KR960008100B1 - 용량성 부하의 주사방법 및 주사회로 - Google Patents

용량성 부하의 주사방법 및 주사회로 Download PDF

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가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
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Abstract

내용 없음.

Description

용량성 부하의 주사방법 및 주사회로
제1도, 제2도, 제7도, 제9도, 제10도 내지 제18도, 제20도, 내지 제24도는 본 발명의 실시예의 회로구성도.
제3도는 인버어터의 회로도 및 특성도.
제4도, 제5도, 제6도, 제8도, 제19도는 구동파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 입력배선 2,6,10 : TFT
5 : 배선군 7 : 정전용량
8 : 배선 11 : 버퍼
12 : 신호전극군 14,22 : 주사회로
15 : 주사전극 16 : 절연성기판
18 : 화소 23 : 신호회로
101~104 : TFT 201~204 : 용량성부하
본 발명은 주사방법 및 주사회로에 관한 것으로, 특히 액정등의 표시체를 사용하고, 구동회로를 내장한 능동(active) 매트릭스형 디스플레이에 적합한 주사방법 및 주사회로에 관한 것이다.
유리등의 기판상에 박막의 능동소자, 예를들어 다이오드나 박막트랜지스터(이하 TFT(Thin Film Transistor)라함등의 스위칭소자등을 형성하고, 액정등의 전기광학효과를 가지는 물질과 조합시킨 소위 능동 매트릭스 디스플레이는 대면적 또한 고정밀 또한 고화질의 디스플레이가 형성될 수 있는 특징을 가진다.
이에 더하여 TFT를 사용한 것은 TFT에 의하여 구동회로를 구성하고, 표시부를 구동하는 회로를 유리기판상에 표시부와 동시에 형성하여 외부로 부터의 접속선수를 저감함과 동시에 외부부착 구동회로수를 저감하여, 저렴화를 달성함과 동시에, 접속불량이 원인이 되는 신뢰성의 저하를 방지할 수가 있다. 이와 같이 구동회로를 내장한 디스플레이에 대해서는 아이, 이. 이. 이 프로시이딩(Proceeding of IEEE)59 (1971년)제1566페이지에 제안된 이래 일본국 특개소 56-92573호 공보 또는 일본국 특개소 57-100467호 공보에 기재된 바와 같은 회로가 제안되어 있다.
이들 회로 구성은 신호측(데이터측)의 배선에 인가하는 신호 전압을 1라인당 적은수의 TFT소자에 의하여 신호회로를 구성할 수가 있으나, 이하의 점에서 개선의 여기가 있다. 먼저, 표시부의 신호전극(데이터라인)에 인가된 전압은 구동회로의 출력단의 TFT소자가 ON 상태일때에 TFT소자를 통하여 신호전압이 신호전극에 인가되고, 다음에 TFT소자가 OFF 상태가 되어 그 전압을 신호전극에 부착된 용량(CI)에 의하여 전압을 유지하는 동작을 행한다. 이들의 동작은 주사라인이 1라인 선택되고, 주사전극에 표시부의 TFT소자가 ON 상태가 되는 주사전압이 인가된 기간내에 행해진다.
이 때문에 이 기간내의 신호전극에 인가된 전압이 1라인의 주사기간의 종료시까지 유지될 필요가 있고, 만일 신호전극과 다른 부분과의 절연저항이 충분치 못한 경우에는 주사기간의 종료시까지에 신호전극 용량에 인가된 전압이 방전하여 화소부의 TFT에 인가되는 전압이 강하하여 그 신호전극에 접속되는 각화소는 항상 인가전압이 낮아지기 때문에 신호전압 마다에 휘도얼룩이 생겨버린다. 이것을 방지하기 위하여서는 구동회로의 출력단의 TFT소자를 1라인의 주사기간이 종료할때까지 ON 상태로 유지하고, 신호전극으로부터 전압이 방전화는 분만큼 전류를 공급할 필요가 있다.
다음에 표시부의 TFT소자의 ON 특성과 출력단의 TFT의 소자의 ON특성의 문제를 고려할 필요가 있다. 즉 디스플레이가 대용량화, 즉 대면적, 다주사선화 함에 따라 1라인의 주사기간이 짧아지고 나아가서는 1화소의 주사기간이 짧아진다. 이에 반하여 1라인당의 정전용량이 커지기 때문에 신호선을 1주사기간내에 1신호라인씩 순차적으로 주사하는 소위점순차주사와 혹은 복수의 신호라인씩 순차적으로 주사하는 주사방법(여기서는 한번에 주사하는 복수라인을 1블록으로 하여 블록순차 주사라한다)에서는 단기간에 비교적 큰 정전용량부하를 충전할 필요가 있고 구동회로의 출력단의 TFT소자는 큰 드레인 상호콘닥탄스(gm)를 가진 필요가 있다. 또 표시부의 TFT소자에 대해서도 상기한 주사방법에서는 TFT소자의 ON 전압이 낮아지기 때문에 액정에의 인가접압이 충분히 인가되지 않아 표시의 콘트라스트 비가 저하한다. 이 때문에 이들의 TFT소자의 채널폭(W)을 크게하여 상호콘닥탄스(gm)를 증가시키는 방법등이 필요하게 되어 회로의 면적이 증가하거나, 표시부의 표시전극이 점유하는 비율이 저하하여 표시특성이 저하 하거나 한다. 이것을 회피하기 위하여 구동방법으로서 1주사라인의 어드레스 기간내에서는 그 기단의 거의 모든 기간을 표시부의 TFT소자가 ON 상태가 되고, 또한 신호전압이 인가되는 소위 선순차 주사법이 바람직하다.
