JP3920445B2 - Data line drive circuit for matrix display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ディスプレイ等の複数の電極をもつマトリックスタイプのディスプレイデバイスのデータラインを駆動する回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図24に特開平7−327185号公報に示された従来のTFT液晶ディスプレイのデータライン駆動回路を示す。線順次駆動方式によるデータライン駆動回路1は、図に示すように、シフトレジスタ11と、複数のバッファ回路(図中、AMP)12と、複数のサンプルホールドスイッチ(図中、SS1)14と、R/Wスイッチ(図中、SS2)15と、サンプリング容量16と、ホールド容量17と、OPアンプ18とを備えている。
【0003】
サンプルホールドスイッチ14、R/Wスイッチ15は同様の回路で構成されて直列接続されており、サンプルスイッチ14は図25に示すようにpチャンネルMOSトランジスタ14bとnチャンネルMOSトランジスタ14aとで構成されたトランスファーゲートのスイッチである。サンプルホールドスイッチ14は、バッファ回路12を経たシフトパルスN1〜Nmに同期して開閉し、R/Wスイッチ15は、データ転送信号線TRFにて送られてきた制御信号に同期して開閉するようになっている。
【0004】
サンプリング容量16は、サンプルホールドスイッチ14の出力段に設けられており、サンプルホールドスイッチ14によりサンプリングされたデータ(アナログ映像信号)を蓄えるようになっている。また、ホールド容量17は、R/Wスイッチ15の出力段に設けられており、R/Wスイッチ15によりサンプリング容量16から転送されたデータ(アナログ映像信号)を蓄えるようになっている。
【0005】
このとき、サンプリング容量16の容量値をCs、ホールド容量17の容量値をCh、サンプルホールドスイッチ14によって保持されたデータの電圧値をV0とした場合、ホールド容量17に発生するデータの電圧値は、入力されたV0よりも小さく、V0Cs/(Cs+Ch)に減っている。CsとChが同程度だと、上記式より分かるように所望値の2倍のデータを入力しなければならなくなり、映像信号発生回路部分の消費電力が増えてしまう。よって、Cs>10Ch程度に設計される。
【0006】
上記のように構成されるデータ信号線駆動回路1では、ある水平走査期間において、映像信号線SIGに入力された映像信号が、サンプルホールドスイッチ14によりサンプリングされた後、一旦サンプリング容量16に蓄えられる。そして、蓄えられた映像データ(電荷)は、次の水平走査期間においてR/Wスイッチ15を介してホールド容量17に転送されて保持される。
【0007】
そして、次の水平走査期間において、ホールド容量17に保持されている電圧と同じレベルの信号が、OPアンプ18を介してデータ信号線SL1〜SLmに出力される。ホールド容量17は、データ信号線SL1〜SLmの容量に比べて小さいので、電荷の容量分割によってデータ信号線SL1〜SLmに書込まれる信号レベルが小さくなる。このため、OPアンプ18により信号の増幅がなされている。
【0008】
図26は従来の制御信号のタイミングチャートであり、そのときのN1、N2、N3、TRF、水平走査1ライン目、2ライン目、3ライン目のタイミングチャートを示している。
【0009】
従来、上記TFT液晶ディスプレイ用データライン駆動回路は、Si基板上に形成したトランジスタから成るICを組合わせて構成されていた。これに対して、近年、上記駆動回路を低温プロセスにより、液晶パネルと同じガラス基板上に形成することが進められている。駆動回路をガラス基板上に形成することにより、液晶パネルと駆動回路を一体化することができ、装置の小型化、配線数低減による高信頼化の利点が得られる。また、駆動回路を形成する基板をSiからガラスにすることにより、コストが低減される。
【0010】
液晶ディスプレイにて、良好な画像を得るために、データライン駆動回路の出力電圧誤差の低減が重要な課題となっている。出力電圧誤差の原因として、例えば、1.トランジスタのOFF時の漏れ電流、2.ホールド容量における残留電荷、3.トランジスタ内の容量結合によるフィードスルー現象がある。これらの現象は、特に低温プロセスによってガラス基板上で形成された多結晶Siを用いる場合に顕著となる。以下、それぞれの原因により発生する課題について説明する。
【0011】
サンプリング容量16の容量値は、サンプルホールドスイッチ14の0N抵抗とサンプルホールドスイッチ14のゲートが開いている時間で決まる。ガラス基板上に低温プロセスによって形成された多結晶Siのトランジスタ性能は、Si基板上に形成されたトランジスタに比べて劣る。多結晶SiのnチャンネルMOSトランジスタのVg−Id特性を図27に示す。W/L=10μm/5μmである。Vg=5VのときのnチャンネルMOSトランジスタON電流は10-4Aと読み取れるので、pチャンネルMOSトランジスタも同程度と考えると、トランスファーゲートで構成されたサンプルホールドスイッチ14のON抵抗は、Vg=5Vのとき25kΩ(Rとおく)になる。例えば、SVGA(800×600画素)のTFT液晶ディスプレイ用データライン駆動回路を8分割する(パネルを8分周して各ブロックごとに駆動する)ことを考えると、クロック周波数が5MHz程度になるので、サンプルホールドスイッチ14が開いている時間は200nsec(tとおく)である。このときのサンプリング容量16の容量値Csは、所望値との誤差0.1%とすると、V0(1−e-t/CsR)=0.999から、Cs=1.2pFとなる。ホールド容量17の容量値ChはCsの1/10程度が望ましいので、Ch=120fFになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス基板上に低温プロセス多結晶Siによって形成された、上記のような従来のデータライン駆動回路では、ホールド容量17の容量値Chをあまり大きくすることができず、多結晶SiのMOSトランジスタのOFF電流が大きいため、せっかくホールド容量17に蓄積した電荷(映像データ)が、R/Wスイッチ15を通ってサンプリング容量16にリークしてしまい、設定した電圧値との誤差を生じてしまう問題があった。
【0013】
例えば、図27に示した多結晶SiのnチャンネルMOSトランジスタの特性より、OFF電流は、Vg=−1Vをみると、1×10-10 Aである。トランスファーゲートのpチャンネルMOSトランジスタも同程度の性能とすると、R/Wスイッチ15のリーク電流は2×10-10 Aになる。ホールド容量17の容量値Chを上記で設定したように120fF、1ラインの走査時間を28μsec (1/60sec/600ライン)とすると、まずはじめの28μsecは、サンプリング容量16に蓄積された電圧を5V、ホールド容量17に発生している電圧0Vとすると、信号線SIGとホールド容量17にリークするので、所望値との最大誤差電圧は、
ΔV1=28×10-6・2×10-10・2/1.2×10-12=9.3mV
次に、後の28μsecは、サンプリング容量16に発生している電圧を0V、ホールド容量17に蓄積している電圧を5Vとすると、所望値との最大誤差電圧は、
ΔV2=28×10-6・2×10-10/120×10-15=47mV
になる。よって、トータルの所望値との最大誤差電圧は、
ΔV1+ΔV2=56mV
になる。この電圧は0〜5Vを256レベルで制御した場合、1ビット当たり20mVになるので、3ビット近いずれになってしまう。
【0014】
従来のデータライン駆動回路のスイッチは、トランスファーゲートになっている。前述のように、スイッチが並列に接続されているため、リーク電流が大きいという問題がある。nチャンネルMOSトランジスタか、あるいはpチャンネルのどちらか一方だけでスイッチ部を構成すれば、リーク電流が半分になり、低温多結晶SiTFTのデータライン駆動回路の出力誤差が低減される。
【0015】
また、従来のデータライン駆動回路は、ホールド容量17の電荷(映像データ)を1水平走査時間ごとにリセットしていないため、ホールド容量17に残っている電荷分、次にR/Wスイッチ15を介してサンプリング容量16から転送されてくるデータ(電荷)に誤差が発生する。
【0016】
例えば、前水平走査期間にホールド容量17に5V蓄積されていた場合、次の水平走査期間に0Vのデータが送られてくると、ホールド容量17に発生する電圧Vhは、Vh=0Vとなるべきところが、
Vh=(5Ch+0)/(Cs+Ch)=455mV
になってしまう。もちろん、常に一定の残留電荷が、データをホールド容量17に転送する前に残っていれば問題がない。例えば、以前のデータが5Vではなく0Vとだったとすると、0Vのデータが送られてきた場合のホールド容量17に発生する電圧は0Vである。このことから分かるように以前のデータによって、0Vという入力データが出力時に0〜455mVの間で変化してしまう。この最大の誤差電圧455mVは、1ビット当たりのホールド電圧20mVの20倍以上に相当し非常に大きな誤差になる。
【0017】
また、低温プロセス多結晶Siで構成されたMOSトランジスタの性能は、単結晶SiのMOSトランジスタと比較して移動度が1/10〜1/5と悪い。このトランジスタを使ってサンプルホールドスイッチ14、R/Wスイッチ15を構成すると、数百nsecの間にサンプリング容量、ホールド容量の電荷を充放電しなければならないため、トランジスタサイズはおのずと大きくなってしまう。(ドレイン電流はゲートの幅Wに依存して大きくなるため。)トランジスタサイズが大きくなると、ゲート−ソース容量、ゲート−ドレイン容量、ON時のゲート容量が大きくなり、この容量はサンプリング容量16、ホールド容量17に比べて無視できなくなる。各スイッチはトランスファーゲート構成であるため、容量結合によるフィードスルーで生じる電荷量の変化は小さいとはいえ、映像データの最終値と入力値との間に誤差を生じてしまう。この誤差により入力値を補正しなければならず、R/Wスイッチ15をOFFにしてOPアンプに入力するデータを確定するため、OFF時のフィードスルーによって電荷が引き抜かれ、入力値よりも最終値は小さくなる。ホールド容量17の容量値が上述のように小さいため、この変化量は大きい。よって、これを補正するためデータはあるバイアス値を持って入力しなければならない。これは、データライン駆動回路の負担が大きくなるという問題がある。具体的にいうと、各スイッチ14、15のゲート信号をレベルシフトしなければならず、そのレベルシフターを駆動するためにシフトレジスタ等の駆動電圧を上げなければならないことから、消費電力が大きくなる。また回路規模も大きくなるという問題を生じる。
【0018】
本発明は、従来技術の前記の問題点を解決するためになされたものであり、映像信号のデータ精度を改善し、回路規模と消費電力を削減することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の構成によるマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路は、データラインに信号を出力するための信号増幅手段と、サンプリング信号によりオンオフされ、出力部に設けられたサンプリング容量へのデータ信号の取り込みを制御するサンプルホールドスイッチと、R/W信号によりオンオフされ、前記サンプリング容量から前記信号増幅手段の入力部への信号伝送を制御するR/Wスイッチとを備え、各データライン毎に前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとの直列回路を2組並列に設け、前記各組の直列回路の前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとを、1水平走査期間毎に交互に動作させ、前記2組の直列回路を1水平走査期間毎に交互に駆動するマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路であって、前記R/W信号のオン時刻を前記サンプリング信号の1水平走査期間内でのオン時刻よりも、前記信号増幅手段の出力の立ち上がり時間の1/2より大きな時間、早めたものである。
【0020】
また、本発明の第2の構成によるマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路は、上記第1の構成に加え、1水平走査期間が終わるまで前記R/Wスイッチをオン状態に保持しているものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1に実施例を示す。図にはデータライン駆動回路に含まれている一部分で、RGBの内の1列目が示されている。Rsigは映像信号ライン、141は奇数行サンプルホールドスイッチ、142は偶数行サンプルホールドスイッチ、151は奇数行R/Wスイッチ、152は偶数行R/Wスイッチ、161は奇数行用、162は偶数行用のサンプリング容量であり、1RoutはOPアンプに接続されている。ホールド容量171はOPアンプの入力容量を用いて構成している。101はOPアンプの入力容量に書込まれている電圧(映像データ)を電圧Vddにリセットするためのリセットスイッチである。電圧Vddは一定値になっている。1S/HOd、1S/HEv、R/WOd、R/WEv、RSToは各スイッチを制御するための制御信号ラインが接続されている。
