JPH035724B2 - - Google Patents

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JPH035724B2
JPH035724B2 JP57079481A JP7948182A JPH035724B2 JP H035724 B2 JPH035724 B2 JP H035724B2 JP 57079481 A JP57079481 A JP 57079481A JP 7948182 A JP7948182 A JP 7948182A JP H035724 B2 JPH035724 B2 JP H035724B2
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    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微細ドツト表示素子の構造及び階調
表示法に関するものである。
従来の画像表示素子を第1図に示す。液晶と
MOS型FETアレイを組み合わせて構成されてい
る。
第1図に於いて、単位画素を構成するのは、半
導体層に形成されたMOS型FET1、信号蓄積用
コンデンサ2、及び液晶セル3である。この基本
的な動作を説明する。
まずMOSFETをPチヤンネルとし、ゲートラ
インxiにゲート信号として負のパルス電圧を印加
すると、FET1はオン状態となり、信号ライン
yiに印加した画像信号は、FET1を通してコン
デンサ2に充電される。負のパルスが消滅すれ
ば、FET1はオフ状態となり、コンデンサ2に
充電された電圧は、液晶セル及びFETのオフ抵
抗を通じて放電されながら保持され、液晶に印加
されつづける。そして、ゲート信号をxiから
xi+1,xi+2……と線順次に走査し、その位置に対
応した画像信号を信号ラインyi,yi+i……に印加
することにより、全体の画像が表示される。この
とき対向電極は、ガラス等に全面に付けられた共
通透明電極で、第1図の4が共通電極端子であ
る。そして、共通電極は常にある電位に保たれて
いる。さて、このような画像表示装置は、中間調
を含む動画を表示する場合、すなわち、テレビ画
像の表示などには最適であるが、静止画の表示な
どにはきわめて不適当であつた。なぜならば、前
述したようにコンデンサ2に充電された信号は、
液晶セル3を通じて放電していくので、常に書込
み動作を行なわないとコンデンサの両端の電圧が
どんどん下がつてしまい、液晶にかかる電圧が変
化してしまう。従つて、静止画像を表示する場合
でも常に書込み動作を行なう必要があり、常に回
路全体を動かしておくための電力が必要である。
例えば、200×200画素の画面を毎秒60枚書き込む
ためには、最大周波数として約2.5MHzが必要と
なり、かなり大きな電力を消費してしまう。尚、
毎秒60枚の画像を書込むというのは、液晶を交流
駆動してフリツカを生じさせないために必要な最
低の値である。さらに、コンデンサへの充電のた
め信号ラインに電流を流す必要があり、このため
の消費電力の増大もさけられないという欠点があ
つた。
そこで本発明は、静止画像を表示するのに適し
た、消費電力が少ない表示素子を供することを目
的とする。
以下、図面とともに本発明の説明をしていく。
第2図に、本発明の表示素子を示す。一つの表
示ドツトを構成するのは、半導体層に形成された
スイツチングトランジスタ5,6、メモリー7、
信号選択回路8、液晶セル9である。そして、液
晶を交流駆動するためのクロツク源10を具備し
ている。ここで、スイツチングトランジスタ5,
6はMOSトランジスタで構成される。また、メ
モリセル7はフリツプフロツプで構成され、高い
電圧レベルの信号を“1”、低い電圧レベルの信
号を“0”とすると、“1”の信号が入力される
と出力が“1”(または“0”)にセツトされ、次
に“0”の信号が入力されるまで、ずつと前の状
態を保持し、“0”の信号が入力されると出力が
“0”(または“1”)にセツトされ、その状態が
保持される。さらに、メモリセル7は、入力が
“1”のとき出力が“1”にセツトされる正入力
端子7aと、入力が“0”のとき出力が“1”に
セツトされる負入力端子7bの二つの入力端子を
具備している。さらに、信号選択回路8の入力に
はクロツク源10の信号が入力され、メモリーセ
ル7の出力を制御信号として、入力信号と同相の
信号及び逆相の信号を選択的に出力するというも
のであり、信号選択回路8の出力は表示ドツト電
極9aと接続される。そして、スイツチングトラ
ンジスタ5,6のソースは、それぞれ極性が逆の
信号線yiおよびに接続され、ドレインはそれぞ
れメモリセル7の正入力端子7aおよび負入力端
子7bに接続される。いま、クロツク源10の出
力を共通電極端子11に接続し、メモリセル7の
出力が“1”のとき信号選択回路8の入力と出力
が逆相となり、メモリセル7の出力が“0”のと
き信号選択回路8の入力と出力が同相となる場合
を例にとつて、動作を説明する。まず、ゲートラ
インxiに、ゲート信号として負のパルスを印加す
ると、スイツチングトランジスタ(以下S・Tr
と略す)5,6はオン状態となり、信号ライン
yi,に印加され画像情報は、S・Tr5,6を
通してメモリセル7の正入力端子7aと負入力端
