JP2009272839A - 半導体デバイス、表示パネル及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】使い勝手の良い単一チャネル型のバッファ回路を提案する。
【解決手段】絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成されるバッファ回路を、(a)第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、(b)一方の主電極が第1の薄膜トランジスタの制御配線に接続され、他方の主電極が第2の薄膜トランジスタの電源に接続され、制御電極が第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタと、(c)一方の主電極が第2の薄膜トランジスタの制御配線に接続され、他方の主電極が第2の薄膜トランジスタの電源に接続され、制御電極が第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタとで構成される。
【選択図】図25

Description

この明細書で説明する発明は、絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタを用いて形成される汎用型のバッファ回路に関する。なお、発明に係るバッファ回路は、特定の用途に限定されるものではなく、様々な用途、デバイス、製品に使用できる。因みに、この明細書で説明する発明は、半導体デバイス、表示パネル及び電子機器としての側面を有する。
低温ポリシリコン(LTPS:Low-temperature
poly-silicon)プロセスでは、NMOS型の薄膜トランジスタ(TFT:thin film
transistor)とPMOS型の薄膜トランジスタの両方を用いて回路を形成することができる。従って、低温ポリシリコンプロセスでは、これら2種類の薄膜トランジスタを用いて回路(いわゆる、CMOS回路)を製造するのが一般的である。
その反面、CMOS回路の場合、2種類の薄膜トランジスタを用いる。このため、どうしても工程数が増加してしまう。この工程数の増加は、生産効率を低下させ、製造コストを上昇させる一因となる。
従って、ポリシリコンプロセスを利用する場合でも、可能であれば、単一チャネルの薄膜トランジスタ(NMOS又はPMOS)だけでCMOS回路と同機能の回路を実現できることが望まれる。
しかも、この種の単一チャネル回路は、アモルファスシリコンや有機半導体で回路を形成する場合にも応用することができる。
例えばアモルファスシリコンではNMOS型の薄膜トランジスタでしか回路を製造できないし、有機TFTではPMOS型の薄膜トランジスタでしか回路を製造できない。
このような背景により、単一チャネルの薄膜トランジスタ(NMOS又はPMOS)だけでCMOS回路と同機能の動作を実行可能な回路の実現が望まれている。

この明細書では、特にバッファ回路に注目する。なお、言うまでもなくバッファ回路は、実に様々な回路内に搭載される汎用的な回路である。従って、バッファ回路は、基本的に、特定の用途に限定される回路ではない。ただし、以下の説明では便宜的に、表示パネルを駆動する駆動回路への応用を前提に説明する。
以下では、アクティブマトリクス駆動型の有機ELパネルの駆動回路に適用するバッファ回路の従来例を説明する。
図1に、有機ELパネルのシステム構成例を示す。図1に示す有機ELパネル1には、パネル基板上に画素アレイ部3と、信号線駆動部5と、第1の制御線駆動部7と、第2の制御線駆動部9とが配置されている。
画素アレイ部3には、サブ画素11が表示解像度に応じてマトリクス状に配置されている。図2及び図3に、サブ画素11の等価回路例を示す。なお、各図に示すサブ画素11は、いずれも薄膜トランジスタがNMOSのみで構成される場合の回路例である。
図中、N1はサンプリングトランジスタ、N2は駆動トランジスタ、N3は点灯制御トランジスタ、Csは保持容量である。また、WSLは書込制御線、LSLは点灯制御線、PSLは電流供給線に対応する。
因みに図2は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御トランジスタN3のオン・オフ制御によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成に対応する。
一方、図3は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御線LSLの電位変化によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成に対応する。なお、図3の場合、点灯制御線LSLは電流供給線としても機能する。
図4に、図2及び図3に示すサブ画素11に信号電位Vsig (Data)を書き込む際のタイミングチャートを示す。因みに、図4(A)は信号線DTLの駆動波形である。信号線DTLには、画素階調Dataに対応する信号電位Vsig が与えられる。ここでの信号電位Vsig の大きさによって、駆動トランジスタN2が供給する駆動電流の大きさが決まる。有機EL素子OLEDは電流駆動素子であり、ここでの駆動電流が大きいほど輝度が高くなる。
図4(B)は書込制御線WSLの駆動波形である。Hレベルの期間にサンプリングトランジスタN1がオン制御され、信号線DTLの電位が駆動トランジスタN2のゲート電極に書き込まれる。
図4(C)は点灯制御線LSLの駆動波形である。点灯制御線LSLは、HレベルとLレベルの2値で駆動される。この電位の切り替えにより、有機EL素子OLEDの点灯と消灯が切り替え制御される。
なお、図2に示すサブ画素11と図3に示すサブ画素11では、点灯制御線LSLの制御振幅が異なっている。図2の場合、点灯制御線LSLは点灯制御トランジスタN3を駆動できれば良いのに対し、図3の場合、点灯制御線LSLは駆動トランジスタN2と有機EL素子OLEDの動作電圧を供給する必要があるためである。
図4に示すように、信号電位Vsig の書き込みが終了した後は、点灯制御線LSLがHレベルのとき有機EL素子OLEDは点灯し、点灯制御線LSLがLレベルのとき有機EL素子OLEDは消灯する。
なお、1フィールド期間に占める点灯期間の比率(Duty)を可変制御することにより、ピーク輝度レベルを制御することができる。
この他、点灯制御線LSL(図4(C))は、動画特性の調整にも用いられる。動画特性の調整には、1フィールド期間内の点灯回数や点灯期間のタイミングを調整することが求められる。
従って、第2の制御線駆動部9には、複数種類のパルスを出力できることが求められる。
しかも、アクティブマトリクス駆動方式で一般的な線順次書込方式に適用する場合には、これらのパルス波形を線順次に転送できなければならない。
すなわち、この種の制御線駆動部には、制御パルスのパルス長を自在に設定できる機能と、線順次に次段に転送できる機能の2つを搭載することが求められる。
さて、図2及び図3に示すサブ画素11では、前述した信号電位Vsig の書き込み動作時に、駆動トランジスタN2の閾値補正動作と移動度補正動作を伴う場合がある。図5に、図2に対応するサブ画素11のタイミングチャートを示す。因みに、図2のサブ画素11に補正機能がある場合、電流供給線PSLは図5(C)に示すように駆動される。また図6に、図3に対応するサブ画素11のタイミングチャートを示す。なお、図2に示すサブ画素11と図3に示すサブ画素11の違いは、初期化動作と発光期間制御を切り離すか否かである。
発光期間制御では、ピーク輝度を調節するために発光期間と消灯期間の比率(Duty)を可変する動作が求められる。また、発光期間制御では、動画表示特性を調整するために、1フィールド期間内における発光期間と消灯期間の切り替え回数を変更する動作が求められる。これらの用途のため、第2の制御線駆動部9の回路構成は一般に複雑になる。
従って、閾値補正期間の準備タイミングを与える初期化パルスの供給線(PSL)と点灯期間制御パルスの供給線(LSL)を別に用意する図2の回路構成は、制御インターフェースの単純化に有利である。ただし、図2の回路構成は、制御線として書込制御線WSL、点灯制御線LSL、電流供給線PSLの3本が必要である。
以下では、閾値補正動作と、移動度補正動作と、発光期間制御を含むサブ画素11の制御動作を、図3に示す画素回路の場合について説明する。従って、図6を参照しながら説明する。
なお、図2に示す画素回路について使用する制御動作は、前述したように、初期化動作と発光期間制御を分離する以外は共通であるので説明を省略する。
図6(A)は書込制御線WSLの駆動波形である。例えばHレベルの期間にサンプリングトランジスタN1がオン制御され、信号線DTLの電位が駆動トランジスタN2のゲート電極に書き込まれる。
なお、図中の1回目のHレベル期間は、駆動トランジスタN2の閾値電位Vthのバラツキ補正に用いられる。
一方、図中の2回目のHレベル期間は、画素階調に対応する信号電位Vsig の書き込みに用いられると共に、駆動トランジスタN2の移動度μのバラツキ補正に用いられる。
因みに、2回目のHレベル期間の立ち下げ時の波形が斜めになっているのは、高輝度(高信号電位)から低輝度(低信号電位)まですべての階調において最適な移動度補正期間を設定するためである。
移動度補正とは移動度μの高い駆動トランジスタN2と移動度μの小さい駆動トランジスタN2との移動度差を補正するための動作であり、その補正時間をこの書込制御線WSLのHレベルの長さで決めている。そして、この補正期間は原理上、低輝度(低信号電位)ほど長い期間が必要になる。
図6(B)は信号線DTLの駆動波形である。信号線DTLには、2種類の電位が印加される。オフセット電位Vofs は、駆動トランジスタN2の閾値補正用である。信号電位Vsig は、画素階調を与える電位である。ここでの信号電位Vsig の大きさによって、駆動トランジスタN2が供給する駆動電流の大きさが決まる。有機EL素子OLEDは電流駆動素子であり、ここでの駆動電流が大きいほど輝度が高くなる。
図6(C)は点灯制御線LSLの駆動波形である。点灯制御線LSLは、HレベルとLレベルの2値で駆動される。図中の1回目のLレベル期間は、初期化期間を与えるのに用いられる。図中の2回目のLレベル期間は、発光開始後の消灯期間を与えるのに用いられる。
ここでの初期化動作は、駆動トランジスタN2のゲート・ソース間電圧Vgsを閾値電圧Vthよりも広げるための動作である。この動作は、閾値補正の実行前に不可欠な動作である。以下では、補正準備動作という。
この補正準備動作の後、駆動トランジスタN2のゲート電極にオフセット電位Vofs
が印加されると共に、点灯制御線LSLの電位がHレベルに切り替え制御される。この電位関係での動作が閾値補正動作である。閾値補正動作が開始すると、駆動トランジスタN2のソース電位Vsは徐々に上昇し、駆動トランジスタN2のゲート・ソース間電圧Vgsが閾値電圧Vthに達した時点でソース電位Vsの上昇は停止する。
なお、信号電位Vsig の書き込みが終了すると、次回の書き込み期間まで発光期間が開始される。発光期間においては、点灯制御線LSLがHレベルのとき、有機EL素子OLEDが点灯し、Lレベルのとき有機EL素子OLEDが消灯する。1フィールド期間内における点灯期間長の比率を可変制御することにより、ピーク輝度レベルを制御することができる。
図6(D)は駆動トランジスタN2のゲート電極に現れる電位Vgを示している。図6(E)は駆動トランジスタN2のソース電極(有機EL素子OLEDの陽極)に現れる電位Vsを示している。
前述したように、書込制御信号(図6(A))や点灯制御信号(図6(C))のパルス長は、駆動動作の目的に応じて長さが異なる必要がある。
例えば前者の場合であれば、閾値補正動作と信号書込兼移動度補正動作ではパルス長が異なる必要がある。また例えば後者の場合であれば、補正準備動作の期間と発光期間中の点灯/消灯制御の場合とではパルス長が異なる必要がある。
従って、第1の制御線駆動部7と第2の制御線駆動部9のそれぞれには、複数種類のパルス長を出力できることが求められる。しかも、アクティブマトリクス駆動方式で一般的な線順次書込方式の場合には、これらのパルス波形を線順次に転送できなければならない。すなわち、この種の制御線駆動部には、制御パルスのパルス長を自在に設定できる機能と、線順次に次段に転送できる機能との2つを搭載することが求められる。
図7〜図14に、前述した駆動条件を満たす制御線駆動回路の回路例と駆動動作例を示す。なお、制御線駆動回路は、シフトレジスタで構成される。
図7に示すシフトレジスタは、2N個のシフト段SR(1)〜SR(2N)の縦列接続で構成される。各シフト段は、それぞれ前後段に位置する他のシフト段の出力パルスを駆動パルスとして使用し、自段に入力されるクロック信号を出力パルスとして取り出すように動作する。
図8に、シフトレジスタの駆動パルス波形を示す。なお図8は、シフトレジスタがNMOS型の薄膜トランジスタでのみ構成される場合のパルス波形である。
図8(A)は、1段目のシフト段を駆動するためのスタートパルスstであり、図8(B)は、2N段目のシフト段を駆動するためのエンドパルスendである。図8(C)は、偶数段目に位置するシフト段用のクロック信号ck1である。
図8(D)は、奇数段目に位置するシフト段用のクロック信号ck2である。図8(E)は、1段目のシフト段SR(1)の出力パルスo1である。図8(F)は、k−1段目のシフト段SR(k−1)の出力パルスo(k−1)である。以下、図8(G)〜図8(I)は、図中に示す符号段目の出力パルスoである。
図9は、k段目に位置するシフト段SRの内部回路例である。図に示すように、シフト段SRを構成する薄膜トランジスタは全てNMOS型である。このシフト段SRの出力段は、電源電位VSSとクロック入力端の間に直列接続されたNMOS型の薄膜トランジスタN11及びN12で構成される。なお、薄膜トランジスタN11とN12の接続中点が出力端に接続される。また、薄膜トランジスタN11のゲート電極と電源電位VSSとの間には補間容量Cb1が接続される。一方、薄膜トランジスタN12のゲート電極とクロック入力端との間には補間容量Cb2が接続される。この補間容量Cb2が、ブートストラップ動作を補間する容量である。
図10に、シフト段SRに関連する入出力パルスとノードA点及びB点の電位関係を示す。なお、図10(A)はクロック信号ckの波形である。図10(B)は第1の駆動パルスin1(k)(前段に位置するシフト段の出力パルスout(k−1))の波形である。図10(C)は第2の駆動パルスin1(k)(後段に位置するシフト段の出力パルスout(k+1))の波形である。図10(D)はノードBの電位(薄膜トランジスタN11の制御配線電位)の波形である。図10(E)はノードAの電位(薄膜トランジスタN12の制御配線電位)の波形である。図10(F)は出力端に現れる出力パルスoutの波形である。
図10に示すように、ノードAとノードBの電位は、第1の駆動パルスin1(k)がHレベルに立ち上がるタイミングと第2の駆動パルスin2(k)がHレベルに立ち上がるタイミングのそれぞれにおいて相補的に切り換えられる。
この相補動作を実現するのが、薄膜トランジスタN13〜N16である。
例えば第1の駆動パルスin1(k)がHレベルで第2の駆動パルスin2(k)がLレベルのとき、薄膜トランジスタN13とN14がオン動作し、薄膜トランジスタN15とN16はオフ動作する。また例えば第1の駆動パルスin1(k)がLレベルで第2の駆動パルスin2(k)がHレベルのとき、薄膜トランジスタN15とN16がオン動作し、薄膜トランジスタN13とN14はオフ動作する。
ところで、ノードAのHレベルの間、補間容量Cb2は充電動作される。このため、ノードAがHレベルの期間に、クロック信号ckがHレベルに切り替わって、出力パルスout(k)にHレベルが現れると、ノードAの電位は補間容量Cb2の充電電圧分だけ持ち上がるように変化する。このとき、薄膜トランジスタN12のゲート・ソース間電圧Vgsは、ブートストラップ動作により閾値電圧Vth以上に確保されるので、出力パルスout(k)の電位波形は、クロック信号ckと全く同じ電位波形になる。
すなわち、図7に示すシフトレジスタは、1段目のシフト段から順番にクロック信号ckを抜き出して出力端に出力するように動作する。従って、このシフトレジスタの場合には、出力パルスoutのパルス幅の可変範囲は、クロック信号ckのパルス幅を可変可能な1H期間(1水平走査期間)の範囲に限られる。
なお、1H期間内であれば、このシフトレジスタは、複数発のパルス信号を転送することもできる。
図11に、クロック信号ckが2つのパルス信号で構成される場合の転送動作例を示す。なお、図11(A)〜(I)に示す波形は、いずれも図8(A)〜(I)の波形に対応する。
また、図12に、この場合に対応するシフト段SRの動作波形を示す。図12(A)〜(F)の波形は、いずれも図10(A)〜(F)の波形に対応する。図12(E)に示すように、ブートストラップ動作も、2つのパルス信号について実行される。
また、図7に示すシフトレジスタは、クロック信号ckの立ち上がり速度と立ち下がり速度の調整により、出力パルスoutに同じ波形変化を再現することができる。
図13に、クロック信号ckに、台形形状のクロック信号ckが入力される場合の転送動作例を示す。なお、図13(A)〜(I)に示す波形は、いずれも図8(A)〜(I)の波形に対応する。
また、図14に、この場合に対応するシフト段SRの動作波形を示す。図14(A)〜(F)の波形は、いずれも図10(A)〜(F)の波形に対応する。図14(E)に示すように、ブートストラップ動作も、パルス信号ckと全く同じ台形波形になり、その波形が出力パルスoutとして取り出される。
特開2005−149624号公報
ところで、図7(図9)で説明したシフトレジスタの出力段を構成する薄膜トランジスタN11及びN12は相補的に動作する。従って出力段に貫通電流が流れることはなく、その消費電力も小さく済む。
しかし、図7(図9)で説明したシフトレジスタは、前述したように、外部から入力されるクロック信号ckがそのまま出力クロック(転送クロック)として出力される。従って、図15に示すように、第1の制御線駆動部7(シフトレジスタ)にクロック信号を供給するバッファ回路21には、出力パルスの供給先である全画素を駆動できるだけの駆動能力が求められることになる。
一方、第1の制御線駆動部7にスタートパルスstやエンドパルスendを供給するバッファ回路23の場合は、シフトレジスタ内のシフト段SRだけを駆動できれば良い。
このため、バッファ回路21の回路サイズは、バッファ回路23の回路サイズよりも大きくならざるを得ない。
結果的に、図7(図9)に示すシフトレジスタ(第1の制御線駆動部7)の内部で消費される電力こそ低下できるものの、その前段に位置するバッファ回路21で消費される電力が大きくなる欠点がある。
しかも、クロック信号ckは、前述の通り、水平ライン上に位置する全ての画素を駆動する必要がある。従って、水平ライン上に並ぶ画素数が多いほど又は各画素の負荷が大きいほど、バッファ回路21の画素サイズが大型化し、消費電力も大きくなる問題がある。
前述したように、現在提案されている制御線駆動部(半導体デバイス)には、未だ解決すべき技術上の問題が残存する。そこで、発明者は、駆動すべき負荷が大きい場合にも、前段回路に求められる駆動能力が小さく済む回路構成の採用が可能なバッファ回路を提案する。
発明者は、絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成される半導体デバイスのバッファ回路として、以下の(a)〜(e)に示す構造を有するものを提案する。ただし、(d)及び(e)に示す構造については、いずれか一方だけを有する構造で良好な駆動特性を実現することができる。
(a)第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段
(b)セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段
(c)セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段
(d)一方の主電極が第1の制御配線に接続され、他方の主電極が第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の電源に接続され、制御電極が第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタ
(e)一方の主電極が第2の制御配線に接続され、他方の主電極が第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の前記電源に接続され、制御電極が第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタ
なお、前述した構造を有するバッファ回路は、出力端に現れる出力パルスの振幅に対し、セットパルス及びリセットパルスの振幅が小さいことが望ましい。入力パルスの振幅が小さければ、その分、前段回路の消費電力を小さくすることができる。
因みに、セットパルス及びリセットパルスは、それぞれ対応するシフトレジスタ回路から供給されることが望ましい。セットパルス用のシフトレジスタ回路とリセットパルス用のシフトレジスタを用いることで、多数の負荷を順番に高速駆動することが要求される用途に用いることができる。
例えば、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおけるサンプリングタイミングの制御に使用されることが望ましい。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおける電流供給線の制御に使用されることが望ましい。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、自発光型の表示パネルの点灯制御に使用され、セットパルス印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間が、1フィールド期間内に配置される各発光期間長を与えることが望ましい。
また、前述した構造を有するバッファ回路では、第1の薄膜トランジスタの一方の主電極に、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間に複数の出力パルスを発生させるパルス信号が入力されることが望ましい。この構造の採用により、複雑なパルス制御が可能になる。
