JP4528759B2 - 駆動回路 - Google Patents
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Description
アクティブマトリクス型液晶表示装置では、液晶セルを含む画素がマトリクス状に配列される。各画素は、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)と、液晶セルに並列に接続される保持容量とを含む。保持容量は、TFTのドレインと所定の共通電位間に設けられ、TFTのソースは、対応するデータ線に接続される。
一方、配線抵抗を低下させるために、駆動回路を形成するためのチップサイズの大型化を行うことはコストの観点から好ましくない。
この駆動回路の制御部は、複数のノードを、複数のノードにそれぞれ設定される階調電位の大きさの順に分割して複数のノード群とし、データ書き込み期間では、第1期間において、複数のノードのうち目標階調電位に設定される第1ノードと、その第1ノードに隣接する1または複数の第2ノードであって、複数のノード群のうち第1のノードを含むノード群に含まれる第2のノードとを短絡させるとともに、第1ノードと出力端子との間の第1配線に対して、第2ノードと出力端子との間の第2配線が並列接続されるようにし、第1期間に続く第2期間において、第1ノードと第2ノードとの間の短絡を解除するとともに、第1配線に対して第2配線が並列接続されないように制御する。さらに、制御部は、出力端子が、第1ノードおよび第2ノードの内の所定の第3ノードに対応する階調電位に達したタイミングで、第1期間から第2期間へ移行させる。
この駆動回路の制御部は、複数のノードを、複数のノードにそれぞれ設定される階調電位の大きさの順に分割して複数のノード群とし、データ書き込み期間では、第1期間において、複数のノードのうち目標階調電位に設定される第1ノードと出力端子との間の第1配線に対して、その第1ノードに隣接する1または複数の第2ノードであって、複数のノード群のうち第1のノードを含むノード群に含まれる第2のノードと出力端子との間の第2配線が並列接続されるようにし、第1期間に続く第2期間において、第1配線に対して前記第2配線が並列接続されないように制御する。さらに、制御部は、出力端子が、第1ノードおよび第2ノードに設定された階調電位の内、最低の階調電位に達したタイミングで、第1期間から第2期間へ移行させる。
[液晶表示装置の全体構成]
先ず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る駆動回路が適用される液晶表示装置の全体構成について説明する。図1は、液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
なお、本実施形態では、128階調(7ビット)の表示データを処理する液晶表示装置を一例として説明するが、階調数が異なる表示データ(7ビット以外のデータ)に対しても容易に拡張可能である。
各画素は、薄膜トランジスタ(TFT)と、液晶セルに並列に接続される保持容量Csとを含む。保持容量Csは、TFTのドレインと所定の共通電位間に設けられ、フレーム期間の間、蓄積された電荷を保持する。また、TFTのソースは、対応するデータ線に接続される。
ソースドライバ15の構成および制御部60の制御内容については、以下、順を追って説明する。
次に、図1および図2を参照してソースドライバ15の具体的な回路構成例について説明する。図2は、ソースドライバ15の一部の回路構成を例示した図である。なお、図2では、ソースドライバ15の出力端子(OUT_1,OUT_2,…,OUT_N)の記載を省略してある。
図1に示すように、ソースドライバ15は、階調設定部20と、電位選択部としてのDA変換部(DAC)30と、データラッチ部40とを有する。
データラッチ部40は、制御部60からのストローブ信号(図示しない)に同期して、制御部60から表示データを読み込んでラッチし、各データ線に対応させて7ビットの表示データをDA変換部30へ出力する。
階調設定部20は、所定の基準電位に基づいて階調電位V1〜V128を生成する。DA変換部30は、階調電位V1〜V128の中から7ビットの表示データ(デジタルデータ)に応じた階調電位(アナログデータ)を選択して、その選択した階調電位をデータ線に送出する。
抵抗R1〜R129は、階調電位を生成するための抵抗であって、基準電位Vrefと接地電位との間に直列に設けられる。これにより、各抵抗間のノード、すなわち、抵抗R1と抵抗R2間のノードN1、抵抗R2と抵抗R3間のノードN2、…、抵抗R128と抵抗R129間のノードN128には、それぞれ階調電位V1,V2,…,V128(V1>V2>…>V128)が与えられる。なお、階調設定部20においてガンマ補正を行うためには、たとえば抵抗R1および抵抗R129を可変抵抗とし、制御部60からの制御信号に基づいて抵抗R1および/または抵抗R129の抵抗値を変更するようにすればよい。
各DA変換器は、オペアンプOP1〜OP128の出力端子に設けられる配線L1〜L128と、対応するデータ線との間で構成されており、各DA変換器の構成はすべて同一であるため、以下ではDA変換器30_1の構成についてのみ説明する。
