JP2008281598A - 半導体装置、表示装置及びこれを搭載した電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス基板上にDCDCコンバーター回路に用いられるコンデンサを形成しても、基板サイズの増大を防ぐことができる半導体装置および該半導体装置を用いた表示装置を実現する。
【解決手段】アクティブマトリクス基板101上に形成された回路(データ線駆動回路302)と、前記回路に接続された金属配線(第1の電源配線510)と、前記基板外部から入力された一次電源電位(信号入力端子320から供給される+5V電源)に基づき二次電源電位(+9V、−4Vは一例)を生成する電源回路304と、前記電源回路に接続された第1のコンデンサ(バイパスコンデンサ502−2A)とを備え、前記第1のコンデンサは、前記基板上に金属薄膜あるいは半導体薄膜により形成され、前記第1のコンデンサと前記金属配線は、少なくとも一部が平面的に重なった領域を有する。
【選択図】図2
【解決手段】アクティブマトリクス基板101上に形成された回路(データ線駆動回路302)と、前記回路に接続された金属配線(第1の電源配線510)と、前記基板外部から入力された一次電源電位(信号入力端子320から供給される+5V電源)に基づき二次電源電位(+9V、−4Vは一例)を生成する電源回路304と、前記電源回路に接続された第1のコンデンサ(バイパスコンデンサ502−2A)とを備え、前記第1のコンデンサは、前記基板上に金属薄膜あるいは半導体薄膜により形成され、前記第1のコンデンサと前記金属配線は、少なくとも一部が平面的に重なった領域を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、例えば、電源回路を基板上に形成した半導体装置、表示装置とこれを搭載した電子機器に関する。
近年、低温ポリシリコン薄膜形成技術を用いてガラス基板上に薄膜トランジスタ(TFT)回路を形成する、いわゆるSOG(System On Glass)技術がさかんに開発されており、量産されつつあるが、表示装置においてガラス基板上に内蔵することでメリットの大きい回路としてDCDCコンバーター回路があげられる。すなわち、外部回路からは比較的低電圧(例えば5V未満)の電源及び信号のみをガラス基板上の回路にあたえ、ガラス基板上のDCDCコンバーター回路によって比較的高電圧(例えば8V以上)の電源を生成し、ガラス基板上の回路に供給するのである。このような構成によって外部回路を構成するICを中低耐圧プロセスで製造することができるのでコストが安くなる。
DCDCコンバーター回路としては現在、チャージポンプ回路が最もよく用いられている。チャージポンプ回路はポンピングパルス信号で駆動されるフライングキャパシタと出力電源を安定化させるバイパスコンデンサの2種類のコンデンサを必要とするが、これらのコンデンサは外付け部品としてガラス外部に実装される場合が多い。このような構成例として特許文献1などがあげられる。
コンデンサを基板外部のFPC上等に実装すると、実装部の抵抗、FPCと基板の実装端子までの配線の抵抗などにより、DCDCコンバーター回路とバイパスコンデンサまでの抵抗値が大きくなる。このため、DCDCコンバーター回路で生じた電位変動などがバイパスコンデンサで十分吸収されず、パネル内駆動回路に悪影響を与える場合がある。
また、DCDCコンバーター回路が安定してかつ効率的に動作するためにはフライングキャパシタ及びバイパスコンデンサの容量は一定以上必要であって、消費電力等により異なるが少なくとも数10pFから多い場合は数μF必要になる。このように大きなサイズのコンデンサをガラス基板上に形成すると非常に大きな面積が必要となるため、表示装置の周縁部のサイズが増大するという問題を従来の技術では有していた。
本発明は、第1の基板(アクティブマトリクス基板101は一例)上に形成された回路(データ線駆動回路302、走査線駆動回路は一例)と、前記回路に接続された金属配線(第1の電源配線510、第2の電源配線511、第3の電源配線512あるいは共通電極配線335'は一例)と、前記一次電源電位(信号入力端子320から供給される+5V電源は一例)に基づき二次電源電位(+9V、−4Vは一例)を生成する電源回路(電源回路304は一例)と、前記電源回路に接続された第1のコンデンサ(バイパスコンデンサ502−2A、バイパスコンデンサ502−2Bあるいは第4のフライングキャパシタ501'−1、第5のフライングキャパシタ501'−3は一例)とを備え、前記第1のコンデンサは、前記第1の基板上に金属薄膜(配線510Bあるいは配線511Bを構成するモリブデン薄膜は一例)あるいは半導体薄膜(配線510Bあるいは配線511Bを構成するn+型ポリシリコン薄膜)により形成されると共に、前記金属配線と少なくとも一部が平面的に重なった領域に形成されていることを特徴とする半導体装置とそれを用いた表示装置である。このような構成により、電源回路に使用するコンデンサを基板上に内蔵した形で形成しても装置が大型化してしまうことがない。
また本発明は、前記金属配線は前記電源回路で生成される前記二次電源電位を前記第1の基板上に形成された回路に供給する電源配線であることも提案する。このような構成により、駆動回路内の電源配線領域を内蔵コンデンサ領域としても利用することができるとともに、駆動回路内に内蔵コンデンサを有することで電源配線の電位降下を効果的に防止できる。
また本発明は、FPC(可撓性基板)等の第2の基板を用いて前記第1の基板に接続された第2のコンデンサを備え、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサと電気的に並列に接続されてなり、前記第2のコンデンサの容量は前記第1のコンデンサの容量より大きいことも提案する。このような構成により、大容量で接続インピーダンスの大きい外付けコンデンサと小容量で接続インピーダンスの小さい内蔵コンデンサそれぞれのメリットを同時に享受できる。
また本発明は、前記第1の基板上に形成された回路は複数の薄膜トランジスタによって構成され、前記第1のコンデンサを構成する半導体薄膜あるいは金属薄膜は前記薄膜トランジスタを構成する半導体薄膜あるいは金属薄膜と同一の膜厚あるいは同一の元素構成であることも提案する。このような構成であればガラス基板上に画素内スイッチング素子や駆動回路を製造するプロセスで、同時に内蔵コンデンサを製造できるため、製造コストの上昇が無い。
