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JPS58188396A - 薄膜シフトレジスタ集積回路 - Google Patents

薄膜シフトレジスタ集積回路

Info

Publication number
JPS58188396A
JPS58188396A JP57069862A JP6986282A JPS58188396A JP S58188396 A JPS58188396 A JP S58188396A JP 57069862 A JP57069862 A JP 57069862A JP 6986282 A JP6986282 A JP 6986282A JP S58188396 A JPS58188396 A JP S58188396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shift register
thin film
transistor
integrated circuit
transistors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP57069862A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiyuki Misawa
利之 三澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp, Suwa Seikosha KK filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP57069862A priority Critical patent/JPS58188396A/ja
Publication of JPS58188396A publication Critical patent/JPS58188396A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements

Landscapes

  • Shift Register Type Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本1#明はプートストラップ効果形のシフト−シス4東
横回路に関し、特に、多結晶シリコン、アモルファスシ
リコン婢ゲ甲いた薄験集積回路として形成されたシフト
レジスタ81回路に関する―近年、111IIIiトラ
ンジスタ(以下、TPTと略記するー)ゲスイツチング
素子として甲い友液晶ディスプレイ(%に、TITアレ
イを作り込んだアクティブマド11クス基板と液晶表示
体とから成る液晶ディスプレイ)の開発が各所で行われ
ている一TPTプレイを用いたアクティブマトリクスM
lけ、単結晶シリコン基徐に作り込まれ7jMO8)ラ
ンジスタt+い友アク子イブマトリクス基板に比べて低
コストで製造工程が簡単であり大面積化が容易であると
いう利点f44する半面、TPTのトランジスタ特性が
単結畠シリコンMO8トランジスタのそれに比べて劣る
(例えば、キャリア移動度が低Ln、シlkいftk 
* EEが高い叫)ためにアクティブマド11クス基機
への駆動回絡の作り込みが困難であるという欠点ケ有し
ている・本発明は、アクティブマトリクス基板への適甲
を一つの目的とし、上述の欠点を袖い優れた性能を有す
る、薄―トランジスタによるシフトレジスタ集積回路會
提案するものであるー 従来、単結晶シリコン基*f甲いたMOP集積回ドにお
いて単−導電形のM08トランジスタでシフトレジスタ
集積口#I−會形放する場合、十分大声な論理振幅と十
分速い応答速it得るために、ゲート電圧に依存して谷
を値がifビするMO8キャハシタを利用したプートス
トラップ効果形のシフトレジスタ固結がよく甲いられて
いる・第1−(a)け単結晶シリコン基板に形成され念
、プートストラップ効果形のシフトレジスタ回路の1段
目の1ビット分に相当する回し?111r示したもので
ある・(このgA+では、MOS)ランジスタの導伝形
はN彰とする)MO8トランジスタ101tfllBi
に入力されるクロック信号によってスイッチされ、この
クロックがハイとなつ几と1k101f通して1−1段
口の出力データが絖み込着れる・節点G1のチー J 
カ1のときに限りMO8キャパシタ105のサブストレ
