DE3019833A1

DE3019833A1 - Fluessigkristallanzeigesystem

Info

Publication number: DE3019833A1
Application number: DE19803019833
Authority: DE
Inventors: Minoru Hosokawa; Koichi Oguchi; Satoru Yazawa
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1980-12-11
Also published as: JPS55159493A; US4429305A

Description

Flüssigkeitskristallanzeigesystem Be s ehre ibun g

Die Erfindung betrifft ein Matrix-Flüssigkristallbildanzeigesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie befaßt sich insbesondere mit der Abtastung eines seriellen Bildsignals bei einem solchen Anzeigesystem, etwa eines Fernsehsignals, für Anzeigeelemente in jeder Zeile und mit der Lieferung dieses Signals an eine Bildelementelektrode, dem Halten des Bildsignals und dem Einschreiben des abgetasteten Signals in die Bildelementelektrode.

Wenn ein Bildsignal als ein periodisches serielles Signal in ein Matrixbildanzeigesystem mit einem Bildelementwähltransistor eingegeben wird, um das dem Bildsignal entsprechende Bild wiederzugeben, ist es erforderlich, die einlaufenden Bildsignale auf die Bildelemente der Matrix in periodischer Reihenfolge zu verteilen und an diese anzulegen. Zur Vereinfachung der Schaltungsanordnung in der Umgebung einer solchen Matrixanzeigeeinheit hat man gewöhnlich eine Schaltung zum Abtasten und Halten des Bildsignals für jede Matrixspalte eingesetzt, durch die ein Bildsignal für jedes Bildelement in einer jeweiligen Zeile abgetastet und gehalten wird. Das Signal wird dann mittels des Bildelementwähltransistors in der entsprechenden Zeile auf eine Bildelementelektrode übertragen.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild eines Matrix-Flüssigkristallanzeigesystems einer Art dar, auf die sich die Erfindung bezieht. Die gestrichelte Linie umschließt eine Flüssigkristall-

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Anzeigeeinheit 1 in Matrixaufbau. 2 und 3 bezeichnen periphere Schaltungseinheiten der Anzeigeeinheit,, während 4 ein Schaltungsteil ist, der die Schaltungsteile 2 und 3 mit den notwendigen ZeitSteuerSignalen und den Schaltungsteil 3 mit Bildsignalen beliefert. Bei dem Schaltungsteil 4 handelt es sich um einen Fernsehempfänger, falls mit der Anzeigeeinheit 1 ein Fernsehbild darzustellen ist. Soll die Anzeigeeinheit 1 als graphische Anzeige oder allgemeine Datenanzeige verwendet werden, dann handelt es sich bei der Schaltungseinheit 4

\0 um eine Interface-Schaltung zur. Verbindung mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit. Die Schaltungseinheit 2 besteht aus einer Gate-Leitungstreiberschaltung, die die Gates der Bildelementwähltransistoren der Anzeigeeinheit für jede Zeile verbindet. Die Schaltungseinheit 3 besteht aus einer Source-Leitungstreiberschaltung, die die Sourceanschlüsse der Bildelementwähltransistoren für jede Spalte verbindet. Mit 5 • ist ein Flüssigkristall-Anzeigeelement bezeichnet, während 6 ein Bildelementwähltransistor und 7 ein für jedes Bildelement vorgesehener Kondensator sind.

Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Ausfuhrungsform der Source-Leitungstreiberschaltung 3 (japanische Patentveröffentlichung 50-10993). Mit der Bezugszahl 10 ist hier ein Schieberegister zur übertragung von Daten zur Zeitsteuerung der Bildsignalabtastung für die Serien/Parallelumwandlung eines Videosignals bezeichnet. Ein Schalter 12 tastet ein Bildsignal als Antwort auf ein Zeitsteuersignal vom Schieberegister 10 ab, und ein Kondensator 15 hält die abgetasteten Daten. Das vom Kondensator 15 gehaltene abgetastete Bildsignal wird selektiv über einen Schalter 17 zu einem Verstärker 21 und einer parallelen Bilddatenausgangsleitung 22 geliefert. Die Komponenten 11, 13, 16 und 18 erfüllen dieselben Funktionen wie die Komponenten 10, 12, 15 und 17, so daß diese beiden Komponentengruppen abwechselnd arbeiten, um Bildsignale abzutasten und

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dem Verstärker zuzuführen.

