JP2014167841A - シフトレジスタ回路および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】出力信号の電位の降下を防ぐことを課題とする。
【解決手段】シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位が上昇することに応じてOUT1から出力信号を出力させるトランジスタ1を有する。シフトレジスタ回路20は、CLK3によりノード22の電位が上昇することに応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ2を有する。シフトレジスタ回路20は、CLK4によりノード23の電位が上昇することに応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ3を有する。
【選択図】図1
【解決手段】シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位が上昇することに応じてOUT1から出力信号を出力させるトランジスタ1を有する。シフトレジスタ回路20は、CLK3によりノード22の電位が上昇することに応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ2を有する。シフトレジスタ回路20は、CLK4によりノード23の電位が上昇することに応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ3を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、シフトレジスタ回路および画像表示装置に関する。
従来、前段の回路が出力した信号を後段の回路へ伝達するシフトレジスタ回路が知られている。このようなシフトレジスタ回路は、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示素子を順次操作するためのドライバ回路として用いられている。
以下、図18を用いて、シフトレジスタ回路の動作について説明する。図18は、従来のシフトレジスタ回路を説明する回路図である。例えば、図18に示すシフトレジスタ回路30は、複数のトランジスタ31〜38、ノード40、41を有する。なお、図18に示す例では、トランジスタ31、37は、ゲート(ベース)およびドレイン(コレクタ)がダイオード接続されている。
このようなシフトレジスタ回路30では、前段の回路から入力された信号を次段の回路に出力しない非選択時においては、ノード40の電位が「Low」状態となり、ノード41の電位が「High」状態となる。また、シフトレジスタ回路30では、前段の回路から入力された信号を次段の回路に出力する選択時においては、ノード40の電位が「High」状態となり、ノード41の電位が「Low」状態となる。
ここで、シフトレジスタ回路30は、前段の回路から入力信号である「in」のパルスが入力されると、ダイオードとして動作するトランジスタ31を介し、パルスをノード40に入力する。このような場合には、ノード40の電位が「High」状態となり、トランジスタ35がオン状態となる結果、シフトレジスタ回路30は、クロック信号である「CLK」を出力信号である「OUT」として出力する。
また、シフトレジスタ回路30は、「in」のパルスをトランジスタ34のゲート(ベース)に入力する。このような場合には、トランジスタ34がオン状態となり、ノード41の電位が「VGL(低電位)」へ降下する。また、シフトレジスタ回路30は、クロック信号のパルスをトランジスタ38のゲートに入力する。この結果、トランジスタ38がオン状態になり、ノード41の電位が「VGL」へと降下し、トランジスタ33がオフ状態となり、ノード40の電位が「High」状態となる。
また、シフトレジスタ回路30は、次段の回路が出力した「OUT」を、トランジスタ32のゲートに入力する。すると、トランジスタ32がオン状態となるので、ノード40の電位が「VGL」へと降下する。また、シフトレジスタ回路30の動作終了後は、トランジスタ34、38がオフ状態となり、ノード41の電位が「Low」状態から「High」状態へと遷移し、トランジスタ33、36がオン状態となる結果、ノード40が安定して「Low」状態となる。
しかしながら、上述したシフトレジスタ回路30は、トランジスタ33やトランジスタ34の電圧特性がシフトした際に転送不良が生じるという問題がある。
例えば、継続した使用によりトランジスタ33、36、37の電圧特性がシフトした場合には、ゲート電圧に対して流れる電流量が減少する。このため、トランジスタ33は、ノード40の電位を十分に下げることができなくなる。この結果、シフトレジスタ回路30は、非選択時においてトランジスタ35を完全なオフ状態にすることができなくなり、転送不良を生じさせてしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力信号の電位の降下を防ぐことができるシフトレジスタ回路および画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係るシフトレジスタ回路および画像表示装置は、一つの態様において、ゲートが第1の導電経路に接続され、ドレインが第1のクロック信号の入力端子に接続されるとともにソースに出力信号を出力する出力端子が接続された、前記第1のクロック信号が入力された際に前記第1の導電経路の電位が上昇することに応じて前記出力端子から出力信号を出力させる第1のトランジスタと、ゲートが第2の導電経路に接続されて、ドレインが前記第1の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、第2のクロック信号により前記第2の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第1の導電経路の電位を降下させる第2のトランジスタと、ゲートが第3の導電経路に接続されて、ドレインが前記第1の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、第3のクロック信号により前記第3の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第1の導電経路の電位を降下させる第3のトランジスタとを有する。
本発明に係るシフトレジスタ回路および画像表示装置は、出力信号の電位の降下を防ぐことができる。
以下に、本発明に係るシフトレジスタ回路および画像表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態は本発明を限定するものではない。そして、以下に例示する実施形態は、形状を矛盾させない範囲で適宜変更、組み合わせることが可能である。
[第1形態]
[シフトレジスタ回路の構造]
図1を用いて、シフトレジスタ回路の第1形態を説明する。図1は、第1形態のシフトレジスタ回路を示す回路図である。図1に示したように、シフトレジスタ回路20は、複数のトランジスタ1〜13、ノード21〜23を有する。また、シフトレジスタ回路20は、前段のシフトレジスタ回路が出力した信号である「in」、クロック信号である「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」、および次段のシフトレジスタ回路の出力信号である「OUT2」が入力される入力端子を有する。また、シフトレジスタ回路20は、次段のシフトレジスタ回路に信号を出力する「OUT1」の出力端子を有する。例えば、シフトレジスタ回路20は、画像表示装置のドライバ回路に適用される場合には、「OUT1」の出力端子から次段のシフトレジスタ回路と、画像表示領域のゲート線とに信号を出力する。
[シフトレジスタ回路の構造]
図1を用いて、シフトレジスタ回路の第1形態を説明する。図1は、第1形態のシフトレジスタ回路を示す回路図である。図1に示したように、シフトレジスタ回路20は、複数のトランジスタ1〜13、ノード21〜23を有する。また、シフトレジスタ回路20は、前段のシフトレジスタ回路が出力した信号である「in」、クロック信号である「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」、および次段のシフトレジスタ回路の出力信号である「OUT2」が入力される入力端子を有する。また、シフトレジスタ回路20は、次段のシフトレジスタ回路に信号を出力する「OUT1」の出力端子を有する。例えば、シフトレジスタ回路20は、画像表示装置のドライバ回路に適用される場合には、「OUT1」の出力端子から次段のシフトレジスタ回路と、画像表示領域のゲート線とに信号を出力する。
また、シフトレジスタ回路20は、電位が所定の閾値よりも高い値「VGH」に保たれている高電位端子と、電位が所定の閾値よりも低い値「VGL」に保たれている低電位端子とを有する。なお、以下の説明では、「VGH」の値はGND(グランド)よりも高い値とし、例えば、8(V)〜20(V)、「VGL」の値はGNDよりも低い値とし、例えば、−5(V)〜−15(V)とする。
また、各トランジスタ1〜13は、例えば、nチャンネルのMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各トランジスタ1〜13は、NPN型のトランジスタや、キャリアが電子であるタイプ(n型)のMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を採用した電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)であってもよい。
また、各トランジスタ1〜13は、FETの一種である薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)、すなわちn−MISFETTFTであってもよい。また、PNP型のトランジスタやキャリアが正孔である(p型)のFET、又はTFT等を用いて、シフトレジスタ回路20と同等の機能を発揮する回路を構成してもよい。
