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JP2004085666A - 画像表示装置 - Google Patents

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景山  寛
Toshio Miyazawa
宮沢 敏夫
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Hitachi Ltd
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Abstract

【課題】nまたはpチャネルのどちらか一方のチャネル型のTFTで画素TFT4と駆動回路を形成し、かつ多階調表示ができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置は、スイッチ駆動線に入力された駆動信号を、複数のスイッチ手段(スイッチマトリクス12,13)に対して選択的に入力するためのスイッチ手段選択手段(シフトレジスタ13,14)を有し、画素(表示電極5)、信号線2,3、スイッチ手段、デコード手段(デコーダ15,16)、スイッチ手段選択手段は同一の基板1上に形成され、画素、スイッチ手段、デコード手段、スイッチ手段選択手段を構成するトランジスタは、nまたはpチャネルのいずれか一方のチャネル型のトランジスタだけで構成する。
【効果】駆動回路を画素トランジスタと共に基板上に一体形成できる。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、フラットパネルディスプレイの分野で、液晶ディスプレイが大きなシェアを占めるようになった。液晶ディスプレイはガラス等の2枚の基板に液晶を挟持し、光透過率、もしくは反射率を変化させることで光を制御し画像を表示する画像表示装置である。液晶ディスプレイの中でも、画素毎にアクティブ素子として薄膜トランジスタ(以下、TFTと略す)を用いた、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイは応答が速く、画像が鮮明なため、主流となった。
【0003】
TFTには、従来からのアクティブマトリクス液晶ディスプレイに広く使われているアモルファスシリコンTFT(a−Si TFT)液晶ディスプレイの他に、a−Si TFTに比べ、移動度が2桁以上高い多結晶シリコンTFT(Poly−Si TFT)がある。TFTの移動度が高いと、TFTにより多くの電流が流すことができ、また、そのTFTを使った回路はより高速に動作することができる。
【0004】
これにより、a−Si TFTを使った液晶ディスプレイでドライバICとして基板外部に外付けしていた駆動回路を、基板の周辺部に画素TFTと一体形成することができるようになった。また、発光素子の電流を制御して画像を表示するアクティブマトリクス型の発光ダイオード(LED)ディスプレイの画素回路を駆動する回路を形成できるようになった。LEDディスプレイの画素回路の一例は、第7回International Display Workshop (IDW’00)の予稿集の236ページの図1に記載されている。
【0005】
図13にアクティブマトリクス型のTFT液晶ディスプレイの構成の一例を示す。図13は、駆動回路をPoly−Si TFTで作成し、基板の周辺部に画素TFTと一体形成した例でもある。また、図13はデジタル画像信号を入力して画像表示する液晶ディスプレイの例でもある。
【0006】
透明基板151は液晶を挟持する基板の片方であり、基板上表面の表示領域156には、信号線152が紙面縦方向に、走査線153が紙面横方向に、マトリクス状に配線されている。信号線152と走査線153の交差部には画素TFT154と表示電極155がある。透明基板151の紙面上方向には、図面に記載していないもう1枚の透明基板が重なり、それらの間に液晶を挟持して液晶ディスプレイを構成している。このもう1枚の透明基板には対向電極と呼ばれる透明電極が液晶側表面に形成されている。表示電極155と対向電極の間に交流電圧を印加し、交流電圧の実効値で光透過率や反射率を変化することで画像を表示する。
【0007】
通常、それぞれの信号線152には表示する画像信号に対応したアナログの電圧信号を供給し、それに同期して特定の走査線153に画素TFT154をスイッチングするパルスが供給されることにより、横一列の表示電極155に信号線152のアナログ電圧が供給される。画素TFT154がオフになっても、表示電極155に供給された電圧は、対向電極との間の容量や、他の配線との間に設けた容量により保持される。その後、信号線152にアナログ信号を供給する毎にパルスを送る走査線153を順番に変えていく。全ての走査線153にパルスを供給し終わると、各表示電極155に所定の電圧を供給することになる。
【0008】
以上のような信号線152と走査線153の信号を供給するための駆動回路として、透明基板151の周辺部に、走査回路157と信号回路158、159がTFTで形成されている。
走査回路157はシフトレジスタで構成され、各出力G1〜G2に順番にパルスを発生する機能を持つ。
【0009】
信号回路158,159は図14に示すように、シフトレジスタ171、ラッチ172、DA変換回路173によって構成され、データ信号線DBから入力される画像データを、各出力S1〜S3に分配する機能と、デジタル信号をアナログ信号に変換する機能を持つ。
【0010】
画像表示装置の性能の指標の一つとして、表示階調のビット数が有る。ビット数をnとすると、各画素の明るさを2段階に変化することができることを示し、ビット数が高い画像表示装置は、明るさや色の変化が滑らかな画像をより正確に表現できる。最近のノートパソコンなどに用いられている液晶表示装置の表示階調のビット数は、6ビット以上であることが多い。この表示階調のビット数は、信号回路のDA変換回路173の電圧階調のビット数で決定される。
