(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差してマトリックス状に配列された複数のデータ線および複数の走査線と、このマトリックスの各格子ごとに配設された画素電極と、前記走査線によりオン・オフを制御され、オン時に前記データ線から供給された書き込み電圧を前記画素電極に導通させる、前記各格子ごとに設けられた第１のスイッチ素子とを備えたスイッチ素子アレイ基板と、
前記画素電極に対して間隙を保持して対向配置された対向電極を有する対向基板と、
前記スイッチ素子アレイ基板と前記対向基板との間に挾持された液晶層と、
対応する前記第１のスイッチ素子と前記画素電極との間に介挿され、前記第１のスイッチ素子がオンの際の前記データ線から供給される書き込み電圧の状態をデータとして保持するメモリ素子と、
前記走査線に対応して配設され、ノーマリーホワイトにおける黒表示を行うための交流駆動信号線と白表示を行うための所定の一定電位のリセット信号線とにより構成された、表示制御線と、
前記メモリ素子の出力により、前記画素電極と前記表示制御線との接続を制御する各格子ごとに設けられた第２のスイッチ素子と、
前記データ線および前記走査線の双方がアドレス指定を行わない場合には前記交流駆動信号線の周波数を低下させる周波数変更手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ素子は、前記メモリ素子の出力により前記交流駆動信号線と前記リセット信号線を択一的に選択して前記画素電極に接続するものである論理回路であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記リセット信号線に印加される電圧の電位が、前記交流駆動信号線に印加される電圧のほぼ平均電位であり、
前記対向電極に印加される電圧の電位が、前記リセット信号線に印加される電圧と同電位であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記画素電極が、少なくとも前記メモリ素子および前記第２のスイッチ素子の上に電気絶縁層を介して表面が光を反射する膜が形成された、光反射型の画素電極であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記データ線および前記走査線に選択的にそれぞれ電圧を供給し、選択された画素電極を前記第１のスイッチ素子を介して駆動する液晶駆動回路をさらに備え、
前記液晶駆動回路は、前記スイッチ素子アレイ基板上に少なくとも前記スイッチ素子の形成材料と同じ材料を用いて一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記周波数変更手段は、
発振回路と、
この発振回路の出力信号を異なる複数の周波数に分周する分周回路と、
前記データ線および前記走査線のアドレス指定動作を検出するアドレス信号検出回路と、
このアドレス信号検出回路の出力により、アドレス指定動作が行われているときには通常の周波数を、アドレス指定動作が行われていないときには低下させた周波数をそれぞれ選択して出力するスイッチ手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に携帯用パソコンなど小型情報端末の表示デバイスとして好適な、高精細画像の表示を低消費電力で実現できる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）に代わるディスプレイデバイスとして、各種情報処理機器の画像表示装置あるいはポータブルテレビや壁掛けテレビなどに広く用いられている。特に近年は薄型・軽量化が可能なディスプレイデバイスとして注目されており、いわゆるノートブック型パソコンのような携帯型の情報処理機器等に用いられている。
【０００３】
そのような液晶表示装置の中でも特に多結晶シリコン（以下、ｐ−Ｓｉと略称する）で形成された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称）などの薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、ＴＦＴと略称）をスイッチング素子として画素部に設ける一方、同様な構造のＴＦＴをスイッチング素子アレイ基板の周縁部にも設けて液晶表示回路を形成した、いわゆる駆動回路一体型のアクティブマトリックス型液晶表示装置の研究・開発が盛んに行なわれている。
【０００４】
ここで、従来の液晶表示装置、特にアクティブマトリックス型液晶表示装置の構成とその動作について簡潔に述べる。
【０００５】
図１９は一般的な従来の液晶表示装置の回路構造の概要を示す図である。
【０００６】
従来の液晶表示装置は、マトリックス状に配線された複数のデータ線９０１および走査線９０２と、画素電極９０３と、これら画素電極９０３とデータ線９０１との間に、走査線９０２により制御される画素部スイッチ素子９０４と、この画素部スイッチ素子９０４の後段かつ画素電極９０３の前段に一端が接続され他端はアース接続された電荷蓄積容量９０５とを備えたスイッチ素子アレイ基板９０６と、画素電極９０３に間隙を保持しつつ対向配置される対向電極９０７を備えた対向基板（図示せず）と、これら対向基板とスイッチ素子アレイ基板との間に周囲を封止されて挾持され前記の各画素電極９０３と対向電極９０７との間で液晶容量９０８を形成する液晶層と、前記のデータ線９０１を駆動するデータ線ドライバ９０９および走査線９０２を駆動する走査線ドライバ９１０とから、その主要部が構成されている。
【０００７】
一般に液晶駆動回路系としては、例えば外付けされたシフトレジスタ型などの液晶ドライバＩＣが用いられる。あるいは、例えばｐ−ＳｉＴＦＴを前記の画素部スイッチ素子９０４として用いてこのｐ−ＳｉＴＦＴで上記の液晶駆動回路系をも同一基板上に直接形成する、いわゆる液晶駆動回路一体型の液晶表示装置も提案されている。
【０００８】
次に、上述のような従来の構造の液晶表示装置の動作について簡潔に述べる。走査線ドライバ回路９１０により、ある走査線９０２が選択されると、その走査線９０２上に接続されている画素部スイッチ素子９０４が導通状態となる。
【０００９】
このとき、データ線ドライバ回路９０９により画像データに対応したデータ線９０１が選択されて、そのデータ線９０１にビデオ信号などの画像データに対応した電圧が印加される。
【００１０】
そして前記の選択された走査線９０２および選択状態となっているデータ線９０１とに接続されている画素部スイッチ素子９０４を介して、データ線９０１から電圧が供給されて電荷蓄積容量９０５に電荷が蓄積されるとともに、その電圧がそれに接続された画素電極９０３に書き込まれる。すると液晶セル（液晶容量９０８）はこの電圧が印加されてその電位に対応した光変調を行なうことによって、画像表示が実現される。
【００１１】
１水平走査期間中に、データ線９０１はデータ線ドライバ９０９によって左右いずれか一方の端から他端へと順に選択される。そして走査線９０２側では、ある走査線１列に対してビデオ信号の書き込みが終わると次の走査線９０２が選択される。このような走査が上から下またはその逆で点順次に行なわれて行き、この走査選択が終端の走査線にまで達すると、再び最初の走査ラインに戻って上記の動作が繰り返される。このような点順次走査を繰り返して、液晶表示装置の画面全体の画像が選択され表示されて行き、各水平走査期間ごとの画面１フレーム（又は１フィールド）が形成される。
【００１２】
上記のような液晶表示装置の最大の利点は一般に、前述した如く薄型・軽量という点である。この利点を生かして液晶表示装置は、ノートブック型パソコンのような携帯型情報処理装置のディスプレイデバイスとして搭載されるようになってきた。
【００１３】
ノートブック型パソコンなどの携帯型情報処理装置は、携帯可能でなければならないので、一般にバッテリー駆動方式が採用されており、従って、現状では一回の充電で続行可能な使用時間はバッテリーの電力容量に依存して限界がある。
【００１４】
そこで、一回の充電で続行可能な使用時間を、より長くするための方策が種々試みられているが、バッテリー自体の電力容量の増大を図ることは言うまでもなく、その一方で液晶表示装置の低消費電力化が重要な課題となっている。
【００１５】
特に近年ではバッテリー自体の電力容量については、携帯可能であることが必須条件となっているので、バッテリーの重量を増やすこと無くその電力容量を増大しなければならない。しかしバッテリーの電力容量密度（容量／重量）の向上は、一般的に用いられるバッテリーの分野においてはすでに技術的な向上の限界に近付いており、これ以上の大幅な向上は実際上ほとんど望めないのが現状である。従ってもう一方の、液晶表示装置の低消費電力化が、さらに重要な課題となっている。
【００１６】