다음에 내장용의 구동회로의 구성에 관하여, 특히 신호측(데이터 전압발생측)의 구동회로에 관해서는 고속동작이 요구되기 때문에 회로의 설계에는 주의가 필요하게 된다. 예를들면 디스플레이의 표시부 화소수가 N(수직방향화소수)×M(수평방향 화소수)이고, 1화면을 그리고 주파수 fF(이하 프레임주파수라함)을 fF(Hz)라하면 디스플레이에 대하여 입력하는 신호전압의 최고 주파수(fmax)는 fmax=N×M×fF로 계산된다. 예를들면 표시부의 화소수를 N=400, M=640×3(×3은 R,G,B의 3색 표시를 가정), fF=60Hz하면 fmax=46.08×10Hz=46.08MHz라는 대단히 높은 고주파의 값이 된다.
이와 같은 주파수 대역에서 동작하는 회로를 예를들면 비결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용한 TFT로 구성하는 것은 대단히 곤란하므로 TFT소자에 대하여 특성이 적합한 회로구성 및 신호의 인가방법의 계량이 필요하게 된다. 상기한 공지에는 입력데이터를 병렬로 인가하고, 상기한 주파수(fmax)를 입력데이터의 수에서 저주파화 하는 노력을 행한 회로구성이지만 외부로부터 신호를 입력하는 부분과, 입력된 신호를 표시부에 인가하는 부분이 동일한 TFT소자를 사용하거나 혹은 TFT소자를 트랜스퍼게이트로 한 정전용량에 의한 전압분배형의 회로구성으로 되어 있기 때문에 입력부의 TFT소자가 큰 정전용량부하를 구동할 필요가 있어 고주파의 입력신호에 응답하는 것이 곤란하다는 결점을 가지고 있었다.
또, 상기 종래 예에서는 입력데이터 신호를 처리하는 TFT소자를 동작시키기 위한 주사펄스등의 구동전압을 인가하는 타이밍, 또는 발생하는 회로구성은 1주사선의 선택기간을 복수본의 신호선을 1블록으로한 블록수등에 의하여 분할하고 있었기 때문에 대화면, 고정밀이되면 주사펄스의 펄스폭이 짧아지기 때문에 주사펄스를 발생하는 회로에 대하여 고속의 동작이 요구되고 있었다.
상기와 같은 종래기술에서는 TFT를 사용한 내장용 신호구동회로에 있어서, 고속인 입력데이터를 효율좋게 처리하고 표시부에 인가하는 점에 대하여 배려가 되어있지 않아 회로의 동작속도에 문제가 있음과 동시에 표시부의 표시특성의 점에도 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 입력데이터가 고속이 되었을 경우에도 비교적 저속으로 스위칭하는 반도체 소자를 이용할 수 있는 고속방법 및 주사회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징은 입력신호가 인가되는 한쪽은 주전극, 다른쪽의 주전극, 그한쪽의 주전극으로부터 다른쪽의 주전극에의 입력신호의 전달상태 및 비전달상태를 제어하는 제어신호가 인가되는 제어전극을 가지는 K개(K
Figure kpo00001
3)의 반도체스위치소자와, 그 K개의 반도체 스위치소자의 다른쪽의 주전극에 각각 접속되는 용량성부하를 구비하고, 그 K개의 반도체 스위치소자의 하나를 소정의 주기로 순차 전달상태 또는 비전달상태로부터 비전달상태 또는 전달상태로 이행시키는 주사방법에 있어서, 주사가 인접하는 임의의 L개 (KL
Figure kpo00002
2)의 반도체 스위치소자가 전달상태가 되는 기간과, 상기 L개의 반도체 스위치소자가 비전달상태가 되는 기간을 적어도 1주기내에 설정(set)하는데 있다.
또 본 발명의 주사회로의 특징은 한쪽은 주전극, 다른쪽은 주전극 제1의 전위레벨 또는 제1의 전위레벨과는 다른 제2의 전위레벨이 인가되는 제어전극을 가지는 K개(K
Figure kpo00003
3)의 반도체 스위치소자와, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 한쪽의 주전극에 인가하는 연속적인 입력 신호를 발생하는 입력신호원과, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 다른쪽의 주전극에 각각 접속되는 K개의 용량성 부하와, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 제어전극에 인가되는 제1의 전위레벨과 제2의 전위레벨을 소정의 주기로 순차 그 제1의 전위레벨 또는 제2의 전위레벨로부터 제2의 전위레벨 또는 제1의 전위레벨로 이행시키는 제어회로를 구비하는 주사회로에 있어서, 상기 제어회로는 주사가 인접하는 임의의 L개(KL
Figure kpo00004
2)의 반도체 스위치 소자의 제어전극이 그 제1의 전위레벨이 되는 기간과, 상기 L개의 반도체 스위치의 소자의 제어전극이 그 제2의 전위레벨이 되는 기간을 적어도 1주기내에 설정하는 제어회로이라는 데에 있다.
