JP2001337651A

JP2001337651A - 液晶駆動用電源回路

Info

Publication number: JP2001337651A
Application number: JP2000153681A
Authority: JP
Inventors: Masako Notani; 雅子野谷; Yutaka Yamagami; 裕山上
Original assignee: Renesas Micro Systems Co Ltd
Current assignee: Renesas Micro Systems Co Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】低消費電力の液晶駆動用電源回路を得る。【解決手段】低圧電源１５の電圧を昇圧回路１６によっ
て液晶表示用電圧まで上昇させ、この出力を抵抗Ｒ１〜
Ｒ５の直列抵抗回路によって分圧し、液晶駆動用の所定
の電圧を得る。これら分圧回路によって生成された駆動
電圧はボルテージフォロア構成のアンプＡ１〜Ａ４を通
して出力回路１７に送る。各アンプＡ１〜Ａ４には電荷
回収線１３が接続されている。液晶表示パネルのフレー
ム反転駆動の際の過剰電荷をこの電荷回収線１３を通し
て低圧電源１５に回収し再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶駆動用電源回
路に関し、特に低消費電力の液晶駆動用電源回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ポケットベル（登録商標）、携帯電話な
どの携帯端末に液晶表示パネルが使用されている。この
ような液晶表示パネルに用いる液晶駆動用電源回路はバ
ッテリーを用いて電源を供給するので、消費電流が少な
い程よい。そこで、低消費電力の液晶駆動用電源回路が
要求される。また、液晶表示装置（ＬＣＤ）の駆動方法
は、液晶表示パネルに同じ極性の電圧を印加するとパネ
ルが劣化してしまうため、１フレームごとに印加する電
圧の極性を交互に反転する駆動法を用いている。この駆
動法では、印加する電圧の極性が反転する際に、前にた
まっていた電荷が過剰電荷となり捨てられ、また新たな
電荷が充電される。この電荷の充放電が繰り返されてい
るため消費電荷が多くなり消費電力も多くなる。そこ
で、従来より様々な電荷回収方法が考案されてきた。例
えば、特許第２９５４１６２号には、印加電圧の極性を
反転する際に一旦、負荷の正負電極間を短絡することに
より、消費電力を半減する方法が示されている。この従
来例は電荷がより電位の低い側へ移動することを利用し
たものであり、電極間の電位差が０になった時点で、電
荷の移動は停止する。これにより従来例では、およそ５
０％の電荷を回収できた。

【０００３】また、特開平１１−３５２４５９号公報に
は、電位の高い第１の電源とこれより電位の低い第２の
電源と、これら電源の間に直列に設けた複数の分圧用抵
抗器と、これら抵抗器の接続点の異なる複数の電圧を液
晶表示パネルに導くための複数のボルテージフォロア構
成のアンプとを有し、各アンプの出力端子と第２の電源
との間に流れ込んだ電荷を蓄えるコンデンサを接続した
液晶駆動用電源回路が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特許第２９５
４１６２号の方法では、残り５０％は回収不可能であ
る。また、特開平１１−３５２４５９号公報の方法は、
各レベルアンプで消費したバイアス電流を他のレベルに
付加しているコンデンサに一時的に蓄えてそれを下位レ
ベルアンプの電源として再利用しようとするものであ
り、本発明のように各アンプから昇圧回路の低圧電源側
へ電荷回収手段を設けて過剰電荷として捨てられていた
電荷を回収するものとは構成が明らかに異なっている。

【０００５】本発明の目的は、従来では回収不可能であ
った残り５０％の電荷の大半を回収し、再利用すること
により低消費電力の液晶駆動用電源回路を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源電圧を液
晶表示用電圧まで上昇させる昇圧手段と、この昇圧手段
の出力を電源とし、所定のタイミングで液晶表示パネル
に印加する電圧を切り替えて液晶表示パネルに供給する
液晶駆動電圧出力手段とを備える液晶駆動用電源回路に
おいて、前記液晶駆動電圧出力手段は、液晶表示パネル
に印加する電圧の変化に伴って過剰となった電荷を液晶
表示パネルから回収する電荷回収手段と、この電荷回収
手段によって回収された電荷を前記昇圧手段の電源に供
給する手段とを有することを特徴とする。また本発明の
液晶駆動用電源回路は、前記電荷回収手段によって回収
された電荷を前記昇圧手段の電源に供給する経路上に逆
流防止用整流手段を備え、前記昇圧手段の電源入力部に
電荷蓄積用の容量を備えている。

