(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差する複数本の走査線及び複数本の信号線、これら両線の各交差部に配置されたスイッチ素子、前記スイッチ素子に接続された画素電極を含む第１の基板、前記画素電極と対向する対向電極を含む第２の基板、前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された光変調層を有する表示パネルと、前記信号線にデータ信号を供給する信号線駆動回路と、前記走査線に走査信号を供給する走査線駆動回路と、前記信号線駆動回路と前記走査線駆動回路に制御信号や電源電位を供給する外部制御回路とを備えた平面表示装置において、
前記外部制御回路に含まれる電圧源回路を前記第１の基板上に配置するとともに、
前記第１の基板上において、前記信号線駆動回路又は前記走査線駆動回路に供給される制御信号が前記電圧源回路にも供給されるように構成し、
前記信号線駆動回路に供給される制御信号及び前記走査線駆動回路に供給される制御信号のいずれか一方が前記電圧源回路に選択的に供給されるように構成したことを特徴とする平面表示装置。
【請求項２】
前記電圧源回路に供給される制御信号が分周回路を介して供給されることを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置。
【請求項３】
前記信号線駆動回路又は前記走査線駆動回路に供給される電源電位が前記電圧源回路にも供給されるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面表示装置に関し、詳しくは画素が形成された基板上に駆動回路などを配置した平面表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力などの特性を活かし、幅広い分野で使用されている。中でも、画素毎にスイッチ素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を配置した液晶表示装置は、情報機器端末や薄型テレビジョンなどの表示装置として広く利用されている。
【０００３】
こうした液晶表示装置は、液晶を動作させるための電極などが形成されたアレイ基板と、このアレイ基板に制御信号や電源電位などを供給する外部制御回路とがある。従来はアレイ基板上に高度で複雑な駆動回路を作り込むことが難しく、これら駆動回路を外部制御回路上に形成することで補ってきた。しかし、近年ではアレイプロセスや回路技術の向上により、アレイ基板上に駆動回路や電源回路などを作り込むことが可能となり、低コスト化とコンパクト化が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、外部制御回路に含まれるＩＣ部品のうち、さらにチャージポンプ回路（電圧源回路）を備えたアレイ基板も作られている。しかし、チャージポンプ回路の駆動に必要なパルス信号と電源電位は依然として外部制御回路から供給しているため、新たなアレイ入力ピンの増設や専用のパルス信号の生成は外部制御回路の負担となり、アレイ基板上にチャージポンプ回路を作り込むことによる低コスト化やコンパクト化の効果が少ないという難点があった。
【０００５】
この発明の目的は、アレイ基板上にチャージポンプ回路を備えた構成において、低コスト化とコンパクト化を実現した平面表示装置を提供することにある。
【０００６】
また、この発明の他の目的は、上記目的に加えて、さらに低消費電力を達成した平面表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、互いに交差する複数本の走査線及び複数本の信号線、これら両線の各交差部に配置されたスイッチ素子、前記スイッチ素子に接続された画素電極を含む第１の基板、前記画素電極と対向する対向電極を含む第２の基板、前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された光変調層を有する表示パネルと、前記信号線にデータ信号を供給する信号線駆動回路と、前記走査線に走査信号を供給する走査線駆動回路と、前記信号線駆動回路と前記走査線駆動回路に制御信号や電源電位を供給する外部制御回路とを備えた平面表示装置において、前記外部制御回路に含まれる電圧源回路を前記第１の基板上に配置するとともに、前記第１の基板上において、前記信号線駆動回路又は前記走査線駆動回路に供給される制御信号と同じ制御信号が前記電圧源回路に供給されるように構成し、前記信号線駆動回路に供給される制御信号及び前記走査線駆動回路に供給される制御信号のいずれか一方が前記電圧源回路に選択的に供給されるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