また本発明は、前記金属配線は前記液晶素子に電界を印加するための共通電位信号を供給する配線であり、前記共通電位信号は一定周期で電位が反転する反転信号であり、前記第1のコンデンサの両極の電位は前記共通電位信号と同じ周期と位相で反転されてなる液晶表示装置も提案する。このような構成により、低消費電力化のために共通電位をAC駆動する場合でも電源回路の効率を低下させることが無い。
また本発明はこれらの表示装置を用いた電子機器も提案する。これらの表示装置は電源回路と電源回路用のコンデンサを内蔵しつつ製造工程は従来と同等であるためにより低コストの表示装置を提供しつつ、サイズが大型化することがなく、消費電力が増大しない。従ってこれらの表示装置を用いた電子機器はより安価でありつつ小型・低消費電力であるという特徴を有する。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に基づいて説明する。
[第1の実施の形態]
図1は本実施例に係る透過型液晶表示装置910の斜視構成図(一部断面図)である。液晶表示装置910は、アクティブマトリクス基板101(第1の基板)と対向基板912(第2の基板)とをシール材923により一定の間隔で貼り合わせ、ネマティック相液晶材料922を挟持してなる。アクティブマトリクス基板101上には図示しないがポリイミドなどからなる配向材料が塗布されラビング処理されて配向膜が形成されている。また、対向基板912は、図示しないが画素に対応したカラーフィルタと、光抜けを防止し、コントラストを向上させるためのブラックマトリクスと、アクティブマトリクス基板101上の対向導通部330と短絡される共通電位が供給されるITO膜でなる対向電極930が形成される。液晶材料922と接触する面にはポリイミドなどからなる配向材料が塗布され、アクティブマトリクス基板101の配向膜のラビング処理の方向とは直交する方向にラビング処理されている。
図1は本実施例に係る透過型液晶表示装置910の斜視構成図(一部断面図)である。液晶表示装置910は、アクティブマトリクス基板101(第1の基板)と対向基板912(第2の基板)とをシール材923により一定の間隔で貼り合わせ、ネマティック相液晶材料922を挟持してなる。アクティブマトリクス基板101上には図示しないがポリイミドなどからなる配向材料が塗布されラビング処理されて配向膜が形成されている。また、対向基板912は、図示しないが画素に対応したカラーフィルタと、光抜けを防止し、コントラストを向上させるためのブラックマトリクスと、アクティブマトリクス基板101上の対向導通部330と短絡される共通電位が供給されるITO膜でなる対向電極930が形成される。液晶材料922と接触する面にはポリイミドなどからなる配向材料が塗布され、アクティブマトリクス基板101の配向膜のラビング処理の方向とは直交する方向にラビング処理されている。
さらに対向基板912の外側には、上偏光板924を、アクティブマトリクス基板101の外側には、下偏光板925を各々配置し、互いの偏光方向が直交するよう(クロスニコル状)に配置する。さらに下偏光板925下には、面光源を成すバックライトユニット926が配置される。バックライトユニット926は、冷陰極管やLEDに導光板や散乱板をとりつけたものでも良いし、EL素子によって全面発光するユニットでもよい。バックライトユニット926はコネクタ929を通じて電子機器本体に接続され、電源及び制御信号を供給される。図示しないが、さらに必要に応じて、周囲を外殻で覆っても良いし、あるいは上偏光板924のさらに上に保護用のガラスやアクリル板を取り付けても良いし、視野角改善のため光学補償フィルムを貼っても良い。
また、アクティブマトリクス基板101は、対向基板912から張り出す張り出し部927が設けられ、その張り出し部927にある信号入力端子(実装端子)320には、FPC(可撓性基板)928が実装され電気的に接続されている。FPC(可撓性基板)928は電子機器本体に接続され、必要な電源、制御信号等を供給される。またFPC(可撓性基板)928上には容量2.2μFのコンデンサセラミック・コンデンサよりなる2個のバイパスコンデンサ502−1、502−2が実装されてなり、後述する電源回路304に接続される。本実施例では後述するフライングキャパシタ501−1〜4はアクティブマトリクス基板101上に内蔵されているため、FPC(可撓性基板)928上の実装部品数は少なくなっている。このため、部品コスト、実装コスト、FPCコスト等が軽減される。
図2はアクティブマトリクス基板101のブロック図である。アクティブマトリクス基板101上には 480本の走査線201−1〜480と1920本のデータ線202−1〜1920が直交して形成されており、480本の容量線203−1〜480は走査線(201−1〜480)と並行に配置されている。容量線203−1〜480は相互に短絡され、共通電位配線335と接続され、さらに対向導通部330と接続されて共通電位電源回路306から適切な共通電位(本実施例では0V−5Vの反転信号、反転時間は35μ秒)を与えられる。
走査線駆動回路301、データ線駆動回路302、電源回路304は信号回路305から必要な信号(例えばSP、CLK信号等)を供給される。データ線駆動回路302は信号入力端子320から映像信号D0〜D17も与えられる。また信号回路305も信号入力端子320から必要な信号(マスタークロック、SYNC信号など)を与えられ、電源回路304も一次電源(例えば+5V電源)を与えられる。ここで信号入力端子320は張り出し部927上に配置される。一方、走査線駆動回路301、データ線駆動回路302、電源回路304、信号回路305、共通電位電源回路306などは対向基板912と重なる領域、すなわち張り出し部927外に配置される。
電源回路304は与えられた一次電源及びGND電位から+9V、−4Vの二次電源電位を生成する。GND(0V)電位は第1の電源配線510、二次電源である+9V電位は第2の電源配線511、同じく二次電源である−4V電位は第3の電源配線512を介して各回路へ供給される。共通電位電源回路306は第1の電源配線510と第2の電源配線511が接続され、+9Vと0V電源電位を与えられる。同様に信号回路305は第1の電源配線510と第2の電源配線511が接続され、+9Vと0V電源電位を与えられる。
走査線駆動回路301は第2の電源配線511、第3の電源配線512が回路内全体に引き回され、走査線駆動回路301を構成する各単位回路に+9V、−4Vの各電源が供給される。同様に、データ線駆動回路302は第1の電源配線510、第2の電源配線511が回路内全体に引き回され、データ線駆動回路302を構成する各単位回路に+9V、0Vの各電源が供給される。走査線駆動回路301、データ線駆動回路302、電源回路304、信号回路305、共通電位電源回路306はアクティブマトリクス基板上にポリシリコン薄膜トランジスタを集積することで形成されており、後述する画素スイッチング素子401−n−mと同一工程で製造される、いわゆる駆動回路内蔵型の液晶表示装置となっている。
