JP2005094221A - ソースフォロワ回路およびそれを備える表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低消費電力でかつ出力電圧精度の高いソースフォロワ回路およびそれを出力バッファとして備えた表示装置を提供する。
【解決手段】 ソースフォロワ回路100は、ソースフォロアトランジスタとして設けられるトランジスタT1と、ソースフォロアトランジスタとカスコード接続されるトランジスタT2と、電流源120と、オフセット補償回路130と、電圧設定回路140とを備える。オフセット補償回路130は、トランジスタT1のしきい値電圧をオフセット電圧として蓄積するためのキャパシタC1を含み、オフセット電圧が出力電圧VOに及ぼす影響をキャンセルするようにトランジスタT1のゲート電圧を設定する。電圧設定回路140は、トランジスタT1のゲート電圧とは独立にトランジスタT2のゲート電圧を設定する。トランジスタT1のゲートとトランジスタT2のゲートとの間に容量結合が存在しないので、オフセット電圧のキャンセルを正確に行なって、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に生成可能である。
【選択図】 図2
【解決手段】 ソースフォロワ回路100は、ソースフォロアトランジスタとして設けられるトランジスタT1と、ソースフォロアトランジスタとカスコード接続されるトランジスタT2と、電流源120と、オフセット補償回路130と、電圧設定回路140とを備える。オフセット補償回路130は、トランジスタT1のしきい値電圧をオフセット電圧として蓄積するためのキャパシタC1を含み、オフセット電圧が出力電圧VOに及ぼす影響をキャンセルするようにトランジスタT1のゲート電圧を設定する。電圧設定回路140は、トランジスタT1のゲート電圧とは独立にトランジスタT2のゲート電圧を設定する。トランジスタT1のゲートとトランジスタT2のゲートとの間に容量結合が存在しないので、オフセット電圧のキャンセルを正確に行なって、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に生成可能である。
【選択図】 図2
Description
この発明は、ソースフォロワ回路およびこれを用いた表示装置に関し、より特定的には、薄膜トランジスタ(TFT)で構成されたソースフォロワ回路およびこれを出力バッファとして用いた液晶表示装置等の表示装置に関する。
フラットパネルディスプレイの代表例である液晶表示装置では、液晶表示素子を備えた画素を行列状に配列し、画素の行(ライン)ごとに走査のためのゲート線を配置し、画素の列ごとにデータ線を配置する構成が一般的である。データ線には、走査された画素の表示輝度に対応した電圧(以下、「表示電圧」と称する)が伝達される。
各画素の液晶表示素子は、データ線を介して伝達された表示電圧に応じた輝度を発するので、表示品位を確保するには、データ線の電圧を表示電圧に応じて正確に設定する必要がある。
したがって、データ線電圧を駆動するための出力バッファの出力精度が重要となる。しかし、このような出力バッファは、各データ線、すなわち画素の列ごとに配置されるので、その回路構成はより簡易なものとすることが望ましい。したがって、演算増幅器(オペアンプ)によって構成されるボルテージフォロワ回路は、出力精度は高いものの採用が困難である。
このため、回路構成の簡単なソースフォロワ回路の出力精度を高めて液晶表示装置の出力バッファを構成する技術が、たとえば特開平11−73165号公報に開示されている。
特に、液晶表示装置で一般的に用いられるポリシリコンTFTは、しきい値電圧の製造ばらつきが大きいため、上記特許文献に開示されたソースフォロワ回路では、しきい値電圧ばらつきによって生じるオフセットの解消を目的としている。
特開平11−73165号公報
しかしながら、上記特許文献1の図1に開示されたソースフォロワ回路では、当該特許文献1にも記載されるように、ソースフォロワトランジスタ(特許文献1の図1でのトランジスタ11)の動作点が準備期間と出力期間とで異なってしまうため、この影響により出力電圧に誤差が生じてしまう可能性がある。
このため、当該特許文献1の図7、図8および図10等に示されるように、ソースフォロワトランジスタである第1のトランジスタのドレイン側に、第2のトランジスタをさらにカスコード接続することにより、第1のトランジスタのドレイン・ソース間電圧が上記準備期間と出力期間とで大きく変化しないようにすることで、出力電圧の高精度化を図っている。
しかしながら、特許文献1の図7に示されたソースフォロア回路では、第2のトランジスタ58を適切に動作させるために、電流源60によってトランジスタ58のゲートを充電するので、当該電流源による消費電力が増大してしまう。
また、特許文献1の図8および図10に開示されたソースフォロア回路では、準備期間にキャパシタ53,63によって蓄積されたオフセット電圧分だけ、第1のトランジスタ51,61のゲート電圧を上昇させるオフセットキャンセル動作時において、容量結合によって第2のトランジスタ58,68のゲート電圧も変動してしまう。
このため、キャパシタに蓄積されたオフセット電圧は、第1および第2のトランジスタのゲート容量比に応じて分配されて、それぞれのゲート電圧を上昇させることになる。この結果、第1のトランジスタのゲート電圧変化は、所望のレベル、すなわちオフセット電圧よりも小さくなるので、これにより出力電圧精度が低下するおそれがある。
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、低消費電力でかつ出力電圧精度の高いソースフォロワ回路およびそれを出力バッファとして備えた表示装置を提供することである。
この発明に従うソースフォロア回路は、入力電圧に応じた出力電圧を出力するソースフォロア回路であって、入力電圧を入力する入力ノードと、出力電圧を出力する出力ノードと、第1および第2の電圧をそれぞれ供給する第1および第2の電源ノードと、第1の電源ノードおよび出力ノードの間に接続された電流源と、出力ノードと第1のノードとの間に電気的に接続された第1の電界効果トランジスタと、第1のノードと第2の電源ノードとの間に電気的に接続された第2の電界効果トランジスタと、第1の電界効果トランジスタのしきい値電圧が出力電圧に及ぼす影響をキャンセルするように、第1の電界効果トランジスタのゲート電圧を設定するオフセット補償回路と、第1の電界効果トランジスタのゲート電圧とは独立に、第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を設定する電圧設定回路とを備える。オフセット補償回路は、その一端が第1の電界効果トランジスタのゲートと接続される第1のキャパシタを含む。第1のキャパシタの他端は、準備期間においては第1の電界効果トランジスタのソースと接続される一方で、準備期間よりも後の出力期間においては入力電圧が印加された状態の入力ノードと接続される。電圧設定回路は、準備期間および出力期間のそれぞれにおいて第1の電界効果トランジスタが飽和領域で動作可能となるように、第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を入力電圧に応じて設定する。
この発明に従う表示装置は、行列状に配置され各々が書込まれた表示電圧に応じた輝度を発する複数の画素と、画素の行ごとに設けられそれぞれが周期的に選択される複数のゲート線と、画素の列ごとに設けられる複数のデータ線と、複数の画素のそれぞれでの表示輝度を示す表示信号に応じて表示電圧を順次生成して、複数のデータ線へ出力するデータ線駆動回路とを備える。データ線駆動回路は、表示信号のデコード結果に応じた階調電圧を生成するデコード回路と、複数のデータ線ごとに出力バッファとして設けられる請求項1から12のいずれか1項に記載のソースフォロア回路とを含む。ソースフォロア回路の入力ノードは、デコード回路からの階調電圧を入力電圧として受け、かつ、ソースフォロア回路の出力ノードは、複数のデータ線のうちの対応する1本と接続されて、出力電圧として表示電圧を出力する。複数の画素は、複数のゲート線のうちの対応する1本が選択されたときに、複数のデータ線のうちの対応する1本と電気的に接続されて、表示電圧を書込まれる。
したがって、本発明に従うソースフォロア回路では、準備期間で第1のキャパシタに蓄積されたオフセット電圧分、出力期間にソースフォロア動作を行なう第1の電界効果トランジスタのゲート電圧を変化させるオフセットキャンセル動作によって、電界効果トランジスタのしきい値電圧が出力電圧に及ぼす影響をキャンセルできる。特に、第1の電界効果トランジスタとカスコード接続された第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を、第1の電界効果トランジスタのゲート電圧とは独立に設定するので、上記オフセットキャンセル動作を正確に行なって、出力電圧を入力電圧に応じて正確に生成することができる。