주사의 저주파화를 위해서는 주사하는 각주사 신호간에서 오버랩하는 기간을 설치한다. 이것에 의하여 주사신호의 변화하는 주기가 길어지기 때문에 저주파화가 가능해진다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 이하에 설명하는 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 원리를 제18도 및 제19도를 사용하여 설명한다. 제18도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 구성도이고, 제19도는 제18도의 타임챠트이다. 제18도에 있어서, 101~104는 반도체 스위치의 일예가 되는 4개(K=4)의 n채널형 MOS 트랜지스터이고, 바람직하기는 유리기판상에 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)(이하 TFT라함)로 구성된다. TFT(101~104)의 한쪽의 주전극은 공통 접속되어 애널로그 또는 디지틀의 화상신호등의 연속적인 입력신호(Vin)가 인가된다. TFT(101~104)의 다른쪽의 주전극의 각각 용량성부하(201~204)가 접속되어 있다. 용량성부하(201~204)는 바람직하게는 액정, 배선용량, 다음단의 MOS 트랜지스터의 입력 게이트 용량등이다.
TFT(101~104)에 제어전극에는 한쪽의 주전극으로부터 다른쪽의 주전극에의 입력신호(Vin)의 전달상태가 되는 ON 상태 및 비전달상태가 되는 OFF 상태를 제어하는 제어신호가 되는 제1의 전위레벨(V1)과 제2의 전위레벨(V2)로 이루어진 주파펄스(ψ1,ψ2,ψ3,ψ4)가 각각 인가된다. 여기서 V1는 예를들면 접지전위(OV), V2는 전원전위(VCC=5V)이다.
제19도에 있어서, 시각 t1에서 ψ1은 V1으로부터 V2로 이행하고, TFT(101)는 OFF 상태로 부터 ON 상태로 이행하여 용량성 부하(201)의 전압(V202)과 같이 용량성 부하(201)에는 입력신호(Vin)가 인가된다.
시각 t2에서는 ψ1은 변화하지 않고, V2상태 그대로 이고, TFT(101)는 ON 상태를 유지한다.
여기서 ψ2는 V1으로부터 V2로 변화하여 TFT(102)는 OFF 상태로 부터 ON 상태로 이행하여 용량성부하(202)의 전압(V202)과 같은 용량성부하(202)에는 입력신호(Vin)가 인가된다.
시각 t4에서는 ψ1은 V2로부터 V1으로 이행하여 TFT(101)은 ON상태로부터 OFF상태로 이행하고, 용량성 부하(201)는 직전의 TFT(101)의 ON 상태에서의 입력신호(Vin)의 값을 소정기간 유지한다. 또한 이때 누설저항의 존재로 인하여 이값은 약간 내려가는 경우가 있다. ψ2는 변화하지 않고 V2인체로 TFT(102)는 ON 상태를 유지한다. 즉 시각 t2로부터 시각 t3의 기간에서는 주사가 인접하는 ψ1,ψ2가 V2이고, 2개(L=2)의 TFT(101,102)가 모두 ON 상태이고, 입력신호(Vin)가 양쪽에 인가되고, ψ3,ψ4가 V1이고 TFT(103,104)가 모두 OFF 상태에 있다. 또 시각 t3에서는 ψ3가 V1으로부터 V2로 변화하여 TFT(103)가 ON 상태로 이행하여 용량성부하(203)의 전압(V203)과 같이 용량성 부하(203)에는 입력신호(Vin)가 인가된다.
시각 t3에서는 ψ1은 V1그대로 변화하지 않고, TFT(101)는 OFF 상태를 유지한다. ψ2는 V2로부터 V1으로 변화하고, TFT(102)는 ON 상태로부터 OFF 상태로 이행하여 용량성부하(202)는 직전의 TFT(102)의 ON 상태에서의 입력신호의 값을 소정기간 유지한다. ψ3은 V2그대로 변화하지 않고 TFT(103)는 ON 상태를 유지한다. ψ4는 V1으로부터 V2로 변화하고, TFT(104)가 OFF 상태로부터 ON 상태로 이행하여, 용량성부하(204)의 전압(V204)과 같이 용량성부하(204)에는 입력신호(Vin)가 인가된다.
즉 시각 t3로부터 시각 t4의 기간에서는 ψ2,ψ3가 V2이므로 2개(L=2)의 주사가 인접하는 TFT(102,103)가 모두 ON 상태이고, 주사가 인접하는 ψ1,ψ4가 함께 V1이므로 TFT(101,104)가 모두 OFF 상태에 있다.
시각 t1에서는 ψ5은 시각 t1에서와 마찬가지로 V1으로부터 V2로 변화한다. 시각 t4로부터 시각 t5의 기간에서는 주사가 인접하는 ψ1,ψ2가 V1이므로 2개(L=2)의 TFT(101,102)가 함께 OFF 상태이고, ψ3,ψ4가 모두 V2이므로 2개의 TFT(103,104)가 모두 ON 상태이다. 이하 시각 t6,T7…으로 동일하게 반복된다.
시각 t5내지 ψ1까지의 기간이 1주기이고, 이 주기로 주사신호(ψ1~ψ4)가 V1으로부터 V2로 순화 변화하여 TFT(101~104)가 순차적으로 OFF 상태로부터 ON 상태로 이행한다. 또 이1주기에서 주사신호(ψ1~ψ4)가 V2로부터 V1으로 순차 변화하여 TFT(101~104)가 순차적으로 OFF 상태로부터 ON 상태로 이행한다.
또한 제11도에서는 시각 T1으로부터 t2의 기간, t2로부터 t3의 기간, t3로부터 t4의 기간, t4로부터 t5의 기간등의 각 기간은 실질적으로 균등하나 불균등하더라도 좋다.
