JP5136198B2 - 半導体デバイス、表示パネル及び電子機器 - Google Patents

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Description

この明細書で説明する発明は、絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタを用いて形成される汎用型のバッファ回路に関する。なお、発明に係るバッファ回路は、特定の用途に限定されるものではなく、様々な用途、デバイス、製品に使用できる。因みに、この明細書で説明する発明は、半導体デバイス、表示パネル及び電子機器としての側面を有する。
低温ポリシリコン(LTPS:Low-temperature
poly-silicon)プロセスでは、NMOS型の薄膜トランジスタ(TFT:thin film
transistor)とPMOS型の薄膜トランジスタの両方を用いて回路を形成することができる。従って、低温ポリシリコンプロセスでは、これら2種類の薄膜トランジスタを用いて回路(いわゆる、CMOS回路)を製造するのが一般的である。
その反面、CMOS回路の場合、2種類の薄膜トランジスタを必ず使用する。このため、どうしても工程数が増加してしまう。この工程数の増加は、生産効率を低下させ、製造コストを上昇させる一因となる。
従って、ポリシリコンプロセスを利用する場合でも、可能であれば、単一チャネルの薄膜トランジスタ(NMOS又はPMOS)だけでCMOS回路と同機能の回路を実現できることが望まれる。
しかも、この種の単一チャネル回路は、アモルファスシリコンや有機半導体で回路を形成する場合にも応用することができる。
例えばアモルファスシリコンではNMOS型の薄膜トランジスタでしか回路を製造できないし、有機TFTではPMOS型の薄膜トランジスタでしか回路を製造できない。
このような背景により、単一チャネルの薄膜トランジスタ(NMOS又はPMOS)だけでCMOS回路と同機能の動作を実行可能な回路の実現が望まれている。

この明細書では、特にバッファ回路に注目する。なお、言うまでもなくバッファ回路は、実に様々な回路内に搭載される汎用的な回路である。従って、バッファ回路は、基本的に、特定の用途に限定される回路ではない。ただし、以下の説明では便宜的に、表示パネルを駆動する駆動回路への応用を前提に説明する。
以下では、アクティブマトリクス駆動型の有機ELパネルの駆動回路に適用するバッファ回路の従来例を説明する。
図1に、有機ELパネルのシステム構成例を示す。図1に示す有機ELパネル1には、パネル基板上に画素アレイ部3と、信号線駆動部5と、第1の制御線駆動部7と、第2の制御線駆動部9とが配置されている。
画素アレイ部3には、サブ画素11が表示解像度に応じてマトリクス状に配置されている。図2及び図3に、サブ画素11の等価回路例を示す。なお、各図に示すサブ画素11は、いずれも薄膜トランジスタがNMOSのみで構成される場合の回路例である。
図中、N1はサンプリングトランジスタ、N2は駆動トランジスタ、N3は点灯制御トランジスタ、Csは保持容量である。また、WSLは書込制御線、LSLは点灯制御線、PSLは電流供給線に対応する。
因みに図2は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御トランジスタN3のオン・オフ制御によって実現する駆動方式を採用する場合の回路例に対応する。
一方、図3は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御線LSLの電位変化によって実現する駆動方式を採用する場合の回路例に対応する。なお、図3の場合、点灯制御線LSLは電流供給線としても機能する。
図4に、図2及び図3に示すサブ画素11に信号電位Vsig (Data)を書き込む際のタイミングチャートを示す。因みに、図4(A)は信号線DTLの駆動波形である。信号線DTLには、画素階調Dataに対応する信号電位Vsig が与えられる。ここでの信号電位Vsig の大きさによって、駆動トランジスタN2が供給する駆動電流の大きさが決まる。有機EL素子OLEDは電流駆動素子であり、ここでの駆動電流が大きいほど輝度が高くなる。
図4(B)は書込制御線WSLの駆動波形である。Hレベルの期間にサンプリングトランジスタN1がオン制御され、信号線DTLの電位が駆動トランジスタN2のゲート電極に書き込まれる。
図4(C)は点灯制御線LSLの駆動波形である。点灯制御線LSLは、HレベルとLレベルの2値で駆動される。この電位の切り替えにより、有機EL素子OLEDの点灯と消灯が切り替え制御される。
なお、図2に示すサブ画素11と図3に示すサブ画素11では、点灯制御線LSLの制御振幅が異なっている。図2の場合、点灯制御線LSLは点灯制御トランジスタN3を駆動できれば良いのに対し、図3の場合、点灯制御線LSLは駆動トランジスタN2と有機EL素子OLEDの動作電圧を供給する必要があるためである。
図4に示すように、信号電位Vsig の書き込みが終了した後は、点灯制御線LSLがHレベルのとき有機EL素子OLEDは点灯し、点灯制御線LSLがLレベルのとき有機EL素子OLEDは消灯する。
なお、1フィールド期間に占める点灯期間の比率(Duty)を可変制御することにより、ピーク輝度レベルを制御することができる。
この他、点灯制御線LSL(図4(C))は、動画特性の調整にも用いられる。動画特性の調整には、1フィールド期間内の点灯回数や点灯期間のタイミングを調整することが求められる。
従って、第2の制御線駆動部9には、複数種類のパルスを出力できることが求められる。
しかも、アクティブマトリクス駆動方式で一般的な線順次書込方式に適用する場合には、これらのパルス波形を線順次に転送できなければならない。
すなわち、この種の制御線駆動部には、制御パルスのパルス長を自在に設定できる機能と、線順次に次段に転送できる機能の2つを搭載することが求められる。
さて、図2及び図3に示すサブ画素11では、前述した信号電位Vsig の書き込み動作時に、駆動トランジスタN2の閾値補正動作と移動度補正動作を伴う場合がある。
図5に、図2に対応するサブ画素11のタイミングチャートを示す。因みに、図2のサブ画素11に補正機能がある場合、電流供給線PSLは図5(C)に示すように駆動される。また図6に、図3に対応するサブ画素11のタイミングチャートを示す。なお、図2に示すサブ画素11と図3に示すサブ画素11の違いは、初期化動作と発光期間制御を切り離すか否かである。
発光期間制御では、ピーク輝度を調節するために発光期間と消灯期間の比率(Duty)を可変する動作が求められる。また、発光期間制御では、動画表示特性を調整するために、1フィールド期間内における発光期間と消灯期間の切り替え回数を変更する動作が求められる。これらの用途のため、第2の制御線駆動部9の回路構成は一般に複雑になる。
従って、閾値補正期間の準備タイミングを与える初期化パルスの供給線(PSL)と点灯期間制御パルスの供給線(LSL)を別に用意する図2の回路構成は、制御インターフェースを単純化するのに有利である。ただし、図2の回路構成は、制御線として書込制御線WSL、点灯制御線LSL、電流供給線PSLの3本が必要である。
以下では、閾値補正動作と、移動度補正動作と、発光期間制御を含むサブ画素11の制御動作を、図3に示す画素回路の場合について説明する。従って、図6を参照しながら説明する。
なお、図2に示す画素回路について使用する制御動作は、前述したように、初期化動作と発光期間制御を分離する以外は共通であるので説明を省略する。
図6(A)は書込制御線WSLの駆動波形である。例えばHレベルの期間にサンプリングトランジスタN1がオン制御され、信号線DTLの電位が駆動トランジスタN2のゲート電極に書き込まれる。
なお、図中の1回目のHレベル期間は、駆動トランジスタN2の閾値電位Vthのバラツキ補正に用いられる。
一方、図中の2回目のHレベル期間は、画素階調に対応する信号電位Vsig の書き込みに用いられると共に、駆動トランジスタN2の移動度μのバラツキ補正に用いられる。
因みに、2回目のHレベル期間の立ち下げ時の波形が斜めになっているのは、高輝度(高信号電位)から低輝度(低信号電位)まですべての階調において最適な移動度補正期間を設定するためである。
移動度補正とは移動度μの高い駆動トランジスタN2と移動度μの小さい駆動トランジスタN2との移動度差を補正するための動作であり、その補正時間をこの書込制御線WSLのHレベルの長さで決めている。そして、この補正期間は原理上、低輝度(低信号電位)ほど長い期間が必要になる。
図6(B)は信号線DTLの駆動波形である。信号線DTLには、2種類の電位が印加される。オフセット電位Vofs は、駆動トランジスタN2の閾値補正用である。信号電位Vsig は、画素階調を与える電位である。ここでの信号電位Vsig の大きさによって、駆動トランジスタN2が供給する駆動電流の大きさが決まる。有機EL素子OLEDは電流駆動素子であり、ここでの駆動電流が大きいほど輝度が高くなる。
図6(C)は点灯制御線LSLの駆動波形である。点灯制御線LSLは、HレベルとLレベルの2値で駆動される。図中の1回目のLレベル期間は、初期化期間を与えるのに用いられる。図中の2回目のLレベル期間は、発光開始後の消灯期間を与えるのに用いられる。
ここでの初期化動作は、駆動トランジスタN2のゲート・ソース間電圧Vgsを閾値電圧Vthよりも広げるための動作である。この動作は、閾値補正の実行前に不可欠な動作である。以下では、補正準備動作という。
この補正準備動作の後、駆動トランジスタN2のゲート電極にオフセット電位Vofs
が印加されると共に、点灯制御線LSLの電位がHレベルに切り替え制御される。この電位関係での動作が閾値補正動作である。閾値補正動作が開始すると、駆動トランジスタN2のソース電位Vsは徐々に上昇し、駆動トランジスタN2のゲート・ソース間電圧Vgsが閾値電圧Vthに達した時点でソース電位Vsの上昇は停止する。
なお、信号電位Vsig の書き込みが終了すると、次回の書き込み期間まで発光期間が開始される。発光期間においては、点灯制御線LSLがHレベルのとき、有機EL素子OLEDが点灯し、Lレベルのとき有機EL素子OLEDが消灯する。1フィールド期間内に占める点灯期間長の比率を可変制御することにより、ピーク輝度レベルを制御することができる。
図6(D)は駆動トランジスタN2のゲート電極に現れる電位Vgを示している。図6(E)は駆動トランジスタN2のソース電極(有機EL素子OLEDの陽極)に現れる電位Vsを示している。
前述したように、書込制御信号(図6(A))や点灯制御信号(図6(C))のパルス長は、駆動動作の目的に応じて長さが異なる必要がある。
例えば前者の場合であれば、閾値補正動作と信号書込兼移動度補正動作ではパルス長が異なる必要がある。また例えば後者の場合であれば、補正準備動作の期間と発光期間中の点灯/消灯制御の場合とではパルス長が異なる必要がある。
従って、第1の制御線駆動部7と第2の制御線駆動部9のそれぞれには、複数種類のパルス長を出力できることが求められる。しかも、アクティブマトリクス駆動方式で一般的な線順次書込方式の場合には、これらのパルス波形を線順次に転送できなければならない。すなわち、この種の制御線駆動部には、制御パルスのパルス長を自在に設定できる機能と、線順次に次段に転送できる機能との2つを搭載することが求められる。
図7〜図14に、前述した駆動条件を満たす制御線駆動回路の回路例と駆動動作例を示す。なお、制御線駆動回路は、シフトレジスタで構成される。
図7に示すシフトレジスタは、2N個のシフト段SR(1)〜SR(2N)の縦列接続で構成される。各シフト段は、それぞれ前後段に位置する他のシフト段の出力パルスを駆動パルスとして使用し、自段に入力されるクロック信号を出力パルスとして取り出すように動作する。
図8に、シフトレジスタの駆動パルス波形を示す。なお図8は、シフトレジスタがNMOS型の薄膜トランジスタのみで構成される場合のパルス波形である。
図8(A)は、1段目のシフト段を駆動するためのスタートパルスstであり、図8(B)は、2N段目のシフト段を駆動するためのエンドパルスendである。図8(C)は、偶数段目に位置するシフト段用のクロック信号ck1である。
図8(D)は、奇数段目に位置するシフト段用のクロック信号ck2である。図8(E)は、1段目のシフト段SR(1)の出力パルスo1である。図8(F)は、k−1段目のシフト段SR(k−1)の出力パルスo(k−1)である。以下、図8(G)〜図8(I)は、図中に示す符号段目の出力パルスoである。
図9は、k段目に位置するシフト段SRの内部回路例である。図に示すように、シフト段SRを構成する薄膜トランジスタは全てNMOS型である。このシフト段SRの出力段は、電源電位VSSとクロック入力端の間に直列接続されたNMOS型の薄膜トランジスタN11及びN12で構成される。なお、薄膜トランジスタN11とN12の接続中点が出力端に接続される。また、薄膜トランジスタN11のゲート電極と電源電位VSSとの間には補間容量Cb1が接続される。一方、薄膜トランジスタN12のゲート電極とクロック入力端との間には補間容量Cb2が接続される。この補間容量Cb2が、ブートストラップ動作を補間する容量である。
図10に、シフト段SRに関連する入出力パルスとノードA点及びB点の電位関係を示す。なお、図10(A)はクロック信号ckの波形である。図10(B)は第1の駆動パルスin1(k)(前段に位置するシフト段の出力パルスout(k−1))の波形である。図10(C)は第2の駆動パルスin1(k)(後段に位置するシフト段の出力パルスout(k+1))の波形である。図10(D)はノードBの電位(薄膜トランジスタN11の制御配線電位)の波形である。図10(E)はノードAの電位(薄膜トランジスタN12の制御配線電位)の波形である。図10(F)は出力端に現れる出力パルスoutの波形である。
図10に示すように、ノードAとノードBの電位は、第1の駆動パルスin1(k)がHレベルに立ち上がるタイミングと第2の駆動パルスin2(k)がHレベルに立ち上がるタイミングのそれぞれにおいて相補的に切り換えられる。
この相補動作を実現するのが、薄膜トランジスタN13〜N16である。
例えば第1の駆動パルスin1(k)がHレベルで第2の駆動パルスin2(k)がLレベルのとき、薄膜トランジスタN13とN14がオン動作し、薄膜トランジスタN15とN16はオフ動作する。また例えば第1の駆動パルスin1(k)がLレベルで第2の駆動パルスin2(k)がHレベルのとき、薄膜トランジスタN15とN16がオン動作し、薄膜トランジスタN13とN14はオフ動作する。
ところで、ノードAのHレベルの間、補間容量Cb2は充電動作される。このため、ノードAがHレベルの期間に、クロック信号ckがHレベルに切り替わって、出力パルスout(k)にHレベルが現れると、ノードAの電位は補間容量Cb2の充電電圧分だけ持ち上がるように変化する。このとき、薄膜トランジスタN12のゲート・ソース間電圧Vgsは、ブートストラップ動作により閾値電圧Vth以上に確保されるので、出力パルスout(k)の電位波形は、クロック信号ckと全く同じ電位波形になる。
すなわち、図7に示すシフトレジスタは、1段目のシフト段から順番にクロック信号ckを抜き出して出力端に出力するように動作する。従って、このシフトレジスタの場合には、出力パルスoutのパルス幅の可変範囲は、クロック信号ckのパルス幅を可変可能な1H期間(1水平走査期間)の範囲に限られる。
なお、1H期間内であれば、このシフトレジスタは、複数発のパルス信号を転送することもできる。
図11に、クロック信号ckが2つのパルス信号で構成される場合の転送動作例を示す。なお、図11(A)〜(I)に示す波形は、いずれも図8(A)〜(I)の波形に対応する。
また、図12に、この場合に対応するシフト段SRの動作波形を示す。図12(A)〜(F)の波形は、いずれも図10(A)〜(F)の波形に対応する。図12(E)に示すように、ブートストラップ動作も、2つのパルス信号について実行される。
また、図7に示すシフトレジスタは、クロック信号ckの立ち上がり速度と立ち下がり速度の調整により、出力パルスoutに同じ波形変化を再現することができる。
図13に、クロック信号ckに、台形形状のクロック信号ckが入力される場合の転送動作例を示す。なお、図13(A)〜(I)に示す波形は、いずれも図8(A)〜(I)の波形に対応する。
また、図14に、この場合に対応するシフト段SRの動作波形を示す。図14(A)〜(F)の波形は、いずれも図10(A)〜(F)の波形に対応する。図14(E)に示すように、ブートストラップ動作も、パルス信号ckと全く同じ台形波形になり、その波形が出力パルスoutとして取り出される。
特開2005−149624号公報
ところで、図7(図9)で説明したシフトレジスタの出力段を構成する薄膜トランジスタN11及びN12は相補的に動作する。従って、出力段に貫通電流が流れることはなく、その消費電力も小さく済む。
しかし、図7(図9)で説明したシフトレジスタは、前述したように、外部から入力されるクロック信号ckがそのまま出力クロック(転送クロック)として出力される。従って、図15に示すように、第1の制御線駆動部7(シフトレジスタ)にクロック信号を供給するバッファ回路21には、出力パルスの供給先である全画素を駆動できるだけの駆動能力が求められることになる。
一方、第1の制御線駆動部7にスタートパルスstやエンドパルスendを供給するバッファ回路23の場合は、シフトレジスタ内のシフト段SRだけを駆動できれば良い。
このため、バッファ回路21の回路サイズは、バッファ回路23の回路サイズよりも大きくならざるを得ない。
結果的に、図7(図9)に示すシフトレジスタ(第1の制御線駆動部7)は、その内部で消費される電力こそ低下できるものの、その前段に位置するバッファ回路21で消費される電力が大きくなる欠点がある。
しかも、クロック信号ckは、前述の通り、水平ライン上に位置する全ての画素を駆動する必要がある。従って、水平ライン上に並ぶ画素数が多いほど又は各画素の負荷が大きいほど、バッファ回路21の画素サイズが大型化し、消費電力も大きくなる問題がある。
前述したように、現在提案されている制御線駆動部(半導体デバイス)には、未だ解決すべき技術上の問題が残存する。そこで、発明者は、駆動すべき負荷が大きい場合にも、前段回路に求められる駆動能力が小さく済む回路構成の採用が可能なバッファ回路を提案する。
発明者は、絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成される半導体デバイスのバッファ回路として、以下の(a)〜(e)に示す構造を有するものを提案する。
(a)第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする第1の出力段
(b)セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段
(c)セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段
(d)第1の制御配線に制御電極が接続される第7の薄膜トランジスタと、第2の制御配線に制御電極が接続される第8の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、第7及び第8の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を第3の制御配線に与える第2の出力段
(e)一方の主電極が第1の制御配線に接続され、制御電極が第3の制御配線に接続される回路構成を有し、出力端に出力パルスが現われている期間、セットパルスと同じ論理レベルの電位を第1の制御配線に印加する第9の薄膜トランジスタ
なお、前述した構造を有するバッファ回路は、出力端に現れる出力パルスの振幅に対し、セットパルス及びリセットパルスの振幅が小さいことが望ましい。入力パルスの振幅が小さければ、その分、前段回路の消費電力を小さくすることができる。
因みに、セットパルス及びリセットパルスは、それぞれ対応するシフトレジスタ回路から供給されることが望ましい。セットパルス用のシフトレジスタ回路とリセットパルス用のシフトレジスタを用いることで、多数の負荷を順番に高速駆動することが要求される用途に用いることができる。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおける電流供給線の制御に使用されることが望ましい。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、自発光型の表示パネルの点灯制御に使用され、セットパルス印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間が、1フィールド期間内に配置される各発光期間長を与えることが望ましい。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路の場合、第7の薄膜トランジスタがダイオード接続であることが望ましい。この場合、第7の薄膜トランジスタの一方の主電極を接続する電源線が不要となり、その分、バッファ回路のレイアウト面積を小さくできる。
また例えば、前述した構造を有するバッファ回路は、第1の薄膜トランジスタの一方の主電極に、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間に複数の出力パルスを発生させるパルス信号が入力されることが望ましい。この構造の採用により、複雑なパルス制御が可能になる。
なお、前述した構造を有するバッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおけるサンプリングタイミングの制御に使用されることが望ましい。
また、前述した構造を有するバッファ回路を搭載する半導体デバイスは、画素アレイ部を構成する駆動回路の少なくとも一部に搭載することが望ましい。
また、この表示パネルは電子機器に搭載することが望ましい。電子機器は、画素アレイ部と、システム全体の動作を制御するシステム制御部と、システム制御部に対する操作入力を受け付ける操作入力部とで構成する。
前述した構造を有するバッファ回路の場合、第1及び第2の入力段の各出力電位が、出力段を構成する第1及び第2の薄膜トランジスタの制御配線に印加される。ここで、セットパルス及びリセットパルスの駆動対象は、第1及び第2の入力段を構成する各薄膜トランジスタである。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力は小さく済む。
また、第1及び第2の入力段を配置することにより、セットパルスとリセットパルスの有意レベルが印加されない期間でも、出力段を構成する第1及び第2の薄膜トランジスタの制御配線の電位状態を保持し続けることができる。これにより、出力段に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
また、前述した構造を有するバッファ回路では、第1の出力段と並列に第2の出力段を配置し、第1の出力端に現れる出力パルスと同位相の出力パルスで第9の薄膜トランジスタの動作を制御する。第9の薄膜トランジスタの一方の主電極は第1の制御配線に接続されている。このため、出力端に出力パルスが表れている期間中、第1の制御配線の電位を理想的なオン電位に固定することができる。この結果、外部からの飛び込み信号に対する耐性を高めることができる。すなわち、動作の信頼性を高めることができる。
以下、明細書において提案する発明を、アクティブマトリクス駆動型の表示パネルにおける駆動回路に適用する場合について説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する形態例は、発明の一つの形態例であって、これらに限定されるものではない。
(A)表示パネルのシステム構成
以下の形態例は、有機ELパネルについて説明する。図16に、形態例に係る有機ELパネルのシステム構成例を示す。なお、図16には、図1との対応部分に同一符号を付して示す。
形態例に係る有機ELパネル31は、パネル基板上に画素アレイ部3と、信号線駆動部5と、第1の制御線駆動部33と、第2の制御線駆動部35とによって構成される。
すなわち、形態例に係るバッファ回路は、垂直方向に駆動パルスを転送する第1及び第2の制御線駆動部33及び35に搭載する。
この形態例において提案する制御線駆動部は、図17に示すように、クロック信号に基づいてパルス信号を転送するシフトレジスタと、そのパルス信号に基づいて制御線を駆動するバッファ回路との2段構造を想定する。
後述するように、形態例に係るバッファ回路は、シフトレジスタの出力をセットパルスとリセットパルスとして使用する。すなわち、シフトレジスタの出力パルスは、制御線に接続する全てのサブ画素11ではなく、バッファ回路だけを駆動する能力を備えていれば良い。