なお、前述した構造を有するバッファ回路の場合、第3及び第5の薄膜トランジスタがダイオード接続であることが望ましい。この場合、第3及び第5の薄膜トランジスタの一方の主電極を接続する電源線が不要となり、その分、バッファ回路のレイアウト面積を小さくできる。
また、前述した構造を有するバッファ回路を搭載する半導体デバイスは、画素アレイ部を構成する駆動回路の少なくとも一部に搭載することが望ましい。
また、この表示パネルは電子機器に搭載することが望ましい。電子機器は、画素アレイ部と、システム全体の動作を制御するシステム制御部と、システム制御部に対する操作入力を受け付ける操作入力部とで構成する。
前述した構造を有するバッファ回路の場合、第1及び第2の入力段の各出力電位が、出力段を構成する第1及び第2の薄膜トランジスタの制御配線に印加される。ここで、セットパルス及びリセットパルスの駆動対象は、第1及び第2の入力段を構成する各薄膜トランジスタである。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力は小さく済む。
また、第1及び第2の入力段を配置することにより、セットパルスとリセットパルスの有意レベルが印加されない期間でも、出力段を構成する第1及び第2の薄膜トランジスタの制御配線の電位状態を保持し続けることができる。これにより、出力段に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
また、第7及び第8の薄膜トランジスタの両方又はいずれか一方を用意することにより、2つの制御配線のうち一方の制御線の電位によって他方の制御線の電位を理想的なオフ電位に固定することができる。この結果、出力段における貫通電流を確実に抑制することができる。また、制御配線の電位が固定されることで、外部からの飛び込み信号に対する耐性を高めることができる。すなわち、動作の信頼性を高めることができる。
以下、明細書において提案する発明を、アクティブマトリクス駆動型の表示パネルにおける駆動回路に適用する場合について説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する形態例は、発明の一つの形態例であって、これらに限定されるものではない。
(A)表示パネルのシステム構成
以下の形態例は、有機ELパネルについて説明する。図16に、形態例に係る有機ELパネルのシステム構成例を示す。なお、図16には、図1との対応部分に同一符号を付して示す。
形態例に係る有機ELパネル31は、パネル基板上に画素アレイ部3と、信号線駆動部5と、第1の制御線駆動部33と、第2の制御線駆動部35とによって構成される。
すなわち、形態例に係るバッファ回路は、垂直方向に駆動パルスを転送する第1及び第2の制御線駆動部33及び35に搭載する。
この形態例において提案する制御線駆動部は、図17に示すように、クロック信号に基づいてパルス信号を転送するシフトレジスタと、そのパルス信号に基づいて制御線を駆動するバッファ回路との2段構造を想定する。
後述するように、形態例に係るバッファ回路は、シフトレジスタの出力をセットパルスとリセットパルスとして使用する。すなわち、シフトレジスタの出力パルスは、制御線に接続する全てのサブ画素11ではなく、バッファ回路だけを駆動する能力を備えていれば良い。
このため、シフトレジスタの前段に配置するクロック信号用のバッファ回路21は、スタートパルスstやエンドパルスend用のバッファ回路23と同程度の駆動能力で良い。
なお、この形態例において、セットパルスは、バッファ回路の出力パルスの電位をセット電位に切り換えるタイミングを与える信号をいう。
また、リセットパルスは、バッファ回路の出力パルスの電位をリセット電位に切り換えるタイミングを与える信号をいう。
(B)制御線駆動部の構成(NMOS型)
図18に、NMOS型の薄膜トランジスタのみで形成される制御線駆動部の構成例を示す。
図18に示す制御線駆動部は、セットパルス転送用のシフトレジスタ41と、リセットパルス転送用のシフトレジスタ43と、各シフト段から出力されるセットパルスとリセットパルスに基づいて相補動作するバッファ回路45とで構成される。
なお、バッファ回路45は、セットパルスの入力によりHレベル(セット電位)を出力し、リセットパルスの入力によりLレベル(リセット電位)を出力する。
図19に、この制御線駆動部の駆動パルス波形を示す。なお、図19(A)〜(C)は、セット信号転送用のシフトレジスタ41の出力パルスscan1 を示す。また、図19(D)〜(F)は、リセット信号転送用のシフトレジスタ43の出力パルスscan2 を示す。また、図19(G)〜(I)は、バッファ回路45の出力パルスout を示す。
図19(G)〜(I)に示すように、バッファ回路45の出力パルスout
のパルス幅は、バッファ回路45に入力されるセットパルスとリセットパルスの入力タイミングの時間差に一致する。従って、セットパルスとリセットパルスの転送間隔を制御することにより、バッファ回路45の出力パルスout のパルス幅を自由に設定することが可能になる。
以下では、バッファ回路45の形態例を説明する。
(B−1)形態例1
(a)回路構成
図20にバッファ回路45の1つ目の形態例を示し、図21に対応する駆動波形を示す。
図20に示すバッファ回路45は、出力段51と、第1の入力段53と、第2の入力段55で構成される。
出力段51は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN31及びN32を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN31は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN32は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN31とN32の接続中点がバッファ回路45の出力端OUTになる。
この形態例の場合、薄膜トランジスタN31のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb31を接続する。もっとも、薄膜トランジスタN31のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb31は配置しなくても良い。
また、出力段51には、薄膜トランジスタN31のブートストラップ時のゲート電位Vgと第1の入力段53の出力電位との電位差を吸収するための薄膜トランジスタN41が配置される。ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN41の主電極の一方は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(制御配線であるノードA)に接続され、他方は制御配線であるノードBに接続される。また、薄膜トランジスタN41のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
なお、ノードBには、電位保持用の容量(以下、「保持容量」という。)Cs1が接続される。同様に、薄膜トランジスタN32のゲート電極配線(制御配線であるノードC)には、保持容量Cs2が接続される。これらは、ノードB及びCの配線容量が小さい場合に、その補完用に接続される。これらの補完容量を配置することにより、薄膜トランジスタのオフリークや配線間容量を介した飛び込み等の誤動作の要因となるノード電位の変動を小さくすることができる。
第1の入力段53と第2の入力段55は、基本的に出力段51と同じ回路構成である。
まず、第1の入力段53の回路構成を説明する。第1の入力段53は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN33及びN34を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN33は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN34は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN33とN34の接続中点が出力端となり、ノードBに接続される。
また、薄膜トランジスタN33のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb32が接続される。やはり、薄膜トランジスタN33のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb32は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタN33のブートストラップ時のゲート電位Vgとセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタN42が配置される。
ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN42の主電極の一方は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(制御配線であるノードD)に接続され、他方はセットパルス用の入力端INsに接続される。また、薄膜トランジスタN42のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
一方、薄膜トランジスタN34のゲート電極は、リセットパルス用の入力端INrに接続される。このように、第1の入力段53は、セットパルスとリセットパルスによって動作が制御される。
次に、第2の入力段55の回路構成を説明する。第2の入力段55は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN35及びN36を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN35は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN36は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN35とN36の接続中点が出力端となり、ノードCに接続される。
また、薄膜トランジスタN35のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb33が接続される。やはり、薄膜トランジスタN35のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb33は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタN35のブートストラップ時のゲート電位Vgとリセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタN43が配置される。
ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN43の主電極の一方は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(制御配線であるノードE)に接続され、他方はリセットパルス用の入力端INrに接続される。また、薄膜トランジスタN43のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
一方、薄膜トランジスタN36のゲート電極は、セットパルス用の入力端INsに接続される。このように、第2の入力段55におけるセットパルスとリセットパルスの薄膜トランジスタとの接続関係は、第1の入力段53の接続関係と逆の関係に設定される。
なお、各薄膜トランジスタN31(N33,N35)のブートゲインgb は次式で与えられる。
gb =(Cg+Cb)/(Cg+Cb+Cp)
ただし、Cgはゲート容量であり、Cbは薄膜トランジスタのゲート電極に接続するブートストラップ補完容量であり、CpはノードA(ノードD,ノードE)の寄生容量(Cg、Cbを除いた配線容量)である。
寄生容量Cpの存在がブートストラップゲインを劣化させる原因である。従って、前述したように、ブートストラップ補完容量を配置してブートストラップゲインを上げることが、各薄膜トランジスタのオン動作を確実にする上で好ましい。
(b)駆動動作
続いて、図21に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
図21(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図21(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図21(C)は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図21(D)は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図21(E)は、第1の入力段53の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図21(F)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図21(G)は、第2の入力段55の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図21(H)は、出力段51の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
図21に示すように、セットパルス(入力端INs)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。一方、リセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。このように、シフトレジスタ41及び43から与えられるパルス信号は、バッファ回路45に供給される2つの電源電位と同じである。
この形態例の場合、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングは、出力段51の出力端に現れる出力パルスの立ち上がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。一方、リセットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングは、出力段51の出力端に現われる出力パルスの立ち下がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。図21(A)及び(B)に示すように、セットパルスがまずHレベルに立ち上がり、遅れてリセットパルスがHレベルに立ち上がる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段53のノードDがHレベルに立ち上がる。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図21(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(C))。この上昇後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図21(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇して薄膜トランジスタN31がオン動作し、出力端OUTの電位が上昇する(図21(H))。
なお、出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(F))。この上昇後の電位がVaである。この電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図21(H))。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間では、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、出力段51を構成する薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図21(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、セットパルスがHレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、リセットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。
リセットパルスがHレベルになると(図21(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図21(G))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図21(G))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図21(H))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間では、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図21(E))。また、これに伴い、出力段51を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、リセットパルスがHレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、セットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。
以上の動作により、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで出力パルスがHレベルに立ち上がり、リセットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで出力パルスがLレベルに立ち下がるバッファ回路45が実現される。
(c)効果
以上説明したように、形態例に係る回路構成のバッファ回路45の採用により、セットパルスとリセットパルスが駆動すべき負荷は、それぞれ薄膜トランジスタN33、N36とN34、N35のゲート容量に限定できる。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力を小さくすることができる。このため、当該駆動パルスの供給源における消費電力を小さくできる。
また、第1及び第2の入力段を配置したことにより、セットパルスとリセットパルスが共にLレベルの期間にも、出力段51を構成する薄膜トランジスタN31及びN32の制御配線(ノードA及びC)に対する電位の供給を継続することができる。このため、出力段51に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
すなわち、形態例に係るバッファ回路を、図3に示すサブ画素11の点灯制御線LSLを駆動する第2の制御線駆動部35に実装することができる。勿論、その他の制御線を駆動する制御線駆動部に対しても適用することができる。例えばサブ画素11内の薄膜トランジスタのゲート電極電圧を制御する第1の制御線駆動部33にも形態例に係るバッファ回路に適用することができる。
また、図21(F)及び(G)に示すように、2つの薄膜トランジスタN31とN32が同時にオン状態に制御されることはない。すなわち、薄膜トランジスタN31とN32は相補的に動作する。従って、出力段51に貫通電流が流れることはなく、CMOS型の出力バッファと同じ低消費電力型の動作が可能な片チャネル型のバッファ回路を実現することができる。
(B−2)形態例2
(a)形態例1の注意点
前述したように、形態例1に係る回路構成のバッファ回路45は、基本的に貫通電流が流れない低消費電力型の回路デバイスである。ところで、形態例1に係るバッファ回路45の場合には、ブートストラップゲインを高めるため、薄膜トランジスタN33及びN35のゲート容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33の容量値を大きな値に定めている。
しかし、容量が大きいということは、セットパルスやリセットパルスの電位変化が、各入力段の出力端(ノードB及びC)に飛び込み易くなることを意味する。具体的には、セットパルスやリセットパルスがHレベルからLレベルに変化する際の電位変化によって、出力端(ノードB及びC)の電位が想定電位から低下する現象が発生する。この際、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33はカップリング容量として機能する。ゲート拡散容量とは、薄膜トランジスタのゲート−ソース(又はゲート−ドレイン)間の寄生容量のことである。ゲート容量とは、薄膜トランジスタがオン動作しているときにできるチャネル−ゲート間の容量である。
図22に、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33を通じて発生するパルスの飛び込みを加味したタイミングチャートを示す。
ノードB(図22(E))では、高位電源VDD1であるべき電位がVb1に低下し、低位電源VSSであるべき電位がVb2に低下することが分かる。また、ノードC(図22(G))では、高位電源VDD1であるべき電位がVc2に低下し、低位電源VSSであるべき電位がVc1に低下することが分かる。
図22にも示すように、セットパルスとリセットパルスが共にLレベルの期間は、ノードBやノードCがフローティング状態で動作する。このため、パルスの飛び込みによる電位低下は、図20に示す回路構成を採用する限り、避け得ないものである。もっとも、パルスの飛び込み量が小さければ、バッファ回路45の動作上問題になることはない。駆動動作に問題が生じないのは、VDD1−Vb1<Vth(N41) 及びVc2−VSS>Vth(N32) を満たす場合である。
VDD1−Vb1<Vth(N41) を満たせば、ノードAのフローティング期間中も、薄膜トランジスタN41がオン動作することはなく、ノードAはブートストラップ電位Vaを保持することができる。従って、出力パルスのHレベルとして高位電源VDD1が出力される。
