JP2000267136A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2000267136A JP11074137A JP7413799A JP2000267136A JP 2000267136 A JP2000267136 A JP 2000267136A JP 11074137 A JP11074137 A JP 11074137A JP 7413799 A JP7413799 A JP 7413799A JP 2000267136 A JP2000267136 A JP 2000267136A
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島 貴 徳 綱
Yoshiaki Aoki
木 良 朗 青
Hajime Sato
藤 肇 佐
Kazuo Nakamura
村 和 夫 中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査線駆動回路や映像信号線駆動回路に含ま
れるCMOSバッファの消費電力を低く抑制することの
できる駆動回路内蔵アクティブマトリクス型の液晶表示
装置を提供する。 【解決手段】 走査線と、走査線に直交する映像信号線
とにスイッチング素子が接続されたアクティブマトリク
ス型液晶表示素子を有し、走査線を介してスイッチング
素子に走査パルスを印加する走査線駆動回路及び映像信
号線に映像信号を印加する映像信号線駆動回路のうちの
少なくとも一方が、N型薄膜トランジスタとP型薄膜ト
ランジスタとを同一基板上に形成した1段のCMOSバ
ッファ、もしくは多段に接続した複数のCMOSバッフ
ァで構成されたディジタル回路を含むとき、CMOSバ
ッファを構成するN型薄膜トランジスタ及びP型薄膜ト
ランジスタのうち、回路動作中にオフ状態となっている
時間の長い一方のトランジスタのゲート長を他方のトラ
ンジスタのゲート長より長く形成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数本の走査線と
これらの走査線に直交する複数本の映像信号線とにそれ
ぞれアクティブ素子としてのスイッチング素子が接続さ
れたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の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グラフィックディスプレイとし
て広く利用されている。特に、近年では、同一面積の透
明絶縁基板上での有効画面領域を広げ、かつ、製造コス
トの低減を図るために、走査線駆動回路や映像信号線駆
動回路を、画素薄膜トランジスタと同様に透明絶縁基板
上に一体的に形成した、駆動回路内蔵アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の開発が進んでいる。
【0003】透明絶縁基板上に一体的に形成される走査
線駆動回路や映像信号線駆動回路は、ポリシリコンでな
る薄膜トランジスタを基本的な構成素子として、N型薄
膜トランジスタとP型薄膜トランジスタとを同一基板上
に形成した1段のCMOSバッファ、もしくは多段に接
続した複数のCMOSバッファで構成したディジタル回
路を含んでいる。これらのCMOSバッファは、例え
ば、CMOSトランジスタがインバータとして機能する
ように接続され、入力信号としてデューティ比が、数十
分の一乃至数千分の一程度のパルス電圧が加えられ、そ
の出力信号を上記の走査線や映像信号線に印加する構成
になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した駆動回路内蔵
アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、透明
基板上に一体形成される駆動回路の基本的な構成素子で
ある薄膜トランジスタは、単結晶シリコンを基板とする
トランジスタと比較してその能力が劣ることが知られて
いる。図8はその一例を説明するために、ゲート電圧V
g とドレイン電流Id との関係を示した線図で、製造工
程の僅かな差異に起因してゲート電圧Vgを0Vとした
場合のドレイン電流Id は幅Δで示すように大きくばら
ついている。このような特性のばらつきを補うためにゲ
ート幅を広げて電流を流れ易くする必要があった。しか
るに、ゲート幅を広げた場合、リーク電流の増大に応じ
て各素子の消費電力が増加するという解決しなければな
らない課題を有していた。
【0005】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、走査線駆動回路や映像信号線駆動回路に含
まれるCMOSバッファを形成する薄膜トランジスタの
リーク電流を低減することによって消費電力を低く抑制
することのできる駆動回路内蔵アクティブマトリクス型
