JP2007033515A

JP2007033515A - 電圧供給回路

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Publication number: JP2007033515A
Application number: JP2005212644A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Watanabe; 克己渡辺
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP5034182B2

Abstract

【課題】消費電力の増加を抑制しつつ、安定した駆動電圧を供給可能な電圧供給回路を提供することを目的とする。
【解決手段】電源電圧を昇圧して得られる昇圧電圧を出力する昇圧手段６０と、前記昇圧電圧を分圧し、前記昇圧電圧の低下を検出するための監視電圧を生成する分圧手段（Ｒ６、Ｒ７）と、表示装置を駆動するための所定の駆動電圧を出力する駆動電圧出力手段（６６Ａ乃至６６Ｅ）と、前記監視電圧の電圧値に基づいて、前記駆動電圧出力手段（６６Ａ乃至６６Ｅ）を動作させるための動作電流の電流量を制御する電流制御手段６５と、を備える、電圧供給回路であって、前記駆動電圧出力手段（６６Ａ乃至６６Ｅ）は、動作電流の電流量に応じて応答特性を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置を駆動するための電圧供給回路に関する。

一般に、液晶表示装置等を駆動するための駆動回路には、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体集積回路が用いられている。液晶表示装置の駆動回路としてのＬＳＩ（以下、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ドライバＬＳＩ）において必要とされる駆動電圧を供給する電圧供給回路は、例えば、図６に示すような構成を有している。すなわち、基準電源Ｖ_ＥＥを増幅器７１によって増幅し、当該増幅された電圧をブリーダ抵抗Ｒ１〜Ｒ５によって分圧する。そして、分圧されて得られる複数の電圧を、それぞれボルテージフォロア７６（７６Ａ〜７６Ｅ）でインピーダンス変換し、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ５を得る。
この駆動電圧に変動が生じると、液晶表示装置の表示品質が悪化するため、安定した駆動電圧が望まれる。

一般に、ボルテージフォロア７６は、図７に示すように、差動段と出力段により構成される。そして、出力段は、ソースフォロアを構成するトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１に動作電流を供給するための定電流源を構成するトランジスタＴｒ２とから構成される。

このような構成のボルテージフォロア７６は、出力電圧を上昇させる場合は、トランジスタＴｒ１を介して供給される電流がトランジスタＴｒ１のゲート電圧に応じて変化するため応答がよい。
一方、出力電圧を低下させる場合には、トランジスタＴｒ２により引き込まれる電流によって、出力電圧を変化させる。
このため、消費電力を抑制するために定電流源の電流量を少なくすると、出力電圧を低下させる際の応答が遅くなる。

電圧供給回路が出力する駆動電圧を安定化するためには、ボルテージフォロア７６の動作電流を大きく設定し、過渡応答性能を高めればよいが、他方で低消費電力化の要求もあり、駆動電圧の安定化と低消費電力化を両立するのは困難であった。

このような問題に対し、表示装置の信号電極及び走査電極に供給される電圧が変化するタイミングで、駆動電圧に変動が生じやすいという性質に着目した改善手法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
この手法では、表示装置の信号電極及び走査電極に供給される電圧が変化するタイミングで、ボルテージフォロアの出力段の動作電流を増加させ、他の時間は動作電流を低下させることで、消費電力の増加を抑制しつつ駆動電圧を安定化する。
特開２００１−１８８６１８号公報

