JP2010009738A - ブートストラップ回路及びそれを用いたシフトレジスタと表示装置 - Google Patents

ブートストラップ回路及びそれを用いたシフトレジスタと表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】制御信号線数の低減及びトランジスタのリーク電流耐性の向上を図るシフトレジスタの提供。
【解決手段】電源端子(VDD)と第1のクロック信号端子(CL1)間に直列に接続され、接続点を出力端子(OUT)とするトランジスタ(Tr7、Tr1)と、電源端子(VDD)と第2のクロック信号端子(CL2)間に直列に接続されたトランジスタ(Tr6、Tr4、Tr3)と、電源端子(VDD)とトランジスタ(Tr1)のゲート間に接続されたトランジスタ(Tr5)と、トランジスタ(Tr1)のゲートにソースが接続されたトランジスタ(Tr2)を備え、トランジスタ(Tr2、Tr6)のゲートは入力端子(IN)に接続され、トランジスタ(Tr4)のゲートには、入力端子(IN)に入力が接続されるインバータ(100)の出力が接続され、トランジスタ(Tr5、Tr7)のゲートはトランジスタ(Tr6、Tr4)の接続点に接続され、トランジスタ(Tr1)のゲートはトランジスタ(Tr5、Tr2)の接続点に接続される。
【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置の駆動技術に関し、特に、液晶表示装置や有機EL(Electroluminescence)表示装置などの表示装置の駆動回路に用いて好適なブートストラップ回路及びそれを用いたシフトレジスタに関する。
近年、各画素にアクティブ素子である薄膜トランジスタを集積したアクティブマトリクス型表示装置の普及が進んでいる。例えば携帯電話等の携帯機器においては、ポリシリコントランジスタを用いたアクティブ型の液晶表示装置が、装置の小型化が可能なことから、広く使用されるようになっている。
ポリシリコン薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン薄膜トランジスタよりも移動度が高いため、画素を構成する画素トランジスタのほかに駆動回路等も同一の製造プロセスによって形成することができる。
表示装置における駆動回路には、互いに交差した複数の走査線(ゲート線)及び複数の信号線(ソース線)をそれぞれ駆動するゲート線駆動回路とソース線駆動回路がある。どちらの駆動回路にも、複数のシフトレジスタで構成された走査回路が用いられている。
このような走査回路を構成するシフトレジスタには、一般に、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタとを組み合わせたCMOS(Complementary MOS)回路が用いられている。しかしながら、CMOSの製造プロセスはnチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの両方を作成するため、プロセス工程数が多くなり、製造コストが高くなる、という問題がある。
この問題を改善するため、pチャネル型又はnチャネル型いずれか一方のトランジスタ(単一導電型トランジスタ)だけで構成する駆動回路が提案されている。
このような単一導電型トランジスタで構成された駆動回路は、主に、2相〜4相のクロック信号を用いたシフトレジスタで構成され、さらにシフトレジスタはブートストラップ効果を利用する回路によって構成されている。
2相クロックを用いたシフトレジスタの関連技術としては、例えば特許文献1(特開2003−016794号公報)が参照される。このシフトレジスタ回路においては、図16(特許文献1の図4)に示すように、n個の段RS(1)〜RS(n)のシフトレジスタから構成される。段RS(k)は、入力信号端子IN、出力信号端子OUT、基準電圧印加端子SS、定電圧印加端子DD、クロック信号入力端子clk(clk1又はclk2)及びリセット信号入力端子RSTを有している。段RS(1)の入力信号端子INは、コントローラからのスタート信号Vstが入力される。段RS(k)(k=2〜n)の入力信号端子INは、前段RS(k−1)の出力信号端子OUTに接続されている。最終段RS(n)以外の段RS(k)のリセット信号入力端子RSTは、後の段RS(k+1)の出力信号端子OUTに接続されている。最終段RS(n)のリセット信号入力端子RSTは、コントローラからのリセット信号Vrstが入力され、奇数段RS(k)のクロック信号入力端子clk1は、コントローラからのクロック信号CK1が入力され、偶数段RS(k)のクロック信号入力端子clk2は、クロック信号CK2が入力される。クロック信号CK1、CK2はそれぞれ、シフトレジスタの出力信号をシフトしていくタイムスロットのうちの所定期間、タイムスロット毎に交互にハイレベルとなる。2相のクロック信号を用いる場合は、次段の出力を用いており、最終段には、次段が存在しないので、外部から専用のリセット信号が必要になる。
図17(特許文献1の図10)に、特許文献1に開示されるシフトレジスタの段の構成を示す。ハイレベルの入力信号が入力されると、トランジスタ21、34がオンとなり、トランジスタ22はオフ状態となり、ノードAの電位が上昇する。その後、入力信号がローレベルになっても、ノードAの電位は維持される。この際、クロック信号clkがハイレベルになると、ブートストラップ効果によってノードAの電位がさらに上昇し、当該段からハイレベルの出力信号OUTが出力される。ハイレベルのリセット信号RSTが入力されると、トランジスタ33がオンし、ノードFをハイとし、トランジスタ22がオン状態となり、ノードAの電位が下がる。その後、入力信号がハイレベルになるまで、トランジスタ22はオン状態を維持する。
一方、3相のクロック信号を用いた関連技術としては、例えば特許文献2(特開2003−346492号公報)が参照される。3相のクロックを用いた場合、2相クロックで必要であった最終段用リセット信号は必要ない。4相のクロック信号を用いたものも同様である。
特開2003−016794号公報(図4、図10、図11等) 特開2003−346492号公報(図4等)
以下に本発明による関連技術の分析を与える。
特許文献1等に開示されている、2相クロック型のシフトレジスタにおいては、次段の出力信号を用いてリセット動作を行っている。このリセット動作は、1フレーム周期で行われことになるため、回路を構成するトランジスタのリーク電流が大きいと、一端保持した電荷が変動してしまい、回路が誤動作する、という問題がある。
この点について、図17及び図18を参照して説明する。図18は、図17の回路動作を説明するためのタイミングチャートである(特許文献1の図11)。
リセット動作は、RSTがハイレベルに設定された時刻t2からt3の間に行われる。この間、トランジスタ33が導通状態(オン状態)となり、ノードFはハイレベルとなる。
時刻t3以降は、RSTがローレベルとなるので、トランジスタ33は非導通状態(オフ状態)となるが、ノードFはハイレベルの電圧(電荷)を保持する。トランジスタのリーク電流は、例えば高温化、光の照射等により増加する。トランジスタ33、34のリーク電流が大きい場合、ノードFに保持された電圧が下がってしまい、本来、次のリセット動作まで導通状態となるべきトランジスタ22が、ノードFの電圧低下により、非導通状態となり、ノードAがフローティングとなる。
ノードAがフローティング状態になると、トランジスタ24のドレイン端子に接続されたクロック信号clkによって、トランジスタ24のドレイン・ゲート間容量を介してノードAが変動する。その結果、トランジスタ24がオンし、出力OUTにクロック信号clkが出力され、回路が誤動作してしまう、という問題が発生する。
また、3相クロック型のシフトレジスタは、2相クロック型よりもクロック数が多くなり、複雑で高価になるという問題がある。さらにクロック数が多い4相クロック型も同様である。
したがって、本発明の目的は、トランジスタのリーク電流が大きい場合であっても、回路が誤動作することがない回路及び該回路を備えた表示装置を提供することにある。
本願で開示される発明は概略以下の構成とされる。なお、以下の説明では、構成要素に参照符号を付して説明するが、参照番号はあくまで、理解を助けるためのものであり、本発明を制限するためのものとして解釈されるべきものではない。
本発明に係るブートストラップ回路は、入力信号(IN)と複数のクロック信号(CL1、CL2)によって出力信号(OUT)を生成するブートストラップ回路であって、複数のクロック信号のうち第1のクロック信号(CL1)の電圧を、出力信号(OUT)として出力する第1のトランジスタ(Tr1)と、第1のトランジスタ(Tr1)の制御電極(ノードN1)に接続され、入力信号(IN)の値に応じて第1のトランジスタ(Tr1)を導通状態(オン状態)とする第1の制御手段と、第1のトランジスタ(Tr1)の制御電極(ノードN1)に接続され、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態(オフ状態)とする第2の制御手段と、を備えている。第2の制御手段は、例えば複数のクロック信号が2相クロックの場合、第1のクロック信号よりも位相が半周期シフトした第2のクロック信号(CL1)を用いる。
本発明においては、第1の制御手段は、入力信号(IN)の値に応じて、第1のトランジスタ(Tr1)を導通状態(オン状態)とし、その後、第1のトランジスタ(Tr1)のブートストラップ効果によって出力信号(OUT)を出力し、その後、第1のクロック信号(CL1)よりも、例えば位相が半周期進んだ第2のクロック信号(CL2)によって、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態(オフ状態)とすることによって、入力信号(IN)から、位相がシフトした出力信号(OUT)が得られる。また、第2のクロック信号(CL2)のクロック周期で、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態とする電圧がその制御電極(ノードN1)に印加される。
本発明において、第1の制御手段は、入力信号(IN)の値に応じて、導通状態となる第2のトランジスタ(Tr2)を備えている。
本発明において、第2の制御手段は、第2のクロック信号(CL2)によって導通状態となる第3のトランジスタ(Tr3)と、第3のトランジスタ(Tr3)に直列に接続された第4のトランジスタ(Tr4)と、入力信号(IN)の値に応じて第4のトランジスタ(Tr4)の導通・非導通状態を制御するインバータ回路(100)と、第3のトランジスタ(Tr3)と第4のトランジスタ(Tr4)によって導通状態となったとき、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態とする第5のトランジスタ(Tr5)と、入力信号(IN)の値に応じて第5のトランジスタ(Tr5)を非導通状態とする第6のトランジスタ(Tr6)と、を備えている。
第2の制御手段において、入力信号(IN)が入力されるときは(第1の値をとるとき)、入力信号(IN)を受けるインバータ回路(100)の出力を制御電極に受ける第4のトランジスタ(Tr4)が非導通状態となり、第6のトランジスタ(Tr6)が導通状態となり、第5のトランジスタ(Tr5)は非導通状態となって、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態とする電圧は出力されない。
本発明において、入力信号(IN)が入力されていないときには(第2の値をとるとき)、インバータ回路(100)の出力を制御電極に受ける第4のトランジスタ(Tr4)が導通状態となり、第5のトランジスタ(Tr5)は導通状態となって、第1のトランジスタ(Tr1)の制御電極(ノードN1)を、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態とする電圧とする。かかる構成により、第1のトランジスタ(Tr1)に対して、導通状態とする電圧と、非導通状態とする電圧が同時に出力されることがない。
さらに、本発明においては、第6のトランジスタ(Tr6)に入力信号(IN)が入力されることで、第5のトランジスタ(Tr5)を非導通状態とする。また、第5のトランジスタ(Tr5)が導通状態のとき、導通状態とされ、出力信号(OUT)に電源電圧(VDD)を出力する第7のトランジスタ(Tr7)を備え、第1のトランジスタ(Tr1)が非導通状態の時に、出力信号(OUT)に電源電圧(VDD)を出力する。
