JP6597294B2 - 液晶表示装置及びその画素検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置及びその画素検査方法に関し、例えば画素を正確に検査するのに適した液晶表示装置及びその画素検査方法に関する。
液晶表示装置における中間調表示方式の1つとして、サブフレーム駆動方式が知られている。時間軸変調方式の一種であるサブフレーム駆動方式では、所定の期間(例えば、動画の場合には1画像の表示単位である1フレーム)を複数のサブフレームに分割し、表示すべき階調に応じたサブフレームの組み合わせにより画素を駆動する。表示される階調は、所定の期間に占める画素の駆動期間の割合によって決まり、この割合は、サブフレームの組み合わせによって特定される。
サブフレーム駆動方式が採用された液晶表示装置の中には、各画素が、マスターラッチ及びスレーブラッチと、液晶表示素子と、複数のスイッチングトランジスタと、によって構成されているものがある。
この画素では、マスターラッチの入力端子に1ビットの第1のデータが第1のスイッチングトランジスタを通して印加され、行走査線を介して印加される行選択信号がアクティブになると、第1のスイッチングトランジスタがオン状態になり、第1のデータがマスターラッチに書き込まれる。
全ての画素に設けられたマスターラッチへのデータの書き込みが完了すると、そのサブフレーム期間内において、全ての画素に設けられた第2のスイッチングトランジスタがオン状態になる。それにより、全ての画素に設けられたマスターラッチのデータが一斉に読み出されてスレーブラッチに書き込まれるとともに、当該スレーブラッチに書き込まれたデータが液晶表示素子の画素電極に印加される。各サブフレーム期間において、全ての画素に対して同様の処理が行われる。その結果、各画素は、1フレームを構成する複数のサブフレームの組み合わせにより所望の階調表示を行うことができる。
なお、1フレームを構成する複数のサブフレームの期間は、それぞれ同一又は異なる所定の期間に予め割り当てられている。例えば、各画素において、最大階調表示を行う(白を表示させる)場合には1フレームを構成する複数のサブフレームの全てにおいて表示を行い、最小階調表示を行う(黒を表示させる)場合には1フレームを構成する複数のサブフレームの全てにおいて表示を行わず、それ以外の階調表示を行う場合には、表示する階調に応じて表示するサブフレームを選択する。この従来の液晶表示装置は、階調を示すデジタルデータを入力データとしており、また、2段ラッチ構成のデジタル駆動方式を採用している。
この画素を検査する方法として、隣接する画素同士を連結して画素検査を行う方法が知られている。例えば、特許文献1には、SRAMにより構成されるマスターラッチ部と、DRAMにより構成されるスレーブラッチ部と、を有する画素、を備えた液晶表示装置の画素検査方法であって、左右隣接する画素電極同士を導通可能なスイッチング手段を設け、第1の画素に入力したデータを第2の画素から読み出すことで画素の検査を行う方法が開示されている。
特許第5765205号公報
特許文献1に開示された画素検査方法では、スイッチング手段により連結された一組の画素のうち、テスト結果が読み出される側の画素、のマスターラッチにおいて、通常動作時とは逆向きの入出力関係でデータの書き込み及び読み出しが行われる。より具体的には、テスト結果が読み出される側の画素、に設けられたマスターラッチにおいて、出力端子からテストデータが書き込まれ、入力端子からその書き込まれたテストデータが読み出される。特許文献1に開示された画素検査方法では、中間電圧midの設定範囲が狭いため、プロセスによる製造ばらつきや、ファウンダリごとの性能差などを考慮すると、全てのばらつき条件内の画素を正確に検査することができない可能性があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、画素を正確に検査することが可能な液晶表示装置及びその画素検査方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる液晶表示装置は、複数の1ビットのサブフレームデータに応じた階調レベルにて1フレーム当たりの画像の表示を行う画素を、複数備え、各画素は、前記サブフレームデータをサンプリングする第1スイッチと、前記第1スイッチとともにSRAMセルを構成し、前記第1スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第1データ保持部と、前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される反射電極と、共通電極と、前記反射電極と前記共通電極との間に充填封入された液晶と、により構成される液晶表示素子と、を有し、前記第1データ保持部は、入力が第2インバータの出力及び前記第1スイッチに接続され、かつ、出力が前記第2インバータの入力に接続された、第1インバータと、入力が前記第1インバータの出力に接続され、かつ、出力が前記第1インバータの入力に接続された、前記第2インバータと、を有し、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第1データ線に接続された第1画素、の前記反射電極と、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第2データ線に接続された第2画素、の前記反射電極と、の間に設けられ、画素検査時にオンする導通スイッチをさらに備え、前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲、及び、前記第2画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲は、それぞれ個別に設定可能に構成されている。
本発明の一態様にかかる液晶表示装置の画素検査方法は、複数の1ビットのサブフレームデータに応じた階調レベルにて1フレーム当たりの画像の表示を行う画素を、複数備え、各画素は、前記サブフレームデータをサンプリングする第1スイッチと、前記第1スイッチとともにSRAMセルを構成し、前記第1スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第1データ保持部と、前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される反射電極と、共通電極と、前記反射電極と前記共通電極との間に充填封入された液晶と、により構成される液晶表示素子と、を有し、前記第1データ保持部は、入力が第2インバータの出力及び前記第1スイッチに接続され、かつ、出力が前記第2インバータの入力に接続された、第1インバータと、入力が前記第1インバータの出力に接続され、かつ、出力が前記第1インバータの入力に接続された、前記第2インバータと、を有し、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第1データ線に接続された第1画素、の前記反射電極と、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第2データ線に接続された第2画素、の前記反射電極と、の間に設けられた導通スイッチをさらに備え、前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲、及び、前記第2画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲は、それぞれ個別に設定可能に構成されている、液晶表示装置の画素検査方法であって、前記導通スイッチをオンするステップと、前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲を、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲よりも大きくする電圧設定ステップと、テストデータを前記第1データ線に入力するステップと、前記テストデータが前記第1データ線に入力されたことに応じて前記第2データ線から出力されたテスト結果に基づいて、前記第1及び前記第2画素の故障の有無を判定するステップと、を含む。
本発明によれば、画素を正確に検査することが可能な液晶表示装置及びその画素検査方法を提供することができる。
実施の形態1にかかる液晶表示装置を示すブロック図である。 図1に示す液晶表示装置に設けられたセンスアンプの具体的構成を示す回路図である。 図1に示す液晶表示装置に設けられた一組の画素及びその周辺回路の具体的構成を示す回路図である。 図3に示す画素の一つに設けられた第1データ保持部を構成するインバータの具体的構成を示す回路図である。 図3に示す画素の一つの概略断面図である。 図1に示す液晶表示装置の通常動作を示すタイミングチャートである。 液晶の印加電圧(RMS電圧)と液晶のグレースケール値との関係を示す図である。 図1に示す液晶表示装置の画素検査時の動作を示すタイミングチャートである。 図3に示す一組の画素のそれぞれの反射電極に印加される電圧の範囲を示す図である。 実施の形態2にかかる液晶表示装置に設けられた一組の画素及びその周辺回路の具体的構成を示す回路図である。
<実施の形態1>
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置10を示すブロック図である。
図1に示すように、液晶表示装置10は、画像表示部11と、タイミングジェネレータ13と、垂直シフトレジスタ14と、データラッチ回路15と、水平ドライバ16と、センスアンプ17_1〜17_n/2(nは2以上の自然数)と、画素読み出し用シフトレジスタ18と、中間電圧生成部19と、を備える。水平ドライバ16は、水平シフトレジスタ161と、ラッチ回路162と、レベルシフタ/画素ドライバ163と、により構成される。画素読み出し用シフトレジスタ18は、1行分の画素数の半分の画素数(即ちn/2個)分の段数のシフトレジスタである。
画像表示部11は、規則的に配置された複数の画素12を有する。複数の画素12は、垂直シフトレジスタ14に一端が接続されて行方向(X方向)に延在するm本(mは2以上の自然数)の行走査線g1〜gmと、レベルシフタ/画素ドライバ163に一端が接続されて列方向(Y方向)に延在するn本の列データ線d1〜dnと、がそれぞれ交差する複数の交差部に二次元マトリクス状に配置されている。ここで、m×n個の画素12のうち、奇数列目の列データ線に接続された(m×n)/2個の画素12を画素12Aと称し、偶数列目の列データ線に接続された(m×n)/2個の画素12を画素12Bと称する。
画像表示部11内の全ての画素12A,12Bは、一端がタイミングジェネレータ13に接続されたトリガ線trig,trigbに共通接続されている。なお、正転トリガパルス用トリガ線trigが伝送する正転トリガパルスTRIと、反転トリガパルス用トリガ線trigbが伝送する反転トリガパルスTRIBとは、常に逆論理値の関係(相補的な関係)にある。
タイミングジェネレータ13は、上位装置から出力された垂直同期信号Vst、水平同期信号Hst、及び、基本クロックCLK等の外部信号を入力信号として受け取り、これら外部信号に基づいて、交流化信号FR、VスタートパルスVST、HスタートパルスHST、クロック信号VCK,HCK、ラッチパルスLT、トリガパルスTRI,TRIB、及び、画素読み出し用シフトレジスタ18に用いられるクロック信号TCK,TCKB等の各種の内部信号を生成する。
交流化信号FRは、1サブフレーム毎に極性反転する信号であり、画像表示部11を構成する画素12A,12B内の液晶表示素子の共通電極に、後述する共通電極電圧Vcomとして供給される。
スタートパルスVSTは、後述する各サブフレームの開始タイミングで出力されるパルス信号であり、このスタートパルスVSTによって、サブフレームの切替わりが制御される。
スタートパルスHSTは、水平シフトレジスタ161の開始タイミングで当該水平シフトレジスタ161に対して出力されるパルス信号である。
クロック信号VCKは、垂直シフトレジスタ14における1水平走査期間(1V)を規定するシフトクロックであり、クロック信号VCKのタイミングで垂直シフトレジスタ14がシフト動作を行う。