しかしながら、表示装置の信号電極及び走査電極に供給される電圧が変化するタイミングで必ず駆動電圧に変動が生じるわけではない。また、他のタイミングで電圧の変動が生じる可能性もある。このため、特許文献１に記載された手法では、不必要なタイミングで動作電流を増加させる可能性や、必要なタイミングで動作電流を増加させることができない可能性がある。従って、更なる駆動電圧の安定化及び低消費電力化が望まれている。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、消費電力の増加を抑制しつつ、安定した駆動電圧を供給可能な電圧供給回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電圧供給回路は、電源電圧を昇圧して得られる昇圧電圧を出力する昇圧手段と、前記昇圧電圧を分圧し、前記昇圧電圧の低下を検出するための監視電圧を生成する分圧手段と、表示装置を駆動するための所定の駆動電圧を出力する駆動電圧出力手段と、前記監視電圧の電圧値に基づいて、前記駆動電圧出力手段を動作させるための動作電流の電流量を制御する電流制御手段と、を備える、電圧供給回路であって、前記駆動電圧出力手段は、前記動作電流の電流量に応じて応答特性を変化させる、ことを特徴とする。

前記昇圧手段は、その出力電流量に応じて前記昇圧電圧の電圧値を変化させ、前記電流制御手段は、前記監視電圧を所定の閾値電圧と比較し、比較の結果に基づいて、前記動作電流の電流量を制御してもよい。

前記電流制御手段は、前記監視電圧を前記閾値電圧と比較し、前記監視電圧の方が高電圧と判別した場合には前記動作電流を所定の第１の電流量とし、前記監視電圧の方が低電圧と判別した場合には前記動作電流を前記第１の電流量よりも大きい第２の電流量としてもよい。

本発明の電圧供給回路は、昇圧回路の出力電圧に応じて動作電流を変化させるため、消費電力の増加を抑制しつつ安定した駆動電圧を供給可能な電圧供給回路を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電圧供給回路を、液晶表示装置に適用した場合を例に説明する。

本実施の形態に係る液晶表示装置１は、図１に示すように、液晶表示パネル２と、表示制御回路３と、コモンドライバ４と、セグメントドライバ５と、電圧供給回路６と、から構成される。

液晶表示パネル２は、例えばパッシブマトリクス型の液晶表示パネルから構成され、対向する２枚のガラス板の対向する面に、互いに直交する透明電極のマトリクスを有する。すなわち、一方のガラス板上には、コモンドライバ（走査電極駆動回路）４から走査信号が供給されるコモン電極（走査電極）が配列形成され、他方のガラス板上にはセグメントドライバ（信号電極駆動回路）５から階調信号が供給されるセグメント電極（信号電極）が配列形成される。２枚のガラス板の間には液晶が封入される。そして、コモン電極とセグメント電極とが交差する位置に画素が形成される。画素の明暗は、コモン電極とセグメント電極との電位差に応じて変化する。したがって、マトリクス状に配置されたコモン電極とセグメント電極との電位差を適宜制御することにより、所望の画像を表示することができる。

表示制御回路３は、液晶表示装置１の表示機能を制御するための制御回路である。表示制御回路３は、例えば、専用の論理回路で構成されてもよいし、マイクロコンピュータにより構成されてもよい。
表示制御回路３は、例えば、各画素の階調（明暗）を定義する階調データ、クロック信号、水平同期信号、垂直同期信号等を、セグメントドライバ５に供給する。
また、表示制御回路３は、走査信号を変化させるタイミングを定義する水平同期信号、垂直同期信号等をコモンドライバ４に供給する。

コモンドライバ４は、表示制御回路３の制御に基づき、液晶表示パネル２が有するコモン電極に、走査信号を供給する。走査信号は、選択電圧と非選択電圧とを取る。選択電圧が供給されたコモン電極上の画素は、階調信号により定義される明暗を表示する。一方、非選択電圧が供給されたコモン電極上の画素には、階調信号による明暗の変化は生じない。

セグメントドライバ５は、表示制御回路３の制御に基づき、画素の明暗を定義するための階調信号を出力する。

コモンドライバ４及びセグメントドライバ５は、電圧供給回路６から供給される駆動電圧を用いて液晶表示パネル２を駆動する。

電圧供給回路６は、図２に示すように、昇圧回路６０と、増幅器６１と、分圧回路６２と、定電圧源６３と、コンパレータ６４と、電流制御回路６５と、ボルテージフォロア６６とを備える。