本発明においては、第7のトランジスタ(Tr7)の制御端子に接続され、入力信号とは別の制御信号により、第1のトランジスタ(Tr1)を非導通状態とする機能を有する第3の制御手段を有する。
本発明において、前記第3の制御手段は、制御信号(RST)によって、導通状態/非導通状態が制御される第11のトランジスタ(Tr11)を含む。
本発明において、インバータ回路は、第4のトランジスタ(Tr4)を非導通状態とする際に、高電位電源、及び低電位電源間の電流経路を遮断し得る構成としてもよい。
本発明において、第1の制御手段は、入力信号によって導通状態となる第2のトランジスタ(Tr2)と、第2のトランジスタ(Tr2)と直列に接続され前記第2のクロック信号(CL2)によって導通状態が制御される第10のトランジスタ(Tr10)を備えた構成としてもよい。
本発明において、上記したブートストラップ回路を複数段縦続接続してシフトレジスタを構成することにより、入力信号を順次位相シフトした出力信号が出力される。1段、3段、5段、・・・等奇数段のブートストラップ回路には、第1のトランジスタ(Tr1)と第3のトランジスタ(Tr3)に第1、第2のクロック信号(CL1、CL2)がそれぞれ供給され、2段、4段、6段、・・・等奇数段のブートストラップ回路には、第1のトランジスタ(Tr1)と第3のトランジスタ(Tr3)に第2、第1のクロック信号(CL2、CL1)がそれぞれ供給される。
本発明によれば、リーク電流が大きい場合でも、回路が誤動作することを防止できる。
本発明の一実施例のブートストラップ回路を示す図である。 図1のブートストラップ回路の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の液晶表示装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 図3のゲート線駆動回路の構成例を示す図である。 図4のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 図4、図5のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第2の実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 本発明の第3の実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 図8のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第4の実施例におけるシフトレジスタのブロック図である。 本発明の第4の実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 本発明の第4の実施例におけるシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第5の実施例におけるシフトレジスタのブロック図である。 本発明の第5の実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 本発明の第5の実施例におけるシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 特許文献1のシフトレジスタの構成を示す図である。 図16の各段の構成を示す図である。 図17の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第6実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 本発明の第6実施例におけるシフトレジスタのブロック図である。 図20のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第7実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 図22のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第8実施例のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路である。 図24のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。
本発明の実施の形態について説明する。本発明の1つの態様においては、電源端子(VDD)と第1のクロック信号端子(CL1)間に直列に接続され、接続点を出力端子(OUT)とする2つのトランジスタ(Tr7、Tr1)と、電源端子(VDD)と第2のクロック信号端子(CL2)間に直列に接続された3つのトランジスタ(Tr6、Tr4、Tr3)と、電源端子(VDD)とトランジスタ(Tr1)のゲート間に接続されたトランジスタ(Tr5)と、トランジスタ(Tr5)に直列に接続されたトランジスタ(Tr2)を備え、トランジスタ(Tr2、Tr6)のゲートは入力端子(IN)に接続され、トランジスタ(Tr4)のゲートには、入力端子(IN)に入力が接続されるインバータ回路(100)の出力が接続され、トランジスタ(Tr5、Tr7)のゲートはトランジスタ(Tr4、Tr6)の接続点に共通接続され、トランジスタ(Tr1)のゲートはトランジスタ(Tr2、Tr5)の接続点に接続される。
周期が短いクロック周期で、トランジスタ(Tr1)を非導通状態とするための電圧をトランジスタ(Tr1)のゲートに印加するので、リーク電流が大きい場合でも、回路が誤動作することを防止できる。また、第1のクロック信号(CL1)よりも位相が半周期進んだ第2のクロック信号(CL2)によって、トランジスタ(Tr1)を非導通状態にするため、第1のクロック信号(CL1)が入力される直前まで、トランジスタ(Tr1)を非導通状態とすることができる。このため、トランジスタのリーク電流が大きい場合でも、正常に動作させることができる。本発明のかかる効果は、2相クロックを用いる回路だけでなく、3相以上のクロックを用いる回路においても得られる。
本発明によれば、リーク電流による動作不良を抑制することができる。本発明を表示装置等の駆動回路に適用した場合、装置の信頼性を向上させることができる。以下実施例に即して説明する。
以下の説明では、pチャネル型トランジスタのしきい値電圧を−Vtとし、nチャネル型トランジスタのしきい値電圧をVtとし、符号を除いたVtをしきい値もしくはしきい値電圧と呼ぶことにする。また、クロック信号ならび入力信号の高電圧側をハイレベル、低電圧側をローレベルと呼ぶ。使用電源の高電圧側はVDD、低電圧側はVSSであるが、信号のハイレベルがVDD、ローレベルがVSSと同じ電圧であれば、VDDの電圧をハイレベル、VSSの電圧をローレベルと呼ぶ。
図1は、本発明の一実施例のブートストラップ回路を示す図である。図1に示すように、本実施例ブートストラップ回路は、第1乃至第7のpチャネル型トランジスタTr1〜Tr7とインバータ回路100から構成される。より詳細には、
第1のクロック信号端子CL1と出力端子OUT間に接続されたトランジスタTr1と、
入力端子INに制御端子(ゲート電極)が接続され、ソースがトランジスタTr1の制御端子(ゲート電極:ノードN1)に接続されたトランジスタTr2と、
第2のクロック信号端子CL2に制御端子(ゲート電極)が接続されたトランジスタTr3と、
入力端子INに入力が接続されたインバータ回路100と、
トランジスタTr3に縦積みされ、制御端子(ゲート電極)がインバータ回路100の出力(ノードN3)に接続されたトランジスタTr4と、
トランジスタTr1の制御端子(ゲート電極:ノードN1)と電源端子VDDとの間に接続されたトランジスタTr5と、
トランジスタTr4と電源端子VDDとの間に接続され、入力端子INに制御端子(ゲート電極)が接続されたトランジスタTr6と、
出力端子OUTと電源端子VDD間に接続されたトランジスタTr7と、
を備え、トランジスタTr5とトランジスタTr7の制御端子(ゲート電極)は、トランジスタTr4とトランジスタTr6の接続点(ノードN2)に共通接続されている。特に制限されないが、図1の例では、トランジスタTr2、Tr3はそれぞれダイオード接続されている。
次に、図1の回路の動作を説明する。トランジスタTr2は、ゲート電極及びドレインに入力端子INの信号(入力信号INという)を受ける。入力信号INがローレベルの時に、トランジスタTr2は導通状態となり、このとき、トランジスタTr2のソース(ノードN1)は、入力信号INのローレベル(VSS)から、トランジスタTr2のしきい値Vt分上がった電圧(VSS+Vt)となる。
ノードN1の電圧がVSS+Vtのとき、トランジスタTr1は導通状態になる。なお、図1に示す例では、トランジスタTr2のドレインとゲート電極に入力信号INが接続されているが、ドレイン端子を電源端子VSSに接続してもよい。
インバータ回路100は、入力信号INの反転出力をトランジスタTr4のゲート電極に供給する。
トランジスタTr6は入力信号INがローレベルの時に導通状態となる。このとき、トランジスタTr6のドレイン端子(ノードN2)はハイレベル(VDD)となる。
トランジスタTr7、Tr1は出力端子(OUT)に接続される負荷を駆動する。特に制限されないが、トランジスタTr7、Tr1は、他のトランジスタTr2〜Tr6よりも、例えば一桁以上チャネル幅を大きく設定し、電流駆動能力が高く設定されている。
トランジスタTr5はノードN2の電圧が低い時(VSS+2Vt)に導通状態となり、ノードN1をハイレベル(VDD)とする。
トランジスタTr4はインバータ回路100の出力がローレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr3を介して入力した第2のクロック信号CL2のローレベルをノードN2に伝える。
トランジスタTr3はクロック信号CL2がローレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr4が導通状態のとき、ノードN2は、ローレベルからしきい値2個分上がった電圧(VSS+2Vt)となる。
ノードN2の電位がVSS+2Vtのとき、トランジスタTr5は導通状態となり、ノードN1はハイレベル(VDD)となり、トランジスタTr1は非導通状態となる。
なお、図1に示す例では、トランジスタTr3をダイオード接続し、ドレイン端子とゲート電極に第2のクロック信号CL2を接続しているが、ドレイン端子を電源端子VSSに接続し、ゲート電極に第2のクロック信号CL2を接続する構成としても良い。
また、動作に影響しない範囲で、信号のローレベルと電源電圧(低位側電源電圧)VSSを異なる電圧としてもよく、また、信号のハイレベルと電源電圧(高位側電源電圧)VDDを異なる電圧にすることも可能である。
なお、図1に示した構成において、nチャネル型のトランジスタを用いても、出力の極性は異なるが、同様の回路を構成することができる。
次に、本実施例のブートストラップ回路の動作を説明する。図2は、図1のブートストラップ回路のタイミング動作を説明するためのタイミングチャートであり、第1、第2のクロック信号CL1、CL2、入力信号IN、出力信号OUT、ノードN1、N2、N3の電圧波形が示されている。ここで、第1、第2のクロック信号CL1、CL2と入力信号INのハイレベルはVDD、ローレベルはVSSとしている。第1、第2のクロック信号CL1、CL2は相補(逆相)のクロックである。
図2において、時刻t1で、入力信号INがハイレベルからローレベルになると、トランジスタTr2が導通状態になり、ノードN1は、入力信号INのローレベルからしきい値分上がった電圧(VSS+Vt)に変化する。また、トランジスタTr6も導通状態になることから、ノードN2はハイレベルに変化する。ノードN2がハイレベルとなると、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。インバータ回路100の出力ノードN3には、入力信号INのローレベルを反転したハイレベルが出力され、トランジスタTr4は非導通状態になる。トランジスタTr4が非導通状態となると、ノードN2には、トランジスタTr3を介してクロック信号CL2のローレベルが供給されることはない。
