DE60111138T2

DE60111138T2 - Stromsteuerung für eine Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60111138T2
Application number: DE60111138T
Authority: DE
Inventors: Hak-Su Kim; Young-Sun Na
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: DE60111138D1; EP1176579B1; US6633136B2; KR20020009765A; KR100344810B1; US20020060524A1; CN1249654C; EP1176579A2; EP1176579A3; CN1335587A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung und insbesondere einen Stromsteuerkreis vom passiven Typ auf der Basis von Hochspannungsbauelementen.
Stand der Technik
Seit einiger Zeit entwickelt sich sehr rasch ein Markt für Flachdisplays.
Die Aufmerksamkeit liegt auf Flachdisplays, deren Entwicklung mit Flüssigkristalldisplays (LCD) begonnen hat. Eine Kathodenstrahlröhre bzw. CRT, die auf dem Gebiet von Displays seit mehreren Jahrzehnten allgemein verwendet wird, wird seit einiger Zeit ersetzt durch Flachdisplays wie etwa ein Plasmadisplay (PDP), ein Fluoreszenzdisplay (VFD), ein Feldemissionsdisplay (FED), eine Leuchtdiode (LED) und Elektrolumineszenz (EL).
Es gibt seit einiger Zeit zwei Verfahren zum Treiben bzw. Steuern von Displayeinrichtungen. Eines ist ein passives Steuerverfahren zum Gebrauch in einer einfachen Matrix. Das andere ist ein aktives Steuerverfahren zum Gebrauch in einem Dünnschichttransistor- bzw. TFT-LCD. Das aktive Steuerverfahren ist ein Spannungssteuerverfahren und wird hauptsächlich in dem PDP und dem VFD verwendet. Das passive Steuerverfahren ist ein Stromsteuerverfahren und wird hauptsächlich bei der FED-, der LED- und der EL-Einrichtung verwendet.
Eine Displayeinrichtung vom einfachen Matrixtyp wird in einem Abtastmodus angesteuert. Da jedoch die Displayeinrichtung eine begrenzte Abtasteinschaltzeit hat, wird eine hohe Spannung benötigt, um eine gewünschte Leuchtdichte zu erzielen.
Das TFT-LCD weist ein Flüssigkristallfeld auf, das aus einer Vielzahl von Gateleitungen, einer Vielzahl von Datenleitungen und einer Vielzahl von Pixels besteht, die in Schnittpunkten zwischen den Gateleitungen und den Datenleitungen angeordnet sind. Ein Treiber- bzw. Steuerschaltkreis für das TFT-LCD legt Displaysignale an das Flüssigkristallfeld an, so daß jedes Pixel Licht emittiert.
Jedes Pixel weist einen Dünnschichttransistor bzw. TFT, der eine entsprechende Gateleitung (oder Abtastleitung) in Verbindung mit einer jeweiligen Datenleitung hat, und einen Speicherkondensator und eine Displayeinrichtung in Parallelschaltung mit einer Source des TFT auf.
Ein bekannter passiver Steuerschaltkreis wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schema, das einen bekannten passiven Stromsteuerkreis zeigt.
Gemäß 1 wird eine in einer Last fließende Strommenge gesteuert unter Nutzung einer Strom-Spannung-Charakteristik (I-V-Charakteristik) eines P-leitfähigen FET Qp1.
Zur Steuerung der Strom-Spannung- bzw. I-V-Charakteristik des P-leitfähigen FET Qp1 wird eine an ein Gate des P-leitfähigen FET Qp1 angelegte Spannung gesteuert unter Anwendung einer Widerstand-Spannung- bzw. R-V-Charakteristik eines N-leitfähigen FET Qs, der ein Schaltelement ist. Der Maximalstrom iL, der in der Last fließen darf, wird ebenfalls gesteuert.
Die Schaltung von 1 ist jedoch zur Steuerung des in der Last fließenden Stroms von dem P-leitfähigen Transistor Qp1 und dem N-leitfähigen Transistor Qs abhängig. Daher ist es schwierig, den Stromsteuerkreis präzise zu implementieren. Wenn beispielsweise bei der Herstellung des Stromsteuerkreises in einer integrierten Schaltung irgendeine Abweichung auftritt, stellt sich das Problem, daß es keine Lösung zur Beseitigung der Abweichung gibt.
