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JP2007128029A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】汎用的な駆動制御回路を用いて、ゲートドライバのa−Si TFTのしきい値電圧の変動を防止することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、画素PXを駆動するゲートドライバと、ゲートドライバへ所定の制御信号を出力する駆動制御回路と、分周回路とを備える。画素、ゲートドライバ並びに分周回路は、絶縁基板上に形成された非晶質シリコン薄膜トランジスタ(a−Si TFT)を用いて構成されている。駆動制御回路が出力する制御信号は、画像信号のフレーム期間の開始に対応したスタート信号を含み、分周回路は、スタート信号を分周した周期を有する分周信号を生成する。
【選択図】図4

Description

本発明は薄膜トランジスタ(TFT)により構成されたゲートドライバを備える表示装置に関するものである。
液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の表示装置は、ガラス等の絶縁基板上にマトリクス状に配設された画素と、その画素行(画素ライン)ごとに設けられたゲート線(走査線)と、それらのゲート線を順次選択して駆動するゲートドライバとを備えている。ゲートドライバはシフトレジスタにより構成することができるが、ゲートドライバに使用されるシフトレジスタは、製造プロセスの簡略化のために、同一導電型の電界効果トランジスタのみで構成されることが望ましい。このため、Nチャネル型またはPチャネル型の電界効果トランジスタのみで構成されたシフトレジスタおよびそれを搭載する表示装置が種々提案されている。
また、ゲートドライバを構成する電界効果トランジスタとして非晶質シリコン薄膜トランジスタ(a−Si TFT)を用いた表示装置は、大面積化が容易で且つ生産性が高く、例えばノート型PCの画面や、大画面ディスプレイ装置などに広く採用されている。
a−Si TFTは、ゲート電極が継続的(直流的)にバイアスされた場合に、しきい値電圧が大きくシフトする現象が起こることが分かっている。その現象は、a−Si TFTを用いたゲートドライバの誤動作を引き起こす要因となり問題となる。また、a−Si TFTのみならず、有機TFTにおいても同様の問題が生じることが分かっている。
その対策として、ゲートドライバの出力段に出力プルダウン用のa−Si TFTを並列に2つ設け、両者をフレーム毎に交互に動作/休止させることによって、一つの出力プルダウン用のa−Si TFTのゲート電極が継続的にバイアスされないようにしたゲートドライバ回路が提案されている(例えば非特許文献1)。
Soon Young Yoon 他「Highly Stable Integrated Gate Driver Circuit using a-Si TFT with Dual Pull-down Structure」SID 05 DIGEST p.348
しかしながら、従来から使用されてきた汎用的な駆動制御回路のLSIからは、そのような2つの出力プルダウン用のa−Si TFTの動作/休止をフレーム毎に切り替えるための制御信号(切替信号)は出力されていない。よって、非特許文献1の技術を採用するためには、駆動制御回路に、切替信号を生成するための回路を新たに設ける必要がある。しかしそのような回路を設けた場合、従来の駆動制御回路とは異なる特殊な仕様となり、駆動制御回路の製造コストが上昇し、それにより表示装置のコスト上昇を招くことになる。
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、汎用的な駆動制御回路を用いて、ゲートドライバのTFTのしきい値電圧の変動を防止することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる表示装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設された複数の画素と、前記画素を駆動するゲートドライバと、前記ゲートドライバへ所定の制御信号を出力する駆動制御回路と、信号の周波数を分周する分周回路とを備える表示装置であって、前記画素、前記ゲートドライバ並びに前記分周回路は、前記絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を用いて構成されており、前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、画像信号のフレーム期間の開始に対応したスタート信号を含み、前記分周回路は、前記スタート信号を分周した周期を有する分周信号を生成するものである。
本発明に係る表示装置によれば、ゲートドライバが備える2つの出力プルダウン用のTFTのフレーム毎の切り替えを、分周信号に基づいて行うことができる。分周信号は、汎用的な駆動制御回路が出力する2つのスタート信号を分周して得たものである。つまり、汎用的な駆動制御回路を用いて、2つの出力プルダウン用のTFTをフレーム毎に交互に切り替える方式のゲートドライバを動作させることができる。従って、表示装置のコスト上昇を抑制しつつ、ゲートドライバのTFTのしきい値電圧の変動に起因する誤動作を防止することが可能になる。また、分周回路は、画素およびゲートドライバと同じく絶縁基板上に形成されたTFTを用いて構成されるので、表示装置に分周回路を設けることに伴う製造プロセスの複雑化は抑えられる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、説明が重複して冗長になるのを避けるため、各図において同一または相当する機能を有する要素には同一符号を付してある。
<実施の形態1>
以下、本発明の具体的な実施の形態について説明するが、本発明の理解を容易にするために、まずは従来の汎用的な駆動制御回路およびゲートドライバについて説明する。図1は、従来の表示装置の構成例を示すブロック図である。
図1の表示装置では、ガラス等の絶縁基板上に形成されたa−Si TFTを用いて構成された画素PXがマトリクス状に配設されている。画素PXとしては例えば液晶素子を用いたものや、有機EL(Electro-Luminescent)等の電界発光素子を用いたものなどが挙げられる。
図2(a)はa−Si TFTを用いた液晶画素の構成例である。ゲート線にはアクティブ素子121(a−Si TFT)のゲートが接続され、データ線にはアクティブ素子121のドレインが接続される。またアクティブ素子121のソースには、保持容量122および液晶素子123が接続される。保持容量122および液晶素子123それぞれの他端は、共通電極に接続される。従って、ゲート線がアクティブ(H(High)レベル)になるとアクティブ素子121はオンとなり、そのときのデータ線のデータ(電位)が保持容量122に保持される。この保持容量122に保持されたデータに応じて液晶素子123中の液晶の配向性が変化し、当該画素の表示輝度が変化する。
また図2(b)はa−Si TFTが使用された有機EL画素の構成例である。ゲート線には、アクティブ素子125(a−Si TFT)のゲートが接続され、データ線にはアクティブ素子125のドレインが接続する。アクティブ素子125のソースには、保持容量126と、駆動用TFT127(a−Si TFT)のゲートが接続される。駆動用TFT127のドレインには、EL素子128が接続される。保持容量126の他端および駆動用TFT127のソースは所定の電源ラインに接続し、EL素子128の他端はカソード電源に接続される。従って、ゲート線がアクティブ(Hレベル)になるとアクティブ素子125がオンとなり、そのときのデータ線のデータ(電位)が保持容量126に保持される。そして、この保持容量126に保持されたデータに応じて駆動用TFT127のオン/オフが切り替わり、駆動用TFT127がオンの場合にEL素子128に電流が流れて、当該画素が発光する。
画素PXの各々は、以下に説明するゲートドライバ101,102と、駆動制御回路110とによって駆動される。図1に示す従来例では、画素PXのマトリクス(画素マトリクス)の両側に、当該画素PXと同じく絶縁基板上に形成されたa−Si TFTを用いて構成された2つのゲートドライバ101,102が配設されている。画素マトリクスの左側のゲートドライバ101は、奇数番目の画素行に対応するゲート線G1,G3,G5,・・・を駆動するものであり、右側のゲートドライバ102は、偶数番目の画素行に対応するゲート線G2,G4,G6,・・・を駆動するものである。この方式によれば、画素PXの走査方向のピッチを小さくした場合にも対応でき、画素PXの高密度化すなわち画面の高解像度化を図ることが可能である。以下の説明では、ゲートドライバ101を「奇数ゲートドライバ101」、ゲートドライバ102を「偶数ゲートドライバ102」と称する。
駆動制御回路110は、単結晶シリコンを用いて形成された汎用的なLSIである。駆動制御回路110は、画素PXに書き込む表示データをデータ線(DR1,DG1,DB1,DR2,DG2,DB2,・・・)に出力するソースドライバ回路、ゲートドライバ101,102を駆動させるのに必要な駆動制御信号(スタート信号およびクロック信号)の生成回路、電源電圧を生成する電源回路などで構成されている。
駆動制御回路110が出力する駆動制御信号には、ゲートドライバ101,102に画像信号の1フレームの開始に対応したスタートパルスと、その動作タイミングを規定するクロック信号が含まれている。画素マトリクスを2つのゲートドライバ101,102で駆動する場合、駆動制御回路110は奇数ゲートドライバ101に、奇数ゲート線の走査を開始させるスタート信号STYOと、奇数ゲートドライバ101の動作タイミングを規定するクロック信号CLKYOおよびその逆相のクロック信号/CLKYOを出力する。
また駆動制御回路110は、偶数ゲートドライバ102に、偶数ゲート線のスタート信号STYEと、偶数ゲートドライバ102の動作タイミングを規定するクロック信号CLKYEおよびその逆相のクロック信号/CLKYEとが出力される。
これらの駆動制御信号の波形を図3に示す。図3の如く、クロック信号CLKYO,/CLKYOは、表示装置の4水平期間(4H)の周期のパルス信号であり、両者は互いに2水平期間(2H)だけ位相がずれている。同様に、クロック信号CLKYE,/CLKYEも、表示装置の4水平期間(4H)の周期のパルス信号であり、両者は互いに2水平期間(2H)だけ位相がずれている。またクロック信号CLKYOとクロック信号CLKYEとは、1水平期間(1H)だけ位相がずれている。即ち、この4つのクロック信号CLKYO,CLKYE,/CLKYO,/CLKYEは、1水平期間ずつ位相がずれた4相クロックを構成している。
駆動制御回路110は、フレーム期間の開始に対応した時刻t0に、奇数ゲートドライバ101へスタート信号STYOを出力する。その後奇数ゲートドライバ101には、時刻t0から1水平期間(1H)遅れた時刻t1にクロック信号CLKYOが入力され、さらに時刻t1から2水平期間(2H)遅れた時刻t3にクロック信号/CLKYOが入力される。
奇数ゲートドライバ101を構成するシフトレジスタは、クロック信号CLKYO,/CLKYOに同期して、スタート信号STYOを奇数番目のゲート線G1,G3,G5,・・・へと順番にシフトさせる。それにより図3の如く、奇数番目のゲート線G1,G3,G5,・・・は、クロック信号CLKYO,/CLKYOに同期して、2水平期間ごとに順次アクティブ(Hレベル)になる。
一方、偶数ゲートドライバ102には、時刻t0から1水平期間(1H)遅れた時刻t1に、スタート信号STYEが入力される。そして時刻t1から1水平期間(1H)遅れた時刻t2にクロック信号CLKYEが入力されると共に、時刻t2から2水平期間(2H)遅れた時刻t4にクロック信号/CLKYEが入力される。
偶数ゲートドライバ102を構成するシフトレジスタは、クロック信号CLKYE,/CLKYEに同期して、スタート信号STYEを奇数番目のゲート線G2,G4,G6,・・・へと順番にシフトさせる。それにより図3の如く、奇数番目のゲート線G2,G4,G6,・・・は、クロック信号CLKYE,/CLKYEに同期して、2水平期間ごとに順次アクティブ(Hレベル)になる。
奇数ゲートドライバ101に入力されるクロック信号CLKYO,/CLKYOと、偶数ゲートドライバ102に入力されるクロック信号CLKYE,/CLKYEとは、互いに1水平期間だけ位相がずれているので、奇数番目のゲート線と偶数番目のゲート線とは交互にアクティブになる。
以上の動作の結果、図3の如く、全てのゲート線G1,G2,G3,G4,・・・が、1水平期間ごとにその順番で選択されることになる。
なお、ここでの図示は省略するが、画素PXの密度が低い場合には、ゲートドライバが画素マトリクスの片側のみに配置され、その1つのゲートドライバで画素マトリクスを駆動する場合もある。その場合は偶数と奇数のゲート線を区別する必要がないため、駆動制御回路は、2相のクロック信号と、1フレーム期間ごとに1つのスタート信号とを出力し、それらの信号に従って、1つのゲートドライバが全てのゲート線を順番に選択するよう動作する。