【0011】
データ信号線DBから入力されたデジタル画像信号は、シフトレジスタ171から順次出力されるパルスによってラッチ172のそれぞれに記憶される。それぞれのラッチに記憶されたデジタル画像信号は、DA変換回路173でアナログ電圧に変換され、S1〜S3に出力される。また、信号回路159も図14と同じ回路で構成されている。
【0012】
液晶に印加する電圧を交流化するために、図13の信号回路158と信号回路159内のDA変換回路に、対称的な電圧群VR+とVR−を供給し、信号回路158,159が発生した電圧をTFTで構成した切替スイッチ160によって、奇数番目と偶数番目の信号線152に1水平期間あるいは1垂直期間毎に切り替えて供給する。
【0013】
信号回路158,159、走査回路157などの周辺部の回路をPoly−Si TFTで形成することにより、表示領域156の各素子と一体形成することができる。したがって、Poly−Si TFTで形成した液晶ディスプレイでは、a−Si TFTで形成した液晶ディスプレイで基板に外付けしていた信号回路と走査回路のドライバICが不要になるため、コストを削減することができる。
【0014】
液晶ディスプレイの駆動回路をPoly−Si TFTで形成し、表示領域の周辺部に一体形成した例として、Extended Abstracts of the 1997 International Conference on Soild State Devices and Materials pp.348−349 Fig.2に記載されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
Poly−Si TFTを用いて基板に駆動回路を一体形成する液晶ディスプレイに、6ビット以上の表示階調性能を持たせるためには、信号回路158,159には6ビット以上のDA変換回路を内蔵する必要がある。
【0016】
ところが、信号回路158,159に内蔵するDA変換回路の回路面積は、ビット数が多くなると回路規模が増大する。図15に、nチャネルTFT181とpチャネルTFT182の両方を用いて形成した6ビットのDA変換回路の回路図を示す。nチャネルTFTはゲート電位が高くなるとON、低くなるとOFF、pチャネルTFTはゲート電位が低くなるとON、高くなるとOFFになる特性を利用して、6ビットのロジック電圧で階調電圧配線V0〜V63の電圧をトーナメント方式で選択するようになっている。この構成では、ビット数がnのとき、データバス配線Dbusの本数がn本必要になり、nが増大するとデータバス配線本数が増大する。n=6のとき、6本である。
【0017】
しかしながら、DA変換回路を透明基板151上に形成するとき、以下のような問題がある。配線に使用できる金属配線層は、TFTのゲート用の金属配線と、TFTのソースおよびドレインに接続する金属配線の2種類しかない。それ以上の配線を作成することは可能では有るが、製造上コストアップになるため好ましくない。DA変換回路173の階調電圧配線V0〜V63を紙面横方向に1層の金属配線層で配線すると、それと交差して紙面縦方向に配線するデータバス配線Dbusは、残りの1層の金属配線層だけで配線することになる。1層だけでバスを配線すると、互いの配線をオーバーラップして配線できないため、配線の幅と間隔がそのまま、DA変換回路の紙面横方向の幅Wxに含まれることになる。また、液晶ディスプレイは、LSIとは異なり基板の大きさが数cm〜数十cmと大きいため、配線の間隔や配線幅はLSIのそれらに比べて1桁以上大きな数値になる。現状では4μm程度であることが多い。
【0018】
それに対して、DA変換回路の幅Wxは、表示電極155のピッチ(=信号線152のピッチ)によって制約される。図13のように信号回路158、159を表示領域の上下に配置した場合、Wx ≦ 2×Pxにしなくてはならない。なお、信号回路を上下どちらかにだけ配置した場合は、Wx ≦ Pxにしなければならない。
【0019】
仮に、Wx>2×Pxの場合でも、ピッチを変換する配線を作成して、信号線152と出力S1〜S3を接続することができるが、実際の信号線152の本数は一般的に数百〜1000以上と多く、結局、ピッチを変換する配線の面積が膨大になるため、現実的ではない。
【0020】
例えば、対角4インチ、カラーVGA(縦480画素、横640×RGB)ディスプレイの場合、信号線152のピッチPxは約42μmであるから、DA変換回路の幅Wxの最大値は84μmである。金属配線の配線幅および配線間隔のルールが4μmの場合、Dbus配線6本で(幅4μm+間隔4μm)×6本=48μm必要になるから、DA変換回路の幅Wxの57%の領域を配線だけで占められてしまい、残りの領域で、全てのTFTや、TFTと配線を接続するコンタクトホールを配置する場所に使用できる幅は残りの43%の36μm幅に制限され、回路のレイアウトが困難になる。
【0021】
ところで、a−Si TFTで形成した液晶ディスプレイでは、TFTを形成する箇所は画素TFTだけであったため、nチャネルのTFTだけを作成すれば良かった。一方、Poly−Si TFTで形成した液晶ディスプレイでは駆動回路をnチャネルとpチャネルの両方で形成する例が多い。しかしながら、nチャネルとpチャネルの両方のTFTを用いると製造上工程数が多くなるため、nチャネルのみ、あるいはpチャネルのみで形成するのに比べてコストアップになるため、駆動回路も全てnチャネルのみ、あるいはpチャネルのみで形成することが好ましい。
【0022】
