CN1661655A - 有源矩阵型半导体器件 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件,其中将电源电路设置在阵列衬底上,该器件通过抑制电源布线所占面积的增加,实现减小尺寸。本发明的特征是电源电路设置成邻接于电源电压输入端和信号线驱动电路。在电源电路与电源电压输入端之间的电源布线中,以及电源电路与信号线驱动电路之间的电源布线中有大量的电流流过。因此,通过将电源电路设置成邻接于电源电压输入端和信号线驱动电路,可以缩短其间的电源布线。相应地,与长度和宽度的乘积成比例的布线阻抗变小,使得能够接受变细的电源布线。于是,可使电源布线缩短且变细,从而可使布线面积减小。

Description

有源矩阵型半导体器件
技术领域
本发明涉及一种有源矩阵型半导体器件,其中多个开关元件排列成矩阵。
背景技术
有源矩阵型半导体器件被广泛采用,其中多个薄膜式晶体管(下称“TFT”)排列成矩阵作为开关元件,因为能够实现小型化,并可得到高可靠性的低功率器件。例如,由于有源矩阵型半导体器件薄而轻,并被用于采用液晶或EL材料的显示设备,或者包含比如光电二极管这样的光接收器件的传感装置,因此它被广泛用作便携式信息终端设备(下称“便携式设备”)等的输入/输出单元。近年来,极力开发的是在将多个TFT被设置成矩阵的阵列衬底上形成外围电路的技术,所述外围电路比如采用同样TFT的扫描线驱动电路和信号线驱动电路。通过将这些外围电路集成在阵列衬底上,可以增大作为显示单元或者传感单元的有源矩阵区的有效面积。同时,可以降低这些外围电路所需的成本。
在便携式设备的情况下,通常,从外面输入的外部电源电压限于比如来自电池组的低电压。但是,用于驱动液晶显示装置或比如光电二极管类的光接收装置的电压不需要与外部电源电压相同,而且,一般的说,它需要高电压。此外,由于TFT处于被选择状态或者非选择状态,所以它需要比扫描线驱动电路还要高的电压。因此,在便携式设备中,为提高比如电池组类的外部电源电压所用的电源电路成为基础。作为升压电路,广泛采用的是包括电容器和开关的电荷泵电路,它是小型的,而且表现为低功耗。
日本专利未审公开No.2002-175027和日本专利未审公开No.2001-343945公开的技术,以与外围电路同样的方式在阵列衬底上形成电荷泵升压电路。在阵列衬底上形成的电源电路具有这样的功能,它产生要加给有源矩阵区以及外围电路的电源电压,并具有来自设在阵列衬底外面的外部IC的电压作为输入。一般的说,在许多情况下,提供给有源矩阵区的电源电压,可以具有比用于驱动逻辑电路的电源电压高的电位,或者可以是极性相反的负电位。因此,当外部IC把电源电压直接提供给外围电路时,在外部IC的制造过程中必须增加制造与逻辑电路的晶体管分开的高耐压性晶体管的步骤。从而,在阵列衬底上形成电源电路,使外部IC中电源电路的结构以及制造工艺得以简化,实现降低成本。
需要克服的首要的传统情况下缺陷在于,设在阵列衬底上的电源电路中,电源布线所需的设计面积较大。也就是说,在包含电源电压输入端的耦合端子组与电源电路之间存在较长的距离,以致需要增加布线宽度,以减小布线阻抗。当布线宽度增加时,除有源矩阵区以外的元件所占的阵列衬底的面积增大,使得不能实现小型器件。
第二个缺陷是不能给大功耗的信号线驱动电路提供稳定电压。也就是说,当电源电路与信号线驱动电路之间的距离较远时,其间的布线阻抗大。这样,因供给电流的变化而引起电压降波动,使得不能够提供稳定电压。
发明内容
本发明的目的在于,通过抑制电源布线所占面积的增加,提供一种小型有源矩阵型半导体器件(下称“半导体器件”),其中,将电源电路设置在阵列衬底上。
本发明的一种半导体器件,包括,在同一衬底上:
有源矩阵区,它包含彼此相对设置成矩阵的信号线和扫描线,以及在信号线和扫描线的交叉点处设置的开关器件;
驱动扫描线用的扫描线驱动电路;
驱动信号线用的信号线驱动电路;
与外部电耦合用的耦合端子组;以及
电源电路,用以把从耦合端子组输入的电源电压转换成指定输出电压,并将该输出电压提供给信号线驱动电路以及信号线驱动电路的电压端,其中
电源电路设在耦合端子组附近,并被在设置信号线驱动电路的衬底一侧。
