(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号電圧を増幅する増幅段と、前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流を出力する電圧−電流変換段とで構成される電圧−電流変換器と、
互いに直列に接続された半導体素子及び定電流源からなり、前記半導体素子と前記定電流源との間の接続ノードに、前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流が供給され、前記電圧−電流変換器から前記接続ノードへ出力された前記電流に対応する電圧を出力する電流−電圧変換器と、
前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流に基づいて、前記電流−電圧変換器から出力された電圧により、容量性負荷から電荷を引き抜く放電動作を制御する第１の出力用半導体素子と、
前記増幅段の第１極性と異なる第２極性の出力電圧に基づいて、前記容量性負荷へ電荷を供給する充電動作を制御する第２の出力用半導体素子と、
を具備したことを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記電圧−電流変換器へ入力される前記入力信号電圧が零の時、前記電圧−電流変換器から出力される出力電流は前記定電流源が流す定電流より小さいことを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記電圧−電流変換器は、第１、第２のトランジスタを差動結合した構成を有する差動対と、
各ゲートを共通に接続し、各ソースを電源ラインに接続し、各ドレインを前記第１、第２のトランジスタのドレインにそれぞれ接続する第３、第４のトランジスタと、
ゲートが前記第１、第２のトランジスタの一方のドレインに接続され、前記差動対で得られた電圧を電流に変換する第５のトランジスタと、
前記第１、第２のトランジスタの双方のソースにドレインが接続され、前記差動対へ定電流を供給する第６のトランジスタと、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の増幅装置。
【請求項４】
前記電圧−電流変換器は、ソースが前記第５のトランジスタのドレインに接続され、出力電流のばらつきを抑えるための第７のトランジスタからなる補償回路をさらに有することを特徴とする請求項３記載の増幅装置。
【請求項５】
前記電圧−電流変換器は、前記差動対と前記第６のトランジスタとの間にカスケード接続した第８のトランジスタをさらに有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の増幅装置。
【請求項６】
前記第１の出力用半導体素子が前記容量性負荷から電荷を引き抜く経路中に、位相補償用の抵抗が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項７】
前記容量性負荷の電荷を、前記第１の出力用半導体素子とは別の経路でバイパスして引き抜くためのバイパス部をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項６項までのいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項８】
前記バイパス部は、その一端を前記容量性負荷と直接接続した経路で、前記容量性負荷の電荷を引き抜くことを特徴とする請求項７記載の増幅装置。
【請求項９】
前記電圧−電流変換器の同相入力信号電圧範囲を拡張する電圧範囲補償回路をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の増幅装置。
【請求項１０】
前記入力信号電圧を対応した電流に変換する第２の電圧−電流変換器と、
前記第２の電圧−電流変換器から出力された電流を対応した電圧に変換する第２の電流−電圧変換器と、
前記第２の電流−電圧変換器から出力された電圧で制御され、前記容量性負荷から電荷を引き抜く第３の出力用半導体素子と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の増幅装置。
【請求項１１】
入力信号電圧を増幅する増幅段と、前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流を出力する電圧−電流変換段とで構成される電圧−電流変換器と、
互いに直列に接続された半導体素子及び第１の定電流源からなり、前記半導体素子と前記第１の定電流源との間の接続ノードに、前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流がスイッチ用トランジスタを介して供給され、前記スイッチ用トランジスタの動作に応じて前記電圧−電流変換器から前記接続ノードへ出力された電流に対応する電圧を出力する電流−電圧変換器と、
前記増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流に基づいて前記電流−電圧変換器から出力された電圧より、容量性負荷から電荷を引き抜く放電動作を制御する第１の出力用半導体素子と、
前記増幅段の出力電圧に基づいて、前記容量性負荷へ電荷を供給する充電動作を制御する第２の出力用半導体素子と、
前記増幅段の出力電圧に基づいて前記スイッチ用トランジスタの動作を制御する制御回路と、
を具備することを特徴とする増幅装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記増幅段の第１極性と異なる第２極性の出力電圧に対応する電流を出力する第９のトランジスタと、前記第９のトランジスタのドレインに接続された第２の定電流源から構成されることを特徴とする請求項１１記載の増幅装置。
【請求項１３】
前記第１の出力用半導体素子が前記容量性負荷から電荷を引き抜く経路中に、位相補償用の抵抗が設けられたことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の増幅装置。
【請求項１４】