また、汎用の駆動制御回路(LSI)は、ゲートドライバが1つの場合と2つの場合とのいずれにも対応できるよう、両方の場合の駆動制御信号を出力可能なように構成されているものもある。即ち、そのような汎用の駆動制御回路は、2つのゲートドライバを駆動するための4相のクロック信号および2相のスタート信号と、1つのゲートドライバを駆動するための2相のクロックおよび1相のスタート信号との両方を出力可能なように構成されている。
ここから、本発明に係る表示装置について説明する。図4は本発明に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。
同図の如く本実施の形態では、絶縁基板上に形成されたa−Si TFTを用いて構成された画素PXのマトリクス(画素マトリクス)の両側に、同じく絶縁基板上に形成されたa−Si TFTを用いて構成された2つのゲートドライバ11,12が配設されている。画素マトリクスの左側の奇数ゲートドライバ11は、奇数番目の画素行に対応するゲート線G1,G3,G5,・・・を駆動するものであり、右側の偶数ゲートドライバ12は、偶数番目の画素行に対応するゲート線G2,G4,G6,・・・を駆動するものである。
ゲートドライバ11,12の基本的な動作は、図1に示した従来のゲートドライバ101,102と同様である。但し、本実施の形態に係るゲートドライバ11,12は、a−Si TFTのしきい値電圧のシフトを防止するために、2つの出力プルダウン用のa−Si TFTをフレーム毎に交互に切り替える方式(例えば上記の非特許文献1の方式)が採用されたものである。即ち、このゲートドライバ11,12を正常に動作させるためには、2つの出力プルダウン用のa−Si TFTを切り替えるための制御信号(切替信号)が必要になる。
また図4に示す駆動制御回路110は、図1に示したものと同様に、単結晶シリコンを用いて形成された汎用的なLSIである。即ち、駆動制御回路110は、奇数ゲートドライバ101へ、上記したスタート信号STYOおよびクロック信号CLKYO,/CLKYOを駆動制御信号として出力する。また偶数ゲートドライバ102へは、上記したスタート信号STYEおよびクロック信号CLKYE,/CLKYEを駆動制御信号として出力する。
本実施の形態に係る表示装置は、絶縁基板上に形成されたa−Si TFTを用いて構成された信号の周波数を分周する分周回路20を有している。分周回路20へは、図4の如く2つのスタート信号STYO,STYEと、2つのクロック信号CLKYE,/CLKYOとが入力される。この分周回路20は、それらの4つの信号により駆動され、スタート信号STYO,STYEの周期を2倍にした(即ち、周波数を1/2分周した)周期を有する分周信号VFRおよびその逆相の分周信号/VFRを出力する。
スタート信号STYO,STYEは、画像信号の各フレーム期間の開始タイミングに対応した信号であるので、それを2倍周期した分周信号VFR,/VFRは、画像信号の1フレーム期間ごとに反転する信号になる。この分周信号VFR,/VFRは、共にゲートドライバ11,12に入力され、そこで2つの出力プルダウン用のa−Si TFTを切り替えるための切替信号として使用される。
本実施の形態によれば、従来の汎用的な駆動制御回路110を使用して、ゲートドライバ11,12各々の2つの出力プルダウン用のa−Si TFTを切り替えるための切替信号を得ることができる。つまり、汎用的な駆動制御回路を用いて、ゲートドライバ11,12のa−Si TFTのしきい値電圧の変動を抑制し、誤動作を防止できるという効果が得られる。
次に、本実施の形態に係る分周回路20について説明する。図5は、分周回路20の基本的構成を示す回路図であり、図6はその動作を示すタイミング図である。まず、これらの図に基づいて分周回路20の動作原理を説明する。
図5の如く、分周回路20は、スイッチSW1,SW2と、インバータIV1,IV2,IV3(第1、第2および第3のインバータ)、および保持回路としての保持容量CH1,CH2から構成される。保持容量CH1はインバータIV1の入力ノードNAに接続し、保持容量CH2はインバータIV2の入力ノードNBに接続している。なお、保持容量CH1,CH2は、寄生容量であってもよい。
また図5において、入力信号IN1,IN2は互いに周期が等しく、位相が異なる信号である。スイッチSW1,SW2は、それぞれ入力信号IN1,IN2がH(High)レベルになる間オンするよう動作する。
図6を参照し、時刻t0の時点でノードNEがHレベルであったとする。このとき時刻t0で入力信号IN1がHレベルになってスイッチSW1がオンとなると、ノードNAがHレベルになり、インバータIV1の出力ノードNBはL(Low)レベルになる。即ち、インバータIV1は、入力信号IN1に同期して、インバータIV3の出力を反転させるよう動作する。その後時刻t1で入力信号IN1はLレベルに戻るとスイッチSW1はオフするが、保持容量CH1によってノードNAはHレベルに保持されるので、ノードNBはLレベルに保持される。
そして時刻t2で入力信号IN2がHレベルになると、スイッチSW2がオンとなり、ノードNCのレベルがノードNBと同じLレベルとなる。この結果、インバータIV2の出力ノードNDはHレベルになり、インバータIV3の出力ノードNEはLレベルになる。即ち、インバータIV2は、入力信号IN2に同期して、インバータIV1の出力を反転させるよう動作する。その後時刻t3で入力信号IN2はLレベルに戻るとスイッチSW2はオフするが、保持容量CH2によってノードNCはLレベルに保持されるので、ノードNDはHレベル、ノードNEはLレベルに保持される。
その後は、各ノードのレベルの関係は逆になるが、上記の時刻t0〜t3と同様の動作が行われる。即ち、時刻t4で入力信号IN1が再びHレベルになってスイッチSW1がオンとなると、ノードNAがLレベルになり、ノードNBがHレベルになる。そして時刻t5で入力信号IN1がLレベルに戻ってスイッチSW1がオフしても、保持容量CH1がノードNAのLレベルを保持するため、ノードNBもHレベルに保持される。
そして時刻t6で入力信号IN2がHレベルになると、スイッチSW2がオンしてノードNCがHレベル、ノードNDはLレベル、ノードNEはHレベルになる。そして時刻t7で入力信号IN2がLレベルに戻ってスイッチSW2はオフしても、保持容量CH2がノードNCをHレベルに保持するため、ノードND,NEもそれぞれLレベル、Hレベルを維持する。
時刻t7以降は、上記の時刻t0〜t7と同じ動作が繰り返される。
このように図5の回路によれば、ノードNA,NBのレベルは、それぞれ入力信号IN1のレベルがHレベルになる毎に反転し、ノードND,NEのレベルは、それぞれ入力信号IN2のレベルがHレベルになる毎に反転する。即ち、ノードNA〜NEには、それぞれ入力信号IN1,IN2の2倍周期の信号が現れる。特に、ノードNA,NBに現れる信号は、位相が入力信号IN1と揃い、ノードNC〜NEに現れる信号は、位相が入力信号IN2と揃うこととなる。
図7は、分周回路20の具体的な回路構成の例を示す図である。同図のように、分周回路20は単一の導電型(ここではnチャネル型)のa−Si TFTを用いて構成される。
分周回路20を構成するa−Si TFT(以下「トランジスタ」と称す)それぞれの機能について説明する。トランジスタQ1は、図5のスイッチSW1に対応しており、駆動制御回路110から入力されるスタート信号STYO(第1のスタート信号)に基づいて、ノードN8のレベルをノードN1に伝達するものである。
トランジスタQ2〜Q6は、ノードN1のレベルを反転してノードN2に出力するインバータと、ノードN1,N2のレベルを保持するラッチとを含むラッチ・インバータ21を構成している。より詳細には、トランジスタQ5,Q6がインバータとして働き、トランジスタQ2〜Q5がラッチとして働く。トランジスタQ5,Q6から成るインバータは、図5のインバータIV1(第1のインバータ)に対応しており、トランジスタQ2〜Q6から成るラッチは、図5の保持容量CH1と同様に保持回路として機能する。図7の分周回路20において、保持回路が容量素子ではなくラッチであるのは、分周回路20の動作周期が長い場合でもノードN1,N2のレベルを安定して保持できるようにするためである。トランジスタQ7,Q8は、トランジスタQ5,Q6から成るインバータの出力壇に設けられ、当該インバータの駆動能力(電流を流す能力)を上げるためのバッファ22を構成している。
トランジスタQ9は、図5のスイッチSW2に対応しており、駆動制御回路110からのスタート信号STYE(第2のスタート信号)に基づいて、ノードN3のレベルをノードN4に伝達するものである。
トランジスタQ10〜Q13は、ノードN4のレベルを反転してノードN5に出力するインバータと、ノードN4,N5のレベルを保持するラッチとを含むラッチ・インバータ23を構成している。より詳細には、トランジスタQ12,Q13がインバータとして働き、トランジスタQ10〜Q13がラッチとして働く。トランジスタQ12,Q13から成るインバータは、図5のインバータIV2(第2のインバータ)に対応しており、トランジスタQ10〜Q13から成るラッチは、図5の保持容量CH2と同様に保持回路として機能する。ここでも、保持回路が容量素子ではなくラッチであるのは、分周回路20の動作周期が長い場合にもノードN4,N5のレベルを安定して保持できるようにするためである。また、トランジスタQ14,Q15は、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの出力段に設けられたバッファ24を構成している。当該バッファ24はトランジスタQ12,Q13から成るインバータの駆動能力を上げるよう機能する。
一方、トランジスタQ22,Q23もまた、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの駆動能力を上げるためにその出力段に設けられたバッファ28を構成しているが、特にこれは、分周回路20から分周信号VFRを出力するための出力バッファとして機能するものである(以下、バッファ28を「出力バッファ28」と称す)。
トランジスタQ16,Q17は、ノードN6のレベルを反転してノードN7に出力するインバータ25として機能している。インバータ25は、図5のインバータIV3(第3のインバータ)として働く。またトランジスタQ18,Q19は、インバータ25の駆動能力を大きくするためにその出力段に設けられたバッファ26を構成している。
一方、トランジスタQ20,Q21もまた、インバータ25の駆動能力を上げるために、その出力段に設けられたバッファ27を構成しているが、特にこれは、分周回路20から分周信号/VFRを出力するための出力バッファとして機能するものである(以下、バッファ27を「出力バッファ27」と称す)。
クロック信号/CLKYOの入力端子とノードN7(トランジスタQ18,Q20のゲート)との間に接続する容量素子C1は、クロック信号/CLKYOを受けて、それぞれトランジスタQ18,Q20のゲート(インバータ25の出力ノード)の電圧を昇圧するためのものである。同様に、クロック信号/CLKYOの入力端子とノードN5(トランジスタQ14,Q22のゲート)との間に接続する容量素子C2は、クロック信号/CLKYOを受けて、それぞれトランジスタQ14,Q22のゲート(ラッチ・インバータ23の出力ノード)の電圧を昇圧するためのものである(以下、容量素子C1、C2をそれぞれ「昇圧容量」と称す)。
またトランジスタQ24,Q25は、昇圧容量C1,C2により昇圧されたノードN5,N7のレベルを、それぞれVDD+Vth(VDD:電源電圧、Vth:a−Si TFTのしきい値電圧)に固定するクランプ素子である。トランジスタQ14,Q18,Q20,Q22のゲート電圧がVDD+Vthを超えないようにすることによって、それらのトランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制している。
図8および図9は、図7の分周回路20の動作を示すタイミング図である。以下、これらの図に基づいて分周回路20の動作を説明する。説明の便宜上、基準電位となる低電位側電源の電位(VSS)を0とし、高電位側電源の電位をVDDと仮定する。また、スタート信号STYO,STYEおよびクロック信号CLKYO,/CLKYO,CLKYE,/CLKYE各々のLレベル、Hレベルの電位も、それぞれ0、VDDとしている。なお、実際の利用においては、画素に書込まれるデータのレベルに応じて基準電位が設定されるため、低電位側電源および高電位側電源の電位は、例えばそれぞれ−12V、+17Vなどに設定される。
まず図8を参照し、時刻t10の直前で、分周信号VFRがLレベル、分周信号/VFRがHレベルであったとする。このときノードN8はHレベル(VDD−Vth)、ノードN1がLレベル(0)である。時刻t10でスタート信号STYOがHレベル(VDD)となるとトランジスタQ1がオンし、ノードN1にノードN8のレベルが伝達される。トランジスタQ3のオン抵抗はトランジスタQ1,Q18のオン抵抗よりも十分高く設定されているので、ノードN1はHレベル(VDD−Vth)に変化する。それによりトランジスタQ5がオンするが、トランジスタQ5のオン抵抗はトランジスタQ4,Q6のオン抵抗よりも十分低く設定されているので、ノードN2はHレベル(VDD−Vth)からLレベルに変化する。この結果、トランジスタQ7がオフ、トランジスタQ8がオンとなり、バッファ22の出力ノードN3はLレベル(0)となる。
