. 통상의 사용에 있어서는 기록한 화상 데이터가 없어지지 않는 불휘발성 메모리로 하고 있다.
화상 메모리 소자(1)는 신호 전극선(9)으로부터의 펄스 전류에 의해 스위칭되어, 그 펄스 전류의 전류치와 펄스 폭을 바꾸는 것에 의해 스위칭하는 저항 상태를 제어한다. 도 2에 있어서, 가장 위의 주사 전극선(7)을 G1로 하여 순서대로 번호를 붙이고, 또한 가장 왼쪽의 신호 전극선(9) D1로 하여 순서대로 번호를 붙인 경우, Gm번째 주사 전극선(7)과 Dn번째 신호 전극선(9)의 교차부의 화소의 회로도가 도 1에 상당한다. Gm번째 주사 전극선(7)이 선택되어 전압이 하이 레벨로 되면, 게이트가 주사 전극선(7)에 접속된 n형의 TFT(17)가 온 상태로 되고, 이 타이밍에서 신호 전극선(9)에 흐르고 있는 전류 신호(즉, 화상 데이터)가 TFT(17)에 입력되어, 화상 메모리 소자(1)를 통하여 기준 전극선(15)에 흐른다. 화소 메모리 소자(1)를 흐르는 전류치 또는 펄스 폭에 따라 화상 메모리 소자(1)의 저항치가 변화되어, 그 저항치가 화상 데이터로서 기억된다.
본 실시예에서의 액정 소자(5)의 화소 전극(25)(도면 중, 액정 소자(5)와 TFT의 접속점으로 도시함)은 화상 메모리 소자(1)를 통하여 기준 전극선(15)에 접속되어 있고, 액정 소자(5)의 대향 전극(3)과 기준 전극선(15) 사이에 인가된 구동 전압은, 직렬로 접속된 화상 메모리 소자(1)와 액정 소자(5)에 인가되게 된다. 그에 따라, 구동 전압 중, 화상 메모리 소자(1)의 저항 RPC와 액정 소자(5)의 저항 RLC의 저항 분할에 의해서 정해지는 전압이 유효한 액정 구동 전압으로서 액정 소자(5)에 인가된다. 화상 메모리 소자(1)의 저항 RPC가 스위칭하여 변화하면 그에 따라서 액정 구동 전압이 변화하여, 액정 소자(5)의 표시 상태가 스위칭된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 패널에 이용한 노멀리 클로즈 모드의 액정 소자의 전압-반사율 특성의 설명도이다. 반사율은 상대치로 나타낸다. 대향 전극(3)과 기준 전극선(15)간의 구동 전압을 V, 액정 소자(5)가 클로즈 상태로 되는 임계치 전압을 Vmin, 오픈 상태로 되는 임계치 전압을 Vmax, 화상 메모리 소자(1)의 고저항 상태의 저항을 RH, 저 저항 상태의 저항을 RL이라고 하면,
Vmin≥RLCV/(RLC+RH)
Vmax≤RLCV/(RLC+RL)
을 만족하도록 함으로써, 화상 메모리 소자(1)의 저항 변화를 이용하여 액정 소자(5)의 표시 상태를 스위칭할 수 있다. 또한, RLC≥RH로 하는 것이 바람직하다. 즉, RLC≥RH에서는 TFT(17)로부터 주입되는 전류가 주로 화상 메모리 소자(1)를 흘러, 그 전류를 유효하게 화상 메모리 소자(1)의 스위칭에 이용할 수 있다. 노멀리 오픈 모드의 경우도 마찬가지로 임계치 전압을 만족하도록 하면 된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 이용한 화상 메모리 소자(1)를 스위칭하는 전류 펄스의 파형도이다. 본 실시예에서는 화상 메모리 소자(1)의 기억 매체로서, 결정과 비정질의 두개의 상 사이를 가역적으로 변화하는 상변화 매체의 박막(상변화막)을 이용하였다. 상변화 매체의 결정 상태와 비정질 상태에서는 저항이 서로 다른데, 일반적으로 결정 상태(이것을 결정상이라고도 함)가 저항이 낮고, 비정질 상태(비정질상이라고도 함)의 저항이 높다. 이 메모리 매체를 가열함으로써 상변화를 일으킬 수 있다.
본 실시예에서는, 전류를 흘리는 것에 의해 발생하는 주울열을 이용하여 화상 메모리 소자를 구성하는 상기 메모리 매체를 가열해서 상변화를 일으킨다. 상변화막으로 이루어지는 화상 메모리 매체가 비정질상으로 변화되는 경우(이하, 이것을 리셋 동작이라고 함)에는, 도 4의 Ireset 이상의 전류를 흘려 상변화막을 용융시킨다. 전류를 흘리는 시간 Treset을, 상변화막이 융점 이상으로 가열되는 시간 이상으로, 또한 용융한 상변화막이 급냉하여 비정질로 되는 시간 이하로 함으로써, 용융된 상변화막은 비정질화한다. 한편, 결정화하는 경우(이하, 이것을 세트 동작이라고 함)에는, Ith 이상, Ireset 미만의 전류를, 상변화막이 결정화하는 데 충분한 시간 Tset 동안 흘려 어닐링함으로써 결정화한다.
이와 같이, 결정으로부터 비정질로 상변화시키는 경우(리셋 동작)에는, Ireset 이상의 전류를 단시간 흘려, 상변화 매체를 용융시켜 급냉한다. 비정질로부터 결정으로 상변화시키는 경우(세트 동작)에는, Ith에서 Ireset 사이의 전류를 약간 오랫동안 흘려, 결정화 온도 이상으로 유지하여 결정화시킨다. 상변화 전의 상태에 상관없이, 동일한 펄스 파형의 전류를 흘림으로써 이전의 상 상태를 소거하고, 새로운 상 상태로 재기입하는 것이 가능하다. 상변화 매체의 재료로서는, GeSbTe계, InSbTe계, AgInSbTe계 등의 칼코게나이드계의 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 GeSb2Te4, In2SbTe3, Ag5In5 Sb70Te20의 조성을 이용하였다.
이들 상변화 매체는 50ns 이하의 전류 펄스로 상변화를 일으키기 때문에, 고속으로 스위칭(결정상⇔비정질상)할 수 있다. 본 실시예에서는 Treset으로서 30ns∼50ns, Tset로서 50ns∼100ns를 이용하였다. 이들 상변화 매체의 조성을 바꾸면 상변화 속도를 느리게 할 수 있기 때문에, 구동 회로의 구동 성능에 맞춰 상변화속도를 조정할 수 있다. GeSb2Te4에서는 결정 상태와 비정질 상태에서 저항이 100배에서 1000배 변화한다.
또한, GeSbTe계는 반복 재기입 회수가 우수하고, InSbTe계는 결정과 비정질의 저항비가 큰 특징이 있어, 화상 표시 장치의 특징에 맞추어 적절히 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 이들 재료는 유리 전이 온도가 실온보다도 충분히 크기 때문에, 각 상의 상태는 장기 보유되어 불휘발성 메모리로서 기능한다. 칼코게나이드계 이외에도, VO2와 같이 온도에 따라 금속-절연체 전이를 일으키는 재료를 이용할 수도 있다. 또한, 구조 상전이에 수반되는 금속-절연체 전이를 일으키는 재료를 이용할 수도 있다.
도 5는 화상 표시 패널을 구동하는 신호 파형의 설명도이다. 도 2에 도시한 주사 전극선(7)의 전압 VGm은, 주사선 선택 회로(103)에 의해 1 프레임 주기마다 한 번 선택되어 하이 레벨로 된다. 신호 전극선(9)에는 신호선 구동 회로(101)로부터 화상 데이터 신호가 공급된다. 본 실시예에서는, 화상 데이터 신호로서 화상 메모리 소자(1)를 재기입하기 위한 전류 신호가 공급된다. m번째 주사 전극선(7)과 n번째 신호 전극선(9)의 교차부에 형성되는 화소에서는, m번째 주사 전극선(7)의 전압 VGm이 하이 레벨로 되면 TFT(17)가 온으로 되어 도통하기 때문에, 그 때 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 IDn이 TFT(17)를 통하여 화상 메모리 소자(1)에 공급된다.
도 4에서 설명한 바와 같이, 결정상으로부터 비정질상으로 상변화시키는 경우(리셋 동작)에는, Ireset 이상의 전류를 단시간 흘리고, 비정질상으로부터 결정상으로 상변화시키는 경우(세트 동작)에는, Ith에서 Ireset 사이의 전류를 약간 오랫동안 흘린다. 1 주사선의 선택 시간은, 통상의 프레임 주기 약 60Hz, 주사선수 1000개에서도 약 16㎲이며, 화상 메모리 소자(1)의 재기입 시간에 비하여 충분히 길다. 본 실시예에서는 화상 메모리 소자(1)를 리셋한 경우에 액정 소자(5)가 오프하고, 세트한 경우에 액정 소자(5)가 온으로 되도록 하여, 화상 메모리 소자(1)의 변화에 맞춰 액정 소자(5)의 표시도 변화한다. 대향 전극(3)에는 액정 소자(5)를 구동하기 위한 구동 전압 VCOM이 인가되고 있다.
