KR20070043863A

KR20070043863A - 전하 펌프를 포함하는 장치 및 ｌｃｄ 구동기

Info

Publication number: KR20070043863A
Application number: KR1020077004610A
Authority: KR
Inventors: 앤디 씨 네고이
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-04-25
Also published as: TW200615880A; CN1993876B; JP2008508841A; CN1993876A; US20080100233A1; EP1776750A2; GB0416881D0; WO2006013538A3; US7605641B2; WO2006013538A2

Abstract

본 발명의 장치는 다수의 독립적으로 조절된 출력(V1, V2)을 가지며, 그러한 각각의 출력에서 상이한 전압 레벨들을 제공하는 전하 펌프(20)를 포함한다. 전하 펌프(20)는 저전압 입력(12), 온/오프 조절부(30), 및 캐스캐이드 방식으로 배열되는 적어도 2개의 전하 단(11, 21)을 포함한다. 각각의 전하 단(11, 21)은 단 캐패시터(16, 26), 스위치(S1, S3), 및 단 캐패시터(16, 26)의 바닥 판을 펌핑하는 버퍼(15, 25)를 포함한다.

Description

전하 펌프를 포함하는 장치 및 ＬＣＤ 구동기{APPARATUS COMPRISING A CHARGE PUMP AND LCD DRIVER COMPRISING SUCH AN APPARATUS}

본 발명은 전하 펌프와, 그것에 근거한 LCD 구동기와 같은 시스템에 관한 것이다.

전하 펌프는 응용을 위해 이용가능한 공급 전압보다 높은 전압을 생성하는데 이용된다. 예를 들어, LCD(Liquid Crystal Display) 구동기에서, 전하 펌프는 구동 방안에 의해 요구되는 바이어스 전압을 생성하는데 이용된다.

LCD 구동 IC(Integrated Circuit)에서, 제조자에 대한 오늘날의 추세는 모바일 단말기(전화기, PDA 등)를 위해, 보다 높은 해상도 및 컬러 디스플레이를 개발하는 것이다. 이들 디스플레이는 LCD 구동 IC에 의해 생성되어야 하는 20V에 근접하는 전압에서 큰 전류를 필요로 한다. 전하 펌프는, 온칩 캐패시터 또는 외부 캐패시터와 함께, 이러한 전압을 달성하기 위해 이용된다.

수동(passive) LCD에 대한 현대의 구동 방안의 특징은, (캐패시터와 융화되는) 화소 매트릭스의 행 및 열을 공급하기 위해, 수 개의 DC 전압 레벨이 스위칭된 다는 것이다. 이들 구동 방안을 구현하는 LCD 구동 IC는, 스위칭으로 인해, 무시할 수 없는 전류 소모를 갖는다.

(한 번에 4개의 행이 선택되는) MRA(Multiple Row Addressing) 방안을 이용하여 LCD를 구동하는데 필요한 (예를 들면, 7개의 상이한 전압의) 모든 전압 레벨은 상이한 전류 소모를 나타낼 것이다. LCD 패널상에 디스플레이된 패턴에 의존하여, 상이한 전압 레벨의 부하는 (때로는 10의 계수로) 매우 불균형하게 될 수 있다. 이러한 매우 임의적인 부하 분포 때문에, 최적의 바이어스 레벨 발생기를 개발하는 것은 매우 어렵다. 예컨대, 용량성 전압 부스터의 경우, 보다 높은 전압이 요구될수록, 전력 소모가 더 커진다는 것이 알려져 있다.

최근의 개발은 아직 최적이지 않은 해결책을 제안하고 있다. 이러한 해결책은 제 1 단계에서 최고 전압의 약 절반인 펌프 출력 레벨로 펌핑하고, 이러한 펌프 출력 레벨보다 낮은 전압 레벨을 공급한 후, 전압 더블러(voltage doubler)를 이용하여 보다 높은 전압 레벨의 나머지를 공급하는 것에 근거한다.

공개된 미국 특허 출원 US 2002/0114199에는 직렬로 배열되는 수 개의 전하 단을 갖는 전하 펌프가 개시되어 있다. 요구되는 승산 계수는 다수의 단을 활성화/비활성화함으로써 조절될 수 있다.

