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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
und ein Verfahren zu deren Ansteuerung; insbesondere betrifft die
Erfindung Flüssigkristallanzeigevorrichtungen,
bei welchen auf einem Flüssigkristallmatrixsubstrat
zum Zweck des Ansteuerns einer Flüssigkristallmatrix Transistoren
ausgebildet sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche Dünnfilmtransistoren
(im Folgenden in diesem Dokument mit TFTs abgekürzt) als Schaltelemente verwenden,
entfällt,
falls es möglich ist,
die Aktivmatrix-Ansteuerschaltungen aus TFTs zu erzeugen und diese
TFTs gleichzeitig als Bildelement-(Pixel)-TFTs auf dem Aktivmatrixsubstrat
zu fertigen, die Notwendigkeit, Ansteuer-ICs vorzusehen, was praktisch
ist.
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Im
Vergleich zu auf einkristallinem Silizium integrierten Transistoren
ist jedoch die Arbeitsgeschwindigkeit von TFTs langsam, und es gibt
eine definitive Grenze bei der erzielbaren Erhöhung der Geschwindigkeit der
Ansteuerschaltung. Außerdem wird,
wenn die Ansteuerschaltungen dazu gebracht werden, mit hoher Geschwindigkeit
zu arbeiten, dadurch der Stromverbrauch sehr stark erhöht.
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Als
Beispiele einer Technologie für
ein Betreiben von Ansteuerschaltungen für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
mit großer
Geschwindigkeit gibt es die in JP-A-61-32093 offenbarte Technologie und
die auf den Seiten 609 bis 612 des SID-Digest (1992) offenbarte
Technologie.
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Bei
der in JP-A-61-32093 beschriebenen Technologie sind die Ansteuerschaltungen
aus einer Vielzahl von Schieberegistern aufgebaut, und durch Ansteuern
eines jeden Schieberegisters mit Takten von geringfügig unterschiedlicher
Phase wird die effektive Arbeitsfrequenz der Schieberegister erhöht.
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Im
SID-Digest (1992), Seiten 609 bis 612 ist eine Technologie dargestellt,
bei welcher eine Vielzahl von analogen Schaltern durch einen einzelnen Ausgang
einer Taktsteuerschaltung gemeinsam angesteuert werden und das Videosignal
parallel geschrieben wird.
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Als
Beispiele für
eine Technologie, die auf eine Verringerung des Stromverbrauchs
der Ansteuerschaltungen abzielt, gibt es die in JP-A-61-32093 enthaltene
Technologie. Mit dieser Technologie wird eine Verringerung des Stromverbrauchs
dadurch erzielt, dass die Ansteuerschaltungen in mehrere Blöcke unterteilt
werden und lediglich Blöcke
betrieben werden, deren Verwendung erforderlich ist, hingegen alle
anderen Blöcke
außer
Betrieb bleiben.
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Bei
einer tatsächlichen
Realisierung der in JP-A-61-32093 beschriebenen Technologie ist
es jedoch erforderlich, mehrere Taktgeber mit unterschiedlichen
Phasen vorzusehen, was zu einer erhöhten Komplexität der Schaltungskonfigurationen und
einer Erhöhung
der Anzahl der Anschlüsse
führt.
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Weiter
ist es bei der im SID-Digest (1992), Seiten 609–612 beschriebenen Technologie,
da eine Vielzahl von analogen Schaltern gemeinsam angesteuert werden,
die Last groß,
und es ist erforderlich, einen Puffer vorzusehen, welcher eine schwere
Last treiben kann. Außerdem
kommt es, bedingt durch Verzögerungen
in den Ansteuersignalen, leicht zu Abweichungen bei den Ansteuerzeitpunkten
eines jeden analogen Schalters.
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Bei
der Technologie von JP-A-61-32093 wird eine Steuerschaltung benötigt, um
die unterteilten Blöcke
wahlweise zu betreiben; dies führt
zu einer vergrößerten Komplexität der Schaltkreise.
Außerdem
trägt diese
Technologie überhaupt
nicht zur Vergrößerung der
Geschwindigkeit der Ansteuerschaltungen bei.
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Wenn
außerdem
die zuvor beschriebenen Ansteuerschaltungen des Standes der Technik
aus TFTs bestehen, werden die Schaltungen in allen Fällen komplex;
und eine genaue, schnelle Überprüfung der
elektrischen Eigenschaften der Schaltkreise ist schwierig, derart,
dass es bei der Bewertung der Zuverlässigkeit Probleme gibt.
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Eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 525 980 bekannt. Bei diesem Stand
der Technik wird ein einzelner Impuls durch das Schieberegister
verschoben, derart, dass lediglich eine einzige Stufe des Schieberegisters
zu einer Zeit einen Impuls ausgibt.
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Das
Dokument Da Costa, Victor M.; "Amorphous
silicon shift register for addressing output drivers"; IN: IEEE j. solid-state
circuits; IEEE; Mai 1994, Bd. 29; Nr. 5, Seiten 596–599 offenbart
ein spezielles a-Si-Schieberegister zum Adressieren von Ausgabeansteuereinrichtungen,
beispielsweise in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Mehrere Stufen des Vielphasen-Schieberegisters werden parallel betrieben,
jedoch wird lediglich ein einziges Bit durch das Schieberegister
hindurch verschoben.
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Beschreibung
der Erfindung
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, eine neuartige Flüssigkristallanzeigevorrichtung
und zugehörige
Ansteuerverfahren bereitzustellen, welche einen Betrieb mit großer Geschwindigkeit,
einen gewissen Grad an Verringerung des Stromverbrauchs und eine
einfach durchführbare
Prüfung
ermöglichen.
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Dieses
Ziel wird durch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
nach Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Ansteuerung nach den
Ansprüchen
13 und 15 erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Bei
einem Modus der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung werden mehrere Impulse gleichzeitig unter Verwendung
eines einzelnen Schieberegisters erzeugt.
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Demzufolge
kann die Frequenz des Ausgangssignals des Schieberegisters erhöht werden, ohne
die Frequenz des Schieberegister-Arbeitstaktes zu verändern. Wenn
die Anzahl der gleichzeitig erzeugten Impulse N beträgt (N ist
eine natürliche Zahl
von 2 oder größer), wird
die Frequenz des Ausgangssignals des Schieberegisters das N-fache.
