变换电路及其控制方法,和显示器以及便携终端的制作方法

专利名称：变换电路及其控制方法,和显示器以及便携终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源电压变换电路及其控制方法，显示器和便携终端，尤其是涉及应用电荷泵电路的电源电压变换电路及其控制方法，具有电源电压变换电路作为电源电路的显示器和具有显示器的便携终端。
背景技术：
便携终端，诸如便携电话和PDA(个人数字辅助器)最近广泛传播。这些便携终端快速传播的因素之一是作为便携终端的输出显示单元安装的液晶显示器。原因主要在于，液晶显示器件的特性是，为了驱动液晶显示器并不要求大量功率，因此它是一种低功耗的显示器。
便携终端应用单一电源电压电池作为电源。另一方面，为了通过在液晶显示器内的信号线把信息写到以矩阵方式安排的每一像素，水平驱动电路的逻辑单元和模拟单元应用不同的直流电压。用于通过每一行选择像素的垂直驱动电路应用比水平驱动电路更高绝对值的直流电压。因此，安装在便携终端内的液晶显示器应用电源电压变换电路或所谓的DC-DC变换器(以下说成是DD变换器)，用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压。
在液晶显示器内传统的DD变换器应用电感器L。然而，随着新近便携终端的功耗和尺寸的降低常常应用电荷泵型的DD变换器。虽然电荷泵型DD变换器具有相对低的电流容量，但是电荷泵型DD变换器不要求应用电感器作为外部元件。因此电荷泵型DD变换器具有优点能够对降低便携终端尺寸有贡献。
图1示出根据第1传统例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器的结构。
在图1，Pch MOS晶体管Qp101和Nch MOS晶体管Qn101彼此串联在用于提供单个直流电压VCC的电源和地(GND)之间。Pch MOS晶体管Qp101和Nch MOS晶体管Qn101具有连接到公共点的栅极，因此形成CMOS变换器101。脉冲发生源102把预定频率的开关脉冲加到CMOS变换器101的栅极公共连接点。
CMOS变换器101的漏极公共连接点(节点A)与电容器C101的一端连接。电容器C101的另一端与二极管D101的阳极和二极管D102的阴极连接。二极管D101的阴极接地。负载电容器C102连接在二极管D102的阳极和地之间。
在因此形成的负电压发生型的DD变换器中，电源电压VCC乘以-1，即，负直流电压-VCC大体上跨接负载电容器C102而引出。
图2示出根据第1传统例的电压上升型的电荷泵型的DD变换器结构。电压上升型的电荷泵型DD变换器的基本结构是与负电压发生型的电荷泵型DD变换器相同。准确地说，在图2，电压上升型DD变换器与图1的负电压发生型的DD变换器不同仅在于二极管D101连接在电容器C101的另一端和电源(VCC)之间。在电压上升型的DD变换器内，电源电压VCC大一倍，即，直流电压2×VCC大体上并联负载电容器C102而引出。
然而，因为由此形成的根据第1传统例的电荷型DD变换器应用了通过二极管箝位，所以输出电压Vout即使在无负载情况下也不能达到乘以-1或2的电源电压VCC的电压值，并且移动约为二极管的阈值电压Vth的两倍，正如从图3和图4的时间图所看到的那样。图3和图4的时间图分别示出在图1和图2的电路内节点A到C的信号波形A到C。
通过根据图5和图6所示的第2传统例的电荷泵型DD变换器使第1传统例的问题得到改善。在图5和图6，与图1和图2相同部分用相同参考数字表示。图5示出负电压发生型DD变换器，而图6示出电压上升型DD变换器。两DD变换器的基本结构是相同的。
首先描述负电压发生型DD变换器。在图5，电容器C101的另一端与Nch MOS晶体管Qn102的漏极和Pch MOS晶体管Qp102的源极连接。负载电容器C102连接在Nch MOS晶体管Qn102的源极和地之间。Pch MOS晶体管QP102的漏极接地。
CMOS变换器101的栅极公共连接点与电容器C103的一端连接。电容器C103的另一端与二极管D101的阳极和Nch MOS晶体管Qn102和Pch MOS晶体管Qp102的栅极连接。二极管D101的阴极接地。
在因此形成的负电压发生型DD变换器中，输出电压Vout在无负载时达到乘以-1的电源电压VCC的电压值，正如从图7的时间图所看到的那样。
另一方面，如图6所示的电压上升型的DD变换器与图5所示的负电压发生型的DD变换器的差别仅在于，开关晶体管Qp103和Qp103具有相反的导电型；而二极管D101连接在电容器C101的另一端和电源(VCC)之间。在电压上升型的DD变换器内，输出电压Vout达到无负载时的电源电压VCC的两倍。
图7的时间图和图8的时间图分别示出在图5和图6的电路内节点A到C的信号波形A到C。
然而，因此形成的根据第2传统例的电荷泵型DD变换器箝位为开关晶体管(MOS晶体管Qn102和Qp102)用的开关脉冲电压，即，节点D的电压电平被箝位在由二极管D101阈值电位Vth移动所产生的电压值上。因此，足够的驱动电压可能并未提供给开关晶体管，尤其是Pch MOS晶体管Qp102。
因此，对于Pch MOS晶体管Qp102的晶体管尺寸必须设置得大些。晶体管尺寸增加产生诸如电路面积增加和电路容量下降一类问题。此外，在节省功率模式或类似模式的泵激运行暂时停止时，开关脉冲电压的箝位电平随着开关脉冲的占空比改变而改变。这导致诸如电路容量下降一类问题。
当晶体管阈值Vth大时和当阈值Vth变化大时，上述问题都变得严重。当使用薄膜晶体管(TFT)，电路在玻璃衬底上形成时，例如，该问题是一个需要仔细考虑的。众知用于形成薄膜晶体管的非晶硅和多晶硅具有比单晶硅低的结晶度和低的导电机构可控制性，因此形成的薄膜晶体管具有大的特性变化。
因此，本发明的目的是提供在小面积电路规模上能够得到高电流容量的电源电压变换电路及其控制方法，以及具有以电源电压变换电路作为电源电路的显示器和具有显示器的便携终端。

发明内容
为了实现上述目的，根据本发明，提供应用在输出单元具有开关器件的电荷泵电路的电源电压变换电路，而电源电压变换电路包含用于在启动时刻对开关器件用的控制脉冲电压进行二极管-箝位的第1箝位电路，和用于在启动过程终止时刻把控制脉冲电压箝位在电路电源电位的第2箝位电路。电源电压变换电路被用作显示器的电源电路。包含电源电压变换电路的显示器用作便携终端的显示单元。
在因此形成的电源电压变换电路中，在启动时刻(接通电源的时刻)第1箝位电路对控制脉冲电压进行二极管箝位，由此控制脉冲电压的电压值被箝位在由于二极管阈值电压从电路电源电压移动所产生的电位上。在输出单元内的开关器件根据控制脉冲运行，因此引出输出电压。在启动过程终止时刻，控制脉冲电压的电压值箝位在电路电源电位上。因此在电荷泵电路随后发生的泵激运行中，提供足够的驱动电压给开关器件。


图1是示出根据第1传统例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图2是示出根据第1传统例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图3是有助于说明根据第1传统例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图4是有助于说明根据第1传统例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图5是示出根据第2传统例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图6是示出根据第2传统例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图7是有助于说明根据第2传统例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图8是有助于说明根据第2传统例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图9是示出根据本发明的实施方式的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图10是有助于说明根据本发明的实施方式的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图11是示出根据本发明的实施方式的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构例的电路图。