이와 같이 주사신호(ψ1~ψ4)가 서로 중첩되어 오버랩되고 있기 때문에 ψ1~ψ4의 각각의 실질적인 주파수가 저감되어 TFT(101~104)는 그다지 고속인 스위치 특성의 것이 아니더라도 주사신호를 얻을 수 있다.
바꿔말하면, TFT(101~104)의 스위치특성을 변화시키지 아니해도 고속의 주사신호가 얻어진다.
또한 제19도에서는 K=4, L=2의 예이고 K=2L이나 K가 홀수인 경우 K=2L-1또는 K=2L+1중 어느 하나로 설정되면 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예를 제1도에 따라 설명한다.
제1도는 유리, 플라스틱등의 투명한 절연성기판(16)상에 형성한 TFT 소자에 의하여 표시부의 다수의 화소(18)와 각 화소를 구동하기 위한 복수의 주사전극(15), 복수의 신호전극(12)과 주사회로와 이하에 설명하는 구성을 가지는 신호회로로 이루어진 평면형 디스플레이이다. 각화소(128)는 TFT 소자(18-1)와, TFT 소자(18-1)에 의하여 구동되는 전극간의 액정등의 표시체(18-2)에 의하여 구동된다. 신호회로의 구성으로서, 텔레비젼등을 표시하기 위한 비디오 신호를 위시하는 표시용의 데이터신호를 공급하기 위한 신호의 입력배선(1)과 드레인전극(여기서는 TFT 소자는 n채널 구조로 하고, 입력측의 한쪽의 주전극을 드레인, 출력측의 다른쪽의 주전극을 소오스로 부르기로 한다. TFT 소자는 구조상 소오스와 드레인 전극을 완전히 대칭으로 형성하는 것도 가능하므로 소오스와 드레인의 호칭은 설명한 편의적으로 붙인 것이다.)을 접속한 TFT 소자를 적어도 2개 이상의 게이트전극(제1도에서는 3개(M=3)의 제어전극인 게이트 전극)을 결선하고, 이것을 1블록으로 하고, K개의 각 블록의 게이트(4)는 각 블록을 주사하기 위한 주사전압신호(ψ1,ψ2,ψ3…)를 발생하는 주사전압 발생회로(3)에 접속한다. 블록내의 각 TFT 소자의 소오스 전극에는 데이터 샘플링용의 TFT 소자(6)의 드레인전극을 접속하고, 데이터 샘플리용 TFT(6)의 게이트 전극은 데이터샘플링용의 배선군(5)에 각각 접속되어 있다. 데이터 샘플링용 TFT의 소오스 전극에 대하여 데이터 유지용의 정전용량(7)과 데이터 전송용의 TFT 소자(10)의 드레인전극이 접속된다. 본 실시예에서는 데이터 샘플링용 TFT(6)가 제18도의 TFT(101)등에 상당하고, 데이터 유지용의 정전용량(7)이 제18도의 용량성 부하(201)등에 상당한다. TFT 소자(10)의 소오스 전극에 대하여 버퍼앰프(11)가 접속되고, 버퍼앰프(11)의 출력에 의하여 표시부의 신호 전극군(12)을 구동한다.
이 신호회로의 구성을 그 동작에 따라 분류하면, TFT소자(2)와 TFT소자(6) 및 각각에 부수된 신호계에 의하여 신호입력의 샘플링회로가 되고 TFT소자(6)와 정전용량(7)으로 홀드회로, TFT(10)가 데이터 전송회로, 버퍼회로(11)가 표시부의 구동회로로 되어있다.
회로(3) 및 회로(14)는 1블록 혹은 1라인을 순차적으로 주사하기 위한 주사전압을 발생하기 위한 회로이고, 시프트 레지스터 회로를 중심으로 하고, 필요한 경우에는 레벨 변환회로나 출력단의 버퍼회로를 넣는다. 또 버퍼회로(11)는 그 입력단에 존재하는 정전용량에 인가되어, 유지된 전압을 증폭 혹은 임피던스 변화하여 표시부에 인가하기 위한 회로이고, 인버터를 대표적인 구성으로 하는 각종회로가 생각될 수 있다.
제2도는 제1도의 회로의 변형예이다. 신호입력배선(1)에 인가되는 신호(V2)가 각 블록 별로 안개의 TFT소자(2)에 의하여 절환하여, TFT소자(6)에 인가하는 구성으로 되어 있다. TFT소자의 수를 저감할 수가 있고, 신뢰성의 향상에도 도움이 된다.
제3도에는 인버어터 회로의 입력전압(Vin)에 대한 출력전압(Vout)의 특성을 나타낸다. 이 특성은 TFT소자를 다결정 실리콘을 사용한 TFT로 하고, 인버어터의 회로구성을 엔헨스멘트형 TFT를 2개 사용한 소위 E/E형 인버어터로 한 경우이나, 입력전압(Vin)에 대하여 출력전압(Vout)이 대략 직선적으로 변화하는 영역이 존재하고, 이 부분을 버퍼의 동작영역으로서 사용한다. 즉 제3도의 입력전압 Vin1과 Vin2의 영역에 있어서 출력전압 Vout1과 Vout2가 직선적으로 변화할 수 있다. 이 부분의 경사나 입력전압치에 대한 바이어스 전압치는 TFT소자의 특성 및 인버어트비등의 회로설계에 따라 변화하나 직선영역이 나타난 부분을 동작영역으로 설정하도록 동작 조건을 결정하면 된다.
