JP3299678B2 - Lcd駆動電源回路及びlcd表示装置 - Google Patents

Lcd駆動電源回路及びlcd表示装置

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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LCD駆動電源回路
に関し、液晶パネルを時分割駆動方式で駆動するための
複数の液晶駆動電位を生成するLCD駆動電源回路に適
用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】LCD表示装置において、セグメント表
示の多桁表示や、多くの画素を駆動するドットマトリク
ス表示の場合等、多数の表示画素を駆動する時や駆動回
路数の減少,回路と表示セルの接続点の減少の為には、
時分割駆動方式が有効である。時分割駆動方式では液晶
の駆動波形を形成する為に、駆動バイアス数に等しい液
晶駆動電位が必要であり、LCD駆動電源回路により供
給する。液晶駆動電位の生成は、電源電圧を回路素子の
持つインピーダンスにより分割する方法が回路規模の面
で妥当であり、各種素子で実現出来る。抵抗による方法
が抵抗分割方式と呼ばれ一般的であるため以下に説明す
るが、非線形素子の場合でも電圧−電流特性を考慮する
ことで同様に考えることが出来る。
【0003】抵抗分割方式では電源電圧の正極側と負極
側の間に駆動バイアス数に相当する個数の抵抗を直列に
配し、各抵抗の端子電圧を引き出して液晶を駆動する。
前記直列抵抗回路において各抵抗の抵抗値を等しくすれ
ば、電源電圧を等分割した電位を液晶駆動電位として取
り出すことが出来、時分割駆動方式に好適であるため広
く用いられる。
【0004】液晶パネルの負荷は表示データにより複雑
に変動する為、時分割駆動方式において液晶パネルの表
示品質を良好に保つには、液晶パネルの負荷の変動に関
わらず液晶駆動電位を安定に供給すること(以下動作マ
ージンと称する)が必要である。そのため電源電圧の分
割抵抗値は動作マージンと消費電力の兼ね合いで決定す
る。前述の様に抵抗分割方式では、電源電圧の正極側か
ら負極側へ分割抵抗で消費される定常電流が流れて消費
電流を増加させる為、分割抵抗値は極力高いことが望ま
しい。一方、液晶は容量性負荷である為、多数の液晶を
駆動する場合には負荷容量が大きくなり、LCD駆動電
源回路の電源容量が小さいと液晶の駆動波形に歪みが生
じ、またLCD駆動電源回路のインピーダンスが高いと
液晶の充放電電流により液晶の駆動波形にノイズが生じ
る為、表示品質が悪化する。よって動作マージン確保の
為には分割抵抗の抵抗値を低くすることが必要である
が、これは消費電流の増大につながる。従って分割抵抗
の抵抗値は動作マージンと消費電力の妥協点で決定する
必要がある。また、各液晶駆動電位についてオペアンプ
を用いたボルテージフォロワ回路を使用すれば、分割抵
抗を大きく設定したまま安定した電位を液晶パネルに供
給することが出来る。しかしボルテージフォロワ回路の
消費電流があるため装置全体の消費電流は増大し、さら
に回路追加により実装面積が増大する。以上の内容は
「日立LCDコントローラ/ドライバLSIデータブック
第8版」の「液晶駆動方式の説明」に詳細な記載があ
る。
【0005】また、抵抗以外の回路素子により電源電圧
の分割回路を構成した場合でも上記と同様のことが言え
る。
【0006】LCD表示装置において、LCD駆動電源
回路を大規模集積回路装置(LSI)が内蔵する場合に
は、電源電圧を分割する回路素子の実装が省かれるため
実装面・コスト面で有利である。反面、前記回路素子が
固定である故にLCD駆動電源回路の電源容量も固定で
ある為、回路設計において考慮すべき点がある。LCD
駆動電源回路の電源容量が液晶パネルに対して小さい場
合には、何らかの外付け回路が必要になり、例えばオペ
アンプを用いたボルテージフォロワ回路を使用する方法
があるが、消費電流,実装面積の増加につながる。或い