【0022】
奇数行、偶数行サンプルホールドスイッチ141、142は、図に示されたように低温多結晶Siのn型MOSトランジスタQaを直列に接続した構成になっている。奇数行、偶数行R/Wスイッチ151、152は、同様にn型MOSトランジスタQbを直列接続した構成になっている。また、同様にリセットスイッチ101もn型MOSトランジスタQcを直列に接続して構成されている。
【0023】
本実施の形態の各スイッチは、n型MOSトランジスタを直列にしている。この効果を説明する。図2にW/L=10μm/5μmの低温多結晶Sin型MOSトランジスタ(Single Gate)のId−Vg特性と、それを2個直列にした場合(Dual Gate)の特性が示されている。Vg=5VのときのON電流を見るとSingleのときは10-4A、Dualのときは5×10-5Aと、直列にした分電流が減少している。しかし、OFF電流は1/2よりもさらに小さく約1桁下げることができることが分かる。この方法は、リーク電流を抑える上で非常に有効な手段である。また、MOSトランジスタを3個以上直列にしても同様な効果が得られる。
【0024】
また、図3にMOSトランジスタの構成図を示す。n型トランジスタの場合、ゲートの下はP型の不純物、ソース、ドレインにはn型の不純物がドープされている。n型の高不純物濃度領域で挟まれた長さLeffを実効チャネル長、実効的なゲートの幅を実効チャネル幅Weffと呼ぶ。ゲート酸化膜の厚さをTOXで表している。下式は飽和領域(Vds≧Vgs−Vth:Vdsはドレイン−ソース電圧、Vgsはゲート−ソース電圧、Vthはしきい値電圧である。)でのドレイン電流を表す。
Id=βn/2・(Vgs−Vth)2 (1)
βn=μn・Cox・Weff/Leff
Cox=εr・ε0/TOX
μn:移動度
(1)式から分かるようにON電流はゲート幅Wに比例して増加し、ゲート長Lに反比例して減少する。
【0025】
ガラス基板上に形成された低温多結晶Si(低温多結晶Si)のMOSトランジスタの移動度μは、Siウエハー上に形成された単結晶なSiのMOSトランジスタと比較して1/5〜1/10の値である。このことから分かるように、例えば、8分周したSVGA−TFTLCDのデータライン駆動回路を設計する場合、データのサンプリング時間は200nsecになる。この時間内にデータを完全にサンプリング容量161に充電するためには、トランジスタのON抵抗をサンプリング容量に見合った値に設定しなければならない、すなわちドレイン電流Idを合わせなければならない。単結晶Siと比べて低温多結晶SiMOSトランジスタは移動度が低いので、単結晶Siを用いたMOSトランジスタよりもゲート幅Wを大きくしなければならず、おのずとリーク電流も大きくなってしまう。これは、ガラス基板上に低温プロセス多結晶SiMOSトランジスタを用いて構成したデータライン駆動回路の問題点である。
【0026】
上記の問題点を解決したのが本実施の形態である。図4に制御信号と行ラインに入力される水平走査のタイミング図を示す。SVGA−TFTLCDのデータライン駆動回路を設計した例である。駆動回路は8分周して制御されている。RGBの映像データが8分割された領域ごとに並列に駆動回路に入力されている。図4は8回路のうちの1つを示している。もちろん、他の7つも同様な制御信号が入力されている。
【0027】
水平走査パルスが、1/60secの間に1行目から600行目まで順番に発生する。パルス幅は25μsec程度である。(ブランキング期間があるため。)まず、1行目の水平走査パルスが発生する前(0行目の期間)に、1行目のデータをサンプリングするために、各列の奇数行サンプルホールドスイッチ141…に1S/HOd、2S/HOd〜106S/HOd(101〜106列はダミーで、実際には、映像信号は入力されない。)のデータサンプリング信号が各サンプルホールドスイッチに入力され、映像データが各サンプリング容量161…に順次書込まれる。1行目の水平走査期間のはじめに、制御信号RST0が各リセットスイッチ101…に入力され、各ラインのOPアンプの入力容量(ホールド容量)に蓄積されている電荷(映像データ)を結線1Rout、2Rout…、1Gout、2Gout…、1Bout、2Bout…を介して、各リセットスイッチにより電圧Vddに充電される。リセット期間は400nsec、Vddは5Vである。リセット後、制御信号R/WodがR/Wスイッチ151に入力され、各サンプリング容量161…に保持されている電荷(映像データ)を結線1Rout、2Rout…、1Gout、2Gout…、1Bout、2Bout…を介して、各OPアンプの入力容量に書込む。データをOPアンプに書込んだ後、R/Wスイッチは1行目の走査期間が終わるまで、ON状態が保持されている。1行目がデータをOPアンプに書込んでいる間、1行目水平走査期間に、2行目のデータを制御信号1S/HEv、2S/HEv〜106S/HEvによって、各列の偶数行サンプルホールドスイッチを介して、各サンプリング容量162…に映像信号が順次書込まれる。書込まれたデータは、2行目水平走査期間に各OPアンプの入力容量に残っている電荷(映像データ)をリセットした後、各OPアンプに書込まれる。600行目まで、この動作が繰り返される。
【0028】
このように、1データライン毎にサンプリングスイッチとR/Wの直列回路を2組並列に設けて交互に駆動するようにしたので、サンプリング、R/Wおよびリセット信号のタイミングの自由度が大きい。このため、移動度の小さい多結晶シリコンのトランジスタを用いた場合においても設計の自由度が大きく高精度の映像信号駆動が可能となる。
【0029】
本実施の形態は、OPアンプの入力容量を一定の電圧であるVddにリセットする。このため、以前のデータがどのような値であっても最新の入力値のみに対応した電圧が、信号線1Rout、2Rout…、1Gout、2Gout…、1Bout、2Bout…に発生する。よって、リセット動作のない従来のデータライン駆動回路の場合発生していた1行前のデータによる駆動電圧の誤差がなくなる。
【0030】
また、本実施の形態は、OPアンプの入力容量(ホールド容量)にサンプリング容量161…、162…からデータを書込む期間を、その行の水平走査期間が終わるまで十分長くしているため、データを保持している容量がサンプリング容量CsとOPアンプの入力容量Chの並列になり、従来のデータライン駆動回路のようにホールド容量Chだけでデータを保持するのに比べて、リーク電流によって発生するデータの誤差は非常に小さくなる。
【0031】
前述のように従来では、OFF電流は、Singleゲートのトランスファーゲートであることから図2より2×10-10 A、ホールド容量は120fF(サンプリング容量1.2pF)、1ラインの走査時間Tを28μsec(1/60sec/600ライン)とすると、所望値との最大誤差電圧は、
ΔV=56mV
である。比較のために本実施例も、サンプルホールドスイッチ141、142、R/Wスイッチ151、152をn型MOSトランジスタのDualゲート構成ではなく、W/L=10μm/5μmのSingleのトランスファーゲート構成とした場合を考えてみる。このとき、リセットスイッチはW小、L大のn型MOSトランジスタのみを用いたDualゲート構成とし、Vddへのリークは非常に小さいこととした。はじめの28μsecはサンプリング容量1.2pFで保持し、後の28μsecはサンプリング容量1.2pFとホールド容量120fFの和1.32pFで保持することになる。従来と同様にリーク電流を2×10-10Aとすると、所望値との最大誤差電圧は、
ΔV′=28×10-6・2×10-10・2/1.2×10-12
+28×10-6・2×10-10/1.32×10-12=14mV
になる。従来と比較して最大誤差電圧は、14mV/56mV×100=25%に減ることが分かる。
【0032】
本実施の形態は、実際は図1のようにn型MOSトランジスタのみを用いたDualゲートで、サンプルホールドスイッチ141、142、R/Wスイッチ151、152を構成している。サンプルホールドスイッチ141、142のMOSトランジスタQaはW/L=30μm/5μm、R/Wスイッチ151、152のQbはW/L=12μm/5μm、リセットスイッチ101のQcはW/L=5μm/5μm、サンプリング容量161、162の容量値は1.05pF、OPアンプの入力容量値(ホールド容量)は105fFに設計されている。上記のようにこのときの最大誤差電圧を求めてみる。図2より、DualゲートにしたことによりOFF電流は1×10-11 まで減少している。しかし、Wを30μm、12μm、5μmと3倍、1.2倍、0.5倍にしているため、OFF電流は3×10-11 、1.2×10-11 、0.5×10-11 である。よって、はじめの28μsecの所望値との最大誤差電圧ΔV1″は、
ΔV1″=28×10-6(3×10-11+1.2×10-11
/1.05×10-12=1.1mV
になる。次の水平走査期間28μsecの所望値との最大誤差電圧ΔV2″は、
ΔV2″ 28×10-6(1.2×10-11+0.5×10-11
/1.16×10-12=0.41mV
となり、トータルの最大誤差電圧は、ΔV1″+ΔV2″=1.5mVになる。従来の56mVと比べると非常に精度が上がっていることが分かる。
【0033】
本実施の形態の各スイッチは、リーク電流を抑えるために従来のトランスファーゲートではなく、n型MOSトランジスタのみのDualゲートにしている。スイッチング時のフィードスルーにより、OPアンプに書込まれたデータ(電荷)が変化してしまう。特にn型、p型どちらか一方のみで構成されたスイッチの場合変化が大きい。(トランスファーゲートは、n型MOSトランジスタのゲート電圧が立ち下がるときゲートを通してサンプリング容量、あるいはホールド容量に保持されている電荷(映像データ)の一部を放電してしまうが、同時にp型MOSトランジスタのゲート電圧が立ち上がるので、ゲートを通して容量に充電するので変化は少ない。)このフィードスルー現象により前述の誤差電圧が大きくなるわけではないが、(必ずその入力電圧分の電荷が変化するので、データ入力時にその変化分を考慮すればいい。)入力電圧にバイアスをかけなければならなくなる。例えば、0〜4Vの出力を得るために1〜5V入力しなければならなくなったりする。本実施の形態では、もともとn型MOSトランジスタのみで構成されているため、例えば、ソース電圧3.9V、ドレイン電圧4Vの場合でも十分にONしなければならないので、レベルシフターを用いて、ゲートに5V以上の電圧パルスを印加している。しかし、フィードスルーによってバイアスが加わるとなると、さらにそれ以上のゲート電圧を印加しなければならず、電力、あるいは素子の信頼性の点(印加電圧が大きくなればなるほど素子は劣化する。)から不利である。また、バイアスを持ったゲート信号にすれば問題のないことになるが、制御信号は、5V、あるいは3.3Vであり、スイッチ141、142、151、152、101のゲートに掛ける電圧にバイアスを持たせるということは、制御信号の電圧、すなわちレベルシフタの入力電圧を上げなければならなくなり、やはり、消費電力の点で問題となる。
【0034】
本実施の形態は、水平走査期間が終わるまでR/Wスイッチ151、152をONしているので、サンプルホールドスイッチ141、142がOFFしたときに引き抜かれる一部の電荷(映像データ)を、R/WスイッチのON時にゲートを介して充電する電荷とリセット時に充電する電荷でバランスをとることにより、OPアンプに入力されるデータのDCバイアス分を最小限にすることができる。
【0035】
次に,本実施の形態で用いた設計手法を説明する。n型MOSトランジスタの容量値は、図5に示すようにCgg、Cgd、Cgsの3つが考えられる。Cgd、Cgsはゲート電圧(Vg)の変化分の電荷が移動するが、CggはVg−ソース電圧(Vin)−しきい値電圧(Vth)の電圧変化分の電荷が移動する。各過程ごとに計算式を示す。サンプルホールドスイッチ141、142によってサンプリング容量(Cs)161、162に充電される電圧は、
Vs1=Vin (2)
サンプルホールドスイッチがOFFした後の電圧Vs2は、
Vs2=Vin−{(Vg−Vin−Vth)/2・Cgs/(Cs+Cgs)+Vg/2・Cgs′/(Cs+Cgs′)}(3)
gs:サンプルホールドスイッチのCgg、
Cgs′:サンプルホールドスイッチのCgd+Cgs、
Cs:サンプリング容量
リセットスイッチ101がONした後の電圧Vs3は、
Vs3=Vdd (4)
リセットスイッチがOFFした後にOPアンプの入力容量(Cw)に発生する電圧は、
Vw=Vdd−{(Vg−Vdd−Vth)/2・Cgr/(Ch+Cgr)+Vg/2・Cgr′/(Ch+Cgr′)}(5)