さらに、複数の画素を備える表示装置において、このようなソースフォロア回路をデータ線の出力バッファとして用いることにより、周辺回路を画素部分と一体的に形成するために、ソースフォロア回路がしきい値電圧ばらつきの大きいポリシリコンTFTで構成された場合にも、ソースフォロワ回路間で入力電圧−出力電圧特性を均一化して、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細に説明する。なお以下では、同一または相当部分には同一符号を付しその説明は省略する。
[実施の形態1]
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。以下の説明で明らかになるように、液晶表示装置10は、本発明に従うソースフォロア回路を出力バッファとして備える。
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。以下の説明で明らかになるように、液晶表示装置10は、本発明に従うソースフォロア回路を出力バッファとして備える。
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、画素アレイ部20と、ゲート線駆動回路30と、データ線駆動回路40とを備える。
画素アレイ部20は、行列状に配された複数の画素25を含む。画素の行(「画素ライン」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キャパシタ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へ書込ま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、代表的には、n型のポリシリコンTFT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、画素25に書き込まれる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。
ゲート線駆動回路30は、所定の走査周期に基づいて、ゲート線GLを順に選択する。画素スイッチ素子26のゲート電極は対応するゲート線GLと接続される。対応するゲート線GLの選択期間中において、画素ノードNpは対応するデータ線DLと接続される。これにより、データ線駆動回路40によって各データ線DL上に出力された表示電圧が、選択されたラインの各画素25へ書き込まれる。
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で構成される。画素ノードNpへ伝達された表示電圧は、キャパシタ27によって保持される。
データ線駆動回路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。ここでは、一例として、表示信号SIGは6ビットの信号である、表示信号ビットD0〜D5から構成されるものとする。
6ビットの表示信号SIGに基づいて、各画素において、26=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。
データ線駆動回路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、出力バッファ回路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、画素アレイ部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、64段階の階調電圧V1〜V64を生成する。階調電圧生成回路60は、たとえば、高電圧VDHおよび低電圧VDLの間に直列に接続された63個の分圧抵抗で構成される。
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、階調電圧生成回路60によって生成された階調電圧V1〜V64のうちの1つを選択する。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)を表示電圧として各デコード出力ノードNdへ出力する。
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ものとする。すなわち、例示された液晶表示装置10では、各画素25への表示電圧の書込みは、1ラインごとに、すなわち線順次駆動によって行なわれる。
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。
出力バッファ回路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でデータ線DL1,DL2,…を駆動する。すなわち、表示電圧は、出力バッファ回路80によって各データ線DLに出力される。
なお、図1には、ゲート線駆動回路30およびデータ線駆動回路40が画素アレイ部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、ゲート線駆動回路30およびデータ線駆動回路40については、画素アレイ部20の外部回路として設けることも可能である。
あるいは、図2に示されたEL素子を含む画素によって、図1中の画素25を置換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中のと同様であり、対応するデータ線DL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型のポリシリコンTFT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の選択期間(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電極を有し、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た輝度を表示可能な表示装置における周辺回路、特に出力バッファを構成するソースフォロア回路に向けられている。したがって、本発明が適用される表示装置において各画素の構成は特に限定されず、各画素での表示輝度に対応した表示電圧をデータ線へ駆動する出力バッファを備えた表示装置に対して、本発明を共通に適用可能である。
次に、本発明に従うソースフォロワ回路が適用される出力バッファ回路80の構成の詳細について説明していく。
図3は、本発明の実施の形態1に従うソースフォロワ回路の構成を示す回路図である。
図1に示した出力バッファ回路80では、各データ線DLに対応して、図3に示したソースフォロア回路100が出力バッファとして設けられるものとする。
ソースフォロワ回路100は、入力ノードN1に入力された入力電圧VIに応じた出力電圧VOを出力ノードN2に生成する。ソースフォロワ回路100における入力ノードN1は、図1におけるデコード出力ノードNdと接続され、出力ノードN2は対応のデータ線DLと接続される。
ソースフォロワ回路100は、ソースフォロワトランジスタとして動作するトランジスタT1と、トランジスタT1にカスコード接続されるトランジスタT2と、電流源120と、トランジスタT1のしきい値電圧が出力電圧VOに及ぼす影響をキャンセルするようにトランジスタT1のゲート電圧を設定するオフセット補償回路130と、トランジスタT1のゲート電圧とは独立にトランジスタT2のゲート電圧を設定する電圧設定回路140とを備える。
トランジスタT1は、ノードN0および出力ノードN2の間に電気的に接続され、そのゲートはノードN5と接続される。トランジスタT2は、高電圧VHを供給する電源ノード110およびノードN0の間に電気的に接続され、そのゲートはノードN4と接続される。トランジスタT1およびT2は、n型の電界効果トランジスタ、代表的にはn型のポリシリコンTFTで構成される。なお、以下に説明する各n型TFT(電界効果トランジスタ)のしきい電圧は、同様の値Vtnに設計されているものとする。
電流源120は、低電圧VLを供給する電源ノード112と出力ノードN2の間に設けられ、一定電流Icを出力ノードN2から電源ノード112へ向かう方向へ供給する。
オフセット補償回路130は、入力ノードN1およびノードN5の間に設けられるスイッチ素子S1と、ノードN5およびN6の間に接続されるキャパシタC1と、ノードN6および出力ノードN2の間に接続されるスイッチ素子S2と、入力ノードN1およびノードN6の間に接続されたスイッチ素子S3とを含む。スイッチ素子S1およびS2は、共通にオン・オフされる。
キャパシタC1の一端は、トランジスタT1のゲートと接続される。キャパシタC1の他端は、スイッチ素子S2のオンに応答して出力ノードN2と接続され、スイッチ素子S3のオンに応答して入力ノードN1と接続される。