たとえば、図2に示すように、スイッチ素子群32_7は、一対のスイッチ素子SW1(図2における左側のスイッチ素子)およびSW2(図2における右側のスイッチ素子)を1組有しており、表示データのMSB(Most Significant Bit)のレベルが「0」のときには、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
スイッチ素子群32_5(図示せず)は、一対のスイッチ素子(SW1,SW2)を4組有しており、7ビットの表示データのうちMSBから3番目のレベルが「0」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
スイッチ素子群32_4(図示せず)は、一対のスイッチ素子(SW1,SW2)を8組有しており、7ビットの表示データのうちMSBから4番目のレベルが「0」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
スイッチ素子群32_3は、一対のスイッチ素子(SW1,SW2)を16組有しており、7ビットの表示データのうちMSBから5番目のレベルが「0」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
スイッチ素子群32_2は、一対のスイッチ素子(SW1,SW2)を32組有しており、7ビットの表示データのうちMSBから6番目のレベルが「0」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
スイッチ素子群32_1は、一対のスイッチ素子(SW1,SW2)を64組有しており、7ビットの表示データのうちLSB(Least Significant Bit)のレベルが「0」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放し、そのレベルが「1」のときには、すべての組について、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
図2に示すように、制御信号生成部65は、比較器CP1〜CP32と、NAND回路81_1〜81_32と、インバータINV1〜INV32とを含み、制御信号SN1〜SN32および制御信号SC1〜SC32を生成する。
制御信号生成部65内の比較器、NAND回路およびインバータは、各ノード群に対応して設けられている。すなわち、ノード群GN1(ノードN1〜N4)に対応して、比較器CP1、NAND回路81_1およびインバータINV1が設けられ、制御信号SN1,SC1を生成する。ノード群GN32(ノードN125〜N128)に対応して、比較器CP32、NAND回路81_32およびインバータINV32が設けられ、制御信号SN32,SC32を生成する。
比較器CP1〜CP32の反転入力端子には、スイッチ素子群32内のノードA1〜A32の電位V_A1〜V_A32が与えられる。このノードA1〜A32は、スイッチ素子群32_2の画素10_1側に設けられる32個のノードである。このノードA1〜A32は、32個のノード群GN1〜GN32に対応している。たとえば、ノードA1は、スイッチ素子群32_1,32_2およびノードN10〜N40を介して、ノード群GN1のノードN1〜N4に対応している。ノードA32は、スイッチ素子群32_1,32_2およびノードN1250〜N1280を介して、ノード群GN32のノードN125〜N128に対応している。
なお、制御信号SC1〜SC32がLレベルであるときには、スイッチ素子群32_1および32_2の開閉状態は、データラッチ部40からDA変換部30与えられる7ビットデータ(表示データ)に応じて制御される。
次に、制御部60によるソースドライバ15に対する制御内容について説明する。
この制御部60では、画素に対する書き込み期間中、制御信号生成部65の比較器(CP1〜CP32)の出力信号(SC1〜SC32)がHレベルである第1期間と、その出力信号(SC1〜SC32)がLレベルに切り替わった後の第2期間とで制御が異なる。たとえば、目標階調電位であるノードがノード群GN1(ノードN1〜N4)に含まれる場合には、そのノード群GN1に対応する比較器CP1の出力信号SC1がHレベルのときが第1期間、Lレベルのときが第2期間となる。
制御部60は、第1期間において、表示データに対応する目標階調電位のノードが含まれるノード群のすべてのノード間のスイッチ素子群24を短絡させる(閉状態にする)。たとえば、表示データに応じた目標階調電位がV3である場合には、ノードN3が含まれるノード群GN1のすべてのノード間のスイッチ素子24_1,24_2,24_3を短絡させる。
制御部60は、第1期間において、表示データに対応する目標階調電位のノードが含まれるノード群のすべてのノードに接続されたスイッチ素子群26を開放させる(開状態にする)。たとえば、表示データに応じた目標階調電位がV3である場合には、ノードN3が含まれるノード群GN1のすべてのノードN1,N3,N4に接続されたスイッチ素子26_1,26_3,26_4を開放させる。
