JP4712906B2 - 駆動電圧出力回路 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置のソースラインなどを駆動する駆動電圧出力回路に関するものである。

液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置のソースラインなどは、一般に正負の駆動電圧が交互に印加されて駆動される。そのような駆動電圧を出力する駆動電圧出力回路としては、正の駆動電圧出力用の出力アンプと、負の駆動電圧出力用の出力アンプとを選択的に切り替えて駆動電圧を出力するように構成することにより、回路規模の低減を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−２６７６５号公報

しかしながら、上記のような駆動電圧出力回路では、正の駆動電圧と負の駆動電圧とが互いに異なる出力アンプによって印加されるため、出力アンプのオフセットのばらつきにより正負の駆動電圧の差（振幅）が変動することになる。したがって、液晶表示装置等に用いられる場合には表示むらなどが生じて画像品質が低下しがちである。

本発明は、駆動電圧出力回路の回路規模を低減しつつ、出力される駆動電圧の精度を高めることを目的としている。

上記の課題を解決するため、
本発明は、
正極性の画像信号を出力する第１のＤＡコンバータと、
負極性の画像信号を出力する第２のＤＡコンバータと、
第１の増幅器と、
第２の増幅器と、
上記第１および上記第２のＤＡコンバータの出力を上記第１および上記第２の増幅器の入力に接続する選択回路と、
上記第１および第２の増幅器に入力される画像信号の極性に応じて、上記第１の増幅器と第２の増幅器に供給する電源電圧を切り替える電源電圧切り替え回路と、
を備えたことを特徴とする。

これにより、１つの増幅器によって正負の駆動電圧が出力されるので、増幅器のオフセットがばらついたりしたとしても、正負の駆動電圧の差（振幅）は、オフセットの影響を受けない。それゆえ、駆動電圧の精度を高くすることが容易にできる。

また、実際上の動作電圧の範囲が例えば上記振幅の約１／２になる。ゆえに、構成する素子の耐圧が１／２で済むので、半導体基板上に占める面積の低減や、動作速度の高速化も容易になる。

本発明によれば、駆動電圧出力回路の回路規模を低減しつつ、出力される駆動電圧の精度を高めることができる。

実施形態１の駆動電圧出力回路の構成を示す回路図である。 同、電源回路１１０の具体的な構成を示す回路図である。 同、入力セレクタ１０３の動作を示すタイミングチャートである。 同、電源回路１１０の動作を示すタイミングチャートである。 実施形態２の増幅器１０４の構成を示す回路図である。 同、増幅器１０４の動作を示すタイミングチャートである。 実施形態３の増幅器１０４の構成を示す回路図である。 実施形態４の出力セレクタ３０１の構成および動作を示す回路図である。 同、続く動作を示す回路図である。 同、続く動作を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、他の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

《発明の実施形態１》
図１は、例えば液晶パネルの所定本数のソースラインに駆動電圧を印加する駆動電圧出力回路の構成を示すブロック図である。この駆動電圧出力回路には、それぞれ画素ごとの画像データに基づいて正または負の画像信号電圧を出力するＤ／Ａ変換器１０１・１０２と、Ｄ／Ａ変換器１０１・１０２の出力を選択的に切り替える入力セレクタ１０３と、例えばゲインが１倍の増幅器１０４・１０５と、増幅器１０４・１０５の出力を選択的に切り替える出力セレクタ１０６と、１０６の出力を各ソースラインに順次接続する分配回路１０７と、上記増幅器１０４・１０５に２電源の電源電圧を供給する電源回路１１０とを備えている。

上記入力セレクタ１０３は、スイッチ１０３ａ〜１０３ｆを有し、Ｄ／Ａ変換器１０１・１０２からの画像信号電圧を増幅器１０４・１０５に入力するか、または増幅器１０５・１０４に入力するかを切り替えるようになっている。また、スイッチ１０３ｇ・１０３ｈによって、増幅器１０４・１０５に入力される画像信号電圧の極性が反転する際に、増幅器１０４・１０５の入力端子の電位が一旦接地電位にされるようになっている。

