CN101310322A - 用于以降低的功耗来驱动lcd显示器的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动LCD显示器的设备(200)。该设备(200)包括工作在第一电源轨道(VDDH)和第二电源轨道(VSSH)之间的源驱动器。该源驱动器包括设置在第一和第二电源轨道(VDDH、VSSH)之间的功率缓冲器(22)。所述功率缓冲器(22)在输出处提供大约为两个电源轨道(VDD、VSSH)之间的电压的一半的虚拟电压(VV)。此外，提供P缓冲器(20)和N缓冲器(21)。P缓冲器(20)位于第一电源轨道(VDDH)和虚拟电压(VV)之间，N缓冲器(21)位于虚拟电压(VV)和第二电源轨道(VSSH)之间。P缓冲器(20；31)在其输入侧(27)由处于高电压区域(V_inputP)的伽马电压驱动，N缓冲器(21)在其输入侧(28)由处于低电压区域的伽马电压驱动。

Description

用于以降低的功耗来驱动LCD显示器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于驱动LCD显示器的设备。

背景技术

LCD的驱动电路(例如有源矩阵LCD)可分为两个部分：源和栅极驱动器。栅极驱动器控制晶体管的栅极以选择和取消选择特定行的象素。源驱动器向当前所选行的所有子象素提供与每种颜色的希望强度相对应的所需电压电平。为此，源驱动器典型地包括模拟输出缓冲器。

LCD驱动器电路在单个芯片中包括越来越多的通道，同时输出电压范围以及相应的模拟供电电压变大，以便提供增加的动态范围和颜色深度。由于通道的量大且供电电压增加，因此驱动器电路的最重要参数之一，即整体功耗，主要由模拟输出缓冲区的功耗确定。

传统源驱动器包含两种不同类型的模拟输出缓冲器。在一些实施方式中，采用包含N和P输出缓冲器(这里称为N缓冲器和P缓冲器)的所谓极性有关驱动器。源驱动器的全部供电电压范围被提供给这些输出缓冲器，但是这些输出缓冲器仅在供电电压范围的上部或下部区域中工作。

还存在一些显示实施方式，其中采用所谓的轨到轨(rail-to-rail)输出缓冲器(这里称为P轨到轨缓冲器和N轨到轨缓冲器)。这些输出缓冲器典型地位于供电电压区域的两个电源轨道之间。

在图1中，示出了具有极性有关输出缓冲器1、2的传统源驱动器100的示例。在该示例中，取决于P输出缓冲器1和N输出缓冲器2的各自输入101、102处的极性，显示器的每个象素(即驱动器100的每个输出103、104)可由P输出缓冲器1或N输出缓冲器2驱动。如图1所示，伽马曲线3的正部分被施加于P输出缓冲器1的输入101，而伽马曲线4的负部分被施加于N输出缓冲器2的输入102，以便总是使用两个缓冲器1和2。该设计的结果是，必须在源驱动器芯片100的设计期间定义且“硬连线”供电电压，并且在此后不能够改变。由于两个输出缓冲器1、2由两个电源轨道VDDH、VSSH供电，所以这些缓冲器1、2必须由高电压晶体管组成。由于缓冲器1、2均使用VDDH和VSSH之间的整个供电电压范围，因此功率很高。

这种设计的另一缺点在于，由于需要高电压晶体管，所以占用了很大的芯片面积。

图2表示具有轨到轨缓冲器的传统架构。在图2中，示出了具有一个这种轨到轨缓冲器7的驱动器芯片110的一部分。在使用这种轨到轨缓冲器7时，单个缓冲器7必须驱动正8和负伽马9电压。然而，缓冲器7仍然工作在整个供电电压范围内，因而具有与高电压晶体管相同的缺点，即功耗增大且尺寸较大。

