JP5027464B2 - 電源装置、液晶駆動装置、表示装置 - Google Patents

電源装置、液晶駆動装置、表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、正負両極性のパルス電圧を生成する電源装置、並びに、これを用いた液晶駆動装置及び表示装置に関するものである。
図6は、液晶駆動装置の一従来例を示す回路ブロック図である。
従来より、液晶パネルに与えるコモン電圧の極性をフレーム周期で切り替える液晶駆動装置(いわゆるコモン交流駆動方式の液晶駆動装置)は、図6に示すように、正の電源電圧Vpと負の電源電圧Vmを用いて、正負両極性のパルス電圧Voutを生成し、これをコモン電圧として液晶パネルの対向電極に供給する構成とされていた。
なお、液晶駆動装置に関する他の従来例として、特許文献1には、外部から相異なる電圧レベルを有する第1〜第N(ここで、Nは1よりも大きい整数)電圧を受けるための第1〜第N入力パッドと、前記各第1〜第N入力パッドと接続され、前記入力パッドを通じて静電気パルスが印加される時に放電経路を形成する第1〜第N静電気放電保護部と、前記第1〜第N入力パッドを通じて入力される第1〜第N電圧を各々受けるための第1〜第N抵抗を備え、この第1〜第N抵抗を通じて印加される前記各々の第1〜第N電圧から液晶表示装置を駆動するための駆動電圧を生成する出力ドライバとを備え、前記第1〜第N抵抗は、前記静電気パルスの印加時に前記出力ドライバの内部に流れる電流を低減するために具備されることを特徴とする液晶表示装置ドライバ回路が開示・提案されている。
特開2002−268614号公報
確かに、図6に示したコモン交流駆動方式の液晶駆動装置であれば、液晶の分極による劣化を防止して、装置の信頼性を高めることが可能である。
しかしながら、上記従来の液晶駆動装置では、正負両極性のパルス電圧Voutを生成するために、装置に供給される電源電圧Vccから正極性の電源電圧Vpを生成する正電圧生成回路と、負極性の電源電圧Vmを生成する負電圧生成回路と、を設けねばならず、回路の複雑化やチップサイズの増大、延いては、チップコストの上昇や基板上における利用可能スペースの縮小が問題となっていた。
特に、携帯電話端末、携帯ゲーム機器、PDA[Personal Digital Assistant]、或いは、カーオーディオなどの表示手段として用いられる液晶パネルの駆動装置については、小型化や軽薄化への要求が高く、上記の課題を解消することが非常に重要であった。
本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易かつ小規模な回路構成で、正負両極性のパルス電圧を生成することが可能な電源装置、並びに、これを用いた液晶駆動装置及び表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係る電源装置は、正極性の定電圧を生成する定電圧生成部と、正極性のパルス電圧を生成するパルス電圧生成部と、一端が前記パルス電圧生成部の出力端に接続されたキャパシタと、アノードが前記キャパシタの他端に接続され、カソードが前記定電圧生成部の出力端に接続されたダイオードと、を有して成り、前記キャパシタの他端から正負両極性のパルス電圧を出力する構成(第1の構成)とされている。
なお、上記第1の構成から成る電源装置において、前記パルス電圧生成部、前記定電圧生成部、及び、前記ダイオードは、半導体集積回路装置に内蔵されており、前記キャパシタは、前記半導体集積回路装置に外付けされている構成(第2の構成)にするとよい。
また、上記第2の構成から成る電源装置において、前記ダイオードは、半導体基板からの電流経路が遮断された形で集積化されている構成(第3の構成)にするとよい。
また、上記第3の構成から成る電源装置において、前記ダイオードは、静電保護素子よりもパッド側に接続されている構成(第4の構成)にするとよい。
また、上記第4の構成から成る電源装置において、前記ダイオードは、前記静電保護素子と同等の素子サイズを有する構成(第5の構成)にするとよい。
また、上記第1〜第5いずれかの構成から成る電源装置において、前記定電圧生成部は第1定電圧を生成する第1電圧源と、第1定電圧よりも低い第2定電圧を生成する第2電圧源と、第1、第2定電圧の中間電圧を生成する分圧回路と、を有して成り、前記中間電圧を正極性の定電圧として出力するものであって、かつ、第1定電圧、第2定電圧、並びに、前記分圧回路の分圧比のうち、少なくとも一は可変制御されるものである構成(第6の構成)にするとよい。