クロック信号HCKは、水平シフトレジスタ161におけるシフトクロックであり、32ビット幅でデータをシフトさせるための信号である。
ラッチパルスLTは、水平シフトレジスタ161が水平方向の1行の画素数分のデータをシフトし終わったタイミングで出力されるパルス信号である。
正転トリガパルスTRI及び反転トリガパルスTRIBは、それぞれトリガ線trig,trigbを介して、画像表示部11内の全ての画素12A,12Bに供給されるパルス信号である。
ここで、正転トリガパルスTRI及び反転トリガパルスTRIBは、あるサブフレーム期間において、画像表示部11内の全ての画素12A,12B内の第1データ保持部にデータが書き込まれた後にタイミングジェネレータ13から出力される。それにより、そのサブフレーム期間において、画像表示部11内の全ての画素12A,12B内の第1データ保持部に保持されたデータが、それぞれ対応する画素12A,12B内の第2データ保持部に一斉に転送される。
垂直シフトレジスタ14は、各サブフレームの開始タイミングで供給されるVスタートパルスVSTをクロック信号VCKに従って転送し、行走査信号を行走査線g1〜gmに対して1V単位で順次排他的に供給する。それにより、画像表示部11の最も上にある行走査線g1から最も下にある行走査線gmにかけて、行走査線が1本ずつ1V単位で順次選択されていく。
データラッチ回路15は、図示しない外部回路から供給される1サブフレーム単位の32ビット幅のデータを、上位装置からの基本クロックCLKに基づいてラッチした後、基本クロックCLKに同期して水平シフトレジスタ161へ出力する。
なお、液晶表示装置10は、映像信号の1フレームを、その映像信号の1フレーム期間より短い表示期間を持つ複数のサブフレームに分割し、これらサブフレームの組み合わせにて階調表示を行っている。そのため、上記の外部回路は、各画素の階調を示す階調データを、複数のサブフレームに対応する複数の1ビットのサブフレームデータに変換している。さらに、上記の外部回路は、同じサブフレームに属する32画素分のサブフレームデータをまとめて32ビット幅のデータとしてデータラッチ回路15に供給している。
水平シフトレジスタ161は、1ビットシリアルデータの処理系としてみた場合、タイミングジェネレータ13から1Vの初期に供給されるスタートパルスHSTによりシフトを開始し、データラッチ回路15から供給される32ビット幅のデータをクロック信号HCKに同期してシフトする。
ラッチ回路162は、水平シフトレジスタ161が画像表示部11の1行分の画素数nと同じnビット分のデータをシフト(n/32シフトクロック)終わると、タイミングジェネレータ13から供給されるラッチパルスLTに同期して、水平シフトレジスタ161から並列に供給されるnビット分のデータ(すなわち、同じ行のn画素分のサブフレームデータ)をラッチし、レベルシフタ/画素ドライバ163のレベルシフタへ出力する。なお、ラッチ回路162のデータ転送が終了すると、タイミングジェネレータ13からスタートパルスHSTが再び出力され、水平シフトレジスタ161はクロック信号HCKに従ってデータラッチ回路15からの32ビット幅のデータのシフトを再開する。
レベルシフタ/画素ドライバ163のレベルシフタは、ラッチ回路162によりラッチされて供給される1行のn画素に対応したn個のサブフレームデータの信号レベルを液晶駆動電圧までレベルシフトする。レベルシフタ/画素ドライバ163の画素ドライバは、レベルシフト後の1行のn画素に対応したn個のサブフレームデータをn本の列データ線d1〜dnに並列に出力する。
水平ドライバ16を構成する水平シフトレジスタ161、ラッチ回路162、及び、レベルシフタ/画素ドライバ163は、1V内において今回データを書き込む画素行に対するデータの出力と、次の1V内でデータを書き込む画素行に関するデータのシフトとを並行して行う。ある水平走査期間において、ラッチされた1行分のn個のサブフレームデータが、データ信号としてそれぞれn本の列データ線d1〜dnに並列に、かつ、一斉に出力される。
画像表示部11を構成する複数の画素12A,12Bのうち、垂直シフトレジスタ14からの行走査信号により選択された1行の合計n個の画素12A,12B(それぞれn/2個ずつの画素12A,12B)は、レベルシフタ/画素ドライバ163から一斉に出力された1行分のn個のサブフレームデータをn本の列データ線d1〜dnを介してサンプリングして各画素12A,12B内の後述する第1データ保持部に書き込む。
なお、画素検査時には、隣接する画素12A,12B同士が導通した後、隣接する画素12A,12Bに対応する一対の列データ線の一方にテストデータが入力され、他方の列データ線からそのテスト結果が出力される。
センスアンプ17_1〜17_n/2は、それぞれ列データ線d1,d2〜d(n−1),dnの組に対応して設けられている。センスアンプ17_1〜17_n/2と、列データ線d1,d2〜d(n−1),dnの組と、の間には、それぞれスイッチ群(選択回路)が設けられている。
具体的な動作については後述するが、例えば、列データ線d1,d2のうち一方の列データ線d1にテストデータが入力された場合、他方の列データ線d2から出力されたテスト結果の電圧と、中間電圧生成部19により生成された中間電圧midと、がスイッチ群により選択され、センスアンプ17_1の両入力端子に供給される。そして、このセンスアンプ17_1は、テスト結果の電圧と、中間電圧midと、の差電圧を電源電圧VDDレベル又は接地電圧GNDレベルまで増幅して出力する。あるいは、列データ線d1,d2のうち他方の列データ線d2にテストデータが入力された場合、一方の列データ線d1から出力されたテスト結果の電圧と、中間電圧生成部19により生成された中間電圧midと、がスイッチ群により選択され、センスアンプ17_1の両入力端子に供給される。そして、このセンスアンプ17_1は、テスト結果の電圧と、中間電圧midと、の差電圧を電源電圧VDDレベル又は接地電圧GNDレベルまで増幅して出力する。画素検査時には、各列データ線d1,d2〜d(n−1),dnの組と、それに対応するセンスアンプ17_1〜17_n/2と、の間で同様の動作が行われる。
図2は、センスアンプ17の具体的構成を示す回路図である。なお、図2には、センスアンプ17に電源電圧を供給する電源回路も示されている。図2を参照すると、センスアンプ17は、非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)の差電圧を回路内部で増幅して出力する。電源回路は、センスアンプ17に供給するアナログ電圧(電源電圧)を抵抗分割により形成している。なお、センスアンプ17の構成は、図2に示す構成に限られず、さらにゲインの高い構成に適宜変更可能である。
画素読み出し用シフトレジスタ18は、画素検査時においてセンスアンプ17_1〜17_n/2から出力された増幅後のテスト結果を、ラッチ信号Tlatに同期して画素読み出し用シフトレジスタにラッチする。また、クロック信号TCK,TCKBに同期してシリアルに出力端子TOUTから出力する。
(画素12A,12Bの具体的構成)
続いて、画素12A,12Bの具体的構成について説明する。
図3は、画素12A,12B及びその周辺回路の具体的構成を示す回路図である。
図3に示すように、画素12Aは、行走査線g1〜gmの何れか(以下、行走査線gと称す)と、列データ線d1〜dnのうち奇数列目の列データ線の何れか(以下、列データ線dodと称す)と、が交差する交差部に設けられている。画素12Bは、行走査線gと、列データ線d1〜dnのうち偶数列目の列データ線の何れか(以下、列データ線devと称す)と、が交差する交差部に設けられている。
画素12Aは、SRAMセル201aと、DRAMセル202aと、液晶表示素子LCaと、を備える。SRAMセル201aは、第1スイッチであるスイッチSW1aと、第1データ保持部である記憶部SM1aと、により構成されている。DRAMセル202aは、第2スイッチであるスイッチSW2aと、第2データ保持部である記憶部DM2aと、により構成されている。液晶表示素子LCaは、離間対向配置された光反射特性を有する画素電極である反射電極PEaと、光透過性を有する共通電極CEとの間の空間に、液晶LCMaが充填封入された公知の構造である。
画素12Bは、SRAMセル201bと、DRAMセル202bと、液晶表示素子LCbと、を備える。SRAMセル201bは、第1スイッチであるスイッチSW1bと、第1データ保持部である記憶部SM1bと、により構成されている。DRAMセル202bは、第2スイッチであるスイッチSW2bと、第2データ保持部である記憶部DM2bと、により構成されている。液晶表示素子LCbは、離間対向配置された光反射特性を有する画素電極である反射電極PEbと、光透過性を有する共通電極CEとの間の空間に、液晶LCMbが充填封入された公知の構造である。
(SRAMセル201aの構成)
スイッチSW1aは、例えばNチャネルMOS型トランジスタ(以下、NMOSトランジスタという)MN1aにより構成されている。スイッチSW1aを構成するNMOSトランジスタMN1aでは、ソースが記憶部SM1aの入力端子(ノードN1a)に接続され、ドレインが列データ線dodに接続され、ゲートが行走査線gに接続されている。
記憶部SM1aは、一方の出力端子が他方の入力端子に接続された2つのインバータINV11a,INV12aからなる自己保持型メモリである。より具体的には、インバータINV11aの入力端子は、インバータINV12aの出力端子と、スイッチSW1aを構成するNMOSトランジスタMN1aのソースと、に接続されている。インバータINV12aの入力端子は、スイッチSW2aと、インバータINV11aの出力端子と、に接続されている。
図4は、インバータINV11aの具体的構成を示す回路図である。
図4を参照すると、インバータINV11aは、直列接続されたPチャネルMOS型トランジスタ(以下、PMOSトランジスタという)MP11a及びNMOSトランジスタMN11aを有し、それぞれのゲートに供給された入力信号を反転してそれぞれのドレインから出力する公知のCMOSインバータである。インバータINV11aは、高電位側電圧端子及び低電位側電圧端子に電圧(動作電圧)が供給されることで動作する。
同様に、インバータINV12aは、直列接続されたPMOSトランジスタMP12a,MN12aを有し、それぞれのゲートに供給された入力信号を反転してそれぞれのドレインから出力する公知のCMOSインバータである。インバータINV12aは、高電位側電圧端子及び低電位側電圧端子に電圧(動作電圧)が供給されることで動作する。
なお、PMOSトランジスタMP11a,MP12aのそれぞれのソース電極は、インバータINV11a,INV12aの高電位側電圧端子としての役割を果たし、高電位側電源ラインV1aに接続されている。また、NMOSトランジスタMN11a,MN12aのそれぞれのソース電極は、インバータINV11a,INV12aの低電位側電圧端子としての役割を果たし、低電位側電源ラインV0aに接続されている。
ここで、インバータINV11a,INV12aの駆動能力は異なる。具体的には、記憶部SM1aを構成するインバータINV11a,INV12aのうち、スイッチSW1aから見て入力側となるインバータINV11a内のトランジスタMP11a,MN11aの駆動能力は、スイッチSW1aから見て出力側となるインバータINV12a内のトランジスタMP12a,MN12aの駆動能力よりも大きい。それにより、列データ線dodからスイッチSW1aを介して記憶部SM1aにデータが伝搬しやすくなり、一方で、スイッチSW2aを介して記憶部DM2aから記憶部SM1aにデータが伝搬しにくくなる。
さらに、スイッチSW1aを構成するNMOSトランジスタMN1aの駆動能力は、インバータINV12aを構成するNMOSトランジスタMN12aの駆動能力よりも大きい。それにより、例えば、列データ線dod上でHレベルを示すデータを記憶部SM1aに記憶させる場合、列データ線dodからスイッチSW1aを介して記憶部SM1aの入力端子(ノードN1a)に流れる電流が、記憶部SM1aの入力端子からNMOSトランジスタMN12aを介して低電位側電源ラインV0aに流れる電流よりも大きくなるため、データを正確に記憶部SM1aに記憶させることができる。