ここで、各トランジスタ1〜13には、ゲート、ソース、ドレインの3つの電極が存在するが、ソース、およびドレインは、トランジスタの導電性及び相対的な電位関係によって定義される。このため、以下の説明では、各トランジスタ1〜13がnチャンネルのMOSFETであるものとし、各トランジスタ1〜13が有する端子のうち、高電位側の端子をドレイン、低電位側の端子をソースと記載する。
[接続関係]
ここで、図1に示したシフトレジスタ回路20における各トランジスタ1〜13、ノード21、ノード22、ノード23の接続関係について説明する。
ここで、図1に示したシフトレジスタ回路20における各トランジスタ1〜13、ノード21、ノード22、ノード23の接続関係について説明する。
ノード21は、トランジスタ1、2、3、6、7、8、13を接続する導電経路である。詳細には、ノード21は、トランジスタ1のゲート、トランジスタ2のドレイン、トランジスタ3のドレイン、トランジスタ6のドレイン、トランジスタ7のゲート、トランジスタ8のゲート、トランジスタ13のソースに接続される。
ノード22は、トランジスタ2、4、7、9、11を接続する導電経路である。詳細には、ノード22は、トランジスタ2のゲート、トランジスタ4のソース、トランジスタ7のドレイン、トランジスタ9のドレイン、トランジスタ11のゲートに接続される。
ノード23は、トランジスタ3、5、8、10、12を接続する導電経路である。詳細には、ノード23は、トランジスタ3のゲート、トランジスタ5のソース、トランジスタ8のドレイン、トランジスタ10のドレイン、トランジスタ12のゲートに接続される。
トランジスタ1は、ゲートがノード21に接続され、ドレインが「CLK1」の入力端子に接続されるとともにソースに「OUT1」を出力する出力端子が接続される。そして、トランジスタ1は、ノード21の電位が所定の閾値より高い場合には、オン状態となる。この結果、「CLK1」が「OUT1」として出力される。
トランジスタ2は、ゲートがノード22に接続されて、ドレインがノード21に接続されるとともにソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ2は、「CLK3」によりノード22の電位が所定の閾値より高くなった場合には、オン状態となる。この結果、ノード21の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ3は、ゲートがノード23に接続されて、ドレインがノード21に接続されるとともにソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ3は、「CLK4」によりノード23の電位が所定の閾値より高くなった場合には、オン状態となる。この結果、ノード21の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ4は、ゲートおよびドレインが「CLK3」の入力端子に接続されて、ソースがノード22に接続される。そして、トランジスタ4は、「CLK3」の電位が「VGH」となる場合にオン状態となり、ノード22の電位を「VGH」へ上昇させる。また、トランジスタ4は、「CLK3」の電位が「VGL」となる場合にオフ状態となる。
トランジスタ5は、ゲートおよびドレインが「CLK4」の入力端子に接続されて、ソースがノード23に接続される。そして、トランジスタ5は、「CLK4」の電位が「VGH」となる場合にオン状態となり、ノード23の電位を「VGH」へ上昇させる。また、トランジスタ5は、「CLK4」の電位が「VGL」となる場合にオフ状態となる。
トランジスタ6は、ゲートが「OUT2」の出力端子に接続され、ドレインがノード21に接続されるとともにソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ6は、「OUT2」の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード21の電位が「VGL」へと引き下げられる。
トランジスタ7は、ゲートがノード21に接続されて、ドレインがノード22に接続されるとともにソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ7は、ノード21の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード22の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ8は、ゲートがノード21に接続され、ドレインがノード23に接続され、ソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ8は、ノード21の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード23の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ9は、ゲートが「in」の入力端子に接続され、ドレインがノード22に接続され、ソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ9は、「in」の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード22の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ10は、ゲートが「in」の入力端子に接続され、ドレインがノード23に接続され、ソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ10は、「in」の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード23の電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ11は、ゲートがノード22に接続され、ドレインがトランジスタ1のソースに接続され、ソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ11は、ノード22の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、トランジスタ1のソース、すなわち「OUT1」の出力端子における電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ12は、ゲートがノード23に接続され、ドレインがトランジスタ1のソースに接続され、ソースが低電位端子に接続される。そして、トランジスタ12は、ノード23の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、トランジスタ1のソース、すなわち「OUT1」の出力端子における電位が「VGL」へ引き下げられる。
トランジスタ13は、ゲートが信号「in」の入力端子に接続され、ドレインが高電位端子に接続され、ソースがノード21に接続される。そして、トランジスタ13は、信号「in」の電位が所定の閾値よりも高い場合には、オン状態となる。この結果、ノード21の電位が上昇する。
ここで、各トランジスタ1〜13のドレイン、ソース間に流れる電流は、ゲート、ソース間の電位に応じて変化する。このため、各トランジスタ1〜13は、ゲートの電位が所定の閾値よりも十分に高い場合は、完全なオン状態となるが、所定の閾値よりも十分に高くない場合は、完全なオン状態とはならない。また、各トランジスタ1〜13は、ゲートの電位が所定の閾値よりも十分に低い場合は、完全なオフ状態となるが、ゲートの電位が所定の閾値よりも十分に低くない場合は、完全なオフ状態とはならない。
例えば、図2は、トランジスタの電流特性を説明するグラフである。なお、図2に示すグラフは、横軸を各トランジスタ1〜13のゲート、ソース間の電位Vg(V:Volt)とし、縦軸にドレイン、ソース間の電流Id(A:Ampere)を対数表示した。また、通常状態の各トランジスタ1〜13の電流特性を実線で示し、電圧特性がシフトした状態の各トランジスタ1〜13の電流特性を点線で示した。図2中の実線に示すように、各トランジスタ1〜13は、電位Vgが十分に低い場合には、電流Idをほぼ流さないオフ状態となる。
また、各トランジスタ1〜13は、電位Vgが十分に低くない場合には、電流Idが流れるオン(低)状態となる。また、各トランジスタ1〜13は、電位Vgが十分に高くない場合には、電流Idが十分に流れないオン(中)状態となる。また、各トランジスタ1〜13は、電位Vgが十分に高い場合には、電流Idが飽和し、完全なオン状態であるオン(高)状態となる。
ここで、各トランジスタ1〜13のゲートに高い電圧が継続して印加された場合や、各トランジスタ1〜13が長期間使用された場合には、図2中の実線で示す電流特性が矢印方向にシフトし、図2中の点線で示す電流特性へと変化する。この結果、各トランジスタ1〜13において、ゲート電圧に対して流れる電流量が減少するので、各トランジスタ1〜13が完全なオフ状態やオン状態にならず、動作不良を引き起こす場合がある。
例えば、図18に示す従来のシフトレジスタ回路30は、非選択時においてノード41の電位を「VGH」状態に保持し、トランジスタ33をオン(高)状態に保持する。しかし、トランジスタ33を継続してオン(高)状態に保持すると、トランジスタ33の電圧特性がシフトしてしまい、ノード41の電位ではトランジスタ33をオン(高)に保持することができなくなる場合がある。この結果、シフトレジスタ回路30は、ノード40の電位を「VGL」状態に保持できなくなり、トランジスタ35がオン状態となる結果、誤ったタイミングで「OUT」を出力してしまう。
一方、本発明のシフトレジスタ回路20は、ノード22とノード23とを有し、非選択時において、ノード22またはノード23のどちらか一方の電位を「VGH」とし、もう一方の電位を「VGL」にする。このため、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位を下げるトランジスタ2およびトランジスタ3を継続してオン(高)にすることが無いので、トランジスタ2およびトランジスタ3の電圧特性がシフトするのを防ぐことができる。この結果、シフトレジスタ回路20は、非選択時においてノード21の電位を安定して「VGL」に保持し、誤動作を防ぐことができる。
