JP2008148474A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャージポンプの昇圧特性若しくは降圧特性を向上することができるＤＣ／ＤＣコンバータ及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ガラス基板上に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタ２１５ｃと、薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタ２１３２と、薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極及びキャパシタ２１３２の一方の電極と電源端子ＶＤＤとの間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオード２１３１とを有するチャージポンプ２１４及び２１５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び液晶表示装置に関し、特に絶縁基板上に薄膜トランジスタを利用して構築されたＤＣ／ＤＣコンバータ及びそれを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、透明ガラス基板上に配設された液晶表示部と、この液晶表示部の周囲に配設されたドライバと、このドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えている。液晶表示部においては複数の画素がマトリックス状に配列されている。１つ画素は垂直走査線（ゲート信号線）と水平走査線（映像信号線）との交差部に配置されている。画素は、薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのソース領域に電気的に直列に接続された画素電極と、画素電極に対向配置された共通画素電極と、画素電極と共通画素電極との間に封入された液晶とを備えて構成されている。画素の薄膜トランジスタのドレイン領域には水平走査線が接続され、ゲート電極には垂直走査線が接続されている。

業務用や家庭用に使用されるテレビジョンとしての大型の液晶表示装置の需要は益々高まる傾向にある。一方、携帯電話機、無線機、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ等に組み込まれる例えば２０インチ以下の液晶表示部を有する小型中型の液晶表示装置の需要は大型の液晶表示装置の需要に劣らず高まる傾向にある。

小型中型の液晶表示装置においては、液晶表示部の有効表示面積をできる限り確保しつつ、液晶表示部の周辺回路の占有面積を縮小し、全体として小型化を図る傾向にある。例えば、携帯電話機においては、液晶表示部の大画面化の要求があり、一方、このような液晶表示部を電話機本体の限られたスペース内に収納することが要求されている。

このような要求に対して、液晶表示部の透明ガラス基板上に周辺回路の一部を直接作り込む技術の開発が進められている。周辺回路を構築する一部の素子には液晶表示部の画素の薄膜トランジスタと同様の薄膜トランジスタが使用されている。具体的には、垂直走査線を選択し駆動する垂直ドライバ、水平走査線を選択し駆動する水平ドライバ、ＤＣ／ＤＣコンバータはいずれも液晶表示部の画素を構築する素子と同一製造プロセスにより製造された同一断面構造の素子により構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータのチャージポンプを構築するトランジスタには薄膜トランジスタが使用されている。

液晶表示装置の製造プロセスにおいて、薄膜トランジスタは高温度熱処理に耐えることが難しい透明ガラス基板上に製造されているので、薄膜トランジスタには低温度プロセスにおいて成膜することができる多結晶シリコン膜（以下、単に「低温ポリシリコン膜」という。）が使用されている。すなわち、薄膜トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域がこの低温ポリシリコン膜により製作されている。薄膜トランジスタは、これらチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域に加え、チャネル形成領域の表面上のゲート酸化膜及びこのゲート酸化膜の表面上に形成されたゲート電極を備えている。ゲート酸化膜は例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により成膜されている。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータのチャージポンプが薄膜トランジスタにより構成される液晶表示装置については、例えば下記特許文献１に記載されている。
米国特許出願番号 第７，０７２，１９３ Ｂ２

しかしながら、前述のＤＣ／ＤＣコンバータ及びそれを備えた液晶表示装置においては、以下の点について配慮がなされていなかった。小型中型の液晶表示装置においては、商用電源からの電源供給ではなく、電池やバッテリィからの電源供給により駆動することを前提としている場合が多い。低消費電力化を図るために液晶表示装置の駆動電圧は低電圧化の傾向にあり、液晶表示装置の内部においてＤＣ／ＤＣコンバータのチャージポンプにより昇圧並びに降圧された電源電圧や信号が使用されるものの、ＤＣ／ＤＣコンバータに供給される電源自体は例えば３Ｖの低電圧である。この低電圧の電源が供給される昇圧型チャージポンプにおいては、電源端子と昇圧用キャパシタとの間に電流の供給を制御し、スイッチング素子として使用されるｐチャネル導電型薄膜トランジスタが挿入されている。ところが、この薄膜トランジスタのチャネル形成領域は前述のように低温ポリシリコン膜により形成され、チャネル形成領域内に存在する結晶粒界の位置や大きさにばらつきが生じるので、薄膜トランジスタの閾値電圧（Ｖth）にばらつきが発生する。更に、チャネル形成領域は低温ポリシリコン膜により形成されているので、チャネル形成領域上に成膜させるゲート酸化膜の膜質にばらつきが生じ、同様に薄膜トランジスタの閾値電圧にばらつきが発生する。このため、薄膜トランジスタのゲート電圧とソース領域との間の電圧差（Ｖgs）を十分に確保することができないので、薄膜トランジスタの電流駆動能力が低下する。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧型チャージポンプにおいては、接地端子と降圧用キャパシタとの間に電流の供給を制御し、スイッチング素子として使用されるｎチャネル導電型薄膜トランジスタが挿入されている。この薄膜トランジスタは前述のｐチャネル導電型薄膜トランジスタと同様に低温ポリシリコン膜によりチャネル形成領域が形成されているので、薄膜トランジスタの電流駆動能力が低下する。