Anders gesagt, wenn die integrierte Schaltung hergestellt wird, können eine Schwellenspannung und eine effektive Kanallänge des P-leitfähigen Transistors Qp1 und des N-leitfähigen Transistors Qs in Abhängigkeit von einer Prozeßänderung und der Position eines Wafers variieren. In diesem Fall kann der Stromsteuerkreis nicht präzise realisiert werden.
2 ist eine Schaltung zur Kompensation der Abweichung, die in einem Beispiel gemäß 1 auftreten kann. Wie 2 zeigt, wird als ein Element des Stromsteuerkreises eine Stromspiegelschaltung auf der Basis von zwei Hochspannungselementen verwendet.
Gemäß 2 umfaßt der Stromsteuerkreis einen ersten und einen zweiten PMOS-Transistor Qp1 und Qp2, die eine Energieversorgungsspannung Vdd als ein Eingangssignal haben und einen Stromspiegel 1 bilden, eine Last 2, die mit einem Drain des ersten PMOS-Transistors Qp1 verbunden ist, einen Stellwiderstand VR, der zwischen den ersten PMOS-Transistor Qp1 und die Last 2 geschaltet ist, und einen NMOS-Transistor Qs, der mit einem Drain des zweiten PMOS-Transistors Qp2 verbunden und als ein Schaltelement wirksam ist.
Der Betrieb des Stromsteuerkreises der bekannten Flachdisplayeinrichtung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Gemäß 2 haben der erste PMOS-Transistor Qp1 und der zweite PMOS-Transistor Qp2 die gleiche Charakteristik.
Der in der Last 2 fließende Strom iL wird von dem Stellwiderstand VR gesteuert, der mit dem ersten PMOS-Transistor Qp1 verbunden ist.
Wenn daher der Stellwiderstand VR auf einen hohen Widerstandswert geändert wird, wird der in der Last 2 fließende Strom iL kleiner. Wenn der Stellwiderstand VR auf einen niedrigen Widerstandswert geändert wird, wird der in der Last 2 fließende Strom iL größer.
Der in der Last 2 fließende Strom iL kann wie folgt geschrieben werden:
In der vorstehenden Gleichung (1) ist Vdd eine Energieversorgungsspannung, V_sgp ist ein Spannungsabfall zwischen einer Source und einem Gate eines PMOS-Transistors, und V_dss ist eine Spannungsdifferenz zwischen einem Drain und einer Source eines NMOS-Transistors.
Wie oben beschrieben wird, dient der NMOS-Transistor Qs als ein Schaltelement und wird von einem extern eingegebenen Signal C_on gesteuert.
Der obige Stromsteuerkreis vom passiven Typ weist mehrere Probleme auf.
Die Stromspiegelschaltung des Stromsteuerkreises weist Hochspannungsbauelemente auf. Die Hochspannungsbauelemente haben in der Strom-Spannung- bzw. I-V-Charakteristik eine nichtlineare Periode.
Ferner kann in der Charakteristik des Stromsteuerkreises ein Problem infolge der Ein- und Ausschalt-Charakteristiken des Hochspannungsbauelements auftreten, wenn eine Niedrigstromperiode eingestellt ist oder die Hochspannungsbauelemente ausgeschaltet sind.
Anders ausgedrückt, wenn die Hochspannungsbauelemente den ersten PMOS-Transistor Qp1 und den zweiten PMOS-Transistor Qp2 aufweisen, sollte der NMOS-Transistor Qc zum Schalten mit dem Hochspannungsbauelement ausgebildet sein. Zu diesem Zeitpunkt sollte eine Spannung eines Stromeinstellanschlusses entsprechend dem NMOS-Transistor Qc zum Schalten richtig gesteuert werden, um einer vorbestimmten hohen Spannung standzuhalten.
WO 99/65012 und US 6 091 203 betreffen Schaltkreise zur Steuerung des Stroms, der durch ein organisches Elektrolumineszenz- bzw. EL-Element zum Gebrauch in einem Display fließt. Die beschriebenen Schaltkreise weisen einen aus zwei MOSFETs gebildeten Stromspiegel auf, der dazu dient, den durch das EL-Element fließenden Strom zu steuern. Der Schaltkreis weist ferner ein Schaltelement und einen Kondensator auf, die mit den Gates dieser beiden Transistoren verbunden sind, um einen Kriechstrom durch das EL-Element zu verhindern. US 6 091 203 weist ferner eine Steuerverbindung auf, um diese Elemente zum Verhindern von Kriechstrom zu aktivieren. Diese Dokumente zeigen jedoch nicht, daß die Schaltung zum Verhindern von Kriechstrom aus einem weiteren MOSFET besteht, der durch einen Pegelumsetzer geschaltet wird. Dieser Schaltvorgang wird so durchgeführt, daß der den Kriechstrom verhindernde Transistor eingeschaltet ist, wenn die Stromspiegeltransistoren ausgeschaltet sind.
