JP4352937B2 - 電源回路、電気光学装置および電子機器 - Google Patents

電源回路、電気光学装置および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、負荷に対し、低リップルの電圧を供給する技術に関する。
携帯可能な電子機器には、薄型化や軽量化などが要求されるので、電子機器に搭載され
る表示装置には、この要求に適した液晶素子や有機EL素子などの電気光学素子が用いら
れる。電気光学素子を駆動するために必要な電圧は、電子機器のロジックを動作させるた
めの電圧3〜5Vと比較して高いので、電子機器には、電池などの単一の直流電圧を昇圧
する電源回路が必要となる。
この種の電源回路には、様々なタイプがあるが、小型・簡素・低消費電力等が要求され
る携帯型電子機器にあっては、オンオフ(スイッチング)による発生電圧を出力段に設け
られたコンデンサ(保持素子)で保持するとともに、平滑化して負荷に供給する、という
構成が一般的である(例えば、特許文献1、2参照)。
特開2000−278938号公報 特開2001−117649号公報
このように電源回路の出力段にはコンデンサが設けられるものの、コンデンサの両端電
圧は、スイッチングに伴って高くなる一方、負荷による電力消費に伴って徐々に減衰する
ので、多少なりともリップルを伴う。このリップルは、電気光学素子に印加される電圧実
効値を変動させ、表示品位に影響を与えるので、できるだけ小さくしたい、という事情が
ある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低リ
ップルの電圧を供給することが可能な電圧供給回路、電圧供給方法、電源回路、電気光学
装置および電子機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る電圧供給回路は、一端および他端間で保持し
た電圧を負荷に供給する第1の保持素子と、一端が、前記第1の保持素子の一端に電気的
に接続された第2の保持素子と、前記第1または第2の保持素子による保持電圧に応じて
、前記第2の保持素子の他端における電位を、前記第1の保持素子の一端における電位方
向にシフトさせる電位調整回路とを具備することを特徴とする。この電圧供給回路によれ
ば、第1または第2の保持素子の両端による保持電圧に応じて、当該第2の保持素子の他
端が、第1の保持素子の一端における電位に近づく。このため、第2の保持素子から第1
の保持素子へと電荷が移動するので、第1の保持素子による保持電圧が一定に保たれて、
出力電圧の低リップル化が実現する。
本発明に係る電圧生成回路において、前記電位調整回路は、前記第1の保持素子による
保持電圧が予め定められた目標電圧に一致するように、前記第2の保持素子の他端におけ
る電位をシフトさせる構成が好ましい。この構成によれば、前記第1の保持素子による保
持電圧が目標電圧に一致するように、当該第2の保持素子の他端における電位がフィード
バック制御される。
この構成として、前記電位調整回路は、前記第1の保持素子による保持電圧に応じた電
圧と、前記目標電圧に対応するリファレンス電圧とを入力するオペアンプと、ソースおよ
びドレインが、所定の電位線と前記第1の保持素子との間に電気的に介挿されたトランジ
スタとを含む構成が好ましい。この構成によれば、前記第1の保持素子による保持電圧が
目標電圧に一致するようにトランジスタの抵抗が制御され、さらに、トランジスタに流れ
る電流(負荷に流れる電流)に応じて、第2の保持素子の他端における電位がシフトする
ので、結局のところ、第1の保持素子による保持電圧が目標電圧に一致するように、トラ
ンジスタの抵抗がフィードバック制御される。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る電圧供給方法は、第1の保持素子の一
端および他端間で保持された電圧を負荷に供給する電圧供給方法であって、前記第1の保
持素子による保持電圧、または、一端が前記第1の保持素子の一端に電気的に接続された
第2の保持素子による保持電圧に応じて、前記第2の保持素子の他端における電位を、前
記第1の保持素子の一端における電位方向にシフトさせることを特徴とする。この電圧供
給方法によれば、第1または第2の保持素子の両端による保持電圧に応じて、当該第2の
保持素子の他端が、第1の保持素子の一端における電位に近づくので、第2の保持素子か
ら第1の保持素子へと電荷が移動する結果、第1の保持素子による保持電圧が一定に保た
れて、出力電圧の低リップル化が実現する。
ここで、上記第2の保持素子に他端における電位をシフトさせるにも、限界がある。そ
こで、本発明に係る電源回路は、一端および他端間で保持した電圧を負荷に供給する第1
の保持素子と、一端が、前記第1の保持素子の一端に電気的に接続された第2の保持素子
と、前記第2の保持素子の他端における電位が予め定められた閾値に達したか否かを判定
する閾値判定器と、第1のモードであって、前記閾値判定器によって前記閾値に達したと
判別されたとき、少なくとも1回オンオフするスイッチと、前記第1のモードでは、前記
第2の保持素子の他端を所定の電位とさせて、前記スイッチのオンオフにより発生した電
圧を前記第2の保持素子に保持させる一方、前記第1のモードと異なる第2のモードでは
、前記第1または第2の保持素子による保持電圧に応じて、前記第2の保持素子の他端に
おける電位を、前記第1の保持素子の一端における電位方向にシフトさせる電位調整回路
とを具備することを特徴とする。この電源回路によれば、第2の保持素子の他端における
電位が閾値に達すると、スイッチのオンオフにより発生した電圧が第2の保持素子に保持
されるので、再び、第1の保持素子による保持電圧を一定化することができる。なお、こ
こでいうスイッチとは、トランジスタのようなスイッチング素子や、インバータなどを含
む。
本発明に係る電源回路において、前記電位調整回路は、前記第1の保持素子による保持