この時、トランジスタTr1は、導通状態になるが、第1のクロック信号CL1がハイレベルであるため、出力信号OUTはハイレベルを維持したままとなる。
時刻t2になると、第2のクロック信号CL2はハイレベルに変化し、第1のクロック信号CL1はローレベルに変化する。すると、トランジスタTr1のゲート・ドレイン電極及びゲート・ソース電極間には容量が存在するため、それぞれの容量分を介したブートストラップ効果により、ノードN1の電圧は、VSS+Vtから、更に低い電圧に引き下げられてローレベルよりも低い電圧になる。
この結果、トランジスタTr1のゲート・ソース間には、トランジスタTr1のしきい値電圧Vt以上の電圧が印加されることになり、トランジスタTr1は導通状態を維持し続け、出力端子OUTには、第1のクロック信号CL1のローレベルが伝達される。
この時、入力信号INは、ハイレベルに変化しているので、インバータ回路100の出力ノードN3はローレベルとなり、トランジスタTr4は導通状態に変化する。このとき、第2のクロック信号CL2は、ハイレベルになっているので、トランジスタTr3は非導通状態であり、ノードN2には、第2のクロック信号CL2のハイレベルは伝達されない。
時刻t3になると、第2のクロック信号CL2はローレベルに変化し、第1のクロック信号CL1はハイレベルに変化する。すると、トランジスタTr3が導通状態に変化し、トランジスタTr4も導通状態であるため、ハイレベルであったノードN2は、ローレベル(VSS)からしきい値2個分上がった電位(VSS+2Vt)に変化する。
この結果、トランジスタTr5とトランジスタTr7は導通状態となる。トランジスタTr5が導通状態になることで、ブートストラップ効果によりローレベルよりも低い電圧であったノードN1の電圧は、ハイレベルに変化する。この結果、導通状態であったトランジスタTr1は非導通状態になる。一方、トランジスタTr7は導通状態であるため、出力端子OUTはハイレベルに変化する。
時刻t3以降、第2のクロック信号CL2のローレベルが一定の周期でトランジスタTr3に入力される。インバータ回路100の出力ノードN3はローレベルであり、トランジスタTr4は導通状態となるため、時刻t3以降、ノードN2には、電圧VSS+2Vtが印加され続ける。
この結果、トランジスタTr5とトランジスタTr7は導通状態を維持するので、出力信号OUTはハイレベルを維持する。また、ノードN1もハイレベルを維持し続けるため、トランジスタTr1も非導通状態を維持し続ける。この状態は、次の入力信号INが入力されるまで(入力信号INが次にローレベルとなるまで)、変化しない。また、クロック信号の短い周期でノードN2に電圧VSS+2Vtが印加され続けるので、リーク電流が大きい場合でも、回路が誤動作することがない。
以上説明したように、入力信号INからクロック半周期分位相がずれた出力OUTを得ることができる。図1に示したブートストラップ回路を複数接続することで、順次位相をシフトしていくシフトレジスタを構成することができる。
<表示装置の実施例>
次に、本発明の表示装置の第1の実施例について説明する。図3は、本発明の液晶表示装置の一実施例の構成をブロック図にて示した図である。
図3に示すように、本実施例の液晶表示装置は、画素部1と、走査(ゲート)線駆動回路2と、映像信号(ソース)線駆動回路3を備えている。特に制限されないが、本実施例において、画素部1、ゲート線駆動回路2及びソース線駆動回路3は、同一のガラス基板上に形成されている。
画素部1には、互いに交差したゲート線G1〜Gnとソース線S1〜Smが形成されている。ゲート線G1〜Gnは、ゲート線駆動回路2の出力端子にそれぞれ接続されている。ソース線S1〜Smは、ソース線駆動回路3の出力端子にそれぞれ接続されている。
また画素部1において、ゲート線G1〜Gnとソース線S1〜Smとの各交点に、pチャネル型のトランジスタである画素トランジスタ4と、画素蓄積容量5と、液晶からなる画素容量6とから構成される画素回路が配置されている。
ゲート線駆動回路2は、複数のブートストラップ回路で構成したシフトレジスタで構成されている。シフトレジスタは、画素トランジスタ4と同一の製造プロセスで作成されたトランジスタで構成されている。シフトレジスタは、図1、図2を参照して構成した回路を備える。
ゲート線駆動回路2には、垂直スタートパルスST及びクロック信号が外部から入力されると、シフトレジスタが垂直スタートパルス信号STをクロック信号に同期して1段ずつ位相シフトさせた出力信号OUTを出力することにより、共通のゲート線に接続された画素回路の画素トランジスタ4が導通状態となってソース線に出力される映像信号が画素回路に取り込まれる。
ソース線駆動回路3は、シフトレジスタ、アナログスイッチ等から構成され、画素トランジスタ4と同一のプロセスで作成したトランジスタで構成される。シフトレジスタは、図1、図2を参照して構成した回路を備える。
ソース線駆動回路3のシフトレジスタは、外部から入力される水平スタートパルス及びクロック信号によって水平スタートパルスを順次クロック信号でシフトし、その出力をアナログスイッチに送る。シフトレジスタの出力によって、アナログスイッチは外部から入力される映像信号をサンプリングし該当するソース線に映像信号を出力する。ソース線に出力された映像信号はゲート線駆動回路2によって導通状態になっている画素に書き込まれる。ソース線駆動回路3は、この構成に限らず、単結晶シリコンICをCOG実装する等して、同一基板上に形成しても良い。
図4は、図3のゲート線駆動回路2の構成例を示す図である。図4を参照すると、このゲート線駆動回路2においては、外部から2本のクロック信号(CL1、CL2)と、垂直スタートパルス信号STが入力され、直列に接続された複数のシフトレジスタ10(SR1、SR2、SR3、SR4・・・)で構成されている。
初段のシフトレジスタSR1は、クロック信号CL1によって垂直スタートパルス信号STをクロック半周期分位相シフトした出力信号OUT(G1)を出力する。
次のシフトレジスタSR2は、クロック信号CL2によって、シフトレジスタSR1の出力を位相シフトした出力信号OUT(G2)を出力する。以下、同様にクロック信号に同期して出力が位相シフトされて、順々に垂直スタートパルス信号STが転送されていく。
図5は、図4のシフトレジスタSR1の構成を示す図である。図5に示すように、シフトレジスタSR1は、図1のブートストラップ回路から構成されている。ただし、図5において、図1のインバータ回路100は、pチャネルトランジスタTr8及びTr9で構成されている。シフトレジスタSR1では、入力信号INとして垂直スタートパルスSTが入力され、出力信号OUTはゲート線G1に出力される。
シフトレジスタSR1以降のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・の構成は、入力される信号が変更されるだけであり、シフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・の回路構成は図5と同じである。
具体的には、シフトレジスタSR1で入力信号INであった垂直スタートパルス信号STの代わりに、シフトレジスタSR2では、前段の出力信号OUT(G1)が入力信号INとして入力され、クロック信号CL1の代わりに、クロック信号CL2、クロック信号CL2の代わりにクロック信号CL1が入力される。奇数段目のシフトレジスタSR1、SR3、・・・において、クロック信号CL1、CL2は、図5のトランジスタTr1、Tr3にそれぞれ入力されるが、偶数段目のシフトレジスタSR2、SR4、・・・において、クロック信号CL1、CL2は、トランジスタTr3、Tr1にそれぞれ入力される。
以降のシフトレジスタは、前段の出力信号OUTが入力信号INとして入力され、1段進む毎にクロック信号が入れ変わりながら入力される。
図5に示すように、シフトレジスタSR1は9個のpチャネル型トランジスタTr1〜Tr9で構成される。トランジスタTr2は、垂直スタートパルス信号STがローレベルの時に導通状態となり、ノードN1にはローレベルからしきい値分上がった電圧VSS+Vtとなる。ノードN1がこの電圧となることで、トランジスタTr1は導通状態になる。
トランジスタTr8は、垂直スタートパルス信号STがローレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr9に電流を流してノードN3をハイレベルに近い電圧にする。この電圧でトランジスタTr4が非導通状態になるように、トランジスタTr8の電流駆動能力をトランジスタTr9のそれよりも高く設定する。
トランジスタTr6は垂直スタートパルス信号STがローレベルの時に導通状態となって、ノードN2にハイレベルを供給する。トランジスタTr7は、ノードN2が低い電圧の時に導通状態となり、出力信号OUTにハイレベルの電圧(VDD電源電圧)を供給する。トランジスタTr1は、ノードN1が低い電圧(VSS+Vt、又は、ローレベルより更に低いブートストラップ電圧)の時に導通状態となり、出力信号OUTにクロック信号CL1の電圧を供給する。
トランジスタTr7、Tr1は、出力端子OUTに接続される負荷を駆動するので、その他のトランジスタTr2〜Tr5、Tr8、Tr9よりも一桁以上チャネル幅を大きく設定し、電流駆動能力を高くする。
トランジスタTr5は、ノードN2の電圧が低い(VSS+Vt)の時に導通状態となって、ノードN1をハイレベルとする。トランジスタTr4はノードN3が低い電圧の時に導通状態となり、トランジスタTr3を介してクロック信号CL2のローレベルをノードN2に供給する。トランジスタTr3は、クロック信号CL2がローレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr4が導通状態であれば、ノードN2をローレベルからしきい値2個分上がった電圧を供給する。ノードN2にこの電圧が供給されることで、トランジスタTr5は導通状態となり、ノードN1をハイレベル(VDD)とし、トランジスタTr1を非導通状態とする。
上記した本発明の第1の実施例に係るブートストラップ回路によってシフトレジスタを構成した場合、トランジスタTr1を非導通状態とするのに、次段の出力信号ではなく、クロック信号(CL1、またはCL2)を用いているため、最終段のシフトレジスタに必要であったリセット信号を不要とすることができる。本発明の第1の実施例に係るブートストラップ回路によるシフトレジスタを表示装置などの駆動回路に適用した場合、信号線数および回路素子数を削減することができることから、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
次に、本実施例のシフトレジスタの動作を説明する。図6は、図4、図5のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。クロックCL1、CL2、スタートパルスST、シフトレジスタ内のノードN1、N2、N3、シフトレジスタSR1、Sr2、Sr3の出力G1、G2、G3の電圧波形が示されている。図6において、クロック信号CL1、CL2及び垂直スタートパルス信号STのハイレベル電圧はVDDであり、ローレベル電圧はVSSである。図6を参照して、シフトレジスタSR1の動作について説明する。
時刻t1で、垂直スタートパルス信号STがローレベルになると、トランジスタTr2が導通状態になり、ノードN1は入力信号INのローレベルからしきい値分上がった電圧に変化する。また、トランジスタTr6も導通状態になるので、ノードN2はハイレベルに変化する。ノードN2がハイレベルになることで、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。
トランジスタTr8は導通状態となり、ノードN3がハイレベルに近い電圧となって、トランジスタTr4を非導通状態にする。トランジスタTr4が非導通状態なので、ノードN2にはトランジスタTr3を介してクロック信号CL2のローレベルが供給されることはない。
トランジスタTr1はノードN1が低い電圧になるので導通状態となるが、クロック信号CL1がハイレベルであるため、出力信号OUT(G1)はハイレベルを維持したままとなる。
