CN1064137C - 薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路 - Google Patents

薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路 Download PDF

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Abstract

一种薄膜晶体管的液晶显示器的电源驱动电路，包含：模拟开关电路，其包括第一和第二模拟开关电路，分别用于导通或关断第一和第二电源信号；第一达林顿电路，用于通过关断所述第一模拟开关电路产生波形电压Von的低电平；第二达林顿电路，用于通过导通所述第二模拟开关电路产生波形电压Voff的高电平；还包括第一至第三开关电路。该电路降低了功率消耗并提供基本上不受影响的偏置电压。

Description

薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路
本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的电源驱动电路，更确切地说通过利用达林顿电路取代用于产生输出电压的运算放大器降低功率损耗。
普遍已知有两种，向薄膜晶体管液晶显示器供电的方法：一种是公共电极恒定驱动法，另一种是公共电极反相驱动法。
公共电极反相驱动法可以将灰度电压的范围降低到公共电极恒定驱动法的对应范围的一半，因此能够采用由互补的金属氧化物半导体形成方法得到的、尺寸小、价格低的集成驱动电路。
公共电极反相驱动法已经在92年的JAPAN DISPLAY(日本显示器)的475-478页上的“用于利用3比特数字数据信号驱动器的纸薄尺寸型计算机的一种8．4-置入TFT-LCD系统”以及在1993年8月的NIKKEL MIC RODEVICES(微器件)上的64-65页上由TOSHIBA和HITACHI SEI-SAKUSHO等提出的“用于低消耗功率的TFT彩色液晶的5V驱动方法”中公开。
在这种方法中，如在上述文件中所引证的，施加到液晶上的灰度电压的电位以及公共电极电压的电位按预定的幅度摆动。这种方法具有的优点在于，通过利用低压驱动液晶可以降低驱动该电路的功率消耗，而它存在的缺点是由于采用复杂的驱动方法，驱动电路的制造困难。
为了利用公共电极反相驱动法来驱动一个薄膜晶体管液晶显示器，需要具有如图1A-1C中所示波形的电源驱动信号。在图1A中所示的Von是输入到门极驱动器使薄膜晶体管周期性地导通(ON)的输入波形，在图1C中所示的Voff是输入到门极驱动器使薄膜晶体管的所有晶体管截止(OFF)的输入波形，以及，在图1B中所示的Vcom是输入到液晶显示器的一个公共电极的输入波形(Von、Voff和Vcom均指示在图2中)。
通常，为了形成这样的波形，已经采用的典型电源驱动电路包括两个模拟开关1和2、三个作为电压跟随器的运算放大器OP1到OP3、以及二个推挽放大器P1到P3，如图2所示。
下面参阅图2更详细地介绍常规的电源驱动电路。
输入到薄膜晶体管液晶显示器的RVS信号(反相信号)是一个用于使Von、Voff、Ccom逐步使用的定时信号，而RVSB信号是与RVS信号反相的信号。RVS和RVSB信号由定时控制器输出。
第一模拟开关电路1由模拟开关AS1组成，一对可变电阻VR11和VR12以及一对电阻R11和R12连接到其上。第二模拟开关电路2由模拟开关AS2组成，四个可变电阻VR21到VR24以及四个电阻R21到R24连接到其上。当控制开关的RVS信号为高电平时，模拟开关电路1和2导通，当RVS信号为低电平时则它们关断。
作为电压跟随器工作的运算放大器OP1到OP3将输入到反相端的电压电平施加到推挽放大器P1到P3的基极端，不管推挽放大器P1至P3的负载状态如何。
在这种工况中，电源表达如下：
VGG(+25V)＞VCC(+8V)＞VDD(+5V)＞GND(0V)＞VEE(-8V)，其中在圆括号中的数字是典型的电位。
下面介绍产生波形电压Von的步骤。
当RVS信号为高电平时，RVSB信号为低电平。这时，模拟开关AS1输出由可变电阻VR2设定的电压，该电压经过运算放大器OP1输入到推挽放大器P1的基极端。该输入电压下降大小为电压VBE，其与电压电平Vgh1相等。
当RVS信号为低电平，RVSB信号为高电平时，与上述情况不同。这时，模拟开关AS1输出由可变电阻VR11设定的电压，如在上述情况不一样，该电压经过运算放大器OP1输入到推挽放大器P1的基极端。然后，推挽放大器P1输出电压Vgh2，其下降大小如VBE。
利用相同的方法得到波形电压Vcom。在这种情况下，利用可变电阻VR22调节电平Vcl，而同时利用VR21调节电平Vc2。在波形电压Voff中，利用可变电阻VR24调节电平Vgl1，同时利用可变电阻VR23调节电平Vgl2。
然而，当按照上述构成电源驱动电路时，存在两个缺点：首先功率消耗相当大。这就是为什么在DOSHIBA和HITACHI SEISAKUSHO的上述文件中所引证的，由于在产生电源驱动波形中运算放大器的大的功率消耗引起该电路的功率消耗已经增加的原因。其次，因为运算放大器的偏置电压和施加到推挽放大器的基极-发射极的电压使该电压降低，不能输出电源电压电平。换句话说，尽管电平Vgl2为电压VEE是所希望的，常规技术的电路输出经衰减的电压等于运算放大器的偏置电压和施加到推挽放大器的基极-发射极的电压。
同时，理论上的波形电压Vcom在地电位GND和电压VDD之间摆动，这个波形需要并因此导致增加功率消耗。