(SRAMセル201bの構成)
スイッチSW1bは、例えばNMOSトランジスタMN1bにより構成されている。スイッチSW1bを構成するNMOSトランジスタMN1bでは、ソースが記憶部SM1bの入力端子(ノードN1b)に接続され、ドレインが列データ線devに接続され、ゲートが行走査線gに接続されている。
記憶部SM1bは、一方の出力端子が他方の入力端子に接続された2つのインバータINV11b,INV12bからなる自己保持型メモリである。より具体的には、インバータINV11bの入力端子は、インバータINV12bの出力端子と、スイッチSW1bを構成するNMOSトランジスタMN1bのソースと、に接続されている。インバータINV12bの入力端子は、スイッチSW2bと、インバータINV11bの出力端子と、に接続されている。
インバータINV11bは、直列接続されたPMOSトランジスタMP11b,MN11bを有し、それぞれのゲートに供給された入力信号を反転してそれぞれのドレインから出力する公知のCMOSインバータである。インバータINV11bは、高電位側電圧端子及び低電位側電圧端子に電圧(動作電圧)が供給されることで動作する。
同様に、インバータINV12bは、直列接続されたPMOSトランジスタMP12b,MN12bを有し、それぞれのゲートに供給された入力信号を反転してそれぞれのドレインから出力する公知のCMOSインバータである。インバータINV12bは、高電位側電圧端子及び低電位側電圧端子に電圧(動作電圧)が供給されることで動作する。
なお、PMOSトランジスタMP11b,MP12bのそれぞれのソース電極は、インバータINV11b,INV12bの高電位側電圧端子としての役割を果たし、高電位側電源ラインV1bに接続されている。また、NMOSトランジスタMN11b,MN12bのそれぞれのソース電極は、インバータINV11b,INV12bの低電位側電圧端子としての役割を果たし、低電位側電源ラインV0bに接続されている。
ここで、インバータINV11b,INV12bの駆動能力は異なる。具体的には、記憶部SM1bを構成するインバータINV11b,INV12bのうち、スイッチSW1bから見て入力側となるインバータINV11b内のトランジスタMP11b,MN11bの駆動能力は、スイッチSW1bから見て出力側となるインバータINV12b内のトランジスタMP12b,MN12bの駆動能力よりも大きい。それにより、列データ線devからスイッチSW1bを介して記憶部SM1bにデータが伝搬しやすくなり、一方で、スイッチSW2bを介して記憶部DM2bから記憶部SM1bにデータが伝搬しにくくなる。
さらに、スイッチSW1bを構成するNMOSトランジスタMN1bの駆動能力は、インバータINV12bを構成するNMOSトランジスタMN12bの駆動能力よりも大きい。それにより、例えば、列データ線dev上でHレベルを示すデータを記憶部SM1bに記憶させる場合、列データ線devからスイッチSW1bを介して記憶部SM1bの入力端子(ノードN1b)に流れる電流が、記憶部SM1bの入力端子からNMOSトランジスタMN12bを介して低電位側電源ラインV0bに流れる電流よりも大きくなるため、データを正確に記憶部SM1bに記憶させることができる。
ここで、高電位側電源ラインV1a及び低電位側電源ラインV0aは、全ての画素12Aに接続されている。また、高電位側電源ラインV1b及び低電位側電源ラインV0bは、全ての画素12Bに接続されている。そのため、画素12Aと画素12Bとでは、SRAMセルの記憶部を構成するインバータに対してそれぞれ異なる動作電圧の供給が可能である。例えば、画素検査時には、高電位側電源ラインV1a,V1bには互いに異なる電圧が供給され、かつ、低電位側電源ラインV0a,V0bには互いに異なる電圧が供給される。それに対し、通常動作時には、高電位側電源ラインV1a,V1bには同電位(電源電圧VDDレベル)が供給され、かつ、低電位側電源ラインV0a,V0bには同電位(接地電圧GNDレベル)が供給される。
(DRAMセル202aの構成)
続いて、スイッチSW2aは、並列接続されたNMOSトランジスタMN2a及びPMOSトランジスタMP2aからなる公知のトランスミッションゲートである。より具体的には、NMOSトランジスタMN2a及びPMOSトランジスタMP2aでは、それぞれのソースが記憶部SM1aの出力端子に共通接続され、それぞれのドレイン(ノードN2a)が記憶部DM2aの入力端子及び液晶表示素子LCaの反射電極PEaに共通接続されている。そして、NMOSトランジスタMN2aのゲートは、正転トリガパルス用トリガ線trigに接続され、PMOSトランジスタMP2aのゲートは、反転トリガパルス用トリガ線trigbに接続されている。
例えば、スイッチSW2aは、トリガ線trigを介して供給される正転トリガパルスがHレベル(トリガ線trigbを介して供給される反転トリガパルスがLレベル)の場合にオン状態となり、記憶部SM1aから読み出されたデータを記憶部DM2a及び反射電極PEaへ転送する。また、スイッチSW2aは、トリガ線trigを介して供給される正転トリガパルスがLレベル(トリガ線trigbを介して供給される反転トリガパルスがHレベル)の場合にオフ状態となり、記憶部SM1aの記憶データの読み出しは行わない。
スイッチSW2aは、公知のトランスミッションゲートであるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。より具体的には、記憶部SM1aからトランジスタMN2a,MP2aの各ソースに印加される電圧が電源電圧VDDレベル(Hレベル)の場合、PMOSトランジスタMP2aのソース・ドレインが導通しない代わりに、NMOSトランジスタMN2aのソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。一方、記憶部SM1aからトランジスタMN2a,MP2aの各ソースに印加される電圧が接地電圧GNDレベル(Lレベル)の場合、NMOSトランジスタMN2aのソース・ドレインが導通しない代わりに、PMOSトランジスタMP2aのソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。このように、スイッチSW2aでは、トランスミッションゲートのソース・ドレインが低抵抗で導通することができるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。
記憶部DM2aは、容量C1aにより構成されている。容量C1aには、例えば、配線間で容量を形成するMIM(Metal Insulator Metal)容量、基板−ポリシリコン間で容量を形成するDiffusion容量、又は、2層ポリシリコン間で容量を形成するPIP(Poly Insulator Poly)容量等を用いることができる。
ここで、記憶部SM1aの記憶データと容量C1aの保持データとが異なる場合において、スイッチSW2aがオンして記憶部SM1aの記憶データが容量C1aへ転送された場合には、容量C1aの保持データを記憶部SM1aの記憶データに書き換える必要がある。
容量C1aの保持データが書き換わる場合、容量C1aの保持データは容量C1aの充放電によって変化し、容量C1aの充放電はインバータINV11aの出力信号によって駆動される。
具体的には、容量C1aの保持データが充電によってLレベルからHレベルに書き換わる場合、まず、インバータINV11aの出力信号がLレベルからHレベルに変化する。このとき、インバータINV11aを構成するPMOSトランジスタMP11aがオンし、NMOSトランジスタMP12aがオフするため、インバータINV11aのPMOSトランジスタMP11aのソースに接続された高電位側電源ラインV1aからの電圧(以下、電圧V1aと称す)によって容量C1aが充電される。
それに対し、容量C1aの保持データが放電によってHレベルからLレベルに書き換わる場合、まず、インバータINV11aの出力信号がHレベルからLレベルに変化する。このとき、インバータINV11aを構成するNMOSトランジスタMN11aがオンし、PMOSトランジスタMP11aがオフするため、インバータINV11aのNMOSトランジスタMN11aのソースに接続された低電位側電源ラインV0aからの電圧(以下、電圧V0aと称す)によって容量C1aに蓄積された電荷が放電される。
スイッチSW2aは、このようなトランスミッションゲートを用いたアナログスイッチの構成であるため、容量C1aの高速な充放電が可能である。また、本実施の形態では、インバータINV11aの駆動能力がインバータINV12aの駆動能力よりも大きく設定されているため、容量C1aをさらに高速に充放電することが可能である。
ここで、スイッチSW2aがオンしている場合、容量C1aに蓄えられた電荷はインバータINV12aの入力ゲートにも影響を与える。しかしながら、インバータINV11aの駆動能力がインバータINV12aの駆動能力よりも大きく設定されているため、インバータINV12aのデータ入力反転よりもインバータINV11aによる容量C1aの充放電が優先される。したがって、容量C1aに蓄えられた電荷によって記憶部SM1aの記憶データが意図せず書き換えられてしまうことはない。
(DRAMセル202bの構成)
続いて、スイッチSW2bは、並列接続されたNMOSトランジスタMN2b及びPMOSトランジスタMP2bからなる公知のトランスミッションゲートである。より具体的には、NMOSトランジスタMN2b及びPMOSトランジスタMP2bでは、それぞれのソースが記憶部SM1bの出力端子に共通接続され、それぞれのドレイン(ノードN2b)が記憶部DM2bの入力端子及び液晶表示素子LCbの反射電極PEbに共通接続されている。そして、NMOSトランジスタMN2bのゲートは、正転トリガパルス用トリガ線trigに接続され、PMOSトランジスタMP2bのゲートは、反転トリガパルス用トリガ線trigbに接続されている。
例えば、スイッチSW2bは、トリガ線trigを介して供給される正転トリガパルスがHレベル(トリガ線trigbを介して供給される反転トリガパルスがLレベル)の場合にオン状態となり、記憶部SM1bから読み出されたデータを記憶部DM2b及び反射電極PEbへ転送する。また、スイッチSW2bは、トリガ線trigを介して供給される正転トリガパルスがLレベル(トリガ線trigbを介して供給される反転トリガパルスがHレベル)の場合にオフ状態となり、記憶部SM1bの記憶データの読み出しは行わない。
スイッチSW2bは、公知のトランスミッションゲートであるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。より具体的には、記憶部SM1bからトランジスタMN2b,MP2bの各ソースに印加される電圧が電源電圧VDDレベル(Hレベル)の場合、PMOSトランジスタMP2bのソース・ドレインが導通しない代わりに、NMOSトランジスタMN2bのソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。一方、記憶部SM1bからトランジスタMN2b,MP2bの各ソースに印加される電圧が接地電圧GNDレベル(Lレベル)の場合、NMOSトランジスタMN2bのソース・ドレインが導通しない代わりに、PMOSトランジスタMP2bのソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。このように、スイッチSW2bでは、トランスミッションゲートのソース・ドレインが低抵抗で導通することができるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。
記憶部DM2bは、容量C1bにより構成されている。容量C1bには、例えば、配線間で容量を形成するMIM(Metal Insulator Metal)容量、基板−ポリシリコン間で容量を形成するDiffusion容量、又は、2層ポリシリコン間で容量を形成するPIP(Poly Insulator Poly)容量等を用いることができる。