ートが反転して105はプートストラップ容筒として動
作する・更に、端子B1のクロックがローとなり1子C
1に入力されるクロックがハイとなると@pa1の電位
はクロック信号のハイレベルに比べて犬e < t−パ
ーシュー) 1.、 M OS トランジスタ102の
導通を促す−こわに伴い、端子D1の11S′位は1l
FI速でハイレベルに達する一次にhびりUツクが反転
しB1がハイ、C1がローとなるとM 08 )ランジ
スタ105が導通することによって出力端子D1及びF
lの電位はローとなる^こわと同時に節点D1+1には
データが転送されてD1+1の電位はハイとなる一一万
、端子E1−1は端子Di+IK接続されており、前述
のDlがローに低下されるのと同期間において節点Gi
K保持されていた電荷は1段目び)M2S)→ンジスタ
101及び1−11碇1のMOS トランジスタ1D4
f通して放電されG10′1位はローとなる・第1し1
(b)は上述の基本1glしを甲いて構成されたシフト
レジスタ1g1−の−−1管示し、第11に+(c)は
同シフトレジスタ回―の各部の信号のタイミングチャー
トの一?Il?示す・第1図(C)においてφI、φ露
はクロック信号、5PViスJ−トパルスであり、G鳳
、F、、G雪。
Fm、Gm、FmはそれぞれwL181′1(b)にお
ける同一記号の端子の信牲を示している・ 第2し1に単結晶シリコン基板に形成されfiMO8ト
ランジスタの電圧−電fN特性の一同を示す一同図1に
おいて、Vosはう−ト・ソース間電圧、IDIVjゲ
ート・ドレイン間W流である一寸だ、201けMO日ト
ランジスタのしゃ断@城、2o2Fih汐l!+、軸域
、202け残灰転領域、Vllけしきい値′I4!rI
fテあわ、204,205,2061dそれぞれドレイ
ン・ノース間電圧Vn−がVng = V、(至)、V
ll8 = Vl (V) 、  Vns x Vl(
V)  のときの電圧−1流特性である・(六九し、V
l<Vl(Vm)第2図より、単結晶シリコンMOSト
ランジスタのw圧−電広特性の特徴Fま、(1)シゃ断
領域201におけるドレイン・ソース間1[流が−めて
小さく、ドレインIII−E依存性が小さい、(2)弱
反転領域202にr・けf、ドレイン・ソース間maの
ifヒが狛[7ゆんである、(3) L−きい値電圧が
低く・ギヤ11ア桜動度が太きい、ことである・ 様3しに、チャネル長し=20μm1チャネル幅W−1
0μmのサイズを有する薄膜トランジスタの重圧−富陣
特性の−911を示す−なお、このデータは水出−人が
実験を行なって俸た縦来である・このグラフの横軸はソ
ースに対するゲート電圧Vosであり、細軸はドレイン
・ソース間゛町流ID8である一曲−304−1305
13o613o71308FiそtIぞれソースに対す
るト°レインの1゛田Vns f Vng = 1 (
V) 、 Vng = 5 (V)、 VD!+ = 
10 (V) +vns = 20 (V) 、 Vn
g −50(V)としたと倉の実間1値で、+、b、5
o1tt薄躾トランジスタのしゃIIT餉域領域302
Fil[y、転mtii’t、!*s o std強反
残灰域f示す・第3し11す、箪配晶シリコンMO8ト
ランジスタと汁叡しfc、場合、薄膜トランジスタの’
ell ?F  II tAt%性の41は、(1) 
L、や障□s+城301におけ4、ドレイン・ソース間
11′流Insが大きく、ID8のV +l g  依
存性が極めて太きい、(2)弱反転領域302における
、VGwの増加に伴うより8の賞イビがゆるやかである
。 (3) L六い佃電王即ち領域302と餉域303
の境界の’I’lfが高くキャリア移#]度け小さい、
の5麿であることがわかる。このよりに、薄膜トランジ
スタは単結晶シリコンMOSトランジスタに比べてマ王
−電流特性に不児全な廓が多いため、8g1図1のシフ
トレジスタ集積回路の単結晶シリコンMO8)ランジス
ク101乃q104をその1着薄映トランジスタで駈倉
侠えて俸らねfC薄膜シフトレジスタ集集積回行いくつ
かの欠点を有する一第4Vは、第11H(a)の単結晶
シリコンS、! (’+ 8 トラン・′ンスタ101
乃至104ケ薄膜トランジスタで&に換えて坐らねるシ
フトレジスタ集積口ドの各部の波形1r示す・Y4駁の
φl 。
φ露 、SPはそれぞれ第11!11J(C)のφ1 
、φl 。
FIPと同一の信号波形である・第4図のGs、I’s