极为大量的电流在电源电路与耦合端子组之间的电源布线中以及电源电路与信号线驱动电路之间的电源布线中流动。因此,通过将电源电路与耦合端子组相邻设置,并且在设置信号线驱动电路的衬底一侧,可以缩短其间的电源布线。从而,与长度和宽度的乘积成比例的布线阻抗变小,使得能够接受电源布线的宽度变窄。因此,可使其间的电源布线缩短和变细,使布线面积得以被减小。
理想的是,将电源电路设置成与扫描线驱动电路邻接。
通过将电源电路设置成与扫描线驱动电路邻接,可使其间的电源布线缩短并变细,使布线面积得以被减小。
理想的是,将电源电路设置在衬底的拐角处。如上所述,通过将电源电路设置在衬底的拐角处,可以减小衬底的尺寸。
电源电路可以包括用于使输出电压稳定的稳压电路。
通过把电源电压从与信号线驱动电路邻接的稳压电路提供给信号线驱动电路,布线阻抗变小,使得能够提供用于稳定供给电流波动的电压。
电源电路可以包括用于将电源电压提升,以变换成输出电压的升压电路,以及用于驱动该升压电路的驱动电路。
通过设置用于驱动该升压电路的驱动电路,使升压电路中的功率损耗减小,并使电源容量增大。因此,能够减小升压电路的面积。换句话说,由于设置了驱动电路,所以升压电路中的功率损耗减小,并使电源容量增大,从而能够形成小型的电源电路,其中,形成升压电路的开关所占的面积减小。例如,升压电路为电荷泵电路,并且,驱动电路为电平移位电路。
理想的是,升压电路包含多个薄膜式晶体管,它们沿栅极长度方向被串联设置,而且,这些彼此接续设置的薄膜晶体管互相共享源极或者漏极。
相邻TFT共享源极或者漏极,使得整个升压电路的宽度变窄,并且面积减小。
有源矩阵区的负载具有显示器功能或者传感功能。
电源布线的面积变小使得能够得到具有大比例显示单元面积的显示设备,或者具有大比例传感单元面积的传感设备。例如,所述显示设备为液晶,EL,LED等;又比如,所述传感设备为感光设备、温度感应设备、压力感应设备等。
理想的是,开关器件为薄膜晶体管。如果开关元件为TFT,则可以通过与在同一衬底上形成其它电路的TFT相同的工艺制造。开关器件可以是TFD或MIM。
于是,通过把电源电路与耦合端子组相邻设置,并在设置信号线驱动电路的衬底一侧,可使其间的电源布线缩短并且变细,使布线面积得以被减小。从而,能够减小衬底的尺寸。此外,通过在相同尺寸的衬底上形成其它电路,能够得到高密度的集成设备。
附图说明
图1是表示本发明半导体器件第一实施例的电路图;
图2是表示本发明半导体器件第二实施例的电路图;
图3是表示本发明半导体器件第三实施例的电路图;
图4是表示第三实施例的稳压电路一种举例的电路图;
图5是表示本发明半导体器件第四实施例的电路图;
图6[1]是表示电荷泵作为第四实施例升压电路原理的电路图,而图6[2]是表示图6[1]所示电荷泵电路特定实例的电路图;
图7[1]是表示相关技术电荷泵的电路图,而图7[2]是表示第四实施例以及相关技术的电荷泵的特性曲线图;
图8示出第四实施例的电平移位电路的一种实例,其中图8[1]是表示输入/输出信号的波形图,而图8[2]是表示结构的电路图;
图9是表示本发明半导体器件第五实施例的局部平面视图;
图10是表示本发明半导体器件的实例1的电路图;
图11是表示实例1的电源电路方框图;
图12是表示实例1的升压电路的电路图,其中图12[1]是第一电路,图12[2]是第二电路,而图12[3]是第三电路;
图13是表示驱动实例1的升压电路所用的电平移位电路的电路图;
图14是表示实例1的电平移位电路的输入/输出信号的波形图;以及
图15是表示本发明半导体器件实例2的电路图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的实施例。
图1是表示本发明半导体器件第一实施例的电路图。以下将参考该图进行描述。
本实施例的半导体器件包括,形成在同一衬底1上的有源矩阵区2、信号线驱动电路3、扫描线驱动电路4、电源电路5和耦合端子组6。有源矩阵区2中,多个信号线21和多个扫描线22排列成矩阵。由信号线21和扫描线22控制的象素晶体管23设在信号线21和扫描线22的交叉点上,并且象素元件24连接到象素晶体管23。