これら昇圧型チャージポンプ並びに降圧型チャージポンプは結果的には昇圧特性並びに降圧特性が低下することを意味し、液晶表示装置の液晶表示部における表示動作速度の低下を誘発する。

本発明は上記課題を解決するためなされたものである。従って、本発明の目的は、チャージポンプの昇圧特性若しくは降圧特性を向上することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することである。

更に、本発明の目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータのチャージポンプの昇圧特性若しくは降圧特性を向上することができ、液晶表示部の表示動作速度を向上することができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、絶縁基板上に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、薄膜トランジスタの他方の主電極及びキャパシタの一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオードとを有するチャージポンプを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、液晶表示装置において、絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、画素アレイを駆動するドライバと、絶縁基板上の第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータには、絶縁基板上の第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、薄膜トランジスタの他方の主電極及びキャパシタの一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオードと、を有するチャージポンプを備える。

本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、液晶表示装置において、絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、画素アレイを駆動するドライバと、絶縁基板上の第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、絶縁基板に連接されたフレキシブルプリント配線基板とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータには、絶縁基板上の第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタとを有するチャージポンプを備え、更にチャージポンプには、フレキシブルプリント配線基板上に配設され、薄膜トランジスタの他方の主電極及びキャパシタの一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオードを備える。

本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、液晶表示装置において、絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、画素アレイを駆動するドライバと、絶縁基板上の第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、画素アレイ、ドライバ及びＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電子回路基板とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータには、絶縁基板上の第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタとを有するチャージポンプを備え、更にチャージポンプには、電子回路基板上に配設され、薄膜トランジスタの他方の主電極及びキャパシタの一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオードを備える。

本発明によれば、チャージポンプの昇圧特性若しくは降圧特性を向上することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。

更に、本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのチャージポンプの昇圧特性若しくは降圧特性を向上することができ、液晶表示部の表示動作速度を向上することができる液晶表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ及びそれを備えた液晶表示装置特に小型中型の液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
［液晶表示装置の液晶表示パネルのシステム構成］

図５に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１は液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）２０を備えている。このサイズに必ずしも限定されるものではないが、第１の実施の形態において、液晶表示装置１は、例えば２０インチ以下のサイズを有する小型中型の液晶表示装置であり、携帯電話機、無線機、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ等に組み込まれる。

液晶表示パネル２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、レベルシフタ（Ｌ／Ｓ）２２、液晶表示ユニット２４、ドライバＩＣ２６を備えている。この液晶表示パネル２０には、その外部から又はドライバＩＣ２６から回路動作電圧ＶＤＤが供給され、ドライバＩＣ２６からタイミング信号、映像信号及び共通画素電圧ＶＣＯＭが供給される。回路動作電圧ＶＤＤは、第１の実施の形態において、電池やバッテリィを供給源とする回路動作電圧である。なお、液晶表示装置１は、バッテリィの充電時に、商用電源からＡＣ／ＤＣ電源ユニットを通して回路動作電圧ＶＤＤを液晶表示パネル２０に供給することができるシステムを備えていてもよい。

液晶表示ユニット２４は、複数の画素２４１１がマトリクス状に配列された画像アレイ２４１と、画素アレイ２４１の周縁の一辺（図中上辺）に沿って配設された水平ドライバ２４３と、画素アレイ２４１の周縁の他の一辺（図中左側辺）に沿って配設された垂直ドライバ２４２とを備えている。画素アレイ２４１には図中左側から右側に垂直走査線（ゲート信号線）２４２１が延在し、この垂直走査線２４２１は垂直ドライバ２４２に接続されている。更に、画素アレイ２４１には図中上側から下側に水平走査線（映像信号線）２４３１が延在し、この水平走査線２４３１は水平ドライバ２４３に接続されている。１つの画素２４１１は、スイッチング素子として使用されるｎチャネル導電型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２４１２と、画素用キャパシタ２４１３との直列回路により構成されている。薄膜トランジスタ２４１２のゲート電極には垂直走査線２４２１が接続され、ドレイン領域には水平走査線２４３１が接続されている。
［液晶表示装置のセット構成］

