JPH09134970A - サンプリング回路および画像表示装置 - Google Patents

サンプリング回路および画像表示装置

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JPH09134970A
JPH09134970A JP8193748A JP19374896A JPH09134970A JP H09134970 A JPH09134970 A JP H09134970A JP 8193748 A JP8193748 A JP 8193748A JP 19374896 A JP19374896 A JP 19374896A JP H09134970 A JPH09134970 A JP H09134970A
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transistor
sampling
type transistor
data signal
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Yasushi Kubota
靖 久保田
Ichiro Shiraki
一郎 白木
Tamotsu Sakai
保 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMOS構成のサンプリング回路において、
データ信号の書き込みレベルを、高電位側と低電位側と
で対称的にして、フリッカーなどの発生を抑える。 【解決手段】 サンプリング回路SMPを構成するnチ
ャネル型トランジスタNM’とpチャネル型トランジス
タPM’において、μ×W/LとW×L(μ:移動度、
W:チャネル幅、L:チャネル長)の値を共に、nチャ
ネル型トランジスタNM’とpチャネル型トランジスタ
PM’とでほぼ等しくすることにより、データの書き込
み速度と、書き込み終了時の電位変動を揃え、書き込み
完了時における高電位側のデータ信号と低電位側のデー
タ信号を対称的にすることができる。このサンプリング
回路SMPを、反転駆動表示を行う画像表示装置に適用
することにより、正電位側と負電位側の画像信号が対称
的になるので、フリッカーなどの発生を抑えた高品位表
示が可能な画像表示装置を実現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ信号のサ
ンプリング回路およびそれを用いた画像表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のサンプリング回路
は、様々な分野で利用されており、それぞれの利用分野
に適した回路方式が採用されている。以下では、特に、
画像表示装置としての液晶表示装置のデータ線駆動回路
に用いられている回路方式について記載するが、この回
路方式は液晶表示装置に限らず、他の分野においても適
応可能である。
【0003】従来の液晶表示装置の一例として、アクテ
ィブ・マトリクス駆動方式のものが知られている。この
液晶表示装置は、図11(a)に示すように、画素アレ
イと、走査信号線駆動回路GDと、データ信号線駆動回
路SDとからなっている。この画素アレイには、互いに
交差する多数の走査信号線GLと多数のデータ信号線S
Lとが設けられており、隣接する2走査信号線GLと隣
接する2データ信号線SLとで包囲された部分に、画素
部PIXがマトリクス状に設けられている。また、デー
タ信号線駆動回路SDは、クロック信号CKSなどのタ
イミング信号に同期して、入力された映像信号DATを
サンプリングし、必要に応じて増幅して、各データ信号
線SLに書き込む働きをしている。また、走査信号線駆
動回路GDは、クロック信号CKGなどのタイミング信
号に同期して、走査信号線GLを順次選択し、画素部P
IX内にあるスイッチング素子の開閉を制御することに
より、各データ信号線SLに書き込まれた映像信号(デ
ータ)を各画素部PIXの画素電極に書き込むととも
に、各画素部PIXの画素電極に書き込まれたデータを
保持させる働きをしている。
【0004】次に、図11(a)における各画素部PI
Xは、図11(b)に示すように、スイッチング素子で
ある電界効果トランジスタSWと、画素電極容量(液晶
容量CLおよび必要によって付加される補助容量CSより
なる)とによって構成されている。このトランジスタS
Wのドレインおよびソースを介して、データ信号線SL
iと画素電極容量の一方の電極とが接続され、トランジ
スタSWのゲートは走査信号線GLjに接続され、画素
電極容量の他方の電極は全画素に共通の共通電極線に接
続されている。この画素電極容量の各液晶容量CLに印
加される表示電圧により、液晶の透過率または反射率が
変調されて画像表示される。
【0005】ところで、従来のアクティブ・マトリクス
型液晶表示装置は、画素表示用のトランジスタSWの基
板材料として透明基板上に形成された非晶質シリコン薄
膜が用いられ、走査信号線駆動回路GDやデータ信号線
駆動回路SDはそれぞれ外付けICで構成されてきた。
【0006】これに対して、近年、大画面化に伴う画素
表示用のトランジスタの駆動力向上や、駆動ICの実装
コストの低減、または、実装における信頼性などの要求
から、多結晶シリコン薄膜を用いて、モノリシックに画
素アレイと駆動回路を形成する技術が報告されている。
さらに、より大画面化および低コスト化を目指して、ガ
ラスの歪み点(約600℃)以下のプロセス温度で、素
子をガラス基板上の多結晶シリコン薄膜で形成すること
も試みられている。しかし、この多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタは、単結晶シリコン基板上のトランジスタに
比べて、素子寸法が大きく、また、キャリア移動度が小
さいなど、素子特性が劣っているという問題があった。
つまり、多結晶シリコン薄膜トランジスタは、同程度の
駆動力を得るためには、サイズ(チャネル幅)の大きな
素子を用いる必要があった。
【0007】次に、映像データをデータ信号線に書き込
む駆動方式について、以下に記載する。データ信号線の
駆動方式としては点順次駆動方式と線順次駆動方式とが
ある。
【0008】まず、点順次駆動方式では、図6に示すよ
うに、映像信号線DATに入力された映像信号を、クロ
ック信号CKSおよびスタート信号SPSが入力される
走査回路としてのシフト・レジスタSRの各段の出力パ