ここで、スイッチ１０３ａ〜１０３ｆとしては高耐圧トランジスタ（例えば耐圧ＡＶＤＤ−ＮＶＤＤなど）を用いることが好ましいが、オン、オフタイミングの設定、および制御信号のレベルシフトを適切に行うことにより、低耐圧トランジスタ（例えば上記耐圧の１／２など）を用いるようにしてもよい。

増幅器１０４・１０５は、例えば演算増幅器を用いて構成され、入力される画像信号電圧の極性に応じた電源電圧（ＰＯＷＰＰ、ＰＯＷＰＮ、ＰＯＷＮＰ、ＰＯＷＮＮ）が供給されることにより、上記画像信号電圧と同じ極性の駆動電圧を出力するようになっている。

電源回路１１０は、例えば図２に示すように、電圧ＡＶＤＤ・ＡＶＳＳ・ＮＶＤＤを発生する電源電圧発生回路１１１と、電源電圧切り替え回路１１２とから構成されている。電源電圧切り替え回路１１２は、制御信号（ＰＯＷ＿ＣＯＮＴ、／ＰＯＷ＿ＣＯＮＴ、ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴ、／ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴ：「／」は反転信号であることを示す。）によって制御されるスイッチ１１２ａ〜１１２ｈを有し、増幅器１０４の電源電圧ＰＯＷＰＰをＡＶＤＤ、ＰＯＷＰＮをＡＶＳＳ、増幅器１０５の電源電圧ＰＯＷＮＰをＡＶＳＳ、ＰＯＷＮＮをＮＶＤＤにしたり、逆の電圧になるようにしたりするようになっている。

出力セレクタ１０６は、スイッチ１０６ａ〜１０６ｄを有し、増幅器１０４・１０５の出力を選択的に半導体チップの出力パッドＯＵＴ１・ＯＵＴ２に接続するようになっている。

分配回路１０７は、例えば液晶パネルに設けられ、出力パッドＯＵＴ１・ＯＵＴ２を介して入力された駆動電圧を順次各ソースラインに印加されるようになっている。

次に、上記のように構成された駆動電圧出力回路の動作を説明する。

Ｄ／Ａ変換器１０１・１０２には、例えば、図示しないシフトレジスタから、ラッチ回路、レベルシフタを介して、画素ごとの画像データが入力される。Ｄ／Ａ変換器１０１からは、上記画像データに応じた正の画像信号電圧が出力される一方、Ｄ／Ａ変換器１０２からは負の画像信号電圧が出力される。

入力セレクタ１０３では、図３に示すような制御信号によって、各スイッチ１０３ａ〜１０３ｈが制御される。すなわち、期間Ｔ１では、スイッチ１０３ａ・１０３ｄがオンになるとともにスイッチ１０３ｂ・１０３ｅがオンになる。そこで、Ｄ／Ａ変換器１０１・１０２からの正負の画像信号電圧が、それぞれ増幅器１０４・１０５に入力される。

スイッチ１０３ａ・１０３ｄがオフになってから余裕時間Δｔ経過後の期間Ｔ２では、スイッチ１０３ｇ・１０３ｈが一旦オンになって、増幅器１０４・１０５の入力端子が接地電位にされる。これによって、後述するように増幅器１０４・１０５に供給される電源電圧の極性が切り替えられたときに、１サイクル前の画像信号電圧を増幅してしまうことが確実に防止される。

その後、期間Ｔ３では、スイッチ１０３ｂ・１０３ｅに代えてスイッチ１０３ｃ・１０３ｆがオンになるとともにスイッチ１０３ａ・１０３ｄが再度オンになる。そこで、増幅器１０４・１０５には、期間Ｔ１とは逆のＤ／Ａ変換器１０２・１０１からの逆極性の画像信号電圧が入力され、以下、同様の動作が繰り返される。

