JPH11242528A - 基準電源回路 - Google Patents

基準電源回路

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JPH11242528A
JPH11242528A JP4526098A JP4526098A JPH11242528A JP H11242528 A JPH11242528 A JP H11242528A JP 4526098 A JP4526098 A JP 4526098A JP 4526098 A JP4526098 A JP 4526098A JP H11242528 A JPH11242528 A JP H11242528A
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circuit
output
power supply
voltage follower
voltage
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Isao Sano
功 佐野
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】出力電圧を安定させ、且つ、消費電力を小さく
できる基準電源回路を提供すること。 【解決手段】R1 、R2 により分圧された接続点1が演
算増幅器OP1の出力を反転入力端子(−入力端子)へ
帰還かけたボルテージフォロワ回路70の入力に接続
し、ゲート7がボルテージフォロワの入力に接続された
ソースフォロワのNMOS1とPMOS1がボルテージ
フォロワの出力に並列接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は液晶ディスプレイ
(LCD)の駆動集積回路などに用いられる基準電源回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】STN(Super Twisted
Nematic)液晶ディスプレイの駆動は、走査信号
ドライバ(以下、走査ドライバと称す)とデータ信号ド
ライバ(以下、データドライバと称す)により行われ
る。図5は液晶パネルの概念図と等価回路図であり、同
図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線
で切断した1画素の断面図、同図(c)は液晶パネルの
等価回路図である。
【0003】図5(a)において、上部透明電極3が横
に配列され、この上部透明電極3と対向するように下部
透明電極4が縦に配列されたマトリックス配置構造をし
ている。この上部透明電極3と下部透明電極4との間に
図示されていない液晶が充填されている。上部透明電極
3と下部透明電極4の間に印加される電圧が、あるしき
い値電圧を超えると液晶が相変化し、白黒の場合は白か
ら黒または黒から白に変化する。上部透明電極3には走
査ドライバ出力1、2・・・nが接続し、下部透明電極
4にはデータドライバ出力1、2・・・mが接続して、
それぞれのドライバの出力電圧が印加される。
【0004】図5(b)において、上部透明電極3と下
部透明電極4との間に液晶5が充填されている。図5
(c)において、図5(b)の上部透明電極3と下部透
明電極4および液晶5とで等価的にコンデンサ6が形成
される。つまり、液晶パネルは電気回路的にはコンデン
サ5と考えることができる。
【0005】図6は従来の液晶駆動回路の構成図であ
る。液晶駆動回路は基準電源回路30とスイッチ回路4
0から構成されており、液晶駆動基準電源回路30の出
力V0、V1 ・・・V5 をスイッチ回路40で切り換え
て、走査ドライバ出力1、2、・・・nおよびデータド
ライバ出力1、2、・・・mを出力する。これらの出力
は図5の液晶パネルの上部透明電極3および下部透明電
極4にそれぞれ与えられる。基準電源回路30の出力は
V0 、V1 、V2 、V3 、V4 およびV5 の6レベルあ
り、この内、走査ドライバ出力1、2・・・・nは、例
えば、V0 、V1、V4 、V5 のいずれかの出力がスイ
