CN102881267A

CN102881267A - 放大器、液晶显示驱动电路和液晶显示装置

Info

Publication number: CN102881267A
Application number: CN2012102341529A
Authority: CN
Inventors: 岸川祯介
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-01-16
Also published as: JP2013026647A; US9520848B2; US20130016087A1

Abstract

这里公开了一种放大器、液晶显示驱动电路和液晶显示装置。放大器包括：电压跟随器电路，具有差分输入端和反馈到所述差分输入端中的第一端的输出端，所述电压跟随器电路被配置为放大被输入到所述差分输入端中的第二端的输入信号并从输出端输出放大后信号；第一电流源，被配置为向所述电压跟随器电路提供预定电流；以及第二电流源，被配置为当所述差分输入端中的第二端与所述输出端之间的电势差等于或高于预定值时，向所述电压跟随器电路提供电流。

Description

放大器、液晶显示驱动电路和液晶显示装置

技术领域

本公开涉及一种放大器、液晶显示驱动电路和液晶显示装置。

背景技术

作为显示装置，已广泛使用液晶显示装置（LCD：液晶显示设备）。在液晶显示装置的液晶显示部分中，提供由晶体管、二极管等配置的多个像素。由液晶显示驱动电路来驱动像素以在液晶显示部分上显示图像。液晶显示驱动电路包括多个放大器，并且由每个放大器放大的驱动信号被施加于每条线的像素以驱动像素。

近些年来，要求液晶显示装置具有更大的屏幕和更高的清晰度，并且也希望其具有减小的功耗。对液晶显示装置增加屏幕尺寸以及提高清晰度的改进增加了为液晶显示部分中的线而提供的放大器所消耗的电力。为了实现液晶显示装置的低功耗，减小液晶显示驱动电路中的放大器的功耗很重要。然而，问题在于，如果减小液晶显示驱动电路中的放大器的功耗，则放大器的压摆率（slew rate）下降。

作为一种在抑制放大器的功耗的同时增加它们的压摆率的方法，日本专利特开No.2001-156559了一种方法，其中：响应于放大器的输出电势的增加或降低来增加或降低放大器的稳态电流。在上述文件中公开的这样的放大器包括一个稳态电流源以及一个用于响应于放大器的输出电势的增加或降低而生成电流的子电流源。从稳态电流源提供的稳态电流是减小的，并且在输入信号的上升和下降时，子电流源补充稳态电流，以使得能够在抑制功耗的同时提高放大器的压摆率。

发明内容

其中合并有液晶显示驱动电路的半导体集成电路正被适配为更加小型化并以更低的电源电势而操作。同时，有时电路的操作条件需要高于固定值的电源电势。有鉴于此，已知的一种方法是向需要高于固定值的电源电势的电路提供高电源电势（VDDH），而向可以利用低电源电势的电流提供低电源电势（VDDL），从而在允许需要高于固定值的电源电势的电路的操作的同时抑制半导体集成电路的功耗。

在连接其操作电势彼此不同的电路的地方，依据后级和前级处的电路的操作电势，有时对输入级和输出级使用不同的电源电势。

在上述文件中公开的放大器被提供有一个电源电势，并且其并不如上所述而设想向输入级和输出级提供不同的电源电势。

因此，希望提供一种被适配为不管输入级和输出级处的电源电势如何、在抑制功耗的同时增加压摆率的放大器。

也希望提供一种包括上述这样的放大器的液晶显示驱动装置和液晶显示装置。

根据本公开的一个实施例，提供了一种放大器，包括：电压跟随器电路，具有差分输入端和反馈到所述差分输入端中的第一端的输出端，所述电压跟随器电路被配置为放大被输入到所述差分输入端中的第二端的输入信号并从输出端输出放大后信号；第一电流源，被配置为向所述电压跟随器电路提供预定电流；以及第二电流源，被配置为当所述差分输入端中的第二端与所述输出端之间的电势差等于或高于预定值时，向所述电压跟随器电路提供电流。