電圧設定回路140は、所定電圧Vpが供給される電源ノード114とノードN4との間に接続されるスイッチ素子S4と、ノードN3およびN4の間に接続されるキャパシタC2と、ノードN3および入力ノードN1の間に接続されるスイッチ素子S5と、ノードN3および電源ノード113の間に接続されるスイッチ素子S6とを含む。スイッチ素子S4およびS6は共通にオン・オフされ、スイッチ素子S5は、スイッチ素子S4,S6と相補的にオン・オフされる。
電源ノード114が供給する所定電圧Vpは、トランジスタT2が飽和領域で動作可能な電圧、すなわち、少なくともn型トランジスタT1,T2のしきい値電圧Vtn以上の電圧に設定される。電源ノード113は、入力電圧VIの下限電圧VIminに相当する電圧、あるいはそれ以下の電圧を供給する。以下、本実施の形態では、VImin=GNDとする。これに対応して、電源ノード113は、接地電圧GNDを供給するものとする。
入力ノードN1へ入力される入力電圧VIは、下限電圧VIminおよび上限電圧VImaxの範囲内で設定される。入力電圧VIは、デコード回路70によって生成される表示電圧、すなわち図1に示した階調電圧V1〜V64のうちのいずれかに対応する。図4では一例として、時刻t3〜t7の1ライン期間ではVI=VIHに設定され、その前後の1ライン期間の各々ではVI=VILに設定されている。したがって、以下では、例示された入力電圧VIH,VILを表示電圧VIH,VILとも称する。
次に図3および図4を用いて、実施の形態1に従うソースフォロワ回路の動作につい説明する。
図4を参照して、スイッチ素子S1およびS2は、所定周期に従って所定期間(図4における時刻t3〜t4間)オンされる。
スイッチ素子S1およびS2がオンする時刻t3に先だって、時刻t1からt3の間スイッチ素子S4およびS6がオンされる。スイッチ素子S5は、スイッチ素子S4およびS6と相補的にオンされるので、時刻t1〜t3の間オフされている。
これにより、電圧設定回路140において、ノードN3の電圧VN3は接地電圧GNDにプリチャージされ、ノードN4の電圧VN4は所定電圧Vpにプリチャージされる。この結果、ノードN0の電圧VN0は、トランジスタT2のゲート電圧がVpとなることから、VN0=Vp−Vtnとなる。ここで、VtnはトランジスタT2のしきい値電圧を示す。
時刻t2において、入力電圧VIが、前の1ライン期間の表示電圧VILからこの1ライン期間の表示電圧VIHへ変化する。しかし、このタイミングではスイッチ素子S1,S3,S5の各々がオフされているので、ソースフォロア回路100内に電圧変化は生じない。
時刻t3において、スイッチ素子S1,S2,S5がターンオンされ、スイッチ素子S4およびS5はターンオフされる。スイッチ素子S3は、オフ状態を維持する。
これにより、オフセット補償回路130では、スイッチ素子S1およびS2のターンオンに応答して、表示電圧VIHがノードN5(すなわちトランジスタT1のゲート)に印加され、かつキャパシタC1がノードN5および出力ノードN2の間に接続される。これにより、キャパシタC1には、トランジスタT1のしきい値電圧Vtnに相当するオフセット電圧Vos(すなわち、Vos=Vtn)が蓄えられる。この結果、出力ノードN2の出力電圧VO=VIH−Vosとなる。
一方、電圧設定回路140において、ノードN3およびN4は、スイッチ素子S4,S6のオフに応答して電源ノード113および114からそれぞれ切離される。さらに、スイッチ素子S5のオンに応答してノードN3が入力ノードN1と接続されて、電圧ノードN3の電圧はVN3=VIHとなる。これにより、ノードN4には、容量結合によってΔVIの電圧上昇が生じ、VN4=VIH+Vpに設定される。ここで、ΔVI=VIH−VILである。
このように、トランジスタT2のゲート電圧を設定することにより、トランジスタT2が飽和領域で動作する。したがって、トランジスタT2の電流駆動能力を電流源120の電流よりも十分大きく設計することにより、ノードN0の電圧VN0=VIH+Vp−Vtnとなる。これにより、入力電圧VIの変化やスイッチ素子のオン・オフの入換えが起こる時刻t2〜t4の期間とその前後との間で、トランジスタT1のドレイン・ソース間電圧が大きく変化せず、トランジスタT1の動作点は変化しない。
さらに、時刻t4において、入力電圧VI=VIHの状態で、スイッチ素子S1およびS2がターンオフされ、スイッチ素子S3がターンオンされる。これにより、オフセット補償回路130において、ノードN5およびN6が入力ノードN1および出力ノードN2とそれぞれ切離され、キャパシタC1は入力ノードN1およびノードN5の間に接続される。これにより、ノードN5には、「準備期間」に相当する時刻t3〜t4でキャパシタC1に蓄えられたオフセット電圧Vos分の電圧上昇が生じる。
これに伴い、トランジスタT1のゲート電圧、すなわちノードN5の電圧VN5=VIH+Vosに上昇し、出力ノードN2の出力電圧VO=VIHに正確に設定されることになる。このようにして、オフセットキャンセル動作が行なわれる。
さらに、入力電圧VIが次の1ライン期間の表示電圧VILへ切換わる時刻t6よりも前の時刻t5において、スイッチ素子S4,S6とスイッチ素子S5とのオン・オフが再び入れ替わる。すなわち、スイッチ素子S4およびS6がターンオフする一方で、スイッチ素子S5がターンオンする。これにより、ノードN3は再び接地電圧GNDにプリチャージされ、ノードN4は、所定電圧Vpにプリチャージされる。また、時刻t6以前の時刻t5♯において、にスイッチ素子S3もオフ状態に移行する。これらの時刻t5およびt5♯の先後は特に限定されない、あるいは両者を同一時刻としてもよい。
次の1ライン期間が開始される時刻t7において、時刻t3と同様の初期状態が再現されて、スイッチ素子S1およびS2がオンする。さらに、スイッチ素子S5がオンし、スイッチ素子S4およびS6がオフする。時刻t3〜t7の期間、すなわちスイッチ素子S1,S2のオン周期は、1水平期間、すなわち、線順次駆動では1ラインごとの選択期間に相当し、点順次駆動では1画素ごとの選択期間に相当する。
時刻t7において、電圧設定回路140では、ノードN3およびN4は、電源ノード113および114と再び切離される。さらに、オフセット補償回路130では、スイッチ素子S1およびS2のオンに応答して、トランジスタT1のゲート電圧に相当する電圧VN5が表示電圧VILに変化する。これにより、出力電圧VOも、VO=VIL−Vosに低下し、これに伴いノードN0の電圧VN0も、VN0=Vp−Vtnへ低下する。
以降同様の動作が周期的に繰り返されて、各画素ラインの選択期間において、各データ線DLがデコード回路70によって生成された表示電圧へ駆動される。
なお、出力電圧VOが表示電圧VIHに確実に設定されているスイッチ素子S3のオン期間の少なくとも一部を用いて、「出力期間」に相当する、画素への書込期間が設けられる。図4の例では、画素への書込期間は、時刻t3〜t5♯に設定される。当該書込期間において、選択された画素ラインのゲート線GLを選択状態に駆動する。これにより、画素スイッチ素子26のターンオンに応答してデータ線DLと画素ノードNpとを電気的に接続することにより、選択された画素ラインに属する画素25に対して正確な表示電圧を書込むことができる。
あるいは、スイッチS3のオン・オフをスイッチS1,S2と完全に相補的に設定して、時刻t3,t7をスイッチS3のオフタイミングとすることもできる。ただし、この場合には、時刻t2,t6における入力電圧VIの変化に応答して、ノードN5,N6の電圧および出力電圧VOも変化する。このため、時刻t6以後を「出力期間」とすることはできず、画素への書込期間は、スイッチS3のオン期間(時刻t3〜t7)よりも短くなる。
以上説明したように、実施の形態1に従うソースフォロワ回路100では、ソースフォロワ動作を行なうトランジスタT1のしきい値電圧に相当するオフセット電圧Vosを補償して出力電圧VOを生成することができる。したがって、トランジスタT1のしきい値電圧にばらつきが生じても、ソースフォロワ回路100の入力電圧VI−出力電圧VO特性をオフセットキャンセル動作によって一定にできる。
特に、ソースフォロワ回路100では、トランジスタT2のゲート(ノードN4)とトランジスタT1のゲート(ノードN5)との間に容量結合が存在しないので、これらのゲート電圧は、オフセット補償回路130および電圧設定回路140によってそれぞれ独立に制御される。したがって、準備期間(図4の時刻t3〜t4)でキャパシタC1に蓄積されたオフセット電圧Vosによって、画素への書込可能期間におけるトランジスタT1のゲート電圧は、損失なくオフセット電圧Vos分上昇する。このため、オフセットキャンセル動作を正確に行なって、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に生成することができる。
