專利名稱：液晶顯示器驅動器及使用該驅動器的液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
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本發明涉及一種電壓選擇電路，用于輸出對應于輸入數字信號的電壓。
背景技術：
近些年來，液晶電視和液晶PC監視器已經快速發展。此外，與便攜式電話的高級功能有關，對于大尺寸和高清晰度的液晶顯示面板的需求增加了。在這種背景下，用于驅動液晶顯示面板的驅動器市場急劇增加，越來越希望降低液晶顯示器驅動器的制造成本。
在液晶顯示器驅動器中安裝有數字/模擬(D/A)轉換電路。該D/A轉換電路用于將數字形式的圖像數據轉換為施加到像素的模擬灰度電壓。因而，該D/A轉換電路可稱作“灰度電壓確定電路”，用于確定與圖像數據對應的灰度電壓。
圖1示出了一般灰度電壓確定電路50的結構。例如，該灰度電壓確定電路50可根據6位數字圖像信號D0到D5輸出64個灰度輸出電壓(灰度電壓)V0到V63。具體地說，灰度電壓確定電路50具有灰度電壓產生電路51和灰度電壓選擇電路52。從外部電源向灰度電壓產生電路51提供參考電壓Vref0到Vref9。該灰度電壓產生電路51具有由64個電阻器R1到R64組成的電阻器陣列。通過該電阻器陣列適當地對輸入參考電壓Vref0到Vref9進行劃分。因而，產生了64個級別的灰度電壓V0到V63。
另一方面，灰度電壓選擇電路52接收數字圖像信號D0到D5和灰度電壓V0到V63，并根據該數字圖像信號從灰度電壓V0到V63中選擇一個灰度電壓。簡而言之，灰度電壓選擇電路52執行用于解碼數字圖像信號D0到D5的任務。一般液晶顯示器驅動器需要12到18伏或更大的擊穿電壓。用作解碼器的灰度電壓選擇電路52由大量高擊穿電壓的MOS晶體管組成，該多個MOS晶體管具有矩陣形的布局。由灰度電壓選擇電路52選擇的一個灰度電壓從輸出端OUT輸出并施加給像素。
圖2示出了輸出電壓(灰度電壓)V與液晶的光透射率T之間理想的關系(稱作[V-T特性])。如圖2中所示，理想的V-T特性由非線性曲線表示。通過對提供給灰度電壓產生電路51的參考電壓Vref0到Vref9進行調整，可以補償輸出電壓并使V-T特性接近于理想形狀。
作為與液晶顯示器驅動器相關的常規技術，在日本特開專利申請(JP-P2001-36407A)中公開了一種參考電壓切換電路。該參考電壓切換電路具有與灰度電壓選擇電路52對應的數字數據電壓解碼電路。如圖1中所示，該解碼電路分成多個塊52-1到52-I。然后，對于每個塊來說，對包含在每個塊中的MOS晶體管的阱電壓進行不同的設置。就是說，施加給MOS晶體管的背柵極的電壓對于每個塊來說都不同。
此外，日本特開專利申請(JP-A-Heisei，8-279564)公開了一種與灰度電壓選擇電路52對應的電壓選擇器電路。如圖1中所示，該電壓選擇器電路設置有用于輸出選擇電壓的多個MIS晶體管，并分為多個塊。然后，MIS晶體管的溝道長度對于每個塊來說都設計為不同。具體地說，將通過選擇中間選擇電壓而向其施加了襯底偏壓效應的MIS晶體管的溝道長度設計為比通過選擇最高或最低選擇電壓而沒有向其施加襯底偏壓效應的MIS晶體管的溝道長度短。
本發明人關注于下面的要點。就是說，如圖1中所示，在灰度選擇電路52中使用的具有偏移柵極結構的大量高擊穿電壓的MOS晶體管。該高擊穿電壓MOS晶體管的尺寸較大，且需要大量高擊穿電壓MOS晶體管的灰度電壓選擇電路52的面積變得非常大。這就導致液晶顯示器驅動器成本的增加。特別是，在用于TV的液晶顯示器中，為了獲得較大的屏幕尺寸和高圖像質量的顯示，需要能顯示1,000,000,000色的液晶顯示器驅動器。由于該原因，需要能處理1024個灰度(10位)輸出電壓的灰度電壓選擇電路52。因而，由元件數的增加而導致的電路面積的增加變得更加嚴重。這進一步導致了液晶顯示器驅動器成本的增加。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種能大大縮小其面積的液晶驅動器。
本發明的另一個目的是，無需任何專門的制造工序，提供了一種可大大縮小其面積的液晶驅動器。
在本發明的一個方面中，液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓。施加在包含于所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在包含于所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓。此外，所述第一MOS晶體管的偏移長度(offsetlength)比所述第二MOS晶體管的偏移長度短。
這里，液晶顯示器驅動器可以進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓。所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
此外，可以向所述第一MOS晶體管的背柵極和所述第二MOS晶體管的背柵極施加相同的電壓，且所述第一電壓范圍與所述相同電壓的差可以小于所述第二電壓范圍與所述相同電壓之間的差。