例えば、ノード22とノード23にはそれぞれ反転したパルスを入力することでこれまで「VGH」で固定されていた電位が、例えば1フレーム毎に「VGH」と「VGL」とを交互に入れ替わる。このため、ノード22とノード23とから構成されるスイッチに長時間に渡り「VGH」が供給されていたものが、フレーム毎にリフレッシュされて、電圧シフトが抑えられ、シフトレジスタ回路20の誤動作を抑制できる。
詳細には、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位に応じて「CLK1」を「OUT1」として出力するトランジスタ1と、ノード22の電位に応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ2と、ノード23の電位に応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ3とを有する。
すなわち、シフトレジスタ回路20は、非選択時においてどちらか一方の電位が「High」状態となり、ノード21の電位を「Low」状態に保持するノード22、23を有する。このため、シフトレジスタ回路20は、非選択時において、ノード22またはノード23のいずれか一方の電位を「VGH」状態に保持し、トランジスタ2又はトランジスタ3のいずれかをオン状態に保持すれば、ノード21の電位を「VGL」状態に保持することができる。
このため、シフトレジスタ回路20は、非選択時において、トランジスタ2又はトランジスタ3を継続してオン状態にせずともよく、いずれか一方のみをオン状態にすればよい。この結果、シフトレジスタ回路20は、トランジスタ2およびトランジスタ3の電圧特性がシフトするのを防ぐことができ、非選択時においてノード21の電位を十分な「Low」状態に保持し、転送不良の発生を防ぐことができる。
また、シフトレジスタ回路20は「in」が入力されると、ノード21の電位を上昇させ、ノード22またはノード23のうち、「in」が入力される直前に「VGH」状態であったノードの電位を「VGH」と「VGL」の中間程度まで降下させる。ここで、トランジスタ1に「CLK1」の「VGH」のパルスが流れた場合は、ブートストラップ効果により、ノード21の電位が上昇する。この結果、ノード22またはノード23の電位がさらに降下し、トランジスタ2、3がオフ状態となり、ノード21の電位がさらに上昇する。この結果、シフトレジスタ回路20は、「OUT1」の電位の低下を防ぐことができる。
[電圧特性のシフトについて]
ここで、トランジスタの電圧特性がシフトした際に、誤動作や動作不良が発生する例について説明する。まず、図3を用いて、図18に例示したシフトレジスタ回路30のトランジスタ33が正常に動作する場合、すなわち、電圧特性がシフトしていない際のシフトレジスタ回路30の動作について説明する。
ここで、トランジスタの電圧特性がシフトした際に、誤動作や動作不良が発生する例について説明する。まず、図3を用いて、図18に例示したシフトレジスタ回路30のトランジスタ33が正常に動作する場合、すなわち、電圧特性がシフトしていない際のシフトレジスタ回路30の動作について説明する。
図3は、電圧特性がシフトしていない場合のシミュレーション結果を説明する図である。なお、図3に示す例では、横軸方向を時間(マイクロ秒)とし、縦軸方向に「OUT」、ノード40、ノード41、「in」の電位(ボルト)をプロットした。例えば、図3に示す例では、トランジスタ33には電圧特性のシフトが発生していないので、シフトレジスタ回路30は、「in」のパルスが入力されると、ノード40の電圧を上昇させ、ノード41の電位を下降させ、「OUT」のパルスを出力する。その後、シフトレジスタ回路30は、非選択状態に移行し、ノード41の電位を「High」状態に保持するとともに、ノード40の電位を「Low」状態にする。
一方、図4は、電圧特性がシフトした場合のシミュレーション結果を説明する図である。なお、図4に示す例では、トランジスタ33のみを継続して用いることで、トランジスタ33の電圧特性がシフトした際のシミュレーション結果を記載した。なお、図4に示す例では、横軸方向を時間(マイクロ秒)とし、縦軸方向に「OUT」、ノード40、ノード41、「in」の電位(ボルト)をプロットした。
例えば、図4に示す例では、図3と同様、「in」のパルスが入力されている。しかしながら、図4に示す例では、「in」のパルス入力により、ノード40の電位が若干上昇するものの、トランジスタ33の電圧特性がシフトしており、完全なオフ状態にすることができないため、ノード41の電位が「High」状態にとどまってしまい、ノード40の電位を上昇させることができず、「OUT」を出力することができなくなり、誤動作を生じさせてしまう。
そこで、シフトレジスタ回路20は、非選択状態において、トランジスタ2とトランジスタ3とを交互にオン(高)状態にするので、トランジスタ2およびトランジスタ3の電圧特性がシフトすることを防止できる。この結果、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位を適切に制御し、転送不良を防止することができる。
次に、図5を用いて、トランジスタ2およびトランジスタ3を交互にオン(高)状態にすることで、電圧特性のシフトを防止できる点について説明する。ここで、図5は、トランジスタの電圧特性の一例を説明する図である。なお、図5には、横軸方向をトランジスタの動作時間とし、縦軸方向にトランジスタの電圧特性のシフト量、すなわち、ドレイン、ソース間に所定の量の電流を流すためにゲートに印加する電圧の変化量をプロットした。
詳細には、図5に示す例では、「VGH」を連続してゲートに印加したトランジスタの電圧特性のシフト量を三角印でプロットし、「VGH」と「VGL」とをデューティー比が50パーセントとなるようにゲートに印加したトランジスタの電圧特性のシフト量を四角印でプロットした。
図5に示すように、「VGH」を連続してゲートに印加しつづけた場合には、動作時間が10時間を経過したあたりで、電圧特性のシフト量が8ボルトほどとなり、20時間を経過したあたりで、電圧特性のシフト量が9ボルトほどとなった。また、「VGH」を連続してゲートに印加しつづけた場合には、動作時間が85時間を経過したあたりで、電圧特性のシフト量が8ボルト弱ほどとなった。
一方、「VGH」と「VGL」とをデューティー比が50パーセントとなるようにゲートに印加した場合には、動作時間が20時間を経過しても電圧特性のシフト量が1ボルト程度にとどまり、動作時間が85時間を経過しても、電圧特性のシフト量が1ボルト程度に収まった。
このように、1つのトランジスタに連続して「VGH」を印加した場合には、トランジスタの電圧特性のシフト量が大きく変化してしまう。例えば、トランジスタ3のみを継続して使用することで、電圧特性がシフトした場合には、シフトレジスタ回路20は、転送不良を生じさせてしまう。
一方、シフトレジスタ回路20は、上述したように、非選択時において、トランジスタ2、3を継続してオン状態にせずともよい。このため、シフトレジスタ回路20は、トランジスタ2、3の電圧特性がシフトし、トランジスタ2、3を流れる電流量が減少することで、ノード21の電位が上昇してトランジスタ1がオンになり、「OUT1」を出力してしまうような誤動作を防止することができる。
[シフトレジスタ回路20の入力信号]
図6は、シフトレジスタ回路に入力される信号波形を説明する図である。例えば、図6に示す例では、シフトレジスタ回路20には、「in」として、例えば「VST」(垂直走査開始信号:Vertical Start)が入力されるとともに、「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」が入力される。
図6は、シフトレジスタ回路に入力される信号波形を説明する図である。例えば、図6に示す例では、シフトレジスタ回路20には、「in」として、例えば「VST」(垂直走査開始信号:Vertical Start)が入力されるとともに、「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」が入力される。
ここで、「VST」は、シフトレジスタ回路20の前段に他のシフトレジスタ回路が存在しない場合に、「in」としてシフトレジスタ回路20に入力される信号であり、複数のシフトレジスタが信号を伝達する処理の開始を示す信号である。なお、シフトレジスタ回路20の前段に他のシフトレジスタ回路が存在する場合には、シフトレジスタ回路20の前段に存在する他のシフトレジスタ回路が出力した「OUT1」が「in」としてシフトレジスタ回路20に入力される。
ここで、「CLK1」は、電位が「VGH」から「VGL」まで周期的に変化するクロック信号であり、シフトレジスタ回路20が次段のシフトレジスタ回路に「OUT1」を出力するタイミングを示す信号である。なお、「CLK1」は、特許請求の範囲に記載の「第1のクロック信号」の一例である。
また、「CLK2」は、クロック信号であり、図1に示すシフトレジスタでは「in」に入力されるタイミングと同期したクロック信号である。なお、以下の説明においては、「CLK2」は、「CLK1」の位相を反転させた信号である。
また、「CLK3」は、電位が「VGH」から「VGL」まで周期的に変化するクロック信号であり、非選択時においてノード22の電位を「High」状態に保持するか否かを示す信号である。なお、「CLK3」は、特許請求の範囲に記載の「第2のクロック信号」の一例である。
また、「CLK4」とは、電位が「VGH」から「VGL」まで周期的に変化するクロック信号であり、非選択時においてノード23の電位を「High」状態に保持するか否かを示す信号である。なお、「CLK4」は、特許請求の範囲に記載の「第3のクロック信号」の一例である。
