JP2010103885A - 電気負荷駆動回路、電気負荷駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容量成分を有する電気負荷を高い電力効率で正確に駆動する。
【解決手段】所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す目標電圧波形を出力し、目標電圧波形の電圧値に応じて複数の電源部を切り替えながら、電気負荷に出力する出力電圧波形を生成する。また、出力電圧波形が目標電圧波形と一致するように負帰還制御する。出力電圧波形が電気負荷の印加電圧に一致すると出力電圧波形を電気負荷に供給し、目標電圧に達すると出力電圧波形と電気負荷とを切断する。こうすれば、電気負荷の容量成分に蓄えられた電力を回収しながら、電気負荷を駆動することができる。また電源を切り替えているために、回路側での電力損失も抑制できる。加えて、目標電圧波形に従って負帰還制御を行っているため、容量成分を有する電気負荷を、適切にしかも効率よく駆動することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の電圧波形を発生させて、容量成分を有する電気負荷を駆動する技術に関する。

印加する電圧値を切り換えることによって駆動する電気負荷には、種々の電気負荷が知られている。また、これら電気負荷の中には、いわゆる液晶画面のように容量成分を有する負荷も存在する。

電気負荷が容量成分を有している場合、容量成分に蓄えられた電荷に相当する電位差が、電気負荷に印加されている電圧値として現れる。従って、このような電気負荷では、印加する電圧値を上げるためには、容量成分に蓄えられた電荷を、電圧値の上昇に見合う分だけ増加させる必要があり、多くの電力を電気負荷に投入する必要が生じる。また逆に、印加する電圧値を下げるためには、容量成分に蓄えられた電荷を、電圧値の低下に見合う分だけ減少させる必要があり、これに伴って電気負荷からは、多くの電力が放出されることになる。

このように容量成分を有する電気負荷を駆動するためには、多くの電力が必要となる。そこで、印加する電圧値を下げる際に電気負荷から放出される電力を蓄えておき、印加する電圧値を上げる際に再利用することで、容量成分を有する電気負荷を駆動する際の電力消費を抑制しようとする技術が提案されている（特許文献１）。この提案の技術では、電圧値の異なる複数のコンデンサを設けておき、電気負荷に印加する電圧値を下げる際には、電気負荷から放出される電力を、電圧値の低いコンデンサに蓄えておく。電気負荷に印加されている電圧値がコンデンサの電圧値よりも下がった場合には、より電圧値の低いコンデンサに切り替えることによって、電気負荷から放出される電力を蓄えていく。その後、電気負荷に印加する電圧値を上げる際には、コンデンサに蓄えておいた電力を電気負荷に投入して電気負荷の電圧値を上昇させる。電気負荷に印加されている電圧値がコンデンサの電圧値よりも高くなった場合には、より電圧値の高いコンデンサに切り替えることによって更に電力を投入し、これによって電気負荷の電圧値を上げていく。このような方法によれば、電気負荷から放出される電力を再利用することができるので、容量成分を有する電気負荷の駆動に要する電力消費を、大幅に抑制することが可能となる。

特開２００３−２８５４４１号公報

しかし、提案されている技術では、容量成分を有する電気負荷を駆動する際の電力消費を抑制可能であるものの、電気負荷を正確な電圧値で駆動することが難しいという問題があった。すなわち、電圧値の異なる複数のコンデンサを切り換えて電気負荷を駆動しているため、印加する電圧値が階段状に変化してしまう。また、電気負荷に電力を供給しているとコンデンサの電圧値が低下し、逆に、電気負荷から電力を回収しているとコンデンサの電圧値が上昇するため、安定した電圧値を印加することが困難である。このような理由から、提案されている技術では、電気負荷を正確な電圧値で駆動することが困難となっている。

この発明は、従来の技術における上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、容量成分を有する電気負荷を駆動する際の電力消費を抑制しながら、正確な電圧値で駆動することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の電気負荷駆動回路は次の構成を採用した。すなわち、
容量成分を有する電気負荷に対して、印加する電圧値を切り換えることにより、該電気負荷を駆動する電気負荷駆動回路であって、
所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す所定の電圧波形を、目標電圧波形として出力する目標電圧波形出力部と、
互いに異なる電圧値の電力を発生するとともに、該発生する電圧値よりも高い電圧値の電力が供給されると該電力を蓄えることが可能な複数の電源部と、
前記目標電圧波形の電圧値に応じて前記複数の電源部を切り替えながら、前記電気負荷に出力する出力電圧波形が該目標電圧波形と一致するように、該出力電圧波形の負帰還制御を行う負帰還制御部と、
前記出力電圧波形が前記電気負荷に印加されている電圧値に達すると、前記負帰還制御部の出力と該電気負荷とを接続し、該出力電圧波形が該電気負荷に印加するべき目標の電圧値に達すると、該負帰還制御部の出力と該電気負荷との接続を解除することにより、該電気負荷に印加する電圧値を切り替える印加電圧切替部と
を備えることを要旨とする。

また、上記の電気負荷駆動回路に対応する本発明の電気負荷駆動方法は、
容量成分を有する電気負荷に対して、印加する電圧値を切り換えることにより、該電気負荷を駆動する電気負荷駆動方法であって、
互いに異なる電圧値の電力を発生するとともに、該発生する電圧値よりも高い電圧値の電力が供給されると該電力を蓄えることが可能な複数の電源部を用意する工程と、
所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す所定の電圧波形を、目標電圧波形として出力する工程と、
前記目標電圧波形の電圧値に応じて前記複数の電源部を切り替えながら、前記電気負荷に出力する出力電圧波形が該目標電圧波形と一致するように、該出力電圧波形の負帰還制御を行う工程と、
前記出力電圧波形が前記電気負荷に印加されている電圧値に達すると、前記負帰還制御部の出力と該電気負荷とを接続し、該出力電圧波形が該電気負荷に印加するべき目標の電圧値に達すると、該負帰還制御部の出力と該電気負荷との接続を解除することにより、該電気負荷に印加する電圧値を切り替える工程と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の電気負荷駆動回路および電気負荷駆動方法においては、所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す目標電圧波形を出力し、この目標電圧波形の電圧値に応じて複数の電源部を切り替えながら、電気負荷に出力する出力電圧波形を生成する。このとき、出力電圧波形が目標電圧波形と一致するように負帰還制御を行う。そして、電気負荷に印加されている電圧値と、出力電圧波形の電圧値とが一致すると、出力電圧波形を電気負荷に供給する。その結果、出力電圧波形が変化するにつれて、電気負荷に印加されている電圧値も変化する。その後、出力電圧波形の電圧値が目標の電圧値に達すると、出力電圧波形と電気負荷との接続を解除して、出力電圧波形が電気負荷に供給されないようにする。こうすることで、電気負荷には目標の電圧値が印加された状態に切り替わる。