ッチ回路40により時間で切り換えて出力され、また、
データドライバ出力1、2・・・mは、例えば、V0 、
V2 、V3、V5 のいずれかの出力がスイッチ回路40
により時間で切り換えて出力される。
【0006】基準電源回路の従来例を図7を用いて説明
する。図7は基準電源回路を液晶駆動に用いた例であ
る。基準電源回路は分圧抵抗であるR13、R14、R15、
R16、R17およびR18と演算増幅回路であるOP19、O
P20、OP21、OP22およびOP23で構成され、演算増
幅器の出力は、演算増幅器の反転入力端子(−入力端
子)と接続しボルテージフォロワ回路を構成し、且つ、
基準電源回路の出力V0 、V1 、V2 、V3 、V4 、V
5 となる。またR13は電源の高電位側(VDD)に接続さ
れ、R18は電源のグランド側(GND)と接続し、また
V0 はVDDと接続し、またV1 はOP23の出力と接続
し、OP23の+入力端子はR17とR18との接続点17に
接続されている。このV0 とV5 の電位レベルは選択電
位レベルと呼ばれている。またV1 、V2 、V3 、V4
はOP19、OP20、OP21、OP22を介してR13とR14
の接続点13、R13とR14の接続点14、R14とR15の
接続点15、R15とR16の接続点16およびR16とR17
の接続点16とそれぞれ接続される。またV1 、V2 、
V3 、V4 は走査ドライバおよびデータドライバの非選
択電位レベルと呼ばれている。走査ドライバ出力とデー
タドライバ出力の差の電圧が液晶パネルに与えられ、し
きい値を超えると液晶の色(白黒)が変化し、そのしき
い値は|V0 −V5 |である。これより小さいと色は変
化しない。
【0007】尚、同図の点線50内の回路は単位の基準
電源回路である。またR18は可変抵抗であり、この抵抗
値を変えることで、V5 の電位を変え、液晶が確実に相
変化を起こすようにする。図8はスイッチ回路の構成図
である。基準電源回路の出力V0 、V1 、V2 、V3 、
V4 、V5 にそれぞれスイッチ素子60( ここではpチ
ャネルMOSFETとnチャネルMOSFET)が接続
される。走査ドライバ出力1、2・・・nはこのスイッ
チ素子60の一つをオンすることでV0 、V1 、V4 、
V5 のいずれかが出力され、またデータドライバ出力
1、2・・・mは同様にこのスイッチ素子60の一つを
オンすることでV0 、V2 、V3 、V5 のいずれかが出
力される。また走査ドライバおよびデータドライバの出
力はここではそれぞれ1つ示したが、実際は同様の接続
をそれぞれ数十個から数百個して多数の出力を得てい
る。
【0008】図9は走査ドライバ出力とデータドライバ
出力の電圧波形例を示す。t1 の期間は走査ドライバ出
力1とデータドライバ出力1の電位レベルの差はV0 −
V5の電圧となる。この電圧により、図5(b)の液晶
パネルの上部透明電極3と下部透明電極4が交差した箇
所(画素)の液晶5は色が変化する。一方、走査ドライ
バ出力2の電位レベルはV4 であり、V4 −V5 は液晶
の色が変化する電圧より小さく色は変化しない。他の時
間帯でも同様のことが言える。このようにして、液晶パ
ネルの像が形成される。ところで、T1 の期間の電圧波
形のみ常時液晶に印加されると、液晶に印加される電圧
の極性が一定となる。このように直流成分が液晶に印加
されると、液晶が劣化を起す。それを防止するために、
T2 ではT1 の電圧波形と上下対称な波形にして、T1
での直流成分を打ち消している。そのため、非選択電位
レベルを出力する基準電源回路の出力V1 、V2 、V3
、V4 の4つレベルとなる。 このようにすること
で、一方の極性に偏極しなくなり、液晶が劣化すること
もない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】つぎに、図9のように
液晶パネルのデータドライバ出力が時間とともに変化す
るときの走査ドライバ出力の電圧波形について説明す
る。図10はデータドライバ出力と走査ドライバ出力の
電圧波形である。この波形は図9のAの時点とB時点を
