JP5358082B2 - ソースドライバおよびそれを用いた液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶パネルの駆動技術に関し、特にデータ線を反転駆動するソースドライバに関する。
液晶パネルは、複数のデータ線と、データ線と直交するように配置される複数の走査線と、データ線および走査線の交点にマトリクス状に配置された複数のTFT(Thin Film Transistor)を備える。液晶パネルを駆動するために、複数の走査線を順に選択するゲートドライバ回路と、各データ線に輝度に応じた電圧を印加するソースドライバが設けられる。
データ線に直流電圧を連続的に印加すると液晶パネルが劣化するという問題がある。この問題を解決するために、近年では各データ線に対して極性が異なる電圧を交流的に交互に印加する方式(反転駆動方式)が主流となっている。
特開平8−320674号公報
液晶パネルを反転駆動する場合、まず第1極性の駆動電圧をあるデータ線に印加する。このとき、データ線の寄生容量が充電される。第1極性と所定の基準電位と対称なレベルを有する第2極性の駆動電圧をデータ線に印加する。この際に、データ線の寄生容量に蓄えられた電荷は放電される。このときの放電電流は接地に対して捨て電流として流れることになる。つまり、液晶パネルを反転駆動すると、消費電力が増大するという問題がある。さらに、消費電力の増大にともなう発熱も問題となる。
本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を低減した液晶パネルのソースドライバの提供にある。
本発明のある態様は、液晶パネルの複数のデータ線を反転駆動するソースドライバに関する。このソースドライバは、隣接する2本のデータ線ごとに設けられた、第1極性の駆動電圧を生成するハイサイドアンプと、第1極性と反対の第2極性の駆動電圧を生成するローサイドアンプと、ハイサイドアンプとローサイドアンプにより生成された2つの駆動電圧を、2本のデータ線に切りかえて出力する出力スイッチと、を備える。ハイサイドアンプの低電位側の電源端子およびローサイドアンプの高電位側の電源端子は共通のチャージシェアキャパシタに接続される。
第1極性とは、所定の基準電位よりも高い電圧レベルをいい、第2極性とは、その基準電位よりも低い電圧レベルをいう。
この態様によると、従来捨てられていた電流の一部をチャージシェアキャパシタに転送して再利用することができ、消費電力を低減することができる。
複数のハイサイドアンプおよび複数のローサイドアンプをセグメント化し、同一のセグメントに含まれるハイサイドアンプおよびローサイドアンプに、共通のチャージシェアキャパシタを接続してもよい。セグメントは、隣接するいくつかのハイサイドアンプおよびローサイドアンプを単位としてもよいし、駆動する画素の色を単位としてもよい。
ある態様のソースドライバは、チャージシェアキャパシタの電圧を所定の電位に安定化させるレギュレータをさらに備えてもよい。レギュレータを設けることにより、データ線に供給される駆動電圧が大きく変動した場合であっても、ハイサイドアンプとローサイドアンプの電源電圧を安定化させることができる。
レギュレータは、チャージシェアキャパシタの電圧を、ハイサイドアンプの高電位側の電源電圧と、ローサイドアンプの低電位側の電源電圧との中点電圧を目標値として安定化させてもよい。
ある態様のソースドライバは、各データ線とチャージシェアキャパシタの間に設けられたチャージシェアスイッチをさらに備えてもよい。
この場合、チャージシェアスイッチをオンすることにより、データ線上の電荷を、チャージシェアキャパシタに転送することができる。
ある態様のソースドライバは、ハイサイドアンプによって一方のデータ線を、ローサイドアンプによって他方のデータ線を駆動するように出力スイッチを設定するステップと、出力スイッチをオフ状態とし、チャージシェアスイッチをオンするステップと、ハイサイドアンプによって他方のデータ線を、ローサイドアンプによって一方のデータ線を駆動するように出力スイッチを設定するステップと、出力スイッチをオフ状態とし、チャージシェアスイッチをオンするステップと、を繰り返す。
本発明の別の態様は、液晶ディスプレイ装置である。この装置は、液晶パネルと、液晶パネルのデータ線を駆動する上述のいずれかのソースドライバと、液晶パネルの走査線を駆動するゲートドライバ回路と、を備える。
この態様によると、液晶ディスプレイの消費電力を低減でき、発熱量を低減することができる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、ソースドライバの消費電力を低減できる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図1は、実施の形態に係るソースドライバ100を備えた液晶ディスプレイ200の構成を示す回路図である。