此外，所述第二MOS晶體管的柵極長度可以比所述第一MOS晶體管的柵極長度短。
此外，所述第一MOS晶體管的柵極寬度可以比所述第二MOS晶體管的柵極寬度小。
此外，所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管的每一個都包括用于漂移區域的低濃度擴散層；和用于向所述背柵極施加固定電壓的接觸擴散層。在所述第一MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離可以短于所述第二MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離。
此外，可以向所述第一MOS晶體管的所述背柵極和所述第二MOS晶體管的背柵極施加電源電壓。所述第一電壓范圍的電壓可以小于所述電源電壓，且所述第二電壓范圍的電壓可以小于所述第一電壓范圍的電壓。
在該情形下，每個所述第一選擇電路和所述第二選擇電路可以包括端子，向該端子提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍中相應的一個；以及第一級MOS晶體管，其源極/漏極之一與所述端子連接。可以向所述第一級MOS晶體管的背柵極施加所述電源電壓，且與所述端子連接的源極和漏極中一個的偏移長度可以比所述第一級MOS晶體管中另一個的偏移長度長。
此外，在所述第一選擇電路和所述第二選擇電路中另一側上的偏移長度可以分別等于所述第一MOS晶體管的所述偏移長度和所述第二MOS晶體管的所述偏移長度。
在本發明的另一個方面中，液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓。施加在所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第一MOS晶體管的柵極寬度小于所述第二MOS晶體管的柵極寬度。
這里，該液晶顯示器驅動器可以進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供第一電壓范圍和第二電壓范圍的灰度電壓。所述第一和第二選擇電路的其中之一可以基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
此外，在所述第一MOS晶體管中出現了窄溝道效應。
在本發明的另一個方面中，液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于該數字信號從第二電壓范圍選擇電壓。施加在所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓。所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管的每一個都包括用于漂移區域的低濃度擴散層；和配置成向所述背柵極施加固定電壓的接觸擴散層，并且，在所述第一MOS晶體管中的低濃度擴散層與接觸擴散層之間的最短距離短于在所述第二MOS晶體管中的低濃度擴散層與接觸擴散層之間的最短距離。
此外，液晶顯示器驅動器可以進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓。所述第一和第二選擇電路的其中之一基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
此外，該液晶顯示器驅動器可以進一步包括第三選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第三電壓范圍選擇電壓；和第四選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第四電壓范圍選擇電壓。施加在所述第三選擇電路中的第三MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第四選擇電路中的第四MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第三MOS晶體管的偏移長度短于所述第四MOS晶體管的偏移長度。
這里，所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管可以是P溝道MOS晶體管，且所述第三MOS晶體管和所述第四MOS晶體管可以是N溝道MOS晶體管。
此外，所述第一電壓范圍的電壓和所述第二電壓范圍的電壓可以大于預定的公共電壓，而所述第三電壓范圍的電壓和所述第四電壓范圍的電壓可以小于所述預定的公共電壓。
在本發明的另一個方面中，液晶顯示裝置包括液晶顯示器驅動器；和具有多個像素的液晶顯示面板。所述液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；第二選擇電路，其配置成基于數字信號從第二電壓范圍選擇電壓；和電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓。所述第一和第二選擇電路的其中之一基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓，所述液晶顯示器驅動器向所述多個像素的每一個施加灰度電壓。施加在包含于所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在包含于所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第一MOS晶體管的偏移長度比所述第二MOS晶體管的偏移長度短。
