電平變換器及使用電平變換器的有源矩陣型顯示裝置的製作方法

2023-04-24 01:50:31 1

專利名稱：電平變換器及使用電平變換器的有源矩陣型顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將特定電壓幅度的輸入電壓變換成不同電壓幅度的輸出電壓的電平變換器，尤其涉及適用於有源矩陣型顯示裝置的柵極線驅動器。
背景技術：
現有的顯示裝置大致可分為無源型和有源型矩陣兩種。其中，有源矩陣型顯示裝置為對各個象素分別設開關元件、對各個象素分別施加與該象素的圖象數據對應的電壓(或流過電流)來進行顯示的顯示裝置。
液晶顯示裝置是通過在面對的基片間封入液晶LC、在每個象素中形成的象素電極施加電壓、通過改變液晶的透射率而進行顯示的顯示裝置，有源矩陣型LCD主要用作監視器之用途。
另外，電致發光顯示裝置是通過將電流從每個象素中形成的象素電極流到電致發光(EL)元件進行顯示的顯示裝置，有源矩陣型EL顯示裝置目前正在廣泛進行實用化研究。
圖2示出了有源矩陣型LCD的電路圖。在顯示區域，配置了向列方向延伸的多條漏極線2及向行方向延伸的多條柵極線3，對應於漏極線2與柵極線3各自的交點配置選擇電晶體4。選擇電晶體4的漏極和柵極分別與漏極線2及柵極線3相接，源極與每個象素中形成的象素電極相接。在顯示區域1的列方向外側，依次選擇特定的漏極線2，配置施加數據電壓的漏極線驅動器5。在顯示區域1的行方向外側，配置選擇柵極線的柵極線選擇器6。
柵極線選擇器6從多條柵極線3依次選擇特定的柵極線3而施加柵極電壓，將與該柵極線3相接的選擇電晶體4設定為通(ON)。漏極線驅動器5從多條漏極線2依次選擇特定的漏極線2，並將數據信號輸出到該漏極線2。通過漏極線2及處於通(ON)態的選擇電晶體4，對與所選擇的柵極線3及所選擇的漏極線2相接的象素的象素電極施加對應於數據信號的象素電壓，驅動與此對應的液晶LC而進行顯示。
然而，在對象素電極施加電壓，即在進行使每行象素電壓反轉的線反轉驅動時，為了抑制象素電壓的最大值，往往採用使對向電極COM的電壓同時反轉的對極AC驅動這樣的驅動方法。如上所述，對與所選擇的柵極線對應的象素電極通過選擇電晶體4施加象素電壓，而與其他未被選擇的柵極線對應的象素電極，則因選擇電晶體4為截止(OFF)而成為浮置狀態。於此，若驅動對極AC，未被選擇而成浮置態的象素電極的電位因反轉的對向電極COM的作用，電位發生變化。電位變化的結果往往是象素電極的電位與選擇電晶體4的柵極電位之差消失，選擇電晶體4成為通(ON)態。為了防止這一情況，對於驅動對極AC的有源矩陣型顯示裝置來說，有必要在非選擇時對選擇電晶體4的柵極施加負電壓。如果施加負電壓，象素電極即使變化，仍能確保與柵極電極之間的電位差，從而防止選擇電晶體4處於通(ON)態。這裡，柵極線選擇器6，如圖3(a)所示，在接地電位與特定電位間進行輸出。於是，如圖所示，在柵極線選擇器6與柵極線3之間插入了電平變換器7。電平變換器7是相對圖3(a)所示的具有第一電壓幅度的輸入信號而輸出圖3(b)所示的具有第二電壓幅度的信號的電壓變換電路。尤其是該電平變換器7如圖3(c)所示，輸出具有負電壓V3及正電壓V4的電壓幅度。
圖4示出現有電平變換器一例的電路圖。它由第1p溝道電晶體51、第二p溝道電晶體52、倒相器53、第1n溝道電晶體54、第2n溝道電晶體55、正電源56和負電源57構成。
以下說明圖4電路的工作原理。首先，輸入信號Sig1為低時，對於第1p溝道電晶體51，由於使輸入信號Sig1反轉的反轉輸入*Sig1被輸入到柵極，故為截止(OFF)態，輸入信號Sig1輸入到柵極的第2p溝道電晶體52使其成為通(ON)態。而且，由於正電源56通過第2p溝道電晶體52輸入到倒相器53，所以電平變換器的輸出信號Sig2為低。另外，正電源56通過第2p溝道電晶體52連接到第1n溝道電晶體54的柵極，第1n溝道電晶體54為通(ON)態，因通過第1n溝道電晶體54將第2n溝道電晶體55的柵極連接到負電源57，故第2n溝道電晶體55變為截止態(OFF)。