ここで、「CLK3」の位相と「CLK4」の位相とは反転している。具体的には、「CLK3」の電位が「VGL」となる場合には、「CLK4」の電位は「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となる場合には、「CLK4」の電位は「VGL」となる。このようにして、シフトレジスタ回路20は、非選択状態において、ノード22、23のどちらか一方の電位を「High」状態にする。なお、「CLK3」および「CLK4」の周期は、より長い周期が望ましい。すなわち、「CLK3」および「CLK4」の位相は、任意のタイミングで反転させればよいが、一例としては、1フレームまたは2フレームごとに反転するように設定することができる。
[シフトレジスタ回路20の動作例]
次に、各信号が入力された際のシフトレジスタ回路20の動作について説明する。図7は、シフトレジスタ回路の動作を説明する図である。なお、図7には、シフトレジスタ回路20に入力される「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」および「in」の入力波形と、ノード21〜23の電位変化、及び「OUT1」、「OUT2」の波形を示した。
次に、各信号が入力された際のシフトレジスタ回路20の動作について説明する。図7は、シフトレジスタ回路の動作を説明する図である。なお、図7には、シフトレジスタ回路20に入力される「CLK1」、「CLK2」、「CLK3」、「CLK4」および「in」の入力波形と、ノード21〜23の電位変化、及び「OUT1」、「OUT2」の波形を示した。
また、図7には、各トランジスタ1〜13がオン(高)状態となる範囲を網かけで示し、オン(中)状態となる範囲を濃い点描で示し、オン(低)状態となる範囲を薄い点描で示す。また、各トランジスタ1〜13がオフ状態となる範囲は、白抜きで示す。また、図7中期間T0よりも前の状態では、ノード21、23の電位が「VGL」であり、ノード22の電位が「VGH」であるものとする。ここでは、図7中に示した各期間におけるトランジスタ1〜13の状態および各ノードの状態変化を具体的に説明する。
(期間T0)期間T0は、「in」が入力される前の非選択期間である。具体的には、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGL」となる期間である。この期間T0では、「CLK3」の電位が「VGH」であることから、トランジスタ4がオン(高)状態となり、ノード22の電位が「VGH」へ上昇する。これに伴って、トランジスタ2がオン(高)状態となり、ノード21の電位が「VGL」へ引き下げられる。同様に、トランジスタ11がオン(高)状態となり、トランジスタ1のソースすなわち「OUT1」の電位が「VGL」へ引き下げられる。
ここで、期間T0におけるシフトレジスタ回路20の状態を説明する。図8は、期間T0におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。なお、図8−図15では、電位がVGLより高いノードを太線で表し、電位がVGLとなるノードを細線で表すこととする。図7と図8に示すように、「CLK3」の電位が「VGH」であることから、ノード22の電位は「VGH」となる。また、「CLK4」の電位が「VGL」であるにも関らず、ノード23の電位は「VGH」となる。
これは、期間T0以前に「CLK3」と「CLK4」が反転したと仮定しており、その場合、反転前は「CLK3」の電位が「VGL」で、「CLK4」の電位が「VGH」となる。また、トランジスタ4とトランジスタ5は、ダイオード接続となっている。このため、反転と同時に、トランジスタ4は、オン(高)状態となりノード22の電位を「VGH」へ上昇させる。一方で、トランジスタ5は、「CLK4」の電位が「VGL」となるとオフ状態となるので、ノード23は、「VGH」を維持する状態となる。このため、ノード23の電位をゲートに印加するトランジスタ3およびトランジスタ12も、オン(高)状態となる。したがって、トランジスタ1のソースすなわち「OUT1」の電位は「VGL」へ引き下げられる。
(期間T1)期間T1は、上段のシフトレジスタ回路から出力された「OUT」が「in」に入力される、または、最上段の場合にはスタートパルスが「in」に入力される期間である。具体的には、「in」の電位が「VGH」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGL」となる期間である。
図9は、期間T1におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図9に示すように、「in」が入力されると、ノード21に「VGH」が供給されると共に「in」のパルスがトランジスタ9、10に印加される。これらの結果、トランジスタ7、8、9、10がオン状態となり、ノード22およびノード23の電位は「VGL」へ引かれる。この時、トランジスタ4はダイオードであることから、「CLK3」の「VGH」を供給し続けるがトランジスタサイズを十分絞ることで選択期間中の「VGL」の保持を妨げることはない。また、「CLK4」の電位は「VGL」であることから、トランジスタ5はオフ状態であるのでここからの供給はない。
具体的には、図7に示すように、「CLK3」の電位が「VGH」を維持することから、トランジスタ4がオン(高)状態を維持し、ノード22へ「VGH」が供給される。一方で、「in」の電位が「VGH」に遷移するので、トランジスタ13がオン(高)となり、ノード21へ「VGH」が供給される。また、「in」の電位が「VGH」に遷移するので、トランジスタ9とトランジスタ10がオン(高)状態となる。このため、ノード22およびノード23の電位は、期間T0の「VGH」の状態から「VGL」へ引っ張られる。
さらに、ノード21へ「VGH」が供給されるので、トランジスタ7およびトランジスタ8がオン状態となり、ノード22およびノード23の電位は、さらに「VGL」へ引っ張られる。したがって、ノード22およびノード23の電位は、「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなる。
そして、ノード22の電位が「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなるので、トランジスタ2およびトランジスタ11は、オン(高)状態からオン(低)状態に遷移する。同様に、ノード23の電位が「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなるので、トランジスタ3およびトランジスタ12は、オン(高)状態からオン(低)状態に遷移する。これらの結果、ノード21の電位は、トランジスタ2とトランジスタ3により「VGL」へ引っ張られるので、「VGH」より低く「GND」よりも高くなる。そして、このノード21の電位が印加されるトランジスタ1、7、8は、オン(中)状態となる。
すなわち、期間T1の状態では、トランジスタ4、9、10、13がオン(高)状態となり、トランジスタ1、7、8がオン(中)状態となり、トランジスタ2、3、11、12がオン(低)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGH」より低く「GND」よりも高くなり、ノード22およびノード23の電位は、「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなる。
(期間T2)期間T2は、「in」の電位が「VGH」から「VGL」へと切り替り、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」へと切り替る期間である。具体的には、「in」の電位が「VGH」から「VGL」へ遷移し、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGL」となる期間である。
図10は、期間T2におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図10に示すように、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に切り替ると、ノード21は、ブートストラップ効果により、「VGH」よりも高い電位に持ち上げられる。このためノード22とノード23の電位は、「VGL」へと瞬時に低下する。また、「CLK1」は電圧降下もなく、「OUT1」へ出力される。そして、「OUT1」は次段の入力パルスとなる。
具体的には、図7に示すように、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に切り替ると、トランジスタ1のドレインからソースへと「CLK1」のパルスの電圧が印加され、ブートストラップ効果が発生し、ノード21の電位がカップリングにより上昇する。すると、トランジスタ7および8がオン(高)状態となるので、ノード22の電位がより「VGL」へ引き下げられ、トランジスタ2、11がオフ状態となる。また、ノード23の電位は、期間T0の状態から徐々に引き下げられ、完全に「VGL」となる。
この結果、ノード21の電位が「VGH」に対して1.3〜1.5倍程度に上昇し、トランジスタ7および8がオン(高)状態となり、ノード22、23の電位が完全に「VGL」へと引き下げられる。このように、ノード21の電圧が上昇すると、トランジスタ1がオン(高)状態となるので、「CLK1」のパルスが減衰することなく「OUT1」として出力される。このため、シフトレジスタ回路20は、出力信号の電位の降下を防ぐことができる。なお、「CLK3」の電位は引き続き「VGH」を維持するので、トランジスタ4は、オン(高)状態を維持する。
そのため、トランジスタ3および12は、オン(低)状態からオフ状態になる。また、「in」の電位が「VGH」から「VGL」になることから、「in」の電位がゲートに印加されるトランジスタ9、10、13は、オン(低)状態からオフ状態となる。
すなわち、期間T2の状態では、トランジスタ1、4、7、8がオン(高)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、ブートストラップにより「VGH」以上となり、ノード22およびノード23の電位は、完全な「VGL」となる。