전압 레벨의 세트를 제공하는 알려진 방안들은, 예컨대, 부하가 불균형한 경우 만족스럽지 못하다.

따라서, 본 발명의 목적은 전류 부하의 특징을 고려하는 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 전하 펌프를 개선하여, 감소된 전류 소모를 갖는 전하 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 종래의 LCD 구동기를 개선하여, 그들의 전류 소모를 감소시키는 것이다.

발명의 개요

전술한 바와 같은 알려진 시스템들의 이들 단점은, 본 명세서에서 기술되고 청구된 바와 같은 본 발명에 의해 감소되거나 제거된다.

본 발명에 따른 장치는 청구항 1에서 청구된다. 여러 가지의 바람직한 실시예들은 청구항 2 내지 7에서 청구된다.

본 발명에 따른 LCD 구동기는 청구항 8에서 청구된다. 바람직한 LCD 구동기는 청구항 9에서 청구된다.

본 발명에 따르면, 가장 무거운 부하 레벨들 각각은 대응하는 용량성 전하 펌프의 개별적인 출력에 의해 공급된다.

본 발명은 수 개의 전하 단을 포함하는 단일의 전하 펌프를 이용하여, LCD를 구동하는데 요구되는 다수의 전압 레벨(각각의 전압 레벨은 정확한 값을 갖도록 조절됨)을 생성하는 방법을 기술한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전압 레벨들은 프로그래밍가능하다.

주로, 본 발명은 전하 펌프용 온칩 단 캐패시터 및 외부의 큰 값의 버퍼 캐패시터를 이용하여, 출력의 리플(ripple)을 최소화하기 위해 개발되었지만, 본 발 명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 전하 펌프는 온칩 단 캐패시터 대신에 외부 단 캐패시터를 이용할 수도 있다. 또한, 온칩 외부 캐패시터들의 조합을 이용할 수도 있다.

본 발명은 입력(공급)보다 높거나 낮은 수 개의 전압 레벨들을 공급할 필요가 있는 임의의 응용에 특히 적합하며, 여기서, 각각의 레벨은 상이한 전류로 부하된다.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 이하의 설명에서 개시될 것이며, 부분적으로는 그러한 설명으로부터 명백할 것이다.

본 발명 및 그것의 다른 목적 및 이점에 대한 보다 완전한 설명을 위해, 첨부 도면과 함께 취해진 이하의 설명을 참조할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 LCD 디스플레이의 개략 블록도를 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 장치의 개략 블록도를 도시한다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 제 2 장치의 개략 블록도를 도시한다.

도 3(b)는 본 발명에 따른 장치와 함께 이용될 수 있는 회로의 개략 블록도를 도시한다.

도 3(c)는 본 발명에 따른 장치와 함께 이용될 수 있는 다른 회로의 개략 블록도를 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 제 3 장치의 개략 블록도를 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 제 4 장치의 개략 블록도를 도시한다.

본 발명의 상세한 실시예들을 기술하기 전에, LCD 시스템(10)의 전형적인 블록도가 기술된다.

도 1은 LCD 시스템(10)의 전형적인 블록도를 도시한다. 호스트 컴퓨터(도 1에 도시되지 않음)와 디스플레이 모듈 사이의 인터레이스로서 직렬 또는 병렬 인터페이스가 이용된다. 전형적으로, 직렬 인터페이스 기능(11)은 디스플레이 타이밍 제어기(12)내에 통합된다. LCD 디스플레이(16)의 열들을 구동하는 열 구동기 뱅크(column driver bank)(14)가 존재한다. 열 구동기 뱅크(14)는 복수의 열 구동기를 포함한다. 전형적으로, 열 구동기 뱅크(14)의 각각의 소스 구동기는, 아날로그 출력 신호(예를 들면, 5 레벨 V2, V1, VC, MV1, MV2)를 제공함으로써 디스플레이 패널(16)의 n 열 전극(예를 들어, n=288=96RGB 또는 396=132RGB)으로서 기능한다. 이러한 예에서, 각각의 열 구동기는 1 열 전극으로서만 기능한다. 행 구동기들의 어레이를 포함하는 행 구동기 어레이(15)가 존재한다. 가장 최근의 응용에서, p=4 행의 그룹이 4개의 연속적인 시간 슬롯 동안 DC 전압 V3 및 MV3으로 구동되며, 나머지 행들 전부는 VC에 접속된다. 다음 4개의 시간 슬롯 동안, 뒤따르는 연속적인 4 행들이 레벨 V3 및 MV3으로 어드레싱된다. 디스플레이(16)의 각 화소는 행과 열 전극 사이의 캐패시터이다. 디스플레이(16)는 예를 들면, 132RGB 열 및 176 행을 갖는 수동 매트릭스 LCD 패널일 수 있다.