図６に示すように、液晶表示装置１は、図５示す液晶表示パネル２０と、この液晶表示パネル２０の（絶縁基板６１の）一辺に一端が連接されたフレキシブル配線基板３０と、フレキシブル配線基板３０の他端に連接され液晶表示パネル２０の画素アレイ２４１、垂直ドライバ２４２、水平ドライバ２４３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１等を制御する電子回路基板４０とを備えている。液晶表示パネル２０、フレキシブル配線基板３０、電子回路基板４０は、それぞれ単独の製造メーカ若しくは２社以上の製造メーカにより製造された後、組み立て製造プロセスを経て図６に示すセット構成になる。

液晶表示パネル２０は、方形形状を有する絶縁基板６１と、この絶縁基板６１の表面上に対向して配設され絶縁基板６１のサイズよりもひと回り小さいサイズの方形形状を有する対向基板６２と、絶縁基板６１と対向基板６２との間において対向基板６２側に配設される図示しないカラーフィルタと、絶縁基板６１とカラーフィルタとの間に封入される図示しない液晶とを備えている。ここで、第１の実施の形態に係る液晶表示装置１は透過型であるので、絶縁基板６１、対向基板６２にはいずれも透明なガラス基板を実用的に使用することができる。

図５に示す画素アレイ２４１は絶縁基板６１と対向基板６２との重複部分に配設されている。画素アレイ２４１の垂直走査線２４２１、水平走査線２４３１、薄膜トランジスタ２４１２、画素用キャパシタ２４１３の一方の電極（画素電極）はいずれも絶縁基板６１の表面上に配設されている。画素用キャパシタ２４１３の他方の電極（共通電極）は対向基板６３に配設されている。

絶縁基板６１の対向基板６２に重複しない領域において、絶縁基板６１の一辺に沿ってＤＣ／ＤＣコンバータ２１及びドライバＩＣ２６が配設され、この絶縁基板６１の一辺にフレキシブル配線基板３０の一端が連接されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を構築する素子は、基本的にはその大半が画素アレイ２４１の画素２４１１の薄膜トランジスタ２４１２と同一構造により構成され、かつ液晶表示装置１の液晶表示パネル２０の製造プロセスにおいて同一製造工程により製造されている。

電子回路基板４０は、例えば携帯電話機内に実装され（組み込まれ）、携帯電話機の動作に必要な表示、例えば電話番号、受信メッセージ、発信メッセージ等の表示を行う液晶表示パネル２０の駆動制御を行う。電子回路基板４０は、例えばガラスエポキシ樹脂をベースに製造された配線基板に回路（例えばＩＣ）、素子（例えば抵抗、容量）等を実装したものである。
［ＤＣ／ＤＣコンバータのシステム全体構成］

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、図３に示すように、レベルシフタ２１１と、タイミングコントローラ２１２と、チャージポンプ２１３とを備えている。レベルシフタ２１１には図５及び図６に示すドライバＩＣ２６から出力されるクロック信号ＣＬＫが入力される。この入力に基づきレベルシフタ２１１はクロック信号ＣＬＫ及びクロック信号ＣＬＫＢを生成し、この生成されたクロック信号ＣＬＫ及びクロック信号ＣＬＫＢをタイミングコントローラ２１２に出力する。更に、レベルシフタ２１１はタイミングコントローラ２１２に振幅を拡大した信号を供給する。

タイミングコントローラ２１２は、図４に示すように、クロック信号ＣＬＫのタイミングを制御するインバータ２１２ａ、２入力ＮＡＮＤ２１２ｂ、インバータ２１２ｃ〜２１２ｈと、クロック信号ＣＬＫＢのタイミングを制御するインバータ２１２ｉ、２入力ＮＡＮＤ２１２ｊ、インバータ２１２ｋ〜２１２ｐとを備えている。２入力ＮＡＮＤ２１２ｂはインバータ２１２ａ及びインバータ２１２ｎからのクロック信号の入力に基づきインバータ２１２ｃにクロック信号を出力する。２入力ＮＡＮＤ２１２ｊはインバータ２１２ｉ及びインバータ２１２ｆからのクロック信号の入力に基づきインバータ２１２ｋにクロック信号を出力する。タイミングコントローラ２１２においては、最終的に、インバータ２１２ｇからのクロック信号ＣＬＫＢＢ２、インバータ２１２ｈからのクロック信号ＣＬＫＰＰ２、インバータ２１２ｏからのクロック信号ＣＬＫＰＰ３及びインバータ２１２ｐからのクロック信号ＣＬＫＢＢ３が出力される。

