JP3182379B2 - 液晶表示装置の駆動電源回路 - Google Patents

液晶表示装置の駆動電源回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、映像機器やコンピ
ュータなどの情報機器のディスプレイとして有用な液晶
表示装置の駆動電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は、この従来の液晶表示装置の駆動
電源回路の構成を示したもので、信号線10と走査線1
1はマトリクス状に配置され、その信号線10と走査線
11の交点の画素容量12からなる液晶パネル13は、
信号線駆動回路14と走査線駆動回路15により駆動さ
れる。信号線駆動回路14と走査線駆動回路15は、信
号線数および走査線数に応じて複数個液晶パネルの周辺
に配置される。図8の液晶パネルでは信号線数はM本で
走査線数はN本である。
【0003】信号線駆動回路14と走査線駆動回路15
の駆動電圧は駆動電源回路16により供給される。駆動
電源回路16は電圧発生回路17、2つの演算増幅器2
1を有する信号線駆動電圧出力回路18、1つの演算増
幅器21を有する動作基準電圧出力回路19、および走
査線駆動電圧出力回路20からなる。走査線駆動電圧V
(+)とV(−)は走査線駆動電圧出力回路20により
走査線駆動回路15に供給される。動作基準電圧出力回
路19は動作基準電圧VMを走査線駆動回路15に供給
する。信号線駆動電圧出力回路18は信号線駆動回路1
4にVH、VLの駆動電圧を供給する。
【0004】図9に走査線駆動回路15の出力波形とタ
イミングを示す。図9のTHは水平走査時間、TVは垂
直走査時間を表す。図9に示すように、走査線駆動回路
15は走査線11をX1からXNまで順次走査し、選択
した走査線にはV(+)とV(−)のいずれかを出力
し、非選択の走査線にはVMを出力する。図10に信号
線駆動回路14の出力波形の一例を示す。VMは液晶パ
ネルの動作点を定める動作基準電圧であり、VH、V
L、VMは(数1)の関係を満たす。
【0005】
【数1】VH−VM=VM−VL 以上のように、電圧発生回路17は上記のV(+)、V
(−)、VM、VH、VLを発生させ、各出力回路1
8,19,20により信号線及び走査線駆動回路14、
15に駆動電圧を供給する。図11に走査線駆動回路1
5の構成を示す。図11の30は走査線駆動回路15の
出力回路、31はレベルシフタを表す。30は3個のア
ナログスィッチからなり、上述したように、V(+)、
V(−)、VMを走査線11に出力する。同様に図12
に信号線駆動回路14の構成を示す。図12の40は信
号線駆動回路14の出力回路、41はデータラッチを表
す。40は2個のアナログスィッチからなり、VHまた
はVLのいずれかを信号線10に出力する。
【0006】信号線駆動電圧出力回路18と動作基準電
圧出力回路19は演算増幅器21からなる。上述したよ
うに走査線駆動回路15は選択していない走査線にはV
Mを出力し、TH≪TVであるため、走査線11は平均
してVMの電圧であると見なすことができ、図10に示
すように、Y1からYMの信号線10に同時に同一の駆
動電圧が出力される場合には、液晶パネル13の全信号
線と全走査線間の容量を液晶パネルの容量CLとし、図
12に示す信号線駆動回路14のアナログスィッチをS
Wとした、図13の回路で液晶パネルの駆動を表すこと
ができる。
【0007】図14は、演算増幅器21の動作によって
発振が生じる様子を示す図である。CLにVLを印加し
た後、図13に示すように、VHを印加した場合には、
CLは演算増幅器21の出力抵抗RoとCLで定まる時
定数でVHの充電がされる。この充電を図14(A)に
実線で示す。一方において、演算増幅器21の出力はス
ルーレートSで制限される。これを図14(A)の破線
で示す。図14(B)は、CLにVHを印加した後、V
Lで液晶パネルを駆動する場合で、図14(A)とは逆