此後，當輸入信號Sig1為高時，第1p溝道電晶體51導通(ON)，第2p溝道電晶體52截止(OFF)。因此，第2n溝道電晶體55經第1p溝道電晶體51而導通(ON)，負電源57連接到倒相器53，電平變換器的輸出Sig2變為高。另外，由於第1n溝道電晶體54的柵極通過第2n溝道電晶體55連接到負電源57，故第1n溝道電晶體54成為截止態(OFF)。

發明內容
以往的電平變換器，其輸入信號Sig1由低到高或由高到低變化時，穿透電流由正電源56流向負電源57。以下對此進行說明。現在設輸入信號Sig1為高。上述各電晶體變成如下狀態第1p溝道電晶體51ON第2p溝道電晶體52OFF第1n溝道電晶體54OFF第2n溝道電晶體55ON在此，設輸入信號Sig1變為低。因此，首先，1)第1p溝道電晶體51成為OFF，第2p溝道電晶體52成為ON。然後，2)第1n溝道電晶體54的柵極打開變為ON。最後，3)因為在第2n溝道電晶體55的柵極上積蓄的電荷通過第1n溝道電晶體54離開負電源57，第2n溝道電晶體55變為OFF。這樣按順序變化。這一變化需要一定的時間。
上述變化期間，第2p溝道電晶體52與第2n溝道電晶體55均為ON，故在此變化期間，穿透電流連續從正電源56流向負電源57。
穿透電流涉及消耗功率的增大，在用電池驅動裝有這種電平變換器的顯示裝置的情況下，會產生電池壽命縮短的問題。
特別是對於用低溫多晶矽作為電晶體的活性層的有源矩陣型顯示裝置，與半導體基片上形成的電晶體的遷移率相比，低溫多晶矽電晶體的遷移率小，故第2p溝道電晶體52與第2n溝道電晶體55均為ON的時間加長，因此會長時間流過穿透電流。尤其是低溫多晶矽，多半用於中小型顯示裝置，中小型顯示裝置多半為電池驅動，減小功耗是一重大課題。
於是，本發明的目的是提供一種能防止電平變換器的穿透電流、減小功耗的有源矩陣型顯示裝置。
本發明旨在解決上述課題，本發明的電平變換器作為互補將反轉的一對輸入信號的一方輸入到第1一導電型電晶體柵極、第1逆導電型電晶體柵極的同時，又將輸入信號的反轉信號輸入到第2一導電型電晶體柵極、第2逆導電型電晶體柵極，在第一電源與第二電源之間，第1一導電型電晶體、第1逆導電型電晶體以及第3逆導電型電晶體串聯連接；在第一電源與第二電源之間，第2一導電型電晶體與第2逆導電型電晶體以及第4的逆導電型電晶體串聯連接；第1一導電型電晶體和第1逆導電型電晶體的連接點與第4的逆導電型電晶體柵極連接；第2一導電型電晶體與第2逆導電型電晶體的連接點跟第3逆導電型電晶體柵極連接；從第2一導電型電晶體與第2逆導電型電晶體的連接點輸出對應於輸入信號的輸出信號。
另外，一種有源矩陣型顯示裝置，是具有配置多個象素的顯示區域、用於選擇象素的多條柵極線、交叉於柵極線而配置的多條信號線及選擇柵極線的柵極線選擇器，它將上述電平變換器插在柵極線選擇器與柵極線之間。
而且，各電晶體的活性層為低溫多晶矽。


圖1示出了有關本發明第一實施例的電平變換器。
圖2示出了有源矩陣型顯示裝置的平面圖。
圖3示出說明電平變換器的動作的示意圖。
圖4是以往的電平變換器的電路圖。
具有實施方式圖1是關於本實施例電平變換器的電路圖。本實施例電平變換器有第1p溝道電晶體11、第2p溝道電晶體12、倒相器13、第1n溝道電晶體14、第2n溝道電晶體15、第3n溝道電晶體16、第4n溝道電晶體17、正電源18、負電源19。
