JP4294141B2

JP4294141B2 - Display device

Info

Publication number: JP4294141B2
Application number: JP1823599A
Authority: JP
Inventors: 通孝大沢; 浩史大平; 誠小野澤; 廣一井上; 睦宏森; 守飯塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000214821A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the effect of high speed and large current flowing on an output circuit by generating an eddy current in a base metal by a high speed and large current pulse flowing on an output element and offsetting an electromagnetic field generated by the high speed and large current flowing to the output element. SOLUTION: An output substrate 11 is provided with a base metal 22, an insulating film 23 placed on the base metal 22, a wiring pattern 24 provided on the insulating film 23. An output element 12 is loaded on the wiring pattern 24 and outputs a high speed and large current pulse. An eddy current is generated on the base metal 22 by the high speed and large current pulse flowing on this output element 12 and offsets an electromagnetic field generated by the high speed and large current flowing on the output element 12. The output element 12 is a transistor, such as power MOS FET and an insulating gate bipolar transistor, and load of the output element 12 is a discharge cell. A heat slinger 14 is mounted to the base metal 22.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイ装置等の大電流・高電圧を供給する駆動装置及びこれを用いた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイパネル（以下、略してＰＤＰと記載する）やエレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の表示素子は、高電圧、大電流が供給できる駆動回路が必要となる。このような高電圧、大電流を供給できる駆動回路の例には、モーター等を駆動する駆動装置の例がある。本発明にもっとも近いと思われる引例は特開平５−１７５３８４公報に記載されている。
【０００３】
この公報には、配線パターンの立体化を基本概念とし、その応用例として、制御回路とパワー回路とを分離し、２段構成としている電力用半導体装置が示されている。すなわち、ここではパワーチップ間等の接続配線について示されており、パワーチップを搭載した絶縁金属基板上に大きな面積を有する大電流を扱う配線を、基板から浮かして立体配線にする事で絶縁金属基板の基板面積を縮小し、基板コストを低減させている。大電流が流れるパターンは幅を広くせざるを得ないため、パターンの占める面積が大きくなる。すなわち、絶縁金属基板そのものの面積が大きくなる。この欠点を解決するために、大電力を扱う配線を電流容量が大きく取れる銅等の金属板で作り立体配線としている。これにより、この装置では、基板には微細なパターンと素子しか残らなくなり、基板面積が減少し、基板コストの低減が図れる。この従来例では、制御回路等が搭載された基板は、先述の立体配線で保持され、信号の受け渡しもこの立体配線で行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例における構造では、前述のように大電流を流すための立体配線を使っているため、配線の自由度が基板上のパターン配線に比べて著しく小さい。
【０００５】
また、制御回路等が搭載され立体配線に支持された基板は、出力素子の搭載された基板等との信号の受け渡しをこの立体配線で行うため、配線の自由度は同様に小さい、と言う制約を受けている。また、立体配線材を制御基板の支持に使ったり、制御信号の受け渡し等にも使っているため、立体配線部と基板との接合部等の面積も大きくなり、必ずしも基板面積が小さくなっていない。
【０００６】
また、直流や低周波の電流に対して抵抗分が小さくても、幅の狭いパルス、立上がり、立下り等変化の急峻なパルス、繰り返しの多いパルス等一般に高速パルスと言われている形態の電流パルスに対しては、インダクタンス成分が大きな抵抗分となるため、電圧ドロップが大きくなり、たとえ銅板等を用いて直流抵抗分を低減しても「配線パターンの抵抗分の低減」という効果は薄れる。
【０００７】
高速、大電流のパルス電流を扱うモジュールの場合、配線の引き回しを複雑にしたり、電気的に空中に浮かせグランド（ＧＮＤ）から離すような配線形態では、パルス電流に起因する誘導等でノイズが発生し、モジュール外に放射するだけでなく、モジュール内部にも誤動作等の障害を起こすことがある。上記従来例では、配線に立体構造を用いているため等価的なインダクタンスが大きく見えたり、ループを描く可能性が多くなることも考えられるため、高速、大電流パルスが流れた場合の妨害に対しては不利である。
【０００８】
このような課題に対して、上記従来例ではシールドや配線のインダクタンス低減手段等、障害を低減する手段については言及していないため、高速パルス電流を扱った場合等、回路の動作不良や不要輻射等の問題が発生する可能性が存在する。
さらに、上記従来例はモジュール内部の配線形態についてのみの言及であり、モジュールを搭載するメイン基板についての記述はない。このため、メイン基板とモジュールの干渉等についての問題等のついては考慮されていない。
また、従来例はモジュールに用いる出力素子と、その負荷との関連については、言及していない。
【０００９】