液晶表示装置の低消費電力化を図るためには、主として２つの方策が考えられる。第１は、液晶表示装置が非発光素子であることにより照明光が必要となるが、この照明光を供給するための電力の低減化である。
【００１７】
しかしながら、従来のいわゆるバックライトを用いた液晶表示装置においてはそのバックライトの発光効率および利用効率の向上も、ほとんど限界に近付いているのが現状である。しかも、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置におけるさらなる画面の高精細化および多画素化につれて、さらに画素部開口率が低下する傾向にあるため、バックライトの点での低消費電力化は困難であるという問題がある。
【００１８】
液晶表示装置の低消費電力化を図る第２の方策としては、液晶表示装置自体を駆動してその液晶パネルに画像を表示するために必要な、いわゆる駆動電力の低減化が考えられる。
【００１９】
しかし、従来の液晶表示装置では、そのような駆動電力量を大幅に低減することは非常に困難である。
【００２０】
従来の液晶表示装置においては一般にダイナミック駆動型と呼べるような駆動方式が採用されている。即ち、従来の液晶表示装置は、図１９で示したように、データ線９０１の電位を一旦、電荷蓄積容量９０５に蓄えつつ画素電極９０３にも印加することで、各画素ごとの液晶セル９０８への液晶印加電圧の書き込みを行なっている。
【００２１】
このため、一つの選択期間の次にデータ線９０１の電位が一つの画素の液晶セルに書き込まれるまでの期間中に、その画素の液晶容量９０８および電荷蓄積容量９０５から電流がリークするなどして、液晶容量９０８の保持している電位が低下し、明度やコントラストの低下等の表示状態の劣化を引き起こす。
【００２２】
このため、表示画像を高品位に保つには、静止画像表示の際にも常にデータ線ドライバ９０９および走査線ドライバ９１０を動かして、常に各画素に電圧の書き込みを行なってその電位を保持しなければならず、液晶容量および電荷蓄積容量と画素部スイッチ素子とを含めた回路構造に対し、あたかもＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）のように常にリフレッシュを行なわなければならず、液晶駆動回路系を常に動かすための電力および各画素部のリフレッシュを行うための電力を必要とするため、消費電力の点で極めて不利であり、低消費電力化にとってはむしろ逆行するものでさえあるという問題があった。
【００２３】
そのような問題の解決を意図した低消費電力型の液晶表示装置として、画素内にメモリ素子を配設されたスタティック型の液晶表示装置が提案されている。
【００２４】
画素内にデジタルメモリを有するスタティック型の液晶表示装置は一般に、
（１）静止画像表示時に外部からの映像信号の入力を止めることができ、低消費電力化が図れる。
（２）画素電圧をデジタル化することにより、クロストーク等による表示品質の劣化が起きにくい。
といった利点を備えている。
【００２５】
しかしながらその一方で、各画素ごとに複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチ素子を組み合わせてなるデジタルメモリが形成されている構造であるため、１画素あたり１個のＴＦＴを画素部スイッチ素子として用いたダイナミック型の液晶表示装置と比較して構造が極めて煩雑であり、またその製造歩留りが低下するという問題がある。
【００２６】
そして、近年ますます多画素化、高精細化が進む携帯型情報処理装置に用いられる液晶表示装置にあっては、画素のさらなる微細化が進むため上記のような画素部の構造の煩雑化およびその製造プロセスの煩雑化は著しく進み、その結果、場合によっては前記のデジタルメモリを含んだ回路構造が一画素領域内ごとには収まらなくなる、という問題もある。つまり上記のような構造が実際的には採用不可能となるという問題がある。あるいは、そのような繁雑で大きな占有面積を必要とする回路構造に占有されて残った僅かな面積にしか画素開口部を設けられなくなるので、画面の輝度が低くなる、あるいは狭い画素開口面積で所定の輝度を得るために、バックライトなど照明に要する電力を増加させなければならなくなり、低消費電力化にとってむしろ逆行することになるという問題がある。
【００２７】
このような画素内にメモリ素子を備えたスタティック型の液晶表示装置としては、例えば特開昭５８−２３０９１号公報などに開示され提案されている。
【００２８】
このような従来のスタティック型の液晶表示装置の回路構造の第１の例を図２０に、また第２の例を図２１に示す。
【００２９】
これら従来例は、データ線９０１に接続しているとともに走査線９０２によって制御される画素部スイッチ素子９０４と、メモリ素子９１１と、各画素の液晶セル（液晶容量９０８）を交流駆動するために印加電圧を所定のタイミングで極性反転させる付加回路９１２とを備えて形成されている。
【００３０】
これらの基本的な動作は、メモリ素子９１１にデータ線９０１からのビデオ信号をラッチし、その信号を各画素の液晶セル（液晶容量９０８）に書き込む、というものである。
【００３１】
ここで、メモリ素子９１１は、新たな信号が書き込みされるまで前の信号を保持するので、一旦、信号の書き込みを行なってしまえば、前記のデータ線ドライバ９０９および走査線ドライバ９１０を停止しても、それまでに書き込まれた画像を静止画像として継続表示することが可能である。従って、静止画像表示の際の液晶表示装置としての駆動の低消費電力化を実現することが可能となる。
【００３２】
なお付加回路９１２としては、第１の従来例ではエクスクルーシブＮＯＲ回路を用いた例が、また第２の従来例ではトランスファゲートを用いて各画素ごとに選択的に外部からの交流信号を入力させる例が、それぞれ示されている。
【００３３】
ところで、前述したように、液晶セルは直流電圧が印加され続けるとその液晶分子に誘電分極が発生して特性が劣化するため、一般に交流的に駆動されるが、上記の２つの従来例では２相のクロック信号を対向電極と画素電極との両方に印加することで液晶セルを交流駆動している。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の液晶表示装置では、対向電極を交流駆動することを前提としてその回路系が形成されているが、対向電極はすべての画素電極に対して液晶層を介して共通に対向して液晶容量を形成するように配置されるものであるため、大きな電気容量成分を持っており、この大容量の電気容量を交流駆動時に充放電するために駆動力（あるいは駆動容量）の大きなドライバ回路系が必要になる。また、そのような大容量の電気容量を充放電するためには、電流をさらに多く消費しなければならなくなる。
【００３５】
駆動回路として外付けの液晶ドライバＩＣなどを用いる液晶表示装置の場合には、対向電極側を交流駆動する際に必要な電気容量に対応できる電気容量を備えた液晶ドライバＩＣを選択すれば、従来の技術に係る対向電極側を交流駆動する方式でも採用可能である。しかし、駆動回路系を含めた液晶表示装置全体の小型化および低消費電力化を図るためには、駆動回路系をＴＦＴアレイ基板上に画素部スイッチＴＦＴや画素電極等と一体で形成することが望ましい。このとき、駆動力の大きな液晶ドライバ回路を基板上に薄膜トランジスタ構造で形成すると、その素子面積はその容量に対応して増大するので、液晶ドライバ回路は物理的に大きな面積を占有するという問題がある。しかも、そのような液晶ドライバ回路の製造プロセスもさらに煩雑化し、製造歩留りの低下や信頼性の低下を招くという問題がある。
【００３６】
また、前述した従来技術に係る液晶表示装置では、静止画表示時にはスタティック動作により消費電力の大幅な低減を図ることができるが、動きの少ない画像の表示では、画面内に一か所でも動画表示部分があれば、消費電力は通常の動画を表示するダイナミック動作の際の消費電力と同様の消費電力が必要となるという問題がある。
【００３７】
さらに、従来例の構造のままでは画素ごとに交流信号の入力が可能ではあっても、単体で入力装置として使用することはできない。従来構造を採用し、これに表示機能に加えて入力機能も持たせようとすると感圧シートやセンサ板などを液晶セルに挟み、あるいは上置きすることが必要となるため、セル厚が増加せざるを得ない。これは携帯機器に搭載するのに不利であるばかりでなく、部材低減の側面から見ても問題である。
【００３８】
本発明は、上述のような従来技術の問題点、即ち、
第１に、液晶セルを交流駆動するために要する電力量が液晶表示装置の消費電力量として大き過ぎるという問題、および、
第２に、液晶セルを交流駆動するための大きな駆動容量の液晶ドライバ回路が必要となりそのために液晶駆動回路系が大型化し、結果的に液晶表示装置全体としての小型化の大きな妨げとなるという問題、
第３に、動きの少ない画像を表示する際にも画面全体の画素を動かして表示する動画表示と同等の消費電力が必要であり、これに要する電力量が液晶表示装置の消費電力量として大き過ぎるという問題、