Cgr:リセットスイッチのCgg、
gr′:リセットスイッチのCgd+Cgs、
h:ホールド容量
R/WスイッチをONした後のサンプリング容量、OPアンプの入力容量に発生する電圧は、
Vout=(ChVw+CsVs)/(Ch+Cs)+{(Vg−(ChVw+CsVs)/(Ch+Cs)−Vth)・Cgw/(Cs+Ch+Cgw)+Vg・Cgw′/(Cs+Ch+Cgw′)} (6)
Cgw:R/WスイッチのCgg、
gw′:R/WスイッチのCgd+Cgs
ゲート長Lは5μm一定で、トランジスタが2直列であるので、Cgs、Cgr、Cgwは、
Cgs=2ε0εr・LWs/TOX=KWs (7)
Cgr=2ε0εr・LWr/TOX=KWr (8)
Cgw=2ε0εr・LWw/TOX=KWw (9)
Ws、Wr、Wwは各スイッチのトランジスタQa、Qc、Qbのゲート幅を表す。ゲート−ソース、ゲート−ドレイン容量はゲート幅Wのみに依存する。これもトランジスタが2直列であるので、Cgs′、Cgr′、Cgw′は、
Cgs′=4αWs=K′Ws (10)
Cgr′=4αWr=K′Wr (11)
Cgr′=4αWw=K′Ww (12)
TOX:ゲート酸化膜厚、
α:CGDO(ゲート−ドレイン容量)、
GSO (ゲート−ソース容量)、
GDO=CGSOとした。
【0036】
本実施の形態は、L=5μm、TOX=50nm、α=1.68nF/m(測定値)であるので、
Cgs、Cgr、Cgw=6.73×10-9Ws、6.73×10-9Wr、6.73×10-9Ww
Cgs′、Cgr′、Cgw′=6.72×10-9Ws、6.72×10-9Wr、6.72×10-9Ww
となり、
Cgs=Cgs′=Kws (13)
Cgr=Cgr′=Kwr (14)
Cgw=Cgw′=KWw (15)
K=6.73×10-9
とおける。
Cs=nChとし、Vin=Voutで解くと、
Ww=A(n+1)Ch/{K(1−A)} (16)
A={Vin−(Va+nVs)/(n+1)}/Vz
Vz=2Vg−(Va+nVs)/(n+1)−Vth
Vs=Vin−VyKWs/(Cs+KWs)
Va=Vdd−VxKWr/(Ch+KWr)
Vy=(2Vg−Vin−Vth)/2
Vx=(2Vg−Vdd−Vth)/2
になる。本実施の形態は、Vg=9V、Vdd=5V、Vth=1.4V、Cw=105fF、n=10で動作する。Vinは、1〜5Vの中点の3Vとした。(n型MOSトランジスタのOFF特性が1Vマイナス側に寄っているため。図2)サンプルホールドスイッチを構成するQaのゲート幅Wsを変化させたときのVin=VoutとなるR/Wスイッチを構成するQbのゲート幅Wwの値を図6に示す。本実施の形態の設計値であるトランジスタQaのゲート幅Ws=30μmの値を取ると、Qbのゲート幅Ww=12μmになることが分かる。
【0037】
図7にこの設計手法の効果を示す。本実施の形態の設計値とR/Wスイッチ151、152のゲート幅Wwのみ上記の12μmから5μmに変えたときの入力電圧−出力電圧特性を示す。実線と点線が上述の計算式(6)より求めた結果で、ポイントがSPICE系回路シミュレーションによって求めた結果である。また、破線は出力/入力が1である理想的な入出力特性を示している。図より、実線のR/WスイッチのWwが12μmの設計ではバイアス電圧を殆ど必要としないが、点線の5μmの設計では0.5V程度のバイアス電圧を入力値に加えなければならないことが分かる。もちろん、従来方式のようにR/Wスイッチ151、152をOFFにしてデータ値を確定するタイプでは、このバイアス電圧が数Vになってしまうことは言うまでもない。
【0038】
また、リセット電圧をGND電圧ではなくVddにすることにより、フィードスルーによる電荷の減少分が補われていることが分かる。この効果によりR/Wスイッチのトランジスタサイズが小さく設計できる。(R/WスイッチON時のフィードスルーによってゲートから供給される電荷量が、少なくても所望値からのずれが小さくできるため。)
【0039】
図8にサンプリング容量Cs161、162とOPアンプの入力容量Chの電圧変化V(Cs)、V(Ch)と、サンプルホールドスイッチ141、142のゲート信号1S/HOd、2S/HOd…、1S/HEv、2S/HEv…(Vgsで表す。)、R/Wスイッチ151、152のゲート信号R/WOd、R/WEv(Vgwで表す。)、リセットスイッチ101のゲート信号RSTo(Vgrで表す。)のタイミングを示す。まず、サンプルホールドスイッチがONし、サンプリング容量Csに電荷(映像データ)が蓄積される。その電荷はOFF時にフィードスルーによって一部引き抜かれ、入力値よりも小さな値となる。次に、リセットスイッチがONし、OPアンプの入力容量Chの電圧を電圧Vddにリセットする。これもOFF時にフィードスルーによって電圧が低下する。この時Chに残る電荷量は一定値である。次に、R/WスイッチがONし、OPアンプの入力容量Chにデータ(電荷)を書込む。書込んだ後は、水平走査期間の間この状態を維持する。
【0040】
nMOSトランジスタのみでサンプルホールドスイッチ、R/Wスイッチを構成し、そのフィードスルーによるデータのずれを最小にする設計方法を述べたが、もちろん、各スイッチをトランスファーゲートで構成したものも同様に上記の方法を用いて、最適なトランジスタサイズにすることにより、フィードスルーよるデータのずれを最小にすることができることはいうまでもない。
【0041】
ここで、液晶表示装置全体とデータライン駆動回路の構成を説明する。図9は液晶表示装置の全体を示す。データライン駆動回路1には、電源としてGND、Vdd、Vff、Vcc、Veeと、制御信号としてHCLK、ST、L/SW、R/W、RSTと、アナログ映像信号のRsig、Gsig、Bsigが入力されている。出力としてR1、G1、B1、R2、G2、…が、各色の各列(画素TFTのソース)に対応して接続されている。102は画素TFTで、103は液晶である。各行に対応した画素TFTのゲートは各行の水平走査期間開くように、水平シフトレジスタ104に接続され制御されている。S1、S2、S3、S4、…は、1行目、2行目、3行目、4行目、…を示している。
【0042】
Vddはシフトレジスタ等を動作させる電源で、電圧5Vである。Vffはサンプルホールドスイッチ、R/Wスイッチ、リセットスイッチを動作させるための電源で、電圧9Vである。Vcc、VeeはOPアンプを動作させる電源で、それぞれ電圧9V、−5Vの設定にしている。制御信号HCLKはシフトレジスタを動作させるクロック、STはスタートパルス、L/SWはライン切り換え信号、R/WはOPアンプの入力容量にデータを書込むための信号、RSTはリセット信号である。
【0043】
図10はデータライン駆動回路全体を示している。データライン駆動回路1は、シフトレジスタ105、クロックバッファ106、スタートバッファ107、L/SWコントローラ108、サンプルホールド信号発生部109、レベルシフタ110、サンプルホールド部111、R/Wスイッチ部112、R/W、リセット信号発生部113、OPアンプ114から構成されている。クロックバッファ106はR1〜B2までの6列に1個、L/SWコントローラ108は1駆動回路に1個、サンプルホールド信号発生部109、レベルシフタ110はR1、G1、B1の3列に1個、サンプルホールド部111、R/Wスイッチ部、OPアンプは1列に1個、R/W、リセット信号発生部はR1〜B2の6列に1個設けられている。電源入力は省略された図になっている。
【0044】
図11、図12にクロックバッファ、スタートバッファの構成を示す。クロックバッファはインバータの2直列で、1段目のインバータ出力から信号nCKを、2段目のインバータ出力から信号pCKをシフトレジスタ105に入力している。スタートバッファもインバータを2直列接続した構成になっており、2段目のインバータの出力信号SToがシフトレジスタに入力されている。電圧Vddで駆動される。図13はシフトレジスタの構成が示されている。n型MOSトランジスタQx、p型MOSトランジスタQyからなるトランスファーゲート、インバータによって構成されている。電圧Vddで駆動され、信号STo、pCK、nCK入力されることにより、SRo1、SRo2、…が出力される。図に示す2段分が1組みで、これが繰り返され接続されている。SRo1、SRo2、SRo3、SRo4、…はpCK、nCK、pCK、nCK、…と、図14、図15に示すようにANDを取られ、信号SR1、SR2、SR3、SR4、…が作られる。図16に各制御信号と各出力信号のタイミングチャートを示す。図16より分かるように、HCLKの半周期のシフト信号SR1、SR2、SR3、SR4、…を得ることができる。すなわち、シフト信号周波数の1/2のクロック周波数でシフトレジスタを駆動することができる。単結晶Siと比較して性能の劣る低温多結晶SiMOSトランジスタで構成されたシフトレジスタの駆動限界周波数は、単結晶Siのそれに比べて低いので、本実施の形態のように8分周して駆動したとしても、SVGA、XGAといった高精細LCDパネルを駆動するのには難しい。しかし、本実施の形態で用いたシフトレジスタの構成にすれば、得たいシフト信号周波数の1/2のクロック周波数で駆動できるので、一般的なクロック周波数とシフト信号周波数が一致するようなシフトレジスタと比較して、駆動限界周波数を上げることができる。本実施の形態は上記のシフトレジスタを用いたことにより、SVGALCDパネルを駆動することができた。
【0045】
シフト信号SR1、SR2、…はそれぞれのサンプルホールド信号発生部109に入力される。L/SWコントローラ108より作られた制御信号pL/SWとnL/SWは各サンプルホールド信号発生部109に入力される。L/SWコントローラ108の構成は図17に示す通りであり、信号L/SWの反転信号nL/SWと非反転信号pL/SWを作っている。サンプルホールド信号発生部109に入力された信号SR1、pL/SW、nl/SWは、図18に示すAND回路によって奇数行サンプルホールド制御信号1S/HOdと偶数行サンプルホールド制御信号1S/HEvになる。これらの信号1S/HOd、2S/HOd、…、1S/HEv、2S/HEv、…のタイミングチャートはすでに図4において説明した。
【0046】
レベルシフタ110は、駆動電圧Vdd(5V)で送られてきた制御信号1S/HOd、1S/HEvの電圧をVff(9V)にレベルシフトする回路である。図19に示す回路を用いて電圧レベルのシフトを実現している。Qx、Qzはn型MOSトランジスタ、Qyはp型MOSトランジスタを示す。
【0047】
図10にて、点線で囲まれたサンプルホールド部111とR/Wスイッチ部112は、すでに図1で示し、説明した部分である。サンプルホールド部111には、映像データRsig、Gsig、Bsig、制御信号1S/HOd、1S/HEvが入力され、R/Wスイッチ部にはR/W、リセット信号発生部113で形成された制御信号R/WOd、R/WEv、RSToが入力されている。
【0048】
R/W、リセット信号発生部113は、電圧Vdd(5V)の信号RSTをレベルシフトし電圧Vff(9V)の信号RSToを作り、信号L/SWの反転信号、非反転信号と信号R/WとのANDにより形成された信号R/WOd、R/WEvをVffにレベルシフトした制御信号を作っている。
【0049】
R/Wスイッチ部112より出力された映像データ信号1RoutはオペアンプOPA1Rの入力に接続され、そのデータはオペアンプを介して電流を増幅し、液晶セルに映像データを伝えている。
【0050】
図4において本実施の形態の制御信号のタイミングについて以前に簡単に述べているが、ここで、1列目のサンプルホールド信号1S/HOdとR/WEv、1S/HEvとR/WOdのタイミングについて述べる。図20に水平走査パルス(水平シフトレジスタ104の出力信号S1、S2、S3…)、サンプルホールド信号1S/HOd、2S/HOd、…、1S/HEv、2S/HEv、…、リセット信号RSTo、R/W信号R/WOd、R/WEvと、列データ線R1に発生する電圧V(R1)、電流I(R1)のタイミングが示されている。OPアンプが動作すると、電流が流れLCDパネルを充電する。LCDパネルは負荷が大きく、60〜80pFである。この大きな容量性の負荷への充電を完了し、液晶セルへデータを伝えるにはある程度時間を要する。約5μsecぐらいである。このとき大きな電流がGNDラインに流れ、電位が不安定になり、回路の動作に影響を与えてしまう。これを避けるために本実施の形態では、サンプルホールド信号1S/HEv、1S/HOdのONタイミングを、R/WOd、R/WEvのONのタイミングより時間Td遅らせている。(スタート信号SToのONタイミングを遅らせている。)このTdの値は、OPアンプの出力電圧V(R1)の立ち上がり、立ち下がり時間Tr(LowからHigh、HighからLowまでに要する時間)の1/2よりも大きくしている。すなわち、Td>Tr/2の設定にしている。このように、電流ピークのタイミングを避けてサンプルホールド動作をさせることにより、精度の高いサンプルホールド動作を可能にしている。
【0051】
実施の形態2.