圖1示出了常規灰度電壓確定電路結構的電路框圖；圖2示出了液晶的透射率與輸出電壓T之間的關系圖；圖3示出了依照本發明實施例的液晶顯示裝置的結構框圖；圖4示出了依照本發明實施例的數據線驅動電路的結構的框圖；圖5示出了依照第一實施例的灰度電壓確定電路的結構的電路圖；圖6示出了電壓關系的設計圖；圖7示出了選擇電路塊BL-D中的MOS晶體管TD結構的截面圖；圖8示出了選擇電路塊BL-E中的MOS晶體管TE的結構的截面圖；圖9示出了選擇電路塊BL-F中的MOS晶體管TF的結構的截面圖；圖10示出了MOS晶體管的偏移長度(offset length)與擊穿電壓之間的關系圖；圖11示出了MOS晶體管的柵極長度與閾值電壓之間的關系圖；圖12示出了MOS晶體管的柵極長度與閾值電壓之間的關系圖；圖13示出了MOS晶體管的漏極-背柵極間隔與擊穿電壓之間的關系圖；圖14示出了電源開啟順序的總體圖；圖15示出了依照第二實施例的灰度電壓確定電路結構的電路圖；和圖16示出了第二實施例中第一級MOS晶體管的結構的截面圖。
具體實施例方式
之后，將參照附圖詳細描述依照本發明實施例的電壓選擇電路。該電壓選擇電路是在液晶顯示裝置中使用的灰度電壓選擇電路。
圖3示出了依照本發明實施例的液晶顯示裝置1的結構框圖。液晶顯示裝置1設置有液晶顯示面板2，該液晶顯示面板具有以矩陣形式布置的多個像素5。在液晶顯示面板2上，彼此交叉形成多條數據線3和多條掃描線4，在每個交叉點處形成像素5。像素5具有TFT(薄膜晶體管)、液晶和公共電極。TFT的柵極端與掃描線4相連，TFT的源極端或漏極端與數據線3相連。液晶的一端與TFT的源極端或漏極端相連，其另一端與公共電極相連，該公共電極施加有一定的公共電壓VCOM。
此外，液晶顯示裝置1包含控制電路6、數據線驅動電路7和掃描線驅動電路8。數據線驅動電路7是用于驅動多條數據線3的驅動器(源極驅動器)。掃描線驅動電路8是用于驅動多條掃描線4的驅動器(柵極驅動器)。控制電路6向掃描線驅動電路8輸出掃描線控制信號，以及基于所要顯示的圖像，向數據線驅動電路7輸出數據線控制信號和數字圖像信號。掃描線驅動電路8根據掃描線控制信號驅動多條掃描線4。此外，基于數字圖像信號，數據線驅動電路7根據數據線控制信號向多條數據線3輸出模擬灰度電壓。因而，將基于圖像的灰度電壓(像素電壓)施加給與選定的一條掃描線4連接的多個像素5的每一個。因為連續驅動多條掃描線4，因此在液晶顯示面板2上顯示了圖像。
此外，液晶顯示裝置1設置有電源電路9。電源電路9向每個電路提供預定的電壓。例如，電源電路9向數據線驅動電路7提供第一電壓VDD、第二電壓VSS和參考電壓Vγ等，將在后面描述。此外，電源電路9向像素5的公共電極提供公共電壓VCOM。
圖4示出了數據線驅動電路7的結構框圖。根據圖像信號，數據線驅動電路7可以接收n位的數字圖像信號D0到D(n-1)并輸出2n種輸出電壓V0到V(2n-1)。例如，數據線驅動電路7根據6位的數字圖像信號D0到D5輸出64個灰度的輸出電壓(灰度電壓)V0到V63。
具體地說，數據線驅動電路7設置有灰度電壓產生電路11和灰度電壓選擇電路12。將參考電壓Vγ從電源電路9提供到灰度電壓產生電路11。參考電壓Vγ包括多個參考電壓Vref0到VrefM。灰度電壓產生電路11根據參考電壓Vγ產生灰度電壓V0到V(2n-1)并將它們提供給灰度電壓選擇電路12。灰度電壓選擇電路12接收數字圖像信號D0到D(n-1)以及灰度電壓V0到V(2n-1)。然后，灰度電壓選擇電路12根據接收到的數字圖像信號D0到D(n-1)選擇電壓V0到V(2n-1)中的一個。簡而言之，灰度電壓選擇電路12是用于解碼數字圖像信號D0到D(n-1)的解碼器，在數據線驅動電路7中它也是D/A轉換電路。所選擇的一個灰度電壓從輸出端OUT輸出并施加給其中一個像素5。
下面將詳細描述依照本發明的灰度電壓產生電路11和灰度電壓選擇電路12。作為例子，將描述其中數字圖像信號的位數為6且進行64個灰度顯示的情形。還有一種情形，即灰度電壓產生電路11和灰度電壓選擇電路12被整體稱作“灰度電壓確定電路”。
圖5示出了依照第一實施例的灰度電壓確定電路的結構的電路圖。如圖5中所示，灰度電壓產生電路11包含電阻器陣列，該電阻器陣列由具有相同電阻值的64個電阻器R1到R64所組成。電阻器R1到R32串連連接，從電源電路9提供參考電壓Vref0和Vref4并分別施加在其兩端。參考電壓Vref1到Vref3被施加到各電阻器之間連接點(節點)中的適當位置。類似地，電阻器R33到R64串連連接，從電源電路9提供的參考電壓Vref5和Vref9并分別施加在其兩端。參考電壓Vref6到Vref8被施加到各電阻器之間連接點(節點)中的適當位置。
