JP4342547B2 - DA converter and driving circuit design method for liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶駆動回路などに用いられる階調表示電圧発生回路及びDA変換回路の設計方法に関するものである。 The present invention relates to a method for designing a gradation display voltage generation circuit and a DA conversion circuit used in a liquid crystal driving circuit and the like.
近年の液晶表示装置の大型化に伴い、液晶駆動装置の様々な性能の向上が望まれている。特に鮮やかな色彩を表示するために、高階調が望まれている。近年の技術では、階調電圧がRGB各々10ビット(1024)で約10億色の液晶表示装置も登場してきている。よって、高諧調化を望む上で、外部から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換器の性能の向上は不可欠である。DA変換器に関する技術は、例えば、下記特許文献1及び特許文献2に記載されている。
With the recent increase in size of liquid crystal display devices, improvements in various performances of liquid crystal drive devices are desired. In particular, high gradation is desired to display vivid colors. In recent years, a liquid crystal display device having a gradation voltage of 10 bits (1024) for each RGB and about 1 billion colors has also appeared. Therefore, in order to achieve high gradation, it is essential to improve the performance of a DA converter that converts an externally input digital signal into an analog signal. The technology regarding the DA converter is described in, for example,
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術では、一つのストリング抵抗に対して並列に数百チャネルの出力デコーダー回路を接続することが考慮されていなかった。ストリング抵抗に対してデコーダー回路は高抵抗であるが、並列に数百も接続することにより各デコーダーへの分流が生じ、ストリング抵抗における電圧降下が変動してしまう恐れがある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、多ビットDA変換器でありながら、安定した階調電圧を取り出すことを可能とするDA変換器を提供することにある。
However, in the technique disclosed in
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a DA converter that can extract a stable gradation voltage while being a multi-bit DA converter.
本発明の駆動回路の設計方法では、上述した課題を解決すべく、階調電圧として複数の基準電圧を抵抗の電圧降下を利用して発生させる電圧生成回路に並列に接続されると共に、デジタル信号に応じて、アナログ電圧を選択する複数のDA変換器を備えた液晶表示装置の駆動回路であって、DA変換器は、基準電圧のいずれか一つを第1の出力として選択する第1の制御回路と、第1の出力に対応する階調電圧に隣接する基準電圧を第2の出力として選択する第2の制御回路と、第1の出力に直列に接続された第1の抵抗及び第1のスイッチ手段と、第2の出力に直列に接続された第2の抵抗及び第2のスイッチ手段と、第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段とをいずれかオン又は第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段とを両方オンさせることにより第3の出力を選択する第3の制御回路とを有し、第1の出力は、階調電圧のうち偶数番目の基準電圧のいずれかが選択された電圧であり、第2の出力は、階調電圧のうち奇数番目の基準電圧が選択された電圧である液晶表示装置の駆動回路を設計する工程と、仕様によって決められるDA変換器の数がX、ストリング抵抗の変動量をY%である場合に、第1の制御回路と第2の制御回路とで選択されたストリング抵抗の抵抗値をRAとし、第1の制御回路のオン抵抗の抵抗値をRBとし、第1の抵抗の抵抗値をRCとし、第1の抵抗の抵抗値RCに、(50/Y)*X*RA≦(RB+RC)を満たす値を挿入する工程とを備えたことを特徴としている。In order to solve the above-described problem, the drive circuit design method of the present invention is connected in parallel to a voltage generation circuit that generates a plurality of reference voltages as gradation voltages using a voltage drop of a resistor, and a digital signal. In accordance with the above, a driving circuit for a liquid crystal display device including a plurality of DA converters for selecting an analog voltage, wherein the DA converter selects any one of the reference voltages as a first output. A control circuit; a second control circuit that selects a reference voltage adjacent to a grayscale voltage corresponding to the first output as a second output; a first resistor connected in series to the first output; 1 switch means, a second resistor and second switch means connected in series to the second output, and either the first switch means and the second switch means are turned on or the first switch means And second switch means both on And a third control circuit that selects the third output, and the first output is a voltage in which one of the even-numbered reference voltages among the grayscale voltages is selected, and the second output The output is a process for designing a driving circuit of a liquid crystal display device in which the odd-numbered reference voltage is selected from the gradation voltages, and the number of DA converters determined by the specification is X, and the variation amount of the string resistance is When Y%, the resistance value of the string resistor selected by the first control circuit and the second control circuit is RA, the resistance value of the on-resistance of the first control circuit is RB, And a step of inserting a value satisfying (50 / Y) * X * RA ≦ (RB + RC) into the resistance value RC of the first resistor.
