JP4281020B2 - 表示装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源回路を備えた表示装置に関する。
従来より、低温ポリシリコンTFT(Thin Film Transistor)プロセスにより製造されるアクティブマトリクス型液晶表示装置において、駆動信号ICのコストを下げるため、液晶パネルのガラス基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための正電源電位、負電源電位を発生する電源回路が形成されていた。電源回路を駆動するための駆動クロックとして、水平駆動回路、垂直駆動回路の駆動クロックである水平転送クロックまたは垂直転送クロックを用いるか、専用のクロックを駆動ICから供給していた。この種のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、特許文献1に記載されている。
電源回路を液晶パネルのガラス基板上に形成する際に、その額縁内の空いたスペースに電源回路が配置されていた。また、ガラス基板上に、電源回路に用いられる駆動クロック、電源電位を印加するための端子部が設けられ、この端子部から配線を介して電源回路に駆動クロック等が供給されていた。
特開2004−146082号公報
しかしながら、電源回路を端子部から離れた位置に配置した場合、配線負荷(電源配線、駆動クロック配線が有する抵抗性や容量性の負荷)が大きくなり、電源回路の効率が低下し、消費電力の増加、表示不良などが生じるという問題があった。
本発明の表示装置は、複数の画素トランジスタがマトリクス状に配置された画素部と、前記画素トランジスタを介して所定周期毎に極性が反転する映像信号が印加される画素電極と、前記画素トランジスタのスイッチングを制御するために前記画素電極に印加される正側の極性の最高電位よりも高電位の正電源電位を発生する正電源発生回路と、前記画素トランジスタのスイッチングを制御するために前記画素電極に印加される負側の極性の最低電位よりも低電位の負電源電位を発生する負電源発生回路と、前記正電源発生回路及び前記負電源発生回路を駆動するための駆動クロック及び電源電位を外部から印加するための端子部と、前記駆動クロック及び前記電源電位を供給するために前記正電源発生回路及び前記負電源発生回路と前記端子部の間に設けられた配線と、前記各部が配置される基板と、を備え、
前記負電源発生回路は、前記基板上において前記正電源発生回路より前記端子部に近接して配置されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、レイアウト上の制約から、配線負荷による負電源電位の上昇のマージンが少ない負電源発生回路を端子部に近接して配置することにより、負電源発生回路の回路効率の低下による画素トランジスタのリークを防止することができる。
本発明の表示装置によれば、電源回路の効率の低下を防止して、消費電力の増加、表示装置の誤動作などを防止することができる。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態による液晶表示装置のレイアウト図(平面図)である。TFTガラス基板100上に水平駆動回路110、垂直駆動回路120が形成されており、画素部105には複数の画素(図1では4画素のみ示す)がマトリクス状に配置されている。
水平駆動回路110は、図2に示すように、水平転送クロックCKH及びその反転クロック*CKHに基づき、水平スタート信号STHを順次転送する複数のシフトレジスタSRと、各シフトレジスタSRの出力に基づいてオンする複数の水平スイッチHSWを備える。各水平スイッチHSWはTFTからなり、そのゲートに各シフトレジスタSRの出力が印加され、そのソースに映像信号Vsigが印加され、そのドレインにデータラインDLが接続されている。即ち、各水平スイッチHSWは対応するシフトレジスタSRの出力に基づいて順番にオンし、映像信号Vsigをサンプリングして、データラインDLに出力する。
垂直駆動回路120は垂直転送クロックCKVに基づき、垂直スタート信号STVを順次転送するシフトレジスタであり、その出力に応じて各ゲートラインGLにゲート信号を供給する。
各画素の画素トランジスタGTはTFTからなり、そのドレインは対応するデータラインDLに接続され、そのゲートが対応するゲートラインGLに接続され前記ゲート信号によってオン・オフが制御される。画素トランジスタGTのソースは画素電極121に接続されている。また、画素電極121にはその電位を保持するための保持容量(不図示)が設けられるのが一般的である。
TFTガラス基板100に対向して対向ガラス基板200が設けられ、この対向ガラス基板200上に画素電極121と対向して共通電極122が形成されている。TFTガラス基板100と対向ガラス基板200との間には液晶LCが封入されている。
共通電極122には、ライン反転駆動のために、1水平期間毎にHレベルとLレベルを繰り返す共通電極信号VCOMが液晶パネルの外部または液晶パネルのTFTガラス基板100上に設けられた駆動ICから印加される。
画素トランジスタGTがNチャネル型である場合、ゲート信号がHレベルとなると、画素トランジスタGTがオンする。これにより、映像信号VsigがデータラインDLから画素トランジスタGTを通して画素電極121に印加され、液晶LCの配向が制御されることで表示が行われる。
