JP3984938B2 - シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置 - Google Patents

シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP3984938B2
JP3984938B2 JP2003305080A JP2003305080A JP3984938B2 JP 3984938 B2 JP3984938 B2 JP 3984938B2 JP 2003305080 A JP2003305080 A JP 2003305080A JP 2003305080 A JP2003305080 A JP 2003305080A JP 3984938 B2 JP3984938 B2 JP 3984938B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
pulse
generation unit
clock
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003305080A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004146035A (ja
Inventor
素明 川崎
正己 井関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2003305080A priority Critical patent/JP3984938B2/ja
Priority to US10/650,731 priority patent/US6914956B2/en
Publication of JP2004146035A publication Critical patent/JP2004146035A/ja
Priority to US11/051,187 priority patent/US7031422B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3984938B2 publication Critical patent/JP3984938B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/18Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using capacitors as main elements of the stages
    • G11C19/182Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using capacitors as main elements of the stages in combination with semiconductor elements, e.g. bipolar transistors, diodes
    • G11C19/184Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using capacitors as main elements of the stages in combination with semiconductor elements, e.g. bipolar transistors, diodes with field-effect transistors, e.g. MOS-FET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Shift Register Type Memory (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
  • Control Of El Displays (AREA)

Description

本発明は、シフトレジスタを含み省電力を必要とする表示パネル等のシステムに有効なシフトレジスタに関するものである。
発光素子等を備えた画素を2次元的に配置して構成された画像表示装置等において、入力シリアルデータ(情報)を取り込むためのサンプリングパルスを発生する為に、例えば図8のようなシフトレジスタが使用される。これは、走査開始信号SSPとクロック信号CKを入力し、N個のレジスタ(D型フロップフロップ(以下、DFFと略))を含み、各DFFのクロック入力には全てクロック信号CKが入力され、各DFFのQ出力は次段のDFFのD入力に接続され、各DFFのQ出力からN個のサンプリングパルスSP(1)〜SP(N)を出力する簡単な構成である。
図9は図8のシフトレジスタの動作を示すタイムチャートである。走査開始信号SSPのHレベルをクロック信号CKの1番目↑タイミングを含むだけにしておくと、クロック信号CKの1番目↑タイミングから2番目↑タイミングにおいて1番目サンプリングパルスSP(1)を発生させることができる。そして順次入力されるクロック信号CKによってSP(2)以降のサンプリングパルスが発生され、最後のサンプリングパルスSP(N)はクロック信号CKのN番目↑タイミングから(N+1)番目↑タイミングで発生するため、N個サンプリングパルスを発生させる為にクロック信号CKの(N+1)個の↑タイミングを必要とする。
図10に、使用されるDFFの回路構成を示す。DFFはクロックバッファとマスタラッチとスレーブラッチから構成される。
クロックバッファは、入力クロックKinを正極クロックckと負極クロックnckにする2つのインバータからなり、図10においてはM1〜M4から構成されている。
マスタラッチは、M5/M6及びM7/M8から構成される2つのスイッチと、M9/M10及びM11/M12から構成される2つのインバータから構成され、スレーブラッチは、M13/M14及びM15/M16から構成される2つのスイッチと、M17/M18及びM19/M20から構成される2つのインバータから構成され、M23/M24から構成されるインバータは正極出力Qを出力する為のものである。
尚、全ての図面において、インバータを構成するトランジスタのドレイン端子に主に記されているC及びGは各々電源VCC及びGND端子を示す。
<シフトレジスタの消費電力>
図10のDFFの消費電力に関して説明する。MOS回路の消費電力はインバータに代表されるP型トランジスタとN型トランジスタからなるプッシュプル回路が、このノードに付加される容量を充放電することによって発生する。MOS回路の容量はゲート酸化膜とチャネルとの間に発生するチャネル容量Coxが主因である。ここでは簡単にゲートが低インピーダンス(プッシュプル出力)のスイッチ回路とインバータ回路を同じ負荷容量Coとする。したがってクロック系Kin、ck、nckが駆動しなければならない負荷容量は6Coであり、周期Toのクロックにおけるロック駆動による消費電力P1は下式のようになる。
P1=VCC2×5Co/To
クロック入力CKを駆動するのに要する消費電力P2は下式の様になる。
P2=VCC2×Co/To
D及びQ系の駆動に要する消費電力は、(N+1)×Toの時間に一度充放電すればよい。したがってDFF回路のD及びQ系の駆動に要する消費電力P3は下式の様になる。
P3=VCC2×6Co/{To×(N+1)}
したがって図8のシフトレジスタの消費電力Pw1は、全期間に対するクロックCKが入力される期間の割合を動作期間率Kとすると(1)式の様になる。
Pw1=N×(P1+P2+P3)×K (1)
この図8のようなシフトレジスタを使用するシステムに、画像を表示する表示パネルがある。表示パネルには各画素の液晶素子の印加電圧によって通過発光量が制御される液晶パネルと各画素に注入される注入電流量に応じて発光量が制御できるEL(エレクトロルミネセンス)素子を用いたELパネルがある。
またシフトレジスタの構成を開示する文献として特許文献1が知られている。
特開平10−74060号公報
例えば薄膜トランジスタ(TFT)回路で構成されるQVGA(320×240)の表示パネルに使用される水平走査シフトレジスタの消費電力Pw1を(1)式より求めてみる。垂直走査シフトレジスタの消費電力は同じく(1)式より求められるが、垂直走査クロック周期が水平走査クロック周期の320倍以上大きいことから無視できる。ここで、スイッチ及びインバータの単位負荷容量Co=50fF、電源電圧VCC=10v、有効動作期間K=0.8、水平走査クロック周期To=160nsとすると、
P1=0.156mW
P2=3.125×10-2mW
P3=5.84×10-4mW
Pw1=320×(0.156+3.125×10-2+5.84×10-4)×0
.8mW
Pw1=48.1mW
となりクロック系駆動による消費電力成分P1(0.156×320×0.8=39.9mW)及びP2(3.125×10-2×320×0.8=8mW)がほとんどを占めることが分かる。
この水平走査シフトレジスタによって発生する無効電力の消費は、表示画像に関係なく発生し、これは特に携帯機器に使用される表示パネルにおいて大きな問題となる。
また、同じくTFT回路で構成される表示パネルを考えると、使用される水平走査シフトレジスタのクロック入力を駆動する同じくTFT回路で構成される駆動ドライバ水平画素数のインバータ入力容量を駆動しなければならない。このためトランジスタの電流駆動能力を大きく取れないTFT回路においては、大きな規模(面積)を必要とする駆動ドライバ回路を内蔵しなければならない。
また、低温ポリシリコンプロセスのTFTプロセスでは、配線の比抵抗は単結晶シリコン等を用いたCMOS(相補型金属酸化膜半導体)プロセスより大きく、大電流駆動する駆動ドライバは安定した電源電圧供給を崩し、対象の水平走査シフトレジスタの動作を不安定にすることもあった。
具体的な課題の一例は以上のとおりであるが、シフトレジスタにおいて消費電力を下げることを課題とする構成が前記特許文献1に開示されている。
本発明は、シフトレジスタにおいて消費電力を下げると共に、シフトレジスタの配線数を削減し、かつ、確実な動作を実現できる構成を提示することを課題とする。
本発明は前記課題を下記に示す手段をもって解決したものである。
即ち、第1の発明は、
シフトレジスタであって、
入力されるクロック信号のレベル遷移タイミングに合わせて連鎖的にパルス信号を発生させる複数のパルス発生部を有しており、
該複数のパルス発生部は、一部のパルス発生部ごとに異なるシフトパルス発生ユニットに属しており、
各々のシフトパルス発生ユニットは、
自らに属する少なくとも一つの前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号を、当該シフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットの両方が接続される共通配線に対して出力する状態信号発生回路と、自らに属する前記パルス発生部に対してクロック信号を供給するクロック供給回路とを有しており、
前記クロック供給回路が前記パルス発生部に対して前記クロック信号を供給する期間と前記クロック信号を供給しない期間があり、
前記クロック信号を供給する期間においては自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つのパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されており、後のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されておらず、
前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号は前記パルス信号よりも前記共通配線上で劣化しにくい信号であることを特徴とするシフトレジスタである。
ここで該複数のパルス発生部は、一部のパルス発生部ごとに異なるシフトパルス発生ユニット属する構成としては、種々の構成を採用できる。シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部は一つでもよいし、複数でもよい。
第2の発明は、上記第1の発明において、前記クロック供給回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されておらず、後のシフトパルス発生ユニットからも該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されていない期間においては前記パルス発生部にクロック信号の供給を行わないものであることを特徴とするものである。