EP 0 365 445 erörtert ein System zur Steuerung einer Matrix von organischen EL-Displayelementen. Jedes Displaypixel ist mit einer Speicherzelle versehen, die dazu dient, die Helligkeit der Emission von dem Pixel zu steuern. Die Energieversorgung des Pixelelements unter Nutzung des Signals von der Speicherzelle erfolgt durch einen Stromspiegelschaltkreis, wobei die Speicherzelle dazu dient, den Strom durch einen FET an einer Seite des Spiegels zu steuern. In diesem Dokument ist jedoch nichts vorgesehen, um irgendeinen Kriechstrom durch die MOSFETs des Stromspiegelschaltkreises zu verhindern.
US 5 747 820 zeigt ein Bearbeitungsverfahren zum Herstellen von Hochspannungs-MOSFET-Bauelementen neben Niederspannungs-MOSFETs. Es wird angegeben, daß diese zur Energieversorgung von Displayelementen verwendet werden können, es gibt jedoch keine Offenbarung von irgendwelchen Schaltungselementen zur entsprechenden Durchführung.
US 5 966 110 zeigt einen Schaltkreis zur Energieversorgung einer Vielzahl von Licht emittierenden Dioden bzw. LEDs, der um eine Stromspiegelschaltung herum, die mit MOSFETs gefertigt ist, basiert. Dieser Schaltkreis umfaßt ferner bipolare Sperrschichttransistoren, die über ihre Gates mit jeder Seite des Stromspiegels verbunden sind. Diese bipolaren Bauelemente sind vorgesehen, um das Auftreten einer hohen Spannung an den MOSFETs zu unterbinden, welche nicht als Hochspannungs-Bauelemente offenbart sind. Infolgedessen gibt es keinen Bedarf für den einen Kriechstrom verhindernden Schaltreis der vorliegenden Erfindung.
WO 99/38148 und JP 11045071 zeigen beide die Verwendung von Stromspiegelschaltungen zur Energieversorgung von EL-Bildelementen. Anders als bei der vorliegenden Erfindung enthalten die Stromspiegelschaltungen dieser Dokumente jedoch kein Schaltelement zwischen dem Gateanschluß der Transistoren, welche die Stromspiegelschaltung bilden.
EP 0 809 229 zeigt eine Matrixanordnung zur Steuerung der Lichtemission von einem LED-Display mit sämtlichen Einzelheiten der Schaltung für die Elementwahl. Ferner wird eine Serie von Pegelumsetzern angegeben, die mit den Gates der Transistoren gekoppelt sind und die Energieversorgung zu der Pixelspalte steuern. Diese Pegelumsetzer sind notwendig, um eine unerwünschte Vorspannung der Transistoren zu verhindern. Das Dokument sagt nichts über die Verwendung dieser Pegelumsetzer in einem Schaltkreis zur Steuerung des Schaltens einer Schaltung zum Verhindern von Kriechstrom in einem Stromspiegel zur Energieversorgung von EL-Bauelementen.
EP 0 932 137 und EP 0 895 219 betreffen jeweils Displayschaltungen zum Verbinden der Einzelelemente in einem Matrixfeld. Das Dokument gibt an, daß in den Treiberschaltungen Pegelumsetzer enthalten sind. Es wird nichts darüber gesagt, daß diese Schaltelemente wie bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden sicherzustellen, daß kein Kriechstrom durch MOSFETs in einer Stromspiegelschaltung fließt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in dem beigefügten Patentanspruch 1 angegeben.