上述のように、共通電極信号VCOMはHレベルとLレベルを繰り返すため、液晶LCを介した容量カップリングにより、画素電極121の電位が変動する。そこで、画素トランジスタGTをオンさせるために、ゲート信号のHレベルは昇圧された正電源電位に設定され、画素トランジスタGTをオフさせるために、ゲート信号のLレベルは負電源電位に設定される。そのようなゲート信号を生成するために、TFTガラス基板100上には正電源電位を生成する正電源発生回路131と、負電源電位を生成する負電源発生回路132が形成されている。
正電源発生回路131は、入力電源電位VDDを2倍昇圧して、出力電位VPP=2VDDを発生し、負電源発生回路132は入力電源電位VDDを−1倍して出力電位VBB=−VDDを発生するものである。(但し、これは回路効率が100%と仮定した場合である。)本発明は、正電源発生回路131、負電源発生回路132の配線負荷(電源配線、駆動クロック配線が有する抵抗性や容量性の負荷)を低減して、回路効率の低下を抑えるために、正電源発生回路131及び負電源発生回路132を駆動クロック、入力電源電位が外部から印加される端子部140に近接して配置したものである。端子部140は、TFTガラス基板100上の端部に形成される。即ち、正電源発生回路131及び負電源発生回路132は、液晶表示装置の主要回路である、画素部105、水平駆動回路110、垂直駆動回路120よりも端子部140に近接して配置されている。これにより、配線負荷を最小にしたレイアウトを得ることができる。
また、正電源発生回路131及び負電源発生回路132は、端子部140から実質的に同じ距離になるように、端子部140が形成されたTFTガラス基板100の辺と平行な方向(図1中のY方向)に隣接して配置し、配線負荷を同じにして、正電源発生回路131及び負電源発生回路132の回路効率のバランスを取ることが好ましい。
以下、液晶表示装置の動作と、配線負荷により回路効率が低下した場合の動作への影響について、図3を参照して説明する。いま、入力電源電位VDD=4.5Vとすると、回路効率100%とするとVPP=9.0V、VBB=−4.5Vが得られる。実際には、回路内部のトランジスタの電圧ロスや上述の配線負荷による電圧ロスがあるため、例えば、VPP=8.5V程度、VBB=−4.2V程度である。このVPPがゲート信号のHレベルになり、VBBがゲート信号のLレベルになる。
共通電極信号VCOMのHレベルは3.9V、Lレベルは−0.1Vである。また、映像信号Vsigは、1水平期間毎に共通電極信号VCOMに対して極性が反転するが、そのHレベルは4.1V、Lレベルは0.1Vに設定されている。但し、水平スイッチHSWの抵抗による電圧降下のため、水平スイッチHSW通過後のHレベルは3.9V、Lレベルは−0.1Vになる。また、以下の説明において、画素トランジスタGTはNチャネル型とする。
いま、ある1水平期間において、画素部105のある行の画素に映像信号Vsigを書き込む場合、その行に対応したゲート信号はHレベルに設定される。すると、その行の画素トランジスタGTはオンし、映像信号Vsigが画素トランジスタGTを通して各画素に書き込まれ、画素電極121に保持される。
次の水平期間において、その行については、ゲート信号はLレベルに変化し、画素トランジスタGTはオフする。このとき、共通電極信号VCOMがHレベルからLレベルに変化する場合には、画素電極121は容量カップリングにより正側に+4.0V変化し、共通電極信号VCOMがLレベルからHレベルに変化する場合には、画素電極121は容量カップリングにより負側に−4.0V変化する。
入力電源電位VDDを供給する電源配線や駆動クロックの配線負荷の増加により、VDDが低下すると、正電源発生回路131の出力電位VPPが低下し、ゲート信号のHレベルもそれに伴って低下する。すると、映像信号Vsigの書き込み時の電圧マージンが少なくなる。図3の例では、VPP=8.5Vであり、映像信号Vsigの最高電位は4.1V(水平スイッチHSW通過後では3.9V)なので、画素トランジスタGTをオンさせるためには比較的余裕があるが、配線負荷が増加すればVPPの更なる低下を招き、その余裕は小さくなり、書き込み誤動作のおそれもある。
また、同様の原因により、負電源発生回路132の出力電位VBBが上昇すると、ゲート信号のLレベルもそれに伴って上昇し、画素トランジスタGTが十分オフしなくなり、画素トランジスタGTがリークを引き起こす。このような画素リークが発生すると、画素に書き込まれた映像信号Vsigのレベルが変動してしまうので、正しい映像が表示できないなどの問題が生じる。
図3の例では、映像信号Vsigの書き込み後、画素電極121が容量カップリングにより負側に変化した場合には、画素電極121の最低電位は−4.1Vとなり、VBB=−4.2Vに対して−0.1Vしか余裕がない。したがって、VBBはVPPに比してマージンが小さい。画素リークを防止するために、負電源発生回路132を端子部140に近接して配置し、その配線負荷を最小にすることが特に重要である。
