CN101968950A - 驱动电路及包含该驱动电路的液晶显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于配合液晶显示系统的驱动电路。该液晶显示系统包含共通电极、显示电极及耦合电容。该驱动电路的交流电压输出端通过该耦合电容耦接至该共通电极。该交流电压输出端分别通过开关耦接至该驱动电路中的充电/放电单元与该显示电极。该驱动电路中的控制单元根据该共通电极的极性转换需求，分别控制这两个开关为开启或关闭，以达到对该交流电压输出端充电或放电，进而改变该共通电极的电极性的目的。本发明还提供了一种包含该驱动电路的液晶显示系统。通过采用本发明的驱动电路，可有效降低改变共通电极的电压所需要的耗电量。

Description

驱动电路及包含该驱动电路的液晶显示系统

技术领域

本发明涉及显示系统，并且特别地，本发明涉及用于配合液晶显示系统的驱动电路。

背景技术

近年来，液晶显示器被广泛应用在各种家用或商用的电子产品中。如何降低液晶显示器的耗电量，以实现节能减碳的目标或延长可携式装置的使用时间，一直为其设计者高度重视的议题。

如本领域中的熟练技术人员所知，通过提供给液晶分子不同的电压可调整液晶分子的旋转方向，进而控制显示图像中各个像素的灰阶值。此外，提供给液晶分子的电压不得维持在某个固定值时间过长，否则液晶分子长时间被固定在某个转动方向后特性会受到破坏，将无法再根据电场的变化而转动。然而在某些实际情况下，液晶显示器所呈现的图像不可避免地可能会长时间维持不变。为了防止液晶分子的特性因此遭到破坏，液晶显示器的驱动电路必须适时调整设置于液晶分子两侧的显示电极和共通电极的电压。

一般而言，液晶显示器中所有的显示点共用一个共通电极，位在同一直行的液晶分子则共用一个显示电极。当某个液晶分子本身所对应的显示电极的电压高于共通电极的电压时，可称该液晶分子具有正极性。相对地，当显示电极的电压低于共通电极的电压时，可称液晶分子具有负极性。

只要这两个电极间的压差绝对值固定不变，不论是显示电极的电压较高，或是共通电极的电压较高，该液晶分子所对应的灰阶值是相同的。不过在这两种情况下，液晶分子的转向完全相反。因此，驱动电路可通过令液晶分子的正负极性交替变换，来达到维持显示画面不变而液晶分子特性不受破坏的效果。

实现上述正负极性交替变换的方式有很多种，比方说令共通电极的电压不断变动。各种方式的共通点之一就是在每次更换画面数据的时候改变液晶分子的极性。以60赫兹的画面更新频率为例，液晶显示器的驱动电路即每16毫秒更改一次所有液晶分子的极性。

图1示出驱动电路与液晶显示器的相对关系示例。于此示例中，驱动电路10中的图像驱动单元16负责提供显示电极32对应于各种灰阶变化的图像驱动信号。交流电压产生单元12和直流电压产生单元14负责产生周期性方波，并将此方波提供给共通电极34。

如图1所示，交流电压产生单元12通过耦合电容C_AC连接至共通电极34。由于耦合电容C_AC被设计为远大于共通电极34形成的等效负载，当交流电压产生单元12的输出端A发生电压变化，耦合电容C_AC两端的电压差会大致维持不变。换句话说，此电压变化亦将反应在连接至共通电极34的端点B。举例而言，假设原本端点A和端点B的电压分别为4伏特和1伏特。当交流电压产生单元12将端点A的电压下拉为0伏特，端点B的电压会相对应地被下拉为-3伏特。

于此示例中，直流电压产生单元14产生的输出电压值被固定为V_DC，而交流电压产生单元12的输出电压则是在0伏特和电压值V_CAC之间交替变化的周期性方波。由此，端点B的电压(亦即驱动电路10提供给共通电极34的电压)会如图2所示，为在电压值(V_DC-0.5*V_CAC)和(V_DC+0.5*V_CAC)之间变化的周期性方波。

