JP2001057518A - レベルシフト回路 - Google Patents

レベルシフト回路

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JP2001057518A
JP2001057518A JP11231971A JP23197199A JP2001057518A JP 2001057518 A JP2001057518 A JP 2001057518A JP 11231971 A JP11231971 A JP 11231971A JP 23197199 A JP23197199 A JP 23197199A JP 2001057518 A JP2001057518 A JP 2001057518A
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mos transistor
gate
power supply
supply line
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Keizo Morita
敬三 森田
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の電圧で駆動可能なレベルシフト回路、
特に5Vで駆動するインバータが不要であり、液晶表示
装置のデータドライバ又はゲートドライバ内への組み込
みに好適なレベルシフト回路を提供する。 【解決手段】 ソースが電源ライン(13V)に接続さ
れたP型MOSトランジスタ11と、ソースが接地(0
V)に接続され、ゲートが入力端子Vinに接続され、ド
レインがトランジスタのドレイン11に接続されたN型
MOSトランジスタと、ソースが電源ラインに接続さ
れ、ゲートがトランジスタ11のドレインに接続され、
ドレインがトランジスタ11のゲートに接続されたN型
MOSトランジスタ13と、ソースが接地に接続され、
ゲートが入力端子Vinに接続され、ドレインがトランジ
スタ13のドレインに接続されたP型MOSトランジス
タ14とを有し、トランジスタ11のドレインから次段
回路に信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にポリシリコン
薄膜トランジスタで形成された周辺回路一体型アクティ
ブマトリクス液晶表示装置において、ゲートドライバ又
はデータドライバ内に組み込まれるレベルシフト回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、2枚の透明基板の間に
液晶を封入した構造を有している。それらの透明基板の
相互に対向する2つの面(対向面)のうち、一方の面側
には対向電極、カラーフィルタ及び配向膜等が形成さ
れ、他方の面側にはTFT(ThinFilm Transistor:薄
膜トランジスタ)、画素電極及び配向膜等が形成されて
いる。更に、各透明基板の対向面と反対側の面には、そ
れぞれ偏光板が貼り付けられている。これらの2枚の偏
光板は、例えば偏光板の偏光軸が互いに直交するように
配置され、これによれば、電界をかけない状態では光を
透過し、電界を印加した状態では遮光するモード、すな
わちノーマリーホワイトモードとなる。その反対に、2
枚の偏光板の偏光軸が平行な場合には、ノーマリーブラ
ックモードとなる。以下、TFT及び画素電極等が形成
された透明基板をTFT基板、対向電極等が形成された
透明基板を対向基板という。
【0003】近年、液晶表示装置の低コスト化を実現で
きる技術が強く要望され、種々の技術が開発されてい
る。なかでも、低温プロセスでポリシリコンTFTを形
成する技術は、安価なガラス基板上に周辺回路を内蔵す
ることを可能とし、従来のような駆動用ICの実装費用
が削減されるため、大幅なコスト削減を期待できること
から注目されている。
【0004】図7は液晶表示装置のTFT基板を示す模
式図であり、図8は同じくその表示領域の一部を拡大し
て示す平面図である。TFT基板は、ガラス基板40
と、ガラス基板40上に設けられた表示領域41、デー
タドライバ42、ゲートドライバ43及び端子電極44
とにより構成されている。端子電極44には、図示しな
い外部制御回路から画像信号、水平同期信号、垂直同期
信号及びクロック信号等が入力される。
【0005】表示領域41には、図8に示すように、デ
ータバスライン51及びゲートバスライン52が相互に
交差するように形成されている。これらのデータバスラ
イン51及びゲートバスライン52により分割された矩
形の領域がそれぞれ画素領域となる。各画素領域には、
TFT53と、ITO(indium-tin oxide:インジウム
酸化スズ)からなる透明画素電極54とが形成されてい
る。TFT53のゲートはゲートバスライン52に接続
され、ドレインはデータバスライン51に接続され、ソ
ースは画素電極54に接続されている。
【0006】データドライバ42は、端子電極44を介
して画像信号を入力し、該画像信号を基に表示信号を生
成して、水平同期信号に同期したタイミングでデータバ
スライン51に表示信号を出力する。また、ゲートドラ
イバ43は、水平同期信号及び垂直同期信号を入力し、
これらの信号を基に走査信号を生成して、水平同期信号
に同期したタイミングで各ゲートバスライン52に順番
に走査信号を出力する。走査信号により活性化されたT
FT53を介してデータバスライン51から画素電極5
4に表示信号が伝達され、TFT基板と対向基板との間
の液晶の配向方向が変化して光の透過率が変化する。こ
のようにして、光の透過率を画素毎に制御することによ
り、液晶表示装置に画像が表示される。
【0007】ところで、一般的なポリシリコンTFTの
場合、N型MOSトランジスタのしきい値電圧が約2.