第3の発明は、上記第1もしくは第2の発明において、前記クロック供給回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されており、後のシフトパルス発生ユニットからも該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されている期間においては前記パルス発生部にクロック信号の供給を行わないことを特徴とするものである。
前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号を前記パルス信号よりも前記共通配線上で劣化しにくい信号とする構成としては種々の工夫が可能であるが、特には、前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号のパルスの幅を前記パルス信号のパルスの幅よりも広いものとすると好適である。これが第4の発明である。
あるシフトパルス発生ユニット(注目シフトパルス発生ユニット)からそれよりも前のシフトパルス発生ユニット(のクロック供給回路)と後のシフトパルス発生ユニット(のクロック供給回路)のそれぞれに対して、注目シフトパルス発生ユニットのパルス発生部からパルス信号が発生されたことを示す状態信号を別々の配線を介して出力しようとすると配線数が多くなってしまう点に本願発明者は着目した。そこで、本願発明者は鋭意検討を行い共通配線を介して同時に前記状態信号を前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットのそれぞれに伝送する発明に到達したのである。しかしながら該共通配線を使う構成では特有の課題が発生することがわかった。すなわち、注目シフトパルス発生ユニットのパルス発生部からパルス信号が発生されたことを示す信号としてパルス発生部が発生するパルス信号そのものを用いる構成を採用すると、前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットの両方が接続される共通配線上では信号の劣化が大きく、動作の確実性が減じてしまうのである。そこで本願発明者は上記発明から更に検討を進めて、パルス発生部からのパルス信号そのものを他のシフトパルス発生ユニットに伝送するのではなく、仮に該パルス信号そのものを共通配線に供給した場合に生じる劣化に対してより劣化しにくい状態の状態信号を発生する状態信号発生回路を設ける構成に想到したのである。例えばパルス信号のパルス幅よりも広い幅の状態信号を用いることで上記劣化を抑制することができるのである。
第5の発明は、以上述べた各発明において、前記状態信号発生回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つの前記パルス発生部がパルス信号を発生させるのに同期して、出力する信号のレベルを変えるものであることを特徴とする発明である。状態信号発生回路が出力する信号として2つのレベルがある場合には、その一方のレベルの状態信号が自らが属するシフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つのパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号に対応し、他方のレベルがリセットによって前記一方のレベルから遷移されたレベル(リセットレベル)に対応するように構成すればよい。クロック供給回路は他のシフトパルス発生ユニットから前記リセットレベルの信号が入力されているときに、該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部はパルス信号を発生させていないとして制御を行うようにすればよい。すなわち、クロック供給回路は、前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットのそれぞれの状態信号発生回路から入力される信号のレベルを比較して該非核の結果に応じてクロック信号をパルス発生部に供給するかしないかを決定することができる。
なお本願は上記各発明に係るシフトレジスタを用いた表示装置の発明を含んでいる。具体的には表示素子を更に有していればよい。該表示素子としては液晶素子を含む表示素子やエレクトロルミネセンス素子を含む表示素子や電子放出素子を含む表示素子など種々の構成のものを採用することができる。
シフトレジスタから連鎖的に出力されるパルス信号は例えば映像信号をサンプリングするタイミングを規定する信号として用いることができる。
本発明を使用したシフトレジスタは、配線数の大幅な増大を抑制しつつ消費電力の低減を図れ、かつ確実な動作を実現できるものである。
まず後述の実施形態1を示す図1を用いて本発明の説明を行うが、本発明はこの形態に限られるものではない。
図1に示されているように本発明においては、パルス発生部(レジスタ回路DFF(n):nは整数で以下同様)と、状態信号発生部(状態信号発生回路であるラッチ回路LAT(n))と、クロック供給回路であるクロック抽出部(クロックゲート回路CKG(n))とを含むシフトパルス発生ユニット30(以下、単にユニットともいう)を複数備えている。
全てのユニット30にクロック信号を入力するクロック信号線(CK)は各々のクロック抽出部CKGに接続されている。
パルス発生部DFFは、従来のシフトレジスタと同様に、入力されるクロック信号のレベル遷移タイミングに合わせて連鎖的にパルス信号を発生していくようパルス発生部DFF同士でQ出力端子とD入力端子とが順に接続されている。本発明においてこのパルス発生部DFFにクロック信号を入力するのは、クロック抽出部CKGである。
状態信号発生部LATは、ラッチ出力端子Fより、状態信号を該当シフトパルス発生ユニットの前後のシフトパルス発生ユニット(該当ユニットをn番目のユニットとすると、n−1番目以前とn+1番目以後のユニット)に含まれるクロック抽出部CKGに対して出力し、且つパルス発生部DFFがパルス信号を発生した時に状態信号を第1の状態から第2の状態に変化させる機能を有している。ラッチ出力端子Fに接続されている配線が共通配線であり、この共通配線にはこの状態信号発生部LATが属するシフトパルス発生ユニットよりも2つ前のシフトパルス発生ユニットのクロック抽出部と1つ後のシフトパルス発生ユニットのクロック抽出部とが接続されており、ラッチ出力はそれぞれに該共通配線を介して同時に伝送される。図1の形態では、各々のユニット30に含まれるパルス発生部のQ出力端子が状態信号発生部LATにも接続されており、状態信号発生部LATはこれによりパルス発生部におけるパルス信号の発生を検出する。図1の形態では、ラッチ出力端子F(n)はCKG(n+1)の前方状態信号入力端子FRと、不図示のCKG(n−2)の後方状態信号入力端子FFとに接続され、これらのクロック抽出部に対して状態信号を出力する。
尚、本発明において、前、或いは後のユニットという意味は、連鎖的にパルス信号を発生していくように順に接続されたパルス発生部によって定められる順序における前、後ということである。
また状態信号の第1の状態、第2の状態とは、互いに異なる夫々一定の状態を表しており、例えば第1の状態をL(GND接地電位)状態、第2の状態をH(VCC電源電位)状態としたり、或いはこの逆にしたりする等が挙げられるが、これに限られるものではない。
少なくとも中間部分の連続する複数のシフトパルス発生ユニットに含まれるクロック抽出部CKGは、クロック信号線CKから入力されるクロック信号に応じたクロック信号を、該当シフトパルス発生ユニットより前のシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号が第2の状態であって、且つ該当シフトパルス発生ユニットより後ろのシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号が第1の状態である期間のみにおいて、抽出クロック出力端子Kからパルス発生部DFFに入力する機能を有している。図1の形態では、CKG(n)の前方状態信号入力端子FRはF(n−1)に接続され、後方状態信号入力端子FFは不図示のF(n+2)に接続され、夫々から入力される状態信号により動作するようになっている。
該当ユニットよりも前のユニットをユニットAとし、後のユニットをユニットBとすると、ユニットA、ユニットBから入力される状態信号が共に第1の状態にある期間は、該当ユニットはすぐにはパルスを発生することがない待ちの期間であり、ユニットAとユニットBから入力される状態信号が共に第2の状態にある期間は、該当ユニットが既にパルスを発生して次の走査開始を待つ期間である。つまり、ユニットAから入力される状態信号が第2の状態であって、ユニットBから入力される状態信号が第1の状態であるような、2つの状態信号が互いに異なる状態にある期間は、ユニットAにおいては既にパルス発生部がパルスを発生し、ユニットBにおいては未だパルス発生部がパルスを発生していない期間であり、一走査の全期間の内、該当ユニットがパルスを発生する期間を含む必要部分だけが抽出された期間となっている。
このように、全期間において入力されるクロック信号を、前後のユニットから入力される状態信号を利用して必要な期間のみにおいてパルス発生部DFFに入力することで、パルス発生部にクロックが入力されてパルス発生部の負荷容量を充放電する期間を大幅に減らすことができ、パルス発生部における消費電力を減少し、シフトレジスタ全体の低消費電力化も可能となる。
状態信号発生部LATが状態信号を出力する対象となる前後のユニットとしては、適当なものを一つずつ選択しておけばよいが、クロック抽出部CKGがクロック信号を抽出する期間はこの選択により定まり、該当ユニットから離れたユニットを選択した場合ほどクロック抽出部CKGがクロック信号を抽出する期間は長くなり、それだけ省電力の効果が小さくなっていく。しかし、できる限りクロック信号の抽出期間を短くする目的から直前と直後のユニット(該当ユニットをn番目のユニットとすると、n−1番目とn+1番目のユニット)を選択するよりは、図1に示す形態のように直前(nに対してn−1)のユニットと2段後(nに対してn+2)のユニットとを選択したり、図3に示す形態のように2段前(nに対してn−2)のユニットと直後(nに対してn+1)のユニットとを選択したりする等、回路の接続形態により異なるパルス遅延に対する安全期間を考慮した上で前後のユニットを選択することにより、クロック信号の抽出期間を極力短くすることができると同時にパルスの連鎖的シフトの確実性を確保することができる。
〔実施形態1〕
図1(a)〜(c)は本発明のシフトレジスタの一実施形態を示すものであり、図8の従来のシフトレジスタと同様にN個のパルス信号群を発生するものである。(a)はシフトレジスタの中間走査部である。(b)はシフトレジスタの開始走査部である。(c)はシフトレジスタの終了走査部である。
<中間走査部>
図1(a)は任意の中間に配置された(n−1)番目、(n)番目、(n+1)番目の3つのユニット30を示したものである。
入力クロック信号CKはクロックゲート回路CKG(n−1)、CKG(n)、CKG(n+1)の各々のクロック信号入力端子に入力される。
CKG(n−1)の抽出クロック出力端子Kからはクロック信号K(n−1)が出力されてレジスタ回路DFF(n−1)の抽出クロック信号入力端子に入力され、DFF(n−1)のD入力端子Dには前段のDFF(n−2)のQ出力端子Qから出力されるパルス信号SP(n−2)が入力され、DFF(n−1)のQ出力はSP(n−1)として出力されるとともにラッチ回路LAT(n−1)のクロック入力端子と次段のDFF(n)のD入力に入力される。LAT(n−1)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n−1)のラッチ出力FはF(n−1)として出力される。
CKG(n)の抽出クロック出力KからK(n)が出力され、DFF(n)の抽出クロック信号入力端子に入力され、DFF(n)のQ出力はSP(n)として出力されるとともにラッチ回路LAT(n)のクロック入力端子と次段のDFF(n+1)のD入力に入力される。LAT(n)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n)のラッチ出力FはF(n)として出力される。
CKG(n+1)の抽出クロック出力KからK(n+1)が出力され、DFF(n+1)の抽出クロック信号入力端子に入力され、DFF(n+1)のQ出力はSP(n+1)として出力されるとともにラッチ回路LAT(n+1)のクロック入力端子と次段のDFF(n+2)のD入力に接続させる為出力される。LAT(n+1)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n+1)のラッチ出力FはF(n+1)として出力される。