このため、シフトレジスタの前段に配置するクロック信号用のバッファ回路21は、スタートパルスstやエンドパルスend用のバッファ回路23と同程度の駆動能力で良い。
なお、この形態例において、セットパルスは、バッファ回路の出力パルスの電位をセット電位に切り換えるタイミングを与える信号をいう。
また、リセットパルスは、バッファ回路の出力パルスの電位をリセット電位に切り換えるタイミングを与える信号をいう。
(B)制御線駆動部の構成(NMOS型)
図18に、NMOS型の薄膜トランジスタのみで形成される制御線駆動部の構成例を示す。
図18に示す制御線駆動部は、セットパルス転送用のシフトレジスタ41と、リセットパルス転送用のシフトレジスタ43と、各シフト段から出力されるセットパルスとリセットパルスに基づいて相補動作するバッファ回路45とで構成される。
なお、バッファ回路45は、セットパルスの入力によりHレベル(セット電位)を出力し、リセットパルスの入力によりLレベル(リセット電位)を出力する。
図19に、この制御線駆動部の駆動パルス波形を示す。なお、図19(A)〜(C)は、セット信号転送用のシフトレジスタ41の出力パルスscan1 を示す。また、図19(D)〜(F)は、リセット信号転送用のシフトレジスタ43の出力パルスscan2 を示す。また、図19(G)〜(I)は、バッファ回路45の出力パルスout を示す。
図19(G)〜(I)に示すように、バッファ回路45の出力パルスout
のパルス幅は、バッファ回路45に入力されるセットパルスとリセットパルスの入力タイミングの時間差に一致する。従って、セットパルスとリセットパルスの転送間隔を制御することにより、バッファ回路45の出力パルスout のパルス幅を自由に設定することが可能になる。
以下では、バッファ回路45の形態例を説明する。
(B−1)形態例1
(a)回路構成
図20にバッファ回路45の1つ目の形態例を示し、図21に対応する駆動波形を示す。
図20に示すバッファ回路45は、出力段51と、第1の入力段53と、第2の入力段55で構成される。
出力段51は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN31及びN32を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN31は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN32は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN31とN32の接続中点がバッファ回路45の出力端OUTになる。
この形態例の場合、薄膜トランジスタN31のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb31を接続する。もっとも、薄膜トランジスタN31のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb31は配置しなくても良い。
また、出力段51には、薄膜トランジスタN31のブートストラップ時のゲート電位Vgと第1の入力段53の出力電位との電位差を吸収するための薄膜トランジスタN41が配置される。ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN41の主電極の一方は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(制御配線であるノードA)に接続され、他方は制御配線であるノードBに接続される。また、薄膜トランジスタN41のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
なお、ノードBには、電位保持用の容量(以下、「保持容量」という。)Cs1が接続される。同様に、薄膜トランジスタN32のゲート電極配線(制御配線であるノードC)には、保持容量Cs2が接続される。これらは、ノードB及びCの配線容量が小さい場合に、その補完用に接続される。これらの補完容量を配置することにより、薄膜トランジスタのオフリークや配線間容量を介した飛び込み等の誤動作の要因となるノード電位の変動を小さくすることができる。
第1の入力段53と第2の入力段55は、基本的に出力段51と同じ回路構成である。
まず、第1の入力段53の回路構成を説明する。第1の入力段53は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN33及びN34を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN33は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN34は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN33とN34の接続中点が出力端となり、ノードBに接続される。
また、薄膜トランジスタN33のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb32が接続される。やはり、薄膜トランジスタN33のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb32は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタN33のブートストラップ時のゲート電位Vgとセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタN42が配置される。
ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN42の主電極の一方は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(制御配線であるノードD)に接続され、他方はセットパルス用の入力端INsに接続される。また、薄膜トランジスタN42のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
一方、薄膜トランジスタN34のゲート電極は、リセットパルス用の入力端INrに接続される。このように、第1の入力段53は、セットパルスとリセットパルスによって動作が制御される。
次に、第2の入力段55の回路構成を説明する。第2の入力段55は、高位電源VDD1と低位電源VSSの間に、NMOS型の薄膜トランジスタN35及びN36を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタN35は高位電源VDD1側に接続され、薄膜トランジスタN36は低位電源VSS側に接続される。なお、薄膜トランジスタN35とN36の接続中点が出力端となり、ノードCに接続される。
また、薄膜トランジスタN35のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb33が接続される。やはり、薄膜トランジスタN35のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb33は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタN35のブートストラップ時のゲート電位Vgとリセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタN43が配置される。
ここで、NMOS型の薄膜トランジスタN43の主電極の一方は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(制御配線であるノードE)に接続され、他方はリセットパルス用の入力端INrに接続される。また、薄膜トランジスタN43のゲート電極は、高位電源VDD1に接続される。
一方、薄膜トランジスタN36のゲート電極は、セットパルス用の入力端INsに接続される。このように、第2の入力段55におけるセットパルスとリセットパルスの薄膜トランジスタとの接続関係は、第1の入力段53の接続関係と逆の関係に設定される。
なお、各薄膜トランジスタN31(N33,N35)のブートゲインgb は次式で与えられる。
gb =(Cg+Cb)/(Cg+Cb+Cp)
ただし、Cgはゲート容量であり、Cbは薄膜トランジスタのゲート電極に接続するブートストラップ補完容量であり、CpはノードA(ノードD,ノードE)の寄生容量(Cg、Cbを除いた配線容量)である。
寄生容量Cpの存在がブートストラップゲインを劣化させる原因である。従って、前述したように、ブートストラップ補完容量を配置してブートストラップゲインを上げることが、各薄膜トランジスタのオン動作を確実にする上で好ましい。
(b)駆動動作
以下、図21に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
図21(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図21(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図21(C)は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図21(D)は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図21(E)は、第1の入力段53の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図21(F)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図21(G)は、第2の入力段55の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図21(H)は、出力段51の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
図21に示すように、セットパルス(入力端INs)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。一方、リセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。このように、シフトレジスタ41及び43から与えられるパルス信号は、バッファ回路45に供給される2つの電源電位と同じである。
この形態例の場合、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングは、出力段51の出力端に現れる出力パルスの立ち上がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。一方、リセットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングは、出力段51の出力端に現われる出力パルスの立ち下がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。図21(A)及び(B)に示すように、セットパルスがまずHレベルに立ち上がり、遅れてリセットパルスがHレベルに立ち上がる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段53のノードDがHレベルに立ち上がる(図21(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図21(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(C))。この上昇後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図21(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇して薄膜トランジスタN31がオン動作し、出力端OUTの電位が上昇する(図21(H))。
なお、出力端OUTの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(F))。この上昇後の電位がVaである。この電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が高位電源VDD1になる(図21(H))。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間では、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、出力段51を構成する薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図21(G))。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、セットパルスがHレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、リセットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。
リセットパルスがHレベルになると(図21(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図21(G))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図21(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図21(G))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32がオン動作し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図21(H))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間では、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図21(E))。また、これに伴い、出力段51を構成する薄膜トランジスタN31のゲート電位(ノードAの電位)も、低位電源VSSに低下する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、リセットパルスがHレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、セットパルスがLレベルからHレベルに切り替わるまで保持される。
以上の動作により、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで出力パルスがHレベルに立ち上がり、リセットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで出力パルスがLレベルに立ち下がるバッファ回路45が実現される。
(c)効果
以上説明したように、形態例に係る回路構成のバッファ回路45の採用により、セットパルス及びリセットパルスが駆動すべき負荷は、それぞれ薄膜トランジスタN33、N36とN34、N35のゲート容量に限定できる。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力を小さくすることができる。このため、当該駆動パルスの供給源における消費電力を小さくできる。
また、第1及び第2の入力段を配置したことにより、セットパルスとリセットパルスが共にLレベルの期間にも、出力段51を構成する薄膜トランジスタN31及びN32の制御配線(ノードA及びC)に対する電位の供給を継続することができる。このため、出力段51に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
すなわち、形態例に係るバッファ回路を、図2に示すサブ画素11の電流供給線PSLを駆動する第2の制御線駆動部35や図3に示すサブ画素11の点灯制御線LSLを駆動する第2の制御線駆動部35に実装することができる。勿論、その他の制御線を駆動する制御線駆動部に対しても適用することができる。例えばサブ画素11内の薄膜トランジスタのゲート電極電圧を制御する第1の制御線駆動部33にも形態例に係るバッファ回路に適用することができる。
また、図21(F)及び(G)に示すように、2つの薄膜トランジスタN31とN32が同時にオン状態に制御されることはない。すなわち、薄膜トランジスタN31とN32は相補的に動作する。従って、出力段51に貫通電流が流れることはなく、CMOS型の出力バッファと同じ低消費電力型の動作が可能な片チャネル型のバッファ回路を実現することができる。
(B−2)形態例2
(a)形態例1の注意点
前述したように、形態例1に係る回路構成のバッファ回路45は、基本的に貫通電流が流れない低消費電力型の回路デバイスである。ところで、形態例1に係るバッファ回路45の場合には、ブートストラップゲインを高めるため、薄膜トランジスタN33及びN35のゲート容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33の容量値を大きな値に定めている。
しかし、容量が大きいということは、セットパルスやリセットパルスの電位変化が、各入力段の出力端(ノードB及びC)に飛び込み易くなることを意味する。具体的には、セットパルスやリセットパルスがHレベルからLレベルに変化する際の電位変化によって、出力端(ノードB及びC)の電位が想定電位から低下する現象が発生する。この際、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33はカップリング容量として機能する。ゲート拡散容量とは薄膜トランジスタのゲートとソース(又はゲートとドレイン)間の寄生容量のことである。また、ゲート容量とは、薄膜トランジスタがオン動作しているときにできるチャネルとゲート間の容量である。
図22に、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33を通じて発生するパルスの飛び込みを加味したタイミングチャートを示す。
ノードB(図22(E))では、高位電源VDD1であるべき電位がVb1に低下し、低位電源VSSであるべき電位がVb2に低下することが分かる。また、ノードC(図22(G))では、高位電源VDD1であるべき電位がVc2に低下し、低位電源VSSであるべき電位がVc1に低下することが分かる。
図22にも示すように、セットパルスとリセットパルスが共にLレベルの期間は、ノードBやノードCがフローティング状態で動作する。このように、パルスの飛び込みによる電位低下は、図20に示す回路構成を採用する限り、避け得ない。
もっとも、パルスの飛び込み量が小さければ、バッファ回路45の動作上問題になることはない。正常動作に必要な条件は、前述したVa、Vd及びVeに関するブートストラップ動作条件に加え、VDD1−Vb1<Vth(N41) 及びVc2−VSS>Vth(N32) を満たす場合である。
VDD1−Vb1<Vth(N41) を満たせば、ノードAのフローティング期間中も、薄膜トランジスタN41がオン動作することはなく、ノードAはブートストラップ電位Vaを保持することができる。従って、出力パルスのHレベルとして高位電源VDD1が出力される。
また、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たせば、薄膜トランジスタN32のオン動作が可能となり、出力パルスを確実に低位電源VSSに引き下げることができる。
もっとも、パルスの飛び込み量が想定量以上になる可能性もある。例えばノードDからノードBへのカップリング量が想定量以上に大きくなり、ノードBの電位Vb1が薄膜トランジスタN41のカットオフ電位より低下する可能性がある。この場合、VDD1−Vb1>Vth(N41)となり、薄膜トランジスタN41がオン動作する。
図23に、ノードDからノードBへのカップリング量が大きい場合のタイミングチャートを示す。なお、図23(A)〜(H)は、図22(A)〜(H)に対応する。
この場合、セットパルスがHレベルからLレベルに立ち下がった後のノードAの電位とノードBの電位は同じになる。すなわち、図23(F)に示すように、ノードAの電位はVb1まで低下する。ところが、Vb1は、薄膜トランジスタN31をオン状態に制御できない。すなわち、薄膜トランジスタN31はオフ動作する。その結果、図23(H)に示すように、出力端OUTはフローティング状態になってしまう。
ところが、フローティング状態にある出力端OUTは、当然ながらリークや飛び込みに弱い。すなわち、リークや飛び込みにより出力端OUTの電位が変動し、後段回路が正常に動作しない可能性がある。特に、図20に示す回路構成のバッファ回路45が、図3に示すサブ画素11の点灯制御線LSLの駆動に用いられる場合には、リーク電流によって出力端電位の低下を招き、駆動電流の供給を継続できなくなる。
(b)回路構成
そこで、この形態例では、出力パルス出力期間中における薄膜トランジスタN31のブートストラップ動作を確保し、当該期間中における薄膜トランジスタN31のオン動作を保証できる回路構成を提案する。具体的には、ノードBがHレベルの期間にフローティング状態になるのを無くす構成、すなわちノードBをHレベルに固定できる回路構成を提案する。
図24に、バッファ回路45の2つ目の形態例を示す。なお、図24には、図20との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45の基本構成は、形態例1に係るバッファ回路45の回路構成と同じである。すなわち、この形態例に係るバッファ回路45も、出力段(N31、N32、N41)、第1の入力段(N33、N34、N42)、第2の入力段(N35、N36、N43)で構成される。
この形態例に係るバッファ回路45と形態例1に係るバッファ回路45の構造上の違いは2つである。一つ目の相違点は、第1の出力段に対して並列に第2の出力段(薄膜トランジスタN37及びN38で構成される。)を接続することである。二つ目の相違点は、第1の出力段から出力パルスが出力されている期間、ノードBにHレベルの電位を印加することができる薄膜トランジスタN39を配置することである。なお、ノードBの保持容量Cs1とノードCの保持容量Cs2は必要に応じて配置する保持容量なので、以降の回路図では省略する。
ここで、第2の出力段は、薄膜トランジスタN37とN38の直列接続で構成される。このうち、薄膜トランジスタN37は高電位側(Hレベルの電位を供給する電源側)に接続され、薄膜トランジスタN38は低電位側(Lレベルの電位を供給する電源側)に接続される。
具体的には、薄膜トランジスタN37のゲート電極はノードAに接続され、一方の主電極は第3の高位電源VDD3(>VDD1+Vth(N39))に接続され、他方の主電極は出力端に接続される。なお、ここでの出力端は、薄膜トランジスタN37とN38の接続中点である。
一方、薄膜トランジスタN38のゲート電極はノードCに接続され、一方の主電極は出力端に接続され、他方の主電極は低位電源VSSに接続される。
なお、当該第2の出力段の出力端は制御配線(ノードF)を通じ、薄膜トランジスタN39のゲート電極に接続される。
因みに、薄膜トランジスタN39の一方の主電極は第1の高位電源VDD1に接続され、他方の主電極はノードBに接続される。この接続形態のため、薄膜トランジスタN39がオン動作すると、ノードBに第1の高位電源VDD1が継続的に印加される。この印加動作により、この形態例に係るバッファ回路45は、第1の出力段(N31、N32、N41)の出力端OUTにHレベル(高位電源VDD1)が出現する期間、ノードBがフローティング状態にならないように制御する。
(c)駆動動作