チャージポンプ２１３は、クロック信号ＣＬＫＰＰ２が入力されるチャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４と、クロック信号ＣＬＫＰＰ３が入力されるチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５と、クロック信号ＣＬＫＢＢ３が入力されるチャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１６と、クロック信号ＣＬＫＢＢ２が入力されるチャージポンプユニット１（ＶＢＢ）２１７とを備えている。チャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４及びチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５は昇圧型チャージポンプを構成し、チャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１６及びチャージポンプユニット１（ＶＢＢ）２１７は降圧型チャージポンプを構成する。

チャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４の出力端子２１３ａと回路動作電圧ＶＤＤとの間にはダイオードＤ１が挿入され、出力端子２１３ａとチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５の出力端子２１３ｂとの間にはキャパシタＣ１が挿入されている。また、チャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５の出力端子２１３ｃと回路動作電圧ＶＤＤとの間にはダイオードＤ２が挿入され、出力端子２１３ｃと回路接地電圧ＶＳＳとの間にはキャパシタＣ２が挿入されている。ここで、回路動作電圧ＶＤＤは電池やバッテリィから供給される電圧例えば３Ｖであり、回路接地電圧ＶＳＳは接地電圧例えば０Ｖである。

チャージポンプユニット１（ＶＢＢ）２１７の出力端子２１３ｄと回路接地電圧ＶＳＳとの間にはダイオードＤ３が挿入され、出力端子２１３ｄとチャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１６の出力端子２１３ｅとの間にはキャパシタＣ３が挿入されている。また、チャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１６の出力端子２１３ｆと回路接地電圧ＶＳＳとの間にはキャパシタＣ４が挿入されている。
［昇圧型チャージポンプの回路構成及びダイオードの構成］

図１に示すように、チャージポンプ２１３のチャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４は、タイミングコントローラ２１２から出力されるクロック信号ＣＬＫＰＰ２が入力され直列接続されたインバータ２１４ａ及び２１４ｂと、同様にクロック信号ＣＬＫＰＰ２が入力され直列接続されたインバータ２１４ｃ及び２１４ｄと、インバータ２１４ｂの出力が制御電極（ゲート電極）に入力されるｐチャネル導電型薄膜トランジスタ２１４ｅ及びインバータ２１４ｄの出力が制御電極に入力されるｎチャネル導電型薄膜トランジスタ２１４ｆからなる相補型トランジスタとを備えている。この相補型トランジスタはクロック信号ＣＬＫ１を出力する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を構築する「薄膜トランジスタ」とは、画素アレイ２４１の画素２４１１を構築する薄膜トランジスタ２４１２と同一製造プロセスにおいて製造される薄膜トランジスタという意味において使用される。従って、薄膜トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域は、非単結晶半導体、具体的には低温ポリシリコン膜により製造されている。更に、「非単結晶半導体」とは、製造プロセス上、絶縁基板６１に影響を及ぼさない低温度プロセスにおいて製造（成膜）することができる多結晶シリコン及び非晶質シリコンの双方を含む意味において使用され、単結晶半導体は含まない。なお、本発明において、「薄膜トランジスタ」には、製造プロセス上、低温度プロセスにより成膜する必要があるオーガニック薄膜トランジスタが含まれる。

チャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５は、タイミングコントローラ２１２から出力されるクロック信号ＣＬＫＰＰ３が入力され直列接続されたインバータ２１５ａ及び２１５ｂと、インバータ２１５ｂの出力が制御電極に入力されるｐチャネル導電型薄膜トランジスタ２１５ｃとを備えている。この薄膜トランジスタ２１５ｃの一方の主電極（ソース領域）は出力端子２１３ｃに接続され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域は非単結晶半導体により構成されている。

そして、チャージポンプ２１３は、薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極（ドレイン領域）に一方の電極が接続され、他方の電極にチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５からの可変電圧であるクロック信号ＣＬＫ１が印加される昇圧用キャパシタ２１３２と、薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極及び昇圧用キャパシタ２１３２の一方の電極と回路動作電圧ＶＤＤ（電源端子）との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオード（第１のダイオード）２１３１とを備えている。ダイオード２１３１のアノード領域は回路動作電圧ＶＤＤに接続され、カソード領域は薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極に接続されている。ここで、単結晶半導体には例えば単結晶シリコンを実用的に使用することができ、ダイオード２１３１は例えばｐ型単結晶シリコン（アノード領域）とその主面部に形成されたｎ型半導体領域（カソード領域）とにより構成されている。