容量成分を有する電気負荷を、このような方法で駆動してやれば、電気負荷に印加する電圧値を上昇させる際には、電源から受け取った電力を負帰還制御しながら電気負荷に供給して、印加する電圧値を上昇させることができる。このとき、異なる電圧値の電力を発生する電源を切り替えているために、負帰還制御を行う回路部分にかかる電位差（すなわち、電源の電圧値と、電気負荷に供給する電圧値との電圧差）を小さな電位差にしておくことができるので、負帰還制御に伴う電力損失を抑制して、電力効率を向上させることができる。また、電気負荷に印加する電圧値を低下させる際には、電気負荷の容量成分に蓄えられている電力を、負帰還制御を行いながら少しずつ電源で回収することによって、電気負荷に印加されている電圧値を低下させることができる。また、電気負荷の電圧値が低下するにつれて、より電圧値の低い電源に切り替えることができるので、電気負荷の容量成分に蓄えられた電力を効率よく回収することができる。こうして回収した電力は、再び電気負荷に印加する電圧値を上昇させる際に再利用することができるので、容量成分を有する電気負荷を効率よく駆動することが可能となる。加えて、電気負荷に印加する電圧値を上昇させる際にも、低下させる際にも、目標電圧波形に基づいて出力電圧波形を負帰還制御しているので、適切な目標電圧波形を用いることで、適切な出力電圧波形を出力することができ、電気負荷を精度良く駆動することが可能となる。

また、上記の本発明の電気負荷駆動回路においては、次のようにして負帰還制御部を構成しても良い。まず、外部から制御されることによって抵抗値を変更可能な複数の可変抵抗部を、各々の電源部と電源負荷との間に設けておく。このような可変抵抗部としては、たとえば各種のトランジスタなどを好適に用いることができる。そして、可変抵抗部から出力される出力電圧波形と、目標電圧波形とを受け取って、これらの電圧値が一致するように、抵抗値制御部を用いて、各々の可変抵抗部の抵抗値を負帰還制御するようにしてもよい。このような抵抗値制御部としては、オペアンプなどの各種アナログＩＣを好適に用いることができる。

このような構成とすれば、オペアンプやトランジスタなどの、汎用的で十分な信頼性を有する部品を用いて負帰還制御部を構成することができるので、信頼性の高い電気負荷駆動回路を簡便に構成することが可能になる。また、複数の可変抵抗部を１つの抵抗値制御部で制御することができるので、電気負荷駆動回路を小形化することが可能となる。

また、本発明の電気負荷駆動回路は、電気負荷として、液晶パネルや、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルなど、複数の画素を用いて画像を表示する各種の表示装置を駆動することとしてもよい。

画像の表示装置は、非常に多くの画素によって画像を表現しており、個々の画素での表示状態を制御するために、複数の配線が設けられている。従って、これら複数の配線間には大きな寄生容量が形成されるため、本発明の電気負荷駆動回路を用いることで、適切に且つ高い電力効率で駆動することが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．本実施例の電気負荷駆動回路：
Ｂ−１．電気負荷駆動回路の構成：
Ｂ−２．電気負荷駆動回路の動作：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１の変形例：
Ｃ−２．第２の変形例：
Ｃ−３．第３の変形例：

Ａ．装置構成 ：
図１は、電気負荷としての液晶表示パネル２００を駆動する本実施例の電気負荷駆動回路１００の構成を概念的に示した説明図である。周知のように液晶表示パネル２００は、２枚のガラス板の間に液晶層を挟んだ構造となっており、一方のガラス板には共通電極が形成され、他方のガラス板には画素電極が形成されている。そして、画素電極に印加する電圧値によって液晶層内の液晶分子の向き（配向）が変化し、その結果として光の透過率が変化する性質を利用して画像を表示する。

また、画素電極は、複数のソース線と複数のゲート線とを薄い絶縁層を介して交差させ、その交点毎に薄膜トランジスタを形成することによって構成されている。図１中の液晶表示パネル２００には、縦方向に走る複数のソース線と、横方向の走る複数のゲート線との交点にトランジスタが形成されて、複数の画素電極が形成されている様子が示されている。こうして一方のガラス板側に形成された複数の画素電極は、液晶層を介して他方のガラス板に形成された共通電極と向き合うことによって、それぞれに画素を形成する。このように画素は、液晶層を挟んで画素電極と共通電極とが向き合うことによって形成されているので、個々の画素が一定の容量（画素容量）を有するコンデンサとなっている。また、画素電極についても、絶縁層を挟んで設けられたソース線とゲート線との間に、小さなコンデンサが形成されている。図１中の液晶表示パネル２００では、ソース線とゲート線との間に容量Ｃｓの小さなコンデンサが形成されている様子が示されている。尚、ソース線とゲート線との間に形成されたコンデンサは、意図せずに形成されたコンデンサという意味で「寄生コンデンサ」と呼ばれることがある。

図１には、以上のような構成の液晶表示パネル２００を駆動するために、本実施例の電気負荷駆動回路１００が備える大まかな回路構成が示されている。図示されるように、電気負荷駆動回路１００には、複数の電源部１０と、目標電圧波形出力部２０と、負帰還制御部３０と、印加電圧切替部４０とが設けられている。ここで、複数の電源部１０は、互いに異なる電圧値の電力を発生するとともに、発生する電圧値より高い電圧値の電力が供給されると、供給された電力を蓄えることが可能な電源部１０である。このような電源部１０としては、二次電池やコンデンサを内蔵した電源などを用いることができる。また、目標電圧波形出力部２０は、所定の電圧範囲内で電圧値の増減を繰り返すランプ状の目標電圧波形を出力する。目標電圧波形出力部２０としては、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）などを用いることができる。図１中には、目標電圧波形出力部２０から目標電圧波形が出力される様子が概念的に示されている。こうして出力された目標電圧波形は、負帰還制御部３０に入力される。また、負帰還制御部３０には、各電源部１０も接続されている。負帰還制御部３０は、制御目標として目標電圧波形を用いた負帰還制御を行いながら、各電源部１０からの電力を変換して、出力電圧波形を生成する。各電源部１０からは異なる電圧値の電力が出力されているので、負帰還制御部３０は、目標電圧波形の電圧値に応じて電源部１０を切り替えながら、出力電圧波形を生成する。詳細には後述するが、このような負帰還制御部３０は、オペアンプや各種トランジスタなどを用いて構成することができる。こうして生成された出力電圧波形は、印加電圧切替部４０に供給される。図１中には、負帰還制御部３０から印加電圧切替部４０に出力電圧波形が供給される様子が概念的に示されている。印加電圧切替部４０の内部には、複数のスイッチ回路が設けられており、各スイッチ回路は、液晶表示パネル２００のソース線に接続されている。

以上のような構成を有する本実施例の電気負荷駆動回路１００は、液晶表示パネル２００のような容量成分を有する電気負荷を、極めて高い電力効率で、しかも正確に駆動することが可能となっている。この理由に説明する準備として、液晶表示パネル２００を駆動する方法について簡単に説明しておく。

図２は、所定の電圧範囲で増減を繰り返すランプ状の出力電圧波形を用いて液晶表示パネル２００を駆動する様子を示した説明図である。前述したように液晶表示パネル２００は、各画素電極に印加する電圧値を切り替えることによって画像を表示することが可能となる。従って、液晶表示パネル２００を駆動するということは、各画素電極に印加される電圧値を、表示しようとする画像に合わせて次々と切り替えていくということである。こうしたことを実現するために、次のような方法が用いられている。尚、前述したように、液晶表示パネル２００には複数のゲート線が設けられており、各ゲート線に複数の画素電極が接続されている。実際には、各ゲート線を順繰りに選択して、ゲート線毎に画素電極に印加する電圧値を切り替えていくのであるが、説明が煩雑となることを避ける観点から、ここでは１つのゲート線に着目して説明することとする。