になる。図14(A)と(B)のように、演算増幅器2
1のスルーレートSより早い時間で液晶パネルが充電さ
れる場合は、演算増幅器21は充電電圧に達しようと増
幅度を上げて出力電圧を高めようと過度応答をする。V
HとVLは図10に示すように交互に切り替わるから、
演算増幅器21の出力は過度応答によって、δVが発生
し、VH、VL、VMに重畳する。この様子を図14
(C)に示す。この現象は発振であるが、CLの駆動電
流が増えるために駆動電源の消費電力が増えた上に、図
14(C)に示すδVが重畳するから、表示画面にビー
トが生じたり横縞が表れて表示装置の画質を低下させ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上に示したように、
この過度応答による発振は、液晶パネルの容量CLと演
算増幅器の出力抵抗Roとの時定数と演算増幅器のスル
ーレートSとの関係によって生じるが、従来の技術では
駆動電源回路が安定に動作するように、適切なスルーレ
ートの演算増幅器を選定する必要がある。
【0009】しかしながら、その選定は多大な時間を要
するか困難であり、演算増幅器のスルーレートによる発
振をなくす駆動電源回路の設計ができなかった。
【0010】すなわち、液晶パネルの容量CLと演算増
幅器の出力抵抗Roとの時定数と演算増幅器のスルーレ
ートとの関係により、演算増幅器が発振し、駆動電源回
路の消費電力が増えて、液晶表示装置の画質が著しく劣
化するという課題を有していた。
【0011】本発明は、従来の液晶表示装置のこのよう
な課題を考慮し、演算増幅器を最適動作させて駆動電源
回路の安定化を簡単な方法で計ることにより、消費電力
を低減でき、液晶表示装置の画質を著しく向上させるこ
とができる液晶表示装置の駆動電源回路を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の本発明は、出
力に電流を制限するための電流制限抵抗が接続され、前
記電流制限抵抗を介した出力端子から入力にフィードバ
ックされた演算増幅器を有し、液晶パネルを駆動する出
力回路と、前記出力端子と接地間に接続された安定化コ
ンデンサーとを備え、前記演算増幅器を有する前記出力
回路は、信号線駆動電圧出力回路及び動作基準電圧回路
であって、前記液晶パネルの容量CLの両端の電圧をV
とし、前記演算増幅器のスルーレートS、出力抵抗をR
oとし、前記信号線駆動電圧出力回路の電流制限抵抗を
R1、安定化コンデンサーをC1とし、液晶パネルの動
作点を定める動作基準電圧を出力する前記動作基準電圧
出力回路の電流制限抵抗をR2、安定化コンデンサーを
C2としたとき、((C1×C2)/(C1+C2)+
CL)×(R1+R2+2Ro)>2V/Sの条件を満
たす液晶表示装置の駆動電源回路である。
【0013】この構成によれば、演算増幅器のスルーレ
ートに最適な電流制限抵抗と安定化コンデンサーを定め
ることができ、演算増幅器のスルーレートに最適な電流
制限抵抗と安定化コンデンサーの容量を定めることがで
き、低コストで安定に動作する駆動電源回路を実現で
き、液晶表示装置の画質と信頼性の向上とコストダウン
を図ることができる
【0014】
【0015】
【0016】請求項の本発明は、上記構成で、安定化
コンデンサーC1を液晶パネルの容量CL以上とし、安
定化コンデンサーC2を液晶パネルの容量CLの10倍
以上とするものであり、この構成によれば、液晶パネル
に最適な安定化コンデンサーの容量を定めることができ
る。
【0017】請求項の本発明は、演算増幅器のスルー
レートSが、S>V/(CL×Ro)を満たすときに電
流制限抵抗を0とする請求項1の液晶表示装置の駆動電
源回路であり、この構成によれば、電流制限抵抗を必要
としない演算増幅器のスルーレートを求めることができ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、従来の液晶表示装置の構成
と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1におけ