は抵抗分割方式の場合、液晶駆動電位を出力する端子間
に外付け抵抗を追加しLSI内部の分割抵抗との合成イ
ンピーダンスを小さくして、LCD駆動電源回路の電源
容量を強化する。いずれの場合も追加回路が必要であ
り、電源分割素子をLSIに内蔵する利点が生かせな
い。また、LCD駆動電源回路の電源容量が液晶パネル
に対して大きい場合は、液晶の駆動電流に比較して過大
な電流が内部の電源分割素子で消費される。従って、電
源分割素子を内蔵するLSIをLCD表示装置に使用す
る場合、液晶パネルとの組み合わせにより消費電流、実
装面でのデメリットが生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記の様に従来技術で
は、LCD駆動電源回路における電源分割素子の等価イ
ンピーダンスに起因して、低インピーダンスによる動作
マージンの確保、高インピーダンスによる消費電流の抑
制という相反する2つの課題があった。さらに実装面・
コスト面での有効性からLSIに電源分割素子を内蔵す
る場合、多種の液晶パネルについて消費電流を最適に設
計することが困難であるという課題があった。
【0008】そこで本発明では、動作マージンの確保と
消費電流の抑制を実現し、かつ電源分割素子を内蔵する
LSIが多種の液晶パネルについて最適な消費電流を供
給出来得るLCD駆動電源回路及びLCD駆動用集積回
路装置を実現する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるLCD駆動
電源回路においては、電源電圧を分割して複数の電位を
生成して出力する電源分割回路と電源との間にスイッチ
ング素子が接続される。このスイッチング素子をオン・
オフして、電源電圧によって電源分割回路へ流れる電流
の経路を開閉することにより、電源分割回路で消費され
る電流を抑制できる。さらに、本発明によるLCD駆動
電源回路においては、電源分割回路の出力にコンデンサ
が接続される。このコンデンサは、スイッチング素子が
オンしているときに電源分割回路の出力電圧によって充
電される。そして、スイッチング素子がオフしていると
きには、充電されたコンデンサを電源としてLCDが駆
動される。また、スイッチング素子のオン・オフを制御
して、コンデンサの充放電期間を変えることにより、同
一回路で多種の液晶パネルの駆動が可能になる。
【0010】本発明によるLCD駆動電源回路の全部ま
たは一部を内蔵することにより、消費電力が少なくかつ
多品種の液晶パネルを駆動できるLCD駆動用集積回路
装置(例えばLCDコントローラ,ドライバまたはマイ
コンなど)が実現される。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施例1)本発明の1実施例として、3本のコモン端
子と30本のセグメント端子を備え、液晶駆動用電源電
圧を分割する抵抗をLSIに内蔵するLCD表示装置の
ブロック図を図1に示す。同図において、1はLCD駆
動電源回路、2はコモンドライバ、3はセグメントドラ
イバ、4は充放電クロック発生回路、5は充放電時間レ
ジスタ、6はCPU(Central Processing Unit)、7は
ROM(Read Only Memory)、8はLCD制御回路、9
は液晶パネルである。1〜8がLSIの内蔵回路であ
り、外付けの液晶パネル9の表示を行う。Vcc端子に液
晶駆動用電源を接続し、LCD駆動電源回路においてV
ccを分割して液晶駆動電位を生成し、各電位をV1,V
2,V3ラインに出力する。V1,V2,V3の電位は
コモンドライバ,セグメントドライバを経由してコモン
端子COM1〜COM3,セグメント端子SEG1〜S
EG30に出力され、液晶パネルを駆動する。この時に
各端子から出力される液晶の駆動波形は、LCD制御回
路よりコモンドライバ,セグメントドライバに出力され
る制御信号に従う。LCD駆動電源回路における液晶駆
動電位の供給・非供給の制御は、充放電クロック発生回