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Wenn
die zuvor erwähnten
Schieberegisterausgangssignale verwendet werden, um die Abtastzeitpunkte
des Videosignals in einer analogen Ansteuereinrichtung zu bestimmen,
kann eine Datenleitungsansteuerung mit hoher Geschwindigkeit realisiert
werden. Ebenso kann, wenn die zuvor erwähnten Schieberegisterausgangssignale
verwendet werden, um die Latch-Zeitpunkte des Videosignals in einer
digitalen Ansteuereinrichtung zu bestimmen, ein Latchen mit hoher
Geschwindigkeit des Videosignals realisiert werden. Demzufolge ist
ein Betrieb der Ansteuerschaltungen mit hoher Geschwindigkeit möglich, ohne
den Stromverbrauch zu vergrößern, sogar wenn
die Ansteuerschaltungen der Flüssigkristallmatrix
aus TFTs bestehen.
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Bei
gleichzeitiger Erzeugung einer Vielzahl von Impulsen unter Verwendung
eines einzelnen Schieberegisters ist es gut, wenn ein stationärer Zustand
erzielt wird, beispielsweise ein solcher, welcher erzielt wird,
wenn ein einzelner bipolarer Impuls dem Schieberegistereingangsanschluss
nach einer Horizontalzeitdauer des Videosignals zugeführt wird,
das Verstreichen von mindestens (N-1) Horizontalzeitdauern abgewartet
wird, und N mit Abstand zueinander angeordnete, parallele Impulse
aus den Ausgangsanschlüssen
einer jeden Stufe des Schieberegisters ausgegeben werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung werden dem einzelnen Schieberegister Gatterschaltungen
hinzugefügt,
wobei die Ausgangssignale des Schieberegisters den Gatterschaltungen
zugeführt werden
und die Ausgangssignale der Gatterschaltungen als Taktsteuersignale
der die Datenleitungsansteuerschaltungen bildenden Schaltungen verwendet
werden. Beispielsweise können
die Ausgangssignale der Gatterschaltungen als Taktsignale verwendet
werden, um die Abtastzeitpunkte des Videosignals in einer analogen
Ansteuereinrichtung zu bestimmen, oder können als Taktsignale verwendet werden,
um die Latch-Zeitpunkte des Videosignals in einer digitalen Ansteuereinrichtung
zu bestimmen.
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Wenn
beispielsweise ein Exklusiv-ODER-Gatter als Gatterschaltung verwendet
wird und die Ausgangsgrößen der
benachbarten Stufen des Schieberegisters der Exklusiv-ODER-Gatterschaltung
zugeführt
werden, und ein Taktsignal, dessen Zeitdauer gleich zwei Horizontalzeitdauern
des Videosignals ist, dem Schieberegister zugeführt wird, wird die Anzahl der
Taktpegeländerungen
in einer einzigen Horizontalzeitdauer verringert, und eine weitere
Verringerung des Stromverbrauches ist möglich.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung, wird durch optimale Ausnutzung eines einzelnes Schieberegister
eine Konfiguration erzielt, welche eine elektrische Prüfung einer
Flüssigkristallmatrix
durchführen
kann. Beispielsweise ist eine Zuführschaltung für ein Testsignal
mit dem einen Ende der Datenleitungen verbunden und Videosignal-Eingangsleitungen sind
mit den anderen Enden der Datenleitungen über analoge Schalter verbunden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1A zeigt
die Gesamtkonfiguration eines Beispiels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung, und 1B zeigt die Konfiguration der
Pixelzone;
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2 dient
zur Erläuterung
der Merkmale des in 1 dargestellten
Beispiels;
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3 ist
ein spezielleres Schaltungsdiagramm der in 2 dargestellten
Schaltungskonfiguration;
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4A zeigt
die Anordnung der ursprünglichen
Bilddaten, und 4B zeigt ein Beispiel der Datenanordnung,
wenn die ursprünglichen
Bilddaten in einer zeitlichen Abfolge gemäß dem Verfahren der Erfindung
angeordnet wurden;
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5 zeigt
ein Beispiel der Schaltungskonfiguration zur Verarbeitung eines
analogen Signals in ein gemultiplextes Signal, wie in 4B dargestellt;
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6 dient
zur Erläuterung
der Hauptfunktionsweise der Schaltungen in 5;
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7 zeigt
ein Beispiel der Schaltungskonfiguration zur Verarbeitung eines
digitalen Signals in ein gemultiplextes Signal wie dargestellt in 4B;
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8 zeigt
ein Beispiel der Konfiguration der Flüssigkristallmatrix-Ansteuerschaltungen
für das
digitale Zeilensequentialverfahren;
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9 ist
ein Zeitsteuerdiagramm, welches die Ablaufzeitsteuerung der in 1A, 2 und 3 dargestellten
Schaltkreise zeigt;
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10 ist
ein Zeitsteuerdiagramm, welches die Ausgabezeitpunkte für das Ausgangssignal
des analogen Schalters 261 zeigt, der in 1A, 2 und 3 dargestellt
ist;
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11A zeigt die Schaltungskonfiguration eines Vergleichsbeispiels,
und 11B ist die Signalwellenform,
welche die Problempunkte der Schaltung von 11A darstellt;
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12A zeigt den Hauptteil der in den 1 bis 3 dargestellten
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung, und 12B ist eine Signalwellenform,
welche den Vorteil der Schaltung von 12A darstellt;
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13A zeigt die Konfiguration des Hauptteils eines
weiteren Beispiels der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung, und 13B ist ein Zeitsteuerdiagramm,
welches ein Beispiel der Funktionsweise der Schaltung von 13A erläutert;
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14 ist
ein Zeitsteuerdiagramm für
ein weiteres Beispiel der Funktionsweise der in 13A dargestellten Schaltung;
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15 zeigt
die Gesamtkonfiguration eines weiteren Beispiels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung;
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16A zeigt die Anordnung der Datenleitungen in
der Schaltung von 15; 16B zeigt den
normalen Betrieb der Ansteuerschaltungen der Erfindung; und 16C zeigt ein Beispiel des Betriebes während einer
Defektprüfung
der Ansteuerschaltung von 16B;