本発明の目的は上記の欠点を解決し、出力回路に流れる高速、大電流の影響を軽減した駆動装置及びこれを用いた表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、本発明の駆動装置はベースメタル、前記ベースメタルの上に設けられた絶縁膜、前記絶縁膜上に設けられた配線パターンとを備える基板と、前記配線パターン上に搭載され、高速、大電流パルスを出力する出力素子とを備え、前記出力素子を流れる高速、大電流パルスによって前記ベースメタルに渦電流を発生させ、前記出力素子を流れる高速、大電流によって発生する電磁界を打ち消している。前記出力素子はパワーＭＯＳＦＥＴ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のトランジスタであり、前記出力素子の負荷は放電セルである。また、前記ベースメタルに放熱板を取り付けると好適である。前記出力素子はパワーＭＯＳＦＥＴ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、又はこれらトランジスタの両方を用いてもよい。
【００１１】
上記の駆動装置において、絶縁板の一面に配線パターンが設けられた第２の基板と、前記第２の基板の前記絶縁板の他の面に設けられ、金属から成るシールド層と、前記配線パターンに搭載されるドライブ素子とを設け、前記シールド層が前記出力素子と対向するように配置する。更に、この駆動装置において、絶縁板の一面に配線パターンが設けられた第３の基板と、前記第３の基板の前記絶縁板の他の面に設けられ、金属から成る第２のシールド層と、前記第３の基板の配線パターンに搭載された低電流用回路部品とを設け、前記第２のシールド層が前記ドライブ素子と対向するように配置される。更に、この駆動装置において、前記出力素子が配置された基板と前記第２の基板の周辺をシールド効果を有するケースで覆うと好適である。
【００１２】
本発明の目的を達成するために、本発明による表示装置は、ベースメタル、前記ベースメタルの上に設けられた絶縁膜、前記絶縁膜上に設けられた配線パターンを備える基板、及び前記配線パターン上に搭載され、高速、大電流パルスを出力する出力素子を備え、前記出力素子を流れる高速、大電流パルスによって前記ベースメタルに渦電流を発生させ、前記出力素子を流れる高速、大電流によって発生する電磁界を打ち消すようにした駆動装置と、前記駆動装置の出力端に接続されるプラズマディスプレイパネルとを有している。前記出力素子はパワーＭＯＳＦＥＴ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のトランジスタを用いると好適である。また、これらトランジスタの両方を用いてもよい。更に、前記ベースメタルに放熱板を取り付けるとより好適である。この表示装置において、絶縁板の一面に配線パターンが設けられた第２の基板と、前記第２の基板の前記絶縁板の他の面に設けられ、金属から成るシールド層と、前記配線パターンに搭載されたドライブ素子とを設け、前記シールド層が前記出力素子と対向するように配置される。また、この表示装置において、絶縁板の一面に配線パターンが設けられた第３の基板と、前記第３の基板の前記絶縁板の他の面に設けられ、金属から成る第２のシールド層と、前記第３の基板の配線パターンに搭載された回路部品とを設け、前記第２のシールド層が前記ドライブ素子と対向するように配置される。この表示装置において、前記出力素子が搭載された基板と前記第２の基板の周辺をシールド効果を有するケースで覆うと好適である。
【００１３】
本発明の目的を達成するために、本発明による駆動装置は、発熱の大きい出力素子を一面に搭載する熱伝導性の良い絶縁金属基板から成る第１の基板と、出力素子を制御する駆動回路、あるいは保護回路等の発熱の比較的少ない回路を構成する部品を一面に搭載し、他面にシールド層を設けた第２の基板と、電源、信号発生回路等を一面に搭載する第３の基板とを設け、前記第２の基板のシールド層が前記第１の基板に搭載される出力素子に対向するように、前記第１、前記第２及び前記第３の基板は多層構成とされる。また、前記第３の基板の他面にシールド層を設け、前記第３の基板の前記シールド層が前記第２の基板に搭載される前記部品と対向するように構成する。好ましくは、この駆動装置において、前記第１及び前記第２の基板の周辺をシールド効果のあるケースで覆う。この駆動装置において、前記出力素子として、バイポーラトランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）及び静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）のいずれか一つ、又はこれら両方のトランジスタのを用い、前記出力素子の負荷として放電セルを用いる。この駆動装置において、前記第１の基板の金属基板に放熱版を取り付けると好適である。また、この駆動装置において、前記第１の基板として、金属板が接着されたセラミックスを用いてもよい。
【００１４】
本発明の目的を達成するために、本発明による表示装置は、発熱の大きい出力素子を一面に搭載する熱伝導性の良い絶縁金属基板から成る第１の基板、出力素子を制御する駆動回路、あるいは保護回路等発熱の比較的少ない回路を構成する部品を一面に搭載し、他面にシールド層を設けた第２の基板、電源、信号発生回路等を搭載する第３の基板を設け、前記第２の基板のシールド層が前記第１の基板に搭載される出力素子に対向するように、前記第１、前記第２及び前記第３の基板を多層構成とする駆動装置と、前記駆動装置の出力端に接続されたプラズマディスプレイパネルとを備える。また、前記第３の基板の他面にシールド層を設け、前記第３の基板の前記シールド層が前記第２の基板に搭載される前記部品と対向するように構成する。この表示装置において、前記第１及び前記第２の基板の周辺をシールド効果のあるケースで覆うと好適である。この表示装置において、前記出力素として、バイポーラトランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）又は静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等が用いられる。また、これらトランジスタの幾つかを混在させてもよい。この表示装置において、前記第１の基板の金属基板に放熱版を取り付けると好適である。また、この表示装置において、前記第１の基板として、金属板が接着されたセラミックスを用いてもよい。
【００１５】
本発明は、出力素子を搭載する第１の基板と、制御回路部品やドライブ素子を搭載した第２の基板と、電源回路部品等を搭載する第３の基板を多層に積層し、第２の基板の１面を出力素子に対するシールド層として利用することにより、更には第３の基板の一面をシールド層として利用することによって、高速、大電流用の出力素子を含む出力回路から発生される電磁界がドライブ素子、や電源回路に対して及ぼす影響を軽減することができる。
第３の基板に第１の基板、第２の基板を支持すると共に、各基板間の電気的接続には一般のインライン形式のピンを用いている。そのピンのいくつかを基板間の電気的結合に用い、残りのピンは第１の基板と第３の基板の電気的結合を図るために使われる。このため、接続のための面積が必要最小限ですむため、基板面積を小さくできる。