サンプルホールド部とR/Wスイッチ部の他の実施の形態について説明する。図21にそれを示す。図1の実施の形態と比較してもらえば分かるが、異なる点はサンプルホールドスイッチ115、116の構成である。もちろん、サンプルホールドスイッチ115は奇数ライン用、116は偶数ライン用である。サンプルホールドスイッチ115、116は、実施の形態1同様にn型MOSトランジスタQaが直列に接続されている。トランジスタQa間の接続点に補助容量(Cf)117、118が接続されているのが特徴である。
【0052】
これの効果を説明する。図22にゲート長L5μm、ゲート幅W10μmの低温多結晶Sin型MOSトランジスタに、ゲート電圧−1Vをかけた時のドレイン−ソース電圧とドレイン電流の関係が示されている。すなわち、OFF時のリーク電流がドレイン−ソース電圧でどのような値になるかが分かる。トランジスタのドレイン−ソース電圧が1V下がると、リーク電流を約1/5に抑えることができる。
【0053】
実施の形態2はこの特性を利用し、サンプリング容量Csに保持されているデータ(電荷)のリークによる所望値からの誤差を、実施の形態1よりもさらに小さくする効果がある。動作を説明する。サンプルホールド時にサンプリング容量Csにアナログ映像データ(電荷)をサンプリングするときに、同時に補助容量Cfにも同電位に充電する。補助容量Cfに蓄えられた電荷は、各ラインのデータをサンプリングしている期間および、データをOPアンプに書込んでいる期間に、信号線Rsig側にリークして電圧が下がるが、その値は1V以下である。例えば、補助容量Cfの容量値を500fFとしたら、5Vの電荷は2ライン走査時間56μsec(SVGA−LCDパネルを8分周駆動)の間にリークした後の電圧Vfは、Qaのトランジスタサイズは、実施の形態1よりW/L=30μm/5μmなので図22のドレイン電流を3倍にして考えると、
Vf=(5V×500fF−3×10-10A×56μs)
/500fF=4.966V
になる。このことより分かるように、サンプリング容量Csに蓄えられている電荷がRsig側にリークする電流は、図22より10-13 Aオーダーになる。よって、Rsig側へのリークは無視できるほど小さくなり、データの所望値からの誤差が小さくなりアナログデータ出力値の精度が上がる。
【0054】
図23はサンプリングスイッチ115、116の他の構成である。上記説明にあるように、トランジスタQaのリーク電流は、Qaのドレインーソース電圧を下げることによって小さくすることができる。図において、トランジスタ210には、S/HOd信号の反転信号が入力されており、Qa,QbがOFFの状態ではQaとQbとの接続点の電位はVxに固定される。例えば、RsigがVmin〜Vmaxまで変化するとすれば、Vxを(Vmin+Vmax)/2に固定するとQaのドレインーソース電圧の最大値は約半分に低下する。例えば、Vmin=1V、Vmax=5Vとすると、Vxは3.5Vとなり、リーク電流は図22では、1×10-10(A)から8×10-12(A)まで低下する。よって、Rsig側へのリークは無視できるほど小さくなり、データの所望値からの誤差が小さくなり、データ精度があがる。
【0055】
低温プロセス多結晶SiのMOSトランジスタで構成したLCDのデータライン駆動装置について述べてきたが、この技術は、単結晶Si、あるいは高温多結晶SiのMOSトランジスタで構成したデータライン駆動回路にも適用できることは言うまでもない。
【0056】
【発明の効果】
この発明の第1の構成に係るマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路によれば、データラインに信号を出力するための信号増幅手段と、サンプリング信号によりオンオフされ、出力部に設けられたサンプリング容量へのデータ信号の取り込みを制御するサンプルホールドスイッチと、R/W信号によりオンオフされ、前記サンプリング容量から前記信号増幅手段の入力部への信号伝送を制御するR/Wスイッチとを備え、各データライン毎に前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとの直列回路を2組並列に設け、前記各組の直列回路の前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとを、1水平走査期間毎に交互に動作させ、前記2組の直列回路を1水平走査期間毎に交互に駆動するマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路であって、前記R/W信号のオン時刻を前記サンプリング信号の1水平走査期間内でのオン時刻よりも、前記信号増幅手段の出力の立ち上がり時間の1/2より大きな時間、早めたので、R/WパルスのON直後のGNDライン電圧の不安定な期間を避けてサンプルホールド動作を行うことができ、精度の高いサンプルホールド動作が可能となる。
【0057】
さらに、上記第1の構成に加え、1水平走査期間が終わるまで前記R/Wスイッチをオン状態に保持すれば、映像信号のホールド期間中、ホールド容量をサンプリング容量が並列に作用して容量値が増大するため、スイッチ回路のリーク電流による映像信号の誤差電圧が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態であるサンプルホールド部、R/Wスイッチ部の構成を示す回路図である。
【図2】 W/L=10μm/5μmの低温多結晶Sin型MOSトランジスタのシングルゲートとデュアルゲート構成のId−Vg特性を示す図である。
【図3】 MOSトランジスタの構成図である。
【図4】 本実施の形態の駆動シーケンス図である。
【図5】 MOSトランジスタの寄生容量を示す図である。
【図6】 n型MOSトランジスタのデュアルゲート構成でサンプルホールド、R/W、リセットスイッチを構成した場合で、出力/入力=1になるサンプルホールドスイッチのゲート幅WsとR/Wスイッチのゲート幅Wrの関係を示すグラフである。
【図7】 サンプルホールドスイッチとR/Wスイッチとリセットスイッチのトランジスタサイズを最適化した場合の入力と出力の関係を示すグラフである。
【図8】 サンプルホールドスイッチとR/Wスイッチとリセットスイッチのゲート信号のタイミングとサンプリング容量Cs、ホールド容量(OPアンプの入力容量)Chの電圧変化を示す図である。
【図9】 液晶ディスプレイ全体を示す図である。
【図10】 データライン駆動回路全体を示す図である。
【図11】 クロックバッファ回路の構成を示す図である。
【図12】 スタートパルスバッファの構成を示す図である。
【図13】 シフトレジスタ回路の構成を示す図である。
【図14】 シフトレジスタ回路の奇数段目の出力回路の構成を示す図である。
【図15】 シフトレジスタ回路の偶数段目の出力回路の構成を示す図である。
【図16】 シフトレジスタ回路の入力信号と出力信号のタイミングチャート図である。
【図17】 L/SWコントローラの回路構成を示す図である。
【図18】 1S/HOd信号、1S/HEv信号を作る回路の構成を示す図である。
【図19】 レベルシフト回路の構成を示す図である。
【図20】 OPアンプの出力電圧波形、電流波形と制御信号とのタイミングを示す図である。
【図21】 他の実施の形態であるサンプルホールド部、R/Wスイッチ部の構成を示す回路図である。
【図22】 W/L=10μm/5μmの低温多結晶Sin型MOSトランジスタのドレーン−ソース電圧とリーク電流の関係を示したグラフである。
【図23】 サンプリングスイッチの他の構成を示す図である。
【図24】 従来のデータライン駆動回路を示す図である。
【図25】 従来のスイッチ構成を示した図である。
【図26】 従来の制御信号のタイミングチャート図である。
【図27】 W/L=10μm/5μmの低温多結晶Sin型MOSトランジスタのシングルゲート構成のId−Vg特性を示す図である。
【符号の説明】
1 データライン駆動回路、11 シフトレジスタ、12 バッファ回路、14 サンプルホールドスイッチ、15 R/Wスイッチ、16 サンプリング容量、17 ホールド容量、18 OPアンプ、101 リセットスイッチ、102 画素TFT、103 液晶、104 水平シフトレジスタ、105 シフトレジスタ、106 クロックバッファ、107 スタートバッファ、108 L/SWコントローラ、109 サンプルホールド信号発生部、110 レベルシフタ、111 サンプルホールド部、112 R/Wスイッチ部、113 R/W、リセット信号発生部、114 OPアンプ、115,116 補助容量、141 奇数行サンプルホールドスイッチ、142 偶数行サンプルホールドスイッチ、151 奇数行R/Wスイッチ、152 偶数行R/Wスイッチ、161奇数行サンプリング容量、162 偶数行サンプリング容量。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention drives a data line of a matrix type display device having a plurality of electrodes such as a liquid crystal display.circuitIt is about.
