JP5188382B2 - シフトレジスタ回路 - Google Patents

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Description

本発明は、走査線駆動回路に関するものであり、特に、例えば画像表示装置やイメージセンサなどの電気光学装置に使用される、同一導電型の電界効果トランジスタのみを用いて構成される走査線駆動回路に適用可能なシフトレジスタ回路に関するものである。
液晶表示装置等の画像表示装置(以下「表示装置」)では、複数の画素が行列状に配列された表示パネルの画素行(画素ライン)ごとにゲート線(走査線)が設けられ、表示信号の1水平期間の周期でそのゲート線を順次選択して駆動することにより表示画像の更新が行われる。そのように画素ラインすなわちゲート線を順次選択して駆動するためのゲート線駆動回路(走査線駆動回路)としては、表示信号の1フレーム期間で一巡するシフト動作を行うシフトレジスタを用いることができる。
ゲート線駆動回路に使用されるシフトレジスタは、表示装置の製造プロセスにおける工程数を少なくするために、同一導電型の電界効果トランジスタのみで構成されることが望ましい。このため、N型またはP型の電界効果トランジスタのみで構成されたシフトレジスタおよびそれを搭載する表示装置が種々提案されている(例えば特許文献1)。
特開2004−78172号公報
ゲート線駆動回路としてのシフトレジスタは、1つの画素ラインすなわち1つのゲート線ごとに設けられた複数のシフトレジスタ回路が縦続接続(カスケード接続)して構成される。本明細書では説明の便宜上、ゲート線駆動回路を構成する複数のシフトレジスタ回路の各々を「単位シフトレジスタ」と称する。即ち、ゲート線駆動回路を構成する個々の単位シフトレジスタの出力端子は、その次段あるいは後段の単位シフトレジスタの入力端子に接続される。
特許文献1の図7に従来の単位シフトレジスタの構成が示されている。同図に示されているように、従来の単位シフトレジスタは、クロック信号(CKV)が供給されるクロック端子と出力信号(GOUT[N])の出力端子との間に接続する第1トランジスタ(M1)と、出力端子と第1電源端子(VOFF)との間に接続する第2トランジスタ(M2)とを備えている。単位シフトレジスタの出力信号(GOUT[N])は、第1トランジスタ(M1)がオン、第2トランジスタ(M2)がオフになった状態で、クロック信号(CKV)が第1トランジスタ(M1)を通して出力端子に伝達されることによって出力される。
特に、ゲート線駆動回路はその出力信号を用いてゲート線を高速に充電して活性化させる必要があるため、それを構成する個々の単位シフトレジスタにおいて、第1トランジスタ(M1)に高い駆動能力(電流を流す能力)が要求される。そのため、第1トランジスタ(M1)のゲート幅(チャネル幅)は広く設定される。
第1トランジスタ(M1)のゲートが接続する第1ノード(N1)には、出力信号(GOUT[N])を非活性レベルにする期間(非選択期間)に当該第1ノード(N1)を放電する第3トランジスタ(M4)が接続されている。この第3トランジスタ(M4)は第1ノード(N1)と第1電源端子(VOFF)との間に接続している。当該単位シフトレジスタは、第1ノード(N1)を入力端とするインバータ(M6,M7)を備えており、第3トランジスタ(M4)ゲートは、そのインバータの出力端である第2ノード(N2)に接続される。
この単位シフトレジスタは、非選択期間に第2ノード(N2)がHレベルに維持されるように構成されている。よって非選択期間では、第3トランジスタ(M4)はオン状態であり、第1ノード(N1)は低インピーダンスのLレベルに維持され、それによって第1トランジスタ(M1)はオフ状態に維持される。またこのとき第2トランジスタ(M2)はオン状態になるので、出力端子(GOUT[N])はLレベルに固定される。
ところで、一般的な絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいては、ドレイン電極とソース電極間を導電チャネルで接続させることが可能なように、ドレイン(ソース)とゲート電極とは互いに一定面積の重なりを有するように配置される。そのためドレイン・ゲート(ソース)間にはオーバラップ容量と呼ばれる容量成分が存在する。特に、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタでは、このオーバラップ容量が大きく、ものによってはゲート・チャネル間容量と同程度のオーバラップ容量を有することもある。
上記の単位シフトレジスタにおいて、非選択期間では第1トランジスタ(M1)はオフ状態であるが、そのドレイン(クロック端子)にはクロック信号(CKV)が供給され続けている。そのためクロック信号(CKV)が立ち上がる(LレベルからHレベルに変化する)とき、オーバラップ容量を介する結合により、第1ノード(N1)の電位が上昇する。このとき第3トランジスタ(M4)がオンしているため、第1ノード(N1)は瞬時にLレベルに戻り、第1トランジスタ(M1)はオフ状態に維持されるので単位シフトレジスタの誤動作は防止される。
しかし、このときクロック端子からトランジスタQ1のオーバラップ容量、第1ノード(N1)および第3トランジスタ(M4)を経由して第1電源端子(VOFF)へと流れる電流(容量結合電流)が生じる。この電流は1つの単位シフトレジスタではそれほど大きいものではないが、ゲート線駆動回路は同一のクロック信号が供給される単位シフトレジスタを多く有するため、ゲート線駆動回路で考えるとその電流は相当に大きくなる。
つまり容量結合電流は、ゲート線駆動回路におけるシフトレジスタの段数、すなわちゲート線の本数に比例して大きくなる。よって表示装置の表示領域を大きくして画素のライン数が増えると、相当量の容量結合電流が流れる。その結果、表示領域の拡大化(大画面化)が消費電力によって制限されるという問題が生じる。
特許文献1の図7の単位シフトレジスタにおいて、この問題を解決する方法としては第1トランジスタ(M1)のゲート幅を小さくしてオーバラップ容量を小さくすることが考えられる。しかし先に述べたように、第1トランジスタ(M1)は高い駆動能力が要求されるため、ゲート幅を狭くするのは好ましくない。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、クロック信号に起因する消費電力が低く、且つ駆動能力の高いシフトレジスタ回路を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面に係るシフトレジスタ回路は、入力端子、出力端子およびクロック端子と、一定の第1電源電位を前記出力端子に供給することで、当該出力端子を充電する第1トランジスタと、前記第1トランジスタを駆動するプルアップ駆動回路とを備えるシフトレジスタ回路であって、前記プルアップ駆動回路は、前記クロック端子に供給されるクロック信号を前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに供給する第2トランジスタと、前記第1ノードを昇圧する昇圧回路とを備え、前記第2トランジスタは、前記入力端子に入力される入力信号の活性化に応じてオン状態になり、前記クロック信号の活性化によって前記第1ノードが充電されたのに応じてオフ状態になり、前記昇圧回路は、前記第2トランジスタがオフ状態になるのに続いて前記第1ノードを昇圧するものである。
また本発明の第2の局面に係るシフトレジスタ回路は、入力端子、出力端子およびクロック端子と、一定の第1電源電位を前記出力端子に供給することで、当該出力端子を充電する第1トランジスタと、前記第1トランジスタを駆動するプルアップ駆動回路とを備え、前記プルアップ駆動回路は、前記第1電源電位よりも絶対値が大きな第2電源電位を前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに供給することで、当該第1ノードを充電する第2トランジスタと、前記クロック端子に供給されるクロック信号を前記第2トランジスタの制御電極が接続する第2ノードに供給する第3トランジスタと、前記第2ノードを昇圧する昇圧回路とを備え、前記第3トランジスタは、前記入力端子に入力される入力信号の活性化に応じてオン状態になり、前記クロック信号の活性化によって前記第2ノードが充電されたのに応じてオフ状態になり、前記昇圧回路は、前記第3トランジスタがオフ状態になるのに続いて前記第2ノードを昇圧するものである。
本発明に係るシフトレジスタ回路においては、出力端子を充電する第1トランジスタにクロック信号が供給されない。シフトレジスタ回路の駆動能力の向上のため、第1トランジスタは、ゲート幅の大きい(オーバラップ容量の大きな)ものが使用される。従来のシフトレジスタ回路では、この第1トランジスタにクロック信号が供給されていたため、オーバラップ容量に容量結合電流が流れ、これが消費電力を増大させる要因の一つであった。本発明のシフトレジスタ回路では、第1トランジスタにクロック信号が供給されないので、従来のシフトレジスタ回路よりも消費電力を低減できる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、説明が重複して冗長になるのを避けるため、各図において同一または相当する機能を有する要素には同一符号を付してある。
また、各実施の形態に用いられるトランジスタは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタである。絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、ゲート絶縁膜中の電界により半導体層内のドレイン領域とソース領域との間の電気伝導度が制御される。ドレイン領域およびソース領域が形成される半導体層の材料としては、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ペンタセン等の有機半導体、単結晶シリコンあるいはIGZO(In-Ga-Zn-O)等の酸化物半導体などを用いることができる。
よく知られているように、トランジスタは、それぞれ制御電極(狭義にはゲート(電極))と、一方の電流電極(狭義にはドレイン(電極)またはソース(電極))と、他方の電流電極(狭義にはソース(電極)またはドレイン(電極))とを含む少なくとも3つの電極を有する素子である。トランジスタはゲートに所定の電圧を印加することによりドレインとソース間にチャネルが形成されるスイッチング素子として機能する。トランジスタのドレインとソースは、基本的に同一の構造であり、印加される電圧条件によって互いにその呼称が入れ代わる。例えば、N型トランジスタであれば、相対的に電位(以下「レベル」とも称する)の高い電極をドレイン、低い電極をソースと呼称する(P型トランジスタの場合はその逆となる)。
特に示さない限り、それらのトランジスタは半導体基板上に形成されるものであってもよく、またガラスなどの絶縁性基板上に形成される薄膜トランジスタ(TFT)であってもよい。トランジスタが形成される基板としては、単結晶基板あるいはSOI、ガラス、樹脂などの絶縁性基板であってもよい。
本発明のゲート線駆動回路は、単一導電型のトランジスタのみを用いて構成される。例えばN型トランジスタは、ゲート・ソース間電圧が当該トランジスタのしきい値電圧よりも高いH(ハイ)レベルになると活性状態(オン状態、導通状態)となり、同しきい値電圧よりも低いL(ロー)レベルで非活性状態(オフ状態、非導通(遮断)状態)となる。そのためN型トランジスタを用いた回路においては信号のHレベルが「活性レベル」、Lレベルが「非活性レベル」となる。また、N型トランジスタを用いて構成した回路の各ノードは、充電されてHレベルになることで、非活性レベルから活性レベルへの変化が生じ、放電されてLレベルになることで、活性レベルから非活性レベルへの変化が生じる。
逆にP型トランジスタは、ゲート・ソース間電圧がトランジスタのしきい値電圧(ソースを基準として負の値)よりも低いLレベルになると活性状態(オン状態、導通状態)となり、同しきい値電圧よりも高いHレベルで非活性状態(オフ状態、非導通状態)となる。そのためP型トランジスタを用いた回路においては信号のLレベルが「活性レベル」、Hレベルが「非活性レベル」となる。また、P型トランジスタを用いて構成した回路の各ノードは、充電・放電の関係がN型トランジスタの場合と逆になり、充電されてLレベルになることで、非活性レベルから活性レベルへの変化が生じ、放電されてHレベルになることで、活性レベルから非活性レベルへの変化が生じる。
また本明細書においては、二つの素子間、二つのノード間あるいは一の素子と一のノードとの間の「接続」とはその他の要素(素子やスイッチなど)を介しての接続であるが実質的に直接接続されているのと等価な状態を含むものとして説明する。例えば二つの素子がスイッチを介して接続している場合であっても、それらが直接接続されているときと同一に機能できるような場合には、その二つの素子が「接続している」と表現する。
本発明においては、互いに位相の異なるクロック信号(多相クロック信号)が用いられる。以下では説明の簡単のため、一のクロック信号の活性期間とその次に活性化するクロック信号の活性期間との間に一定の間隔を設けている(図4の時刻t2〜時刻t3間および時刻t4〜時刻t5間の間隔)。しかし本発明では各クロック信号の活性期間が実質的に重ならなければよく、上記の間隔は無くてもよい。例えば活性レベルをHレベルとすると、一のクロック信号の立ち下がりタイミングとその次に活性化するクロック信号の立ち上がりタイミングとが同時であってもよい。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る表示装置の構成を示す概略ブロック図であり、表示装置の代表例として液晶表示装置100の全体構成を示している。なお、本発明のゲート線駆動回路は、液晶表示装置への適用に限定されるものではなく、エレクトロルミネッセンス(EL)、有機EL、プラズマディスプレイ、電子ペーパ、イメージセンサなどの電気光学装置に広く適用することが可能である。
液晶表示装置100は、液晶アレイ部10と、ゲート線駆動回路(走査線駆動回路)30と、ソースドライバ40とを備える。後の説明により明らかになるが、本発明の実施の形態に係るシフトレジスタは、ゲート線駆動回路30に搭載される。
液晶アレイ部10は、行列状に配設された複数の画素15を含む。画素の行(以下「画素ライン」とも称する)の各々にはそれぞれゲート線GL1,GL2…(総称「ゲート線GL」)が配設され、また、画素の列(以下「画素列」とも称する)の各々にはそれぞれデータ線DL1,DL2…(総称「データ線DL」)がそれぞれ設けられる。図1には、第1行の第1列および第2列の画素15、並びにこれに対応するゲート線GL1およびデータ線DL1,DL2が代表的に示されている。
各画素15は、対応するデータ線DLと画素ノードNpとの間に設けられる画素スィッチ素子16と、画素ノードNpおよび共通電極ノードNCの間に並列に接続されるキャパシタ17および液晶表示素子18とを有している。画素ノードNpと共通電極ノードNCとの間の電圧差に応じて、液晶表示素子18中の液晶の配向性が変化し、これに応答して液晶表示素子18の表示輝度が変化する。これにより、データ線DLおよび画素スイッチ素子16を介して画素ノードNpへ伝達される表示電圧によって、各画素の輝度をコントロールすることが可能となる。即ち、最大輝度に対応する電圧差と最小輝度に対応する電圧差との間の中間的な電圧差を、画素ノードNpと共通電極ノードNCとの間に印加することによって、中間的な輝度を得ることができる。従って、上記表示電圧を段階的に設定することにより、階調的な輝度を得ることが可能となる。