ここで、走査線駆動回路301内では、第3の電源配線512と第2の電源配線511が互いに容量を形成するように構成されており、バイパスコンデンサ502−2Bを形成している。バイパスコンデンサ502−2Bは走査線駆動回路301内の全域にわたって形成される。
また、データ線駆動回路302内では、第1の電源配線510と第2の電源配線511が互いに容量を形成するように構成されており、バイパスコンデンサ502−2Aを形成している。バイパスコンデンサ502−2Aはデータ線駆動回路302内の全域にわたって形成される。
さらにアクティブマトリクス基板101上には4個のフライングキャパシタ501−1,2,3,4が形成され、電源回路304に接続される。また、電源回路304は信号入力端子320の一部と接続され、+5V電源及びGND(0V)電位とが供給される。また、第2の電源配線511は信号入力端子320の一つを介してFPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−2の一端に、第3の電源配線512は信号入力端子320の一つを介してFPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−1の一端と接続される。なお、バイパスコンデンサ502−1、502−2の他端はFPC(可撓性基板)928上でGND(0V)電位と接続される。
以上のように、本実施例では電源回路304の出力二次電源配線である+9V電位の第2の電源配線511にはGND電位と接続されたバイパスコンデンサとしてFPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−2に加えてデータ線駆動回路302内にバイパスコンデンサ502−2Aされてなる。また、電源回路304の出力二次電源配線である+9V電位の第2の電源配線511と電源回路304の出力二次電源配線である−4V電位の第3の電源配線512の間にバイパスコンデンサとして走査線駆動回路301内にバイパスコンデンサ502−2Bが形成され、さらに第3の電源配線512はGND電位と接続されたバイパスコンデンサとしてFPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−1にも接続されている。接続抵抗の大きいFPC(可撓性基板)928上のみでなく、パネル内の走査線駆動回路301及びデータ線駆動回路302内にもバイパスコンデンサを形成することで、電源回路304の電位変動をより効果的に吸収できる。
また、走査線駆動回路301及びデータ線駆動回路302がスイッチング動作する際に電位配線に大きな電流が流れることで生じる電位効果をより効果的に防止できるのである。
図3は図2の点線310部で示す画素表示領域中のm番目のデータ線202−mとn番目の走査線201−nの交差部付近の回路図である。走査線201−nとデータ線202−mの各交点にはNチャネル型電界効果ポリシリコン薄膜トランジスタよりなる画素スイッチング素子401−n−mが形成されており、そのゲート電極は走査線201−nに、ソース・ドレイン電極はそれぞれデータ線202−mと画素電極402−n−mに接続されている。画素電極402−n−m及び同一電位に短絡される電極は容量線203−nと補助容量コンデンサ403−n−mを形成し、また液晶表示装置として組み立てられた際には液晶素子をはさんで対向電極930(コモン電極)とやはりコンデンサを形成する。
図4は本実施例での電子機器の具体的な構成を示すブロック図である。液晶表示装置910は図1で説明した液晶表示装置であって、外部電源回路784、映像処理回路780がFPC(可撓性基板)928およびコネクタ929を通じて必要な信号と電源を液晶表示装置910に供給する。中央演算処理装置781は外部I/F回路782を介して入出力機器783からの入力データを取得する。ここで入出力機器783とは例えばキーボード、マウス、トラックボール、LED、スピーカー、アンテナなどである。中央演算回路781は外部からのデータをもとに各種演算処理を行い、結果をコマンドとして映像処理回路780あるいは外部I/F回路782へ転送する。映像処理回路780は中央演算回路761からのコマンドに基づき映像情報を更新し、液晶表示装置910への信号を変更することで、液晶表示装置910の表示映像が変化する。ここで電子機器とは具体的にはモニター、TV、ノートパソコン、PDA、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話、携帯フォトビューワー、携帯ビデオプレイヤー、携帯DVDプレイヤー、携帯オーディオプレイヤーなどである。
図5は図3で示した画素表示領域の回路図の実際の構成を示す平面図である。図5の凡例に示す通り、各網掛けの異なる部位はそれぞれ異なる材料配線であることを示し、同じ網掛けで示した部位は同じ材料配線であることを示す。ポリシリコン薄膜(Poly-Si)、モリブデン薄膜(Mo)、アルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)、酸化インディウム・錫薄膜(Indium Tin Oxiced=ITO)の4層薄膜より構成されてなり、それぞれの層間には酸化シリコン、窒化シリコン、有機絶縁膜のいずれかあるいはそれらを積層した絶縁膜が形成される。具体的にはポリシリコン薄膜(Poly-Si)は膜厚50nm、モリブデン薄膜(Mo)は膜厚200nm、アルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)は膜厚500nm、酸化インディウム・錫薄膜(ITO)は膜厚100nmとする。また、ポリシリコン薄膜(Poly-Si)とモリブデン薄膜(Mo)の間には100nmの酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜が形成され、モリブデン薄膜(Mo)とアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)の間には200nmの窒化シリコン膜と500nmの酸化シリコン膜を積層した層間絶縁膜が形成され、アルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)と酸化インディウム・錫薄膜(ITO)の間には200nmの窒化シリコン膜と平均1μmの有機平坦化膜を積層した保護絶縁膜が形成され、互いの配線間を絶縁しており、適切な位置にコンタクトホールを開口して互いに接続される。
