CN1021382C - 液晶显示器的驱动电路 - Google Patents

Abstract

有薄膜晶体管矩阵阵列的液晶显示器的源极线的驱动电路包括按顺序储存一行数字视频信号的移位寄存器电路，将储存在移位寄存器电路内的一行视频信号保存一水平周期的锁存电路；将构成从锁存器电路输出的一行数字视频信号的各像素数据分为高位和低位比特，根据高位比特数值选相邻的两不同直流电压，根据低位比特数值执行两不同直流电压间的脉宽调制，向矩阵阵列相应源极线供应模拟视频信号的转换电路；及向转换电路输出比较数据的比较数据产生电路。

Description

本发明涉及一种用以驱动具有薄膜晶体管矩阵阵列（TFT阵列）的有源矩阵型液晶显示器的源极线的驱动电路。

从传统上看，业已提出如图6所示的用以驱动有源矩阵型液晶显示器的源极线的电路。

图6中标号21表示定时产生电路，它接收水平和垂直的同步信号HD和VD来作为参考定时信号。水平和垂直同步信号HD和CD与下文描述的模拟视频信号同步。

移位寄存器22接收来自定时产生电路21的取样时钟脉冲CK和起动脉冲PST。

模拟视频信号SVa要供给取样门电路23。门电路23具有多个门部分。这些门部分对该视频信号SVa取样以得到象素信号。此外，这些门部分接收来自移位寄存器电路22的门脉冲PSG，以在每一水平周期内对一行的象素信号取样。

锁存门电路24接收由门电路23所取样的一行的象素信号。来自定时产生电路21的锁存脉冲PLG在水平消隐期内供给门电路24。于是，由门电路23供给的一行的象素信号被锁存并在下一个水平周期内得以保存。

由门电路24输出的一行的象素信号通过输出电路25同时供给TFT阵列中相应的源极线ls。

图7示出对应于一个象素信号的门电路23和24以及输出电路25的具体的局部结构的电路图。也就是说，整个门电路23和24以及输出电路25是由预定个数的上述结构组成的。标号G23和G24指的是“门”。标号 C23和C24指的是“电容器”。标号A25指的是一个缓冲器。

请返回到图6，定时产生电路21向栅极驱动电路26提供控制信号。然后，扫描脉冲按顺序提供给栅极线lg。栅极线lg是按照与“通过输出电路25向TFT阵列10的源极线ls提供的一行象素信号相应的位置排列的。

按照图6所示的驱动电路，输入该模拟视频信号SVa。于是，如若一行的象素的数目增加，象具有一个大屏幕和高质量图象的TFT阵列10那样，则一个象素信号所允许的取样时间变短，因而，门电路23的电容器C23的充电时间变得不足够，结果，视频信号SVa不可能准确地被取样。也就是说，TFT阵列10不可能与该视频信号SVa相应地准确地被驱动。因此，很难得出质量好的显示。

日本未经审查的特许公开63-182695和63-18695已公开了一种响应数字视频信号而驱动液晶显示器的电路。前一个公开文件揭示了一种驱动电路，用以选取与输入的多灰度等级的数字视频信号相对应的驱动电压，并将其输出给液晶显示器。后一公开文件揭示了一种驱动电路，用以根据由多个比特表示的一个数值、接收为液晶显示器的每个象素规定显示亮度的数据、然后输出具有与该数据相对应的脉宽的驱动信号。

本发明提供一种液晶显示器的驱动电路，用以驱动具有薄膜晶体管矩阵阵列的有源矩阵型液晶显示器的源极线。该驱动电路包括：一个移位寄存器电路，用以接顺序储存一行的数字视频信号，每个数字视频信号是由一系列预定比特的象素数据组成的;一个锁存器电路，用以对储存在移位寄存器电路内的一行数字视频信号保存一个水平周期;一个转换电路，用以将构成锁存器电路输出的一行数字视频信号的每个象素数据分为高位比特和低位比特;根据高位比特指示的一个数值选取相邻的两个不同的直流电压之间执行脉宽调制，以及向该矩阵阵列中相应的源极线供给模拟视频信号;以及一个比较数据产生电路，用以向该转换电路输出比较数 据，该数据具有与低位比特的位数相等的比特位数，并与该低位比特比较。