また、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たせば、薄膜トランジスタN32のオン動作が可能となり、出力パルスを確実に低位電源VSSに引き下げることができる。
ただし、低消費電力化を考慮すると、ノードB及びCの電位がパルスの飛び込みによって低位電源VSSより低い電位に低下することが問題になる。
図23に、NMOSトランジスタにおけるIds−Vgs特性を示す。図23に示すように、一般的な構造のNMOSトランジスタでは、ゲート・ソース間電圧Vgsが負(<0)の領域で電流Idsが増加する傾向がある。この現象をIbackが跳ねると表現する。図24に、薄膜トランジスタN41のIds−Vgs特性の測定結果を示す。
図24からは、Ibackが跳ねていること、Ibackの跳ね方にバラツキがあることが分かる。
消費電力の観点からは(貫通電流を最小化する観点からは)、オフ動作時における薄膜トランジスタN31及びN32のゲート・ソース間電圧Vgsが、Idsが最も低くなるVgs=0付近であることが望まれる。
ところが、前述の通り、パルスの飛込みによりノードB(A)及びCの電位が低位電源VSS(=0V)より低くなると、薄膜トランジスタN31及びN32の動作点は、Ibackの跳ねている領域に遷移してしまう。しかも、図24に示したように、この領域のリーク電流Idsは、薄膜トランジスタの特性バラツキの影響を受ける。
通常、相補回路では、オン電流に対してオフ電流が十分に小さければ駆動上問題ないが、出力パルスの立ち上がり立下り(トランジェント)特性を考えると、そのリーク電流Idsの差が出力パルスの波形に影響する。
(b)回路構成
そこで、この形態例では、リーク電流が少なく、かつ、リーク電流のバラツキも少ないオフ動作点で薄膜トランジスタN31及びN32を動作させることができる回路構成を提案する。具体的には、ノードB及びノードCがLレベルの期間にフローティング状態になるのを無くす構成、すなわちノードB及びノードCのLレベルを低位電源VSSに固定できる回路構成を提案する。
図25に、バッファ回路45の2つ目の形態例を示す。なお、図25には、図20との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45の基本的な回路構成は、形態例1に係るバッファ回路45の回路構成から保持容量Cs1及びCs2を除いた回路構成と同じである。
違いは、ノードCがHレベルの期間、ノードBに低位電源VSSの供給を継続する薄膜トランジスタN37を設ける点と、ノードBがHレベルの期間、ノードCに低位電源VSSの供給を継続する薄膜トランジスタN38を設ける点の2点である。
具体的には、薄膜トランジスタN37の一方の主電極をノードBに接続し、他方の主電極を低位電源VSSに接続し、ゲート電極をノードCに接続する。
また、薄膜トランジスタN38の一方の主電極をノードCに接続し、他方の主電極を低位電源VSSに接続し、ゲート電極をノードBに接続する。
(c)駆動動作
続いて、図26に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図26(A)〜図26(H)に示す波形は、それぞれ図21(A)〜図21(H)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図26(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図26(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図26(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇して薄膜トランジスタN31がオン動作し、出力端OUTの電位が上昇する(図26(H))。
なお、出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図26(F))。上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図26(H))。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、出力段を構成する薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図26(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図26(E)に示すように、ノードBの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVb1に低下する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VSS>Vth(N38) を満たすとき、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードCに低位電源VSSを印加することができる。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードCは低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VDD1−Vb1<Vth(N41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタN41をオフ動作させて、ノードAをフローティング状態にし、ノードAの電位をVaに維持するのに必要な条件である。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図26(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図26(G))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図26(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図26(D))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図26(H))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図26(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図26(G)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVc2に低下する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図26(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N37) を満たすことで、薄膜トランジスタN37がオン動作し、ノードBに対する低位電源VSSの印加を継続する。
このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードBの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例1と同様の動作と効果に加え、隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少なく済むバッファ回路を実現できる。
(B−3)形態例3
ここでは、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図27にバッファ回路45の3つ目の形態例を示す。なお、図27には、図25との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例2に係る回路構成から薄膜トランジスタN41、N42、N43を除いた回路構成と同じである。このことは、第1及び第2の入力段におけるブートストラップ動作を採用しないことを意味する。
(b)駆動動作
続いて、図28に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図28(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図28(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図28(C)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。
図28(D)は、薄膜トランジスタN32のゲート電極配線(ノードC)の電位状態を示す。図28(E)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路45の場合、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、薄膜トランジスタN33とN36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が上昇し(図28(C))、ノードCは低位電源VSSに低下する(図28(D))。
ノードAの上昇に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(N31) を越えた時点で薄膜トランジスタN31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が上昇を開始する。また、この出力端OUTの電位上昇に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで上昇する(図28(C))。この上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図28(E))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(高位電源VDD1)にブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を加算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図28(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位を保持する。
一方、ノードCは、薄膜トランジスタN38がオン動作することを通じて低位電源VSSに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがHレベルになると(図28(B))、今度は、薄膜トランジスタN34とN35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は低位電源VSSに低下し(図28(C))、ノードCの電位は上昇する(図28(D))。ただし、ノードCの電位は、高位電源VDD1に対して薄膜トランジスタN35の閾値電圧Vth(N35) だけ低い電位で与えられる。すなわち、VDD1−Vth(N35) まで上昇する。勿論、VDD1−Vth(N35)−VSS>Vth(N32) である。
ノードCがHレベルに立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図28(E))。
ところで、リセットパルスがHレベルのとき、薄膜トランジスタN34もオン動作するので、ノードAの電位は低位電源VSSに制御される(図28(C))。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンN35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図28(D)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位はVc2に低下する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN32のオン動作が継続し、出力端OUTへの低位電源VSSの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VSS>Vth(N37)
を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN37はオン動作し、ノードAの電位を低位電源VSSに固定する。
従って、薄膜トランジスタN34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタN31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードAの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例2と同様の動作と効果が得られるバッファ回路をより少ない素子数で実現できる。
(B−4)形態例4
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図29にバッファ回路45の4つ目の形態例を示す。なお、図29には、図25との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例2に係る回路構成のうち第1及び第2の入力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、第1及び第2の入力段を構成する薄膜トランジスタN42及びN43のゲート電極を第2の高位電源VDD2(<VDD1)に接続する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスを低振幅化し、前段回路における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図30に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図30(A)〜図30(H)に示す波形は、それぞれ図26(A)〜図26(H)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、図30(A)及び図30(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、薄膜トランジスタN33及びN36がオン動作する。なお、薄膜トランジスタN42は、Hレベルのセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードDの電位を上昇させる。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図30(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図30(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図30(E))。すなわち、セットパルスのレベルシフトが実行される。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN31がオン動作し、出力端OUTの電位が上昇する(図30(H))。
なお、出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図30(F))。上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図30(H))。
このとき、オン動作した薄膜トランジスタN36によってノードCは、低位電源VSSに制御される(図30(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図30(E)に示すように、ノードBの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVb1に低下する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VSS>Vth(N38) を満たすとき、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードCに低位電源VSSを印加する。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードCは低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VDD1−Vb1<Vth(N41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタN41をオフ動作させて、ノードAの電位をVaに維持するために必要な条件である。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図30(B))、今度は、薄膜トランジスタN34及びN35がオン動作する。なお、薄膜トランジスタN43は、Hレベルのリセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードEの電位を上昇させる。これにより、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図30(G))。
このノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図30(D))。上昇後の電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図30(G))。すなわち、リセットパルスのレベルシフトが実行される。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図30(H))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図30(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する(図30(F))。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図30(G)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVc2に低下する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位は低位電源VSSを維持する(図30(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N37) を満たすことで、薄膜トランジスタN37がオン動作し、ノードBに低位電源VSSの印加を継続する。
このことは、ノードBがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードBの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合にも、形態例2と同様の効果、すなわち隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少なく済むバッファ回路を実現できる。
また、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)での消費電力を他の形態例以上に小さくできる。
(B−5)形態例5
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図31にバッファ回路45の5つ目の形態例を示す。なお、図31には、図25との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例2に係る回路構成のうち出力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、出力段の最後尾に位置する薄膜トランジスタN31及びN32にのみ第1の高位電源VDD1を印加し、その前段に位置する薄膜トランジスタには、第2の高位電源VDD2(<VDD1)を印加する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスの低振幅化に加え、バッファ回路45内における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図32に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図32(A)〜図32(H)に示す波形は、それぞれ図26(A)〜図26(H)の各波形に対応する。
なお、図32(A)及び図32(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、薄膜トランジスタN33及びN36がオン動作する。なお、薄膜トランジスタN42は、Hレベルのセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードDの電位を上昇させる。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図32(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図32(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD2>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第2の高位電源VDD2になる(図32(E))。
前述したようにノードBが第2の高位電源VDD2まで立ち上がると、ノードAもHレベルに上昇して薄膜トランジスタN31がオン動作し、出力端OUTの電位が上昇する(図32(H))。
なお、出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図32(F))。上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図32(H))。すなわち、パルスレベルがシフトされる。