5V、P型MOSトランジスタのしきい値電圧が約−
3.5Vである。また、液晶表示装置では、表示性能の
劣化を防止するために、1フレーム毎に極性を反転させ
る必要がある。このため、図7に示すようにガラス基板
40上にデータドライバ42又はゲートドライバ43が
形成されている液晶表示装置の場合、電源電圧を13V
程度に設定する必要がある。この電圧は、一般的な単結
晶MOSシリコントランジスタの駆動電圧5Vと比べる
と高いため、端子電極44を介して送られてくる信号の
振幅を13Vに増幅する必要がある。このため、従来は
外部制御回路に電圧増幅用のオペアンプを搭載する必要
があり、外部制御回路のサイズ及び消費電力が増大する
という欠点があった。
【0008】上記の問題を解決する方法として、ガラス
基板上にレベルシフト回路を形成することが考えられ
る。図9は従来の一般的なレベルシフト回路の例を示す
回路図である。このレベルシフト回路は、4つのP型M
OSトランジスタ61,63,65,67と、4つのN
型MOSトランジスタ62,64,66,68とにより
構成されている。P型MOSトランジスタ61のソース
は第1の高電位側電源ラインVcc(5V)に接続され、
N型MOSトランジスタ62のソースは低電位側電源ラ
インGND (0V)に接続され、これらのトランジスタ6
1,62のゲートは入力端子Vinに接続され、ドレイン
同士は相互に接続されて、インバータを構成している。
以下、このトランジスタ61,62のドレインの相互接
続点をノードq7という。
【0009】P型MOSトランジスタ63及びP型MO
Sトランジスタ65のソースはいずれも第2の高電位側
電源ラインVDD(13V)に接続され、N型MOSトラ
ンジスタ64及びN型MOSトランジスタ66のソース
はいずれも低電位側電源ラインGND (0V)に接続され
ている。P型MOSトランジスタ63及びN型MOSト
ランジスタ64のドレインは相互に接続されている。こ
のトランジスタ63,64の各ドレインの接続点を、以
下、ノードq8 という。また、トランジスタ65,66
の各ドレインの接続点を、以下、ノードq9 という。
【0010】N型MOSトランジスタ64のゲートはノ
ードq7 に接続されており、P型MOSトランジスタ6
3のゲートはノードq9 に接続されている。P型MOS
トランジスタ65のゲートはノードq8 に接続されてお
り、N型MOSトランジスタ66のゲートは入力端子V
inに接続されている。また、P型MOSトランジスタ6
7及びN型MOSトランジスタ68は高電位側電源ライ
ンVDD(13V)と低電位側電源ラインGND (0V)の
間に直列接続されて、インバータを構成している。トラ
ンジスタ67. 68のゲートはノードq9 に接続され、
トランジスタ67,68のドレインは出力端子Vout に
接続されている。
【0011】図10は上述の構成のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。この
図10において、V(in)は入力端子Vin に入力される信
号の波形を示し、V(q8)はノードq8 、V(q9)はノード
q9 における波形を示し、V(out )は出力端子Vout
から出力される信号の波形を示す。この図10に示すよ
うに、入力端子Vinに入力される0Vから5Vの間で変
化する信号に対し、ノードq8 の電圧を0Vと13Vと
の間で変化させることができ、出力端子Voutから波高
値13Vの信号が出力される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】レベルシフト回路をガ
ラス基板上に形成する際に、例えばゲートドライバ内に
組み込む場合には、前記ゲートドライバの駆動信号の本
数がせいぜい7本と少ないため、レベルシフト回路は図
9に示す構成で比較的簡単に実現することができる。し
かし、線順次型データドライバのようにデジタル信号で
入力されるビデオ信号を増幅する場合、レベルシフト回
路の数は一挙に増大する。
【0013】図11はレベルシフト回路を内蔵した線順
次型データドライバの例を示すブロック図である。この
データドライバは、シフトレジスタ部71と、データレ
ジスタ部72と、ラッチ回路部73と、レベルシフタ部
74と、D/A(デジタル/アナログ)変換回路部75
と、アナログバッファ部76とにより構成されている。
なお、図中SI/CLK,R0〜R7,G0〜G7,B0〜B7、LT,V0〜
V8はいずれも外部制御回路から入力される信号であり、
D1〜D2400 はデータバスラインに出力される信号であ
る。
【0014】例えば、SVGAモードで各色(R
(赤)、緑(G)、青(B))がいずれも256階調
(8ビット)表示のカラー液晶表示装置の場合、シフト
レジスタ部71は800個のレジスタにより構成され、
データレジスタ部72は8(ビット)×3(RGB)×
800(=19200)個のレジスタにより構成され、
ラッチ回路部73は8(ビット)×3(RGB)×80
0(=19200)個のラッチ回路により構成される。
これらのシフトレジスタ部71、データレジスタ部72
及びラッチ回路部73は、いずれも5Vの電圧で駆動さ
れる。
【0015】レベルシフタ部74は、8(ビット)×3
(RGB)×800個(=19200個)のレベルシフ
