CN1677472A - 液晶显示器的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一个驱动装置其接收在一个输入端的一个输入电压并在一个输出端输出一个输出电压。该装置包含一个耦接在输出端以及输入端之间的一个输出缓冲器；以及一个耦接在输出端以及输入端之间的一个运算放大器，并且选择性地接通来驱动输出电压到一个与输入电压相同的电平。

Description

液晶显示器的驱动装置
技术领域
本发明有关于一种驱动装置，特别是有关于一种在液晶显示器里的驱动装置。
背景技术
因为液晶显示板跟阴极射线管屏幕比起来尺寸较薄而且耗电较低，液晶显示器在近来被使用在个人计算机、文字处理器及彩色无线接收器等。特别是因为有源矩阵式液晶显示装置有很高速的反应、良好品质的屏幕以及多阶渐变的显示，有源矩阵式液晶显示装置已经是众所需要的。
通常来说，一个有源矩阵式屏幕是由一个有薄膜金属导线、透明的像素电极及薄膜晶体管(TFT)的半导体基层、一个有透明共享电极的反相基层以及装置在半导体层及反相基层之间的液晶。不同的阶段渐变电压会经由有开关功能的薄膜晶体管的控制而施加在各个的像素电极上，并且液晶的透明度会因像素电极和共享电极的电压差改变而提供显示于屏幕上。
在半导体基层上提供的数据线是作为施加阶段渐变电压给像素电极之用，而扫描线是作为施加开关控制信号(扫描信号)给薄膜晶体管之用。当扫描在线的扫描信号为高电平时，所有接到扫描在线的薄模晶体管会导通，而送到数据在线的阶段渐变信号会通过薄膜晶体管施加于像素电极上。当扫描信号变成低电平来关断薄膜晶体管时，像素电极和共享电极之间的电压差在下一个阶段渐变电压施加到像素电极上之前保持不变。因此当扫描信号相继地送到扫描在线时，最新的阶段渐变电压会施加于像素电极上，屏幕上的显示因此在每个画面周期更新。
一个驱动数据线的液晶驱动装置，又称为源极驱动器(source driver)，需要对包含液晶电容、导线电阻及导线电容的一个大负载来进行充放电的操作。
一个液晶驱动装置通常由一个分压器、一个译码器以及一个连接到数据线的驱动装置所构成。传统的驱动装置是由运算放大器所构成(参考S.Saito et al.，“一个六位薄膜晶体管液晶显示器的数字数据打印器(A6-bitDigital Data Printer for Color TFT-LCDs)”，SID 95 Digest，第257-260页，1995)。 由于运算放大器的高电流提供能力，驱动装置可以高速来驱动有大电容性负载的数据线。另外即使在运算放大器里的晶体管的阈值电压有微小的变动，运算放大器输出电压的变动也相对的会非常小。另外，输出电压可以达到非常高的精确度。
然而在常规的驱动装置中，含有大量组件的运算放大器，其数量随着数据线的数量而增加。因此如果在液晶显示驱动装置中使用由单一集成电路组件所构成的常规驱动装置，该集成电路的大小将会因为要提供足够的运算放大器数量因此增加而增加生产的成本。另外，需要提供给运算放大器的恒流源也会提高功率的消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一个液晶驱动装置，其含有一个非常低功率消耗的驱动组件。
本发明提供一个驱动装置来接收在一个输入端的一个输入电压并在一个输出端输出一个输出电压。该装置包括一个连接在输出端以及输入端之间的一个输出缓冲器(Buffer)，以及一个连接在输出端以及输入端之间的一个运算放大器，并且选择性地接通来驱动输出电压到一个与输入电压相同的电平。
本发明提供另一个驱动装置来接收在一个输入端的一个输入电压并在一个输出端输出一个输出电压。该装置包括一个输出缓冲器，来接收输入电压并在一个第一期间将输出电压拉高到一个比输入电压还高的第一电平；以及一个耦接在输出端以及输入端之间的一个运算放大器，并且选择性地在第一期间之后的第二期间接通来拉低输出电压到一个与输入电压相同的第二电平。
本发明又再提供另一个驱动装置来接收在一个输入端的一个输入电压并在一个输出端输出一个输出电压。该装置包括一个输出缓冲器，来接收输入电压并在一个第一期间将输出电压拉低到一个比输入电压还低的第一电平；以及一个耦接在输出端以及输入端之间的一个运算放大器，并且选择性地在第一期间之后的第二期间接通来拉高输出电压到一个与输入电压相同的第二电平。