此外，根据本公开的另一个实施例，提供了一种包括上述放大器以及D/A转换电路的液晶显示驱动电路。

此外，根据本公开的另一个实施例，提供了一种液晶显示装置，包括：包含上述放大器、解码器电路和D/A转换电路的驱动电路；以及液晶显示部分。

在根据本公开的实施例的放大器、液晶显示驱动电路和液晶显示装置中，可以在抑制放大器的功耗的同时增加压摆率，而不管输入级和输出级处的电源电势如何。

通过下面结合附图的描述和所附权利要求。本技术的上述特征和优点将变得显而易见，在附图中，用类似的参考标记来指示类似的部分或元素。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例液晶显示装置的框图；

图2是示出液晶显示装置的源极驱动器电路的框图；

图3是示出源极驱动器电路的放大器的电路图；

图4是示出放大器的详细配置的电路图；

图5是示出作为图4的放大器的比较例的放大器的配置的电路图；

图6是图示利用图5的放大器执行的仿真的结果的图表视图；以及

图7到图9是图示利用图4的放大器执行的仿真的结果的图表视图。

具体实施方式

参照图1，公开了根据本技术的实施例的液晶显示装置1。液晶显示装置1包括液晶显示部分11、包括多个源极驱动器电路2的水平驱动电路12、包括多个栅极驱动器电路3的垂直驱动电路13、接口电路14和分级（gradation）电源15。

虽然未示出，但是液晶显示部分11包括半导体基板和相对板，在半导体基板上布置透明像素电极和TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管），并且在相对板上形成覆盖全部显示部分的透明电极。在基板之间密封液晶。各个TFT具有由水平驱动电路12和垂直驱动电路13控制的开关功能，以将驱动信号施加到像素电极，从而在像素电极与相对基板上的电极之间出现电势差。因此，液晶的透光率改变并且显示图像。

虽然未示出，但是液晶显示部分11包括按照行方向排列的多条扫描线以及按照列方向排列的多条数据线。在扫描线与数据线彼此交叉的位置处按照矩阵来布置液晶显示部分11的像素电极和TFT。

水平驱动电路12包括分别为数据线提供的多个源极驱动器电路2。源极驱动器电路2向各条数据线提供在其内产生的驱动信号。此后将描述水平驱动电路12的详情。

垂直驱动电路13包括分别为扫描线提供的多个栅极驱动器电路3。栅极驱动器电路3向各条栅极线提供在其内产生的驱动信号。

这样，源极驱动器电路2和栅极驱动器电路3分别向数据线和扫描线提供驱动信号，以便驱动液晶显示部分11的像素电极。

接口电路14向水平驱动电路12和垂直驱动电路13输出从外部提供到其的视频信号和控制信号。控制信号例如包括垂直起始信号、垂直时钟、使能信号、水平起始信号和水平时钟。视频信号例如包括串行图像数据R、G和B。接口电路14将串行图像数据R、G和B转换为并行图像数据R、G和B，并向水平驱动电路12的源极驱动器电路2输出并行图像数据作为输入视频信号。换句话说，接口电路14操作为用于基于从外部输入的视频信号而产生并行图像数据R、G和B的输入视频信号的解码器电路。

分级电源15产生分级电压。分级电源15向源极驱动器电路2输出所产生的分级电压。

然后，参照图2描述源极驱动器电路2。源极驱动器电路2包括D/A转换电路（DAC块）21和放大器22。

D/A转换电路21接收来自操作为解码器电路的接口电路14的输入视频信号以及来自分级电源15的分级电压。D/A转换电路21响应于输入视频信号而选择分级电压，并且向放大器22输出所选择的分级电压作为驱动模拟信号。

来自D/A转换电路21的驱动模拟信号被输入到放大器22。放大器22将驱动模拟信号放大以产生驱动信号。放大器22向数据线提供所产生的驱动信号。

参照图3来描述放大器22。放大器22包括电压跟随器电路221、第一电流源222和第二电流源223。

电压跟随器电路221具有差分输入端和反馈到差分输入端中的一个的输出端。电压跟随器电路221放大被输入到另一差分输入端（此后称之为输入端IN）的输入信号，并从输出端OUT输出放大后的输入信号。

