JPH0723384U - 液晶パネルの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ＳＴＮ液晶パネル等の表示システムにおい
て、走査電極駆動回路用の電源回路はスイッチングブロ
ックとレベルシフタとコッククロフトブロックから構成
される。スイッチングブロックは表示コントローラから
クロックを入手し直流の高電圧を作成する。レベルシフ
タはクロックの振幅をこの高電圧に変換し、低インピー
ダンスで出力する。この出力から一対のコッククロフト
回路で、グランドレベルに対し＋と−側で絶対値の等し
い高電圧を作成する。 【効果】 走査電極駆動回路の消費電流が小さいという
条件のもとでは、チップ部品が使用できるようになり、
走査電極駆動回路用の電源回路が小型化する。さらに回
路構成が簡単化しているので部品精度は低くてよい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は液晶パネルの駆動回路のなかで、とくに走査電極駆動回路の電源回路 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

パッシブ方式の液晶パネルでは透明な走査電極群と信号電極群が液晶層を介し てマトリクス上に対向配置しており、それぞれの電極群に走査電極駆動回路と信 号電極駆動回路が接続している。パッシブ方式の液晶パネルの表示制御は一般に 電圧平均化法が使用される。この電圧平均化法は、画素へ印加する電圧波形に選 択期間と非選択期間があり、選択期間のパルス形状により透過率（オン−オフな いし中間階調）を制御する。

【０００３】 電圧平均化法では液晶パネルの分割数が大きくなると選択期間のパルス波高値 も上昇するのに加え、交流化駆動が必要なため画素に印加する電圧波形の振幅の 最大値はこの波高値の２倍になる。この結果２００分割程度のＳＴＮ（スーパー ツイステッドネマティック）液晶パネルではこの電圧が４０〜６０Ｖに達する。 この電圧が一般的なＣ−ＭＯＳ製ＩＣの耐圧を越えているため、駆動法に工夫が 必要となる。代表的な方法として走査電極駆動用ＩＣと信号電極駆動ＩＣが選択 期間のパルス波高値にほぼ等しい方形波を出力し、これらの電圧の差として画素 に印加する電圧波形の振幅の最大値を選択期間のパルス波高値の約２倍にしてい る。この方法により電極駆動に必要なＩＣの耐圧は半減する。また液晶パネル駆 動のグランドレベルＶＭに対して＋（ないし−）側の高圧電源を作成するだけで −（ないし＋）極性のパルスを作成できる。ところが高耐圧ＩＣはサイズが大き くなりコストが高くなるという欠点があることから、走査および信号電極駆動用 ＩＣを両方とも高電圧で駆動するのはコストダウンの障害になる。とくに走査電 極にくらべ信号電極数が多いため、信号電極駆動用のＩＣを低電圧駆動できれば コストダウンの効果が大きくなる。このとき走査電極に選択パルス、信号電極に 表示データ（パルス幅に変換した方形波）を印加することになるが、走査電極駆 動用のＩＣの耐圧以下で走査電極に電圧印加しなければならない。

【０００４】 ＳＴＮ液晶パネルは高いコントラストが得られ、静止画主体のＯＡ（オフィス オートメイション）機器だけでなく、テレビ等の動画表示にも使用されている。 このＳＴＮ液晶パネルは、波形応答（高い電圧の選択波形に光学特性が応答して コントラストを低下させる現象）が激しいため、最適バイアス法（電圧平均化法 のなかで最大コントラストの得られる駆動方法）で与えられる条件よりも選択期 間のパルス波高値を小さくし、非表示期間の波高値を大きくして使用されること がある。信号電極駆動用のＩＣを低電圧で駆動する我々の実験では、表示データ 用の方形波を±２〜３Ｖに上げ、選択期間のパルス波高値を±１５〜２０Ｖ程度 まで下げたが、１２０分割のＳＴＮ液晶パネルで４０以上のコントラストが得ら れた。このような条件では走査電極駆動用のＩＣの動作電圧は３０〜４０Ｖにな るので、実用的な範囲でＣ−ＭＯＳによるＩＣ化が可能となる。

【０００５】 電源と映像信号を入力するだけで画像表示のできる装置（部品として扱われる 。以下表示ユニットと称する）では、手軽に入手できる電源が５Ｖ程度の単一で 低電圧なものになる場合が多い。このとき表示ユニット内では走査電極駆動回路 用に高い電圧を使用するので昇圧が必要となる。そこで従来から使用されている 一般的な昇圧回路として図５にａ．トランス方式、ｂ．スイッチング方式、ｃ． コッククロフト方式を例示する。