对于上述两种情况，输出缓冲器的DC功耗可计算如下：

TotalPowerPerChannel＝VDDH·Iddh_average

其中Iddh_average是流过图2中两个缓冲器1和2或流过图2中缓冲器7的平均电流。

对于整个驱动器芯片100或110，该值必须乘以通道数目N_channels：

TotalPowerPerChip＝TotalPowerPerChannel·N_chanels

如上所述，两种设计的主要缺陷在于高功耗和大芯片面积。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于显示器的驱动方案，消耗的功率比传统的显示器驱动器要少，并且能够设计更小的驱动器芯片。

由根据权利要求1的设备来实现该目的和其它目的。

根据本发明，提供一种用于驱动LCD显示器的设备，其中采用新颖且具有创造性的TFT LCD驱动技术。该设备包括在第一和第二电源轨道之间工作的源驱动器。该源驱动器具有设置在这些电源轨道之间的至少一个功率缓冲器。该功率缓冲器在输出处提供大约为两个电源轨道之间可提供的电压的一半的虚拟电压。此外，该源驱动器包括大量P缓冲器和N缓冲器(取决于输出通道的数目，典型地为几百个)。对于P缓冲器和N缓冲器，可以采用轨到轨缓冲器和极性有关缓冲器。P缓冲器位于第一电源轨道和提供虚拟电压的输出之间。N缓冲器位于提供虚拟电压的输出和第二电源轨道之间。根据本发明，P缓冲器由正伽马电压曲线驱动，并且采用N缓冲器，以便其由负伽马电压曲线驱动。

根据本发明，通过使用提供降低功耗的新颖且有创造性的TFTLCD驱动技术，实现了功耗的降低以及典型由高电压晶体管所占用的面积的减少。

根据本发明的另一实施例，采用一组开关以便能够在第一负载周期期间在第一电源轨道和提供虚拟电压的轨道之间操作缓冲器，并且在随后的负载周期期间在虚拟电压轨道和第二电源轨道之间操作缓冲器。该实施例具有确保恒定偏移量的优点。

在从属权利要求中提供了该设备的其它有利实施例。

代替如图1和2所示的传统驱动器情况下的整个电源范围上的DC功耗，本发明针对每个输出缓冲器，仅使用大约一半的供电电压。采用强功率缓冲器，以便产生对于N缓冲器用作电源并且对于P缓冲器用作地的虚拟电压。根据本发明，在驱动器电路内部产生该虚拟电压，并且在最优实施例中由驱动器电路的所有通道(即由集成电路的所有N缓冲器和P缓冲器)共享。

在本发明的另一实施例中，结合轨到轨输出缓冲器来使用所提出的功耗降低技术。

在本发明的另一实施例中，结合极性有关缓冲器来使用所提出的功耗降低技术。

根据本发明的驱动器电路所消耗的功率大约是传统技术所消耗的功率的一半。

本发明的另一优点在于由于代替高电压晶体管而可以使用低电压晶体管，所以面积减小。因为晶体管两端的最高电压总是两个电源轨道之间的电位差的大约一半，所以这是可以的。

本发明的另一实施例的特征在于在整个工作范围中驱动器电路的每个通道的偏移量保持恒定。由于输出电压的极性随每个负载周期而变化，所以采用一组开关。由于两种缓冲器(N缓冲器和P缓冲器)中的每一种仅在其自己的供电区域内工作，所以在该实施例中可以采用交叉选择开关来改变极性。