Die vorliegende Erfindung ist somit auf einen Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung gerichtet, der eines oder mehrere Probleme, die infolge von Einschränkungen und Nachteilen des Stands der Technik auftreten, im wesentlichen beseitigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stromsteuerkreises für eine Displayeinrichtung, der Probleme aufgrund von Bearbeitungsfehlern bei der Herstellung der Displayeinrichtung lösen kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stromsteuerkreises für eine Displayeinrichtung, der den in einer Last fließenden Steuerstrom unter Berücksichtigung der nichtlinearen Charakteristik eines Hochspannungsbauelements präzise steuern kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stromsteuerkreises für eine Displayeinrichtung, der eine Spiegelstruktur mit Hochspannungsbauelementen hat.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stromsteuerkreises für eine Displayeinrichtung, der verhindern kann, das Kriechstrom in einer Last fließt.
Weitere Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich einerseits aus der folgenden Beschreibung und sind andererseits für den Durchschnittsfachmann beim Studium des Folgenden ersichtlich oder ergeben sich aus der praktischen Anwendung der Erfindung. Die Ziele und sonstigen Vorteile der Erfindung können durch die Konstruktion realisiert und erreicht werden, die speziell in der Beschreibung und den Patentansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben und anderer Vorteile und gemäß dem Zweck der Erfindung weist ein Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung auf: eine Stromspiegelschaltung, bestehend aus elektronischen Hochspannungsbauelementen, zur Abgabe eines Stroms, der gleich einer Energieversorgungsspannung zu einer Last ist, eine Stromeinstelleinheit, die mit der Stromspiegelschaltung verbunden ist, um einen Wert des in der Last fließenden Stroms einzustellen, und ein mit der Stromspiegelschaltung verbundenes Schaltelement zum Schalten des Betriebs der Stromeinstelleinheit durch ein externes Steuersignal.
Die Stromspiegelschaltung weist auf: einen ersten PMOS-Transistor, der eine mit einer Energieversorgungsspannung verbundene erste Source, einen ersten Drain und ein erstes Gate hat, und einen zweiten PMOS-Transistor, der eine mit der Energieversorgungsspannung verbundene zweite Source, einen mit der Last verbundenen zweiten Drain und ein mit dem ersten Gate verbundenes zweites Gate hat.
Der Stromsteuerkreis weist ferner ein Element zum Verhindern von Kriechstrom zwischen der Energieversorgungsspannung und den Gates auf, um den in der Last fließenden Kriechstrom zu blockieren.
Der Stromsteuerkreis weist ferner einen Pegelumsetzer auf zum Umschalten des Elements zum Verhindern von Kriechstrom durch das Steuersignal für das Schaltelement.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Stromsteuerkreis die auf Hochspannungsbauelementen basierende Stromspiegelschaltung auf, so daß ein an die Displayeinrichtung geführter Strom präzise gesteuert werden kann.
Es versteht sich, daß sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft sind und der Erläuterung dienen und die beanspruchte Erfindung veranschaulichen sollen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die dem Verständnis der Erfindung dienen und einen Teil der vorliegenden Anmeldung bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Die Zeichnungen zeigen in:
1 ein Schema, das einen bekannten Stromsteuerkreis vom passiven Typ zeigt;
2 ein Schema, das einen anderen bekannten Stromsteuerkreis vom passiven Typ zeigt;
3 ein Schema, das einen Stromsteuerkreis gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
4 ein Schema, das einen Stromsteuerkreis gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Schnittdarstellung, die eine Struktur eines Transistors als Hochspannungsbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ein Diagramm, welches das Layout von zwei Transistoren vom Spiegeltyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Detail auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen; Beispiele sind in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.
Ein Stromsteuerkreis auf der Basis von Hochspannungsbauelementen gemäß einem Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Gemäß 3 weist ein Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung eine Stromspiegelschaltung 10, eine Stromeinstelleinheit Iset und ein Schaltelement Qc auf. Die Stromspiegelschaltung 10 weist einen ersten PMOSFET Qp1 und einen zweiten PMOSFET Qp2 auf, die elektronische Hochspannungsbauelemente sind, und gibt durch zwei Ausgänge einen Strom ab, der gleich einer Energieversorgungsspannung HVDD ist.
Die Stromeinstelleinheit Iset ist mit einem Drain des zweiten PMOSFET Qp2, der einem der beiden Ausgänge entspricht, verbunden und steuert einen Strom iL, der in einer Last 20 fließt, die mit einem Drain des ersten PMOSFET Qp1 verbunden ist.
Das Schaltelement Qc ist zwischen dem Drain des zweiten PMOSFET Qp2 und der Stromeinstelleinheit Iset eingefügt und weist ein Schaltelement zum Schalten des Betriebs der Stromeinstelleinheit Iset, d. h. des Einschaltvorgangs und des Ausschaltvorgangs, durch ein externes Steuersignal DEN auf.
