JP2005077992A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回路面積の増大が抑制され、かつ、耐ノイズ性の高いデコード回路を備えた、階調表示可能な表示装置を提供することである。
【解決手段】 デコード回路70は、階調電圧V1〜V64にそれぞれ対応するデコード経路DP(1)〜DP(64)を含む。各デコードユニットは、表示信号ビットD0〜D5にそれぞれ対応する、直列接続された6個のデコードトランジスタを有する。選択されたデコード経路では、直列接続されたデコードトランジスタが全てオンされて、対応の階調電圧がデコーダ回路の出力ノードへ伝達される。各デコードトランジスタのゲートは、対応の表示信号ビットおよびその逆相信号をそれぞれ伝達する信号線SLおよびZSLの一方の信号線と接続される。ゲートと非接続である他方の信号線は、このデコードトランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続されたノードとの間に、ゲート容量と同様の寄生容量を形成するように配置される。
【選択図】 図3

Description

この発明は、文字や画像等の表示装置に関し、より特定的には、デジタル信号に基づいた階調表示を実行可能である表示装置に関する。
パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、携帯電話機および携帯情報端末機器などのディスプレイパネルとして、液晶素子やエレクトロルミネッセンス(EL)素子を表示用画素として備えた表示装置が用いられている。このような表示装置は、従来タイプのものと比較して、低消費電力化や小型軽量化の面でメリットが大きい。
液晶素子またはEL素子を含む画素は、印加された電圧(以下、画素への印加電圧を「表示電圧」とも称する)のレベルに応じてその表示輝度が変化する。したがって、これらの画素においては、表示電圧を中間的な輝度にも対応できるように段階的に設定することによって、階調表示を行なうことができる。一般的には、階調表示のための複数ビットのデジタル信号のデコード結果に応答して、表示電圧が段階的に設定される構成が採用される。
したがって、階調表示可能な表示装置においては、デジタル信号をデコードして、指示された階調輝度を認識するためのデコード回路が必要となる。一般的に、当該デコード回路においては、デコードのために多数のトランジスタスイッチを必要とするので、その回路規模を縮小することが課題となる。
このような課題を解決するために、たとえば特許文献1に、いわゆるトーナメント方式と呼ばれるデコード回路の構成が開示されている。
この方式では、Nビット(N:2以上の整数)のデジタル信号によって2のN乗(以下、「2^N」と表記)段階の階調輝度を表示するにあたり、2^N段階の階調電圧がそれぞれ生成されるノードと、表示電圧が生成されるノードとの間に、N個のN−MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが直列接続されるデコード回路の構成および、階調電圧の伝達経路において直列接続されるN−MOSトランジスタの数を削減したデコード回路の構成が開示されている。
特開2001−34234号公報(第10頁,第8−9図)
しかしながら、上記特許文献1の図8に示されたデコード回路の構成では、デコード回路面積は小規模化できるものの、N−MOSトランジスタのしきい値電圧に起因する電圧降下を補償する必要がある。このため、デコード回路を構成するN−MOSトランジスタのゲート電圧は、伝達すべき階調電圧に対して、少なくともしきい値電圧分だけ高く設定する必要がある。
この結果、ゲート電圧の振幅が大きくなることから、N−MOSトランジスタのゲート電極とソース電極あるいはドレイン電極との間の寄生容量を介して伝達され得るノイズ振幅も大きくなり、画素へ印加される表示電圧への影響が大きくなるという問題点が生じてしまう。
また、上記特許文献1の図9に示されたデコード回路においては、階調電圧の伝達経路中に含まれるN−MOSトランジスタの個数を削減することで、階調電圧の電圧降下が抑制されている。しかし、その反面、デコード回路全体で必要となるトランジスタ個数が増大してしまうので、回路の小型化や製造歩留りといった点で問題が生じる。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、回路面積の増大が抑制され、かつ、耐ノイズ性の高いデコード回路を備えた、階調表示可能な表示装置を提供することである。
この発明に従う表示装置は、複数ビットのデジタル信号に応じた階調表示を実行する表示装置であって、段階的な複数の階調電圧がそれぞれ伝達される複数の電圧ノードと、デジタル信号の複数ビットをそれぞれ伝達する複数の第1信号線と、複数の第1信号線と同じ方向に沿って設けられ、複数ビットの逆相信号をそれぞれ伝達する複数の第2信号線と、複数の階調電圧の1つをデジタル信号に応じて選択し、選択した階調電圧を表示電圧として出力ノードに出力するデコード回路と、デコード回路によって選択された表示電圧に応じた輝度を表示するための画素とを備え、デコード回路は、複数の電圧ノードと出力ノードとの間に第1および第2信号線と交差するようにそれぞれ形成される複数のデコード経路を含み、複数のデコード経路は、デジタル信号の複数ビットにそれぞれ対応する複数の電界効果型トランジスタを含み、複数の電界効果型トランジスタは、第1および第2信号線と交差する方向に沿って配列されて、出力ノードと対応する電圧ノードとの間に直列に接続され、複数の電界トランジスタの各ゲートは、対応のビットおよびその逆相信号を伝達する第1および第2信号線のうちの一方の信号線と接続され、複数の電界効果トランジスタの各々において、第1および第2信号線のうちのゲートと非接続とされた他方の信号線と、ソースまたはドレインと電気的に接続されたノードとの間には容量が形成されるように構成される。複数のデコード経路のうちのデジタル信号に応じて選択された1つでは、複数の電界効果型トランジスタは全てオンし、残りのデコード経路では、複数の電界効果型トランジスタの少なくとも1つがオフする、