図5で示すように、データ線202−mはアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)により形成され、コンタクトホールを介して画素スイッチング素子401−n−m)のソース電極に接続される。走査線201−nはモリブデン薄膜(Mo)で構成され、画素スイッチング素子401−n−mのゲート電極を兼用する。容量線203−nは走査線(201−n)と同じ配線材料から構成され、画素電極402−n−mは酸化インディウム・錫薄膜よりなり、画素スイッチング素子401−n−mのドレイン電極にコンタクトホールを通じて接続される。また、画素スイッチング素子401−n−mのドレイン電極はリンを高濃度ドープされたn+型ポリシリコン薄膜よりなる容量部電極605にも接続され、容量線203−nと平面的に重なって補助容量コンデンサ403−n−mを構成する。
図6は図5のA−A'線部における画素スイッチング素子401−n−mの断面構造を示す図である。なお、図を見やすくするために縮尺は一定でない。アクティブマトリクス基板101は無アルカリガラスよりなる厚さ0.6mmの絶縁基板であって、その上に200nmの窒化シリコン膜と300nmの酸化シリコン膜を積層した下地絶縁膜を介してポリシリコン薄膜よりなるシリコンアイランド602が配置され、走査線201−nはシリコンアイランド602と前述のゲート絶縁膜を挟んで上方に配置される。走査線201−nとオーバーラップする領域ではシリコンアイランド602はリンイオンが全く、あるいはごく低濃度しかドープされていない真性半導体領域602Iであり、その左右にリンイオンが低濃度にドープされた比抵抗20kΩ程度のn−領域602Lが存在し、さらにその左右にリンイオンが高濃度にドープされた比抵抗1kΩ程度のn+領域602Nが存在する、LDD(Lightly Doped Drain)構造である。左右のn+領域(602N)はコンタクトホールを介してソース電極603、ドレイン電極604と接続しており、ソース電極603はデータ線202−mと、ドレイン電極604は画素電極402−n−mとそれぞれ接続している。
図7は図5のB−B'線部における補助容量403−n−mの断面図であり、ドレイン電極604と繋がる容量部電極605と容量線203−nがゲート絶縁膜をはさんで重なることで蓄積容量を形成している。
図8はアクティブマトリクス基板101上のデータ線駆動回路302内における第1の電源配線510、第2の電源配線511、バイパスコンデンサ502−2A部の拡大平面図である。凡例は図5と同じである。第1の電源配線510及び第2の電源配線511はデータ線202−mを構成するアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)と同一の膜で形成され、比抵抗が低くなるように構成されている。第1の電源配線510の幅W510及び第2の電源配線511の幅W511はそれぞれに流れる電流値とアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)の比抵抗、電源配線上での最大の電圧ドロップ許容量から計算され、本実施例ではW510=W511=50μmである。また、本実施例ではデータ線駆動回路302の幅は63360μmであり、従ってデータ線駆動回路302内における第1の電源配線510及び第2の電源配線511の面積は3.168平方ミリメーターとなる。この第1の電源配線510及び第2の電源配線511とほぼ平面的に重なるようにバイパスコンデンサ502−2Aは形成される。このように構成することでバイパスコンデンサ502−2Aの総面積は6.6528平方ミリメーターとなり、うち6.0192平方ミリメーターが第1の電源配線510及び第2の電源配線511と重なっている。第1の電源配線510は複数の枝配線510Aを通じてデータ線駆動回路302内を構成する各薄膜トランジスタに接続されて0V電源電位を供給し、第2の電源配線511は複数の枝配線511Aを通じてデータ線駆動回路302内を構成する各薄膜トランジスタに接続されて+9V電源電位を供給する。
図9は図8のC−C'線部における断面図である。第1の電源配線510はコンタクトホールを介して配線510Bに接続される。配線510Bは容量部電極605を構成するのと同一のリンを高濃度ドープされたn+型ポリシリコン薄膜よりなる。また第2の電源配線511はコンタクトホールを介して配線511Bに接続される。配線511Bは走査線201を構成するのと同一のモリブデン薄膜よりなる。配線510Bと配線511Bはゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向し、バイパスコンデンサ502−2Aを形成する。従って、データ線駆動回路302内のバイパスコンデンサ502−2Aは2.3nFの容量を有することになる。このように大容量のコンデンサを形成しつつ、その大半の面積を電源配線510、511と平面的に重なった領域に配置しているため、面積の増大がほとんどない。
第1から第4のフライングキャパシタ501−1〜4は適宜、アクティブマトリクス基板上の走査線駆動回路301と表示領域310を間に挟んで逆の領域に、容量部電極605を構成するのと同一のリンを高濃度ドープされたn+型ポリシリコン薄膜と走査線201を構成するのと同一のモリブデン薄膜とをゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向させることで形成され、それぞれコンタクトホールを介してデータ線202−mを構成するアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)と同一の膜で形成された配線によって電源回路304と接続される。
なお、走査線駆動回路301内のバイパスコンデサ502−2Bについては、図8及び図9においてデータ線駆動回路302を走査線駆動回路301に、バイパスコンデサ502−2Aをバイパスコンデサ502−2Bに、第1の電源配線510を第3の電源配線512に、それぞれ置き換えるだけであり、その他の構成は全く同一であるので説明を省略する。