Die Stromspiegelschaltung 10 weist den ersten PMOSFET Qp1 und den zweiten PMOSFET Qp2 auf. Der erste PMOSFET Qp1 hat eine erste Source S1, die mit der Energieversorgungsspannung HVDD verbunden ist, einen ersten Drain D1 und ein erstes Gate G1. Der zweite PMOSFET Qp2 hat eine zweite Source S2, die mit der Energieversorgungsspannung HVDD verbunden ist, einen zweiten Drain D2, der mit der Last 20 verbunden ist, und ein zweites Gate G2, das mit dem zweiten Drain D2 und dem ersten Gate G1 verbunden ist.
In 3 sind der zweite Drain D2 und das zweite Gate G2 in dem zweiten PMOSFET Qp2 miteinander verbunden, um eine Diodencharakteristik zu erhalten. Daher werden das erste Gate G1 und das zweite Gate G2 auf einer Konstantspannung gehalten.
Der Betrieb der Stromeinstelleinheit Iset von 3 wird nachstehend beschrieben.
Wenn eine geeignete Strommenge von der Stromeinstelleinheit Iset eingestellt ist, fließt in der Last 20 der Strom iL, welcher der eingestellten Strommenge entspricht.
Wenn der NMOSFET Qc zum Schalten ausgeschaltet ist, ist es allgemein üblich, daß die Hochspannungsbauelemente, d. h. der erste PMOSFET Qp1 und der zweite PMOSFET Qp2, welche die Stromspiegelschaltung 10 bilden, ebenfalls ausgeschaltet sind. Es ist jedoch wohlbekannt, daß in der Last 20 ein Kriechstrom auftritt, weil die Hochspannungsbauelemente eine schlechte Ausschaltcharakteristik haben.
Wenn der NMOSFET Qc zum Schalten eingeschaltet wird, fließt der von der Stromeinstelleinheit Iset eingestellte Strom iL infolge der Charakteristik der Stromspiegelschaltung 10 gleichmäßig in der Last 20.
Ein Stromsteuerkreis, der auf Hochspannungsbauelementen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert, wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Gemäß 4 weist der Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung eine Stromspiegelschaltung 10, eine Stromeinstelleinheit Iset, ein Schaltelement Qc, einen dritten PMOSFET Qp3 und einen Pegelumsetzer 30 auf. Der dritte PMOSFET Qp3 ist wirksam, um das Auftreten von Kriechstrom zu verhindern. Der Pegelumsetzer 30 steuert den Betrieb des dritten PMOSFET Qp3, d. h. das Ein- und Ausschalten des dritten PMOSFET Qp3.
Der dritte PMOSFET Qp3 ist zwischen die Gates G1 und G2 des ersten und des zweiten PMOSFET Qp1 und Qp2 und eine Energieversorgungsspannung HVDD geschaltet und wird von einem Ausgangssignal des Pegelumsetzers 30 gesteuert, um einen in einer Last 20 fließenden Kriechstrom zu blockieren.
Wie oben beschrieben ist, wird der dritte PMOSFET Qp3 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Pegelumsetzers 30 ein- oder ausgeschaltet, und der Pegelumsetzer 30 wird von einem externen Steuersignal DEN des Schaltelements Qc, d. h. des NMOSFET, ein- oder ausgeschaltet.
Die Stromspiegelschaltung 10 weist elektronische Hochspannungsbauelemente, d. h. den ersten PMOSFET Qp1 und den zweiten PMOSFET Qp2, auf und gibt auf die gleiche Weise wie 3 einen Strom, der äquivalent der Energieversorgungsspannung HVDD ist, durch zwei Ausgänge ab.
Die Stromeinstelleinheit Iset ist mit einem Drain des zweiten PMOSFET Qp2, der einem der zwei Ausgänge entspricht, verbunden und stellt einen Strom iL ein, der in der Last 20 fließt, die mit einem Drain des ersten PMOSFET Qp1 verbunden ist, der dem anderen der beiden Ausgänge entspricht.
Das Schaltelement Qc ist zwischen den Drain des zweiten PMOSFET Qp2 und die Stromeinstelleinheit Iset geschaltet und schaltet den Betrieb der Stromeinstelleinheit Iset, d. h. den Einschaltvorgang und den Ausschaltvorgang, durch das externe Steuersignal DEN.