LAT(n−1)、LAT(n)、LAT(n+1)の各々のリセット端子Rにはリセット信号CLが入力される。
CKG(n−1)の前方状態信号入力端子FR入力には(n−2)番目の状態信号F(n−2)が入力されるとともに、後方状態信号入力端子FF入力には(n+1)番目の状態信号F(n+1)が入力される。
CKG(n)の前方状態信号入力端子FR入力には(n−1)番目の状態信号F(n−1)が入力されるとともに、後方状態信号入力端子FF入力には(n+2)番目の状態信号F(n+2)が入力される。
CKG(n+1)の前方状態信号入力端子FR入力には(n)番目の状態信号F(n)が入力されるとともに、後方状態信号入力端子FF入力には(n+3)番目の状態信号F(n+3)が入力される。
ラッチ回路LATの構成例を図6に示す。図6の構成は一般的なものであるので説明は省く。
CKGの構成例を図7aに示す。
M1〜M8から構成されるクロックゲート信号fを発生する前方状態信号入力端子FRと反転後方状態信号入力端子FFBとのAND論理回路から、クロック信号入力端子CLKに接続されたM9〜M12から構成されるNAND回路にクロックゲート信号fを入力して正極クロックckと負極クロックnckを出力する。
図1(a)で使用されるDFF(n−1)、DFF(n)、DFF(n+1)は図10と同じ構成をしているが、図10におけるM1〜M4で構成されるクロックバッファはCKG(n−1)〜CKG(n+1)に含まれているので不要である。
図1(a)の動作を図2(a)のタイムチャートを使用して説明する。
パルス発生手段からパルスが発生している期間においては、リセット信号CLはLレベルであり、図2(a)で示されている期間の前に予め全てのLAT回路はリセットしておく。入力クロック信号CKは(n−2)番目〜(n+3)番目のクロック周期期間を示している。
(n−2)クロック期間
DFF(n−2)のQ出力には図に示す様に(n−2)番目と(n−1)番目クロックで発生するSP(n−2)が出力されていると仮定する。
CKG(n−1)内のクロックゲート信号f(n−1)は、F(n+1)がLレベルであるので、F(n−2)がHレベルに確定した時点でHレベルに変化してK(n−1)のクロック出力を開始する。しかしF(n−1)及びF(n)はこの時点ではLレベルであるのでクロックゲート信号f(n)及びf(n+1)はLレベルのままであり、K(n)、K(n+1)はともにクロック信号を発生しない。
(n−1)クロック期間
クロックゲート信号f(n−1)は、F(n+1)がLレベルかつF(n−2)がHレベルになっているので引き続きHレベルであるので、K(n−1)のクロック出力がされる。
(n−1)番目クロックの↑タイミングでDFF(n−1)がSP(n−2)を取り込みSP(n−1)はHレベルに変化し、(n)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n−2)を取り込みSP(n−1)をLレベルに変化させる。
クロックゲート信号f(n)はF(n−1)がHレベルに確定した時点でHレベルに変化して、K(n)のクロック出力を開始するが、F(n)はこの時点でLレベルであるのでクロックゲート信号f(n)は、Lレベルのままであり、K(n+1)はクロック信号を発生しない。
(n)クロック期間
クロックゲート信号f(n−1)は、F(n+1)がLレベルかつF(n−2)がHレベルになっているので引き続きHレベルであり、K(n−1)のクロック出力がされる。そのため(n)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n−2)を取り込みSP(n−1)をLレベルに変化させる動作を行うことができる。
クロックゲート信号f(n)は、F(n+2)がLレベルかつF(n−1)がHレベルになっているので引き続きHレベルであり、引き続きK(n)はクロック出力がされる。
(n)番目クロックの↑タイミングでDFF(n)がSP(n−1)を取り込みSP(n)はHレベルに変化し、(n+1)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n−1)を取り込みSP(n)をLレベルに変化させる。
クロックゲート信号f(n+1)は、F(n)がHレベルに確定した時点でHレベルに変化して、K(n+1)のクロック出力を開始する。
(n+1)クロック期間
クロックゲート信号f(n)は、F(n+2)がLレベルかつF(n)がHレベルなので、Hレベルであり、K(n)のクロック出力される。したがって(n+1)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n−1)を取り込みSP(n)をLレベルに変化させる動作を行うことができる。
クロックゲート信号f(n+1)は、F(n+3)がLレベルかつF(n)がHレベルになっているので引き続きHレベルであり、引き続きK(n)はクロック出力がされる。
(n+1)番目クロックの↑タイミングでDFF(n+1)がSP(n)を取り込みSP(n+1)はHレベルに変化し、(n+2)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n)を取り込みSP(n+1)をLレベルに変化させる。
クロックゲート信号f(n−1)は、F(n+1)がHレベルが確定した時点でLレベルに変化してK(n−1)のクロック出力は停止する。
(n+2)クロック期間
クロックゲート信号f(n+1)は、F(n+3)がLレベルかつF(n+1)がHレベルなので、Hレベルであるので、K(n+1)のクロック出力される。したがって(n+2)番目クロックの↑タイミングで再びSP(n)を取り込みSP(n+1)をLレベルに変化させる動作を行うことができる。
クロックゲート信号f(n)は、F(n+2)のHレベルが確定した時点でLレベルに変化してK(n)のクロック出力は停止する。
(n+3)クロック期間
クロックゲート信号f(n+1)は、F(n+3)のHレベルが確定した時点でLレベルに変化してK(n+1)のクロック出力は停止する。
(n−2)クロックと(n−1)クロックによってSP(n−2)が出力されている仮定は、DFF(n−2)、LAT(n−2)、CKG(n−2)が同様な構成で接続されていたとすると証明できる。SP(n−1)〜SP(n+1)は図8のシフトレジスタと同様の所望のパルス信号群の波形を示す。
<開始走査部>
図1(b)は開始走査部の構成を示すものであり、図1(a)と同様にDFF、LAT、CKGから構成されるユニットのn=1〜3番目を示してある。
CKG(2)及びCKG(3)の各々のFR及びFF入力には、各々1段前の状態信号と2段後の状態信号が入力されている。しかしCKG(1)のFF入力には2段後の状態信号F(3)が入力されているが、FR入力は電源VCCが入力されている。これは、状態信号の第1の状態がL(接地GND)の状態、第2の状態がH(電源VCC)の状態であることに関係している。即ち、複数のシフトパルス発生ユニットのうち少なくとも最初にパルス信号を発生するシフトパルス発生ユニットには、前のシフトパルス発生ユニットが存在しないため、前記該当シフトパルス発生ユニットより前のシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号の代わりに、第2の状態の状態信号と同じ信号を入力するのが好ましいためである。これにより全てのシフトパルス発生ユニットを同じ回路構成とすることも可能となる。
図2(b)は図1(b)の動作を説明するタイムチャートである。リセット信号CLは1番目クロックの入力に先立ってリセット信号CLが所定期間Hレベルにされしたがって全てのLAT回路がリセットされ、状態信号が第1の状態(GND電位)とされる。
リセット信号CLがHレベルになる前は、図1(a)の説明から理解できるように、クロックゲート信号f(1)、f(2)、f(3)は全てLレベルになっている。リセット信号CLがHレベルになりF(1)、F(4)及びF(2)、F(5)がLレベルに変化してもf(2)及びf(3)はLレベルのままであるが、クロックゲート信号f(1)は、F(3)がLレベルに変化するとFR入力が電源VCCに接続されているためHレベルであるのでHレベルに変化し、クロックK(1)に出力できる。しかし、この時点では1番目クロックが入力されていないのでクロックK(1)にはクロックが発生しない。
1番目クロックの↑タイミングと2番目クロックの↑タイミングの間でHレベルとなる走査開始信号SSPがDFF(1)のD入力に入力され、1番クロックが入力されると、K(1)にクロックが発生してSPがDFF(1)に取り込まれてSP(1)がHレベルに変化する。その後、DFF(1)に2番クロックが入力されると再びSPが取り込まれてSP(1)がLレベルに変化する。
以後の動作は図1(a)の動作と同じなので説明を省略する。
<終了走査部>
図1(c)は終了走査部の構成を示すものであり、図1(a)と同様にDFF、LAT、CKGから構成されるユニットのn=N−2〜N番目を示してある。
CKG(N−2)のFR及びFF入力には、各々1段前の状態信号と2段後の状態信号が入力されている。CKG(N−1)及びCKG(N)のFR入力にも各々1段前の状態信号F(N−2)及びF(N−1)が入力されているが、FF入力は接地GNDに接続される。これは、開始走査部と同様に、状態信号の第1の状態がL(接地GND)の状態、第2の状態がH(電源VCC)の状態であることに関係している。即ち、複数のシフトパルス発生ユニットのうち少なくとも最後にパルス信号を発生するシフトパルス発生ユニットには、後のシフトパルス発生ユニットが存在しないため、前記該当シフトパルス発生ユニットより後のシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号の代わりに、第1の状態の状態信号と同じ信号を入力するのが好ましいためである。これにより全てのシフトパルス発生ユニットを同じ回路構成とすることも可能となる。
(N+1)番目クロック以前の動作は図1(a)の中間走査部と同じ動作をするので説明を省略する。
CKG(N−1)及びCKG(N)のFF入力がLレベル(GND接地)なので、クロックゲート信号f(N−1)及びf(N)は引き続きHレベルのままである。しかしクロックCKは(N+1)番目で終了するので以後K(N−1)及びK(N)にはクロックが発生しない。(N+1)番目クロックが終了して所定期間経過した後、リセット信号CLがHレベルになり、F(N−2)及びF(N−1)がLレベルになるのでクロックゲート信号f(N−1)及びf(N)はLレベルに変化してK(N−1)及びK(N)の出力状態を停止する。
以後リセット信号CLを再びLレベルにして1番目クロックを待機し、1番目クロックからは図2(b)の動作を再び行う。
以上説明した図1(a)〜図1(c)の構成を有するシフトレジスタは、クロックCKと走査開始信号SSPおよびリセット信号CLを入力することによって所望のパルス信号群SP(1)〜SP(N)を出力することができる。
<実施形態1のシフトレジスタの消費電力>
消費電力の算出において、図8の従来のシフトレジスタと同様にMOS回路の消費電力はインバータに代表されるP型トランジスタとN型トランジスタからなるプッシュプル回路がこのノードに付加される容量を充放電することによって発生する。MOS回路の容量はゲート酸化膜とチャネルとの間に発生するチャネル容量Coxが主因である。ここでは簡単にゲートが低インピーダンス(プッシュプル出力)のスイッチ回路とインバータ回路を同じ負荷容量Coとする。
まず図10のDFF回路からクロックバッファM1〜M4が除かれるので、DFF回路のクロック系の駆動に要する消費電力P4は下式のようになる。
P4=VCC2×4Co/To
DFF回路のD及びQ系の駆動に要する消費電力P5は、所望のパルス信号群のパルス数をNとすると下式のようになる。
P5=VCC2×6Co/{To×(N+1)}
図7(a)に示すCKG回路のクロック系の駆動に要する消費電力P6は下式になる。
P6=VCC2×3Co/To
クロック入力の駆動に要する消費電力P7は下式になる。
P7=VCC2×Co/To
CKG回路におけるFR及びFFの駆動に要する消費電力P8は下式になる。
P8=VCC2×5Co/{To×(N+1)}
LAT回路の消費電力P9は下式になる。
P9=VCC2×9Co/{To×(N+1)}
図1(a)〜1(c)で構成されるシフトレジスタの消費電力Pw2を考えるとき、各レジスタであるDFF回路には4つのクロックが入力されるだけであり、最終段のDFF(N)には3つのクロックが入力されるがここでは簡単に全て4つのクロックが入力されるとする。
