CN101763829B - 薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置，包括时序控制逻辑电路，用于利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算以产生多个分时工作的时序控制信号；对应接收多个时序控制信号的多个开关管，所述多个开关管分别对应连接有不同的电压，并由对应的时序控制信号控制打开或关闭，以切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供，其中所述电压通过一个第一电源和电源电压低于第一电源的多个第二电源对应提供。本发明通过切换不同的电源向TFT LCD的驱动器液晶电容提供电压，从而降低驱动器的功耗。

Description

薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置和方法

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)，尤其涉及在存储电容利用common走线的结构(Cs on common)中降低TFT-LCD驱动器功耗的装置和方法。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器件(Thin film transistor liquid crystal Display，TFT LCD)是结合半导体技术和液晶光学技术的新型平板显示技术，目前已经成为平板显示领域的主导产品。液晶显示器件广泛应用在数码相机、手机、笔记本电脑、高清电视、车载导航及医学影像等领域。

如图1所示，目前在利用common走线的TFT液晶显示器驱动结构中，共用(common)电极的作用是对液晶电容CLC的一个极板提供电压(对应图1所示的VCOM)，以保证液晶电容CLC两端有一定的电压差。其中，图1为现有TFT液晶显示器的驱动器的部分结构示意图。通常，common电极主要提供有VCOMH和VCOML两个电压(对应图1的VCOM)，其中VCOMH电压由电源VLCD提供，VCOML电压由电源VCL提供。通过这两个高低电压交替对液晶电容CLC充放电，从而使得液晶电容CLC驱动液晶面板显示图像。

在现有的common走线的驱动器结构中，驱动器产生的功率消耗主要包括源极(source)、栅极(gate)以及向common电极消耗的功耗，而common电极的功耗体现在分别向其提供VCOMH和VCOML电压的电源VLCD及VCL在提供充电电压过程中，两个电源本身产生的功耗。

虽然不同领域对液晶显示器件性能的要求不尽相同，但随着TFT液晶显示器向着高集成度、高分辨率、多灰度等方向发展，对应的TFT液晶显示器驱动芯片/驱动器(driver)的功耗和面积变得越来越大，相应地，成本也越来越高。

因此，如何最大程度地降低驱动器的功耗是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置和方法，以通过切换不同的电源向驱动器的液晶电容提供电压，从而降低薄膜晶体管液晶显示器的驱动器的功耗。

根据本发明的一个方面，本发明的实施例提出一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置，包括：时序控制逻辑电路，用于利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算以产生多个分时工作的时序控制信号；对应接收所述多个时序控制信号的多个开关管，所述多个开关管分别对应连接有不同的电压，并由对应的所述时序控制信号控制打开或关闭，以切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供，其中所述电压通过一个第一电源和电源电压低于所述第一电源的多个第二电源对应提供。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低方法，包括以下步骤：利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算，以产生多个分时工作的时序控制信号；通过对应的所述时序控制信号控制打开或关闭对应连接有不同电压的多个开关管，以切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供，其中所述电压通过一个第一电源和电源电压低于所述第一电源的多个第二电源对应提供。

在液晶电容进行一次充电的过程中，相比利用同一个电源向驱动器的液晶电容一端提供充电电压，本发明通过切换具有不同电源电压的电源提供充电电压，可以降低电源在此期间消耗的功耗。因此，相应降低了薄膜晶体管液晶显示器的驱动器的功耗。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有TFT液晶显示器的驱动器的部分结构示意图；