在有源矩阵区2中,多个信号线21和多个扫描线22分别沿彼此交叉的有源矩阵区2两侧的长度方向排列。信号线驱动电路3和扫描线驱动电路4形成为细长形。所述细长形的信号线驱动电路3和扫描线驱动电路4沿着有源矩阵区2的信号线(21)的行和扫描线(22)的行而排列。信号线驱动电路3驱动信号线21,而扫描线驱动电路4驱动扫描线22。电源电路5将从耦合端子组6中的电源电压输入端6a输入的电源电压VDD转换成指定电压,并将其提供给信号线驱动电路3和扫描线驱动电路4。
如图1所示,沿着衬底1的侧面1a形成耦合端子组6。有源矩阵区2以这样的方式形成在衬底1上,使得沿着侧面1b设置信号线(21)的行,该侧面1b与沿其形成有耦合端子组6的侧面1a相对。沿有源矩阵区2的扫描线(22)的行形成扫描线驱动电路4。沿有源矩阵区2的信号线(21)的行形成信号线驱动电路3。从而,沿着与耦合端子组6相邻的衬底1的一侧形成所述信号线驱动电路3。
从图1可以看出,在设置有信号线驱动电路3的侧面1a一侧上的衬底1的拐角处存在空间S。因此,面向该空间S的耦合端子组6中的部分端子形成为电源电压输入端6a。此外,在空间S中,电源电路5设置为与耦合端子组6,尤其是电源电压输入端6a邻接,同时被设置在信号线驱动电路3的衬底1的侧面1a上。
如上所述,本实施例尤为明显的是,通过利用空间(衬底1的拐角)S将电源电路5与耦合端子组6相邻设置,并且是在设置信号线驱动电路3的衬底1的侧面1a上,从而缩短了用于耦合电源电路5、信号线驱动电路3和扫描线驱动电路4的布线长度。
在电源电路5与电源电压输入端6a之间的电源布线8,以及电源电路5与信号线驱动电路3之间的电源布线9中,有极为大量的电流流过。因此,通过将电源电路5与电源电压输入端6a和信号线驱动电路3相邻设置,而使其间的电源布线8,9得以被缩短。从而,与长度和宽度的乘积成比例的布线阻抗变小,使得能够接受镀锡的电源布线8,9。从而,使电源布线8,9能够缩短并且变细,使布线面积得以被减小。
此外,电源电路5也与扫描线驱动电路4相邻设置。因此,也能使其间的电源布线10够缩短并且变细,使布线面积被进一步减小。
继而,将更为详细地描述。
形成在比如玻璃衬底这样的绝缘体衬底1上的有源矩阵区2包括:彼此排列成矩阵的信号线21和扫描线22;设在信号线21和扫描线22的交叉点上的象素晶体管23;以及与象素晶体管23耦接的象素元件24。信号线21、扫描线22、象素晶体管23以及象素元件24的数量极大,以致为方便起见附图中每一种只示出一个。在采用液晶,EL,LED等作为象素元件24的情况下,有源矩阵区2将具有显示功能。通过由信号线21和扫描线22驱动,有源矩阵区2显示可视信息。当元件24为象素元件24时,将包括用于维持象素电压的象素容量等。在把光电二极管、温度检测装置、压力检测装置等用作元件24的情况下,有源矩阵区2将具有感应显示功能。有源矩阵区2成为通过由信号线21和扫描线22的驱动而用于检测光、温度、压力等的传感器。
使信号线21与信号线驱动电路3耦接,并使扫描线22与扫描线驱动电路4耦接。在电源电路5中,通过电源电压输入端6a和电源布线8输入电源电压VDD。与此同时,将电源电路5和电源电压输入端6a设在彼此邻接的位置。由电源电路5产生的电压通过电源布线9和电源布线10分别提供给信号线驱动电路3和扫描线驱动电路4。这里,电源布线9和电源布线10分别可以有多种类型或者数量很多。
本实施例的特点在于,将电源电路5与电源电压输入端6a相邻设置,并将电源电路5设在设置有信号线驱动电路3的有源矩阵区2的四个侧面之外的侧面上。从而,电源布线8的面积能够减小。通过电源布线8输入从电源电路5提供给其它电路的电功率,以致与其它电源布线相比,电源布线8中流动的电流量较多。因此,必须减小电源布线8的布线阻抗。本实施例中,将电源电压输入端6a和电源电路5彼此相邻设置,从而,即使采用细而短的布线,仍能够保持阻抗很低。
图2是表示本发明半导体器件第二实施例的电路图。以下将参考该图进行描述。但是,通过采用相同的附图标记,将省略与图1中相同部件的描述。
