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JP2010097059A - 表示装置 - Google Patents

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直久 安藤
Katsumi Matsumoto
克巳 松本
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Abstract

【課題】ポリ・シリコン・薄膜トランジスタで構成されるレベルシフト回路を備える表示装置において、レベルシフト動作スピードの高速化を図る。
【解決手段】レベルシフト回路を備える表示装置であって、前記レベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの第2電極と基準電源との間に接続される負荷抵抗素子と、前記薄膜トランジスタの第2電極に接続される波形整形回路と、前記薄膜トランジスタの第1電極にアノード領域が接続され、前記薄膜トランジスタの第2電極にカソード領域が接続されるダイオード素子とを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、表示装置に係り、特に、アクティブ素子が形成された同一の基板上で、表示領域の周辺に駆動回路(周辺回路)が形成されたアクティブマトリクス型の表示装置に関する。
従来、液晶表示装置として、画素毎にアクティブ素子を有し、このアクティブ素子をスイッチング動作させるアクティブマトリクス型液晶表示装置が知られている。
このアクティブマトリクス型液晶表示装置の一つに、半導体層がポリ・シリコン(多結晶シリコン)層で構成される薄膜トランジスタ(以下、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタという)を、アクティブ素子として使用するものが公知である。そして、この種の液晶表示装置では、ポリ・シリコンの移動度がアモルファス・シリコンよりも高速であるため、アクティブ素子を駆動するための駆動回路も同一基板上に、アクティブ素子と同一工程で作り込むことが可能である。
そのため、最近では、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタを用いて、外部ドライバの回路を画素と同一ガラス基板上に同時につくり込む、所謂、システムイン液晶パネルも製品化されている。
システムイン液晶パネルの場合、マイコンからの低電圧振幅(3.3V以下)のデータ・制御信号などは、直接、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタで構成される駆動回路に入力されるため、駆動回路には、データ・制御信号などの電圧振幅を、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタが動作可能な電圧振幅まで変換する電圧変換回路(以下、レベルシフト回路と記す)が必要となる。
ポリ・シリコン・薄膜トランジスタを用いたレベルシフト回路としては、例えば下記の特許文献1で提案されている。
特願2008−43795号
図6に、前述の特許文献1で提案されているレベルシフト回路を示す。
図6のレベルシフト回路の動作について説明する。回路構成は基本的にはゲート接地増幅回路であり、電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ(以下、単に、薄膜トランジスタという)111と、負荷抵抗素子115と、波形整形用のインバータ116により構成されている。薄膜トランジスタ111の第1電極113から入力された入力信号VINは、まず電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ111で振幅増幅され、第2電極114から出力された後、次段のインバータ116で電源振幅まで増幅され出力される。
入力信号(VIN)がLowレベル(0V)からHighレベル(例えば3.3V)に変化すると、薄膜トランジスタ111のオン抵抗が上昇し、次段のインバータ116の入力ノード(即ち、薄膜トランジスタ111の第2電極)114は、負荷抵抗素子115と薄膜トランジスタ111のオン抵抗(Ron)の分圧で決まる電圧まで充電される。
負荷抵抗素子115の抵抗値をRL、入力ノード114の寄生容量117の値をCpとするとき、前述の充電スピードは、(Ron)>>(RL)であれば、τ≒CpRLで近似される。ここで、通常のLSI(単結晶Siを用いたMOSFET)に比較し、ポリ・シリコンを用いた薄膜トランジスタのON抵抗(Ron)は高く(数十kΩ〜数百kΩ)、図6のレベルシフト回路を安定動作させるためには、当然、負荷抵抗素子115も高抵抗(数MΩ)とならざるを得ない。
その結果、Highレベルの入力信号(VIN)が入力された時の、次段のインバータ116の入力ノード114の電圧の立ち上がり時定数τ≒CpRLが大きくなり、レベルシフト動作スピードを制限してしまうという問題があった。