這些參考電壓Vref0到Vref9被設定為滿足下列關系，即[第一電壓VDD≥Vref0＞Vref1＞…＞Vref9≥第二電壓VSS]。參考電壓Vref0到Vref9之間的部分由64個電阻器R1到R64劃分。因而，在相應的64個節點處產生了64種電壓。就是說，灰度電壓產生電路11根據參考電壓Vref0到Vref9可產生64個灰度的灰度電壓V0到V63。此外，通過適當地對這些參考電壓Vref0到Vref9進行調整，可以設定灰度電壓V0到V63以獲得理想的特性(參照圖2)。灰度電壓V0到V63被提供給灰度電壓選擇電路12。
灰度電壓選擇電路12是解碼器，其用于根據數字圖像信號D0到D5選擇灰度電壓V0到V63中的一個。由于該原因，如圖5中所示，灰度電壓選擇電路12由多級連接的多個MOS晶體管組成。第一級MOS晶體管的源極或漏極與灰度電壓產生電路11中的任意節點相連。此外，數字圖像信號D0到D5的任意一個或通過反相器獲得的任意一個反相信號被提供給每個MOS晶體管的柵極。使用該結構，基于數字圖像信號D0到D5選擇了一個灰度電壓。例如，在圖5中所示的結構中，通過信號D0將64種灰度電壓限制為32種，通過信號D1將32種灰度電壓限制為16種，并最終指定了一個灰度電壓。所選擇和指定的一個灰度電壓從輸出端OUT輸出。
在該實施例中，灰度電壓選擇電路12根據所要處理的電壓范圍而被分為多個[選擇電路塊BL]。例如，如圖5中所示，塊BL-A中包含的MOS晶體管TA處理Vref0與Vref1之間的電壓范圍，而塊BL-A根據數字圖像信號D0到D5從Vref0與Vref1之間的電壓范圍選擇電壓。此外，塊BL-B中包含的MOS晶體管TB處理Vref1與Vref2之間的電壓范圍，塊BL-B根據數字圖像信號D0到D5從Vref1與Vref2之間的電壓范圍選擇電壓。類似地，在各個塊BL-C到BL-F中包含的MOS晶體管TC到TF分別處理Vref3與Vref4之間、Vref5與Vref6之間，Vref7與Vref8以及Vref8與Vref9之間的電壓范圍。
此外，在一般的液晶顯示裝置中，經常向像素5施加這樣的灰度電壓，所述灰度電壓相對于施加給公共電極的公共電壓VCOM來說具有正和負極性。所以，公共電壓VCOM例如設在參考電壓Vref4與Vref5之間。在該情形下，處理參考電壓Vref0到Vref4的塊BL-A到BL-C被稱為組成了[正側]上的塊組13。另一方面，處理參考電壓Vref5到Vref9的塊BL-D到BL-F被稱為組成了[負側]上的塊組14。
正側塊組13中包含的MOS晶體管TA到TC是P溝道MOS晶體管。另一方面，負側塊組14中包含的MOS晶體管TD到TF是N溝道MOS晶體管。依照該實施例，如圖5中所示，第一電壓VDD被均勻地施加到P溝道MOS晶體管TA到TC的背柵極。另一方面，第二電壓VSS被均勻地施加到N溝道MOS晶體管TD到TF的背柵極。
圖6中總結出了如上所述的各個電壓之間的關系。參考電壓Vref0到Vref9被設為滿足下列關系，即[第一電壓VDD≥Vref0＞Vref1＞…＞Vref9≥第二電壓VSS]。第一電壓VDD一般是電源電壓VDD。第二電壓VSS一般是地電壓GND。公共電極的公共電壓VCOM一般是VDD/2。Vref0與Vref1之間電壓范圍中的電壓低于電源電壓VDD，Vref1與Vref2之間電壓范圍中的電壓低于Vref0與Vref1之間電壓范圍中的電壓。Vref8與Vref9之間電壓范圍中的電壓高于地電壓VSS，Vref7與Vref8之間電壓范圍中的電壓高于Vref8與Vref9之間電壓范圍中的電壓。Vref3與Vref4之間電壓范圍中的電壓高于公共電壓VCOM，Vref5與Vref6之間電壓范圍中的電壓低于公共電壓VCOM。
此外，在正極性側上，向包含在塊BL-A到BL-C中的P溝道MOS晶體管TA到TC的背柵極施加電源電壓VDD。因為在正常工作時由各個塊處理的電壓范圍不同，所以在擴散層(源極，漏極)與MOS晶體管的背柵極之間施加的“最大電壓”對于各個塊來說都不同。例如，如果各個電壓范圍的值相等，如圖6中所示，則相對于塊BL-A的最大電壓是[VDD/8]。此外，對于塊BL-B的最大電壓是[VDD/4]，對于塊BL-C的最大電壓是[VDD/2]。
另一方面，在負極性側上，向包含在塊BL-D到BL-F中的N溝道MOS晶體管TD到TF的背柵極施加地電壓GSS。類似地，對于塊BL-D的最大電壓是[VDD/2]。此外，對于塊BL-E的最大電壓是[VDD/4]，對于塊BL-F的最大電壓是[VDD/8]。
該最大電壓是與施加在MOS晶體管的襯底和源極之間的[襯底偏壓]對應的值。依照該實施例的灰度電壓選擇電路12可以被視為根據襯底偏壓被分為多個塊BL。此外，已知MOS晶體管的閾值電壓Vt用作襯底偏壓，且襯底偏壓變大時，閾值電壓Vt增加。這稱作[襯底偏壓效應(背柵極效應)]。如從圖6中可以清楚看出的，正側的襯底偏壓效應在塊BL-C中最大，在塊BL-A中最小。另一方面，負側的襯底偏壓效應在塊BL-D中最大，在塊BL-F中最小。
如后面所述的，根據前面的最大電壓(襯底偏壓)、襯底偏壓效應和閾值電壓等，依照該實施例的每個MOS晶體管TA到TF都設計成具有優化結構(偏移長度，柵極長度，柵極寬度等)和尺寸。將在下面詳細描述每個MOS晶體管的優化結構和尺寸的設計。