また、本発明に係る液晶駆動装置は、液晶パネルに与えるコモン電圧の極性をフレーム周期で切り替える液晶駆動装置であって、前記コモン電圧の生成手段として、上記第1〜第6いずれかの構成から成る電源装置を有して成る構成(第7の構成)とされている。
また、本発明に係る表示装置は、液晶パネルを有して成る表示装置であって、前記液晶パネルに与えるコモン電圧の極性をフレーム周期で切り替える手段として、上記第7の構成から成る液晶駆動装置を有して成る構成(第8の構成)とされている。
本発明に係る電源装置であれば、簡易かつ小規模な回路構成で、正負両極性のパルス電圧を生成することができるので、延いては、これを用いた液晶駆動装置や表示装置の小型化や軽薄化に貢献することが可能となる。
図1は、本発明に係る表示装置の一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、本実施形態の表示装置は、液晶パネル10と、液晶パネル駆動IC20と、を有して成る。
液晶パネル10は、垂直方向と水平方向にソース信号線とゲート信号線を複数張り巡らし、両信号線の交点毎に設けられた液晶画素を各々に対応したアクティブ素子(電界効果トランジスタ)のオン/オフに応じて駆動する構成とされている。なお、このようなアクティブマトリクス型の液晶パネルの一例としては、TFT[Thin Film Transistor]型液晶パネルを挙げることができる。
液晶パネル駆動IC20は、第1ディジタル/アナログ変換器21(以下では、第1DAC[Digital/Analog Converter]21と呼ぶ)と、第2ディジタル/アナログ変換器22(以下では、第2DAC22と呼ぶ)と、パルス発振器23と、増幅器24と、ダイオードD1と、抵抗R1〜R3と、静電保護ダイオードESD1〜ESD4と、を内蔵して成る。なお、本実施形態の液晶パネル駆動IC20は、外付けされたキャパシタC1、C2と共に、液晶パネル20に与えるコモン電圧Vcの極性をフレーム周期で切り替える液晶駆動装置(いわゆるコモン交流駆動方式の液晶駆動装置)を形成する。
第1DAC21は、ディジタル信号D1をアナログ変換することで、正極性の第1定電圧V1(例えば+4[V])を生成する第1電圧源である。なお、第1DAC21の出力端は、増幅器24の正電源端、抵抗R2の一端、及び、パッドT1に接続されている。また、パッドT1と接地端との間には、位相補償用のキャパシタC2が外付けされている。
第2DAC22は、ディジタル信号D2をアナログ変換することで、第1定電圧V1よりも低い正極性の第2定電圧V2(例えば+1[V])を生成する第2電圧源である。なお、第2DAC22の出力端は、抵抗R3の一端とパッドT3に接続されている。
抵抗R2と抵抗R3は、互いの他端同士が接続されており、その接続ノードからは、第1、第2定電圧V1、V2の中間電圧(例えば+1.4[V])が正極性の定電圧Vaとして引き出されている。
すなわち、本実施形態では、上記した第1、第2DAC21、22と抵抗R2、R3によって、正極性の定電圧Vaを生成する定電圧生成部が形成されている。
なお、上記の定電圧生成部において、第1定電圧V1、第2定電圧V2、並びに、抵抗R2、R3の抵抗比(分圧回路の分圧比)のうち、少なくとも一は可変制御される構成にするとよい。このような構成とすることにより、正極性の定電圧Vaを任意に生成することが可能となる。例えば、第1定電圧V1が固定であっても、第2定電圧V2、或いは、抵抗R2、R3の抵抗比のいずれか一方を可変制御することができれば、定電圧Vaを所望値に設定することが可能となる。
パルス発振器23は、フレーム周期の基準パルス信号を生成し、これを増幅器24に出力する手段である。
増幅器24は、パルス発振器23から入力される基準パルス信号を増幅することで正極性のパルス電圧Vaを生成する手段である。増幅器24の正電源端は、先述したように、第1DAC21の出力端(第1定電圧V1の印加端)に接続されている。増幅器24の負電源端は接地されている。増幅器24の出力端は、パッドT4に接続されている。
すなわち、本実施形態では、上記したパルス発振器23と増幅器24によって、正極性のパルス電圧Vaを生成するパルス電圧生成部が形成されている。
キャパシタC1の一端は、パッドT4を介して、増幅器24の出力端(すなわち、パルス電圧生成部の出力端)に接続されている。キャパシタC1の他端は、コモン電圧Vcの出力端として、液晶パネル10の対向電極CEに接続されている。
ダイオードD1のアノードは、パッドT2を介して、キャパシタC2の他端に接続されている。ダイオードD1のカソードは、抵抗R2と抵抗R3との接続ノード(すなわち、定電圧生成部の出力端)に接続されている。また、ダイオードD1の両端間には、抵抗R1(1[MΩ]程度)が並列に接続されている。