この発明によれば、階調電圧を伝達するためのデコード経路は、表示信号の各ビットについて第1および第2信号線のそれぞれから互いに相殺される逆相のノイズを重畳される。したがって、デコードトランジスタの個数を増加させることなくデコード回路の耐ノイズ性を高めて階調電圧を高精度に設定できる。この結果、表示装置の表示品位を向上できる。
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中における同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
図1は、本発明の実施の形態に従う表示装置の代表例として示される液晶表示装置10の全体構成を示すブロック図である。
図1を参照して、本発明の実施の形態に従う液晶表示装置10は、液晶アレイ部20と、ゲートドライバ30と、ソースドライバ40とを備える。
液晶アレイ部20は、行列状に配された複数の画素25を含む。画素の行(「画素行」とも以下称する)にそれぞれ対応して、ゲート線GLが配置され、画素の列(「画素列」とも以下称する)にそれぞれ対応して、データ線DLがそれぞれ設けられる。図1には、第1行の第1列および第2列の画素ならびにこれに対応するゲート線GL1およびデータ線DL1,DL2が代表的に示されている。
各画素25は、対応するデータ線DLと画素ノードNpとの間に設けられる画素スイッチ素子26と、画素ノードNpおよび共通電極ノードNcの間に並列に接続される保持容量27および液晶表示素子28とを有する。画素ノードNpおよび共通電極ノードNcの間の電圧差に応じて、液晶表示素子28中の液晶の配向性が変化し、これに応答して液晶表示素子28の表示輝度が変化する。これにより、データ線DLおよび画素スイッチ素子26を介して画素ノードNpへ伝達される表示電圧に応じて、各画素の輝度をコントロールすることが可能となる。画素スイッチ素子26は、たとえば、n型電界効果型トランジスタで構成される。
すなわち、最大輝度に対応する電圧差と、最小輝度に対応する電圧差との間の中間的な電圧差を画素ノードNpと共通電極ノードNcとの間に印加することによって、中間的な輝度を得ることができる。すなわち、表示電圧を段階的に設定することにより、階調的な輝度を得ることが可能となる
ゲートドライバ30は、所定の走査周期に基づいて、ゲート線GLを順に活性化する。画素スイッチ素子26のゲートは対応するゲート線GLと接続される。したがって、対応するゲート線GLの活性状態(Hレベル)期間中において、画素ノードNpは対応するデータ線DLと接続される。画素スイッチ素子26は、一般的には、液晶表示素子28と同一の絶縁体基板(ガラス基板・樹脂基板等)上に形成されるTFT(Thin-Film Transistor)素子で構成される。画素ノードNpへ伝達された表示電圧は、保持容量27によって保持される。
あるいは、図2に示されたEL素子を含む画素を図1中の画素25に適用することも可能である。
図2を参照して、画素25♯は、画素スイッチ素子26と、保持容量27♯と、EL表示素子28♯と、電流駆動トランジスタ29とを含む。画素スイッチ素子26は、画素25中のものと同様であり、対応するデータ線DL(図2の例ではデータ線DL1、以下同じ)と画素ノードNpとの間に設けられ、そのゲートは、対応するゲート線GL(図2の例ではゲート線GL1、以下同じ)と接続される。保持容量27♯は、画素ノードNpおよび電圧Vddの間に接続される。EL表示素子28♯および電流駆動トランジスタ29は、電圧Vddおよび電圧Vssの間に直列に接続される。電流駆動トランジスタ29は、たとえば、p型電界効果型トランジスタで構成される。画素スイッチ素子26および電流駆動トランジスタ29は、一般的には、EL表示素子28♯と同一の絶縁体基板上に形成される。
画素スイッチ素子26は、対応するゲート線GLの活性状態(Hレベル)期間中において、画素ノードNpをデータ線DLと接続する。これにより、画素ノードNpには、データ線DL上の表示電圧が伝達される。画素ノードNpの電圧は、保持容量27♯によって保持される。
電流駆動トランジスタ29は、画素ノードNpと接続されたゲートを有し、画素ノードNpの電圧に応じた電流IelをEL表示素子28♯へ供給する。EL表示素子28♯の表示輝度は、供給された通過電流Ielに応じて変化する。したがって、画素25♯においても、画素へ印加される表示電圧を段階的に設定することによって、EL表示素子の輝度を階調的に設定できる。
以下の説明で明らかになるように、本願発明は、各画素が印加された表示電圧に応じて中間的な輝度を表示可能な表示装置における周辺回路、特にデコード回路の構成に向けられている。したがって、以下に説明する本発明の実施の形態で表示装置の代表例として示される液晶表示装置において、液晶表示素子を含む画素25を、EL素子を含む画素25♯で置換すれば、同様の構成の周辺回路を用いて、EL素子による表示を行なう本発明に従う表示装置を構成できる。
再び図1を参照して、ソースドライバ40は、Nビットのデジタル信号である表示信号SIGによって段階的に設定される表示電圧をデータ線DLへ出力する。以下、本実施例においては、N=6の場合、すなわち、表示信号SIGが表示信号ビットD0〜D5からなる場合の構成について、代表的に説明するが、本願発明の適用において、表示信号SIGのビット数は特に限定されず、任意のビット数とすることができる。
6ビットの表示信号SIGに基づいて、各画素において、2^6=64段階の階調表示が可能となる。さらに、R(Red)、G(Green)およびB(Blue)の各1つの画素から1つのカラー表示単位を形成すれば、約26万色のカラー表示が可能となる。
ソースドライバ40は、シフトレジスタ50と、データラッチ回路52,54と、階調電圧生成回路60と、デコード回路70と、アナログアンプ80とを含む。
表示信号SIGは、画素25ごとの表示輝度に対応してシリアルに生成される。すなわち、各タイミングにおける表示信号ビットD0〜D5は、液晶アレイ部20中の1つの画素25における表示輝度を示している。
シフトレジスタ50は、表示信号SIGの設定が切換えられる所定周期に同期したタイミングで、データラッチ回路52に対して、表示信号ビットD0〜D5の取込を指示する。データラッチ回路52は、シリアルに生成される1つの画素行分の表示信号SIGを、順に取込んで保持する。
