CN115953988A - 液晶显示装置、显示驱动放大电路及显示驱动放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置、显示驱动放大电路及显示驱动放大方法，显示驱动放大电路包括：输入模块被配置为响应于输入信号之间的电压差产生输入电流；包括连接在供电端和输出节点之间的第一晶体管和连接在输出节点和接地端之间的第二晶体管；放大模块被配置为响应于输入电流，输出用于控制在第一晶体管中流动的电流的第一控制电压以及控制在第二晶体管中流动的电流的第二控制电压；预充电模块连接在放大模块与输出模块之间，包括用于稳定输出节点的输出信号频率特性的补偿电容，以及若干开关管，其中，预充电模块被配置为在驱动放大周期中第一时间段将补偿电容从环路中断开，并对补偿电容进行预充电。实现了显示驱动放大电路的快速响应。

Description

液晶显示装置、显示驱动放大电路及显示驱动放大方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种液晶显示装置、显示驱动放大电路及显示驱动放大方法。

背景技术

液晶显示装置是利用液晶分子的排列方向在电场的作下发生变化的现象改变光源透光率的显示装置。液晶显示装置已经广泛地应用于诸如手机的移动终端和诸如平板电视的大尺寸显示面板中。液晶显示装置中，通常经由栅极扫描线选通薄膜晶体管，以及经由源极数据线将与灰阶相对应的电压施加至像素电容C_LC，从而改变液晶分子的取向以实现相应灰阶的亮度。

在源极驱动器施加灰阶电压至像素电容C_LC的过程中，需要通过显示驱动放大器为屏幕提供快速稳定的电压信号，确保屏幕正确的显示，因此具备稳定且快速响应性能的驱动放大电路是显示驱动芯片中至关重要的核心模块。在实际应用中，随着屏幕分辨率和刷新频率的逐步提高，屏幕等效电学负载大幅提升，同时对于显示驱动放大器输出信号的响应时间的需求又进一步缩小，传统的显示驱动放大器由于自身转换速率的限制，已经很难满足现有需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种液晶显示装置、显示驱动放大电路及显示驱动放大方法，从而提高显示驱动放大器的响应速度。

根据本发明的一方面，提供一种显示驱动放大电路，包括：

输入模块，被配置为响应于输入信号之间的电压差产生输入电流；

输出模块，包括连接在供电端和输出节点之间的第一晶体管和连接在输出节点和接地端之间的第二晶体管；

放大模块，被配置为响应于所述输入电流，输出用于控制在所述第一晶体管中流动的电流的第一控制电压以及所述控制在第二晶体管中流动的电流的第二控制电压；

预充电模块，连接在所述放大模块与所述输出模块之间，所述预充电模块包括用于稳定所述输出节点的输出信号频率特性的补偿电容，以及若干开关管，

其中，所述预充电模块被配置为通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第一时间段将所述补偿电容从所述显示驱动放大电路的环路中断开，并对所述补偿电容进行预充电。

优选的，所述预充电模块被配置为通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第二时间段，将所述补偿电容接入所述显示驱动放大电路的环路。

优选的，所述若干开关管包括第一组开关管、第二组开关管以及第三组开关管，所述第一组开关管和第二组开关管分别受相互互补的第一控制信号和第一互补信号控制，所述第三组开关管受第二控制信号控制。

优选的，所述放大模块包括依次级联在供电端与接地端之间的第一共栅负载、二极管连接负载以及第二共栅负载。

优选的，所述第一组开关管包括：

连接在所述第一共栅负载与所述补偿电容之间的第一开关管；

连接在所述第二共栅负载与所述补偿电容之间的第三开关管；

连接在所述二极管连接负载与所述第一晶体管的栅极之间的第五开关管；

连接在所述二极管连接负载与所述第二晶体管的栅极之间的第七开关管；

所述第二组开关管包括：

连接在所述供电端与所述补偿电容之间的第二开关管；

连接在所述接地端与所述补偿电容之间的第四开关管；

连接在所述供电端与所述第一晶体管的栅极之间的第六开关管；

连接在所述接地与所述第二晶体管的栅极之间的第八开关管；

连接在所述补偿电容中间节点与所述输出节点之间的第十开关管；

所述第三组开关管包括：

连接在输入信号端与所述输出节点之间的第九开关管。

优选的，在所述第一时间段，第一互补控制信号有效，第二控制信号无效，在所述第二时间段，第一互补控制信号有效，第二控制信号有效。

优选的，驱动放大周期还包括所述第二时间段之前的第三时间段，在所述第三时间段，第一控制信号和所述第二控制信号均从无效状态变为有效状态，其中，第一控制信号的跳动边沿早于所述第二控制信号的跳动边沿。

