CN101312016A - 多级电平驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多等级电平驱动装置，包括：电荷泵，具有交流信号输入端用于输入交流信号，并具还具有高电平输出端和中间电平输出端，分别用于输出高电平和中间电平；开关选择器，与所述高电平输出端和中间电平输出端相连，并具有控制信号输入端，用于输入控制信号，对所述高电平和中间电平进行交替选择；还具有输出端，用于输出经过选择后的电平。通过本发明，实现了生成具有两极电平值的驱动电平。与现有的采用集成运算放大器实现的驱动装置相比，由于采用了分立元件实现，因此，成本更低，并且耗电量更小。

Description

多级电平驱动装置
技术领域
本发明涉及一种多级电平驱动装置，属于一种液晶显示器驱动技术。
背景技术
薄膜液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Displayer，简称：TFT-LCD)通过预先设置的薄膜晶体管矩阵对屏幕上的各个独立的像素进行主动控制以实现显示功能。如图1所示为液晶屏中的一个像素点的电路连接结构示意图。其中包括一个薄膜晶体管101，该薄膜晶体管101的栅极G连接扫描线103，漏极D连接数据线102，源极S连接像素电极和存储电容Cst。另外，该像素点两极之间充满的液晶相当于形成液晶电容CLC，该液晶电容CLC的一端接薄膜晶体管101的源极S，另一端接公共电极Vcom。
在对像素点进行充电时，如图2所示，上图为栅极电平曲线，为像素点充电时的电平波形曲线，其中，中间的横线表示公共电极电平。扫描线103上呈高电平，一般为20伏特左右，使得从源驱动集成电路输出到数据级上的电平通过薄膜晶体管101开始向液晶电容CLC及存储电容Cst充电；当液晶电容CLC上的电平达到预定值时，扫描线103呈低电平，这时薄膜晶体管101就关断，为了保证薄膜晶体管101能够完全关断，则扫描线103上需要保持-5V～-10V左右的低电平。在关断状态下，像素点两端的电平被保持。当下一行的扫描线103呈高电平时，相应的薄膜晶体管就导通，并对相应的像素电极充电。
在对像素点进行充电时，薄膜晶体管101的栅极G上施加的电平为20～30伏特左右，该电平值高于充电完成后像素点两端保持的电平值。由于在实际充电过程中，薄膜晶体管101的栅极G和源极S之间存在寄生电容Cgs，使得在扫描线103上的电平从高电平转换为低电平的过程中，寄生电容Cgs的充放电方向也会发生变化，从而在薄膜晶体管101被关断的瞬间，寄生电容Cgs的极性会发生变化，液晶电容CLC及存储电容Cst之间的电荷要进行重新分配，结果就造成了液晶两端的电平在扫描线103由高电平变为低电平的一瞬间，会产生一个跳变电平ΔVp，跳变电平ΔVp和扫描线103上的电平变化满足下列关系式：
ΔV p = C gs C gs + C LC + C st ΔV g
其中，ΔVg就是扫描线103上的高电平和低电平的电平差值。
由于跳变电平ΔVp的存在，容易引起液晶显示屏发生闪烁，为了减小跳变电平ΔVp的值，现有技术中通常采用多极电平的方法。如图3所示，为扫描线103上采用多级电平充电示意图。扫描线103从高电平向低电平变化时，中间加一个中间电平，由于从高电平到中间电平的电平变化较小，所以ΔVp1也小，这时，薄膜晶体管还没有关断，数据线102上的电平会通过薄膜晶体管继续向液晶像素充电，使得液晶像素上电平重新上升了ΔV；然后扫描线103上的电平从中间电平再跳到负电平，而使薄膜晶体管关断，这时液晶两端同样产生了ΔVp2的电平跳变。所以整个过程中液晶像素两端的电平跳变为ΔVP＝ΔVP1-ΔV+ΔVP2，由此可以看出，扫描线103采用多极电平后，液晶像素电平跳变电平ΔVp变小。
现有技术的缺陷在于：现有用于使扫描线103上产生多极电平的驱动装置通常是采用集成运算放大器实现的，集成运算放大器的成本相对较高造成现有多极电平驱动装置的成本都很高。
发明内容
本发明要解决的问题是：利用低成本的分立元件实现多级电平驱动电路。
为了解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种多等级电平驱动装置，包括：
电荷泵，具有交流信号输入端用于输入交流信号，并具还具有高电平输出端和中间电平输出端，分别用于输出高电平和中间电平；