图12是有助于说明本发明的实施方式的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图13是示出根据本发明的显示器结构例的概略图。
图14是示出液晶显示器显示区结构例的电路图。
图15是示出根据第1应用例的有源矩阵型液晶显示器结构例的方框图。
图16是示出选择性应用功率节省模式的显示器的概略方框图。
图17是示出根据第1应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图18是示出根据第1应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图19是示出根据第2应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图20是有助于说明根据第2应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图21是示出根据第2应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图22是有助于说明根据第2应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图23是示出根据第3应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图24是有助于说明根据第3应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图25是示出根据第3应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图26是有助于说明根据第3实用型例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图27是示出根据第4应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图28是有助于说明根据第4应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图29是示出根据第4应用实例的电压上升型电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图30是有助于说明根据第4应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图31是说明把开关脉冲提供给由电荷泵型DD变换器形成的电源电路的例子的方框图。
图32是说明把开关脉冲提供给由电荷泵型DD变换器形成的电源电路另一例子的方框图。
图33是示出根据第2应用例的有源矩阵型液晶显示器结构例的方框图。
图34是示出根据第5应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图35是有助于说明根据第5应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图36是示出根据第5应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图37是有助于说明根据第5应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器电路运行的时间图。
图38是示出根据第6应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图39是示出根据第6应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图40是示出根据第7应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图41是示出根据第7应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构的电路图。
图42是示出根据本发明的便携电话结构或便携终端的概略外貌图。
具体实施例方式
以下参考附图将详细描绘本发明的最佳实施方式。图9是示出负电压发生型的电荷泵型DD变换器结构例的电路图，这个变换器是根据本发明的实施方式的电源电压变换器。
在图1，Ph MOS晶体管Qp11和Nch MOS晶体管Qn11彼此串联在用于提供单个直流电源电压VCC的电源和地(GND)之间。Pch MOS晶体管Qp11和Nch MOS晶体管Qn11具有与公共点连接的栅极，由此形成CMOS变换器11。脉冲产生源12把预定频率的开关脉冲加到CMOS变换器11的栅极公共连接点。
CMOS变换器11的漏极公共连接点(节点B)与电容器C11的一端连接。电容器C11的另一端与开关元件连接，例如，Nch MOS晶体管Qn12的漏极和P MOS晶体管Qp12的源极。负载电容器C12连接在NchMOS晶体管Qn12的源极和地之间。
CMOS变换器11的栅极公共连接点与电容器C13的一端连接。电容器C13的另一端与二极管D11的阳极连接。二极管D11具有一个接地的阴极，并因此形成第1箝位电路13。电容器C13的另一端也与Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12的栅极连接。Pch MOS晶体管Qp12的漏极接地。
Pch MOS晶体管Qp13连接在电容器C13的另一端和地之间。Pch MOS晶体管Qp13的栅极由脉冲发生电源14产生的箝位脉冲提供，并且移动一个由电平移动电路15产生的电平。Pch MOS晶体管Qp13，脉冲发生电源14和电平移动电路15形成第2箝位电路16，用于开关晶体管(Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12)的开关脉冲电压的箝位。
在第2箝位电路16内的电平移动电路15应用输入到DD变换器的电源电压VCC作为正侧电路电源，从跨接负载电容器C12引出的本电路的输出电压Vout作为负侧电路电源。电位移动电路15移动通过脉冲发生电源14发生的第1振幅(VCC-0[V])的箝位脉冲电平到第2振幅(VCC-Vout[V])的箝位脉冲的电平，随后把箝位脉冲提供给PchMOS晶体管Qp13的栅极。因此，Pch MOS晶体管Qp13更可靠地执行开关运行。
以下，参考图10的时间图描述由此形成的负电压发生型的电荷泵型DD变换器的电路运行。时间图的波形A到G分别表示在图9的电路内节点A到G的信号波形。
在接通电源时(启动时刻)，二极管D11对电容器C13的输出电位进行第1“H”电平箝位，即把建立在由脉冲发生电源12发生的开关脉冲上的节点D的电位从地(GND)电平，或负侧电路电源电位箝位到通过由二极管D11的阈值电压Vth产生的电位移动所得到的电位。
当开关脉冲处于“L”电平(0V)时，Pch MOS晶体管Qp11和Qp12处在导通状态，并因此充电电容器C11。在这种情况下，Nch MOS晶体管Qn11处关断状态，并因此节点B的电位处在VCC电位。随后，当开关脉冲处于“H”电平(VCC)时，Nch MOS晶体管Qn11和Qn12处于导通状态，并且节点B的电位处于地电平(0V)，所以节点C的电位处于-VCC电平。节点C的电位实际上通过Nch MOS晶体管Qn12，并随后变为输出电位Vout(＝-VCC)。
接下来，当输出电压Vout上升到一定程度(在启动过程终止时)，用于箝位脉冲的电平移动电路15开始运行。当电平移动电路15开始运行时，电平移动电路15移动由脉冲发生电源14产生的振幅VCC-0[V]的箝位脉冲电平到振幅VCC-Vout[V]的箝位脉冲电平，之后把箝位脉冲加到Pch MOS晶体管Qp13的栅极。
在这种情况下，因为箝位脉冲的“L”电平是输出电压Vout，即-VCC，所以Pch MOS晶体管Qp13可靠地进入导通状态。因此，节点D的电位是箝位在地电位(负侧电路电源电位)，而不是从地电平箝位到通过由二极管D11的阈值电压Vth产生的电平移动所得到的电位。因此在随后的泵激运行中，尤其能够为Pch MOS晶体管Qp12提供足够的驱动电压。
如上所述，在应用电荷泵电路的DD变换器的输出单元内所提供的用于开关器件(Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12)的控制脉冲(开关脉冲)电压是在两独立的阶段进行箝位的，例如首先在启动本电路时通过第1箝位电路13的二极管D11箝位，随后在终止启动过程后通过第2箝位电路16箝位。因此尤其能够提供给Pch MOS晶体管Qp12足够的驱动电压。