図25に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図25(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図25(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。図25(C)は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図25(D)は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図25(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図25(F)は、第2の出力段の出力端が接続される制御配線(ノードF)の電位状態を示す。図25(G)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図25(H)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図25(I)は、第1の出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図25(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図25(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図25(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第1の高位電源VDD1になる(図25(E))。
前述したようにノードBが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図25(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図25(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図25(I))。また、上昇後の電位Vaが、Va−VDD3>Vth(N37) を満たすとき、薄膜トランジスタN37のオン動作時にノードFの電位が第3の高位電源VDD3になる(図25(F))。このとき、VDD3−VDD1>Vth(N39) を満たすので、薄膜トランジスタN39はオン動作し、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図25(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の高位電源VDD3が印加されている(図25(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第1の高位電源VDD1に保持される(図25(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図25(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図25(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図25(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第1の高位電源VDD1になる(図25(H))。
前述したようにノードCが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図25(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図25(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図25(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図25(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図25(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図25(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例1と同様の動作と効果に加え、セットパルスがHレベルに立ち上がってからリセットパルスがHレベルに立ち上がるまでの期間(出力端にHレベルの出力パルスが現われている期間)、ノードBへのHレベル電位の供給を継続できる。これにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むのを確実に防止できる。すなわち、ノードAのブートストラップ状態を維持することができ、出力端OUTに対する第1の高位電源VDD1の供給を継続できる。かくして、バッファ回路45に電流負荷を接続する場合でも、出力端OUTの電位を維持して、駆動電流の供給を継続することができる。
(B−3)形態例3
ここでは、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図26にバッファ回路45の3つ目の形態例を示す。なお、図26には、図24との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例2に係る回路構成のうち第1及び第2の入力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、第1及び第2の入力段を構成する薄膜トランジスタN42及びN43のゲート電極を第2の高位電源VDD2(<VDD1)に接続する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスを低振幅化し、前段回路における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
図27に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図27(A)〜図27(I)に示す波形は、それぞれ図25(A)〜図25(I)の各波形に対応する。
この形態例の場合、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図27(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図27(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図27(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第1の高位電源VDD1になる(図27(E))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
前述したようにノードBが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図27(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図27(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図27(I))。また、上昇後の電位Vaが、Va−VDD3>Vth(N37) を満たすとき、薄膜トランジスタN37のオン動作時にノードFの電位が第3の高位電源VDD3になる(図27(F))。このとき、VDD3−VDD1>Vth(N39) を満たすので、薄膜トランジスタN39はオン動作し、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図27(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の高位電源VDD3が印加されている(図27(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第1の高位電源VDD1に保持される(図27(E))。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図27(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図27(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図27(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第1の高位電源VDD1になる(図27(H))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
前述したようにノードCが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図27(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図27(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図27(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図27(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図27(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図27(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合にも、形態例2と同様の効果、すなわち隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少ないバッファ回路を実現できる。
また、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)での消費電力を前述した他の形態例以上に小さくできる。
(B−4)形態例4
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図28にバッファ回路45の4つ目の形態例を示す。なお、図28には、第3の形態例に対応する図26との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、出力段の部分でレベルシフトを実現する。
このため、薄膜トランジスタN31及びN32で構成される出力段にのみ第1の高位電源VDD1を印加し、その前段に位置する薄膜トランジスタには、第2の高位電源VDD2(<VDD1)を印加する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスの低振幅化に加え、バッファ回路45内における低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図29に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図29(A)〜図29(I)に示す波形は、それぞれ図27(A)〜図27(I)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、図29(A)及び図29(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図29(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図29(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図29(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD2>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第2の高位電源VDD2になる(図29(E))。
前述したようにノードBが第2の高位電源VDD2まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図29(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図29(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図29(I))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
また、上昇後の電位Vaが、Va−VDD3>Vth(N37) を満たすとき、薄膜トランジスタN37のオン動作時にノードFの電位が第3の高位電源VDD3になる(図29(F))。このとき、VDD3−VDD2>Vth(N39) を満たすので、薄膜トランジスタN39はオン動作し、ノードBに第2の高位電源VDD2を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図29(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の高位電源VDD3が印加されている(図29(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第2の高位電源VDD2に保持される(図29(E))。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図29(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図29(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図29(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD2>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第2の高位電源VDD2になる(図29(H))。
前述したようにノードCが第2の高位電源VDD2まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図29(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図29(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図29(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第2の高位電源VDD2からVc2に低下する(図29(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図27(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38のオン動作状態が継続し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図29(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできるだけでなく、バッファ回路の内部についても最終出力段以外で低振幅化を実現できる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)だけでなく、バッファ回路45で消費される電力を、前述した他の形態例以上に小さくできる。
(B−5)形態例5
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図30にバッファ回路45の5つ目の形態例を示す。なお、図30には、図24との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路45は、形態例2に係る回路構成からブートストラップ補完容量Cb31〜Cb33と、第3の高位電源VDD3の供給に使用する電源配線を削減した回路構成と同じである。すなわち、この形態例においては、薄膜トランジスタN37をダイオード接続とする回路構成を提案する。
(b)駆動動作
以下では、図31に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図31(A)〜(I)に示す波形は、図25(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載しないので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図31(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図31(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図31(C))。上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第1の高位電源VDD1になる(図31(E))。
前述したようにノードBが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図31(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ上昇する(図31(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図31(I))。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(N37) で与えられる電位まで上昇する(図31(F))。薄膜トランジスタN37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(N37) −VDD1>Vth(N39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタN39がオン動作し、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図31(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(N37) で与えられる電位が印加されている(図31(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第1の高位電源VDD1に保持される(図31(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図31(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図31(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図31(D))。
この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35)
を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第1の高位電源VDD1になる(図31(H))。
前述したようにノードCが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図31(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図31(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図31(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図31(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図31(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図31(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例2の回路レイアウトから第3の高位電源VDD3の供給に使用する電源配線を削減できる。結果的に、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積で実現できる。
(B−6)形態例6
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図32にバッファ回路45の6つ目の形態例を示す。図32には、図30との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例では、形態例3と形態例5を組み合わせた回路構成を有するバッファ回路45について説明する。すなわち、この形態例に係るバッファ回路45では、薄膜トランジスタN37におけるダイオード接続と、入力段側でのレベルシフト構造を採用する。
(b)駆動動作
以下では、図33に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図33(A)〜(I)に示す波形は、図31(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載するので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図33(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図33(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32に蓄積された電荷分だけ上昇する(図33(C))。この時点で、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
上昇後の電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第1の高位電源VDD1になる(図33(E))。
前述したようにノードBが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図33(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31に蓄積された電荷分だけ上昇する(図33(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図33(I))。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(N37) で与えられる電位まで上昇する(図33(F))。薄膜トランジスタN37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(N37) −VDD1>Vth(N39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタN39がオン動作し、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図33(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(N37) で与えられる電位が印加されている(図33(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第1の高位電源VDD1に保持される(図33(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図33(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図33(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33に蓄積された電荷分だけ上昇する(図33(D))。
この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35)
を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第1の高位電源VDD1になる(図33(H))。
前述したようにノードCが第1の高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図33(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図33(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図33(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図33(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図33(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図33(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積とより少ない消費電力で実現することができる。
(B−7)形態例7