ト回路により構成する必要がある。各レベルシフト回路
は、5Vの電圧を13Vの電圧に変換する機能を有して
いる。D/A変換回路部75は、3(RGB)×800
(=2400)個のD/A変換回路により構成され、ア
ナログバッファ部76は3(RGB)×800(=24
00)個のアナログバッファ回路により構成されてい
る。これらのD/A変換回路部75及びアナログバッフ
ァ部76はいずれも13Vの電圧で駆動される。
【0016】図9に示されるように、従来のレベルシフ
ト回路では入力信号に対して5V電源で動作するインバ
ータ(トランジスタ61,62)が必要となるため、S
VGAカラー液晶表示装置のレベルシフタ部74には、
必然的に19200個のインバータが必要になる。ま
た、それらのインバータを動作させるために、5Vの電
源ラインを基板中に引き回さなければならなくなってし
まう。このため、レベルシフト回路が液晶表示装置の製
造歩留まりを低下させる原因となるおそれがある。
【0017】以上から、本発明の目的は、単一の電圧で
駆動可能なレベルシフト回路を提供することである。ま
た、本発明の他の目的は、5Vで駆動するインバータが
不要であり、液晶表示装置のデータドライバ又はゲート
ドライバ内への組み込みに好適なレベルシフト回路を提
供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、ソース
が高電位側電源ラインに接続された第1のP型MOSト
ランジスタと、ソースが低電位側電源ラインに接続さ
れ、ゲートが入力端子に接続されて、ドレインが前記第
1のP型MOSトランジスタのドレインに接続された第
1のN型MOSトランジスタと、ソースが前記高電位側
電源ラインに接続され、ゲートが前記第1のP型MOS
トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第
1のP型MOSトランジスタのゲートに接続された第2
のN型MOSトランジスタと、ソースが前記低電位側電
源ラインに接続され、ゲートが前記入力端子に接続さ
れ、ドレインが前記第2のN型MOSトランジスタのド
レインに接続された第2のP型MOSトランジスタとを
有し、前記第1のP型MOSトランジスタのドレインか
ら次段回路に信号が出力されることを特徴とする本願第
1発明のレベルシフト回路により解決する。
【0019】この場合、第1のP型MOSトランジスタ
のゲート幅Wとゲート長Lとの比(W/L)をa1 、第
1のN型MOSトランジスタのゲート幅Wとゲート長L
との比をa2 、第2のP型MOSトランジスタのゲート
幅Wとゲート長Lとの比をa 3 、第2のN型MOSトラ
ンジスタのゲート幅Wとゲート長Lとの比をa4 とする
と、a1 /a2 がa4 /a3 と実質的に等しく、且つ、
1 /a2 が1/3以下であることが好ましい。
【0020】上記の構成の回路を半導体基板上のMOS
トランジスタで構成しようとすると、基板に電流が流れ
てレベルシフト回路としての動作を実現することはでき
ない。しかし、絶縁基板上に半導体薄膜を形成し、該半
導体薄膜を用いて形成したTFTの場合は、上記の構成
としても基板に電流が流れないため、レベルシフト回路
として動作する。
【0021】本発明では、高電位側電源ラインと低電位
側電源ラインとの間の電位差が第1のP型MOSトラン
ジスタと第1のN型MOSトランジスタとで分圧され、
この分圧電圧に応じて第2のN型MOSトランジスタ及
び第2のP型MOSトランジスタがオン−オフする。こ
のとき、第1及び第2のP型MOSトランジスタ並びに
第1及び第2のN型MOSトランジスタのゲート幅W及
びゲート長Lを上記関係を満足するように設定すること
により、前記分圧電圧が第2のP型MOSトランジスタ
及び第2のN型MOSトランジスタのしきい値付近で動
作することになり、安定したレベルシフト回路を実現す
ることができる。
【0022】上記した課題は、ソースが高電位側電源ラ
インに接続された第1のP型MOSトランジスタと、ソ
ースが低電位側電源ラインに接続され、ゲートが入力端
子に接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラン
ジスタのドレインに接続された第1のN型MOSトラン
ジスタと、ソースが前記高電位側電源ラインに接続さ
れ、ゲートが前記入力端子に接続され、ドレインが前記
第1のP型MOSトランジスタのゲートに接続された第
2のN型MOSトランジスタと、ソースが前記低電位側
電源ラインに接続され、ゲートが前記第1のP型MOS
トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第
2のN型MOSトランジスタのドレインに接続された第
2のP型MOSトランジスタとを有し、前記第1のP型
MOSトランジスタのドレインから次段の回路に信号が
出力されることを特徴とする本願第2発明のレベルシフ
ト回路により解決する。
【0023】この場合、第1のP型MOSトランジスタ
のゲート幅Wとゲート長Lとの比(W/L)をa1 、第
1のN型MOSトランジスタのゲート幅Wとゲート長L
との比をa2 、第2のP型MOSトランジスタのゲート
幅Wとゲート長Lとの比をa 3 、第2のN型MOSトラ
ンジスタのゲート幅Wとゲート長Lとの比をa4 とする
