JP2009168901A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示信号の極性が特定の周期で反転する表示装置において、製造プロセスの簡略化、並びに製造コストの削減を図る。
【解決手段】表示装置10Aは、画素25が接続するゲート線GLを駆動するゲート線駆動回路11、容量線CCLを用いて画素25の容量結合駆動を行う容量線駆動回路12、並びに、当該容量線駆動回路12に上記表示データ信号Dの極性に応じた動作を行わせるための制御信号である極性制御信号VFR,/VFRを生成する分周回路20を備えている。これらゲート線駆動回路11、容量線駆動回路12および分周回路20を構成するトランジスタは、全て同一導電型のものである。
【選択図】図4
【解決手段】表示装置10Aは、画素25が接続するゲート線GLを駆動するゲート線駆動回路11、容量線CCLを用いて画素25の容量結合駆動を行う容量線駆動回路12、並びに、当該容量線駆動回路12に上記表示データ信号Dの極性に応じた動作を行わせるための制御信号である極性制御信号VFR,/VFRを生成する分周回路20を備えている。これらゲート線駆動回路11、容量線駆動回路12および分周回路20を構成するトランジスタは、全て同一導電型のものである。
【選択図】図4
Description
本発明は、表示信号の振幅を小さくすることを可能にする画素駆動制御を行う画像表示装置に関するものであり、特に、同一導電型の電界効果トランジスタにより構成される表示パネルを備える画像表示装置に関するものである。
液晶表示装置の消費電力を低減するための画素の駆動方法として、「容量結合駆動技術」が知られている。容量結合駆動は、各画素における画素電極を所定の信号線と容量結合させ、画素電極に表示信号(表示データ)を書き込んだ後に上記所定の信号線の電位を変化させることで、画素電極の電位を適切に調整するものである(例えば下記の特許文献1,2)。
例えば正極性(+)の表示信号が書き込まれた画素電極の電位を上昇(正方向に変化)させ、また負極性(−)の表示信号が書き込まれた画素電極の電位を下降(負方向に変化)させることで、表示信号を増幅することができる。その結果、データ線(ソース線)に供給する表示信号の振幅を小さくすることができ、データ線で消費される電力を低減させることができる。また表示信号の振幅が小さくなることで、走査線(ゲート線)の駆動信号の振幅も小さくすることができる。
特許文献1においては、上記所定の信号線として、専ら画素の容量結合駆動を行うための容量線(CC)が用いられる例が示されている。さらに、プロセスの簡略化および低コスト化の点から、画素の容量結合駆動に用いる上記容量線を駆動するための駆動回路(補償信号駆動回路)を構成するトランジスタを、全て同一導電型(P型)のものにすることが示唆されている。
また特許文献2においては、上記所定の信号線として、その画素に隣接する画素ライン(画素行)のゲート線を用いた例が示されている。つまり特許文献2の容量結合駆動は、隣接画素ラインのゲート線駆動信号の非活性レベルの電位を変化させることで実行される。
液晶表示装置においては、液晶素子の劣化を防止するために一定周期で表示信号の極性を反転させるのが一般的である。つまり、データ線に供給する表示信号の極性を、各画素の液晶素子の一端が接続するコモン電極(共通電極)の電位を基準にして交流的に変化させるのである。容量結合駆動を行う表示装置において、一定周期で表示信号の極性を反転させる場合には、表示信号の極性が反転する周期に合わせて、上記所定の信号線の電位を変化させる方向(正方向または負方向)を反転させる必要がある。
また、一定周期で表示信号の極性を反転させる駆動方法として、コモン電極の電位自体を交流的に変化させる「コモン反転駆動技術」が知られている(例えば下記の特許文献3,6)。この手法では、画素電極に表示信号を書き込む前に、その表示信号の極性に合わせてコモン電極の電位を適宜変化させておくことで、画素電極とコモン電極間に接続した液晶素子にかかる電圧を適切に調整するものである。
例えば画素に正極性(+)の表示信号を書き込むときにはコモン電極を負極性にし、また負極性(−)の表示信号を書き込むコモン電極を正極性にしておくことで、表示信号が書き込まれたときに液晶素子にかかる電圧を大きくすることができる。その結果、データ線に供給する表示信号の振幅を小さくすることができ、またそれによりゲート線駆動信号の振幅も小さくすることができる。
特許文献3,4では、コモン反転駆動の一つとして、コモン電極の電位を画素ライン毎(ゲート線毎)に独立して交流的に変化させる「ライン毎独立コモン交流駆動方式」が開示されている。ライン毎独立コモン交流駆動技術は、主にIPS(In Plane Switching)液晶表示パネルに用いられており、画素に書き込まれる表示信号の極性に応じて共通電極の電位をゲート線毎に独立に設定するものである。この技術は、表示信号およびゲート線駆動信号の振幅を小さくして消費電力の低減を図ることができると共に、ゲート線駆動回路に使用されるトランジスタの信頼性を向上できる技術として知られている。
その他、本発明に関連する先行技術としては、例えば下記の特許文献5,6が挙げられる。
先に述べたように、液晶表示装置では表示信号の極性が一定周期で反転される。その場合、容量結合駆動技術およびコモン交流駆動技術のいずれにおいても、共通電極の電位を基準にした画素電極の電位の正負(極性)がその周期で切り替わる(交番する)ことになる。よってそのような駆動方法を行う回路には、表示信号の極性の変化に応じた動作を行わせるための制御信号(極性制御信号)を与える必要がある。表示信号の極性は、1フレーム毎に反転されるのがより一般的であり、その場合の極性制御信号としては、1フレーム毎にレベルが反転する信号を用いることができる。
そのような極性制御信号は、表示装置外部から供給することができるが、当該極性制御信号のレベルを表示装置の動作電圧に適合するように設定する必要がある。そのため、その設定を行うレベルシフタが別途必要となり、表示装置の製造コスト上昇を招くという問題が生じる。
極性制御信号の生成回路を表示装置の内部に搭載させることも考えられるが、その場合にはプロセスの簡略化および低コスト化の点から、当該生成回路に用いるトランジスタは、画素やゲート線駆動回路に用いられるものと全て同一の導電型であることが望ましい。さらに、容量結合駆動やコモン交流駆動を行う駆動回路も、それらと同一の導電型のトランジスタのみを用いて構成されればさらに好ましい。
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、表示信号の極性が特定の周期で反転する表示装置において、表示信号の極性の変化に応じた容量結合駆動またはコモン交流駆動を行う駆動回路、並びに、その駆動回路に表示信号の極性に応じた動作を行わせるための制御信号(極性制御信号)の生成回路を、同一導電型のトランジスタのみを用いた回路で実現することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る画像表示装置は、互いに平行して配設された複数の走査線と、前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、各々が前記複数の走査線のそれぞれに沿って配設された複数の容量線と、前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、前記複数の容量線を駆動する容量線駆動回路とを備え、前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路と、前記画素は、対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、対応する容量線と前記画素電極との間に接続した容量素子とを備え、前記容量線駆動回路は前記フレーム毎に、前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の後の所定タイミングで、対応する前記容量線の電位を前記制御信号に基づいて変化させ、前記走査線駆動回路、前記容量線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、全て前記画素能動素子と同一導電型のものであることを特徴とする。
本発明の第2の態様に係る画像表示装置は、互いに平行して配設された複数の走査線と、前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路とを備え、前記画素は、対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、対応する前記走査線に隣接する前記走査線と前記画素電極との間に接続した容量素子とを備え、前記走査線駆動回路は前記フレーム毎に、前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の後の所定タイミングで、隣接する前記走査線の非活性レベルの電位を前記制御信号に基づいて変化させ、前記走査線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、全て前記画素能動素子と同一導電型のものであることを特徴とする。
本発明の第3の態様に係る画像表示装置は、互いに平行して配設された複数の走査線と、前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、各々が前記複数の走査線のそれぞれに沿って配設された複数の共通電極線と、前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、前記複数の共通電極線を駆動する共通電極線駆動回路とを備え、前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路と、前記画素は、対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、対応する前記共通電極線と前記画素電極との間に接続した表示素子とを備え、前記共通電極線駆動回路は前記フレーム毎に、前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の前の所定タイミングで、対応する前記共通電極線の電位を前記制御信号に基づいて変化させ、前記走査線駆動回路、前記共通電極線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、全て前記画素能動素子と同一導電型のものであることを特徴とする。
本発明によれば、容量結合駆動もしくはコモン交流駆動を行う駆動回路(容量線駆動回路、ゲート線駆動回路もしくは共通電極線駆動回路)と、その動作を規定する制御信号を生成する分周回路が、画素能動素子と同一導電型のトランジスタのみを用いて実現されているので、上記駆動回路および分周回路を画素と同じ絶縁基板上に形成することが容易になる。その結果、表示パネルの形成工程数の削減を図ることができ、画像表示装置の製造プロセスの簡略化、並びに製造コストの削減に寄与できる。
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。
<実施の形態1>
以下、本発明の具体的な実施の形態について説明するが、本発明の理解を容易にするために、まずは従来の駆動制御回路およびゲート線駆動回路について説明する。図1は、従来の液晶表示装置10の構成例を示すブロック図である。
以下、本発明の具体的な実施の形態について説明するが、本発明の理解を容易にするために、まずは従来の駆動制御回路およびゲート線駆動回路について説明する。図1は、従来の液晶表示装置10の構成例を示すブロック図である。
当該表示装置10では、ガラスあるいは樹脂等の絶縁基板上に形成された液晶画素25(PX)がマトリクス状に配設されている。図2は、画素25の具体的な構成例である。同図の如く画素25は、表示素子として液晶素子28が用いられた液晶画素である。また画素25が備える画素トランジスタ26(広義には能動素子)は、Nチャネル型のTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)が用いられている。
N型TFTは、ゲートがソースに対しH(High)レベルになると活性(オン)状態となり、同じくL(Low)レベルで非活性(オフ)状態となる。よって以下の説明では信号のHレベルを活性レベル、Lレベルを非活性レベルとして説明する。なお、P型トランジスタの場合はゲートがソースに対しLレベルになると活性(オン)状態となり、同じくHレベルで非活性(オフ)状態となる(信号の活性、非活性の関係も逆になる)。
画素25は、互いに平行して配設された複数(m本)のゲート線(広義には走査線)GL1,GL2,…,GLm(総称「ゲート線GL」)と、それに直交するように配設された複数(r本)のデータ線(広義には信号線)DL1,DL2,…,DLr(総称「データ線DL」)の各交点の近傍にそれぞれ設けられる。ゲート線GL1,GL2,…,GLmは、ゲート線駆動回路101が生成するゲート線駆動信号G1,G2,…,Gm(総称「ゲート線駆動信号G」)によってそれぞれ駆動される。またデータ線DL1,DL2,…,DLrには、駆動制御回路110から表示データ信号D1,D2,…,Dr(総称「表示データ信号D」)がそれぞれ供給される。即ち、画素25の各々は、ゲート線駆動回路101が生成するゲート線GLによって駆動され、駆動制御回路110からの表示データ信号Dに応じた表示を行う。
図2に示すように、ゲート線GLには画素トランジスタ26のゲートが接続され、データ線DLには当該画素トランジスタ26のドレインが接続される。また画素トランジスタ26のソースは、画素電極Npに接続される。画素電極Npには保持容量素子27および液晶素子28が接続される。保持容量素子27は、画素電極Npと保持電極Nhとの間に接続され、液晶素子28は画素電極Npと共通電極(コモン電極)Ncとの間に接続される。
画素25では、対応するゲート線GLを駆動するゲート線駆動信号Gが活性レベル(H(High)レベル)になると画素トランジスタ26がオンし、そのときデータ線DLに供給されている表示データ信号Dの電圧が保持容量素子27に保持される。この保持容量素子27に保持されたデータ(電圧)に応じて液晶素子28中の液晶の配向性が変化し、当該画素の表示輝度が変化する。
即ち画素25では、画素電極Npと共通電極Ncとの間の電位差に応じて、液晶素子28中の液晶の配向性が変化し、これに応答して液晶素子28の表示輝度が変化する。従って画素電極Npへ供給される表示データ信号Dの電圧(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位差と最小輝度に対応する電位差との間の中間的な電位差を、画素電極Npと共通電極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、表示データ信号Dの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。
再び図1を参照し、駆動制御回路110は、単結晶シリコン基板を用いて形成された単一あるいは複数のLSIから構成される。駆動制御回路110は、画素25に書き込む表示データ信号D1,D2,D3,…をデータ線DL1,DL2,DL3,…に出力するソースドライバ回路(データ信号出力回路)、ゲート線駆動回路101を動作させるのに必要な駆動制御信号の生成回路、電源電圧を生成する電源回路などで構成される。
また駆動制御回路110は、同じく単結晶シリコン基板を用いて形成されたレベルシフタ111を備えている。レベルシフタ111は、駆動制御回路110が生成した駆動制御信号(スタート信号stおよびクロック信号clk,/clk)のレベルをシフトさせて、ゲート線駆動回路101を駆動するのに適した電圧レベルの信号(スタート信号STおよびクロック信号CLK,/CLK)に変換するものである。
レベルシフタ111を含む駆動制御回路110(以下、単に「駆動制御回路110」と称す)がゲート線駆動回路101に供給する駆動制御信号には、スタート信号STとクロック信号CLK,/CLKが含まれている。スタート信号STは、画像信号の各フレームの開始に対応したタイミングで活性化されるパルス信号である。クロック信号CLK,/CLKは、互いに相補な(活性期間が重ならない)信号であり、ゲート線駆動回路101の動作タイミングは当該クロック信号CLK,/CLKによって規定される。
即ち、液晶アレイ部15の画素マトリクスをゲート線駆動回路101で駆動する場合、駆動制御回路110は、ゲート線GLの走査を開始するタイミングでスタート信号STを活性化させる。ゲート線駆動回路101は、スタート信号STの活性化を切っ掛けにして、クロック信号CLK,/CLKの活性化タイミングに同期してゲート線駆動信号G1,G2,G3,…をこの順に活性化させる。
図3は、この駆動制御回路110が出力する駆動制御信号とゲート線駆動回路101の動作との関係を示すタイミング図である。図3に示すように、クロック信号CLK,/CLKの各々は、表示装置10の2水平期間(2H)の周期をもって活性化されるパルス信号であり、両者は互いに1水平期間(1H)だけ位相がずらされている。即ち、この2つのクロック信号CLK,/CLKは、1水平期間位相がずれた2相クロックを構成している。
駆動制御回路110は図3の如く、フレーム期間の開始に対応した時刻t0に、スタート信号STを活性化させる。当該スタート信号STはその直後の時刻t1で非活性化され、次のフレーム期間まで非活性状態に維持される。駆動制御回路110は、時刻t0から1水平期間(1H)遅れた時刻t2にクロック信号CLKを活性化させ、さらに時刻t2から1水平期間(1H)遅れた時刻t4にクロック信号/CLKを活性化させる。以降、1水平期間ごとにクロック信号CLK,/CLKが交互に活性化される。
ゲート線駆動回路101は、縦続接続した複数のシフトレジスタ(多段のシフトレジスタ)から構成されており、その各段からそれぞれゲート線駆動信号G1,G2,G3,…が出力される(以下、多段のシフトレジスタの各段を「単位シフトレジスタ」と称す)。スタート信号STは、第1段目の単位シフトレジスタに入力される。その信号は、クロック信号CLK,/CLKに同期して時間的にシフトされながら、第1段目から後段へ向けて順番に伝達される。その結果、ゲート線駆動回路101からは、クロック信号CLK,/CLKに同期したタイミングで、ゲート線駆動信号G1,G2,G3,…がこの順に出力される。それにより、ゲート線GL1,GL2,GL3,…がこの順で活性化される動作が1水平期間ごとに繰り返し行われる。
ゲート線駆動回路101(多段のシフトレジスタ)を構成する単位シフトレジスタの具体例としては、上記の特許文献4の図7に、全て同一導電型のトランジスタにより構成された単位シフトレジスタの例が開示されている。
ここから、本発明に係る表示装置について説明する。実施の形態1では、本発明を容量結合駆動技術を用いた表示装置に適用した例を示す。先に述べたように、容量結合駆動技術としては、その駆動を行うための配線として容量結合駆動専用の容量線を用いる方式(特許文献1)と、隣接画素ラインのゲート線を兼用させる方式(特許文献2)とが知られているが、本実施の形態では前者に適用する。
即ち本実施の形態では、画素の画素電極と容量結合した容量線を設け、その容量線に所定の振幅の信号(容量線駆動信号)を供給することで、画素電極に書き込まれた表示データ信号のレベルを調整する。容量結合駆動によれば表示データ信号を増幅することができるので、データ線に供給する表示信号の振幅を小さくすることができ、データ線で消費される電力を低減させることができる。
図4は本発明の実施の形態1に係る表示装置10Aの構成を示す概略ブロック図である。ここでは、容量結合駆動を適用可能な表示装置の代表例として液晶表示装置を示している。
表示装置10Aは、液晶アレイ部15、ゲート線駆動回路(広義には走査線駆動回路)11、分周回路20、駆動制御回路110およびレベルシフタ111を備えている。液晶アレイ部15は、行列状に配設された複数の画素25から成り、画素の行(画素ライン)の各々に対応してそれぞれゲート線GL1,GL2,…,GLmが配設され、また、画素の列(画素列)の各々に対応してそれぞれデータ線DL1,DL2,…が配設される。さらに、ゲート線GL1,GL2,…,GLmのそれぞれに沿うように、容量線CCL1,CCL2,…,CCLm(総称「容量線CCL」)が設けられる。なお図4では、第1行、第2行および最終行のゲート線GL1,GL2,GLm、それらに対応して設けられた容量線CCL1,CCL2,CCLm、第1列および第2列のデータ線DL1、DL2、並びにそれらの交点に配設された6つの画素25を代表的に示している。
本実施の形態では図4のように、液晶アレイ部15の片側(左側)にゲート線駆動回路11が配設され、もう片側(右側)に容量線駆動回路12が配設されている。これらゲート線駆動回路11並びに容量線駆動回路12は、画素25と同様に絶縁基板上に形成したTFTを用いて構成されている。このゲート線駆動回路11と容量線駆動回路12の配置は一例であり、この配置に限定されない。例えばゲート線駆動回路11と容量線駆動回路12を一体化させて液晶アレイ部15の片側のみ(左側あるいは右側のみ)に配設してもよい。
ゲート線駆動回路11と容量線駆動回路12を一体化した回路(一体化回路)を使用する場合、表示装置の解像度を高くするために各画素25の領域を小さくしたときに、一体化回路の単位回路のピッチが画素25のピッチよりも大きくなってしまうことも考えられる。その場合には、一体化回路を、液晶アレイ部15の両側に配設し、例えば奇数行の画素を一方の一体化回路で駆動し、偶数行の画素をもう一方の一体化回路で駆動するとよい。
ゲート線駆動回路11の基本的な動作は、図1の従来のゲート線駆動回路101の動作(図3)と同様である。但し、図4のゲート線駆動回路11には、最後段である第m段目の単位シフトレジスタ(不図示)に続けてさらに2段の単位シフトレジスタSRm+1,SRm+2が設けられている。これら単位シフトレジスタSRm+1,SRm+2は、ゲート線GLを駆動しないので、以下では「ダミーシフトレジスタ」と称する。ダミーシフトレジスタSRm+1,SRm+2の出力信号Gm+1,Gm+2はゲート線GLを駆動しないが、通常のゲート線駆動信号G1〜Gmと同質の信号であるので、それらを「駆動信号」と称することとする。
また図4の駆動制御回路110(レベルシフタ111を含む)は、図1に示したものと同様に、単結晶シリコン基板を用いて形成されたLSIによって構成されており、駆動制御信号(スタート信号STおよびクロック信号CLK,/CLK)をゲート線駆動回路11へと供給する。また駆動制御回路110は、ゲート線駆動回路11、容量線駆動回路12および分周回路20の電源として、それらの各回路に高電位側電源電位VDDおよび低電位側電源電位VSSを供給している。
表示装置10Aは、信号の周波数を分周する分周回路20を有している。当該分周回路20は、画素25と同じく絶縁基板上に形成したTFTを用いて構成されている。図4に示しているように分周回路20へは、駆動制御回路110からスタート信号STおよびクロック信号CLK,/CLKが入力され、ゲート線駆動回路11から駆動信号Gm+1が入力される。分周回路20は、それらの4つの信号により駆動され、スタート信号STの周期を2倍にした(即ち、周波数を1/2分周した)信号VFRおよびその逆相の信号/VFRを出力する。後述するように、この信号VFR,/VFRは、各画素25の画素電極Npの電位の極性(当該画素25に書き込まれた表示データ信号Dの極性)の切り換わりに応じた動作を容量線駆動回路12に行わせるための制御信号として用いられるので、信号VFR,/VFRを「極性制御信号」と称する。
なお、駆動制御回路110が生成するクロック信号の相数は、ゲート線駆動回路11を構成するシフトレジスタの回路構成に依存する。本実施の形態では、2相のクロック信号CLK,/CLKにより駆動されるシフトレジスタによってゲート線駆動回路11が構成されていると仮定して説明するが、3相以上のクロック信号を用いるものであってもよい。基本的に、クロック信号の相数を増やすほどクロック信号生成回路の消費電力を減少させることができるが、必要となるレベルシフタ111の数は当然増加する。
また以下では、図3と同様にクロック信号CLKの活性期間(Hレベルになる期間)とクロック信号/CLKの活性期間との間に一定の間隔が設けられている例を示すが、この間隔は無くてもよい。即ち、クロック信号CLKが立ち上がるのと同時にクロック信号/CLKが立ち下がり、クロック信号CLKが立ち下がるのと同時にクロック信号/CLKが立ち上がるような2相クロックでもよい。
スタート信号STは、画像信号の各フレーム期間の開始に対応したタイミングで活性化される信号であるので、それを2倍周期にした極性制御信号VFR,/VFRは、画像信号の1フレーム期間ごとに反転する信号になる。この極性制御信号VFR,/VFRは、共に容量線駆動回路12に入力される。容量線駆動回路12は、容量線CCL1〜CCLmを駆動する容量線駆動信号CC1〜CCm(総称「容量線駆動信号CC」)を生成する回路である。容量線駆動回路12において極性制御信号VFR,/VFRは、当該容量線駆動信号CCの極性を表示データ信号Dの極性の変化に応じて切り替えるための制御信号として使用される。