図２（ａ）には、ゲート線に接続された複数の画素電極に、所望の電圧値を印加する様子が示されている。ここでは、図中に細い実線で示したゲート線ｊに接続された画素電極に、電圧を印加するものとする。すなわち、ゲート線ｊが着目しているゲート線となる。ゲート線ｊの画素電極に電圧を印加するためには、先ず初めにゲート選択回路でゲート線ｊを選択する。また、各ソース線に設けられたスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、ＯＮ状態としておく。この状態で出力電圧波形を供給すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを介して、出力電圧波形がそのままソース線に供給される。ソース線はトランジスタを介して画素電極に接続されているが、選択されたゲート線のトランジスタは何れもＯＮ状態となっているため、ソース線に供給された出力電圧波形が、トランジスタを介して、そのまま各画素電極に印加されることになる。

今、出力電圧波形が、０Ｖから上限の電圧値（＋Ｖｍａｘ）に向かって増加しているものとする。出力電圧波形の電圧値が増加するに従って、ゲート線ｊ上の各画素電極に印加されている電圧値も増加していく。そして、出力電圧波形の電圧値がＶ１に達した時点で、スイッチＳＷ１をＯＦＦにする。すると、その後は、出力電圧波形の電圧値が上昇しても、ソース線１の電圧値はＶ１に保たれたままとなる。その結果、ゲート線ｊとソース線１との交点に形成された画素ｊ１の画素電極には、電圧値Ｖ１が印加された状態となる。

更に、出力電圧波形の電圧値が上昇して、電圧値Ｖ２に達した時点で、今度はスイッチＳＷ２をＯＦＦにする。すると、その後はソース線２の電圧値がＶ２に保たれた状態となるので、画素ｊ２の画素電極には、電圧値Ｖ２が印加された状態となる。同様にして、出力電圧波形の電圧値がＶ３に達した時点で、スイッチＳＷｎをＯＦＦにすれば、画素ｊｎの画素電極に、電圧値Ｖ３を印加することができる。

このように、選択したゲート線上の各画素電極に目標の電圧値を印加する場合、各ソース線のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをＯＮにしておき、ソース線に供給される出力電圧波形の電圧値が目標の電圧値に達した時点で、その画素電極に接続されたソース線のスイッチをＯＦＦにしてやれば、各画素電極に目標の電圧値を印加することができる。

このようにして各画素電極に印加された電圧値を、異なる電圧値に切り替える場合には、次のような操作を行う。先ず初めに、ＯＦＦになっている各スイッチをＯＮにすることで、各ソース線に再び出力電圧波形を供給する。図２（ｂ）には、各ソース線に再び出力電圧波形を供給するために、スイッチをＯＮにする様子が示されている。前述したように、各スイッチは、出力電圧波形が０Ｖから上限電圧値（＋Ｖｍａｘ）まで上昇するまでの所定電圧値でＯＦＦにされ、各ソース線の電圧値は、その時の電圧値で保たれている。従って、出力電圧波形が上限電圧値（＋Ｖｍａｘ）から０Ｖに下降するまでの間に、必ず各ソース線に印加されている電圧値を通過する。そこで、出力電圧波形の電圧値が、ソース線の電圧値と一致したタイミングで、そのソース線のスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替える。

例えば、ソース線ｎには電圧値Ｖ３が印加されているから、出力電圧波形の電圧値がＶ３まで低下したタイミングで、ソース線ｎに接続されているスイッチＳＷｎをＯＮにする。ソース線１，ソース線２についても同様に、出力電圧波形の電圧値がＶ１，Ｖ２まで低下したタイミングで、それぞれスイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＮにする。こうしてスイッチがＯＮにされた後は、出力電圧波形の電圧値が減少するにともなって、各ソース線の電圧値も次第に減少する。

ここで、図２に示されているように、本実施例の出力電圧波形は、電圧値が０Ｖに達しても反転することなく、更に電圧値が減少していく。これは、液晶の性質上、同じ極性の電圧を印加し続けると劣化が早まるので、これを避けるために印加する電圧の極性を反転させているためである。図２（ａ）では、各画素電極にプラスの電圧値を印加したので、今度はマイナスの電圧値を印加するために、出力電圧波形の電圧値が０Ｖまで低下しても反転させずに、更に電圧値を減少させていくのである。

そして、出力電圧波形の電圧値が目標の電圧値（ここでは、マイナスの電圧値）まで低下したら、スイッチをＯＦＦに切り替えてやる。例えば、画素電極ｊ１には電圧値Ｖ５の電圧を印加し、画素電極ｊ２には電圧値Ｖ４の電圧を印加するのであれば、出力電圧波形の電圧値がＶ４まで下がったタイミングでスイッチＳＷ２をＯＦＦにし、更に電圧値がＶ５まで下がったタイミングでスイッチＳＷ１をＯＦＦにする。こうすれば、ソース線２の電圧値はＶ４となって画素電極ｊ２には電圧値Ｖ５が印加され、ソース線１の電圧値はＶ５となって画素電極ｊ１には電圧値Ｖ４が印加される。同様に、出力電圧波形の電圧値がＶ６まで低下したタイミングでスイッチＳＷｎをＯＦＦにしてやれば、画素電極ｊｎに電圧値Ｖ６を印加することができる。こうして印加された電圧値は、ソース線のスイッチを再びＯＮにするまで変化することはない。このようにして、ソース線に設けられたスイッチのＯＮ，ＯＦＦを繰り返して画素電極に印加する電圧値を切り替えることによって、液晶表示パネル２００を駆動している。

ここで、前述したように、ゲート線とソース線とは絶縁層を挟んで設けられており、ゲート線とソース線との間には小さなコンデンサ（寄生コンデンサ）が形成されている。もちろん、個々の寄生コンデンサの容量は決して大きなものではないが、液晶表示パネル２００には非常に多くのゲート線およびソース線が設けられているので、液晶表示パネル２００全体としてみれば、寄生コンデンサの容量も大きなものとなる。そして、上述したように、電圧値の増減を繰り返す出力電圧波形を供給して液晶表示パネル２００を駆動する際には、ゲート線とソース線との間の寄生コンデンサに対して、かなりの電力の出し入れが行われていることになる。

図３は、ソース線に出力電圧波形を印加しながらソース線のスイッチをＯＮ，ＯＦＦすることに伴って、ソース線とゲート線との間の形成された寄生コンデンサが電力の出し入れを行う様子を示した説明図である。例えば、画素電極に印加する電圧値を０ＶからＶａに増加させる場合は、ソース線のスイッチＳＷをＯＮにした状態で、出力電圧波形を０Ｖから増加させていき、電圧値がＶａに達したタイミングで、ソース線のスイッチＳＷをＯＦＦにする。すると、図２を用いて上述したように、ソース線の電圧値がＶａで維持されて、このときゲート電極がＯＮになっているトランジスタ（ゲート選択回路で選択されたゲート線のトランジスタ）の画素電極に電圧値Ｖａが印加される。

