CN1794334A - 用于液晶显示驱动器的半导体集成电路 - Google Patents

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堀口真志
大门一夫
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Abstract

在形成为具有电源电路的半导体集成电路的液晶驱动控制器中，该电源电路包括升压电路并且驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线，在该液晶驱动控制器中，减小外部电容性元件的数量和用来连接外部电容性元件的外部端子的数量，由此降低芯片和其上安装该芯片的电子设备的尺寸和成本。作为用来产生用于驱动在其中具有包括升压电路的电源电路的液晶控制器中的TFT液晶面板的源极线的电压的升压电路，使用具有外部电容性元件的升压电路。另一方面，作为用来产生用于驱动栅极线的电压的升压电路，使用具有内置(片上)电容性元件的电荷泵。

Description

用于液晶显示驱动器的半导体集成电路
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年12月21日提交的日本专利申请No.2004-368708的优先权，在此将其内容通过参考引入本申请。
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，该驱动器在其中具有升压器(booster)电源电路，用来产生通过提升(boost)电源电压得到的电压；并且涉及一种当用于用来控制液晶显示器的LSI(大规模集成电路)时有效的技术，该液晶显示器在其中具有用来驱动例如TFT(薄膜晶体管)液晶显示器的液晶驱动电源电路。
背景技术
在最近几年，作为诸如蜂窝电话或PDA(个人数字助手)之类的便携式电子设备的显示器，一般使用点阵液晶面板，在该面板中多个显示像素两维地排列成矩阵。在该设备中，安装形成为用来控制液晶面板的显示的半导体集成电路的显示控制器、用来驱动液晶面板的驱动器电路、或在其中具有这样一种驱动器电路的显示控制器。形成为半导体集成电路的显示控制器可以在5V或更小的电压下工作。另一方面，诸如5至40V之类的驱动电压对于液晶面板的显示驱动是必需的。在多种情况下，显示控制器在其中具有液晶驱动电源电路，该电路通过提升电源电压产生用来驱动液晶面板的电压。更具体地说，液晶面板由具有约6V的振幅的源极线(分段线)驱动电压、和具有是约6V的振幅的几倍大的振幅(约40V)的栅极线(共用线)驱动电压来驱动。
在传统上，诸如其中将切换元件和电容性元件组合的电荷泵(charge pump)之类的升压器电路用于液晶驱动电源电路。作为电容性元件，常常使用外部元件。在例如日本未审查专利公开(JP-A)No.2002-313925中公开了一种涉及这样一种液晶驱动电源电路的发明。
发明内容
JP-A No.2002-313925的电源电路把每个具有外部电容性元件的升压器电路用作用来产生分段线驱动电压的升压器电路(10)和用来产生共用线驱动电压的升压器电路(20)。每一个升压器电路具有在预充电后串联连接的用来升压的多个电容性元件。因此，外部电容性元件的数量和用来连接外部电容性元件的外部端子的数量很大。有这样的问题，即难以降低TFT液晶显示器(下面，称作TFT液晶面板)、用于驱动TFT液晶面板的液晶显示器的半导体集成电路、及在其上安装半导体集成电路的电子设备的每一个的尺寸和成本。
在JP-A No.2002-313925中，用来用电荷预充电多个电容性元件并且此后串联连接电容性元件、由此得到升压电压的升压电路称作电荷泵。在本发明中，这样一种升压方法的电路将称作切换-电容器型升压电路。用来通过在并联设置的多个电容性元件之间插入整流元件或开关元件以便防止电荷回流、并且交替地把两相时钟发送到与电容性元件相对侧上的端子、由此依次把电荷转移到后级中的电容性元件来逐步提升电压的升压电路，将称作与切换-电容器型升压电路区分开的电荷泵。
本发明的一个目的在于，通过减小在液晶驱动控制器中的外部电容性元件的数量和用来连接外部电容性元件的外部端子的数量，来降低芯片和在其上安装芯片的电子设备的尺寸和成本，该液晶驱动控制器在其中具有电源电路，该电源电路包括升压电路并且形成为用来驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线的半导体集成电路。
本发明的另一个目的在于，通过使在液晶驱动控制器中能够采用低耐压过程来降低芯片的成本，该液晶驱动控制器在其中具有电源电路，该电源电路包括升压电路并且特别地形成为用来驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线的半导体集成电路。
