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JP2009186911A - ソースドライバ - Google Patents

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Abstract

【課題】反転駆動とガンマ特性の調節が可能なソースドライバを提供する。
【解決手段】ソースドライバ100は、液晶パネルの複数のデータ線を反転駆動する。差動インタフェース10は、タイミングコントローラから画素ごとの輝度データD0〜D2を差動信号として受信する。D/Aコンバータ30は、反転駆動の極性に応じた所定のガンマ補正カーブにもとづいて、輝度データを画素ごとの駆動電圧に変換する。出力バッファ40は、画素ごとの駆動電圧をデータ線に供給する。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶パネルの駆動技術に関し、特にデータ線を駆動するソースドライバに関する。
液晶パネルは、複数のデータ線と、データ線と直交するように配置される複数の走査線と、データ線および走査線の交点にマトリクス状に配置された複数のTFT(Thin Film Transistor)を備える。液晶パネルを駆動するために、複数の走査線を順に選択するゲートドライバと、各データ線に輝度に応じた電圧を印加するソースドライバが設けられる。
特開平8−320674号公報 特開2007−286526号公報 特開昭56−151763号公報 特開昭60−078531号公報 特開昭60−189905号公報
データ線に直流の駆動電圧を連続的に印加すると液晶パネルが劣化するという問題がある。この問題を解決するために、近年では各データ線に対して極性が異なる電圧を交流的に交互に印加する方式(反転駆動方式)が主流となっている。
また、ある階調に対応する駆動電圧は、駆動対象の液晶パネルのガンマ特性に応じて調節する必要がある。
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、反転駆動とガンマ特性の調節が可能なソースドライバの提供にある。
本発明のある態様は、液晶パネルの複数のデータ線を反転駆動するソースドライバに関する。このソースドライバは、タイミングコントローラから画素ごとの輝度データを差動信号として受信するインタフェース回路と、反転駆動の極性に応じた所定のガンマ補正カーブにもとづいて、画素ごとの輝度データを駆動電圧に変換するデジタルアナログ変換部と、データ線ごとに設けられ、画素ごとの前記駆動電圧を対応するデータ線に供給するバッファと、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、反転駆動と、ガンマ特性の調整が可能となる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図1は、実施の形態に係るソースドライバ100を備えた液晶ディスプレイ200の構成を示すブロック図である。液晶ディスプレイ200はたとえば、液晶テレビ、コンピュータや携帯電話端末をはじめとする電子機器に搭載される。
液晶ディスプレイ200は、液晶パネル120、複数(m個)のゲートドライバ110_1〜110_m(必要に応じてゲートドライバ110と総称する)、複数(n個)のソースドライバ100_1〜100_n(必要に応じてソースドライバ100と総称する)、タイミングコントローラ130、ガンマ補正用電源回路140、電圧源150を備える。
液晶パネル120は、複数のデータ線と複数の走査線を備え、データ線と走査線の交点にはマトリクス状に配置された画素回路が設けられる。ゲートドライバ110は、タイミングコントローラ130からのデータを受け、複数の走査線に順に電圧を与えて選択していく。ソースドライバ100は、タイミングコントローラ130から出力される各画素の輝度を示す輝度データD0〜D2を、輝度データD0〜D2と同期したクロックCKとともに受信し、液晶パネル120の複数のデータ線を駆動する。輝度データD0、D1、D2はそれぞれ、RGBの3原色に対応する。
ソースドライバ100_1〜100_nは、液晶パネル120の一辺に沿って配置される。ソースドライバ100の個数mは液晶パネル120の解像度に応じて決定される。ソースドライバ100は、一つの半導体基板上に一体集積化された機能ICである。ソースドライバ100の複数の出力端子はそれぞれ、対応するデータ線と接続される。また、ソースドライバ100のデータ入力端子には、タイミングコントローラ130から画素ごとの輝度データD0〜D2が入力される。