ここで、ソース線とゲート線との間に形成された寄生コンデンサに注目すると、ソース線の電圧値を０ＶからＶａに上昇させるということは、電圧値の上昇分に相当する電荷を寄生コンデンサに溜めることに他ならない。従って、画素電極に電圧値Ｖａを印加するために、ソース線の電圧値を０ＶからＶａに上昇させると、画素電極だけでなく、ソース線とゲート線との間に形成された寄生コンデンサにも電力を供給していることになる。

次に、画素電極に印加する電圧値をＶａからＶｂに減少させる場合を考える。この場合は、出力電圧波形の電圧値が、上限電圧値（＋Ｖｍａｘ）からＶａに減少したタイミングで、ソース線のスイッチＳＷをＯＦＦからＯＮに切り替える。すると、切り替えられたソース線の電圧値は、出力電圧波形の電圧値が減少するとともに減少していく。そして、出力電圧波形の電圧値がＶｂに達したら、スイッチＳＷをＯＦＦにする。その結果、ソース線の電圧値がＶｂに切り替わり、画素電極に印加される電圧値もＶｂに切り替わる。

このように、画素電極に印加する電圧値をＶａからＶｂに減少させている時の寄生コンデンサの動作に注目すると、寄生コンデンサからは、電圧値ＶａからＶｂへの減少に相当する電荷が放出されていることになる。従って、画素電極に印加する電圧値をＶａからＶｂに切り替えるために、ソース線の電圧値をＶａからＶｂに減少させると、ソース線とゲート線との間に形成された寄生コンデンサから電力が放出されることになる。

同様にして、画素電極に印加する電圧値をＶｂからＶｃに上昇させる際には、ソース線とゲート線との間に形成された寄生コンデンサに電力が供給され、続いて、画素電極に印加する電圧値をＶｃからＶｄに減少させる際には、寄生コンデンサに蓄えられた電力が放出されることになる。

以上に説明したように、液晶表示パネル２００を駆動するために画素電極に印加する電圧値を切り替えると、電圧値の増減に伴って、寄生コンデンサに電力が供給されたり、電力が放出されたりしていることになる。そして、前述したように液晶表示パネル２００全体としてみれば、寄生コンデンサの容量はたいへん大きなものとなる。従って、寄生コンデンサに蓄えられた電力を、そのまま熱として放出したのでは、電力効率が大きく低下する。本実施例の電気負荷駆動回路１００では、寄生コンデンサから放出される電力を蓄えておき、再利用することで、液晶表示パネル２００を駆動する際の電力効率を大きく向上させるとともに、液晶表示パネル２００を精度良く駆動することが可能となっている。以下では、本実施例の電気負荷駆動回路１００について具体的に説明する。

Ｂ．本実施例の電気負荷駆動回路 ：
以下では、上述した機能を実現する本実施例の電気負荷駆動回路１００の具体的な回路構成について説明し、次に、電気負荷駆動回路１００が、上述した機能を実現する動作について説明する。

Ｂ−１．電気負荷駆動回路の構成 ：
図４は、本実施例の電気負荷駆動回路の構成を例示した説明図である。図示した例では、プラスの電圧値を発生する電源Ｅ３、Ｅ４と、マイナスの電圧値を発生する電源Ｅ１，Ｅ２の合計４つの電源Ｅ１〜Ｅ４が設けられている。これら４つの電源が発生する電圧値は、Ｅ１＜Ｅ２＜０＜Ｅ３＜Ｅ４となっている。また、電源Ｅ１〜Ｅ４としては、二次電池や、コンデンサを内蔵した電源などのように、外部から供給された電力の少なくとも一部を蓄えることが可能な電源が使用される。尚、電源の数は４個に限らず、実際には電源の数が多くなるほど電力効率が向上するが、説明が煩雑となってしまうことを避けるため、ここでは、電源の数は４つであるものとして説明する。

図４に示されるように、これらの各電源Ｅ１〜Ｅ４は、ユニポーラ型のＮＭＯＳトランジスタＮｔｒ１〜Ｎｔｒ４を介して、液晶表示パネル２００にそれぞれ接続されており、各トランジスタＮｔｒ１〜Ｎｔｒ４のゲート電極をＯＮ状態とすることで、それぞれの電源Ｅ１〜Ｅ４から液晶表示パネル２００に電力を供給することが可能となっている。また、各電源Ｅ１〜Ｅ４と液晶表示パネル２００との間には、ユニポーラ型のＰＭＯＳトランジスタＰｔｒ１〜Ｐｔｒ４も接続されている。そして、各トランジスタＰｔｒ１〜Ｐｔｒ４のゲート電極をＯＮ状態とすることで、液晶表示パネル２００から電源Ｅ１〜Ｅ４に電力を還流させることも可能となっている。更に、グランドに対しても、ユニポーラ型のＮＭＯＳトランジスタＮｔｒ０、およびＰＭＯＳトランジスタＰｔｒ０が接続されている。尚、トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４、Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４は、ユニポーラ型のトランジスタに限らず、バイポーラ型など、他の方式のトランジスタを用いることも可能である。

また、図４の中で、トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４、Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４と液晶表示パネル２００との間にダイオードが挿入されているのは、本実施例で用いているユニポーラ型のトランジスタが大電力駆動用の縦型トランジスタ構造となっており、ドレインとソースとの間に寄生ダイオードが形成されているため、たとえトランジスタをＯＦＦ状態にしていても、寄生ダイオードを介して電流が逆流してしまうことが起こり得る。そこで、これを防止するために、逆流を防止する向きにダイオードが挿入されているのである。尚、電流の逆流が生じないトランジスタ（バイポーラ型など）を用いた場合には、このダイオードは不要となる。

各トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４、Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４のゲート電極には、オペアンプＯｐａｍｐの出力端子が接続されている。尚、トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４は、誤動作を回避するためにゲート電極がプルダウン処理されており、トランジスタＰｔｒ０〜Ｐｔｒ４は、誤動作を回避するためにゲート電極がプルアップ処理されているが、図が煩雑となることを避けるために、図示は省略されている。

周知のようにＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタは、ゲート電極に電圧を印加すると、トランジスタ内部に、チャネルと呼ばれる電荷（ＮＭＯＳ型トランジスタでは電子、ＰＭＯＳ型トランジスタでは正孔）の通り道が形成され、ゲート電極に印加する電圧値を制御することによって、電荷の通り易さ、すなわち等価的な抵抗値を制御することが可能である。本実施例の電気負荷駆動回路１００では、オペアンプＯｐａｍｐの出力端子を、各トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４、Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４のゲート電極に接続するとともに、以下に説明する負帰還回路を形成することで、液晶表示パネル２００に印加する出力電圧波形を出力することが可能となっている。

オペアンプＯｐａｍｐには２本の入力端子が設けられている。このうちの一方の入力端子には、ＤＡコンバータ（以下、ＤＡＣと表記する）から出力されたアナログの目標電圧波形が入力されており、他方の入力端子には、液晶表示パネル２００に供給される電圧（出力電圧波形）が入力抵抗Ｒｓを介して接続されている。そして、オペアンプＯｐａｍｐの出力はフィードバック抵抗Ｒｆを介して入力端子に戻されている。これにより、ＤＡＣの出力する目標電圧波形を制御目標として、液晶表示パネル２００に供給される出力電圧波形が目標電圧波形と一致するように制御される負帰還回路が形成されている。