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
図34にバッファ回路45の7つ目の形態例を示す。図34には、図30との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例では、形態例4と形態例5を組み合わせた回路構成を有するバッファ回路45について説明する。すなわち、この形態例に係るバッファ回路45では、薄膜トランジスタN37におけるダイオード接続と、出力段側でのレベルシフト構造を採用する。
(b)駆動動作
以下では、図35に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図35(A)〜(I)に示す波形は、図31(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載するので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD2(<VDD1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図35(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図35(E))。
このノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32に蓄積された電荷分だけ上昇する(図35(C))。
上昇後の電位Vdが、Vd−VDD2>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が第2の高位電源VDD2になる(図35(E))。
前述したようにノードBが第2の高位電源VDD2まで立ち上がると、ノードAの電位もHレベルに上昇する。このとき、薄膜トランジスタN31及びN37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に上昇する(図35(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位上昇に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31に蓄積された電荷分だけ上昇する(図53(G))。
上昇後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31) を満たすとき、薄膜トランジスタN31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図35(I))。すなわち、この時点で、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(N37) で与えられる電位まで上昇する(図35(F))。薄膜トランジスタN37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(N37) −VDD2>Vth(N39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタN39がオン動作し、ノードBに第2の高位電源VDD2を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、低位電源VSSに制御される(図35(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタN39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(N37) で与えられる電位が印加されている(図35(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタN39によってノードBの電位は、第2の高位電源VDD2に保持される(図35(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがLレベルに立ち下がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがHレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図35(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図35(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33に蓄積された電荷分だけ上昇する(図35(D))。
この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD2>Vth(N35)
を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が第2の高位電源VDD2になる(図35(H))。
前述したようにノードCが第2の高位電源VDD2まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに立ち下がる(図35(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。このため、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図35(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図35(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図35(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図35(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図35(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路45の場合には、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積とより少ない消費電力で実現することができる。なお、この形態例におけるバッファ回路45の消費電力は、形態例6のバッファ回路45よりも少なく済む。
(B−8)形態例8
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。前述した各形態例の場合では、一組のセットパルスとリセットパルスが入力されるバッファ回路について説明したが、複数組のセットパルスとリセットパルスを入力するバッファ回路も構成できる。
ここでは、2組のセットパルスとリセットパルスがバッファ回路に入力される場合について考える。
(a)回路例1
図36に、形態例2に係るバッファ回路45(図24)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
図36では、第1組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタN33、N34、N35、N36、N42及びN43を、N331、N341、N351、N361、N421及びN431で示す。
また、図36では、第2組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタN33、N34、N35、N36、N42及びN43を、N332、N342、N352、N362、N422及びN432で示す。
このように、2組のセットパルスとリセットパルスを入力することができれば、出力パルスのパルス幅やパルスの出力タイミングを複合的に可変できるバッファ回路を実現することができる。
なお、セットパルスとリセットパルスの入力数はそれぞれ必要に応じて決めれば良く、またセットパルスとリセットパルスの入力数が同数である必要もない。いずれの場合にも、制御信号(セットパルス、リセットパルス)数が複数あるマルチ入力のバッファ回路を実現できる。
(b)回路例2
図37に、形態例5に係るバッファ回路45(図30)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
この回路構成は、薄膜トランジスタN39の制御用に配置する第2の出力段を構成する薄膜トランジスタN37をダイオード接続とすることを除き、前述した回路例1と同じである。
(c)その他の回路例
回路例1及び2に示すように、複数組のセットパルスとリセットパルスに対応する回路構成は、この明細書で提案する他の形態例についても適用することができる。
また、図36及び図37に示した形態例の場合には、第1及び第2の入力段を構成するN331とN332、N341とN342、N351とN352、N361とN362がそれぞれ出力端について並列に接続されているが、これらの一部又は全部が、2つの動作電源(例えばVDD1とVSS)の間に直列に接続されても良い。
(B−9)形態例9
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
前述した各形態例の場合には、第1の出力段を構成する薄膜トランジスタN31の一方の主電極に高位電源VDD1が接続される場合について説明した。
しかしながら、この高位電源VDD1に代えてパルス信号線(任意の制御パルスが与えられる)を接続することもできる。
ここでは、形態例2に係るバッファ回路45(図24)について、出力段を構成する薄膜トランジスタN31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合の回路構成を図38に示す。従って、図38には、図24との対応部分に同一符号を付して示す。
(b)駆動動作
図39に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。
なお、図39(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図39(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。図39(C)は、薄膜トランジスタN33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図39(D)は、薄膜トランジスタN35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図39(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図39(F)は、第2の出力段の出力端が接続される制御配線(ノードF)の電位状態を示す。図39(G)は、薄膜トランジスタN31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図39(H)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図39(I)は、別配線に印加される制御パルスVpulse の電位状態を示す。図39(J)は、第1の出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図39(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図39(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図39(C))。この上昇後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図39(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位がVDD1−Vth(N41) で与えられるHレベルに変化する(図39(F))。
このとき、第1の出力段に駆動電源を供給するパルス信号線には、低位電源VSSの制御パルスVpulse が与えられている(図39(I))。このため、第1の出力段の出力端OUTには、低位電源VSSが引き続き現われる(図39(J))。
一方、第2の出力段には駆動電源として第3の高位電源VDD3が印加されている。従って、第2の出力段の出力端(ノードF)には、VDD1−Vth(N41) −Vth(N37) で与えられるHレベルが出現する(図39(F))。
同じく、セットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作する。このため、薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図39(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
一方、この形態例の場合には、このタイミングで制御パルスVpulse が低位電源VSSから第1の高位電源VDD1に立ち上がる(図39(I))。図39の場合には、2つのパルス波形が現われる。
薄膜トランジスタN31がオン動作の状態で、この制御パルスVpulse
が入力されることにより、出力端OUTの電位も制御パルスVpulse に連動して変化する(図39(J))。図39の場合、制御パルスVpulse は、2つのパルスで構成される。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形状に変化するパルス波形を有し、2つ目のパルスは、立ち上がりのみ矩形状に変化し、立ち下がりはなだらかに変化するパルス波形を有する。
ノードAの電位は、これらパルス波形に連動して現われる出力端OUTの波形変化に連動するように変化する(図39(G))。
ここで、ブートストラップ動作後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31)
を満たすとき、出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図39(J))。
また、ブートストラップ後の電位Vaが、Va−VDD3>Vth(N37)
を満たすとき、薄膜トランジスタN37のオン動作時にノードFの電位が第3の高位電源VDD3になる(図39(F))。
このとき、VDD3−VDD1>Vth(N39) を満たすので、薄膜トランジスタN39はオン動作し、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
なお、ノードFの制御対象は、薄膜トランジスタN39のゲート電極である。すなわち、リーク電流は無視することができる。従って、制御パルスVpulse の波形に連動してノードAの電位が低下しても、ノードFの電位は、第3の高位電源VDD3に保持される(図39(F))。
このため、薄膜トランジスタN39のオン状態は、ノードFの電位がリセットされるまで継続される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまで、ノードFは第3の高位電源VDD3に保持される。結果的に、セットパルスの電位変化が、ノードBに飛び込むのを妨げることができる。このことは、ノードA及びFの電位状態も、セットパルスがHレベルの間と同じ状態に維持できることを意味する。
一方、ノードCについては、ノードBのように電位を維持する仕組みが存在しないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込む。結果として、ノードCの電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図39(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図39(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図39(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図39(H))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに制御される(図39(J)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。従って、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図39(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図39(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図39(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図39(J))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図39(F))。
(c)効果
この回路構成の採用により、ノードAのブートストラップ動作は、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse (図39(I))が高位電源VDD1に立ち上がるタイミングに同期して実行される。従って、図39(J)に示すように、セット信号の立ち上がりタイミングとリセット信号の立ち上がりタイミングで挟まれた期間に入力される制御パルスVpulse の電位変化を抜き出した出力パルスが出力端OUTに現れることになる。
このように、この形態例に係る回路構成の採用により、出力パルスの波形の調整が可能になる。例えば出力パルスを複数回のパルスに分割したり、トランジェント(立ち上がり・立ち下がり)特性を調整することが可能になる。
なお、この形態例の場合、制御パルスVpulse が出力端を駆動することになる。従って、この形態例に係るバッファ回路45は、出力負荷が電圧制御型の負荷の場合に適している。
(B−10)形態例10
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路45を説明する。
(a)回路構成
形態例9の場合には、形態例2に係るバッファ回路45(図24)について、出力段を構成する薄膜トランジスタN31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合について説明した。
この形態例では、形態例5に係るバッファ回路45(図30)について、出力段を構成する薄膜トランジスタN31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合について説明する。
図40に、この形態例に係るバッファ回路45の回路構成を示す。なお、図40には、図30との対応部分に同一符号を付して示す。
(b)駆動動作
図41に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。なお、図41(A)〜(J)は、図39(A)〜(J)に対応する。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VSSとVDD1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがHレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがHレベルに立ち上がる(図41(C))。これにより、薄膜トランジスタN33がオン動作し、ノードBの電位が上昇する(図41(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ上昇する(図41(C))。この上昇後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VDD1>Vth(N33) を満たすとき、薄膜トランジスタN33のオン動作時にノードBの電位が高位電源VDD1になる(図41(E))。
前述したようにノードBが高位電源VDD1まで立ち上がると、ノードAの電位がVDD1−Vth(N41) で与えられるHレベルに変化する(図41(F))。
このとき、第1の出力段に駆動電源を供給するパルス信号線には、低位電源VSSの制御パルスVpulse が与えられている(図41(I))。このため、第1の出力段の出力端OUTには、低位電源VSSが引き続き現われる(図41(J))。
一方、第2の出力段には駆動電源として第3の高位電源VDD3が印加されている。従って、第2の出力段の出力端(ノードF)には、VDD1−Vth(N41) −Vth(N37) で与えられるHレベルが出現する(図41(F))。
同じく、セットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN36もオン動作する。このため、薄膜トランジスタN32のゲート電位(ノードCの電位)は、低位電源VSSに制御される(図41(H))。結果的に、薄膜トランジスタN32とN38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
一方、この形態例の場合には、このタイミングで制御パルスVpulse が低位電源VSSから第1の高位電源VDD1に立ち上がる(図41(I))。図41の場合には、2つのパルス波形が現われる。
薄膜トランジスタN31がオン動作の状態で、この制御パルスVpulse
が入力されることにより、出力端OUTの電位も制御パルスVpulse に連動して変化する(図41(J))。図39の場合、制御パルスVpulse は、2つのパルスで構成される。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形状に変化するパルス波形を有し、2つ目のパルスは、立ち上がりのみ矩形状に変化し、立ち下がりはなだらかに変化するパルス波形を有する。
ノードAの電位は、これらパルス波形に連動して現われる出力端OUTの波形変化に連動するように変化する(図41(G))。
ここで、ブートストラップ動作後の電位Vaが、Va−VDD1>Vth(N31)
を満たすとき、出力端OUTの電位が第1の高位電源VDD1になる(図41(J))。
また、ブートストラップ後の電位がVaに変化すると、ノードFの電位は、Va−Vth(N37) に変化する(図41(F))。薄膜トランジスタN37がダイオード接続されているためである。
このとき、Va−Vth(N37) −VDD1>Vth(N39) を満たすと、ノードFを通じて薄膜トランジスタN39がオン制御され、ノードBに第1の高位電源VDD1を供給する状態になる。
なお、ノードFの制御対象は、薄膜トランジスタN39のゲート電極である。すなわち、リーク電流は無視することができる。従って、制御パルスVpulse の波形に連動してノードAの電位が低下しても、ノードFの電位は、Va−Vth(N37)
に保持される(図41(F))。
このため、薄膜トランジスタN39のオン状態は、ノードFの電位がリセットされるまで継続される。すなわち、リセットパルスがHレベルに切り替わるまで、ノードFはVa−Vth(N37) に保持される。結果的に、セットパルスの電位変化が、ノードBに飛び込むのを妨げることができる。このことは、ノードA及びFの電位状態も、セットパルスがHレベルの間と同じ状態に維持できることを意味する。
一方、ノードCについては、ノードBのように電位を維持する仕組みが存在しないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込む。結果として、ノードCの電位が低位電源VSSからVc1に低下する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがLレベルからHレベルになると(図41(B))、今度は、薄膜トランジスタN35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図41(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタN35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ上昇する(図41(D))。この上昇後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VDD1>Vth(N35) を満たすとき、薄膜トランジスタN35のオン動作時にノードCの電位が高位電源VDD1になる(図41(H))。
