JP2007259519A - チャージポンプ回路、ｌｃｄドライバｉｃ、液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、昇圧段数を不要に増大することなく、昇圧倍率を詳細かつ広範囲に可変制御することが可能なチャージポンプ回路、並びに、これを備えたＬＣＤドライバＩＣ及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るチャージポンプ回路３１は、指示された昇圧倍率に応じて昇圧ユニットの段数を増減する手段（スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ４ｂ、電荷転送用トランジスタＰ２ｂ〜Ｐ４ｂ）と、指示された昇圧倍率に応じて一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を可変制御する手段（インバータＩＮＶ４）と、を有して成る構成とされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、入力電圧を昇圧して所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路、並びにこれを備えたＬＣＤドライバＩＣ及び液晶表示装置に関するものである。

従来より、電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて、入力電圧を正昇圧或いは負昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路が知られている。

また、上記従来のチャージポンプ回路には、昇圧ユニットの段数を増減することで、その昇圧倍率を任意に可変することが可能な機種もある。

なお、本願発明に関連する従来技術の一例として、特許文献１には、電位が最も高くなるノードを出力端子として正の高電圧を出力するか、または電位が最も低くなるノードを出力端子として負の高電圧を出力するか、を選択的に切り替える手段を備えた高電圧発生回路が開示・提案されている。

特開平９−１９８８８７号公報

確かに、上記従来のチャージポンプ回路であれば、負荷の状態や入力電圧の変動などに応じて、昇圧ユニットの段数（延いては昇圧倍率）を可変させることにより、所望の出力電圧を生成することが可能である。

しかしながら、上記従来のチャージポンプ回路では、昇圧ユニット各段の昇圧用入力電圧（各電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタと接続されない方の一端に印加されるパルス電圧の振幅値）を一律とした構成が採用されていた。そのため、上記従来のチャージポンプ回路では、上記の昇圧用入力電圧を公差として等差数列を成す昇圧倍率（例えば、２倍、４倍、６倍、８倍、…）しか選択することができなかった。

液晶セルを開閉駆動するアクティブ素子として薄膜ダイオードを用いたＴＦＤ［Thin Film Diode］型の液晶表示パネル（以下ＬＣＤ[Liquid Crystal Display]パネルと呼ぶ）では、薄膜ダイオードの最適駆動電圧が周囲温度に対して変動することに鑑み、その駆動電圧に最適な温度補償を施す必要がある。そのため、ＴＦＤ型ＬＣＤパネルの駆動電圧生成手段として用いられるチャージポンプ回路では、その出力電圧を詳細かつ広範囲に変化させる必要があるが、上記文献の回路では、この要求を満足することができかった。

もちろん、上記従来のチャージポンプ回路でも、昇圧用入力電圧を小さく設定しておけば、２倍、３倍、４倍、５倍、…、相当の出力電圧を出力電圧を出力するようにして、昇圧電圧を詳細に可変制御することは可能である。しかしながら、単に昇圧用入力電圧を小さく設定してしまうと、昇圧ユニット（延いては、これを構成する外付けの電荷転送用キャパシタ）が多数必要となるため、回路規模の拡大やコストの上昇を招くことになるので昇圧用入力電圧を小さく設定することができなかった。

なお、特許文献１の従来技術は、あくまで、単一の回路で正の高電圧と負の高電圧とを選択自在に利用可能とするものであり、同様に上記課題を解決し得るものではなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、昇圧段数を不要に増大することなく、昇圧倍率を詳細かつ広範囲に可変制御することが可能なチャージポンプ回路、並びに、これを備えたＬＣＤドライバＩＣ及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、本発明に係るチャージポンプ回路は、電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する手段と、指示された昇圧倍率に応じて少なくとも一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を可変制御する手段と、を有して成る構成（第１の構成）とされている。

なお、上記した第１の構成から成るチャージポンプ回路において、前記複数段の昇圧ユニットのうち、前記一の昇圧ユニットは、その電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタに接続されない方の一端に、入力電圧レベルと接地電圧レベルとの間、或いは、前記入力電圧を２倍に昇圧した昇圧電圧レベルと接地電圧レベルとの間のいずれか一でパルス駆動される端子電圧が印加されるものであり、その余の昇圧ユニットは、各電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタに接続されない方の一端に、前記昇圧電圧レベルと接地電圧レベルとの間でパルス駆動される端子電圧が印加されるものである構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記した第２の構成から成るチャージポンプ回路において、前記一の昇圧ユニットは、最終段の昇圧ユニットであり、かつ、段数増減対象から除外されている構成（第３の構成）にするとよい。

また、本発明に係るチャージポンプ回路は、電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する手段を有して成り、かつ、前記複数段の昇圧ユニットとして、昇圧用入力電圧の異なる昇圧ユニットを混在して有して成る構成（第４の構成）としてもよい。