時刻t2になると、クロック信号CL2はハイレベルに変化し、クロック信号CL1はローレベルに変化する。すると、トランジスタTr1のゲート・ドレイン電極及びゲート・ソース電極間には容量が存在するため、それぞれの容量分を介したブートストラップ効果によりノードN1の電圧がVSS+Vtから更に低い電圧に引き下げられて、ローレベルよりも低い電圧になる。
この結果、トランジスタTr1のゲート・ソース間にはしきい値電圧以上の電圧が印加されることになり、トランジスタTr1は導通状態を維持し、出力信号OUT(G1)に、クロック信号CL1のローレベルが出力される。
この時、垂直スタートパルス信号STはハイレベルに変化しているので、トランジスタTr8は非導通状態となり、ノードN3はトランジスタTr9によってローレベルからしきい値分上がった電圧に変化してトランジスタTr4を導通状態にする。
トランジスタTr4は導通状態に変化するが、クロック信号CL2がハイレベルになっているのでトランジスタTr3は非導通状態であり、ノードN2にクロック信号CL2のハイレベルは伝達されない。
時刻t3になると、クロック信号CL2はローレベルに変化し、クロック信号CL1はハイレベルに変化する。すると、トランジスタTr3が導通状態に変化し、トランジスタTr4も導通状態なので、ハイレベルであったノードN2は、ローレベルからしきい値2個分上がった電圧(VSS+2Vt)に変化する。
この結果、トランジスタTr5、Tr7が導通状態に変化する。
トランジスタTr5、Tr7が導通状態になる条件は、
(VDD−Vt)≧(VSS+2Vt)
である。
トランジスタTr5が導通状態になることで、ブートストラップ効果でローレベルよりも低い電圧であったノードN1の電圧はハイレベルに変化する。また、トランジスタTr7が導通状態になることで、出力信号OUT(G1)はハイレベルに変化する。
トランジスタTr1は、ノードN1がハイレベルになるので、非導通状態に変化する。
時刻t3以降、クロック信号CL2のローレベルが一定の周期でトランジスタTr3に入力される。またトランジスタTr4も導通状態で、ノードN2にクロック周期で低い電圧(VSS+2Vt)が供給され続ける。
この結果、トランジスタTr5、Tr7は導通状態を維持するので、出力信号OUT(G1)はハイレベルを維持し、ノードN1もハイレベルを維持し続ける。この状態は、次の垂直スタートパルス信号STのローレベルが入力されるまで、変化しない。
ここで、トランジスタTr6、Tr4、Tr3のリーク電流が大きい場合を考える。リーク電流が大きいと時刻t3〜t4で一端書き込んだノードN2の電圧(VSS+Vt)が時刻t4〜t5の間に上昇することになる。
しかし、時刻t5〜t6の間で、再度、ノードN2に低い電圧(VSS+2Vt)が供給される。時刻t6でクロック信号CL1がローレベルになっても、トランジスタTr1には非導通状態となる電圧が供給されているため、トランジスタTr1からクロック信号CL1のローレベルが出力OUT(G1)に出力されてしまうことがない。このため、回路が誤動作するという問題が発生しない。
以上、シフトレジスタSR1の動作について説明したが、シフトレジスタSR1以外のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・においても、入力される信号は変わるが、全てのシフトレジスタで同様の動作が実行される。この結果、垂直スタートパルス信号STが順々に位相シフトされて出力され、ゲート線(G1、G2、G3・・・)が駆動される。
駆動されているゲート線に接続された画素トランジスタ4(図3参照)は導通状態となり、ソース線駆動回路3(図3参照)から供給される映像信号が画素に書き込まれる。この動作をゲート線毎に行うことで画素部1に映像が表示される。
<第2の実施例>
次に、本発明の第2の実施例について説明する。本発明の第2の実施例は、本発明のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路が、前記第1の実施例と相違している。図7は、ブートストラップ回路の構成を示す図である。
図7に示すように、トランジスタTr4とTr3の接続が、前記第1の実施例(図5)から変更されている。ノードN2側にトランジスタTr3を接続し、トランジスタTr3に直列にトランジスタTr4を接続し、トランジスタTr3との接続端子と反対側端子をVSSに接続する。トランジスタTr3のゲート電極には、第2のクロック信号CL2を接続する。
図7では、トランジスタTr4をVSSに接続する例を示したが、VSSの変わりにゲート電極と同じノードN3を接続しても良い。
図7は、図5と同様に初段のシフトレジスタSR1を図示しているが、これ以降の段のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・の構成も前記第1の実施例と同じである。
入力される信号が変更されるだけで、回路の構成は図7のシフトレジスタSR1と同じである。具体的には、シフトレジスタSR2では垂直スタートパルス信号STの代わりに前段の出力信号OUT(G1)が入力信号INとして入力され、クロック信号CL1の代わりにクロック信号CL2、クロック信号CL2の代わりにクロック信号CL1が入力される。以降のシフトレジスタは、前段の出力信号OUTが入力信号INとして入力され、1段進む毎にクロック信号が入れ変わりながら入力される。
上記した本発明の第2の実施例に係るブートストラップ回路でシフトレジスタを構成した場合においても、トランジスタTr1を非導通状態とするのに次段の出力ではなく、クロック信号(CL1、またはCL2)を用いているため、前記第1の実施例と同等の効果を奏することができる。
シフトレジスタの動作は、前記第1の実施例と同様である。但し、トランジスタTr4はノードN3が低い電圧の時に導通状態となり、トランジスタTr3に印加されるクロック信号CL2がローレベルの時に、ローレベルをノードN2に供給する。
実際、ノードN2に供給される電圧はローレベルからしきい値2個分上がった電圧になる。ノードN2にこの電圧が供給されることで、トランジスタTr5は導通状態となり、ノードN1にハイレベル(VDD)を供給し、トランジスタTr1を非導通状態とする。動作は図6に示したタイミングチャートと同様になる。効果についても同様である。
<第3の実施例>
次に、本発明の第3の実施例について説明する。第3の実施例は、図8に示すように、本実施例においては、シフトレジスタをnチャネル型のトランジスタで構成している。このシフトレジスタをゲート線駆動回路2に用いた液晶表示装置の構成は、図3のブロック図に示すとおりであり、シフトレジスタのブロック図は図4と同様である。ゲート線駆動回路2(図3参照)をnチャネル型のトランジスタで構成した場合は、画素部1の画素トランジスタ4(図3参照)もnチャネル型のトランジスタを用いる。
図8を参照して、本発明の第3の実施例のシフトレジスタについて説明する。図8は、前記第1の実施例と同様、初段のシフトレジスタSR1を図示している。これ以降の段は、前記第1及び第2の実施例で説明した通りである。
図8に示すシフトレジスタSR1は、9個のnチャネル型トランジスタTr1〜Tr9で構成される。トランジスタTr2は、垂直スタートパルス信号STがハイレベルの時に導通状態となり、ノードN1にハイレベルからしきい値分下がった電圧(VDD−Vt)を供給する。ノードN1にこの電圧が供給されることで、トランジスタTr1は導通状態になる。図8ではトランジスタTr2のドレイン端子とゲート電極に入力信号(IN)を接続しているが、ドレイン端子をハイレベルと電圧が等しいVDD電源に接続しても良い。
また、ハイレベルとVDD電源の電圧を異なる電圧としても良い。トランジスタTr8は、垂直スタートパルス信号STがハイレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr9に電流が流れてノードN3をローレベルに近い電圧にする。この電圧でトランジスタTr4が非導通状態になるように、トランジスタTr8の電流駆動能力はトランジスタTr9の電流駆動能力よりも高く設定する。トランジスタTr6は垂直スタートパルス信号STがハイレベルの時に導通状態となって、ノードN2にローレベルを供給する。
トランジスタTr7は、ノードN2が高い電圧の時に導通状態となり、出力信号OUT(G1)にローレベルの電圧(VSS)を供給する。トランジスタTr1は、ノードN1が高い電圧(VDD−Vt又はハイレベルより更に高いブートストラップ電圧)の時に導通状態となり、出力信号OUT(G1)にクロック信号CL1の電圧を供給する。
トランジスタTr7、Tr1は出力OUTに接続される負荷を駆動するので、その他のトランジスタTr2〜Tr6、Tr8、Tr9よりも一桁以上チャネル幅を大きく設定し、電流駆動能力を高くする。トランジスタTr5は、ノードN2が高い電圧(VDD−Vt)の時に導通状態となって、ノードN1にローレベルを供給する。
トランジスタTr4は、ノードN3が高い電圧の時に導通状態となって、トランジスタTr3を介してクロック信号CL2のハイレベルをノードN2に供給する。
トランジスタTr3は、クロック信号CL2がハイレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr4が導通状態であれば、ノードN2にハイレベルからしきい値2個分下がった電圧(VDD−2Vt)を供給する。ノードN2にこの電圧が供給されることで、トランジスタTr5は導通状態となり、ノードN1にローレベルを供給し、トランジスタTr1を非導通状態とする。
図8では、トランジスタTr3のドレイン端子とゲート電極にクロック信号CL2を接続しているが、ドレイン端子を電源端子VDDに接続しても良い。
上記した本発明の第3の実施例に係るブートストラップ回路でシフトレジスタを構成した場合においても、トランジスタTr1を非導通状態とするのに次段の出力ではなく、クロック信号(CL1、またはCL2)を用いているため、前記第1の実施例と同等の効果を奏することができる。
次に、本発明の第3の実施例に係るシフトレジスタの動作について説明する。図9は、図8のシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。図9において、クロック信号CL1、CL2及び垂直スタートパルス信号STのハイレベル電圧はVDDであり、ローレベル電圧はVSSである。図9を参照してシフトレジスタSR1の動作について説明する。
時刻t1において、垂直スタートパルス信号STがハイレベルになると、トランジスタTr2が導通状態になり、ノードN1は入力信号INのハイレベルからしきい値下がった電圧(VDD−Vt)に変化する。また、トランジスタTr6も導通状態になるので、ノードN2はローレベルに変化する。ノードN2がローレベルになることで、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。また、トランジスタTr8も導通状態になるので、ノードN3がローレベルに近い電圧となって、トランジスタTr4を非導通状態にする。トランジスタTr4が非導通状態となるため、ノードN2には、トランジスタTr3を介してクロック信号CL2のハイレベルが供給されることはない。トランジスタTr1は、ノードN1が高い電圧になるので、導通状態となるが、クロック信号CL1がローレベルであるため、出力信号OUT(G1)はローレベルを維持したままとなる。
時刻t2になると、クロック信号CL2はローレベルに変化し、クロック信号CL1はハイレベルに変化する。すると、トランジスタTr1のゲート・ドレイン電極及びゲート・ソース電極間には容量が存在するため、それぞれの容量分を介したブートストラップ効果によりノードN1の電圧がVDD−Vtから更に高い電圧に引き上げられて、ハイレベルよりも高い電圧になる。
この結果、トランジスタTr1のゲート・ソース間には、しきい値電圧以上の電圧が印加されることになり、トランジスタTr1は導通状態を維持し続け、出力信号OUT(G1)にクロック信号CL1のハイレベルが供給される。
この時、垂直スタートパルス信号STはローレベルに変化しているので、トランジスタTr8は非導通状態となり、ノードN3はトランジスタTr9によってハイレベルからしきい値分下がった電圧に変化して、トランジスタTr4を導通状態にする。トランジスタTr4は導通状態に変化するが、クロック信号CL2がローレベルなのでトランジスタTr3は非導通状態にあり、ノードN2にクロック信号CL2のローレベルは供給されない。