前記第２の出力用半導体素子のゲートと、前記第１，第２の出力用半導体素子の共通接続ノードとの間に、位相補償用の容量がさらに設けられたことを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１５】
前記増幅段は正負の入力端を有する差動増幅段であり、前記差動増幅段の負の入力端と前記第１、第２の出力用半導体素子の共通接続ノードとが接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の増幅装置を備えたソースドライバと、
ゲートドライバと、
前記ソースドライバ及び前記ゲートドライバへ制御信号を送り、それらの動作を制御する制御部と、
前記ソースドライバ及び前記ゲートドライバから出力される出力信号に基づいて画像を表示する液晶表示部と、
から構成された液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置を構成する液晶セルなどの容量性負荷を駆動するための低消費電力化を図った増幅装置、及び、この増幅装置を組込んだ液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶セルを多数配列して構成される液晶パネル及びこの液晶パネルを駆動するソースドライバ等を備えた液晶表示装置が、画像や文字の表示手段として各種の情報処理装置等で幅広く用いられている。液晶表示の動作原理は、液晶分子のある配列状態を電界で他の配列状態に変化させ、この時の液晶セルの光学的性質の変化を用いて光を変調することにより行われる。
【０００３】
従って、映像信号に対応した信号電圧を液晶セルに印加することにより、画像が液晶パネル上に表示される。このような液晶パネルは、ソースドライバを構成し対応する液晶セルに電圧を印加する複数の増幅装置により駆動されるが、増幅装置側から見ると、各液晶セルは容量性負荷となる。このため、増幅装置は、容量性負荷に対して、電荷を供給したり（充電）、引き抜いたりして（放電）、容量性負荷の電圧を所定レベルに設定することで、画像を表示している。
【０００４】
図１７は、上記のような容量性負荷（液晶セル）の電荷を引き抜くために用いられる従来の増幅装置の構成例を示したブロック図である。図１７において、入力信号電圧Ｖｉｎが電圧−電流変換器１５１で電流Ｉ１（例えば、２００〜３００μＡ）に変換され、ダイオード接続されたトランジスタＴ１を流れる。トランジスタＴ１とトランジスタＴ２はカレントミラー回路を構成しているため、容量性負荷８０の等価回路であるコンデンサＣ（例えば、１００ｐＦ）からトランジスタＴ２を通して、電流Ｉ１と同じ電流Ｉが流れる。そして、コンデンサＣに蓄積されている電荷が引き抜かれて、図１８に示すように、電荷引き抜き期間Ｔの経過後は、例えば、電圧が５Ｖから３Ｖに低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の増幅装置は、以上のように構成されていたので、コンデンサＣの容量が大きい場合や、電荷の引き抜き速度を速めようとした場合、トランジスタＴ２を流れる電流Ｉを増加させる必要がある。しかしこの場合、電圧−電流変換器１５１側からトランジスタＴ１に流す電流Ｉ１を大きくする必要があり、消費電力も増加してしまうという不具合が生じる。特に、液晶表示装置を搭載した機器が携帯型でバッテリー駆動される場合は、消費電力の増加は、バッテリー駆動時間が短縮されるという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、低消費電力で、大きな容量性負荷を高速で駆動することが可能な増幅装置、及びこの増幅装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る増幅装置は、基本的に、電圧−電流変換器、電流−電圧変換器、第１の出力用半導体素子、及び、第２の出力用半導体素子から構成されている。特に、電圧−電流変換器は、入力信号電圧を増幅する増幅段と、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流を出力する電圧−電流変換段とで構成されている。また、電流−電圧変換器は、互いに直列に接続された半導体素子及び定電流源から構成されている。そして、半導体素子と定電流源との接続ノードに、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流が供給され、電圧−電流変換器から接続ノードへ出力された電流に対応する電圧を出力する。そして、第１の出力用半導体素子は、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流に基づいて電流−電圧変換器から出力された電圧により、容量性負荷から電荷を引き抜く放電動作を制御し、第２出力用半導体素子は、増幅段の第１極性と異なる第２極性の出力電圧に基づいて、容量性負荷へ電荷を供給する充電動作を制御することを特徴とする。従って、増幅段の第１極性の出力電圧に基づいて、容量性負荷に蓄積された電荷を引き抜く制御を行い、また、増幅段の第２極性の出力電圧に基づいて、容量性負荷へ電荷を充電する制御を行う。そして、第１の出力用半導体素子を流れる電流を大きくするには、入力信号電圧に対応した電流を大きくするだけで良いので、消費電力を増大すること無しに、容量性負荷に対する電荷の放電及び充電動作を第１及び第２の出力用半導体素子を介して素早く行うことができ、容量性負荷の電位を所定レベルに迅速かつ低消費電力で設定することができる。
【０００８】
また、この発明の増幅装置では、電圧−電流変換器へ入力される入力信号電圧が零の時、電圧−電流変換器から出力される出力電流は定電流源が流す定電流より小さいことを特徴とするものである。従って、入力信号電圧である被変換電圧が零を越えると、電圧−電流変換器から出力される電流ＩｙはＩｙ＋ΔＩとなり（ΔＩはＩｙの増加分）、Ｉｙ＋ΔＩ＞Ｉとなって、第１の出力用半導体素子のゲート（制御端子）の電圧が上昇してオンとなり、容量性負荷から電荷が引き抜かれる。この引き抜き電流量を増加させるには、単にΔＩを大きくするのみでよいので消費電力が少なくてすむ。
【０００９】