附图说明

为了更完整地说明本发明及其目的和优点，结合附图，参考下面的说明，附图中：

图1是使用极性有关输出缓冲器的传统显示器驱动器的示意图；

图2是使用轨到轨缓冲器的传统显示器驱动器的示意图；

图3是使用功率缓冲器和两个轨到轨缓冲器的本发明第一实施例的示意图；

图4是本发明第二实施例的示意图；

图5A是帧N期间本发明第二实施例的另一示意图；

图5B是帧N+1期间本发明第二实施例的另一示意图；

图6是本发明的另一实施例。

具体实施方式

图3示出了本发明的第一实施例，其示出了LCD显示器的源驱动器200的一部分。该设备包括功率分配器33、功率缓冲器22、P轨到轨缓冲器20和N轨到轨缓冲器21。

功率分配器33由在电源轨道VDDH 30.1和VSSH 30.2之间串联的两个电阻器R组成，中间节点29与功率缓冲器22的输入相连。

功率缓冲器22设置在电源轨道VDDH 30.1和VSSH 30.2之间，其输入之一与功率分配器33的中间节点29相连且与输出32相连。这里将这种设置称为电压跟随器或单位增益配置。该功率缓冲器22在其输出32处提供大约为两个电源轨道VDDH和VSSH之间提供的电压一半的虚拟电压VV。

P轨到轨缓冲器20位于第一电源轨道VDDH和虚拟电压VV之间。该P轨到轨缓冲器20驱动正伽马电压，并与N轨到轨缓冲器21共享Iddh DC电流。这里将各个输入信号称为V_inputP。也就是说，将与伽马曲线的正部分相对应的信号V_inputP施加于P轨到轨缓冲器20的输入27。

N轨到轨缓冲器21位于虚拟电压VV和第二电源轨道VSSH之间，并且驱动负伽马电压V_inputN。也就是说，将与伽马曲线的负部分相对应的信号V_inputN施加于N轨到轨缓冲器21的输入28。

将工作范围分为两个不同的阶段(负载周期或帧)，其中在图3中帧N被示为23且在图3中帧N+1被示为24。在第一阶段(帧N)期间，P轨到轨缓冲器20的输出25驱动显示器(未示出)的一列，且在第二、后续阶段(帧N+1)，N轨到轨缓冲器21的输出26驱动显示器的该列。也就是说，在缓冲器之一(20或21)操作一列时，相应的另一缓冲器(21或20)与显示器的相邻一列相连。

请注意，在图3中仅示出了源驱动器200的一部分。实际源驱动器200包括至少一个功率缓冲器22和多个成对的P轨到轨缓冲器20和N轨到轨缓冲器21。成对缓冲器的数目与通道数目N_channels相对应。

根据图3，假定可以导出以下公式来计算源驱动器200所消耗的总功率：

$\mathrm{TotalPowerPerChip}=\frac{\mathrm{VDDH}}{2}\·I_{\mathrm{ddh}}\·N_{\mathrm{channels}}+\mathrm{Ivb}\·V_{\mathrm{DDH}}$

其中Ivb是功率缓冲器22所“消耗”的电流，Iddh是缓冲器20、21所“消耗”的电流。根据该等式，可以导出本发明的源驱动器200的功耗大约是传统源驱动器的功耗的一半(如果忽略功率缓冲器22所消耗的功率的话)。

在图4中示出了本发明的设备300的另一实施例。如该图所示的，P轨到轨缓冲器和N轨到轨缓冲器每个均包括两个级，其中第一级被称为输入级28，第二级被称为输出级27。P轨到轨缓冲器的输入级28包括输入缓冲器31，N轨到轨缓冲器的输入级28包括输入缓冲器32。P轨到轨缓冲器的输出级27包括用作P输出缓冲器的两个功率晶体管25.1、25.2，N轨到轨缓冲器的输出级27包括用作N输出缓冲器的两个功率晶体管26.1、26.2。每个输入缓冲器31或32可与输出级27或28相连，因而设置了电压跟随器(或单位增益配置)。

