(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線に出力された信号を取り込むスイッチと、
前記スイッチに接続されており、取り込んだ前記信号を液晶側に転送する二端子型非線形性能動素子と、
共通電極と、
前記二端子型非線形性能動素子によって転送された信号に基づく電圧を保持する容量であって、前記共通電極に接続される保持容量と、
前記液晶に対して電圧を印加するための対向電極と、を有しており、
前記共通電極に与える信号によって前記二端子型非線形性能動素子の導通を制御して、前記液晶への前記信号の転送を制御することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記取り込んだ信号を保持する手段を前記スイッチと前記二端子型非線形性能動素子との間に備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記二端子型非線形性能動素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記ダイオードのアノードを前記スイッチと接続し、カソードを前記液晶と接続することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記ダイオードは、同一導電型のウェルを別電位で設けることにより形成することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記液晶は、強誘電性液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子と、
前記液晶に前記信号を転送することにより画像を得た後に、前記信号線、前記スイッチ、前記二端子型非線形性能動素子及び前記液晶に蓄積されている電荷を除去する手段を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液晶表示装置と、前記液晶表示装置に光源からの照射光を集光するレンズと、前記液晶表示装置からの出力光をスクリーンに投射するレンズとを備えることを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号線に出力された信号を取り込む取込手段と、取り込んだ前記信号を液晶に転送する転送手段と、前記液晶に印加している電圧に前記信号を重畳して画像を得る取得手段とを備えた液晶表示素子及びそれを備えた液晶表示装置、光学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、世の中はマルチメディア時代に入り、画像情報でコミュニケーションを図る機器の重要性がますます高まりつつある。なかでも、液晶表示装置は、薄型で消費電力が小さいという利点を有するため、注目されている。
【０００３】
また、液晶表示装置は、半導体にならぶ基幹産業にまで成長しており、現在、たとえばノートパソコンなどに主に使用されている。そして、将来、パソコンのみでなく、ワークステーションや家庭用のテレビなど、画面サイズの大きいものにも使用されると考えられる。
【０００４】
しかし、画面サイズが大型化すると、製造装置が高価になるばかりではなく、大画面を駆動する際に、電気的に厳しい特性が要求される。このため、画面サイズの大型化とともに、製造コストがサイズの２〜３乗に比例するなど急激に増加する。
【０００５】
また、モバイル時代に伴い、製品自体の小型化が要求されてきている。このような要求により、更なる画質の向上や、小チップ化、映像信号を一画面に一括で書き込む方法、回路規模を縮小するなどの様々な方法が採られている。そういった要望の中、一画面を一括で書き込む液晶表示装置における液晶表示素子は、少なくとも３つのトランジスタと２つの保持容量で構成されているものが多い。
【０００６】
図７は、従来の液晶表示素子の回路図である。図７に示す液晶表示素子は、図示しない垂直シフトレジスタからゲート線１０１に対して出力されたオン信号に従って、スイッチ１０３のゲートがオンされる。すると、図示しない水平シフトレジスタから信号線１０２に対して出力された信号は、スイッチ１０３を介して一時保持容量１０４に蓄えられる。
【０００７】
その後、一括書き込み用のスイッチ１０５のゲートがオンされると、一時保持容量１０４に蓄えられている信号は、スイッチ１０５を介して、保持容量１０７側に転送され、保持容量１０７に蓄積される。
【０００８】