時刻t11で、スタート信号STYOがLレベル(0)になるとトランジスタQ1はオフになるが、トランジスタQ2〜Q5から成るラッチの作用により、ノードN1,N2,N3の各レベルはそのまま保持される。
時刻t12で、スタート信号STYEがHレベル(VDD)となると、トランジスタQ9がオンしてノードN4にノードN3のレベルが伝達される。トランジスタQ10のオン抵抗は、トランジスタQ8,Q9のオン抵抗よりも十分高く設定されているので、ノードN4はHレベル(VDD−Vth)からLレベルに変化し、トランジスタQ13はオフになる。但しこの時点では、クロック信号CLKYEはLレベル(0)であるので、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの出力ノードN5はLレベル(0)のままである。
そして時刻t13でスタート信号STYEがLレベル(0)になると、トランジスタQ9がオフするが、上記のようにトランジスタQ10のオン抵抗は十分高く、駆動能力が低いので、ノードN4のレベルはゆっくりとしか上昇せず、次にクロック信号CLKYEがHレベルになる時刻t14までノードN4のLレベルは維持される。
時刻t14でクロック信号CLKYEがHレベル(VDD)となると、トランジスタQ12がオンし、トランジスタQ12,Q13から成るインバータの出力ノードN5がHレベル(VDD−Vth)になる。それと共にトランジスタQ11がオンになるので、トランジスタQ10〜Q13から成るラッチの作用によって、ノードN4のLレベル、ノードN5のHレベルがそれぞれ保持される。その結果、トランジスタQ14はオン、トランジスタQ15はオフの状態となるので、バッファ24の出力ノードN6はHレベル(VDD−2×Vth)となる。
ノードN6がHレベルになるとトランジスタQ17,Q19,21はオンになる。このときクロック信号CLKYEはHレベルであるため、トランジスタQ16もオンしているが、トランジスタQ17のオン抵抗は、トランジスタQ16のオン抵抗に比べて十分低く設定されており、インバータ25の出力ノードN7はLレベル(≒0)となる。
ノードN7がLレベルになると、トランジスタQ18がオフ、トランジスタQ19がオンの状態になるので、バッファ26の出力ノードN8はLレベル(0)となる。それと共に、トランジスタQ20がオフ、トランジスタQ21がオンの状態になるので、出力バッファ27の出力ノードN9のレベル、即ち分周信号/VFRのレベルが、Lレベル(0)となる。
またノードN8がLレベルになると、トランジスタQ22がオン、トランジスタQ23がオフの状態になるので、出力バッファ28の出力ノードN10のレベル、即ち分周信号VFRのレベルが、Hレベル(VDD−2×Vth)となる。
分周信号VFRはトランジスタQ2のゲートに入力される。よって、分周信号VFRがHレベルの期間はトランジスタQ2はオンになり、ノードN1のレベルがリーク電流によって低下してしまうことが防止される。また時刻t15でクロック信号CLKYEがLレベル(0)になると、トランジスタQ12,Q16がオフになる。トランジスタQ16がオフになると、ノードN7へのトランジスタQ16からの電流供給が無くなり、ノードN7のレベルは0になる。
さらに図7の分周回路20では、時刻t16で、クロック信号/CLKYOがHレベル(VDD)になると、昇圧容量C2による容量結合によってノードN5(トランジスタQ14,Q22のゲート)が昇圧される。それによりノードN5のレベルがVDD+Vthになると、トランジスタQ22のしきい値電圧分の損失が無くなり、分周信号VFR(ノードN10)のレベルはVDDまで上昇する。
このときノードN5と高電位側電源(VDD)との間に接続するトランジスタQ25は、ノードN5のレベルが過度に高くならないようにして、トランジスタQ14,Q22のしきい値電圧のシフトを抑制している。トランジスタQ25はダイオード接続され、カソードを高電位側電源(VDD)に接続しており、図8に示すように、ノードN5のレベルがVDD+Vthを超えないようにしている。同様に、ノードN7と高電位側電源(VDD)との間に接続しているトランジスタQ24は、ノードN7のレベルがVDD+Vthを超えないように働く(図9参照)。なお、時刻t16では、昇圧容量C1による容量結合によってノードN7のレベルも上昇しようとするが、トランジスタQ17がオンになっているためLレベルに保たれる。
その後、時刻t17でクロック信号/CLKYOがLレベル(0)になると、昇圧容量C2による容量結合によってノードN5のレベルが所定の電圧ΔVだけ低下するが、通常、分周信号VFRの負荷は容量性であるため、トランジスタQ22のゲート電圧が低下してもノードN10のレベルは当該負荷によって保持され、分周信号VFRのレベルは変化しない。
また時刻t17でノードN5に電圧ΔVのレベル低下が生じても、ノードN5は、クロック信号CLKYEがHレベル(VDD)となる度に、トランジスタQ12によって図8の如くVDD−Vthのレベルに充電される。さらにノードN5は、クロック信号/CLKYOがHレベルなる度に、昇圧容量C2による容量結合によってVDD+Vthに昇圧され、分周信号VFR(ノードN10)のレベルはVDDに維持される。
なお、クロック信号CLKYEがHレベルになったときには、トランジスタQ16もオンになってノードN7にも電流が供給されるが、このときトランジスタQ17がオンになっているため、ノードN7はLレベル(≒0)に保たれ、分周信号/VFR(ノードN9)のレベルは0に保たれる。
その後、分周信号VFRがHレベル、分周信号/VFRがLレベルの状態は、スタート信号STYO,STYEが次にHレベルに変化するまで維持される。
次に、分周信号VFRがHレベル、分周信号/VFRがLレベルの状態(ノードN8はLレベル、ノードN1はHレベル)から、再びスタート信号STYOがHレベルになったときの動作を説明する。
図9を参照し、時刻t20でスタート信号STYOがHレベル(VDD)となると、トランジスタQ1がオンし、ノードN1にノードN8のレベルが伝達され、ノードN1はLレベル(0)になる。それによりトランジスタQ5はオフし、さらにこのときトランジスタQ6がオンになっているので、ノードN2はHレベル(VDD−Vth)になる。この結果、トランジスタQ7がオン、トランジスタQ8がオフの状態になり、バッファ22の出力ノードN3はHレベル(VDD−2×Vth)となる。
時刻t21で、スタート信号STYOがLレベル(0)になるとトランジスタQ1,Q6はオフになるが、トランジスタQ2〜Q5から成るラッチの作用により、ノードN1,N2,N3の各レベルはそのまま保持される。
時刻t22で、スタート信号STYEがHレベル(VDD)となると、トランジスタQ9がオンしてノードN4にノードN3のレベルが伝達される。即ち、ノードN4がHレベルになりトランジスタQ13がオンする。このときクロック信号CLKYEはLレベルなのでトランジスタQ12はオフしており、ノードN5はLレベル(0)に変化する。それにより、トランジスタQ11がオフになってノードN4のレベルはVDD−Vthになる。
このようにノードN4がHレベル、ノードN5がLレベルになると、トランジスタQ14がオフ、トランジスタQ15がオンの状態になり、ノードN6がLレベル(0)になる。なお、ノードN5がLレベルになるとトランジスタQ22もオフになるが、上記のように分周信号VFRの負荷は容量性であるため、ノードN10のレベルは当該負荷に保持され、この時点では分周信号VFRのレベルは変化しない。また、ノードN6がLレベルになると、トランジスタQ17,Q19,Q21がオフになるが、この時点ではクロック信号CLKYE,/CLKYOがLレベルであるので、ノードN7,N8,N9のレベルも変化しない。
そして時刻t23でスタート信号STYEがLレベル(0)になるが、トランジスタQ10〜Q13から成るラッチの作用により、ノードN4,N5,N6の各レベルは保持される。
時刻t24でクロック信号CLKYEがHレベル(VDD)になると、トランジスタQ16がオンになり、ノードN7がHレベル(VDD−Vth)になる。それによって、トランジスタQ18がオン、トランジスタQ19がオフの状態になるので、ノードN8はHレベル(VDD−2×Vth)となる。それと共に、トランジスタQ20がオン、トランジスタQ21がオフの状態になるので、分周信号/VFR(ノードN9)のレベルもHレベル(VDD−2×Vth)となる。
分周信号/VFRはトランジスタQ4,Q10のゲートに入力される。従って、分周信号/VFRがHレベルの期間はトランジスタQ4,Q10はオンになり、ノードN2,N4のリーク電流によるレベル低下が防止される。
一方、ノードN8がHレベルになると、トランジスタQ22がオフ、トランジスタQ23がオンの状態になるので、分周信号VFR(ノードN10)のレベルが、Lレベル(0)となる。
なお、時刻t24でクロック信号CLKYEがHレベルになったときには、トランジスタQ12がオンするためノードN5に電流が供給され、レベルが若干上昇するが、このときトランジスタQ13がオンになっているため、ノードN5はLレベル(≒0)に保たれる。また時刻t25でクロック信号CLKYEがLレベル(0)になると、トランジスタQ12,Q16はオフになるのでノードN5のレベルは0になる。
さらに図7の分周回路20では、時刻t26でクロック信号/CLKYOがHレベル(VDD)になると、昇圧容量C1による容量結合によってノードN7(トランジスタQ14,Q20のゲート)が昇圧される。それによりノードN7のレベルがVDD+Vthになると、トランジスタQ20のしきい値電圧分の損失が無くなり、分周信号/VFR(ノードN8のレベル)はVDDまで上昇する。
このとき、ノードN7と高電位側電源(VDD)との間に接続しているトランジスタQ24の作用により、ノードN7のレベルが図9の如くVDD+Vthを超えないようになっている。なお、時刻t26では、昇圧容量C2による容量結合によってノードN5のレベルも上昇しようとするが、トランジスタQ13がオンになっているためLレベルに保たれる。
その後時刻t27でクロック信号/CLKYOがLレベル(0)になると、昇圧容量C1による容量結合によってノードN7のレベルが所定の電圧ΔVだけ低下するが、分周信号/VFRの電位は容量性の負荷に保持され、分周信号/VFRのレベルは変化しない。
また時刻t27でノードN7に電圧ΔVのレベル低下が生じても、ノードN7はクロック信号CLKYEがHレベル(VDD)となる度に、トランジスタQ16によって図9の如くVDD−Vthのレベルに充電される。さらにノードN7は、クロック信号/CLKYOがHレベルなる度に、昇圧容量C1による容量結合によってVDD+Vthに昇圧され、分周信号/VFR(ノードN9)のレベルはVDDに保たれる。
この分周信号VFRがLレベル、分周信号/VFRがHレベルの状態は、スタート信号STYO,STYEが次にHレベルに変化するまで維持される。
図8,図9の動作から分かるように、分周信号VFR,/VFRは、スタート信号STYO,STYEの周期ごとに(即ち、画像信号の1フレーム期間ごとに)に反転する。つまり、分周信号VFR,/VFRは、スタート信号STYO,STYEの2倍周期の信号である。よって、この分周信号VFR,/VFRを、ゲートドライバ11,12の各シフトレジスタが有する2つの出力プルダウン用のa−Si TFTをフレーム毎に切り替えるための切替信号として使用することが可能である。
上で説明した動作から分かるように、その切替信号(分周信号VFR,/VFR)は、汎用的な駆動制御回路が出力する駆動制御信号(スタート信号、クロック信号)のみを用いて生成される。従って、汎用的な駆動制御回路を用いて、2つの出力プルダウン用のa−Si TFTをフレーム毎に交互に切り替える方式(例えば非特許文献1の方式)のゲートドライバ11,12を動作させることができる。つまり、表示装置のコスト上昇を抑制しつつ、ゲートドライバのa−Si TFTのしきい値電圧の変動に起因する誤動作を防止することが可能になる。
さらに、図7に示したように、分周回路20は、同一導電型のa−Si TFTのみで構成されているため、画素マトリクスやゲートドライバ11,12と同様の製造プロセスで、ガラス基板上に形成することが可能である。従って、製造プロセスの複雑化および製造コストの増大も抑制することができる。
また上での説明から分かるように、図7の分周回路20では、分周信号VFR,/VFRを反転させるごとに、全てのa−Si TFTのゲートのレベル反転する。つまり、各a−Si TFTのゲートは1フレーム期間の周期で反転し、継続的にバイアスされない。従って、分周回路20内のa−Si TFTにおけるしきい値電圧のシフトも抑制されている。
なお、図7の分周回路20において、昇圧容量C1,C2の容量値を適切に選択して、ノードN5,N7の昇圧レベルを適正に設定することができれば、トランジスタQ24,Q25は無くてもよい。また、VFR、/VFRのHレベルがVDD−2×Vthのままでもよければ、昇圧容量C1、C2およびクロック信号/CLKYOの入力は無くてもよい。即ち、図7の分周回路20は、駆動制御回路から出力される2相のスタート信号と、少なくとも1相のクロック信号とで駆動することが可能である。