提供一组开关SwPP-1、SwPN-1、SwGP-1、SwGN-1、SwFb-1、SwOut-1和SwPP-2、SwPN-2、SwGP-2、SwGN-2、SwFb-2、SwOut-2，以便能够改变输出焊盘Pad1和Pad2处的输出信号的极性。控制这些开关，以便在第一帧(帧N)期间，输入V_inoutP，即伽马曲线的正部分(P伽马)经由输入缓冲器31以及具有晶体管25.1、25.2的输出级，与Pad1以及相应的第一显示通道相连。在后续的第二帧(帧N+1)期间，输入V_inputN，即伽马曲线的负部分(N伽马)经由输入缓冲器31以及具有晶体管25.1、25.2的输出级与Pad1相连。在第一帧(帧N)期间，输入缓冲器31工作在电压VDDH和VV之间，而在第二帧(帧N+1)期间，输入缓冲器31工作在电压VV和VSSH之间。在第一帧(帧N)期间，输入V_inputN，即伽马曲线的负部分(N伽马)经由输入缓冲器32以及具有晶体管26.1、26.2的输出级与Pad2(以及相应的第二显示通道)相连，而在后续的第二帧(帧N+1)期间，输入V_inputP，即伽马曲线的正部分(P伽马)经由输入缓冲器32以及具有晶体管26.1、26.2的输出级与Pad2相连。在第一帧(帧N)期间，输入缓冲器32工作在电压VV和VSSH之间，而在第二帧(N+1)期间，输入缓冲器32工作在电压VDDH和VV之间。

图4所示的实施例具有每个通道的偏移量在整个工作范围内保持恒定的优点，这是因为使用相同的输入缓冲器31、32以伽马曲线的正部分和负部分来驱动同一个输出焊盘。由于输出电压的极性随每个帧(负载周期)而改变，所以如图4所示，必须使用一组开关。由于每个缓冲器31、32仅在它们自己的电源区域内工作，所以如图所示，必须使用交叉选择开关来改变输出信号。为了在伽马曲线的整个范围内保持每个通道的偏移量恒定，使用附加开关SwPP-1、SwPN-1和SwPP-2、SwPN-2来交换输入缓冲器31、32的电源线。

由于该偏移量主要是由输入缓冲器31、32引起的，所以只交换设备300的输入缓冲器就足够了。这意味着，不必交换输出级27的元件。输出级27可稳固地分别与电源线VDDH、VV以及VV、VSSH相连。该方法可以节约芯片面积，因为对于输出级27的交换需要强大的开关。

为了更好地示出该实施例，结合图5A和5B来描述更多的细节。在图5A中，示出了第一帧(帧N)期间的本发明设备300的一部分。图5B示出了第二帧(帧N+1)期间的同一个设备300。绘出图5A和5B是为了使供电区域的交换变得直观。

设备300包括两个输入缓冲器31、32。输入缓冲器31、32是两个相同的运算放大器(没有输出级)，当这两个运算放大器与输出级相连时，可以创建电压跟随器(或单位增益)配置。每个输入缓冲器都能够处理在两个电源轨道之间的整个范围内的输入和输出电压。该特征被称为轨到轨操作。实现放大器，以便可在存在于设备300内(例如源驱动器内)的任何两个电源轨道之间对它们供电。该特征被称为浮置放大器。

设备300还包括两个高电压输出级(Outstage-1和Outstage-2)。这两个高电压输出级固定地连接在相应的电源轨道之间。也就是说，Outstage-1连接在VDDH和VV之间，而Outstage-2连接在VV和VSSH之间。

存在一组成对开关，以允许交换来自标有箭头的布线的信号。例如，开关SwPP-1和SwPP-2共同用作成对开关。在一个位置中，例如图5A中的帧N，它们提供缓冲器31的端子vdd与高电源VDDH之间的连接，以及相应地缓冲器32的端子vdd与虚拟电源VV之间的连接。在另一个位置，如图5B中的帧N+1，这些开关SwPP-1和SwPP-2提供缓冲器31的端子vdd与虚拟电源VV之间的连接以及相应地缓冲器32的端子vdd与高电源VDDH之间的连接。

