JP5068021B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブマトリックス型の表示装置に関する。特に表示領域と同じ基板上に駆動回路を形成した駆動回路一体型の表示装置に好適なものである。

画素部にスイッチング素子を備えた、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式の液晶表示装置は、パソコン等の表示装置として広く使用されている。また、ＴＦＴ方式の表示装置は、携帯装置等の表示装置にも利用されている。携帯装置に用いられるの表示装置は、従来の液晶表示装置に比べて、さらに小型で、低消費電力な性能を要求されている。

小型化に有効な構造を有する表示装置として、画素部を形成した基板上に、画素部に信号を供給する駆動回路をも形成する所謂駆動回路一体型の表示装置が知られている。

表示装置に回路を内蔵する場合、内部回路の電圧レベルと、外部装置からの入力信号の電圧レベルとが異なるという問題が生じる。この問題の解決のために電圧レベルを変換するレベルシフト回路が用いられる。

特許文献１には、駆動回路一体型の表示装置において用いられるレベルシフト回路の記載がある。

特開２００３−３０２９４６号公報

駆動回路一体型の表示装置において、駆動回路をポリシリコントランジスタで構成する場合に、ポリシリコントランジスタはしきい値が高く、また、そのバラツキも大きいため、通常のシリコントランジスタで使用されているレベルシフト回路では動作しないという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型の表示装置において、最適な駆動回路を実現する技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。

同一基板上に画素電極と、画素電極に映像信号を供給するスイッチング素子と、スイッチング素子に映像信号を供給する駆動回路とを有し、駆動回路はレベルシフト回路を有し、レベルシフト回路はトランジスタを有し、トランジスタをオン状態として、ソース端子に入力信号を入力し、入力信号がロウレベルの場合にドレイン端子はロウレベルとなり、入力信号がしきい値以下のハイレベルの場合でも、ドレイン端子はしきい値以上の電圧をハイレベルとして出力する。

ポリシリコンを半導体層に用いた駆動回路において、駆動回路を構成するトランジスタのしきい値より低電圧の入力信号を使用することが可能となる。

表示パネルを有する表示装置であって、表示パネルに画素電極をマトリクス状に設け、該画素電極毎に映像信号を供給するようにスイッチング素子を設ける。また表示パネルには、スイッチング素子に映像信号を供給する映像信号線と、スイッチング素子のオン・オフを制御する走査信号を供給する走査信号線と、映像信号線に映像信号を供給する駆動回路とを設ける。

表示パネルの入力部にはレベルシフト回路としてトランジスタを設け、トランジスタのドレイン端子には抵抗を接続し、抵抗を介してドレイン端子に電圧を供給する。また、トランジスタのゲート端子にはトランジスタがオン状態となるように電圧を供給して、トランジスタをオン状態とし、トランジスタのソース端子には入力信号を入力する。

オン状態のトランジスタでは、入力信号がロウレベルの場合には、トランジスタに流れる電流によりドレイン端子に接続した抵抗で電圧降下が生じてドレイン端子からロウレベルが出力する。ソース端子にハイレベルの入力信号が入力した場合には、入力信号によりソース端子の電圧が上昇し、トランジスタに流れる電流が減少することで、電圧降下が減少してドレイン端子からハイレベルの電圧を出力する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の実施例の表示装置の基本構成を示すブロック図である。同図に示すように、表示装置１００は、表示パネル１と、制御回路３とから構成される。

表示パネル１は、透明なガラス、またはプラスチック等の絶縁基板や、半導体基板からなる素子基板２を備えている。素子基板２には、マトリクス状に画素８が配置され表示領域９が形成されている。（図１では図が複雑になることを避け、１個の画素を記載し他は省略している。）画素８には画素電極１１、スイッチング素子１０、メモリ素子４０が設けられる。

表示領域９の周辺には、素子基板２の端辺に沿って駆動回路部５が形成されている。駆動回路部５は素子基板２にスイッチング素子１０と同様の工程で形成される。

駆動回路部５からは走査信号線２０が表示領域に伸びていて、走査信号線２０はスイッチング素子１０の制御端子と電気的に接続している。そして駆動回路部５は、走査信号線２０にスイッチング素子１０をオン・オフする制御信号（走査信号とも呼ぶ）を出力する。

また、駆動回路部５からは映像信号線２５が表示領域９に伸びており、映像信号線２５はスイッチング素子１０の入力端子に接続している。映像信号線２５には駆動回路部５から、映像信号が出力し、走査信号によりオン状態となったスイッチング素子１０を介して、映像信号が画素電極１１に書き込まれる。