本发明的又一个目的在于，降低升压电路的功率消耗和稳定液晶驱动控制器中的输出升压电压，该液晶驱动控制器具有电源电路，该电源电路包括升压电路并且形成为半导体集成电路。
从说明书和附图的描述，本发明的以上和其它目的及新颖特征将变得明显。
如下将描述在本申请中公开的发明的代表性发明的概述。
液晶驱动控制器在其中具有电源电路，该电源电路包括升压电路并且形成为用来驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线的半导体集成电路，在该液晶驱动控制器中，具有外部电容性元件的升压电路用作用来产生驱动源极线的电压的升压电路。另一方面，具有内置(片上(on-chip))电容性元件的电荷泵用作用来产生驱动栅极线的电压的升压电路。
本发明的发明人已经研究到，在用来驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线的液晶驱动控制器中，用来驱动栅极线的驱动器的电流能力可能比用来驱动源极线的驱动器的电流能力低得多。因此，即使当内置(片上)电容性元件对于升压电路用作产生要供给到用来驱动栅极线的驱动器的电源电压的电源电路的部件时，也能供给必需的电流。在上述装置中，具有内置(片上)电容性元件的电荷泵用作产生驱动栅极线的电压的升压电路。在保证必需的电流能力的同时，与使用外部电容性元件的升压电路中的情况相比，能减小外部元件的数量和外部端子的数量。因而，能实现芯片的尺寸和成本的降低和其上安装芯片的电子设备的尺寸和成本的降低。
希望的是，作为内置(片上)电容性元件，使用串联连接的电容性元件，并且将由电阻器分压的电压施加到电容性元件的连接点上。利用该配置，能使施加到每一个用于升压的电容性元件上的电压较小，从而能降低电容性元件的耐压。在具有包括比较器和误差放大器的并且能够调节升压电压的电平的电压调节电路的升压电路中，用来分压升压电压的可变电阻器不设置在输出端子侧上而是设置在电源电压(恒定电位)端子侧上。当可变电阻器设置在输出端子侧上时，调节精度更高(调节更容易)。然而，通过在电源电压端子侧上提供可变电阻器，能减小作为可变电阻器的部件的开关元件的耐压。
而且，希望的是，产生用来驱动栅极线的电压的升压电路由电荷泵构造。使电荷泵的级数是可切换的，以按照例如显示面板的规格、显示模式或操作模式来切换电荷泵的级数。利用该配置，可以降低电荷泵的功率消耗并且能改进功率效率。
如下将简要描述由在本申请中公开的发明的代表性发明所得到的效果。
根据本发明，在其中具有包括升压电路并且形成为用来驱动TFT液晶面板的源极线和栅极线的半导体集成电路的电源电路的液晶驱动控制器中，通过减小外部电容性元件的数量和用来连接外部电容性元件的外部端子的数量，能降低芯片和其上安装芯片的电子设备的尺寸和成本。
而且，根据本发明，能采用低耐压过程，并且能降低芯片的成本。而且，能降低升压电路的功率消耗，并且能稳定输出升压电压。
附图说明
图1是方块图，表示由具有升压器电源电路的液晶控制驱动器和由该驱动器驱动的TFT液晶面板构造的液晶显示器的配置。
图2是方块图，表示在对其应用了本发明的液晶控制驱动器中用于栅极驱动器的升压器电源电路的一个示例。
图3A是电路图，表示用来产生具有栅极驱动波形的正升压电压的电荷泵的示例；以及图3B是电路图，表示用来产生负升压电压的电荷泵的示例。
图4是波形图，表示栅极驱动波形和源极驱动波形。
图5是波形图，表示操作电荷泵的时钟的波形。
图6是等效电路图，表示TFT液晶面板的像素模型。
图7是电路图，表示用来驱动源极的升压器电源的示例。
图8A是操作图，表示图7中电源电路的升压器电路充电时的开关状态和电流路径；以及图8B是操作图，表示图7中电源电路的升压器电路的电压升压时的开关状态和电流路径。
图9A和9B是电路图，表示作为用于实施例的栅极驱动器的升压器电源电路的电荷泵的部件的电容性元件的示例。
图10是电路图，表示根据本发明用于栅极驱动器的升压器电源电路的第二示例。
图11A是电路配置图，表示根据本发明用于栅极驱动器的升压器电源电路的第三示例；以及图11B是电路图，表示主要部分的配置的示例。
图12是电路图，表示根据本发明用于栅极驱动器的升压器电源电路的第四示例的电荷泵的配置。
图13是电路图，表示根据本发明用于栅极驱动器的升压器电源电路的第五示例的电荷泵的配置。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。
首先，将参照图1描述用来控制液晶显示器的半导体集成电路200，该半导体集成电路200在其中具有对其有效地应用了本发明的升压器电源电路。图1是方块图，表示由在其中具有升压器电源电路的液晶控制驱动器200和由该驱动器驱动的TFT液晶面板300构造的液晶显示器的配置。