の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
複数本の走査線と、走査線に直交する複数本の映像信号
線とにスイッチング素子が接続されたアクティブマトリ
クス型液晶表示素子を有し、走査線を介してスイッチン
グ素子に走査パルスを印加する走査線駆動回路及び映像
信号線に映像信号を印加する映像信号線駆動回路のうち
の少なくとも一方が、N型薄膜トランジスタとP型薄膜
トランジスタとを同一基板上に形成した1段のCMOS
バッファ、もしくは多段に接続した複数のCMOSバッ
ファで構成されたディジタル回路を含む液晶表示装置に
おいて、CMOSバッファを構成するN型薄膜トランジ
スタ及びP型薄膜トランジスタのうち、回路動作中にオ
フ状態となっている時間の長い一方のトランジスタのゲ
ート長を他方のトランジスタのゲート長より長く形成し
た、ことを特徴とするものである。
【0007】請求項2に係る発明は、複数本の走査線
と、走査線に直交する複数本の映像信号線とにスイッチ
ング素子が接続されたアクティブマトリクス型液晶表示
素子を有し、走査線を介してスイッチング素子に走査パ
ルスを印加する走査線駆動回路及び映像信号線に映像信
号を印加する映像信号線駆動回路のうちの少なくとも一
方が、N型薄膜トランジスタとP型薄膜トランジスタと
を同一基板上に形成した1段のCMOSバッファ、もし
くは多段に接続した複数のCMOSバッファで構成され
たディジタル回路を含む液晶表示装置において、CMO
Sバッファを構成するN型薄膜トランジスタ及びP型薄
膜トランジスタのうち、回路動作中にオフ状態となって
いる時間の長い一方のトランジスタのゲート幅を他方の
トランジスタのゲート幅より狭く形成した、ことを特徴
とするものである。
【0008】請求項3に係る発明は、請求項2に記載の
液晶表示装置において、一方のトランジスタのゲート長
を他方のトランジスタのゲート長より長く形成したこと
を特徴とするものである。
【0009】請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の
いずれかに記載の液晶表示装置において、CMOSバッ
ファをインバータで構成したことを特徴とするものであ
る。
【0010】請求項5に係る発明は、CMOSバッファ
を構成するN型薄膜トランジスタ及びP型薄膜トランジ
スタをポリシリコンで形成したことを特徴とするもので
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係
る液晶表示装置の部分構成を示す回路図であり、走査線
駆動回路及び映像信号線駆動回路のうちの少なくとも一
方(通常は両方)の構成要素として組み込まれるディジ
タル回路を示している。このディジタル回路は3個のイ
ンバータ11,12,13が順に直列に接続されてい
る。これらのインバータ11,12,13としてそれぞ
れCMOSトランジスタが用いられる。
【0012】すなわち、インバータ11は高圧電源VDD
とノードN1との間にソース・ドレイン経路を形成する
PMOSトランジスタ14と、接地点として示した低圧
電源VSSとノードN1との間にソース・ドレイン経路を
形成するNMOSトランジスタ15とでなり、これらの
トランジスタのゲートが相互に接続されてロジック信号
入力端子に接続される。インバータ12は高圧電源VDD
とノードN2との間にソース・ドレイン経路を形成する
PMOSトランジスタ16と、低圧電源VSSとノードN
2との間にソース・ドレイン経路を形成するNMOSト
ランジスタ17とでなり、これらのトランジスタのゲー
トが相互に接続されると共に、ノードN1に接続されて
いる。インバータ13は高圧電源VDDとロジック信号出
力端との間にソース・ドレイン経路を形成するPMOS
トランジスタ18と、低圧電源VSSと出力端との間にソ
ース・ドレイン経路を形成するNMOSトランジスタ1
9とでなり、これらのトランジスタのゲートが相互に接
続されると共に、ノードN2に接続されている。ロジッ
ク信号出力端と低圧電源VSSとの間には容量性負荷11
0が接続されている。
【0013】図1に示したディジタル回路のロジック信
号入力端に図2(a)に示すようにHレベルの時間がT
1 でLレベルの時間がT2 であるデューティ比が数十分
の一乃至数千分の一のパルス電圧を印加すると、ノード
N1の電圧波形は図2(b)に示すように反転したもの
となり、ノードN2の電圧は図2(c)に示すように入
力電圧波形と同形のものに復帰し、さらに出力電圧波形
はノードN2の電圧波形を反転したものとなる。
【0014】この場合、インバータ11におけるPMO
Sトランジスタ14は、T1 時間だけオフ状態になり、
このT1 時間よりも格段に長いT2 時間に亘ってオン状
態となり、反対に、NMOSトランジスタ15はT1 時
間だけオン状態になり、T2時間オフ状態を継続する。