次に分周回路20について説明する。図5は、分周回路20の基本的構成を示す回路図であり、図6はその動作を示すタイミング図である。まずこれらの図に基づいて分周回路20の動作原理を説明する。
図5の如く、分周回路20は、スイッチSW1,SW2と、入力信号に対し反転したレベルの出力信号を出力する機能を有する回路(狭義にはインバータ)IV1,IV2,IV3(第1、第2および第3のインバータ)、およびノードNA、NBのレベルをそれぞれ保持する機能を有する保持回路から構成される。図5においては保持回路として保持容量CH1,CH2が用いられている。保持容量CH1はインバータIV1の入力ノードNAに接続し、保持容量CH2はインバータIV2の入力ノードNBに接続している。なお、保持容量CH1,CH2は、寄生容量であってもよい。
また図5において、入力信号IS1,IS2は互いに周期が等しく、位相が異なる信号である。スイッチSW1,SW2は、それぞれ入力信号IS1,IS2がHレベルになる間オンするよう動作する。
図6を参照し、時刻t0の時点でノードNEがHレベルであったとする。このとき時刻t0で入力信号IS1がHレベルになってスイッチSW1がオンとなると、ノードNAがHレベルになり、インバータIV1の出力ノードNBはLレベルになる。即ち、インバータIV1は、入力信号IS1に同期して、インバータIV3の出力信号を反転させた信号をノードNBに出力するよう動作する。その後時刻t1で入力信号IS1はLレベルに戻るとスイッチSW1はオフするが、保持容量CH1によってノードNAはHレベルに保持される。よってノードNBはLレベルに保持される。
そして時刻t2で入力信号IS2がHレベルになると、スイッチSW2がオンとなり、ノードNCのレベルがノードNBと同じLレベルとなる。この結果、インバータIV2の出力ノードNDはHレベルになり、インバータIV3の出力ノードNEはLレベルになる。即ち、インバータIV2は、入力信号IS2に同期して、インバータIV1の出力信号を反転した信号をノードNDに出力するよう動作する。その後時刻t3で入力信号IS2がLレベルに戻るとスイッチSW2はオフするが、保持容量CH2によってノードNCはLレベルに保持されるので、ノードNDはHレベル、ノードNEはLレベルに保持される。
その後は、各ノードのレベルの関係は逆になるが、上記の時刻t0〜t3と同様の動作が行われる。即ち、時刻t4で入力信号IS1が再びHレベルになってスイッチSW1がオンとなると、ノードNAがLレベルになり、ノードNBがHレベルになる。そして時刻t5で入力信号IS1がLレベルに戻ってスイッチSW1がオフしても、保持容量CH1がノードNAのLレベルを保持する。よってノードNBはHレベルに保持される。
そして時刻t6で入力信号IS2がHレベルになると、スイッチSW2がオンしてノードNCがHレベル、ノードNDはLレベル、ノードNEはHレベルになる。そして時刻t7で入力信号IS2がLレベルに戻ってスイッチSW2はオフしても、保持容量CH2がノードNCをHレベルに保持する。よってノードND,NEはそれぞれLレベル、Hレベルに維持される。
時刻t7以降は、上記の時刻t0〜t7と同じ動作が繰り返される。
このように図5の分周回路20によれば、ノードNA,NBのレベルは、それぞれ入力信号IS1のレベルがHレベルになる毎に反転し、ノードND,NEのレベルは、それぞれ入力信号IS2のレベルがHレベルになる毎に反転する。その結果、ノードNA〜NEには、それぞれ入力信号IS1,IS2の2倍周期の信号が現れる。特に、ノードNA,NBに現れる信号は、位相が入力信号IS1と揃い、ノードNC〜NEに現れる信号は、位相が入力信号IS2と揃うこととなる。
図7は、図5で説明した分周回路20のより具体的な回路構成の例を示す図である。同図のように、分周回路20は単一の導電型(ここではN型)のTFT(以下「トランジスタ」と称す)を用いて構成される。
なお、本発明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ZnO等の化合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三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を形成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)。
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も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。
図7の分周回路20の構成について説明する。図4で説明したように、分周回路20には、スタート信号ST、駆動信号Gm+1およびクロック信号CLK,/CLKが入力され、スタート信号STの2倍周期の極性制御信号VFR,/VFRを出力する。なお図7の分周回路20には、それらの他にパワーオンリセット信号PORが入力されるが、その信号については後に説明する。
トランジスタQ1およびスタート信号STは、それぞれ図5のスイッチSW1および入力信号IS1に対応している。トランジスタQ1は、駆動制御回路110から入力されるスタート信号STに基づいて、ノードN8のレベルをノードN1に伝達するように機能する。本実施の形態では図3の例と同様に、スタート信号STはクロック信号/CLKの活性化タイミングで活性化されるものとする(その結果、ゲート線駆動信号G1はクロック信号CLKの活性化タイミングで活性化される)。
トランジスタQ2〜Q5は、ノードN1のレベルを反転してノードN2に出力するインバータおよびノードN1,N2のレベルを保持するラッチの両方の機能を備えるラッチ・インバータ201を構成している。より詳細には、トランジスタQ4,Q5はノードN1を入力端、ノードN2を出力端とするインバータを構成しており、それは図5のインバータIV1(第1のインバータ)に対応している。またトランジスタQ2,Q3は、ノードN2を入力端、ノードN1を出力端とするインバータを構成している。つまりトランジスタQ2〜Q5によってループ状に接続した2つのインバータが構成され、それがラッチとして働く。このトランジスタQ2〜Q5から成るラッチは、図5の保持容量CH1と同様に保持回路として機能する。
図7の分周回路20において、保持回路が容量素子ではなくラッチであるのは、分周回路20の動作周期が長い場合でもノードN1,N2のレベルを安定して保持できるようにするためである。トランジスタQ7,Q8は、トランジスタQ5,Q6から成るインバータの出力段に設けられ当該インバータの駆動能力(電流を流す能力)を上げるためのバッファ202を構成している。
バッファ202の出力ノードに接続したインバータ209は、図5に示した分周回路の基本構成には含まれていない要素であり、分周回路20の論理動作に直接影響するものではない。インバータ209は、トランジスタQ27およびトランジスタQ28から成り、バッファ202の出力信号を反転した信号をノードN11に出力する。
トランジスタQ9は、図5のスイッチSW2に対応しており、トランジスタQ9のゲートには駆動信号Gm+1が入力される(即ち駆動信号Gm+1は図5の入力信号IS2に対応する)。トランジスタQ9は、駆動信号Gm+1に基づいて、ノードN3のレベルをノードN4に伝達する。なお本実施の形態では、駆動信号Gm+1はクロック信号CLKに同期したタイミングで活性化される(即ちゲート線GL1はクロック信号/CLKに同期して活性化される)ものとする。
トランジスタQ10〜Q13は、ノードN4のレベルを反転してノードN5に出力するインバータと、ノードN4,N5のレベルを保持するラッチとを含むラッチ・インバータ203を構成している。より詳細には、トランジスタQ12,Q13が、図5のインバータIV2(第2のインバータ)に対応するインバータとして働き、トランジスタQ10〜Q13全体がラッチとして働く。トランジスタQ10〜Q13から成るラッチは、図5の保持容量CH2と同様に保持回路として機能する。ここでも、保持回路が容量素子ではなくラッチであるのは、分周回路20の動作周期が長い場合にもノードN4,N5のレベルを安定して保持できるようにするためである。
トランジスタQ14,Q15は、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの出力段に設けられたバッファ204を構成している。当該バッファ204はトランジスタQ12,Q13から成るインバータの駆動能力を高めるよう機能する。
一方、トランジスタQ22,Q23もまた、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの駆動能力を上げるためにその出力段に設けられたバッファ208を構成している。特に当該出力バッファ208は、分周回路20から極性制御信号VFRを出力するための出力バッファとして機能するものである(以下、バッファ208を「出力バッファ208」と称す)。
トランジスタQ16,Q17は、ノードN6のレベルを反転してノードN7に出力するインバータ205として機能している。インバータ205は、図5のインバータIV3(第3のインバータ)として働く。またトランジスタQ18,Q19は、インバータ205の駆動能力を高めるためにその出力段に設けられたバッファ206を構成している。
一方、トランジスタQ20,Q21もまた、インバータ205の駆動能力を上げるために、その出力段に設けられたバッファ207を構成している。特に当該インバータ205は、分周回路20から極性制御信号/VFRを出力するための出力バッファとして機能するものである(以下、バッファ207を「出力バッファ207」と称す)。
ここで、ラッチ・インバータ201におけるノードN2を充電するトランジスタQ4のゲート、並びにインバータ209におけるノードN11を充電するトランジスタQ27のゲートは、クロック信号/CLKの入力端子に接続される。またラッチ・インバータ203におけるノードN5を充電するトランジスタQ12のゲート、並びにインバータ205におけるノードN7を充電するトランジスタQ16のゲートは、クロック信号CLKの入力端子に接続される。
さらに、ラッチ・インバータ201におけるノードN1を充電するトランジスタQ2のゲートは、インバータ209の出力ノード(ノードN11)に接続され、ラッチ・インバータ203におけるノードN4を充電するトランジスタQ10のゲートは、インバータ205の出力ノード(ノードN7)に接続される。
クロック信号CLKの入力端子とノードN2(トランジスタQ7のゲート)との間には容量素子C3が接続し、クロック信号CLKの入力端子とノードN11(トランジスタQ2のゲート)との間には容量素子C4が接続している。これら容量素子C3,C4は、クロック信号CLKの立ち上がり時に、ノードN3を充電するトランジスタQ7のゲート電圧、並びにノードN1を充電するトランジスタQ2のゲート電圧を昇圧するように機能する。
またクロック信号/CLKの入力端子とノードN7(トランジスタQ10,Q18,Q20のゲート)との間には容量素子C1が接続し、クロック信号/CLKの入力端子とノードN5(トランジスタQ14,Q22のゲート)との間には容量素子C2が接続している。これら容量素子C1,C2は、クロック信号/CLKの立ち上がり時に、ノードN4,N8,N9を充電するトランジスタQ10,Q18,Q20のゲート電圧、並びにノードN6,N10を充電するトランジスタQ14,Q22のゲート電圧を昇圧するように機能する。(以下、容量素子C1〜C4をそれぞれ「昇圧容量」と称す)。
トランジスタQ24,Q25は共にパワーオンリセット信号PORによって制御されるものである。トランジスタQ24はパワーオンリセット信号PORの活性化に応じてノードN4を放電し、トランジスタQ25はパワーオンリセット信号PORの活性化に応じてノードN5を充電するように機能する。
次に、図7の分周回路20の動作を説明するが、説明の便宜上、分周回路20の基準電位となる低電位側電源の電位(VSS)を0V、高電位側電源の電位をVDDと仮定する。またスタート信号STおよびクロック信号CLK,/CLK各々のLレベル、Hレベルの電位も、それぞれ0およびVDDとする。また各トランジスタのしきい値電圧は全て等しい値Vthであると仮定する。
なお実使用においては、基準電位は画素に書き込まれる表示データ信号Dのレベルに応じて設定されるため、低電位側電源および高電位側電源の電位は、例えばそれぞれ−5V、+10Vなどに設定される。もちろん電位源並びに信号のそれぞれのレベルは、本発明の回路が正常に動作をする範囲内でこれとは異なっていてもよい。
またここでは、パワーオンリセット信号PORはLレベルに維持されているものとする。従ってトランジスタQ24、Q25はオフに維持されており、分周回路20の動作には影響を与えない。
図8は、図7の分周回路20の動作を示すタイミング図である。以下、この図に基づいて分周回路20の動作を説明する。
時刻t30の直前において、極性制御信号VFR(ノードN10)がLレベル、極性制御信号/VFR(ノードN9)がHレベルであったとする。このときノードN8はHレベル(VDD)、ノードN1がLレベル(0)である。
説明の便宜のため、まずはノードN1〜N3,N11のレベル変化について説明する。時刻t30でクロック信号/CLKがHレベルになるのと同時に、スタート信号STがHレベル(VDD)になると、トランジスタQ1がオンしてノードN8のHレベルがノードN1に伝達される。それによりノードN1のレベルは、ノードN8のレベルからトランジスタQ1のしきい値電圧(Vth)分だけ低下したVDD−VthのHレベルとなる。
ノードN1がHレベルになるとトランジスタQ5がオンする。このときクロック信号/CLKがHレベルになっているためトランジスタQ4はオンしているが、当該トランジスタQ4のオン抵抗はトランジスタQ5のオン抵抗に対し充分大きく設定されているため、ノードN2はLレベルになる。すなわちノードN2は、トランジスタQ4とトランジスタQ5とのオン抵抗比で決まる電圧ΔV1(図8参照)だけ低電位側電源電位(0)よりも高い電位のLレベルとなる。
このようにノードN1がHレベル、ノードN2がLレベルになると、トランジスタQ7,Q3がオフし、トランジスタQ8がオンする。よってノードN3はLレベル(0)になり、応じてトランジスタQ28がオフになる。このときクロック信号/CLKがHレベルであるためトランジスタQ27はオンしており、ノードN11がHレベル(VDD−Vth)になり、トランジスタQ2がオンになる。この結果、フリップフロップ(ラッチ)を構成しているトランジスタQ2〜Q4により、ノードN1,N2はそれぞれHレベルとLレベルに保持される。
そして時刻t31でスタート信号ST並びにクロック信号/CLKがLレベルに戻ると、トランジスタQ1がオフしノードN8とノードN1とが分離される。しかしトランジスタQ3はオフであるためノードN1のレベルはVDD−Vthから変化しない。またトランジスタQ4がオフするため、ノードN2は、電圧ΔV1分の上昇が無くなり0Vの電位になる。
ノードN3のレベルは変化せず、Lレベルを維持する。またトランジスタQ27がオフするが、トランジスタQ28もオフしているため、ノードN11はその寄生容量により保持され、フローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。
時刻t32でクロック信号CLKがHレベルになると、ノードN11は、昇圧容量C4を介する容量結合により昇圧される(VDD+Vth以上)。その結果トランジスタQ2は非飽和領域で動作し(非飽和動作)、ノードN1のHレベルの電位はVDDにまで上昇する。
このときノードN2も昇圧容量C3を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ5がオンしているため、その上昇は僅か(図8に示すΔV2)であり、またクロック信号CLKが完全に立ち上がると0Vに戻る。つまりノードN2はLレベルに維持されるので、ノードN3はLレベル(0)を維持する。
時刻t33でクロック信号CLKがLレベルになると、昇圧容量C4を介する容量結合によりノードN11が昇圧前の電圧VDD−Vthに低下してトランジスタQ2がオフになる。しかしノードN1のレベルは、当該ノードN1に付随する寄生容量により保持されるので、VDDを維持する。ノードN2も昇圧容量C3を介する容量結合により特定の電圧ΔV4だけ低下するが、ここでもトランジスタQ5がオンしているため、クロック信号CLKが完全に立ち下がると0Vに戻る。つまりノードN2はLレベルに維持されるので、ノードN3はLレベル(0)を維持する。
時刻t34で再びクロック信号/CLKがHレベルになると、トランジスタQ4がオンするため、ノードN2は電圧ΔV1だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態にはなるが、Lレベルを維持する。またトランジスタQ27もオンするが、ノードN11のレベル(VDD−Vth)は変化しない。
そして時刻t35でクロック信号/CLKがLレベルに戻ると、トランジスタQ4がオフするためノードN2は電圧ΔV1分の上昇が無くなり0Vの電位になる。またトランジスタQ27もオフし、ノードN11はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。
以降、再びスタート信号STが活性化されるまでの間は、ノードN1〜N3,N11においては、クロック信号CLK,/CLKが入力される毎に上記の時刻t32〜t35の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN1〜N3,N11の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
ここで、上記の時刻t30〜t35の間におけるノードN4〜N10について説明する。ノードN4〜N10においては、時刻t30〜t35の間の論理値(Hレベル又はLレベル)の変化は無い。上記のように時刻t30の直前ではノードN10はLレベル、ノードN8,N9はHレベルであるが、図8に示されているようにそのときノードN4,N7はHレベル、ノードN5,N6はLレベルである。
クロック信号/CLKがHレベルになる時刻t30においては、フローティングのHレベルとなっているノードN7が、昇圧容量C1を介する容量結合により昇圧され、トランジスタQ10が非飽和動作してノードN4はHレベル(VDD)に維持される。またLレベル(0)のノードN5は、昇圧容量C2を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ13がオンしているためその上昇は僅か(図8に示すΔV5)であり、クロック信号/CLKが完全に立ち上がると0Vに戻る。従ってトランジスタQ14がオフ、トランジスタQ15がオンに維持されるので、ノードN6はLレベル(0)を保持する。よってトランジスタQ19,Q21はオフに保たれ、またノードN7のレベルが昇圧されているためトランジスタQ18,Q20は非飽和動作でオンし、ノードN8,N9はHレベル(VDD)に維持される。またこのときトランジスタQ22はオフ、トランジスタQ23はオンであるので、ノードN10はLレベル(0)に維持される。
またクロック信号/CLKがLレベルに戻る時刻t31では、昇圧容量C1を介する容量結合によりノードN7のレベルがVDD−Vthに低下してトランジスタQ10がオフになるが、ノードN4のレベル(VDD)は当該ノードN4に付随する寄生容量により保持される。同様に、トランジスタQ18,Q20もオフになるが、ノードN8,N9のレベルはそれらに付随する寄生容量によりそれぞれVDDに保持される。またノードN5のレベルは昇圧容量C2を介する容量結合により負側に所定の電圧ΔV7だけ変化するが、トランジスタQ13がオンしているため、クロック信号/CLKが完全に立ち下がると0Vに戻る。このようにノードN5がLレベル、ノードN8がHレベルを維持するため、ノードN10はLレベル(0)に維持される。
クロック信号CLKがHレベルになる時刻t32では、トランジスタQ12がオンするため、ノードN5はトランジスタQ12とトランジスタQ13のオン抵抗比により決まる電圧ΔV8だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態となるが、Lレベルに維持される。またトランジスタQ16もオンするが、ノードN7のレベル(VDD−Vth)は変化しない。このノードN5,N7の振る舞いは、ノードN4,N8〜N10のレベルに変化を生じさせない。
そしてクロック信号CLKがLレベルに戻る時刻t33では、トランジスタQ12がオフするためノードN5は電圧ΔV8分の上昇が無くなり0Vの電位になる。またトランジスタQ16もオフし、ノードN7はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。このノードN5,N7の振る舞いによっても、ノードN4,N8〜N10のレベルに変化は生じない。
時刻t34以降、駆動信号Gm+1が活性化されるまでの間は、ノードN4〜N10において、クロック信号CLK,/CLKが入力される毎に上記の時刻t30〜t33の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN4〜N10の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
そして、上記の時刻t30から1フレーム期間が経過した後の時刻t40において、駆動信号Gm+1がHレベル(VDD)になる。以下、このときの分周回路20の動作を説明する。
先に述べたように、ノードN1〜N3,N11は、次にスタート信号STが活性化されるまでは時刻t32〜t35の動作が繰り返されるので、ノードN1〜N3,N11の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。一方、ノードN4〜N10においては、時刻t40以降、以下の動作が行われる。
時刻t40で駆動信号Gm+1がHレベルになると、トランジスタQ9がオンしてノードN3のLレベルがノードN4に伝達され、トランジスタQ13,Q15がオフになる。このときクロック信号CLKがHレベルになっているので、トランジスタQ12,Q16はオンになる。よってノードN5はHレベル(VDD−Vth)になり、トランジスタQ11がオンになる。同時にトランジスタQ14がオンしてノードN6がHレベル(VDD−2×Vth)になる。このときトランジスタQ16,Q17が共にオンした状態になるが、トランジスタQ16のオン抵抗はトランジスタQ17のオン抵抗に対して充分大きく設定されており、ノードN7はLレベルになる。即ち、このときのノードN7は、トランジスタQ16,Q17のオン抵抗比で決まる所定の電圧ΔV9だけ低圧側電源電位VSS(0)よりも高い状態のLレベルとなる。
その結果、トランジスタQ10はオフになるので、フリップフロップ(ラッチ)を構成しているトランジスタQ10〜Q13により、ノードN4,N5はそれぞれLレベル(0)とHレベル(VDD−Vth)に保持される。
さらに、ノードN6がHレベル、ノードN7がLレベルであるので、トランジスタQ19はオン、トランジスタQ18はオフになり、ノードN8はLレベルとなる。同様に、トランジスタQ21がオン、トランジスタQ20がオフになるので、ノードN9(/VFR)もLレベルとなる。またノードN5がHレベル、ノードN8がLレベルであるので、トランジスタQ22がオン、トランジスタQ23がオフになり、ノードN10(VFR)はHレベル(VDD−2×Vth)となる。
そして時刻t41で、駆動信号Gm+1およびクロック信号CLKがそれぞれLレベル(0)になると、トランジスタQ16がオフになるので、ノードN7は電圧ΔV9分の上昇が無くなり0Vの電位になる。なお、このときノードN4〜N6,N8〜N10のレベルの変動は無い。
続いて時刻t42でクロック信号/CLKがHレベルになると、昇圧容量C2を介した容量結合によりノードN5のレベルはVDD−Vthから上昇する。その結果トランジスタQ14,Q22が非飽和動作し、ノードN6およびノードN10(VFR)のレベルがそれぞれVDDになる。同様にノードN7は昇圧容量C1を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ17がオンしているため、その上昇は僅か(図8に示すΔV10)であり、またクロック信号/CLKが完全に立ち上がると0Vに戻る。このようにノードN7がLレベルに維持されるので、トランジスタQ10,Q18,Q20はオフを維持し、ノードN4,N8,N9のLレベル(0)は維持される。