Die Stromspiegelschaltung 10 weist den ersten PMOSFET Qp1 und den zweiten PMOSFET Qp2 auf. Der erste PMOSFET Qp1 hat eine erste Source S1, die mit der Energieversorgungsspannung HVDD verbunden ist, einen ersten Drain D1, der als der erste Ausgang dient, und ein erstes Gate G1. Der zweite PMOSFET Qp2 hat eine zweite Source S2, die mit der Energieversorgungsspannung HVDD verbunden ist, einen zweiten Drain D2, der als der zweite Ausgang dient, und ein zweites Gate G2, das mit dem zweiten Drain D2 und dem ersten Gate G1 verbunden ist.
Der zweite Drain D2 und das zweite Gate G2 sind in dem zweiten PMOSFET Qp2 miteinander verbunden, um eine Diodencharakteristik zu erhalten. Daher werden das erste Gate G1 und das zweite Gate G2 auf einer Konstantspannung gehalten.
Die Betriebsweise der Stromeinstelleinheit Iset von 4 wird nachstehend beschrieben.
Wenn die Stromeinstelleinheit Iset eine geeignete Strommenge einstellt, fließt der Strom iL, welcher der eingestellten Strommenge entspricht, in der Last 20.
Wenn der NMOSFET Qc zum Schalten eingeschaltet wird, fließt der von der Stromeinstelleinheit Iset eingestellte Strom iL aufgrund der Charakteristik der Stromspiegelschaltung 10 gleichmäßig in der Last 20.
Wenn jedoch der NMOSFET Qc zum Schalten ausgeschaltet wird, kann infolge der Ausschaltcharakteristik der Hochspannungsbauelemente in der Last 20 ein Kriechstrom auftreten.
Um das Auftreten des Kriechstroms zu verhindern, ist der dritte PMOSFET Qp3 zwischen den Gates G1 und G2 der Hochspannungsbauelemente, d. h. des ersten und des zweiten PMOSFET Qp1 und Qp2, und der Energieversorgungsspannung HVDD vorgesehen. Daher kann verhindert werden, daß in der Last 20 ein Kriechstrom fließt.
Der erste PMOSFET Qp1 und der zweite PMOSFET Qp2, das Schaltelement Qc, d. h. der NMOSFET, und der dritte PMOSFET sind vom MOSFET-Typ mit erweitertem Drain (ED MOSFET).
Der Betrieb des Stromsteuerkreises von 4 wird nun mehr im einzelnen beschrieben.
Zuerst wird die der Last 20 zugeführte Strommenge iL von der Stromeinstelleinheit Iset bestimmt. Nachdem das Schaltelement Qc, d. h. der NMOSFET, von dem Steuersignal DEN eingeschaltet ist, wird der dritte PMOSFET Qp3 ausgeschaltet.
Dabei werden die Gates G1 und G2 des ersten PMOSFET Qp1 und des zweiten PMOSFET Qp2, welche die Stromspiegelschaltung bilden, infolge der Diodencharakteristik des zweiten PMOSFET Qp2 ständig auf einem Konstantspannungswert gehalten. Daher wird der erste PMOSFET Qp1 durch den Konstantspannungswert eingeschaltet, und der von der Stromeinstelleinheit Iset eingestellte Strom fließt in der Last 20.
Wie oben beschrieben wird, haben in dem Stromsteuerkreis gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste PMOSFET Qp1 und der zweite PMOSFET Qp2, welche die Stromspiegelschaltung bilden, aufeinander abgestimmte Charakteristiken. Wenn der erste PMOSFET Qp1 und der zweite PMOSFET Qp2 auf ein und demselben Chip gefertigt werden, kann sich eine gewisse Prozeßänderung einstellen, und eine Schwellenspannung und eine effektive Kanallänge können je nach der Position eines Wafers verschieden sein.
Der von dem ersten PMOSFET Qp1 an die Last 20 abgegebene Strom iL hat jedoch den gleichen Wert wie der von der Stromeinstelleinheit Iset eingestellte Wert.
Daher ist zum Erhalt der abgestimmten Charakteristik das Layout des ersten PMOSFET Qp1 und des zweiten PMOSFET Qp2 sehr wichtig, wenn sie auf ein und demselben Chip hergestellt werden.