例えば、液晶表示パネル２００に供給されている出力電圧波形の電圧値が、ＤＡＣの出力する目標電圧波形よりも低かったとすると、オペアンプＯｐａｍｐの出力が増加して、ゲート電極にかかる電圧が増加し、トランジスタの等価的な抵抗値が減少する。その結果、トランジスタでの電圧降下量が小さくなるので、液晶表示パネル２００に供給される出力電圧波形の電圧値が増加することになる。逆に、液晶表示パネル２００に供給される出力電圧波形の電圧値が、ＤＡＣの出力する目標電圧波形よりも高くなると、オペアンプＯｐａｍｐの出力が減少するので、ゲート電極にかかる電圧が減少してトランジスタの等価的な抵抗値が増加する。その結果、トランジスタでの電圧降下量が大きくなるために、液晶表示パネル２００に供給される出力電圧波形の電圧値が減少することになる。このように、液晶表示パネル２００に供給する出力電圧波形が、ＤＡＣの出力する目標電圧波形に追従するように制御することが可能となっている。

尚、液晶表示パネル２００とオペアンプＯｐａｍｐとの間に挿入されたバッファ回路Ｂｕｆｆｅｒは、液晶表示パネル２００と入力抵抗Ｒｓとを直接接続すると、液晶表示パネル２００に影響が及ぶ場合があるので、これを防止するために挿入された回路である。従って、影響が無視できる場合、例えば、液晶表示パネル２００の抵抗が入力抵抗Ｒｓよりも十分に小さい場合などには、バッファ回路Ｂｕｆｆｅｒを省略することができる。

また、オペアンプＯｐａｍｐからの出力は、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４を介して各トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４のゲート電極に接続されている。同様に、スイッチＳＰ０〜ＳＰ４を介して各トランジスタＰｔｒ０〜Ｐｔｒ４のゲート電極に接続されている。そして、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４およびスイッチＳＰ０〜ＳＰ４は、ゲートセレクタ回路１４０によって制御されている。ゲートセレクタ回路１４０は、ＤＡＣの出力するアナログ電圧や、液晶表示パネル２００に印加される電圧値（もしくはオペアンプＯｐａｍｐの出力電圧）を検出して、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４およびスイッチＳＰ０〜ＳＰ４の何れかを接続するとともに、他のスイッチを切断する機能を有している。前述したようにトランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４のゲート電極はプルダウン処理されており、トランジスタＰｔｒ０〜Ｐｔｒ４のゲート電極はプルアップ処理されているので、スイッチが切断されると、そのスイッチに対応するトランジスタ内のチャネルが消失してトランジスタがＯＦＦ状態となり、そのトランジスタの上流側に設けられた電源と下流側に設けられた液晶表示パネル２００とが、電気的に切断された状態となる。

Ｂ−２．電気負荷駆動回路の動作 ：
図５は、本実施例の電気負荷駆動回路１００が液晶表示パネル２００を駆動する動作を示した説明図である。尚、図４を用いて前述したように、本実施例の電気負荷駆動回路１００には、プラスの電圧値を発生する電源Ｅ３，Ｅ４と、マイナスの電圧値を発生する電源Ｅ１，Ｅ２とが設けられているが、図５では、プラスの電圧値を発生する電源Ｅ３，Ｅ４の部分のみが拡大して表示されている。また、説明の便宜から、以下では、電源Ｅ３は電圧値Ｅ３の電力を発生しており、電源Ｅ４は電圧値Ｅ４の電力を発生しているものとする。同様に、電源Ｅ１は電圧値Ｅ１の電力を、電源Ｅ２は電圧値Ｅ２の電力を発生しているものとする。

今、ＤＡＣから出力される目標電圧波形の電圧値が、０Ｖから増加する場合について考える。目標電圧波形の電圧値が０Ｖから増加し始めた直後では、ゲートセレクタ回路１４０は、スイッチＳＮ３をＯＮにして、他のスイッチＳＮ０〜ＳＮ２，ＳＮ４はＯＦＦにする。その結果、電源Ｅ３のみが液晶表示パネル２００に接続され、そして、トランジスタＮｔｒ３とオペアンプＯｐａｍｐとによって負帰還回路が形成されて、液晶表示パネル２００に供給される出力電圧波形が、ＤＡＣの出力する目標電圧波形と一致するように負帰還制御が行われる。図５（ａ）では、トランジスタＮｔｒ３とオペアンプＯｐａｍｐとによって負帰還回路が形成される様子が、太い実線で表されている。

尚、電源Ｅ４もプラスの電圧値を発生しているので、電源Ｅ４を用いて負帰還回路を形成することにより、出力電圧波形を液晶表示パネル２００に供給することも可能である。しかし、電源Ｅ３よりも高い電圧値を発生する電源Ｅ４を用いて負帰還回路を形成すると、トランジスタＮｔｒ４のドレイン−ソース間にかかる電圧差が大きくなって、トランジスタでの電力損失が増加する。そこで、ＤＡＣの出力する目標電圧よりも高い電圧値を発生していながら、最も目標電圧に近い電圧値を発生する電源Ｅ３を用いて負帰還回路を形成することによって、トランジスタでの電力損失を抑制しているのである。

また、以上の説明から明らかなように、トランジスタでの電力損失を抑制するためには、トランジスタのドレイン−ソース間にかかる電圧差ができるだけ小さくなるようにすれば良く、そのためには、発生する電圧値が少しずつ異なる多くの電源を用意しておき、液晶表示パネル２００に供給する出力電圧波形の電圧値に合わせて、細かく電源を切り替えてやることが効果的である。従って、本実施例では、プラスの電圧値を発生する電源も、マイナスの電圧値を発生する電源も、それぞれ２つずつしか用意されていないものとしているが、より多くの電源を用いることで、電力効率をより向上させることが可能である。

電源Ｅ３を用いて形成した負帰還回路では、電源Ｅ３の発生する電圧値Ｅ３より高い出力電圧波形を発生させることはできない。そこで、ＤＡＣの出力する目標電圧波形が電圧値Ｅ３に達したら、このことをゲートセレクタ回路１４０が検出して、スイッチＳＮ３をＯＦＦにするとともに、スイッチＳＮ４をＯＮにする。その結果、電源Ｅ３、トランジスタＮｔｒ３、およびオペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路（図５（ａ）で太い実線で示した回路）が、電源Ｅ４、トランジスタＮｔｒ４、およびオペアンプＯｐａｍｐによる新たな負帰還回路（図５（ａ）中で太い破線で示した回路）に切り換わる。

尚、厳密に言えば、トランジスタ、および逆流防止用に挿入されたダイオードの内部抵抗によって電圧降下が生じるから、実際には、電源Ｅ３を用いた回路では、電圧値Ｅ３から、これらの電圧降下分を引いた電圧値までしか、出力電圧波形の電圧値を上昇させることができない。従って、ゲートセレクタ回路１４０は、目標電圧波形が電圧値Ｅ３に達する前に、すなわち、Ｅ３よりも少し低い電圧値でスイッチＳＮ３をＯＦＦにするとともに、スイッチＳＮ４をＯＮに切り替えている。しかし、説明が煩雑となることを避けるため、ここでは、トランジスタやダイオードの内部抵抗は無視できるほど小さく、従って、電源Ｅ３を用いた負帰還回路で、電圧値Ｅ３までは出力電圧波形の電圧値を上昇させることが可能であるものとして説明する。