(期間T3)期間T3は、「CLK1」のパルスが「VGH」から「VGL」へと切り替わり、次段の「OUT2」が入力される期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGL」となる期間である。
図11は、期間T3におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図11に示すように、次段の「OUT2」がトランジスタ6へ入力されると、トランジスタ6はオン状態となり、ノード21の電位が「VGH」から「VGL」へと遷移する。このため、トランジスタ1、7、8は、オフ状態となる。また、「CLK3」の電位が「VGH」であり、トランジスタ7がオフ状態になったことで、徐々にではあるがノード22へ「VGH」が供給されるので、ノード22の電位が上昇する。すると、トランジスタ2およびトランジスタ11がオフ状態からオン状態へと遷移し、ノード21および「OUT1」の安定的なオフ期間のVGL保持を行う。また、ノード23は、「CLK4」の電位が「VGL」であることから、「VGL」の電位を維持する。
具体的には、図7に示すように、「OUT2」の電位が「VGH」となることから、トランジスタ6は、オン(高)状態となる。なお、「CLK3」の電位は引き続き「VGH」を維持するので、トランジスタ4は、オン(高)状態を維持する。トランジスタ6のオンに伴って、ノード21の電位が「VGL」へ引き下げられる。そして、ノード21の電位が「VGL」へ降下することで、トランジスタ7および8がオフ状態となる。また、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ9およびトランジスタ10は、オフ状態を維持する。この結果、ノード22の電位は、「VGL」へ引っ張られず、「CLK3」の電位によって徐々に上昇する。したがって、ノード22の電位をゲートに印加するトランジスタ2およびトランジスタ11は、オフ状態からオン(中)状態に遷移する。
すなわち、期間T3の状態では、トランジスタ4および6がオン(高)状態となり、トランジスタ2および11がオン(中)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、ブートストラップ効果がなくなることで、期間T2時の「VGH」以上から一度「VGH」へ降下し、その後に「VGL」へと引き下げられる。ノード22の電位は「VGL」から徐々に上昇し、ノード23の電位は「VGL」を維持する。
(期間T4)期間T4は、「CLK3」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGL」となる期間である。
図7に示すように、期間T4では、「CLK1」の電位が「VGH」となるが、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ1はオフ状態である。このため、「CLK1」は、「OUT1」から出力されない。同様に、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ7、8、9、10がオフ状態である。このため、ノード22は、「VGL」へ引っ張られないので、「CLK3」の「VGH」が引き続き供給されることで、徐々に電位が上昇する。また、「CLK3」の「VGH」をゲートに印加するトランジスタ2および11は、オン(高)状態となる。なお、ノード23は、「CLK4」の電位が「VGL」であることから、「VGL」を維持する。
すなわち、期間T4の状態では、トランジスタ2、4、11がオン(高)状態となり、その他のトランジスタはオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGL」を維持し、ノード22の電位は、徐々に上昇し、ノード23の電位は、「VGL」を維持する。
(期間T5)期間T5は、期間T4と同様、「CLK3」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGH」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。期間T5は、期間T4と比べて、「CLK1」と「CLK2」の電位が逆になっていることが異なるが、トランジスタやノードの状態は、期間T4と同様である。
(期間T6)期間T6は、本発明の動作を説明するため「CLK3」と「CLK4」が反転する期間とした。なお、推奨する反転するタイミングは、例えば1フレームが終了した次の書込みがスタートするブランキング期間等である。図の説明に移ると期間T6は、具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図12は、期間T6におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図12に示すように、「CLK4」の電位が「VGL」から「VGH」へと切り替ったことから、トランジスタ5はオン状態となり、ノード23へ「VGH」が供給される。このため、ノード23の電位が徐々に上昇し、トランジスタ3およびトランジスタ12がオン状態となる。また、「CLK3」の電位が「VGH」から「VGL」へと切り替わるが、ノード22の電位はそのままの状態を維持するため引き続き「VGH」を保つ。これにより、トランジスタ2およびトランジスタ11は引き続きオン状態となる。
具体的には、図7に示すように、「CLK4」の電位が「VGH」となることから、トランジスタ5がオン(高)状態となり、ノード23へ「VGH」へ供給される。また、ノード21および「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ7、8、9、10はオフ状態である。したがって、ノード23の電位は、いずれからも「VGL」へ引っ張られないので、徐々に上昇する。
そして、「CLK3」の電位が「VGL」となることから、トランジスタ4がオフ状態となり、ノード22への「VGH」の供給が停止する。しかし、ノード21および「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ7、8、9、10はオフ状態である。したがって、ノード22の電位は、いずれからも「VGL」へ引っ張られないので、期間T5からのまま「VGH」を維持する。
なお、ノード22の電位が「VGH」を維持するので、トランジスタ2はオン(高)状態を維持し、ノード23の電位が上昇を開始するので、トランジスタ3はオン(中)状態となる。このため、ノード21の電位は「VGL」へ引っ張られる。同様に、ノード22の電位が「VGH」を維持するので、トランジスタ11はオン(高)状態を維持し、ノード23の電位が上昇を開始するので、トランジスタ12はオン(中)状態となる。このため、「OUT1」は「VGL」へ引っ張られる。
すなわち、期間T6では、トランジスタ2、5、11がオン(高)状態となり、トランジスタ3、12がオン(中)状態となり、その他のトランジスタはオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGL」を維持し、ノード22の電位は「VGH」を維持し、ノード23の電位は徐々に上昇する。
(期間T7)期間T7は、「CLK4」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図7に示すように、期間T7では、期間T6の状態と同様、ノード22の電位は、いずれからも「VGL」へ引っ張られないので、期間T5からのまま「VGH」を維持する。同様に、ノード23の電位は、いずれからも「VGL」へ引っ張られないので徐々に上昇し、期間T6のときよりもさらに「VGH」へ上昇する。したがって、期間T7では期間T6と比べて、ノード23の電位をゲートに印加するトランジスタ3とトランジスタ12の状態が、オン(中)状態からオン(高)状態となる。
(期間T8)期間T8は、期間T7と同様、「CLK4」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図7に示すように、期間T8は、期間T7と同様、トランジスタ2、3、5、11、12がオン(高)状態となり、その他のトランジスタはオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGL」を維持し、ノード22の電位は、「VGH」を維持し、ノード23の電位は、期間T6から徐々に上昇して「VGH」となる。
(期間T9)期間T9は、フレームが変わって次の書き込みがスタートする期間であり、上段からのOUT波形が「in」に入力される期間である。具体的には、「in」の電位が「VGH」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図13は、期間T9におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図13に示すように、期間T1と同様、「in」が入力されるとノード21に「VGH」が供給されると共に「in」のパルスがトランジスタ9、10に印加される。これらの結果、トランジスタ7、8、9、10がオン状態となり、ノード22およびノード23の電位は「VGL」へ引かれる。この時、トランジスタ5はダイオードであることから、「CLK4」の「VGH」を供給し続けるが、トランジスタサイズを十分絞ることで選択期間中の「VGL」の保持を妨げることはない。また、「CLK3」の電位は、「VGL」であることから、トランジスタ4はオフ状態であるのでここからの供給はない。
具体的には、図7に示すように、「CLK4」の電位が「VGH」を維持することから、トランジスタ5がオン(高)状態を維持し、ノード23へ「VGH」が供給される。一方で、「in」の電位が「VGH」に遷移するので、トランジスタ13がオン(高)となり、ノード21へ「VGH」が供給される。また、「in」の電位が「VGH」に遷移するので、トランジスタ9とトランジスタ10がオン(高)状態となる。このため、ノード22およびノード23の電位は、期間T8の「VGH」の状態から「VGL」へ引っ張られる。