また、上記した発明の増幅装置では、電圧−電流変換器は、第１、第２のトランジスタを差動結合した構成を有する差動対と、各ゲートを共通に接続し、各ソースを電源ラインに接続し、各ドレインを第１、第２のトランジスタのドレインにそれぞれ接続する第３、第４のトランジスタと、ゲートが第１、第２のトランジスタの一方のドレインに接続され、差動対で得られた電圧を電流に変換する第５のトランジスタと、第１，第２のトランジスタの双方のソースにドレインが接続され、差動対へ定電流を供給する第６のトランジスタとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明の増幅装置では、電圧−電流変換器は、ソースが第５のトランジスタのドレインに接続され、出力電流のばらつきを抑えるための第７のトランジスタからなる補償回路をさらに有することを特徴とするものである。これにより、入力信号電圧を電流に変換する際のばらつきを抑えることが可能となり、この電流を電圧に変換して得られる第１の出力用半導体素子の制御電圧のばらつきを解消することができるので、容量性負荷の電位を所定電圧に精度良く設定することができる。
【００１１】
また、この発明の増幅装置では、電圧−電流変換器は、差動対と第６のトランジスタとの間にカスケード接続した第８のトランジスタをさらに有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の増幅装置では、第１の出力用半導体素子が容量性負荷から電荷を引き抜く経路中に、位相補償用の抵抗が設けられたことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明の増幅装置では、容量性負荷の電荷を、第１の出力用半導体素子とは別の経路でバイパスして引き抜くためのバイパス部をさらに具備したことを特徴とするものである。これにより、容量性負荷に蓄積されている電荷を、第１の出力用半導体素子の他にバイパス部を通して、急速に引き抜くことができる。
【００１４】
さらに、この発明の増幅装置では、バイパス部はその一端を容量性負荷と直接接続した経路で容量性負荷の電荷を引き抜くことを特徴とする。これにより、例えば、容量性負荷から抵抗を通さずに、直接にこの経路を通じて電流を流すことになるので、バイパス部を構成するトランジスタの見かけ上の閾値を低下させることができる。
【００１５】
また、この発明の増幅装置では、電圧−電流変換器の同相入力信号電圧範囲を拡張する電圧範囲補償回路をさらに具備することを特徴とする。従って、電圧範囲補償回路は、電圧−電流変換器単独での入力信号電圧範囲外の部分が入力信号電圧範囲となるような特性を備えており、これにより、電圧−電流変換器の同相入力信号電圧範囲を広げる働きをする。
【００１６】
また、この発明の増幅装置では、入力信号電圧を対応した電流に変換する第２の電圧−電流変換器と、第２の電圧−電流変換器から出力された電流を対応した電圧に変換する第２の電流−電圧変換器と、第２の電流−電圧変換器から出力された電圧で制御され、容量性負荷から電荷を引き抜く第３の出力用半導体素子とをさらに具備することを特徴とする。これにより、第１、第３の出力用半導体素子を通って容量性負荷から電荷が抜き取られるため、容量性負荷の電圧を急速に所定電圧に設定することができる。
【００１７】
また、この発明の増幅装置は、電圧−電流変換器と、電流−電圧変換器と、第１及び第２の出力用半導体素子と、制御回路とを有するものであり、特に、電圧−電流変換器は、入力信号電圧を増幅する増幅段と、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流を出力する電圧−電流変換段とで構成される。電流−電圧変換器は、互いに直列に接続された半導体素子及び第１の定電流源からなる。そして、半導体素子と第１の定電流源との接続ノードに、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流がスイッチ用トランジスタを介して供給される。そして、スイッチ用トランジスタの動作に応じて、電圧−電流変換器から接続ノードへ出力された電流に対応する電圧を出力する。第１の出力用半導体素子は、増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流に基づいて電流−電圧変換器から出力される電圧より、容量性負荷から電荷を引き抜く放電動作を制御する。第２の出力用半導体素子は、増幅段の出力電圧に基づいて、容量性負荷へ電荷を供給する充電動作を制御する。制御回路は、増幅段の出力電圧に基づいてスイッチ用トランジスタを制御する。
【００１８】
このように、制御回路が増幅段の出力電圧に基づいてスイッチ用トランジスタを制御するので、入力信号電圧のレベルに基づいて増幅段の第１極性の出力電圧に対応する電流から得られる電圧を第１の出力用半導体素子へ供給し、あるいはその供給を停止したりすることが可能となる。また、消費電力を増大すること無しに、容量性負荷に対する電荷の放電及び充電動作を、第１及び第２の出力用半導体素子を介して素早く行うことができるので、容量性負荷の電位を所定レベルへ迅速かつ低消費電力で設定することができる。
【００１９】
また、この発明の増幅装置では、制御回路は、増幅段の第２極性の出力電圧に対応する電流を出力する第９のトランジスタと、第９のトランジスタのドレインに接続された第２の定電流源から構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明の増幅装置では、第１の出力用半導体素子が容量性負荷から電荷を引き抜く経路中に、位相補償用の抵抗が設けられたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明の増幅装置では、第２の出力用半導体素子のゲートと第１、第２の出力用半導体素子の共通接続ノードとの間に、位相補償用の容量が設けられたことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明の増幅装置では、増幅段は正負の入力端を有する差動増幅段であり、差動増幅段の第２極性の入力端と第１、第２の出力用半導体素子の共通接続ノードとが接続されている、いわゆるボルテージホロア構成であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、この発明の液晶表示装置は、上記した発明の増幅装置を備えたソースドライバと、ゲートドライバと、ソースドライバ及びゲートドライバへ制御信号を送り、それらの動作を制御する制御部と、ソースドライバ及びゲートドライバから出力される出力信号に基づいて画像を表示する液晶表示部とから構成されたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る増幅装置の構成を示したブロック図である。