1つの画素行分の表示信号SIGがデータラッチ回路52に取込まれたタイミングで、ラッチ信号LTの活性化に応答して、データラッチ回路52にラッチされた表示信号群は、データラッチ回路54に伝達される。
階調電圧生成回路60は、高電圧VHおよび低電圧VLの間に直列に接続された63個の分圧抵抗で構成され、64段階の階調電圧V1〜V64を電圧ノードN1〜N64にそれぞれ生成する。なお、階調電圧生成回路60については、ソースドライバ40内に一体的に設ける必要はなく、階調電圧V1〜V64がソースドライバ40の外部から電圧ノードN1〜N64へ供給される構成とすることも可能である。
デコード回路70は、データラッチ回路54にラッチされた表示信号をデコードして、当該デコードに基づいて階調電圧V1〜V64を選択する。デコード回路70は、選択された階調電圧(V1〜V64のうちの1つ)を表示電圧としてデコード出力ノードNdに生成する。本実施の形態においては、デコード回路70は、データラッチ回路54にラッチされた表示信号に基づいて、1行分の表示電圧を並列に出力する。なお、図1においては、第1列目および第2列目のデータ線DL1,DL2に対応するデコード出力ノードNd1,Nd2が代表的に示されている。
アナログアンプ80は、デコード出力ノードNd1,Nd2,…へ出力された表示電圧にそれぞれ対応したアナログ電圧をデータ線DL1,DL2,…にそれぞれ出力する。
なお、図1には、ゲートドライバ30およびソースドライバ40が液晶アレイ部20と一体的に形成された液晶表示装置10の構成を例示したが、ゲートドライバ30およびソースドライバ40については、液晶アレイ部20の外部回路として設けることも可能である。
次に、デコード回路の構成について詳細に説明する。
図3は、図1に示されたデコード回路の構成例を示す回路図である。図3には、デコード出力ノードNd1に対応する構成が代表的に示される。図示しないが、各データ線DLと対応する各出力ノードNdにおいて、図3と同様の構成が設けられている。
図3を参照して、デコード回路70は、デコード経路DP(1)〜DP(64)を含む。デコード経路DP(1)〜DP(64)は、ノードN1〜N64から出力ノードNd1へ階調電圧V1〜V64をそれぞれ伝達するために設けられる。図3には、階調電圧V1,V2,V63,V64に対応するデコード経路DP(1),DP(2),DP(63),DP(64)が代表的に示される。図示しないが、階調電圧V3〜V62に対しても、同様に構成されたデコード経路がそれぞれ配置される。
デコード回路70が配置される領域には、表示信号ビットD0〜D5をそれぞれ伝達する信号線SL(0)〜SL(5)および、表示信号ビットD0〜D5の逆相信号、すなわち反転ビット/D0〜/D5をそれぞれ伝達する信号線ZSL(0)〜ZSL(5)が同一方向(Y方向)に沿って設けられる。
総括的に説明すれば、第i番目(i:0〜64の整数)のデコード経路DP(i)において、ノードNiおよび出力ノードNd1との間に、表示信号ビットD0〜D5にそれぞれ対応したデコードトランジスタT0(i)〜T5(i)がX方向に配列されて、かつ直列に接続される。デコードトランジスタT0(i)のゲートは、信号線SL(0)およびZSL(0)の一方と接続され、デコードトランジスタT1(i)のゲートは、信号線SL(1)およびZSL(1)の一方と接続され、デコードトランジスタT2(i)のゲートは、信号線SL(2)およびZSL(2)の一方と接続される。同様に、デコードトランジスタT3(i)のゲートは、信号線SL(3)およびZSL(3)の一方と接続され、デコードトランジスタT4(i)のゲートは、信号線SL(4)およびZSL(4)の一方と接続され、デコードトランジスタT5(i)のゲートは、信号線SL(5)およびZSL(5)の一方と接続される。本願発明の適用においては、デコードトランジスタは、電界効果型トランジスタで構成される。本実施の形態では、代表的に、デコードトランジスタは、n型の薄膜トランジスタ(TFT)で構成されるものとする。
ここで、デコードトランジスタT0(i)〜T5(i)と、信号線SL(SL(0)〜SL(5)を総括的に表記したもの)および信号線ZSL(ZSL(0)〜ZSL(5)を総括的に表記したもの)との接続は、表示信号ビットD0を最下位ビットとした表示信号ビットD0〜D5のインクリメントに対応して、電圧ノードN1〜N64が順に出力ノードNd1と電気的に接続されるように定められる。
たとえば、デコード経路DP(64)は、信号線SLおよびZSLと交差する方向(X方向)に沿って配列されて、電圧ノードN64およびデコード出力ノードNd1の間に直列に接続されるデコードトランジスタT0(64)〜T5(64)を含む。デコードトランジスタT0(64)〜T5(64)のゲートは、信号線SL(0)〜SL(5)とそれぞれ接続される。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3,D4,D5)=(1,1,1,1,1,1)のときに、デコード経路DP(64)中のデコードトランジスタT0(64)〜T5(64)がすべてオンされて、電圧ノードN64がデコード出力ノードNd1と電気的に接続される。これにより、全デコード経路のうちからデコード経路DP(64)が選択的に形成されて、階調電圧V64が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
同様に、デコード経路DP(63)は、X方向に沿って配列され,電圧ノードN63およびデコード出力ノードNd1の間に直列に接続されたデコードトランジスタT0(63)〜T5(63)を含む。デコードトランジスタT0(63)のゲートは信号線ZSL(0)と接続され、デコードトランジスタT1(63)〜T5(63)のゲートは信号線SL(1)〜SL(5)とそれぞれ接続される。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3,D4,D5)=(0,1,1,1,1,1)のときに、デコード経路DP(63)中のデコードトランジスタT0(63)〜T5(63)がすべてオンされて、電圧ノードN63がデコード出力ノードNd1と電気的に接続される。これにより、全デコード経路のうちからデコード経路DP(63)が選択的に形成されて、階調電圧V63が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