拡大したものである。データドライバ出力が同図(a)
のような矩形波状に変化すると、前記したように、液晶
パネルの上部透明電極の電圧は下部透明電極とコンデン
サ結合しているために、同図(b)のような、この矩形
波を微分したひげ状のスパイク電圧が発生し、それが走
査ドライバ出力に重畳する。
【0010】この微分波形が走査ドライバ出力に重畳さ
れると、液晶の色を変える電圧(しきい値電圧)が確保
できなくなり、所謂クロストーク(Cross tal
k:液晶の色がはっきりしない現象)が現れて、色調品
位を損なう。一方これを防止しようとして、上部透明電
極の過渡的な電位変化を吸収するために、演算増幅器の
出力インピーダンスを小さくすると、定常的に大きな電
流が演算増幅器に流れて基準電源回路の消費電力が増大
してしまう。
【0011】この発明の目的は、前記の課題を解決し
て、出力電圧が安定し、且つ、消費電力を小さくできる
基準電源回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、基準電源で、電源のグランド側(GND)と高電
位側(VDD)との間に複数の分圧抵抗を接続し、該分圧
抵抗で分圧された電位を演算増幅器で構成されるボルテ
ージフォロワ回路の入力に印加する基準電源回路におい
て、ボルテージフォロワ回路の出力と接続するスイッチ
ング素子を備える構成とする。
【0013】ゲートを前記ボルテージフォロワ回路の入
力に接続し、ソースを該ボルテージフォロワの出力に接
続し、ドレインを前記電源の高電位側に接続したnチャ
ネルMOSFETと、ゲートを前記ボルテージフォロワ
回路の入力に接続し、ソースを該ボルテージフォロワの
出力に接続し、ドレインを前記電源のグランド側に接続
したpチャネルMOSFETとを有する構成とするとよ
い。
【0014】また、ゲートを前記ボルテージフォロワ回
路の入力に接続し、ソースを該ボルテージフォロワの出
力に接続し、ドレインを前記電源の高電位側に接続した
nチャネルMOSFETと、ゲートを前記ボルテージフ
ォロワ回路の入力に接続し、ソースを該ボルテージフォ
ロワの出力に接続し、ドレインを前記電源のグランド側
に接続したpチャネルMOSFETとのいずれかを有す
る構成としてもよい。
【0015】さらに、ゲートを前記ボルテージフォロワ
回路の入力により高い電位となる抵抗分圧した点に接続
し、ソースを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ド
レインが前記電源の高電位側に接続したnチャネルMO
SFETと、ゲートを、前記ボルテージフォロワ回路の
入力より低い電位となる抵抗分圧した点に接続し、ソー
スを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ドレインを
前記電源のグランド側に接続したpチャネルMOSFE
Tとを有する構成とする。
【0016】また、ゲートを前記ボルテージフォロワ回
路の入力により高い電位となる抵抗分圧した点に接続
し、ソースを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ド
レインが前記電源の高電位側に接続したnチャネルMO
SFETと、ゲートを、前記ボルテージフォロワ回路の
入力より低い電位となる抵抗分圧した点に接続し、ソー
スを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ドレインを
前記電源のグランド側に接続したpチャネルMOSFE
Tとのいずれかを有する構成とするとよい。
【0017】また、nチャネルMOSFETをnpnト
ランジスタに置き換え、pチャネルMOSFETをpn
pトランジスタに置き換えてもよい。前記のようにする
と、低しきい値のソースフォロワ接続されたnチャネル
MOSFETとpチャネルMOSFETが、ボルテージ
フォロワ回路の出力に接続されているので、出力が容量
性負荷により変動した場合、ソースフォロワ接続された
NMOSまたはPMOSが導通し、出力電圧が入力電圧
±しきい値電圧以内に入るまで急速に戻すように作用す
る。
