JP2008136262A - Dc−dcコンバータ及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】DC−DCコンバータにおいて、出力電位に影響を与えることなく、静電破壊を防止する。
【解決手段】本発明のDC−DCコンバータは、メインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12とから構成されており、メインDC−DCコンバータ11からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VPP=2VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ12は、VPPと同じ電位の出力電位SUBVPP(=VPP)を生成する。そして、メインDC−DCコンバータ11の静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードには、サブDC−DCコンバータ12の出力電位SUBVPPがクランプ電位として供給されている。即ち、このDC−DCコンバータは、静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードに印加するクランプ電位を出力電位VPPから分離して別個に作成したものである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のDC−DCコンバータは、メインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12とから構成されており、メインDC−DCコンバータ11からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VPP=2VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ12は、VPPと同じ電位の出力電位SUBVPP(=VPP)を生成する。そして、メインDC−DCコンバータ11の静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードには、サブDC−DCコンバータ12の出力電位SUBVPPがクランプ電位として供給されている。即ち、このDC−DCコンバータは、静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードに印加するクランプ電位を出力電位VPPから分離して別個に作成したものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、入力電位を他の電位に変換するDC−DCコンバータ、及びDC−DCコンバータを備えた表示装置に関する。
従来より、低温ポリシリコンTFT(Thin Film Transistor)プロセスにより製造されるアクティブマトリクス型液晶表示装置において、駆動信号ICのコストを下げるため、液晶パネルのTFT基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための電源電位を生成する電源回路としてDC−DCコンバータが形成されていた。
このDC−DCコンバータは、入力電位である正の電源電位VDDを2倍昇圧した2VDD、または−1倍昇圧した−VDDを生成する。このようなDC−DCコンバータを内蔵したアクティブマトリクス型液晶表示装置は特許文献1に記載されている。
図6は、出力電位VPP=2VDDを生成するDC−DCコンバータの回路図である。
VDDの振幅(Hレベル=VDD、Lレベル=VSS=0V)を有するクロックCPCLKは、第1のフライングコンデンサC1の一方の端子に入力され、クロックCPCLKが反転された反転クロックXCPCLKが第2のフライングコンデンサC2の一方の端子に入力される。
VDDの振幅(Hレベル=VDD、Lレベル=VSS=0V)を有するクロックCPCLKは、第1のフライングコンデンサC1の一方の端子に入力され、クロックCPCLKが反転された反転クロックXCPCLKが第2のフライングコンデンサC2の一方の端子に入力される。
また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN1とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP1が直列に接続され、それらのゲートには第2のフライングコンデンサC2の他方の端子が接続されている。また、Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN2とPチャネル型の電荷転送トランジスタMP2が直列に接続され、それらのゲートには第1のフライングコンデンサC1の他方の端子が接続されている。第1のフライングコンデンサC1は、外部接続端子P1,P2を介して取り付けられる外付けのコンデンサである。第2のフライングコンデンサC2は、外部接続端子P3,P4を介して取り付けられる外付けのコンデンサである。出力電位VPPと出力電流IPPの供給能力を高くするため、第1のフライングコンデンサC1、第2のフライングコンデンサC2を大容量にする必要がある。そのため、第1のフライングコンデンサC1、第2のフライングコンデンサC2はTFTプロセスで形成しないで、外付けコンデンサとしている。