【０００６】 ａのトランス方式でトランスＴＲ１は一次側に入力するクロック５０を二次側 で電圧増幅し、これをダイオ−ドＤ５１、Ｄ５２とコンデンサＣ５１、Ｃ５２で 平滑する。液晶パネルを駆動する際のグランドレベルＶＭ中心に絶対値の等しい 直流の高電圧±Ｖｄを発生する。

【０００７】 ｂのスイッチング方式でアンドＡ５１は、コンパレータＣＭ５１の出力にもと づいてクロック５１の通過を制御し、トランジスタＴ５１のスイッチングを行う 。ダイオードＤ５３とコンデンサＣ５３はコイルＬ５１から流出する電流を平滑 し直流の高電圧＋Ｖｄを作成する。コンパレータＣＭ５１は、高電圧＋Ｖｄを抵 抗Ｒ５１、Ｒ５２で分割した電圧とブライト調整用ボリュームＶＲ５１の中間端 子電圧とを比較する。このフィードバックループにより高電圧＋Ｖｄは出力が安 定化する。なおこの回路に対しトランジスタやダイオード、コイルなどの極性と 接地方向を逆にすることで負側の高電圧−Ｖｄが得られる。

【０００８】 ｃのコッククロフト方式は容量（コンデンサＣ５４〜５９）と整流器（ダイオ ードＤ５４〜５９）で昇圧を行う。昇圧するための単位ブロック（一段分）は、 たとえばコンデンサＣ５４とＣ５５、ダイオードＤ５４とＤ５５を組み合わせた 部分である。ダイオードＤ５５のカソードではグランドレベルＶＭにクロック５ ２の振幅を加えた直流の電圧が得られる。図中では単位ブロックが三段あるので 、直流の高電圧＋ＶｄはグランドレベルＶＭにクロックの振幅の３倍を加えた値 になる。この回路に対しダイオードの極性や接地方向を逆にすることで負側の高 電圧−Ｖｄが得られる。この回路ではクロック４２の振幅を変えると直流の電圧 ＋Ｖｄも変化するので、この方法でブライト調整する。なおダイオードＤ５４〜 ５９は理想的なものと仮定しており、電圧降下を無視している。コンデンサやダ イオードはＩＣに内蔵できるので、消費電流の少ないシステムに対する昇圧回路 としてよく使用される。この他、平滑用のコンデンサＣ５５、Ｃ５７、Ｃ５９を 共通接地するとシェンケル方式と呼ばれることもある。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

トランスには一次と二次側のコイルおよび磁気結合用のコアがあるので、トラ ンス方式ではサイズの大型化と重量の増大という課題がある。また液晶パネルの 表示システムはデジタル制御系なので変換効率の良いＳＩＮ波が得にくいという 課題もある。

【００１０】 スイッチング方式は＋と−側で対称な電源を得るのに昇圧回路が二組必要とな る。このため部品点数が多くなるという課題がある。また電源用の直流の高電圧 ±Ｖｄを一致させるためには、抵抗等に高精度部品を必要とする課題もある。

【００１１】 走査電極駆動回路は数ｍＡ程度消費するので、コッククロフト方式で使用する クロックは低インピーダンスでなければいけない。このためインピーダンス変化 を行うアンプの増設が必要になるという課題がある。そのほか高電圧を得ようと するとコンデンサとダイオードの数が増大するという課題もある。

【００１２】 前述のようにグランドレベルＶＭに対して絶対値の等しい高電圧の電源を作成 して液晶パネルを表示する方法が一般的でないため、表示用のデジタル制御シス テムを有効に利用するような改良がなされていないという課題がある。

【００１３】 以上の課題に基づいて本考案の目的は、ＳＴＮ等の液晶パネルの表示システム において、グランドレベルＶＭを中心にして絶対値の等しい高電圧が簡単に得ら れ、サイズの小さい走査電極駆動回路用の電源回路を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、表示コントローラの信号に基づいて、 走査電極駆動回路で、基準電位に対して正及び負の電位の駆動信号を発生して、 液晶パネルを駆動する液晶パネルの駆動回路において、該走査電極駆動回路の電 源部を、スイッチング回路を備え、表示コントローラから発生される昇圧用クロ ック信号を入力し、該クロック信号の振幅より高い電圧の直流電圧を生成するス イッチングブロックと、該直流電圧を電源電圧とし、表示コントローラからレベ ルシフト用クロックを入力して、振幅が該直流電圧の電圧値のクロックを出力す るレベルシフタと、該レベルシフタから出力されるクロックを、基準レベルに対 して正及び負側に設けられたコックフロフト回路に入力し、ほぼ該クロックの振 幅の電圧値の正及び負の直流電圧を出力するコッククロフトブロックとから構成 したことを特徴とする。