電圧に応じた電圧と、前記目標電圧に対応するリファレンス電圧とを入力するオペアンプ
と、所定の電圧間において直列接続された第1および第2のトランジスタとを含み、前記
第1の保持素子の他端は、前記第1および第2のトランジスタのドレインに電気的に共通
接続され、前記第1のトランジスタのゲートには、前記オペアンプの出力信号が供給され
、前記第2のトランジスタは、前記第1のモードにおいてオンし、前記第2のモードにお
いてオフする構成が好ましい。
また、本発明に係る電源回路は、前記スイッチがオンすると、電力を蓄積する一方、前
記スイッチがオフすると、蓄積された電力を放出するインダクタを含み、前記保持素子が
、前記インダクタから電力が放出されたときの電圧を保持する構成としても良い。
また、本発明に係る電気光学装置は、上記電源回路のいずれかと、複数の走査線と複数
のデータ線との交差に対応して設けられた画素と、前記走査線を順番に選択して、選択し
た走査線に、前記第1の保持素子に保持された電圧を選択電圧として印加する走査線駆動
回路と、選択電圧が印加された走査線に対応する画素にデータ信号を、データ線を介して
供給するデータ線駆動回路とを有することを特徴とする。この電気光学装置によれば、電
源回路における第1の保持素子に保持された低リップルの電圧が、走査線への選択電圧と
して用いられるので、表示品位の低下を抑えることができる。
ところで、上記電源回路では、スイッチがオンオフすると、その発生電圧が第2の保持
素子に保持されるので、電位シフトが機能しない(第1のモード)。このため、電気光学
装置において、前記第1の保持素子に保持された電圧を選択電圧として印加する期間、前
記電源回路が前記第2のモードに固定して、第1のモードに移行することを禁止する構成
が好ましい。
また、本発明に係る電子機器は、上記電気光学装置を有するので、リップルによる表示
品位の低下を抑えることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る電源回路について説明する。図1は、この電源回路
の構成を示す図である。この電源回路40は、二次電池などによる電圧(Vin−Gnd)
を昇圧して、電圧Vを生成するスイッチング・レギュレータである。
図1において、コンデンサ(第1の保持素子)402は、その一端が端子Outに接続
される一方、他端が電位Gndに接地されて、両端子間で保持された電圧Vを負荷に供
給する。コンデンサ(第2の保持素子)404の一端は、順方向に接続されたダイオード
406を介してコンデンサ402の一端(端子Out)に接続されている。
なお、本実施形態では、特に断りのない限り、電圧については接地電位Gndを基準と
して説明する。また、説明の便宜上、コンデンサ404の一端における電圧をHCBK
表記し、他端における電圧をHDBKと表記する。
抵抗値がR1である抵抗412および抵抗値がR2である抵抗414は、コンデンサ4
02の一端(端子Out)と接地電位Gndとの間において直列接続されて、両者の接続
点がオペアンプ420の正入力端に接続されている。オペアンプの正入力端に供給される
電圧は、出力電圧Vを抵抗412、414によって分圧した電圧となるので、この分圧
電圧をk・V(0<k<1)と表記する。また、オペアンプ420の負入力端には、リ
ファレンス電圧Vrefが供給されている。ここで、本実施形態において、出力電圧V
目標電圧Vとする場合、リファレンス電圧Vrefは、V・R2/(R1+R2)とな
るように設定される。
オペアンプ420の出力は、Pチャネル型トランジスタ(第1のトランジスタ)422
のゲートに接続されている。トランジスタ422のソースは、電圧Vinの給電線に接続さ
れる一方、トランジスタ422のドレインは、コンデンサ404の他端と、コンパレータ
(閾値判定器)426の正入力端と、Nチャネル型トランジスタ(第2のトランジスタ)
434のドレインとに、それぞれ接続されている。
一方、基準電圧源424の正極端子は、電圧Vinの給電線に接続され、その負極端子は
、コンパレータ426の負入力端に接続されている。ここで、基準電圧源424の出力電
圧をVdefとすると、コンパレータ426の出力信号は、正入力端に印加されたトラン
ジスタ422のドレイン電圧(すなわち、電圧HDBK)が負入力端に印加された電圧(
Vin−Vdef)に達すると、Hレベルに変化する。
制御回路430は、後述する信号CeがHレベルとなっている期間において、コンパレ
ータ426の出力信号がHレベルになったとき、正パルスの幅が期間Tw1であるパルス信
号Ton、および、正パルス幅が期間Tw2のパルス信号Cpを出力する。ここで、期間Tw1
、Tw2は、Tw1<Tw2となる関係にある。なお、制御回路430は、信号CeがLレベル
となっている期間では、コンパレータ426の出力信号にかかわらず、信号Ton、Cpを
Lレベルに固定して、正パルスの出力を禁止する。
制御回路430から出力される信号のうち、信号Tonは、Nチャネル型のトランジスタ
(スイッチ)432のゲートに供給される。トランジスタ432のソースは電位Gndに
接地され、そのドレインはインダクタ435の他端と、順方向に接続されたダイオード4
36を介してコンデンサ404の一端とに、それぞれ接続されている。なお、インダクタ
435の一端は、電圧Vinの給電線に接続されている。また、インダクタ435の他端に
おける電圧をLと表記する。
一方、信号Cpは、トランジスタ434のゲートとオペアンプ420とに、それぞれ供
給される。トランジスタ434のソースは電位Gndに接地されている。また、信号Cp
がHレベルである場合には、オペアンプ420は出力信号を強制的にHレベルとして、ト
ランジスタ422をオフとさせる。
<第1実施形態の動作>
次に、電源回路40の動作について図2を参照して説明する。図2は、電源回路40の
各部における電圧波形を示す図である。