于是，因为在Pch MOS晶体管Qp12内得到足够的开关电流，所以可能实现稳定的DC-DC变换运行，并且改善变换效率。尤其是，因为得到足够的开关电压，而无须增加Pch MOS晶体管Qp12的晶体管大小，所以在小面积电路规模上可能实现具有高电流容量的DD变换。当应用具有高阈值Vth的晶体管，例如薄膜晶体管时，其效果尤其大。
图11示出电压上升型电荷泵型DD变换器的结构例。电压上升型的电荷泵型DD变换器的基本电路结构和电路运行与图9所示的负电压发生型的电荷泵型DD变换器是相同的。
准确说，在图11，开关晶体管和第2箝位晶体管(MOS晶体管Qp14，Qn14和Qn13)具有与图9的电路内的MOS晶体管Qn12，Qp12和Qp13相反的导电型；二极管D11连接在电容器C11的另一端和电源(VCC)之间；以及电平移动电路15被配置成利用本电路的输出电压Vout作为正侧电路电源，利用地电平作为负侧电路电源。图11电路在结构上与图9电路的差别仅在于这一方面。
电压上升型的电荷泵型DD变换器的基本电路运行也是准确地与图9所示的负电压发生型DD变换器的相同。电压上升型的电荷泵型DD变换器的电路运行与图9所示的负电压发生型的DD变换器的差别仅在于开关脉冲电压(控制脉冲电压)首先在启动时刻被二极管箝位，而在启动过程终止时刻箝位在VCC电平(正侧电路电源电位)，并且为电源电压VCC两倍的电压值2×VCC作为输出电压Vout被引出。图12是分别示出图11的电路内节点A到G的信号波形A到G的时间图。
根据前述实施方式，电荷泵型DD变换器(电源电压变换电路)被用作显示器-诸如通过以矩阵方式安排像素(该每个像素应用一个液晶单元作为电光器件)形成的有源矩阵型液晶显示器-的供电电路。图13示出显示器结构的一例。以下的描述将以有源矩阵型液晶显示器作为一例。
在图13，通过安排大量像素(每一像素包含以矩阵方式的一个液晶单元)形成的显示区单元22，一对上部和下部H驱动器(水平驱动电路)23U和23D和一只V驱动器(垂直驱动电路)24安装在透明的绝缘衬底、例如玻璃衬底21上。外围电路，如电源电路25和功率节省模式控制电路26也在玻璃衬底21上集成。
玻璃衬底21通过由安排大量像素电路(每个像素电路以矩阵方式包含一个有源器件(例如一只晶体管))形成的第1衬底形成，在离开第1衬底一定距离处面对面沉积第2衬底。通过在第1和第2衬底之间密封液晶材料，形成液晶显示屏。
图14示出显示区单元22具体结构一例。为了图的简明性，只取3行像素安排(n-1行到n+1行)和4列(m-2列到m+1列)作例。图14的显示区单元22具有以矩阵形式安排的垂直扫描线...，31n-1，31n，31n+1，...以及数据线(信号线)...，32m-2，32m-1，32m，32m+1...，在垂直扫描线和数据线的交点上安排单元像素33。
单元像素33每个包含一只薄膜晶体管(以下称为TFT)34，它是一只像素晶体管，一个液晶单元35，它是电光器件，和一只保持电容器36。在这种情况下，液晶单元35表示在TFT 34上形成的一个像素电极(一个电极)和与像素电极对置形成的对置电极(另一电极)之间产生的液晶电容。
TFT 34具有连接到垂直扫描线31n-1，31n，31n+1，...的栅极和连接到数据线...，32m-2，32m-1，32m，32m+1的源电极。液晶单元35的像素电极连接到TFT 34的漏极，液晶单元35的对置电极连接公共线37。保持电容36连接在TFT 34的漏极和公共线37之间。把预定的直流电压提供给公共线作为公共电压Vcom。
每条垂直扫描线，...31n-1，31n，31n+1，...的一端连接到图13所示的V驱动器24的相应行的输出端。V驱动器24通过例如移位寄存器形成。V驱动器24顺序地产生与垂直转移时钟VCK(未示出)同步的垂直选择脉冲，并且提供垂直脉冲到垂直扫描线...，31n-1，31n，31n+1，为了是由此形成垂直扫描。
每条奇数数据线...，32m-1，32m+1的一端，例如在显示区单元22内，连接到图13所示H驱动器23U的相应列的输出端，而每条偶数数据线..，32m-2，32m，....的另一端连接到图13所示的H驱动器23D相应列的输出端上。图15示出H驱动器23U和23D结构的具体例。
如图15所示，H驱动器23U包含一移位寄存器41U，取样锁存电器(数据信号输入电路)42U，形成行顺序的锁存电路43U和DA变换器电路44U。移位寄存器41U与水平转移时钟HCK(未示出)同步地从每一转移阶段顺序地输出移动脉冲，由此实现水平扫描。为响应从移位寄存器41U提供的移动脉冲，取样锁存电路42U以点顺序取样并锁存预定比特的输入数字图像数据。
形成行顺序的锁存电路43U，通过单一行单元再锁存由取样锁存电路42U以点顺序形式锁存的数字图像数据，由此把数字图像数据作成行顺序，并随后同时输出数字图像数据的单一行。DA变换器电路44U具有例如参考电压选择型的电路结构。DA变换器电路44U把形成行顺序的锁存电路43U输出的数字图像数据的信号线变换为模拟图像信号，并随后把模拟图像信号提供给上述像素区单元22内的数据线...，32m-2，32m-1，32m，32m+1。
准确地与上部H驱动器23U相类似，下部H驱动器23D具有一移位寄存器41D，取样锁存电路42D，形成行顺序的锁存电路43和DA变换电路44D。必须指出，根据本例的液晶显示器是这样构成的，使得H驱动器23U和23D在显示区单元22上和下的位置被安排，而根据本例的液晶显示器并不限于此；H驱动器23U和23D可能只安排在显示区单元22上和下之一的位置上。
如上所述，外围电路诸如功率电路25和功率节省模式控制电路26也集成在显示区单元22的同一玻璃衬底21上。在这样构成的液晶显示器的情况下，即H驱动器23U和23D安排在显示区单元22上和下的位置上，例如希望外围电路，诸如框架区(显示区单元22)的电源电路25和功率节省模式控制电路被沉积在未安装H驱动器23U和23D的侧边上。
原因在于，因为如下所述，H驱动器23U和23D与V驱动器比较具有大量元件，因此常常具有很大的电路面积，通过安装外围电路-诸如在框架区内的功率电路25和功率节省模式的控制电路-在未安装H驱动器23U和23D的侧边上，外围电路，诸如电源电路25和功率节省模式控制电路26能够集成在显示区单元22的同一玻璃衬底21上，而并不降低有效的屏幕系数(有效区单元22对玻璃衬底21的面积比)。
因为根据第1应用例所述的有源矩阵型液晶显示器在未装H驱动器23U和23D的侧边上具有在框架区一侧集成的V驱动器24，而外围电路，诸如电源电路25和功率节省模式控制电路26集成在侧边框架区的另一侧上。
在这种情况下，根据上述实施方式的电荷泵型DD变换器(电源电压变换电路)用作电源电路25。在集成电源电路25时，因为TFT 34用作显示区单元22的各个像素晶体管，所以TFT也用作形成电源电路25的晶体管，即MOS晶体管Qp11到Qp13和Qn11到Qn13以及形成电平移动电路15的晶体管和图9所示的电荷泵型DD变换器内的晶体管。通过至少产生应用与显示区单元22相同过程的晶体管电路，使电路更容易制造和更低价实现。
尤其是一些晶体管电路之中，二极管D11，MOS晶体管Qp12，Qp13，Qn12和Qn13以及形成要求高耐压的电平移动电路15的晶体管，除了在0V-VCC工作的CMOS晶体管11之外，通过TFT形成时，不要求器件分离。因此，二极管D11，MOS晶体管Qp12，Qp13，Qn12和Qn13以及形成电平移动电路15的晶体管通过应用与显示区单元22相同的工艺过程比较容易地生产。在这种情况下，另外一些晶体管电路和诸如此类可以在与玻璃衬底21分开的衬底上的硅芯片上产生。
伴随着最近TFT性能的改善和TFT功耗的降低，使得集成TFT变得更加容易。因此，通过尤其在显示区单元22的像素晶体管的同一玻璃衬底21上，采用TFT的同一工艺过程整体地形成功率电路25或至少晶体管电路，作为制造工艺的简化，可能降低价格，以及作为集成的结果使显示器更薄和更紧凑。
必须注意，在上述应用例中，根据前述实施方式的电荷泵型DD用作电源电路25以及电源电路25与显示区单元22整体在玻璃衬底21上形成时，电源电路25不一定与显示区单元22整体地形成。准确地说，电源电路25可能用作对液晶显示器的外置电路，并且电源电路25也可能在与玻璃衬底分开的衬底21上形成。