本实施例的半导体器件具有与第一实施例相同的特点,但是,通过电源布线10a将电源电路5设置在远离扫描线驱动电路4的位置,同时与电源电压输入端6a和信号线驱动电路3相邻设置。电源布线阻抗的减小避免了在提供电功率同时的电压降,并且对于具有大量供给电流的布线,也就是说,将被耦合到具有大功耗电路的布线来说尤为必要。信号线驱动电路3包括数模转换器,用以把从外部输入的数字数据转换为要加给象素元件24的模拟电压,还包括用于读取象素元件24中保持的模拟电压并将其转换为数字数据以将其输出到衬底1的外部的模数转换器。因此,功耗增加。同时,扫描线驱动电路4只增大和减小耦合到象素晶体管23的栅极端的扫描线22的电位,该电位用于转换象素晶体管23的ON/OFF,以致功耗很低。因此,就减小布线面积方面而言,将电源电路5设置为比扫描线驱动电路4更靠近信号线驱动电路3时尤为有效。
图3是表示本发明半导体器件第三实施例的电路图。下面将参考该图进行描述。但是,由于采用同样的附图标记,所以将省略与图1中相同部件的描述。
本实施例与第一实施例的区别在于,电源电路5a包括用于将电源电压VDD转换为更高电压的升压电路51,还包括用于提供稳定电压的稳压电路52。对于信号线驱动电路3来说,功率消耗极高,而且这种功率消耗是一种不稳定的负载,其中电功率是波动的。因此,借助通过稳压电路52将升压电路51所产生的电压加到信号线驱动电路3,能够得到用于负载波动的恒定电压。当把包含稳压电路52的电源电路5a设置得远离信号线驱动电路3时,这是与本实施例不同的,则其间的电源布线9延伸,从而使得阻抗增加。因而,在提供电压的同时,就会产生的急剧电压降,使得不能够提供稳定电压。因此,就如本实施例那样,通过将包括有稳压电路52的电源电路5与信号线驱动电路3相邻设置,能够提供稳定电压,而不增大电源布线的面积。
图4是表示本发明第三实施例的稳压电路一个实例的电路图。下面将参考该图进行描述。
稳压电路52为常见的差分放大电路,由用于差分放大的晶体管81-87并用于分压的电阻88,89构成,它输出稳定电压VR1,提升后的电压V1(可变的)与参考电压Verf(固定的)之差是稳定的。
图5是表示本发明半导体器件第四实施例的电路图。下面将参考该图进行描述。但是,由于采用同样的附图标记所以将省略与图1中相同部件的描述。
与第一实施例的区别在于,电源电路5b包括用于将电源电压VDD转换为更高电压的升压电路51和用于驱动该升压电路51的电平移位电路53。所述电平移位电路53产生大波幅信号,以控制构成升压电路51之开关的ON/OFF。
图6[1]表示作为图5所示升压电路的电荷泵电路的基本电路图,而图6[2]表示图6[1]所示电荷泵电路的特定实例的电路图;图7[1]表示相关技术电荷泵电路的电路图,而图7[2]表示本实施例以及相关技术电荷泵电路的特性曲线图;图8表示图5的电平移位电路的一种实例,其中图8[1]是输入/输出信号的波形图,而图8[2]是其构成电路图;下面将参考图5-图8进行描述。
图6[1]所示的电荷泵电路51a由开关58-61、用于提升电压的电容器62,以及用于维持电压的电容器63构成,用于将输入的电源电压VDD转换为两倍高的提升电压V1。下面所要描述的是电荷泵电路51a的工作情况。首先,闭合开关58,59并打开开关60,61,以将电源电压VDD加给电容器62。接着,打开开关58,59并闭合开关60,61,以进一步将电源电压VDD加给电容器62。从而,电容器62的充电电压变为2VDD,这样得到两倍于电源电压VDD的提升电压V1。接下去所描述的是其中采用电荷泵电路51a的两个实例。
图7[1]所示的电荷泵电路51c是上述日本专利未审公开No.2001-343945所公开的电荷泵电路,它由TFT 58c-61c、用于提升电压的电容器62c和用于维持电压的电容器63c构成,并且它被用来把输入的电源电压VDD转换成大约两倍高的提升电压V1’。在电荷泵电路51c中,采用二极管连接,其中TFT 58c和61c的栅极和源极耦接。于是,它仅利用时钟信号CLK进行操作,从而不存在所需的特定栅极信号,也不需要用于产生栅极信号的电路。但是,由于TFT 58c和61c为二极管连接,所以加给栅极的阈值电压包含在漏极和源极之间的电压中。从而,使ON阻抗增大。因而,使得由电荷泵电路51c分别充电到电容器62c,63c中的电压被降低了TFT58c,61c的阈值电压那样的电压。TFT的阈值电压为1V或者更高,使得由此引起的电压降和性能退化都是不容忽视的。此外,二极管连接的TFT 58c和61c的ON阻抗很高,使得在负载很高时的内部压降急剧。就是说,在通过将电荷充入到电容器62c,63c而将电流提供给负载的情况下,当流到TFT 58c,61c中的电流量增大时,将导致TFT 58c,61c漏源极之间很大的电压降。因此,不能够提供足够的提升电压V1’。