이러한 예에서, m+n=7의 상이한 전압 레벨들의 세트를 제공하는 장치(13)가 존재한다(VC는 행 및 열에 대해 공통이므로, 7 레벨이 존재함). 도 1의 실시예에서, 게이트 구동기 어레이(15)를 통해 행을 구동하기 위해 3 전압(m=3)이 이용되고, 소스 구동기 어레이(14)를 통해 열을 구동하기 위해 5 전압(n=5)이 이용된다.

본 발명에 따른 전하 펌프는 장치(13)내에 위치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 전하 펌프는 m+n=7의 개별적인 바이어스 레벨들 각각의 전류 부하도의 최상의 상태에 맞추기 위해, 다수의 조절된 출력을 갖는다.

도 2는 본 발명에 따른, 2개의 캐스캐이드형 단(11, 21)을 포함하는, 전하 펌프(20)의 가장 기본적인 개략도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전하 펌프(20)는 다수의 독립적으로 조절된 출력 노드 V1 및 V2를 포함한다. 상이한 전압 레벨들 V1, V2가 상기 출력들 각각에 제공된다. 전하 펌프(20)는 저전압 DC 입력 Vin(12), 온/오프 조절부(30), 및 캐스캐이드 방식으로 배열되는 적어도 2개의 전하 단(11, 21)을 포함한다. 각각의 전하 단(11, 21)은 단 캐패시터 Cstage(16, 26), 바람직하게는 MOS 스위치인 입력 스위치 S1, S3, 및 단 캐패시터(16, 26)의 바닥 판을 펌핑하는 버퍼(15, 25)를 포함한다. 각각의 버퍼(15, 25)는 온/오프 조절부(30)로부터 클록 신호 CLK1, CLK2를 수신하는 클록 입력을 갖는다. 본 실시예에서, 추가적인 요소들이 이용되는데, 즉, 입력측에서의 접촉 저항기 Rcon(13) 및 입력 캐패시터(14)가 이용된다. 입력 캐패시터(14)는 접촉 저항기 Rcon(13)에서의 전압 강하를 보상하기 위해 이용된다.

각각의 출력 V1, V2는 출력 저항기(19, 29), 직렬로 배열된 출력 캐패시터(18, 28), 및 출력 스위치 S2, S4를 갖는다. 이들 출력 스위치 S2, S4를 이용함으로써, 2개의 출력 전압 V1, V2가 스위칭 오프될 수 있다.

스위치 S1, S3 및 S2, S4는 클록 CLK1 및 CLK2와 상관되는 디지털 신호들에 의해 각각 제어된다. S1 및 S2가 동시에 도통되지 않는 것(동일한 것이 S3 및 S4에도 적용됨), 즉, 그들이 상보형 위상들로 도통되는 것이 조건이다. 펌핑 단(11)에 대한 코맨드 시퀀스의 예는, 위상 1, CLK=0, S2는 개방, S1은 폐쇄, 그리고 위상 2: S1 개방, CLK=1, S2는 도통이다. 단이 디스에이블링될 때, 클록은 위상 1에서 유지되고, 출력 V1 및 캐패시터(18)는 더 이상 펌핑되지 않는다.