【０００７】前記電荷回収手段は、液晶表示パネルに印
加する電圧が変化する時刻から所定の時間が経過するま
での間だけ液晶表示パネルから回収した電荷を前記昇圧
手段の電源に供給し、その後再び液晶表示パネルに印加
する電圧が変化する時刻の直前までの間、液晶表示パネ
ルから回収した電荷を接地電位点に流出させ、以後印加
電圧が変化する周期でこれを繰り返すことを特徴とす
る。前記液晶駆動電圧出力手段は、液晶表示パネルに印
加する所定の電圧を出力する１個以上の増幅器を備え、
該増幅器はその出力と電源電位との間に第１の増幅素子
または第１の電流制限素子が接続され、前記増幅器の出
力と第１の節点との間に第２の増幅素子または第２の電
流制限素子が接続され、第１の節点と接地電位点との間
にスイッチ素子が接続され、第１の節点と前記昇圧手段
の電源との間に逆流防止用整流手段を備えた構造を有
し、電荷を回収する期間だけ前記スイッチ素子が遮断状
態となり、それ以外の期間は前記スイッチ素子が導通状
態となる様に制御される。前記第１の節点は、各増幅器
または各スイッチ素子ごとに電気的に独立した節点であ
る。

【０００８】前記昇圧手段は、所定の昇圧用クロック信
号に同期して容量に対して充放電動作を行うチャージポ
ンプであり、該チャージポンプが容量に対して充電を開
始する時刻と前記電荷回収手段が電荷回収を開始する時
刻とが同期している。

【０００９】前記逆流防止用整流手段として、ダイオー
ドやスイッチ素子を用いる。逆流防止用整流手段がスイ
ッチ素子の場合は、電荷を回収する期間だけ前記スイッ
チ素子が導通状態となり、それ以外の期間は前記スイッ
チ素子が遮断状態となる様に制御される。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに本発明について図面を参照
して説明する。本発明は、従来の昇圧回路を搭載する液
晶駆動用電源回路において、昇圧された高圧電源系の負
荷である液晶表示パネルに充放電される電荷のうち、過
剰電荷として捨てられていた電荷を駆動回路で回収し、
その回収した電荷を低電圧電源回路で再利用することに
よって、液晶駆動用電源回路の低消費電力化を図るもの
である。液晶表示パネルは交流駆動する必要があり、か
つ容量性の負荷であるため、常に充放電動作を行ってい
る。放電電荷は、その全てがアンプ等の駆動用電圧源を
経由してＧＮＤ（接地電位）に流出して捨てられる。

【００１１】そこで本発明は、図１のように液晶駆動回
路から低圧電源１５に向けて、電荷を回収するための電
荷回収線１３を設けている。この例の場合は、駆動電圧
を生成するための各アンプにおいて、回収電荷を分離し
て出力する構成を示すが、その詳細な構造は図２によっ
て示される。図２において、アンプが通常動作している
時は、電荷回収制御信号１２はトランジスタＴ８をオン
するように作用するが、電荷回収時、即ちアンプ出力２
５を介して液晶表示パネルより過剰電荷が流入してくる
時は、電荷回収制御信号１２がトランジスタＴ８をオフ
するように作用し、その結果過剰電荷はＧＮＤには流出
せずに電荷回収線１３に向けて流出する。