したがって、目標階調電位がV3である場合、第1期間では、ノードN1〜N4が同電位(階調電位V2)となる。
制御部60は、第2期間において、表示データに対応する目標階調電位のノードが含まれるノード群のすべてのノード間のスイッチ素子群24を開放させる(開状態にする)。たとえば、表示データに応じた目標階調電位がV3である場合には、ノードN3が含まれるノード群GN1のすべてのノード間のスイッチ素子24_1,24_2,24_3を開放させる。
制御部60は、第2期間において、表示データに対応する目標階調電位のノードが含まれるノード群のすべてのノードに接続されたスイッチ素子群26を短絡させる(閉状態にする)。たとえば、表示データに応じた目標階調電位がV3である場合には、ノードN3が含まれるノード群GN1のすべてのノードN1,N3,N4に接続されたスイッチ素子26_1,26_3,26_4を短絡させる。
したがって、目標階調電位がV3である場合、第2期間では、ノードN3がノード群GN1の他のノードと電気的に切り離され、階調電位V3が画素10_1に与えられる。
次に、図3〜図5を参照して、実施形態に係る駆動回路の動作を説明する。図3は、目標階調電位がV1〜V4のいずれかである場合のソースドライバ15の第1期間における等価回路を示す図である。図4は、目標階調電位がV1〜V4のいずれかである場合のソースドライバ15の動作を示すタイミングチャートである。図5は、目標階調電位がV125〜V128のいずれかである場合のソースドライバ15の動作を示すタイミングチャートである。
目標階調電位として階調電位V2を画素10_1に供給するときには、制御部60からソースドライバ15に対して、表示データとして7ビットデータ「0000001」が送出される。この表示データを受けると、ソースドライバ15のスイッチ素子群32では、スイッチ素子群32_2〜32_7における一対のスイッチ素子(SW1,SW2)のすべてにおいて、スイッチ素子SW1が短絡し、かつ、スイッチ素子SW2が開放するとともに、スイッチ素子群32_1における一対のスイッチ素子(SW1,SW2)では、スイッチ素子SW1が開放し、かつ、スイッチ素子SW2が短絡する。
したがって、第2期間では、目標階調電位であるノードN2からデータ線DL_1までの配線は、第1期間における並列構成から、配線L2、ノードN20、配線L20を含む単一の配線経路の構成へ変化する。
すなわち、第1期間では、目標階調電位となるノードを含むノード群GN32の中のすべてのノードN125〜N128が短絡するとともに、ノードN125〜N128に対応した4つの配線経路、すなわち、配線L125、ノードN1250、配線L1250を含む配線経路と、配線L126、ノードN1260、配線L1260を含む配線経路と、配線L127、ノードN1270、配線L1270を含む配線経路と、配線L128、ノードN1280、配線L1280を含む配線経路とがすべて並列に接続される。したがって、データ線DL_1を介して画素10_1を充電するときの寄生抵抗pRは、短絡制御モードを行わない場合と比較して、およそ1/4に低下する。それゆえ、画素10_1の保持容量Csと寄生抵抗pRとによって構成されるCR回路の時定数は、短絡制御モードを行わない場合と比較して、およそ1/4に低下する。
なお、ノード群GN32の階調電位は、ノード群GN1の階調電位よりもずっと小さい。したがって、図5に示すように、第1期間から第2期間に切り替わる時刻tCHは、図4の場合と比較してかなり早くなることになる。
したがって、この駆動回路では、全体としてデータ書き込み期間を短縮させることができる。そのため、LCDパネルが大型化し、駆動回路内の配線抵抗が増加した場合でも、データ書き込み期間を短縮させることができる。
仮に、書き込み期間において、第1期間から第2期間へ移行するタイミングを固定にしたとすれば、特に目標階調電位が低い場合に、(1)実質的な充電期間の遅延と、(2)隣接するオペアンプ(OP1〜OP128)間のオフセット電流の発生とが生じることになってしまう。すなわち、第1期間から第2期間へ移行するタイミングを固定にしたとすれば、充電期間を最も長く要する場合、つまり目標階調電位が高い場合(たとえば目標階調電位がV1〜V4の場合)に合わせて第1期間を長く設定するようになるが、このような長い第1期間では、充電期間が短くて済む場合、つまり目標階調電位が低い場合(たとえば目標階調電位がV125〜V128の場合)、(1)目標階調電位近辺まで充電が短期間に完了するにもかかわらず、最終的に目標階調電位まで充電されるのには長い第1期間の終了まで待たねばならず、また、(2)目標階調電位近辺まで充電された後でも短絡制御モードが継続されるので、個々のオペアンプの製造ばらつきに起因するオフセット電流が隣接するオペアンプ間を流れてしまうのである。
本実施形態の駆動回路では、図5を参照して説明したように、目標階調電位が低い場合には短期間で短絡制御モードが解除される(第1期間が短期間で終了する)ので、上記(1)および(2)の点が回避される。