表示パネル１には、フレキシブル基板３０が接続しており、フレキシブル基板３０には制御回路３が搭載されている。制御回路３は駆動回路部５に設けられた駆動回路を制御する機能を有しており、表示パネル１にフレキシブル基板３０を介して制御信号及び、映像信号等を供給する。

フレキシブル基板３０には表示用配線３１が設けられており、入力端子３５を介して表示パネル１に電気的に接続している。表示用配線３１を介して制御回路３から表示パネル１を制御する信号が供給される。

駆動回路部５にはレベルシフト回路５０が設けられており、制御回路３から入力する映像信号、制御信号の電圧レベルを変換する。

次に、図２を用いてレベルシフト回路５０を説明する。レベルシフト回路５０はトランジスタ５１とインバータ６２から構成される。図２のトランジスタ５１はｎ型トランジスタを示しているが、ｐ型トランジスタでも極性を逆転することで同様のレベルシフト回路５０を形成することが可能である。

トランジスタ５１のドレイン端子５３には、ドレイン抵抗５５が接続され、ドレイン抵抗５５を介してドレイン端子５３には電源電圧Ｖｄｄが電源線６１から供給されている。なお、ドレイン抵抗５５の抵抗値をＲｄで表す。

トランジスタ５１のゲート端子５２はトランジスタ５１のしきい値Ｖｔｈ以上の電圧が供給されており、トランジスタ５１はオン状態となっている。図２ではｎ型トランジスタであることからゲート端子５２には電源電圧Ｖｄｄが印加されている。

トランジスタ５１のソース端子５４にはソース抵抗５６が接続されている。ソース抵抗の１方の端部は接地電位に接続されている。また、ソース端子５４には入力端子５７が接続され入力信号が入力する。

ドレイン端子５３にはインバータ回路６２が２段接続されており、トランジスタ５１の出力を電力増幅している。

前述したように、トランジスタ５１はオン状態であり、トランジスタ５１には電流が流れている。ドレイン端子５３に流れ込む電流をＩｄとすると、ドレイン端子５３の電圧は、Ｖｄｄ−（Ｒｄ×Ｉｄ）で表される。

入力端子５７に入力する信号がロウレベルの場合に、Ｖｄｄ−（Ｒｄ×Ｉｄ）＜Ｖｔｈとなるようにすることで、ドレイン端子５３からはしきい値Ｖｔｈ以下の電圧が出力することになる。

次に、入力端子５７に入力信号のハイレベルの電圧が入力した場合に、入力信号のハイレベルがしきい値Ｖｔｈ以下の場合でも、ソース端子５４の電圧が上昇することで、トランジスタ５１を流れる電流が減少し、ドレイン電流Ｉｄが減少する。

このとき、Ｖｄｄ−（Ｒｄ×Ｉｄ'）＜Ｖｔｈとなるような抵抗値Ｒｄに、ドレイン抵抗５５を形成すると、ドレイン端子５３からインバータ回路６２や内蔵の駆動回路部５を構成するトランジスタのしきい値Ｖｔｈ以上の電圧が出力することとなる。

図２に示すレベルシフト回路５０を用いることで、ハイレベルが内部回路のしきい値Ｖｔｈよりも低電圧の入力信号が入力する場合でも、内部回路を駆動可能な値に電圧レベルを変換することが可能である。

また、低電圧出力の制御装置３の場合でもレベルシフト回路５０を表示パネル１側に設けることができると、制御回路３側が表示パネル１に合せて出力回路やレベルシフト回路を用意する必要がなく、回路設計上での柔軟性が向上する。

ただし、図２に記載のレベルシフト回路５０では、ドレイン抵抗５３の値により回路の動作点が決まることになる。ポリシリトランジスタではしきい値電圧Ｖｔｈが高く、また、ばらつきも大きいため、トランジスタに流れる電流により入力信号がロウレベルのときでも出力電圧がハイレベルのままや、逆に入力信号がハイレベルの場合でも、出力電圧がハイレベルにまで上がらずにロウレベルとなることがある。

これは、レベルシフト回路５０の動作点によるものであり、入力信号がハイレベルで出力信号がロウレベルとなる場合には、ドレイン抵抗５５を大きくして電圧低下分を増加させて出力電圧がロウレベルに落ちるようにすることで問題を解消できる。

また、トランジスタ５１のしきい値が変動して、入力信号がロウレベルで出力信号がハイレベルとなる時は、ドレイン抵抗５５を小さくすることで、出力電圧はハイレベルとすることができる。

このようにドレイン抵抗５５の値を調節することで、しきい値Ｖｔｈのばらつきにより生じる問題を解消することが可能であるが、多数のレベルシフト回路毎にドレイン抵抗５５を調節することは困難である。