일반적으로 TFT소자는 MOS 구조의 소자이고, 게이트입력 임피던스는 충분히 높기 때문에 제3도에 나타낸 바와 같은 인버터 회로를 버퍼회로(11)에 사용하는 것은 입력부에 유지된 전하가 버퍼회로(11)의 입력부를 통하여 방전하는 일이 없기 때문에 트랜스퍼 게이트(10)로부터 보내진 신호의 유지특성은 양호해진다.
제4도에 제1도의 각부에 인가하는 구동전압파형을 나타낸다. 주사전극에 인가하는 주사전압(Vsc1,Vsc2, Vsc3…)과 각 주사전극의 화소에 인가되는 비디오입력신호(Vv)와, 각 TFT블록(2)을 순차주사하기 위한 전압신호(ψ1,ψ2,ψ3…)와 각 블록내의 데이터를 샘플링하기 위한 TFT 소자(6)의 게이트에 인가하는 클럭펄스(CP1,CP2,CP3)와 데이터 측적용의 정전용량(7)에 유지된 데이터전압을 버퍼부에 전송하기 위한 전압(Vst)으로 이루어진다. 비디오신호(Vv)는 ψ1,ψ2,ψ3…와 CP1,CP2,CP3의 모두가 인가되어 TFT(2)와 TFT(6)가 ON 상태가 된 시간에 정전용량(7)에 샘플링되고, TFT(2) 혹은 TFT(6)의 어느하나가 OFF 상태가 되었을 경우에는 정전용량(7)의 전압은 유지된다. 주사전압(ψ)과 클럭펄스(CP)와의 조합중에서 TFT(2)와 TFT(6)가 모두 ON 상태가 되는 것은 1주사라인 기간중에 1회이므로 비디오신호(Vv)는 제1도의 좌측의 정전용량에 순차축적되어 간다. 주사전압(ψ)의 인가방향 및 CP의 인가순서를 역으로 하므로서 우측의 정전용량으로부터 Vv가 축적될 수 있음은 말할것도 없다. 이때 TFT(2) 및 TFT(6)의 특성은 ON 저항이 CP1,CP2,CP3각각의 ON 기간에 용량(7)을 충전하고, OFF 기간에 용량(7)의 전하를 유지하도록 OFF 저항을 결정한다. OFF 기간의 최대치는 제1도의 경우에는 제일 좌측단의 신호라인이고, 그 기간은 대략 1주사라인과 동등한 값이다. ON 기간과 OFF 기간의 비는, 수평방향이 M화소인 디스플레이 에 서는 대략 M의 값과 같아진다. M은 예를들면 2000화소 정도이므로 TFT 소자의 ON,OFF비로 충분히 유지가 가능한 값이다.
다음에 버퍼회로(11)의 입력부에 인가되는 전압은 용량(7)과 버퍼회로(11)의 입력용량의 용량분할로 결정되나 용량(7)을 버퍼회로의 입력용량보다 크게 설정해두면 좋다. 버퍼회로가 존재하지 않는 종래의 예에서는 신호전극에 붙은 정전용량보다 큰 값의 용량(7)을 만들지 않으면 안되었기 때문에 TFT(2) 및 TFT(6)는 고속으로 용량(7)을 충전하는 것은 곤란하였다. 이것에 대하여 본 실시예에서는 용량(7)은 그다지 큰값이 되지 않기 때문에 TFT(2) 및 TFT(6)에 의하여 고속으로 충전할 수가 있게 되었다.
또 버퍼회로의 출력은 귀선기간을 제외하고 거의 1수평라인의 주사시간중은 전압을 신호전극에 인가할 수 있고 신호전극과 주사전극과의 사이의 절연저항이 변동했을 경우 혹은 표시부의 TFT소자의 게이트 절연막의 절연저항이 변화된 경우에도 버퍼회로에 의하여 전류를 공급할 수 있기 때문에 신호전극의 전압을 일정하게 유지하는 것이 용이하여 표시부의 얼룩짐을 방지할 수가 있다.
또한 주사전압 (ψ1,ψ2,ψ3…)을 발생시키는 회로의 동작속도는 점(点) 순차주사의 경우와 비교하여, 1블록내의 TFT(2)의 수만큼 저하 시킬 수 있다. 제1도, 제2도에 나타낸 예는 1블록 3개의 TFT소자를 사용한 구성으로 하였으나, 이 수를 더욱 많게 하므로서, 회로(3)동작 주파수를 저하시킬 수 있어 TFT소자에 의하여 용이하게 회로를 내장할 수 있게 된다.
또한 본 실시예에서는 입력신호의 애널로그 신호는 하나의 입력단자에서 인가하고 있는 입력신호를 외부에서 직, 병렬 변환등의 복잡한 신호처리를 행할 필요가 없어 외부의 회로구성을 간단하게 할 수가 있다.
제5도는 제4도의 구동파형의 변형예이다.
Vv에 대하여 직류전압을 인가하고, 정전용량(7)의 공통배선(8)에 대하여 비디오 신호전압을 인가한 것이다. 정전용량(7)의 전압은 샘플링용 TFT(6)의 소오스전극과 배선(8)의 차전압으로 결정되므로 제3도 동일한(단, 극성이 반전한)전압이 용량(7)에 인가될 수 있다.
