CN1216136A

CN1216136A - 液晶显示器的驱动电路与驱动方法

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Publication number: CN1216136A
Application number: CN199898800125A
Authority: CN
Inventors: 高桥贤一
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-05-05
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: EP0957466A1; HK1020223A1; US6760018B1; TW386219B; JPH10239660A; CN1203462C; EP0957466A4; WO1998038626A1; JP3992776B2

Abstract

本发明是为了减小液晶显示器的尺寸和功耗,在用电压周期性交替方法驱动的液晶显示器中,电路结构允许具有控制器电位的信号直接输入,因而降低了扫描电极驱动器内的逻辑电压,减小了尺寸和降低了功耗。

Description

液晶显示器的驱动电路与驱动方法

本发明涉及阵列型液晶显示装置(此后称之为液晶显示器)，更具体地说，本发明涉及用于驱动液晶显示器的扫描电极驱动装置及与此相关的驱动方法。

近年来，随着信息社会的发展，液晶显示器已经得到了广泛应用，如在电视机和办公装置中得到了应用。与其它类型的显示器相比，液晶显示器尤其是在紧凑的便携装置上已经占了绝对优势。

在这些领域，由于便携性很重要，在要求结构紧凑的同时还需要较大屏幕来保证可读性，因此，非常需要在有限的区域内增大显示范围，这使液晶显示器周围的区域变得越来越窄。

适应显示器周围窄区域的一种解决方法是细化以及使扫描电极驱动装置与信号电极驱动装置小型化，获得细而小的扫描电极驱动装置和信号电极驱动装置的方法是使耐压(withstand voltage)变小以便缩小元件尺寸。

如图4所示，在过去采用的方法中，当液晶显示器靠AC工作时是采取改变电位的方法，扫描电极装置输出V₁/V₂与V₃/V₄的组合信号，信号电极驱动装置在相应时刻输出V₅/V₄与V₁/V₆的组合信号。

因此，对扫描电极驱动装置和信号电极驱动装置这两种装置来说，要求耐压至少为V₁-V₄，这就需要用高耐压的电极驱动装置。

在这个方法中，同样也需要用高耐压元件来制作信号电极驱动装置，这与紧凑性和高密度性不符。

伴随象素数的增加所要求的数据信号数量的增加，要求提高信号电极扫描装置的工作速度，这个方法与此要求不符，这也是一个缺点。

另外，由于高压必须以高速工作，因此相关的功率损耗不会很低。

解决上述问题的一种方法是采用电源电压周期性交替(swing)法的驱动方法。

这个电源电压周期性交替法是这样一种方法，如图5所示，从作为地电位的电位VA切换来的电位VB被输入到扫描电极驱动装置中，与此同时，从作为高电压电位的电位VC切换来的电位VD也被输入到扫描电极驱动装置中。

这样，在不增加扫描电极驱动装置耐压的情况下便可以大大降低信号电极驱动装置的耐压，其结果是可以增加数据信号的数量从而提高信号电极驱动装置的工作速度，并且还可以实现高密度和低功耗。

然而，在来自外部系统的信号被输入到扫描电极驱动装置中的情况下采用电源周期性交替法时，如果电源电位处于图5所示的阶段A的情况，那么当输入信号的电平为VB时，在扫描电极驱动装置范围内便是一个低电平输入，当输入信号的电平为VD时，在扫描电极驱动装置内便是一个高电平输入。同样，如果电源电位处于阶段B的情况，那么当输入信号的电平为VA时，在扫描电极驱动装置范围内便是一个低电平输入，当输入信号的电平为VC时，在扫描电极驱动装置范围内便是一个高电平输入。

因此，在从外部系统输入信号的情况下，根据电源电位的不同状态，如果需要输入高电平，就需输入VD电平或VC电平，如果需要输入低电平，就需输入VB电平或VA电平。

为此，需要改变外部输入信号的电位，这就需要有用于转换输入信号电位的外部电路。

现在将参考图6对采用上述电源周期性交替法的液晶显示器驱动电路的例子进行说明。

具体地说，以前的采用电源电压周期性交替法(此后称之为电压周期性交替法)的液晶显示器驱动电路200具有用于驱动液晶显示器202的信号电极的信号电极驱动电路203和用于驱动扫描电极的扫描电极驱动电路204，扫描电极驱动电路204的方向与上述信号驱动电路的方向垂直。