图1    示出本发明的一个实施例的方框图;

图2A和2B示出移位寄存器电路、锁存器电路和转换电路结构的电路图;

图3    示出这个实施例中转换电路的电路图;

图4A、4B和4C是解释转换电路工作情况的示意图;

图5    示出该实施例中比较数据产生器和脉宽调制器的电路图;

图6    示出传统的实例的方框图;

图7    示出该传统实例中主要部分的电路图。

本发明的液晶显示器驱动电路基本上包括：一个定时产生电路、一个栅极驱动电路、一个输出电路以及一个电源电路。定时产生电路输出用以判定信号处理的定时的信号。栅极驱动电路驱动一个待驱动的有源矩阵型液晶显示器的薄膜晶体管矩阵阵列（TFT阵列）的栅极线。输出电路适当调整要供给该TFT阵列源极的模拟视频信号的电平。电源电路则输出直流电压。

根据本驱动电路，一行的数字视频信号按顺序存入移位寄存器电路，由锁存器电路保存一个水平周期，然后由转换电路转换为模拟视频信号以输送到该TFT阵列的源极线上。不像传统实例那样，这里不进行从该模拟视频信号中对象素信号取样的处理。因此，即使一行的象素数增加，该TFT阵列能够相应于该视频信号而充分和准确地被驱动。

可由本发明驱动电路所驱动的有源矩阵型液晶显示器的一个实例是这样的：象素电极形成如同在一个液晶片内的一个矩阵，薄膜晶体管分别地与各自的象素电极相连接，以对其施加或不施加电压，这样，就形成了一个薄膜晶体管矩阵阵列（例如，日本未经审查的特许公开59492/1986）。

现在参照图1对本发明的一个实施例进行描述。

图1中标号1指的是一个定时产生电路。定时产生电路1接收水平和垂直同步信号HD和VD作为参考定时信号。水平和垂直同步信号HD和VD与下面将要描述的数字视频信号SVd同步。

标号2指的是一个移位寄存器电路。移位寄存器电路2按顺序储存一行由一系列预定比特的象素数据所组成的数字视频信号。此外，移位寄存器电路2接收数字视频信号SVd。数字视频信号SVd是由分别具有8比特D0-D7的象素数据Pl-Pm所组成的。移位寄存器电路2还接收来自定时产生电路1的时钟脉冲CLK，并在每个水平周期内按顺序储存一行的数字视频信号SVd（见图2A）。

锁存器电路3接收在每个水平周期内存储在移位寄存器电路2内的一行象素数据（见图2B）。锁存脉冲PL由定时产生电路1在水平消隐期内供给锁存器电路3，使得由移位寄存器电路2供给的一行的象素数据（Ll-Lm）被锁存并在下一个水平周期内被保存。

转换电路4接收从锁存器电路3输出的一行的象素数据。

转换电路4将构成锁存器电路3输出的一行数字视频信号的每个像素数据分别地分为高位比特和低位比特，然后根据高位比特所表示的数值选取相邻的两个不同的直流电压，以及根据低位比特所表示的数值，在这两个不同的直流电压之间执行脉宽调制，以向该矩阵阵列的相应源极线供给模拟视频信号。也就是说，转换电路4把8比特的每个像素数据分别分为较高位的4比特数据DH（D7-D4）和较低位的4比特数据DL（D3-D0）。

4个高比特位数据DH选取相邻的两个不同电压VA和VB，该电压供给处于电压V0（最小电压Vmin）、V1、V2、……V16（最大电压Vmax）的TFT阵列的源极线。这些电压Vo（Vmin）、V1、V2、……V16是按相等的时间间隔在Vmax与Vmin之间予以提供的。在这种情况下，如果数据DH表示的数 值为n（n＝0-15），则VA＝Vn+1，VB＝Vn。

脉宽调制在根据如上所述的低位比特数据DL选定的电压VA与VB之间进行。然后，脉宽调制信号被积分和输出。

转换电路4包括单元电路4₁、4₂…4m，它们对应于一行的象素数据的个数（见图2B）。如图3所示，每个单元电路都具有一个切换电路41、一个脉宽调制器（PWM）43、两个切换元件42N和42P以及一个积分电路44。切换电路41选取直流电压。PWM43将低位比特数据与来自比较数据产生电路5输出的比较数据DR相比较，然后输出相应于上述比较的结果的、具有不同脉宽的信号。切换元件42N和42P响应从PWM43输出的信号对从切换电路41输出的直流电压进行切换。积分电路44响应从切换部件42N和42P输出的信号，输出模拟象素信号。