제6도는 제4도, 제5도의 변형예이다. TN(Twisted Namatic)액정등의 액정을 구동하는 경우에는 구동전압이 교류가 되고 직류성분을 작게한 파형을 인가할 필요가 있다. TFT를 사용한 디스플레이에서는 각 화소에의 인가전압은 1프레임마다 정부(正負)를 반전한 전압을 인가할 필요가 있고, 이 반전압법으로서, 1화면마다 신호의 극성을 반전하는 방법, 1주사라인마다 신호의 극성을 반전시키는 방법등의 반전방법이 제안되고 있다. 어떻든 간에 어떤 레벨을 중심으로 하여 극성이 반전하는 신호전압을 발생시킬 필요가 있으나, 제5도는 1주사라인 마다 Vv와 Vb로 인가하는 전압을 절환하여 정전용량(7)의 차전압이 주사라인 마다 반전하도록한 파형을 발생시킨 예이다. Vv와 Vb와의 절환은 1화면 마다해도 좋고, 이 경우에는 1화면마다 극성이 반전하는 전압을 발생시킬 수가 있다.
이와 같이 본 실시예의 회로구성에서는 입력전압을 반전시킨 신호전압을 용이하게 만들어내는 특징을 가진다.
제7도는 제1도 혹은 제2도의 구성에 대하여 1개의 블록도내의 신호라인수를 1배인 6개(M=6)로 한 구성이다. 제1도 혹은 제2도의 구성에 비교하여 블록주사전압(ψ1,ψ2,ψ3…ψk)은 1/2의 주파수로 저감(펄스폭은 2배) 할 수가 있다. 즉, 1블록내의 신호라인수가 많을수록 블록주사전압은(ψ1,ψ2,…)은 저주파화가 실현될 수 있다.
다음에 제7도의 구성에 있어서, 제4도의 샘플링전압(CP1,CP2,CP3)에 상당하는 CP1,CP2…CP6의 파형을 제8도에 나타낸다. 제8도의 실시예는 CP1과 CP2와 CP3,혹은 CP5와 CP6라는 인접하는 펄스를 오버랩 시키는 기간을 설치한 것이 특징으로 되어 있다. TFT(6)의 출력에 대한 용량(7)에 유지되는 전압을 샘플링전압(CP1,CP2…CP3)의 V3(바람직하기는 접지전위=0)가 되기 직전의 레벨이 남기 때문에 그 이전의 기간에 샘플링전압 V4(바람직하기는 전원전압 Vcc=5V)가 인가되어 있어도 저장이 없다. 즉, 제8도(a)로부터 제8도(b) 다시 제8도(c)와 같이 하므로서, 샘플링전압이 펄스폭은 길어지게 된다. 데이터 샘플링전압 발생회로(13)의 동작속도의 제한이 대단히 완만해지기 때문에 회로 설계가 용이해짐과 동시에 TFT소자 특성에 대해서도 여유가 있게 된다.
제9도는 제8도에 나타낸 파형을 발생하기 위한 회로구성의 일예를 나타낸다. 제9도(a)는 통상의 시프트 레지스터의 회로의 구성이다. 6개의 샘플링전압(CP1,CP2…CP6)을 방생하기 위하여 6단의 시프트 레지스터를 사용하고 있다. 제9도(a)의 구성에서 출력펄스를 길게하기 위해서는 입력전압(Vst)을 길게하면 된다. 제9도(b)는 2계통의 시프트레지스터를 사용한 구성이다. Vst1과 Vst2를 반펄스분만큼 어긋나게하고, 각각의 시프트레지스터를 제9도(a)의 1/2의 주파수로 동작시키므로서, 오버랩된 샘플링전압(CP1,CP2…CP6)이 얻어진다. 다시 9도(c)는 3계통의 시프트레지스터를 사용한 구성이다. 제9도(a)의 1/3의 주파수로 동작시킬 수가 있다. 제9도는 시프트레지스터를 사용한 구성이었으나, 이것을 플립, 플롭등의 회로를 사용해도 마찬가지의 파형이 얻어질수 있음을 말할것도 없다.
상기한 구동법, 회로구성에 의하여 샘플링전압도 저주파화 될 수 있기 때문에 TFT를 사용하여 용이하게 회로가 구성될 수 있다.
한편, 블록주사전압(ψ1,ψ2,…)도 상기한 바와 같은 동일한 방법에 의하여 펄스폭을 제8도(a),(b),(c)와 같이 길게할 수가 있다. 제10도는 종래의 시프트레지스터 1계통의 구성(a)에 대하여 시프트레지스터를 2계통 설치한 구성(b)으로 하므로서 시프트레지스터의 동작주파수를 낮출수가 있게 된다.
제20도는 제9도(b)를 실현하기 위한 회로구성의 일예를 나타낸다. 2상클럭에 의하여 동작하는 시프트레지스터를 2단 설치하고, 각각의 클럭펄스를 역상으로 하므로서, CP1,CP2와 CP3,CP4와의 위상이 1/2상 만큼 어긋난 파형을 출력할 수가 있다.
제21도(a)는 제20도와 회로구성은 같으나 클럭라인과 전원라인을 공통으로한 구성이다. 이들 회로의 동작파형을 제21도(b)에 나타낸다. CP1으로부터 CP4까지의 출력을 얻기 위해서는 2상의 클럭(1) 및 클럭(2)와 1/2상 만큼 위상이 어긋난 입력신호 Vin과 Vin′를 사용한다. CP2으로부터 CP4까지의 출력을 얻기 위하여 시프트레지스터를 1일만 사용한 경우와 비교하여 시프트레지스터의 동작주파수가 1/2로 저주파화 할수 있다.