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17 ist
ein Zeitsteuerdiagramm, welches den Betrieb der in 16C dargestellten Ansteuerschaltung der Erfindung
während
einer Defektprüfung
detaillierter erläutert;
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18A zeigt die Konfiguration des Hauptteils der
Ansteuerschaltung der Erfindung, und 18B zeigt
ein Beispiel des Betriebs der Schaltung von 18A während einer
Defektprüfung;
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19A zeigt die Konfiguration des Hauptteils der
Ansteuerschaltung der Erfindung, und 19B ist
ein Taktsteuerdiagramm, welches ein Beispiel des normalen Betriebes
der Ansteuerschaltung von 19A zeigt;
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20 zeigt
die Konfiguration eines weiteren Beispiels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung der
Erfindung;
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21 zeigt
eine schräge
Projektion des Aufbaus einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung;
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22A bis 22E zeigen
ein Beispiel des Herstellungsprozesses zur gleichzeitigen Erzeugung der
TFTs für
die Ansteuereinrichtungszone und die Aktivmatrixzone, wobei der
Bauelementquerschnitt für
jeden Prozess dargestellt ist;
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23A zeigt die Spannungs-Strom-Kennlinie für p-Kanal-
und n-Kanal-TFTs; 23B zeigt das Schaltungsdiagramm
einer Pufferschaltung, welche die p-Kanal-TFTs und die n-Kanal-TFTs verwendet; und 23C zeigt Eingangs- und Ausgangswellenformen der
Schaltung von 23B;
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24A zeigt eine NICHT-UND-Gatterschaltung, welche
p-Kanal und n-Kanal-TFTs verwendet; 24B zeigt
Eingangs- und Ausgangswellenformen für die Schaltung von 24A; 24C zeigt
eine Exklusiv-ODER-Gatterschaltung, welche p-Kanal-TFTs verwendet;
und 24D zeigt Eingangs- und Ausgangswellenformen
für die
Schaltung von 24C;
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25A zeigt ein Beispiel der Konfiguration eines
analogen Schalters; und 25B zeigt
die Konfiguration einer analogen Ansteuerschaltung.
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Die besten
Systeme zur Verwirklichung der Erfindung
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Unter
Verwendung spezieller Beispiele der Erfindung werden die Inhalte
der Erfindung nachfolgend detaillierter beschrieben.
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Beispiel 1
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Gesamtkonfiguration
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1A zeigt
die Konfiguration eines Beispiels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Erfindung, und 1B zeigt die Konfiguration der
Pixelzone einer Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
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Dies
ist ein Beispiel einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche eine Datenleitungsansteuerung unter Verwendung analoger Schalter
(Umschalt-Schaltkreise) verwendet.
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Weiter
werden in diesem Beispiel TFTs als Transistoren verwendet, welche
die Datenleitungsansteuerschaltung aufbauen. Diese TFTs werden auf dem
Substrat gleichzeitig mit den Schalt-TFTs in der Pixelzone erzeugt.
Der Herstellungsprozess wird später
noch beschrieben.
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Ein
einzelnes Pixel in einer Pixelzone (Aktivmatrix) 300 besteht
aus einem Schalt-TFT 350 und einem Flüssigkristallelement 370,
wie in 1B dargestellt. Die Gatterschaltung
des TFT 350 ist mit einer Abtastleitung L(k) verbunden
und die Quelle (Drain) ist mit der Datenleitung D(k) verbunden.
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Abtastleitungen
L(k) werden durch die in 1A dargestellte
Abtastleitungsansteuerschaltung 100 angesteuert, und Datenleitungen
D(k) werden durch die in 1A dargestellte
Datenleitungsansteuerschaltung 200 angesteuert.
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Die
Datenleitungsansteuerschaltung 200 enthält ein Schieberegister 220,
welches mindestens so viele Stufen hat wie Datenleitungen vorhanden sind,
die Gatterschaltung 240 und eine Vielzahl von analogen
Schaltern 261, welche mit N (in diesem Beispiel vier) Videobildleitungen
(S1–S4)
verbunden sind.
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Die
Verwendung von N Videobildzeilen (S1–S4) bedeutet, dass das Videosignal
mit einem Multiplexgrad von N gemultiplext ist.
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Jeweils
M Schalter, wobei M eine beliebige Anzahl ist (in diesem Beispiel
hat M den Wert vier), der Vielzahl von analogen Schaltern sind zu
einer Gruppe zusammengefasst; und die Gesamtanzahl der Gruppen ist
gleich groß wie
die Gesamtanzahl der Videosignalleitungen (d.h. N). Mit anderen
Worten befinden sich in diesem Beispiel vier analoge Schalter in
einer einzigen Gruppe; und alle in einer Gruppe befindlichen analogen
Schalter sind gemeinsam mit der gleichen Videobildleitung verbunden.
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In 1A bezeichnet
V1, V2, V3 und V4 das gemultiplexte Videosignal; SP bezeichnet den
Startimpuls, der dem Schieberegister 220 zugeführt wird; und
CL1 und nCL1 bezeichnen Operationstaktgeber. CL1 und nCL1 sind Impulse,
deren Phasen um 180° zueinander
verschoben sind. In den folgenden Erläuterungen sind, bei weiteren
Impulssignalen, Takte, welche um 180° phasenverschoben wurden, mit
einem Präfix "n" bezeichnet. Auch entspricht ein digitales
Signal von "1" einem positiven
Impuls, und ein digitales Signal von "0" entspricht
einem negativen Impuls.
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Die
Bedeutung des Multiplexens des Videobildes ist in 4B dargestellt.
Wie in 4A dargestellt, würde, wenn
man ein Videosignal im Bereich von 1–16 als Beispiel verwendet,
normalerweise jedes Signal in zeitsequentieller Abfolge angeordnet.
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Wenn
jedoch, wie im vorliegenden Beispiel, das Signal mit einem Grad
von vier gemultiplext wird, treten jedoch zum Zeitpunkt t1 die einzelnen
Signale 1, 5, 9 und 13 gleichzeitig
in den Videosignalen V1 bis V4 auf, wie in 4B dargestellt.