電圧源150は、液晶パネル120のデータ線および走査線を駆動するための高電圧を生成する回路であり、チャージポンプ回路やスイッチングレギュレータで構成される。電圧源150により生成された高電圧は、ゲートドライバ110およびソースドライバ100に供給される。
ガンマ補正用電源回路140は、後述のガンマ補正を行うために利用される複数の基準電圧V1〜V13を生成し、ソースドライバ100_1〜100_nへと出力する。
以上が液晶ディスプレイ200の全体構成である。図2は、実施の形態に係るソースドライバ100の構成を示すブロック図である。ソースドライバ100は、液晶パネル120の複数(684本)のデータ線に接続される出力端子Y1〜Y684を備える。ソースドライバ100は、差動インタフェース10、双方向シフトレジスタ20、データレジスタ22、データラッチ回路24、レベルシフタ26、D/Aコンバータ30、出力バッファ40を備え、一つの半導体基板上に集積化された機能ICである。
差動インタフェース10は、タイミングコントローラ130から出力される差動信号の輝度データD0P/N〜D2P/Nを、差動クロック信号CLKP/Nとともに受ける。P/Nは差動対を示しており、以下の説明では適宜省略する。さらに差動インタフェース10には、輝度データの取り込みタイミングを示すスタートパルスSFTが入力される。差動インタフェース10は受信回路12およびラッチ回路14を含む。
輝度データD0〜D2はそれぞれ、3対の差動線路を介して伝送される。つまり輝度データD0は輝度データD00、D01、D02の3ビットのパラレルデータであり、同様に輝度データD1は輝度データD10、D11、D12を含むパラレルデータであり、輝度データD2は輝度データD20、D21、D22を含むパラレルデータである。
各輝度データD00〜D02、D10〜D12、D20〜D22は、差動クロック信号CLKのポジティブエッジとネガティブエッジの両方のタイミングに1ビットづつのデータを有する。つまりデータラインごとに、1クロックにつき2ビットのデータが伝送される。本実施の形態では、RGBそれぞれについて6ビットの64階調で画像が表示され、したがって差動クロックの1周期で、一つの画素のデータが伝送される。
図3は、差動インタフェース10における輝度データの受信動作を示すタイムチャートである。差動クロックCLKP/Nは、差動対の一方のみを示している。スタートパルスSFTがハイレベルとなると、その2クロック後のタイミングから、輝度データD0、D1、D2の取り込みが開始される。図3のタイムチャートには、セットアップタイムthと、ホールドタイムthdが示される。
ラベルDL1が付されたデータ群は出力端子Y1を介してデータ線へと出力される駆動電圧の階調を示す。同様にラベルDL2、DL3…が付されたデータ群は、出力端子Y2、Y3、…を介してデータ線へと出力される駆動電圧の階調を示す。ラッチ回路14は、差動クロック信号CLKP/Nのポジティブエッジ、ネガティブエッジのタイミングで、各データの値をラッチする。
なお、スタートパルスSFTが2回ハイレベルとなった場合、後にハイレベルに遷移したタイミングから2クロック後のタイミングから、輝度データD0〜D2の取り込みが開始される。
実施の形態に係るソースドライバ100は、輝度データが全部1のときにホワイトを出力するかブラックを出力するかを切り替え可能に構成される。ソースドライバ100は、差動インタフェース10に入力されるデータ反転信号INVの値にもとづいて、ノーマリホワイト、ノーマリブラックのいずれかの駆動方法を切り替える。つまり、データ反転信号INVの値に応じて、輝度データの全ビットを反転させる。
図2に戻る。ラッチ回路14によりラッチされた輝度データDL1〜DL684は、データレジスタ22へと転送される。上述のように、RGBの3つのデータは、差動クロック信号CLKP/Nの1周期で伝送される。したがって、684画素分のデータDL1〜DL684は、684/3=228クロックの時間で伝送されることになる。
双方向シフトレジスタ20は、2つの端子SFTR、SFTLの間に228段のレジスタを備え、スタートパルスSFTを1クロックごとに1段づつシフトさせていく。スタートパルスSFTの伝搬方向はシフト方向設定データR/Lに応じて切り替え可能である。具体的には、シフト方向設定データR/L=Hのとき、端子SFTRから端子SFTLに向かって伝搬し、R/L=Lのとき、端子SFTLから端子SFTRに向かって伝搬する。
