JP3873062B2 - 選択回路並びにこれを備えた半導体装置、d/a変換回路及び液晶表示装置 - Google Patents

選択回路並びにこれを備えた半導体装置、d/a変換回路及び液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、選択回路並びにこれを備えた半導体装置、D/A変換回路及び液晶表示装置に関する。
図7は、従来の多階調活性マトリックス液晶表示装置の概略構成を示す。説明の簡単化のために、図7では液晶表示パネル10が4×4画素のモノクロ表示の場合を示している。
液晶表示パネル10のデータラインX1〜X4には、データドライバ20の出力端から1行分の表示電位が同時に供給される。液晶表示パネル10の走査ラインY1〜Y4には、走査ドライバ30の出力端から走査パルスが線順次に供給される。データドライバ20は、この走査パルス毎にデータラインX1〜X4上の表示電位を更新する。データドライバ20及び走査ドライバ30は制御回路40により制御され、制御回路40は、外部からの水平同期信号HS、垂直同期信号VS及びクロックCKに基づいて、各種制御信号を生成する。
データドライバ20は、点順次にラッチパルスLCH1〜LCH4を生成するシフトレジスタ21と、2段のバッファ用レジスタ221〜224及び231〜234と、レジスタ231〜234の内容をアナログ電圧に変換するD/A変換回路とを備え、このD/A変換回路は、選択回路241〜244と、出力バッファ回路251〜254と、階調電位生成回路26とを備えている。
シフトレジスタ21は、水平同期信号HSと同一周期のスタートパルスSP1を、シリアルデータ入力端で受け取り、これを、クロックCKをバッファゲートに通したクロックCK1でシフトさせ、並列出力端からラッチパルスLCH1〜LCH4を順に出力する。
並列Nビットのデジタル映像信号Dは、レジスタ221〜224に共通に供給され、ラッチパルスLCH1〜LCH4のタイミングでそれぞれレジスタ221〜224に保持される。レジスタ221〜224に1ライン分の表示データが保持された後に、水平同期信号HSと同一周期のラッチパルスLCH5のタイミングで、レジスタ221〜224の内容がそれぞれレジスタ231〜234に書き込まれ、1水平周期(水平同期信号HSの1周期)の間保持される。この間、レジスタ221〜224に次の表示ライン用のデータが上記同様にして保持される。
走査ドライバ30は、バッファゲート31〜34とシフトレジスタ35とを備えており、シフトレジスタ35の各ビットの出力端にバッファゲート31〜34の入力端が接続されている。バッファゲート31〜34の出力端はそれぞれ、液晶表示パネル10の走査ラインY1〜Y4に接続されている。シフトレジスタ35は、そのシリアルデータ入力端に供給される、垂直同期信号VSと同一周期のスタートパルスSP2を、水平同期信号HSと同一周期のクロックCK2でシフトさせる。
図8は、上記D/A変換回路の構成例を示す。図8では説明の簡単化のために、入力が3ビットである場合を示している。
階調電位生成回路26は、電源電位V7とV0との間の電圧を抵抗R6〜R0で分圧した階調電位(基準電位)V7〜V0を出力し、選択回路241は入力データに応答してこれらの1つを選択し出力する。入力データの各ビットは、1対の相補信号からなり、一般にビットDの相補信号を*Dで表す。選択回路241は、i=0〜7の各々について、スイッチングトランジスタQi0〜Qi2が直列接続されたアナログスイッチ回路を備え、その一端に階調電位生成回路26からの階調電位Viが供給され、他端が共通に接続されて出力バッファ回路251の入力端に接続されている。j=0〜2の各々について、スイッチングトランジスタQijのゲートには1ビット選択信号Djと*Djとの一方が供給される。
例えば入力データが‘101’の場合には、スイッチングトランジスタQ42、Q52、Q62、Q72、Q01、Q11、Q41、Q51、Q10、Q30、Q50及びQ70がオンになり、その他のスイッチングトランジスタがオフになる。これにより、スイッチングトランジスタQ52、Q51及びQ50のアナログスイッチ回路のみがオンになって、階調電位V5が選択され出力バッファ回路251に供給される。