なお、制御回路430は電圧(Vin−Gnd)を電源とするので、信号Ton、Cpの振
幅レベルは、Hレベル側がほぼVinとなり、Lレベル側がほぼGndとなる。このため、
図2において、信号Ton、Cpの振幅縮尺は、他の波形の振幅縮尺と比較して相違してい
る点に留意されたい。
<電圧一定モードの動作>
まず便宜上、信号CpがLレベルとなる電圧一定モード(第2のモード)の動作につい
て説明する。信号CpがLレベルであると、トランジスタ434がオフする一方、信号To
nがHレベルにならないので、トランジスタ432がスイッチング(オンオフ)しない。
このため、図1の回路は、図3に示される簡易回路と等価となる。
図3において、トランジスタ422のオン抵抗は、オペアンプ420の出力電圧によっ
て定められ、トランジスタ422のオン抵抗が定められると、コンデンサ404の他端に
おける電圧HDBKが決定される。この電圧HDBKに、コンデンサの保持電圧を加算し
た値(すなわち、電圧V)の分圧電圧k・Vが、オペアンプ420に帰還されている
。ここで、分圧電圧k・Vがリファレンス電圧Vrefよりも低くなると、オペアンプ4
20の出力電圧も低くなるが、当該出力電圧が低くなると、トランジスタ422のソース
/ドレイン間の抵抗値が、電圧Vinの給電線からトランジスタ422および負荷を介して
流れる電流値に応じて低下し、コンデンサ404の他端における電圧HDBKは逆に上昇
する。電圧HDBKが上昇することによって、電圧HDBKに、コンデンサ404による
保持電圧を加算した電圧(すなわち、コンデンサ404の一端における電圧HCBK)が
、コンデンサ402による保持電圧V(厳密にいえば、この保持電圧Vにダイオード
406の電圧降下分を加算した電圧)以上になると、コンデンサ404からコンデンサ4
02に電荷が移動して、電圧Vが上昇することになる。
すなわち、オペアンプ420およびトランジスタ422は、負荷の消費によって電圧V
が低下しても、互いに仮想短絡の関係にある分圧電圧k・Vとリファレンス電圧Vre
fとが一致するように、電圧Vを上昇させる方向に制御する。分圧電圧k・Vは、V
・R2/(R1+R2)であり、リファレンス電圧Vrefも、上述したように、V
R2/(R1+R2)であるので、結局、オペアンプ420およびトランジスタ422は
、電圧Vが目標電圧Vに一致するように、コンデンサ404の他端における電圧(電
位)HDBKを負帰還制御することになる。
このように、オペアンプ420およびトランジスタ422の両者によって、電位調整回
路の一部を構成することになる。
次に、コンデンサ404からコンデンサ402に電荷が移動することによる電圧V
一定化について説明を補足する。図4(a)から図4(d)までの各々は、それぞれコン
デンサ402、404における電荷の移動を説明するための図である。なお、これらの図
において、コンデンサ402、404の各容量をC1、C2とする。
まず、図4(a)に示されるように、コンデンサ402の両端電圧Vが目標電圧V
に一致している場合、コンデンサ404の他端における電圧HDBKがH1であったとす
ると、コンデンサ402、404の蓄積された総電荷は、C1・V+C2(V−H1
)で示される。
続いて、図4(b)に示されるように、負荷の消費によって、コンデンサ402の両端
電圧VがΔV1だけ減少したとする。コンデンサ404の一端は、端子Outにダイオ
ード406を介し電気的に接続されているので、コンデンサ404の一端における電圧も
ΔV1だけ減少する。消費された電荷は(C1+C2)ΔV1であるので、この時点で、
コンデンサ402、404の残存電荷は、C1(V−ΔV1)+C2(V−H1−Δ
V1)となる。
本実施形態では、電圧Vが低下すると、オペアンプ420およびトランジスタ422
による負帰還制御によって、コンデンサ404の他端における電圧HDBKが、図4(c
)に示されるようにΔV2だけ持ち上がったとする。
この持ち上がりによって、電荷は、コンデンサ404からコンデンサ402に移動する
ので、図4(d)に示されるように、コンデンサ402の両端電圧Vは、再び目標電圧
となる。
このとき、コンデンサ402、404の残存電荷は、C1・V+C2(V−H1−
ΔV2)であり、これは、図4(b)の残存電荷と等しいので、両者の残存電荷を等号で
結んで、ΔV2について解くと、
ΔV2=ΔV1・(C1+C2)/C2……(1)
となる。
したがって、本実施形態では、端子Outの電圧がΔV1だけ減少したとき、コンデン
サ404の他端を、その減少分ΔV1に対して(C1+C2)/C2だけ持ち上げるよう
に、トランジスタ422のオン抵抗がオペアンプ420によって制御される。
実際には、オペアンプ420は、トランジスタ422のオン抵抗を連続的に制御するの
で、端子Outの電圧Vは、図4(b)、図4(c)のように段階的にはならず、上述
したように目標電圧Vに連続的に一定化されることになる。
なお、上記(1)式から判るように、コンデンサ402の容量C1が、コンデンサ404
の容量C2に対し大きいと、負荷による電荷の消費量に対してコンデンサ404の持ち上
げ量が多くなる。一方、コンデンサ402の容量C1が絶対的に小さいと、後述するSW
モードにおいて電圧Vの減衰が激しくなる。コンデンサ402、404の容量比、およ
び、コンデンサ402の容量については、このような事情を考慮して決定されることにな
る。
また、電荷がコンデンサ404からコンデンサ402に移動するためには、実際には、
コンデンサ404の他端における電圧HCBKが、電圧Vにダイオード406で発生す
る電圧降下Vfを加算した電圧(V+Vf)以上になることが必要であるが、図4の説明
では、これを無視している。
<SWモードの動作>
このように電圧一定モードでは、コンデンサ404の他端における電圧HDBKを持ち
上げて、電圧Vが目標電圧Vで一定化するように制御されるが、この制御の前提は、
電圧HDBKが電圧Vinに達していないことである。その理由は、電源回路40の入力電