また図2(a)〜(c)のタイミングチャートで理解できるように3つのレジスタが同時にクロック入力される。加えて全期間に対するクロック入力期間を示す有効動作期間Kを考慮すると消費電力Pw2は(2)式の様になる。
Pw2=N×[{3×4/(N+1)}×P4+P5+{3×4/(N+1)}×P6+P7+P8+P9]×K (2)
たとえば図11に示されるようなTFT回路で構成されるQVGA(320×240)の表示パネルに使用される水平走査シフトレジスタ3の消費電力Pw2を(2)式より求めてみる。垂直走査シフトレジスタ5の消費電力は同じく(2)式より垂直走査クロック周期が水平走査クロック周期の320倍以上大きいことから無視できる。ここで、スイッチ及びインバータの単位負荷容量Co=50fF、電源電圧VCC=10v、有効動作期間K=0.8、水平走査クロック周期To=160nsとすると、
P4=0.125mW
P5=5.84×10-4mW
P6=9.38×10-2mW
P7=3.125×10-2mW
P8=4.87×10-4mW
P9=8.76×10-4mW
Pw2=320×(4.67×10-3+5.84×10-4+3.50×10-3+3.125×10-2+4.87×10-4+8.76×10-4)×0.8mW
Pw2=10.6mW
(1)式で示される図8の従来のシフトレジスタの消費電力Pw1=48.1mWの約22%に消費電力が削減されたことになる。
以上説明した実施形態1のシフトレジスタは図1(a)〜1(c)の構成に限定されるものではない。任意の整数段nのCKG(n)に入力される前方状態信号入力端子FR(n)に入力される状態信号F(x)と後方状態信号入力端子FF(n)に入力される状態信号F(y)において、整数x、yに以下の関係が成り立てば論理上動作させることができる。
x<n;ただし、x<1のときはFR入力を電源VCCに接続しておく。
y>n;ただし、y>NのときはFF入力を接地GNDに接続しておく。
以上説明したシフトレジスタは図8に示す従来のシフトレジスタと同様に各段の使用する回路構成がまったく等しくできるため、所望シフトパルス数に対して回路レイアウトが容易に対応できる。また本発明のシフトレジスタがTFTプロセスだけでなく、単結晶シリコン等を用いたCMOSプロセスにおいても実現されることは明確である。
〔実施形態2〕
図3(a)〜(c)は本発明のシフトレジスタの別の実施形態を示すものであり、図8の従来のシフトレジスタと基本的には同様の原理により、2N個のパルス信号群を発生するものである。特に断りの記載がない限り、図1と同じ符号の端子、信号等は同じ働きをするものを表している。尚、本形態においては、夫々一対のレジスタ回路Da(n)、Db(n)がパルス発生部に対応している。
<中間走査部>
図3(a)は任意の中間に配置された(n−1)番目、(n)番目、(n+1)番目の3つのユニット30を示したものである。
入力クロック信号CKはクロックゲート回路CKG(n−1)、CKG(n)、CKG(n+1)の各々のクロック信号入力端子に入力される。
CKG(n−1)の抽出クロック出力端子Kからはクロック信号K(n−1)が出力されてレジスタ回路Da(n−1)およびDb(n−1)の抽出クロック信号入力端子に入力され、Da(n−1)のD入力には前段のDb(n−2)のQ出力であるQb(n−2)が入力され、Da(n−1)のQ出力であるQa(n−1)はDb(n−1)のD入力に入力される。
Da(n−1)はK(n−1)の負極信号で動作し、Db(n−1)はK(n−1)の正極信号で動作するものであるため、クロックの1周期において、Da(n−1)及びDb(n−1)のシフトパルス出力SPからSPa(n−1)及びSPb(n−1)が出力される。Db(n−1)のQ出力であるQb(n−1)はLAT(n−1)のクロック入力端子にも入力される。LAT(n−1)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n−1)のラッチ出力Fは状態信号F(n−1)として出力される。
CKG(n)の抽出クロック出力端子KからはK(n)が出力され、Da(n)およびDb(n)の抽出クロック信号入力端子に入力され、Da(n)のD入力には前段のDb(n−1)のQ出力であるQb(n−1)が入力され、Da(n)のQ出力であるQa(n)はDb(n)のD入力に入力される。
Da(n)はK(n)の負極信号で動作し、Db(n)はK(n)の正極信号で動作するものであるため、クロックの1周期において、Da(n)及びDb(n)のシフトパルス出力SPからSPa(n)及びSPb(n)が出力される。Db(n)のQ出力であるQb(n)はLAT(n)のクロック入力端子にも入力される。LAT(n)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n)のラッチ出力Fは状態信号F(n)として出力される。
CKG(n+1)の抽出クロック出力端子KからK(n+1)が出力され、Da(n+1)およびDb(n+1)の抽出クロック信号入力端子に入力され、Da(n+1)のD入力には前段のDb(n)のQ出力であるQb(n)が入力され、Da(n+1)のQ出力であるQa(n+1)はDb(n+1)のD入力に入力される。
Da(n+1)はK(n+1)の負極信号で動作しDb(n+1)はK(n+1)の正極信号で動作するものであるため、クロックの1周期において、Da(n+1)及びDb(n+1)のシフトパルス出力SPからSPa(n+1)及びSPb(n+1)が出力される。Db(n+1)のQ出力であるQb(n+1)はLAT(n+1)のクロック入力端子にも入力される。LAT(n+1)のD入力は電源VCCに接続され、LAT(n+1)のラッチ出力Fは状態信号F(n+1)として出力される。
CKG(n−1)のFR入力には2つ前の段のLAT(n−3)のラッチ出力であるF(n−3)が入力され、FF入力にはF(n)が入力される。CKG(n)のFR入力には2つ前の段のLAT(n−2)のラッチ出力であるF(n−2)が入力され、FF入力にはF(n+1)入力される。CKG(n+1)のFR入力にはF(n−1)が入力され、FF入力には次段のLAT(n+2)のラッチ出力であるF(n+2)が入力される。
CKG(n−1)、CKG(n)、CKG(n+1)は図7(a)の構成をしている。
LAT(n−1)、LAT(n)、LAT(n+1)は図6の構成をしている。
Da(n−1)とDb(n−1)、Da(n)とDb(n)、Da(n+1)とDb(n+1)の3組のレジスタ回路は図5に示す構成をしており、図10に示すDFF回路と同様にM1〜M10及びM17〜M26から構成される2つのラッチ回路を含むとともに、ラッチ出力Qaと負極クロックnckを入力としてシフトパルスSPaを出力するM11〜M16と、ラッチ出力Qbと正極クロックckを入力としてシフトパルスSPbを出力するM27〜M32と、の2つのAND回路から構成されるレジスタ回路である。
Qaは入力クロックの↑タイミングのラッチ出力であり、QbはQaを次に発生する入力クロックの↓タイミングでラッチ出力したものである。Qaに入力クロックの1つのHレベル期間でのみHレベルを発生する信号を入力すると、SPaは入力クロックのLレベル期間で発生し、SPbは次に発生する入力のHレベル期間で発生するシフトパルスを発生できるものである。シフトパルスSPa及びSPbのパルス幅を等しくする為に、入力クロックはデューティー比が1/2に近いことが望ましい。
図3(a)の動作を図4(a)のタイムチャートを使用して説明する。
パルス発生手段からパルスが発生している期間においては、リセット信号CLはLレベルであり、図4(a)で示されている期間の前に予め全てのLAT回路はリセットしておく。入力クロック信号CKは(n−3)番目〜(n+2)番目のクロック周期期間を示している。
(n−3)クロック期間
Da(n−1)のQ出力には、図に示す様に(n−2)番目のクロックのHレベル期間でHレベルになっているDb(n−2)のQ出力であるQb(n−2)が入力されると仮定する。
CKG(n−1)内のf(n−1)は、F(n)がLレベルであるので、F(n−3)がQb(n−3)の発生に伴ってHレベルに確定する時点でHレベルに変化して、K(n−1)が出力状態になるが、このときCKはLレベルであるのでK(n−1)にクロック出力はされない。またF(n−2)及びF(n−1)はこの時点でLレベルであるので、f(n)及びf(n+1)はLレベルのままであり、K(n)、K(n+1)はともにクロック信号を発生しない。
(n−2)クロック期間
K(n−2)の↑タイミングでQa(n−2)がHレベルに変化し、次のクロックの↑タイミングでQa(n−2)がLレベルに変化する。また、K(n−2)の↓タイミングでQb(n−2)がHレベルに変化し、次の↓タイミングでQb(n−2)がLレベルに変化する。Qa(n−1)はLレベルのままであり、SPa(n−1)及びSPb(n−1)は出力されない。Qb(n−2)の発生に伴ってF(n−2)がHレベルに変化するのでf(n)がHレベルになり、K(n)が出力状態になるが、CKがこの時点でLレベルなのでK(n)は発生しない。
(n−1)クロック期間
K(n−1)の↑タイミングでQa(n−1)がHレベルに変化し、次のクロックの↑タイミングでQa(n−1)がLレベルに変化する。また、K(n−1)の↓タイミングでQb(n−1)がHレベルに変化し、次の↓タイミングでQb(n−1)がLレベルに変化する。このためSPa(n−1)がK(n−1)のLレベル期間で発生し、次のHレベル期間でSPb(n−1)が発生する。Qb(n−1)の発生に伴ってF(n−1)がHレベルに変化するのでf(n+1)がHレベルになり、K(n+1)が出力状態になるが、CKがこの時点でLレベルなのでK(n+1)は発生しない。
(n)クロック期間
K(n)の↑タイミングでQa(n)がHレベルに変化し、次のクロックの↑タイミングでQa(n)がLレベルに変化する。また、K(n)の↓タイミングでQb(n)がHレベルに変化し、次の↓タイミングでQb(n)がLレベルに変化する。このためSPa(n)がK(n)のLレベル期間で発生し、次のHレベル期間でSPb(n)が発生する。Qb(n)の発生に伴ってF(n)がHレベルに変化するのでf(n−1)がLレベルになりK(n−1)の出力は遮断される。
(n+1)クロック期間 K(n+1)の↑タイミングでQa(n+1)がHレベルに変化し、次のクロックの↑タイミングでQa(n+1)がLレベルに変化する。また、K(n+1)の↓タイミングでQb(n+1)がHレベルに変化し、次の↓タイミングでQb(n+1)がLレベルに変化する。このためSPa(n+1)がK(n+1)のLレベル期間で発生し、次のHレベル期間でSPb(n+1)が発生する。Qb(n+1)の発生に伴ってF(n+1)がHレベルに変化するのでf(n)がLレベルになりK(n)の出力は遮断される。
(n+2)クロック期間
Qb(n+1)の発生に伴ってF(n+1)がHレベルに変化するのでf(n)がLレベルになりK(n)を出力は遮断される。
Qb(n−2)の入力波形の仮定は、同じ構成のDa(n−2)、Db(n−2)、LAT(n−2)、CKG(n−2)を使用して同様に接続したとすると、Qb(n−1)、Qb(n)、Qb(n+1)の発生波形から容易に理解できる。SPa(n−1)、SPb(n−1)〜SPa(n+1)、SPb(n+1)は図8のシフトレジスタと同じ所望のシフトパルス波形を示す。但し、本形態の場合、入力クロックCKの1周期で2つのシフトパルスを発生することができる。
<開始走査部>
図3(b)は開始走査部の構成を示すものである。図3(a)と同じ回路構成であるが、CKG(1)及びCKG(2)の各々のFR入力は電源VCCに接続される。これは、状態信号の第1の状態がL(接地GND)の状態、第2の状態がH(電源VCC)の状態であることに関係している。即ち、複数のシフトパルス発生ユニットのうち少なくとも最初にパルス信号を発生するシフトパルス発生ユニットには、前のシフトパルス発生ユニットが存在しないため、前記該当シフトパルス発生ユニットより前のシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号の代わりに、第2の状態の状態信号と同じ信号を入力するのが好ましいためである。これにより全てのシフトパルス発生ユニットを同じ回路構成とすることも可能となる。他の各CKG回路のFR及びFF入力は各々2つ前段の状態信号及び次段の状態信号が入力される。