제22도(a),(b)는 4상의 클럭을 사용하고, 위상이 1/4상 어긋난 출력 Vo1~Vo4를 얻는 회로구성 및 그 타임챠트이다. 이 경우에는 시프트레지스터 1열의 경우에 비교하여 주파수를 1/4로 저주파화 할 수가 있다.
제23도(a)는 주사전압발생회로(3′)출력(ψ1,ψ2…)를 다상클럭배선(5′)과 스위치회로(2′)의 조합에 의하여 주사전압(ψ1,ψ2,ψ3…)를 얻는 구성이다. 스위치회로(2′)의 일예로서는 제23도(b)에 나타낸 바와 같이 2개의 TFT소자에 의하여 2상의 클럭(a,b)에 의하여 출력전압(c)을 얻는 구성을 생각할 수 있다. 구동파형을 제23도(c)에 나타낸다. ψ1을 4상 클럭펄스(CP1 1,CP2 1, CP3 1, CP4 1)에 의하여 절환하여 ψ1,ψ2,ψ3,ψ4를 얻고 있다.
제11도는 제1도의 회로구성의 변형예이다. TFT소자(2)의 출력단에 버퍼회로(19)를 설치하여 전압의 증폭을 행하는 방식이다. 이와 같이 전압증폭, 레벨시프트등의 목적으로 버퍼회로를 삽입하는 것도 가능하다.
제12도는 신호입력배선에 대하여 샘플링용의 TFT(6)를 접속하고, 주사배선(4)과 TFT를 TFT(6)의 출력단에 접속한 구성이다. 회로의 동작은 제1도의 회로와 동일하나. TFT소자(2)의 출력단에 접속한 정전용량에 유지된 전압이 TFT 소자의 게이트 소오스간 용량에 의하여 게이트전압에 인가된 전압의 영향을 받는 경우에는 CP1,CP2,CP3의 쪽이 ψ1,ψ2,…에 비하여 고주파이고, 정전용량의 전압에 영향을 받기쉽고, 제7도의 구성폭이 게이트전압의 영향이 작아진다는 잇점이 있다. 제12도의 실시예에서도, 제4도, 제5도, 제6도의 구동법이 적용될 수 있음은 말할 것도 없다.
제13도는 제1도의 회로를 3개의 컬러의 입력신호배선(1)에 대응시킨 경우의 구성예이다. 3색의 표시에 대응한 Vvr,Vvg,Vvb의 비디오 신호에 대하여 9개의 TFT소자를 1블록으로 하고, 3상의 클럭전압(CP1,CP2,CP3)에 의하여 샘플링을 행한다. 이 구성에 의하여 9화소(R,G,B의 3색을 1도트로하는 3도트분)을 구동할 수가 있다. Vvr,Vvg,Vvb를 각 라인마다에 인가하는 순서를 변환하므로, 모자이크 구성의 컬러배치의 표시도 행할 수 있다.
제14도에 p 및 n채널의 CMOS구성의 스위치를 사용한 회로구성과 그 구동파형의 일예를 나타낸다. 1라인마다 신호접압의 극성을 반전하거나, 1프레임마다 반전하거나 하기 위하여 정부 양극성의 전압을 인가할 필요가 있기 때문에, p,n의 양 채널의 TFT소자를 사용하여 스위치를 구성하므로서, 동작속도의 향상이 도모된다.
제15도에는 TFT소자의 게이트 소오스간의 정전용량에 의하여 게이트의 전압이 소오스에 용량결합에 의하여 중첩되는 것을 방지하는 방법을 나타낸다.
지금까지 설명한 각 TFT대신에 각각 2개의 TFT소자를 사용하고, 2개중 한 개는 게이트에 논리의 반전된 전압을 인가하여 게이트로부터의 용량겹합을 상쇄하도록 하고 있다.
제16도는 용량성 부하가 되는 정전용량의 형성방법의 일예를 나타낸다. 통상, 정전용량은 금속전극 2층과 절연막 1층에 의하여 형성하나, 여기서는 TFT기판에 대하여 대향하는 유리기판상의 투명전극을 전극(21)과 같이 형성하고, TFT기판상의 정전용량을 필요로 하는 부분에도 전극(20)을 형성한다. 디스플레이 형성시 액정을 봉입하므로서 이들 2매의 전극의 사이에서 양호한 정전용량이 형성될 수 있다. 이에 부가하여 이들 2조의 전극을 투명전극으로 형성하면 회로동작시에 전압이 인가되므로 액정이 동작하고 회로의 동작검사도 가능하게 된다.
제16도에 부가하여 지금까지 설명한 회로동작을 안정되게 행하기 위하여 제12도와 같은 대향유리 전극을 정전용량을 형성하기 위한 전극으로 사용하는 것등을 목적으로하는 경우를 제외하고, 회로형성부상의 대향기판의 투명전극을 제거한 예를 제17도에 나타낸다. 대향유리기판(24)상에 투명전극영역(29)은 표시부(25)상에만 형성하고, 주사회로(22)와 신호회로(23)위는 제거한 구성이다. 이에 의하여 회로의 각부와 대향유리기판과의 정전용량결합을 작게함으로서 회로의 고속화가 가능해진다.