以上のようにして、電源Ｅ４を用いた負帰還回路に切り替えてやれば、ＤＡＣの出力する目標電圧波形が電圧値Ｅ４に達するまで（実際には、少し低い電圧値に達するまで）は、液晶表示パネル２００に供給する出力電圧波形を、目標電圧波形に一致するように制御することが可能となる。

図５（ｂ）には、以上のようにして、目標電圧波形に応じて電源を切り替えながら、出力電圧波形の電圧値を０ＶからＥ４まで上昇させる様子が示されている。図中に示した白抜きの矢印は、電源から液晶表示パネル２００に向かって電力が供給されていることを表している。例えば、目標電圧波形が０ＶからＥ３に達するまでは、電源Ｅ３の電力がトランジスタＮｔｒ３を介して液晶表示パネル２００に供給されている。同様に、目標電圧波形がＥ３からＥ４に達するまでは、電源Ｅ４の電力がトランジスタＮｔｒ４を介して液晶表示パネル２００に供給されている。そして、図２および図３を用いて前述したように、こうして液晶表示パネル２００に供給される電力の一部は、画像を表示するために画素電極に供給されるが、残りの電力は、液晶表示パネル２００のソース線とゲート線との間に形成された寄生コンデンサに蓄えられている。

以上は、ＤＡＣの目標電圧波形の電圧値が０ＶからＥ４まで増加する場合に、出力電圧波形を生成する動作ついて説明した。次に、目標電圧波形がＥ４からＥ１まで減少する場合について説明する。ＤＡＣの出力する目標電圧波形が電圧値Ｅ４に達するまでは、上述したようにスイッチＳＮ４がＯＮにされて、電源Ｅ４から電力が供給されている。しかし、目標電圧波形が減少に転じると、ゲートセレクタ回路１４０がこれを検出して、スイッチＳＮ４をＯＦＦにするとともに、スイッチＳＰ３をＯＮに切り替える。すると、トランジスタＮｔｒ４がＯＦＦ状態になるとともに、トランジスタＰｔｒ３がＯＮ状態となって、電圧値Ｅ４がかかっていた液晶表示パネル２００の寄生コンデンサと、より低い電圧値Ｅ３を発生する電源Ｅ３とが接続される。前述したように電源Ｅ１〜Ｅ４は、二次電池などのように、発生する電圧値よりも高い電圧値で電力が供給されると、電力を蓄える機能を有する電源が用いられている。従って、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられていた電力が電源Ｅ３に回収されて、それに伴って液晶表示パネル２００にかかっていた電圧値（出力電圧波形の電圧値）が減少していくことになる。

また、トランジスタＰｔｒ３がＯＮ状態となることにより、電源Ｅ３、トランジスタＰｔｒ３、およびオペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路が形成される。その結果、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサから電源Ｅ３に回収される電力の回収速度（具体的には電流値）が制御されて、ＤＡＣの目標電圧波形の電圧値の低下とともに、液晶表示パネル２００にかかる電圧値（出力電圧波形の電圧値）も低下していくことになる。

このようにしてＤＡＣが出力する目標電圧波形の電圧値がＥ３まで低下すると、液晶表示パネル２００にかかる電圧値もＥ３まで低下しているので、もはや電源Ｅ３では、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサからの電力を回収して、出力電圧波形の電圧値を低下させることはできない。そこで、ＤＡＣの目標電圧波形がＥ３に達したら、ゲートセレクタ回路１４０は、スイッチＳＰ３をＯＦＦにして、スイッチＳＰ０をＯＮに切り替える。こうすることにより、トランジスタＰｔｒ３がＯＦＦ状態になるとともに、トランジスタＰｔｒ０がＯＮ状態となって、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサはグラントと接続される。また、トランジスタＰｔｒ０がＯＮ状態となることにより、グランド、トランジスタＰｔｒ３、およびオペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路が形成される。その結果、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサからグランドに放出される電力の放出速度（具体的には電流値）が制御されて、ＤＡＣの目標電圧波形の電圧値の低下とともに、液晶表示パネル２００にかかる電圧値も低下していくことになる。

尚、仮に電源Ｅ３よりも低い電圧値を発生する電源を備えているのであれば、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられていた電力をグランドに排出する代わりに、より電圧値の低い電源を用いて回収することも可能である。このことから明らかなように、電力効率を向上させるためには、発生する電圧値が少しずつ異なる多くの電源を用意しておき、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられた電力をできるだけ回収できるようにすることが効果的である。本実施例では、プラスの電圧値を発生する電源も、マイナスの電圧値を発生する電源も、それぞれ２つずつしか用意されていないものとしているが、このような点からも、より多くの電源を用いることで、電力効率をより一層向上させることが可能である。

図５（ｂ）には、以上のようにして、目標電圧波形に応じて電源を切り替えながら、出力電圧波形の電圧値をＥ４から０Ｖに低下させる様子が示されている。図中に示したハッチング付きの矢印は、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられた電力を電源で回収することによって、液晶表示パネル２００にかかる電圧値（出力電圧波形の電圧値）を低下させていることを表している。例えば、目標電圧波形がＥ４からＥ３に低下するまでは、液晶表示パネル２００側の電力を、トランジスタＰｔｒ３を介して電源Ｅ３で回収する。また、目標電圧波形がＥ３から０Ｖに低下するまでは、液晶表示パネル２００側に蓄えられた電力を、トランジスタＰｔｒ０を介してグランドに放出することによって、液晶表示パネル２００の電圧値を低下させる。

以上のようにして、ＤＡＣが出力する目標電圧波形の電圧値が０Ｖ（グランド）まで低下したら、今度は、目標電圧波形の電圧値がマイナスになる。目標電圧波形の電圧値がマイナスになる場合には、マイナスの電圧値を発生させる電源Ｅ１，Ｅ２を用いる点が異なるが、基本的な動作は全く同様である。すなわち、ＤＡＣの出力する目標電圧波形が０ＶからＥ２の範囲にある間は、スイッチＳＰ２をＯＮにすることによって、電源Ｅ２、トランジスタＰｔｒ２、オペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路を形成する。また、ＤＡＣの出力する目標電圧波形の電圧値が更に低下して、電圧値Ｅ２からＥ１の範囲にある間は、スイッチＳＰ１をＯＮにして、電源Ｅ１、トランジスタＰｔｒ１、オペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路を形成する。こうすることで、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられた電力を電源Ｅ２、電源Ｅ１で回収しながら、液晶表示パネル２００にかかる電圧値（出力電圧波形の電圧値）を低下させることができる。そして、ＤＡＣが出力する目標電圧波形の電圧値がＥ１から上昇に転じた場合には、今度は、スイッチＳＮ２をＯＮにすることによって、電源Ｅ２、トランジスタＮｔｒ２、オペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路を形成する。更に、ＤＡＣの目標電圧波形が増加して、電圧値Ｅ１からＥ２の範囲にある場合は、スイッチＳＮ０をＯＮにして、グランド、トランジスタＮｔｒ０、オペアンプＯｐａｍｐによる負帰還回路を形成する。図５（ｂ）には、以上のようにして、目標電圧波形に応じて電源を切り替えながら、液晶表示パネル２００にかかる電圧値（すなわち、出力電圧波形）を制御している様子が示されている。