然而，从上述描述可以看到，电源电路25与显示区单元22在同一衬底上整体地形成更有好处。此外，因为根据前述实施方式的电荷泵型DD变换器在小面积电路规模上提供高的电流容量，尤其在应用具有高阈值Vth的晶体管(如TFT)时产生很大效果，所以，与显示区单元22在同一衬底上整体地形成电源电路25，对降低包含液晶显示器的装置价格以及使装置更薄、更紧凑有很大贡献。
为了整体地降低器件的功耗，提供图13和图15的功率节省模型控制电路26用于选择性设置功率节省模式。如图16所示，根据规定模式的外部信息，功率节省模式控制电路26对电源电路25实施功率节省模式的控制。在图16，为了图的简化，H驱动器23U和23D和V驱动器24在单个方框内(驱动器单元)共同地示出。
(DD变换器的第1应用实例)图17示出根据上述实施方式(参阅图9)的负电压发生型的电荷泵型DD变换器的第1应用实例。在图内与图9相同的部分通过相同参考数字表示。
图17的电路结构准确地与图9的相同，除了两输入AND电路17被新添入到图17的CMOS变换器11之前的级内。两输入AND电路17接收由脉冲发生电源12发生的开关脉冲作为一个输入，并且作为另一输入，在功率节省模式的时刻，接收从图16所示的功率节省模式控制电路26提供的处于“L”电平的模式选择信号SEL。
当把功率节省模式时刻处在“L”电平的模式选择信号SEL提供给由此形成的根据第1应用实例所述的负电压发生型的DD变换器，则AND电路17停止提供由脉冲发生源12发生的开关脉冲到DD变换器内的电路。这暂时中止电荷泵型电路的泵激运行。因此，降低了在DD变换器内通过电路消耗的电流，从而节省了功率。
如上所述，即使通过设置功率节省模式，暂时中止时钟提供给电荷泵电路，则在输出单元内提供的用于开关器件(Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12)的控制脉冲(开关脉冲)电压在两独立阶段而在启动时刻和启动过程中止后被箝位。因此在节点D的箝位电平得以稳定。因此即使在时钟供给/停止的过渡周期也能保证足够的电流容量，并因此可能实现稳定的DC-DC变换运行。
图18示出根据第1应用实例所述的电压上升型的电荷泵型DD变换器的结构。电压上升型的电荷泵型DD变换器的基本电路结构及电路运行与负电压发生型的电荷泵型DD变换器是相同的，因此将省略对电压上升型电荷泵型DD变换器的电路结构和电路运行的描述。
(DD变换器的第2应用实例)图19是示出根据前述实施方式(看图9)的负电压发生型电荷泵型DD变换器第2应用实例的电路图。在图内，与图9相同部分通过相同参考数字表示。根据第2应用实例的电荷泵型DD变换器具有调整输出电位的功能。
根据图19的第2应用实例的调整电路包含在电路输出端(节点E)和电源(VCC)或地之间彼此串联的电阻R1和R2；具有连接到电阻R1和R2的分压点的非变换(+)输入终端和由参考电压(在本例中为地电平)提供的变换的(-)输入终端的比较器18；置于在CMOS变换器11之前的级内，并且接收由脉冲发生电源12发生的开关脉冲作为一输入，以及接收比较器18的比较输出作为另一输入的AND电路19。
图19的结构是准确地与图9的结构相同，除了调整电路是新添加的。图19的电路的电荷泵运行基本上也与图9的电路运行相同的。图20是用于助于说明图19电路运行的时间图。在时间图内的波形A到H分别表示在图19的电路内的节点A到H的信号波形。
在由此形成的根据第2应用实例的负电压发生型DD变换器内的比较器18把输出电压Vout与参考电压(例如地电平)进行比较。AND电路18根据比较结果控制供给/停止开关脉冲，由此进行用于调整输出电压Vout到例如地电位(0V)的电路运行。当输出电压Vout变得比目标电压低时，引起反馈，以便停止提供开关脉冲。其结果，得到由电阻R1和R2的分压比决定的目标电压作为输出电压Vout。
即使通过调整使供给电荷泵的时钟暂时停止，但用于开关器件(Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12)的控制脉冲(开关脉冲)在两独立阶段在启动时刻和启动过程终止后也被箝位，如上所述。因此，在节点D的箝位电平得以稳定。于是可能实现稳定的调整运行。
图21示出根据第2应用实例的电压上升型电荷泵型DD变换器的结构。图22是有助于说明图21的电路运行的时间图。在时间图的A到H分别表示在图21电路图内的节点A到H的信号波形。
电压上升型的DD变换器内的比较器18把输出电压Vout与参考电压(例如参考电压Vref)进行比较。AND电路18根据比较结果控制开关脉冲的供给/停止，由此实现调整输出电压Vout到例如地电位(0V)的电路运行。
当输出电压Vout变得高于目标电压，则电压上升型DD变换器引起反馈，以便停止提供开关脉冲。作为结果，得到由电阻R1和R2的分压比决定的目标电压作为输出电压Vout。其它电路运行基本上是负电压发生型的电荷泵型DD变换器相同。
如同根据前述实施方式(看图9)的DD变换器一样，根据如上所述的第1和第2应用实例的DD变换器(电源电压变换电路)可以用作根据第1应用例的有源矩阵型液晶显示器的电源电路25。
当功率节省模式在外部被规定，则前述功率节省电路26执行降低H驱动器23U和23D和V驱动器24内的电源电流的控制，并且降低电源电路25的供电容量，并且执行电源电路25上的功率节省模式控制。
有源矩阵型液晶显示器的功率节省模式包含部分屏显示模式，其中信息只在显示区单元22的部分区内显示；以及两电平灰度显示模式，其中对R(红)，G(绿)和B(兰)色各色用1比特制成8种色显示，这与正常的模式相反，在那里例如对每种R、G、B各色用6比特制成260,000彩色显示，等等。
在例如功率节省模式的部分屏显示模式下只部分地显示特定的信息，例如在显示单元22的上部，而在非显示区显示特定的颜色，例如白或黑。在非显示区，在所有时间显示白或黑信息，因此，为再写入信息不须要H驱动器23U和23D。因此，通过停止H驱动器23U和23D，可以降低一个相当于正常为H驱动器23U和23D提供的功耗。
因此，功率节省模式的有源矩阵型液晶显示器通过停止非显示区用的H驱动器23U和23D的运行可以降低功耗，通过降低电源电路25的供电容量也减少了电源电路25的功耗。因此作为整体，显示器的功耗能够进一步降低。此外，DC-DC变换的效率定义为负载的功耗/总功耗，因此总功耗＝负载功耗+本电路的功耗，因此通过降低本电路的功耗，可能改善变换效率。
具有功率节省模式的电源电路25的具体结构将在以下描绘。根据前述实施方式或其实际应用的电荷泵型DD变换器可以用作电源电路25。然而，因为电源电路25并非通过其具体电路结构所表征，所以相当于图5和图6内所示的第2传统例的电荷泵型DD变换器被选择作为在这种情况下的基本电路。此外，作为一例把部分屏幕显示模式(部分模式)设置为功率节省模式。
(DD变换器的第3应用实例)图23是示出负电压发生型的电荷泵型DD变换器的第3应用型的电路图。在图中，与图9内相同的部分通过相同参考数字表示。根据第3应用实例的电荷泵型的DD变换器在电路结构上与根据前述实施方式的电荷泵型DD变换器的差异仅在于，根据第3应用实例的电荷泵型DD变换器没有第2箝位电路16(参阅9和图11)。
图23的部分模式控制电路26′相应于图13和图15内的功率节省模式控制电路26。部分模式控制电路26′输出在标准模式下的“H”电平(高电平)的控制脉冲。当设置功率节省模式，即部分屏幕显示模式时，部分模式控制电路26’在屏幕的非显示区周期期间，根据用于规定部分显示区位置和行数的外供信息而输出“L”电平的控制脉冲。
控制脉冲是输入到AND电路51的一个输入。AND电路51接收由脉冲发生电源12产生的时钟脉冲作为另一输入。AND电路51只在提供控制脉冲周期期间通过时钟脉冲。通过AND电路51的时钟脉冲作为开关脉冲加到CMOS变换器11的栅极公共连接点。
由此形成的根据第3应用实例的负电压发生型的电荷泵型电源电压变换电路将在以下参考图24的时间图进行描述。在时间图内的波形A到E分别表示在图23的电路内的节点A到E的信号波形。
首先，在标准模式下，部分模式控制电路26′输出处于“H”电平的控制脉冲。因此，由脉冲发生源12产生的时钟脉冲通过AND电路51，并随后作为开关脉冲供给CMOS变换器11的栅极公共连接点。在这种情况下，电容器C13的输出电位，即，根据开关脉冲的节点D电位被二极管D11箝位。