図9(A)は、選択回路241のレイアウトパターンを示しており、ハッチングを施した部分はN型領域、一点鎖線はゲートラインである。図9(B)は、図9(A)中の9B−9B線に沿った、絶縁膜を図示省略した断面図である。
図7の液晶表示パネル10は、実際には例えば、1024×768カラー画素であり、各カラー画素はR(赤)、G(緑)及びB(青)の3画素からなる。各画素の階調数を64(6ビット)とすると、1つのセレクタで64×6個のスイッチングトランジスタを必要とするので、D/A変換回路の全セレクタのスイッチングトランジスタ数は1024×3×64×6= 1,179,648個となり、チップ面積又はLCDパネル周辺部面積増大の原因となる。この問題は、この種のセレクタを用いた他用途の半導体装置においても生ずる。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、トランジスタ専有面積を低減することができる選択回路並びにこれを備えた半導体装置、D/A変換回路及び液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第1態様は、第1及び第2の選択回路を備え、前記第1及び第2の選択回路はいずれも、
nビット選択信号に応答して、2n個の入力信号の1つを選択し、前記nビット選択信号のうちの第1のビット選択信号に応答して、前記入力信号のうちの2入力の一方を選択する2n-1個の第1の入力選択回路と、
前記nビット選択信号のうちの前記第1のビット選択信号を除く第2のビット選択信号に応答して、前記2n-1個の第1の入力選択回路の各々で選択された信号の1つを選択する第2の入力選択回路とを備え
前記第1の入力選択回路は、
前記第1のビット選択信号に基づいてオン/オフ制御される第1スイッチングトランジスタと、
前記第2のビット選択信号に基づいて前記第1スイッチングトランジスタとオン/オフ状態が逆になるようにオン/オフ制御される第2スイッチングトランジスタと、
を備え、前記第1スイッチングトランジスタと前記第2スイッチングトランジスタとが同一行に互いに隣接して配置され、前記第1及び第2のスイッチングトランジスタの一端にそれぞれ異なる電位信号が前記入力信号として前記第1及び第2のスイッチングトランジスタのゲートより上層の配線を介し供給され、
前記第1の選択回路の前記第1の入力選択回路を構成する前記第1スイッチングトランジスタ及び前記第2スイッチングトランジスタと、前記第2の選択回路の前記第1の入力選択回路を構成する前記第1スイッチングトランジスタ及び前記第2スイッチングトランジスタとが、一軸に関し互いに対称に配置され、
前記第1の選択回路への前記2 n 個の入力信号と前記第2の選択回路への前記2 n 個の入力信号とが共通になっていることを特徴としている。
本発明の第態様では、前記第態様において、前記第1及び第2のスイッチングトランジスタはいずれもFETであり、
前記第1の選択回路の第1のスイッチングトランジスタのソース又はドレインが、前記第2の選択回路の第1のスイッチングトランジスタのソース又はドレインと共通である。
この第1態様の選択回路によれば、2n-1個の第1の2入力選択回路により選択すべき信号数が半減するので、半減したその信号の1つを第2の入力選択回路で選択すればよく、また、第1スイッチングトランジスタと前記第2スイッチングトランジスタとが同一行に隣接して配置され、前記第1及び第2のスイッチングトランジスタの一端にそれぞれ異なる電位信号が前記第1及び第2のスイッチングトランジスタのゲートより上層の配線を介して供給され、このような選択回路が2個、それぞれ第1及び第2の選択回路として対称的に隣り合って配置され、第1の選択回路への2 n 個の入力信号と第2の選択回路への2 n 個の入力信号とが共通になっているので、選択回路の占有面積を低減可能である。
本発明の他の構成、作用及び効果は、以下の説明から明らかになる。