图2为本发明薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置的结构方框图；

图3为电容的充放电模型示意图；

图4为本发明实施例的开关管的结构示意图；

图5为本发明实施例的脉冲信号波形图；

图6为利用图5所示脉冲信号生成的时序控制信号的波形图；

图7为本发明实施例的开关管输出的四阶驱动电压波形图；和

图8为本发明薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

首先，请参考图2，该图为本发明薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置的结构方框图。

如图所示，本发明的驱动器功耗降低装置包括时序控制逻辑电路12、和多个开关管14、16、24。时序控制逻辑电路12利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算，以产生多个分时工作的时序控制信号。时序控制逻辑电路例如可以由各种与非电路、或非电路和反相器构成，从而通过相应的逻辑电路对预定的高低电平脉冲信号进行处理，产生所需的时序控制信号。开关管的数量与时序控制逻辑电路12输出的时序控制信号数量相对应，即每个时序控制信号对应控制一个开关管的打开和关闭。如图2实施例所示，当开关管数量为n(n为大于等于2的整数)时，对应需要n个时序控制信号。例如，时序控制信号1控制第一开关管14，时序控制信号2控制第二开关管16，以及时序控制信号n控制第n开关管24。这里，分时工作的时序控制信号是指在一个时刻，仅有一个时序控制信号会控制对应的开关管打开，其余的时序控制信号则控制对应的开关管关闭。

多个开关管分别对应连接有不同的电源提供的不同电压，电源可以包括一个第一电源18和多个第二电源，其中第二电源的电源电压低于第一电源18的电源电压。在一个实施例中，包括的多个第二电源的电源电压之间具有一定的电压差降，分别用于提供不同的电压。第二电源可以包括提供负电压VCOML的负电源，例如电源VCL，其中电源VCL通过对应连接中间电路对其输出的电压进行分压处理可以产生VCOML电压。以及包括提供接地电压的接地电源，例如电源VSSA和/或提供正电压的正电源，例如电源VCI。第一电源18是提供电压VCOMH的电源，例如电源VLCD，其中通过中间分压电路，可以将电源VLCD直接输出的电压进行分压而产生VCOMH电压。第二电源提供的正电压位于电压VCOML和VCOMH之间。这时，理论上第一电源18的电源电压值VLCD为电源VCI的2倍，电源VCL的电源电压值与电源VCI的电源电压相等。

因此，结合图2可知，第二电源包括与开关管数量对应的n-1个第二电源20到22，每个第二电源的电源电压不同，以分别向驱动器液晶电容26一端提供不同的第二电压。通过对应的时序控制信号的控制，第一开关管14、第二开关管16或第n开关管24被打开或关闭，并相应向驱动器液晶电容26一端传输对应电源提供的第一电压或第二电压。即，切换不同的电源向驱动器的液晶电容26一端提供驱动电压，从而结合液晶电容26另一端提供的电压，来保证液晶电容26两端具有一定的电压差。

在向驱动器液晶电容26提供驱动电压进行一次充电的过程中，通过在现有提供充电电压的电源中，增加具有较小电源电压的电源进行充电电压切换，切换具有不同电源电压的多个电源提供充电电压，相比利用VLCD电源和VCL电源向驱动器的液晶电容一端提供充电电压，可以降低驱动器的功耗。下面，结合图3显示的电容充放电模型给出详细说明。

根据图3所示的电容C，假设电容充电的ΔV是一定的，则充电的电荷量Q是一定的，即Q＝C*ΔV＝∫i*dt是一定的。

那么，对于提供电容充电电压的电源，其上的功耗为：

W＝∫U*i*dt

如果电源自身的电压(电源电压)U是定值，则功耗W是一定的。因此，当用同一个电源对电容充电时，不论充电的中间过程如何，该电源所消耗的功耗是一定的。

因此，在利用这个电源对电容进行一次充电的过程中，通过切换具有不同电源电压的电源不断向电容C提供充电电压，并且切换的电源电压值低于原来所用的电源电压值。这样，就会降低电源自身消耗的功耗。