このようなソースフォロア回路100をデータ線DLの出力バッファとして用いることにより、周辺回路を画素部分と一体的に形成するために、ソースフォロア回路がしきい値電圧ばらつきの大きいポリシリコンTFTで構成された場合にも、ソースフォロワ回路100間で入力電圧VI−出力電圧VO特性を均一化して、表示品位を向上できる。
[実施の形態2]
実施の形態2においては、図3に示したソースフォロワ回路100の電源ノード114が供給する所定電圧Vpを生成するための構成について説明する。
実施の形態2においては、図3に示したソースフォロワ回路100の電源ノード114が供給する所定電圧Vpを生成するための構成について説明する。
既に説明したように、図3に示したソースフォロワ回路100において正確なソースフォロワ動作が行なわれるには、トランジスタT1が飽和領域で動作する必要がある。したがって、トランジスタT1のドレイン・ソース間電圧Vds、ゲート・ソース間電圧Vgs、しきい値電圧Vtnとすると、トランジスタT1が飽和領域で動作するための条件は、下記(1)式で示される。
Vds≧Vgs−Vtn
VN0−VO≧VN5−VO−Vtn
VN0≧VN5−Vtn…(1)
オフセットキャンセル動作時のトランジスタT1のゲート電圧、すなわち電圧VN5は、以下の(2)式で表わされる。
VN0−VO≧VN5−VO−Vtn
VN0≧VN5−Vtn…(1)
オフセットキャンセル動作時のトランジスタT1のゲート電圧、すなわち電圧VN5は、以下の(2)式で表わされる。
VN5≒VIH+Vtn…(2)
(2)式を(1)式に代入すると、トランジスタT1が飽和領域で動作するための条件として、最終的に下記(3)式が得られる。
(2)式を(1)式に代入すると、トランジスタT1が飽和領域で動作するための条件として、最終的に下記(3)式が得られる。
VN0≧VIH…(3)
つまり、ソースフォロワ回路100を正常に動作させるためには、ノードN0の電圧VN0を入力電圧VIH以上に設定する必要がある。一方、ノードN4の電圧VN4は下記(4)式で示される。
つまり、ソースフォロワ回路100を正常に動作させるためには、ノードN0の電圧VN0を入力電圧VIH以上に設定する必要がある。一方、ノードN4の電圧VN4は下記(4)式で示される。
VN4=VN0+Vtn…(4)
ここで、電圧設定回路140によって、ノードN4の電圧についてVN4=Vp+VIHが成立するので、(5)式が導かれる。
ここで、電圧設定回路140によって、ノードN4の電圧についてVN4=Vp+VIHが成立するので、(5)式が導かれる。
VN0=VIH+Vp−Vtn…(5)
(5)式より、Vp≧Vtnであれば(3)式が満足できるが、所定電圧Vpを大きくするほど消費電力は大きくなってしまう。逆に言えば、Vp=Vtnと設定すれば、消費電力を最小とできる。このとき、VN4=VIH+VtnとなってトランジスタT1が飽和領域で動作する。
(5)式より、Vp≧Vtnであれば(3)式が満足できるが、所定電圧Vpを大きくするほど消費電力は大きくなってしまう。逆に言えば、Vp=Vtnと設定すれば、消費電力を最小とできる。このとき、VN4=VIH+VtnとなってトランジスタT1が飽和領域で動作する。
図5は、このような所定電圧Vpを発生するための実施の形態2に従う電圧発生回路の構成を示す回路図である。
図5を参照して、実施の形態2に従う電圧発生回路200は、n型TFTのしきい値電圧Vtnに相当する所定電圧Vpを出力ノードN8に生成する。すなわちVp=Vtnであり、出力ノードN8は、図1に示した電源ノード114に相当する。
電圧発生回路200は、抵抗素子R1と、n型TFTで構成されるトランジスタT3〜T6と、キャパシタC3とを含む。
抵抗素子R1は、電源電圧VDDを供給する電源ノード116とノードN7との間に電気的に接続される。トランジスタT3およびT4は、ノードN7と接地ノード(接地電圧GND)との間に直列に電気的に接続される。
トランジスタT3およびT4は、各々ダイオード接続される。すなわち、トランジスタT3のゲートはノードN7と接続され、トランジスタT4のゲートおよびドレインは互いに接続される。これによりトランジスタT3およびT4は、ノードN7から接地ノードへ向かう方向を順方向とするダイオードとして作用する。
トランジスタT5は、電源ノード116および出力ノードN8の間に電気的に接続される。トランジスタT5のゲートは、ノードN7に接続される。トランジスタT6は、ノードN8および接地ノードの間にダイオード接続される。すなわち、トランジスタT6のゲートは、ノードN8と接続される。キャパシタC3は、ノードN8および接地ノードの間に接続される。
トランジスタT3,T4のオン抵抗を抵抗素子R1よりも十分小さく設計することにより、ノードN7の電圧は2・Vtnとなる。ノードN7の電圧によってトランジスタT5のゲートが駆動されるので、出力ノードN8の電圧は、2・Vtn−Vtn=Vtnとなる。
一方、トランジスタT6は、出力ノードN8に生成される所定電圧Vpがしきい値電圧Vtnよりも大きくなると導通して、ノードN8から接地ノード(接地電圧GND)への放電経路を形成する。
キャパシタC3は、所定電圧Vpを安定化させるために設けられる。すなわち、所定電圧Vpの電圧が瞬時的に変化した場合でも、キャパシタC3での保持電荷の充放電動作により、所定電圧VpはVtnに近づくように安定化される。なお、所定電圧Vpの変動が小さい場合には、キャパシタC3の配置は省略可能である。
したがって、実施の形態2に従う電圧発生回路200の出力ノードN8に生成される所定電圧Vpを、図3に示したソースフォロワ回路100の電源ノード114に入力すれば、VN4=VIH+Vtnを満足して、低消費電力でソースフォロワ回路100を動作させることができる。
[実施の形態2の変形例]
実施の形態2では、電力消費面で理想的な状態とするために、所定電圧Vp=Vtnに設定する電圧発生回路の構成を説明した。しかしながら、一般的にポリシリコンTFTのしきい値電圧の製造ばらつきは大きいため、これに合わせて所定電圧Vpにもマージン値を持たせる必要が出てくる。
実施の形態2では、電力消費面で理想的な状態とするために、所定電圧Vp=Vtnに設定する電圧発生回路の構成を説明した。しかしながら、一般的にポリシリコンTFTのしきい値電圧の製造ばらつきは大きいため、これに合わせて所定電圧Vpにもマージン値を持たせる必要が出てくる。
実施の形態2の変形例では、しきい値電圧Vtnに対してマージンを有するように所定電圧Vpを設定可能な電圧発生回路の構成について説明する。
図6は、所定電圧Vpを発生するための実施の形態2の変形例に従う電圧発生回路の構成例を示す回路図である。
図6を参照して、実施の形態2の変形例に従う電圧発生回路202は、電圧発生回路200と同様の抵抗素子R1、トランジスタT3〜T6およびキャパシタC3に加えて、トランジスタT8およびT9をさらに備える。
トランジスタT8は、トランジスタT3およびT4と同様にダイオード接続されて、ノードN7および接地ノード(接地電圧GND)の間に、トランジスタT3およびT4と直列に電気的に接続される。同様に、トランジスタT9は、ダイオード接続されて、出力ノードN8および接地ノードの間に、トランジスタT6と直列に電気的に接続される。
このような構成とすることにより、電圧発生回路202では、ノードN7,N8の電圧が図5の電圧発生回路200と比較して、Vtnずつ高くなる。この結果、電圧発生回路202によって生成される所定電圧Vpは、n型TFT2個分のしきい値電圧の和、すなわち2・Vtnとなる。
これにより、実施の形態2に従う電圧発生回路と比較して、所定電圧Vpをしきい値電圧Vtn分だけ高く設定できる。したがって、図1に示したソースフォロワ回路100におけるトランジスタT1をさらに確実に飽和領域で動作させることができる。
なお、しきい値電圧の製造ばらつきが比較的大きいポリシリコンTFTにおいても、製造実績のばらつき(σ)が平均値(中心値)よりも大きくなることは稀である。したがって、図6に示した電圧発生回路202を用いて所定電圧Vp=2・Vtnと設定すれば、より確実にトランジスタT1を飽和領域で動作させることが可能である。
図7は、実施の形態2の変形例に従う電圧発生回路の他の構成例を示す回路図である。
図7を参照して、電圧発生回路204は、抵抗素子R1〜R3と、n型TFTで構成されるトランジスタT3〜T5,T7と、p型TFTで構成されるトランジスタT6♯,T8♯と、キャパシタC3とを含む。
抵抗素子R1は、電源ノード116およびノードN9の間に接続される。抵抗素子R2は、ノードN14および接地ノード(接地電圧GND)の間に接続され、抵抗素子R3は、ノードN9およびN7の間に接続される。トランジスタT3およびT4は、それぞれダイオード接続されて、ノードN7および接地ノードの間に直列に電気的に接続される。トランジスタT3およびT4の各々は、ノードN7から接地ノードへ向かう方向を順方向とするダイオードとして作用する。
トランジスタT7およびT8♯は、電源ノード116およびノードN10の間に直列に電気的に接続される。トランジスタT7のゲートはノードN9と接続され、トランジスタT8♯のゲートはノードN10と接続される。