전하 펌프(20)는 다음과 같이 동작한다. DC 전압 Vin이 저전압 입력(12)에 인가된다. 원하는 출력 전압 V1이 출력 V1에 도달하지 않는 한, 온/오프 조절부(30)는 클록 신호 CLK1을 제 1 단(11)의 버퍼(15)에 계속해서 공급하고, 버퍼(15)는 전하를 단 캐패시터(16)로 펌핑한다. 원하는 출력 전압 V1에 도달하자마자, 온/오프 조절부(30)는 클록 신호 CLK1을 턴 오프하고, 펌핑이 중지된다. 전압 V1은 V1로 지정된 개별적인 출력에서 이용가능하다. 클록 신호 CLK2가 온/오프 조절부(30)에 의해 인가되는 한, 그리고 입력 스위치 S3이 폐쇄되는 경우, 바로 그 전압 V1을 또한 이용하여 후속하는 전하 단(21)의 단 캐패시터(26)를 충전한다. 전하 단들(11, 21)은 캐스캐이드 방식으로 배열되기 때문에, 제 1 전하 단(11)은 다음 전하 단(21)에 대해 입력 전압 V1을 제공한다. 상이한 출력 전압 V1, V2는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, a, b는 정수이다. 이들 수학식은, 이들 출력에 부착된 부하가 없고, 출력이 온/오프 조절되지 않는 경우에만 유효하다. 온/오프 조절부가 동작한다면, a, b는 반드시 정수일 필요는 없다.

본 발명에 따른 전하 펌프(20)의 이점은, 각 단(11, 21)이 개별적인 입력 스위치 S1, S3에 의해 턴 온 및 오프될 수 있다는 것이다. 온/오프 조절부(30)가 제공된다는 사실로 인해, 단 캐패시터(16, 26)의 충전이 제어가능하다. 전하 펌프(20)의 다른 이점은, 각 출력 V1, V2가 개별적인 전압들에 영향을 미치지 않으면서 높은 전류를 제공할 수 있다는 것이다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 2개의 캐스캐이드형 단(11, 21)을 포함하는 다른 개략도를 도시한다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 전하 펌프(20)는 다수의 독립적으로 조절된 출력 V1, V2, V3'을 포함한다. 상이한 전압 레벨 V1, V2, V3'이 상기 출력들 각각에서 제공된다. 도 2와 관련된 것과 동일한 참조 번호가 이용된다.

전하 펌프(20)는 저전압 DC 입력 Vin(12), 온/오프 조절부(30), 및 캐스캐이드 방식으로 배열되는 적어도 2개의 전하 단(11, 21)을 포함한다. 각각의 전하 단(11, 21)은 단 캐패시터 Cstage(16, 26), 바람직하게는 MOS 스위치인 입력 스위치 S1, S3, 및 단 캐패시터(16, 26)의 바닥 판을 펌핑하는 버퍼(15, 25)를 포함한다. 각각의 버퍼(15, 25)는 온/오프 조절부(30)로부터 클록 신호 CLK1, CLK2를 수신하는 클록 입력을 갖는다. 본 실시예에서, 추가적인 요소들이 이용되는데, 즉, 입력측에서의 접촉 저항기 Rcon(13) 및 입력 캐패시터(14)가 이용된다. 각각의 출력 V1, V2, V3'은 직렬로 배열된 출력 저항기(19, 29, 39) 및 출력 캐패시터(18, 28, 38)를 갖는다. 전압 V1, V2 이외에도, 제 3 전압 레벨이 출력 V3'에서 제공된다. 이러한 전압 V3'은 출력 캐패시터(38) 및 출력 저항기(39)를 가로질러 캐패시터(26)의 최상부 판의 전기 전위를 인가함으로써 생성된다. 전압 V2, V3'은 둘다 하나의 동일한 전하 단(21)에 의해 제공된다.

스위치 S1, S3 및 S2, S4는 클록 CLK1 및 CLK2와 각각 상관되는 디지털 신호들에 의해 제어된다. S1 및 S2가 동시에 도통되지 않는 것(동일한 것이 S3 및 S4에도 적용됨), 즉, 그들이 상보형 위상들로 도통되는 것이 조건이다. 펌핑 단(11)에 대한 코맨드 시퀀스의 예는, 위상 1, CLK=0, S2는 개방, S1은 폐쇄, 그리고 위상 2: S1 개방, CLK=1, S2는 도통이다. 단이 디스에이블링될 때, 클록은 위상 1에서 유지되고, 출력 V1 및 캐패시터(18)는 더 이상 펌핑되지 않는다.