ここで、記憶部SM1bの記憶データと容量C1bの保持データとが異なる場合において、スイッチSW2bがオンして記憶部SM1bの記憶データが容量C1bへ転送された場合には、容量C1bの保持データを記憶部SM1bの記憶データに書き換える必要がある。
容量C1bの保持データが書き換わる場合、容量C1bの保持データは容量C1bの充放電によって変化し、容量C1bの充放電はインバータINV11bの出力信号によって駆動される。
具体的には、容量C1bの保持データが充電によってLレベルからHレベルに書き換わる場合、まず、インバータINV11bの出力信号がLレベルからHレベルに変化する。このとき、インバータINV11bを構成するPMOSトランジスタMP11bがオンし、NMOSトランジスタMP12bがオフするため、インバータINV11bのPMOSトランジスタMP11bのソースに接続された高電位側電源ラインV1bからの電圧(以下、電圧V1bと称す)によって容量C1bが充電される。
それに対し、容量C1bの保持データが放電によってHレベルからLレベルに書き換わる場合、まず、インバータINV11bの出力信号がHレベルからLレベルに変化する。このとき、インバータINV11bを構成するNMOSトランジスタMN11bがオンし、PMOSトランジスタMP11bがオフするため、インバータINV11bのNMOSトランジスタMN11bのソースに接続された低電位側電源ラインV0bからの電圧(以下、電圧V0bと称す)によって容量C1bに蓄積された電荷が放電される。
スイッチSW2bは、このようなトランスミッションゲートを用いたアナログスイッチの構成であるため、容量C1bの高速な充放電が可能である。また、本実施の形態では、インバータINV11bの駆動能力がインバータINV12bの駆動能力よりも大きく設定されているため、容量C1bをさらに高速に充放電することが可能である。
ここで、スイッチSW2bがオンしている場合、容量C1bに蓄えられた電荷はインバータINV12bの入力ゲートにも影響を与える。しかしながら、インバータINV11bの駆動能力がインバータINV12bの駆動能力よりも大きく設定されているため、インバータINV12bのデータ入力反転よりもインバータINV11bによる容量C1bの充放電が優先される。したがって、容量C1bに蓄えられた電荷によって記憶部SM1bの記憶データが意図せず書き換えられてしまうことはない。
本実施の形態では、各トランジスタMN11a,MN12a,MN11b,MN12bにおいて、ウエル電極に供給される電圧(例えば0Vの接地電圧GND)と、ソース電極に供給される電圧(電圧V0a又はV0b)と、が異なる。また、各トランジスタMP11a,MP12a,MP11b,MP12bにおいて、ウエル電極に供給される電圧(例えば3.3Vの電源電圧VDD)と、ソース電極に供給される電圧(電圧V1a又はV1b)と、が異なる。そして、上記したように、電圧V0a及び電圧V0bは、例えば上位装置によって個別に設定可能に構成されている。また、電圧V1a及び電圧V1bは、例えば上位装置によって個別に設定可能に構成されている。
例えば、電圧V0a,V0bが0.5V、電圧V1a,V1bが2.8Vである場合において、列データ線dod,devを介して画素12A,12Bに振幅(電圧範囲)3.3Vのデータが入力され、その後、スイッチSW1a,SW1bがオフし、記憶部SM1a,SM1bによってデータがラッチされた場合、記憶部SM1a,SM1bによってラッチされたデータの振幅は2.3V(=2.8V−0.5V)となる。その後、スイッチSW2a,SW2bがオンし、記憶部SM1a,SM1bにラッチされたデータが記憶部DM2a,DM2bに転送されると、振幅2.3Vの1ビットのデジタルデータが反射電極PEa,PEbに印加される。
このように、本実施の形態に係る液晶表示装置10は、SRAMセル及びDRAMセルを1つずつ備えた画素12A,12Bを用いることにより、SRAMセルを2つ備えた画素を用いる場合よりも、画素を構成するトランジスタの数を少なくして、画素の小型化を実現している。
本実施の形態では、各スイッチSW2a,SW2bがトランスミッションゲートである場合を例に説明したが、これに限られない。各スイッチSW2a,SW2bは、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタの何れか一つが設けられた構成に適宜変更可能である。その場合、トリガ線trig,trigbの一方のみが設けられることとなる。
なお、液晶表示装置10は、画素を構成するトランジスタの数を少なくすることで画素の小型化を実現できるだけでなく、以下に説明するように記憶部SM1a,SM1b,DM2a,DM2b及び反射電極PEa,PEbを素子の高さ方向に有効に配置することによっても画素の小型化を実現することができる。以下、図5を用いて、詳細に説明する。
(画素12Aの断面構造)
図5は、画素12Aの要部を示す概略断面図である。図5では、容量C1aが配線間で容量を形成するMIMにより構成された場合を例に説明する。なお、画素12Bの断面構造については、基本的には画素12Aと同様の構成であるため、その説明を省略する。
図5に示すように、シリコン基板100上にはNウエル102及びPウエル101が形成されている。
Nウエル102上には、スイッチSW2aのPMOSトランジスタMP2a、及び、インバータINV11aのPMOSトランジスタMP11aが形成されている。より具体的には、Nウエル102上には、PMOSトランジスタMP2aのソース及びPMOSトランジスタMP11aのドレインとなる共通拡散層、並びに、PMOSトランジスタMP2aのドレイン及びPMOSトランジスタMP11aのソースとなる2つの拡散層が形成され、共通拡散層と2つの拡散層との間のチャネル領域上には、PMOSトランジスタMP2a,MP11aのそれぞれのゲートとなるポリシリコンがゲート酸化膜を介して形成されている。
Pウエル101上には、スイッチSW2aのNMOSトランジスタMN2a、及び、インバータINV11aのNMOSトランジスタMN11aが形成されている。より具体的には、Pウエル101上には、NMOSトランジスタMN2aのソース及びNMOSトランジスタMN11aのドレインとなる共通拡散層、並びに、NMOSトランジスタMN2aのドレイン及びNMOSトランジスタMN11aのソースとなる2つの拡散層が形成され、共通拡散層と2つの拡散層との間のチャネル領域上には、NMOSトランジスタMN2a,MN11aのそれぞれのゲートとなるポリシリコンがゲート酸化膜を介して形成されている。なお、図5には、インバータINV12aを構成するPMOSトランジスタMP12a及びNMOSトランジスタMN12aは示されていない。
なお、Nウエル上の活性領域(拡散層及びチャネル領域)と、Pウエル上の活性領域と、の間には、素子分離酸化膜103が形成されている。
トランジスタMP2a,MP11a,MN2a,MN11aの上方には、層間絶縁膜105をメタル間に介在させて第1メタル106、第2メタル108、第3メタル110、容量電極112、第4メタル114、及び、第5メタル116が積層されている。
第5メタル116は、画素毎に形成される反射電極PEaを構成している。
トランジスタMN2a,MP2aの各ドレインを構成する各拡散層は、コンタクト118、第1メタル106、スルーホール1191、第2メタル108、スルーホール1192、第3メタル110、スルーホール1193、第4メタル114、及び、スルーホール1195を介して、反射電極PEaを構成する第5メタル116に電気的に接続されている。さらに、トランジスタMN2a,MP2aの各ドレインを構成する各拡散層は、コンタクト118、第1メタル106、スルーホール1191、第2メタル108、スルーホール1192、第3メタル110、スルーホール1193、第4メタル114、及び、スルーホール1194を介して容量電極112に電気的に接続されている。即ち、スイッチSW2aを構成するトランジスタMN2a,MP2aの各ドレインは、反射電極PEa及び容量電極112に電気的に接続されている。
反射電極PEa(第5メタル116)は、その上面に形成された保護膜であるパッシベーション膜(PSV)117を介して、透明電極である共通電極CEに離間対向配置されている。反射電極PEaと共通電極CEとの間には、液晶LCMaが充填封止されている。反射電極PEa、共通電極CE、及び、それらの間の液晶LCMaによって液晶表示素子LCaが構成される。
ここで、第3メタル110上には、層間絶縁膜105を介して、MIMを構成する容量電極112が形成されている。この容量電極112、第3メタル110、及び、それらの間の層間絶縁膜105によって容量C1aが構成される。そのため、スイッチSW1a,SW2a及び記憶部SM1aが、第1,2層配線である第1メタル106及び第2メタル108と、トランジスタと、を用いて形成されるのに対し、記憶部DM2aは、それらの上層である第3メタル110及び容量電極112を用いて形成されることとなる。つまり、スイッチSW1a,SW2a及び記憶部SM1aと、記憶部DM2aとは、それぞれ異なる層にて形成されることとなる。
図示しない光源からの光は、共通電極CE及び液晶LCMaを透過して反射電極PEa(第5メタル116)に入射して反射され、元の入射経路を逆進して共通電極CEを通して出射される。
このように、液晶表示装置10は、第5層配線である第5メタル116を反射電極PEaとして用い、第3層配線である第3メタル110を記憶部DM2aの一部として用い、第1,2層配線である第1メタル106及び第2メタル108とトランジスタとを記憶部SM1a等として用いることで、記憶部SM1a、記憶部DM2a及び反射電極PEaを高さ方向に有効に配置することが可能になるため、画素をさらに小型化することができる。それにより、例えば、3μm以下のピッチの画素を電源電圧3.3Vのトランジスタで構成できる。この3μm以下のピッチの画素を用いることで、対角の長さ0.55インチの横方向4000画素、縦方向2000画素の液晶表示パネルを実現できる。
(液晶表示装置10の通常動作)
次に、図6を用いて、液晶表示装置10の通常動作について説明する。
図6は、液晶表示装置10の通常動作を示すタイミングチャートである。
前述したように、液晶表示装置10では、垂直シフトレジスタ14からの行走査信号により、行走査線g1〜gmが1本ずつ1V単位で順次選択されていくため、画像表示部11を構成する複数の画素12A,12Bには、選択された行走査線に共通に接続された1行のn個の画素単位でデータが書き込まれる。そして、画像表示部11を構成する複数の画素12A,12B内の記憶部SM1a,SM1bの全てにデータが書き込まれると、その後、トリガパルスTRI,TRIBに基づき、全ての画素12A,12B内の記憶部SM1a,SM1bのデータが一斉に容量C1a,C1b及び反射電極PEa,PEbに転送される。
図6の(A)は、各画素12A,12Bに記憶されるサブフレームデータの変化を示している。なお、縦軸が行番号を表し、横軸が時間を表している。図6の(A)に示すように、サブフレームデータの境界線は右下がりとなっている。これは、行番号の大きな画素ほどサブフレームデータが遅れて書き込まれることを表している。この境界線の一端から他端までの期間がサブフレームデータの書き込み期間に相当する。なお、B0b,B1b,B2bは、それぞれビットB0,B1,B2のサブフレームデータの反転データを示している。
図6の(B)は、トリガパルスTRIの出力タイミング(立ち上がりタイミング)を示している。なお、トリガパルスTRIBは、常にトリガパルスTRIを論理反転した値を示すため、省略されている。図6の(C)は、反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレームデータのビットを模式的に示している。図6の(D)は、共通電極電圧Vcomの値の変化を示している。図6の(E)は、液晶LCMa,LCMbに印加される電圧の変化を示している。