図１において、１は入力信号電圧Ｖｉｎを電流に変換する電圧−電流変換器、４は常に一定の電流Ｉを流す定電流源、Ｍ１８は定電流源４に直列に接続され、出力回路を構成するトランジスタＭ２６の定常状態時のゲート電圧を設定するトランジスタ、５はゲートが定電流源４の入力側に接続され、ドレインが容量性負荷８０（コンデンサＣ）に接続されている出力用トランジスタＭ２６から成る出力回路である。７はトランジスタＭ２５からなる出力回路である。この発明の増幅装置において、出力回路５は容量性負荷８０内に蓄積された電荷の放電動作を制御し、出力回路７は容量性負荷８０への電荷の充電動作を制御する。出力回路５を構成するトランジスタＭ２６の動作は、電圧−電流変換器１内の増幅段の正の出力電圧（＋）により制御され、一方、出力回路７を構成するトランジスタＭ２５の動作は、電圧−電流変換器１内の増幅段の負の出力電圧（−）により制御される。
【００２６】
尚、トランジスタＭ１８と定電流源４は電流−電圧変換器２を構成し、また、コンデンサＣは容量性負荷８０の等価回路である。そして、バイアス電圧発生回路６は、トランジスタＭ１８のゲートへ一定のバイアス電圧Ｖｂを供給する。
【００２７】
図２は、本発明の増幅装置を含んだソースドライバを複数備えた液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。図２に示す液晶表示装置は、複数の液晶セル、信号線、及び走査線が列設された液晶パネルＬＣＤＰと、それぞれが複数の信号線を駆動するソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑ（ｑは１以上の整数）と、それぞれが複数の走査線を駆動するゲートドライバＧＤ１，．．．，ＧＤｐ（ｐは１以上の整数）と、ソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑ及びゲートドライバＧＤ１，．．．，ＧＤｐの動作を制御するコントローラＣＴＲＬとで構成されている。尚、ソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑのそれぞれは、１つのＩＣとして形成されている。
【００２８】
図２の液晶表示装置において、液晶パネルＬＣＤＰの全信号線は、複数のソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑにより駆動され、その結果、情報が液晶パネルＬＣＤＰ上に表示される。
【００２９】
コントローラＣＴＲＬは、クロックＣＰＨ１、入力信号（シフトパルス）ＤＩ／Ｏ１１、デジタル階調データＤＡＴＡ、及びロード信号ＬＯＡＤをソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑへ供給する。これらの信号に基づいて、ソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑのそれぞれは、液晶パネルＬＣＤＰの信号線を駆動するために必要な電圧信号を液晶パネルＬＣＤＰへ出力する。このように、ソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑのそれぞれは、液晶パネルＬＣＤＰの水平方向の一部であるブロックの信号線を順次駆動する。一方、コントローラＣＴＲＬは、クロックＣＰＨ２と入力信号ＤＩ／Ｏ２１とをゲートドライバＧＤ１，．．．，ＧＤｐへ供給する。これらの信号に基づいて、ゲートドライバＧＤ１，．．．，ＧＤｐのそれぞれは、液晶パネルＬＣＤＰのゲート線を駆動するために必要な電圧信号を液晶パネルＬＣＤＰへ出力する。
【００３０】
上記したソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑのそれぞれは、バッファアンプとしての増幅装置を内蔵しており、各実施の形態に示した増幅装置に対応するものである。
【００３１】
図３はソースドライバＳＤ１，．．．，ＳＤｑのそれぞれの詳細な構成を示すブロック図である。図３において、３１はシフトレジスタであり、外部のコントローラＣＴＲＬから供給されるシフトパルスを、転送クロックに同期させて順にシフトさせる。３２は複数のデータラッチ回路であり、シフトレジスタ３１の各出力端子から出力されたシフトパルスに同期させて、デジタル階調データをラッチする。
【００３２】
３３はロードラッチ回路であり、複数のデータラッチ回路３２の出力をロード信号に同期させてラッチする。３４はレベルシフタであり、ロードラッチ回路３３の出力のレベルを変換する。３５はＤ／Ａコンバータであり、レベルシフタ３４の出力電圧に応じたアナログ電圧を出力する。３６はバッファアンプであり、図１に示した増幅装置に相当する。３７はブリーダであり、デジタル階調データに対応するアナログ基準電圧を生成する。
【００３３】
尚、以下で説明する実施の形態１〜４に示す各構成の増幅装置は、図３に示したソースドライバ内に組み込むことができ、このソースドライバは、図２に示した液晶表示装置に組み込まれるものである。
【００３４】
次に、図１に示した実施の形態１に関する増幅装置の動作について説明する。定電流源４は常に一定の電流Ｉを流すため、定常状態時、トランジスタＭ２６のゲート電圧はトランジスタＭ１８を流れる電流で決定される。つまり、トランジスタＭ１８のゲート・ソース電圧Ｖｇｓ１８は、トランジスタＭ１８を流れる電流で決定されるので、トランジスタＭ２６のゲート電圧は、Ｖｂ−Ｖｇｓ１８で与えられる。従って、トランジスタＭ１８のゲートに印加されるバイアス電圧ＶｂによりトランジスタＭ１８を流れる電流を調整して、定常状態時のトランジスタＭ２６のゲートバイアス電圧が設定されている。