이러한 실시예에서, 제 2 단(21)은 2개의 전압 V2, V3'을 제공한다. 즉, 제 2 전하 단(21)을 이용하여 2개의 탱크(tank), 즉 캐패시터(28, 38)를 충전한다. 그 결과, 입력 스위치 S3을 이용하여 전압 V2 및 V3' 둘다를 함께 스위칭 오프할 수 있다. 상이한 출력 전압 V1, V2, V3'은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, a, b, c는 정수이다. 이들 수학식은, 이들 출력에 부착된 부하가 없고, 출력이 온/오프 조절되지 않는 경우에만 유효하다. 온/오프 조절부가 동작한다면, a, b, c는 반드시 정수일 필요는 없다.

도 3(a)의 장치는 도 3(b) 및 3(c)에 도시된 바와 같은 회로(31 및/또는 32)를 추가함으로써 변형될 수 있다. 가장 무겁게 부하된 레벨 V1은 단일의 전하 단(11)(더블러)에 의해 생성된다. MOS 트랜지스터는 스위치 S1 - S5로서 기능한다. V1 전압 레벨은 조절되고, 이러한 예에서, 2*Vin보다 낮다. 그러나, 다른 실시예에서, 이러한 제 1 전하 펌프(11)는 입력 전압 Vin에 2배를 초과하여 승산할 수도 있다.

버퍼 캐패시터(18)에 의해 안정적으로 유지된 전압 레벨 V1은, 예를 들면, 회로(31)를 이용하는 경우, LCD를 구동하기 위해 보다 낮은 전압 레벨 Vc 및 MV1을 생성하는데 더 이용될 수 있다. 전압 V1은 각각 상이한 전압에 있는 2개의 출력 및 상이한 전류 부하 V2, V3'을 갖는 제 2 캐스캐이스형 전하 펌프(21)의 입력을 더 형성한다. LCD를 구동하기 위해, V3'이 V2에 부가되고, 또한 접지에 대해 미러링되어, MV3 레벨을 형성한다. 이것은 도 3(c)에 도시된 바와 같은 전압 미러(32)를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 전압 레벨들은 다음과 같을 수 있다. 즉, V3=11V, V2=6V, V1=4.5V, Vc=3V, MV1=1.5V, MV2=0V, MV3=-5V, Vin=2.6V, V3'=5V이다. 제 2 전하 펌프(21)의 2개의 출력은 2개의 출력 스위치 S4, S5의 디지털 제어에 의해 온/오프 방안으로 또한 조절되어, 각각 요구되는 전하가 달성될 때까지, 버퍼 캐패시터(28, 38)을 채운다. 이들 캐패시터(28, 38)는 또한 전압 소스로서 작용할 것이다.

또한, 이러한 실시예에서의 효율성은 매우 우수하며, Vin을 V1에 추가하는 하나의 단은 V1 레벨로부터 V2, V3' 둘다를 얻기에 충분할 것이다(이러한 실시예에서, V1=4.5V, V2=6V, V3'=5V). 따라서, 2개의 전하 단(11, 21)만으로도, LCD를 구동하는데 요구되는 모든 바이어스 레벨을 얻기에 충분하다.

종래의 해결책은 이러한 목적을 위해 3개의 캐패시터(하나의 더블러 및 하나의 분리된 트리플러(tripler))를 필요로 한다. 이것은 영역을 절감(현대의 서브미크론 프로세스에서의 캐패시터 영역은 고가임)시키거나, 또는, 동일 영역에 대하여, 캐패시터가 1.5의 계수만큼 더 커질 수 있어, 출력에서 얻을 수 있는 최대 전류를 개선시킨다. 또한, 보다 적은 스위칭 이벤트(보다 적은 전하 단) 때문에, 전력 효율성이 개선된다.