図16に、nチャネルTFTのみで形成した6ビットDA変換回路の回路図を示す。nチャネルTFT183のみで構成すると、TFTはゲート電位が高くなるとON、低くなるとOFFになる動作しかできないため、6ビットのロジック電圧の他にそれらの反転信号の6ビットのロジック電圧が必要になる。そのため、この構成では、データバス配線Dbusは12本必要になる。例えば、対角4インチ、解像度VGA(縦480画素、横640×RGB)ディスプレイの場合、信号線152のピッチPxは約42μmであるから、DA変換回路の幅Wxの最大値は84μmである。金属配線の配線幅および配線間隔のルールが4μmの場合、Dbus配線6本で(幅4μm+間隔4μm)×12本=96μm必要になり、DA変換回路の幅Wxに収めることが出来ない。さらに、全てのTFTや、TFTと配線を接続するコンタクトホールを配置する場所も確保することができない。したがって、4μm程度の現状の配線ルールでは6ビットのDA変換回路を形成することは極めて困難である。
【0023】
DA変換回路の幅Wxを大きくするために表示電極のピッチPxを広げると、細かい画像を表示できなくなる。このため、液晶ディスプレイの解像度の性能を低下させることになり、好ましくない。
【0024】
また、図13において、信号回路158を2回路に分けて紙面縦方向に積み上げる方法が有るが、その方法では図14の信号回路幅Wyが倍増する。図14の信号回路幅Wyが大きいと、表示領域156の周辺部に画像表示に寄与しない領域が多く存在することになる。これはディスプレイの適用製品のサイズや適用製品内でのディスプレイ配置位置の自由度を制限することになり、好ましくない。
【0025】
また、信号回路158を紙面縦方向に積み上げることは、信号回路内に引き回しの配線が多くなるために、さらに配線の幅や間隔に制限された構造になる。また、信号回路159についても同様である。
【0026】
本発明の目的は、nチャネルあるいはpチャネルのどちらか一方のチャネル型のTFTだけを用いて画素TFTと駆動回路を形成し、かつ多階調表示を可能にする画像表示装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、複数の画素(後述する図1で言えば表示電極5、以下同様に括弧内に、対応する図1の構成要素の参照符号を示す)により構成された画像表示部(表示領域6)と、前記画素に表示信号を入力するために前記画像表示部内に配置された複数の信号線(信号線2,3)と、アナログ値である階調電圧を印加された階調電圧線群(V0〜V63)と、前記階調電圧線群から所定の階調電圧を印加された階調電圧線を選択的に前記信号線へ接続するために各前記信号線毎に設けられたスイッチ手段(スイッチマトリクス11,12)と、前記スイッチ手段を駆動するためのスイッチ駆動線と、デジタルで入力された表示信号データを基に前記スイッチ駆動線を駆動するデコード手段(デコーダ15,16)と、前記スイッチ駆動線に入力された駆動信号を複数の前記スイッチ手段に対して選択的に入力するためのスイッチ手段選択手段(シフトレジスタ13,14)を有する画像表示装置であって、前記画素、前記信号線、前記スイッチ手段、前記デコード手段、前記スイッチ手段選択手段は同一の基板上に形成され、前記画素、前記スイッチ手段、前記デコード手段、前記スイッチ手段選択手段を、nチャネルまたはpチャネルいずれかの単一チャネルトランジスタだけで構成することを特徴とするものである。
【0028】
この場合、前記スイッチ手段は少なくとも前記階調電圧線と前記信号線間を接続するための1つの第1薄膜トランジスタと、前記スイッチ手段選択手段の選択信号で前記スイッチを選択するための少なくとも1つの第2薄膜トランジスタで構成すれば好適である。
【0029】
さらに、前記画像表示装置において、前記スイッチ手段は前記スイッチ駆動線と前記スイッチ手段選択手段の選択信号を前記スイッチ手段に伝えるためのトリガ線との交点毎に配置され、前記スイッチ手段である少なくとも1つの第1薄膜トランジスタは、前記階調電圧線群のいずれか1本と、出力配線のいずれか1本の間を接続し、前記階調電圧線群のいずれか1本の第2薄膜トランジスタは、前記トリガ線のいずれか1本と前記スイッチ駆動線のいずれか1本に接続されていれば好適である。
【0030】
またさらに、前記画像表示装置において、前記デコード手段を構成する回路の出力部に、ブートストラップ回路を設ければ好適である。
【0031】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る画像表示装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0032】
<実施形態1>
図1に本発明の第1の実施形態の構成を示す。図1は、ガラス基板の上にnチャネルTFTの画素TFTと駆動回路を一体形成した液晶ディスプレイである。また、図1は6ビットのデジタル画像信号を入力し、6ビットの階調表示が可能な液晶ディスプレイである。ガラス基板1の上には、紙面縦方向に複数の信号線2、紙面横方向に複数の走査線3がマトリクス状に形成され、交差部毎に、nチャネルのTFTである画素TFT4、表示電極5が形成されている。図1では信号線2は6本、走査線3は2本、画素TFT4と表示電極5はそれぞれ6×2=12個であるが、一般的にはこれらの個数はもっと多く、例えば解像度がカラーVGAの場合、信号線2は1920本、走査線3は480本、画素TFT4と表示電極はそれぞれ921600個である。
【0033】
これらの部品で構成される表示領域6の周辺には、駆動回路が形成されている。表示領域6の紙面上側と紙面下側にはスイッチマトリクス11,12、シフトレジスタ13,14が形成されている。表示領域6の紙面左側にはデコーダ15,16と信号入力端子10が形成されている。表示領域6の紙面右側には走査回路7と階調電圧源17,18が形成されており、走査回路7の出力G1〜G2は走査線3に接続している。表示領域6とスイッチマトリクス11,12の間には、交流化の機能を果たすTFT8が配置され、TFT8のソースとドレインはスイッチマトリクスの出力S1〜S3と信号線2にそれぞれ接続し、TFT8のゲートは交互に交流化信号用の配線M,MBに接続している。
【0034】