在图1中，200指示通过有源矩阵方法来驱动液晶面板以显示图像的液晶控制驱动器LSI，300指示由液晶控制驱动器LSI 200驱动的TFT液晶面板。液晶控制驱动器LSI 200包括：源极驱动器210，用来按照图像信号驱动TFT液晶面板300的源极线(源极电极)SL；栅极驱动器220，用来依次扫描TFT液晶面板300的栅极线(栅极电极)GL；用于源极驱动器的升压器电源电路230，用来产生源极驱动器210必需的驱动电压；用于栅极驱动器的升压器电源电路240，用来产生栅极驱动器220必需的驱动电压；显示RAM 250，以位图方法存储要在液晶面板300上显示的图像数据；控制器260，用来基于来自外部微处理器(下面，也称作MPU或CPU)的指令控制芯片的内部；及定时产生电路270，用来产生给出源极驱动器210和栅极驱动器220的操作定时的时钟。这些电路形成在诸如单晶硅之类的单个半导体芯片上。LSI 200具有对其供给诸如第一电位之类的电源电压Vcc的外部端子、和对其供给诸如第二电位之类的接地电位的外部端子。
将用于升压的电容性元件C1、C2、...和用于稳定输出电压的平滑电容器(smoothing capacitor)Cs0作为外部元件连接到用于源极驱动器的升压器电源电路230。将平滑电容器Cs1作为外部元件连接到用于栅极驱动器的升压器电源电路240，并且将用于升压的电容性元件设置为内部(片上)元件。尽管没有示出，但液晶控制驱动器200包括：地址计数器，用来产生到用于显示的RAM 250的地址；算术和逻辑单元，基于从用于显示的RAM 250读出的数据和从外部MPU等供给的新显示数据，用来执行用于水印显示或叠加显示的逻辑运算；及接口电路，用来向作为外部系统控制器的MPU(微处理器)传输信号或从作为外部系统控制器的MPU(微处理器)接收信号。
作为控制器260的控制方法，可以采用任意控制方法，诸如从外部MPU接收命令代码、对它进行译码及产生控制信号的方法，或在控制器和用来指令要执行的命令的寄存器(称作变址寄存器)中准备多个命令代码、并且指定要通过由MPU写入变址寄存器来执行的命令、由此产生控制信号的方法。
在按上述构造的控制器260的控制下，在基于来自外部MPU的指令和数据而在TFT液晶面板上显示图像时，液晶控制驱动器LSI200进行把显示数据依次写到显示RAM 250上的绘图过程、和从显示RAM 250依次读取显示数据的读取过程，以输出要施加到TFT液晶面板300中的源极线SL上的信号、和要施加到栅极线GL上的信号，由此进行液晶显示。
图2表示在对其应用了本发明的液晶控制驱动器中用于栅极驱动器的升压器电源电路240的一个示例。用于栅极驱动器的升压器电源电路240包括：电荷泵241，用来产生栅极驱动波形GDW的正升压电压VGH；电荷泵242，用来产生负升压电压VGL；共用振荡电路243，用来产生操作电荷泵的两相时钟；比较器244，用来探测由正电荷泵241产生的升压电压VGH的电平；及比较器245，用来探测由负电荷泵242产生的升压电压VGL的电平，如图4所示。用来稳定正升压电压VGH的平滑电容器Cs1和用来稳定负升压电压VGL的平滑电容器Cs2作为外部元件连接到升压器电源电路240的电压输出端子VO1和VO2。
来自振荡电路243的时钟φ1和 φ1经与(AND)门247供给到电荷泵241，并且通过由电阻器R1和R2分压正升压电压VGH所得到的电压和基准电压Vref输入到比较器244。当升压电压VGH变为预定电平或更高时，输出变到低电平，与门247被关闭以中断时钟的供给，并且电荷泵241的操作停止。来自振荡电路243的时钟φ2和 φ2经与门248供给到电荷泵242，并且通过由电阻器R3和R4分压在负升压电压VGL与恒定电压Va之间的电位差所得到的电压和基准电压Vref输入到比较器245。当升压电压VGL变为预定电平或更低时，输出变到低电平，与门248被关闭以中断时钟的供给，并且电荷泵242的操作停止。以这样一种方式，能产生希望电平下的升压电压。
比较器244和245的输出输入到或(OR)门246。当输出都变为低电平时，振荡电路243的操作停止。因此，当正侧和负侧上的电荷泵的输出变为所需电平时，时钟的产生停止，从而能防止无用消耗电流流动。为了使同一恒定电压(例如2V)能够用作比较器244的基准电压Vref和比较器245的基准电压Vref，设置电阻器R1和R2之间的比值、电阻器R3和R4之间的比值、及恒定电压Va的电平(例如3V)。作为电荷泵241，使用图3A中所示的电路。作为电荷泵242，使用图3B中所示的电路。
在电荷泵中，通过产生为几乎相反相位以便它们的高电平期间不会彼此重叠的如图5中所示的时钟φ1和 φ1(φ2和 φ2)，交替地使串联连接的MOS晶体管(绝缘栅极场效应晶体管)Qd1、Qd2、...导通/截止，并且将在第一级处的升压电容性元件Cb1中积累的电荷依次转移到Cb2、Cb3、 ...、及Cs1(Cs2)，由此产生升压电压VGH(VGL)。连接用来产生MOS晶体管Qd1、Qd2、...的栅极控制电压的倒相器INV1、INV2、...，以便在下一级和紧前一级处的升压电压作为电源电压操作。利用该配置，可以通过低耐压元件构造电荷泵，可以使在MOS晶体管Qd1、Qd2、...导通时的电阻相对较低，并且可以实现高效的电荷泵。