【００３５】
ここで、定常状態の時、電圧−電流変換器１から出力される電流をＩｙとし、トランジスタＭ１８を流れる電流をＩｚとし、定電流源４の一定電流をＩとすると、定常状態の時は、Ｉ＝Ｉｙ＋Ｉｚとなる。
【００３６】
入力信号電圧Ｖｉｎのレベルが変化すると、これにより電圧−電流変換器１内の増幅段の正の出力電圧（＋）に応じた電流が変化し、その変化分をΔＩとした時、ΔＩで示される電流の変化に対してトランジスタＭ１８に流れる電流がΔＩだけ変化するので、これに応じてトランジスタＭ２６のゲートの電位が変化する。
【００３７】
従って、入力信号電圧Ｖｉｎのレベルが変化して、電圧−電流変換器１から出力される電流（Ｉｙ＋ΔＩ）が増加すると、トランジスタＭ２６のゲート電圧が上昇し、トランジスタＭ２６を通してコンデンサＣより引き抜かれる電流Ｉ３が増大する。特に、ΔＩの最大値とＩｙとの和が、定電流源４から供給される電流Ｉより大きくなるように選ぶと、大きな入力信号電圧の変化時には、トランジスタＭ１８には電流が流れなくなる。つまり、トランジスタＭ１８はオフし、トランジスタＭ２６のゲート電圧は、著しく上昇し、コンデンサＣより素早く電荷を引き抜くことができる。また、コンデンサＣの容量が大きくなったり、或いはコンデンサＣの蓄積電荷を引き抜く速度を速める場合、電圧−電流変換器１から出力される電流を増加させるか、あるいは、定電流源４から供給する電流Ｉを小さくすればよい。
【００３８】
このように、本実施の形態１の増幅装置によれば、入力信号電圧Ｖｉｎのレベルに応じて、電圧−電流変換器１で得られる正の出力電圧（＋）に基づいて出力される電流を基にして、出力回路５を構成するトランジスタＭ２６のゲート電圧を変化させて、トランジスタＭ２６に電流Ｉ３を流し、容量性負荷８０からの電荷の放電動作を制御している。従って、図１７に示した従来の増幅装置の構成と比較すると、同一の容量の容量性負荷８０を駆動するのに、例えば、ほぼ半分の消費電流に低減できる。即ち、低消費電力で、大きな容量性負荷を高速度で駆動することができる。また、入力信号電圧Ｖｉｎのレベルに応じて、電圧−電流変換器１で得られる負の出力電圧（−）に基づいて、出力回路７を構成するトランジスタＭ２５の動作、即ち、電荷を容量性負荷８０へ充電する動作を制御している。
【００３９】
又、本実施の形態１の増幅装置で、容量性負荷である液晶表示装置の液晶セルを駆動させる場合、容量性負荷から電荷を急速に引き抜いて高速表示させても、消費電力が増大しないため、液晶表示装置を搭載した携帯型の情報処理装置のバッテリーの駆動時間を短縮化することなく、上記効果を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る増幅装置の構成を示した回路図である。但し、図１に示した実施の形態１の増幅装置と同一構成部には同一符号を付して説明し、その説明を適宜省略する。
【００４１】
図４に示した実施の形態２の増幅装置は、電圧を電流に変換する電圧−電流変換器１−１、一定の電流を流す定電流源４、容量性負荷８０から抵抗Ｒ１を介して電荷を引き抜く出力回路５、出力回路５を構成するトランジスタＭ２６の定常時のゲートバイアス電圧を設定するトランジスタＭ１８、トランジスタＭ１８のゲートに印加するバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生回路６、抵抗Ｒ１を介して容量性負荷８０に電荷を供給する出力回路７、抵抗Ｒ１を含む経路で容量性負荷８０から電荷を引き抜くバイパス回路８とを有している。この経路は、出力回路５を含む経路とは異なる経路構成となっている。尚、抵抗Ｒ１は、増幅装置が発振等を起こさないように安定して動作させるために挿入されるものである。
【００４２】
ここで、電圧−電流変換器１−１は、差動対を構成するトランジスタＭ６、Ｍ９、差動対を電源ＡＶＤＤに接続するトランジスタＭ５、Ｍ８、差動対を接地レベルに接続する電流源であるトランジスタＭ１、差動増幅段により検出された電圧差を電流に変換するトランジスタＭ１５、Ｍ１６を有している。また、トランジスタＭ９のドレインから出力される差動増幅段の正の出力電圧（＋）は、出力回路５を構成するトランジスタＭ２６の動作を制御し、トランジスタＭ６のドレインから出力される負の出力電圧（−）は、出力回路７を構成するトランジスタＭ２５の動作を制御している。
【００４３】
定電流源４は、トランジスタＭ１７、Ｍ１９を有し、バイアス電圧発生回路６はトランジスタＭ２０、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４を有し、出力回路５は電荷引き抜き用のトランジスタＭ２６を有し、出力回路７は電荷供給用のトランジスタＭ２５を有し、バイパス回路８はトランジスタＭ２７を有している。
【００４４】
次に、本実施の形態２の増幅装置の動作について説明する。
【００４５】
図４に示す実施の形態２の増幅装置は、入力端子ＩＮＰ、ＩＮＭの信号電圧に基づいて電圧−電流変換器１―１によって制御され、容量性負荷８０に電荷を供給して、その電圧を上昇させる出力回路７を備えている。
【００４６】
出力回路７は、電源ＡＶＤＤから抵抗Ｒ１を介して容量性負荷８０に電荷を供給して、その電圧を所定の電圧にすることができる。勿論、図１に示した実施の形態１に係る増幅装置と同様に、出力回路５により容量性負荷８０から電荷を引き抜いて、その電圧を所定電圧まで下げることができる。従って、本実施の形態２の増幅装置では、容量性負荷８０の電圧を入力端子ＩＮＰ、ＩＮＭの入力信号電圧に応じた任意の値に昇降して設定することができる。
【００４７】
ところで、電圧−電流変換器１−１では、差動増幅段により検出した電圧差をトランジスタＭ１５により電流に変換しているが、このトランジスタＭ１５だけでは、トランジスタＭ１５のドレイン電圧がトランジスタＭ８のドレイン電圧と大きく異なるため、出力する電流にばらつきを生じる。このため、トランジスタＭ１５にトランジスタＭ１６を直列接続して、トランジスタＭ１５のドレイン電圧をトランジスタＭ８のドレイン電圧に近づけることにより前記電流のばらつきを抑え、安定した電流を定電流源４とトランジスタＭ２６のゲートの接続点Ｎ１に出力する構成となっている。
【００４８】