と、a1 /a2 がa3 /a4 と実質的に等しく、且つ、
1 /a2 が1/4以下であることが好ましい。
【0024】上記の構成の回路も、半導体基板上のMO
Sトランジスタで構成しようとすると、基板に電流が流
れてレベルシフト回路としての動作を実現することはで
きない。しかし、上記回路をTFTで構成すると、基板
に電流が流れないため、レベルシフト回路として動作す
る。本発明では、高電位側電源ラインと低電位側電源ラ
インとの間の電位差が第1のP型MOSトランジスタと
第1のN型MOSトランジスタとで分圧され、この分圧
電圧に応じて第2のN型MOSトランジスタ及び第2の
P型MOSトランジスタがオン−オフする。このとき、
第1の及び第2のP型MOSトランジスタ並びに第1及
び第2のN型MOSトランジスタのゲート幅W及びゲー
ト長Lを上記関係を満足するように設定することによ
り、前記分圧電圧が第2のN型MOSトランジスタ及び
第2のP型MOSトランジスタのしきい値付近で動作す
ることになり、安定したレベルシフト回路を実現するこ
とができる。
【0025】上記した課題は、ソースが高電位側電源ラ
インに接続された第1のP型MOSトランジスタと、ソ
ースが低電位側電源ラインに接続され、ゲートが入力端
子に接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラン
ジスタのドレインに接続された第1のN型MOSトラン
ジスタと、ソースが前記高電位側電源ラインに接続さ
れ、ゲートが前記第1のP型MOSトランジスタのドレ
インに接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラ
ンジスタのゲートに接続された第2のN型MOSトラン
ジスタと、ソースが前記低電位側電源ラインに接続さ
れ、ゲートが前記第1のP型MOSトランジスタのドレ
インに接続され、ドレインが前記第2のN型MOSトラ
ンジスタのドレインに接続された第2のP型MOSトラ
ンジスタとを有し、前記第2のN型MOSトランジスタ
のドレインから次段の回路に信号が出力されることを特
徴とする本願第3発明のレベルシフト回路により解決す
る。
【0026】この場合、第1のP型MOSトランジスタ
のゲート幅Wとゲート長Lとの比(W/L)をa1 、第
1のN型MOSトランジスタのゲート幅Wとゲート長L
との比をa2 、第2のP型MOSトランジスタのゲート
幅Wとゲート長Lとの比をa 3 、第2のN型MOSトラ
ンジスタのゲート幅Wとゲート長Lとの比をa4 とする
と、a1 /a2 が1/4以下、且つ、a3 がa4 と実質
的に等しいことが好ましい。
【0027】上記の構成の回路も、半導体基板上のMO
Sトランジスタで構成しようとすると、基板に電流が流
れてレベルシフト回路としての動作を実現することはで
きない。しかし、上記回路をTFTで構成すると、基板
に電流が流れないため、レベルシフト回路として動作す
る。本発明では、高電位側電源ラインと低電位側電源ラ
インとの間の電位差が第1のP型MOSトランジスタと
第1のN型MOSトランジスタとで分圧され、この分圧
電圧に応じて第2のN型MOSトランジスタ及び第2の
P型MOSトランジスタがオン−オフする。このとき、
第1及び第2のP型MOSトランジスタ並びに第1及び
第2のN型MOSトランジスタのゲート幅W及びゲート
長Lを上記関係を満足するように設定することにより、
前記分圧電圧が第2のN型MOSトランジスタ及び第2
のP型MOSトランジスタのしきい値付近で動作するこ
とになり、安定したレベルシフト回路を実現することが
できる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施の形態
のレベルシフト回路を示す回路図である。このレベルシ
フト回路は、3つのP型MOSトランジスタ11,1
4,15と、3つのN型MOSトランジスタ12,1
3、16とにより構成されている。これらのMOSトラ
ンジスタ11〜16は、いずれもガラス基板上に形成さ
れたTFTである。
【0029】P型MOSトランジスタ11のソースは高
電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、N型MO
Sトランジスタ12のソースは低電位側電源ラインGND
(0V)に接続され、これらのトランジスタ11,12
のドレインは相互に接続されている。このトランジスタ
11,12の各ドレインの接続点を、以下ノードq1と
いう。
【0030】また、N型MOSトランジスタ13のソー
スは高電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、P
型MOSトランジスタ14のソースは低電位側電源ライ
ンGND (0V)に接続され、これらのトランジスタ1
3,14のドレインは相互に接続されている。このトラ
ンジスタ13,14のドレインの接続点を、以下ノード
q2 という。
【0031】入力端子VinはN型MOSトランジスタ1
2及びP型MOSトランジスタ14のゲートに接続され
ている。P型MOSトランジスタ11のゲートはノード
q2に接続され、N型MOSトランジスタ13のゲート
はノードq1 に接続されている。P型MOSトランジス
タ15及びN型MOSトランジスタ16は高電位側電源