图3示出转换电路4的的一个象素部分的组成结构。

在图3中，切换电路41接收电压V0-V16，根据4个高位比特的数据DH（见图4A）选取和输出电压VA和VB。

由切换电路41选取的电压VA和VB分别供给N型沟道场效应晶体管42N的漏极和P型沟道场效应晶体管42P的源极。

标号43指的是脉宽调制器（PWM）。PWM43接收的4个低比特位数据DL和比较数据产生电路5（见图1）输出的4个比特比较数据DR（DR3-DRO）。也就是说，比较数据产生电路5向转换电路4输出用以与低位比特相比较的比较数据，该数据所含比特数与低位比特的位数相等。

图5是比较数据产生电路5和脉宽调制器43的具体结构图。

比较数据产生电路5是一个4比特十六进制计数器，它是由串联连接的D触发器51-54构成的。D触发器51的时钟端接收来自定时产生电路1的时钟脉冲CLK。D触发器51-54输出端的信号DRO-DR3-组成4比特的比较数据DR。4比特比较数据DR在时钟脉冲CLK的16个时钟脉冲的一个周期里从[0000]到[1111]重复。

脉宽调制器43是一个4比特比较器，由它使数据DL与比较数据DR相比较。脉宽调制器输出信号S    PWM。若数据DL小于比较数据DR，则信号S    PWM具有低电平“0”。若数据DL大于比较数据DR，则信号S    PWM具有高电平“1”。在这种情况下，每当时钟脉冲CLK供给比较数据产生器5时，都要使比较数据DR加1。如果比较数据DR大于数据DL，则信号S    PWM的电平从高电平“1”变为低电平“0”。于是，信号S    WPM具有高电平“1”的时间对应于时钟脉冲CLK的16个时钟脉冲的周期内的数据DL。也就是说，脉宽调制器43输出的信号S    PWM是通过在数据DL上进行脉宽调制而产生的。

返回到图3，从脉宽调制器43输出的信号S    PWM输送到场效应晶体管42N和42P的栅极上。在这种情况下，如果信号S    PWM为高电平“1”，则场效应晶体管42N导通。如果信号S    PWM为低电平“0”，则场效应晶体管42P导通。因此，由于信号S    PWM是通过在数据DL上进行脉宽调制而产生的，因而通过在数据DL上进行在电压VA与VB之间的脉宽调制而产生的信号被输出到场效应晶体管42N的源极与场效应晶体管42P的漏极的节点上（见图4B）。

积分器电路44接收通过在电压VA与VB之间脉宽调制而产生的信号。如上所述，电压VA和VB是根据象素数据4个高位比特的数据DL执行的。为此，从积分电路44输出的信号被转换成为具有与8比特的象素数据相对应的模拟象素信号（见图4C）。

返回到图1，转换电路4输出模拟象素信号，该信号具有与锁存电路3提供的一行数字象素数据相对应的电平。模拟象素信号同时通过输出电路6分别地输送到相对应的源极线ls上。输出电路6是一个与每条源极线相连接的电压跟随器。

标号7指的是一个栅极驱动电路。栅极驱动电路7接收来自定时产生电路1的控制信号。扫描脉冲按顺序供给栅极线lg。栅极线lg按照从 输出电路6在每个水平周期供给TFT阵列10的源极线ls的一行象素信号相对应的位置而排列的。

于是，一行的数字视频信号按顺序储存在移位寄存器电路2内，由锁存电路3保存一个水平周期，然后由转换电路4转换为模拟视频信号，以被提供给TFT阵列10的源极线ls。此外，使扫描脉冲按顺序输送给栅极线lg。栅极线lg是按照提供给TFT阵列10的源极线ls的一行视频信号相对应的位置而排列的。TFT阵列10的每个象素是响应与视频信号SVd的每个象素数据相对应的模拟象素信号而被驱动的，因而一幅图象得到了显示。