を解決しようとするものであり、小型、簡易な構造で、製造方法を簡易化でき、高精細な画像表示が可能で、特に静止画像表示時の低消費電力特性に優れた、ノートブック型パソコンのような携帯型情報処理装置に好適な液晶表示装置を提供することを目的としている。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる液晶表示装置によれば、
互いに交差してマトリックス状に配列された複数のデータ線および複数の走査線と、このマトリックスの各格子ごとに配設された画素電極と、前記走査線によりオン・オフを制御され、オン時に前記データ線から供給された書き込み電圧を前記画素電極に導通させる、前記各格子ごとに設けられた第１のスイッチ素子とを備えたスイッチ素子アレイ基板と、
前記画素電極に対して間隙を保持して対向配置された対向電極を有する対向基板と、
前記スイッチ素子アレイ基板と前記対向基板との間に挾持された液晶層と、
対応する前記第１のスイッチ素子と前記画素電極との間に介挿され、前記第１のスイッチ素子がオンの際の前記データ線から供給される書き込み電圧の状態をデータとして保持するメモリ素子と、
前記走査線に対応して配設され、ノーマリーホワイトにおける黒表示を行うための交流駆動信号線と白表示を行うための所定の一定電位のリセット信号線とにより構成された、表示制御線と、
前記メモリ素子の出力により、前記画素電極と前記表示制御線との接続を制御する各格子ごとに設けられた第２のスイッチ素子と、
前記データ線および前記走査線の双方がアドレス指定を行わない場合には前記交流駆動信号線の周波数を低下させる周波数変更手段とを備えたことを特徴とする。
【００４０】
前記第２のスイッチ素子は、前記メモリ素子の出力により前記交流駆動信号線と前記リセット信号線を択一的に選択して前記画素電極に接続するものである論理回路であると良い。
【００４１】
前記リセット信号線に印加される電圧の電位が、前記交流駆動信号線に印加される電圧の平均電位であり、前記対向電極に印加される電圧の電位が、前記リセット信号線に印加される電圧と同電位であることが好ましい。
【００４２】
このように、白表示に対して一定電位のリセット信号を用い、また、画素内にメモリセルを配置し、静止状態の画素はメモリ素子の保持機能を用いてそれまでの表示状態を保持する一方、例えば静止画像中のカーソルの移動の表示など、部分的な動画に対応する部分の画素だけを書き換えるような駆動が低消費電力で可能となる。
また、アドレス指定が行われない、新たな表示データが与えられない状況では交流電圧の周波数を下げることにより、消費電力をさらに低下させることができる。
【００４３】
前記画素電極が、少なくとも前記メモリ素子および前記第２のスイッチ素子の上に電気絶縁層を介して表面が光を反射する膜が形成された、光反射型の画素電極であると良い。
【００４４】
光反射型の構造とすることにより、ＴＦＴ等を面積の制約なく形成することができる。
【００４５】
前記データ線および前記走査線に選択的にそれぞれ電圧を供給し、選択された画素電極を前記第１のスイッチ素子を介して駆動する液晶駆動回路をさらに備え、前記液晶駆動回路は、前記スイッチ素子アレイ基板上に少なくとも前記スイッチ素子の形成材料と同じ材料を用いて一体的に形成されたものであることが好ましい。
【００４６】
この場合には小型形状を実現できる。
【００４７】
前記周波数変更手段は、発振回路と、この発振回路の出力信号を異なる複数の周波数に分周する分周回路と、前記データ線および前記走査線のアドレス指定動作を検出するアドレス信号検出回路と、このアドレス信号検出回路の出力により、アドレス指定動作が行われているときには通常の周波数を、アドレス指定動作が行われていないときには低下させた周波数をそれぞれ選択して出力するスイッチ手段とを備えて構成される。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。
【００４９】
図１は本発明に係る第１の実施形態にかかる液晶表示装置の回路構造の概要を示す等価回路図である。図１において、複数のデータ線対（１−１ａ，１−１ｂ，１−２ａ，１−２ｂ…）と複数の走査線２（２−１，２−２…）とが、マトリックス状に互いにほぼ直交して配設されている。このマトリックスの各格子は１画素に対応しており、この格子中には画素を形成するための画素電極３が一つずつ形成されている。なお、図１中では画素電極３自体は表されてされておらず、等価回路的に各液晶セルの図中上側の電極（端子）として表現されている。
【００５０】
本実施の形態の液晶表示装置の主要部は、各格子内の一画素ごとに、２つのインバータ素子４，５をループ接続したデジタルメモリセルであるメモリ素子１００と、データ線１−１ａ，１−１ｂ…のように２本ずつ隣り合ったデータ線１−ｎａ，１−ｎｂ…（ｎはデータラインの列を示す自然数）とメモリ素子１００との間にそれぞれ挿入された２つのｎＭＯＳ構造のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）６，７と、交流駆動信号線８（８−１，８−２…）と画素電極３とに接続される一方でゲートが前記のメモリ素子１００の一端に接続され、その出力によって制御されて画素電極３に対して交流駆動信号線８の電圧の導通をオン／オフ制御するＣＭＯＳ構造のトランスファゲート９と、リセット信号線１０と画素電極３とに接続される一方でゲートが前記のメモリ素子１００の前記とは反対側の一端に接続され、その出力によって制御されて、画素電極３に対してリセット信号線１０からの電圧の導通をオン／オフ制御するトランスファゲート１１と、画素電極３と対向電極１２との間に介挿された液晶層によって形成された液晶セル１３とから、構成されている。
なお、交流駆動信号線８およびリセット信号線１０は特許請求の範囲では表示制御線として総称され、また、ＴＦＴは特許請求の範囲における第１のスイッチ素子に、トランスファゲートは特許請求の範囲における第２のスイッチ素子にそれぞれ対応する。
【００５１】
そして対向電極１２およびリセット信号線１０は、一定電位の電圧を出力する定電圧電源回路（図示省略）に接続されている。またデータ線ドライバ１４および走査線ドライバ１５が、ＴＦＴアレイ基板２００の周縁部の上に、各ＴＦＴとともにそれらのうちの少なくともいずれか一つのＴＦＴに用いられた材料と同じ材料を用いて配設されている。
【００５２】
本実施の形態にかかる液晶表示装置の特に画素部における具体的な回路構造を図３の平面図に、またその断面構造の概要を図３のＡ−Ａ′断面図である図４に示す。
【００５３】
図３および図４によれば、電気絶縁性基板であるガラス基板３０１上に、ｐ−Ｓｉ（多結晶シリコン）膜３０２を活性層として用いて、各画素ごとに画素部スイッチ素子としてのＴＦＴ６，７やトランスファゲートを構成する２個一組のＴＦＴ９，１１やメモリ素子１００を構成するＴＦＴ等の各種ＴＦＴ３０３が形成されている。
【００５４】
このｐ−Ｓｉ膜３０２は減圧ＣＶＤ装置によりａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）薄膜を形成した後、これをアニール炉を用いて６００℃の窒素雰囲気中にてアニールすることにより形成した。
【００５５】
ゲート絶縁膜３０４および第１層間絶縁膜３０５としては、常圧ＣＶＤ装置により形成したＳｉＯX （酸化シリコン）膜を用いた。ゲート電極３０６としては低抵抗化を図るためにＭｏＷ膜を用いた。そしてソース／ドレイン電極などの電極３０７はＡｌ膜を用いて形成した。電源線３０８および接地線３０９は、プロセス整合性に悪影響の無い範囲で可能な限りの低抵抗化を図るためにＡｌ膜を用いて形成した。
【００５６】
また、データ線１（図４中ではデータ線１−１ａ）は、電源線３０８との交差部でＭｏＷ膜３１６を経由する構造として形成した。これによりデータ線１全体としての配線抵抗値は若干増大してしまうが、データ信号がデジタル信号であるため書き込み特性に対しては実際上特に問題は生じなかった。
【００５７】
交流駆動信号線８およびリセット信号線１０は、走査線２にほぼ平行方向の配線としてそれぞれＭｏＷ膜を用いて形成した。そして上記のメモリ素子１００および交流駆動信号線８などの各種配線の上を第２層間絶縁膜３１０で被覆して電気絶縁性を確保し、この第２層間絶縁膜の上にＡｌ膜を用いて反射型の画素電極３を形成した。
【００５８】
第２層間絶縁膜３１０は、常圧ＣＶＤ装置により形成したＳｉＯX （酸化シリコン）膜とプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉＮX （窒化シリコン）膜との２層積層構造とした。
【００５９】
画素電極３と画素部ごとに形成されたメモリ素子１００等の回路素子は、コンタクトホール３１１を通って電気的に接続されている。
【００６０】