図７に示すように、薄膜トランジスタ２１５ｃは、絶縁基板６１の表面上にパッシベーション膜６１２を介在して形成され、チャネル形成領域６１２と、一方の主電極６１３と、他方の主電極６１４と、ゲート酸化膜６１５と、制御電極（ゲート電極）６１６とを備えている。チャネル形成領域６１２、一方の主電極６１３及び他方の主電極６１４は非単結晶半導体により形成されている。薄膜トランジスタ２１５ｃの他方の主電極６１４には配線６１９の一端が接続され、配線６１９の他端はファイナルパッシベーション膜６２０から引き出され若しくはビアホールにより露出され外部接続端子６１９Ｐ１として使用される。回路動作電圧ＶＤＤに一端が接続される配線６１９の他端も同様に外部接続端子６１９Ｐ２として使用される。

ダイオード２１３１は単結晶半導体（単結晶半導体チップ）をパッケージングした外付け素子２１３１Ｄの形態において提供されている。この外付け素子２１３１Ｄは接着層２１３１Ｂを介在して外部接続端子６１９Ｐ１、６１９Ｐ２のそれぞれに電気的かつ機械的に接続されている。接着層２１３１Ｂには、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ：anisotropic conductive film）を実用的に使用することができる。

第１の実施の形態において、ダイオード２１３１（外付け素子２１３１Ｄ）は、前述の図５及び図６に示すように、絶縁基板６１の表面上であって対向基板６２が配置されていない領域、特にＤＣ／ＤＣコンバータ２１近傍の絶縁基板６１のコーナ部分のデッドスペースに実装されている。すなわち、ダイオード２１３１はチップオングラス構造において実装されている。

図８に第１の実施の形態に係るダイオード２１３１の電流−電圧特性を示す。図８中、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（Ａ）を示す。単結晶半導体により構成されたダイオード２１３１においては、閾値電圧が小さく、かつ閾値電圧のばらつきが小さい。これに対して、薄膜トランジスタにおいては、閾値電圧が高く、かつ閾値電圧のばらつきが大きい。

前述の図１に示すように、薄膜トランジスタ２１５ｃの一方の主電極と出力端子２１３ｃとの間には、電気的に並列に接続されたキャパシタ２１３３と、電気的に並列に接続されたカソード領域及び回路動作電圧ＶＤＤ（電源端子）に電気的に接続されたアノード領域を有するダイオード（第２のダイオード）２１３４を更に備えている。ダイオード２１３４は、チャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５の始動初期において昇圧電圧ＶＰＰまでの昇圧時間を短縮するために、回路動作電圧ＶＤＤから電源を供給する。昇圧電圧ＶＰＰは例えば５Ｖである。ダイオード２１３４は、閾値電圧のばらつきを小さくすること、或いは電流駆動能力を高くすることが特に要求されていないので、非単結晶半導体により製作されることが好ましいが、ダイオード２１３１と同様に外付け素子として実装してもよい。
［降圧型チャージポンプの回路構成及びダイオードの構成］

図２に示すように、チャージポンプ２１３のチャージポンプユニット１（ＶＢＢ）２１７は、タイミングコントローラ２１２から出力されるクロック信号ＣＬＫＢＢ２が入力され直列接続されたインバータ２１７ａ及び２１７ｂと、同様にクロック信号ＣＬＫＢＢ２が入力され直列接続されたインバータ２１７ｃ及び２１７ｄと、インバータ２１７ｂの出力が制御電極に入力されるｐチャネル導電型薄膜トランジスタ２１７ｅ及びインバータ２１７ｄの出力が制御電極に入力されるｎチャネル導電型薄膜トランジスタ２１７ｆからなる相補型トランジスタとを備えている。この相補型トランジスタはクロック信号ＣＬＫ１を出力する。

チャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１６は、タイミングコントローラ２１２から出力されるクロック信号ＣＬＫＢＢ３が入力され直列接続されたインバータ２１６ａ及び２１６ｂと、インバータ２１６ｂの出力が制御電極に入力されるｐチャネル導電型薄膜トランジスタ２１６ｃとを備えている。この薄膜トランジスタ２１６ｃの一方の主電極（ソース領域）は出力端子２１３ｆに接続され、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域は非単結晶半導体により構成されている。

そして、チャージポンプ２１３は、薄膜トランジスタ２１６ｃの他方の主電極（ドレイン領域）に一方の電極が接続され、他方の電極にチャージポンプユニット２（ＶＢＢ）２１７からの可変電圧であるクロック信号ＣＬＫ１が印加される降圧用キャパシタ２１３６と、薄膜トランジスタ２１６ｃの他方の主電極及び降圧用キャパシタ２１３６の一方の電極と回路接地電圧ＶＳＳ（電源端子）との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成されたダイオード（第１のダイオード）２１３５とを備えている。ダイオード２１３５のカソード領域は回路接地電圧ＶＳＳに接続され、アノード領域は薄膜トランジスタ２１６ｃの他方の主電極に接続されている。ここで、ダイオード２１３５は、ダイオード２１３１と同様に単結晶半導体により構成され、外付け素子により構成されている。また、薄膜トランジスタ２１６ｃの一方の主電極と出力端子２１３ｆとの間には、電気的に並列に接続されたキャパシタ２１３７が配設されている。
［ＤＣ／ＤＣコンバータの回路動作］