도 4에는 다른 실시예가 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 전하 단(11)은 다른 전하 단(41)을 추가함으로써 이중으로 될 수 있다. 이러한 전하 단(41)은 전하 단(11)에 대하여 병렬로 배열된다. 전하 펌프(20)는 2개의 위상을 이용하는데, 제 1 위상에서, 단 캐패시터(16)는 입력(12)으로부터의 전하로 채워지고, 부하가 접속해제(전하가 버퍼 캐패시터(18)에 유지됨)되며, 제 2 위상에서, 단 캐패시터(16)는 입력(12)으로부터 접속해제되고, 바닥 판 구동기(15)를 통해 Vin의 2배로 펌핑("리프트 업(lifted up)")되어, 전하가 출력 스위치 S2를 통해 버퍼 캐패시터(18)로 이동되도록 한다. 언급한 바와 같은 제 2 단(41)은 반대 위상에서 병렬로 될 수 있다(푸시-풀 원리(push-pull principle)). 2개의 단 캐패시터(16, 46)는 Vin으로부터 순차적으로 채워지며, 각각 하나의 위상에 있다. 동일한 것이 제 2 전하 펌프(21)에도 적용될 수 있거나, 또는, 도 4에서와 같이, V2 및 V3'에 2개의 상이한 단(21, 51)이 공급될 수 있는데, 제 1 전하 단(21)은 제 1 위상 동안에 동작하고, 제 2 전하 단(51)은 제 2 위상 동안에 동작한다. 부하 상태에 의존하여, V2 및 V3'은, 도 3(a)와 관련하여 전술된 바와 같이 생성될 수 있다. 도 4에서, 다음과 같은 조건, 즉, CLK1=NOT CLK3 및 CLK2= NOT CLK4의 조건이 적용됨을 알아야 한다. 즉, 신호 CLK1의 위상은 신호 CLK3에 대하여 위상 시프트되고, 신호 CLK2는 신호 CLK4에 대하여 위상 시프트된다.

도 4의 장치(20)는, 도 3(b) 및 3(c)에 도시된 바와 같은 회로(31 및/또는 32)를 추가함으로써 변형될 수 있다.

도 5에는 다른 실시예가 도시된다. 장치(70)는 전하 펌프(60) 및 온/오프 조절부(80)를 포함한다. 전하 펌프(60)는 DC 전압 입력(62) 및 3개의 출력 V1, V2, V3'을 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 출력에서의 전압은 기준 라인(61)을 통해 온/오프 조절부(80)로 공급된다. 이들 기준 라인(61)은 온/오프 조절부(80)를 인에이블링시켜 3개의 출력 V1, V2, V3'에서의 실제 전압 레벨과 기준 전압을 비교하는데 이용된다. 온/오프 조절부(80)는 대응하는 기준 전압을 갖는 기준 라인(61)을 통해 제공된 실제 전압들을 비교하는 회로(90)를 포함할 수 있다. 회로(90)는, 예컨대, 접지에 대한 저항기 체인을 포함하여, 기준 라인(61)을 통해 수신된 전압을 내부의 기준 전압과 비교할 수 있다. 실제 전압 V1이 대응하는 기준 전압 V1ref에 아직 도달하지 않는 한, 신호(예를 들면, 논리 "1")가 회로(90)에 의해 AND 게이트(81)의 입력에 인가된다. 공통 클록 신호 CLK는 AND 게이트(81)의 다른 입력에 인가된다. 이러한 AND 게이트(81)는, 신호가 논리 "1"인 한, 공통 클록 신호와 유사한 출력 신호 CLK1을 발생한다. 전압 V1이 기준 전압 V1ref에 도달한 것을 회로(90)가 결정하자마자, 신호가 변경되고(예를 들면, 논리 "0"으로 됨), AND 게이트(81)는 출력을 차단하여, 출력 신호 CLK1은 더 이상 이용가능하지 않다. 이로 인해, 전하 펌프(60)의 개별적인 전하 단은 펌핑을 중단하고, 전압 레벨 V1이 안정적으로 유지된다. 동일한 원리가 다른 전압들에도 적용된다. 각각의 전압은 회로(90)에 의해 개별적으로 모니터링되고, 온/오프 조절부(80)는 클록 신호 CLK2, CLK3을 온 또는 오프로 스위칭함으로써, 대응하는 전하 단의 펌핑을 인에이블링 또는 디스에이블링시킨다.

