(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を、複数個直列に接続した抵抗により分圧し、該直列抵抗の各接続点の電位を、前記直列抵抗の両端電位と共に、それぞれバイアス電圧として出力する液晶モジュールのバイアス回路において、
前記バイアス電圧のうちの最高電位に相当する前記電源電圧を発生する第１の電源と、
前記バイアス電圧のうちの前記最高電位と前記バイアス電圧のうちの共通電位に相当する最低電位との中間電位の電源電圧を発生する第２の電源と、
前記第２の電源の前記中間電位に対応する中間電圧出力と、前記最低電位に対応する共通電圧との間を電源として動作し、前記直列抵抗の接続点の電位をバイアス電圧として出力する１以上の低電位側電流バッファ回路と、
前記第２の電源の前記中間電位に対応する前記中間電圧出力に一端が接続された伝達電力制御用の直流／直流コンバータと、
前記第１の電源の前記最高電位に対応する高電圧出力と、前記第２の電源の前記中間電位に対応する中間電圧出力に接続された前記直流／直流コンバータの他端との間の電圧を電源として動作し、前記直列抵抗の接続点の電位をバイアス電圧として出力する１以上の高電位側電流バッファ回路と、
を具備することを特徴とする液晶モジュールのバイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示素子を用いた液晶モジュールの駆動技術に係り、特に、液晶モジュールの多レベルバイアスに好適な液晶モジュールのバイアス回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＳＴＮ（Supertwisted Nematic）型の液晶表示素子（Liquid Crystal Display〜以下、「ＬＣＤ」と称する）を用いた液晶モジュールは、複数の異なる電圧を用いて駆動される。たとえば、６レベルの駆動電圧を用いて駆動する場合、６レベルの駆動電圧を低電圧側から順次電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５およびＶ６とすると、電圧Ｖ１は共通電位すなわちグラウンド（アース）電位ＧＮＤであり、電圧Ｖ６は電源電圧の最高値ＶEEである。これら６レベルを用いた液晶モジュールの駆動方式の一例について簡単に説明する。
【０００３】
液晶モジュールの走査電極には、順次１行ずつ選択電圧Ｖ６またはＶ１が印加され、その他の期間は非選択電圧Ｖ２またはＶ５が印加される。液晶モジュールの信号電極には選択されている行の各ドットのオン／オフ情報が順次印加される。すなわち、選択行への印加電圧が電圧Ｖ６の期間は、選択行のオンドットの信号電極には電圧Ｖ１が印加され、且つオフドットの信号電極には電圧Ｖ３が印加される。そして、選択行への印加電圧が電圧Ｖ１の期間は、選択行のオンドットの信号電極には電圧Ｖ６が印加され、且つオフドットの信号電極には電圧Ｖ４が印加される。各ドットの液晶に加わる電圧は、走査電圧と信号電圧との差電圧であり、この実効差電圧が高いドットはオンとなり、実効差電圧が低いドットはオフとなる。このようにして液晶モジュールは液晶の劣化を防止するために交流的に駆動される。各駆動電圧Ｖ１〜Ｖ６には、Ｖ６−Ｖ５＝Ｖ５−Ｖ４＝Ｖ３−Ｖ２＝Ｖ２−Ｖ１という関係がある。一般に、１／２００デューティ（デューティは１行の選択期間と、選択周期つまり１フレーム期間との比）の場合、Ｖ６−Ｖ５は約１．７Ｖ、Ｖ６−Ｖ１（ＬＣＤの動作電圧）は約２２Ｖ程度である。
【０００４】
このような液晶モジュールを駆動するための６レベルのバイアス電圧を発生する６レベルのバイアス発生回路の従来の構成の一例を図３に示す。原電源からは、電源電位ＶEEおよびグラウンド電位（共通電位）ＧＮＤが供給され、これらの電源電圧ＶEEおよびグラウンド電位ＧＮＤをそれぞれ電圧Ｖ６およびＶ１として導出する。電圧Ｖ１−Ｖ６間の電圧を直列接続した抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５で分圧して、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５に相当する電圧を発生させる。基本的には、抵抗Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ５であり、数ｋΩ〜数十ｋΩとする。抵抗Ｒ３は、１／２００デューティの場合には、数十ｋΩ〜数百ｋΩとする。このような単純な直列抵抗による分圧回路では、液晶モジュールを駆動するのに充分な電流を得ることができないため、分圧された電圧を電流バッファを用いて充分な駆動電流としている。電流バッファとしては、通常、図示するようにオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３およびＯＰ４をボルテージフォロワ接続して用いる。
【０００５】
オペアンプＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３およびＯＰ４は、それぞれ抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８およびＲ９を介して、電圧Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５を出力する。抵抗Ｒ６〜Ｒ９は、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４の出力電流を制限して動作を安定化し、且つオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４における消費電力を低減するために設けられており、例えば数Ω〜数十Ωとする。さらに、電圧Ｖ１−Ｖ２の出力端間、電圧Ｖ２−Ｖ３の出力端間、電圧Ｖ４−Ｖ５の出力端間および電圧Ｖ５−Ｖ６の出力端間には、それぞれ数μＦのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４を設けて、電圧Ｖ２〜Ｖ５の変動を抑制するようにしている。
【０００６】
上述したように、中間電圧、すなわち電圧Ｖ２〜Ｖ５は、特に消費電力の少ない小型のものを除き、通常は、オぺアンプＯＰ１〜ＯＰ４等を使用した電流バッファによりバッファリングして、充分な駆動電流を得るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図３に示すような従来の６レベルバイアス回路において、原電源ＧＮＤ〜ＶEEから消費される電流は、電圧Ｖ１〜Ｖ６の各流入および流出電流と電流バッファを構成する各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４のバイアス電流とを総合したものである。
【０００８】
図３の従来の６レベルバイアス回路においては、電流バッファを構成する各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４は、原電源の電位ＧＮＤ〜ＶEEすなわち電圧Ｖ１−Ｖ６間に並列に接続されているため、電圧Ｖ１〜Ｖ６の各流入および流出電流の電流ループも並列に存在することになり、このままでは消費電流を減らすことはできない。図３に電流ループの例として、電圧Ｖ３の流出電流に係る電流ループａ１および電圧Ｖ４の流入電流に係る電流ループａ２を示している。
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で液晶モジュールのバイアス駆動に係る総合消費電流を低減することが可能な液晶モジュールのバイアス回路を提供することを目的とする。さらにこの発明は、簡単な構成で損失を低減し、一層効率よく液晶モジュールをバイアスすることが可能な液晶モジュールのバイアス回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の液晶モジュールのバイアス回路は、電源電圧を、複数個直列に接続した抵抗により分圧し、該直列抵抗の各接続点の電位を、前記直列抵抗の両端電位と共に、それぞれバイアス電圧として出力する液晶モジュールのバイアス回路において、
前記バイアス電圧のうちの最高電位に相当する前記電源電圧を発生する第１の電源と、
前記バイアス電圧のうちの前記最高電位と前記バイアス電圧のうちの共通電位に相当する最低電位との中間電位の電源電圧を発生する第２の電源と、
前記第２の電源の前記中間電位に対応する中間電圧出力と、前記最低電位に対応する共通電圧との間を電源として動作し、前記直列抵抗の接続点の電位をバイアス電圧として出力する１以上の低電位側電流バッファ回路と、
前記第２の電源の前記中間電位に対応する前記中間電圧出力に一端が接続された伝達電力制御用の直流／直流コンバータと、
前記第１の電源の前記最高電位に対応する高電圧出力と前記第２の電源の前記中間電位に対応する中間電圧出力に接続された前記直流／直流コンバータの他端との間の電圧を電源として動作し、前記直列抵抗の接続点の電位をバイアス電圧として出力する１以上の高電位側電流バッファ回路と、
を具備する。
【００１１】
この発明の液晶モジュールのバイアス回路は、複数のバイアス電圧の高電圧側と低電圧側の中間近傍の電位を境界として、第１の電源および第２の電源を実質的に直列に積み重ね接続して用いるとともに、前記第２の電源を電源として動作する１以上の低電位側電流バッファ回路により、直列抵抗の低電位側の接続点の電位をバイアス電圧として出力し、前記第１の電源の高電圧側出力と前記第２の電源の高電圧側出力との間を電源として動作する１以上の高電位側電流バッファ回路により、直列抵抗の高電位側の接続点の電位をバイアス電圧として出力する。この液晶モジュールのバイアス回路では、電流バッファ回路の電源を第１および第２の電源に分割し、これらを直列に積み重ね接続して、入出力電流の流用および打ち消し効果により、総合的な消費電流を低減することができる。
【００１３】