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図面において、同一又は類似の要素には、同一又は類似の符号を付している。
図1は、図8に対応した本発明の実施例1のD/A変換回路を示す。
階調電位生成回路26は、階調電位V7とV0との間の電圧を抵抗R6〜R0で分圧した階調電位V7〜V0を出力し、選択回路24Aは入力力データ(3ビット選択信号)に応答してこれらの1つを選択し出力する。
選択回路24Aは、例えば図7中の選択回路241の替わりに用いられ、図7中の選択回路242〜244についても同様である。
選択回路24Aは、入力データの上位1ビットの相補データ(1ビット選択信号)D2及び*D2に応答して階調電位V0〜V3とV4〜V7との一方を選択する2入力選択回路50〜53からなる回路と、入力データの下位2ビットの相補データD1、*D1、D0及びD0に応答してこの回路の出力の1つを選択する4入力選択回路24Xとからなる。
選択回路24Aは、図8中の選択回路241と次のような関係になっている。
図8中の選択回路241のスイッチングトランジスタアレイの第4及び第8行について、スイッチングトランジスタQ40及びQ00は共に、ゲートライン*G0に供給される信号*D0によりオン/オフ制御され、スイッチングトランジスタQ41及びQ01は共に、ゲートライン*G1に供給される信号*D1によりオン/オフ制御される。これに対し、スイッチングトランジスタQ42及びQ02はそれぞれゲートラインG2及び*G2に供給される信号D2及び*D2によりオン/オフ制御される。そこで、図1の選択回路24Aでは、スイッチングトランジスタQ41とQ42の間のノードにスイッチングトランジスタQ02の一端が接続され、これにより図8のスイッチングトランジスタQ00及びQ01が省略されている。スイッチングトランジスタQ42とQ02とで、階調電位V4とV0との一方を選択する2入力選択回路50が構成されている。
同様に図1では、スイッチングトランジスタQ51とQ52との間のノードにスイッチングトランジスタQ12の一端が接続され、これにより図8のスイッチングトランジスタQ10及びQ11が省略され、スイッチングトランジスタQ61とQ62との間のノードにスイッチングトランジスタQ22の一端が接続され、これにより図8のスイッチングトランジスタQ20及びQ21が省略され、スイッチングトランジスタQ71とQ72との間のノードにスイッチングトランジスタQ32の一端が接続され、これにより図8のスイッチングトランジスタQ30及びQ31が省略されている。スイッチングトランジスタQ52とQ12とで、階調電位V5とV1との一方を選択する2入力選択回路51が構成され、スイッチングトランジスタQ62とQ22とで、階調電位V6とV2との一方を選択する2入力選択回路52が構成され、スイッチングトランジスタQ72とQ32とで、階調電位V6とV3との一方を選択する2入力選択回路53が構成されている。
信号*D0が供給されるゲートライン*G0は、スイッチングトランジスタQ60及びQ40に共通であり、信号D0が供給されるゲートラインG0は、スイッチングトランジスタQ70及びQ50に共通であり、信号*D1が供給されるゲートライン*G1は、スイッチングトランジスタQ51及びQ41に共通であり、信号D1が供給されるゲートラインG1は、スイッチングトランジスタQ71及びQ61に共通であり、信号*D2が供給されるゲートライン*G2は、スイッチングトランジスタQ32、Q22、Q12及びQ02に共通であり、信号D2が供給されるゲートラインG2は、スイッチングトランジスタQ72、Q62、Q52及びQ42に共通である。
選択回路24Aで選択された基準電位は、電位VD1として出力バッファ回路251に供給される。出力バッファ回路251は例えば、ボルテージホロア又はソースホロア回路であり、出力バッファ回路251の出力端に接続されたデータラインX1の電位VX1は、電位VD1とほぼ同一又は電位VD1を所定電圧シフトさせたものである。
