CN101383118B - 显示单元和显示面板驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示单元和显示面板驱动器。一种显示驱动器，包括：用于接收等级电源电压并输出参考电压的运算放大器；接收该参考电压以产生等级电压的电阻梯；以及电阻器，该电阻器包括耦接到运算放大器的输出端的第一端和提供与参考电压具有相同电位的电压的第二端。

Description

显示单元和显示面板驱动器

技术领域

本发明涉及显示单元和显示面板驱动器，更具体地涉及用于产生与显示面板上可用的等级中的每个等级相应的等级电压的技术。 

背景技术

在一些情况中，等级电压产生电路被安装在显示面板驱动器上，以通过驱动电压来驱动诸如液晶显示面板的显示面板。等级电压产生电路意为产生与显示面板上可用的等级中的各个等级相应的等级电压的电路。在典型的显示面板驱动器中，依据显示每个像素的等级的像素数据来选择在等级电压产生电路中产生的等级电压，并且通过所选择的等级电压来驱动每个像素。 

例如，日本特开专利申请No.2002-258816公开了一种液晶驱动器，该液晶驱动器配置有：用以产生γ电压信号组(即等级电压)的电位产生电路；连接到电位产生电路的输出端的阻抗转换电路；以及液晶驱动电路，该液晶驱动电路用于基于从阻抗转换电路输出的γ电压信号而将图像数据信号转换为图像信号。当在电位产生电路中产生γ电压信号时，使用数模(D/A)转换器。运算放大器被用在阻抗转换电路中。 

图1是示出了液晶显示单元的典型配置的框图，该液晶显示单元用于利用其上安装等级电压产生电路的LCD(液晶显示器)驱动器来驱动液晶显示面板。图1中所示的液晶显示单元100包括液晶显示面板1、等级电源2、LCD驱动器3以及扫描线驱动器4。 

液晶显示面板1包括数据线5、扫描线6和像素7，每个像素7均被置于数据线5与扫描线6相交的位置处。每个像素7包括TFT(薄膜晶体管)8和像素电极9a。每个像素电极9a被放置以面对具有公共电压V_COM的公共电极9b，并且像素电极9a和公共电极9b之间的空间填充有液晶。 

等级电源2向LCD驱动器3提供等级电源电压V_E1-V_Em。如下面所述，等级电源电压V_E1-V_Em被用于产生等级电压V₁-V_n。 

LCD驱动器3依据显示每个像素的等级的像素数据D_IN来驱动液晶显示面板1中的数据线5。更具体地，LCD驱动器3包括数据寄存器11、锁存电路12、等级电压产生电路113、D/A转换器14和输出电路15。数据寄存器11接收并存储显示每个像素7的等级的像素数据D_IN。锁存电路12响应于选通信号ST而锁存来自数据寄存器11的像素数据D_IN，并将该所锁存的像素数据D_IN发送到D/A转换器14。等级电压产生电路113根据从等级电源2接收的等级电源电压V_E1-V_Em来产生等级电压V₁-V_n。D/A转换器14依据从锁存电路12接收的像素数据D_IN来选择等级电压V₁-V_n，并且向输出电路15输出所选择的等级电压。输出电路15包括电压跟随器(在图中未示出)，每个电压跟随器均连接到每条数据线5，并且将每条数据线5驱动至与从D/A转换器14提供的等级电压相应的驱动电压。 

扫描线驱动器4顺序地驱动液晶显示面板1上的扫描线6。当在扫描线6被激活的状态下驱动数据线5时，经由数据线5将驱动电压写入与该所激活的扫描线6相连的像素7中，并且由此驱动像素7。 

图2是示出了等级电源2和等级电压产生电路113的配置的示例的电路图。等级电源2包括恒压产生电路21和电阻梯22。恒压产生电路21向电阻梯22的两端提供规定的电压。电阻梯22分别从电线接处(tap)输出等级电源电压V_E1-V_Em。配置电阻梯22，以使得相邻的电线接处之间的电阻值可以为可变的，以使等级电源电压V_E1-V_Em可调节。依据液晶显示面板1的特性而最优地调节等级电源电压V_E1-V_Em。 