【００１６】
出力素子を含む回路に流れる高速、大電流の電流パルスによる第２、第３の基板の部品との電気的な干渉や、高速、大電流の電流パルスによって発生する電磁界の影響によって第２、第３の基板の部品に発生するノイズは、第２、第３の基板の片面をシールド層（面）として用いることによって解消されると共に、回路動作上生ずる可能性のある障害や、外部への放射ノイズも低減することが出来る。
【００１７】
また、出力素子が搭載される第１の基板としては絶縁金属基板が用いられ、配線パターンはこの基板の絶縁膜上に描かれる。このため、配線の自由度は従来技術に比べ著しく向上する。高速・大電流パルスが流れることによる電圧降下に対しては、配線パターンを薄い絶縁膜の上に描き、絶縁膜の下に導電率の高い金属板を置くことによって解決している。すなわち、配線パターンのすぐそばに、パターンに比べ十分大きな面積の金属板をおくことにより、パターンに流れた電流が作る磁界で金属板に渦電流が流れ、この渦電流で磁界が発生し、パターンに流れた電流で生じた磁界を打ち消すことができる。このように過渡的な電流による磁界が生じないことは、インダクタンスが生じないのと等価であり、高速・大電流パルスに対する配線パターンの電圧降下は、著しく低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明による駆動装置の一実施例を示す断面図である。図１は１個のパワーモジュールをメイン基板に搭載した状態を示している。図１において、１１はアルミニューム（ＡＬ：以下アルミと略す）や銅（Ｃｕ）のベースメタル２２の上に薄い絶縁膜２３をコーティングして、その絶縁膜２３の上に配線パターン２４を配置し、その上に熱を発生する出力素子１２を搭載した出力基板を示す。１２は出力基板に搭載される出力素子を示す。この出力素子１２はパッケージされたものでも、ベアチップ状態でもよい。１３は絶縁板３１上に配線パターン３２が配置されたメイン基板であり、このメイン基板１３の配線パターン３２にはシステムの主な回路部品３３が搭載されると共にモジュールが搭載される。メイン基板１３にとって、モジュールは単なる１構成部品でしかない。１４は出力素子１２で発生した熱を効率良く逃がす放熱板を示す。
【００２０】
ドライブ基板２１は絶縁板２８の一面上に配線パターン２９を配置することによって構成され、絶縁板２８の他面にはシールド層１６が設けられる。配線パターン２９には出力素子１２を制御したり保護機能等を持ったドライブ素子１７が搭載されている。１５は出力基板１１、ドライブ基板２１の間、ドライブ基板２１とメイン基板１３の間に充填され、モジュール内部に水分やゴミ等が侵入しないように封着するためのゲルや樹脂等の充填剤を示す。３４は絶縁板３１に設けられ、金属で構成されたシールド層である。１８は制御信号や電源等をモジュール内の基板１１、２１につなぐ入力ピンを示す。１９は大電流を扱う出力ピンを示す。図１では、入力ピン、出力ピンを両側に分けたが、片側のみにすることもできる。２０はモジュール内部の素子を埃や水分等から守り、モジュールの機械的強度を保ち、且つ、外部に電磁界が漏れるのを防ぐためのシールド効果を有するケースを示す。図１において、ドライブ基板２１は制御素子や、ドライブ素子１２等比較的熱の発生が少なく、電圧、電流の小さな信号を扱う。ドライブ基板２１は、必ずしも絶縁金属基板である必要は無く、一般のエポキシやフェノール等の基板でも実現できる。なお、図１において、パワーモジュールは放熱版１４、出力基板１１、出力素子１２、ドライブ基板２１、ドライブ素子１７、ケース２０等から構成されている。
【００２１】
図２は本発明による駆動装置に使用されるドライブ基板の一実施例を示す平面図である。図において、ドライブ基板２１はドライブ素子１７等の部品が取り付けられる面と反対側の面はシールド層１６で覆われており、出力基板１１からの電磁界の影響がドライブ素子１７や制御部品側に漏れ込むのを防いでいる。シールド層１６は図１に示すように出力基板１１上の出力素子１２等で構成される出力回路とドライブ基板１２上のドライブ素子１７等で構成されるドライブ・制御回路の間に配置にするのが効果的である。メイン基板１３に設けられたシールド層３４はモジュールを覆い隠すように付ける構成が効果的であることは説明するまでもない。
【００２２】
図３は図１に示す出力基板及び放熱板の一実施例を示す断面図である。図１と同じ物は同じ番号で示した。図３において、２２は出力基板１１のベースメタルを示し、材料は一般的にアルミ、銅等が用いられるが、熱伝導率が高ければ良い。しかしながら、具体的には後述するが、配線のインダクタンスを低減するためには、このベースメタル２２に十分な渦電流が流れ、打ち消し磁界を発生する必要があり、電気伝導度も高い材料である必要がある。アルミや銅等はコストの点でも満足できるものである。熱伝導度だけを考慮すれば良いような応用例では、絶縁物ではあるが熱を通し易いセラミックス等でも実現できることは言うまでもない。セラミックを使って配線のインダクタンスを低減するには更に、このセラミックスの一面に金属板を取り付ける必要がある。絶縁膜２３は、この膜の厚さで配線のインダクタンスが変化するので、電気的な絶縁が保たれる限り薄くする必要がある。２５は出力素子１２と銅箔等で形成された配線パターン２４を接続するための接続線、すなわち、ボンディングワイヤーを示す。素子チップの放熱等の問題が解決できれば、バンプ等によるチップと基板との接続も可能となる。ベースメタル２２に電気伝導度の高い材料を用いると、出力素子１２を含む回路に高周波の大電流が流れることによって発生する電磁界によってベースメタル２２に渦電流が発生し、この渦電流で生じた電磁界が出力素子を含む回路によって生じた電磁界を打ち消すので、配線パターン２４や接続線２５のインダクタンスを低減することが出来る。
【００２３】
図４は図３に示す出力基板における絶縁膜の厚さと配線パターンのインダクタンス変化を示しす特性図である。図において、横軸は絶縁膜２３の厚さｄを示し、縦軸は配線インダクタンスＬを示す。共に任意目盛りで示している。絶縁膜と配線のインダクタンスの関係に関する基本的な説明は、特開平１０−７４８８６号公報に詳しく述べられているので省略するが、本発明は特開平１０−７４８８６号公報に記載されている技術を応用したものである。図４に示すように、絶縁膜２３の膜厚ｄが厚くなると配線インダクタンスＬは増加する。
【００２４】
図５はモジュール内部の出力部回路の一実施例を示す回路図である。１２ａ〜１２ｄは出力素子を示しており、この素子にパワーＭＯＳＦＥＴが一般的に使われているが、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等も使われる。２６はＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）の１つの放電セルを示すものである。２７はＰＤＰの駆動回路であり、出力部の一回路例を示している。
【００２５】