[0002]
[Prior art]
  FIG. 24 shows a data line driving circuit of a conventional TFT liquid crystal display disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-327185. As shown in the figure, the data line driving circuit 1 using the line sequential driving system includes a shift register 11, a plurality of buffer circuits (AMP in the figure) 12, a plurality of sample and hold switches (SS1 in the figure) 14, An R / W switch (SS2 in the figure) 15, a sampling capacitor 16, a hold capacitor 17, and an OP amplifier 18 are provided.
[0003]
  The sample hold switch 14 and the R / W switch 15 are configured in the same circuit and connected in series, and the sample switch 14 is configured by a p-channel MOS transistor 14b and an n-channel MOS transistor 14a as shown in FIG. This is a transfer gate switch. The sample hold switch 14 opens and closes in synchronization with the shift pulses N1 to Nm that have passed through the buffer circuit 12, and the R / W switch 15 opens and closes in synchronization with the control signal sent through the data transfer signal line TRF. It has become.
[0004]
  The sampling capacitor 16 is provided at the output stage of the sample and hold switch 14 and stores data (analog video signal) sampled by the sample and hold switch 14. The hold capacitor 17 is provided at the output stage of the R / W switch 15 and stores data (analog video signal) transferred from the sampling capacitor 16 by the R / W switch 15.
[0005]
  At this time, the capacitance value of the sampling capacitor 16 is Cs, the capacitance value of the hold capacitor 17 is Ch, and the sample hold switch 14 is set.ThereforeWhen the voltage value of the held data is V0, the voltage value of the data generated in the hold capacitor 17 is smaller than the input V0 and is reduced to V0Cs / (Cs + Ch). If Cs and Ch are approximately the same, it is necessary to input data twice as large as the desired value as can be seen from the above equation, and the power consumption of the video signal generation circuit portion increases. Therefore, it is designed so that Cs> 10 Ch.
[0006]
  In the data signal line drive circuit 1 configured as described above, the video signal input to the video signal line SIG is sampled by the sample hold switch 14 and then temporarily stored in the sampling capacitor 16 in a certain horizontal scanning period. . The stored video data (charge) is transferred to and held in the hold capacitor 17 via the R / W switch 15 in the next horizontal scanning period.
[0007]
  In the next horizontal scanning period, a signal having the same level as the voltage held in the hold capacitor 17 is output to the data signal lines SL1 to SLm via the OP amplifier 18. Since the hold capacitor 17 is smaller than the capacitors of the data signal lines SL1 to SLm, the signal level written to the data signal lines SL1 to SLm is reduced by the charge capacity division. For this reason, the signal is amplified by the OP amplifier 18.
[0008]
  FIG. 26 is a timing chart of a conventional control signal, and shows timing charts of N1, N2, N3, TRF, horizontal scanning first line, second line, and third line at that time.
[0009]
  Conventionally, the data line driving circuit for TFT liquid crystal display has been configured by combining ICs formed of transistors formed on a Si substrate. On the other hand, in recent years, it has been promoted to form the drive circuit on the same glass substrate as the liquid crystal panel by a low temperature process. By forming the drive circuit on the glass substrate, the liquid crystal panel and the drive circuit can be integrated, and the advantages of high reliability by downsizing the device and reducing the number of wirings can be obtained. Further, the cost is reduced by changing the substrate on which the driving circuit is formed from Si to glass.
[0010]
  In order to obtain a good image on a liquid crystal display, reduction of an output voltage error of a data line driving circuit is an important issue. As causes of the output voltage error, for example, 1. 1. Leakage current when the transistor is OFF 2. residual charge in the hold capacitor; There is a feedthrough phenomenon due to capacitive coupling in the transistor. These phenomena become prominent particularly when polycrystalline Si formed on a glass substrate by a low temperature process is used. Hereinafter, the problem which arises by each cause is demonstrated.
[0011]
  The capacitance value of the sampling capacitor 16 is determined by the time when the 0N resistance of the sample hold switch 14 and the gate of the sample hold switch 14 are open. The transistor performance of polycrystalline Si formed on a glass substrate by a low temperature process is inferior to that of a transistor formed on a Si substrate. FIG. 27 shows the Vg-Id characteristics of a polycrystalline Si n-channel MOS transistor. W / L = 10 μm / 5 μm. The n-channel MOS transistor ON current when Vg = 5V is 10-FourSince it can be read as A, the p-channel MOS transistor is considered to have the same level, and the ON resistance of the sample-and-hold switch 14 composed of the transfer gate is 25 kΩ (set to R) when Vg = 5V. For example, considering that the data line driving circuit for an SVGA (800 × 600 pixels) TFT liquid crystal display is divided into 8 (the panel is divided by 8 and driven for each block), the clock frequency is about 5 MHz. The time during which the sample hold switch 14 is open is 200 nsec (denoted t). The capacitance value Cs of the sampling capacitor 16 at this time is V0 (1−e) assuming that the error from the desired value is 0.1%.-t / CsR) = 0.999, Cs = 1.2 pF. Since the capacitance value Ch of the hold capacitor 17 is preferably about 1/10 of Cs, Ch = 120 fF.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
  In the conventional data line driving circuit as described above formed of low-temperature process polycrystalline Si on a glass substrate, the capacitance value Ch of the hold capacitor 17 cannot be increased so much, and the polycrystalline silicon MOS transistor is turned off. Since the current is large, the charge (video data) accumulated in the hold capacitor 17 leaks to the sampling capacitor 16 through the R / W switch 15 and causes an error from the set voltage value. It was.
[0013]
  For example, from the characteristics of the polycrystalline Si n-channel MOS transistor shown in FIG. 27, the OFF current is 1 × 10 5 when Vg = −1V.-Ten A. If the transfer channel p-channel MOS transistor has the same performance, the leakage current of the R / W switch 15 is 2 × 10.-Ten Become A. Assuming that the capacitance value Ch of the hold capacitor 17 is set to 120 fF and the scanning time for one line is 28 μsec (1/60 sec / 600 lines), the voltage accumulated in the sampling capacitor 16 is 5 V for the first 28 μsec. If the voltage generated in the hold capacitor 17 is 0V, the signal line SIG and the hold capacitor 17 leak, so that the maximum error voltage from the desired value is
ΔV1 = 28 × 10-6・ 2 × 10-Ten・ 2 / 1.2 × 10-12= 9.3mV
Next, when the voltage generated in the sampling capacitor 16 is 0 V and the voltage accumulated in the hold capacitor 17 is 5 V, the maximum error voltage from the desired value is
ΔV2 = 28 × 10-6・ 2 × 10-Ten/ 120 × 10-15= 47mV
become. Therefore, the maximum error voltage with the total desired value is
ΔV1 + ΔV2 = 56mV
become. When this voltage is controlled from 0 to 5 V at 256 levels, it becomes 20 mV per bit, so it will be nearly 3 bits.
[0014]
  The switch of the conventional data line driving circuit is a transfer gate. As described above, since the switches are connected in parallel, there is a problem that the leakage current is large. If the switch unit is configured by only one of the n-channel MOS transistor and the p-channel, the leakage current is halved and the output error of the data line driving circuit of the low-temperature polycrystalline Si TFT is reduced.
[0015]
  In addition, since the conventional data line driving circuit does not reset the charge (video data) of the hold capacitor 17 every horizontal scanning time, the amount of charge remaining in the hold capacitor 17 and then the R / W switch 15 are set. Thus, an error occurs in the data (charge) transferred from the sampling capacitor 16.
[0016]
  For example, if 5V is stored in the hold capacitor 17 during the previous horizontal scanning period, if 0V data is sent during the next horizontal scanning period, the voltage Vh generated in the hold capacitor 17 should be Vh = 0V. However,
Vh = (5Ch + 0) / (Cs + Ch) = 455 mV
Become. Of course, there is no problem as long as a constant residual charge remains before the data is transferred to the hold capacitor 17. For example, if the previous data is 0V instead of 5V, the voltage generated in the hold capacitor 17 when 0V data is sent is 0V. As can be seen from this, the input data of 0 V changes between 0 and 455 mV at the time of output depending on the previous data. This maximum error voltage 455 mV corresponds to 20 times or more of the hold voltage 20 mV per bit and is a very large error.
[0017]
  In addition, the performance of a MOS transistor composed of low-temperature process polycrystalline Si is poor at 1/10 to 1/5 of the mobility compared to a single-crystal Si MOS transistor. If the sample hold switch 14 and the R / W switch 15 are configured using this transistor, the charge of the sampling capacitor and the hold capacitor must be charged and discharged within several hundreds of nsec, so that the transistor size naturally increases. (Drain current increases depending on the gate width W.) As the transistor size increases, the gate-source capacitance, the gate-drain capacitance, and the ON gate capacitance increase. Compared with the capacity 17, it cannot be ignored. Since each switch has a transfer gate configuration, an error occurs between the final value of the video data and the input value although the change in the amount of charge caused by feedthrough due to capacitive coupling is small. Due to this error, the input value must be corrected. In order to determine the data to be input to the OP amplifier by turning off the R / W switch 15, the charge is extracted by the feed-through at the OFF time, and the final value is more than the input value. Becomes smaller. Since the capacitance value of the hold capacitor 17 is small as described above, the amount of change is large. Therefore, in order to correct this, data must be input with a certain bias value. This has the problem that the burden on the data line driving circuit is increased. Specifically, the gate signals of the switches 14 and 15 must be level-shifted, and the drive voltage of the shift register or the like must be increased in order to drive the level shifter, resulting in an increase in power consumption. . In addition, there is a problem that the circuit scale increases.
[0018]
  The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and aims to improve the data accuracy of a video signal and reduce the circuit scale and power consumption.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  The data line driving circuit of the matrix display according to the first configuration of the present invention includes a signal amplifying means for outputting a signal to the data line, and a signal amplifying means which is turned on / off by the sampling signal and is supplied to the sampling capacitor provided in the output unit A sample hold switch for controlling capture, and an R / W switch which is turned on / off by an R / W signal and which controls signal transmission from the sampling capacitor to the input unit of the signal amplifying means. Two series circuits of a hold switch and the R / W switch are provided in parallel, and the series circuit of each groupThe sample hold switch and the R / W switch are alternately operated every horizontal scanning period, and the two sets of series circuits areA data line driving circuit for a matrix display that is alternately driven every horizontal scanning period, wherein the signal amplification means is configured such that the ON time of the R / W signal is set to be higher than the ON time of the sampling signal within one horizontal scanning period. The output is advanced by a time longer than ½ of the rise time of the output.
[0020]
In addition to the first configuration, the data line driving circuit of the matrix display according to the second configuration of the present invention includes:The R / W switch is kept on until one horizontal scanning period ends.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
  FIG. 1 shows an embodiment. In the figure, the first row of RGB is shown as a part included in the data line driving circuit. Rsig is a video signal line, 141 is an odd-numbered sample / hold switch, 142 is an even-numbered sample / hold switch, 151 is an odd-numbered R / W switch, 152 is an even-numbered R / W switch, 161 is for odd-numbered rows, and 162 is an even-numbered row 1Rout is connected to an OP amplifier. The hold capacitor 171 is configured using the input capacitor of the OP amplifier. Reference numeral 101 denotes a reset switch for resetting the voltage (video data) written in the input capacitor of the OP amplifier to the voltage Vdd. The voltage Vdd is a constant value. Control signal lines for controlling each switch are connected to 1S / HOd, 1S / HEv, R / WOd, R / WEv, and RSTo.