Nチャネル型の電荷転送トランジスタMN1,MN2の共通ソースには、入力電位として電源電位VDDが印加されている。トランジスタによる電位ロスを無視すれば、定常動作状態において、Pチャネル型の電荷転送トランジスタMP1,MP2の共通ドレイン(出力端子)から、出力電位VPPとして2VDDという正の電位及び出力電流IPPが出力される。出力端子には平滑コンデンサC3が接続されているが、これも外部接続端子P5を介して取り付けられる外付けのコンデンサである。
特開2004−146082号公報
上述のように、第1のフライングコンデンサC1、第2のフライングコンデンサC2を外付けコンデンサとしているため、外部接続端子P1やP3から静電気によるサージなどのノイズ電圧が印加された場合に、電荷転送トランジスタMN2,MP2,MN1,MP1に過大な電圧が印加されて、回路の劣化や破壊が生じるという問題があるため、保護回路が必要であることがわかった。さらには、保護回路の動作によりDC−DCコンバータの動作に影響が出ると、例えば、DC−DCコンバータを備えた表示装置では、画像の乱れとして、現れるため、保護回路の動作によりDC−DCコンバータの動作に影響が出ないようにする必要があった。
本発明のDC−DCコンバータは、上述した課題に鑑みてなされたものであり、直列に接続された第1及び第2の電荷転送トランジスタと、第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に一方の端子が接続され、他方の端子にクロックが印加された第1のフライングコンデンサとを備え、前記第1の電荷転送トランジスタに入力電位が印加され、前記第2の電荷転送トランジスタから入力電位を変換した出力電位を得るDC−DCコンバータと、前記第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に接続され、前記接続点にサージなどのノイズ電圧が印加されたときに、前記接続点の電位を前記出力電位にクランプする保護クランプ回路と、を備えることを特徴とする。
本発明のDC−DCコンバータによれば、DC−DCコンバータから出力電位を得ており、保護クランプ回路のクランプ電位については、前記出力電位をクランプ電位としているため、サージ等のノイズ電圧が印加され場合、保護クランプ回路が作動してDC−DCコンバータの出力電位の変動を防止することができる。
また、本発明のDC−DCコンバータは、直列に接続された第1及び第2の電荷転送トランジスタと、第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に一方の端子が接続され、他方の端子にクロックが印加された第1のフライングコンデンサとを備え、前記第1の電荷転送トランジスタに入力電位が印加され、前記第2の電荷転送トランジスタから入力電位を変換した出力電位を得る第1のDC−DCコンバータと、前記第1のDC−DCコンバータとは別に、前記出力電位と同電位のクランプ電位を出力する第2のDC−DCコンバータと、前記第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に接続され、前記接続点にサージなどのノイズ電圧が印加されたときに、前記接続点の電位を前記クランプ電位にクランプする保護クランプ回路と、を備えることを特徴とする。
本発明のDC−DCコンバータによれば、第1のDC−DCコンバータから出力電位を得ており、保護ダイオードのクランプ電位については、第2のDC−DCコンバータで作成しているので、サージ等のノイズ電圧が印加され保護クランプ回路が作動した場合に、第1のDC−DCコンバータの出力電位の変動を防止することができる。
本発明のDC−DCコンバータによれば、出力電位に影響を与えることなく、静電気によるサージなどのノイズ電圧が印加された場合に、回路の劣化や破壊を防止することができる。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態によるDC−DCコンバータは、図1に示すように、メインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12とから構成されており、メインDC−DCコンバータ11からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VPP=2VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ12は、VPPと同じ電位の出力電位SUBVPP(=VPP)を生成する。このメインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12は、低温ポリシリコンTFTプロセスにより液晶表示装置のガラス基板上に駆動に必要な回路機能を集積するシステム・オン・グラス(SOG)技術により、アクティブマトリクス型液晶表示装置のガラス基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための電源電位を生成する電源回路として形成される。
第1の実施の形態によるDC−DCコンバータは、図1に示すように、メインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12とから構成されており、メインDC−DCコンバータ11からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VPP=2VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ12は、VPPと同じ電位の出力電位SUBVPP(=VPP)を生成する。このメインDC−DCコンバータ11とサブDC−DCコンバータ12は、低温ポリシリコンTFTプロセスにより液晶表示装置のガラス基板上に駆動に必要な回路機能を集積するシステム・オン・グラス(SOG)技術により、アクティブマトリクス型液晶表示装置のガラス基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための電源電位を生成する電源回路として形成される。