一方、第２のガラス基板３１２上には、ＩＴＯのような透明導電膜からなる対向電極１２が形成され、さらにそれを含んでガラス基板３１２の上ほぼ全面を覆うように配向膜３１３が形成されて、対向基板３１４の主要部が構成されている。そしてこれら両基板間には、液晶組成物３１５がその周囲を封止されて注入・挟持されている。
【００６１】
上記のような構造は、対向基板３１４側から光を入射させ、画素電極３上で反射して各画素ごとにその液晶セルにより光変調を行なって、液晶セルから画素電極上での反射光を再び対向基板側へと出射させることで、いわゆる反射型の液晶表示装置として機能するように形成されている。この方式は、メモリ素子１００等の回路上に画素電極３を形成できるので、画素電極３の有効面積を、テジタルメモリセル１００およびその配線等の占有面積に影響されることなく十分に広く取ることができ、しかもバックライト等も不要であるため、さらに高輝度の（明るい）表示を、さらに低い消費電力で実現できるという、携帯型の液晶表示装置として極めて好適な優れた利点を備えている。
【００６２】
本実施の形態においては、画素電極３を反射電極として使う上記のような効果をさらに有効なものとするために、偏光板を用いないで光変調を行なうことが可能なゲスト−ホスト型液晶を液晶組成物として用いた。またゲスト−ホスト型液晶を用いれば、液晶内に混入する色素を種々変更することで、白黒表示の他にも、カラーフィルタを用いることなしにカラー液晶を実現することもできる。このように、ゲスト−ホスト型液晶を用いることにより、光の透過損失が大きく光利用効率を低下させる主因の一つであった偏光板やカラーフィルタが不要となる。
【００６３】
次に、この実施の形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。
【００６４】
この液晶表示装置は、通常の線順次走査を行なうことによってビデオ信号を画面にわたって書き込み動画像表示を行なう駆動モード（順次走査モード）の他にも、画面の一部分のみを選択的に書き換えて表示を行なう部分駆動モード（部分走査モード）や、静止画表示を行なう静止駆動モード（静止画モード）を使い分けることができる。
【００６５】
本発明によれば、これらの各モードのうち特に部分走査モードおよび静止画モードにおいて、消費電力を飛躍的に低減することができる。そのような本発明に係る液晶表示装置における１画素へのビデオ信号の書き込みは、以下のようにして実行される。
【００６６】
まず、書き込むべき画素に対応した走査線２−ｎ（ｎは走査線の行を示す自然数）の電位をハイレベルに上げる。これにより走査線２−ｎに対応する第ｎ行の画素のうちデータ線１−ｎａ，１−ｂにそれぞれ接続している２つのＴＦＴ６，７が導通状態となる。
【００６７】
そして２本のデータ線１−ｎａ，１−ｎｂにビデオ信号を送る。このとき、データ線１−ｎａ，１−ｎｂは互いに逆相の信号となるようにする。この状態でデータ線１−ｎａ，１−ｎｂからのビデオ信号が２つのインバータ素子４，５で構成されたメモリ素子１００に書き込まれる。ただしこの書き込みを可能にするには、ＴＦＴ６，７を含めたデータ線ドライバ系全体の駆動能力をインバータ素子４，５の駆動能力よりも大きくする必要がある。
【００６８】
メモリ素子１００の出力は、２つのトランスファゲート９，１１にそれぞれその一端ずつが接続されており、メモリ素子１００の出力によってトランスファゲート９または１１が選択的に導通する。
【００６９】
ここで、対向電極１２、交流駆動信号線８、リセット信号線１０それぞれに印加される電圧の波形を図５の波形図に示す。
【００７０】
対向電極１２およびリセット信号線１０には、電源電圧から供給される電圧の１／２の電位の一定電圧が印加される。
【００７１】
トランスファゲート９が選択されている場合には、画素電極３には交流駆動信号が印加されて、液晶セル１３にピーク値Ｖ0 の交流的な液晶印加電圧が印加される。一方、トランスファゲート１１が選択されている場合には、液晶セル１３に電圧は印加されない。そしてこのような液晶セル１３への液晶印加電圧の有／無で液晶分子の配向状態が変化して画素の明暗が制御され、表示が行なわれる。
【００７２】
このような動作で１画素の書き込みを行なう。そして順次走査モードにおいては、データ線ドライバ１４を例えば左から右へと駆動する一方、走査線ドライバ１５を例えば上から下へ線順次に駆動することにより、画面内の全画素にわたって上記動作を繰り返して１フレーム（あるいは１フィールド）の画面の書き込みを行なう。いわゆる動画表示を行なう場合には、このような順次走査モードで前記画面内の画素にわたって書き込みおよび表示を行なう。
【００７３】
これに対して、表示画像が部分的にのみ変化する場合（例えばマウスポインタや点滅するカーソル等）には、部分走査モードを用いる。
【００７４】
この部分走査モードでは、画面上の書換えが必要な部分のみに選択的に書き込みを行なう。一般的ないわゆるダイナミック駆動型の液晶表示装置では、画素スイッチや液晶セル（の容量）自体のリーク電流等に起因して画素電位が時間とともに変化するため、画素に書き込まれるデータ自体は同じでも一定の期間（一般に１／６０秒）ごとに再書き込みが必要であった。しかし本発明によれば、画素電位は交流駆動信号またはリセット信号と同一となり、時間的に変化しないので、データ自体に変化が無い場合には再書き込みを行なうことが不要となる。
【００７５】
従って、表示画像の一部のみが変化する表示を行なう場合には、その変化する部分のみのデータの書き換えを行なうだけでよくなるのでデータの転送速度を落とすことができるとともに消費電力の大幅な低減を図ることができる。
【００７６】
そのような部分走査を行うデータ線ドライバ１４および走査線ドライバ１５の例を、図２の等価回路ブロック図で示す。このような、デコーダ型の液晶駆動回路系を用いることで行なう。即ちこのようなデコーダ型の液晶駆動回路を用いることにより、表示の変化に関与する電圧の書き換えが必要な任意の画素に対応したデータ線および走査線を選択することができ、その特定の画素だけに選択的に新たな書き込みを行なうことができる。
【００７７】
図２に示すように、データ線ドライバ１４は、アドレス信号を入力するデコーダ回路２０１、そのデコーダ回路２０１の出力によって制御されるスイッチ素子２０２、このスイッチ素子２０２を介してビデオ信号線２０３に接続されるデジタルラッチ回路２０４、このデジタルラッチ回路２０４に接続されたバッファ回路２０５（バッファ回路２０５ａ，ｂ）、そしてこれらバッファ回路２０５の出力を制御する出力制御回路２０６とから、その主要部が構成されている。
【００７８】
アドレス信号により特定のビットが選択されると、ビデオ信号線２０３からスイッチ素子２０２を経由してデジタルラッチ回路２０４にビデオ信号が入力され、さらにバッファ回路２５ａ，ｂを通ってデータ線１−ｎａ，１−ｎｂに出力される。
【００７９】
出力制御回路２０６は、アドレス信号で選択されたビットのバッファ回路２０５ａ，ｂのみを働かせ、選択されていないビットについてはバッファ回路２０５ａ，ｂの出力をハイインピーダンスに保持する回路で、バッファ回路２０５ａ，ｂの出力をハイインピーダンスにすることで、それが出力されるデータ線１−ｎａ，１−ｎｂに対応した画素部のＴＦＴ６，７が導通状態でもメモリ素子１００に保持されたデータの状態は変わることなく保てるようにしている。
【００８０】
静止画表示を行なう場合には、上記のような部分走査も不要なので、データ線ドライバ１４および走査線ドライバ１５を止めて交流駆動信号のみを入力することで、表示を行なうことができる（静止画モード）。
【００８１】
このとき、交流駆動信号の周波数は、通常のフレーム書き込みの周波数として用いられる６０Ｈｚ程度でもよく、あるいはフレーム書き込みの周期はさらに長くすることもできる。また、フレーム書き込みの周波数を６０Ｈｚとした場合でも、対角６インチの液晶表示装置の消費電力は１ｍＷ以下となる。これは、従来の一般的なダイナミック駆動方式の液晶表示装置と比べて１／１００〜１／１０００であり、飛躍的な消費電力の低減が実現できることが分かる。
【００８２】
図６〜図８は静止画表示時に交流振動周波数を落として用いる本発明にかかる液晶表示装置の第２の実施の形態を示すもので、図６は回路構成ブロック図、図７はその動作を示すタイミングチャート、図８は図６における交流駆動信号発生回路（特許請求の範囲における周波数変更手段に相当する）の回路構成ブロック図である。
【００８３】
図６によれば、液晶表示装置２００は表示部１５０とこの表示部１５０を制御する走査線ドライバ１５、データ線ドライバ１４を有している。走査線ドライバ１５は走査線ドライバ入力信号をもとに走査線の制御を行い、データ線ドライバ１４はデータ線ドライバ入力信号をもとにデータ線の制御を行うものであり、動画表示時には通常の液晶表示装置と同様に交流信号の周波数をフレーム周波数と同一にする。走査線ドライバ１５は走査線信号発生回路５０および交流駆動信号発生回路６０からなっており、交流駆動信号発生回路６０は走査線ドライバ入力信号およびデータ線ドライバ入力信号により静止画表示時に交流反転周波数を動画表示時の１／５に切り換えるものである。