当开关脉冲处于“L”电平(0V)时，Pch MOS晶体管Qp11和Qp12处于导通状态，并因此电容器C11充电。在这种情况下，Nch MOS晶体管Qn11处于关断状态，并因此节点B的电位处于VCC电平。随后，当开关脉冲处于“H”电平(VCC)时，Nch MOS晶体管Qn11和Nch MOS晶体管Qn12处于导通状态，并且节点B的电位处于地电平(0V)，所以节点C的电位处于-VCC电平。节点C的电位实际上通过Nch MOS晶体管Qn12，并随后变为输出电压Vout(＝-VCC)。
接下来，当设置部分模式(部分屏幕显示模式)时，部分模式控制电路26′根据决定部分显示区和行数的外供信息而在屏幕的非显示区期间输出处于“L”电平的控制脉冲。随后，根据处于“L”电平的控制脉冲，AND电路51禁止由脉冲发生源12产生的时钟脉冲通过，因此，停止把开关脉冲供给电荷泵电路。
因为未提供开关脉冲，所以电荷泵电路的泵激运行停止。在这种情况下，电荷泵电路的供电容量(电流容量)，即，本DD变换器的供电容量减小到本质上为零。具体讲，电荷泵电路的供电容量与开关脉冲的频率和电容器C11的电容成反比，因此停止供给开关脉冲使得降低开关脉冲的频率到零，并因此降低供电容量到本质上为零。
从降低功耗的观点看，最好设置尽可能降低本DD变换器的供电容量(电流容量)的周期。因此希望设置周期到最大，例如为未显示区周期的1/2或更多一点。
如上所述，通过电荷泵型DD变换器形成的电源电路25停止电荷泵型电路的泵激运行，并因此降低在非显示区大部分周期期间的电源电路25的供电容量。因此能够在非显示周期内的驱动系统不耗电时，防止不必要的导通电流通过电荷泵电路，由此可以降低电源电路25的功耗。此外，电源电路25的功耗的降低有效地改善了DC-DC变换。
图25示出根据第3应用例的电压上升型的电荷泵型DD变换器的结构。电压上升型的DD变换器的基本电路结构和电路运行是与负电压发生型DD变换器的相同。
准确地说，在图25，开关晶体管(MOS晶体管Qp13和Qn13)具有与图23电路内的MOS晶体管Qn12和Qp12相反的导电类型；而二极管D11连接在电容器C11的另一端和电源(VCC)之间。图25的电路在结构上与图23电路的差别仅在于那方面。
图25电路的基本电路运行也准确地与图23电路的相同。图25电路的电路运行与图23电路不同处仅在于作为输出电压Vout而引出电源电压VCC两倍的电压值2×VCC。图26分别是图25电路内节点A到E的信号波形A到E的时间图。
(DD变换器的第4应用实例)图27是示出负电压发生型电荷泵型DD变换器的第4应用实例的电路图。在图中，与图23相同部分通过相同参考数字表示。根据第4应用实例的DD变换器由VCO(电压控制振荡器)52取代脉冲发生源12和图23的AND电路51。否则图27的结构是准确地与图23结构相同的。
在标准模式下，给VCO 52提供例如从部分模式控制电路26′来的处于“H”电平的控制电压，并因此根据控制电压发生预定频率的第1时钟脉冲。在部分模式下，给VCO 52提供例如从部分模式控制电路26′来的处于“L”电平的控制电压，并因此根据控制电压产生比第1时钟脉冲频率低的第2时钟脉冲。第1和第2时钟脉冲作为开关脉冲提供给CMOS变换器11的栅极公共连接点。
由此形成的根据第4应用实例的负电压发生型的电荷泵型电源电压变换电路的电路运行将参考图28的时间图描述如下。在时间图内的波形A到E分别表示在图27电路内的节点A到E的信号波形。
首先，在标准模式下，通过提供从部分模式控制电路26′来的处于“H”电平的控制电压，VCO 52产生预定频率的第1时钟脉冲。第1时钟脉冲作为开关脉冲提供给CMOS变换器11的栅极公共点。在这种情况下，电容器C13的输出电压，即根据开关脉冲的节点D的电位被二极管D11箝位。
当开关脉冲处于“L”电平(0V)，Pch MOS晶体管Qp11和Qp12处于导通状态，并因此电容器C11充电。在这种情况下，Nch MOS晶体管Qn11处于关断状态。并因此节点B的电位处于VCC电平。随后，当开关脉冲处于“H”电平(VCC)时，则Nch MOS晶体管Qn11和NchMOS晶体管Qn12处于导通状态，而节点B的电位处于地电平(0V)，所以节点C的电位处于a-VCC电平。实际上，节点C的电位通过Nch MOS晶体管Qn12，随后变成输出电压Vout(＝-VCC)。
接下来，当设置部分模式(部分屏幕显示模式)时，根据规定部分显示区和行数的外供信息，在屏幕的非显示区周期期间，部分模式控制电路26′输出处于“L”电平的控制电压。通过提供处于“L”电平的控制电压，VCO 52产生频率低于标准模式的第1时钟脉冲的第2时钟脉冲。第2脉冲作为开关脉冲提供给CMOS变换器11的栅极公共连接点。
之后，按照与标准模式同样的运行原理，通过电荷泵电路根据第2时钟脉冲的泵激运行实现DC-DC变换，-VCC的负电压作为输出电压Vout引出。在这种情况下，因为开关脉冲的频率比标准模式的低，故降低了本DD变换器的供电容量(电流容量)。具体说，如上所述，电荷泵电路的供电容量与开关脉冲的频率和电容量C11电容成反比。因此，降低开关脉冲频率就减少了供电容量。
如上所述，通过电荷泵型DD变换器形成的电源电路25应用VCO 52作为开关脉冲发生源，使得开关脉冲频率比标准模式低，由此降低了在非显示区大部分周期期间电源电路25的供电容量。因此使得在驱动系统耗电较少的非显示周期内防止了不必要的导通电流流过电荷泵电路，由此可以降低电源电路25的功耗。此外，电源电路的功耗降低改善了变换效率。
图29示出根据本发明第4应用例的电压上升型电荷泵型DD变换器的结构。电压上升型的DD变换器的基本结构和电路运行与负电压发生型的DD变换器的相同。
具体讲，在图29，开关晶体管(MOS晶体管Qp13和Qn13)具有与图27电路内的MOS晶体管Qn12和Qp12不同的导电型；并且二极管D11连接在电容器C11的另一端和电源(VCC)之间。图29的电路与图27的电路结构的不同处仅在于那方面。
图29电路的基本电路运行也准确与图27的相同。图29的电路的电路运行与图27的电路的不同处仅在于作为输出电压Vout引出电源电压VCC两倍的电压值2×VCC。图30是分别在图29的电路内节点A到E的信号波形A到E的时间图。
用作根据如上所述第3和第4应用实例的电荷泵型DD变换器的基本电路的电荷泵电路的电路结构只作为一个例子；电荷泵电路的电路结构允许各种改变，并不限于上述电路结构例。
把开关脉冲供给具有由电荷泵型DD变换器形成的电源电路25的显示器内的电源电路25上的典型方法，包含以下两种方法，其一是应用振荡器电路27(相当于图9内的脉冲发生源12)，并应用由振荡器电路27产生的时钟脉冲作为电源电路25的开关脉冲，如迄今为止的描述一样(看图31)。通过电源电路25的DC-DC变换得到的直流电压被加到驱动器单元(23U，23D和24)和计时控制电路28。
另一方法是应用通过计时控制电路28产生的各种计时信号之一的水平转移时钟作为电源电路25的开关脉冲(看图32)。水平转移时钟是为驱动器单元内水平驱动系统(23U和23D)的电路运行用的时钟信号。
两方法的前者具有的优点是用于电源电路25运行的时钟信号不必从外部取，所以即使在功率节省模式的主时钟信号中断或诸如此类，电源电路25也以稳定方式运行。另一方面，本方法增加电路面积的大小约与装配振荡器电路25时大小相当，并且因为不能在振荡器电路25的振荡时钟和显示区单元22上显示的视频信号之间得到同步，所以本方法可能引起噪声，并因此引起图像上的干扰或诸如此类。
另一方面，后一方法的优点是，能减少电路面积大小约与省略振荡器电路27时大小相当，并且降低了图像内的干扰和由噪声引起的类似物。然而，因为电源电路25需要在任何时间运行，并因此水平转移时钟不能停止，而且用作水平转移时钟基础的主时钟信号在功率节省模式不能停止等，由此使它不能实现有效的低功耗模式。
鉴于上述情况，显示器例如是如下所述的根据第2应用例的有源矩阵型液晶显示器。图33是示出根据本发明第2应用例的有源矩阵型液晶显示器结构例的概略方框图。在图中，与图15相同部分通过相同参考数字表示。
根据第2应用例的有源矩阵液晶显示器是这样构成的，使得与显示区单元12上显示的视频信号同步的同步信号，例如水平同步信号HD，被用作由电荷泵型DD变换器形成的电源电路25的开关脉冲，并使得计时控制电路28集成在显示区单元22的同一玻璃衬底21上。根据第2应用例的有源矩阵型液晶显示器的另一结构基本上与根据第1应用例的有源矩阵型液晶显示器相同。
计时控制电路28产生各种计时信号，以根据外供的水平同步信号HD、垂直同步信号VD和主时钟信号MCK被H驱动器23U和23D和V驱动器24进行使用。例如，计时控制电路28提供水平启动脉冲HST和水平转移时钟HCK给H驱动器23U和23D，并提供垂直启动脉冲VST和垂直转移时钟VCK给V驱动器24。