路から出力する充放電クロック信号CKcにより行う。
CKc は2値論理レベル“High”レベル或いは“L
ow”レベルの電位を持ち、“High”レベルなら液
晶駆動電位の供給、“Low”レベルなら非供給を意味
する。
【0012】液晶駆動電位の供給・非供給の制御はCK
c 信号の制御に相当し、次の様に行う。CKc の“Hi
gh”レベル期間,“Low”レベル期間の長さに相当
するカウンタ値を充放電レジスタに設定するプログラム
をROMに書き込んでおく。CPUが動作時に前記プロ
グラムを読み込んで実行すると、充放電時間レジスタに
前記カウンタ値が設定される。充放電クロック発生回路
は充放電時間レジスタに設定されているカウンタ値を読
み込んで、CKc 信号を発生する。この時、充放電時間
レジスタはCKc の各レベル期間のカウンタ値を持って
おりCKc 信号と次の関係がある。
【0013】Tc=Cc×Tck Tdc=Cdc×Tck 但し、TcはCKc の“High”レベル期間、Tdcは
CKc の“Low”レベル期間、CcはCKc の“Hi
gh”レベル期間のカウンタ値、Cdcは同じく“Lo
w”レベル期間カウンタ値であり、CcとCdcは充放電
時間レジスタに設定される。また、Tckは基本クロック
の1周期の時間である。充放電クロック発生回路は、C
Kc に“High”レベルを出力してから基本クロック
をCc回計数してCKc を“Low”レベルにし、この
時点から基本クロックをCdc回計数した後、再びCKc
を“High”レベルにする、という以上の動作を繰り
返す。従って液晶駆動電位の供給・非供給の制御は、R
OMに書き込まれるプログラムによりソフトウェア的に
行うことが出来る。
【0014】図2にLCD駆動電源回路の回路構成を示
す。同図においてR1,R2,R3は分割抵抗であり、
抵抗値をR1=R2=R3として、Vccと回路内部で結
線されているV1と併せてVccを3等分する液晶駆動電
位V1,V2,V3を生成する。MOSトランジスタP
1,CMOSスイッチSW2,SW3は液晶駆動電位の
供給・非供給の制御と同時にVccから回路内部に流入す
る電流ILCD の流入と遮断を制御する。P1,SW2,
SW3はCKc とこれの反転信号に従い動作する。V
2,V3ラインに接続しているコンデンサC2,C3は
液晶駆動電位の非供給時に液晶の駆動を担う作用を持
つ。本回路によればCKc の電位を操作することで、I
LCD の制御とV2,V3ラインへの液晶駆動電位の供給
・非供給を制御することが出来る。
【0015】本例の具体的な動作について図3のタイミ
ングチャートを用い次に述べる。同図は1/3バイア
ス,1/3デューティ,Aタイプ波形の場合であり、C
OM1,COM2,COM3及び任意のセグメント端子
波形SEGnは従来の技術による波形と同一である。前
述の通り、LCD駆動電源回路からの液晶駆動電位の供
給はCKcにより制御することが出来る。ここではCKc
の波形として、1フレームの1/3を充電期間Tc、2
/3を放電期間Tdcとする。期間TcではCKcが“H
igh”レベルにより、図2におけるP1,SW2,S
W3がオン動作する。よってLCD駆動電源回路から液
晶駆動電位V2,V3が供給され、V1と併せてコモン
ドライバ,セグメントドライバを通じて液晶を駆動する
と同時に、コンデンサC2,C3の電位がそれぞれVcc
×2/3,Vcc×1/3になるように電荷の充放電が行
われる。期間TdcではCKc が“Low”レベルにな
り、図2におけるP1,SW2,SW3はオフ動作にな
る。この期間中、V1を除いた液晶駆動電位はVccから
供給されず、随れら液晶駆動電位の供給源はコンデンサ
C2,C3になる。即ち充電期間Tcにおいて各コンデ
ンサに充電された電荷を用い、放電期間Tdc中の液晶を
駆動する。液晶の駆動波形は表示するデータにより複雑
に変化するが、電荷の供給源としてのコンデンサと、液
晶の容量性負荷間での電荷のやり取りである為、V2,
V3の電位は時間の経過につれて平均化へ向かう変動が