好ましい形態として、前記制御信号の電位をレベルシフト回路で所定のレベルにシフトして前記電圧源回路に供給する。
【００１０】
好ましい形態として、前記電圧源回路において昇圧動作を停止している待機時には前記走査線駆動回路に供給される制御信号を供給し、昇圧動作を行う活性時には前記信号線駆動回路に供給される制御信号を供給する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記電圧源回路に供給される制御信号が分周回路を介して供給されることを特徴とする。
【００１２】
好ましい形態として、前記レベルシフト回路で電位をシフトした制御信号を前記分周回路に供給する。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記信号線駆動回路又は前記走査線駆動回路に供給される電源電位と同じ電源電位が前記電圧源回路に供給されるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係わる平面表示装置を、アレイ基板上に駆動回路を一体化したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用した場合について説明する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係わる液晶表示装置１００の回路構成図であり、とくにアレイ基板と外部制御回路の構成を示している。図１に示すアレイ基板１０１上には、複数の画素が形成された画素部１０３と、走査線駆動回路１０４及び信号線駆動回路１０５が配置されている。
【００１６】
画素部１０１には、複数本の信号線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・（以下、総称Ｓ）及びこれと交差する複数本の走査線Ｇ１，Ｇ２・・・（以下、総称Ｇ）が互いに交差するように配置されており、両線の各交差部にはスイッチ素子としてのＴＦＴ１１が配設されている。信号線Ｓと走査線Ｇとは、図示しない絶縁膜により電気的に絶縁されている。
【００１７】
ＴＦＴ１１のソース電極は信号線Ｓに接続され、ドレイン電極は画素電極１２に接続されている。図１には示していないが、画素電極１２と対をなす対向電極は、図示しない対向基板上に形成されている。アレイ基板１０１と前記対向基板は、それぞれの電極面が対向するように所定間隔で配置され、その周囲はシール材で封止される。そして、両基板の内部には光変調層となる液晶材料が内部に充填される。
【００１８】
またアレイ基板１０１において、画素電極１２には図示しない対向電極との電位関係を保持するために、並列に補助容量１３が接続されている。この補助容量１３は画素電極１２と補助容量線Ｃ１，Ｃ２・・・（以下、総称Ｃ）との間に容量Ｃｓを形成している。補助容量線Ｃは、すべての画素の補助容量１３と電気的に接続されており、外部制御回路１０２から一定の電圧が与えられている。
【００１９】
また、図示しない対向電極には、外部制御回路１０２から一定のコモン電圧（Ｖｃｏｍ）が与えられている。信号線Ｓを通じて書き込まれたデータ信号は、液晶容量Ｃｌｃと容量Ｃｓにより１フレーム走査期間保持される。
【００２０】
走査線駆動回路１０４は、図示しないタイミング回路（シフトレジスタ）及びバッファ回路により構成され、外部制御回路１０２から制御信号として供給される垂直クロック信号ＣＫＶ及び垂直スタート信号ＳＴＶに基づいて、走査線Ｇ１，Ｇ２・・・に１水平走査期間ごとに順次走査信号を出力する。
【００２１】
信号線駆動回路１０５は、図示しないタイミング回路（シフトレジスタ）、ビデオバス及びアナログスイッチ回路などにより構成されている。アナログスイッチ回路はＴＦＴで構成されており、それぞれのドレイン電極は信号線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・に接続されている。タイミング回路は、外部制御回路１０２から制御信号として供給される水平クロック信号ＣＫＨ及び水平スタート信号ＳＴＨに基づいて前記アナログスイッチ回路を制御して、同じく外部制御回路１０２から供給されるデータ信号を所定のタイミングで信号線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・にサンプリングする。なお、信号線駆動回路の駆動方式は、アナログサンプルホールド方式のほか、Ｄ／Ａ変換方式であってもよい。
【００２２】
走査線駆動回路１０４と信号線駆動回路１０５には、電源電圧としてＶＤＤ１とＶＤＤ２が供給されている。このうち、ＶＤＤ１は外部制御回路１０２から供給され、ＶＤＤ２は後述するチャージポンプ回路１０から供給されている。