同步信号，例如与视频信号同步的水平同步信号被用作一个时钟信号，该时钟信号被作为有源矩阵型液晶显示器内的由电荷泵型DD变换器形成的电源电路25的开关运行基础，且应用时钟信号提供了以下效果。产生时钟信号的电路不必是重新提供的，因为最初通过计时控制电路28就应用了水平同步信号HD。因此，在玻璃衬底21上形成的电路面积可以减少。这导致更小、更薄的液晶显示器。
此外，水平同步信号HD是通过外部同步分离器电路(未示出)进行同步分离的结果，例如是从显示区单元22上的视频信号分离而来，因此水平同步信号HD当然是与视频信号同步。因此不会发生由于在时钟信号和视频信号之间的非同步引起的噪声，并因此不再出现由于噪声引起的在图像内的干扰或诸如此类问题。因此，可以提供具有极佳图像品质的液晶显示器。
必须注意，水平同步信号HD在第2应用例内用作与视频信号同步的信号，但第2应用例并不限于此。垂直同步信号VD、通过水平同步信号HD或垂直同步信号VD的分频得到的信号或诸如此类都可以用来提供与上述相同的效果，因为任何这些信号都与视频信号同步。通过电源电路25产生的直流电压能够用作计时控制电路28的电源电压，但是也可能应用从外部直接输入的电源电压。
(DD变换器的第5应用实例)图34是示出负电压发生型的电荷泵型DD变换器的第5应用实例的电路图。在该图内，如图9内相同部件通过相同参考数字表示。水平同步信号HD，例如作为时钟信号供给根据第5应用实例的电荷泵型DD变换器。水平同步信信号HD输入到占空比变换电路53和脉冲发生电路54。
占空比变换电路53通过分频电路构成，例如把水平同步信号HD变换为占空比大体为50％的时间脉冲。通过占空比变换电路53的占空比变换得到的时钟脉冲作为开关脉冲供给CMOS变换器11的栅极公共连接点，并且也供给脉冲发生电路54。脉冲发生电路54连同Pch MOS晶体管Qp13和电平移动电路15一起形成第2箝位电路16′。
在第2箝位电路16′内的脉冲发生电路54根据水平同步信号HD和通过占空比变换电路53对水平同步信号HD进行占空比变换所得到的时钟脉冲产生箝位脉冲。箝位脉冲经电平转移电路15加到Pch MOS晶体管Qp13的栅极。
由此形成的，根据第5应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器的电路运行参考图35的时间图描述如下。在时间图内的波形A到G分别表示图34的电路图内的节点A到G的信号波形。
在接通电源时(在启动时刻)，二极管D11首先对电容器的输出电位进行“H”电平箝位，即根据通过占空比变换电路53对水平同步信号HD的占空比变换所得到的时钟脉冲(开关脉冲)，节点D的电位从地电位被箝位到通过二极管D11的阈值电压Vth的电平移动得到的电位或负侧电路电源的电位。
当开关脉冲处于“L”电平(0V)，则Pch MOS晶体管Qp11和Qp12处于导通状态，并因此电容器C11充电。在这种情况下，Nch MOS晶体管Qn11处于关断状态，并因此节点B的电位处于VCC电平。随后，当开关脉冲处于“H”电平(VCC)，则Nch MOS晶体管Qn11和Nch MOS晶体管Qn12处于导通状态，而节点B的电位处于地电位(0V)，所以节点C的电位处于-VCC电平。实际上节点C的电位通过NchMOS晶体管Qn12，随后，变为输出电压Vout(＝-VCC)。
接下来，当输出电压Vout上升到某种程度(在启动过程终止时)，用于箝位脉冲的电平移动电路15开始运行。当电平转移电路15开始运行，则电平转移电路使由脉冲发生电路54产生的振幅为VCC-0(V)的箝位脉冲电平被移动到振幅VCC-Vout[V]的箝位脉冲电平，之后，把箝位脉冲加到Pch MOS晶体管Qp13的栅极上。
在这种情况下，因为箝位脉冲的“L”电平是输出电压Vout，即，-VCC，所以Pch MOS晶体管Qp13可靠地进入导通状态，因此节点D的电位被箝位到地电平(负侧电路电源电位)，而不箝位到从地电平通过二极管D11的阈值电压Vth的电平移动得到的电位。因此，在随后的泵激运行中实际上能够对Pch MOS晶体管Qp12提供足够的驱动电压。
如上所述，通过电荷泵型DD变换器形成的电源电路25使用水平同步信号HD作为起着开关脉冲基准作用的信号，并且在其输入级提供占空比电路53，所以占空比变换电路53使开关脉冲的占空比接近50％。因此，与在水平同步信号HD照原来样子用作开关脉冲时相比，可能实现更加有效的DC-DC变换。
图36示出根据第5应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构。电压上升型DD变换器的基本结构和电路运行是与图34所示的负电压发生型的DD变换器的相同。
具体说，在图36，开关晶体管和箝位晶体管(MOS Qp14，Qn14和Qn13)具有与图34电路内的MOS晶体管Qn12，Qp12和Qp13相反的导电型；二极管D11连接在电容器C11的另一端和电源(VCC)之间；并且电平移动电路15被如此地构成，以便用本电路的输出电压Vout作正侧电路供电，用地电平作负侧电路供电。图36电路与图34电路结构上的差别只在那方面。
图36的电路的基本电路运行也准确地与图34的相同。图36电路的电路运行与图34电路的差别仅在于开关脉冲电压(控制脉冲电压)是在启动时刻首先被二极管箝位，并在启动过程终止时刻箝位在VCC电平(正侧电路电源电位)，作为输出电压Vout引出电源电压VCC两倍的电压值2×VCC。图36是分别示出在图35电路内节点A到G的信号波形A到G的时间图。
必须注意，第5应用实例用水平同步信号HD作为起着开关脉冲基准作用的信号，然而也可以用垂直同步信号VD。虽然水平同步信号HD和垂直同步信号VD的频率彼此极其不同，但是通过改变电容器C11和C13的电容值可以处理该频率差。
通过图33的定时控制电路28产生的垂直移动时钟VCK也可以用作起开关运行基准作用的时钟信号。因为垂直移动时钟VCK是根据水平同步信号HD产生的时钟信号，并且与视频信号同步，所以垂直移动时钟VCK使其可能提供与水平同步信号HD和垂直信号VD相同的效果。此外，垂直移动时钟VCK固有地是具有占空比为50％的时钟信号，并因此垂直移动时钟VCK取消了对提供占空比变换电路53的需求，因此提供了能够相应地减小电路面积的优点。
(DD变换器的第6应用实例)图38是示出负电压发生型电荷泵型DD变换器的第6应用实例的电路图。在图中，与图34相同的部分通过相同参考数字表示。根据第6应用实例的电荷泵型DD变换器装在有选择性地应用功率节省模式配置的液晶显示器上，以便作为整体降低器件的功耗，并且应用水平同步信号HD，例如，作为开关运行用的参考时钟信号。必须注意，正如第5应用实例的情况一样，垂直同步信号VD，垂直移动时钟VCK或诸如此类可能用作开关运行的参考时钟。
图38的结构是准确地与图34的相同，除了双输入AND电路55是新添加到紧接在占空比变换电路53后的级内。双输入AND电路55接收通过占空比变换电路53对水平同步信号HD的占空比变换所得到的时钟脉冲作为一个输入，并接收在功率节省模式时刻提供的处在“L”电平的模式选择信号SEL作为另一输入。
当对由此形成的根据第6应用实例的电荷泵型DD变换器在功率节省模式时刻时提供处于“L”电平的模式选择信号SEL时，AND电路55根据水平同步信号HD停止提供时钟脉冲到电路内部。这暂时地停止在本DD变换器内的开关运行(电荷泵的泵激运行)。因此降低了在DD变换器内的电流消耗，由此节省功率。这对于直接输入水平同步信号HD而不变换水平同步信号HD的占空比的情况也是如此(省略占空比变换电路)。
由此，即使通过设置功率节省模式暂时停止时钟提供，如以上所述，在输出单元内提供的用于开关器件(Nch MOS晶体管Qn12和PchMOS晶体管Qp12)的控制脉冲(开关脉冲)电压在启动时刻和启动过程停止时刻在两独立阶段被箝位。由此在节点D的箝位电平稳定。因此，即使在过渡到时钟提供/停止期间也能确保足够电流容量，从而可以实现稳定的DC-DC变换运行。
图39示出根据第6应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器结构。电压上升型DD变换器的基本电路结构和电路运行是与图38所示的负电压发生型的DD变换器的同样。
(DD变换器的第7应用实例)图40是第7应用实例的负电压发生型的电荷泵型DD变换器电路图。在图内，与图34相同部分通过相同参考数字表示。根据第7应用实例的电荷泵型DD变换器被如此地构成，以便既应用水平同步信号HD(或垂直同步信号VD)又应用垂直移动时钟VCK作为开关运行用的参考时钟信号。