また図7の分周回路20では、クロック信号CLKYEはノードN5,N7を再充電(リフレッシュ)する目的で用いられているが、繰り返してHレベルになる信号であれば他のクロック信号であってもよい。また、リーク電流が大きく、1相のクロック信号に基づくリフレッシュを行ってもノードN5,N7のレベルが低下する恐れがある場合には、2相以上のクロック信号を用いてノードN5,N7をリフレッシュするよう構成してもよい。例えば、ノードN5を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ12に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。同様に、ノードN7を2相のクロックでリフレッシュする場合には、トランジスタQ16に並列に別のトランジスタを設け、両者を互いに異なる位相のクロック信号で駆動すればよい。
図4においては、画素マトリクスのゲート線を、奇数ゲートドライバ11と偶数ゲートドライバ12の2つを用いて駆動する方式のものを示したが、本発明は1つのゲートドライバで駆動する方式の表示装置にも適用可能である。その例を図10に示す。
図10のように、ゲート線G1,G2,・・・を1つのゲートドライバ13で駆動させる場合、駆動制御回路110からゲートドライバ13へは、1相のスタート信号STYと、2相のクロック信号CLKY,/CLKYが入力される。
上記したように、汎用の駆動制御回路(LSI)は、ゲートドライバが1つの場合と2つの場合とのいずれにも対応できるよう、両方の場合の駆動制御信号を出力可能なように構成されているものがある。図10の駆動制御回路110はそのタイプのものであり、上記のスタート信号STY、クロック信号CLKY,/CLKYのみならず、図4の構成で使用した2相のスタート信号STYO,STYE並びに、図10では図示していないが4相のクロック信号CLKYO,/CLKYO,CLKYE,CLKYOも出力可能である。
従って図10のように、分周回路20を2相のスタート信号STYO,STYEと、2相のクロック信号CLKY,/CLKYを用いて駆動すれば、図4の構成と同様の動作により、図11に示すような1フレーム期間ごとに反転する分周信号VFR,/VFRを得ることができる。即ち、画素マトリクスのゲート線を1つのゲートドライバ13で駆動する場合においても、上記と同様の効果が得られる。
また図10においては、分周回路20を2相のスタート信号STYO,STYEと、2相のクロック信号CLKY,/CLKYを用いて駆動したが、クロック信号CLKY,/CLKYに代えて、他の組み合わせによる2相クロック信号であってもよい。例えばクロック信号CLKYE,/CLKYOを用いてもよい。もちろん、図4の構成においても、クロック信号CLKYE,/CLKYOに代えて、クロック信号CLKY,/CLKYを使用してもよい。
また図11から分かるように、スタート信号STYOと、スタート信号STYとは同一の信号であるので、図10においてスタート信号STYOに代えてスタート信号STYを用いてもよい。
なお、本実施の形態においては、本発明の表示装置が備える画素、ゲートドライバおよび分周回路を構成する薄膜トランジスタが形成される半導体層は非晶質シリコン(a−Si)であり、それらの薄膜トランジスタがa−Si TFTであるとして説明を行ったが、本発明の適用はそれに限定されるものではない。例えば有機TFTなどを用いた場合に対しても適用可能である。先に述べたように、有機TFTは、a−Si TFTと同様にしきい値電圧のシフトの問題を有しているので、a−Si TFTの場合と同様の効果が得られるため有効である。またこのことは以下に示す実施の形態においても同様である。
<実施の形態2>
実施の形態2では、図7とは異なる分周回路20の回路構成例を示す。図12は、実施の形態2に係る分周回路20aの回路構成示す図である。
分周回路20aにおいては、スタート信号STYEの入力端子とノードN5との間に、トランジスタQ26が設けられている点で、図7の分周回路20とは異なっている。即ち、分周回路20aは、ノードN1とノードN5との間に、図7のラッチ・インバータ23に代えて、トランジスタQ10〜Q13,Q26により構成されるラッチ・インバータ23aを備えている。
図13は、分周回路20aの動作を示すタイミング図であり、分周信号VFRがHレベル、分周信号/VFRがLレベルの状態から、分周信号VFRがLレベル、分周信号/VFRがHレベルの状態へ遷移する動作を示している(即ち図13は、上で示した図8に対応している)。
図8で説明したように図7の分周回路20では、ノードN5はクロック信号CLKYEがHレベルになる時刻t14で、LレベルからHレベルへと遷移するよう動作していた。それに対し図13の分周回路20aでは、時刻t12でスタート信号STYEがHレベルになるとトランジスタQ26がオンになるので、その時点でノードN5はHレベルへと遷移する。またそれに伴って、ノードN6〜N10のレベルも時刻t12で切り替わる。このノードN5〜N10のレベルの切り替わりタイミング以外は、図7の分周回路20の動作と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
<実施の形態3>
実施の形態3でも、図7とは異なる分周回路20の回路構成例を示す。図14は、実施の形態3に係る分周回路20bの回路構成示す図である。図14の分周回路20bにおいては、図7のトランジスタQ1に代えてバッファ29が設けられ、さらに図7のバッファ22およびトランジスタQ9に代えてバッファ22aが設けられる。それ以外の構成は、図7と同様である。
バッファ29は、トランジスタQ18a,19aで構成されるバッファ回路と、当該バッファ回路とスタート信号STYOの入力端子との間に接続するトランジスタQ1aと、当該バッファ回路と低電位側電源との間に接続するトランジスタQ1bとにより構成されている。トランジスタQ18aのゲートには、トランジスタQ18のゲート(ノードN7)と接続し、トランジスタQ19aのゲートはトランジスタQ19のゲート(ノードN6)と接続している。またトランジスタQ1a,Q1bのゲートは、共にスタート信号STYOの入力端子に接続されている。
従って、スタート信号STYOがHレベルになる期間は、トランジスタQ1a,Q1bがオンであるので、バッファ29は、バッファ26の出力レベル(ノードN8のレベル)と同じものをノードN1に出力する。またスタート信号STYOがLレベルの期間は、トランジスタQ1a,Q1bがオフであるので、ノードN1は、ノードN6およびノードN7から電気的に分離される。つまりバッファ29は、図7のトランジスタQ1と同様の動作を行うこととなる。
またバッファ22aは、トランジスタQ7a,Q8aで構成されるバッファ回路と、当該バッファ回路とスタート信号STYEの入力端子との間に接続するトランジスタQ9aと、当該バッファ回路と低電位側電源との間に接続するトランジスタQ9bとにより構成されている。トランジスタQ7aは、図7のトランジスタQ7と同様にゲートがノードN2に接続しており、トランジスタQ8aは、図7のトランジスタQ8と同様にゲートがノードN1と接続している。またトランジスタQ9a,Q9bのゲートは、共にスタート信号STYEの入力端子に接続されている。
従って、スタート信号STYEがHレベルになる期間はトランジスタQ9a,Q9bがオンであるので、バッファ22aはノードN2のレベルをノードN4に出力する。またスタート信号STYOがLレベルの期間は、トランジスタQ9a,Q9bがオフであるので、ノードN4は、ノードN1およびノードN2から電気的に分離される。つまりこのバッファ29は、図7の回路のバッファ22およびトランジスタQ9と同様の動作を行うこととなる。
以上より、図14の分周回路20bは、図7の分周回路20と同じ動作を行うことが分かる。また、分周回路20b全体の動作については、実施の形態1で説明したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
<実施の形態4>
先に示した図7の分周回路20において、例えばノードN5は、分周回路20の動作周期の半分の期間はLレベルである。トランジスタQ12のゲートにはクロック信号CLKYEが入力されるが、ノードN5がLレベルである期間にトランジスタQ12のゲートがHレベルになると、当該ゲートはソース(ノードN5)に対して正にバイアスされる。逆に、ノードN5がHレベルである期間には、トランジスタQ12のゲートがLレベルになると、当該ゲートはソースに対して負にバイアスされる。また、動作周期の全体にわたって、トランジスタQ12のゲートがLレベルになったときには、当該ゲートはドレイン(VDD)に対して負にバイアスされる。
上記のようなゲートの正/負のバイアスによって、トランジスタQ12のしきい値電圧はシフトするが、通常、正のバイアスによるシフトの方が起こりやすいため、トランジスタQ12のしきい値電圧は正側にシフト(上昇)する恐れがある。トランジスタQ12のしきい値電圧(Vth)が上昇すると、ノードN5のHレベルの電位(VDD−Vth)が低下し、その結果、分周信号VFR(ノードN10)のHレベルの電位が低下するという問題が生じる。
同様に、トランジスタQ16のしきい値電圧(Vth)も正側にシフトする恐れがある。その場合にはノードN7のHレベルの電位(VDD−Vth)が低下して、分周信号/VFR(ノードN9)のHレベルの電位が低下してしまう問題が生じる。
上記したように図7の分周回路20では、昇圧容量C1,C2によって、それぞれノードN7,N5のレベル低下を補償している。昇圧容量C1,C2の容量を大きくすればその補償能力は向上するが、その反面、その容量によってノードN7,N5のレベルの立上がりに遅延が生じるため限界がある。
図15は、実施の形態4に係る分周回路20cの回路図であり、上記の問題を解決することを可能にしている。図15の分周回路20cにおいては、図7のトランジスタQ20に代えて抵抗素子R1が設けられ、さらに図7のトランジスタQ22に代えて抵抗素子R2が設けられる。即ち、抵抗素子R1は、高電位側電源(VDD)とノードN9との間に接続し、トランジスタQ21と共に出力バッファ27を構成しており、抵抗素子R2は、高電位側電源とノードN10との間に接続し、トランジスタQ23と共に出力バッファ28を構成している。なお、分周回路20cの動作自体は、実施の形態1で説明した図7の分周回路20の動作とほぼ同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。
図15の分周回路20cにおいては、分周信号VFRのHレベルは抵抗素子R2を介して設定されるので、トランジスタQ23がオフになれば分周信号VFR(ノードN10)はVDDとなる。つまり図7の分周回路20の場合と異なり、分周信号VFRのレベルはノードN5のレベルの影響を受けないので、トランジスタQ12のしきい値電圧の上昇が生じても、上記のような問題は生じない。
同様に、分周信号/VFRのHレベルは抵抗素子R1を介して設定されるので、トランジスタQ21がオフになれば分周信号/VFR(ノードN9)のレベルはVDDとなる。つまり図7の分周回路20の場合と異なり、分周信号/VFRのレベルはノードN7のレベルの影響を受けないので、トランジスタQ16のしきい値電圧の上昇が生じても、上記のような問題は生じない。
また結果として、ノードN5,N7のレベルを補償する昇圧容量C1,C2、並びにクランプ素子であるトランジスタQ24,Q25は設ける必要もなくなる。
なお、トランジスタQ12のしきい値電圧の上昇は、ノードN6のHレベルの電位の低下も招き、同様にトランジスタQ16のしきい値電圧の上昇は、ノードN8のHレベルの電位の低下も招くため、それぞれトランジスタQ21,Q23のオン動作にも影響を与え得る。この対策としては、トランジスタQ21,Q23が非飽和領域で動作するように、抵抗素子R1,R2の抵抗値とトランジスタQ21,Q23のオン抵抗の値とを適切に設定すればよい。そうすることにより、分周信号/VFR(ノードN9)および分周信号VFR(ノードN10)のLレベルの電位の上昇は、無視できる程度に小さいものとなる。
通常、a−Si TFTの製造工程と並行して、特定の抵抗値を有する抵抗素子を形成することは困難であるため、抵抗素子R1,R2としてはディスクリートの抵抗素子を用いるとよい。また一般的に、ディスクリートの抵抗素子は安価であるため、図15の分周回路20cを採用することに伴う装置のコスト上昇は問題とならない程度に小さいものと考えられる。
なお、本実施の形態においては、図7の分周回路20のトランジスタQ20,Q22に代えて抵抗素子R1,R2を設けた構成について説明したが、図12の分周回路20aおよび図14の分周回路20bにおいて、トランジスタQ20,Q22に代えて抵抗素子R1,R2を設けた構成にしてもよく、上記と同様の効果が得られることは明らかである。
<実施の形態5>
実施の形態5では、本発明に係る表示装置に適用されるゲートドライバ(上記のゲートドライバ11,12,13)を構成するシフトレジスタの具体例を示す。ゲートドライバは、縦続接続(カスケード接続)した複数のシフトレジスタ回路により構成されるが(図17参照)、以下、その個々のシフトレジスタ回路を「単位シフトレジスタ」と称する。
説明の便宜上、本実施の形態の説明に先立って、従来のゲートドライバに使用されていたシフトレジスタについて簡単に説明する。図16は、従来のゲートドライバに用いられていた単位シフトレジスタSRAの回路図である。