[0022]
  The odd-numbered and even-numbered sample-and-hold switches 141 and 142 have a configuration in which low-temperature polycrystalline Si n-type MOS transistors Qa are connected in series as shown in the figure. Similarly, the odd-numbered and even-numbered R / W switches 151 and 152 have a configuration in which n-type MOS transistors Qb are connected in series. Similarly, the reset switch 101 is configured by connecting n-type MOS transistors Qc in series.
[0023]
  Each switch of the present embodiment has n-type MOS transistors in series. This effect will be described. FIG. 2 shows the Id-Vg characteristics of a low-temperature polycrystalline Sin type MOS transistor (Single Gate) with W / L = 10 μm / 5 μm and the characteristics when two of them are connected in series (Dual Gate). When the ON current when Vg = 5V is seen, it is 10 when Single is selected.-Four5 x 10 for A and Dual-FiveA and the current in series are decreasing. However, it can be seen that the OFF current is even smaller than ½ and can be lowered by about one digit. This method is a very effective means for suppressing the leakage current. Further, the same effect can be obtained when three or more MOS transistors are connected in series.
[0024]
  FIG. 3 shows a configuration diagram of the MOS transistor. In the case of an n-type transistor, a p-type impurity is doped under the gate, and an n-type impurity is doped in the source and drain. A length Leff sandwiched between n-type high impurity concentration regions is referred to as an effective channel length, and an effective gate width is referred to as an effective channel width Weff. The thickness of the gate oxide film is represented by TOX. The following expression represents a drain current in a saturation region (Vds ≧ Vgs−Vth: Vds is a drain-source voltage, Vgs is a gate-source voltage, and Vth is a threshold voltage).
Id = βn / 2 · (Vgs−Vth)2                            (1)
βn = μn · Cox · Weff / Leff
Cox = εr · ε0 / TOX
μn: mobility
As can be seen from the equation (1), the ON current increases in proportion to the gate width W and decreases in inverse proportion to the gate length L.
[0025]
  The mobility μ of the low-temperature polycrystalline Si (low-temperature polycrystalline Si) MOS transistor formed on the glass substrate is 1/5 to 1/1 compared with the single-crystal Si MOS transistor formed on the Si wafer. The value is 10. As can be seen from this, for example, when designing a data line driving circuit of SVGA-TFTLCD divided by 8, the data sampling time is 200 nsec. In order to fully charge the sampling capacitor 161 within this time, the ON resistance of the transistor must be set to a value corresponding to the sampling capacitor, that is, the drain current Id must be adjusted. Since the low-temperature polycrystalline SiMOS transistor has a lower mobility than the single crystal Si, the gate width W must be made larger than that of the MOS transistor using the single crystal Si, and the leakage current is naturally increased. This is a problem of a data line driving circuit configured using a low-temperature process polycrystalline SiMOS transistor on a glass substrate.
[0026]
  The present embodiment solves the above problems. FIG. 4 is a timing chart of horizontal scanning input to the control signal and the row line. This is an example of designing a data line driving circuit of SVGA-TFTLCD. The drive circuit is controlled by dividing by 8. RGB video data is input to the drive circuit in parallel for each of the eight divided areas. FIG. 4 shows one of eight circuits. Of course, similar control signals are input to the other seven.
[0027]
  A horizontal scanning pulse is generated in order from the first line to the 600th line within 1/60 sec. The pulse width is about 25 μsec. (Because there is a blanking period.) First, in order to sample the data of the first row before the horizontal scanning pulse of the first row is generated (period of the 0th row), the odd-numbered sample hold switch of each column 141, 1S / HOd, 2S / HOd to 106S / HOd (the columns 101 to 106 are dummy, and no video signal is actually input) are input to each sample hold switch, and the video data is The data is sequentially written in each sampling capacity 161. At the beginning of the horizontal scanning period of the first row, the control signal RST0 is input to each reset switch 101..., And the charges (video data) accumulated in the input capacitors (hold capacitors) of the OP amplifiers in each line are connected to the lines 1Rout, 2Rout. ... 1Gout, 2Gout ..., 1Bout, 2Bout ... are charged to the voltage Vdd by each reset switch. The reset period is 400 nsec, and Vdd is 5V. After the reset, the control signal R / Wod is input to the R / W switch 151, and the charges (video data) held in the respective sampling capacitors 161 are connected to 1Rout, 2Rout, 1Gout, 2Gout, 1Bout, 2Bout,. To the input capacitance of each OP amplifier. After the data is written to the OP amplifier, the R / W switch is kept ON until the scanning period of the first row is completed. While the first row is writing data to the OP amplifier, in the first row horizontal scanning period, the second row data is even-numbered row samples of each column by the control signals 1S / HEv, 2S / HEv to 106S / HEv. Video signals are sequentially written into the sampling capacitors 162... Via the hold switch. The written data is written into each OP amplifier after resetting the charge (video data) remaining in the input capacitance of each OP amplifier in the second row horizontal scanning period. This operation is repeated up to the 600th line.
[0028]
  As described above, since two sets of sampling switches and R / W series circuits are provided in parallel for each data line and driven alternately, the degree of freedom in timing of sampling, R / W and reset signals is great. For this reason, even when a polycrystalline silicon transistor having a low mobility is used, it is possible to drive a video signal with a high degree of design freedom and high accuracy.
[0029]
  In this embodiment, the input capacitance of the OP amplifier is reset to Vdd, which is a constant voltage. Therefore, a voltage corresponding to only the latest input value is generated on the signal lines 1Rout, 2Rout... 1Gout, 2Gout... 1Bout, 2Bout. Therefore, the error of the driving voltage due to the data of the previous row which has occurred in the case of the conventional data line driving circuit without the reset operation is eliminated.
[0030]
  In this embodiment, since the period for writing data from the sampling capacitors 161..., 162... Into the input capacitance (hold capacitance) of the OP amplifier is sufficiently long until the horizontal scanning period of the row ends, the data Is generated in parallel with the sampling capacitor Cs and the input capacitor Ch of the OP amplifier, and is generated by a leakage current as compared with the case where data is held only by the hold capacitor Ch as in the conventional data line driving circuit. Data errors are very small.
[0031]
  As described above, in the prior art, the OFF current is a single gate transfer gate.-Ten A, if the hold capacity is 120 fF (sampling capacity 1.2 pF) and the scanning time T for one line is 28 μsec (1/60 sec / 600 lines), the maximum error voltage from the desired value is
ΔV = 56mV
It is. For comparison, in this embodiment as well, the sample hold switches 141 and 142 and the R / W switches 151 and 152 have a single transfer gate configuration of W / L = 10 μm / 5 μm instead of a dual gate configuration of n-type MOS transistors. Consider the case. At this time, the reset switch has a dual gate configuration using only a small W and large L n-type MOS transistor, and leakage to Vdd is very small. The first 28 μsec is held at a sampling capacity of 1.2 pF, and the subsequent 28 μsec is held at a sum of 1.32 pF of the sampling capacity 1.2 pF and the hold capacity 120 fF. Leakage current is 2 × 10-TenAssuming A, the maximum error voltage from the desired value is
ΔV '= 28 × 10-6・ 2 × 10-Ten・ 2 / 1.2 × 10-12
                      + 28 × 10-6・ 2 × 10-Ten/1.32×10-12= 14mV
become. It can be seen that the maximum error voltage is reduced to 14 mV / 56 mV × 100 = 25% compared to the conventional case.
[0032]
  In the present embodiment, the sample hold switches 141 and 142 and the R / W switches 151 and 152 are actually composed of dual gates using only n-type MOS transistors as shown in FIG. The MOS transistors Qa of the sample and hold switches 141 and 142 are W / L = 30 μm / 5 μm, the Qb of the R / W switches 151 and 152 are W / L = 12 μm / 5 μm, and the Qc of the reset switch 101 is W / L = 5 μm / 5 μm The capacitance values of the sampling capacitors 161 and 162 are designed to be 1.05 pF, and the input capacitance value (hold capacitance) of the OP amplifier is designed to be 105 fF. The maximum error voltage at this time is obtained as described above. As shown in FIG. 2, the OFF current is reduced to 1 × 10 −11 due to the dual gate. However, since W is increased to 3 times, 1.2 times, and 0.5 times such as 30 μm, 12 μm, and 5 μm, the OFF current is 3 × 10-11 1.2 × 10-11 0.5 × 10-11 It is. Therefore, the maximum error voltage ΔV1 ″ with the desired value of the first 28 μsec is
ΔV1 ″ = 28 × 10-6(3 × 10-11+ 1.2 × 10-11)
                                /1.05×10-12= 1.1mV
become. The maximum error voltage ΔV2 ″ with the desired value for the next horizontal scanning period of 28 μsec is
ΔV2 ″ 28 × 10-6(1.2 × 10-11+ 0.5 × 10-11)
                                /1.16×10-12= 0.41mV
Thus, the total maximum error voltage is ΔV1 ″ + ΔV2 ″ = 1.5 mV. It can be seen that the accuracy is very high compared to the conventional 56 mV.
[0033]
  Each switch of the present embodiment is not a conventional transfer gate but a dual gate of only an n-type MOS transistor in order to suppress leakage current. Data (charge) written in the OP amplifier changes due to the feedthrough at the time of switching. In particular, the change is large in the case of a switch constituted by only one of n-type and p-type. (The transfer gate discharges part of the charge (video data) held in the sampling capacitor or hold capacitor through the gate when the gate voltage of the n-type MOS transistor falls. Because the gate voltage rises, the capacitance is charged through the gate, so there is little change.) This feedthrough phenomenon does not increase the error voltage described above, but (always the charge for that input voltage changes, so data input Sometimes it is necessary to consider the change.) The input voltage must be biased. For example, in order to obtain an output of 0 to 4V, it is necessary to input 1 to 5V. In this embodiment, since it is originally composed only of an n-type MOS transistor, for example, it must be sufficiently turned on even when the source voltage is 3.9 V and the drain voltage is 4 V. Therefore, the level shifter is used for the gate. A voltage pulse of 5 V or more is applied. However, when a bias is applied by feedthrough, a higher gate voltage must be applied, which is disadvantageous in terms of power or device reliability (the higher the applied voltage, the more the device deteriorates). It is. If the gate signal has a bias, there will be no problem, but the control signal is 5V or 3.3V, and the voltage applied to the gates of the switches 141, 142, 151, 152, 101 is biased. The provision of the control signal requires an increase in the voltage of the control signal, that is, the input voltage of the level shifter, which is also a problem in terms of power consumption.
[0034]
  In this embodiment, since the R / W switches 151 and 152 are turned on until the horizontal scanning period ends, a part of charges (video data) extracted when the sample hold switches 141 and 142 are turned off are changed to R By balancing the charge charged through the gate when the / W switch is turned on and the charge charged at the time of resetting, the DC bias component of the data input to the OP amplifier can be minimized.