成对开关SwPP-1和SwPP-2以及成对开关SwPN-1和SwPN-2用于在电源轨道VDDH和VV或VV和VSSH之间连接每个缓冲器31、32。

由功率缓冲器来提供虚拟电压VV，例如图3所示的情况。

输入缓冲器31、32的输入侧处的成对开关SwIn-1和SwIn-2用于将缓冲器31、32的输入与信号源V_inputP(伽马曲线的正部分)或V_inputN(伽马曲线的负部分)相连。

成对开关SwGP-1和SwGP-2以及成对开关SwGN-1和SwGN-2用于将输出级OutStage-1和OutStage-2的晶体管25.1、25.2、26.1、26.2的栅极与缓冲器31、32的控制信号相连。

成对开关SwOut-1和SwOut-2用于将OutStage-1和OutStage-2的输出信号重定向到输出焊盘Pad1或Pad2。

成对开关SwFb-1和SwFb-2用于为每个缓冲器31、32提供来自适当输出级OutStage-1或OutStage-2的输出的反馈输入。

如图4和5A、5B所示使用一组成对开关，在伽马曲线的正部分和伽马曲线的负部分期间使每个通道的偏移量均保持恒定，这是因为对于伽马曲线的两个部分使用了相同的输入缓冲器。通常，切换所有成对开关等效于交换两个缓冲器(使用缓冲器31代替缓冲器32，反之亦然)以及交换两个输出焊盘Pad1和Pad2。

在图6中，示出了设备400，设备400包括用于驱动显示面板的象素的栅极驱动器402和源驱动器401。显示面板示意地由包括M行N列的栅格示出。本发明实现在源驱动器401内。在本发明的该实施例中，源驱动器401包括多个集成电路200/300。源驱动器401被提供以高电压VDDH和低电压VSSH。每个集成电路200/300包括一个功率缓冲器。这些功率缓冲器提供大约为两个电源轨道VDDH和VSSH之间电压一半的虚拟电压。在图6中，示意地示出了功率缓冲器和虚拟电压VV。在每个集成电路200/300的输出侧，存在用于驱动显示器的通道的多个P缓冲器和N缓冲器。在图6中，P缓冲器和N缓冲器被示意地示为一行三角形。

集成电路200/300的P缓冲器位于高电源轨道VDDH和虚拟电压VV之间，N缓冲器位于虚拟电压VV和低电源轨道VSSH之间。如果如图4、5A和5B所示提供开关，则可以交换缓冲器的电源。

根据本发明，由相应多个功率缓冲器来提供多个中间虚拟电压VV1-VVn(其中n＝2，3，...)的实施例也是可能的。

Claims (15)

1.一种用于驱动LCD显示器的设备(200；300；400)，所述设备(200；300；400)包括在第一电源轨道(VDDH)和第二电源轨道(VSSH)之间工作的源驱动器(401)，所述源驱动器(401)包括：

功率缓冲器(22)，设置在所述第一和第二电源轨道(VDDH，VSSH)之间，所述功率缓冲器(22)在输出(32)处提供大约为所述两个电源轨道(VDDH，VSSH)之间的电压的一半的虚拟电压(VV)；

P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)，所述P缓冲器(20；31)位于所述第一电源轨道(VDDH)和所述虚拟电压(VV)之间；所述N缓冲器(21；32)位于所述虚拟电压(VV)和所述第二电源轨道(VSSH)之间，其中，所述P缓冲器(20；31)在其输入侧(27)由处于所述第一电源轨道(VDDH)和所述虚拟电压(VV)之间的高电压区域(V_inputP)中的伽马电压驱动，并且所述N缓冲器(21；32)在其输入侧(28)由处于所述虚拟电压(VV)和所述第二电源轨道(VSSH)之间的低电压区域(V_inputN)中的伽马电压驱动。

2.根据权利要求1所述的设备(200；300；400)，其中仅将所述第一电源轨道(VDDH)和所述第二电源轨道(VSSH)之间的总供电电压的大约一半用作所述P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)的供电电压。