【００８４】
この交流駆動信号発生回路５０は、図に示すように、基本クロックを発生する水晶発振子等の発振回路５１、この発振回路で発生した基本クロック信号から複数の異なる分周クロック信号を発生させる各種カウンタよりなる分周回路５２、アドレス信号が変化しているか否かをその立ち上がりあるいは立ち下がりで検出するラッチ回路等のアドレス信号検出回路５３、このアドレス信号検出回路５３の出力信号およびそのインバータ５４による反転信号により制御され、複数のクロック信号のいずれかを選択するスイッチ回路５５を有している。
【００８５】
この実施の形態における動作は、図７に示すように、例えば、分周クロック信号として３０Ｈｚ（１／２周期が１／６０秒）および６Ｈｚ（１／２周期が１／１２秒）の方形波を準備し、アドレス信号が変化している動画表示時には３０Ｈｚのクロック信号を選択し、アドレス信号が停止している静止画表示時には６Ｈｚのクロック信号を選択するようにする。
【００８６】
このような制御を行うことにより、消費電力を著しく低減することができる。
【００８７】
この実施の形態においては、走査線ドライバ回路中の交流信号発生回路でクロック信号を発生させているが、交流信号発生回路の機能を外部のディスプレイコントローラに持たせ、その出力である走査線ドライバ信号として走査線ドライバに供給することができる。
【００８８】
次に、交流駆動信号線８（８−１，８−２，…８−ｎ…）は、それら全ての交流駆動信号線８を同一のタイミングで極性反転させてもよいが、瞬時電流を抑えるためにはタイミングをずらせて反転させることが効果的である。これは、例えば交流駆動信号線８を上から順に走査するという方法で実現できる。そのような交流駆動信号の一例を図９に示す。
【００８９】
図９によれば、各走査線２−ｎごとにそれぞれ対応した交流駆動信号線８−１，８−２，…８−ｎ…には、それぞれΔｔ間隔でタイミングをずらせた交流信号が印加されており、この交流信号の立ち上がりおよび立ち下がり時に、各交流駆動信号線８−ｎに接続された液晶セル１３ごとへの書き込みが各々行なわれる。従って、表示領域中のすべての液晶セル１３に対して同時に書き込みを行なうことは無くなるので、大きな瞬時電流が流れることを避けることができる。
【００９０】
ただし、このとき、静止画モードでも走査線ドライバの一部は動作するので、その分は完全な静止画像表示時と比べれば消費電力が増大する。しかし、その動作速度は十分に遅くてもよく、またそのとき駆動される画素数も少ないので、実質的には前記のような消費電力の増大分は極めて小さく、液晶表示装置全体の消費電力においては無視できる程度の量である。
【００９１】
なお、上述したような本実施の形態では、いわゆる画素部スイッチング用の素子である画素部ＴＦＴ６，７として、互いに逆相のデータ線に接続された２個のｎＭＯＳ−ＴＦＴを用いているが、本発明はこのような本実施の形態のＴＦＴのみには限定されない。この他にも、画素部スイッチング用素子として１個のトランスファゲートを用いてもよく、または単一のＴＦＴを用いてもよい。あるいはＴＦＴ以外でもスイッチング素子として上記のＴＦＴを用いてなるスイッチ素子と回路的に等価である素子を用いてもよい。
【００９２】
また、上記実施の形態のＴＦＴを組み合わせて形成されたトランスファゲート９，１１は、ＴＦＴの他にもこれと回路的に等価である素子を用いてもよい。
【００９３】
以上のように、本発明の液晶表示装置においては、従来とは異なり、対向電極の電位を一定電位に保ったまま液晶セルを交流的に駆動することができるので、従来の液晶表示装置においては必要だった大容量の（例えば対角６インチの液晶表示装置で０．２μＦ程度）の液晶ドライバ回路系は必要なく、飛躍的に小容量な液晶ドライバ回路による駆動が可能となる。
【００９４】
従って、液晶ドライバ回路系の構造の簡潔化および小型化や、その製造方法の簡易化、そして液晶表示装置としての消費電力のさらなる低減化等を実現することができる。
【００９５】
なお、上記実施の形態は、反射型構造の液晶表示装置に本発明の技術を適用した場合について述べたが、画素サイズが比較的大きく画素内の回路領域を除いた領域に十分な画素開口部（１画素ごとの十分な画素面積）を確保できる場合には、透過型構造の液晶表示装置に本発明の技術を適用することで、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
図１０は本発明に係る液晶表示装置の第３の実施の形態における回路構造の概要を示す図である。この図では図１と同じ構成要素には同じ符号を付すこととする。
【００９７】
図１０において、複数のデータ線１−１，１−２・・・および複数の走査線２−１，２−２・・・がマトリックス状に配設されている。そのマトリックスの各格子は１画素に対応しており、この格子中には１画素を形成するための画素電極３が一つずつ形成されている。なお、図中では画素電極３自体は表されておらず、各液晶セルの上側の電極（端子）として表現されている。
【００９８】
データ線１−１，１−２・・・はデータ線ドライバ１４により制御されるデータ線選択用のＴＦＴ１７を介してビデオ信号線２９と接続され、走査線２−１，２−２・・・は走査線ドライバ１５により駆動される。これらのドライバは一般に用いられているシフトレジスタ型の駆動回路で構成される。
【００９９】
データ線１−１，１−２・・・には画素部ＴＦＴ２１のドレイン電極が接続され、ソース電極はメモリ素子１１０に接続されており、その画素部ＴＦＴ２１のゲート電極は走査線２に接続されて、画素部ＴＦＴ２１の導通／非導通は走査線２−１，２−２・・・によって制御される。
【０１００】
メモリ素子１１０は、図１０に示すように、ＴＦＴ２２およびＴＦＴ２３を組み合わせてなるＣＭＯＳインバータと、ＴＦＴ２４およびＴＦＴ２５を組み合わせてなるＣＭＯＳインバータとの２つを組み合わせて形成されている。
【０１０１】
ＴＦＴ２２およびＴＦＴ２３を用いてなるインバータの出力（ソースおよびドレイン側）は、ＴＦＴ２４およびＴＦＴ２５を用いてなるインバータの入力（ソースおよびドレイン側）と接続されており、かつその一方でそのゲート側は、特許請求の範囲で表示制御線に相当する極性切り替え信号線２６−１に接続されて制御される２個一組のスイッチＴＦＴ２７、スイッチＴＦＴ２８のうちのスイッチＴＦＴ２８を介して、液晶セル１３の画素電極３に接続されている。
【０１０２】
また、ＴＦＴ２４およびＴＦＴ２５を用いてなるインバータの出力は、ＴＦＴ２２およびＴＦＴ２３からなるインバータの入力と接続されており、かつその一方でそのゲート側は、極性切り替え信号線２６−１に接続されて制御される２個一組のスイッチＴＦＴ２７およびスイッチＴＦＴ２８（特許請求の範囲で第２のスイッチ素子に相当する）のうちのスイッチＴＦＴ２７を介して、液晶セル１３の画素電極３に接続されている。そして、液晶セル１３の他端（図中下側の電極（端子））は、対向電極１２に接続されている。
【０１０３】
このように、この実施の形態に係る液晶表示装置の構造は、各画素部に配設されたスタティック型のメモリ素子１１０の構造およびその信号読み出し部（画素電極への信号書き込み部）の構造を、極性切り替え信号線２６とこの信号線２６により制御される極性の相異なる２個一組のスイッチＴＦＴとで形成しているので、従来のスタティック型の液晶表示装置と比べて極めてシンプルな構造となっている。本発明に係る液晶表示装置は、メモリ素子１１０を含んで１画素あたりわずか合計７個のスイッチＴＦＴを用いて形成することができ、前述した１１個のスイッチＴＦＴが必要な従来の場合と比べて、大幅に小型化することができる。
【０１０４】
この実施の形態に係る上記のような回路構造の液晶表示装置の一例として、６４０×４８０ドットのＶＧＡ液晶表示パネルの場合を例にとり、その画面全体に用いられるＴＦＴの個数を従来の液晶表示装置と比較すると、全体で６０万個以上（全体の約３０％減以上に該当）のＴＦＴを減少させることができた。
【０１０５】
従って、従来の液晶表示装置と比べて、飛躍的にその回路構造およびその物理的構造を大幅に簡易化することができ、その結果、製造歩留まりも大幅に向上する。
【０１０６】
このような利点は、例えばハイビジョン用の液晶表示装置のように表示画素数のさらなる多画素化および高精細化が進むほど、さらに効果を発揮する。換言すれば、従来の液晶表示装置では、さらなる多画素・高精細化あるいは各画素部の微細化は限界に来ておりそれへの対応は実際上不可能であったものが、本発明によれば、さらなる多画素・高精細化や画素部の微細化を実現することができる。
【０１０７】
次に、上述のような本発明に係る第３の実施の形態の液晶表示装置の動作について説明する。