ルスに同期させてサンプリング・スイッチSWTを開閉
することにより、データ信号線SLに書き込む。ここ
で、バッファ回路LATは、シフト・レジスタSRから
の信号を取り込んで、保持・増幅するとともに、必要に
応じて反転信号を生成する。この方式では、映像信号を
データ信号線SLに書き込む時間が、有効水平走査期間
(水平走査期間の約80%)の1/(データ線本数)の
期間しかないため、大画面化に伴ってデータ信号線の時
定数(容量と抵抗の積)が大きくなる場合や、高精細化
に伴いサンプリング時間が短くなる場合には、十分な書
き込みができなくなり、表示品位を損なう恐れがある。
特に、前述のように、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
のような駆動能力の小さいトランジスタでサンプリング
・スイッチSWTを構成したような場合には、この影響
が大きい。そこで、サンプリング・スイッチSWTを構
成するトランジスタのチャネル幅を大きくすることによ
って、書き込み能力を確保している。
【0009】これに対して、線順次駆動方式では、図7
に示すように、一旦、映像信号をサンプリング容量Cs
mpに蓄え、これを次の水平走査期間において、信号増
幅器AMPを介してデータ信号線SLに出力する。一般
に、サンプリング容量Csmpはデータ信号線SLの容
量よりも小さいので、点順次駆動方式のような問題は少
ない。しかし、サンプリング容量Csmpに保持された
電荷の、サンプリング・スイッチSWTのリーク電流に
よる時間的な減少や、信号増幅器AMPへの転送時にお
ける容量分割による減少の影響を抑えるために、サンプ
リング容量Csmpの容量を増加させると、特に、画面
の高精細化にともなって点順次駆動方式の場合と同様な
書き込み不足が生ずる可能性があり、この場合にも同様
に、サンプリングスイッチSWTを構成するトランジス
タのチャネル幅を大きくすることによって、書き込み能
力を確保することになる。なお、TRFは転送信号線で
あり、chは保持容量である。
【0010】ところで、従来のサンプリング回路は、図
12に示すような構成をとっている。図12において、
サンプリングスイッチSWTを、サンプリング・トラン
ジスタのnチャネル型トランジスタNMと、サンプリン
グ・トランジスタのpチャネル型トランジスタPMとを
並列接続したCMOS(Complementary Metal OxideSem
iconductor)構成とし、低電位側の映像信号をnチャネ
ル型トランジスタNMを介してデータ信号線SLに書き
込み、また、高電位側の映像信号をpチャネル型トラン
ジスタPMを介してデータ信号線SLに書き込むもので
ある。このとき、サンプリング用タイミング信号の発生
回路であるシフト・レジスタSRから出力されたタイミ
ング信号は、インバータからなる複数段の反転回路IN
V1〜4と、必要に応じて設けられる幾つかの論理回路
(図示せず)を介して、nチャネル型トランジスタNM
およびpチャネル型トランジスタPMのゲートに入力さ
れる。この複数段の反転回路INV1〜4は、駆動力の
小さいシフト・レジスタSRからのタイミング信号で、
チャネル幅の大きい(入力負荷の大きい)サンプリング
・トランジスタを駆動するために挿入されるとともに、
タイミング信号の位相(極性)を合わせるために挿入さ
れるものであり、後段になる程、大きなチャネル幅のト
ランジスタからなる反転回路が用いられている。一方、
図示していない論理回路は、必要最小限の映像信号のみ
をサンプリングするために挿入されるとともに、サンプ
リングのタイミングを制御するために挿入される。この
とき、nチャネル型トランジスタNMのゲートと、pチ
ャネル型トランジスタPMのゲートへの入力信号は逆位
相のものが必要とされるため、一方のサンプリング・ト
ランジスタへの経路に反転回路を奇数個(通常1個)追
加して、逆位相信号を生成している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のCMOS構
成のサンプリング回路では、nチャネル型トランジスタ
NMとpチャネル型トランジスタPMのチャネル長およ
びチャネル幅は、図12に示すように、ほぼ同一になっ
ている。例えば、「Driver Circuits for AMLCDs」1994 I
nternatioal Display Research Conference 56〜64頁に
掲載されている文献中のFig.13(61頁)に、そのよ
うな構成が示されている。
【0012】しかし、同図に示されているような構成で
は、データ信号の書き込みレベルによって、書き込み時
間に差が生ずる。これは、主に、nチャネル型トランジ
スタNMとpチャネル型トランジスタPMのキャリア移
動度が異なることが原因である。一般に、pチャネル型
トランジスタPMのキャリア移動度の方がnチャネル型
トランジスタNMよりも小さいことが知られている。
【0013】このような場合、特に、書き込み時間に充
分なマージンがないときには、正極性側のデータ信号と
負極性側のデータ信号の書き込みレベルに差が生じ、液
晶表示装置のような反転駆動方式を用いるものでは、フ
リッカーを引き起こす場合がある。
【0014】この問題を回避するためには、nチャネル
型トランジスタNMとpチャネル型トランジスタPMの
駆動力を同一にすればよく、その最も簡単な方法は、ト
ランジスタのチャネル幅Wを、そのキャリア移動度μに
反比例させて構成することである。即ち、μ×Wの関係
式を、nチャネル型トランジスタNMとpチャネル型ト
ランジスタPMとで、等しくすることである。例えば、
nチャネル型トランジスタNMのキャリア移動度がpチ
ャネル型トランジスタPMのキャリア移動度の2倍であ
れば、図13に示すように、nチャネル型トランジスタ
NMのチャネル幅をpチャネル型トランジスタPMのチ
ャネル幅の2分の1にすればよい。これは、通常、チャ
ネル長やゲート絶縁膜厚などは、nチャネル型トランジ
スタNMとpチャネル型トランジスタPMとでほぼ同一
であるためである。
【0015】しかし、このようにした場合には、新たに
次のような問題が発生する。
【0016】即ち、トランジスタをON状態からOFF
状態にしたときに、図14aおよび図14bに示すよう
に、そのチャネル容量(ゲート電極とチャネル領域の間
の容量)に蓄積されていた電荷は、ソース側およびドレ
イン側へ分配されて流れる。したがって、ドレイン側が
データ信号線のように一定の容量値を持ったフローティ