开关选择器，与所述高电平输出端和中间电平输出端相连，并具有控制信号输入端，用于输入控制信号，对所述高电平和中间电平进行交替选择；还具有输出端，用于输出经过选择后的电平。
为了解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种多等级电平驱动系统，包括本发明所述的任一多等级电平驱动装置，并且还包括：交流信号源，与所述多等级电平驱动装置的交流信号输入端相连。
为了解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种多等级电平驱动系统，包括本发明所述的任一多等级电平驱动装置，并且还包括：参考电平信号源，与所述多等级电平驱动装置的参考电平输入端相连。
为了解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种多等级电平驱动系统，包括本发明所述的任一多等级电平驱动装置，并且还包括：控制信号源，与所述多等级电平驱动装置的控制信号输入端相连。
通过本发明，实现了生成具有两极电平值的驱动电平。与现有的采用集成运算放大器实现的驱动装置相比，由于采用了分立元件实现，因此，成本更低，并且耗电量更小。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有液晶屏中的一个像素点的电路连接结构示意图；
图2为现有像素点充电时的电平波形示意图；
图3为采用两级驱动电平对现有像素点充电时的电平波形示意图；
图4本发明实施方式中的多等级电平驱动装置的结构示意图；
图5本发明实施方式中的多等级电平驱动装置可采用的电路结构示意图；
图6为采用图5所示多等级电平驱动装置的输出电平波形图；
图7为栅极驱动集成电路的输出电平的时序波形图；
图8为本发明实施方式中的多等级电平驱动装置可采用的另一种电路结构示意图；
图9为现有栅极驱动集成电路连接端口示意图。
具体实施方式
本实施方式提供了一种多等级电平驱动装置，如图4所示，
多等级电平驱动装置10包括电荷泵11和开关选择器12。其中，电荷泵11具有交流信号输入端113与一交流信号源20相连，并具有高电平输出端111和中间电平输出端112，分别用于输出高电平和中间电平；开关选择器12与高电平输出端111和中间电平输出端112相连，具体工作过程如下：
电荷泵11将来自于交流信号源20的交流信号的高电平值VAC升高，作为高电平VGH经过高电平输出端111输出到开关选择器12；同时，将来自于交流信号源20的交流信号的高电平值VAC作为中间电平VGM经过中间电平输出端112输出到开关选择器12。其中，交流信号可以为正弦信号也可以为方波信号。
其中，电荷泵11是一种利用二极管和电容的冲充放电来实现电平倍数转换，调节输出电平的电平变换器。具体地，输入的交流信号，经过电荷泵，输出的高电平VGH的电平值可以被转换为交流信号的高电平值的幅度的两倍或三倍或更高倍数，如果被转换的高电平VGH交流信号的高电平值幅度的两倍，则电荷泵11在功能上可以称为两倍电荷泵。对于薄膜晶体管液晶显示器的电荷泵采用两倍电荷泵即可。
开关选择器12具有控制信号输入端121，用于与控制信号源40相连。开关选择器12根据由控制信号源40输入的控制信号，对来自于电荷泵11的高电平VGH和中间电平VGM进行交替选择，并经过输出端122输出经过选择后的电平，即输出具有高电平VGH和中间电平VGM两级电平值的驱动电平。
另外，为了能够灵活地调节驱动电平的两级电平值，所述电荷泵还可以具有参考电平输入端114，用于输入高电平VGH和中间电平VGM的参考电平VREF。例如，如果电荷泵11为两倍电荷泵时，相应的高电平VGH＝2VAC+VREF；中间电平VGM＝VAC+VREF。
以下具体说明本实施例中的多等级电平驱动装置10可采用的电路结构，如图5所示，
电荷泵11包括：两条并联支路，支路两端分别连接交流信号输入端113和地线，其中一条支路顺序串联有第三电容C3、第一二极管D1及第一电容C1；另一条支路顺序串联有第四电容C4、第二二极管D2及第二电容C2；其中，第一电容C1的一端与地线相连，另一端与第一二极管D1的负极相连；第二电容C2的一端与地线相连，另一端与第二二极管D2的负极相连；第一二极管D1的负极与中间电平输出端112相连；第二二极管D2的负极与高电平输出端111相连；第三二极管D3，其正极与中间电平输出端112相连，负极与第二二极管D2的正极相连；第四二极管D4，其负极与第一二极管D1的正极相连，其正极通过参考电平输入端114与参考电平信号源30相连。