液晶ディスプレイ200は、ソースドライバ100、ゲートドライバ110、液晶パネル120、タイミングコントローラ130を備える。
液晶パネル120は、m本のデータ線LDと、n本の走査線LSを備え、データ線LDと走査線LSの交点にはマトリクス状に配置された画素回路が設けられる。図1には画素ごとのTFTのみが示される。i行j列目のTFTijのゲートは、j列目の走査線LSjに接続され、そのソースは、i行目のデータ線LDiに接続される。
ゲートドライバ110は、タイミングコントローラ130からのデータを受け、複数の走査線LS1〜LSnに順に電圧を与え、選択していく。ソースドライバ100は、タイミングコントローラ130からの輝度データを受け、複数のデータ線LD1〜LDmに、輝度データに応じた駆動電圧を供給する。ソースドライバ100は、所定の基準電圧より高い第1極性の駆動電圧と、基準電圧より低い第2極性の駆動電圧を、データ線LDに対して交互に印加する反転駆動を行う。
ソースドライバ100は一つの半導体基板上に一体集積化された機能ICである。ソースドライバ100の出力端子P1〜Pmはそれぞれ、データ線LD1〜LDm(以下、データ線LDと総称する)と接続される。また、ソースドライバ100のデータ入力端子102には、画素ごとの輝度データが入力される。キャパシタ端子104には、後述する電荷保持用のチャージシェアキャパシタC1が接続される。
隣り合う2本のデータ線LDはペアを形成する。すなわち、データ線LD1とLD2は第1のペアをなし、データ線LD3とLD4は第2のペアをなす。一般化すると、データ線LD(2i−1)とLD(2i)は第i番目のペアをなしている。
ソースドライバ100は、ペアをなす2本のデータ線ごとに、ハイサイドアンプHAMP、ローサイドアンプLAMP、出力スイッチSWを備える。
つまり、データ線LDのi番目のペアに対しては、ハイサイドアンプHAMPであるドライバアンプDRV(2i−1)と、ローサイドアンプLAMPであるドライバアンプDRV(2i)と、出力スイッチSWが設けられる。ドライバアンプは演算増幅器を利用したボルテージフォロア回路として構成される。
ハイサイドアンプHAMPは、第1極性の駆動電圧Vpを生成する。ローサイドアンプLAMPは、第1極性と反対の第2極性の駆動電圧Vnを生成する。出力スイッチSWは、ハイサイドアンプHAMPにより生成された駆動電圧VpとローサイドアンプLAMPにより生成された駆動電圧Vnを、2本のデータ線LD(2i−1)とLD(2i)に交互に切りかえて出力する。
図1の出力スイッチSWは、2つのスイッチSWA、SWBを含む。ストレート接続状態において、スイッチSWAはハイサイドアンプHAMPの出力電圧Vpを選択し、スイッチSWBはローサイドアンプLAMPの出力電圧Vnを選択する。クロス接続状態において、スイッチSWAはローサイドアンプLAMPの出力電圧Vnを選択し、スイッチSWBはハイサイドアンプHAMPの出力電圧Vpを選択する。
駆動信号生成部10はデータ入力端子102を介して画素ごとの輝度データを受け、各データ線LDに供給すべき信号をデジタル値で生成する。データ線LDごとのデジタル値は、デジタルアナログ変換器DAC1〜DACmに出力される。デジタルアナログ変換器DAC1〜DACmは、デジタル値をアナログ電圧に変換し、対応するドライバアンプDRV1〜DRVmへと出力する。ドライバアンプDRVは、入力されたアナログ電圧に応じた駆動電圧Vp、Vnを生成する。
ハイサイドアンプHAMPの高電位側の電源端子には、第1の固定電圧として電源電圧AVDDが供給される。ローサイドアンプLAMPの低電位側の電源端子には、第2の固定電圧として接地電圧GNDが印加される。なお、ローサイドアンプLAMPの低電位側の電源端子には、第2の固定電圧として、接地電圧に替えて負の電源電圧−AVDDが供給されてもよい。あるいは、ハイサイドアンプHAMPの高電位側の電源端子には、第1の固定電圧として、電源電圧AVDDに替えて接地電圧GNDが供給され、ローサイドアンプLAMPの低電位側の電源端子には、第2の固定電圧として負の電源電圧−AVDDが供給されてもよい。つまり、第1の固定電圧と第2の固定電圧は任意である。
ハイサイドアンプHAMPの低電位側の電源端子と、ローサイドアンプLAMPの高電位側の電源端子は、キャパシタ端子104を介して共通のチャージシェアキャパシタC1に接続される。したがって、チャージシェアキャパシタC1の一端、つまりキャパシタ端子104の電圧(以下、キャパシタ電圧ともいう)Vcが、ハイサイドアンプHAMPの下側の電源電圧として供給され、ローサイドアンプLAMPの上側の電源電圧として供給される。