図4(b)は図3(b)の動作を説明するタイムチャートである。リセット信号CLは1番目クロックの入力に先立ってリセット信号CLが所定期間Hレベルにされ、したがって全てのLAT回路がリセットされる。リセット信号CLがHレベルになる前は、図3(a)の説明から理解できるように、クロックゲート信号f(1)、f(2)、f(3)は全てLレベルになっている。
リセット信号CLがHレベルになると全ての状態信号F(1)〜はLレベルになるのでf(1)及びf(2)はHレベルになりK(1)及びK(2)を出力可能にする。しかし入力クロックCKが入力されるまでK(1)及びK(2)にはクロック発生しない。1番目クロックCKのHレベルを含んだ図に示す走査開始信号SSPがDa(1)のD入力に入力される。K(1)の最初の↑タイミングに伴いQa(1)がHレベルになり、次の↑タイミングに伴いQa(1)がLレベルになる。K(1)の最初の↓タイミングに伴いQb(1)がHレベルになり、次の↓タイミングに伴いQb(1)がLレベルになる。これに伴いSPa(1)及びSPb(1)が発生する。以下の動作は図3(a)の動作と同じなので説明を省略する。
<終了走査部>
図3(c)は終了走査部の構成を示すものであり、図1(a)と同じ回路構成であるがCKG(N)のFF入力は接地GNDに接続される。これは、開始走査部と同様に、状態信号の第1の状態がL(接地GND)の状態、第2の状態がH(電源VCC)の状態であることに関係している。即ち、複数のシフトパルス発生ユニットのうち少なくとも最後にパルス信号を発生するシフトパルス発生ユニットには、後のシフトパルス発生ユニットが存在しないため、前記該当シフトパルス発生ユニットより後のシフトパルス発生ユニットから入力される状態信号の代わりに、第1の状態の状態信号と同じ信号を入力するのが好ましいためである。これにより全てのシフトパルス発生ユニットを同じ回路構成とすることも可能となる。他の各CKG回路のFR及びFF入力は各々2つ前段の状態信号及び次段の状態信号が入力される。
(N+1)番目クロック以前の動作は図3(a)の中間走査部と同じ動作をするので説明を省略する。しかしCKG(N)のFF入力がLレベル(GND接地)なのでf(N)は引き続きHレベルのままでありK(N)は出力可能である。しかしクロックCKは(N+1)番目で終了するので以後K(N)にはクロックが発生しない。(N+1)番目クロックが終了して所定期間経過した後、リセット信号CLがHレベルになり、F(N−2)〜F(N)がLレベルになるのでクロックゲート信号f(N)はLレベルに変化してK(N)の出力を遮断する。以後リセット信号CLを再びLレベルにして1番目クロックを待機して1番目クロックからは図4(b)の動作を再び行う。
以上説明した図3(a)〜図3(c)から構成されるシフトレジスタは、クロック信号CKと走査開始信号SSPおよびリセット信号CLを入力することによって所望のパルス信号群SPa(1)、SPb(1)〜SPa(N)、SPb(N)の2N個のシフトパルスを出力することができる。
<実施形態2のシフトレジスタの消費電力>
消費電力の算出において、図8の従来のシフトレジスタと同様にMOS(金属酸化膜半導体)回路の消費電力はインバータに代表されるP型トランジスタとN型トランジスタからなるプッシュプル回路がこのノードに付加される容量を充放電することによって発生する。MOS回路の容量はゲート酸化膜とチャネルとの間に発生するチャネル容量Coxが主因である。ここでは簡単にゲートが低インピーダンス(プッシュプル出力)のスイッチ回路とインバータ回路を同じ負荷容量Coとする。
レジスタDaとDbのクロック系の消費電力P10は下式で示される。
P10=VCC2×6Co/To
レジスタDaとDbのD、Q系及びSP系の駆動に要する消費電力P11は、所望のパルス信号のパルス数を2Nとすると下式のようになる。
P11=VCC2×10Co/{To×(N+1)}
図7(a)に示すCKG回路のクロック系の駆動に要する消費電力P6は下式になる。
P6=VCC2×3Co/To
クロック入力の駆動に要する消費電力P13は下式になる。
P7=VCC2×Co/To
CKG回路におけるFR及びFFの駆動に要する消費電力P8は下式になる。
P8=VCC2×5Co/{To×(N+1)}
LAT回路の消費電力P9は下式になる。
P9=VCC2×9Co/{To×(N+1)}
図3(a)〜(c)で構成されるシフトレジスタの消費電力Pw3を考えるとき、各レジスタであるDFF回路には3つのクロックが入力されるだけであり、Da(1)及びDb(1)には2つのクロックが入力されるともに、Da(N)及びDb(N)には4つのクロックが入力されるが、ここでは簡単に全て3つのクロックが入力されるとする。
また図4(a)〜(c)のタイミングチャートで理解できるように3つのレジスタが同時にクロック入力される。加えて全期間に対するクロック入力期間を示す有効動作期間Kを考慮すると消費電力Pw3は(3)式の様になる。
Pw3=N×[{3×3/(N+1)}×P10+P11+{3×3/(N+1)}×P6+P7+P8+P9]×K (3)
たとえば図11に示されるようなTFT回路で構成されるQVGA(320×240)の表示パネルに使用される水平走査シフトレジスタ3の消費電力Pw3はN=320/2として(3)式より求めてみる。垂直走査シフトレジスタ5の消費電力は同じく(3)式より垂直走査クロック周期が水平走査クロック周期の320倍以上大きいことから無視できる。ここで、スイッチ及びインバータの単位負荷容量Co=50fF、電源電圧VCC=10v、有効動作期間K=0.8、水平走査クロック周期To=160nsとすると、
P10=0.188mW
P11=9.73×10-4mW
P6=9.38×10-2mW
P7=3.125×10-2mW
P8=4.87×10-4mW
P9=8.76×10-4mW
Pw3=160×(1.05×10-2+9.73×10-4+5.24×10-3+3.125×10-2+4.87×10-4+8.76×10-4)×0.8mW
Pw3=6.3mW
(1)式で示される図8の従来のシフトレジスタの消費電力Pw1=48.1mWの約13%に消費電力が削減されたことになる。
以上説明した実施形態2のシフトレジスタは、図3(a)〜(c)の構成に限定されるものでない。任意の整数段nのCKG(n)に入力される前方状態信号入力端子FR(n)に入力される状態信号F(x)と後方状態信号入力端子FF(n)に入力される状態信号F(y)において、整数x、yに以下の関係が成り立てば論理上動作させることができる。
x<n;ただし、x<1のときはFR入力を電源VCCに接続しておく。
y>n;ただし、y>NのときはFF入力を接地GNDに接続しておく。
以上説明したシフトレジスタは図8に示す従来のシフトレジスタと同様に各段の使用する回路構成がまったく等しくできるため、所望シフトパルス数に対して回路レイアウトが容易に対応できる。また本発明のシフトレジスタがTFTプロセスだけでなく、単結晶シリコン等を用いたCMOSプロセスにおいても実現されることは明確である。
〔実施形態3〕
図7(b)は、本発明を使用した実施形態1や実施形態2のシフトレジスタに使用される図7(a)のCKG回路に比べて更に消費電力を低減可能なCKG回路を示している。
クロック信号入力端子CLKはM9、M10から構成される抽出スイッチに入力され、抽出スイッチの他端は接地GNDとの間にM11で構成されるリセットスイッチが接続されるとともに、M12〜M15からなるクロックバッファ回路(クロック出力部)に入力され、正極クロックckと負極クロックnckを出力する。
またM10/Gには正極クロックゲート信号fが接続され、M9/G及びM11/Gには負極クロックゲート信号Nfが接続される。MOSトランジスタのチャネル容量Coxはチャネルが遮断されているとき容量として機能しないので、ゲートとソース(ドレイン)間のチャネル容量Coxより小さい結合容量だけになる。このためM9/M10が遮断しているときの入力クロックCLKに加わる容量負荷はチャネル容量Cox成分が存在しない為小さくなる。
このように、各々のシフトパルス発生ユニットにクロック信号を入力するためのクロック信号入力端子が、状態信号の比較結果に基づいて導通、遮断動作が制御される抽出スイッチの一端に接続されており、該抽出スイッチの他端に接続されたクロック出力部を介してクロック信号をパルス発生部に入力することにより、クロック信号入力端子CLKから入力される多数のクロックパルスにより充放電される負荷容量を小さくすることができ、更なる消費電力の減少が可能となる。
また本形態のように、抽出スイッチの上記他端が、接地GND(電源電位VCC)等の抽出スイッチリセット電位との間に挿入され、抽出スイッチと反対の導通、遮断状態となるリセットスイッチと接続されていれば、抽出スイッチの遮断状態時にクロック出力部への入力を所望の一定電位に保つことができるため、好ましい。
図7(b)の構成のCKG回路を使用した場合の実施形態1のシフトレジスタの消費電力を算出してみる。消費電力の算出において、図8の従来のシフトレジスタと同様にMOS回路の消費電力はインバータに代表されるP型トランジスタとN型トランジスタからなるプッシュプル回路がこのノードに付加される容量を充放電することによって発生する。MOS回路の容量はゲート酸化膜とチャネルとの間に発生するチャネル容量Coxが主因である。ここでは簡単にゲートが低インピーダンス(プッシュプル出力)のスイッチ回路とインバータ回路を同じ負荷容量Coとする。
<実施形態3のシフトレジスタの消費電力>
消費電力の算出において、図8の従来のシフトレジスタと同様にMOS回路の消費電力はインバータに代表されるP型トランジスタとN型トランジスタからなるプッシュプル回路がこのノードに付加される容量を充放電することによって発生する。MOS回路の容量はゲート酸化膜とチャネルとの間に発生するチャネル容量Coxが主因である。ここでは簡単にゲートが低インピーダンス(プッシュプル出力)のスイッチ回路とインバータ回路を同じ負荷容量Coとする。まず図10のDFF回路からクロックバッファM1〜M4が除かれるので、DFF回路のクロック系の駆動に要する消費電力P4は下式のようになる。
P4=VCC2×4Co/To
DFF回路のD及びQ系の駆動に要する消費電力P5は、所望のパルス信号群のパルス数をNとすると下式のようになる。
P5=VCC2×7Co/{To×(N+1)}
図7(b)のCKG回路のクロック系の駆動に要する消費電力P6は下式になる。
P6=VCC2×3Co/To
CKG回路におけるM9、M10からなるスイッチが遮断しているときの入力クロックCLKの負荷容量cxとすると、クロック入力の駆動に要する消費電力P12は下式になる。
P12=(VCC2×Co/To)×3/(N+1)+(VCC2×cx/To)×(N−2)/(N+1)
CKG回路におけるFR及びFFの駆動に要する消費電力P8は下式になる。
P8=VCC2×5Co/{To×(N+1)}
LAT回路の消費電力P9は下式になる。
P9=VCC2×9Co/{To×(N+1)}
図1(a)〜(c)で構成されるシフトレジスタの消費電力Pw2を考えるとき、各レジスタであるDFF回路には4つのクロックが入力されるだけであり、最終段のDFF(N)には3つのクロックが入力されるがここでは簡単に全て4つのクロックが入力されるとする。
また図2(a)〜(c)のタイミングチャートで理解できるように3つレジスタが同時にクロック入力される。加えて全期間に対するクロック入力期間を示す有効動作期間Kを考慮すると消費電力Pw2は(4)式の様になる。
Pw2=N×[{3×4/(N+1)}×P4+P5+{3×4/(N+1)}×P6+P12+P8+P9]×K (4)
たとえば図11に示されるTFT回路で構成されるQVGA(320×240)の表示パネルに使用される水平走査シフトレジスタ3の消費電力Pw2を(4)式より求めてみる。垂直走査シフトレジスタ5の消費電力は同じく(4)式より垂直走査クロック周期が水平走査クロック周期の320倍以上大きいことから無視できる。ここで、負荷容量Co=50fF、負荷容量cx=5fF、電源電圧VCC=10v、有効動作期間K=0.8、水平走査クロック周期To=160nsとすると、
P4=0.125mW
P5=6.81×10-4mW
P6=9.38×10-2mW
P12=3.38×10-3mW
P8=4.87×10-4mW
P9=8.76×10-4mW
Pw2=320×(4.67×10-3+6.81×10-4+3.50×10-3+3.38×10-3+4.87×10-4+8.76×10-4)×0.8mW
Pw2=3.5mW
(1)式で示される図8の従来のシフトレジスタの消費電力Pw1=48.1mWの約7.2%にさらに大幅に消費電力が削減されたことになる。