3.根据权利要求1或2所述的设备(200；300；400)，其中所述功率缓冲器(22)提供所述虚拟电压(VV)，用作所述P缓冲器(20；31)的虚拟地并用作所述N缓冲器(21；32)的电源。

4.根据前述权利要求之一所述的设备(200；300；400)，其中所述P缓冲器(20；31)是P轨到轨缓冲器，所述N缓冲器(21；32)是N轨到轨缓冲器。

5.根据前述权利要求1-3之一所述的设备(200；300；400)，其中所述P缓冲器(20；31)和所述N缓冲器(21；32)是极性有关缓冲器。

6.根据前述权利要求之一所述的设备(200；300；400)，还包括具有两个电阻器(R)的功率分配器(33)，所述电阻器(R)串联设置在所述两个电源轨道(VDDH、VSSH)之间，所述功率分配器(33)具有与所述功率缓冲器(22)的输入相连的中间节点(29)。

7.根据前述权利要求之一所述的设备(200；300；400)，还包括与所述功率缓冲器(22)的输入(29)相连的电压基准。

8.根据权利要求1、2或3所述的设备(200；300；400)，其中所述P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)是模拟缓冲器。

9.根据前述权利要求之一所述的设备(200；300；400)，其中源驱动器(401)包括多个集成电路(200；300)，所述集成电路(200；300)中的每一个均包括一个功率缓冲器(22)以及多个P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)对，其中所述功率缓冲器(22)给所述多个P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)对提供虚拟电压(VV)。

10.根据权利要求9所述的设备(200；300；400)，其中所述集成电路(200；300；400)中的每一个均驱动所述显示器(400)的多个通道。

11.根据前述权利要求1-8之一所述的设备(200；300；400)，其中在所述P缓冲器(20；31)和所述N缓冲器(21；32)的输出侧(25，26)处提供的输出信号的极性随每个负载周期而改变。

12.根据权利要求11所述的设备(300；400)，还包括交叉选择开关(SwPP-1，SwPN-1，SwGP-1，SwGN-1，SwFb-1，SwOut-1，SwPP-2，SwPN-2，SwGP-2，SwGN-2，SwFb-2，SwOut-2)，以便改变所述输出信号的极性。

13.根据权利要求11所述的设备(300；400)，还包括一组开关(SwPP-1，SwPN-1，SwGP-1，SwGN-1，SwFb-1，SwOut-1，SwPP-2，SwPN-2，SwGP-2，SwGN-2，SwFb-2，SwOut-2)，以便交换所述P缓冲器(20；31)和所述N缓冲器(21；32)的电源，以使得

所述P缓冲器(20；31)在第一负载周期(帧N)期间由所述第一电源轨道(VDDH)和所述虚拟电压(VV)之间可提供的电压供电，在随后的负载周期(帧N+1)期间由所述虚拟电压(VV)和所述第二电源轨道(VSSH)之间可提供的电压供电，以及

所述N缓冲器(21；32)在第一负载周期(帧N)期间由所述虚拟电压(VV)和所述第二电源轨道(VSSH)之间可提供的电压供电，在随后的负载周期(帧N+1)期间由所述第一电源轨道(VDDH)和所述虚拟电压(VV)之间可提供的电压供电。

14.根据前述权利要求1-8之一所述的设备(200；300；400)，其中每个P缓冲器(20；31)和每个N缓冲器(21；32)均包括输入级和输出级(OutStage-1，OutStage-2)。

15.根据权利要求14所述的设备(200；300；400)，其中相应输出级(OutStage-1，OuStage-2)与所述显示器(440)的列线相连，所述设备(200；300；400)包括一组开关(SwPP-1，SwPN-1，SwGP-1，SwGN-1，SwFb-1，SwOut-1，SwPP-2，SwPN-2，SwGP-2，SwGN-2，SwFb-2，SwOut-2)，用于交换P缓冲器(20；31)和N缓冲器(21；32)的输入级的电源。

Images