上記構成において、信号D1及びD0が高レベルの場合、スイッチングトランジスタQ71及びQ70がオンになり、さらに信号D2が高レベルの場合にはスイッチングトランジスタQ72がオンになって階調電位V7が選択され、逆に信号D2が低レベルの場合にはスイッチングトランジスタQ32がオンになって階調電位V3が選択される。すなわち、(D1,D0)=(1,1)の場合には、D2=‘1’のとき階調電位V7が選択され、D2=‘0’のとき階調電位V3が選択される。同様に、(D1,D0)=(1,0)の場合には、D2=‘1’のとき階調電位V6が選択され、D2=‘0’のとき階調電位V2が選択される。(D1,D0)=(0,1)の場合には、D2=‘1’のとき階調電位V5が選択され、D2=‘0’のとき階調電位V1が選択される。(D1,D0)=(0,0)の場合には、D2=‘1’のとき階調電位V4が選択され、D2=‘0’のとき階調電位V0が選択される。
選択回路24Aのチップ上面積をできるだけ狭くするために、スイッチングトランジスタQ02は、スイッチングトランジスタQ40、Q41及びQ42と同一行に配置され、かつ、スイッチングトランジスタQ42の隣に配置されている。他のトランジスタ行についても同様である。
図2(A)は、スイッチングトランジスタをNMOSトランジスタで構成した場合の選択回路24Aのチップ上レイアウトパターンを示している。ハッチングが施された部分はN型領域、一点鎖線はゲートラインを示している。図2(A)では、N型領域間を接続するメタル配線を太線で示している。図2(B)は、図2(A)中の2B−2B線に沿った、絶縁層を図示省略した断面図である。
図2(B)中、61〜66は、P型基板60上に形成されたN型領域である。例えばスイッチングトランジスタQ70は、N型領域61と、N型領域62と、N型領域61と62の間のP型領域と、その上方のゲート酸化膜及びゲートライン*G0とで構成されている。配線67は、スイッチングトランジスタQ72の一端のN型領域65と、スイッチングトランジスタQ32の一端のN型領域63との間を接続するためのメタル第1層配線である。
配線面積を狭くするために、同一行のN型領域64及び66にそれぞれ供給される階調電位V3とV7の配線はそれぞれ、メタル第3層及びメタル第2層に形成されている。階調電位V3とV7の配線は、上下に隣り合っており、かつ、選択回路24Aと並設された他の不図示の選択回路に向けて延びている。
図8の選択回路241のスイッチングトランジスタ数が3×8=24であるのに対し、図1のそれは(3+1)×(8/2)=16である。このような選択回路を64階調表示の液晶表示パネルのデータドライバに適用した場合、スイッチングトランジスタ数は従来の((64/2)×(6+1))/(64×6)= 7/12となる。このように、実施例1によれば、選択回路のスイッチングトランジスタ数が従来よりも大幅に低減される。
また、この低減と、2入力選択回路50〜53がいずれも1行となっていることから、図2(A)に示す選択回路24Aのトランジスタ専有面積が、図9(A)のそれよりも大幅に低減され、これにより、選択回路24Aを用いた半導体装置のチップ面積及び液晶表示パネル周囲の非表示部面積が低減される。
液晶表示パネルのデータドライバでは、図2(A)の選択回路24Aが1チップ上に例えば300個並設されるので、共通部分を形成して全体の面積をさらに低減したほうが好ましい。
図3は、本発明の実施例2の、2個並設された選択回路を示す。
図4(A)は、スイッチングトランジスタをNMOSトランジスタで構成した場合の図3の回路のチップ上レイアウトパターンを示す。ハッチングが施された部分はN型領域、一点鎖線はゲートラインを示している。図4(B)は、図4(A)中の4B−4B線に沿った、絶縁層を図示省略した断面図である。
図3の回路では、選択回路24Bのスイッチングトランジスタが選択回路24Aのそれと対称的に配置され、かつ、選択回路24A及び24Bに対する階調電位V0〜V7の入力部が選択回路24Aと24Bとで共通になっている。これにより、チップ上面積が、選択回路24Aを単に2つ並設した場合よりも低減される。
図5は、本発明の実施例3の選択回路を示す。