この単位シフトレジスタSRAは、全てnチャネル型のa−Si TFT(以下「トランジスタ」)により構成されており、入力端子IN、出力端子OUT、第1クロック端子A、第2クロック端子Bを有している。出力端子OUTは、ゲートドライバの出力端子に相当する。
単位シフトレジスタSRAにおいて、ゲート線Gnに駆動信号を出力するための出力段は、出力端子OUTと第1クロック端子Aとの間に接続するトランジスタT1と、出力端子OUTと低電位側電源(0)との間に接続する出力プルダウン用のトランジスタT2とにより構成されている。トランジスタT1のゲートノードをノードND1、トランジスタT2のゲートノードをノードND2と定義する。
ノードND1と高電位側電源(VDD)との間には、トランジスタT3が接続し、ノードND1と低電位側電源との間には、トランジスタT4が接続する。トランジスタT3のゲートは入力端子INに接続し、トランジスタT4のゲートはノードND2に接続する。ノードND2と高電位側電源(VDD)との間には、ダイオード接続されたトランジスタT5が接続し、ノードND2と低電位側電源との間にはトランジスタT6が接続する。トランジスタT6のゲートはノードND1に接続する。トランジスタT7は、ノードND1と低電位側電源との間に接続し、そのゲートは第2クロック端子Bに接続される。
また図17に示すように、ゲートドライバGDは、複数の単位シフトレジスタSRAがカスケード接続して構成される。図17に示す単位シフトレジスタSRA1,SRA2,・・・は、全て図16の単位シフトレジスタSRAと同じものである。図17のように、各単位シフトレジスタSRAの入力端子INには、その前段の単位シフトレジスタSRAの出力端子OUTが接続される。但し、第1段目の単位シフトレジスタSRAの入力端子INは、駆動制御装置CTLに接続し、画像信号の各フレーム期間の先頭に対応するスタート信号STが入力される。
図17の構成では、ゲートドライバGDは、駆動制御装置CTLが出力する1相のスタート信号STおよび、2相のクロック信号CLK,/CLKを用いて駆動される。その場合、それぞれの単位シフトレジスタSRAの第1クロック端子Aには、隣接する単位シフトレジスタSRAに互いに逆相のクロック信号が入力されるよう、クロック信号CLK,/CLKのうちの片方が入力される。また、各単位シフトレジスタSRAの第2クロック端子Bは、その次段の単位シフトレジスタSRAの出力端子OUT(次段のゲート線Gn+1)に接続する。
図16の単位シフトレジスタの動作を説明する。説明の簡単のため、単位シフトレジスタSRAの第1クロック端子Aにクロック信号CLKが入力されるものとして説明を行う。
まず、ゲート線Gnの非選択時においては、ノードND1はLレベル、ノードND2はHレベルであり、それによってトランジスタT1はオフ、トランジスタT2はオンになっているので出力端子OUT(ゲート線Gn)はLレベルに固定されている。
その状態から、前段の単位シフトレジスタSRAの出力端子OUT(前段のゲート線Gn−1)がHレベルになると、それが入力端子INに入力され、トランジスタT3がオンとなる。このときノードND2はLレベルなのでトランジスタT4もオンしているが、トランジスタT3のオン抵抗はトランジスタT4のオン抵抗に比べ十分低く設定されており、ノードND1はHレベルに変化する。その結果トランジスタT1がオンとなる。
ノードND1がHレベルになるとトランジスタT6がオンになる。トランジスタT6のオン抵抗はトランジスタT5のオン抵抗に比べ十分低く設定されており、ノードND2はLレベルに変化する。その結果トランジスタT2がオフとなる。
このようにトランジスタT1がオン、トランジスタT2がオフとなった状態では、出力端子OUTのレベルはクロック信号CLKのレベルに追随して変化する。よって、クロック信号CLKがHレベルになる期間、出力端子OUT(ゲート線Gn)もHレベルになって、ゲート線Gnが選択される。
ゲート線GnがHレベルになると、次段の単位シフトレジスタSRAの入力端子INがHレベルになるので、上記と同様の動作により次段の単位シフトレジスタSRAのトランジスタT1がオン、トランジスタT2がオフの状態となる。そしてクロック信号/CLKがHレベルになると次段のゲート線Gn+1がHレベルになる。
第2クロック端子Bは次段のゲート線Gn+1に接続しているので、次段のゲート線Gn+1がHレベルになるとトランジスタT7はオンになり、ノードND1がLレベル、ノードND2はHレベルの状態、即ちゲート線Gnの非選択状態に戻る。
以上の動作を、図17のようにカスケード接続された単位シフトレジスタSRA1,SRA2,・・・が順に行う。それによって、第1段目の単位シフトレジスタSRA1の入力端子INに入力されたスタート信号STが、クロック信号CLK,/CLKに同期してシフトされながら、単位シフトレジスタSRA2,SRA3,・・・と順番に伝達される。その結果、ゲートドライバGDは図18に示すタイミング図の如く、クロック信号CLK,/CLKに同期して、ゲート線GL1,GL2,GL3,・・・を順にHレベルにする。
ここで、図18のタイミング図の最下段に、第1段目の単位シフトレジスタSRA1におけるノードND2の電圧波形を示す。ゲート線のそれぞれは、1フレーム期間に1度だけ選択されるため、各単位シフトレジスタSRAのノードND2は、その期間以外は継続的にHレベルに保持される。即ち、トランジスタT2およびトランジスタT4のゲートは、殆どの期間継続的にバイアスされる。それによって、上述したa−Si TFTのしきい値電圧のシフトの問題が生じていたのである。
以下、実施の形態5に係る単位シフトレジスタについて説明する。図19は、実施の形態5に係る単位シフトレジスタSRBの回路図であり、本発明の表示装置に適用されるゲートドライバを構成するものである。同図の如く、この単位シフトレジスタSRBも、全てnチャネル型のa−Si TFT(以下「トランジスタ」)により構成されている。但し、入力端子IN、出力端子OUT、第1クロック端子A、第2クロック端子Bに加え、分周信号VFRの入力端子S1(以下「VFR端子S1」)、分周信号/VFRの入力端子S2(以下「/VFR端子S2」)を有している。出力端子OUTは、ゲートドライバの出力端子に相当する。
単位シフトレジスタSRBにおいて、ゲート線Gnに駆動信号を出力するための出力段は、出力端子OUTと第1クロック端子Aとの間に接続するトランジスタT1と、共に出力端子OUTと低電位側電源との間に接続する2つの出力プルダウン用のトランジスタT2a,T2bにより構成されている。トランジスタT2a,T2bは互いに並列に接続している。ここで、トランジスタT1のゲートノードをノードND1、トランジスタT2aのゲートノードをノードND2a、トランジスタT2bのゲートをノードND2bと定義する。
ノードND1と高電位側電源(VDD)との間には、トランジスタT3が接続している。またノードND1と低電位側電源との間には、ゲートがノードND2aに接続したトランジスタT4aと、ゲートがノードND2bに接続したトランジスタT4bとが接続する。
ノードND2aとVFR端子S1の間には、ダイオード接続されたトランジスタT5aが接続し、ノードND2aと低電位側電源との間にはトランジスタT6aが接続する。ノードND2bと/VFR端子S2との間には、ダイオード接続されたトランジスタT5bが接続し、ノードND2bと低電位側電源との間にはトランジスタT6bが接続する。トランジスタT6a,T6bのゲートは共にノードND1に接続する。
トランジスタT7は、ノードND1と低電位側電源との間に接続し、そのゲートは第2クロック端子Bに接続される。
ノードND2aとVFR端子S1との間には、ゲートがノードND2bに接続するトランジスタT8aが接続している。またノードND2bと/VFR端子S2との間には、ゲートがノードND2aに接続するトランジスタT8bが接続している。
以下、この単位シフトレジスタSRBの動作について説明する。ノードND1がトランジスタT7によってLレベルにリセットされた状態(即ちゲート線Gnの非選択状態)を考える。
このとき分周信号VFRがHレベル、分周信号/VFRがLレベルであるとすると、ノードND2aがHレベルになり、トランジスタT8bがオンになる。また、トランジスタT5bを介してノードND2bに電流が流れ込むこともないので、ノードND2bはLレベル(0)になる。よって、トランジスタT2bおよびトランジスタT4bは、ゲートがバイアスされずに休止状態になる。またトランジスタT5b,T6bも、電源が供給されないため動作しない。つまり、分周信号VFRがHレベル、分周信号/VFRがLレベルの期間では、この単位シフトレジスタSRBは、トランジスタT1,T2a,T3,T4a,T5a,T6a,T7の組み合わせによって、図16に示した単位シフトレジスタSRAと等価な回路が構成される。
逆に、分周信号VFRがLレベル、分周信号/VFRがHレベルであった場合には、ノードND2bがHレベルになり、トランジスタT8aがオンになる。また、トランジスタT5aを介してノードND2aに電流が流れ込むこともないので、ノードND2aがLレベル(0)になる。よってこの場合には、トランジスタT2aおよびトランジスタT4aが、ゲートがバイアスされずに休止状態になる。また、トランジスタT5a,T6aも動作しない。つまり、分周信号VFRがLレベル、分周信号/VFRがHレベルの期間では、この単位シフトレジスタSRBは、トランジスタT1,T2b,T3,T4b,T5b,T6b,T7の組み合わせによって、図16に示した単位シフトレジスタSRAと等価な回路が構成される。
従って、複数の単位シフトレジスタSRBを、図17と同様にカスケード接続してゲートドライバGDを構成することにより、図18と同様の動作を行うことができる。なお且つ、分周信号VFR,/VFRが反転するごとに(即ち1フレーム期間ごとに)、トランジスタT2a,T4aのペアとトランジスタT2b,T4bのペアとを、交互に休止状態にして、そららのゲートが継続的にバイアスされることを防止することができる。つまり、単位シフトレジスタSRBで構成されるゲートドライバGDによれば、a−Si TFTのしきい値シフトによる誤動作を防止でき、表示装置の信頼性が向上する。
<実施の形態6>
以上の実施の形態では、ゲートドライバが1つの場合と2つの場合とのいずれにも対応可能な駆動制御回路110が使用されることを前提としていた。しかし、汎用の駆動制御回路の中にはゲートドライバが1つの場合にしか対応できないもの(1相のスタート信号STYおよび2相のクロック信号CLKY、/CLKYしか出力できないもの)も多く存在している。両者を比較すると、ゲートドライバが1つの場合にしか対応できないものの方が、制御信号の出力回路が少なくて済むため当然コストは安くなる。そこで本実施の形態では、そのような駆動制御回路110を用いて分周回路20を駆動させる手法を提案する。
図20は、実施の形態6に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。図20に示されるように本実施の形態に係る表示装置は、m本のゲート線G1,G2,・・・Gmを備えており、それら全てを1つのゲートドライバ13で駆動する。駆動制御回路110からゲートドライバ13へは、1相のスタート信号STYと、2相のクロック信号CLKY,/CLKYとが入力される。またそれらの信号は、分周回路20にも入力されている。
ゲートドライバ13は、縦続接続した複数の単位シフトレジスタにより構成される。上記の実施の形態と同様に、それらの単位シフトレジスタは、分周信号VFR,/VFRに基づいて2つの出力プルダウン用のa−Si TFTを交互に切り替える方式のもの(例えば図19の単位シフトレジスタSRB)である。ゲートドライバ13が駆動するゲート線はm本であるが、本実施の形態のゲートドライバ13は、それらm本のゲート線を駆動するm個の単位シフトレジスタに加えて、その最終段(第m段目)のさらに次段に、単位シフトレジスタSRm+1を有している。この単位シフトレジスタSRm+1も、図19のように2つの出力プルダウン用のa−Si TFTを有するものでよいが、図16のような従来の単位シフトレジスタを用いることもできる。単位シフトレジスタSRm+1は最終段の単位シフトレジスタに続いて信号を出力する。その信号はゲート線を駆動するものではないが、以下では説明の便宜上「駆動信号GSm+1」と称す。
また、ゲートドライバ13はさらに、単位シフトレジスタSRm+1の次段にダミーの単位シフトレジスタSRDを有している。単位シフトレジスタSRDは単位シフトレジスタSRm+1に続いて信号を出力し、その信号は単位シフトレジスタSRm+1をリセットする(図19の例であれば、トランジスタT7をオンにしてノードND1をLレベルにする)ために使用されるものである。
なお、図20の単位シフトレジスタSRDに相当する、縦続接続の最終段の単位シフトレジスタをリセットするダミーの単位シフトレジスタは、図1,図4および図10に示したゲートドライバ101,102,11,12,13等にも通常備えられるものであるが、それらの図においては省略した。