Anschließend
treten in gleicher Weise zum Zeitpunkt t2 gleichzeitig die einzelnen
Signale 2, 6, 10 und 14 auf.
Zum Zeitpunkt t3 treten die einzelnen Signale 3, 7, 11 und 15 gleichzeitig
auf; und zum Zeitpunkt t4 treten die einzelnen Signale 4, 8, 12 und 16 gleichzeitig
auf.
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Das
Multiplexen des Videosignals ist beispielsweise dadurch möglich, dass
das Videosignal sukzessive um kleine Größen verzögert wird, um eine Vielzahl
von Videosignalen mit geringfügig
unterschiedlichen Phasen zu erzeugen, wie in 6 dargestellt.
Eine derartige Verzögerung
des Videosignals kann beispielsweise unter Verwendung einer Verzögerungsschaltung
wie beispielsweise der in 5 dargestellten
Verzögerungsschaltung 1200 erzielt
werden. Die Verzögerungsschaltung 1200 besteht
aus vier Verzögerungsschaltungen 1202–1207 mit
identischen Verzögerungsgrößen, die
in Reihe geschaltet sind. Die Ausgangsgröße einer jeden Verzögerungsschaltung
wird der Datenleitungsansteuerschaltung 200 zugeführt. In 5 ist
Bezugszeichen 1000 ein analoger Videosignalgenerator; und
Bezugszeichen 1100 ist eine Taktsteuereinrichtung.
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Im
vorliegenden Beispiel wird eine Erhöhung der Datenleitungsansteuergeschwindigkeit
dadurch erzielt, dass das Videosignal in der zuvor erwähnten Weise
gemultiplext wird, während
dabei gleichzeitig mit einem einzigen Schieberegister die dem Grad des
Multiplexens entsprechende Anzahl der Impulse erzeugt wird, die
Vielzahl von analogen Schaltern gleichzeitig angesteuert werden,
und das Videosignal mehreren Datenleitungen gleichzeitig zugeführt wird.
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Wie
in 21 dargestellt, ist die eigentliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung
aus der Kombination des Aktivmatrixsubstrats 3100 und des
Gegensubstrates 3000 ausgebildet. Der Flüssigkristall
ist zwischen den beiden Substraten eingebracht.
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Spezielle
Konfiguration der Datenleitungsansteuerschaltung
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In
diesem Beispiel gibt es spezielle Eigenschaften bei der Funktionsweise
der Datenleitungsansteuerschaltung 200, und diese werden
nachfolgend detailliert erläutert.
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Wie
in 2 dargestellt, werden in diesem Beispiel im Schieberegister 220 eine
Vielzahl von mit gleichmäßigem Abstand
zueinander angeordneten positiven Impulsen (ein einzelner Impuls
entspricht dem Datenelement "1") gleichzeitig verschoben;
und, in Übereinstimmung
mit diesem, werden eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten
Impulsen parallel aus jeder Stufe des Schieberegisters ausgegeben.
Die Anzahl der parallelen Impulse ist äquivalent zum Multiplexgrad
N des zuvor beschriebenen Videosignals. Daher gibt es in diesem
Beispiel vier von diesen.
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Diese
Impulse werden verwendet, um die Operationszeitpunkte der analogen
Schalter 261 festzulegen. Insbesondere werden diese Impulse
der Gatterschaltung 240 zugeführt; und eine Vielzahl von mit
Abstand zueinander angeordneten parallelen Impulsen werden von den
Ausgangsanschlüssen (OUT1–OUT(Nxm))
der Gatterschaltung 240 ausgegeben.
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Dann
werden in diesem Beispiel diese von der Gatterschaltung 240 ausgegebenen
Impulse verwendet, um die Abtastzeitpunkte des Videosignals mittels
der analogen Schalter festzulegen.
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Die
Gatterschaltung 240 wird zur Formung der Wellenform verwendet.
Und zwar gibt es Unterschiede bei der Spannungs-Strom-Kennlinie
der p-Kanal- und n-Kanal-TFTs, wie in 23A dargestellt.
Daher wird, wenn Puffer, wie die in 23B gezeigten,
unter Verwendung dieser TFTs als Ausgangsstufentransistoren aufgebaut
sind, die Ausgangswellenformen bezüglich der Eingangswellenform
gedämpft,
wie in 23C dargestellt, wodurch eine
Signalverzögerung
eingebracht wird. Um eine derartige Verzögerung zu steuern, ist es wünschenswert,
die Gatterschaltung 240 vorzusehen. Dies ist jedoch nicht
absolut erforderlich, und eine direkte Ansteuerung der analogen
Schalter 261 durch das Schieberegisterausgangssignal ist
ebenfalls möglich.
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Eine
speziellere Schaltungskonfiguration der Datenleitungsansteuerschaltung 200 ist
in 3 dargestellt. Wie in 3 klar dargestellt,
besteht ein analoger Schalter 261 aus einem MOS-Transistor 410.
Außerdem
bezeichnet Bezugszeichen 412 die Kapazität der Datenleitung
selber (nachfolgend als Datenleitungskapazität bezeichnet).
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Eine
einzelne Stufe des Schieberegisters 220 (Bezugszeichen 500)
besteht aus einem Inverter 504 und getakteten Invertern 502 und 506.
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Die
Gatterschaltung 240 weist Doppeleingang-NICHT-UND-Gatterschaltungen 241 bis 246 auf,
welche als Eingangsgrößen die
Ausgangsgrößen von
zwei benachbarten Stufen des Schieberegisters empfangen.
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Erläuterung
der Funktionsweise der Schaltung
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise der in 3 dargestellten
Schaltung unter Verwendung von 9 und 10 detailliert
erläutert. 9 zeigt die
anfänglichen
Betriebsstadien vor dem Zeitpunkt, bei welchem die vier parallelen
Impulse vom Schieberegister 220 in gleichbleibender Weise
ausgegeben werden (diese Bedingung ist in 10 dargestellt).