前述したようにノードCが高位電源VDD1まで立ち上がると、薄膜トランジスタN32とN38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が低位電源VSSに制御される(図41(J)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがHレベルの期間、薄膜トランジスタN34もオン動作している。従って、ノードBの電位は低位電源VSSに制御される(図41(E))。これに伴い、ノードAの電位も、低位電源VSSに低下する。すなわち、薄膜トランジスタN31及びN37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはHレベルからLレベルに立ち下がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(<VSS)に低下する(図41(E))。一方、ノードCの電位はHレベルを維持しながらも、その電位は第1の高位電源VDD1からVc2に低下する(図41(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N32) を満たすとき、薄膜トランジスタN32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が低位電源VSSに維持される(図41(J))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VSS>Vth(N38) を満たすことで、薄膜トランジスタN38がオン動作し、ノードFに対する低位電源VSSの印加を継続する(図41(F))。
(c)効果
この回路構成の場合も、形態例9と同じ動作が可能である。しかも、この形態例の場合は、第3の高位電源VDD3を供給する電源配線が不要である。従って、この形態例に係るバッファ回路45は、形態例9よりもレイアウト面積を小さくすることができる。また、供給電源の数が少なく済むので電源回路の面積を小さくできる。
なお、この形態例の場合、制御パルスVpulse が出力端を駆動することになる。従って、この形態例に係るバッファ回路45は、出力負荷が電圧制御型の負荷の場合に適している。
(B−11)その他
なお、図20、図24、図26、図28、図30、図32、図34に示す各形態例に対しても、図36及び図37に示すようなマルチ入力構成や図38及び図40に示すような制御パルスVpulse 入力構成を併用することもできる。
(C)制御線駆動部の構成(PMOS型)
続いて、画素アレイ部や制御線駆動部がPMOSのみで構成される場合に好適な制御線駆動部の回路例について説明する。
まず、画素アレイ部がPMOS型の薄膜トランジスタ構造のみで形成される場合のサブ画素11の等価回路例を図42及び図43に示す。
図42に示すサブ画素11の構成は、図2の各薄膜トランジスタをPMOS型に置き換えた以外は、基本的に同じ回路構成である。従って、その駆動波形は、図44に示すように、図4における書込制御線WSLと点灯制御線LSLのHレベルとLレベルをそれぞれ入れ替えた関係になる。
また、図43に示すサブ画素11の構成は、図3の各薄膜トランジスタをPMOS型に置き換えた以外は、基本的に同じ回路構成である。ここで、PMOSはLレベルでオン動作するので、図43に示すサブ画素11の駆動波形は、図4における書込制御線WSLのHレベルとLレベルをそれぞれ入れ替えた関係になる。点灯制御線LSLは、有機EL素子OLEDに順バイアスが印加されるときが発光期間となるので、図4と同様のタイミングである。
因みに、図42に示すサブ画素11は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御トランジスタP3のオン・オフ制御によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成である。一方、図43に示すサブ画素11は、有機EL素子OLEDの点灯動作と消灯動作を、点灯制御線LSLの電位変化によって実現する駆動方式を採用する場合の回路構成に対応する。なお、図43の場合、点灯制御線LSLは電流供給線としても機能する。
図45に、PMOS型の薄膜トランジスタのみで形成される制御線駆動部の構成例を示す。
図45に示す制御線駆動部は、セット信号転送用のシフトレジスタ61と、リセット信号転送用のシフトレジスタ63と、各シフト段から出力されるセット信号とリセット信号に基づいて相補動作するバッファ回路65とで構成される。
なお、バッファ回路65は、セット信号の入力によりLレベルを出力し、リセット信号の入力によりHレベルを出力する。
図46に、この制御線駆動部の駆動パルス波形を示す。なお、図46(A)〜(C)は、セット信号転送用のシフトレジスタ61の出力パルスscan1 を示す。また、図46(D)〜(F)は、リセット信号転送用のシフトレジスタ63の出力パルスscan2 を示す。また、図46(G)〜(I)は、バッファ回路65の出力パルスout を示す。
図46(G)〜(I)に示すように、バッファ回路65の出力パルスout
のパルス幅は、バッファ回路65に入力されるセット信号とリセット信号の入力タイミングの時間差に一致する。従って、セット信号とリセット信号の転送間隔を制御することにより、バッファ回路65の出力パルスout のパルス幅を自由に設定することが可能になる。
以下では、バッファ回路65の形態例を説明する。
(C−1)形態例1
(a)回路構成
図47にバッファ回路65の1つ目の形態例を示し、図48に対応する駆動波形を示す。
図47に示すバッファ回路65は、出力段71と、第1の入力段73と、第2の入力段75で構成される。
出力段71は、高位電源VDDと低位電源VSS1の間に、PMOS型の薄膜トランジスタP31及びP32を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP31は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP32は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP31とP32の接続中点がバッファ回路65の出力端OUTになる。
この形態例の場合、薄膜トランジスタP31のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb31を接続する。もっとも、薄膜トランジスタP31のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb31は配置しなくても良い。
また、出力段71には、薄膜トランジスタP31のブートストラップ時のゲート電位Vgと第1の入力段73の出力電位との電位差を吸収するための薄膜トランジスタP41が配置される。ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP41の主電極の一方は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(制御配線であるノードA)に接続され、他方は制御配線であるノードBに接続される。また、薄膜トランジスタP41のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
なお、ノードBには、電位保持用の容量(以下、「保持容量」という。)Cs1が接続される。同様に、薄膜トランジスタP32のゲート電極配線(制御配線であるノードC)には、保持容量Cs2が接続される。これらは、ノードB及びCの配線容量が小さい場合に、その補完用に接続される。これらの補完容量を配置することにより、薄膜トランジスタのオフリークや配線間容量を介した飛び込み等の誤動作の要因となるノード電位の変動を小さくすることができる。
第1の入力段73と第2の入力段75は、基本的に出力段71と同じ回路構成である。
まず、第1の入力段73の回路構成を説明する。第1の入力段73は、低位電源VSS1と高位電源VDDの間に、PMOS型の薄膜トランジスタP33及びP34を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP33は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP34は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP33とP34の接続中点が出力端となり、ノードBに接続される。
また、薄膜トランジスタP33のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb32が接続される。やはり、薄膜トランジスタP33のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb32は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタP33のブートストラップ時のゲート電位Vgとセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタP42が配置される。
ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP42の主電極の一方は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(制御配線であるノードD)に接続され、他方はセットパルス用の入力端INsに接続される。また、薄膜トランジスタP42のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
一方、薄膜トランジスタP34のゲート電極は、リセットパルス用の入力端INrに接続される。このように、第1の入力段73は、セットパルスとリセットパルスによって動作が制御される。
次に、第2の入力段75の回路構成を説明する。第2の入力段75は、低位電源VSS1と高位電源VDDの間に、PMOS型の薄膜トランジスタP35及びP36を直列に接続した回路構成を有している。このうち、薄膜トランジスタP35は低位電源VSS1側に接続され、薄膜トランジスタP36は高位電源VDD側に接続される。なお、薄膜トランジスタP35とP36の接続中点が出力端となり、ノードCに接続される。
また、薄膜トランジスタP35のゲート電極と出力端の間には、ブートストラップ補完容量Cb33が接続される。やはり、薄膜トランジスタP35のゲート容量が十分大きい場合には、ブートストラップ補完容量Cb33は配置しなくても良い。
また、薄膜トランジスタP35のブートストラップ時のゲート電位Vgとリセットパルス用の入力端に現れる電位との間に生じる電位差を吸収する薄膜トランジスタP43が配置される。
ここで、PMOS型の薄膜トランジスタP43の主電極の一方は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(制御配線であるノードE)に接続され、他方はリセットパルス用の入力端INrに接続される。また、薄膜トランジスタP43のゲート電極は、低位電源VSS1に接続される。
一方、薄膜トランジスタP36のゲート電極は、セットパルス用の入力端INsに接続される。このように、第2の入力段75におけるセットパルスとリセットパルスの薄膜トランジスタとの接続関係は、第1の入力段73の接続関係と逆の関係に設定される。
なお、各薄膜トランジスタP31(P33,P35)のブートゲインgb は次式で与えられる。
gb =(Cg+Cb)/(Cg+Cb+Cp)
ただし、Cgはゲート容量であり、Cbは薄膜トランジスタのゲート電極に接続するブートストラップ補完容量であり、CpはノードA(ノードD,ノードE)の寄生容量(Cg、Cbを除いた配線容量)である。
寄生容量Cpの存在がブートストラップゲインを劣化させる原因である。従って、前述したように、ブートストラップ補完容量を配置してブートストラップゲインを上げることが、各薄膜トランジスタのオン動作を確実にする上で好ましい。
(b)駆動動作
以下、図48に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
図48(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図48(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。
図48(C)は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図48(D)は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図48(E)は、第1の入力段73の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図48(F)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図48(G)は、第2の入力段75の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図48(H)は、出力段71の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
図48に示すように、セットパルス(入力端INs)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。一方、リセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。このように、シフトレジスタ61及び63から与えられるパルス信号は、バッファ回路65に供給される2つの電源電位と同じである。
この形態例の場合、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングは、出力段71の出力端に現れる出力パルスの立ち下がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。一方、リセットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングは、出力段71の出力端に現われる出力パルスの立ち上がりタイミングを与えるタイミングとして規定されている。図48(A)及び(B)に示すように、セットパルスがまずLレベルに立ち下がり、遅れてリセットパルスがLレベルに立ち下がる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段73のノードDがLレベルに立ち下がる(図48(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図48(E))。
なお、ノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ低下する(図48(C))。この低下後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図48(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下して薄膜トランジスタP31がオン動作し、出力端OUTの電位が降下する(図48(H))。
なお、出力端OUTの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図48(F))。この上昇後の電位がVaである。この電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が低位電源VSS1になる(図48(H))。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間では、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、出力段71を構成する薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図48(G))。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、セットパルスがLレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、リセットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。
リセットパルスがLレベルになると(図48(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が降下する(図48(G))。なお、ノードCの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図48(D))。この降下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図48(G))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32がオン動作し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図48(H))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間では、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図48(E))。また、これに伴い、出力段71を構成する薄膜トランジスタP31のゲート電位(ノードAの電位)も、高位電源VDDに上昇する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。しかし、ノードB及びCには保持容量Cs1及びCs2が接続されており、リセットパルスがLレベルのときの電位状態が保持されている。従って、この電位状態が、セットパルスがHレベルからLレベルに切り替わるまで保持される。
以上の動作により、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで出力パルスがLレベルに立ち下がり、リセットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで出力パルスがHレベルに立ち上がるバッファ回路65が実現される。
(c)効果
以上説明したように、形態例に係る回路構成のバッファ回路65の採用により、セットパルス及びリセットパルスが駆動すべき負荷は、それぞれ薄膜トランジスタP33、P36及びP34、P35のゲート容量に限定できる。従って、セットパルス及びリセットパルスの供給源に求められる駆動能力を小さくすることができる。このため、当該駆動パルスの供給源における消費電力を小さくできる。
また、第1及び第2の入力段を配置したことにより、セットパルスとリセットパルスが共にHレベルの期間にも、出力段71を構成する薄膜トランジスタP31及びP32の制御配線(ノードA及びC)に対する電位の供給を継続することができる。このため、出力段71に電流負荷が接続される場合でも、出力パルスの電位を保持し続けることができる。
すなわち、形態例に係るバッファ回路を、図42に示すサブ画素11の電流供給線PSLを駆動する第2の制御線駆動部35や図43に示すサブ画素11の点灯制御線LSLを駆動する第2の制御線駆動部35に実装することができる。勿論、その他の制御線を駆動する制御線駆動部に対しても適用することができる。例えばサブ画素11内の薄膜トランジスタのゲート電極電圧を制御する第1の制御線駆動部33にも形態例に係るバッファ回路に適用することができる。
また、図48(F)及び(G)に示すように、2つの薄膜トランジスタP31とP32が同時にオン状態に制御されることはない。すなわち、薄膜トランジスタP31とP32は相補的に動作する。従って、出力段71に貫通電流が流れることはなく、CMOS型の出力バッファと同じ低消費電力型の動作が可能な片チャネル型のバッファ回路を実現することができる。
(C−2)形態例2
(a)形態例1の注意点
前述したように、形態例1に係る回路構成のバッファ回路65は、基本的に貫通電流が流れない低消費電力型の回路デバイスである。ところで、形態例1に係るバッファ回路65の場合には、ブートストラップゲインを高めるため、薄膜トランジスタP33及びP35のゲート容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33の容量値を大きな値に定めている。
しかし、容量が大きいということは、セットパルスやリセットパルスの電位変化が、各入力段の出力端(ノードB及びC)に飛び込み易くなることを意味する。具体的には、セットパルスやリセットパルスがLレベルからHレベルに変化する際の電位変化によって、出力端(ノードB及びC)の電位が想定電位から上昇する現象が発生する。この際、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33はカップリング容量として機能する。ゲート拡散容量とは薄膜トランジスタのゲートとソース(又はゲートとドレイン)間の寄生容量のことである。また、ゲート容量とは、薄膜トランジスタがオン動作しているときにできるチャネルとゲート間の容量である。
図49に、ゲート拡散容量やブートストラップ補完容量Cb32及びCb33を通じて発生するパルスの飛び込みを加味したタイミングチャートを示す。
ノードB(図49(E))では、低位電源VSS1であるべき電位がVb1に上昇し、高位電源VDDであるべき電位が更に高位のVb2に上昇することが分かる。また、ノードC(図49(G))では、低位電源VSS1であるべき電位がVc2に上昇し、高位電源VDDであるべき電位がVc1に上昇することが分かる。
図49にも示すように、セットパルスとリセットパルスが共にHレベルの期間は、ノードBやノードCがフローティング状態で動作する。このように、パルスの飛び込みによる電位上昇は、図47に示す回路構成を採用する限り、避け得ない。
もっとも、パルスの飛び込み量が小さければ、バッファ回路65の動作上問題になることはない。正常動作に必要な条件は、前述したVa、Vd及びVeに関するブートストラップ動作条件に加え、VSS1−Vb1>Vth(P41) 及びVc2−VDD<Vth(P32) を満たす場合である。
VSS1−Vb1>Vth(P41) を満たせば、ノードAのフローティング期間中も、薄膜トランジスタP41がオン動作することはなく、ノードAはブートストラップ電位Vaを保持することができる。従って、出力パルスのLレベルとして低位電源VSS1が出力される。
また、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たせば、薄膜トランジスタP32のオン動作が可能となり、出力パルスを確実に高位電源VDDに引き上げることができる。
もっとも、パルスの飛び込み量が想定量以上になる可能性もある。例えばノードDからノードBへのカップリング量が想定量以上に大きくなり、ノードBの電位Vb1が薄膜トランジスタP41のカットオフ電位より低下する可能性がある。この場合、VSS1−Vb1<Vth(P41)となり、薄膜トランジスタP41がオン動作する。
図50に、ノードDからノードBへのカップリング量が大きい場合のタイミングチャートを示す。なお、図50(A)〜(H)は、図49(A)〜(H)に対応する。
この場合、セットパルスがLレベルからHレベルに立ち上がった後のノードAの電位とノードBの電位は同じになる。すなわち、図50(F)に示すように、ノードAの電位はVb1まで低下する。ところが、Vb1は、薄膜トランジスタP31をオン状態に制御できない。すなわち、薄膜トランジスタP31はオフ動作する。その結果、図50(H)に示すように、出力端OUTはフローティング状態になってしまう。
ところが、フローティング状態にある出力端OUTは、当然ながらリークや飛び込みに弱い。すなわち、リークや飛び込みにより出力端OUTの電位が変動し、後段回路が正常に動作しない可能性がある。特に、図47に示す回路構成のバッファ回路65が、図43に示すサブ画素11の点灯制御線LSLの駆動に用いられる場合には、リーク電流によって出力端電位の低下を招き、駆動電流の供給を継続できなくなる。
(b)回路構成
そこで、この形態例では、出力パルス出力期間中における薄膜トランジスタP31のブートストラップ動作を確保し、当該期間中における薄膜トランジスタP31のオン動作を保証できる回路構成を提案する。具体的には、ノードBがLレベルの期間にフローティング状態になるのを無くす構成、すなわちノードBをLレベルに固定できる回路構成を提案する。
図51に、バッファ回路65の2つ目の形態例を示す。なお、図51には、図47との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65の基本構成は、形態例1に係るバッファ回路65の回路構成と同じである。すなわち、この形態例に係るバッファ回路65も、出力段(P31、P32、P41)、第1の入力段(P33、P34、P42)、第2の入力段(P35、P36、P43)で構成される。