子7bに入力され、メモリセル7の出力は画像情
報に応じて“1”または“0”にセツトされる。
ゲート信号が消滅すれば、S・Tr5,6はオフ
状態となり、メモリセルは次に新たな画像情報が
入力されるまで、ずつと“1”または“0”の画
像情報を保持しつづける。従つて、全ての画素は
新たな情報が書込まれるまでは、どんなに長い期
間であつても、現在保持している画像情報を保持
しつづける。そし、メモリセルの出力が“1”の
素子ドツトは、信号選択回路8の入力と出力が逆
相になるので、クロツク源の波形つまり、共通電
極電位と、信号選択回路の出力つまり表示ドツト
電極の波形は、電源電圧をVとすると、それぞれ
第3図Aの12a,12bに示すように逆相のク
ロツクとなり、液晶9には±Vの交流電圧13a
が印加され、選択ドツトとなる。一方、メモリセ
ルの出力が“0”の表示ドツトは同様に、第3図
Bの12a,12bのように同相のクロツクとな
るので、液晶9には13bのごとく全く電圧が印
加されず、非選択ドツトとなる。従つて、静止画
像を非常に少ない電力で表示することが可能とな
る。なぜならば、静止画像の場合、信号ライン
yi,,yi+1yi+1……とゲートラインxi,xi+1
…の駆動回路を全て停止して、クロツク源10の
み動かしておけば良いからであり、通常クロツク
源10の周波数は30Hz程度であるので、例えば
200×200画素の場合、静止画表示時の消費電力
は、従来の表示素子の1万分の1程度になる。ま
た、コンデンサに信号を充電するという方式でな
く、基本的に電流を流さずにメモリセルの出力を
制御するので、信号ライン駆動回路の能力を小さ
く設計することが可能となる。さらに、共通電極
側にはクロツクを印加する方式であるので、電源
電圧をVとすると、±Vつまりピークからピーク
まで2Vの交流波形を、液晶に印加することがで
き、液晶にかかる電圧に比して、電源電圧を従来
型の半分にすることができるので、消費電力は電
源電圧を低くした効果だけで4分の1になる。ま
た、信号は全て“1”,“0”のデジタル信号であ
るから、周辺駆動回路と画像情報処理回路を全て
CMOSで構成することにより、システム全体と
しても大幅な消費電力の低減をはかることでき
る。さて、いままで説明した表示ドツトは、
“1”,“0”の二階調表示であり、中間調を表示
できない。そこで、第4図に示すように前記表示
ドツトを複数個組み合わせて、一つの画素を形成
する。つまり画素14が行列状にならんでおり、
画素14は、前記表示ドツトと同構造の表示ドツ
ト15a,15b,15c,15dの4個で構成
されている。表示ドツト15b,15c,15d
の面積は、最も面積の小さい表示ドツト15aの
それぞれ2倍,4倍,8倍の大きさを持ち、公比
2の等比数列の関係にある。また第4図に示した
ように、必ずしも表示要素の順番は、面積の小さ
いものから順に並んでいる必要はない。そしてこ
の4個の表示ドツトの組み合わせにより階調を表
示するのである。すなわち、4個の表示ドツトの
選択,非選択を組み合わせることにより、16階調
の表示が可能となるのである。また、表示ドツト
の数はいくつでも良く、表示ドツトの面積比が2x
の系列を持ち、表示ドツト数をnとすれば、2n
階調表示が可能となるのは当然である。但し、
x,nは0を含む自然数である。第5図は、他の
表示ドツト組み合わせ例であり、表示ドツト16
a,16b,16c,16dの面積比はやはり
1:2:4:8となり、第4図の例と同様に16階
調の表示が可能となる。
このように、第2図に示す表示ドツトを、第4
図や第5図のように複数個組み合わせて一つの画
素とすることにより、中間調表示と大幅な消費電
力低減を、同時に達成することが可能となる。ま
た、同一画素数の場合、従来型に比して表示ドツ
トの数が4倍になるが、画像信号は、信号ライン
yiとS・Tr5、またはとS・Tr6の二つの経
路を通つてメモリセル7に入力されるので、信号
経路の冗長度が2倍になるので、表示素子として
の歩留りが下がることはない。
第6図に、本発明の表示素子の具体例を示す。
つまり、メモリセル用のフリツプフロツプとして
インバータ17,18を用いて、インバータ1
7,18の入・出力端子を互いに接続し、インバ
ータ17の入力をメモリセルの正入力としてS・
Tr5と接続し、インバータ18の入力をメモリ
セルの負入力としてS・Tr6と接続し、さらに
インバータ18の出力をメモリセルの出力とす
る。そして、信号選択回路として排他的論理和
(以下、EORと略す)19を用い、前述のインバ
ータ18の出力、つまりメモリセルの出力を
EOR回路19の一方の入力とし、クロツク源1
0の出力をEOR回路19の他の入力にするとと
もに、共通電極端子11にも接続する。さらに
EOR回路19の出力を表示ドツト電極9aと接
続する。このような構成にすることにより、メモ
リセルの出力が“1”にセツトされた場合は、液
晶に±Vの交流電圧がかかり、メモリセルの出力
が“0”にセツトされた場合は液晶く電圧がかか
らず、第2図で説明しのと全く同じ動作をさせる
ことができる。ここで、インバータ17,18は
消費電力を低減するということからCMOSイン
バータを用いるのが望ましい。
第7図に、本発明の表示素子のさらに他の実施