5 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Hochspannungsbauelements, d. h. eines MOSFET, gemäß der Erfindung veranschaulicht, und 6 ist ein Diagramm, welches das Layout von zwei MOSFETs vom Spiegeltyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Gemäß 5 ist ein Drainbereich 60 länger als ein Sourcebereich 70. Der Drainbereich 60 hat einen Driftbereich 20 mit geringerer Dichte als eine Ioneninjektionsdichte des Sourcebereichs 70, um einer daran angelegten Hochspannung standzuhalten.
Anders gesagt, hat der MOSFET von 5 eine asymmetrische Struktur und keine Struktur mit weicher Ausfluchtung. Daher kann der Drainbereich 60 je nach der Fehlausfluchtung einer Maske während des Herstellungsprozesses der MOSFETs auf einem Wafer länger oder kürzer sein. In diesem Fall sind die effektiven Kanallängen der MOSFETs verschieden, und die Spannung-Strom-Charakteristik der MOSFETs ist ebenfalls verschieden.
Es ist somit sehr wichtig, daß der erste PMOSFET Qp1 und der zweite PMOSFET Qp2 eine abgestimmte Charakteristik haben.
Wie 6 zeigt, ist es erforderlich, das Layout der Stromspiegelschaltung so auszubilden, daß die Drainbereiche D1 und D2 der PMOSFETs Qp1 und Qp2 parallel zueinander angeordnet sind, wodurch die abgestimmte Charakteristik der PMOSFETs erhalten wird.
Somit werden die effektiven Kanallängen der MOSFETs durch die Fehlausfluchtung der Maske während des Fertigungsvorgangs der Stromspiegelschaltung jeweils mit gleicher Größe geändert. Es gibt daher keine Änderung der Spannung-Strom-Charakteristik der MOSFETs entsprechend einer Änderung der effektiven Kanallängen.
Die effektive Kanallänge ist dabei zu der in dem Kanal fließenden Strommenge proportional, wogegen eine Kanalbreite zu der in dem Kanal fließenden Strommenge umgekehrt proportional ist.
Beispielsweise in einem Zustand, in dem das Kanallängenverhältnis des ersten PMOSFET Qp1 und des zweiten PMOSFET Qp2 1:1 ist, ist das Verhältnis der Kanalbreite der beiden 1/N:1. Alternativ ist in einem Zustand, in dem das Kanalbreitenverhältnis des ersten PMOSFET Qp1 und des zweiten PMOSFET Qp2 gleich ist, das Kanallängenverhältnis der beiden 1:1/N. In diesem Fall kann der Energieverbrauch des Stromsteuerkreises erheblich reduziert werden im Vergleich mit dem Fall, bei dem das Kanallängenverhältnis und das Kanalbreitenverhältnis des ersten PMOSFET Qp1 und des zweiten PMOSFET Qp2 sämtlich 1:1 sind.
Wie oben gesagt wird, bietet der Stromsteuerkreis auf der Basis von Hochspannungsbauelementen gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile.
Da die die Stromspiegelschaltung bildenden Transistoren eine abgestimmte Charakteristik haben, kann erstens der in der Last fließende Strom so eingestellt werden, daß er gleich dem von dem Stromsteuerkreis eingestellten Strom ist, und zwar auch dann, wenn die Schwellenspannung und die effektive Kanallänge in Abhängigkeit von einer Prozeßänderung und der Position des Wafers während des Fertigungsprozesses des Chips verschieden sind.
Da die Kanallänge oder die Kanalbreite der die Stromspiegelschaltung bildenden Hochspannungsbauelemente gesteuert wird, kann der Energieverbrauch des Stromsteuerkreises deutlich verringert werden.
Ferner ist es möglich, den in der Last fließenden Strom präzise zu steuern unter Berücksichtigung der nichtlinearen Charakteristik der Hochspannungsbauelemente.
Schließlich sind die effektiven Kanallängen der Hochspannungsbauelemente durch eine Fehlausfluchtung der Maske während des Fertigungsprozesses der Stromspiegelschaltung jeweils mit gleicher Größe verändert. Daher wird die Spannung-Strom-Charakteristik des Stromsteuerkreises nicht verändert.
Die obige Ausführungsform ist nur beispielhaft und soll nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden. Die vorliegende Lehre kann ohne weiteres bei anderen Vorrichtungsarten Anwendung finden. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll beispielhaft sein und den Umfang der Patentansprüche nicht einschränken. Für den Fachmann sind viele Alternativen, Modifikationen und Abwandlungen ersichtlich.