なお、第1期間において画素の充電が行うための階調電位(上記実施形態において、ノード群GN1ではV2、ノード群GN32ではV126)は、目標階調電位となるノードを含むノード群の階調電位の中から任意に予め決定しておけばよい。第1実施形態の駆動回路の変形例として、第1期間において画素の充電が行うための階調電位を、目標階調電位となるノードを含むノード群の最大の階調電位(ノード群GN1ではV1、ノード群GN32ではV125)とした駆動回路の構成を図6に示す。
すなわち、図6に示す駆動回路では、スイッチ素子群26は、ノードN2とオペアンプOP2の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_2、ノードN3とオペアンプOP3の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_3、ノードN4とオペアンプOP4の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_4、…、ノードN126とオペアンプOP126の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_126、ノードN127とオペアンプOP127の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_127、ノードN128とオペアンプOP128の非反転入力端子との間に設けられるスイッチ素子26_128を含む。
また、比較器CP1〜CP32の非反転入力端子には、各ノード群の中の2番目のノードの階調電位が与えられる。たとえば、比較器CP1の非反転入力端子には、ノード群GN1のノードN2の階調電位V2が与えられ、比較器CP32の非反転入力端子には、ノード群GN32のノードN126の階調電位V126が与えられる。
次に、本発明の駆動回路の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る駆動回路は、スイッチ素子群32内の32個のノードA1〜A32の各々に対して、PMOSトランジスタが接続される点のみが、第1の実施形態のものと異なる。
図9に示すように、この駆動回路のソースドライバにおいて、ノードA1〜A32には、それぞれPMOSトランジスタQ1〜Q32のドレインが接続される。PMOSトランジスタQ1〜Q32のゲートには、制御信号生成部65からの制御信号SN1〜SN32がそれぞれ与えられる。PMOSトランジスタQ1〜Q32のソースは、基準電位Vrefに接続される。
図10に示した本実施形態の例では、ノードA1にPMOSトランジスタQ1のドレインが接続され、PMOSトランジスタQ1のソースは基準電位Vrefに接続されているので、基準電位VrefとノードA1とを結ぶ配線経路が、ノードN1〜N4に対応した4つの配線経路の並列接続に対してさらに並列に接続される。PMOSトランジスタQ1のゲートには、制御信号生成部65からの制御信号SN1が与えられるが、第1期間において制御信号SN1がLレベルとなっているため、PMOSトランジスタQ1がオンする。PMOSトランジスタQ1を介しての基準電位Vrefによる充電がノードN1〜N4に対応した4つの配線経路を介しての充電に加わるので画素10_1が素早く充電される。なお、図10では、矢印によって基準電位VrefとノードA1とを結ぶ配線経路による充電のための電流を示している。ノードA1の電位が素早く上昇し、比較器CP1の出力信号SP1のレベルが短期間で変化するので、結果として、第1期間が短期間で終了することになる。
次に、本発明の駆動回路の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る駆動回路は、ソースドライバの階調設定部におけるスイッチ素子群の構成と、制御部60の制御信号生成部65とが、第1の実施形態のものと異なる。
図11は、本実施形態におけるソースドライバの構成を示す回路図であるが、図2に示したものと同一の部位については同一の符号を付し、以下では重複説明を行わない。
図11に示すように、本実施形態のソースドライバの階調設定部21は、第1実施形態の階調設定部20に対して、スイッチ素子群24,26が設定されない。
次に、図12〜図14を参照して、実施形態に係る駆動回路の動作を説明する。図12は、目標階調電位がV1〜V4のいずれかである場合のソースドライバの第1期間における等価回路を示す図である。図13は、目標階調電位がV1〜V4のいずれかである場合のソースドライバの動作を示すタイミングチャートである。図14は、目標階調電位がV125〜V128のいずれかである場合のソースドライバの動作を示すタイミングチャートである。図13において、(a)はノードA1の電位V_A1、(b)は制御信号SN1、(c)は制御信号SC1を表している。図14において、(a)はノードA32の電位V_A32、(b)は制御信号SN32、(c)は制御信号SC32を表している。この図13および図14は、それぞれ前述した図4および図5に対応する。