【００２３】
外部制御回路１０２は、図示しないコントロールＩＣ、Ｄ／Ａコンバータ、レベルシフタなどで構成され、外部から供給される基準クロック信号やデジタルのデータ信号などを適宜に変換及び加工して、アナログのデータ信号や制御信号（ＣＫＶ、ＣＫＨ、ＳＴＶ、ＳＴＨ）、電源電圧（ＶＤＤ１、ＶＤＤ２）、コモン電圧などをアレイ基板１０１上の各駆動回路に供給する。この外部駆動回路１０２とアレイ基板１０１との間は、図示しないＦＰＣ（フレキシブル配線基板）により電気的に接続されている。
【００２４】
また、アレイ基板１０１上にはチャージポンプ回路１０が配置されている。このチャージポンプ回路１０では、本体回路がアレイ基板１０１上に配置され、回路の出力部とグランド（ＧＮＤ）との間に設けられた出力側容量１５はアレイ基板１０１の外に配置されている。図１では回路の出力部とグランドとの関係を理解しやすくするために、出力側容量１５をアレイ基板外に描いているが、回路の出力部からの配線は電極パッド１７を介して外部制御回路１０２へ取り込まれ、外部制御回路１０２の内部で出力側容量１５が形成されている。ただし、これらの容量はアレイ基板１０１の外に配置されていればよく、この実施形態のように外部制御回路１０２内に配置する必要はない。
【００２５】
また出力側容量１５は、各画素の補助容量１３と補助容量線Ｃを介して接続されている。このように、すべての画素に取り付けられた補助容量１３と、アレイ基板１０１の外に配置された出力側容量１５とを接続することにより、出力電圧のさらなる安定化を図ることができる。画面が高密度化あるいは大型化した場合に、補助容量１３のもつ容量Ｃｓの総和が十分に大きいものであれば、アレイ基板１０１の外に配置された出力側容量１５の容量を小さくしたり、あるいは出力側容量１５そのものを不要とすることができる。
【００２６】
一方、チャージポンプ回路１０には、外部制御回路１０２からチャージポンプ回路用の電源電圧ＶＤＤＣが与えられており、このＶＤＤＣをＶＤＤ２に昇圧して走査線駆動回路１０４と信号線駆動回路１０５に供給している。また、チャージポンプ回路１０の駆動に必要なパルス信号として、外部制御回路１０２から各駆動回路に供給される制御信号のうちのＣＫＨ（水平クロック信号）が供給されている。この実施形態では、外部制御回路１０２から供給されたＣＫＨの振幅（電位）を、レベルシフト回路１９によりＶＤＤ１と同じ電位までシフトしてチャージポンプ回路１０に入力している。
【００２７】
なお、外部制御回路１０２から供給されたＣＫＨを直接、チャージポンプ回路１０に入力するようにしてもよい。この場合は、あらかじめＣＫＨの振幅を適切な電位に設定しておく必要がある。
【００２８】
ここで、チャージポンプ回路１０の回路構成と動作について簡単に説明する。図２（ａ）はチャージポンプ回路１０の回路構成図、（ｂ）はその等価回路図である。図２では、図１と同等部分に同一符号を付している。
【００２９】
チャージポンプ回路１０は、２つのＮｃｈＴＦＴ１７、１８、入力側容量１５及び出力側容量１６により構成されている。このうち、ＮｃｈＴＦＴ１７のドレイン電極側は、ＮｃｈＴＦＴ１８のソース電極及びゲート電極と接続されている。
【００３０】
図３は、チャージポンプ回路１０の動作を示すタイミングチャートである。図３を参照しながら、チャージポンプ回路１０の動作例について説明する。
【００３１】
まず、クロック入力部１４から振幅ＶＤＤ１にレベルシフトされた制御信号（ＣＫＨ）を入力する。例えば、図３（ａ）に示すような振幅１０Ｖで周波数１．５ＭＨｚの方形波を入力する。また電源入力部２１には、電源電圧ＶＤＤＣとしてＶＤＤ１と同じく、例えばＤＣ１０Ｖを入力する。
【００３２】
中間ノードｐｇでは、入力波形に応じて次のような電圧が維持される。すなわち、クロック入力部１４からＣＫＨが入力されていない期間では、ＶＤＤＣからＮｃｈＴＦＴ１７のしきい値Ｖｔｈ分を差し引いた電圧が維持される。例えば、ＮｃｈＴＦＴ１７のしきい値Ｖｔｈが２Ｖとすると、中間ノードｐｇは８Ｖ（ＶＤＤＣ−Ｖｔｈ）に維持される。また、クロック入力部１４からＣＫＨが入力されている期間では、昇圧比αで昇圧された振幅波形が得られる。例えば、昇圧比αが１の場合、パルス波形は図３（ｂ）に示すように８〜１８Ｖ（ＶＤＤＣ−Ｖｔｈ＋αＶＤＤ１）の振幅波形が得られる。そして、出力部２２の電圧は、クロック入力部１４にＣＫＨが入力されるごとに段階的に昇圧され、最終的にはＶＤＤＣ−２Ｖｔｈ＋αＶＤＤ１の出力電圧が得られる。例えば、図３（ｃ）において、ＮｃｈＴＦＴ１８のしきい値Ｖｔｈを２Ｖとした場合、各駆動回路に供給するＶＤＤ２として１６Ｖの出力電圧が得られる。
【００３３】