本発明の目的は、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタで構成されるレベルシフト回路を備える表示装置において、レベルシフト動作スピードの高速化を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)レベルシフト回路を備え、前記レベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの第2電極と基準電源との間に接続される負荷抵抗素子と、前記薄膜トランジスタの第2電極に接続される波形整形回路とを有し、前記薄膜トランジスタの第1電極に入力信号が入力される表示装置であって、
前記薄膜トランジスタの前記第1電極にアノードが接続され、前記薄膜トランジスタの第2電極にカソードが接続されるダイオード素子を有する。
(2)レベルシフト回路を備え、前記レベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの第2電極と基準電源との間に接続される負荷抵抗素子と、前記薄膜トランジスタの第2電極に接続される波形整形回路とを有し、前記薄膜トランジスタの第1電極に入力信号が入力される表示装置であって、
前記薄膜トランジスタの前記第1電極にアノードが接続され、前記薄膜トランジスタの第2電極にカソードが接続されるダイオード素子を有し、
前記薄膜トランジスタは、前記第1電極である第1導電型の第1半導体領域と、前記第2電極である第1導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に配置されるチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域上に絶縁膜を介して配置されるゲート電極とを有し、
前記ダイオード素子は、前記第1半導体領域内に前記チャネル形成領域と接して形成された、前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型の第3半導体領域と、前記チャネル形成領域と、前記第2半導体領域とで構成されている。
(3)上記(2)において、前記第3半導体領域は、前記第1半導体領域の周縁から離間して形成されている。
(4)上記(2)において、前記第3半導体領域は、前記薄膜トランジスタのチャネル幅方向に互いに離間して2つ形成されている。
(5)上記(3)又は(4)において、前記薄膜トランジスタのチャネル幅をL1、前記第3半導体領域が前記チャネル領域に接する長さをL2とするとき、L2≦L1/2を満足する。
(6)上記(2)乃至(5)の何れかにおいて、前記第1半導体領域、前記第3半導体領域の各々は、入力信号が入力される配線と接続されている。
(7)上記(2)乃至(6)の何れかにおいて、前記薄膜トランジスタは、nチャネル導電型である。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタで構成されるレベルシフト回路を備える表示装置において、レベルシフト動作スピードの高速化を図ることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の一実施例の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、1は液晶パネル、2はマイコンである。
一般に、液晶パネル1は、一対の基板と、一対の基板の間に挟持される液晶層を有し、液晶パネル1は、表示部を構成する画素アレイ10と、画素アレイ10の周辺に配置されるXアドレスデコーダ12と、Yアドレスデコーダ13と、インターフェース回路11と、発振回路14とを有する。
なお、以下の説明では、半導体層がポリ・シリコン層で構成される薄膜トランジスタを、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタと称する。
画素アレイ10は、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、各画素は、アクティブ素子として、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタ(以下、画素トランジスタと記す)を有する。また、画素アレイ10の周辺に配置されるXアドレスデコーダ12、Yアドレスデコーダ13、インターフェース回路11、あるいは、発振回路14も、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタ(以下周辺回路用トランジスタと記す)で構成される。
そして、周辺回路用トランジスタと画素トランジスタとは、一対の基板の一方の基板上に、同一工程で作成される。
なお、本実施例の液晶パネル1は、画素アレイ10内の各画素が、SRAM(Static Random Access Memory)を有しており、映像の更新以外は映像信号の書き換えを不要とすることで低消費電力化を可能としている。
本実施例の液晶パネル1では、マイコン2から入力される、VIN1〜VIN11の信号3は、インターフェース回路11を介して、直接、Xアドレスデコーダ12、およびYアドレスデコーダ13に入力される。そのため、インターフェース回路11の入力段には、マイコン2から出力される、3.3Vp−p以下の小振幅信号を、液晶パネル1に内蔵された周辺回路用トランジスタが動作可能な5Vp−p以上の信号へレベルシフトするレベルシフト回路を有する。
図2は、本発明の一実施例のレベルシフト回路を示す等価回路図である。