圧がVinであるので、これ以上の電圧で持ち上げることができないからである。また、実
際には、ダイオード406において順方向に発生する電圧降下Vfを考慮する必要がある

そこで、本実施形態では、ダイオード406の電圧降下Vfを基準電圧源424による
電圧Vdefで模擬するとともに、コンデンサ404の他端における電圧HDBKが、入
力電圧Vinからダイオード406の電圧降下Vfに相当する電圧Vdefを差し引いた電
圧(Vin−Vdef)に達したとき、SWモード(第1のモード)に移行して、電圧H
BKを引き下げるとともに、コンデンサ404に電荷を再蓄積させる動作を実行する。
コンデンサ404の他端における電圧HDBKが電圧(Vin−Vdef)に達すると、
コンパレータ426の出力信号がHレベルになるので、制御回路430は、信号CeがH
レベルであることを条件に、信号Tonを期間Tw1だけHレベルにするとともに、信号Cp
を期間Tw2だけHレベルにする。信号CpがHレベルであると、トランジスタ434がオ
ンする一方、オペアンプ420の出力信号が強制的にHレベルとされるので、トランジス
タ422がオフする。このため、コンデンサ404の他端は電位Gndに接地されるので
、その他端の電圧HDBKは、電圧(Vin−Vdef)だけ下降する一方、コンデンサ4
04の一端における電圧HCBKも、一定に保たれていた目標電圧Vから電圧(Vin−
def)だけ下降する。
一方、信号TonがHレベルである期間では、トランジスタ432がオンするので、イン
ダクタ435にはオン電流ionが電圧Vinの給電線から接地方向に流れて、エネルギーが
蓄積される。
この後、信号TonがLレベルになると、トランジスタ432がオフして、オフ電流iof
fが流れる。このときに流れるオフ電流ioffは、トランジスタ432のオン期間に蓄積さ
れたエネルギーがダイオード436の順方向を介してコンデンサ404の一端側に流れ、
かつ、電圧Vinを基準に直列に加算した形となる。このため、インダクタ435の他端に
おける電圧Lは、図2に示されるように、一時的に高電圧となった後、電圧Vinに収束
する。この電圧Lのうち、コンデンサ404の一端における電圧HCBKを超える成分
がコンデンサ404に蓄積されるので、電圧HCBKは上昇することになる。
なお、電圧Lが電圧HCBKを下回ると、ダイオード436が逆バイアスとなるので
、コンデンサ404の一端における電圧HCBKが電圧Vin側には逆流しない。
また、信号CpがHレベルであるSWモードでは、電圧HDBKの持ち上げによる電圧
の一定化が機能しないので、電圧Vは、負荷の消費によって徐々に減衰する。
コンデンサ404の他端における電圧HDBKが電圧(Vin−Vdef)に達してから
、期間Tw2だけ経過すると、信号Cpが再びLレベルになって電圧一定モードに移行する
。そして、電圧一定モードにおいては、電荷が蓄積されたコンデンサ404に対し、その
他端における電圧HDBKを持ち上げることによって、電圧Vが目標電圧Vで一定化
する制御が再び実行されることになる。
なお、負荷が大きいと、電圧HDBKの持ち上げ速度が高まるので、図2に示されるよ
うに、電圧一定モードとなる期間は低負荷時と比較して短くなるが、この電圧一定モード
において電圧Vが目標電圧Vで一定化される点に変わりはない。
この電源回路40によれば、電圧一定モードにおいて、コンデンサ404からコンデン
サ402への電荷移動によって、出力電圧Vが目標電圧Vとなるように一定化される
一方、SWモードにおいて、出力電圧Vにスイッチング動作による影響が現れず、一定
に保たれていた目標電圧Vから若干減衰するのみなので、出力電圧Vを極めて低リッ
プル化することが可能となるだけでなく、スイッチング等の設定に制約を受けないという
利点もある。
この利点について詳述すると、従来の電源回路においてスイッチングをすると、インダ
クタに蓄積されたエネルギー量に応じて電圧が上昇する。低リップル化の観点からみれば
スイッチング一回当たりのエネルギー量を減らしたいが、このエネルギー量が少ないと、
必要な昇圧電圧を得る為のスイッチング回数が増加する。これは消費電力の面からは不利
である。このため、スイッチングや、その回数設定等に制約を受ける。これに対し、本実
施形態に係る電源回路40では、スイッチング時における電圧変動は、コンデンサ404
のみに及び、負荷に電圧を供給するコンデンサ402には及ばないので、上記のような制
約を受けにくいのである。
なお、第1実施形態では、トランジスタ422のソース(および基準電圧源424の正
極端子)に接続された給電線の電圧と、インダクタ435の一端に接続された給電線の電
圧とを、電圧Vinで兼用したが、異なる電圧としても良い。
また、第1実施形態では、出力電圧V(コンデンサ402による保持電圧)が目標電
圧Vで一定となるように、コンデンサ404の他端における電圧HDBKを負帰還制御
したが、コンデンサ404の保持電圧(HCBK−HDBK)と電圧HDBKの持ち上げ
量とは互いに比例関係にあるので、コンデンサ404の保持電圧(HCBK−HDBK
に応じて、電圧HDBKの持ち上げ量をフィードフォワード制御する構成としても良い。
さらに、第1実施形態では、コンデンサ402、404を用いて、出力電圧Vを一定
化する構成としたが、コンデンサ402、404は、保持素子の例示に過ぎない。このた
め、コンデンサ402、404の各々を、同等の電圧保持機能を有する素子、例えば、充
電可能な電池にそれぞれ置き換えても良い。このようにコンデンサ402、404を、同
等の電圧保持機能を有する素子にそれぞれ置き換えた構成において、当該素子の電圧保持
性能が高ければ、SWモードに移行する必要性が乏しい場合がある。このような場合には
、SWモードに移行することなく、電圧一定モードにおける出力電圧の一定化制御だけを
実行する構成としても良い。
また、電源回路40は、負荷に対し、正極性の電圧Vを供給する構成としたが、負極