본 실시예에서는, 구동 전압 VC0M은 1 프레임 주기마다 극성을 반전하는 교류 전압으로 하였다. 그 때문에, 신호 전극선(9)의 베이스 전압 VLCmn도 구동 전압 VCOM과 같이 극성 반전시킴으로써, 신호 전극선(9)과 대향 전극(3)의 전위차를 작게 할 수 있어, 액정 소자(5)를 통하여 흐르는 전류를 작게 하여, 대부분의 전류를 화상 메모리 소자(1)로 흐르도록 하였다. 신호 전류 IDn도 구동 전압 VC0M의 반전에 맞추어 극성을 반전하고 있다.
본 실시예에서는, 화소 내에 화상 메모리 소자로서 불휘발성 메모리를 갖고 있기 때문에, 화상 데이터를 화상 메모리 소자(1)에 한번 기입한 후에는, 표시 화상이 변화할 때까지 화상 데이터를 기입할 필요가 없다. 그에 따라, 종래의 콘덴서를 이용하여 화상 데이터를 보유하고 있던 화상 표시 패널(화상 표시 장치)에서는, 정지 화상을 표시하고 있는 경우라도 일정 시간마다 데이터를 리프레쉬해야 했는데, 본 실시예에서는 리프레쉬가 불필요하다. 따라서, 문자, 정지 화상 등의 정보를 표시하고 있는 경우에는, 표시 화상이 변할 때까지 액정 구동 전압만 공급하면 된다. 또한, 불휘발성 메모리를 이용하고 있기 때문에, 액정 구동 전압의 교류화에 의한 플리커(flicker)도 발생하지 않아, 액정 구동 전압의 구동 주파수는 액정이 열화하지 않을 정도로 느리게 할 수 있다. 따라서, 액정 구동에 수반되는 액정 용량에 대한 충방전이나, 배선의 부유 용량에 대한 충방전에 의한 소비 전력을 대폭 삭감할 수 있어, 저소비 전력화가 도모된다.
또한, 화상 메모리를 이용하는 정지 화상 표시와 화상 메모리 소자를 이용하지 않는 동화상 표시가 전환되도록 하는 경우에는, 1 프레임 시간은, 화상 데이터 기입 시간의 정수배로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 동화상 표시의 주파수에 맞춘 클럭을 이용하여 동화상 표시와 정지 화상 표시를 전환할 수 있기 때문이다. 또한, 동화상을 표시하는 경우에는, 고속으로 데이터를 재기입하여 데이터를 보유할 필요가 없기 때문에, 1 프레임 시간을 데이터 기입 시간과 동일하게 하면 된다. 또한, 동화상을 표시하는 경우에는, 화상 데이터를 기억할 필요가 없기 때문에, 화상 메모리 소자를 화소로부터 분리하는 스위치를 마련하여 화상 메모리 소자(1)를 이용하지 않도록 하여도 된다. 화상 메모리 소자의 재기입 회수를 적게 할 수 있기 때문에 화상 메모리 소자의 신뢰성이 향상된다.
화상 데이터 기입 시간 내에는 액정 소자(5)에 전류가 흐르지 않도록, 대향 전극(3)을 하이 임피던스로 하여도 된다. 이 경우에는, 신호 전극선(9)에의 교류 전압 인가나, 전류의 반전은 필요 없다. 또한, 기준 전극선(15)에 액정을 구동하는 교류를 공급하여도 되고, 대향 전극(3)과 기준 전극선(15)의 양쪽에 교류를 공급할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에서의 액정 표시 패널을 구성하는 제1 기판의 주요부 단면도이다. 도면 중, 참조 부호 77은 유리 기판, 51은 게이트 전극, 69는 절연막(게이트 절연막), 71은 실리콘막, 79는 N+실리콘막, 53은 소스 전극, 55는 드레인 전극, 61은 메모리 소자 전극, 67은 상변화막, 25는 화소 전극이다. 또한, 도 1과 마찬가지로, 참조 부호 1은 화상 메모리 소자, 17은 박막 트랜지스터를 나타낸다.
본 실시예에서는 실리콘막(71)으로서 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 TFT를 구성하였다. 유리 기판(77)상에 게이트 전극(51) 및 화상 메모리 소자 전극(61)을 형성한다. 상변화막(67)과 접하는 화상 메모리 소자 전극(61)은 내열성이 높은 것이 바람직하다. TFT의 게이트 전극(51)의 재료로서 잘 이용되고 있는 탄탈 Ta, 몰리브덴 탄탈 MoTa, 몰리브덴 텅스텐 MoW, 텅스텐 W, 몰리브덴 Mo 등의 고융점 금속을 이용함으로써, 게이트 전극(51)과 화상 메모리 소자 전극(61)을 동일 재료를 이용하여 동시에 형성할 수 있다. TFT(17)의 게이트 전극(51) 및 화상 메모리 소자 전극(61)상에 산화 실리콘(SiOx)이나 질화 실리콘(SiNx)을 이용하여 절연막(69)을 형성한다.
절연막(69)에 콘택트 홀을 형성하여 화상 메모리 소자 전극(61)과 접하도록 상변화막(67)을 성막한다. 또한 TFT(17)의 게이트 전극(51) 바로 위의 절연막(69)상에는 비정질의 실리콘막(71)을 성막한다. 그 위에 N+실리콘층(79)을 형성하고, 알루미늄 등의 금속에 의해 TFT(17)의 소스 전극(53)과 드레인 전극(55)을 형성한다.
소스 전극(53)은 화상 메모리 소자(1)의 일부 전극으로서 상변화막(67) 위도 덮고 있다. 또한, 소스 전극(53)은 화소 전극(25)과도 접속하고 있다. 소스 전극(53)과 드레인 전극(55)을 분리하도록, TFT(17)의 채널부를 형성하여, TFT(17)를 형성한다. 또한, 상부에 보호막(도시하지 않음)을 형성한다. 화소 전극(25)으로서 투명 전극을 이용하면 투과형의 화상 표시 패널을 형성할 수 있고, 화소 전극(25)으로서 알루미늄 등의 금속막을 이용하면 반사형의 화상 표시 패널로 된다. 반사형의 경우에는, 화소 전극(25)과 TFT(17) 및 화상 메모리 전극(61)을 상하로 분리하고, TFT(17), 화상 메모리 소자 전극(61)을 피복하도록 화소 전극(25)을 형성하여도 되며, 그 경우에는 개구율을 크게 할 수 있다.
상변화막(67)은 TFT의 소스 전극(53)과 화상 메모리 소자 전극(61)으로부터 전류 신호가 흘러 가열된다. 화상 메모리 소자 전극(61)측에서 상변화막(67)의 폭이 좁아져 있는데, 여기서 전류 집중이 발생하여 발열량이 커진다. 그 때문에, 상변화막(67)은 화상 메모리 소자 전극(61)측에서 보다 고온이 되어 용융하기 쉽다. 따라서, 화상 메모리 소자 전극(61)으로서는 상변화막(67)의 융점보다도 융점이 높은 것이 바람직하다. 또한, 상변화막(67)에서 발생한 열은 열전도율이 큰 소스 전극(53)측으로 잘 빠져나가, 전류를 차단하면 급냉된다. 화상 메모리 소자 전극(61)으로서는, 탄탈실리사이드 TaSi2 등의 실리사이드를 이용할 수도 있다.
TFT(17)는 본 실시예의 비정질 실리콘을 이용한 것에 한하지 않고, 폴리 실리콘(p-Si)이나, 단결정 실리콘을 이용하여 제작하여도 된다. 또한, TFT의 구조도, 본 실시예의 역스태거형 이외에도, 정스태거형, 코플라나형 등을 이용할 수 있다.
고저항 상태에서의 상변화막(67)의 저항치 RH는, 액정 소자(5)의 저항 RLC와 같은 정도로 큰 것이 바람직하다. 한편, 화상 메모리 소자(1)에 전류를 흘리기 위한 전압은 낮은 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 상변화막(67)의 막두께를 유지한 채로 단면적을 작게 하여 저항치 RH를 높게 하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 설명하는 블럭도이다. 도면 중, 신호선 제어 회로(101)는 직렬-병렬(S/P) 변환 회로(105), 라인 메모리(107), 전압-전류 변환 회로(109)로 구성된다. 또한, 참조 부호 111은 신호 제어 회로이며, 도시하지 않은 외부 신호원으로부터 입력되는 화상 신호를 액정 표시 패널에 의해 표시하는 형식의 화상 데이터 신호로 변환하는 화상 신호 처리 회로(113)와 동기 신호에 근거하여 신호선 제어 회로(101)와 주사선 선택 회로(103)의 제어 신호를 생성하는 드라이버 제어 회로(115)로 구성된다.
외부 신호원으로부터의 화상 신호와 동기 신호를 입력한 신호 제어 회로(111)는, 화상 신호 처리 회로(113)로부터 화상 데이터를 신호선 제어 회로(101)에 보내고, 드라이버 제어 회로(115)로부터 제어 신호를 출력한다. 신호 제어 회로(101)에서는, 직렬-병렬 신호 변환 회로(105)에 있어서 직렬 신호에 의해 전송된 화상 데이터 신호를 신호 전극선(9)의 개수분의 병렬 신호로 변환하고, 라인 메모리(107)에 1주사선분의 화상 데이터를 기억한다. 라인 메모리(107)에 기억된 화상 데이터는 전압-전류 변환 회로(109)에서 전압 데이터를 전류치로 변환하여, 제어 신호의 타이밍에 맞춰 출력한다.