信号入力端子10から入力された6ビットのデジタル画像信号はデコーダ15,16でデコードされ、デコーダ15,16の出力D0〜D63はそれぞれ64本の配線を通してスイッチマトリクス11,12に送られる。階調電圧源17,18で発生して出力されるV0〜V63の64段階の電圧はそれぞれ64本の配線を通してスイッチマトリクス11,12に供給される。シフトレジスタ13,14の出力Q1〜Q3は、それぞれスイッチマトリクス11,12に接続している。
【0035】
なお、図1では電源配線や制御線および説明に不要な一部配線は略してある。また、信号入力端子10は紙面右側に形成してもよい。また各駆動回路や信号入力端子10の配置関係は紙面の上下、左右に反転しても良く、また90度回転しても構わない。
【0036】
図2にスイッチマトリクス11の構成を示す。スイッチマトリクス11には横方向にデコード信号線31、階調電圧線32と、縦方向にトリガ線33、出力線34がマトリクス状に配線され、さらに、2つのTFT22,23と1つのキャパシタ24で構成されたスイッチユニット21が2次元配列されている。トリガ線33と出力線34の配線本数と、スイッチユニット21の横方向個数は、表示電極の個数に比例して変わる。また、デコード信号線31と階調電圧線32の本数とスイッチユニット21の縦方向個数は、表示階調のビット数nに対して2個である。スイッチマトリクスのTFTは、すべてnチャネルTFTで形成されている。
【0037】
TFT22のソースはデコード信号線31のいずれかに接続し、ゲートはトリガ線33のいずれかに接続し、TFT22のドレインはキャパシタ24の片側の電極と、TFT23のゲートに接続している。キャパシタ24のもう片側の電極は階調電圧線32いずれかと接続して交流的な接地状態を得ている。TFT23のソースは階調電圧線32のいずれかに接続し、TFT23のドレインは出力線34のいずれかに接続している。スイッチユニット21の機能は、シフトレジスタ13からトリガ線33を通してトリガパルスがきたときに、TFT22によってデコード信号線31を通して供給されるデコーダ15の出力をキャパシタ24にラッチし、そのラッチした信号が高い電圧だった場合にTFT23をONにし、階調電圧線32を通して供給される階調電圧源17の出力電圧を、出力線34を通して信号線2に供給するものである。スイッチマトリクス12の構成も全く同じである。
【0038】
図3にスイッチマトリクス11におけるDA変換動作を示す。T1〜T3の期間に、シフトレジスタ13の出力Q1〜Q3にパルスを発生する。それに同期してデコーダ15は、出力D0〜D63に画像信号に対応したデコード信号を発生する。デコード信号は、デコーダ15の入力DB0〜DB5に入力される6ビット画像信号の値0〜63に対応して特定の1出力だけが高(H)レベルになり、対応しない他の出力は全て低(L)レベルになる信号である。図3には、デコーダ15に、<0,63,2>のデジタル画像信号が順に入力された場合のデコード信号を記述している。
【0039】
期間T1において、シフトレジスタ13の出力Q1からトリガが入力されたとき、デコーダ15の出力D0がHレベル、その他がLレベルであるので、図2のa点にH’レベルの電圧がラッチされる。ここで、H’レベルはHレベルの電圧からTFTのスレッショルド電圧Vth分だけ低い電圧を表し、以下においても同様である。H’レベルの電圧がTFT23をONにするのに十分な電圧だとすると、階調電圧線32の電圧V0はスイッチマトリクス11のS1に出力され、新たにQ1のトリガが来るまで出力は保持される。H’レベルの電圧がTFT23をONにするのに十分にするためには、Hレベルの電圧を高くするか、スレッショルド電圧Vthの低いTFTを用いれば良い。
【0040】
期間T2において、シフトレジスタ13の出力Q2からトリガが入力されたとき、デコーダ15の出力D63がHレベル、その他がLレベルであるので、図2のb点にH’レベルの電圧がラッチされる。すると階調電圧線32の電圧V63はS2に出力され、新たに出力Q2からトリガが来るまで出力は保持される。
【0041】
期間T3において、シフトレジスタ13の出力Q3からトリガが入力されたとき、デコーダ15の出力D2がHレベル、その他がLレベルであるので、図2のc点にH’レベルの電圧がラッチされる。すると階調電圧線32の電圧V2はS2に出力され、新たに出力Q3からトリガが来るまで出力は保持される。
【0042】
以上のT1〜T3の期間の動作が完了するとスイッチマトリクスの出力S1〜S3には、デコーダに入力されたデジタル画像信号<0,63,2>に対応したアナログ電圧<V0,V63,V2>を発生することができる。同様にして、他のデジタル画像信号に対しても対応したアナログ電圧に変換できる。
【0043】
なお、ここでHレベルとは2値のデジタル信号の高い方の電圧、Lレベルとは低い方の電圧を表し、以下同様である。なお、シフトレジスタ13の出力Q1〜Q3のパルスには隙間が有るが、無くても良い。
【0044】
図4に、図1の液晶ディスプレイを駆動するための波形を示す。交流化のために、階調電圧源17は出力V0〜V63に+側の電圧を発生し、階調電圧源18は−側の電圧を発生する。したがって、スイッチマトリクス11はデコーダ15に入力したデジタル画像信号に対応して+側のアナログ電圧を発生し、スイッチマトリクス12はデコーダ16に入力したデジタル画像信号に対応して−側のアナログ電圧を発生する。図4において、“A”〜“L”の記号は表示電極5に与えるべき電圧を意味し、“+”、“−”の記号はその電圧が+側か−側かを意味する。
【0045】
第1フレーム期間Tv1の第1ライン期間Th1で、走査回路7の出力G1にHレベルのパルスを出力する。この期間に、スイッチマトリクス11,12は図3で説明したDA変換動作を行い、スイッチマトリクス11の出力S1,S2,S3にはそれぞれ、A+,C+,E+が出力され、スイッチマトリクス12の出力S1,S2,S3にはそれぞれ、B−,D−,F−が出力される。配線MはLレベル、配線MBはHレベルであり、これらの電圧に対応してTFT8が動作し、信号線2にスイッチマトリクス11,12の出力電圧を振り分ける。信号線2に出力されたアナログ電圧は、走査回路の出力G1に接続した画素TFT4を通してさらに接続する表示電極5にサンプリングされる。