性の電圧を供給する構成としても良い。負極性の電圧を供給する場合、コンデンサ402
の一端における負極性の出力電圧が一定となるように、コンデンサ404の他端を引き下
げる制御となる。なお、負極性の電圧を供給する場合であっても、コンデンサ404の他
端を、コンデンサ402の一端における電位方向にシフトさせる点においては、正極性電
圧を負荷に供給する場合と変わりはない。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る電気光学装置について説明する。この電気光学装置
では、上述した電源回路40を含む電源回路30の供給電圧によって電気光学パネルが駆
動される構成となっている。
図5は、この電気光学装置10の全体構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、電気光学装置10は、上位回路20、電源回路30および電
気光学パネル100を有する。
このうち、上位回路20は、表示すべき内容に応じたデータや、各種の制御信号等を、
電源回路30や電気光学パネル100に供給するものである。また、電源回路30は、二
次電池31の電圧(Vin−Gnd)から電圧Vを生成する上記電源回路30と、この電
圧Vを極性反転するチャージポンプ回路とを有するものである。
電気光学パネル100は、複数本のデータ線212が列(Y)方向に延在して形成され
た素子基板と、複数本の走査線312が行(X)方向に延在して形成された対向基板とが
、互いに電極形成面が対向するように一定の間隙をもって貼り合わせられるとともに、こ
の間隙に、例えばTN(Twisted Nematic)型の液晶を封止した構成となっている。
画素116は、データ線212と走査線312との各交差部分に対応して設けられてい
る。画素116は、さらに、液晶層118と、薄膜ダイオード(Thin Film Diode:以下
、単にTFDと称する)220との直列接続からなる。ここで説明の便宜上、走査線31
2の総数を320本とし、データ線212の総数を240本とすると、画素116は、縦
320行×横240列のマトリクス型に配列することになる。なお、この電気光学パネル
100を、この画素配列に限定する趣旨ではない。
また、TFD220の一端はデータ線212に接続され、TFD220の他端は、スト
ライプ電極たる走査線312と対向するように設けられた矩形状の画素電極(図示省略)
に接続されている。
このため、液晶層118は、ストライプ電極としての走査線312と矩形状の画素電極
との両電極間に液晶が挟持される構成となっている。また、両基板の非対向面には、それ
ぞれ図示しない偏光子が設けられて、液晶層118を通過する光量が、両電極間の電圧実
効値に応じて変化する構成となっている。
一方、TFD220は、導電体/絶縁体/導電体のサンドイッチ構造を採って、電流−
電圧特性が正負双方向にわたって非線形となるダイオードスイッチング特性を有する。こ
のため、TFD220は、その両端電圧が閾値以上となれば導通(オン)状態となり、閾
値より小さければ非導通(オフ)状態となる。
走査線駆動回路350は、後述するように、1〜320行目の走査線312の各々に対
し、それぞれ走査信号Y1〜Y320を供給するものである。また、データ線駆動回路2
50は、後述するように、1〜240列目のデータ線212の各々に対し、それぞれ表示
内容に応じたデータ信号X1〜X240を供給するものである。
次に、電気光学パネル100に供給される駆動信号の電圧波形について、図6を参照し
て説明する。
この図に示されるように、走査線駆動回路350は、1垂直走査期間(1F)の最初か
ら1水平走査線(1H)毎に、走査線312を順番に1本ずつ選択するとともに、その選
択期間の後半期間において選択電圧VまたはVを印加する一方、それ以外の期間にお
いては非選択(保持)電圧VまたはGndを印加する。
ここで、非選択電圧V、Gndとは、この電圧が走査線312に印加されたとき、デ
ータ線212に供給されるデータ信号の電圧とは無関係に、TFD220が非導通状態と
なる電圧である。また、選択電圧V、Vとは、この電圧が走査線312に印加された
とき、データ線212に供給されるデータ信号の電圧とは無関係に、TFD220が導通
状態となる電圧である。そして、選択電圧V、Vは、非選択電圧V、Gndの仮想
的な中間電位Vを基準として対称であって、電圧Vが高位、電圧Vが低位となる関
係にある。ここで、電気光学装置10において、駆動電圧の極性は、接地電位Gndでは
なく、電位Vを基準にして高位側を正極性とし、低位側を負極性とする。
走査信号Y1〜Y320の各電圧は、対応する走査線312の選択状態にしたがって定
まる。そこで、走査信号Y1〜Y320について、図5において上から数えてi(iは、
1≦i≦320を満たす整数)行目の走査線312に供給される走査信号Yiで一般化し
て説明すると、走査信号Yiは、第1に、i行目の走査線312が選択される1水平走査
期間(1H)を2分割した後半期間において、選択電圧Vが印加されたとき、この後、
非選択電圧Vを保持し、第2に、選択電圧Vが印加されてから1垂直走査期間(1F
)経過して、当該i行目の走査線312が再び選択されると、その水平走査期間の後半期
間において、今度は、選択電圧Vとなり、この後、非選択電圧Gndとなる、というサ
イクルの繰り返しとなる。
また、i行目の次の(i+1)行目の走査線312に供給される走査信号Y(i+1)
は、走査信号Yiとして選択電圧Vが印加された直後では、逆極性の選択電圧Vをと
り、同様に、走査信号Yiとして選択電圧Vが印加された直後では、逆極性の選択電圧
をとる。すなわち、走査信号Y1〜Y320では、選択電圧V、Vが1水平走査
期間毎に交互に選択される。
一方、データ線駆動回路250は、走査線駆動回路350によって選択された走査線3
12に対応する1行分の画素116に対し、データ電圧VまたはGndのいずれかを、