増幅器１０４・１０５および電源回路１１０では、図４に示すような電源電圧の供給制御および増幅動作が行われる。

すなわち、期間Ｔ１では、
ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＨレベル、／ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＬレベルになって、
スイッチ１１２ａ・１１２ｈがオン、
スイッチ１１２ｂ・１１２ｇがオフになり、
増幅器１０４の高電位側電源電位ＰＯＷ＿ＰＰが電源電位ＡＶＤＤにされ、
増幅器１０５の低電位側電源電位ＰＯＷ＿ＮＮが電源電位ＮＶＤＤにされる。

そこで、増幅器１０４・１０５は、それぞれＤ／Ａ変換器１０１・１０２から入力される正負の画像信号電圧に応じた極性およびレベルの駆動電圧を出力する。

期間Ｔ１の終期に、パワーオフ信号ＰＯＦＦがＨ（Ｈｉｇｈ）レベルになって、増幅器１０４・１０５がパワーオフ状態（非動作状態）にされた後、
ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＬ（Ｌｏｗ）レベル、
／ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＨレベルになる。そこで、電源電圧切り替え回路１１２の
スイッチ１１２ａ・１１２ｈがオフ、
スイッチ１１２ｂ・１１２ｇがオンになり、
増幅器１０４の高電位側電源電位ＰＯＷ＿ＰＰ、および
増幅器１０５の低電位側電源電位ＰＯＷ＿ＮＮが電源電位ＡＶＳＳにされる。

次に、所定の期間Ｔ２が経過した後、期間Ｔ３では、
ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＬレベル、／ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＨレベルになって、
スイッチ１１２ｃ・１１２ｆがオフ、
スイッチ１１２ｄ・１１２ｅがオンになり、
増幅器１０４の低電位側電源電位ＰＯＷ＿ＰＮが電源電位ＮＶＤＤにされ、
増幅器１０５の高電位側電源電位ＰＯＷ＿ＮＰが電源電位ＡＶＤＤにされる。

その後、パワーオフ信号ＰＯＦＦがＬレベルになって、増幅器１０４・１０５が動作状態になる。すなわち、前記のように増幅器１０４・１０５に入力される画像信号電圧の極性が反転するとともに、供給される電源電圧の極性が反転されるので、出力される駆動電圧の極性も反転される。

期間Ｔ３の終期には、期間Ｔ１と同様にパワーオフ信号ＰＯＦＦがＨレベルになって、増幅器１０４・１０５がパワーオフ状態にされた後、
ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＨレベル、／ＮＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＬレベルになって、
スイッチ１１２ｃ・１１２ｆがオン、
スイッチ１１２ｄ・１１２ｅがオフになり、
増幅器１０４の低電位側電源電位ＰＯＷ＿ＰＮ、および
増幅器１０５の高電位側電源電位ＰＯＷ＿ＮＰが電源電位ＡＶＳＳにされる。

また、所定の期間Ｔ４が経過した後、期間Ｔ５では、
ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＨレベル、／ＰＯＷ＿ＣＯＮＴがＬレベルになって、
スイッチ１１２ａ・１１２ｈがオン、
スイッチ１１２ｂ・１１２ｇがオフになり、
増幅器１０４の高電位側電源電位ＰＯＷ＿ＰＰが電源電位ＡＶＤＤにされ、
増幅器１０５の低電位側電源電位ＰＯＷ＿ＮＮが電源電位ＮＶＤＤにされる。

その後、パワーオフ信号ＰＯＦＦがＬレベルになって、増幅器１０４・１０５が動作状態になる。以下、同様の動作が繰り返される。

上記のようにして増幅器１０４・１０５から出力された駆動電圧は、出力セレクタ１０６、および出力パッドＯＵＴ１・ＯＵＴ２を介して液晶パネルの分配回路１０７に入力され、各ソースラインに順次印加される。ここで、同一のソースラインには、常に同一の増幅器１０４または増幅器１０５からの駆動電圧が印加される。それゆえ、増幅器１０４・１０５間でオフセットがばらついたりしたとしても、各ソースラインに印加される正負の駆動電圧の差（振幅）は、増幅器１０４・１０５のオフセットの影響を受けない。したがって、駆動電圧の精度を高くすることが容易にできる。