实践中，V_CAC通常是直流电压产生单元14及图像驱动单元16等电路所采用的参考电压的两倍高。因此，要令端点A的电压如此周期性变换，进而实现令共通电极34的电压不断变动的效果，其实会耗费相当多的电能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于配合液晶显示系统的驱动电路，通过电荷分享(charge sharing)及预先充电(pre-charging)的概念，有效降低改变共通电极的电压所需要的耗电量。

根据本发明的一个具体实施例为一种驱动电路，其中包含直流电压供应单元、图像驱动单元、交流电压输出端、充电/放电开关、充电/放电单元、电荷分享开关，以及控制单元。该交流电压输出端通过液晶显示系统中的耦合电容耦接至共通电极。该直流电压供应单元也与共通电极相连接，用于提供共通电极直流电压。该图像驱动单元用于提供液晶显示系统中的显示电极图像驱动信号。

该充电/放电单元通过该充电/放电开关耦接至该交流电压输出端。当该充电/放电开关被开启(即接通)，该充电/放电单元即对该交流电压输出端充电或放电。该电荷分享开关耦接于该交流电压输出端与液晶显示系统中的显示电极之间。当该电荷分享开关被开启，该显示电极与该交流电压输出端彼此电连接。该控制单元分别耦接至该电荷分享开关及该充电/放电开关，并根据该共通电极的极性转换需求分别控制该电荷分享开关及该充电/放电开关。

根据本发明的驱动电路，其中，当该极性转换需求显示该共通电极应由负极性转换为正极性，该控制单元首先开启该电荷分享开关并关闭(即断开)该充电/放电开关。

根据本发明的驱动电路，其中，在该电荷分享开关被开启达第一预设时间之后，该控制单元即关闭该电荷分享开关并开启该充电/放电开关。

根据本发明的驱动电路，其中，该充电/放电开关包含第一充电开关，并且该充电/放电单元中包含第一参考电压源，该第一参考电压源通过该第一充电开关耦接至该交流电压输出端，在该电荷分享开关被关闭后，该控制单元即开启该第一充电开关。

根据本发明的驱动电路，其中，该充电/放电开关包含第二充电开关，并且该充电/放电单元中包含第二参考电压源，该第二参考电压源通过该第二充电开关耦接至该交流电压输出端，在该第一充电开关被开启达第二预设时间之后，该控制单元即关闭该第一充电开关并开启该第二充电开关，该第一参考电压源所提供的第一参考电压低于该第二参考电压源所提供的第二参考电压。

根据本发明的驱动电路，其中，该充电/放电开关包含第一充电开关，并且该充电/放电单元中包含第一参考电压源，该第一参考电压源通过该第一充电开关耦接至该交流电压输出端，当该极性转换需求显示该共通电极应由正极性转换为负极性，该控制单元首先开启该第一充电开关。

根据本发明的驱动电路，其中，在该第一充电开关被开启达第三预设时间之后，该控制单元即关闭该第一充电开关并开启该电荷分享开关。

根据本发明的驱动电路，其中，该充电/放电开关包含放电开关，并且该充电/放电单元中包含接地端点，该接地端点通过该放电开关耦接至该交流电压输出端，在该电荷分享开关被开启达第四预设时间之后，该控制单元即关闭该电荷分享开关并开启该放电开关。

根据本发明的驱动电路，进一步包含：预先充电开关，耦接于该第一参考电压源及该显示电极之间，在该第四预设时间结束之后，该控制单元开启该预先充电开关达第五预设时间。

在根据本发明的驱动电路中，当交流电压输出端的电压应由低准位被提升至高准位，控制单元可先开启电荷分享开关，令显示电极的电荷转移至交流电压输出端，初步拉高该点的电压。接着，控制单元可关闭电荷分享开关，并开启充电/放电开关，令充电/放电单元继续完成对交流电压输出端的充电工作。