このトランジスタＭ１６は、そのゲートにバイアス電圧発生回路６から適切なバイアス電圧が印加されて、前記電流のばらつきを抑える動作を行う補償回路を構成している。
【００４９】
このトランジスタＭ１６からなる補償回路によって電圧−電流変換器１−１から出力される電流のばらつきが抑えられると、トランジスタＭ２６のゲート電圧のばらつきがなくなり、容量性負荷８０の電圧を安定に所定電圧とすることができる。これによって、液晶表示装置に表示される画像を安定化させ、その画質を向上させることができる。
【００５０】
また、トランジスタＭ２７はバイパス回路８を構成している。このトランジスタＭ２７のゲートは増幅装置の一方の入力端ＩＮＰに接続されている。従って、バイパス回路８は、増幅装置の入出力間の電圧差に基づいて、容量性負荷８０の電荷を出力回路５とは別の経路で引き抜く動作を行っている。即ち、バイパス回路８のトランジスタＭ２７は、容量性負荷８０の電荷を引き抜いて、その電圧を下降させるモードになるとオンすることにより、容量性負荷８０の電荷を抵抗Ｒ１を介して引き抜き、引き抜いた電流を出力回路５を構成するトランジスタＭ２６のゲートに流す。これにより、容量性負荷８０の電荷を出力回路５とは別の経路で引き抜くため、容量性負荷８０の電圧を急速に所定電圧とすることができ、高速動作を行うことができる。
【００５１】
しかも、トランジスタＭ２７により引き抜いた電流をトランジスタＭ２６のゲートに流すため、トランジスタＭ２６のゲート電位の上昇を促進し、トランジスタＭ２６を通して容量性負荷８０から引き抜かれる電流量を急速に増加させることができ、高速動作をより助長させることができる。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２の増幅装置の他の構成を示した回路図である。図５に示す増幅装置の構成は、図４に示した構成に加え、差動対（トランジスタＭ６及びＭ９）とトランジスタＭ１との間に、さらにトランジスタＭ２８をカスケード接続し、トランジスタＭ２８のゲートを、電流−電圧変換器２を構成するトランジスタＭ１８のゲートに直接に接続したものである。この構成では、トランジスタＭ１とトランジスタＭ１９との各ゲートとが接続され、さらにトランジスタＭ２８とトランジスタＭ１８との各ゲートとが接続された２段構成となっており、差動増幅段内の出力トランジスタＭ６及びＭ９で構成される差動対の出力電流の和を略一定に保つことができ、電圧−電流変換精度をさらに向上させることができる。
【００５３】
図６は、本発明の実施の形態２の増幅装置の他の構成を示した回路図である。図６の構成では、容量性負荷８０のノードＯＵＴと、バイパス回路８を構成するトランジスタＭ２７とが、抵抗Ｒ１を介さずに直接に接続されている。このように、バイパス回路８により容量性負荷８０から直接に電荷を引き抜く感度上昇部を、抵抗Ｒ１を通さない経路で構成したことでトランジスタＭ２７の閾値電圧を見掛け上において下げ、バイパス回路８の感度を上昇させることができる。
【００５４】
図７は、本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示す回路図である。図７に示す構成では、容量性負荷８０のノードＯＵＴと出力回路７を構成するトランジスタＭ２５のゲートの間に容量Ｃが挿入され、そのかわりに、図４の構成における抵抗Ｒ１が取り除かれている。その他の構成は、図４に示した増幅装置のものと同じである。このように、抵抗Ｒ１の代わりに容量Ｃを設けた場合においても、増幅装置が発振等を起こさないように安定して動作させることができ同様の効果を得ることができる。
【００５５】
尚、本発明の増幅装置は、例えば、図４に示した抵抗Ｒ１と図７に示した容量Ｃを組み合わせた構成でも良く、この場合でも増幅装置が発振等を起こさないように安定して動作させることができる。
【００５６】
図８は、本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示す回路図である。図８に示した構成では、電圧−電流変換器１−２内の差動増幅段を構成するトランジスタＭ９のゲートが、入力ＩＮＭではなく抵抗Ｒ１を介して、増幅装置の出力側、即ち、容量性負荷８０のノードＯＵＴ側へ接続された構成であり、電圧−電流変換器１−２の差動増幅段がボルテージホロアの構成となっている。このように、ボルテージホロアの構成にした場合においても、同様の効果を得ることができる。
【００５７】
図９は、図４に示した構成の増幅装置の他の構成を示した回路図であり、特に、電圧−電流変換器１−３内の差動増幅段の負の出力電圧（−）側に、反転増幅段１０を設け、反転増幅段１０内の電圧−電流変換段（Ｖ−Ｉ）の出力を用いて、電圧−電流変換器１−３内の差動増幅段の正の出力電圧（＋）側に設けられたスイッチ用トランジスタＭ１６の動作を制御する構成を有している。尚、９は反転増幅段１０内に設けられた定電流源である。
【００５８】
図１０は、図９に示した増幅装置の詳細な構成を示す回路図である。図１０において、電圧−電流変換器１−３は、差動対を構成するトランジスタＭ６及びＭ９、差動対を電源ＡＶＤＤに接続するトランジスタＭ５及びＭ８、電圧−電流変換器１−３内の差動増幅段の正の出力電圧（＋）から電流Ｉｙ＋ΔＩを出力する為のトランジスタＭ１５、スイッチ用トランジスタＭ１６から構成されている。
【００５９】
また、反転増幅段１０は、電圧−電流変換段（Ｖ−Ｉ）としてのトランジスタＭ２４及び定電流源９としてのトランジスタＭ１７で構成されている。このように、トランジスタＭ１７及びトランジスタＭ２４は反転増幅段１０を構成しており、電圧−電流変換器１−３内の差動増幅段の負の出力電圧（−）側にこの反転増幅段１０を設けている。そして、反転増幅段１０内の電圧−電流変換段（Ｖ−Ｉ）の出力を用いて、電圧−電流変換器１−３内の差動増幅段の正の出力電圧（＋）側に設けられたスイッチ用トランジスタＭ１６の動作を制御している。つまり、トランジスタＭ２４とトランジスタＭ１７との接続ノードの電圧は、スイッチ用トランジスタＭ１６のゲート電圧となり、トランジスタＭ２４とトランジスタＭ１７とからなる反転増幅段１０は、制御回路としてスイッチ用トランジスタＭ１６の動作を制御する。尚、トランジスタＭ１は、差動対を接地レベルに接続する電流源である。