そして、メインDC−DCコンバータ11には静電破壊保護ダイオードDP1,DN1,DP2,DN2が設けられている。メインDC−DCコンバータ11の静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードには、サブDC−DCコンバータ12の出力電位SUBVPPがクランプ電位として供給されている。即ち、本発明のDC−DCコンバータは、静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードに印加するクランプ電位を出力電位VPPから分離して別個に作成したものである。静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のアノードは、それぞれ、MN1とMP1の接続点、MN2とMP2の接続点に接続されている。
外部接続端子P1、P3に正のサージ電圧(正の静電気)が印加された場合にDP1,DP2がオンし、電荷転送トランジスタMN1,MP1の接続点、電荷転送トランジスタMN2,MP2の接続点の電位はSUBVPPにクランプされるので、電荷転送トランジスタMN1,MP1,MN2,MP2の静電破壊が防止される。また、静電気はSUBVPPを発生しているサブDC−DCコンバータ12へ逃げるので、メインDC−DCコンバータ11の出力電位VPPが変動することは無い。
外部接続端子P1、P3に負のサージ電圧(負の静電気)が印加された場合にはDN1,DN2がオンし、MN1,MP1の接続点の電位、MN2,MP2の接続点の電位はそれぞれVSSにクランプされる。
クランプ電位として、VPP、VSSを用いる理由は、DC−DCコンバータの定常動作状態において、前記接続点の電位がVPPとVSSの間で変化するからである。
メインDC−DCコンバータ11のその他の構成は、図6の回路と同じである。サブDC−DCコンバータ12は、メインDC−DCコンバータ11と同様に、電荷転送トランジスタMN11,MP11,MN12,MP12、フライングコンデンサC11,C12、平滑コンデンサC13を備えており、クロックCPCLK、反転クロックXCPCLKも同様に供給されている。
サブDC−DCコンバータ12の電流供給能力は小さくても良いので、フライングコンデンサC11,C12、平滑コンデンサC13は小容量で足りる。このため、メインDC−DCコンバータ11のように、外部接続端子P1,P2,P3,P4を設けて、これらのコンデンサを外付けする必要がない。すなわち、フライングコンデンサC11,C12,平滑コンデンサC13はTFTプロセスによって、電荷転送トランジスタMN11,MP11,MN12,MP12と同時に液晶パネル上に形成することができる。
また、外部接続端子P1,P2,P3,P4を設けないので、サージ電圧が直接印加されることがないことから、サブDC−DCコンバータ12については、静電破壊保護ダイオードを設ける必要はない。
静電破壊保護ダイオードDP1,DN1,DP2,DN2はTFTで構成してもよいが、PINダイオードで形成することが好ましい。PINダイオードは、図2に示すように、絶縁膜1上に形成されたポリシリコン層2中にP型領域3(アノード)、不純物がドープされていないイントリンシック領域4、N型領域5(カソード)を互いに隣接して形成してなり、TFTと比べると、ゲート配線の接続が不要のため、実装面積が小さく、かつゲート容量がないため高速で動作する利点がある。
このDC−DCコンバータの定常状態(VPP=2VDD)の動作を図3の波形図を参照して説明する。以下は、メインDC−DCコンバータ11の動作説明をするが、サブDC−DCコンバータ12の動作についても全く同様である。
クロックCPCLKがHレベル(VDD)のとき、MN1、MP2はオフ、MN2、MP1はオンし、MN1とMP1の接続点の電位V1は2VDDに昇圧され、そのレベルがMP1を通して出力される。MN2とMP2の接続点の電位V2はVDDに充電される。
次に、クロックCPCLKがLレベル(VSS)になると、MN1、MP2はオン、MN2、MP1はオフし、電位V2は2VDDに昇圧され、そのレベルがMP2を通して出力される。電位V1はVDDに充電される。つまり、DC−DCコンバータの左右の直列トランジスタ回路から電荷転送により2VDDという電位が交互に出力される。但し、電荷転送トランジスタによる電位ロスは無視している。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態によるDC−DCコンバータは、図4に示すように、メインDC−DCコンバータ13とサブDC−DCコンバータ14とから構成されており、メインDC−DCコンバータ13からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VBB=−VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ14は、VBBと同じ電位の出力電位SUBVBB(=VBB)を生成する。このメインDC−DCコンバータ13とサブDC−DCコンバータ14は、低温ポリシリコンTFTプロセスにより液晶表示装置のガラス基板上に駆動に必要な回路機能を集積するシステム・オン・グラス(SOG)技術により、アクティブマトリクス型液晶表示装置のガラス基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための電源電位を生成する電源回路として形成される。