ングノードであれば、分配された電荷によって、その電
位が変動することになる。また、チャネル容量に蓄積さ
れる電荷量はチャネルの面積に比例するので、上述のよ
うにチャネル幅が異なると、データ信号線の電位変動に
与える影響も異なってくる。これは、チャネル長が同一
の場合である。
【0017】この場合、正極性信号と負極性信号とで、
トランジスタOFF時におけるデータ信号線の電位変動
に非対称性が現れることになり、ここにおいても、液晶
表示装置のような反転駆動方式を用いるものでは、フリ
ッカーを引き起こす可能性がある。
【0018】また、複数のサンプリング回路を有してな
るデータ信号線駆動回路において、上述した、データ信
号線への電位変動の影響は、それが一定値であれば、映
像信号のレベルを調整することにより画像表示への悪影
響を避けることができるが、複数のサンプリング回路の
間で閾値電圧等のバラツキがあると、データ信号線の電
位変動にもバラツキが発生し、表示画像の劣化(縦縞な
ど)をきたす恐れがある。
【0019】特に、前述のように、多結晶シリコン薄膜
トランジスタで構成されたサプリング回路は、そのチャ
ネル幅を大きくする必要があるのでこの影響は大きくな
る。したがって、この場合はチャネル面積をできるだけ
小さくすることが重要である。
【0020】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、データ信号の書き込みレベルを揃えることにより、
フリッカーのない高品位な画像を表示させることができ
るサンプリング回路および、これを用いた画像表示装置
を提供することを目的とする。
【0021】また、本発明の他の目的は、データ信号の
書き込みレベルを揃えることにより、フリッカーのない
高品位な画像を表示させることができることに加えて、
電位変動のバラツキに拘らず縦縞のない画像表示のでき
るサンプリング回路、および、これを用いた画像表示装
置を提供することである。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明のサンプリング回
路は、並列に接続されたnチャネル型トランジスタとp
チャネル型トランジスタからなり、タイミング信号に基
づいてアナログ信号のサンプリングを行うCMOS構成
のサンプリングスイッチ素子を有するサンプリング回路
において、該nチャネル型トランジスタとpチャネル型
トランジスタの駆動力がほぼ同一であり、かつ、該nチ
ャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの容
量に起因する遮断時の引き込み電圧がほぼ同一である構
成としたものであり、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【0023】また、本発明のサンプリング回路は、並列
に接続されたnチャネル型トランジスタとpチャネル型
トランジスタからなり、タイミング信号に基づいてアナ
ログ信号のサンプリングを行うCMOS構成のサンプリ
ングスイッチ素子を有するサンプリング回路において、
該nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジス
タにおいて、μを移動度、Wをチャネル幅、Lをチャネ
ル長としたときのμ×W/Lの値と、W×Lの値とが共
に、該nチャネル型トランジスタとpチャネル型トラン
ジスタでほぼ等しい構成としたものであり、そのことに
より上記目的が達成される。
【0024】また、本発明のサンプリング回路は、並列
に接続されたnチャネル型トランジスタとpチャネル型
トランジスタからなり、タイミング信号に基づいてアナ
ログ信号のサンプリングを行うCMOS構成のサンプリ
ングスイッチ素子を有するサンプリング回路において、
該pチャネル型トランジスタのチャネル長が、該nチャ
ネル型トランジスタのチャネル長よりも小さく、かつ、
該nチャンネル型トランジスタと該pチャネル型トラン
ジスタとで、チャネル長とチャネル幅の積がほぼ等しい
構成としたものであり、そのことにより上記目的が達成
される。
【0025】さらに、好ましくは、本発明のサンプリン
グ回路におけるサンプリングスイッチ素子が、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタで構成されている。
【0026】また、本発明の画像表示装置は、画素部が
マトリクス状に設けられ、該画素部の近傍位置を通るデ
ータ信号線に、データ信号線駆動回路により、タイミン
グ信号に同期して映像信号を書き込んで該画素部に供給
して画像表示を行うアクティブ・マトリクス型の画像表
示装置において、該データ信号線駆動回路に、請求項1
〜4のうちいずれかに記載のサンプリング回路を設けた
ものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【0027】また、好ましくは、本発明の画像表示装置
における少なくとも画素部およびデータ信号線駆動回路
を、多結晶シリコン薄膜が形成された絶縁基板上に設け
る。上記構成により、以下その作用を説明する。
【0028】本発明のサンプリング回路においては、並
列に接続されたnチャネル型トランジスタとpチャネル
型トランジスタの駆動力をほぼ同一にするとともに、こ
れらのnチャネル型トランジスタとpチャネル型トラン
ジスタの容量に起因するOFF時の引き込み電圧をほぼ
同一にすることによって、データの書き込み完了時にお
ける正極性信号と負極性信号の書き込みレベルを対称的
にすることが可能となる。
【0029】また、このサンプリング回路において、こ
れらのnチャネル型トランジスタとpチャネル型トラン
ジスタのμ×W/L(μ:移動度、W:チャネル幅、
L:チャネル長)の値と、W×Lの値を共に、nチャネ
ル型トランジスタとpチャネル型トランジスタでほぼ等
しく設定することによって、上記した駆動力とチャネル
容量に起因するOFF時の引き込み電圧とを容易にほぼ
同一にすることが可能となる。
【0030】さらに、このサンプリング回路を構成する
サンプリングスイッチ素子が、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタである場合には、そのキャリア移動度が小さ
く、また、素子寸法が大きいために、チャネル容量が大
きくなり、OFF時の引き込み電圧の影響も大きくなる
が、本発明のトランジスタ構成とすることによって上記