【００６０】
図９及び図１０に示した構成を持つ増幅装置では、反転増幅段１０内のトランジスタＭ２４が負の出力電圧（−）を電流に変換し、変換されたこの電流に基づいて、電圧−電流変換器１−３内のスイッチ用トランジスタＭ１６のオン／オフ動作を制御する。従って、正の出力電圧（＋）から変換された電流に基づいた出力回路５内のトランジスタＭ２６のゲートへの電圧の供給を、入力信号電圧Ｖｉｎのレベルに応じて開始したり停止したりする制御を行うことができる。
【００６１】
尚、図９及び図１０に示した増幅装置は、図１及び図４に示した増幅装置の場合と同様に、消費電力を増大すること無しに、容量性負荷に対する電荷の充電及び放電動作を、出力回路７のトランジスタＭ２５及び出力回路５のトランジスタＭ２６を介して素早く行うことができるので、容量性負荷の電位を迅速かつ低消費電力で所定レベルに設定することができる。また、定常状態において、入力信号電圧Ｖｉｎのレベルによらず、出力回路５を構成するトランジスタＭ２６のゲートバイアスを一定にすることができる。これにより消費する電流を一定とすることができる。さらに、入力信号電圧Ｖｉｎの変化時の能力を大きくした場合であっても、換言すれば、トランジスタＭ１５のサイズを大きくした場合であっても、消費電流は増加しない。
【００６２】
図１１は、図９に示した増幅装置の他の詳細な構成を示す回路図である。図１１に示す構成では、容量性負荷８０のノードＯＵＴと出力回路７を構成するトランジスタＭ２５のゲートの間に容量Ｃが挿入され、その代わりに抵抗Ｒ１が取り除かれている。その他の構成は、図１０に示した増幅装置のものと同じである。このように、抵抗Ｒ１の代わりに容量Ｃを設けた場合においても、増幅装置が発振等を起こさないように安定して動作させることができ、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
尚、本発明の増幅装置は、例えば、図１０に示した抵抗Ｒ１と図１１に示した容量Ｃとを組み合わせた構成でも良く、この場合も増幅装置が発振等を起こさないように安定して動作させることができる。
【００６４】
図１２は、図９に示した増幅装置の他の詳細な構成を示す回路図である。図１２に示した構成では、電圧−電流変換器１−４内の差動増幅段を構成するトランジスタＭ９のゲートが、入力ＩＮＭではなく抵抗Ｒ１を介して容量性負荷８０のノードＯＵＴ側へ接続された構成であり電圧−電流変換器１−４の差動増幅段がボルテージホロアの構成となっている。このように、ボルテージホロアの構成にした場合においても、同様の効果を得ることができる。
【００６５】
図９〜図１２に示した構成の電圧−電流変換器１−３，１−４を増幅装置に組み込んだ場合でも、図１に示した電圧−電流変換器１及び図４に示した電圧−電流変換器１−１の場合と、ほぼ同様の作用効果を得ることができるが、図１、図４〜図８に示した構成の増幅装置は、図９〜図１２に示した構成の増幅装置と比較して、入力信号電圧Ｖｉｎの変化に対してより早く応答することができるものであり、高い応答性が要求される液晶表示装置等に適用することができる。
【００６６】
実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３に係る増幅装置の構成を示した回路図である。但し、図４に示した実施の形態２の増幅装置と同一の構成部分には同一符号を付し、且つ、その説明を適宜省略する。
【００６７】
図１３に示す増幅装置は、参照番号３０を付した破線で囲まれる電圧範囲補償回路を備えている。
【００６８】
この電圧範囲補償回路３０は、トランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１３から構成されており、特に、トランジスタＭ２，Ｍ４は、差動増幅段を構成するトランジスタＭ６及びＭ９、Ｍ１２及びＭ１４と逆極性のＰ型ＭＯＳトランジスタであるため、電圧−電流変換器１―１の同相入力電圧範囲を拡張する働きをする。
【００６９】
電圧範囲補償回路３０を組み込まない構成の増幅装置では、電圧−電流変換器１−１の入力電圧範囲は、図１４の（Ａ）の斜線で示される範囲であるが、この電圧範囲補償回路３０を組み込んだ構成の増幅装置では、図１４の（Ｂ）の斜線で示される範囲の様に、電圧−電流変換器１−１の入力電圧範囲を拡張することができる。従って、本実施の形態３の増幅装置では、有効入力電圧範囲が同じであれば、その分、電源電圧ＡＶＤＤを下げることができ、省電力化を行うことができる。
【００７０】
実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４に係る増幅装置の構成を示した回路図である。図１３に示した実施の形態３の増幅装置では、電圧−電流変換器１−１及び電圧範囲補償回路３０からなる電圧−電流変換部、これに対応して設けられた電流−電圧変換器２及び出力回路５を具備しているが、実施の形態４の増幅装置では、実施の形態３とそれぞれ同様の電圧−電流変換部１−５、これに対応して設けられたトランジスタＭ１８，Ｍ１９からなる電流−電圧変換器及びトランジスタＭ２６からなる出力回路５に加えて、電圧−電流変換器１−６、これに対応して設けられたトランジスタＭ１５３，Ｍ１５４からなる電流−電圧変換器及びトランジスタＭ１５２からなる出力回路１１をさらに備えている。
【００７１】
ここで、電圧−電流変換部１−５は、トランジスタＭ１３１、Ｍ１３２、Ｍ１３３、Ｍ１３４、Ｍ１３５、Ｍ１３６、Ｍ１３７、Ｍ１３８、Ｍ１３９、Ｍ１４０、Ｍ１４１、Ｍ１４２、Ｍ１４３、Ｍ１４４、Ｍ１４５及びＭ１４６を有している。一方、電圧−電流変換器１−６は、トランジスタＭ１４７、Ｍ１４８、Ｍ１４９、Ｍ１５０、Ｍ１５１を有している。
【００７２】
出力回路５はトランジスタＭ２６を有し、出力回路７はトランジスタＭ２５を有し、出力回路１１はトランジスタＭ１５２を有している。
【００７３】
次に、本実施の形態４に係る増幅装置の動作について説明する。
【００７４】
電圧−電流変換部１−５と出力回路５とは、図１３に示した実施の形態３のものと同様の動作をする。
【００７５】
