JP3722812B2 - 容量性負荷の駆動回路および駆動方法 - Google Patents

容量性負荷の駆動回路および駆動方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量性負荷を駆動するための駆動回路および駆動方法に関するものであり、例えば、アクティブマトリクス型液晶パネルのような容量性負荷に電圧を印加することにより画像を表示するための駆動回路、および、そのような駆動回路を備えた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置では、液晶パネルに設けられた映像信号線に入力映像信号に応じた電圧が印加されることにより画像が表示される。すなわち、液晶表示装置では画像を表示するために、液晶パネルにおける画素容量や配線容量等からなる容量性負荷が駆動回路によって駆動される。このような液晶表示装置、例えば薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)によるアクティブマトリクス型液晶表示装置(以下「TFT−LCD装置」という)は、以下のような構成となっている。
【0003】
TFT−LCDにおける液晶パネル(以下「TFT−LCDパネル」という)は、互いに対向する一対の基板(以下「第1および第2の基板」という)を有している。これらの基板は、所定の距離(典型的には数μm)だけ離されて固定されており、液晶材料がこれらの基板間に充填されて液晶層が形成されている。これらの基板のうち少なくとも一方は透明であり、透過型表示を行う場合には、両基板は共に透明である。TFT−LCDにおいて、第1の基板上には互いに平行する複数の走査信号線と、走査信号線に対して直交するように交差する複数の映像信号線とが設けられている。走査信号線と映像信号線との各交差部には、画素電極と、その交差部を通る映像信号線にその画素電極を電気的に接続するためのスイッチング素子である画素TFTとが設けられている。この画素TFTのゲート端子は、その交差部を通る走査信号線に接続され、ソース端子は、その交差部を通る映像信号線に接続され、ドレイン端子は上記画素電極に接続されている。
【0004】
上記第1の基板に対向する第2の基板上には、全面に対向電極としての共通電極が設けられている。この共通電極には共通電極駆動回路により適切な電位が与えられる。従って、液晶層には画素電極と共通電極との電位差に相当する電圧が印加される。この印加電圧によって液晶層の光透過率を制御することができるので、映像信号線から適切な電圧が印加されることにより所望の画素表示を行うことができる。
【0005】
ところで、一般に液晶表示装置では、液晶の劣化を抑えると共に表示品位を維持するために交流化駆動が行われている。この交流化駆動の方式としては、フレーム反転駆動方式や、1H反転駆動方式、ソース反転駆動方式、ドット反転駆動方式などがある。ここで、フレーム反転駆動方式は、表示すべき画像を表す映像信号の1フレーム期間毎に液晶への印加電圧の極性を反転させる方式であり、1H反転駆動方式は、その映像信号の1水平走査期間毎に(1走査信号線毎に)液晶への印加電圧の極性を反転させつつ1フレーム期間毎にも極性を反転させる駆動方式であり、ソース反転駆動方式は、表示すべき画像の1垂直ライン毎に、すなわち液晶パネルにおける1映像信号線毎に液晶への印加電圧の極性を反転させつつ1フレーム期間毎にも極性を反転させる駆動方式であり、ドット反転駆動方式は、液晶への印加電圧の極性を1走査信号線毎かつ1映像信号線毎に反転させつつ1フレーム毎にも反転させる駆動方式である。
【0006】
例えば1H反転駆動方式の場合には、図13(a)に示すように1フレーム期間毎に印加電圧の正負極性を反転させつつ1水平走査期間毎に正負極性を反転させるために、通常、図13(b)に示すように、映像信号線駆動回路(「ソースドライバ」とも呼ばれる)により映像信号線が、共通電極駆動回路により共通電極が、共に交流駆動される。このように共通電極も交流駆動される場合には、映像信号線駆動回路から出力されるパルス波電圧の振幅は比較的小さく、例えば5Vである。これに対し、共通電極の電位Vcomを固定して(DCとして)1H反転駆動またはドット反転駆動等を行う場合には、図13(c)に示すように、映像信号線駆動回路から出力されるパルス波電圧(映像信号線電位Vs)の振幅は、例えば10Vであって共通電極を交流駆動する場合の2倍となる。その結果、映像信号線駆動回路における消費電力は大きなものとなる。
【0007】
これに対し、上記液晶表示装置において消費電力を低減する方法として次の2つの方法が考えられている。第1の方法は、液晶への印加電圧の極性の切り替わる時点毎にプリチャージを行うという方法であり、映像信号線駆動回路の各出力につき例えば図14に示すような回路構成が採用される(例えば特許文献1参照)。この回路構成では、各映像信号線に印加されるべき駆動信号Sjを出力する映像信号線駆動回路において、各出力端子TSjにつき映像信号線への印加電圧の極性を反転させるために概ね相反的にオン・オフする正極側スイッチSWPおよび負極側スイッチSWNが設けられている。正極側スイッチSWPは、図15(a)に示す正電圧印加制御信号φpによって制御され、正電圧印加制御信号φpがハイレベル(Hレベル)のときにオン状態となり、ローレベル(Lレベル)のときにオフ状態となる。負極側スイッチSWNは、図15(b)に示す負電圧印加制御信号φnによって制御され、負電圧印加制御信号φnがHレベルのときにオン状態となり、Lレベルのときにオフ状態となる。このような正極側および負極側スイッチSWP,SWNにより、画素電極と共通電極とによって形成される画素容量に正の電圧を保持させるべく映像信号線に正の電圧を印加する期間(以下「P期間」という)と、画素容量に負の電圧を保持させるべく映像信号線に負の電圧を印加する期間(以下「N期間」という)とが、図15(d)に示すように交互に切り換わる。これに加えて、P期間とN期間との間に、図15(a)(b)に示すように正極側および負極側スイッチSWP,SWNが共にオフ状態(φpおよびφnが共にLレベル)となって映像信号線駆動回路の出力バッファ41p,41nが映像信号線から電気的に切り離される期間(以下「OFF期間」という)が設けられている。
【0008】
この第1の方法では、上記正極側および負極側スイッチSWP,SWNに加えて、プリチャージ電源と呼ばれる電源が設けられ、正極側スイッチSWPと負極側スイッチSWNとの接続点と液晶パネルにおける映像信号線とを接続する信号線上の適宜の位置に一端が接続され、プリチャージ電源に他端が接続されたスイッチSWSが設けられる。このスイッチSWSは、図15(c)に示すプリチャージ制御信号ScsがHレベルのときにオン状態となり、Lレベルのときにオフ状態となるスイッチであって、正極側および負極側スイッチSWP,SWNと連動している。すなわち、このスイッチSWSは、プリチャージ制御信号Scsに基づき、P期間とN期間との間に挿入されたOFF期間内にオンし、これにより、映像信号線がプリチャージ電源によってプリチャージされる。このプリチャージ電源の電圧Vprが、例えば、映像信号線駆動回路から出力される正の電圧と負の電圧とのちょうど中間の値の電圧“0”である場合、すなわちスイッチSWSの他端が液晶パネルの共通電極に接続されている場合には、映像信号線駆動回路における出力バッファ41p,41nが駆動すべき電圧は、このような方法を採用しない場合の半分となり、それに応じて消費電力が低減される。すなわち、例えばP期間からN期間への移行期間であるOFF期間にスイッチSWSがオンすることによって、映像信号線の電位が中間電位にプリチャージされ、その後に、映像信号線駆動回路から負の電圧が印加される。これにより、映像信号線駆動回路における出力バッファ41nが駆動すべき電圧は、図15(d)に示すように極性の切換時における電位変化量の半分となる。
【0009】
液晶表示装置において消費電力を低減する第2の方法は、上記のOFF期間に相当する期間に液晶静電容量(上記画素容量に相当する容量)を含む閉ループを形成することによって、当該液晶静電容量に蓄積された電荷を放電し、これにより、消費電力の低減化を図るという方法である(例えば特許文献2参照)。図16は、この第2の方法を説明するための簡易等価回路を示している。この第2の方法では、例えば、上記第1の方法におけるP期間に相当する期間に、図16(a)に示すように液晶静電容量(LCD)Coが充電され、上記第1の方法におけるOFF期間に相当する期間には、図16(b)に示すように、液晶静電容量Coを含む閉ループが形成され、液晶静電容量Coに蓄積されていた電荷が放電される。これにより、液晶駆動電流が削減され、液晶表示装置の消費電力が低減される。
【0010】
【特許文献1】
特開平7−134573号
【特許文献2】
特開昭53−124098号
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、上記従来の第1および第2の方法では、駆動回路が変化させるべき映像信号線電位の変化量を小さくすることで低消費電力化が図られている。しかし、これらの方法による効果は、駆動回路が変化させるべき映像信号線電位の変化量を極性反転時における映像信号線の電位変化量の半分にすることに基づく消費電力の削減に留まっており、それ以上に消費電力を削減することはできなかった。