図10は電源回路304の回路図である。信号回路303より供給されたポンピングパルス信号PCLKは第1インバーター回路521A、第2インバーター回路522A、第4インバーター回路521B、第5インバーター回路522Bにそれぞれ入力される。第2インバーター回路522Aの出力は第3インバーター回路523Aに、第5インバーター回路522Bの出力は第6インバーター回路523Bに接続される。第1インバーター回路521Aの出力は第1のフライングキャパシタ501−1の一端に接続され、同様に第3,第4,第6インバーター回路523A、521B、523Bの出力はそれぞれ第2,第3,第4のフライングキャパシタ501−2、501−3、501−4の一端にそれぞれ接続される。第1〜第6インバーター回路521A、522A、523A、521B、522B、523Bの電源はFPC(可撓性基板)928を通じて外部より供給されるGND電位及び+5V電位と接続される。外部より供給されるGND電位は第1の電源配線510に繋がり、走査線駆動回路301、データ線駆動回路302、信号回路303、共通電位電源回路306に0V電位を供給する。
第1のフライングキャパシタ501−1の他端ノード1Aは第1p型スイッチングトランジスタ531Aのドレイン電極と第1n型スイッチングトランジスタTFT533Aのドレイン電極と第2p型スイッチングトランジスタ532Aのゲート電極と第2n型スイッチングトランジスタTFT534Aのゲート電極にそれぞれ接続される。第2のフライングキャパシタ501−2の他端ノード2Aは第2p型スイッチングトランジスタ532Aのドレイン電極と第2n型スイッチングトランジスタTFT534Aのドレイン電極と第1p型スイッチングトランジスタ531Aのゲート電極と第1n型スイッチングトランジスタTFT533Aのゲート電極にそれぞれ接続される。第3のフライングキャパシタ501−3の他端ノード1Bは第3n型スイッチングトランジスタ531Bのドレイン電極と第3p型スイッチングトランジスタTFT533Bのドレイン電極と第4n型スイッチングトランジスタ532Bのゲート電極と第4p型スイッチングトランジスタTFT534Bのゲート電極にそれぞれ接続される。第4のフライングキャパシタ501−4の他端ノード2Bは第4n型スイッチングトランジスタ532Bのドレイン電極と第4p型スイッチングトランジスタTFT534Bのドレイン電極と第3n型スイッチングトランジスタ531Bのゲート電極と第3p型スイッチングトランジスタTFT534Bのゲート電極にそれぞれ接続される。第1p型スイッチングトランジスタ531Aと第2p型スイッチングトランジスタ532Aのソース電極はFPC(可撓性基板)928を通じてGND電位(±0V)を供給される。第3n型スイッチングトランジスタ531Bと第4n型スイッチングトランジスタ532Bのソース電極はFPC(可撓性基板)928を通じて+5V電位を供給される。第1n型スイッチングトランジスタ533Aと第2n型スイッチングトランジスタ534Aのソース電極は第3の電源配線512に接続され(ノード3Aとする)、走査線駆動回路301に−4V電源を供給する。また、ノード3Aは信号入力端子320の一つを介してFPC(可撓性基板)928に実装されたバイパスコンデンサ502−1の一端に接続される。第3p型スイッチングトランジスタ533Bと第4p型スイッチングトランジスタ534Bのソース電極は第3の電源配線512に接続され(ノード3Bとする)、さらに走査線駆動回路301、データ線駆動回路302、信号回路303、共通電位電源回路306に+9V電源を供給する。また、ノード3Bは信号入力端子320の一つを介してFPC(可撓性基板)928に実装されたバイパスコンデンサ502−2の一端に接続される。バイパスコンデンサ502−1およびバイパスコンデンサ502−2の他端はそれぞれFPC(可撓性基板)928上のGND電位に接続される。また前述のとおり、データ線駆動回路302内のバイパスコンデンサ502−2Aは第1の電源配線510と第2の電源配線511に接続され、また走査線駆動回路301内のバイパスコンデンサ502−2Bは第3の電源配線512と第2の電源配線511に接続される。
このように構成することで、ポンピングパルス信号PCLKがHigh(5V)の場合、第1インバーター回路521A及び第4インバーター回路521Bからの出力はLow(0V)で、第3インバーター回路523A及び第6インバーター回路523Bからの出力はHigh(5V)であって、ノード1Aの電位は−5+ΔV1A、ノード2Aの電位は0+ΔV2A、ノード1Bの電位は5−ΔV1B、ノード2Bの電位は10−ΔV2Bとなり、第1p型スイッチングトランジスタ531Aと第2n型スイッチングトランジスタ534Aと第4n型スイッチングトランジスタ532Bと第3p型スイッチングトランジスタ533BがOFFし、第2p型スイッチングトランジスタ532Aと第1n型スイッチングトランジスタ533Aと第3n型スイッチングトランジスタ531Bと第4p型スイッチングトランジスタ534BがONする。ここでノード1Aからノード3Aへ電位−5+ΔV1A+ΔV1が供給され、ノード2Bからノード3Bへ電位10−ΔV2B−ΔV2が供給される。
ポンピングパルス信号PCLKがLow(5V)になると第1インバーター回路521A及び第4インバーター回路521Bからの出力はHigh(5V)で、第3インバーター回路523A及び第6インバーター回路523Bからの出力はLow(0V)であって、ノード1Aの電位は0+ΔV1A'、ノード2Aの電位は−5+ΔV2A'、ノード1Bの電位は10−ΔV1B'、ノード2Bの電位は5−ΔV2B'となり、第1p型スイッチングトランジスタ531Aと第2n型スイッチングトランジスタ534Aと第4n型スイッチングトランジスタ532Bと第3p型スイッチングトランジスタ533BがONし、第2p型スイッチングトランジスタ532Aと第1n型スイッチングトランジスタ533Aと第3n型スイッチングトランジスタ531Bと第4p型スイッチングトランジスタ534BがOFFする。ここでノード2Aからノード3Aへ電位−5+ΔV2A+ΔV1'が供給され、ノード1Bからノード3Bへ電位10−ΔV1B−ΔV2'が供給される。
ここでΔV1A、ΔV1B、ΔV2A、ΔV2B、ΔV1A'、ΔV1B'、ΔV2A'、ΔV2B'、ΔV1、ΔV2、ΔV1'、ΔV2'は各フライングキャパシタ501−1〜4及びバイパスコンデンサ502−1〜502−2の容量が十分大きく、ポンピングパルス信号PCLKが十分早く、ノード1Aとノード2A間及びノード1Bとノード2B間の位相ズレが無視できる場合は各スイッチングトランジスタ及びインバーター回路を構成するトランジスタのチャネル抵抗、実装抵抗、配線抵抗等による電圧ドロップ分であって、本実施例では全て同じ0.5Vになるように設計している。すなわち、ポンピングパルス信号PCLKがHighであってもLowであっても、ノード3Aには−4Vが、ノード3Bには+9Vが供給され、DCDCコンバーターとして機能することになる。