如先前所述，驱动电路通常会在每次更换画面数据的时候改变液晶分子的极性。在该交流电压输出端的电压将由低准位被提升至高准位，以改变共通电极的电极性的同时，如果图像驱动单元的输出至显示电极的电压正好将由高转低，根据本发明的驱动电路能够达到最好的省电效果。

根据本发明的另一个具体实施例为一种液晶显示系统，包含：共通电极；显示电极；耦合电容；直流电压供应单元，耦接至该共通电极，用于提供该共通电极直流电压；图像驱动单元，耦接至该显示电极，用于提供该显示电极图像驱动信号；交流电压输出端，通过该耦合电容耦接至该共通电极；充电/放电开关；充电/放电单元，通过该充电/放电开关耦接至该交流电压输出端，当该充电/放电开关被开启，该充电/放电单元即对该交流电压输出端充电或放电；电荷分享开关，耦接于该显示电极与该交流电压输出端之间，当该电荷分享开关被开启，该显示电极与该交流电压输出端彼此电连接；以及控制单元，分别耦接至该电荷分享开关及该充电/放电开关，并根据该共通电极的极性转换需求分别控制该电荷分享开关及该充电/放电开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，当该极性转换需求显示该共通电极应由负极性转换为正极性，该控制单元开启该电荷分享开关并关闭该充电/放电开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，在该电荷分享开关被开启达第一预设时间之后，该控制单元即关闭该电荷分享开关并开启该充电/放电开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，该充电/放电开关包含第一充电开关，并且该充电/放电单元中包含第一参考电压源，该第一参考电压源通过该第一充电开关耦接至该交流电压输出端，在该电荷分享开关被关闭后，该控制单元即开启该第一充电开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，该充电/放电开关包含第二充电开关，并且该充电/放电单元中包含第二参考电压源，该第二参考电压源通过该第二充电开关耦接至该交流电压输出端，在该第一充电开关被开启达第二预设时间之后，该控制单元即关闭该第一充电开关并开启该第二充电开关，该第一参考电压源所提供的第一参考电压低于该第二参考电压源所提供的第二参考电压。

根据本发明的液晶显示系统，其中，该充电/放电开关包含第一充电开关，并且该充电/放电单元中包含第一参考电压源，该第一参考电压源通过该第一充电开关耦接至该交流电压输出端，当该极性转换需求显示该共通电极应由正极性转换为负极性，该控制单元首先开启该第一充电开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，在该第一充电开关被开启达第三预设时间之后，该控制单元即关闭该第一充电开关并开启该电荷分享开关。

根据本发明的液晶显示系统，其中，该充电/放电开关包含放电开关，并且该充电/放电单元中包含接地端点，该接地端点通过该放电开关耦接至该交流电压输出端，在该电荷分享开关被开启达第四预设时间之后，该控制单元即关闭该电荷分享开关并开启该放电开关。

根据本发明的液晶显示系统，进一步包含：预先充电开关，耦接于该第一参考电压源及该显示电极之间，在该第四预设时间结束之后，该控制单元开启该预先充电开关达第五预设时间。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出现有技术中驱动电路与液晶显示器的相对关系的示例。

图2示出驱动电路提供给共通电极的电压示意图。

图3为根据本发明的具体实施例中的驱动电路及其配合的液晶显示系统的方块图。

图4示出端点A的电压及端点D的电压相对于时间的关系图。

图5及图6进一步示出根据本发明的充电/放电单元与充电/放电开关的详细实施示例。

具体实施方式

根据本发明的一个具体实施例为一种驱动电路，图3为该驱动电路及其配合的液晶显示系统的方块图。驱动电路20包含直流电压供应单元21、图像驱动单元22、交流电压输出端A、充电/放电开关S 1、充电/放电单元23、电荷分享开关S2、图像驱动开关S3，以及控制单元24。