トランジスタT5は、電源ノード116および出力ノードN8の間に電気的に接続され、そのゲートはノードN9と接続される。トランジスタT6♯は、出力ノードN8および接地ノードの間に電気的に接続され、そのゲートはノードN10と接続される。キャパシタC3は、ノードN8および接地ノードの間に接続される。
このように、電源ノード116およびノードN7の間に2個の抵抗素子R1およびR3を直列に接続することにより、これらの接続ノードN9の電圧VN9は、トランジスタT3およびT4のしきい値電圧の和2・Vtnよりも抵抗素子R3で生じる電圧VMだけ高くなる。すなわち、VN9=2・Vtn+VMとすることができる。ここで電圧VMは、抵抗素子R1およびR3の抵抗比に応じて調整できる。
ノードN9の電圧によってトランジスタT5のゲートが駆動されるので、出力ノードN8の所定電圧Vp=Vtn+VMに設定される。すなわち、図5に示した電圧発生回路200と比較して、トランジスタT1を飽和領域で動作させるための、所定電圧Vpのマージンが電圧VMだけさらに大きくなる。
また、電源ノード116および接地ノードの間に接続された、トランジスタT7、ダイオード接続されたp型トランジスタT8および抵抗素子R2について、トランジスタT7およびT8のオン抵抗値は抵抗素子R2の抵抗値よりも十分小さい値に設定される。これにより、トランジスタT7のゲート電圧が2・Vtn+VMであるの対して、ノードN10の電圧は、Vtn−|Vtp|+VMとなる。ここで、Vtpは、p型TFTのしきい値電圧であり、|Vtp|=Vtnに設計されるのが一般的である。
このようにトランジスタT6♯のゲート電圧がVtn−|Vtp|+VMとなるので、トランジスタT6♯は、出力ノードN8の電圧がVtn+VM以上のときに導通する。すなわち、所定電圧VpがVtn+VMよりも高くなったときはトランジスタT6♯が、低くなったときはトランジスタT5が導通し、所定電圧VpをVp=Vtn+VMに維持するように動作する。
キャパシタC3は、図6に示した回路と同様に、瞬時的な負荷変動に対応して所定電圧Vpを安定化するために設けられる。
このように、実施の形態2の変形例に従う構成によれば、ソースフォロワ回路114の電源ノード114に供給される、トランジスタT1を飽和領域で動作させるための所定電圧Vpを、低消費電力化あるいは動作マージン確保の観点から適切なレベルへ精度よく設定することが可能となる。
[実施の形態3]
以下の実施の形態では、ソースフォロワ回路の他の構成例を説明する。すなわち、以下の実施の形態で説明するソースフォロワ回路は、図1に示した表示装置において、各データ線DLに対応して配置される出力バッファとして用いることができる。すなわち、表示装置の全体構成については、実施の形態1と同様であるので、以下では詳細な説明は繰返さない。
以下の実施の形態では、ソースフォロワ回路の他の構成例を説明する。すなわち、以下の実施の形態で説明するソースフォロワ回路は、図1に示した表示装置において、各データ線DLに対応して配置される出力バッファとして用いることができる。すなわち、表示装置の全体構成については、実施の形態1と同様であるので、以下では詳細な説明は繰返さない。
図8は、実施の形態3に従うソースフォロワ回路の構成を示す回路図である。
図8を参照して、実施の形態3に従うソースフォロワ回路102は、図3に示したソースフォロワ回路100と比較して、電圧設定回路140に代えて電圧設定回路141を備える点で異なる。なお、ソースフォロワ回路102における、トランジスタT1,T2、電流源120およびオフセット補償回路130の配置および構成は、図3に示したソースフォロワ回路100の場合と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
電圧設定回路141は、図3に示した電圧設定回路140と異なり、キャパシタC2を有することなく、スイッチ素子S4,S5およびトランジスタT10を有する。スイッチ素子S4は電源ノード114およびノードN4の間に接続され、スイッチ素子S5は、入力ノードN1およびノードN3の間に設けられる。スイッチ素子S4およびS5は、図3の場合と同様に相補的にオン・オフする。
トランジスタT10は、たとえばn型TFTで構成され、ノードN3およびN4の間に電気的に接続される。さらにトランジスタT10のゲートは、ノードN4と接続される。
さらに、実施の形態3に従う構成においては、電源ノード114には、所定電圧VH♯が供給される。所定電圧VH♯は、入力電圧VIの上限値よりもしきい値電圧Vtnだけ高い電圧以上に、すなわち下記(6)式を満足するように設定する必要がある。
VH♯≧VImax+Vtn…(6)
次に実施の形態3に従うソースフォロワ回路102の動作について、図9を用いて説明する。
次に実施の形態3に従うソースフォロワ回路102の動作について、図9を用いて説明する。
図9を参照して、スイッチ素子S1〜S5のオン・オフおよび入力電圧VIの設定については、図4で説明したのと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
したがって、電圧設定回路141では、時刻t1でのスイッチ素子S4のオンに応答して、ノードN4の電圧VN4=VH♯にプリチャージされる。これに伴い、ノードN3の電圧VN3は、トランジスタT10でのしきい値電圧分の電圧降下により、VN3=VH♯−Vtnに設定される。また、ノードN0の電圧VN0=VH♯−Vtnとなる。
時刻t3において、スイッチ素子S1,S2,S5がオンされると、ノードN3の電圧VN3=VIHとなり、ノードN4に充電された電荷がトランジスタT10およびノードN3を通じて、入力ノードN1へ放電される。トランジスタT10はダイオード接続されているので、ノードN4の電圧VN4=VIH+Vtnに達した時点で放電が停止され、VN4=VIH+Vtnに固定される。これに伴い、ノードN0の電圧VN0=VIHとなる。
なお、図8の構成において、ノードN4の電圧を安定化するために、ノードN4および接地ノードの間にキャパシタを設ける構成としてもよい。
一方、オフセット補償回路130は、図3および図4で説明したのと同様に動作し、準備期間である時刻t3〜t4においてキャパシタC1にオフセット電圧Vosを蓄積し、かつ、少なくとも画素への書込期間(時刻t4〜t5♯)において、オフセットキャンセル動作によって出力電圧VOを表示電圧VIH(入力電圧)に正確に設定する。これにより、図4で説明したのと同様に、画素への書込期間において、選択されたラインの画素25へ表示電圧を書込むことができる。
なお、図9においても、図4で説明したのと同様に、スイッチS3のオン・オフをスイッチS1,S2と完全に相補的に設定して、時刻t3,t7をスイッチS3のオフタイミングとすることもできる。既に説明したように、この場合には、画素への書込期間は、スイッチS3のオン期間(時刻t3〜t7)よりも短くなる。
このように、実施の形態3に従うソースフォロワ回路102も、実施の形態1に従うソースフォロワ回路100と同様に、トランジスタT1のしきい値電圧のばらつきを解消して、出力電圧VOを正確に設定することができる。
さらに、実施の形態3に従うソースフォロワ回路102においては、充放電が必要なキャパシタC2を含む電圧設定回路140(図3)とは異なり、電圧設定回路142ではトランジスタT2のゲート容量の充放電のみを行なえばよい。したがって、トランジスタT2のゲート電圧設定に要される消費電力が低減されるので、実施の形態3に従うソースフォロワ回路102は、実施の形態1に従うソースフォロワ回路100よりも低消費電力化される。
[実施の形態3の変形例1]
図10は、実施の形態3の変形例1に従うソースフォロワ回路105の構成を示す回路図である。
図10は、実施の形態3の変形例1に従うソースフォロワ回路105の構成を示す回路図である。
図10を参照して、実施の形態3の変形例1に従うソースフォロワ回路105は、図8に示した実施の形態3に従うソースフォロワ回路102と比較して、電圧設定回路141に代えて電圧設定回路142を備える点で異なる。トランジスタT1,T2、電流源120およびオフセット補償回路130の配置および構成については、図8に示したソースフォロワ回路102と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
電圧設定回路142は、図8に示した電圧設定回路141と比較して、ノードN3およびN12の間に、ダイオード接続されたトランジスタT11をさらに含む点で異なる。トランジスタT11は、たとえばn型TFTで形成され、ノードN3およびN12の間に電気的に接続される。トランジスタT11のゲートは、ノードN12と接続されている。
なお、実施の形態3の変形例1に従う構成においては、電源ノード114が供給する所定電圧VH♯は、下記(7)式を満足するように設定する必要がある。