本発明のDA変換器の構成を取ることで、多ビットDA変換器でありながら、安定した階調電圧を提供できると共にかつ小面積で構成されるDA変換器を提供することが可能となる。 By adopting the configuration of the DA converter of the present invention, it is possible to provide a DA converter that can provide a stable gradation voltage and has a small area while being a multi-bit DA converter.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付の図面において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the following description and the accompanying drawings, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるDA変換器100の回路図である。まず、本実施例の構成を説明する。DA変換器100は、3ビットのデジタル信号をアナログ信号へ変換する回路である。DA変換器100は、電圧生成回路101、第1の制御回路102、第2の制御回路103、第3の制御回路104から構成されている。電圧生成回路101は、複数の基準電圧を生成する回路であって、電圧V0から抵抗等(ストリング抵抗と呼ぶこともある)により電圧降下させたV1〜V4を出力する。V0〜V4はV0からV4にかけて順次電圧が低くなっている。以後、V0〜V4を総称して階調電圧と呼ぶ。図3及び図4に示すストリング抵抗方式のDA変換器では、2n個の階調電圧が必要であるが、本実施例のDA変換器では、2n-1+1個の階調電圧であればよい。本実施例では、5つ(2ビット+1)の電圧を出力しているが、出力される電圧の個数の基本は、2n+1であるが限定はされない。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
第1の制御回路102は、電圧生成回路101で出力された複数の階調電圧のうち一つを選択して第1の出力Vout1として出力する。本実施例では、階調電圧のうち偶数番目に当たる電圧の一つを入力された3ビットのデジタル信号のうち、上位2ビットのデジタル信号に応じて選択している。第2の制御回路103は、第1の制御回路102で選択された階調電圧である第1の出力Vout1に隣接する階調電圧を上位2ビットのデジタル信号に応じて選択し、第2の出力Vout2として出力する。
The
本実施例においては、階調電圧のうち奇数番目に当たり、かつ第1の出力Vout1に隣接する電圧を選択している。第1の制御回路102及び第2の制御回路103は、隣接する2つの階調電圧が選択される制御回路であればよい。第3の制御回路104は、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2を有していて、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2とに第1の出力Vout1と第2の出力Vout2とが接続されている。ただし、DA変換器は、階調電圧の単調性を満たす必要がある。
In the present embodiment, the voltage that corresponds to the odd-numbered grayscale voltage and is adjacent to the first output Vout1 is selected. The
本実施例の第1の制御回路102及び第2の制御回路103では、必ずしもVout1>Vout2とはならないことがある。よって、本実施例においては、第1の制御回路102及び第2の制御回路103によっては、切り替え回路105を挿入する必要がある。切り替え回路105は、第1の入力端子、第2の入力端子、第1の出力端子、及び第2の出力端子を有している。また、3ビットデジタル信号のうち、中間ビットのデジタル信号によって制御されて第1の入力端子から入力された信号を第1の出力端子又は第2の出力端子へ出力する。第2の入力端子から入力された信号は、第1の入力端子から入力された信号とは別の第1の出力端子又は第2の出力端子へ出力される。
In the
また、第3の制御回路104は、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2とに応じて第3の出力Vout3を出力する。第1の入力Vin1から第3の出力Vout3にかけて順次第1の抵抗R11及び第1のスイッチ手段S11が形成されている。第2の入力Vin2から第3の出力Vout3にかけて順次第2の抵抗R12及び第2のスイッチ手段S12が形成されている。第1の抵抗R11と第2の抵抗R12とは、同一の抵抗値を有する。ここで、同一とは、近似的な同一を示し、プロセスバラツキによる誤差は同一に包含される。階調電圧のビット数が多くなると第1の出力Vout1と第2の出力Vout2との電圧差は小さくなりプロセスバラツキによる誤差は許容される。以下の実施例においても同様の扱いとする。