ゲート線駆動回路30は、所定の走査周期に基づき、ゲート線GLを順に選択して活性化させる。画素スイッチ素子16のゲート電極は、それぞれ対応するゲート線GLと接続される。特定のゲート線GLが選択されている間は、それに接続する各画素において、画素スイッチ素子16が導通状態になり画素ノードNpが対応するデータ線DLと接続される。そして、画素ノードNpへ伝達された表示電圧がキャパシタ17によって保持される。一般的に、画素スイッチ素子16は、液晶表示素子18と同一の絶縁体基板(ガラス基板、樹脂基板等)上に形成されるTFTで構成される。
ソースドライバ40は、Nビットのデジタル信号である表示信号SIGによって段階的に設定される表示電圧を、データ線DLへ出力するためのものである。ここでは一例として、表示信号SIGは6ビットの信号であり、表示信号ビットDB0〜DB5から構成されるものとする。6ビットの表示信号SIGに基づくと、各画素において、26=64段階の階調表示が可能となる。さらに、R(Red)、G(Green)およびB(Blue)の3つの画素により1つのカラー表示単位を形成すれば、約26万色のカラー表示が可能となる。
また、図1に示すように、ソースドライバ40は、シフトレジスタ50と、データラッチ回路52,54と、階調電圧生成回路60と、デコード回路70と、アナログアンプ80とから構成されている。
表示信号SIGにおいては、各々の画素15の表示輝度に対応する表示信号ビットDB0〜DB5がシリアルに生成される。すなわち、各タイミングにおける表示信号ビットDB0〜DB5は、液晶アレイ部10中のいずれか1つの画素15における表示輝度を示している。
シフトレジスタ50は、表示信号SIGの設定が切り換わる周期に同期したタイミングで、データラッチ回路52に対して、表示信号ビットDB0〜DB5の取り込みを指示する。データラッチ回路52は、シリアルに生成される表示信号SIGを順に取り込み、1つの画素ライン分の表示信号SIGを保持する。
データラッチ回路54に入力されるラッチ信号LTは、データラッチ回路52に1つの画素ライン分の表示信号SIGが取り込まれるタイミングで活性化する。データラッチ回路54はそれに応答して、そのときデータラッチ回路52に保持されている1つの画素ライン分の表示信号SIGを取り込む。
階調電圧生成回路60は、高電圧VDHおよび低電圧VDLの間に直列に接続された63個の分圧抵抗で構成され、64段階の階調電圧V1〜V64をそれぞれ生成する。
デコード回路70は、データラッチ回路54に保持されている表示信号SIGをデコードし、当該デコード結果に基づいて各デコード出力ノードNd1,Nd2…(総称「デコード出力ノードNd」)に出力する電圧を、階調電圧V1〜V64のうちから選択して出力する。
その結果、デコード出力ノードNdには、データラッチ回路54に保持された1つの画素ライン分の表示信号SIGに対応した表示電圧(階調電圧V1〜V64のうちの1つ)が同時に(パラレルに)出力される。なお、図1においては、第1列目および第2列目のデータ線DL1,DL2に対応するデコード出力ノードNd1,Nd2が代表的に示されている。
アナログアンプ80は、デコード回路70からデコード出力ノードNd1,Nd2…に出力された各表示電圧に対応したアナログ電圧を電流増幅して、それぞれデータ線DL1,DL2…に出力する。
ソースドライバ40が、所定の走査周期に基づいて、一連の表示信号SIGに対応する表示電圧を1画素ライン分ずつデータ線DLへ繰り返し出力し、ゲート線駆動回路30がその走査周期に同期してゲート線GL1,GL2…を順に駆動することにより、液晶アレイ部10に表示信号SIGに基づいた画像の表示が成される。
なお、図1には、ゲート線駆動回路30およびソースドライバ40が液晶アレイ部10と一体的に形成された液晶表示装置100の構成を例示したが、ゲート線駆動回路30と液晶アレイ部10とを一体的に形成し、ソースドライバ40については液晶アレイ部10の外部回路として設ける、あるいはゲート線駆動回路30およびソースドライバ40については、液晶アレイ部10の外部回路として設けることも可能である。
図2は、ゲート線駆動回路30の構成を示す図である。このゲート線駆動回路30は、縦続接続(カスケード接続)した複数の単位シフトレジスタSR1,SR2,SR3,SR4…で構成される多段のシフトレジスタから成っている(説明の便宜上、縦続接続するシフトレジスタ回路SR1,SR2…を「単位シフトレジスタSR」と総称する)。各単位シフトレジスタSRは、1つの画素ラインすなわち1つのゲート線GLごとに設けられ、その各々の出力端子OUTが、対応するゲート線GLに接続される。
本実施の形態のゲート線駆動回路30では、最後段の単位シフトレジスタSRnのさらに次段に、ゲート線に接続されないダミーの単位シフトレジスタSRD(以下「ダミー段」)が設けられている。基本的にダミー段SRDも他の単位シフトレジスタSRと同様の構成を有している。
また図2に示すクロック信号発生器31は、互いに位相の異なる(活性期間が重ならない)クロック信号CLK,/CLKからなる2相クロックをゲート線駆動回路30の単位シフトレジスタSRに入力するものである。このクロック信号CLK,/CLKは互いに逆相であり、表示装置の走査周期に同期したタイミングで、交互に活性化するよう制御されている。
各単位シフトレジスタSRは、入力端子IN、出力端子OUT、クロック端子CKおよびリセット端子RSTを有している。図2のように、各単位シフトレジスタSRのクロック端子CKには、クロック信号CLK,/CLKのいずれかが供給される。具体的には、クロック信号CLKは奇数段の単位シフトレジスタSR1,SR3,SR5…に供給され、クロック信号/CLKは偶数段の単位シフトレジスタSR2,SR4,SR6…に供給される。
図2の例では最後段である第n段目(第nステージ)の単位シフトレジスタSRnは偶数段であり、当該単位シフトレジスタSRnには、クロック信号/CLKが供給されている。よって、ダミー段SRDは奇数段となり、そのクロック端子CKにはクロック信号CLKが供給される。
第1段目(第1ステージ)である単位シフトレジスタSR1の入力端子INには、ゲート線駆動回路30に信号のシフト動作を開始させるためのスタートパルスSPが入力される。スタートパルスSPは、スタート信号発生器32で生成される。本実施の形態において、スタートパルスSPは画像信号の各フレーム期間の先頭に対応するタイミングで活性化される(Hレベルになる)信号である。また第2段目以降の各単位シフトレジスタSRでは、入力端子INはその前段の単位シフトレジスタSRの出力端子OUTに接続される。
各単位シフトレジスタSRのリセット端子RSTは、その次段の単位シフトレジスタSRの出力端子OUTに接続される。最後段の単位シフトレジスタSRnのリセット端子RSTは、ダミー段SRDの出力端子OUTに接続される。なお、ダミー段SRDのリセット端子RSTには、そのクロック端子CKに入力されるクロック信号CLKとは位相の異なるクロック信号/CLKが入力される。
このように各単位シフトレジスタSRの出力端子OUTから出力される出力信号Gは、垂直(又は水平)走査パルスとしてそれぞれ対応するゲート線GLへと供給されると共に、自己の次段の入力端子INおよび自己の前段のリセット端子RSTへと供給される。
ゲート線駆動回路30の単位シフトレジスタSRの各々は、クロック信号CLK,/CLKに同期して、入力端子INに入力される信号(スタートパルスSPあるいは前段の出力信号G)を時間的にシフトさせながら、対応するゲート線GL並びに後段の単位シフトレジスタSRへと伝達する。その結果、各単位シフトレジスタSRの出力信号は、G1,G2,G3…と順番に活性化される(単位シフトレジスタSRの動作の詳細は後述する)。従って、一連の単位シフトレジスタSRは、所定の走査周期に基づいたタイミングでゲート線GLを順に活性化させる、いわゆるゲート線駆動ユニットとして機能する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る単位シフトレジスタSRの構成を示す回路図である。本実施の形態の単位シフトレジスタSRを構成するトランジスタは、全て同一導電型の電界効果トランジスタであるが、以下に示す実施の形態および変更例においては全てN型TFTであるものとする。
なおゲート線駆動回路30においては、縦続接続された各単位シフトレジスタSRの構成は実質的にどれも同じであるので、ここでは代表的に第k段目の単位シフトレジスタSRkについて説明する。また単位シフトレジスタSRkのクロック信号CLKにはクロック信号CLKが入力されているものとする(図2の奇数段目がこれに該当する)。
図3の如く、単位シフトレジスタSRkは、図2にも示した入力端子IN、出力端子OUT、クロック端子CKおよびリセット端子RSTの他に、低電位側電源電位(ロー側電源電位)VSSが供給される第1電源端子S1、高電位側電源電位(ハイ側電源電位)VDD1,VDD2,VDD3がそれぞれ供給される第2、第3および第4電源端子S2,S3,S4を有している。ハイ側電源電位VDD1〜VDD3は、全て同一レベルであってもよい。以下の説明ではロー側電源電位VSSを回路の基準電位(=0)として説明するが、実使用では、画素に書き込まれるデータの電圧を基準にして基準電位が設定され、例えばハイ側電源電位VDD1〜VDD3は17V、ロー側電源電位VSSは−12Vなどと設定される。
単位シフトレジスタSRkは、出力回路20、プルアップ駆動回路21、プルダウン駆動回路22から構成されている。出力回路20は、出力信号Gkの活性化および非活性化を行うものであり、以下のトランジスタQ1,Q2,Q12,Q13から構成されている。
トランジスタQ1は、出力端子OUTと第2電源端子S2との間に接続しており、電位VDD1を出力端子OUTに供給することで出力端子OUTを充電するものである。トランジスタQ2は、出力端子OUTと第1電源端子S1との間に接続しており、電位VSSを出力端子OUTに供給することで出力端子OUTを放電するものである。ここでトランジスタQ1のゲート(制御電極)が接続するノードを「ノードN1」、トランジスタQ2のゲートが接続するノードを「ノードN2」と定義する。詳細は後述するが、ノードN1はプルアップ駆動回路21の出力端となり、ノードN2はプルダウン駆動回路22の出力端となる。
トランジスタQ12は、トランジスタQ2と同様に出力端子OUTと第1電源端子S1との間に接続するが、そのゲート(制御電極)はリセット端子RSTに接続される。即ち、トランジスタQ12は、リセット端子RSTに供給されるリセット信号である次段の出力信号Gk+1(最後段の単位シフトレジスタSRnの場合はダミー段SRDの出力信号GDM)の活性化に応じて出力端子OUTを放電するものである。トランジスタQ13は、入力端子INに接続したゲートを有し、出力端子OUTとクロック端子CKとの間に接続する。即ち、トランジスタQ13は、入力端子INに供給される入力信号である前段の出力信号Gk-1(最前段の単位シフトレジスタSR1の場合はスタートパルスSP)の活性化に応じて、クロック端子CKに入力されるクロック信号CLK(奇数段の場合はクロック信号/CLK)を出力端子OUTに供給するものである。
プルアップ駆動回路21は、トランジスタQ1(出力プルアップトランジスタ)を駆動する回路であり、その出力端はトランジスタQ1のゲート(ノードN1)に接続される。プルアップ駆動回路21は、トランジスタQ1を、ゲート線GLkの選択期間はオンにし、非選択期間はオフにするよう機能する。そのためプルアップ駆動回路21は、入力端子INに入力される前段の出力信号Gk-1の活性化に応じてノードN1(トランジスタQ1のゲート)を充電し、リセット端子RSTに入力される次段の出力信号Gk+1の活性化に応じてノードN1を放電するように動作する。
プルアップ駆動回路21は、以下のトランジスタQ3〜Q5,Q8〜Q11,Q14〜Q16から構成される。ノードN1とクロック端子CKとの間に接続するトランジスタQ3は、クロック端子CKに入力されるクロック信号CLKをノードN1に供給するものである。トランジスタQ3のゲートが接続するノードを「ノードN3」と定義する。
トランジスタQ4,Q5は共に、ノードN1と第1電源端子S1との間に接続し、それぞれがノードN1を放電するものである。トランジスタQ4のゲートはリセット端子RSTに接続され、トランジスタQ5のゲートはノードN2に接続される。
また第2電源端子S2と第1電源端子S1との間には、トランジスタQ9,Q10が直列に接続されている。トランジスタQ9,Q10間の接続ノードを「ノードN4」と定義すると、トランジスタQ9は、第2電源端子S2とノードN4との間に接続し、そのゲートはノードN1に接続される。トランジスタQ10は、ノードN4と第1電源端子S1との間に接続する。トランジスタQ10のゲートが接続するノードを「ノードN5」と定義する。またノードN4と第1電源端子S1との間には、ゲートがノードN2に接続したトランジスタQ11も接続される。
トランジスタQ10は、トランジスタQ9よりもオン抵抗が充分小さく(つまり駆動能力が大きく)設定されている。よってトランジスタQ9,Q10は、ノードN5を入力端、ノードN4を出力端とするレシオ型インバータを構成している。当該インバータにおいて、トランジスタQ9は負荷素子、トランジスタQ10は駆動素子として機能する。但し、トランジスタQ9,Q10が実質的にインバータとして機能できるのは、ノードN1がHレベルのとき(出力信号Gkの活性期間に相当)である。それ以外の期間には、トランジスタQ11がオンになってノードN4のレベルはLレベルに固定される。
またノードN1とノードN4との間(トランジスタQ9のゲート・ソース間)には容量素子C1が接続される。この容量素子C1は、ノードN1,N4間を容量結合しており、ノードN4のレベルが上昇するのに従ってノードN1を昇圧するよう機能する。
ノードN5と第3電源端子S3との間には、ゲートが入力端子INに接続したトランジスタQ14が接続する。即ち、トランジスタQ14は前段の出力信号Gk-1(入力信号)の活性化に応じてノードN5を充電するものである。なお、トランジスタQ14のドレインは、第3電源端子S3でなく入力端子INに接続させてもよい(即ち、トランジスタQ14は入力端子INとノードN5との間にダイオード接続されていてもよい)。
またノードN5と第1電源端子S1との間には、それぞれノードN5を放電するトランジスタQ15,Q16が接続される。トランジスタQ15のゲートはノードN2に接続され、トランジスタQ16のゲートは出力端子OUTに接続される。
ノードN3とノードN5との間には、ゲートが第3電源端子S3に接続したトランジスタQ8が接続される。トランジスタQ8は、ゲート電位が一定に固定されているが、ノードN3,N5の電位変化に応じてオン、オフが切り換わり、それによってノードN3の充電および放電が行われる(詳細は後述する)。