【0046】
第1フレーム期間Tv1の第2ライン期間Th2で、走査回路7の出力G2にHレベルのパルスを出力する。この期間にスイッチマトリクス11,12は図3で説明したDA変換動作を行い、スイッチマトリクス11の出力S1,S2,S3にはそれぞれ、H+,J+,L+が出力され、スイッチマトリクス12の出力S1,S2,S3にはそれぞれG−,I−,K−が出力される。配線MはHレベル、配線MBはLレベルであり、これら電圧に対応してTFT8が動作し、信号線2にスイッチマトリクス11,12の出力電圧を振り分ける。信号線2に出力されたアナログ電圧は、走査回路の出力G2に接続した画素TFT4を通してさらに接続する表示電極5にサンプリングされる。
【0047】
1つのフレーム期間が終了すると、図5(a)のように、表示領域6全体の表示電極5に電圧を供給し、画像を表示することができる。一般的には走査線3は図1より多く、1フレーム期間内に多くのライン期間が存在する。例えば解像度がカラーVGAの場合、走査線3は480本有り、フレーム期間は480以上存在する。
【0048】
次の第2フレーム期間Tv2では、配線Mおよび配線MBの信号の位相を第1フレーム期間Tv1の期間と反対にする。第1フレーム期間と同様に、第1ライン期間Th1と第2ライン期間Th2において、スイッチマトリクス11,12はDA変換動作を行い、走査回路7はG1〜G2にパルスを出力する。
【0049】
第2フレーム期間が終了すると、図5(b)に示すように、表示領域6全体の表示電極5に電圧を供給し、画像を表示することができる。ただし、電圧の極性は図5(a)とは反対の極性になっている。以上の第1フレーム期間Tv1の動作と、第2フレーム期間Tv2の動作を交互に行うことにより、表示電極5に供給する電圧を交流化することができる。
【0050】
図6にnチャネルTFTで形成した6ビットのデコーダ15の回路図を示す。デコーダ回路15は、4種類のクロック入力CK1〜CK4と複数のnチャネルTFTおよびキャパシタから構成されている。回路41の部分は、デコーダ入力DB0〜DB5の反転信号を作成する回路である。この回路41でDB0〜DB5に入力されたデータをラッチし、反転しない信号を配線b0〜b5に、反転信号を配線b0b〜b5bに発生する。回路42の部分はデコード動作をする回路であり、配線b0〜b5および配線b0b〜b5bの信号に従って配線e0〜e63にデコード信号を発生する。回路43の部分はブートストラップ回路であり、TFTのスレッショルド電圧Vth分低下した配線e0〜e63のH’レベル信号を、Hレベルに回復することができる。
【0051】
図7は、図6の回路のデコード動作の一例を示す図であり、入力信号が“1”の場合のデコード動作を示している。期間t1〜t4に、クロック入力CK1〜CK4には順番にパルスが供給され、t4の期間が終了すると、デコーダ動作が完了する。期間t1において、クロック入力CK1のパルスによってTFT44,45がONになり、配線b0〜b5および配線b0b〜b5bがリセットされる。
【0052】
期間t2において、クロック入力CK2のパルスによって、配線b0〜b5および配線b0b〜b5bの信号が、デコーダ15のDB0〜DB5に入力されたデータがHであるビットに限り反転される。図7では入力信号は“1”なので、DB0だけ反転される。また、期間t2ではTFT49,50,51がONになり、配線e0〜e63や配線f0〜f63電圧をH’レベルに、デコーダ15のD0〜D63の出力をLレベルにリセットする。このリセット動作はクロック入力CK1を用いて期間t1に実施してもかまわない。
【0053】
期間t3において、クロック入力CK3のパルスによって、入力信号に対応しない配線e0〜e63や配線f0〜f63の電圧をLレベルに落とす。入力信号“1”に対応した配線e1に並列に接続した6個のTFT46は全てOFFであるために、H’レベルを保持しているが、入力信号“1”に対応した他の配線e0,e2e〜63に並列に接続した6個のTFT46はONになるTFTが1つ以上有るため、全てLレベルになる。TFT47がONであるので、配線f0〜f63についても同様になる。
【0054】
期間t4において、配線f1のH’レベルの電圧はブートストラップ動作によってデコーダ15の出力D1にHレベルとなって出力される。配線f1の電位はH’レベルであるので、この電位がTFT48をONできると仮定とすると、Hレベルであるクロック入力CK4から電流が出力D1に流れてD1の電位が上昇し、上昇した電位はキャパシタ48を通して配線f0にフィードバックされる。その結果、最大(Hレベルの電位の2倍−TFTのスレッショルド電圧Vth)まで上昇する。この電位をHHレベルと記述し、以下においても同様である。
【0055】
このHHレベルの電位がHレベルの電位よりVth以上高いと仮定すると、デコーダ15の出力D1にHレベルの出力を発生することができる。上記仮定条件を満足するにはVthを低く押さえるか、Hレベルの電圧を高くすれば良い。配線f0,f2〜f63の電位はLレベルであるので、TFT48はOFFのままであり、クロック入力CK4にパルスが来てもデコーダ15の出力D0,D2〜D63はLレベルのままである。
【0056】
同様にして、デコーダ15の他の入力信号に対しても、出力D0〜D63のうち、対応した出力のみがHレベルになり、他は全てLレベルになる。また、クロック入力CK4の後にクロック入力CK1が来る周期的なパルスならば、クロック入力CK1〜CK4をローテーションしてもよい。それによって4つの異なるタイミングで入力信号をラッチするデコーダを形成することができる。また、クロック入力CK1〜CK4のパルスには隙間が有るが、無くても良い。デコーダ16も、図6の回路構成で形成し、図7の波形で動作することが出来る。
