JPH0895522A - 液晶表示装置用駆動回路 - Google Patents

液晶表示装置用駆動回路

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JPH0895522A JP22850694A JP22850694A JPH0895522A JP H0895522 A JPH0895522 A JP H0895522A JP 22850694 A JP22850694 A JP 22850694A JP 22850694 A JP22850694 A JP 22850694A JP H0895522 A JPH0895522 A JP H0895522A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置の駆動回路に使用する素子がI
Cチップ上に占める面積を削減して駆動回路の小型化を
図り、また、ウェハープロセスの影響を受けにくい駆動
回路を提供する。 【構成】 定電流回路103の定電流が流れるMOSF
ET101と等チャネル長のMOSFET102,10
4をチャネル幅が2倍づつ増加するように構成し、階調
データb0 、b1 によりオン・オフするスイッチS0
1 がMOSFET102、104の出力を制御してコ
ンデンサ105を充電して、その充電電圧を用いて液晶
表示画素107を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、フルカラーによる階
調表示が可能な液晶表示装置用駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】フルカラー表示用の液晶駆動回路とし
て、振動電圧方式、抵抗分割方式、DAC(デジタル−
アナログ変換器)内蔵方式等が知られている。これらの
方式のうち、駆動回路としての動作スピードや電圧の精
度の点からみて、DAC内蔵方式が優れていると考えら
れる。この発明は、特にDAC内蔵方式の液晶駆動回路
に関するものである。図6は、マトリクス構造の液晶パ
ネルとその周辺回路からなる一般的な液晶表示装置の構
成を示している。同図において、601は液晶パネル、
602はコモンドライバ、そして603はセグメントド
ライバである。液晶パネル601のマトリクスのロウ側
を走査するコモンドライバ602は、一時点ではある1
つのロウの全液晶画素を選択する。セグメントドライバ
603の中で、ある1つのカラムを駆動する駆動回路6
04は、コモンドライバ602が選択した液晶画素に対
し、当該液晶画素の階調データに応じた電圧を印加す
る。各液晶画素605にはトランジスタ606を介して
駆動回路604からの電圧が印加される。
【0003】以上の構成において、駆動回路604に
は、表示データをアナログ信号に変換するDAC(ディ
ジタル/アナログ変換器)が用いられる。図7は、従来
のDACの構成例を示す図である。このDAC700は
電荷スケーリング型のDACであり、N個のコンデンサ
1〜CN 、終端コンデンサCT ならびにスイッチWa
・Wb ・W1 〜WN から構成されている。最初のコンデ
ンサC1 の容量をCとすると、2番目のコンデンサC2
の容量は[1/2]Cに、3番目のコンデンサC3 の容
量は[1/4]Cに...N−1番目のコンデンサC
N-1 の容量は[1/2N-2 ]C、そしてN番目のコンデ
ンサCN の容量は[1/2N-1 ]Cとなるように設計さ
れている。CT の容量は[1/2N-1 ]Cである。ま
た、Bはボルテージフォロワであり、VREFは基準電圧
である。
【0004】このDAC700へ供給されるディジタル
データは、Nビットの2進数で与えられる。このNビッ
トのディジタルデータのそれぞれのビットの値をb1
2,・・・bN とする。ビットbi (i=1〜N)
が”1”であると、スイッチWiが基準電源VREF に接
続され、”0”であるとグランドに接続される。DAC
700には、互いに重なりあわない2相のクロック
φ1、φ2が接続されている。φ1 のタイミングにおいて
は、スイッチWa ・Wb が閉じ、スイッチW1 〜WN
グランド側に倒れ、コンデンサC1 〜CN とCT の両端
がグランドに接続される。φ2 のタイミングにおいて
は、スイッチWa ・Wb が開くとともに、スイッチW1
〜WN は上述したように階調値の各ビットの値に応じて