時刻t43でクロック信号/CLKがLレベルになると、昇圧容量C2を介した容量結合によりノードN5のレベルがVDD−Vthに低下する。それによりトランジスタQ14,Q22はオフになるが、ノードN6,N10のレベル(VDD)はその各々のノードに付随する寄生容量により保持され、共にHレベルに保持される。一方、昇圧容量C1を介する容量結合により、ノードN7のレベルは所定の電圧ΔV12だけ負側に変化するが、クロック信号/CLKが完全に立ち下がると0Vに戻る。このようにノードN6がHレベルに維持され、ノードN7がLレベルに維持されるため、ノードN9はLレベル(0)に維持される。
そして時刻t44で再びクロック信号CLKがHレベルになると、トランジスタQ12がオンするが、ノードN5のレベル(VDD−Vth)は変化しない。またトランジスタQ16もオンし、ノードN7は電圧ΔV9だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態となるが、Lレベルに維持される。このときノードN4,N8〜N10のレベルには変化は生じない。
そして時刻t45でクロック信号CLKがLレベルに戻ると、トランジスタQ12がオフするためノードN5はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。またトランジスタQ16もオフし、ノードN7は電圧ΔV9分の上昇が無くなり0Vの電位になる。このときもノードN4,N8〜N10のレベルには変化は生じない。
以降、再び駆動信号Gm+1が活性化されるまでの間、ノードN4〜N10においては、クロック信号CLK,/CLKが入力される毎に上記の時刻t42〜t45の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN4〜N10の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
そして次にスタート信号STがHレベルになると、ノードN8のレベルがLレベル(0)となっているので、バッファ202は、図8における時刻t30〜t35に示した波形とレベルが反転した動作となる。従って、さらにその1フレーム期間後に駆動信号Gm+1がHレベルになったときには、図8における時刻t40〜t45に示した波形とレベルが反転した動作となる。
つまり分周回路20は、図9の如く、駆動信号Gm+1が活性化されるごとに、極性制御信号VFR,/VFRをそれぞれ反転させるように動作する。従って、極性制御信号VFR,/VFRは1フレーム期間ごとに反転することとなる(周期は2フレーム期間)。つまり、極性制御信号VFR,/VFRは、スタート信号STの2倍周期の信号となる。
このように図7の分周回路20はスタート信号STを1/2分周した極性制御信号VFR,/VFRを出力する。しかし以上の動作だけでは、当該動作を開始するときの極性制御信号VFR,/VFRの初期レベルを制御することはできない。以下に示す実施の形態においては、極性制御信号VFR,/VFRのレベルと画素25に書き込まれる表示データ信号Dの極性とを対応させる必要があるので、極性制御信号VFR,/VFRのレベルを適切に設定する必要がある。
図7の分周回路20のトランジスタQ24,Q25は、その動作開始時(高電位側電源(VDD)の投入時)における極性制御信号VFR,/VFRの初期レベルを設定するために設けられたものである。パワーオンリセット信号PORは、高電位側電源(VDD)の立ち上がりとほぼ同時にそのレベルが活性化し(Hレベルになる)、その所定の時間後に非活性化する(Lレベルになる)正極性の単発パルスである。
例えば、特開昭63−246919の図1に、1つの高電位側電源(VDD)と1つの低電位側電源(VSS)、並びに同一導電型(N型)のトランジスタのみを用いて構成可能なパワーオンリセット信号の生成回路の例が開示されている。同図1の回路には2つのN型トランジスタと4つのインバータが示されているが、それらのインバータとして、例えばドライバ素子および負荷素子の両方をN型トランジスタで構成したインバータや、ドライバ素子をN型トランジスタ、負荷素子を抵抗素子で構成したインバータを採用すれば、当該生成回路を構成するトランジスタをN型のトランジスタのみにすることができる。同一導電型のトランジスタのみを用いて構成されたパワーオンリセット信号PORの生成回路を採用すれば、当該生成回路を画素25と同じ絶縁基板上にそれを形成するための工程が容易になるという利点が得られる。
パワーオンリセット信号PORは高電位側電源電位VDDの立ち上がり時に一定期間活性化する単発パルスであるので、図7の分周回路20においては、高電位側電源電位VDDの立ち上がり時にトランジスタQ24、Q25がオンになり、ラッチ・インバータ203のノードN4がLレベル、ノードN5がHレベルに設定される。その状態からクロック信号CLK、/CLKが活性化されると、極性制御信号VFRがH(VDD)レベル、/VFRがL(VSS)レベルにそれぞれ初期化される。このように図7の分周回路20によれば、極性制御信号VFR,/VFRの初期値を特定の値に設定することができるので、極性制御信号VFR,/VFRのレベルと画素25に書き込まれる表示データ信号Dの極性とを適切に対応させることができる。
なおトランジスタQ24,Q25は必ずしも両方を設ける必要はなく、ラッチ・インバータ203のノードN4,N5の初期値を設定できるのであれば、それらの一方だけを設けてもよい。
また上の例とは逆に、極性制御信号VFRの初期値をLレベル、極性制御信号/VFRの初期値をHレベルとする場合には、図7の回路に対して、トランジスタQ24をノードN5と電位VSSの電源端子との間に接続させ、トランジスタQ25をノードN4と電位VDDの電源端子との間に接続させるように変更すればよい。
もちろん、パワーオンリセット信号PORの生成回路を画素25と同じ絶縁基板上に形成したTFTで構成せずに、パワーオンリセット信号PORが当該絶縁基板上の回路の外部から入力されるようにしてもよい。例えば、単結晶シリコン基板を用いて構成されたLSIである駆動制御回路110がパワーオンリセット信号PORを生成するようにしてもよい。しかしその場合は、制御回路110にパワーオンリセット信号PORの生成回路を新たに設ける必要が生じる上、レベルシフタ111にもパワーオンリセット信号PORのレベルを調整する回路が必要となり、かえって表示装置の回路規模の縮小化の妨げとなり得る点に留意すべきである。
なお図4および図7に示したように、本実施の形態では分周回路20の駆動させる信号として、画素25に接続したゲート線GLを駆動するものとは別に設けたダミーシフトレジスタSRm+1の出力信号(駆動信号Gm+1)を用いた。しかしその形態に代えて、ゲート線GLを駆動する単位シフトレジスタの出力信号(ゲート線駆動信号G1〜Gm)のいずれかを、分周回路20の駆動にも兼用させてもよい。但し、分周回路20の駆動を行う単位シフトレジスタの負荷が増大するため、それが駆動するゲート線GLの駆動速度が遅くなるという欠点を伴うことに留意すべきである。
図9に示した図7の分周回路20の動作から分かるように、極性制御信号VFR,/VFRは、スタート信号STの周期ごとに(即ち、画像信号の1フレーム期間ごとに)に反転する。つまり極性制御信号VFR,/VFRは、スタート信号STの2倍周期の信号である。よってこの極性制御信号VFR,/VFRは、容量線駆動回路12が出力する容量線駆動信号CCの極性を、フレーム毎に切り替わる表示データ信号Dの極性に応じて切り換えるための信号として使用することができる。
また図7の分周回路20では、クロック信号CLKはノードN5,N7を、クロック信号/CLKはノードN2,N11を、それぞれ再充電(リフレッシュ)する目的で用いられているが、繰り返してHレベルになる信号であれば他のクロック信号であってもよい。また、リーク電流が大きく、1相のクロック信号に基づくリフレッシュを行ってもノードN2,N5,N7,N11のレベルが低下する恐れがある場合には、2相以上のクロック信号を用いてノードN2,N5,N7,N11をリフレッシュするよう構成してもよい。
例えば、ノードN2を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ4に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。またノードN11を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ27に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。同様に、ノードN5を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ12に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。さらにノードN7を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ16に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。
以上のように、本実施の形態に係る表示装置では、容量線駆動回路12が出力する容量線駆動信号CCの極性をフレーム毎に切り換えるための制御信号(極性制御信号VFR,/VFR)が、分周回路20により生成される。当該分周回路20を構成するトランジスタは、図7に示したように全て同一導電型である。分周回路20を構成するトランジスタは、液晶アレイ部15およびゲート線駆動回路11と同じ絶縁基板上に形成され、且つ、液晶アレイ部15およびゲート線駆動回路11に用いられるものと同一の導電型のトランジスタである。従って、ゲート線駆動回路11および分周回路20を含む表示パネルの形成工程数の削減を図ることができ、容量線駆動方式を用いた画像表示装置の製造プロセスの簡略化、並びに製造コストの削減に寄与できる。
例えば、上記の特許文献1の図1〜図6に、同一導電型トランジスタを用いて構成可能な容量線駆動回路12の構成例およびその動作が示されている。特許文献1において、容量線駆動信号CCは画素の蓄積容量を介して画素電極と結合している。特許文献1の図2に示されるように、第n行目の画素に接続する容量線駆動信号CC(n)は、その行のゲート線駆動信号Vg(n)の活性期間(第n行目の画素への信号書き込み期間)から2H(水平周期)遅れてレベルが変化し、この容量線駆動信号CC(n)のレベル変化によって画素電極の電位が調整される。
容量線駆動信号CC(n)のレベルは1フレーム毎に交番し、それによって、同じく1フレーム毎に極性が変化する画像信号に応じた容量結合駆動が調整が実現される。特許文献1の図1に示されているように、容量線駆動信号CC(n)のレベルの切り換えの制御は、フレーム切り換え用正相信号FR(以下「信号FR」)およびフレーム切り換え用逆相信号FRB(以下「信号FRB」)により行われる。この2つの信号FR,FRBは、フレーム毎にレベルが反転する互いに逆相の信号である。
すなわち、特許文献1の信号FR,FRBとして、本発明に係る分周回路20の出力信号である極性制御信号VFR,/VFRを用いることができる。そうすることにより、外部から信号FR、FRB(極性制御信号VFR,/VFR)を供給する必要が無く、且つ同一導電型トランジスタのみで構成される容量結合駆動方式の表示装置を実現することができる。但し、特許文献1の回路はP型トランジスタを用いて構成されているので、本実施の形態のようにN型トランジスタを用いた回路に適用する場合には、各信号、電源電圧並びにトランジスタの極性を特許文献1に記載のものから逆にする必要がある。
<実施の形態2>
実施の形態2では、実施の形態1の表示装置の変形例を示す。図10は実施の形態2に係る液晶表示装置10Bの概略構成を示すブロック図である。当該表示装置10Bも、実施の形態1の表示装置10A(図4)と同様に、m本のゲート線GL1,GL2,…,GLmを備えており、それらをゲート線駆動回路11で駆動させている。
実施の形態2では、実施の形態1の表示装置の変形例を示す。図10は実施の形態2に係る液晶表示装置10Bの概略構成を示すブロック図である。当該表示装置10Bも、実施の形態1の表示装置10A(図4)と同様に、m本のゲート線GL1,GL2,…,GLmを備えており、それらをゲート線駆動回路11で駆動させている。
図10の表示装置10Bにおいて、分周回路20は駆動信号Gm+1,Gm+2を用いて駆動される。即ち、図4の表示装置10Aに対して、分周回路20に入力されるスタート信号STを駆動信号Gm+2に置き換えたものである。駆動信号Gm+1および駆動信号Gm+2は、共に1フレーム期間の周期を有し、且つ、互いに位相が異なる信号の組である。従って本実施の形態においても、図5を用いて説明した理論により、分周回路20は1フレーム期間を周期に有する極性制御信号VFR,/VFRを生成することができる。その動作波形を図11に示す。分周回路20が出力する極性制御信号VFR,/VFRは、それぞれ駆動信号Gm+1が活性化される度にレベルの反転を繰り返す。
図10おいて、駆動信号Gm+1と駆動信号Gm+2とを入れ替えて分周回路20に入力してもよい。つまり、図7の分周回路20において、トランジスタQ1のゲートに駆動信号Gm+1が入力され、トランジスタQ9のゲートに駆動信号Gm+2が入力されるようにしてもよい。その場合には、極性制御信号VFR,/VFRのレベルは、駆動信号Gm+2が活性化される毎に反転するようになる。
また図10おいて、駆動信号Gm+1、駆動信号Gm+2の組に代え、ゲート線GLを駆動する所定の2つの単位シフトレジスタの出力信号を、分周回路20の駆動にも兼用させてもよい。しかし、分周回路20の駆動を行う上記所定の2つの単位シフトレジスタの負荷が大きくなるため、それらが駆動するゲート線GLの駆動速度が遅くなるという欠点を伴う点に留意すべきである。つまり、図7の分周回路20において、トランジスタQ1のゲートに、上記所定の2つの単位シフトレジスタSRの一方の出力信号(ゲート線駆動信号)が入力され、トランジスタQ9のゲートに他方の出力信号が入力されるようにしてもよい。その場合には、極性制御信号VFR,/VFRのレベルは、当該他方の出力信号が活性化される毎に反転するようになる。
<実施の形態3>
図12は本発明の実施の形態3に係る表示装置10Cの概略構成を示すブロック図である。実施の形態1の表示装置10Aでは、分周回路20に対しパワーオンリセット信号PORを入力し(図7参照)、それにより極性制御信号VFR,/VFRの初期値を設定することで、極性制御信号VFR,/VFRのレベルと表示データ信号Dとの極性との整合を図っていた。
図12は本発明の実施の形態3に係る表示装置10Cの概略構成を示すブロック図である。実施の形態1の表示装置10Aでは、分周回路20に対しパワーオンリセット信号PORを入力し(図7参照)、それにより極性制御信号VFR,/VFRの初期値を設定することで、極性制御信号VFR,/VFRのレベルと表示データ信号Dとの極性との整合を図っていた。
本実施の形態の当該表示装置10Cにおいては、パワーオンリセット信号PORによる極性制御信号VFR,/VFRの初期設定は行われない。その代わりに、駆動制御回路110(データ信号出力回路)が、極性制御信号VFR,/VFRのレベルに基づいて、表示データ信号Dの極性を決定するように構成している。
表示装置10Cは、極性制御信号VFR,/VFRから、それに同期した信号を生成し、且つその振幅を駆動制御回路110に入力可能なレベルに低減したデータ極性制御信号POLを出力するレベルシフタ21を備えている。
駆動制御回路110は、表示データ信号D1,D2,…それぞれの極性を制御する機能を有している点で従来のものと同様である。但し従来のものとは異なり、表示データ信号D1,D2,…それぞれの極性は、データ極性制御信号POLに基づいて決定される。つまり、本実施の形態の駆動制御回路110は、分周回路20が生成する極性制御信号VFR,/VFRのレベルに対応させて、表示データ信号Dの極性を変化させている。
実施の形態1のように、極性制御信号VFR,/VFRの初期値を設定することにより当該極性制御信号VFR,/VFRのレベルと表示データ信号Dの極性とを整合させる場合には、次の問題が生じる可能性がある。例えば表示動作中において、システム電源に瞬時停電が起こり電圧源VDDが瞬時的に低下すると、その復帰の際にパワーオンリセット信号PORが生成されて極性制御信号VFR,/VFRのレベルが初期化される。このとき極性制御信号VFR,/VFRと表示データ信号の極性との対応がとれなくなる可能性がある。
それに対し、本実施の形態の表示装置10Cでは、駆動制御回路110が極性制御信号VFR,/VFRのレベルに対応させて表示データ信号Dの極性を決定するため、表示データ信号Dの極性は常に極性制御信号VFR,/VFRのレベルに整合し、上記の問題は生じない。
図13は、表示装置10Cが備えるレベルシフタ21の構成例を示す回路図である。当該レベルシフタ21は、高電位側電源(電位VDD1)と低電位電圧源(電位VSS4)との間に直列接続されたトランジスタQ29,Q30により構成されている。データ極性制御信号POLのHレベル及びLレベルの電位は、それぞれ電位VDD1,VSS4によって規定される。即ち、電位VDD1,VSS4の値は、データ極性制御信号POLのレベルが駆動制御回路110に入力可能なものになるように設定される。
トランジスタQ29のゲートには、極性制御信号VFR,/VFRの一方(ここではVFR)が入力され、トランジスタQ30のゲートにはもう一方(ここでは/VFR)が入力される。トランジスタQ26とQ27の間の接続ノード(ノードN12)が、データ極性制御信号POLの出力信号POLが出力端子となる。極性制御信号VFR,/VFRは互いに相補な(活性期間が重ならない)信号であるので、図13のレベルシフタ21はプッシュプル動作を行うことになる。つまり図13のレベルシフタ21によれば、レベルシフタ21に直流的な貫通電流が生じず、レベルシフタ21を設けることによる消費電力の増大を防ぐことができる。
図12の駆動制御回路110を基準に各電源電位を考える。図13のレベルシフタ21の低電位側電源電位VSS4は、駆動制御回路110の低電位側電源電位(基準電位源)と同じレベル(例えば0V)に設定される。同じく図13のレベルシフタ21の高電位側電源電位VDD1は、駆動制御回路110の高電位側電源電位と同じレベル(例えば3.3V)に設定される。このとき、極性制御信号VFR,/VFRのHレベルとLレベルは、例えばそれぞれ10V(VDD)、−5V(VSS)に設定される。この条件ではトランジスタQ29,Q30は非飽和領域で動作を行い、データ極性制御信号POLのHレベルは3.3V、Lレベルは0Vとなり、駆動制御回路110の内部回路の動作レベルに適合する。この方法は他の実施の形態における分周回路20にも同様に適用できる。
なお本実施の形態では、レベルシフタ21が、極性制御信号VFR,/VFRに基づいてデータ極性制御信号POLを生成する例を示したが、それと同様の信号を生成することが可能であれば、必ずしもレベルシフタ21に入力する信号は極性制御信号VFR,/VFRでなくてもよい。即ち、図13のトランジスタQ29,Q30のゲートに入力される信号は、極性制御信号VFR,/VFRと実質的に同じタイミングで交番し、トランジスタQ29,Q30を非飽和領域で動作させることができるものであれば、極性制御信号VFR,/VFR以外の信号でもよい。その場合でも、レベルシフタ21は駆動制御回路110の信号レベルに適合したデータ極性制御信号POLを生成することができる。例えば、極性制御信号VFR,/VFRに代えて、図7のノードN6、N8の信号を用いてもよい。
<実施の形態4>
上記したように、特許文献1には、容量線駆動回路12に適用可能な単位回路の例が示されているが、実施の形態4においては、本発明者が考案した容量線駆動回路12について説明する。
上記したように、特許文献1には、容量線駆動回路12に適用可能な単位回路の例が示されているが、実施の形態4においては、本発明者が考案した容量線駆動回路12について説明する。
容量線CCLを用いた容量結合駆動方式には、ゲート線GL毎に表示データ信号Dの極性を反転させるゲートライン反転駆動方式と、画素25毎(データ線DL毎)に表示データ信号Dの極性を反転させるドット反転駆動方式とがあるが、本実施の形態ではゲートライン反転駆動方式に用いられる容量線駆動回路12の構成について説明する。
図14および図15は、容量線CCLを用いた容量結合駆動を行うための容量線駆動回路12の構成を説明するための回路図である。容量線駆動回路12は、容量線CCLのそれぞれを駆動する複数の単位回路から成っている。図14は奇数番目の画素ライン(奇数行)に接続する容量線CCLを駆動する単位回路であり、図15は偶数番目の画素ライン(偶数行)に接続する容量線CCLを駆動する単位回路である。
図4に示したように、容量線駆動回路12は、ゲート線駆動信号G1〜Gm、クロック信号CLK,/CLK、極性制御信号VFR,/VFRが入力され、それらの信号に基づいて容量線CCLを駆動するための容量線駆動信号CC1〜CCmを生成する。容量線駆動回路12には、電源電位として、高電位側電源電位VDDおよび低電位側電源電位VSSの他に、容量線駆動信号CCのHレベル、Lレベルをそれぞれ規定する電位VCCH,VCCLが供給される。
以下では、奇数行のゲート線駆動信号(G1,G3,…,Gn+2,…)はクロック信号CLKに同期して活性化し、偶数行のゲート線駆動信号(G2,G4,…,Gn+3,…)はクロック信号/CLKに同期して活性化するものと仮定する。そして図14及び図15の如く、奇数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号/CLKが入力され、偶数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号CLKが入力されているものとして説明する。
まず奇数行の単位回路について説明する。図14には、代表的に第n行目(nは奇数)の単位回路が示されている。
図14に示すように、当該単位回路は、同一導電型のトランジスタのみを用いて構成されており、容量線駆動信号CCnの極性を決定するための極性切換回路と、極性切換回路からの極性切換信号PC,/PCのレベルを保持し、それらのレベルを1フレーム間低インピーダンスで保持するためのレベル保持回路と、当該極性切換信号PC,/PCをより高い駆動能力を持つ容量線駆動信号CCnに変換して出力する出力回路とから成っている。ここでは図4の画素25と同様にN型トランジスタを用いて構成した例を示しているが、もちろんP型トランジスタを用いて構成することも可能である。
図14の如く当該単位回路の出力回路は、容量線駆動信号CCnの出力端子OUT100に、容量線駆動信号CCnのHレベルの電位VCCHを供給するトランジスタQ109と、当該出力端子OUT100に、容量線駆動信号CCnのLレベルの電位VCCLを供給するトランジスタQ110とを備えている。即ち、トランジスタQ109は、電位VCCHが供給される電源端子S104と出力端子OUT100との間に接続し、トランジスタQ110は、電位VCCLが供給される電源端子S103と出力端子OUT100との間に接続している。ここでトランジスタQ109のゲート、及びトランジスタQ110のゲートが接続するノードをそれぞれノードN101,N102と定義する。
極性切換回路は、入力端子IN101に入力されるゲート線駆動信号Gn+2に応じて、ノードN101,N102にそれぞれ極性制御信号VFR,/VFRを供給するものである。即ち極性切換回路は、極性制御信号VFRが入力される入力端子IN102とノードN101との間に接続したトランジスタQ101と、極性制御信号/VFRが入力される入力端子IN103とノードN102との間に接続したトランジスタQ102とから成っており、それらトランジスタQ101,Q102のゲートは共に、ゲート線駆動信号Gn+2が入力される入力端子IN101に接続される。
ゲート線駆動信号Gn+2は、当該第n行の単位回路に対応するゲート線GLnの2つ後の行であるゲート線GLn+2を駆動する信号である。ここでは入力端子IN101に入力する信号として、容易に取得可能なゲート線駆動信号Gn+2を用いているが、それと同じタイミングで活性化し、且つ所定の電位レベルを有する信号であれば他の信号を用いてもよい。
トランジスタQ101を介してノードN101に供給される極性制御信号VFRに対応した信号が上記の極性切換信号PCとなり、トランジスタQ102を介してノードN102に供給される極性制御信号/VFRに対応した信号が上記の極性切換信号/PCとなる。極性制御信号VFR,/VFRは互いに相補な信号であるので、極性切換信号PC,/PCも互いに相補な信号となる。
当該極性切換信号PC,/PCのレベルを保持するレベル保持回路は、原理的にはフリップフロップ(ラッチ)である。図14の如く、レベル保持回路は、6つのトランジスタQ103〜Q108と2つの容量素子C101,C102とから成っている。トランジスタQ103は、ノードN101と低電位側電源電位VSSが供給される電源端子S1との間に接続し、そのゲートはノードN102に接続される。トランジスタQ104は、ノードN102と電源端子S1との間に接続し、そのゲートはノードN101に接続される。