各ソースラインへの増幅器１０４・１０５の駆動電圧の印加は、より詳しくは、互いに隣り合ったソースラインに同時に印加されることがないように分配回路１０７の切り替えが制御される。すなわち、互いに逆極性の駆動電圧が隣接するソースラインに印加されると、ノイズ（干渉）が生じやすくなる。そこで、少なくとも１つ以上間を空けたソースラインに印加されるようにすることが好ましい。より好ましくは、例えば常に一群のソースラインの幅の約１／２だけ離れたソースラインに各増幅器１０４・１０５からの駆動電圧が印加される（一方の駆動電圧が端のソースラインから順に印加されるとすれば他方の駆動電圧は中央のソースラインから同方向の順に印加される。）。

上記のように、増幅器１０４・１０５に入力される画像信号電圧の極性に応じた極性の電源電圧を供給することによって、出力される駆動電圧の精度を高くすることが容易にできるとともに、実際上の動作電圧の範囲がＡＶＤＤ−ＮＶＤＤの約１／２になるので、増幅器１０４・１０５に低耐圧のトランジスタを用いることなどが容易にでき、半導体基板上に占める面積を容易に低減することができる。また、動作電圧の範囲が狭いことによって、動作速度の高速化も容易になり、多くのソースラインに順次駆動電圧を印加する選択駆動が一層容易になる。

《発明の実施形態２》
増幅器１０４・１０５としては、演算増幅器など２電源で動作する種々の増幅器を用いることができるが、上記のように選択的に正負の駆動電圧を出力する動作状態になればよいので、カレントソース状態とカレントシンク状態とに選択的に切り替わるようにして、構成の簡素化および回路規模の低減を図ることも容易にできる。

具体的には、増幅器１０４は、例えば図５に示すように、通常の演算増幅器と同様の差動部２０１および能動負荷部２０２と、出力部２０３とから構成されている。出力部２０３は、Ｐチャネルトランジスタ２０３ａ、スイッチ２０３ｂ・２０３ｃ、定電流源２０３ｄ・２０３ｅ、スイッチ２０３ｆ・２０３ｇ、およびＮチャネルトランジスタ２０３ｈを有している。増幅器１０５の出力部２０４は上記増幅器１０４の出力部２０４と同様の構成を有しているが、出力部２０３のスイッチ２０３ｂ・２０３ｃは制御信号ＣＨで制御され、スイッチ２０３ｆ・２０３ｇは制御信号／ＣＨで制御されるのに対して、出力部２０４ではそれぞれ逆の制御信号で制御される点が異なっている。ここで、上記スイッチ２０３ｂ・２０３ｃ・２０３ｆ・２０３ｇとしては、単体のトランジスタを用いてもよいが、通常はトランスファゲートを用いることが好ましい。

上記のような増幅器１０４・１０５が用いられる場合には、例えば図６に示すように、期間Ｔ１では、制御信号ＣＨがＨレベル、制御信号／ＣＨがＬレベルになり、増幅器１０４は、スイッチ２０３ｂ・２０３ｃがオン、スイッチ２０３ｆ・２０３ｇがオフになってカレントソース状態となる。一方、増幅器１０５は、スイッチ２０３ｂ・２０３ｃがオフ、スイッチ２０３ｆ・２０３ｇがオンになってカレントシンク状態となる。

また、期間Ｔ３では、制御信号ＣＨがＬレベル、制御信号／ＣＨがＨレベルになり、増幅器１０４がカレントシンク状態、増幅器１０５がカレントソース状態となる。これらの場合の増幅器１０４・１０５の動作は前期実施形態１と同じであり、したがって、駆動電圧出力回路全体の動作も同じである。それゆえ、駆動電圧の高精度化等を図るとともに、一層回路規模を低減することも容易にできる。また、アイドリング電流や消費電力を低減することも容易にできる。