根据本发明另一方面，提供一种显示驱动放大方法，包括：

响应于输入信号之间的电压差产生输入电流；

响应于所述输入电流，输出用于控制在第一晶体管中流动的电流的第一控制电压以及控制在第二晶体管中流动的电流的第二控制电压；

通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第一时间段将补偿电容从显示驱动放大电路的环路中断开，并对所述补偿电容进行预充电。

优选的，显示驱动放大方法还包括：通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第二时间段，将所述补偿电容接入所述显示驱动放大电路的环路。

根据本发明又一方面，提供了一种显示装置，包括上述所述的显示驱动放大电路。

本发明提供的显示驱动放大电路输出为高阻状态时，对补偿电容Cc充电预充电；在PH2时间段，显示驱动放大电路处于闭环状态时，补偿电容Cc重新接回显示驱动放大电路的环路内。由于补偿电容Cc已经在PH1期间预充电，此时显示驱动放大电路的输出仅需要很短的时间即能建立，规避了补充电容Cc的充电过程对显示驱动放大电路自身转换速率的影响，实现快速的响应。

在优选的实施例中，还可以控制补偿电容Cc充电预充电时间段完成的时刻早于补偿电容Cc重新接回显示驱动放大电路的环路内的时刻，以实现显示驱动放大电路的最佳性能。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的液晶显示装置的等效电路图；

图2示出了本申请实施例提供的源极驱动器内部电路结构示意图；

图3示出了现有技术的显示驱动放大电路的示意图；

图4示出了本申请实施例提供的显示驱动放大电路的示意图；

图5a示出了本申请实施例提供显示驱动放大电路控制信号时序图；

图5b示出了本申请实施例提供显示驱动放大电路控制信号时序图；

图6示出了本申请与现有技术驱动放大电路中信号转换的对比示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和、或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的，或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

此外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了本申请实施例提供的液晶显示装置的等效电路图；

如图1所示，液晶显示器包括液晶面板110、各自具有多条源极线Sn的源极驱动器120、以及各自具有栅极线Gn的多个栅极驱动器130。源极线也称为数据线或数据通道。每个源极驱动器120驱动设置在液晶面板110上的源极线Sn；每个栅极驱动器130驱动设置在液晶面板110上的栅极线Gn。

液晶面板110包括多个像素111。每个像素111包括开关晶体管T、用于减少来自液晶的电流泄漏的存储电容器Cs和液晶电容器C_LC。开关晶体管T响应于驱动栅极线Gn的信号而导通或截止，并且开关晶体管T的第一输入端连接源极线Sn，存储电容Cs连接在开关晶体管T的第二输入端和地电压VSS之间，液晶电容C_LC连接在开关晶体管T的第二输入和公共电压VCOM之间，示例性的，公共电压VCOM可以为上述电源电压VDD的一半。

源极驱动器120通过栅极扫描线选通开关晶体管T，栅极驱动器130通过源极数据线将与灰阶相对应的电压施加至像素电容C_LC，从而改变液晶分子的取向以实现相应灰阶的亮度。

图2示出了本申请实施例提供的源极驱动器内部电路结构示意图；源极驱动器200包括数模转换器(DAC)121、显示驱动放大电路122。

数模转换器121将数字图像信号转换成模拟图像信号(A_DATA1、A_DATA2、...、A_DATAn)并输出它们，每个模拟图像信号A_DATA1、A_DATA2、...、A_DAATn代表灰阶电压。

每个显示驱动放大电路122放大对应的模拟视频信号(A_DAT1、A_DAT2、...、A_DATn之一)并将其传送到对应源极线作为源极驱动信号(Y1、Y2、...、Yn之一)，源极驱动信号被提供给与源极线连接的负载LD。负载LD可以建模为串联的表征片外屏幕的等效电阻负载RL和电容负载CL。