이러한 실시예에서, 3개의 클록 신호 CLK1, CLK2, CLK3은 공통 클록 신호 CLK로부터 도출되기 때문에, 이들은 동일한 주파수를 가짐을 주지해야 한다. 그러나, 전하 펌프(60)의 다양한 전하 단에 대해 상이한 클록 신호를 이용할 수도 있다.

이러한 실시예에서, 공통 클록 신호 CLK를 수신하는 3개의 AND 게이트(81, 82, 83)가 존재한다. 개별적인 전하 단의 펌핑이 필요에 따라 스위칭 온 및 오프될 수 있도록, 다른 논리 소자를 이용할 수도 있다.

본 발명의 아키텍처의 다른 이점은, 모든 전압 레벨이 단일의 소프트웨어 구성가능 전하 펌프로 생성될 수 있다는 것이다. 전류들은 상이한 전압에서 동일한 전하 펌프로부터 도출되고, LCD 패널에 디스플레이된 패턴에 의존하여, 하나의 레벨이 다른 것보다 더 많이 이용(더 많이 부하)될 수 있다.

평균적으로, V1 및 MV1이 가장 많이 부하되고, 그 다음 V3 및 MV3, 그리고 V2 및 MV2가 뒤따른다. 그러나, V1 및 MV1이 거의 부하되지 않고, 모든 전류가 V2, V3, MV2, MV3으로 전달되어야 하는 패턴이 존재한다. 이 경우, 본 발명에서 기술된 바와 같은 단일의 전하 펌프는 전류가 필요한 경우 언제 어디에라도 전류를 전달하도록 구성될 수 있기 때문에 훨씬 더 융통적이다. 종래의 아키텍처에서는, 이러한 상황에서 더블러는 거의 이용되지 않으며, 트리플러는 무겁게 부하될 것이다.

본 발명의 아키텍처의 다른 이점은, 부하 및 요구되는 전압에 의존하여, 전하 펌프의 부분들이 각각 하나보다 많은 전하 단(예를 들어, V1은 트리플러로 공급되고, V2, V3'은 2개의 추가적인 펌핑 단으로 공급될 수 있음)을 포함할 수 있다는 것이다. 특정 부하의 경우, 트리플러로서 구성된 전하 펌프는 효율성의 관점에서 보다 최적의 해결책일 수 있다.

도면들에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 더블러 또는 트리플러 회로를 이용하여 추가적인 전압 레벨을 얻을 수 있다. 그러한 더블러 또는 트리플러는 본 발명의 전하 단의 출력에서 제공된 전압에 의해 공급될 수 있다. 이들 추가적인 회로를 가지고, 다른 전압 레벨을 쉽게 얻을 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 개별적으로 조절된 전하 펌프를 구성하는 복수의 캐스캐이드된 전하 단을 이용한다. 이러한 구성은 몇 가지의 이점을 갖는다. 가장 분명한 이점은, 동일한 세기의 구동을 위해 보다 적은 캐패시터가 요구된다는 것이다. 도 2, 3, 4에서, 접속 저항 Rcon 및 버퍼 캐패시터(18, 28, 38)를 제외한 모든 회로는 단일의 칩(예를 들면, 디스플레이 구동기 IC)상에 있다. 이들 버퍼 캐패시터(18, 28, 38)는, 전압 레벨을 일정하게 유지하고, 이상적인 전압 소스와 근사하게 동작하기에 충분히 큰 외부의 캐패시터이다.

시뮬레이션에 따르면, 본 발명은 완전하게 동작하고, 종래의 더블러 및 트리플러와 비교하는 경우, 그 효율성은 동일한 부품 값 및 전형적인 부하 조건에 대해 정확히 동일하다는 것을 알 수 있다.