図1に示すように、複数のソースドライバ100_1〜100_nは隣接して配置される。R/L=Hのとき、あるソースドライバ100の端子SFTLから出力されたスタートパルスSFTは、隣接するソースドライバ100の端子SFTRへと入力される。反対にR/L=Lのとき、あるソースドライバ100の端子SFTRから出力されたスタートパルスSFTは、隣接するソースドライバ100の端子SFTLへと入力される。このようにして、差動クロック信号と同期して、スタートパルスSFTが複数のソースドライバ100を順番に伝搬していく。
双方向シフトレジスタ20を設けてシフト方向設定データR/Lに応じて伝搬方向を切り替え可能とすることにより、液晶パネル120に対するソースドライバ100の実装方向を柔軟に設計することができる。
データレジスタ22とデータラッチ回路24は、それぞれが684画素×6ビットのメモリ空間を有している。スタートパルスSFTが双方向シフトレジスタ20のi番目(i=1〜228)のステージに位置するとき、輝度データD0〜D2がそれぞれ、データレジスタ22の(i×3−2)、(i×3−1)、(i×3)番目のデータ線に対応するアドレスへと書き込まれる。スタートパルスSFTの位置がシフトするにつれて、差動インタフェース10に入力される輝度データが、順にデータレジスタ22へと書き込まれる。228クロックカウントされると、1走査線上のすべての輝度データがデータレジスタ22に書き込まれる。そしてデータラッチ回路24に入力されるストローブ信号がハイレベルとなると、データレジスタ22に書き込まれたデータがデータラッチ回路24へと転送される。
ソースドライバ100において、レベルシフタ26より上流の回路ブロック、つまり差動インタフェース10、双方向シフトレジスタ20、データレジスタ22、データラッチ回路24は、電源電圧DVDD、DVSSにもとづいて動作する。たとえばこれらの回路は3V系で構成される。電源電圧DVDDは2.3〜3.6Vの範囲が定格である。DVDD=2.7〜3.6Vで使用する場合、電源電圧選択信号DVDDSELをハイレベルとし、DVDD=2.3〜3Vで使用する場合、電源電圧選択信号DVDDSELをローレベルとする。
一方、レベルシフタ26よりも下流の回路ブロック、つまりD/Aコンバータ30、出力バッファ40は15V系で構成される。電源電圧AVDDは、定格で10〜16.5Vである。
レベルシフタ26は異なる電源電圧系で動作する2つの回路ブロック間で、電圧振幅のレベル変換を行う。
D/Aコンバータ30は、反転駆動の極性に応じた所定のガンマ補正カーブにもとづいて、画素ごと(データ線ごと)の輝度データDL1〜DL684を、駆動電圧に変換する。D/Aコンバータ30には極性を示す極性指示データPOLと、ガンマ補正用の基準電圧V0〜V13が入力される。
図4は、輝度データが示す階調(レベル)と、階調電圧の関係を示す図である。実線は第1の極性の場合の階調電圧Vp0〜Vp63を、破線は第2の極性の場合の階調電圧Vn0〜Vn63を示す。図4の曲線は液晶パネル120のガンマ特性に応じて設定される。つまりD/Aコンバータ30の内部に設けられた階調電圧生成回路32は、図4の曲線に沿うように、複数の階調電圧Vp0〜Vp63およびVn0〜Vn63を生成する。
階調電圧生成回路32の構成を説明する前に、階調電圧生成回路32による階調電圧Vp0〜Vp63、Vn0〜Vn63の生成方法について図4を参照して説明する。階調電圧生成回路32は、代表的な複数の階調値(以下、代表階調値という)を設定する。たとえば、全階調0〜63のうち、離散的に選択された7つを代表階調値X0〜X6に設定する。そして、それぞれの代表階調値X0〜X6に対応する階調電圧Vp0〜Vp63(Vn0〜Vn63)を、基準階調電圧V0〜V6(V7〜V13)として設定する。代表階調値X0〜X6は、第1、第2の極性のそれぞれに対して共通に設定される。
代表階調値X0〜X6の中間の階調に対応する階調電圧は、基準階調電圧V0〜V6(またはV7〜V13)を補間することにより生成される。好ましくは線形補間が利用される。
この方法によれば、代表階調値を設定し、それらに対応する基準階調電圧を調節することにより、液晶パネル120の特性にあわせたガンマ曲線を実現できる。
D/Aコンバータ30は、複数の輝度データDL1〜DL684それぞれに対して、反転駆動の極性および輝度データの値に応じた階調電圧Vp0〜Vp63、Vn0〜Vn63を選択し、駆動電圧Vd1〜Vd684として後段の出力バッファ40に出力する。出力バッファ40は、その内部にデータ線ごとに設けられたバッファBUF1〜BUF684を備える。各バッファBUFは、入力された駆動電圧Vdを対応するデータ線へと供給する。