更具体地说，驱动电路200具有周期性交替电压发生电路206、电平转换电路207和控制器205，其中，周期性交替电压发生电路206产生周期性交替电压并将这个周期性交替电压提供给上述扫描电极驱动电路204；电平转换电路207连接到上述周期性交替电压发生电路206和上述扫描电极驱动电路204上，电平转换电路207被接到输入信号(sign)上，它用于将经过适当的信号输入装置208输入的输入信号转换成上述周期性交替电压电平；控制器205分别对上述信号电极驱动电路203、周期性交替电压发生电路206和电平转换电路207进行控制。

在上述以前的采用电压周期性交替法的液晶显示器驱动电路中，需要使用与上述周期性交替电压发生电路206输出的高电平电压(VDD)与低电平电压(VSS)之间的电位差异相符合的输入信号。

因此，如图7所示，在上述以前的液晶显示器驱动电路中，实际输入信号(sign：在图中用粗虚线表示)是经过电压转换后生成的以便如图中粗线(signV)一样变化。

因此，在以前的液晶显示器驱动电路中，至少要求设置上述电平转换电路7，因此很难缩小整个液晶显示器驱动电路的尺寸。

另外，从扫描电极驱动装置可明显看出，不需要整个电路具有高耐压，相反，从低功耗和紧凑性的角度考虑，特别希望液晶显示器的控制信号而不是驱动信号部分由低耐压装置构成。

然而，目前使用的采用电压周期交替法的结构是难以用低耐压电路实现的。

本发明的目的是对上述已有技术加以改进，并提供一个在采用电压周期性交替法时可以不经过信号的电平转换直接输入固定输入信号电平的电路。

为实现上述目的，本发明采用以下所述的基本技术结构。具体地说，本发明的第一方面是具有信号电极驱动器和扫描电极驱动器的液晶显示器驱动电路，所述信号电极驱动器用于驱动多个信号电极，所述扫描电极驱动器用于驱动多个扫描电极，来自外部系统的输入信号直接输入到用电压周期性交替驱动法驱动的扫描电极驱动装置上。

在本发明的第二方面中，液晶显示器包括液晶显示装置、用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的信号电极的信号电极驱动装置和用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的扫描电极的扫描电极驱动装置，液晶显示器驱动电路至少构形为：在用电压周期性交替驱动法驱动每个驱动装置时，来自外部系统的输入信号被直接输入到所述扫描电极驱动装置上。

另外，本发明的第三方面是用在包括用于驱动多个信号电极的信号电极驱动器和用于驱动多个扫描电极的扫描电极驱动器的液晶显示器上的液晶显示器驱动方法，利用该液晶显示器驱动方法，来自外部系统的输入信号被直接输入到所述由电压周期性交替法驱动的扫描电极驱动器中以便驱动之。

本发明的第四方面是用于液晶显示器的液晶显示器驱动方法，所述液晶显示器包括液晶显示装置、用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的信号电极的信号电极驱动装置和用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的扫描电极的扫描电极驱动装置，这个液晶显示器驱动方法是这样的：当用电压周期性交替驱动法驱动各个驱动装置时，将外部系统输入的输入信号电压电平转换成用于所述扫描电极驱动装置中的低耐压电源电压电位电平以便将所述转换过的电平施加到所述扫描电极驱动装置上。

图1示出了本发明实施例中的电路结构图；

图2(A)示出了本发明的实施例中的采用电压周期性交替法的电源电压，图2(B)示出了本发明实施例中的输入信号电压相对于电压周期性交替法中电源电位的电平；

图3示出了按照本发明的液晶显示器驱动电路的一个例子的结构框图；

图4示出了已有技术的电源电位图；

图5是已有技术的采用电压周期性交替法的电源电位图；

图6示出了已有技术中的采用电压周期性交替法的液晶显示器驱动电路的结构图；

图7示出了已有技术中的采用电压周期性交替法的输入信号的电压电平。

将参照附图对按照本发明的液晶显示器驱动电路和驱动方法的优选实施例加以说明。

具体地说，在例如具有用于驱动多个信号电极的信号电极驱动装置和用于驱动多个扫描电极的扫描电极驱动装置的液晶显示器中，按照本发明的液晶显示器驱动电路能够利用电压周期性交替法将来自外部系统的输入信号直接输入到扫描电极驱动装置中对扫描电极驱动装置进行驱动。