【0012】
そこで、本発明では、液晶表示装置等のように容量性負荷に極性を周期的に反転させつつ電圧を印加することで当該容量性負荷を駆動する駆動回路および駆動方法であって、上記従来の方法よりも更に消費電力を低減できる駆動回路および駆動方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、入力信号に応じた電圧を周期的に極性を反転させつつ容量性負荷に印加することにより当該容量性負荷を駆動する駆動回路であって、
前記入力信号に応じた電圧を出力して前記容量性負荷に印加する出力回路と、前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す開閉回路と、
所定容量を有するコンデンサと、
前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続し、かつ当該第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを当該第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する接続切換回路とを備えることを特徴とする。
【0014】
このような第1の発明によれば、出力回路により容量性負荷が充電された後、その出力回路が容量性負荷から電気的に切り離されるOFF期間のうち、第1の所定期間では、コンデンサが容量性負荷に並列に接続されることにより、そのコンデンサは容量性負荷と同電位で同極性に充電された状態となり、その後の第2の所定期間では、そのコンデンサは逆の向きで容量性負荷に並列に接続されることにより、容量性負荷はそのコンデンサと同電位で第1の所定期間とは逆の極性に充電された状態となる。このようにして、OFF期間の第2の所定期間において、上記コンデンサの蓄積電荷により容量性負荷がプリチャージされるので、このOFF期間経過後に出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて低減され、極性反転時の電位変化量の半分よりも小さくなる。その結果、駆動回路における消費電力の削減につき従来よりも大きな効果が得られる。
【0015】
第2の発明は、第1の発明において、
前記接続切換回路は、前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されているOFF期間である第1のOFF期間から1周期経過した後のOFF期間である第2のOFF期間における前記第1の所定期間では、前記第1のOFF期間における前記第2の所定期間での向きと同じ向きで前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続することを特徴とする。
【0016】
第2の発明によれば、第2のOFF期間における第1の所定期間では、第1のOFF期間における第2の所定期間での向きと同じ向きでコンデンサが容量性負荷に並列に接続されるので、第1のOFF期間における第2の所定期間において充電された当該コンデンサは、第2のOFF期間における第1の所定期間において更に同極性で充電される。これにより、容量性負荷への印加電圧の極性反転が繰り返されるにしたがって上記コンデンサにおける蓄積電荷量が増えるので、出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、次第に小さくなっていく。その結果、駆動回路における消費電力を大きく削減することができる。
【0017】
第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記接続切換回路は、
前記第1および第2の所定期間のうち一方の期間にオンし他方の期間にオフする第1および第2のスイッチと、
前記一方の期間にオフし前記他方の期間にオンする第3および第4のスイッチとを備え、
前記コンデンサの一端は、前記第1のスイッチを介して前記容量性負荷の一端に接続されるとともに、前記第4のスイッチを介して前記容量性負荷の他端に接続され、
前記コンデンサの他端は、前記第3のスイッチを介して前記容量性負荷の一端に接続されるとともに、前記第2のスイッチを介して前記容量性負荷の他端に接続されることを特徴とする。
【0018】
このような第3の発明によれば、第1および第2の所定期間のうち一方の期間には、コンデンサの一端と容量性負荷の一端との間に挿入された第1のスイッチがオンするとともに、コンデンサの他端と容量性負荷の他端との間に挿入された第2のスイッチがオンし、第1および第2の所定期間のうち他方の期間には、コンデンサの一端と容量性負荷の他端との間に挿入された第4のスイッチがオンするとともに、コンデンサの他端と容量性負荷の一端との間に挿入された第3のスイッチがオンする。したがって、出力回路が容量性負荷から電気的に切り離されるOFF期間のうち、第1の所定期間において、コンデンサが容量性負荷に並列に接続され、その後の第2の所定期間では、そのコンデンサは逆の向きで容量性負荷に並列に接続される。これにより、出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなり、その結果、駆動回路における消費電力が従来よりも低減される。
【0019】
第4の発明は、表示すべき画像を表す入力信号に応じた電圧を周期的に極性を反転させつつ容量性負荷に印加することにより、当該入力信号の表す画像を表示する表示装置であって、
前記入力信号に応じた電圧を出力して前記容量性負荷に印加する出力回路と、前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す開閉回路と、
所定容量を有するコンデンサと、
前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続し、かつ当該第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを当該第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する接続切換回路とを備えることを特徴とする。
【0020】
このような第4の発明によれば、第1の発明と同様、出力回路による容量性負荷への電圧印加の前のOFF期間に、コンデンサに充電された電荷により容量性負荷がプリチャージされるので、このOFF期間経過後に出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなる。その結果、駆動回路における消費電力が従来よりも低減される。
【0021】
第5の発明は、第4の発明において、
複数の映像信号線と、
前記複数の映像信号線と交差する複数の走査信号線と、
前記複数の走査信号線を選択的に駆動する走査信号線駆動回路と、
前記複数の映像信号線と前記複数の走査信号線との交差点にそれぞれ対応してマトリクス状に配置された複数の画素形成部とを備え、
各画素形成部は、
対応する交差点を通過する走査信号線によってオンおよびオフされるスイッチング素子と、
対応する交差点を通過する映像信号線に前記スイッチング素子を介して接続される画素電極と、
前記複数の画素形成部に共通的に設けられ、前記画素電極との間に所定容量が形成されるように配置された共通電極とを含み、
前記容量性負荷は、各映像信号線および前記画素電極と前記共通電極とによって形成され、
前記出力回路は、前記入力信号に応じた電圧を前記複数の映像信号線に印加し、
前記コンデンサおよび前記接続切換回路は、前記映像信号線毎に設けられていることを特徴とする。
【0022】
このような第5の発明によれば、各映像信号線および画素電極と共通電極とによって形成された容量性負荷につきコンデンサおよび接続切換回路が設けられており、OFF期間に当該コンデンサおよび接続切換回路によりその容量性負荷がプリチャージされるので、その容量性負荷への印加電圧の極性反転時における各映像信号線の電位変化量のうち出力回路が変化させるべき電位変化量が、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなる。これにより、液晶表示装置等において映像信号線の駆動回路における消費電力を従来よりも削減することができる。
【0023】
第6の発明は、入力信号に応じた電圧を出力回路によって極性を周期的に反転させつつ容量性負荷に印加することにより当該容量性負荷を駆動する駆動方法であって、
前記入力信号に応じた電圧を前記容量性負荷に印加する電圧印加ステップと、
前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す切断ステップと、
前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ、所定容量を有するコンデンサを前記容量性負荷に並列に接続する第1接続ステップと、