The
また、第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12の抵抗値は、第1の制御回路102及び第2の制御回路103で導通状態となっているMOSトランジスタのオン抵抗と、第3の出力Vout3の先に接続される増幅器(図示せず)の入力容量とを考慮して決定されている。説明の都合上、入力のデジタルデータを下位ビットから順に1D、2D、3Dと表す。また、反転信号を1DB、2DB、3DBと表す。
In addition, the resistance values of the first resistor R 11 and the second resistor R 12 are the on-resistance of the MOS transistor that is in the conductive state in the
第1の制御回路102及び第2の制御回路103は、MOSトランジスタの選択及び非選択により第1の出力Vout1及び第2の出力Vout2を決定している。nビットのDA変換器であればn−1のMOSトランジスタが選択されて第1の出力Vout1又は第2の出力Vout2が出力される。よって、第1の制御回路102及び第2の制御回路103のMOSトランジスタのオン抵抗は、n−1個のMOSトランジスタのオン抵抗の総和になる。本実施例を例にすれば、3ビットのDA変換器であって、1D又は1DB、2D又は2DB、及び3D又は3DBで制御される3つのMOSトランジスタのオン抵抗の総和である。なお1Dより2D、2Dより3Dで制御されるMOSトランジスタの方が面積的に大きく、またオン抵抗は小さい。
The
近年の液晶表示装置の駆動回路などにおいて使用されるDA変換器では、一つのストリング抵抗に200個の第1の制御回路102又は第2の制御回路103が並列に接続される。ストリング抵抗の変動を1%以下に抑えるためには、並列に接続するチャネル数をX、ストリング抵抗RA、第1の制御回路102のMOSトランジスタのオン抵抗をRB、第1の抵抗をRCとすると、100*X*RA≦RB+RC の条件を満たすように第1の抵抗R11を設定する必要がある。第2の抵抗R12も考慮すると、第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12を直列に接続されたものがストリング抵抗RAに対して並列に接続されているため実際には、100*X*RA≦2(RB+RC)の条件を満たすように第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12を設定する必要がある。上記チャネル数が200の場合は約10000倍となる。
In a DA converter used in a drive circuit of a liquid crystal display device in recent years, 200
また、動作速度を考慮すると、DA変換器の後段に接続される増幅器の入力容量を考慮する必要がある。増幅器の入力容量をCとする。設定値に対して90%の値までの立ち上がりの時間を1μsとすると、時定数は、1≧ln10(RB+RC)C を満たす必要があり、 RB+RC≦C/ln10 を満たすことにより必要な動作速度を得ることが可能である。ただし、ストリング抵抗の変動量は仕様により様々なのでY%とすると、
(50/Y)*X*RA≦RB+RC≦C/ln10
を満たすように第1の抵抗R11を挿入する。第2の抵抗R12に関しても同様である。
In consideration of the operation speed, it is necessary to consider the input capacity of the amplifier connected to the subsequent stage of the DA converter. Let C be the input capacitance of the amplifier. If the rise time up to 90% of the set value is 1 μs, the time constant needs to satisfy 1 ≧ ln10 (R B + R C ) C, and R B + R C ≦ C / ln10. Thus, it is possible to obtain a necessary operation speed. However, the amount of variation in string resistance varies depending on the specifications, so if it is Y%,
(50 / Y) * X * R A ≦ R B + R C ≦ C / ln 10
The first resistor R 11 is inserted so as to satisfy The same applies to the second resistor R 12.