まず、行走査信号により選択された画素12A,12Bのうち、画素12Aでは、スイッチSW1aがオンするため、水平ドライバ16から列データ線dodに出力されたビットB0の正転サブフレームデータが、スイッチSW1aによりサンプリングされて記憶部SM1aに書き込まれる。他方、画素12Bでは、スイッチSW1bがオンするため、水平ドライバ16から列データ線devに出力されたビットB0の正転サブフレームデータが、スイッチSW1bによりサンプリングされて記憶部SM1bに書き込まれる。
同様にして、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対してビットB0の正転サブフレームデータが書き込まれる。その後、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bに対してHレベルのトリガパルスTRI(及びLレベルのトリガパルスTRIB)が同時に供給される(時刻T1)。
これにより、全ての画素12A,12BのスイッチSW2a,SW2bがオンするため、記憶部SM1a,SM1bに記憶されているビットB0の正転サブフレームデータが、スイッチSW2a,SW2bを通して容量C1a,C1bに一斉に転送されて保持されるとともに、反射電極PEa,PEbに印加される。ここで、図6の(C)を見てもわかるように、容量C1a,C1bによるビットB0の正転サブフレームデータの保持期間(反射電極PEa,PEbへのビットB0の正転サブフレームデータの印加期間)は、トリガパルスTRIがHレベルとなってから(時刻T1)、次に再びHレベルとなるまで(時刻T2)の1サブフレーム期間である。
ここで、サブフレームデータのビット値が「1」、すなわちHレベルのときには反射電極PEa,PEbには電源電圧VDDレベル(例えば3.3V)の電圧V1a,V1bが印加され、ビット値が「0」、すなわちLレベルのときには反射電極PEa,PEbには接地電圧GNDレベル(例えば0V)の電圧V0a,V0bが印加される。このとき、前述したように、同電位の電圧V1a,V1bが用いられ、かつ、同電位の電圧V0a,V0bが用いられる。なお、電圧V1a,V1bは3.3Vに限られない。また、電圧V0a,V0bは0Vに限られない。電圧V1a,V1bや電圧V0a,V0bは、液晶の特性や製造ばらつきに応じて任意の電圧レベルに設定可能である。
一方、共通電極CEには、接地電圧GND及び電源電圧VDDに制限されることなく、自由な電圧が共通電極電圧Vcomとして印加できるようになっており、Hレベルの正転トリガパルスTRIの入力に同期して共通電極電圧Vcomが所定電圧に切り替わるように制御される。本例では、共通電極電圧Vcomは、ビットB0の正転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間中、図6(D)に示すように、0Vよりも液晶の閾値電圧Vttだけ低い電圧に設定される。
液晶表示素子LCa,LCbは、反射電極PEa,PEbの印加電圧と共通電極電圧Vcomとの差電圧の絶対値である液晶LCMa,LCMbの印加電圧に応じた階調表示を行う。したがって、ビットB0の正転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間(時刻T1〜T2)では、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、図6(E)に示すように、サブフレームデータのビット値が「1」のときは3.3V+Vtt(=3.3V−(−Vtt))となり、サブフレームデータのビット値が「0」のときは+Vtt(=0V−(−Vtt))となる。
図7は、液晶の印加電圧(RMS電圧)と液晶のグレースケール値との関係を示す。
図7を参照すると、グレースケール値曲線は、黒のグレースケール値が液晶の閾値電圧VttのRMS電圧に対応し、かつ、白のグレースケール値が液晶の飽和電圧Vsat(=3.3V+Vtt)のRMS電圧に対応するようにシフトされる。グレースケール値を液晶応答曲線の有効部分に一致させることが可能である。したがって、液晶表示素子LCa,LCbは上記のように液晶LCMa,LCMbの印加電圧が(3.3V+Vtt)のときは白を表示し、+Vttのときは黒を表示する。
図6に戻り、液晶表示素子LCa,LCbがビットB0の正転サブフレームデータを表示しているサブフレーム期間(時刻T1〜T2)において、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対するビットB0の反転サブフレームデータの書き込みが順次開始される。そして、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対してビットB0の反転サブフレームデータが書き込まれると、その後、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bに対してHレベルのトリガパルスTRI(及びLレベルのトリガパルスTRIB)が同時に供給される(時刻T2)。
これにより、全ての画素12A,12BのスイッチSW2a,SW2bがオンするため、記憶部SM1a,SM1bに記憶されているビットB0の反転サブフレームデータが、スイッチSW2a,SW2bを通して容量C1a,C1bに一斉に転送されて保持されるとともに、反射電極PEa,PEbに印加される。ここで、図6の(C)を見てもわかるように、容量C1a,C1bによるビットB0の反転サブフレームデータの保持期間(反射電極PEa,PEbへのビットB0の反転サブフレームデータの印加期間)は、トリガパルスTRIがHレベルとなってから(時刻T2)、次に再びHレベルとなるまで(時刻T3)の1サブフレーム期間である。ここで、ビットB0の反転サブフレームデータはビットB0の正転サブフレームデータと常に逆論理値の関係にあるため、ビットB0の正転サブフレームデータが「1」のときは「0」、ビットB0の正転サブフレームデータが「0」のときは「1」である。
一方、共通電極電圧Vcomは、ビットB0の反転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間中、図6(D)に示すように、3.3Vよりも液晶の閾値電圧Vttだけ高い電圧に設定される。したがって、ビットB0の反転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間(時刻T2〜T3)では、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、サブフレームデータのビット値が「1」のときは−Vtt(=3.3V−(3.3V+Vtt))となり、サブフレームデータのビット値が「0」のときは−3.3V−Vtt(=0V−(3.3V+Vtt))となる。
例えば、ビットB0の正転サブフレームデータのビット値が「1」であった場合には続いて印加されるビットB0の反転サブフレームデータのビット値は「0」となる。このとき、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、−(3.3V+Vtt)となり、ビットB0の正転サブフレームデータが印加されたときと比較して、電位の方向が逆になるが絶対値が同じになる。そのため、画素12A,12Bは、ビットB0の反転サブフレームデータが印加されたときも、ビットB0の正転フレームデータが印加されたときと同様に、白を表示する。また、ビットB0の正転サブフレームデータのビット値が「0」であった場合には続いて印加されるビットB0の反転サブフレームデータのビット値は「1」となる。このとき、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、−Vttとなり、ビットB0の正転サブフレームデータが印加されたときと比較して、電位の方向が逆になるが絶対値が同じになる。そのため、画素12A,12Bは、ビットB0の反転サブフレームデータが印加されたときも、ビットB0の正転フレームデータが印加されたときと同様に、黒を表示する。
したがって、画素12A,12Bは、図6の(E)に示すように、時刻T1〜T3の2サブフレーム期間中、ビットB0とビットB0の相補ビットB0bとで同じ階調を表示するとともに、液晶LCMa,LCMbの電位方向がサブフレーム毎に反転する交流駆動を行うため、液晶LCMa,LCMbの焼き付きを防止することができる。
続いて、液晶表示素子LCa,LCbがビットB0の反転サブフレームデータを表示しているサブフレーム期間(時刻T2〜T3)において、全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対するビットB1の正転サブフレームデータの書き込みが順次開始される。そして、画像表示部11の全画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対してビットB1の正転サブフレームデータが書き込まれると、その後、画像表示部11を構成するすべての画素12A,12Bに対してHレベルのトリガパルスTRI(及びLレベルのトリガパルスTRIB)が同時に供給される(時刻T3)。
これにより、全ての画素12A,12BのスイッチSW2a,SW2bがオンするため、記憶部SM1a,SM1bに記憶されているビットB1の正転サブフレームデータが、スイッチSW2a,SW2bを通して容量C1a,C1bに一斉に転送されて保持されるととともに、反射電極PEa,PEbに印加される。ここで、図6の(C)を見てもわかるように、容量C1a,C1bによるビットB1の正転サブフレームデータの保持期間(反射電極PEa,PEbへのビットB1の正転サブフレームデータの印加期間)は、トリガパルスTRIがHレベルとなってから(時刻T3)、次に再びHレベルとなるまで(時刻T4)の1サブフレーム期間である。
一方、共通電極電圧Vcomは、ビットB1の正転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間は、図6(D)に示すように、0Vよりも液晶の閾値電圧Vttだけ低い電圧に設定される。したがって、ビットB1の正転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間(時刻T3〜T4)では、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、図6(E)に示すように、サブフレームデータのビット値が「1」のときは3.3V+Vtt(=3.3V−(−Vtt))となり、サブフレームデータのビット値が「0」のときは+Vtt(=0V−(−Vtt))となる。
続いて、液晶表示素子LCa,LCbがビットB1の正転サブフレームデータを表示しているサブフレーム期間(時刻T3〜T4)において、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対するビットB1の反転サブフレームデータの書き込みが順次開始される。そして、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bの記憶部SM1a,SM1bに対してビットB1の反転サブフレームデータが書き込まれると、その後、画像表示部11を構成する全ての画素12A,12Bに対してHレベルのトリガパルスTRI(及びLレベルのトリガパルスTRIB)が同時に供給される(時刻T4)。
これにより、全ての画素12A,12BのスイッチSW2a,SW2bがオンするため、記憶部SM1a,SM1bに記憶されているビットB1の反転サブフレームデータが、スイッチSW2a,SW2bを通して容量C1a,C1bに一斉に転送されて保持されるとともに、反射電極PEa,PEbに印加される。ここで、図6の(C)を見てもわかるように、容量C1a,C1bによるビットB1の反転サブフレームデータの保持期間(反射電極PEa,PEbへのビットB1の反転サブフレームデータの印加期間)は、トリガパルスTRIがHレベルとなってから(時刻T4)、次に再びHレベルとなるまで(時刻T5)の1サブフレーム期間である。ここで、ビットB1の反転サブフレームデータはビットB1の正転サブフレームデータと常に逆論理値の関係にある。