附图说明
本发明通过后附详细说明的附图将会令人比较容易全盘了解，其仅为图解的用而非将本发明限制于附图范围。
图1表示根据本发明其中一种应用方式的一个液晶显示驱动装置；
图2表示图1中的驱动组件103；
图3A-3D为图2驱动组件所使用的信号的时序图；
符号说明：
V0-V63、Vin、Vout、Va、Vb、Vc、Vd电压信号
R1-R63分压电阻
D0-D5、DL数据信号
101分压器
102译码器
103驱动组件
21输出缓冲器
22运算放大器
PT1-PT5 P沟道金属氧化物半导体
NT1、NT2、NT3、NT5 N沟道金属氧化物半导体
C1电容
R电阻
NP控制信号
S1-S7、Sx、Sy、Sz  开关
具体实施方式
图1表示根据本发明其中一种应用产生的液晶显示驱动装置。该液晶显示驱动装置通常包含：一个分压器101、一个译码器102以及一个驱动组件103接到一个数据线DL。该数据线DL也通过薄膜晶体管(图上未显示)接到像素电极上。分压器101由电阻R1、R2、……、R63所组成来提供多阶渐变电压。译码器102由互补金属氧化物半导体(CMOS)开关所组成，其由连到R1、R2、……、R63的线以及接收视频信号D0、D1、……、D5的线的接点所提供。
图2表示在图1中的驱动组件103。其包含：一个输出缓冲器21以及一个运算放大器22。输出缓冲器21接收输入电压Vin并在数据线DL输出一个Vout电压。运算放大器22的正输入端接收输入电压Vin，其负输入端以及输出端连接到数据线DL上。运算放大器的负输入端跟输出端彼此连接，形成一个单位增益(unit gain)运算放大器。
输出缓冲器21包含：P-沟道金属氧化物半导体晶体管PT1、PT2、PT3、PT4以及PT5、N-沟道金属氧化物半导体晶体管NT1、NT2、NT3以及NT5、开关S1  S5、Sx以及Sy、一个电容C1以及一个电阻R。
晶体管PT1及PT2的栅极和PT1的漏极其接在一起，而且晶体管PT2的源极通过电阻R连接到数据线DL。晶体管PT3的漏极接收一个电源电压且其栅极接到晶体管PT3本身的源极。晶体管PT4的栅极接收输入电压Vin且其源极接到晶体管NT1的源极。晶体管NT1及NT2的栅极与NT1的漏极共接在一起，而且NT2的源极通过电阻R连接到数据线DL。晶体管NT3的栅极接到输入电压Vin，其源极跟晶体管PT1的源极相接。晶体管NT5的源极通过电阻R接到数据线DL，其漏极接到电源电压，其栅极接收输入电压Vin。晶体管PT5的源极通过电阻R接到数据线DL，其漏极接到地电压(groundvoltage)，其栅极接收输入电压Vin。开关S1连接在晶体管PT3的源极和NT1的漏极之间。开关S2的一端接收地电压，另一端接到晶体管PT1的漏极。开关S3的一端接收地电压，另一端接到晶体管PT4的漏极。开关S4的一端接收输入电压Vin，另一端接到晶体管PT1的源极。开关S5的一端接到电源电压，另一端接到晶体管NT2的漏极。开关S6的一端接收地电压，另一端接到晶体管PT2的漏极。开关S7的一端接收输入电压Vin，另外一端通过电阻R接到数据线DL。开关Sx的一端接收电源电压，另一端接到晶体管NT3的漏极。开关Sy的一端接收输入电压Vin，另一端接到晶体管NT1的源极。电容C1的一端接收一个控制信号NP，另一端接到晶体管NT1的漏极。
图2中的驱动组件分别在输入电压Vin在V0至V7区间或者V8至V63区间两种不同模式下运作，其中V0为较高的电压而V63为较低的电压。
图3A是驱动组件分在输入电压Vin为V0至V7区间的第一模式中操作时的图标。时间t0到t5的区间是一个数据输出区间而t5到t10是另一个数据输出区间。驱动组件在第一模式下运作时，开关Sy及Sz是断开的(OFF)。
刚开始在t0的时间点开关S1及S2都接通(ON)。一个在晶体管PT1及PT2栅极的偏压电压V1为0伏特。同时，一个在晶体管NT1及NT2栅极的偏压电压V2为VDD-Vthp 3伏特。
然后，在时间t1，开关S1及S2断开(OFF)而且开关S3及Sx接通(ON)。另外，控制信号NP在其“开”(ON)状态来推高晶体管NT1漏极的电压到输入电压加上晶体管NT1的阈值电压加上晶体管PT4的阈值电压。偏压电压V2变成