図5は、D/Aコンバータ30および出力バッファ40の構成を詳細に示す回路図である。D/Aコンバータ30は、階調電圧生成回路32およびセレクタ回路34を含む。
階調電圧生成回路32は、第1の極性の階調電圧Vp0〜Vp63を生成する第1階調電圧生成回路32aと、第2の極性の階調電圧Vn0〜Vn63を生成する第2階調電圧生成回路32bを含む。第1階調電圧生成回路32aは、基準電圧V0〜V6を受ける。隣接する基準電圧ViとVi+1の間には、抵抗ストリングRiが設けられる。抵抗ストリングRiは、直列に接続されたサブ抵抗Rsを備える。サブ抵抗Rsの抵抗値はすべて等しい。隣接するサブ抵抗Rsの間に設けられた複数のタップには、基準電圧ViとVi+1を分圧した電圧が発生する。各タップに発生する電圧は、第1の極性の階調電圧Vp0〜Vp63として出力される。つまり階調電圧は基準電圧V0〜V6を線形補間して生成される。同様に第2階調電圧生成回路32bは、第2の極性の階調電圧Vn0〜Vn63を生成する。
セレクタ回路34は、データ線ごとに設けられた複数のセレクタSEL1〜SEL684を含む。i番目のセレクタSELiには、極性指示データPOL、i番目の輝度データDLi階調電圧Vp0〜Vp63、Vn0〜Vn63が入力される。極性指示データPOLが1のとき、偶数番目のセレクタSELiは、第1極性の階調電圧Vp0〜Vp63のうちから、輝度データDLiの値に応じたいずれかを選択し、奇数番目のセレクタSELiは第2極性の階調電圧Vn0〜Vn63のうちから、輝度データDLiの値に応じたいずれかを選択する。反対に極性指示データPOLが0のとき、偶数番目のセレクタSELiは、第2極性の階調電圧Vn0〜Vn63のうちから、輝度データDLiの値に応じたいずれかを選択し、奇数番目のセレクタSELiは第1極性の階調電圧Vp0〜Vp63のうちから、輝度データDLiの値に応じたいずれかを選択する。
出力バッファ40は、データ線ごとに設けられた複数のバッファBUF1〜BUF684を備える。各バッファBUF1〜BUF684は演算増幅器を用いたボルテージフォロアである。i番目のバッファBUFiは、i番目のセレクタSELiからアナログの階調電圧を受け、出力端子Yiからデータ線に対して出力する。
バッファを構成する演算増幅器にオフセットが生ずると、バッファの入力電圧とバッファの出力電圧に誤差が生じ、輝度が所望の値からずれるという問題がある。この問題を解決するために、各バッファの演算増幅器の反転入力端子と非反転入力端子は、入れ換え可能に構成されている。そしてフレームごとにレベルが変化するオフセットキャンセル信号FSの値に応じて、演算増幅器の反転入力端子と非反転入力端子を切り替えながら、データ線に階調電圧を供給するよう構成される。この機能によって、プロセスばらつきによって演算増幅器にオフセットが生じた場合に、その影響を低減することができる。
次にチャージシェア機能について説明する。液晶パネル120の複数のデータ線はそれぞれ寄生容量を有する。液晶パネル120を反転駆動する場合、駆動の極性を切り替える度に、データ線の電位がコモン電圧を中心に大きく変動するため、データ線の容量に蓄えられた電荷が捨てられることになる。これは消費電力の観点から好ましくないため、実施の形態に係るソースドライバ100にはチャージシェア機能が実装される。チャージシェア機能とは、複数のデータ線の間を結合することにより電荷を共有し、消費電流を低減する技術である。
チャージシェア機能は、隣接する出力端子Yの間に設けられた複数のスイッチSW1〜SW683によって実現される。チャージシェア機能は以下の3つのモードのいずれかで機能する。チャージシェアのモードは、制御データCSR0、CSR1の値に応じて設定される
1.第1モード (CSR0=L、CSR0=L)
極性指示データPOLを参照し、隣接するフレーム間で駆動極性が変化したときにのみ、スイッチSW1〜SW683をオンしてチャージシェアを行う。
2.第2モード (CSR0=L、CSR0=H)
極性の変化に関係なく、毎フレームごとにスイッチSW1〜SW683をオンしてチャージシェアを行う。
3.無効化モード (CSR0=H)
スイッチSW1〜SW683を常時オフとし、チャージシェアを行わない。
図6(a)〜(c)は、各モードにおけるチャージシェアの様子を示すタイムチャートである。図6(a)は第1モード、同図(b)は第2モード、同図(c)は無効モードを示す。
図5に戻る。出力バッファ40は、バッファBUF1〜BUF684に加えて、リペア用のバッファBUFREP1、BUFREP2を有する。通常、2つのリペア用バッファBUFREP1、BUFREP2の入力端子IREPと出力端子OREPはノンコネクション(NC)とされ、オープン状態で使用される。