也就是说，按照上述结构，在不改变来自外部系统的输入信号电位和不用电平转换来调节电压周期性交替法中的电压电位的情况下，可以直接向用电压周期性交替法驱动的扫描电极驱动装置输入信号。

作为本发明液晶显示驱动电路200的详细说明示于图3。在由用于驱动信号电极的信号电极驱动电路装置203和用于驱动扫描电极的扫描电极驱动电路装置204组成的液晶显示器(LCD屏)驱动电路200中，按照本发明的液晶显示器驱动电路200能够从外部系统直接向扫描电极驱动电路装置204输入信号(sign)从而用电压周期性交替法驱动之。

也就是说，对于由液晶显示装置202、用于驱动多个信号电极的并连接到液晶显示装置202上的信号电极驱动装置203和用于驱动多个扫描电极的并连接到液晶显示装置202上的扫描电极驱动装置204组成的液晶显示驱动电路200来说，液晶显示驱动电路200是这样构成的，当用电压周期性交替法驱动上述驱动装置中的特定扫描电极驱动装置204时，按照本发明的液晶显示驱动电路200可以从外部系统向上述扫描电路驱动装置204直接输入输入信号(sign)。

也就是说，图3示出了按照本发明的液晶显示驱动电路200的特定结构，在该图中，液晶显示驱动电路200是由用于驱动液晶显示装置202的信号电极的信号电极驱动装置203和用于驱动扫描电极的设在与这些信号电极驱动电路垂直交叉的方向上的扫描电极驱动装置204所组成的，特别是，这个液晶显示驱动电路200具有周期性交替电压发生电路206、合适的信号输入装置208和控制器205，其中，周期性交替电压发生电路206产生上述扫描电极驱动装置204的周期性交替电压；合适的信号输入装置208向上述扫描电极驱动装置204施加规定的信号；控制器205分别控制上述信号电极驱动装置203、上述周期性交替电压发生电路206和上述扫描电极驱动装置204。

这样，在本发明中，在上述扫描电极驱动装置204的内部配备了一个信号电平转换装置100，转换装置100将经过合适的信号输入装置208施加到上述扫描电极驱动装置204上的外部信号转换成规定的信号。

其次，通过对按照本发明的液晶显示驱动器200中的信号电平转换装置100这一部件的说明，希望这个信号电平转换装置100具有以下所述的电路结构。

具体地说，上述信号电平转换装置100最好具有将外部系统输入信号的高电平电位和低电平电位转换成用于驱动上述扫描电极驱动装置204的扫描驱动电压的高电压电位和地电位的功能。

另外，作为对上述按照本发明的液晶显示驱动器200中的信号电平转换装置100的结构的更具体的说明，按照本发明的这个信号电平转换装置100最好具有信号输入部分101、信号输出部分102和反转装置103(如图1所示)，其中，反转装置103连接在信号输入部分101与信号输出部分102之间。

更具体地说，上述信号输入部分101具有信号输入装置30、第一输入装置1、第二输入装置2、第三输入装置3和第一连接装置4，其中，第一输入装置1输入来自外部系统的输入信号的高电平电位(VDL)，第二输入装置2输入来自外部系统的输入信号的低电平电位(VSL)，第三输入装置3连接到扫描电极驱动器内的具有低耐压的电源电位(VCC)上，第一连接装置4连接到扫描电极驱动器内的地电位(VSS)上。

