JP3518310B2 - 容量性負荷駆動回路 - Google Patents
容量性負荷駆動回路Info
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Description
回路に関し、特にプラズマディスプレイパネル等のフラ
ットパネルディスプレイの駆動回路に関する。
ネルディスプレイの駆動回路は、例えば3〜5V程度の
低振幅レベルの信号を例えば50V〜200Vの高振幅
レベルに変換するためのレベルシフト回路と、このレベ
ルシフト回路の出力に基づいて、ディスプレイに高電圧
を印加するための高電圧出力回路とで構成される。この
ような従来技術のパネルディスプレイ駆動回路が、特開
平5−249916 号公報に記載されている。図4に示す従来
技術の駆動回路では、Pチャンネル型MOS電界効果ト
ランジスタ(以下、P−MOSFET と呼ぶ)とNチャンネル
型MOS電界効果トランジスタ(以下、N−MOSFET と呼
ぶ)の相補型MOSトランジスタを用いた駆動回路を備
えている。この回路の駆動について以下に説明する。
の場合、N−MOSFET.MN1がオフ、N−MOSFET.MN2がオン、
N−MOSFET.MN3がオフされる。また、P−MOSFET.MP1がオ
ン、P−MOSFET.MP2がオフ、P−MOSFET.MP3がオンする。
この時、出力信号OUTは高電位側電源HVまで上昇す
る。また、P−MOSFET.MP2 のゲート電極には高電位側電
源HVの電圧が印加されることになる。
OSFET.MN1がオン、N−MOSFET.MN2がオフ、N−MOSFET.MN
3がオンされる。また、P−MOSFET.MP1はオフ、P−MOSFE
T.MP2はオン、P−MOSFET.MP3はオフする。よって、出力
信号OUTはGNDレベルとなる。この時、P−MOSFET.
MP1及びP−MOSFET.MP3のゲート電極には高電位側電源H
Vの電圧が印加される。
ると、入力信号INはレベルシフトされ、高電圧出力回
路のP−MOSFET.MP3及びN−MOSFET.MN3を制御することで
パネルディスプレイを駆動する。
いた回路では、MOSトランジスタのリ−クが無いとし
た場合、直流的には消費電流が0で、低消費電力回路が
可能となる。前記の相補型回路を得るためには、上記の
とおり、P−MOSFET のゲート電極に高電位側電源HVの
電圧が印加されるため、その電圧に耐える高ゲート耐圧
構造のP−MOSFET が必要となる。この高ゲート耐圧構造
を持つためのゲート酸化膜厚の必要条件は例えば高電位
側電源HVが50V〜200Vでは150nm〜600
nm程度のゲート酸化膜厚が必要となると考えられる。
これは、ゲート印加電圧が例えば3〜5Vで、ゲート酸
化膜の厚さが15〜30nm程度のN−MOSFETと比較し
て、10倍以上の酸化膜厚が必要ということになる。
ス側出力に用いた回路では、出力電流特性が高電位側電
源電流に依存する。これは、ソース出力P−MOSFET のゲ
ート電圧が高電位側電源HVに等しいためである。一般
にプラズマディスプレイパネルに代表されるディスプレ
イにおいては、パネルの構造・画面サイズにより、その
駆動電圧・電流(駆動条件)に最適値が存在する。ま
た、同一の構造・サイズであっても、製造バラツキを考
慮した駆動条件の設定が必要である。上記高ゲート耐圧
P−MOSFET をソース出力に用いた駆動回路では、電流特
性が電源電圧に依存するため、幅広い種類のパネルに対
して駆動回路の共用化を図るためには、耐圧は最高使用
電圧側で規定され、電流特性は最低使用電圧側で規定さ
れることなり、両者を満足させた設計を行うと、集積回
路にしたときにはチップ面積の増大につながることにな
る。さらに、高ゲート耐圧構造のP−MOSFET は、低振幅
レベルのゲート電圧駆動であるN−MOSFET に比べて、し
きい値電圧が高いため、低電圧域での電流能力が低く、
オン抵抗が高い。
の駆動回路では、高圧出力回路上側のP−MOSFET.MP3
が、高ゲート耐圧構造となり、ゲート印加電圧が高電位