また、本発明に係るＬＣＤドライバＩＣは、液晶表示パネルの駆動制御を行うＬＣＤドライバＩＣであって、前記液晶表示パネルの駆動電圧を生成する手段として、上記した第１〜第４いずれかの構成から成るチャージポンプ回路を備えて成る構成（第５の構成）とされている。

また、本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの駆動制御を行うＬＣＤドライバＩＣと、を有して成る液晶表示装置であって、前記ＬＣＤドライバＩＣとして、上記した第５の構成から成るＬＣＤドライバＩＣを備えて成る構成（第６の構成）とされている。

本発明によれば、昇圧段数を不要に増大することなく、昇圧倍率を詳細かつ広範囲に可変制御することが可能なチャージポンプ回路を提供することが可能となり、延いては、これを備えたＬＣＤドライバＩＣ及び液晶表示装置を提供することが可能となる。

以下では、携帯電話端末に搭載される液晶表示装置の電源回路部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行う。

図１は、本発明に係る携帯電話端末の一実施形態を示すブロック図である。本図に示すように、本実施形態の携帯電話端末は、端末電源である直流電源１０と、端末の表示手段である液晶表示パネル２０（以下では、ＬＣＤ[Liquid Crystal Display]パネル２０と呼ぶ）と、ＬＣＤパネル２０の駆動制御を行うＬＣＤドライバＩＣ３０と、を有して成る。なお、本図には明示されていないが、本実施形態の携帯電話端末は、上記構成要素のほかに、その本質機能（通信機能など）を実現する手段として、送受信回路部、スピーカ部、マイク部、表示部、操作部、メモリ部など、を当然に有して成る。

直流電源１０は、端末各部への電力供給手段であり、リチウムイオンバッテリなどの２次電池であってもよいし、商用交流電圧から直流電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

ＬＣＤパネル２０は、水平方向と垂直方向に各々走査線Ｘ１〜Ｘｍとデータ線Ｙ１〜Ｙｎを張り巡らし、両信号線の交点毎に設けられた画素２１の液晶セル２２を各々に対応したアクティブ素子（本実施形態では薄膜ダイオード２３）のオン／オフに応じて駆動する構成（ＴＦＤ［Thin Film Diode］型アクティブマトリクス方式）とされている。

なお、本実施形態では、図面の説明を簡単とするために、１つの画素２１が液晶セル２２と薄膜ダイオード２３を１つずつ有して成る構成（すなわち単色構成）である場合を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、ＲＧＢ３色のカラー表示を行う場合であれば、１つの画素をＲＧＢ各色毎に３つの液晶セルと３つの薄膜ダイオードで構成すればよい。

また、本実施形態では、画素２１の液晶セル２２と薄膜ダイオード２３とを直列接続するに際して、液晶セル２２をデータ線Ｙ１〜Ｙｎの側に接続し、薄膜ダイオード２３を走査線Ｘ１〜Ｘｍの側に接続した構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、両者の接続関係を逆にしても構わない。

また、本実施形態では、アクティブ素子として薄膜ダイオードを用いたＴＦＤ型アクティブマトリクス方式を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、アクティブ素子として薄膜トランジスタを用いたＴＦＴ［Thin Film Transistor］型アクティブマトリクス方式としても構わない。

ＬＣＤドライバＩＣ３０は、電源回路部３１と、走査線駆動部（コモンドライバ；ＣＯＭドライバ）３２と、データ線駆動部（セグメントドライバ；ＳＥＧドライバ）３３と、を有して成る。

電源回路部３１は、直流電源１０から入力電圧Ｖｉｎの供給を受けて動作し、基準電圧ＶＳＳのほか、入力電圧Ｖｉｎから様々な内部電圧（ＶＨ、ＶＬ、ＶＤ）を生成して、ＩＣ各部（走査線駆動部３２やデータ線駆動部３３など）へ供給する手段である。

なお、内部電圧ＶＨ、ＶＬは、周囲温度に応じて変動する可変電圧（例えば、内部電圧ＶＨは＋５［Ｖ］〜＋２２．５［Ｖ］、内部電圧ＶＬは−１８．５［Ｖ］〜−１［Ｖ］）とされている。一方、内部電圧ＶＤは、周囲温度に依らないバンドギャップ補償電圧に基づいて生成される一定電圧（例えば＋４［Ｖ］）とされている。また、基準電圧ＶＳＳは接地電圧（０［Ｖ］）とされている。

走査線駆動部３２及びデータ線駆動部３３は、ＩＣ外部からの映像信号やタイミング制御信号（いずれも不図示）に基づいて、ＬＣＤパネル２０の走査信号及びデータ信号を各々生成し、走査線Ｘ１〜Ｘｍとデータ線Ｙ１〜Ｙｎを介して、各信号をＬＣＤパネル２０に供給する手段である。