图中未示出的，数模转换器(DAC)121、显示驱动放大电路122之间还可以包括输出开关和电荷共享开关，每个显示驱动放大电路122放大的模拟视频信号传送到对应的输出开关。输出开关响应于输出开关控制信号而输出放大的模拟图像信号作为源极驱动信号(Y1、Y2、...、Yn之一)。电荷共享开关用于共享存储在连接到所有源极线的负载中的电荷，以将源极线驱动信号的电压转换为预定的预充电电压(Precharge with precharge)。当相邻源极线驱动信号的电压极性彼此相反时设置预充电电压，(例如，第一源极线驱动信号Y1的电压在VDD和VDD/2之间具有正极性电压，第二源极线驱动信号Y2的电压为VDD/2与VSS之间的负极性电压时，预充电电压可以为VDD/2)。这种电荷共享方式主要用于驱动大型液晶面板的源极驱动器，以减轻显示驱动放大电路122的电流供应负担。

图3示出了现有技术的显示驱动放大电路的示意图；

如图3所示，现有技术中的显示驱动放大电路122具有输入模块10、放大模块20、输出模块30，现有技术中的显示驱动放大电路122中各个模块的具体电路结构是本领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。

其中，输入模块10为放大模块20提供输入信号，放大模块20提供高增益，用于放大模拟视频信号，实现高精度电压输出；输出模块30，用于响应放大模块20放大的信号输出源极线驱动信号。

输出模块30包括两个电容器Cc，用于稳定输出信号的频率特性，即，电容器Cc控制显示驱动放大电路122的输出信号OUT不振荡，两个电容器Cc组成的单元也称为米勒补偿电容单元。显示驱动放大电路的输出电压的转换速率(SR)与电容器Cc的电容值相关。

现有技术的显示驱动放大电路受限于自身转换速率，对于输出信号响应时间的需求很难满足。

图4示出了本申请实施例提供的显示驱动放大电路的示意图；

如图4所示，本申请实施例提供的显示驱动放大电路122具有输入模块10、放大模块20、输出模块30以及预充电模块40。

其中，输入模块10包括晶体管Mn10至晶体管Mn12，晶体管Mn10和晶体管Mn11接受互补的第一输入信号Vinp和第二输入信号Vinn。第一输入信号Vinp作为显示驱动放大电路122的正向输入连接至晶体管Mn10的栅极，第二输入信号Vinn作为显示驱动放大电路122的负向输入连接晶体管Mn11的栅极。晶体管Mn10通过晶体管Mn12连接到接地端。晶体管Mn12用作电流源，并且其栅极连接偏置电路产生的电压Vb，响应于偏置电路产生的电压Vb控制提供给放大模块20的输入电流的量。

输出模块30包括连接在供电端和输出节点之间的晶体管Mp9和连接在接地端和输出节点之间晶体管Mn9，并接收放大模块的输出信号以产生显示驱动放大电路122的输出信号OUT，该输出信号OUT即对应源极线驱动信号。

放大模块20被配置为响应于所述输入电流，输出用于控制在晶体管Mp9流动的电流的第一控制电压以及所述控制在晶体管Mn9中流动的电流的第二控制电压。

放大模块20包括作为折叠级联部分的晶体管Mp1至晶体管Mp8和晶体管Mn1至晶体管Mn8，并接收输入模块10的输入电流以放大第一输入信号Vinp和第二输入信号Vinn。

其中晶体管Mp1、晶体管Mp2、晶体管Mp3、晶体管Mp4组成P型共源共栅负载201，晶体管Mp3和晶体管Mp4的栅极连接偏置电路产生的第一正向偏执电压Vbp1，共源共栅负载201连接在二极管连接负载203与供电端VDD之间。

晶体管Mn1、晶体管Mn2、晶体管Mn3、晶体管Mn4组成N型共源共栅负载202，晶体管Mn3和晶体管Mn4的栅极连接偏置电路产生的电压第一负向偏执电压Vbn1，共源共栅负载201连接在二极管连接负载203与接地端VSS之间。