这种情况下，考虑电容C在进行一次充放电时本身所消耗的功耗为：

$W=\∫U*i*\mathrm{dt}$

$=\∫U*C*\frac{\mathrm{dU}}{\mathrm{dt}}*\mathrm{dt}$

$=C*\∫U*\mathrm{dU}$

$=\frac{1}{2}C*U^2\left|\begin{array}{c}V2\\ V1\end{array}\right.$

$=\frac{1}{2}C*({V2}^2-{V1}^2)$

如果在V1到V2的中间插入一个中间电压V3，则从V1到V3，再从V3到V2所消耗的功耗是：

$W=\frac{1}{2}C*({V3}^2-{V1}^2)+\frac{1}{2}C*({V2}^2-{V3}^2)$

$=\frac{1}{2}C*({V2}^2-{V1}^2)$

对比上面两个式子可知，无论如何对电容C进行充电，即不管是直接从V1充到V2，还是中间插入几个中间电压V3再充到V2，电容C上所消耗的功耗都是一样的。

另外，也可以从电容存储的能量来近一步说明。电容储存的能量为：

$W=\frac{1}{2}C*U^2$

那么，当从V1充到V2，不管充电的中间过程如何，电容所消耗的功耗是等于它的能量的增加值，即：

$W=\frac{1}{2}C*({V2}^2-{V1}^2)$

通过上述对电容充放电模型的说明可知，在电容进行一次充电的过程中，通过切换具有不同电源电压的电源向电容C提供充电电压，充电电容消耗的功耗是固定不变的，但提供充电电压的电源本身的功耗则会降低。因此，针对薄膜晶体管液晶显示器的驱动器，本发明会在不降低驱动器驱动能力的前提下，通过切换不同电源提供电压来降低驱动器芯片的功耗。

下面，将结合图4至图7所示的实施例对本发明的驱动器功耗降低装置原理作进一步描述。其中，图4为本发明实施例的开关管的结构示意图；图5为本发明实施例的脉冲信号波形图；图6为利用图5所示脉冲信号生成的时序控制信号的波形图；和图7为本发明实施例的开关管输出的四阶驱动电压波形图。

图4的实施例中采用了四个金属氧化半导体(MOS)晶体管用作开关管M1、M2、M3、M4，每个开关管源极和漏极分别连接有四个不同的电压。在实施例中，上述四个电压对应的提供电源包括：提供VCOMH电压的电源VLCD，提供VCOML电压的电源VCL，接地电源VSSA和VCI电源。理论上，VLCD＝2VCI VCL＝-VCI。在现有薄膜晶体管液晶显示器的驱动器结构中，VCOMH和VCOML两个电压分别由电源VLCD和电源VCL来提供。

并且，如图所示，开关管M1和M2为P型MOS晶体管，它们分别和电源VLCD提供的电压VCOMH以及电源VCI(直接输出VCI电压)连接，从而分别用于输出VCOMH电压、VCI电压。开关管M3和M4为N型MOS晶体管，它们分别和VCOML电压、电源VSSA(直接输出VSSA电压)连接，从而分别用于输出VCOML电压、接地电压VSSA。

因此，为了控制图4实施例的各个开关管的打开和关闭，需要产生对应的时序控制信号。如图5所示，在实施例中，本发明利用系统时钟信号SYS_CLK产生三个具有延时的高低电平脉冲信号M_COM、COM_VSS和COM_VCI。通过时序控制逻辑电路12对这三个脉冲信号进行相应的逻辑处理，从而产生四个具有分时工作的时序控制信号P_VCOMH、P_VCI、N_VCOML和N_VSSA，以分别用于对应控制四个开关管M1、M2、M3和M4。时序控制信号P_VCOMH、P_VCI、N_VCOML和N_VSSA的具体波形如图6所示。

例如当P_VCOMH信号为低时，P_VCI信号为高，N_VCOML信号为低，N_VSSA信号为低，由于P型MOS晶体管的开关管是由低信号打开，高信号关断，N型MOS晶体管则相反，因此此时只有M1开关管打开，其他三个开关管关断。这时，由开关管M1传输VLCD电源提供的VCOMH电压，即由VCOMH电压向驱动器液晶电容充电。其它三个开关管的工作原理同上，这里不再赘述。这样，通过图6所示时序控制信号，可以控制这四个开关管依次打开，从而传输不同的电压，产生一个具有四阶阶梯的驱动电压波形，具体的波形可见图7。

现有结构只有VCOMH和VCOML两个电压对液晶电容充电，并且这两个电压分别由电源VLCD和VCL来提供。而根据本发明的四阶电压提供，则是另外利用了VCL、VSSA、VCI等电源来充电。提供电压VCOMH的电源为VLCD，VCOML的电源为VCL，而VSSA和VCI本身就是地和电源，并且理论上VLCD＝2VCI，VCL＝-VCI。因此，当消耗相同量的电流时，VLCD消耗的功耗是VCI的2倍，利用VSSA充电时则不消耗电源的功耗，相当于有电荷共享的过程。