トランジスタQ105は、高電位側電源電位VDDが供給される電源端子S2とノードN101との間に接続し、トランジスタQ106は、第2電源端子S2とノードN102との間に接続する。トランジスタQ105のゲートが接続するノードを「ノードN103」、トランジスタQ106のゲートが接続するノードを「ノードN104」と定義する。ノードN103は、容量素子C101を介してクロック信号/CLKが入力されるクロック端子CK100に接続され、ノードN104は容量素子C102を介してクロック端子CK100に接続される。
トランジスタQ107は、ノードN103とノードN101との間に接続し、トランジスタQ108は、ノードN104とノードN102との間に接続する。トランジスタQ107,Q108のゲートは共に電源端子S2に接続される。
例えばこのレベル保持回路が、ノードN101(極性切換信号PC)がHレベル、ノードN102(極性切換信号/PC)がLレベルの状態を保持する場合、トランジスタQ103はオフ、トランジスタQ104はオンとなる。このときノードN103はトランジスタQ107を通して充電されてHレベルになり、ノードN104はトランジスタQ108を通して放電されてLレベルになる。その結果、トランジスタQ105がオンし、トランジスタQ106がオフになる。それにより、極性切換信号PCのHレベル、極性切換信号/PCのLレベルは維持される。
なお、このときノードN101,N103の両方がHレベルであるのでトランジスタQ107はオフであり、ノードN103はフローティング状態でHレベルに維持されている。そのためクロック信号/CLKがHレベルになるとき、容量素子C101を介した結合によりノードN103が昇圧され、トランジスタQ105は非飽和領域でオンになる。その結果、極性切換信号PCは電源端子S2と同じ電位VDDのHレベルで維持されることとなる。
一方、ノードN104の電位も、クロック信号/CLKがHレベルになるときに容量素子C102を介した結合により上昇しようとする。しかしトランジスタQ108,Q104がオンしているため、ノードN104の電位上昇は瞬時的であり、ほぼLレベルに保たれる。つまりトランジスタQ106がオフをほぼ維持するので、トランジスタQ104,Q106を通しての貫通電流は殆ど流れない。
なお、上記のノードN104の瞬時的な電位上昇は、トランジスタQ104,Q108のオン抵抗値と容量素子C102の容量値を適切に設定すれば小さくでき、より確実にトランジスタQ106にオフ状態を維持させることができる。
逆に当該単位回路が、レベル保持回路がノードN101(極性切換信号PC)がLレベルでノードN102(極性切換信号/PC)がHレベルの状態を保持する場合には、トランジスタQ104がオン、トランジスタQ103がオフになる。そしてノードN104がHレベルになり、トランジスタQ106がオンになって極性切換信号/PCをHレベルに維持する。またクロック信号/CLKの立ち上がり時には、ノードN104が昇圧されてトランジスタQ106が非飽和領域でオンするので、極性切換信号/PCは電位VDDのHレベルになる。一方、ノードN103はLレベルにほぼ維持され、トランジスタQ105がオフをほぼ維持するため、トランジスタQ105,Q103を通しての殆ど貫通電流は流れない。
このように、図14の単位回路が備えるレベル保持回路においては、電力を殆ど消費することなく、Hレベルを維持する側のノードのみがプルアップされ、Lレベルを維持する側のノードはプルアップされない、選択的なプルアップ動作が行われる。
次に、容量線駆動回路12の偶数行の単位回路について説明する。図15には、代表的に第n+1行目(nは奇数)の単位回路が示されている。
図15に示すように、偶数行の単位回路の構成は奇数行の単位回路(図14)とほぼ同じであるが、偶数行の容量線駆動信号CCn+1は奇数行の容量線駆動信号CCnに対して反転したレベルにする必要があるため、図14に対し、トランジスタQ109,Q110のゲートの接続が互いに交換されている。あるいは、回路構成は図14から変更せずに、入力端子IN102,IN103に入力させる極性制御信号VFR,/VFRを入れ替えたものを偶数行の単位回路としてもよい(図示は省略する)。
なお、図14及び図15のクロック端子CK100に入力される信号は、一定周期で交番する繰り返し信号であれば、クロック信号CLK,/CLK以外のものを用いてもよい。クロック端子CK100に入力されるクロック信号は、一定周期でトランジスタQ105(またはQ106)を非飽和領域でオンさせるために用いられており、それによってリーク電流によるノードN101(またはN102)のHレベルの電位低下が補償される。このリーク電流の補償を充分に行うことができる範囲であれば、より周波数の低いクロック信号を用いてもよく、それにより消費電力の低減を図ることができる。但し、クロック端子CK100に入力されるクロック信号は、その活性期間が入力端子IN101に入力される信号の活性期間と重ならないものが好ましい。
ここでは奇数行のゲート線駆動信号(G1,G3,…,Gn+2,…)はクロック信号CLKに同期して活性化し、偶数行のゲート線駆動信号(G2,G4,…,Gn+3,…)はクロック信号/CLKに同期して活性化するものと仮定しているので、奇数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号/CLKを入力し、偶数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号CLKを入力した。
続いて、本実施の形態に係る容量線駆動回路12の動作について説明するが、ここでも説明の簡単のため、各トランジスタのしきい値電圧は全て同じ値Vthであると仮定する。また表示装置の基準電位は一般的に、画素に書き込まれる表示データ信号の電位を基準に設定されるが、ここでは容量線駆動回路12の低電位側電源電位VSSを基準電位とする。また極性制御信号VFR,/VFRのHレベルは電源端子S2に供給される電位VDDに等しく、Lレベルは電位VSSに等しいものとする。さらに、クロック信号CLK,/CLKのHレベルの電位もVDDであり、Lレベルの電位もVSSであるとする。
なお上記したように、電源端子S103,S104に供給される電位VCCL,VCCHは、それぞれ容量線駆動信号CCのLレベル及びHレベルの電位を規定するためのものである。容量線駆動信号CCは、容量結合によって画素電極に一定の電位変化を与えるものであるので、電位VCCH,VCCLは、その電位差(容量線駆動信号CCの振幅)が画素電極に与える電位変化分に等しく、且つトランジスタQ109、Q110が非飽和領域で動作する範囲のものであればよい。
図16は、当該容量線駆動回路12の動作を示す信号波形図である。実施の形態1で説明したように、極性制御信号VFR,/VFRは図4の分周回路20で生成される互いに相補な信号であり、スタート信号STの2倍周期を有している。図9に示したように、極性制御信号VFR,/VFRは最終行のゲート線GLmを駆動するゲート線駆動信号Gmの次に出力される駆動信号Gm+1の立ち上がり時にレベルが交番する。つまり極性制御信号VFR,/VFRは、表示装置の1フレーム毎のブランキング期間にレベルが交番する。ここで、極性制御信号VFRがHレベルの期間を「奇数フレーム」、Lレベルの期間を「偶数フレーム」と定義する。
以下、本実施の形態に係る容量線駆動回路12の動作を説明する。まず奇数行の単位回路の動作を説明するが、ここでも第n行目の単位回路(図14)の動作を代表的に説明する。
図16を参照し、ブランキング期間内の時刻t1で、極性制御信号VFR,/VFRがそれぞれHレベル、Lレベルに変化して奇数フレームになると、入力端子IN102が電位VDDに、入力端子IN103が電位VSSにそれぞれ設定される。ノードN101〜N104、及び出力端子OUT100のレベルは直前フレーム期間の動作で決まり、ここではノードN101,N103および出力端子OUT100はLレベル、ノードN102、N104はHレベルとなっている。
時刻t2において、対応するゲート線GLnを駆動するゲート線駆動信号GnがHレベルになり、第n行目の画素25に表示データ信号Dが書き込まれる。そして時刻t2から1H後の時刻t3に、ゲート線駆動信号GnはLレベルになる。
時刻t3のさらに1H後の時刻t4では、2つ後の行のゲート線駆動信号Gn+2がHレベル(VDD)になる。応じてトランジスタQ101,Q102がオンになり、ノードN101,N102に極性制御信号VFR,/VFRのレベルが供給される。より詳細には、まずノードN102(極性切換信号/PC)がLレベル(VSS)になり、トランジスタQ103,Q110がオフになる。トランジスタQ103がオフしたことで、ノードN101がトランジスタQ101を通して充電され、極性切換信号PCがHレベル(VDD−Vth)になる。応じて、トラトランジスタQ104,Q109がオンになる。
ノードN104はトランジスタQ108,Q104を通して放電されLレベル(VSS)になり、ノードN103はトランジスタQ107を通して充電されHレベル(VDD−Vth)になる。なお、上記したように電位VCCHは、極性切換信号/PCがHレベルになったときにトランジスタQ109が比飽和動作する範囲の値に設定されており、容量線駆動信号CCnは電位VCCHのHレベルとなる。
時刻t5でゲート線駆動信号Gn+2がLになると、トランジスタQ101、Q102がオフになるので、ノードN101,N102と入力端子IN102,IN103とが電気的に分離される。但しこのとき極性切換信号PCのHレベル、極性切換信号/PCのLレベルは、先に述べたレベル保持回路の働きにより保持(ラッチ)される。
なお時刻t5では、クロック信号/CLKがHレベルに立ち上がるため、容量素子C101を介する結合によりノードN103が昇圧される。ノードN103は既にVDD−Vthに充電されているので、この昇圧作用によりノードN103の電位は略2・VDD−Vthになる。応じてトランジスタQ105が非飽和領域でオンになり、ノードN101は電位VDDまで上昇する。
そして時刻t6でクロック信号/CLKがLレベルになると、ノードN103のレベルは再びVDD−Vthに戻りトランジスタQ105はオフするが、ノードN101は高インピーダンス状態で電位VDDのHレベルに維持される。
時刻t6以降は、クロック信号/CLKがHレベルに変化する度にノードN103の電位が略2・VDD−Vthに昇圧され、トランジスタQ105が非飽和領域でオンしてノードN101を電位VDDに充電する動作が繰り返される。それにより、リーク電流によるノードN101のレベル低下が補償され、極性切換信号PCを電位VDDのHレベルに維持することができる。この結果、トランジスタQ109は非飽和領域でのオン状態に維持され、当該単位回路は1フレーム期間、容量線駆動信号CCnのHレベル(VCCH)を低インピーダンスで維持することができる。
そして次のブランキング期間内の時刻t7で、極性制御信号VFR,/VFRがそれぞれLレベル、Hレベルに変化して偶数フレームになるが、この時点ではトランジスタQ101、Q102はオフであるので、ノードN101(極性切換信号PC)のHレベル、ノードN102(極性切換信号/PC)のLレベルは変化せず、容量線駆動信号CCnもHレベル(VCCH)のままである。
その後、時刻t8でゲート線駆動信号GnがHレベルになり、第n行目の画素25に表示データ信号Dが書き込まれる。ゲート線駆動信号Gnは、時刻t8から1H後の時刻t9にLレベルになる。
時刻t9のさらに1H後の時刻t10では、ゲート線駆動信号Gn+2がHレベル(VDD)になる。応じてトランジスタQ101,Q102がオンになり、ノードN101,N102に極性制御信号VFR,/VFRのレベルが供給される。このとき上記の時刻t4とは逆の動作により、極性切換信号PCがLレベル(VSS)、極性切換信号/PCがHレベル(VDD−Vth)となる。応じてトランジスタQ109がオフ、トランジスタQ110がオンとなり、容量線駆動信号CCnはLレベル(VCCL)に変化する。
時刻t11でゲート線駆動信号Gn+2がLになると、トランジスタQ101、Q102がオフになるので、ノードN101,N102と入力端子IN102,IN103とが電気的に分離される。但しこのとき極性切換信号PCのLレベル、極性切換信号/PCのHレベルは、先に述べたレベル保持回路の働きにより保持(ラッチ)される。
なお時刻t11では、クロック信号/CLKがHレベルに立ち上がるため、容量素子C102を介する結合によりノードN104が昇圧される。この昇圧作用によりノードN104の電位は略2・VDD−Vthになる。応じてトランジスタQ106が非飽和領域でオンになり、ノードN102は電位VDDまで上昇する。
そして時刻t12でクロック信号/CLKがLレベルになると、ノードN104のレベルは再びVDD−Vthに戻りトランジスタQ106はオフするが、ノードN101は高インピーダンス状態で電位VDDのHレベルに維持される。
時刻t6以降は、クロック信号/CLKがHレベルに変化する度にノードN103の電位が略2・VDD−Vthに昇圧され、トランジスタQ106がノードN101を電位VDDに充電する動作が繰り返される。それによりノードN101(極性切換信号PC)は電位VDDのHレベルは電位VDDに維持される。この結果、トランジスタQ109は非飽和領域でのオン状態に維持され、当該単位回路は1フレーム期間、容量線駆動信号CCnのLレベル(VCCL)を低インピーダンスで維持することができる。
このように容量線駆動回路12の奇数行の単位回路(図14)の各々は、奇数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間(対応するゲート線GLの活性期間)から1H後に、容量線駆動信号CCをLレベルからHレベルへと変化させる。また偶数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間から1H後に、容量線駆動信号CCをHレベルからLレベルへと変化させる。
一方、偶数行の単位回路(図15)の動作は、上で説明した奇数行の単位回路の動作とほぼ同じである。但し、偶数行の単位回路の各々は、奇数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間から1H後に、容量線駆動信号CCをHレベルからLレベルへと変化させる。また偶数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間の1H後に、容量線駆動信号CCをLレベルからHレベルへと変化させる。
図17は容量線駆動回路12の動作を示す信号波形図であり、上記の奇数行および偶数行の容量線駆動信号CCの振る舞いをまとめたものである。容量線駆動信号CCのそれぞれは、それと同じ行に対応するゲート線駆動信号Gの立ち上がり時から2H遅れて(ゲート線駆動信号Gの立ち下がり時から1H後)レベルが変化していることが分かる。例えば、第n行(奇数行)に対応する容量線駆動信号CCnは、それと同じ行に対応するゲート線駆動信号Gnの立ち上がり時から2H遅れて(ゲート線駆動信号Gnの立ち下がり時から1H後)レベルが反転している。同様に第n+1行(偶数行)に対応する容量線駆動信号CCn+1は、ゲート線駆動信号Gn+1の立ち上がり時から2H遅れてレベルが反転している。また同じフレーム期間内では、偶数行と時数行とで、容量線駆動信号CCのレベル変化の方向が逆になることも、同図から分かる。
図17のようにレベル変化する容量線駆動信号CCを用いてゲートライン反転駆動方式の容量結合駆動を行う場合、各画素25に表示データ信号Dを書き込む際、奇数フレームにおいては、奇数行に正極性(+)のものを書き込むと共に偶数行に負極性(−)のものを書き込むようにし、偶数フレームにおいては、奇数行に負極性のものを書き込むと共に偶数行に正極性のものを書き込むようにする。その結果、正極性の表示データ信号Dが書き込まれた画素電極Npの電位は上昇され、負極性の表示データ信号Dを書き込まれた画素電極Npの電位は下降され、各表示データ信号Dが増幅されることとなる。
なお以上の説明から分かるように、極性制御信号VFR,/VFRは、各容量線駆動信号CCのレベルを制御する目的で用いられている。それらはスタート信号STの2倍周期の信号であるので、各フレーム期間で一定のレベルに固定されるものであった。しかし、図14および図15に示した容量線駆動回路12の単位回路は、極性切換信号PC,/PCのレベル保持回路を備えているので、厳密には、極性制御信号VFR,/VFRは、各単位回路で少なくとも入力端子IN101に入力される信号の活性期間にさえ適切な値をとっていればよく、必ずしも1フレーム期間一定のレベルを維持する必要はない。但し、極性制御信号VFR,/VFRの交番周期を短くする(周波数を高くする)と消費電力が増大する点に留意すべきである。
<実施の形態5>
実施の形態4では、本発明に係る分周回路20および容量線駆動回路12をゲートライン反転駆動方式の表示装置に適用した例を示したが、本発明はドット反転駆動方式の表示装置にも適用可能である。ドット反転駆動方式では、画素毎に(即ちデータ線毎に)表示データ信号の極性が反転するので、ゲート線に沿って隣接した画素には、互いに極性の異なる表示データ信号が書き込まれる。
実施の形態4では、本発明に係る分周回路20および容量線駆動回路12をゲートライン反転駆動方式の表示装置に適用した例を示したが、本発明はドット反転駆動方式の表示装置にも適用可能である。ドット反転駆動方式では、画素毎に(即ちデータ線毎に)表示データ信号の極性が反転するので、ゲート線に沿って隣接した画素には、互いに極性の異なる表示データ信号が書き込まれる。
そのためドット反転駆動方式に本発明を適用する場合、ゲート線に沿って隣接する画素を異なる容量線を用いて容量結合駆動させればよい。即ち、各画素ラインにおいて、奇数列の画素と偶数列の画素とを互いに異なる容量線を用いて容量結合駆動すればよい(奇数列の画素と偶数列の画素とを互いに異なる容量線と容量結合させる)。上記の特許文献5の図1、図3等に、その接続形態の例が開示されている。
<実施の形態6>
また容量結合駆動の一つとして、全ての画素に書き込む表示データ信号の極性を同じにし、全ての画素の表示データの極性をフレーム毎に反転させる駆動方法(フレーム反転駆動方式)も考えられる。本発明はそのような駆動方法を行う表示装置にも適用可能である。その場合、ゲート線毎に極性が反転しないので、容量線駆動回路12の単位回路を全て同じもの(図14又は図15)に統一すればよい。
また容量結合駆動の一つとして、全ての画素に書き込む表示データ信号の極性を同じにし、全ての画素の表示データの極性をフレーム毎に反転させる駆動方法(フレーム反転駆動方式)も考えられる。本発明はそのような駆動方法を行う表示装置にも適用可能である。その場合、ゲート線毎に極性が反転しないので、容量線駆動回路12の単位回路を全て同じもの(図14又は図15)に統一すればよい。
<実施の形態7>
先に述べたように、上記の特許文献2(第8図および第10図)には、画素の容量結合駆動に用いる信号線として、ゲート線(GL)を兼用し、容量結合駆動専用の容量線(CCL)を用いない手法が開示されている。
先に述べたように、上記の特許文献2(第8図および第10図)には、画素の容量結合駆動に用いる信号線として、ゲート線(GL)を兼用し、容量結合駆動専用の容量線(CCL)を用いない手法が開示されている。
この手法では、各画素の画素電極をそれに隣接する画素ラインの画素(隣接画素)を駆動するゲート線(隣接ゲート線)と容量結合させる。そして、ゲート線の駆動信号の非活性レベルの電位を変化させることで、表示信号(表示データ)が書き込まれた画素電極のレベルの調整が行われる。実施の形態7では、本発明をその手法の容量結合駆動に適用する。
図18は実施の形態7に係る液晶表示装置である表示装置10Dの構成を示す概略ブロック図である。表示装置10Dは、容量結合駆動をゲート線GLを用いて行うので、ゲート線駆動回路11が容量結合駆動を行う機能を兼ね備えることになり、それとは個別の容量線駆動回路は設けられていない。よって画素25の片側(左側)にゲート線駆動回路11が配設されているだけである。
但し、各画素25の領域を小さくしたときに、ゲート線駆動回路11の単位回路(単位シフトレジスタ)のピッチが画素25のピッチよりも大きくなる場合には、ゲート線駆動回路11を、液晶アレイ部15の両側に配設し、例えば奇数行の画素を左側のゲート線駆動回路11で駆動し、偶数行の画素を右側のゲート線駆動回路11で駆動するようにしてもよい。
本実施の形態では、容量結合駆動がゲート線GLを用いて行われるので、各画素25の保持容量素子27は、当該画素25の画素電極Npとその隣接画素を駆動するゲート線GL(隣接ゲート線)との間に接続される。即ち各画素25において、保持容量素子27は、画素電極Npと隣接ゲート線とを容量結合させている。
ここで、本実施の形態おけるゲート線GLを用いた容量結合駆動について簡単に説明する。ゲート線駆動回路11は、所定の走査周期に基づいてゲート線駆動信号G1,G2,…を順に活性化することで、ゲート線GL1,GL2,…を順番に選択して駆動する。
ある画素において、それに対応するゲート線GLが活性化すると、画素トランジスタ26が導通状態になり、それを通してデータ線DLからの表示データ信号Dが画素電極Npに書き込まれる。
その後、当該ゲート線が非活性化されると、画素トランジスタ26がオフになり保持容量素子27により表示データ信号Dが保持される。本実施の形態ではこの後の所定のタイミングで、隣接ゲート線のLレベルの電位を変化させることによって、画素電極Npの電位が調整される。
以下、本実施の形態に係るゲート線駆動回路11のより具体的な構成例を説明する。図19および図20は、本実施の形態に係るゲート線駆動回路11の全体構成を示す図である。図19は当該ゲート線駆動回路の最初の4段の単位シフトレジスタSR1〜SR4を示しており、図20は画素列の最後の2行を駆動する2段の単位シフトレジスタSRm-1,SRm及びそれに続けて設けられた2段の単位シフトレジスタ(ダミーシフトレジスタ)SRm+1,SRm+2を示している。図19および図20に示すゲート線GL、データ線DLおよびダミーシフトレジスタSRm+1,SRm+2は、図18に示したものに対応している。また図19および図20の画素Pは、図18の画素25に対応している。以下、単位シフトレジスタSR1〜SRmおよびダミーシフトレジスタSRm+1,SRm+2を総称して単に「単位シフトレジスタSR」と称する場合もある。
図18でも示したように本実施の形態では、各画素P(画素25)の画素電極Npに接続する保持容量素子27のもう一端は、その次段のゲート線GL(次に活性化されるゲート線GL)に接続される。つまり各画素Pは、その次段のゲート線GLを用いて容量結合駆動される。
図19および図20に示すように、各単位シフトレジスタSRは、入力端子IN、第1および第2出力端子OUT,OUTS、第1および第2クロック端子CK1,CK2、第1および第2極性制御端子CTA,CTB並びにリセット端子RSTを備えている。各単位シフトレジスタSRの第1出力端子OUTにはそれぞれゲート線GLが接続する。つまり第1出力端子OUTから出力される信号Gは、ゲート線GLを活性化するための垂直(水平)走査パルスとなる。
ダミーシフトレジスタSRm+1は、他の単位シフトレジスタSRと同様の構成を有するシフトレジスタであり、その第1出力端子OUTにはダミーのゲート線であるダミー線GLm+1が接続する。ダミー線GLm+1は、いずれの画素Pの画素トランジスタ26のゲートも接続されず、ゲート線駆動信号Gmで駆動される画素Pm1〜Pmrの保持容量素子27が接続され、当該保持容量素子27を介して画素電極Npと容量結合している。
またダミーシフトレジスタSRm+2も、単位シフトレジスタSRと同様のものでよいが、第1出力端子OUT並びに第1および第2極性制御端子CTA,CTBを有する必要がないため(詳細は後述する)、それらが省略されている。
クロック信号発生器131は、6つのクロック信号CLKG1,CLKG2,CLKG3,CLKS1,CLKS2,CLKS3を発生する。クロック信号CLKG1〜CLKG3はそれぞれ位相の異なる3相のクロック信号である。クロック信号CLKS1〜CLKS3もそれぞれ位相の異なる3相のクロック信号であり、それぞれ上記のクロック信号CLKG1〜CLKG3に位相が揃えられている。但し、クロック信号CLKS1〜CLKS3とクロック信号CLKG1〜CLKG3とでは、そのLレベル(非活性レベル)の電位が異なる。クロック信号CLKS1〜CLKS3のLレベルの電位をVSS1、クロック信号CLKG1〜CLKG3のLレベルの電位をVSS2と定義すると、電位VSS2は電位VSS1よりも高く設定されている(VSS1<VSS2)。またクロック信号CLKG1〜CLKG3,CLKS1〜CLKS3のHレベルの電位は全て電位VDDであるとする。