前記OFF期間内において、前記第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを前記第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する第2の接続ステップとを備えることを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
<1 全体の構成および動作>
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。この液晶表示装置は、表示制御回路200と、映像信号線駆動回路300と、走査信号線駆動回路400と、アクティブマトリクス型の液晶パネル500とを備えている。
【0025】
この液晶表示装置における表示部としての液晶パネル500は、外部のCPU等から受け取る画像データDvの表す画像における水平走査線にそれぞれが対応する複数本の走査信号線Lgと、それら複数本の走査信号線Lgのそれぞれと交差する複数本の映像信号線Lsと、それら複数本の走査信号線Lgと複数本の映像信号線Lsとの交差点にそれぞれ対応して設けられた複数の画素形成部とを含む。これら複数の画素形成部はマトリクス状に配置され、各画素形成部は、基本的には従来のアクティブマトリクス型液晶パネルにおける構成と同様の構成であって、対応する交差点を通過する映像信号線Lsにソース端子が接続されると共に、対応する交差点を通過する走査信号線Lgにゲート端子が接続されたスイッチング素子としてのTFTと、そのTFTのドレイン端子に接続された画素電極と、上記複数の画素形成部に共通的に設けられた対向電極である共通電極Ecと、上記複数の画素形成部に共通的に設けられ画素電極と共通電極Ecとの間に挟持された液晶層とからなる。そして、画素電極と共通電極Ecとそれらの間に挟持された液晶層とにより画素容量が形成される。
【0026】
本実施形態では、液晶パネル500に表示すべき画像を表す(狭義の)画像データおよび表示動作のタイミング等を決めるデータ(例えば表示用クロックの周波数を示すデータ)(以下「表示制御データ」という)は、外部のコンピュータにおけるCPU等から表示制御回路200に送られる(以下、外部から送られるこれらのデータDvを「広義の画像データ」という)。すなわち、外部のCPU等は、広義の画像データDvを構成する(狭義の)画像データおよび表示制御データを、アドレス信号ADwを表示制御回路200に供給して、表示制御回路200内の後述の表示メモリおよびレジスタにそれぞれ書き込む。
【0027】
表示制御回路200は、レジスタに書き込まれた表示制御データに基づき、表示用のクロック信号CK、水平同期信号HSY、垂直同期信号VSY、スタートパルス信号SP、および、ラッチストローブ信号LSを生成する。また、表示制御回路200は、外部のCPU等によって表示メモリに書き込まれた画像データを読み出して、デジタル画像信号Daとして出力する。さらにまた、表示制御回路200は、液晶パネル500における液晶への印加電圧の極性を周期的に反転させるための制御信号である正電圧印加制御信号φpおよび負電圧印加制御信号φn、ならびに、後述のプリチャージの極性を制御するための制御信号である第1プリチャージ極性制御信号Scaおよび第2プリチャージ極性制御信号Scbを生成する。このようにして、表示制御回路200によって生成される信号のうち、クロック信号CKと、スタートパルス信号SPと、ラッチストローブ信号LSと、デジタル画像信号Daと、正および負電圧印加制御信号φp,φnと、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbとは、映像信号線駆動回路300に供給され、水平同期信号HSYと垂直同期信号VSYとは、走査信号線駆動回路400に供給される。なお以下では、画像表示の階調数を64として説明するが、階調数はこれに限られるものではない。本実施形態のように階調数を64とした場合、デジタル画像信号Daは6ビットの信号となる。
【0028】
映像信号線駆動回路300には、上記のようにして、液晶パネル500に表示すべき画像を表すデータが画素単位でデジタル画像信号Daとして供給されると共に、タイミングを示す信号としてクロック信号CKと、スタートパルス信号SPと、ラッチストローブ信号LSと、正および負電圧印加制御信号φp,φnと、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbとが供給される。映像信号線駆動回路300は、これらの信号CK,SP,LS,φp,φn,Sca,Scbに基づき、液晶パネル500を駆動するための映像信号(以下「駆動用映像信号」ともいう)S1〜Snを生成し、これを液晶パネル500の各映像信号線Lsに印加する。
【0029】
走査信号線駆動回路400は、水平同期信号HSYおよび垂直同期信号VSYに基づき、液晶パネル500における走査信号線Lgを1水平走査期間ずつ順次に選択するために各走査信号線Lgに印加すべき走査信号G1〜Gmを生成し、全走査信号線Lgのそれぞれを順に選択するためのアクティブな走査信号の各走査信号線Lgへの印加を1垂直走査期間を周期として繰り返す。
【0030】
液晶パネル500では、上記のようにして各映像信号線Lsに、映像信号線駆動回路300によってデジタル画像信号Daに基づく駆動用の映像信号S1〜Snが印加され、各走査信号線Lgには、走査信号線駆動回路400によって走査信号G1〜Gmが印加される。これにより、液晶パネル500の液晶層には、駆動用映像信号S1〜Snによって与えられる画素電極の電位と所定の電源回路によって与えられる共通電極の電位との差に相当する電圧が印加され、この印加電圧によって液晶層の光透過率が制御される。これにより液晶パネル500は、外部のCPU等から受け取った画像データDvの表す画像を表示する。なお、本実施形態では、共通電極Ecには固定電位が与えられるが(以下、この固定電位は接地レベル(0)であるものとする)、本発明は、これに限定されるものではない。
【0031】
<2 表示制御回路>
図1(b)は、上記の液晶表示装置における表示制御回路200の構成を示すブロック図である。この表示制御回路200は、入力制御回路20と表示メモリ21とレジスタ22とタイミング発生回路23とメモリ制御回路24と極性切換制御回路25とを備えている。
【0032】
この表示制御回路200が外部のCPU等から受け取る広義の画像データDvを示す信号(以下、この信号も符号“Dv”で表すものとする)およびアドレス信号ADwは、入力制御回路20に入力される。入力制御回路20は、アドレス信号ADwに基づき、広義の画像データDvを、画像データDAと表示制御データDcとに振り分ける。そして、画像データDAを表す信号(以下、これらの信号も符号“DA”で表すものとする)をアドレス信号ADwに基づくアドレス信号ADと共に表示メモリ21に供給することで画像データDAを表示メモリ21に書き込むと共に、表示制御データDcをレジスタ22に書き込む。表示制御データDcは、クロック信号CKの周波数や、画像データDvの表す画像を表示するための水平走査期間および垂直走査期間等を指定するタイミング情報を含んでいる。
【0033】
タイミング発生回路(以下「TG」と略記する)23は、レジスタ22の保持する上記表示制御データに基づき、クロック信号CK、水平同期信号HSY、垂直同期信号VSY、スタートパルス信号SP、およびラッチストローブ信号LSを生成する。なお本実施形態では、映像信号線駆動回路300から出力される駆動用映像信号S1〜Snは、1水平走査期間毎に切り換わる。これに対応して、映像信号線駆動回路300に供給されるスタートパルス信号SPおよびラッチストローブ信号LSのパルス繰り返し周期も1水平走査期間となっている。また、TG23は、表示メモリ21およびメモリ制御回路24をクロック信号CKに同期させて動作させるためのタイミング信号を生成する。
【0034】
メモリ制御回路24は、外部から入力されて入力制御回路20を介して表示メモリ21に格納された画像データDAのうち、液晶パネル500に表示すべき画像を表すデータを読み出すためのアドレス信号ADrと、表示メモリ21の動作を制御するための信号とを生成する。これらのアドレス信号ADrおよび制御信号は表示メモリ21に与えられ、これにより、液晶パネル500に表示すべき画像を表すデータがデジタル画像信号Daとして表示メモリ21から読み出され、表示制御回路200から出力される。このデジタル画像信号Daは、既述のように映像信号線駆動回路300に供給される。
【0035】
極性切換制御回路25は、水平同期信号HSYおよび垂直同期信号VSYに基づき、正および負電圧印加制御信号φp,φnと、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbとを生成する。ここで、正電圧印加制御信号φpは、映像信号線駆動回路300(の出力バッファ)から正極性の電圧を出力すべき期間にHレベル、それ以外の期間でLレベルとなる信号であり、負電圧印加制御信号φnは、映像信号線駆動回路300(の出力バッファ)から負極性の電圧を出力すべき期間にHレベル、それ以外の期間でLレベルとなる信号である。また、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbは、後述のOFF期間において液晶パネル500内の負荷容量に並列に接続されるプリチャージコンデンサの向きを切り換えるための制御信号であり、第1のプリチャージ極性制御信号Scaは、プリチャージコンデンサを構成する互いに対向する第1および第2の電極Ep,Enのうち第1の電極Ep(本実施形態では電位の高い方の電極)が液晶パネル500内の各映像信号線Lsに接続されるような向きでプリチャージコンデンサを負荷容量に並列に接続すべき期間にHレベル、それ以外の期間でLレベルとなる。一方、第2のプリチャージ極性制御信号Scbは、プリチャージコンデンサの第2の電極En(本実施形態では電位の低い方の電極)が液晶パネル500内の各映像信号線Lsに接続されるような向きでプリチャージコンデンサを負荷容量に並列に接続すべき期間にHレベル、それ以外の期間でLレベルとなる。