さらに、ノード21へ「VGH」が供給されるので、トランジスタ7およびトランジスタ8がオン状態となり、ノード22およびノード23の電位は、さらに「VGL」へ引っ張られる。したがって、ノード22およびノード23の電位は、「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなる。
そして、ノード22の電位が「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなるので、トランジスタ2およびトランジスタ11は、オン(高)状態からオン(低)状態に遷移する。同様に、ノード23の電位が「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなるので、トランジスタ3およびトランジスタ12は、オン(高)状態からオン(低)状態に遷移する。これらの結果、ノード21の電位は、トランジスタ2とトランジスタ3により「VGL」へ引っ張られるので、「VGH」より低く「GND」よりも高くなる。そして、このノード21の電位が印加されるトランジスタ1、7、8は、オン(中)状態となる。
すなわち、期間T9の状態では、トランジスタ5、9、10、13がオン(高)状態となり、トランジスタ1、7、8がオン(中)状態となり、トランジスタ2、3、11、12がオン(低)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGH」より低く「GND」よりも高くなり、ノード22およびノード23の電位は、「VGL」よりも高く「GND」よりも低くなる。
(期間T10)期間T10は、「in」の電位が「VGH」から「VGL」へと切り替り、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」へと切り替る期間である。具体的には、「in」の電位が「VGH」から「VGL」へ遷移し、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図14は、期間T10におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図14に示すように、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に切り替ると、ノード21は、ブートストラップ効果により、「VGH」よりも高い電位に持ち上げられる。このためノード22とノード23の電位は、「VGL」へと瞬時に低下する。また、「CLK1」は電圧降下もなく、「OUT1」へ出力される。そして、「OUT1」は次段の入力パルスとなる。
具体的には、図7に示すように、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に切り替ると、トランジスタ1のドレインからソースへと「CLK1」のパルスの電圧が印加され、ブートストラップ効果が発生し、ノード21の電位がカップリングにより上昇する。なお、「CLK4」の電位は引き続き「VGH」を維持するので、トランジスタ5は、オン(高)状態を維持する。
すると、トランジスタ7および8がオン(高)状態となるので、ノード23の電位がより「VGL」へ引き下げられ、トランジスタ3、12がオフ状態となる。また、ノード22の電位がより「VGL」へ引き下げられトランジスタ2、11がオフ状態となる。この結果、期間T2と同様、ノード21の電位が上昇して、トランジスタ7および8がオン(高)状態となり、ノード22、23の電位が完全に「VGL」へと引き下げられる。このように、ノード21の電圧が上昇すると、トランジスタ1がオン(高)状態となるので、「CLK1」のパルスが減衰することなく「OUT1」として出力される。
また、「in」の電位が「VGH」から「VGL」になることから、「in」の電位がゲートに印加されるトランジスタ9、10、13は、オン(高)状態からオフ状態となる。
すなわち、期間T10の状態では、トランジスタ1、5、7、8がオン(高)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、ブートストラップにより「VGH」以上となり、ノード22およびノード23の電位は、完全な「VGL」となる。
(期間T11)期間T11は、「CLK1」のパルスが「VGH」から「VGL」へと切り替わり、次段の「OUT2」が入力される期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図15は、期間T11におけるシフトレジスタ回路の状態を説明する図である。図15に示すように、次段の「OUT2」がトランジスタ6へ入力されると、トランジスタ6はオン状態となり、ノード21の電位が「VGH」から「VGL」へと遷移する。このため、トランジスタ1、7、8は、オフ状態となる。また、「CLK4」の電位が「VGH」であり、トランジスタ8がオフ状態になったことで、徐々にではあるがノード23へ「VGH」が供給されるので、ノード23の電位が上昇する。すると、トランジスタ3およびトランジスタ12がオフ状態からオン状態へと遷移し、ノード21および「OUT1」の安定的なオフ期間のVGL保持を行う。また、ノード22は、「CLK3」の電位が「VGL」であることから、「VGL」の電位を維持する。
具体的には、図7に示すように、「OUT2」の電位が「VGH」となることから、トランジスタ6は、オン(高)状態となる。なお、「CLK4」の電位は引き続き「VGH」を維持するので、トランジスタ5は、オン(高)状態を維持する。トランジスタ6のオンに伴って、ノード21の電位が「VGL」へ引き下げられる。そして、ノード21の電位が「VGL」へ降下することで、トランジスタ7および8がオフ状態となる。また、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ9およびトランジスタ10は、オフ状態を維持する。この結果、ノード23の電位は、「VGL」へ引っ張られず、「CLK4」の電位によって徐々に上昇する。したがって、ノード23の電位をゲートに印加するトランジスタ3およびトランジスタ12は、オフ状態からオン(中)状態に遷移する。
すなわち、期間T11の状態では、トランジスタ5および6がオン(高)状態となり、トランジスタ3および12がオン(中)状態となり、その他のトランジスタがオフ状態となる。また、ノード21の電位は、ブートストラップ効果がなくなることで、期間T10時の「VGH」以上から一度「VGH」へ降下し、その後に「VGL」へと引き下げられる。ノード23の電位は「VGL」から徐々に上昇し、ノード22の電位は「VGL」を維持する。
(期間T12)期間T12は、「CLK4」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGL」から「VGH」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGL」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。
図7に示すように、期間T12では、「CLK1」の電位が「VGH」となるが、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ1はオフ状態である。このため、「CLK1」は、「OUT1」から出力されない。同様に、「in」の電位が「VGL」であることから、トランジスタ7、8、9、10がオフ状態である。このため、ノード23は、「VGL」へ引っ張られないので、「CLK4」の「VGH」が引き続き供給されることで、徐々に電位が上昇する。なお、ノード22は、「CLK3」の電位が「VGL」であることから、「VGL」を維持する。
すなわち、期間T12の状態では、トランジスタ3、5、12がオン(高)状態となり、その他のトランジスタはオフ状態となる。また、ノード21の電位は、「VGL」を維持し、ノード22の電位は、「VGL」を維持し、ノード23の電位は、徐々に上昇する。
(期間T13)期間T13は、期間T12と同様、「CLK4」により「VGH」が供給され続ける期間であり、安定的にオフしている期間である。具体的には、「in」の電位が「VGL」となり、「CLK1」の電位が「VGH」から「VGL」に遷移し、「CLK2」の電位が「VGH」となり、「CLK3」の電位が「VGL」となり、「CLK4」の電位が「VGH」となる期間である。期間T13は、期間T12と比べて、「CLK1」と「CLK2」の電位が逆になっていることが異なる。トランジスタやノードの状態は、期間T12と同様である。
[シフトレジスタ回路20の効果]
上述したように、ノード22とノード23は、「CLK3」と「CLK4」の電位が前もって切り替わった場合においては、共に「VGH」を保つ期間もあるが、シフトレジスタ回路の選択期間後には電位が切り替わる。このため、常に「VGH」を印加させることがなくなるため、トランジスタ2、3、11、12の電圧シフトを抑える効果があり、転送不良の防止が図れる。
上述したように、ノード22とノード23は、「CLK3」と「CLK4」の電位が前もって切り替わった場合においては、共に「VGH」を保つ期間もあるが、シフトレジスタ回路の選択期間後には電位が切り替わる。このため、常に「VGH」を印加させることがなくなるため、トランジスタ2、3、11、12の電圧シフトを抑える効果があり、転送不良の防止が図れる。
また、シフトレジスタ回路20は、ノード22の電位を制御するトランジスタ4と、ノード23の電位を制御するトランジスタ5を有するので、ノード22またはノード23の電位を「VGL」から「VGH」へ上昇させる時間を短縮できる。したがって、ノード21の電位を素早く「VGL」へ降下させることができるので、「OUT1」の出力を正確に抑制できる。
また、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位を制御するためのトランジスタ2とトランジスタ3とを有するので、非選択時においてトランジスタ2またはトランジスタ3のいずれか一方を交互にオン状態にすればよい。この結果、シフトレジスタ回路20は、トランジスタ2およびトランジスタ3の電圧特性がシフトするのを防ぐことができるので、ノード21の電位を適切に制御し、転送不良を防ぐことができる。