さらに、この発明の液晶モジュールのバイアス回路は、第２の電源の高電圧側の電源出力と高電位側電流バッファ回路との間に伝達電力制御用の直流／直流コンバータを挿入する。この液晶モジュールのバイアス回路では、高電位側電流バッファ回路に供給する電源電圧は必要最小限とし、残りの電圧差部分に直流／直流コンバータを挿入することにより、損失なく電流ループを構成して、電力損失を低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、液晶モジュールを駆動するための６レベルのバイアス電圧を発生する６レベルのバイアス発生回路を例として、図面を参照して説明する。
【００１５】
ＳＴＮ型等の液晶モジュールを駆動するためのバイアス電圧系は、低電圧側電圧群Ｖ１〜Ｖ３と高電圧側電圧群Ｖ６〜Ｖ４とが電圧的に対称であり、これら低電圧側電圧群Ｖ１〜Ｖ３と高電圧側電圧群Ｖ４〜Ｖ６との間の電圧差は大きい。また、低電圧側電圧群Ｖ１〜Ｖ３と高電圧側電圧群Ｖ６〜Ｖ４との各電源出力電流は極性が反対で絶対値はほぼ等しい。さらに、オペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４からなる各電流バッファのバイアス電流の大きさはほぼ等しい。
【００１６】
以上に着目し、図１に示した参考例の液晶モジュールのバイアス回路は、オペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４からなる電流バッファをバイアス電圧によって高電位側と低電位側の２つの電流バッファ群に分割し、中間電位ＶBを介して電位ＶEE−ＧＮＤ間に各電流バッファ群の電源を直列に接続している。
【００１７】
図１を参照して、参考例の液晶モジュールのバイアス回路を説明する。図１は、液晶モジュールのバイアス回路の構成を模式的に示している。
【００１８】
図１に示す液晶モジュールのバイアス回路は、電源装置１１から供給される電源電位ＶEEを持った第１の電源、およびグラウンド電位（共通電位）ＧＮＤが供給され、これらの電源電位ＶEEおよびグラウンド電位ＧＮＤをそれぞれ電圧Ｖ６および電圧Ｖ１として導出する。また、電源装置１２から、電源電位ＶEEとグラウンド電位ＧＮＤの中間の電位、すなわち電圧Ｖ６と電圧Ｖ１の中間の電位に対応する中間電位ＶBを持った第２の電源が供給される。
【００１９】
電源電位ＶEEとグラウンド電位ＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４およびＲ１５が直列接続され、電源電位ＶEEとグラウンド電位ＧＮＤとの間の電圧、すなわち電圧Ｖ１−Ｖ６間の電圧を抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４およびＲ１５で分圧して、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５に相当する電圧を発生させる。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１４およびＲ１５の値は、例えば抵抗Ｒ１１＝Ｒ１２＝Ｒ１４＝Ｒ１５であり、数ｋΩ〜数十ｋΩである。抵抗Ｒ１３は、１／２００デューティの場合には、数十ｋΩ〜数百ｋΩである。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４およびＲ１５の各接続点には、分圧された電圧で充分な駆動電流を得るために電流バッファが接続されている。電流バッファとしては、図示するようにボルテージフォロワ接続されたオペアンプＯＰ１１、ＯＰ１２、ＯＰ１３およびＯＰ１４が用いられている。
【００２０】
オペアンプＯＰ１１、ＯＰ１２、ＯＰ１３およびＯＰ１４は、それぞれ抵抗Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８およびＲ１９を介して、電圧Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５を出力する。抵抗Ｒ１６〜Ｒ１９は、オペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４の出力電流を制限して動作を安定化し、且つオペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４における消費電力を低減するために設けられており、例えば数Ω〜数十Ωである。さらに、電圧Ｖ１−Ｖ２の出力端間、電圧Ｖ２−Ｖ３の出力端間、電圧Ｖ４−Ｖ５の出力端間および電圧Ｖ５−Ｖ６の出力端間には、それぞれ数μＦのコンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３およびＣ１４を設けて、電圧Ｖ２〜Ｖ５の変動を抑制するようにしている。
【００２１】