図1において、選択回路24AのスイッチングトランジスタQ50とQ70とはゲートラインG0が共通であり。スイッチングトランジスタQ40とQ60とはゲートライン*G0が共通である。そこで、スイッチングトランジスタアレイの第2行と第3行とを入れ換えることにより、スイッチングトランジスタQ50とQ70とを隣合わせ、かつ、スイッチングトランジスタQ60とQ40とを隣り合わせる。図5の選択回路24Cは、この状態で、図1のスイッチングトランジスタQ70とQ50とを共通のスイッチングトランジスタQ70Aで置き換え、スイッチングトランジスタQ40とQ60とを共通のスイッチングトランジスタQ40Aで置き換えた構成になっている。
この構成では、結果として、2入力選択回路50〜57がツリー状に配置され、トーナメント方式により最終的に階調電位V0〜V7の1つのみ選択される。2入力選択回路50〜53は、図1のそれと同一である。2入力選択回路50と52の出力の一方が、スイッチングトランジスタQ41とQ61とで構成された2入力選択回路54により選択され、2入力選択回路51と53の出力の一方が、スイッチングトランジスタQ51とQ71とで構成された2入力選択回路55により選択され、2入力選択回路54と55の出力の一方が、スイッチングトランジスタQ40AとQ70Aとで構成された2入力選択回路56により選択される。
図6は、スイッチングトランジスタをNMOSトランジスタで構成した場合の選択回路24Cのチップ上レイアウトパターンを示す。ハッチングが施された部分はN型領域、一点鎖線はゲートラインを示している。
この選択回路24Cによれば、スイッチングトランジスタQ40AとQ70Aの面積を他のスイッチングトランジスタのそれよりも広くすることができるので、これにより選択回路24Cのオン抵抗が図2(A)の場合よりも小さくなって、動作がより高速になる。
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
例えば、選択回路により選択される信号はデジタルであってもよい。
また、スイッチングトランジスタは、Pチャンネル型FETや薄膜トランジスタ(TFT)などであってもよい。例えば図1において、信号*D2、*D1及び*D0で駆動されるスイッチングトランジスタをPMOSトランジスタとし、その他のスイッチングトランジスタをNMOSトランジスタとしてもよく、この場合、同一型のMOSトランジスタを用いた場合よりもチップ上面積が増加するものの、信号*D2、*D1及び*D0の替わりにそれぞれ信号D2、D1及びD0を用いることができるので、選択信号線数が半分となる。
さらに、例えば図1において、ゲートラインG2の列のスイッチングトランジスタと、ゲートライン*G2の列のスイッチングトランジスタとを入れ替えた構成であってもよい。同様に、ゲートラインG1、*G1、G0及び*G0の任意の2つの列のスイッチングトランジスタを互いに入れ替え、又は、任意の2つの行のスイッチングトランジスタを互いに入れ替えた構成であってもよい。階調電位供給線に供給される電位は、この入れ替えに応じて変えられる。
本発明の実施例1のD/A変換回路を示す図である。 図1中の選択回路のチップ上レイアウトパターンを示す図であり、(B)は(A)中の2B−2B線に沿った、絶縁層を図示省略した断面図である。 本発明の実施例2の、2個並設された選択回路を示す図である。 (A)は、図3の回路のチップ上レイアウトパターンを示す図であり、(B)は(A)中の4B−4B線に沿った、絶縁層を図示省略した断面図である。 本発明の実施例3のD/A変換回路を示す図である。 図5中の選択回路のチップ上レイアウトパターンを示す図である。 従来の多階調活性マトリックス液晶表示装置の概略構成を示す図である。 従来の、図7中のD/A変換回路の構成例を示す図である。 (A)は従来の、図8中の選択回路のレイアウトパターンを示す図であり、(B)は(A)中の9B−9B線に沿った、絶縁層を図示省略した断面図である。
符号の説明
24A〜24C 選択回路
24X 4入力選択回路
251 出力バッファ回路
26 階調電位生成回路
50〜57 2入力選択回路
60 P型基板
61〜66 N型領域
V0〜V7 階調電位