等级电压产生电路113包括运算放大器23和等级电压产生电阻梯24。如果下文需要，则可以通过向参考标记23增加下标来临时相互区分运算放大器23。运算放大器23₁-23_m中的每一个均作为跟随器以从每个等级电源电压V_E1-V_Em产生每个参考电压V_S1-V_Sm。虽然预算放大器23_i输出的参考电压V_Si基本等于等级电源电压V_Ei，但也可以在一些操作中微调参考电压V_Si。将参考电压V_S1-V_Sm输出到等级电压产生电阻梯24的输入端电线接处。等级电压产生电阻梯24接受所提供的参考电压V_S1-V_Sm，并从输出端电线接处产生等级电压V₁-V_n。依据液晶显示面板1的伽马曲线来确定在相邻的输出端电线接处之间的电阻值。 

虽然图1和图2中示出了这样一种配置，即其中等级电压产生电路113中的运算放大器23驱动LCD驱动器3中的一个等级电压产生电阻梯24，但是可以对等级电源2和等级电压产生电路113的配置进行各种改变。例如，可以不将运算放大器23合并在LCD驱动器3中，而是可以将其集成到外部集成电路(IC)中，该外部集成电路仅用于与恒压产生电路21和电阻梯22一起使用。此外，如图3所示，在一些情况下，运算放大器23₁-23_m由多个LCD驱动器3共享，并且运算放大器23₁-23_m组用于驱动多个等级电压产生电阻梯24。在此情况下，将运算放大器23₁-23_m 以分布的方式集成到多个LCD驱动器中。图3示出了将两个运算放大器23_2i-1和23_2i合并到LCD驱动器3_i中的情况。将运算放大器集成到LCD驱动器3的配置有效降低了成本。将运算放大器23集成到专用IC的配置使得液晶显示单元100中的零件数量增加并且由此从成本的角度来说是不利的。 

必须对用于驱动等级电压产生电阻梯24的运算放大器23进行设计，以便使操作稳定同时不引起振荡。为了确保稳定操作而应考虑的事项之一是在每个运算放大器23上的负载的量值。通过等级电压产生电阻梯24的电阻值和电线连接到运算放大器23的输出端的电容C_P1-C_Pm 来确定运算放大器23上的负载。因此，需要依据等级电压产生电阻梯 24的电阻值和负载电容C_P1-C_Pm适当设计运算放大器23。在将运算放大器23合并到LCD驱动器3中的具体情况下，考虑到相位裕度的设计是至关重要的。这是因为一般来说包括互补金属氧化物半导体(CMOS)的运算放大器对电容性负载具有较小的相位裕度。 

当运算放大器驱动等级电压产生电阻梯时，一般使用两级放大器，因此以下将讨论图4中示出的两级放大器的操作稳定性。图4中示出的两级放大器包括输入级31、输出级32和反馈电容器33，该反馈电容器33将输出级32的输出端连接到输入端。 

当用g_m1表示输入级31的跨导，用R₁表示该输入级31的输出电阻、用C₁表示该输入级31的输出电容、用g_m2表示输出级32的跨导、用R₂表示该输出级32的输出电阻、用C₂表示该输出级32的输出电容、用R_L表示两级放大器的负载电阻、用C_L表示该两级放大器R_L的负载电容并且用C_C表示反馈电容器33的电容时，可以用图5中示出的小信号等效电路来表示图4中示出的两级放大器的特性。根据该小信号等效电路，获得了如下所示的两级放大器的频率响应特性： 

[表达式1] 

$\mathrm{Av}=\frac{\mathrm{vo}}{v1},$

$=\frac{g_{m1}\·g_{m2}\·R_1\·(R_2//R_L)(1-s\frac{\mathrm{Cc}}{g_{\mathrm{ms}}})}{D\left(s\right)},...\left(1\right)$

此处，D(s)是传递函数的分母并且被表示为下式： 

[表达式2] 

D(s)＝1+{R₁(C₁+C_C)+(R₂//R_L)(C₂+C_L+C_C)+C_C·R₁(R₂//R_L)g_m2}s+[{C₁(C₂+C_L)+C₁·C_C+(C₂+C_L)·C_C·R₁·(R₂//R_L)]s²

                                                (2) 