次に、正電源発生回路131、負電源発生回路132の具体的な回路構成例について説明する。図4は正電源発生回路131の回路図である。正電源発生回路用クロック発生回路10は、複数のインバータで構成されたバッファ回路であり、入力クロックCLK(駆動クロック)に基づいて、VDDの振幅(Hレベル=VDD、Lレベル=VSS=0V)を有するクロックCPCLK1と、クロックCPCLK1が反転された反転クロックXCPCLK1を発生する。入力クロックCLKとしては、水平転送クロックCKH、垂直転送クロックCKV、共通電極信号VCOM等を用いることができる。クロックCPCLK1はフライングコンデンサC1の一方の端子に印加され、反転クロックXCPCLK1がフライングコンデンサC2の一方の端子に印加される。また、前記入力クロックCLK(駆動クロック)を外部ICから前記端子部140を介して直接入力する場合は、正電源発生回路用クロック発生回路10のようなバッファ回路を設けなくてもよい。
また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN1とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP1が直列に接続され、それらの接続点には、フライングコンデンサC1の他方の端子が接続されている。また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN1及びPチャネル型の電荷転送トランジスタMP1のゲートにはフライングコンデンサC2の他方の端子が接続されている。
また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN2とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP2が直列に接続され、それらの接続点には、フライングコンデンサC2の他方の端子が接続されている。また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN2及びPチャネル型の電荷転送トランジスタMP2のゲートにはフライングコンデンサC1の他方の端子が接続されている。フライングコンデンサC1は、外部接続端子P1,P2の間であって、TFTガラス基板100の外に接続されたコンデンサである。(以下、外付けコンデンサという)フライングコンデンサC2は、外部接続端子P3,P4の間に接続された外付けコンデンサである。
Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN1,MN2の共通ソースには、入力電位として正の入力電源電位VDDが印加されている。回路効率100%と仮定すれば、定常動作状態において、電荷転送動作により、Pチャネル型の電荷転送トランジスタMP1,MP2の共通ドレイン(出力端子)から、出力電位VPPとして2VDDという正の電位及び出力電流Ivppが出力される。出力端子には平滑コンデンサC3が接続されているが、これも外部接続端子P5に接続された外付けコンデンサである。
ここで、外部接続端子P1〜P5は、端子部140に設けられており、さらに、入力電源電位VDDを外部から印加するための外部接続端子P6、入力クロックCLKを外部から印加するための外部接続端子P7が端子部140に設けられている。また、外部接続端子P6とMN1,MN2の共通ソースの間には、入力電源電位VDDを供給するための電源配線133が接続されている。外部接続端子P7と正電源発生回路用クロック発生回路10との間には入力クロックCLKを供給するための駆動クロック線134が接続されている。上述したレイアウトによれば、電源配線133と駆動クロック線134の配線長さを最小にして、それらの配線負荷を最小にすることができる。
正電源発生回路131の定常状態(VPP=2VDD)の動作を図5の波形図を参照して説明する。クロックCPCLK1がHレベル(VDD)のとき、反転クロックXCPCLK1はLレベル(VSS)であり、MN1、MP2はオフ、MN2、MP1はオンし、MN1とMP1の接続点の電位V1はフライングコンデンサC1の容量結合により2VDDに昇圧され、そのレベルがMP1を通して出力される。MN2とMP2の接続点の電位V2はVDDに充電される。
次に、クロックCPCLK1がLレベル(VSS)になると、MN1、MP2はオン、MN2、MP1はオフし、電位V2はフライングコンデンサC2の容量結合により2VDDに昇圧され、そのレベルがMP2を通して出力される。電位V1はVDDに充電される。つまり、正電源発生回路131の左右の直列トランジスタ回路から電荷転送により2VDDという電位が交互に出力される。但し、回路効率を100%と仮定した場合である。
図6は、負電源発生回路132の回路図である。負電源発生回路用クロック発生回路20は、入力クロックCLKに基づいて、VDDの振幅を有するクロックCPCLK2と、クロックCPCLK2が反転された反転クロックXCPCLK2を発生する。なお、負電源発生回路用クロック発生回路20を別途設けず、正電源発生回路用クロック発生回路10を共用してもよい。
また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN11とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP11が直列に接続され、それらの接続点には、フライングコンデンサC11の他方の端子が接続されている。また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN11及びPチャネル型の電荷転送トランジスタMP11のゲートにはフライングコンデンサC12の他方の端子が接続されている。