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１特に昇圧型チャージポンプの回路動作を説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のレベルシフタ２１１にクロック信号ＣＬＫが入力されると、レベルシフタ２１１はクロック信号ＣＬＫ及びＣＬＫＢを生成し、このクロック信号ＣＬＫ及びＣＬＫＢはタイミングコントローラ２１２に出力される。

図９に示すように、タイミングコントローラ２１２においては、最終的にチャージポンプ２１３に供給されるクロック信号ＣＬＫ１の立ち上がり並びに立ち下がりのタイミングと、クロック信号ＣＬＫ２の立ち上がり並びに立ち下がりのタイミングとが重ねないタイミングの制御が行われる。具体的には、クロック信号ＣＬＫＰＰ２の立ち下りのタイミングに対してクロック信号ＣＬＫＰＰ３の立ち下がりのタイミングを遅らせ、クロック信号ＣＬＫＰＰ２の立ち上がりのタイミングに対してクロック信号ＣＬＫＰＰ３の立ち上がりのタイミングを早める制御が行われる。同様に、クロック信号ＣＬＫＢＢ２の立ち上がりのタイミングに対してクロック信号ＣＬＫＢＢ３の立ち上がりのタイミングを遅らせ、クロック信号ＣＬＫＢＢ２の立ち下がりのタイミングに対してクロック信号ＣＬＫＢＢ３の立ち下がりのタイミングを早める制御が行われる。

タイミングコントローラ２１２において生成されかつタイミングが制御されたクロック信号ＣＬＫＰＰ２はチャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４に出力され、チャージポンプユニット１（ＶＰＰ）２１４はクロック信号ＣＬＫＰＰ２に基づきクロック信号ＣＬＫ１を生成する。このクロック信号ＣＬＫ１は昇圧用キャパシタ２１３２の他方の電極に供給される。一方、タイミングコントローラ２１２において生成されかつタイミングが制御されたクロック信号ＣＬＫＰＰ３はチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５に出力され、チャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５はクロック信号ＣＬＫＰＰ３に基づきクロック信号ＣＬＫ２を生成する。このクロック信号ＣＬＫ２はチャージポンプユニット２（ＶＰＰ）２１５の薄膜トランジスタ２１５ｃの制御電極に供給される。

図１０に示すように、まず最初にクロック信号ＣＬＫ１の立ち上がりにより、昇圧用キャパシタ２１３２の他方の電極にハイレベルのクロック信号ＣＬＫ１が供給されると、薄膜トランジスタ２１５ｃは既にクロック信号ＣＬＫ２の立ち上がりによりＯＦＦ状態にあるので、前述の図１に示すノードＡの電圧（ＣＬＫ１が立ち上がる前のノードＡの電圧は（回路動作電圧ＶＤＤ−ダイオード２１３１の閾値電圧Ｖｔｈ）付近にある）は回路動作電圧ＶＤＤの電圧分上昇する。このとき、ダイオード２１３１には逆方向電圧が印加されている状態であるため、ダイオード２１３１にはそれに接続されている回路動作電圧ＶＤＤからの電流は流れない。引き続き、クロック信号ＣＬＫ１が立ち上がったのを見計らってクロック信号ＣＬＫ２の立ち下がりにより、薄膜トランジスタ２１５ｃの制御電極にロウレベルのクロック信号ＣＬＫ２が供給されると、薄膜トランジスタ２１５ｃはＯＮ状態になり、昇圧用キャパシタ２１３２に充電された電荷が薄膜トランジスタ２１５ｃを通して出力端子２１３ｃに昇圧電圧ＶＰＰとして出力される。この出力に伴い、ノードＡの電圧は徐々に降下する。ここで、この電圧降下量をΔＶと定義する。