V2＝Vin+Vthn1-Vthp4
然后，在时间t2，开关S3及Sx断开(OFF)而开关S4接通(ON)。所以，偏压电压V1变成
V1＝Vin+Vthp1
在此同时开关S5接通(ON)。在此状态下，晶体管NT2被当作一个源极跟随器，输出电压Vout变成
Vout＝Vin+Vthn1+Vthp4-Vthn2
因此，如果Vthn1大约等于(≈)Vthn2，输出电压Vout变成
Vout≈Vin+Vthp4
请注意，Vin+Vthp4所可能达到的最大电压为电源输入电压。
接着在t3的时候，开关S5被关断(OFF)而开关S6接通(ON)。在此状态下，晶体管PT2被当作一个源极跟随器，输出电压Vout变成
Vout＝Vin+Vthp1-Vthp2
其中Vthp2是晶体管PT2的阈值电压，因此，如果Vthp1大约等于(≈)Vthp2，输出电压Vout变成
Vout≈Vin
请注意，如果晶体管PT1以及PT2制作在距离彼此很近的区域而且尺寸大小大概相同时，阈值电压Vthp1会大约等于阈值电压Vthp2。
在时间t4时，开关S7接通(ON)。因为源极跟随器在Vout接近Vin时驱动力是很差的，使用开关S7可以使输出达到最佳精确值(目标值)。另一个使用开关S7的理由是要对其输出电压Vout以及其最佳值之间由于晶体管NT1以及NT2的阈值电压不同而产生的差异作补偿。如前所述，在时间t3时输出电压Vout为Vin+Vthp1-Vthp2。如果Vthp1和Vthp2有明显的差异时，输出电压Vout将会与其最佳目标值Vin偏离有一个ΔV值。接着在t4的时候，开关S5及S6同时关断(OFF)且开关S7接通(ON)，相对的输出电压Vout会被两个源极输出所平均为一个相同的电压，而最后会终于会等于输入电压Vin，因为只要时间够长，ΔV值会很小。即使开关S7接通(ON)的时间不是很长，共有一个输出的个别源极输出还是会被均衡到一定值，而其与最佳值的差ΔV也可以被相反的极性的电位差所抵销，因为相反极性的源极输出与该最佳值的位差必定有着同样大的电位差值。因此，通过接通(ON)开关S7，输出电压的准确性可以被提高。
请注意，晶体管NT5及PT5是用来对源极输出充放电，以接近目标值的第一步骤。由于晶体管NT5及PT5的帮助，源极输出的操作可以更准确。
从另外一个方面来说，在t4的时候并不是一定要把开关S6断开(OFF)。开关S6在t4之后仍可以保持接通(ON)的状况一段时间。
在第一个数据输出区间t0到t5的操作会在t5到t10的第二个数据输出区间重复。
图3B中是驱动组件在一个Vin落在V8至V63区间的第二模式下操作的信号图标。驱动组件在第二区间的操作跟在第一区间时的操作非常类似，除了开关Sz会跟着开关S6同时作开关(ON/OFF)操作以外。这会导致运算放大器22的启动来拉低输出电压Vout。
从另外一个方面来说，并不是一定要要求把开关S6与Sz同时开关(ON/OFF)。开关Sz可以在开关S6接通(ON)后接通(ON)(未示出)或是在开关S6关断(OFF)之前关断(OFF)(未示出)。
图2中的驱动组件也可以操作于另二个操作模式分别在输入电压落在另外两个区间V56至V63及V0至V55时。
图3C是驱动组件在输入电压Vin为V56至V63区间的第三模式中操作时的图标。开关S4及Sz在驱动组件工作在此第三模式时是断开的(OFF)。
刚开始在t0的时间点开关S1及S2都接通(ON)。一个在晶体管PT1及PT2栅极的偏压电压V1为0伏特。同时，一个在晶体管NT1及NT2栅极的偏压电压V2为VDD-Vthp3伏特。
然后，在时间t1，开关S1及S2断开(OFF)而且开关S3及Sx接通(ON)。另外，控制信号NP在其”开”(ON)状态来推高晶体管NT1漏极的电压到输入电压加上晶体管NT1的阈值电压加上晶体管PT4的阈值电压。
然后，在时间t2，开关S4接通(ON)。所以，偏压电压V1及V2变成
V1＝Vin+Vthp1-Vthn3
V2＝Vin+Vthn1
在此同时开关S6接通(ON)。在此状态下，晶体管PT2被当作一个源极跟随器，输出电压Vout变成
Vout＝Vin+Vthp1-Vthn3-Vthp2