第一电流源222是恒流源，其提供电压跟随器电路221操作所必需的电流I。第一电流源222向电压跟随器电路221提供预定电流I。

当输入端IN与输出端OUT之间的电势差等于或大于预定值时，第二电流源223向电压跟随器电路221提供电流Iadd。

参照图4来描述放大器22的详情。

电压跟随器电路221包括PMOS晶体管M10和M11。PMOS晶体管M11在其栅极端处连接到输入端IN，并且在其源极端处连接到第一电流源222和第二电流源223。PMOS晶体管M10在其栅极端处连接到输出端OUT，并且在其源极端处连接到第一电流源222和第二电流源223。PMOS晶体管M10和M11的栅极端构成电压跟随器电路221的差分输入端。

电压跟随器电路221包括NMOS晶体管M12和M13。NMOS晶体管M12在其漏极端处连接到PMOS晶体管M10的漏极端，并且在其源极端处连接到第二电源电势Vss。NMOS晶体管M13在其漏极端处连接到PMOS晶体管M11的漏极，并且在其源极端处连接到第二电源电势Vss。NMOS晶体管M12在其栅极端处连接到NMOS晶体管M13的栅极端和NOMS晶体管M12的漏极，并且NMOS晶体管M12和M13构成电流镜电路。此后，由晶体管M10至M13配置的电路被称为差分级。

电压跟随器电路221包括PMOS晶体管M14，在其源极端处连接到低电源电势VDDL。偏置电压Vb2被施加到PMOS晶体管M14的栅极端。电压跟随器电路221包括：NMOS晶体管M15，在其漏极端处连接到PMOS晶体管M14的漏极端；以及PMOS晶体管M16，在其源极端处连接到PMOS晶体管M14的源极端。偏置电压Vb3被施加到NMOS晶体管M15的栅极端，并且偏置电压Vb4被施加到PMOS晶体管M16的栅极端。电压跟随器电路221包括NMOS晶体管M17，在其漏极端处连接到NMOS晶体管M15的源极端以及PMOS晶体管M16的漏极端，并且在其源极端处连接到第二电源电势Vss。偏置电压Vb5被施加到NMOS晶体管M17的栅极端。

电压跟随器电路221包括PMOS晶体管M18，在其源极端处连接到低电源电势VDDL并且在其漏极端出连接到输出端OUT。PMOS晶体管M18的栅极端连接到PMOS晶体管M14的漏极端。PMOS晶体管M18的栅极端被施加有取决于晶体管M14至M17的尺寸以及偏置电压Vb2至Vb5的电压。

电压跟随器电路221包括NMOS晶体管M19，在其漏极端处连接到输出端OUT并且在其源极端处连接到第二电源电势Vss。NMOS晶体管M19的栅极端连接到PMOS晶体管M11的漏极端。

电压跟随器电路221包括：电容性元件C1，在其一端处连接到PMOS晶体管M18的栅极端，并且在其另一端处连接到PMOS晶体管M18的漏极端；以及另一电容性元件C2，在其一端处连接到NMOS晶体管M19的栅极端，并且在其另一端处连接到NMOS晶体管M19的漏极端。此外，电压跟随器电路221包括电容性元件C3，在其一端处连接到输出端OUT，并且在其另一端处连接到第二电源电势Vss。

应当注意，上述电压跟随器电路221是一个例子，并且可以使用与上述参照图4描述的配置不同的配置的电压跟随器电路，作为放大器22的放大级。

图4的电压跟随器电路221的压摆率取决于流过电容性元件C1及C2和差分级的电流。具体而言，如果流过差分级的电流是Id（Id＝I+Iadd），则由电流Id与电容性元件C1之间的商或电流Id与电容性元件C2之间的商来确定电压跟随器电路221的压摆率。