一定時間経過後、クロック信号ＣＬＫ２が立ち上がり、薄膜トランジスタ２１５ｃの制御電極にハイレベルのクロック信号ＣＬＫ２が供給されるので、薄膜トランジスタ２１５ｃはＯＦＦ状態になり、出力端子２１３ｃへの昇圧電圧ＶＰＰの出力が停止される。その後、薄膜トランジスタ２１５ｃが十分にＯＦＦ状態になったタイミングを見計らってクロック信号ＣＬＫ１が立ち下がり、ロウレベルのクロック信号ＣＬＫ１が昇圧用キャパシタ２１３２の他方の電極に供給される。この動作に基づき、ノードＡの電圧が低下し、ノードＡの電圧は、回路動作電圧ＶＤＤからダイオード２１３１の閾値電圧Ｖｔｈ及び電圧降下量をΔＶを差し引いた値になる。このとき、ダイオード２１３１には順方向電圧が印加された状態であり、ノードＡの電圧が回路動作電圧ＶＤＤからダイオード２１３１の閾値電圧Ｖｔｈを差し引いた値になるまでダイオード２１３１はノードＡに電流を流す。これらの一連の動作が繰り返し実行される。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２１においては、チャージポンプ２１３の回路動作電圧ＶＤＤのスイッチング素子に単結晶半導体により構成されたダイオード２１３１、又は回路接地電圧ＶＳＳのスイッチング素子に単結晶半導体により構成されたダイオード２１３５を備えたので、閾値電圧のばらつきを減少することができ、しかも閾値電圧を小さくすることができるので、十分な昇圧電圧ＶＰＰ又は降圧電圧ＶＢＢを確保することができ、昇圧特性又は降圧特性を向上することができる。

また、ダイオード２１３１並びに２１３５の動作には制御信号線を必要としないので、チャージポンプ２１３の回路構成が簡潔化することができるとともに、クロック信号のタイミングを制御するタイミングコントローラ２１２の回路構成も簡潔化することができる。また、チャージポンプ２１３においては、２種類のクロック信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２により制御することができるので、クロック信号ＣＬＫ１とＣＬＫ２との間のデッドタイムを減少することができ、昇圧動作並びに降圧動作の高効率化を実現することができる。

更に、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ２１を搭載する液晶表示装置１においては、昇圧動作並びに降圧動作の高効率化に加え、低消費電力化を実現することができる。第１の実施の形態に係る液晶表示装置１は小型中型であって電池やバッテリィから回路動作電圧ＶＤＤが供給されているので、低消費電力化の実現は液晶表示装置１の長時間駆動を実現することができる。また、低消費電力化の実現は、電池やバッテリィの小型化を図ることができ、液晶表示装置１が実装された例えば携帯電話機、無線機、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ等のデバイスの小型化を実現することができる。

（第２の実施の形態）

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のチャージポンプ２１３のダイオード２１３１等の配置位置を変えた例を説明するものである。なお、第２の実施の形態において、前述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一構成要素には同一符号を付し、同一構成要素の説明は重複するので省略する。

図１１に示す第２の実施の形態に係る液晶表示装置１においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のチャージポンプ２１３のダイオード２１３１（及び２１３５）がフレキシブル配線基板３０上に実装されている。特に、ダイオード２１３１（及び２１３５）は、フレキシブル配線基板３０のチャージポンプ２１に近接した一端側に配設されることが好ましい。

また、図１２に示す第２の実施の形態に係る液晶表示装置１においては、ダイオード２１３１（及び２１３５）が電子回路基板４０上に実装されている。

本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、製造プロセスにおいて高温度処理が難しい有機エレクトロルミネッセンスデバイスに適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧型チャージポンプの回路図である。 第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの降圧型チャージポンプの回路図である。 第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータのシステムブロック図である。 図３に示すタイミングコントローラの回路図である。 第１の実施の形態に係る液晶表示装置のシステムブロック図である。 図５に示す液晶表示装置の組立斜視図である。 図６に示す液晶表示装置の要部拡大断面図である。 図１に示すチャージポンプのダイオードの電流−電圧特性図である。 図３及び図４に示すタイミングコントローラの動作を説明するタイミングチャートである。 図１に示す昇圧型チャージポンプの動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ及び液晶表示装置の組立斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る他のＤＣ／ＤＣコンバータ及び液晶表示装置の組立斜視図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 液晶表示パネル
２１１ レベルシフタ
２１２ タイミングコントローラ
２１３ チャージポンプ
２１４〜２１７ チャージポンプユニット
２１３ａ〜２１３ｆ 出力端子
２１４ａ〜２１４ｄ、２１５ａ、２１５ｂ、２１７ａ〜２１７ｄ、２１６ａ、２１６ｂ インバータ
２１４ｅ、２１４ｆ、２１５ｃ、２１７ｅ、２１７ｆ、２１６ｃ 薄膜トランジスタ
２１３１、２１３４、２１３５ ダイオード
２１３１Ｄ 外付け素子
２４ 液晶表示ユニット
２４１ 画素アレイ
２４１１ 画素
２４１２ 薄膜トランジスタ
２４１３ キャパシタ
２４２ 垂直ドライバ
２４２１ 垂直走査線
２４３ 水平ドライバ
２４３１ 水平走査線
２６ ドライバＩＣ
３０ フレキシブル配線基板
４０ 電子回路基板

Claims (20)