そして、共通電極１０６に印加する電圧と対向電極１０８に印加する電圧との電圧差によって、強誘電性液晶（Ferroelectric Liquid Crystal：以下、「ＦＬＣ」と称する。）１０９にアナログ階調を生じさせることにより液晶画像を得る。その後、リセットスイッチ１０１０のゲートをオンする。これにより、ＦＬＣ１０９及び保持容量１０７、一時保持容量１０４、信号線１０２がグランド電位にリセットされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、１つの液晶表示素子において３つのトランジスタを使用しているため、回路規模が大きくなる。各液晶表示素子に備えているトランジスタは、リセットスイッチを各ラインごとに共通に設けることにより、２つにすることはできても、それ以上減らすことができず、したがって、従来のような構成の液晶表示素子を備えた液晶表示装置は、小型化が困難であった。
【００１０】
また、液晶表示素子に備えているトランジスタの数量が多いと、それを用いた液晶表示装置の歩留まりが低下することは避けられず、また製品のコストを低下することも困難である。
【００１１】
そこで、本発明は、トランジスタを他の非線形性能動素子に代えることによって、液晶表示素子を小型化することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、信号線に出力された信号を取り込むスイッチと、前記スイッチに接続されており、取り込んだ前記信号を液晶側に転送する二端子型非線形性能動素子と、共通電極と、前記二端子型非線形性能動素子によって転送された信号に基づく電圧を保持する容量であって、前記共通電極に接続される保持容量と、前記液晶に対して電圧を印加するための対向電極と、を有しており、前記共通電極に与える信号によって前記二端子型非線形性能動素子の導通を制御して、前記液晶への前記信号の転送を制御する。
【００１３】
また、本発明の液晶表示装置は、上記液晶表示素子と、前記液晶に前記信号を転送することにより画像を得た後に、前記信号線、前記取込手段、前記転送手段及び前記液晶に蓄積されている電荷を除去する手段を備える。
さらに、本発明の光学システムは、上記液晶表示装置と、前記液晶表示装置に光源からの照射光を集光するレンズと、前記液晶表示装置からの出力光をスクリーンに投射するレンズとを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、本実施形態の液晶表示素子及びその周辺の回路図である。１１は図示しない垂直シフトレジスタから出力される信号をスイッチ１３のゲートに出力するためのゲート線、１２は図示しない水平シフトレジスタから出力される信号を伝送する信号線、１４はスイッチ１３のゲートのオン・オフ制御に応じて信号線１２を介して送られる信号を蓄える一時保持容量である。
【００１６】
また、１５は一時保持容量１４に蓄積された信号を共通電極１６と対向電極１８との間に設けられた保持容量１７及び片側Ｖ字型スイッチングモードのＦＬＣ１９などの液晶に出力するためのＰＮダイオード、１１０はＦＬＣ１９をグランド電位にリセットするため信号を伝送するリセット信号ライン１１１に接続されゲート１１２を有するリセットスイッチである。
【００１７】
なお、本実施形態の説明の都合上、保持容量１７とＦＬＣ１９との間のノードをノードＢ１１３とし、スイッチ１３とＰＮダイオード１５の間で且つ一時保持容量１４の片側のノードをノードＡ１１４とする。
【００１８】
図１に示した液晶表示素子は、共通電極１６に印加する電圧のＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルを切り替えることにより、ＰＮダイオード１５をスイッチとして使用することにより、トランジスタと同様にオン・オフの制御をさせることとしている。
【００１９】
つづいて、図１に示す液晶表示素子の動作について説明する。まず、垂直シフトレジスタからゲート線１１に対して出力されたオン信号に従って、スイッチ１３のゲートがオンされる。すると、水平シフトレジスタから信号線１２に対して出力された信号は、スイッチ１３及びノードＡ１１４を介して一時保持容量１４に蓄えられる。
【００２０】
なお、スイッチ１３がオンされている間には、共通電極１６に印加している電圧を、Ｈｉｇｈレベルとしている。こうすることにより、スイッチ１３を通る信号を、ＦＬＣ１９側へ送らないようにしている。そして、全液晶表示素子の一時保持容量１４に、信号線１２を介して送られる水平シフトレジスタからの信号が蓄えられた後に、共通電極１６に印加している電圧をＬｏｗレベルにする。