Q00〜Q02、Q10〜Q12、Q20〜Q22、Q30〜Q32、Q40〜Q42、Q50〜Q52、Q60〜Q62、Q70〜Q72 スイッチングトランジスタ
G0〜G2、*G0〜*G2 ゲートライン
R0〜R6 抵抗
X1 データライン

Claims (10)

  1. 第1及び第2の選択回路を備え、前記第1及び第2の選択回路はいずれも、
    nビット選択信号に応答して、2n個の入力信号の1つを選択し、前記nビット選択信号のうちの第1のビット選択信号に応答して、前記入力信号のうちの2入力の一方を選択する2n-1個の第1の入力選択回路と、
    前記nビット選択信号のうちの前記第1のビット選択信号を除く第2のビット選択信号に応答して、前記2n-1個の第1の入力選択回路の各々で選択された信号の1つを選択する第2の入力選択回路とを備え、
    前記第1の入力選択回路は、
    前記第1のビット選択信号に基づいてオン/オフ制御される第1スイッチングトランジスタと、
    前記第2のビット選択信号に基づいて前記第1スイッチングトランジスタとオン/オフ状態が逆になるようにオン/オフ制御される第2スイッチングトランジスタと、
    を備え、前記第1スイッチングトランジスタと前記第2スイッチングトランジスタとが同一行に互いに隣接して配置され、前記第1及び第2のスイッチングトランジスタの一端にそれぞれ異なる電位信号が前記入力信号として前記第1及び第2のスイッチングトランジスタのゲートより上層の配線を介し供給され、
    前記第1の選択回路の前記第1の入力選択回路を構成する前記第1スイッチングトランジスタ及び前記第2スイッチングトランジスタと、前記第2の選択回路の前記第1の入力選択回路を構成する前記第1スイッチングトランジスタ及び前記第2スイッチングトランジスタとが、一軸に関し互いに対称に配置され、
    前記第1の選択回路への前記2 n 個の入力信号と前記第2の選択回路への前記2 n 個の入力信号とが共通になっている、
    ことを特徴とする選択回路。
  2. 前記第1及び第2のスイッチングトランジスタはいずれもFETであり、
    前記第1の選択回路の第1のスイッチングトランジスタのソース又はドレインが、前記第2の選択回路の第1のスイッチングトランジスタのソース又はドレインと共通である、
    ことを特徴とする請求項に記載の選択回路。
  3. 請求項1又は2に記載の選択回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1又は2に記載の選択回路を備えたことを特徴とするD/A変換回路。
  5. 請求項1又は2に記載の選択回路を備えたことを特徴とするデータドライバ。
  6. 走査ラインによって選択された液晶表示画素の行の表示電極にデータラインからの電位が印加される液晶表示パネルと、
    前記データラインに前記電位を印加して画像の所定期間毎に前記電位を更新するデータドライバと、
    前記走査ラインに対し走査パルスを供給する走査ドライバと、
    を有する液晶表示装置において、
    前記データドライバの出力段に請求項に記載のD/A変換回路を有すること
    を特徴とする液晶表示装置。
  7. 前記D/A変換回路の前記選択回路が複数並設され、
    隣り合う前記D/A変換回路が境界線に関し互いに対称的に配置されていること
    特徴とする請求項に記載の液晶表示装置。
  8. 前記境界線の部分が前記D/A変換回路に対する共通の基準電位供給部であることを
    特徴とする請求項に記載の液晶表示装置。
  9. 前記2n-1個の第1の入力選択回路の各々に供給される2入力は、
    それぞれ、異なるメタル層に形成された基準電位供給線から供給されること
    を特徴とする請求項乃至の何れか1つに記載の液晶表示装置。
  10. 請求項に記載のデータドライバを備えたことを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示パネル。
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