昇圧回路６０は、入力端子から入力された電圧Ｖ_ＵＩＮを昇圧して、昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴを出力する。

図３に示すグラフは、昇圧回路６０の出力電流（横軸）と出力電圧（縦軸）との関係を示している。
昇圧回路６０は、出力電流量が所定量以下の場合、所定の昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴを、増幅器６１、ボルテージフォロア６６、コモンドライバ４、セグメントドライバ５等に供給する。
一方、市松模様を表示させる場合のように、コモンドライバ４及びセグメントドライバ５の負荷が重くなる場合には、昇圧回路６０の出力電流が増大し、昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴは所定の電圧値よりも低下する。

図２に戻って、増幅器６１は、基準電圧Ｖ_ＥＥを受け取り、当該基準電圧Ｖ_ＥＥを増幅して出力する。増幅器６１の増幅率は、所定の値に設定されている。

分圧回路６２は、増幅器６１によって増幅された電圧をブリーダ抵抗Ｒ１〜Ｒ５により分圧し、分圧して得られた電圧をボルテージフォロア６６（６６Ａ〜６６Ｅ）に供給する。分圧回路６２の出力電圧は、液晶表示パネル２の走査電極及びセグメント電極に印加されて、液晶表示パネル２を動作させるための駆動電圧（Ｖ１〜Ｖ５）となる。

分圧抵抗Ｒ６およびＲ７は、昇圧回路６０の出力した昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴを分圧して監視電圧Ｖ_ＭＯＮを生成しコンパレータ６４に供給するための抵抗である。分圧抵抗Ｒ６およびＲ７の抵抗値は、監視電圧Ｖ_ＭＯＮが、電源電圧Ｖ_ＤＤによって動作するコンパレータ６４の入力電圧範囲に適した電圧レベルとなるように設定される。なお、監視電圧Ｖ_ＭＯＮは昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴと比例した電圧となる。

定電圧源６３は、電源電圧Ｖ_ＤＤから昇圧回路６０の電圧低下を検出するための閾値電圧Ｖ_ＣＨを生成し、コンパレータ６４に供給する。

コンパレータ６４は、監視電圧Ｖ_ＭＯＮと閾値電圧Ｖ_ＣＨとを比較するための回路であり、比較結果に基づいて、所定レベルの信号を電流制御回路６５に供給する。具体的には、コンパレータ６４は、Ｖ_ＭＯＮがＶ_ＣＨ以上であれば所定のハイレベル電圧を出力し、Ｖ_ＭＯＮがＶ_ＣＨ未満であれば所定のローレベル電圧を出力する。

電流制御回路６５は、コンパレータ６４から供給された信号のレベルに基づき、所定の制御電圧をボルテージフォロア６６（６６Ａ〜６６Ｅ）に供給する。具体的には、電流制御回路６５は、ハイレベル電圧が供給された場合には、制御電圧を所定値Ｖ_ＣＯＮＴとしてボルテージフォロア６６に供給する。一方、コンパレータ６４からローレベル電圧が供給された場合には、ボルテージフォロア６６の駆動電流を増加させるために制御電圧をＶ_ＣＯＮＴよりも高電圧のＶ_ＣＯＮＴ'としてボルテージフォロア６６に供給する。

ボルテージフォロア６６は、電圧増幅率が１倍の増幅回路で、分圧回路６２によって生成される各駆動電圧（Ｖ１〜Ｖ５）を、低出力インピーダンスで出力する。本実施の形態では、各駆動電圧に対応してボルテージフォロア６６Ａ〜６６Ｅが設けられる。

より詳細には、図４に示すように、ボルテージフォロア６６は、分圧回路６２から供給される電圧とボルテージフォロア６６自身の出力信号との差を増幅する差動段と、出力インピーダンスを下げるための出力段とから構成される。