ラインVDDと低電位側電源ラインGND (0V)との間に
直列接続されて、インバータを構成している。トランジ
スタ15. 16のゲートはノードq1 に接続され、トラ
ンジスタ15,16のドレインは出力端子Vout に接続
されている。
【0032】また、本実施の形態では、P型MOSトラ
ンジスタ11のW/L比をa1 、N型MOSトランジス
タ12のW/L比をa2 、P型MOSトランジスタ14
のW/L比をa3 、N型MOSトランジスタ13のW/
L比をa4 とすると、a1 /a2 が1/5程度、a3
4 が5程度となるように各トランジスタ11〜14の
ゲート幅及びゲート長を調整している。例えば、P型M
OSトランジスタ11のゲート幅Wを10μm、ゲート
長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジスタ12の
ゲート幅Wを50μm、ゲート長Lを4.5μmとし、
P型MOSトランジスタ14のゲート幅Wを50μm、
ゲート長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジスタ
13のゲート幅を10μm、ゲート長Lを4.5μmと
している。
【0033】このように、トランジスタ11,12のW
/L比、及びトランジスタ13,14のW/L比を設定
することにより、ノードq2 の変化幅の中心電位と、P
型MOSトランジスタ11のしきい値Vt とを一致させ
ることができる。これにより、ノードq2 の遷移に伴っ
てP型MOSトランジスタ11及びN型MOSトランジ
スタ12の一方をターンオンさせ、他方をターンオフさ
せることができる。なお、インバータを構成するP型ト
ランジスタ15及びN型トランジスタ16は、いずれも
ゲート幅が50μm、ゲート長が4.5μmである。
【0034】図2は本実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。この
図2において、V(in)は入力端子Vin に入力される信号
の波形を示し、V(q1)はノードq1 、V(q2)はノードq
2 における波形を示し、V(out) は出力端子Vout から
出力される信号の波形を示す。この図2に示すように、
入力端子Vinに入力される0Vから5Vの間で変化する
信号に対し、ノードq1の電圧を0Vと13Vとの間で
変化させることができ、出力端子Vout から波高値13
Vの矩形波が出力される。実際に本実施の形態のレベル
シフト回路の入力信号の最低駆動電圧を調べたところ、
約3.2V以上で駆動することが確認された。
【0035】本実施の形態においては、上記の構成によ
り、図9で示す従来例のレベルシフト回路に比べて5V
の電圧で動作するインバータが不用になる。従って、本
実施の形態のレベルシフトを液晶表示装置のデータドラ
イバに適用した場合、素子数及び配線数を大幅に削減す
ることができ、液晶表示装置の製造歩留まりを向上させ
ることができる。
【0036】なお、上記の構成のレベルシフト回路の場
合、応答時間の遅れが生じるが、デジタルデータ信号を
増幅させる場合には後段のD/A変換回路のサンプリン
グ時間(SVGA表示の場合25μs)が十分にあるた
め、問題とはならない。また、本実施の形態では、P型
MOSトランジスタ11とN型MOSトランジスタ12
のW/L比の割合a1 /a2 を1/5程度、P型MOS
トランジスタ14とN型MOSトランジスタ13のW/
L比の割合a3 /a4 を5程度としたが、a1 /a2
1/3以下、a3 /a4 は3以上とすればよい。
【0037】(第2の実施の形態)図3は本発明の第3
の実施の形態のレベルシフト回路を示す回路図である。
このレベルシフト回路は、3つのP型MOSトランジス
タ21,24,25と、3つのN型MOSトランジスタ
22,23,26とにより構成されている。これらのM
OSトランジスタ21〜26は、いずれもガラス基板上
に形成されたTFTである。
【0038】P型MOSトランジスタ21のソースは高
電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、N型MO
Sトランジスタ22のソースは低電位側電源ラインGND
(0V)に接続され、これらのトランジスタ21,22
の各ドレインは相互に接続されている。このトランジス
タ21,22の各ドレインの接続点を、以下ノードq3
という。
【0039】また、N型MOSトランジスタ23のソー
スは高電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、P
型MOSトランジスタ24のソースは低電位側電源ライ
ンGND (0V)に接続され、これらのトランジスタ2
3,24のドレインは相互に接続されている。このトラ
ンジスタ23,24のドレインの接続点を、以下ノード
q4 という。
【0040】入力端子VinはN型MOSトランジスタ2
2及びN型MOSトランジスタ23のゲートに接続され
ている。P型MOSトランジスタ21のゲートはノード
q4に接続され、P型MOSトランジスタ24のゲート
はノードq3 に接続されている。P型MOSトランジス
タ25及びN型MOSトランジスタ26は高電位側電源
ラインVDDと低電位側電源ラインGND (0V)との間に