【0036】
<3 映像信号線駆動回路>
図2は、上記液晶表示装置における映像信号線駆動回路300の構成を示すブロック図である。この映像信号線駆動回路300は、出力端子TS1,TS2,…,TSnの数すなわち液晶パネル500の映像信号線Lsの数に等しい段数のシフトレジスタ310と、各6ビットからなり出力端子TS1,TS2,…,TSnの数に等しい数のデジタル画像信号d1,d2,…,dnを出力するサンプリング・ラッチ回路320と、各デジタル画像信号d1,d2,…,dnをアナログ信号に変換するDA変換回路330と、このアナログ信号に基づき各出力端子TS1,TS2,…,TSnから出力すべき駆動用映像信号S1,S2,…,Snを生成する出力回路340と、この出力回路340に必要とされる駆動能力を低減するためのプリチャージ回路350とを備えている。
【0037】
上記構成の映像信号線駆動回路300において、シフトレジスタ310には、スタートパルス信号SPとクロック信号CKとが入力され、このシフトレジスタ310は、これらの信号SP,CKに基づき、各水平走査期間において、スタートパルス信号SPに含まれる1つのパルスを入力端から出力端へと順次転送する。この転送に応じて、サンプリング・ラッチ回路320には、サンプリングパルスが順次入力される。サンプリング・ラッチ回路320は、表示制御回路200からのデジタル画像信号Daを、これらのサンプリングパルスのタイミングでサンプリングして保持し、さらに、ラッチストローブ信号LSでラッチして1水平走査期間ずつ保持する。ここで保持されるデジタル画像信号Daは、各6ビットの内部画像信号d1,d2,…,dnとしてサンプリング・ラッチ回路320から出力される。これらの内部画像信号d1,d2,…,dnは、DA変換回路330に入力される。DA変換回路330は、各内部画像信号d1,d2,…,dnを正極性および負極性の2種類のアナログ信号に変換する。出力回路340は、この正極性および負極性アナログ信号に対し例えば電圧ホロアによってインピーダンス変換することにより、所定周期で極性の反転する電圧を駆動用映像信号S1,S2,…,Snとして生成する。
【0038】
プリチャージ回路350は、上記出力回路340に必要とされる駆動能力を低減すべく、液晶パネル500における映像信号線Lsの配線容量や画素容量からなる負荷容量を、出力回路340による映像信号線Lsへの電圧印加に先立ってその印加電圧の極性の反転時毎に予備的に充電する。
【0039】
<4 映像信号線駆動回路の要部構成>
図3は、上記の映像信号線駆動回路300におけるDA変換回路330、出力回路340およびプリチャージ回路350のうち1個の出力端子TSjに対応する部分、すなわち1本の映像信号線Lsに対応する部分(以下「単位要部駆動回路」という)301を示す回路図である。
【0040】
DA変換回路330には、1個の出力端子TSjにつき、それに対応する内部画像信号であるデジタル信号djを正極性のアナログ信号である正電圧Vpに変換する正極性DA変換器31pと、そのデジタル信号djを負極性アナログ信号である負電圧Vnに変換する負極性DA変換器31nとが設けられている。
【0041】
出力回路340には、1個の出力端子TSjにつき、正極性出力バッファ41pとしての電圧ホロアと、負極性出力バッファ41nとしての電圧ホロアと、正極性出力バッファ41pの出力端子に一端が接続される正極側スイッチSWPと、負極性出力バッファ41nの出力端子に一端が接続される負極側スイッチSWNとが設けられており、正極側スイッチSWPの他端と負極側スイッチSWNの他端とは互いに接続され、その接続点は出力回路340の出力端に相当する。この出力端は出力信号線Lojによって出力端子TSjに接続されている。正極側スイッチSWPは、図4(a)に示す正電圧印加制御信号φpによって制御され、正電圧印加制御信号φpがHレベルのときにオン状態となり、Lレベルのときにオフ状態となる。負極側スイッチSWNは、図4(b)に示す負電圧印加制御信号φnによって制御され、負電圧印加制御信号φnがHレベルのときにオン状態となり、Lレベルのときにオフ状態となる。このような正極側および負極側スイッチSWP,SWNにより、正電圧Vpを駆動用映像信号Sjとして出力端子TSjから出力する期間であるP期間と、負電圧Vnを駆動用映像信号Sjとして出力端子TSjから出力する期間であるN期間とが、図4(e)に示すように交互に切り換わる。本実施形態におけるP期間とN期間とは概ね1水平走査期間に等しいが、P期間とN期間との間には、図4(a)(b)に示すように正極側および負極側スイッチSWP,SWNが共にオフ状態(φpおよびφnが共にLレベル)となって映像信号線駆動回路300の出力回路340(出力バッファ41p,41n)が液晶パネル500内の映像信号線Lsから電気的に切り離される期間が、OFF期間として設けられている。このようにして、上記の正極側スイッチSWPと負極側スイッチSWNとにより、P期間、N期間およびOFF期間を実現すべく出力バッファ41pまたは41nと映像信号線Lsとの電気的接続および遮断を行う開閉回路が構成される。
【0042】
プリチャージ回路350には、各出力端子TSjにつき1つの単位プリチャージ回路51が設けられている。この単位プリチャージ回路51は、図3に示すように、正極側スイッチSWPと負極側スイッチSWNとの接続点と出力端子TSjとを結ぶ出力信号線Loj上における適宜の位置に接続されており、互いに対向する第1の電極Epおよび第2の電極EnからなるプリチャージコンデンサCprと、液晶パネル500の映像信号線Lsに印加すべき正電圧と負電圧との中間の電圧であるプリチャージ基準電圧Vrを供給するプリチャージ基準電圧供給要素と、一端が上記出力信号線Lojに接続され他端がプリチャージコンデンサCprの第1の電極Epに接続された第1のスイッチSWA1と、一端がプリチャージ基準電圧供給要素に接続され他端がプリチャージコンデンサCprの第2の電極Enに接続された第2のスイッチSWA2と、一端が上記出力信号線Lojに接続され他端がプリチャージコンデンサCprの第2の電極Enに接続された第3のスイッチSWB1と、一端がプリチャージ基準電圧供給要素に接続され他端がプリチャージコンデンサCprの第1の電極Epに接続された第4のスイッチSWB2とを備えている。このような単位プリチャージ回路51において、スイッチSWA1,SWA2,SWB1,SWB2は、液晶パネル500における容量性負荷に対するプリチャージコンデンサCprの並列接続を制御する接続切換回路を構成する。なお本実施形態では、プリチャージ基準電圧供給要素として共通電極Ecが使用され、プリチャージ基準電圧Vrは接地レベル“0”である。このため本実施形態では、プリチャージ電源は不要であるが、これに代えて、プリチャージ基準電圧供給要素としてプリチャージ電源を設け、その電源電圧を上記のプリチャージ基準電圧Vrとしてもよい。
【0043】
このような単位プリチャージ回路51において、第1のスイッチSWA1と第2のスイッチSWA2とは連動しており、共に、図4(c)に示す第1プリチャージ極性制御信号Scaによって制御され、第1プリチャージ極性制御信号ScaがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。また、第3のスイッチSWB1と第4のスイッチSWB2とは連動しており、共に、図4(d)に示す第2プリチャージ極性制御信号Scbによって制御され、第2プリチャージ極性制御信号ScbがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。したがって、第1プリチャージ極性制御信号ScaがHレベルであって第2プリチャージ極性制御信号ScbがLレベルのときには、プリチャージコンデンサCprの第1の電極Epが出力信号線Lojに接続され、第2の電極Enがプリチャージ基準電圧供給要素としての共通電極Ecに接続される。そして、第1プリチャージ極性制御信号ScaがLレベルであって第2プリチャージ極性制御信号ScbがHレベルのときには、プリチャージコンデンサCprの第1の電極Epがプリチャージ基準電圧供給要素としての共通電極Ecに接続され、第2の電極Enが出力信号線Lojに接続される。また、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbが共にLレベルのときには、プリチャージコンデンサCprが出力信号線Loj(映像信号線Ls)から電気的に切り離される。なお、第1および第2プリチャージ極性制御信号Sca,Scbが同時にHレベルになることはない。