图40的结构与图34的准确地相同，除了在水平同步信号HD/垂直转移时钟VCK的输入级内提供选择开关56以取代占空比变换电路53。选择开关56接收水平同步信号HD和垂直转移时钟VCK作为两输入，并根据在备用周期内提供的备用信号选择输入。备用周期是从接通电源时刻到其它电路-即图33所示的H驱动23U和23D、V驱动器24和定时控制电路28-开始运行时刻的周期。
在由此形成的、根据第7应用实例的电荷泵型DD变换器内，根据备用周期内的备用信号，选择开关56选择水平同步信号HD。在备用周期，H驱动器23U和23D，V驱动器24和定时控制电路28由备用信号控制，以便使电流消耗尽可能小。由此降低功耗。
另一方面，当选择开关56选择水平同步信号HD时，电源电路25，即本DD变换器进行应用水平同步信号HD作为运行时钟的开关运行，以便产生预定电压值的直流电压(在第7例内的-VCC和2VCC；然而-VCC和2VCC只是一例)。直流电压作为电源电压提供到H驱动器23U和23D，V驱动器24和定时控制电路28。
因此，定时控制电路28根据水平同步信号HD产生垂直转移时钟VCK。在接通电源的一定周期终止后，即在备用周期后，通过选择开关56选择垂直转移时钟VCK以取代水平同步信号HD。随后应用垂直转移时钟VCK作为运行时钟，本DD变换器进行开关运行，以便继续DC-DC变换运行。
因此，在接通电源时刻应用水平同步信号HD作为运行时钟以进行开关运行，并且在备用周期终止后应用垂直转移时钟VCK作为运行时钟以进行开关运行。因此，即使在备用周期终止后电流消耗上升，也可以根据垂直转移时钟VCK进行具有占空比50％的有效的DC-DC变换运行，由此得到足够的电流容量。
图41示出根据第7应用实例的电压上升型的电荷泵型DD变换器的结构。电压上升电压的DD变换器的基本电路结构和电路运行与图40所示的负电压发生型DD变换器的相同。
通过以下述情况作为一例，在上面已经描述了根据第7应用实例的电荷泵型DD变换器电荷泵电路使用了在两独立阶段对开关器件(Nch MOS晶体管Qn12和Pch MOS晶体管Qp12)的控制脉冲(开关脉冲)电压进行箝位的结构，例如，首先在启动时刻通过第1箝位电路13进行第1箝位，随后在启动过程终止后通过第2箝位电路16′进行箝位。然而，该电路结构只是一例；电荷泵电路的电路结构能有各种结构，并且不限于电路结构的上述例。
通过取有源矩阵型液晶显示器上应用电荷泵型DD变换器的情况作一例，描述了第1和第2应用例，而本发明并不限于此。电荷泵型DD变换器类似地对于其它有源矩阵显示器也是可用的，例如应用电致发光(EL)器件作为每个像素的电光器件的EL显示器。
根据本发明的显示器适合于用作办公自动化设备，如个人计算机、文字处理器等、电视接收机，以及诸如此类的显示，尤其适合于用作便携终端，如便携电话PDA以及其主体作得较小和更紧凑的便携设备的显示。
图42是便携终端，例如用了本发明的便携电话的结构概略外形图。
根据本例的便携电话具有在器件外壳61的前侧按照从顶到底顺序安排的扬声器单元62，输出显示单元63，控制单元64以及传声器单元65。在由此形成的便携电话内，液晶显示器例如用作输出显示单元63。通过把由前述实施方式或其第1到第7的应用实例的电荷泵型DD变换器形成的电源电路集成在显示区单元的同一衬底上，将如此形成的有源矩阵型液晶显示器用作液晶显示器。
因此，便携终端，如便携电话应用安装了由根据前述实施方式或其第1和第2应用实例的电荷泵型DD变换器形成的电源电路的有源矩阵型液晶显示器作为输出显示单元63。因此电源电路能够在小面积电路规模得到高电流容量。因此，电源电路具有优点为对降低便携终端的功耗以及进一步制造更小、更紧凑的仪器作出贡献。
此外，通过应用安装了由根据第3和第4应用实例的电荷泵型DD变换器形成的电源电路的有源矩阵型液晶显示器作为输出显示单元63，可以降低电源电路内的功耗，并降低在功率节省模式时驱动器系统的供电容量。因此可以进一步降低在节省功率模式的功耗。
此外，通过应用安装了由根据第5～第7应用实例的电荷泵型DD变换器形成的电源电路的有源矩阵型液晶显示器作为输出显示单元63，可以作为整体减小器件的尺寸和降低噪声。因此可以减少终端主体尺寸，改善图像品质。尤其在功率节省模式时，可以减少电路系统的功耗。
工业应用性根据本发明，在应用输出单元内具有开关器件的电荷泵电路的电源电压变换电路时，用于开关器件的控制脉冲电压是在启动时刻被二极管箝位的，而在启动过程终止时刻，根据通过开关器件输出的电压把控制脉冲电压箝位在电路电源电位。因此，可以为开关器件提供足够的驱动电压，并因此进行稳定的DC-DC变换运行。此外不必增加器件尺寸，所以可以用小面积电路规模实现具有高电流容量的电源电压变换电路。
权利要求
1.应用在输出单元内有开关器件的电荷泵电路的电源电压变换电路，其特征为，包含用于在启动时刻对上述开关器件的控制脉冲电压进行二极管箝位的第1箝位电路；和用于根据通过上述关器件输出的电压，在启动过程终止时刻把上述控制脉冲电压箝位在电路电源电位的第2箝位电路；
2.根据权利要求1的电源电压变换电路，其中，上述开关器件是薄膜晶体管。
3.根据权利要求1的电源电压变换电路，上述第2箝位电路的特征为，包含用于应用通过上述开关器件输出的电压值产生箝位脉冲的箝位脉冲发生装置，连接在提供上述控制脉冲电压的节点和电路电源电位之间的开关晶体管，用于实现与上述箝位脉冲同步地进行开关运行。
4.根据权利要求3的电源电压变换电路，其中上述开关器件和上述开关晶体管是薄膜晶体管。
5.根据权利要求3的电源电压变换电路，上述脉冲发生装置包含用于产生箝位脉冲的脉冲发生源和用于把上述箝位脉冲的电压值进行电平移动到通过上述开关器件输出的电压值、随后把上述箝位脉冲供给上述开关晶体管的电平移动电路。
6.应用在输出单元内具有开关器件的电荷泵电路的电源电压变换电路的控制方法，其特征为，包含以下步骤在启动时刻，对用于上述开关器件的控制脉冲电压进行第1二极管箝位；和接着在启动过程终止时刻，根据通过上述开关器件输出的电压把上述控制脉冲电压箝位在电路电源电位。
7.显示器，其特征为，包含通过安排像素而形成的显示区单元，每一像素有以矩阵方式的电光器件；垂直驱动电路，用于通过一行单元选择上述显示区单元的像素；水平驱动电路，用于把图像信号供给由上述垂直驱动电路选择的行的每个像素；和电源电压变换电路，用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压供给上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路；其中，通过应用在输出单元内具有开关器件的电荷泵型电路而形成的上述电源电压变换电路包含第1箝位电路，用于在启动时刻对上述开关器件用的控制脉冲电压进行二极管箝位，和第2箝位电路，用于根据通过上述开关器件输出的电压而在启动过程终止时刻把上述控制脉冲电压箝位在电路电源电位。
8.根据权利要求7的显示器，上述第2箝位电路包含用于应用通过上述开关器件输出的电压值产生箝位脉冲的箝位脉冲发生装置；和连接在提供上述控制脉冲的节点和电路电源电位之间的开关晶体管，用于与上述箝位脉冲同步地进行开关运行。
9.根据权利要求8的显示器，上述箝位脉冲发生装置包含用于产生箝位脉冲的脉冲发生源；和用于把上述箝位脉冲的电压值进行电平移动到通过上述开关器件输出的电压值、随后把上述箝位脉冲供给上述开关晶体管的电平移动电路；
10.根据权利要求7的显示器，其中上述电源电压变换电路与上述显示区单元整体地在同一衬底上形成。
11.根据权利要求7的显示器，其中，用于驱动上述显示区每个像素内的上述电光器件的有源器件通过薄膜晶体管形成；上述电源电压变换电路的上述开关器件和上述第2箝位电路通过应用与上述显示区单元的同一衬底上的上述显示区单元相同的工艺所产生的薄膜晶体管形成，和其余电路通过硅芯片形成。
12.根据权利要求7的显示器，其中上述电光器件是液晶单元。
13.根据权利要求7的显示器，其中上述电光器件是电致发光器件。
14.显示器，其特征为，包含通过以矩阵方式安排具有电光器件的每个像素所形成的显示区单元；用于通过一行单元选择上述显示区单元的像素的垂直驱动电路；用于把图像信号供给通过上述垂直驱动电路选择的行的每一像素的水平驱动电路；和用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压供给上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电压变换电路；其中，形成上述电源电压变换电路的至少一个晶体管电路是通过应用与上述显示区单元相同的工艺过程而形成在上述显示区单元的相同衬底上。