根据上述，本发明的一个目的是提供一种用于驱动薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的电路，其具有最低功率，能够大量降低功率消耗并具有偏置电压。
为了实现这个目的，根据本发明的一个优选实施例，所提供的电路包含：模拟开关电路，其包括用于导通(ON)或关断(OFF)第一电源信号的第一模拟开关电路和用于导通(ON)或关断(OFF)第二电源信号的第二模拟开关电路，这些电源信号是由与一反相信号和一非反相信号的每个电平相对应的反相信号提供的；第一达林顿电路，其通过关断所述第一模拟开关电路产生波形电压Von的低电平；第二达林顿电路，其通过导通所述第二模拟开关电路产生波形电压Voff的高电平；第一开关电路，用于当反相信号处于高电平时利用导通的第一电源信号，输出波形电压Von的高电平，以及用于当所述反相信号处于低电平时由第一达林顿电路输出波形电压Von的低电平；第二开关电路，用于当反相信号处于低电平时，利用导通的第二电源信号输出波形电压Voff的低电平，以及用于当所述反相信号处在高电平时，由第二达林顿电路输出波形电压Voff的高电平；以及第三开关电路，用于当所述反相信号处于低电平时输出地电压，以及用于当所述反相信号处于高电平时，输出给定的电源电压电平。
图1是用于驱动薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动信号的常规波形图；
图2是根据现有技术的用于驱动薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路的详细电路图；
图3是根据本发明的一个优选实施例的用于驱动薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路的详细电路图。
参阅附图3介绍本发明的一个优选实施例。
如图3所示，用于形成诸如Von、Voff、Vcom波形的电路包含：模拟开关电路，其包括都为模拟多路转换器的第一模拟开关电路AS1和第二模拟开关电路AS2；达林顿电路3和5，它们中的每一个的输入端连接到模拟开关AS1和AS2中的每个输出端；以及第一、第二和第三开关电路，它们中的每个输入端连接到模拟开关AS1和AS2以及达林顿电路3和5中的每个输出端。该第一、第二和第三开关电路，每一个都包括各自的N-MOS晶体管对。此外，第一、第二和第三开关电路，每一个也可包含各自的P-MOS晶体管对。
在图2所示的常规电路中，使用一个模拟开关用于输出一个确定输出电压电平的电压电平，而在本发明的电路中，使用模拟开关用于输出该使N-MOS晶体管导通或关断的电位。
利用来自模拟开关AS1和AS2的输出使之导通或关断的每对N-MOS晶体管n41和n42、n61和n62以及n71和n72可以用P-MOS晶体管来替代。
分别包括有达林顿晶体管D3和D4以及调节电阻VR3和VR5的达林顿电路3和5，其特征在于，它们经过N-MOS晶体管n42和n62输出电平Ngh2和Ngl1。即第一和第二达林顿电路，每个都包括一用于利用电压降调节所述第一或第二电源信号的电压的可变电阻，以及一达林顿晶体管，其用于从经调节的电压降低一个与基极-发射极电压大小相等的电压，并且用于向相对应的开关电路输出经降低的电压。
接着介绍形成波形电压Von的方法。
当RVS信号为高电平时，模拟开关AS1导通，而当RVS信号为低电平时，其关断。因而，假如输出高电平状态的RVS信号，电源信号VGG被提供到N-MOS晶体管n41的门极，因此，Von变为VGG-Vth。同时，地电平被提供到N-MOS晶体管42的门极，因而N-MOS晶体管42被关断。
假如输出高电平状态的PVSB信号，VGG被提供到N-MOS晶体管n42的门极，该晶体管n42接着导通，输出由调节电阻VR3确定的电平Vgh2。这时，地电平被提供到N-MOS晶体管n41的门极，N-MOS晶体管n41被关断。因此，在RVS信号为高或低电平的情况下，通过波形电压Von输出端分别输出Vgh1或Vgh2。
下面介绍形成波形电压Voff的方法。
当RVS信号为高电平时，模拟开关AS2将电源信号CCC提供到所要导通(ON)的N-MOS晶体管n62的门极，将在VB利用可变电阻VR5调节的下降大小为2VBE的电位Vgl1输出到N-MOS晶体管n62的源极端。在这个过程中，利用施加到N-MOS晶体管n61的门极的VEE，使N-MOS晶体管n61关断。
此外，将电源电压电平提供到N-MOS晶体管n62的门极，因此，N-MOS晶体管n62被关断。结果，在RVS信号为高或低电平的情况下，经过波形电压Voff的输出端分别输出Vgh1或Vgh2。
接着介绍形成波形电压Vcom的方法。
将N-MOS晶体管n61和n62的门极端分别连接到N-MOS晶体管n71和n72的门极端。由此，当N-MOS晶体管n61导通时，N-MOS晶体管n72导通，并且经过波形电压Vcom的输出端输出零电位电平(GND)。
同时，当N-MOS晶体管n62导通时，N-MOS晶体管n71导通，使得经过波形电压Vcom的输出端输出电源电压电平VDD。即当RVS信号为高或低电平时，分别输出VC1(VDD)或VC2(GND)。
如上所述，本发明的实施例所需电源消耗功率约为0．5瓦，小于常规技术的数值。此外根据本发明，可以用电源电压电平VEE替代电压电平Vgl2，使得薄膜晶体管充分地接受波形电压Voff的电压。由此，能够得到一个用于驱动薄膜晶体管液晶显示器的电路，其能改进液晶显示器的画面质量。