次に、動作の説明を行う。第2の制御回路102は、入力のデジタルデータ2D、2DB、3D、3DBに応じて階調電圧のうち偶数番目の電圧を選択する。第3の制御回路103は、入力のデジタルデータ3D、3DBに応じて階調電圧のうち奇数番目の電圧を選択する。ここで、第1の出力Vout1と第2の出力Vout2とは、隣接する階調電圧が選択される。
Next, the operation will be described. The
例えば、1D=0の場合、第3の制御回路104は、第1の出力Vout1と第2の出力Vout2とを切り替え回路105を経由し、最下位1ビットのデジタル信号により第1の入力Vin1と第2の入力Vin2を入力とし、第1のスイッチS12をオンさせることで、第2の入力Vin2を第3の出力Vout3として出力する。1D=1の場合、第1のスイッチS11及び、第2のスイッチS12をオンする。第1の制御回路及び第2の制御回路のMOSトランジスタのオン抵抗並びに第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12の抵抗値はどちらも同じであることにより第3の出力Vout3には、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2の中間の電圧が出力される。
For example, when 1D = 0, the
本実施例のDA変換器の構成によれば、電圧生成回路101で生成される階調電圧は従来と同様に出力が可能であり、さらに、第1の制御回路102、第2の制御回路103、及び第3の制御回路104、切り替え回路105を備えたことにより、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2との中間電圧を生成することが可能となり階調電圧の単調性を保つことも可能となる。
According to the configuration of the DA converter of the present embodiment, the gradation voltage generated by the
また、従来技術のようなnビットの階調電圧を出力するDA変換器からn+1ビットの階調電圧を出力するDA変換器へ変更する場合、nビットのDA変換器を2つ合わせるのと同等の面積になり、約2倍の面積になっていた。本実施例の構成によれば、nビットの階調電圧を出力するDA変換器と同じ面積規模の第1の制御回路102と第2の制御回路103に加えて第3の制御回路104及び切り替え回路105の制御によりn+1ビットの階調電圧を生成することを可能とし、面積の増大を削減することが可能となる。特に、nの値が大きくなればなるほど効果は大きくなる。
Also, when changing from a DA converter that outputs an n-bit gradation voltage as in the prior art to a DA converter that outputs an n + 1-bit gradation voltage, two n-bit DA converters are combined. And the area was about twice as large. According to the configuration of the present embodiment, in addition to the
また、第1の制御回路102及び第2の制御回路103の接続個数が多くなったとしても、合成抵抗の値を調整することが可能な第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12を挿入したことにより、各階調電圧の精度を高く保つことが可能になる。さらに、DA変換器の後段に接続される増幅器の入力容量を考慮して第1の抵抗R11及び第2の抵抗R12を挿入することで、高速な動作が実現可能となる。
Further, even if the number of connections of the
図2は本発明の第2の実施の形態におけるDA変換器である。以下の説明おいて第1の実施の形態と同一の部分に関しての説明は省略する。本実施例は、4ビットのDA変換器である。よって、説明の都合上、入力のデジタルデータを下位ビットから順に1D、2D、3D、4Dと表す。 FIG. 2 shows a DA converter according to the second embodiment of the present invention. In the following description, description of the same parts as those of the first embodiment is omitted. This embodiment is a 4-bit DA converter. Therefore, for convenience of explanation, the input digital data is expressed as 1D, 2D, 3D, and 4D in order from the lower bit.
本発明の第2の実施の形態における第3の制御回路204は、第1の実施の形態の第3の制御回路104に加えて、直列に接続された第3の抵抗R23、第3のスイッチ手段206、第4のスイッチ手段207、及び第4の抵抗R24が第1の抵抗と第1のスイッチ手段との間のノード及び第2の抵抗と第2のスイッチ手段との間のノードに接続されている。なお、第3のスイッチ手段及び第4のスイッチ手段は、第1の制御回路及び第2の制御回路を構成しているMOSトランジスタと同一の種類で構成されている。例えば本実施の形態においては、第3のスイッチ手段及び第4のスイッチ手段は、1D又は1DBで制御されるトランジスタ、2D又は2DBで制御されるトランジスタ、及び3D又は3DBで制御されるトランジスタをそれぞれ一つずつ直列接続したものである。
The
次に動作の説明を行う。例えば1D=0、2D=0の場合は、第1のスイッチ手段S22をオンさせ、第2のスイッチ手段S22、第3のスイッチ手段206及び第4のスイッチ手段207をオフすることで、第2の入力Vin2を直接第3の出力Vout3として出力する。次に、1D=0、2D=1の場合は、第2のスイッチS22、第3のスイッチ206、及び第4のスイッチ207がオンし、第1のスイッチS21がオフすることにより第3の出力Vout3は、第2の入力Vin2より第1の入力Vin1と第2の入力Vin2の電圧の差の1/4高い電圧を出力する。次に、1D=1、2D=0の場合は、第1のスイッチS21及び第2のスイッチS22がオンし、第3のスイッチ206及び第4のスイッチ207がオフすることにより第3の出力Vout3は、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2の中間電圧を出力する。最後に、1D=1、2D=1の場合は、第1のスイッチS21、第3のスイッチ206、及び第4のスイッチS24がオンし、第2のスイッチS22がオフすることにより、第3の出力Vout3は、第2の入力Vin2より第1の入力Vin1と第2の入力Vin2の電圧の差の3/4高い電圧を出力する。
Next, the operation will be described. For example, when 1D = 0 and 2D = 0, the first switch means S22 is turned on, and the second switch means S22, the third switch means 206, and the fourth switch means 207 are turned off, whereby the second switch means S22 is turned on. The input Vin2 is directly output as the third output Vout3. Next, when 1D = 0 and 2D = 1, the second switch S22, the