一般にＩＧＢＴはバイポーラ動作をしているため、パワーＭＯＳＦＥＴやＳＩＴ等に比べると電導度変調効果がある。すなわち、このＩＧＢＴは電子とホールで電荷を運ぶため、導通時の素子の抵抗は小さいが、キャリヤの蓄積があるため、制御端子にオフ電圧をかけても電流が流れ続ける。このためスイッチング特性は劣っている。すなわち、図５に示すように出力素子１２ｃ、１２ｄをトーテムポール接続した場合、スイッチング特性が悪く、オン、オフに要求される性能以上にオフするまでの時間がかかっていると（ＩＧＢＴの場合、キャリアの蓄積があるため、素子をオフにしても電流がしばらく流れつづける現象が見られる）、素子１２ｃ、１２ｄの上下間で同時オン状態になる可能性がある。このような場合、電源がショート状態となり素子１２ｃ、１２ｄは一瞬にして破壊される。このため、現状では、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等のドライブ回路の出力素子には、キャリアの蓄積が原理的に存在せず、スイッチングスピードが速いパワーＭＯＳＦＥＴが使われてきた。
しかしながら、最近、ＩＧＢＴのスピードアップが図られたことと、本発明で以下に述べる現象を見つけたために、ＩＧＢＴも出力素子として使えることが明らかとなった。図５において、２６は駆動回路２７の出力端子に接続されたＰＤＰの放電セルである。
【００２６】
図６は図５に示す駆動回路の出力電圧と出力電流を示す波形図である。図６（ａ）は放電セル２６に印加される電圧波形図であり、図の横軸は時間ｔを示し、縦軸は放電セル２６に印可される電圧Ｖを示す。図６（ｂ）は横軸に時間ｔを示し、縦軸に電流Ｉを示す電流波形図であり、Ｉｃａは放電セル２６の電極間容量充電電流を、Ｉｄは放電セル２６の発光放電電流を、Ｉｃｂは放電セル２６の電極間容量放電電流を示す。ＰＤＰは、多くのプラズマ放電セルの集合体であり、出力回路から見た場合、電極間容量の大きなコンデンサであり、ある電圧を印加すると放電を起こす放電管に見える。すなわち、図６に示す矩形波の駆動電圧をパネル（具体的には放電セル２６の電極間）に印加すると、図６の出力電流が出力回路からＰＤＰへ流れる。すなわち、図６（ａ）の電圧波形Ｖの立上がりの領域では、セル２６の電極間容量への充電電流Ｉｃａが流れ、一定電圧がセル２６に印加された場合、セル内で電離が起き発光を伴う放電が生じ電流Ｉｄが流れる。発光放電電流Ｉｄはある量の電荷が流れきると、セルの電極間に電圧が印加された状態でも、放電は停止し、電流は流れなくなる。最後に、電圧波形Ｖが立ち下がる時には、立上がりとは逆に、セル２６の電極間容量に逆方向の電流Ｉｃｂ（放電電流）が流れ、一連の動作が終了する。これの繰り返しにより、ＰＤＰの発光が維持される。
【００２７】
図６から明らかなように、一般のパワースイッチング回路とＰＤＰ駆動回路との違いは、電流の切れ方にある。すなわち、一般のパワースイッチング回路は大電流をスイッチ素子が制御信号に応じて切るが、ＰＤＰの場合は、セル２６そのものが電流を切ってしまうので、出力素子１２ｃ、１２ｄが制御信号に従って切れるときは、出力素子１２ｃ、１２ｄには、基本的に電流が流れていない。この現象はＰＤＰの駆動回路に特有のものであり、パワー回路であるにもかかわらず、電源やモータドライブ回路等の一般のパワー回路と根本的に異なる点である。
【００２８】
ＰＤＰの電流の流れ方を考慮すると、先述のＩＧＢＴの欠点がカバーできる。すなわち、電荷の蓄積が欠点であったＩＧＢＴも、出力素子１２ｃ、１２ｄがオフする状態では、出力素子１２ｃ、１２ｄに負荷電流が流れていない状態となっているため、若干の性能改善で問題無く動作する。本発明は、まさにこのＰＤＰの放電電流の特性に着目したものであり、従来のパワーＭＯＳＦＥＴとの置き換えも可能となる。
【００２９】
静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）は、基本的にパワーＭＯＳＦＥＴと同じ動作原理であり、スイッチング性能については問題なく、パワーＭＯＳＦＥＴからの置き換えは可能となる。しかしながら、電流が流れた時の素子の電圧降下は、パワーＭＯＳＦＥＴと大きくは変わらず、原理的にＩＧＢＴの方が有利である。
【００３０】
以上述べたように、本発明においては駆動装置のシールド構造を図１に示すように構成することによって、パワー回路の誘導や不要輻射が抑えられるためノイズを軽減することが出来る。
また、ベースメタル（金属板）と薄い絶縁膜をはさんで配線パターンを描き、ベースメタルに渦電流を発生させることによって、配線のインダクタンスを低減させ、変化の急峻な高速・大電流パルスに対するインピーダンスを低減させることが出来るため、配線部における電圧降下が軽減できる。特に、図６（ｂ）の発光放電電流Ｉｄが流れたときに生ずる出力素子１２ｃ、１２ｄ間の電圧降下を軽減できる。
【００３１】
出力素子１２ｃ、１２ｄの電圧降下については、電流が流れたとき素子自身の電圧降下が小さいＩＧＢＴ（同一チップサイズのパワーＭＯＳＦＥＴに比較して）を出力素子として使うことでさらに改善できる。
【００３２】
放電セルはそれに印加される電圧が予め定められた範囲内にある時安定に動作する性質を有するため、電圧降下が軽減すれば、セルの電圧マージンが拡大し、安定放電に大きく寄与することは明らかである。これは、セルの数が多く、一つ一つのセル寸法が小さく、セルの放電マージンの小さくなりがちな高精細ＰＤＰには効果が大きい。電圧降下が小さいことは、性能向上ばかりでなく、回路損失の改善にも効果的に働くことは言うまでも無い。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、駆動装置を流れる高速、大電流による電磁界の影響を軽減することによって、ノイズを低減し、電流パルスによる回路各部の電圧降下を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による駆動装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明による駆動装置に使用されるドライブ基板の一実施例を示す平面図である。
【図３】図１に示す出力基板及び放熱板の一実施例を示す断面図である。
【図４】図３に示す出力基板における絶縁膜の厚さと配線パターンのインダクタンス変化を示す特性図である。
【図５】モジュール内部の出力部回路の一実施例を示す回路図である。
【図６】図５に示す駆動回路の出力電圧と出力電流を示す波形図である。
【符号の説明】
１１…出力基板、１２…出力素子、１３…メイン基板、１４…放熱板、１６、３４…シールド層、１７…ドライブ素子、２０…ケース、２１…ドライブ基板、２２…ベースメタル、２３…絶縁膜、２４、２９、３２…配線パターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving device for supplying a large current and a high voltage, such as a plasma display device, and a display device using the driving device.