静電保護ダイオードESD1のアノードは、ダイオードD1のカソードに接続されている。静電保護ダイオードESD1のカソードは、電源端に接続されている。静電保護ダイオードESD2のアノードは、接地端に接続されている。静電保護ダイオードESD2のカソードは、ダイオードD1のカソードに接続されている。静電保護ダイオードESD3アノードは、パッドT4に接続されている。静電保護ダイオードESD3のカソードは、電源端に接続されている。静電保護ダイオードESD4のアノードは、接地端に接続されている。静電保護ダイオードESD4のカソードは、パッドT4に接続されている。
次に、液晶パネル駆動IC20によるコモン電圧Vcの生成動作について、図2を参照しながら詳細に説明する。
図2は、コモン電圧Vcの生成動作を説明するための波形図である。なお、本図では、便宜上、パルス電圧Vbとコモン電圧Vcの電位変遷タイミングを若干ずらして描写したが、実際の電位変遷タイミングは互いに同一である。
先述したように、パルス電圧生成部を構成する増幅器24には、正電源電圧として第1定電圧V1が印加されており、負電源電圧として接地電圧GNDが印加されている。従って、パルス電圧Vbは、第1定電圧V1と接地電圧GNDとの間で駆動される形となる。
ここで、パルス電圧Vbがハイレベル(第1定電圧V1)に立ち上がると、増幅器24の出力端から、コンデンサC1、ダイオードD1、抵抗R3、及び、第2DAC22を介して、接地端に向けた電流が流れ、コモン電圧Vcが上昇する。ただし、コモン電圧Vcは、定電圧VaよりもダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)だけ高い電圧レベル(Va+Vf(D1))でクランプされる。例えば、Va=1.4[V]、Vf(D1)=0.6[V]、V1=4.0[V]であれば、Vc=(1/2)×V1となる。なお、このとき、キャパシタC1の両端間には、パルス電圧Vbとコモン電圧Vcとの差分電圧(V1−(Va+Vf(D1))が充電される。
一方、パルス電圧Vbがローレベル(接地電圧GND)に立ち下がると、キャパシタC1の充電電圧(V1−(Va+Vf(D1)))が維持された状態で、コモン電圧Vcにも同様の電圧降下が生じる。すなわち、コモン電圧Vcは、(GND−(V1−(Va+Vf(D1)))=(Va+Vf(D1)−V1)まで立ち下がる。先に例示したパラメータに従うと、Vc=(−1/2)×V1となり、その電圧レベルは負極性となる。
上記したように、本実施形態の表示装置において、コモン電圧Vcを生成する電源装置は、正極性の定電圧Vaを生成する定電圧生成部(第1DAC21、第2DAC22、抵抗R2、抵抗R3)と、正極性のパルス電圧Vbを生成するパルス電圧生成部(パルス発振器23、増幅器24)と、一端が前記パルス電圧生成部の出力端に接続されたキャパシタC1と、アノードがキャパシタC1の他端に接続され、カソードが前記定電圧生成部の出力端に接続されたダイオードD1とを有して成り、キャパシタC1の他端から正負両極性のパルス電圧Vcを出力する構成とされている。
このような構成であれば、正極性の電源電圧のみを用いて正負両極性のコモン電圧Vcを生成することができるので、図6に示した負電圧生成回路が不要となる。従って、本発明によれば、簡易かつ小規模な回路構成で、正負両極性のコモン電圧Vcを生成することが可能となり、延いては、これを用いた液晶駆動装置や表示装置の小型化や軽薄化、さらには、コストダウンに貢献することが可能となる。
なお、コモン電圧Vcの上限クランプレベルについては、定電圧Vaを適宜設定することで任意に調整することが可能である。また、コモン電圧Vcの振幅については、第1定電圧V1を適宜設定することで任意に調整することが可能である。
また、本実施形態では、ダイオードD1や抵抗R1を液晶パネル駆動IC20に集積化しているので、これを外付けとした場合に比べて、部品点数を削減することができ、延いては、実装コストの低減や基板サイズの縮小、或いは、基板上における利用可能スペースの拡大を図ることが可能となる。さらに、特性面においても、ダイオードD1や抵抗R1について、液晶パネル駆動IC20と同じ製造管理を行うことができるので、最適な回路設計(過度なマージンのない設計)を行うことが可能となる。
ただし、ダイオードD1を液晶パネル駆動IC20に内蔵する場合、半導体基板上で単純にPN接合を形成しただけでは、負極性のコモン電圧Vcを出力するに際して、接地された半導体基板から意図しない電流が流れ込み、コモン電圧Vcが所望の負電圧まで立ち下がらないおそれがある。