주사선 선택 회로(103)는 제어 신호와 동기하여 주사 전극선(7)을 선택하여 하이 레벨로 하고, 순차적으로 선택하는 주사 전극선(7)을 주사한다. 전원 회로(117)는, 데이터 신호의 기준 전압, 주사 전압선(7) 및 대향 전극(3)에 인가하는데 소요되는 전압을 발생하고, 대향 전극 구동 회로(119)에 의해 대향 전극(3)에 인가하는 전압을 교류화하여 대향 전극(3)에 인가한다.
상기 설명한 상변화 매체를 이용한 불휘발성 메모리는 플래쉬 메모리 등의 종래의 불휘발성 메모리에 비하여, 고속 재기입, 저전압·저소비 전력에서의 재기입을 할 수 있다고 하는 특징이 있다. 또한, 재기입 회수도 커, 60Hz에서의 재기입이라도 10년 이상의 수명을 갖고 있으며, 동화상을 표시할 때에도 충분한 수명을 갖고 있다. 또한, 이러한 종류의 메모리는 그 셀 면적이 작아, 메모리 소자를 탑재하더라도 화상 표시 패널의 개구율의 저감이 적다고 하는 특징이 있다. 이 메모리를 화상 표시 패널(화상 표시 장치)의 화소 내 메모리 소자로서 이용함으로써, 저소비 전력화, 고개구율화, 고수명화의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 메모리 소자를 작게 할 수 있기 때문에, 고정밀의 화상 표시 장치에 적합하다. 그 경우, 2치 표시에서도 면적 계조를 이용함으로써 고화질의 컬러 화상 데이터를 표시하는 것이 가능해진다.
이상에서는, 대향 전극을 이용한 액정 표시 패널과 이 액정 표시 패널을 이용한 액정 표시 장치에 대하여 액정을 이용한 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명에 이용하는 액정 표시 패널 및 액정 표시 장치, 및 표시 모드 혹은 소자 구조는 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 인플레인 스위칭형의 액정 표시 패널을 이용한 화상 표시 장치에도 본 발명은 마찬가지로 적용할 수 있다. 표시 모드도, TN(Twisted Nematic) 액정, 게스트 호스트 액정, PDLC 액정 등을 이용할 수 있다. 또한, 쌍안정성을 나타내는 콜레스테릭 액정을 이용하면, 액정에 표시가 기억되기 때문에, 액정 구동 전압을 오프하더라도 표시를 유지할 수 있다. 이 쌍안정성 콜레스테릭 액정을 이용하는 경우에는, 화상 메모리 소자는 불휘발성일 필요는 없으며, 가역적으로 저항이 변화하는 소자를 이용하면 된다. 또한, 메모리 매체에 빛이 닿으면 특성이 변화하는 경우에는, 메모리 매체에 빛이 닿지 않도록 차광하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태를 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이다. 도면 중, 참조 부호 17a는 제1 TFT, 17b는 제2 TFT, 21은 바이패스 저항이고, RBP는 그 저항치를 나타낸다. 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 기능 부분에 대응한다. 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)와 제2 TFT(17b)가 도통한다. 그에 따라, 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 데이터 신호는, 제1 TFT(17a)를 통하여 화상 메모리 소자(1)에 흘러, 화상 메모리 소자(1)는 그 전류 데이터에 따른 메모리 상태로 스위칭된다.
화상 메모리 소자(1)의 고저항 상태의 저항을 RH, 바이패스 저항(21)의 저항을 RBP, 액정 소자(5)의 저항을 RLC로 했을 때, RH<RBP<RLC 의 관계를 만족하도록 하면, 제1 TFT(17a)로부터 도입된 전류 데이터 신호는, 주로 화상 메모리 소자(1)에 흘러, 그 화상 메모리 소자(1)의 스위칭에 유효하게 이용된다. 또한 이 때, 제2 TFT(17b)도 도통하고 있기 때문에, 액정 소자(5)측에 미소하게 흐르는 전류는 바이패스 저항(21)을 통하게 되어, 액정 소자(5)에는 거의 전류가 흐르지 않는다.
주사 전극선(7)이 로우 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)와 제2 TFT(17b)는 모두 오프로 되어, 기준 전극선(15)과 대향 전극(3) 사이에 가해지는 전압에 대하여, 액정 소자(5)의 저항 RLC와 화상 메모리 소자(1)의 저항 RPC의 저항 분할로 결정되는 전압이 액정 소자(5)에 인가되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항에 따라 액정 표시 소자(5)의 표시를 전환할 수 있다. 본 실시예에 의해서도 상기 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있어, 고화질의 컬러 화상 데이터를 표시하는 것이 가능해진다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이다. 도면 중, 참조 부호 1a는 제1 화상 메모리 소자, 1b는 제2 화상 메모리 소자, 도 8과 동일한 참조 부호는 동일한 기능 부분에 대응한다. 도 9에서, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, TFT(17)가 도통한다. 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 데이터 신호는, TFT(17)을 통하여, 제1 화상 메모리 소자(1a) 또는 제2 화상 메모리 소자(1b)에 흘러 전류 데이터에 응답한 메모리 상태로 스위칭된다. 신호 전극선(9)의 전압을 제어함으로써, 전류를 흘리는 화상 메모리 소자(1a, 1b)를 선택할 수 있다. 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)의 재기입을 계속해서 실행함으로써, 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)의 저항을 독립적으로 제어할 수 있다.
주사 전극선(7)이 로우 레벨로 되면, TFT(17)는 오프로 되고, 기준 전극선(15)과 대향 전극(3) 사이에 가해지는 전압에 대하여, 액정 소자(5)에는, 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)의 저항 분할에 의해 결정되는 전압이 액정 소자(5)에 인가되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항 변화에 의해 액정 소자(5)의 표시를 전환할 수 있다. 즉, 제 1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)의 저항이 같은 경우에는, 저항의 조합에 의하여,
VH=V·RH/(RH+RL)
≒V
VL=V·RL/(RH+RL)
≒0
VM=V·RH/(RH+RH)
≒V/2
의 3치의 전압을 발생할 수 있기 때문에, 액정 소자(5)는 온과 오프의 상태에 더하여 중간조도 표시할 수 있다.
본 실시예에서는 액정 소자(5)에 인가되는 전압은 액정 소자(5)의 저항에 의존하지 않기 때문에, 액정 소자(5)의 저항의 경년 변화, 액정 재료의 저항 편차 등에 기인하지 않고 화질이 안정된다. 또한, 액정 구동용의 전압을 효율적으로 액정 소자(5)에 인가할 수 있다. 또한, 전압 VL은 제로 볼트에 가까워, 액정에 인가되는 전압의 온/오프비가 좋다. 본 실시예에 의해서도 상기 효과 외에 상기 실시예와 동일한 효과가 얻어져, 고화질의 컬러 화상 데이터를 표시하는 것이 가능해진다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이다. 도면 중, 참조 부호 19는 p형 TFT, 21은 저항, 13은 전원 전극선, 11은 구동 전압 공급 전극, 상기 실시예와 동일한 참조 부호는 동일한 기능 부분에 대응한다. 도 10에서, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)가 도통하고 p형 TFT(19)가 차단된다. 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 데이터 신호는, 제1 TFT(17a)를 통하여 화상 메모리 소자(1) 및 저항(21)을 흐른다. 화상 메모리 소자(1)는 흘리는 전류 데이터에 따른 메모리 상태를 스위칭한다.
주사 전극선(7)이 로우 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)가 차단되고 p형 TFT(19)가 도통하기 때문에, 화상 메모리 소자(1)와 저항(21) 사이에 전원 전극선(13)과 기준 전극선(15) 사이의 DC 전압이 인가된다. 제2 TFT(17b)의 게이트에는 화상 메모리 소자(1)와 저항(21)의 저항 분할에 따른 전압이 인가되어, 화상 메모리 소자(1)의 저항치에 따라 제2 TFT(17b)의 게이트 전압이 변화한다. 이 전압-변화에 의해서 제2 TFT(17b)가 온/오프하도록 저항(21)의 저항치를 정함으로써, 메모리 소자(1)의 저항치에 따라 제2 TFT(17b)의 온/오프를 제어할 수 있다.