本実施の形態においても分周回路20としては、図7、図12、図14および図15に示したものを用いることができる。即ち、それら各図の分周回路20に対し、スタート信号STYOに代えてスタート信号STYを入力し、スタート信号STYEに代えて駆動信号GSm+1を入力し、クロック信号CLKYEに代えてクロック信号CLKYを入力し、クロック信号/CLKYOに代えてクロック信号/CLKYを入力すればよい。その場合の分周回路20の動作波形を図21に示す。駆動信号GSm+1および駆動信号GSm+2は、共に1フレーム期間の周期を有し、且つ、互いに位相が異なる信号の組であるので、図5を用いて説明した理論に基づいて、分周回路20が出力する分周信号VFR、/VFRは、それぞれ駆動信号GSm+1が活性化される(Hレベルになる)度にレベルの反転を繰り返す。つまり図20の構成によっても、分周信号VFR、/VFRは、1フレーム期間の周期(即ち、スタート信号STYを1/2分周した周期)を有する。
よって、この分周信号VFR,/VFRを、ゲートドライバ13の各単位シフトレジスタが有する2つの出力プルダウン用のa−Si TFTをフレーム毎に切り替えるための切替信号として使用することが可能である。
このように本実施の形態によれば、駆動制御回路110が、ゲートドライバが1つの場合に使用される1相のスタート信号STYと2相のクロック信号CLKY、/CLKYしか出力できない場合であっても、切替信号(分周信号VFR,/VFR)を生成することができる。従って、本発明における更なるコスト削減を図ることができる。
本実施の形態では、ゲートドライバ13を構成する複数の単位シフトレジスタのうち、画素を駆動するものとは別に設けられた単位シフトレジスタSRm+1の出力信号(駆動信号GSm+1)を分周回路20の駆動に用いた。しかし、その駆動信号GSm+1に代えて、スタート信号STYと位相が異なる任意の信号を用いても、分周回路20を駆動可能であるので、例えば、ゲート線を駆動する所定の単位シフトレジスタの出力信号を、分周回路20の駆動にも兼用させてもよい。そうすれば、単位シフトレジスタSRm+1を設ける必要がなくなるという利点が得られる。しかし、分周回路20の駆動を行う単位シフトレジスタの負荷が増大するため、それが駆動するゲート線の駆動速度が遅くなるという欠点を伴うことに留意すべきである。
<実施の形態7>
先に述べたように、実施の形態6の分周回路20としては、図7、図12、図14および図15に示したものを用いることができる。しかしその場合には次のような問題を伴う。
例えば図7の分周回路20を実施の形態6に適用した場合を考える。このとき分周回路20のトランジスタQ1のゲートにはスタート信号STYが入力され、トランジスタQ9のゲートには駆動信号GSm+1が入力される。スタート信号STYは画像信号の各フレーム期間の先頭に対応するものであり、一方、駆動信号GSm+1が活性化するのは第m本目のゲート線Gmが活性化した後であるので、スタート信号STYが活性化するタイミングと駆動信号GSm+1が活性化するタイミングとの間には1フレーム期間の間隔が空く。従って、トランジスタQ1がオンするタイミングとトランジスタQ9がオンするタイミングとの間隔、即ち図7のノードN1〜N3のレベルが変化するタイミングとノードN4〜N10のレベルが変化するタイミングとの間の時間は、1フレーム期間の長さになる。
従って、例えばスタート信号STYによりトランジスタQ1がオンしてノードN1がHレベルからLレベルに変化しても、分周信号VFR(ノードN10)はすぐにはLレベルに変化せず、その後1フレーム期間の間はHレベルのままである。よってその間はトランジスタQ2,Q3が両方オンになるため貫通電流が流れ、消費電力が増大してしまう。またその間は分周信号/VFR(ノードN9)はLレベルであるので、トランジスタQ4,Q5は両方オフであり、HレベルであるべきノードN2の電位がトランジスタQ5のリーク電流によって低下して誤動作が生じることが懸念される。
逆に、スタート信号STYによりノードN1がLレベルからHレベルに変化した場合には、その後1フレーム期間、分周信号VFR(ノードN10)はLレベルのままであり、その間トランジスタQ2,Q3は両方オフになるため、トランジスタQ3のリーク電流によるノードN1の電位の低下が懸念される。またその間、分周信号/VFR(ノードN9)はHレベルであるのでトランジスタQ4,Q5が両方オンになり貫通電流が流れてしまう。この問題は、図12、図14および図15の回路においても同様に生じる。
このように、実施の形態6(図20)の分周回路20として図7、図12、図14および図15のものを使用する場合には、消費電力の増大およびリーク電流に起因する誤動作の問題を伴う。そこで実施の形態7においては、実施の形態6に係る表示装置への使用に適した分周回路20を提案する。
図22は実施の形態7に係る分周回路20dの回路構成を示す図である。同図においては、図7に示したものと同様の機能を有する要素には同一符号を付してあるので、主に以下では図7と異なる構成の部分を説明する。
図22に示されるように、トランジスタQ1のゲートにはスタート信号STYが入力され、トランジスタQ9のゲートには駆動信号GSm+1が入力される。なお本実施の形態においては、スタート信号STYはクロック信号/CLKYに同期するタイミングで活性化され(即ちゲート線G1はクロック信号CLKYに同期して活性化される)、駆動信号GSm+1はクロック信号CLKYに同期して活性化される(即ちゲート線Gmはクロック信号/CLKYに同期して活性化される)ものとする。
この分周回路20dにおいて特徴的なのは、バッファ22の出力ノードに接続したインバータ30を有している点である。このインバータ30は、図5に示した分周回路の基本構成には含まれていない要素であり、分周回路20dの論理動作に直接影響するものではない。インバータ30は、トランジスタQ27およびトランジスタQ28から成り、バッファ22の出力を反転した信号をノードN11に出力する。図7においてはトランジスタQ2のゲートは分周信号VFRの出力端子であるノードN10に接続していたが、本実施の形態では当該ノードN11に接続する。
ラッチ・インバータ21のトランジスタQ4のゲート並びにインバータ30のトランジスタQ27のゲートは、クロック信号/CLKの入力端子に接続される。またラッチ・インバータ23のトランジスタQ12のゲート並びにインバータ25のトランジスタQ16のゲートは、クロック信号CLKYの入力端子に接続される。さらに、ラッチ・インバータ23のトランジスタQ10のゲートは、インバータ25の出力ノード(ノードN7)に接続される。
クロック信号CLKYの入力端子とノードN2(ラッチ・インバータ21の出力ノード)との間には昇圧容量C3が接続され、クロック信号CLKYの入力端子とノードN11(インバータ30の出力ノード)との間には昇圧容量C4が接続される。またノードN2(昇圧容量C3の一端)と高電位側電源(VDD)との間にはダイオード接続されたトランジスタQ29が接続し、同じくノードN11(昇圧容量C4の一端)と高電位側電源(VDD)との間にはダイオード接続されたトランジスタQ30が接続する。これらトランジスタQ29,Q30は、昇圧容量C3,C4により昇圧されたノードN2,N11のレベルをそれぞれVDD+Vth(VDD:電源電圧、Vth:a−Si TFTのしきい値電圧)に固定するクランプ素子である。トランジスタQ29,Q30は、トランジスタQ2,Q3,Q7のゲート電圧がVDD+Vthを超えないようにすることによって、各トランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制している。
図23は、実施の形態7に係る分周回路20dの動作を説明するためのタイミング図である。以下、同図を参照して分周回路20dの動作を詳細に説明する。ここで、時刻t30の直前において、分周信号VFR(ノードN10)がLレベル、分周信号/VFR(ノードN9)がHレベルであったとする。このときノードN8はHレベル(VDD)、ノードN1がLレベル(0)である。
説明の便宜上、まずはノードN1〜N3,N11のレベル変化について説明する。時刻t30でクロック信号/CLKYがHレベルになるのと同時に、スタート信号STYがHレベル(VDD)になると、トランジスタQ1がオンしてノードN8のHレベルがノードN1に伝達される。それによりノードN1のレベルは、ノードN8のレベルからトランジスタQ1のしきい値電圧(Vth)分だけ低下したVDD−Vthとなる。ノードN1がHレベルになるとトランジスタQ5がオンする。このときクロック信号/CLKYがHレベルになっているためトランジスタQ4はオンしているが、当該トランジスタQ4のオン抵抗はトランジスタQ5のオン抵抗に対し充分大きく設定されているため、ノードN2はLレベルになる。すなわちノードN2は、トランジスタQ4とトランジスタQ5とのオン抵抗比で決まる電圧ΔV1(図23参照)だけ低電位側電源電位(0)よりも高い電位のLレベルとなる。
このようにノードN1がHレベル、ノードN2がLレベルになると、トランジスタQ7,Q3がオフし、トランジスタQ8がオンする。よってノードN3はLレベル(0)になり、応じてトランジスタQ28がオフになる。このときクロック信号/CLKYがHレベルであるためトランジスタQ27はオンしており、ノードN11がHレベル(VDD−Vth)になり、トランジスタQ2がオンになる。この結果、フリップフロップ(ラッチ)を構成しているトランジスタQ2〜Q4により、ノードN1,N2はそれぞれHレベルとLレベルに保持される。
そして時刻t31でスタート信号STY並びにクロック信号/CLKYがLレベルに戻ると、トランジスタQ1がオフしノードN8とノードN1とが分離される。しかしトランジスタQ3はオフであるためノードN1のレベルはVDD−Vthから変化しない。またトランジスタQ4がオフするため、ノードN2は、電圧ΔV1分の上昇が無くなり0Vの電位になる。ノードN3のレベルは変化せず、Lレベルを維持する。またトランジスタQ27がオフするが、トランジスタQ28もオフしているため、ノードN11はその寄生容量により保持され、フローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。
時刻t32でクロック信号CLKYがHレベルになると、ノードN11は、昇圧容量C4を介する容量結合により昇圧される。但し、クランプ素子としてのトランジスタQ30の働きにより、ノードN11のレベルはVDD+Vthに固定される。その結果トランジスタQ2は非飽和領域で動作し(非飽和動作)、ノードN1のHレベルの電位はVDDにまで上昇する。
同様にノードN2は昇圧容量C3を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ5がオンしているため、その上昇は僅か(図23に示すΔV2)であり、またクロック信号CLKYが完全に立ち上がると0Vに戻る。つまりノードN2はLレベルに維持されるので、ノードN3はLレベル(0)を維持する。
時刻t33でクロック信号CLKYがLレベルになると、昇圧容量C4を介する容量結合によりノードN11が特定の電圧ΔV3だけ低下してトランジスタQ2がオフになる。しかしノードN1のレベルは、当該ノードN1に付随する寄生容量により保持されるので、VDDを維持する。ノードN2も昇圧容量C3を介する容量結合により特定の電圧ΔV4だけ低下するが、ここでもトランジスタQ5がオンしているため、クロック信号CLKYが完全に立ち下がると0Vに戻る。つまりノードN2はLレベルに維持されるので、ノードN3はLレベル(0)を維持する。
続いて時刻t34で再びクロック信号/CLKYがHレベルになると、トランジスタQ4がオンするため、ノードN2は電圧ΔV1だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態にはなるが、Lレベルを維持する。またトランジスタQ27もオンし、ノードN11のレベルはVDD−Vthになる。
そして時刻t35でクロック信号/CLKYがLレベルに戻ると、トランジスタQ4がオフするためノードN2は電圧ΔV1分の上昇が無くなり0Vの電位になる。またトランジスタQ27もオフし、ノードN11はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。
以降、再びスタート信号STYが活性化されるまでの間は、ノードN1〜N3,N11においては、クロック信号CLKY,/CLKYが入力される毎に上記の時刻t32〜t35の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN1〜N3,N11の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
一方、ノードN4〜N10においては、時刻t30〜t35の間の論理値(Hレベル又はLレベル)の変化は無い。上記のように時刻t30の直前ではノードN10はLレベル、ノードN8,N9はHレベルであるが、図23に示されているようにそのときノードN4,N7はHレベル、ノードN5,N6はLレベルである。