ソースドライバ100は、チャージシェアキャパシタC1の一端の電圧を所定の電位に安定化させるレギュレータ20をさらに備える。レギュレータ20は、チャージシェアキャパシタC1の電圧を、ハイサイドアンプHAMPの高電位側の電源電圧AVDDと、ローサイドアンプLAMPの低電位側の電源電圧GNDとの中点電圧AVDD/2を目標値として安定化させることが望ましい。ただし目標値の電圧は、AVDD/2に限定されず、ハイサイドアンプHAMPとローサイドアンプLAMPが、データ線に供給すべき駆動電圧を全範囲にわたり生成できればよい。別の観点からいえば、チャージシェアキャパシタC1の目標電圧を、駆動電圧の第1極性と第2極性の境界である基準電圧に一致させることが望ましい。
ソースドライバ100は、各データ線LD1〜LDnとチャージシェアキャパシタC1の間に設けられたチャージシェアスイッチSWC1〜SWCmおよびSWC0をさらに備える。
以上がソースドライバ100の構成である。続いて、ソースドライバ100の動作を説明する。図2(a)〜(d)は、図1のソースドライバ100の状態遷移を示す回路図である。図3は、図1のソースドライバ100の動作波形図である。
図2(a)〜(d)は、ペアをなす2つのデータ線LD1、LD2を駆動する2つのドライバアンプDRV1、DRV2の周辺の回路のみを示す。ハイサイドアンプHAMP、ローサイドアンプLAMPは、いずれもプッシュプル形式の出力段を備える。ハイサイドアンプHAMPは、出力段として電源電圧AVDDとキャパシタ電圧Vcの間に直列に接続されたPチャンネルMOSFET(以下、第1トランジスタM1という)およびNチャンネルMOSFET(以下、第2トランジスタM2という)を備える。また、ローサイドアンプLAMPは、出力段としてキャパシタ電圧Vcと接地電圧GNDの間に直列に接続されたPチャンネルMOSFET(以下、第3トランジスタM3という)およびNチャンネルMOSFET(以下、第4トランジスタM4という)を含む。ハイサイドアンプHAMPおよびローサイドアンプLAMPの入力差動段や増幅段は省略されている。
ソースドライバ100は、ゲートドライバ110の走査線LSの選択動作と同期して、以下で説明するφ1、φ12、φ2、φ21の状態を繰り返す。
φ1. ゲートドライバ110がj番目の走査線LSjを選択するとき、ソースドライバ100は、データ線LD1を第1極性の駆動電圧Vpで、データ線LD2を第2極性の駆動電圧Vnで駆動する。この状態を第1状態φ1という。第1状態φ1において、出力スイッチSWは、ハイサイドアンプHAMPによって一方のデータ線LD1が、ローサイドアンプLAMPによって他方のデータ線LD2が駆動されるように設定される。このとき、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0はすべてオフに設定される。図2(a)は、第1状態φ1の等価回路を示す。
φ2. ゲートドライバ110がj+1番目の走査線LSj+1を選択するとき、ソースドライバ100は、データ線LD1を第2極性の駆動電圧Vnで、データ線LD2を第1極性の駆動電圧Vpで駆動する。この状態を第2状態φ2という。第2状態φ2において、出力スイッチSWは、ハイサイドアンプHAMPによって他方のデータ線LD2が、ローサイドアンプLAMPによって一方のデータ線LD1が駆動されるように設定される。このとき、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0はすべてオフに設定される。図2(c)は、第2状態φ2の等価回路を示す。
ソースドライバ100は、ゲートドライバ110による走査線LSの駆動タイミングと同期して、第1状態φ1、第2状態φ2を交互に繰り返す。第1状態φ1から第2状態φ2の遷移期間および第2状態φ2から第1状態φ1への遷移期間には、以下の状態が設定される。
φ12. 第1状態φ1から第2状態φ2に遷移するタイミングで、ソースドライバ100は、第1遷移状態φ12に設定される。第1遷移状態φ12において、出力スイッチSWはオフ状態となり、ハイサイドアンプHAMPおよびローサイドアンプLAMPは、データ線LD1、LD2と切り離される。このとき、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0はすべてオンに設定される。図2(b)は、第1遷移状態φ12の等価回路を示す。