【００１２】図３に、電荷回収制御のタイミングを示
す。図３において、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，…およびＳＥ
Ｇ１，ＳＥＧ２，…は液晶表示パネルに印加する電圧波
形を示していて、これらの電圧が変化する際に、液晶表
示パネルに対する電荷の流入、または流出が行われる。
したがって、電荷回収制御信号１２は図３に示すよう
に、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，…またはＳＥＧ１，ＳＥＧ
２，…の印加電圧が変化した直後の所定の時間だけ、図
２のトランジスタＴ８をオフする状態となり、それ以外
の通常時はトランジスタＴ８をオンする。また、回収さ
れた電荷が低圧電源系で過剰となることを回避するた
め、電荷回収タイミングを昇圧回路等の電流消費タイミ
ングに同期させ、回収と同時に消費されるように工夫し
ている。

【００１３】要約すると、本実施の形態の液晶駆動用電
源回路の特徴は、（１）容量性負荷を交流駆動する液晶
表示装置において、負荷の放電時に過剰となった電荷が
必ず通過するアンプの低電位側（GND側）で回収する、
（２）過剰電荷が発生するタイミング、および回収先の
消費のピークに同期して回収する、（３）回収先は回収
元との電位差が大きい低圧側電源系とすることにより回
収効率を高くしている、等である。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の液晶駆動用電源回路の具体
例を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施例の液晶駆動用電源回路を示すブロック図で
ある。図１において、制御回路１０はクロック信号１４
を入力し、これに同期した昇圧制御信号１１および電荷
回収制御信号１２を生成する。したがって、昇圧制御信
号１１と電荷回収制御信号１２は、同期した信号とな
る。昇圧回路１６は、昇圧制御信号１１によって動作す
るチャージポンプ回路であり、低圧電源１５の電圧を所
定の倍率に昇圧して出力する。昇圧回路１６の出力Ｖ１
は、抵抗Ｒ１〜Ｒ５の直列抵抗回路によって分圧され、
液晶駆動用の所定の電圧Ｖ２〜Ｖ５が得られる。これ
ら、分圧回路によって生成された駆動電圧は、ボルテー
ジフォロア構成のアンプＡ１〜Ａ４を通して出力回路１
７に送られる。ボルテージフォロアを構成する各アンプ
Ａ１〜Ａ４には、電荷回収線１３が接続されている。容
量Ｃｖは電荷回収線１３に接続されており、断続的に回
収された電荷を一時的に吸収して平滑化するために設け
ている。

【００１５】また、出力回路１７にはCOM1，ＣＯＭ２，
…ＣＯＭｍまでの出力部１８とSEG１，ＳＥＧ２，…Ｓ
ＥＧｎまでの出力部１８がありV1、VGおよびボルテージ
フォロア構成のアンプA1〜A4の出力より表示駆動用電圧
が入力され、各出力ごとに必要な電圧を、これら入力の
中から選択して出力し、各出力は液晶表示パネル１９に
入力される。

【００１６】次に、ボルテージフォロア構成のアンプＡ
１〜Ａ４の内部回路図の一例を図２に示す。この例は、
Ｐｃｈ差動入力部とＮｃｈトランジスタＴ７の出力駆動
部を有する一般的なＣＭＯＳアンプに、トランジスタＴ
８およびダイオードＤ１より構成される電荷回収回路を
付加している。このアンプは、電荷回収制御信号１２に
“Ｈ”レベルが入力されることにより、トランジスタＴ
８がオン状態の時は通常のアンプとして動作するが、電
荷回収制御信号１２が“Ｌ”レベルの時は、トランジス
タＴ８がオフし、電荷回収線１３の接続先である低圧電
源がＧＮＤであるかのように動作する。

【００１７】なお、図１の昇圧回路１６、出力回路１７
は本発明と直接関係しないので、同等の機能を有する回
路であればなんでも良く、特に限定しない。また、制御
回路１０は図３のタイミングチャートのような波形を生
成する回路であれば、特に限定しないが、例えば図６に
示すような回路で実現される。