上記のように構成された液晶表示装置１００によれば、アレイ基板１０１上にチャージポンプ回路１０を配置したことにより、外部制御回路１０２のコンパクト化が可能となり、また外部制御回路１０２に高機能なＩＣ部品が不要となるために低コスト化が可能となる。とくに、外部制御回路１０２に配置されていたチャージポンプ回路１０をそのままアレイ基板１０１上に移し替えた場合には、アレイ基板１０１上に大容量のコンデンサを形成することができないため、チャージポンプ回路１０の出力電圧の変動を少なく抑えることが難しくなる。しかしながら、この実施形態１の構成によれば、チャージポンプ回路１０を外部制御回路１０２に配置した場合と同様に出力電圧を安定させることが可能となる。
【００３４】
また、チャージポンプ回路１０の駆動に必要なパルス信号として、外部制御回路１０２から供給されるＣＫＨを使用しているため、外部制御回路１０２においては、新たなアレイ入力ピンの増設や専用のパルス信号を生成する負担を削減することができ、アレイ基板１０１上にチャージポンプ回路１０を作り込むことによる低コスト化とコンパクト化の効果を十分に得ることが可能となる。
【００３５】
したがって、実施形態１の液晶表示装置１００においては、従来と同様に出力電圧を安定させることができるだけでなく、装置の低コスト化とコンパクト化とを実現することができる。
【００３６】
なお、この実施形態１ではチャージポンプ回路１０の駆動に必要なパルス信号としてＣＫＨを入力しているが、外部制御回路１０２から供給される制御信号のうち、ＳＴＨ（水平スタート信号）を入力するようにしてもよい。
【００３７】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係わる液晶表示装置１１０の回路構成図であり、図１と同等部分には同一符号を付している。この実施形態２に係わる液晶表示装置１１０の基本構成は実施形態１と同じであるため各部の説明を省略し、特徴的な部分についてのみ説明する。
【００３８】
実施形態２の液晶表示装置１１０では、チャージポンプ回路１０とレベルシフト回路１９との間に分周回路２０が接続されている。チャージポンプ回路１０の駆動に必要なパルス信号としてＣＫＨが供給されているとすると、このＣＫＨの周波数は分周回路２０によりチャージポンプ回路１０の駆動に最適な周波数となるように変換された後、チャージポンプ回路１０に入力される。例えば、分周回路２０でＣＫＨの周波数を１／６４という低い周波数に変換することにより、チャージポンプ回路１０での動作回数を少なくして消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００３９】
したがって、実施形態２の液晶表示装置１１０においては、実施形態１と同様に出力電圧の安定化、装置の低コスト化とコンパクト化を実現するとともに、さらに低消費電力化を達成することができる。
【００４０】
［実施形態３］
上記実施形態１及び２では、チャージポンプ回路１０の駆動に必要なパルス信号として、信号線駆動回路１０５に供給されるＣＫＨ（又はＳＴＨ）を使用する例について示したが、走査線駆動回路１０４に供給されるＣＫＶ（又はＳＴＶ）を使用してもよい（図示を省略する）。
【００４１】
また、信号線駆動回路１０５に供給されるＣＫＨ（又はＳＴＨ）と、走査線駆動回路１０４に供給されるＣＫＶ（又はＳＴＶ）とを併用し、いずれか一方のパルス信号を選択的に供給するようにしてもよい。一般に、ＣＫＶ及びＳＴＶはＣＫＨ及びＳＴＨに比べて周波数が低いため、チャージポンプ回路１０での昇圧動作を停止している待機時にはＣＫＶ（又はＳＴＶ）を使用し、昇圧動作を行う活性時にはＣＫＨ（又はＳＴＨ）を使用するのが有効である。これにより、チャージポンプ回路１０での動作回数を少なくして消費電力の低減を図ることが可能となる。なお、このようなパルス信号の切り換えは、例えば図５のような回路構成により実現することができる。
【００４２】
図５において、センサー回路２３は、チャージポンプ回路１０の動作状態を検知する回路であり、例えばＶｒｅｆとＶＤＤ２を入力とする差動増幅回路により構成することができる。また、入力切り換え回路２４は、センサー回路２３から出力される信号レベルに従って、入力されるパルス信号を切り換える回路であり、例えばクロックドインバータ回路で構成することができる。
【００４３】