Claims (5)

1．一种用于驱动薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路，包含：
模拟开关电路，其包括：第一模拟开关电路，用于导通或关断第一电源信号以及第二模拟开关电路，用于导通或关断第二电源信号，这些电源信号是由一反相信号和一非反相信号中的每个电平相对应的反相信号提供的；
第一达林顿电路，用于通过关断所述第一模拟开关电路产生波形电压Von的低电平；
第二达林顿电路，用于通过导通所述第二模拟开关电路产生波形电压Voff的高电平；
第一开关电路，用于当该反相信号处于高电平时，利用导通的第一电源信号，输出波形电压Von的高电平，以及用于当该反相信号处于低电平时，由第一达林顿电路输出波形电压Von的低电平；
第二开关电路，用于当该反相信号处于低电平时，利用导通的第二电源信号，输出波形电压Voff的低电平，以及用于当该反相信号处于高电平时，由第二达林顿电路输出波形电压Voff的高电平；以及
第三开关电路，用于当所述反相信号处于低电平时，输出地电压，以及用于当所述反相信号处于高电平时，输出给定的电源电压电平。
2．根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路，其中所述第一模拟开关电路和所述第二模拟开关电路是模拟多路转换器。
3．根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路，其中所述第一、第二和第三开关电路，每个都包括各自的一对N-MOS晶体管。
4．根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路，其中所述第一、第二和第三开关电路，每个都包括各自的一对P-MOS晶本管。
5．根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的电源驱动电路，其中所述第一和第二达林顿电路每个都包括用于利用电压降调节所述第一或第二电源信号电压的可变电阻，以及一达林顿晶体管，用于由经调节的电压下降与其基极-发射极电压大小相同的电压，并用于将该下降的电压输出到相对应的开关回路。
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