【0018】また、出力が入力レベル付近まで戻ると、
ソースフォロワ接続されたnチャネルMOSFETとp
チャネルMOSFETはオフする。さらに、通常用いら
れているしきい値と同じnチャネルMOSFETとpチ
ャネルMOSFETをソースフォロワ接続し、ゲート端
子をこの素子が導通する電位側(高電位側、またはグラ
ンド側)の抵抗分圧した点に接続することで、ゲートに
入力される電位(グランドに対する電位)を入力電圧
(グランドに対する電位)より分圧抵抗で発生する電圧
分だけ高く(または低く)する。そうすると、出力の僅
かな変動でもゲート電圧がしきい値電圧を超えるように
なり、nチャネルMOSFETまたはpチャネルMOS
FETが導通する。このMOSFETが導通すること
で、出力電圧が入力電圧±(しきい値電圧−分圧抵抗で
発生する電圧)となる電圧になるまで、出力電圧は急速
に戻り、定常状態となる。
【0019】また出力が入力レベル付近まで戻ると、ソ
ースフォロワ接続されたnチャネルMOSFETとpチ
ャネルMOSFETはオフするため、電流は流れず消費
電力を小さくできる。
【0020】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1実施例の基
準電源回路である。ここでは図7の点線50で示す単位
の基準電源回路を示す。図1において、分圧抵抗R1 と
分圧抵抗R2 の接続点1を、演算増幅器OP1の出力を
反転入力端子(−入力端子)に帰還かけたボルテージフ
ォロワ回路70の入力と接続する。またゲート7がボル
テージフォロワ回路70の入力に接続されたソースフォ
ロワのnチャネルMOSFETであるNMOS1と、p
チャネルMOSFETであるPMOS1とが、ボルテー
ジフォロワ回路70の出力に並列接続する構成とする。
つまり、同図ではNMOSのドレイン9は電源の高電位
側(VDD)と、またPMOS1のドレイン10は電源の
グランド側(GND)と接続し、NMOS1のソース1
1およびPMOS1のソース12はボルテージフォロワ
回路70の出力V1と接続している。またNMOS1と
PMOS1のソース同志が接続しているので、ソースフ
ォロワと呼ばれている。
【0021】前記のNMOS1およびPMOS1はn形
の同一基板上にCMOSプロセスにより形成される。N
MOS1の基板はpウエル(これはn形基板に形成され
たp形領域のことで、この領域の表面層にソース領域、
ドレイン領域を形成してNMOS1とするため、NMO
S1の基板となる)であり、ソースと短絡しているが、
PMOS1の基板はn形基板であり、VDDと接続する。
通常MOSFETのしきい値は約1V程度であるが、N
MOS1とPMOS1はチャネル部のイオン注入などに
よるしきい値調整により、0.1V程度に下げることが
できる。しかし、この場合は製造コストが上昇する。
【0022】基準電源回路の出力が安定しているとき
(出力電圧が変動しないで一定である場合)は、NMO
S1およびPMOS1はオフしているので、通常のボル
テージフォロワ回路として動作し、NMOS1およびP
MOS1には電流は流れない。しかし、図9のように基
準電源回路の出力が液晶の容量を介し、過渡的に変動す
ると、例えば、+側に変動した場合はPMOS1がオン
し、出力を下げるように働き、定常値に素早く戻る。逆
に−側に変動した場合はNMOS1がオンし、出力を上
げるように働き、やはり素早く定常値にもどる。そのた
め、基準電源回路の消費電力が小さく、また出力を安定
化することができる。
【0023】図2は図1のボルテージフォロワ回路の出
力波形を示す図である。同図では従来回路の出力波形と
本発明である図1の回路の出力波形を比較した。この出
力波形は図9の矩形波のデータドライバ出力に対応する
走査ドライバ出力に相当する波形である。従来回路では
過渡的な電圧(スパイク電圧)の時間幅は長いが、図1
の回路では、しきい値電圧までは急激に電圧は低下する
ため、その時間幅は半分程度に短くなる。尚、ここでは
NMOS1、PMOS1のしきい値は厳密に制御してい
ない場合で、1V程度の場合の例であり、さらにしきい