は第1図: (a) + (b)における節J、Gs 
、Fmの信4a形であり、実啼が実際の薄膜シフトレジ
スタJu111瞥のもので点線は正常に動作しているシ
フトレジスタ集槓回卜の本のである・前段の出力信号の
振幅が十分傅らねていないためVCfldamに軌み込
まれるデータの振幅は401の工うに低くなり、この几
め次のル1間でGsの電位は十分に立ち士がることかで
Aない一着文、tplし・101に相当する薄膜トうン
・′ンスタの[7や断領域でのIN流即ちOFFリーフ
のため、402のごと〈GIの電位け+j(下軸向′1
i−d−す一9上の理由により出力痛子F、の信号波形
け403のような振幅が小さく立ち十かり速度が遅いも
のとなる一節点Gmの信号波形に埃わねる404,40
5のどと内不安定状仲は101に相当する薄膜トランジ
スタのOFFリーフに起因する・406乃至409は、
正常動ね時には境れることのない饋動作パルスでアリ、
ζわらが境わねる原因は第1し1102に相当する薄膜
トランジスタのvDIIの増加に伴’l OF !F 
11−7の増加に着しく大負いことにある・このような
誤動作パルスはシフトレジスタの動作周波数の下限全決
定する餐因でもあり、OFFリーフが大舞い機下限が高
くなる一 本発明の目的は、しJ上述べたような薄膜トランジスタ
の電子−W流特性の不完全性に起因する薄―シフトレジ
スタ集積回ドの動作上の欠点を補償し藪性能の薄膜シフ
トレジスタ業棟回路を得ることにある。IJ’F、図r
klを甲いて本発−の電子を1維に駅明する・論5し1
は、木腎甲の基本的なS造f7r−す図である。本発明
の主旨は、館5レーのごとくゲートを共通とし霞薄膜ト
ランジスタf複数個向列に接FヤL、たトランジスタ列
を構成することによりトランジスタ列のCAN10FF
比を向上させるとともに、このトランジスタ列を一個の
トランジスタとみなしてこれを甲いた薄膜シフトレジス
タ集積回μ?横byすることにより薄−シフトレジスタ
集積回1・の性能向上fし・るといらものである・第5
し・において、8.D、Gはそれぞれトラン・ノス1m
l?−(1p+のトランジスタとみなしたと負のソース
、ドレイン、ゲートを示し、N[++lIK接続される
薄膜トランジスタの個数を表わしている−このようr*
威さI]友トランジスタ列は非常に浚fまたOFF%性
管有するーその理出ケN−82の堺合を例にと″)て第
6図を用いて説−する一第6し1(PL)は第5シ1に
おいてN−2とし友ものである0第6 ’Q’ (a)
において、El、D、G、Xの電位會セhぞれVs、V
t+、Va、Vxとする6着た、図中の番号1゜2−1
二つの薄膜トランジスタにつけらね九番育でありそねぞ
ねのトランジスタのチャネル&?Lt、Lsとする・ま
皮、第61!1(b)は、同IN (a)のトランジス
タを鱗価的に一つのトランジスタKt11き換えπ本の
であり、そのチャネル長はLs+L3で#Iる―トラン
ジスタ1のドレイン電1[Vns+。
ゲート1田VG1 及びトランジスタ2のドレイン電I
fVD” *ゲート富U+:VG!+2は次式で与えら
れる一V[Ib+  =  Vx  −Vs V(181=  V(1−Vs VD82  =:  VD  −VI VGI2  =  VG  −VX トランジスタ1を流れる嘗流工lとトランジスタ2を流
れる′v6η1.工3が等しくなるように点Xの一缶V
!が定着る、このと食、7日(Vx (Vuが成立し、
し几がってドレイン電子VD  −Vsは2′つのトラ
ンジスタに分割して印V口されることになる・このため
、ドレイン電び1しは減少するはずであえ)か、ドレイ
ン1び1とチャネル長との闇に一足の間係が成立する讐
合には、第6し・(b) K比べてチャネル長が蝮い分
だけドレイン電mFite力Oし、1蘭、26 図<a
)のトランジスタと鯨6ン1(b)のトランジスタとで
はt流佃は尋しくなる一実際、ashに元−した領域3
02及び領域305においてはこの関係が成立し、ON
電流はffPLない−すなわち、チャネル長をどのよう
に分割して水室fk、l1llは質わらない、 しか17、第3図に示し7′j領域301においては状
況が異なる・これは、薄膜トランジスタが第5し1に示
し次領域501で動作する場合、ゲート電圧が小ζくな
るにつれてドレイン11aのチャネル長依存性がなく、
tつてくることに起因する、すなわち、ゲート1w圧を