《発明の実施形態３》
また、増幅器１０４・１０５は図７に示すように構成してもよい。同図の例では出力部２０５・２０６は、前記出力部２０３・２０４と比べてスイッチ２０３ｂ・２０３ｇに代えて、トランジスタ２０３ａ・２０３ｈのゲート電位を制御することにより、トランジスタ２０３ａ・２０３ｈを強制的にオン、オフさせるトランジスタ２０５ｉ・２０５ｊが設けられている。このように構成する場合には、切り替え速度は実施形態２よりも遅くなりやすいが、スイッチ２０３ｂ・２０３ｇのオン抵抗の影響を回避することができる。

《発明の実施形態４》
実施形態１の出力セレクタ１０６のスイッチ１０６ａ〜１０６ｄは、高耐圧トランジスタ等を用いて構成する必要がある。すなわち、例えば増幅器１０４から出力される正の駆動電圧を出力パッドＯＵＴ１に接続されるソースラインに印加する状態から出力パッドＯＵＴ２に接続されるソースラインに印加する状態に切り替える場合、切り替え前にソースラインに蓄積された電荷による電位と切り替え後に増幅器１０４から出力される電位との差（最大ＡＶＤＤ−ＮＶＤＤ）がスイッチ１０６ａ〜１０６ｄに印加されるので、それ以上の耐圧が必要となる。

そこで、例えば図８〜図１０に示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２を用いて出力セレクタ３０１を構成し、次のように制御することによって、増幅器１０４・１０５の低耐圧トランジスタ動作を確実なものとすると同時に、これらのスイッチとして低耐圧のトランジスタを用いることができる。

まず、図８に示すように増幅器１０４・１０５から＋５Ｖおよび−５Ｖの駆動電圧が出力され、それぞれ出力パッドＯＵＴ１・ＯＵＴ２に出力される場合には、スイッチＳＷ１・ＳＷ４・ＳＷ５・ＳＷ８がオンになる。また、このとき、スイッチＳＷ１０・ＳＷ１１もオンになることによって、スイッチＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ６・ＳＷ７の両端にかかる電圧の絶対値は確実に５Ｖ以下に抑えられる。

次に、増幅器１０４・１０５の出力する駆動電圧を出力パッドＯＵＴ２・ＯＵＴ１に切り替える場合には、まず、図９に示すように、スイッチＳＷ１・ＳＷ４・ＳＷ５・ＳＷ８がオフになるとともに、スイッチＳＷ１０・ＳＷ１１に加えてスイッチＳＷ９・ＳＷ１２がオンになる。これによって、スイッチＳＷ１等の両端にかかる電圧の絶対値は、やはり確実に５Ｖ以下に抑えられる。

その後、わずかな時間差で順に、スイッチＳＷ６・ＳＷ７がオン、スイッチＳＷ１０・ＳＷ１１がオフ、スイッチＳＷ２・ＳＷ３がオンになることによって、やはり各スイッチの両端の電圧を低く抑えつつ、図１０に示すような出力状態に切り替えることができる。

ここで、上記スイッチＳＷ６・ＳＷ７・ＳＷ１０・ＳＷ１１・ＳＷ２・ＳＷ３のオンオフする時間差は、各スイッチの両端の電圧が過渡的に耐圧より十分低く保たれる範囲であればよく、好ましくは、ソースラインが強制的に接地電位にされる期間は短い方がよい。