Fig. 3 zeigt ein bekanntes Beispiel für einen Bildelementwähltransistor, eine Sourceleitung und eine Gateleitung, die mit 32, 31 bzw. 30 bezeichnet sind, und zwar zusammen mit einer Anzeigeelementelektrode 33. Die Sourceleitung 31 besteht aus einer metallischen Verdrahtung, die die Diffusionsbereiche für die Sourcezonen der Bildelementwähltransistoren jenseits der Gateleitung verbindet. Da die Anstiegsgeschwindigkeit des Verstärkers 21 oder die verteilte Kapazität und der verteilte Widerstand der Sourceleitungsverdrahtung nicht ausreichen, um das abgetastete Bildsignal sofort auf die entsprechende Bildelementelektrode zu übertragen, enthält die in Fig. 2 dargestellte Zeichnung ein Paar paralleler Bildabtastschaltungen. Während eine von diesen Schaltungen ein abgetastetes Ausgangssignal an die Sourceleitung liefert, tastet die andere Schaltung ein serielles Bildeingangssignal ab. Diese bekannten Schaltungsanordnungen erfordern eine sehr komplizierte Sourceleitungstreiberschaltung 3 und eine extrem große Anzahl von Signalen zur Steuerung dieser Treiberschaltung 3, da sie ein Paar von Abtastschaltungen benötigt, Abtast- und Haltekondensatoren 15 und 16, Umschalter 17 und 1 8 für die abgetasteten Ausgangssignale, einen Bildsignalverstärker 21 für jede Sourceleitung etc. Darüberhinaus ist der BiId-Signalverstärker 21 ein Analogverstärker, der allgemein einen konstanten Ruhestrom benötigt. Wenn das dem System zugeführte serielle Bildsignal ein Fernsehbildsignal ist, liegt die Bandbreite des Originalsignals bei 4 MHz, während eine Horizontalabtastzeile eine Periodendauer von über 60 \is hat. Demzufolge muß der Verstärker 21 in der Lage sein, ein veränderliches Ausgangssignal mit einem ausreichend kleineren Wert als 60 μ s bezogen auf die Maximalamplitude des Bildsignals zu liefern. Bei der in Fig. 3 gezeigten Sourceverdrahtung besteht der größere Teil der Verdrahtungskapazität aus der Kapazität des Diffusionsbereichs, der die Sourceleitung bildet.

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Wird eine Anzeigeeinheit mit einer Seitenlänge von mehreren Zentimetern oder mehr gebildet, läßt sich einfach feststellen, daß bei dieser Schaltungsart eine Sourceleitungskapazitat von wenigstens einigen hundert pF auftritt. Daher hat der Verstärker eine kapazitive Last von mehreren hundert pF und muß ein Signal über eine Bandbreite von wenigstens mehreren zehn kHz verstärken.

Die Amplitude eines Ausgangssignals hängt von der Betriebsspannung des Flüssigkristalls ab und muß bei wenigstens 5 V liegen. Falls eine Matrix 200 Spalten hat, sind 200 Verstärker 21 erforderlich und falls ein Fernsehbild ähnlich wie auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt werden soll, sind wenigstens 500 Verstärker 21 erforderlich. Jeder Fachmann kann sich leicht vorstellen, daß bei einer solchen Schaltung der Leistungsverbrauch der Verstärker 21 denjenigen zur Ansteuerung der Flüssigkristalle bei weitem übersteigt. Dies steht im Gegensatz zum Vorteil des geringen Stromverbrauchs einer Flüssigkristallanzeigeeinheit .

Aufgabe der Erfindung ist es, ein praktisch nützliches Matrix-Flüssigkristallbildanzeigesystem mit vereinfachten peripheren Schaltungsteilen für eine Anzeigeeinheit zu schaffen, das mit einem geringen Stromverbrauch für das Abtasten und Halten der Bildsignale und ihr Einschreiben auf die Bildelementelektroden auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in Patentanspruch 1 gelöst.