る液晶表示装置の駆動電源回路の構成図である。図1に
おいて、動作基準電圧出力回路19と信号線駆動電圧出
力回路18は、演算増幅器21の出力に電流制限抵抗R
1を介して出力端子とし、その出力端子から入力端子に
フィードバックする回路とし、信号線駆動電圧出力回路
18のVHおよびVL出力端子と接地間に安定化コンデ
ンサーC2をそれぞれ挿入し、動作基準電圧出力回路1
9の出力端子と接地間には安定化コンデンサーC1を挿
入している。図13と同様に、液晶パネル13の容量C
Lと、図12に示す信号線駆動回路14のアナログスィ
ッチをSWとして、図1は図2の回路で表せる。信号線
駆動回路14が図10の出力である場合、演算増幅器の
スルーレートSを無視すれば、図2は図4の等価回路で
液晶パネルの信号線駆動を表せる。また、従来技術の図
13は図3の等価回路で表せる。図10の駆動出力は、
液晶パネル13に一本おきに横線を表示させる場合であ
り、信号線駆動電力が最大となり、駆動電源回路16の
負荷が最大となる。
【0019】図3、4において、Roは演算増幅器21
の出力抵抗、R1は電流制限抵抗、C1とC2は安定化
コンデンサーを表す。図3により信号線駆動電圧がVH
からVL又はVLからVHに切り替わった場合に、液晶
パネルの容量CLの充電又は放電が演算増幅器の出力抵
抗Roと液晶パネルの容量CLの時定数で定まることが
示される。従って、図3で表される従来の液晶表示装置
の駆動電源回路では、演算増幅器のスルーレートSが前
記の時定数より大でなければ、演算増幅器21が適正に
動作せず、従来の技術で示したように発振をする。しか
し、本発明による電流制限抵抗と電圧安定化コンデンサ
ーを用いた図4で表せる駆動電源回路では、R1により
液晶パネルの容量CLの充電又は放電電流を制限し、か
つ、安定化コンデンサーによって、液晶パネルの容量
Lの充電又は放電電流を補うことができる。つまり、演
算増幅器21は電流制限抵抗によって、液晶パネルの容
の駆動電流を制限されるが、安定化コンデンサーに蓄
積される電荷によって不足する駆動電流を補うことがで
き、演算増幅器21を適正に動作させ、液晶パネルの容
を駆動できる。以上の内容について、液晶パネルの容
CLの両端の電圧変化を過度現象による解と演算増幅
器のスルーレートによって求めて説明する。
【0020】図10に示す駆動出力の場合について、ま
ず過度現象により液晶パネルの容量CLの両端の電圧V
clを求める。この場合には、図4の回路の液晶パネル
の容量CLの両端の電圧を過度現象の解より求めれば良
い。図4のC1、C2、CLの合成容量をΣC=C1×
C2/(C1+C2)+CLとして、合成抵抗ΣR=2
Ro+2R1として、ΣCとΣRの直列回路に−V=V
L−VMの電圧が充電後、SWがVLからVHに切り替
わり、V=VH−VMの電圧でΣCが充電されるとし
て、Vclを求める。VclはΣCの両端の電圧である
から、(数2)、(数3)によりVclが得られる。
【0021】
【数2】 Vcl=V(1−2e^(−t/ΣC×ΣR)) (数2)は、ΣC×ΣR≫tの場合には、(数3)で近
似できる。
【0022】
【数3】Vcl≒−V+2Vt/(ΣC×ΣR) 実際には、SWがVLからVHに切り替わった瞬間にC
1、C2、CL間で電荷の再配分が生じ、それに相当す
る電圧がΣCの両端に発生し、その後、VHまで充電さ
れる。従って、(数2)、(数3)で表されるVclは
実際より時間tに対する変化が大となる。電荷の再配分
による電流は、VHとVMから供給されないから、ΣC
の電荷の再配分を考慮しない場合には、VHとVMの負
荷条件は実際より厳しくなる。しかし、スルーレートと
時定数との関係を求めるために、実際より負荷が厳しく
表現される(数2)、(数3)でVclを表し、電荷の
再配分を無視して、ΣCを−VからVまで電源VHとV
Mによって充電すると近似する。
【0023】VM、VL、VHは演算増幅器21から出
力されるから、CLの充放電は演算増幅器21のスルー