値の低いMOSFETを用いれば、前記の時間幅はさら
に短くなるが、MOSFETの製造コストが上昇する。
【0024】つぎに、小さなしきい値のMOSFETを
用いなくても、前記の時間幅を小さくできる回路につい
て説明する。図3はこの発明の第1実施例の基準電源回
路である。ここでは図7の点線50で示す単位の基準電
源回路を示す。図3はNMOS2およびPMOS2のゲ
ートが分圧抵抗R11、分圧抵抗R12および分圧抵抗R2
1、分圧抵抗R22での接続点21、22と接続している
点が図1と異なる。また図3では、図1のようにNMO
S1およびPMOS1を製作するときに、特に厳密なし
きい値の制御は行わなくても構わない。そのため、使用
するMOSFETが安価になる。
【0025】ソースフォロワ接続されるNMOS2は演
算増幅器OP2の入力電位よりも抵抗12で分圧された電
圧分だけ高いゲート電圧としている。この電圧は、NM
OS2のしきい値電圧より僅かに低い電圧となるように
分圧抵抗R12で調整されている。同様に、ソースフォロ
ワ接続されるPMOS2は演算増幅器OP2の入力電位
よりも分圧抵抗R21で分圧された電圧分だけ低いゲート
電圧としている。
【0026】図4は図3のボルテージフォロワ回路の出
力波形を示す図である。図3の説明にあるように、予め
バイアスを掛けているいるので、図1のMOSFETの
しきい値電圧に相当する電圧が回路的に極めて低く
(0.1V以下)できる。そのため、MOSFETのし
きい値を小さくしなくとも、スパイク電圧の時間幅は図
1と比べて短くできる。また、従来回路の1/10程度
まで短縮することができる。
【0027】このことにより、ボルテージフォロワ回路
の出力電位変動が起こったときにのみ、素早くオンし、
図3および図4のように入力電位を保持するように働
く。前記の説明はMOSFETを用いた場合の例である
が、NMOSをnpnトランジスタに、PMOSをpn
pトランジスタに置き換えても勿論同様の効果が得られ
る。
【0028】また、ボルテージフォロワ回路を構成する
演算増幅器の定電流源側のみが、通電能力不足の場合
(前記のスパイク電圧を吸収できない場合)は、ソース
フォロワ接続されたMOSFETは定電流源側にのみ並
列接続することで、同じ効果が得られる。その場合は、
NMOSまたはPMOSのみとなり素子面積を小さくで
きてコスト的に有利となる。
【0029】これまで説明してきたように、この発明
を、液晶ディスプレイなどの駆動回路に用いた場合、液
晶の色を変えるしきい値電圧の確保が容易となり、クロ
ストークの発生を抑制し、優れた色調品位を得ることが
できるために、液晶ディスプレイ等の駆動回路に好適で
ある。
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、ボルテージフォロワ
回路に、スイッチング素子で構成されたソースフォロワ
回路を並列接続することで、基準電源回路を小消費電力
化、基準電圧の安定化および低コスト化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の基準電源回路図
【図2】図1の基準電源回路の出力波形を示す図
【図3】この発明の第2実施例の基準電源回路図
【図4】図3の基準電源回路の出力波形を示す図
【図5】液晶パネルの概念図と等価回路図であり、
(a)は平面図、(b)は(a)のX−X線で切断した
1画素の断面図、(c)は液晶パネルの等価回路図
【図6】従来の液晶駆動回路の構成図
【図7】従来の基準電源回路図
【図8】スイッチ回路の構成図
【図9】走査ドライバ出力とデータドライバ出力の電圧
波形例を示した図
【図10】データドライバ出力と走査ドライバ出力の電
圧波形の図
【符号の説明】