一方、プルダウン駆動回路22は、トランジスタQ2(出力プルダウントランジスタ)を駆動する回路であり、その出力端はトランジスタQ2のゲート(ノードN2)に接続される。プルダウン駆動回路22は、トランジスタQ2を、ゲート線GLkの選択期間はオフにし、非選択期間はオンにするよう機能する。そのためプルダウン駆動回路22は、前段の出力信号Gk-1(入力信号)の活性化に応じてノードN2を放電し、次段の出力信号Gk+1(リセット信号)の活性化に応じてノードN2を充電するように動作する。
また上記のとおり、ノードN2にはプルアップ駆動回路21のトランジスタQ5,Q11,Q15のゲートも接続されており、プルダウン駆動回路22はこれらの駆動にも用いられている。
プルダウン駆動回路22は、以下のトランジスタQ6,Q7,Q17〜Q19により構成されている。トランジスタQ6は、ノードN2と第4電源端子S4との間に接続し、そのゲートは第4電源端子S4に接続されている(即ちトランジスタQ6はダイオード接続されている)。トランジスタQ7はノードN2と第1電源端子S1との間に接続する。トランジスタQ7のゲートが接続するノードを「ノードN6」と定義する。
トランジスタQ7は、トランジスタQ6よりもオン抵抗が充分小さく(つまり駆動能力が大きく)設定されている。よって、ノードN6の電位が上昇するとノードN2の電位は下降し、ノードN6の電位が下降するとノードN2の電位は上昇する。即ちトランジスタQ6,Q7は、ノードN6を入力端、ノードN2を出力端とするレシオ型インバータを構成している。当該インバータでは、トランジスタQ6は負荷素子、トランジスタQ7は駆動素子として機能する。
ノードN6と第4電源端子S4との間には、ゲートが入力端子INに接続したトランジスタQ17が接続される。ノードN6と第1電源端子S1との間には、それぞれノードN6を放電するトランジスタQ18,Q19が接続される。トランジスタQ18のゲートはノードN2に接続され、トランジスタQ19のゲートはリセット端子RSTに接続される。
以下、本実施の形態に係る単位シフトレジスタSRの具体的な動作を説明する。ゲート線駆動回路30を構成する各単位シフトレジスタSRおよびダミー段SRDの動作は実質的にどれも同じであるので、ここでも代表的に第k段目の単位シフトレジスタSRkの動作を説明する。また単位シフトレジスタSRkには、クロック端子CKにクロック信号CLKが入力されているものとする(図2の奇数段目がこれに該当する)。
説明の簡単のため、以下では特に示さない限り、クロック信号CLK,/CLKおよびスタートパルスSPのHレベルの電位は全て等しいと仮定し、そのレベルをVDDとする。またVDDはハイ側電源電位VDD1〜VDD3のレベルとも等しいとする(即ち、VDD1=VDD2=VDD3=VDD)。またクロック信号CLK,/CLKおよびスタートパルスSPのLレベルの電位はロー側電源電位VSSと等しいものとし、その電位を0Vとする(VSS=0)。さらに、各トランジスタのしきい値電圧は全て等しいと仮定し、その値をVthとする。なお、クロック信号CLK,/CLKは、互いに1水平期間(1H)の位相差を持つ繰り返し信号である(図4参照)。
図4は、実施の形態1に係る単位シフトレジスタの動作を説明するためのタイミング図である。単位シフトレジスタSRkの動作を、同図を参照しつつ説明する。
まず時刻t1直前における単位シフトレジスタSRkの初期状態として、ノードN1がLレベル(VSS)、ノードN2がHレベル(VDD−Vth)であると仮定する(以下、この状態を「リセット状態」と称す)。リセット状態では、トランジスタQ1がオフ、トランジスタQ2がオンであり、出力端子OUT(出力信号Gk)はLレベルに保たれる。即ち単位シフトレジスタSRkが接続するゲート線GLkは非選択状態にある。
また時刻t1の直前では、単位シフトレジスタSRkのクロック端子CK(クロック信号CLK)、リセット端子RST(次段の出力信号Gk+1)、入力端子IN(前段の出力信号Gk-1)は何れもLレベルであるとする。よってトランジスタQ4,Q12〜Q14,Q17,Q19はオフ状態である。一方、ノードN2がHレベルなのでトランジスタQ11,Q15,Q18はオン状態であり、そのためノードN4,N5,N6はLレベル(VSS)になっている。またノードN5がLレベルのときトランジスタQ8はオン状態であるので、ノードN3もLレベル(VSS)になっている。よってトランジスタQ3はオフ状態である。
その状態から、時刻t1で、クロック信号/CLKの立ち上がりと共に、前段の出力信号Gk-1が活性化されたとする。
プルダウン駆動回路22では、前段の出力信号Gk-1のレベルが上昇すると、トランジスタQ17がオンになる。このときトランジスタQ18もオンしているが、トランジスタQ17はトランジスタQ18よりもオン抵抗が充分低く設定されており、ノードN6のレベルは上昇する。応じて、トランジスタQ7がオンになり、ノードN2はLレベルになる。よってトランジスタQ18はオフになり、ノードN6は電位VDD−VthのHレベルになる。
一方、プルアップ駆動回路21では、前段の出力信号Gk-1のレベルが上昇すると、トランジスタQ14がオンになる。このとき出力信号GkはLレベルなのでトランジスタQ16はオフ状態であり、また上記のプルダウン駆動回路22の動作によりノードN2がLレベルに変化するのでトランジスタQ15もオフになる。よってノードN5はトランジスタQ14により充電されて、電位VDD−VthのHレベルになる。
ノードN5のレベルが上昇するとき、オン状態のトランジスタQ8を通してノードN3へと電流が流れ込む。トランジスタQ8のゲートは電位VDDであるので、ノードN3はノードN5と同じ電位VDD−Vthになる。
なお、ノードN2がLレベルになったときトランジスタQ5がオフになるが、それとほぼ同時にノードN3がHレベルになることでトランジスタQ3がオンし、ノードN1へはLレベル(VSS)になっているクロック信号CLKが供給されるため、ノードN1はLレベルに維持される。同様にノードN2がLレベルになったときトランジスタQ11もオフになるが、それとほぼ同時にノードN5がHレベルになりトランジスタQ10がオンするので、ノードN4もLレベルに維持される。
出力回路20では、前段の出力信号Gk-1の活性化に応じてトランジスタQ13がオンになり、Lレベル(VSS)になっているクロック信号CLKが出力端子OUTへと供給される。そのため、上記のプルダウン駆動回路22の動作によりノードN2がLレベルになりトランジスタQ2がオフになっても、出力信号Gkは低インピーダンスでLレベルに維持される。
その後、時刻t2でクロック信号/CLKが立ち下がるが、前段の出力信号Gk-1はHレベルに維持される(詳細は後述する)。また時刻t2では、単位シフトレジスタSRkの各ノードのレベル変化は無い。
時刻t3で、クロック信号CLKが立ち上がると、オン状態のトランジスタQ3を通してノードN1が充電される。ノードN1のレベルが上昇するとき、トランジスタQ3のゲート・チャネル間容量を介する結合により、ノードN3の電位が昇圧される。このときトランジスタQ8はオフになるので、ノードN3はトランジスタQ3を非飽和領域で動作させる電位にまで上昇する。よってノードN1は高速に充電(プリチャージ)され、クロック信号CLKと同じ電位VDDのHレベルになる。このようにノードN1がHレベル、ノードN2がLレベルになった状態を、単位シフトレジスタSRkの「セット状態」と称する。
セット状態では、トランジスタQ1がオン、トランジスタQ2がオフになるので、出力端子OUTはトランジスタQ1を通して第2電源端子S2から流れ込む電流によって充電され、出力信号Gkのレベルが上昇する。
なお、ノードN1がHレベルになった時点では、前段の出力信号Gk-1は立ち下がる前でありトランジスタQ13はオンしているため、出力端子OUTへはトランジスタQ13を通してクロック端子CKからも電流が流れ込む。つまり図3の回路では、トランジスタQ13を流れる電流も、出力端子OUTの立ち上がりに寄与している。
またノードN1がHレベルになったときトランジスタQ9もオンするが、ノードN5がHレベルでありオン抵抗の小さいトランジスタQ10がオンしているため、この時点ではノードN4はLレベルのままである。より詳細には、図4に示されているように、時刻t3でノードN1のレベルが上昇するとき、容量素子C1による結合によりノードN4のレベルも僅かに上昇する。さらに、このノードN4のレベル上昇は、トランジスタQ10のドレイン・ゲート間のオーバラップ容量を介して、ノードN5のレベルを若干上昇させる。
出力端子OUTの充電が進み、出力信号GkのレベルがトランジスタQ16のしきい値電圧Vthを超えると、トランジスタQ16がオンし、ノードN5のレベルが低下する(トランジスタQ16はトランジスタQ14よりもオン抵抗が充分低く設定されている)。するとトランジスタQ8はオン状態になり、ノードN3からノードN5へと電流が流れ、ノードN3のレベルはノードN5に追随して低下する。応じてトランジスタQ3はオフになり、ノードN1は高インピーダンス状態(フローティング状態)のHレベルになる。
またノードN5がLレベルになるとトランジスタQ10がオフになる。このときノードN1はHレベルでありトランジスタQ9はオン状態である。よってノードN4はトランジスタQ9により充電され、そのレベルが上昇する(時刻tD)。ノードN4のレベルが上昇するとき、容量素子C1を介する結合により、ノードN1が昇圧される。なお、トランジスタQ9がノードN4を充電するとき、容量素子C1によってトランジスタQ9自身のゲート(ノードN1)が昇圧され、トランジスタQ9は非飽和領域で動作するので、ノードN4は電位VDDまで上昇する(つまりトランジスタQ9および容量素子C1はブートストラップ回路を構成している)。
このようにノードN1が昇圧されるタイミング、すなわちノードN4のレベルが上昇する時刻tDは、ノードN5のレベルが低下してトランジスタQ3がオフになった直後になる。またノードN1は、トランジスタQ3がオフになるまでの充電(プリチャージ)によって充分高いレベルに達している。従って時刻tDでノードN1が昇圧されると、当該ノードN1はトランジスタQ1を非飽和領域で動作させるのに充分な電位にまで高められる。その結果、出力信号GkのHレベルの電位は、第2電源端子S2と同じVDDにまで達する。
理論的には、ノードN4のレベルが上昇する時刻tD(ノードN1が昇圧される時刻)が、トランジスタQ3がオフした後(ノードN3,N5がLレベルになった後)になるように、ノードN1の充電が開始されるクロック信号CLKの立ち上がりタイミングから一定時間だけ遅れていればよい。図3の単位シフトレジスタSRkでは、出力信号Gkの立ち上がりに応じてノードN5が放電され、さらにそれに応じてノードN4が充電されるように構成することで、その遅延時間を確保していたが、他の手法を採用してもよい。例えば、ゲート線駆動回路30にクロック信号CLKを遅延させる遅延回路を設け、その出力信号の立ち上がりに応じてノードN1が昇圧されるように構成してもよい。
なお、前段の出力信号Gk-1は、当該単位シフトレジスタSRkの出力信号Gkが所定の電位にまで上昇し、前段の単位シフトレジスタSRk-1のトランジスタQ12がオンすることで立ち下げられる(そのため当該単位シフトレジスタSRkの出力信号Gkと前段の出力信号Gk-1とでは、活性期間に若干の重なりが生じる)。
前段の出力信号Gk-1がLレベルになると、出力回路20ではトランジスタQ13がオフとなり、出力信号Gkの立ち上げに対するトランジスタQ13の寄与はそこで終了する。一方、プルアップ駆動回路21では、トランジスタQ14がオフになり、ノードN5のLレベルの電位はVSSになる。またプルダウン駆動回路22では、トランジスタQ17がオフになるのでノードN6はフローティング状態でHレベルに維持される。
なお、図4において、時刻t3からの一定期間にノードN6のレベルが若干下がっているが、これは前段の出力信号Gk-1が立ち下がるときに、トランジスタQ17のゲート・ソース間のオーバラップ容量を介する結合により、ノードN6のレベルが引き下げられるからである。
ここでトランジスタQ8の動作に注目する。まず単位シフトレジスタSRkがリセット状態の期間は、ノードN5がLレベル(VSS)であるのでゲート電位がVDDのトランジスタQ8はオンになり、ノードN3をノードN5と同じ電位VSSに維持する。そして前段の出力信号Gk-1の立ち上がりに応じてノードN5が充電される段階(時刻t1〜時刻t3)では、ノードN5からノードN3へと電流を流し、ノードN3を電位VDD−VthのHレベルにする。
そしてクロック信号CLKの立ち上がりに応じてノードN1の充電(プリチャージ)が開始される段階(時刻t3)では、トランジスタQ3のゲート・チャネル間容量によりノードN3が昇圧されるので、電位関係によりノードN5側がトランジスタQ8のソースとなる。このときノードN5の電位はVDD−Vthであるので、トランジスタQ8のゲート(第3電源端子S3)・ソース(ノードN5)間電圧はVthとなり、当該トランジスタQ8はオンとオフの境界状態になる。よってトランジスタQ8にはノードN3からノードN5への方向にサブスレッシュホールド電流が流れるが、これは微小な電流なので、ノードN30が昇圧されている短い期間(≒tD−t3)にノードN3から放出される電荷は無視できる程度である。
そして出力信号Gkの立ち上がりに応じてノードN5が放電される段階(時刻t3〜時刻tD)では、トランジスタQ8はオンになり、今度はノードN3からノードN5へと電流を流し、ノードN3をLレベル(VSS)にする。その後もノードN5がLレベルの間はトランジスタQ8はオン状態であり、ノードN3はLレベルに維持される。
このようにトランジスタQ8は、ノードN3およびノードN5の電位変化に応じて、その機能が変化する。即ち、トランジスタQ8は、ノードN5の充電時にはノードN5のレベルを直接ノードN3に伝達する抵抗素子として働き、ノードN3の昇圧時にはノードN3とノードN5との間を遮断する遮断素子として働き、さらに、ノードN5の放電時にはノードN3の電荷をノードN5に放出する抵抗素子として働く。
ここではトランジスタQ8のゲートに供給される電位VDD2は、前段の出力信号Gk-1のHレベルの電位(つまりクロック信号CLK,/CLKのHレベルの電位)と同じVDDとして説明したが、トランジスタQ8がこのように動作可能な電位であればよい。例えば電位VDD2が低過ぎると、トランジスタQ8がノードN3を充分に高いレベルまで充電できず、ノードN3が昇圧されてもトランジスタQ3が非飽和領域で動作できないので好ましくない。一方、電位VDD2がVDDよりも高く設定されると、ノードN3が昇圧されるときにトランジスタQ8がオフにならない(遮断素子として機能しない)ので問題である。つまり電位VDD2は、VDD以下であり、且つノードN3の昇圧時にトランジスタQ3が非飽和領域で動作可能な範囲であればよい。
再び図4を参照する。時刻t4でクロック信号CLKが立ち下がるが、単位シフトレジスタSRkの各ノードのレベル変化はない。よって出力信号GkはHレベルに維持される。