第2の実施の形態によるDC−DCコンバータは、図4に示すように、メインDC−DCコンバータ13とサブDC−DCコンバータ14とから構成されており、メインDC−DCコンバータ13からDC−DCコンバータとして本来使用する出力である出力電位VBB=−VDDが得られる。サブDC−DCコンバータ14は、VBBと同じ電位の出力電位SUBVBB(=VBB)を生成する。このメインDC−DCコンバータ13とサブDC−DCコンバータ14は、低温ポリシリコンTFTプロセスにより液晶表示装置のガラス基板上に駆動に必要な回路機能を集積するシステム・オン・グラス(SOG)技術により、アクティブマトリクス型液晶表示装置のガラス基板上に、画素TFTのオン・オフを制御するための電源電位を生成する電源回路として形成される。
そして、メインDC−DCコンバータ13には静電破壊保護ダイオードDP1,DN1,DP2,DN2が設けられている。メインDC−DCコンバータ13の静電破壊保護ダイオードDN1、DN2のアノードには、サブDC−DCコンバータ14の出力電位SUBVBBがクランプ電位として供給されている。即ち、本発明のDC−DCコンバータは、静電破壊保護ダイオードDN1、DN2のアノードに印加するクランプ電位を出力電位VBBから分離して別個に作成したものである。
外部接続端子P1、P3に負のサージ電圧(負の静電気)が印加された場合にDN1、DN2がオンし、電荷転送トランジスタMN1,MP1の接続点、電荷転送トランジスタMN2,MP2の接続点の電位はSUBVBBにクランプされるので、電荷転送トランジスタMN1,MP1,MN2,MP2の静電破壊が防止される。また、静電気はSUBVBBを発生しているサブDC−DCコンバータ14へ逃げるので、メインDC−DCコンバータ13の出力電位VBBが変動することは無い。
メインDC−DCコンバータ13のその他の構成は、図1の回路の極性を反転したものである。即ち、電荷転送トランジスタMP1,MP2の共通ソースにVSSを印加し、電荷転送トランジスタMN1,MN2の共通ドレインから出力電位VBBが得られる。静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードにはVSSが供給されている。
サブDC−DCコンバータ14は、メインDC−DCコンバータ13と同様に、電荷転送トランジスタMN11,MP11,MN12,MP12、フライングコンデンサC11,C12、平滑コンデンサC13を備えており、クロックCPCLK、反転クロックXCPCLKも同様に供給されている。
サブDC−DCコンバータ14の電流供給能力は小さくても良いので、フライングコンデンサC11,C12、平滑コンデンサC13は小容量で足りる。このため、メインDC−DCコンバータ13のように、外部接続端子P1,P2,P3,P4を設けて、これらのコンデンサを外付けする必要がない。すなわち、フライングコンデンサC11,C12、平滑コンデンサC13はTFTプロセスによって、電荷転送トランジスタMN11,MP11,MN12,MP12と同時に液晶パネル上に形成することができる。
また、外部接続端子P1,P2,P3,P4を設けないので、サージ電圧が直接印加されることがないことから、サブDC−DCコンバータ14については静電破壊保護ダイオードを設ける必要はない。静電破壊保護ダイオードDP1,DN1,DP2,DN2はTFTで構成してもよいが、PINダイオードで形成することが好ましい。PINダイオードは、図2に示すように、絶縁膜1上に形成されたポリシリコン層2中にP型領域3(アノード)、不純物がドープされていないイントリンシック領域4、N型領域5(カソード)を互いに隣接して形成してなり、TFTと比べると、ゲート配線の接続が不要のため、実装面積が小さく、かつゲート容量がないため高速で動作する利点がある。
このDC−DCコンバータの定常状態(Vout=−VDD)の動作を図5の波形図を参照して説明する。以下は、メインDC−DCコンバータ13の動作説明をするが、サブDC−DCコンバータ14の動作についても全く同様である。
クロックCPCLKがHレベル(VDD)のとき、MN1、MP2はオフ、MN2、MP1はオン、MN1とMP1の接続点の電位V3はVSSに充電され、MN2とMP2の接続点の電位V4は−VDDの電位に下がり、その電位がMN2を通して出力される。
クロックCPCLKがLレベル(VSS)になると、MN1、MP2はオン、MN2、MP1はオフし、電位V3は−VDDに下がり、そのレベルがMN1を通して出力される。電位V4はVssに充電される。つまり、DC−DCコンバータの左右の直列トランジスタ回路から電荷転送により−VDDという電位が交互に出力される。但し、電荷転送トランジスタによる電位ロスは無視している。
なお、第1、2の実施形態においては、それぞれ出力電位として、2VDD、−VDDを発生するDC−DCコンバータを例として説明したが、DC−DCコンバータの段数を変更することにより、出力電位として、更に高電位、例えば、3VDDや−2VDDを得ることができる。そして、そのようなDC−DCコンバータの電荷転送トランジスタの接続点に、静電破壊保護ダイオードを接続することにより、同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明は、電荷転送トランジスタとフライングコンデンサを備えたチャージポンプ型のDC−DCコンバータに広く適用することができる。