在图3A和3B中所示的电荷泵是示例。在本发明中可以使用的电荷泵不限于具有这样的配置。例如，可以采用这样的电荷泵，其连接倒相器INV1、INV2、...以便使用下一级之后的级的升压电压代替下一级的升压电压作为电源电压。可选择地，可以使用如日本未审查专利公开No.2002-025287的图8中所示的使用升压电容器来提升MOS晶体管的栅极电压的电荷泵。在这种情况下，希望使用片上元件作为像升压电容性元件Cb1、Cb2、Cb3、...之类的升压电容器。而且，也可以使用其中MOS晶体管Qd1、Qd2、...的栅极和漏极被连接以便作为二极管操作而不设置用来驱动MOS晶体管Qd1、Qd2、...的栅极的倒相器和升压电容器的电荷泵、或使用二极管代替MOS晶体管的传统电荷泵。
图7表示用于源极驱动器的升压器电源电路230的具体电路配置示例。从表示施加到TFT液晶面板的源极线SL和栅极线GL上的电压的波形的图4中显而易见，为了产生要施加到源极线SL上的源极驱动电压波形SDW，关于作为中心的液晶中心电位VMID对称的电压VSH和VSL是必需的。
在该实施例中，如图7中所示，用于源极驱动器的升压器电源电路230由如下电路构造：升压器电路231，用来产生正电压VSH；和电压倒相电路232，用来通过以VMID为中心倒相升压电路231的输出电压产生负电压VSL。为了驱动TFT液晶面板，电压VcomH和VcomL是必需的，该电压VcomH和VcomL用来产生要施加到面对像素电极的衬底侧上的电极的交流(AC)波形。由于通过改变电压VSH和VSL的电平能产生电压，所以不必设置升压电路，从而没有表示和描述它们。
本实施例的升压电路231和电压倒相电路232具有与门G1和G2及与门G3和G4，对于这些与门，由电源电路的启动信号ST进行时钟供给控制。当启动信号ST处于低电平时，时钟φ0和 φ0的供给中断并且不进行升压操作。当启动信号ST处于高电平时，供给时钟φ0和 φ0并且升压操作启动。
用来产生正电源电压VSH的升压电路231由如下构造：开关SW1至SW4，根据时钟信号φ0接通/断开；开关SW5至SW7，根据产生为其高电平期间不与时钟信号φ0的高电平期间相重叠的时钟信号 φ0接通/断开；升压电容器C1和C2，通过开关SW5至SW7形成串联；及平滑电容器Cs0，其输出连接到输出端子OUT1上。
在升压电容器C1的低电位侧上的端子C1-可以经由开关SW4或SW7连接到接地点或第一基准电位端子T1，并且在升压电容器C1的高电位侧上的端子C1+可以经由开关SW3连接到第一基准电位端子T1。在升压电容器C2的低电位侧上的端子C2-可以经由开关SW2连接到接地点，并且在升压电容器C2的高电位侧上的端子C2+可以经由开关SW1连接到第一基准电位端子T1。
而且，输出端子OUT1和在升压电容器C2的高电位侧上的端子C2+可以经由开关SW5彼此连接，并且在升压电容器C2的低电位侧上的端子C2-和在升压电容器C1的高电位侧上的端子C1+可以经由开关SW6彼此连接。恒定电压Vc1施加到第一基准电位端子T1。
在按上述构造的升压电路231中，在如图8A中所示时钟信号φ0被设到高电平并且开关SW1至SW4被接通的同时(在这时，开关SW5至SW7被断开)，升压电容器C1和C2被充电到基准电压Vc1的电平。其次，开关SW1至SW4被断开并且开关SW5至SW7被接通，从而如图8B中所示升压电容器C1和C2形成串联，并且在升压电容器C1的基准端子侧上即低电位侧上的端子C1-经由开关SW7连接到第一基准电位端子T1。通过该操作，输出端子OUT1的电压被升压到是Vc1的电平的三倍高的电平。通过重复充电操作和升压操作，将升压电容器C2中充电的电荷转移到连接到输出端子OUT1的平滑电容器Cs0，并且输出3Vc1的升压电压VSH。
电压倒相电路232由如下构造：电压端子Ta，对其施加由升压电路231产生的正升压电压VSH；第二基准电压端子Tb，对其施加液晶中心电位VMID；电压倒相电容器C21；开关SW8和开关SW10，连接在电容器C21的一个端子与电压端子Ta和电压端子Tb之间；开关SW9和开关SW11，连接在电容器C21的另一端子与电压端子Tb和输出端子OUT2之间；及用于负电压的平滑电容器Cs10，连接在输出端子OUT2与接地点之间。
电压倒相电路232以下列方式操作。通过设成其高电平期间不彼此重叠的时钟φ0和 φ0，接通开关SW8和SW9并且断开开关SW10和SW11，以利用对应于正升压电压VSH与液晶中心电位VMID之间的电位差的电压，对电压倒相电容器C21进行充电。此后，通过断开开关SW8和SW9并且接通开关SW10和SW11，利用关于作为中心的液晶中心电位VMID具有与升压电压VSH的极性相反极性的负电压VSL，对连接到输出端子OUT2的平滑电容器Cs10进行充电。