また、デコード経路DP(2)は、X方向に沿って配列され,電圧ノードN2およびデコード出力ノードNd1の間に直列に接続されたデコードトランジスタT0(2)〜T5(2)を含む。デコードトランジスタT0(2)のゲートは信号線SL(0)と接続され、デコードトランジスタT1(2)〜T5(2)のゲートは信号線ZSL(1)〜ZSL(5)とそれぞれ接続される。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3,D4,D5)=(1,0,0,0,0,0)のときに、デコード経路DP(2)中のデコードトランジスタT0(2)〜T5(2)がすべてオンされて、電圧ノードN2がデコード出力ノードNd1と電気的に接続される。これにより、全デコード経路のうちからデコード経路DP(2)が選択的に形成されて、階調電圧V2が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
同様に、デコード経路DP(1)は、X方向に沿って配列され,電圧ノードN1およびデコード出力ノードNd1の間に直列に接続されたデコードトランジスタT0(1)〜T5(1)を含む。デコードトランジスタT0(1)〜T5(1)のゲートは信号線ZSL(0)〜ZSL(5)とそれぞれ接続される。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3,D4,D5)=(0,0,0,0,0,0)のときに、デコード経路DP(2)中のデコードトランジスタT0(1)〜T5(1)がすべてオンされて、電圧ノードN1がデコード出力ノードNd1と電気的に接続される。これにより、全デコード経路のうちからデコード経路DP(1)が選択されて、階調電圧V1が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
このように、デコード回路70では、デコード経路DP(デコード経路DP(1)〜DP(64)を総括的に表記したもの)ごとに独立にデコードトランジスタが配置され、各デコードトランジスタは、デコード経路DP間で共有されない。したがって、デコードトランジスタの配置個数は、表示信号のビット数および階調電圧数の積となる。
このような構成とすることにより、表示信号ビットD0〜D5に応じて1つのデコード経路が選択されて、選択されたデコード経路では、すべてのデコードトランジスタがオンされる。一方、その他のデコード経路では、少なくとも1つのデコードトランジスタがオフされる。したがって、表示信号ビットD0を最下位ビットとした表示信号ビットD0〜D5の64通りの組合せに対応して、デコード回路70は、階調電圧をV1からV64のいずれか1つを選択的に、表示電圧として出力ノードNd1へ伝達する。
以上に説明したように、デコード回路70内のデコードトランジスタの各ゲートは、信号線SL(SL(0)〜SL(5)を総括的に表記したもの、以下同じ)および信号線ZSL(ZSL(0)〜ZSL(5)を総括的に表記したもの、以下同じ)の一方と接続される。したがって、この一方の信号線と各デコード経路DPとの間には、ゲート容量が形成される。この結果、この一方の信号線を伝達される表示信号ビットがHレベルからLレベルまたはLレベルからHレベルへ変化すると、この電圧変化は上記ゲート容量を介した容量結合によって、伝達される階調電圧にノイズとして重畳される。
本願発明においては、各デコードトランジスタにおいて、ゲートと非接続である他方の信号線は、このデコードトランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続されたノードとの間に寄生容量Cを形成するように配置される。この他方の信号線には、上記一方の信号線とは逆相の電圧変化が生じるので、この電圧変化は、上記寄生容量Cを介した容量結合によって、階調電圧を伝達するデコード経路DPにノイズとしてさらに重畳される。
このように、各デコードトランジスタにおいて、一方および他方の信号線からは、互いに打ち消し合う逆相のノイズがそれぞれ重畳される。したがって、選択されたデコード経路において、表示信号ビットD0〜D5の変化によって階調電圧(表示電圧)へ生じるノイズを抑制できる。この結果、階調電圧の設定精度を向上させることにより、階調表示をより正確に行なって表示品位を向上できる。
次に、上述のようなノイズ抑制が可能である本実施の形態に従うデコード回路の構成について詳細に説明する。
図4は、本実施の形態に従うデコード回路の構成を詳細に説明する平面図である。図4には、図3に示したデコード回路のうち、階調電圧V63,V64および表示信号ビットD0,D1に対応する部分の構成が、代表的に詳細に示される。
図4を参照して、デコード経路DP(64)に対応して、階調電圧V64を伝達するための、電圧ノードN64に対応する配線120がX方向に沿って設けられる。配線120は、代表的には金属材料で形成され、図示しない他のデータ線に対応する構成との間で共有される。
さらに、デコードトランジスタを形成するための半導体配線として、X方向に沿って連続的な形状で形成されるポリシリコン配線125が設けられる。ポリシリコン配線125は、配線120とは異なる層に形成され、階調電圧の伝達経路(すなわちデコード経路DPの一部)を構成する。各データ線DLに対応するポリシリコン配線125同士は、電気的に分離される必要がある。図示されたポリシリコン配線125は、図示しないノードでデータ線DL1と電気的に接続され、かつ、コンタクト122を介して、配線120と電気的に接続される。
さらに、Y方向に沿って、信号線SL(0),ZSL(0),SL(1),ZSL(1),・・・が配列される。これらの信号線は、デコードトランジスタのゲート配線として、代表的にはクロムで形成される。