また、第1、2の実施形態において、メインDC−DCコンバータ11,13の静電破壊保護ダイオードDP1,DP2のカソードに、メインDC−DCコンバータ11,13の出力電位VPP,VBBをクランプ電位として供給してもよい。この場合、例えば、外部接続端子P1、P3に正のサージ電圧(正の静電気)が印加された場合にDP1、DP2がオンして、静電気を出力端子に逃がすが、これにより、出力電位VPPが変動してしまい、DC−DCコンバータの動作に悪影響を与える場合があるが、DC−DCコンバータの出力電位をクランプ電位としているため、サージ等のノイズ電圧が印加された場合に、DC−DCコンバータの出力電位の変動を防止乃至小さく抑えることができる。この場合、サブDC−DCコンバータを省くことができる。
また、第1、2の実施形態においては、保護クランプ回路を静電破壊保護ダイオードにより構成したが、これに限らず、例えば、バリスタで構成することもできる。
また、第1、2の実施形態においては、静電気によるサージ電圧からの保護を説明したが、ノイズ電圧の原因はこれに限定されない。
また、第1、2の実施形態においては、サブDC−DCコンバータ12,14には、クロックCPCLK、反転クロックXCPCLKがメインDC−DCコンバータ11,13と同様に供給されているが、同じ周波数にする必要は無く、別にクロックを設けてもよい。
また、DC−DCコンバータは、TNモード、垂直配向モード(VAモード)、横電界を利用したIPSモード、フリンジ電界を利用したFFSモードなどの液晶表示装置に利用しても構わない。また、全透過型のみならず全反射型、反射透過兼用型の液晶表示装置に利用しても構わない。また、液晶表示装置ではなく、有機ELディスプレイ、フィールドエミッション型ディスプレイに用いても良い。
1 絶縁膜 2 ポリシリコン層 3 P型領域
4 イントリンシック領域 5 N型領域
11,13 メインDC−DCコンバータ
12,14 サブDC−DCコンバータ
C1 第1のフライングコンデンサ
C2 第2のフライングコンデンサ
C3 出力コンデンサ
C11,C12 フライングコンデンサ
C13 平滑コンデンサ
DP1,DP2,DN1,DN2 静電破壊保護ダイオード
MN1,MN2 Nチャネル型の電荷転送トランジスタ
MP1,MP2 Pチャネル型の電荷転送トランジスタ
4 イントリンシック領域 5 N型領域
11,13 メインDC−DCコンバータ
12,14 サブDC−DCコンバータ
C1 第1のフライングコンデンサ
C2 第2のフライングコンデンサ
C3 出力コンデンサ
C11,C12 フライングコンデンサ
C13 平滑コンデンサ
DP1,DP2,DN1,DN2 静電破壊保護ダイオード
MN1,MN2 Nチャネル型の電荷転送トランジスタ
MP1,MP2 Pチャネル型の電荷転送トランジスタ
Claims (6)
- 直列に接続された第1及び第2の電荷転送トランジスタと、第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に一方の端子が接続され、他方の端子にクロックが印加された第1のフライングコンデンサとを備え、前記第1の電荷転送トランジスタに入力電位が印加され、前記第2の電荷転送トランジスタから入力電位を変換した出力電位を得るDC−DCコンバータと、
前記第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に接続され、前記接続点にサージなどのノイズ電圧が印加されたときに、前記接続点の電位を前記出力電位にクランプする保護クランプ回路と、を備えることを特徴とするDC−DCコンバータ。 - 直列に接続された第1及び第2の電荷転送トランジスタと、第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に一方の端子が接続され、他方の端子にクロックが印加された第1のフライングコンデンサとを備え、前記第1の電荷転送トランジスタに入力電位が印加され、前記第2の電荷転送トランジスタから入力電位を変換した出力電位を得る第1のDC−DCコンバータと、
前記第1のDC−DCコンバータとは別に、前記出力電位と同電位のクランプ電位を出力する第2のDC−DCコンバータと、
前記第1及び第2の電荷転送トランジスタの接続点に接続され、前記接続点にサージなどのノイズ電圧が印加されたときに、前記接続点の電位を前記クランプ電位にクランプする保護クランプ回路と、を備えることを特徴とするDC−DCコンバータ。 - 前記第2のDC−DCコンバータは、直列に接続された第3及び第4の電荷転送トランジスタと、第3及び第4の電荷転送トランジスタの接続点に一方の端子が接続され、他方の端子にクロックが印加された第2のフライングコンデンサとを備え、前記第3の電荷転送トランジスタに入力電位が印加され、前記第4の電荷転送トランジスタから前記クランプ電位を出力することを特徴とする請求項2に記載のDC−DCコンバータ。
- 前記第2のフライングコンデンサの容量値は第1のフライングコンデンサの容量値により小さいことを特徴とする請求項3に記載のDC−DCコンバータ。
- 保護クランプ回路はPINダイオードであることを特徴とする請求項1、2、3、4のいずれかに記載のDC−DCコンバータ。
- 請求項1から5のいずれかに記載のDC−DCコンバータを備えた表示装置。
Priority Applications (1)
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