各単位シフトレジスタSRの第1クロック端子CK1にはクロック信号CLKG1〜CLKG3のうちの1つが供給され、第2クロック端子CK2にはクロック信号CLKS1〜CLKS3のうちの1つ(第1クロック端子CK1のクロック信号と位相が揃ったもの)が供給される。具体的には、各単位シフトレジスタSRの第1および第2クロック端子CK1,CK2には、自己の前段に入力されるものの次に活性化するクロック信号がそれぞれ入力される。
本実施の形態では、クロック信号CLKG1〜CLKG3は、CLKG1,CLKG2,CLKG3,CLKG1,…の順に繰り返し活性化し、クロック信号CLKS1〜CLKS3もそれと同じタイミングで、CLKS1,CLKS2,CLKS3,CLKS1…の順に繰り返し活性化するものとする。この場合、例えば第k段目の単位シフトレジスタSRkにクロック信号CLKG1,CLKS1が入力されるとすると、その次段である単位シフトレジスタSRk+1にクロック信号CLKG2,CLKS2が入力され、そのさらに次段の単位シフトレジスタSRk+2にはクロック信号CLKG3,CLKS3が入力される。即ち、単位シフトレジスタSRの第1および第2クロック端子CK1,CK2は、SR1,SR2,SR3,…の順に活性化される。
分周回路20は、実施の形態1と同様に、スタート信号STを2倍周期に分周して得た極性制御信号VFR,/VFRを出力する。各単位シフトレジスタSRの第1および第2極性制御端子CTA,CTBには、極性制御信号VFR,/VFRの何れかが入力される。極性制御信号VFR,/VFRは、隣接画素の容量結合駆動の動作を規定するものである。よって各単位シフトレジスタSRにおいて第1および第2極性制御端子CTA,CTBに極性制御信号VFR,/VFRのどちらが入力されるかは、その隣接するゲート線GLで駆動される画素Pに書き込まれる表示信号の極性により決定される。
本実施の形態では、1画素ライン毎(1ゲート線毎)に極性を反転するゲートライン反転駆動方式を想定する。この場合、図19および図20の如く、極性制御信号VFR,/VFRを1段ごとに入れ替えて単位シフトレジスタSRの各々に入力する。即ち、奇数段(単位シフトレジスタSR1,SR3,…)では、第1極性制御端子CTAに極性制御信号VFRを入力し、第2極性制御端子CTBには極性制御信号/VFRを入力する。偶数段では逆に、第1極性制御端子CTAに極性制御信号/VFRを入力し、第2極性制御端子CTBには極性制御信号VFRを入力する。
また図示は省略するが、フレーム毎に全ての画素の表示信号の極性を反転するフレーム反転駆動方式の場合には、全ての段において、第1極性制御端子CTAに極性制御信号VFR(又は/VFR)を入力し、第2極性制御端子CTBには極性制御信号/VFR(又はVFR)を入力する。
上記のとおり、各単位シフトレジスタSRの第1出力端子OUTから出力される信号Gは、それぞれ対応するゲート線GLの駆動に用いられる。一方、各単位シフトレジスタSRの第2出力端子OUTSは、自己の次段の入力端子IN並びに自己の2段前段(前々段)のリセット端子RSTに接続される。言い換えれば、各単位シフトレジスタSRの入力端子INは自己の前段の第2出力端子OUTSに接続され、リセット端子RSTは自己の2段後段(次々段)の第2出力端子OUTSに接続される。但し、最前段である単位シフトレジスタSR1の入力端子INには、スタート信号STが入力される。
第2出力端子OUTSから出力される信号GSは、ゲート線GLの駆動に用いられないが、ゲート線駆動回路における信号のシフト動作を制御する目的で用いられる。以下、第1出力端子OUTから出力される信号Gを「ゲート線駆動信号」と称し、第2出力端子OUTSから出力される信号GSを「シフト信号」と称する。また本実施の形態でも、ダミーシフトレジスタSRm+1の第1出力端子OUTから出力される信号Gm+1はゲート線を駆動しないが「駆動信号Gm+1」と称することとする。
また最後から2段目の単位シフトレジスタSRm-1のリセット端子RSTには、その2段後段であるダミーシフトレジスタSRm+1の第2出力端子OUTSから出力されるシフト信号GSm+1を入力する。同様に、最後段の単位シフトレジスタSRmのリセット端子RSTには、その2段後段であるダミーシフトレジスタSRm+2の第2出力端子OUTSから出力されるシフト信号GSm+2を入力する。
一方、ダミーシフトレジスタSRm+1,SRm+2は自己の2段後段を有さない。そのためダミーシフトレジスタSRm+1のリセット端子RSTには、上記のシフト信号GSm+1を入力させる。またダミーシフトレジスタSRm+2のリセット端子RSTには、自身の第1および第2クロック端子CK1,CK2に入力されるクロック信号(ここではクロック信号CLKS1)とは位相の異なるクロック信号(ここではクロック信号CLKS1から1H(1水平周期)遅延したクロック信号CLKS2)を入力させる。
図21は、本実施の形態に係る単位シフトレジスタSRの具体的な回路図であり、本発明者によって考案されたものである。ゲート線駆動回路を構成する単位シフトレジスタSRは基本的にどれも同じ構成であるので、図21では代表的に第k段目の単位シフトレジスタSRkを示している。
単位シフトレジスタSRに用いられるトランジスタとしては、MOS(Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタ、ポリシリコン薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)、アモルファス(非晶質)シリコンTFT、有機TFTのいずれも使用可能である。本実施の形態では、単位シフトレジスタSRを構成するトランジスタは全てN型TFTであるとする。また図19および図20に示す各画素Pの画素トランジスタ26もN型TFTであるとする。このように単位シフトレジスタSRのトランジスタと画素トランジスタ26とを同一導電型のトランジスタにすることで、製造工程数を少なくすることができる。
以下、実施の形態7に係る単位シフトレジスタSRの構成について説明する。図21に示すように、当該単位シフトレジスタSRは、図19に示した各信号端子の他に、低電位側電源電位VSS1(即ち、上記のクロック信号CLKS1〜CLKS3のLレベルの電位)が供給される第1電源端子S1、高電位側電源電位VDD1が供給される第2電源端子S2、低電位側電源電位VSS3が供給される第3電源端子S3および高電位側電源電位VDD2が供給される第4電源端子S4を備えている。
表示装置の基準電位は一般的に画素に書き込まれる表示信号の電位を基準に設定されるが、以下の説明においては、簡単のため電位VSS1を基準電位と定める。また電位VSS3は、電位VSS1および電位VSS2(即ち、クロック信号CLKG1〜CLKG3のLレベルの電位)よりも高く設定されている。つまり、VSS1<VSS2<VSS3の関係が成立する。
さらに、高電位側電源電位VDD1,VDD2の電位は、当該単位シフトレジスタSRの各トランジスタが所定の動作を行うことができる範囲であれば任意でよいが、ここでは共に上記の電位VDD(即ち、クロック信号CLKG1〜CLKG3,CLKS1〜CLKS3のHレベルと同じ)と等しいものとする。
図21のように当該単位シフトレジスタSRは、ゲート線駆動信号出力部141、シフト信号出力部142、プルアップ制御部143、第1プルダウン制御部144、第2プルダウン制御部145およびプルダウン制御信号保持部146から構成されている。
ゲート線駆動信号出力部141は、第1出力端子OUTからゲート線駆動信号Gkを出力させるための回路であり、トランジスタQ31,Q32A,Q32Bおよび容量素子C31から成っている。トランジスタQ31は、第1出力端子OUTと第1クロック端子CK1との間に接続し、第1クロック端子CK1に入力されるクロック信号CLKGi(クロック信号CLKG1〜CLKG3の何れか)を第1出力端子OUTに供給するものである。よってゲート線駆動信号GkのHレベルは、クロック信号CLKGiのHレベルに相当する電位VDDとなる。
トランジスタQ32Aは第1出力端子OUTと第1電源端子S1との間に接続し、トランジスタQ32Bは第1出力端子OUTと第3電源端子S3との間に接続する。つまりトランジスタQ32Aは、第1出力端子OUTに電位VSS1を供給するものであり、トランジスタQ32Bは第1出力端子OUTに電位VSS3を供給するものである。従って、ゲート線駆動信号GkのLレベル(非活性レベル)の電位は、トランジスタQ32A,Q32Bのどちらがオンするかによって電位VSS1あるいはVSS3に変化する。
ここで、トランジスタQ31のゲート(制御電極)が接続するノードを「ノードN31」と定義する。トランジスタQ31のゲート・ソース間すなわちノードN31と出力端子OUTとの間には容量素子C31が設けられている。この容量素子C31は、出力端子OUTとノードN31とを容量結合し、出力端子OUTのレベル上昇に伴うノードN31の昇圧効果を高めるためのものである。但し、容量素子C31は、トランジスタQ31のゲート・チャネル間容量が充分大きい場合にはそれで置き換えることができ、その場合には省略してもよい。
シフト信号出力部142は、第2出力端子OUTSからシフト信号GSkを出力させるための回路であり、トランジスタQ31S,Q32AS,Q32BSから成っている。トランジスタQ31Sは、第2出力端子OUTSと第2クロック端子CK2との間に接続し、第2クロック端子CK2に入力されるクロック信号CLKSi(クロック信号CLKS1〜CLKS3の何れか)を第2出力端子OUTSに供給するものである。よってシフト信号GSkのHレベルは、クロック信号CLKSiのHレベルに相当する電位VDDとなる。
トランジスタQ32AS,Q32BSは、共に第2出力端子OUTSと第1電源端子S1との間に接続されている。つまりトランジスタQ32AS,Q32BSは、共に第2出力端子OUTSの電位をVSS1にするものである。従って、第2出力端子OUTSから出力されるシフト信号GSkのLレベルは常に電位VSS1になる。
トランジスタQ31Sのゲートは、トランジスタQ31のゲート(ノードN31)に接続される。またトランジスタQ32ASのゲートはトランジスタQ32Aのゲートに接続され、トランジスタQ32BSのゲートはトランジスタQ32Bのゲートに接続される。ここで、トランジスタQ32A,Q32ASのゲートが接続するノードを「ノードN32A」、トランジスタQ32B,Q32BSのゲートが接続するノードを「ノードN32B」と定義する。
プルアップ制御部143は、ノードN31のレベルを制御することによりトランジスタQ31,Q31Sを駆動し、それによってゲート線駆動信号Gkおよびシフト信号GSkのHレベル出力を制御する。プルアップ制御部143は、トランジスタQ33,Q34から成っている。トランジスタQ33は、入力端子INに接続したゲートを有し、ノードN31と第2電源端子S2との間に接続されている。つまりトランジスタQ33は、入力端子INに入力される前段のシフト信号GSk-1の活性化に応じてノードN31を充電するものである。トランジスタQ34は、リセット端子RSTに接続したゲートを有し、ノードN31と第1電源端子S1との間に接続されている。つまりトランジスタQ34は、2段後段のシフト信号GSk+2の活性化に応じてノードN31を放電するものである。
このプルアップ制御部143の動作により、トランジスタQ31,Q31Sは、前段のシフト信号GSk-1の活性化に応じてオンし、2段後段のシフト信号GSk+2の活性化に応じてオフするように駆動される。
第1および第2プルダウン制御部144,145は、それぞれノードN32A,N32Bのレベルを制御することによりトランジスタQ32A,Q32B,Q32AS,Q32BSを駆動する。それによって、ゲート線駆動信号Gkおよびシフト信号GSkのLレベル出力を制御する。ここで、図21には第1極性制御端子CTAに極性制御信号VFRが入力され、第2極性制御端子CTBに極性制御信号/VFRが入力されている例を示しているが、上記のように、第1および第2極性制御端子CTA,CTBにそれぞれ極性制御信号VFR,/VFRのどちらが入力されるかは隣接ゲート線で駆動GLされる画素Pに書き込まれる表示信号の極性により決まる。
第1プルダウン制御部144は、ノードN32Aの充放電を行うことでトランジスタQ32A,Q32ASを駆動させるものであり、トランジスタQ35A,Q36A,Q37Aから成っている。トランジスタQ35Aは、ノードN32Aに接続したゲートを有し、ノードN31と第1電源端子S1との間に接続している。トランジスタQ36Aは、ノードN31に接続したゲートを有し、ノードN32Aと第1電源端子S1との間に接続している。よってトランジスタQ35Aは、ノードN32AがHレベルのときノードN31を放電し、トランジスタQ36Aは、ノードN31がHレベルのときノードN32Aを放電するよう動作する。従ってノードN31,N32Aは、その一方がHレベルにされるともう一方はLレベルになる。
またトランジスタQ37Aは、リセット端子RSTに接続したゲートを有し、ノードN32Aと第1極性制御端子CTAとの間に接続している。よってトランジスタQ37Aは、2段後段のシフト信号GSk+2の活性化に応じて、ノードN32Aに第1極性制御端子CTAのレベルを供給するよう動作する。つまりノードN32Aは、第1極性制御端子CTAに入力される極性制御信号(VFRまたは/VFR)がHレベルであれば充電されるが、それがLレベルの場合には充電されない。
第2プルダウン制御部145は、ノードN32Bの充放電を行うことでトランジスタQ32B,Q32BSを駆動させるものであり、トランジスタQ35B,Q36B,Q37Bから成っている。トランジスタQ35Bは、ノードN32Bに接続したゲートを有し、ノードN31と第1電源端子S1との間に接続している。トランジスタQ36Bは、ノードN31に接続したゲートを有し、ノードN32Bと第1電源端子S1との間に接続している。よってトランジスタQ35BはノードN32BがHレベルのときノードN31を放電し、トランジスタQ36BはノードN31がHレベルのときノードN32Bを放電するよう動作する。従ってノードN31,N32Bは、その一方がHレベルにされるともう一方はLレベルになる。
またトランジスタQ37Bは、リセット端子RSTに接続したゲートを有し、ノードN32Bと第2極性制御端子CTBとの間に接続している。よってトランジスタQ37Bは、2段後段のシフト信号GSk+2の活性化に応じて、ノードN32Bに第2極性制御端子CTBのレベルを供給するよう動作する。つまり第2極性制御端子CTBに入力される制御信号(VFRまたは/VFR)がHレベルであればノードN32Bは充電されるが、それがLレベルの場合には充電されない。
第1および第2極性制御端子CTA,CTBに入力される極性制御信号VFR,/VFRは互いに相補な信号であるので、ノードN32A,N32Bは、そのどちらか片方が充電されることとなる。つまり極性制御信号VFR,/VFRは、ノードN32A,N32Bのどちらを充電するか、即ち、トランジスタQ32A,Q32ASおよびトランジスタQ32B,Q32BSのどちらをオンさせるかを選択する制御信号として機能している。
以下では簡単のため、極性制御信号VFR,/VFRのHレベルの電位はVDD(即ち、クロック信号CLKG1〜CLKG3,CLKS1〜CLKS3のHレベルと同じ)であるとし、Lレベルの電位はVSS1(基準電位)であるとする。
プルダウン保持部146は、第1および第2プルダウン制御部144,145により設定されたノードN32A,N32Bのレベルを保持する回路である。当該プルダウン保持部146は、トランジスタQ38A,Q38B,Q39A,Q39B,Q40A,Q40Bとから構成される。
トランジスタQ38Aは、ノードN32Bに接続したゲートを有しノードN32Aと第1電源端子S1との間に接続する。トランジスタQ39Aは、ノードN32Aと第4電源端子S4との間に接続し、ゲートが第4電源端子S4に接続している。つまりトランジスタQ39Aは、第4電源端子S4側がアノード、ノードN32A側がカソードとなるようにダイオード接続されている。トランジスタQ38Aは、トランジスタQ39Aよりもオン抵抗が充分低く設定されている。よってノードN32BがHレベルになりトランジスタQ38Aがオンしたとき、ノードN32AはLレベルになる。つまりトランジスタQ38A,Q39Aは、トランジスタQ38Aをドライブ素子、トランジスタQ39Aを負荷素子とし、またノードN32Bを入力端、ノードN32Aを出力端とするレシオ型インバータを構成している。
一方、トランジスタQ38Bは、ノードN32Aに接続したゲートを有しノードN32Bと第1電源端子S1との間に接続する。トランジスタQ39Bは、ノードN32Bと第4電源端子S4との間に接続し、ゲートが第4電源端子S4に接続している。つまりトランジスタQ39Bは、第4電源端子S4側がアノード、ノードN32B側がカソードとなるようにダイオード接続されている。トランジスタQ38Bは、トランジスタQ39Bよりもオン抵抗が充分低く設定されている。よってノードN32AがHレベルになりトランジスタQ38Bがオンしたとき、ノードN32BはLレベルになる。つまりトランジスタQ38B,Q39Bは、トランジスタQ38Bをドライブ素子、トランジスタQ39Bを負荷素子とし、またノードN32Aを入力端、ノードN32Bを出力端とするレシオ型インバータを構成している。
つまり、上記2つのインバータはループ上に接続されており、フリップフロップ回路を構成している。よってトランジスタQ39A,Q39Bは、当該フリップフロップ回路の出力ノードであるノードN32A,N32Bが高インピーダンス状態でHレベルを保持するときに、リーク電流に起因するそのHレベルの電位低下を補償する役割を担っている。
トランジスタQ40Aは、ノードN31に接続したゲートを有し、ノードN32Aと第1電源端子S1との間に接続されており、トランジスタQ40Bは、ノードN31に接続したゲートを有し、ノードN32Bと第1電源端子S1との間に接続されている。トランジスタQ40A,Q40Bは、それぞれトランジスタQ39A,Q39Bよりもオン抵抗が充分低く設定されている。通常、フリップフロップ回路の2つの出力ノードは、一方がHレベル、他方がLレベルの状態が保持されるが、このプルダウン保持部146においては、ノードN31がHレベルになっている間、トランジスタQ40A,Q40BがオンすることでノードN32A,N32Bの両方が共にLレベルになる。
図22は本実施の形態の単位シフトレジスタSRを4段縦続接続させたものを示しており、より具体的には最前段(第1段目)〜第4段目の単位シフトレジスタSR1〜SR4を示している。最前段の入力端子INにはスタート信号STが入力されており、当該スタート信号STの活性化を切っ掛けに、最前段から順番にゲート線駆動信号G1,G2,G3,G4が順に活性化されるように動作する。
以下、図22に示す単位シフトレジスタSR1〜SR4の動作を詳細に説明する。図23は、その動作を説明するための波形図である。互いに相補な極性制御信号VFR,/VFRは、表示装置の1フレーム毎のブランキング期間にそのレベルが交番する(図23の時刻t1および時刻t7)。ここでも、極性制御信号VFRがHレベルの期間を奇数フレーム、Lレベルの期間を偶数フレームと定義し、また各トランジスタのしきい値電圧は全て等しいものと仮定し、その値をVthとする。
なお図23においては図示の簡単のため、あるクロック信号の立ち下がりタイミング(非活性化タイミング)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(活性化タイミング)とが同時であるように示されている。実際には信号遅延等を考慮し、図24に示すように、各クロック信号の活性期間(Hレベルになる期間)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は所定の間隔Δt(以下「クロック時間間隔」と称す)が設けられる。
図24の時刻t1〜t6は図23に示したものに対応している。図24において、時刻t1〜t6は各クロックの立ち下がりのタイミングに対応しており、その後クロック時間間隔Δt経過したときにその次に活性化するクロック信号が立ち上がる。以下では図23を用い、Δtを無視して説明する。
図22および図23を参照し、時刻t1で奇数フレームになったとする。つまり極性制御信号VFR,/VFRがそれぞれHレベル、Lレベルに変化する。各単位シフトレジスタSRにおいては、制御端子CTA、CTBの電圧が変化することになるが、このときトランジスタQ37A,Q37Bはオフしており、またノードN32A,N32Bのレベルはプルダウン保持部146により保持されているため、ノードN32A,N32Bのレベル変化はない。
このとき奇数段である単位シフトレジスタSR1,SR3においては、ノードN32AはLレベル、ノードN32BはHレベルになっている。逆に偶数段である単位シフトレジスタSR2,SR4では、ノードN32AはHレベル、ノードN32BはLレベルになっている。従って、単位シフトレジスタSR1,SR3では、ゲート線駆動信号出力部141のトランジスタQ32Bがオンしており、それらの第1出力端子OUT(ゲート線駆動信号G1,G3)は電位VSS3のLレベルとなっている。逆に単位シフトレジスタSR2,SR4では、ゲート線駆動信号出力部141のトランジスタQ32Aがオンしており、第1出力端子OUT(シフト信号GS2,GS3)は電位VSS1のLレベルとなっている。
一方、単位シフトレジスタSR1,SR3のシフト信号出力部142ではトランジスタQ32BSがオンしており、第2出力端子OUTS(シフト信号GS1,GS3)は電位VSS1のLレベルとなっている。また単位シフトレジスタSR2,SR4のシフト信号出力部142では、トランジスタQ32ASがオンしており、第2出力端子OUTS(シフト信号GS1,GS3)も電位VSS1のLレベルとなっている。
なお、図23ではシフト信号GS1〜GS4の図示は省略しているが、それらのLレベルの電位は一定値VSS1であり、そのことを除いてそれぞれゲート線駆動信号G1〜G4と同様にレベル遷移することを、ここで言及しておく。
そして時刻t2で、単位シフトレジスタSR1の入力端子INに入力されるスタート信号STがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR1の動作を説明する。スタート信号STがHレベルになると、プルアップ制御部143ではトランジスタQ33がオンする。このときノードN32BがHレベルであるのでトランジスタQ35Bがオンしているが、トランジスタQ33のオン抵抗はトランジスタQ35Bよりも充分低く設定されているため、ノードN31はHレベル(VDD−Vth)になる。以下、各単位シフトレジスタSRにおいてそのノードN31がHレベルの状態を「セット状態」と称する。
単位シフトレジスタSR1のノードN31がHレベルになったことで、そのトランジスタQ36B,Q40Bはオンし、ノードN32BがLレベル(VSS1)になる。ノードN32BがLレベルになるとトランジスタQ38Aがオフになるが、先ほどノードN31がHレベルになったときトランジスタQ36A,Q40Aがオンするので、ノードN32AはLレベルに維持される。このように単位シフトレジスタSR1がセット状態になると、そのノードN32A,N32Bは共にLレベルになり、第1出力端子OUTをプルダウンするトランジスタQ32A,Q32B、並びに第2出力端子OUTSをプルダウンするQ32AS,Q32BSは全てオフの状態になる。
また時刻t2では、単位シフトレジスタSR1のノードN31がHレベルになったことで、そのゲート線駆動信号出力部141ではトランジスタQ31がオンになる。そのため単位シフトレジスタSR1の第1出力端子OUTにはクロック信号CLKG1が供給されるようになる。時刻t2ではクロック信号CLKG1はLレベルであるので、ゲート線駆動信号G1はLレベルのままであるが、その電位はクロック信号CLKG1のLレベルと同じVSS2に変化する。
単位シフトレジスタSR1のシフト信号出力部142では、トランジスタQ31Sがオンになり、第2出力端子OUTSにクロック信号CLKS1が供給されるようになるが、クロック信号CLKS1のLレベルの電位はVSS1であるのでシフト信号GS1のLレベルの電位に変化はない。
時刻t3では、スタート信号STがLレベルになった後、クロック信号CLKG1がHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR1の動作を説明する。単位シフトレジスタSR1のゲート線駆動信号出力部141においては、トランジスタQ31を通して第1出力端子OUTにクロック信号CLKG1のHレベルが伝達される。つまりゲート線駆動信号G1がHレベルになり、ゲート線GL1が活性状態(選択状態)になる。
一方、ゲート線駆動信号出力部142においては、トランジスタQ31Sを通して第2出力端子OUTSにクロック信号CLKS1のHレベルが伝達される。つまりシフト信号GS1がHレベルになる。