【0044】
<5 駆動方法>
次に、図4および図5を参照しつつ本実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法について説明する。なお、本実施形態における液晶パネル500の走査信号線Lgの駆動は、従来のアクティブマトリクス型液晶パネルにおける典型的な走査信号線の駆動と同様であるので詳しい説明を省略し、以下では、液晶パネル500の映像信号線Lsの駆動につき説明する。また以下では、共通電極Ecの電位は固定であって、記述のように、共通電極Ecがプリチャージ基準電圧供給要素として機能し、プリチャージ基準電圧Vr=0であるものとする。
【0045】
図5(a)〜(d)は、1本の映像信号線Lsに対応する図3の単位要部駆動回路301の各期間における動作を説明するための図であって、単位要部駆動回路301に接続される1本の映像信号線Lsに対応する液晶パネル500の容量性負荷を示す等価回路(以下「単位負荷回路」という)501と共に、当該単位要部駆動回路301を示している。この図5(a)〜(d)では、図3に示した単位要部駆動回路301における正極側スイッチSWPおよび負極側スイッチSWNは、1個の切換スイッチSW1に等価的に置き換えられ、単位プリチャージ回路51は、スイッチSW2とプリチャージコンデンサCprとが互いに直列に接続された回路に置き換えられている。また、単位負荷回路501は、1本の映像信号線Lsに対応する液晶パネル500の容量性負荷をモデル化したものであって、一端が単位要部駆動回路301の出力信号線Lojに接続された負荷抵抗Rと、その負荷抵抗Rの他端に一端が接続され他端が共通電極Ecに接続された負荷容量Cとからなる。なお、プリチャージコンデンサCprの容量は、この負荷容量Cに比べて十分に大きいものとする。
【0046】
正電圧印加制御信号φpがHレベルで負電圧印加制御信号φnがLレベルとなるP期間(図4(a)(b)参照)では、図5(a)に示すように切換スイッチSW1によって、単位要部駆動回路301の出力信号線Lojに正極性出力バッファ41pが接続される。この出力信号線Lojは液晶パネル500の映像信号線Lsに接続されているので、正極性出力バッファ41pから出力される正電圧Vpは、駆動用映像信号Sjとして、単位負荷回路501すなわち容量性負荷に印加され、映像信号線Lsが正電位となるように負荷容量Cが充電される。このP期間では、単位プリチャージ回路51におけるスイッチSW2はオフ状態であり、プリチャージコンデンサCprは出力信号線Lojから電気的に切り離されているため、プリチャージコンデンサCprに対する充放電は行われない。
【0047】
正電圧印加制御信号φpと負電圧印加制御信号φnが共にLレベルとなるOFF期間(図4(a)(b)参照)では、図5(b)(c)に示すように、単位要部駆動回路301の出力信号線Lojおよびそれに接続される映像信号線Lsは、切換スイッチSW1によって、正極性出力バッファ41pおよび負極性出力バッファ41nのいずれからも電気的に切り離される。また、このOFF期間には、第1プリチャージ極性制御信号Scaと第2プリチャージ極性制御信号Scbのうちいずれか一方のみがHレベルとなる2つの期間が含まれている(この2つの期間のうち時間的に早い方を「第1プリチャージ期間」、遅い方を「第2プリチャージ期間」と呼ぶものとする)。
【0048】
図4に示すOFF期間t1〜t6において第1プリチャージ極性制御信号ScaがHレベルで第2プリチャージ極性制御信号ScbがLレベルである第1プリチャージ期間T1pr=t2〜t3では、図5(b)に示すように、単位プリチャージ回路51内のスイッチSW2はオンされて、プリチャージコンデンサCprの第1の電極Epが出力信号線Lojに接続され、第2の電極Enが共通電極Ecに接続される。したがって、このOFF期間t1〜t6では、負荷容量Cに蓄積されていた電荷がプリチャージコンデンサCprに移動し、負荷容量Cの電位とプリチャージコンデンサCpr(の第1の電極Ep)の電位とは、期間t2〜t4において正の同電位Vp1(<Vp)となる。
【0049】
その後、第1プリチャージ極性制御信号ScaがLレベルで第2プリチャージ極性制御信号ScbがHレベルである第2プリチャージ期間T2pr=t4〜t5においても、図5(c)に示すように、単位プリチャージ回路51内のスイッチSW2はオンされて、プリチャージコンデンサCprが出力信号線Lojに接続されるが、第1プリチャージ期間T1pr=t2〜t3とは異なり、第2の電極Enが出力信号線Lojに接続され、第1の電極Epが共通電極Ecに接続される。すなわち、プリチャージコンデンサCprは、第1プリチャージ期間T1pr=t2〜t3とは逆の向きで容量性負荷(単位負荷回路501)に並列に接続される。これにより、負荷容量Cに蓄積されていた電荷がプリチャージコンデンサCprに移動し、負荷容量Cは逆方向に充電され、負荷容量Cの電位とプリチャージコンデンサCpr(の第2の電極En)の電位とは、期間t4〜t6において負の同電位Vn1(|Vn1|<|Vn|)となる。
【0050】
正電圧印加制御信号φpがLレベルで負電圧印加制御信号φnがHレベルとなるN期間t6〜t7(図4(a)(b)参照)では、図5(d)に示すように切換スイッチSW1によって、単位要部駆動回路301の出力信号線Lojに負極性出力バッファ41nが接続される。この出力信号線Lojは液晶パネル500の映像信号線Lsに接続されているので、負極性出力バッファ41nから出力される負電圧Vnは、駆動用映像信号Sjとして、単位負荷回路501すなわち容量性負荷に印加され、映像信号線Lsが負電位となるように負荷容量Cが充電される。このときの映像信号Sj(出力信号線Lojの電位)の変化量すなわち負極性出力バッファ41nが変化させるべき電位変化量ΔVnは、|Vn−Vn1|であって(図4(e)参照)、図14に示した回路構成等により消費電力を低減する従来方法よりも、プリチャージコンデンサCprでの充電電圧分|Vn1|だけ小さくなる。
【0051】
上記のN期間t6〜t7の経過後は、再びOFF期間t7〜t12となるが、このOFF期間t7〜t12における第1プリチャージ期間T1pr=t8〜t9では、第1プリチャージ極性制御信号ScaがLレベルであって第2プリチャージ極性制御信号ScbがHレベルである。したがって、図5(c)に示すようにプリチャージコンデンサCprは、負の電位を有する第2の電極Enが出力信号線Lojに接続されるような向きで、容量性負荷(単位負荷回路501)に並列に接続される。すなわちプリチャージコンデンサCprは、1周期前のOFF期間t1〜t6における第2プリチャージ期間T2prでの向きと同じ向きで容量性負荷に並列に接続される。これにより、既に負極性で充電されていたプリチャージコンデンサCprに蓄積されていた電荷が負荷容量Cに移動することで負極性の充電が更に進行し、負荷容量Cの電位とプリチャージコンデンサCpr(の第2の電極En)の電位とは、期間t8〜t10において負の同電位Vn1’(|Vn1’|<|Vn|)となる。
【0052】
その後、第1プリチャージ極性制御信号ScaがHレベルで第2プリチャージ極性制御信号ScbがLレベルである第2プリチャージ期間T2pr=t10〜t11においても、単位プリチャージ回路51内のスイッチSW2はオンされて、プリチャージコンデンサCprが出力信号線Lojに接続される。しかし、第1プリチャージ期間T1pr=t8〜t9とは異なり、図5(b)に示すように、正の電位を有する第1の電極Epが出力信号線Lojに接続され、第2の電極Enが共通電極Ecに接続される。すなわち、プリチャージコンデンサCprは、第1プリチャージ期間T1pr=t8〜t9とは逆の向きで容量性負荷(単位負荷回路501)に並列に接続される。これにより、プリチャージコンデンサCprに蓄積されていた電荷が負荷容量Cに移動し、負極性に充電されていた負荷容量Cは放電後、逆極性に充電され、負荷容量Cの電位とプリチャージコンデンサCpr(の第1の電極Ep)の電位とは、期間t10〜t12において正の同電位Vp1’(|Vp1’|<|Vp|)となる。
【0053】
その後(時刻t12以降)に再び正電圧印加制御信号φpがHレベルで負電圧印加制御信号φnがLレベルとなるP期間(図4(a)(b)参照)となり、図5(a)に示すように切換スイッチSW1によって、単位要部駆動回路301の出力信号線Lojに正極性出力バッファ41pが接続される。この出力信号線Lojは液晶パネル500の映像信号線Lsに接続されているので、正極性出力バッファ41pから出力される正電圧Vpは、駆動用映像信号Sjとして、単位負荷回路501すなわち容量性負荷に印加され、映像信号線Lsが正電位となるように負荷容量Cが充電される。このときの映像信号Sj(出力信号線Lojの電位)の変化量すなわち正極性出力バッファ41pが変化させるべき電位変化量ΔVpは、Vp−Vp1’であって、図14に示す回路構成により消費電力を低減する従来方法よりも、プリチャージコンデンサCprでの充電電圧分Vp1’だけ小さくなる。
【0054】