効果がより大きくなる。
【0031】また、上記サンプリング回路を、データ信
号線に映像信号を書き込むデータ信号線駆動回路に適用
すれば、例えば反転駆動方式で表示を行う際に、正極性
信号と負極性信号の書き込みレベルが対称的になり、フ
リッカーのない高品位な画像表示が可能となる。
【0032】また、少なくとも画素部および前記データ
信号線駆動回路を、多結晶シリコン薄膜が形成された絶
縁基板上に一体的に設けるようにすれば、駆動回路の実
装コストを低減させることが可能となると同時に、上記
したような高品位の画像表示を実現することが可能とな
る。
【0033】本発明のサンプリング回路においては、C
MOS構成のnチャネル型トランジスタとpチャネル型
トランジスタとで、チャネル長とチャネル幅の積がほぼ
等しいので、トランジスタの容量に起因するOFF時の
引き込み電圧がほぼ同一になり、データの書き込み完了
時における正極性信号と負極性信号の書き込みレベルを
対称的にすることができる。また、一般に、同一チャネ
ル長では、pチャネル型トランジスタの方がnチャネル
型トランジスタよりも素子耐圧が高いため、pチャネル
型トランジスタのチャネル長をnチャネル型トランジス
タのチャネル長よりも小さくすることにより、同駆動能
力でのチャネル面積を抑えることが可能となる。その結
果、複数のサンプリング回路からなるシステムにおい
て、閾値電圧のバラツキに起因する上記引き込み電圧の
バランスが低減されるので、サンプリング電圧の均一性
を向上させることができる。
【0034】また、このサンプリング回路を構成するサ
ンプリングスイッチ素子が、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタである場合には、単結晶シリコントランジスタに
較べて、そのキャリア移動度が小さく、また、加工精度
を小さくすることが困難であるため、素子寸法、すなわ
ち、チャネル容量が大きくなる。このため、OFF時の
引き込み電圧の影響も大きくなる傾向があるので、本発
明の効果が大きく現れる。
【0035】また、本発明の画像表示装置においては、
上記サンプリング回路を、データ信号線に映像信号を書
き込むデータ信号線駆動回路に適用しているので、反転
駆動方式で表示を行う際に、正極性信号と負極性信号の
書き込みレベルが対称的になるとともに、素子特性のバ
ラツキに起因する引き込み電圧のバラツキが抑制される
ため、フリッカーや縦縞のない高品位の画像表示が可能
となる。
【0036】また、本発明の画像表示装置においては、
少なくとも画素部およびデータ信号線駆動回路が、絶縁
基板上に形成された多結晶シリコン薄膜上に構成されて
いるので、駆動回路の実装コストを低減させると同時
に、上述のような高品位の画像表示を実現することがで
きる。
【0037】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0038】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1におけるサンプリング部の構成例を示すブロック図で
ある。
【0039】図1において、サンプリング回路SMP
は、走査回路としてのシフト・レジスタSRからのタイ
ミング信号(出力信号)によって、CMOS構成のサン
プリング回路SMPの開閉が制御され、そのタイミング
信号に基づいて映像信号線DATからの映像信号である
アナログ信号のサンプリングを行う。このとき、このサ
ンプリング回路SMPを構成するnチャネル型トランジ
スタとpチャネル型トランジスタの並列回路において、
その駆動力と遮断時の引き込み電圧△V(n),△V
(p)を、nチャネル型トランジスタとpチャネル型ト
ランジスタとでほぼ等しくなるように構成している。こ
の駆動力とは、例えば、nチャネル型トランジスタのオ
ン電流Ion(n)および、pチャネル型トランジスタ
のオン電流Ion(p)であり、これらがほぼ等しくな
るように構成している。また、nチャネル型トランジス
タの遮断時の引き込み電圧△V(n)および、pチャネ
ル型トランジスタの遮断時の引き込み電圧△V(p)は
チャネル部の蓄積電荷量に依存している。
【0040】図2は、図1のサンプリング回路SMPの
具体的構成例を示す回路図である。図2においては、シ
フト・レジスタSRからのタイミング信号は、インバー
タからなる反転回路INV1で反転増幅された後、2系
統に分岐され、一方は、インバータからなる1段の反転
回路INV2を経て、サンプリング・トランジスタのn
チャネル型トランジスタNM’のゲート電極に、他方
は、インバータからなる2段の反転回路INV3さらに
反転回路INV4を経て、サンプリング・トランジスタ
のpチャネル型トランジスタPM’のゲート電極に入力
されている。これらのnチャネル型トランジスタNM’
およびpチャネル型トランジスタPM’からなるサンプ
リング・スイッチSWT’により、映像信号を映像信号
線DATからデータ信号線SLに書き込む構成としてい
る。
【0041】ここで、上述した駆動力と遮断時の引き込
み電圧を等しくする条件を満たすために、nチャネル型
トランジスタNM’とpチャネル型トランジスタPM’
の、チャネル幅Wだけではなくチャネル長Lについて
も、適当な値を選択している。つまり、μをキャリア移
動度として、μ×W/Lの値をnチャネル型トランジス
タNM’とpチャネル型トランジスタPM’とでほぼ等
しくすることにより、両サンプリング・トランジスタの
駆動力を揃えるとともに、W×Lの値をnチャネル型ト
ランジスタNM’とpチャネル型トランジスタPM’と
でほぼ等しくすることにより、両サンプリング・トラン
ジスタの遮断時の引き込み電圧△V(n),△V(p)
を揃えている。
【0042】このように、両サンプリング・トランジス
タのμ×W/Lの値をほぼ等しくすることにより、その
駆動力をほぼ同一にすることができる。したがって、主
にpチャネル型トランジスタPM’が書き込みを担う正
極性側のデータ信号と、主にnチャネル型トランジスタ
NM’が書き込みを担う負極性側のデータ信号の書き込
みレベルの差が生じなくなり、液晶表示装置のような反
転駆動方式を用いるものにおいても、フリッカーなどを
引き起こすことなく、優れた表示品位となる。また、両
サンプリング・トランジスタのW×Lの値をほぼ等しく
することにより、両サンプリング・トランジスタのチャ
ネル容量をほぼ同一にすることができる。したがって、