즉, 화상 메모리 소자(1)의 저항이 높을 때에는 게이트 전압이 작아지기 때문에, 제2 TFT(17b)는 오프로 되고, 반대로 화상 메모리 소자(1)의 저항이 낮을 때에는 게이트 전압이 커져 제2 TFT(17b)가 온으로 된다. 제2 TFT(17b)가 온 상태로 되면, 구동 전압 공급 전원(11)의 전압이 액정 소자(5)에 인가되고, 제2 TFT(17b)가 오프 상태로 되면 구동 전압이 인가되지 않게 되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항에 의해서 액정 소자(5)의 온/오프를 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 제2 TFT(17b)를 이용하여 액정 소자(5)에 인가하는 전압을 스위칭하기 때문에, 액정 소자(5)의 온과 오프를 충분히 스위칭할 수 있다. 또한, 화상 메모리 소자(1)의 저항은 제2 TFT(17b)의 게이트를 제어할 수 있는 범위에서 변화하면 되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항치의 편차나, 동작의 반복에 의한 특성 변화 등에 의한 화상 품질에 미치는 영향이 거의 없어 화질이 안정된다. 또한, 본 실시예에서는 주사 전극선(7)을 이용하여 p형 TFT(19)을 제어했지만, p형 TFT(19) 대신에 n형 TFT를 이용하고, 이 n형 TFT를 제어하기 위한 신호선을 별도로 마련하는 것에 의해, n형의 TFT만을 이용하여 회로를 구성할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이다. 도면 중, 상기 실시예와 동일한 참조 부호는 동일한 기능 부분에 대응한다. 도 11에서, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)와 제2 TFT(17b)가 온으로 되고, p형 TFT(19)가 오프된다. 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 데이터 신호는, 제1 TFT(17a)를 통하여, 화상 메모리 소자(1)로부터 제2 TFT(17b)를 통과하여 화상 메모리 소자(1)로 흐르고, 화상 메모리 소자(1)는 전류 데이터에 따른 메모리 상태로 스위칭된다. 이 전류는 화상 메모리 소자(1)로부터 제2 TFT(17b)를 통하여 기준 전극선(15)으로 흐르기 때문에, 액정 소자(5)에는 전류가 흐르지 않는다.
주사 전극선(7)이 로우 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)와 제2 TFT(17b)가 오프되고, p형 TFT(19)가 온으로 되기 때문에, p형 TFT(19)를 통하여 화상 메모리 소자(1)와 액정 소자(5)에 구동 전압 공급 전극(11)으로부터의 구동 전압이 인가되고, 화상 메모리 소자(1)의 메모리 상태에 따른 전압이 인가되어 화소 표시가 이루어진다.
통상, 액정 소자(5)는 고저항이며, 흐르는 전류가 작기 때문에, 본 실시예에 따르면, 화상 표시 시에 액정 소자(5)와 화상 메모리 소자(1)에서 소비되는 전력이 작아, 보다 저소비 전력화를 실현할 수 있다. 또한, 화상 메모리 소자(1)에 흘리는 전류치를 Ireset에서 Ith 사이에서 제어함으로써, 화상 메모리 소자(1)의 저항치를 연속적으로 바꿀 수 있기 때문에, 액정 소자(5)에 계조 표시를 하는 것도 가능하다.
또한, 화상 메모리 소자(1)를 스위칭하는 전류는 단시간의 펄스이기 때문에, 액정 소자(5)의 용량을 통해서 기준 전극선(15)에 전류를 흘릴 수 있는 경우에는, 제2 TFT(17b)를 마련하지 않아도 된다. 즉, 액정 화소의 저항치가 상변화 메모리(화상 메모리 소자(1))의 저항치보다도 크게 무시할 수 있는 경우에는, 화상 메모리 소자(1)와 액정 소자(5)의 임피던스는, 화상 메모리 소자(1)의 저항치 RPC와 액정 소자(5)의 용량 C에 의해서 정해지며, 주파수 f에 대하여
√{RPC+(1/2πfc)2}
로 나타난다. 따라서, RPC와 (1/2πfC)가 같은 정도이거나, 또는 RPC 쪽이 큰 경우에는, 액정 소자(5)의 용량을 통해서 전류를 흘릴 수 있다.
화상 메모리 소자(1)에 흘리는 펄스 폭 T의 단일 펄스에서는, f=1/2T로 환산하면 되어, 따라서 펄스 폭이 100ns인 펄스는 5MHz에 상당한다. 즉, 본 실시예의 상변화 매체와 같이 펄스 폭이 짧은 경우에는, 액정 용량을 통하여 전류가 흐르기 쉽게 되어 바람직하다. 액정 소자(5)의 용량을 통해서 전류가 흐르는 경우에는, 액정 소자의 저항에 의해 가열되지 않아 액정의 열화가 억제된다
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 회로도이다. 본 실시예에서는 화상 메모리 소자(1)의 재기입 회로에 더하여 화상 메모리 소자의 상태를 판독하는 메모리 판독 회로(123)를 마련하고 있다. 메모리 판독 회로(123)는 스위치(125)를 구비하고 있다. 우선, 화상 표시 장치의 표시 동작에 대하여 설명한다. 표시의 경우에는, 기준 전극선(15)을 전원 회로(117)에 접속하도록 스위치(125)를 전원 회로(117)측으로 전환한다. 그리고, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면 TFT(17)가 온으로 된다. 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 데이터 신호는, TFT(17)를 통하여, 화상 메모리 소자(1)에 흘러서 전류 데이터에 따른 메모리 상태로 스위칭된다.
주사 전극선(7)이 로우 레벨로 되면, TFT(17)가 오프로 되어, 기준 전극선(15)과 대향 전극(3) 사이의 구동 전압이 액정 소자(5)와 화상 메모리 소자(1)에 인가되고, 화상 메모리 소자(1)의 저항치에 따라 액정 소자(5)에 표시가 이루어진다. 다음으로, 화상 메모리 소자의 판독 동작의 경우에는, 기준 전극선(15)을 메모리 판독 회로(123)측에 접속하도록 스위치(125)를 전환한다. 신호 전극선(9)에는 Ith 이하의 판독 전류를 흘린다. 주사 전극선(7)이 하이 레벨로 되면 TFT(17)를 통하여 화상 메모리 소자(1)를 흐른다. 메모리 판독 회로(123)에 있어서 도 11에 도시한 구동 전압 공급 전극(11)의 전압을 모니터함으로써, 화상 메모리 소자(1)의 형태를 판독할 수 있다. 이 판독 전류를 Ith보다 충분히 작게 함으로써, 판독 동작을 하더라도 화상 메모리 소자(1)의 저항치는 변화하지 않고, 몇 번이라도 판독할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성도이다. 본 실시예의 화상 표시 장치는, 도 7에서 설명한 신호선 구동 회로(101)에 도 12에 도시한 메모리 판독 회로(123)와 화상 데이터 연산 회로(121)를 마련한 것이다. 이 화상 데이터 연산 회로(121)에는 직렬-병렬 신호 변환 회로(S/P 변환 회로)(105)로부터의 데이터를 보유하는 도 7에서의 라인 메모리(107)와 동등한 라인 메모리를 갖는다. 신호선 구동 회로(101)에 마련한 메모리 판독 회로(123)는, 주사선 선택 회로(103)에 의해 선택된 1라인분의 화소(127)(도 13에는 1라인의 1 화소만을 나타냄) 내에 기억되어 있는 화상 데이터를 판독하여, 이것을 화상 데이터 연산 회로(121)에 보낸다.
또한, 신호선 구동 회로(101)에서는, 직렬 신호로 전송되어 온 화상 데이터 신호를 직렬-병렬 신호 변환 회로(105)에서 신호 전극선(9)의 개수분의 병렬 신호로 변환하여, 화상 데이터 연산 회로(121)가 갖는 라인 메모리에 1 주사선분의 화상 데이터를 보낸다. 화상 데이터 연산 회로(121)에서는, 라인 메모리에 보유된 화상 데이터와 화소(127) 내의 화상 메모리 소자로부터 판독한 데이터를 비교한다. 비교 결과, 양자의 데이터가 서로 다른 경우에만, 전압-전류 변환 회로(109)에 재기입 데이터를 보낸다.
전압-전류 변환 회로(109)는 화상 데이터 연산 회로(121)로부터의 재기입 데이터를 전류로 변환하여, 제어 신호의 타이밍에 맞추어 출력한다. 주사선 선택 회로(103)는 주사 전극선(7)을 선택해서 하이 레벨로 하여 순차적으로 주사를 행한다. 전원 회로(117)는 데이터 신호의 기준 전압, 주사 전극선(7), 대향 전극(3)에 인가하는 전압을 발생한다. 대향 전극 구동 회로(119)는 대향 전극에 인가하는 구동 전압을 교류화하여 대향 전극(3)에 인가한다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 패널을 구동하는 신호 파형의 설명도이다. 도면 중, VGm은 m번째 주사 전극선(7)에 인가되는 전압, IDn은 신호 전극선(9)을 흐르는 전류(신호 전류)이고, r은 판독 전류, w는 기입 전류이다. 또한, VCOM은 액정 소자(5)를 구동하는 구동 전압, VLC은 액정 소자(5)에 인가되는 전압을 나타낸다. 주사 전극선(7)의 전압 VGm은 주사선 선택 회로(103)에 의해 1 기입 주기마다 한번 선택되어 하이 레벨로 된다. 신호 전극선(9)에는 신호선 구동 회로(101)로부터 전류 데이터 신호가 공급된다.
m번째 주사 전극선(7)과 n번째 신호 전극선(9)의 교점의 화소에서는, m번째 주사 전극선(7)의 전압 VGm이 하이 레벨로 되면 도 12의 TFT(17)가 온으로 되기 때문에, 그 때 신호 전극선(9)을 흐르고 있던 전류 IDn이 TFT(17)를 통하여 화상 메모리 소자(1)에 공급된다. 이 선택 신호가 하이 레벨에 있는 동안에, 판독 전류 r과 기입 전류 w를 흘린다. 우선, 판독 전류 r을 흘려, 화상 메모리 소자(1)의 메모리 정보를 판독한다. 이 메모리 정보와 화상 데이터 연산 회로(121)에 구비된 라인 메모리에 보유되어 있는 다음 화상 신호의 차분을 취하여, 양 데이터가 다른 경우에만, 신호선 구동 회로(101)는 신호 전극선(9)에 기입 전류를 송출하여, 화상 메모리 소자(1)를 스위칭한다.