小さくして薄膜トランジスタがしヤ断佃で動作するよう
Kしていくと、oyy電流はチャネル長に依存しなくな
ってくる友約、小6図(a)と(b)とでチャネル長の
違いによる効果はす〈ナラてくる・し友がって、個々の
トランジスタに71fiわるドレイン11′壬が低下す
る分だけ、(b)で6Joyyll流がシタするーこの
文l・来は、ゲート1圧を負にバイアスするほど顕Il
になる一着斤、9十の現象は、物性的に次のようにも駈
明#t1.6.トランジスタがONの状聾では、半導体
薄膜の表面にはチャネルが彫故さねるため、ソースから
ドレインに向けて、はぼ均一な電位勾〜″(電界)が生
じている霞めに、どのようにチャネルを分割してもドレ
イン電流は変化しない・一方トランジスタがOFFの状
態では、前述の通り、ドレイン近傍のFN!#合にほと
んどの電界が集中l、でいるたt、トランジスタを分割
−することにより、偏1々のFN伊合に力UわZ)la
’ W集中を弱めることができ、接合リーク電流、すな
わちoyyl’流を減少させることかで六る・ 第7−書け、本発明による薄膜トランジスタの特性を示
すグラフである0第6図(a)においてLt=TJI 
= 10 prn、  W+  =Wm = 10 μ
mとじ霞ψ合のトランジスタ特性である。このトランジ
スタu婢価的に竿5シIに示したトランジスタに等しい
ものであるーなお、このデータも水出V人が実しを行ろ
って得られた結果である・ 曲−701,702,703,704,705けぞれぞ
ハソースに対するドレイン11圧Vt+gを、VDII
 = 1(V)、 Vns = 5i)、 Vns =
 10(V)。
VDII = 2(I M 、 VDII −30(V
) トl、霞ト*ノ’1li611HIkである、 テ8し1(a)〜(c)は本発明の実施−を示す図であ
る6第8図(a)は、シフトレジスタの1段目の1ビツ
トに相当する基本回μを示しており、第11(a)にお
いて各トランジスタ101,102,1045゜104
をそバーぞれ]自゛タリ接続された薄膜トランジスタ8
01,802,805,804で醸き挫えて得られに基
本回路である一本実#111−には薄膜トラン’)スタ
’fr2個ずつ直列接続してトランジスタ列11をII
成したものを挙げ友が、直列!#統されるm−トランジ
スタの個数はいくつでもかまわない−また、すべてのト
ランジスタ列が複数個の薄膜トランジスタよりbyって
いる必*はなくソフトレジスタ集権回し中少なくともm
個のトランジスタ列カ傾V個の薄−トランジスタより成
っていれば本発明に訪当する6第8図(→は第8図(a
)の基本回路を縦属接続して構成されたシフトレジスタ
をた1図でありその基本的な動作は;ir 11’VI
 K 7F L 7’cシフトレ・・スタと全(同様で
ある、第1夕1 (c)は、第8り1(a)、 (b)
K示したシフトレジスタの各部の信号波形を定−t・φ
l、φ嘗は対を成すクロック信号でJlす、日Pはスタ
ートパルスである7次に、紀8図(b)にふ・いて3段
目のセル806をfHIKとってi発明の効果を鋲明す
る。基本回しの構法を第8図1(+!L)のどとくする
ことによって、鱒勝トランジスタ列801t71OFF
リーク電流は大食〈低減される、従ってt3に8陳1(
c)810のごと〈節盾G畠にデータ1が獣、み込オね
ていると倉、クロックφ1の立ち土がりと同時にG、の
璽位目811のごと〈クロックφ、のハイレベル以上に
人創〈オーパーンニー トt、、φ3が立ち下が2)4
でその電位を保持す石−との之め812に斧すように小
力端子Flの′ボ位は高速でクロック信号のハイレベル
に達する。
即ち、水弁−を適岸したことによりシフトレジスタの顧
1作周波Cノのセ限蝕は高められ、出力振幅は人舞くな
る6井た、薄膜トランジスタ列802のOF F +1
−り*流が太きく低減されるため第4図の406乃キ4
09のごとキ課動作パルスは抑圧さねシフトレ・ジスタ
の1作問波数の下限値は低杓らねるn 第9図(5)〜(0)に木’5?甲のもう−・つの寮−
一を示す一筆9し1(a)は、ブートストラップ効果形
のシフトレジスタの1段目の1ピントに相当する基A、
′回しを承し女本のである・第9し1(a)の基本回か
を與)91v・(b)のどとぐ幌属篠続し端子911,
912゜9M3,914.及び915にそれぞれ第9夕
1(c)に示すようなりロック信脣φ1.φ曾、φ轟。
φ4及びspを印加することによりシフトレジスタが*