本実施例のレベルシフト回路は、電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ(本願発明の薄膜トランジスタ;以下、単に、薄膜トランジスタという)211のゲート電極212に、固定のバイアス電圧(VBIAS)が入力され、第1電極213に入力信号(VIN)が入力される。なお、薄膜トランジスタ211は、nチャネル導電型のポリ・シリコン・薄膜トランジスタである。
薄膜トランジスタ211の第2電極214と、VDDの電源電圧との間には、負荷抵抗素子(RL)215が接続される。ここで、負荷抵抗素子215の抵抗値はRLとする。
また、薄膜トランジスタ211の第2電極214には、波形整形用のインバータ216が接続される。また、薄膜トランジスタ211の第1電極213には、ダイオード素子218のアノード電極が接続され、薄膜トランジスタ211の第2電極214には、ダイオード素子218のカソード電極が接続される。
即ち、本実施例のレベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタ211と、薄膜トランジスタ211の第2電極214と基準電源VDDとの間に接続される負荷抵抗素子215と、薄膜トランジスタ211の第2電極214に接続される波形整形用のインバータ216と、薄膜トランジスタ211の第1電極213にアノード電極が接続され、薄膜トランジスタ211の第2電極214にカソード電極が接続されるダイオード素子218とを有する構成になっている。
本実施例のレベルシフト回路は、例えば、Lowレベルが0V、Highレベルが3.3Vの入力信号(VIN)を、Lowレベルが0V、Highレベルが6Vの信号に変換する。
図3は、本発明の一実施例の電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの概略構成を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のA−A’線に沿った断面構造を示す断面図)である。
本実施例の薄膜トランジスタ211は、ポリシリコン層からなる半導体層23、第1電極213であるn型半導体領域25s、第2電極214であるn型半導体領域25d、チャネル形成領域23a、ゲート絶縁膜である絶縁膜24、及びゲート電極212等を有する構成になっている。n型半導体領域25s及び25dは、これらの間に配置されるチャネル形成領域23aと接して半導体層23に形成され、ソース領域及びドレイン領域として機能する。ゲート電極212は、チャネル形成領域23a上に絶縁膜24を介して配置されている。チャネル形成領域23aは半導体層23で構成されている。
半導体層23は、液晶パネル1を構成する一対の基板のうちの一方の基板SUB1の液晶層側の面上に絶縁膜22を介して配置されている。一方の基板SUB1の液晶層側の面上には、画素のアクティブ素子として、半導体層がポリシリコン層で構成される画素トランジスタ(ポリ・シリコン・薄膜トランジスタ)も形成されている。即ち、本実施例の液晶パネル1は、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタを用いて、外部ドライバの回路を画素と同一基板上に同時に作り込む、所謂、システムイン液晶パネルになっている。
本実施例のダイオード素子218は、n型半導体領域25s内にチャネル形成領域23aと接して形成された、n型とは反対導電型であるp型半導体領域26と、チャネル形成領域23aと、n型半導体領域25dとで構成されている。
ダイオード素子218は、薄膜トランジスタ211と並列に接続されており、薄膜トランジスタ211のn型半導体領域25s(第1電極213)が、n型半導体領域25d(第2電極214)よりも高電位のときにオンとなる。
本実施例において、p型半導体領域26は、n型半導体領域25sの周縁から離間して形成されている。
薄膜トランジスタ211は、一方の基板SUB1の液晶層側の面上に形成された絶縁膜27で覆われている。
薄膜トランジスタ211の第1電極213であるn型半導体領域25s及びダイオード素子218のアノード電極であるp型半導体領域26の各々には、絶縁膜27の表面から半導体層23に到達するコンタクトホールCH1を通して配線28sが電気的にかつ機械的に接続されており、この配線28sには入力信号(VIN)が入力される。
薄膜トランジスタ211の第2電極214であるn型半導体領域25dは、ダイオード素子218のカソード電極と兼用されており、このn型半導体領域25dには、絶縁膜27の表面から半導体層23に到達するコンタクトホールCH2を通して配線28dが電気的にかつ機械的に接続されている。この配線28dには、負荷抵抗素子(RL)215及び波形整形用のインバータ216が接続されている。
なお、一方の基板SUB1の液晶層とは反対側の面には、偏光板POL1が設けられている。
以下、本発明の効果について、図4を用いて説明する。
図4は、図2に示す本実施例のレベルシフト回路と、図6に示す従来のレベルシフト回路について、入力信号に対する次段のインバータの入力ノード(薄膜トランジスタ(111,211)の第2電極)の電圧変化を示す図である。
図2に示す本実施例のレベルシフト回路は、図3に示す本実施例の薄膜トランジスタ211を用いた構成になっており、図6に示す従来のレベルシフト回路は、図7に示す従来の薄膜トランジスタ111を用いた構成になっている。図7は、従来の薄膜トランジスタの概略構成を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のB−B’線に沿った断面構造を示す断面図)である。