REF かグランド側に切り替わる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の回路
をICチップ上に実装するにあたっては、各コンデンサ
の容量の精度を確保するために、これらコンデンサを単
位コンデンサで構成する方法を採用している。図7の場
合で言うと、[1/2N-1 ]Cの容量を持つコンデンサ
を単位コンデンサとする。したがって、N番目のコンデ
ンサCN は1個の単位コンデンサ、「N−1」番目のコ
ンデンサCN-1 は2個の単位コンデンサから構成され、
等々、回路全体としては[2N −1]個の単位コンデン
サを必要とする。液晶の階調数が増えてデジタルデータ
のビット数が増大するにしたがい、必要とされる単位コ
ンデンサの数は飛躍的に増大する。たとえば、8ビット
のデジタルデータを入力とする場合には256階調表示
が可能となるが、そのためには255個もの単位コンデ
ンサが必要とされることになる。
【0006】このように、従来の容量型DACを使用し
た液晶駆動回路ではコンデンサがICチップ上で大きな
面積を占有する。特に近年では、TFT(薄膜トランジ
スタ)型の液晶表示装置における階調数の向上につれ、
チップサイズの増大がコストダウンのネックとなってい
る。この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、液晶駆動回路に使用する素子がICチップ
上に占める面積を削減し、液晶表示装置用駆動回路の小
型化を図ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、液晶表示装置を階調駆動
する液晶表示装置用駆動回路において、第1〜第nの定
電流回路と、外部から供給される階調データに基づいて
前記第1〜第nの定電流回路の出力電流をオン/オフ制
御する第1〜第nのスイッチ手段と、サンプルパルスの
タイミングにおいて前記第1〜第nの定電流回路の出力
電流によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサ
の充電電圧を前記液晶表示装置へ印加する出力バッファ
と、から構成したものである。また、請求項2記載の発
明は、請求項1記載の発明において、前記第1〜第nの
定電流回路をカレントミラー回路によって構成したもの
である。さらに、請求項3記載の発明は、請求項1記載
の発明において、前記カレントミラー回路を、基準電流
が流れるMOSFETと、前記基準電流の2m (m=0
〜「n−1」)倍の電流が流れるn個のMOSFETか
ら構成されるようにしたものである。
【0008】
【作用】この発明によれば、階調データに基づいて定電
流回路の出力電流をオン/オフ制御してコンデンサの充
電電流を変化させ、このコンデンサの充電電圧に基づい
て液晶表示装置を駆動する。このような構成により、単
位コンデンサを多数使用する必要がなくなるとともに、
回路を半導体素子で形成することが可能となり、回路の
大きさを大幅に縮小することが可能となる。また、前記
定電流回路はカレントミラー回路によって構成すること
が望ましく、さらに、そのカレントミラー回路をMOS
FETによって構成することが望ましい。
【0009】
【実施例】次に、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。図1は、同実施例による液晶表示装置
用駆動回路の回路図であり、カレントミラー型DACを
採用している。ここで図1の回路の説明に入る前に、図
2を参照して簡単にカレントミラー回路の説明をする。
図2において、VCCは電源電圧である。201はMOS
FET(MOS電界効果トランジスタ)であり、チャネ
ル幅がW1 、チャネル長がL1 である。また、202も
MOSFETであり、そのチャネル幅はW2 、チャネル
長はL2 である。ここで、これら「チャネル幅」ないし
は「チャネル長」は、それぞれ図3に示すMOSFET
の構造図におけるチャネル幅Wあるいはチャネル長Lで
示されるものである。なお、図3においてG,S,Dは
それぞれMOSFETのゲート、ソース、ドレインであ
る。
【0010】一方、203は定電流回路であり、マスタ
ースライスによってその電流値を容易に調整することが
可能である。いま、定電流回路203の電流をI1
し、またチャネル長L1 =L2 と仮定すると、図2の回