また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN12とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP12が直列に接続され、それらの接続点には、フライングコンデンサC12の他方の端子が接続されている。また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN12及びPチャネル型の電荷転送トランジスタMP12のゲートにはフライングコンデンサC11の他方の端子が接続されている。フライングコンデンサC11は、外部接続端子P11,P12の間に接続された外付けコンデンサである。フライングコンデンサC12は、外部接続端子P13,P14の間に接続された外付けコンデンサである。
Pチャネル型の電荷転送トランジスタMP11,MP12の共通ソースには、入力電位として接地電位VSSが印加されている。トランジスタによる電位ロスを無視すれば、定常動作状態において、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN11,MN12の共通ドレイン(出力端子)から、出力電位VBBとして−VDDという負の電位及び出力電流Ivbbが出力される。出力端子には平滑コンデンサC13が接続されているが、これも外部接続端子P15に接続された外付けコンデンサである。
ここで、同様に、外部接続端子P11〜P15は、端子部140に設けられており、さらに、入力電源電位VSSを外部から印加するための外部接続端子P16、入力クロックCLKを外部から印加するための外部接続端子P17が端子部140に設けられている。外部接続端子P17は、正電源発生回路131用の外部接続端子P7と共通にしてもよい。
また、外部接続端子P16とMP11,MNP12の共通ソースの間には、入力電源電位VSSを供給するための電源配線135が接続されている。外部接続端子P17と負電源発生回路用クロック発生回路20との間には入力クロックCLKを供給するための駆動クロック線136が接続されている。上述したレイアウトによれば、電源配線135と駆動クロック線136の配線長さを最小にして、それらの配線負荷を最小にすることができる。
負電源発生回路132の定常状態(VBB=−VDD)の動作を図7の波形図を参照して説明する。クロックCPCLK2がHレベル(VDD)のとき、反転クロックXCPCLK2はLレベル(VSS)であり、MN11、MP12はオフ、MN12、MP11はオン、MN11とMP11の接続点の電位V3はVSSに充電され、MN12とMP12の接続点の電位V4はフライングコンデンサC11の容量結合により−VDDの電位に下がり、その電位がMN12を通して出力される。
クロックCPCLK2がLレベル(VSS)になると、MN11、MP12はオン、MN12、MP11はオフし、電位V3はフライングコンデンサC12の容量結合により、−VDDに下がり、そのレベルがMN11を通して出力される。電位V4はVSSに充電される。つまり、負電源発生回路132の左右の直列トランジスタ回路から電荷転送により−VDDという電位が交互に出力される。但し、回路効率を100%と仮定した場合である。
[第2の実施の形態]
図8は、第2の実施形態の液晶表示装置のレイアウト図(平面図)である。第1の実施形態においては、正電源発生回路131と負電源発生回路132は他の回路よりも端子部140に最も近接して配置したものであるが、本実施形態においては、そのような配置が困難である場合に有効である。即ち、水平駆動回路110のシフトレジスタSRをLSIチップとしてTFTガラス基板100上に搭載する場合(COG:チップ・オン・グラス)には、その分額縁面積が増加するため、第1の実施形態のように端子部140に近接して配置することができないことがある。
そこで、図8に示すように、正電源発生回路131と負電源発生回路132は、端子部140が配置されているTFTガラス基板100の辺に直角な辺に沿って配置されると共に、端子部140が配置されているTFTガラス基板100の辺の方向(Y方向)に隣接して配置される。図8においては、正電源発生回路131がTFTガラス基板100の端部に配置され、負電源発生回路132は正電源発生回路131と画素部105の間に配置されているが、逆に、負電源発生回路132がTFTガラス基板100の端部に配置され、正電源発生回路131は負電源発生回路132と画素部の間に配置されてもよい。即ち、このようなレイアウトによれば、正電源発生回路131と負電源発生回路132は、端子部140からの距離が実質的に同じなるように配置される。これにより、配線負荷のアンバランスにより、正電源発生回路131と負電源発生回路132のいずれかの回路効率が低下するのを防止することができる。
[第3の実施の形態]
図9は、第3の実施形態の液晶表示装置のレイアウト図(平面図)である。本実施形態においては、正電源発生回路131と負電源発生回路132は端子部140が配置されているTFTガラス基板100の辺に直角な辺に沿って(図中のX方向に沿って)、互いに隣接して配置され、かつ、負電源発生回路132は正電源発生回路131より端子部140に近接して配置されている。このようなレイアウトは、図9の左の額縁面積が狭いために、第2の実施形態のようなレイアウトができない場合に有効である。