【００１５】

【実施例】 ＜実施例１＞ 図１は本考案の実施例１の回路図であり、スイッチングブロック１とレベルシ フタ２とコッククロフトブロック３に分けられる。スイッチングブロック１はゲ ート用のアンドＡ１、コンパレータ用のインバータＩ１、抵抗Ｒ１〜３、コンデ ンサＣ１〜２、ブライト調整用のボリュームＶＲ１、コイルＬ１、トランジスタ Ｔ１、ダイオードＤ１で構成している。アンドＡ１及びインバータＩ１の電源は ５Ｖで、コイルＬ１の電源側と共通である。レベルシフタ２は抵抗Ｒ４、コンデ ンサＣ３、Ｃ４、トランジスタＴ２、Ｔ３で構成している。コッククロフトブロ ックはコンデンサＣ５〜８、ダイオードＤ２〜５で構成している。以下各ブロッ クの動作を説明する。

【００１６】 ［スイッチングブロックの動作］ アンドＡ１は、インバータＩ１の論理レベルに基づき、表示コントローラ１７ から出力されるクロック５の通過制御をおこなう（図中ではアンドＡ１とインバ ータＩ１を表示コントローラ１７の内部素子として示している）。コンデンサＣ １は、スピードアップコンデンサと呼ばれ、アンドＡ１の出力変化をトランジス タＴ１のベースに速やかに伝達する。抵抗Ｒ１はトランジスタＴ１のベース電流 を制限する。トランジスタＴ１は、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１を介してアンドＡ １を通過してたきたクロックでスイッチングされる。コイルＬ１はコレクタ電流 の遮断時に高電圧パルスを発生し、これをダイオ−ドＤ１とコンデンサＣ２で平 滑し直流高電圧４が得られる。抵抗Ｒ２、Ｒ３はボリュームＶＲ１の中間端子の 電圧可変範囲を決める。直流の高電圧４が上昇しボリュームＶＲ１の中間端子電 圧がインバータＩ１の変化電圧を越えると、インバータＩ１の出力がローレベル に反転し、トランジスタＴ１のスイッチング動作が停止する。反対に中間端子電 圧がインバータＩ１の変化電圧以下の場合、インバータＩ１の出力はハイレベル となり、スイッチング動作が継続し直流の高電圧４が上昇する。この負帰還回路 によりブライト調整用のボリュームＶＲ１の中間端子電圧に対応して安定化され た直流の高電圧４が得られる。なおトランジスタＴ１の暴走を避けるためにはエ ミッタに保護用の抵抗を挿入する。

【００１７】 ［レベルシフタの動作］ コンデンサＣ３とＣ４は直流阻止用である。抵抗Ｒ４でベース電流を流す経路 を作っている。コンデンサＣ３（ないしＣ４）と抵抗Ｒ４の時定数がクロック周 期に較べて長い場合にはトランジスタＴ２、Ｔ３はほぼ相補型のスイッチとして 動作し、トランジスタＴ２がオン（オフ）の時はＴ３がオフ（オン）となる。こ の結果５Ｖ振幅で入力するレベルシフト用クロック５が上述の直流の高電圧４の 振幅（以下ＶＡで示す）に変換される（位相は反転する）。後段の回路の電流負 荷が大きいときには抵抗Ｒ４を小さくしてコレクタ電流を増加させ対応する。ま た本実施例では昇圧用クロックとレベルシフト用クロックをクロック５で兼用し ている。

【００１８】 ［コッククロフトブロックの動作］ レベルシフタ２の出力はコンデンサＣ５を介してダイオードＤ２のカソード側 に入力する。ダイオードＤ２のカソード電圧はグランドレベルＶＭからダイオー ドドロップＶｄｒｏｐ（ダイオードＤ２に電流が流れる際に生ずる電圧降下）だ け下がった値になる。この結果ダイオードＤ２のカソードの最低電位は（ＶＭ− Ｖｄｒｏｐ）、最高の電位は（ＶＭ−Ｖｄｒｏｐ＋ＶＡ）になる。これをダイオ ードＤ３とコンデンサＣ６で平滑すると、走査電極駆動回路２６の＋側の電源 ＋Ｖｄ＝ＶＭ−２Ｖｄｒｏｐ＋ＶＡ が得られる。同様に−側の電源 −Ｖｄ＝ＶＭ＋２Ｖｄｒｏｐ−ＶＡ が得られる。なお図中コンデンサＣ６、Ｃ８は液晶のグランドレベルに接続して いる。これはシステムのグランドに接地しても良く、この場合シェンケル方式と 呼ばれることもあるが、特に区別していない。回路電圧が３０Ｖで消費電流が１ ｍＡ程度であるので走査電極駆動回路２６を３０ＫΩ程度の等価抵抗と考えると 、各コンデサＣ５〜８の容量を１μＦに設定した場合、時定数が３０ｍｓになり 、クロック周期を数１０ＫＨｚ以上にすれば高電圧±Ｖｄのリップルは小さくな る。