[0002]
[Prior art]
A display element such as a plasma display panel (hereinafter abbreviated as PDP) or electroluminescence (EL) requires a driving circuit capable of supplying a high voltage and a large current. An example of a driving circuit that can supply such a high voltage and a large current is an example of a driving device that drives a motor or the like. A reference that seems to be the closest to the present invention is described in JP-A-5-175384.
[0003]
This publication shows a power semiconductor device having a two-stage structure in which a three-dimensional wiring pattern is a basic concept and a control circuit and a power circuit are separated as an application example. In other words, connection wiring between power chips is shown here. Insulating metal is formed by floating a wiring that handles a large current having a large area on the insulating metal substrate on which the power chip is mounted to form a three-dimensional wiring. The substrate area of the substrate is reduced, and the substrate cost is reduced. Since the pattern through which a large current flows must be wide, the area occupied by the pattern becomes large. That is, the area of the insulating metal substrate itself is increased. In order to solve this drawback, wiring for handling high power is made of a metal plate such as copper which can take a large current capacity to form a three-dimensional wiring. Thereby, in this apparatus, only fine patterns and elements remain on the substrate, the substrate area is reduced, and the substrate cost can be reduced. In this conventional example, a substrate on which a control circuit or the like is mounted is held by the above-described three-dimensional wiring, and signal transfer is also performed by this three-dimensional wiring.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the structure in the above conventional example, the three-dimensional wiring for flowing a large current is used as described above, and therefore the degree of freedom of wiring is significantly smaller than the pattern wiring on the substrate.
[0005]
In addition, a board mounted with a control circuit or the like and supported by a three-dimensional wiring uses the three-dimensional wiring to exchange signals with the board or the like on which an output element is mounted, so that the degree of freedom of wiring is similarly small. Is receiving. In addition, since the three-dimensional wiring material is used for supporting the control board and for passing control signals, the area of the joint portion between the three-dimensional wiring part and the board is increased, and the board area is not necessarily reduced. .
[0006]
Even if the resistance is small compared to direct current or low-frequency current, currents in the form generally called high-speed pulses, such as narrow pulses, steep pulses such as rise and fall, and pulses with many repetitions Since the inductance component becomes a large resistance component with respect to the pulse, the voltage drop increases, and even if the direct current resistance component is reduced using a copper plate or the like, the effect of “reducing the resistance component of the wiring pattern” is reduced.
[0007]
In the case of modules that handle high-speed, high-current pulse currents, noise is generated due to induction caused by the pulse current when the wiring configuration is complicated, or the wiring configuration is electrically floating in the air and away from the ground (GND). In addition to radiating out of the module, it may cause malfunctions and the like inside the module. In the above conventional example, since the three-dimensional structure is used for the wiring, it is possible that the equivalent inductance looks large or the possibility of drawing a loop increases. Is disadvantageous.
[0008]
In order to deal with such problems, the above-mentioned conventional example does not refer to a means for reducing a failure such as a shield or wiring inductance reducing means. Such a problem may occur.
Further, the above conventional example only refers to the wiring form inside the module, and there is no description about the main board on which the module is mounted. For this reason, the problem about the interference between the main board and the module is not considered.
Further, the conventional example does not mention the relationship between the output element used in the module and its load.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to provide a driving device and a display device using the same, which can reduce the influence of high speed and large current flowing in an output circuit.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve an object of the present invention, a driving device of the present invention includes a base metal, a substrate including an insulating film provided on the base metal, a wiring pattern provided on the insulating film, and the wiring pattern. And an output element that outputs a high-current pulse at a high speed, and generates an eddy current in the base metal by the high-speed, large-current pulse that flows through the output element, and at a high-speed, large current that flows through the output element. The generated electromagnetic field is cancelled. The output element is a transistor such as a power MOS FET and an insulated gate bipolar transistor, and the load of the output element is a discharge cell. Further, it is preferable to attach a heat sink to the base metal. The output element may be a power MOS FET, an insulated gate bipolar transistor, or both of these transistors.
[0011]
In the above drive device, a second substrate having a wiring pattern provided on one surface of an insulating plate, a shield layer made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the second substrate, and the wiring pattern And a drive element mounted on the output element, and disposed so that the shield layer faces the output element. Furthermore, in this drive device, a third substrate having a wiring pattern provided on one surface of the insulating plate, a second shield layer made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the third substrate, The circuit component for low current mounted on the wiring pattern of the third substrate is provided, and the second shield layer is disposed so as to face the drive element. Furthermore, in this drive device, it is preferable that the periphery of the substrate on which the output element is disposed and the second substrate are covered with a case having a shielding effect.