当用p₁表示第一电极并且用p₂表示第二电极时，表达式2的分母D(s)被表示为下式： 

[表达式3] 

$D\left(s\right)=(1-\frac{s}{p_1})\·(1-\frac{s}{p_2}),$

$=1-(\frac{1}{p_1}+\frac{1}{p_2})\·s+\frac{1}{p_1\·p_2}\·s^2....\left(3\right)$

此处，电极p₁和p₂具有以下的关系表达式： 

[表达式4a和4b] 

p₁+p₂＝-p₁·p₂·{R₁(C₁+C₂)+(R₂//R_L)(C₂+C_L+C_C)+C_C·R₁(R₂//R_L)g_m2}＝α，                   ...(4a) 

$p_1\·p_2=\frac{1}{\{C_1(C_2+C_L)+C_1\·C_C+(C_2+C_L)\·C_C\}\·R_1\·(R_2//R_L)}...\left(4b\right)$

在此情况下，电极p1和p2是二次方程x²-αx+b＝0的解。 

图6是示出了二级放大器在如下设置参数的情况下的频率响应特性的波德图： 

C_C＝1Pf，C₁＝200fF，C₂＝200fF，R₁＝35MΩ，R₂＝1.5MΩ，g_m1＝20μS，g_m1 ＝150μS，C_L＝0.1μF，R_L＝100Ω或1kΩ 

相应于电极p₁的频率的相角为-45°，并且相应于电极p₂的频率的相角为-135°。因此，当相应于电极p₂的频率接近或低于0dB增益时的频率时，可以确保足够的相位裕度。应注意，相位裕度是在0dB增益的频率处的相角与180°角之间的差值。如从负载电阻R_L为100Ω的情况与负载电阻R_L为1kΩ的情况之间的比较(参考图6)可以理解的，当两级放大器的负载电阻R_L减小时，该两级放大器的操作更为稳定并无振荡。这意味着，当将两级放大器应用于运算放大器23时，当等级电压产生电阻梯24的电阻值减小时，运算放大器23的操作更为稳定。 

图2中示出的等级电压产生电路113的问题在于运算放大器23在变通性上的表现差，特别是当将运算放大器23合并到LCD驱动器3中时。很难将为具有某个配置的液晶显示单元设计的运算放大器23应用于具有不同配置的另一个液晶显示单元。这是因为当运算放大器23上的负载依据液晶显示单元的配置而改变时，具体地安装在LCD驱动器上(即包括CMOS)的运算放大器23不能充分地应付负载的变化。在图2中示出的等级电压产生电路113的配置的情况下，从操作稳定性的角度看，需要依据运算放大器23上的负载的变化来改变运算放大器23的设计。 

例如，等级电压产生电阻梯24的电阻值需要依照液晶显示面板1的伽马曲线来确定并且由此依据液晶显示面板1的类型来进行改变。当改变等级电压产生电阻梯24的电阻值时，必须改变运算放大器23的设计，以改变运算放大器23上的负载。 

此外，在如图2中所示运算放大器23仅驱动合并到同一LCD驱动器3中的等级电压产生电阻梯24的情况下以及在如图3中所示运算放大器23驱动合并到分离的LCD驱动器3中的等级电压产生电阻梯24的情况下的运算放大器23的负载电容的差别很大。更具体地，在运算放大器23仅驱动合并到同一LCD驱动器3中的等级电压产生电阻梯24的情况下，由于运算放大器23的负载电容仅由LCD驱动器3内部的寄生电容组成，因此该运算放大器23的负载电容为pF数量级。相比而言，在运算放大器23驱动合并到安装在液晶显示单元100上的全部LCD驱动器3中的等级电压产生电阻梯24的情况下，由于旁通电容器有时被连接到向LCD驱动器3分布参考电压V_S1-V_Sm的电线上，因此运算放大器23的负载电容可以达到μF的数量级。 

以此方式，由于运算放大器23的频率响应特性极大地依赖于运算放大器23上的负载，所以当运算放大器23上的负载因液晶显示单元100的配置的改变而改变时，也必须改变运算放大器23的设计。从经济效 率的角度看，这是不期望的。 