生じる。図3においてこれらの変動量の最大値をそれぞ
れVd2,Vd3としている。液晶の表示品質を良好に保つ
為にはVd2,Vd3を極力小さく抑えることが必要であ
り、液晶パネルに対してTc,Tdcを適切に設定するこ
とで実現出来る。期間Tdcの次は再び期間Tcになり、
これら2つの期間を周期的に繰り返して液晶の表示を行
う。
【0016】次に消費電流について述べる。液晶を駆動
する全ての電流は液晶駆動用電源Vccから供給され、こ
の電流を図2においてILCD として示す。ILCD は液晶
駆動に費やされる電流と、分割抵抗を経由し接地電位に
流入する電流から構成される。ILCD の変化を図3のタ
イミングチャートで追う。期間Tcの初期にはコンデン
サC2,C3の充放電と液晶の駆動が重なるためピーク
電流Ipが流れる。やがて電流値は下がり定常値Isに
近づく。Isの値は定常的に分割抵抗に流れる電流値に
等しく、Is=Vcc/(R1+R2+R3)である。期
間TdcではMOSトランジスタP1がオフ動作になる
為、V1ラインを経由して液晶の駆動に費やされる電流
のみとなる。以上から明らかなように、本例ではLCD
駆動電源回路内で定常的に消費される電流を削減してお
り、LCD表示装置における消費電流低減に有効であ
る。
【0017】分割抵抗をLSIに内蔵している場合、従
来の技術では多種の液晶パネルについて最適な電流を供
給することが困難であったが、本例によればこの課題を
解決することが出来る。前述のように充放電期間Tc,
TdcによりLCD駆動電源回路の電源容量を調整出来る
ので、内蔵する分割抵抗の抵抗値を低く設定出来る。こ
のままであればLCD駆動電源回路の電源容量は大きい
ため大きな液晶パネルを駆動出来、小さな液晶パネルを
駆動する時には充電期間Tcを短く設定し、放電期間T
dcを長く設定することでLCD駆動電源回路の電源容量
を小さくする。このようにして、多種の液晶パネルを最
適な電流値で駆動することが可能である。
【0018】以上述べたように、本例によればLCD駆
動電源回路において動作マージンの確保と消費電流の抑
制を可能とし、かつ電源分割素子を内蔵するLSIが多
種の液晶パネルを最適な電流値で駆動することが可能で
ある。
【0019】(実施例2)実施例1のLCD表示装置に
おいて、大形或いは多数の液晶を駆動する場合、LCD
駆動電源回路に内蔵しているコンデンサの容量値を大き
くする必要がある。つまり、液晶の容量性負荷の増大に
より、液晶駆動電源からの液晶駆動電位非供給時に、コ
ンデンサが担う電荷量が増大するからである。しかしコ
ンデンサの容量値を大きくすることはLSIの回路面積
を増大させ好ましくない。解決策としてコンデンサを外
付けにする方法があり、外付け部品となるため液晶パネ
ルに合わせて適切な容量値を選択することが出来る。
【0020】本発明は実施例1で示したLCD表示装置
において、コンデンサの外付けを可能とするもので、実
施例を図4に示す。同図の10は実施例1のブロック図
(図1)におけるLCD駆動電源回路1に相当し、その
他の構成は実施例1と同一である。図4に示す様に、コ
ンデンサC2,C3は液晶駆動電位を出力する端子V
2,V3に外付けされる。回路の動作は実施例1と同一
であるので、充放電期間の設定と併せ、外付けコンデン
サの容量値を適切に設定することで消費電流を最適に設
定出来る。
【0021】また、図2の様にコンデンサを内蔵してい
るLCD駆動電源回路においても、本例の如く外付けコ
ンデンサ用の端子を設けてコンデンサを付加すること
で、内蔵コンデンサとの合成容量により、本例と同様の
効果を得ることが出来る。
【0022】以上述べたように、本例によればLCD駆
動電源回路のコンデンサの容量値を任意に設定出来、多
種の液晶パネルを最適な電流値で駆動することが可能で
ある。
【0023】(実施例3)実施例2で述べた様に、大形
或いは多数の液晶を駆動する為にはコンデンサの容量値
を大きくする必要があるが、それに伴いコンデンサの占