なお、図4において、符号Aは、本実施例のレベルシフト回路における電圧波形であり、符号Bは、従来のレベルシフト回路における電圧波形である。
図3に示す本実施例の薄膜トランジスタ211と、図7に示す従来の薄膜トランジスタ111とは、基本的に同様の構成になっているが、両者の異なる点は、n型半導体領域25内にチャネル形成領域23aと接して形成されたp型半導体領域26を有するか、有さないかである。
本実施例の薄膜トランジスタ211は、図3に示すように、第1電極213であるn型半導体領域25s内にチャネル形成領域23aと接してp型半導体領域26が形成されているため、本実施例のレベルシフト回路は、薄膜トランジスタ211と並列に接続されたダイオード素子218を等価的に有することになる。前述したように、ダイオード素子218は、p型半導体領域26、チャネル形成領域23a、n型半導体領域25dで構成され、薄膜トランジスタ211の第1電極213(n型半導体領域25s)が、第2電極214(n型半導体領域25d)よりも高電圧のときにオンとなる。
ここで、図6に示す従来のレベルシフト回路では、入力信号(VIN)がLowレベル(0V)からHighレベル(例えば3.3V)に変化すると、薄膜トランジスタ111のオン抵抗が上昇し、次段のインバータ116の入力ノード(薄膜トランジスタ111の第2電極)114は、負荷抵抗素子115と薄膜トランジスタ111のオン抵抗(Ron)の分圧で決まる電圧まで充電される。この充電スピードは、前述したように、τ≒CpRLで近似される。
そして、負荷抵抗素子115も高抵抗(数MΩ)となるので、Highレベルの入力信号(VIN)が入力された時の、次段のインバータ116の入力ノード114の電圧の立ち上がり時定数τ≒CpRLが大きくなり、レベルシフト動作スピードを制限してしまうという問題があった。
これに対し、図2に示す本実施例のレベルシフト回路では、薄膜トランジスタ211と並列に接続されたダイオード素子218を等価回路的に有しているため、図4に示すように、薄膜トランジスタの第1電極213(n型半導体領域25s)にHighレベル(例えば3.3V)の入力信号(VIN)が入力された場合、次段のインバータ216の入力ノード(薄膜トランジスタ211の第2電極)214の電圧が、薄膜トランジスタ211の第1電極213(n型半導体領域25s)の電圧からダイオード素子218の順方向電圧を減算した電圧を越えるまでは、並列に接続されたダイオード素子218を介して充電される。これにより、本実施例では、入力ノード214の電圧の立ち上がりスピードを早くすることができる。この結果、ポリ・シリコン・薄膜トランジスタで構成されるレベルシフト回路を備える液晶表示装置において、レベルシフト動作スピードの高速化を図ることができる。
図5は、本発明の一実施例の電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの変形例を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のC−C’線に沿った断面構造を示す断面図)である。
前述の実施例では、p型半導体領域26がn型半導体領域25sの周縁から離間して形成された例について説明したが、本変形例では、図5に示すように、p型半導体領域26は、電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ211のチャネル幅方向に互いに離間して2つ形成されている。このように構成された本変形例においても、前述の実施例と同様の効果が得られる。
なお、薄膜トランジスタ211の電流駆動能力を考慮すると、薄膜トランジスタ211のチャネル幅をL1、p型半導体領域26がチャネル領域に接する長さをL2とするとき、L2≦L1/2を満足することが望ましい。
また、前述した実施例及び変形例では、本発明を液晶表示装置に適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されることなく、例えば、EL表示装置などの他の表示装置に使用されるレベルシフト回路にも適用できることはいうまでもない。
さらに、前述した実施例及び変形例では、電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ211の内部にダイオード素子218が形成された例について説明したが、ダイオード素子としては、これに限定されるものではなく、例えば、圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ211の外部に圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタと並列に接続されたダイオード素子を形成してもよい。但し、この場合は、ダイオード素子の占有面積が必要となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