さらに、スイッチＳＷ９・ＳＷ１０・ＳＷ１１・ＳＷ１２が増幅器１０４・１０５の過電圧の防止効果も備えていることを説明する。

いま、これらのスイッチを用いずに、図８から図１０の状態へ変化したとすると、図１０の状態になった瞬間、Ｙ０端子には、前の電圧５Ｖが保持されており、同時に、増幅器１０５は−５Ｖを出力しようとする。このとき、増幅器１０５のインピーダンスが十分低ければ問題ないが、最悪の場合、５Ｖが増幅器１０５の出力にかかり、耐圧を超える懸念がある。そこで、図８から図１０及び図１０から図８の状態への変化時には、図９の状態を含むことで、出力Ｙ０、Ｙ１をいったん０Ｖにすることで、増幅器１０４・１０５の出力には最悪でも０Ｖがかかることで、増幅器１０４・１０５の出力しようとする電圧との差は確実に５Ｖ以下に抑えられている。また、増幅器１０４・１０５は、従来、−５Ｖから５Ｖへ１０Ｖ変化させる必要あったが、本発明では０Ｖから５Ｖもしくは０Ｖから−５Ｖで良いので、高速化を容易に行うことが可能となる。

本発明にかかる駆動電圧出力回路は、駆動電圧出力回路の回路規模を低減しつつ、出力される駆動電圧の精度を高めることができる効果を有し、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置のソースラインなどを駆動する駆動電圧出力回路等として有用である。

１０１・１０２ Ｄ／Ａ変換器
１０３ 入力セレクタ
１０３ａ〜１０３ｈ スイッチ
１０４・１０５ 増幅器
１０６ 出力セレクタ
１０６ａ〜１０６ｄ スイッチ
１０７ 分配回路
１１０ 電源回路
１１１ 電源電圧発生回路
１１２ 電源電圧切り替え回路
１１２ａ〜１１２ｈ スイッチ
２０１ 差動部
２０２ 能動負荷部
２０３・２０４ 出力部
２０３ａ Ｐチャネルトランジスタ
２０３ｂ・２０３ｃ スイッチ
２０３ｄ・２０３ｅ 定電流源
２０３ｆ・２０３ｇ スイッチ
２０３ｈ Ｎチャネルトランジスタ
２０５・２０６ 出力部
２０５ｉ・２０５ｊ トランジスタ
３０１ 出力セレクタ
ＳＷ１〜ＳＷ１２ スイッチ
ＯＵＴ１・ＯＵＴ２ 出力パッド
ＯＵＴ２・ＯＵＴ１ 出力パッド

Claims (5)

1. 正極性の画像信号を出力する第１のＤＡコンバータと、
   負極性の画像信号を出力する第２のＤＡコンバータと、
   第１の増幅器と、
   第２の増幅器と、
   上記第１および上記第２のＤＡコンバータの出力を上記第１および上記第２の増幅器の入力に接続する選択回路と、
   上記第１および第２の増幅器に入力される画像信号の極性に応じて、上記第１の増幅器と第２の増幅器に供給する電源電圧を切り替える電源電圧切り替え回路と、
   を備えたことを特徴とする駆動電圧出力回路。
2. 請求項１の駆動電圧出力回路であって、
   上記第１の増幅器および第２の増幅器は、上記画像信号の極性に応じて、カレントソース状態とカレントシンク状態とに選択的に切り替わるように構成されていることを特徴とする駆動電圧出力回路。
3. 請求項１の駆動電圧出力回路であって、
   上記第１および第２の増幅器に入力される画像信号の極性が切り替わるのに先だって、上記第１および第２の増幅器の入力端子の電位が接地電位にされるように構成されていることを特徴とする駆動電圧出力回路。
4. 請求項１の駆動電圧出力回路であって、
   上記第１のＤＡコンバータは、第１の期間においては上記第１の増幅器に出力し、第２の期間においては上記第２の増幅器に出力し、
   上記第２のＤＡコンバータは、第１の期間においては上記第２の増幅器に出力し、第２の期間においては上記第１の増幅器に出力する、こと特徴とする駆動電圧出力回路。
5. 請求項１に記載の駆動電圧出力回路によって駆動され、駆動されている時は隣のソースラインが駆動されていないソースラインを有する表示装置。

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