この場合のクロック入力CLKの駆動に要する消費電力P12は、図8のシフトレジスタ、実施形態1及び実施形態2の消費電力P7に比べて1/9程度に大幅に軽減されたことになり、クロック入力CLKの駆動バッファの駆動能力を大幅に削減でき、回路規模の削減だけでなく電源安定化が図られ、シフトレジスタの動作を安定化できる。尚、実施形態2のシフトレジスタに本形態にて説明した図7(b)のCKG回路を使用しても同様な効果がある。
次に、本発明が好ましく適用可能な表示パネルについて説明する。ここでは近年注目されている有機EL素子等の電流制御型の発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動型のELパネルを例として挙げる。このようなEL素子は、TFTで構成された画素回路を2次元に配列したパネル型画像表示システム(ELパネル)等に応用されている。このEL素子の発光設定方式としては電圧設定方式と電流設定方式とがよく用いられている。
<電圧設定方式によるELパネル>
電圧設定方式によるカラー化したELパネルの回路構成を図18に示す。
入力映像信号10はRGB各色ごとに設けられたELパネルの水平画素数の3倍数設けられた列制御回路22に適宜入力される。また、水平走査制御信号11aは入力回路6に入力され水平走査制御信号11を出力し、該水平走査制御信号11は水平画素数のレジスタからなる水平シフトレジスタ3に入力される。水平走査制御信号11は水平クロック信号と水平走査開始信号からなる。そして水平シフトレジスタ3の各端子から出力される水平サンプリング信号群17は各々が受け持つ列制御回路22に入力される。
列制御回路22の構成は、図20に示す様に水平サンプリング信号(パルス信号)SPがM1/Gに接続され、M1/Sに入力映像信号video(ここではRGBの1つ)が接続され、M1/Dに列制御信号14である映像電圧データv(data)を出力する非常に簡単な構成である。
尚、本明細書中においては、トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ/G、/S、/Dの略号にて示す。但し、ここで示した接続形態は一例に過ぎず、2つの電源電位GNDとVCCとの間の電位の関係や、各トランジスタのチャネル特性を逆転させたりした場合等には、それに合わせて適宜構成を変更すれば良い。また、図中にMi(iは自然数)にて表したトランジスタとしては、TFTのみならず、単結晶のシリコンを用いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタであっても構わない。
画像表示領域9には各々同等の構成を有する画素回路2が2次元に配置され、各々RGBのEL表示素子の駆動を受け持ち、3個対の画素回路2で1画素の表示を受け持つことになる。
列制御回路22から出力される映像電圧データv(data)は、同じ列に配置された画素回路2群に入力される。また、垂直走査制御信号12aは入力回路7を介して垂直走査制御信号12を出力し、該垂直走査制御信号12はELパネルの垂直画素数に等しいレジスタを含む垂直シフトレジスタ5に入力される。この垂直走査制御信号12は垂直クロック信号と垂直走査開始信号からなる。そして垂直シフトレジスタの各出力端子から出力される行制御信号20は、同じ行に配置されている画素回路2に入力される。
〔電圧設定方式の画素回路〕
電圧設定方式の画素回路2の構成を図19に示す。
電圧データv(data)はM3/Sに接続される。また、行制御信号20はP13、P14、P15に対応し、各々M3/G、M2/G、M4/Gに接続される。M3/Dは容量C2に接続され、容量C2はソースが電源に接続されたM1/Gと容量C1に接続される。そしてM1/DとM1/Gは各々M2/DとM2/Sに接続され、M1/DはM4/Sに接続されM4/Dは一端が接地されたEL素子の電流注入端子に接続される。
次に図18のELパネルの動作について図21のタイムチャートを使用して説明する。図21において(a)は入力映像信号videoを示し、(b)は水平サンプリング信号SP、(c)〜(e)は該当行の行制御信号P13〜P15を示す。尚、図15では3水平期間つまり3行期間を示している。
まず入力映像信号の水平ブランキング期間内の時間t1〜t2において各水平サンプリングパルスSPは一斉にHレベルに変化し、このとき入力映像信号であるブランキング電圧が列制御信号14とされる。尚、図21(b)のSPにおいては、該当列の水平サンプリング信号を太線で示している。
◇時刻t5以前(発光保持期間)
時間t1〜t5において該当行の画素回路2の行制御信号P13〜P15は、各々Hレベル、Hレベル、Lレベルになっており、時間t1〜t2において各水平サンプリングパルスSPが一斉にHレベルに変化しても、該当画素回路2のM2、M3、M4が各々OFF、OFF、ONのままであるので、容量C1及びM1のゲート容量の保持電圧である該当画素回路2のM1/G電圧によって決定されるM1のドレイン電流が該当EL素子に注入され発光を継続している。尚、水平ブランキング期間内の時間t1〜t2においては、入力映像信号video電圧は図21に示すように黒レベル近傍の電圧Vblである。
◇時刻t5〜t9(発光設定期間)
時刻t5において、該当行の行制御信号P13及びP15はLレベル及びHレベルに変化する。時間t5〜t6において、再び各水平サンプリングパルスSPは一斉にHレベルに変化するとともに、このとき入力映像信号であるブランキング電圧が列制御信号14とされる。
このとき、該当行の図19に示す画素回路2において、M4はOFFして該当EL素子への電流供給は無くなるため該当EL素子は消灯する。またM2及びM3は各々ON及びON状態になっているので(VCC−M1/G)電圧がM1のスレッシュ電圧Vthに漸近するように容量C1、C2及びM1のゲート容量は放電動作するため、M1のドレイン電流は非常に小さい値にリセットされる。尚、水平ブランキング期間内の時間t5〜t6においても、入力映像信号video電圧は図21に示すようにt1〜t2と同様に黒レベル近傍の電圧Vblである。
時刻t6において、SP及びP14は各々Lレベル及びHレベルになるが、該当画素回路2の(VCC−M1/G)電圧は引き続きM1のスレッシュ電圧Vthである。
時間t7〜t8において該当列のSPがHレベルになり、この時の入力映像信号値d2がv(data)として該当画素回路2に入力される。このとき該当画素回路2のM1/G電圧は電圧ΔVだけ電圧変化する。電圧ΔVは概略(5)式に示される。
ΔV=−d2×C2÷{C2+C1+C(M1)} (5)
ここで、C(M1)は該当画素回路2内のM1のゲート入力容量を示している。
時刻t8において再びSPはLレベルに変化して(5)式で示されるM1/G電圧の変化は保持され、時刻t9までこの状態を保持する。
◇時刻t9以降(発光保持期間)
時刻t9において、P13及びP15は再びHレベル及びLレベルに変化して、該当画素回路2のM3及びM4はOFF及びON状態になる。こうして変化した該当画素回路のM1/G電圧によって決定されるM1のドレイン電流が該当EL素子に注入され、発光量の変化が起こり、この状態が保持される。
時間t9〜t10及び時間t11〜t12において該当のSP信号はHレベルに変化するが、該当画素回路2のM3がOFFであるので該当EL素子の発光動作に影響はない。
(5)式は、発光量が入力映像信号videoの水平ブランキング期間中のVblを基準とした電圧値(d2)によって設定できることを意味している。画素回路2のM1のドレイン電流Idは、(6)式によって概略示すことができる。
Id=β×ΔV2 (6)
EL素子は基本的に注入電流に比例した発光動作をするので、図18で示した電圧設定方式のELパネルにおいて、各画素のEL素子の発光量はブランキング電圧を基準とした入力映像信号レベルの2乗に比例した値で制御可能であることが(6)式より分かる。電圧設定方式のELパネルは、画素回路2を除くと実績のある液晶パネルの回路構成を流用できる。
<電流設定方式によるELパネル>
電流設定方式によるカラー化したELパネルの回路構成を図11に示す。まず、図18の電圧設定方式によるELパネルとの違いについて説明する。
補助列制御信号13aは入力回路8を介して補助列制御信号13を出力し、該補助列制御信号13はゲート回路4及び16に入力される。また、水平シフトレジスタ3の各端子に出力される水平サンプリング信号群17はゲート回路15に入力され、変換された水平サンプリング信号群18が列制御回路1に入力される。ゲート回路15にはゲート回路16から出力される制御信号21が入力される。列制御回路1にはゲート回路4から出力される制御信号19が入力される。
〔列制御回路〕
電流設定方式のELパネルの水平画素数と同数配列される列制御回路1の構成を図14に示す。
入力映像情報は入力映像信号video及び基準信号REFであり、各々M1/S、M2/S及びM5/S、M6/Sに入力される。また、ゲート回路15より出力される水平サンプリング信号群18は各々SPa及びSPbからなり、列制御回路1のM1/G、M5/G及びM2/G、M6/Gに接続される。そしてM1/D、M2/D、M5/D及びM6/Dには各々容量C1、C2、C3及びC4が接続されるとともに、M3/S、M4/S、M7/S、及びM8/Sが接続される。制御信号19はP11及びP12であり各々M3/G、M7/G及びM4/G、M8/Gに接続される。M3/DとM4/D及びM7/DとM8/Dは各々接続されてv(data)及びv(REF)として電圧電流変換回路gmに入力される。また、電圧電流変換回路gmには基準電流設定バイアスVBが入力され列制御信号14として使用される電流信号i(data)を出力する。
電圧電流変換回路の構成例を図16(a)に示す。基本的動作は一般的なので説明は省くが、留意点としては省電力を目指すELパネルにおいて例えば200ppiELパネルを想定すると、各画素のEL素子への注入電流が小さく、最大電流で1μAを大きく下回り100nAを想定していることである。この条件で、できる限り線形な電圧電流変換特性を得るためには、M2,M3のゲート領域のW/L比を小さくして、電流駆動能力を小さくしておく必要がある。
図16(b)に図16(a)の電圧電流変換特性を示す。図16(a)の電圧電流変換回路では最小電圧V1(黒レベル)における最小電流I1(黒電流)をゼロ電流にする設計が難しい。黒電流I1がゼロ電流にできないと画像表示パネルとして重要なコントラストが確保できなくなる。
この点に関して対策した電圧電流変換回路の構成例を図17(a)に示す。第1のソースカップル回路M2、M3の各ドレイン端子に各々ソースが接地されドレインとゲートが短絡されたM6、M7を接続する。さらにソースが電源に接続されゲートが基準電流バイアスVBに接続された第2の基準電流源として動作するM8を設け、M8/Dを第2のソースカップル回路M9、M10に接続し、M9/G及びM10/Gを各々M7/D、M6/Dに接続する。そしてM10/Dから図16(a)の電圧電流変換回路と同様にM4及びM5のカレントミラー回路を介して列制御信号14となる電流信号i(data)を出力する。図17(a)においてM6及びM7の電流駆動能力をM9及びM10より小さくするため、M6及びM7のゲート領域のW/L比をM9及びM10のゲート領域のW/L比より小さくしておく。
このように設計された図17(a)の電圧電流変換回路の電圧電流変換特性を図17(b)に示す。黒レベルV1における黒電流I1が小さくすることができるとともに、電圧電流変換特性の線形性を崩すことなく実現できる。
列制御回路1の動作を図15のタイムチャートで説明する。
時刻t1において制御信号P11、P12は各々Lレベル、Hレベルに変化する。
時間t1〜t4の入力映像信号の有効期間において水平サンプリング信号群SPaが発生する。この時間t2〜t3において該当列のSPaが発生して、この時点のvideo及びREFを容量C1及びC3にサンプリングして時刻t3以降ホールドする。
時刻t4において、制御信号P11、P12は各々Hレベル、Lレベルに変化し、電圧電流変換回路に入力される(v(data)−v(REF))はd1となり、時間t2〜t3に取り込まれた映像情報に基づいて時間t4〜t7の間電流信号i(data)を列制御信号14として出力する。
時間t4〜t7の入力映像信号の有効期間において水平サンプリング信号群SPbが発生し、時間t5〜t6において該当列のSPbが発生してこの時点の入力video及びREFが容量C2及びC4にサンプリングされ、時刻t6以降ホールドされる。
時刻t7において、制御信号P11、P12は再び各々Lレベル、Hレベルに変化し、電圧電流変換回路gmに入力される(v(data)−v(REF))はd2となり、時間t5〜t6に取り込まれた映像情報に基づいて時間t7から1水平走査期間、電流信号i(data)を列制御信号14として出力する。