【0057】
なお、デコーダ15は比較的大きな回路になるが、スイッチマトリクス11やシフトレジスタ13と別の位置に配置することができるので、信号線2のピッチPxには影響しない。図1では、表示領域6の左辺に配置している。
【0058】
図8にnチャネルTFTで形成したシフトレジスタ13の回路図を示す。シフトレジスタ13は、クロック入力CL1,CL2と、スタート信号入力STと複数のnチャネルTFTおよびキャパシタから構成されている。図8のシフトレジスタはQ1〜Q6までの6出力のシフトレジスタであるが、シフトレジスタ13に必要な出力が3出力の場合は、Q1〜Q3の出力だけ利用すれば良い。また、一般的にはシフトレジスタの段数はもっと多く、例えば解像度がカラーVGAの場合、シフトレジスタの出力はQ1〜Q960の960出力になる。
【0059】
図9に、図8のシフトレジスタの駆動波形および動作波形を示す。クロック入力CL1,CL2には交互にクロックパルスを常時入力し、クロック入力CL1のパルスにオーバーラップしてスタート信号入力STにスタートパルスを入力することにより、シフトレジスタ動作が開始される。このとき、ノードa2〜a7をH’レベルにすることで、ノードb2〜b7はLレベルにリセットされる。ノードb1だけはTFT61によってH’レベルにセットされ、同時にTFT62によってノードc1をLレベルにすることでキャパシタ81を充電し、TFT63をONにしてシフト動作の準備をする。
【0060】
次に、クロック入力CL2にパルスを入力すると、TFT63はONであるので、キャパシタ81によってノードb1はHHレベル、ノードc1はHレベルになる。この時、シフトレジスタ13の出力Q1にはノードc1の電圧がパルスとして出力される。また、TFT64によりノードb2をH’レベル、TFT65によりノードc2をLレベルにすることでキャパシタ82を充電し、TFT66をONにして次のシフト動作の準備をする。
【0061】
次に、クロック入力CL1にパルスを入力すると、TFT66はONであるのでキャパシタ82によってノードb2はHHレベル、ノードc2はHレベルになる。この時、シフトレジスタ13の出力Q2にはノードc2の電圧がパルスとして出力される。また、TFT67によりノードb3がH’レベル、TFT68によりノードc3をLレベルにすることでキャパシタ83を充電し、TFT69をONにして次のシフト動作の準備をする。さらに、TFT70を通してノードa1がH’レベルになり、次にクロック入力CL2にパルスが来てもノードb1の電圧が上がらないようにTFT71によってLレベルに固定される。
【0062】
次に、クロック入力CL2にパルスを入力すると、TFT69はONであるのでキャパシタ83によってノードb3はHHレベル、ノードc3はHレベルになる。この時、シフトレジスタ13の出力Q3にはノードc3の電圧がパルスとして出力される。また、TFT72によりノードb4がH’レベル、TFT73によりノードc4をLレベルにすることでキャパシタ84を充電し、TFT73をONにして次のシフト動作の準備をする。さらに、TFT75を通してa2がH’レベルになり、次にクロック入力CL1にパルスが来てもb2の電圧が上がらないようにTFT76によってLレベルに固定される。
【0063】
以上の動作を繰り返すことにより、シフトレジスタ13の出力Q4〜Q6にもパルスを発生することができる。シフトレジスタ14も図8の回路構成で形成し、図9の波形で動作することができる。また、クロック入力CL1,CL2のパルスには隙間が有るが、無くても良い。
【0064】
図1に示した走査回路7は、図8の回路構成で形成し、図9の波形で動作することができる。その場合、走査回路7の出力G1〜G2は、図8のシフトレジスタの出力Q1〜Q2に置き換えることで対応できる。
【0065】
また、走査回路7は、図6に示した回路構成で形成し、図7の波形で動作することができる。その場合、走査回路の出力G1〜G2は、図6のデコーダ出力D1〜D2に置き換えることで対応できる。
【0066】
図10に、階調電圧源17の構成を示す。なお、階調電圧源18も同じ構成である。複数の抵抗91を直列に接続し、その両端に外部からの2つの電圧VR1とVR2を供給して、64段階に分圧する。また、抵抗91を直列に接続している途中に電圧VR1,VR2以外の電圧VRxをいくつか外部から供給しても良い。抵抗91は、TFTのソースおよびドレインを形成するのに用いられるシリコンの薄膜か、あるいは金属配線を長く引き伸ばして作成することができる。また、外部からV0〜V63の64種類の全ての電圧を供給する場合には階調電圧源17,18は不要である。
【0067】
以上に述べた図2のスイッチマトリクス、図6のデコーダ、図8のシフトレジスタを用いることにより、図1に示した画像表示装置は、表示領域6の画素TFT4とともに、各駆動回路である走査回路7、スイッチ8、スイッチマトリクス11,12、シフトレジスタ13,14、デコーダ15,16を構成するTFTは全てnチャネルTFTで形成することができる。
【0068】
<実施形態2>
図11に本発明の第2の実施形態の構成を示す。図11は、ガラス基板の上にpチャネルTFTの画素TFTと駆動回路を一体形成した発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)ディスプレイである。また、図11は6ビットのデジタル画像信号を入力し、6ビットの階調表示が可能なLEDディスプレイである。ガラス基板101の上には、紙面縦方向に複数の信号線102、紙面横方向に複数の走査線103がマトリクス状に形成され、交差部毎に、pチャネルのTFTである画素TFT104と、画素回路105とが形成されている。図11では、信号線102は6本、走査線103は2本、画素TFT104と表示電極105はそれぞれ6×2=12個であるが、一般的にはこれらの個数はもっと多く、例えば解像度がカラーVGAの場合、信号線102は1920本、走査線103は480本、画素TFT104と画素回路105はそれぞれ921600個である。