クロック信号/CLKYがHレベルになる時刻t30においては、フローティングのHレベルとなっているノードN7が、昇圧容量C1を介する容量結合により昇圧され(クランプ素子としてのトランジスタQ24の作用によりVDD+Vthのレベルになる)、トランジスタQ10が非飽和動作してノードN4はHレベル(VDD)に維持される。またLレベル(0)のノードN5は、昇圧容量C2を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ13がオンしているためその上昇は僅か(図23に示すΔV5)であり、クロック信号/CLKYが完全に立ち上がると0Vに戻る。従ってトランジスタQ14がオフ、トランジスタQ15がオンに維持されるので、ノードN6はLレベル(0)を保持する。従って、トランジスタQ19,Q21はオフに保たれ、またノードN7のレベルがVDD+Vthになっているため、トランジスタQ18,Q20がオンしてノードN8,N9はHレベル(VDD)に維持される。またこのときトランジスタQ22はオフ、トランジスタQ23はオンであるので、ノードN10もLレベル(0)に維持される。
またクロック信号/CLKYがLレベルに戻る時刻t31では、昇圧容量C1を介する容量結合によりノードN7のレベルがVDD+Vthから所定の電圧ΔV6だけ低下してトランジスタQ10がオフになるが、ノードN4のレベル(VDD)は当該ノードN4に付随する寄生容量により保持される。同様に、トランジスタQ18,Q20もオフになるが、ノードN8,N9のレベルはそれらに付随する寄生容量によりそれぞれVDDに保持される。またノードN5のレベルは昇圧容量C2を介する容量結合により負側に所定の電圧ΔV7だけ変化するが、トランジスタQ13がオンしているため、クロック信号/CLKYが完全に立ち下がると0Vに戻る。このようにノードN5がLレベル、ノードN8がHレベルを維持するため、ノードN10はLレベル(0)に維持される。
クロック信号CLKYがHレベルになる時刻t32では、トランジスタQ12がオンするため、ノードN5はトランジスタQ12とトランジスタQ13のオン抵抗比により決まる電圧ΔV8だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態となるが、Lレベルに維持される。またトランジスタQ16もオンし、ノードN7のレベルはVDD−Vthに戻る。このノードN5,N7の振る舞いは、ノードN4,N8〜N10のレベルに変化を生じさせない。
そしてクロック信号CLKYがLレベルに戻る時刻t33では、トランジスタQ12がオフするためノードN5は電圧ΔV8分の上昇が無くなり0Vの電位になる。またトランジスタQ16もオフし、ノードN7はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。このノードN5,N7の振る舞いによっても、ノードN4,N8〜N10のレベルに変化は生じない。
時刻t34以降、駆動信号GSm+1が活性化されるまでの間は、ノードN4〜N10において、クロック信号CLKY,/CLKYが入力される毎に上記の時刻t30〜t33の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN4〜N10の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
そして、上記の時刻t30から1フレーム期間が経過した後の時刻t40において、駆動信号GSm+1がHレベル(VDD)になる。以下、このときの分周回路20dの動作を説明する。先に述べたように、ノードN1〜N3,N11は、次にスタート信号STYが活性化されるまでは時刻t32〜t35の動作が繰り返されるので、ノードN1〜N3,N11の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。一方、ノードN4〜N10においては、時刻t40以降、以下の動作が行われる。
時刻t40で駆動信号GSm+1がHレベルになると、トランジスタQ9がオンしてノードN3のLレベルがノードN4に伝達され、トランジスタQ13,Q15がオフになる。このときクロック信号CLKYがHレベルになっているので、トランジスタQ12,Q16はオンになる。よってノードN5はHレベル(VDD−Vth)になり、トランジスタQ11がオンになる。同時にトランジスタQ14がオンしてノードN6がHレベル(VDD−2×Vth)になる。このときトランジスタQ16,Q17が共にオンした状態になるが、トランジスタQ16のオン抵抗はトランジスタQ17のオン抵抗に対して充分大きく設定されており、ノードN7はLレベルになる。即ち、このときのノードN7は、トランジスタQ16,Q17のオン抵抗比で決まる所定の電圧ΔV9だけ低圧側電源電位VSS(0)よりも高い状態のLレベルとなる。
その結果、トランジスタQ10はオフになるので、フリップフロップ(ラッチ)を構成しているトランジスタQ10〜Q13により、ノードN4,N5はそれぞれLレベル(0)とHレベル(VDD−Vth)に保持される。
さらに、ノードN6がHレベル、ノードN7がLレベルであるので、トランジスタQ19はオン、トランジスタQ18はオフになり、ノードN8はLレベルとなる。同様に、トランジスタQ21がオン、トランジスタQ20がオフになるので、ノードN9(/VFR)もLレベルとなる。またノードN5がHレベル、ノードN8がLレベルであるので、トランジスタQ22がオン、トランジスタQ23がオフになり、ノードN10(VFR)はHレベル(VDD−2×Vth)となる。
そして時刻t41で、駆動信号GSm+1およびクロック信号CLKYがそれぞれLレベル(0)になると、トランジスタQ16がオフになるので、ノードN7は電圧ΔV9分の上昇が無くなり0Vの電位になる。なお、このときノードN4〜N6,N8〜N10のレベルの変動は無い。
続いて時刻t42でクロック信号/CLKYがHレベルになると、昇圧容量C2を介した容量結合によりノードN5のレベルはVDD−Vthから上昇する。このときクランプ素子としてのトランジスタQ25の働きにより、ノードN5のレベルはVDD+Vthに固定される。その結果トランジスタQ14,Q22が非飽和動作し、ノードN6およびノードN10(VFR)のレベルがそれぞれVDDになる。同様にノードN7は昇圧容量C1を介する容量結合により昇圧されるが、トランジスタQ17がオンしているため、その上昇は僅か(図23に示すΔV10)であり、またクロック信号/CLKYが完全に立ち上がると0Vに戻る。このようにノードN7がLレベルに維持されるので、トランジスタQ10,Q18,Q20はオフを維持し、ノードN4,N8,N9のLレベル(0)は維持される。
時刻t43でクロック信号/CLKYがLレベルになると、昇圧容量C2を介した容量結合によりノードN5のレベルがVDD+Vthから所定の電圧ΔV11だけ低下する。それによりトランジスタQ14,N22はオフになるが、ノードN6,N10のレベル(VDD)はその各々のノードに付随する寄生容量により保持され、共にHレベルに保持される。一方、昇圧容量C1を介する容量結合により、ノードN7のレベルは所定の電圧ΔV12だけ負側に変化するが、クロック信号/CLKYが完全に立ち下がると0Vに戻る。このようにノードN6がHレベルに維持され、ノードN7がLレベルに維持されるため、ノードN9はLレベル(0)に維持される。
そして時刻t44で再びクロック信号CLKYがHレベルになると、トランジスタQ12がオンし、ノードN5のレベルはVDD−Vthに戻る。またトランジスタQ16もオンし、ノードN7は電圧ΔV9だけ低電位側電源電位(0)よりも高い状態となるが、Lレベルに維持される。このときノードN4,N8〜N10のレベルには変化は生じない。
そして時刻t45でクロック信号CLKYがLレベルに戻ると、トランジスタQ12がオフするためノードN5はフローティング状態のHレベル(VDD−Vth)になる。またトランジスタQ16もオフし、ノードN7は電圧ΔV9分の上昇が無くなり0Vの電位になる。このときもノードN4,N8〜N10のレベルには変化は生じない。
以降、再び駆動信号GSm+1が活性化されるまでの間、ノードN4〜N10においては、クロック信号CLKY,/CLKYが入力される毎に上記の時刻t42〜t45の動作が繰り返し行われる。即ち、その間ノードN4〜N10の論理値(Hレベル又はLレベル)は維持される。
そして次にスタート信号STYがHレベルになると、ノードN8のレベルがLレベル(0)となっているので、バッファ22dは、図23における時刻t30〜t35に示した波形とレベルが反転した動作となる。従って、さらにその1フレーム期間後に駆動信号GSm+1がHレベルになったときには、図23における時刻t40〜t45に示した波形とレベルが反転した動作となる。つまり分周回路20dは、駆動信号GSm+1が活性化されるごとに、分周信号VFR,/VFRをそれぞれ反転させるように動作する。従って、分周信号VFR,/VFRは1フレーム期間の周期を有することとなる。
以上の動作から分かるように、本実施の形態に係る分周回路20dにおいては、例えばノードN1がLレベルからHレベルに変化した場合には、それとほぼ同時にトランジスタQ2がオン、トランジスタQ4がオフになる。逆に、ノードN1がHレベルからLレベルに変化した場合には、それとほぼ同時にトランジスタQ2がオフ、トランジスタQ4がオンになる。従って、実施の形態6(図20)の分周回路20として図7、図12、図14および図15の回路を使用する場合に生じる、消費電力の増大およびリーク電流に起因する誤動作の問題を伴わない。
また、本実施の形態に係る分周回路20dの基本的な動作は図5により説明したものと同様であるので、この分周回路20dは、図4および図10の表示装置に適用することも可能である。
さらに、図22の分周回路20dは、クロック信号CLKYに応じてノードN2,N11をそれぞれ昇圧するための昇圧容量C3,C4を有しているので、ノードN1,N3各々の充電時にトランジスタQ2,Q7を非飽和動作させることができ、それらノードN1,N3のHレベルをVDDにまで上昇させることができる。特に、トランジスタQ2,Q4のゲートは、クロック信号/CLKYが入力されて繰り返しHレベルになるため、そのしきい値電圧はシフトしやすい。そのためトランジスタQ2,Q4の駆動能力が低下してノードN1,N2のHレベルの電位が下がることが懸念される。しかし上記の昇圧容量C3,C4の作用により、この問題は解決される。
また、昇圧容量C3,C4がノードN2,N11を昇圧する際には、クランプ素子であるトランジスタQ29,Q30の作用によって、当該ノードN2,N11のレベルはVDD+Vthを超えることが防止されている。従って、この昇圧動作によりトランジスタQ2,Q4のしきい値電圧のシフトが増大することが防止されている。
なお本実施の形態においても、分周回路20dの駆動には、画素を駆動するものとは別に設けられた単位シフトレジスタSRm+1の出力信号(駆動信号GSm+1)を分周回路20の駆動に用いたが、ゲート線を駆動する所定の単位シフトレジスタの出力信号を、分周回路20の駆動にも兼用させてもよい。そうすれば、単位シフトレジスタSRm+1を設ける必要がなくなるという利点が得られる。但し、分周回路20の駆動を行う単位シフトレジスタの負荷が増大するため、それが駆動するゲート線の駆動速度が遅くなるという欠点を伴うことに留意すべきである。
<実施の形態8>
図24は実施の形態8に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。実施の形態6(図20)と同様に、本実施の形態の表示装置もm本のゲート線G1,G2,・・・Gmを備えており、それら全てを1つのゲートドライバ13で駆動させる。但し、本実施の形態では、最終段(第m段目)に続けてさらに2段の単位シフトレジスタSRm+1,SRm+2を設ける。その両者の信号はゲート線を駆動するものではないが、説明の便宜上それぞれ「駆動信号GSm+1」および「駆動信号GSm+2」と称す。また、単位シフトレジスタSRm+2の次段には、当該単位シフトレジスタSRm+2をリセットするためのダミーの単位シフトレジスタSRDが設けられている。
本実施の形態においては、これら駆動信号GSm+1および駆動信号GSm+2を用いて分周回路20を駆動する。即ち、実施の形態6に対して、分周回路20に入力されるスタート信号STYを駆動信号GSm+2に置き換えたものである。駆動信号GSm+1および駆動信号GSm+2は、共に1フレーム期間の周期を有し、且つ、互いに位相が異なる信号の組である。従って本実施の形態においても、図5を用いて説明した理論により、分周回路20は1フレーム期間を周期に有する分周信号VFR,/VFRを生成することができる。その動作波形を図25に示す。分周回路20が出力する分周信号VFR、/VFRは、それぞれ駆動信号GSm+1が活性化される度にレベルの反転を繰り返す。
なお図24の構成では、例えば分周回路20として図7の回路を使用した場合、トランジスタQ1のゲートに駆動信号GSm+2が入力され、トランジスタQ9のゲートに駆動信号GSm+1が入力される。駆動信号GSm+2は駆動信号GSm+1の次に活性化する信号であるので、言い換えれば、駆動信号GSm+2が活性化してその後に駆動信号GSm+1が活性化するまでの間には1フレーム期間の間隔が空くことになる。従って、実施の形態7の冒頭にて説明した消費電力の増大およびリーク電流に起因する誤動作の問題が生じることになる。よって、本実施の形態においても、実施の形態7(図22)の分周回路20dを用いることが望ましい。
但し本実施の形態においては、駆動信号GSm+1と駆動信号GSm+2とを入れ替えて分周回路20に入力してもよい。つまり、例えば図7の分周回路20において、トランジスタQ1のゲートに駆動信号GSm+1が入力され、トランジスタQ9のゲートに駆動信号GSm+2が入力されるようにしてもよい。その場合には、トランジスタQ1がオンになった直後にトランジスタQ9がオンになるため、上記の問題は伴わない。よって、図7、図12、図14,図15および図22のいずれの分周回路を用いてもよい。