这当中,将图6[2]所示的电荷泵电路51b用在本实施例中,它由TFT58b-61b、用于提升电压的电容器62b和用于维持电压的电容器63b构成,并且将它用于将输入的电源电压VDD转换成大约两倍高的提升电压V1。在电荷泵电路51b中,把栅极信号A,B提供给采用图8[2]所示的电平移位电路53的TFT58b-61b。从而,能够实现TFT 58b-61b的ON/OFF。这样,就无需使TFT 58b-61b为二极管连接,从而就没有阈值电压那样大的电压降,并且还能够降低ON阻抗。
图8[2]所示的电平移位电路53由TFT 30-33及反相器34-40构成,用于将输入的时钟信号CLK(电源电压VDD)变换成栅极信号A,B(提升电压V1)。栅极信号A,B可以是由电荷泵电路51b产生的提升电压V1中间的最高电压和最低电压任取的信号,这些电压分别作为高电位电平和低电位电平。就是说,由于采用由电荷泵电路51b所产生的提升电压V1作为电源电压,因此可以通过电平移位电路53产生具有高幅值的栅极信号A,B,所述电平移位电路53采用具有低幅值的时钟信号CLK作为输入信号。所述时钟信号CLK由外部提供,或者由设置在衬底1上的时钟发生电路(未示出)提供。
在在电源电路5中包含用来驱动电荷泵电路51b的电平移位电路53情况下,所出现的问题是因附加了该电路使得电路面积增加。在输出级中充当缓冲器的反相器35-40占据了图8[2]所示电平移位电路53的大部分面积。最后级中形成反相器39,40的TFT(未示出)驱动电荷泵电路51b的较大TFT58b-61b,以致需要全部TFT 58b-61b面积的大约1/10到1/3。此外,需要借助这大约1/10到1/3大小的TFT在其前一级中形成反相器37,38。当反相器的大小以上述比率增大,以便驱动从形成电平移位电路53的几十平方微米的TFT到形成电荷泵电路51b的几千平方微米的TFT的TFT时,需要三到六级的反相器。
为通过表达式得出缓冲器的整个面积,计算出缓冲器的面积,这个面积按比率(1/3)从最后一级降低到极限。下面的表达式表示缓冲器所占的面积,其中电荷泵电路的TFT所占的面积为S:
                    S·∑n=1(1/3)n=S/2
从而,电荷泵电路和电平移位电路的总面积为(1+1/2)S,这是只有电荷泵电路面积的大约1.5倍。
将采用二极管连接的TFT(图7[1],下称“二极管型”)情况下与采用跟第一种情况相同面积大小的TFT作为被加给栅极信号的开关(图6[2],下称“开关型”)情况下的性能进行比较。具有从外部提供的VDD幅值的时钟信号CLK不具有为用来提升电压之电容器62c充电的驱动能力,使得在二极管型情况下需要在衬底1上附加时钟缓冲器。因此,对于所说的两种情况,TFT的数量为四个。
图7[2]示出充电时刻升压电容器端子的电位Vc与该时刻TFT的漏-源极端子之间流动的电流Idd之间的关系。对于电流Idd来说,在二极管型的情况下是指Idd2,而在开关型的情况下是指Idd1。虽然在进行充电并且Vc的电位增加到VDD的过程中用于充电所流动的电流Idd减小,但是可以看出,开关型中的电流始终大于二极管型中的电流。这表明在给负载提供电流时,开关型中的电压降较小。电流Idd与TFT的沟道宽度成比例增加,使得通过采用较大面积的TFT在二极管型中也能得到与开关型中相同的电流。对于因使二极管型TFT乘以m所引起的电流增加和面积增大进行研究。
在图7[1]的电荷泵电路51c中,采用二极管连接并且需要m倍大小的TFT58c,61c是整个部件的一半,使得这种二极管连接的TFT 58c,61c的面积为((1+m)/2)S。图6[2]所示开关型电荷泵电路51b中TFT的面积为(3/2)S,其中将电平移位电路53的面积加到四个开关TFT 58b-61b的面积S上。因此,按照
((1+m)/2)S>(3/2)S,开关型面积变小的情况是m>2。
比较当m=2时,也即面积相等时开关型和二极管型情况下的电流容量。如图7[2]所示,当对升压电容上的充电电压小于33%(Vc/VDD<0.33)时,二极管型中有大量的电流流过。但是,当充电电压高于这个值时,所述电流急剧减少,而开关型的性能提高。充电电压为大约30%,要提升的电压成为1.3VDD那样低或者更低,使得不能够预期足够的提升操作。