また、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位に応じてノード22の電位を制御するトランジスタ7と、ノード21の電位に応じてノード23の電位を制御するトランジスタ8とを有する。したがって、シフトレジスタ回路20の選択時において、ノード22およびノード23の電位を降下させることができるので、ノード21にブートストラップを確実に発生させることができる。
さらに、シフトレジスタ回路20は、「in」の電位に応じてノード22の電位を制御するトランジスタ9と、「in」の電位に応じてノード23の電位を制御するトランジスタ10とを有する。したがって、シフトレジスタ回路20の選択時において、ノード22およびノード23の電位をより降下させることができるので、ノード21にブートストラップを素早く発生させることができる。
また、シフトレジスタ回路20は、後段のシフトレジスタ回路が出力した信号「OUT2」の電位に応じてノード21の電位を降下させるトランジスタ6を有する。このため、シフトレジスタ回路20は、後段のシフトレジスタ回路が信号を出力した際に、確実に非選択状態に遷移することができる。
また、シフトレジスタ回路20は、「in」の電位に応じてノード21の電位を上昇させるトランジスタ13を有する。このため、シフトレジスタ回路20は、選択時においてノード21の電位を上昇させることができるので、選択状態において確実に「OUT1」を出力することができる。
また、シフトレジスタ回路20には、「CLK4」として「CLK3」の位相を反転させた信号が入力される。このため、シフトレジスタ回路20は、非選択状態において、ノード22またはノード23のいずれか一方のみの電位を「VGH」とする。この結果、シフトレジスタ回路20は、ノード21の電位を「VGL」に保持するため、トランジスタ2およびトランジスタ3を交互に用いるので、トランジスタ2およびトランジスタ3の電圧特性がシフトするのを防止することができる。
なお、シフトレジスタ回路20は、非選択状態において、トランジスタ2またはトランジスタ3のいずれか一方の電位が「VGH」に保持されていればよく、トランジスタ2およびトランジスタ3の電位がいずれも「VGH」となる期間を設けてもよい。すなわち、シフトレジスタ回路20は、全ての期間に渡り「CLK3」または「CLK4」のいずれか一方の電位が「VGH」となっているのであれば、任意の周期を有するクロック信号を「CLK3」および「CLK4」に採用することができる。
[適用範囲]
例えば、上記の実施形態で例示したシフトレジスタ回路20は、液晶パネルや有機EL(Electro-Luminescence)パネルを用いた画像表示装置を動作させるドライバ回路に好適に適用される。また、シフトレジスタ回路20は、上述したドライバ回路以外の回路にも適用することができる。また、シフトレジスタ回路20は、複数のトランジスタと、各素子を順次駆動するためのドライバ回路とを有するセンサ装置、発光素子アレイ、サーマルヘッド等、任意の装置に適用することができる。
例えば、上記の実施形態で例示したシフトレジスタ回路20は、液晶パネルや有機EL(Electro-Luminescence)パネルを用いた画像表示装置を動作させるドライバ回路に好適に適用される。また、シフトレジスタ回路20は、上述したドライバ回路以外の回路にも適用することができる。また、シフトレジスタ回路20は、複数のトランジスタと、各素子を順次駆動するためのドライバ回路とを有するセンサ装置、発光素子アレイ、サーマルヘッド等、任意の装置に適用することができる。
(液晶パネルへの適用)
以下の説明では、シフトレジスタ回路20の適用例として、液晶パネルを用いた画像表示装置を動作させるドライバ回路にシフトレジスタ回路20を適用する例について説明する。
以下の説明では、シフトレジスタ回路20の適用例として、液晶パネルを用いた画像表示装置を動作させるドライバ回路にシフトレジスタ回路20を適用する例について説明する。
図16は、シフトレジスタ回路の適用例を説明する第1の図である。図16に示す例では、画像表示装置50は、制御回路51とパネル52とを有する。なお、画像表示装置50は、バックライト等の光源装置、カラーフィルタ基板、偏光方向が互いに異なる偏光板等を有するが、図16では、理解を容易にするため、それらの記載を省略した。
制御回路51は、例えば、パネル52に配置されるFPC(Flexible Printed Circuits)上に設けられたり、または、パネル52の外部回路基板上に設けられており、パネル52を駆動させるための制御信号を駆動回路55に出力する。なお、図16では、FPC、または外部回路基板についての図示を省略した。
また、パネル52には、液晶パネルが用いられており、一対の基板から構成されている。例えば、パネル52は、アクティブエリア57に薄膜トランジスタが形成されたアレイ基板とアレイ基板に対向するカラーフィルタ基板とからなる一対のガラス基板で構成されている。また、アクティブエリア57のアレイ基板の周辺には、周辺部54が形成されている。周辺部54には、駆動回路55および走査線駆動回路56が設けられており、走査線駆動回路56はアレイ基板のガラス上に形成されている。また、駆動回路55と走査線駆動回路56とは走査線制御線53で接続されている。
駆動回路55は、駆動用の半導体素子からなり、アクティブエリア上に延在されたデータ線に画像信号を出力する信号線駆動回路、走査線制御回路および対向電位駆動回路等で構成されている。なお、駆動回路55は、アクティブエリア57の周辺部54にCOG(Chip On Glass)方式で実装されている。
また、パネル52の周辺部54に設けられた走査線駆動回路56には、第1形態において説明したシフトレジスタ回路20が適用されている。駆動回路55は、走査線制御線53で走査線駆動回路56と接続されており、走査線制御線53を介してシフトレジスタ回路20に制御信号を出力する。なお、シフトレジスタ回路20は、パネル52のアレイ基板上の周辺部54に一体的に形成されている。
アクティブエリア57は、マトリックス状に配置した画素58を複数有する。詳細には、アクティブエリア57には、複数のデータ線が列方向に延在され、複数の走査線が行方向に延在されている。そして、アクティブエリア57には、データ線と走査線との交差に対応して、それぞれ画素58が形成されている。
ここで、画素58は、アクティブ素子として動作する薄膜トランジスタ59と、画素電極60とを有する。画像表示装置50は、アレイ基板に設けられた画素電極60とカラーフィルタ基板に設けられた共通電極(図示せず)との間に印加された電圧によって液晶分子を制御して画像表示する。ここでは、パネル52は、アレイ基板に画素電極60が設けられ、カラーフィルタ基板に共通電極が設けられた縦電界方式で説明しているが、これに限らず、例えば、アレイ基板の画素58内に画素電極60および共通電極が設けられた横電界方式であってもよい。
走査線駆動回路56は、第1形態に係わるシフトレジスタ回路20と同様のシフトレジスタ回路20、20a〜20cを多段に接続した回路により構成される。なお、走査線駆動回路56は、シフトレジスタ回路20、20a〜20c以外にも複数のシフトレジスタ回路を有するが、図16では、理解を容易にするため、記載を省略した。
ここで、走査線駆動回路56は、各シフトレジスタ回路20、20a〜20cが出力する信号を次段のシフトレジスタ回路に入力するとともに、アクティブエリア57上に延在する走査線に入力する。このため、走査線駆動回路56は、駆動回路55から走査線制御線53を介して、制御信号が入力された場合には、アクティブエリア57上の各走査線に対して上方向から順に電圧を印加する。
例えば、シフトレジスタ回路20は、制御信号を受信すると、シフトレジスタ回路20aに「OUT1」を出力し、1段目の走査線に対して電圧を印加する。次に、シフトレジスタ回路20aは、次段のシフトレジスタ回路に「OUT1」を出力し、2段目の走査線に対して電圧を印加する。この際、シフトレジスタ回路20aは、シフトレジスタ回路20に「OUT2」を出力するので、シフトレジスタ回路20に信号の出力を停止させ、1段目の走査線に対する電圧の印加を停止させることとなる。この結果、走査線駆動回路56は、アクティブエリア57上の各走査線に対して、順番に電圧を印加する。
薄膜トランジスタ59は、画素58が形成された位置に応じたデータ線とソースとが接続され、画素58が形成された位置に応じた走査線とゲートとが接続されている。そして、走査線駆動回路56から対応する走査線に電圧が印加されるとともに、駆動回路55から対応するデータ線に電圧が印加された場合に、データ線に印加された電圧が薄膜トランジスタ59を介して画素電極60に印加される。
ここで、走査線駆動回路56を第1形態に係わるシフトレジスタ回路20で構成した場合には、各シフトレジスタ回路20〜20bが各走査線に印加する電圧の低下を防ぐことができる。この結果、画像表示装置50は、アクティブエリア57の大型化や画素58の細密化により走査線の数が増加した場合にも、各画素58に印加する電圧の低下を防ぐことができるので、正常に動作することができる。
また、各シフトレジスタ回路20〜20bは、ノード21およびシフトレジスタ回路20a、20bが有するノードのうち、ノード21に対応するノードの電位を「VGL」に保持するためのトランジスタを2つ有する。そして、各シフトレジスタ回路20〜20bは、非選択状態において、ノード21、およびノード21に対応するノードの電位を「VGL」に引き下げるためのトランジスタを所定の時間間隔で切り替える。このため、各シフトレジスタ回路20〜20bは、非選択状態において、トランジスタの電圧特性がシフトするのを防止し、ノード21、およびノード21に対応するノードの電位を適切に「VGL」に保持することができる。この結果、各シフトレジスタ回路20〜20bは、誤動作を防止することができる。