圖7到9分別示出了在負側塊組14中的N溝道MOS晶體管TD到TF的截面結構。與下面的討論相類似的討論也適用于正側塊組13的P溝道MOS晶體管TA到TC的截面結構。因而，將省略它們的描述。通過使用高擊穿電壓的CMOS半導體工藝形成N溝道MOS晶體管TD到TF，且它們的基本結構是類似的。就是說，在P型半導體襯底100的主表面側上形成了高電壓P阱101。在高電壓P阱101的表面上，通過高電壓柵極氧化膜102選擇性地形成柵極電極103。通過使用柵極電極103作為掩模的公知的擴散自對準技術，在高電壓P阱101中形成低濃度的N-型擴散層104和N-型擴散層105。此外，在N-型擴散層104內部形成作為漏極的N+型漏極擴散層106，在N-型擴散層105內部形成作為源極的N+型源極擴散層107。此外，在高電壓P阱101中形成背柵極接觸擴散層108，以向高電壓P阱101施加背柵極電壓。在N-型擴散層104，105和背柵極接觸擴散層108的外圍區域中形成元件隔離結構109，以隔離各個N溝道MOS晶體管和背柵極接觸擴散層108。作為元件隔離結構109，例如可以使用場氧化膜和STI(淺槽隔離結構)。
柵極電極103不與N+型漏極擴散層106和N+型源極擴散層107交迭。這樣，柵極電極不與源極/漏極相交迭的MOS晶體管被稱作偏移柵極MOS晶體管。偏移柵極MOS晶體管的柵極電極103與源極或漏極之間的長度被稱作[偏移長度]。在柵極電極103與N+型漏極擴散層106或N+型源極擴散層107之間保留具有一定偏移長度Lo的偏移區域。低濃度的N-型擴散層104和N-型擴散層105組成了漂移區域，其將施加在漏極與背柵極之間以及施加在源極與背柵極之間的電場釋放。電場的釋放可以使得MOS晶體管具有較高的擊穿電壓。一般高擊穿電壓MOS晶體管具有這種偏移柵極結構。
圖10示出了偏移長度Lo與晶體管擊穿電壓(漏極與背柵極以及源極與背柵極之間的擊穿電壓)之間的關系。從圖10可以理解，存在一種趨勢，即當偏移長度Lo變長時，晶體管的擊穿電壓變高。因而，如果需要高擊穿電壓的MOS晶體管，則就將偏移長度Lo設計得較長。相反，如果不需要那么高的擊穿電壓，則就將偏移長度Lo設計得較短。
如上所述，施加在塊BL-D中包含的N溝道MOS晶體管TD的源極/漏極與背柵極之間的最大電壓為VDD/2。N溝道MOS晶體管TD的偏移長度LoD設計成具有較長的尺寸，例如幾個μm。該偏移長度LoD的值與柵極長度LD等同。此外，如圖7中所示，不僅在柵極電極103與源極/漏極之間設置偏移區域，而且還在源極/漏極與元件隔離結構109之間設置偏移區域。由于該原因，偏移區域占據了N溝道MOS晶體管TD面積的2/3或更多。
對于包含在塊BL-E中的N溝道MOS晶體管TE來說最大電壓為VDD/4。因而，從圖7和圖8的對比可以理解，N溝道MOS晶體管TE的偏移長度LoE可以被設計為比偏移長度LoD短。結果，除去了N溝道MOS晶體管TE的無用部分，由此減小了塊BL-E的面積。應當注意，偏移區域占據了N溝道MOS晶體管TE面積的大約1/2。
對于包含在塊BL-F中的N溝道MOS晶體管TF來說最大電壓為VDD/8。因而，從圖8和圖9的對比可以理解，N溝道MOS晶體管TF的偏移長度LoF被設計為比偏移長度LoE短。例如，可獲得其中偏移長度LoF近似為零的結構。結果，除去了N溝道MOS晶體管TF的無用部分，這大大減小了塊BL-F的面積。
如上所述，依照該實施例，根據施加在擴散層與背柵極之間的最大電壓而將MOS晶體管的偏移長度Lo設計成具有優化值。在前面的例子中，N溝道MOS晶體管TD、TE和TF被設計成獲得[LoD＞LoE＞LoF]的關系。因而，盡可能減小了每個塊BL的尺寸。
圖11示出了MOS晶體管的柵極長度L與閾值電壓Vt之間的關系。如果柵極長度(溝道長度)足夠長，則閾值電壓Vt是與柵極長度L無關的常數。然而，公知的是，如果柵極長度非常短，則由此柵極長度L的降低將會使閾值電壓Vt降低。該現象稱作[短溝道效應]。閾值電壓Vt的降低導致了穿通現象，在該現象時電流總是在源極與漏極之間流動。因而，柵極長度L一般不能做得太短。
另一方面，如上所述，對于N溝道MOS晶體管TD到TF來說的最大電壓，即襯底偏壓Vsub彼此不同，由于襯底偏壓效應導致的閾值電壓Vt的“自下而上(bottom-up)”也彼此不同。如圖11中所示，襯底偏壓效應在N溝道MOS晶體管TD中最大，在N溝道MOS晶體管TF中最小。N溝道MOS晶體管TD的閾值電壓Vt相對較高。因而，即使其柵極長度LD較短時，也很難發生穿通現象。就是說，通過由短溝道效應導致的閾值電壓Vt的降低，可以消除由襯底偏壓效應引起的閾值電壓Vt的增加。
依照該實施例，N溝道MOS晶體管TD的柵極長度LD被設計為最短，N溝道MOS晶體管TF的柵極長度LF被設計為最長。N溝道MOS晶體管TE的柵極長度LE被設計為比柵極長度LD長且比柵極長度LF短(參照圖7到9)。因而，除去了無用的柵極長度L，由此使每個MOS晶體管的尺寸適當。