如图3所示，交流电压输出端A(以下简称端点A)通过液晶显示系统中的耦合电容C_AC耦接至共通电极34。直流电压供应单元21亦与共通电极34相连接，用于提供共通电极34直流电压V_DC。图像驱动单元22通过图像驱动开关S3耦接至显示电极32，用于提供液晶显示系统中的显示电极32图像驱动信号。显示电极32则是通过电荷分享开关S2耦接至交流电压输出端A。当电荷分享开关S2被开启，显示电极32即与交流电压输出端A彼此电连接。

充电/放电单元23通过充电/放电开关S1耦接至交流电压输出端A。当充电/放电开关S1被开启，让两端导通，充电/放电单元23即可对端点A充电或放电。控制单元24分别耦接至电荷分享开关S2及充电/放电开关S1，并根据共通电极34的极性转换需求分别控制电荷分享开关S2及充电/放电开关S1。

图4示出此实施例中端点A的电压(V_A)和端点D的电压(V_D)相对于时间的关系图。于此示例中，控制单元24在时间为t1时开启电荷分享开关S2并关闭充电/放电开关S1、图像驱动开关S3。由此，显示电极32(亦即端点D)与端点A之间会因为电荷分享的关系，电压渐趋相同。由于共通电极34在进行极性转换时，液晶显示系统原本就不会让驱动电路修改提供给各像素的驱动电压值，因此这个电荷分享的过程并不会对液晶显示系统所呈现的画面造成影响。

由图4可看出，在时间为t1之前，V_A处于低准位状态，图像驱动单元22提供给显示电极32的电压V_D则是具有等于V_T1的电压值。控制单元24决定在时间t1控制共通电极34由负极性转换为正极性后，即开启电荷分享开关S2，并关闭充电/放电开关S 1及图像驱动开关S3，令端点D的电荷转移至端点A，初步将该点的电压拉高至V_T2。

于此示例中，在电荷分享开关S2被开启达第一预设时间T1之后，控制单元24即关闭电荷分享开关S2并重新开启充电/放电开关S1，令充电/放电单元23继续完成对端点A的充电工作，将端点A的电压拉升至高准位状态(V_CAC)。控制单元24同时也会重新开启图像驱动开关S3，让图像驱动单元22将提供给显示电极32的电压值更新为V_T3。

在这次电压状态转换中，端点A的电压将由低准位被提升至高准位的同时，图像驱动单元22正好要将端点D的电压往下拉(由V_T1下拉为V_T3)。原本端点D要排除的电荷因此可以提供给端点A，作为辅助拉升电压之用。充电/放电单元23只要负责将端点A的电压由V_T2继续拉高至V_CAC即可。电荷分享的过程几乎无需耗电。相较于现有技术中必须独立将端点A的电压由0伏特拉高至V_CAC的交流电压产生单元12，充电/放电单元23的耗电量是比较低的。

请参阅图5，图5进一步示出了充电/放电单元23与充电/放电开关S 1的一个详细实施示例。于此示例中，充电/放电单元23包含第一参考电压源23A和第二参考电压源23B；前者负责提供电压值为V_DD的直流电压，后者则负责提供电压值为V_CAC的直流电压。V_DD为直流电压供应单元21及控制单元24等电路所采用的参考电压；V_CAC高于V_DD。

如图5所示，充电/放电开关S1包含第一充电开关S1A及第二充电开关S1B。第一参考电压源23A通过第一充电开关S1A耦接至端点A，第二参考电压源23B则通过第二充电开关S1B耦接至端点A。