晶体管Mp5、晶体管Mp6、晶体管Mn5、晶体管Mn6和晶体管Mp7、晶体管Mp8、晶体管Mn7、晶体管Mn8组成二极管连接负载203，用于进一步增加放大模块20的开环增益，其中晶体管Mp5、晶体管Mp7、晶体管Mn6、晶体管Mn8的栅极分别连接偏置电路产生的第二正向偏执电压Vbp2、第三正向偏执电压Vbp3、第二负向偏执电压Vbn2、第三负向偏执电压Vbn3。

显示驱动放大电路122中，在输出模块30与放大模块20之间还包括预充电模块40，连接在所述放大模块与所述输出模块之间，所述预充电模块40包括用于稳定所述输出节点的输出信号频率特性的补偿电容，以及若干开关管。用于对其补偿电容Cc进行预充电操作，其中，预充电模块40包括两个补偿电容Cc，以及第一开关S1至第十开关S10，其中第一开关S1被设置在共源共栅负载201与第一补偿电容Cc之间；第二开关S2被设置在供电端VDD与第一补偿电容Cc之间；第三开关S3被设置在共源共栅负载202与第二补偿电容Cc之间；第四开关S4被设置在接地端GND与第二补偿电容Cc之间；第五开关S5被设置在晶体管Mp9的栅极与二极管连接负载203与之间，第六开关S6被设置在晶体管Mp9的栅极与供电端VDD之间；第七开关S7被设置在晶体管Mn9的栅极与二极管连接负载203之间，第八开关S8被设置在晶体管Mn9的栅极与接地端GND之间；第九开关S9被设置在输出模块30的输出节点Vout与两补偿电容Cc中间节点之间，第十开关S10被设置在输出模块30的输出节点Vout与第一输入信号Vinp之间；

其中第一开关S1、第三开关S3、第五开关S5、第七开关S7的开关为一组，其状态受控于第一控制信号MUX，第二开关S2、第四开关S4、第六开关S6、第八开关S8、第十开关S10为一组，其开关状态受控于第一互补控制信号MUXB，第九开关S9为一组，其开关状态受控于第二控制信号PRE。

在一个实施例中，上述第一开关S1至第十开关S10可以采用最小尺寸的MOS开关管，供电电压VDD设置为7.6V，上述晶体管Mn为N型薄膜晶体管，上述晶体管Pn为P型薄膜晶体管。

图5a示出了本申请实施例提供显示驱动放大电路控制信号时序图；

如图5a所示，第一控制信号MUX、第一互补控制信号MUXB、第二控制信号PRE为高电平时，表示开关导通；相应的，若为低电平，则开关关断；

在PH1时间段，第一互补控制信号MUXB有效，第五开关S5、第七开关S7、第九开关S9断开，第六开关S6、第八开关S8导通，同时第一开关S1、第三开关S3断开，第二开关S2、第四开关S4、第十开关S10导通；两个补偿电容Cc连接在供电端VDD与接地端GND之间，此时，补偿电容Cc从所述显示驱动放大电路122的环路中断开，两个补偿电容Cc均处于预充电状态。

在PH2时间段，第一控制信号MUX和第二控制信号PRE有效，第一开关S1、第三开关S3导通，第二开关S2、第四开关S4、第十开关S10断开，同时第五开关S5、第七开关S7导通，第六开关S6、第八开关S8、第九开关S9断开，此时两个补偿电容Cc接入显示驱动放大电路122环路中，显示驱动放大电路122正常工作。

在PH1时间段，显示驱动放大电路122输出为高阻状态时，将补偿电容Cc充电到Vinp的电位，称之为预充电；在PH2时间段，显示驱动放大电路122处于闭环状态时，补偿电容Cc重新接回显示驱动放大电路122的环路内。由于补偿电容Cc已经在PH1期间预充电到Vinp的电位，此时显示驱动放大电路122的输出仅需要很短的时间即能建立，规避了通过显示驱动放大电路自身转换速率对补充电容Cc的充电过程的影响，实现快速的响应。