いま液晶パネル120のi番目のデータ線に欠陥が存在し、途中で遮断されている場合、そのデータ線に接続される画素のうち、出力バッファ40の出力端子Yiから遮断箇所までの画素は動作するが、切断箇所から先の画素には駆動電圧が供給されないという問題が発生する。そこで、i番目のデータ線に断線が生じた場合、リペア用バッファBUFREPの入力端子IREPをi番目の出力端子Yiに接続し、リペア用バッファBUFREPの出力端子OREPをi番目のデータ線の他端(出力端子Yiと反対側)に接続する。この処理によって、切断箇所から先の画素にも駆動電圧が供給され、輝度を制御することができる。2つのリペア用バッファBUFREP1、BUFREP2を設けることにより、2本のデータ線の故障まで対応することができる。
出力バッファ40には、リペア用バッファBUFREP1、BUFREP2の動作の有無を指示するイネーブル信号ENREP1、ENREP2が入力される。リペア用バッファBUFREP1、BUFREP2はそれぞれ、対応するイネーブル信号ENREPがハイレベルのときのみ動作し、ローレベルのときは消費電力低減のために完全にシャットダウンする。
出力バッファ40内の各バッファBUF1〜BUF684、BUFREP1、BUFREP2は、バイアス電流を4段階で切り替え可能に構成される。これによって負荷に応じてスルーレートを制御可能となっている。バッファのバイアス電流は、2ビットの低消費電力制御信号LPC0、LPC1の値に応じて設定される。この機能によって、消費電力を優先させるのか、バッファのスルーレート(つまり液晶の表示速度)を優先させるのかをセットの設計者が切り替えることができ、設計の自由度が高まる。
図7は、実施の形態に係るソースドライバ100のピン配置図であり、チップ上面から見た配置を示す。一方の辺には、出力端子Y1〜Y684が配置され、他方の辺にはその他のピンが配置される。他方の辺の両端には、リペア用バッファの入出力ピンおよびイネーブルピン(IREP2、OREP2、ENREP2、IREP1、OREP1、ENREP1)等が配置される。これらを両端に配置することにより、パネルとの接続が容易となる。
そのほか、輝度データの入力ピン(D00〜D02、D10〜D12、D20〜D22)、ガンマ補正用電圧の入力ピン(V1〜V13)クロック用入力ピン(CLKP/N)、電源ピン(AVDD、AVSS、DVDD、DVSS)、スタート信号の入出力端子(SFTR、SFTL)、その他の制御信号用のピンが設けられる。
以上、実施の形態に係るソースドライバ100の構成および動作について説明した。ソースドライバ100によれば、反転駆動とガンマ特性の調節が実現できる。
以上、実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。
実施の形態に係るソースドライバを備えた液晶ディスプレイの構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るソースドライバの構成を示すブロック図である。 差動インタフェースにおける輝度データの受信動作を示すタイムチャートである。 輝度データが示す階調と階調電圧の関係を示す図である。 D/Aコンバータおよび出力バッファの構成を詳細に示す回路図である。 図6(a)〜(c)は、各モードにおけるチャージシェアの様子を示すタイムチャートである。 ソースドライバのピン配置図である。
符号の説明
100…ソースドライバ、110…ゲートドライバ、120…液晶パネル、130…タイミングコントローラ、140…ガンマ補正用電源回路、150…電圧源、200…液晶ディスプレイ、10…差動インタフェース、12…受信回路、14…ラッチ回路、20…双方向シフトレジスタ、22…データレジスタ、24…データラッチ回路、26…レベルシフタ、30…D/Aコンバータ、32…階調電圧生成回路、34…セレクタ回路、40…出力バッファ。

Claims (1)

  1. 液晶パネルの複数のデータ線を反転駆動するソースドライバであって、
    タイミングコントローラから画素ごとの輝度データを差動信号として受信するインタフェース回路と、
    反転駆動の極性に応じた所定のガンマ補正カーブにもとづいて、前記画素ごとの輝度データを駆動電圧に変換するデジタルアナログ変換部と、
    前記データ線ごとに設けられ、画素ごとの前記駆動電圧を対応するデータ線に供給するバッファと、
    を備えることを特徴とするソースドライバ。
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