Die Vorteile ergeben sich insbesondere aus der Integration der benötigten Schaltungskreise, durch eine starke Reduktion der Anzahl der benötigten Elemente, durch eine Eliminierung der Schaltungskreise zur Einstellung funktionaler Unterschiede zwisehen den Verstärkern, dem Verstärkungsgrad, einer Drift, etc.

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Auf diese Weise ermöglicht es die Erfindung, daß die peripheren Schaltungsteile unter den Bedingungen, die vergleichbar denen herkömmlicher logischer integrierter Schaltungsanordnungen sind, als integrierte MOS-Schaltungen ausgebildet werden können und daß darüberhinaus die Matrixanzeigeeinheit und ihre peripheren Schaltungsteile auf einem einzigen Halbleitersubstrat ausgebildet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert*Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Schaltbild eines Matrix-Flüssigkristallanzeigesystems, auf das die Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 ein bekanntes Beispiel einer Bildsignalabtastschaltung ,

Fig. 3 ein Beispiel einer bekannten Anordnung von Anzeigebildelementen,

Fig. 4 ein Beispiel eines Schaltbilds eines Teils

der Bildsignalabtastschaltung des erfindungsgemäßen Systems und

Fig. 5 Beispiele peripherer Anordnungen für Bildelemente entsprechend dem erfindungsgemäßen System.

Fig. 4 zeigt einen Teil der Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigesystem. Hierin bezeichnet 40 ein Schieberegister, das dem Schieberegister 10 in Fig. 2 ähnlich ist und das verschiedene Ausgangssignale zur Steuerung einer Bildsignalabtastschaltung liefert. Die Bildsignalabtastschaltung enthält eine Serienbildsignaleingangsleitung 43,

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einen Zweirichtungsschalter 42, der aus der Parallelschaltung eines P-Transistors und eines N-Transistors besteht, eine Sourceleitung 44, Bildelementwähltransistoren 6 und Bildelemente 5. Im Gegensatz zur Anordnung von Fig. 2 besitzt das erfindungsgemäße System nur eine einzige Abtastschaltung und keinen Bildsignalverstärker oder Signalhaltekondensator, was zu einer drastischen Vereinfachung des Schaltungsaufbaus führt.

Fig. 5 zeigt ein spezielles Beispiel der Matrixanordnung. In Fig. 5 bezeichnet 44 einen Metalldraht, etwa aus Aluminium. Ein Diffusionsbereich, der die Sourcezone eines jeweiligen Bildelementwähltransistors bildet,'ist schraffiert dargestellt und über ein Kontaktloch mit dem Metalldraht 44 verbunden.

Der große Unterschied zur Anordnung von Fig. 3 liegt im Fehlen jeglichen Diffusionsbereichs für die Sourcezone des Transistors als Teil der Sourceverdrahtung. Die Sourcezonen aller Bildelementwähltransistoren, die in jeder Zeile der Matrix angeordnet sind, sind direkt durch Metalldrähte mit den Ausgangsanschlüssen des Bildsignalabtastschalters 42 verbunden.

Allgemein ist der Widerstand eines Halbleiters 2 oder 3 Stellen höher als der eines Leiters, und ein Sourcediffusionsbereich mit einer hohen Konzentration besitzt eine sogenannte übergangskapazität, die sich auf mehrere pF pro 100 μπι-Quadrat beläuft.

Während also die Sourceleitung 31 in Fig. 3 bezüglich der Übertragung eines Signals infolge der hohen Verdrahtungskapazität und des Widerstands insgesamt langsam ist, erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung eine große Verminderung des Verdrahtungswiderstands um wenigstens 2 Stellen, da der Sourcediffusionsbereich nur für die Transistoren benötigt wird.