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In 9 zeigen
a–g die
Signalwellenformen an den in 3 dargestellten
Ausgangsanschlüssen einer
jeden Stufe des Schieberegisters 220; und OUT1–OUT6 zeigen
die Ausgangssignalwellenformen eines jeden der NICHT-UND-Gatterschaltungen 241–246,
die ebenfalls in 3 dargestellt sind. GP ist der
Auswahlimpuls für
eine einzige Abtastleitung; und H1.ter bezeichnet
den ersten Auswahlzeitraum, hingegen bezeichnet H2.ter einen
zweiten Auswahlzeitraum. Auch sind, wie zuvor erläutert, CL1
und nCL1 die Operationstaktgeber; und SP ist der Startimpuls. Die
gleichen Definitionen gelten für 10.
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Wie
in 9 dargestellt, wird, wenn ein einzelner Startimpuls
(SP) dem Schieberegister 200 im ersten Auswahlzeitraum
(H1.ter) sequentiell zugeführt wird,
ein einzelner Impuls, welcher diesem Eingangsimpuls entspricht,
von jeder Stufe des Schieberegisters 220 ausgegeben, und
dieser Impuls wird in sequentieller Weise verschoben. Reagierend
darauf wird ein einzelner Impuls in sequentieller Weise von jeder
der NICHT-UND-Gatterschaltungen 241–246 ausgegeben.
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Dieser
Typ von Operation wird wiederholt; und, wie in 10 dargestellt,
werden am Anfang des vierten Auswahlzeitraums H4.ter (Zeitpunkt
t2), das erste Mal vier Impulse gleichzeitig aus den Gatterschaltungen 240 (OUT1,
OUT11, OUT21, OUT31) ausgegeben. Danach verläuft jeder Impuls parallel in der
gleichen Richtung, wobei dabei der Abstand zueinander konstant gehalten
wird und ein Zustand, bei dem vier Impulse gleichzeitig ausgegeben
werden, in gleichmäßiger Weise
realisiert wird.
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Mittels
der vier gleichzeitig ausgegebenen Impulse, die wie zuvor beschrieben
erhalten werden, werden die MOS-Transistoren, welche jeden analogen
Schalter 261 bilden, gleichzeitig angeschaltet, dann wird
das gemultiplexte Videosignal gleichzeitig abgetastet, und das Videosignal
wird den entsprechenden vier Datenleitungen gleichzeitig zugeführt.
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Mit
anderen Worten werden, wenn ein Impuls zugeführt wird, MOS-Transistoren 410 angeschaltet,
Datenleitungen (D(n)) und Videosignalleitungen (S1–S4) sind
elektrisch verbunden, und das analoge Signal wird in die Datenleitungskapazität 412 geschrieben.
Dann wird, wenn die MOS-Transistoren 410 abgeschaltet werden,
das geschriebene Signal in der Datenleitungskapazität 512 gehalten. Die
Datenleitungskapazität 512 fungiert
als Haltekondensator.
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Da
die Datenleitungsansteuereinrichtungen lediglich aus analogen Schaltern
bestehen, ist die Schaltungskonfiguration einfach, und es ist möglich, den
Integrationsgrad zu vergrößern. Außerdem ist
es möglich,
das Videosignal genau abzutasten. Im Fall von relativ kleinen Flüssigkristallpaneelen
ist es möglich,
die Datenleitungen in adäquater
Weise unter Verwendung einer Ansteuereinrichtung anzusteuern, welche
wie in diesem Beispiel lediglich analoge Schalter aufweist.
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In
der zuvor beschriebenen Weise werden in diesem Beispiel als erstes
eine Vielzahl von Impulsen gleichzeitig unter Verwendung eines einzelnen Schieberegisters
erzeugt. Demzufolge ist es möglich, die
Frequenz der Schieberegisterausgangssignale zu vergrößern, ohne
die Frequenz des Operationstaktgebers zu erhöhen. Wenn die Anzahl der gleichzeitig
erzeugten Impulse N ist (N ist eine natürliche Zahl von 2 oder größer), wird
die Frequenz des Schieberegisterausgangssignals das N-fache.
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Dann
wird unter Verwendung eines jeweiligen Ausgangssignals des Schieberegisters,
um die Abtastzeitpunkte des Videosignals durch die analogen Schalter
zu bestimmen, eine Datenleitungsansteuerung großer Geschwindigkeit realisiert.
Demzufolge ist eine Datenleitungsansteuerung mit hoher Geschwindigkeit
möglich,
ohne den Stromverbrauch zu vergrößern, sogar
wenn die Flüssigkristallmatrix-Ansteuerschaltungen
aus TFTs aufgebaut sind.
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Es
ist ebenfalls möglich,
analoge Schalter zu verwenden, die aus CMOS aufgebaut sind, wie
in 25A dargestellt, sowie auch solche, welche aus einzelnen
MOS-Transistoren aufgebaut sind. CMOS-Schalter sind aus MOS-Transistoren 414 und 416 und
einem Inverter 418 aufgebaut.
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Es
ist ebenfalls möglich,
analoge Ansteuereinrichtungen in der Art der in 25B dargestellten als Datenleitungsansteuereinrichtungen
zu verwenden. Analoge Ansteuereinrichtungen bestehen aus einer Abtast-Halteschaltung,
welche einen MOS-Transistor 414 und einen Haltekondensator 420 sowie
eine Pufferschaltung (Spannungsfolger) 400 enthält.
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Dieses
Beispiel weist wie nachstehend beschrieben herausragende Effekte
auf. Im Folgenden wird dieses Beispiel mit einem Vergleichsbeispiel
verglichen und die einzigartigen Effekte beschrieben.
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Vergleichsbeispiel
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11A zeigt die Konfiguration der Datenleitungsansteuerschaltung
eines Vergleichsbeispiels, und 11B stellt
die Problempunkte der Konfiguration in 11A dar.
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Im
Vergleichsbeispiel von 11A gibt
es eine Vielzahl von Schieberegistern (SR) und Gatterschaltungen
(22–26; 242–246);
und Startimpulse werden einzeln jedem Schieberegister zugeführt. Es ist
erforderlich, dass die Zuführung
der Startimpulse zum Schieberegister über eine spezielle Verdrahtung S10
erfolgt.