圖12示出了MOS晶體管的柵極寬度W與閾值電壓Vt之間的關系。如圖12中所示，如果柵極寬度(溝道寬度)W較小，則由此柵極寬度W的降低會使閾值電壓Vt升高。該現象稱作[窄溝道效應]。在通常的MOS晶體管中，柵極寬度W被設計為不會出現窄溝道效應(W＝Wmin)。
在該實施例中，施加給各個N溝道MOS晶體管柵極的數字圖像數據D0到D5具有全幅值的電壓VDD。因而，閾值電壓Vt的稍微增加在電路工作時是允許的。尤其是，由于襯底偏壓效應所導致的閾值電壓Vt的增加相對較小，因此閾值電壓Vt的稍微增加是允許的。因而，N溝道MOS晶體管TE、TF的柵極寬度WE、WF被設計為小于Wmin。在該情形下，在N溝道MOS晶體管TE、TF中出現了窄溝道效應。N溝道MOS晶體管TD的柵極寬度WD被設計為大致等于Wmin。這樣，除去了無用的柵極寬度W，由此使每個MOS晶體管的尺寸適當。
接下來，將描述低濃度的N-型擴散層104與背柵極接觸擴散層108之間的間隔(最短長度)Lpn。圖13示出了該間隔Lpn與晶體管擊穿電壓(PN結擊穿電壓)之間的關系。從圖13可以理解，存在一種趨勢，即當間隔Lpn變長時，晶體管擊穿電壓變高。相反地說，如果不需要高擊穿電壓，就將間隔Lpn設計得較短。在低擊穿電壓條件下，從N-型擴散層104延伸進P阱101中的耗盡層的擴展較短，由此使穿透(reach-through)現象(耗盡層達到高濃度層并被擊穿的現象)變得困難。由此，間隔Lpn可以被設計得較短。
依照該實施例，塊BL-F的N溝道MOS晶體管TF中的間隔LpnF被設計為比塊BL-E的N溝道MOS晶體管TE中的間隔LpnE短。此外，塊BL-E的N溝道MOS晶體管TE中的間隔LpnE被設計為比塊BL-D的N溝道MOS晶體管TD中的間隔LpnD短。因而，使每個MOS晶體管的尺寸適當。
如上所述，根據最大電壓、襯底偏壓效應、閾值電壓等，對依照該實施例的MOS晶體管的結構(偏移長度Lo、柵極長度L、柵極寬度W和間隔Lp)進行了優化。通過該優化，各個MOS晶體管的尺寸和它們之間的間隔距離具有最小的尺寸。結果，大大減小了灰度電壓選擇電路12的面積。此外，大大減小了半導體芯片的尺寸。因而，以較低的成本提供了液晶顯示器驅動器。
此外，依照該實施例，為了減小MOS晶體管的擊穿電壓，對于每個塊BL來說不需要控制施加到背柵極的電壓。向正側的P溝道MOS晶體管TA到TC的背柵極均勻地施加相同的電壓VDD，向負側的N溝道MOS晶體管TD到TF的背柵極均勻地施加相同的電壓VSS。不需要控制背柵極電壓。因而，當制造灰度電壓選擇電路12時，不需要增加特殊的擴散工藝。通過恰當地安排現有的布圖設計，從而很容易獲得本發明。
圖14示出了在液晶顯示裝置中電源開啟順序的一個例子。在該例子中，在電源電壓VDD開啟之后產生參考電壓Vγ(Vref0到Vref9)。簡而言之，在緊隨電源電壓VDD開啟之后，參考電壓Vγ仍為零。如圖5已經示出的，向正側的P溝道MOS晶體管TA到TC的背柵極施加電源電壓VDD。因而，在緊隨電源電壓VDD開啟之后，接近滿值(full state)的電源電壓VDD被施加給第一級處的P溝道MOS晶體管，該第一級直接與灰度電壓產生電路11連接。然而，P溝道MOS晶體管TA到TC的擊穿電壓為VDD/2或更小。因此，這些P溝道MOS晶體管被擊穿，灰度電壓選擇電路12被擊穿。
第二個實施例提供了一種即使使用圖14中所示的開啟順序也可避免前面問題的技術。
圖15示出了電路圖，其示出了依照第二實施例的灰度電壓確定電路的結構。灰度電壓確定電路具有灰度電壓產生電路21和灰度電壓選擇電路22。灰度電壓產生電路21的結構類似于第一實施例中的灰度電壓產生電路11的結構。在灰度電壓選擇電路22中的MOS晶體管的連接結構也類似于第一實施例中的灰度電壓選擇電路12的MOS晶體管的連接結構。此外，與第一個實施例類似，灰度電壓選擇電路22分為多個選擇電路塊BL。塊BL-A到BL-C組成了正側塊組23。塊BL-D到BL-F組成了負側塊組24。
塊BL-A到BL-F中包含的MOS晶體管TA到TF的結構基本上分別與第一個實施例中的結構相同。向正側的P溝道MOS晶體管TA到TC的背柵極施加電源電壓VDD，且向負側的N溝道MOS晶體管TD到TF的背柵極施加地電壓VSS。然而，依照該實施例，在正側的P溝道MOS晶體管TA到TC中，與灰度電壓產生電路21連接的第一級處的P溝道MOS晶體管(以下稱作[第一級MOS晶體管])的結構與其他的不同。
塊BL-A包括P溝道MOS晶體管TA和具有與晶體管TA不同結構的第一級MOS晶體管組TG-A。塊BL-B包括P溝道MOS晶體管TB和具有與晶體管TB不同結構的第一級MOS晶體管組TG-B。塊BL-C包括P溝道MOS晶體管TC和具有與晶體管TC不同結構的第一級MOS晶體管組TG-C。這些第一級MOS晶體管組TG-A到TG-C被認為組成了與其他的塊不同的塊。
第一級MOS晶體管組TG中每個晶體管的源極或漏極與提供相應灰度電壓的輸入端相連。在緊隨電源電壓VDD開啟之后，參考電壓Vγ，即灰度電壓V0到V63為零。因而，在緊隨電源電壓VDD開啟之后，向第一級MOS晶體管TG的背柵極施加電源電壓VDD，其源極或漏極變為大約施加0V的狀態。