【０１０８】
動画像表示時には、走査線ドライバ１５が、１走査タイミングごとに例えば画面の上側から下側へと線順次に走査線２を１本ずつ選択し、各行ごとの画素部ＴＦＴ２１を順次導通状態にして行く。
【０１０９】
次に、ビデオ信号をビデオ信号線２９に入力し、基準クロック信号と同期しつつデータ線ドライバ１４によりデータ線選択用のＴＦＴ１７を導通させて、画素部ＴＦＴ２１を介して、メモリ素子１１０のノード３１側にビデオ信号を書き込む。
【０１１０】
このとき、極性切り替え信号線２６をハイレベルの一定電位とし、極性切り替えのための２個一組のうちの一方のスイッチＴＦＴ２７側だけを導通状態にして、液晶セル１３の画素電極３に印加電圧の書き込みを行なう。
【０１１１】
このような印加電圧書き込み動作を、各走査線２上の各画素について、その走査線２の一端から他端へと順次に行なう。このような印加電圧書き込み動作を各走査線２について行なうことにより、画面の表示領域全ての画素について所望のビデオ信号を書き込むことができる。
【０１１２】
また、よく知られているように一般に液晶セルは直流電流の印加に起因した液晶層の劣化を避けるために交流的に駆動される。そこで、上記とは逆極性の電圧書き込み時には、ビデオ信号を極性切り替え信号線２６により制御されるスイッチＴＦＴ２８を介して液晶セル１３の画素電極３に書き込みを行なう。そして極性切り替え信号線２６をロウレベルの電位に固定しておいてメモリ素子１１０の上記で用いたインバータとは反対側のＴＦＴ２４、２５よりなるインバータにより反転してノード３１側とは逆極性のノード３２側の信号（電圧）を、スイッチＴＦＴ２８を介して液晶セル１３の画素電極３に書き込む。
【０１１３】
次に、静止画像表示時の、本実施の形態に係る液晶表示装置の動作を説明する。
【０１１４】
画素部ＴＦＴ２１はｎチャネル型で形成されており、走査線ドライバ１５によって、ある走査線２に対して正のパルスを印加し、その走査線２にゲートが接続された全ての画素部ＴＦＴ２１を導通状態にする。
【０１１５】
その状態で、さらにデータ線ドライバ１４によってデータ線選択用のＴＦＴ１７が導通状態になると、ビデオ信号線２９の電位がメモリ素子１１０にそのノード３１側から書き込まれる。このとき、データ線１の電位がハイレベルであれば、ノード３１側にはハイレベルの信号（電圧）が書き込まれ、ノード３２にはロウレベルの電位が書き込まれる。これらの電位は、画素部ＴＦＴ２１を介してデータ線１からロウレベルの電位が書き込まれるまで変化せずに前記のメモリ素子１１０によって保持される。
【０１１６】
メモリ素子１１０のノード３１側の電位がハイレベルのときには、極性切り替え信号線２６の電位をハイレベルにすると、ｎチャネル型のＴＦＴ２７が導通状態となり、画素電極３にノード３１側のハイレベルの電位が書き込まれる。
【０１１７】
また、極性切り替え信号線２６の電位をロウレベルにすると、ｐチャネルＴＦＴ２８が導通状態となってノード３２側のロウレベルの電位が画素電極３に書き込まれる。
【０１１８】
ここで、極性切り替え信号線２６の電位レベルを所定の時間間隔ごとにハイ／ロウと交互に変化させるとともに、これに合せて対向電極１２の電位（電圧レベル）をロウ／ハイと交互に切り替えることにより、静止画像表示時においてデータ線１の電位は全く書き換えることなく液晶セル１３を交流駆動することができ、液晶表示装置としての低消費電力駆動が可能となる。
【０１１９】
従って、ビデオ信号を画面全体の画素電極全てに一旦書き込んでしまえば、データ線ドライバ１４および走査線ドライバ１５自体は全く駆動させなくとも、またビデオ信号線１５からのビデオ信号を止めても、常に静止画像表示が可能となる。ここで、本実施の形態の場合には、液晶表示装置がノーマリーホワイトモードのときには、極性切り替え信号線２６と対向電極１３が両方ともハイレベルまたはロウレベルで白表示、片方がハイレベルでもう一方がロウレベルなら黒表示、のような表示方式となる。
【０１２０】
画素部ＴＦＴ２１の導通時にビデオ信号線１５から供給されるビデオ信号（電圧）の電位つまりデータ線１の電位がロウレベルの際には、ノード３１側がロウ電位に落ちる一方ノード３２側がハイレベルになる。
【０１２１】
そして画素部ＴＦＴ２１が非導通状態になると、メモリセル１１０のデータは次の書き込みが行なわれるまでメモリ素子１１０によって保持される。
【０１２２】
そこで前述したのと同様に極性切り替え信号線２６および対向電極１２の電位レベルをハイ／ロウと交互に変化させることで、液晶セル１３を交流駆動することができる。
【０１２３】
図１１は、本発明に係る第３の実施の形態の液晶表示装置を静止画像表示させる時の印加電圧波形を示すタイミングチャートである。液晶表示装置がノーマリーホワイトモードであるとして、図１１（ａ）の場合には極性切り替え信号線２６と対向電極１２が両方ともハイレベルまたはロウレベルで黒表示となり、図１１（ｂ）の場合には片方がハイレベルでもう片方がロウレベルの場合には白表示となる。
【０１２４】
データ線１を制御するデータ線ドライバ１４及び走査線ドライバは、画素部ＴＦＴ２１などの各種素子や走査線２などの配線等と同様の材料および製造プロセスを用いて、それらと同時に形成することが望ましい。また前記の走査線２を制御する走査線ドライバも同様に画素部ＴＦＴ２１や走査線２などの配線等と同様の材料および製造プロセスを用いて、それらと同時に形成することが望ましい。
【０１２５】
このようにデータ線ドライバ１４および走査線ドライバ１５のような液晶駆動回路系を、画素部ＴＦＴ２１と同様な材料および製造プロセスを用いて同時に形成することで、液晶駆動回路系を液晶駆動ＩＣのような外付け回路として外付けする必要がなくなり、構造が簡易化され、製造方法の簡易となり、コスト的にもさらに有利なものとなる。また外付けの液晶駆動ＩＣのような外部駆動回路とのインターフェースに制約されることなく画素ピッチ等の仕様を自由に設定できるという大きな利点も得ることができる。
【０１２６】
ところで、走査線２により制御される画素部ＴＦＴ２１の電流駆動能力をＧ１、メモリ素子１１０の構成要素であるＴＦＴ２２、２３、２４、２５の電流駆動能力をＧ２、極性切り替え信号線２６により制御される２個一組のＴＦＴ２７、２８の電流駆動能力をＧ３とすると、Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３となるようにすることが望ましい。
【０１２７】
何故なら、ノード３１側の電位は、走査線２により制御される画素部ＴＦＴ２１とメモリ素子１１０のＴＦＴ２２、２３、２４、２５との電位の引き合いの量できまるためである。つまり、ここで仮に走査線２により制御される画素部ＴＦＴ２１の電流駆動能力Ｇ１がメモリ素子１１０のＴＦＴ２２、２３、２４、２５の電動駆動能力Ｇ２よりも小さいと、データ線１の電位がノード３１側に書き込めなくなる。また、極性切り替え信号線２６により制御される２個一組のＴＦＴ２７、２８の電流駆動能力Ｇ３がメモリ素子１１０の構成要素であるＴＦＴ２２、２３、２４、２５の電流駆動能力Ｇ２よりも大きいと、液晶セル１３の画素電極３にデータ（ビデオ信号）を書き込む際にメモリ素子１１０の保持データが破壊されて（あるいは乱され変化して）しまうからである。
【０１２８】
次に、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置における特に画素部の構造を図１２および図１３に基づいて説明する。
【０１２９】
図１２は、画素部ＴＦＴ２１をはじめとして各ＴＦＴにｐ−ＳｉＴＦＴを用いた反射型の液晶表示装置の一画素部分の回路パターンを示す平面図である。また図１３はその断面構造を示す図である。
【０１３０】
図１２に示すように電源線３０１（Ｖｄｄ）、電源線３０２（Ｖｓｓ）およびデータ線１によって囲まれた領域内に画素電極３が配置されて各画素領域が形成されている。その画素電極３の下には、走査線２、極性切り替え信号線２６、画素部ＴＦＴ２１、メモリ素子１１０を構成する素子であるＴＦＴ２２、２３、２４、２５、２個一組のスイッチＴＦＴ２７、２８およびそれらの間を接続する配線が形成されており、電気絶縁層４０１を介して画素領域ほぼ全面が画素電極３に覆われている。
【０１３１】
一方その断面構造は、図１３に示すようにガラス基板４０２上にはｐ−Ｓｉ膜４０３が形成されており、ＴＦＴ２２、２３、２４、２５はいずれも、ｐ−Ｓｉ膜４０３上に薄膜でゲート酸化膜４０４を形成し、さらにその上にゲート電極４０５を形成してなるＭＯＳ構造のＴＦＴ素子である。それらのソース電極およびドレイン電極はそれぞれＡｌ−Ｓｉ膜４０６からなる電極であってｐ−Ｓｉ膜４０３の上に、オーミックコンタクトされている。
【０１３２】
ｐ−Ｓｉ膜４０３は、減圧ＣＶＤ法でガラス基板４０２上にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜を成膜した後これをエキシマレーザでアニールしてｐ−Ｓｉ化することにより形成されている。