側電圧となる。それ故、駆動電圧の変動により駆動電流
能力が変わってしまう。一方、駆動電圧変動の最大電圧
に合わせP−MOSFET.MP3を形成すると、ゲート酸化膜が
厚くなり駆動電流能力低下する。それを補う為にはサイ
ズを大きくしなければならず、図5に示すような集積回
路にした時にチップ面積が増大することになる。また、
高ゲート耐圧構造のP−MOSFET.MP3 はゲート電圧が低い
電圧領域では電流能力が低く、出力信号電圧の立ち上が
り時間が増加したり、高電位側電源からLC回路を使っ
た無効電力回収を行ったときの電力損失が大きくなる。
本発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、回
路の構成素子の標準化,集積回路のチップ面積縮小,低
消費電力化を実現する。
動回路は電圧駆動型半導体装置を用いて負荷を駆動する
回路であって、電源を印加する電源端子と、負荷を接続
する出力端子と、基準電位となる基準端子と、前記電源
端子に接続された第1Pチャンネル型MOS電界効果ト
ランジスタと前記基準端子に接続された第1Nチャンネ
ル型MOS電界効果トランジスタとの直列接続回路と、
前記電源端子に接続された第2Pチャンネル型MOS電
界効果トランジスタと、第1の主電極、第2の主電極及
び絶縁ゲート電極を有する第1半導体装置との直列接続
回路と、第1Pチャンネル型MOS電界効果トランジス
タと第1Nチャンネル型MOS電界効果トランジスタと
の直列接続箇所が第2Pチャンネル型MOS電界効果ト
ランジスタのゲート電極に接続され、第2Pチャンネル
MOS電界効果トランジスタと第1半導体装置との直列
接続箇所が第1Pチャンネル型MOS電界効果トランジ
スタの絶縁ゲート電極と接続され、さらに、第3主電
極、第4主電極及び絶縁ゲート電極を有し、第3主電極
が前記電源端子に接続し、第4主電極が前記出力端子に
接続して、該絶縁ゲート電極が第2Pチャンネル型MO
S電界効果トランジスタと第1半導体装置との直列接続
箇所に接続した第2半導体装置と、第2の半導体装置の
絶縁ゲート電極と前記出力端子との間に接続したダイオ
ード素子とを備え、駆動制御入力信号の反転された信号
を前記第1Nチャンネル型MOS電界効果トランジスタ
の絶縁ゲート電極に入力し、前記駆動制御入力信号を前
記第1半導体装置の絶縁ゲート電極に入力する。
一の半導体基体に、上で述べた本発明の駆動回路を形成
する。
装置の絶縁ゲート電極に印加される電圧が低振幅レベル
であるので、第2の半導体装置が低振幅レベルのゲート
電圧で駆動できる。これにより、高電圧出力回路の第2
の半導体装置のゲート酸化膜厚は薄くでき、ゲート印加
電圧は電源端子からの電源電圧には依存しない。
圧が変化しても、半導体装置は同じゲート酸化膜厚にで
き、同じ容量性負荷駆動能力をもつことができるので、
最適な半導体装置の構造及びサイズにでき、チップ面積
の最適化を図れる。また、ゲート印加電圧が低振幅レベ
ルでも電流能力が高ゲート耐圧構造の半導体装置に比べ
高く、スイッチング時の電力損失が低減できる。
るパネルディスプレイ駆動回路が示される。駆動回路に
は低振幅レベルの信号を高振幅レベルの信号に変換する
ためのレベルシフト回路10と、このレベルシフト回路
10の出力に基づいて外部負荷に高電圧を印加するため
の高電圧出力回路20とを含む。
の後段に配置された高電圧出力回路20とが結合されて
なり、構成素子としてはMOSFETが適用されている。レベ
ルシフト回路10は、高電位側電源HVとソース電極が
接続された高ゲート耐圧のP−MOSFET.MP1と、グランド
GNDとソース電極が接続されたN−MOSFET.MN1との直
列接続回路と、高電位側電源HVとソース電極が接続さ
れた高ゲート耐圧のP−MOSFET.MP2と、グランドGND
とソース電極が接続されたN−MOSFET.MN2との直列接続
回路と、入力信号INを反転するためのインバータIN
Vとを含んで構成されて成る。MOSFET.MP1,MN1の直列接
続箇所がMOSFET.MP2のゲート電極に接続され、MOSFET.M