直列接続されて、インバータを構成している。トランジ
スタ25. 26のゲートはノードq3 に接続され、トラ
ンジスタ25,26のドレインは出力端子Vout に接続
されている。
【0041】また、本実施の形態では、P型MOSトラ
ンジスタ21のW/L比をa1 、N型MOSトランジス
タ22のW/L比をa2 、P型MOSトランジスタ24
のW/L比をa3 、N型MOSトランジスタ23のW/
L比をa4 とすると、a1 /a2 が1/5程度、a3
4 が1/5程度になるように各トランジスタ21〜2
4のゲート幅及びゲート長を調整している。例えば、P
型MOSトランジスタ21のゲート幅Wを10μm、ゲ
ート長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジスタ2
2のゲート幅Wを50μm、ゲート長Lを4.5μmと
し、P型MOSトランジスタ24のゲート幅Wを10μ
m、ゲート長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジ
スタ23のゲート幅Wを50μm、ゲート長Lを4.5
μmとしている。
【0042】このように、トランジスタ21,22のW
/L比、及びトランジスタ23,24のW/L比を設定
することにより、ノードq4 の変化幅の中心電位と、P
型MOSトランジスタ21のしきい値Vt とを一致させ
ることができる。これにより、ノードq4 の遷移に伴っ
てP型MOSトランジスタ21及びN型MOSトランジ
スタ22の一方をターンオンさせ、他方をターンオフさ
せることができる。なお、インバータを構成するP型ト
ランジスタ25及びN型トランジスタ26は、いずれも
ゲート幅が50μm、ゲート長が4.5μmである。
【0043】図4は本実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。この
図4において、V(in)は入力端子Vin に入力される信号
の波形を示し、V(q3)はノードq3 、V(q4)はノードq
4 における波形を示し、V(out) は出力端子Vout から
出力される信号の波形を示す。この図4に示すように、
入力端子Vinに入力される0Vから5Vの間で変化する
信号に対し、ノードq3 の電圧を0Vと13Vとの間で
変化させることができ、出力端子Vout から波高値13
Vの矩形波が出力される。実際に本実施の形態のレベル
シフト回路の入力信号の最低駆動電圧を調べたところ、
約2.4V以上で駆動することが確認された。
【0044】本実施の形態においても、上記の構成によ
り、図9で示す従来例のレベルシフト回路に比べて5V
の電圧で動作するインバータが不用になる。従って、本
実施の形態のレベルシフトを液晶表示装置のデータドラ
イバに適用した場合、素子数及び配線数を大幅に削減す
ることができ、液晶表示装置の製造歩留まりを向上させ
ることができる。
【0045】なお、上記の構成のレベルシフト回路の場
合も応答時間の遅れが生じるが、デジタルデータ信号を
増幅させる場合には後段のD/A変換回路のサンプリン
グ時間(SVGA表示の場合25μs)が十分にあるた
め、問題とはならない。また、本実施の形態では、P型
MOSトランジスタ21とN型MOSトランジスタ22
のW/L比の割合a1 /a2 を1/5程度、P型MOS
トランジスタ24とN型MOSトランジスタ23のW/
L比の割合a3 /a4 を1/5程度としたが、a1 /a
2 は1/4以下、a3 /a4 も1/4以下とすればよ
い。
【0046】(第3の実施の形態)図5は本発明の第3
の実施の形態のレベルシフト回路を示す回路図である。
このレベルシフト回路は、3つのP型MOSトランジス
タ31,34,35と、3つのN型MOSトランジスタ
32,33,36とにより構成されている。これらのM
OSトランジスタ31〜36は、いずれもガラス基板上
に形成されたTFTである。
【0047】P型MOSトランジスタ31のソースは高
電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、N型MO
Sトランジスタ32のソースは低電位側電源ラインGND
(0V)に接続され、これらのトランジスタ31,32
の各ドレインは相互に接続されている。このトランジス
タ31,32の各ドレインの接続点を、以下ノードq5
という。
【0048】また、N型MOSトランジスタ33のソー
スは高電位側電源ラインVDD(13V)に接続され、P
型MOSトランジスタ34のソースは低電位側電源ライ
ンGND (0V)に接続され、これらのトランジスタ3
3,34のドレインは相互に接続されている。このトラ
ンジスタ33,34のドレインの接続点を、以下ノード
q6 という。
【0049】入力端子VinはN型MOSトランジスタ3
2のゲートに接続されている。N型MOSトランジスタ
33及びP型MOSトランジスタ34のゲートはノード
q5に接続され、P型MOSトランジスタ31のゲート
はノードq6 に接続されている。P型MOSトランジス
タ35及びN型MOSトランジスタ36は高電位側電源
ラインVDDと低電位側電源ラインGND (0V)との間に
直列接続されて、インバータを構成している。トランジ
スタ35. 36のゲートはノードq6 に接続され、トラ