路の出力電流IOUT は、 IOUT =[W2 /W1 ]・I1 …(1) となる。つまり、出力電流IOUT は、電流値I1 と上記
の2つのMOSFET201、202のそれぞれのチャ
ネル幅によって定まる。次に、図1に示す液晶表示装置
用駆動回路の説明に移る。同図の駆動回路は、液晶画素
の階調データである2ビットの階調データ、ビット
0 ,b1 を入力として液晶表示装置の液晶画素を駆動
する。ここで、ビットb1がMSB(Most Significant
Bit)である。
【0011】同図において、VDDは回路の電源電圧であ
る。また、101、102ならびに104はMOSFE
Tである。MOSFET101と102は、定電流回路
103とともに上述のカレントミラー回路を構成してい
る。同様にMOSFET101、104ならびに定電流
回路103はもう一つのカレントミラー回路を構成す
る。ここで、MOSFET101,102ならびに10
4のチャネル長はすべて同一値となるようにしてある。
また、各MOSFETのチャネル幅は、MOSFET1
01のチャネル幅をWR とした時に、MOSFET10
2のチャネル幅はMOSFET101のチャネル幅と同
じWR 、MOSFET104のチャネル幅は2・WR
なっている。したがって、定電流回路103に流れる電
流の電流値をIR と置くと、(1)式により、MOSF
ET102にはIR の電流値の電流が流れ、MOSFE
T104には2・IR の電流値の電流が流れる。
【0012】105は容量CF を持つコンデンサであ
る。また、出力バッファ106はコンデンサ105の両
端間の電圧VC を出力して液晶画素107を駆動する。
なお、出力バッファ106は、増幅機能を有するものを
用いても良い。出力バッファ106に増幅機能を有する
ものを用いた場合には、コンデンサ105に容量の小さ
いコンデンサを用いても十分な階調表示を行うことがで
きる。S0 ,S1 ,SM,SH はスイッチであり、サン
プルパルスSampを基準にしてオン/オフする。サン
プルパルスSampは図4に示すような矩形波で、”
H”(ハイ)の間がサンプル期間であり、”L”(ロ
ー)の期間がホールド期間である。サンプル期間の持続
時間はTであり、ホールド期間の持続時間は時間Tに比
べるとはるかに長い。これらのスイッチとサンプルパル
スSampとの関係が同図に示してある。
【0013】スイッチS0 ,S1 は、サンプルパルスS
ampの立ち上がりのタイミングにおいて、それぞれ階
調データのビットb0 ,b1 の値に応じてオン・オフす
る。スイッチS0 は、ビットb0 の値が”0”である場
合にオフとなり”1”である場合にオンとなる。同様
に、スイッチS1 は、ビットb1 の値が”0”である場
合にオフとなり”1”である場合にオンとなる。また、
スイッチS0 ,S1 はサンプルパルスSampの立ち下
がりのタイミングにおいて無条件にオフとなる。
【0014】また、スイッチSH は、サンプルパルスS
ampの立ち上がりのタイミングでオフとなり、サンプ
ルパルスSampの立ち下がりのタイミングでオンとな
る。また、スイッチSM は、サンプルパルスSampの
立ち上がりのタイミングより微小時間τだけ早くオンと
なり、サンプルパルスSampの立ち下がりのタイミン
グより上記時間τだけ早くオフとなる。
【0015】次に、本実施例による液晶表示装置用駆動
回路の動作を説明する。液晶画素107の階調データと
してたとえば”2”を指定する。これにより図1の駆動
回路に与えられる階調データは、ビットb0 が”0”、
ビットb1 が”1”となる。まず、サンプルパルスSa
mpが立ち上がる時刻より時間τだけ前において、スイ
ッチSM がオンとなる。この時、スイッチSH はオン状
態にあり、これによりコンデンサ105内の電荷がスイ
ッチSH 、SM を通して放電される。また、スイッチS
M がオンとなると、出力バッファ106の出力が「0」
となり、液晶画素107の充電電荷が放電される。なお
この時、スイッチS0 、S1 はオフ状態となっている。
【0016】次に、サンプルパルスSampが立ち上が
ると、その立ち上がりタイミングにおいて、スイッチS
1 がオン、スイッチSH がオフとなる。またスイッチS
0 はビットb0 がオフであることから、オフ状態を続け
る。これによりMOSFET104のドレインには2・
R の電流が流れ、スイッチS1 を介してコンデンサ1
05の充電を開始する。続いて、サンプルパルスSam