更具体地说，就上述信号输入部分101而论，这个信号输入部分具有第一导电型的第一MOSFET5、第一导电型的第二MOSFET6、第二导电型的第三MOSFET7、第二导电型的第四MOSFET8、第二导电型的第五MOSFET9和第二导电型的第六MOSFET10，其中，第一MOSFET5的门极连接到上述信号输入装置30，它的源极连接到第一输入装置1上；第二MOSFET6的门极连接到上述第二输入装置2上，它的源极连接到上述信号输入装置30上，它有一个与连接到上述第一输入装置1上的上述第一MOSFET5一样的后门极(backgate)；第三MOSFET7的源极连接到上述第一MOSFET5的漏极上，它的门极连接到上述第三输入装置3上；第四MOSFET8的源极连接到上述第二MOSFET6的漏极上，它的门极连接到上述第三输入装置3上，它有一个与连接到上述第一连接装置4上的上述第三MOSFET7一样的后门极；第五MOSFET9的源极连接到上述第三MOSFET7的漏极上，它的漏极连接到上述第一连接装置4上，它的门极连接到第二MOSFET6的漏极上；第六MOSFET10的源极连接到上述第四MOSFET8的漏极上，它的漏极连接到上述第一连接装置4上，它的门极连接到第一MOSFET5的漏极上。

另外，上述第一输入装置1连接到两级的反转装置103电源输入部分上，上述第二MOSFET6的漏极连接到该反转装置103的第一级反转器INV1的输入装置11上。

上述信号输出部分102由第一导电型的第七MOSFET16和第一导电型的第八MOSFET17、第二导电型的第九MOSFET18、第二导电型的第十MOSFET19和输出装置15所组成，其中，第七MOSFET16与第八MOSFET17的源极连接到上述扫描电极驱动器内的具有低耐压的电源电位40(VCC)上；第九MOSFET18的源极连接到第七MOSFET16的漏极和第八MOSFET17的门极上，它的漏极连接到上述第一连接装置4上，它的门极连接到第二级反转装置INV2的输出装置13上；第十MOSFET19的源极连接到第八MOSFET17的漏极和第七MOSFET16的门极上，它的漏极连接到第一连接装置4上，它的门极连接到第一级反转装置INV1的输出装置12上；输出装置15设置在第十MOSFET19的源极上。

在以上本发明的例子中，第一级反转装置INV1由PMOSFET107和NMOSFET108构成，第二级反转装置INV2由PMOSFET109和NMOSFET110构成。

下面将对上述本发明的液晶显示驱动电路的工作和信号转换处理方法作详细说明。

具体地说，图1是用于表示按照本发明的实施例的电路结构的示意图。

在这个图中，参考数字5、6、107和109表示高耐压PMOS元件，7、8、9、10、108、110、18和19表示高耐压NMOS元件，16和17表示低耐压PMOS元件。

图1所示的输入到扫描电极驱动器上的电源电位在图2(A)中表示。

作为对图2所示电位的说明，VDD是扫描电极驱动器中的高耐压电源电位，VCC是扫描电极驱动器中的低耐压电源电位，VSS是扫描电极驱动器中的地电位，VDL是来自外部系统的输入信号的高电平电位，VSL是来自外部系统的输入信号的低电平电位，它是外部系统的地电位。

将对图1所示电路的工作加以说明。

首先，我们将考虑输入信号是高电平的情况，也就是说，考虑输入信号为VDL这种情况。当输入VDL时，PMOS元件5关断，PMOS元件6导通。

当这种情况发生时，NMPS元件9的门极上便被施加上VDL，这使得NMOS元件9导通，NMOS元件7也被导通，其结果是NMOS元件8的门极上被施加了VSS，这使得NMOS元件8关断。

因此，由PMOS元件107和NMOS元件108构成的第一级反转装置INV1的门极上被施加了VDL，这使得从第一级反转器INV1的输出输出VSS。

后面的由PMOS元件109和NMOS元件110构成的第二级反转装置INV2的门极上被施加上前面反转装置输出的VSS，因此，这个第二级反转装置INV2输出VDL。

尽管PMOS元件6和NMOS元件9都处于导通状态，但由于分别与它们串联连接的NMOS元件9和PMOS元件5关断，因此，除非输入信号改变，否则电流不会流通。因而能够使无用功耗降低。