【0069】
これらの部品で構成される表示領域106の周辺には、駆動回路が形成されている。表示領域106の紙面上側と紙面下側にはスイッチマトリクス111,112、シフトレジスタ113,114が形成されている。表示領域の紙面左側にはデコーダ115,116と信号入力端子110が形成されている。表示領域の紙面右側には走査回路107と階調電圧源117,118が形成されており、走査回路107の出力G1,G2は走査線103に接続している。
【0070】
なお、LEDディスプレイは液晶ディスプレイのように交流化の必要が無いので、交流化のための回路はなく、また、階調電圧源117,118には同電位の電圧群を発生する。
【0071】
信号入力端子110から入力された6ビットのデジタル画像信号はデコーダ115,116でデコードされ、デコーダ115の出力D0〜D63は64本の配線を通してスイッチマトリクス111,112に送られる。階調電圧源117,118で発生して出力されるV0〜V63の64段階の電圧は、64本の配線を通してスイッチマトリクス111,112に供給される。シフトレジスタ113,114の出力Q1〜Q3は、スイッチマトリクス111,112に接続している。
【0072】
なお、図11では電源配線や制御線および説明に不要な一部配線は省略してある。信号入力端子110は紙面右側に形成してもよい。また、各駆動回路や信号入力端子110の配置関係は紙面の上下、左右に反転しても良く、また90度回転しても構わない
図12に画素回路105の構成を示す。画素回路105は、LED電源線121、pチャネルTFT122、キャパシタ123と、LEDとして用いる有機発光素子124から構成されている。カソード配線は図11には記載していないが、有機発光素子124のカソードを接地する共通カソード配線がある。信号線102に供給されたアナログ電圧は、走査線103に接続したTFT104によってノードvの電圧がサンプリングされ、その電圧、キャパシタ123によって保持される。ノードvの電圧はTFT122によって電圧−電流変換され、ノードvの電圧によって決まる電流iを有機発光素子124に流すことが出来る。有機発光素子124は電流iに比例した発光強度で発光するので、信号線102に供給する電圧を各画素回路105にサンプリングすることで、各画素回路105の有機発光素子124の強度を制御し、画像を表示することができる。
【0073】
スイッチマトリクス111,112は、図2に示した回路のTFTをすべてpチャネルTFTで置き換えることにより構成できる。その場合の駆動波形は図3と同様であるが、信号電圧の極性は正負が反対になる。
【0074】
さらに、デコーダ115,116は、図6に示した回路のTFTをすべてpチャネルTFTで置き換えることにより構成できる。その場合の駆動波形は図7と同様であるが、信号電圧の極性は正負が反対になる。
【0075】
さらに、シフトレジスタ113,114と、走査回路107は、図8に示した回路のTFTをすべてpチャネルTFTで置き換えることで構成できる。その場合の駆動波形は図9と同様であるが、信号電圧の極性は正負が反対になる。
【0076】
階調電圧源117,118は、図10に示した回路と同じ構成である。外部からV0〜V63の64種類の全ての電圧を供給する場合には階調電圧源117,118は不要である。
【0077】
以上により、図11に示した画像表示装置は、表示領域106の画素TFT104、画素回路105とともに、各駆動回路である走査回路107、スイッチマトリクス111,112、シフトレジスタ113,114、デコーダ115,116を構成するTFTは、全てpチャネルTFTで形成することができる。
【0078】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【0079】
【発明の効果】
前述した実施形態から明らかなように、本発明の画像表示装置は、駆動回路を画素トランジスタとともに基板上に一体形成できるため、価格を安くすることができる。
【0080】
また、本発明の画像表示装置はnチャネルあるいはpチャネルのいずれか一方のチャネル型のトランジスタだけで形成することができるため、価格を安くすることができる。
【0081】
さらに、本発明の画像表示装置は多階調表示が出来るため、明るさや色の変化が滑らかな画像をより正確に表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態を示す液晶ディスプレイの構成図。
【図2】図1に示したスイッチマトリクスの構成図。
【図3】図2に示した構成のスイッチマトリクスのDA変換動作を示すタイミング図。
【図4】図1の構成の液晶ディスプレイを駆動するための波形を示す図。
【図5】図4の駆動波形により表示領域表示される画像の結果を示す図。
【図6】図1に示したデコーダの回路構成図。
【図7】図6に示したデコーダのデコード動作の一例を示す図。
【図8】図1に示したシフトレジスタの回路構成図。
【図9】図8に示したシフトレジスタの駆動波形および動作波形を示す図。
【図10】図1に示した階調電圧源の回路構成図。
【図11】本発明に係る第2の実施形態を示すLEDディスプレイの構成図。
【図12】図11に示したLEDディスプレイの画素回路構成を示す図。
【図13】従来のアクティブマトリクス型TFT液晶ディスプレイを示す構成図。
【図14】図13に示した液晶ディスプレイの信号回路の構成を示す図。
【図15】nチャネル及びPチャネルTFTで構成した従来の6ビットDA変換回路の回路図。
【図16】nチャネルTFTだけで構成した従来の6ビットDA変換回路の回路図。
【符号の説明】