時刻t3になると、クロック信号CL2はハイレベルに変化し、クロック信号CL1はローレベルに変化する。すると、トランジスタTr3が導通状態に変化し、トランジスタTr4も導通状態なので、ローレベルであったノードN2はハイレベルからしきい値2個分下がった電圧(VDD−2Vt)に変化する。
この結果、トランジスタTr5、Tr7が導通状態に変化する。トランジスタTr5が導通状態になることで、ブートストラップ効果でハイレベルよりも高い電圧であったノードN1の電圧はローレベルに変化する。また、トランジスタTr7が導通状態になることで、出力信号OUT(G1)はローレベルに変化する。トランジスタTr1はノードN1がローレベルになるので、非導通状態になる。
時刻t3以降、クロック信号CL2のハイレベルが一定の周期でトランジスタTr3に入力される。またトランジスタTr4も導通状態なので、ノードN2にクロック周期で高い電圧(VDD−2Vt)が供給され続ける。この結果、トランジスタTr5、Tr7は導通状態を維持するので、出力信号OUT(G1)はローレベルを維持し、また、ノードN1もローレベルを維持し続ける。この状態は、次の垂直スタートパルス信号STのハイレベルが入力されるまで、変化しない。
以上、シフトレジスタSR1の動作について説明したが、シフトレジスタSR1以外のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・においても、入力される信号は変わるが、全てのシフトレジスタで同様の動作が実行される。この結果、垂直スタートパルス信号STが順々に位相シフトされて出力され、ゲート線(G1、G2、G3・・・)が駆動される。
以上説明したように、nチャネル型のトランジスタを用いても本発明のシフトレジスタを構成することができ、これをゲート線駆動回路2(図3参照)に適用した液晶表示装置を構成することができる。また、第2の実施例で説明したトランジスタTr4とTr3を入れ替えた構成も可能である。この場合も図9に示したタイミングチャートのように動作させることができる。効果も同様である。
<第4の実施例>
次に、本発明の第4の実施例について説明する。本発明の第4の実施例は、本発明のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路が異なるだけで、その他は、前記第1の実施例の内容と同じである。図10にシフトレジスタのブロック図を示す。
図10に示すように、本実施例では、3相のクロック信号を用いたシフトレジスタとなっている。シフトレジスタSR1には、第1相クロック信号CL1と第3相クロック信号CL3が第1、第2のクロック信号として入力され、シフトレジスタSR2には、第2相クロック信号CL2と第1相クロック信号CL1が第1、第2のクロック信号として入力され、シフトレジスタSR3には、第3相クロック信号CL3と第2相クロック信号CL2が第1、第2のクロック信号として入力され、シフトレジスタSR4には、シフトレジスタSR1同様、第1相クロック信号CL1と第3相クロック信号CL3が第1、第2のクロック信号として入力される。
図11は、シフトレジスタSR1の構成を示す図である。3相のクロック信号を用いることから、前記第1の実施例とは、トランジスタTr3に接続されるクロック信号が異なっている。
トランジスタTr3に入力されるクロック信号は、トランジスタTr1に入力されるクロック信号CL1よりも、位相が1相分進んだ(2相遅れた)クロック信号CL3である。
これ以降の段のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・の構成は、入力される信号が変更されるだけで、回路の構成は、図11のシフトレジスタSR1と同じである。具体的に、シフトレジスタSR2では、クロック信号CL1の代わりに、クロック信号CL2、クロック信号CL3の代わりにクロック信号CL1が入力される。
シフトレジスタSR3では、クロック信号CL1の変わりに、CL3、クロック信号CL3の変わりにクロック信号CL2が入力される。
このように、クロック信号の接続は、1段進む毎に1つ位相が遅れたクロック信号が入力される。シフトレジスタSR4以降も同様である。シフトレジスタSR4のクロック信号の接続はシフトレジスタSR1と同じになる。
クロック信号が4相以上の場合であっても、トランジスタTr3の入るクロック信号をトランジスタTr1に入るクロック信号CL1よりも位相が1つ進んだ信号とすれば良い。
上記した本発明の第4の実施例に係るブートストラップ回路でシフトレジスタを構成した場合においても、トランジスタTr1を非導通状態とするのに次段の出力ではなく、クロック信号(CL1、CL2、またはCL3)を用いているため、前記第1の実施例と同等の効果を奏することができる。
次に、本発明の第4の実施例に係るシフトレジスタの動作について説明する。図12は、第4の実施例に係るシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。
図12において、クロック信号CL1、CL2及び垂直スタートパルス信号STのハイレベル電圧はVDDであり、ローレベル電圧はVSSである。図11、図12を参照してシフトレジスタSR1の動作について説明する。
時刻t1で、垂直スタートパルス信号STがローレベルになると、トランジスタTr2が導通状態になり、ノードN1は入力信号INのローレベルからしきい値上がった電圧(VSS+Vt)に変化する。また、トランジスタTr6も導通状態になるので、ノードN2はハイレベルに変化する。ノードN2がハイレベルになることで、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。トランジスタTr8も導通状態となり、ノードN3がハイレベルに近い電圧となって、トランジスタTr4を非導通状態にする。トランジスタTr4が非導通状態なので、ノードN2にはトランジスタTr3を介してクロック信号CL3のローレベルが供給されることはない。トランジスタTr6も導通状態となるので、ノードN2がハイレベルに変化する。トランジスタTr1はノードN1が低い電圧になるので導通状態となるが、クロック信号CL1がハイレベルであるため、出力信号OUT(G1)はハイレベルを維持したままとなる。
時刻t2になると、クロック信号CL3はハイレベルに変化し、クロック信号CL1はローレベルに変化する。すると、トランジスタTr1のゲート・ドレイン電極及びゲート・ソース電極間には容量が存在するため、それぞれの容量分を介したブートストラップ効果によりノードN1の電圧がVSS+Vtから更に低い電圧に引き下げられて、ローレベルよりも低い電圧になる。
この結果、トランジスタTr1のゲート・ソース間にはしきい値電圧以上の電圧が印加されることになり、トランジスタTr1は導通状態を維持し続け、出力信号OUT(G1)にはクロック信号CL1のローレベルが出力される。
この時、垂直スタートパルス信号STはハイレベルに変化しているので、トランジスタTr8は非導通状態となり、ノードN3は、トランジスタTr9によってローレベルからしきい値分上がった電圧に変化し、トランジスタTr4を導通状態にする。
トランジスタTr4は導通状態に変化するが、クロック信号CL3がハイレベルになっているのでトランジスタTr3は非導通状態であり、ノードN2にクロック信号CL3のハイレベルは供給されない。
時刻t3になると、クロック信号CL1はハイレベルに変化する。すると、ノードN1の電圧はブートストラップ効果により時刻t1で設定された電圧(VSS+Vt)にもどる。この時、トランジスタTr1は導通状態を維持するので、出力OUT(G1)の電圧はクロック信号CL1のハイレベルに変化する。
時刻t4になると、クロック信号CL3がローレベルに変化する。すると、トランジスタTr3が導通状態に変化し、トランジスタTr4も導通状態であるため、ハイレベルであったノードN2はローレベルからしきい値2個分上がった電圧(VSS+2Vt)に変化する。
この結果、トランジスタTr5、Tr7が導通状態に変化する。トランジスタTr5が導通状態になることで、ノードN1の電圧はハイレベルに変化し、トランジスタTr1は非導通状態になる。
一方、トランジスタTr7が導通状態になるので、出力信号OUT(G1)にはトランジスタTr7からハイレベルが供給されるが、既に電圧はハイレベルになっているので電圧変化はない。
時刻t4以降、クロック信号CL3のローレベルが一定の周期でトランジスタTr3に入力される。またトランジスタTr4も導通状態なので、ノードN2にクロック周期で低い電圧(VSS+2Vt)が供給され続ける。
この結果、トランジスタTr5、Tr7は導通状態を維持するので、出力信号OUT(G1)はハイレベルを維持し、また、ノードN1もハイレベルを維持し続ける。この状態は、次の垂直スタートパルス信号STのローレベルが入力されるまで、変化しない。
ここで、トランジスタ(Tr3、Tr4、Tr6)のリーク電流が大きい場合を考える。本発明では時刻t4〜t5の間(クロック信号CL3がローレベルの期間)トランジスタTr1に対して非導通状態とする電圧を出力する。
このため、時刻t5でクロック信号CL1がローレベルになるときは確実にトランジスタTr1を非導通状態としておくことができる。この結果、クロック信号CL1がローレベルに変化してもブートストラップ効果が働かないので、トランジスタTr1が導通状態となって出力にクロック信号CL1のローレベルが供給されてしまうことがない。つまり、回路の誤動作を防止できる。
以上、シフトレジスタSR1の動作について説明したが、シフトレジスタSR1以外のシフトレジスタSR2、SR3、SR4・・・においても、入力される信号は変わるが、全てのシフトレジスタで同様の動作が実行される。この結果、垂直スタートパルス信号STが順々に位相シフトされて出力され、ゲート線(G1、G2、G3・・・)を駆動していくことになる。
以上説明したように、本発明のシフトレジスタは3相以上のクロック信号にも対応できる。
<第5の実施例>
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図13は、第5の実施例のシフトレジスタの構成を示す図である。図13に示すように、シフトレジスタSR1へは前記第1乃至第4の実施例と同様、クロック信号以外に、垂直スタートパルス信号STが入力される。シフトレジスタSR2以降は、クロック信号以外に、2種類の信号(前段の出力信号OUTと前段のノードN1(トランジスタTr1のゲートノード))が、入力端子IN1、IN2にそれぞれ入力される構成となっている。
図14は、図13のシフトレジスタ12を構成するブートストラップ回路の構成を示す図であり、図13のシフトレジスタSR1の回路構成を示している。図14を参照すると、図5の構成とは、トランジスタTr2と直列にトランジスタTr10が接続され、トランジスタTr2のゲートを入力端子IN2に接続し、トランジスタTr10のゲートとドレインを接続して第2のクロック信号CL2に接続している点が相違している。また、トランジスタTr6、Tr8のゲート電極に接続された信号線と、トランジスタTr2のゲート電極に接続された信号線が分離されている。また、出力端子OUTと、トランジスタTr1のゲートノードN1(トランジスタTr5とTr2の接続点)が出力として取り出され、次段の入力端子IN1、IN2にそれぞれ接続される。
図14に示す例では、トランジスタTr10のドレイン端子とゲート電極をクロック信号CL2に接続しているが、ゲート電極にのみクロック信号CL2を接続し、ドレイン端子をVSSに接続する構成としても良い。
トランジスタTr2は、シフトレジスタSR1において、垂直スタートパルス信号STがローレベルの時に導通状態となり、トランジスタTr10を介してクロック信号CL2の電圧をノードN1に供給する。
ノードN1にこの電圧が供給されることで、トランジスタTr1は導通状態になる。シフトレジスタSR2以降であれば、トランジスタTr2には前段のノードN1が入力され、前段のノードN1が低い電圧の時に導通状態となり、トランジスタTr10を介してトランジスタTr10に接続されたクロック信号(CL1あるいはCL2)のローレベルをノードN1に供給する。トランジスタTr10は接続されたクロック信号(CL1あるいはCL2)の電圧がローレベルの時に導通状態になる。これら以外は、第1の実施例で説明した内容と同じであることから、説明を省略する。