发明内容

根据本发明的显示单元包括：显示面板；运算放大器，用于接收等级电源电压并输出与所述等级电源电压相应的参考电压；电阻梯，连接到运算放大器的输出端并从所述参考电压产生多个等级电压；驱动电路，用于从所述多个等级电压中选择与像素数据相应的等级电压并利用所选择的等级电压来驱动显示面板的数据线。阻抗调节电路连接到运算放大器的输出端。 

在具有这样的配置的显示单元中，由于阻抗调节电路与电阻梯并联连接到运算放大器的输出端，因此即使在电阻梯的电阻值依据显示单元的设计的改变而改变时，运算放大器上的负载的变化也很小。类似地，由将运算放大器连接到电阻梯的电线的电容改变所引起的负载的变化也很小。以此方式，在显示单元中，由于因显示单元的设计改变所引起的运算放大器上的负载的变化很小，因此可以增强运算放大器的变通性。 

本发明可以增强驱动等级电压产生电阻梯来产生等级电压的运算放大器的变通性。 

附图说明

根据下面结合附图对某些示范性实施例的描述，本发明的以上和其他示范性方面、优点和特征将变得更明显，其中： 

图1是示出了现有技术的液晶显示单元的配置的框图； 

图2是示出了安装在传统的液晶显示单元上的等级电压产生电路的配置的框图； 

图3是示出了传统的液晶显示单元的另一种配置的电路图； 

图4是示出了两级放大器的配置的框图； 

图5是示出了两级放大器的小信号等效电路的图示； 

图6是示出了二级放大器的频率响应特性的波德图； 

图7是示出了根据本发明的示范性实施例的液晶显示单元的配置的框图； 

图8是示出了根据第一示范性实施例的等级电压产生电路的配置的电路图；以及 

图9是示出了根据第二示范性实施例的等级电压产生电路的配置的电路图。 

具体实施方式

(第一实施例) 

图7是示出了根据本发明的第一示范性实施例的液晶显示单元10的示范性配置的框图。液晶显示单元10具有与图1中示出的传统液晶显示单元100类似的配置，但是本实施例中的等级电压产生电路的配置与传统情况不同。 

图8是示出了安装在液晶显示单元10上的等级电压产生电路13的示范性配置的电路图。等级电压产生电路13包括运算放大器23₁-23_m以及与图2中示出的等级电压产生电路113相同方式的等级电压产生电阻梯24。运算放大器23₁-23_m作为电压跟随器，以分别从等级电源电压V_E1-V_Em产生参考电压V_S1-V_Sm。等级电压产生电阻梯24接受所提供的参考电压V_S1-V_Sm，并从输出端电线接处产生等级电压V₁-V_n。 

此外，等级电压产生电路13包括分别连接到运算放大器23₁-23_m的输出端的阻抗调节电路25₁-25_m。当阻抗调节电路25₁-25_m不需要相互区别时，该阻抗调节电路25₁-25_m可以在下文中被统称为阻抗调节电路25。阻抗调节电路25可以是用于调节运算放大器23的负载阻抗的电路。阻抗调节电路25的功能如同与等级电压产生电阻梯24并联连接的运算放大器23上的负载。 

在本实施例中，阻抗调节电路25_i包括保持放大器26_i和阻抗调节电 阻27_i。保持放大器26_i的输入端一般连接到运算放大器23_i的输入端并且该保持放大器26_i的输出端连接到阻抗调节电阻27_i。阻抗调节电阻27_i 连接到运算放大器23_i的输出端以及保持放大器26_i的输出端。 

当从等级电源2提供等级电源电压V_E1-V_Em时，运算放大器23₁-23_m 分别输出与等级电源电压V_E1-V_Em相同的参考电压V_S1-V_Sm。同时，保持放大器26₁-26_m也分别输出与等级电源电压V_E1-V_Em相同的电压。由此，运算放大器23_i的输出端经由阻抗调节电阻27_i连接到处于零电位状态下的保持放大器26_i。由此，除等级电压产生电阻梯24和负载电容C_Pi外，运算放大器23_i还驱动作为负载的阻抗调节电阻27_i。利用运算放大器23₁-23_m通过参考电压V_S1-V_Sm来驱动等级电压产生电阻梯24的输入端电线接处，并且在等级电压产生电阻梯24的输出端电线接处产生等级电压V₁-V_n。 