1,101…ガラス基板、2,102…信号線、3,103,153…走査線、4…nチャネル画素TFT、5…表示電極、6,106,156…表示領域、7,107,157…走査回路、8…nチャネルTFT、10,110…入力端子、11,12…スイッチマトリクス、13,14…シフトレジスタ、15,16…デコーダ、17,18…階調電圧源、21…スイッチユニット、22,23…nチャネルTFT、24…キャパシタ、31…デコード信号線、32…階調電圧線、33…トリガ線、34…出力線、41〜43…nチャネルTFT回路、44〜51…nチャネルTFT、61〜76…nチャネルTFT、81〜84…キャパシタ、91…抵抗、104…pチャネル画素TFT、105…画素回路、111,112…スイッチマトリクス、113,114…シフトレジスタ、115,116…デコーダ、117,118…階調電圧源、121…LED電源線、122…pチャネルTFT、123…キャパシタ、124…LED、151…透明基板、152…信号線、154…画素TFT、155…表示電極、158,159…信号回路、160…切替スイッチ、171…シフトレジスタ、172…ラッチ、173…DA変換回路、181…nチャネルTFT、182…pチャネルTFT、183…nチャネルTFT。

Claims (13)

  1. 複数の画素により構成された画像表示部と、前記画素に表示信号を入力するために前記画像表示部内に配置された複数の信号線と、アナログ値である階調電圧を印加された階調電圧線群と、前記階調電圧線群から所定の階調電圧を印加された階調電圧線を選択的に前記信号線へ接続するために各前記信号線毎に設けられたスイッチ手段と、前記スイッチ手段を駆動するためのスイッチ駆動線と、デジタルで入力された表示信号データを基に前記スイッチ駆動線を駆動するデコード手段と、前記スイッチ駆動線に入力された駆動信号を複数の前記スイッチ手段に対して選択的に入力するためのスイッチ手段選択手段を有する画像表示装置であって、前記画素、前記信号線、前記スイッチ手段、前記デコード手段、前記スイッチ手段選択手段は同一の基板上に形成され、前記画素、前記スイッチ手段、前記デコード手段、前記スイッチ手段選択手段を、nチャネルまたはpチャネルいずれかの単一チャネルトランジスタだけで構成することを特徴とする画像表示装置。
  2. 請求項1記載の画像表示装置において、前記基板上に形成する回路のトランジスタは多結晶薄膜トランジスタを用いることを特徴とする画像表示装置。
  3. 請求項1記載の画像表示装置において、前記スイッチ手段選択手段はシフトレジスタ回路を用いて形成されていることを特徴とする画像表示装置。
  4. 請求項1記載の画像表示装置において、前記スイッチ手段選択手段の選択信号を前記スイッチ手段に伝えるためのトリガ線と、前記スイッチ手段の出力電圧を前記信号線に伝えるための出力配線は、前記階調電圧線群と交差して形成されていることを特徴とする画像表示装置。
  5. 請求項1記載の画像表示装置において、前記スイッチ手段は前記階調電圧線と前記信号線間を接続するための少なくとも1つの第1薄膜トランジスタと、前記スイッチ手段選択手段の選択信号で前記スイッチを選択するための少なくとも1つの第2薄膜トランジスタで構成されていることを特徴とする画像表示装置。
  6. 請求項5記載の画像表示装置において、前記スイッチ駆動線の電圧を保持するための少なくとも1つのキャパシタを具備することを特徴とする画像表示装置。
  7. 請求項1記載の画像表示装置において、前記スイッチ手段は前記スイッチ駆動線と前記トリガ線の交点毎に配置され、前記第1薄膜トランジスタは、前記階調電圧線群のいずれか1本と、出力配線のいずれか1本の間を接続し、前記第2薄膜トランジスタは、前記トリガ線のいずれか1本と前記スイッチ駆動線のいずれか1本に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
  8. 請求項1記載の画像表示装置において、前記デコード手段を構成する回路の出力部に、ブートストラップ回路を具備していることを特徴とする画像表示装置。
  9. 請求項1の画像表示装置において、前記デコード手段は前記スイッチ手段の周辺部に配置され、前記スイッチ手段選択手段は前記画像表示部の周辺部に配置され、前記デコード手段は前記スイッチ手段および前記スイッチ手段選択手段と異なる辺に配置されることを特徴とする画像表示装置。
  10. 複数の画素により構成された画像表示部と、前記画素に表示信号を入力するために前記画像表示部内に配置された複数の信号線と、前記画素に表示信号の書き込み選択信号を発生するためのデコード手段を有する画像表示装置であって、前記画素、前記信号線、前記デコード手段、前記スイッチ手段選択手段は同一の基板上に形成され、前記デコード手段を構成する回路の出力部には、ブートストラップ回路を具備し、前記画素および前記デコード手段を構成するトランジスタは、nチャネルまたはpチャネルかいずれか一方の単一チャネルトランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
  11. 請求項1または請求項10記載の画像表示装置において、前記デコード手段は4層のクロックを用いて駆動されることを特徴とする画像表示装置。
  12. 請求項1記載の画像表示装置において、前記画像表示部は液晶ディスプレイであって、前記トランジスタはすべてnチャネルの薄膜トランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
  13. 請求項1記載の画像表示装置において、前記画像表示部は発光ダイオードディスプレイであって、前記トランジスタはすべてpチャネルの薄膜トランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
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