また本実施の形態においては、駆動信号GSm+1、駆動信号GSm+2の組に代え、ゲート線を駆動する所定の2つの単位シフトレジスタの出力信号を、分周回路20の駆動にも兼用させてもよい。そうすれば、単位シフトレジスタSRm+1,SRm+1を設ける必要がなくなるという利点が得られる。しかし、分周回路20の駆動を行う単位シフトレジスタの負荷が大きくなるため、それが駆動するゲート線の駆動速度が遅くなるという欠点を伴う点に留意すべきである。
従来の表示装置の概略構成を示すブロック図である。 表示装置の画素の構成例を示す回路図である。 従来のゲートドライバ(奇数ゲートドライバおよび偶数ゲートドライバ)の動作を示すタイミング図である。 本発明に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る分周回路の基本的構成を示す回路図である。 本発明に係る分周回路の基本的動作を示すタイミング図である。 実施の形態1に係る分周回路の回路図である。 実施の形態1に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。 実施の形態1に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。 本発明に係る表示装置の変形例を示すブロック図である。 本発明に係る表示装置の変形例における動作を示すタイミング図である。 実施の形態2に係る分周回路の回路構成示す図である。 実施の形態2に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。 実施の形態3に係る分周回路の回路構成示す図である。 実施の形態4に係る分周回路の回路構成示す図である。 従来の単位シフトレジスタの回路図である。 従来のゲートドライバの構成を示す図である。 従来のゲートドライバの動作を示すタイミング図である。 実施の形態5に係る単位シフトレジスタの回路図である。 実施の形態6に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態6に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。 実施の形態7に係る分周回路の回路構成示す図である。 実施の形態7に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。 実施の形態8に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態8に係る分周回路の動作を示すタイミング図である。
符号の説明
11,12,13 ゲートドライバ、20,20a,20b 分周回路、C1,C2 昇圧容量、21,23,23a ラッチ・インバータ、22,22a,24,26,29 バッファ、25,30 インバータ、27,28 出力バッファ、110 駆動制御回路、STYO,STYE,STY スタート信号、CLKYO,/CLKYO,CLKYE,/CLKYE,CLKY クロック信号、VFR,/VFR 分周信号。

Claims (22)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に配設された複数の画素と、
    前記画素を駆動するゲートドライバと、
    前記ゲートドライバへ所定の制御信号を出力する駆動制御回路と、
    信号の周波数を分周する分周回路と
    を備える表示装置であって、
    前記画素、前記ゲートドライバ並びに前記分周回路は、前記絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を用いて構成されており、
    前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、画像信号のフレーム期間の開始に対応したスタート信号を含み、
    前記分周回路は、前記スタート信号を分周した周期を有する分周信号を生成する
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1記載の表示装置であって、
    前記画素、前記ゲートドライバ並びに前記分周回路に用いられるTFTは、全て同一導電型のものである
    ことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1または請求項2記載の表示装置であって、
    前記スタート信号は、周期が同一で位相が互いに異なる第1および第2のスタート信号を含み、
    前記分周回路は、
    第1,第2および第3のインバータを備え、
    前記第1のインバータは、
    前記第3のインバータの出力を受け、前記第1のスタート信号に同期して前記第3のインバータの出力を反転させ、
    前記第2のインバータは、
    前記第1のインバータの出力を受け、前記第2のスタート信号に同期して前記第1のインバータの出力を反転させ、
    前記第3のインバータは、
    前記第2のインバータの出力を受け、前記第2のインバータの出力を反転させる
    ことを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1または請求項2記載の表示装置であって、
    前記ゲートドライバは、
    縦続接続した複数のシフトレジスタにより構成され、
    前記分周回路は、
    第1,第2および第3のインバータを備え、
    前記第1のインバータは、
    前記第3のインバータの出力を受け、前記スタート信号に同期して前記第3のインバータの出力を反転させ、
    前記第2のインバータは、
    前記第1のインバータの出力を受け、前記複数のシフトレジスタのうち所定の一のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第1のインバータの出力を反転させ、
    前記第3のインバータは、
    前記第2のインバータの出力を受け、前記第2のインバータの出力を反転させる
    ことを特徴とする表示装置。
  5. 請求項4記載の表示装置であって、
    前記所定の一のシフトレジスタは、
    前記複数のシフトレジスタのうち、前記画素の駆動に使用されていないものである
    ことを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1または請求項2記載の表示装置であって、
    前記ゲートドライバは、
    縦続接続した複数のシフトレジスタにより構成され、
    前記分周回路は、
    第1,第2および第3のインバータを備え、
    前記第1のインバータは、
    前記第3のインバータの出力を受け、前記複数のシフトレジスタのうちの第1のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第3のインバータの出力を反転させ、
    前記第2のインバータは、
    前記第1のインバータの出力を受け、前記複数のシフトレジスタのうちの第2のシフトレジスタの出力信号に同期して前記第1のインバータの出力を反転させ、
    前記第3のインバータは、
    前記第2のインバータの出力を受け、前記第2のインバータの出力を反転させる
    ことを特徴とする表示装置。
  7. 請求項6記載の表示装置であって、
    前記第1および第2のシフトレジスタは、
    前記複数のシフトレジスタのうち、前記画素の駆動に使用されていないものである
    ことを特徴とする表示装置。
  8. 請求項3から請求項7のいずれか記載の表示装置であって、
    前記分周回路は、
    前記第1および第2のインバータにその出力レベルを保持させる第1および第2の保持回路を備える
    ことを特徴とする表示装置。
  9. 請求項8記載の表示装置であって、
    前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、
    前記画像信号のフレーム期間よりも短い周期のクロック信号を含み、
    前記第1および第2の保持回路は、
    それぞれ前記第1および第2のインバータの入力レベルを保持することによりその出力レベルを保持させる第1および第2のラッチ回路であり、
    前記第1および第2のラッチ回路の少なくとも片方は、
    対応するインバータの入力ノードと高電位側電源との間に接続したTFTである第1のTFTを負荷として備え、
    前記分周回路は、
    一端が前記第1のTFTのゲートに接続し、他端に前記クロック信号が入力される第1の容量素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  10. 請求項9記載の表示装置であって、
    前記分周回路は、
    前記第1のTFTのゲートの電位が、特定の値を超えないようにする第1のクランプ素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  11. 請求項10記載の表示装置であって、
    前記第1のクランプ素子は、
    前記第1のTFTのゲートと前記高電位側電源との間に接続し、ダイオード接続されたTFTである
    ことを特徴とする表示装置。
  12. 請求項3から請求項11のいずれか記載の表示装置であって、
    前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、
    前記画像信号のフレーム期間よりも短い周期のクロック信号を含み、
    前記分周回路は、
    前記第1乃至第3のインバータのいずれかの出力ノードに一端が接続し、その他端に前記クロック信号が入力される第2の容量素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  13. 請求項12記載の表示装置であって、
    前記分周回路は、
    前記第2の容量素子の前記一端の電位が、特定の値を超えないようにする第2のクランプ素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  14. 請求項13記載の表示装置であって、
    前記第2のクランプ素子は、
    前記第2の容量素子の前記一端と前記高電位側電源との間に接続し、ダイオード接続されたTFTである
    ことを特徴とする表示装置。
  15. 請求項1から請求項14のいずれか記載の表示装置であって、
    前記分周回路は、
    前記分周信号のレベルを反転させるごとに、当該分周回路内の全てのTFTのゲートのレベルが反転するように構成されている
    ことを特徴とする表示装置。
  16. 請求項1から請求項15のいずれか記載の表示装置であって、
    前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、
    前記画像信号のフレーム期間よりも短い周期のクロック信号を含み、
    前記分周回路は、
    前記分周信号の出力ノードと高電位側電源との間に接続したTFTである第2のTFTと、
    一端が前記第2のTFTのゲートに接続し、他端に前記クロック信号が入力される第3の容量素子とをさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  17. 請求項16記載の表示装置であって、
    前記分周回路は、
    前記第2のTFTのゲートの電位が、特定の値を超えないようにする第3のクランプ素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  18. 請求項17記載の表示装置であって、
    前記第3のクランプ素子は、
    前記第2のTFTのゲートと前記高電位側電源との間に接続し、ダイオード接続されたTFTである
    ことを特徴とする表示装置。
  19. 請求項1から請求項15のいずれか記載の表示装置であって、
    前記駆動制御回路が出力する前記制御信号は、
    前記画像信号のフレーム期間よりも短い周期のクロック信号を含み、
    前記分周回路は、
    前記分周信号の出力ノードと高電位側電源との間に接続した抵抗素子をさらに備える
    ことを特徴とする表示装置。
  20. 請求項1から請求項19のいずれか記載の表示装置であって、
    前記ゲートドライバは、
    当該ゲートドライバの出力端子と低電位側電源との間に、互いに並列に接続した2つのTFTである第3および第4のTFTを備え、
    前記第3および第4のTFTは、
    前記分周回路が出力する前記分周信号に基づいて交互に休止状態となる
    ことを特徴とする表示装置。
  21. 前記画素を構成する表示素子は液晶素子である
    請求項1から請求項20のいずれか記載の表示装置。
  22. 前記画素を構成する表示素子は電界発光素子である
    請求項1から請求項20のいずれか記載の表示装置。
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