上記のように本実施形態では、映像信号線Lsに正電圧が印加されるP期間と負電圧が印加されるN期間との間にOFF期間が設けられている。このOFF期間は、映像信号線Lsへの印加電圧の極性を反転させるための期間であって、第1プリチャージ期間T1prおよび第2プリチャージ期間T2prを含んでいる。そして第1プリチャージ期間T1prでは、プリチャージコンデンサCprが、液晶パネル500の1本の映像信号線当たりの容量性負荷である単位負荷回路501に並列に接続される。これにより、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとの間で電荷が移動し、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとが同電位で同極性に充電された状態となる。その後の第2プリチャージ期間T2prでは、プリチャージコンデンサCprは、第1プリチャージ期間T1prとは逆の向きで容量性負荷に並列に接続され、これにより、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとの間で電荷が移動し、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとが同電位で第1プリチャージ期間T1prとは逆の極性に充電された状態となる。そして、このOFF期間直後のP期間またはN期間では、映像信号線駆動回路300の正極性または負極性出力バッファ41p、41nにより、その第2プリチャージ期間T2prでの負荷容量の充電電圧の極性と同じ極性の電圧VpまたはVnが映像信号線Lsを介して容量性負荷に印加される。
【0055】
なお既述のように、負極性出力バッファ41nによって負電圧Vnが容量性負荷に印加された後(N期間t6〜t7後)のOFF期間t7〜t12における第1プリチャージ期間T1prでは、その1周期前のOFF期間t1〜t6における第2プリチャージ期間T2prでの向きと同じ向きでプリチャージコンデンサCprが容量性負荷に並列に接続される(図4(c)(d))。このように本実施形態では、各OFF期間における第1プリチャージ期間T1prにおいて、その1周期前のOFF期間における第2プリチャージ期間T2prでの向きと同じ向きでプリチャージコンデンサCprが容量性負荷に並列に接続される。これにより、容量性負荷への印加電圧の極性反転が繰り返されるにしたがってプリチャージコンデンサCprの蓄積電荷量が増えていく。その結果、出力回路(出力バッファ41p、41n)によって変化させるべき映像信号線電位の変化量は、次第に小さくなっていく。ただし、下記のシミュレーションの結果にも示されているように、出力回路によって変化させるべき映像信号線電位の変化量は、所定値に漸近していく(図12参照)。これは、プリチャージコンデンサCprにおける蓄積電荷量が、容量性負荷への印加電圧の極性反転が繰り返されるにしたがって増大し所定値に漸近していくことを意味する。
【0056】
<6 映像信号線駆動のシミュレーション>
上記のように本実施形態によれば、液晶パネル500の駆動の際に映像信号線駆動回路300の出力回路340(正極性または負極性出力バッファ41p,41n)が変化させるべき映像信号線電位の変化量ΔVpまたはΔVnは、プリチャージコンデンサCprでの充電電圧分|Vp1|または|Vn1|(|Vp1’|または|Vn1’|)に応じて低減され、その結果、液晶パネル500の映像信号線Lsを駆動するための消費電力を削減することができる。本願発明者は、この映像信号線駆動回路300が変化させるべき映像信号線電位の変化量ΔVpまたはΔVnの低減効果および消費電力の低減効果をより具体的に調べるために、2つの従来例と本実施形態につき映像信号線の駆動の数値計算によるシミュレーションを行った。以下では、このシミュレーションにつき図6〜図12を参照して説明する。なお以下では、液晶パネルにおける映像信号線1本当たりの容量性負荷を駆動する際の映像信号線駆動回路の動作をシミュレーションするものとし、当該容量性負荷は、10[Ω]の抵抗R2と0.5[μF]の負荷容量C2とが互いに直列に接続された回路(以下「CR負荷回路」という)502で表現されるものとする。
【0057】
図6は、液晶表示装置の第1の従来例における映像信号線の駆動のシミュレーションに使用した回路モデルを示す回路図である。この回路モデルでは、映像信号線駆動回路は、正電圧Vp=+5[V]の電源と、負電圧Vn=−5[V]の電源と、一端が正電圧Vpの電源に接続された正極側スイッチSWPと、一端が負電圧Vnの電源に接続された負極側スイッチSWNとを備え、正極側スイッチSWPの他端と負極側スイッチSWNの他端とは互いに接続され、その接続点は、出力信号線Loを介してCR負荷回路502に接続されている。このような回路モデルにおいて、正極側スイッチSWPと負極側スイッチSWNとを相反的にオン・オフさせると、CR負荷回路502には所定周期で極性が反転する電圧が印加される。図9は、CR負荷回路502に印加される電圧の極性が0.2[ms]毎に反転するように正極側および負極側スイッチSWP,SWNを相反的にオン・オフさせた場合のシミュレーション結果を示す図であって、この場合に映像信号線駆動回路(の出力バッファ)からCR負荷回路502に供給される電流すなわち消費電流idを示している。図9によれば、第1の従来例における消費電流idのピーク値は約960[mA]である。
【0058】
図7は、液晶表示装置の第2の従来例における映像信号線の駆動のシミュレーションに使用した回路モデルを示す回路図である。この回路モデルでは、映像信号線駆動回路は、正電圧Vp=+5[V]の電源と、負電圧Vn=−5[V]の電源と、正極側スイッチSWPと、負極側スイッチSWNとからなる上記第1の従来例と同様の構成に加えて、映像信号線駆動回路300とCR負荷回路502とを接続する出力信号線Loに一端が接続され他端が接地されたスイッチSWSを備えている。図10は、このような回路モデルにおいてCR負荷回路502に印加される電圧の極性がほぼ0.2[ms]毎に反転するように正極側および負極側スイッチSWP,SWNを概ね相反的にオン・オフさせた場合のシミュレーション結果を示す図であって、この場合に信号線駆動回路からCR負荷回路502に供給される消費電流idを示している。ただし、図15に示すように、正極側スイッチSWPがオンする期間と負極側スイッチSWNがオンする期間との間には、正極側および負極側スイッチSWP,SWNが共にオフ状態となるOFF期間が設けられている。このOFF期間内にスイッチSWSがオンすることにより、負荷容量C2に蓄積されていた電荷が放電される。このような回路モデルについてのシミュレーション結果を示す図10によれば、第2の従来例における消費電流idのピーク値は約480[mA]である。
【0059】
図8は、本実施形態における映像信号線の駆動のシミュレーションに使用した回路モデルを示す回路図である。この回路モデルでは、映像信号線駆動回路は、正電圧Vp=+5[V]の電源と、負電圧Vn=−5[V]の電源と、正極側スイッチSWPと、負極側スイッチSWNとからなる上記第1の従来例と同様の構成に加えて、映像信号線駆動回路とCR負荷回路502とを接続する出力信号線Loに接続された単位プリチャージ回路52を備えている。この単位プリチャージ回路52は、図3に示した単位プリチャージ回路51に相当し、プリチャージコンデンサが符号“C1”で示され、プリチャージ基準電圧Vrが接地レベル“0”として示されている点を除けば、図3の単位プリチャージ回路51と同様であるので、同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。このような回路モデルにおいて、CR負荷回路502に印加される電圧の極性がほぼ0.2[ms]毎に反転するように正極側および負極側スイッチSWP,SWNを概ね相反的にオン・オフするが、図4に示すように、正極側スイッチSWPがオンする期間(φpがHレベルとなるP期間)と負極側スイッチSWNがオンする期間(φnがHレベルとなるN期間)との間には、正極側および負極側スイッチSWP,SWNが共にオフするOFF期間が設けられている。そして単位プリチャージ回路52では、第1のスイッチSWA1と第2のスイッチSWA2とは連動しており、共に、図4(c)に示す第1プリチャージ極性制御Scaによって制御され、また、第3のスイッチSWB1と第4のスイッチSWB2も連動しており、共に、図4(d)に示す第2プリチャージ極性制御Scbによって制御される。このような回路モデルにより、図4および図5等を参照して既に説明した本実施形態における映像信号線の駆動がシミュレーションされる。なお、本シミュレーションでは、プリチャージコンデンサC1の容量を10[μF]としているが、この数値は一例であり、一般的には、映像信号線駆動回路300の消費電力低減等の本発明の効果を奏する上で適切な数値が負荷容量C2等を考慮して決定される。
【0060】