[0012]
In order to achieve an object of the present invention, a display device according to the present invention includes a base metal, an insulating film provided on the base metal, a substrate including a wiring pattern provided on the insulating film, and the wiring pattern. Equipped with an output element that outputs high-speed, high-current pulses, and generates eddy currents in the base metal by high-speed, large-current pulses that flow through the output elements, and is generated by high-speed, large-current flows through the output elements And a plasma display panel connected to the output terminal of the drive device. The output element is preferably a transistor such as a power MOS FET and an insulated gate bipolar transistor. Further, both of these transistors may be used. Furthermore, it is more preferable to attach a heat sink to the base metal. In this display device, a second substrate having a wiring pattern provided on one surface of an insulating plate, a shield layer made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the second substrate, and the wiring pattern A mounted drive element is provided, and the shield layer is disposed so as to face the output element. Further, in this display device, a third substrate having a wiring pattern provided on one surface of the insulating plate, and a second shield layer made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the third substrate, A circuit component mounted on the wiring pattern of the third substrate is provided, and the second shield layer is disposed so as to face the drive element. In this display device, it is preferable that the periphery of the substrate on which the output element is mounted and the second substrate are covered with a case having a shielding effect.
[0013]
In order to achieve the object of the present invention, a driving apparatus according to the present invention includes a first substrate made of an insulating metal substrate having good heat conductivity on which an output element generating a large amount of heat is mounted on one surface, and a driving circuit for controlling the output element. Or a third substrate on which a part of a circuit that generates a relatively small amount of heat, such as a protection circuit, is mounted on one side and a shield layer is provided on the other side, and a power source, a signal generation circuit, etc. are mounted on one side. The first, second, and third substrates have a multi-layer configuration so that the shield layer of the second substrate faces the output element mounted on the first substrate. . Further, a shield layer is provided on the other surface of the third substrate, and the shield layer of the third substrate is configured to face the component mounted on the second substrate. Preferably, in the driving device, the periphery of the first and second substrates is covered with a case having a shielding effect. In this drive device, as the output element, any one of a bipolar transistor, a power MOS FET, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and an electrostatic induction transistor (SIT), or both of these transistors is used. A discharge cell is used as the load. In this drive device, it is preferable that a heat dissipation plate is attached to the metal substrate of the first substrate. In the driving device, ceramics to which a metal plate is bonded may be used as the first substrate.
[0014]
In order to achieve the object of the present invention, a display device according to the present invention includes a first substrate made of an insulating metal substrate having good heat conductivity on which an output element generating a large amount of heat is mounted on one surface, a drive circuit for controlling the output element, Alternatively, a part that constitutes a circuit that generates a relatively small amount of heat, such as a protective circuit, is mounted on one side, and a second board that is provided with a shield layer on the other side, a third board that is mounted with a power source, a signal generation circuit, and the like, A driving device having a multi-layer configuration of the first, second and third substrates so that a shield layer of the second substrate faces an output element mounted on the first substrate; and the driving device And a plasma display panel connected to the output end of the. Further, a shield layer is provided on the other surface of the third substrate, and the shield layer of the third substrate is configured to face the component mounted on the second substrate. In this display device, it is preferable that the periphery of the first and second substrates is covered with a case having a shielding effect. In this display device, a bipolar transistor, a power MOS FET, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), an electrostatic induction transistor (SIT), or the like is used as the output element. Some of these transistors may be mixed. In this display device, it is preferable that a heat dissipation plate is attached to the metal substrate of the first substrate. In the display device, ceramics to which a metal plate is bonded may be used as the first substrate.
[0015]
According to the present invention, a first substrate on which an output element is mounted, a second substrate on which a control circuit component or a drive element is mounted, and a third substrate on which a power circuit component or the like is mounted are laminated in multiple layers. By using one surface of the substrate as a shield layer for the output element, and further using one surface of the third substrate as a shield layer, electromagnetic waves generated from an output circuit including an output element for high speed and large current are generated. The influence of the field on the drive element and the power supply circuit can be reduced.
The first substrate and the second substrate are supported on the third substrate, and general in-line pins are used for electrical connection between the substrates. Some of the pins are used for electrical coupling between the substrates, and the remaining pins are used for electrical coupling between the first substrate and the third substrate. For this reason, the area for connection is minimized, so that the board area can be reduced.
[0016]
Due to the electrical interference with the components of the second and third substrates due to the high-speed, high-current current pulses flowing in the circuit including the output element, and the influence of the electromagnetic field generated by the high-speed, high-current current pulses, Noise generated in the components of the third board can be eliminated by using one side of the second and third boards as a shield layer (surface), and can cause troubles in circuit operation, Radiation noise can also be reduced.
[0017]
An insulating metal substrate is used as the first substrate on which the output element is mounted, and the wiring pattern is drawn on the insulating film of this substrate. For this reason, the freedom degree of wiring improves remarkably compared with a prior art. The voltage drop due to the flow of high-speed and large current pulses is solved by drawing a wiring pattern on a thin insulating film and placing a metal plate with high conductivity under the insulating film. In other words, by placing a metal plate with a sufficiently large area next to the wiring pattern next to the wiring pattern, an eddy current flows in the metal plate due to the magnetic field generated by the current flowing in the pattern, and this eddy current generates a magnetic field. It is possible to cancel the magnetic field generated by the current flowing in the. Thus, the absence of a magnetic field due to a transient current is equivalent to the absence of inductance, and the voltage drop of the wiring pattern with respect to a high-speed, large-current pulse can be significantly reduced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings using examples.
[0019]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a driving apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a state where one power module is mounted on the main board. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a thin insulating film 23 coated on an aluminum (AL: hereinafter abbreviated as aluminum) or copper (Cu) base metal 22, and a wiring pattern 24 is disposed on the insulating film 23. 1 shows an output board on which an output element 12 for generating heat is mounted. Reference numeral 12 denotes an output element mounted on the output board. The output element 12 may be packaged or may be in a bare chip state. Reference numeral 13 denotes a main board in which a wiring pattern 32 is arranged on an insulating plate 31, and a main circuit component 33 of the system and a module are mounted on the wiring pattern 32 of the main board 13. For the main board 13, the module is just one component. Reference numeral 14 denotes a heat radiating plate that efficiently releases heat generated in the output element 12.