以上に説明したように、本実施例の電気負荷駆動回路１００では、液晶表示パネル２００に供給する出力電圧波形の電圧値が上昇する際には、各電源から電力が供給されるが、出力電圧波形の電圧値が低下する際には、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられていた電力を回収して各電源に蓄えておくことが可能となっている。図５（ｂ）に示した例を用いて説明すれば、出力電圧波形の電圧値を０ＶからＥ３に上昇させる際には、電源３から電力が供給されるが、出力電圧波形の電圧値をＥ４からＥ３に低下させる際には、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられていた電力を回収して電源Ｅ３に蓄えておくことができる。こうして回収した電力は、再び出力電圧波形の電圧値を０ＶからＥ３に上昇させる際に利用することができる。同様なことは、電源Ｅ２についても当て嵌まる。すなわち、出力電圧波形の電圧値を０ＶからＥ２に低下させる際に電源Ｅ２で電力を回収しておき、この電力を利用することで、出力電圧波形の電圧値をＥ１からＥ２に上昇させることができる。

また、上述した例では、プラス側およびマイナス側のそれぞれについて、２つずつの電源しか設けられていないものとしたので、回収する電力はそれほど大きくはないが、実際にはより多くの電源を用いて、より多段に電源を切り替えることで、液晶表示パネル２００の寄生コンデンサに蓄えられた電力のほとんどを回収することが可能となる。その結果、非常に高い電力効率で、液晶表示パネル２００を駆動することが可能となる。

加えて、それぞれの電源は、トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４，Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４、およびオペアンプＯｐａｍｐとともに負帰還回路を形成し、液晶表示パネル２００に供給する出力電圧波形が、ＤＡＣの出力する目標電圧波形と一致するように負帰還制御されているので、正確な出力電圧波形を液晶表示パネル２００に供給することが可能となる。

更に加えて、出力電圧波形の電圧値に応じて、複数の電源を切り替えているために、各トランジスタＮｔｒ０〜Ｎｔｒ４，Ｐｔｒ０〜Ｐｔｒ４や、ダイオードなどにかかる電位差を抑制することができる。その結果、トランジスタやダイオードの内部抵抗によって生じる電力損失を抑制することができるので、より一層、効率よく液晶表示パネル２００を駆動することが可能となる。

Ｃ．変形例 ：
以上に説明した本実施例の電気負荷駆動回路１００には、種々の変形例を考えることができる。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。

Ｃ−１．第１の変形例 ：
上述した実施例では、出力電圧波形の電圧値が上昇している間は、その電圧値よりも少しだけ高い電圧値を発生する電源だけを用いて負帰還回路を形成し、逆に、出力電圧波形の電圧値が低下している間は、その電圧値よりも少しだけ低い電圧値を発生する電源だけを用いて負帰還回路を形成するものとして説明した。換言すれば、ゲートセレクタ回路１４０では、出力電圧波形の電圧値が上昇している間は、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４の何れか１つだけをＯＮにし、出力電圧波形の電圧値が低下している間は、スイッチＳＰ０〜ＳＰ４の何れか１つだけをＯＮにしていることになる。これに対して、出力電圧波形の電圧値よりも、少しだけ高い電圧値を発生する電源と、少しだけ低い電圧値を発生する電源とを用いて、常に２つの負帰還回路を形成するようにしても良い。

図６は、このような第１の変形例の電気負荷駆動回路において、液晶表示パネル２００を駆動する様子を示した説明図である。図６（ａ）には、ＤＡＣの出力する目標電圧波形（出力電圧波形の制御目標）が示されており、図６（ｂ）には、各スイッチＳＮ０〜ＳＮ４、ＳＰ０〜ＳＰ４の設定状態が示されている。例えば、目標電圧波形の電圧値がＥ３からＥ４の電圧範囲にある間は、目標電圧波形の電圧値が上昇中あるいは低下中の何れの状態にあるかに拘わらず、スイッチＳＮ４およびスイッチＳＰ３をＯＮにする。前述したように、スイッチＳＮ４をＯＮにすると、目標電圧波形の電圧値よりも少しだけ高い電圧値を発生する電源Ｅ４と、トランジスタＮｔｒ４と、オペアンプＯｐａｍｐとによる負帰還回路が形成される。また、スイッチＳＰ３をＯＮにすると、目標電圧波形の電圧値よりも少しだけ電圧値が低い電源Ｅ３と、トランジスタＰｔｒ３と、オペアンプＯｐａｍｐとによる負帰還回路が形成される。その結果、２系統の負帰還回路が形成されることになる。このようにすることで、より正確な出力電圧波形を生成して液晶表示パネル２００に供給することが可能となる。

図６（ｃ）は、第１の変形例の電気負荷駆動回路１００を用いることで、より正確な出力電圧波形を生成可能な理由を示した説明図である。一般に、出力電圧波形が、目標電圧波形と完全に一致することはあり得ない。何故なら、負帰還回路は、出力電圧波形と目標電圧波形とに偏差が生じた場合に、この偏差を小さくするように機能するものであり、偏差が０の状態で偏差が発生しないように、その状態を維持する機能はない。そして、偏差が生じた場合に、その偏差を小さくするに過ぎないからである。従って、詳細に見れば、図６（ｃ）に示されるように、出力電圧波形は、目標電圧波形よりも高くなったり、低くなったりしている。

ここで、第１の変形例の電気負荷駆動回路では、出力電圧波形が目標電圧波形を越えてしまった場合には、出力電圧波形よりも少しだけ低い電圧値の電源と、ＰＭＯＳ型トランジスタと、オペアンプＯｐａｍｐとによる負帰還回路が働いて、速やかに出力電圧波形を低下させて目標電圧波形に近づけることができる。逆に、出力電圧波形が目標電圧波形よりも低くなってしまった場合には、出力電圧波形よりも少しだけ高い電圧値の電源と、ＮＭＯＳ型トランジスタと、オペアンプＯｐａｍｐとによる負帰還回路が働いて、速やかに出力電圧波形を上昇させ、目標電圧波形に近づけることができる。このように、第１の変形例の電気負荷駆動回路では、出力電圧波形が目標電圧波形を越えた場合でも、下回ってしまった場合でも、出力電圧波形を速やかに目標電圧波形に近づけることができるので、正確な出力電圧波形を発生させることが可能となる。

Ｃ−２．第２の変形例 ：
また、上述した実施例では、トランジスタ内の寄生ダイオードが順バイアスされて、電流の逆流が発生することを避けるために、トランジスタと液晶表示パネル２００との間に逆流防止用のダイオードを挿入することとしていた。このため、逆流防止用ダイオードの内部抵抗により、電圧降下および電力損失が発生する。しかし、ＮＭＯＳ型トランジスタとＰＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続すれば、逆流防止用のダイオードを省略することが可能である。

図７は、ＮＭＯＳ型トランジスタとＰＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続した第２の変形例の電気負荷駆動回路１００を例示した説明図である。図７（ａ）には、ＮＭＯＳ型トランジスタとＰＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続した回路図の一部が拡大して示されており、図７（ｂ）には、電気負荷駆動回路の動作状態に応じて、各トランジスタを動作させる様子が示されている。尚、図７（ｂ）では、各トランジスタの寄生ダイオードも表示されている。