なお、図16では、液晶パネルを用いた画像表示装置にシフトレジスタ回路20を適用する例について説明した。しかしながら、実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、有機ELパネルを用いた画像表示装置にシフトレジスタ回路20を適用してもよい。例えば、図17は、シフトレジスタ回路の適用例を説明する第2の図である。
(有機ELへの適用)
図17に示す例では、複数のシフトレジスタ回路20、20aからなる走査線駆動回路56を有し、有機ELパネルを用いた画像表示装置70について記載した。また、図17に示す例では、理解を容易にするため、走査線駆動回路56がシフトレジスタ回路20、20aを有する例について記載したが、走査線駆動回路56は、走査線の数だけシフトレジスタ回路を有すればよい。なお、上述の液晶パネルを用いた画像表示装置50と同様に、シフトレジスタ回路20は、パネル52のアレイ基板上の周辺部に一体的に形成されている。
図17に示す例では、複数のシフトレジスタ回路20、20aからなる走査線駆動回路56を有し、有機ELパネルを用いた画像表示装置70について記載した。また、図17に示す例では、理解を容易にするため、走査線駆動回路56がシフトレジスタ回路20、20aを有する例について記載したが、走査線駆動回路56は、走査線の数だけシフトレジスタ回路を有すればよい。なお、上述の液晶パネルを用いた画像表示装置50と同様に、シフトレジスタ回路20は、パネル52のアレイ基板上の周辺部に一体的に形成されている。
図17に示す例では、画素58は、アノードが定電位供給回路71と電気的に接続された発光素子80と、発光素子80のカソードに一方の電極が接続されたトランジスタ81とを有する。また、画素58は、n型の薄膜トランジスタによって形成され、ドレインがトランジスタ82のドレインに接続され、ソースが電源供給回路72と電気的に接続されたドライバ素子83とを有する。また、画素58は、ドライバ素子83を形成する薄膜トランジスタのゲート・ドレイン間の導通状態を制御するトランジスタ82と静電容量84とを有する。
また、図17に示す例では、各画素58内に備わる発光素子80のアノードに対して一定のオン電位を供給する定電位供給回路71と、制御線を介して、画素58内に備わるトランジスタ81の駆動を制御する駆動制御回路73と、ドライバ素子83のソースにオン電位または0電位を供給する電源供給回路72とを有する。
発光素子80は、電流注入によって発光する機構を有し、例えば有機EL素子によって形成される。有機EL素子は、Al、Cu、ITO(Indium Tin Oxide)等によって形成されたアノード層およびカソード層と、アノード層とカソード層との間にフタルシアニン、トリスアルミニウム錯体、ベンゾキノリノラト、ベリリウム錯体等の有機系の材料によって形成された発光層とを少なくとも備えた構造を有し、発光層に注入された正孔と電子とが発光再結合することによって光を生じる機能を有する。
トランジスタ81は、発光素子80とドライバ素子83との間の導通を制御する機能を有し、本実施形態1では、n型の薄膜トランジスタによって形成される。すなわち、薄膜トランジスタのドレインとソースとがそれぞれ発光素子80、ドライバ素子83に接続される一方で、ゲートが駆動制御回路73と電気的に接続された構成を有し、駆動制御回路73から供給される電位に基づいて、発光素子80とドライバ素子83との間の導通状態を制御している。
ドライバ素子83は、発光素子80に流れる電流を制御するための機能を有する。具体的には、ドライバ素子83は、閾値以上の電位差に応じて発光素子80に流れる電流を制御する機能を有する。本実施形態1では、ドライバ素子83は、n型の薄膜トランジスタによって形成され、ゲートとソースとの間に印加される電位差に応じて発光素子80の発光輝度を制御している。
このような画素58においては、駆動回路55が信号線に印加した電圧により静電容量84に電荷が蓄積される。そして、駆動制御回路73がトランジスタ81のゲートに電圧を印加している間、静電容量84に蓄積した電荷に応じた電流が発光素子80に流れ、発光素子80が発光する。
このように、各画素58が発光素子80を有する場合であっても、走査線駆動回路56は、シフトレジスタ回路20と同様のシフトレジスタ回路を走査線ごとに接続し、各シフトレジスタ各画素の出力信号を走査線に出力する。このため、画像表示装置70は、画素58が有機ELパネルを有する場合にも、各画素58に印加する電圧の低下を防ぐことができるので、正常に動作することができる。
1〜13 トランジスタ
20〜20c シフトレジスタ回路
21〜23 ノード
20〜20c シフトレジスタ回路
21〜23 ノード
Claims (9)
- ゲートが第1の導電経路に接続され、ドレインが第1のクロック信号の入力端子に接続されるとともにソースに出力信号を出力する出力端子が接続された、前記第1のクロック信号が入力された際に前記第1の導電経路の電位が上昇することに応じて前記出力端子から出力信号を出力させる第1のトランジスタと、
ゲートが第2の導電経路に接続されて、ドレインが前記第1の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、第2のクロック信号により前記第2の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第1の導電経路の電位を降下させる第2のトランジスタと、
ゲートが第3の導電経路に接続されて、ドレインが前記第1の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、第3のクロック信号により前記第3の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第1の導電経路の電位を降下させる第3のトランジスタと
を有することを特徴とするシフトレジスタ回路。 - ゲートおよびドレインが前記第2のクロック信号の入力端子に接続されて、ソースが前記第2の導電経路に接続された、前記第2のクロック信号が入力された際に前記第2の導電経路の電位を上昇させる第4のトランジスタと、
ゲートおよびドレインが前記第3のクロック信号の入力端子に接続されて、ソースが前記第3の導電経路に接続された、前記第3のクロック信号が入力された際に前記第3の導電経路の電位を上昇させる第5のトランジスタとをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のシフトレジスタ回路。 - ゲートが次段の回路が出力する信号の出力端子に接続され、ドレインが前記第1の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記次段の回路が出力する信号の出力に応じて前記第1の導電経路の電位を降下させる第6のトランジスタをさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載のシフトレジスタ回路。
- ゲートが前記第1の導電経路に接続されて、ドレインが前記第2の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記第1の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第2の導電経路の電位を降下させる第7のトランジスタと、
ゲートが前記第1の導電経路に接続されて、ドレインが前記第3の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記第1の導電経路の電位が上昇することに応じて前記第3の導電経路の電位を降下させる第8のトランジスタとをさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路。 - ゲートが入力信号の入力端子に接続されて、ドレインが前記第2の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記入力信号の入力に応じて前記第2の導電経路の電位を降下させる第9のトランジスタと、
ゲートが前記入力端子に接続されて、ドレインが前記第3の導電経路に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記入力信号の入力に応じて前記第3の導電経路の電位を降下させる第10のトランジスタとをさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路。 - ゲートが前記第2の導電経路に接続されて、ドレインが前記出力端子に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記第2のクロック信号により前記第2の導電経路の電位が上昇することに応じて前記出力端子の電位を降下させる第11のトランジスタと、
ゲートが前記第3の導電経路に接続されて、ドレインが前記出力端子に接続されるとともにソースが低電位端子に接続された、前記第3のクロック信号により前記第3の導電経路の電位が上昇することに応じて前記出力端子の電位を降下させる第12のトランジスタとをさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路。 - ゲートが前記入力信号の入力端子に接続されて、ソースが前記第1の導電経路に接続されるとともにドレインが高電位端子に接続された、前記入力信号の入力に応じて前記第1の導電経路の電位を上昇させる第13のトランジスタをさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路を有するドライバ回路と、
前記ドライバ回路が出力する信号に従って発光する発光素子によって画像を表示する表示パネルと
を備えたことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載のシフトレジスタ回路を有するドライバ回路と、
前記ドライバ回路が出力する信号に従って画像を表示する液晶パネルと
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
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