圖16示出了依照該實施例的第一級MOS晶體管TG的截面結構。在P型半導體襯底200的主表面側上形成有高電壓N阱201。在高電壓N阱201的表面上通過高電壓柵極氧化膜202形成柵極電極203。此外，在高電壓N阱201內形成低濃度的P-型漏極擴散層204和P-型擴散層205。此外，在P-型漏極擴散層204內部形成作為漏極的P+型漏極擴散層206。此外，在P-型擴散層205內部形成作為源極的P+型源極擴散層207。此外，在高電壓N阱201內形成背柵極接觸擴散層208，以向高電壓N阱201施加背柵極電壓。在P-型擴散層204，205和背柵極接觸擴散層208的外圍區域中形成元件隔離結構209，用以隔離各個P溝道MOS晶體管和背柵極接觸擴散層208。
在圖16中，向其提供灰度電壓的灰度電壓選擇電路22的輸入端IN與P+型漏極擴散層206相連。P+型漏極擴散層206側上的偏移長度稱作LoG(D)。另一方面，P+型源極擴散層207側上的偏移長度稱作LoG(S)。如上所述，當電源開啟時，向輸入端IN側上的P+型漏極擴散層206施加高電壓。出于該原因，依照該實施例，偏移長度LoG(D)被設計為比偏移長度LoG(S)長。結果，只有與灰度電壓產生電路21連接的部分才具有“高擊穿電壓結構”。因此，保護了當電源開啟時的擊穿。
對于與輸入端IN相對側上的偏移長度LoG(S)，其可以設計成等于包含在相同塊BL中的其他P溝道MOS晶體管的偏移長度Lo。簡而言之，第一級MOS晶體管TG-A的偏移長度LoG(S)可以等于P溝道MOS晶體管TA的偏移長度。第一級MOS晶體管TG-B的偏移長度LoG(S)可以等于P溝道MOS晶體管TB的偏移長度。第一級MOS晶體管TG-C的偏移長度LoG(S)可以等于P溝道MOS晶體管TC的偏移長度。因而減小了晶體管的尺寸。
依照該實施例的MOS晶體管的結構基本上與第一個實施例中類似并根據最大電壓、襯底偏壓效應、閾值電壓等而進行了優化。因而，獲得了與第一個實施例類似的效果。然而，只有與正側的P溝道晶體管組中的灰度電壓產生電路21連接的部分重新采用通常的“高擊穿電壓結構”。因而，即使使用圖14中所示的開啟順序，也可獲得防止灰度電壓選擇電路22被破壞的額外效果。
依照本發明，大大降低了電壓選擇電路的面積，還大大降低了半導體芯片的尺寸。因而降低了成本。此外，不需要專門的制造工藝。因此，通過適當地安排現有的布圖設計，很容易獲得本發明。
權利要求
1.一種液晶顯示器驅動器，包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓，其中施加在所述第一選擇電路中包含的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中包含的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第一MOS晶體管的偏移長度比所述第二MOS晶體管的偏移長度短。
2.根據權利要求1所述的液晶顯示器驅動器，進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓，其中所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
3.根據權利要求1或2所述的液晶顯示器驅動器，其中向所述第一MOS晶體管的所述背柵極和所述第二MOS晶體管的背柵極施加相同的電壓，且所述第一電壓范圍與所述相同電壓之間的差小于所述第二電壓范圍與所述相同電壓之間的差。
4.根據權利要求1或2所述的液晶顯示器驅動器，其中所述第二MOS晶體管的柵極長度比所述第一MOS晶體管的柵極長度短。
5.根據權利要求1或2所述的液晶顯示器驅動器，其中所述第一MOS晶體管的柵極寬度小于所述第二MOS晶體管的柵極寬度。
6.根據權利要求1或2所述的液晶顯示器驅動器，其中所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管中的每個都包括用于漂移區域的低濃度擴散層；和用于向所述背柵極施加固定電壓的接觸擴散層，且在所述第一MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離比在所述第二MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離短。
7.根據權利要求1或2所述的液晶顯示器驅動器，其中向所述第一MOS晶體管的所述背柵極和所述第二MOS晶體管的背柵極施加電源電壓，所述第一電壓范圍的所述電壓小于所述電源電壓，且所述第二電壓范圍的所述電壓小于所述第一電壓范圍的所述電壓。
8.根據權利要求7所述的液晶顯示器驅動器，其中每個所述第一選擇電路和每個所述第二選擇電路包括端子，向該端子提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍中相應的一個；和源極/漏極之一與所述端子相連的第一級MOS晶體管，向所述第一級MOS晶體管的背柵極施加所述電源電壓，且與所述端子連接的源極和漏極中的一個的偏移長度比所述第一級MOS晶體管中另一個的偏移長度長。
9.根據權利要求8所述的液晶顯示器驅動器，其中在所述第一選擇電路和所述第二選擇電路中另一側上的偏移長度分別等于所述第一MOS晶體管的所述偏移長度和所述第二MOS晶體管的所述偏移長度。