1. 絶縁基板上に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、
   前記薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、
   前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成された第１のダイオードと、
   を有するチャージポンプを備えたことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記薄膜トランジスタは、多結晶シリコン又は非晶質シリコンにより構成されることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記第１のダイオードは外付け素子であることを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記絶縁基板上に配設され、前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極に電気的に接続された第１の外部接続端子と、
   前記絶縁基板上に配設され、前記電源端子に接続された第２の外部接続端子と、を更に備え、
   前記外付け素子の端子を前記第１の外部接続端子、前記第２の外部接続端子にそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 前記外付け素子は、前記絶縁基板上にチップオングラス構造により実装されたことを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 前記電源端子から前記薄膜トランジスタには回路接地電圧が供給され、前記出力端子には前記回路接地電圧を降圧した降圧電圧が出力される降圧型チャージポンプであることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
7. 前記第１のダイオードは、前記薄膜トランジスタの他方の主電極にアノード領域を電気的に接続し、前記電源端子にカソード領域を電気的に接続したことを特徴とする請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 前記電源端子から前記薄膜トランジスタには回路接地電圧よりも高い回路動作電圧が供給され、前記出力端子には前記回路動作電圧を昇圧した昇圧電圧が出力される昇圧型チャージポンプであることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
9. 前記第１のダイオードは、前記薄膜トランジスタの他方の主電極にカソード領域を電気的に接続し、前記電源端子にアノード領域を電気的に接続したことを特徴とする請求項８に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
10. 前記薄膜トランジスタの一方の主電極と前記出力端子との間に電気的に並列に接続されたカソード領域と、前記電源端子に電気的に接続されたアノード領域とを有する第２のダイオードを前記チャージポンプに更に備えたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
11. 前記チャージポンプの前記薄膜トランジスタの前記制御電極に入力される前記制御信号の立ち上がり及び立ち下がりがりのタイミングと、前記キャパシタの他方の電極に印加される前記可変電圧の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングとが互いに重ならないクロック信号を生成するタイミングコントローラを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
12. 前記薄膜トランジスタの前記制御電極に入力される前記制御信号の立ち上がりのタイミングが前記キャパシタの他方の電極に印加される前記可変電圧の立ち上がりのタイミングに対して遅く、前記制御信号の立ち下がりのタイミングが前記可変電圧の立ち下がりのタイミングに対して速く設定されていることを特徴とする請求項１１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
13. 前記チャージポンプ、前記タイミングコントローラのそれぞれに振幅を拡大した信号を供給するレベルシフタを更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項１１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
14. 前記チャージポンプ、前記タイミングコントローラのそれぞれに昇圧された回路動作電圧が供給されることを特徴とする請求項１又は請求項１３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
15. 絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、
    前記画素アレイを駆動するドライバと、
    前記絶縁基板上の前記第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、前記ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記絶縁基板上の前記第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成された第１のダイオードと、を有するチャージポンプを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
16. 前記画素アレイは前記絶縁基板の前記第１の領域とそれに対向する対向基板との間に液晶を封入し構成されており、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１のダイオードは前記絶縁基板上の前記第２の領域において前記対向基板が配設されていない領域に配設されていることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１のダイオードは外付け素子であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記絶縁基板上の前記第２の領域に配設され、前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極に電気的に接続された第１の外部接続端子と、
    前記絶縁基板上の前記第２の領域に配設され、前記電源端子に接続された第２の外部接続端子と、を更に備え、
    前記外付け素子の端子を前記第１の外部接続端子、前記第２の外部接続端子にそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置。
19. 絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、
    前記画素アレイを駆動するドライバと、
    前記絶縁基板上の前記第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、前記ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記絶縁基板に連接されたフレキシブルプリント配線基板と、を備え、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータには、前記絶縁基板上の前記第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、を有するチャージポンプを備え、
    更に前記チャージポンプには、前記フレキシブルプリント配線基板上に配設され、前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成された第１のダイオードを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
20. 絶縁基板上の第１の領域に配設された画素アレイと、
    前記画素アレイを駆動するドライバと、
    前記絶縁基板上の前記第１の領域に隣接しかつ異なる第２の領域に配設され、前記ドライバに駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記画素アレイ、前記ドライバ及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電子回路基板と、を備え、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータには、前記絶縁基板上の第２の領域に配設され、一方の主電極が出力端子に接続され、制御電極に制御信号が入力され、非単結晶半導体により構成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され、他方の電極に可変電圧が印加されるキャパシタと、を有するチャージポンプを備え、
    更に前記チャージポンプには、前記電子回路基板に配設され、前記薄膜トランジスタの前記他方の主電極及び前記キャパシタの前記一方の電極と電源端子との間に電気的に直列に接続され、単結晶半導体により構成された第１のダイオードを備えたことを特徴とする液晶表示装置。