[0020]
The drive substrate 21 is configured by arranging a wiring pattern 29 on one surface of the insulating plate 28, and the shield layer 16 is provided on the other surface of the insulating plate 28. The wiring pattern 29 is mounted with a drive element 17 that controls the output element 12 and has a protection function and the like. 15 is filled between the output board 11 and the drive board 21 and between the drive board 21 and the main board 13, and is filled with a filler such as gel or resin for sealing so that moisture, dust or the like does not enter the module. Show. Reference numeral 34 denotes a shield layer provided on the insulating plate 31 and made of metal. Reference numeral 18 denotes an input pin for connecting a control signal, a power source and the like to the boards 11 and 21 in the module. Reference numeral 19 denotes an output pin that handles a large current. In FIG. 1, the input pins and the output pins are divided on both sides, but they can be arranged on only one side. Reference numeral 20 denotes a case that protects the elements inside the module from dust, moisture, etc., maintains the mechanical strength of the module, and has a shielding effect for preventing leakage of an electromagnetic field to the outside. In FIG. 1, the drive substrate 21 handles signals with small voltage and current, such as the control element and the drive element 12, which generate relatively little heat. The drive substrate 21 is not necessarily an insulating metal substrate, and can be realized by a general substrate such as epoxy or phenol. In FIG. 1, the power module includes a heat dissipation plate 14, an output board 11, an output element 12, a drive board 21, a drive element 17, a case 20, and the like.
[0021]
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a drive substrate used in the drive device according to the present invention. In the figure, the drive substrate 21 is covered with a shield layer 16 on the surface opposite to the surface on which components such as the drive element 17 are mounted, and the influence of the electromagnetic field from the output substrate 11 is applied to the drive element 17 and the control component side. Prevents leaks. As shown in FIG. 1, the shield layer 16 is arranged between the output circuit composed of the output elements 12 on the output substrate 11 and the drive / control circuit composed of the drive elements 17 on the drive substrate 12. Is effective. Needless to say, the shield layer 34 provided on the main board 13 is effective to cover the module.
[0022]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the output substrate and the heat radiating plate shown in FIG. The same thing as FIG. 1 was shown with the same number. In FIG. 3, reference numeral 22 denotes a base metal of the output substrate 11. Generally, aluminum, copper, or the like is used as the material, but it is sufficient that the thermal conductivity is high. However, as will be described in detail later, in order to reduce the inductance of the wiring, it is necessary that a sufficient eddy current flows in the base metal 22 to generate a canceling magnetic field, and the material has a high electrical conductivity. There is. Aluminum and copper are satisfactory in terms of cost. Needless to say, in an application example in which only the thermal conductivity needs to be taken into consideration, it can be realized with ceramics which is easy to pass heat though it is an insulator. In order to reduce the inductance of the wiring using ceramic, it is necessary to attach a metal plate to one surface of the ceramic. Since the inductance of the wiring changes depending on the thickness of the film, the insulating film 23 needs to be thin as long as electrical insulation is maintained. Reference numeral 25 denotes a connection line for connecting the output element 12 and the wiring pattern 24 formed of copper foil or the like, that is, a bonding wire. If problems such as heat dissipation of the element chip can be solved, the chip and the substrate can be connected by bumps or the like. When a material having high electrical conductivity is used for the base metal 22, an eddy current is generated in the base metal 22 due to an electromagnetic field generated when a high-frequency high current flows in a circuit including the output element 12, and the eddy current is generated. Since the electromagnetic field cancels the electromagnetic field generated by the circuit including the output element, the inductance of the wiring pattern 24 and the connection line 25 can be reduced.
[0023]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the change in inductance of the insulating film and the wiring pattern in the output substrate shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the thickness d of the insulating film 23, and the vertical axis indicates the wiring inductance L. Both are shown on an arbitrary scale. A basic description of the relationship between the insulation between the insulating film and the wiring is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 10-74886, and is omitted here. However, the present invention is based on the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-74886. It is applied. As shown in FIG. 4, the wiring inductance L increases as the thickness d of the insulating film 23 increases.
[0024]
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of the output circuit inside the module. Reference numerals 12a to 12d denote output elements. Power MOS FETs are generally used for these elements, but IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), electrostatic induction transistors (SIT), etc. are also used. Is called. Reference numeral 26 denotes one discharge cell of a PDP (plasma display panel). Reference numeral 27 denotes a PDP drive circuit, which shows one circuit example of the output unit.
[0025]
In general, an IGBT performs a bipolar operation, and therefore has a conductivity modulation effect compared to a power MOS FET, SIT, or the like. That is, since this IGBT carries charges by electrons and holes, the resistance of the element when conducting is small, but since carriers are accumulated, current continues to flow even when an off voltage is applied to the control terminal. For this reason, the switching characteristics are inferior. That is, when the output elements 12c and 12d are connected to the totem pole as shown in FIG. 5, if the switching characteristics are poor and it takes time to turn off more than the performance required for on and off (in the case of IGBT, Since there is carrier accumulation, a phenomenon in which current continues to flow for a while even when the element is turned off is observed), and there is a possibility that the elements 12c and 12d are simultaneously turned on. In such a case, the power supply is short-circuited and the elements 12c and 12d are instantaneously destroyed. For this reason, at present, power MOS FETs that have no carrier accumulation in principle and have a high switching speed have been used for output elements of drive circuits such as PDPs (plasma display panels).
However, recently, it has become clear that the IGBT can be used as an output element because the speed of the IGBT has been improved and the phenomenon described below is found in the present invention. In FIG. 5, reference numeral 26 denotes a PDP discharge cell connected to the output terminal of the drive circuit 27.