従って、図1に示したディジタル回路の動作中はPMO
Sトランジスタ14のオフ時間と比較してNMOSトラ
ンジスタ15のオフ時間が圧倒的に長くなる。また、イ
ンバータ12においてはNMOSトランジスタ17のオ
フ時間と比較してPMOSトランジスタ16のオフ時間
が圧倒的に長くなり、さらに、インバータ13において
はPMOSトランジスタ18のオフ時間と比較してNM
OSトランジスタ19のオフ時間が圧倒的に長くなる。
【0015】上述した如く、トランジスタ14〜19を
薄膜トランジスタで構成した場合、ゲート幅を広げると
リーク電流も大きくなる。本実施形態はインバータ1
1,12,13を構成するCMOSトランジスタのう
ち、時間的にオフ状態が主となるトランジスタのゲート
長を長くしたり、ゲート幅を狭くしたりして、リーク電
流を低減することにより消費電力を低く抑制するもので
ある。
【0016】図3はこの考えに従って形成したディジタ
ル回路の第1の実施形態の詳細な構成を示す断面図及び
平面図であり、理解を容易にするために、(a)の断面
図に示した層間絶縁膜及び絶縁層を除去して(b)にそ
の平面図を示している。同図において、ガラス基板1上
にポリシリコン層2が形成され、このポリシリコン層2
に、例えば、PMOSトランジスタ18及びNMOSト
ランジスタ19でなるCMOSトランジスタを形成する
周知の処理が施される。そして、ポリシリコン層2上に
ゲート絶縁膜3が形成され、さらに、その表面にゲート
5及びゲート6が離隔して形成される。ゲート5及びゲ
ート6を含めたゲート絶縁膜3上に層間絶縁膜4が形成
され、その表面に高圧電源配線7及び低圧電源配線8が
形成される。また、ゲート5及びゲート6の中間位置に
おける層間絶縁膜4の表面に信号配線9が形成される。
【0017】そして、高圧電源配線7、低圧電源配線8
及びロジック信号出力配線9はそれぞれ層間絶縁膜4に
形成したスルーホールを通してポリシリコン層2の所定
の領域に接続される。なお、ゲート5及びゲート6は
「コ」の字型の配線の各先端部に相当し、「コ」の字型
の配線の基部が前段のCMOSトランジスタのロジック
信号出力配線に接続されている。これら高圧電源配線
7、低圧電源配線8及びロジック信号出力配線9の表面
を含めた層間絶縁膜4の表面部に絶縁層10が積層さ
れ、これによってPMOSトランジスタ18及びNMO
Sトランジスタ19を直列に接続し、その両端を高圧電
源配線7と低圧電源配線8に接続することによって信号
配線9から信号を出力するインバータ13が得られる。
インバータ11及びインバータ12も上述したインバー
タ13と同様に構成されている。
【0018】ところで、インバータ11,12,13は
順次、電流容量を大きくするように形成され、インバー
タ11を構成するPMOSトランジスタ14及びNMO
Sトランジスタ15のゲート幅をW1 、インバータ12
を構成するPMOSトランジスタ16及びNMOSトラ
ンジスタ17のゲート幅をW2 、インバータ13を構成
するPMOSトランジスタ18及びNMOSトランジス
タ19のゲート幅をW3 とすると、これらの間にW1 <
W2 <W3 の関係が成立っている。概略的な値を例示す
ると、図4に示したように、W1 =10μm,W2 =5
0μm,W3 =200μmである。なお、図3ではこれ
らの寸法差を表現し難いので尺度を変えて表わしてい
る。
【0019】一方、インバータ11のPMOSトランジ
スタ14のゲート長をL1 、NMOSトランジスタ15
のゲート長をL2 とすると、L1 <L2 となるように各
長さが決められている。また、インバータ12のPMO
Sトランジスタ16のゲート長はL2 に形成し、NMO
Sトランジスタ17のゲート長はL1 に形成されてい
る。さらに、インバータ13のPMOSトランジスタ1
8のゲート長はL1 に、NMOSトランジスタ19のゲ
ート長はL2 に形成されている。好適な値を例示する
と、図4に示したように、L1 =5μm、L2 =10μ
mである。
【0020】ここで、インバータ11に着目すると、P
MOSトランジスタ14のオフ時間と比較してNMOS
トランジスタ15のオフ時間が圧倒的に長くなる。この
実施形態においては、オフ状態となっている時間の長い
NMOSトランジスタ15のゲート長L2 を、PMOS
トランジスタ14のゲート長L1 より長くしたことによ
って図2に示したパルス電圧波形で動作するトランジス
タのリーク電流を低減することができる。これと全く同
様にして、インバータ12においてオフ状態となってい
る時間の長いPMOSトランジスタ16のゲート長L2
を、NMOSトランジスタ17のゲート長L1 より長く
したことによってリーク電流を低減することができ、イ
ンバータ32においてもオフ状態となっている時間の長
いNMOSトランジスタ19のゲート長L2 を、PMO
Sトランジスタ18のゲート長L1 より長くしたことに