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In
diesem Fall kreuzt der Startimpuls-Zuführdraht S10 den Draht S20,
der zur Zuführung
der Operationstakte CL1 und nCL1 zu jedem der Schieberegister 222, 224 und 226 verwendet
wird. Das Ergebnis ist eine Überlagerung
von Rauschen auf dem Startimpuls, wie in 11B dargestellt.
Die Länge des
Startimpuls-Zuführdrahtes
S10 liegt mindestens in der Größenordnung
von 10 μm
und ist demzufolge ein Haupthindernis gegen eine Miniaturisierung.
Außerdem
wird der Startimpuls durch den Verdrahtungswiderstand verzögert; und
es besteht die Gefahr, dass es Unterschiede bei den Zuführzeitpunkten
zu jedem Schieberegister gibt.
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Im
Gegensatz dazu ist bei der Datenleitungsansteuerschaltung der Erfindung,
wie in 12A dargestellt, wenn der Startimpuls
(SP) an der linken Seite des einzelnen Schieberegisters 220 mit
der gewünschten
Zeitsteuerung zugeführt
wird, eine spezielle Startimpulsverdrahtung nicht erforderlich.
Demzufolge gibt es in diesem Beispiel keine Überlagerung von Rauschen auf
dem Startimpuls, wie dargestellt in 11B,
und eine Verringerung der Layoutfläche kann erzielt werden. Ebenso
gibt es, da eine Vielzahl von Impulsen durch ein einziges Schieberegister
erzeugt wird, keine Verzögerung
beim Startimpuls.
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Auf
eine derartige Weise ist es gemäß dieser Erfindung
möglich,
sowohl eine Miniaturisierung der Schaltungen als auch eine Verringerung
der Frequenz der Schieberegister-Operationstaktgeber zu erzielen.
Demzufolge kann beispielsweise sowohl eine hohe Geschwindigkeit
als auch ein genauer Betrieb gewährleistet
werden, sogar wenn unter Verwendung eines Tieftemperaturprozesses
hergestellte TFTs als TFTs verwendet werden, welche die Datenleitungsansteuerschaltung
bilden. Daher ist es, wenn die Erfindung verwandt wird, möglich, die
Leistungsfähigkeit
von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
zu verbessern, welche aus TFTs bestehende Ansteuerschaltungen aufweisen.
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Herstellungsprozess
des TFT
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22A bis 22E zeigen
ein Beispiel des Herstellungsprozesses (Tieftemperaturprozess), wenn
die Ansteuer-TFTs und die Aktivmatrix-(Pixel)-TFTs gleichzeitig
auf dem Substrat ausgebildet werden. Die durch diesen Herstellungsprozess
erzeugten TFTs verwenden Polysilizium und weisen eine LDD-(gering
dotierte Drainzonen)-Struktur auf.
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Zuerst
wird eine Isolierschicht 4100 auf der Oberseite des Glassubstrats 4000 ausgebildet.
Im Anschluss an die Ausbildung der Polysilizium-Inseln (4200a, 4200b, 4200c)
auf der Oberseite der Isolierschicht 4100, wird eine Gate-Oxidschicht 4300 auf der
gesamten Fläche
ausgebildet (22A).
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Als
nächstes
werden, nach dem Ausbilden der Gate-Elektroden (Steueranschlüsse) 4400a, 4400b und 4400c,
die Maskenmaterialschichten 4500a und 4500b ausgebildet.
Als nächstes
erfolgt eine Ionenimplantierung von Bor bis zu einer hohen Konzentration
und es werden Source- und Drain-Zonen
vom p-Typ 4702 erzeugt (22B).
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Dann
werden die Maskenmaterialschichten 4500a und 4500b entfernt,
es erfolgt eine Ionenimplantierung von Phosphor und es werden Source-
und Drain-Zonen vom n-Typ 4700 und 4900 erzeugt (22C).
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Nach
der Ausbildung der Maskenmaterialschichten 4800a und 4800b erfolgt
eine Ionenimplantierung von Phosphor (22D).
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Es
werden eine dielektrische Zwischenschicht 5000, Metallelektroden 5001, 5002, 5004, 5006, 5008, und
eine Abschluss-Passivierungsschicht 6000 zur Fertigstellung
der Vorrichtung ausgebildet.
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Beispiel 2
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Die
Erfindung lässt
sich nicht nur auf Datenleitungsansteuerschaltungen anwenden, welche analoge
Ansteuereinrichtungen verwenden, sondern ebenfalls auf digitale
Ansteuereinrichtungen verwendende Ansteuerschaltungen.
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8 zeigt
ein Beispiel der Konfiguration einer Ansteuerschaltung einer zeilensequentiellen
Ansteuerdatenleitung, die digitale Ansteuereinrichtungen verwendet.
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Die
speziellen Merkmale der Konfiguration dieser Schaltung beinhalten
eine erste Latch-Schaltung 1500, welche das digitale Videosignal (V1a–V1d) entgegennimmt
und es vorübergehend speichert,
eine zweite Latch-Schaltung 1510, welche jedes Datenbit
von der ersten Latch-Schaltung 1500 gesammelt entgegennimmt
und es vorübergehend speichert,
und einen D/A-Wandler 1600, welche jedes digitale Datenbit
von der zweiten Latch-Schaltung 1510 simultan in ein analoges
Signal umwandelt und alle Datenleitungen gleichzeitig ansteuert.
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Die
in diesem ersten Beispiel gezeigte Technologie lässt sich auch für die Handhabung
des digitalen Videosignals (V1a–V1d)
in der ersten Latch-Schaltung 1500 in Schaltungen anwenden, welche
digitale Ansteuereinrichtungen wie zuvor beschrieben verwenden.
Mit anderen Worten ist es, durch Multiplexen des digitalen Videosignals (V1a–V1d) und
weiter durch simultanes Erzeugen eine Vielzahl von Impulsen aus
einem einzigen Schieberegister und dann durch Verwenden dieser Impulse,
um einen parallelen Latch-Vorgang eine Vielzahl von Daten des digitalen
Videosignals durchzuführen,
möglich,
die Latch-Geschwindigkeit des digitalen Videosignals zu vergrößern, ohne
die Frequenz der Schieberegister-Operationstakte zu vergrößern.