時間t7から1水平走査期間の入力映像信号の有効期間において再び水平サンプリング信号群SPaが発生し、時間t8〜t9において該当列のSPa発生してこの時点の入力video及びREFが容量C2及びC4にサンプリングされ時刻t9以降ホールドされる。
以上の動作を繰り返すことによって、列制御信号14である電流信号i(data)は入力映像信号videoの水平走査周期毎に更新される線順次信号に変換される。
〔電流設定方式の画素回路〕
図13は電流設定方式の画素回路の説明のための図である。(a)は電流設定方式の画素回路である。(b)は(a)の画素回路の動作を説明するタイムチャートである。P9及びP10が行制御信号20に対応し、列制御信号14として電流信号i(data)が入力され、M1/Dは接地されたEL素子の電流注入端子に接続されている。
図13(b)のタイムチャートを使用して動作を説明する。時刻t0以前において、該当m行のP9及びP10はHレベルであるのでM3及びM4は共にOFFであり容量C1及びM1のゲート容量に保持された充電電圧によって決定されたM1/G電圧によってEL素子に電流が注入され、これに応じて該当EL素子は発光している。
時刻t0において、該当行のP9、P10は共にLレベルに変化するとともに、m行目の電流信号i(m)が確定する。即ち、M3、M4がともにONになるためM2に電流信号i(m)が供給され、これに応じてM2/G電圧が設定され容量C1及びM1、M2のゲート容量は充電され、電流信号i(m)に対応した電流が該当EL素子に注入され始める。
電流信号i(m)が確定している時刻t1において、P10はHレベルに変化してM3はOFF状態になり、M2/G電圧の設定動作は終了して保持動作に移行する。時刻t2においてP9もHレベルに変化してM2への電流供給を停止するが、電流信号i(m)によって設定されたM2/G電圧は保持されたままであり、引き続き再設定された注入電流によって該当EL素子が再設定されて発光を継続する。
図12は電流設定方式の画素回路の説明のための図である。(a)は電流設定方式の画素回路である。(b)は(a)の画素回路の動作を説明するタイムチャートである。P7及びP8が行制御信号20に対応し、列制御信号14として電流信号i(data)が入力され、M4/Dは接地されたEL素子の電流注入端子に接続されている。
図12(b)のタイムチャートを使用して動作を説明する。時刻t0以前において、該当m行のP7及びP8は各々Lレベル及びHレベルであるのでM2及びM3は共にOFFでありM4がONであるので容量C1及びM1のゲート容量に保持された充電電圧によって決定されたM1/G電圧によってEL素子に電流が注入されこれに応じて該当EL素子は発光している。
時刻t0において、該当行のP7及びP8は各々Hレベル及びLレベルに変化するとともに、m行目の電流信号i(m)が確定する。M2、M3がともにONしM4がOFFするため、該当行EL素子への電流注入は停止して該当行のEL素子は消灯する。さらにM1に電流信号i(m)が供給されるため、これに応じてM1/G電圧が設定され容量C1及びM1のゲート容量は充電される。
電流信号i(m)が確定している時刻t1において、P8は再びHレベルに変化してM2はOFF状態になり、M1/G電圧の設定動作は終了して保持動作に移行する。
時刻t2においてP7はLレベルに変化してM1への電流供給を停止するとともにM4がONしてM1/G電圧で設定されたM1のドレイン電流が該当EL素子に注入され、これに応じて該当EL素子は時刻t1以前の再設定された発光を開始しこれを再び設定されるまで継続する。
電流設定方式によるELパネルにおいても、水平走査シフトレジスタ3及び垂直走査シフトレジスタ5が使用されており、各々のシフトレジスタにレジスタとして使用されるDFF数は表示パネルの水平画素数と垂直画素数に等しい。
以上説明した、電圧設定方式や電流設定方式のELパネルにおいて、水平走査シフトレジスタ3や垂直走査シフトレジスタ5として、本発明のシフトレジスタは好ましく適用可能であるが、特に一走査期間において必要なパルス数の多い水平走査シフトレジスタ3として用いると、本発明の省電力の効果が大きく現れる。
本発明のシフトレジスタの省電力効果の大きさを示すために、QVGA(320×240)の2インチELパネルの最大輝度時の消費電力を概算してみる。
ELパネルは自発光タイプの表示パネルであり、薄型、広視野角、低消費電力が期待される有望な表示パネルである。発光に要する電力Pw4は、表示パネルの水平画素数Nh、垂直画素数Nv、画素当りの発光電流Io及びTFT回路の電源電圧VCCによって(7)式の様に示される。
Pw4=VCC×Io×Nh×Nv (7)
発光電流Ioは、画素面積と発光エネルギーに基本的に比例し、カラーパネルの場合RGB各色で発光電流Ioの分割割合は異なることが考えられる。
ここで画素当りの発光電流IoはQVGA(320×240)の2インチELパネルで最大発光エネルギー300cd/m2を想定したとすると300nA程度に見積もることができ、この場合、
Pw4=10×300×320×240mW
=230mW
となる。
特にELパネルの消費電力を低減するために、(7)式で示される発光電力以外の無効電力を低減することが強く望まれている。従来のシフトレジスタにおける消費電力は、同じQVGAタイプの表示パネルにおける使用を想定した場合に、上記従来の技術で述べたようにPw1=48.1mWである。従って、最大輝度時で約21%の無効電力が水平シフトレジスタだけで消費されていたことが分かり、本発明によるシフトレジスタの消費電力の低減効果が著しいことが分かる。
図22は上記実施形態で説明したELパネルを表示装置として用いた情報表示装置の構成を説明する図である。この情報表示装置は携帯電話、携帯コンピュータ、スチルカメラもしくはビデオカメラのいずれかの形態をとる。もしくはそれらの各機能の複数を実現する装置である。上記実施形態で説明してきたELパネルに相当するのが表示装置2201である。符号2202は情報入力部である。携帯電話の場合には情報入力部はアンテナを含んで構成され、例えばPDAや携帯パソコンの場合には情報入力部はネットワークに対するインターフェース部を含んで構成され、スチルカメラやムービーカメラの場合には情報入力部はCCDやCMOSなどによるセンサ部を含んで構成される。符号2203は情報入力部2202と表示装置2201を保持する筐体である。
本発明のシフトレジスタの一実施形態を示す図である。(a)はシフトレジスタの中間走査部である。(b)はシフトレジスタの開始走査部である。(c)はシフトレジスタの終了走査部である。 図1に示す本発明のシフトレジスタの動作を説明するタイムチャートである。(a)は図1(a)の動作を説明するタイムチャートである。(b)は図1(b)の動作を説明するタイムチャートである。(c)は図1(c)の動作を説明するタイムチャートである。 本発明のシフトレジスタの別の一実施形態を示す図である。(a)は、シフトレジスタの中間走査部である。(b)はシフトレジスタの開始走査部である。(c)はシフトレジスタの終了走査部である。 図3に示す本発明のシフトレジスタの動作を説明するタイムチャートである。(a)は図3(a)の動作を説明するタイムチャートである。(b)は図3(b)の動作を説明するタイムチャートである。(c)は図3(c)の動作を説明するタイムチャートである。 図3(a)〜(c)に示すシフトレジスタに使用されるレジスタ回路である。 図1(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)に使用されるラッチ回路(LAT)である。 本発明のシフトレジスタに使用されるクロックゲート回路(CKG)である。(a)は図1(a)〜(c)に示すシフトレジスタに使用されるクロックゲート回路(CKG)である。(b)は図3(a)〜(c)に示すシフトレジスタに使用されるクロックゲート回路(CKG)である。 従来のシフトレジスタである。 図8の動作を説明するタイムチャートである。 図1(a)〜(c)及び図8に示すシフトレジスタに使用されるレジスタ回路である。 電流設定方式によるELパネル全体回路である。 電流設定方式の画素回路の説明のための図である。(a)は電流設定方式の画素回路である。(b)は(a)の画素回路の動作を説明するタイムチャートである。 電流設定方式の別の画素回路の説明のための図である。(a)は電流設定方式の画素回路である。(b)は(a)の画素回路の動作を説明するタイムチャートである。 電流設定方式のEL素子駆動制御回路(列制御回路)である。 図14に示すEL素子駆動制御回路の動作を説明するタイムチャートである。 図14に示すEL素子駆動制御回路に使用される電圧電流変換回路である。(a)は電圧電流変換回路である。(b)は(a)の電圧電流変換特性を説明する図である。 図14に示すEL素子駆動制御回路に使用される別の電圧電流変換回路である。(a)は電圧電流変換回路である。(b)は(a)の電圧電流変換特性を説明する図である。 電圧設定方式によるELパネル全体回路である。 電圧設定方式による画素回路である。 電圧設定方式による列制御回路である。 図18に示すELパネルの動作を説明するタイムチャートである。 情報表示装置の構成を示す図である。
符号の説明
1 列制御回路
2 画素回路
3 水平シフトレジスタ
4 ゲート回路
5 垂直シフトレジスタ
6、7、8 入力回路
9 画素表示領域
10 入力映像信号
11、11a 水平走査制御信号
12、12a 垂直走査制御信号
13、13a 副制御信号
14 列制御信号
15 水平サンプリング信号ゲート回路
16 ゲート回路
17 水平サンプリング信号
18 水平サンプリング信号
19 制御信号
20 行制御信号
21 制御信号
22 列制御回路
30 シフトパルス発生ユニット

Claims (8)

  1. シフトレジスタであって、
    入力されるクロック信号のレベル遷移タイミングに合わせて連鎖的にパルス信号を発生させる複数のパルス発生部を有しており、
    該複数のパルス発生部は、一部のパルス発生部ごとに異なるシフトパルス発生ユニットに属しており、
    各々のシフトパルス発生ユニットは、
    自らに属する少なくとも一つの前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号を、当該シフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットの両方が接続される共通配線に対して出力する状態信号発生回路と、自らに属する前記パルス発生部に対してクロック信号を供給するクロック供給回路とを有しており、
    前記クロック供給回路が前記パルス発生部に対して前記クロック信号を供給する期間と前記クロック信号を供給しない期間があり、
    前記クロック信号を供給する期間においては自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つのパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されており、後のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されておらず、
    前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号は前記パルス信号よりも前記共通配線上で劣化しにくい信号であることを特徴とするシフトレジスタ。
  2. シフトレジスタであって、
    入力されるクロック信号のレベル遷移タイミングに合わせて連鎖的にパルス信号を発生させる複数のパルス発生部を有しており、
    該複数のパルス発生部は、一部のパルス発生部ごとに異なるシフトパルス発生ユニットに属しており、
    各々のシフトパルス発生ユニットは、
    自らに属する少なくとも一つの前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号を、当該シフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットと後のシフトパルス発生ユニットの両方が接続される共通配線に対して出力する状態信号発生回路と、自らに属する前記パルス発生部に対してクロック信号を供給するクロック供給回路とを有しており、
    前記クロック供給回路が前記パルス発生部に対して前記クロック信号を供給する期間と前記クロック信号を供給しない期間があり、