レートSで制限される。演算増幅器21の出力変化δV
はδV=Sδtで表せるから、ΣCのδQの電荷の移動
は、(数4)で表される。
【0024】
【数4】 δQ=ΣC×δV =ΣC×S×δt (数4)から、ΣCに流れる電流iはi=δQ/δt=
CL×Sである。従って、演算増幅器21のスルーレー
トSで定まるCLの両端の電圧をVclsとすれば、初
期条件として、電荷の再配分を無視し、ΣCには−Vが
充電されるとすれば、(数5)よりVclsが得られ
る。
【0025】
【数5】 (数2)より(数5)が大であれば、演算増幅器21は
常に出力を制御でき安定に動作する。すなわち、St−
V>V[1−2e^(−t/ΣC×ΣR)]を満たすよ
うに、S、C1、C2、Ro、R1を、選択すればよ
い。ΣC×ΣR≫tでは、(数3)より、St−V>2
Vt/(ΣC×ΣR)−Vを満たせば良いから、(数
6)を満たせばよい。
【0026】St−V>2Vt/(ΣC×ΣR)−Vか
ら、ΣC=C1×C2/(C1+C2)+CLとし、Σ
R=2Ro+2R1として、
【0027】
【数6】S>2V/(ΣC×ΣR) 式6を満たせば、液晶パネルの容量CLの充電又は放電
を演算増幅器21の適正な動作範囲内に収めることがで
きる。すなわち、本発明の電流制限抵抗と安定化コンデ
ンサーを付加することによって、演算増幅器21にスル
ーレートの影響を受けない駆動電源回路16を実現で
き、適正に液晶パネル13を駆動できる。図5に(数
2)、(数3)、(数5)より求められるCLの両端の
電圧の一例を示す。図5において、V=2Vとし、Aは
(数5)のS=0.15V/μSの場合、Bは(数5)
のS=2V/μSの場合、Cは(数2)のΣC×ΣR=
3μSとしたとき、Dは(数3)のΣC×ΣR=3μS
としたときのCLの両端の電圧を示す。図5では、B>
D>C>Aの関係にあり、(数6)を満たす適正なスル
ーレートはAのS=2V/μSの場合であることが、容
易に示される。
【0028】図5は(数6)を適用した一例であり、こ
のように電流制限抵抗R1、安定化コンデンサーC1、
C2により、最適な駆動電源回路の設計が容易に実現で
きる。画面サイズ17インチの液晶パネルのCLは約
0.75μFで、S=0.15V/μS、Roが約1Ω
の標準的なパワー演算増幅器を用いているが、V=2V
として、R1=0、C1=C2=0のとき、ΣC×ΣR
=CL×2Ro=1.5μSとなり、2V/(ΣC×Σ
R)≒1.33V/μSとなる。
【0029】従って、(数6)より1.33V/μS以
上のスルーレートを有する必要があるが、実際にはS=
0.15V/μSであり、この演算増幅器のみによる出
力回路では発振する。従って、C1=C2=CLとすれ
ば、ΣC=1.5CL、R1=10Ωとすれば、ΣC×
ΣR=1.5CL×2(R1+Ro)=24.75V/
μSとなり、2V/(ΣC×ΣR)≒0.081V/μ
Sとなり、電流制限抵抗と安定化コンデンサーを付加す
ることにより、標準的なパワー演算増幅器が使用できる
ようになる。
【0030】このように画面サイズが大であるほど、液
晶パネルの容量CLが大きくなり駆動電流が増加して、
出力電流が大であるパワー演算増幅器が駆動電源回路の
出力回路に必要となる。しかし、標準的なパワー演算増
幅器のスルーレートは小さく、上記したように駆動電源
回路に使用した場合に発振する。大画面の液晶表示装置
であればあるほど、演算増幅器のスルーレートの影響を
受け発振が生じやすいのである。しかし、本発明を用い
れば、大画面液晶パネルの駆動電源回路においても、標
準的なパワー演算増幅器を使用でき、その効果は大画面
であればあるほど大になる。
【0031】演算増幅器の出力抵抗値は出力電圧により
変化するために、電流制限抵抗と安定化コンデンサーは
出力抵抗のバラツキを考慮して定める必要があり、その
ために、本発明では、出力抵抗値のバラツキの影響を最
小とするように、C1≧CL、C2≧10CLとする。
【0032】(数6)において、R1=0、C1=C2