なお、走査線Ｘ１〜Ｘｍを介してＬＣＤパネル２０に供給される走査信号は、図２に示すように、１フレーム期間中に割り当てられた各走査線の選択期間には、正極性の第１選択電圧（内部電圧ＶＨ）と負極性の第２選択電圧（内部電圧ＶＬ）のいずれか一がフレーム毎に交互に印加され、それ以外の非選択期間には、第１非選択電圧（内部電圧ＶＤ）と第２非選択電圧（基準電圧ＶＳＳ）のいずれか一がフレーム毎に交互に印加される駆動方式（いわゆる、４値レベル駆動方式）とされている。このような駆動方式を採用することにより、いずれのフレーム期間にも常に同極性の選択電圧を加えた場合に比べて、画質の劣化を低減することが可能となる。

一方、データ線Ｙ１〜Ｙｎを介してＬＣＤパネル２０に供給されるデータ信号は、図２に示すように、内部電圧ＶＤと基準電圧ＶＳＳのいずれか一が印加される２値信号とされており、各走査線の選択期間中に占めるオンデューティを制御することによって、各画素の階調制御が行われる駆動方式とされている。

このように、走査線駆動部３２は、走査信号の生成に際して、基準電圧ＶＳＳのほかに３値の内部電圧（ＶＨ、ＶＬ、ＶＤ）を必要とし、データ線駆動部３３は、データ信号の生成に際して、基準電圧ＶＳＳと内部電圧ＶＤとを必要とする。

そこで、本実施形態の電源回路部３１は、内部電圧ＶＬの生成に必要な負極性電圧を生成する手段として、入力電圧Ｖｉｎを負昇圧することで所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成する負昇圧チャージポンプ回路を有して成る。

まず、電源回路部３１を構成する負昇圧チャージポンプ回路の第１実施形態について、図３を参照しながら詳細に説明する。

図３は、電源回路部３１（特に負昇圧チャージポンプ回路）の第１実施形態を示す回路ブロック図である。

本図に示すように、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路は、電荷転送用トランジスタ（Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ、Ｎ５）と、出力用トランジスタＮｏと、電荷転送用キャパシタＣ１〜Ｃ５と、出力用キャパシタＣｏと、バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦ４と、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４と、スイッチ（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｃ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ２ｃ、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ、ＳＷ３ｃ、ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ）と、を有して成る。なお、本実施形態の電源回路部３１は、上記した負昇圧チャージポンプ回路のほか、入力電圧Ｖｉｎから２倍の正昇圧電圧２Ｖｉｎを生成する正昇圧回路（不図示）も有して成る。

電荷転送用トランジスタ（Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａ、Ｎ５）は、接地端に対して図示の順序で直列接続されている。また、出力用トランジスタＮｏは、電荷転送用トランジスタＮ５と出力電圧引出端Ｔ１との間に接続されている。

一方、電荷転送用トランジスタＰ２ｂは、接地端とノードｂ１（Ｐ２ａとＰ３ａとの接続点）との間に接続されている。電荷転送用トランジスタＰ３ｂは、接地端とノードｃ１（Ｐ３ａとＰ４ａとの接続点）との間に接続されている。電荷転送用トランジスタＰ４ｂは、接地端とノードｄ１（Ｐ４ａとＮ５との接続点）との間に接続されている。

なお、上記した複数のトランジスタのうち、電荷転送用トランジスタ（Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）は、Ｐチャネル型電界効果トランジスタとされており、電荷転送用トランジスタＮ５及び出力用トランジスタＮｏは、Ｎチャネル型電界効果トランジスタとされている。

また、電荷転送用トランジスタＮ５及び出力用トランジスタＮｏは、製造プロセスの簡略化を鑑み、いずれもＰ型半導体基板上にシングルウェルのみのプロセスで形成されている。そのため、各々のバックゲートは、いずれも系の最低電位点である出力電圧引出端Ｔ１に接続されている。一方、電荷転送用トランジスタ（Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）については、そのオン抵抗を最小限に抑えるべく、各々のバックゲートが自身のソースに接続されている。

電荷転送用キャパシタＣ１は、一端がノードａ１（Ｐ１とＰ２ａとの接続点）に接続されている。同様に、電荷転送用キャパシタＣ２〜Ｃ５は、各々の一端がノードｂ１〜ｅ１に接続されている。一方、出力用キャパシタＣｏは、一端が出力電圧引出端Ｔ１に接続され、他端が接地されている。

バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦ３及びインバータＩＮＶ１は、クロック信号印加端Ｔ２に印加されるクロック信号ＣＬＫに同期して、入力電圧Ｖｉｎを２倍に正昇圧した昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と出力電圧レベル（Ｖｏｕｔ）との間でパルス駆動されるゲート信号Ｇ１ａ、並びに、その論理を反転させた反転ゲート信号Ｇ１ｂを生成するゲート信号生成手段を構成する。特に、バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦ３は、クロック信号ＣＬＫの振幅レベルを所望の振幅レベルまでシフトさせてゲート信号Ｇ１ａを生成する手段として機能するものであり、インバータＩＮＶ１は、ゲート信号Ｇ１ａの論理を反転させて反転ゲート信号Ｇ１ｂを生成する手段として機能するものである。