本発明の一実施例の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例のレベルシフト回路を示す等価回路図である。 本発明の一実施例の電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの概略構成を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のA−A’線に沿った断面構造を示す断面図)である。 本発明の一実施例のレベルシフト回路と、従来のレベルシフト回路について、入力信号に対する次段のインバータの入力ノード(電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの第2電極と同電位の接合点)の電圧変化を示す図である。 本発明の一実施例の電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの変形例を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のC−C’線に沿った断面構造を示す断面図)である。 従来のレベルシフト回路の一例を示す等価回路図である。 従来の電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタの概略構成を示す図((a)は平面構造を示す平面図,(b)は(a)のB−B’線に沿った断面構造を示す断面図)である。
符号の説明
1 液晶パネル
2 マイコン
10 画素アレイ
11 インターフェース回路
12 Xアドレスデコーダ
13 Yアドレスデコーダ
14 発振回路
22 絶縁膜
23 半導体層
23a チャネル形成領域
24 絶縁膜
25s,25d n型半導体領域
26 p型半導体領域
111,211 電圧増幅用のポリ・シリコン・薄膜トランジスタ
112,212 ゲート電極
113,213 第1電極
114,214 第2電極
115,215 負荷抵抗素子
116,216 インバータ
117 寄生容量
218 ダイオード素子
VDD 基準電源
VIN 入力信号
BIAS バイアス電圧

Claims (7)

  1. レベルシフト回路を備え、
    前記レベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタの第2電極と基準電源との間に接続される負荷抵抗素子と、
    前記薄膜トランジスタの第2電極に接続される波形整形回路とを有し、
    前記薄膜トランジスタの第1電極に入力信号が入力される表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタの前記第1電極にアノードが接続され、前記薄膜トランジスタの第2電極にカソードが接続されるダイオード素子を有することを特徴とする表示装置。
  2. レベルシフト回路を備え、
    前記レベルシフト回路は、半導体層がポリシリコン層で構成される薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタの第2電極と基準電源との間に接続される負荷抵抗素子と、
    前記薄膜トランジスタの第2電極に接続される波形整形回路とを有し、
    前記薄膜トランジスタの第1電極に入力信号が入力される表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタの前記第1電極にアノードが接続され、前記薄膜トランジスタの第2電極にカソードが接続されるダイオード素子を有し、
    前記薄膜トランジスタは、前記第1電極である第1導電型の第1半導体領域と、前記第2電極である第1導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に配置されるチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域上に絶縁膜を介して配置されるゲート電極とを有し、
    前記ダイオード素子は、前記第1半導体領域内に前記チャネル形成領域と接して形成された、前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型の第3半導体領域と、前記チャネル形成領域と、前記第2半導体領域とで構成されていることを特徴とする表示装置。
  3. 前記第3半導体領域は、前記第1半導体領域の周縁から離間して形成されていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第3半導体領域は、前記薄膜トランジスタのチャネル幅方向に互いに離間して2つ形成されていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  5. 前記薄膜トランジスタのチャネル幅をL1、前記第3半導体領域が前記チャネル領域に接する長さをL2とするとき、L2≦L1/2を満足することを特徴する請求項3または請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記第1半導体領域、前記第3半導体領域の各々は、入力信号が入力される配線と接続されていることを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか1項に記載の表示装置。
  7. 前記薄膜トランジスタは、nチャネル導電型であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の表示装置。
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