图9是根据本发明半导体器件的第五实施例的截面顶视图。下面将参考附图进行描述。但是,由于采用同样的附图标记所以将省略与图6相同的元件的描述。
本实施例中,电荷泵电路51b的设计是与众不同的。不同之处在于沿栅极的长度方向上排列了多个TFT 58b-61b,并且相邻的TFT 58b-61b共享源极或漏极。电荷泵电路51b由电极层41a-41e、半导体层42a-42d、绝缘层43a,43b、栅极(未示出)等构成。电极层41a,41b形成在半导体层42a上,电极层41b,41c形成在半导体层42b上,电极层41c,41d形成在半导体层42c上,而电极层41d,41e形成在半导体层42d上。绝缘层43a插入在电极层41a,41e(仅示出电极层41e)之间,并且绝缘层43b插入在电极层41b,41d(仅示出电极层41d)之间。此外,被加给接地电压VSS的电极层41a用作TFT 59b的源极和电容器63b的低电位侧电极。电极层41b用作TFT 60b的源极、TFT 59b的漏极和电容器62b的低电位侧电极。被加给电源电压VDD的电极层41c用作TFT 58b的漏极和TFT 60b的漏极。电极层41d用作TFT 58b的源极、TFT 61b的漏极和电容器62b的高电位侧电极。被加给提升电压V1的电极层41e用作TFT 61b的源极和电容器63b的高电位侧电极。这里,描述的是有如TFT 58b-61b那样,在衬底上形成电容器62b,63b,但是,也可以将它们设置在衬底的外部,并且通过外部耦接焊点44a,44c耦接到TFT 58b-61b。可将半导体层42a-42d是形成为一体的,或者是单独分开的。
实例1
接着,将参考附图描述本发明的实例1。本实例的半导体器件是在象玻璃这样的衬底上形成的显示设备的情况。
图10是本发明半导体器件实例1的电路图。图11是图10所示的电源电路的结构图。下面将参考附图进行描述。
在衬底100上,形成有:显示单元101,比如液晶;信号线驱动电路102;扫描线驱动电路103;用于产生供上述部件所用电源电压的电源电路104;信号布线(省略附图标记)以及电源布线8a、9a、10b、11,用于将来自衬底外部的信号和电源电压输送到衬底100上的电路;用于输入电源电压的耦合端子105等。将电源电路104设置成与耦合端子105邻接,使电源布线8a缩短。另外,将电源电路104设置成与信号线驱动电路102邻接,使电源布线9a也变短,该电源布线9a用于将电源电路104产生的输出电压提供给信号线驱动电路102。因而,使得要求低阻抗的电源布线8a,9a的布线面积得以被减小。从而,可以减小衬底100上整个显示设备的面积。
此外,通过FPC 106使衬底100耦接到外部衬底107上。外部衬底107配置有控制器108。
由排列成矩阵的信号线120和扫描线121、设置在信号线120和扫描线121交叉点处的象素TFT 122、存储电容123、液晶124等构成显示单元101。为方便起见,附图中的这些结构元件每种示出一个,但是,实际上它们有多个。
扫描线驱动单元103由移位寄存器和缓冲电路(未示出)构成,并通过按与垂直移位时钟(未示出)同步的顺序产生垂直选择脉冲,以执行垂直扫描。通过控制在垂直扫描时刻加给扫描线121的电位的值(高/低),可将象素TFT 122设置成选择状态,或非选择状态。
由未予示出的移位寄存器、锁存电路和数-模转换器(下称“DAC”)等构成信号线驱动电路102。由锁存电路保存输入到信号线驱动电路102的视频信号。另外,信号线驱动电路102通过与水平移位时钟(未示出)同步而产生水平选择脉冲来执行水平扫描。在水平扫描时刻,由信号线120采样锁存视频信号转换成模拟电压时的电位。通过选择象素TFT 122将在个电位加给液晶124和存储电容123。根据所述电压与公共电压端125的电压之间的差,改变液晶124的透射率,并由此表示等级。
对于信号线驱动电路102的电源电压来说,需要的是比加给液晶的数据电压更高的电压。一般的说,比从诸如电池组等外部电源提供的电压高。此外,信号线驱动电路102的功耗随着所显示的图像而波动,以致,使得它成为电源电压,对于电源电路104具有较大的负载波动。