【００２１】
すると、一時保持容量１４に蓄えられている信号は、ＰＮダイオード１５を介して保持容量１７側に転送され、保持容量１７に蓄積される。そして、共通電極１６の電圧と対向電極１８の電圧との電圧差によって、ＦＬＣ１９に電圧を印加して、これにアナログ階調を生じさせることにより液晶画像を得る。
【００２２】
その後、対向電極１８に印加している電圧をＬｏｗレベルにしてから、リセットスイッチ１１０のゲート１１２をオンする。これにより、リセット信号ライン１１１を通じて、ＦＬＣ１９及び保持容量１７、一時保持容量１４、信号線１２がグランド電位にリセットされる。
【００２３】
また、共通電極１６に印加する電圧をＨｉｇｈレベルにして、ＰＮダイオード１５をＯＦＦする。そして、対向電極１８に印加している電圧をＬｏｗレベルにすると、対向電極１８とノードＢ１１３との電圧の大小関係が反転するため、ＦＬＣ１９に逆極性を印加することができる。
【００２４】
図２は、本実施形態の液晶表示素子の断面図であり、ここでは反射型表示素子を例にしている。図２に示すように、本実施形態の液晶表示素子は、半導体基板６１上に形成されたウェル領域６２、６３に、高濃度拡散領域６４〜６８が設けられいてる。また、ウェル領域６２とウェル領域６３とは同一極性としており、フィールド酸化膜６９を介して電気的に接続されている。
【００２５】
各高濃度拡散領域６４〜６８には、配線６１０〜６１３が形成されている。なお、配線６１１及び６１２は、各々図１の信号線１２及びノードＡに相当する。また、高濃度拡散領域６５と高濃度拡散領域６６との間には、ゲート酸化膜６１８及びゲート電極６１９が形成されている。
【００２６】
本実施形態では、ＰＮダイオード１５を用いたことにより、同一極性のウェル領域６２，６３を別電位にすることで、ウェル領域６２の電位を固定し、ウェル領域６３の電位のみ変動させる。このことにより、ＰＮダイオード１５のオン・オフを制御することができる。
【００２７】
図３は、図１に示したゲート線１１、共通電極１６、対向電極１８、ノードＡ１１４及びリセットスイッチ１１０のゲート１１２に印加する電圧の状態を示した図である。なお、ここでは、たとえば、リセット動作期間、黒表示期間及び白表示期間に要する各時間を同じ長さとしている。
【００２８】
まず、リセット期間内では、リセットスイッチ１１０のゲート１１２に印加する電圧をＨｉｇｈレベルにする。その後、リセットスイッチ１１０のゲート１１２に印加している電圧をＬｏｗレベルにして、リセット期間が終了する。つづいて、黒表示期間では、ゲート線１１に出力する電圧をＨｉｇｈレベルにする。それと同時に、共通電極１６及びノードＡ１１４に印加される電圧もＨｉｇｈレベルになる。
【００２９】
その後、共通電極１６に印加している電圧をＬｏｗレベルにして、黒表示期間が終了する。つぎに、白表示期間では、対向電極１８に印加している電圧をＨｉｇｈレベルにする。このような一連の動作を１フィールド内に少なくとも３回繰り返すことにより、ＲＧＢ合成して、ＦＬＣ１９により液晶画像を得る。なお、リセット動作期間、黒表示期間及び白表示期間に要する各時間は、異なるものとしてもよい。
【００３０】
［実施形態２］
図４は、本実施形態の液晶表示素子及びその周辺の回路図である。実施形態１では、ＦＬＣ１９等に一括で信号を書き込む方式のものを例に説明したが、本実施形態では、順次に信号を書き込む方式のものを例に説明する。なお、図４では、図１と同様の部分には、同一の符号を付している。
【００３１】
図４に示すように、順次に信号を書き込む方式の液晶表示素子は、一時保持容量１４を設けなくてもよい点が特徴である。これにより、コンデンサの数量を減らすことができるため、液晶表示素子の構成を簡素化したり、液晶表示素子間のふられの低減を図ることができる。
【００３２】
図５は、図４に示したゲート線１１、共通電極１６、対向電極１８、ノードＡ１１４及びリセットスイッチ１１０のゲート１１２に印加する電圧の状態を示した図である。なお、ここでは、たとえば、リセット動作期間、黒表示期間及び白表示期間に要する各時間を同じ長さとしている。
【００３３】
まず、リセット期間に、ＦＬＣ１９等の電位をグランド電位にリセットする。すなわち、図示しない水平シフトレジスタから出力された信号が、表示素子に取り込まれる前に、各ラインごとに設けられたリセットスイッチ１１０のゲート電極１１２に印加している電圧をＨｉｇｈレベルにして、ＦＬＣ１９等をリセットする。