図3に示したデコード回路の構成を実現するためには、信号線SL(0),ZSL(0),SL(1),ZSL(1),・・・のそれぞれとポリシリコン配線125との交差部の各々について、デコードトランジスタが形成される交差部150およびデコードトランジスタが非形成とされる交差部155とを作り分ける必要がある。
具体的には、デコード経路DP(64)では、信号線SL(0)およびSL(1)とポリシリコン配線125との交点をデコードトランジスタが形成されるように交差部150とし、信号線ZSL(0)およびZSL(1)とポリシリコン配線125との交点をデコードトランジスタが形成されないように交差部155とする必要がある。
図5は、交差部150,155の構造を詳細に説明するための図4におけるP−Q断面図である。
図5を参照して、ポリシリコン配線125は、ガラスや樹脂等の絶縁体基板190上に形成される。ポリシリコン配線125とゲート絶縁膜130を挟んだ金属配線層135を用いて、信号線SL(0),ZSL(0),SL(1),ZSL(1),・・・に相当するゲート配線165が形成される。
交差部155では、ゲート絶縁膜130を挟んだゲート配線165の直下領域、すなわちゲート配線165と水平方向で見て交差する領域において、ポリシリコン配線125にn型領域180が形成される。n型領域180は、対応のゲート配線165の電圧とは独立に常に電気的な導通状態となるように、高濃度のn型不純物(たとえばリンイオン)が注入されている。したがって、交差部155には、電界効果型トランジスタは形成されず、対応のゲート配線165の電圧によらず、常に導体として作用する。
一方、交差部150では、ゲート絶縁膜130を挟んだゲート配線165の直下領域、すなわちゲート配線165と水平方向で見て交差する領域に、n型不純物が注入されないプレーン領域170が残される。ソースおよびドレインとしてそれぞれ作用するn型領域180の間に、プレーン領域170を挟むように、LDD(Light-Doped-Drain)領域185が設けられる。この結果、交差部150のプレーン領域170には、対応のゲート配線165の電圧に応じて、チャネルが形成あるいは非形成とされる。すなわち、交差部150には、デコードトランジスタに相当する電界効果型トランジスタ(より特定的には、TFT)が形成される。なお、LDD領域185を設けることによってドレイン電界が緩和されるので、n型TFTの耐圧が向上する。
このように、交差部150および155の各々には、ゲート絶縁膜130を介して積層されるゲート配線165およびポリシリコン配線125の間に同一構造で容量が形成される。したがって、寄生容量Cの容量値をゲート容量の容量値と実質的に同一にできる。この結果、図3で説明したように互いに逆相ノイズを作用させることにより、デコードトランジスタによって伝達される階調電圧へのノイズを抑制できる。
なお、ゲート配線165を同一層に連続的に形成しても、電界効果型トランジスタが形成される交差部150および非形成とされる交差部155を、半導体層であるポリシリコン配線125への不純物注入によって作り分けることができる。このため、高さ方向および水平方向について、デコード回路70の構成をコンパクトにできる。
再び図4を参照して、図示しない残りの信号線SL(2)〜SL(5)とポリシリコン配線125との各交点には交差部150が設けられる。一方、信号線ZSL(2)〜ZSL(5)とポリシリコン配線125との各交点には交差部155が設けられる。
さらに、デコード経路DP(63)に対応して、金属配線120およびポリシリコン配線125とそれぞれ同様に、X方向に沿った配線140およびポリシリコン配線145が設けられる。さらに、配線140およびポリシリコン配線145を電気的に接続するために、コンタクト122と同様にコンタクト142が設けられる。デコード経路DP(63)では、信号線ZSL(0)およびSL(1)とポリシリコン配線125との交点をデコードトランジスタが形成されるように交差部150とし、信号線SL(0)およびZSL(1)とポリシリコン配線125との交点をデコードトランジスタが形成されるように交差部155とする必要がある。これは、図5に示したように、ポリシリコン配線125への不純物注入パターンの作り分けによって対応できる。
図示しないが、他のデコード経路に対しても、配線120,140およびポリシリコン配線125,145に相当する配線が連続的に形成されており、交差部150および155の作り分けによって、図3に示した構成が同様に実現されている。
以下に説明するように、本実施の形態に従うデコード回路は、専用の製造プロセスを設けることなく、図1に示した画素25と同一の絶縁体基板(ガラス基板、樹脂基板)上に、同一の製造プロセスにおいて並列に製造可能である。この結果、表示装置の小型化および製造コストの低減を図ることができる。
図6は、図1に示した画素25の構造を説明する図である。
図6を参照して、画素25中の画素スイッチ素子26として設けられるn型TFT(以下、n型TFT26と称する)は、絶縁体基板190上に形成された、ポリシリコン等の半導体膜195を用いて作製される。絶縁体基板190および半導体膜195の間に、さらに絶縁膜191を設けても良い。
n型TFT26は、半導体膜195にn型不純物が注入されたソース/ドレイン領域251,252と、半導体膜195との間にSiO等のゲート絶縁膜253を介した配線層に設けられたゲート254と、ソース/ドレイン領域251,252とそれぞれ電気的なコンタクトが確保された電極255,256とを有する。ソース/ドレイン領域251,252の間には、LDD領域260が設けられて、ドレイン電界の緩和によるn型TFTの耐圧向上が図られている。ゲート254には、図1に示したゲート線GLに相当するゲート配線が所定方向に延在して設けられる。
なお、n型TFT26と同一層を用いて、p型TFTを作製することもできる。p型TFTは、p型TFTは、半導体膜195を用いて形成され、p型不純物が注入されたソース/ドレイン領域201,202と、ゲート104と、ソース/ドレイン領域201,202とそれぞれ電気的なコンタクトが確保された電極205,206とを有する。半導体膜195とゲート204との間には、ゲート絶縁膜253と同一層に同一材料で形成されたゲート絶縁膜203が設けられる。各TFT間は、絶縁体で形成された素子分離膜210,220によって電気的に分離される。