続く時刻t5でクロック信号/CLKが立ち上がると、次段の出力信号Gk+1が活性化される。すると出力回路20では、トランジスタQ12がオンになるので、出力端子OUTが放電され、出力信号GkはLレベルになる。またこのときプルアップ駆動回路21のトランジスタQ4がオンになり、ノードN1が放電されてLレベルになる。よってトランジスタQ1はオフになり、トランジスタQ1,Q12を通して流れる貫通電流の発生が抑えられる。
またプルダウン駆動回路22においては、トランジスタQ19がオンになるので、ノードN6が放電されてLレベルになる。応じてトランジスタQ7がオフになり、ノードN2がHレベルになる。つまり、単位シフトレジスタSRはリセット状態(時刻t1直前の初期状態)に戻る。従って、トランジスタQ2,Q5,Q11,Q15,Q18がオンになり、出力端子OUT、ノードN1,N4,N5,N6が低インピーダンスのLレベルになる。この状態は、次のフレーム期間で前段の出力信号Gk-1が活性化されるまで維持される。
このように図3の単位シフトレジスタSRkは、前段の出力信号Gk-1(あるいはスタートパルスSP)の活性化に応じてトランジスタQ3がオンになり、その次にクロック端子CKのクロック信号が活性化するのに応じて出力信号Gkを活性レベル(Hレベル)にし、その後、次段の出力信号Gk+1(あるいはダミー段SRDの出力信号GDM)の活性化に応じて出力信号Gkを非活性レベル(Lレベル)にする。
よってゲート線駆動回路30においては、単位シフトレジスタSR1に入力されるスタートパルスSPの活性化を切っ掛けにして、クロック信号CLK,/CLKに同期したタイミングで出力信号G1,G2,G3…が順に活性化される。それによって、ゲート線駆動回路30は、所定の走査周期でゲート線GL1,GL2,GL3…を順番に駆動することができる。
先に述べたように、従来の単位シフトレジスタ(特許文献1の図7)では、ゲート線の充電に用いられる第1トランジスタ(M1)にクロック信号(CKV)が供給されていた。そのためクロック信号(CKV)の立ち上がり時に、第1トランジスタ(M1)のオーバラップ容量を通して流れる容量結合電流が生じる。この電流は1つの単位シフトレジスタではそれほど大きいものではないが、ゲート線駆動回路は同一のクロック信号が供給される単位シフトレジスタを多く有するため、ゲート線駆動回路で考えるとその電流は相当に大きくなる。特に、上記第1トランジスタはゲート線を高速に充電できるようにゲート幅が広く設定されるのでオーバラップ容量が大きい。そのため容量結合電流も大きく、それによる消費電力の増大を招いていた。
一方、図3の単位シフトレジスタSRkにおいて、クロック信号CLKが供給されるのはトランジスタQ3とトランジスタQ13である。トランジスタQ3はノードN1を充電するものであるが、ノードN1に関与する容量成分は、ゲート線GLkの寄生容量に比べると極めて小さい。具体的には、ノードN1に関与する容量成分は、容量素子C1と、トランジスタQ1のゲート容量、ゲート・ドレインオーバラップ容量およびゲート・ソースオーバラップ容量と、トランジスタQ4,Q5それぞれのドレイン・ゲートオーバラップ容量である。これら容量成分の総和は、ゲート線GLkの寄生容量よりも1桁以上小さい。そのためトランジスタQ3のゲート幅は、ゲート線GLkの充電に用いられるトランジスタQ1のゲート幅よりも相当量小さくてよい。
またトランジスタQ13の動作の主目的は、前段の出力信号Gk-1の活性期間に、出力端子OUTが高インピーダンス状態になることを防止することである。出力端子OUTは、前段の出力信号Gk-1が活性化するまではトランジスタQ2によってLレベルに維持されているので、トランジスタQ13は既に放電されている出力端子OUTをLレベルに維持すればよい。よってトランジスタQ13は大きな電流を流す必要がなく、高い駆動能力は要求されない。そのためトランジスタQ13は、トランジスタQ1よりも1桁以上小さいゲート幅のものでよい。
このように図3の単位シフトレジスタSRkでは、ゲート幅が小さいトランジスタQ3,Q13だけにクロック信号が供給される(ゲート幅が大きいトランジスタQ1にはクロック信号が供給されない)。トランジスタQ3,Q13はオーバラップ容量が小さいので、それに生じる容量結合電流が小さい。よって単位シフトレジスタSRkの消費電力を小さくできる。特に、ゲート線駆動回路30のような多段の単位シフトレジスタにおいて、その効果は大きくなる。
なお、上記したように図3の単位シフトレジスタSRkでは、ノードN1が充分高い電位に昇圧されるように、ノードN1の充電開始(時刻t3)に遅れてトランジスタQ10がオフになる(時刻tD)。そのため図4の時刻t3〜時刻tDの間に、トランジスタQ9,Q10を通して第2電源端子S2から第1電源端子S1へと流れる貫通電流が生じる。しかしその期間は短く、またその貫通電流は選択期間にある1段の単位シフトレジスタだけに生じるものであるので、ゲート線駆動回路30全体の電力消費には殆ど影響しない。
[第1の変更例]
図3においては、トランジスタQ13は出力端子OUTとクロック端子CKとの間に接続させていたが、図5に示すように、トランジスタQ13のソースは第1電源端子S1に接続させてもよい。但し、上記したように本実施の形態では当該単位シフトレジスタSRkの出力信号Gkと前段の出力信号Gk-1とはその活性期間に若干の重なりがあるので、図5の構成ではその重なりの期間にトランジスタQ1,Q13を通して貫通電流が流れ、それが消費電力を増大させる要因となり得る点に留意する必要がある。
他方、図3の構成では、出力信号Gkの立ち上げにトランジスタQ13も寄与することができる。この場合、上記の貫通電流は生じないが、トランジスタQ13のソース(ドレイン)・ゲートオーバラップ容量を流れる容量結合電流が生じ、これも消費電力増大の要因となる。どちらの構成を採用するかは、単位シフトレジスタSRkの回路に要求される電気的特性に応じて選択すればよい。
なお、トランジスタQ13は、前段の出力信号Gk-1の活性期間に出力端子OUTが高インピーダンスになることを防止するものであるが、その期間(1水平期間(1H))は短いので、その間に出力端子OUTが高インピーダンスになっても、画像表示装置の表示特性上問題となることは殆どない。よってトランジスタQ13は省略してもよい。
本変更例は、以下の全ての実施の形態およびその変更例についても適用できる。
[第2の変更例]
図3の単位シフトレジスタSRkにおいて、プルダウン駆動回路22のトランジスタQ6は、インバータの負荷素子として働く。プルダウン駆動回路22のインバータの負荷素子は、ゲート線GLkの非選択期間にノードN2をHレベルに保持する働きができるものであればよい。よってトランジスタQ6に代えて、例えば定電流素子や抵抗素子などの電流駆動素子を用いてもよい。
また図3では、トランジスタQ6のゲートに一定のハイ側電源電位VDD3を供給していたが、それに代えて次段の出力信号Gk+1と同相のクロック信号/CLKを供給してもよい。単位シフトレジスタSRkが出力信号Gkを活性化させるのに際し、トランジスタQ7は2水平期間(図4の時刻t1〜時刻t5)オンになる。図3の回路ではその2水平期間、終始トランジスタQ6,Q7を通して貫通電流が流れるが、トランジスタQ7のゲートにクロック信号/CLKを供給した場合にはそのうち半分の期間はトランジスタQ6がオフになるので、貫通電流を半分にすることができる。あるいは、トランジスタQ6のゲートとドレインの両方にクロック信号/CLKを供給してもよい。
本変更例は、以下の全ての実施の形態およびその変更例についても適用できる。
[第3の変更例]
図6は、実施の形態1の第3の変更例に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図3の回路に対し、プルダウン駆動回路22のトランジスタQ18のソースを入力端子INに接続させている。
図3の回路では、前段の出力信号Gk-1が活性化されてトランジスタQ17がノードN6を充電し始めた時点では、トランジスタQ18はオン状態である。トランジスタQ18は、ノードN6の充電が進んでトランジスタQ7がオンになり、応じてノードN2がLレベルになったときにオフになる。そのためトランジスタQ17はトランジスタQ18よりもオン抵抗が充分小さいことが必要である。
それに対し、図6の単位シフトレジスタSRkでは、前段の出力信号Gk-1が活性化したとき、トランジスタQ18はそのソース電位が高くなるためオフになる。つまり、トランジスタQ17がオンになるのとほぼ同時にトランジスタQ18がオフになり、その状態でノードN6の充電が行われる。よって本変更例によれば、トランジスタQ17,Q18のオン抵抗値と無関係にノードN6の充電が可能になり、回路設計が容易になる。
本変更例は、以下の全ての実施の形態およびその変更例についても適用できる。
[第4の変更例]
図7は、実施の形態1の第4の変更例に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図3の回路に対し、プルアップ駆動回路21のトランジスタQ4のソース(ドレイン)をクロック端子CKに接続させ(トランジスタQ4をノードN1とクロック端子CKとの間に接続させ)、当該トランジスタQ4のゲートを出力端子OUTに接続させたものである。
図3の単位シフトレジスタSRkでは、出力信号Gkの非活性化(HレベルからLレベルへの変化)は、次段の出力信号Gk+1の活性化に応じてトランジスタQ12がオンすることにより行われる。このときトランジスタQ4も次段の出力信号Gk+1の活性化に応じてオンになり、ノードN1がLレベルになってトランジスタQ1がオフになる。それにより、トランジスタQ1,Q12を通して流れる貫通電流が抑制される。しかしノードN1の放電には一定の時間を要するため、トランジスタQ1がオフになるタイミングはトランジスタQ12がオフになるタイミングよりもその放電時間分だけ遅れる。そのためトランジスタQ1,Q12が同時にオン状態になる時間が僅かに存在し、その期間に貫通電流が流れる。
図7の回路では、出力信号GkがHレベルのとき、クロック信号CLKの立ち下がる時点(図4の時刻t4に相当)でトランジスタQ4によるノードN1の放電が開始され、それによりトランジスタQ1がオフになる。このとき出力信号GkのHレベルは、ゲート線の寄生容量によって保持される。但し、トランジスタQ1のゲート容量およびオーバラップ容量を介した結合のため、ノードN1がLレベルになるときに出力信号Gkのレベルが若干低下する(この低下量は、トランジスタQ1のゲート容量およびオーバラップ容量とゲート線GLkの寄生容量との比で決まる)。
一方、トランジスタQ12は、図3の場合と同様に次段の出力信号Gk+1の活性化に応じてオンになり、それによって出力信号Gkが非活性化される。
本変更例によれば、図3の回路よりも、トランジスタQ1がオフになるタイミングが早くなるので、トランジスタQ1,Q12が共にオンする期間を短くでき貫通電流の発生を抑制することができる。
図4に示されているようにクロック信号CLKの立ち下がりとクロック信号/CLKの立ち上がりには一定の時間間隔(時刻t4〜時刻t5)があるが、特にトランジスタQ4によるノードN1の放電時間をこの時間間隔より短く設定すれば、トランジスタQ1,Q12が共にオンする期間を完全に無くすことができる。
但し図7の回路では、トランジスタQ4のソース(ドレイン)にもクロック信号CLKが供給されるので、トランジスタQ3,Q13のみならず、トランジスタQ4においてもそのオーバラップ容量を流れる容量結合電流が発生する。従って、その容量結合電流による消費電力が、図3の回路で生じていたトランジスタQ1,Q12を流れる貫通電流による消費電力よりも小さい場合でなければ、本変更例による消費電力低減の効果は事実上得られない。
本変更例は、以下の全ての実施の形態およびその変更例についても適用できる。
[第5の変更例]
図8は、実施の形態1の第5の変更例に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、ゲート線GLkに供給する出力信号Gk(本変更例では以下「第1出力信号」と称す)とは別に、単位シフトレジスタSRk-1のトランジスタQ4のゲートに供給するための出力信号GDk(以下「第2出力信号」)を生成することを可能にしたものである。つまり本変更例の単位シフトレジスタSRkにおいては、トランジスタQ4のゲートには、次段の第2出力信号GDk+1が供給される。
図8の単位シフトレジスタSRkは、図3の回路に対し、出力回路20にトランジスタQ1D,Q2D,Q12D,Q13Dから成る第2出力信号GDkの生成回路を設けたものである。トランジスタQ1Dは、第2出力信号GDkの出力端子OUTDと第2電源端子S2との間に接続し、そのゲートはノードN1に接続する。トランジスタQ2Dは、出力端子OUTDと第1電源端子S1との間に接続し、そのゲートはノードN2に接続する。トランジスタQ12Dは出力端子OUTDと第1電源端子S1との間に接続し、そのゲートはリセット端子RSTに接続される。トランジスタQ13Dは出力端子OUTDとクロック端子CKとの間に接続し、そのゲートは入力端子INに接続される。
図8から分かるように、本変更例に係る単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ1,Q2,Q12,Q13から成る第1出力信号Gkの生成回路と、トランジスタQ1D,Q2D,Q12D,Q13Dから成る第2出力信号GDkの生成回路とは、同じ構成を有している。そのため第1出力信号Gkと第2出力信号GDkとはほぼ同じ波形の信号となる。従って、図8の単位シフトレジスタSRkは、図3の回路と同様に動作することができる。
第1出力信号Gkが供給されるゲート線GLkは、大きな寄生容量を有している。一方、第2出力信号GDkが供給される前段のトランジスタQ4のゲート容量は、ゲート線GLkの寄生容量に比べて極めて小さい。そのため第2出力信号GDkは、第1出力信号Gkよりもその立ち上がり速度が速くなる。
従って、単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ12のゲートに供給される次段の第1出力信号Gk+1よりも、トランジスタQ4のゲートに供給される次段の第2出力信号GDk+1の方が高速に立ち上がる。よって図3の場合よりも、トランジスタQ4がノードN1を放電するタイミングが早くなり、トランジスタQ1,Q12の両方がオンになる期間が短くなる。その結果、トランジスタQ1,Q12を流れる貫通電流を低減することができる。
なお、第2出力信号GDkは、第1出力信号Gkとほぼ同じ波形の信号であるので、次段の入力端子IN(つまりトランジスタQ14,Q17のゲート)にも出力信号Gkを供給してもよい。
本変更例は、以下の全ての実施の形態およびその変更例についても適用できる。但し、後述する実施の形態7に適用する場合には、第2出力信号GDkを前段の単位シフトレジスタSRk-1のトランジスタQ4に供給するか、次段の単位シフトレジスタSRk+1のトランジスタQ4に供給するかを、信号のシフト方向に応じて切り換える回路が必要になる。
[第6の変更例]
表示装置において、ゲート線駆動回路30からゲート線GLに供給される出力信号Gの立ち下がりは、表示信号が画素に書き込まれるタイミングを規定する。表示信号のタイミングを固定して考えると、例えば第k行目のゲート線GLkに供給される出力信号Gkの立ち下がりが遅い場合、第k行目の画素にその次の行(第k+1行目)に書き込まれるべきデータが誤書き込みされるため問題となる。そこで本変更例では、出力信号Gの立ち下がりを高速化することが可能な単位シフトレジスタSRを提案する。