上記した本発明の第5の実施例に係るブートストラップ回路でシフトレジスタを構成した場合においても、トランジスタTr1を非導通状態とするのに次段の出力ではなく、クロック信号(CL1、またはCL2)を用いているため、前記第1の実施例と同等の効果を奏することができる。
次に、本発明の第5の実施例に係るシフトレジスタの動作を説明する。図15は、図13及び図14を参照して説明した本発明の第5の実施例に係るシフトレジスタの動作を示すタイミングチャートである。図15には、第1、第2のクロック信号CL1、CL2、垂直スタートパルス信号ST、図13のシフトレジスタSR1におけるノードN1、N2、N3、図13のシフトレジスタSR2におけるノードN1、N2、N3、図13のシフトレジスタSR1、SR2、SR3の出力G1、G2、G3の電圧波形が示されている。
図15を参照して、シフトレジスタSR1の動作について説明する。時刻t1で、垂直スタートパルス信号STがローレベルになると、トランジスタTr2が導通状態になる。この時、クロック信号CL2もローレベルであるため、トランジスタTr10も導通状態であり、ノードN1は、クロック信号CL2のローレベルからしきい値分上がった電圧に変化する。
また、トランジスタTr6も導通状態になるので、ノードN2はハイレベルに変化する。
ノードN2がハイレベルになることで、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。トランジスタTr8は導通状態となり、ノードN3がハイレベルに近い電圧となって、トランジスタTr4を非導通状態とする。トランジスタTr4が非導通状態であることから、ノードN2には、トランジスタTr3を介して、クロック信号CL2のローレベルが供給されることはない。
トランジスタTr1は、ノードN1が低い電圧となるので、導通状態となるが、クロック信号CL1がハイレベルであるため、出力信号OUT(G1)はハイレベルを維持したままとなる。
時刻t2以降は、前記第1の実施例で説明した内容と同じであるため、説明を省略する。
次に、シフトレジスタSR2の動作について、説明する。シフトレジスタSR2の内部回路は、図14において、トランジスタTr10とTr3に入力されるクロック信号CL2をクロック信号CL1とし、トランジスタTr1に入力されていたクロック信号CL1を、クロック信号CL2に置き換えた構成とされる。
時刻t1で、入力信号IN2(前段のノードN1)が低い電圧(ローレベルからしきい値Vt分上がった電圧)になると、トランジスタTr2は導通状態となるが、クロック信号CL1がハイレベルであるため、トランジスタTr10は非導通状態であり、ノードN1の電圧はハイレベルのまま変化しない。
その後、時刻t2になると、入力信号IN2(前段のノードN1)は、ブートストラップ効果により、ローレベルよりもさらに低い電圧になる。入力信号IN2をゲートに受けるトランジスタTr2は導通状態を維持する。この時、クロック信号CL1はローレベルであるため、トランジスタTr10は導通状態となり、ノードN1は、クロック信号CL1のローレベルからしきい値分上がった電圧に変化する。
また、入力信号IN1(前段のOUT(G1))がローレベルのため、トランジスタTr6も導通状態になり、ノードN2はハイレベルに変化する。ノードN2がハイレベルになることで、トランジスタTr5、Tr7は非導通状態になる。トランジスタTr8は導通状態となり、ノードN3がハイレベルに近い電圧となって、トランジスタTr4を非導通状態とする。トランジスタTr4が非導通状態であるため、ノードN2には、トランジスタTr3を介してクロック信号CL1のローレベルが供給されることはない。
トランジスタTr1は、ノードN1が低い電圧になるため、導通状態となるが、クロック信号CL2がハイレベルであるため、出力信号OUT(G2)はハイレベルを維持したままとなる。
時刻t3になると、クロック信号CL1はハイレベルに変化し、クロック信号CL2はローレベルに変化する。すると、トランジスタTr1のゲート・ドレイン電極及びゲート・ソース電極間には容量が存在するため、それぞれの容量分を介したブートストラップ効果により、ノードN1の電圧は、VSS+Vtから、更に低い電圧に引き下げられて、ローレベルよりも低い電圧になる。
この結果、トランジスタTr1のゲート・ソース間には、しきい値電圧以上の電圧が印加されることになり、トランジスタTr1は導通状態を維持し、出力信号OUT(G2)にクロック信号CL2のローレベルが供給される。この時、入力信号IN1(前段のOUT(G1))はハイレベルに変化しているので、トランジスタTr8は非導通状態となり、ノードN3はトランジスタTr9によってローレベルからしきい値分上がった電圧に変化してトランジスタTr4を導通状態にする。
トランジスタTr4は導通状態に変化するが、クロック信号CL1がハイレベルになっているので、トランジスタTr3は非導通状態であり、ノードN2にクロック信号CL1のハイレベルは供給されない。
時刻t4になると、クロック信号CL1はローレベルに変化し、クロック信号CL2はハイレベルに変化する。すると、トランジスタTr3が導通状態に変化し、トランジスタTr4も導通状態なので、ハイレベルであったノードN2はローレベルからしきい値2個分上がった電圧(VSS+2Vt)に変化する。この結果、トランジスタTr5とTr7が導通状態に変化する。トランジスタTr5とTr7が導通状態になる条件としては、
(VDD−Vt)≧(VSS+2Vt)
である。
トランジスタTr5が導通状態になることで、ブートストラップ効果でローレベルよりも低い電圧であったノードN1の電圧はハイレベルに変化する。
また、トランジスタTr7が導通状態になることで、出力信号OUT(G2)はハイレベルに変化する。トランジスタTr1はノードN1がハイレベルになるので、非導通状態に変化する。
時刻t4以降、クロック信号CL1のローレベルが一定の周期でトランジスタTr3に入力される。また、トランジスタTr4も導通状態であるため、ノードN2には、クロック周期で低い電圧(VSS+2Vt)が供給され続ける。
この結果、トランジスタTr5とTr7は導通状態を維持する。その結果、出力信号OUT(G2)はハイレベルを維持し、また、ノードN1もハイレベルを維持し続ける。この状態は、次の入力信号IN1(前段のOUT(G1))のローレベルが入力されるまで、変化しない。
以上、シフトレジスタSR1及びSR2の動作について説明したが、シフトレジスタSR2以降のシフトレジスタSR3、SR4、SR5・・・においても、入力される信号は変わるが、全てのシフトレジスタでシフトレジスタSR2と同様の動作が実行される。この結果、垂直スタートパルス信号STが順々に位相シフトされて出力され、ゲート線(G1、G2、G3・・・)が駆動される。
図14に示した第5の実施例では、トランジスタTr2を前段のノードN1で制御しているため、ローレベルよりもさらに低い電圧で導通状態とすることができる。
また、トランジスタTr10は、電圧レベルが安定したクロック信号によって制御される。このため、TFT特性変動の影響を受けにくい、という効果を奏する。
第5の実施例は、前記第1の実施例の変更例として説明したが、前記第2〜第4の実施例とも組み合わせて構成してもよい。
第5の実施例において、例えば前記第4の実施例で説明した3相のクロック信号を用いる場合、トランジスタTr10に入るクロック信号をトランジスタTr1に入るクロック信号よりも位相が1つ進んだ信号とすれば良い。4相以上の場合も同様である。
本発明は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、同様の動作となるように、各トランジスタに入力される信号を変更しても良いし、また、トランジスタを新たに追加して、同様の動作を行う構成としても良い。
例えば図1において、トランジスタTr5とTr2の接続点と、トランジスタTr1のゲート電極の間に、別のトランジスタを挿入し、ブートストラップ効果で電圧が大きく動くトランジスタTr1のゲート電極の電圧を、トランジスタTr5、Tr2に伝達しないようにしても良い。この場合は、挿入したトランジスタがpチャネル型であれば、そのゲート電極をVSSに、nチャネル型であればそのゲート電極をVDDに接続し、ソース電極あるいはドレイン電極の一端をトランジスタTr5とTr2の接続点に、他方をトランジスタTr1のゲート電極に接続すれば良い。
また、図5、図7等では、図1のインバータ回路100を、トランジスタTr8とTr9で構成したが、これに限定されず、他の構成のインバータ回路を使用しても良い。さらに、インバータ回路の入力には、入力信号IN、もしくは、IN1(前段のOUT)を用いたが、かかる構成に制限されるものでないことは勿論である。例えば、インバータ回路の入力に、前段のノードN1(入力信号IN2)を接続する構成としても良い。トランジスタTr6についても同様のことがいえ、トランジスタTr6のゲートに入力する信号は入力信号IN又はIN1に限定されない。例えば、前段のノードN1(入力信号IN2)や自身のノードN1であっても良い。
<第6の実施例>
次に、本発明の第6の実施例について説明する。本発明の第6の実施例は、本発明のシフトレジスタ、及び当該シフトレジスタを構成するブートストラップ回路が、前記第1の実施例と相違している。図19は、ブートストラップ回路の構成を示す図である。また、図20は、図19のブートストラップ回路を用いて構成したシフトレジスタの構成を示すブロック図である。
このブートストラップ回路はpチャネル型トランジスタから構成される。図19を参照すると、クロック信号端子CL1と出力端子OUT間に接続されたトランジスタTr1と、
入力端子INにゲート電極が接続され、ソースがトランジスタTr1のゲート電極に接続され、ダイオード接続されたトランジスタTr2と、
クロック信号端子CL2にゲート電極が接続されたトランジスタTr3と、
トランジスタTr3に縦積みされたトランジスタTr4と、
トランジスタTr1のゲート電極と電源端子VDDとの間に接続されたトランジスタTr5と、
トランジスタTr4と電源端子VDDとの間に接続され、入力端子INにゲート電極が接続されたトランジスタTr6と、
電源端子VDDと出力端子OUT間に接続され、ゲート電極が、トランジスタTr6とトランジスタTr4の接続点とトランジスタTr5のゲート電極に接続されたトランジスタTr7と、
トランジスタTr4のゲート電極と電源端子VDD間に接続され、入力端子INにゲート電極が接続されたトランジスタTr8と、
トランジスタTr4のゲート電極と電源端子VSS間に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr9と、
トランジスタTr7のゲート電極とリセット端子RST間に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr11と、を備えている。
図20に示すように、シフトレジスタSR1へは、クロック信号(CL1、CL2)を入力するとともに、垂直スタートパルス信号ST及び次段のシフトレジスタSR2の出力信号OUTがそれぞれIN端子及びRST端子に入力される。シフトレジスタSR2以降は、クロック信号(CL1、CL2)を入力するとともに、前段及び後段のシフトレジスタの出力信号OUTが、それぞれIN端子及びRST端子に入力される構成となっている。また、最終段のシフトレジスタSRn(ここでは、n≧5)へは、クロック信号(CL1、CL2)を入力するとともに、前段のシフトレジスタSRn−1(不図示)の出力信号OUT、及び、リセットパルス信号RSTがそれぞれIN端子、及びRST端子に入力される。
また、図19に示したブートストラップ回路の構成は、図5の構成と比較して、pチャネル型のトランジスタTr11を追加した点が相違している。トランジスタTr11は、ゲート、及びドレイン端子がRST端子に接続され、ソース端子がノードN2と接続されている。RST端子がローレベルのとき、トランジスタTr11がオンし、ノードN2をローレベルとしてトランジスタTr7、Tr5をオン(導通状態と)させる。この結果、ノードN1は電源電位VDDとなり、トランジスタTr1はオフし、出力OUTはハイレベルにリセットされる。トランジスタTr11以外の構成は、前記第1及至第2の実施例で説明した構成と同じであることから、説明を省略する。