biされる一次に、第9図1(b) Kおける5段目の
シフトレジスフセル910を甲いて1clt駄明するー
〃ロック信号φ、がローのX/41Wj K ffi点
り。
にデータ1がIA込着れると、薄膜MO8キャパンタ9
05 C1)サブストレートぴ)′P;面が反転して9
051人爽な谷癖を形成する一次にφ、がロー/・4ら
ハイに立ち1−がると同時に軒4905のブートストラ
ップ幼果によりD117′)−位はクロック信号のハイ
レベルb十に太きぐオーバーシュートして湧憐トランジ
スタ列901及び903の導通を(b: f詐90)及
び905がONすると同時に節点92s及び出力1子y
iK付加する容鴎は急速にチャージアンプさhw*、K
及びFsの電位はクロック信号の・・イレベルの電位r
+で立ち十がるーこのとき4 t’、2 #3のシフト
レジスタせルのil Ill M OSキVパシ−タ9
05のサブストレートは反転するーφ1がハイからロー
に立ち下がる直前の蛤い期間V(φ、Viハイとなって
、2段−のセルの薄膜トランジスタ列902をONさせ
るallb+A+DsにWr見られていた電向け902
を通して放電σね、Elの1M位は立ち下がるーφ凰が
ハイからローに立ち下かね、φ■がローから)・イに立
ち十がると同時に出力1子Fmの1位は立ち丁がる一嬉
961 (c)の各部の信号波形を示す・木実h%lに
おいても、薄膜トランジスタ列を月1いたことに工す、
節点D1/ハオーバーシュートしていると真の1−1段
目の薄膜トランジスタ列901,902のOF F I
+ −り11ηIが低シされ節点D1が安定して高電位
を保つことが司−會rとなるーま几、薄膜トランジスタ
列1]903のOFFリーク電流が低減されることによ
り、出力端子FiK誤1作ノ;ルスが生ずるのを防ぐこ
とが1訃となるの 1゛1十述べたごとぐ、本賢明を適用することにより、
動作周波#y範囲が広く、かつ安定な出力&幅細を櫓す
る薄膜シフトレジスタ集積回―が実馴される・]ilに
、木琴II)jを適用することKより、薄膜トランジス
タをスイッチとして甲いたアクティブマ) +1クス基
伽への#動回艷の作り込みが可鮭となる。
【図面の簡単な説明】
第1し1(a)〜(8)は従来のシフトレジスタ集積1
鯖を1明するだめの図。 第21&’ tJ単単結クシ1コンMO8)ランジスメ
の墜王−W流特性をオしたヅ1− 第!S I)XI H単体の薄膜トランジスタの電Fト
ー璽随l持性をたし几しI・ 第4し1け、従来のシフトレジスタ集積回ドの欠点を駅
用するためのし1、 第5し・、第6図(a) r (b)は薄膜トランジス
タ列を畦叩するたtの図・ 第7シ’Fis験トランパンスタ列のw王−’*i特性
を示した夕・。 PJ、 8 vll(a) 、 (c)は本Uaの実施
−1を示しり図・旭9シ(a)〜(C)は本賢明のもう
一つの実施汐IIを示した図O り上 出−人 株式会社 諏訪精工舎 代理人 代理人 最上  務 第1図 S) 第4図 第5図 G         p (レン 第6図 第7図 Ai、  讐iC2 第9図 0°2第2図 手続 補 11ミ 占(方式) %式% 2 発明の8杓、 薄膜シフトレジスタ集積−路 (llllIIをするt 代!lll1LIa役中村恒也 4  代  理   す、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ゲート電圧に依存して容量佃が変化するMO8キャパシ
    タ植び複数個のMO日トランジス4f里いて基本単位會
    構成して放るブートストラップ効果形のシフトレジスタ
    集積回しにおいて、111MO8キャパシタのサブスト
    レート、該複F(mのMO8トランジスタのソース、ド
    レイン及びサブストレートをンリフン薄膜で形成すると
    共に前記複数個の薄1%11MO8トランジスタのらち
    少なくと本一つの薄膜MO8トランジスタ會ゲート會共
    通として2イI!i以−七の!r!膜MO8)ラン〕/
    スタが直夕1j警続さねた薄膜トラン・ンスタ列で一′
    換して成ること1r%隙とする連勝シフトレジスタ集積
    回路−
JP57069862A 1982-04-26 1982-04-26 薄膜シフトレジスタ集積回路 Pending JPS58188396A (ja)

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