根据以上的分析可知：不同电源的切换是可以降低一定的驱动器功耗。上述实施例中给了四个开关管以及相应连接的四个具有不同电源电压的电源提供的电压，但是需要指出的是，本发明不局限于该具体实施例。在驱动器液晶电容达到充电电压VCOMH和VCOML之间，可以插入任意合适数量的电压小于原有电源的电源，以向液晶电容一端提供各种数值的中间电压，并且对应提供的电压与液晶电容另一端的电压之间具有一定的电压差。另外，MOS晶体管的数量和类型可以根据提供的电源的数量和类型具体确定。例如，在包括分别用来提供VCOMH电压和VCOML电压的电源之外，中间还可以仅设置接地电源VSSA，或者仅设置VCI电源。

本发明也不局限于图7所示的从低到高，再从高到低向液晶电容提供驱动电压的模式，任何能够通过切换具有较低功耗的电源，而使得液晶电容达到充电电压的充电电压提供方式均落在本发明的保护范围内。

另外，本发明还提供了一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低方法，该方法的步骤流程图如图8所示。

如图所示，首先利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算，以产生多个分时工作的时序控制信号(步骤102)。通过对应的时序控制信号控制打开或关闭对应连接有不同电压的多个开关管(步骤104)。根据开关管的打开和关闭切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供(步骤106)，其中电压通过一个第一电源和电源电压低于第一电源的多个第二电源对应提供。这里，分时工作的时序控制信号是指在一个时刻，仅有一个时序控制信号会控制对应的开关管打开，其余的时序控制信号则控制对应的开关管关闭，从而一个时刻仅存在一个电源向驱动器液晶电容提供驱动(充电)电压。

包括的多个第二电源的电源电压之间可以具有一定的电压差降，以分别用于提供不同的电压。在实施例中，第二电源可以是提供负电压VCOML的负电源，例如电源VCL，其中电源VCL通过对应连接的中间分压电路提供VCOML电压。以及包括提供接地电压的接地电源，例如电源VSSA和/或提供正电压的正电源，例如电源VCI。第一电源可以是提供电压VCOMH的电源VLCD，其中电源VLCD连接有对应的中间分压电路，从而通过中间电路进行分压处理后产生并提供VCOMH电压。第二电源提供的正电压位于电压VCOML和VCOMH之间。这时，理论上第一电源的电源电压值VLCD为电源VCI的2倍，电源VCL的电源电压值与电源VCI的电源电压相等。这样，当消耗相同量的电流时，VLCD消耗的功耗是VCI的2倍，利用VSSA充电时则不消耗电源的功耗。

在一个实施例中，第一电源为提供VCOMH电压的VLCD，第二电源包括有提供VCOML电压的电源VCL、接地电源VSSA和VCI电源。理论上，VLCD＝2VCI，VCL＝-VCI。而在现有薄膜晶体管液晶显示器的驱动器结构中，VCOMH和VCOML两个电压分别由电源VLCD和电源VCL来提供。因此，该实施例中可对应采用四个开关管，每个开关管分别与上述四个具有不同电源电压的电源提供的电压连接。

并且，如图所示，开关管M1和M2为P型MOS晶体管，它们分别和通过电源VLCD提供的电压VCOMH以及电源VCI提供的电压VCI连接，从而分别用于输出VCOMH电压、VCI电压。开关管M3和M4为N型MOS晶体管，它们分别和通过电源VCL提供的VCOML电压和电源VSSA提供的VSSA电压连接，从而分别用于输出VCOML电压、接地电压VSSA。

因此，通过对应的时序控制信号的控制，开关管相应向驱动器液晶电容一端传输对应电源提供的电压。即，切换不同的电源向驱动器的液晶电容提供驱动电压。当然，本发明不局限于上述具体实施例。在驱动器液晶电容达到预定充电电压之间，可以插入任意合适数量的电源电压小于原有电源的电源，以向液晶电容提供各种大小的中间电压。