例を示す。信号選択回路として、二つのトランス
ミツシヨンゲート(以下TGと略す)20,21
を用いたものである。インバータ17,18によ
るメモリセルの構成は、第6図の例と同じである
が、メモリセルの出力、つまりインバータ18の
出力をTG20のnチヤンネル側ゲート及びTG
21のPチヤンネル側ゲートに接続し、インバー
タ18の入力端子をTG20のPチヤンネル側ゲ
ート及びTG21のnチヤンネル側ゲートに接続
する。そして、TG20,21の出力を互いに接
続して、表示ドツト電極9aと接続し、TG21
の入力端子は全表示ドツト共通に、共通電極と接
続して、クロツク源10と接続する。さらにTG
20の入力端子は、全表示ドツト共通にして、イ
ンバータ22介してクロツク源10に接続する。
このような構成により、メモリセルの出力が
“1”のときは、TG20がオン状態、TG21が
オフ状態になるため、液晶セルには第3図Aのご
とく±Vの交流電圧が印加され、同様にメモリセ
ルの出力が“0”のときは、液晶セルには電圧が
印加されない。
第8図に、本発明の表示素子のさらに他の実施
例を示す。S・TrとしてTG23,24を用いた
ものである。S・TrとしてTGを用いることによ
り、電源電圧を低くしも“1”と“0”の信号を
確実に通すので、電源電圧を低くしても信号経路
の冗長度を2倍にすることが出来る。
第6図,第7図,第8図の例では、信号選択回
路として、EOR回路またはTG2個を用いている
が、要するにメモリセルの出力が“1”のときと
“0”のとき、表示ドツト電極に印加される交流
波形の位相を反転させることが出来れば良いので
あり、AND回路の組み合わせ、OR回路の組み合
わせ等によつても、全く同様の動作をさせること
ができるのはもちろんであり、これらも本発明の
範疇に入る。また、S・Tr及び信号ラインを2
系列設けているが、S・Trの不良や信号ライン
断線がほとんどなくなるように、半導体部分を作
り込むことが出来るようになれば、S・Tr,信
号ラインはそれぞれ一つづつで良い。
以上のような本発明の表示素子を用いることに
より、消費電力の非常に少ない表示素子を得るこ
とができる。つまり、静止画表示時には30Hz程度
のクロツク源を除いて、周辺回路を全て停止させ
ることと、回路構成を全てデジタル回路にするこ
と、さらに共通電極にもクロツクを印加すること
で、電源電圧を下ることで大幅な消費電力の低減
が達成できるのである。また、静止画,動画を問
わず交流駆動が可能となるので、寿命,信頼性の
点でも優れた表示素子が得られる。さらに、液晶
にかかる電圧は中間的なものでなく、オン状態に
するめの電圧と、零のいずれかであるので、コン
トラストの視覚依存性が良く、応答時間が速く、
液晶の透過率の電圧に対する非線形性も全く問題
がなくなる。従つて、中間調を持つ微細ドツトに
よる美しい表示と、低消費電力化・長寿命・高信
頼を同時に達成することでき、本発明の工業的価
値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の表示素子を示す回路図、第2図
は本発明の表示素子を示す回路図、第3図A,B
は、本発明の表示素子に於ける液晶駆動電圧を示
す説明図、第4図,第5図は、本発明の表示素子
の画素と表示ドツトを示す平面図、第6図は本発
明の実施例を示す回路図、第7図は本発明の他の
実施例を示す回路図、第8図は本発明のさらに他
の実施例を示す回路図である。 5,6……スイツチングトランジスタ、7……
メモリーセル、8……信号選択回路、9……液晶
セル、9a……表示ドツト電極、10……クロツ
ク源、11……共通電極端子、12a,12b,
12c……クロツク波形、13a,13b……液
晶駆動電圧波形、14……画素、15a,15
b,15c,15d,16a,16b,16c,
16d……表示ドツト、17,18……インバー
タ、19……排他的論理和、20,21,23,
24……トランスミツシヨンゲート、22……イ
ンバータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガラス等の透明絶縁基板上に形成された半導
    体層、または半導体基板上に、行列状に画素が形
    成され、前記画素上に液晶を介して設置された透
    光性基板上の透明電極を対向電極とした表示素子
    に於いて、前記画素の一つは、それぞれ面積の異
    なる複数の表示ドツトにより構成され、前記表示
    ドツトの一つに対して、少なくとも1ビツトの論
    理的記憶回路と、前記記憶回路の出力に応じて、
    クロツク1及びクロツク1と逆相のクロツク2の
    いずれかを選択するための信号選択回路を前記半
    導体層に形成したことを特徴とする表示素子。 2 前記透明電極には、前記クロツク1またはク
    ロツク2のいずれかの信号が印加されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の表示素
    子。
JP57079481A 1982-05-12 1982-05-12 表示素子 Granted JPS58196582A (ja)

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