書き込み期間の内の最初の第1期間では、画素10_1が十分に充電されておらず、ノードA1の電位V_A1がノードN4の電位V4以下である。そのため、比較器CP1の出力信号SP1はHレベルであり、図4に示すように、制御信号SN1はLレベル、制御信号SC1はHレベルとなる。このとき、第1期間におけるソースドライバの等価回路は、図12のように表すことができる。したがって、第1期間では、画素10_1の保持容量Csと寄生抵抗pRとによって構成されるCR回路の時定数が、短絡制御モードを行わない場合と比較しておよそ1/4に低下する点は、第1実施形態と同様である。このとき、画素10_1は、ノード群GN1の最大階調電位V1によって充電される。
さらに、この駆動回路は、スイッチ素子群24,26を備えていないため、第1の実施形態で説明したものと比較して回路規模が少なくて済む。
また、上記各実施形態の駆動回路では、階調設定部におけるノードN1〜N128に対して、隣接する4つのノードを1つのノード群としたが、これに限られない。2以上の隣接するノードを1つのノード群として設定し、それに応じて、スイッチ素子群24,26,32の構成を改変することが容易であることは当業者によって十分に理解される。
10_1〜10_N…画素
15…ソースドライバ
20,21…階調設定部
24,26…スイッチ素子群
R1〜R129…抵抗
OP1〜OP129…オペアンプ
30…DA変換部(DAC)
30_1〜30_N…DA変換器
32…スイッチ素子群
40…データラッチ部
50…ゲートドライバ
60…制御部
65…制御信号生成部
Claims (5)
- 表示データに応じて、前記表示データに対応する階調電位を出力端子から出力する駆動回路であって、
基準電位に基づいて、それぞれ異なる大きさの複数の階調電位を複数のノードに設定する階調設定部と、
前記複数のノードに入力側がそれぞれ接続されて設けられた複数のアンプと、
前記複数のアンプの出力側と前記出力端子との間に設けられ、データ書き込み期間において、前記表示データに対応する目標階調電位を前記複数の階調電位の中から選択して、前記アンプから前記出力端子へ出力させる電位選択部と、
前記複数のノードを、前記複数のノードにそれぞれ設定される階調電位の大きさの順に分割して複数のノード群とし、前記データ書き込み期間では、第1期間において、前記複数のノードのうち前記目標階調電位に設定される第1ノードと、その第1ノードに隣接する1または複数の第2ノードであって、前記複数のノード群のうち前記第1のノードを含むノード群に含まれる前記第2のノードとを短絡させるとともに、前記第1ノードと前記出力端子との間の第1配線に対して、前記第2ノードと前記出力端子との間の第2配線が並列接続されるようにし、前記第1期間に続く第2期間において、前記第1ノードと前記第2ノードとの間の短絡を解除するとともに、前記第1配線に対して前記第2配線が並列接続されないように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力端子が、前記第1ノードおよび前記第2ノードの内の所定の第3ノードに対応する階調電位に達したタイミングで、前記第1期間から前記第2期間へ移行させる
駆動回路。 - 前記第1ノードが設定されると、前記第1ノードを含む前記ノード群の中の他のノードが前記第2ノードとして設定される
請求項1記載の駆動回路。 - 前記基準電位と前記出力端子との間に接続された第3配線であって、前記第1期間にオンするトランジスタが途中に挿入され前記第1期間に前記基準電位を前記出力端子に供給する前記第3配線をさらに備えた
請求項1または2記載の駆動回路。 - 表示データに応じて、前記表示データに対応する階調電位を出力端子から出力する駆動回路であって、
基準電位に基づいて、それぞれ異なる大きさの複数の階調電位を複数のノードに設定する階調設定部と、
前記複数のノードに入力側がそれぞれ接続されて設けられた複数のアンプと、
前記複数のアンプの出力側と前記出力端子との間に設けられ、データ書き込み期間において、前記表示データに対応する目標階調電位を前記複数の階調電位の中から選択して、前記アンプから前記出力端子へ出力させる電位選択部と、
前記複数のノードを、前記複数のノードにそれぞれ設定される階調電位の大きさの順に分割して複数のノード群とし、前記データ書き込み期間では、第1期間において、前記複数のノードのうち前記目標階調電位に設定される第1ノードと前記出力端子との間の第1配線に対して、その第1ノードに隣接する1または複数の第2ノードであって、前記複数のノード群のうち前記第1のノードを含むノード群に含まれる前記第2のノードと前記出力端子との間の第2配線が並列接続されるようにし、前記第1期間に続く第2期間において、前記第1配線に対して前記第2配線が並列接続されないように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力端子が、前記第1ノードおよび前記第2ノードに設定された階調電位の内、最低の階調電位に達したタイミングで、前記第1期間から前記第2期間へ移行させる
駆動回路。 - 前記第1ノードが設定されると、前記第1ノードを含む前記ノード群の中の他のノードが前記第2ノードとして設定され、
前記制御部は、前記出力端子が、前記第1ノードを含む前記ノード群内の最低の階調電位に達したタイミングで、前記第1期間から前記第2期間へ移行させる
請求項4記載の駆動回路。
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