    前記クロック信号を供給する期間においては自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つのパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されており、後のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されておらず、
    前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号は前記パルス信号よりもパルス幅が広い信号であることを特徴とするシフトレジスタ。
  3. 前記クロック供給回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されておらず、後のシフトパルス発生ユニットからも該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されていない期間においては前記パルス発生部にクロック信号の供給を行わない請求項1もしくは2に記載のシフトレジスタ。
  4. 前記クロック供給回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットよりも前のシフトパルス発生ユニットからは該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されており、後のシフトパルス発生ユニットからも該シフトパルス発生ユニットに属するパルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す状態信号が入力されている期間においては前記パルス発生部にクロック信号の供給を行わない請求項1乃至3いずれかに記載のシフトレジスタ。
  5. 前記パルス発生部がパルス信号を発生させたことを示す前記状態信号のパルスの幅は前記パルス信号のパルスの幅よりも広い請求項1に記載のシフトレジスタ。
  6. 前記状態信号発生回路は、自らが属するシフトパルス発生ユニットに属する少なくとも一つの前記パルス発生部がパルス信号を発生させるのに同期して、出力する信号のレベルを変えるものである請求項1乃至5いずれかに記載のシフトレジスタ。
  7. 請求項1乃至6いずれかに記載のシフトレジスタと、表示素子とを有する表示装置。
  8. 情報入力部と該情報入力部から入力した情報に応じた表示を行う請求項7に記載の表示装置とを有することを特徴とする情報表示装置。
JP2003305080A 2002-09-02 2003-08-28 シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置 Expired - Fee Related JP3984938B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003305080A JP3984938B2 (ja) 2002-09-02 2003-08-28 シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置
US10/650,731 US6914956B2 (en) 2002-09-02 2003-08-29 Shift register, display apparatus and information display apparatus
US11/051,187 US7031422B2 (en) 2002-09-02 2005-02-07 Shift register, display apparatus and information display apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002256401 2002-09-02
JP2003305080A JP3984938B2 (ja) 2002-09-02 2003-08-28 シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004146035A JP2004146035A (ja) 2004-05-20
JP3984938B2 true JP3984938B2 (ja) 2007-10-03

Family

ID=32396229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003305080A Expired - Fee Related JP3984938B2 (ja) 2002-09-02 2003-08-28 シフトレジスタ及び表示装置及び情報表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (2) US6914956B2 (ja)
JP (1) JP3984938B2 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4110839B2 (ja) * 2002-05-31 2008-07-02 ソニー株式会社 表示装置および携帯端末
JP4416456B2 (ja) * 2002-09-02 2010-02-17 キヤノン株式会社 エレクトロルミネッセンス装置
JP4350463B2 (ja) * 2002-09-02 2009-10-21 キヤノン株式会社 入力回路及び表示装置及び情報表示装置
JP2004246525A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 順序回路、記憶素子、クロック発生回路およびクロック制御方法、ならびに回路変更方法および回路設計支援装置、半導体集積回路およびそれを備えた電子装置、ならびに電子制御装置およびそれを備えた移動体
JP4549096B2 (ja) * 2004-04-23 2010-09-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路装置
KR100592640B1 (ko) * 2004-07-27 2006-06-26 삼성에스디아이 주식회사 발광 표시장치 및 주사 구동부
KR100602359B1 (ko) * 2004-09-01 2006-07-14 매그나칩 반도체 유한회사 멀티-채널 쉬프트레지스터를 구비하는 소스드라이버
CN101958095B (zh) * 2005-04-26 2012-10-03 株式会社半导体能源研究所 发光装置及其驱动方法
JP2007271968A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Canon Inc カラー表示装置及びアクティブマトリクス装置
US8803781B2 (en) * 2007-05-18 2014-08-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and display device
JP5494935B2 (ja) * 2009-10-30 2014-05-21 日本電気株式会社 Nfa回路
CN102568598B (zh) * 2011-12-13 2015-11-11 浙江大学 一种基于移位寄存器的抗干扰方法
TWI512717B (zh) * 2014-05-13 2015-12-11 Au Optronics Corp 多相閘極驅動器及其顯示面板
WO2021106344A1 (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 ローム株式会社 発光制御システム、発光システム、発光制御装置及び発光装置
CN110728945B (zh) * 2019-11-27 2023-05-30 京东方科技集团股份有限公司 移位寄存器单元及其驱动方法、栅极驱动电路和显示装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5170484A (en) * 1986-09-18 1992-12-08 Digital Equipment Corporation Massively parallel array processing system
JP3325780B2 (ja) 1996-08-30 2002-09-17 シャープ株式会社 シフトレジスタ回路および画像表示装置
GB9812742D0 (en) * 1998-06-12 1998-08-12 Philips Electronics Nv Active matrix electroluminescent display devices
JP3997109B2 (ja) 2002-05-08 2007-10-24 キヤノン株式会社 El素子駆動回路及び表示パネル
JP4350463B2 (ja) 2002-09-02 2009-10-21 キヤノン株式会社 入力回路及び表示装置及び情報表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6914956B2 (en) 2005-07-05
US7031422B2 (en) 2006-04-18
US20040105523A1 (en) 2004-06-03
JP2004146035A (ja) 2004-05-20
US20050141665A1 (en) 2005-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7031422B2 (en) Shift register, display apparatus and information display apparatus
CN108648718B (zh) 移位寄存器单元及其驱动方法、栅极驱动电路及显示装置
US10095058B2 (en) Shift register and driving method thereof, gate driving device
US7825888B2 (en) Shift register circuit and image display apparatus containing the same
US7664218B2 (en) Shift register and image display apparatus containing the same
JP4737627B2 (ja) スタティッククロックパルス発生器およびディスプレイ
US8395570B2 (en) Active matrix type display apparatus
WO2020007054A1 (zh) 移位寄存器单元、栅极驱动电路及其驱动方法、显示装置
US6989810B2 (en) Liquid crystal display and data latch circuit
KR100830296B1 (ko) 주사구동부, 주사신호의 구동방법 및 그를 이용한유기전계발광표시장치
US7196568B2 (en) Input circuit, display device and information display apparatus
CN110313028B (zh) 信号产生方法、信号发生电路以及显示装置
KR101062241B1 (ko) 데이터 래치회로 및 전자기기
US9053669B2 (en) Apparatus for scan driving including scan driving units
US20210407409A1 (en) PIXEL CIRCUIT, DRIVING METHOD OF THE PIXEL CIRCUIT, AND DISPLAY DEVICE (As Amended)
US11798482B2 (en) Gate driver and organic light emitting display device including the same
JP2007241012A (ja) 表示装置及びその駆動制御方法
CN114023264B (zh) 驱动电路、驱动模组、驱动方法和显示装置
JP4271479B2 (ja) ソースフォロワ及び半導体装置
TWI616866B (zh) 驅動單元及驅動陣列
US20040233142A1 (en) Display device
JPS6329747B2 (ja)
US20040207579A1 (en) Display device
TWI415060B (zh) 影像顯示系統
CN116110321A (zh) 发光控制驱动电路及其驱动方法、显示面板的驱动方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070709

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees