JP3795503B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
このアクティブマトリクス型液晶表示装置は、能動素子を介して画素電極に映像信号電圧(表示データに対応する階調電圧;以下、階調電圧と称する。)を印加するため、各画素間のクロストークがなく、単純マトリックス形液晶表示装置のようにクロストークを防止するための特殊な駆動方法を用いる必要がなく、多階調表示が可能である。
このアクティブマトリクス型液晶表示装置の1つに、TFT(Thin Film Transister)方式の液晶表示パネル(TFT−LCD)と、液晶表示パネルの上側に配置されるドレインドライバと、液晶表示パネルの側面に配置されるゲ−トドライバおよびインタフェース部とを備えるTFT方式の液晶表示モジュールが知られている。
このTFT方式の液晶表示モジュールにおいては、ドレインドライバ内に多階調電圧生成回路と、この多階調電圧生成回路で生成された多階調電圧の中から、表示データに対応する1つの階調電圧を選択する階調電圧選択回路と、階調電圧選択回路で選択された1つの階調電圧が入力されるアンプ回路とを備えている。
この場合に、前記階調電圧選択回路には、レベルシフト回路を介して表示データの各ビット値が入力される。
一方、アンプ回路は、アンプ回路を構成する能動素子の特性のばらつきにより、オフセット電圧が生じるが、前記アンプ回路にオフセット電圧が生じると、前記アンプ回路の出力電圧に誤差が生じ、前記アンプ回路の出力電圧は目標値(正規の階調電圧)と異なる電圧となる。
これにより、液晶表示パネル(TFT−LCD)に表示される表示画面中に、黒または白の縦筋が発生し、表示品質を著しく損なわせるという問題点があった。
他方、TFT方式の液晶表示モジュール等の液晶表示装置においては、液晶表示パネル(TFT−LCD)の大型化、高解像度化(多画素化)の傾向にあり、その上、無駄なスペースをなくし、表示装置としての美観を惹起せしめるために、液晶表示装置の表示領域以外の領域、即ち、額縁部分を少しでも小さくする(狭額縁化)ことが要望されている。
そして、前記階調電圧選択回路の前段に設けられる前記レベルシフト回路は、ソース・ドレイン間耐圧が高耐圧のトランジスタで構成される。
しかしながら、前記レベルシフト回路のトランジスタとして、高耐圧のトランジスタを使用すると、前記ドレインドライバを構成する半導体集積回路(ICチップ)における当該レベルシフト回路部の面積が大きくなり、それに伴い、前記ドレインドライバを構成する半導体集積回路のチップサイズが大きくなり、チップ単価を下げることができず、かつ、前記狭額縁化に対応できないという問題点があった。
これにより、前記ドレインドライバを構成する半導体集積回路内部で表示データをラッチする際のタイミングマージンが減少するという問題点があった。
本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
複数の映像信号線により表示データに対応する映像信号電圧が印加される複数の画素を有する液晶表示素子と、表示データに対応する映像信号電圧を各映像信号線に供給する映像信号線駆動手段とを具備する液晶表示装置であって、前記映像信号線駆動手段は、入力される入力映像信号を増幅して表示データに対応する映像信号電圧を各映像信号線に出力する複数のアンプ回路を有する液晶表示装置において、前記各アンプ回路は、一対の入力端子の中の一方を、反転入力端子あるいは非反転入力端子に、一対の入力端子の中の他方を、非反転入力端子あるいは反転入力端子に切り替える切替手段を有し、さらに、前記映像信号線駆動手段は、前記アンプ回路の一対の入力端子の一方を反転入力端子、他方を非反転入力端子、あるいは前記アンプ回路の一対の入力端子の一方を非反転入力端子、他方を反転入力端子に切り替えさせる切替制御信号を、前記アンプ回路の切替手段に対して、所定の周期毎に出力する切替指示手段を有することを特徴とする。
(1)本発明によれば、映像信号線駆動手段のアンプ回路のオフセット電圧により、液晶表示素子の表示画面中に黒または白の縦筋が生じるのを防止して、液晶表示素子に表示される表示画面の表示品質を向上させることが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1のTFT方式の液晶表示モジュールの概略構成を示すブロック図である。
本実施の形態の液晶表示モジュール(LCM)は、液晶表示パネル(TFT−LCD)10の上側にドレインドライバ130が配置され、また、液晶表示パネル10の側面に、ゲートドライバ140、インタフェース部100が配置される。
インタフェース部100はインタフェース基板に実装され、また、ドレインドライバ130、ゲートドライバ140も、それぞれ専用のTCP(Tape Careeier Package)または直接液晶表示パネルに実装される。
この図2に示すように、液晶表示パネル10は、マトリクス状に形成される複数の画素を有する。
各画素は、隣接する2本の信号線(ドレイン信号線(D)またはゲート信号線(G))と、隣接する2本の信号線(ゲート信号線(G)またはドレイン信号線(D))との交差領域内に配置される。
各画素は薄膜トランジスタ(TFT1,TFT2)を有し、各画素の薄膜トランジスタ(TFT1,TFT2)のソース電極は、画素電極(ITO1)に接続される。また、画素電極(ITO1)とコモン電極(ITO2)との間に液晶層が設けられるので、画素電極(ITO1)とコモン電極(ITO2)との間には、液晶容量(CLC)が等価的に接続される。
さらに、薄膜トランジスタ(TFT1,TFT2)のソース電極と前段のゲート信号線(G)との間には、付加容量(CADD)が接続される。
図2に示す例では、前段のゲート信号線(G)とソース電極との間に付加容量(CADD)が形成されているが、図3に示す例の等価回路では、共通信号線(COM)とソース電極との間に保持容量(CSTG)が形成されている点が異なっている。
本発明は、どちらにも適用可能であるが、前者の方式では、前段のゲート信号線(G)パルスが付加容量(CADD)を介して画素電極(ITO1)に飛び込むのに対し、後者の方式では、飛び込みがないため、より良好な表示が可能となる。
なお、図2、図3は、縦電界方式の液晶表示パネルの等価回路を示しており、図2、図3において、ARは表示領域である。また、図2、図3は回路図であるが、実際の幾何学的配置に対応して描かれている。
表示制御装置110は、1個の半導体集積回路(LSI)から構成され、コンピュータ本体側から送信されてくるクロック信号、ディスプレイタイミング信号、水平同期信号、垂直同期信号の各表示制御信号および表示用デ−タ(R・G・B)を基に、ドレインドライバ130、および、ゲートドライバ140を制御・駆動する。
表示制御装置110は、ディスプレイタイミング信号が入力されると、これを表示開始位置と判断し、スタートパルス(表示データ取込開始信号)を信号線135を介して第1番目のドレインドライバ130に出力し、さらに、受け取った単純1列の表示データを、表示データのバスライン133を介してドレインドライバ130に出力する。
その際、表示制御装置110は、各ドレインドライバ130のデータラッチ回路に表示データをラッチするための表示制御信号である表示データラッチ用クロック(CL2)(以下、単に、クロック(CL2)と称する。)を信号線131を介して出力する。
本体コンピュータ側からの表示データは6ビットで、1画素単位、即ち、赤(R)、緑(G)、青(B)の各データを1つの組にして単位時間毎に転送される。
また、第1番目のドレインドライバ130に入力されたスタートパルスにより第1番目のドレインドライバ130におけるデータラッチ回路のラッチ動作が制御される。
この第1番目のドレインドライバ130におけるデータラッチ回路のラッチ動作が終了すると、第1番目のドレインドライバ130からスタートパルスが、第2番目のドレインドライバ130に入力され、第2番目のドレインドライバ130におけるデータラッチ回路のラッチ動作が制御される。
以下、同様にして、各ドレインドライバ130におけるデータラッチ回路のラッチ動作が制御され、誤った表示データがデータラッチ回路に書き込まれるのを防止している。
これにより、液晶表示パネル10の各ゲート信号線(G)に接続された複数の薄膜トランジスタ(TFT)が、1水平走査時間の間導通する。
以上の動作により、液晶表示パネル10に画像が表示される。
正電圧生成回路121、負電圧生成回路122は、それぞれ直列抵抗分圧回路で構成され、正極性の5値の階調基準電圧(V”0〜V”4)を、負電圧生成回路122は負極性の5値の階調基準電圧(V”5〜V”9)を出力する。
この正極性の階調基準電圧(V”0〜V”4)、および負極性の階調基準電圧(V”5〜V”9)は、各ドレインドライバ130に供給される。
また、各ドレインドライバ130には、表示制御装置110からの交流化信号(交流化タイミング信号;M)も、信号線134を介して供給される。
これを防止するために、このTFT方式の液晶表示モジュールおいては、液晶層に印加する電圧をある一定時間毎に交流化、即ち、コモン電極に印加する電圧を基準にして、画素電極に印加する電圧を、一定時間毎に正電圧側/負電圧側に変化させるようにしている。
このコモン対称法は、画素電極(ITO1)に印加される電圧の振幅が、コモン反転法の場合に比べ2倍となり、しきい値電圧が低い液晶が開発されない限り低耐圧のドライバが使用できないと言う欠点があるが、低消費電力と表示品質の点で優れているドット反転法あるいはNライン反転法が使用可能である。
図4は、液晶表示モジュールの駆動方法として、ドット反転法を使用した場合において、ドレインドライバ130からドレイン信号線(D)に出力される液晶駆動電圧(即ち、画素電極(ITO1)に印加される液晶駆動電圧)の極性を説明するための図である。
さらに、奇数フレームの偶数ラインでは、ドレインドライバ130から、奇数番目のドレイン信号線(D)に正極性の液晶駆動電圧が、また、偶数番目のドレイン信号線(D)に負極性の液晶駆動電圧が印加される。
また、各ライン毎の極性はフレーム毎に反転され、即ち、図4に示すように、偶数フレームの奇数ラインでは、ドレインドライバ130から、奇数番目のドレイン信号線(D)に正極性の液晶駆動電圧が、また、偶数番目のドレイン信号線(D)に負極性の液晶駆動電圧が印加される。
さらに、偶数フレームの偶数ラインでは、ドレインドライバ130から、奇数番目のドレイン信号線(D)に負極性の液晶駆動電圧が、また、偶数番目のドレイン信号線(D)に正極性の液晶駆動電圧が印加される。
このドット反転法を使用することにより、隣り合うドレイン信号線(D)に印加される電圧が逆極性となるため、コモン電極(ITO2)や薄膜トランジスタ(TFT)のゲート電極に流れる電流が隣同志で打ち消し合い、消費電力を低減することができる。
また、コモン電極(ITO2)に流れる電流が少なく電圧降下が大きくならないため、コモン電極(ITO2)の電圧レベルが安定し、表示品質の低下を最小限に抑えることができる。
同図において、正極性階調電圧生成回路151aは、正電圧生成回路121から入力される正極性の5値の階調基準電圧(V”0〜V”4)に基づいて、正極性の64階調の階調電圧を生成し、電圧バスライン158aを介して出力回路157に出力する。
負極性階調電圧生成回路151bは、負電圧生成回路122から入力される負極性の5値の階調基準電圧(V”5〜V”9)に基づいて、負極性の64階調の階調電圧を生成し、電圧バスライン158bを介して出力回路157に出力する。
入力レジスタ回路154は、シフトレジスタ回路153から出力されるデータ取り込み用信号に基づき、表示制御装置110から入力されるクロック(CL2)に同期して、各色毎6ビットの表示データを出力本数分だけラッチする。
このストレージレジスタ回路155に取り込まれた表示データは、レベルシフト回路156を介して出力回路157に入力される。
出力回路157は、正極性の64階調の階調電圧、あるいは負極性の64階調の階調電圧に基づき、表示データに対応した1つの階調電圧(64階調の中の1つの階調電圧)を選択して、各ドレイン信号線(D)に出力する。
同図において、153は図5に示す制御回路152内のシフトレジスタ回路、156は図5に示すレベルシフト回路であり、また、データラッチ部265は、図5に示す入力レジスタ回路154とストレージレジスタ回路155とを表し、さらに、デコーダ部(階調電圧選択回路)261、アンプ回路対263、アンプ回路対263の出力を切り替えるスイッチ部(2)264が、図5に示す出力回路157を構成する。
ここで、スイッチ部(1)262およびスイッチ部(2)264は、交流化信号(M)に基づいて制御される。
また、Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6は、それぞれ第1番目、第2番目、第3番目、第4番目、第5番目、第6番目のドレイン信号線(D)を示している。
この高電圧用デコーダ回路278と低電圧用デコーダ回路279とは、隣接するデータラッチ部265毎に設けられる。
高電圧用アンプ回路271には高電圧用デコーダ回路278で生成された正極性の階調電圧が入力され、高電圧用アンプ回路271は正極性の階調電圧を出力する。
低電圧用アンプ回路272には低電圧用デコーダ回路279で生成された負極性の階調電圧が入力され、低電圧用アンプ回路272は負極性の階調電圧を出力する。
同図に示すように、図6に示すスイッチ部(2)264の一スイッチ回路は、高電圧用アンプ回路271とn番目のドレイン信号(Yn)との間に接続されるPMOSトランジスタ(PM1)と、高電圧用アンプ回路271と(n+3)番目のドレイン信号(Yn+1)との間に接続されるPMOSトランジスタ(PM2)と、低電圧用アンプ回路272と(n+3)番目のドレイン信号(Yn+3)との間に接続されるNMOSトランジスタ(NM1)と、低電圧用アンプ回路272とn番目のドレイン信号(Yn)との間とに接続されるNMOSトランジスタ(NM2)とを有する。
同様に、NMOSトランジスタ(NM1)のゲート電極には、インバータ(INV)で反転されたナンド回路(NAND2)の出力が、また、NMOSトランジスタ(NM2)のゲート電極には、インバータ(INV)で反転されたナンド回路(NAND1)の出力が、それぞれレベルシフト回路(LS)でレベルシフトされて入力される。
ここで、ナンド回路(NAND1)とノア回路(NOR1)には、交流化信号(M)が、ナンド回路(NAND2)およびノア回路(NOR2)には、インバータ(INV)で反転された交流化信号(M)が入力される。
また、ナンド回路(NAND1,NAND2)には、出力イネーブル信号(ENB)が、ノア回路(NOR1,NOR2)には、インバータ(INV)で反転された出力イネーブル信号(ENB)が入力される。
表1に、ナンド回路(NAND1,NAND2)とノア回路(NOR1,NOR2)の真理値表と、その時の各MOSトランジスタ(PM1,PM2,NM1,NM2)のオン・オフ状態を示す。
走査ラインの切り替わり時には、高電圧用アンプ回路271と低電圧用アンプ回路272とも不安定の状態にある。
この出力イネーブル信号(ENB)は、走査ラインの切り替わり期間内に、各アンプ回路(271,272)の出力が、各ドレイン信号線(D)に出力されるのを防止するために設けられている。
なお、本実施の形態では、この出力イネーブル信号(ENB)として、クロック(CL1)の反転信号を使用しているが、クロック(CL2)をカウントする等して内部で生成することも可能である。
これにより、PMOSトランジスタ(PM1)およびNMOSトランジスタ(NM1)がオフあるいはオン、PMOSトランジスタ(PM2)およびNMOSトランジスタ(NM2)がオンあるいはオフとなり、高電圧用アンプ回路271の出力はドレイン信号線(Yn+3)に、低電圧用アンプ回路272の出力はドレイン信号線(Yn)、あるいは、高電圧用アンプ回路271の出力はドレイン信号線(Yn)に、低電圧用アンプ回路272の出力はドレイン信号線(Yn+3)に出力される。
この場合に、例えば、PMOSトランジスタ(PM1)がオフで、NMOSトランジスタ(NM2)がオンの場合に、PMOSトランジスタ(PM1)のソース・ドレイン間には、最大10Vの電圧が印加される。
そのため、各MOSトランジスタ(PM1,PM2,NM1,NM2)は、ソース・ドレイン間耐圧が10Vの高耐圧MOSトランジスタが使用される。
これに伴い、ドレインドライバ130は、薄膜トランジスタ(TFT)に対する高速な充電特性が要求され、ドレインドライバ130において、単純に階調電圧を選択し、直接ドレイン信号(D)出力する方法では前記要求を満足することが困難となっている。
そのため、ドレインドライバ130の最終段にアンプ回路を設け、当該アンプ回路を介して、階調電圧をドレイン信号線(D)に出力する方法が主流となっている。
図6に示す高電圧用アンプ回路271、および低電圧用アンプ回路272は、前記した理由により設けられるものであり、従来、この高電圧用アンプ回路271、および低電圧用アンプ回路272としては、例えば、図8に示すような、オペアンプ(OP)の反転入力端子(−)と出力端子とが直結され、その非反転入力端子(+)が入力端子とされるボルテージホロワ回路で構成される。
また、低電圧用アンプ回路272に使用されるオペアンプ(OP)は、例えば、図9に示すような差動増幅回路で構成され、さらに、高電圧用アンプ回路271に使用されるオペアンプ(OP)は、例えば、図10に示すような差動増幅回路で構成される。
前記オペアンプ(OP)の基本増幅回路が、例えば、図9または図10に示す差動増幅回路により構成されるものである場合には、前記オフセット電圧(Voff)は、図9または図10に示す差動増幅回路における、入力段のPMOSトランジスタ(PM51,52)またはNMOSトランジスタ(NM61,62)、あるいは能動負荷回路を構成するNMOSトランジスタ(NM63,64)またはPMOSトランジスタ(PM53,54)の対称性の微妙なアンバランスが原因で発生する。
前記入力段のPMOSトランジスタ(PM51,52)またはNMOSトランジスタ(NM61,62)、あるいは能動負荷回路を構成するNMOSトランジスタ(NM63,64)またはPMOSトランジスタ(PM53,54)の対称性の微妙なアンバランスは、製造工程におけるイオン打ち込み/イオン注入工程、またはホトリソグラフィ工程のばらつきにより、MOSトランジスタのしきい値電圧(Vth)、またはMOSトランジスタのゲート幅/ゲート長(W/L)等が変化してしまうことに起因しているが、工程管理を厳しくしても前記オフセット電圧(Voff)を零にすることは不可能である。
なお、図11は、オフセット電圧(Voff)を考慮したオペアンプの等価回路を示す図であり、図11において、ROPはオフセット電圧(Voff)を有していない理想的なオペアンプ、VOSは、その電圧値がオセット電圧(Voff)と等しい電圧源である。
これにより、従来の液晶表示モジュールでは、液晶表示パネルに表示される表示画面中に、黒または白の縦筋が発生し、表示品質を著しく損なわせるという問題点があった。
図12は、オフセット電圧(Voff)がある場合、およびオフセット電圧(Voff)がない場合に、ドレイン信号線(D)(または画素電極(ITO1))に印加される液晶駆動電圧を説明するための図である。
同図に示すAの領域が、オフセット電圧(Voff)がない場合に、ドレイン信号線(D)に印加される正極性および負極性の液晶駆動電圧を示し、この場合には、画素の輝度は階調電圧に対応する通常の輝度となる。
また、同図に示すBの領域が、マイナス(−)のオフセット電圧(Voff)がある場合に、ドレイン信号線(D)に印加される正極性および負極性の液晶駆動電圧を示し、この場合には、画素に印加される駆動電圧は、オフセット電圧(Voff)の分だけ低くなるので、画素の輝度は、液晶表示パネルがノーマリホワイトタイプの液晶表示パネルであれば、階調電圧に対応する通常の輝度より白くなる。
さらに、同図に示すCの領域が、プラス(+)のオフセット電圧(Voff)がある場合に、ドレイン信号線(D)に印加される正極性および負極性の液晶駆動電圧を示し、この場合には、画素に印加される駆動電圧は、オフセット電圧(Voff)の分だけ高くなるので、画素の輝度は、液晶表示パネルがノーマリホワイトタイプの液晶表示パネルであれば、階調電圧に対応する通常の輝度より黒くなる。
ここで、図6に示すドレインドライバ130において、Y1およびY4のドレイン信号線(D)に接続される高電圧用アンプ回路271がプラス(+)のオフセット電圧(Vofh)、および、Y1およびY4のドレイン信号線(D)に接続される低電圧用アンプ回路272がマイナス(−)のオフセット電圧(Vofl)を持ち、また、Y2およびY5のドレイン信号線(D)に接続される高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272と、Y3およびY6のドレイン信号線(D)に接続される高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272とが、共にオフセット電圧(Voff)を持たないものであり、さらに、Y1〜Y4のドレイン信号線(D)に同一の階調電圧を印加するものとすると、その時に、Y1〜Y4ドレイン信号線(D)に接続される画素の輝度は、図13(a)に示すようになり、液晶表示パネルがノーマリホワイトタイプの液晶表示パネルであれば、液晶表示パネルの表示画像中に黒の縦筋が生じる。
これにより、Y1およびY4のドレイン信号線(D)に接続される画素の輝度は、2フレーム毎に相殺されるので、液晶表示パネルの表示画像中に白または黒の縦筋は目立たなくなる。
しかしながら、オペアンプのオフセット電圧(Voff)は、各オペアンプ毎にランダムに発生するものであり、2つのオペアンプのオフセット電圧(Vofh,Vofl)が同一になることは極めて稀であり、2つのオペアンプのオフセット電圧(Vofh,Vofl)が同一になることは通常あり得ない。
また、オフセットキャンセラ回路も知られているが、このオフセットキャンセラ回路はスイッチドキャパシタ回路を用いているため、フィードスルーによる階調電圧の誤差発生、容量部の面積増、容量充電時間による高速化が制限されるなどの問題点があった。
図14に示す本実施の形態の低電圧用アンプ回路272は、図9に示す差動増幅回路に、入力段のPMOSトランジスタ(PM51)のゲート電極(制御電極)を、(+)入力端子あるいは(−)入力端子に接続するスイッチングトランジスタ(NA1,NB1)と、入力段のPMOSトランジスタ(PM52)のゲート電極を、(+)入力端子あるいは(−)入力端子に接続するスイッチングトランジスタ(NA2,NB2)と、出力段のNMOSトランジスタ(NM65)のゲート電極を、入力段のPMOSトランジスタ(PM51)のドレイン電極(第2の電極)、あるいは入力段のPMOSトランジスタ(PM52)のドレイン電極に接続するスイッチングトランジスタ(NA3,NB3)と、能動負荷回路を構成するNMOSトランジスタ(NM63,NM64)のゲート電極を、入力段のPMOSトランジスタ(PM51)のドレイン電極、あるいは入力段のPMOSトランジスタ(PM52)のドレイン電極に接続するスイッチングトランジスタ(NA4,NB4)を付加したものである。
図15に示す本実施の形態の高電圧用アンプ回路271は、図14に示す低電圧用アンプ回路272と同様、図10に示す差動増幅回路に、スイッチングトランジスタ(PA1〜PA4,PB1〜PB4)を付加したものである。
ここで、スイッチングトランジスタ(NA1〜NA4,PA1〜PA4)のゲート電極には、制御信号(A)が印加され、また、スイッチングトランジスタ(NB1〜NB4,PB1〜PB4)のゲート電極には、制御信号(B)が印加される。
なお、図16、図17には、図16、図17に示すアンプ回路を、一般のオペアンプ記号を使用して表現した場合の回路構成も合わせて図示してある。
この図16および図17から理解できるように、本実施の形態の低電圧用アンプ回路272では、入力電圧(Vin)が印加される入力段のMOSトランジスタと、出力電圧(Vout)が帰還される入力段のMOSトランジスタとを交互に切り替えるようにしたものである。
それにより、図16の回路構成では、下記(1)式に示すように、出力電圧(Vout)は、入力電圧(Vin)にオフセット電圧(Voff)が加算されたものとなる。
Vout=Vin+Voff ・・・・・・・・・・・・・・ (1)
また、図17の回路構成では、下記(2)式に示すように、出力電圧(Vout)は、入力電圧(Vin)からオフセット電圧(Voff)が減算されたものとなる。
Vout=Vin−Voff ・・・・・・・・・・・・・・ (2)
図18は、本実施の形態のドレインドライバ130の出力段の構成を示す図であり、図19は、本実施の形態のドレインドライバ130の動作を説明するためのタミングチャートである。
図19に示す出力電圧は、Vofhのオフセット電圧を持つ高電圧用アンプ回路271と、Voflのオフセット電圧を持つ低電圧用アンプ回路272とに接続されるドレイン信号線(D)に対して、当該高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272から出力される出力電圧を示すものであり、この出力電圧において、VHは高電圧用アンプ回路271がオフセット電圧を持たない時に、高電圧用アンプ回路271から出力される正規の階調電圧、VLは低電圧用アンプ回路272がオフセット電圧を持たない時に、低電圧用アンプ回路272から出力される正規の階調電圧である。
したがって、図19に示すように、Vofhのオフセット電圧を持つ高電圧用アンプ回路271と、Voflのオフセット電圧を持つ低電圧用アンプ回路272とに接続されるドレイン信号線(D)には、1フレーム目の1ライン目に、高電圧用アンプ回路271から(VH+Vofh)の電圧が出力されるが、3フレーム目の1ライン目に、高電圧用アンプ回路271から(VH−Vofh)の電圧が出力されるので、対応する画素において、高電圧用アンプ回路271のオフセット電圧(Vofh)により生じる輝度の上昇および減少は相殺される。
また、2フレーム目の1ライン目に、低電圧用アンプ回路272から(VL+Vofl)の電圧が出力されるが、4フレーム目の1ライン目に、低電圧用アンプ回路272から(VL−Vofl)の電圧が出力されるので、対応する画素において、低電圧用アンプ回路272のオフセット電圧(Vofl)により生じる輝度の上昇および減少は相殺される。
これにより、図20に示すように、高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272のオフセット電圧(Vofh,Vofl)により生じる輝度の上昇および減少は、連続する4フレーム毎に相殺されるので、図19に示す出力電圧が印加される画素の輝度は、階調電圧に対応する通常の輝度となる。
図21は、制御信号(A)がHレベルの時に、高電圧用アンプ回路271が(+)のオフセット電圧(Vofh)を、低電圧用アンプ回路272が(+)のオフセット電圧(Vofl)を持つ場合であり、また、図22は、制御信号(A)がHレベルの時に、高電圧用アンプ回路271が(+)のオフセット電圧(Vofh)を、低電圧用アンプ回路272が(−)のオフセット電圧(Vofl)を持つ場合である。
いずれの場合においても、高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272のオフセット電圧(Vofh,Vofl)により生じる輝度の上昇および減少は、連続する4フレーム毎に相殺されるので、画素の輝度は、階調電圧に対応する通常の輝度となる。
しかしながら、制御信号(A)および制御信号(B)の位相を、各フレーム内で2ライン毎に反転させることにより、図21、図22に示すように、列方向の画素の輝度は、2ライン毎に、黒→白(または白→黒)と変化するので、より液晶表示パネル10に表示される表示画面中に縦筋が目立たなくなる。
なお、図21または図22では、1フレーム内で2ライン毎に制御信号(A)および制御信号(B)の位相を反転させて列方向の画素の輝度を変化させ、それにより縦筋を目立たなくしているが、2ライン毎でなくてもよいことはいうまでもない。
図23は、本実施の形態のドレインドライバ130内の制御回路152内の要部回路構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本実施の形態のドレインドライバ130内の制御回路152内には、シフトレジスタ153、制御信号生成回路400、フレーム認識信号生成回路410、シフトクロックイネーブル信号生成回路420、シフト用クロック生成回路430、パルス生成回路440、およびパルス選択回路450が設けられる。
制御信号生成回路400にはクロック(CL1)が入力される。このクロック(CL1)は、図25に示すように、D型フリップ・フロップ回路(F1)で2分周されてクロック(HCL1)となり、さらに、このクロック(HCL1)はD型フリップ・フロップ回路(F2)で2分周されて、クロック(CL1)が4分周されたクロック(QCL1)となる。
また、この制御信号生成回路には、各フレームを認識するためのフレーム認識信号(FLMN)が入力される。なお、このフレーム認識信号(FLMN)の生成方法については後述する。
フレーム認識信号(FLMN)は、インバータ(INV)で反転されて信号(FLMIP)となる。この信号(FLMIP)は、図25に示すように、D型フリップ・フロップ回路(F3)で2分周されて信号(HCL1)となり、さらに、この信号(HCL1)は、D型フリップ・フロップ回路(F4)で2分周されて、フレーム認識信号(FLMN)が4分周された信号(QFLM)となる。
そして、クロック(QCL1)と、信号(QFLM)とは、排他的論理和回路(EXOR1)に入力され、排他的論理和回路(EXOR1)から信号(CHOPA)が出力され、また、この信号(CHOPA)をインバータ(INV)で反転することにより信号(CHOPB)が生成される。
この信号(CHOPA,CHOPB)はレベルシフト回路でレベルシフトされて制御信号(A)および制御信号(B)となる。
なお、制御信号(A)および制御信号(B)の位相を、2フレーム毎に反転させる場合には、フレーム認識信号(FLMN)を4分周した信号(QFLM)を、信号(CHOPA)とし、また、この信号(CHOPA)をインバータ(INV)で反転して信号(CHOPB)とすればよい。
この場合には、図24に示す制御信号生成回路400において、D型フリップ・フロップ回路(F1,F2)、および排他的論理和回路(EXOR1)は必要としない。
また、この制御信号生成回路400では、D型フリップ・フロップ回路(F1,F2)は、フレーム認識信号(FLMN)で初期化される。
一方、D型フリップ・フロップ回路(F3,F4)は、PORN信号生成回路401からの信号(PORN)で初期化される。
このPORN信号生成回路401は、高電圧の電源電圧(VDD)を分圧する分圧回路402と、この分圧回路402の出力が入力されるインバータ回路群403とで構成される。
この電源電圧(VDD)は、図1に示す電源回路120内のDC/DCコンバータ(図示せず)で生成される電圧であり、この電源電圧(VDD)は、液晶表示モジュールに電源が投入された時点からしばらくして立ち上がる。
したがって、液晶表示モジュールの電源投入後、このPORN信号生成回路401の信号(PORN)は、しばらくの間Lレベルとなるので、D型フリップ・フロップ回路(F3,F4)は、液晶表示モジュールの電源投入時に確実に初期化されることになる。
前記フレーム認識信号(FLMN)を生成するには、フレームの切り替わりを認識するための信号が必要である。
そして、前記ゲートドライバ140には、表示制御装置110からフレーム開始指示信号が出力されるので、このフレーム開始指示信号をドレインドライバ130にも入力するようにすれば、容易にフレーム認識信号(FLMN)を生成することが可能となる。
しかしながら、この方法では、ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路(半導体チップ)の入力ピン数を増加させる必要があり、これにより、プリント配線基板の配線パターンを変更する必要がある。
そして、プリント配線基板の配線パターンの変更に伴い、液晶表示モジュールが発する高周波ノイズ特性が変化し、EMI(electromagnetic interference)レベル低下等が懸念される。
さらに、半導体集積回路の入力ピン数を増加させることは、入力ピンのコンパチビリティがなくなる。
本実施の形態では、フレーム用スタートパルスは、クロック信号(CL2)の4周期分のパルス幅、フレーム内スタートパルスは、クロック信号(CL2)の1周期分のパルス幅を持つものとする。
図26において、D型フリップ・フロップ回路(F11〜F13)は、クロック信号入力端子にクロック(CL2)が入力される。
したがって、スタートパルスは、クロック(CL2)に同期してD型フリップ・フロップ回路(F11)にラッチされ、信号(STEIO)となる。
この信号(STEIO)は、クロック(CL2)に同期してD型フリップ・フロップ回路(F12)にラッチされ、信号(Q1)となり、さらに、この信号(Q1)は、クロック(CL2)に同期してD型フリップ・フロップ回路(F13)にラッチされ、信号(Q2)となる。
この信号(Q2)は、D型フリップ・フロップ回路(F14)のクロック信号入力端子に入力され、また、D型フリップ・フロップ回路(F14)のデータ入力端子(D)には、信号(STEIO)が入力される。
したがって、スタートパルスがクロック信号(CL2)の4周期分のパルス幅を持つフレーム用スタートパルスであれば、このD型フリップ・フロップ回路(F14)のQ出力はHレベルとなる。
ここで、D型フリップ・フロップ回路(F14)のQ出力が、次ドレインドライバ用のスタートパルス選択信号(FSTENBP)となるので、スタートパルス選択信号(FSTENBP)はHレベルとなる。
また、D型フリップ・フロップ回路(F14)のQ出力と、信号(STEIO)とは、ナンド回路(NAND11)に入力され、このナンド回路(NAND11)の出力が、フレーム認識信号(FLMN)となるので、フレーム認識信号(FLMN)は、クロック(CL2)の2周期分だけLレベルとなる。
一方、スタートパルスがクロック信号(CL2)の1周期分のパルス幅を持つフレーム内スタートパルスであれば、このD型フリップ・フロップ回路(F14)のQ出力はLレベルとなる。
これにより、スタートパルス選択信号(FSTENBP)はLレベルとなり、また、フレーム認識信号(FLMN)は、Hレベルを維持する。
本実施の形態においては、この信号(RESETN)として、クロック(CL1)の反転信号を使用している。
また、本実施の形態では、フレーム用スタートパルスは、クロック信号(CL2)の4周期分のパルス幅を持つ場合について説明したが、これに限定されるものではなく、フレーム用スタートパルスが入力された時にのみ、所定期間Lレベルとなるフレーム認識信号(FLMN)が生成可能であれば、フレーム用スタートパルスのパルス幅は任意に設定可能である。
しかし、第2番目以降のドレインドライバ130には、表示制御装置110からフレーム用スタートパルスおよびフレーム内スタートパルスが入力されないので、第2番目以降のドレインドライバ130においても、前記した動作を行わせるためには、入力されるスタートパルスと同じパルス幅を持つパルスをスタートパルスとして、次ドレインドライバ130へ出力する必要がある。
そのため、本実施の形態では、図23に示すパルス生成回路440で、クロック信号(CL2)の4周期分のパルス幅を持つフレーム用スタートパルスを生成し、入力されるスタートパルスがフレーム用スタートパルスである場合に、当該パルス生成回路440で生成されたフレーム用スタートパルスを次ドレインドライバ130へ送出するようにしている。
図28は、図23に示す本実施の形態のドレインドライバ130内の制御回路152の動作を説明するためのタイムチャートである。
図28に示すように、シフトクロックイネーブル信号生成回路420は、スタートパルスが入力されると、Hレベルのイネーブル信号(EENB)をシフト用クロック生成回路430に出力する。
これにより、シフト用クロック生成回路430は、クロック(CL2)に同期したシフト用クロックを生成し、シフトレジスタ回路153に出力する。
シフトレジスタ回路153回路の各フリップ・フロップ回路は、データ取り込み用信号(SFT1〜SFTn+3)を順次出力し、これにより、入力レジスタ154に表示データがラッチされる。
また、SFTnのデータ取り込み用信号は、クロック(CL2)の1周期分のパルス幅を持つ、次段のドレインドライバ130のフレーム内スタートパルスとなる。
ここで、SFT1〜SFTnのデータ取り込み用信号は、入力レジスタ154に1番目〜n番目の表示データをラッチするために使用されるが、SFTn+1〜SFTn+3のデータ取り込み用信号は、入力レジスタ154に表示データをラッチするためには使用されない。
このSFTn+1〜SFTn+3のデータ取り込み用信号は、次段のドレインドライバ130のフレーム用スタートパルスを生成するために使用される。
即ち、図28に示すように、クロック生成回路450で、SFTn〜SFTn+3のデータ取り込み用信号に基づき、クロック(CL2)の4周期分のパルス幅を持つフレーム用スタートパルスを生成する。
前記したように、スタートパルスがフレーム内スタートパルスであれば、スタートパルス選択信号(FSTENBP)はLレベルとなるので、パルス選択回路450は、フレーム内スタートパルス(即ち、SFTnのデータ取り込み用信号)を選択して、次ドレインドライバ130に出力する。
一方、スタートパルスがフレーム用スタートパルスであれば、スタートパルス選択信号(FSTENBP)はHレベルとなるので、パルス選択回路450は、フレーム用スタートパルスを選択して、次ドレインドライバ130に出力する。
この図29に示すクロック生成回路450は、SFTnのデータ取り込み用信号に基づき、D型フリップフロップ回路(F21)のQ出力を反転させ、また、インバータ(INV)で反転されたSFTn+3のデータ取り込み用信号に基づき、D型フリップフロップ回路(F22)のQ出力を反転させる。
さらに、F21とF22とのフリップフロップ回路のQ出力を排他的論理和回路(EXOR2)に入力し、この排他的論理和回路(EXOR2)からクロック(CL2)の4周期分のパルス幅を持つフレーム用スタートパルスを生成するようにしたものである。
同図に示すように、本実施の形態のドレインドライバ130を構成する半導体集積回路は、半導体集積回路の長手方向にドレイン信号線(D)と接続される端子部が設けられ、半導体集積回路の短手方向に、データラッチ部265、レベルシフト回路156、デコーダ部261、およびアンプ回路対263が設けられる。
この場合に、レベルシフト回路156では、0V〜5Vの入力電圧を、0V〜10Vの電圧にレベル変換して出力する必要があり、そのため、図31に示すレベルシフト回路では、ソース・ドレイン間の耐圧が10Vの高耐圧MOSトランジスタ(PSB1,PSB2,NSB1,NSB2)を使用する必要があった。
このソース・ドレイン間耐圧が10Vの高耐圧MOSトランジスタは、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧MOSトランジスタに比して、ゲート長が長くされ、かつ、電流値も大きくする必要があるためゲート幅も大きくされる。
したがって、レベルシフト回路156として、ソース・ドレイン間の耐圧が10Vの高耐圧MOSトランジスタ(PSB1,PSB2,NSB1,NSB2)を使用するレベルシフト回路を使用すると、ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路内でレベルシフト回路156部分の面積が大きくなり、それに伴い、ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路の短手方法のチップサイズが大きくなり、チップ単価を下げることができず、かつ、狭額縁化に対応できないという問題点があった。
図32に示すレベルシフト回路は、PMOSトランジスタ(PSA1)とNMOSトランジスタ(NSA1)との間に、電圧降下用のPMOSトランジスタ(PSA3)とNMOSトランジスタ(NSA3)との直列回路が、また、PMOSトランジスタ(PSA2)とNMOSトランジスタ(NSA2)との間に、電圧降下用のPMOSトランジスタ(PSA4)とNMOSトランジスタ(NSA4)との直列回路が挿入されている点で、前記図31に示すレベルシフト回路と相違する。
ここで、PMOSトランジスタ(PSA3,PSA4)、およびNMOSトランジスタ(NSA3,NSA4)のゲート電極には、VDDの電源電位と基準電位(GND)との間の中間の電位のバイアス電位(Vbis)が印加される。
以下、図33を用いて、図32に示すレベルシフト回路の動作を説明する。
今、入力電圧が4VのHレベルの場合、NMOSトランジスタ(NSA1)のゲート電極には4Vが印加され、また、NMOSトランジスタ(NSA2)のゲート電極には、0V(インバータで反転された入力電圧)が印加されるので、NMOSトランジスタ(NSA1)はオン、NMOSトランジスタ(NSA2)はオフとなる。
したがって、図32に示す(a)点の電位は0Vとなり、また、NMOSトランジスタ(NSA3)のゲート電極には4Vのバイアス電位(Vbis)が印加されているので、NMOSトランジスタ(NSA3)はオンとなり、図32に示す(c)点の電位も0Vとなる。
このPMOSトランジスタ(PSA3)のソース電位は、PMOSトランジスタ(PSA2)のゲート電極に印加されるので、それにより、PMOSトランジスタ(PSA2)がオンとなり、図32に示す(b’)点の電位は8Vとなる。
図32に示す(b’)点の電位が8Vとなると、この(b’)点の電位がゲート電極に印加されるPMOSトランジスタ(PSA1)がオフとなる。
そして、PMOSトランジスタ(PSA1)がオフとなると、PMOSトランジスタ(PSA1,PSA3)とNMOSトランジスタ(NSA1,NSA3)とからなるトランジスタの直列回路には電流が流れないので、PMOSトランジスタ(PSA3)のソース電極のソース電位(VPS)は、下記(3)式のように表される。
VPGS+VPth=0
VPG−VPS+VPth=0
VPS=VPG+VPth ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)
但し、VPGSはPMOSトランジスタ(PSA3)のゲート・ソース間電圧、VPGはPMOSトランジスタ(PSA3)のゲート電位、VPthはしきい値電圧である。
したがって、図32に示す(b)点の電位、即ち、PMOSトランジスタ(PSA3)のソース電位(VPS)は、そのゲート電位(VPG)にしきい値電圧(VPth )を加算した電圧となり、PMOSトランジスタ(PSA3)のソース電位(VPS)は、そのゲート電位(VPG)(=4V)に約等しくなる。
このPMOSトランジスタ(PSA3)のソース電圧(VPS)は、PMOSトランジスタ(PSA1)のドレイン電極のドレイン電圧(VPD)に等しいので、PMOSトランジスタ(PSA1)およびPMOSトランジスタ(PSA3)として、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧PMOSトランジスタを使用することが可能となる。
さらに、NMOSトランジスタ(NSA2)がオフであり、PMOSトランジスタ(PSA2,PSA4)とNMOSトランジスタ(NSA2,NSA4)とからなるトランジスタの直列回路には電流が流れないので、NMOSトランジスタ(NSA4)のソース電極のソース電位(VNS)は、下記(4)式のように表される。
VNGS−VNth=0
VNG−VNS−VNth=0
VNS=VNG−VNth ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4)
但し、VNGSはNMOSトランジスタ(NSA4)のゲート・ソース間電圧、VNGはNMOSトランジスタ(NSA4)のゲート電位、VNthはしきい値電圧である。
したがって、図32に示す(a’)点の電位、即ち、NMOSトランジスタ(NSA4)のソース電位(VNS)は、そのゲート電位(VNG)からしきい値電圧(VNth )を引いた電圧となり、NMOSトランジスタ(NSA4)のソース電位(VNS)は、そのゲート電位(VNG)(=4V)に約等しくなる。
このNMOSトランジスタ(NSA4)のソース電圧(VNS)は、NMOSトランジスタ(NSA2)のドレイン電極のドレイン電圧(VND)に等しいので、NMOSトランジスタ(NSA2)およびNMOSトランジスタ(NSA4)として、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧NMOSトランジスタを使用することが可能となる。
また、インバータ回路(INVP)のPMOSトランジスタ(PBP1)とNMOSトランジスタ(NBP1)との間には、PMOSトランジスタ(PBP2)とNMOSトランジスタ(NBP2)との直列回路が挿入され、このMOSトランジスタ(PBP2,NBP2)のゲート電極には、4Vのバイアス電位(Vbis)が印加されているので、出力(Q)は8Vとなる。
この場合に、前記した如く、NMOSトランジスタ(NBP2)のソース電位は、そのゲート電位に略等しくなるので、NMOSトランジスタ(NBP1)およびNMOSトランジスタ(NBP2)として、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧NMOSトランジスタを使用することが可能となる。
同様に、インバータ回路(INVP)のPMOSトランジスタ(PBP1)がオフ、NMOSトランジスタ(NBP1)がオンの場合には、PMOSトランジスタ(PBP2)のソース電位は、そのゲート電位に略等しくなるので、PMOSトランジスタ(PBP1)およびNMOSトランジスタ(PBP2)として、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧PMOSトランジスタを使用することが可能となる。
これにより、本実施の形態では、ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路内において、レベルシフト回路156が占める領域を小さくすることが可能となり、半導体集積回路の短手方向の長さを小さくすることが可能となる。
同図において、D(0)〜D(5)は、表示データの各ビット値をラッチするデータラッチ部265内のラッチ回路、LS(0)〜LS(5)は、ラッチ回路(D(0)〜D(5))毎に設けられるレベルシフト回路156内のレベルシフト回路である。
図34に示すように、従来のレベルシフト回路を採用すると、ソース・ドレイン間耐圧が8Vの高耐圧MOSトランジスタを使用する必要があり、レベルシフト回路の面積が大きくなり、データラッチ部265内の2つのラッチ回路毎に、2個のレベルシフト回路を重ねて配置する必要があった。
しかしながら、本実施の形態のレベルシフト回路では、ソース・ドレイン間耐圧が5Vの低耐圧MOSトランジスタが使用できるため、レベルシフト回路の面積が小さくでき、これにより、本実施の形態では、半導体集積回路内で従来の1個のレベルシフト回路が占める面積に、2個のレベルシフト回路を配置することが可能となる。
したがって、本実施の形態では、従来例と比して、図34に示す(L1)の長さだけ、ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路の短手方向の長さを短くすることが可能となり、狭額縁化に対応することが可能となる。
同図に示すように、p型半導体基板20にnウェル領域21が形成され、このnウェル領域21内に形成された各p型半導体領域(25a,25b,25c)、およびゲート電極(27a,27b)により、PMOSトランジスタ(PSA1,PSA3)が構成される。
この場合に、p型半導体領域(25b)は、PMOSトランジスタ(PSA1)のドレイン領域と、PMOSトランジスタ(PSA3)のソース領域とを兼用している。
また、p型半導体基板20にpウェル領域22が形成され、このpウェル領域22内に形成された各n型半導体領域(24a,24b,24c)、およびゲート電極(26a,26b)により、NMOSトランジスタ(NSA1,NSA3)が構成される。
この場合に、n型半導体領域(24b)は、NMOSトランジスタ(NSA1)のドレイン領域と、NMOSトランジスタ(NSA3)のソース領域とを兼用している。
ここで、p型半導体基板20には0Vの電圧が、また、pウェル領域22には0Vの電圧が、さらに、nウェル領域21には8Vの電圧が印加される。
本発明の実施の形態2の液晶表示モジュールは、ドレインドライバ130内の高電圧用デコーダ回路278または低電圧用デコーダ回路279を構成するトランジスタの数を少なくするようにした点で、前記実施の形態1の液晶表示モジュールと相違する。
以下、本実施の形態のドレインドライバ130について、前記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
高電圧用デコーダ回路278は、出力端子に直列接続された6個の高耐圧PMOSトランジスタと6個の高耐圧デプレッションPMOSトランジスタとで構成される64個のトランジスタ列(TRP2)を有し、前記各トランジスタ列(TRP2)の出力端子と反対の端子には、階調電圧生成回路151aから電圧バスライン158aを介して出力される正極性の64階調分の階調電圧が入力される。
また、前記各トランジスタ列(TRP2)を構成する6個の高耐圧PMOSトランジスタと6個の高耐圧デプレッションPMOSトランジスタのそれぞれのゲート電極には、レベルシフト回路156から出力される6ビットの表示用データの各ビット値(T)あるいはその反転ビット値(B)が所定の組み合わせに基づいて選択的に印加される。
また、前記各トランジスタ列(TRP3)を構成する6個の高耐圧NMOSトランジスタと6個の高耐圧デプレッションNMOSトランジスタのそれぞれのゲート電極には、レベルシフト回路156から出力される6ビットの表示用データの各ビット値(T)あるいはその反転ビット値(B)が所定の組み合わせに基づいて選択的に印加される。
したがって、各ドレイン信号線(D)当たりのMOSトランジスタの総数は768個(64×12)となる。
このため、デコーダ部261の占める面積が増加し、前記ドレインドライバ130を構成する半導体集積回路(ICチップ)のチップサイズが大きくなるという問題点があった。
同図に示すように、正極性階調電圧生成回路151aは、前記実施の形態1のように、64階調の階調電圧を生成せず、正電圧生成回路121から入力される正極性の5値の階調基準電圧(V”0〜V”4)に基づいて、正極性の17階調の第1階調電圧を生成する。
この場合に、正極性階調電圧生成回路151aを構成する抵抗分圧回路の各分圧抵抗は、液晶層に印加する電圧と透過率との関係に合わせて所定の重み付けが成されている。
高電圧用デコーダ回路278は、17階調の第1階調電圧の互いに隣接する第1階調電圧(VOUTA,VOUTB)を選択するデコーダ回路301と、当該デコーダ回路301で選択された第1階調電圧(VOUTA)を端子(P1)あるいは端子(P2)に、また、当該デコーダ回路301で選択された第1階調電圧(VOUTB)を端子(P2)あるいは端子(P1)に出力するマルチプレクサ302と、当該マルチプレクサ302から出力される互いに隣接する第1階調電圧(VOUTA,VOUTB)間の電位差(ΔV)を分圧して、Va,Va+1/4ΔV,Va+2/4(=1/2)ΔV,Va+3/4ΔVの電圧を生成する第2階調電圧生成回路303とを有する。
第1デコーダ回路311は、6ビットの表示データの上位4ビット(D2〜D5)により、第1番目の第1階調電圧(V1)と第17番目の第1階調電圧(V17)とを1回、第3番目の第1階調電圧(V3)ないし第15番目の第1階調電圧(V15)を、それぞれ連続して2回選択するように構成される。
しかしながら、第2デコーダ回路312は、6ビットの表示データの上位3ビット(D3〜D5)により、第2番目の第1階調電圧(V2)ないし第16番目の第1階調電圧(V16)を、1回選択するように構成される。
なお、図37において、○はデータビットがLレベルでオンとなるスイッチ素子(例えば、PMOSトランジスタ)であり、また、●はデータビットがHレベルでオンとなるスイッチ素子(例えば、NMOSトランジスタ)である。
したがって、この表示データの3ビット(D2)目のビット値のHレベルおよびLレベルに応じてマルチプレクサ302を切り換え、表示データの3ビット(D2)目のビット値がLレベルの時に端子(P1)にVOUTAの階調電圧を、端子(P2)にVOUTBの階調電圧を出力し、また、表示データの3ビット(D2)目のビット値がHレベルの時に端子(P1)にVOUTBの階調電圧を、端子(P2)にVOUTAの階調電圧を出力する。
これにより、端子(P1)の階調電圧を(Va)、端子(P2)の階調電圧を(Vb)とするとき、常に、Va<Vbとすることができ、第2階調電圧生成回路303の設計が簡単となる。
ここで、コンデンサ(C1)とコンデンサ(C3)との容量値は同一に、コンデンサ(C2)の容量値は、コンデンサ(C1)およびコンデンサ(C3)の容量値の2倍の容量値とされる。
また、各スイッチ素子(S1〜S5)は、図38に示すように、表示データの下位2ビット(D0,D1)のビット値に応じてオン・オフされる。
なお、図38には、表示データの下位2ビット(D0,D1)のビット値に応じて、第2階調電圧生成回路303から出力される階調電圧の値と、表示データの下位2ビット(D0,D1)のビット値に応じた、第2階調電圧生成回路303の回路構成とを合わせて図示している。
また、負極性階調電圧生成回路151bは、負電圧生成回路122から入力される負極性の5値の階調基準電圧(V”5〜V”9)に基づいて、負極性の17階調の第1階調電圧を生成し、さらに、負極性階調電圧生成回路151bを構成する抵抗分圧回路の各分圧抵抗は、液晶層に印加する電圧と透過率との関係に合わせて所定の重み付けが成される。
この低電圧用デコーダ回路279では、V”5>V”6>V”7>V”8>V”9となるので、端子(P1)の階調電圧を(Va)、端子(P2)の階調電圧を(Vb)とするとき、常に、Va>Vbとなる。
同図において、高電圧用アンプ回路271には前記図15に示す回路構成のアンプ回路が、また、低電圧用アンプ回路272には前記図14に示す回路構成のアンプ回路が使用される。
このように、本実施の形態では、デコーダ回路を構成するスイッチング素子は、第1デコーダ回路311で64(=(9+7)×4)、第2デコーダ回路312で24(=3×8)であるので、各ドレイン信号線(D)当たりのデコーダ回路を構成するスイッチング素子(MOSトランジスタ)の総数は88となり、前記実施の形態1の各ドレイン信号線(D)当たりのMOSトランジスタの総数768個に比べて大幅に少なくすることが可能となる。
また、スイッチング素子を減少させることにより、ドレインドライバ130の内部電流を低減させることができるので、液晶表示モジュール(LCM)全体の消費電力を低減することができ、それにより、液晶表示モジュール(LCM)の信頼性を向上させることが可能となる。
したがって、この各桁毎に同じ電圧がゲート電極に印加され、且つ各デコード行毎に連続するMOSトランジスタを1個のMOSトランジスタに置換しても、機能的には何ら問題はない。
さらに、図40に示す高電圧用デコーダ回路278では、最小サイズのMOSトランジスタのゲート電極のゲート幅をWとする時、その最小サイズのMOSトランジスタの上位桁のMOSトランジスタのゲート電極のゲート幅を2W、さらに、その上位桁のMOSトランジスタのゲート電極のゲート幅を4Wと、表示データの上位ビットがゲート電極に印加されるMOSトランジスタ(上位ビット側のMOSトランジスタ)のゲート電極のゲート幅(W)を最小サイズのMOSトランジスタのゲート電極のゲート幅の2の(m−j)乗倍としている。
ここで、mは表示データのビット数、jは最小サイズのMOSトランジスタで構成されるビットの中で最上位ビットのビット番号である。
なお、図40に、最小サイズのMOSトランジスタの抵抗をRとした時の、各桁のMOSトランジスタの抵抗を合わせて図示している。
したがって、図40に示す高電圧用デコーダ回路278では、各デコード行のMOSトランジスタの合成抵抗を低減することができ、第2階調電圧生成回路303を構成する各コンデンサに電荷を再配分する際に大電流の充放電を流すことができるので、デコーダ回路を高速化することができるとともに、デコーダ回路311とデコーダ回路312との合成抵抗値を同等にできるため、生成される2階調の速度差を低減することができる。
これにより、図40に示す高電圧用デコーダ回路278では、デコーダ回路を構成するMOSトランジスタにおける、基板バイアス効果による抵抗の増加を抑制することができる。
図41に示す低電圧用デコーダ回路279は、図40に示す高電圧用デコーダ回路278と同様な回路構成としたものである。
しかしながら、低電圧用デコーダ回路279では、基板・ソース間電圧(VBS)が同等となる階調電圧(図40では、V16(またはV18)、V15(またはV17)の階調電圧)を境にして、PMOSトランジスタ領域と、NMOSトランジスタ領域とを分離する際に、PMOSトランジスタ領域と、NMOSトランジスタ領域とが、高電圧用デコーダ回路278と反対になっている。
但し、各電圧は、V1>V2>V3‥‥‥>V32>V33とする。
さらに、デコーダ回路301の低ビット側のMOSトランジスタは、ドレイン・ソース間耐圧が低いMOSトランジスタを使用することができ、この場合には、デコーダ回路301部分のサイズをより小さくすることが可能となる。
図42に示す第2階調電圧生成回路303において、コンデンサ(Co1)とコンデンサ(Co2)との容量値は同一、コンデンサ(Co3)の容量値は、コンデンサ(Co1)の容量値の2倍の容量値、コンデンサ(Co4)の容量値は、コンデンサ(Co1)の容量値の4倍の容量値とされる。
また、各スイッチ制御回路(SG1〜SG3)は、ナンド回路(NAND)、アンド回路(AND)、およびノア回路(NOR)を備える。表2に、このナンド回路(NAND)、アンド回路(AND)、およびノア回路(NOR)の真理値表を示す。
本発明の実施の形態3の液晶表示モジュールは、ドレインドライバ130内の高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272として反転増幅回路を用いる点で、前記実施の形態2の液晶表示モジュールと相違する。
以下、本実施の形態のドレインドライバ130について、前記実施の形態2との相違点を中心に説明する。
図43は、図37に示す高電圧用デコーダ回路278、および図37に示す高電圧用デコーダ回路278と同様の回路構成の低電圧用デコーダ回路279を使用した場合の、本実施の形態3の液晶表示モジュールのドレインドライバ130内の出力段の概略構成を示す図である。
同図において、高電圧用アンプ回路271には前記図15に示す差動増幅回路が、また、低電圧用アンプ回路272には前記図14に示す差動増幅回路が使用される。
図44は、図43に示す高電圧用アンプ回路271、または低電圧用アンプ回路272の一つと、その入力段に接続されるスイッチドキャパシタ回路313とを示す図である。
図44に示すように、オペアンプ(OP2)の反転入力端子(−)と出力端子との間にはスイッチ回路(SWA01)とコンデンサ(CA1)の並列回路が接続され、また、オペアンプ(OP2)の反転入力端子(−)には、各コンデンサ(CA2〜CA4)の一方の端子が接続される。
この各コンデンサ(CA2〜CA4)の他方の端子には、各スイッチ回路(SWA11〜SWA31)を介して、互いに隣接する第1階調電圧の一つ、即ち、図37に示す端子(P1)に出力される第1階調電圧(Va)が、また、各スイッチ回路(SWA12〜SWA32)を介して、互いに隣接する第1階調電圧の一つ、即ち、図37に示す端子(P2)に出力される第1階調電圧(Vb)が印加される。
さらに、オペアンプ(OP2)の非反転入力端子(+)には、互いに隣接する第1階調電圧の一つ(図37に示す端子(P2)に出力される第1階調電圧(Vb))が印加される。
ここで、コンデンサ(CA2)とコンデンサ(CA4)との容量値は同一に、コンデンサ(CA3)の容量値は、コンデンサ(CA2)の容量値の2倍の容量値、コンデンサ(CA1)の容量値は、コンデンサ(CA2)の容量値の4倍の容量値とされる。
この状態では、コンデンサ(CA1)がリセットされ、また、オペアンプ(OP2)はボルテージホロワ回路を構成し、オペアンプ(OP2)の出力端子および反転入力端子(−)の電位は第1階調電圧(Vb)となるので、各コンデンサ(CA2〜CA4)は、(Vb−Va=ΔV)の電圧に充電される。
また、通常の状態では、スイッチ回路(SWA01)がオフとなり、また、スイッチ回路(SWA11〜SWA31)およびスイッチ回路(SWA12〜SWA32)は、所定の組み合わせにしたがってオンあるいはオフとなる。
これにより、Vaの第1階調電圧が第1階調電圧(Vb)を基準にして反転増幅され、オペアンプ(OP2)の出力端子から、Vb+Va,Vb+Va+1/4ΔV,Vb+Va+1/2ΔV,Vb+Va+3/4ΔVの電圧が出力される。
本発明の実施の形態4の液晶表示モジュールは、電源回路120より負極性の階調基準電圧(V”5〜V”9)をドレインドライバ130に出力し、また、ドレインドライバ130において、この負極性の階調基準電圧(V”5〜V”9)から負極性の32階調の階調電圧を生成し、さらに、高電圧用アンプ回路271として反転増幅回路を用い、前記負極性の階調電圧を反転増幅回路で反転増幅して正極性の階調電圧をドレイン信号線(D)に印加するようにした点で、前記実施の形態1の液晶表示モジュールと相違する。
以下、本実施の形態のドレインドライバ130について、前記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図45は、本実施の形態3の液晶表示モジュールのドレインドライバ130内の出力段の概略構成を示す図である。
同図において、高電圧用アンプ回路271には前記図15に示す差動増幅回路が、また、低電圧用アンプ回路272には前記図14に示す差動増幅回路が使用される。
本実施の形態の高電圧用アンプ回路271では、オペアンプ(OP3)は反転増幅回路を構成する。
そのため、このオペアンプ(OP3)の入力段には、図6に示す高電圧用デコーダ回路278に代えて、図6に示す低電圧用デコーダ回路279が接続される。
即ち、本実施の形態では、図6に示すデコーダ部261は、全て低電圧用デコーダ回路279が使用される。
それに伴い、図示していないが、本実施の形態では、電源回路120内の正電圧生成回路121、およびドレインドライバ130内の正極性階調電圧生成回路151aは必要ではない。
コンデンサ(CB2)の他方の端子には、スイッチ(SWB3)を介して低電圧用デコーダ回路272からの階調電圧が、また、スイッチ(SWB2)を介して基準電位(Vref)が印加される。
さらに、オペアンプ(OP3)の非反転入力端子(+)には基準電位(Vref)が印加される。
ここで、この基準電位(Vref)は、コモン電極(ITO2)に印加される液晶駆動電圧(Vcom)の電位でもある。
この状態では、オペアンプ(OP3)はボルテージホロワ回路を構成し、オペアンプ(OP3)の出力端子および反転入力端子の電位は基準電位(Vref)となり、また、コンデンサ(CB2)の他方の端子にも、基準電位(Vref)が印加されるので、コンデンサ(CB1)およびコンデンサ(CB2)はリセットされる。
また、通常の状態では、スイッチ回路(SWB1)およびスイッチ回路(SWB2)がオフ、スイッチ回路(SWB3)がオンとなり、コンデンサ(CA2)を介して入力される負極性の階調電圧は、基準電位(Vref)を基準にして反転増幅され、オペアンプ(OP3)の出力端子から正極性の階調電圧が出力される。
本実施の形態では、図6に示す高電圧用デコーダ回路271に代えて、図6に示す低電圧用デコーダ回路272が使用され、さらに、電源回路120内の正電圧生成回路121、およびドレインドライバ130内の正極性階調電圧生成回路151aが不要となるので、構成が簡略化することが可能となる。
本発明の実施の形態5の液晶表示モジュールは、高電圧用アンプ回路271および低電圧用アンプ回路272として、単一のアンプ回路273を使用する点で、前記実施の形態1と相違する。
以下、本実施の形態のドレインドライバ130について、前記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図46は、本実施の形態3の液晶表示モジュールのドレインドライバ130内の出力段の概略構成を示す図である。
同図において、273は負極性および正極性の階調電圧を出力する単一のアンプ回路であり、本実施の形態では、このアンプ回路273から負極性および正極性の階調電圧を出力する。
したがって、このアンプ回路273には、高電圧用デコーダ回路278で選択された正極性の階調電圧、あるいは負電圧用デコーダ回路279で選択された負極性の階調電圧を入力する必要がある。
それに伴い、図47に示すように、本実施の形態では、スイッチ部(2)264は、デコーダ部261とアンプ回路対263との間に設ける必要がある。
図48に示すアンプ回路273において、●はスイッチングトランジスタを示し、図面中でAと添え書き記載されている●は制御信号(A)でオンするスイチングトランジスタを、Bと添え書き記載されている●は制御信号(B)でオンするスイチングトランジスタを示している。
図48に示すアンプ回路273は、出力段をプッシュプル構成とし、それにより、単一のアンプ回路で、負極性および正極性の階調電圧を出力することを可能としている。
また、図48に示すアンプ回路273は、電流(I1,I2)がオフの時でも、電流(I1’,I2’)を流すことができるので、ダイナミックレンジが広いという特性を有している。
前記した如く、液晶表示装置においては、液晶表示パネルの高解像度化が要求されている。
このような、液晶表示パネルの高解像度化に伴い、表示制御装置110、ドレインドライバ130およびゲートドライバ140も高速動作を余儀なくされており、特に、表示制御装置110からドレインドライバ130に出力されるクロック(CL2)および表示データの動作周波数は高速化の影響が大きい。
例えば、XGA表示モードの1024×768画素の液晶表示パネルでは、65MHzの周波数のクロック(CL2)および32.5MHz(65MHzの半分)の周波数の表示データが必要となる。
図49は、出力回路の構成を中心に、本実施の形態6のドレインドライバ130の構成を説明するためのブロック図である。
図49は、前記図6に対応する図であるが、図49の図示内容は、図6と若干相違しており、また、シフトレジスタ回路(図6の156)は省略してある。
以下、本実施の形態のドライバ130について、前記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図49に示すように、本実施の形態のドライバ130においては、プリラッチ部160が設けられる。
図50は、図49に示すプリラッチ部160の一回路構成を示す図である。
図50に示すように、表示制御装置110から送出された表示データの一つは、クロック(CL2)の立ち上がりでフリップフロップ回路(F31)にラッチされ、さらに、クロック(CL2)の立ち下がりでフリップフロップ回路(F32)にラッチされ、スイッチ部(3)266に出力される。
また、表示データの一つは、クロック(CL2)の立ち下がりでフリップフロップ回路(F33)にラッチされ、さらに、クロック(CL2)の立ち上がりでフリップフロップ回路(F34)にラッチされ、スイッチ部(3)266に出力される。
この2系統のバスライン(161a,161b)上の表示データは、シフトレジスタ153からのデータ取り込み用信号に基づき、データラッチ部265に取り込まれる。
この場合に、本実施の形態では、2画素分のデータ(ドレイン信号線(D)6本分のデータ)が一度にデータラッチ部265に取り込まれる。
このデータラッチ部265にラッチされた表示データに基づき、表示データに対応する階調電圧が、ドレインドライバ130のアンプ回路対263から各ドレイン信号線(D)に出力される。
この動作は、前記実施の形態1と同じであるので、その説明は省略する。
なお、図51では、表示データの周波数は、データ1個で60MHz(データ2個で30MHz)、クロック(CL2)の周波数は30MHzの場合について説明する。
図51に示すように、表示制御装置110から60MHzの周波数で送出された表示データは、フリップフロップ回路(F31)とフリップフロップ回路(F32)、およびフリップフロップ回路(F33)とフリップフロップ回路(F34)とでラッチされて、バスライン(161a,161b)に送出されるので、バスライン(161a,161b)上の表示データの周波数は、データ1個で30MHz(データ2個で15MHz)となる。
図53は、図52に示すバスライン161上の表示データと、クロック(CL2)の動作周波数を説明するための図である。
図53から分かるように、ドレインドライバ内に1系統のバスライン161しかない場合には、その1系統のバスライン161上の表示データの周波数は、表示制御装置110から送出された表示データと同じ60MHzとなる。
図54に示すように、バスライン161は、ドレインドライバを構成する半導体集積回路内の、長手方向にその両端まで形成されているので、プレラッチ部160から離れるほど遅延時間が増大する。
そのため、1系統のバスライン161上の表示データの周波数が、表示制御装置110から送出された表示データと同じ周波数(例えば、60MHz)であると、プレラッチ部160から離れた遠方端で表示データをラッチする際のタイミングマージンが減少する。
これにより、本実施の形態によれば、ドレインドライバ130の高速化を図ることが可能となる。
しかしながら、本実施の形態のドレインドライバ130では、2画素分のデータ(ドレイン信号線(D)6本分のデータ)が一度にデータラッチ部265に取り込まれるので、シフトレジスタ153のフリップフロップ回路は、6本のドレイン信号線(D)毎に1個(例えば、ドレイン信号線(D)の総数が258本であれば、43個)でよく、シフトレジスタ153のフリップフロップ回路の個数を、図52に示すドレインドライバ130の半分にすることができる。
このスイッチ部(1)262は、6本のドレイン信号線(D)毎に1個(例えば、ドレイン信号線(D)の総数が258本であれば、43個)必要となる。
しかしながら、本実施の形態のドレインドライバ130のスイッチ部(3)266は、表示データのビット数(図49では、表示データは6ビットであるので、18個)だけでよい。
このように、本実施の形態のドレインドライバ130では、図52に示すドレインドライバに比して、シフトレジスタ153のフリップフロップ回路、およびスイッチ部の個数を大幅に少なくすることができ、ドレインドライバ130の内部回路の構成を簡略化することが可能となる。
図55は、電界方式の液晶表示パネルの等価回路を示す図である。
図2または図3に示す縦電界方式の液晶表示パネルでは、カラーフィルタ基板にコモン電極(ITO2)が設けられるのに対して、横電界方式の液晶表示パネルでは、TFT基板に対向電極(CT)、および対向電極(CT)に駆動電圧(VCOM)を印加するための対向電極信号線(CL)が設けられる。
そのため、液晶容量(Cpix)は、画素電極(PX)と対向電極(CT)と間に等価的に接続される。また、画素電極(PX)と対向電極(CT)と間には蓄積容量(Cstg)も形成される。
また、前記各実施の形態では、駆動方法としてドット反転方式が適用される実施の形態について説明したが、これに限定されず、本発明は、1ライン毎、あるいは1フレーム毎に、画素電極(ITO1)およびコモン電極(ITO2)に印加する駆動電圧を反転する
コモン反転法にも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
20 p型半導体基板
21 nウェル
22 pウェル
24a,24b,24c,24d n型半導体領域
25a,25b,25c,25d p型半導体領域
26a,26b,27a,27b ゲート電極
100 インタフェース部
110 表示制御装置
120 電源回路
121,122 電圧生成回路
123 コモン電極電圧生成回路
124 ゲート電極電圧生成回路
130 ドレインドライバ
131,132,134,135,141,142 信号線
133,161,161a,161b 表示データのバスライン
140 ゲートドライバ
151a,151b 階調電圧生成回路
152 制御回路
153 シフトレジスタ回路
154 入力レジスタ回路
155 ストレージレジスタ回路
156 レベルシフト回路
157 出力回路
158a,158b 電圧バスライン
160 プリラッチ部
261 デコーダ部
262,264,266 スイッチ部
263 アンプ回路対
265 データラッチ部
271 高電圧用アンプ回路
272 低電圧用アンプ回路
273 高電圧・低電圧用アンプ回路
278,279,301,311,312 デコーダ回路
302 マルチプレクサ
303 第2階調電圧生成回路
400 制御信号生成回路
401 PORN信号生成回路
402 分圧回路
403 インバータ回路群
410 フレーム認識信号生成回路
420 シフトクロックイネーブル信号生成回路
430 シフト用クロック生成回路
440 パルス生成回路
450 パルス選択回路
D ドレイン信号線(映像信号線または垂直信号線)
G ゲート信号線(走査信号線または水平信号線)
ITO1,CX 画素電極
ITO2 コモン電極
CT 対向電極
CL 対向電極信号線
TFT 薄膜トランジスタ
CLC,Cpix 液晶容量
CSTG 保持容量
CADD 付加容量
Cstg 蓄積容量
S,SWA,SWB スイッチ素子、
PM,PA,PB,PSB,PSA,PBP,PBB PMOSトランジスタ
NM,NA,NB,NSB,NSA,NBP,NBB NMOSトランジスタ
C,Co,CA,CB コンデンサ
SG1〜SG3 スチッチ制御回路
NAND ナンド回路
AND アンド回路
NOR ノア回路
INV インバータ
OP オペアンプ
F フリップ・フロップ回路
EXOR 排他的論理和回路
Claims (3)
- 複数の映像信号線により表示データに対応する映像信号電圧が印加される複数の画素を有する液晶表示素子と、表示データに対応する映像信号電圧を各映像信号線に供給する映像信号線駆動手段とを具備する液晶表示装置において、
前記映像信号線駆動手段は、赤と緑と青とからなる1画素分の表示データを2画素分ラッチするプリラッチ部と、
前記2画素分の表示データが伝達される2系統のバスラインと、
前記プリラッチ部から出力される一方の1画素分の表示データを、前記2系統のバスラインの一方、あるいは他方に、また、前記プリラッチ部から出力される他方の1画素分の表示データを、前記2系統のバスラインの前記他方、あるいは前記一方に切り替えて出力する表示データ切替手段と、
前記2系統のバスラインの前記一方の1画素分の表示データが入力される第1の映像信号電圧生成手段と、前記2系統のバスラインの前記他方の1画素分の表示データが入力される第2の映像信号電圧生成手段とで構成される映像信号電圧生成手段対と、
前記各映像信号電圧生成手段対から出力される一対の映像信号電圧を切替えて一対の映像信号線に出力し、前記プリラッチ部から出力される2画素分の表示データに対応する映像信号電圧を一対の画素に印加する映像信号電圧切替手段と、
前記各映像信号電圧生成手段対の出力に設けられたアンプ回路とを有し、
前記第1の映像信号電圧生成手段が有する正極性映像信号電圧生成手段と前記第2の映像信号電圧生成手段が有する正極性映像信号電圧生成手段とは隣接して設けられ、前記第1の映像信号電圧生成手段が有する負極性映像信号電圧生成手段と前記第2の映像信号電圧生成手段が有する負極性映像信号電圧生成手段とは隣接して設けられていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記プリラッチ部は、ラッチした前記2画素分の表示データを、1画素毎に交互に前記2系統のバスラインに出力することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記各アンプ回路は、一対の入力端子の中の一方を、反転入力端子あるいは非反転入力端子に、一対の入力端子の中の他方を、非反転入力端子あるいは反転入力端子に切り替える切替手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示装置。
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