대향 전극(3)에는 액정 소자(5)를 구동하는 구동 전압 VCOM이 인가되어 있다. 본 실시예에서는, 구동 전압 VCOM은 1 프레임 주기마다 극성을 반전하는 교류 전압으로 하였다. 도 14에서는 이 1 프레임 주기와 1 기입 주기가 같은 경우에 대하여 나타내었다. 정지 화상 등의 화상을 표시하는 경우에는, 1 프레임 주기를 1 기입 주기보다도 길게 하더라도 무방하다. 신호 전극선(9)의 베이스 전압 VGm도 구동 전압 VCOM과 동일한 타이밍에서 극성 반전시킴으로써, 신호 전극선(9)과 대향 전극(3)의 전위차를 작게 하고, 액정 소자(5)를 통하여 흐르는 전류를 작게 하여, 대부분의 전류가 화상 메모리 소자(1)를 흐르도록 하였다. 신호 전류 IDn도 구동 전압 VCOM의 반전에 맞추어 극성을 반전하였다.
주사 전극선(7)의 선택 시간은, 통상의 프레임 주기 약 60Hz, 주사선수 1000개에서도, 1 주사선의 선택 시간은 약 16㎲로, 화상 메모리 소자의 판독 및 재기입 시간에 비해서 충분히 길다. 그에 따라, 1 주사선의 선택 시간에 판독과 기입을 행할 수 있다.
본 실시예에서는 화소에 기억된 데이터를 다음 화상 데이터에서 서로 다른 화소만 데이터를 재기입할 수 있기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 재기입 회수를 적게 할 수 있다. 그 때문에, 반복 수명이 짧은 화상 메모리 소자(1)를 이용하여도 장기에 걸쳐 성능을 유지하고 표시할 수 있다. 또한, 화소 내에 있는 화상 메모리 소자의 데이터를 판독할 수 있기 때문에, 별도로 화상 메모리를 마련하는 일없이 화상 메모리로서 기능시킬 수 있다. 본 실시예의 다른 효과는 상기 실시예와 마찬가지이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도이다. 본 실시예에서는, 화상 메모리 소자(1)를 재기입하기 위해서 히터(59)를 마련하고, 화상 메모리 소자(1)를 스위칭하는 회로와 액정 소자(5)를 구동하는 회로를 분리한 것이다. 화상 메모리 소자(1)는 액정 소자(5)와 직렬로 접속되고, 화상 메모리 소자(1)에 근접하여 히터(59)를 설치하였다. 히터(59)는 TFT(17)로 구동된다.
도 15에서, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, TFT(17)가 도통하여 히터(59)에 전류가 흐른다. 화상 메모리 소자(1)는 히터(59)로부터 열을 받아 메모리 상태를 스위칭한다. 히터(59)의 온도, 통전 시간을 제어함으로써 화상 메모리 소자(1)의 메모리 상태를 제어한다. 액정 소자(5)에는 기준 전극선(15)과 대향 전극 사이에 가해지는 전압에 대하여, 액정 소자(5)와 화상 메모리 소자(1)에 의한 저항 분할에 의해 결정되는 전압이 인가되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항 상태에 따라 액정 소자(5)에 표시가 이루어진다. 본 실시예에 따르면, 화상 메모리 소자(1)를 구동하는 회로와 액정 소자(5)를 구동하는 회로를 분리했기 때문에, 액정 소자(5)에는 항상 구동 전압을 인가해 두면 되어, 구동 회로의 구성이 간단해진다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부에 마련하는 히터와 화상 메모리 소자의 구조예를 설명하는 단면도이다. 도 16에 있어서, 기판(77)상에 히터 전극(59)을 형성한다(히터 전극은 도 15의 히터 그 자체이므로, 양자에 동일한 참조 부호를 부여함). 히터 전극(59)의 재료로서는, 탄탈 Ta, 몰리브덴 탄탈 MoTa, 몰리브덴 텅스텐 MoW, 텅스텐 W, 몰리브덴 Mo 등의 고융점 금속을 이용하면 된다. 이들 재료는 액정 표시 장치의 게이트 배선에 잘 이용되고 있으며, 통상의 액정 표시 패널의 제작 프로세스와 정합성이 좋고, 또 TFT의 게이트 배선과 동시에 형성할 수도 있다.
히터 전극(59)의 폭을 좁게 함으로써 발열을 집중할 수 있으므로, 히터 전극(59)의 일부를 발열부(60)로 한다. 이 발열부(60)의 위에 질화알루미늄(AlN), 혹은) 질화 실리콘(SiN) 등의 열 전송율이 높은 고열전도 유전체막(75)을 형성하고, 그 이외의 부분에는 산화 실리콘(SiO2)이나 산화지르코늄(ZrO2) 등의 열전도율이 낮은 저열전도 유전체막(73)을 절연막으로서 형성한다. 고열전도 유 전체막(75)상에 상변화막(67)을 형성하고, 그 위에 화상 메모리 소자의 한쪽 전극(61a)과 다른쪽 전극(61b)을 형성한다. 화상 메모리 소자의 다른쪽 전극(61b)은 상변화막(67)을 피복하도록 형성되어 있다.
히터 전극(59)의 발열부(60)에서 발생한 열은, 주로 고열전도 유전체막(75)을 전도하여 상변화막(67)이 과열되게 한다. 이 열은 상변화막(67)으로부터 상변화막(67)을 덮고 있는 열전도율이 높은 화상 메모리 소자의 다른쪽 전극(61b)에 흐른다. 상변화막(67)의 상부에 화상 메모리 소자의 다른쪽의 전극(61b)의 금속막을 형성함으로써, 그 화상 메모리 소자의 다른쪽 전극(61b)이, 이른바 열배출막으로서 기능하여, 용융한 상변화막이 급냉되어 비정질화한다.
이 열배출막으로서도 기능하는 막에는 반드시 다른쪽 전극(61b)을 이용할 필요가 없고, 상변화막(67)과 전기적으로 절연된 별도의 막이어도 되며, 열전도율이 높은 금속을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 저열전도막(73)을 이용하여 발열부(60)를 단열하고 있기 때문에, 발열부(60)로부터의 열은 미소 면적의 고열전도 유전체막(75)으로부터 집중적으로 미소한 영역의 상변화막(67)을 효율적으로 가열한다. 가열되는 영역의 열 용량이 작기 때문에 상변화막을 급냉할 수 있다. 또한, 화상 메모리 소자의 다른쪽 전극(61b)은, 발열부(60)로부터 떨어져 있어서 그 화상 메모리 소자의 다른쪽 전극(61b)을 전도하여 열이 방출되기 때문에, 다른쪽 전극(61b)이 고융점 금속일 필요는 없으며, 알루미늄 등의 금속을 이용할 수 있다. 히터 전극(59)에는 탄탈실리사이드 TaSi2 등의 실리사이드를 이용할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도이다. 본 실시예의 액정 표시 패널은, 단순 매트릭스형의 액정 소자(50)를 이용한 것에 상기 도 15에서 설명한 화상 메모리 소자(1)를 재기입하기 위해서 히터(59)를 마련한 것이다. 액정 소자(50)와 직렬로 화상 메모리 소자(1)가 접속되고, 이 화상 메모리 소자(1)에 근접하여 히터(59)가 설치되어 있다.
도 17에서, 주사 전극선(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, 신호 전극선(9)으로부터 히터(59)에 전류가 흘러 발열한다. 히터(59)로부터의 열을 받아 화상 메모리 소자(1)의 메모리 상태가 스위칭된다. 히터(59)의 온도, 통전 시간을 제어함으로써 화상 메모리 소자(1)의 메모리 상태를 제어한다. 기준 전극선(15)과 대향 전극(3) 사이에 가해지는 전압에 대하여, 액정 소자(50)와 화상 메모리 소자(1)에 의한 저항 분할로 결정되는 전압이 액정 소자(50)에 인가되기 때문에, 화상 메모리 소자(1)의 저항치에 따라 액정 소자(50)에 표시된다.
본 실시예에서는 단순 매트릭스형의 액정 표시 패널을 이용한 액정 표시 장치이지만, 화상 메모리 소자를 갖고 있다. 해당 화상 메모리 소자의 기억 상태를 전환함으로써 화상 메모리 소자의 기억 상태에 따라서 표시할 화상을 제어할 수 있다. 주사 전극선(7)과 신호 전극선(9)에 직접 결합한 히터(59)로 구성한 화상 메모리 소자 재기입 수단과, 화상 메모리 소자(1) 및 액정 소자(50)는 회로적으로 분리되어 있어, 각각 독립적으로 구동할 수 있다.