图5b示出了本申请另一实施例提供显示驱动放大电路控制信号时序图；

如图5b所示，在一个优选的实施例中，在PH1时间段与PH2时间段之间包括PH3时间段，在该时间段中，第一控制信号MUX和所述第二控制信号PRE均从无效状态变为有效状态，其中，第一控制信号MUX的跳动边沿早于所述第二控制信号PRE的跳动边沿，使得显示驱动放大电路122处于闭环状态的时刻晚于补偿电容Cc在PH1期间预充电完成的时刻，以实现显示驱动放大电路的最佳性能。

图6示出了本申请与现有技术中显示驱动放大电路中信号转换的对比示意图。

如图6所示，本申请提供的驱动放大电路与现有技术中显示驱动放大电路对比，屏幕负载端信号建立的响应速度更快，有效提高了显示驱动放大电路输出信号的响应时间。

应当说明，本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种显示驱动放大电路，包括：

输入模块，被配置为响应于输入信号之间的电压差产生输入电流；

输出模块，包括连接在供电端和输出节点之间的第一晶体管和连接在接地端和输出节点之间的第二晶体管；

放大模块，被配置为响应于所述输入电流，输出用于控制在所述第一晶体管中流动的电流的第一控制电压以及所述控制在第二晶体管中流动的电流的第二控制电压；

预充电模块，连接在所述放大模块与所述输出模块之间，所述预充电模块包括用于稳定所述输出节点的输出信号频率特性的补偿电容，以及若干开关管，

其中，所述预充电模块被配置为通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第一时间段将所述补偿电容从所述显示驱动放大电路的环路中断开，并对所述补偿电容进行预充电。

2.根据权利要求1所述的显示驱动放大电路，所述预充电模块被配置为通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第二时间段，将所述补偿电容接入所述显示驱动放大电路的环路。

3.根据权利要求2所述的显示驱动放大电路，所述若干开关管包括第一组开关管、第二组开关管以及第三组开关管，所述第一组开关管和第二组开关管分别受相互互补的第一控制信号和第一互补信号控制，所述第三组开关管受第二控制信号控制。

4.根据权利要求3所述的显示驱动放大电路，其中，所述放大模块包括依次级联在供电端与接地端之间的第一共栅负载、二极管连接负载以及第二共栅负载。

5.根据权利要求4所述的显示驱动放大电路，所述第一组开关管包括：

连接在所述第一共栅负载与所述补偿电容之间的第一开关管；

连接在所述第二共栅负载与所述补偿电容之间的第三开关管；

连接在所述二极管连接负载与所述第一晶体管的栅极之间的第五开关管；

连接在所述二极管连接负载与所述第二晶体管的栅极之间的第七开关管；

所述第二组开关管包括：

连接在所述供电端与所述补偿电容之间的第二开关管；

连接在所述接地端与所述补偿电容之间的第四开关管；

连接在所述供电端与所述第一晶体管的栅极之间的第六开关管；

连接在所述接地与所述第二晶体管的栅极之间的第八开关管；

连接在所述补偿电容中间节点与所述输出节点之间的第十开关管；

所述第三组开关管包括：

连接在输入信号端与所述输出节点之间的第九开关管。

6.根据权利要求3所述的显示驱动放大电路，在所述第一时间段，第一互补控制信号有效，第二控制信号无效；在所述第二时间段，第一互补控制信号有效，第二控制信号有效。

7.根据权利要求6所述的显示驱动放大电路，驱动放大周期还包括所述第二时间段之前的第三时间段，在所述第三时间段，第一控制信号和所述第二控制信号均从无效状态变为有效状态，其中，第一控制信号的跳动边沿早于所述第二控制信号的跳动边沿。

8.一种显示驱动放大方法，包括：

响应于输入信号之间的电压差产生输入电流；

响应于所述输入电流，输出用于控制在第一晶体管中流动的电流的第一控制电压以及控制在第二晶体管中流动的电流的第二控制电压；

通过若干开关管，在驱动放大周期中第一时间段将补偿电容从显示驱动放大电路的环路中断开，并对所述补偿电容进行预充电。

9.根据权利要求8所述的显示驱动放大方法，还包括：通过所述若干开关管，在驱动放大周期中第二时间段，将所述补偿电容接入所述显示驱动放大电路的环路。

10.一种显示装置，包括上述权利要求1-7任一项所述的显示驱动放大电路。

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