図11および図12は、本実施形態における映像信号線の駆動についての上記シミュレーションの結果を示す図であり、図11は、映像信号線駆動回路の出力バッファに相当する正電圧Vpまたは負電圧Vnの電源からCR負荷回路502に供給される電流すなわち消費電流idを示し、図12は、負荷容量C2に印加される電圧(以下「負荷容量電圧」という)を示している。図12に示した電圧変化は、映像信号線Lsの電位変化に対応するものであって、図4(e)と比較すればわかるように、図12に示されるΔVpは、電圧Vp=+5[V]の電源からCR負荷回路502に供給される電流による負荷容量電圧の変化量であり、図12に示されるΔVnは、電圧Vn=−5[V]の電源からCR負荷回路502に供給される電流(負の電流)による負荷容量電圧の変化量である。これらの電圧変化量ΔVpおよびΔVnは、シミュレーション上において図8の回路が動作を開始してから時間の経過と共に減少して所定値に漸近し、例えば5[ms]以上経過すると、CR負荷回路502への印加電圧の極性反転時における電位変化量|Vp−Vn|=10[V]のほぼ1/3となる。これに伴い消費電流idも低減され、図11に示すように、消費電流idのピーク値は約330[mA]となる。
【0061】
ところで映像信号線駆動回路の1出力当たりの消費電力Pは、単純なモデルでは次式で表すことができる。
P∝f・c・V2
ここで、fは周波数を、cは映像信号線駆動回路によって駆動される負荷容量を、Vは駆動電圧を、それぞれ示している。したがって、図9〜図12に示される上記のシミュレーション結果より、本実施形態によれば映像信号線駆動回路300の消費電力を従来(第1の従来例および第2の従来例)に比べて大幅に低減できることがわかる。
【0062】
<7 効果>
以上のように本実施形態によれば、容量性負荷としての液晶パネル500に正電圧を印加すべきP期間と負電圧を印加すべきN期間との間に、映像信号線駆動回路300内の出力バッファ(出力回路340)が映像信号線Lsから電気的に切り離されるOFF期間が設けられ、このOFF期間内における第1プリチャージ期間T1prおよび第2プリチャージ期間T2prにおいて、各出力信号線LojにプリチャージコンデンサCprが接続される(図3、図4(c)(d))。そして、第1プリチャージ期間T1prでは、液晶パネル500の各映像信号線Lsについての容量性負荷にプリチャージコンデンサCprが並列に接続されることにより、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとが同電位で同極性に充電された状態となり、その後の第2プリチャージ期間T2prでは、プリチャージコンデンサCprは第1プリチャージ期間T1prとは逆の向きで容量性負荷に並列に接続されることにより、負荷容量CとプリチャージコンデンサCprとが同電位で第1プリチャージ期間T1prとは逆の極性に充電された状態となる(図5(b)(c))。OFF期間におけるこのようなプリチャージ回路350(単位プリチャージ回路51)の動作により、映像信号線駆動回路300の正極性および負極性出力バッファ41p,41nが変化させるべき映像信号線電位の変化量Δp,Δnは、プリチャージコンデンサCprでの充電電圧に応じて低減され、極性反転時の映像信号線電位の変化量|Vp−Vn|の半分よりも小さくなる(図4(e))。その結果、映像信号線駆動回路300における消費電力を従来よりも削減することができる。そして上述のシミュレーション結果によれば、映像信号線駆動回路300の出力回路(出力バッファ)によって変化させるべき映像信号線Lsの電位変化量Δp,Δnは、液晶パネル500の容量性負荷への印加電圧の極性反転時における映像信号線電位の変化量のほぼ1/3にまで低減することができる(図12)。これは、従来に比べ映像信号線駆動回路300における消費電力の大幅な削減が可能であることを意味する。
【0063】
また上記実施形態によれば、プリチャージ電源を使用する従来の構成(図14および図15または特許文献1参照)とは異なり、液晶パネル500内の負荷容量Cでの充電電圧(これは画素値に対応する)に応じてプリチャージコンデンサCprが充電され、次に、プリチャージコンデンサCprにおける当該充電電圧の極性が反転され、その反転後の充電電圧で負荷容量Cがプリチャージされる。したがって、上記実施形態によれば、プリチャージコンデンサCprによって第2プリチャージ期間に映像信号線Lsに与えられる電圧であるプリチャージ電圧が表示内容(画素値)に応じて自動的に調整されることになる。このため、プリチャージ電圧を固定とする従来技術とは異なり、表示内容によってプリチャージ電圧が不適切な値となるような事態が回避される。さらに、本実施形態は、プリチャージ電源を必要としないので、図14および図15等に示される従来の構成に比べ、プリチャージ電源による電力消費が無いという点においても有利である。
【0064】
<8 変形例>
上記実施形態では、映像信号線駆動回路300内にその出力端子TSj毎に単位プリチャージ回路51が設けられているが(j=1,2,…,n)、これに代えて、液晶パネル500内に映像信号線Ls毎に単位プリチャージ回路51を設けてもよい。
【0065】
また、上記実施形態では、液晶パネル500における共通電極Ecが固定電位(接地レベル)となっているが、これに代えて、図13(b)に示したように共通電極Ecを交流駆動する構成としてもよい。そのような構成においても、プリチャージ回路350(単位プリチャージ回路51)の動作により、映像信号線駆動回路300の正極性および負極性出力バッファ41p,41nが変化させるべき映像信号線電位の変化量Δp,Δnは、プリチャージコンデンサCprでの充電電圧に応じて小さくなり、映像信号線駆動回路300における消費電力の低減等、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0066】
さらに、上記実施形態は液晶表示装置およびその駆動回路に係るものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、入力信号に応じた電圧を容量性負荷に極性を周期的に反転させつつ印加することにより当該容量性負荷を駆動する駆動回路であれば、他の表示装置や表示装置以外のものの駆動回路にも本発明は適用可能である。そして、その場合においても、駆動回路による駆動電圧の振幅をプリチャージコンデンサでの充電電圧に応じて実質的に小さくすることで、駆動回路の消費電力の削減等、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0067】
【発明の効果】
第1の発明によれば、駆動回路の出力回路により容量性負荷が充電された後、その出力回路が容量性負荷から電気的に切り離されるOFF期間のうち、第1の所定期間では、コンデンサが容量性負荷に並列に接続され、その後の第2の所定期間では、そのコンデンサが逆の向きで容量性負荷に並列に接続される。これにより、OFF期間の第2の所定期間において、上記コンデンサの蓄積電荷により容量性負荷がプリチャージされるので、このOFF期間経過後に出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて低減され、容量性負荷への印加電圧の極性反転時の電位変化量の半分よりも小さくなる。その結果、駆動回路における消費電力の削減につき従来よりも大きな効果が得られる。
【0068】
第2の発明によれば、第2のOFF期間における第1の所定期間では、第1のOFF期間における第2の所定期間での向きと同じ向きでコンデンサが容量性負荷に並列に接続される。これにより、容量性負荷への印加電圧の極性反転が繰り返されるにしたがって上記コンデンサにおける蓄積電荷量が増えるので、出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、次第に小さくなっていく。その結果、駆動回路における消費電力を大きく削減することが可能となる。
【0069】
第3の発明によれば、第1および第2の所定期間のうち一方の期間には、コンデンサの一端と容量性負荷の一端との間に挿入された第1のスイッチがオンするとともに、コンデンサの他端と容量性負荷の他端との間に挿入された第2のスイッチがオンし、第1および第2の所定期間のうち他方の期間には、コンデンサの一端と容量性負荷の他端との間に挿入された第4のスイッチがオンするとともに、コンデンサの他端と容量性負荷の一端との間に挿入された第3のスイッチがオンする。これにより、第1の発明と同様、出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなり、その結果、駆動回路における消費電力の削減につき従来よりも大きな効果が得られる。
【0070】
第4の発明によれば、第1の発明と同様、出力回路による容量性負荷への電圧印加の前のOFF期間に、コンデンサの蓄積電荷により容量性負荷がプリチャージされるので、このOFF期間経過後に出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなり、その結果、駆動回路における消費電力が従来よりも低減される。
【0071】
第5の発明によれば、各映像信号線および画素電極と共通電極とによって形成された容量性負荷につきコンデンサおよび接続切換回路が設けられており、OFF期間に当該コンデンサおよび接続切換回路によりその容量性負荷がプリチャージされるので、その容量性負荷への印加電圧の極性反転時における各映像信号線の電位変化量のうち出力回路が変化させるべき電位変化量が、上記コンデンサの充電電圧に応じて小さくなる。これにより、液晶表示装置等において映像信号線の駆動回路における消費電力を従来よりも削減することができる。