电荷泵11开始工作时，交流信号源通过交流信号输入端113输入交流信号，该交流信号可以为正弦信号或方波信号。当交流信号源输20出的交流信号为低电平时，参考电平信号源30从参考电平输入端114输入参考电平VREF用于通过第四二极管D4向第三电容C3充电，此时在第三电容C3上右侧充有正电荷，左侧充有负电荷，使其电平值等于参考电平电压VREF；当交流信号源20输出变成VAC高电平时，由于此时第三电容C3已经充有了电平值为VREF的电荷，因此第三电容C3右端的电平值变成VREF+VAC，此时第四二极管就截止，参考电平就不能向第三电容C3充电，而第一二极管D1导通，第三电容C3上的电荷再通过第一二极管D1向第一电容C1充电；由于二极管的单向导通作用使得第一电容C1上保持有电平值为VREF+VAC的电荷，当交流信号为低电平时，第三电容C3的右端电压下降低于参考电平，这时第一二极管D1就截止而第四二极管D4就导通，使得参考电平VREF又通过第四二极管D4向第三电容C3再次充电；由于此时第一二极管D1处于截止状态，因此在交流信号为低电平时，第一电容C1上的电荷得到了保持，并作为中间电平VGM通过中间电平输出端112输出。
类似的工作原理，中间电平VGM作为由第四电容C4、第二二极管D2和第二电容C2串联成的支路的参考电平。当交流信号源输出的交流信号为低电平时，中间电平VGM通过第三二极管D3向第四电容C4充电，此时在第四电容C4上的电平值等于中间电平VGM；当交流信号源20输出的交流信号变成高电平时，将第四电容C4右端的电平值抬升变成VREF+2VAC，该电平值再通过第二二极管D2向第二电容C2充电，由于二极管的单向导通作用使得第二电容C2上保持VREF+2VAC的电平值。该第二电容C2上保持的电平值作为高电平VGH通过高电平输出端111端输出。
通过改变参考电平VREF以实现对高电平VGH和中间电平VGM的电平值的设定，其中的参考电平VREF为直流信号，其电平值可以为正电平或负电平。
开关选择器12包括：第一开关Q1、第二开关Q2和第三开关Q3，以实现对来自于电荷泵11的高电平VGH和中间电平VGM的交替选择。其中，第一开关Q1、第二开关Q2和第三开关Q3可以为场效应管或三极管或其他类型的开关，具体地，在图5中，仅以场效应管为例进行说明，对于采用三极管或其他类型开关的情况，工作原理基本相同，此处不再赘述。
在图5中，第一开关Q1为P型场效应管，第二开关Q2和第三开关Q3均为N型场效应管。第一开关Q1的输出端漏极与第二开关Q2的输出端漏极相连，第一开关Q1的输入端源极与电荷泵11的高电平输出端111相连；第二开关Q2的输入端源极与电荷泵11的中间电平输出端112相连；第三开关Q3的控制端栅极通过控制信号输入端121与控制信号源40相连，第三开关Q3的输入端源极与地线相连，输出端漏极与第二开关Q2的栅极相连，并通过串联的第三电阻R3和第二电阻R2与第一开关Q1的控制端栅极相连，其中第三电阻R3连接于第二开关Q2的输入端源极及控制端栅极之间。另外，第一开关Q1的输入端源极与控制端栅极之间还可以连接有第一电阻R1。上述电阻R1、R2、R3可以用来调整第一开关Q1和第二开关Q2的工作点电平值。
开关选择器12开始工作时，控制信号源40通过控制信号输入端121输入控制信号。开关选择器12通过高电平输出端111及中间电平输出端112接收到来自于电荷泵11的高电平VGH和中间电平VGM后，在控制信号的作用下对高电平VGH和中间电平VGM进行交替选择，并从输出端122输出经过选择后的电平，以生成具有两级电平值的驱动电平。
当控制信号为高电平时，第一开关Q1、第三开关Q3导通，第二开关Q2截止，输出端122输出高电平VGH；当控制信号为低电平时，第一开关Q1、第三开关Q3截止，第二开关Q2导通，输出端122输出中间电平VGM。具体地，输出端122输出的波形如图6所示，其中，波形A为控制信号的波形，波形B为输出端122的输出波形。当控制信号为低电平时，输出端122的电平值为中间电平VGM＝VREF+VAC；当控制信号为高电平时，输出端122的电平值为高电平VGH＝VREF+2VAC。