pの立ち下がりタイミングの時間τ前にスイッチSM
オフとなり、液晶画素107の充電電荷の放電を終了す
る。
【0017】さらに時間τ経過後にサンプルパルスSa
mpが立ち下がると、その立ち下がりタイミングにおい
て、スイッチS1 がオフとなる。スイッチS0 はすでに
オフであるためそのままオフ状態を続ける。これによ
り、コンデンサ105への充電が終了する。また同時
に、スイッチSH がオンとなりコンデンサ105の充電
電圧が出力バッファ106の入力端子に印加される。出
力バッファ106はこれを受けて液晶画素107を駆動
する。コンデンサ105の電荷は、サンプルパルスSa
mpの立ち上がりの時間τ前のタイミングにおいて再び
スイッチSM がオンとなるまで保持される。
【0018】ところで、コンデンサ105の両端間の電
圧VC は、以下に示すように時間の経過とともに変化す
る。サンプルパルスSampのある立ち上がりタイミン
グの時刻を”0”とすると、前述したようにその直前の
ホールド期間中にコンデンサ105の電荷はすべて放電
されており、コンデンサ105の両端間の電圧VC は”
0”になっている。コンデンサ105に蓄積される電荷
をq、コンデンサ105に流れる電流を時刻tの関数と
してi(t)とすると、サンプル期間中のある時刻t1
(0≦t1≦T)におけるコンデンサ105の両端間の
電圧VC は次式で表される。
【数1】
【0019】定電流回路103の電流値は時間に依存し
ないため、サンプル期間中にMOSFET102あるい
はMOSFET104に流れる電流値は時間によらず一
定である。すなわち、電流i(t)の値は階調データの
ビットb0 ,b1 の値にのみ依存する一定値IC を持
つ。したがって、時刻t1 における充電電圧VOUT は次
式で計算される。 VOUT =IC・t1 /CF …(3) つまり、コンデンサ105の両端間の電圧VC は図4
の”階調データ=2”に示すごとく、時間に比例して直
線的に上昇してゆく。したがって、サンプルパルスSa
mpの立ち下がりタイミングにおけるコンデンサ105
の両端間の電圧VC は、(IC =2・IR から)2・I
R ・T/CF となる。ここで、IR ・T/CF の値をV
Tとおくことにする。
【0020】ところで、階調データとして”0”を与え
た場合には、b0 =”0”、b1 =”0”であり、サン
プルパルスSampの立ち上がりのタイミングにおいて
スイッチS0 、S1 ともオフのままである。したがって
コンデンサ105に流れる電流は”0”であり、サンプ
ルパルスSampの立ち下がりのタイミングにおいて、
コンデンサの両端間の電圧VC は”0”のままである。
また、階調データとして”1”を与えた場合には、b0
=”1”、b1 =”0”であり、サンプルパルスSam
pの立ち上がりのタイミングにおいてスイッチS0 がオ
ンとなり、S1はオフのままである。したがってコンデ
ンサ105に流れる電流はIR となり、サンプルパルス
Sampの立ち下がりのタイミングにおいて、コンデン
サの両端間の電圧VC はIR ・T/CF =VT となる。
また、階調データとして”3”を与えた場合には、
0 、b1 とも”1”であり、サンプルパルスSamp
の立ち上がりのタイミングにおいてスイッチS0 、S1
ともオンとなる。したがってコンデンサ105に流れる
電流は3・IR となり、サンプルパルスSampの立ち
下がりのタイミングにおいて、コンデンサの両端間の電
圧VC は3・VT となる。このように、階調データとし
て与えた値に比例してコンデンサ両端間の電圧VC が得
られる。
【0021】なお、これまでの説明は階調データが2ビ
ットの場合であったが、階調データのビット数を任意の
ビット数に拡張することが可能である。例として図5
に、階調データを2ビットから8ビットに拡張して、液
晶画素107が256階調表示を可能とした場合におけ
る駆動回路の回路図を示す。同図は、図1におけるスイ
ッチSH から左側の部分の回路、つまりDAC部分の回
路、に対応する部分のみを示している。
【0022】階調データを8ビットに拡張してD0 〜D
7 とすると、スイッチはP0 〜P7の8個に拡張され、
またMOSFETもT0 〜T7 の8個に拡張される。こ
こで、階調データはビットD0 がLSB(Least Signif
icant Bit )である。MOSFET、T0 〜T7 のチャ