入力のデジタルデータの下位2ビット1D及び2Dで、第3の制御回路204を制御することにより、第1の入力Vin1と第2の入力Vin2から新たに3種類の電圧を取り出すことが可能となる。よって、下位2ビットの1D及び2Dを制御することにより、電圧生成回路101で生成された2つの電圧から5種類の電圧を取り出すことが可能となる。
By controlling the
また、従来技術のようなnビットの階調電圧を出力するDA変換器からn+2ビットの階調電圧を出力するDA変換器へ変更する場合、nビットのDA変換器を4つ合わせるのと同等の面積になり、約4倍の面積になっていた。本実施例の構成によれば、nビットの階調電圧を出力するDA変換器と同じ面積規模の第1の制御回路202と第2の制御回路203に加えて第3の制御回路204及び切り替え回路205の制御によりn+2ビットの階調電圧を生成することを可能とし、面積の増大を削減することが可能となる。特に、nの値が大きくなればなるほど効果は大きくなる。
Also, when changing from a DA converter that outputs an n-bit gradation voltage as in the prior art to a DA converter that outputs an n + 2 bit gradation voltage, four n-bit DA converters are combined. The area was about 4 times the area. According to the configuration of the present embodiment, in addition to the
また、上記階調電圧を取り出すために挿入した抵抗が第3のスイッチ手段206及び第4のスイッチ手段207のオン抵抗であるために、第1の制御回路202及び第2の制御回路203のMOSトランジスタとサイズもプロセス条件も同じであるためオン抵抗を同一に設定することが可能である。また、バックバイアス特性等も同じにすることが可能であり、より精度の高い階調電圧を出力することが可能となる。なお実施例1において得られる効果は当然本実施例においても得ることが出来ることはいうまでもない。
Further, since the resistor inserted to take out the gradation voltage is the ON resistance of the third switch means 206 and the fourth switch means 207, the MOS of the
100 DA変換器
101 電圧生成回路
102 第1の制御回路
103 第2の制御回路
104 第3の制御回路
S11 第1のスイッチ
R11 第1の抵抗
Vout1 第1の出力
1D 1ビット目のデジタルデータ
100
S 11 first switch
R 11 first resistor
V out1 1st output 1D 1st bit digital data
Claims (1)
仕様によって決められる前記DA変換器の数がX、前記ストリング抵抗の変動量をY%である場合に、前記第1の制御回路と前記第2の制御回路とで選択されたストリング抵抗の抵抗値をRAとし、前記第1の制御回路のオン抵抗の抵抗値をRBとし、前記第1の抵抗の抵抗値をRCとし、前記第1の抵抗の抵抗値RCに、
(50/Y)*X*RA≦(RB+RC)
を満たす値を挿入する工程とを備えたことを特徴とする液晶表示装置の駆動回路の設計方法。 A liquid crystal including a plurality of DA converters that are connected in parallel to a voltage generation circuit that generates a plurality of reference voltages as gradation voltages using a voltage drop of a resistor, and that selects an analog voltage according to a digital signal A driving circuit of a display device, wherein the DA converter includes a first control circuit that selects any one of the reference voltages as a first output, and the grayscale voltage corresponding to the first output. A second control circuit for selecting the reference voltage adjacent to the second output as a second output; a first resistor and a first switch means connected in series to the first output; and a second output to the second output. The second resistor and the second switch means connected in series, the first switch means and the second switch means are either turned on or the first switch means and the second switch means By turning on both A third control circuit for selecting a third output, wherein the first output is a voltage selected from among even-numbered reference voltages of the gradation voltages, and the second output The output is a step of designing a driving circuit of a liquid crystal display device in which an odd-numbered reference voltage is selected from the gradation voltages;
The resistance value of the string resistor selected by the first control circuit and the second control circuit when the number of DA converters determined by the specification is X and the variation amount of the string resistance is Y%. Is RA, the resistance value of the on-resistance of the first control circuit is RB, the resistance value of the first resistor is RC, and the resistance value RC of the first resistor is
(50 / Y) * X * RA ≦ (RB + RC)
A method for designing a driving circuit of a liquid crystal display device.
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