ここで、図3の単位シフトレジスタSRkにおいては、出力信号Gkの立ち下げ(非活性化)は次段の出力信号Gk+1の立ち上がりに応じてトランジスタQ12がオンすることによって行われていた。そのため出力信号Gkの立ち下がり速度は、次段の出力信号Gk+1の立ち上がり速度に依存することになる。
一方、次段の出力信号Gk+1の立ち上げ(活性化)は、単位シフトレジスタSRk+1において、トランジスタQ1がオンすることから始まり、応じてトランジスタQ16がオンし、続いてトランジスタQ10がオフになり、ノードN4がトランジスタQ9により充電され、それに従いノードN1が容量素子C1により昇圧される、という一連の動作により行われる。このため出力信号Gk+1の立ち上がり速度は、各トランジスタの電気的特性(しきい値電圧やキャリアの移動度)や、使用条件(電圧、温度)の影響を受けやすい。つまり図3の単位シフトレジスタSRkの出力信号Gkの立ち下がり速度は、単位シフトレジスタSRk+1が有する各トランジスタの電気的特性や使用条件の影響を受けやすい。
図9は、実施の形態1の第6の変更例に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図3の回路に対し、プルダウン駆動回路22にトランジスタQ20〜Q23から成る回路を設けたものである。このトランジスタQ20〜Q23から成る回路は、図3において次段の出力信号Gk+1により制御されていたトランジスタQ4,Q12,Q19を制御するものであり、それらのゲートに対し少なくとも出力信号Gkの活性期間の間、クロック信号/CLKを供給するものである。
そのため図9の単位シフトレジスタSRkには、そクロック信号CLK,/CLKの両方が供給される。本変更例では、図3のクロック端子CKに相当する端子を「第1クロック端子CK1」とし、それとは位相の異なるクロック信号/CLKが供給される端子を「第2クロック端子CK2」と定義する。つまり図2の構成のゲート線駆動回路30において、奇数段では第1クロック端子CK1にクロック信号CLK、第2クロック端子CK2にクロック信号/CLKがそれぞれ供給される。偶数段では第1クロック端子CK1にクロック信号/CLK、第2クロック端子CK2にクロック信号CLKがそれぞれ供給される。
本変更例では、トランジスタQ4,Q12,Q19のゲートが接続するノードを「ノードN7」と定義する。トランジスタQ20は、ノードN7と第2クロック端子CK2との間に接続され、トランジスタQ21はノードN7と第1電源端子S1との間に接続される。またトランジスタQ20のゲートが接続するノードを「ノードN8」と定義すると、トランジスタQ22はノードN8と第4電源端子S4との間に接続され、トランジスタQ23はノードN8と第1電源端子S1との間に接続される。トランジスタQ22のゲートは、当該単位シフトレジスタSRkの出力端子OUTに接続され、トランジスタQ21,Q23のゲートは次段の単位シフトレジスタSRk+1のノードN2に接続される。なお、トランジスタQ22のドレインは出力端子OUTに接続させてもよい(つまりトランジスタQ22を出力端子OUTとノードN8との間にダイオード接続させる)。
単位シフトレジスタSRkの選択期間になる前は、出力信号GkがLレベルであり、また次段の単位シフトレジスタSRk+1のノードN2はHレベルになっているので、トランジスタQ22はオフ、トランジスタQ21,Q23はオンしている。よってノードN8はLレベルであり、トランジスタQ20はオフ状態であるため、ノードN7もLレベルである。
単位シフトレジスタSRkの選択期間(出力信号Gkの活性期間)になり出力信号Gkが立ち上がると(図4の時刻t3)、トランジスタQ22がオンになる。このとき次段の単位シフトレジスタSRk+1のノードN2がLレベルになるのでトランジスタQ21,Q23はオフになる。そのためノードN8はHレベル(VDD−Vth)になり、トランジスタQ20がオンし、クロック信号/CLKがノードN7に供給される。但しこの時点ではクロック信号/CLKはLレベルなのでノードN7はLレベルのままである。
そしてクロック信号/CLKが立ち上がると次段の出力信号Gk+1のレベルが上昇し始める(図4の時刻t5)。一方、当該単位シフトレジスタSRkでは、クロック信号/CLKが立ち上がりに応じてノードN7の電位が上昇する。このときトランジスタQ20のゲートチャネル間容量を介する結合によりノードN8が昇圧されるので、トランジスタQ20は非飽和領域で動作する。そのためノードN7は高速に充電されて電位VDDのHレベルになる。よってクロック信号/CLKの立ち上がりとほぼ同時にトランジスタQ12がオンになって出力端子OUTが放電され、出力信号Gkが立ち下がる。
このように図9の単位シフトレジスタSRkでは、出力信号Gkは、クロック信号/CLKの立ち上がりのタイミングで素早く立ち下がる。また出力信号Gkの立ち下がり速度が、次段の出力信号Gk+1の立ち上がり速度に依存しないので、トランジスタ特性や使用条件にも殆ど影響されない。よって、画像表示装置における上記の誤書き込みの問題が解決される。
なお、トランジスタQ12がオンするタイミングが早くなるが、図9の単位シフトレジスタSRkではそれと同時にトランジスタQ4のオンになり、ノードN1が放電されてトランジスタQ1がオフになるため、トランジスタQ1,Q12を流れる貫通電流の増大も抑えられる。またトランジスタQ19もそれと同時にオンになるため、単位シフトレジスタSRkはクロック信号/CLKの立ち上がりとほぼ同時にリセット状態になる。
[第7の変更例]
図3の単位シフトレジスタSRkにおいて、ノードN4のレベルの上昇速度は、トランジスタQ9のオン抵抗によって決まるためノードN1の電位に依存する。またノードN1の電位は容量素子C1によりノードN1がどの程度昇圧されるかによって決まる。
このノードN1の昇圧動作において、ノードN1の寄生容量であるトランジスタQ1のゲート容量(オーバラップ容量を含む)は当該ノードN1の昇圧を抑制するように働くが、トランジスタQ1はゲート幅を広くする必要があるので、そのゲート容量は大きい。つまり図3の回路では、ノードN1の寄生容量が大きく、ノードN1が充分に高いレベルにまで昇圧されずにノードN4のレベルの上昇速度が遅くなることが懸念される。ここではこの問題への対策を施した変更例を示す。
図10は、実施の形態1の第7の変更例に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ9のゲートを、寄生容量の大きいノードN1から分離させている。
図10の回路では、トランジスタQ3,Q5に対して並列にトランジスタQ3A,Q5Aを設け、トランジスタQ9のゲートをトランジスタQ3A,Q5A間の接続ノード(「ノードN1A」と定義する)に接続させている。
トランジスタQ3Aは、ノードN1Aとクロック端子CKとの間に接続し、そのゲートはトランジスタQ3のゲート(ノードN3)に接続される。トランジスタQ5AはノードN1Aと第1電源端子S1との間に接続し、そのゲートはトランジスタQ5のゲート(ノードN2)に接続される。またノードN1AとノードN4との間には容量素子C1Aが接続される。
トランジスタQ3A,Q5Aおよび容量素子C1Aから成る回路と、トランジスタQ3,Q5および容量素子C1から成る回路とは、互いに同じ構成を有しているため同じように動作する。つまりノードN1Aは、ノードN1とほぼ同じようにレベル変化する。従って図10の単位シフトレジスタSRkは、図3の回路と同様に動作することができる。なお、トランジスタQ9がノードN4を充電するとき、容量素子C1AによってトランジスタQ9自身のゲート(ノードN1A)が昇圧され、トランジスタQ9は非飽和領域で動作するので、図10の回路でもノードN4は電位VDDまで上昇する(つまりトランジスタQ9および容量素子C1Aはブートストラップ回路を構成している)。
但し、ノードN1AにはトランジスタQ4に相当するものが設けられていないため、ノードN1AはノードN1よりも立ち下がりのタイミングが遅れる。しかしトランジスタQ4はトランジスタQ1,Q12を流れる貫通電流を抑制する目的で設けられているので、ノードN1Aには設ける必要がない。
図10の単位シフトレジスタSRkによれば、トランジスタQ9のゲートが、寄生容量の大きなノードN1に接続しない分、図3の回路よりもトランジスタQ9のゲートの寄生容量を小さくすることができる。
ノードN1Aの寄生容量は容量素子C1Aに比べて無視できる程度に小さい。そのためノードN4のレベルが電位VDDまで上昇したとき、ノードN1Aは略2×VDDのレベルにまで上昇する。従ってノードN4の立ち上がりが高速化され、応じてノードN1の立ち上がりも高速化される。その結果、出力信号Gkの立ち上がりも高速化される。
但し本変更例では、トランジスタQ3Aにもクロック信号CLKが供給されるため、トランジスタQ3Aのオーバラップ容量を流れる容量結合電流が生じる点に留意すべきである。
<実施の形態2>
図11は実施の形態2に係る単位シフトレジスタの構成を示す回路図である。同図のように、本実施の形態では、実施の形態1の単位シフトレジスタSR(図3)に対し、トランジスタQ9のドレインに所定の電位VDD5を供給する電圧発生回路33を接続させたものである。
この電圧発生回路33は、高電位側電源電位VDD4が供給される第5電源端子S5と、電位VDD5を出力するための電圧出力端子VTと、所定のクロック信号が入力される少なくとも1つのクロック入力端子を有している(図11にはクロック入力端子CKTが代表的に示されている)。本実施の形態では、そのクロック入力端子に入力されるクロック信号として、縦続接続した複数の単位シフトレジスタSR(即ちゲート線駆動回路30)を駆動する多相クロック信号のうちのいずれかが用いられる(図11にはクロック信号CLKが代表的に示されている)。
電圧発生回路33は、第5電源端子S5に供給される電位VDD4、クロック入力端子CKTに入力されるクロック信号を基にして、電源電位VDD4よりも高い出力電位VDD5を生成するものである。また、この電位VDD5は、低電位側電源電位VSSを基準として、クロック信号CLK,/CLKの振幅(Hレベルの電位)よりも高いものである。
図12は電圧発生回路33の具体的な回路構成の一例を示している。この電圧発生回路33は、高電位出力を得るために、チャージポンプ回路CPが用いられている。当該チャージポンプ回路CPは、トランジスタQ30,Q31および容量素子C5により構成されている。また当該チャージポンプ回路CPの出力端、すなわち電圧出力端子VTには容量素子C6が設けられている。
本実施の形態では、この電圧発生回路33(チャージポンプ回路CPおよび安定化容量C6)を、シフトレジスタ回路と同じ絶縁基板上に形成する。基本的にチャージポンプ回路は、少なくとも2つの整流素子(ダイオード素子)と少なくとも1つの容量素子とから構成される。本実施の形態では、ダイオード素子として、シフトレジスタ回路に使用されるものと同じ構造を有するトランジスタQ30,Q31がダイオード接続されたものを使用する。また容量素子としては、画素容量(図1に示したキャパシタ17)と同じ構造の容量素子C5を使用する。容量素子C6は、チャージポンプ回路CPの出力を安定させるためのものであり、これも画素容量と同じ構造のものが使用される。そうすることにより、電圧発生回路33をシフトレジスタや画素回路の形成と並行して行うことができるようになるので、製造工程の増加を伴わず、また製造コストの増加も抑えられる。
図12に示すように、ダイオード素子としてのトランジスタQ30,Q31(以下それぞれ「ダイオード素子Q30」、「ダイオード素子Q31」と称す)は、高電位側電源電位VDD4が供給される第5電源端子S5と出力電位VDD5を出力するための電圧出力端子VTとの間に直列に接続される。ダイオード素子Q30,Q31は共に第5電源端子S5側をアノード、電圧出力端子VT側がカソードとなるように接続される。
容量素子C5はダイオード素子Q30,Q31間の接続ノード(以下「ノードN9」)とクロック入力端子CKTとの間に接続される。この容量素子C5は、ノードN9を繰り返し昇圧するチャージポンプ動作を行うためのものであるので、クロック入力端子CKTには任意のクロック信号が入力されればよい。そのクロック信号としては、各単位シフトレジスタSRを駆動するクロック信号CLK,/CLKの何れかを利用することができる。そうすれば、チャージポンプ回路CPを駆動するためのクロック信号の発生回路を別途設ける必要がなく、回路規模の増大が抑えられる。本実施の形態では、図12の回路のクロック入力端子CKTには、クロック信号CLKが入力されるものとする。以下、容量素子C5を「チャージポンプ容量」と称する。
一方、容量素子C6は、電圧出力端子VTから負荷(単位シフトレジスタSRのノードN4)に向けて電流が流れたときに、出力電位VDD5を安定化するためのものであり、電圧出力端子VTと低電位側電源電位VSSが供給される第1電源端子S1との間に接続されている。以下、容量素子C6を「安定化容量」と称する。なお、安定化容量C6の一端の接続先は第1電源端子S1に限定されず、一定電圧が供給される低インピーダンスのノードであればよく、その接続先は問わない。
以下、図12の回路の動作を説明する。電圧発生回路33を構成する各トランジスタのしきい値電圧もVthとする。
第5電源端子S5に電位VDD4が供給されるとダイオード素子Q30がオンするため、ノードN9の電位はVDD4−Vthとなる。さらにこのノードN9の電位により、ダイオード素子Q31がオンして電圧出力端子VTの電位はVDD4−2×Vthになる。
その後、クロック信号CLK(振幅VDD)が立ち上がると、チャージポンプ容量C5を介する結合によってノードN9が昇圧される。ノードN9の寄生容量を無視すると、ノードN9の電位はVDD4−Vth+VDDにまで上昇する。このノードN9の電位上昇により、ダイオード素子Q31がオンしてノードN9から電圧出力端子VTへ電流が流れる。それにより、電圧出力端子VTのレベルは一定量上昇し、逆にノードN9は電荷が流出した分だけレベルが低下する。
その後、クロック信号CLKが立ち下がると、チャージポンプ容量C5を介する結合によりノードN9の電位は引き下げられる。先ほどノードN9が昇圧されたとき、当該ノードN9からは電圧出力端子VTへ電荷が流出しているので、電位が引き下げられた後のノードN9のレベルは、その昇圧前(クロック信号CLKが立ち上がる前)のVDD4−Vthよりも低くなる。しかしノードN9の電位が低下するとダイオード素子Q30がオンするので、ノードN9はすぐに電源端子S5から充電されてVDD4−Vthに戻る。
なお、先ほどノードN9が昇圧されたときに電圧出力端子VTの電位は上昇しているので、電圧出力端子VTよりもノードN9の方が電位が低くなるが、ダイオード素子Q31は電圧出力端子VTからノードN9への向きの電流を阻止するため、電圧出力端子VTの電位は上昇されたまま維持される。
その後もクロック信号CLKが入力される度に以上の動作が繰り返され、最終的に電圧出力端子VTの電位VDD5は、VDD4−2×Vth+VDDとなる。