10.一種液晶顯示器驅動器，包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓，其中施加在所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第一MOS晶體管的柵極寬度小于所述第二MOS晶體管的柵極寬度。
11.根據權利要求10所述的液晶顯示器驅動器，進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓，其中所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
12.根據權利要求10或11所述的液晶顯示器驅動器，其中在所述第一MOS晶體管中出現了窄溝道效應。
13.一種液晶顯示器驅動器，包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓，其中施加在所述第一選擇電路中的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管中的每個都包括用于漂移區域的低濃度擴散層；和配置成向所述背柵極施加固定電壓的接觸擴散層，且在所述第一MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離比在所述第二MOS晶體管中的所述低濃度擴散層與所述接觸擴散層之間的最短距離短。
14.根據權利要求13所述的液晶顯示器驅動器，進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓，其中所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
15.根據權利要求13或14所述的液晶顯示器驅動器，進一步包括第三選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第三電壓范圍選擇電壓；和第四選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第四電壓范圍選擇電壓，其中施加在所述第三選擇電路中的第三MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第四選擇電路中的第四MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第三MOS晶體管的偏移長度比所述第四MOS晶體管的偏移長度短。
16.根據權利要求13或14所述的液晶顯示器驅動器，其中所述第一MOS晶體管和所述第二MOS晶體管都是P溝道MOS晶體管，且所述第三MOS晶體管和所述第四MOS晶體管都是N溝道MOS晶體管。
17.根據權利要求16所述的液晶顯示器驅動器，其中所述第一電壓范圍的所述電壓和所述第二電壓范圍的所述電壓都大于預定的公共電壓，且所述第三電壓范圍的所述電壓和所述第四電壓范圍的所述電壓都小于所述預定的公共電壓。
18.一種液晶顯示裝置，包括液晶顯示器驅動器；和具有多個像素的液晶顯示面板，其中所述液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；第二選擇電路，其配置成基于所述數字信號從第二電壓范圍選擇電壓；以及電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓，所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓，所述液晶顯示器驅動器向所述多個像素的每一個施加所述灰度電壓，施加在所述第一選擇電路中包含的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中包含的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓，且所述第一MOS晶體管的偏移長度比所述第二MOS晶體管的偏移長度短。
全文摘要
本發明涉及一種液晶顯示器驅動器及使用它的液晶顯示裝置。該液晶顯示器驅動器包括第一選擇電路，其配置成基于數字信號從第一電壓范圍選擇電壓；和第二選擇電路，其配置成基于數字信號從第二電壓范圍選擇電壓。施加在所述第一選擇電路中包含的第一MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓小于施加在所述第二選擇電路中包含的第二MOS晶體管的擴散層與背柵極之間的電壓。此外，所述第一MOS晶體管的偏移長度比所述第二MOS晶體管的偏移長度短。該液晶顯示器驅動器可以進一步包括電壓產生電路，其配置成向所述第一和第二選擇電路提供所述第一電壓范圍和所述第二電壓范圍的灰度電壓。所述第一和第二選擇電路中的一個基于所述數字信號輸出其中一個灰度電壓。
文檔編號G09G3/36GK1959479SQ20061014292
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月31日 優先權日2005年10月31日
發明者高橋幸雄 申請人:恩益禧電子股份有限公司