める部品面積が大きくなる為、実装面から好ましくな
い。また、充電期間Tcを長く設定する必要が生じ、T
c期間中に定常的に消費される電流が増え、消費電流の
面でも問題がある。従ってコンデンサの容量値にはある
限度が存在し、無制限には大きく出来ない。この条件の
下で多数の液晶を駆動するには、頻繁にコンデンサの充
電期間Tcを設けて液晶駆動電位を維持しなければいけ
ない。しかも消費電流の面から充電期間Tcを短いこと
が要求されるので、短時間で大きな容量のコンデンサを
充放電する必要が生じる。即ち、LCD駆動電源回路の
電源容量の強化が必要である。本発明は実施例2に示す
LCD駆動電源回路において、外付け回路を用い電源容
量を強化するものである。
【0024】実施例を図5に示す。同図の11は実施例
1のブロック図(図1)におけるLCD駆動電源回路1
に相当し、その他の構成は実施例1と同一である。図5
においてコンデンサC2,C3は外付けとしているが、
実施例2で述べた様に内蔵のみ、或いは内蔵と外付けの
合成容量でも構成することが出来る。同図の如く端子V
R1,VR2,VR3を設け、外付けの分割抵抗R11,
R12,R13を接続する。この時R11,R12,R13はその
抵抗値を各々内蔵分割抵抗のR1,R2,R3よりも低
くすることで合成インピーダンスを下げる作用を持ち、
LCD駆動電源回路の電源容量を大きく出来る。回路の
動作は実施例1及び実施例2と同一であるので、充放電
期間の設定とコンデンサ容量値の設定と併せ、LCD駆
動電源回路の電源容量を強化する外付け回路を設けたこ
とで、多数の液晶を駆動する場合においても消費電流を
最適に設定出来る。
【0025】また、本例のLCD駆動電源回路において
内蔵の分割抵抗を削除した回路構成とすれば、外付け抵
抗により分割抵抗値を任意に設定することが可能になる
と共に、LSIの回路面積を縮小出来る。
【0026】以上述べたように、本例によればLCD駆
動電源回路の電源容量を外付け回路により調整出来、多
種の液晶パネルを最適な電流値で駆動することが可能で
ある。(実施例4)実施例1〜3において、液晶駆動用
電源電圧を分割する素子として抵抗を用いたが、他の回
路素子でも実現することが出来、特にスイッチング特性
を持つ素子の場合は回路構成が簡略化出来る。電源分割
素子としてMOSトランジスタを用いた回路を図6に示
す。同図の12は実施例1のブロック図(図1)におけ
るLCD駆動電源回路1に相当し、その他の構成は実施
例1と同一である。図6においてP11,P12とN12,N
13はそれぞれ、CKc が“High”レベル時にオン動
作になり、各MOSトランジスタがオン動作時に持つ抵
抗値によってVcc電圧を分割し液晶駆動電位を生成し
て、コンデンサC2,C3の充放電と液晶の駆動を行
う。また、CKc が“Low”レベルになるとオフ動作
になり、VccからのV1を除く電位供給を停止する。以
上の動作は実施例1〜3のLCD駆動電源回路と同一で
あり、LCD表示装置全体としても全く同様に動作す
る。一方、MOSトランジスタが電源電圧を分割する役
割とVccからの電位の供給・非供給の制御を兼ねている
ので、回路を構成する素子数が低減されている。
【0027】以上述べたように、本例によれば液晶駆動
用電源電圧を分割する素子としてスイッチング特性を持
つ素子を用い、LCD駆動電源回路の回路構成を簡略化
し、LSIの回路面付を縮小出来る。
【0028】
【発明の効果】本願によって開示される発明によって得
られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。LC
D表示装置において、液晶駆動電位の生成をソフトウェ
アで制御することにより、動作マージン確保と消費電流
の抑制を可能とし、多種の液晶パネルにわたり最適な電
流値で駆動することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示し、LCD表示装
置のブロック図を示す。
【図2】本発明の1実施例を示し、LCD駆動電源回路