將輸入信號反轉的反轉信號*Sig1輸入到第1p溝道電晶體11的柵極、第1n溝道電晶體14的柵極的同時，將輸入信號Sig1輸入到第2p溝道電晶體12的柵極、第2n溝道電晶體15的柵極。第1p溝道電晶體11、第1n溝道電晶體14、第3n溝道電晶體16依次相互串聯連接，第2p溝道電晶體12、第2n溝道電晶體15、第4n溝道電晶體17也依次相互串聯連接。而且，第1p溝道電晶體11與第2p溝道電晶體12的源極連接到正電源18，第3n溝道電晶體16與第4n溝道電晶體17的漏極連接到負電源19。第1p溝道電晶體11與第1n溝道電晶體14的連接點接於第4n溝道電晶體17的柵極，第2p溝道電晶體12與第2n溝道電晶體15的連接點接於第3n溝道電晶體16的柵極，構成互補結構。輸出信號Sig2從第2p溝道電晶體12與第2n溝道電晶體15的連接點輸出。而且最後級配置了作為緩衝器的倒相器13。
以下說明本實施例電平變換器的動作。
首先，輸入信號為低時，第1p溝道電晶體11OFF第2p溝道電晶體12ON第1n溝道電晶體14ON第2n溝道電晶體15OFF。
由於通過第2p溝道電晶體12將倒相器3接於正電源18，故輸出信號Sig2作為低電平輸出而變成負電源電壓V3。而且，由於通過第2p溝道電晶體12將第3n溝道電晶體16的柵極接於正電源18，故第3n溝道電晶體16成為ON，再通過第1、第2n溝道電晶體14、16將第4n溝道電晶體17的柵極接於負電源19，故第4n溝道電晶體17為OFF。
其次，輸入信號Sig1變高時，第1p溝道電晶體11ON第2p溝道電晶體12OFF第1n溝道電晶體14OFF第2n溝道電晶體15ON。
然後，通過第1p溝道電晶體11將正電源18的電壓施加於第4n溝道電晶體17的柵極，第4n溝道電晶體17成為ON，因為通過第2、第4n溝道電晶體15、17將倒相器13接於負電源19，輸出信號Sig2作為高電平輸出而成為正電源電壓V4。因為通過第2、第4n溝道電晶體15、17將第3n溝道電晶體16的柵極接於負電源19，所以，第3n溝道電晶體16成為OFF。
本實施例的電平變換器因其反轉信號*Sig1輸入到第1p溝道電晶體11及第1n溝道電晶體14的柵極，故無論Sig1為高還是低，總是一個電晶體為ON，另一個則為OFF。因此，如果電晶體本身的遷移時間相等，就沒有穿透電流。同樣，因為將輸入信號Sig1輸入到第2p溝道電晶體12與第2n溝道電晶體15的柵極，故無論哪一個電晶體為OFF，也沒有穿透電流。
本實施例更大的優點是工作速度快。以往的電平變換器因有穿透電流，所以為了供給充分的電荷來切換倒相器53需要時間，其結果是，特別在輸出信號Sig2從低到高變化時，輸出電壓上升到規定的電壓值又需要時間。與此相反，對本實施例來說，因穿透電流小，倒相器13的切換要比以往快，所以輸出信號Sig2的切換也快。
作為本發明的第二實施例，以下說明本發明適用於有源矩陣型LCD的示例。本實施例的電路圖跟圖2所示的以往的電路圖完全一樣。本實施例跟以往的不同點在於電平變換器的電路構成，本實施例的電平變換器採用了第一實施例中詳述的電平變換器。
正電源18的電壓是至少比選擇電晶體導通閾值電壓高的電壓V4，負電源19的電壓是比由對極AC驅動的可使象素電極電位變化的最低電壓還低的電壓V3。
本實施例通過採用第一實施例的電平變換器，可降低每次選擇柵極線所產生的穿透電流。電平變換器使每條柵極線接地，在一幀畫面設置例如240線、480線，而且，柵極電極因在每一水平周期必然有某一柵極電極為ON或OFF，所以，ON、OFF反覆次數極多，功耗抑制的效果特別大。