开关管可以是金属氧化半导体(MOS)晶体管，每个MOS晶体管的源极和漏极分别与对应的电源提供的电压连接。构成开关管的MOS晶体管包括P型MOS晶体管和N型MOS晶体管，P型MOS晶体管的开关管是由低信号打开，高信号关断，N型MOS晶体管则相反。与第一电源/正电源提供的电压对应连接的开关管可以为P型金属氧化半导体晶体管，从而根据对应的时序控制信号，打开并输出对应电源提供的正电压。与负电源/接地电源对应提供的电压连接的所述开关管为N型金属氧化半导体晶体管。因此根据对应的时序控制信号，打开并输出对应电源提供的负电压/接地电压。这样，通过时序控制信号，可以控制这各个开关管依次打开，从而传输不同的电压。具体应用中，MOS晶体管的数量和类型可以根据提供的电源的数量和类型来具体确定。

在电容进行一次充电的过程中，通过切换具有不同电源电压的电源向电容提供充电电压，充电电容消耗的功耗是固定不变的，但相比利用同一个电源向驱动器的液晶电容提供充电电压，本发明的提供充电电压的电源本身的功耗则会降低。因此，针对薄膜晶体管液晶显示器的驱动器，在向驱动器液晶电容驱动电压进行一次充电的过程中，本发明会在不降低驱动器驱动能力的前提下，通过切换不同电源提供电压来降低驱动器芯片的功耗。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (12)

1.一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低装置，其特征在于，包括：

时序控制逻辑电路，利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算以产生多个分时工作的时序控制信号；

对应接收所述多个时序控制信号的多个开关管，所述多个开关管分别对应连接有不同的电压，并由对应的所述时序控制信号控制打开或关闭，以切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供，其中所述电压通过一个第一电源和电源电压低于所述第一电源的多个第二电源对应提供。

2.如权利要求1所述的功耗降低装置，其特征在于，所述第一电源提供第一电压VCOMH，所述第二电源包括提供负电压VCOML的负电源以及提供接地电压的接地电源和提供正电压的正电源。

3.如权利要求1所述的功耗降低装置，其特征在于，所述第一电源提供第一电压VCOMH，所述第二电源包括提供负电压VCOML的负电源以及提供接地电压的接地电源或提供正电压的正电源。

4.如权利要求2所述的功耗降低装置，其特征在于，所述第一电源的电源电压值为所述正电源的2倍，所述负电源的电源电压值与所述正电源相等。

5.如权利要求1或2所述的功耗降低装置，其特征在于，所述开关管为金属氧化半导体晶体管，所述金属氧化半导体晶体管的源极和漏极分别与对应的电压连接。

6.如权利要求4所述的功耗降低装置，其特征在于，与所述第一电源和所述正电源提供的电压对应连接的所述开关管为P型金属氧化半导体晶体管，与所述负电源和所述接地电源提供的电压对应连接的所述开关管为N型金属氧化半导体晶体管。

7.一种薄膜晶体管液晶显示器的驱动器功耗降低方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用至少一个脉冲信号执行逻辑运算，以产生多个分时工作的时序控制信号；

通过对应的所述时序控制信号控制打开或关闭对应连接有不同电压的多个开关管，以切换不同的电压向驱动器的液晶电容一端提供，其中

所述电压通过一个第一电源和电源电压低于所述第一电源的多个第二电源对应提供。

8.如权利要求7所述的功耗降低方法，其特征在于，所述第一电源提供第一电压VCOMH，所述第二电源包括提供负电压VCOML的负电源以及提供接地电压的接地电源和提供正电压的正电源。

9.如权利要求7所述的功耗降低方法，其特征在于，所述第一电源提供第一电压VCOMH，所述第二电源包括提供负电压VCOML的负电源以及提供接地电压的接地电源或提供正电压的正电源。

10.如权利要求8所述的功耗降低方法，其特征在于，所述第一电源的电源电压值为所述正电源的2倍，所述负电源的电源电压值与所述正电源相等。

11.如权利要求7或8所述的功耗降低方法，其特征在于，所述开关管为金属氧化半导体晶体管，所述金属氧化半导体晶体管的源极和漏极分别与对应的电压连接。

12.如权利要求8所述的功耗降低方法，其特征在于，与所述第一电源和所述正电源提供的电压对应连接的所述开关管为P型金属氧化半导体晶体管，与所述负电源和所述接地电源提供的电压对应连接的所述开关管为N型金属氧化半导体晶体管。

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