なお、スタート信号STがLレベルになった時点でトランジスタQ33はオフしており、このときノードN31はフローティング状態である。そのため第1および第2出力端子OUT,OUTSのレベルが上昇すると、トランジスタQ31,Q31Sのゲート・チャネル間容量および容量素子C31を介する結合により、ノードN31の電位も上昇する。その結果トランジスタQ31,Q31Sは、そのゲート・ソース間電位が大きく保たれ、非飽和領域で動作する。そのためゲート線駆動信号G1のHレベルの電位はクロック信号CLKG1のHレベルと同じVDDとなり、シフト信号GS1のHレベルの電位もクロック信号CLKS1のHレベルと同じVDDとなる。
単位シフトレジスタSR1が出力するシフト信号GS1がHレベルになると、それが入力される単位シフトレジスタSR2の入力端子INがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR2の動作を説明する。時刻t3でシフト信号GS1がHレベルになると、単位シフトレジスタSR2において、トランジスタQ33がオンしてノードN31がHレベルになる(即ち、単位シフトレジスタSR2がセット状態になる)。
この結果、そのトランジスタQ36A,Q40AがオンしてノードN32AがLレベルになり、トランジスタQ32A、Q32ASがオフになる。このときトランジスタQ36B,Q40BもオンしてノードN32BはLレベルに維持され、トランジスタQ32B、Q32BSはオフに維持される。さらにトランジスタQ31,Q31Sがオンとなるので、ゲート線駆動信号G2はクロック信号CLKG2と同じく電位VSS2のLレベルになり、シフト信号GS2はクロック信号CLKS2と同じく電位VSS1のLレベルになる。
続いて、時刻t4でクロック信号CLKG1がLレベル(VSS2)になる。このときの単位シフトレジスタSR1の動作を説明する。単位シフトレジスタSR1のトランジスタQ31はオンしているため、当該トランジスタQ31により第1出力端子OUTが放電され、ゲート線駆動信号G1はクロック信号CLKG1と同じく電位VSS2のLレベルになる。それによりゲート線GL1の選択期間が終了する。このときクロック信号CLKS1もLレベル(VSS1)になるので、第2出力端子OUTSはトランジスタQ31Sにより放電され、シフト信号GS1はLレベル(VSS1)になる。
また時刻t4では、クロック信号CLKG1がLレベルになった後に、単位シフトレジスタSR2の第1クロック端子CK1に供給されるクロック信号CLKG2がHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR2の動作を説明する。単位シフトレジスタSR2のトランジスタQ31はオンしているので、それ通して第1出力端子OUTにクロック信号CLKG2のHレベルが伝達され、ゲート線駆動信号G2がHレベル(VDD)になる。その結果、ゲート線GL2が選択状態になる。またクロック信号CLKS2もHレベルになるので、それがトランジスタQ31Sを通して第2出力端子OUTSに伝達され、シフト信号GS2もHレベル(VDD)になる。
単位シフトレジスタSR2が出力するシフト信号GS2がHレベルになると、それが入力される単位シフトレジスタSR3の入力端子INがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR3の動作を説明する。単位シフトレジスタSR3において、入力端子INがHレベルになるとトランジスタQ33がオンしてノードN31がHレベルになる(即ち、単位シフトレジスタSR3がセット状態になる)。
この結果、トランジスタQ36B,Q40BがオンしてノードN32BがLレベルになり、トランジスタQ32B、Q32BSがオフになる。このときトランジスタQ36A,Q40AもオンしてノードN32AはLレベルに維持され、トランジスタQ32A、Q32ASはオフに維持される。さらにトランジスタQ31,Q31Sがオンとなるので、ゲート線駆動信号G3はクロック信号CLKG3と同じく電位VSS2のLレベルになり、シフト信号GS3はクロック信号CLKS3と同じく電位VSS1のLレベルになる。
時刻t5で、クロック信号CLKG2がLレベル(VSS2)になる。このときの単位シフトレジスタSR2の動作を説明する。単位シフトレジスタSR2のトランジスタQ31はオンしているため、それを通して第1出力端子OUTが放電され、ゲート線駆動信号G2はクロック信号CLKG2と同じく電位VSS2のLレベルになる。それによりゲート線GL2の選択期間が終了する。このときクロック信号CLKS2もLレベル(VSS1)になるので、第2出力端子OUTSはトランジスタQ31Sにより放電され、シフト信号GS2はLレベル(VSS1)になる。
また時刻t5では、クロック信号CLKG2がLレベルになった後、単位シフトレジスタSR3の第1クロック端子CK1に入力されるクロック信号CLKG3がHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR3の動作を説明する。単位シフトレジスタSR3のトランジスタQ31はオンしているので、それを通して第1出力端子OUTにクロック信号CLKG3のHレベルが伝達され、ゲート線駆動信号G3がHレベル(VDD)になる。その結果、ゲート線GL3が選択状態になる。またクロック信号CLKS3もHレベルになるので、それがトランジスタQ31Sを通して第2出力端子OUTSに伝達され、シフト信号GS3もHレベル(VDD)になる。
単位シフトレジスタSR3が出力するシフト信号GS3がHレベルになると、単位シフトレジスタSR4の入力端子INがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR4の動作を説明する。単位シフトレジスタSR4において、入力端子INがHレベルになるとトランジスタQ33がオンしてノードN31がHレベルになる(即ち、単位シフトレジスタSR4がセット状態になる)。
この結果、そのトランジスタQ36A,Q40AがオンしてノードN32AがLレベルになり、トランジスタQ32A、Q32ASがオフになる。このときトランジスタQ36B,Q40BもオンしてノードN32BはLレベルに維持され、トランジスタQ32B、Q32BSはオフに維持される。さらにトランジスタQ31,Q31Sがオンとなるので、ゲート線駆動信号G4はクロック信号CLKG1と同じく電位VSS2のLレベルになり、シフト信号GS4はクロック信号CLKS1と同じく電位VSS1のLレベルになる。
また単位シフトレジスタSR3が出力するシフト信号GS3は、単位シフトレジスタSR1のリセット端子RSTにも入力されているので、時刻t5では単位シフトレジスタSR1のリセット端子RSTがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR1の動作を説明する。単位シフトレジスタSR1では、リセット端子RSTがHレベルになるとトランジスタQ34がオンし、ノードN31が放電されてLレベル(VSS1)になる。以下、各単位シフトレジスタSRにおいてそのノードN31がLレベルの状態を「リセット状態」と称する。ノードN31がLレベルになると、トランジスタQ31,Q31S,Q36A,Q36B,Q40A,Q40Bがオフになる。
またリセット端子RSTがHレベルになったことで、トランジスタQ37A,Q37Bもオンになる。単位シフトレジスタSR1では、第1極性制御端子CTAに極性制御信号VFRが入力され、第2極性制御端子CTBに極性制御信号/VFRが入力されている。奇数フレームでは、極性制御信号VFRがHレベルであり極性制御信号/VFRがLレベルであるので、このとき単位シフトレジスタSR1の制御端子CTAはHレベル(VDD)、第2極性制御端子CTBはLレベルとなっている。よってノードN32Aは、トランジスタQ37Aを通して充電されHレベル(VDD−Vth)になるが、ノードN32BはLレベルのままである。この結果、トランジスタQ32A,Q32BのうちトランジスタQ32Aだけがオンになり、第1出力端子OUTに第1電源端子S1の電位VSS1が供給され、ゲート線駆動信号G1のLレベルの電位はVSS1に変化(下降)する。
このようにノードN32AがHレベル、ノードN32BがLレベルになると、プルダウン保持部146において、トランジスタQ38Aがオフ、トランジスタQ38Bがオンとなる。その結果、トランジスタQ38A,Q38B,Q39A,Q39Bから成るフリップフロップ回路によって、ノードN32AのHレベルおよびノードN32BのLレベルが保持されることになる。
この単位シフトレジスタSR1の状態は、次のフレームで入力端子INに入力される信号(スタート信号ST)がHレベルになるまで(図23の時刻t8まで)の約1フレーム期間継続される。
時刻t6で、クロック信号CLKG3がLレベル(VSS2)になる。このときの単位シフトレジスタSR3の動作を説明する。単位シフトレジスタSR3のトランジスタQ31はオンしているため、それを通して第1出力端子OUTが放電され、ゲート線駆動信号G3はクロック信号CLKG3と同じく電位VSS2のLレベルになる。それによりゲート線GL3の選択期間が終了する。このときクロック信号CLKS3もLレベル(VSS1)になるので、第2出力端子OUTSはトランジスタQ31Sにより放電され、シフト信号GS3はLレベル(VSS1)になる。
また時刻t6では、クロック信号CLKG2がLレベルになった後、再びクロック信号CLKG1がHレベルになる。このとき単位シフトレジスタSR1はリセット状態であり、そのトランジスタQ31,Q31Sはオフしているため、ゲート線駆動信号G1およびシフト信号GS1の電位は変化しない。
一方、単位シフトレジスタSR4はセット状態である。このときの単位シフトレジスタSR4の動作を説明する。単位シフトレジスタSR4では、トランジスタQ31がオンしているため、それを通して第1出力端子OUTにクロック信号CLKG4のHレベルが伝達され、ゲート線駆動信号G4がHレベル(VDD)になる。その結果、ゲート線GL4が選択状態になる。またクロック信号CLKS4もHレベルになるので、それがトランジスタQ31Sを通して第2出力端子OUTSに伝達され、シフト信号GS4もHレベル(VDD)になる。
単位シフトレジスタSR4が出力するシフト信号GS4は、不図示の単位シフトレジスタSR5の入力端子INに入力される。よってシフト信号GS4がHレベルになる時刻t6では、時刻t2における単位シフトレジスタSR1、あるいは時刻t4における単位シフトレジスタSR3と同様の動作により、単位シフトレジスタSR5がセット状態になる。
またシフト信号GS4は、単位シフトレジスタSR2のリセット端子RSTにも入力されているので、時刻t6では単位シフトレジスタSR2のリセット端子RSTがHレベルになる。このときの単位シフトレジスタSR2の動作を説明する。単位シフトレジスタSR2では、リセット端子RSTがHレベルになるとトランジスタQ34がオンし、ノードN31が放電されてLレベル(VSS1)になる(つまり単位シフトレジスタSR2がリセット状態になる)。ノードN31がLレベルになると、トランジスタQ31,Q31S,Q36A,Q36B,Q40A,Q40Bがオフになる。
またリセット端子RSTがHレベルになったことで、トランジスタQ37A,Q37Bもオンになる。単位シフトレジスタSR2では、第1極性制御端子CTAに極性制御信号/VFRが入力され、第2極性制御端子CTBに極性制御信号VFRが入力されているので、このとき単位シフトレジスタSR2の制御端子CTAはLレベル、第2極性制御端子CTBはHレベルとなっている。よってノードN32AはLレベルのままであるが、ノードN32Bは、トランジスタQ37Bを通して充電されHレベル(VDD−Vth)になる。この結果、トランジスタQ32A,Q32BのうちトランジスタQ32Bだけがオンになり、第1出力端子OUTに第3電源端子S3の電位VSS3が供給され、ゲート線駆動信号G3のLレベルの電位はVSS3に変化(上昇)する。
このようにノードN32AがLレベル、ノードN32BがHレベルになると、プルダウン保持部146において、トランジスタQ38Aがオン、トランジスタQ38Bがオフとなる。その結果、トランジスタQ38A,Q38B,Q39A,Q39Bから成るフリップフロップ回路によって、ノードN32AのLレベル、ノードN32BのHレベルが保持されることになる。
この単位シフトレジスタSR2の状態は、次のフレームで入力端子INに入力される信号(シフト信号GS1)がHレベルになるまで(図23の時刻t9まで)の約1フレーム期間継続される。
以降、奇数フレームでは、単位シフトレジスタSR5〜SRmにおいても、上で説明した単位シフトレジスタSR1〜SR4と同様の動作が行われる。
その結果、単位シフトレジスタSR1〜SRmから、クロック信号CLKG1〜CLKG3,CLKS1〜CLKS3に同期して、ゲート線駆動信号Gおよびシフト信号GSが順番に(単位シフトレジスタSR1,SR2,…,SRmの順)活性化される。但し、奇数段のゲート線駆動信号G1,G3,G5,…においては、その活性期間(Hレベルの期間)の後にLレベルの電位下降(VSS2からVSS1への変化)が生じる。また偶数段のゲート線駆動信号G2,G4,G6,…においては、その活性期間の後にLレベルの電位上昇(VSS2からVSS3への変化)が生じる。
そして偶数フレームに移行するとき、時刻t7で極性制御信号VFRがLレベル、極性制御信号/VFRがHレベルに切り換わる。このとき各単位シフトレジスタSRのノードN32A,N32Bのレベルは、プルダウン制御信号保持部146により保持されているので、ゲート線駆動信号G1〜Gnのレベル変化はない。
先に述べたように、単位シフトレジスタSR1におけるノードN32AのHレベル、ノードN32BのLレベルは、次の偶数フレームでスタート信号STがHレベルになる時刻t8まで保持される。この状態は、上記時刻t3の前の単位シフトレジスタSR2と同じ状態である。従って時刻t8以降の単位シフトレジスタSR1の動作は、上で説明した時刻t3以降の単位シフトレジスタSR2と同様になる。
従って図23の如く、ゲート線駆動信号G1は、次にクロック信号CLKG1がHレベルになる時刻t9でHレベル(VDD)になり、クロック信号CLKG1がLレベルになる時刻t10でLレベル(VSS2)になる。そして単位シフトレジスタSR3が出力するシフト信号GS3がHレベルになる時刻t11で、ゲート線駆動信号G1のLレベルの電位はVSS2からVSS3へと変化(上昇)する。
一方、単位シフトレジスタSR2におけるノードN32AのLレベル、ノードN32BのHレベルは、次の偶数フレームでシフト信号GS1がHレベルになる時刻t9まで保持される。この状態は、上記時刻t2の前の単位シフトレジスタSR1と同じ状態である。従って時刻t9以降の単位シフトレジスタSR2の動作は、上で説明した時刻t2以降の単位シフトレジスタSR1と同様になる。
従って図23の如く、ゲート線駆動信号G2は、次にクロック信号CLKG2がHレベルになる時刻t10でHレベル(VDD)になり、クロック信号CLKG2がLレベルになる時刻t11でLレベル(VSS2)になる。そして単位シフトレジスタSR4が出力するシフト信号GS4がHレベルになる時刻t12で、ゲート線駆動信号G2のLレベルの電位はVSS2からVSS1へと変化(下降)する。
このように、偶数フレームの場合には奇数フレームの場合に対して、偶数段と奇数段とで単位シフトレジスタSR内部の動作が入れ代わることになる。つまり、偶数フレームでも、単位シフトレジスタSR1,SR2,…,SRmがこの順にゲート線駆動信号Gおよびシフト信号GSを活性化させることには変わりはないが、奇数段のゲート線駆動信号G1,G3,G5,…には、その活性期間の後にLレベルの電位上昇(VSS2からVSS3への変化)が生じ、偶数段のゲート線駆動信号G2,G4,G6,…には、その活性期間の後に、Lレベルの電位下降(VSS2からVSS1への変化)が生じる。
以下、画素の容量結合駆動の作用・効果について説明する。ここでは図19に示すゲート線GL1に注目する。奇数フレームにおけるゲート線駆動信号G1の活性期間(図23の時刻t3〜時刻t4)では、画素P11〜P1rそれぞれの画素スイッチ素子(以下「画素トランジスタ」)26がオンになり、データ線DL1〜DLmから画素P11〜P1rの各画素電極Npに表示信号(表示データ)が書き込まれる。本実施の形態では、奇数フレームにおける画素P11〜P1rの各画素電極Npには、正極性の表示データVD(+)が書き込まれる。画素P11〜P1rの保持容量素子27それぞれの一端はゲート線GL2に接続されており、図23の如く、このときのゲート線GL2(ゲート線駆動信号G2)は電位VSS2のLレベルとなっている。
そして時刻t4で画素P11〜P1rの画素電極Npへの書き込みが終わり、ゲート線駆動信号G1が電位VSS2のLレベルになると、画素P11〜P1rそれぞれの画素トランジスタ26がオフになり、画素P11〜P1rの画素電極Npはデータ線DL1から分離され、フローティング状態になる。
時刻t4では、続いてゲート線駆動信号G2が電位VDDのHレベルになる。画素P11〜P1rの画素電極Npは保持容量素子27を介してデータ線DL2と容量結合しているため、ゲート線駆動信号G2の電位が上昇すると、その上昇分が所定の比率(画素電極Npに付随する寄生容量値と保持容量素子27の容量値との比で決まる)で画素P11〜P1rの画素電極Npの電位を上昇させる。
時刻t5で、ゲート線駆動信号G2が電位VSS2のLレベルに戻る。ゲート線駆動信号G2の電位の下降の大きさは、上記時刻t4におけるゲート線駆動信号G2の上昇の大きさと同じであるので、画素P11〜P1rの画素電極Npのレベルはデータ書き込み時のレベルに戻る。このように時刻t4〜t5の間、画素P11〜P1rの画素電極Npの画素電極の電位が上昇するが、液晶素子28の応答速度はそれほど速くないため、このような短期間(1H)の電位変化は画面表示には影響しない。
そして時刻t6で、ゲート線駆動信号G2のLレベルの電位がVSS2からVSS3に上昇すると、この上昇分が所定の比率で画素P11〜P1rの画素電極Npの電位を上昇させる。このとき画素P11〜P1rの画素電極Npに書き込まれているのは正極性の表示データVD(+)であるので、画素P11〜P1rの画素電極Npの電位が上昇することにより表示信号は増幅されることになる。その後は次のフレームまでゲート線駆動信号G2の電位は変化しないので、画素P11〜P1rの画素電極Npのレベルは、データ書き込み時よりも所定の電位だけ高く維持される。
そして次のフレーム(偶数フレーム)におけるゲート線駆動信号G1の活性期間(時刻t9〜時刻t10)においては、データ線DL1〜DLmから画素P11〜P1rの各画素電極Npに、負極性の表示データVD(−)が書き込まれる。図23の如く、このときのゲート線GL2(ゲート線駆動信号G2)は電位VSS2のLレベルとなっている。
そして時刻t10で画素P11〜P1rの画素電極Npへの書き込みが終わり、ゲート線駆動信号G1が電位VSS2のLレベルになると、画素P11〜P1rそれぞれの画素トランジスタ26がオフになり、画素P11〜P1rの画素電極Npはデータ線DL1から分離され、フローティング状態になる。また時刻t10では、続いてゲート線駆動信号G2が電位VDDのHレベルになる。このゲート線駆動信号G2の電位上昇分は、所定の比率で画素P11〜P1rの画素電極Npの電位を上昇させる。
時刻t11で、ゲート線駆動信号G2が電位VSS2のLレベルに戻る。ゲート線駆動信号G2の電位の下降の大きさは、上記時刻t10におけるゲート線駆動信号G2の上昇の大きさと同じであるので、画素P11〜P1rの画素電極Npのレベルはデータ書き込み時のレベルに戻る。
そして時刻t12で、ゲート線駆動信号G2のLレベルの電位がVSS2からVSS1に下降すると、この下降分が所定の比率で画素P11〜P1rの画素電極Npの電位を下降させる。このとき画素P11〜P1rの画素電極Npに書き込まれているのは負極性の表示データVD(−)であるので、画素P11〜P1rの画素電極Npの電位が下降することにより表示信号は増幅されることになる。その後は次のフレームまでゲート線駆動信号G2の電位は変化しないので、画素P11〜P1rの画素電極Npのレベルは、データ書き込み時よりも所定の電位だけ低く維持される。
ここでは代表的にゲート線GL1を用いて駆動される画素P11〜P1rの容量結合駆動について説明したが、それ以外の画素Pについても同様の動作が行われる。
以上のように、画素の容量結合駆動を行うことによって、表示信号の増幅効果が得られるので、データ線(ソース線)に供給する表示信号の振幅を小さくすることができ、データ線で消費される電力を低減させることができる。
なお上での説明は省略したが、ダミーシフトレジスタSRm+1は、単位シフトレジスタSR1〜SRmとほぼ同様な動作を行う。つまりその第2出力端子OUTSから出力されるシフト信号GSm+1は、2段前段の単位シフトレジスタSRm-1をリセット状態にするのに用いられ、第1出力端子OUTから出力される駆動信号Gm+1は、画素Pm1〜Pmrの容量結合駆動に用いられる。
またダミーシフトレジスタSRm+2は、専らダミーシフトレジスタSRm+2をリセット状態にする目的で設けられている。そのためダミーシフトレジスタSRm+2は第2出力端子OUTSからシフト信号GSm+2を出力できればよく、そのシフト信号GSm+2はダミーシフトレジスタSRm+1のリセット端子に入力される。よって、ダミーシフトレジスタSRm+2は、第1出力端子OUTおよびそのLレベルの電位を決定するための第1および第2極性制御端子CTA,CTBを有する必要はない。本実施の形態のダミーシフトレジスタSRm+2ではそれらが省略されている。
このように本実施の形態の単位シフトレジスタによれば、画素の容量結合駆動を行うことが可能であり、且つ全て同一導電型のトランジスタのみで構成することができる。そのため、当該単位シフトレジスタを用いて構成したゲート線駆動回路を画素と同一の基板上に形成する場合における製造工程数を抑えることができる。その結果、容量結合駆動による画像表示装置の低消費電力化に加え、低コスト化およびゲート線駆動回路の占有面積の縮小化に寄与できる。
なお図21の回路において、トランジスタQ36A,Q40Aは、ゲート、ソースおよびドレインの全てが共通であるので、そのどちらかを省略してもよい。同様にトランジスタQ36B,Q40Bは、ゲート、ソースおよびドレインの全てが共通であるので、そのどちらかを省略してもよい。図21においては、第1および第2プルダウン制御部144,145並びにプルダウン保持部146それぞれの機能の説明を容易にする目的で、トランジスタQ36A,Q40Aの両方、およびトランジスタQ36B,Q40Bの両方を備える構成を示した。
また本実施の形態では、各画素Pの画素電極Npは、その画素Pに対応するゲート線GLの次段のゲート線GLに保持容量素子27を介して容量結合されている。つまり各画素Pの容量結合駆動は、その次段のゲート線GLを駆動するゲート線駆動信号Gを用いて行われる。よって第1行目の画素ラインは、他の画素Pの容量結合駆動には用いられない。従って、ゲート線駆動信号G1のLレベルの変化のLレベルは一定電位であってもよい。
さらに本実施の形態では、各画素の容量結合駆動(画素電極Npに書き込まれた表示信号のレベル変化)を行うタイミングを、その2段後段のゲート線GLが活性化されるときとした。つまり、各単位シフトレジスタSRのリセット端子RSTに入力される信号を、自己の2段後段のシフト信号GSとした。しかし容量結合駆動のタイミングはそれに限られない。当該タイミングは、画素の画素電極Npに表示信号を書き込み、画素トランジスタ26がオフになった後であればよいので、3段以上後段のゲート線GLが活性化するタイミングであってもよい。
例えば、3段後段のゲート線GLが活性化されるタイミングでもよく、その場合には各単位シフトレジスタSRのリセット端子RSTには、自己の3段後段のシフト信号GSを入力させればよい。但しその場合、本実施の形態のように多段のシフトレジスタを3相のクロック信号(クロック信号CLKG1〜CLKG3およびクロック信号CLKS1〜CLKS3)を用いて駆動すると、単位シフトレジスタSRのリセット端子RSTがHレベルになるのと同時(即ちトランジスタQ31,Q31Sが完全にオフする前)に第1クロック端子CK1のクロック信号が活性化されるため、ゲート線駆動信号Gおよびシフト信号GSに誤信号が生じる。よってこの場合には、多段の単位シフトレジスタSRを4相以上のクロック信号を用いて駆動する必要がある。つまり、各画素の容量結合駆動を、そのn段後のゲート線GLが活性化されるタイミングで行う場合には、n+1相以上のクロック信号が必要となる。クロック信号の数を増加させる場合、外部入力端子の数や、クロック配線の形成面積が増大することに留意すべきである。
<実施の形態8>
実施の形態8では、本発明をコモン交流駆動を行う表示装置に適用した例を示す。図25は実施の形態8に係る液晶表示装置である表示装置10Eの構成を示す概略ブロック図である。当該表示装置10Eは、コモン電極(共通電極)の電位を交流的に変化させるコモン交流駆動を行う。