よってリーク電流を低減することができる。
【0021】この結果、図1に示したように、多段に接
続した複数のCMOSバッファで構成したディジタル回
路の消費電力を従来の液晶表示装置に用いられていた同
様なディジタル回路と比較して格段に低く抑制すること
ができる。
【0022】図5は本発明に係る液晶表示装置を構成す
るディジタル回路の第2の実施形態の詳細な構成を示す
平面図であり、図中、第1の実施形態を示す図3と同一
の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。こ
の実施形態はCMOSバッファを構成する二つのトラン
ジスタのうち、オフ状態となっている時間の長い一方の
トランジスタのゲート幅を、他方のトランジスタのゲー
ト幅より狭く形成したものである。すなわち、インバー
タ11では、PMOSトランジスタ14のゲート幅W1
と比較して、NMOSトランジスタ15のゲート幅W2
を狭くしている。インバータ12では、PMOSトラン
ジスタ16のゲート幅W3 をNMOSトランジスタ17
のゲート幅W4 より狭くし、インバータ13では、PM
OSトランジスタ18のゲート幅W5 と比較してNMO
Sトランジスタ17のゲート幅W6 を狭くしている。こ
の場合、各MOSトランジスタのゲート長Lは全て等し
く形成されている。因みに、これらの値を概略的に例示
すると図6の図表のようになる。
【0023】この結果、図1に示したように、多段に接
続した複数のCMOSバッファで構成したディジタル回
路の消費電力を従来の液晶表示装置の同様なディジタル
回路と比較して格段に低く抑制することができる。
【0024】図7は本発明に係る液晶表示装置を構成す
るディジタル回路の第3の実施形態の詳細な構成を示す
平面図であり、図中、第1の実施形態を示す図3又は第
2の実施形態示す図5と同一の要素には同一の符号を付
してその説明を省略する。
【0025】この実施形態はCMOSバッファを構成す
る二つのトランジスタのうち、オフ状態となっている時
間の長い一方のトランジスタのゲート長を、他方のトラ
ンジスタのゲート長より長く形成し、かつ、オフ状態と
なっている時間の長い一方のトランジスタのゲート幅
を、他方のトランジスタのゲート幅より狭く形成するこ
とによってリーク電流を低減しようとするものである。
すなわち、インバータ11では、PMOSトランジスタ
14のゲート長をL1 、ゲート幅をW1 に形成したと
き、NMOSトランジスタ15のゲート長をより長いL
2 に、ゲート幅をより狭いW2 に形成する。同様に、イ
ンバータ12では、NMOSトランジスタ17のNMO
Sトランジスタ17のゲート長をL1 、ゲート幅をW4
に形成したとき、PMOSトランジスタ16のゲート長
をより長いL2 に、ゲート幅をより狭いW3 に形成す
る。また、インバータ13では、PMOSトランジスタ
18のゲート長をL1 、ゲート幅をW5 に形成したと
き、NMOSトランジスタ19のゲート長をより長いL
2 に、ゲート幅をより狭いW6 に形成する。
【0026】なお、図7に示した第3の実施形態におい
ては、インバータ11,12,13を構成する一対のP
MOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲート長
の差及びゲート幅の差は図4又は図6に示された値にす
る必要はなく、動作上、支障のない範囲で適宜設計変更
することができる。
【0027】かくして、図1に示したように、多段に接
続した複数のCMOSバッファで構成したディジタル回
路の消費電力を従来の液晶表示装置に用いられていた同
様なディジタル回路と比較して格段に低く抑制すること
ができる。
【0028】なお、上記実施形態ではCMOSバッファ
をインバータで構成したが、これと同様な動作をする回
路を例えばNAND回路やNOR回路等で構成すること
もできる。
【0029】また、上記実施形態では薄膜トランジスタ
をポリシリコンで形成したが、この薄膜トランジスタを
マイクロクリスタルやアモルファスシリコンで構成する
ことも可能である。
【0030】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、駆動回路の動作中、CMOSバッファを
構成する一対のトランジタのうち、オフ状態となってい
る時間の長い一方のトランジスタのゲート長を長くした
り、ゲート幅を狭くしたりして、リーク電流を低減する
ことによって消費電力を低く抑制することのできる駆動
回路内蔵アクティブマトリクス型の液晶表示装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示装置の走査線駆動回路及
び映像信号線駆動回路のうちの少なくとも一方の構成要
素として組み込まれるディジタル回路を示した図。
【図2】図1に示したディジタル回路の入力信号に対応
する主要な部位の信号波形を示した図。