=0とした図3で表される従来の構成の場合には、(数
6)より(数7)が得られる。
【0033】
【数7】S>V/(CL×Ro) 本発明では、(数7)を満たすスルーレートを有する演
算増幅器の場合は、電流制限抵抗を0する。安定化コン
デンサーC1、C2は、CLを駆動する補助的動作を
し、出力電圧のインピーダンスを低減するため挿入す
る。
【0034】以上のように、駆動電源回路の出力回路に
電流制限抵抗R1、安定化コンデンサーC1、C2を付
加することにより、安価な低スルーレートの演算増幅器
を駆動電源回路に使用でき、液晶表示装置のコストダウ
ンが実現できると共に、低コストで低消費電力の駆動電
源回路により液晶表示装置の画質と信頼性を向上でき
る。 (実施の形態2)図6は、本発明の実施の形態2におけ
る液晶表示装置の駆動電源回路の構成図である。図6に
示すように、動作基準電圧出力回路19の電流制限抵抗
R2を信号線駆動電圧出力回路18の電流制限抵抗R1
と異なる値にしても同様の効果が得られる。この場合
は、動作基準電圧出力回路19の電流制限抵抗R2とし
て、ΣR=2Ro+R1+R2となる。 (実施の形態3)図1の演算増幅器は増幅度が1の非反
転増幅器として用いているが、増幅度が1でない非反転
増幅器あるいは反転増幅器として用いた場合において
も、電流制限抵抗と安定化コンデンサーによって、同様
の効果を得ることができる。図7は、本発明の実施の形
態3の駆動電源回路の主要部を示したものである。Ra
とRbは帰還抵抗である。図7の(A)は非反転増幅
器、(B)は反転増幅器の場合を示す。 (実施の形態4)信号線駆動電圧出力回路の出力抵抗が
極めて小さく、理想的な電圧源と見なせ、動作基準電圧
出力回路19にのみ演算増幅器を使用する場合において
も、同様の効果が得られる。その場合には、((C1×
C2)/(C1+C2)+CL)×(R1+Ro)>2
V/Sを満たすようにすればよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、電流制限抵抗と安定化コンデンサーを駆動電圧
出力回路に付加することにより、駆動電源回路の演算増
幅器のスルーレートに適した電流制限抵抗と安定化コン
デンサーとを容易に定めることができ、低コストで安定
に動作する駆動電源回路を実現でき、液晶表示装置の画
質と信頼性の向上とコストダウンを図ることができる。
【0036】また、請求項2の発明によれば、駆動電源
回路の演算増幅器のスルーレートに適した電流制限抵抗
と安定化コンデンサーとを容易に定めることができる。
【0037】また、請求項3の発明によれば、安定化コ
ンデンサーを液晶パネルの容量より容易に求めることが
でき、駆動電源回路の設計、部品の選定が効率良くでき
る。
【0038】また、請求項4の発明によれば、電流制限
抵抗を不要とするスルーレートを有する演算増幅器を使
用でき、駆動電源回路の簡略化と信頼性の向上を図るこ
とができる。
【0039】以上のように、駆動電源回路の出力回路
を、演算増幅器の出力に電流制限抵抗を介して出力端子
とし、この出力端子より演算増幅器の入力にフィードバ
ックする構成とし、更に、出力端子と接地間に安定化コ
ンデンサーを挿入する構成とすることにより、演算増幅
器のスルーレートに影響されない駆動電源回路を設計で
きる。
【0040】そのために、演算増幅器のスルーレートに
起因する発振が発生せず、低消費電力で信頼性の高い駆
動電源回路を容易に低コストで実現でき、液晶表示装置
の画質、信頼性の向上とコストダウンを計ることができ
る。この、効果は大画面の液晶表示装置の駆動電源につ
いて一層顕著に現れる。
【0041】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、演算増幅器を最適動作させて駆動電源回路の安
定化を簡単な方法で計ることにより、消費電力を低減で
き、液晶表示装置の画質を著しく向上させることができ
るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の液晶表示装置の駆動電
源回路の構成図。
【図2】図1を液晶パネルの容量とスィッチにより表し
た回路図。
【図3】演算増幅器のスルーレートを含めない場合の図
13の等価回路。
【図4】演算増幅器のスルーレートを含めない場合の図
2の等価回路。
【図5】(数2)、(数3)、(数5)より求められる
CLの両端の電圧の一例を示す図。
【図6】本発明の実施の形態2の液晶表示装置の駆動電
源回路の構成図。
【図7】本発明の実施の形態3の液晶表示装置の駆動電
源回路の構成図。
【図8】従来の液晶表示装置の駆動電源回路の構成図。
【図9】走査線駆動回路の出力波形とタイミングを示す
図。
【図10】信号線駆動回路の出力波形の一例を示す図。
【図11】走査線駆動回路の構成を示す図。
【図12】信号線駆動回路の構成を示す図。
【図13】図8を液晶パネルの容量とスイッチにより表
した回路図。
【図14】演算増幅器の動作により生じる発振を説明す
る図。
【符号の説明】
10 信号線 11 走査線 12 画素容量 13 液晶パネル 14 信号線駆動回路 15 走査線駆動回路 16 駆動電源回路 17 電圧発生回路 18 信号線駆動電圧出力回路 19 動作基準電圧出力回路 20 走査線駆動電圧出力回路 21 演算増幅器 30 走査線駆動回路の出力回路 31 走査線駆動回路のレベルシフタ 40 信号線駆動回路の出力回路 41 信号線駆動回路のデータラッチ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−83724(JP,A) 特開 平10−268257(JP,A) 特開 平2−150819(JP,A) 特開 平3−1120(JP,A) 特開 昭62−275229(JP,A) 実開 昭61−33091(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09G 3/00 - 3/38 G02F 1/133 505 - 580

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力に電流を制限するための電流制限抵
    抗が接続され、前記電流制限抵抗を介した出力端子から
    入力にフィードバックされた演算増幅器を有し、液晶パ
    ネルを駆動する出力回路と、前記出力端子と接地間に接
    続された安定化コンデンサーとを備え、前記演算増幅器を有する前記出力回路は、信号線駆動電
    圧出力回路及び動作基準電圧回路であって、前記液晶パ
    ネルの容量CLの両端の電圧をVとし、前記演算増幅器
    のスルーレートS、出力抵抗をRoとし、前記信号線駆
    動電圧出力回路の電流制限抵抗をR1、安定化コンデン
    サーをC1とし、液晶パネルの動作点を定める動作基準
    電圧を出力する前記動作基準電圧出力回路の電流制限抵
    抗をR2、安定化コンデンサーをC2としたとき、
    ((C1×C2)/(C1+C2)+CL)×(R1+
    R2+2Ro)>2V/Sの条件を満たすことを特徴と
    する 液晶表示装置の駆動電源回路。
  2. 【請求項2】 前記安定化コンデンサーC1を液晶パネ
    ルの容量CL以上とし、前記安定化コンデンサーC2を
    液晶パネルの容量CLの10倍以上とすることを特徴と
    する請求項記載の液晶表示装置の駆動電源回路。
  3. 【請求項3】 前記液晶パネルの容量CLの両端の電圧
    をVとし、前記演算増幅器のスルーレートをS、出力抵
    抗をRoとし、前記演算増幅器のスルーレートSが、S
    >V/(CL×Ro)を満たすときに、電流制限抵抗を
    0とすることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置
    の駆動電源回路。
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