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Das
Multiplexen des digitalen Videosignals kann beispielsweise durch
eine in 7 dargestellte Daten-Neuzusammensetzungsschaltung 1270 realisiert
werden. In 7 bezeichnet Bezugszeichen 1000 einen
analogen Videosignalgenerator; Bezugszeichen 1250 bezeichnet
eine A/D-Wandlerschaltung; Bezugszeichen 1260 bezeichnet
ein γ-Korrektur-ROM;
und Bezugszeichen 1110 bezeichnet eine Zeitsteuereinrichtung.
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Die
Erfindung ist nicht auf digitale Ansteuereinrichtungen mit zeilensequentieller
Ansteuerung eingeschränkt,
sondern sie kann auch auf digitale Ansteuereinrichtungen mit punktsequentieller
Ansteuerung angewandt werden.
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Beispiel 3
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Die
speziellen Merkmale des dritten Beispiels der Erfindung sind in
den 19A und 19B dargestellt.
Im ersten Beispiel bestand die Gatterschaltung 240 aus
NICHT-UND-Gatterschaltungen (3); jedoch
besteht in diesem Beispiel die Gatterschaltung 240 aus
Exklusiv-ODER-Gatterschaltungen 251. Die Exklusiv-ODER-Gatterschaltungen 251 verwenden
als Eingangsgrößen die
Ausgangsgrößen von
zwei benachbarten Stufen des Schieberegisters (a, b, ...) und geben
Impulse (X, Y, Z, ...) aus, die zur Bestimmung der Abtastzeitpunkte des
Videosignals verwendet werden.
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Die
Vorteile einer Verwendung von Exklusiv-ODER-Gatterschaltungen 251 bestehen
darin, dass es möglich
ist, den Stromverbrauch zu verringern, wenn eine einzige Zeitdauer
des Startimpulses (SP) so groß wie
das Doppelte des Auswahlzeitraums gemacht wird, und es ist möglich, eine
Aufspreizung der Impulsbreite zu vermeiden, da die abfallende Flanke
des Ausgangsimpulses scharf wird.
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Und
zwar wird, wie in 3 dargestellt, wenn ein einziger
Zeitraum des Startimpulses (SP) doppelt so groß wie der Auswahlzeitraum gemacht wird,
zusammen mit einer parallelen Impulsausgabe als Ergebnis der Schaltungsoperation ähnlich wie
in 9 dargestellt, die Anzahl der Pegeländerungen der
Ausgangsgröße (a, b,
...) einer jeden Stufe des Schieberegisters in einem einzigen Auswahlzeitraum im
Vergleich zu dem in 9 dargestellten Operationstyp
halbiert.
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Mit
anderen Worten gibt es, wie in 19B dargestellt,
lediglich eine einzige Signalpegeländerung innerhalb eines Auswahlzeitraums
(1H) beim Punkt b in 19A. Und zwar gibt es in einem
einzigen Auswahlzeitraum (1H) lediglich eine positive Flanke R3.
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Im
Gegensatz dazu ändert
sich bei der in 9 dargestellten Schaltungsoperation
der Signalpegel am Punkt b zweimal innerhalb eines einzigen Auswahlzeitraums
(1H). In einem einzigen Auswahlzeitraum (1H) gibt es sowohl eine
positive Flanke R1 als auch eine negative Flanke R2. Demzufolge
wird im Vergleich zum Fall von 9 die Anzahl
der Signalpegeländerungen
für den
Fall von 19 um die Hälfte verringert;
und begleitend dazu wird der Stromverbrauch auf etwa die Hälfte verringert.
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Ebenfalls
wird, wie in 24B dargestellt, im Gegensatz
zu dem Fall der zwei Eingänge
aufweisenden NICHT-UND-Gatterschaltung (die in 24A dargestellt ist), bei der die Ausgangsimpulsbreite
(T1) durch die positive Flanke des einen Eingangs und die negative
Flanke des anderen Eingangs bestimmt wird, im Fall einer Exklusiv-ODER-Gatterschaltung
(24C) die Ausgangsimpulsbreite (T2) für beide
Eingänge
durch die positiven Flanken festgelegt. Dadurch bedingt wird die hintere
Flanke des Ausgangsimpulses scharf, und eine Spreizung der Impulsbreite
kann verhindert werden.
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Beispiel 4
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13 zeigt die Konfiguration des Hauptbestandteils
eines vierten Beispiels der Erfindung.
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Das
spezielle Merkmal dieser Erfindung besteht darin, dass die Gatterschaltung 240 von 1 aus NICHT-UND-Gatterschaltungen (241, 242, 243, 244,
...) aufgebaut ist, welche als Eingangsgrößen die Ausgangsgröße einer
jeweiligen Schieberegisterstufe sowie ein Ausgabe-Freigabesignal
(E, nE) verwenden.
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Mittels
der durch die Ausgabe-Freigabesignale (E, nE) geleisteten Steuerung
sind der Schieberegisterausgangspegel und der Gatterschaltungsausgangspegel
unabhängig
und lassen sich steuern. Durch Verwendung dieses speziellen Merkmals
ist es, während
sich die Schaltung in Betrieb befindet, möglich, sowohl die Erzeugung
von Impulsen von den NICHT-UND-Gatterschaltungen (241, 242, 243, 244,
...) vorübergehend
zu unterbrechen als auch mit der Impulserzeugung nach Beendigung
der Unterbrechung wieder zu beginnen.
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Beispielsweise
sei in 13B die Unterbrechung der Impulserzeugung
von den NICHT-UND-Gatterschaltungen
(241, 242, 243, 244, ...) vom
Zeitpunkt t4 bis t6 (Zeitraum TS1) und die Wiederaufnahme der Impulserzeugung
zum Zeitpunkt t6 betrachtet.
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Dieser
Operationstyp kann dadurch erzielt werden, dass die Operationstakte
CL1 und nCL1 während
des Zeitraums TS1 unterbrochen werden; und dadurch, dass andererseits
das Ausgangs-Freigabesignal (E) vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt
t5 auf den Low-Pegel festgelegt wird, und dann mit der Änderung
wieder begonnen wird, und zwar mit der gleichen Periode wie der
Operationstakt zum Zeitpunkt t5. Es reicht aus, wenn das Ausgangs-Freigabesignal
(nE) mit der gleichen Periode wie der Operationstakt zum Zeitpunkt
t6 fortgeführt
wird.