ここで、上記の電位VDD1〜VDD4の値は全て等しく、その値をクロック信号CLK,/CLKのHレベルと同じくVDDであると仮定すると、最終的な電圧発生回路33の出力電位VDD5は2×VDD−2×Vthとなり、それがトランジスタQ9のドレイン電位となる。同じ仮定の下では、例えば実施の形態1の単位シフトレジスタSRのトランジスタQ9のドレイン電位はVDD(=VDD1)である。つまり本実施の形態の単位シフトレジスタSRによれば、高電位側電源電位のそれぞれがクロック信号CLK,/CLKのHレベルと同じ電位VDDである場合であっても、電圧発生回路33によって、トランジスタQ9のドレインにはより高い電位VDD5(=2×VDD−2×Vth)が供給される。
従って本実施の形態では、トランジスタQ9がノードN4を実施の形態1の場合よりも高い電位に充電することができる。その結果、ノードN1がより高いレベルにまで昇圧されるので、出力信号Gkの出力時におけるトランジスタQ1のオン抵抗は小さくなる。よって、出力信号Gkの立ち上がりが高速化され、シフトレジスタ回路の動作の高速化が可能になるという効果が得られる。また逆に言えば、トランジスタQ1のチャネル幅を小さくしても、出力信号Gkの立ち上がりの速度の低下が抑制されるので、シフトレジスタ回路の占有面積を小さくすることができる。
また本実施の形態では、電圧発生回路33(チャージポンプ回路CPおよび安定化容量C6)をシフトレジスタ回路と同じ基板内に形成するものとして説明したが、その構成要素の全部、あるいは一部を基板の外部に形成して接続させてもよい。その場合、当該基板の面積の増大を抑制することができるが、基板内の回路と電圧発生回路33(あるいはその一部)とを接続するための外部接続端子を基板上に設ける必要が生じるので、それだけ端子数が増加する。
例えば、電圧発生回路33のチャージポンプ回路CPのダイオード素子をシフトレジスタ回路と同じ基板内に形成し、容量素子(チャージポンプ容量および安定化容量)を外付けにすることが考えられる。その場合、ダイオード素子としてシフトレジスタ回路のものと同じ構造のトランジスタを用いることで製造工程を簡略化することができると共に、容量素子の大容量化が容易になる。また例えば、ダイオード素子および安定化容量を外付けにし、チャージポンプ容量を基板内に形成すれば、回路の寄生容量を小さくできるという利点が得られる。
[第1の変更例]
図12に示した電圧発生回路33では、クロック信号CLKの立ち上がり時にチャージポンプ容量C5を通して電圧出力端子VTに電荷が供給されるが、それが立ち下がると電圧出力端子VTへの電荷の供給は停止する。よってクロック信号CLKがLレベルの間は、電圧発生回路33は安定化容量C6に蓄積されている電荷によって負荷(単位シフトレジスタSRのノードN4)へ電流を供給する。つまりクロック信号CLKがLレベルの間は、安定化容量C6の電荷は放電されるのみであるので、電圧出力端子VTの電位(電位VDD5)が低下する。
図13は実施の形態2に係る電圧発生回路33の第1の変更例の構成を示す回路図である。当該電圧発生回路33は、互いに並列に接続された2つのチャージポンプ回路CP1,CP2を有している。
チャージポンプ回路CP1は、ダイオード接続されたトランジスタ(ダイオード素子)Q30a,Q31aおよび、その間のノードN9aとクロック入力端子CKTaとの間に接続したチャージポンプ容量C5aから成っている。同様に、チャージポンプ回路CP2は、ダイオード素子Q30b,Q31bおよび、その間のノードN9bとクロック入力端子CKTbとの間に接続したチャージポンプ容量C5bから成る。即ち、図13のチャージポンプ回路CP1,CP2のそれぞれは、図12に示したチャージポンプ回路CPと同じ構造のものである。
それらチャージポンプ回路CP1,CP2それぞれのクロック入力端子CKTa、CKbには、各々位相の異なるクロック信号が入力される。本変更例においては、それらのクロック信号として、シフトレジスタ回路(ゲート線駆動回路30)を駆動しているクロック信号CLK,/CLKを用いる。即ち図13のように、クロック入力端子CKTaにはクロック信号CLK、クロック入力端子CKTbにはクロック信号/CLKが、それぞれ入力される。
従って、図13の電圧発生回路33では電圧出力端子VTに、クロック信号CLKの立ち上がり時にチャージポンプ回路CP1から電荷が供給され、クロック信号/CLKの立ち上がり時にチャージポンプ回路CP2から電荷が供給される。つまり電圧出力端子VTには、クロック信号CLK,/CLKよって交互に電荷が供給されることとなり、上記した電圧出力端子VTの電位低下の問題は解決される。
本変更例では2つのチャージポンプ回路を用いて電圧発生回路33を構成したが、電圧出力端子VTのレベル低下がある程度許容される場合には、電圧発生回路33が備えるチャージポンプ回路は1つ(即ち図12の構成)であってもよい。
[第2の変更例]
第2の変更例では、図12および図13に示した構成よりも出力電位VDD5を高くできる電圧発生回路33を提案する。
図14は実施の形態2に係る電圧発生回路33の第2の変更例の構成を示す回路図である。本変更例においても電圧発生回路33は、チャージポンプ回路CPと安定化容量C6とから成るが、チャージポンプ回路CPの構成が図12とは異なっている。
図14に示すように本変更例のチャージポンプ回路CPは、図12のトランジスタQ30を、トランジスタQ32,Q33および容量素子C7から成る回路に置き換えたものである。
トランジスタQ32は、ダイオード素子Q31のアノードであるノードN9と第5電源端子S5との間に接続される。トランジスタQ33は、第5電源端子S5とトランジスタQ32のゲートノード(以下「ノードN10」)との間に接続され、そのゲートはノードN9に接続される。容量素子C7は、ノードN10とクロック入力端子CKT2との間に接続している。
クロック入力端子CKT1,CKT2のそれぞれには、互いに位相の異なる(Hレベルをとる活性期間が重複しない)クロック信号が入力される。それらのクロック信号としては、シフトレジスタ回路(ゲート線駆動回路30)を駆動しているクロック信号CLK,/CLKを用いることができる。本変更例においては、図14のように、クロック入力端子CKT1にはクロック信号CLK、クロック入力端子CKT2にはクロック信号/CLKが入力されるものとする。
次に本変更例に係る電圧発生回路33のチャージポンプ回路CPの動作について説明する。ここでもクロック信号CLK,/CLKの振幅をVDDとし、電圧発生回路33の各トランジスタのしきい値電圧はVthとする。
上記したように、図12の回路のノードN9にはトランジスタQ30によりVDD4−Vthのレベルに充電されるが、それに対し図14のチャージポンプ回路CPのノードN9は、トランジスタQ32,Q33および容量素子C7から成る回路によってVDD4のレベルに充電される。その理由は、クロック信号/CLKの立ち上がり時にトランジスタQ32のゲート(ノードN10)が昇圧され、このときトランジスタQ32が非飽和動作してノードN9を充電するためである。
従って、本変更例のチャージポンプ回路CPでは、クロック信号CLKが立ち上がってノードN9が昇圧されると、当該ノードN9の電位はVDD4+VDDにまで上昇する。このノードN9の電位上昇により、ダイオード素子Q31がオンしてノードN9から電圧出力端子VTへ電流が流れる。それにより、電圧出力端子VTのレベルは一定量上昇し、逆にノードN9は電荷が流出した分だけレベルが低下する。
なおノードN9の昇圧時には、トランジスタQ33が非飽和動作するので、ノードN10は第5電源端子S5と同じVDD4に充電される。このときノードN9が昇圧されているため、電位関係からトランジスタQ32は、第5電源端子S5側がソース、ノードN9側がドレインとなるが、そのゲート(ノードN10)とソース(第5電源端子S5)の電位が等しいのでノードN9から第5電源端子S5への電流は流れない。つまり、トランジスタQ32は、第5電源端子S5からノードN9への充電を行うが、その逆方向の電流は阻止する整流素子として機能している。
また、先ほどノードN9が昇圧されたときに電圧出力端子VTの電位は上昇しているので、電圧出力端子VTよりもノードN9の方が電位が低くなるが、ダイオード素子Q31は電圧出力端子VTからノードN9への向きの電流を阻止するため、電圧出力端子VTの電位は上昇されたまま維持される。
その後、クロック信号CLKが立ち下がると、チャージポンプ容量C5を介する結合によりノードN9の電位は引き下げられる。このときノードN9のレベルは、その昇圧前(クロック信号CLKが立ち上がる前)のVDD4よりも低くなる。しかし次にクロック信号/CLKが立ち上がると、トランジスタQ32が再び非飽和動作してノードN9を充電するので、当該ノードN9のレベルはVDD4に戻る。
その後もクロック信号CLK,/CLKが入力される度に以上の動作が繰り返され、最終的に電圧出力端子VTの電位VDD5は、VDD4−Vth+VDDとなる。ここで、上記の電位VDD1〜VDD4の値は全て等しく、その値をクロック信号CLK,/CLKのHレベルと同じくVDDであると仮定すると、最終的な電圧発生回路33の出力電位VDD5は2×VDD−Vthとなる。
このように本変更例のチャージポンプ回路CPでは、トランジスタQ32が非飽和動作でノードN9を充電するので、ノードN9のノードが図12の回路の場合よりもトランジスタのしきい値電圧Vth分だけ高く充電される。応じて、クロック信号CLKによるノードN9の昇圧時のレベルもVthだけ高くなり、その結果、最終的な電圧出力端子VTの電位も図12の回路よりもVth分だけ高くすることができる。
なお本変更例では、電圧発生回路33のクロック入力端子CKT1,CKT2にそれぞれクロック信号CLK,/CLKが入力される例を示したが、先に述べたようにクロック入力端子CKT1,CKT2に入力される信号は、互いに位相が異なる(活性期間が重ならない)クロック信号であればよい。
また図14のチャージポンプ回路CPでは、容量素子C7はトランジスタQ32のゲートのみを昇圧すればよいので、容量素子C7の容量値はチャージポンプ容量C5に比べ小さくてもよい。同様に、トランジスタQ33もトランジスタQ32のゲートを充電するのみであるので、そのオン抵抗はトランジスタQ32よりも高くてよい。
[第3の変更例]
図15は第3の変更例に係る電圧発生回路33の構成を示す回路図である。当該電圧発生回路33は、第2の変更例と同様に、互いに並列に接続された2つのチャージポンプ回路CP1,CP2を有している。但し本変更例では、チャージポンプ回路CP1,CP2のそれぞれは、図15に示したチャージポンプ回路CPと同じ構造のものである。
チャージポンプ回路CP1,CP2それぞれのクロック入力端子CKT1a,CKT1b(図15のクロック入力端子CKT1に対応)には、各々位相の異なるクロック信号が入力される。本変更例においては、それらのクロック信号として、シフトレジスタ回路(ゲート線駆動回路30)を駆動しているクロック信号CLK,/CLKを用いる。即ち図13のように、チャージポンプ回路CP1のクロック入力端子CKT1aにはクロック信号CLK、チャージポンプ回路CP2のクロック入力端子CKT1bにはクロック信号/CLKが、それぞれ入力される。
そして、チャージポンプ回路CP1のクロック入力端子CKT2aには、クロック入力端子CKT1aのクロック信号CLKとは位相の異なるクロック信号/CLKが入力される。同様に、チャージポンプ回路CP2のクロック入力端子CKT2bには、クロック入力端子CKT1bのクロック信号/CLKとは位相の異なるクロック信号CLKが入力される。
従って、図15の電圧発生回路33では電圧出力端子VTに、クロック信号CLKの立ち上がり時にチャージポンプ回路CP1から電荷が供給され、クロック信号/CLKの立ち上がり時にチャージポンプ回路CP2から電荷が供給される。つまり電圧出力端子VTには、クロック信号CLK,/CLKのいずれかによって殆どの期間、電荷が供給されることとなり、電圧出力端子VTの電位低下の問題は解決される。
本変更例においても、電圧出力端子VTのレベル低下がある程度許容される場合には、電圧発生回路33が備えるチャージポンプ回路は1つ(即ち図14の構成)であってもよい。
<実施の形態3>
図16は、実施の形態3に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図10の単位シフトレジスタSRkに対し、トランジスタQ9のドレインに実施の形態2で説明した電圧発生回路33を接続させたものである。
図16の単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ9のゲート(ノードN1A)は寄生容量の大きいノードN1から分離されている。ノードN1Aの寄生容量は容量素子C1Aに比べ無視できるほど小さいので、ノードN4のレベルが上昇したときノードN1Aは略VDD+VDD5にまで昇圧される。よってトランジスタQ9は非飽和領域で動作して、ノードN4を高速に電位VDD5にまで充電する。
その結果、容量素子C1を介してノードN1が高速に昇圧され、且つ、昇圧後のノードN1のレベルは図10の場合よりも高くなる。従って、出力信号Gkの立ち上がりをより高速化できる。
但し図16の単位シフトレジスタSRkでは、図10の場合と同様に、トランジスタQ3Aにもクロック信号CLKが供給されるため、トランジスタQ3Aのオーバラップ容量を流れる容量結合電流が生じる点に留意すべきである。
<実施の形態4>
図17は実施の形態4に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、ノードN1を容量素子C1で昇圧させる代わりに、電圧発生回路33の出力を電源に用いて充電することで、ノードN1をクロック信号CLK,/CLKのHレベル(VDD)よりも高い電位にするように構成したものである。
図17の如く、当該単位シフトレジスタSRkには、トランジスタQ3〜Q5から成る回路と同じ構成をしたトランジスタQ3B〜Q5Bから成る回路が設けられる。トランジスタQ9のゲートは、ノードN1から分離されており、トランジスタQ3BとトランジスタQ4B,Q5Bとの間の接続ノード(「ノードN1B」と定義する)に接続される。また容量素子C1もノードN1から分離されており、ノードN4とノードN1Bとの間に接続される。
また当該単位シフトレジスタSRkでは、図16と同様に、トランジスタQ9のドレインに電圧発生回路33が接続されている。さらに電圧発生回路33の電圧出力端子VTとノードN1との間には、電圧発生回路33の出力を電源にしてノードN1を充電するためのトランジスタQ24が接続される。トランジスタQ24のゲートは、ノードN1Bに接続される。
図17の単位シフトレジスタSRkの動作は図3の回路とほぼ同様であるが、トランジスタQ1のゲート(ノードN1)が、容量素子C1を介する結合によって昇圧されるのではなく、トランジスタQ24による充電によって電位VDDよりも高いレベルにまで昇圧される。
一方、図17の容量素子C1は、トランジスタQ24のゲート(ノードN1B)を昇圧するように機能する。このノードN1Bの昇圧動作は、図3の回路におけるノードN1の昇圧動作と同じである。