VH♯≧VImax+2・Vtn…(7)
トランジスタT11をさらに設けることにより、図9における時刻t3〜t4間でのノードN4の電圧VN4、すなわちトランジスタT2のゲート電圧をVN4=VIH+2・Vtnに設定できる。これにより、n型TFTであるトランジスタT1,T2,T10,T11間にしきい値電圧の製造ばらつきが存在しても、より確実にトランジスタT1を飽和領域で動作させることができる。
トランジスタT11をさらに設けることにより、図9における時刻t3〜t4間でのノードN4の電圧VN4、すなわちトランジスタT2のゲート電圧をVN4=VIH+2・Vtnに設定できる。これにより、n型TFTであるトランジスタT1,T2,T10,T11間にしきい値電圧の製造ばらつきが存在しても、より確実にトランジスタT1を飽和領域で動作させることができる。
すなわち、実施の形態3の変形例1に従うソースフォロワ回路105では、実施の形態3に従うソースフォロア回路102での効果に加えて、トランジスタT1の飽和領域での動作についてマージン電圧がVtn得られたことになる。
また、一般にp型トランジスタとn型トランジスタのしきい値電圧の絶対値はほぼ等しく設計されるので、トランジスタT11は、ダイオード接続されたp型トランジスタで構成してもよい。この場合には、トランジスタT2が飽和領域で動作するためのマージン電圧は|Vtp|となる。
[実施の形態3の変形例2]
図11は、実施の形態3の変形例2に従うソースフォロワ回路106の構成を示す回路図である。
図11は、実施の形態3の変形例2に従うソースフォロワ回路106の構成を示す回路図である。
図11を参照して、実施の形態3の変形例2に従うソースフォロワ回路106は、図8に示した実施の形態3に従うソースフォロワ回路102と比較して、電圧発生回路141に代えて電圧発生回路143を備える点で異なる。トランジスタT1,T2、電流源120およびオフセット補償回路130の配置および構成については、図8に示したソースフォロワ回路102と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
電圧設定回路143は、電圧設定回路141と比較して、ノードN3およびトランジスタT10の間に電気的に接続されたトランジスタT12をさらに含む点と、スイッチ素子S5が、入力ノードN1およびノードN3の間ではなく、ノードN3および接地ノードの間に設けられる点とが異なる。トランジスタT12は、p型TFTで構成され、そのゲートは入力ノードN1と接続される。
なお、実施の形態3の変形例1に従う構成においては、電源ノード114が供給する所定電圧VH♯は、下記(8)式を満足するように設定する必要がある。
VH♯≧VImax+Vtn+|Vtp|…(8)
なお、トランジスタT10と接地ノードとの間に直列に接続される限り、スイッチ素子S5およびトランジスタT12の接続位置を入れ替えることも可能である。
なお、トランジスタT10と接地ノードとの間に直列に接続される限り、スイッチ素子S5およびトランジスタT12の接続位置を入れ替えることも可能である。
実施の形態3の変形例2に従うソースフォロワ回路106では、スイッチ素子S1,S5のオン期間の前に設定されるスイッチ素子S4のオン期間において、ノードN4は電圧VH♯に充電される。この状態から、入力電圧VIが表示電圧VIHに設定され、スイッチ素子S5がオンされることにより、表示電圧VIHに応じた電流が、トランジスタT10,T12およびスイッチ素子S5を通じて、ノードN4から接地ノードへ流される。
この結果、ノードN12の電圧はVIH+|Vtp|となり、ノードN4の電圧はVIH+|Vtp|+Vtnとなる。これにより、ノードN0の電圧VN0=VIH+|Vtp|となる。すなわち、トランジスタT1の飽和領域での動作に対し、|Vtp|分のマージンを持たせることができる。
したがって、実施の形態3の変形例2に従うソースフォロワ回路106についても、トランジスタT1を確実に飽和領域で動作させて、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に生成できる。さらに、図11に示したソースフォロワ回路106においては、スイッチ素子S5のオン期間に入力ノードN1へ電流が流れ込まないので、入力ノードN1に印加される入力電圧VIの負荷が軽くなる。
この結果、入力電圧VIを発生する回路(図1におけるデコード回路70)の出力インピーダンスを低くする必要がなくなるので、実施の形態3の変形例1に従うソースフォロア回路105での効果に加えて、当該回路の簡易化が容易となり装置の小型化に寄与できる。
[実施の形態4]
実施の形態1から実施の形態3およびその変形例においては、ソースフォロワ動作のためのトランジスタT1,T2として、n型電界効果トランジスタを用いたプッシュ型のソースフォロワ回路の例を示した。実施の形態4では、p型電界効果トランジスタ(ポリシリコンTFT)を用いたプル型のソースフォロワ回路の構成例を示す。
実施の形態1から実施の形態3およびその変形例においては、ソースフォロワ動作のためのトランジスタT1,T2として、n型電界効果トランジスタを用いたプッシュ型のソースフォロワ回路の例を示した。実施の形態4では、p型電界効果トランジスタ(ポリシリコンTFT)を用いたプル型のソースフォロワ回路の構成例を示す。
図12には、実施の形態4の第1の構成例に従うソースフォロワ回路100♯の構成が示される。図12に示されるソースフォロワ回路100♯は、図3に示された実施の形態1に従うソースフォロワ回路100に対応するものであり、各トランジスタの導電型および電圧の極性が反対に設定されている。
すなわち、ソースフォロワ回路100♯においては、電流源120は、高電圧VHを供給する電源ノード110から出力ノードN2へ向かう方向に一定電流Icを供給するように設けられる。また、n型のトランジスタT1およびT2に代えて、p型のトランジスタT1♯およびT2♯が配置される。トランジスタT1♯は、出力ノードN2およびノードN0の間に接続され、トランジスタT2♯はノードN0および低電圧を供給する電源ノード112の間に接続される。
トランジスタT2♯のゲートは電圧設定回路140のノードN4と接続され、トランジスタT1♯のゲートはオフセット補償回路130のノードN5と接続される。
また、ソースフォロワ回路100♯においては、電源ノード114に入力される所定電圧Vp♯は、下記(9)式を満足するように設定する必要がある。VImin=GNDとする本実施の形態では、所定電圧Vp♯は、−|Vtp|より低い負電圧に設定される必要がある。
Vp♯≦VImin−|Vtp|…(9)
このような構成とすることにより、p型トランジスタによってソースフォロア動作を行なっても、実施の形態1に従うソースフォロア回路102と同様に、トランジスタT1♯のしきい値電圧ばらつきの影響をオフセット電圧として除去して、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に設定することができる。
このような構成とすることにより、p型トランジスタによってソースフォロア動作を行なっても、実施の形態1に従うソースフォロア回路102と同様に、トランジスタT1♯のしきい値電圧ばらつきの影響をオフセット電圧として除去して、出力電圧VOを入力電圧VIに応じて正確に設定することができる。
図13は、実施の形態4の第2の構成例に従うソースフォロワ回路102♯の構成を示す回路図である。ソースフォロワ回路102♯は、図4に示したソースフォロワ回路102に対応し、同様の機能をプル型の回路構成によって実現するものである。
図13を参照して、ソースフォロワ回路102♯は、図12に示したソースフォロワ回路100♯と比較して、電圧設定回路140に代えて電圧設定回路141♯を備える。
電圧設定回路141♯は、図8に示した電圧設定回路141と比較して、n型のトランジスタT10に代えて、p型のトランジスタT10♯を有する。
また、ソースフォロワ回路102♯においては、電源ノード114が供給する所定電圧VL♯は、下記(10)式を満足するように設定する必要がある。VImin=GNDとする本実施の形態では、所定電圧VL♯は、−|Vtp|より低い負電圧に設定される必要がある。
VL♯≦VImin−|Vtp|…(10)
トランジスタT10♯は、ノードN3およびN4の間に電気的に接続され、そのゲートはノードN4と接続されている。すなわち、トランジスタT10♯は、ノードN3からノードN4へ向かう方向を順方向としてダイオード接続される。
トランジスタT10♯は、ノードN3およびN4の間に電気的に接続され、そのゲートはノードN4と接続されている。すなわち、トランジスタT10♯は、ノードN3からノードN4へ向かう方向を順方向としてダイオード接続される。
このような構成のソースフォロワ回路102♯としても、ソースフォロワ回路102と同様の動作を実現できる。