バッファＢＵＦ４及びインバータＩＮＶ２は、先述のクロック信号ＣＬＫに同期して、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される端子電圧Ｓ１ａ、並びに、その論理を反転させた反転端子電圧Ｓ１ｂを生成する第１端子電圧生成手段を構成する。特に、バッファＢＵＦ４は、クロック信号ＣＬＫの振幅レベルを所望の振幅レベルまでシフトさせて端子電圧Ｓ１ａを生成する手段として機能するものであり、インバータＩＮＶ２は、端子電圧Ｓ１ａの論理を反転させて反転端子電圧Ｓ１ｂを生成する手段として機能するものである。

インバータＩＮＶ３〜ＩＮＶ４は、先述のクロック信号ＣＬＫに同期して、入力電圧レベル（Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間、若しくは、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間のいずれか一でパルス駆動される可変端子電圧Ｓ２を生成する第２端子電圧生成手段を構成する。特に、インバータＩＮＶ３は、クロック信号ＣＬＫの論理を反転させて反転クロック信号ＣＬＫＢを生成する手段として機能するものであり、インバータＩＮＶ４は、反転クロック信号ＣＬＫＢの論理を再反転させるとともに、昇圧倍率切替信号ＳＬＴ（すなわち、指示された昇圧倍率）に応じて、反転クロック信号ＣＬＫＢの振幅レベルを所望の振幅レベルまでシフトさせて可変端子電圧Ｓ２を生成する手段として機能するものである。

本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、３倍、５倍、７倍、或いは、９倍が指示された場合、可変端子電圧Ｓ２は、入力電圧レベル（Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される形となる。一方、昇圧倍率として、４倍、６倍、８倍、或いは、１０倍が指示された場合、可変端子電圧Ｓ２は、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される形となる。

なお、本図中において、バッファＢＵＦ１〜ＢＵＦ４及びインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４の正電極端に付された白抜き三角印（上向）は、昇圧電圧２Ｖｉｎが印加されていることを示しており、白抜き三角印（下向）は、入力電圧Ｖｉｎが印加されていることを示している。また、黒抜き三角印は、出力電圧Ｖｏｕｔが印加されていることを示している。

スイッチＳＷ１ａは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用トランジスタＰ１のゲートに対し、反転ゲート信号Ｇ１ｂと正昇圧電圧２Ｖｉｎのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、９倍或いは１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ１ａは、電荷転送用トランジスタＰ１のゲートに対して反転ゲート信号Ｇ１ｂを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ１の駆動が許可される。一方、昇圧倍率として、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、或いは、８倍が選択された場合、スイッチＳＷ１ａは、電荷転送用トランジスタＰ１のゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ１の駆動が禁止される。

スイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用トランジスタＰ２ａ、Ｐ２ｂのゲートに対し、それぞれ、ゲート信号Ｇ１ａと正昇圧電圧２Ｖｉｎのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、９倍或いは１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂは、電荷転送用トランジスタＰ２ａのゲートに対してゲート信号Ｇ１ａを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ２ｂのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ２ａの駆動が許可され、電荷転送用トランジスタＰ２ｂの駆動が禁止される。一方、昇圧倍率として、７倍或いは８倍が指示された場合、スイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂは、電荷転送用トランジスタＰ２ａのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ２ｂのゲートに対してゲート信号Ｇ１ａを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ２ａの駆動が禁止され、電荷転送用トランジスタＰ２ｂの駆動が許可される。また、昇圧倍率として、３倍、４倍、５倍、或いは、６倍が指示された場合、スイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂは、電荷転送用トランジスタＰ２ａ、Ｐ２ｂのゲートに対して、いずれも正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ２ａ、Ｐ２ｂの駆動はいずれも禁止される。

スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用トランジスタＰ３ａ、Ｐ３ｂのゲートに対し、それぞれ、反転ゲート信号Ｇ１ｂと正昇圧電圧２Ｖｉｎのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、７倍、８倍、９倍、或いは、１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは、電荷転送用トランジスタＰ３ａのゲートに対して反転ゲート信号Ｇ１ｂを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ３ｂのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ３ａの駆動が許可され、電荷転送用トランジスタＰ３ｂの駆動が禁止される。一方、昇圧倍率として、５倍或いは６倍が指示された場合、スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは、電荷転送用トランジスタＰ３ａのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ３ｂのゲートに対して反転ゲート信号Ｇ１ｂを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ３ａの駆動が禁止され、電荷転送用トランジスタＰ３ｂの駆動が許可される。また、昇圧倍率として、３倍或いは４倍が指示された場合、スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは、電荷転送用トランジスタＰ３ａ、Ｐ３ｂのゲートに対して、いずれも正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ３ａ、Ｐ３ｂの駆動はいずれも禁止される。

スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用トランジスタＰ４ａ、Ｐ４ｂのゲートに対し、それぞれ、ゲート信号Ｇ１ａと正昇圧電圧２Ｖｉｎのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、又は、１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂは、電荷転送用トランジスタＰ４ａのゲートに対してゲート信号Ｇ１ａを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ４ｂのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ４ａの駆動が許可され、電荷転送用トランジスタＰ４ｂの駆動が禁止される。一方、昇圧倍率として、３倍或いは４倍が指示された場合、スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂは、電荷転送用トランジスタＰ４ａのゲートに対して正昇圧電圧２Ｖｉｎを選択出力し、電荷転送用トランジスタＰ４ｂのゲートに対してゲート信号Ｇ１ａを選択出力する形となる。これにより、電荷転送用トランジスタＰ４ａの駆動が禁止され、電荷転送用トランジスタＰ４ｂの駆動が許可される。

なお、電荷転送用トランジスタＮ５及び出力用トランジスタＮｏのゲートには、それぞれ、スイッチを介することなく、ゲート信号Ｇ１ａ及び反転ゲート信号Ｇ１ｂが直接入力されている。

スイッチＳＷ１ｃは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用キャパシタＣ１の他端（ａ２）に対し、端子電圧Ｓ１ａと接地電圧ＧＮＤのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、９倍或いは１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ１ｃは、電荷転送用キャパシタＣ１の他端（ａ２）に対して端子電圧Ｓ１ａを選択出力する形となる。一方、昇圧倍率として、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、或いは、８倍が指示された場合、スイッチＳＷ１ｃは、電荷転送用キャパシタＣ１の他端（ａ２）に対して接地電圧ＧＮＤを選択出力する形となる。

スイッチＳＷ２ｃは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用キャパシタＣ２の他端（ｂ２）に対し、反転端子電圧Ｓ１ｂと接地電圧ＧＮＤのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として７倍、８倍、９倍、或いは、１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ２ｃは、電荷転送用キャパシタＣ２の他端（ｂ２）に対して反転端子電圧Ｓ１ｂを選択出力する形となる。一方、昇圧倍率として３倍、４倍、５倍、或いは、６倍が指示された場合、スイッチＳＷ２ｃは、電荷転送用キャパシタＣ２の他端（ｂ２）に対して接地電圧ＧＮＤを選択出力する形となる。

スイッチＳＷ３ｃは、昇圧倍率切替信号ＳＬＴに応じて、電荷転送用キャパシタＣ３の他端（ｃ２）に対し、端子電圧Ｓ１ａと接地電圧ＧＮＤのいずれか一を選択出力する手段である。本実施形態について具体的に述べると、昇圧倍率として、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、或いは、１０倍が指示された場合、スイッチＳＷ３ｃは、電荷転送用キャパシタＣ３の他端（ｃ２）に対して端子電圧Ｓ１ａを選択出力する形となる。一方、昇圧倍率として、３倍或いは４倍が指示された場合、スイッチＳＷ３ｃは、電荷転送用キャパシタＣ３の他端（ｃ２）に対して接地電圧ＧＮＤを選択出力する形となる。

なお、上記からも分かるように、電荷転送用トランジスタＰ１、Ｐ２ａ（Ｐ２ｂ）、Ｐ３ａ（Ｐ３ｂ）、Ｐ４ａ（Ｐ４ｂ）、Ｎ５、及び、出力用トランジスタＮｏに対しては、各々隣り合うもの同士が互いに異なる開閉状態となるように、ゲート信号Ｇ１ａ及び反転ゲート信号Ｇ１ｂの供給が行われている。また、電荷転送用キャパシタＣ１〜Ｃ５の各他端に対しては、各々隣り合うもの同士が互いに異なる電圧レベルとなるように、端子電圧Ｓ１ａ及び反転端子電圧Ｓ１ｂ、並びに、可変端子電圧Ｓ２の供給が行われている。

以上で説明した通り、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路は、上記の電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧Ｖｉｎを負昇圧することにより、所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するチャージポンプ回路であって、指示された昇圧倍率に応じて昇圧ユニットの段数を増減する手段（スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ４ｂ、電荷転送用トランジスタＰ２ｂ〜Ｐ４ｂ）と、指示された昇圧倍率に応じて一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を可変制御する手段（インバータＩＮＶ４）と、を有して成る構成とされている。

なお、本明細書中において、昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧とは、各電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタと接続されない方の一端に印加されるパルス電圧の振幅値のことを言う。

本実施形態に即してより具体的に述べると、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路において、５段の昇圧ユニットのうち、段数増減対象から除外された最終段の昇圧ユニットは、その電荷転送用キャパシタＣ５に対して、入力電圧レベル（Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間、或いは、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間のいずれか一でパルス駆動される可変端子電圧Ｓ２が印加されるものであり、その余の昇圧ユニットは、各電荷転送用キャパシタＣ１〜Ｃ４に対して、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される端子電圧Ｓ１ａ或いは反転端子電圧Ｓ１ｂが印加されるものとされている。