另外，在類似玻璃這樣的低熔點的絕緣性透明基片上直接製作電路的低溫多晶矽TFT的情況下，每個電晶體的遷移率小，所以，穿透電流問題比較突出。所謂低溫多晶矽，就是在比例如玻璃這樣的矽基片及石英基片熔點低的絕緣性透明基片上形成非晶矽，並通過低於雷射退火等基片熔點(約700℃)的低溫工藝(也有在極短的幾秒鐘內加熱到800℃的情況)而結晶化的多晶矽。若採用低溫多晶矽，由於在玻璃基片上將外圍控制電路與象素作在一起，故一方面有減低成本、使顯示裝置小型化的優點，反過來，由於多晶化的溫度較低，故有晶粒邊界多、多晶矽的電荷遷移率低的缺點。採用這種低溫多晶矽用作活性層的薄膜電晶體(低溫多晶矽TFT)，如果將以往的電平變換器作在玻璃基片上，第2n溝道電晶體15變化所需的時間更長，即有更多的穿透電流流過。相反，若是本實施例的電平變換器，穿透電流所需的時間僅為倒相器13的輸出漂移時間，即使是遷移率低的多晶矽TFT，也可減低穿透電流。於是，本發明適用於採用低溫多晶矽TFT的有源矩陣型顯示裝置，可以發揮更大的作用。
本申請人用低溫多晶矽TFT形成以往的電平變換器與本實施例的電平變換器的電路，模擬了使輸出Sig2從V3＝-2V上升到V4＝10V後，再使V3降至-2V的動作。通過此試驗，發現輸出Sig2從低變高時，以往的電平變換器有14.4pA的穿透電流，而用本實施例的電平變換器，穿透電流可減至11.2pA，輸出Sig2從高變低時，以往的電平變換器有3.0pA的穿透電流，而用本實施例的電平變換器，穿透電流可減至1.6pA，總體來說，穿透電流可減低26.4％。
另外，對本實施例以有源矩陣型LCD為例進行了說明，但並不限於有源矩陣型LCD，同樣適用於有源矩陣型顯示裝置，例如，有機EL〔電致發光〕顯示裝置、LED〔發光二極體〕顯示裝置、真空螢光顯示裝置等各種顯示裝置。
如上所述，由於本發明的電平變換器在三個串聯電晶體中對導電型不同的兩個電晶體的柵極形成輸入或反轉輸入，在電晶體狀態遷移時，兩電晶體均為OFF，所以，可以防止在三個電晶體中流過穿透電流。從而，因此，使用本發明的電平變換器可以作成降低電平變換器的消耗電流、延長電池壽命的有源矩陣型顯示裝置。
尤其是，由於各電晶體的活性層為低溫多晶矽，不管電晶體的遷移率如何，照樣可獲得本發明的效果，並能產生特別顯著的效果。
權利要求
1.一種電平變換器，其特徵在於作為互補，一方面，將反轉的一對輸入信號輸入到第1的一導電型電晶體的柵極及第1的逆導電型電晶體的柵極的同時，另一方面，將其輸入到第2的一導電型電晶體的柵極及第2的逆導電型電晶體的柵極；在第1電源與第2電源之間，第1的一導電型電晶體、第1的逆導電型電晶體及第3的逆導電型電晶體串聯連接；在第1電源與第2電源之間，第2的一導電型電晶體、第2的逆導電型電晶體及第4的逆導電型電晶體串聯連接；第1的一導電型電晶體與第1的逆導電型電晶體的連接點連接到第4的逆導電型電晶體的柵極，第2的一導電型電晶體與第2的逆導電型電晶體的連接點連接到第3的逆導電型電晶體的柵極；從第2的一導電型電晶體與第2的逆導電型電晶體的連接點輸出相當於輸入信號的輸出信號。
2.一種有源矩陣型顯示裝置，其特徵在於對於具有配置多個象素的顯示區域、用於選擇上述象素的多條柵極線、交叉於上述柵極線而配置的多條信號線及選擇上述柵極線的柵極線選擇器的有源矩陣型顯示裝置，把權利要求1記載的電平變換器插在柵極線選擇器與上述柵極線之間。
3.權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其特徵在於上述各電晶體的活性層是低溫多晶矽。
全文摘要
因用作有源矩陣型顯示裝置的柵極線選擇器的電平變換器產生穿透電流,故消耗功率大。為解決這一問題,在正電源18與負電源19之間串聯連接p溝道電晶體11(或12)與n溝道電晶體14(或15),將輸入信號Sig1或反轉信號
文檔編號G09G3/20GK1333524SQ011243
公開日2002年1月30日 申請日期2001年6月14日 優先權日2000年6月14日
發明者松本昭一郎, 古宮直明, 奧山正博, 廣澤考司 申請人:三洋電機株式會社