根据本实施例，不必执行从模拟视频信号SVd进行象素信号取样的处理。因此，即使一行的象素数目被增加，TFT阵列可以足够地和准确地相应于视频信号SVd而得到驱动。

如上所述，比较数据DR与数据DL相比较，以执行脉宽调制。比较数据DR与时钟脉冲CLK同步，以按顺序被增加一量化的阶宽。在一个水平周期内要求脉宽调制重复大约10次，以得到稳定的模拟视频信号。

根据本实施例，在电压VA与VB之间由4个低位比特的数据DL进行脉宽调制。因此，与由本身为8比特的象素数据进行脉宽调制相比，一个脉宽调制所需的时间可以减少。对于由自身为8比特的象素数据进行的脉宽调制，如果时钟脉冲CLK的周期是10毫微秒，则10个脉宽调制所需的时间为10毫微秒×256步×10次＝25.6微秒。对于本实施例，如果时钟脉冲CLK的周期是10毫微秒，则10个脉宽调制所需的时间为10毫微秒×16步×10次＝1.6微秒。为此，本实施例的结构可使时钟脉冲的周期比较长。此外，即使使用廉价的时钟脉冲产生器，象素数据也能很好地转换成为模拟视频信号。

虽然在本实施例中，8比特的象素数据被分为4个高位比特数据和4个低位比特数据，但是比特数的划分是不受限制的。也就是说，这种划 分取决于时钟脉冲CLK的周期等。简单地说，将象素数据的比特分为4个高位比特和4个低位比特以减少与脉宽调制有关的比特数。

虽然在上述实施例中使用了8比特的象素数据，但是象素数据的比特数是不受限制的。如果比特数增加，则本发明变得更有效。

根据本发明，如上所述使用了数字视频信号。不像传统实例那样，不必执行从模拟视频信号对象素信号取样的处理。因此，即使一行的像素数目增加，TFT阵列也可以足够地和准确地相应于视频信号受到驱动。此外，象素数据被分为高位和低位比特数据。根据高位比特数据选取相邻的两个不同的直流电压，根据低位比特数据在这两个不同的直流电压之间执行脉宽调制。因而，即使象素数据的比特数增多，脉宽调制所需的时间也很少增加，因此，时钟脉冲的周期可以长些。也就是说，即使象素数据的比特数增加，使用廉价的时钟脉冲产生器也能很好地将象素数据转变为模拟视频信号。

Claims (5)

1、一种用以驱动具有一薄膜晶体管矩阵阵列的有源矩阵型液晶显示器的源极线的液晶显示器驱动电路，其特征在于包括：

一个用以按顺序地储存一行的数字视频信号的移位寄存器电路，每个数字视频信号是由一系列预定比特的象素数据所组成的；

一个用以将储存在该移位寄存器电路内的一行视频信号保存一个水平周期的锁存器电路；

一个转换电路，用以将构成从该锁存器电路输出的一行的数字视频信号的每个象素数据分为高位比特和低位比特，根据该高位比特表示的一个数值来选取相邻的两个不同的直流电压，根据该低位比特表示的一个数值执行在这两个不同的直流电压之间的脉宽调制，以及向该矩阵阵列中相应的源极线供给模拟视频信号；以及

一个比较数据产生电路，用以向该转换电路输出比较数据，该比较数据具有等于该低位比特的位数的比特数，并与该低位比特进行比较。

2、根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述的转换电路含有：个数对应于一行象素数据个数的单元电路，该单元电路具有一个切换电路，用以选取两个不同的直流电压;一个脉宽调制器，用以将该低位比特与比较数据产生电路输出的比较数据相比较，然后输出与该比较结果相应的、具有不同脉冲宽度的信号;两个切换元件，用以响应从该脉宽调制器输出的信号、分别对从该切换电路输出的两个不同的直流电压进行切换;以及一个积分电路，用以响应从上述的各切换元件输出的信号而输出模拟象素信号。

3、根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述比较数据产生电路是一个16进制计数器，该计数器是由串联连接的4个D触发器构成的。

4、根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于所述脉宽调制器是一个4比特的比较器;所述的比较数据产生电路是一个16进制计数器，该计数器是由串联连接的4个D触发器所构成的。

5、根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于所述的切换元件是N型沟道场效应晶体管和P型沟道场效应晶体管。

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