【００１９】 図２に図１の電源回路を適用した液晶パネル２８の表示ユニットを示す。図１ と共通な部品と信号は同じ番号、アルファベットで示している。この表示システ ムには５Ｖと０Ｖの電源と、ビデオ信号１０が入力する。ビデオ信号１０は、ク ロマ回路１１でＲＧＢ信号１２に変換され、また同期分離回路１３で同期信号１ ４が分離される。太い線で囲んだ表示コントローラ１７には、一般的な液晶テレ ビ用コントローラに内蔵されるＡ／Ｄ変換器１８と表示制御ブロック１９と発振 器２０に加え、昇圧とレベルシフト用のクロック５を作成する分周器２１と、ア ンドＡ１とインバータＩ１とが内蔵されている。抵抗Ｒ５〜８とコンデンサＣ９ 〜１１で電圧ＶＳ＋、ＶＭ、ＶＳ−を作成する。信号電極駆動回路２７では論理 回路が０→５Ｖで動作し、表示データ用の方形波の上下の電圧がＶＳ＋とＶＳ− に対応する。制御信号群２３のなかで走査用のクロック、スタート信号、駆動極 性制御など走査電極駆動回路２６で使用する信号はレベルシフタ２４で高圧の電 源±Ｖｄの振幅に変換される。

【００２０】 ＜実施例２＞ 図３に実施例１と極性を反転した回路を示す。実施例１と対応関係のある部品 はアルファベットにつづくの番号の後ろに１を加えて示している。ゲートは負論 理のアンドＡ１１（正論理ではオア）でありクロックＢの通過制御を行う。トラ ンジスタＴ１１はＰＮＰに変わり、ダイオードＤ１１の向きが逆になる。コンデ ンサＣ２１とコイルＬ１１は０Ｖに接地する。この結果負の高電圧ＶＢが得られ る。これを５Ｖとの間で分割しブライト調整する。レベルシフト用のトランジス タＴ２１、Ｔ３１のエミッタはそれぞれ５ＶとＶＢに接続する。コッククロフト ブロックは実施例１と同じものである。

【００２１】 ＜実施例３＞ 図４に実施例１、２とは異なる回路構成のレベルシフタを示す。レベルシフト 用クロック４１はコンデンサＣ４１、Ｃ４２、抵抗Ｒ４１、４２を介してトラン ジスタＴ４１、４２のベースに入力する。これをトランジスタＴ４１、Ｔ４２で 直流の高電圧４２までレベルシフトし、極性の反転した出力４３を得る。コンデ ンサＣ４２は単にスピードアップ用である。一方コンデンサＣ４１はトランジス タＴ４１ベースバイアス電圧を保持する機能も有し、レベルシフト用クロック４ １を高電圧４２付近にクランプする。

【００２２】 なおダイオードはどのタイプでも良いが電源の利用効率を考えるとショットキ ータイプなど電圧降下の少ないものがよい。実施例１、２はクロックが停止する とレベルシフタに常時コレクタ電流が流れてしまう。これを避けるためにはクロ ックの停止時に、どちらかのトランジスタがオフするようにベースへ抵抗を追加 すれば良い。また、駆動電圧の温度補償をおこなう際にはスイッチングブロック 内の分割抵抗の一方にサーミスタを使用すればよい。