チャネル容量に蓄積された電荷に起因するOFF時の引
き込み電圧もほぼ同一になるので、データの書き込み完
了時における正極性信号と負極性信号の書き込みレベル
が対称的になり、液晶表示装置のような反転駆動方式を
用いるものにおいても、フリッカーを引き起こすことな
く、優れた表示品位となる。
【0043】以上の効果を確認するために行ったシミュ
レーションの結果を、図3に示している。
【0044】図3は、図2のサンプリング回路SMP
と、2つの従来のサンプリング回路(図12および図1
3)について、映像信号(+5Vおよび−5V)のサン
プリングを行ったときの書き込み特性を示す出力波形図
である。
【0045】図3において、出力波形Aは図2に示す本
実施形態のサンプリング回路SMPの場合、出力波形B
は図12に示す従来のサンプリング回路の場合、出力波
形Cは図13に示す従来のサンプリング回路の場合に対
応している。
【0046】なお、図3において、サンプリング信号
(図示せず)は、時刻100nsecにおいてオン状態
となり、時刻200nsecにおいてオフ状態となるよ
うに与えられている。
【0047】このような3つのサンプリング回路におい
て、pチャネル型トランジスタPM’のサイズは同一で
あるので、高電位側の信号の書き込み波形は殆ど差がな
い。一方、低電位側の信号の書き込み波形には、明らか
に差が見られる。つまり、図12のサンプリング回路に
おいては、nチャネル型トランジスタNM’の駆動力が
大きいために、出力波形Bは、他よりも書き込み速度が
速くなって、低いレベルまで(高電位側信号よりも多
く)書き込みが完了しており、書き込み完了時点でのレ
ベルは非対称になっている。また、図13のサンプリン
グ回路においては、nチャネル型トランジスタNM’の
チャネル容量が小さいために、出力波形Cは、書き込み
終了時(サンプリングOFF時)における引き込み電圧
(電位変動)が、他のものよりも小さく(高電位側信号
よりも小さく)なっており、書き込み完了時点でのレベ
ルは非対称になっている。これに対して、本実施形態で
ある図2のサンプリング回路SMPにおいては、nチャ
ネル型トランジスタNM’の駆動力およびチャネル容量
が、pチャネル型トランジスタPM’のそれとほぼ同一
であるために、書き込み速度やサンプリングOFF時の
電位変動が、ほぼ同じになっていることが解る。その結
果として、書き込み完了時点でのレベルはほぼ対称にな
っており、本発明の効果が確認された。
【0048】ところで、サンプリング・トランジスタの
nチャネル型トランジスタNM’およびpチャネル型ト
ランジスタPM’は、決められた時間内に、データ信号
線SLに映像信号を書き込む性能が要求されており、プ
ロセス技術から決められたゲート絶縁膜厚と最小チャネ
ル長の下で、書き込みに必要なチャネル幅が設定され
る。したがって、トランジスタのキャリア移動度が小さ
い場合、例えば、多結晶シリコン薄膜トランジスタなど
を用いた場合には、そのチャネル幅はより大きくする必
要がある。また、多結晶シリコン薄膜プロセスなどを用
いた場合のように、プロセス技術が充分に成熟していな
い場合には、加工寸法、即ち、トランジスタの最小チャ
ネル長は大きくなるので、同一の駆動力を得るために
は、より大きなチャネル幅を有するトランジスタが必要
となる。
【0049】このように、サンプリング回路の駆動力
(書き込み性能)の点から、トランジスタのチャネル幅
を大きくすると、そのチャネル容量(チャネル幅とチャ
ネル長の積に比例する)も大きくなり、このチャネル容
量に蓄積される電荷によって引き起こされるデータ信号
線の電位変動も大きくなる。nチャネル型トランジスタ
NM’とpチャネル型トランジスタPM’のチャネル容
量に差があると、それぞれが引き起こす電位変動に非対
称性が発生し、フリッカーなどの原因となっている。
【0050】したがって、多結晶シリコン薄膜トランジ
スタのように、キャリア移動度が小さく、また、そのプ
ロセス技術が成熟していない場合には、フリッカーなど
の影響が大きく現れると予想されるので、本発明の実施
形態の有効性は非常に大きくなる。
【0051】図4は、図2のサンプリング・スイッチS
WT’を構成するトランジスタの一例を示す多結晶シリ
コン薄膜トランジスタの断面図である。
【0052】図4において、ガラス基板などの絶縁基板
1上に、汚染防止膜としてのシリコン酸化膜2を堆積
し、その上にソース領域3aおよびドレイン領域3b、
チャネル領域3cとなる多結晶シリコン薄膜を形成して
いる。次に、この多結晶シリコン薄膜を覆うようにゲー
ト絶縁膜4を形成し、さらに多結晶シリコン薄膜上方の
中央部にゲート電極5を形成した後、ゲート電極5をマ
スクとする自己整合法により多結晶シリコン薄膜の一部
に不純物を注入してソース領域3aおよびドレイン領域
3bとし、その上に層間絶縁膜6を堆積する。さらに、
この層間絶縁膜6のソース領域3aおよびドレイン領域
3b上にそれぞれコンタクトホールを開口した後、ソー
ス領域3aおよびドレイン領域3bと接続される金属配
線7a,7bを形成して多結晶シリコン薄膜トランジス
タTを完成させる。さらに、必要があれば、この薄膜ト
ランジスタTを形成した後のいずれかの工程において、
水素化処理を行って、トランジスタ特性の向上を図る。
【0053】この多結晶シリコン薄膜トランジスタTと
してnチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジ
スタを並列に構成して、サンプリング・スイッチSW
T’とし、その駆動力と遮断時の引き込み電圧を、nチ
ャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタとで
ほぼ等しくなるように構成すれば、正極性側と負極性側
の両方の信号について、データ信号の書き込みレベルを
揃えることができて、高品位な画像を表示させるための
サンプリング回路を得ることができる。
【0054】(実施形態2)図5は、本発明の実施形態
2における画像表示装置の構成例を示すブロック図であ
る。なお、図11に示した従来の画像表示装置と異なる
のは、そのデータ信号線駆動回路SD’が、上記実施形
態1のサンプリング回路を備えている点である。
【0055】図5において、データ信号線駆動回路S
D’は、図6に示す点順次駆動方式の駆動回路または、
図7に示す線順次駆動方式の駆動回路であり、これら駆
動回路の一部を構成するサンプリング・スイッチ(図6