【００３４】
その後、白表示期間では、図示しない垂直シフトレジスタからゲート線１１に信号が出力される。このとき、ＰＮダイオード１５のカソード側は、アノード側よりも低い電圧でリセットされているので、ＰＮダイオード１５はＯＮ状態になる。そのため、表示素子内に取り込まれた信号は、ノードＡ１１４を介して、ＰＮダイオード１５のアノードへ入力される。そして、そのままＦＬＣ１９側へ転送される。
【００３５】
その後、黒表示期間では、共通電極１６に印加している電圧をＨｉｇｈレベルにすることにより、ＰＮダイオード１５をＯＦＦする。このようなリセット動作期間、白表示期間及び黒表示期間という一連の動作を１フィールド内に少なくとも１回以上行うことにより、液晶画像を表示する。なお、リセット動作期間、黒表示期間及び白表示期間に要する各時間は、異なるものとしてもよい。
【００３６】
以上、実施形態１，２では、ＰＮダイオード１５を例に説明したが、バリスタなどの他の二端子型非線形性能動素子を用いてもよい。また、図２では、反射型表示素子を例に説明したが、本発明は透過型表示素子であっても有効であることはいうまでもない。
【００３７】
また、実施形態１，２では液晶表示装置への適用例を示したが、マトリクス状に配線が設けられた構成の回路であれば、たとえば、各種メモリ回路、センサー回路などの処理回路を搭載するあらゆる装置に適用することができる。
【００３８】
［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３の光学システムのブロック図である。図６に示す光学システムは、ハロゲンランプなどの光源３７０からの照射光を、図示しないリフレクタにより集光レンズ３７２に入射させる。入射光は、図示しない視野レンズにより平行光とされ、図１等に示した液晶表示素子を備えた液晶表示装置３７８に入射される。
【００３９】
液晶表示装置３７８では、液晶表示素子の液晶層に電圧が印加され、各画素で入射光が正反射される。反射光は、複数のレンズが組み合わされた投射レンズ３８０により拡大され、スクリーン３８１に投射される。一方、液晶層に電圧が印加されずに、液晶層が散乱体となれば、液晶表示素子への入射光は等方的に散乱し、この結果スクリーン３８１には、黒が表示される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、転送手段として二端子型非線形性能動素子を用い、液晶に印加している電圧を保持する保持手段に印加している電圧を可変することにより、二端子型非線形性能動素子の導電を制御して、前記液晶への前記信号の転送を制御するため、液晶表示素子を小型化することができる。
【００４１】
これにより、その液晶表示素子を用いた液晶表示装置も、小型化することができ、さらに、歩留まりを向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の液晶表示素子の構成図である。
【図２】実施形態１の液晶表示装置の断面図である。
【図３】図１の液晶表示素子に印加する電圧を状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２の液晶表示素子の構成図である。
【図５】図４の液晶表示素子に印加する電圧を状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態３の光学システムの構成図である。
【図７】従来の液晶表示素子の構成図である。
【符号の説明】
１１  ゲート線
１２  信号線
１３  スイッチ
１４  一時保持容量
１５  ＰＮダイオード
１６  共通電極
１７  保持容量
１８  対向電極
１９  ＦＬＣ
１１０  リセットスイッチ
１１１  リセット信号ライン
１１２  ゲート
１１３  ノードＢ
１１４  ノードＡ
６１  半導体基板
６２，６３  ウェル領域
６４〜６８  高濃度拡散領域
６９  フィールド酸化膜
６１０，６１１，６１３  配線
６１２  ノードＡ
６１８  ゲート酸化膜
６１９  ゲート電極
【図１】
0003919406.tif 000002
【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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