在如上所述的该实施例的液晶驱动电源电路中，用来产生用于栅极驱动器的电压VGH和VGL的升压器电源电路240由电荷泵构造，并且升压电容器由内部元件构造，从而可以减小外部电容性元件的数量。另一方面，用于源极驱动器的升压器电源电路230使用切换电容器升压器电路，用来通过预充电每一个外部升压器电容器和串联连接电容性元件得到升压电压。
为了减小外部电容性元件的数量，希望由使用内置电容器的升压器电路构造用于源极驱动器的升压器电源电路230。使用利用外部电容性元件的切换电容器升压器电路，因为用于源极驱动器的升压器电源电路要求更高的电流供给能力。现在参照图6的液晶像素模型，将描述为什么用于源极驱动器的升压器电源电路要求比用于栅极驱动器的升压器电源电路的电流供给能力高的电流供给能力。
在TFT液晶面板中，多条栅极线和多条源极线布置成彼此交叉，并且在栅极线和源极线的交叉点处设置像素。如图6中所示构造每个像素，在像素电极与面对电极之间形成像素电容器Cpx，通过补偿不足电容来抑制由泄漏造成的像素电极的电位减小的保持电容器Cst，并且选择开关晶体管Qs作为TFT，其漏极端子连接到像素电容器Cpx的一个端子，栅极端子连接到栅极线GL，及源极端子连接到源极线SL。在这样一个像素中，TFT的栅极寄生电容Cg连接到栅极线GL，并且TFT的源极区域中的PN结电容Cj连接到源极线SL。因此，栅极驱动器必须不仅驱动栅极线GL而且驱动TFT的栅极寄生电容Cg，并且源极驱动器必须不仅驱动源极线SL，而且驱动像素电容Cpx、保持电容Cst及TFT的PN结电容Cj。
作为示例，将考虑其中液晶面板的尺寸(在水平方向上的像素数量×在垂直方向上的像素数量)是X×Y、并且线交流频率是fa的情形。帧周期T表示为1/(_(2fa)_)。由以上描述理解到，施加到栅极线GL的驱动电压的振幅是(VGH-VGL)，并且施加到源极线SL的驱动电压的振幅是(VSH-VSL)。因此，栅极驱动器的平均电流供给能力Ig_ave和源极驱动器的平均电流供给能力Is_ave由下列公式表示。
Ig_ave＝X·Cg·(VGH-VGL)·2fa·Y
Is_ave＝X·{(Cpx+Cst)+Cj·Y}·(VSH-VSL)·2fa·Y
当假定面板尺寸X×Y是720×270、线交流频率fa是60Hz、栅极寄生电容Cg是100fF、像素电容Cpx是250fF、保持电容Cst是650fF、结电容Cj是100fF、栅极线驱动电压的振幅(VGH-VGL)是25V及源极线驱动电压的振幅(VSH-VSL)是5V时，由以上公式理解到，Ig_ave＝0.068mA，Is_ave＝3.8mA，并且源极驱动器的电流供给能力Is_ave必须比栅极驱动器的电流供给能力Ig_ave高两位多。
换句话说，栅极驱动器的电流供给能力可以比源极驱动器的电流供给能力低。尽管栅极线驱动电压的振幅比源极线驱动电压的振幅大，但在栅极驱动器上的负载只是栅极线GL的布线电容和TFT的栅极电容(在其中栅极线GL用作TFT的栅极电极的情况下，栅极线GL的布线电容)，并且每次驱动Y条栅极线中的一条。相反，在源极驱动器上的负载不仅包括源极线SL的布线电容，而且包括TFT的结电容Cj、像素电容Cpx、及保持电容Cst，并且必须同时驱动所有的X条源极线。
已知升压电路的输出电压Vout由于内部损耗而变得比输入电压Vcc低m倍(其中m指示升压的放大倍数)，电压降低量与输出电流I_ave成正比并且与升压电路的操作频率fb和使用的升压电容的电容值Cb成反比，输出电压Vout由下列公式表示：
Vout＝m·Vcc-n·I_ave/fb·Cb
其中n指示常数。
当基于升压电路使用10MHz作为操作频率fb并且使用100pF作为电容值Cb，来估计作为第二项的输出电流I_ave和输出阻抗项1/fb·Cb的乘积的电压降低量I_ave/fb·Cb的量级时，由于栅极驱动器的电流供给能力Ig_ave是0.068mA并且源极驱动器的电流供给能力Is_ave是3.8mA，所以用于栅极驱动器的升压电路的I_ave/fb·Cb是0.68[V]并且用于源极驱动器的升压电路的I_ave/fb·Cb是3.8[V]。
因此，在以上描述的条件下，用于栅极驱动器的升压电路的电压降低量是0.68[V]并且没有问题。然而，用于源极驱动器的升压电路的电压降低量太大并且它不实用。为了解决该问题，有效的措施是增大在电压降低量的I_ave/fb·Cb项中的Cb值，就是说，使用大电容值的外部元件作为升压电容。在本发明中，基于研究的结果，通过片上元件构造用于栅极驱动器的升压器电源电路的升压电容器，由此减小外部元件的数量和外部端子的数量。另一方面，使用外部元件作为用于源驱动器的升压电路的升压电容器。