【０１３３】
ゲート酸化膜４０４は、ＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ2 膜からなる。ここで、ゲート電極４０５の材料は配線抵抗を少なくするためにＷＳｉx （タングステンシリサイド）膜とｐ−Ｓｉ膜との２層積層構造とした。
【０１３４】
上記の各ｐ−ＳｉＴＦＴの仕様は、ｐＭＯＳＴＦＴはチャネル長Ｌ＝４．５μｍ、チャネル幅Ｗ＝８μｍとし、ｎＭＯＳＴＦＴはチャネル長Ｌ＝６μｍ、チャネル幅Ｗ＝８μｍとした。
【０１３５】
反射型の画素電極３はＡｌを材料として形成され、コンタクトホールを通ってスイッチＴＦＴ１０、１１に接続されている。そして画素電極３と対向電極１２との間にはポリマー分散型の液晶層４０７が注入・封止されて、偏光板の不要なポリマー分散方式の液晶表示パネルとして形成されている。なお、本実施の形態では液晶材料として高分子樹脂に液晶をドロップレット状に分散してなるポリマー分散型の液晶を用いたが、この他にも例えば染料を混入させたゲスト−ホスト型の液晶組成物等を用いても良い。
【０１３６】
図１４は、本発明に係る液晶表示装置の第４の実施の形態の回路構造の概要を示す図である。
【０１３７】
この実施の形態の液晶表示装置においては、画素部の回路構成は上述の第３の実施の形態と全く同様であるが、データ線１および走査線２を駆動する液晶駆動回路系として、第３の実施の形態のシフトレジスタ型とは異なりデコーダ型の液晶駆動回路系を用いた点が異なる。すなわち、図１４に示すように、画素が配列された画面表示領域の周辺部分に配置されたデコーダ型の液晶駆動回路系つまりデータ線ドライバ５０１および走査線ドライバ５０２が配置されており、これらのデコーダ５０１，５０２は、各データ線、アドレス線の各アドレスに対してそのアドレスに合致した信号で活性化信号が得られるような論理回路が設けられている。
【０１３８】
具体的には、データ線ドライバ５０１は１０ビットの信号（００００００００００、０１００１００１１１など）が入力されると、その信号に対応したデータ線１に対して「１」を出力しその特定のデータ線１を選択状態とする。走査線２の側も同様に、９ビットの信号入力を受けてその信号に対応した走査線２を選択状態にする。
【０１３９】
通常は、走査線２もしくはデータ線１を端から順にアドレスするように数値信号を入力するが、その数値信号を適当に設定することで画像が変化しない表示部の画素には書き込みを行なわずにそれまでの印加電圧の状態を保持し、画像が変化する画素にだけ新たに電圧の書き込みを行なうことが可能となる。これにより、データ線１および走査線２を駆動する液晶駆動回路系にシフトレジスタ型を用いた先の第３の実施の形態よりも、さらなる低電力化を実現することができる。
【０１４０】
一例として、アスペクト比４：３の通常のテレビ画面中にアスペクト比１６：９のワイド画面を表示するビスタ表示の場合について考える。
【０１４１】
図１５（ａ）は画面９０のフルサイズで動画像を表示する場合の通常の画面の走査の様子を示しており、走査線ごとに左端から右端まで移動して次の走査線に移る様子が示されている。また、図１５（ｂ）はビスタサイズで動画像表示を行なう場合の画面の走査の様子を示しており、画面の縦横アスペクト比の違いに起因した走査線本数を適合させるために上下に黒い非表示部９１、９２を生じさせる必要があることを示している。このような黒い非表示部は、本発明によれば、その該当箇所の画素に一旦黒を書き込めばその画素のメモリ素子１１０によってその電位を保持して、液晶表示装置の電源オフまでは新たな書き込みあるいは電圧の変化は行なわない。そして画面中央の表示部にだけビデオ信号の書き込み走査を繰り返して、その部分の画像をビデオ信号に従って変化させて動画の画像表示を行なうことができる。ビスタ表示よりも横長のシネマスコープ表示の場合は黒画素部の比率はさらに高くなる。
【０１４２】
本発明によれば、このような動作を可能とすることによって、シフトレジスタ型の液晶駆動回路系を用いた本発明の第３の実施の形態よりさらに一層の低消費電力化を図ることも可能である。
【０１４３】
図１６は、本発明による液晶表示装置のさらに別の第５の実施の形態の回路図である。この図においてもこれまでの実施の形態と同じ構成部分には同じ参照番号を付し、詳細な説明を省略することとする。
【０１４４】
この実施の形態は先の第３の実施の形態とデータ線１、走査線２、液晶セル１３、データ線ドライバ１４、走査線ドライバ１５、ＴＦＴ２１、メモリセル１１０、スイッチ２７、２８などの構成は全く同じである。異なるのは、ノード３２に光電変換素子４０の一端が接続されている点である。この光電変換素子４０の他端はＧＮＤに接地されている。
【０１４５】
次に、この実施の形態の動作について説明する。
【０１４６】
動画像表示時の動作および静止画表示時の動作は第３の実施の形態の場合と全く同じであるので省略し、本実施の形態に特徴的である、画像入力時の動作について説明する。
【０１４７】
まず、データ線ドライバ１４及び走査線ドライバ１５を停止させる。図中のある画素内の光電変換素子４０に特定波長及び強度の光が光入力手段、例えばライトペンにより照射されるとノード３２は光電変換素子４０が導通することからロウレベル（ＧＮＤ）電位になる。メモリはフリップフロップ型であるので、逆側のノード３１はハイレベル電位となる。
【０１４８】
ここで極性切り替え信号線２６の電位及び対向電極１２の電位を互いに逆位相となるように変化させておくと液晶層に電圧がかかり、ノーマリーホワイトモードのときには白表示だったものが黒表示に変わる。すなわち画素内の光電変換素子４０に光が照射された画素のノード３１はハイレベル電位となって黒くなる。また、始めから黒表示の場合はそのまま変化しない。
【０１４９】
光入力手段による入力動作が終了したらデータ線ドライバ１４及び走査線ドライバ１５を動作させて各画素のノード３１のデータを読み込むことにより、入力データをビデオＲＡＭに取り込むことができる。
【０１５０】
データ線１を制御するデータ線ドライバ１４は、画素部のスイッチＴＦＴや配線等と同様のプロセスを用いてそれらと同時に形成する。また走査線２を制御する走査線ドライバ１５も同様に、画素部のスイッチＴＦＴ２７，２８や配線等と同様のプロセスを用いて同時に形成する。このように、ドライバを画素部と同様なプロセスを用いて同時に形成することで駆動用ＩＣを外付けする必要がなくコスト的に有利になる。また、外部駆動回路とのインターフェースを考慮することなく、画素ピッチを自由に設定できるという利点がある。
【０１５１】
図１７に、この実施の形態をスイッチ素子にポリシリコンＴＦＴを用いて実現した反射型液晶表示装置の断面概略図（部分）を示す。ここに示された断面構造は図１３に示したものと類似するので、同じ部分には同じ番号を付してその詳細な説明は省略する。
【０１５２】
アルミによる反射画素電極３’は、コンタクトホール４０６を介してスイッチ素子と接続されているが、素子形成部を含んで絶縁膜４０１の上に広く形成されており、光電変換素子４０の形成部分のみ開口部４１が設けられている。
【０１５３】
光電変換素子４０は他のスイッチ素子と同様な構造で作られている。対向電極１２’にはこの光電変換素子４０に対応するように開口部４２が形成されており、ライトペン等の光入力手段４３により光が照射され、光電変換素子４０に光が到達すると、そのソース／ドレイン間が導通するようになっている。
【０１５４】
図１８に本発明による液晶表示装置の第６の実施の形態の回路図を示す。
【０１５５】
この実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と走査線２、液晶セル１３、データ線ドライバ１４、走査線ドライバ１５、ＴＦＴ２１、メモリセル１１０、スイッチ２７、２８などの構成は全く同じであるので、その詳細な説明は省略する。異なるのは、データ線が１アドレスあたり書き込み用と読み出し用の２本（例えば１−１ａ、１−１ｂ）となっており、それぞれデータ線選択用のＴＦＴ１７−１、１７−２により選択されるようになっている点と、ノード３２に接続された位置検出回路６０と、ビデオＲＡＭが書き込み用と読出し用の２つ（７２，７３）設けられている点と、これらの比較を行う比較器７３が設けられている点である。
【０１５６】
この位置検出回路６０は、電源と接地間に自己バイアスされたトランジスタ６２に直列に接続された第１の光電変換素子６１、この光電変換素子６１とトランジスタ６２との接続点とノード３２にそれぞれ入力端子が接続されたエクスクルーシブＯＲゲート６３、その出力端子に接続された第２の光電変換素子６４、その出力側に設けられたループ接続された２つのインバータ６５、６６よりなるフリップフロップメモリ、その出力側とデータ線１−１ｂとの間に接続され走査線２−１にゲートが接続されたスイッチＴＦＴ６９を有している。