P2,MN2の直列接続箇所がMOSFET.MP1のゲート電極に接続
される。入力信号INは、インバータINVを介してMO
SFET.MP2のゲート電極に結合されると同時に、直接MN
2のゲート電極に結合される。
に結合されたN−MOSFET.MO1 と、ツェナーダイオードZ
1と、レベルシフト回路を構成しているグランドGND
とソース電極が接続されたMOSFET.MN2とを含んで構成さ
れている。MOSFET.MP2,MN2の直列接続箇所及びMOSFET.M
O1のゲート電極がツェナーダイオードのカソード電極に
接続され、MOSFET.MO1のソース電極がツェナーダイオー
ドZ1のアノード電極に接続される。この接続箇所が高
電圧出力回路20の出力OUTノードとされ、この出力
ノードにパネルディスプレイなどの負荷CLが接続され
る。
T.MN2がオフされ、MOSFET.MN1がオンされる。また、MOS
FET.MN1のドレイン電極がローレベルとなるので、MOSFE
T.MP2がオンする。MOSFET.MN2のドレイン電極が高電位
側電源HVの電圧レベルであるので、MOSFET.MO1はオン
する。そのため出力信号OUTは高電位側電源HVレベ
ルまで上昇する。ただし、MOSFET.MO1のゲート、ドレイ
ン間電位はツェナーダイオードZ1のツェナー電圧によ
りクランプされる。それに対し、入力信号INがハイレ
ベルの場合、MOSFET.MN2がオンされ、MOSFET.MN1がオフ
される。この時、MOSFET.MN2のドレイン電極がローレベ
ルとなるため、MOSFET.MP1がオン、MOSFET.MO1はオフす
る。またMOSFET.MP1がオンするため、MOSFET.MP2はオフ
する。そのため、出力信号OUTはローレベルとされ
る。このように、低振幅レベルの入力信号INがレベル
変更され、高電圧出力回路から出力信号OUTが制御で
きる。入力信号INのレベルは特に制限されないが3〜
5Vとされる。つまり、ハイレベルがグランドGNDを
基準として+3〜+5、ローレベルがグランドGNDと
される。
回路に含まれる半導体素子数も少なく、高電圧出力回路
に含まれるMOSFET.MO1はNチャンネル型MOSFETであり、
ゲート印加電圧は低振幅レベルであるため出力電圧の高
電位側電源電圧依存性は小さく、構造,サイズを標準化
でき、集積回路に適用すればチップサイズを最適化でき
る。これは、多出力の集積回路ほど有効ある。また、相
補型のMOSFETを用いているため、直流動作的には消費電
流はほぼ0に等しく、電力損失が小さい。
実施例では、図1に示す回路に出力信号OUT端子にダ
イオードD1のカソード側、グランドGND端子にダイ
オードD1のアノード側を接続している。この場合、グ
ランドGND側から出力信号OUT側に電荷を引き抜く
ことができる。つまり、電荷回収することにより電力損
失を低減することができる。
実施例では、図1に示す回路でP−MOSFET.MP2とN−MOSF
ET.MN2の直列接続箇所を高ゲート耐圧のP−MOSFET.MP3
のゲート電極に接続し、高電位側電源HVとソース電極
が接続されたP−MOSFET.MP3と、グランドGNDとソー
ス電極が接続されたN−MOSFET.MN3 との直列接続回路を
接続し、前記接続箇所がN−MOSFET.MO1 のゲート電極に
接続している。また、前記接続箇所と出力端子OUT間
に抵抗Rが接続されている。この場合、シンク側出力及
びソース側出力の同時OFFを保証することもできる。
つまり、ハイ・インピーダンス状態が可能である。
明したが、それに限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言う
までもない。
ィスプレイ駆動回路を少ない半導体素子数で、標準化し
た半導体素子で構成でき、駆動回路の最適化が可能で、
半導体集積回路にした場合チップ面積を縮小できる効果
がある。消費電流も極めて少ない。また、高電圧出力回
路は低振幅レベルのゲート印加電圧駆動型半導体装置の
ため、駆動電流能力も高くなる。
ク図である。