の構成例を示す。
【図3】本発明の1実施例のLCD駆動電源回路の動作
を説明する、各端子の電位の変化を示す。
【図4】本発明の第2の実施例を示し、LCD駆動電源
回路の構成例を示す。
【図5】本発明の第3の実施例を示し、LCD駆動電源
回路の構成例を示す。
【図6】本発明の第4の実施例を示し、LCD駆動電源
回路の構成例を示す。
【符号の説明】
1,10〜12…LCD駆動電源回路、2…コモンドラ
イバ、3…セグメントドライバ、4…充放電クロック発
生回路、5…充放電時間レジスタ、6…CPU(Centra
l Processing Unit)、7…ROM(Read Only Memor
y)、8…LCD制御回路、9…液晶パネル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木田 博之 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 菅井 賢 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 小池 勝則 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 沼田 正彦 茨城県日立市弁天町三丁目10番2号 日 立原町電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−105313(JP,A) 特開 平5−232904(JP,A) 特開 昭63−159826(JP,A) 特開 平4−328721(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 520 G09G 3/18 H04N 5/66 102

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の抵抗を具備し、電源電圧を前記複数
    の抵抗により分割して複数の液晶駆動電位を生成して出
    力する電源分割回路と、 前記電源分割回路の出力に接続されるコンデンサと、 プログラムが書き込まれたROMと、 前記プログラムを実行するCPUとを有し、 前記プログラムにより前記液晶駆動電位の供給期間と非
    供給期間の長さが制御されることを特徴とするLCD駆
    動電源回路。
  2. 【請求項2】 請求項1のLCD駆動電源回路と、 前記駆動電源回路に外付けされ、前記電源分割回路内の
    複数の抵抗の各々と並列接続された複数の抵抗とを具備
    することを特徴とするLCD表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項1のLCD駆動電源回路と、 前記駆動電源回路に外付けされた抵抗とを有し、 前記駆動電源回路に外付けされた抵抗により前記駆動電
    源回路内の前記複数の抵抗の合成インピーダンスが下げ
    られていることを特徴とするLCD表示装置。
  4. 【請求項4】 LCD駆動電源回路を具備するLCD表示
    装置において、 前記LCD駆動電源回路は、電源電圧を分割して複数の
    液晶駆動電位を生成して出力する電源分割回路と、前記
    電源分割回路と電源との間に接続されるスイッチング素
    子と、前記電源分割回路の出力に接続されるコンデンサ
    と、前記スイッチング素子のオン・オフ期間を設定する
    レジスタとを有し、 前記オン・オフ期間は前記コンデンサの充放電期間と対
    応し、 前記コンデンサの充電期間は放電期間のよりも短く設定
    されていることを特徴とするLCD表示装置。
  5. 【請求項5】 前記電源分割回路は複数のMOSトランジ
    スタを具備し、 前記複数のMOSトランジスタにより、電源電圧は分割
    されることを特徴とする請求項4に記載のLCD表示装
    置。
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