【００１８】以下に、本発明の液晶駆動用電源回路の動
作を図３のタイミングチャートを用いて説明する。液晶
表示パネルは、同じ極性の電圧を印加するとパネルが劣
化してしまうため、一般に交流電圧を印加する駆動方法
を用いている。図３において、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，…
ＣＯＭｍとＳＥＧ１，ＳＥＧ２，…ＳＥＧｎは、負荷で
ある液晶表示パネルに印加される電圧波形を示してい
る。液晶表示パネルを構成する各表示要素（画素）は容
量性の負荷であり、この容量の一方の電極にはＣＯＭ
１，ＣＯＭ２，…ＣＯＭｍが、また対向する電極にはＳ
ＥＧ１，ＳＥＧ２，…ＳＥＧｎが印加される。図３に示
した第1フレームの期間に、一画面の全ての要素に対す
る印加が実行されると、次の第２フレームで逆方向に印
加される。ここまでは従来の駆動方法と同じである。

【００１９】次に、本発明の制御回路１０のクロック１
４、昇圧制御信号１１および電荷回収制御信号１２につ
いて説明する。クロック１４が制御回路１０に入力され
ると、そのクロックから分周された昇圧制御信号１１に
よって、昇圧回路１６が充電状態となる。これは図３に
おいて昇圧制御信号１１が“Ｈ”の期間に対応する。一
方、制御回路１０では昇圧回路制御信号１１の立ち上が
りに同期して、所定の時間のパルスを生成し、これを電
荷回収制御信号１２として出力する。昇圧回路１６の高
圧出力Ｖ１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ５によって、所定の比率で
分圧され、Ｖ２〜Ｖ５の電圧が生成される。

【００２０】第１フレームの動作に限定して説明する
と、ＣＯＭ１の出力は選択時にＶＧが、また非選択時に
Ｖ２が出力され、ＳＥＧ１出力は表示時にＶ１がまた、
非表示時にＶ３レベル電源が出力される。これらの動作
によって、ＬＣＤに所定の電圧が印加され、それに応じ
た電荷が蓄えられる。次に第２フレームでは第１フレー
ムとは極性が変わり、ＣＯＭ１の出力は選択時にＶ１
が、非選択時にＶ５が出力され、ＳＥＧ１の出力は表示
時にＶＧが、また非表示時にＶ４レベル電源が出力され
る。これらの電圧を液晶表示パネルに印加する際に、第
１フレームの時に液晶表示パネルにたまった電荷は過剰
電荷となる。過剰電荷の流れを図１を参照して説明する
と、過剰電荷は液晶表示パネル１９から出力回路１７を
通ってボルテージフォロア構成のアンプＡ１〜Ａ４に戻
ってくる。

【００２１】ボルテージフォロア構成のアンプＡ１〜Ａ
４の具体例を示す図２を参照すると、過剰電荷は、アン
プ出力からＮｃｈトランジスタＴ７を通る。電荷回収制
御信号１２によりＮｃｈトランジスタＴ８がオフすると
過剰電荷がダイオードＤ１を通り、電荷回収線１３から
低電圧電源１５に向けて電荷が移動し、再利用される。
容量Ｃｖは断続的に回収された電荷を一時的に吸収し
て平滑化するために設けている。

【００２２】本発明の効果をより明瞭に説明するため
に、図４を用いて負荷である液晶表示パネルを１つの容
量にモデル化して説明する。例えば図４において、ＡＭ
Ｐ１を図１におけるＡ１、図４のＡＭＰ２を図１におけ
るＡ４と仮定し、Ａ１から１５V、Ａ４から０Vが出力さ
れるものとする。図４においてＡＭＰ１，ＡＭＰ２は所
定の表示用電圧を出力するアンプで、容量Ｃ１は負荷で
ある。最初の充電での消費電荷は同じ条件のため考えな
い。また、１ＶあたりのコンデンサＣ１に充電される電
荷を、ここでは単位電荷Ｑと定義する。