ET、6…ツェナーダイオード、7…保護ダイオード、8
…インバーター、10…レベルシフト回路、20…高電
圧出力回路、30…入力端子、31…出力端子、32…
高電位側電源、33…グランドレベル端子、51…パネ
ルディスプレイ駆動回路、52…ロジック回路、53…
ドライバIC、63…抵抗。
Claims (4)
- 【請求項1】電圧駆動型半導体装置を用いたレベルシフ
ト回路と、高電圧出力回路とを備えた容量性負荷の駆動
回路において、 電源が印加される電源端子と、 負荷が接続される出力端子と、 基準電位となる基準端子と、 前記電源端子に接続された第1Pチャンネル型MOS電
界効果トランジスタと前記基準端子に接続された第1N
チャンネル型MOS電界効果トランジスタとの直列接続
回路と、前記電源端子に接続された第2Pチャンネル型
MOS電界効果トランジスタと、第1の主電極、第2の
主電極及び絶縁ゲート電極を有するNチャンネル型MO
S電界効果トランジスタである第1半導体装置との直列
接続回路と、前記 第1Pチャンネル型MOS電界効果トランジスタ
と、前記第1Nチャンネル型MOS電界効果トランジス
タの直列接続箇所を前記第2Pチャンネル型MOS電界
効果トランジスタのゲート電極に接続し、前記第2Pチ
ャンネルMOS電界効果トランジスタと前記第1半導体
装置の直列接続箇所を前記第1Pチャンネル型MOS電
界効果トランジスタの絶縁ゲート電極に接続し、さら
に、第3主電極、第4主電極及び絶縁ゲート電極を有
し、該第3主電極が前記電源端子に接続され、該第4主
電極が前記出力端子に接続され、該絶縁ゲート電極が前
記第2Pチャンネル型MOS電界効果トランジスタと前
記第1半導体装置との直列接続箇所に接続したNチャン
ネル型MOS電界効果トランジスタである第2半導体装
置と、該 第2の半導体装置の絶縁ゲート電極と前記出力端子と
の間に接続したツェナーダイオード素子とを備え、 前記レベルシフト回路が前記第1Pチャンネル型MOS
電界効果トランジスタと、第1Nチャンネル型MOS電
界効果トランジスタと、第2Pチャンネル型MOS電界
効果トランジスタと、第1半導体装置とを含み、 前記高電圧出力回路が前記第1半導体装置と第2半導体
装置とを含み、 駆動制御入力信号の反転された信号を前記第1Nチャン
ネル型MOS電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極に
入力し、前記駆動制御入力信号を前記第1半導体装置の
絶縁ゲートゲート電極に入力することを特徴とする 容量
性負荷の駆動回路。 - 【請求項2】請求項1において、前記容量性負荷の駆動
回路がプラズマディスプレイを負荷とすることを特徴と
する容量性負荷の駆動回路。 - 【請求項3】請求項1あるいは請求項2の何れかにおい
て、複数の前記容量性負荷の駆動回路が半導体集積回路
に搭載されていることを特徴とする容量性負荷の駆動回
路。 - 【請求項4】請求項3において、前記容量性負荷の駆動
回路の電源端子に50〜200Vを印加し、前記駆動制
御入力信号が5V以下であることを特徴とする容量性負
荷の駆動回路。
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JP02295698A JP3518310B2 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 容量性負荷駆動回路 |
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JPH11225054A JPH11225054A (ja) | 1999-08-17 |
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1998
- 1998-02-04 JP JP02295698A patent/JP3518310B2/ja not_active Expired - Fee Related
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