そこで、図３に示す回路のようにしきい値Ｖｔｈのばらつきに対応する回路を用いることとした。

図３は、１つの入力信号に対して、ドレイン抵抗５５の抵抗値が異なる複数（ｎ個）のレベルシフト回路５０を備えたものである。

レベルシフト回路５０−１はドレイン抵抗５５−１を有し、レベルシフト回路５０−２はドレイン抵抗５５−２を有し、レベルシフト回路５０−ｎはドレイン抵抗５５−ｎを有している。

ｎ個のレベルシフト回路５０は値の異なるドレイン抵抗５５を有しているので、ｎ個の動作点を有するレベルシフト回路に入力信号が入力することとなる。

レベルシフト回路６３はソース端子５４に入力信号のハイレベルＨinが印加されている点が異なるが、レベルシフト回路５０と同様の構成をしている。レベルシフト回路６３はソース端子５４に入力信号のハイレベルＨinが印加されているので、出力電圧はハイレベルを出力することになるが、ドレイン抵抗５５による出力電圧がしきい値を超えてないものは、ロウレベルの電圧を出力することとなる。

すなわち、しきい値等のバラツキにより動作点がしきい値を超えないドレイン抵抗５５を有するレベルシフト回路６３は、ロウレベルの電圧を出力することになる。よって動作が不良なレベルシフト回路６３はロウレベルを出力し、動作が良好なレベルシフト回路６３はハイレベルを出力する。

同様にレベルシフト回路６４のソース端子５４には入力信号のロウレベルＬinが印加されている。そのため、しきい値等のバラツキにより動作点がしきい値を超えるドレイン抵抗５５を有するレベルシフト回路６４は、ハイレベルの電圧を出力することになる。よって動作が不良なレベルシフト回路６４はハイレベルを出力し、動作が良好なレベルシフト回路６４はロウレベルを出力する。

動作の良好なレベルシフト回路６３からはハイレベルが出力し、動作が良好なレベルシフト回路６４からはロウレベルが出力するので、各出力を排他的論理和回路６５で演算すると、入力信号がロウレベルとハイレベルとで動作点が良好なレベルシフト回路を選別することが可能となる。

レベルシフト回路５０とレベルシフト回路６３、６４のドレイン抵抗５５を同じ値にし、基板上の近接した位置に形成して各レベルシフト回路の特性を揃えると、レベルシフト回路５０の内で、正しく動作しているものを選別して出力を取り出すことができる。

図３では、排他的論理和回路６５の出力をアンド回路６６で上側の排他的論理和回路６５の反転出力と演算をして選別している。

上側の出力を反転しているので、上側から下側に向けてドレイン抵抗５５の値を減少させている場合には、レベルシフト回路６３、６４が初めに良好動作となるドレイン抵抗５５を有するレベルシフト回路５０を選別することとなる。

なお、符号６７はクロックインバータで、アンド回路６６の出力側からの入力がハイレベルの場合にインバータとして動作し、ロウレベルの場合にはハイインピーダンスとなる。

図３ではｎ個のレベルシフト回路５０を並列に並べたが、並べる数ｎは２か３でも十分に実用的である。ｎ＝３の場合は設定した動作領域と、動作点が上側にずれた場合と、下にずれた場合の３つの動作点の回路を設けることになる。

また、ｎ＝２の場合は、しきい値が上側にずれる場合の対策回路と、下側にずれる場合の対策回路とに分けられるが、図４はしきい値が低電圧側にずれる場合を対策するものである。

図４のレベルシフト回路６３のソース端子５４には入力信号のハイレベルが印加されている。レベルシフト回路６０−１とレベルシフト回路６３にはドレイン抵抗５５−１が接続されている。また、レベルシフト回路６０−２に接続したドレイン抵抗５５−２は、ドレイン抵抗５５−１よりも小さな値としている。

ドレイン抵抗５５−１を接続したレベルシフト回路６３が、入力信号のハイレベルで正常動作する場合は、レベルシフト回路６３はハイレベルを出力するので、クロックドインバータ６７-Ｕによりレベルシフト回路６０−１が選択される。

トランジスタ５１のしきい値が低電圧側に変動した場合には、トランジスタ５１を流れる電流が増加する。そのため、ドレイン抵抗５５−１での電圧降下が増加し、レベルシフト回路６３はロウレベルを出力するので、クロックドインバータ６７-Ｄによりレベルシフト回路６０−２が選択される。

レベルシフト回路６０−２はドレイン抵抗５５−２が小さく動作点が高く設定され、ドレイン抵抗５５−２での電圧降下が小さいため、トランジスタ５１のしきい値が低電圧側に変動した場合でも、ハイレベルを出力することが可能である。