また、セットパルスのHレベル時、オン動作した薄膜トランジスタN36によってノードCは、低位電源VSSに制御される(図32(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図32(E)に示すように、ノードBの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD2からVb1に低下する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VSS>Vth(N38) を満たすとき、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードCに対する低位電源VSSの印加を継続する。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードCは低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VDD2−Vb1<Vth(N41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタN41をオフ動作させて、ノードAの電位をVaに維持するために必要な条件である。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図32(B))、今度は、薄膜トランジスタN34及びN35がオン動作する。なお、薄膜トランジスタN43は、Hレベルのリセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードEの電位を上昇させる。これにより、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図32(G))。
このノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図32(D))。上昇後の電位Veが、Ve−VDD2>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD2になる(図32(G))。
前述したようにノードCが高位電源VDD2まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図32(H))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図32(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する(図32(F))。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図32(G)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD2からVc2に低下する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図32(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N37) を満たすことで、薄膜トランジスタN37がオン動作し、ノードBに低位電源VSSの印加を継続する。
このことは、ノードBがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードBの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできるだけでなく、バッファ回路の内部についても最終出力段以外で低振幅化を実現できる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)だけでなく、バッファ回路45で消費される電力についても他の形態例以上に小さくできる。
(B−6)形態例6
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図33にバッファ回路45の6つ目の形態例を示す。なお、図33には、図31との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例5に係る回路構成から薄膜トランジスタN41、N42、N43を除いた回路構成と同じである。すなわち、第1及び第2の入力段におけるブートストラップ動作を採用しない回路構成を提案する。
(b)駆動動作
続いて、図34に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図34(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図34(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図34(C)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。
図34(D)は、薄膜トランジスタN32のゲート電極配線(ノードC)の電位状態を示す。図34(E)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、図34(A)及び図34(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路45の場合、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、薄膜トランジスタN33とN36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が上昇し(図34(C))、ノードCは低位電源VSSに低下する(図34(D))。
ノードAの上昇に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(N31)を越えた時点で薄膜トランジスタN31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が上昇を開始する。また、この出力端OUTの電位上昇に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで上昇する(図34(C))。この上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図34(E))。すなわち、セットパルスがレベルシフトされる。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(高位電源VDD1)にブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を加算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図34(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位(すなわち、Va)を保持する。
ところで、ノードCは、オン状態にある薄膜トランジスタN38を通じて低位電源VSSに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがHレベルになると(図34(B))、今度は、薄膜トランジスタN34とN35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は低位電源VSSに低下し(図34(C))、ノードCの電位は上昇する(図34(D))。ただし、ノードCの電位は、第2の高位電源VDD2に対して薄膜トランジスタN35の閾値電圧Vth(N35) だけ低い電位で与えられる。すなわち、VDD2−Vth(N35) まで上昇する。勿論、VDD2−Vth(N35) −VSS>Vth(N32) である。
ノードCがHレベルに立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図34(E))。
このリセットパルスがHレベルのとき、薄膜トランジスタN34もオン動作しているので、ノードAの電位は低位電源VSSに制御される(図34(C))。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンN35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図34(D)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位はVc2に低下する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たしている。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN32のオン動作が継続し、出力端OUTへの低位電源VSSの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VSS>Vth(N37)
を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN37はオン動作し、ノードAの電位を低位電源VSSに固定する。
従って、薄膜トランジスタN34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタN31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードAの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例5と同様の動作と効果を、より少ない素子数で実現できる。
(B−7)形態例7
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図35にバッファ回路45の7つ目の形態例を示す。なお、図35には、図33との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例6に係る回路構成から第2の高位電源VDD2供給用の配線を削減した回路構成と同じである。このため、薄膜トランジスタN33及びN35をダイオード接続とする回路構成を提案する。
なお、図35では出力段でレベルシフトを実行する駆動方式を採用するため、セットパルスとリセットパルスの信号振幅をVSSとVDD2で与えるが、レベルシフトを実行しない場合には、セットパルスとリセットパルスの信号振幅はVSSとVDD1で良い。
(b)駆動動作
続いて、図36に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図36(A)〜(E)に示す波形は、図34(A)〜(E)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合も、図36(A)及び図36(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路45の場合、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、薄膜トランジスタN33とN36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が上昇し(図36(C))、ノードCは低位電源VSSに低下する(図36(D))。
ノードAの上昇に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(N31)を越えた時点で薄膜トランジスタN31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が上昇を開始する。また、この出力端OUTの電位上昇に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで上昇する(図36(C))。この上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図36(E))。すなわち、セットパルスがレベルシフトされる。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(高位電源VDD1)にブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を加算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図36(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位(すなわち、Va)を保持する。
一方、ノードCは、オン状態にある薄膜トランジスタN38を通じて低位電源VSSに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがHレベルになると(図36(B))、今度は、薄膜トランジスタN34とN35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は低位電源VSSに低下し(図36(C))、ノードCの電位は上昇する(図36(D))。ただし、ノードCの電位は、高位電源VDD2に対して薄膜トランジスタN35の閾値電圧Vth(N35) だけ低い電位で与えられる。すなわち、VDD2−Vth(N35) まで上昇する。勿論、VDD2−Vth(N35) −VSS>Vth(N32) である。
ノードCがHレベルに立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図36(E))。
ところで、リセットパルスがHレベルのとき、薄膜トランジスタN34もオン動作しているので、ノードAの電位は低位電源VSSに制御される(図36(C))。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンN35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図36(D)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位はVc2に低下する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たしている。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN32のオン動作が継続し、出力端OUTへの低位電源VSSの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VSS>Vth(N37)
を満たす必要がある。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタN37はオン動作し、ノードAの電位を低位電源VSSに固定する。
従って、薄膜トランジスタN34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタN31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードAの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例6の回路レイアウトから第2の高位電源用の配線を削減できる。結果的に、形態例6と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積で実現できる。
(B−8)形態例8
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。前述した各形態例の場合では、一組のセットパルスとリセットパルスが入力されるバッファ回路について説明したが、複数組のセットパルスとリセットパルスを入力するバッファ回路も構成できる。
ここでは、2組のセットパルスとリセットパルスがバッファ回路に入力される場合について考える。
図37に、形態例2に係るバッファ回路45(図25)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
図37では、第1組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタN33、N34、N35、N36、N42及びN43を、N331、N341、N351、N361、N421及びN431で示す。
また、図37では、第2組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタN33、N34、N35、N36、N42及びN43を、N332、N342、N352、N362、N422及びN432で示す。
このように、2組のセットパルスとリセットパルスを入力することができれば、出力パルスのパルス幅やパルスの出力タイミングを複合的に可変できるバッファ回路を実現することができる。
なお、セットパルスとリセットパルスの入力数はそれぞれ必要に応じて決めれば良く、またセットパルスとリセットパルスの入力数が同数である必要もない。制御信号(セットパルス、リセットパルス)数が複数あるマルチ入力のバッファ回路を実現できる。
勿論、この形態例の構造は、この明細書で提案するその他の形態例についても適用可能である。
また、図37の場合には、第1及び第2の入力段を構成するN331とN332、N341とN342、N351とN352、N361とN362がそれぞれ出力端について並列に接続されているが、これらの一部又は全部が、2つの動作電源(例えばVDD1とVSS)の間に直列に接続されても良い。
(B−9)形態例9
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
前述した各形態例の場合には、出力段を構成する薄膜トランジスタN31の一方の主電極に高位電源VDD1が接続される場合について説明した。
しかしながら、この高位電源VDD1に代えてパルス信号線(任意の制御パルスが与えられる)を接続することもできる。
図38に、形態例2の出力段を構成する薄膜トランジスタN31に制御パルスVpulse を印加する場合の回路構成を示す。なお、この形態例に係る回路構成は、その他の形態例についても同様に適用できる。
(b)駆動動作
図39に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。
なお、図39(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図39(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図39(C)は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図39(D)は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図39(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図39(F)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図39(G)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図39(H)は、別配線に印加される制御パルスVpulse の電位状態を示す。図39(I)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングから説明する。
セットパルスがHレベルに立ち上がることで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図39(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図39(C))。この上昇後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図39(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位がVDD1−Vth(N41) で与えられる電位に変化する(図39(F))。
ただし、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse の電位は低位電源VSSであるため(図39(H))、出力端OUTの電位は低位電源VSSのままである(図39(I))。
なお、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36がオン動作しているので、薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図39(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図39(E)に示すように、ノードBの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVb1に低下する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VSS>Vth(N38) を満たすとき、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードCに低位電源VSSを印加することができる。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードCは低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VDD1−Vb1<Vth(N41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタN41をオフ動作させて、ノードAのフローティング状態を維持するのに必要な条件である。
この形態例の場合、セットパルスが低位電源VSSに立ち下がったタイミング以降に、Hレベルを高位電源VDD1とする2つのパルスがパルス信号線に入力される(図39(H))。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形のパルスである。2つ目のパルスは、立ち上がりのみ矩形であり、立ち下がりはなだらかである。