この形態例に係るバッファ回路65と形態例1に係るバッファ回路65の構造上の違いは2つである。一つ目の相違点は、第1の出力段に対して並列に第2の出力段(薄膜トランジスタP37及びP38で構成される。)を接続することである。二つ目の相違点は、第1の出力段から出力パルスが出力されている期間、ノードBにLレベルの電位を印加することができる薄膜トランジスタP39を配置することである。なお、ノードBの保持容量Cs1とノードCの保持容量Cs2は必要に応じて配置する保持容量なので、以降の回路図では省略する。
ここで、第2の出力段は、薄膜トランジスタP37とP38の直列接続で構成される。このうち、薄膜トランジスタP37は低電位側(Lレベルの電位を供給する電源側)に接続され、薄膜トランジスタP38は高電位側(Hレベルの電位を供給する電源側)に接続される。
具体的には、薄膜トランジスタP37のゲート電極はノードAに接続され、一方の主電極は第3の低位電源VSS3(<VSS1+Vth(P39))に接続され、他方の主電極は出力端に接続される。なお、ここでの出力端は、薄膜トランジスタP37とP38の接続中点である。
一方、薄膜トランジスタP38のゲート電極はノードCに接続され、一方の主電極は出力端に接続され、他方の主電極は高位電源VDDに接続される。
なお、当該第2の出力段の出力端は制御配線(ノードF)を通じ、薄膜トランジスタP39のゲート電極に接続される。
因みに、薄膜トランジスタP39の一方の主電極は第1の低位電源VSS1に接続され、他方の主電極はノードBに接続される。この接続形態のため、薄膜トランジスタP39がオン動作すると、ノードBに第1の低位電源VSS1が継続的に印加される。この印加動作により、この形態例に係るバッファ回路65は、第1の出力段(P31、P32、P41)の出力端OUTにLレベル(低位電源VSS1)が出現する期間、ノードBがフローティング状態にならないように制御する。
(c)駆動動作
図52に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。
なお、図52(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図52(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。図52(C)は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図52(D)は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図52(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図52(F)は、第2の出力段の出力端が接続される制御配線(ノードF)の電位状態を示す。図52(G)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図52(H)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図52(I)は、第1の出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図52(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図52(E))。
このノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図52(C))。下降後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第1の低位電源VSS1になる(図52(E))。
前述したようにノードBが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に低下する(図52(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位低下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ低下する(図52(G))。
降下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図52(I))。また、降下後の電位Vaが、Va−VSS3<Vth(P37) を満たすとき、薄膜トランジスタP37のオン動作時にノードFの電位が第3の低位電源VSS3になる(図52(F))。このとき、VSS3−VDD1<Vth(P39) を満たすので、薄膜トランジスタP39はオン動作し、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図52(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の低位電源VDD3が印加されている(図52(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第1の低位電源VSS1に保持される(図52(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDから更に高位のVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図52(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図52(H))。なお、ノードCの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ低下する(図52(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が第1の低位電源VSS1になる(図52(H))。
前述したようにノードCが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図52(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図52(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図52(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1からVc2に上昇する(図52(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図52(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図52(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例1と同様の動作と効果に加え、セットパルスがLレベルに立ち下がってからリセットパルスがLレベルに立ち下がるまでの期間(出力端にLレベルの出力パルスが現われている期間)、ノードBへのLレベル電位の供給を継続できる。これにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込むのを確実に防止できる。すなわち、ノードAのブートストラップ状態を維持することができ、出力端OUTに対する第1の低位電源VSS1の供給を継続できる。かくして、バッファ回路65に電流負荷を接続する場合でも、出力端OUTの電位を維持して、駆動電流の供給を継続することができる。
(C−3)形態例3
ここでは、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図53にバッファ回路65の3つ目の形態例を示す。なお、図53には、図51との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例2に係る回路構成のうち第1及び第2の入力段の部分でレベルシフトを実現する回路構成に対応する。
このため、第1及び第2の入力段を構成する薄膜トランジスタP42及びP43のゲート電極を第2の低位電源VSS2(>VSS1)に接続する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスを低振幅化し、前段回路における更なる低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
図54に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図54(A)〜図54(I)に示す波形は、それぞれ図52(A)〜図52(I)の各波形に対応する。
この形態例の場合、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図54(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図54(E))。
このノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図54(C))。降下後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第1の低位電源VSS1になる(図54(E))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
前述したようにノードBが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に降下する(図54(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位降下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ降下する(図54(G))。
降下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図54(I))。また、降下後の電位Vaが、Va−VSS3<Vth(P37) を満たすとき、薄膜トランジスタP37のオン動作時にノードFの電位が第3の低位電源VSS3になる(図54(F))。このとき、VSS3−VSS1<Vth(P39) を満たすので、薄膜トランジスタP39はオン動作し、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図54(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の低位電源VSS3が印加されている(図54(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第1の低位電源VSS1に保持される(図54(E))。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDから更に高位のVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図54(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が降下する(図54(H))。なお、ノードCの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図54(D))。この降下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が第1の低位電源VSS1になる(図54(H))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
前述したようにノードCが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図54(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図54(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図54(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1より高位のVc2に上昇する(図54(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図54(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図54(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合にも、形態例2と同様の効果、すなわち隣接配線からのパルスの飛び込みに強く、リーク電流も少ないバッファ回路を実現できる。
また、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)での消費電力を前述した他の形態例以上に小さくできる。
(C−4)形態例4
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図55にバッファ回路65の4つ目の形態例を示す。なお、図55には、第3の形態例に対応する図53との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、出力段の部分でレベルシフトを実現する。
このため、薄膜トランジスタP31及びP32で構成される出力段にのみ第1の低位電源VSS1を印加し、その前段に位置する薄膜トランジスタには、第2の低位電源VSS2(<VSS1)を印加する構造を採用する。これにより、セットパルスとリセットパルスの低振幅化に加え、バッファ回路65内における低消費電力化を実現する。
(b)駆動動作
続いて、図56に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図56(A)〜図29(I)に示す波形は、それぞれ図54(A)〜図54(I)の各波形に対応する。
この形態例の場合も、図56(A)及び図56(B)に示すように、セットパルス(入力端INs)とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図56(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図56(E))。
このノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図56(C))。降下後の電位Vdが、Vd−VSS2<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第2の低位電源VSS2になる(図56(E))。
前述したようにノードBが第2の低位電源VSS2まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に降下する(図56(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位低下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ降下する(図56(G))。
降下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図56(I))。すなわち、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
また、降下後の電位Vaが、Va−VSS3<Vth(P37) を満たすとき、薄膜トランジスタP37のオン動作時にノードFの電位が第3の低位電源VSS3になる(図56(F))。このとき、VSS3−VSS2<Vth(P39) を満たすので、薄膜トランジスタP39はオン動作し、ノードBに第2の低位電源VSS2を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図56(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じて第3の低位電源VSS3が印加されている(図56(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第2の低位電源VSS2に保持される(図56(E))。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDから更に高いVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図56(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が降下する(図56(H))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図56(D))。この降下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS2<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が第2の低位電源VSS2になる(図56(H))。
前述したようにノードCが第2の低位電源VSS2まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図56(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図56(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図56(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第2の低位電源VSS2からVc2に上昇する(図56(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図56(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38のオン動作状態が継続し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図56(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、出力パルスの信号振幅に対してセットパルスやリセットパルスの信号振幅を小さくできるだけでなく、バッファ回路の内部についても最終出力段以外で低振幅化を実現できる。このため、前段回路(例えばシフトレジスタ)だけでなく、バッファ回路65で消費される電力を、前述した他の形態例以上に小さくできる。
(C−5)形態例5
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図57にバッファ回路65の5つ目の形態例を示す。なお、図57には、図51との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例に係るバッファ回路65は、形態例2に係る回路構成からブートストラップ補完容量Cb31〜Cb33と、第3の低位電源VSS3の供給に使用する電源配線を削減した回路構成と同じである。すなわち、この形態例においては、薄膜トランジスタP37をダイオード接続とする回路構成を提案する。
(b)駆動動作
以下では、図58に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図58(A)〜(I)に示す波形は、図52(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載しないので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図58(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図58(E))。
このノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図58(C))。降下後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第1の低位電源VSS1になる(図58(E))。
前述したようにノードBが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に低下する(図58(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位低下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ容量Cb31の蓄積電荷分だけ降下する(図58(G))。
降下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図58(I))。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(P37) で与えられる電位まで降下する(図58(F))。薄膜トランジスタP37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(P37) −VSS1<Vth(P39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタP39がオン動作し、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図58(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(P37) で与えられる電位が印加されている(図58(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第1の低位電源VSS1に保持される(図58(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDからVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図58(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図58(H))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図58(D))。
この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35)
を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時に、ノードCの電位が第1の低位電源VSS1になる(図58(H))。
前述したようにノードCが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図58(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図58(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図58(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1からVc2に上昇する(図58(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図58(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図58(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例2の回路レイアウトから第3の低位電源VSS3の供給に使用する電源配線を削減できる。結果的に、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積で実現できる。
(C−6)形態例6
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図59にバッファ回路65の6つ目の形態例を示す。図59には、図57との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例では、形態例3と形態例5を組み合わせた回路構成を有するバッファ回路65について説明する。すなわち、この形態例に係るバッファ回路65では、薄膜トランジスタP37におけるダイオード接続と、入力段側でのレベルシフト構造を採用する。
(b)駆動動作