根据研究的结果，为了减小外部元件的数量和TFT液晶面板的控制驱动器LSI的芯片尺寸，使用片上元件作为用于栅极驱动器的升压器电源电路240的升压电容器就足够了，如在本实施例中那样构造用于栅极驱动器的升压器电源电路240不是必需的。另一方面，用于源极驱动器的升压电源电路230要求具有相对较高的电流供给能力，并且必须使用外部元件作为升压电容器。然而，如在本实施例中那样使用切换电容器升压电路不是必需的。也可以通过电荷泵构造用于源极驱动器的升压电源电路230并使用外部元件作为升压电容器。
图9A和9B表示在使用片上元件作为升压电容器的实施例中用于栅极驱动器的升压器电源电路240中片上电容性元件的优选模式。如图9A中所示，串联连接的电容性元件C11和C12在用于栅极驱动器的升压器电源电路240中用作片上电容性元件，并且由电阻器R11和R12分压的电压施加到连接点。利用该构造，可以减小施加到每一个升压电容性元件的电压，可以减小电容性元件的耐压，及可以采用降低耐压的过程。
在如图9A中所示使用串联连接的电容性元件C11和C12的情况下，通过把每一个元件C11和C12的电容值设到是图3中所示的电荷泵的电容性元件Cb1至Cbn的电容值C的两倍大的值2C，可以将电容性元件C11和C12的组合电容值设成与图3中用于升压的一个电容性元件的电容值C相同。因此，当确定电容值时，设计较容易。由于类似原因，如图9B中所示，可以设置电容性元件C11和C12及与电容性元件C11和C12并联连接的电容性元件C13和C14，并且可以施加由电阻器R11和R12分压的电压。在这种情况下，通过把每一个电容性元件C11至C14的电容值设成与图3中用于升压的电容性元件的电容值C相同的值，可以把电容性元件C11至C14的组合电容值设成与图3中用于升压的一个电容性元件的电容值C相同。
接下来，参照图10将描述本发明的第二实施例。在第二实施例中，代替在图2的第一实施例的用于栅极驱动器的升压器电源电路240中的比较器244和245，设置用来根据两个输入的电位差输出电压的误差放大器AMP1和AMP2，并且在电荷泵241和242的输入侧上分别设置用于输入控制的MOS晶体管Q1和Q2，以把误差放大器AMP1和AMP2的输出反馈到MOS晶体管Q1和Q2的栅极端子，由此通过与串联调节器的原理类似的原理控制输出电压的电平。
在该实施例的升压电路中，通过把输出反馈到用于输入控制的MOS晶体管Q1和Q2，从而使通过由电阻器R1和R2及电阻器R3和R4分压而得到的电压与基准电压Vref一致，输出电压被保持在预定值。供给由用于输入控制的MOS晶体管Q1和Q2所控制的电压Vcc′和Vcc″，分别作为在正侧上电荷泵241中时钟驱动器(倒相器)的电源电压及用来升压的输入电压，和在负侧上电荷泵242中时钟驱动器(倒相器)的电源电压。
图11A和11B表示根据本发明的升压电路的第三实施例。
在第三实施例中，如图11A中所示，通过对于在图2中所示第一实施例用于栅极驱动器的升压器电源电路240中比较器244和245的输入侧上的、由电阻器R1和R2构造的电阻分压电路和由电阻器R3和R4构造的电阻分压电路的每一个中的电阻器之一，使用可变电阻器，可以调节输出升压电压VGH和VGL的电平。通过使用可变电阻器作为在构造电阻分压电路的电阻器R1和R2及构造电阻分压电路的电阻器R3和R4中的、在与VGH和VGL的输出节点相对侧上的电阻器R2和R3，可以使用低耐压MOS晶体管作为电阻切换元件。
具体地，如图11B中所示，通过多个串联电阻器Rt1、Rt2、...、及Rtn和与电阻器并联设置的开关元件SWt1、SWt2、...、及SWtn构造电压调节电路，并且设置用于控制的寄存器REG1。通过由寄存器REG1的设定值控制开关元件SWt1、SWt2、...、及SWtn的接通/断开，改变电阻值，由此调节施加到比较器244和245的电压。在该实施例中，通过按照使用的液晶面板的规格或显示模式重写要在寄存器REG1中设定的值，可以调节产生的升压电压VGH和VGL。
一般地，在使用可变电阻器和运算放大器的电压调节电路中，如从事实理解的那样，在电荷泵241侧上的运算放大器的输出Vo表示为Vo＝(1+R1/R2)·Vref，当改变电阻器R1的值时，可以线性地控制输出，从而电压调节更容易。然而，在该实施例中，基于电压调节的容易性，优先考虑使用作开关元件SWt1、SWt2、...、及SWtn的MOS晶体管的耐压减小。因此，可以使用低耐压过程，并且与使用高耐压过程的情况相比可以降低制造成本。
图12表示根据本发明的升压电路的第四实施例。
在第四实施例中，使构造用于栅极驱动器的升压器电源电路240的电荷泵241和242的升压级的数量可变，并且通过寄存器REG2中的设定值切换。在第四实施例中，例如，寄存器REG2的设定值按照液晶面板的规格、显示模式、或操作模式而改变。通过按照必需的升压电压值切换电荷泵的升压级的数量，可以降低电荷泵的浪费功率消耗。