薄膜トランジスタN31がオン動作状態で、この制御パルスVpulse が入力されることで、出力端OUTの電位が上昇する。この出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図39(F))。上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図39(I))。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図39(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図39(G))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図39(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図39(G))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTには低位電源VSSが供給される(図39(I))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。従って、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図39(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図39(G)に示すように、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は高位電源VDD1からVc2に低下する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図39(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N37) を満たすことで、薄膜トランジスタN37がオン動作し、ノードBに対する低位電源VSSの印加を継続する。
このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタN31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがHレベルに切り替わるまでノードBの電位は低位電源VSSに保持される。結果的に、薄膜トランジスタN31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
この回路構成の採用により、ノードAのブートストラップ動作は、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse (図39(H))が高位電源VDD1に立ち上がるタイミングに同期して実行される。従って、図39(I)に示すように、セット信号の立ち上がりタイミングとリセット信号の立ち上がりタイミングで挟まれた期間に入力される制御パルスVpulse の電位変化を抜き出した出力パルスが出力端OUTに現れることになる。
このように、この形態例に係る回路構成の採用により、出力パルスの波形の調整が可能になる。例えば出力パルスを複数回のパルスに分割したり、トランジェント(立ち上がり・立ち下がり)特性を調整することが可能になる。
(C)制御線駆動部の構成(PMOS型)
続いて、画素アレイ部や制御線駆動部がPMOSのみで構成される場合に好適な制御線駆動部の回路例について説明する。
まず、画素アレイ部がPMOS型の薄膜トランジスタ構造のみで形成される場合のサブ画素11の等価回路例を図40及び図41に示す。
図40及び図41に示すサブ画素11の構成は、図2及び図3の各薄膜トランジスタをNMOS型からPMOS型に置き換えた以外は、基本的に同じ回路構成である。従って、その駆動波形は、図42に示すように、図4における書込制御線WSLと点灯制御線LSLのHレベルとLレベルをそれぞれ入れ替えた関係になる。
因みに、図40に示すサブ画素11は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御トランジスタP3のオン・オフ制御によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成である。一方、図41に示すサブ画素11は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御線LSLの電位変化によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成に対応する。なお、図41の場合、点灯制御線LSLは電流供給線としても機能する。
図43に、PMOS型の薄膜トランジスタのみで形成される制御線駆動部の構成例を示す。
図43に示す制御線駆動部は、セット信号転送用のシフトレジスタ61と、リセット信号転送用のシフトレジスタ63と、各シフト段から出力されるセット信号とリセット信号に基づいて相補動作するバッファ回路65とで構成される。
なお、バッファ回路65は、セット信号の入力によりLレベルを出力し、リセット信号の入力によりHレベルを出力する。
図44に、この制御線駆動部の駆動パルス波形を示す。なお、図44(A)〜(C)は、セット信号転送用のシフトレジスタ61の出力パルスscan1 を示す。また、図44(D)〜(F)は、リセット信号転送用のシフトレジスタ63の出力パルスscan2 を示す。また、図44(G)〜(I)は、バッファ回路65の出力パルスout を示す。
図44(G)〜(I)に示すように、バッファ回路65の出力パルスout
のパルス幅は、バッファ回路65に入力されるセット信号とリセット信号の入力タイミングの時間差に一致する。従って、セット信号とリセット信号の転送間隔を制御することにより、バッファ回路65の出力パルスout のパルス幅を自由に設定することが可能になる。
以下では、バッファ回路65の形態例を説明する。
(C−1)形態例1
図45にバッファ回路65の1つ目の形態例を示し、図46に対応する駆動波形を示す。
図45に示すバッファ回路65は、出力段71と、第1の入力段73と、第2の入力段75で構成される。
出力段71は、低位電源VSS1と高位電源VDDの間に、PMOS型の薄膜トランジスタP31及びP32を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP31は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP32は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP31とP32の接続中点がバッファ回路65の出力端OUTになる。
この形態例の場合、薄膜トランジスタP31のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb31を接続する。もっとも、薄膜トランジスタP31のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb31は配置しなくても良い。
また、出力段71には、薄膜トランジスタP31のブートストラップ時のゲート電位Vgと第1の入力段73の出力電位との電位差を吸収するための薄膜トランジスタP41が配置される。ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP41の主電極の一方は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(制御配線であるノードA)に接続され、他方は制御配線であるノードBに接続される。また、薄膜トランジスタP41のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
なお、ノードBには、電位保持用の容量(以下、「保持容量」という。)Cs1が接続される。同様に、薄膜トランジスタP32のゲート電極配線(制御配線であるノードC)には、保持容量Cs2が接続される。これらは、ノードB及びCの配線容量が小さい場合に、その補完用に接続される。これらの補完容量を配置することにより、薄膜トランジスタのオフリークや配線間容量を介した飛び込み等の誤動作の要因となるノード電位の変動を小さくすることができる。
第1の入力段73と第2の入力段75は、基本的に出力段71と同じ回路構成である。
まず、第1の入力段73の回路構成を説明する。第1の入力段73は、低位電源VSS1と高位電源VDDの間に、PMOS型の薄膜トランジスタP33及びP34を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP33は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP34は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP33とP34の接続中点が出力端となり、ノードBに接続される。
また、薄膜トランジスタP33のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb32が接続される。やはり、薄膜トランジスタP33のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb32は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタP33のブートストラップ時のゲート電位Vgとセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタP42が配置される。
ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP42の主電極の一方は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(制御配線であるノードD)に接続され、他方はセットパルス用の入力端INsに接続される。また、薄膜トランジスタP42のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
一方、薄膜トランジスタP34のゲート電極は、リセットパルス用の入力端INrに接続される。このように、第1の入力段73は、セットパルスとリセットパルスによって動作が制御される。
次に、第2の入力段75の回路構成を説明する。第2の入力段75は、低位電源VSS1と高位電源VDDの間に、PMOS型の薄膜トランジスタP35及びP36を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP35は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP36は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP35とP36の接続中点が出力端となり、ノードCに接続される。
また、薄膜トランジスタP35のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb33が接続される。やはり、薄膜トランジスタP35のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb33は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタP35のブートストラップ時のゲート電位Vgとリセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタP43が配置される。
ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP43の主電極の一方は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(制御配線であるノードE)に接続され、他方はリセットパルス用の入力端INrに接続される。また、薄膜トランジスタP43のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
一方、薄膜トランジスタP36のゲート電極は、セットパルス用の入力端INsに接続される。このように、第2の入力段75におけるセットパルスとリセットパルスの薄膜トランジスタとの接続関係は、第1の入力段73の接続関係と逆の関係に設定される。
なお、各薄膜トランジスタP31(P33,P35)のブートゲインgb は次式で与えられる。
gb =(Cg+Cb)/(Cg+Cb+Cp)
ただし、Cgはゲート容量であり、Cbは薄膜トランジスタのゲート電極に接続するブートストラップ補完容量であり、CpはノードA(ノードD,ノードE)の寄生容量(Cg、Cbを除いた配線容量)である。
寄生容量Cpの存在がブートストラップゲインを劣化させる原因である。従って、前述したように、ブートストラップ補完容量を配置してブートストラップゲインを上げることが、各薄膜トランジスタのオン動作を確実にする上で好ましい。
(b)駆動動作
続いて、図46に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
図46(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図46(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図46(C)は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図46(D)は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図46(E)は、第1の入力段73の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図46(F)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図46(G)は、第2の入力段75の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図46(H)は、出力段71の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
図46に示すように、セットパルス(入力端INs)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。一方、リセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。このように、シフトレジスタ61及び63から与えられるパルス信号は、バッファ回路65に供給される2つの電源電位と同じである。
この形態例の場合、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングは、出力段71の出力端に現れる出力パルスの立ち下がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。一方、リセットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングは、出力段71の出力端に現われる出力パルスの立ち上がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。図46(A)及び(B)に示すように、セットパルスがまずLレベルに立ち下がり、遅れてリセットパルスがLレベルに立ち下がる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段73のノードDがLレベルに立ち下がる。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図46(E))。
なお、ノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図46(C))。この低下後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図46(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに低下して薄膜トランジスタP31がオン動作し、出力端OUTの電位が低下する(図46(H))。
なお、出力端OUTの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図46(F))。この低下後の電位がVaである。この電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図46(H))。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間では、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、出力段71を構成する薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図46(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、セットパルスがLレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、リセットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。
リセットパルスがLレベルになると(図46(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図46(G))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図46(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図46(G))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図46(H))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間では、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図46(E))。また、これに伴い、出力段71を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDに上昇する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、リセットパルスがLレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、セットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。
以上の動作により、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで出力パルスがLレベルに立ち下がり、リセットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで出力パルスがHレベルに立ち上がるバッファ回路65が実現される。
(c)効果
以上説明したように、形態例に係る回路構成のバッファ回路65の採用により、セットパルスとリセットパルスが駆動すべき負荷は、それぞれ薄膜トランジスタP33、P36とP34、P35のゲート容量に限定できる。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力を小さくすることができる。このため、当該駆動パルスの供給源における消費電力を小さくできる。
また、第1及び第2の入力段を配置したことにより、セットパルスとリセットパルスが共にHレベルの期間にも、出力段71を構成する薄膜トランジスタP31及びP32の制御配線(ノードA及びC)に対する電位の供給を継続することができる。このため、出力段71に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
すなわち、形態例に係るバッファ回路を、図41に示すサブ画素11の点灯制御線LSLを駆動する第2の制御線駆動部35に実装することができる。勿論、その他の制御線を駆動する制御線駆動部に対しても適用することができる。例えばサブ画素11内の薄膜トランジスタのゲート電極電圧を制御する第1の制御線駆動部33にも形態例に係るバッファ回路に適用することができる。
また、図46(F)及び(G)に示すように、2つの薄膜トランジスタP31とP32が同時にオン状態に制御されることはない。すなわち、薄膜トランジスタP31とP32は相補的に動作する。従って、出力段71に貫通電流が流れることはなく、CMOS型の出力バッファと同じ低消費電力型の動作が可能な片チャネル型のバッファ回路を実現することができる。
(C−2)形態例2
(a)形態例1の注意点
前述したように、形態例1に係る回路構成のバッファ回路65は、基本的に貫通電流が流れない低消費電力型の回路デバイスである。ところで、形態例1に係るバッファ回路65の場合には、ブートストラップゲインを高めるため、薄膜トランジスタP33及びP35のゲート容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33の容量値を大きな値に定めている。
しかし、容量が大きいということは、セットパルスやリセットパルスの電位変化が、各入力段の出力端(ノードB及びC)に飛び込み易くなることを意味する。具体的には、セットパルスやリセットパルスがLレベルからHレベルに変化する際の電位変化によって、出力端(ノードB及びC)の電位が想定電位から上昇する現象が発生する。この際、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33はカップリング容量として機能する。ゲート拡散容量とは、薄膜トランジスタのゲート−ソース(又はゲート−ドレイン)間の寄生容量のことである。ゲート容量とは、薄膜トランジスタがオン動作しているときにできるチャネル−ゲート間の容量である。
図47に、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33を通じて発生するパルスの飛び込みを加味したタイミングチャートを示す。
ノードB(図47(E))では、低位電源VSS1であるべき電位がVb1に上昇し、高位電源VDDであるべき電位がVb2に上昇することが分かる。また、ノードC(図47(G))では、低位電源VSS1であるべき電位がVc2に上昇し、高位電源VDDであるべき電位がVc1に上昇することが分かる。
図47にも示すように、セットパルスとリセットパルスが共にHレベルの期間は、ノードBやノードCがフローティング状態で動作する。このため、パルスの飛び込みによる電位上昇は、図45に示す回路構成を採用する限り、避け得ないものである。もっとも、パルスの飛び込み量が小さければ、バッファ回路65の動作上問題になることはない。駆動動作に問題が生じないのは、VSS1−Vb1>Vth(P41) 及びVc2−VDD<Vth(P32) を満たす場合である。