出力段は、第１のトランジスタＴｒ１と第２のトランジスタＴｒ２とから構成される。

第１のトランジスタＴｒ１は、ソースフォロアを構成するトランジスタで、ノイズや負荷の増大が生じた場合でも出力電圧を一定に保つように（すなわち、低出力インピーダンスとなるように）作用する。
ただし、コモンドライバ４及びセグメントドライバ５の負荷が重い表示（例えば、市松模様の表示）をする場合には、出力段は、出力電圧を一定に保つことができなくなる。一定値からの誤差成分は、出力段の過渡応答により回復する。

第２のトランジスタＴｒ２は、第１のトランジスタＴｒ１の動作電流を供給する。第２のトランジスタＴｒ２は、電流制御回路６５から供給される制御電圧をゲート電圧として受け取る。そして、第２のトランジスタＴｒ２は、当該ゲート電圧に応じた電流を、ソース端子（第１のトランジスタＴｒ１側）から引き込む。

ボルテージフォロア６６は、出力段における動作電流を増減することにより、過渡応答性能を制御することができる。より詳細には、電流制御回路６５から供給される制御電圧がＶ_ＣＯＮＴからＶ_ＣＯＮＴ'へと高められると、ボルテージフォロア６６の出力段における動作電流が増加し、出力電圧を引き下げる（低下させる）際の応答を速くすることができる。

また、ボルテージフォロア６６は、出力信号を負入力端子に戻すことにより負帰還となり、正入力端子に供給される分圧回路６２の出力電圧と等しい電圧を出力する。

次に、このように構成される電圧供給回路６の動作を、図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。

図５（ａ）は、昇圧回路６０の出力する昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴの時間に対する変化を示している。昇圧回路６０は、コモンドライバ４やセグメントドライバ５の負荷に応じて、Ｖ_ＵＯＵＴの値を変化させる。
例えば、液晶表示パネル２に市松模様の画像を表示させようとする場合等では、コモンドライバ４やセグメントドライバ５の負荷が重くなる。これに伴い、昇圧回路６０は、出力電流を増加させ、昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴは、図３に示した特性に従って低下する。

図５（ｂ）は、昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴを分圧抵抗Ｒ６及びＲ７により分圧して得られる監視電圧Ｖ_ＭＯＮの時間に対する変化を示している。監視電圧Ｖ_ＭＯＮは昇圧電圧Ｖ_ＵＯＵＴに比例した変化をする。

図５（ｃ）は、監視電圧Ｖ_ＭＯＮと閾値電圧Ｖ_ＣＨとを比較するコンパレータ６４の出力信号の時間に対する変化を示している。監視電圧Ｖ_ＭＯＮが閾値電圧Ｖ_ＣＨを下回ると、コンパレータ６４がこれを検出し、出力信号をハイレベル電圧からローレベル電圧へと変化させる。

図５（ｄ）は、電流制御回路６５が出力する制御電圧の時間に対する変化を示している。コンパレータ６４の出力信号がローレベル電圧のときには、電流制御回路６５は、制御電圧を所定値Ｖ_ＣＯＮＴとしてボルテージフォロア６６に供給する。また、コンパレータ６４の出力信号がハイレベル電圧のときには、電流制御回路６５は、制御電圧を所定値Ｖ_ＣＯＮＴ'としてボルテージフォロア６６に供給する。

図５（ｅ）は、ボルテージフォロア６６の出力段の動作電流の時間に対する変化を示している。制御電圧がＶ_ＣＯＮＴである場合には、ボルテージフォロア６６の出力段の動作電流は所定値Ｉとなる。一方、制御電圧がＶ_ＣＯＮＴ'である場合には、ボルテージフォロア６６の出力段の動作電流は、Ｉよりも大きな所定値Ｉ'となる。ボルテージフォロア６６の過渡応答性能は、動作電流が大きいほど高速となる。

このような動作により、本実施の形態の電圧供給回路６は、ボルテージフォロア６６の出力段の動作電流を制御し、ボルテージフォロア６６の過渡応答性能（出力電圧を引き下げる能力）を制御することができる。