図10で説明した各スイッチングトランジスタ及びインバーター回路を構成するトランジスタはポリシリコンを用いた薄膜トランジスタであって、画素スイッチング素子401−n−mと同一の膜で構成され、同一の製造工程で製造される。ただし、p型トランジスタに関してはポリシリコンにドープされるイオン種が異なる。
なお、DCDCコンバーターの構成は本実施例の構成に限定されるものではなく、既知のあらゆるDCDCコンバーターの構成と組み合わせて差し支えない。また本実施例では共通電位電源回路306から出力され、共通電位配線335、対極導通部330、容量線203−1〜480、対極導通部330、対向電極930に印加される電位は0−5Vの反転信号であって、いわゆる対極AC駆動が実施される。ここで共通電位電源回路306から出力される信号と、信号PCLKは互いに位相が180度反転した反転信号である。このように構成すると、対極導通部330とノード1A、ノード1Bの電位及びPCLK信号を示すタイミングチャートは図11のようになる。ここでt1はいわゆる1H期間であって、本実施例ではt1=35μ秒である。
本実施例のようにデータ線駆動回路302及び走査線駆動回路301の電源をパネル内に内蔵した電源回路304で供給する場合、瞬間的に大きな電流をデータ線駆動回路302又は走査線駆動回路301が消費する際には電源回路304の電流供給能力は間に合わず、バイパスコンデンサ502−1、502−2、502−2A、502−2Bから電流を供給することとなる。この際、FPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−1、502−2はコンデンサセラミック・コンデンサであるから2.2μFという大きな容量を持つが、データ線駆動回路302及び走査線駆動回路301までの距離が長いために配線抵抗が高い。このため、バイパスコンデンサ502−1、502−2だけでは電源配線の瞬間的な電圧降下を防ぎきれない。一方でバイパスコンデンサ502−2A、502−2Bはデータ線駆動回路302又は走査線駆動回路301内に存在されるため、瞬間的な電流供給能力が非常に高い一方で、容量が小さいために大きな電流が長時間流れると電荷を放電してしまい、電流を供給できなくなる。
より具体的には、例えばデータ線駆動回路302内で大きな瞬間電流消費があり、0.5Vの電位ドロップが第2の電源配線511上に生じたとする。この際、データ線駆動回路302内の第2の電源配線511の電気抵抗は平均して120Ω程度であるので、バイパスコンデンサ502−2Aからは4mA程度の電流が供給される。一方、バイパスコンデンサ502−2はデータ線駆動回路302から信号入力端子320までの配線抵抗や実装抵抗等により抵抗値が250Ω程度になるので、2mAしか電流は供給されない。しかしながら、バイパスコンデンサ502−2Aの容量は2.3nFであるので、1μ秒後には電流供給は約0.1mAにまで減少する。一方で、バイパスコンデンサ502−2は2.2μFの容量を有するので、1μ秒後には0.2%しか電流は減少しかせず、ほぼ2mAを供給しつづける。
このように瞬間的な電流はアクティブマトリクス基板101上のバイパスコンデンサ502−2A、502−2Bから、比較的長時間の電流はFPC(可撓性基板)928上のバイパスコンデンサ502−1、502−2からそれぞれ供給されることで電源電圧の降下が極めて少ない、安定した電流を回路に供給できるために画質が向上する。また、バイパスコンデンサ502−2A、502−2Bが電源配線と平面的に重なるように構成されているため、回路面積が増大し、パネルサイズが大きくなることが無く、製造工程数も増加しないため、コストも低減できるのである。
[第2の実施の形態]
図12は第2の実施例に係る透過型液晶表示装置910'の斜視構成図(一部断面図)であって、第1の実施例における図1相当する図である。以下、図1と相違する点を中心に説明する。
図12は第2の実施例に係る透過型液晶表示装置910'の斜視構成図(一部断面図)であって、第1の実施例における図1相当する図である。以下、図1と相違する点を中心に説明する。
本実施例の図12では図1でのFPC(可撓性基板)928に変わり、FPC(可撓性基板)928'が張り出し部927にある信号入力端子320に実装される。FPC(可撓性基板)928'上にはコンデンサは実装されておらず、これによって第1の実施例のFPC(可撓性基板)928より安価に構成されている。また、アクティブマトリクス基板101にかわり、アクティブマトリクス基板101'を用いている。説明した以外の点において図12は図1と相違ないので同じ番号を付与することで説明を省略する。
図13は本実施例に係るアクティブマトリクス基板101'のブロック図であって、第1の実施例における図2に相当する図である。以下、図2と相違する点を中心に説明する。アクティブマトリクス基板101'上には図2での第1のフライングキャパシタ501−1及び第3のフライングキャパシタ501−3にかわり、第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3が共通電位配線335'と平面的に重なって構成されている。第2のフライングキャパシタ501−2及び第4のフライングキャパシタ501−4は第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3の外側に配置され、第1の実施例となんら変わらないので同じ記号を付与することで説明は省略する。第4のフライングキャパシタ501'−1の両端と電源回路304の間は配線501−1A、501−1Bで接続され、第5のフライングキャパシタ501'−3の両端と電源回路304の間は配線501−3A、501−3Bで接続される。また、走査線駆動回路301'は電源配線510も配置されて走査線駆動回路301'内の各単位回路には0V電源も供給されてなり、第1の実施例における図2のバイパスコンデンサ502−2Bに代わって第1の電源配線510と第3の電源配線512に接続されたバイパスコンデンサ502−1C及び第1の電源配線510と第2の電源配線511に接続されたバイパスコンデンサ502−2Cが回路内に配置される。説明した以外の点において図13は図2と相違ないので同じ番号を付与することで説明を省略する。また、画素回路図に関しては第1実施例の図3、画素部平面図に関しては第1実施例の図5、画素部断面図は第1実施例の図6及び図7となんら相違ないのでこれも説明は省略する。