一方、共通電極電圧Vcomは、ビットB1の反転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間中、図6(D)に示すように、3.3Vよりも液晶の閾値電圧Vttだけ高い電圧に設定される。したがって、ビットB1の反転サブフレームデータが反射電極PEa,PEbに印加されるサブフレーム期間(時刻T4〜T5)では、液晶LCMa,LCMbの印加電圧は、サブフレームデータのビット値が「1」のときは−Vtt(=3.3V−(3.3V+Vtt))となり、サブフレームデータのビット値が「0」のときは−3.3V−Vtt(=0V−(3.3V+Vtt))となる。
これにより、画素12A,12Bは、図6の(E)に示すように、時刻T3〜T5の2サブフレーム期間中、ビットB1とビットB1の相補ビットB1bとで同じ階調を表示するとともに、液晶LCMa,LCMbの電位方向がサブフレーム毎に反転する交流駆動を行うため、液晶LCMa,LCMbの焼き付きを防止することができる。ビットB2以降についても同様の動作が繰り返される。
このようにして、液晶表示装置10は、複数のサブフレームの組み合わせにて階調表示を行っている。
なお、ビットB0と相補ビットB0bの各表示期間は同じ第1のサブフレーム期間であり、また、ビットB1と相補ビットB1bの各表示期間も同じ第2のサブフレーム期間であるが、第1のサブフレーム期間と第2のサブフレーム期間とは同一であるとは限らない。ここでは、一例として第2のサブフレーム期間は第1のサブフレーム期間の2倍に設定されている。また、図6(E)に示すように、ビットB2と相補ビットB2bの各表示期間である第3のサブフレーム期間は、第2のサブフレーム期間の2倍に設定されている。他のサブフレーム期間についても同様のことが言える。システムの仕様等に応じて、各サブフレーム期間の長さ、及び、サブフレーム数を任意に設定することができる。
(液晶表示装置10の画素検査方法)
続いて、図8を用いて、液晶表示装置10の画素検査方法について説明する。
図8は、液晶表示装置10の画素検査時の動作を示すタイミングチャートである。
本実施の形態では、画素検査時において、奇数列目の列データ線dod(d1,d3,…,dn−1)に接続された画素12Aが、Hレベルのテストデータの書き込み側の画素に設定され、偶数列目の列データ線dev(d2,d4,…,dn)に接続された画素12Bが、そのテストデータ(テスト結果)の読み出し側の画素に設定された場合について説明する。なお、当然ながら、テストデータの書き込み側の画素及び読み出し側の画素は、逆にすることも可能である。
まず、画素検査の開始時において、ある特定の行走査線g1に対してHレベルの行走査信号を供給することにより、画素12AのスイッチSW1a及び画素12BのスイッチSW1bをそれぞれオンにする(時刻T1)。
また、トリガ線trig,trigbに対してHレベルの正転トリガパルス及びLレベルの反転トリガパルスをそれぞれ供給することにより、画素12AのスイッチSW2a及び画素12BのスイッチSW2bをそれぞれオンにする(時刻T1)。
さらに、配線pir,pirbに対してHレベルの正転トリガパルス及びLレベルの反転トリガパルスをそれぞれ供給することにより、隣接する画素12A,12B間に設けられたスイッチSW3をオンにする(時刻T1)。ここで、スイッチSW3は、PMOSトランジスタMP3及びNMOSトランジスタMN3からなる公知のトランスミッションゲートである。PMOSトランジスタMP3は、画素12AのノードN2aと画素12BのノードN2bとの間に設けられ、配線pirbから供給される電圧によってオンオフが制御される。NMOSトランジスタMN3は、画素12AのノードN2aと画素12BのノードN2bとの間に設けられ、配線pirから供給される電圧によってオンオフが制御される。したがって、スイッチSW3をオンにすることにより、画素12AのノードN2aと画素12BのノードN2bとがスイッチSW3を介して導通される。
スイッチSW3は、公知のトランスミッションゲートであるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。より具体的には、画素12AのノードN2aからトランジスタMN3,MP3の各ソースに印加される電圧が電源電圧VDDレベル(Hレベル)の場合、PMOSトランジスタMP3のソース・ドレインが導通しない代わりに、NMOSトランジスタMN3のソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。一方、画素12AのノードN2aからトランジスタMN3,MP3の各ソースに印加される電圧が接地電圧GNDレベル(Lレベル)の場合、NMOSトランジスタMN3のソース・ドレインが導通しない代わりに、PMOSトランジスタMP3のソース・ドレインは低抵抗で導通することができる。このように、スイッチSW3では、トランスミッションゲートのソース・ドレインが低抵抗で導通することができるため、オン状態において接地電圧GNDから電源電圧VDDまでの広範囲の電圧を転送することができる。
なお、信号Tlataはアクティブ(Hレベル)、信号Tlatbはインアクティブ(Lレベル)にしておく。ここで、信号Tlataは、水平ドライバ16と奇数列目の列データ線dodとの間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。信号Tlatbは、水平ドライバ16と偶数列目の列データ線devとの間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。したがって、信号Tlataをアクティブにし、信号Tlatbをインアクティブにすることで、奇数列目の画素12Aに接続された列データ線dodと水平ドライバ16とが接続され、偶数列目の画素12Bに接続された列データ線devと水平ドライバ16とが切り離される。その結果、画素12Aに対してテストデータを書き込みことが可能になる。
また、信号sakaはインアクティブ(Lレベル)、信号sakbはアクティブ(Hレベル)にしておく。ここで、信号sakaは、奇数列目の列データ線dodと、センスアンプ17_1〜17_n/2の何れか(以下、センスアンプ17と称す)の反転入力端子と、の間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。信号sakbは、偶数列目の列データ線devと、センスアンプ17の非反転入力端子と、の間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。したがって、信号sakaをインアクティブにし、信号sakbをアクティブにすることで、奇数列目の画素12Aに接続された列データ線dodとセンスアンプ17の反転入力端子とが切り離され、偶数列目の画素12Bに接続された列データ線devとセンスアンプ17の非反転入力端子とが接続される。その結果、画素12Bからテストデータ(テスト結果)を読み出すことが可能になる。
また、信号nutaはアクティブ(Hレベル)、信号nutbはアクティブ(Hレベル)にする。ここで、信号nutaは、センスアンプ17の反転入力端子と、中間電圧生成部19によって生成された中間電圧midが伝搬する信号線(以下、信号線midと称す)と、の間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。信号nutbは、センスアンプ17の非反転入力端子と、信号線midと、の間に設けられたスイッチをオンオフ制御するための信号である(図1参照)。したがって、信号nuta,nutbを何れもアクティブにすることで、センスアンプ17の反転入力端子及び非反転入力端子に中間電圧midが供給される。その結果、偶数列目の画素12Bに接続された列データ線devには中間電圧midが供給されることになるため、画素12Bの記憶部SM1bは不安定な状態となる。
なお、中間電圧midは、例えば、(電源電圧VDD−接地電圧GND)/2に設定される。つまり、電源電圧VDDが3.3V、接地電圧GNDが0Vの場合、中間電圧midは1.65V程度に設定される。ただし、中間電圧midは、上記に限定されず、画素検査が正常に行うことができる範囲内で任意に変更することが可能である。例えば、テストデータ読み出し側の画素12Bに接続された高電位側電源ラインV1b及び低電位側電源ラインV0bのそれぞれの電圧の中間電圧に設定されることが好ましい。また、中間電圧midは、インバータを構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタの駆動能力の差によって変化することも考慮して設定される必要がある。
また、奇数列目の画素12Aに接続された高電位側電源ラインV1aには3.3Vの電圧が供給される。偶数列目の画素12Bに接続された高電位側電源ラインV1bには2.8Vの電圧が供給される。また、奇数列目の画素12Aに接続された低電位側電源ラインV0aには0Vの電圧が供給される。偶数列目の画素12Bに接続された低電位側電源ラインV0bには0.5Vの電圧が供給される。
その後、ラッチパルスLTをアクティブ(Hレベル)にする(時刻T2〜T3)。それにより、列データ線dodに1ビットの検査信号としてHレベルのデータが供給される。その結果、画素12Aの記憶部SM1aを構成するインバータINV11aの入力端子及びインバータINV12aの出力端子間の接続ノードN1aには、Hレベルのデータが書き込まれる。インバータINV11aの出力端子及びインバータINV12aの入力端子間の接続ノードには、Lレベルのデータが書き込まれる。
また、スイッチSW2aがオンしているため、画素12Aの記憶部DM2aを構成する容量C1a及びスイッチSW2a間の接続ノードN2aには、Lレベルのデータが書き込まれる。当然ながら、容量C1aにもLレベルのデータが書き込まれる。
ここで、画素12の記憶部SM1aにおいて、インバータINV11aを構成するトランジスタの駆動能力がインバータINV12aを構成するトランジスタの駆動能力よりも大きいため、ノードN1aは記憶部SM1aの入力として機能するとともに、ノードN2aは記憶部SM1aの出力として機能する。
このとき、スイッチSW3がオンしているため、画素12Bの記憶部DM2bを構成する容量C1b及びスイッチSW2b間の接続ノードN2bにも、Lレベルのデータが書き込まれる。容量C1bにもLレベルのデータが書き込まれる。
テストデータの書き込みが完了した後、画素12B側の信号nutbをインアクティブ(Lレベル)にする(時刻T4)。それにより、画素12Bに接続された列データ線devと、信号線midと、が切り離される。その結果、画素12Bの記憶部SM1bは不安定な状態から定常状態に戻ろうとする。
このとき、スイッチSW2bがオンしているため、画素12Bの記憶部SM1bを構成するインバータINV11bの出力端子及びインバータINV12bの入力端子間の接続ノードには、スイッチSW2bを介して、Lレベルのデータが書き込まれる。また、インバータINV11bの入力端子及びインバータINV12bの出力端子間の接続ノードN1bにも、Hレベルのデータが書き込まれる。
ここで、本発明の特徴について図9を用いて説明する。
図9は、画素12A,12Bのそれぞれの反射電極PEa,PEbに印加される電圧の範囲を示す図である。
上記したように、奇数列目の画素12Aに接続された高電位側電源ラインV1aには3.3Vの電圧が供給されている。偶数列目の画素12Bに接続された高電位側電源ラインV1bには2.8Vの電圧が供給されている。奇数列目の画素12Aに接続された低電位側電源ラインV0aには0Vの電圧が供給されている。奇数列目の画素12Bに接続された低電位側電源ラインV0bには0.5Vの電圧が供給されている。
つまり、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11a,INV12aを動作させる動作電圧の範囲(=V1a−V0a=3.3V)が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11b,INV12bを動作させる動作電圧の範囲(=V1b−V0b=2.3V)よりも大きくなるように設定されている。それにより、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11aの駆動能力が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11bの駆動能力よりも大きくなる。