のSWT、および、図7のSWT)として、上記実施形
態1に示した素子条件のサンプリング・スイッチSW
T’を用いている。
【0056】このデータ信号線駆動回路SD’には、電
源端子VSHおよび接地端子VSLが設けられ、また、
映像信号線DAT、クロック信号線CKSおよびスター
ト信号線SPSが接続されている。また、データ信号線
駆動回路SD’の出力端には、複数のデータ信号線SL
が接続されている。
【0057】また、走査信号線駆動回路GDには、電源
端子VGHおよび接地端子VGLが設けられ、また、パ
ルス信号線GPS、クロック信号線CKGおよびスター
ト信号線SPGが接続されている。また、走査信号線駆
動回路GDの出力端には、複数の走査信号線GLが接続
されている。これらのデータ信号線SLと走査信号線G
Lの各交差部近傍位置にそれぞれ画素部PIXがマトリ
クス状に設けられている。
【0058】これにより、上記実施形態1で記載したよ
うに、サンプリング・スイッチSWTを構成するnチャ
ネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの駆動
力、および、遮断時の引き込み電圧がほぼ等しくなるよ
うに構成したので、表示画像のフリッカーなどが抑えら
れ、高品位の画像表示が可能となる。
【0059】なお、図7に示した線順次駆動方式の場合
には、サンプリング回路の出力は直接データ信号線SL
に出力されるのではなく、保持容量(Csmpまたは/
およびCh)を介して出力されるのであるが、本発明の
原理および効果は、図6に示した点順次駆動方式の場合
と、全く同じのものとなる。即ち、本発明によれば、保
持容量に書き込まれた信号レベルが正極性側と負極性側
で対称形となるので、これを信号増幅器で増幅してデー
タ信号線に出力した映像信号も対称形となり、高品位の
画像表示が可能となる。
【0060】ところで、多結晶シリコン薄膜トランジス
タを用いることにより、画素スイッチと駆動回路とを一
体化形成し、安価で信頼性の高い画像表示装置を得るこ
とができるが、その構成例を図8に示している。
【0061】図8において、画素部PIXのアレイ、デ
ータ信号線SL、走査信号線GL、データ信号線駆動回
路SD’および走査信号線駆動回路GDは、絶縁基板部
11上に一体形成されており、外部のタイミング信号発
生回路TIMおよび電源回路VGENから、それぞれ、
タイミング信号と映像信号および駆動電圧を供給してい
る。また、電源回路VGENのCOM端子から対向電圧
電源が絶縁基板部11に供給されている。
【0062】この構成においても、上記実施形態1で記
載したように、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用い
たことにより、チャネル容量によるデータ信号線の電位
変動が大きくなるが、上記した本発明の効果もより大き
くなる。
【0063】以上の各実施形態により、CMOSサンプ
リング回路において、nチャネル型トランジスタとpチ
ャネル型トランジスタのμ×W/LとW×Lの値を、n
チャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタで
同一の値にすることによって、+側と−側のサンプリン
グ電圧を対称にし、表示におけるフリッカーなどを抑え
て高品位の表示を得ることができる。
【0064】(実施形態3)図9は、本発明に係る他の
サンプリング回路の構成例を示したブロック図である。
【0065】図9においては、走査回路としてのシフト
・レジスタSRからのタイミング信号(出力信号)によ
って、CMOS構成のサンプリング回路の開閉が制御さ
れる。
【0066】具体的には、シフトレジスタSRからの出
力信号は、反転回路INV1で反転増幅された後、2系
統に分岐され、一方は、1段の反転回路INV2を経
て、nチャネル型トランジスタNM’のゲート電極に、
他方は、2段の反転回路INV3及びINV4を経て、
pチャネル型トランジスタPM’のゲート電極に入力さ
れている。
【0067】そして、サンプリング回路を構成するnチ
ャネル型トランジスタNM’とpチャネル型トランジス
タPM’において、素子耐圧の点で支障のない範囲内
で、pチャネル型トランジスタPM’のチャネル長をn
チャネル型トランジスタNM’のチャネル長よりも小さ
くするとともに、チャネル面積(チャネル長とチャネル
幅の積)をほぼ等しくしている。このようにする理由を
以下に説明する。
【0068】前述のように、正極性側と負極性側の信号
でOFF時の引き込み電圧を対称的にするには、チャネ
ル面積を等しくする必要がある。また、素子特性にバラ
ツキがある場合を考慮すると、サンプリング信号の引き
込み電圧及びそのバラツキを小さく抑えるには、チャネ
ル面積をできるだけ小さくする必要がある。
【0069】ここで、従来のように、nチャネル型トラ
ンジスタとpチャネル型トランジスタとで同一のチャネ
ル長にすると、サンプリング回路としての書き込み能力
を確保するために、駆動力の小さい(キャリア移動度の
小さい)pチャネル型トランジスタで素子サイズ(チャ
ネル幅)が規定される。このとき、nチャネル型トラン
ジスタは、要求される以上の駆動力を有することにな
る。
【0070】一般に、nチャネル型トランジスタと、p
チャネル型トランジスタとを比較したとき、同一サイズ
のトランジスタでは、素子耐圧(ソース・ドレイン耐
圧)はpチャネル型トランジスタの方が高い。したがっ
て、nチャネル型トランジスタよりもpチャネル型トラ
ンジスタのチャネル長を小さくしても、動作上の問題は
生じない。
【0071】以上の理由により、図9に示す例では、n
チャネル型トランジスタではチャネル長を8μm、チャ
ネル幅を120μmとし、pチャネル型トランジスタで
はチャネル長を6μm、チャネル幅を160μmとして
いる。これは、チャネル長8μmのnチャネル型トラン
ジスタと、チャネル長6μmのpチャネル型トランジス
タとで、ソース・ドレイン耐圧がほぼ等しい場合の例で
ある。
【0072】これにより、nチャネル型トランジスタの
チャネル長に対するチャネル幅の比W/Lは、pチャネ
ル型トランジスタの場合の比に対し約56%になるが、
nチャネル型トランジスタのキャリア移動度が約2倍で
あるので、駆動地からの点からは問題ない。
【0073】このような構成を採るとき、サンプリング
回路を構成するトランジスタのチャネル面積が小さくな
るので、オフ時の引き込み電圧も小さくなる。したがっ