[0035]
  Next, the design method used in this embodiment will be described. As the capacitance value of the n-type MOS transistor, there are three possible values of Cgg, Cgd, and Cgs as shown in FIG. Cgd and Cgs move the charge corresponding to the change in the gate voltage (Vg), while Cgg moves the charge corresponding to the voltage change of Vg−source voltage (Vin) −threshold voltage (Vth). The calculation formula is shown for each process. The voltage charged to the sampling capacitors (Cs) 161 and 162 by the sample and hold switches 141 and 142 is
Vs1 = Vin (2)
The voltage Vs2 after the sample hold switch is turned off is
Vs2 = Vin − {(Vg−Vin−Vth) / 2 · Cgs / (Cs + Cgs) + Vg / 2 · Cgs ′ / (Cs + Cgs ′)} (3)
Cgs: Cgg of the sample hold switch,
Cgs ′: Cgd + Cgs of the sample hold switch,
Cs: sampling capacity
The voltage Vs3 after the reset switch 101 is turned on is
Vs3 = Vdd (4)
The voltage generated in the input capacity (Cw) of the OP amplifier after the reset switch is turned off is
Vw = Vdd − {(Vg−Vdd−Vth) / 2 · Cgr / (Ch + Cgr) + Vg / 2 · Cgr ′ / (Ch + Cgr ′)} (5)
Cgr: Cgg of the reset switch,
Cgr ′: Cgd + Cgs of reset switch,
Ch: Hold capacity
The sampling capacity after turning on the R / W switch and the voltage generated in the input capacity of the OP amplifier are:
Vout = (ChVw + CsVs) / (Ch + Cs) + {(Vg- (ChVw + CsVs) / (Ch + Cs) -Vth) ・ Cgw / (Cs + Ch + Cgw) + Vg ・ Cgw '/ (Cs + Ch + Cgw')} (6)
Cgw: Cgg of the R / W switch,
Cgw ′: Cgd + Cgs of R / W switch
Since the gate length L is constant at 5 μm and two transistors are in series, Cgs, Cgr, Cgw are
Cgs = 2ε0εr · LWs / TOX = KWs (7)
Cgr = 2ε0εr · LWr / TOX = KWr (8)
Cgw = 2ε0εr · LWw / TOX = KWw (9)
Ws, Wr, and Ww represent the gate widths of the transistors Qa, Qc, and Qb of each switch. The gate-source and gate-drain capacitances depend only on the gate width W. Since two transistors are connected in series, Cgs ′, Cgr ′, and Cgw ′ are
Cgs ′ = 4αWs = K′Ws (10)
Cgr ′ = 4αWr = K′Wr (11)
Cgr ′ = 4αWw = K′Ww (12)
TOX: gate oxide film thickness,
α: CGDO (gate-drain capacitance),
CGSO (gate-source capacitance),
CGDO = CGSO.
[0036]
  In the present embodiment, L = 5 μm, TOX = 50 nm, α = 1.68 nF / m (measured value),
Cgs, Cgr, Cgw = 6.73 × 10-9Ws, 6.73 × 10-9Wr, 6.73 × 10-9Ww
Cgs ′, Cgr ′, Cgw ′ = 6.72 × 10-9Ws, 6.72 × 10-9Wr, 6.72 × 10-9Ww
And
Cgs = Cgs ′ = Kws (13)
Cgr = Cgr ′ = Kwr (14)
Cgw = Cgw ′ = KWw (15)
K = 6.73 × 10-9
You can.
When Cs = nCh and solving with Vin = Vout,
Ww = A (n + 1) Ch / {K (1-A)} (16)
A = {Vin− (Va + nVs) / (n + 1)} / Vz
Vz = 2Vg- (Va + nVs) / (n + 1) -Vth
Vs = Vin−VyKWs / (Cs + KWs)
Va = Vdd−VxKWr / (Ch + KWr)
Vy = (2Vg−Vin−Vth) / 2
Vx = (2Vg-Vdd-Vth) / 2
become. This embodiment operates with Vg = 9 V, Vdd = 5 V, Vth = 1.4 V, Cw = 105 fF, and n = 10. Vin was set to 3V which is a midpoint of 1 to 5V. (Because the OFF characteristic of the n-type MOS transistor is closer to the negative side of 1V. FIG. 2) An R / W switch is formed which has Vin = Vout when the gate width Ws of Qa constituting the sample hold switch is changed. The value of the gate width Ww of Qb is shown in FIG. When the value of the gate width Ws of the transistor Qa = 30 μm, which is the design value of the present embodiment, is taken, it can be seen that the gate width Ww of Qb = 12 μm.
[0037]
  FIG. 7 shows the effect of this design method. The input voltage-output voltage characteristics when only the design value of the present embodiment and the gate width Ww of the R / W switches 151 and 152 are changed from 12 μm to 5 μm are shown. The solid line and the dotted line are the results obtained from the above formula (6), and the points are the results obtained by the SPICE system circuit simulation. A broken line indicates an ideal input / output characteristic where the output / input is 1. From the figure, it is understood that a bias voltage of almost 0.5 V is required to be applied to the input value in the design of 5 μm of the dotted line, although the bias voltage is hardly required in the design of the solid line R / W switch of 12 μm. Of course, in the type in which the R / W switches 151 and 152 are turned OFF and the data value is determined as in the conventional method, it goes without saying that the bias voltage becomes several volts.
[0038]
  It can also be seen that the charge decrease due to the feedthrough is compensated by setting the reset voltage to Vdd instead of the GND voltage. Due to this effect, the transistor size of the R / W switch can be designed to be small. (Because the amount of charge supplied from the gate by feedthrough when the R / W switch is ON can be small from the desired value even if it is small.)
[0039]
  FIG. 8 shows voltage changes V (Cs) and V (Ch) of the sampling capacitors Cs 161 and 162 and the input capacitor Ch of the OP amplifier, and the gate signals 1S / HOd, 2S / HOd... 1S / HEv of the sample hold switches 141 and 142. 2S / HEv (represented by Vgs), gate signals R / WOd of R / W switches 151 and 152, R / WEv (represented by Vgw), and gate signal RSTo (represented by Vgr) of the reset switch 101. Indicates timing. First, the sample hold switch is turned on, and charge (video data) is accumulated in the sampling capacitor Cs. The charge is partially extracted by feedthrough when it is OFF, and becomes a value smaller than the input value. Next, the reset switch is turned ON, and the voltage of the input capacitor Ch of the OP amplifier is reset to the voltage Vdd. This also reduces the voltage due to feedthrough when OFF. At this time, the amount of charge remaining in Ch is a constant value. Next, the R / W switch is turned on, and data (charge) is written to the input capacitance Ch of the OP amplifier. After writing, this state is maintained for the horizontal scanning period.
[0040]
  The sample hold switch and the R / W switch are configured only by the nMOS transistor, and the design method for minimizing the data shift due to the feedthrough has been described. Of course, the configuration in which each switch is configured by the transfer gate is similarly described above. Using the method, the feedthrough is achieved by optimizing the transistor size.InIt goes without saying that the data shift due to this can be minimized.
[0041]
  Here, the configuration of the entire liquid crystal display device and the data line driving circuit will be described. FIG. 9 shows the entire liquid crystal display device. The data line driving circuit 1 receives GND, Vdd, Vff, Vcc, and Vee as power sources, HCLK, ST, L / SW, R / W, and RST as control signals, and analog video signals Rsig, Gsig, and Bsig. Has been. As outputs, R1, G1, B1, R2, G2,... Are connected corresponding to each color column (source of pixel TFT). 102 is a pixel TFT and 103 is a liquid crystal. The gate of the pixel TFT corresponding to each row is connected to and controlled by the horizontal shift register 104 so as to be opened in the horizontal scanning period of each row. S1, S2, S3, S4,... Indicate the first row, the second row, the third row, the fourth row,.
[0042]
  Vdd is a power supply for operating a shift register or the like, and has a voltage of 5V. Vff is a power source for operating the sample hold switch, R / W switch, and reset switch, and has a voltage of 9V. Vcc and Vee are power supplies for operating the OP amplifier, and are set to voltages of 9V and -5V, respectively. The control signal HCLK is a clock for operating the shift register, ST is a start pulse, L / SW is a line switching signal, R / W is a signal for writing data to the input capacity of the OP amplifier, and RST is a reset signal.
[0043]
  FIG. 10 shows the entire data line driving circuit. The data line driving circuit 1 includes a shift register 105, a clock buffer 106, a start buffer 107, an L / SW controller 108, a sample hold signal generation unit 109, a level shifter 110, a sample hold unit 111, an R / W switch unit 112, and an R / W switch. The reset signal generator 113 and the OP amplifier 114 are included. One clock buffer 106 is provided for each of six columns R1 to B2, one L / SW controller 108 is provided for one drive circuit, one sample hold signal generator 109 and one level shifter 110 are provided for three columns R1, G1, and B1, One sample hold unit 111, one R / W switch unit, and one OP amplifier are provided in one column, and one R / W and reset signal generation unit is provided in six columns R1 to B2. The power input is not shown.
[0044]
  11 and 12 show the configuration of the clock buffer and start buffer. The clock buffer has two inverters in series, and the signal nCK is input from the first-stage inverter output and the signal pCK is input to the shift register 105 from the second-stage inverter output. The start buffer has a configuration in which two inverters are connected in series, and the output signal STo of the second-stage inverter is input to the shift register. Driven with voltage Vdd. FIG. 13 shows the configuration of the shift register. A transfer gate including an n-type MOS transistor Qx and a p-type MOS transistor Qy and an inverter are included. When driven by the voltage Vdd and inputted with signals STo, pCK, nCK, SRo1, SRo2,... Are output. The two stages shown in the figure are one set, and this is repeated and connected. SRo1, SRo2, SRo3, SRo4,... Are ANDed with pCK, nCK, pCK, nCK,..., And signals SR1, SR2, SR3, SR4,. FIG. 16 shows a timing chart of each control signal and each output signal. As can be seen from FIG. 16, it is possible to obtain shift signals SR1, SR2, SR3, SR4,. That is, the shift register can be driven at a clock frequency that is ½ of the shift signal frequency. Since the drive limit frequency of the shift register composed of the low-temperature polycrystalline SiMOS transistor, which is inferior to that of single crystal Si, is lower than that of single crystal Si, it is driven by dividing by 8 as in this embodiment. Even so, it is difficult to drive high-definition LCD panels such as SVGA and XGA. However, if the shift register configuration used in this embodiment is used, it can be driven at a clock frequency that is ½ of the desired shift signal frequency, so that the general clock frequency matches the shift signal frequency. Compared with, it is possible to increase the drive limit frequency. In this embodiment, the SVGA LCD panel can be driven by using the shift register.
[0045]
  The shift signals SR1, SR2,... Are input to the respective sample hold signal generators 109. Control signals pL / SW and nL / SW generated from the L / SW controller 108 are input to each sample and hold signal generator 109. The configuration of the L / SW controller 108 is as shown in FIG. 17, and generates an inverted signal nL / SW and a non-inverted signal pL / SW of the signal L / SW. The signals SR1, pL / SW, nl / SW input to the sample hold signal generation unit 109 become an odd row sample hold control signal 1S / HOd and an even row sample hold control signal 1S / HEv by the AND circuit shown in FIG. . The timing chart of these signals 1S / HOd, 2S / HOd,..., 1S / HEv, 2S / HEv,.
[0046]
  The level shifter 110 is a circuit for level-shifting the voltages of the control signals 1S / HOd and 1S / HEv sent with the drive voltage Vdd (5V) to Vff (9V). The voltage level shift is realized using the circuit shown in FIG. Qx and Qz are n-type MOS transistors, and Qy is a p-type MOS transistor.
[0047]
  In FIG. 10, the sample hold unit 111 and the R / W switch unit 112 surrounded by a dotted line are the parts already shown and described in FIG. Video data Rsig, Gsig, Bsig, and control signals 1S / HOd, 1S / HEv are input to the sample hold unit 111, and the R / W switch unit includes R / W and a control signal formed by the reset signal generator 113. R / WOd, R / WEv, and RSTo are input.