より具体的には、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたPMOSトランジスタMP11a,MP12aの各ソースに供給される電圧V1a(=3.3V)が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたPMOSトランジスタMP11b,MP12bの各ソースに供給される電圧V1b(=2.8V)よりも高い電圧レベルに設定されている。また、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたNMOSトランジスタMN11a,MN12aの各ソースに供給される電圧V0a(=0V)が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたNMOSトランジスタMN11b,MN12bの各ソースに供給される電圧V0b(=0.5V)よりも低い電圧レベルに設定されている。
なお、本実施の形態では、電圧V1aが電圧V1bより高い電圧に設定され、電圧V0aが電圧V0bよりも低い電圧レベルに設定される場合を例に説明したが、これに限られない。画素12Aの記憶部SM1aを構成するインバータINV11a,INV12aの動作電圧の範囲が、画素12Bの記憶部SM1bを構成するインバータINV11b,INV12bを動作させる動作電圧の範囲よりも大きいという条件を満たすのであれば、電圧V1a,V1b,V0a,V0bは任意に設定可能である。例えば、電圧V1aが電圧V1bよりも大きい場合、電圧V0a,V0bが同電位であってもよい。あるいは、電圧V0aが電圧V0bよりも小さい場合、電圧V1a,V1bは同電位であってもよい。あるいは、上記条件を満たすのであれば、電圧V1aが電圧V1bより小さくなったり、又は、電圧V0aが電圧V0bより大きくなったりしてもよい。
それにより、画素12Aからテストデータを読み出して、スイッチSW3を介して、画素12Bに書き込むことが容易になる。つまり、テストデータを、列データ線dovから、画素12A,12Bを通過して、列データ線devに伝達させることが容易になる。その結果、正確な画素検査が可能になる。
なお、記憶部DM2a,DM2bを構成する容量C1a,C1bは、通常の表示状態にあるときはサブフレーム表示期間中、データを保持しなければならないため、スイッチSW2a,SW2b,SW3を構成する各トランジスタのオフ時のリーク電流を最小限に抑える必要がある。そのため、スイッチSW2a,SW2b,SW3を構成する各トランジスタのゲート幅を小さくする等して当該各トランジスタの駆動能力は小さくなるように調整されている。しかしながら、その結果、スイッチSW2a,SW2b,SW3を構成する各トランジスタのオン電流が小さくなってしまう。つまり、スイッチSW2a,SW2b,SW3を構成する各トランジスタのオン抵抗が高くなってしまう。
ここで、画素検査時、スイッチSW2a,SW2b,SW3はオン状態であるため、それらのオン電流は小さくなっている。換言すると、それらのオン抵抗は高くなっている。そのため、従来の構成であれば、画素12Aの記憶部SM1aのインバータINV11aは、高抵抗のスイッチSW2a,SW3,SW2bを介して、画素12Bの記憶部SM1bのインバータINV12bを駆動することができない可能性がある。その結果、正確な画素検査が困難になってしまう。この現象は、製造ばらつきの影響でコーナーモデルのトランジスタが用いられた場合に顕著に発生する。具体的には、許容される最も遅延の大きなNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタが用いられた場合、スイッチSW2a,SW3,SW2bがさらに高抵抗になってしまうため、正確な画素検査がさらに困難になってしまう。
それに対し、本実施の形態に係る液晶表示装置10では、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11a,INV12aを動作させる動作電圧の範囲が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11b,INV12bを動作させる動作電圧の範囲よりも大きくなるように設定されている。それにより、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11aの駆動能力が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11bの駆動能力よりも大きくなるため、スイッチSW2a,SW3,SW2bが高抵抗であっても、画素12Aから読み出されたテストデータ、スイッチSW3を介して、画素12Bに書き込むことが容易になる。つまり、正確な画素検査が可能になる。
なお、画素12Aから画素12Bへのテストデータの書き込みを容易にするために、画素12Bの記憶部SM1bの動作電圧の範囲を小さくした結果、当該記憶部SM1bに設けられたインバータINV12bの駆動能力が小さくなる。それにより、インバータINV12bによって列データ線devを駆動する時間が長くなる。
センスアンプ17の非反転入力端子は、列データ線devに接続されており、信号nutbがインアクティブ(Lレベル)になることで中間電圧midからHレベル側(又はLレベル側)に遷移し始める。一方、センスアンプ17の反転入力端子は、中間電圧midを示している。センスアンプ17の非反転入力端子及び反転入力端子間の微弱な差電圧が一定量を超えた時点で、センスアンプ17は、コンパレータとして機能し、その差電圧を増幅する。この増幅信号は、バッファ(不図示)によって波形整形されることで、Hレベル(又はLレベル)を示す(時刻T5)。
なお、画素12Bの記憶部SM1bの動作電圧の範囲を画素12Aの記憶部SM1aの動作電圧の範囲よりも小さくするほど、画素検査が容易になるが、センスアンプ17の反応(時刻T4〜T5)が遅くなるため、電圧V1a,V0a,V1b,V0bはその点を考慮して調整されることが好ましい。
その後、時刻T6にて、信号Tlatをアクティブにすることで、n/2個のセンスアンプ17_1〜17_n/2の出力は、画素読み出し用シフトレジスタ18の所定の位置にそれぞれ供給される。信号Tlatをインアクティブ後、画素読み出し用シフトレジスタ18は、クロック信号TCK及びその逆相のクロック信号TCKBに同期して、センスアンプ17_1〜17_n/2の出力をラッチし、順番に出力端子TOUTから出力する(時刻T7以降)。各クロック信号TCK,TCKBの信号線は、1行分の画素数の半分の数だけ繰り返される。それにより、1行分の画素のテスト結果が読み出される。この1行分の画素から読み出されたテスト結果と、入力されたテストデータと、を比較することにより、画素検査が行われる。
例えば、テスト結果と入力されたテストデータとが同じである場合、検査対象の画素12A,12Bは正常であると判断され、テスト結果と入力されたテストデータとが異なる場合、検査対象の画素12A,12Bに異常(故障)があると判断される。画素12A,12Bの異常の原因としては、例えば製造の不具合により容量C1a,C1bがGNDやVDD配線にショートしていたり、記憶部SM1a,SM1bがショート又は断線していたりすること等が考えられる。画素12A,12Bに異常が判断された場合、その液晶表示装置の出荷を停止する等の処置をとることができる。
その後、垂直シフトレジスタ14を用いて次の行走査線g2に対してHレベルの行走査信号を供給することにより、次の行の画素12A,12Bに対する画素検査が同じように行われる。これらを繰り返すことにより、結果的に全ての画素12A,12Bに対する画素検査が行われる。
その後、Lレベルのテストデータを用いて同様の画素検査が行われる。なお、Hレベルのテストデータを用いた画素検査、及び、Lレベルのテストデータを用いた画素検査は、何れもタイミングを変えて2回以上実行されることが好ましい。
その後、テストデータの書き込み側の画素とテスト結果の読み出し側の画素とを入れ替えて同様に画素検査が行われる。つまり、画素12Bが、Hレベルのテストデータの書き込み側の画素に設定され、画素12Aが、そのテスト結果の読み出し側の画素に設定されたうえで、全画素についての画素検査が行われる。その後、Lレベルのテストデータを用いて同様の画素検査が行われる。なお、Hレベルのテストデータを用いた画素検査、及び、Lレベルのテストデータを用いた画素検査は、何れもタイミングを変えて2回以上実行されることが好ましい。
なお、テストデータの書き込み側の画素とテスト結果の読み出し側の画素とを入れ替えて画素検査が行われる場合、信号Tlata,Tlatbのアクティブ及びインアクティブの関係、信号saka,sakbのアクティブ及びインアクティブの関係、及び、信号nuta,nutbのアクティブ及びインアクティブの関係は、それぞれ入れ替え前と逆に設定される。また、電圧V1a,V1bの関係、及び、電圧V0a,V0bの関係は、それぞれ入れ替え前と逆に設定される。
画素検査方法は、上記の方法に限られず、例えば、画素12A,12Bの各列によって異なる電圧レベルのテストデータが用いられてもよい。この場合、列データ線d2に接続された画素12Bと、列データ線d3に接続された画素12Aとに、電位差を設けることによって画素間ショートも検出可能になる。
このように、本実施の形態に係る液晶表示装置10では、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11a,INV12aを動作させる動作電圧の範囲が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11b,INV12bを動作させる動作電圧の範囲よりも大きくなるように設定されている。それにより、画素12Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11aの駆動能力が、画素12Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11bの駆動能力よりも大きくなるため、スイッチSW2a,SW3,SW2bが高抵抗であっても、画素12Aから読み出されたテストデータを、スイッチSW3を介して、画素12Bに書き込むことが容易になる。つまり、正確な画素検査が可能になる。
本実施の形態では、n/2個のセンスアンプ17_1〜17_n/2が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。n/2個のセンスアンプ17_1〜17_n/2は必ずしも設けられなくてもよい。この場合、図8における時間T4〜T5の期間を長くとれば、列データ線d2は電圧V0b又は電圧V1bまで遷移する。n/2個のセンスアンプ17_1〜17_n/2が設けられない場合、検査時間は長くなるが、チップサイズの小型化が可能になる。
<実施の形態2>
実施の形態2に係る液晶表示装置20について説明する。
図10は、液晶表示装置20に設けられた画素22A,22B及びその周辺回路の具体的構成を示す回路図である。
図10に示すように、液晶表示装置20に設けられた画素22A,22Bは、液晶表示装置10に設けられた画素12A,12Bの場合と比較して、DRAMセル202a,202bを備えない。より具体的には、画素22Aは、画素12Aと比較して、DRAMセル202aを構成するスイッチSW2a及び記憶部DM2aを備えない。画素22Bは、画素12Bと比較して、DRAMセル202bを構成するスイッチSW2b及び記憶部DM2bを備えない。また、それに伴い、信号線trig,trigbも備えない。画素22A,22B及びそれらを備えた液晶表示装置20のその他の構成については、画素12A,12B及びそれらを備えた液晶表示装置10の場合と同様であるため、その説明を省略する。
本実施の形態に係る液晶表示装置20でも、液晶表示装置10の場合と同様に、正確に画素検査を行うことができる。