在使用传统电荷泵，其中将多个二极管连接的MOS晶体管串联连接用于切换电荷泵的升压级数量的传统供给泵的情况下，通过设置能够对用于升压的每个电容器供给/中断时钟的栅极，以及控制中断时钟的栅极数，可以仅按任意数量减小操作的级数。图3A和3B中所示的电荷泵还可以构造成，通过为用于升压的电容器分开地设置能够供给/中断时钟的栅极，可以把操作的级数切换到任意数量。
图13表示根据本发明的升压电路的第五实施例。
在第五实施例中，使得构造用于栅极驱动器的升压器电源电路240的每一个电荷泵241和242中的升压级的数量是可切换，并且通过来自图2的第一实施例的升压电路中所示的比较器244(245)或图10的第二实施例的升压电路中所示的误差放大器AMP1(AMP2)的反馈信号FB切换。
更具体地，在其中从比较器244或245发送反馈信号的情况下，如图13中所示，设置移位寄存器SFT和用来对时钟OSC进行计数的计数器CNT或分频器。例如，当升压电压变高并且来自比较器的反馈信号变到低电平时，在低电平期间，操作移位寄存器SFT，以便按照计数器CNT的输出定时移位，以在级中依次设定“1”。停止与设定的位“1”相对应的升压级的操作。
另一方面，在其中从误差放大器AMP1(AMP2)发送反馈信号的情况下，设置多个比较器用来确定反馈信号的电平。通过使用多个比较器的输出作为代替移位寄存器的输出的信号，来切换升压级的数量。利用这样一种配置，当输出升压电压变得太高时，通过减小电荷泵中的升压级的数量，可以将输出升压电压保持几乎恒定，或者可以降低浪费的电流消耗。
尽管以上基于实施例在这里已经具体地描述了由本发明人实现的本发明，但显然，本发明并不限于上述实施例，而是在不脱离主旨的情况下可以进行各种改变。例如，在实施例中，用于源极驱动器的升压器电源电路230设置有电压倒相电路232，该电压倒相电路232通过围绕作为中心的VMID使由升压电路231产生的正电压VSH倒相来产生负电压VSL。可选择地，负电压可以由具有类似于升压电路231的配置的升压电路直接产生。
而且，本发明可以应用于把较低源极线驱动电压VSL用作接地电位的液晶控制驱动器。用于源极驱动器的升压器电源电路230可以使用电荷泵，该电荷泵使用用于升压的外部电容性元件代替切换-电容器型升压电路。
这里关于作为本发明背景的用来驱动TFT液晶面板的液晶控制驱动器已经描述了由本发明人实现的本发明，在该TFT液晶面板中，通过在使用领域中作为三端子开关元件的薄膜晶体管，把电荷注入到像素电极。然而，本发明并不限于该液晶控制驱动器。例如，本发明也能应用于用来驱动MIM液晶面板的液晶控制驱动器，在该MIM液晶面板中，通过两端子开关元件把电荷注入到像素电极。

Claims (16)

1.一种用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，所述液晶显示驱动器用来驱动有源矩阵液晶面板并且形成在半导体芯片上，所述半导体集成电路包括：
升压器电源电路，连接成接收外部电源电压，并且用于通过提升所述外部电源电压来产生比所述外部电源电压高的电压，所述升压器电源电路包括：
第一升压器电源电路，用来产生要施加到所述液晶面板中的选择扫描线上的电压，所述第一升压器电源电路使用在半导体芯片上的内置元件作为用于升压的电容性元件，并且通过从其第一级中的电容性元件向其最后一级中的电容性元件经由整流元件或开关元件依次转移电荷来提升电压，和
第二升压器电源电路，用来产生要施加到信号线上的电压，所述信号线布置在与所述液晶面板中的所述选择扫描线相交叉的方向上，所述第二升压器电源电路通过使用外部元件作为用于升压的电容性元件来提升电压。
2.根据权利要求1所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述第二升压器电源电路通过在并联连接的用于升压的所述电容性元件中积累电荷并且此后串联连接用于升压的所述电容性元件，来提升电压。
3.根据权利要求1所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述第一升压器电源电路包括：
第一升压电路，用来产生正升压电压；
第二升压电路，用来产生负电压；
振荡电路，用来产生时钟信号，所述升压电路通过所述时钟信号操作；
第一电压探测电路，用来探测由所述第一升压电路产生的所述电压的电平；和
第二电压探测电路，用来探测由所述第二升压电路产生的所述电压的电平，并且
其中，当所述第一或第二电压探测电路探测到所述升压电压超过预定电平时，停止对应的所述第一和第二升压电路之一的操作。
4.根据权利要求3所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述振荡电路设置为所述第一和第二升压电路的共用电路，并且
其中，当所述第一和第二电压探测电路都探测到所述第一和第二升压电路的所述升压电压超过所述预定电平时，停止所述振荡电路的操作。