φ21. 第2状態φ2から第1状態φ1に遷移するタイミングで、ソースドライバ100は、第2遷移状態φ21に設定される。第2遷移状態φ21において、出力スイッチSWはオフ状態となり、ハイサイドアンプHAMPおよびローサイドアンプLAMPは、データ線LD1、LD2と切り離される。このとき、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0はすべてオンに設定される。図2(d)は、第2遷移状態φ21の等価回路を示す。第1遷移状態φ12と第2遷移状態φ21の回路状態は同じである。
その後、第1状態φ1に遷移し、j+2番目の走査線LSj+2を駆動する。
つまり、ソースドライバ100は、走査線LSの駆動タイミングと同期して、第1状態φ1、第1遷移状態φ12、第2状態φ2、第2遷移状態φ21を順に繰り返す。
図3のタイムチャートを参照する。第1状態φ1において、データ線LD1の電位Vd1は、時間とともに上昇し、輝度に応じた第1極性の目標電圧に設定される。また、データ線LD2の電位Vd2は、時間とともに低下し、輝度に応じた第2極性の目標電圧に設定される。
続く第1遷移状態φ12において、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0がオンし、データ線LD1、LD2がチャージシェアキャパシタC1と接続される。その結果、データ線LD1、LD2の電位Vd1、Vd2は、キャパシタ電圧Vcと一致する。
続く第2状態φ2において、データ線LD1の電位Vd1は、時間とともに低下し、輝度に応じた第2極性の目標電圧に設定される。また、データ線LD2の電位Vd2は、時間とともに上昇し、輝度に応じた第1極性の目標電圧に設定される。
続く第2遷移状態φ21において、チャージシェアスイッチSWC1、SWC2、SWC0がオンし、データ線LD1、LD2がチャージシェアキャパシタC1と接続される。その結果、データ線LD1、LD2の電位Vd1、Vd2は、キャパシタ電圧Vcと一致する。
実施の形態に係るソースドライバ100によれば、ハイサイドアンプHAMPのシンク電流(吸い込み電流)は、第2トランジスタM2を介してチャージシェアキャパシタC1に流れ込む。また、ローサイドアンプLAMPのソース電流(吐き出し電流)は、チャージシェアキャパシタC1から第3トランジスタM3を介してデータ線へと供給される。言い換えれば、ハイサイドアンプHAMPによってデータ線に供給した電荷を、チャージシェアキャパシタC1に回収し、その電荷を、ローサイドアンプLAMPの電源として利用することができる。
その結果、従来のように、各データ線の駆動電圧の極性を切りかえる度に接地に捨てていた電流を低減することができる。実施の形態に係るソースドライバ100は、従来に比べて消費電力を50%近く低減することが可能となる。消費電力の低減にともない、回路の発熱も大幅に削減できる。
また、実施の形態では、ハイサイドアンプHAMPは電源電圧AVDDとキャパシタ電圧Vcを受けて動作し、ローサイドアンプHAMPはキャパシタ電圧Vcと接地電圧GNDを受けて動作する。Vc=AVDD/2に設定される場合、各アンプの動作電圧範囲は、AVDD/2となる。
これに対して、従来のソースドライバでは、チャージシェアキャパシタC1を設けずに、ハイサイドアンプとローサイドアンプの両方を、電源電圧AVDDと接地電圧GNDを与えて動作させていた。つまり、従来において、各アンプの動作電圧範囲はAVDDであった。つまり、本実施の形態に係るソースドライバ100によれば、従来のソースドライバに比べて、各アンプに印加される電圧が低減されるため、消費電力を低減することが可能となる。また、低耐圧プロセスを利用することができるため、回路面積を削減することも可能である。
また、キャパシタ電圧Vcを安定化させるレギュレータ20を設けることにより、ハイサイドアンプHAMP、ローサイドアンプLAMPの動作を安定化させることができる。
さらに、チャージシェアスイッチSWCを設けることにより、データ線LDの電位を輝度に対応する電圧に遷移させる前に、レギュレータ20の目標値に設定することができる。レギュレータ20の目標値は、輝度が0に相当する電圧と一致することが望ましい。
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
実施の形態では、すべてのドライバアンプDRV1〜DRVmに対して、共通のチャージシェアキャパシタC1を設ける場合を説明したが、ドライバアンプをセグメント化し、セグメントごとにチャージシェアキャパシタC1を設けてもよい。セグメント化することにより、チャージシェアキャパシタC1ひとつ当たりの容量を減らすことができ、CR時定数を小さくできるため、回路動作を高速化できる。