ネル幅は、MOSFET101のチャネル幅を基準値”
1”として、それぞれ1、2、4、8、16、32、6
4、128のチャネル幅を持つように形成されている。
なお、この回路の動作は上述の階調データが2ビットの
場合の記述から容易に理解されるため省略する。
【0023】本実施例では、各MOSFETに流れる電
流値をMOSFETのサイズ相対比で決定できるため、
ウェハープロセスの誤差を受けにくいというメリットが
ある。さらに、容量型DACにおいて単位コンデンサが
占有している面積に比較して、MOSFETのチャネル
面積が小さくなる。液晶表示装置の駆動回路のようなア
レー型の回路においては、セル1個の面積の削減が全チ
ップ面積に及ぼす影響は大きく、面積削減の効果も大き
い。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、階調データに基づいて定電流回路の出力電流をオン
/オフ制御してコンデンサの充電電流を変化させ、この
コンデンサの充電電圧に基づいて液晶表示装置を駆動す
るようにしたので、単位コンデンサを多数使用する必要
がなくなるとともに、回路を半導体素子で形成すること
が可能となり、駆動回路の大きさを大幅に縮小すること
が可能となる、という効果が得られる。また、前記定電
流回路をカレントミラー回路によって構成し、さらに、
そのカレントミラー回路をMOSFETによって構成す
ることにより、MOSFETに流れる電流値をMOSF
ETの[W/L]比で決定することが可能となるため、
駆動回路がウェハープロセスの誤差を受けにくくなる、
という効果が得られる。なお、[W/L]のWはMOS
FETのチャネル幅、LはMOSFETのチャネル長で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による液晶表示装置用駆動
回路の回路図である。
【図2】同実施例による液晶表示装置用駆動回路が使用
しているカレントミラー回路の回路図である。
【図3】同実施例により使用されるMOSFETの構造
を示す図である。
【図4】同実施例によるサンプルパルスSampとスイ
ッチS0 ,S1 ,SH ,SM の状態ならびにコンデンサ
105の両端間の電圧Vc との関係を示すタイムチャー
トである。
【図5】同実施例による液晶表示装置用駆動回路におい
て階調データのビット数を8ビットに拡張した場合にお
けるDAC部の回路の回路図である。
【図6】従来技術による液晶パネル601とその周辺回
路の構成を示すブロック図である。
【図7】従来技術による駆動回路604に使用されてい
る容量型DACの回路図である。
【符号の説明】
101、102、104…MOSFET、103…定電
流回路、105…コンデンサ、106…出力バッファ、
107…液晶画素、b0,b1…階調データ、S0、S1
H、SM …スイッチ、VDD …電源電圧、601…液晶
パネル、604…駆動回路、Samp…サンプルパルス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶表示装置を階調駆動する液晶表示装
    置用駆動回路において、 第1〜第nの定電流回路と、 外部から供給される階調データに基づいて前記第1〜第
    nの定電流回路の出力電流をオン/オフ制御する第1〜
    第nのスイッチ手段と、 サンプルパルスのタイミングにおいて前記第1〜第nの
    定電流回路の出力電流によって充電されるコンデンサ
    と、 前記コンデンサの充電電圧を前記液晶表示装置へ印加す
    る出力バッファと、 を具備してなる液晶表示装置用駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記第1〜第nの定電流回路はカレント
    ミラー回路によって構成されていることを特徴とする請
    求項1記載の液晶表示装置用駆動回路。
  3. 【請求項3】 前記カレントミラー回路は、基準電流が
    流れるMOSFETと、前記基準電流の2m (m=0〜
    「n−1」)倍の電流が流れるn個のMOSFETから
    構成されることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装
    置用駆動回路。
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