1 接続点 2 接続点 3 上部透明電極 4 下部透明電極 5 液晶 6 コンデンサ 7 ゲート 8 ゲート 9 ドレイン 10 ドレイン 11 ソース 12 ソース 13 接続点 14 接続点 15 接続点 16 接続点 17 接続点 21 接続点 22 接続点 30 基準電源回路図 40 スイッチ回路図 50 単位の基準電源回路図 60 スイッチ素子 70 ボルテージフォロワ回路 NMOS1 nチャネルMOSFET PMOS1 pチャネルMOSFET NMOS2 nチャネルMOSFET POMS2 pチャネルMOSFET R1 分圧抵抗 R2 分圧抵抗 R11 分圧抵抗 R12 分圧抵抗 R13 分圧抵抗 R14 分圧抵抗 R15 分圧抵抗 R16 分圧抵抗 R17 分圧抵抗 R18 分圧抵抗 R21 分圧抵抗 R22 分圧抵抗 OP1 演算増幅器 OP2 演算増幅器 OP19 演算増幅器 OP20 演算増幅器 OP21 演算増幅器 OP22 演算増幅器 OP23 演算増幅器 VDD 電源の高電位側 GND 電源のグランド側

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準電源回路で、電源のグランド側(GN
    D)と高電位側(VDD)との間に複数の分圧抵抗を接続
    し、該分圧抵抗で分圧された電位を演算増幅器で構成さ
    れるボルテージフォロワ回路の入力に印加する基準電源
    回路において、 ボルテージフォロワ回路の出力と接続するスイッチング
    素子を備えることを特徴とする基準電源回路。
  2. 【請求項2】請求項1において、ゲートを前記ボルテー
    ジフォロワ回路の入力に接続し、ソースを該ボルテージ
    フォロワの出力に接続し、ドレインを前記電源の高電位
    側に接続したnチャネルMOSFETと、 ゲートを前記ボルテージフォロワ回路の入力に接続し、
    ソースを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ドレイ
    ンを前記電源のグランド側に接続したpチャネルMOS
    FETとを有することを特徴とする基準電源回路。
  3. 【請求項3】請求項1において、ゲートを前記ボルテー
    ジフォロワ回路の入力に接続し、ソースを該ボルテージ
    フォロワの出力に接続し、ドレインを前記電源の高電位
    側に接続したnチャネルMOSFETと、 ゲートを前記ボルテージフォロワ回路の入力に接続し、
    ソースを該ボルテージフォロワの出力に接続し、ドレイ
    ンを前記電源のグランド側に接続したpチャネルMOS
    FETとのいずれかを有することを特徴とする基準電源
    回路。
  4. 【請求項4】請求項1において、ゲートを前記ボルテー
    ジフォロワ回路の入力より高い電位となる抵抗分圧した
    点に接続し、ソースを該ボルテージフォロワの出力に接
    続し、ドレインを前記電源の高電位側に接続したnチャ
    ネルMOSFETと、 ゲートを、前記ボルテージフォロワ回路の入力より低い
    電位となる抵抗分圧した点に接続し、ソースを該ボルテ
    ージフォロワの出力に接続し、ドレインを前記電源のグ
    ランド側に接続したpチャネルMOSFETとを有する
    ことを特徴とする基準電源回路。
  5. 【請求項5】請求項1において、ゲートを前記ボルテー
    ジフォロワ回路の入力より高い電位となる抵抗分圧した
    点に接続し、ソースを該ボルテージフォロワの出力に接
    続し、ドレインが前記電源の高電位側に接続したnチャ
    ネルMOSFETと、 ゲートを、前記ボルテージフォロワ回路の入力より低い
    電位となる抵抗分圧した点に接続し、ソースを該ボルテ
    ージフォロワの出力に接続し、ドレインを前記電源のグ
    ランド側に接続したpチャネルMOSFETとのいずれ
    かを有することを特徴とする基準電源回路。
  6. 【請求項6】請求項2ないし5において、nチャネルM
    OSFETをnpnトランジスタに置き換え、pチャネ
    ルMOSFETをpnpトランジスタに置き換えること
    を特徴とする基準電源回路。
  7. 【請求項7】請求項1ないし6において、前記基準電源
    回路を液晶ディスプレイの駆動回路に用いたことを特徴
    とする基準電源回路。
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