从而,为提供稳定的电压给信号线驱动电路102,需要通过升压电路51b提升从外部输出的电源电压VDD的电位,然后通过稳压电路52a将其输出。
扫描线驱动电路103需要至少两个电源电压。一个是用于被选择的象素TFT122的高电压,另一个是用于非选择的象素TFT 122的低电压。所述高电压必须比数据电压高出至少是象素TFT 122阈值电压的量。此外,一般的说,在很多情况下将负电源用作低电压,使得为了把要加给液晶的电压极性反向一段恒定的时间,以便即使是在存储电容123的象素TFT 122侧端子或信号线120变为负电位的情况下也能防止液晶损坏,确实不选择象素TFT 122,。
电源电路104电源电压提供给信号线驱动电路102和扫描线驱动电路103。借助升压电路51d,通过耦合端子105和电源布线8a,电源电路104把从外部控制器108输入的电源电压VDD变换成正高压和负高压电压。利用稳压电路52,使通过将电源电压VDD提升两倍高得到的提升电压V1变换成稳定电压VR1,该稳定电压VR1用于稳定负载波动,并且通过电源布线9a被提供给信号线驱动电路102。利用电源布线10b,将通过将电源电压VDD提升三倍高得到的三倍提升电压V2被提供给扫描线驱动电路103,并且用作象素TFT 122的选择电压。此外,利用电源布线11,将通过将电源电压VDD反向提升两倍得到的反向提升电压V3被提供给扫描线驱动电路103,并且用作象素TFT 122的非选择电压。
图12是图11所示升压电路的电路图,其中图12[1]是第一电路,图12[2]是第二电路,而图12[3]是第三电路。下面将参考图11和图12进行描述。
由图12所示的三个电路构成升压电路51d。第一电路与图6[1]所示的电路结构相同,它是由开关58-61、升压电容62和存储电容63构成的两倍升压电路。在A时刻,开关58,59被连接,并且电源电压VDD保存在升压电容62中。接着,在B时刻,开关60,61被连接,并且输出端的电位被提升到为2×VDD,成为提升电压V1。提升电压V1保存在存储电容63中。
第二电路由开关64-67、升压电容68和存储电容69构成,产生三倍高的提升电压。在A时刻,开关64,65被连接,并且电源电压VDD被保存在升压电容68中。接着,在B时刻,开关66,67被连接,并且输出端的电位被提升到为3×VDD成为三倍提升电压V2。该三倍提升电压V2保存在存储电容69中。
第三电路由开关70-73、电容74和存储电容75构成。在A时刻,开关70,71被连接,并且提升电压V1(2×VDD)被保存在电容74中。接着,在B时刻,开关72,73被连接,并且输出端的电位被反向成为-2×VDD,成为反向提升电压V3。该反向提升电压V3保存在存储电容75中。
图13是表示驱动图12所示升压电路所用电平移位电路的电路图。图14是图13所示电平移位电路的输入/输出信号的波形图。下面将参考图10到图14进行描述。
电平移位电路53a产生用于驱动升压电路51d的每个开关58-的信号A、B,并被包含在电源电路104中。如图14所示,采用三倍提升电压V2和反向提升电压V3,电平移位电路53a将低幅值时钟信号CLK变换为高幅值信号。电平移位电路53a的结构和操作方式与图8所示的电平移位电路相同。
实例2
接下去参考附图描述本发明的实例2。这个实例被用在形成于年如玻璃这样的衬底上的传感设备的情况。
图15是本发明半导体器件实例2的电路图。下面将参考附图进行描述。但是,由于采用同样的附图标记,所以将省略与图10中相同部件的描述。
在衬底100上,形成有:传感单元110,如光电二极管;信号线驱动电路102;扫描线驱动电路103;用以产生供上述部件使用的电源电压的电源电路104;信号布线(省略附图标记)以及电源布线8a,9a,10b,11,用于将来自衬底100外部的信号和电源电压输送到衬底100上的电路;用于输入电源电压的耦合端子105等。将电源电路104设置为与耦合端子105邻接,使电源布线8a缩短。另外,将电源电路104设置为与信号线驱动电路102邻接,使电源布线9a也变短,所述电源布线9a用于将电源电路104产生的输出电压提供给信号线驱动电路102。因而,使要求低阻抗的电源布线8a,9a的布线面积减小,从而可使衬底100上整个传感设备的面积得以被减小。