15.根据权利要要求14的显示器，其特征为，用于驱动上述显示区单元的每个像素内的上述电光器件的有源器件是通过薄膜晶体管形成；和上述晶体管电路是通过应用薄膜晶体管形成的。
16.根据权利要求14的显示器，其中，上述电源电压变换电路布置在上述衬底侧边之一上，而在该侧边上不布置上述水平驱动电路。
17.根据权利要求14的显示器，其中上述电光器件是液晶单元。
18.根据权利要求14的显示器，其中上述电光器件是电致发光器件。
19.显示器，其特征为，包含显示区单元，通过以矩阵方式安排具有电光器件的每个像素而形成；用于通过一行的单元选择上述显示区单元像素的垂直驱动电路；用于把图像信号提供给通过上述垂直驱动电路选择的行的每一像素的水平驱动电路；和用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压提供给至少上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电路，由此在功率节省模式时刻降低上述电源电路的供电容量。
20.根据权利要求19的显示器，其特征为，上述电源电路是电荷泵型电源电压变换电路，和在功率节省模式时，停止用作上述电源电压变换电路的开关运行基础的时钟信号的输入，或降低上述时钟信号的频率。
21.根据权利要求19的显示器，其特征为，上述功率节省模式是部分屏幕显示模式，其中，信号只在上述显示区单元的部分区域上显示；和在屏幕非显示周期期间降低上述电源电路的供电容量。
22.根据权利要求21的显示器，其特征为，上述电源电路是电荷电泵型的电源电压变换电路；和在功率节省模式时，停止用作上述电源电压变换电路的开关运行基础的时钟信号的输入，或降低上述时钟信号的频率。
23.根据权利要求19的显示器，其中，上述电光器件是液晶单元。
24.根据权利要求19的显示器，其中，上述电光器件是电致发光器件。
25.显示器，其特征为，包含通过以矩阵形式安排具有电光器件的每个像素而形成的显示区单元；用于通过一行单元选择上述显示区单元的像素的垂直驱动电路；用于把图像信号提供给通过上述垂直驱动电路选择的每一像素的水平驱动电路；和用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压供给至少上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电路，上述电源电路是根据与上述显示区单元上显示的视频信号同步的同步信号运行。
26.根据权利要求25的显示器，其中，上述电源电路是根据上述同步信号进行开关运行的电荷泵型电源电压变换电路。
27.根据权利要求26的显示器，其特征为，上述电源电压变换电路具有根据上述同步信号暂时停止开关运行的装置。
28.根据权利要求25的显示器，其特征为，上述同步信号是水平同步信号，垂直同步信号或作为上述垂直驱动电路运行基础的时钟信号。
29.根据权利要求28的显示器，其特征为，上述电源电压变换电路具有用于变换上述水平同步信号或上述垂直同步信号的占空比的占空比变换电路。
30.根据权利要求29的显示器，其中，在通过上述占用比变换电路变换后，上述水平同步信号或上述垂直同步信号的占空比大体上为50％。
31.根据权利要求28的显示器，其中，在接通电源后，上述电源电路立即根据水平同步信号或垂直同步信号运行，并且在经过一定周期后，根据用作上述垂直驱动电路运行基础的时钟信号进行运行。
32.根据权利要求25的显示器，其中上述电光器件是液晶单元。
33.根据权利要求25的显示器，其中上述电光器件是电致发光器件。
34.便携终端，其待征为，作为输出显示单元应用具有电源电压变换电路的显示器，通过应用在输出单元内具有开关器件的电荷泵电路所形成的上述电源电压变换电路包含第1箝位电路，用于在启动时刻对上述开关器件的控制脉冲电压进行二极管箝位，和第2箝位电路，用于在启动过程终止时刻根据通过上述开关器件输出的电压把上述控制脉冲电压箝位在电路电源电位。
35.根据权利要求34的便携终端，其中，上述电源电压变换电路与上述显示单元的显示区单元一起在同一衬底上整体地形成。
36.根据权利要求34的便携终端，其中，上述显示器是液晶显示器。
37.根据权利要求34的便携终端，其中，上述显示器是电致发光显示器。
38.便携终端，其特征为，应用显示器作为输出显示单元，上述显示器包含通过以矩阵形式安排具有电光器件的每个像素而形成的显示区单元；用于通过一行单元选择上述显示区单元像素的垂直驱动电路；用于把图像信号供给由上述垂直驱动电路选择的行的每个像素的水平驱动电路；以及用于把单个直流电压变换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压供给上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电压变换电路；其中，形成上述电源电压变换电路的至少一个晶体管电路通过应用与上述显示区单元相同的工艺过程而形成在上述显示区单元的同一衬底上。
39.根据权利要求38的便携终端，其中，上述显示器是应用液晶单元作为上述电光器件的液晶显示器。
40.根据权利要求38的便携终端，其中，上述显示器是应用电致发光器件作为上述电光器件的电致发光显示器。
41.便携终端，其特征为，应用显示器作为输出显示单元，包含通过以矩阵形式安排具有电光器件的每个像素而形成的显示区单元；用于通过一行单元选择上述显示区单元像素的垂直驱动电路；用于把图像信号供给通过上述垂直驱动电路选择的行的每个像素的水平驱动电路；以及用于把单个直流电压变换为多个具有不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压供给至少上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电路，在功率节省模式时刻降低上述电源电路的供电容量。
42.根据权利要求41的便携终端，其中，上述电源电路是电荷泵型电源电压变换电路。
43.根据权利要求41的便携终端，其中，上述显示器是应用液晶单元作上述电光器件的液晶显示器。
44.根据权利要求41的便携终端，其中，上述显示器是应用电致发光器件作上述电光器件的电致发光显示器。
45.便携终端，其特征为，应用显示器作为输出显示单元，包含通过以矩阵形式安排具有电光器件的每个像素而形成的显示区单元；用于通过一行单元选择上述显示区单元像素的垂直驱动电路；用于把图像信号供给由上述垂直驱动电路选择的行的每个像素的水平驱动电路；以及用于把单个直流电压转换为多个不同电压值的直流电压，随后把多个直流电压值供给至少上述垂直驱动电路和上述水平驱动电路的电源电路，上述电源电路根据与在上述显示区单元上显示的视频信号同步的同步信号运行。
46.根据权利要求45的便携终端，其中，上述电源电路是根据上述同步信号进行开关运行的电荷泵型电源电压变换电路。
47.根据权利要求45的便携终端，其中，上述同步信号是水平同步信号，垂直同步信号，或用作上述垂直驱动电路运行基础的时钟信号。
48.根据权利要求47的便携终端，其中，上述电源电路在电源接通后立即根据水平同步信号或垂直信号运行，并且在经过一定周期后根据用作上述垂直驱动电路运行基础的时钟信号运行。
49.根据权利要求45的便携终端，其中，上述显示器是应用液晶单元作为上述电光器件的液晶显示器。
50.根据权利要求45的便携终端，其中，上述显示器是应用电致发光器件作为上述电光器件的电致发光显示器。
全文摘要
一种电源电压变换电路，包含在输出单元内具有开关器件(Nch MOS晶体管Qn(12)和Pch MOS晶体管Qp(12))的电荷泵电路，其中由第1箝位电路(13)在启动电源电压变换电路的时刻对开关器件用的开关脉冲电压(控制脉冲电压)进行二极管箝位，和由第2箝位电路(16)根据包含输出电压Vout的箝位脉冲而在启动过程终止时刻把开关脉冲电压箝位在地电位(负侧电路电源电位)。由此，尤其对Pch MOS晶体管Qp(12)提供足够的驱动电压。该结构提供了一种能够以小面积电路规模获得高电流容量的电源电压变换电路及其控制方法、一种具有电源变换电路作为电源电路的显示器、和一种具有该显示器的便携终端。
文档编号G09G3/36GK1419733SQ01807038
公开日2003年5月21日 申请日期2001年12月6日 优先权日2000年12月6日
发明者仲岛义晴 申请人:索尼公司