其中Vthp2等于晶体管PT2的阈值电压。因此，如果Vthp1大约等于(≈)Vthp2，输出电压Vout变成
Vout≈Vin-Vthn3
请注意，如果晶体管PT1以及PT2制作在距离彼此很近的区域而且尺寸大小大概相同时，阈值电压Vthp1会大约等于阈值电压Vthp2。
接着在t3的时候，开关S5接通(ON)。在此状态下，晶体管NT2被当作一个源极跟随器，输出电压Vout变成
Vout＝Vin+Vthn1-Vthn2
其中Vthn2是晶体管NT2的阈值电压，因此，如果Vthn1大约等于(≈)Vthn2，输出电压Vout变成
Vout≈Vin
最后，在时间t4时，开关S7接通(ON)直到t5。在第一个数据输出区间t0到t5的操作会在t5到t10的第二个数据输出区间重复。
从另外一个方面来说，在t4的时候并不是一定要把开关S5断开(OFF)。开关S5在t4之后仍可以保持接通(ON)的状况一阵子。
图3D中是驱动组件在一个Vin落在V0至V55区间的第四模式下操作的信号图标。驱动组件在第四区间的操作跟在第三区间时的操作非常类似，除了开关Sz会跟着开关S5同时作开关(ON/OFF)操作以外。这会导致运算放大器22的启动来拉高输出电压Vout。
从另外一个方面来说，并不是一定要要求把开关S5与Sz同时开关(ON/OFF)。开关Sz可以在开关S5接通(ON)后接通(ON)(未示出)或是在开关S5关断(OFF)之前关断(OFF)(未示出)。
在所述驱动组件103中，输出缓冲器21主要提供一个偏压电路，一个源极跟随器以及一个短路电路。该偏压电路是由PT1、PT3、PT4、NT1、NT3及电容C1所组成。经由控制开关S1-S4、Sx及Sy，偏压电路在t0到t2时启动来提供偏压电压。晶体管NT2以及/或PT2在其中作为源极跟随器。通过控制开关S5或S6，源极跟随器在t2到t3时由偏压电压启动及偏压，在t3到t4时被启动，以及在t4之后停止作用。在第一和第二模式中，源极跟随器的启动会拉高输出电压Vout到一个比输入电压Vin高的Va值。在第三和第四模式中，源极跟随器的启动会拉低输出电压Vout到一个比输入电压Vin低的值Vc。短路电路是由开关S7构成并在t4到t5间启动来连接输入端以及输出端。运算放大器22在整个输入电压Vin高于电压V8(第一模式)或输入电压Vin低于电压V55(第三模式)的数据输出期关断(OFF)。当输入电压位于V8到V63之间(第二模式)，运算放大器22在t3到t4的时间接通(ON)，驱动(拉低)输出电压Vout从Va到大约等于输入电压的电压电平Vb。当输入电压位于V0到V55之间(第四模式)，运算放大器22在t3到t4的时间接通(ON)，驱动(拉高)输出电压Vout从Vc到大约等于输入电压的电压电平Vd。该运算放大器可以是一个单位增益的运算放大器。
在如上所述本发明的应用方法中的第一及第二模式，输出缓冲器将输出电压到一个高于输入电压的电平，然后将输出电压驱动到大约相等于输入电压的值。运算放大器在输出缓冲器启动的一部分时间或之后拉低或启动输出电压到一个大约与输入电压相同的电平。
在如上所述本发明的应用方法中的第三及第四模式，输出缓冲器将输出电压到一个低于输入电压的电平，然后将输出电压驱动到大约相等于输入电压的值。运算放大器在输出缓冲器启动的一部分时间或之后拉高或启动输出电压到一个大约与输入电压相同的电平。
所述的驱动组件适用于一个正向输入的电压Vin。然而对于一个在数据输出期有负电平的输入电压Vin，源驱动线路可以经由改变P沟道及N沟道晶体管的类型以及输入电源电压的极性来进行改变。
总结来说，本发明提供一种有低电源消耗的源驱动器的液晶显示驱动装置。源驱动器包含一个输出缓中器和一个运算放大器。运算放大器只在一个短时期内接通来帮助拉高或拉低输出电压。这降低了由运算放大器所消耗的功率。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。

Claims (23)

1.一驱动装置来接收在一输入端的一输入电压并在一输出端输出一输出电压，该装置包含：
一耦接在输入端以及输出端之间的输出缓冲器；以及