そこで、本実施形態のダイオードD1は、半導体基板からの電流経路が遮断された形で液晶パネル駆動IC20に集積化されている。
図3は、ダイオードD1の構造を説明するための縦断面図である。
本図に示すように、接地されたP型半導体基板100(以下、Pサブ100と呼ぶ)には、低濃度N型半導体領域101(以下、ディープNウェル101と呼ぶ)が形成されている。ディープNウェル101の内部には、低濃度P型半導体領域102(以下、Pウェル102と呼ぶ)が形成されている。また、ディープNウェル101の内部には、Pウェル102を取り囲む形で、ディープNウェル101のコンタクトに相当する高濃度N型半導体領域103が形成されている。一方、Pウェル102の内部には、ダイオードD1のアノードに相当する高濃度P型半導体領域104と、ダイオードD1のカソードに相当する高濃度N型半導体領域105と、がそれぞれ形成されている。
ここで、上記した高濃度N型半導体領域103は、フローティングとされているか、若しくは、電源電圧が印加されている。すなわち、本実施形態のダイオードD1は、ディープNウェル101を介在することによって、Pサブ100からの電流経路が遮断された形で、液晶パネル駆動IC20に集積化されている。
このような構成とすることにより、負極性のコモン電圧Vcを出力するに際して、半導体基板からの意図しない電流流入を阻止することができるので、コモン電圧Vcを所望の負電圧まで立ち下げることが可能となる。
また、ダイオードD1を液晶パネル駆動IC20に内蔵する場合には、ダイオードD1の接続位置についても留意すべきである。
図4は、ダイオードD1を静電保護ダイオードESD1、ESD2よりも内部回路側に接続した場合の問題点を説明するための図である。
本図に示すように、ダイオードD1を静電保護ダイオードESD1、ESD2よりも内部回路側に接続した場合、負極性のコモン電圧Vcを出力するに際して、接地端から静電保護ダイオードESD2を介した意図しない電流が流れ込み、コモン電圧Vcが(GND−Vf(ESD2))でクランプされ、所望の負電圧まで立ち下がらないおそれがある。
なお、上記不具合を解消するためには、静電保護ダイオードESD2の低電位側をコモン電圧Vcよりも低電位としておく必要があるが、そのためには、図6に示した負電圧生成回路が必要となるため、回路の複雑化やチップサイズの増大を避けることができない。
そこで、本実施形態の液晶パネル駆動IC20は、図5(a)、(b)で示すように、ダイオードD1を静電保護ダイオードESD1、ESD2よりもパッドT2側に接続した構成、言い換えれば、ダイオードD1のカソード側に静電保護ダイオードESD1、ESD2を有して成る構成とされている。
図5は、ダイオードD1と静電保護ダイオードESD1、ESD2との位置関係並びに接続関係を説明するための図である。なお、本図(a)は、液晶パネル駆動IC20上の配置レイアウトを示しており、本図(b)は、回路レベルでの接続関係を示している。
本図(a)、(b)で示すように、液晶パネル駆動IC20上の配置レイアウト的に見た場合、ダイオードD1は、パッドT2、静電保護ダイオードESD1、ESD2、ダイオードD1という順序で、静電保護ダイオードESD1、ESD2よりも内部回路側に配設されているが、回路レベルで見た場合には、静電保護ダイオードESD1、ESD2よりもパッドT2側に接続されている。
このような構成とすることにより、負極性のコモン電圧Vcを出力するに際して、接地端からの意図しない電流流入を阻止することができるので、コモン電圧Vcを所望の負電圧まで立ち下げることが可能となる。
また、上記構成を採用する場合には、ダイオードD1がパッドT2に直接接続される形となるので、ダイオードD1にも静電保護対策を施しておくとよい。具体的には、静電サージに対して充分な電流能力を持たせるために、ダイオードD1の素子サイズを静電保護ダイオードESD1〜ESD4の各々と同等の大きさに設計するとよい(図5(a)を参照)。このような構成とすることにより、ダイオードD1が静電サージによって破壊されることを防止することが可能となる。
なお、上記の実施形態では、液晶パネルに与えるコモン電圧の生成手段として、本発明に係る電源装置を用いた構成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、例えば、液晶パネルに与える補助電圧の生成手段など、正負両極性のパルス電圧を出力する電源装置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、上記実施形態では、第1、第2DAC21、22と抵抗R2、R3から成る定電圧生成部を用いて、コモン電圧Vcの上限クランプレベルを設定するための定電圧Vaを生成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、所望の定電圧Vaを得ることができれば、いかなる構成を採用しても構わない。