以上のように、上記実施の形態1,2に係る液晶表示装置10,20では、画素12A,22Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11a,INV12aの動作電圧の範囲が、画素12B,22Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11b,INV12bの動作電圧の範囲よりも大きくなるように設定されている。それにより、画素12A,22Aの記憶部SM1aに設けられたインバータINV11aの駆動能力が、画素12B,22Bの記憶部SM1bに設けられたインバータINV11bの駆動能力よりも大きくなるため、スイッチSW2a,SW3,SW2bが高抵抗であっても、画素12A,22Aから読み出されたテストデータを、スイッチSW3を介して、画素12B,22Bに書き込むことが容易になる。つまり、正確な画素検査が可能になる。
10 液晶表示装置
11 画像表示部
12A,12B 画素
13 タイミングジェネレータ
14 垂直シフトレジスタ
15 データラッチ回路
16 水平ドライバ
17,17_1〜17_n/2 センスアンプ
18 画素読み出し用シフトレジスタ
19 中間電圧生成部
20 液晶表示装置
22A,22B 画素
100 シリコン基板
101 Pウエル
102 Nウエル
103 素子分離酸化膜
105 層間絶縁膜
106 第1メタル
108 第2メタル
110 第3メタル
112 容量電極
114 第4メタル
116 第5メタル
117 パッシベーション膜
118 コンタクト
1191〜1195 スルーホール
161 水平シフトレジスタ
162 ラッチ回路
163 レベルシフタ/画素ドライバ
201a,201b SRAMセル
202a,202b DRAMセル
d1〜dn 列データ線
g1〜gm 行走査線
trig,trigb トリガ線
C1a,C1b 容量
CE 共通電極
DM2a,DM2b 記憶部
INV11a,INV12a,INV11b,INV12b インバータ
LCa,LCb 液晶表示素子
LCMa,LCMb 液晶
MN1a,MN1b NMOSトランジスタ
MN2a,MN2b NMOSトランジスタ
MP2a,MP2b PMOSトランジスタ
MN11a,MN11b,MN12a,MN12b NMOSトランジスタ
MP11a,MP11b,MP12a,MP12b PMOSトランジスタ
MN3 NMOSトランジスタ
MP3 PMOSトランジスタ
PEa,PEb 反射電極
SM1a,SM1b 記憶部
SW1a,SW1b スイッチ
SW2a,SW2b スイッチ
SW3 スイッチ

Claims (14)

  1. 複数の1ビットのサブフレームデータに応じた階調レベルにて1フレーム当たりの画像の表示を行う画素を、複数備え、
    各画素は、
    前記サブフレームデータをサンプリングする第1スイッチと、
    前記第1スイッチとともにSRAMセルを構成し、前記第1スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第1データ保持部と、
    前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される反射電極と、共通電極と、前記反射電極と前記共通電極との間に充填封入された液晶と、により構成される液晶表示素子と、を有し、
    前記第1データ保持部は、
    入力が第2インバータの出力及び前記第1スイッチに接続され、かつ、出力が前記第2インバータの入力に接続された、第1インバータと、
    入力が前記第1インバータの出力に接続され、かつ、出力が前記第1インバータの入力に接続された、前記第2インバータと、を有し、
    前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第1データ線に接続された第1画素、の前記反射電極と、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第2データ線に接続された第2画素、の前記反射電極と、の間に設けられ、画素検査時にオンする導通スイッチをさらに備え、
    前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲、及び、前記第2画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲は、それぞれ個別に設定可能に構成されている、
    液晶表示装置。
  2. 各前記画素は、
    他の前記画素とともに、一斉に、前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータをサンプリングする第2スイッチと、
    前記第2スイッチとともにDRAMセルを構成し、前記第2スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第2データ保持部と、をさらに有し、
    各前記画素において、前記液晶表示素子の前記反射電極には、前記第2データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各PMOSトランジスタのソース電極、及び、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各PMOSトランジスタのソース電極には、それぞれのウエル電極に供給される第1高電位側電圧とは異なる第2高電位側電圧が個別に供給可能に構成されている、
    請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各NMOSトランジスタのソース電極、及び、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各NMOSトランジスタのソース電極には、それぞれのウエル電極に供給される第1低電位側電圧とは異なる第2低電位側電圧が個別に供給可能に構成されている、
    請求項1〜3の何れか一項に記載の液晶表示装置。
  5. 画素検査時に、テストデータが前記第1データ線に入力されることに応じて前記第2データ線から出力されたテスト結果の電圧と、中間電圧と、の差電圧を増幅するセンスアンプをさらに備えた、
    請求項1〜4の何れか一項に記載の液晶表示装置。
  6. 画素検査時に、前記テストデータが前記第1データ線に入力される前に、前記第2データ線が所定電圧にプリチャージされる、
    請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1データ線に電圧が印加されることに応じて前記第2データ線から出力された電圧をラッチして順次出力するシフトレジスタをさらに備えた、
    請求項1〜6の何れか一項に記載の液晶表示装置。
  8. 複数の1ビットのサブフレームデータに応じた階調レベルにて1フレーム当たりの画像の表示を行う画素を、複数備え、
    各画素は、
    前記サブフレームデータをサンプリングする第1スイッチと、
    前記第1スイッチとともにSRAMセルを構成し、前記第1スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第1データ保持部と、
    前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される反射電極と、共通電極と、前記反射電極と前記共通電極との間に充填封入された液晶と、により構成される液晶表示素子と、を有し、
    前記第1データ保持部は、
    入力が第2インバータの出力及び前記第1スイッチに接続され、かつ、出力が前記第2インバータの入力に接続された、第1インバータと、
    入力が前記第1インバータの出力に接続され、かつ、出力が前記第1インバータの入力に接続された、前記第2インバータと、を有し、
    前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第1データ線に接続された第1画素、の前記反射電極と、前記複数の画素のうち前記第1スイッチが第2データ線に接続された第2画素、の前記反射電極と、の間に設けられた導通スイッチをさらに備え、
    前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲、及び、前記第2画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲は、それぞれ個別に設定可能に構成されている、
    液晶表示装置の画素検査方法であって、
    前記導通スイッチをオンするステップと、
    前記第1画素に設けられた各前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲を、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのそれぞれのソース電圧の範囲よりも大きくする電圧設定ステップと、
    テストデータを前記第1データ線に入力するステップと、
    前記テストデータが前記第1データ線に入力されたことに応じて前記第2データ線から出力されたテスト結果に基づいて、前記第1及び前記第2画素の故障の有無を判定するステップと、を含む、
    液晶表示装置の画素検査方法。
  9. 各前記画素は、
    他の前記画素とともに、一斉に、前記第1データ保持部に保持された前記サブフレームデータをサンプリングする第2スイッチと、
    前記第2スイッチとともにDRAMセルを構成し、前記第2スイッチによってサンプリングされた前記サブフレームデータを保持する第2データ保持部と、をさらに有し、
    各前記画素において、前記液晶表示素子の前記反射電極には、前記第2データ保持部に保持された前記サブフレームデータが印加される、
    請求項8に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
  10. 前記電圧設定ステップでは、
    前記第1画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各PMOSトランジスタのソース電極、及び、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各PMOSトランジスタのソース電極に対して、それぞれのウエル電極に供給される第1高電位側電圧とは異なる第2高電位側電圧を個別に供給する、
    請求項8又は9に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
  11. 前記電圧設定ステップでは、
    前記第1画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各NMOSトランジスタのソース電極、及び、前記第2画素に設けられた前記第1及び前記第2インバータを構成する各NMOSトランジスタのソース電極に対し、それぞれのウエル電極に供給される第1低電位側電圧とは異なる第2低電位側電圧を個別に供給する、
    請求項8〜10の何れか一項に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
  12. 前記テストデータが前記第1データ線に入力されることに応じて前記第2データ線から出力された前記テスト結果の電圧と、中間電圧と、の差電圧を増幅するステップをさらに備えた、
    請求項8〜11の何れか一項に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
  13. 前記テストデータが前記第1データ線に入力される前に、前記第2データ線を所定電圧にプリチャージするステップをさらに備えた、
    請求項12に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
  14. 前記テストデータが前記第1データ線に入力されることに応じて前記第2データ線から出力された前記テスト結果をラッチして順次出力するステップをさらに備えた、
    請求項8〜13の何れか一項に記載の液晶表示装置の画素検査方法。
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