当該画素の表示内容に応じて配分して、データ信号としてデータ線212を介して供給す
る。
なお、本実施形態では、データ電圧V、Gndは、電源回路40において昇圧の基礎
となる電圧Vin、Gndがそのまま用いられる。さらに、データ電圧V、Gndは、走
査信号の非選択電圧と兼用されるが、データ電圧または走査信号の非選択電圧を別途生成
して、互いに異なる電圧としても良い。
データ信号X1〜X240について、図5において左から数えてj(jは、1≦j≦2
40を満たす整数)列目のデータ線212に供給されるデータ信号をXjと表記して一般
化して説明する。なお、ここでは、i行目の走査線312が選択される一方、液晶層11
8が、電圧無印加状態で通過光量が最大となるノーマリーホワイトモードである場合を想
定する。
この場合に、データ信号Xjは、走査信号Yiに対応して、次の通りとなる。すなわち
、選択されているi行目の走査線312とj列目のデータ線212との交差部分に対応す
るi行j列の画素116の表示内容をオフ表示(最高輝度の白色表示)とするとき、i行
目の走査線312が選択される水平走査期間の後半期間に走査信号Yiが高位側の選択電
圧Vであれば、データ信号Xjは、当該水平走査期間(1H)の前半期間においては低
位側の電圧Gndとなり、その後半期間においては、選択電圧と同極性低位側の電圧V
となる一方、i行目の走査線312が選択される水平走査期間の後半期間に走査信号Yi
が低位側の選択電圧Vであれば、データ信号Xjは、当該水平走査期間(1H)の前半
期間においては高位側の電圧Vとなり、その後半期間においては、選択電圧と同極性低
位側の電圧Gndとなる。
また、i行j列の画素116の表示内容をオン表示(最低輝度の黒色表示)とするとき
、i行目の走査線312が選択される水平走査期間の後半期間に走査信号Yiが高位側の
選択電圧Vであれば、データ信号Xjは、当該水平走査期間(1H)の前半期間におい
ては高位側の電圧Vとなり、その後半期間においては、選択電圧とは逆極性低位側の電
圧Gndとなる一方、i行目の走査線312が選択される水平走査期間の後半期間に走査
信号Yiが低位側の選択電圧Vであれば、データ信号Xjは、当該水平走査期間(1H
)の前半期間においては低位側の電圧Gndとなり、その後半期間においては、選択電圧
とは逆極性高位側の電圧Vとなる。
なお、両者の中間表示を行う場合には、特に図示はしないが、白色から黒色側となるに
つれて、選択電圧が印加される後半期間において、当該選択電圧とは逆極性の電圧となる
期間が長くなるように設定され、その前半期間では、予め後半期間とは逆極性の電圧とな
る。
そして、画素116では、選択期間の後半期間において選択電圧が印加されたときに、
TFD220がオンして、液晶層118に、表示内容に応じた電圧が書き込まれるととも
に、それ以外の期間では、TFD220がオフして、書き込まれた電圧が保持されること
となる。
また、液晶層118に印加される電圧は、1垂直走査期間毎に、仮想的な中間電位V
を基準にした極性が入れ換えられる交流駆動となるので、液晶の劣化が防止される。
このように走査信号Yiに対し、選択電圧を1水平走査期間ではなく、半分の1/2の
水平走査期間(1/2H)で印加するとともに、この2つの期間に分けてデータ信号Xi
を印加すると、1水平走査期間(1H)において、データ信号Xjが高位側電圧Vと低
電位側電圧Gndとなる期間が、表示パターンに依存することなく、互いに半分ずつとな
る。このため、非選択期間において、TFD220に印加される電圧実効値が表示内容に
よらず一定となる結果、非選択期間でのTFD220でのオフリーク量が、すべての画素
116にわたって一定となるので、いわゆる糸引きの発生が防止されることとなる。
さて、本発明は、駆動波形自体を問題とするものではないので、これ以上の説明は避け
ることとするが、ここで、言及したいことは、走査線駆動回路350が電源回路40によ
る電圧を選択電圧として用いて、走査信号Y1〜Y320をそれぞれ生成する、という第
1の点と、走査信号として選択電圧Vが用いられる期間は、一部の期間に限られる、と
いう第2の点とである。
このうち、第1の点について換言すれば、上述した電源回路40は、電圧Vのみを生
成するが、電気光学パネル100では、液晶の交流駆動のために電圧Vも必要である、
ということである。このため、電気光学パネル100に適用される電源回路30(図5)
は、電源回路40にチャージポンプ回路を付加した構成となっている。
このチャージポンプ回路は、双投スイッチ33、34およびコンデンサ35、36を備
えて、次のように構成されている。すなわち、この双投スイッチ33、34は、選択端子
の一方または他方を、一定時間毎に交互に連動して選択するものである。このうち、双投
スイッチ33の選択端子の一方は、電圧Vの供給線に接続され、同選択端子の他方は電
圧Vinの供給線に接続され、さらに、共通端子はコンデンサ35の一方の端子に接続され
ている。また、双投スイッチ34の選択端子の一方は電位Gndに接地され、同選択端子
の他方は電圧Vの供給線に接続され、さらに、共通端子はコンデンサ35の他方の端子
に接続されている。さらに、コンデンサ36が、接地電位Gndと電圧Vの供給線との
間に介挿されている。
ここで、双投スイッチ33、34が、図5において実線で示されるように選択端子の一
方をそれぞれ選択していると、コンデンサ35は、電圧Vを高位側とし、接地電位Gn
dを低位側として充電される。
次に、双投スイッチ33、34が、図5において破線で示されるように選択端子の他方
をそれぞれ選択すると、コンデンサ35における高位側が電圧Vinになるので、低位側の
電位は、接地電位Gndから、高位側の変動分(V−Vin)だけ引き下げられる。した
がって、コンデンサ35の低位側に接続された供給線の電位は、電位Vを基準にして選
択電圧Vを反転させた負極性選択電圧Vとなる。
そして、再び、双投スイッチ33、34が選択端子の一方をそれぞれ選択すると、コン
デンサ35が、電圧Vを高位側とし、接地電位Gndを低位側として充電され、以後、
同様な動作が繰り返し実行されることとなる。なお、双投スイッチ33、34が選択端子
の一方を選択している期間では、選択電圧Vは、コンデンサ36によって保持される。
このチャージポンプ回路によって、選択電圧Vのみならず、Vについても、二次電池
31の電圧(Vin−Gnd)から生成されることになる。
次に、上述した第2の点について検討すると、本実施形態では、1水平走査期間毎に選
択電圧V、Vが交互に用いられ、さらに、選択電圧V、Vが走査線312に印加
される期間は、1水平走査期間の全体ではなく、後半期間(1/2H)である。したがっ
て、電源回路30によって供給される電圧Vが、実際に、いずれかの走査線312に印
加される期間は、全体の1/4に過ぎない。ただし、電圧Vが変動してしまうと、TF
D220がオンしたときに液晶層118で保持される電圧も変動してしまうので、画素毎
に電圧実効値が異なって、表示品位の低下を招く。
そこで、第2実施形態では、走査線312への選択電圧として電圧Vを用いる期間を
、上記電圧一定モードとなるように設定して、電源回路30の出力電圧Vを一定化する
一方、走査線312への選択電圧として電圧Vを用いない期間を、上記SWモードに設
定して、電源回路30においてコンデンサ404に電荷を蓄積するためのスイッチングを
許可する構成とした。
具体的には、上位回路20は、選択電圧としてVが用いられる期間と、当該期間の開
始タイミングの手前で連続する期間であって、スイッチングに要する期間Tw2とではLレ
ベルとなり、それ以外の期間ではHレベルとなる信号Ceを電源回路40に供給する(図
6参照)。なお、選択電圧としてVが用いられる期間と比較して、期間Tw2は短いので
、図6では、スケールの関係上、信号CeのLレベル期間は、選択電圧Vの使用期間と
一致しているように示されているが、実際には、選択電圧としてVが用いられる期間の
開始タイミングよりも期間Tw2分だけ手前のタイミングにて、信号CeはLレベルとなっ
ている。
また、コンデンサ404に必要な電荷量が確保できるように最大負荷に応じて、Vde
を低めに設定するのが望ましい。
上述したように、電源回路40において、制御回路430は、コンデンサ404の他端
における電圧HDBKが電圧(Vin−Vdef)に達した場合に、信号CeがHレベルで
あるときに限り、信号Ton、CpをHレベルとする。このため、走査線312への選択電
圧として電圧Vが用いられる期間にかからないように、電源回路30は上記SWモード
に移行して、コンデンサ404に電荷を蓄積するためのスイッチングを実行する。一方、
走査線312への選択電圧として電圧Vが用いられる期間では、電源回路30は、上記
電圧一定モードに固定され、出力電圧Vを目標電圧Vで一定化する制御を実行する。
したがって、本実施形態によれば、選択電圧として電圧Vが用いられる期間では、電
圧Vが目標電圧Vで一定化されるので、電圧変動による表示品位の低下が未然に防止
される。
また、チャージポンプは負荷と考えられるので、選択電圧として電圧Vが用いられる
期間では、双投スイッチ33、34のスイッチングを禁止する構成としても良い。
なお、第2実施形態では、電源回路30が、正極性の選択電圧Vを生成したが、負極
性の選択電圧Vを生成して、これをチャージポンプ回路によって、反転させて電圧V
を生成する構成としても良い。
また、図6に示した駆動波形では、1水平走査期間(1H)を前半および後半期間に分
け、このうち、後半期間に選択電圧を印加する構成としたが、前半期間に印加する構成と
しても良いし、1水平走査期間(1H)を前半および後半期間に分けることなく、当該1
水平走査期間にわたって選択電圧を印加する構成としても良い。これらの構成においても
信号Ceによってモードの移行が適切に決定される。
また、実施形態の電気光学パネル100では、電圧無印加状態において白色を表示する
ノーマリーホワイトモードであるとしたが、電圧無印加状態において黒色を表示するノー
マリーブラックモードとしても良い。
電気光学パネル100は透過型に限られず、反射型や、両者の中間的な半透過半反射型
であっても良い。また、電気光学パネル100において、TFD220は、データ線21
2の側に接続され、液晶層118が走査線312の側に接続されているが、これとは逆に
、TFD220が走査線312の側に、液晶層118がデータ線212の側にそれぞれ接
続される構成でも良い。
さらに、TFD220は、二端子型スイッチング素子の一例であり、他に、ZnO(酸
化亜鉛)バリスタや、MSI(Metal Semi-Insulator)などを用いた素子のほか、これら
素子を2つ逆向きに直列接続または並列接続したものなどを、二端子型スイッチング素子
として用いることが可能である。
また、実施形態では、能動素子として、TFD220のような二端子型スイッチング素
子を用いたが、このほかにも、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)のよ
うな三端子型スイッチング素子を用いることもできる。
また、実施形態では、液晶としてTN型を適用して説明したが、STN型や、分子の長
軸方向と短軸方向とで可視光の吸収に異方性を有する染料(ゲスト)を一定の分子配列の
液晶(ホスト)に溶解して、染料分子を液晶分子と平行に配列させたゲストホスト型など
の液晶を用いても良い。くわえて、電圧無印加時には液晶分子が両基板に対して垂直方向
に配列する一方、電圧印加時には液晶分子が両基板に対して水平方向に配列する、という
垂直配向(ホメオトロピック配向)の構成としても良いし、電圧無印加時には液晶分子が
両基板に対して水平方向に配列する一方、電圧印加時には液晶分子が両基板に対して垂直
方向に配列する、という平行(水平)配向(ホモジニアス配向)の構成としても良い。こ
のように、本発明の駆動方法に適合するものであれば、液晶や配向方式として、種々のも
のを用いることが可能である。
さらには、これらの液晶装置のほかに、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置や
、蛍光表示管、電気詠動装置、プラズマディスプレイなどの電気光学装置にも適用可能で
ある。
また、画素116を、R(赤)、G(緑)、B(青)の原色に対応させて配置させると
ともに、これらの3画素で1ドットを表現することによってカラー表示を行う構成として
も良い。
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置10を表示装置として有する電子機器につ
いて説明する。図7は、実施形態に係る電気光学装置10を用いた携帯電話機1200の
構成を示す斜視部である。
この図に示されるように、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202のほか、
受話口1204、送話口1206とともに、上述した電気光学パネル100を備えるもの
である。なお、電気光学装置10のうち、電気光学パネル100以外の構成要素について
は電話器に内蔵されるので、外観としては現れない。
このように携帯電話機1200の表示部として電気光学パネル100が適用されると、
選択電圧の変動が防止されるので、高品位な表示が可能となる。
なお、電気光学装置10が適用される電子機器としては、図7に示される携帯電話機1
200の他にも、デジタルスチルカメラや、ノートパソコン、液晶テレビ、ビューファイ
ンダ型(またはモニタ直視型)のビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、
電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タ
ッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示装置
として、上述した電気光学装置10が適用可能であることは言うまでもない。そして、い
ずれの電子機器においても、消費される電力を低く抑えることが可能となる。
本発明の第1実施形態に係る電源回路の構成を示す図である。 同電源回路の動作を説明するための各部の電圧波形図である。 同電源回路の電圧一定モードにおける等価回路図である。 同電源回路の電圧一定モードにおける動作説明図である。 本発明の第2実施形態に係る電気光学装置の構成を示す図である。 同電気光学装置の動作を説明するための電圧波形図である。 同電気光学装置を適用した携帯電話機を示す図である。
符号の説明
10…電気光学装置、20…上位回路、30、40…電源回路、100…電気光学パネ
ル、116…画素、212…データ線、250…データ線駆動回路、312…走査線、3
50…走査線駆動回路、402、404…コンデンサ、406、436…ダイオード、4
20…オペアンプ、422、432、434…トランジスタ、426…コンパレータ、4
30…制御回路、435…インダクタ、1200…携帯電話機

Claims (6)

  1. 一端および他端間で保持した電圧を負荷に供給する第1の保持素子と、
    一端が、前記第1の保持素子の一端に電気的に接続された第2の保持素子と、
    前記第2の保持素子の他端における電位が予め定められた閾値に達したか否かを判定する閾値判定器と、
    第1のモードであって、前記閾値判定器によって前記閾値に達したと判別されたとき、
    少なくとも1回オンオフするスイッチと、
    前記第1のモードでは、前記第2の保持素子の他端を所定の電位とさせて、前記スイッチのオンオフにより発生した電圧を前記第2の保持素子に保持させる一方、
    前記第1のモードと異なる第2のモードでは、前記第1または第2の保持素子による保持電圧に応じて、前記第2の保持素子の他端における電位を、前記第1の保持素子の一端における電位方向にシフトさせる電位調整回路と
    を具備することを特徴とする電源回路。
  2. 前記電位調整回路は、
    前記第1の保持素子による保持電圧に応じた電圧と、前記目標電圧に対応するリファレンス電圧とを入力するオペアンプと、
    所定の電圧間において直列接続された第1および第2のトランジスタと
    を含み、
    前記第1の保持素子の他端は、前記第1および第2のトランジスタのドレインに電気的に共通接続され、
    前記第1のトランジスタのゲートには、前記オペアンプの出力信号が供給され、
    前記第2のトランジスタは、前記第1のモードにおいてオンし、前記第2のモードにおいてオフする
    ことを特徴とする請求項に記載の電源回路。
  3. 前記スイッチがオンすると、電力を蓄積する一方、前記スイッチがオフすると、蓄積された電力を放出するインダクタを含み、
    前記第2の保持素子は、前記インダクタから電力が放出されたときの電圧を保持する
    ことを特徴とする請求項に記載の電源回路。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の電源回路と、
    複数の走査線と複数のデータ線との交差に対応して設けられた画素と、
    前記走査線を順番に選択して、選択した走査線に、前記第1の保持素子に保持された電圧を選択電圧として印加する走査線駆動回路と、
    選択電圧が印加された走査線に対応する画素にデータ信号を、データ線を介して供給するデータ線駆動回路と
    を有することを特徴とする電気光学装置。
  5. 前記第1の保持素子に保持された電圧を選択電圧として印加する期間において、前記電源回路は前記第2のモードとなる
    ことを特徴とする請求項に記載の電気光学装置。
  6. 請求項4又は5に記載の電気光学装置を有することを特徴とする電子機器。
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