传感单元110由排列成矩阵的信号线120和扫描线121、设在信号线120和扫描线121交叉点处的象素TFT 122、存储电容123、光电二极管126等构成。为方便起见,附图中对这些结构元件每种示出一个,但是,实际上它们有多个。光电二极管126的一端连接到公共电压端127。当把正电压加给公共电压端127,使光电二极管126处于反向偏置状态时,有与发光量有关的电流流过。该电流存储在存储电容123中,作为象素信号电荷。
扫描线驱动单元103由未予示出的移位寄存器和缓冲电路构成,并且通过按与垂直移位时钟(未示出)同步的顺序产生垂直选择脉冲实行垂直扫描。通过控制在垂直扫描时刻加给到扫描线121的电位值(高/低),可将象素TFT 122设置成选择状态,或非选择状态。
信号线驱动电路102由未予示出的移位寄存器、传感放大电路和ADC等构成。通过按扫描线驱动电路103实行垂直扫描的实行选择,使信号线120通过存储电容123的电荷被充电到与视频信号电平有关的电压。被传感放大电路放大之后,由ADC将它变换成数字信号。
在传感设备的电源电路104中,把用于稳定负载电流波动的大约电源电压VDD两倍高的电压也加给信号线驱动电路102。这个电压也被用于加到公共电压端127,使光电二极管126处于反向偏置状态。在扫描线驱动电路103中,加给用来选择或非选择象素TFT 122的电压,这类似于显示单元的情况。
作为利用本发明的例子,可以是具有有源矩阵区的设备,如安装有液晶显示设备和EL显示设备的便携式终端和便携式电话,或者安装有光二次感应器的便携式指纹(fringerprint)读出装置。

Claims (9)

1.一种有源矩阵型半导体器件,它包括,在同一衬底上:
有源矩阵区,包含相对彼此排列成矩阵的信号线和扫描线,以及设在信号线和扫描线交叉点处的开关器件;
用于驱动扫描线的扫描线驱动电路;
用于驱动信号线的信号线驱动电路;
用于与外部电耦接的耦合端子组;以及
电源电路,用于将从耦合端子组输入的电源电压变换成指定的输出电压,并将该输出电压提供给信号线驱动电路以及信号线驱动电路的电压端,其中,
所述电源电路被设置得与耦合端子组邻接,并在设置信号线驱动电路的衬底一侧。
2.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,将所述电源电路设置得与扫描线驱动电路邻接。
3.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,将所述电源电路设置在衬底的拐角处。
4.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述电源电路包括用于稳定输出电压的稳压电路。
5.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述电源电路包括升压电路,用于提升电源电压,以将其转换成输出电压,还包括用于驱动该升压电路的驱动电路。
6.根据权利要求5所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述升压电路包括多个薄膜晶体管,它们沿栅极长度方向串联设置,并且彼此接续设置的晶体管彼此共享源极或漏极。
7.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述有源矩阵区的负载具有显示功能。
8.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述有源矩阵区的负载具有传感功能。
9.根据权利要求1所述的有源矩阵型半导体器件,其中,所述开关器件是薄膜晶体管。
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Patentee after: NEC LCD Technologies, Ltd.

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Patentee before: NEC Corp.

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Patentee before: NEC LCD Technologies, Ltd.