【００２３】

【考案の効果】

本考案ではＳＴＮ液晶パネルの波形応答対策として最適バイアス条件から駆動 電圧をずらし、走査電極駆動回路の駆動電圧を低下させるという手法を積極的に 利用している。この結果、グランドレベルＶＭに対し±の二電源が存在するにも かかわらず、通常の高耐圧Ｃ−ＭＯＳの定格範囲内で走査電極駆動回路が使用で きる。本考案では昇圧のため公知の回路ブロックを３段組み合わせている。一般 の電源回路としてこの方式を採用しても、レベルシフトブロックやコッククロフ トブロックの電圧降下がフィードバックされないので出力電圧の精度が悪くなる 上、大きな電流を取りだそうとするとコンデンサの容量を大きくする必要がある ので、回路上のメリットは少ない。このような理由に加えて、ＩＣ耐圧の関係か らグランドレベルＶＭと±の二電源を使用するシステムが一般的でないので、本 考案のような回路システムをＳＴＮ液晶パネルの表示システムに当てはめた例は ない。しかしながらＳＴＮ液晶パネルの表示システムでは、走査電極駆動回路の 消費電流が数ｍＡ以下であるので電圧降下への配慮は不要となる。また±の二電 源電圧がグランドレベルに対し絶対値を等しくするだけよいので、抵抗などの部 品精度は低くて良い。以上のように本考案の電源回路は、ほとんど固定部品化で き微調整が不要になるため、製造や保守が著しく簡単化する。

【００２４】 上記の効果に加えて、本考案には更に以下の効果がある。 走査電極駆動回路の消費電流が数ｍＡ以下であることから、コンデンサの容 量が０．１〜１．０μＦ以下ですむ。この結果、トランジスタ、ダイオード、抵 抗、コンデンサにチップ部品を使用できる。 スイッチングとレベルシフト用のクロックは表示コントローラ内で作成する 。またスイッチング用のクロックのゲート、および電圧値の判定用のコンパレー タは表示コントローラに内蔵できる。 スイッチング回路が単一なので、大型部品となるコイルが一個で済む。 レベルシフタは電流増幅も兼用している。 コッククロフト回路は＋と−側でそれぞれ一段で良い。 これらの理由から回路が小型化する。

【００２５】 なお耐圧範囲内で走査電極駆動用ＩＣが使用でき、低消電であればＴＮ液晶パ ネル、ＭＩＭ、ＴＦＴ等のアクティブ方式の液晶パネルにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例１の回路図である。

【図２】本考案の実施例１の表示ユニットへの適用例を
示すブロック図である。

【図３】本考案の実施例２の回路図である。

【図４】本考案の実施例３の回路図である。

【図５】従来例の昇圧回路の回路図であり、（ａ）がト
ランス方式 （ｂ）がスイッチング方式 （ｃ）がコッククロフト方式である。

【符号の説明】

Ａ１、Ａ２、Ａ５１ アンド Ｉ１１、Ｉ１２ コンパレータとして使用するイン
バータ Ｃ１ 〜Ｃ８ コンデンサ Ｒ１ 〜Ｒ４ 抵抗 ＶＲ１ ボリューム Ｌ１ コイル Ｄ１ 〜Ｄ５ ダイオード Ｔ１ 〜Ｔ３ トランジスタ ＋Ｖｄ 走査電極駆動回路の＋側の電源電圧 ＶＭ 液晶表示のためのグランドレベル −Ｖｄ 走査電極駆動回路の−側の電源電圧 １ スイッチングブロック ２ レベルシフタ ３ コッククロフトブロック ４ 直流高電圧 １７ 表示コントローラ ２６ 走査電極駆動回路 ２９ 液晶パネル

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示コントローラの信号に基づいて、走
   査電極駆動回路で、基準電位に対して正及び負の電位の
   駆動信号を発生して、液晶パネルを駆動する液晶パネル
   の駆動回路において、該走査電極駆動回路の電源部が、
   スイッチング回路を備え、表示コントローラから発生さ
   れる昇圧用クロック信号を入力し、該クロック信号の振
   幅より高い電圧の直流電圧を生成するスイッチングブロ
   ックと、該直流電圧を電源電圧とし、表示コントローラ
   からレベルシフト用クロックを入力して、振幅が該直流
   電圧の電圧値のクロックを出力するレベルシフタと、該
   レベルシフタから出力されるクロックを、基準レベルに
   対して正及び負側に設けられたコックフロフト回路に入
   力し、ほぼ該クロックの振幅の電圧値の正及び負の直流
   電圧を出力するコッククロフトブロックとから構成され
   ていることを特徴とする液晶パネルの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記スイッチングブロックは出力直流電
   圧を検出するコンパレータと、該コンパレータの出力に
   基づいてクロックの通過制御を行うゲートと、該ゲート
   の出力によりスイッチングされるトランジスタと、該ト
   ラジスタのコレクタに接続され、電流のスイッチングに
   より高電圧パルスを発生するコイルと、前記高電圧パル
   スを平滑し直流の高電圧を生成するダイオードとコンデ
   ンサから成る回路と、前記の直流の高電圧を分割し、前
   記コンパレータに出力する電圧を生成する抵抗とを備え
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの駆動回
   路。