ンジスタ15,16のドレインは出力端子Vout に接続
されている。
【0050】また、本実施の形態では、P型MOSトラ
ンジスタ31のW/L比をa1 、N型MOSトランジス
タ32のW/L比をa2 、P型MOSトランジスタ34
のW/L比をa3 、N型MOSトランジスタ33のW/
L比をa4 とすると、a1 /a2 が1/5程度、a3
4 が1程度となるように各トランジスタ31〜34の
ゲート幅及びゲート長を調整している。例えば、P型M
OSトランジスタ31のゲート幅Wを10μm、ゲート
長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジスタ32の
ゲート幅Wを50μm、ゲート長Lを4.5μmとし、
P型MOSトランジスタ33のゲート幅Wを10μm、
ゲート長Lを4.5μmとし、N型MOSトランジスタ
34のゲート幅Wを10μm、ゲート長Lを4.5μm
としている。
【0051】このように、トランジスタ31,32のW
/L比、及びトランジスタ33,34のW/L比を設定
することにより、ノードq5 の変化幅の中心電位と、P
型MOSトランジスタ33及びN型MOSトランジスタ
34のしきい値Vt とを一致させることができる。これ
により、ノードq5 の遷移に伴ってN型MOSトランジ
スタ33及びP型MOSトランジスタ34の一方をター
ンオンさせ、他方をターンオフさせることができる。な
お、インバータを構成するP型トランジスタ35及びN
型トランジスタ36は、いずれもゲート幅が50μm、
ゲート長が4.5μmである。
【0052】図6は本実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。この
図6において、V(in)は入力端子Vin に入力される信号
の波形を示し、V(q5)はノードq5 、V(q6)はノードq
6 における波形を示し、V(out) は出力端子Vout から
出力される信号の波形を示す。この図6に示すように、
入力端子Vinに入力される0Vから5Vの間で変化する
信号に対し、ノードq5 の電圧を0Vと13Vとの間で
変化させることができ、出力端子Vout から波高値13
Vの矩形波が出力される。実際に本実施の形態のレベル
シフト回路の入力信号の最低駆動電圧を調べたところ、
約3.1V以上で駆動することが確認された。
【0053】本実施の形態においても、上記の構成によ
り、図9で示す従来例のレベルシフト回路に比べて5V
の電圧で動作するインバータが不用になる。従って、本
実施の形態のレベルシフトを液晶表示装置のデータドラ
イバに適用した場合、素子数及び配線数を大幅に削減す
ることができ、液晶表示装置の製造歩留まりを向上させ
ることができる。
【0054】なお、上記の構成のレベルシフト回路の場
合、応答時間の遅れが生じるが、デジタルデータ信号を
増幅させる場合には後段のD/A変換のサンプリング時
間(SVGA表示の場合25μs)が十分にあるため、
問題とはならない。また、本実施の形態では、P型MO
Sトランジスタ31とN型MOSトランジスタ32のW
/L比の割合a1 /a2 を1/5程度、P型MOSトラ
ンジスタ34とN型MOSトランジスタ33のW/L比
の割合a3 /a4 を1程度としたが、a1 /a2 は1/
4以下とすればよい。a1 /a2 のより好ましい割合は
1/10程度である。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単一の電圧で駆動可能なレベルシフト回路が実現でき
る。これにより、例えば周辺回路一体型アクティブマト
リクス液晶表示装置のドライバに適用した場合に、素子
数及び配線数を削減することができ、製造歩留まりの向
上及び製品コストの低減が可能になるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施の形態のレベルシフ
ト回路を示す回路図である。
【図2】図2は第1の実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。
【図3】図3は本発明の第3の実施の形態のレベルシフ
ト回路を示す回路図である。
【図4】図4は第3の実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。
【図5】図5は本発明の第3の実施の形態のレベルシフ
ト回路を示す回路図である。
【図6】図6は第3の実施の形態のレベルシフト回路の
動作をシミュレーションした結果を示す図である。
【図7】図7は液晶表示装置のTFT基板を示す模式図
である。
【図8】図8は液晶表示装置の表示領域の一部を拡大し
て示す平面図である。
【図9】図9は従来の一般的なレベルシフト回路の例を
示す回路図である。
【図10】図10は従来のレベルシフト回路の動作をシ
ミュレーションした結果を示す図である。
【図11】図11はレベルシフト回路を内蔵した線順次
型データドライバの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
11,14,15,21,24,25,31,34,3
5,61,63,65,67 P型MOSトランジス
タ、 12,13,16,22,23,26,32,33,3
6,62,64,66,68 N型MOSトランジス