第一电流源222包括PMOS晶体管M2，在其源极端处连接到高电源电势，并且在其漏极端处连接到电压跟随器电路221的差分级。偏置电压Vb1被施加到PMOS晶体管M2的栅极端。PMOS晶体管M2响应于偏置电压Vb1向电压跟随器电路221提供电流I。

第二电流源223包括NMOS晶体管M31，在其源极端处连接到输出端OUT，并且在其栅极端处连接到输入端IN。NMOS晶体管M31响应于其源极与栅极之间的电势差、也即输出电势与输入电势之间的电势差来产生电流。

第二电流源223包括：PMOS晶体管M32，在其源极端处连接到高电源电势VDDH，并且在其漏极端处连接到NMOS晶体管M31的漏极端；以及PMOS晶体管M33，在其源极端处连接到高电源电势VDDH，并且在其漏极端处连接到电压跟随器电路221的差分级。PMOS晶体管M32在其栅极端处连接到PMOS晶体管M33的栅极端和PMOS晶体管M32的漏极端。PMOS晶体管M32和M33构成电流镜电路。PMOS晶体管M32和M33向电压跟随器电路221的PMOS晶体管M10和M11提供由NMOS晶体管M31产生的电流I1。

第二电流源223也包括PMOS晶体管M34，在其源极端处连接到输出端OUT，并且在其漏极端处连接到电压跟随器电路221的差分级。PMOS晶体管M34的栅极端连接到输入端IN，并且PMOS晶体管M34响应于其源极与栅极之间的电势差、也即输出电势与输入电势之间的电势差来产生电流I2。PMOS晶体管M34向电压跟随器电路221的PMOS晶体管M10和M11提供在其中产生的电流I2。

接下来，描述放大器22的效果。首先，为了比较，描述不包括第二电流源223的放大器22a。图5示出放大器22a的电路配置。参照图5，除了放大器22a不包括第二电流源223以外，其具有与图4中的放大器22相同的配置。因此，下面使用与对放大器22所使用的参考符号一样的参考符号来描述放大器22a。

放大器22a的电压跟随器电路221的输入端IN也操作为放大器22a的输入端IN。输入端IN从D/A转换电路21接收驱动模拟信号。电压跟随器电路221借助于差分级来放大输入到其驱动模拟信号，以生成驱动信号。驱动信号通过输出端OUT被提供到图1的液晶显示部分11的栅极线。从第一电流源222提供电压跟随器电路221的差分级产生驱动信号所必需的电流。

由于所提供的源极驱动器电路2的数目等于栅极线的数目，所以在源极驱动器电路2中合并的放大器22a的数目与栅极线的数目一样多。因此，如果依据输入端IN处的输入电势的增加所有放大器22a的输出被提升，也就是说，如果输出端OUT的输出电势在所有的电压跟随器电路221中都被提高，则图5中所示的PMOS晶体管M10和M11的源极端处的电势也被提升类似程度。当PMOS晶体管M10和M11的源极端处的电势升高时，第一电流源222中的PMOS晶体管M2的漏极端处的电势升高。由于PMOS晶体管M2的栅极与漏极之间的寄生电容器的影响，PMOS晶体管M2的漏极端处的该电势升高提升了PMOS晶体管M2的栅极端处的电势。PMOS晶体管M2的栅极端处的电势升高使得由PMOS晶体管M2产生的电流I降低。

如上所述，电压跟随器电路221的压摆率取决于流过电容性元件C1、C2和差分级的电流I。因此，当PMOS晶体管M2产生的电流I降低时，电压跟随器电路221的压摆率恶化。

通常，施加到第一电流源222的PMOS晶体管M2的栅极端的偏置电压Vb1由单个偏置电压产生部分（未示出）来产生并被提供到每个放大器22a，以防止芯片面积的增加。如果输出电势依据输入端IN处的输入电势的升高而在每个放大器22a中升高，则每个PMOS晶体管M2的栅极端处的电势升高。然而，未示出的偏置电压产生部分可能不能应对栅极端处的电势的升高。因此，相较于其中一个放大器22a的输出电势升高的情况，在输出电势在所有放大器22a中升高的情况中，放大器22a的压摆率显著恶化。