図14は、実施の形態4の第3の構成例に従うソースフォロワ回路105♯の構成を示す回路図である。ソースフォロワ回路105♯は、図10に示したソースフォロワ回路105に対応し、同様の機能をプル型の回路構成によって実現するものである。
図14を参照して、ソースフォロワ回路105♯は、図12に示したソースフォロワ回路100♯と比較して、電圧設定回路140に代えて電圧設定回路142♯を備える。
電圧設定回路142♯は、図10に示した電圧設定回路142と比較して、n型のトランジスタT10およびT11に代えて、p型のトランジスタT10♯およびT11♯を有する。また、スイッチ素子S4は、電源ノード118とノードN4の間に設けられている。
トランジスタT10♯のゲートはノードN4と接続され、トランジスタT11♯のゲートはノードN12と接続されている。これにより、トランジスタT10♯およびT11♯は、入力ノードN1からノードN4に充電経路を形成するようにダイオード接続されている。
なお、ソースフォロワ回路105♯では、電源ノード114が供給する所定電圧VL♯は、所定電圧VL♯は、下記(11)式を満足するように設定する必要がある。すなわち、本実施の形態では、所定電圧VL♯は−2・|Vtp|よりも低い負電圧に設定される必要がある。
VL♯≦VImin−2・|Vtp|…(11)
このような構成のソースフォロワ回路105♯としても、ソースフォロワ回路105と同様の動作を実現できる。
このような構成のソースフォロワ回路105♯としても、ソースフォロワ回路105と同様の動作を実現できる。
図15は、実施の形態4の第4の構成例に従うソースフォロワ回路106♯の構成を示す回路図である。ソースフォロワ回路106♯は、図11に示したソースフォロワ回路106に対応し、同様の機能をプル型の回路構成によって実現するものである。
図15を参照して、ソースフォロワ回路106♯は、図12に示したソースフォロワ回路100♯と比較して、電圧設定回路140に代えて電圧設定回路143♯を備える。
電圧設定回路143♯は、図11に示した電圧設定回路143と比較して、n型のトランジスタT10に代えてp型のトランジスタT10♯を有する点と、p型のトランジスタT12に代えてn型のトランジスタT12♯を有する点とで異なる。
さらに、スイッチ素子S4によってノードN4と接続される電源ノード114は、下記(12)式を満足するような所定電圧VL♯を供給する。すなわち、本実施の形態では、所定電圧VL♯は−Vtn−|Vtp|よりも低い負電圧に設定される必要がある。
VL♯≦VImin−Vtn−|Vtp|…(12)
また、スイッチ素子S5は、電源ノード(電源電圧VDD)とトランジスタT12♯との間に接続される。トランジスタT12♯のゲートは入力ノードN1と接続されている。なお、ソースフォロワ回路106♯においても、電源ノード(電源電圧VDD)およびトランジスタT10♯の間に直列に接続される限り、スイッチ素子S5およびトランジスタT12♯の配置を入れ替えることが可能である。
また、スイッチ素子S5は、電源ノード(電源電圧VDD)とトランジスタT12♯との間に接続される。トランジスタT12♯のゲートは入力ノードN1と接続されている。なお、ソースフォロワ回路106♯においても、電源ノード(電源電圧VDD)およびトランジスタT10♯の間に直列に接続される限り、スイッチ素子S5およびトランジスタT12♯の配置を入れ替えることが可能である。
このような構成のソースフォロワ回路106♯としても、ソースフォロワ回路106と同様の動作を実現できる。
[実施の形態5]
図16は、本発明の実施の形態5に従うソースフォロワ回路300の構成を示す回路図である。
図16は、本発明の実施の形態5に従うソースフォロワ回路300の構成を示す回路図である。
図16を参照して、実施の形態5に従うソースフォロワ回路300は、図3に示した実施の形態1に従うソースフォロワ回路100と比較して、オフセット補償回路130に代えてオフセット補償回路131を備える点で異なる。トランジスタT1,T2、電流源120および電圧発生回路140の配置および構成については、図1に示したソースフォロワ回路100と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
オフセット補償回路131は、図3に示したオフセット補償回路130と比較して、スイッチ素子S1が、入力ノードN1およびノードN5の間ではなく、一定電圧VRを供給する電源ノード119とノードN5との間に接続される点で異なる。一定電圧VRは、トランジスタT1が飽和領域で動作可能な電圧に設定される。
実施の形態5に従うソースフォロワ回路300において、オフセット補償回路131におけるスイッチ素子S1〜S3のオン・オフを始めとする、その他の構成および動作は、実施の形態1に従うソースフォロワ回路100と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
このような構成としても、図1に示したソースフォロワ回路100と同様に、トランジスタT1を飽和領域で動作させて、オフセットキャンセル動作により出力電圧VOを正確に設定できる。
特に、実施の形態5に従うソースフォロワ回路300では、入力電圧VIによって、オフセット補償回路130内のキャパシタC1およびトランジスタT1のゲート容量を、オフセット動作開始時に充電する必要がなくなる。したがって、入力電圧VIを駆動する回路(液晶表示装置10ではデコード回路70)の負荷が軽減され、高速動作が可能となる。
なお、詳細は図示しないが、実施の形態3および4およびそれらの変形例に従うソースフォロワ回路においても、スイッチ素子S1を、電源ノード119およびノードN5(トランジスタT1のゲート)の間に接続する構成として、同様に高速動作化を図ることが可能である。
また、本発明の実施の形態では、表示装置において、出力バッファとしてのソースフォロア回路を画素部分と一体的に形成することを考慮して、ソースフォロア回路を構成するn型およびp型の電界効果トランジスタとしてポリシリコンTFTが適用される例を示した。しかしながら、本願発明の適用はこのような場合に限定されるものではなく、任意の種類の電界効果トランジスタを用いて、本願発明に従うソースフォロア回路および当該ソースフォロア回路を出力バッファとして備える表示装置を構成することが可能である。
なお、上記では本発明に従うソースフォロア回路を表示装置の出力バッファとして用いる構成例を説明したが、本発明に従うソースフォロア回路は、任意の用途に用いることが可能である。
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。
10 液晶表示装置、20 画素アレイ部、25 画素(液晶素子)、25 画素(EL素子)、26 画素スイッチ素子、28 液晶表示素子、28♯ EL表示素子、30 ゲート線駆動回路、40 データ線駆動回路、60 階調電圧生成回路、70 デコード回路、80 出力バッファ回路、100,102,105,106,100♯,102♯,105♯,106♯,300 ソースフォロア回路、110,112,113,114,116,118,119 電源ノード、120 電流源、130 オフセット補償回路、140,141,142,143,141♯,142♯,143♯ 電圧設定回路、200,202,204 電圧発生回路,C1〜C3 キャパシタ,DL,DL1,DL2 データ線,GL,GL1 ゲート線,N1 入力ノード(ソースフォロア回路),N2 出力ノード(ソースフォロア回路)
S1〜S6 スイッチ素子,SIG 表示信号,T1〜T11,T12♯ n型トランジスタ(n型TFT),T1♯,T2♯,T6♯,T8♯,T10♯,T11♯,T12 p型トランジスタ(p型TFT)、VI 入力電圧、VIH,VIL 表示電圧(入力電圧)、VO 出力電圧、Vos オフセット電圧、Vtn,Vtp しきい値電圧。
S1〜S6 スイッチ素子,SIG 表示信号,T1〜T11,T12♯ n型トランジスタ(n型TFT),T1♯,T2♯,T6♯,T8♯,T10♯,T11♯,T12 p型トランジスタ(p型TFT)、VI 入力電圧、VIH,VIL 表示電圧(入力電圧)、VO 出力電圧、Vos オフセット電圧、Vtn,Vtp しきい値電圧。
Claims (15)
- 入力電圧に応じた出力電圧を出力するソースフォロア回路であって、
前記入力電圧を入力する入力ノードと、
前記出力電圧を出力する出力ノードと、
第1および第2の電圧をそれぞれ供給する第1および第2の電源ノードと、
前記第1の電源ノードおよび前記出力ノードの間に接続された電流源と、
前記出力ノードと第1のノードとの間に電気的に接続された第1の電界効果トランジスタと、
前記第1のノードと前記第2の電源ノードとの間に電気的に接続された第2の電界効果トランジスタと、
前記第1の電界効果トランジスタのしきい値電圧が前記出力電圧に及ぼす影響をキャンセルするように、前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧を設定するオフセット補償回路と、