由PMOS元件107和NMOS元件108构成的第一级反转装置INV1的输出信号是NMOS元件19的门极输入信号，这使得NMOS元件件19关断。

由PMOS元件19和NMOS元件10构成的第二级反转装置INV2的输出信号是NMOS元件18的门极输入信号，这使得该NMOS元件18处于开通状态。

由于NMOS元件18导通，因此VSS被施加到PMOS元件17的门极上，这使得PMOS元件17开通。

当PMOS元件17开通时，VCC便被施加到PMOS元件16的门极上，这使得PMOS元件16关断。

因此，输出信号为VCC。也就是说，输出信号是扫描电极驱动器输出范围内的电位电平的高电平。

接着，我们考虑输入信号为低电平的情况，即，考虑输入信号为VSL这种情况。当输入VSL时，PMOS元件101导通，PMOS元件6关断。

当这种情况发生时，NMOS元件10的门极上便被施加上VDL，因此，NMOS元件10开通。

当这种情况发生时，NMOS元件8也处在导通状态，因此NMOS元件9的门极被施加上VSS，这使得NMOS元件9关断。

因此，VSS被施加到由PMOS元件107和NMOS元件108构成的反转器的门极上，因而该反转器的输出信号为VDL。后面的由PMOS元件109和NMOS元件110构成的反转器的门极上被施加上由前面的反转器输出的VDL，于是输出VSS。

由PMOS元件107和NMOS元件108构成的反转器的输出信号是NMOS元件19的门极输入信号。由PMOS元件109和NMOS元件110构成的反转器的输出信号是NMOS元件18的门极输入信号，因此NMOS元件18关断。

由于NMOS元件19导通，因此VSS被施加到PMOS元件16的门极上，这使得PMOS元件16开通。

当PMOS元件16开通时，VCC便被施加到PMOS元件17的门极上，这使得PMOS元件17关断。

因此，输出信号为VSS。也就是说，输出信号是扫描电极驱动器范围内的电位电平的低电平。

如以上工作说明中所述，当输入信号是VDL时，通过图1电路所做的电平变换，使电平转换到VCC。也就是说，对扫描电极驱动器内的低电压逻辑，发生一个到高电平信号的变换。

同样，当输入信号是VSL时，通过图2电路所做的电平变换，使电平转换到VSS。这代表对扫描电极驱动器内的低电压逻辑的低电平信号的变换。

如图2(B)所示，由于能自动将上述输入信号(sign)变换成用于扫描电极驱动器的低电平电压，因此在不提供特殊电平转换装置的情况下便可以直接将输入信号施加到扫描电极驱动装置4上。

因此，在后面的不需要具有高耐压的电路中不需要使用高压MOS元件，这样便可以完全用低压MOS元件进行信号处理。

因此，可以减小芯片的表面面积，还可以节约功耗。

正如从上述特定例子中可明显看出的那样，在本发明中，液晶显示器的驱动方法最好如下。

具体地说，在具有多个用于驱动信号电极的信号电极驱动装置203和多个用于驱动扫描电极的扫描电极驱动装置204的液晶显示驱动电路200中，这种方法是通过将来自外部系统的输入信号直接输入到用电压周期性交替法驱动的扫描电极驱动装置204中进行驱动，在由液晶显示装置200、多个用于驱动信号电极的信号电极驱动装置203和多个用于驱动扫描电极的扫描电极驱动装置所组成的液晶显示器200中，这种方法最好这样的：当用电压周期性交替法对扫描电极驱动装置204进行驱动时，将信号转换成在扫描电极驱动装置204范围内使用的低压逻辑电平。

根据上述技术构成，在按照本发明的采用电压周期性交替法的液晶显示驱动电路中，不经过外部电平转换就可以完成信号的输入，因而简化了外部电路。另外，由于能用低压MOS元件而不是用通常采用的高压MOS元件来制作电路，故能用低压来执行以前用高压执行的工作，且可以降低功耗。

Claims

1、一种液晶显示器的驱动电路，它包括：

用于驱动多个信号电极的信号电极驱动器和用于驱动多个扫描电极的扫描电极驱动器；

其中，所述液晶显示器的驱动电路可以将来自外部系统的输入信号直接输入到用电压周期性交替驱动法驱动的所述扫描电极驱动器上。

2、在一个包括液晶显示装置、用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的信号电极的信号电极驱动装置和用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的扫描电极的扫描电极驱动装置的液晶显示器中，液晶显示器驱动电路至少构形为，当用电压周期性交替驱动法驱动各个驱动装置时，来自外部系统的输入信号被直接输入到所述扫描电极驱动装置上。