上記の構成から成る負昇圧チャージポンプ回路において、１０倍昇圧（最大昇圧倍率）が指示された場合には、全段の昇圧ユニットが駆動され、かつ、最終段の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を２Ｖｉｎとすべく、その電荷転送用キャパシタＣ５に対して、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される可変端子電圧Ｓ２が印加される。一方、３倍昇圧（最低昇圧倍率）が指示された場合には、第４段及び最終段の昇圧ユニットのみが駆動され、かつ、最終段の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧をＶｉｎとすべく、その電荷転送用キャパシタＣ５に対して、入力電圧レベル（Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される可変端子電圧Ｓ２が印加される。４倍昇圧、５倍昇圧、６倍昇圧、７倍昇圧、８倍昇圧、及び、９倍昇圧が指示された場合も、上記と同様の考え方で、昇圧ユニットの段数増減制御、並びに、最終段の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧の可変制御が行われる。

このように、昇圧ユニットの段数増減制御と、一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧の可変制御とを組み合わせた構成であれば、昇圧ユニット各段の昇圧用入力電圧を一律としていた従来構成に比べて、昇圧段数を不要に増大することなく、昇圧倍率を詳細かつ広範囲に可変制御することが可能となる。

なお、ゲート信号生成手段や第１、第２端子電圧生成手段、或いは、スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ４ｂについては、上記と同様のスイッチング制御並びに充放電制御を行い得るのであれば、上記実施形態以外にも種々の構成を採用することが可能である。

続いて、先述したインバータＩＮＶ４の回路構成について、図４を参照しながら具体的に説明する。

図４は、インバータＩＮＶ４の一構成例を示す回路ブロック図である。

本図に示すように、本実施形態のインバータＩＮＶ４は、Ｐチャネル型電界効果トランジスタＱＨ１〜ＱＨ２と、Ｎチャネル型電界効果トランジスタＱＬと、スイッチＳＷと、を有して成る。

スイッチＳＷの共通入力端は、反転クロック信号ＣＬＫＢの印加端に接続されている。スイッチＳＷの一出力端は、トランジスタＱＨ１のゲートに接続されている。スイッチＳＷの他出力端は、トランジスタＱＨ２のゲートに接続されている。スイッチＳＷの切替制御端は、昇圧倍率切替信号ＳＬＴの印加端に接続されている。

トランジスタＱＨ１のソースは、入力電圧Ｖｉｎの印加端に接続されている。トランジスタＱＨ１のドレインは、可変端子電圧Ｓ２の引出端に接続されている。トランジスタＱＨ１のバックゲートは、昇圧電圧２Ｖｉｎの印加端に接続されている。

トランジスタＱＨ２のソースは、昇圧電圧２Ｖｉｎの印加端に接続されている。トランジスタＱＨ２のドレインは、可変端子電圧Ｓ２の引出端に接続されている。トランジスタＱＨ２のバックゲートは、昇圧電圧２Ｖｉｎの印加端に接続されている。

トランジスタＱＬのドレインは、可変端子電圧Ｓ２の引出端に接続されている。トランジスタＱＬのソースは、接地端に接続されている。トランジスタＱＬのゲートは、反転クロック信号ＣＬＫＢの印加端に接続されている。

上記構成から成るインバータＩＮＶ４において、昇圧倍率切替信号ＳＬＴによって指示された昇圧倍率が３倍、５倍、７倍、或いは、９倍である場合、スイッチＳＷは、反転クロック信号ＣＬＫＢをトランジスタＱＨ１のゲートに選択出力するように、その信号経路を切り替える。このような切替制御により、可変端子電圧Ｓ２は、入力電圧レベル（Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される形となる。

一方、昇圧倍率切替信号ＳＬＴによって指示された昇圧倍率が４倍、６倍、８倍、或いは、１０倍である場合、スイッチＳＷは、反転クロック信号ＣＬＫＢをトランジスタＱＨ２のゲートに選択出力するように、その信号経路を切り替える。このような切替制御により、可変端子電圧Ｓ２は、昇圧電圧レベル（２Ｖｉｎ）と接地電圧レベル（ＧＮＤ）との間でパルス駆動される形となる。

このように、本実施形態のインバータＩＮＶ４であれば、極めて簡易な構成により、指示された昇圧倍率に応じて一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を可変制御することが可能となる。

続いて、上記構成から成る負昇圧チャージポンプ回路の基本動作（ここでは１０倍昇圧動作）について説明する。

まず、初段の昇圧ユニットについて見ると、クロック信号ＣＬＫがハイレベルとされると、ゲート信号Ｇ１ａがハイレベルとなり、反転ゲート信号Ｇ１ｂがローレベルとなるので、トランジスタＰ１がオンとされ、トランジスタＰ２ａがオフとされる。また、このとき、端子電圧Ｓ１ａはハイレベルとなり、反転端子電圧Ｓ１ｂはローレベルとなる。その結果、電荷転送用キャパシタＣ１の一端（ａ１）には接地電圧が印加され、他端（ａ２）にはハイレベルの端子電圧Ｓ１（２Ｖｉｎ）が印加される形となる。従って、キャパシタＣ１は、ノードａ１を低電位点とし、ノードａ２を高電位点とした形で、両端電位差が昇圧電圧２Ｖｉｎになるまで充電される。

