JP2007304698A - 電源回路及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レギュレータ３に供給される昇圧回路２からの昇圧電圧に含まれるリップルを減少させる。
【解決手段】 昇圧回路２の平滑容量Ｃ１までの配線抵抗５と昇圧電圧の供給点での所望のリップル値とから決定される抵抗素子１を昇圧回路出力（Ａ点）と昇圧電圧供給点（Ｂ点）との間に入れることで、昇圧電圧に含まれるリップル成分を分圧して減衰させる。これにより、最終的に要求されているレギュレータ３の出力電圧のリップル規格を満足することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電源回路に関し、特に昇圧回路からの昇圧電圧をレギュレータ等により所定の電圧値に調節して出力する電源回路及びこれを用いた液晶表示装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、パソコン用ディスプレイやＴＶ、携帯電話など、さまざまな分野で使われている。この液晶ディスプレイにデータを表示するために、表示すべきデータを電圧の量に変えてＬＣＤを駆動する機能を担っているのが、ＬＣＤコントローラ／ドライバＩＣである。ＴＦＴ方式対応のドライバＩＣは、電圧の量をコントロールするソース・ドライバ部と、ディスプレイの素子のオン／オフを行うゲート・ドライバ部、そして電力を供給する電源部から構成されている。

特に携帯電話などの携帯機器向けのＬＣＤコントローラ／ドライバＩＣの場合、電源部では、消費電力低減のため、チャージポンプ回路などの昇圧回路とオペアンプとを用いて各ドライバ部で利用する駆動電圧を供給している。また、上記のソース・ドライバ部、ゲート・ドライバ部、電源部などを１チップ化したドライバＩＣも製品化されている。

さらに、近年では、液晶表示装置の製造コストの低減、省スペース化及び表示部の画面拡大を図るために、従来主流であったＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）実装からＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）実装の採用が増加しつつある。

図３は、ＬＣＤコントローラ／ドライバＩＣ等で用いられている従来の電源回路２００の主要部である。図において、ＣＯＧ実装された集積回路２０の内部にはチャージポンプ方式の昇圧回路２とレギュレータ３が含まれている。
昇圧回路２は、外部供給電源（図示せず）電圧を所定倍数に昇圧する回路である。昇圧回路２の出力Ａ点は、パッド４、配線抵抗５、平滑容量Ｃ１を介して接地されている。

平滑容量Ｃ１は、昇圧回路２から出力される昇圧電圧に含まれるリップルを減少させるための平滑容量であり、集積回路２０の外部に外付けされている。配線抵抗５は、パッド４と平滑容量Ｃ１との間の配線の抵抗成分を意味しており、材料としては、比較的抵抗値が高く透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられることがある。

レギュレータ３は、昇圧回路２の出力電圧を増幅するオペアンプ６を含んでいる。オペアンプ６の非反転入力には参照電圧７が入力され、反転入力にはオペアンプ６の出力が抵抗８を介して接続されるとともに抵抗９を介して接地電位が接続されている。そして、オペアンプ６の出力は、パッド１０、配線抵抗１１、平滑容量Ｃ２を介して接地されている。

平滑容量Ｃ２は、レギュレータ３から出力される出力電圧に含まれるリップルを減少させるための平滑容量であり、集積回路２０の外部に外付けされている。配線抵抗１１は、パッド１０と平滑容量Ｃ２との間のＩＴＯ配線の抵抗成分である。

尚、図中で集積回路２０の中の配線、特に昇圧回路出力（Ａ点）からパッド４及びアンプ６までの配線が金属配線であり、また、昇圧容量Ｃ３は、２倍昇圧のチャージポンプ方式昇圧回路２で用いる電荷の充放電のための容量であり、平滑容量Ｃ１と同じく集積回路２０の外部に外付けされている（特許文献１）。

以上の構成により、従来の電源回路２００は、昇圧回路２により、例えば３Ｖ弱の外部供給電源（図示せず）の電圧を２倍昇圧し、レギュレータ３内のオペアンプ６の正電源として供給している（供給点をＢ点とする）。そして、レギュレータ３により参照電圧７及び抵抗８、抵抗９で決まる倍率の安定した電圧を出力する。
このとき、複数増幅段で構成される一般的なオペアンプでは、低い信号を扱う初段で電源からリップル成分（ノイズ）が入ってきても、次段でキャンセルされるというリップル除去効果がある。こうして、オペアンプ６によりリップルが低減された出力電圧は、さらに平滑容量Ｃ２でリップルを低減され、集積回路２０の内部或いは外部の（図示しない）ソース・ドライバ部やゲート・ドライバ部に供給されている。
特開２００４−１５７５８０号公報（第９、１０、２９頁、図１６）