물론, 전하 펌프의 효율성은 얼마나 많은 전하 단이 액티브인지에 의존하는데, 그 이유는, 모든 스위칭 이벤트는 기생 캐패시터를 충전 및 방전하는데 있어 소정의 에너지를 소모하기 때문이다. 출력 전압은 어느 정도는 실제 전류 부하에 의존한다. 전류가 고전압에서 소모될 때, 입력으로부터의 전류 소모는 출력 전류 + 전하 단의 수에 의해 곱해진 스위칭 전류이다. 따라서, 전하 단의 수는, 주어진 부하의 경우 필요한 전압이 달성될 수 있다는 조건하에서 최소한으로 바람직하게 유지된다.

결론적으로, 다수의 독립적인 조절된 출력을 갖는 전하 펌프를 갖는 제안된 아키텍처는, 보다 적은 스위칭 이벤트가 발생(및 보다 적은 기생 소자가 존재)하기 때문에, 단 (및 내부 캐패시터) 카운트가 절약되는 것 외에도, 보다 효율적인 것이다. 개별적인 레벨의 조절의 융통성은 영향을 받지 않는데, 단 캐패시터는 각 전압 레벨의 버퍼 캐패시터보다 작고, 온/오프 조절은 가장 쉬운 방식으로 디지털 영역에서 수행된다.

제안된 아키텍처는, 단 캐패시터가 서브미크론 기법(최소 카운트 및 작은 값)에서 조차도 침상에 집적될 수 있다는 점에서 큰 이점을 갖는다. 그러나, 외부 단 캐패시터의 경우에 조차도, 본 발명은 캐패시터 카운트를 최소한으로 감소시키는데 도움을 준다.

명료성을 위해 개별적인 실시예들의 문맥에서 기술된 본 발명의 다양한 특징들은 하나의 실시예에서 조합되어 제공될 수 있음을 이해할 수 있다. 반대로, 명료성을 위해 하나의 실시예의 문맥에서 기술된 본 발명의 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적절한 부조합(subcombination)으로도 제공될 수 있다.

도면 및 명세서에서 본 발명의 바람직한 실시예가 개시되었으며, 특정 용어들이 이용되지만, 제공된 설명은 일반적으로 서술적인 의미에서만 용어를 이용하는 것이며, 제한을 위한 것은 아니다.

Claims

다수의 독립적으로 조절된 출력들(V1, V2, V3')을 가지며, 상기 출력들 각각에서 상이한 전압 레벨을 제공하는 전하 펌프(20; 60)를 포함하는 장치(10)―상기 전하 펌프(20; 60)는 저전압 입력(12), 온/오프 조절부(30; 80), 및 캐스캐이드 방식으로 배열되는 적어도 2개의 전하 단(11, 21)을 포함함―에 있어서,

각각의 전하 단(11, 21)은,

단 캐패시터(stage capacitor)(16, 26)와,

스위치(S1, S3)와,

상기 단 캐패시터(16, 26)의 바닥 판을 펌핑하는 버퍼(15, 25)와,

출력 노드와 접지 사이에 배열되는 캐패시터(18, 28)를 포함하는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

추가적인 전하 단(41, 51)이 상기 전하 단(11, 21) 중 제 1 단과 병렬로 배열되고, 상기 추가적인 전하 단(41, 51)은 상기 전하 단(11, 21) 중 상기 제 1 단과는 상이한 위상으로 동작하는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

더 캐스캐이드된 전하 펌프 단에 의해서 및/또는 추가적인 회로(31, 32)에 의해서, 추가적인 전압 레벨이 제공되는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 단 캐패시터(16, 26) 중 적어도 하나는 상기 전하 펌프(20; 60)와 동일한 칩상에 집적되는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전하 펌프는 낮은 출력 저항을 갖는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 출력들 각각에서 상이한 전류 부하를 구동할 수 있는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 온/오프 조절부(30; 80)는 논리 게이트(81, 82, 83)와, 상기 조절된 출력(V1, V2, V3')에서 제공된 실제 전압 레벨과 기준 전압(Vref1)을 비교하는 수단을 포함하는

전하 펌프를 포함하는 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 장치(13)를 포함하는

LCD 구동기.
제 8 항에 있어서,

수동적인 그레이스케일 또는 컬러 LCD(16)에 대해 MRA(Multiple Row Addressing) 방안을 이용하는

LCD 구동기.