5.根据权利要求3所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述第一和第二升压电路使用晶体管作为所述开关元件，并且具有用来提升驱动所述晶体管的控制端子的信号的升压电路。
6.根据权利要求3所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，通过串联连接的多个电容性元件、和用来把通过分压升压电压而得到的电位供给到所述电容性元件的连接节点的电阻分压电路，构造用于所述第一升压器电源电路的、在所述半导体芯片上的用于升压的每一个所述电容性元件。
7.根据权利要求3所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，每一个所述第一和第二电压探测电路具有：
分压器，用来电阻性分压升压电压，和
比较器，用来把通过所述分压器分压的电压与预定基准电压相比较，
其中，所述分压器包括：
可变电阻器，通过串联连接的多个电阻性元件构造，和
开关元件，与所述电阻性元件并联设置，并且
其中，所述可变电阻器设置在远离其中电压被提升的输出节点的侧上。
8.根据权利要求7所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述开关元件由低耐压的MOS晶体管构造。
9.根据权利要求3所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，每一个所述第一和第二升压电路具有驱动电路，用来利用外部电源电压的振幅，驱动在半导体芯片上方作为用于升压的电容性元件形成的内置元件，并且所述驱动电路可以切换所述升压电路的升压级的数量。
10.根据权利要求9所述的用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，
其中，所述驱动电路可以按照来自所述第一或第二电压探测电路的探测信号切换升压级的数量。
11.一种半导体集成电路，形成在半导体芯片上方，用来驱动具有多条扫描线和多条信号线的有源矩阵显示面板，所述多条信号线布置在与所述多条扫描线相交叉的方向上，所述半导体集成电路包括：
第一升压器电路，用来产生要施加到所述扫描线上的电位；和
第二升压器电路，用来产生要施加到所述信号线上的电位，
其中，所述第一升压器电路使用形成在所述半导体芯片上的半导体元件作为用于升压的电容性元件，并且通过从第一级中的电容性元件向最后一级中的电容性元件经由开关元件依次转移电荷来提升电压，并且
其中，所述第二升压器电路通过使用要从外部连到所述半导体芯片的多个电容性元件作为用于升压的电容性元件，来提升电压。
12.根据权利要求11所述的半导体集成电路，
其中，所述第二升压器电路通过在并联连接的用于升压的所述多个电容性元件中积累电荷并且此后串联连接用于升压的所述多个电容性元件，来提升电压。
13.根据权利要求11所述的半导体集成电路，
其中，所述第一升压器电路包括：
第一电路，用来产生正升压电压；
第二电路，用来产生负电压；
振荡电路，用来产生时钟信号，所述第一和第二电路通过所述时钟信号操作；
第一探测电路，用来探测由所述第一电路产生的电位的电平；及
第二探测电路，用来探测由所述第二电路产生的电位的电平，并且
其中，当所述第一或第二探测电路探测到所述升压电压超过预定电平时，停止对应升压器电源电路的操作。
14.根据权利要求13所述的半导体集成电路，
其中，所述振荡电路设置为所述第一和第二电路的共用电路，并且
其中，当所述第一和第二探测电路都探测到所述升压电位超过所述预定电平时，停止所述振荡电路的操作。
15.根据权利要求13所述的半导体集成电路，
其中，所述第一和第二电路的所述开关元件是MOS晶体管，并且
其中，每一个所述第一和第二电路具有升压电路，用来提升驱动所述MOS晶体管的栅极控制端子的控制信号的电位。
16.一种显示系统，包括：
有源矩阵液晶显示面板，具有多条扫描线和在与所述多条扫描线相交叉的方向上布置的多条信号线；和
用于液晶显示驱动器的半导体集成电路，形成在半导体芯片上方，并且连接到所述显示面板的多条扫描线和多条信号线上，
其中，用于液晶显示驱动器的所述半导体集成电路包括：
第一升压器电路，用来产生要施加到所述扫描线上的电位；和
第二升压器电路，用来产生要施加到所述信号线上的电位，
其中，所述第一升压器电路使用形成在所述半导体芯片上方的半导体元件作为用于升压的电容性元件，并且通过从第一级中的电容性元件向最后一级中的电容性元件经由开关元件依次转移电荷来提升电压，并且
其中，所述第二升压器电路通过使用要从外部连到所述半导体芯片的电容性元件作为用于升压的电容性元件，来提升电压。
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