VSS1−Vb1>Vth(P41) を満たせば、ノードAのフローティング期間中も、薄膜トランジスタP41がオン動作することはなく、ノードAはブートストラップ電位Vaを保持することができる。従って、出力パルスのLレベルとして低位電源VSS1が出力される。
また、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たせば、薄膜トランジスタP32のオン動作が可能となり、出力パルスを確実に高位電源VDDに引き上げることができる。
ただし、低消費電力化を考慮すると、ノードB及びCの電位がパルスの飛び込みによって高位電源VDDより高い電位に上昇することが問題になる。
図48に、PMOSトランジスタにおけるIds−Vgs特性を示す。図48に示すように、一般的な構造のPMOSトランジスタでは、ゲート・ソース間電圧Vgsが正(>0)の領域で電流Idsが増加する傾向がある。この現象をIbackが跳ねると表現する。図49に、薄膜トランジスタP41のIds−Vgs特性の測定結果を示す。
図49からは、Ibackが跳ねていること、Ibackの跳ね方にバラツキがあることが分かる。
消費電力の観点からは(貫通電流を最小化する観点からは)、オフ動作時における薄膜トランジスタP31及びP32のゲート・ソース間電圧Vgsが、Idsが最も低くなるVgs=0付近であることが望まれる。
ところが、前述の通り、パルスの飛込みによりノードB(A)及びCの電位が高位電源VDD(=0V)より高くなると、薄膜トランジスタP31及びP32の動作点は、Ibackの跳ねている領域に遷移してしまう。しかも、図49に示したように、この領域のリーク電流Idsは、薄膜トランジスタの特性バラツキの影響を受ける。
通常、相補回路では、オン電流に対してオフ電流が十分に小さければ駆動上問題ないが、出力パルスの立ち上がり立下り(トランジェント)特性を考えると、そのリーク電流Idsの差が出力パルスの波形に影響する。
(b)回路構成
そこで、この形態例では、リーク電流が少なく、かつ、リーク電流のバラツキも少ないオフ動作点で薄膜トランジスタP31及びP32を動作させることができる回路構成を提案する。具体的には、ノードB及びノードCがHレベルの期間にフローティング状態になるのを無くす構成、すなわちノードB及びノードCのHレベルを高位電源VDDに固定できる回路構成を提案する。
図50に、バッファ回路65の2つ目の形態例を示す。なお、図50には、図45との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65の基本的な回路構成は、形態例1に係るバッファ回路65の回路構成から保持容量Cs1及びCs2を除いた回路構成と同じである。
違いは、ノードCがLレベルの期間、ノードBに高位電源VDDの供給を継続する薄膜トランジスタP37を設ける点と、ノードBがLレベルの期間、ノードCに高位電源VDDの供給を継続する薄膜トランジスタP38を設ける点の2点である。
具体的には、薄膜トランジスタP37の一方の主電極をノードBに接続し、他方の主電極を高位電源VDDに接続し、ゲート電極をノードCに接続する。
また、薄膜トランジスタP38の一方の主電極をノードCに接続し、他方の主電極を高位電源VDDに接続し、ゲート電極をノードBに接続する。
(c)駆動動作
続いて、図51に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図51(A)〜図51(H)に示す波形は、それぞれ図46(A)〜図46(H)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図51(E))。
このノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図51(C))。低下後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図51(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに低下して薄膜トランジスタP31がオン動作し、出力端OUTの電位が低下する(図51(H))。
なお、出力端OUTの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図51(F))。低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図51(H))。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、出力段を構成する薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図51(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図51(E)に示すように、ノードBの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVb1に上昇する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VDD<Vth(P38) を満たすとき、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードCに高位電源VDDを印加することができる。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードCは高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VSS1−Vb1>Vth(P41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタP41をオフ動作させて、ノードAをフローティング状態にし、ノードAの電位をVaに維持するのに必要な条件である。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図51(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図51(G))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図51(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図51(D))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図51(H))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図51(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDになる。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図51(G)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVc2に上昇する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図51(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P37) を満たすことで、薄膜トランジスタP37がオン動作し、ノードBに対する高位電源VDDの印加を継続する。
このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードBの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例1と同様の動作と効果に加え、隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少なく済むバッファ回路を実現できる。
(C−3)形態例3
ここでは、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図52にバッファ回路65の3つ目の形態例を示す。なお、図52には、図50との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例2に係る回路構成から薄膜トランジスタP41、P42、P43を除いた回路構成と同じである。このことは、第1及び第2の入力段におけるブートストラップ動作を採用しないことを意味する。
(b)駆動動作
続いて、図53に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図53(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図53(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図53(C)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。
図53(D)は、薄膜トランジスタP32のゲート電極配線(ノードC)の電位状態を示す。図53(E)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路65の場合、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、薄膜トランジスタP33とP36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が低下し(図53(C))、ノードCは高位電源VDDに上昇する(図53(D))。
ノードAの低下に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(P31)を越えた時点で薄膜トランジスタP31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が低下を開始する。また、この出力端OUTの電位低下に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで低下する(図53(C))。この低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図53(E))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(低位電源VSS1)からブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を減算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図53(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位を保持する。
一方、ノードCは、薄膜トランジスタP38がオン動作することを通じて高位電源VDDに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがLレベルになると(図53(B))、今度は、薄膜トランジスタP34とP35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は高位電源VDDに上昇し(図53(C))、ノードCの電位は低下する(図53(D))。ただし、ノードCの電位は、低位電源VSS1に対して薄膜トランジスタP35の閾値電圧Vth(P35) だけ高い電位で与えられる。すなわち、VSS1−Vth(P35) まで上昇する。勿論、VSS1−Vth(P35) −VDD<Vth(P32) である。
ノードCがLレベルに立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図53(E))。
ところで、リセットパルスがLレベルのとき、薄膜トランジスタP34もオン動作しているので、ノードAの電位は高位電源VDDに制御される(図53(C))。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンP35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図53(D)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位はVc2に上昇する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP32のオン動作が継続し、出力端OUTへの高位電源VDDの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VDD<Vth(P37)
を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP37はオン動作し、ノードAの電位を高位電源VDDに固定する。
従って、薄膜トランジスタP34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタP31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードAの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例2と同様の動作と効果が得られるバッファ回路をより少ない素子数で実現できる。
(C−4)形態例4
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図54にバッファ回路65の4つ目の形態例を示す。なお、図54には、図50との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例2に係る回路構成のうち第1及び第2の入力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、第1及び第2の入力段を構成する薄膜トランジスタP42及びP43のゲート電極を第2の低位電源VSS2(>VSS1)に接続する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスを低振幅化し、前段回路における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図55に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図55(A)〜図55(H)に示す波形は、それぞれ図51(A)〜図51(H)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、図55(A)及び図55(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、薄膜トランジスタP33及びP36がオン動作する。なお、薄膜トランジスタP42は、Lレベルのセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードDの電位を低下させる。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図55(E))。
このノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図55(C))。低下後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図55(E))。すなわち、セットパルスのレベルシフトが実行される。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP31がオン動作し、出力端OUTの電位が低下する(図55(H))。
なお、出力端OUTの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図55(F))。低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図55(H))。
このとき、オン動作した薄膜トランジスタP36によってノードCは、高位電源VDDに制御される(図55(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図55(E)に示すように、ノードBの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVb1に上昇する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VDD<Vth(P38) を満たすとき、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードCに高位電源VDDを印加する。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードCは高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VSS1−Vb1>Vth(P41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタP41をオフ動作させて、ノードAの電位をVaに維持するために必要な条件である。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図55(B))、今度は、薄膜トランジスタP34及びP35がオン動作する。なお、薄膜トランジスタP43は、Lレベルのリセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードEの電位を上昇させる。これにより、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図55(G))。
このノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図55(D))。低下後の電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図55(G))。すなわち、リセットパルスのレベルシフトが実行される。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図55(H))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図55(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDに上昇する(図55(F))。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図55(G)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVc2に上昇する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32)を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位は高位電源VDDを維持する(図55(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P37) を満たすことで、薄膜トランジスタP37がオン動作し、ノードBに高位電源VDDの印加を継続する。
このことは、ノードBがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードBの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合にも、形態例2と同様の効果、すなわち隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少なく済むバッファ回路を実現できる。
また、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)での消費電力を他の形態例以上に小さくできる。
(C−5)形態例5
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図56にバッファ回路65の5つ目の形態例を示す。なお、図56には、図54との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例2に係る回路構成のうち出力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、出力段の最後尾に位置する薄膜トランジスタP31及びP32にのみ第1の低位電源VSS1を印加し、その前段に位置する薄膜トランジスタには、第2の低位電源VSS2(>VSS1)を印加する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスの低振幅化に加え、バッファ回路65内における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図57に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図57(A)〜図57(H)に示す波形は、それぞれ図57(A)〜図57(H)の各波形に対応する。
なお、図57(A)及び図57(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、薄膜トランジスタP33及びP36がオン動作する。なお、薄膜トランジスタP42は、Lレベルのセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードDの電位を低下させる。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図57(E))。
このノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図57(C))。低下後の電位Vdが、Vd−VSS2<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第2の低位電源VSS2になる(図57(E))。
前述したようにノードBが第2の低位電源VSS2まで立ち下がると、ノードAもLレベルに低下して薄膜トランジスタP31がオン動作し、出力端OUTの電位が低下する(図57(H))。
なお、出力端OUTの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図57(F))。低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図57(H))。すなわち、パルスレベルがシフトされる。