如图9所示，为现有栅极驱动集成电路连接端口示意图。输出端122输出的输出信号作为高电平VGH输入栅极驱动集成电路的VGH端，另外再向该栅极驱动集成电路提供可以关断面板内薄膜晶体管101的负电平VGL输入栅极驱动集成电路的VGL端，该栅极驱动集成电路的输出端与图1所示的扫描线103相连。高电平VGH和负电平VGL经过栅极驱动集成电路的作用，最终输出如图7所示的波形，其中，波形A为控制信号的波形，波形C为某一次驱动电平的波形，波形D为下一次驱动电平的波形。从而实现了对液晶显示屏内薄膜晶体管101的多级电平驱动。
另外，可以根据控制信号的电平极性，相应地增加开关元件。例如，如果采用与图6中所示的控制信号相反极性的控制信号，如图8所示，则还可以增加第四开关Q4，以实现所需驱动电平的输出。具体地，第四开关Q4可以为二极管或场效应管或其他类型的开关，在图8中，第四开关Q4为N型场效应管。
另外，本实施例所述的多等级电平驱动装置10还可以形成多等级电平驱动系统，如图4所示，该系统可以包括：交流信号源20，与多等级电平驱动装置10的交流信号输入端113相连，用于提供交流信号；还可以包括：参考电平信号源30，与多等级电平驱动装置10的参考电平输入端114相连，用于提供直流参考电平；还可以包括：控制信号源40，与多等级电平驱动装置10的控制信号输入端121相连，用于提供控制信号。
通过本实施例所述装置或系统，实现了生成具有两极电平值的驱动电平，降低了显示屏的闪烁现象，提高了画面品质。与现有的采用集成运算放大器实现的驱动装置相比，由于采用了分立元件实现，因此，成本更低，并且耗电量更小。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1、一种多等级电平驱动装置，其特征在于包括：
电荷泵，具有交流信号输入端，用于输入交流信号；并且还具有高电平输出端和中间电平输出端，分别用于输出高电平和中间电平；
开关选择器，与所述高电平输出端和中间电平输出端相连，并具有控制信号输入端，用于输入控制信号，对所述高电平和中间电平进行交替选择；还具有输出端，用于输出经过选择后的电平。
2、根据权利要求1所述的多等级电平驱动装置，其特征在于：
所述电荷泵还具有参考电平输入端，用于输入所述高电平和中间电平的参考电平。
3、根据权利要求2所述的多等级电平驱动装置，其特征在于所述电荷泵包括：
两条并联支路，所述支路两端分别连接所述交流信号输入端和地线，其中一条所述支路顺序串联有第三电容、第一二极管及第一电容；另一条所述支路顺序串联有第四电容、第二二极管及第二电容；所述第一电容的一端与地线相连，另一端与第一二极管的负极相连；所述第二电容的一端与地线相连，另一端与第二二极管的负极相连；所述第一二极管的负极与所述中间电平输出端相连；所述第二二极管的负极与所述高电平输出端相连；
第三二极管，其正极与所述中间电平输出端相连，负极与所述第二二极管的正极相连；
第四二极管，其负极与所述第一二极管的正极相连，正极与所述参考电平输入端相连。
4、根据权利要求1所述的多等级电平驱动装置，其特征在于所述开关选择器包括：
第一开关和第二开关，所述第一、二开关的输出端相连，所述第一开关的输入端与所述高电平输出端相连，所述第二开关的输入端与所述中间电平输出端相连；
第三开关，其控制端与所述控制信号输入端相连，输入端与地线相连，输出端与所述第一、二开关的控制端相连。
5、根据权利要求4所述的多等级电平驱动装置，其特征在于：
所述第一开关的输入端与控制端之间连接有第一电阻。
6、根据权利要求4所述的多等级电平驱动装置，其特征在于：
所述第三开关的输出端通过串联的第三电阻和第二电阻连接于所述第一开关的控制端。
7、一种多等级电平驱动系统，包括权利要求1-6中所述的任一多等级电平驱动装置，其特征在于，还包括：交流信号源，与所述多等级电平驱动装置的交流信号输入端相连。
8、一种多等级电平驱动系统，包括权利要求1-6中所述的任一多等级电平驱动装置，其特征在于，还包括：参考电平信号源，与所述多等级电平驱动装置的参考电平输入端相连。
9、一种多等级电平驱动系统，包括权利要求1-6中所述的任一多等级电平驱动装置，其特征在于，还包括：控制信号源，与所述多等级电平驱动装置的控制信号输入端相连。
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