なお、図19に示した構成において、nチャネル型のトランジスタを用いても、出力の極性は異なるが、同様の回路を構成することができる。
次に、図19のブートストラップ回路の動作について、図21を用いて説明する。図21は、図19のブートストラップ回路の動作を示すタイミングチャートである。図21における時刻t1から時刻t3までの期間の動作については、前記第1及至第2の実施例で説明した内容と同じであることから、説明を省略する。
時刻t3において、ノードN3、及びクロック信号CL2がローレベルとなることにより、トランジスタTr4及びトランジスタTr3が共に導通状態となり、ノードN2をハイレベルから、ローレベルに遷移させる。また、前記動作に加えて、RST端子に接続されている次段のOUTがローレベルになることにより、トランジスタTr11が導通状態となってノードN2をハイレベルから、ローレベルに遷移させている。
つまり、ノードN2をローレベルに遷移させる動作を、2系統で行っていることが前記実施例と異なる点である。
また、最終段のシフトレジスタSRnの出力OUTが、時刻tn−1においてローレベルに遷移したのち時刻tnにおいてハイレベルに遷移すると同時に、RST端子にリセットパルス信号RSTからのハイレベルの信号が転送される動作も、前記実施例と異なる点である。
本実施例のブートストラップ回路は、トランジスタTr11を利用してノードN2をローレベルに遷移(強制リセット)させることが可能であることから、より確実に、ノードN2をハイレベルからローレベルへ遷移させることが可能となる。
なお、図20の構成とは異なり、垂直スタートパルス信号STを、シフトレジスタSRnのRST端子に入力される構成としてもよい。
<第7の実施例>
次に、本発明第7の実施例について説明する。本発明第7の実施例は、本発明のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路が、前記第1の実施例と相違している。図22は、本発明の第7実施例のブートストラップ回路の構成を示す図である。このブートストラップ回路はpチャネル型トランジスタから構成される。
図22を参照すると、クロック信号端子CL1と出力端子OUT間に接続されたpチャネル型トランジスタTr1と、
トランジスタTr1のゲート電極と入力端子INとの間に接続され、ダイオード接続されたトランジスタTr2と、
クロック信号端子CL2に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr3と、
トランジスタTr3に縦積みされたトランジスタTr4と、
トランジスタTr1のゲート電極と電源端子VDDとの間に接続されたトランジスタTr5と、
トランジスタTr4と電源端子VDDとの間に接続され、入力端子INにゲート電極が接続されたトランジスタTr6と、
出力端子OUTと電源端子VDD間に接続され、ゲート電極がトランジスタTr6とトランジスタTr4の接続点とトランジスタTr5のゲート電極に接続されたトランジスタTr7と、
トランジスタTr4のゲート電極と電源端子VDD間に接続され、入力端子にゲート電極が接続されたトランジスタTr8と、
トランジスタTr4のゲート電極とクロック端子CL1間に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr9と、を備えている。
図5の構成では、ダイオード接続されたトランジスタTr9がノードN3とVSS間に接続されているのに対して、本実施例では、図22に示すように、ダイオード接続されたトランジスタTr9が、ノードN3と第1のクロック信号CL1間に接続されている。すなわち、pチャネル型のトランジスタTr9のソースはノードN3に接続され、ゲート電極とドレインが共通にCL1に接続されている。これ以外の構成は、図5と同一である。
なお、図22に示した構成において、nチャネル型のトランジスタを用いても、出力の極性は異なるが、同様の回路を構成することができる。
次に、図22の回路の動作について、図23を用いて説明する。図23は、図22の回路の動作を示すタイミングチャートである。トランジスタTr9以外のトランジスタの動作については、前記第1実施例と相違ないため説明を省略する。ここでは、トランジスタTr9の動作について説明する。
時刻t1において、クロック信号CL1がハイレベルのため、トランジスタTr9は非導通状態となっている。時刻t2になると、クロック信号CL1はローレベルに遷移するため、トランジスタTr9は導通状態となり、ノードN3はローレベル(低位側電源の電位VSS)からトランジスタTr9のしきい値Vt分だけ上昇した電圧(VSS+Vt)となる。
前記第1及至第6の実施例では、例えば図5に示したブートストラップ回路において、図6中の時刻t1〜時刻t2の期間に、ともにオン状態であるトランジスタTr8、及びTr9を経由して、高電位電源端子VDDから低電位電源端子VSSへ電流が流れる。
これに対して、本実施例のブートストラップ回路においては、当該期間中、トランジスタTr9が非導通状態であるため、電源端子VDDから、トランジスタTr9を経由して電流が流れることがない。従って、本実施例は低消費電力の回路が実現できる。
<第8の実施例>
次に、本発明第8の実施例について説明する。本発明第8の実施例は、本発明のシフトレジスタを構成するブートストラップ回路が、前記第1の実施例と相違している。図24は、本発明の第8実施例のブートストラップ回路の構成を示す図である。このブートストラップ回路はpチャネル型トランジスタから構成される。
図24を参照すると、クロック信号端子CL1と出力端子OUT間に接続されたトランジスタTr1と、
トランジスタTr1のゲート電極と入力端子INとの間に接続され、ダイオード接続されたトランジスタTr2と、
クロック信号端子CL2に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr3と、
トランジスタTr3に縦積みされたトランジスタTr4と、
トランジスタTr1のゲート電極と電源端子VDDとの間に接続されたトランジスタTr5と、
トランジスタTr4と電源端子VDDとの間に接続され、入力端子INにゲート電極が接続されたトランジスタTr6と、
出力端子OUTと電源端子VDD間に接続され、ゲート電極が、トランジスタTr6とトランジスタTr4の接続点とトランジスタTr5のゲート電極に接続されたトランジスタTr7と、
トランジスタTr4のゲート電極と電源端子VDD間に接続され、入力端子INにゲート電極が接続されたトランジスタTr8と、
トランジスタTr4のゲート電極と電源端子VSS間に接続されたトランジスタTr9と、
電源端子VSSと電源端子VDD間に縦積み接続されたトランジスタTr13、Tr12と、
トランジスタTr13のゲート電極とクロック信号端子CL1間に接続された、ダイオード接続されたトランジスタTr14と、
を備えている。トランジスタTr9のゲート電極は、トランジスタTr12とトランジスタTr13の接続点に接続され、トランジスタTr13のゲート電極は、トランジスタTr4のゲート電極に接続され、トランジスタTr12のゲート電極は前記入力端子INに接続されている。
図24を参照すると、本実施例のブートストラップ回路の構成は、図5の構成と比較して、pチャネル型のトランジスタTr12、Tr13、及びTr14が追加されて、さらに、トランジスタTr9のゲート端子の接続が異なっている。
トランジスタTr12、及びTr13は、電源端子VDD−VSS間に設置され、トランジスタTr12、及びTr13のゲート電極は、それぞれ、IN端子、及びノードN3に接続されている。トランジスタTr14は、ダイオード接続され、ドレインはCL1に接続され、ソースはトランジスタTr13のゲートに接続され、トランジスタTr9のゲート電極には、ノードN4が接続されている。
なお、図24に示した構成において、nチャネル型のトランジスタを用いても、出力の極性は異なるが、同様の回路を構成することができる。
次に、図24の回路の動作について、図25を参照して説明する。図25は、図24の回路の動作を示すタイミングチャートである。トランジスタTr9、及びトランジスタTr12〜Tr14以外のトランジスタの動作については、前記第1実施例と相違しないため、その説明は省略する。以下では、トランジスタTr9、及びトランジスタTr12〜Tr14の動作について説明する。
時刻t1において、IN端子がローレベルのときに、トランジスタTr12は導通状態となり、トランジスタTr12のドレインに接続されたノードN4はハイレベルに遷移する。このとき、トランジスタTr14は、クロック信号CL1がハイレベルであるため、非導通状態となっている。トランジスタTr13は、ノードN3がハイレベルであるため、非導通状態である。トランジスタTr9は、ノードN4がハイレベルであるため、非導通状態である。
上記動作により、トランジスタTr8が導通状態において、トランジスタTr9が非導通状態であるため、高位側電源端子VDD−低位側電源端子VSS間を流れる電流は発生しない。
時刻t2になると、クロック信号CL1はハイレベルからローレベルに遷移するため、トランジスタTr14は導通状態となり、ノードN3は、ローレベル(低位側電源の電位VSS)からトランジスタTr14のしきい値Vt分だけ上昇した電圧(VSS+Vt)となる。このため、トランジスタTr13は、導通状態となり、ノードN4はローレベルからトランジスタTr13のしきい値Vt分だけ上昇した電圧(VSS+Vt)となる。これにより、トランジスタTr9は導通状態となる。
例えば図5に示したブートストラップ回路において、図6に示した時刻t1〜時刻t2の期間に共にオン状態であるトランジスタTr8、及びTr9を経由して、高位側電源端子VDDから低位側電源端子VSSへ電流が流れてしまう。
これに対して、本実施例のブートストラップ回路では、電源端子VDD−VSS間を接続するトランジスタが全てオン状態となる期間が存在しないため、電源端子VDD−VSS間を電流が流れることはない。従って、本実施例は、低消費電力の回路が実現できる。
上記実施例では、シフトレジスタをゲート線駆動回路に適用した例を説明したが、ソース線駆動回路を構成するシフトレジスタに適用可能であることは勿論である。さらに、表示装置に限らず、シフトレジスタを用いた電子装置に適用することができる。
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
1 画素部
2 ゲート線駆動回路
3 ソース線駆動回路
4 画素トランジスタ
5 画素蓄積容量
6 画素容量
10、12、13 2相クロック型シフトレジスタ
11 3相クロック型シフトレジスタ
21〜26、33、34 トランジスタ
100 インバータ回路
CL1、CL2、CL3 クロック信号(クロック信号端子)
IN 入力信号(入力端子)
N1、N2、N3、N4 ノード
OUT 出力信号(出力端子)
SR1〜SR4、SRn シフトレジスタ
ST スタートパルス信号
RST リセットパルス信号
Tr1〜Tr14 トランジスタ

Claims (25)

  1. 入力信号と複数のクロック信号によって出力信号を生成するブートストラップ回路であって、
    第1のクロック信号を入力し、導通状態のとき、前記第1のクロック信号を前記出力信号として出力する第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御端子に接続され、入力信号に応じて、前記第1のトランジスタを導通状態とする第1の制御部と、
    前記第1のトランジスタの制御端子に接続され、前記複数のクロック信号がN相(但し、Nは2又はそれ以上の整数)クロックを構成する場合、前記第1のクロック信号に対して半周期進んでいるか又は1相分進んでいる第2のクロック信号と、入力信号に応じて、
    前記第1のトランジスタを非導通状態とする第2の制御部と、
    を備えている、ことを特徴とするブートストラップ回路。
  2. 前記第1の制御部は、前記入力信号によって、導通状態/非導通状態が制御される第2のトランジスタを備えている、ことを特徴とする請求項1に記載のブートストラップ回路。