電荷転送用キャパシタＣ１の充電が完了された後、クロック信号ＣＬＫがローレベルに遷移されると、今度は、ゲート信号Ｇ１ａがローレベルとなり、反転ゲート信号Ｇ１ｂがハイレベルとなるので、トランジスタＰ１がオフとされ、トランジスタＰ２ａがオンとされる。また、このとき、端子電圧Ｓ１ａはローレベルとなり、反転端子電圧Ｓ１ｂはハイレベルとなる。その結果、ノードａ２は昇圧電圧２Ｖｉｎから接地電圧ＧＮＤに引き下げられる。ここで、電荷転送用キャパシタＣ１の両端間には、先の充電によって昇圧電圧２Ｖｉｎにほぼ等しい電位差が与えられているため、ノードａ２の電位が接地電圧ＧＮＤまで引き下げられると、それに伴って、ノードａ１の電位も−２Ｖｉｎ（接地電圧ＧＮＤ−充電電圧２Ｖｉｎ）まで引き下げられる。

一方、次段の昇圧ユニットについて見ると、電荷転送用キャパシタＣ２の一端（ｂ１）には、トランジスタＰ２ａを介して、ノードａ１の電位（−２Ｖｉｎ）が印加され、他端（ｂ２）にはハイレベルの反転端子電圧Ｓ１ｂ（２Ｖｉｎ）が印加される形となる。従って、電荷転送用キャパシタＣ２は、ノードｂ１を低電位点とし、ノードｂ２を高電位点とした形で、その両端電位差がほぼ入力電圧Ｖｉｎの４倍になるまで充電される。

以降の昇圧ユニットについても、上記と同様のスイッチング制御並びに充放電制御が繰り返され、最終的に、最終段の電荷転送用キャパシタＣ５に蓄えられた電荷が出力用キャパシタＣｏへと移動される。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔとしては、入力電圧Ｖｉｎを１０倍に負昇圧した負昇圧電圧（−１０Ｖｉｎ）が引き出されることになる。

なお、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路では、最終段の電荷転送用トランジスタＮ５と出力用トランジスタＮｏとして、そのゲート電圧がハイレベルとされたときにオン状態となるＮチャネル型電界効果トランジスタを採用しているので、全段を通じてＰチャネル型としていた従来構成と異なり、後段側のトランジスタサイズを何ら拡大することなく、そのオン時にも十分なゲート・ソース間電圧を得ることができ、延いては、その電流駆動能力を維持することが可能となる。

また、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路では、最終段の電荷転送用トランジスタＮ５と出力用トランジスタＮｏのみ、Ｎチャネル型電界効果トランジスタに置き換えているので、これらのＮチャネル型電界効果トランジスタをシングルウェルのみのプロセスで形成する場合でも、そのソース電位とバックゲート電位はさほど乖離せず、全段を通じてＮチャネル型としていた従来構成と異なり、バックゲート効果に起因するチャージポンプ回路の起動不良を低減することが可能となる。

このように、本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路であれば、プロセスの複雑化やチップサイズの増大を招くことなく、昇圧ユニットの増段に伴う起動不良や電流駆動能力の低減を未然に回避することが可能となる。

次に、電源回路部３１を構成する負昇圧チャージポンプ回路の第２実施形態について、図５を参照しながら説明する。

図５は、電源回路部３１（特に負昇圧チャージポンプ回路）の第２実施形態を示す回路ブロック図である。

本実施形態の負昇圧チャージポンプ回路は、電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧Ｖｉｎを昇圧することにより、所望の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するチャージポンプ回路である点、並びに、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する手段（先出の第１実施形態と同様であるため、詳細は不図示）を有して成る点は、先出の第１実施形態と同様であるが、複数段の昇圧ユニットとして、その昇圧用入力電圧が第１の昇圧用入力電圧（入力電圧Ｖｉｎ）である昇圧ユニット（本図の例では、第２段目及び第５段目の昇圧ユニット）と、その昇圧用入力電圧が第２の昇圧用入力電圧（昇圧電圧２Ｖｉｎ）である昇圧ユニット（本図の例では、第１段目、第３段目、第４段目、及び、第６段目の昇圧ユニット）と、を少なくとも１つずつ混在して備えた点に特徴を有している。

このような構成であれば、昇圧ユニット各段の昇圧用入力電圧を一律としていた従来構成に比べて、昇圧段数を不要に増大することなく、規則性のない昇圧倍率（本実施形態では３倍昇圧、５倍昇圧、７倍昇圧、８倍昇圧、１０倍昇圧）についても任意に可変制御することが可能となる。