液晶表示装置では、表示画面の大型化や高解像度化の要求に伴い、電源回路の低消費電力化だけでなくその出力の増大化や高精度化が要求されている。ところが、従来の電源回路２００においては、オペアンプ６のリップル除去作用や平滑容量Ｃ２が設けられていることにより出力電圧中のリップルが低減されているのみであり、レギュレータ３に供給される昇圧回路２からの昇圧電圧に含まれるリップルを減少させる対策は平滑容量Ｃ１以外にはとられていなかった。
出力電圧中に含まれるリップルを抑えてちらつきの少ない液晶表示装置を実現するため、電源回路２００のオペアンプ６のリップル低減能力を向上させようとする対策が考えられるが、これでは元のオペアンプに比べて面積の増加が著しく、集積回路２０のチップサイズの著しい増大を招くことになる。このように、従来の電源回路２００では、ＣＯＧ実装による面積低減の効果と電源回路の精度とがトレードオフの関係となってしまっていた（特許文献１）。

図５は、図３に示す昇圧回路２の出力近傍Ａ点と平滑容量Ｃ１の近傍Ｃ点での昇圧電圧に含まれるリップル波形を示している。図５に示すように、従来の電源回路２００のＡ点でのリップル成分が大きく、要求されているリップル規格を満足するレベルにまで減衰させることは困難であった。

これは、ＴＣＰ実装等では金属配線により平滑容量を接続できていたが、ＣＯＧ実装により集積回路２０のパッド４と平滑容量Ｃ１との間にＩＴＯ配線の配線抵抗５が介在してくるためである。すなわち、金属配線よりもＩＴＯ配線の単位抵抗値が大きいため、ＴＣＰ実装等ではあまり考慮する必要のなかった配線抵抗の影響が顕著となり、昇圧回路２の出力近傍Ａ点でのリップルが拡大されたことによる。

さらに、昇圧電圧が所定の電圧値以上に達した時、チャージポンプ動作を停止させるパルススキップ方式の場合、昇圧回路２への供給電源電圧の変動やレギュレータ３からの出力電圧を利用するドライバ部の負荷変動等の理由で昇圧回路２の昇圧周波数が不規則になってしまう状態になる。この時、昇圧回路２の昇圧周波数が、オペアンプ６の電源リップル除去比が低下する周波数帯に入ることがある。この時はオペアンプ６を通してもリップルの減衰が不十分なため、ＬＣＤが表示異常になることがあった。

本発明の電源回路は、昇圧回路の出力とその平滑容量への配線との間に抵抗を挿入し、その挿入抵抗と平滑容量への配線との接続点から出力を取り出すことを特徴とする。

これにより、昇圧回路の昇圧動作時に生じるリップル電圧をＣＯＧ実装のガラス基板の配線抵抗と挿入抵抗とで分圧することで減衰させている。

本発明によれば、昇圧回路出力と昇圧電圧供給点との間に抵抗を入れることで、昇圧電圧供給点における昇圧電圧に含まれるリップルを減衰させることができ、最終的に要求されているレギュレータの出力電圧のリップル規格を満足することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態による電源回路１００の主要部を示す。図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図３と異なる点は、抵抗素子１を昇圧回路出力（Ａ点）と昇圧電圧供給点（Ｂ点）との間の集積回路２１内に挿入したした点である。抵抗素子１は、集積回路２１のチップ上に形成されるポリシリコン抵抗、拡散層抵抗、ウエル抵抗、ウエル上の拡散層抵抗、その他集積回路２１上に形成される抵抗成分による抵抗のいずれでもよい。
尚、図中で集積回路２１の中の配線、特に昇圧電圧供給点（Ｂ点）からパッド４及びアンプ６までの配線が金属配線であり、パッド４とキャパシタＣ１の間の配線がＩＴＯであることは図３と同じである。

本発明の抵抗素子１の抵抗値に関しては、配線抵抗５の抵抗値と減衰させたいリップル振幅電圧により決定する。たとえば、配線抵抗５が１０Ωでそれによるリップルを半減させたいときは約１０Ωの抵抗素子１を挿入するのが適当である。

図４は、図１の電源回路１００のＡ点、Ｂ点、Ｃ点における昇圧電圧のリップル波形の一例である。図５の従来の電源回路２００とは抵抗素子１が入り測定条件が異なるためＡ点でのリップルは従来回路より大きくなっている。しかし、抵抗素子１と配線抵抗５とが同程度の場合、それらの分圧作用によりＢ点でのリップルはＡ点の半分程度に減少しており、従来の電源回路２００のＡ点でのリップル成分よりも小さくなっている。

以上の構成により、Ｂ点のリップルはオペアンプ６を通ることにより更に減衰するため、オペアンプ６の出力のリップルをリップル規格の厳しい製品で求められるレベルにまで減衰させることができる。そして、この電源回路１００の出力を集積回路２１の内部或いは外部の（図示しない）ソース・ドライバ部やゲート・ドライバ部に供給することで、ちらつきの少ない液晶表示装置を実現することができる。