チャージポンプ回路１０の動作中は、各駆動回路に出力される電源電圧ＶＤＤ２は所定の電圧を維持しているが、動作が停止すると、電源電圧ＶＤＤ２の電圧は低下する。センサー回路２３は、ＶｒｅｆとＶＤＤ２を比較して、ＶＤＤ２≧Ｖｒｅｆであればハイレベルの信号を、またＶＤＤ２＜Ｖｒｅｆであればローレベルの信号をそれぞれ出力（ＯＵＴ）する。入力切り換え回路２４は、センサー回路２３から出力された信号レベルがハイレベルであれば、入力をＣＫＨ（又はＳＴＨ）に切り換え、信号レベルがローレベルであれば、入力をＣＫＶ（又はＳＴＶ）に切り換える。このような動作により、チャージポンプ回路１０の動作が停止している待機時にはＣＫＶ（又はＳＴＶ）が選択され、昇圧動作を行っている活性時にはＣＫＨ（又はＳＴＨ）が選択されることになる。なお、センサー回路２３のＶｒｅｆは外部から入力される。この時、例えば抵抗分圧により電位を調整することにより、所望の電圧を設定することができる。
【００４４】
この実施形態３の液晶表示装置においても、出力電圧の安定化、装置の低コスト化とコンパクト化を実現するとともに、低消費電力化を達成することができる。とくに、実施形態２の分周回路２０を組み合わせた場合には、さらなる低消費電力化を達成することができる。
【００４５】
［実施形態４］
図６は、実施形態４に係わる液晶表示装置１２０回路構成図であり、図１と同等部分には同一符号を付している。この実施形態４に係わる液晶表示装置１２０の基本構成は実施形態１と同じであるため各部の説明を省略し、特徴的な部分についてのみ説明する。
【００４６】
実施形態４の液晶表示装置１２０では、走査線駆動回路１０４及び信号線駆動回路１０５に供給されるＶＤＤ１を、チャージポンプ回路用の電源電圧として使用している。この例では、チャージポンプ回路用の電源を走査線駆動回路１０４及び信号線駆動回路１０５の電源と共有化したので、アレイ基板１０１への入力電源の数を少なくすることができる。
【００４７】
したがって、実施形態４の液晶表示装置１２０においては、実施形態１と同様に出力電圧の安定化とともに、装置のさらなる低コスト化とコンパクト化を実現することができる。
【００４８】
この実施形態４においても、実施形態２の分周回路２０を組み合わせた場合には、低消費電力化を達成することができる。また、実施形態３のようにチャージポンプ回路１０の動作状態に応じてパルス信号を選択的に切り換える構成とすることで、さらなる低消費電力化を達成することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至３の発明においては、走査線駆動回路又は信号線駆動回路に供給される制御信号をチャージポンプ回路（電圧源回路）の駆動に必要なパルス信号として供給するようにしたので、外部制御回路において新たなアレイ入力ピンの増設や専用のパルス信号を生成する負担が削減され、アレイ基板上にチャージポンプ回路を作り込むことによる低コスト化とコンパクト化の効果を十分に得ることができる。
【００５０】
とくに、前記信号線駆動回路と走査線駆動回路にそれぞれ供給される制御信号のいずれか一方を選択的にチャージポンプ回路に供給するようにした場合は、チャージポンプ回路の動作状態に応じて適切な周波数の制御信号を選択することができるので、チャージポンプ回路での動作回数を少なくして消費電力の低減を図ることができる。
【００５１】
とくに、請求項２の発明のように、前記パルス信号を分周回路を介して供給するようにした場合は、前記パルス信号の周波数を最適な周波数に変換することにができるので、チャージポンプ回路での動作回数を少なくして低消費電力を達成することができる。
【００５２】
また、とくに請求項３の発明のように、前記各駆動回路に供給される電源電圧をチャージポンプ回路用の電源電圧として供給するようにした場合は、アレイ基板（第１の基板）への入力電源の数を少なくすることができるので、装置のさらなる低コスト化とコンパクト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係わる液晶表示装置の回路構成図。
【図２】図１に示すチャージポンプ回路の回路構成図。
【図３】図２に示すチャージポンプ回路の動作を示すタイミングチャート。
【図４】実施形態２に係わる液晶表示装置の回路構成図。
【図５】パルス信号を切り換える回路の回路構成図。
【図６】実施形態３に係わる液晶表示装置の回路構成図。
【符号の説明】
１０…チャージポンプ回路、１１…ＴＦＴ、１２…画素電極、１３…補助容量、１５…入力側容量、１６…出力側容量、１７，１８…ＮｃｈＴＦＴ、１９…レベルシフト回路、２０…分周回路、１０１…アレイ基板、１０２…外部制御回路、１０３…画素部、１０４…走査線駆動回路、１０５…信号線駆動回路
【図１】
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【図２】
0004690554.tif 000003
【図３】
0004690554.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004690554.tif 000007