TFTのソースおよびドレインに対応する電極205,206および255,256は、一般的にアルミニウム等で形成され、ゲート204,254に設けられるゲート配線は、クロム等で形成される。
画素25中の保持容量27は、半導体膜195にn型不純物が注入されたn型領域262および、ゲート配線(ゲート204,254)と同一層に形成された金属電極265とを一方電極および他方電極として有する。この一方電極および他方電極の間には、ゲート絶縁膜253と同一層に設けられる絶縁膜264が形成されているので、当該部分に容量が形成される。図示しない断面において、一方電極に相当するn型領域262は、電極256と電気的に接続される。電極256は、図1に示した画素ノードNpに相当する。
図5に示したデコード回路70のポリシリコン配線125は、図6に示した画素部分の半導体膜195と同一工程により同一材料で形成することが可能であり、交差部150に形成されるデコードトランジスタは、n型TFT26と同様に作製することが可能である。また、図5に示したゲート絶縁膜130およびゲート配線165についても、図6に示したゲート絶縁膜253およびゲート254に相当するゲート配線と同一工程により同一材料で形成することが可能である。さらに、ゲート配線165およびn型領域180によって一方および他方電極が構成される交差部155の構造は、保持容量27の構造と同様である。したがって、n型領域180を形成するための不純物注入については、保持容量27のn型領域262と同一の工程で実行可能である。
図7は、本発明の実施の形態に従うデコード回路の製造工程を説明するフローチャートである。
以下に説明するように、図5に示した構造のデコード回路の要素は、図6に示した画素の製造工程において並行して作製される。図6に示した画素構造は、一般的な工程によって製造することが可能であるので、デコード回路の製造工程については、各要素がどのプロセスで作製されるかを示すこととし、各プロセスの詳細については記載を省略する。
図7を参照して、絶縁体基板上に半導体薄膜を形成する工程(プロセスP100)において、デコード回路部分のポリシリコン配線125および画素部分の半導体膜195が並行して形成される。
次に第1の不純物注入工程(プロセスP110)が行なわれる。このプロセスP110に先立って、デコード回路部分ではポリシリコン配線125上の交差部150に対応する領域、画素部分ではTFTの形成される領域にマスクが形成される。したがって、プロセスP110では、これらの領域を除いて、比較的高濃度の不純物注入(リンイオン等のドーピング)が行なわれる。これにより、図5におけるn型領域180(交差部155に対応)ならびに図6におけるn型領域262(保持容量27に対応)が形成される。
次に、上記レジストを除去した後、ゲート配線形成工程が行なわれる(プロセスP120)。プロセスP120では、まず、図5に示したゲート絶縁膜130および図6に示したゲート絶縁膜203,253が並行して形成される。さらに、ゲート絶縁膜130上へのゲート配線165(図5)の形成および図1に示したゲート線GLに相当するゲート配線(図6に示したゲート204,254)の形成が並行して行なわれる。ゲート配線は、代表的にはクロム配線で形成される。
プロセスP120の終了後、形成されたゲート線より広い線幅でレジストが形成された後に、このレジストをマスクとして第2の不純物注入工程(プロセスP130)が行なわれる。これにより、図5に示した交差部150に形成されるTFT(デコードトランジスタ)のソース・ドレイン領域に相当するn型領域180と、図6に示されたn型TFT26のソース・ドレイン領域251,252が並行して形成される。
プロセスP130の終了時点では、デコードトランジスタおよび画素スイッチ素子に相当する各TFTは、LDD領域185,260を除いた部分がn型化されている。
次に、レジストを除去した後に、ゲート配線をマスクとしたセルフアラインにより第3の不純物注入工程(プロセスP140)が行なわれる。プロセスP140でドーピングされるイオン濃度は、第1および第2の不純物注入工程(プロセスP110,P130)よりも低く、これによりデコード回路部分の各TFTおよび画素部分の各TFTにおいて並行して、LDD領域185および260がそれぞれ形成される。
以上説明したプロセスP100〜P140によって、図6に示した画素構造の製造工程と並列に、図5に示したデコード回路部分を製造することが可能である。さらにその後、上層の絶縁層や配線層が順次形成されて、表示装置の他の回路部分が製造される。
なお、本実施の形態では、各TFTにおいて、ゲート配線を半導体膜(あるいはポリシリコン配線)の上層側に設ける構造を例示したが、これらの上下を入換えて、ゲート配線の上層側に半導体膜(あるいはポリシリコン配線)を設けることも可能である。この場合にも、この上下関係を画素部分の各TFTと、デコード回路部分の各TFTとの間で揃えれば、両者を同一プロセス内で並行して作製できる。
また、図3には、各デコード経路において独立にデコードトランジスタが配置される構成を説明したが、デコードトランジスタの配置個数を削減するために、デコードトランジスタの一部を複数のデコード経路間で共有する構成とすることも可能である。
図8は、本発明の実施の形態に従うデコード回路の他の構成例を示す回路図である。
図8を参照して、図3における階調電圧発生回路60に代わる、階調電圧発生回路60♯は、16段階の階調電圧V1〜V16を生成する。他の構成例に従うデコード回路70♯は、表示信号D0〜D3によって構成される4ビットの表示信号をデコードして、当該デコードに基づいて、階調電圧発生回路60♯からの階調電圧V1〜V16の1つを選択的に出力ノードNdに出力する。
デコード回路70♯は、デコード経路DP(1)〜DP(16)を含む。デコード経路DP(1)〜DP(16)は、ノードN1〜N16から出力ノードNd1へ階調電圧V1〜V16をそれぞれ伝達するために設けられる。
デコード回路70♯では、最下位の表示信号ビットD0を除く、他の表示信号ビットD1〜D3に対応するデコードトランジスタは、複数のデコード経路間で共有される。