본 실시예에 따르면, TFT 등의 능동 소자를 이용하지 않으므로, 단순 매트릭스형의 매우 단순한 구성에 있어서도 화소 내에 화상 메모리 소자를 마련할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도이다. 본 실시예의 액정 표시 패널은 도 17에서 설명한 실시예와 마찬가지로, 단순 매트릭스형의 액정 소자(50)를 이용한 것이다. 주사 전극선(7)에 제1 화상 메모리 소자(1a)의 한쪽 단자를 접속하고, 신호 전극선(9)에 제2 화상 메모리 소자(1b)의 한쪽 단자를 접속하고, 제1 화상 메모리 소자(1a)의 다른쪽 단자와 제2 화상 메모리 소자(1b)의 다른쪽 단자는 모두 액정 소자(50)의 화소 전극(25)에 접속되어 있다.
본 실시예에서는, 우선 화상 표시 패널의 전 화소를 주사하여 화상 데이터를 기입한다. 화상 데이터를 기입하는 경우에는 주사 전극선(7)을 선택하여 저 임피던스로 한다. 주사 전극선(7)이 저 임피던스로 되면, 신호 전극선(9)으로부터 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)에 전류가 흘러, 그들 메모리 상태를 스위칭한다. 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)에는 동일한 값의 전류가 흐르기 때문에, 양쪽 모두 동일한 저항치의 메모리 상태가 된다. 전 화소(50)에 화상 데이터를 기입한 후, 주사 전극선(7)과 신호 전극선(9)을 기준 전압이 되도록 동일 전위로 한다. 액정 소자(50)에는 기준 전압과 대향 전극 사이에 가해지는 전압차에 대하여, 액정 소자(50)와 제1 화상 메모리 소자(1a), 제2 화상 메모리 소자(1b)에 의한 저항 분할에 의해 결정되는 전압이 인가되고, 제1 화상 메모리 소자(1a), 제2 화상 메모리 소자(1b)의 저항 상태에 따라 액정 소자(5)가 구동되어 표시된다.
본 실시예에서는 화소에의 데이터 기입과 표시를 시간적으로 분리하고 있어, 동일 화상 데이터를 장시간 표시하는 화상 표시 장치에 적합하다. 또한, 제1 화상 메모리 소자(1a), 제2 화상 메모리 소자(1b)는 불휘발성 메모리이며, 이 불휘발성 메모리를 이용함으로써 전원을 한번 끊더라도 화상 데이터가 보유되기 때문에, 장기간 화상 데이터를 유지해 둘 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b)가 액정 소자(59)에 대하여 병렬로 접속되어 있기 때문에, 양 메모리 소자의 저항에 편차가 있더라도, 그것이 평균화되어 표시의 편차가 저감된다고 하는 효과가 있다. 그리고 또한, TFT 등의 트랜지스터 소자를 이용하지 않고 화상 데이터를 기억할 수 있어, 화소의 구성이 간단하다. 특히, 제1과 제2 메모리 소자(1a, 1b)에 이용하는 상변화막 및 액정 소자(50)와 접속되는 전극은, 동일 층의 막을 이용하여 형성할 수 있고, 또한 상변화막도 반드시 전기적으로 절연할 필요는 없기 때문에, 에칭 등에 의한 가공이 필요 없어 2개의 메모리 소자를 용이하게 제작할 수 있다.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 액정 표시 패널의 화소부의 회로도이다. 또한, 도 20은 도 19에 도시한 화소 구성을 갖는 액정 표시 패널을 기록 장치에 접속하여 구성한 화상 표시 모듈에 화상 데이터를 기입할 때의 구성도이며, 도 21은 도 19에 도시한 화소 구성을 갖는 액정 표시 패널을 표시 구동 장치에 접속하여 구성한 화상 표시 모듈로 화상 데이터를 표시할 때의 구성도이다.
본 실시예의 액정 패널은 도 19에 도시한 바와 같이 1 화소 내에 3개의 화상 메모리 소자를 마련하고 있다. 1 화소는 제1 TFT(17a)와 제2 TFT(17b), 제1 화상 메모리 소자(1a)와 제2 화상 메모리 소자(1b) 및 제3 화상 메모리 소자(1c)의 한쪽 단부를 공통으로 하고, 액정 소자(5)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 각 화상 메모리 소자(1a, 1b, 1c)의 다른쪽 단부는, 각각 제1 기준 전극선(15a), 제2 기준 전극선(15b), 제3 기준 전극선(15c)에 접속되어 있다.
이 액정 표시 패널(175)은 주사선 접속 패드(29), 신호선 접속 패드(31), 전원선 접속 패드(33), 선택선 접속 패드(35a, 35b, 35c)를 갖고, 이들 접속 패드에 의해 신호선 구동 회로(101)와 주사선 구동 회로(103) 및 전원을 갖는 기록 장치(131)에 대하여 착탈 가능하게 구성되어 있다. 기록 장치(131)는 신호선 구동 회로(101)와 주사선 구동 회로(103) 및 전원(도시하지 않음), 신호 제어 회로(111)를 구비하고 있다.
즉, 액정 패널(175)에 기록 장치(131)를 접속하여 도 20에 도시한 화상 표시 모듈, 혹은 표시 구동 장치(133)를 접속하여 도 21에 도시한 화상 표시 모듈을 구성한다. 이와 같이, 화상 표시 패널(175)을 기록 장치 혹은 표시 구동 장치를 선택적으로 접속함으로써, 액정 표시 패널(175)에의 화상 데이터 기입 동작과 기입한 화상 데이터의 표시 동작을 분리하여 사용할 수 있도록 한 것이다. 이하, 이와 같이 구성한 화상 표시 모듈의 동작을 도 19와 함께 설명한다.
먼저, 도 20에서, 액정 표시 패널(175)의 화소에의 화상 데이터의 기입 시에는, 액정 표시 패널(175)을 주사선 접속 패드(29), 신호선 접속 패드(31)를 통하여 기록 장치(131)에 접속한다. 외부 신호원으로부터의 화상 신호를 입력하는 신호 제어 회로(111)로부터의 화상 데이터 신호와 클럭 등의 타이밍 제어 신호에 의해, 주사선 선택 회로(103)에 의해 주사 전극(7)이 선택되어 하이 레벨로 되면, 제1 TFT(17a)가 온으로 된다. 액정 표시 패널(175)에의 화상 데이터의 기입 동작에 있어서는, 전원 전극선(13)에 전압이 인가되어 있을 필요가 없으며, 그 전원 전극선(13)은 고 임피던스로 되어 있다. 그에 따라, 전류는 저항(21)을 흐르고, 전원 전극선(13)측에는 흐르지 않게 된다. 제1 TFT(17a)는 저항(21)을 통하여, 제1 화상 메모리 소자(1a), 제2 화상 메모리 소자(1b), 제3 화상 메모리 소자(1c)에 접속되어 있다.
주사 전극선(7)의 선택 시간을 메모리 소자의 개수분, 본 실시예에서는 3분할하여, 주사선 선택 회로(103)에 의해 제1 기준 전극선(15a), 제2 기준 전극선(15b), 제3 기준 전극선(15c)을 순차로 선택한다. 제1 기준 전극선(15a)이 선택되었을 때에는, 제2 기준 전극선(15b)과 제3 기준 전극(15c)을 고 임피던스로 함으로써, 화상 데이터 신호인 전류 데이터 신호는 제1 화상 메모리 소자(1a)에 흘러, 그 제1 메모리 소자(1a)를 원하는 상태로 설정한다. 계속해서, 제2 화상 메모리 소자(1b), 제3 화상 메모리 소자(1c)에 서로 다른 화상의 데이터를 기입한다.
기입된 화상 데이터의 표시를 행할 때에는, 도 21에 도시한 바와 같이, 액정 표시 패널(175)의 제1 기준 전극선(15a), 제2 기준 전극선(15b), 제3 기준 전극선(15c)을 선택선 접속 패드(35a, 35b, 35c)를 통하여 표시 구동 회로(133)에 접속한다. 선택선 접속 패드(35a, 35b, 35c)는 전환 회로(129)에, 전원선 접속 패드(33)는 액정 구동 회로(119)로부터의 구동 전압 공급 전극선(11), 전원 회로(117)로부터의 전원 전극선(13)에 접속된다. 이 때, 도 20에 도시한 기록 장치(131)를 액정 표시 패널(175)로부터 분리할 수 있다. 전원 전극선(13)에는 전원선 접속 패드(33)를 통하여 전원 회로(117)로부터의 DC 전압이, 구동 전압 공급 전극에는 액정 구동 회로(119)로부터의 AC 전압이 인가된다.
전환 회로(129)는 제1 기준 전극선(15a), 제2 기준 전극선(15b), 제3 기준 전극선(15c)을 선택한다. 전환 회로(129)에 의해 제1 기준 전극선(15a)이 선택되면, 전원 전극선(13)으로부터의 DC 전압이 도 19의 저항(21), 화상 메모리 소자(1a)에 인가된다. 그리고, 제1 화상 메모리 소자(1a)의 저항치에 따라, 제2 TFT(17b)의 게이트에 걸리는 전압이 변화하고, 그 게이트 전압에 따라 제2 TFT(17b)가 온/오프된다. 제2 TFT(17b)가 온되면 구동 전압 공급 전극선(11)의 전압이 액정 소자(5)에 가해지고, 제2 TFT(17b)가 오프인 경우에는 액정 소자(5)에 전압이 가해지지 않고서, 액정 소자(5)의 표시 상태가 전환된다.