て、閾値電圧が設計値からずれたときの、引き込み電圧
の非対称性、つまり正極性信号と負極性信号を書き込ん
だときの引き込み電圧の差も小さくなることが期待され
る。
【0074】このことを確認するために、5Vと−5V
を書き込んだときの書き込み電圧(十分な時間をかけて
書き込んだ後にサンプリング回路をオフしたときの電
圧)を、回路シュミレーションにより計算したところ、
表1のような結果が得られた。
【0075】
【表1】
【0076】この表1において、従来例のサンプリング
回路(図10に準じたもの)においては、pチャネル型
トランジスタの駆動力を図9の回路と同等にするため
に、チャネル幅を213μmとしている。また、従来例
のサンプリング回路のチャネル長は8μmとしている。
表中のLn,Wn,Vth(n)は、nチャネル型トランジスタの
チャネル長、チャネル幅、閾値電圧であり、Lp,Wp,Vt
h(p)はpチャネル型トランジスタのチャネル長、チャネ
ル幅、閾値電圧である。
【0077】従来例によるサンプリング回路でのシュミ
レーション結果に較べて、本実施形態の場合は閾値電圧
が0.5Vシフトした場合の書き込み電圧の非対称性
が、約60%に低減している。この数値は、チャネル面
積が約56%であることを考慮すると妥当な値である。
【0078】ところで、サンプリング・トランジスタN
M’及びPM’は、決められた時間内に信号を書き込む
だけの性能が要求されており、プロセス・デバイス技術
から決められたゲート絶縁膜厚と最小チャネル長の下
で、書き込みに必要なチャネル幅が設定される。従っ
て、トランジスタのキャリア移動度が小さい場合、例え
ば、多結晶シリコン薄膜トランジスタ等を用いた場合に
は、そのチャネル幅はより大きくする必要がある。
【0079】また、多結晶シリコン薄膜トランジスタで
は、トランジスタ特性(キャリア移動度や閾値電圧な
ど)が単結晶シリコン・トランジスタよりも劣っている
ため、サンプリング回路をより高い電圧で駆動する必要
がある。更に、単結晶シリコン・トランジスタに較べ
て、ソース・ドレイン耐圧も低いため、同程度の耐圧を
確保するのにもチャネル長を大きくする必要がある。
【0080】以上のように、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタでは、あるサンプリング性能を得るためには、サ
ンプリング・トランジスタのチャネル面積は、単結晶シ
リコン・トランジスタに較べて非常に大きくなる。した
がって、上述のように、書き込み電圧の非対称性が大き
くなる可能性が高く、本発明の効果がより大きく現れる
ことになる。
【0081】なお、本発明のサンプリング回路を構成す
る多結晶シリコン薄膜トランジスタの具体的な構成例
は、図4と同じようにすることが出来る。
【0082】(実施形態4)図10は、本発明に係る他
の画像表示装置の構成例を示したブロック図である。
【0083】図10における構成は、従来の画像表示装
置と同一のものであるが、そのデータ信号線駆動回路S
D’が、実施形態3のサンプリング回路を備えている。
【0084】具体的には、データ信号線駆動回路SD’
は、図6に示す点順次駆動方式の駆動回路、あるいは、
図7に示す線順次駆動方式の駆動回路であり、これら駆
動回路の一部を構成するサンプリング・スイッチ(図6
のSWT、および、図7のSWT)として、実施形態3
に示したサンプリング・スイッチSWT'を用いてい
る。
【0085】これにより、実施形態3で述べたように、
サンプリング・スイッチを構成するnチャネル型トラン
ジスタとpチャネル型トランジスタの遮断時の引き込み
電圧が小さくなるので、トランジスタの閾値電圧にバラ
ツキがある場合においても、書き込み電圧の非対称性を
抑えることができる。その結果、表示画像のフリッカー
や縦横等が抑えられ、高品位の画像表示が可能となる。
【0086】尚、図7に示した線順次駆動回路方式の場
合には、サンプリング回路の出力は直接データ信号線S
Lに出力されるものではなく、保持容量(Csmpまた
は/およびCh)を介して出力されるのであるが、本発
明の原理および効果は、図6に示した点順次駆動回路方
式の場合と、全く同じものである。
【0087】ところで、従来技術の項でも述べたよう
に、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いることによ
り、図8に示したように画像スイッチと駆動回路とを一
体形成し、安価で信頼性の高い画像表示装置を得ること
ができる。
【0088】この画像表示装置においても、実施形態3
で述べたように、多結晶シリコン薄膜トランジスタをも
ちいたことにより、チャネル容量によるデータ信号線の
電位変動(引き込み電圧およびそのバラツキ)が大きく
なるので、上に述べた本発明の効果がより大きくなると
考えられる。
【0089】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、サンプリ
ング回路を構成する並列接続されたnチャネル型トラン
ジスタとpチャネル型トランジスタの駆動力をほぼ同一
にするとともに、これらのnチャネル型トランジスタと
pチャネル型トランジスタのチャネル容量に起因するO
FF時の引き込み電圧をほぼ同一にすることにより、デ
ータの書き込み完了時における正極性信号と負極性信号
の書き込みレベルを対称的にすることができる。
【0090】また、多結晶シリコン薄膜トランジスタの
ように、キャリア移動度が小さく、また、寸法が大きい
素子により、サンプリング回路を構成した場合には、チ
ャネル容量が大きくなり、OFF時の引き込み電圧の影
響も大きくなるので、本発明の効果がより大きくなる。
【0091】さらに、画像表示装置において、上記サン
プリング回路を、データ信号線に映像信号を書き込むデ
ータ信号線駆動回路に適用すれば、反転駆動方式で表示
を行う際に、正極性信号と負極性信号の書き込みレベル
が対称的になり、フリッカーのない高品位の画像表示を
実現することができる。
【0092】さらに、少なくとも画素およびデータ信号
線駆動回路を、絶縁基板上に形成された多結晶シリコン
薄膜上に構成して、画像表示装置を構成した場合には、
駆動回路の実装コストを低減させると同時に、上記した
ような高品位の画像表示を実現することができる。
【0093】また、本発明においては、サンプリング回
路を構成するpチャネル型トランジスタのチャネル長を
nチャネル型トランジスタのチャネル長よりも小さく