Der Abtastschalter, bei dem es sich um einen komplementären Zweirichtungsschalter handelt, ist ebenfalls in der Lage, als Schalter mit niedrigem Widerstand innerhalb des Betriebsspan-

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nungsbereichs zu arbeiten, was in Gegensatz zu dem in Fig. 2 gezeigten Schalter steht. Unter Bezug auf Fig. 4 soll nun eine Einrichtung zur Abtastung eines seriellen Eingangsbildsignals 43 und zum Einschreiben dieses Signals in ein BiIdelement 5 beschrieben werden. Der Schalter 42 schließt in Übereinstimmung mit einem Abtastzeitsteuersignal vom Schieberegister oder Schaltungsblock 40 die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse kurz und überträgt auf die Sourceleitung 44 entsprechend dem Zeitsteuersignal ein Bildsignal 43. Nach Abklingen des Zeitsteuersignals öffnet sich der Schalter 42, und eine elektrische Ladung ist in der Sourceleitung 44 aufgrund des Potentials des vorgenannten Bildsignals gespeichert. Wie bereits erwähnt, besitzt die Sourceleitung eine sehr geringe Kapazität, die von einer Kombination der Sourcediffusionskapazität der Bildelementtransistoren und der schwimmenden Kapazität der Metalldrähte an sich gebildet wird. Daher erreicht das Gesamtpotential auf der Sourceleitung durch den geringen Metallwiderstand leicht ein gleiches Potential, d.h. den Abtastwert, während der Schalter 42 kurzgeschlossen ist und ein Signal abtastet. Dann werden die Bildelementwähltransistoren einer Zeile entsprechend dem abgetasteten Bildsignal von der Gateleitungstreiberschaltung kurzgeschlossen und das in der Sourceleitung gespeicherte Bildsignal an alle Bildelementelektroden angelegt und in sie eingeschrieben. Da der Widerstand und die Belastung der Sourceleitung verglichen mit jeder herkömmlichen Schaltung niedrig sind, ist es möglich, sowohl die Abtastung eines Bildsignals als auch das Einschreiben des abgetasteten Bildsignals auf die Bildelementelektrode innerhalb einer Horizontal-Abtastperiode auszuführen, so daß es nicht notwendig ist, zwei parallele Abtastschaltungen wie bei Fig. 2 vorzusehen.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein exakteres Einschreiben der Bildsignale zu realisieren. Das heißt, solange Bildsignale für jede Spalte in einer entsprechenden Zeile (für eine

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horizontale Abtastperiode) abgetastet werden, werfen <iie Gate-· signale der entsprechenden Zeile so eingestellt, daß die Bi3,delementwähltransistoren im kurzgeschlossenen Zustand (Ein-Zustand) gehalten werden, während, wenn die Signale für alle Spalten in einer Zeile abgetastet wurden, die Gateleitungssignale so gesteuert werden, daß die Transistoren in den Sperrzustand kommen. Während der Abtastschalter 42 kurzgeschlossen ist und ein Bildsignal abtastet, bleiben die Ausgangsanschlüsse des Schalters 42 mit den Bildelementelektroden (und den für die Bildelemente vorgesehenen Kondensatoren) über die Sourceleitung 44 verbunden, so daß das Bildsignal während des Abtastens in die Bildelementelektrode eingeschrieben wird, wodurch sichergestellt wird, daß ein Bildelement ein richtiges Bildsignal erhäLt. Die kapazitive Komponente des Bildelements und des für jedes Bildelement vorgesehenen Kondensators dienen direkt dazu, ein Bildsignal zu halten, so daß kein Kondensator zum . Halten des Signals an anderer Stelle erforderlich ist. Daher kann die kapazitive Komponente der Sourceleitung an sich minimal gemacht werden und der Stromverbrauch des Systems auf einen Wert reduziert werden, der nur dem Stromverbrauch entspricht, der für die Flüssigkristallelemente und die parallelen Kondensatoren erforderlich ist.