タ、 40 ガラス基板、 41 表示領域、 42 データドライバ、 43 ゲートドライバ、 44 端子電極、 51 データバスライン、 52 ゲートバスライン、 53 TFT、 54 画素電極、 71 シフトレジスタ部、 72 データレジスタ部、 73 ラッチ回路部、 74 レベルシフタ部、 75 D/A変換回路部、 76 アナログバッファ部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H093 NA16 NC09 NC11 NC21 NC34 ND49 ND53 ND54 5C006 AA22 AF83 BB16 BC20 BF03 BF04 BF34 BF46 FA43 5C080 AA10 BB05 CC03 DD22 FF11 JJ02 JJ03 JJ04 5J056 AA00 AA11 BB55 BB59 CC21 DD13 DD28 EE07 FF08 HH01 HH02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソースが高電位側電源ラインに接続され
    た第1のP型MOSトランジスタと、 ソースが低電位側電源ラインに接続され、ゲートが入力
    端子に接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラ
    ンジスタのドレインに接続された第1のN型MOSトラ
    ンジスタと、 ソースが前記高電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記第1のP型MOSトランジスタのドレインに接続さ
    れ、ドレインが前記第1のP型MOSトランジスタのゲ
    ートに接続された第2のN型MOSトランジスタと、 ソースが前記低電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記入力端子に接続され、ドレインが前記第2のN型M
    OSトランジスタのドレインに接続された第2のP型M
    OSトランジスタとを有し、 前記第1のP型MOSトランジスタのドレインから次段
    回路に信号が出力されることを特徴とするレベルシフト
    回路。
  2. 【請求項2】 ソースが高電位側電源ラインに接続され
    た第1のP型MOSトランジスタと、 ソースが低電位側電源ラインに接続され、ゲートが入力
    端子に接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラ
    ンジスタのドレインに接続された第1のN型MOSトラ
    ンジスタと、 ソースが前記高電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記入力端子に接続され、ドレインが前記第1のP型M
    OSトランジスタのゲートに接続された第2のN型MO
    Sトランジスタと、 ソースが前記低電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記第1のP型MOSトランジスタのドレインに接続さ
    れ、ドレインが前記第2のN型MOSトランジスタのド
    レインに接続された第2のP型MOSトランジスタとを
    有し、 前記第1のP型MOSトランジスタのドレインから次段
    の回路に信号が出力されることを特徴とするレベルシフ
    ト回路。
  3. 【請求項3】 ソースが高電位側電源ラインに接続され
    た第1のP型MOSトランジスタと、 ソースが低電位側電源ラインに接続され、ゲートが入力
    端子に接続され、ドレインが前記第1のP型MOSトラ
    ンジスタのドレインに接続された第1のN型MOSトラ
    ンジスタと、 ソースが前記高電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記第1のP型MOSトランジスタのドレインに接続さ
    れ、ドレインが前記第1のP型MOSトランジスタのゲ
    ートに接続された第2のN型MOSトランジスタと、 ソースが前記低電位側電源ラインに接続され、ゲートが
    前記第1のP型MOSトランジスタのドレインに接続さ
    れ、ドレインが前記第2のN型MOSトランジスタのド
    レインに接続された第2のP型MOSトランジスタとを
    有し、 前記第2のN型MOSトランジスタのドレインから次段
    の回路に信号が出力されることを特徴とするレベルシフ
    ト回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003103144A1 (ja) * 2002-05-30 2003-12-11 ソニー株式会社 レベルシフト回路、表示装置および携帯端末
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KR101058865B1 (ko) 2008-12-24 2011-08-23 포항공과대학교 산학협력단 다중 전원 전압 시스템을 위한 단일 전원 전압 패스 게이트레벨 변환기

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