なお、上記実施形態では、携帯電話端末に搭載される液晶表示装置の電源回路部（特にその負昇圧チャージポンプ回路）に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、入力電圧を昇圧して所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路全般に広く適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記の第１実施形態では、電荷転送用トランジスタＰ２ｂ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ｂのいずれかにゲート信号が印加されている間、これと並列接続された電荷転送用トランジスタＰ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａは、ゲートに印加される昇圧電圧２Ｖｉｎによってオフ状態とされていたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、昇圧電圧２Ｖｉｎに代えて出力電圧Ｖｏｕｔをゲートに印加することで、これをオン状態としておく構成としても構わない。このような構成とすることにより、オン状態とされた電荷転送用トランジスタに接続される前段の電荷転送用キャパシタを介して、接地端から電流を供給することが可能となるので、チャージポンプ回路の効率向上を図ることが可能となる。

本発明は、チャージポンプ回路の昇圧段数を不要に増大することなく、その昇圧倍率を詳細かつ広範囲に可変制御する上で有用な技術である。

は、本発明に係る携帯電話端末の一実施形態を示すブロック図である。 は、走査信号及びデータ信号の一例を示すタイミングチャートである。 は、電源回路部３１の第１実施形態を示す回路ブロック図である。 は、インバータＩＮＶ４の一構成例を示す回路ブロック図である。 は、電源回路部３１の第２実施形態を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１０ 直流電源
２０ 液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）
２１ 画素
２２ 液晶セル
２３ 薄膜ダイオード（ＴＦＤ）
３０ ＬＣＤドライバＩＣ
３１ 電源回路部
３２ 走査線駆動部
３３ データ線駆動部
Ｘ１〜Ｘｍ 走査線
Ｙ１〜Ｙｎ データ線
Ｐ１ Ｐチャネル型電界効果トランジスタ（電荷転送用）
Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ Ｐチャネル型電界効果トランジスタ（電荷転送用）
Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ Ｐチャネル型電界効果トランジスタ（電荷転送用）
Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ Ｐチャネル型電界効果トランジスタ（電荷転送用）
Ｎ５ Ｎチャネル型電界効果トランジスタ（電荷転送用）
Ｎｏ Ｎチャネル型電界効果トランジスタ（出力用）
Ｃ１〜Ｃ５ キャパシタ（電荷転送用）
Ｃｏ キャパシタ（出力用）
ＢＵＦ１〜ＢＵＦ４ バッファ
ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４ インバータ
ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｃ スイッチ
ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ２ｃ スイッチ
ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ、ＳＷ３ｃ スイッチ
ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ スイッチ
Ｔ１ 出力電圧引出端
Ｔ２ クロック信号印加端
ＱＨ１、ＱＨ２ Ｐチャネル型電界効果トランジスタ
ＱＬ Ｎチャネル型電界効果トランジスタ
ＳＷ スイッチ

Claims (6)

1. 電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する手段と、指示された昇圧倍率に応じて少なくとも一の昇圧ユニットにおける昇圧用入力電圧を可変制御する手段と、を有して成ることを特徴とするチャージポンプ回路。
2. 前記複数段の昇圧ユニットのうち、前記一の昇圧ユニットは、その電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタに接続されない方の一端に、入力電圧レベルと接地電圧レベルとの間、或いは、前記入力電圧を２倍に昇圧した昇圧電圧レベルと接地電圧レベルとの間のいずれか一でパルス駆動される端子電圧が印加されるものであり、その余の昇圧ユニットは、各電荷転送用キャパシタに対して、電荷転送用トランジスタに接続されない方の一端に、前記昇圧電圧レベルと接地電圧レベルとの間でパルス駆動される端子電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
3. 前記一の昇圧ユニットは、最終段の昇圧ユニットであり、かつ、段数増減対象から除外されていることを特徴とする請求項２に記載のチャージポンプ回路。
4. 電荷転送用トランジスタと電荷転送用キャパシタとで構成される複数段の昇圧ユニットを用いて入力電圧を昇圧することにより、所望の出力電圧を生成するチャージポンプ回路であって、指示された昇圧倍率に応じて前記昇圧ユニットの段数を増減する手段を有して成り、かつ、前記複数段の昇圧ユニットとして、昇圧用入力電圧の異なる昇圧ユニットを混在して有して成ることを特徴とするチャージポンプ回路。
5. 液晶表示パネルの駆動制御を行うＬＣＤドライバＩＣであって、前記液晶表示パネルの駆動電圧を生成する手段として、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のチャージポンプ回路を備えて成ることを特徴とするＬＣＤドライバＩＣ。
6. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの駆動制御を行うＬＣＤドライバＩＣと、を有して成る液晶表示装置であって、前記ＬＣＤドライバＩＣとして、請求項５に記載のＬＣＤドライバＩＣを備えて成ることを特徴とする液晶表示装置。

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