【００２３】図４（ａ）は従来回路をモデル化して示し
たものである。図４（ａ）を参照すると、まず最初にＡ
ＭＰ１より＋１５Ｖ、ＡＭＰ２より０Ｖが印加された状
態であるとする。この時、Ｃ１のＡＭＰ１側電極には＋
１５Ｑ、反対側には−１５Ｑの電荷が蓄えられている。
この状態から、Ｃ１に印加する電圧の極性を反転する操
作を考える。つまり、SW１とSW２を切り替える。この過
渡期において、C1の電荷が０となる瞬間があり、それま
での期間に電源からAMP１を経由してC1に＋１５Qが供給
されている。さらに継続してAMP１より＋１５Qが供給さ
れることによって、C1に対する印加極性の反転が完了す
る。従って、この間にC1に供給された電荷総量は３０Q
であり、これらの電荷が消費されたことになる。

【００２４】次に、本発明の動作を本発明をモデル化し
て示した図４（ｂ）を参照しながら説明する。従来例と
同様に、最初はＡＭＰ１より＋１５Vが、ＡＭＰ２より
０Vが印加され、C1のＡＭＰ１側には＋１５Q、反対側に
は−１５Qの電荷が蓄えられているものとする。これよ
り次の手順により印加極性を反転させる。まず、SW３を
オフし、続いてSW１とSW２を切り替える。ここまでの操
作では、電荷の出入りは全くない。次にSW４をオンにす
ると、低圧の３Ｖ電源系に接続された状態になるので、
C1に印加された電圧は１５−３＝１２（V）なので、C1
のSW４側の電極には−１２Q、ＡＭＰ２側には＋１２Qが
蓄えられた状態となる。つまり、これまでにAMP２から
２７Qの電荷を供給したことになるが、同時にSW４を経
由して＋２７Qの電荷が３V電源系で再利用されている。
次に、SW４をオフし、SW３をオンすることによって、C1
のSW３側に−１５Q、C1のAMP2側に＋１５Qの電荷が蓄え
られて印加極性の反転が完了する。この間の回収不能の
電荷は３Qに過ぎない。

【００２５】このように本実施例の場合、供給した電荷
のうちの９０％を回収、再利用したことになる。また、
前記従来例では、C1への印加極性反転の過渡期の中で、
C1に蓄えられた電荷が０になるまでは、新たな電荷供給
が行われないため、実質的には電荷を回収したことに等
しいが、それ以降は全く回収不可能であった。ところが
本発明を用いることによって、さらに回収が可能とな
り、従来例の不十分な点を改善する効果がある。

【００２６】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図５は本発明の第２の実施例を示す回路図で、アン
プの部分の構成のみを示している。基本的な構成は図１
に示した第１の実施例と同様であるが、アンプ内部の電
荷回収部の構成が異なる。この実施例では、図２に示さ
れていた電荷回収線１３の逆流を防ぐためのダイオード
Ｄ１に代わって、電荷回収制御信号１２をゲートに入力
し同期させて制御するためのトランジスタＴ９を用いた
構成になっている。この場合も過剰電荷は、液晶表示パ
ネルから出力回路を通ってアンプに戻ってくる。戻って
きた過剰電荷は、アンプ出力からＮｃｈトランジスタＴ
７を通る。電荷回収制御信号１２によりＮｃｈトランジ
スタＴ８がオフするのと同期してＰｃｈトランジスタＴ
９がオンになり、過剰電荷はＰｃｈトランジスタＴ９を
通り電荷回収線１３から低圧電源に向けて電荷が移動し
再利用される。この第２の実施例ではダイオードの代わ
りにＰｃｈトランジスタを用いているので、ダイオード
の電圧降下による回収率低下が改善される。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
昇圧回路を内蔵し容量性負荷を交流駆動する液晶駆動用
電源回路において、負荷の放電時に過剰となった電荷を
電荷回収回路を設けることにより、表示用の高圧電源系
から昇圧回路入力側の低圧電源系に回収するので、高い
電位差間での電荷移動が行われて高い回収効率が得ら
れ、従来の電荷回収手段では回収できずに残っていた電
荷までも回収できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明のアンプの具体例を示す回路図である。

【図３】本発明における電荷回収制御のタイミングチャ
ートである。

【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来回路のモデル図
と本発明の回路のモデル図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示すアンプ部分の回路
図である。