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Dieser
Typ von Impulserzeugungsunterbrechungs-Technologie kann beispielsweise
verwendet werden, um eine Videosignalabtastung während des Horizontalaustastungszeitraums
(BL) zu verhindern.
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14 zeigt
die Unterbrechung der Gatterschaltungsimpulserzeugung während des
Horizontalaustastungszeitraums (Zeitpunkte t12 bis t13) in einer
realen (wirklich vorhandenen) Schaltung. In 14 bezeichnet 157 beispielsweise
den Ausgang der Stufe 157 des einzelnen Schieberegisters,
und OUT159 bezeichnet den Ausgang der 159.ten NICHT-UND-Gatterschaltung.
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Wie
klar in 14 dargestellt, ist es, um die Erzeugung
von Impulsen von der Gatterschaltung während des Horizonalaustastungszeitraumes
(Zeitpunkt t12 bis t13) zu unterbrechen, erforderlich, die Arbeitstakte
(CL1, nCL1) und die Freigabesignale (n, nE) zwischen den Zeitpunkten
t1 und t4 zu unterbrechen.
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Beispiel 5
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Die
in 1 dargestellte Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist ebenfalls zur Prüfung
der elektrischen Eigenschaften der Datenleitungen und weiterer Komponenten
geeignet. Und zwar ist es, wie in 15 oben
dargestellt, dadurch, dass eine Prüfsignalzuführschaltung 2000 vorgesehen
wird, möglich, genau
und schnell derartige Dinge wie Datenleitungs- und Analogschalter-Frequenzeigenschaften und
Datenleitungs-Öffnungsschaltungen
zu erfassen.
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In 15 ist
die Prüfsignal-Zuführschaltung 2000 mit
dem einen Ende der Datenleitungen verbunden, und die Videosignal-Zuführleitung
S1 ist mit dem anderen Ende der Datenleitungen über einen analogen Schalter 261 verbunden.
In 15 stellt TG das Test-Freigabesignal dar; und
TC repräsentiert
die Versorgungsspannung. Die Prüfung
erfolgt wie anschließend
beschrieben.
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Zuerst
wird das Test-Freigabesignal TG aktiviert; und die Versorgungsspannung
(Prüfspannung) wird
jeder Datenleitung gesammelt zugeführt.
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Bei
einem derartigen Zustand mit angelegter Spannung wird ein einzelner
Impuls vom einzelnen Schieberegister sequentiell ausgegeben. Wenn
dies erfolgt ist, werden einzelne Impulse von der Gatterschaltung 240 ausgegeben.
Mittels dieser Impulse werden die analogen Schalter sequentiell
angeschaltet. Als Ergebnis kann die dem einen Ende der Datenleitungen
zugeführte
Spannung durch die analogen Schalter 261 und die Videosignal-Eingangsleitung
S1 empfangen werden. Es ist somit möglich, die elektrischen Eigenschaften
der Datenleitungen und der analogen Schalter zu prüfen.
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In
diesem Beispiel ist eine Erzeugung von einzelnen sequentiellen Impulsen
von einzelnen Schieberegistern erforderlich. Mit anderen Worten sind
die Datenleitungen angeordnet wie in 16A dargestellt.
In den vorhergehenden Beispielen wurde ein gleichzeitiges Ansteuern
der mehreren Datenleitungen verwendet, wie in 16B dargestellt; jedoch ist es im vorliegenden
Beispiel erforderlich, auf ein Ansteuerverfahren umzuschalten, bei
welchem jede Leitung sequentiell abgetastet wird, wie in 16C dargestellt.
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Dieser
Schalttyp lässt
sich ohne Weiteres erzielen, indem das Zuführverfahren für den Startimpuls
wie dargestellt in 17 verändert wird. Mit anderen Worten
wird, wie in 17 dargestellt, ein einzelner
Startimpuls (SP) zu Beginn des ersten Auswahlzeitraums (H1.ter) zugeführt. Wenn dieser Impuls über alle
Ausgangsstufen verschoben wird, werden einzelne Impulse sequentiell
erzeugt; und wenn nach jedem Auswahlzeitraum ein einzelner Startimpuls (SP)
zugeführt
wird, ist es möglich,
gleichzeitig mehrere Impulse zu erzeugen, wie in 10 dargestellt.
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Durch
sequentielles Erzeugen einzelner Impulse von einem einzelnen Schieberegister
ist es möglich,
die elektrischen Eigenschaften einer jeden Leitung zu prüfen; und
die Prüfung
wird einfach.
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Wenn
weiter die Konfiguration von 18A verwendet
wird, befindet sich, wenn die Schieberegister-Operationstakte CL1 und nCL1 während eines festen
Zeitraumes (TS3) unterbrochen werden, während dieses Zeitraums lediglich
der Ausgang (OUT1) der NICHT-UND-Gatterschaltung auf einem High-Pegel,
wie in 18B dargestellt. Demzufolge
ist lediglich der zugehörige
analoge Schalter angeschaltet; und es ist möglich, nur die erste Datenleitung
gründlich
zu prüfen.
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In 20 ist
es möglich,
anstelle der speziellen Prüfsignal-Zuführschaltung 2000 eine
zeilensequentielle digitale Ansteuereinrichtung 214 vorzusehen
(welche die gleiche Konfiguration wie die von 8 hat).
In diesem Fall fungiert die digitale Ansteuereinrichtung 214,
zusätzlich
zu ihrer Operation als echte Datenleitungsansteuereinrichtung, auch
als Prüfsignal-Zuführschaltung.
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In
der Konfiguration von 20 sind sowohl eine Datenleitungsansteuerung
basierend auf einem analogen Videosignal als auch eine Datenleitungsansteuerung
basierend auf einem digitalen Videosignal möglich.
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Bei
einer Verwendung der zuvor beschriebenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
als Anzeigevorrichtung in Geräten
wie beispielsweise Personal-Computern, wird der Produktwert erhöht.