バイアス電圧Ｖ２およびＶ３を供給する低電位側のオペアンプＯＰ１１およびＯＰ１２は、中間電位ＶBとグラウンド電位ＧＮＤとの間、すなわち第２の電源を電源として動作し、バイアス電圧Ｖ４およびＶ５を供給する高電位側のオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４は、電源電位ＶEEと中間電位ＶBとの間、すなわち第１の電源の高電圧出力と第２の電源の中間電圧出力との間、を電源として動作する。
【００２２】
すなわち、参考例の液晶モジュールのバイアス回路は、低電位側のオペアンプＯＰ１１およびＯＰ１２を一方の電流バッファ群とし、高電位側のオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４を他方の電流バッファ群とし、これらの電流バッファ群を中間電圧ＶBを介して積み重ねた回路構成となっている。
【００２３】
上述した参考例の液晶モジュールのバイアス回路は、以下のように動作する。
【００２４】
上記電流バッファ群の中で、特に全体電流に対する電流比率が大きいのは電圧Ｖ３と電圧Ｖ４であって、電圧Ｖ３は流れ出し電流が支配的であり、電圧Ｖ４は流れ込み電流が支配的である。このため、図１に示す電流ループｂのように、電圧Ｖ４から流れ込んだ電流は、第２の電源による中間電位ＶBを介して電圧Ｖ３から流れ出す。したがって、電流を流用し消費電流を打ち消す効果により、第２の電源は、電流バッファの電源としては消費電流をあまり消費しない。これに対して、従来は図３に示す電流ループａ１およびａ２のように電圧Ｖ３と電圧Ｖ４とでそれぞれ個別に電源電流が消費される。
【００２５】
また、各電流バッファの電源としての電流は、それぞれ上位２個の電流バッファ群のオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４のバイアス電流が、第２の電源による中間電位ＶBを介して下位２個の電流バッファ群のオペアンプＯＰ１１およびＯＰ１２のバイアス電流として流れて再消費される。すなわち、従来は図３のように共通の電源に対して、それぞれ電流バッファを構成する４個のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４が並列に接続されてオペアンプ４個分のバイアス電流を消費していたのに対し、図１の構成とすれば、上述のようにオペアンプ２個分のバイアス電流で済むことになる。
【００２６】
なお、この参考例の図１に示す構成とした場合、図３の従来の構成に比べて、第２の電源として安定化された別電源が必要となるが、この第２の電源で消費される電力は、上述した上位ブロックと下位ブロックとの差分にとどまりごく小さいものである。
【００２７】
上述したように、電流バッファ素子である全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４が、単一電源に単に並列に接続されていた図３の従来回路に比べ、図１に示す参考例では、オペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４を低電位側オペアンプＯＰ１１およびＯＰ１２と高電位側オペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４との２つの部分に分け、これらを直列に接続して有効に電流を流用できるようにした。したがって、総合的な消費電流を大きく低減することが可能となる。
【００２８】
なお、実負荷による実験によれば、この参考例の構成では、従来に比べて電流バッファのオペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４部分の電源消費電流を大きく低減できることが確認された。すなわち、電流バッファのオペアンプＯＰ１１〜ＯＰ１４部分の電源消費電流は、実負荷による実験レベルで、多いときで従来の１／２．５に低減することが確認できた。
【００２９】
次にこの発明の第１の実施の形態に係る液晶モジュールのバイアス回路について説明する。
【００３０】
上述したように、液晶モジュールのバイアス回路における６レベル出力電圧をＶ１〜Ｖ６とすると、その電圧Ｖ１〜Ｖ６の大小関係はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５＜Ｖ６であらわされ、特に電圧Ｖ３と電圧Ｖ４の電圧差が他の電圧差に比べて大きく設定される。このため、グラウンド電位ＧＮＤに電圧レベルが近い側の電圧Ｖ１〜Ｖ３と、最高電源電位ＶEEに電圧レベルが近い側の電圧Ｖ４〜Ｖ６とにブロック分けすることができる。
【００３１】
既に述べたように、従来は、電圧Ｖ２〜Ｖ５の出力電流のバッファリングに使用しているオペアンプ（図３のＯＰ１〜ＯＰ４）の電源を電位ＶEE−ＧＮＤ間の単一電圧にて供給していた。これに対して、参考例では、上述したブロック分けにより、図１に示したように、グラウンド電位ＧＮＤに近い低電位側のオペアンプＯＰ１１およびＯＰ１２の電源を、高電位側のオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４に供給する最高電源電位ＶEEより低い中間の電源電圧ＶBにて供給することによって消費電流を低減するようにした。
【００３２】
しかしながら、図１のようにしても高電位側の電源電位ＶEEに近い側のブロックのオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４については、電位ＶEE−ＶB間にて供給することになり、電源電位ＶEEからグラウンド電位ＧＮＤまでの電圧差が大きな電流ループでオぺアンプＯＰ１３およびＯＰ１４を動作させることになり、この部分の消費電流は大きいままである。
【００３３】
そこで、この発明の第１の実施の形態に係る液晶モジュールのバイアス回路は、図２に模式的に示すように構成する。図２において、図１と同様の部分には同一の参照符号を付す。
【００３４】
すなわち、第１の実施の形態に係る液晶モジュールは図１と異なり、高電位側の電流バッファ群を形成するオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４の低電位側の電源端子と中間電位ＶBとの間に、直流／直流コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）ＤＤが挿入されている。直流／直流コンバータＤＤの入力側には、オペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４の低電位側の電源端子を共通に接続し、直流／直流コンバータＤＤの出力側は、第２の電源の高電位側である中間電位ＶBに接続される。なお、直流／直流コンバータＤＤは、必要に応じて、例えば基準電位を得るために、図示するようにグラウンド電位ＧＮＤに接続される。この直流／直流コンバータＤＤの制御方式は、入力電圧ＶB−ＶA点間の電圧が安定化されるように伝達電力を制御する。
【００３５】
先に述べた図１のような参考例の構成における問題は、オペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４の低電位側の共通接続された電源端子、すなわち図２に示すＶA点の電圧と中間電位ＶBとの間の電圧差が大きく、この電圧差分に流れる電流による電力損失が生じることに起因している。
【００３６】
そこで、図２に示す第１の実施の形態に係る液晶モジュールのバイアス回路のように、中間電位ＶBとＶA点の間に直流／直流コンバータＤＤを挿入し、この部分に流入するバイアス電流ｃを制御するようにして、電力損失を生じることなく接続して、効率良くオペアンプＯＰ１３およびＯＰ１４を駆動することができるようにした。
【００３７】
上述したように、高電位側のオぺアンプＯＰ１３およびＯＰ１４が本来必要な電源電圧以上の電圧により駆動される液晶モジュールのバイアス回路において、これらオぺアンプＯＰ１３およびＯＰ１４に供給する電源電圧は必要最小限とし、残りの電圧差部分に制御方式を工夫した直流／直流コンバータＤＤを挿入することによって、損失なく電流ループを構成する。このようにすることによって、液晶モジュールのバイアス回路における不要な電力損失をなくすことができる。
【００３８】
なお、上述においては、各オペアンプの出力側に抵抗を、高電位群および低電位群の各出力電圧間にコンデンサを介挿するものとして説明したが、直列分圧抵抗以外の抵抗およびコンデンサ等は回路上の必要に応じてさらに挿入したり、省略したりすることができる。また、上述においては、６レベルバイアス電圧を発生する場合について説明したが、この発明は６レベルに限定されるものではなく、対照的な高電位の電圧群と低電位の電圧群を供給する回路であれば、どのようなものにも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、簡単な構成で液晶モジュールのバイアス駆動に係る総合消費電流を低減することが可能な液晶モジュールのバイアス回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る液晶モジュールのバイアス回路の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態に係る液晶モジュールのバイアス回路の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図３】従来の液晶モジュールのバイアス回路の構成の一例を模式的に示す回路構成図である。
【符号の説明】
Ｒ１１〜Ｒ１９・・・抵抗、ＯＰ１１〜ＯＰ１４・・・オペアンプ（演算増幅器）、Ｃ１１〜Ｃ１４・・・コンデンサ、ＤＤ・・・直流／直流コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、ＶEE・・・電源電位、ＶB・・・中間電位、ＧＮＤ・・・グラウンド電位
【図１】
0003764991.tif 000002
【図２】
0003764991.tif 000003
【図３】
0003764991.tif 000004