在这样的配置中，即使在等级电压产生电阻梯24的电阻值被改变时，运算放大器23₁-23_m上的负载的变化也很小。这是因为阻抗调节电阻27_i与等级电压产生电阻梯24并联连接到运算放大器23_i的输出端。例如，考虑阻抗调节电阻27_i为100Ω并且输出到运算放大器23_i的等级电压产生电阻梯24的电阻值从100Ω改变到1kΩ的情况。当未连接阻抗调节电阻27_i时，运算放大器23_i的负载电阻改变了900Ω。另一方面，当连接了阻抗调节电阻27_i时，运算放大器23_i的负载电阻仅改变了41Ω。以此方式，因为阻抗调节电阻27_i与等级电压产生电阻梯24并联连接到运算放大器23_i的输出端，因此抑制了运算放大器23_i上的负载变化。 

阻抗调节电阻27_i与等级电压产生电阻梯24并联连接还使得运算放大器23_i的负载电阻降低以及运算放大器23_i的操作稳定。如上所述，由于运算放大器23_i负载电阻降低，所以其操作更加稳定。 

类似地，本领域技术人员可以容易理解的是，在根据本实施例的液晶显示单元10的情况下，即使当电线连接到运算放大器23₁-23_m的输 出端的电容C_P1-C_Pm依据液晶显示单元10的配置的改变而改变时，运算放大器23₁-23_m上的负载的变化也很小。 

以此方式，在根据本实施例的液晶显示单元10中，即使当液晶显示单元10的配置被改变时，运算放大器23₁-23_m上的负载的变化也很小。这可以降低对运算放大器23₁-23_m上的负载的变化的设计余量并且增强运算放大器23₁-23_m的变通性。 

(第二实施例) 

在第二示范性实施例中，改变了等级电压产生电路的配置。图9是示出了根据本发明的第二实施例的安装在液晶显示单元上的等级电压产生电路13A的示范性配置的电路图。根据第二实施例的等级电压产生电路13A在运算放大器的配置以及在运算放大器和阻抗调节电路之间的连接关系上不同于根据第一实施例的等级电压产生电路。 

更具体地，等级电压产生电路13A包括运算放大器23A₁-23A_m、等级电压产生电阻梯24和阻抗调节电路25A₁-25A_m。使用两级放大器作为运算放大器23A₁-23A_m。也就是说，每个运算放大器23A₁-23A_m 均包括输入级28和输出级29。运算放大器23A₁-23A_m的功能如同电压跟随器，以分别从等级电源电压V_E1-V_Em产生参考电压V_S1-V_Sm。等级电压产生电阻梯24接受所提供的参考电压V_S1-V_Sm，并从其输出端电线接处产生等级电压V₁-V_n。 

在本实施例中，阻抗调节电路25A₁-25A_m连接在运算放大器23A₁-23A_m的输入级28的输出端(即输出级29的输入端)和输出级29的输出端之间。更具体地，阻抗调节电路25A_i包括保持放大器26A_i 和阻抗调节电阻27A_i。保持放大器26A_i的输入端连接到运算放大器23A_i的输入级28的输出端，并且保持放大器26A_i的输出端连接到阻抗调节电阻27A_i。阻抗调节电阻27A_i连接在保持放大器26A_i的输出端和阻抗调节电路25A_i的输出级29的输出端之间。 

在这样的配置中，由于液晶显示单元10的配置的改变而引起的运算放大器23A₁-23A_m上的负载的变化也很小。也就是说，即使当等级电压产生电阻梯24的电阻值或连接到运算放大器23A₁-23A_m的电线的电容被改变时，运算放大器23A₁-23A_m上的负载的变化也很小。这使得可以降低对运算放大器23A₁-23A_m上的负载的变化的设计余量并且增强运算放大器23A₁-23A_m的变通性。 