【0072】
第6の発明によれば、第1の発明と同様、出力回路によって変化させるべき容量性負荷の電位変化量は、コンデンサの充電電圧に応じて小さくなり、その結果、容量性負荷の駆動に要する電力が従来よりも低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【図2】上記実施形態における映像信号線駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図3】上記実施形態における映像信号線駆動回路のDA変換回路、出力回路およびプリチャージ回路のうち1本の映像信号線に対応する部分を示す回路図である。
【図4】上記実施形態における映像信号線駆動回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図5】上記実施形態における映像信号線駆動回路の動作を説明するための等価回路を示す図である。
【図6】液晶表示装置の第1の従来例における映像信号線の駆動のシミュレーションに使用した回路モデルを示す図である。
【図7】液晶表示装置の第2の従来例における映像信号線の駆動の動作のシミュレーションに使用した回路モデルを示す図である。
【図8】上記実施形態における映像信号線の駆動のシミュレーションに使用した回路モデルを示す図である。
【図9】第1の従来例における映像信号線の駆動についてのシミュレーション結果である消費電流を示す信号波形図である。
【図10】第2の従来例における映像信号線の駆動についてのシミュレーション結果である消費電流を示す信号波形図である。
【図11】上記実施形態における映像信号線の駆動についてのシミュレーション結果である消費電流を示す信号波形図である。
【図12】上記実施形態における映像信号線の駆動についてのシミュレーション結果である負荷容量への印加電圧を示す信号波形図である。
【図13】液晶表示装置における1H反転駆動方式を説明するための模式図(a)ならびに電圧波形図(b)および(c)である。
【図14】液晶表示装置において消費電力を低減するための従来の第1の方法を説明するための回路図である。
【図15】上記従来の第1の方法を説明するための信号波形図である。
【図16】液晶表示装置において消費電力を低減するための従来の第2の方法を説明するための回路図である。
【符号の説明】
25 …極性切換制御回路
31p …正極性DA変換器
31n …負極性DA変換器
41p …正極性出力バッファ
41n …負極性出力バッファ
51 …単位プリチャージ回路
200 …表示制御回路
300 …映像信号線駆動回路
301 …単位要部駆動回路
330 …DA変換回路
340 …出力回路
350 …プリチャージ回路
400 …走査信号線駆動回路
500 …液晶パネル
501 …単位負荷回路
SWP …正極側スイッチ
SWN …負極側スイッチ
Cpr,C1…プリチャージコンデンサ
Ep …プリチャージコンデンサの第1電極
En …プリチャージコンデンサの第2電極
Ec …共通電極
SWA1,SWA2 …(プリチャージコンデンサの接続切換用)スイッチ
SWB1,SWB2 …(プリチャージコンデンサの接続切換用)スイッチ
C …負荷容量
R …負荷抵抗
SW1 …切換スイッチ
SW2 …(プリチャージコンデンサ接続用)スイッチ
φp …正電圧印加制御信号
φn …負電圧印加制御信号
Sca …第1プリチャージ極性制御信号
Scb …第2プリチャージ極性制御信号
T1pr …第1プリチャージ期間
T2pr …第2プリチャージ期間
Vr …プリチャージ基準電圧(共通電極電位)
CK …クロック信号
HSY …水平同期信号
VSY …垂直同期信号
Da …デジタル画像信号
Sj …駆動用映像信号(j=1,2,…,n)
Ls …映像信号線

Claims (6)

  1. 入力信号に応じた電圧を周期的に極性を反転させつつ容量性負荷に印加することにより当該容量性負荷を駆動する駆動回路であって、
    前記入力信号に応じた電圧を出力して前記容量性負荷に印加する出力回路と、
    前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す開閉回路と、
    所定容量を有するコンデンサと、
    前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続し、かつ当該第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを当該第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する接続切換回路と
    を備えることを特徴とする駆動回路。
  2. 前記接続切換回路は、前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されているOFF期間である第1のOFF期間から1周期経過した後のOFF期間である第2のOFF期間における前記第1の所定期間では、前記第1のOFF期間における前記第2の所定期間での向きと同じ向きで前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続することを特徴とする、請求項1に記載の駆動回路。
  3. 前記接続切換回路は、
    前記第1および第2の所定期間のうち一方の期間にオンし他方の期間にオフする第1および第2のスイッチと、
    前記一方の期間にオフし前記他方の期間にオンする第3および第4のスイッチとを備え、
    前記コンデンサの一端は、前記第1のスイッチを介して前記容量性負荷の一端に接続されるとともに、前記第4のスイッチを介して前記容量性負荷の他端に接続され、
    前記コンデンサの他端は、前記第3のスイッチを介して前記容量性負荷の一端に接続されるとともに、前記第2のスイッチを介して前記容量性負荷の他端に接続されることを特徴とする、請求項1または2に記載の駆動回路。
  4. 表示すべき画像を表す入力信号に応じた電圧を周期的に極性を反転させつつ容量性負荷に印加することにより、当該入力信号の表す画像を表示する表示装置であって、
    前記入力信号に応じた電圧を出力して前記容量性負荷に印加する出力回路と、
    前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す開閉回路と、
    所定容量を有するコンデンサと、
    前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ前記コンデンサを前記容量性負荷に並列に接続し、かつ当該第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを当該第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する接続切換回路と
    を備えることを特徴とする表示装置。
  5. 複数の映像信号線と、
    前記複数の映像信号線と交差する複数の走査信号線と、
    前記複数の走査信号線を選択的に駆動する走査信号線駆動回路と、
    前記複数の映像信号線と前記複数の走査信号線との交差点にそれぞれ対応してマトリクス状に配置された複数の画素形成部とを備え、
    各画素形成部は、
    対応する交差点を通過する走査信号線によってオンおよびオフされるスイッチング素子と、
    対応する交差点を通過する映像信号線に前記スイッチング素子を介して接続される画素電極と、
    前記複数の画素形成部に共通的に設けられ、前記画素電極との間に所定容量が形成されるように配置された共通電極とを含み、
    前記容量性負荷は、各映像信号線および前記画素電極と前記共通電極とによって形成され、
    前記出力回路は、前記入力信号に応じた電圧を前記複数の映像信号線に印加し、
    前記コンデンサおよび前記接続切換回路は、前記映像信号線毎に設けられていることを特徴とする、請求項4に記載の表示装置。
  6. 入力信号に応じた電圧を出力回路によって極性を周期的に反転させつつ容量性負荷に印加することにより当該容量性負荷を駆動する駆動方法であって、
    前記入力信号に応じた電圧を前記容量性負荷に印加する電圧印加ステップと、前記容量性負荷に印加される電圧の極性が反転する時に所定期間だけ前記出力回路を前記容量性負荷から電気的に切り離す切断ステップと、
    前記出力回路が前記容量性負荷から電気的に切り離されている前記所定期間であるOFF期間内において、第1の所定期間だけ、所定容量を有するコンデンサを前記容量性負荷に並列に接続する第1接続ステップと、
    前記OFF期間内において、前記第1の所定期間後に第2の所定期間だけ前記コンデンサを前記第1の所定期間における向きと逆の向きで前記容量性負荷に並列に接続する第2の接続ステップと
    を備えることを特徴とする駆動方法。
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