尚、本発明の抵抗素子１を挿入することで昇圧回路２の出力抵抗は高くなるが、昇圧容量Ｃ３や昇圧回路２への外部供給電源（図示せず）の電源端子等に付く配線抵抗によっても昇圧回路２の出力抵抗が上昇する。このため、抵抗素子１を付けても昇圧回路２全体としては大きな能力低下とはならない。

次に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明の他の実施形態による電源回路の主要部を示す。図１の抵抗素子１を他の抵抗素子に変更している以外は、図１と同一であるため図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、さらにＢ点からの昇圧電圧の供給先部分も省略している。

図２（ａ）は、図１の抵抗素子１を可変抵抗１ａに変更した集積回路２１ａ及び電源回路１００ａで、複数の抵抗素子をスイッチにより選択することで抵抗値を可変にする構成であってもよい。特に、昇圧電圧が所定の電圧値以上に達した時、チャージポンプ動作を停止させるパルススキップ方式の場合、抵抗素子を可変とすることで、昇圧回路の動作周波数がオペアンプのリップル除去比が悪化する周波数となる場合にも対応させることができ、レギュレータの出力電圧のリップルを最適化することができる。

図２（ｂ）は、図１の抵抗素子１をトランジスタＭｂのオン抵抗１ｂを利用した集積回路２１ｂ及び電源回路１００ｂである。トランジスタＭｂは、昇圧容量Ｃ３に充電された電荷の放電経路に介在するトランジスタであり、具体的には昇圧容量Ｃ３と昇圧電圧供給点（Ｂ点）との間に介在するものであればよい。図では、トランジスタＭｂをスイッチＳＷｂとオン抵抗１ｂとに機能別に分けて図示している。オン抵抗１ｂを積極的に利用することで、新たに抵抗素子を設ける必要がない。

図２（ｃ）は、図１の抵抗素子１を配線抵抗１ｃに変更した集積回路２１ｃ及び電源回路１００ｃで、ポリシリコン抵抗などを利用することができる。配線抵抗１ｃを利用することでも、新たに抵抗素子を設ける必要がなく部品点数を減らすことができるため、集積回路２１のチップサイズを縮小することができる。

本発明の一実施形態の電源回路１００の回路図。 本発明の他の実施形態の電源回路１００ａ、１００ｂ、１００ｃの回路図。 従来の電源回路２００の回路図。 本発明の一実施形態の電源回路１００のリップル波形図。 従来の電源回路２００のリップル波形図。

符号の説明

１ 抵抗素子
１ａ 可変抵抗
１ｂ オン抵抗
１ｃ 配線抵抗
２ 昇圧回路
３ レギュレータ
４、１０ パッド
５、１１ 配線抵抗
６ オペアンプ
７ 参照電圧
８、９ 抵抗
２０、２１ 集積回路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 集積回路
１００、２００ 電源回路
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 電源回路
Ｃ１、Ｃ２ 平滑容量
Ｃ３ 昇圧容量
Ｍｂ トランジスタ
ＳＷｂ スイッチ

Claims (9)

1. 昇圧回路の出力とその平滑容量への配線との間に抵抗を挿入し、その挿入抵抗と前記配線との接続点から出力を取り出すことを特徴とする電源回路。
2. 請求項１の電源回路で、前記挿入抵抗を昇圧回路と同じ集積回路に搭載し、前記配線を、前記集積回路を搭載した表示装置のパネル上に形成することを特徴とする電源回路。
3. 請求項１の電源回路で、前記昇圧回路がパルススキップ方式で昇圧電圧を所定の電圧値に調整することを特徴とする電源回路。
4. 前記挿入抵抗が可変であることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
5. 前記挿入抵抗がトランジスタのオン抵抗を利用したものであることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
6. 前記挿入抵抗が配線抵抗を利用したものであることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
7. 前記昇圧回路が、チャージポンプ方式の昇圧回路であることを特徴とする請求項１〜請求項６記載の電源回路。
8. 昇圧回路と、
   第１の節点の電位が供給される所定の回路と、
   外付けの平滑容量を前記第１の節点と電気的に接続する為に設けられたパッドと、
   前記昇圧回路の出力と前記第１の節点の間に設けられた抵抗素子と
   を有することを特徴とする電源回路。
9. ＩＴＯ配線と、
   前記ＩＴＯ配線の一端に接続された平滑容量と、
   一端が前記ＩＴＯ配線の他端に接続された金属配線と、
   前記金属配線の他端が接続されたアンプと、
   その出力端子に昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
   前記出力端子と前記金属配線の所定の節点との間に設けられた抵抗素子と
   を備えることを特徴とする電源回路及び液晶表示装置。

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