【０１５７】
デジタルメモリ及び画素電極への書き込みは第３の実施の形態と同様であるので省略し、ここではデータの入力方法について説明する。
【０１５８】
今、ノード８０のデータをＡ、ノード３２のデータをＢ、ノード６７のデータをＣ、ノード６８のデータをＤ、ノード３１のデータをＸとすると論理値表は以下のようになる。
【０１５９】
表
Ａ    Ｂ    Ｃ    Ｄ    Ｘ（＝Ｂ＊）
０    ０    ０    １    １
０    １    １    ０    ０
１    ０    １    ０    １
１    １    ０    １    ０
なお、＊は反転を表す。
【０１６０】
上の表でＡ＝０は画素に光が照射されておらず、光電変換素子の抵抗値が高く、トランジスタ６２により接地電位に引き下げられた状態を示している。このときＢ＊＝Ｄが成り立つ。故にＤ（ノード６８のデータ）とＸ（ノード３１のデータ）を比較するとＤ＝Ｘとなり、等しい。
【０１６１】
次にＡ＝１、即ち光が画素（内の素子）に照射された状態のときを考える。Ａ＝１の際には、Ｂ＝Ｄ＝Ｘ＊が成立する。故にノード６８にはノード３１と逆極性のデータが現れる。その後、光が照射されなくなってもデータはメモリに保存される。そこでノード６８のデータを読出し用のビデオＲＡＭ７２に記憶させ、これと始めにノード３１に書き込まれ、書き込み用のビデオＲＡＭ７１に記憶されたデータとを比較回路７３で比較することで画面中のどの位置でデータ内容が変化したかが把握でき、画面上での画素単位の正確な入力が可能となる。ビデオＲＡＭ７２のデータを新たにデータ線１−１ａを介して画素電極に書き込めば入力情報を表示する事も可能となる。
【０１６２】
なお、このような入力を行う場合、光検知による反転と交流駆動による反転とが同時に起こり、入力が正確に行えない可能性がある。これを防止するためには、ライトペンの発光を交流とは逆相にしておけばよい。
【０１６３】
また、この入力を屋外で行う場合、強い太陽光のために、誤入力を招くおそれもある。これを防止するには、光電変換素子の感度を赤外線領域で高めておき、ライトペンの発光手段を赤外線発光素子とすればよい。
【０１６４】
以上説明した、本発明にかかる液晶表示素子の第４あるいは第６の実施の形態では、反射型構造となっているが、本発明は透過型構造としても良い。しかし、次の理由から反射型構造の液晶表示装置とすることが望ましい。
【０１６５】
例えば、本実施の態様による液晶表示装置を透過型構造として、チャネル長Ｌ＝４．５μｍ、チャネル幅Ｗ＝８μｍのｐＭＯＳＴＦＴおよびチャネル長Ｌ＝６μｍ、チャネル幅Ｗ＝８μｍのｎＭＯＳＴＦＴを用いて６インチＶＧＡ単板カラー液晶表示パネルを形成するような場合などには、開口率が２０％程度しかとれず表示が暗くなってしまう。
【０１６６】
そこで、本発明による液晶表示装置を反射型構造で画素電極をスイッチＴＦＴ、極性切り替え線等の上に絶縁体を介して設置することで、画素電極が素子数の多さやサイズに制約されずに広くとれ、実効開口率８０％以上と大きく設計できるので明るい表示が可能となる。
【０１６７】
即ち、図１３あるいは図１７の断面図にその構造の概要を示すように、画素電極３を上記の各ＴＦＴ２２、２３、２４、２５や極性切り替え信号線２６等の上に電気絶縁層４０１を介して設置することで、各画素ごとにＴＦＴの合計素子数に対応した占有面積の大きさや配線に要する面積の広さに制約されることなく画素電極３の有効面積を広く取ることができる。その実効開口率は実際上、８０％以上と、飛躍的に大きく設計できるので、高輝度の表示が可能となる。しかも、このように本発明による液晶表示装置を反射型構造とすることで、静止画像表示時は省電力動作が可能なうえにバックライトが不要となるので、液晶表示装置全体としての消費電力をさらに大幅に抑えることができ、ノートブック型パソコンのようなバッテリー駆動方式で駆動される携帯用情報処理装置などに特に好適である。
【０１６８】
本発明による液晶表示装置を反射型構造とすることで、一画素中に繁雑な多数のＴＦＴを用いた回路を収めるように形成することが可能となり、静止画像表示時は省電力動作が可能なうえ、バックライトが必要ないのでさらに消費電力が抑えられ、携帯用の小型情報端末等のバッテリー駆動に大変都合がよい。本発明を例えば６インチのＶＧＡ液晶表示パネルに適用した場合には、液晶表示パネル自体の消費電力は１ｍＷ以下となり、飛躍的な低消費電力化を達成できる。
【０１６９】
【発明の効果】
本発明によれば、画素内にメモリセルを有し、このメモリセルの記憶内容に応じて表示制御線と画素との接続を制御するスイッチ手段を有しているため、表示の変化に関与する電圧の書き換えが必要な画素に対応したデータ線あるいは走査線を選択することができ、特に静止画像表示時の消費電力を減少させることができ、また、データ線あるいは操作線のアドレス変化を検出し、アドレス指定が行われず新たな表示データが与えられないときには交流駆動信号の周波数を低下させるようにしているので、消費電流をさらに低下させることができ、携帯型情報処理装置に好適な液晶表示装置を提供することができる。また、液晶ドライバを少ない素子で形成できるため、回路構造および物理的構造を簡略化でき、小型の液晶表示装置を、高い歩留まりで実現することができる。
【０１７０】
このような構成は反射型のセル構造を採用し、駆動回路を一体的に形成することにより小型化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の第１の実施の形態の回路図。
【図２】第１の実施の形態におけるデータ線ドライバおよび走査線ドライバの例を示す回路ブロック図。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の画素部における具体的な回路構造を示す平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ′断面図。
【図５】第１の実施の形態において、対向電極、交流駆動信号線、リセット信号線にそれぞれに印加される電圧の波形を示す波形図。
【図６】静止画表示時に交流駆動周波数を落として用いる本発明による液晶表示装置の第２の実施の形態の概略回路構成ブロック図。
【図７】図６の構成における動作を示すタイミングチャート。
【図８】図６における交流駆動信号発生回路の詳細な構成を示す回路構成ブロック図。
【図９】瞬時電流を抑えるためにタイミングをずらせて反転させるべく、交流駆動信号線を順に走査した様子を示すタイミングチャート。
【図１０】本発明による液晶表示装置の第３の実施の形態における回路構造の概要を示す回路図。
【図１１】第３の実施の形態の液晶表示装置を静止画像表示させる時の印加電圧波形を示すタイミングチャート。
【図１２】本発明による液晶表示装置の第４の実施の形態における画素部の構造を示す平面図。
【図１３】図１２の断面構造を示す断面図。
【図１４】本発明に係る液晶表示装置の第４の実施の形態における回路構造の概要を示す回路図。
【図１５】通常のテレビ画面をビスタサイズで用いる場合の非表示部を示す説明図。
【図１６】入力機能を有する本発明による液晶表示装置の第５の実施の形態における回路構造の概要を示す回路図。
【図１７】第５の実施の形態をスイッチ素子にポリシリコンＴＦＴを用いて実現した反射型液晶表示装置の断面概略図。
【図１８】本発明による液晶表示装置の第６の実施の形態の回路図。
【図１９】一般的な従来の液晶表示装置の回路構造の概要を示す図。
【図２０】従来のスタティック型の液晶表示装置の回路構造の第１の例を示す回路図。
【図２１】従来のスタティック型の液晶表示装置の回路構造の第２の例を示す回路図。
【符号の説明】
１  データ線
２  走査線
３  画素電極
４，５  インバータ
６，７  ＴＦＴ
８  交流駆動信号線
９，１１  トランスファゲート
１０  リセット信号線
１２  対向電極
１３  液晶セル
１４  データ線ドライバ
１５  走査線ドライバ
２１  画素部ＴＦＴ
２２，２３  インバータ素子
２６  極性切り替え信号線
２７，２８  スイッチＴＦＴ
４０  光電変換素子
４１，４２  開口部
５０  走査線信号発生回路
５１  発振回路
５２  分周回路
５３  アドレス信号検出回路
５４  インバータ
５５  スイッチ
６０  交流駆動信号発生回路
７１，７２  ビデオＲＡＭ
７３  比較回路
１００，１１０  メモリセル
２０１  デコーダ回路
２０２  スイッチ
２０４  デジタルラッチ回路
２０５  バッファ回路
２０６  出力制御回路
５０１  データ線デコーダ
５０２  走査線デコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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