トランジスタQ9のドレイン電位は電位VDD5であるが、トランジスタQ9がノードN4を充電するとき、容量素子C1を介する結合によってノードN1Bが昇圧されるため、トランジスタQ9は非飽和領域で動作する(つまりトランジスタQ9および容量素子C1はブートストラップ回路を構成している)。よってノードN4は電位VDD5にまで充電される。またノードN1の充電に用いられるトランジスタQ24は、ゲート線GLkの充電に用いられるトランジスタQ1のように大きな駆動能力は要求されないので、そのゲート幅はトランジスタQ1のそれよりも桁違いに小さくてよい。よってノードN1Bの寄生容量は、容量素子C1に比べて無視できる程度に小さくできる。従って、ノードN1BのレベルはVDD+VDD5に近いレベルに昇圧される。
従って、トランジスタQ24も非飽和領域で動作してノードN1を充電し、ノードN1の電位はVDD5にまで高められる。その結果、トランジスタQ1の駆動能力が上がり、出力信号Gkの立ち上がり速度が高速化される。
図3の単位シフトレジスタSRkでは、ノードN1(トランジスタQ1のゲート)の昇圧は容量素子C1によって行われる。ゲート線GLkの充電に用いられるトランジスタQ1は高い駆動能力が要求されるため、そのゲート幅が広く、大きなゲート容量を有する。そのためノードN1の寄生容量は比較的大きい。ノードN1の寄生容量はノードN1の昇圧を抑えるように働くので、その昇圧効率が悪くなる。
それに対し、図17の単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ24による充電によってノードN1を昇圧しているため、その昇圧量はノードN1の寄生容量の大きさに無関係である。つまり、単位シフトレジスタSRkの駆動能力を高めるためにトランジスタQ1のゲート幅を大きくしても、ノードN1の昇圧効率が悪くなることはない。従って、単位シフトレジスタSRkの駆動能力の向上に寄与できる。
<実施の形態5>
図18は実施の形態5に係る単位シフトレジスタの構成を示す回路図である。同図の回路は、実施の形態4の単位シフトレジスタSRk(図17)に対して、実施の形態1の第7の変更例(図10)を適用したものである。
即ち、図18の回路では、トランジスタQ3B,Q5Bに対して並列にトランジスタQ3A,Q5Aを設け、トランジスタQ9のゲートをトランジスタQ3A,Q5A間の接続ノード(ノードN1A)に接続させている。それによって、トランジスタQ9のゲートをノードN1Bから分離させている。またノードN1AとノードN4との間には容量素子C1Aが接続されている。
トランジスタQ3A,Q5Aおよび容量素子C1Aから成る回路と、トランジスタQ3B,Q5Bおよび容量素子C1から成る回路とは、互いに同じ構成を有しているため同じように動作する。つまりノードN1Aは、ノードN1Bとほぼ同じようにレベル変化する。従って図18の単位シフトレジスタSRkは、図17の回路と同様に動作することができる。
図18の単位シフトレジスタSRkにおいて、ノードN1Aは、トランジスタQ9のゲート容量が接続されないため、その寄生容量は図17よりもさらに小さい。そのため図17の回路よりもトランジスタQ9のゲートをより効率的に昇圧することができる。よってノードN4の立ち上がりが高速化され、応じてノードN1Bの立ち上がりが高速化される。その結果、ノードN1の昇圧速度も速くなり、出力信号Gkの立ち上がりも高速化される。
但し図10の回路と同様に、トランジスタQ3Aにもクロック信号CLKが供給されるため、トランジスタQ3Aのオーバラップ容量を流れる容量結合電流が生じる点に留意すべきである。
<実施の形態6>
図19は、実施の形態6に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図17の回路から、トランジスタQ3を省略したものである。
図17の回路では、ノードN1は、クロック信号CLKの立ち上がりに応じてトランジスタQ3によりVDDにまで充電(プリチャージ)され、さらにトランジスタQ24によりVDD5にまで充電(昇圧)される。それに対し、図19の単位シフトレジスタSRkでは、ノードN1の充電を全てトランジスタQ24が行うことになる。
本実施の形態によれば、トランジスタQ3が省略された分、消費電力を削減できる。但し、トランジスタQ3によるノードN1の充電(プリチャージ)が行われないため、ノードN1が充電されるタイミングが遅れ、応じて出力端子OUTの立ち上がりが遅くなる。
図18の回路においても同様にトランジスタQ3を省略してもよく、その分の消費電力を削減することができる。
また本実施の形態に係る単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ16のゲートを、出力端子OUTではなくノードN1に接続させてもよい。上記の各実施の形態ではトランジスタQ16を出力信号Gkで制御することにより、ノードN1の充電開始からノードN4のレベル上昇までの遅延時間を確保していたが、上記のように本実施の形態ではノードN1が充電されるタイミングが遅れるため、トランジスタQ16のゲートをノードN1に接続させても充分にその遅延時間を確保することができるからである。またそのようにすれば、トランジスタQ16のゲートがゲート線GLkから分離され、トランジスタQ16の動作がゲート線GLkのノイズの影響を受けることが防止できるという効果も得られる。
<実施の形態7>
実施の形態7では、本発明を信号のシフト方向を変更可能なシフトレジスタに適用する。そのようなシフトレジスタを用いて構成されたゲート線駆動回路30は、双方向の走査が可能である。
図20は実施の形態7に係る単位シフトレジスタSRkの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkは、図3の回路に対し、信号のシフト方向を切り換えるための切換回路24を設けたものである。
図3の回路においては、トランジスタQ13,Q14,Q17のゲート(入力端子IN)に前段の出力信号Gk-1が入力され、トランジスタQ4,Q12,Q19のゲート(リセット端子RST)に次段の出力信号Gk+1が入力されるように固定されていたが、図20の切換回路24は、その2つの信号を、第1および第2電圧信号Vn,Vrのレベルに応じて入れ換えることが可能なものである。
図20に示されるように、切換回路24は、トランジスタQ25n,Q25r,Q26n,Q26r,Q27n,Q27r,Q28n,Q28rから成っている。また切換回路24は、前段の出力信号Gk-1および次段の出力信号Gk+1をそれぞれ受ける第1および第2入力端子IN1,IN2と、第1および第2電圧信号Vn,Vrをそれぞれ受ける第1および第2電圧信号端子T1,T2とを備えている。
切換回路24は2つの出力端を有しており、それらをそれぞれ「ノードN11」、「ノードN12」と定義する。本実施の形態では、トランジスタQ13,Q14,Q17のゲートをノードN11は接続させ、トランジスタQ4,Q12,Q19のゲートをノードN12に接続させる。ノードN11は、図3の回路の入力端子INに相当し、ノードN12は図3の回路のリセット端子RSTに相当する。つまり切換回路24は、前段の出力信号Gk-1と次段の出力信号Gk+1のうち、どちらを図3の入力端子IN(ノードN11)に供給し、どちらを図3のリセット端子RST(ノードN12)に供給するかを切り換えるものである。
図20の如く、トランジスタQ25nは、第1入力端子IN1とノードN11との間に接続し、そのゲートはトランジスタQ27nを介して第1電圧信号端子T1に接続する。トランジスタQ25rは、第2入力端子IN2とノードN11との間に接続し、そのゲートはトランジスタQ27rを介して第2電圧信号端子T2に接続する。トランジスタQ26nは、第2入力端子IN2とノードN12との間に接続し、そのゲートはトランジスタQ28nを介して第1電圧信号端子T1に接続する。トランジスタQ26rは、第1入力端子IN1とノードN12との間に接続し、そのゲートはトランジスタQ28rを介して第2電圧信号端子T2に接続する。トランジスタQ27n,Q27r,Q28n,Q28rのゲートはいずれも第2電源端子S2に接続される。
ここで、第1および第2電圧信号Vn,Vrは、信号のシフト方向(走査方向)を決定するための制御信号である。当該単位シフトレジスタSRkに、前段から後段への向き(「順方向」と定義する)に信号をシフトする動作を行わせる場合、第1電圧信号VnはHレベル、第2電圧信号VrはLレベルに設定される。また後段から前段への向き(「逆方向」と定義する)に信号をシフトする動作を行わせる場合には、第1電圧信号VnはLレベル、第2電圧信号VrはHレベルに設定される。
以下、切換回路24の動作を説明する。図20に示すように、トランジスタQ25n,Q25r,Q26n,Q26rのゲートが接続するノードをそれぞれノードN13n,N13r,N14n,N14rと定義する。
第1電圧信号VnがHレベル、第2電圧信号VrがLレベルの場合、ノードN13n,N14nがHレベル(VDD−Vth)となり、ノードN13r,N14rはLレベル(VSS)となる。よってトランジスタQ25n,Q26nはオン、トランジスタQ25r,Q26rはオフになる。従って、第1入力端子IN1に入力された前段の出力信号Gk-1はノードN11に供給され、第2入力端子IN2に入力された次段の出力信号Gk+1はノードN12に供給される。
この場合、図20の単位シフトレジスタSRkは図3と等価になる。そのため図20の単位シフトレジスタSRkが複数個縦続接続して構成されたゲート線駆動回路30は、順方向シフトの動作すなわち単位シフトレジスタSR1,SR2,SR3,…の順に信号をシフトさせる動作を行うことができる。
なお、前段の出力信号Gk-1の立ち上がり時には、トランジスタQ25nのゲート・チャネル間容量を介する結合により、ノードN13nが昇圧され、トランジスタQ25nは非飽和領域で動作する。よってそのときのノードN11のレベルは、前段の出力信号Gk-1と同じく電位VDDになる。同様に、次段の出力信号Gk+1の立ち上がり時には、トランジスタQ26nのゲート・チャネル間容量を介する結合により、ノードN14nが昇圧され、トランジスタQ26nが非飽和領域で動作する。よってそのときノードN12のレベルは、次段の出力信号Gk+1と同じく電位VDDになる。
一方、第1電圧信号VnがLレベル、第2電圧信号VrがHレベルの場合、ノードN13r,N14rがHレベル(VDD−Vth)となり、ノードN13n,N14nはLレベル(VSS)となる。よってトランジスタQ25r,Q26rはオン、トランジスタQ25n,Q26nはオフになる。従って、第1入力端子IN1に入力された前段の出力信号Gk-1はノードN12に供給され、第2入力端子IN2に入力された次段の出力信号Gk+1はノードN11に供給される。
この場合、図20の単位シフトレジスタSRkは、次段の出力信号Gk+1の活性化に応じて出力信号Gkを活性化させ、前段の出力信号Gk-1の活性化に応じて出力信号Gkを非活性化させるように動作する。そのため図20の単位シフトレジスタSRkが複数個縦続接続して構成されたゲート線駆動回路30は、逆方向シフトの動作すなわち単位シフトレジスタSRn,SRn−1,SRn−2,…の順に信号をシフトさせる動作を行うことができるようになる。
なお、次段の出力信号Gk+1の立ち上がり時には、トランジスタQ25rのゲート・チャネル間容量を介する結合により、ノードN13rが昇圧され、トランジスタQ25rが非飽和領域で動作する。よってそのときノードN11のレベルは、次段の出力信号Gk+1と同じく電位VDDになる。同様に、前段の出力信号Gk-1の立ち上がり時には、トランジスタQ26rのゲート・チャネル間容量を介する結合により、ノードN14rが昇圧され、トランジスタQ26rは非飽和領域で動作する。よってそのときのノードN12のレベルは、前段の出力信号Gk-1と同じく電位VDDになる。
また、図20の出力回路20、プルアップ駆動回路21およびプルダウン駆動回路22の動作は、図3のものと同様であるため、本実施の形態の単位シフトレジスタSRkにおいても実施の形態1と同様の効果が得られる。但し、切換回路24を通して前段の出力信号Gk-1および次段の出力信号Gk+1が供給されるため、図3の回路よりも前段の出力信号Gk-1および次段の出力信号Gk+1に対する応答が若干遅くなる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1〜6の単位シフトレジスタSRkの何れにも適用可能である。
<実施の形態8>
以上の各実施の形態の単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ16のゲートを出力端子OUTに接続させていた。そのためトランジスタQ16の動作は、出力端子OUTに接続したゲート線GLkに発生したノイズの影響を受けやすく、当該ノイズによって単位シフトレジスタSRkの誤動作が引き起こされる場合がある。本実施形態では、その対策を施した例を示す。
図21は、実施の形態8に係る単位シフトレジスタの回路図である。当該単位シフトレジスタSRkでは、トランジスタQ16のゲートに、プッシュプル型のバッファ回路を介してノードN1の信号を供給するように構成したものである。トランジスタQ16のゲートが出力端子OUT(ゲート線GLk)から分離されるため、ゲート線GLkに発生したノイズがトランジスタQ16の動作に影響することを防止できる。
トランジスタQ16のゲートが接続するノードを「ノードN15」と定義すると、上記バッファ回路は、ノードN15と第2電源端子S2との間に接続するトランジスタQ41と、ノードN15と第1電源端子S1との間に接続するトランジスタQ42とから成っている。トランジスタQ41のゲートはノードN1に接続され、トランジスタQ42のゲートはノードN2に接続される。図4のタイミング図からも分かるように、ノードN1がHレベルになるときはノードN2がLレベルになっているので、トランジスタQ41,Q42は同時にオンしない。つまり当該バッファ回路はプッシュプル動作し、よってトランジスタQ41,Q42を通して貫通電流は流れない。
ここで、上記の各実施の形態では、トランジスタQ16を出力信号Gkで制御することにより、ノードN1の充電開始からノードN4のレベル上昇までの遅延時間を確保していた。つまりその遅延時間は、トランジスタQ1による出力端子OUTの充電時間によって確保されていた。一方、本実施の形態では、トランジスタQ41によるノードN15の充電時間によって、その遅延時間を確保することができる。従って、図21の回路は図3の回路と同様に動作することができる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1〜7の単位シフトレジスタSRkの何れにも適用可能である。但し、実施の形態1の第5の変更例(図8)の場合は、本実施の形態を適用するまでもなく、トランジスタQ16のゲートを第2出力信号GDkの出力端子OUTDに接続させればよい。そうすれば、本実施の形態と同様にトランジスタQ16のゲートが出力端子OUTから分離され、ゲート線GLkのノイズがトランジスタQ16の動作に影響することを防止できる。