다음으로, 전환 회로(129)가 제2 기준 전극선(15b)으로 전환되면, 제2 화상 메모리 소자(1b)에 기록된 화상 데이터에 기초한 화상이 표시된다. 마찬가지로, 전환 회로(129)가 제3 기준 전극선(15c)으로 전환되면, 제3 화상 메모리 소자(1c)에 기록된 화상 데이터에 기초한 화상이 표시된다. 본 실시예에서는 양 화소 내에 3개의 메모리 소자를 마련하고 있기 때문에, 3종류의 화상을 전환하여 표시할 수 있지만, 화상 메모리 소자의 개수를 더 늘림으로써 보다 많은 화상을 전환 표시할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 패널(175)은 화소 내에 불휘발성 메모리를 마련하고 있으며, 한번 기록하면 외부에 메모리가 없더라도, 구동 전압만을 공급함으로써 화소 내 불휘발성 메모리에 기억된 화상 데이터를 표시할 수 있다. 그에 따라, 상기한 바와 같이 표시 시에는 기록 장치(131)는 없어도 된다.
이와 같이, 1 화소 내에 복수의 메모리 소자를 탑재하고, 화상 메모리 소자를 전환 표시함으로써, 외부로부터 화상 데이터를 공급하지 않고 복수의 화상을 전환하여 표시할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예의 화상 표시 장치는 포스터, 차량의 천장 광고, 간판 등에 이용함으로써 화상 표시 패널(175)과 표시 구동 장치(133)만으로 움직임이 있는 표시가 가능하다. 이 화상 표시 패널(175)은 화상 메모리 소자의 내용을 재기입할 수 있기 때문에, 화상 데이터를 재기입하여 반복 사용할 수 있다.
이와 같이, 화상 표시 패널(175)에 기록 장치(131)를 접속하여 화상을 기입함으로써, 같은 기록 장치(131)를 이용하여 복수의 표시 모듈(175)에 화상 데이터를 기입할 수 있다. 표시 시에는 전압을 공급하는 표시 구동 장치(133)가 있으면 되어, 저비용으로 다양한 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 1 화소중의 화상 메모리 소자의 수를 늘림으로써, 표시할 수 있는 화상 수를 늘릴 수 있다. 또한, 표시 구동 장치(133)는 화상 표시 패널(175)과 일체로 한 화상 표시 장치로 하여도 된다.
본 실시예에서는 화상 표시 소자로서 액정 소자를 이용하여 설명했지만, 이용하는 화상 표시 소자로서는, 액정 소자에 한정하는 것이 아니라, 유기 발광 소자 등의 전계 발광 등을 이용한 표시 패널, 필드 에미션 패널, 플라즈마 디스플레이 등, 매트릭스 전극을 이용한 표시 패널 등의 각종 표시 패널을 이용하여 동일한 표시를 할 수 있다.
도 22는 본 발명의 제11 실시예에 따른 표시 패널의 화소부의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도이다. 본 실시예는 화상 표시 소자로서 유기 발광 표시 소자(OLED)(6)를 이용한 것이다. 1 화소 내에는 화상 데이터를 기억하는 화상 메모리 소자(1)가 마련되어 있고, OLED 소자(6)의 화소에 표시하는 데이터를 보유한다. 본 실시예에서는 이 화상 메모리 소자(1)도 상기 각 실시예에서 설명한 것과 마찬가지로, 가역적으로 저항치를 변화시켜 데이터를 기입 및 재기입할 수 있으며, 통상의 사용에 있어서는 기록 데이터가 소멸하지 않는 불휘발성 메모리이다.
이 화상 메모리 소자(1)는 신호 전극선(9)으로부터 펄스 전류를 흘려 스위칭되고, 그 펄스 전류의 전류치와 펄스 폭을 바꾸는 것에 의해 스위칭하는 저항 상태가 제어된다. 주사 전극선(7)이 선택되어 전압이 하이 레벨로 되면, TFT(17)이 온 상태로 된다. 이 타이밍에서 신호 전극선(9)에 흘리는 데이터 전류 신호가 TFT(17)에 입력되고, 화상 메모리 소자(1)를 통하여 기준 전극선(15)에 흐른다. 화상 메모리 소자(1)를 흐르는 전류치 또는 펄스 폭에 따라 화상 메모리 소자(1)의 저항이 변화되어, 기억이 이루어진다.
본 실시예에 나타낸 바와 같이, OLED 소자(6)를 구동하기 위한 전류가 기준 전극선(15)으로부터 그 OLED 소자(6)를 통하여 대향 전극측에 흐르는 경우에는, 기준 전극선(15)에 대하여 신호 전극선(9)의 전위를 낮게 하여, OLED 소자(6)에 대하여 역전압이 되도록 함으로써, OLED 소자(6)에 신호 전극선(9)으로부터의 펄스 전류가 흐르지 않고, 화상 메모리 소자(1)의 스위칭이 행해진다. OLED 소자(6)의 한쪽 화소 전극(250)은 화상 메모리 소자(1)를 통하여 기준 전극선(15)에 연결되어 있고, 화상 메모리 소자(1)가 저저항의 상태인 경우에는, OLED 소자(6)의 대향 전극(30)과 기준 전극선(15) 사이에 인가된 구동 전압에 의해 전류가 흘러 발광하여, 표시가 행해진다. 또한, 화상 메모리 소자(1)가 고저항 상태인 경우에는, OLED 소자(6)에 흐르는 전류가 임계치 이하로 되어, OLED 소자(6)는 OFF가 된다. 이 OLED 소자(6)의 구동 전류는 화상 메모리 소자(1)의 상태를 변화시키는 임계치 전류 Ith 이하이며, OLED 소자(6)의 구동 전류에 의해 화상 메모리소자(1)의 상태가 변화하지는 않는다.
본 실시예에서는, 화상 메모리 소자(1)에 흘리는 전류치를 Ireset에서 Ith의 사이에서 제어함으로써 화상 메모리 소자(1)의 저항치를 연속적으로 바꿀 수 있기 때문에, OLED 소자(6)에 계조 표시하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 하나의 TFT(17)로 OLED 소자(6)를 제어할 수 있으며, 또한 계조 표시도 가능하다. 또한, 통상의 OLED 소자에 이용되고 있는 스토리지 캐패시터를 이용하지 않고 화상 메모리 소자를 구성할 수 있기 때문에, 화소 구성이 간단해진다. 또한, 화상 메모리 소자(1)는 불휘발성을 갖고 있기 때문에, 동일한 화상을 표시하고 있는 경우에는, 그 화상 메모리 소자(1)의 리프레쉬는 필요 없으며, 재기입 주파수도 작게 할 수 있어서, 저소비 전력화가 가능하다.
도 23은 본 발명의 화상 표시 장치를 실장한 전자 기기의 일례를 도시하는 평면도이며, 도 24는 도 23에 도시하는 전자 기기의 시스템 구성도이다. 이 전자 기기는 전자 서적이라고 불리는 휴대 기기(PDA)이다. 이 전자 기기는 인터넷 등의 회선, 혹은 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 데이터원으로부터 소설 등의 서적 데이터(콘텐츠)를 다운로드하여 이용하는 기능을 갖는 것이다. 전자 서적(151)의 표시부(153)에는, 본 발명의 화상 표시 장치가 실장되어 있다. 기기 본체의 일부에는 입력 키(155), 입력 다이얼(157)이 마련되어 있다.
전자 서적(151)의 시스템은 도 24에 도시한 바와 같이, 화상 표시 장치(159), 표시 콘트롤러(161), 마이크로 프로세서(MPU)(163), 메모리(165), 전원(배터리)(167), 입력 디바이스(169), 인터페이스(I/F)(171)가 시스템 버스(175)에 접속되어 있다. 메모리(165) 내의 표시 데이터는 시스템 버스(175)를 통하여 MPU(163)에서 처리되어, 표시 콘트롤러(161)에 보내진다. 표시 콘트롤러(161)는 표시 장치(159)를 제어하여 메모리(165)의 데이터를 표시부(153)에 가시(可視) 표시한다. 표시부(153)를 구성하는 화상 표시 장치의 표시 패널의 화소는 불휘발성 메모리를 갖고 있다.
상기 실시예에서 설명한 바와 같이, 이 불휘발성 메모리를 화상 메모리로서 이용할 수 있으며, 기억된 화상 메모리의 내용을 판독하도록 하여도 된다. 입력 다이얼(157)이나 입력 키(155) 등의 입력 디바이스(169)를 조작하여, 표시부(153)상에서 페이지를 넘기거나, 표시할 서적을 고르는 등의 조작을 한다. 서적 데이터 등은 외부 데이터원으로부터 인터페이스(171)를 통하여 메모리(165)에 수취된다.