実施の形態8では、本発明をコモン交流駆動を行う表示装置に適用した例を示す。図25は実施の形態8に係る液晶表示装置である表示装置10Eの構成を示す概略ブロック図である。当該表示装置10Eは、コモン電極(共通電極)の電位を交流的に変化させるコモン交流駆動を行う。
本実施の形態では図25のように、液晶アレイ部15の片側(左側)にゲート線駆動回路11が配設され、もう片側(右側)に共通電極線駆動回路13が配設されている。これらゲート線駆動回路11並びに共通電極線駆動回路13は共に、画素25と同様に絶縁基板上に形成したTFTを用いて構成されている。
このゲート線駆動回路11と共通電極線駆動回路13の配置は一例を示しており、例えばゲート線駆動回路11と共通電極線駆動回路13を一体化させて、液晶アレイ部15の片側のみ(左側あるいは右側のみ)に配設してもよい。ゲート線駆動回路11と共通電極線駆動回路13を一体化した回路(一体化回路)を使用する場合、一体化回路の単位回路のピッチが画素25のピッチよりも大きくなるときには、一体化回路を液晶アレイ部15の両側に配設し、例えば奇数行の画素を左側の一体化回路で駆動し、偶数行の画素を右側の一体化回路で駆動するとよい。
本実施の形態のゲート線駆動回路11の基本的な動作は、実施の形態1で図4に示したものと同様である。但し、図25のゲート線駆動回路11には、最後段(第m段目)に続けてさらに1段のダミーシフトレジスタSRm+1が設けられている。ダミーシフトレジスタSRm+1の出力信号Gm+1はゲート線GLを駆動しないが、通常のゲート線駆動信号G1〜Gmと同質の信号であるので、「駆動信号Gm+1」と称する。また図25の駆動制御回路110(レベルシフタ111を含む)は、図4に示したものと同様のものでよい。
液晶アレイ部15の各画素25は、実施の形態1と同様に、ゲート線GLとデータ線DLとの交点近傍に配設されている。図25では、第1行、第2行および最終行のゲート線GL1,GL2,GLmと、第1列および第2列のデータ線DL1、DL2と、それらの交点に配設された6つの画素25とを代表的に示している。また本実施の形態では、共通電極線COML1,COML2,…,COMLm(総称「共通電極線COML」)が、それぞれゲート線GL1,GL2,…,GLmに平行に配設される。これら共通電極線COML1,COML2,…,COMLmは、共通電極線駆動回路13が生成する共通電極線駆動信号COM1,COM2,…,COMm(総称「共通電極線駆動信号COM」)によってそれぞれ駆動される。なお図25ではゲート線GL1,GL2,GLmにそれぞれ対応した共通電極線COML1,COML2,COMLmを代表的に図示している。
各画素25の構成は、図2に示したものとほぼ同じであるが、液晶素子28の一端である共通電極Ncが、共通電極線COMLに接続される点で異なっている。即ち、本実施の形態の画素25では、液晶素子28は、画素電極Npと共通電極線COMLとの間に接続される。
なお図25の画素25では、保持容量素子27も液晶素子28と同様に画素電極Npと共通電極線COMLとの間に接続しているが、これはレイアウト設計上の観点によるものである。コモン交流駆動は、液晶素子28の一端である共通電極Nc(図2参照)の電位を変化させることで、当該液晶素子28にかかる電圧を調整する技術である。従って、保持容量素子27の一端(図2の保持電極Nh)は、必ずしも共通電極線COMLに接続する必要は無く、例えば所定のインピーダンスを有する定電位源に接続させてもよい。この場合、共通電極線COMLに保持容量素子27が接続しない分、共通電極線駆動回路13の負荷容量を低減することができる。但し、保持電極Nhを上記定電圧源に接続させるための配線が別途が必要となる。
また本実施の形態に係る表示装置10Eもまた、本発明に係る分周回路20(図7)を備えており、当該分周回路20は、スタート信号STの2倍の周期を有する極性制御信号VFR,/VFRを共通電極線駆動回路13へと出力する。
共通電極線駆動回路13は、所定のタイミングで共通電極線COML(共通電極線駆動信号COM)それぞれのレベルを変化させることにより、コモン交流駆動を行う。上記のとおりコモン交流駆動においては、一定周期で反転する表示データ信号の極性に対応させてコモン電極の電位を変化させる必要がある。よって共通電極線駆動回路13は、各共通電極線COMLのレベル(極性)を、それに対応する画素25に書き込まれる表示データ信号Dの極性に応じて変化させる必要がある。
上記の特許文献4にも示されるように、コモン交流駆動においてもゲートライン反転駆動およびフレーム反転駆動が可能である。例えば図25の表示装置10Eにおいて、奇数行と偶数行とで画素に書き込む表示データ信号Dの極性を反対にし、それをフレーム毎に反転させればゲートライン反転駆動となる。この場合、共通電極線駆動回路13は、各共通電極線COMLのレベルの極性を、表示データ信号Dの極性に応じて奇数行と偶数行とで反対になるように制御する。一方、全ての行の画素で書き込む表示データ信号Dを揃え、それをフレーム毎に反転させればフレーム反転駆動となる。この場合、各共通電極線COMLのレベル変化の方向も全て揃えられる。本実施の形態では、本発明をゲートライン反転駆動方式のコモン交流駆動、即ち、ライン毎独立コモン交流駆動に適用した場合について説明する。
共通電極線駆動回路13は、画素25と同じ絶縁基板上に形成することを容易にするために、画素トランジスタ26と同一の導電型のトランジスタのみを用いて構成されることが望ましい。例えば、上記の特許文献3の図4及び図5に、同一導電型のトランジスタのみで形成されライン毎独立コモン交流駆動を行う駆動回路(共通電極線駆動回路13の単位回路に相当)およびその動作波形図が示されている。
同図4の駆動回路の出力信号OUTは、対応するゲート線が活性化される1H(水平周期)前、即ち対応する画素に表示データ信号が書き込まれる1H前に、そのレベルが変化して、共通電極CMの電圧を設定するものである。当該出力信号OUTは、正極性のHレベル(VCOMH)または負極性のLレベル(VCOML)をとる信号であり、そのレベルはフレーム毎に交番する。そのとき各出力信号OUTが何れのレベルになるかは、対応する画素に書き込まれる表示データ信号の極性に応じて設定される。具体的には、対応する画素に書き込まれる表示データ信号Dが正極性のときはLレベル(VCOML)にされ、負極性のときはHレベル(VCOMH)にされる。そうすることにより、画素に表示データ信号が書き込まれたときに液晶素子にかかる電圧が大きくなるので、表示データ信号の振幅を小さくすることができる。
特許文献3の図4の出力信号OUTのレベルは、同図に示す交流化信号M、MBに制御されている。この交流化信号M、MBは、互いに相補な信号であり、且つ前後するフレーム期間で逆のレベルをとるものである。すなわち、交流化信号M、MBに代えて、本発明に係る分周回路20が出力する極性制御信号VFR,/VFR(スタート信号STの2倍周期の信号)を用いることができる。そうすることにより、外部より交流化信号M、MBを供給する必要が無く、同一導電型のトランジスタのみで構成されたライン毎独立コモン交流駆動方式の表示装置を実現することができる。
なお特許文献3の形態では、その図5や図15に示されるように、ライン毎独立コモン交流駆動に用いられる交流化信号M、MBを2H周期で活性化する繰り返し信号とすることにより、共通電極のレベルを画素ライン毎に反転させている(交流化信号M、MBは、前後するフレームでゲート線駆動信号に対する位相が反転することによって、逆のレベルをとっている)。つまり、特許文献3の手法では、全ての単位回路として同図4の回路をそのまま用いれば、出力信号OUTのレベルが画素ライン毎(共通電極CM毎)に反転し、ライン毎独立コモン交流駆動が実現される。
しかし交流化信号M,MBに代えて極性制御信号VFR,/VFRを用いる場合、それら極性制御信号VFR,/VFRはフレーム毎にしか反転しないので、画素ライン毎に極性を逆にしてコモン交流駆動を行うには、若干の回路変更が必要である。即ち、画素ライン毎(共通電極CM毎)に、同図4の回路に供給する極性制御信号VFR,/VFR(交流化信号M,MB)を逆にする、あるいは電圧VCOMH,VCOMLを逆にするなどして、極性制御信号VFR,/VFRが変化せずとも出力信号OUTのレベルが画素ライン毎に逆になるようにする必要がある。特許文献3の交流化信号M,MBを用いる場合と、本発明に係る極性制御信号VFR,/VFRを用いる場合とでは、レベル変化の周期が長い(周波数が低い)分、極性制御信号VFR,/VFRを用いた場合の方が消費電力の削減を図ることができる。
なお、フレーム反転駆動の場合には、全ての共通電極CMの極性は揃えられるので、極性制御信号VFR,/VFRを用いた場合でも、全ての共通電極CMに対応する単位回路として同図4の回路をそのまま用いればよい。
<実施の形態9>
上記したように、特許文献3には、共通電極線駆動回路13に適用可能な単位回路の例が示されているが、実施の形態9においては、本発明者が考案した共通電極線駆動回路13について説明する。ここでも、ライン毎独立コモン交流駆動に適用した例について説明する。
上記したように、特許文献3には、共通電極線駆動回路13に適用可能な単位回路の例が示されているが、実施の形態9においては、本発明者が考案した共通電極線駆動回路13について説明する。ここでも、ライン毎独立コモン交流駆動に適用した例について説明する。
図26および図27は、共通電極線COMLの駆動(コモン交流駆動)を行うための共通電極線駆動回路13の構成を説明するための回路図である。共通電極線駆動回路13は、共通電極線COMLのそれぞれを駆動する複数の単位回路から成っている。図26は奇数番目の画素ライン(奇数行)に接続する共通電極線COMLを駆動する単位回路であり、図27は偶数番目の画素ライン(偶数行)に接続する共通電極線COMLを駆動する単位回路である。図26及び図27から分かるように、共通電極線駆動回路13の単位回路は、実施の形態4の容量線駆動回路12の単位回路(図14及び図15)と同じ構成の回路で実現できる。
図25に示したように、共通電極線駆動回路13は、ゲート線駆動信号G1〜Gm、クロック信号CLK,/CLK、極性制御信号VFR,/VFRが入力され、それらの信号に基づいて共通電極線COMLを駆動するための共通電極線駆動信号COM1〜COMmを生成する。共通電極線駆動回路13には、電源電位として、高電位側電源電位VDDおよび低電位側電源電位VSSの他に、共通電極線駆動信号COMのHレベル、Lレベルをそれぞれ規定する電位VCOMH,VCOMLが供給される。
以下では、奇数行のゲート線駆動信号(G1,G3,…,Gn,…)はクロック信号CLKに同期して活性化し、偶数行のゲート線駆動信号(G2,G4,…,Gn-1,…)はクロック信号/CLKに同期して活性化するものと仮定する。そして図26及び図27の如く、奇数行の単位回路のクロック端子CK300にはクロック信号CLKが入力され、偶数行の単位回路のクロック端子CK300にはクロック信号/CLKが入力されているものとして説明する。
まず奇数行の単位回路について説明する。図26には、代表的に第n行目(nは奇数)の単位回路が示されている。
図26に示すように、当該単位回路は、同一導電型のトランジスタのみを用いて構成されており、共通電極線駆動信号COMnの極性を決定するための極性切換回路と、極性切換回路からの極性切換信号PC,/PCのレベルを保持し、それらのレベルを1フレーム間低インピーダンスで保持するためのレベル保持回路と、当該極性切換信号PC,/PCをより高い駆動能力を持つ共通電極線駆動信号COMnに変換して出力する出力回路とから成っている。ここでは図25の画素25と同様にN型トランジスタを用いて構成した例を示しているが、もちろんP型トランジスタを用いて構成することも可能である。
図26の如く当該単位回路の出力回路は、共通電極線駆動信号COMnの出力端子OUT300に、共通電極線駆動信号COMnのHレベルの電位VCOMHを供給するトランジスタQ309と、当該出力端子OUT300に、共通電極線駆動信号COMnのLレベルの電位VCOMLを供給するトランジスタQ310とを備えている。即ち、トランジスタQ309は、電位VCOMHが供給される電源端子S304と出力端子OUT300との間に接続し、トランジスタQ310は、電位VCOMLが供給される電源端子S303と出力端子OUT300との間に接続している。トランジスタQ309のゲート、及びトランジスタQ310のゲートが接続するノードをそれぞれノードN301,N302と定義する。
極性切換回路は、入力端子IN301に入力されるゲート線駆動信号Gn-1に応じて、ノードN301,N302にそれぞれ極性制御信号VFR,/VFRを供給するものである。極性切換回路は、極性制御信号VFRが入力される入力端子IN302とノードN301との間に接続したトランジスタQ301と、極性制御信号/VFRが入力される入力端子IN103とノードN302との間に接続したトランジスタQ302とから成っており、それらトランジスタQ301,Q302のゲートは共に、ゲート線駆動信号Gn-1が入力される入力端子IN301に接続される。
ゲート線駆動信号Gn-1は、当該第n行の単位回路に対応するゲート線GLnの1つ前の行であるゲート線GLn-1を駆動する信号である。ここでは入力端子IN301に入力する信号として、容易に取得可能なゲート線駆動信号Gn-1を用いているが、それと同じタイミングで活性化し、且つ所定の電位レベルを有する信号であれば他の信号を用いてもよい。
トランジスタQ301を介してノードN301に供給される極性制御信号VFRに対応した信号が上記の極性切換信号PCとなり、トランジスタQ302を介してノードN302に供給される極性制御信号/VFRに対応した信号が上記の極性切換信号/PCとなる。極性制御信号VFR,/VFRは互いに相補な信号であるので、極性切換信号PC,/PCも互いに相補な信号となる。
当該極性切換信号PC,/PCのレベルを保持するレベル保持回路は、原理的にはフリップフロップ(ラッチ)である。図26の如く、レベル保持回路は、6つのトランジスタQ303〜Q308と2つの容量素子C301,C302とから成っている。トランジスタQ303は、ノードN301と低電位側電源電位VSSが供給される電源端子S1との間に接続し、そのゲートはノードN302に接続される。トランジスタQ304は、ノードN302と電源端子S1との間に接続し、そのゲートはノードN301に接続される。
トランジスタQ305は、高電位側電源電位VDDが供給される電源端子S2とノードN301との間に接続し、トランジスタQ306は、第2電源端子S2とノードN302との間に接続する。トランジスタQ305のゲートが接続するノードを「ノードN303」、トランジスタQ306のゲートが接続するノードを「ノードN304」と定義する。ノードN303は、容量素子C301を介してクロック信号CLKが入力されるクロック端子CK300に接続され、ノードN304は容量素子C302を介してクロック端子CK300に接続される。
トランジスタQ307は、ノードN303とノードN301との間に接続し、トランジスタQ308は、ノードN304とノードN302との間に接続する。これらトランジスタQ307,Q308のゲートは共に電源端子S2に接続される。
例えばこのレベル保持回路が、ノードN301(極性切換信号PC)がHレベル、ノードN302(極性切換信号/PC)がLレベルの状態を保持する場合、トランジスタQ303はオフ、トランジスタQ304はオンとなる。このときノードN303はトランジスタQ307を通して充電されてHレベルになり、ノードN304はトランジスタQ308を通して放電されてLレベルになる。その結果、トランジスタQ305がオンし、トランジスタQ306がオフになる。それにより、極性切換信号PCのHレベル、極性切換信号/PCのLレベルは維持される。
なお、このときノードN301,N303の両方がHレベルであるのでトランジスタQ307はオフであり、ノードN303はフローティング状態でHレベルに維持されている。そのためクロック信号CLKがHレベルになるとき、容量素子C301を介した結合によりノードN303が昇圧され、トランジスタQ305は非飽和領域でオンになる。その結果、極性切換信号PCは電源端子S2と同じ電位VDDのHレベルで維持されることとなる。
一方、ノードN304の電位も、クロック信号CLKがHレベルになるときに容量素子C302を介した結合によって上昇しようとする。しかしトランジスタQ308,Q304がオンしているため、ノードN304の電位上昇は瞬時的であり、ほぼLレベルに保たれる。つまりトランジスタQ306がオフをほぼ維持するので、トランジスタQ304,Q306を通しての貫通電流は殆ど流れない。
なお、上記のノードN304の瞬時的な電位上昇は、トランジスタQ304,Q308のオン抵抗値と容量素子C302の容量値を適切に設定すれば小さくでき、より確実にトランジスタQ306にオフ状態を維持させることができる。
逆に当該単位回路が、レベル保持回路がノードN301(極性切換信号PC)がLレベルでノードN302(極性切換信号/PC)がHレベルの状態を保持する場合には、トランジスタQ303がオン、トランジスタQ304がオフになる。そしてノードN304がHレベルになり、トランジスタQ306はオンして極性切換信号/PCをHレベルに維持する。またクロック信号CLKの立ち上がり時には、ノードN304が昇圧されてトランジスタQ306が非飽和領域でオンするので、極性切換信号/PCは電位VDDのHレベルになる。一方、ノードN303はLレベルにほぼ維持され、トランジスタQ305がオフをほぼ維持するため、トランジスタQ305,Q303を通しての殆ど貫通電流は流れない。
このように、図26の単位回路が備えるレベル保持回路においては、電力を殆ど消費することなく、Hレベルを維持する側のノードのみがプルアップされ、Lレベルを維持する側のノードはプルアップされない、選択的なプルアップ動作が行われる。
次に、共通電極線駆動回路13の偶数行の単位回路について説明する。図27には、代表的に第n+1行目(nは奇数)の単位回路が示されている。
図27に示すように、偶数行の単位回路の構成は奇数行の単位回路(図26)とほぼ同じであるが、偶数行の共通電極線駆動信号COMn+1は奇数行の共通電極線駆動信号COMnに対して反転したレベルにする必要があるため、図26に対し、トランジスタQ309,Q310のゲートの接続が互いに交換されている。あるいは、回路構成は図26から変更せずに、入力端子IN302,IN303に入力させる極性制御信号VFR,/VFRを入れ替えたものを偶数行の単位回路としてもよい(図示は省略する)。また、クロック端子CK300にはクロック信号/CLKを入力する。
なお、図26及び図27のクロック端子CK300に入力される信号は、一定周期で交番する繰り返し信号であれば、クロック信号CLK,/CLK以外のものを用いてもよい。上記のように、クロック端子CK300に入力されるクロック信号は、一定周期でトランジスタQ305(またはQ306)を非飽和領域でオンさせるために用いられており、それによってリーク電流によるノードN301(またはN302)のHレベルの電位低下が補償される。このリーク電流の補償を充分に行うことができる範囲であれば、より周波数の低いクロック信号を用いてもよく、それにより消費電力の低減を図ることができる。但し、クロック端子CK300に入力されるクロック信号は、その活性期間が入力端子IN301に入力される信号の活性期間と重ならないものが好ましい。
ここでは奇数行のゲート線駆動信号(G1,G3,…,Gn,…)はクロック信号CLKに同期して活性化し、偶数行のゲート線駆動信号(G2,G4,…,Gn-1,…)はクロック信号/CLKに同期して活性化するものと仮定しているので、奇数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号CLKを入力し、偶数行の単位回路のクロック端子CK100にはクロック信号/CLKを入力した。
続いて、本実施の形態に係る共通電極線駆動回路13の動作について説明するが、ここでも説明の簡単のため、各トランジスタのしきい値電圧は全て同じ値Vthであると仮定する。また共通電極線駆動回路13の低電位側電源電位VSSを基準電位とし、極性制御信号VFR,/VFRのHレベルは電源端子S2に供給される電位VDDに等しく、Lレベルは電位VSSに等しいものとする。さらに、クロック信号CLK,/CLKのHレベルの電位もVDDであり、Lレベルの電位もVSSであるとする。
なお上記したように、電源端子S303,S304に供給される電位VCOML,VCOMHは、それぞれ共通電極線駆動信号COMのLレベル及びHレベルの電位を規定するためのものである。共通電極線駆動信号COMは、容量結合によって画素電極に一定の電位変化を与えるものであるので、電位VCOMH,VCOMLは、その電位差(共通電極線駆動信号COMの振幅)が画素電極に与える電位変化分に等しく、且つトランジスタQ309、Q310が非飽和領域で動作する範囲のものであればよい。
図28は、当該共通電極線駆動回路13の動作を示す信号波形図である。実施の形態1で説明したように、極性制御信号VFR,/VFRは図25の分周回路20で生成される互いに相補な信号であり、スタート信号STの2倍周期を有している。図9に示したように、極性制御信号VFR,/VFRは最終行のゲート線GLmを駆動するゲート線駆動信号Gmの次に出力される駆動信号Gm+1の立ち上がり時にレベルが交番する。つまり極性制御信号VFR,/VFRは、表示装置の1フレーム毎のブランキング期間にレベルが交番する。ここでも、極性制御信号VFRがHレベルの期間を「奇数フレーム」、Lレベルの期間を「偶数フレーム」と定義する。
以下、本実施の形態に係る共通電極線駆動回路13の動作を説明する。まず奇数行の単位回路の動作を説明するが、ここでも第n行目の単位回路(図26)の動作を代表的に説明する。
図28を参照し、ブランキング期間内の時刻t1で、極性制御信号VFR,/VFRがそれぞれHレベル、Lレベルに変化して奇数フレームになると、入力端子IN302が電位VDDに、入力端子IN303が電位VSSにそれぞれ設定される。ノードN301〜N304、及び出力端子OUT300のレベルは直前フレーム期間の動作で決まり、ここではノードN301,N303および出力端子OUT300はLレベル、ノードN302、N304はHレベルとなっている。
時刻t2において、対応するゲート線GLnの1つ前の行に対応するゲート線GLn-1を駆動するゲート線駆動信号Gn-1がHレベルになる。応じてトランジスタQ301,Q302がオンになり、ノードN301,N302に極性制御信号VFR,/VFRのレベルが供給される。より詳細には、まずノードN302(極性切換信号/PC)がLレベル(VSS)になり、トランジスタQ303,Q310がオフになる。トランジスタQ303がオフしたことで、ノードN301がトランジスタQ301を通して充電され、極性切換信号PCがHレベル(VDD−Vth)になる。応じて、トラトランジスタQ304,Q309がオンになる。
ノードN304はトランジスタQ308,Q304を通して放電されLレベル(VSS)になり、ノードN303はトランジスタQ307を通して充電されHレベル(VDD−Vth)になる。なお、上記したように電位VCOMHは、極性切換信号/PCがHレベルになったときにトランジスタQ309が比飽和動作する範囲の値に設定されており、共通電極線駆動信号COMnは電位VCOMHのHレベルとなる。
時刻t2から1H後の時刻t3では、ゲート線駆動信号Gn-1がLになり、トランジスタQ301、Q302がオフになるので、ノードN301,N302と入力端子IN302,IN303とが電気的に分離される。但しこのとき極性切換信号PCのHレベル、極性切換信号/PCのLレベルは、先に述べたレベル保持回路の働きにより保持(ラッチ)される。
なお時刻t3では、クロック信号CLKがHレベルに立ち上がるため、容量素子C301を介する結合によりノードN303が昇圧される。ノードN303は既にVDD−Vthに充電されているので、この昇圧作用によりノードN303の電位は略2・VDD−Vthになる。応じてトランジスタQ305が非飽和領域でオンになり、ノードN301は電位VDDまで上昇する。
また時刻t3では、対応するゲート線GLnを駆動するゲート線駆動信号Gnが活性化され、第n行目の画素25に表示データ信号Dが書き込まれる。ゲート線駆動信号Gnは、時刻t3から1H後の時刻t4にLレベルになる。
また時刻t4では、クロック信号CLKがLレベルになるのでノードN303のレベルは再びVDD−Vthに戻りトランジスタQ305はオフするが、ノードN301は高インピーダンス状態で電位VDDのHレベルに維持される。
時刻t5以降は、クロック信号CLKがHレベルに変化する度にノードN303の電位が略2・VDD−Vthに昇圧され、トランジスタQ305が非飽和領域でオンしてノードN301を電位VDDに充電する動作が繰り返される。それにより、リーク電流によるノードN301のレベル低下が補償され、極性切換信号PCを電位VDDのHレベルに維持することができる。この結果、トランジスタQ309は非飽和領域でのオン状態に維持され、当該単位回路は1フレーム期間、共通電極線駆動信号COMnのHレベル(VCOMH)を低インピーダンスで維持することができる。