具体的には、表示信号ビットD0に対応するデコードトランジスタT0(1)〜T0(16)がデコード経路DP(1)〜DP(16)ごとに設けられる一方で、表示信号D3に対応するデコードトランジスタT3(1)はデコード経路DP(1)〜DP(8)によって共有され、デコードトランジスタT3(2)はデコード経路DP(9)〜DP(16)によって共有される。
同様に、表示信号D2に対応するデコードトランジスタT2(1)〜T2(4)は、隣接する4つずつのデコード経路DPによって共有される。すなわち、デコードトランジスタT2(1)およびT2(2)は、デコード経路DP(1)〜DP(4)およびデコード経路DP(5)〜DP(8)によってそれぞれ共有され、デコードトランジスタT2(3)およびT2(4)は、デコード経路DP(9)〜DP(12)およびデコード経路DP(13)〜DP(16)によってそれぞれ共有される。また、表示信号D1に対応するデコードトランジスタT1(1)〜T1(8)の各々は、隣接する2つずつのデコード経路DPによって共有される。
図3と同様に、表示信号ビットD0〜D3をそれぞれ伝達する信号線SL(0)〜SL(3)および、表示信号ビットD0〜D3の逆相信号、すなわち反転ビット/D0〜/D3をそれぞれ伝達する信号線ZSL(0)〜ZSL(3)がY方向に沿って設けられる。さらに、デコードトランジスタのゲートは、対応の信号線SLおよびZSLの一方と交互に接続される。
たとえば、デコード経路DP(16)は、信号線SL(0)〜SL(3)とぞれぞれ接続されたゲートを有するデコードトランジスタT0(16)、T1(8)、T2(4)およびT3(2)を含む。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3)=(1,1,1,1)のときに、全デコード経路のうちからデコード経路DP(16)が選択されて、階調電圧V16が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
同様に、デコード経路DP(15)は、信号線ZSL(0),SL(1)〜SL(3)とぞれぞれ接続されたゲートを有する、デコードトランジスタT0(15)、T1(8)、T2(4)およびT3(2)を含む。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3)=(0,1,1,1)のときに、全デコード経路のうちからデコード経路DP(15)が選択されて、階調電圧V15が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
また、デコード経路DP(2)は、信号線SL(0),ZSL(1)〜ZSL(3)とぞれぞれ接続されたゲートを有する、デコードトランジスタT0(2)、T1(1)、T2(1)およびT3(1)を含む。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3)=(1,0,0,0)のときに、全デコード経路のうちからデコード経路DP(2)が選択されて、階調電圧V2が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
同様に、デコード経路DP(1)は、信号線ZSL(0)〜ZSL(3)とぞれぞれ接続されたゲートを有する、デコードトランジスタT0(1)、T1(1)、T2(1)およびT3(1)を含む。したがって、表示信号ビット(D0,D1,D2,D3)=(0,0,0,0)のときに、全デコード経路のうちからデコード経路DP(1)が選択されて、階調電圧V1が出力ノードNd1へ選択的に出力される。
他のデコード経路についても同様に、表示信号ビットD0を最下位ビットとした表示信号ビットD0〜D3のインクリメントに対応して、電圧ノードN1〜N16が順に出力ノードNd1と電気的に接続されるように構成される。
このような構成とすることにより、複数ビットの表示信号に応じて1つのデコード経路が選択されて、選択されたデコード経路では、すべてのデコードトランジスタがオンされる。一方、その他のデコード経路では、少なくとも1つのデコードトランジスタがオフされる。
したがって、図8に示すデコード回路70♯は、図3に示したデコード回路よりもデコードトランジスタの配置個数を削減した上で、表示信号ビットD0を最下位ビットとした表示信号ビットに対応して、階調電圧を選択的に表示電圧として出力ノードNd1へ伝達できる。
また、図3のデコード回路70と同様に、デコードトランジスタのゲートと接続されない信号線と各デコード経路の間に寄生容量Cを形成することによって、選択されたデコード経路において、表示信号ビットD0〜D5の変化によって階調電圧(表示電圧)へ生じるノイズを抑制できる。この結果、階調電圧の設定精度を向上させることにより、階調表示をより正確に行なって表示品位を向上できる。
なお、図8では4ビットの表示信号をデコードするデコード回路70♯の構成を例示したが、任意のビット数の表示信号に対応して、最下位ビット以外の表示信号ビットに対応するデコードトランジスタを複数のデコード回路間で共有するデコーダ回路を構成することができる。
また、本実施の形態では、各デコーダトランジスタがn型TFTで構成される例を示したが、各デコードトランジスタをp型TFTで構成することも可能である。この場合には、図7に示した画素25中の保持容量27の一方電極をn型領域262をp型領域に置換すれば、各デコードトランジスタを保持容量と同一の工程で製造できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態に従う表示装置の代表例として示される液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 EL素子を含む画素の構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態に従うデコード回路の構成例を示す回路図である。 図3に示されたデコード回路の構成を詳細に説明する平面図である。 図4におけるP−Q断面図である。 図1に示した画素部分の構造を説明する図である。 図3〜図5に示されたデコード回路の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に従うデコード回路の他の構成例を示す回路図である。