본 발명의 화상 표시 장치를 구성하는 표시 패널이 갖는 화상 메모리 소자는 미소 형성할 수 있고, 화소의 개구율도 크게 할 수 있기 때문에, 고정밀의 화상의 표시에 적합하다. 특히, 신문이나 책, 만화 등과 같이 한번 화면에 표시하면 다 읽을 때까지 같은 화상을 표시하는 문자/정지 화상 베이스의 콘텐츠 표시에 대하여, 고정밀도의 표시가 가능함과 동시에, 프레임 주파수를 늦게 할 수 있으므로, 저소비 전력화의 효과가 크고, 이러한 전자 기기에 적합하다. 즉, 표시 화상을 재기입할 때까지는, 화상 표시부의 구동을 행하면 되어 저소비 전력화할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치를 이용하는 경우에는, 불휘발성 메모리를 이용하고 있기 때문에, 액정 소자가 열화되지 않을 정도로 프레임 주파수를 낮게 할 수 있기 때문에, 더욱 저소비 전력화가 가능하다. 또한, 저소비 전력화 측면에서는 원리적으로 보조 조명 광원을 필요로 하지 않는 반사형 화상 표시 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치를 이용하는 경우에는, 통상 행해지고 있는 바와 같이 컬러 필터를 이용하여 컬러화할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치는 상기한 휴대용 전자 기기에 한하는 것이 아니라, 다른 화상 표시 기기에도 마찬가지로 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저항 변화에 기초한 불휘발성 메모리를 화소 내에 구비함으로써, 표시 데이터의 기억 기능을 갖는 표시 패널의 구성이 간단해지고, 개구율을 향상하여, 저소비 전력으로, 또한 전원을 끊더라도 화소 내에 화상 데이터가 보유되는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치의 화상 표시 패널, 즉 액정 표시 패널을 구성하는 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 2는 도 1에 도시한 화소를 갖는 액정 표시 패널을 이용하여 구성한 화상 표시 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 패널에 이용한 노멀리 클로즈 모드의 액정 소자의 전압-반사율 특성의 설명도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 이용한 화상 메모리 소자를 스위칭하는 전류 펄스의 파형도.
도 5는 화상 표시 패널을 구동하는 신호 파형의 설명도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에서의 액정 표시 패널을 구성하는 제1 기판의 주요부 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에서의 화상 표시 장치의 구성을 설명하는 블럭도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 패널인 액정 표시 패널의 1 화소의 회로도.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성도.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 패널을 구동하는 신호 파형의 설명도.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부에 마련하는 히터와 화상 메모리 소자의 구조예를 설명하는 단면도.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도.
도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 화상 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널의 화소부의 회로도.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 액정 표시 패널의 화소부의 회로도.
도 20은 도 19에 도시한 화소 구성을 갖는 액정 표시 패널을 기록 장치에 접속하여 구성한 화상 표시 모듈에 화상 데이터를 기입할 때의 구성도.
도 21은 도 19에 도시한 화소 구성을 갖는 액정 표시 패널을 표시 구동 장치에 접속하여 구성한 화상 표시 모듈로 화상 데이터를 표시할 때의 구성도.
도 22는 본 발명의 제11 실시예에 따른 표시 패널의 화소부의 1 화소의 구성을 설명하는 회로도.
도 23은 본 발명의 화상 표시 장치를 실장한 전자 기기의 일례를 도시하는 평면도.
도 24는 도 23에 도시하는 전자 기기의 시스템 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 : 화상 메모리 소자
3 : 대향 전극
5 : 액정 소자
7 : 주사 전극선
9 : 신호 전극선
15 : 기준 전극선
17 : 박막 트랜지스터(TFT)
25 : 화소 전극
77 : 기판
103 : 신호선 구동 회로
127 : 화소

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  12. 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선과 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자를 갖는 화상 표시 패널과,
    상기 화상 표시 패널의 상기 주사 전극선을 선택하는 주사 전극선 선택 회로와,
    상기 신호 전극선을 구동하는 신호 전극선 구동 회로를 포함하고,
    상기 화상 표시 패널의 상기 각 화소 내에 표시 데이터를 기억하는 복수의 기억수단과, 상기 기억수단을 선택하기 위한 선택수단을 포함하며,
    상기 기억 수단은 화소마다 접속된 저항체로 구성되고, 상기 저항체의 저항치에 의해 상기 화소에 표시 데이터를 기억하고,
    상기 기억 수단은 기억하는 표시 데이터의 재기입이 가능하고, 또한 전원이 공급되지 않는 상태에서도 기억한 표시 데이터가 변화되지 않는 불휘발성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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  14. 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선과 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자를 갖는 화상 표시 패널과,
    상기 화상 표시 패널의 상기 주사 전극선을 선택하는 주사 전극선 선택 회로와,
    상기 신호 전극선을 구동하는 신호 전극선 구동 회로와,
    상기 화소마다 표시 데이터를 기억하는 기억 수단과,
    상기 화소에 배치한 표시 소자의 표시 상태를 제어하는 스위칭 소자
    를 포함하고,
    상기 기억 수단은 화소마다 접속된 저항체로 구성되고, 상기 저항체의 저항치에 의해 상기 화소에 표시 데이터를 기억하고,
    상기 기억 수단과 저항 소자는 직렬로 접속되고, 상기 기억 수단의 저항치와 상기 저항 소자의 저항치의 비율에 따라 변화하는 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자를 제어함으로써, 상기 표시 소자의 표시 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  15. 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선과 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자를 갖는 화상 표시 패널과,
    상기 화상 표시 패널의 상기 주사 전극선을 선택하는 주사 전극선 선택 회로와,
    상기 신호 전극선을 구동하는 신호 전극선 구동 회로와,
    상기 화소마다 표시 데이터를 기억하는 기억 수단
    을 포함하고,
    상기 기억 수단은 화소마다 접속된 저항체로 구성되고, 상기 저항체의 저항치에 의해 상기 화소에 표시 데이터를 기억하고,
    상기 기억 수단과 저항 소자는 직렬로 접속되고, 상기 기억 수단의 저항치와 상기 저항 소자의 저항치의 비율에 따라 상기 표시 소자에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선과 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자로 구성한 화상 표시 패널과, 상기 화상 표시 패널에 표시 데이터를 기록하는 기록 장치와, 상기 기록 장치에 의해서 상기 화상 표시 패널에 기록된 표시 데이터를 표시하는 표시 구동 장치를 포함하는 화상 표시 모듈로서,
    상기 화상 표시 패널은, 상기 기록 장치와 상기 표시 구동 장치의 한쪽에 선택적으로, 또는 쌍방 동시에 접속 가능하고,
    상기 화상 표시 패널은, 상기 화소마다 표시 데이터를 기억하는 불휘발성의 기억 수단과, 상기 주사선에 주사 신호를 입력하기 위한 주사선 접속부와, 상기 신호선에 표시 데이터 신호를 입력하기 위한 신호선 접속부와, 상기 화소를 구동하기 위한 구동 신호를 입력하기 위한 구동선 접속부와, 전원선 접속부를 포함하고,
    상기 불휘발성 기억 수단은 저항체의 저항치에 의하여 표시 데이터를 기억하고,
    상기 기록 장치는, 상기 액정 표시 장치의 상기 주사선과 상기 신호선을 구동하는 주사선 선택 회로와 신호선 구동 회로 및 신호 제어 회로와, 상기 신호선 접속부와 상기 구동선 접속부에 접속되는 기록 장치 접속부를 포함하고,
    상기 화상 표시 패널에 상기 기록 장치 접속부를 통하여 상기 기록 장치를 접속하고, 상기 주사선 접속부와 상기 신호선 접속부에 상기 기억 수단의 재기입 신호를 입력함으로써 상기 기억 수단의 기억 데이터를 재기입하고,
    상기 화상 표시 패널의 각 화소에 복수의 상기 기억 수단과 상기 복수의 상기 기억 수단을 선택하는 선택 신호선을 포함하고, 상기 선택 신호선에 의해 선택한 상기 기억 수단의 기억 데이터를 재기입하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 모듈.
  19. 삭제
  20. 복수의 주사 전극선과 상기 주사 전극선과 교차하는 복수의 신호 전극선의 교차부에 매트릭스 형상으로 복수의 화소로 이루어지는 표시 소자로 구성한 화상 표시 패널과, 상기 화상 표시 패널에 표시 데이터를 기록하는 기록 장치와, 상기 기록 장치에 의해서 상기 화상 표시 패널에 기록된 표시 데이터를 표시하는 표시 구동 장치를 포함하는 화상 표시 모듈로서,
    상기 화상 표시 패널은, 상기 기록 장치와 상기 표시 구동 장치의 한쪽에 선택적으로, 또는 쌍방 동시에 접속 가능하고,
    상기 표시 구동 장치는, 대향 전극 구동 회로와 전원 회로, 및 상기 화상 표시 패널의 상기 구동선 접속부와 상기 전원선 접속부에 접속되는 표시 구동 장치 접속부를 포함하고,
    상기 화상 표시 패널에 상기 표시 구동 장치 접속부를 통하여 상기 표시 구동 장치를 접속하여, 상기 화상 표시 패널에 기억된 표시 데이터를 표시하고,
    상기 화상 표시 패널의 각 화소에 복수의 상기 기억 수단과 상기 복수의 상기 기억 수단을 선택하는 선택 신호선을 포함하고,
    상기 표시 구동 장치는, 상기 선택 신호선과의 접속을 전환하는 전환 회로를 포함하고,
    상기 기억 수단은 불휘발성으로서 저항체의 저항치에 의하여 표시 데이터를 기억하고,
    상기 전환 회로로부터 상기 액정 표시 패널이 갖는 복수의 기억 수단을 선택하고, 선택한 기억 수단에 기억된 표시 데이터에 기초한 복수의 화상을 표시하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 모듈.
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