実施の形態４の増幅装置では、電圧−電流変換器１−６から出力される電流により、出力回路１１を構成するトランジスタＭ１５２のゲート電圧を制御し、さらに、出力回路５と出力回路１１とを通して、容量性負荷８０から電荷を高速に引き抜く動作が行われる。
【００７６】
即ち、本実施の形態４の増幅装置では、容量性負荷８０からの電荷の引き抜きが、出力回路５及び出力回路１１を通して行われるため、容量性負荷８０から電荷を引き抜く速度が向上するので高速動作を行うことが可能になる。
【００７７】
しかも、電圧−電流変換器１−６の差動対を構成するトランジスタＭ１４８、Ｍ１５０は、容量性負荷８０へ電荷を供給するための出力回路７を構成するトランジスタＭ２５と同極性とすることで、出力回路１１の電荷引き抜き特性は、図１６の（Ａ）における参照符号（１）で示したような特性を有する。この特性は、図１６の（Ａ）における参照符号（２）で示した出力回路５の電荷引き抜き特性とは異なるものである。ここで、図１６（Ａ），（Ｂ）において、縦軸は電荷引き抜きの割合、横軸は時間を示す。
【００７８】
出力回路５、１１を合わせた総合的な電荷引き抜き特性は図１６の（Ｂ）に示すような特性となり、その立ち下がりが急峻となっている。
【００７９】
これにより、本実施の形態４の増幅装置における出力回路５、１１を合わせた電荷引き抜き特性は、電圧−電流変換部１−５及び電圧−電流変換器１−６内のそれぞれの差動増幅段で検出される電圧差が小さい範囲でも急峻となり、容量性負荷８０の電圧の立ち下がりを急峻にして、その分、容量性負荷８０の電圧を急速で所定電圧へ設定することができ、高速動作に適した特性を得ることができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、増幅装置を構成する電圧−電流変換器内の増幅段（即ち、差動増幅段）の第１極性の出力電圧に基づいて、容量性負荷内の電荷の放電を行う第１の出力用半導体素子の動作を制御し、増幅段の第１極性とは異なる第２極性の出力電圧に基づいて、容量性負荷内への電荷の充電を行う第２の出力用半導体素子の動作を制御する。そして、入力信号電圧に応じて電圧−電流変換器から得られる電流は、電流−電圧変換器により電圧に変換されて第１の出力用半導体素子を駆動するため、少ない消費電力で、大きな容量性負荷を迅速に駆動することができる。また、第１極性の出力電圧に基づいて電圧−電流変換器から得られる出力をオン／オフ制御するスイッチ用トランジスタの動作を、増幅段の出力電圧に基づいて制御回路により制御するようにしたので、入力信号電圧のレベルに応じて、第１の出力用半導体素子の動作を制御することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、容量性負荷へ電荷を供給し（充電）、また、容量性負荷から電荷を引き抜く（放電）ことで、入力信号電圧に応じて容量性負荷の電位を所望のレベルへ高速で設定することができる。
【００８２】
さらに、本発明によれば、容量性負荷を精度良く所定電圧に設定することができ、容量性負荷が液晶表示装置の液晶セルであった場合、表示画像を安定化させてその品質を向上させることができる。
【００８３】
また、本発明によれば、出力用半導体素子の他にバイパス部を通して、容量性負荷から電荷を引き抜くことができるため、容量性負荷の電圧をさらに高速で所定電圧へ設定することができる。
【００８４】
また、本発明によれば、バイパス部の感度が上昇するので、入力信号電圧の変化に対する容量性負荷の電圧変化の応答性を向上させることができる。
【００８５】
また、本発明によれば、有効入力電圧範囲が同じであれば、電源電圧を下げることができ、その分、省電力とすることができる。
【００８６】
さらに、本発明によれば、第１の出力用半導体素子に加えて設けられた第３の出力用半導体素子からも容量性負荷に蓄積されている電荷を引き抜くことができるので、容量性負荷の電圧を高速で所定電圧へ設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る増幅装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の増幅装置を組み込んだ液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した液晶表示装置内において、本発明の増幅装置を組み込んだソースドライバの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の構成を示した回路図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る増幅装置の他の構成を示した回路図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る増幅装置の構成を示した回路図である。
【図１４】図１３に示した実施の形態３に係る増幅装置内の電圧電流変換器の入力電圧範囲を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る増幅装置の構成を示した回路図である。
【図１６】図１５に示した実施の形態４に係る増幅装置内の容量性負荷からの電流引き抜き特性を示した図である。
【図１７】従来の増幅装置の構成例を示したブロック図である。
【図１８】図１７に示した従来の増幅装置における容量性負荷の電圧変化例を示した特性図である。
【符号の説明】
１，１−１，１−２，１−３，１−４，１−６  電圧−電流変換器、１−５電圧−電流変換部、２  電流−電圧変換器、４  定電流源、５，７，１１  出力回路、６  バイアス電圧発生回路、８  バイパス回路、１０  反転増幅段、３０  電圧範囲保証回路、３６  増幅装置（液晶駆動回路）、８０  容量性負荷、ＳＤ１，．．．，ＳＤｑ  ソースドライバ、ＧＤ１，．．．，ＧＤｐ  ゲートドライバ、ＬＣＤＰ  液晶パネル、
【図１】
0003600175.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003600175.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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