3、根据权利要求2所述的液晶显示器驱动电路，其中，在所述扫描电极驱动装置内设置了一个信号电平转换装置，它对来自外部系统的输入信号的信号电平进行转换。

4、根据权利要求3所述的液晶显示器驱动电路，其中，所述信号电平转换装置包括将来自外部系统的输入信号的高电平电位和低电平电位分别转换成用于驱动所述扫描电极驱动装置的高电平电位和地电位的功能。

5．根据权利要求1到3的任何一条权利要求所述的液晶显示驱动电路，其中，所述信号电平转换装置包括信号输入部分、信号输出部分和连接到所述信号输入部分与所述信号输出部分上的反转器装置，所述信号输入部分包括：

信号输入装置；

第一输入装置，它输入外部系统输入信号的高电平电位(VDL)；

第二输入装置，它输入外部系统输入信号的低电平电位信号(VSL)；

第三输入装置，它连接到所述扫描电极驱动器中的具有低耐压的电源电位(VCC)上；和

第一连接装置，它连接到所述扫描电极驱动器中的地电位(VSS)上；

其中，所述信号输入装置还包括：

第一导电型的第一MOSFET，它的门极连接到所述信号输入装置上，它的源极连接到第一输入装置上；

第一导电型的第二MOSFET，它的门极连接到所述第二输入装置上，它的源极连接到所述信号输入装置上，它具有与连接到所述第一输入装置上的所述第一MOSFET一样的后门极；

第二导电型的第三MOSFET，它的源极连接到所述第一MOSFET的漏极上，它的门极连接到所述第三输入装置上；

第二导电型的第四MOSFET，它的源极连接到所述第二MOSFET的漏极上，它的门极连接到所述第三输入装置上，它有一个与连接到所述第一连接装置上的所述第三MOSFET一样的后门极；

第二导电型的第五MOSFET，它的源极连接到所述第三MOSFET的漏极上，它的漏极连接到所述第一连接装置上，它的门极连接到所述第二MOSFET的漏极上；

第二导电型的第六MOSFET，它的源极连接到所述第四MOSFET的漏极上，它的漏极连接到所述第一连接装置上，它的门极连接到所述第一MOSFET的漏极上，和

其中，所述第一输入装置连接到所述两级反转装置的电源输入部分上，所述第二MOSFET的漏极连接到该反转装置的第一级反转器INV1的所述输入装置上，并且

其中，所述信号输出部分包括：

第一导电型的第七MOSFET和第八MOSFET，它们的源极连接到所述扫描电极驱动器内具有低耐压的电源电位(VCC)上；

第二导电型的第九MOSFET，它的源极连接到所述第七MOSFET的漏极和所述第八MOSFET的门极上，它的漏极连接到所述第一连接装置上，它的门极连接到所述第二级反转装置的输出装置上；

第二导电型的第十MOSFET，它的源极连接到所述第八MOSFET的漏极和所述第七MOSFET的门极上，它的漏极连接到所述第一连接装置上，它的门极连接到所述第一级反转装置的输出装置上；和

设置在所述第十MOSFET的源极上的输出装置。

6、在一个包括用于驱动多个信号的信号电极驱动器和用于驱动多个扫描电极的扫描电极驱动器的液晶显示器驱动电路中，一种液晶显示驱动法将来自外部系统的输入信号直接输入到用电压周期性交替驱动法驱动的所述扫描电极驱动器上以便驱动之。

7、在一个包括液晶显示装置、用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的信号电极的信号电极驱动装置和用于驱动多个连接到所述液晶显示装置上的扫描电极的扫描电极驱动装置的液晶显示器中，液晶显示器的驱动方法是这样的：在用电压周期性交替驱动法驱动各个驱动装置时，将来自外部系统的输入信号的信号电压电平转换成所述扫描电极驱动装置范围内所用低耐压电源电位电平。以便将经转换的电平作用到所述扫描电极驱动装置上。