以下では、図60に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図60(A)〜(I)に示す波形は、図58(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載するので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図60(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図60(E))。
このノードBの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図60(C))。この時点で、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
降下後の電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第1の低位電源VSS1になる(図60(E))。
前述したようにノードBが第1の低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に降下する(図60(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位降下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ容量Cb31の蓄積電荷分だけ降下する(図60(G))。
降下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図60(I))。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(P37) で与えられる電位まで降下する(図60(F))。薄膜トランジスタP37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(P37) −VSS1<Vth(P39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタP39がオン動作し、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図60(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(P37) で与えられる電位が印加されている(図60(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第1の低位電源VSS1に保持される(図60(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDからVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図60(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が降下する(図60(H))。なお、ノードCの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図60(D))。
この降下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35)
を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が第1の低位電源VSS1になる(図60(H))。
前述したようにノードCが第1の低位電源VSS1まで立ち上がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、第1の出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図60(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図60(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図60(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1からVc2に上昇する(図60(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図60(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図60(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積とより少ない消費電力で実現することができる。
(C−7)形態例7
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
図61にバッファ回路65の7つ目の形態例を示す。図61には、図57との対応部分に同一符号を付して示す。
この形態例では、形態例4と形態例5を組み合わせた回路構成を有するバッファ回路65について説明する。すなわち、この形態例に係るバッファ回路65では、薄膜トランジスタP37におけるダイオード接続と、出力段側でのレベルシフト構造を採用する。
(b)駆動動作
以下では、図62に基づいて、セットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を説明する。なお、図62(A)〜(I)に示す波形は、図58(A)〜(I)に示す各波形に対応する。
この形態例の場合、パルス振幅のレベルシフト機能を搭載するので、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS2(>VSS1)の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち上がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図62(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図62(E))。
このノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ下降する(図62(C))。
低下後の電位Vdが、Vd−VSS2<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が第2の低位電源VSS2になる(図62(E))。
前述したようにノードBが第2の低位電源VSS2まで立ち下がると、ノードAの電位もLレベルに降下する。このとき、薄膜トランジスタP31及びP37がオン動作し、出力端OUTの電位とノードFの電位が共に降下する(図62(I)及び(F))。
なお、出力端OUTやノードFの電位低下に伴い、ノードAの電位は、ブートストラップ補完容量Cb31の蓄積電荷分だけ下降する(図62(G))。
低下後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31) を満たすとき、薄膜トランジスタP31のオン動作時に出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図62(I))。すなわち、この時点で、パルス振幅のレベルシフトが実行される。
この際、ノードFの電位は、Va−Vth(P37) で与えられる電位まで降下する(図62(F))。薄膜トランジスタP37はダイオード接続されているためである。
従って、この形態例の場合には、Va−Vth(P37) −VSS2<Vth(P39) を満たすことを条件に、薄膜トランジスタP39がオン動作し、ノードBに第2の低位電源VSS2を供給する状態になる。
ところで、このセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作している。このため、ノードCの電位は、高位電源VDDに制御される(図62(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
ところが、前述したように、薄膜トランジスタP39のゲート電極には、ノードFを通じてVa−Vth(P37) で与えられる電位が印加されている(図62(F))。このため、オン動作を継続する薄膜トランジスタP39によってノードBの電位は、第2の低位電源VSS2に保持される(図62(E))。この動作が、この形態例に特徴的な電位状態である。
従って、セットパルスがHレベルに立ち上がった後も、ノードA、B及びFの電位はセットパルスがLレベルの場合と同じ電位状態が保持される。
一方、ノードCについては、このような仕組みがないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込み、その電位が高位電源VDDから更に高位のVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図62(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が低下する(図62(H))。なお、ノードCの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ下降する(図62(D))。
この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS2<Vth(P35)
を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が第2の低位電源VSS2になる(図62(H))。
前述したようにノードCが第2の低位電源VSS2まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに立ち上がる(図62(I)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。このため、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図62(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図62(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1から更に高位のVc2に上昇する(図62(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図62(I))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図62(F))。
(c)効果
以上説明したように、この形態例に係る回路構成のバッファ回路65の場合には、形態例2と同様の動作と効果を、より少ないレイアウト面積とより少ない消費電力で実現することができる。なお、この形態例におけるバッファ回路65の消費電力は、形態例6のバッファ回路65よりも少なく済む。
(C−8)形態例8
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。前述した各形態例の場合では、一組のセットパルスとリセットパルスが入力されるバッファ回路について説明したが、複数組のセットパルスとリセットパルスを入力するバッファ回路も構成できる。
ここでは、2組のセットパルスとリセットパルスがバッファ回路に入力される場合について考える。
(a)回路例1
図63に、形態例2に係るバッファ回路65(図51)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
図63では、第1組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタP33、P34、P35、P36、P42及びP43を、P331、P341、P351、P361、P421及びP431で示す。
また、図63では、第2組のセットパルスとリセットパルスに対応する薄膜トランジスタP33、P34、P35、P36、P42及びP43を、P332、P342、P352、P362、P422及びP432で示す。
このように、2組のセットパルスとリセットパルスを入力することができれば、出力パルスのパルス幅やパルスの出力タイミングを複合的に可変できるバッファ回路を実現することができる。
なお、セットパルスとリセットパルスの入力数はそれぞれ必要に応じて決めれば良く、またセットパルスとリセットパルスの入力数が同数である必要もない。いずれの場合にも、制御信号(セットパルス、リセットパルス)数が複数あるマルチ入力のバッファ回路を実現できる。
(b)回路例2
図64に、形態例5に係るバッファ回路65(図57)における第1及び第2の入力段を並列に接続した回路例を示す。
この回路構成は、薄膜トランジスタP39の制御用に配置する第2の出力段を構成する薄膜トランジスタP37をダイオード接続とすることを除き、前述した回路例1と同じである。
(c)その他の回路例
回路例1及び2に示すように、複数組のセットパルスとリセットパルスに対応する回路構成は、この明細書で提案する他の形態例についても適用することができる。
また、図63及び図64に示した形態例の場合には、第1及び第2の入力段を構成するP331とP332、P341とP342、P351とP352、P361とP362がそれぞれ出力端について並列に接続されているが、これらの一部又は全部が、2つの動作電源(例えばVSS1とVDD)の間に直列に接続されても良い。
(C−9)形態例9
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
前述した各形態例の場合には、第1の出力段を構成する薄膜トランジスタP31の一方の主電極に低位電源VSS1が接続される場合について説明した。
しかしながら、この低位電源VSS1に代えてパルス信号線(任意の制御パルスが与えられる)を接続することもできる。
ここでは、形態例2に係るバッファ回路65(図51)について、出力段を構成する薄膜トランジスタP31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合の回路構成を図65に示す。従って、図65には、図51との対応部分に同一符号を付して示す。
(b)駆動動作
図66に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。
なお、図66(A)は、セットパルス(入力端INs)の電位状態を示す。図66(B)は、リセットパルス(入力端INr)の電位状態を示す。図66(C)は、薄膜トランジスタP33のゲート電極配線(ノードD)の電位状態を示す。
図66(D)は、薄膜トランジスタP35のゲート電極配線(ノードE)の電位状態を示す。図66(E)は、第1の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードB)の電位状態を示す。図66(F)は、第2の出力段の出力端が接続される制御配線(ノードF)の電位状態を示す。図66(G)は、薄膜トランジスタP31のゲート電極配線(ノードA)の電位状態を示す。図66(H)は、第2の入力段の出力端が接続される制御配線(ノードC)の電位状態を示す。図66(I)は、別配線に印加される制御パルスVpulse の電位状態を示す。図66(J)は、第1の出力段の出力端OUTに現れる電位状態を示す。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図66(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が低下する(図66(E))。
なお、ノードBの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図66(C))。この低下後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図66(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位がVSS1−Vth(P41) で与えられるLレベルに変化する(図66(F))。
このとき、第1の出力段に駆動電源を供給するパルス信号線には、高位電源VDDの制御パルスVpulse が与えられている(図66(I))。このため、第1の出力段の出力端OUTには、高位電源VDDが引き続き現われる(図66(J))。
一方、第2の出力段には駆動電源として第3の低位電源VSS3が印加されている。従って、第2の出力段の出力端(ノードF)には、VSS1−Vth(P41) −Vth(P37) で与えられるLレベルが出現する(図66(F))。
同じく、セットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作する。このため、薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図66(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
一方、この形態例の場合には、このタイミングで制御パルスVpulse が高位電源VDDから第1の低位電源VSS1に立ち下がる(図66(I))。図66の場合には、2つのパルス波形が現われる。
薄膜トランジスタP31がオン動作の状態で、この制御パルスVpulse
が入力されることにより、出力端OUTの電位も制御パルスVpulse に連動して変化する(図66(J))。図66の場合、制御パルスVpulse は、2つのパルスで構成される。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形状に変化するパルス波形を有し、2つ目のパルスは、立ち下がりのみ矩形状に変化し、立ち上がりはなだらかに変化するパルス波形を有する。
ノードAの電位は、これらパルス波形に連動して現われる出力端OUTの波形変化に連動するように変化する(図66(G))。
ここで、ブートストラップ動作後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31)
を満たすとき、出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図66(J))。
また、ブートストラップ後の電位Vaが、Va−VSS3<Vth(P37)
を満たすとき、薄膜トランジスタP37のオン動作時にノードFの電位が第3の低位電源VSS3になる(図66(F))。
このとき、VSS3−VSS1<Vth(P39) を満たすので、薄膜トランジスタP39はオン動作し、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
なお、ノードFの制御対象は、薄膜トランジスタP39のゲート電極である。すなわち、リーク電流は無視することができる。従って、制御パルスVpulse の波形に連動してノードAの電位が上昇しても、ノードFの電位は、第3の低位電源VSS3に保持される(図66(F))。
このため、薄膜トランジスタP39のオン状態は、ノードFの電位がリセットされるまで継続される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまで、ノードFは第3の低位電源VSS3に保持される。結果的に、セットパルスの電位変化が、ノードBに飛び込むのを妨げることができる。このことは、ノードA及びFの電位状態も、セットパルスがLレベルの間と同じ状態に維持できることを意味する。
一方、ノードCについては、ノードBのように電位を維持する仕組みが存在しないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込む。結果として、ノードCの電位が高位電源VDDからVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図66(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が降下する(図66(H))。なお、ノードCの電位の降下に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図66(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時に、ノードCの電位が低位電源VSS1になる(図66(H))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに制御される(図66(J)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。従って、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図66(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図66(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1からVc2に上昇する(図66(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図66(J))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図66(F))。
(c)効果
この回路構成の採用により、ノードAのブートストラップ動作は、パルス信号線に印加される制御パルスVpulse (図66(I))が低位電源VSS1に立ち下がるタイミングに同期して実行される。従って、図66(J)に示すように、セット信号の立ち下がりタイミングとリセット信号の立ち下がりタイミングで挟まれた期間に入力される制御パルスVpulse の電位変化を抜き出した出力パルスが出力端OUTに現れることになる。
このように、この形態例に係る回路構成の採用により、出力パルスの波形の調整が可能になる。例えば出力パルスを複数回のパルスに分割したり、トランジェント(立ち上がり・立ち下がり)特性を調整することが可能になる。
なお、この形態例の場合、制御パルスVpulse が出力端を駆動することになる。従って、この形態例に係るバッファ回路65は、出力負荷が電圧制御型の負荷の場合に適している。
(C−10)形態例10
ここでも、形態例2の変形例に係るバッファ回路65を説明する。
(a)回路構成
形態例9の場合には、形態例2に係るバッファ回路65(図51)について、出力段を構成する薄膜トランジスタP31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合について説明した。
この形態例では、形態例5に係るバッファ回路65(図57)について、出力段を構成する薄膜トランジスタP31の一方の主電極に制御パルスVpulse を印加する場合について説明する。
図67に、この形態例に係るバッファ回路65の回路構成を示す。なお、図67には、図57との対応部分に同一符号を付して示す。
(b)駆動動作
図68に、この形態例に係るセットパルスとリセットパルスの電位状態と各ノードの電位状態の関係を示す。なお、図68(A)〜(J)は、図66(A)〜(J)に対応する。
この形態例の場合も、セットパルス(入力端INs)の信号振幅とリセットパルス(入力端INr)の信号振幅は、VDDとVSS1の2値で与えられる。
まず、セットパルスがLレベルに立ち下がるタイミングで、第1の入力段のノードDがLレベルに立ち下がる(図68(C))。これにより、薄膜トランジスタP33がオン動作し、ノードBの電位が降下する(図68(E))。
なお、ノードBの電位の低下に伴い、薄膜トランジスタP33のゲート電位(ノードDの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb32の蓄積電荷分だけ降下する(図68(C))。この低下後の電位がVdである。この電位Vdが、Vd−VSS1<Vth(P33) を満たすとき、薄膜トランジスタP33のオン動作時にノードBの電位が低位電源VSS1になる(図68(E))。
前述したようにノードBが低位電源VSS1まで立ち下がると、ノードAの電位がVSS1−Vth(P41) で与えられるLレベルに変化する(図68(F))。
このとき、第1の出力段に駆動電源を供給するパルス信号線には、高位電源VDDの制御パルスVpulse が与えられている(図68(I))。このため、第1の出力段の出力端OUTには、高位電源VDDが引き続き現われる(図68(J))。
一方、第2の出力段には駆動電源として第3の低位電源VSS3が印加されている。従って、第2の出力段の出力端(ノードF)には、VSS1−Vth(P41) −Vth(P37) で与えられるLレベルが出現する(図68(F))。