前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧とは独立に、前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を設定する電圧設定回路とを備え、
前記オフセット補償回路は、その一端が前記第1の電界効果トランジスタのゲートと接続される第1のキャパシタを含み、
前記第1のキャパシタの他端は、準備期間においては前記第1の電界効果トランジスタのソースと接続される一方で、前記準備期間よりも後の出力期間においては前記入力電圧が印加された状態の前記入力ノードと接続され、
前記電圧設定回路は、前記準備期間および前記出力期間のそれぞれにおいて前記第1の電界効果トランジスタが飽和領域で動作可能となるように、前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を前記入力電圧に応じて設定する、ソースフォロア回路。 - 前記オフセット補償回路は、
前記入力ノードおよび前記第1の電界効果トランジスタのゲート間に接続される第1のスイッチ素子と、
前記第1のキャパシタの他端と前記出力ノードの間に接続される第2のスイッチ素子と、
前記第1のキャパシタの他端と前記入力ノードの間に接続される第3のスイッチ素子とをさらに含み、
前記準備期間において、前記第1および第2のスイッチ素子がオンする一方で、前記第3のスイッチ素子はオフし、
前記出力期間において、前記第3のスイッチ素子がオンする一方で、前記第1および第2のスイッチ素子はオフする、請求項1記載のソースフォロア回路。 - 前記オフセット補償回路は、
前記第1の電界効果トランジスタを飽和領域で動作させることが可能な所定電圧を供給するノードと前記第1の電界効果トランジスタのゲートとの間に接続される第1のスイッチ素子と、
前記第1のキャパシタの他端と前記出力ノードの間に接続される第2のスイッチ素子と、
前記第1のキャパシタの他端と前記入力ノードの間に接続される第3のスイッチ素子とをさらに含み、
前記準備期間において、前記第1および第2のスイッチ素子がオンする一方で、前記第3のスイッチ素子はオフし、
前記出力期間において、前記第3のスイッチ素子がオンする一方で、前記第1および第2のスイッチ素子はオフする、請求項1記載のソースフォロア回路。 - 前記電圧設定回路は、
所定電圧を供給する第3の電源ノードを前記第2の電界効果トランジスタのゲートと接続するための第1のスイッチ素子と、
その一端が前記第2の電界効果トランジスタのゲートと接続された第2のキャパシタと、
前記入力電圧の下限値より低い電圧を供給する第4の電源ノードを前記第2のキャパシタの他端と接続するための第2のスイッチ素子と、
前記第2のキャパシタの他端を前記入力電圧が印加された状態の前記入力ノードと接続するための第3のスイッチ素子とを含み、
前記第1および第2のスイッチ素子は、前記準備期間に先立って所定期間オンされ、
前記第3のスイッチ素子は、前記第1および第2のスイッチ素子と相補的にオンする、請求項1記載のソースフォロア回路。 - 前記第3の電源ノードは、前記第1および第2の電界効果トランジスタのしきい値電圧に相当する電圧を供給する、請求項4記載のソースフォロア回路。
- 前記第3の電源ノードは、前記第1および第2の電界効果トランジスタのしきい値電圧の2倍の電圧に相当する電圧を供給する、請求項4記載のソースフォロア回路。
- 前記第3の電源ノードは、前記第1および第2の電界効果トランジスタのしきい値電圧に相当する電圧に、所定のマージン電圧を加えた電圧を供給する、請求項4記載のソースフォロア回路。
- 前記電圧設定回路は、
第3の電源ノードと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとの間に設けられた第1のスイッチ素子と、
第2のノードと前記入力ノードとの間に設けられた第2のスイッチ素子と、
前記第2の電界効果トランジスタのゲートと前記第2のノードとの間に電気的に接続される第3の電界効果トランジスタとを含み、
前記第2および第3の電界効果トランジスタのゲート同士は接続され、
前記第3の電源ノードは、前記第1および第2の電界効果トランジスタを飽和領域で動作させるための所定電圧を供給し、
前記第1のスイッチ素子は、前記準備期間に先立って所定期間オンされ、
前記第2のスイッチ素子は、前記第1のスイッチ素子と相補的にオンする、請求項1記載のソースフォロア回路。 - 前記電圧設定回路は、
前記第3の電界効果トランジスタと前記第2のノードとの間に電気的に接続される第4の電界効果トランジスタをさらに含み、
前記第4の電界効果トランジスタのゲートおよびドレインは互いに接続される、請求項6記載のソースフォロア回路。 - 前記電圧設定回路は、
所定電圧を供給する第3の電源ノードと前記第2の電界効果トランジスタのゲートとの間に設けられた第1のスイッチ素子と、
前記第2の電界効果トランジスタのゲートと第2のノードとの間に電気的に接続される第3の電界効果トランジスタと、
前記第3の電源ノードとは異なる電圧を供給する第4の電源ノードと前記第2のノードとの間に直列に接続される、第4の電界効果トランジスタおよび第2のスイッチ素子とを含み、
前記第2および第3の電界効果トランジスタのゲート同士は接続され、
前記第4の電界効果トランジスタは、前記第3の電界効果トランジスタと反対導電型であり、かつ、そのゲートは前記入力ノードと接続され、
前記第3の電源ノードは、前記第1および第2の電界効果トランジスタを飽和領域で動作させるための所定電圧を供給し、
前記第1のスイッチ素子は、前記準備期間に先立って所定期間オンされ、
前記第2のスイッチ素子は、前記第1のスイッチ素子と相補的にオンする、請求項1記載のソースフォロア回路。 - 前記第1および第2の電界効果トランジスタはn型の薄膜トランジスタである、請求項1記載のソースフォロア回路。
- 前記第1および第2の電界効果トランジスタはp型の薄膜トランジスタである、請求項1記載のソースフォロア回路。
- 行列状に配置され、各々が書込まれた表示電圧に応じた輝度を発する複数の画素と、
前記画素の行ごとに設けられ、それぞれが周期的に選択される複数のゲート線と、
前記画素の列ごとに設けられる複数のデータ線と、
前記複数の画素のそれぞれでの表示輝度を示す表示信号に応じて前記表示電圧を順次生成して、前記複数のデータ線へ出力するデータ線駆動回路とを備え、
前記データ線駆動回路は、
前記表示信号のデコード結果に応じた階調電圧を生成するデコード回路と、
前記複数のデータ線ごとに出力バッファとして設けられる、請求項1から12のいずれか1項に記載のソースフォロア回路とを含み
前記ソースフォロア回路の前記入力ノードは、前記デコード回路からの前記階調電圧を前記入力電圧として受け、かつ、前記ソースフォロア回路の前記出力ノードは、前記複数のデータ線のうちの対応する1本と接続されて、前記出力電圧として前記表示電圧を出力し、
前記複数の画素は、前記複数のゲート線のうちの対応する1本が選択されたときに、前記複数のデータ線のうちの対応する1本と電気的に接続されて、前記表示電圧を書込まれる、表示装置。 - 前記複数の画素の各々は、
前記複数のゲート線のうちの対応する1本が選択されたときにオンして、前記表示電圧を前記複数のデータ線のうちの対応する1本から内部ノードへ伝達する画素スイッチ素子と、
前記内部ノードの電圧に応じた輝度を発する液晶素子と、
前記内部ノードの電圧を保持するためのキャパシタとを有する、請求項13記載の表示装置。 - 前記複数の画素の各々は、
通過電流に応じた輝度を発する電流駆動型発光素子と、
前記複数のゲート線のうちの対応する1本が選択されたときにオンして、前記表示電圧を前記複数のデータ線のうちの対応する1本から内部ノードへ伝達する画素スイッチ素子と、
前記内部ノードの電圧を保持するためのキャパシタと、
前記内部ノードの電圧に応じた電流を前記電流駆動型発光素子へ供給する電流駆動素子とを有する、請求項13記載の表示装置。
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JP2008022457A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Nec Electronics Corp | 半導体装置 |
US7943935B2 (en) | 2006-11-29 | 2011-05-17 | Seiko Epson Corporation | Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and electro-optical apparatus |
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2003
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