图6图示在图5中示出的放大器22a的压摆率。具体而言，图6示出在液晶显示装置1所具有的栅极线的数目、即放大器22a的数目是342的情况下、放大器22a的仿真的结果。图6中的实线曲线图示输入到输入端IN的驱动模拟信号。图6中的虚线曲线图示当仅驱动一个放大器22a时从该一个放大器22a的输出端OUT中输出的驱动信号。图6中一长两短交替线的曲线图示当驱动171个放大器22a时从所驱动的放大器22a的一个的输出端OUT中输出的驱动信号。图6中的虚线曲线图示当驱动所有342个放大器22a时从所驱动的放大器22a的一个的输出端OUT中输出的驱动信号。

如从图6中可以看出的，当驱动一个放大器22a时，所输出的驱动信号的上升时间是0.8微秒，但是当驱动所有342个放大器22a时，所输出的驱动信号的上升时间是1.9微秒。因而，当要驱动的放大器22a的数目增加时，艘输出的驱动信号的上升时间变慢，并且放大器22a的压摆率恶化。

考虑于此，根据本实施例的放大器22被配置为使得其除了第一电流源222包括第二电流源223。在下文中，参照图4描述第二电流源223的效果。

如图4所示，第二电流源223包括NMOS晶体管M31。NMOS晶体管M31的栅极端连接到输入端IN，且其源极端连接到输出端OUT。因此，当输入端IN处的电势比输出端OUT处的电势高预定值或更高时，NMOS晶体管M31产生电流I1。该预定值取决于NMOS晶体管M31的阈值电压。由NMOS晶体管M31产生的电流I1通过由PMOS晶体管M32和M33构成的电流镜而被提供到电压跟随器电路221。

第二电流源223也包括PMOS晶体管M34。PMOS晶体管M34的栅极端连接到输入端IN，且其源极端连接到输出端OUT。因此，当输入端IN处的电势比输出端OUT处的电势低预定值或更低时，PMOS晶体管M34产生电流I2。该预定值取决于PMOS晶体管M34的阈值电压。由PMOS晶体管M34产生的电流I2被提供到电压跟随器电路221。

以此方式，根据本实施例的放大器22检测输出端OUT与输入端IN之间的电势差的变化，并响应于电势差的变化而向电压跟随器电路221提供来自第二电流源223额外电流Iadd（=I1+I2）。通过提供响应于输入端IN与输出端OUT之间的电势差的额外电流，即使当放大器22具有多个电位时，也能够提高压摆率，而抑制放大器22的功耗。

图7图示在图4中示出的放大器22的压摆率。具体而言，图7示出在液晶显示装置1所具有的栅极线的数目、即放大器22的数目是342的情况下、放大器22的仿真的结果。图7中的实线曲线图示输入到输入端IN的驱动模拟信号。图7中的虚线曲线图示当仅驱动一个放大器22时从该一个放大器22的输出端OUT中输出的驱动信号。图7中一长两短交替线的曲线图示当驱动171个放大器22时从所驱动的放大器22的一个的输出端OUT中输出的驱动信号。图7中的虚线曲线图示当驱动所有342个放大器22时从所驱动的放大器22的一个的输出端OUT中输出的驱动信号。

如从图7中可以看出的，当所驱动的放大器22的数目增加时，虽然所输出的驱动信号的上升变慢了一点点，但是与图6中的延迟量相比其延迟量被减小。因此，通过以此方式使用根据本实施例的放大器22，即使当所驱动的放大器22的数目增加时，也能够抑制压摆率的恶化。