【図3】図1に示したディジタル回路の第1の実施形態
の詳細な構成を示す断面図及び平面図。
【図4】図3に示したディジタル回路の第1の実施形態
の主要な部位の詳細な寸法を示した図表。
【図5】図1に示したディジタル回路の第2の実施形態
の詳細な構成を示す平面図。
【図6】図3に示したディジタル回路の第2の実施形態
の主要な部位の詳細な寸法を示した図表。
【図7】図1に示したディジタル回路の第3の実施形態
の詳細な構成を示す平面図。
【図8】薄膜トランジスタの性能を説明するために、ド
レイン電流とゲート電圧との関係を示す線図。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ポリシリコン層 3 ゲート絶縁膜 4 層間絶縁膜 5,6 ゲート 7 高圧電源配線 8 低圧電源配線 9 ロジック信号主力配線 11,12,13 インバータ 14,16,18 PMOSトランジスタ 15,17,19 NMOSトランジスタ L,L1 ,L2 ゲート長 W1 〜W6 ゲート幅
フロントページの続き (72)発明者 佐 藤 肇 埼玉県深谷市幡羅町1−9−2 株式会社 東芝深谷電子工場内 (72)発明者 中 村 和 夫 埼玉県深谷市幡羅町1−9−2 株式会社 東芝深谷電子工場内 Fターム(参考) 2H092 GA59 JA25 JA29 JA38 JA42 JA44 JA46 JB13 JB23 JB32 JB33 JB38 KA04 KA07 MA08 MA18 MA27 MA28 MA35 MA37 MA41 NA22 NA24 NA25 NA26 PA06 5F110 AA06 AA09 BB01 BB04 CC02 DD02 GG02 GG13 GG14 GG28 GG29 NN02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本の走査線と、前記走査線に直交する
    複数本の映像信号線とにスイッチング素子が接続された
    アクティブマトリクス型液晶表示素子を有し、前記走査
    線を介して前記スイッチング素子に走査パルスを印加す
    る走査線駆動回路及び前記映像信号線に映像信号を印加
    する映像信号線駆動回路のうちの少なくとも一方が、N
    型薄膜トランジスタとP型薄膜トランジスタとを同一基
    板上に形成した1段のCMOSバッファ、もしくは多段
    に接続した複数のCMOSバッファで構成されたディジ
    タル回路を含む液晶表示装置において、 前記CMOSバッファを構成するN型薄膜トランジスタ
    及びP型薄膜トランジスタのうち、回路動作中にオフ状
    態となっている時間の長い一方のトランジスタのゲート
    長を他方のトランジスタのゲート長より長く形成した、 ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】複数本の走査線と、前記走査線に直交する
    複数本の映像信号線とにスイッチング素子が接続された
    アクティブマトリクス型液晶表示素子を有し、前記走査
    線を介して前記スイッチング素子に走査パルスを印加す
    る走査線駆動回路及び前記映像信号線に映像信号を印加
    する映像信号線駆動回路のうちの少なくとも一方が、N
    型薄膜トランジスタとP型薄膜トランジスタとを同一基
    板上に形成した1段のCMOSバッファ、もしくは多段
    に接続した複数のCMOSバッファで構成されたディジ
    タル回路を含む液晶表示装置において、 前記CMOSバッファを構成するN型薄膜トランジスタ
    及びP型薄膜トランジスタのうち、回路動作中にオフ状
    態となっている時間の長い一方のトランジスタのゲート
    幅を他方のトランジスタのゲート幅より狭く形成した、 ことを特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記一方のトランジスタのゲート長を前記
    他方のトランジスタのゲート長より長く形成したことを
    特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】前記CMOSバッファをインバータで構成
    したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載
    の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】前記CMOSバッファを構成するN型薄膜
    トランジスタ及びP型薄膜トランジスタをポリシリコン
    で形成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
    に記載の液晶表示装置。
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