図14は走査線駆動回路301'内の第1の電源配線510、第2の電源配線511、第3の電源配線512、バイパスコンデンサ502−1C、502−2C部の平面拡大図である。凡例は図5と同じである。第1の電源配線510、第2の電源配線511、第3の電源配線512はデータ線202−mを構成するアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)と同一の膜で形成され、比抵抗が低くなるように構成されている。第1の電源配線510の幅W510、第2の電源配線511の幅W511、第3の電源配線512の幅W512はそれぞれに流れる電流値とアルミ・ネオジウム合金薄膜(AlNd)の比抵抗、電源配線上での最大の電圧ドロップ許容量から計算され、本実施例ではW510=W511=W512=50μmである。また、本実施例では走査線駆動回路301'の幅は47520μmであり、従って走査線駆動回路301'内における第1の電源配線510及び第2の電源配線511、第3の電源配線512の面積はそれぞれ2.376平方ミリメーターとなる。第3の電源配線512のほぼ全面と第1の電源配線510の概ね半分と平面的に重なるようにバイパスコンデンサ502−1Cは形成され、第2の電源配線511のほぼ全面と第1の電源配線510の概ね半分と平面的に重なるようにバイパスコンデンサ502−2Cは形成される。このように構成することでバイパスコンデンサ502−1C、502−2Cの総面積はそれぞれ1.782平方ミリメーターとなる。第1の電源配線510は複数の枝配線510Aを通じて走査線駆動回路301'内を構成する各薄膜トランジスタに接続されて0V電源電位を供給し、第2の電源配線511は複数の枝配線511Aを通じて走査線駆動回路301'内を構成する各薄膜トランジスタに接続されて+9V電源電位を供給し、第3の電源配線512は複数の枝配線512Aを通じて走査線駆動回路301'内を構成する各薄膜トランジスタに接続されて−4V電源電位を供給する。第1の電源配線510は走査線201を構成するのと同一のモリブデン薄膜よりなる配線510Bと、第2の電源配線511は容量部電極605を構成するのと同一のリンを高濃度ドープされたn+型ポリシリコン薄膜よりなる配線511Bと、第3の電源配線512は走査線201を構成するのと同一のモリブデン薄膜よりなる配線512Bと、それぞれコンタクトホールを介して接続される。また、電源配線512は枝配線510Aを引き出すため、また配線512Bは枝配線511Aを引き出すためにそれぞれ周期的にギャップがあいて構成されるが、お互いにギャップの位置が異なるため、コンタクトホールを介して互いのギャップをブリッジして導通させるため、電気的には接続された状態となる。
図15は図14のD−D'線部における断面図である。配線510Bと配線511Bはゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向し、バイパスコンデンサ502−2Cを形成する。また、配線510Bと配線512Bはゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向し、バイパスコンデンサ502−1Cを形成する。以上の数字より、走査線駆動回路301'内のバイパスコンデンサ502−1C、502−2Cはそれぞれ0.62nFの容量を有することになる。
また、図16は第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3の平面図である。表示エリア310の右端に平行に配線501−1A、配線501−1B、共通電位配線335'、配線503−1A、配線503−1Bが配置され、共通電位配線335'と平面的に重なるように第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3が配置される。第4のフライングキャパシタ501'−1の一端は配線501−1AB及びコンタクトホールを介して配線501−1Aに、他端は配線501−1BB及びコンタクトホールを介して配線501−1Bに、第5のフライングキャパシタ501'−3の一端は配線501−3AB及びコンタクトホールを介して配線501−3Aに、他端は配線501−3BB及びコンタクトホールを介して配線501−3Bに、それぞれ接続されて電源回路304へと繋がる。共通電位配線335'はクロストーク等を防止可能なように下限抵抗が計算され、それを満たす幅W335が設定されてなり、本実施例ではW335=300ミクロンである。
図17は図16のE−E'線に沿った断面図である。配線501−1ABと配線501−1BBはゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向し、第4のフライングキャパシタ501'−1を形成する。また、配線501−3ABと配線501−3BBはゲート絶縁膜を構成するのと同じ100nmの酸化シリコン膜を介して対向し、第5のフライングキャパシタ501'−3を形成する。このような断面構造を有する共通電位配線335'、第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3が表示エリア右端沿いに長さ47520μmにわたって一様に配置される。このとき、第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3の容量はそれぞれ2.7nFとなる。
図18は第2の実施例における電源回路304の回路図である。第1の実施例の図10と比較して、第1のフライングキャパシタ501−1が第4のフライングキャパシタ501'−1に、第3のフライングキャパシタ501−3が第5のフライングキャパシタ501'−3にそれぞれ置き換わり、バイパスコンデンサ502−1、502−2、502−2Bが削除され、かわりにバイパスコンデンサ502−1Cとバイパスコンデンサ502−2Cが追加された他は電源回路304内の構成等、全く変わる点はないので同じ番号を付与することで動作などの説明は省略する。従って、このような構成をとると、図11から容易にわかるように、共通電極配線335'と第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3の両端(配線501−1A(=ノード1A)、501−1B、501−3A(=ノード1B)、501−3B)に印加される反転電位の周期,位相,振幅幅は完全に一致する。従って、共通電極配線335'をAC駆動していているにも関わらず、第4のフライングキャパシタ501'−1及び第5のフライングキャパシタ501'−3はその影響を受けない。また、共通電極配線335'との容量分割によって振幅電位が下がるなどの影響も無い。第2のフライングキャパシタ501−2及び第4のフライングキャパシタ501−4は共通電極配線335'と全く重なっていないのでノイズ等の悪影響を受けない。このため、出力効率が高く、ノイズの少ない高品位で低消費電力の電源回路が実現できる。しかも共通電極配線335'とフライングキャパシタの一部を平面的に重なって構成しているため、回路面積の増大を最小限度に抑えており、サイズが小さく、かつ外付けコンデンサを必要とせず製造工程の追加も無いコストの安い表示装置を実現できるのである。