[0026]
FIG. 6 is a waveform diagram showing the output voltage and output current of the drive circuit shown in FIG. FIG. 6A is a voltage waveform diagram applied to the discharge cell 26, where the horizontal axis indicates time t and the vertical axis indicates the voltage V applied to the discharge cell 26. FIG. 6B is a current waveform diagram in which the horizontal axis indicates time t and the vertical axis indicates current I, where Ica is the inter-electrode capacity charging current of the discharge cell 26, and Id is the light emitting discharge current of the discharge cell 26. , Icb represents a capacitance discharge current between the electrodes of the discharge cell 26. A PDP is an assembly of many plasma discharge cells. When viewed from an output circuit, the PDP is a capacitor having a large interelectrode capacitance, and appears as a discharge tube that generates a discharge when a certain voltage is applied. 6 is applied to the panel (specifically, between the electrodes of the discharge cell 26), the output current of FIG. 6 flows from the output circuit to the PDP. That is, in the region where the voltage waveform V of FIG. 6A rises, the charging current Ica flows to the interelectrode capacitance of the cell 26, and when a constant voltage is applied to the cell 26, ionization occurs in the cell and light emission occurs. The accompanying discharge occurs and current Id flows. When a certain amount of charge flows in the light emission discharge current Id, the discharge stops even when a voltage is applied between the electrodes of the cell, and no current flows. Finally, when the voltage waveform V falls, contrary to the rise, a current Icb (discharge current) in the reverse direction flows through the interelectrode capacitance of the cell 26, and the series of operations ends. By repeating this, the light emission of the PDP is maintained.
[0027]
As is apparent from FIG. 6, the difference between a general power switching circuit and a PDP drive circuit is in how the current is cut off. That is, in the general power switching circuit, the switching element cuts off a large current according to the control signal, but in the case of PDP, since the cell 26 itself cuts off the current, when the output elements 12c and 12d are cut off according to the control signal. Basically, no current flows through the output elements 12c and 12d. This phenomenon is peculiar to the drive circuit of the PDP, and is fundamentally different from general power circuits such as a power supply and a motor drive circuit, although it is a power circuit.
[0028]
Considering the current flow of the PDP, the above-mentioned defects of the IGBT can be covered. In other words, the IGBT, which has been a drawback in charge accumulation, is in a state in which no load current flows through the output elements 12c and 12d when the output elements 12c and 12d are turned off. Operate. The present invention focuses on the characteristics of the discharge current of the PDP, and can be replaced with a conventional power MOS FET.
[0029]
The electrostatic induction transistor (SIT) basically has the same operation principle as that of the power MOS FET, and there is no problem in switching performance, and replacement from the power MOS FET is possible. However, the voltage drop of the element when a current flows is not much different from that of a power MOS FET. In principle, the IGBT is more advantageous.
[0030]
As described above, in the present invention, the shield structure of the driving device is configured as shown in FIG. 1, so that induction of power circuit and unnecessary radiation can be suppressed, so that noise can be reduced.
In addition, a wiring pattern is drawn between a base metal (metal plate) and a thin insulating film, and eddy currents are generated in the base metal to reduce the inductance of the wiring, and impedance to high-speed, high-current pulses with sharp changes. Therefore, the voltage drop in the wiring portion can be reduced. In particular, it is possible to reduce the voltage drop between the output elements 12c and 12d that occurs when the light emission discharge current Id of FIG. 6B flows.
[0031]
The voltage drop of the output elements 12c and 12d can be further improved by using an IGBT (compared to a power MOS FET of the same chip size) whose output voltage drop is small when a current flows as the output element.
[0032]
Since the discharge cell has the property of operating stably when the voltage applied to it is within a predetermined range, if the voltage drop is reduced, the cell voltage margin will be expanded and will contribute greatly to stable discharge. it is obvious. This is particularly effective for a high-definition PDP that has a large number of cells, a small cell size, and a small cell discharge margin. Needless to say, a small voltage drop not only improves performance but also effectively improves circuit loss.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, noise can be reduced and voltage drop in each part of the circuit due to current pulses can be reduced by reducing the influence of the electromagnetic field due to high speed and large current flowing through the driving device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a drive device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a drive substrate used in the drive device according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the output board and the heat radiating plate shown in FIG. 1;
4 is a characteristic diagram showing an insulation film thickness and a wiring pattern inductance change in the output substrate shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of an output circuit inside the module.
6 is a waveform diagram showing an output voltage and an output current of the drive circuit shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Output board, 12 ... Output element, 13 ... Main board, 14 ... Heat sink, 16, 34 ... Shield layer, 17 ... Drive element, 20 ... Case, 21 ... Drive board, 22 ... Base metal, 23 ... Insulating film , 24, 29, 32... Wiring patterns.

Claims

A first substrate including a base metal, an insulating film provided on the base metal, and a first wiring pattern provided on the insulating film;
An output element mounted on the first wiring pattern and outputting a plasma display panel drive pulse;
A second substrate provided with a second wiring pattern on one surface of the insulating plate;
A shield layer made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the second substrate and arranged to face the output element;
A drive element mounted on the second wiring pattern and driving the output element ;
A plasma display panel connected to the output element ,
An operation characterized in that an eddy current is generated in the base metal by the plasma display panel driving pulse flowing through the output element, and an electromagnetic field generated by the plasma display panel driving pulse flowing through the output element is canceled. apparatus.

2. The display device according to claim 1, wherein a third substrate having a wiring pattern provided on one surface of the insulating plate and a second shield made of metal provided on the other surface of the insulating plate of the third substrate. And a circuit component mounted on the wiring pattern of the third substrate, and the second shield layer is disposed so as to face the drive element.

The display device according to claim 1, wherein a periphery of the substrate on which the output element is mounted and the second substrate are covered with a case having a shielding effect.

2. The display device according to claim 1, wherein an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used as the output element.