根据本发明，在时间T1结束，电荷分享开关S2被关闭后，控制单元24可先将第一充电开关S1A开启第二预设时间(如图4中的T2)，让第一参考电压源23A对端点A预先充电，将电压由V_T2拉高为V_DD。在时间T2结束之后，控制单元24关闭第一充电开关S1A，并开启第二充电开关S1B，让第二参考电压源23B继续将端点A的电压由V_DD拉高至V_CAC。由于采用较高的参考电压的电路较耗电，这种两段式充电的做法会比只使用第二参考电压源23B对端点A充电来得省电，进一步节省充电/放电单元23整体的耗电量。

实践中，根据本发明的驱动电路20也可利用电荷分享及预先放电的程序将端点A的电压由高拉低。如图5所示，充电/放电开关S1亦包含放电开关S1C，充电/放电单元23包含一个通过放电开关S1C耦接至端点A的接地端点GND。

于此实施例中，控制单元24决定在时间为t2将控制共通电极34由正极性转换为负极性后，首先开启第一充电开关S1A，令第一参考电压源23A为端点A预先放电，将其电压由V_CAC下拉为V_DD。在第一充电开关S1A被开启达第三预设时间T3后，控制单元24即关闭第一充电开关S1A并开启电荷分享开关S2。端点D与端点A之间同样会因为电荷分享的关系，电压渐趋相同。如图4所示，在T4这段时间内，端点A的电压由V_DD被下拉至V_T2，端点D的电压则是由V_T3伏特被提高为V_T2。

在电荷分享开关S2被开启达第四预设时间T4后，控制单元24即可关闭电荷分享开关S2并开启放电开关S1C，令接地端点GND将端点A的电压由V_T2被进一步下拉为0伏特。关闭电荷分享开关S2后，控制单元24即可重新开启图像驱动开关S3，让图像驱动单元22将提供给显示电极32的电压值更新为V_T1。

根据本发明，前述实施例亦可加入为端点D预先充电的元件。如图6所示，第一参考电压源23A与端点D之间可设置预先充电开关S4。若图像驱动单元22将提供给显示电极32的电压值高于V_DD，在第四预设时间T4之后，开启图像驱动开关S3之前，控制单元24可开启预先充电开关S4一段第五预设时间T5，令第一参考电压源23A将端点D的电压预先提升至V_DD。待第一参考电压源23A完成对端点D的预先充电之后，再交由图像驱动单元22将端点D的电压继续拉高为V_T1。如先前所述，由于采用较高的参考电压的电路较耗电，这种两段式充电的做法可进一步节省充电/放电单元23整体的耗电量。

于实际应用中，驱动电路20通常会包含多个图像驱动单元22，各自对应于不同直行的液晶分子。根据本发明，这些图像驱动单元连接至显示电极32的端点皆可通过电荷分享开关被连接至交流电压输出端A，作为与交流电压输出端A分享电荷的来源。

根据本发明的另一实施例为包含图3中所有元件的液晶显示系统，其中亦利用切换开关来实现电荷分享及预先充电/放电的效果，详细操作方式与前述实施例相似，因此不再赘述。

由于电荷分享的过程几乎无需耗电，根据本发明的驱动电路及液晶显示系统可有效降低改变液晶显示系统中共通电极的电压所需要的耗电量。经实验模拟，发明人也已证明本发明确实与采用熟知结构相比可大幅减少耗电量。

通过以上对较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及等同性安排于本发明权利要求的范围内。

主要元件符号说明

10：驱动电路          12：交流电压产生单元

14：直流电压产生单元  16：图像驱动单元

32：显示电极          34：共通电极

20：驱动电路          21：直流电压供应单元

22：图像驱动单元      23：充电/放电单元

24：控制单元          A、B、D：电路端点

S1：充电/放电开关     S2：电荷分享开关

S3：图像驱动开关      C_AC：耦合电容

23A：第一参考电压源   23B：第二参考电压源

S 1A：第一充电开关    S1B：第二充电开关

S1C：放电开关         S4：预先充电开关

T1～T5：预设时间。

Claims (10)