图8图示当向放大器22的输入端IN输入在图7中图示驱动模拟信号时、在第一电流源222中的PMOS晶体管M2的栅极与源极之间的电压Vgs的变化。如通过图8所可以看到的，当驱动模拟信号上升时PMOS晶体管M2的栅极与源极之间的电压Vgs显著降低，而当驱动模拟信号下降时PMOS晶体管M2的栅极与源极之间的电压Vgs显著升高。以此方式，当向输入端IN输入该驱动模拟信号时，PMOS晶体管M2的栅极与源极之间的电压Vgs、即第一电流源的操作变化。然而，根据本实施例，可以通过提供第二电流源223而如图7所示抑制放大器22的压摆率的恶化。

图9图示当向放大器22的输入端IN输入在图7中图示的驱动模拟信号时、提供到差分级的电流Id（I+Iadd）。根据图9，可以认识到在驱动模拟信号的上升和下降时流过较大的电流。因为第二电流源223提供响应于输入端IN处的电势与输出端OUT处的电势之间的差的电流Iadd，如同9中所示，所以可以如图7中所示地抑制放大器22的压摆率的恶化。

如上所述，因为根据本实施例的放大器22包括第二电流源223，所以其可以向电压跟随器电路221提供响应于输入端IN与输出端OUT之间的电势差的变化的额外电流Iadd。因此，可以抑制放大器22的压摆率的恶化，而减小第一电流源222的功耗。

应当注意，虽然这里描述的实施例针对其中向液晶显示装置1应用放大器22的情况，但是不仅可以向液晶显示装置1而且可以向任何电路应用放大器22，只要该电路使用电压跟随器电路221来放大信号即可。因为当驱动多个放大器22时对压摆率的恶化的影响较大，所以可以优选地将本实施例的放大器22应用于其中驱动多个放大器22的电路，诸如液晶显示装置1。

最后，上述实施例仅仅是本技术的例子，并且本技术不局限于这里所描述的实施例。对于本领域技术人员来说显然的是，可以做出各种替换和修改，而不会脱离如在权利要求中限定的本技术的精神和范围。

本公开包括涉及在2011年7月15日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-156312中公开的主题，其全部内容通过引用而被合并于此。

Claims

1.一种放大器，包括：

电压跟随器电路，具有差分输入端和反馈到所述差分输入端中的第一端的输出端，所述电压跟随器电路被配置为放大被输入到所述差分输入端中的第二端的输入信号并从输出端输出放大后信号；

第一电流源，被配置为向所述电压跟随器电路提供预定电流；以及

第二电流源，被配置为当所述差分输入端中的第二端与所述输出端之间的电势差等于或高于预定值时，向所述电压跟随器电路提供电流。

2.根据权利要求1所述的放大器，其中，当所述差分输入端中的第二端处的电势比所述输出端处的电势高预定值或更高时，所述第二电流源向所述电压跟随器电路提供电流。

3.根据权利要求1所述的放大器，其中，当所述差分输入端中的第二端处的电势比所述输出端处的电势低预定值或更低时，所述第二电流源向所述电压跟随器电路提供电流。

4.一种液晶显示驱动电路，用于输出用以驱动在操作来显示图像的液晶显示部分中提供的像素的驱动信号，包括：

数模转换电路，被配置为响应于输入视频信号来生成驱动模拟信号；以及

放大器，包含

电压跟随器电路，具有差分输入端和反馈到所述差分输入端中的第一端的输出端，所述电压跟随器电路被配置为放大被输入到所述差分输入端中的第二端的驱动模拟信号并从输出端输出放大后信号，

第一电流源，被配置为向所述电压跟随器电路提供预定电流，和

5.一种液晶显示装置，包括：

驱动电路，包含

解码器电路，被配置为对输入信号进行解码以产生输入视频信号，

数模转换电路，被配置为响应于所述输入视频信号来生成驱动模拟信号，以及

放大电路，包含多个放大器，每个放大器包括，

第二电流源，被配置为当所述差分输入端中的第二端与所述输出端之间的电势差等于或高于预定值时，向所述电压跟随器电路提供电流，

液晶显示部分，包含由所述驱动信号驱动的多个像素，并被配置为显示图像。