符号の説明
10 液晶表示装置、20 液晶アレイ部、25,25♯ 画素、26 画素スイッチ素子、27 保持容量、60 階調電圧生成回路、70 デコード回路、125,145 ポリシリコン配線、130,203,253 ゲート絶縁膜、135 金属配線層(ゲート配線)、150 交差部(TFT形成領域)、155 交差部(TFT非形成領域)、165 ゲート配線、170 プレーン領域、180,251,252 n型領域、185,260 LDD領域、190 絶縁体基板、195 半導体膜(TFT形成)、204,254 ゲート、C寄生容量、D0〜D5 表示信号ビット、/D0〜/D5 反転ビット(逆相信号)、DL,DL1,DL2 データ線、DP(1)〜DP(64) デコード経路、GL,GL1 ゲート線、N1〜N64 電圧ノード、Nc 共通電極ノード、Nd,Nd1,Nd2 デコード出力ノード、Np 画素ノード、P100〜P150 製造プロセス、SIG 表示信号、SL(i),ZSL(i) 信号線、T0(i)〜T5(i) デコードトランジスタ、V1〜V64 階調電圧。

Claims (11)

  1. 複数ビットのデジタル信号に応じた階調表示を実行する表示装置であって、
    段階的な複数の階調電圧がそれぞれ伝達される複数の電圧ノードと、
    前記デジタル信号の前記複数ビットをそれぞれ伝達する複数の第1信号線と、
    前記複数の第1信号線と同じ方向に沿って設けられ、前記複数ビットの逆相信号をそれぞれ伝達する複数の第2信号線と、
    前記複数の階調電圧の1つを前記デジタル信号に応じて選択し、選択した前記階調電圧を表示電圧として出力ノードに出力するデコード回路と、
    前記デコード回路によって選択された前記表示電圧に応じた輝度を表示するための画素とを備え、
    前記デコード回路は、前記複数の電圧ノードと前記出力ノードとの間に前記第1および第2信号線と交差するようにそれぞれ形成される複数のデコード経路を含み、
    前記複数のデコード経路の各々は、前記デジタル信号の前記複数ビットにそれぞれ対応する複数の電界効果型トランジスタを含み、
    前記複数の電界効果型トランジスタは、前記出力ノードと対応する前記電圧ノードとの間に直列に接続され、
    前記複数の電界トランジスタの各ゲートは、対応のビットおよびその逆相信号を伝達する前記第1および第2信号線のうちの一方の信号線と接続され、
    前記複数の電界効果トランジスタの各々において、前記第1および第2信号線のうちの前記ゲートと非接続とされた他方の信号線と、ソースまたはドレインと電気的に接続されたノードとの間には容量が形成されるように構成され、
    前記複数のデコード経路のうちの前記デジタル信号に応じて選択された1つでは、前記複数の電界効果型トランジスタは全てオンし、残りのデコード経路では、前記複数の電界効果型トランジスタの少なくとも1つがオフする、表示装置。
  2. 前記他方の信号線によって形成される容量は、前記電界効果型トランジスタのゲート容量と実質的に同じ容量値を有する、請求項1記載の表示装置。
  3. 前記複数のデコード経路の各々は、前記出力ノードと対応する前記電圧ノードとの間に、前記複数の第1および第2信号線と交差するように連続的に形成された半導体配線を有し、
    前記複数の第1および第2信号線は、前記半導体配線と絶縁層を挟んで形成される配線層に設けられ、
    前記半導体配線のうちの前記一方の信号線と平面的に見て交差する第1の領域は、前記一方の信号線の電圧に応じて、チャネルが形成または非形成とされるような不純物濃度を有し、
    前記半導体配線のうちの前記他方の信号線と平面的に見て交差する第2の領域は、前記他方の信号線の電圧とは独立に、常に電気的導通状態となるような不純物濃度を有する、請求項1記載の表示装置。
  4. 前記第2の領域の不純物濃度は、前記第1の領域の不純物濃度よりも高い、請求項3記載の表示装置。
  5. 前記第2の領域へ不純物を注入する工程は、前記第1および第2信号線を形成する工程よりも前に行なわれる、請求項3記載の表示装置。
  6. 前記画素は、
    画素ノードの電圧に応じた輝度を表示する表示素子と、
    前記画素ノードの電圧を保持する電圧保持容量と、
    前記表示電圧に応じた電圧が伝達されるノードと前記画素ノードとの間に接続されて所定の走査周期に応答してオンする画素スイッチ素子とを有する、請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記スイッチ素子および前記複数の電界効果型トランジスタは薄膜トランジスタで構成され、
    前記複数の電界効果型トランジスタおよび前記スイッチ素子は、同一の絶縁体基板上に同一工程で作製される、請求項6記載の表示装置。
  8. 前記他方の信号線によって形成される容量は、前記電圧保持容量と同様の構造を有する、請求項6記載の表示装置。
  9. 前記画素は、
    通過電流に応じた輝度を表示する表示素子と、
    前記表示電圧に応じた電圧が伝達されるノードと前記画素ノードとの間に接続されて所定の走査周期に応答してオンする、薄膜トランジスタで構成された画素スイッチ素子と、
    前記画素ノードの電圧を保持する電圧保持容量と、
    前記画素ノードの電圧に応じた電流を前記表示素子へ供給する、薄膜トランジスタで構成された電流駆動素子とを有する、請求項1記載の表示装置。
  10. 前記複数のデコード経路ごとに、前記複数の電界効果型トランジスタは独立に設けられる、請求項1記載の表示装置。
  11. 前記複数の電界効果型トランジスタのうちの、前記複数ビットのうちの最下位ビットに対応する一部は、前記複数のデコード経路ごとに独立に設けられ、
    前記複数の電界効果型トランジスタの残りは、前記複数のデコード経路のうちの少なくとも2つによって供給される、請求項1記載の表示装置。
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