例えば、電気負荷駆動回路を動作させない場合には、ＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタの何れもスイッチング素子として使用して、スイッチ状態をＯＦＦ状態にすればよい。ＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタには、それぞれに寄生ダイオードが形成されているが、寄生ダイオードの向きが逆方向となっているので、各トランジスタをＯＦＦ状態としている限り、電流が逆流することはない。

また、電源から液晶表示パネル２００に対して電力を投入する場合には、液晶表示パネル２００に印加している電圧値（出力電圧波形の電圧値）よりも高い電圧値の電源Ｅｎ＋１、および低い電圧値の電源Ｅｎのそれぞれに接続されているトランジスタを次のように動作させる。まず、高い電圧値の電源側のＮＭＯＳ型トランジスタはスイッチング素子として機能させてスイッチ状態をＯＮ状態に設定するとともに、ＰＭＯＳ型トランジスタについては増幅素子として機能させて、負帰還制御を行う。また、低い電圧値の電源側については、ＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタの何れもスイッチング素子として機能させて、スイッチ状態をＯＦＦ状態とする。

反対に、液晶表示パネル２００から電力を回収する場合には、液晶表示パネル２００の電圧値（出力電圧波形の電圧値）よりも高い電圧値の電源側については、ＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタの何れもスイッチング素子として機能させて、スイッチ状態をＯＦＦ状態とする。また、低い電圧値の電源側については、ＰＭＯＳ型トランジスタはスイッチング素子として機能させてスイッチ状態をＯＮ状態に設定するとともに、ＮＭＯＳ型トランジスタについては増幅素子として機能させて、負帰還制御を行う。

このように、ＮＭＯＳ型トランジスタおよびＰＭＯＳ型トランジスタを直列に接続しておき、それぞれのトランジスタの動作状態を切り換えてやれば、逆流防止用のダイオードを挿入する必要が無いので、ダイオードの内部抵抗による電圧降下や電力損失の発生を回避することが可能となる。

Ｃ−３．第３の変形例 ：
上述した各種の実施例では、電源Ｅ１〜Ｅ４は何れも、常に安定した電圧値の電力を発生しているものとして説明した。しかし実際には、電力の放出あるいは回収するに伴って、発生する電圧値が変動することも起こり得る。更には、電源の能力に対して、液晶表示パネル２００に供給する電力が過大なために、安定した電圧値の電力を供給することが困難な場合も生じ得る。このような場合は、各電源が発生する電圧値を監視しておき、液晶表示パネル２００に印加すべき駆動電圧に応じて、最適な電圧値を発生している電源が液晶表示パネル２００に接続されるように、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４あるいはスイッチＳＰ０〜ＳＰ４を切り換えるようにしても良い。すなわち、各電源Ｅ１〜Ｅ４の発生する電圧値をゲートセレクタ回路１４０で監視しておく。そして、ＤＡＣの出力する目標電圧波形に応じて、適切な電源が接続されるように、スイッチＳＮ０〜ＳＮ４およびスイッチＳＰ０〜ＳＰ４を切り換えるようにしてもよい。こうすれば、たとえ、各電源の発生する電圧値が安定していない場合でも、電力の消費を抑制しながら、液晶表示パネル２００に対して正確な出力電圧波形を供給することが可能となる。

以上、各種の電気負荷駆動回路について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

電気負荷としての液晶表示パネルを駆動する本実施例の電気負荷駆動回路の構成を概念的に示した説明図である。 所定の電圧範囲で増減を繰り返すランプ状の出力電圧波形を用いて液晶表示パネルを駆動する様子を示した説明図である。 ソース線に出力電圧波形を印加しながらソース線のスイッチをＯＮ，ＯＦＦする際に液晶表示パネル２００の寄生コンデンサが電力の出し入れを行う様子を示した説明図である。 本実施例の電気負荷駆動回路の構成を例示した説明図である。 本実施例の電気負荷駆動回路が液晶表示パネルを駆動する動作を示した説明図である。 第１の変形例の電気負荷駆動回路において液晶表示パネルを駆動する様子を示した説明図である。 第２の変形例の電気負荷駆動回路を例示した説明図である。

符号の説明

１００…電気負荷駆動回路、 １０…電源部、 ２０…目標電圧波形出力部、
３０…負帰還制御部、 ４０…印加電圧切替部、 １００…電気負荷駆動回路、
１４０…ゲートセレクタ回路、 ２００…液晶表示パネル

Claims (4)

1. 容量成分を有する電気負荷に対して、印加する電圧値を切り換えることにより、該電気負荷を駆動する電気負荷駆動回路であって、
   所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す所定の電圧波形を、目標電圧波形として出力する目標電圧波形出力部と、
   互いに異なる電圧値の電力を発生するとともに、該発生する電圧値よりも高い電圧値の電力が供給されると該電力を蓄えることが可能な複数の電源部と、
   前記目標電圧波形の電圧値に応じて前記複数の電源部を切り替えながら、前記電気負荷に出力する出力電圧波形が該目標電圧波形と一致するように、該出力電圧波形の負帰還制御を行う負帰還制御部と、
   前記出力電圧波形が前記電気負荷に印加されている電圧値に達すると、前記負帰還制御部の出力と該電気負荷とを接続し、該出力電圧波形が該電気負荷に印加するべき目標の電圧値に達すると、該負帰還制御部の出力と該電気負荷との接続を解除することにより、該電気負荷に印加する電圧値を切り替える印加電圧切替部と
   を備える電気負荷駆動回路。
2. 請求項１に記載の電気負荷駆動回路であって、
   前記負帰還制御部は、
   前記各々の電源部と前記電源負荷との間に設けられ、外部からの制御によって抵抗値を変更可能な複数の可変抵抗部と、
   前記出力電圧波形と前記目標電圧波形とを受け取って、これらの電圧値が一致するように、前記各々の可変抵抗部の抵抗値を負帰還制御する抵抗値制御部と
   を備える電気負荷駆動回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の電気負荷駆動回路であって、
   前記電気負荷は、複数の画素を用いて画像を表示する画像表示装置である電気負荷駆動回路。
4. 容量成分を有する電気負荷に対して、印加する電圧値を切り換えることにより、該電気負荷を駆動する電気負荷駆動方法であって、
   互いに異なる電圧値の電力を発生するとともに、該発生する電圧値よりも高い電圧値の電力が供給されると該電力を蓄えることが可能な複数の電源部を用意する工程と、
   所定の電圧範囲内で電圧値の漸増と漸減とを繰り返す所定の電圧波形を、目標電圧波形として出力する工程と、
   前記目標電圧波形の電圧値に応じて前記複数の電源部を切り替えながら、前記電気負荷に出力する出力電圧波形が該目標電圧波形と一致するように、該出力電圧波形の負帰還制御を行う工程と、
   前記出力電圧波形が前記電気負荷に印加されている電圧値に達すると、前記負帰還制御部の出力と該電気負荷とを接続し、該出力電圧波形が該電気負荷に印加するべき目標の電圧値に達すると、該負帰還制御部の出力と該電気負荷との接続を解除することにより、該電気負荷に印加する電圧値を切り替える工程と
   を備える電気負荷駆動方法。

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