同じく、セットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP36もオン動作する。このため、薄膜トランジスタP32のゲート電位(ノードCの電位)は、高位電源VDDに制御される(図68(H))。結果的に、薄膜トランジスタP32とP38がオフ制御される。このため、第1及び第2の出力段には貫通電流が流れない。
やがて、セットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、セットパルスの電位変化がノードBに飛び込もうとする。
一方、この形態例の場合には、このタイミングで制御パルスVpulse が高位電源VDDから第1の低位電源VSS1に立ち下がる(図68(I))。図68の場合には、2つのパルス波形が現われる。
薄膜トランジスタP31は、このように制御パルスVpulse が第1の低位電源VSS1に立ち下がっている期間だけオン動作する。この薄膜トランジスタP31のオン動作によって、出力端OUTの電位も制御パルスVpulse に連動して変化する(図68(J))。図68の場合、制御パルスVpulse は、2つのパルスで構成される。1つ目のパルスは、立ち上がりと立ち下がりの両方が矩形状に変化するパルス波形を有し、2つ目のパルスは、立ち下がりのみ矩形状に変化し、立ち上がりはなだらかに変化するパルス波形を有する。
ノードAの電位は、これらパルス波形に連動して現われる出力端OUTの波形変化に連動するように変化する(図68(G))。
ここで、ブートストラップ動作後の電位Vaが、Va−VSS1<Vth(P31)
を満たすとき、出力端OUTの電位が第1の低位電源VSS1になる(図68(J))。
また、ブートストラップ後の電位がVaに変化すると、ノードFの電位は、Va−Vth(P37) に変化する(図68(F))。薄膜トランジスタP37がダイオード接続されているためである。
このとき、Va−Vth(P37) −VSS1<Vth(P39) を満たすと、ノードFを通じて薄膜トランジスタP39がオン制御され、ノードBに第1の低位電源VSS1を供給する状態になる。
なお、ノードFの制御対象は、薄膜トランジスタP39のゲート電極である。すなわち、リーク電流は無視することができる。従って、制御パルスVpulse の波形に連動してノードAの電位が上昇しても、ノードFの電位は、Va−Vth(P37)
に保持される(図68(F))。
このため、薄膜トランジスタP39のオン状態は、ノードFの電位がリセットされるまで継続される。すなわち、リセットパルスがLレベルに切り替わるまで、ノードFはVa−Vth(P37) に保持される。結果的に、セットパルスの電位変化が、ノードBに飛び込むのを妨げることができる。このことは、ノードA及びFの電位状態も、セットパルスがLレベルの間と同じ状態に維持できることを意味する。
一方、ノードCについては、ノードBのように電位を維持する仕組みが存在しないので、セットパルスの電位変化がそのまま飛び込む。結果として、ノードCの電位が高位電源VDDからVc1に上昇する。ただし、この飛び込みは避け得ないものであり、飛び込み量が小さい限り駆動動作に問題はない。
やがて、リセットパルスがHレベルからLレベルになると(図68(B))、今度は、薄膜トランジスタP35がオン動作し、ノードCの電位が上昇する(図68(H))。なお、ノードCの電位の上昇に伴い、薄膜トランジスタP35のゲート電位(ノードEの電位)は、ブートストラップ補完容量Cb33の蓄積電荷分だけ降下する(図68(D))。この低下後の電位がVeである。この電位Veが、Ve−VSS1<Vth(P35) を満たすとき、薄膜トランジスタP35のオン動作時にノードCの電位が低位電源VSS1になる(図68(H))。
前述したようにノードCが低位電源VSS1まで立ち下がると、薄膜トランジスタP32とP38がオン動作する。これにより、出力端OUTの電位とノードFの電位が高位電源VDDに制御される(図68(J)及び(F))。
ところで、このリセットパルスがLレベルの期間、薄膜トランジスタP34もオン動作している。従って、ノードBの電位は高位電源VDDに制御される(図68(E))。これに伴い、ノードAの電位も、高位電源VDDに上昇する。すなわち、薄膜トランジスタP31及びP37はオフ動作する。
やがて、リセットパルスはLレベルからHレベルに立ち上がる。この電位の変化時に、容量カップリングにより、リセットパルスの電位変化がノードBとCの両方に飛び込む。このとき、ノードBの電位はVb2(>VDD)に上昇する(図68(E))。一方、ノードCの電位はLレベルを維持しながらも、その電位は第1の低位電源VSS1からVc2に上昇する(図68(H))。
このとき、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P32) を満たすとき、薄膜トランジスタP32のオン状態が継続し、出力端OUTの電位が高位電源VDDに維持される(図68(J))。
また、ノードCの電位Vc2が、Vc2−VDD<Vth(P38) を満たすことで、薄膜トランジスタP38がオン動作し、ノードFに対する高位電源VDDの印加を継続する(図68(F))。
(c)効果
この回路構成の場合も、形態例9と同じ動作が可能である。しかも、この形態例の場合は、第3の低位電源VSS3を供給する電源配線が不要である。従って、この形態例に係るバッファ回路65は、形態例9よりもレイアウト面積を小さくすることができる。また、供給電源の数が少なく済むので電源回路の面積を小さくできる。
なお、この形態例の場合、制御パルスVpulse が出力端を駆動することになる。従って、この形態例に係るバッファ回路65は、出力負荷が電圧制御型の負荷の場合に適している。
(D)他の形態例
(D−1)他の表示パネル
前述した形態例の場合には、有機ELパネルへの応用を前提に説明した。特に、垂直方向に制御パルスを転送する制御線駆動部への応用を前提に説明した。
しかし、前述したバッファ回路は、信号線DTLへの信号電位Vsig の印加タイミングを与える信号線駆動部にも適用できる。
また、前述したバッファ回路を搭載する駆動回路は、有機ELパルル以外の表示パネルについても応用することができる。
例えば無機ELパネルやLEDパネルその他のパネルの駆動回路にも応用できる。また、プラズマディスプレイパネルの駆動回路にも応用できる。また、電界放出ディスプレイの駆動回路にも適用できる。また、液晶ディスプレイパネルの駆動回路にも応用できる。また、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源がLEDの場合に、その駆動回路としても形態例で説明したバッファ回路を用いることができる。例えば1フィールド期間内の点灯期間の比率を可変制御する場合、1フィールド期間内の点灯期間を複数個の点灯期間に分割し、個々の点灯期間の長さや配置を可変制御する場合に好適である。
(D−2)表示パネルの製品例
(a)外観形態
この明細書においては、半導体プロセスを用いて画素アレイ部や駆動回路を絶縁基板上に形成したパネルモジュールだけでなく、駆動回路については別基板(例えば特定用途向けIC)として製造され、画素アレイ部を形成した絶縁基板上に実装する場合も表示パネルに含まれるものとする。
図69に、表示パネルの外観構成例を示す。表示パネル81は、支持基板83のうち画素アレイ部の形成領域に対向基板85を貼り合わせた構造を有している。
支持基板83は、ガラス、プラスチックその他の絶縁性の基材(絶縁基板)で構成される。
対向基板85も、ガラス、プラスチックその他の絶縁性の基材(絶縁基板)で構成される。
なお、基材の透過性は、表示パネルの種類によって異なる。例えば液晶ディスプレイパネルであれば両面とも透過性の高い基板である必要がある。一方、自発光型のディスプレイの場合には、光束の射出側の基板について透過性が確保されていれば良い。
この他、表示パネル81には、外部信号や駆動電源を入力するためのFPC(フレキシブルプリントサーキット)87が配置される。
(b)電子機器への搭載形態
前述した表示パネルは、各種の電子機器に実装した形態でも流通される。図70に、電子機器91の概念構成例を示す。電子機器91は、前述した駆動回路を搭載する表示パネル93、システム制御部95及び操作入力部97で構成される。システム制御部95で実行される処理内容は、電子機器91の商品形態により異なる。また、操作入力部97は、システム制御部95に対する操作入力を受け付けるデバイスである。操作入力部97には、例えばスイッチ、ボタンその他の機械式インターフェース、グラフィックインターフェース等が用いられる。
図71に、電子機器がテレビジョン受像機の場合の外観例を示す。テレビジョン受像機101の筐体正面には、フロントパネル103及びフィルターガラス105等で構成される表示画面107が配置される。表示画面107の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばデジタルカメラが想定される。図72に、デジタルカメラ111の外観例を示す。図72(A)が正面側(被写体側)の外観例であり、図72(B)が背面側(撮影者側)の外観例である。
デジタルカメラ111は、保護カバー113、撮像レンズ部115、表示画面117、コントロールスイッチ119及びシャッターボタン121で構成される。このうち、表示画面117の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばビデオカメラが想定される。図73に、ビデオカメラ131の外観例を示す。
ビデオカメラ131は、本体133の前方に被写体を撮像する撮像レンズ135、撮影のスタート/ストップスイッチ137及び表示画面139で構成される。このうち、表示画面139の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えば携帯端末装置が想定される。図74に、携帯端末装置としての携帯電話機141の外観例を示す。図74に示す携帯電話機141は折りたたみ式であり、図74(A)が筐体を開いた状態の外観例であり、図74(B)が筐体を折りたたんだ状態の外観例である。
携帯電話機141は、上側筐体143、下側筐体145、連結部(この例ではヒンジ部)147、表示画面149、補助表示画面151、ピクチャーライト153及び撮像レンズ155で構成される。このうち、表示画面149及び補助表示画面151の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
また、この種の電子機器には、例えばコンピュータが想定される。図75に、ノート型コンピュータ161の外観例を示す。
ノート型コンピュータ161は、下型筐体163、上側筐体165、キーボード167及び表示画面169で構成される。このうち、表示画面169の部分が、図70の表示パネル93に対応する。
これらの他、電子機器には、オーディオ再生装置、ゲーム機、電子ブック、電子辞書等が想定される。
(D−3)表示パネルの駆動回路以外への応用
前述の説明では、バッファ回路を表示パネルの垂直方向に制御パルスを転送する駆動回路に適用する場合について説明した。
しかし、このバッファ回路は、水平方向に制御パルスを転送する場合にも応用できる。また、表示パネル上で使用する全てのバッファ回路に応用することができる。
また、バッファ回路は汎用性の高い基本回路であり、バッファ回路を搭載する全ての半導体デバイスに応用することができる。
(D−4)その他
前述した形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される又は組み合わせられる各種の変形例及び応用例も考えられる。
有機ELパネルのシステム構成例を示す図である。 サブ画素の等価回路図を示す図である(NMOS型)。 サブ画素の等価回路図を示す図である(NMOS型)。 サブ画素の駆動タイミングを説明する図である。 図2に対応する駆動波形を示す図である。 図3に対応する駆動波形を示す図である。 シフトレジスタ(スキャナ)の回路例を示す図である。 シフトレジスタ(スキャナ)の駆動波形を示す図である(NMOS型)。 ブートストラップ機能付きのシフト段の内部構造を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 入力クロックのパルス形状とシフトレジスタの転送動作との関係を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 入力クロックのパルス形状とシフトレジスタの転送動作との関係を説明する図である。 ブートストラップ動作を用いたシフト段の入出力動作を説明する図である。 従来型の駆動回路に用いる場合のパネル構造を説明する図である。 形態例に係る有機ELパネルのシステム構成例を示す図である。 明細書で提案するバッファ回路を駆動回路に用いる場合のパネル構造を説明する図である。 制御線駆動部の回路構成を示す図である。 形態例に係る制御線駆動部の駆動波形を示す図である(NMOS型)。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図20に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響を考慮した図20に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響が大きい場合における図20に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図24に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図26に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図28に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図30に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図32に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図34に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図38に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図40に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 サブ画素の等価回路図を示す図である(PMOS型)。 サブ画素の等価回路図を示す図である(PMOS型)。 サブ画素の駆動タイミングを説明する図である。 制御線駆動部の回路構成を示す図である。 形態例に係る制御線駆動部の駆動波形を示す図である(PMOS型)。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図47に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響を考慮した図47に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 カップリングの影響が大きい場合における図47に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図51に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図53に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図55に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図57に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図59に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図61に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図65に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 バッファ回路の形態例を示す図である。 図67に示すバッファ回路の駆動波形を示す図である。 表示パネルの外観構成例を示す図である。 電子機器の機能構成例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。 電子機器の商品例を示す図である。
符号の説明
3 画素アレイ部
5 信号線駆動部
33 制御線駆動部
35 制御線駆動部
41 シフトレジスタ
43 シフトレジスタ
45 バッファ回路
61 シフトレジスタ
63 シフトレジスタ
65 バッファ回路

Claims (10)

  1. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタで形成されるバッファ回路が、
    第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする第1の出力段と、
    セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、
    セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、
    前記第1の制御配線に制御電極が接続される第7の薄膜トランジスタと、前記第2の制御配線に制御電極が接続される第8の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第7及び第8の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を第3の制御配線に与える第2の出力段と、
    一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、制御電極が前記第3の制御配線に接続される回路構成を有し、前記出力端に出力パルスが現われている期間、セットパルスと同じ論理レベルの電位を前記第1の制御配線に印加する第9の薄膜トランジスタと
    を有する半導体デバイス。
  2. 請求項1に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記出力端に現れる出力パルスの振幅に対し、前記セットパルス及び前記リセットパルスの振幅が小さい
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  3. 請求項2に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記セットパルス及び前記リセットパルスは、それぞれ対応するシフトレジスタ回路から供給される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  4. 請求項3に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおける電流供給線の制御に使用される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  5. 請求項4に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、自発光型の表示パネルの点灯制御に使用され、
    前記セットパルス印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間が、1フィールド期間内に配置される各発光期間長を与える
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  6. 請求項5に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記第7の薄膜トランジスタがダイオード接続である
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  7. 請求項6に記載の半導体デバイスにおいて
    前記第1の薄膜トランジスタの一方の主電極に、
    セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間に複数の出力パルスを発生させるパルス信号が入力される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  8. 請求項7に記載の半導体デバイスにおいて、
    前記バッファ回路の出力パルスは、表示パネルにおけるサンプリングタイミングの制御に使用される
    ことを特徴とする半導体デバイス。
  9. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタによって形成される画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部を駆動制御する駆動回路のバッファ回路であって、第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする第1の出力段と、セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、記第1の制御配線に制御電極が接続される第7の薄膜トランジスタと、前記第2の制御配線に制御電極が接続される第8の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第7及び第8の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を第3の制御配線に与える第2の出力段と、一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、制御電極が前記第3の制御配線に接続される回路構成を有し、前記出力端に出力パルスが現われている期間、セットパルスと同じ論理レベルの電位を前記第1の制御配線に印加する第9の薄膜トランジスタとを有するバッファ回路と
    を有する表示パネル。
  10. 絶縁基板上に単一チャネルの薄膜トランジスタによって形成される画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部を駆動制御する駆動回路のバッファ回路であって、第1及び第2の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第1及び第2の薄膜トランジスタの接続中点を出力端とする第1の出力段と、セットパルスで制御される第3の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第4の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第3及び第4の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第1の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第1の制御配線の電位状態を、セットパルスの印加開始タイミングからリセットパルスの印加開始タイミングまでの期間とそれ以外の期間とで切り替え制御する第1の入力段と、セットパルスで制御される第6の薄膜トランジスタと、リセットパルスで制御される第5の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第5及び第6の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を通じ、前記第2の薄膜トランジスタの制御電極に接続される第2の制御配線の電位状態を、前記第1の制御配線の電位変化とは逆位相の関係になるように切り替え制御する第2の入力段と、前記第1の制御配線に制御電極が接続される第7の薄膜トランジスタと、前記第2の制御配線に制御電極が接続される第8の薄膜トランジスタが直列に接続された回路構成を有し、前記第7及び第8の薄膜トランジスタの接続中点に現れる電位を第3の制御配線に与える第2の出力段と、一方の主電極が前記第1の制御配線に接続され、制御電極が前記第3の制御配線に接続される回路構成を有し、前記出力端に出力パルスが現われている期間、セットパルスと同じ論理レベルの電位を前記第1の制御配線に印加する第9の薄膜トランジスタとを有するバッファ回路と、
    システム全体の動作を制御するシステム制御部と、
    前記システム制御部に対する操作入力部と
    を有する電子機器。
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