Claims

Stromsteuerkreis für eine Displayeinrichtung, wobei der Stromsteuerkreis folgendes aufweist: eine aus MOSFETs bestehende Stromspiegelschaltung (10), die einer Hochspannung standhält, zur Abgabe von Strom an eine Last (20); eine Stromeinstelleinheit (Iset), die mit der Stromspiegelschaltung (10) verbunden ist, zum Einstellen der Größe des in der Last fließenden Stroms (iL); ein erstes Schaltelement (Qc), das zwischen die Stromspiegelschaltung (10) und die Stromeinstelleinheit (Iset) gekoppelt ist, um den Betrieb der Stromeinstelleinheit (Iset) durch ein externes Steuersignal (DEN) zu schalten, wobei die Stromeinstelleinheit (Iset) zwischen das Schaltelement (Qc) und eine Erdspannung (GND) gekoppelt ist; wobei die MOSFETs, die einer Hochspannung standhalten und die Stromspiegelschaltung (10) bilden, zwei PMOSFETs aufweisen, wobei ein erster PMOSFET (Qp1) von den zwei PMOSFETs folgendes aufweist: eine erste Source (S1), die mit der Energieversorgungsspannung (HVDD) verbunden ist, einen ersten Drain (D1), der mit der Last (20) verbunden ist, ein erstes Gate (G1), wobei ein zweiter PMOSFET (Qp2) von den zwei PMOSFETs folgendes aufweist: eine zweite Source (S2), die gemeinsam mit der ersten Source (S1) mit der Energieversorgungsspannung (HVDD) verbunden ist, einen zweiten Drain (D2), der mit dem Schaltelement (Qc) verbunden ist, und ein zweites Gate (G2), das mit dem ersten Gate (G1) verbunden ist und mit dem zweiten Drain (D2) verbunden ist, um eine Diodenfunktion zu implementieren, wobei das erste Schaltelement (Qc) ein NMOSFET ist, an den über sein Gate das externe Steuersignal (DEN) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die MOSFETs MOSFETs mit erweitertem Drain sind, ein Element (Qp3) zwischen die Energieversorgungsspannung (HVDD) und die Stromspiegelschaltung (10) gekoppelt ist, um zu verhindern, daß Kriechstrom (Qp3) in der Last (20) fließt; und das Element (Qp3) zum Verhindern von Kriechstrom ein PMOSFET ist, an den durch einen Pegelumsetzer (30) das externe Signal (DEN) geliefert wird, so daß das Element (Qp3) zum Verhindern von Kriechstrom ausgeschaltet ist, während das erste Schaltelement (Qc) eingeschaltet ist, und umgekehrt.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei die MOSFETs mit erweitertem Drain, die einer Hochspannung standhalten und die Stromspiegelschaltung (10) bilden, untereinander mindestens ein gesteuertes Verhältnis von einem Kanallängenverhältnis und einem Kanalbreitenverhältnis haben.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei der erste PMOSFET (Qp1) und der zweite PMOSFET (Qp2) Drainbereiche haben, die parallel angeordnet sind, um eine abgestimmte Charakteristik zu haben.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei der erste PMOSFET (Qp1) und der zweite PMOSFET (Qp2) ein Kanallängenverhältnis von 1:1 und ein Kanalbreitenverhältnis von 1/N:1 haben.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei der erste PMOSFET (Qp1) und der zweite PMOSFet (Qp2) ein Kanalbreitenverhältnis von 1:1 und ein Kanallängenverhältnis von 1:1/N haben.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei der NMOSFET (Qc) ein MOSFET mit erweitertem Drain ist.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei die Stromeinstelleinheit (Iset) zwischen das Schaltelement (Qc) und eine Erdspannung (GND) gekoppelt ist.
Stromsteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei der Pegelumsetzer (30) ein Schaltelement (30) ist, um das Element (Qp3) zum Verhindern von Kriechstrom durch das Steuersignal (DEN) zu schalten.
Stromsteuerkreis nach Anspruch 1, wobei die Stromspiegelschaltung (10) aus zwei Transistoren (Qp1, Qp2) besteht, wobei die Stromspiegelschaltung (10) festgelegt ist, und wobei der erste Schaltkreis (Qc) die Stromspiegelschaltung (10) aktiviert und deaktiviert.