제24도는 제1도의 회로의 변형예이다. 복수개의 TFT소자(101)를 배열하고, K본의 데이터전극(102)의 각각에 대하여 K개의 TFT소자의 각각의 드레인 전극을 결선하고, 상기 K개의 TFT소자의 게이트전극을 1본의 블록주자전극(103)에 결선하고 K개의 TFT소자의 소오스전극에 접속한 출력전극(104)는 버퍼회로 혹은 전압변환회로(107)에 접속하고, 표시부의 신호전극(108)에 전압을 출력한다.
본 실시예에 있어서는 데이터전극(102)을 TFT소자(101)의 입력측에 배치하고, 출력전극(104)에 대하여 교차하지 않는 구성으로 되어 있다. 또한 출력전극(104)과 표시부와의 사이에 버퍼회로(107)를 형성하고, 표시부의 주사전극(109)과 출력전극(104)이 교차하지 않는 구성으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 하므로서, TFT소자(101)의 출력전극(104)에 대하여 전압레벨이 데이터신호 전압이나 표시부의 주사전압과 같이 전압레벨이 시간적으로 항상 변동하는 전압이 정전용량 결합에 의하여 신호전압에 대하여 잡음으로 중첩되는 것을 피할 수 있다. 또한 TFT소자(101)를 작은 형상으로 구성해도 신호전압의 S/N비를 크게할 수가 있다.
상기 구성에 부가하여 출력전극(104)에 대하여 용량성 전극(105)을 절연막을 사이에 끼우고 교차시켜 용량(106)을 형성하고, TFT(101)에 의하여 인가된 출력전압의 안정성을 증대시킬 수가 있다. 버퍼회로(107)는 복수레벨의 전압으로부터 출력전압을 선택하는 소위 멀티플렉서회로나, 애널로그 전압의 증폭회로등의 입력측이 고임피던스, 출력측이 저임피던스 구성의 회로이면 좋다.
제24도의 실시예에 의하면 분할 매트릭스 회로의 출력부에 있어서, 다른 배선으로 부터의 용량결합에 의한 파형의 변동을 작게할 수 있기 때문에 안정된 출력전압을 얻을수가 있어 표시부의 표시특성의 향상이 가능하게 된다. 또한 출력부에 대한 용량결합에 의한 파형의 변동이 작기 때문에 출력부에 형성하는 용량도 작게할 수가 있어 그것을 구동하는 분할 매트릭스회로의 TFT소자를 작게할 수 있음과 동시에, 분할 매트릭회로의 동작속도의 향상도 가능하게 된다.
또한 상기 실시예에서는 선순차 주사를 예로들어 설명했으나, 본 발명은 점순차주사에도 적용할 수 있음은 말할 것도 없다.
본 발명에 의하면 고속으의 주사방법 및 회로를 얻을 수가 있다.

Claims (8)

  1. 입력신호가 인가되는 한쪽의 주전극, 다른쪽의 주전극, 그 한쪽의 주전극으로부터 다른쪽의 주전극에의 입력신호의 전달상태 및 비전달상태를 제어하는 제어신호가 인가되는 제어전극을 가지는 L개(KL~~3)의 반도체스위치 소자와, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 다른쪽의 주전극에 각각 접속되는 용량성 부하를 구비하고, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 하나를 소정의 주기로순차 전달상태 또는 비전달상태로부터 비전달상태 또는 전달상태로 이행시키는 주사방법에 있어서, 주사가 인접하는 임의의 L개(KL~~2)의 반도체 스위치소자가 전달상태가 되는 기간과, 상기 L개의 반도체 스위치 소자가 비전달상태가 되는 기간을 적어도 1주기내에 설정하는 것을 특징으로 하는 주사방법.
  2. 제1항에 있어서, L는 K/2의 근방에 설정되는 것을 특징으로 하는 주사방법.
  3. 제2항에 잇어서, K=2L-1, 또는 K=2L, 또는 K=2L+1로 설정되는 것을 특징으로 하는 주사방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체 스위치소자와 상기 용량성 부하는 동일기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 주사방법.
  5. 한쪽의 주전극, 다른쪽의 주전극, 제1의 전위레벨 또는 그 제1의 전위레벨과는 다른 제2의 전위레벨이 인가되는 제어전극을 가지는 K개(K~~3)의 반도체 스위치소자와, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 한쪽의 주전극에 인가하는 연속적인 입력신호를 발생하는 입력신호원과, 그 K개의 반도체 스위치 소자의 다른쪽의 주전극에 각각 접속되는 K개의 용량성 부하와, 그 K개의 반도체 스위치소자의 제어전극에 인가되는 제1의 전위레벨과, 제2의 전위레벨을 소정의 주기로 순차 그 제1의 전위레벨 또는 제2의 전위레벨로부터 제2의 전위레벨 또는 제1의 전위레벨로 이행시키는 제어회로를 구비하는 주사회로에 있어서, 상기 제어회로는 주사가 인접하는 임의의 L개(KL~~2)의 반도체 스위치 소자의 제어전극이 제1의 전위레벨이 되는 기간과, 상기 L개의 반도체 스위치소자의 제어전극이 제2의 전위레벨이 되는 기간을 적어도 1주기내에 설정하는 제어회로인 것을 특징으로 하는 주사회로.
  6. 제5항에 있어서, L는 K/2의 근방에 설정되는 것을 특징으로 하는 주사회로.
  7. 제6항에 잇어서, K=2L-1, 또는 K=2L, 또는 K=2L+1로 설정되는 것을 특징으로 하는 주사회로.
  8. 제5항에 있어서, 상기 반도체 스위치소자와 상기 용량성 부하는 동일기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 주사회로.
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