セグメントは、隣接するいくつかのドライバアンプを単位としてもよい。隣接する画素の輝度は確率的に近似する場合が多いため、これらをセグメント化することにより、高速動作が期待できる。さらにこの場合、回路のレイアウトの観点から有利である。あるいはセグメントを、画素の色を単位としてもよい。
実施の形態では、チャージシェアキャパシタC1をソースドライバ100の外部に外付けする場合を説明したが、これをソースドライバ100に内蔵してもよい。
以上、実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。
実施の形態に係るソースドライバを備えた液晶ディスプレイの構成を示す回路図である。 図2(a)〜(d)は、図1のソースドライバの状態遷移を示す回路図である。 図1のソースドライバの動作波形図である。
符号の説明
HAMP…ハイサイドアンプ、LAMP…ローサイドアンプ、DRV…ドライバ、10…駆動信号生成部、20…レギュレータ、C1…チャージシェアキャパシタ、100…ソースドライバ、102…データ入力端子、104…キャパシタ端子、110…ゲートドライバ、120…液晶パネル、130…タイミングコントローラ、SWc…チャージシェアスイッチ、200…液晶ディスプレイ。

Claims (5)

  1. 液晶パネルの複数のデータ線を反転駆動するソースドライバであって、
    隣接する2本のデータ線ごとに設けられた、
    第1極性の駆動電圧を生成するハイサイドアンプと、
    前記第1極性と反対の第2極性の駆動電圧を生成するローサイドアンプと、
    前記ハイサイドアンプと前記ローサイドアンプにより生成された2つの駆動電圧を、前記2本のデータ線に切りかえて出力する出力スイッチであって、(i)前記ハイサイドアンプが一方のデータ線に接続され、前記ローサイドアンプが他方のデータ線に接続される第1状態と、(ii)前記ハイサイドアンプが前記他方のデータ線に接続され、前記ローサイドアンプが前記一方のデータ線に接続される第2状態と、(iii)前記ハイサイドアンプおよび前記ローサイドアンプが、前記2本のデータ線から切り離される遷移状態と、が切りかえ可能な出力スイッチと、
    前記ハイサイドアンプの低電位側の電源端子および前記ローサイドアンプの高電位側の電源端子に共通に接続されたチャージシェア用キャパシタと、
    各データ線と前記チャージシェア用キャパシタの間に設けられたチャージシェアスイッチと、
    を備え、
    前記出力スイッチを前記第1状態とし、前記ハイサイドアンプによって一方のデータ線を、前記ローサイドアンプによって他方のデータ線を駆動するステップと、
    前記出力スイッチを前記遷移状態とし、その状態で前記チャージシェアスイッチをオンし、その後オフするステップと、
    前記出力スイッチを前記第2状態とし、前記ハイサイドアンプによって前記他方のデータ線を、前記ローサイドアンプによって前記一方のデータ線を駆動するステップと、
    前記出力スイッチを前記遷移状態とし、その状態で前記チャージシェアスイッチをオンし、その後オフするステップと、
    を繰り返すことにより、
    複数のデータ線に蓄えられた電荷を、前記ハイサイドアンプの出力段のトランジスタおよび前記チャージシェアスイッチを介して、前記チャージシェア用キャパシタに一時的に回収し、その電荷を、前記ローサイドアンプの電源として利用可能に構成されることを特徴とするソースドライバ。
  2. 前記チャージシェア用キャパシタの電圧を所定の電位に安定化させるレギュレータをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のソースドライバ。
  3. 前記レギュレータは、前記チャージシェア用キャパシタの電圧を、前記ハイサイドアンプの高電位側の電源電圧と、前記ローサイドアンプの低電位側の電源電圧との中点電圧を目標値として安定化させることを特徴とする請求項2に記載のソースドライバ。
  4. 複数のハイサイドアンプおよび複数のローサイドアンプをセグメント化し、同一のセグメントに含まれるハイサイドアンプおよびローサイドアンプに、共通のチャージシェア用キャパシタが接続されることを特徴とする請求項1に記載のソースドライバ。
  5. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルの複数のデータ線を駆動する請求項1から4のいずれかに記載のソースドライバと、
    前記液晶パネルの複数の走査線を駆動するゲートドライバ回路と、
    を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
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