また、セットパルスのLレベル時、オン動作した薄膜トランジスタP36によってノードCは、高位電源VDDに制御される(図57(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図57(E)に示すように、ノードBの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS2からVb1に上昇する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VDD<Vth(P38) を満たすとき、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードCに対する高位電源VDDの印加を継続する。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードCは高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VSS2−Vb1>Vth(P41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタP41をオフ動作させて、ノードAの電位をVaに維持するために必要な条件である。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図57(B))、今度は、薄膜トランジスタP34及びP35がオン動作する。なお、薄膜トランジスタP43は、Lレベルのリセットパルスの入力によりダイオード接続となり、ノードEの電位を低下させる。これにより、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図57(G))。
このノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図57(D))。低下後の電位Veが、Ve−VSS2<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS2になる(図57(G))。
前述したようにノードCが低位電源VSS2まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図57(H))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図57(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDに上昇する(図57(F))。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込むことになる。図57(G)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS2からVc2に上昇する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図57(H))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P37) を満たすことで、薄膜トランジスタP37がオン動作し、ノードBに高位電源VDDの印加を継続する。
このことは、ノードBがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードBの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできるだけでなく、バッファ回路の内部についても最終出力段以外で低振幅化を実現できる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)だけでなく、バッファ回路65で消費される電力についても他の形態例以上に小さくできる。
(C−6)形態例6
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図58にバッファ回路65の6つ目の形態例を示す。なお、図58には、図56との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例5に係る回路構成から薄膜トランジスタP41、P42、P43を除いた回路構成と同じである。すなわち、第1及び第2の入力段におけるブートストラップ動作を採用しない回路構成を提案する。
(b)駆動動作
続いて、図59に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図59(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図59(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図59(C)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。
図59(D)は、薄膜トランジスタP32のゲート電極配線(ノードC)の電位状態を示す。図59(E)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、図59(A)及び図59(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路65の場合、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、薄膜トランジスタP33とP36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が低下し(図59(C))、ノードCは高位電源VDDに上昇する(図59(D))。
ノードAの上昇に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(P31)を越えた時点で薄膜トランジスタP31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が低下を開始する。また、この出力端OUTの電位低下に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで低下する(図59(C))。この低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図59(E))。すなわち、セットパルスがレベルシフトされる。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(低位電源VSS1)からブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を減算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図59(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位(すなわち、Va)を保持する。
ところで、ノードCは、オン状態にある薄膜トランジスタP38を通じて高位電源VDDに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがLレベルになると(図59(B))、今度は、薄膜トランジスタP34とP35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は高位電源VDDに上昇し(図59(C))、ノードCの電位は低下する(図59(D))。ただし、ノードCの電位は、第2の低位電源VSS2に対して薄膜トランジスタP35の閾値電圧Vth(P35) だけ高い電位で与えられる。すなわち、VSS2−Vth(P35) まで低下する。勿論、VSS2−Vth(P35) −VDD<Vth(P32) である。
ノードCがLレベルに立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図59(E))。
このリセットパルスがLレベルのとき、薄膜トランジスタP34もオン動作しているので、ノードAの電位は高位電源VDDに制御される(図59(C))。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンP35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図59(D)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位はVc2に上昇する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たしている。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP32のオン動作が継続し、出力端OUTへの高位電源VDDの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VDD<Vth(P37)
を満たす。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP37はオン動作し、ノードAの電位を高位電源VDDに固定する。
従って、薄膜トランジスタP34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタP31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードAの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例5と同様の動作と効果を、より少ない素子数で実現できる。
(C−7)形態例7
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図60にバッファ回路65の7つ目の形態例を示す。なお、図60には、図58との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例6に係る回路構成から第2の低位電源VSS2供給用の配線を削減した回路構成と同じである。このため、薄膜トランジスタP33及びP35をダイオード接続とする回路構成を提案する。
なお、図60では出力段でレベルシフトを実行する駆動方式を採用するため、セットパルスとリセットパルスの信号振幅をVDDとVSS2で与えるが、レベルシフトを実行しない場合には、セットパルスとリセットパルスの信号振幅はVDDとVSS1で良い。
(b)駆動動作
続いて、図61に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図61(A)〜(E)に示す波形は、図59(A)〜(E)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合も、図61(A)及び図61(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
この形態例に係るバッファ回路65の場合、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、薄膜トランジスタP33とP36がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位が低下し(図61(C))、ノードCは高位電源VDDに上昇する(図61(D))。
ノードAの低下に伴い、ブートストラップ補完容量Cb31は充電され、閾値電圧Vth(P31)を越えた時点で薄膜トランジスタP31がオン動作する。
この結果、出力端OUTの電位が低下を開始する。また、この出力端OUTの電位低下に伴うブートストラップ動作により、ノードAの電位がVaまで低下する(図61(C))。この低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図61(E))。すなわち、セットパルスがレベルシフトされる。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードAに飛び込もうとする。しかし、ノードAの電位は、出力端OUTの電位(低位電源VSS1)からブートストラップ補完容量Cb31の電圧分を減算した電位Vaに保持されており、この飛び込みの影響をほとんど受けない。従って、図61(C)に示すように、ノードAの電位は、直前までの電位(すなわち、Va)を保持する。
一方、ノードCは、オン状態にある薄膜トランジスタP38を通じて高位電源VDDに制御される。結果的に、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けずに済む。
この電位状態は、リセットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のオフ動作点は変動せず、リーク電流を最小化することができる。
やがて、リセットパルスがLレベルになると(図61(B))、今度は、薄膜トランジスタP34とP35がオン動作する。これに伴い、ノードAの電位は高位電源VDDに上昇し(図61(C))、ノードCの電位は低下する(図61(D))。ただし、ノードCの電位は、低位電源VSS2に対して薄膜トランジスタP35の閾値電圧Vth(P35)だけ高い電位で与えられる。すなわち、VSS2−Vth(P35) まで低下する。勿論、VSS2−Vth(P35) −VDD<Vth(P32) である。
ノードCがLレベルに立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち下がる(図61(E))。
ところで、リセットパルスがLレベルのとき、薄膜トランジスタP34もオン動作しているので、ノードAの電位は高位電源VDDに制御される(図61(C))。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時、薄膜トランジスタンP35の容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図61(D)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位はVc2に上昇する。
ただし、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たしている。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP32のオン動作が継続し、出力端OUTへの高位電源VDDの印加が継続される。
また、ノードCの電位Vc2は、同時に、Vc2−VDD<Vth(P37)
を満たす必要がある。この条件を満たす限り、薄膜トランジスタP37はオン動作し、ノードAの電位を高位電源VDDに固定する。
従って、薄膜トランジスタP34を通じてノードAにリセットパルスの電位変化が飛び込むことはなく、薄膜トランジスタP31のオフ動作点はずれずに済む。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードAの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例6の回路レイアウトから第2の低位電源用の配線を削減できる。結果的に、形態例6と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積で実現できる。
(C−8)形態例8
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。前述した各形態例の場合では、一組のセットパルスとリセットパルスが入力されるバッファ回路について説明したが、複数組のセットパルスとリセットパルスを入力するバッファ回路も構成できる。
ここでは、2組のセットパルスとリセットパルスがバッファ回路に入力される場合について考える。
図62に、形態例2に係るバッファ回路65(図50)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
図62では、第1組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタP33、P34、P35、P36、P42及びP43を、P331、P341、P351、P361、P421及びP431で示す。
また、図62では、第2組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタP33、P34、P35、P36、P42及びP43を、P332、P342、P352、P362、P422及びP432で示す。
このように、2組のセットパルスとリセットパルスを入力することができれば、出力パルスのパルス幅やパルスの出力タイミングを複合的に可変できるバッファ回路を実現することができる。
なお、セットパルスとリセットパルスの入力数はそれぞれ必要に応じて決めれば良く、またセットパルスとリセットパルスの入力数が同数である必要もない。制御信号(セットパルス、リセットパルス)数が複数あるマルチ入力のバッファ回路を実現できる。
勿論、この形態例の構造は、この明細書で提案するその他の形態例についても適用可能である。
また、図62の場合には、第1及び第2の入力段を構成するP331とP332、P341とP342、P351とP352、P361とP362がそれぞれ出力端について並列に接続されているが、これらの一部又は全部が、2つの動作電源(例えばVSS1とVDD)の間に直列に接続されても良い。
(C−9)形態例9
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
前述した各形態例の場合には、出力段を構成する薄膜トランジスタP31の一方の主電極に低位電源VSS1が接続される場合について説明した。
しかしながら、この低位電源VSS1に代えてパルス信号線(任意の制御パルスが与えられる)を接続することもできる。
図63に、形態例2の出力段を構成する薄膜トランジスタP31に制御パルスVpulse を印加する場合の回路構成を示す。なお、この形態例に係る回路構成は、その他の形態例についても同様に適用できる。
(b)駆動動作
図64に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。
なお、図64(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図64(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図64(C)は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図64(D)は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図64(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図64(F)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図64(G)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図64(H)は、別配線に印加される制御パルスVpulse の電位状態を示す。図64(I)は、出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングから説明する。
セットパルスがLレベルに立ち下がることで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図64(E))。
なお、ノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図64(C))。この低下後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図64(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位がVSS1−Vth(P41) で与えられる電位に変化する(図64(F))。
ただし、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse の電位は高位電源VDDであるため(図64(H))、出力端OUTの電位は高位電源VDDのままである(図64(I))。
なお、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36がオン動作しているので、薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図64(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むことになる。図64(E)に示すように、ノードBの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVb1に上昇する。
このとき、ノードBの電位Vb1が、Vb1−VDD<Vth(P38) を満たすとき、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードCに高位電源VDDを印加することができる。このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP32のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードBの電位がVb1である間保持される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードCは高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP32のリーク電流を最小化することができる。
なお、このノードBの電位Vb1は、VSS1−Vb1>Vth(P41)
も満たす。これは、薄膜トランジスタP41をオフ動作させて、ノードAのフローティング状態を維持するのに必要な条件である。
この形態例の場合、セットパルスが低位電源VSS1に立ち下がったタイミング以降に、Lレベルを低位電源VSS1とする2つのパルスがパルス信号線に入力される(図64(H))。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形のパルスである。2つ目のパルスは、立ち下がりのみ矩形であり、立ち上がりはなだらかである。