そして次のブランキング期間内の時刻t7で、極性制御信号VFR,/VFRがそれぞれLレベル、Hレベルに変化して偶数フレームになるが、この時点ではトランジスタQ301、Q302はオフであるので、ノードN301(極性切換信号PC)のHレベル、ノードN302(極性切換信号/PC)のLレベルは変化せず、共通電極線駆動信号COMnもHレベル(VCOMH)のままである。
その後、時刻t8でゲート線駆動信号Gn-1がHレベル(VDD)になる。応じてトランジスタQ301,Q302がオンになり、ノードN301,N302に極性制御信号VFR,/VFRのレベルが供給される。このとき上記の時刻t2とは逆の動作により、極性切換信号PCがLレベル(VSS)、極性切換信号/PCがHレベル(VDD−Vth)となる。応じてトランジスタQ309がオフ、トランジスタQ310がオンとなり、共通電極線駆動信号COMnはLレベル(VCOML)に変化する。
時刻t8から1H後の時刻t9では、ゲート線駆動信号Gn-1がLになり、トランジスタQ301、Q302がオフになるので、ノードN301,N302と入力端子IN302,IN303とが電気的に分離される。但しこのとき極性切換信号PCのLレベル、極性切換信号/PCのHレベルは、先に述べたレベル保持回路の働きにより保持(ラッチ)される。
なお時刻t9では、クロック信号CLKがHレベルに立ち上がるため、容量素子C302を介する結合によりノードN304が昇圧される。この昇圧作用によりノードN304の電位は略2・VDD−Vthになる。応じてトランジスタQ306が非飽和領域でオンになり、ノードN302は電位VDDまで上昇する。
また時刻t9では、対応するゲート線GLnを駆動するゲート線駆動信号Gnが活性化され、第n行目の画素25に表示データ信号Dが書き込まれる。ゲート線駆動信号Gnは、時刻t9から1H後の時刻t10にLレベルになる。
また時刻t10では、クロック信号CLKがLレベルになるのでノードN304のレベルは再びVDD−Vthに戻りトランジスタQ306はオフするが、ノードN301は高インピーダンス状態で電位VDDのHレベルに維持される。
時刻t11以降は、クロック信号CLKがHレベルに変化する度にノードN303の電位が略2・VDD−Vthに昇圧され、トランジスタQ306がノードN301を電位VDDに充電する動作が繰り返される。それによりノードN301(極性切換信号PC)は電位VDDのHレベルは電位VDDに維持される。この結果、トランジスタQ309は非飽和領域でのオン状態に維持され、当該単位回路は1フレーム期間、共通電極線駆動信号COMnのLレベル(VCOML)を低インピーダンスで維持することができる。
このように共通電極線駆動回路13の奇数行の単位回路(図26)の各々は、奇数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間(対応するゲート線GLの活性期間)の1H前に、共通電極線駆動信号COMをLレベルからHレベルへと変化させる。また偶数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間の1H前に、共通電極線駆動信号COMをHレベルからLレベルへと変化させる。
一方、偶数行の単位回路(図27)の動作は、上で説明した奇数行の単位回路の動作とほぼ同じである。但し、偶数行の単位回路の各々は、奇数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間の1H前に、共通電極線駆動信号COMをHレベルからLレベルへと変化させる。また偶数フレームにおいては、対応する行の画素25への表示データ信号Dの書き込み期間の1H前に、共通電極線駆動信号COMをLレベルからHレベルへと変化させる。
図29は共通電極線駆動回路13の動作を示す信号波形図であり、上記の奇数行および偶数行の共通電極線駆動信号COMの振る舞いをまとめたものである。共通電極線駆動信号COMのそれぞれは、それと同じ行に対応するゲート線駆動信号Gの立ち上がり時の1H前にレベルが変化していることが分かる。例えば、第n行(奇数行)に対応する共通電極線駆動信号COMnは、それと同じ行に対応するゲート線駆動信号Gnの立ち上がり時の1H前にレベルが反転している。同様に第n+1行(偶数行)に対応する共通電極線駆動信号COMn+1は、ゲート線駆動信号Gn+1の立ち上がり時の1H前にレベルが反転している。また同じフレーム期間内では、偶数行と時数行とで、共通電極線駆動信号COMのレベル変化の方向が逆になることも、同図から分かる。
図29のようにレベル変化する共通電極線駆動信号COMを用いてゲートライン反転駆動方式の容量結合駆動を行う場合、各画素25に表示データ信号Dを書き込む際、奇数フレームにおいては、奇数行には負極性(−)のものを書き込むと共に偶数行には正極性(+)のものを書き込むようにし、偶数フレームにおいては、奇数行には正極性のものを書き込むと共に偶数行には負極性のものを書き込むようにする。その結果、正極性の表示データ信号Dが書き込まれる画素25の共通電極線COMLは負極性になり、負極性の表示データ信号Dを書き込まれる画素25の共通電極線COMLは正極性になるので、各液晶素子28にかかる電圧が表示データ信号Dの振幅よりも大きくなる。その結果、データ線DLに供給する表示データ信号Dの振幅を小さくすることができるという、ライン毎独立コモン交流駆動の効果が得られる。
なお以上の説明から分かるように、極性制御信号VFR,/VFRは、各共通電極線駆動信号COMのレベルを制御する目的で用いられている。それらはスタート信号STの2倍周期の信号であるので、各フレーム期間で一定のレベルに固定されるものであった。しかし、図26および図27に示した共通電極線駆動回路13の単位回路は、極性切換信号PC,/PCのレベル保持回路を備えているので、厳密には、極性制御信号VFR,/VFRは、各単位回路で少なくとも入力端子IN301に入力される信号の活性期間にさえ適切な値をとっていればよく、必ずしも1フレーム期間一定のレベルを維持する必要はない。但し、極性制御信号VFR,/VFRの交番周期を短くする(周波数を高くする)と消費電力が増大する点に留意すべきである。
<実施の形態10>
実施の形態9では、またゲート線毎に表示データ信号Dの極性を反転させたライン毎独立コモン交流駆動の例を示したが、コモン交流駆動方式においても、全ての画素に書き込む表示データ信号の極性を同じにし、全ての画素の表示データの極性をフレーム毎に反転させる駆動方法(フレーム反転駆動方式)も考えられる。本発明はそのような駆動方法を行う表示装置にも適用可能である。その場合、ゲート線毎に極性が反転しないので、容量線駆動回路12の単位回路を全て同じもの(図26又は図27)に統一すればよい。
実施の形態9では、またゲート線毎に表示データ信号Dの極性を反転させたライン毎独立コモン交流駆動の例を示したが、コモン交流駆動方式においても、全ての画素に書き込む表示データ信号の極性を同じにし、全ての画素の表示データの極性をフレーム毎に反転させる駆動方法(フレーム反転駆動方式)も考えられる。本発明はそのような駆動方法を行う表示装置にも適用可能である。その場合、ゲート線毎に極性が反転しないので、容量線駆動回路12の単位回路を全て同じもの(図26又は図27)に統一すればよい。
11 ゲート線駆動回路、12 容量線駆動回路、13 共通電極線駆動回路、20 分周回路、25 画素、GL ゲート線、DL データ線、CCL 容量線、COML 共通電極線。
Claims (22)
- 互いに平行して配設された複数の走査線と、
前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、
各々が前記複数の走査線のそれぞれに沿って配設された複数の容量線と、
前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、
フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、
前記複数の容量線を駆動する容量線駆動回路とを備え、
前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路と、
前記画素は、
対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、
前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、
対応する容量線と前記画素電極との間に接続した容量素子とを備え、
前記容量線駆動回路は前記フレーム毎に、
前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の後の所定タイミングで、対応する前記容量線の電位を前記制御信号に基づいて変化させ、
前記走査線駆動回路、前記容量線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、
全て前記画素能動素子と同一導電型のものである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 互いに平行して配設された複数の走査線と、
前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、
前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、
フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、
前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路とを備え、
前記画素は、
対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、
前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、
対応する前記走査線に隣接する前記走査線と前記画素電極との間に接続した容量素子とを備え、
前記走査線駆動回路は前記フレーム毎に、
前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の後の所定タイミングで、隣接する前記走査線の非活性レベルの電位を前記制御信号に基づいて変化させ、
前記走査線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、
全て前記画素能動素子と同一導電型のものである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 互いに平行して配設された複数の走査線と、
前記複数の走査線に直交して配設された複数の信号線と、
各々が前記複数の走査線のそれぞれに沿って配設された複数の共通電極線と、
前記走査線と前記信号線との各交点近傍に配設された複数の画素と、
フレーム毎に前記複数の走査線を順に走査して駆動する走査線駆動回路と、
前記複数の共通電極線を駆動する共通電極線駆動回路とを備え、
前記フレームの開始に対応したスタート信号を分周した周期を有する制御信号を生成する分周回路と、
前記画素は、
対応する前記走査線に接続した制御電極および対応する前記信号線に接続した一方の電流電極を有する画素能動素子と、
前記画素能動素子の他方の電流電極に接続した画素電極と、
対応する前記共通電極線と前記画素電極との間に接続した表示素子とを備え、
前記共通電極線駆動回路は前記フレーム毎に、
前記複数の画素の各々に対し、前記画素能動素子の活性期間の前の所定タイミングで、対応する前記共通電極線の電位を前記制御信号に基づいて変化させ、
前記走査線駆動回路、前記共通電極線駆動回路および前記分周回路を構成する能動素子は、
全て前記画素能動素子と同一導電型のものである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記ゲート線駆動回路は、
縦続接続した複数のシフトレジスタにより構成され、
前記分周回路は、
第1,第2および第3の回路を備え、
前記第1の回路は、
前記第3の回路の出力信号を受け、前記スタート信号に同期して前記第3の回路の出力信号を反転させ、
前記第2の回路は、
前記第1の回路の出力信号を受け、前記複数のシフトレジスタのうち所定の一のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第1の回路の出力信号を反転させ、
前記第3の回路は、
前記第2の回路の出力信号を受け、前記第2の回路の出力信号を反転させる
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項4記載の画像表示装置であって、
第1、第2および第3の回路のそれぞれは、インバータである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項4または請求項5記載の画像表示装置であって、
前記所定の一のシフトレジスタは、前記複数のシフトレジスタのうち、前記画素の駆動に使用されていないものである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項4から請求項6のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記分周回路は、
前記第1および第2の回路にその出力レベルを保持させる第1および第2の保持回路を備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項4から請求項7のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記分周回路は、
動作開始時に前記第2および第3の回路の出力レベルを特定のレベルに設定する初期化回路をさらに備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記ゲート線駆動回路は、
縦続接続した複数のシフトレジスタにより構成され、
前記分周回路は、
第1,第2および第3の回路を備え、
前記第1の回路は、
前記第3の回路の出力信号を受け、前記複数のシフトレジスタのうちの第1のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第3の回路の出力信号を反転させ、
前記第2の回路は、
前記第1の回路の出力信号を受け、前記複数のシフトレジスタのうちの第2のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第1の回路の出力信号を反転させ、
前記第3の回路は、
前記第2の回路の出力信号を受け、前記第2の回路の出力信号を反転させる
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項9記載の画像表示装置であって、
第1、第2および第3の回路のそれぞれは、インバータである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項9または請求項10記載の画像表示装置であって、
前記第1および第2のシフトレジスタは、前記複数のシフトレジスタのうち、前記画素の駆動に使用されていないものであることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項9から請求項11のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記分周回路は、
前記第1および第2の回路にその出力レベルを保持させる第1および第2の保持回路を備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項9から請求項12のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記分周回路は、
動作開始時に前記第2および第3の回路の出力レベルを特定のレベルに設定する初期化回路をさらに備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1記載の画像表示装置であって、
前記制御信号は、互いに相補な第1および第2制御信号から成り、
前記容量線駆動回路は、
各々が対応する前記容量線を駆動する複数の単位回路により構成されており、
前記単位回路の各々は、
対応する前記容量線に接続する出力端子と、
前記出力端子に第1レベルの電位を供給する第1トランジスタと、
前記出力端子に第2レベルの電位を供給する第2トランジスタと、
前記所定タイミングで、前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに前記第1および第2制御信号の一方を供給すると共に、前記第2トランジスタの制御電極が接続する第2ノードに第1および第2制御信号の他方を供給する極性切換回路と、
前記第1および第2ノードのレベルを保持するレベル保持回路とを備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項14記載の画像表示装置であって、
前記レベル保持回路は、
前記第1および第2ノードのうちの第1および第2制御信号のレベルに応じた片方を、繰り返して充電することによりそれらのレベルを保持する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項2記載の画像表示装置であって、
前記ゲート線駆動回路は、
縦続接続した複数のシフトレジスタにより構成され、
前記複数のシフトレジスタの各々は、
入力端子、第1出力端子、第1クロック端子並びにリセット端子と、
第1および第2電位がそれぞれ供給される第1および第2電源端子と、
前記第1クロック端子に入力される第1クロック信号を前記第1出力端子に供給する第1トランジスタと、
前記第1電位を前記第1出力端子に供給する第2トランジスタと、
前記第2電位を前記第1出力端子に供給する第3トランジスタと、
前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードのレベルを制御することにより当該第1トランジスタを駆動するプルアップ制御部と、
前記第2トランジスタの制御電極が接続する第2ノードのレベルを制御することにより当該第2トランジスタを駆動する第1プルダウン制御部と、
前記第3トランジスタの制御電極が接続する第3ノードのレベルを制御することにより当該第3トランジスタを駆動する第2プルダウン制御部とを備え、
前記プルアップ制御部は、
前記入力端子に入力される入力信号の活性化に応じて前記第1トランジスタをオンにし、前記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第1トランジスタをオフにし、
前記第1および第2プルダウン制御部は、
前記入力信号の活性化に応じて前記第2および第3トランジスタの両方をオフにし、前記リセット信号の活性化に応じて前記第2および第3トランジスタの片方を前記制御信号に基づき選択してオンにし、
前記第1クロック信号の非活性レベルの電位は、
前記第1電位と前記第2電位との間に設定されている
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項16記載の画像表示装置であって、
前記複数のシフトレジスタの各々は、
第2出力端子と、
前記第1クロック信号と同位相の第2クロック信号が入力される第2クロック端子と、
前記第1ノードに接続した制御電極を有し、前記第2クロック端子に入力される第2クロック信号を前記第2出力端子に供給する第4トランジスタと、
前記第2ノードに接続した制御電極を有し、前記第1電位を前記第2出力端子に供給する第5トランジスタと、
前記第3ノードに接続した制御電極を有し、前記第1電位を前記第2出力端子に供給する第6トランジスタとをさらに備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項17記載の画像表示装置であって、
前記第2クロック信号の非活性レベルの電位は、前記第1電位と同じである
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項3記載の画像表示装置であって、
前記制御信号は、互いに相補な第1および第2制御信号から成り、
前記共通電極線駆動回路は、
各々が対応する前記共通電極線を駆動する複数の単位回路により構成されており、
前記単位回路の各々は、
対応する前記共通電極線に接続する出力端子と、
前記出力端子に第1レベルの電位を供給する第1トランジスタと、
前記出力端子に第2レベルの電位を供給する第2トランジスタと、
前記所定タイミングで、前記第1トランジスタの制御電極が接続する第1ノードに前記第1および第2制御信号の一方を供給すると共に、前記第2トランジスタの制御電極が接続する第2ノードに前記第1および第2制御信号の他方を供給する極性切換回路と、
前記第1および第2ノードのレベルを保持するレベル保持回路とを備える
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項19記載の画像表示装置であって、
前記レベル保持回路は、
前記第1および第2ノードのうちの第1および第2制御信号のレベルに応じた片方を、前記フレームの周期よりも短い周期で繰り返して充電することによりそれらのレベルを保持する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 前記画素が有する表示素子は液晶素子である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか記載の画像表示装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか記載の画像表示装置であって、
前記信号線にデータ信号を出力するデータ信号出力回路をさらに備え、
前記データ信号出力回路は、
前記信号線のそれぞれに供給する前記データ信号の極性を前記制御信号に基づいて決定する
ことを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008004208A JP2009168901A (ja) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008004208A JP2009168901A (ja) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 画像表示装置 |
Publications (1)
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ID=40970175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008004208A Pending JP2009168901A (ja) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2009168901A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011150261A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Toshiba Mobile Display Co Ltd | 表示装置 |
| WO2012002257A1 (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | シャープ株式会社 | 信号生成回路、液晶表示装置 |
| JP2014149665A (ja) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Japan Display Inc | タッチ検出機能付き表示装置及びメモリ回路 |
| CN111710291A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-09-25 | 天津中科新显科技有限公司 | 一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法 |
-
2008
- 2008-01-11 JP JP2008004208A patent/JP2009168901A/ja active Pending
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| CN111710291B (zh) * | 2020-07-06 | 2023-11-10 | 天津中科新显科技有限公司 | 一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法 |
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