以上、説明したように、本実施の形態に係る電圧供給回路６は、昇圧回路６０の出力電圧が低下した場合に、ボルテージフォロア６６の動作電流が増加させる。これにより、ボルテージフォロア６６の過渡応答性能が向上する。
従って、ボルテージフォロア６６は、所定の値からずれた出力電圧を、迅速に所定の電圧へと回復することが可能となり、より安定した駆動電圧（Ｖ１〜Ｖ５）が得られるようになる。その結果、駆動電圧の変動に起因する表示品位の悪化を防止することができる。

また、昇圧回路６０の出力電圧が所定値以上である場合にはボルテージフォロア６６の動作電流を低く抑えることができるため、回路全体としての消費電力の増加を抑制できる。

なお、本発明は上記実施の形態で示した例に限定されるものではなく、様々な変形および応用が可能である。

例えば、上記実施の形態における電圧供給回路６は、駆動電圧を５種類としそれに対応してボルテージフォロア６６を５つ備えるものとした。しかし、駆動電圧の種類及びこれに対応するボルテージフォロア６６の数は特にこれに限定されるものではなく、その液晶素子の使用用途に応じて設定することができる。

また、コンパレータ６４での比較に用いる基準電圧Ｖ_ＣＨは固定値である必要はなく、その使用場面等に応じて、液晶表示素子を使用するユーザが変更可能な構成としてもよい。電流制御回路６５の出力電圧Ｖ_ＣＯＮＴ及びＶ_ＣＯＮＴ'についても同様である。

また、上記の実施の形態においては、表示装置としてパッシブマトリクス型の液晶表示装置を本発明の電圧供給回路に適用する場合を例に説明した。しかし、表示装置は、これに限定されず、例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置であってもよいし、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ等であってもよい。

本発明の実施の形態に係る液晶表示措置の構成を示すブロック図である。電圧供給回路の構成を示すブロック図である。昇圧回路の特性を示す図である。ボルテージフォロアの回路図である。電圧供給回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。従来の電圧供給回路の構成を示すブロック図である。従来の電圧供給回路におけるボルテージフォロアの回路図である。

符号の説明

１・・・液晶表示装置、２・・・液晶表示パネル、３・・・表示制御回路、４・・・コモンドライバ、５・・・セグメントドライバ、６・・・電圧供給回路、６０・・・昇圧回路、６１・・・増幅器、６２・・・分圧回路、Ｒ１〜Ｒ５・・・ブリーダ抵抗、Ｒ６及びＲ７・・・分圧抵抗、６３・・・定電圧源、６４・・・コンパレータ、６５・・・電流制御回路、６６、６６Ａ〜６６Ｅ・・・ボルテージフォロア。

Claims

電圧を昇圧して得られる昇圧電圧を出力する昇圧手段と、
前記昇圧電圧を分圧し、前記昇圧電圧の低下を検出するための監視電圧を生成する分圧手段と、
表示装置を駆動するための所定の駆動電圧を出力する駆動電圧出力手段と、
前記監視電圧の電圧値に基づいて、前記駆動電圧出力手段を動作させるための動作電流の電流量を制御する電流制御手段と、
を備える、電圧供給回路であって、
前記駆動電圧出力手段は、前記動作電流の電流量に応じて応答特性を変化させる、
ことを特徴とする電圧供給回路。
前記昇圧手段は、その出力電流量に応じて前記昇圧電圧の電圧値を変化させ、
前記電流制御手段は、前記監視電圧を所定の閾値電圧と比較し、比較の結果に基づいて、前記動作電流の電流量を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧供給回路。
前記電流制御手段は、前記監視電圧を前記閾値電圧と比較し、前記監視電圧の方が高電圧と判別した場合には前記動作電流を所定の第１の電流量とし、前記監視電圧の方が低電圧と判別した場合には前記動作電流を前記第１の電流量よりも大きい第２の電流量とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧供給回路。