薄膜トランジスタP31がオン動作状態で、この制御パルスVpulse が入力されることで、出力端OUTの電位が低下する。この出力端OUTの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図64(F))。低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図64(I))。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図64(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図64(G))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図64(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図64(G))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTには高位電源VDDが供給される(図64(I))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。従って、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図64(E))。また、これに伴い、出力段を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDに上昇する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードCに飛び込む。図64(G)に示すように、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は低位電源VSS1からVc2に上昇する。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図64(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P37) を満たすことで、薄膜トランジスタP37がオン動作し、ノードBに対する高位電源VDDの印加を継続する。
このことは、ノードCがセットパルスの飛び込みの影響を受けないこと(薄膜トランジスタP31のオフ動作点がずれないこと)を意味する。
この電位状態は、ノードCの電位がVc2である間保持される。すなわち、次にセットパルスがLレベルに切り替わるまでノードBの電位は高位電源VDDに保持される。結果的に、薄膜トランジスタP31のリーク電流を最小化することができる。
(c)効果
この回路構成の採用により、ノードAのブートストラップ動作は、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse (図64(H))が低位電源VSS1に立ち上がるタイミングに同期して実行される。従って、図64(I)に示すように、セット信号の立ち下がりタイミングとリセット信号の立ち下がりタイミングで挟まれた期間に入力される制御パルスVpulse の電位変化を抜き出した出力パルスが出力端OUTに現れることになる。
このように、この形態例に係る回路構成の採用により、出力パルスの波形の調整が可能になる。例えば出力パルスを複数回のパルスに分割したり、トランジェント(立ち上がり・立ち下がり)特性を調整することが可能になる。
(D)他の形態例
(D−1)他の表示パネル
前述した形態例の場合には、有機ELパネルへの応用を前提に説明した。特に、垂直方向に制御パルスを転送する制御線駆動部への応用を前提に説明した。
しかし、前述したバッファ回路は、信号線DTLへの信号電位Vsig の印加タイミングを与える信号線駆動部にも適用できる。
また、前述したバッファ回路を搭載する駆動回路は、有機ELパルル以外の表示パネルについても応用することができる。
例えば無機ELパネルやLEDパネルその他のパネルの駆動回路にも応用できる。また、プラズマディスプレイパネルの駆動回路にも応用できる。また、電界放出ディスプレイの駆動回路にも適用できる。また、液晶ディスプレイパネルの駆動回路にも応用できる。また、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源がLEDの場合に、その駆動回路としても形態例で説明したバッファ回路を用いることができる。例えば1フィールド期間内の点灯期間の比率を可変制御する場合、1フィールド期間内の点灯期間を複数個の点灯期間に分割し、個々の点灯期間の長さや配置を可変制御する場合に好適である。
(D−2)表示パネルの製品例
(a)外観形態
この明細書においては、半導体プロセスを用いて画素アレイ部や駆動回路を絶縁基板上に形成したパネルモジュールだけでなく、駆動回路については別基板(例えば特定用途向けIC)として製造され、画素アレイ部を形成した絶縁基板上に実装する場合も表示パネルに含まれるものとする。
図65に、表示パネルの外観構成例を示す。表示パネル81は、支持基板83のうち画素アレイ部の形成領域に対向基板85を貼り合わせた構造を有している。
支持基板83は、ガラス、プラスチックその他の絶縁性の基材(絶縁基板)で構成される。
対向基板85も、ガラス、プラスチックその他の絶縁性の基材(絶縁基板)で構成される。
なお、基材の透過性は、表示パネルの種類によって異なる。例えば液晶ディスプレイパネルであれば両面とも透過性の高い基板である必要がある。一方、自発光型のディスプレイの場合には、光束の射出側の基板について透過性が確保されていれば良い。
この他、表示パネル81には、外部信号や駆動電源を入力するためのFPC(フレキシブルプリントサーキット)87が配置される。
(b)電子機器への搭載形態
前述した表示パネルは、各種の電子機器に実装した形態でも流通される。図66に、電子機器91の概念構成例を示す。電子機器91は、前述した駆動回路を搭載する表示パネル93、システム制御部95及び操作入力部97で構成される。システム制御部95で実行される処理内容は、電子機器91の商品形態により異なる。また、操作入力部97は、システム制御部95に対する操作入力を受け付けるデバイスである。操作入力部97には、例えばスイッチ、ボタンその他の機械式インターフェース、グラフィックインターフェース等が用いられる。
図67に、電子機器がテレビジョン受像機の場合の外観例を示す。テレビジョン受像機101の筐体正面には、フロントパネル103及びフィルターガラス105等で構成される表示画面107が配置される。表示画面107の部分が、図66の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばデジタルカメラが想定される。図68に、デジタルカメラ111の外観例を示す。図68(A)が正面側(被写体側)の外観例であり、図68(B)が背面側(撮影者側)の外観例である。
デジタルカメラ111は、保護カバー113、撮像レンズ部115、表示画面117、コントロールスイッチ119及びシャッターボタン121で構成される。このうち、表示画面117の部分が、図66の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばビデオカメラが想定される。図69に、ビデオカメラ131の外観例を示す。
ビデオカメラ131は、本体133の前方に被写体を撮像する撮像レンズ135、撮影のスタート/ストップスイッチ137及び表示画面139で構成される。このうち、表示画面139の部分が、図66の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えば携帯端末装置が想定される。図70に、携帯端末装置としての携帯電話機141の外観例を示す。図70に示す携帯電話機141は折りたたみ式であり、図70(A)が筐体を開いた状態の外観例であり、図70(B)が筐体を折りたたんだ状態の外観例である。
携帯電話機141は、上側筐体143、下側筐体145、連結部(この例ではヒンジ部)147、表示画面149、補助表示画面151、ピクチャーライト153及び撮像レンズ155で構成される。このうち、表示画面149及び補助表示画面151の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばコンピュータが想定される。図71に、ノート型コンピュータ161の外観例を示す。
ノート型コンピュータ161は、下型筐体163、上側筐体165、キーボード167及び表示画面169で構成される。このうち、表示画面169の部分が、図66の表示パネル93に対応する。
これらの他、電子機器には、オーディオ再生装置、ゲーム機、電子ブック、電子辞書等が想定される。
(D−3)表示パネルの駆動回路以外への応用
前述の説明では、バッファ回路を表示パネルの垂直方向に制御パルスを転送する駆動回路に適用する場合について説明した。
しかし、このバッファ回路は、水平方向に制御パルスを転送する場合にも応用できる。また、表示パネル上で使用する全てのバッファ回路に応用することができる。
また、バッファ回路は汎用性の高い基本回路であり、バッファ回路を搭載する全ての半導体デバイスに応用することができる。
(D−4)その他
前述した形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される又は組み合わせられる各種の変形例及び応用例も考えられる。
有機ELパネルのシステム構成例を示す図である。 サブ画素の等価回路図を示す図である(NMOS型)。 サブ画素の等価回路図を示す図である(NMOS型)。 サブ画素の駆動タイミングを説明する図である。 図2に対応する駆動波形を示す図である。 図3に対応する駆動波形を示す図である。 シフトレジスタ(スキャナ)の回路例を示す図である。 シフトレジスタ(スキャナ)の駆動波形を示す図である(NMOS型)。 ブートストラップ機能付きのシフト段の内部構造を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 入力クロックのパルス形状とシフトレジスタの転送動作との関係を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 入力クロックのパルス形状とシフトレジスタの転送動作との関係を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 従来型の駆動回路に用いる場合のパネル構造を説明する図である。 形態例に係る有機ELパネルのシステム構成例を示す図である。 明細書で提案するバッファ回路を駆動回路に用いる場合のパネル構造を説明する図である。 制御線駆動部の回路構成を示す図である。 形態例に係る制御線駆動部の駆動波形を示す図である(NMOS型)。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図20に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響を考慮した図20に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 NMOSトランジスタのIds−Vgs特性を示す図である。 NMOSトランジスタのIds−Vgs特性の測定結果を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図25に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図27に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図29に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図31に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図33に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図35に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図38に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 サブ画素の等価回路図を示す図である(PMOS型)。 サブ画素の等価回路図を示す図である(PMOS型)。 サブ画素の駆動タイミングを説明する図である。 制御線駆動部の回路構成を示す図である。 形態例に係る制御線駆動部の駆動波形を示す図である(PMOS型)。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図45に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響を考慮した図44に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 PMOSトランジスタのIds−Vgs特性を示す図である。 PMOSトランジスタのIds−Vgs特性の測定結果を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図50に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図52に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図54に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図56に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図58に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図60に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図63に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 表示パネルの外観構成例を示す図である。 電子機器の機能構成例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。
符号の説明
3 画素アレイ部
5 信号線駆動部
33 制御線駆動部
35 制御線駆動部
41 シフトレジスタ
43 シフトレジスタ
45 バッファ回路
61 シフトレジスタ
63 シフトレジスタ
65 バッファ回路

Claims (12)

  1. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成される半導体デバイスのバッファ回路が、
    第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、
    セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、
    セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、
    一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の電源に接続され、制御電極が前記第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタと、
    一方の主電極が前記第2の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の前記電源に接続され、制御電極が前記第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタと
    を有する半導体デバイス。
  2. 請求項1に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記出力端に現れる出力パルスの振幅に対し、前記セットパルス及び前記リセットパルスの振幅が小さい
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  3. 請求項2に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記セットパルス及び前記リセットパルスは、それぞれ対応するシフトレジスタ回路から供給される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  4. 請求項3に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおける電流供給線の制御に使用される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  5. 請求項4に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、自発光型の表示パネルの点灯制御に使用され、
    前記セットパルス印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間が、1フィールド期間内に配置される各発光期間長を与える
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  6. 請求項5に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記第3及び第5の薄膜トランジスタがダイオード接続である
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  7. 請求項6に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記第1の薄膜トランジスタの一方の主電極に、
    セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間に複数の出力パルスを発生させるパルス信号が入力される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  8. 請求項7に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおけるサンプリングタイミングの制御に使用される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  9. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成される半導体デバイスのバッファ回路が、
    第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、
    セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、
    セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、
    一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の電源に接続され、制御電極が前記第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタと
    を有する半導体デバイス。
  10. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成される半導体デバイスのバッファ回路が、
    第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、
    セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、
    セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、
    一方の主電極が前記第2の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の前記電源に接続され、制御電極が前記第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタと
    を有する半導体デバイス。
  11. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタによって形成される画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部を駆動制御する駆動回路のバッファ回路であって、第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の電源に接続され、制御電極が前記第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタと、一方の主電極が前記第2の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の前記電源に接続され、制御電極が前記第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタとを有するバッファ回路と
    を有する表示パネル。
  12. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタによって形成される画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部を駆動制御する駆動回路のバッファ回路であって、第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする出力段と、セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の電源に接続され、制御電極が前記第2の制御配線に接続される第7の薄膜トランジスタと、一方の主電極が前記第2の制御配線に接続され、他方の主電極が前記第2、第4及び第6の薄膜トランジスタに共通の前記電源に接続され、制御電極が前記第1の制御配線に接続される第8の薄膜トランジスタとを有するバッファ回路と、
    システム全体の動作を制御するシステム制御部と、
    前記システム制御部に対する操作入力部と
    を有する電子機器。
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