【図６】本発明に用いる制御回路の具体例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０制御回路１１昇圧制御信号１２電荷回収制御信号１３電荷回収線１４クロック１５低圧電源１６昇圧回路１７出力回路１８出力部１９液晶表示パネル２１高圧電源２２バイアス電圧２３，２４アンプ入力２５アンプ出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山上裕神奈川県川崎市中原区小杉町一丁目403番 53 日本電気アイシーマイコンシステム株式会社内Ｆターム(参考） 2H093 NC02 NC03 NC49 NC59 ND39 5C006 BB11 BF42 BF43 BF46 FA47 5C080 AA10 BB05 DD26 JJ02 JJ03 JJ04 KK47

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源電圧を液晶表示用電圧まで上昇させ
る昇圧手段と、該昇圧手段の出力を電源とし、所定のタ
イミングで液晶表示パネルに印加する電圧を切り替えて
液晶表示パネルに供給する液晶駆動電圧出力手段とを備
える液晶駆動用電源回路において、前記液晶駆動電圧出
力手段は、液晶表示パネルに印加する電圧の変化に伴っ
て過剰となった電荷を液晶表示パネルから回収する電荷
回収手段と、該電荷回収手段によって回収された電荷を
前記昇圧手段の電源に供給する手段とを有することを特
徴とする液晶駆動用電源回路。
【請求項２】前記電荷回収手段によって回収された電
荷を前記昇圧手段の電源に供給する経路上に逆流防止用
整流手段を備え、前記昇圧手段の電源入力部に電荷蓄積
用の容量を備えたことを特徴とする請求項１記載の液晶
駆動用電源回路。
【請求項３】前記電荷回収手段は、液晶表示パネルに印
加する電圧が変化する時刻から所定の時間が経過するま
での間だけ液晶表示パネルから回収した電荷を前記昇圧
手段の電源に供給し、その後再び液晶表示パネルに印加
する電圧が変化する時刻の直前までの間、液晶表示パネ
ルから回収した電荷を接地電位点に流出させ、以後印加
電圧が変化する周期でこれを繰り返すことを特徴とする
請求項１または請求項２記載の液晶駆動用電源回路。
【請求項４】前記液晶駆動電圧出力手段は、液晶表示
パネルに印加する所定の電圧を出力する１個以上の増幅
器を備え、該増幅器はその出力と電源電位との間に第１
の増幅素子または第１の電流制限素子が接続され、前記
増幅器の出力と第１の節点との間に第２の増幅素子また
は第２の電流制限素子が接続され、第１の節点と接地電
位点との間にスイッチ素子が接続され、第１の節点と前
記昇圧手段の電源との間に逆流防止用整流手段を備えた
構造を有し、電荷を回収する期間だけ前記スイッチ素子
が遮断状態となり、それ以外の期間は前記スイッチ素子
が導通状態となる様に制御されることを特徴とする請求
項１乃至３の何れかに記載の液晶駆動用電源回路。
【請求項５】前記第１の節点が、各増幅器または各ス
イッチ素子ごとに電気的に独立した節点であることを特
徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の液晶駆動用電
源回路。
【請求項６】前記昇圧手段は所定の昇圧用クロック信
号に同期して容量に対して充放電動作を行うチャージポ
ンプであり、該チャージポンプが容量に対して充電を開
始する時刻と前記電荷回収手段が電荷回収を開始する時
刻とが同期していることを特徴とする請求項１乃至５の
何れかに記載の液晶駆動用電源回路。
【請求項７】前記逆流防止用整流手段が、ダイオード
であることを特徴とする請求項２または請求項４に記載
の液晶駆動用電源回路。
【請求項８】前記逆流防止用整流手段がスイッチ素子
であり、電荷を回収する期間だけ前記スイッチ素子が導
通状態となり、それ以外の期間は前記スイッチ素子が遮
断状態となる様に制御されることを特徴とする請求項２
または請求項４に記載の液晶駆動用電源回路。