  3. 前記第2の制御部で用いる入力信号は、前記第1の制御部で用いる入力信号と同一の信号であるか、又は、別の信号である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のブートストラップ回路。
  4. 前記第1のトランジスタの制御端子に接続され、前記入力信号とは別の制御信号に応答して、前記第1のトランジスタを非導通状態とする第3の制御部を備えている、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  5. 前記第3の制御部は、前記制御信号によって、導通状態/非導通状態が制御される第11のトランジスタを備えている、ことを特徴とする請求項4に記載のブートストラップ回路。
  6. 前記第2の制御部は、
    前記第2のクロック信号によって導通状態/非導通状態が制御される第3のトランジスタと、
    前記第3のトランジスタに直列に接続された第4のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタの導通状態/非導通状態を制御するインバータ回路と、
    前記第3のトランジスタと前記第4のトランジスタが導通状態のとき、導通状態となり、前記第1のトランジスタの制御端子に、前記第1のトランジスタを非導通状態とする電位を与える第5のトランジスタと、
    前記第5のトランジスタの制御端子と電源端子間に接続され、前記第5のトランジスタを非導通状態とする第6のトランジスタと、
    を備えている、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  7. 前記第6のトランジスタの制御端子には、前記入力信号が入力される、ことを特徴とする請求項6に記載のブートストラップ回路。
  8. 前記インバータ回路は、前記入力信号を入力し、出力が前記第4のトランジスタの制御端子に接続されている、ことを特徴とする請求項6記載のブートストラップ回路。
  9. 前記第3のトランジスタと前記第4のトランジスタが導通状態の時に、前記第2のクロック信号の値に応じて、導通状態となり、前記出力信号に所定の電圧を出力する第7のトランジスタをさらに含む、ことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  10. 前記インバータ回路は、
    前記入力信号によって、導通状態/非導通状態が制御される第8のトランジスタと、
    前記第8のトランジスタに直列に接続され、ダイオード接続された第9のトランジスタと、
    を含む、ことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  11. 前記インバータ回路が、高電位電源、及び低電位電源間の電流経路を遮断しうる、ことを特徴とする請求項6乃至10のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  12. 前記インバータ回路は、
    前記入力信号によって導通状態/非導通状態が制御される第8のトランジスタと、
    前記第8のトランジスタと直列に接続された第9のトランジスタと、を含み、
    前記第9のトランジスタが前記第1のクロック信号によって、導通状態/非導通状態が制御される、ことを特徴とする請求項6乃至11のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  13. 前記第1の制御部は、前記第2のトランジスタと直列に接続され、前記第2のクロック信号によって導通状態/非導通状態が制御される第10のトランジスタを備えている、ことを特徴とする請求項2乃至12のいずれか1項に記載のブートストラップ回路。
  14. 第1のクロック信号端子と出力端子間に接続された前記第1のトランジスタ、
    前記入力信号を入力する入力端子に制御端子が接続され、一端が前記第1のトランジスタの制御端子に接続された第2のトランジスタと、
    第2のクロック信号端子に制御端子が接続された第3のトランジスタと、
    前記入力端子に入力が接続されたインバータ回路と、
    前記第3のトランジスタに縦積みされ、制御端子が前記インバータ回路の出力に接続された第4のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御端子と電源端子との間に接続された第5のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタと前記電源端子との間に接続され、前記入力端子に制御端子が接続された第6のトランジスタと、
    前記出力端子と前記電源端子間に接続された第7のトランジスタと、
    を備え、
    前記第5及び第7のトランジスタの制御端子は、前記第4及び第6のトランジスタの接続点に共通接続されている、ことを特徴とする請求項1に記載のブートストラップ回路。
  15. 前記第2及び第3のトランジスタは、各々、ダイオード接続されている、ことを特徴とする請求項14に記載のブートストラップ回路。
  16. 前記入力信号が第1レベルから第2レベルになると、前記第2及び第6のトランジスタは導通状態となり、前記第5及び第7のトランジスタは非導通状態となり、
    前記第4のトランジスタは非導通状態になり、前記第1のトランジスタは導通状態となり、前記出力信号として前記第1のクロック信号が出力され、
    次に、前記第1のクロック信号が第2レベル、前記第2のクロック信号が第1レベルに変化すると、前記第1のトランジスタでのブートストラップ効果により、前記第1のトランジスタの制御端子の電位が前記第2レベル側にさらに変化し、前記第1のトランジスタは導通状態を維持し、前記出力信号に前記第1のクロック信号が出力され、
    前記入力信号が第1レベルとされ前記インバータ回路の出力が第2レベルであり前記第4のトランジスタは導通状態とされ、且つ、前記第2のクロック信号は第1レベルであることから前記第3のトランジスタは非導通状態とされ、
    次に、前記第2のクロック信号が第2レベルに変化し、前記第1のクロック信号が第1レベルとなると、前記第3のトランジスタが導通状態となり、
    前記入力信号に応じて前記第4のトランジスタは導通状態とされ、前記第5のトランジスタと前記第7のトランジスタが導通状態になり、
    前記第1のトランジスタは非導通状態となり、前記出力端子には第1レベルが出力され、
    その後、前記第2のクロック信号の第2レベルが一定の周期で前記第3のトランジスタに入力され、前記入力信号が第1レベルとされ、
    前記インバータ回路の出力は第2レベルであり前記第4のトランジスタは導通状態とされ、前記第5及び第7のトランジスタは導通状態を維持し、
    前記出力端子は第1レベルを維持し、前記第1のトランジスタも非導通状態を維持し、この状態は前記入力信号が第2レベルとなるまで維持される、ことを特徴とする請求項14又は15に記載のブートストラップ回路。
  17. 第1のクロック信号端子と出力端子間に接続された第1のトランジスタと、
    入力端子に制御端子が接続され、一端が前記第1のトランジスタの制御端子に接続された第2のトランジスタと、
    第2のクロック信号端子に制御端子が接続された第3のトランジスタと、
    前記第3のトランジスタに縦積みされた第4のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御端子と第1の電源端子との間に接続された第5のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタと前記第1の電源端子との間に接続され、前記入力端子に制御端子が接続された第6のトランジスタと、
    前記出力端子と前記第1の電源端子間に接続され、制御端子が、前記第6のトランジスタと前記第4のトランジスタの接続点と前記第5のトランジスタの制御端子に接続された第7のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタの制御端子と前記第1の電源端子間に接続され、前記入力端子に制御端子が接続された第8のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタの制御端子と第2の電源端子間に接続された、ダイオード接続された第9のトランジスタと、
    前記第7のトランジスタの制御端子とリセット端子間に接続され、ダイオード接続された第11のトランジスタと、
    を備えている、ブートストラップ回路。
  18. 第1のクロック信号端子と出力端子間に接続された第1のトランジスタと、
    入力端子に制御端子が接続され、一端が前記第1のトランジスタの制御端子に接続された第2のトランジスタと、
    第2のクロック信号端子に制御端子が接続された第3のトランジスタと、
    前記第3のトランジスタに縦積みされた第4のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの制御端子と電源端子との間に接続された第5のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタと前記電源端子との間に接続され、前記入力端子に制御端子が接続された第6のトランジスタと、
    前記出力端子と前記電源端子間に接続され、制御端子が、前記第6のトランジスタと前記第4のトランジスタの接続点と前記第5のトランジスタの制御端子に接続された第7のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタの制御端子と前記電源端子間に接続され、前記入力端子に制御端子が接続された第8のトランジスタと、
    前記第4のトランジスタの制御端子と前記第1のクロック端子間に接続された、ダイオード接続された第9のトランジスタと、
    を備えている、ブートストラップ回路。
  19. 請求項1乃至18のいずれか1項に記載のブートストラップ回路から構成されることを特徴とするシフトレジスタ。
  20. 前記複数のクロック信号が、第1、第2のクロック信号を含む、ことを特徴とする請求項19に記載のシフトレジスタ。
  21. 複数段縦続接続されるシフトレジスタについて、
    奇数段のシフトレジスタでは、前記第1のトランジスタが前記第1のクロック信号を入力し、前記第2の制御部が前記第2のクロック信号を入力し、
    偶数段のシフトレジスタでは、前記第1、第2のクロック信号が入れ換えて入力され、 前記第1のトランジスタは、前記第1のクロック信号として、入れ換えられた前記第2のクロック信号を入力し、前記第2の制御部は、前記第2のクロック信号として、入れ換えられた前記第1のクロック信号を入力する、ことを特徴とする請求項19又は20に記載のシフトレジスタ。
  22. 前記複数のクロック信号が3相クロックよりなり、
    複数段縦続接続されるシフトレジスタについて、
    段数を3で割った余りが1のシフトレジスタは、前記第1と第2のクロック信号として、第1相クロックと第3相クロックをそれぞれ入力し、
    段数を3で割った余りが2のシフトレジスタは、前記第1と第2のクロック信号として、第2相クロックと第1相クロックをそれぞれ入力し、
    段数を3で割った余りが0のシフトレジスタは、前記第1と第2のクロック信号として、第3相クロックと第2相クロックをそれぞれ入力する、ことを特徴とする請求項19記載のシフトレジスタ。
  23. 請求項13記載のブートストラップ回路を備えたシフトレジスタであって、
    複数段縦続接続されるシフトレジスタについて、
    前段の出力信号と、前記第1のトランジスタの制御端子の電圧が、次の段の前記入力信号と、前記第2のトランジスタの制御端子に入力され、
    初段のシフトレジスタにおいては、スタートパルス信号が前記入力信号と前記第2のトランジスタの制御端子に共通に入力される、ことを特徴とするシフトレジスタ。
  24. 請求項19乃至23のいずれか1項に記載のシフトレジスタから構成される駆動回路を用いたことを特徴とする表示装置。
  25. 請求項19乃至23のいずれか1項に記載のシフトレジスタから構成される駆動回路を用いたことを特徴とする電子装置。
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