液晶表示装置の構成を示す概略ブロック図である。 実施の形態1に係るゲート線駆動回路の構成を示す図である。 実施の形態1に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1に係る単位シフトレジスタの動作を説明するためのタイミング図である。 実施の形態1の第1の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1の第3の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1の第4の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1の第5の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1の第6の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態1の第7の変更例に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態2に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態2に係る電圧発生回路の回路図である。 実施の形態2の第1の変更例に係る電圧発生回路の回路図である。 実施の形態2の第2の変更例に係る電圧発生回路の回路図である。 実施の形態2の第3の変更例に係る電圧発生回路の回路図である。 実施の形態3に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態4に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態5に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態6に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態7に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態8に係る単位シフトレジスタの回路図である。
符号の説明
SR 単位シフトレジスタ、20 出力回路、21 プルアップ駆動回路、22 プルダウン駆動回路、24 切換回路、30 ゲート線駆動回路、31 クロック信号発生器、32 スタート信号発生器、33 電圧発生回路。

Claims (25)

  1. 入力端子、出力端子およびクロック端子と、
    一定の第1電源電位を前記出力端子に供給することで、当該出力端子を充電する第1トランジスタと、
    前記第1トランジスタを駆動するプルアップ駆動回路とを備えるシフトレジスタ回路であって、
    前記プルアップ駆動回路は、
    前記クロック端子に供給されるクロック信号を前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに供給する第2トランジスタと、
    前記第1ノードを昇圧する昇圧回路とを備え、
    前記第2トランジスタは、
    前記入力端子に入力される入力信号の活性化に応じてオン状態になり、前記クロック信号の活性化によって前記第1ノードが充電されたのに応じてオフ状態になり、
    前記昇圧回路は、
    前記第2トランジスタがオフ状態になるのに続いて前記第1ノードを昇圧する
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  2. 請求項1記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    一端が前記第1ノードに接続した第1容量素子を備え、
    前記第1容量素子の他端が接続する第2ノードを充電することにより前記第1ノードを昇圧する
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  3. 請求項2記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第1電源電位よりも絶対値が大きな第2電源電位を前記第2ノードに供給することによって前記第2ノードの充電を行う
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  4. 請求項2または請求項3記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第1ノードに接続した制御電極を有し前記第2ノードを充電する負荷トランジスタを備え、
    前記第2ノードが充電されるのに従い前記負荷トランジスタの制御電極が前記第1容量素子によって昇圧されるブートストラップ回路を含んでいる
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  5. 請求項2または請求項3記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第2ノードを充電する負荷トランジスタと、
    前記負荷トランジスタの制御電極と前記第2ノードとの間に接続する第2容量素子とを備え、
    前記第2ノードが充電されるのに従い前記負荷トランジスタの制御電極が前記第2容量素子によって昇圧されるブートストラップ回路を含んでいる
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    所定のリセット端子に入力されるリセット信号の活性化に応じて、前記出力端子を放電する第3トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  7. 請求項6記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第4トランジスタと、
    前記第4トランジスタを駆動するプルダウン駆動回路とをさらに備え、
    前記プルダウン駆動回路は、
    前記入力信号の活性化に応じて前記第4トランジスタをオフ状態にし、
    前記リセット信号の活性化に応じて前記第4トランジスタをオン状態にする
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  8. 請求項1から請求項5のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第3トランジスタをさらに備え、
    前記第3トランジスタの制御電極には、
    少なくとも前記出力端子から出力される出力信号の活性期間の間、前記クロック端子に入力される前記クロック信号とは位相の異なる他のクロック信号が供給される
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  9. 請求項8記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第4トランジスタと、
    前記第4トランジスタを駆動するプルダウン駆動回路とをさらに備え、
    前記プルダウン駆動回路は、
    前記入力信号の活性化に応じて前記第4トランジスタをオフ状態にし、
    前記第3トランジスタの制御電極に供給される信号の活性化に応じて前記第4トランジスタをオン状態にする
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記プルアップ駆動回路は、
    前記出力端子に接続した制御電極を有し、前記第1ノードと前記クロック端子との間に接続した第5トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記入力端子に接続した制御電極を有し、前記出力端子と前記クロック端子間に接続した第6トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  12. 複数のシフトレジスタ回路が縦続接続して成る多段のシフトレジスタ回路であって、
    前記多段の各段は、
    請求項1から請求項11のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前段および後段の出力信号を受け、そのどちらを前記入力端子に供給するかを切り換え可能な切換回路をさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  13. 入力端子、出力端子およびクロック端子と、
    一定の第1電源電位を前記出力端子に供給することで、当該出力端子を充電する第1トランジスタと、
    前記第1トランジスタを駆動するプルアップ駆動回路とを備え、
    前記プルアップ駆動回路は、
    前記第1電源電位よりも絶対値が大きな第2電源電位を前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに供給することで、当該第1ノードを充電する第2トランジスタと、
    前記クロック端子に供給されるクロック信号を前記第2トランジスタの制御電極が接続する第2ノードに供給する第3トランジスタと、
    前記第2ノードを昇圧する昇圧回路とを備え、
    前記第3トランジスタは、
    前記入力端子に入力される入力信号の活性化に応じてオン状態になり、前記クロック信号の活性化によって前記第2ノードが充電されたのに応じてオフ状態になり、
    前記昇圧回路は、
    前記第3トランジスタがオフ状態になるのに続いて前記第2ノードを昇圧する
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  14. 請求項13記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記第3トランジスタの制御電極に接続した制御電極を有し、前記クロック信号を前記第1ノードに供給する第4トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  15. 請求項13または請求項14記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    一端が前記第2ノードに接続した第1容量素子を備え、
    前記第1容量素子の他端が接続する第3ノードを充電することにより前記第2ノードを昇圧する
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  16. 請求項15記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第2電源電位を前記第3ノードに供給することによって当該第3ノードを充電する
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  17. 請求項15または請求項16記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第2ノードに接続した制御電極を有し前記第3ノードを充電する負荷トランジスタを備え、
    前記第3ノードが充電されるのに従い前記負荷トランジスタの制御電極が前記第1容量素子によって昇圧されるブートストラップ回路を含んでいる
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  18. 請求項15または請求項16記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記昇圧回路は、
    前記第3ノードを充電する負荷トランジスタと、
    前記負荷トランジスタの制御電極と前記第3ノードとの間に接続する第2容量素子とを備え、
    前記第3ノードが充電されるのに従い前記負荷トランジスタの制御電極が前記第2容量素子によって昇圧されるブートストラップ回路を含んでいる
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  19. 請求項13から請求項18のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    所定のリセット端子に入力されるリセット信号の活性化に応じて、前記出力端子を放電する第5トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  20. 請求項19記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタを駆動するプルダウン駆動回路とをさらに備え、
    前記プルダウン駆動回路は、
    前記入力信号の活性化に応じて前記第6トランジスタをオフ状態にし、
    前記リセット信号の活性化に応じて前記第6トランジスタをオン状態にする
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  21. 請求項13から請求項18のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第5トランジスタをさらに備え、
    前記第5トランジスタの制御電極には、
    少なくとも前記出力端子から出力される出力信号の活性期間の間、前記クロック端子に入力される前記クロック信号とは位相の異なる他のクロック信号が供給される
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  22. 請求項21記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記出力端子を放電する第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタを駆動するプルダウン駆動回路とをさらに備え、
    前記プルダウン駆動回路は、
    前記入力信号の活性化に応じて前記第6トランジスタをオフ状態にし、
    前記第5トランジスタの制御電極に供給される信号の活性化に応じて前記第6トランジスタをオン状態にする
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  23. 請求項13から請求項22のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記プルアップ駆動回路は、
    前記出力端子に接続した制御電極を有し、前記第1ノードと前記クロック端子との間に接続した第7トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  24. 請求項13から請求項23のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前記入力端子に接続した制御電極を有し、前記出力端子と前記クロック端子間に接続した第8トランジスタをさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
  25. 複数のシフトレジスタ回路が縦続接続して成る多段のシフトレジスタ回路であって、
    前記多段の各段は、
    請求項13から請求項24のいずれか記載のシフトレジスタ回路であって、
    前段および後段の出力信号を受け、そのどちらを前記入力端子に供給するかを切り換え可能な切換回路をさらに備える
    ことを特徴とするシフトレジスタ回路。
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