即ち、第1の実施形態で述べたように、負電源発生回路132が発生する出力電位VBBが上昇すると画素リークを発生するが、VBB上昇に対するマージンは非常に小さい。これに対して、正電源発生回路131が発生する出力電位VPPが低下すると、画素への映像信号Vsigの書き込みが不足するが、VPP低下に対するマージンは比較的大きい。
そこで、本実施形態においては、正電源発生回路131と負電源発生回路132のマージンの差に着目し、マージンの小さい負電源発生回路132を端子部140に近く配置し、回路効率低下による問題発生を防止した。
なお、上述の実施形態においては液晶表示装置を例として説明したが、本発明は電源回路の配置に関するものなので、液晶表示装置以外の他の表示装置にも適用することができる。
本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置を示すレイアウト図である。 水平駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態による液晶表示装置の動作を示す波形図である。 正電源発生回路の回路図である。 正電源発生回路の動作を示す波形図である。 負電源発生回路の回路図である。 負電源発生回路の動作を示す波形図である。 本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置を示すレイアウト図である。 本発明の第3の実施の形態による液晶表示装置を示すレイアウト図である。
符号の説明
10 正電源発生回路用クロック発生回路
20 負電源発生回路用クロック発生回路
100 TFT液晶パネル 105 画素部 110 水平駆動回路
120 垂直駆動回路 121 画素電極 122 共通電極
131 正電源発生回路 132 負電源発生回路
133,135 電源配線 134,136 駆動クロック線
140 端子部 200 対向ガラス基板
C1,C2 フライングコンデンサ C3 平滑用コンデンサ
DL データライン GL ゲートライン GT 画素トランジスタ
LC 液晶
MN1,MN2,MN11,MN12 Nチャネル型の電荷転送トランジスタ
MP1,MP2,MP11,MP12 Pチャネル型の電荷転送トランジスタ

Claims (8)

  1. 複数の画素トランジスタがマトリクス状に配置された画素部と、前記画素トランジスタを介して所定周期毎に極性が反転する映像信号が印加される画素電極と、前記画素トランジスタのスイッチングを制御するために前記画素電極に印加される正側の極性の最高電位よりも高電位の正電源電位を発生する正電源発生回路と、前記画素トランジスタのスイッチングを制御するために前記画素電極に印加される負側の極性の最低電位よりも低電位の負電源電位を発生する負電源発生回路と、前記正電源発生回路及び前記負電源発生回路を駆動するための駆動クロック及び電源電位を外部から印加するための端子部と、前記駆動クロック及び前記電源電位を供給するために前記正電源発生回路及び前記負電源発生回路と前記端子部の間に設けられた配線と、前記各部が配置される基板と、を備え、
    前記負電源発生回路は、前記基板上において前記正電源発生回路より前記端子部に近接して配置されたことを特徴とする表示装置。
  2. 前記画素電極に印加される前記正側の極性の最高電位と前記正電源電位の電位差、および、前記負側の極性の最低電位と負電源電位の電位差は、前記負側の極性の最低電位と前記負電源電位の電位差の方が小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記正電源発生回路は、前記外部から印加される電源電位を2倍昇圧して前記正電源電位として出力し、
    前記負電源発生回路は、前記外部から印加された電源電位を−1倍して前記負電源電位として出力することを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 前記画素電極と対向する共通電極を備え、
    前記画素電極に印加される映像信号は、前記共通電極に印加される共通電極信号に対して、前記所定期間毎に極性が反転し、
    前記画素電極には、正側の極性で前記正側の最高電位が印加され、負側の極性で前記負側の最低電位が印加されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記正電源電位により、前記画素トランジスタのスイッチングをONし、前記負電源電位により、前記画素トランジスタのスイッチングをOFFすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の表示装置。
  6. 前記正電源発生回路と負電源発生回路は、前記基板上において前記端子部が配置される辺に直角な辺に沿って、互いに隣接して配置されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の表示装置。
  7. 前記基板上において前記端子部に近接して、LSIチップが搭載されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の表示装置。
  8. 前記画素電極に印加される映像信号により駆動される液晶を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の液晶表示装置。
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