1.一种用于配合液晶显示系统的驱动电路，所述液晶显示系统包含共通电极、显示电极以及耦合电容，所述驱动电路包含：

直流电压供应单元，耦接至所述共通电极，用于提供所述共通电极直流电压；

图像驱动单元，耦接至所述显示电极，用于提供所述显示电极图像驱动信号；

交流电压输出端，通过所述耦合电容耦接至所述共通电极；

充电/放电开关；

充电/放电单元，通过所述充电/放电开关耦接至所述交流电压输出端，当所述充电/放电开关被开启，所述充电/放电单元即对所述交流电压输出端充电或放电；

电荷分享开关，耦接于所述显示电极与所述交流电压输出端之间，当所述电荷分享开关被开启，所述显示电极与所述交流电压输出端彼此电连接；以及

控制单元，分别耦接至所述电荷分享开关及所述充电/放电开关，并根据所述共通电极的极性转换需求分别控制所述电荷分享开关及所述充电/放电开关。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中当所述极性转换需求显示所述共通电极应由负极性转换为正极性，所述控制单元首先开启所述电荷分享开关并关闭所述充电/放电开关。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中在所述电荷分享开关被开启达第一预设时间之后，所述控制单元即关闭所述电荷分享开关并开启所述充电/放电开关。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述充电/放电开关包含第一充电开关，并且所述充电/放电单元中包含第一参考电压源，所述第一参考电压源通过所述第一充电开关耦接至所述交流电压输出端，在所述电荷分享开关被关闭后，所述控制单元即开启所述第一充电开关。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中所述充电/放电开关包含第二充电开关，并且所述充电/放电单元中包含第二参考电压源，所述第二参考电压源通过所述第二充电开关耦接至所述交流电压输出端，在所述第一充电开关被开启达第二预设时间之后，所述控制单元即关闭所述第一充电开关并开启所述第二充电开关，所述第一参考电压源所提供的第一参考电压低于所述第二参考电压源所提供的第二参考电压。

6.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述充电/放电开关包含第一充电开关，并且所述充电/放电单元中包含第一参考电压源，所述第一参考电压源通过所述第一充电开关耦接至所述交流电压输出端，当所述极性转换需求显示所述共通电极应由正极性转换为负极性，所述控制单元首先开启所述第一充电开关。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其中在所述第一充电开关被开启达第三预设时间之后，所述控制单元即关闭所述第一充电开关并开启所述电荷分享开关。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，其中所述充电/放电开关包含放电开关，并且所述充电/放电单元中包含接地端点，所述接地端点通过所述放电开关耦接至所述交流电压输出端，在所述电荷分享开关被开启达第四预设时间之后，所述控制单元即关闭所述电荷分享开关并开启所述放电开关。

9.根据权利要求8所述的驱动电路，进一步包含：

预先充电开关，耦接于所述第一参考电压源及所述显示电极之间，在所述第四预设时间结束之后，所述控制单元开启所述预先充电开关达第五预设时间。

10.一种液晶显示系统，包含：

共通电极；

显示电极；

耦合电容；

直流电压供应单元，耦接至所述共通电极，用于提供所述共通电极直流电压；

图像驱动单元，耦接至所述显示电极，用于提供所述显示电极图像驱动信号；

交流电压输出端，通过所述耦合电容耦接至所述共通电极；

充电/放电开关；

充电/放电单元，通过所述充电/放电开关耦接至所述交流电压输出端，当所述充电/放电开关被开启，所述充电/放电单元即对所述交流电压输出端充电或放电；

电荷分享开关，耦接于所述显示电极与所述交流电压输出端之间，当所述电荷分享开关被开启，所述显示电极与所述交流电压输出端彼此电连接；以及

控制单元，分别耦接至所述电荷分享开关及所述充电/放电开关，并根据所述共通电极的极性转换需求分别控制所述电荷分享开关及所述充电/放电开关。

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