次に図５にしきい値が高電圧側にずれる場合の対策回路を示す。図５のレベルシフト回路６４のソース端子５４には入力信号のロウレベルが印加されている。レベルシフト回路６０−１とレベルシフト回路６４にはドレイン抵抗５５−１が接続されている。また、レベルシフト回路６０−３に接続したドレイン抵抗５５−３は、ドレイン抵抗５５−１よりも大きな値としている。

ドレイン抵抗５５−１が接続されたレベルシフト回路６３−１が入力信号のロウレベルで正常動作する場合は、レベルシフト回路６０−１が選択される。

しきい値が高く変動した場合には、ドレイン抵抗５５−３が大きく動作点が低く設定されたレベルシフト回路６０−３が選択されることになる。

図２から図５に示したレベルシフト回路５０では、しきい値が大きく、またバラツク等の問題がある回路でも、正常に動作するレベルシフト回路を実現することができる。ただし前述したように、トランジスタ５１はオン状態で使用されるため、消費電力が大きくなるという問題を有している。

図６に消費電力を抑えた回路を示す。図６に示す回路はイネーブル端子５９を備えており、外部からイネーブル信号を受けた場合にトランジスタ５１をオン状態とするようになっている。

図１に示す入力端子３５にイネーブル端子５９に接続するイネーブル入力端子を設けることで、信号入力と同期してトランジスタ５１をオン状態とすることができ、消費電力を抑えることが可能となる。

本実施例によれば、しきい値が大きく、さらに、バラツクという問題を有する回路であっても、回路内に低電圧入力信号に対応したレベルシフト回路を設けることが可能となる。

本発明の実施例の表示装置を示す概略ブロック図である。 本発明の実施例のレベルシフト回路を示す概略回路図である。 本発明の実施例のレベルシフト回路を示す概略回路図である。 本発明の実施例のレベルシフト回路を示す概略回路図である。 本発明の実施例のレベルシフト回路を示す概略回路図である。 本発明の実施例のレベルシフト回路を示す概略回路図である。

符号の説明

１…表示パネル、２…表示領域、３…コントローラ、５…駆動回路、８…画素部、１０…スイッチング素子（薄膜トランジスタ）１１…画素電極、１２…対向電極、２０…走査信号線、２５…映像信号線、３０…フレキシブルプリント基板、５０…レベルシフト回路、５１…トランジスタ、５２…ゲート端子、５３…ドレイン端子、５４…ソース領域、５５…ドレイン抵抗、５６…ソース抵抗、５７…入力端子、５８…入力信号ハイレベル端子、５９…イネーブル端子、６０…入力レベルシフト回路、６１…電源電圧線、６２…インバータ回路、６３…ハイレベル用レベルシフト回路、６４…ロウレベル用レベルシフト回路、６５…排他的論理和回路、６６…アンド回路、６７…クロックドインバータ回路、６９…イネーブル回路、１００…表示装置。

Claims (4)

1. 表示パネルと、
   上記表示パネルに形成された駆動回路と、
   上記駆動回路に設けられたレベルシフト回路と、を備え、
   上記レベルシフト回路は、
   トランジスタと、
   上記トランジスタのドレイン端子に接続されたドレイン抵抗と、
   上記トランジスタのドレイン端子に前記ドレイン抵抗を介して接続され、高電圧が印加される高電圧線と、
   上記トランジスタのソース端子に接続された入力信号線と、を有し、
   上記トランジスタのゲート端子には、上記トランジスタを導通させる電圧が印加され、
   上記トランジスタのしきい値電圧以下のハイレベル電圧が上記入力信号線に入力されることにより、ドレイン端子は上記しきい値電圧以上の電圧を出力することを特徴とする表示装置。
2. 上記レベルシフト回路は、
   上記トランジスタのソース端子に接続されたソース抵抗と、
   上記トランジスタのソース端子に前記ソース抵抗を介して接続され、低電圧が印加される低電圧線と、を更に有する、ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 請求項１又は２に記載のレベルシフト回路である第１レベルシフト回路及び第２レベルシフト回路と、
   上記第１レベルシフト回路と上記第２レベルシフト回路とを切替えるスイッチング回路と、を備え、
   上記第１レベルシフト回路の上記ドレイン抵抗の抵抗値と、上記第２レベルシフト回路の上記ドレイン抵抗の抵抗値とは異なっている、ことを特徴とする表示装置。
4. 請求項１に記載のレベルシフト回路である第３レベルシフト回路を更に備え、
   上記スイッチング回路には、上記第３レベルシフト回路の出力が入力され、
   上記第３レベルシフト回路の上記トランジスタのしきい値がシフトすることにより上記第３レベルシフト回路の出力が変化し、上記第１レベルシフト回路と上記第２レベルシフト回路とを切替える、ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。

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