[0048]
  The R / W and reset signal generator 113 shifts the level of the signal RST of the voltage Vdd (5V) to generate the signal RSTo of the voltage Vff (9V), and the inverted signal, non-inverted signal of the signal L / SW and the signal R / W A control signal is generated by level-shifting the signals R / WOd and R / WEv formed by AND with Vff to Vff.
[0049]
  The video data signal 1Rout output from the R / W switch unit 112 is connected to the input of the operational amplifier OPA1R, and the data amplifies the current through the operational amplifier and transmits the video data to the liquid crystal cell.
[0050]
  In FIG. 4, the timing of the control signal of this embodiment has been briefly described before. Here, the timing of the sample hold signals 1S / HOd and R / WEv, 1S / HEv and R / WOd in the first column. State. 20 shows horizontal scanning pulses (output signals S1, S2, S3... Of the horizontal shift register 104), sample hold signals 1S / HOd, 2S / HOd,..., 1S / HEv, 2S / HEv,. The timings of the / W signals R / WOd and R / WEv, the voltage V (R1) generated in the column data line R1, and the current I (R1) are shown. When the OP amplifier operates, current flows and charges the LCD panel. The LCD panel has a heavy load and is 60 to 80 pF. It takes some time to complete charging to this large capacitive load and transfer data to the liquid crystal cell. It is about 5 μsec. At this time, a large current flows through the GND line, the potential becomes unstable, and the circuit operation is affected. In order to avoid this, in this embodiment, the ON timing of the sample hold signals 1S / HEv and 1S / HOd is delayed by the time Td from the ON timing of R / WOd and R / WEv. (The ON timing of the start signal STo is delayed.) The value of Td is 1 of the rising and falling time Tr (time required from Low to High and from High to Low) of the output voltage V (R1) of the OP amplifier. It is larger than / 2. That is, Td> Tr / 2 is set. As described above, by performing the sample and hold operation while avoiding the timing of the current peak, a highly accurate sample and hold operation is enabled.
[0051]
Embodiment 2. FIG.
  Another embodiment of the sample hold unit and the R / W switch unit will be described. This is shown in FIG. As can be seen from a comparison with the embodiment of FIG. 1, the difference is the configuration of the sample and hold switches 115 and 116. Of course, the sample hold switch 115 is for odd lines and 116 is for even lines. In the sample and hold switches 115 and 116, n-type MOS transistors Qa are connected in series as in the first embodiment. A feature is that auxiliary capacitors (Cf) 117 and 118 are connected to a connection point between the transistors Qa.
[0052]
  The effect of this will be described. FIG. 22 shows the relationship between the drain-source voltage and the drain current when a gate voltage of −1 V is applied to a low-temperature polycrystalline Sin type MOS transistor having a gate length of L 5 μm and a gate width W of 10 μm. That is, it can be seen what value the leakage current at the OFF time has in the drain-source voltage. When the drain-source voltage of the transistor decreases by 1 V, the leakage current can be suppressed to about 1/5.
[0053]
  The second embodiment uses this characteristic and has an effect of further reducing the error from a desired value due to leakage of data (charge) held in the sampling capacitor Cs as compared with the first embodiment. The operation will be described. When analog video data (charge) is sampled in the sampling capacitor Cs during sample hold, the auxiliary capacitor Cf is simultaneously charged to the same potential. The charge stored in the auxiliary capacitor Cf leaks to the signal line Rsig side and decreases in voltage during the period when the data of each line is sampled and during the period when the data is written to the OP amplifier. 1V or less. For example, if the capacitance value of the auxiliary capacitor Cf is 500 fF, the voltage Vf after the 5 V charge leaks during the two-line scanning time 56 μsec (SVGA-LCD panel is driven by dividing by 8) is the transistor size of Qa, Since W / L = 30 μm / 5 μm from the first embodiment, the drain current in FIG.
Vf = (5 V × 500 fF−3 × 10-TenA × 56μs)
                                  /500fF=4.966V
become. As can be seen from this, the current at which the charge stored in the sampling capacitor Cs leaks to the Rsig side is 10 from FIG.-13 It becomes A order. Therefore, the leak to the Rsig side is negligibly small, the error from the desired value of the data is reduced, and the accuracy of the analog data output value is increased.
[0054]
  FIG. 23 shows another configuration of the sampling switches 115 and 116. As described above, the leakage current of the transistor Qa can be reduced by lowering the drain-source voltage of Qa. In the figure, an inverted signal of the S / HOd signal is input to the transistor 210, and the potential at the connection point between Qa and Qb is fixed to Vx when Qa and Qb are OFF. For example, assuming that Rsig changes from Vmin to Vmax, when Vx is fixed to (Vmin + Vmax) / 2, the maximum value of the drain-source voltage of Qa decreases to about half. For example, if Vmin = 1V and Vmax = 5V, Vx is 3.5V, and the leakage current is 1 × 10 in FIG.-TenFrom (A) to 8 × 10-12It decreases to (A). Therefore, the leakage to the Rsig side becomes so small that it can be ignored, the error from the desired value of the data is reduced, and the data accuracy is improved.
[0055]
  The LCD data line driving device composed of low-temperature process polycrystalline Si MOS transistors has been described, but this technology can also be applied to a data line driving circuit composed of single-crystal Si or high-temperature polycrystalline Si MOS transistors. Needless to say.
[0056]
【The invention's effect】
  According to the data line driving circuit of the matrix display according to the first configuration of the present invention, the signal amplifying means for outputting a signal to the data line and the sampling capacitor which is turned on / off by the sampling signal and provided in the output unit A sample-and-hold switch that controls data signal capture, and an R / W switch that is turned on / off by an R / W signal and that controls signal transmission from the sampling capacitor to the input of the signal amplifying means. Two series circuits of the sample hold switch and the R / W switch are provided in parallel, and the series circuit of each group is provided.The sample hold switch and the R / W switch are alternately operated every horizontal scanning period, and the two sets of series circuits areA data line driving circuit for a matrix display that is alternately driven every horizontal scanning period, wherein the signal amplification means is configured such that the ON time of the R / W signal is set to be higher than the ON time of the sampling signal within one horizontal scanning period. Since the output time is faster than 1/2 of the output rise time, the sample and hold operation can be performed while avoiding the unstable period of the GND line voltage immediately after the R / W pulse is turned on. Operation is possible.
[0057]
Further, in addition to the first configuration, if the R / W switch is kept on until one horizontal scanning period ends,During the hold period of the video signal, the hold capacitor and the sampling capacitor act in parallel to increase the capacitance value, so that the error voltage of the video signal due to the leakage current of the switch circuit decreases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a sample hold unit and an R / W switch unit according to the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing Id-Vg characteristics of a single gate and dual gate configuration of a low-temperature polycrystalline Sin type MOS transistor with W / L = 10 μm / 5 μm.
FIG. 3 is a configuration diagram of a MOS transistor.
FIG. 4 is a drive sequence diagram of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing parasitic capacitance of a MOS transistor.
FIG. 6 shows a sample hold switch gate width Ws and an R / W switch gate width where output / input = 1 when a sample hold, R / W, and reset switch are configured in a dual gate configuration of an n-type MOS transistor. It is a graph which shows the relationship of Wr.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between input and output when the transistor sizes of the sample hold switch, R / W switch, and reset switch are optimized.
FIG. 8 is a diagram illustrating gate signal timing of the sample hold switch, the R / W switch, and the reset switch, and voltage change of the sampling capacitor Cs and the hold capacitor (OP amplifier input capacitor) Ch.
FIG. 9 is a diagram showing an entire liquid crystal display.
FIG. 10 is a diagram showing an entire data line driving circuit.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a clock buffer circuit.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a start pulse buffer.
FIG. 13 illustrates a structure of a shift register circuit.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an odd-numbered output circuit of a shift register circuit.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an even-numbered output circuit of a shift register circuit;
FIG. 16 is a timing chart of an input signal and an output signal of the shift register circuit.
FIG. 17 is a diagram showing a circuit configuration of an L / SW controller.
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a circuit that generates a 1S / HOd signal and a 1S / HEv signal.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a level shift circuit.
FIG. 20 is a diagram illustrating the timing of the output voltage waveform, current waveform, and control signal of the OP amplifier.
FIG. 21 is a circuit diagram showing configurations of a sample hold unit and an R / W switch unit according to another embodiment.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between drain-source voltage and leakage current of a low-temperature polycrystalline Sin type MOS transistor with W / L = 10 μm / 5 μm.
FIG. 23 is a diagram showing another configuration of the sampling switch.
FIG. 24 is a diagram showing a conventional data line driving circuit.
FIG. 25 is a diagram showing a conventional switch configuration.
FIG. 26 is a timing chart of a conventional control signal.
FIG. 27 is a diagram showing Id-Vg characteristics of a single gate configuration of a low-temperature polycrystalline Sin type MOS transistor with W / L = 10 μm / 5 μm.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Data line drive circuit, 11 Shift register, 12 Buffer circuit, 14 Sample hold switch, 15 R / W switch, 16 Sampling capacity, 17 Hold capacity, 18 OP amplifier, 101 Reset switch, 102 Pixel TFT, 103 Liquid crystal, 104 Horizontal Shift register, 105 Shift register, 106 Clock buffer, 107 Start buffer, 108 L / SW controller, 109 Sample hold signal generator, 110 Level shifter, 111 Sample hold, 112 R / W switch, 113 R / W, Reset signal Generator, 114 OP amplifier, 115, 116 Auxiliary capacitor, 141 Odd row sample / hold switch, 142 Even row sample / hold switch, 151 Odd row R / W switch, 1 52 even row R / W switch, 161 odd row sampling capacity, 162 even row sampling capacity.

Claims (2)

データラインに信号を出力するための信号増幅手段と、
サンプリング信号によりオンオフされ、出力部に設けられたサンプリング容量へのデータ信号の取り込みを制御するサンプルホールドスイッチと、
R/W信号によりオンオフされ、前記サンプリング容量から前記信号増幅手段の入力部への信号伝送を制御するR/Wスイッチと、
を備え、
各データライン毎に前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとの直列回路を2組並列に設け、前記各組の直列回路の前記サンプルホールドスイッチと前記R/Wスイッチとを、1水平走査期間毎に交互に動作させ、前記2組の直列回路を1水平走査期間毎に交互に駆動するマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路であって、
前記R/W信号のオン時刻を前記サンプリング信号の1水平走査期間内でのオン時刻よりも、前記信号増幅手段の出力の立ち上がり時間の1/2より大きな時間、早めたことを特徴とするマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路。
A signal amplifying means for outputting a signal to the data line;
A sample-and-hold switch that is turned on and off by the sampling signal and that controls the capture of the data signal into the sampling capacitor provided in the output unit;
An R / W switch that is turned on / off by an R / W signal and controls signal transmission from the sampling capacitor to the input of the signal amplification means;
With
Two series circuits of the sample hold switch and the R / W switch are provided in parallel for each data line, and the sample hold switch and the R / W switch of the series circuit of each set are provided in one horizontal scanning period. A matrix display data line driving circuit that operates alternately every time and drives the two series circuits alternately every horizontal scanning period,
A matrix characterized in that the ON time of the R / W signal is advanced by a time greater than ½ of the rise time of the output of the signal amplifying means from the ON time of the sampling signal within one horizontal scanning period. Display data line drive circuit.
1水平走査期間が終わるまで前記R/Wスイッチをオン状態に保持していることを特徴とする請求項1記載のマトリックスディスプレイのデータライン駆動回路。  2. The data line driving circuit for a matrix display according to claim 1, wherein the R / W switch is held in an on state until one horizontal scanning period ends.
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