し、かつ、nチャネル型のトランジスタとpチャネル型
トランジスタのチャネル面積をほぼ同一にすることによ
り、サンプリング・トランジスタに特性バラツキがある
ときにも、データの書き込み完了時における正極性信号
と負極性信号の書き込みレベルの非対称性を抑えること
ができる。
【0094】また、多結晶シリコン薄膜トランジスタの
ように、キャリア移動度が小さく、また、寸法が大きい
素子により、サンプリング回路を構成した場合には、チ
ャネル容量が大きくなり、OFF時の引き込み電圧の影
響も大きくなるので、本発明の効果は大きい。
【0095】また、本発明の画像表示装置において、上
記サンプリング回路を、データ信号線に映像信号を書き
込むデータ信号線駆動回路に適用しているので、反転駆
動方式で表示を行う際に、正極性映像信号と負極性映像
信号の書き込みレベルの非対称性が抑えられ、フリッカ
ーや縦縞のない高品位の画像表示が可能となる。
【0096】また、少なくとも画素部およびデータ信号
線駆動回路を、絶縁基板上に形成された多結晶シリコン
薄膜上に構成して、画像表示装置を構成した場合には、
駆動回路の実装コストを低減させると同時に、上述のよ
うな高品位の画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1におけるサンプリング部の
構成例を示すブロック図である。
【図2】図1のサンプリング回路SMPの具体的構成例
を示す回路図である。
【図3】本発明の実施形態1と従来技術によるサンプリ
ング回路における書き込み特性を示す出力波形図であ
る。
【図4】図2のサンプリング・スイッチSWTを構成す
るトランジスタの一例を示す多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタの断面図である。
【図5】本発明の実施形態2における画像表示装置の構
成例を示すブロック図である。
【図6】点順次駆動方式のデータ信号線駆動回路の構成
例を示すブロック図である。
【図7】線順次駆動方式のデータ信号線駆動回路の構成
例を示すブロック図である。
【図8】周辺回路を含む図5の画像表示装置の構成例を
示すブロック図である。
【図9】本発明に係る他のサンプリング回路の構成例を
示すブロック図である。
【図10】本発明に係る他の画像表示装置の構成例を示
すブロック図である。
【図11】(a)は従来の画像表示装置の構成例を示す
ブロック図であり、(b)は(a)の画素部PIXの回
路図である。
【図12】従来のサンプリング回路SMPの具体的構成
例を示す回路図である。
【図13】従来のサンプリング回路SMPの別の具体的
構成例を示す回路図である。
【図14】(a)および(b)は、本発明が解決すべき
電位変動の発生理由を説明するための模式図である。
【符号の説明】
SR シフト・レジスタ SMP サンプリング回路 DAT 映像信号線 SL データ信号線 SWT’ サンプリング・スイッチ NM’ nチャネル型トランジスタ PM’ pチャネル型トランジスタ SD’ データ信号線駆動回路 INV1〜4 反転回路 T 多結晶薄膜トランジスタ PIX 画素部 11 絶縁基板部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/687 H01L 29/78 613A H04N 5/66 102 9184−5K H03K 17/687 G

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 並列に接続されたnチャネル型トランジ
    スタとpチャネル型トランジスタからなり、タイミング
    信号に基づいてアナログ信号のサンプリングを行うCM
    OS構成のサンプリングスイッチ素子を有するサンプリ
    ング回路において、 該nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジス
    タの駆動力がほぼ同一であり、かつ、該nチャネル型ト
    ランジスタとpチャネル型トランジスタの容量に起因す
    る遮断時の引き込み電圧がほぼ同一である構成としたサ
    ンプリング回路。
  2. 【請求項2】 並列に接続されたnチャネル型トランジ
    スタとpチャネル型トランジスタからなり、タイミング
    信号に基づいてアナログ信号のサンプリングを行うCM
    OS構成のサンプリングスイッチ素子を有するサンプリ
    ング回路において、 該nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジス
    タにおいて、μを移動度、Wをチャネル幅、Lをチャネ
    ル長としたときのμ×W/Lの値と、W×Lの値とが共
    に、該nチャネル型トランジスタとpチャネル型トラン
    ジスタでほぼ等しい構成としたサンプリング回路。
  3. 【請求項3】 並列に接続されたnチャネル型トランジ
    スタとpチャネル型トランジスタからなり、タイミング
    信号に基づいてアナログ信号のサンプリングを行うCM
    OS構成のサンプリングスイッチ素子を有するサンプリ
    ング回路において、 該pチャネル型トランジスタのチャネル長が、該nチャ
    ネル型トランジスタのチャネル長よりも小さく、かつ、
    該nチャンネル型トランジスタと該pチャネル型トラン
    ジスタとで、チャネル長とチャネル幅の積がほぼ等しい
    構成としたサンプリング回路。
  4. 【請求項4】 前記サンプリングスイッチ素子が、多結
    晶シリコン薄膜トランジスタで構成されている請求項
    1、2または3記載のサンプリング回路。
  5. 【請求項5】 画素部がマトリクス状に設けられ、該画
    素部の近傍位置を通るデータ信号線に、データ信号線駆
    動回路により、タイミング信号に同期して映像信号を書
    き込んで該画素部に供給して画像表示を行うアクティブ
    ・マトリクス型の画像表示装置において、 該データ信号線駆動回路に、請求項1〜4のうちいずれ
    かに記載のサンプリング回路を設けた画像表示装置。
  6. 【請求項6】 少なくとも前記画素部およびデータ信号
    線駆動回路を、多結晶シリコン薄膜が形成された絶縁基
    板上に設けた請求項5記載の画像表示装置。
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