此外，在图9中示出的配置中，运算放大器23A₁-23A_m的输入级28还作为保持放大器26A₁-26A_m的输入级，因此可以简化保持放大器26A₁-26A_m的配置。 

此处，虽然以上实施例中示出了这样一种配置，即其中等级电压产生电路13中的全部运算放大器23均驱动一个LCD驱动器3中的等级电压产生电阻梯24，但是可以对等级电源2和等级电压产生电路13的配置进行各种修改。例如，以与图3中示出的液晶显示单元相同的方式，根据第一实施例的运算放大器23₁-23_m和阻抗调节电路25₁-25_m 可以与多个LCD驱动器3共享，并且可以使用运算放大器23₁-23_m和阻抗调节电路25₁-25_m组，以在一些情况下驱动多个等级电压产生电阻梯24。在此情况下，将运算放大器23₁-23_m和阻抗调节电路25₁-25_m以分散的方式集成到多个LCD驱动器3中。同样适用于根据第一实施例的运算放大器23A₁-23A_m和阻抗调节电路25A₁-25A_m。 

此外，虽然在上述示范性实施例中建议了用于在液晶显示面板上显示图像的液晶显示单元，但对本领域技术人员明显的是，本发明还可被变通地应用于其上安装有由电压驱动的显示面板的显示单元。 

此外，应注意，申请人的意图是包括权利要求中提出的全部元件的等价物，即便在之后的后续程序期间进行了修改。 

Claims (7)

1.一种显示单元，包括：

显示面板，其包括多条数据线；

多个运算放大器，其接收等级电源电压，并输出与该等级电源电压对应的多个参考电压；

电阻梯，其连接到所述运算放大器的输出端，以从所述参考电压产生多个等级电压，所述多个等级电压中被选择的与像素数据相应的等级电压被发送到所述显示面板的所述多条数据线中的一条对应数据线；以及

多个阻抗调节电路，其耦接到各自的运算放大器。

2.根据权利要求1所述的显示单元，其中每个所述阻抗调节电路包括：

保持放大器，其具有输入端，该输入端耦接到各自的运算放大器的输入端；以及

电阻元件，其耦接在所述保持放大器和所述各自的运算放大器的输出端之间。

3.根据权利要求1所述的显示单元，其中每个所述运算放大器包括：

输入级，其接收各自的等级电源电压；以及

输出级，其耦接到所述输入级的输出端，并且输出各自的参考电压，并且

其中每个所述阻抗调节电路包括：

保持放大器，其包括输入端，该输入端耦接到所述输入级的输出端；以及

电阻元件，其耦接在所述保持放大器的输出端和所述输出级的输出端之间。

4.根据权利要求1所述的显示单元，其中所述运算放大器被集成到显示面板驱动器中。

5.一种显示面板驱动器，包括：

多个运算放大器，其接收等级电源电压，并输出与该等级电源电压对应的多个参考电压；

电阻梯，其连接到所述运算放大器的输出端，以从所述参考电压产生多个等级电压，所述多个等级电压中被选择的与像素数据对应的等级电压被发送到显示面板，以驱动该显示面板的多条数据线中的一条对应数据线；以及

多个阻抗调节电路，其耦接到各自的运算放大器。

6.一种显示驱动器，包括：

运算放大器，其接收等级电源电压并输出参考电压；

电阻梯，其接收所述参考电压以产生等级电压；

电阻器，其包括耦接到所述运算放大器的输出端的第一端，和第二端；以及

放大器，其耦接在所述运算放大器的输入端和所述电阻器的所述第二端之间。

7.一种显示驱动器，包括：

运算放大器，其接收等级电源电压并输出参考电压；

电阻梯，其接收所述参考电压以产生等级电压；以及

电阻器，其包括耦接到所述运算放大器的输出端的第一端，和第二端，

其中，所述运算放大器包括：

输入级，其接收所述等级电源电压；以及

输出级，其耦接到所述输入级的输出端，并输出所述参考电压，

所述显示驱动器还包括：

放大器，其耦接在所述输入级的所述输出端和所述电阻器的所述第二端之间。

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