なお、本実施例では外付けコンデンサを全て廃し、アクティブマトリクス基板101条に内蔵したコンデンサのみで構成したが、内蔵したコンデンサのみで十分な容量が確保できない場合は第1の実施例と同様に外付けのコンデンサと併用してもよいし、一部のコンデンサは外付けのみに置き換えてもよい。
本発明は実施例の形態に限定されるものではなく、TNモードではなく垂直配向モード(VAモード)、横電界を利用したIPSモード、フリンジ電界を利用したFFSモードなどの液晶表示装置に利用しても構わない。また、全透過型のみならず全反射型、反射透過兼用型であっても構わない。また、駆動回路をガラス基板上に全て内蔵した完全駆動回路内蔵型の液晶表示装置のみならず、部分的に駆動回路をガラス基板上に内蔵し、その他はドライバーICによって駆動される部分回路内蔵型液晶表示装置に用いても構わない。この際、ドライバーICは外部に設けても良いし、FPC上に実装するCOF(Chip On Film)実装、ガラス基板上に実装するCOG(Chip On Glass)実装、いずれであっても差し支えない。
また、液晶表示装置ではなく、有機ELディスプレイ、フィールドエミッション型ディスプレイに用いても良い。
101,101'…アクティブマトリクス基板、201…走査線、202…データ線、203…容量線、301,301'…走査線駆動回路、302…データ線駆動回路、303…信号回路、304…電源回路、305…信号回路、306…共通電位電源回路、330…対向導通部、335…共通電位配線、401…画素スイッチング素子、402…画素電極、403…補助容量コンデンサ、320…信号入力端子(実装端子)、501,501'…フライングキャパシタ、502…バイパスコンデンサ、521,522,523…インバーター回路、602…シリコンアイランド、603…ソース電極、604…ドレイン電極、510,511,512…電源配線、780…映像処理回路、784…外部電源回路、910,910'…液晶表示装置、912…対向基板、923…シール材、924…上偏光板、925…下偏光板、926…バックライトユニット、928…FPC(可撓性基板)、929…コネクタ、927…張り出し部、930…対向電極。
Claims (7)
- 第1の基板上に形成された回路と、
前記回路間を接続する金属配線と、前記一次電源電位に基づき二次電源電位を生成する電源回路と、
前記電源回路に接続された第1のコンデンサと
を備え、
前記第1のコンデンサは、前記第1の基板上に金属薄膜あるいは半導体薄膜により形成されると共に、前記金属配線と少なくとも一部が平面的に重なった領域に形成されていることを特徴とした半導体装置。 - 前記金属配線は、前記電源回路で生成される前記二次電源電位を前記第1の基板上に形成された回路に供給する電源配線であることを特徴とした請求項1に記載の半導体装置。
- FPC(可撓性基板)等の第2の基板を用いて前記第1の基板に接続された第2のコンデンサを備え、
前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサと電気的に並列に接続されてなり、
前記第2のコンデンサの容量は前記第1のコンデンサの容量より大きいことを特徴とした請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の基板上に形成された回路は複数の薄膜トランジスタによって構成され、
前記第1のコンデンサを構成する半導体薄膜あるいは金属薄膜は、前記薄膜トランジスタを構成する半導体薄膜あるいは金属薄膜と同一の膜厚あるいは同一の元素構成であることを特徴とした請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた表示装置。
- 前記表示装置は液晶素子を備えた表示装置であって、
前記金属配線は前記液晶素子に電界を印加するための共通電位信号を供給する配線であり、
前記共通電位信号は一定周期で電位が反転する反転信号であり、
前記第1のコンデンサの両極の電位は前記共通電位信号と同じの周期と位相で反転されてなることを特徴とした請求項5に記載の表示装置。 - 請求項5または請求項6に記載の表示装置を用いた電子機器。
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| JP2007123076A JP2008281598A (ja) | 2007-05-08 | 2007-05-08 | 半導体装置、表示装置及びこれを搭載した電子機器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012226195A (ja) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | 電気光学装置、電気光学装置用基板及び電子機器 |
| WO2014082317A1 (zh) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 利用线路板节省旁路电容的方法 |
-
2007
- 2007-05-08 JP JP2007123076A patent/JP2008281598A/ja not_active Withdrawn
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| US9164343B2 (en) | 2012-11-27 | 2015-10-20 | Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd | Method for saving by-pass capacitor by using circuit board |
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