Fig. 6 zeigt ein spezielles Beispiel der Anordnung zur Verminderung der Kapazität der Sourceleitung gemäß der Erfindung. Bildelementwähltransistoren für Bildelemente 50 und 50' haben eine gemeinsame Sourcezone, die aus einem einzelnen Diffusionsbereich 54 besteht. Er ist über ein einziges Kontaktloch 55 mit einer metallischen Sourceleitung verbunden. Die Kapazität des P-N-Übergangs des Source-Diffusionsbereichs eines Bildelement- " Wähltransistors stellt den größten Teil der Sourceleitungskapazität, wie dies bereits vorher ausgeführt wurde. Gemäß der in Fig. 6 gezeigten Anordnung ist die Anzahl der mit einer Sourceleitung verbundenen Source-Diffusionsbereiche auf die Hälfte reduziert, da für ein Paar von Transistoren eine gemeinsame Sourcezone verwendet wird, was in Gegensatz zu den Anord-

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nungen der Fig. 3 und 5 steht. Die Kapazität kann ebenfalls nahezu auf die Hälfte vermindert werden, da die unnötige Verdrahtungskapazität der Sourceleitung an sich auf die Hälfte reduziert wird, so daß die Anstiegsantwort oder Anstiegsgeschwindigkeit der Bildsignalabtastschaltung verbessert und der Stromverbrauch der Anzeigeeinheit verringert werden kann.

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Leerseite

Claims

BLUMBACH -WESER · BERGEN · KRAMES

ZWIRNER · HOFFMANN ^{OU ϊ}

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestrafle 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger SlraBe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha 80/8741

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo^-ku, HO/la.

Tokyo, Japan

Patentansprüche
J Flüssigkristallanzeigesystem mit in einer Matrix geordneten Flüssigkristall^-Bildelementen und einem Elementwähltransistor für jedes Bildelement, wobei jeder "■ Elementwähltransistor mit einem. Sourceanschluß an eine für jede Spalte der Matrix vorgesehene gemeinsame Sourceleitung angeschlossen ist und mit seinem Gate-Anschluß an eine für jede Zeile der Matrix vorgesehene gemeinsame Gate-Leitung angeschlossen ist, und wobei, jeder Spalte der Matrix eine Bildsignalabtastschaltung zugeordnet ist, an deren Eingang ein serielles Bildsignal anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ausgang der Bildsignalabtastschaltung direkt ohne zwischengeschalteten Verstärker mit der Source-Leitung (44) verbunden ist.
2. Anzeigesystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das von der Abtastschaltung abgetastete Bildsignal vorübergehend von einer kapazitiven Komponente der Source-Leitung gehalten wird (44).

München: R. Kramer Oipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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3. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß, während die Abtastschaltung ein Bildsignal durch Bilden eines Kurzschlusses zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang abtastet, Source und Drain des Transistors (6) für ein Bildelement (5), das dem abzutastenden Bildsignal entspricht, kurzgeschlossen sind.
4. Anzeigesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das von der Abtastschaltung abgetastete Bildsignal von der kapazitiven Komponente der Sourceleitung (44) und der kapazitiven Komponente des Bildelements, von dem das abgetastete Bildsignal anzuzeigen ist, gehalten wird.
5. Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Abtastschaltung und eine Schaltung zur Ansteuerung der Gate-Leitung (45) auf einem einzigen kristallinen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, wobei die Abtastschaltung einen Zweirichtungsschalter (42) mit einem P-MOSFET und einem N-MOSFET aufweist, die parallelgeschaltet sind, während die Sourceleitung eine direkt den Ausgang des Schalters mit der Source des Elementwähltransistors (6) verbindende metallische Verdrahtung umfaßt.
6. Anzeigesystem nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Source-Verdrahtung mittels einer auf dem Substrat ausgebildeten Isolierschicht vom Substrat isoliert ist, daß die Source (54) jedes der Elementwähltransistoren (6) als Diffusionsschicht mit einem Dotierstoffgehalt, der größer als der des Substrats ist, ausgebildet ist, daß die Diffusionsschicht über ein in der Isolierschicht vorgesehenes Kontaktloch (55) mit der Sourceverdrahtung verbunden ist und daß mehrere Transistor-Sourcezonen durch ein einziges Kontaktloch parallel verbunden sind.

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