本発明は、例えば、携帯電話端末、携帯ゲーム機器、PDA、或いは、カーオーディオなどの表示手段として用いられる液晶パネルの駆動装置について、その小型化や軽薄化を図る上で有用な技術である。
は、本発明に係る表示装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。 は、コモン電圧Vcの生成動作を説明するための波形図である。 は、ダイオードD1の構造を説明するための縦断面図である。 は、ダイオードD1を静電保護ダイオードESD1、ESD2よりも内部回路側に接続した場合の問題点を説明するための図である。 は、ダイオードD1と静電保護ダイオードESD1、ESD2との位置関係並びに接続関係を説明するための図である。 は、液晶駆動装置の一従来例を示す回路ブロック図である。
符号の説明
10 液晶パネル
20 液晶パネル駆動IC
21 第1ディジタル/アナログ変換器(第1DAC)
22 第2ディジタル/アナログ変換器(第2DAC)
23 パルス発振器
24 増幅器
R1〜R3 抵抗
D1 ダイオード
ESD1〜ESD4 静電保護ダイオード
T1〜T4 パッド
CE 対向電極
100 P型半導体基板(Pサブ)
101 低濃度N型半導体領域(ディープNウェル)
102 低濃度P型半導体領域(Pウェル)
103 高濃度N型半導体領域(ディープNウェルのコンタクト)
104 高濃度P型半導体領域(ダイオードD1のアノード)
105 高濃度N型半導体領域(ダイオードD1のカソード)

Claims (6)

  1. 正極性の定電圧を生成する定電圧生成部と、正極性のパルス電圧を生成するパルス電圧生成部と、一端が前記パルス電圧生成部の出力端に接続されたキャパシタと、アノードが前記キャパシタの他端に接続され、カソードが前記定電圧生成部の出力端に接続されたダイオードと、を有して成り、前記キャパシタの他端から、正負両極性のパルス電圧を出力する電源装置であって、
    前記パルス電圧生成部、前記定電圧生成部、及び、前記ダイオードは、半導体集積回路装置に内蔵されており、前記キャパシタは、前記半導体集積回路装置に外付けされているとともに、
    前記ダイオードは、
    接地されたP型半導体基板と、
    前記P型半導体基板に形成されており、フローティングとされているか、若しくは、正極性の電源電圧が印加されている低濃度N型半導体領域と、
    前記低濃度N型半導体領域に形成された低濃度P型半導体領域と、
    前記低濃度P型半導体領域に形成されて前記ダイオードのアノードとなる高濃度P型半導体領域と、
    同じく前記低濃度P型半導体領域に形成されて前記ダイオードのカソードとなる高濃度N型半導体領域と、
    を有していることを特徴とする電源装置。
  2. 前記ダイオードは、静電保護素子よりもパッド側に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記ダイオードは、前記静電保護素子と同等の素子サイズを有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記定電圧生成部は、第1定電圧を生成する第1電圧源と、第1定電圧よりも低い第2定電圧を生成する第2電圧源と、第1、第2定電圧の中間電圧を生成する分圧回路と、を有して成り、前記中間電圧を正極性の定電圧として出力するものであって、かつ、第1定電圧、第2定電圧、並びに、前記分圧回路の分圧比のうち、少なくとも一は可変制御されるものであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電源装置。
  5. 液晶パネルに与えるコモン電圧の極性をフレーム周期で切り替える液晶駆動装置であって、前記コモン電圧の生成手段として、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電源装置を有して成ることを特徴とする液晶駆動装置。
  6. 液晶パネルを有して成る表示装置であって、前記液晶パネルに与えるコモン電圧の極性をフレーム周期で切り替える手段として、請求項5に記載の液晶駆動装置を有して成ることを特徴とする表示装置。
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