一耦接在输出端以及输入端之间的运算放大器，并且选择性地接通(ON)来驱动输出电压到一与输入电压相同的电平。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压高于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
3.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压低于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
4.如权利要求1所述的驱动装置，其中的输出缓冲器包含：
一偏压电路，其于一第一时间启动来产生偏压电压；以及
一源极跟随器，其于一第一时间之后的第二时间被偏压电压所启动及偏压，而且在一第二时间后的第三时间停止作用。
5.如权利要求4所述的驱动装置，其中所述运算放大器在所述第三时间接通(ON)。
6.如权利要求4所述的驱动装置，其中所述运算放大器在所述第二时间的一部分时间里接通(ON)。
7.如权利要求4所述的驱动装置，其中的输出缓冲器进一步包含一短路电路选择性地将所述输入端以及所述输出端短路在一起。
8.如权利要求7的驱动装置，其中所述短路电路在所述第三时间后的一第四时间启动。
9.如权利要求1的驱动装置，其中所述运算放大器是一单位增益运算放大器。
10.一驱动装置，其于一输入端接收一输入电压并在一输出端产生一输出电压，包含：
一输出缓冲器接收输入电压并将输出电压在一第一时间拉高到一比输入
电压高的第一电压电平；以及
一运算放大器耦接到输入及输出端之间，其选择性地在一第一时间后的第二时间将输出电压拉低到一大约相等于输入电压的第二电压电平。
11.如权利要求10的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压高于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
12.如权利要求10的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压低于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
13.如权利要求10所述的驱动装置，其中的输出缓冲器包含：
一偏压电路，其于一第一时间前的第三时间启动来产生偏压电压；以及
一源极跟随器，其于所述第一时间被偏压电压所启动及偏压。
14.如权利要求13所述的驱动装置，其中的输出缓冲器进一步包含一短路电路选择性地将所述输入端以及所述输出端短路在一起。
15.如权利要求14所述的驱动装置，其中所述短路电路在所述第二时间后的一第四时间启动。
16.如权利要求10所述的驱动装置，其中所述运算放大器是一单位增益运算放大器。
17.一驱动装置，其于一输入端接收一输入电压并在一输出端产生一输出电压，包含：
一输出缓冲器接收输入电压并将输出电压在一第一时间拉低到一比输入电压低的一第一电压电平；以及
一运算放大器耦接到输入及输出端之间，其选择性地在一第一时间后的第二时间将输出电压拉高到一大约相等于输入电压的第二电压电平。
18.如权利要求17所述的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压低于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
19.如权利要求17所述的驱动装置，其中，所述运算放大器会在输入电压高于某一既定的阈值电平时关断(OFF)。
20.如权利要求17所述的驱动装置，其中的输出缓冲器包含：
一偏压电路，其于一第一时间前的第三时间启动来产生偏压电压；以及
一源极跟随器，其于所述第一时间被偏压电压所启动及偏压。
21.如权利要求20所述的驱动装置，其中所述输出缓冲器进一步包含一短路电路选择性地将所述输入端以及所述输出端短路在一起。
22.如权利要求21所述的驱动装置，其中所述短路电路在所述第二时间后的一第四时间启动。
23.如权利要求17所述的驱动装置，其中所述运算放大器是一单位增益运算放大器。
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