CN1711582B - 使用电容电压驱动器的lcd驱动器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种包括多个电容器的电容器分压器被用于驱动液晶显示。电容器分压器的使用降低了功耗，其适用于便携式设备。在某些其中没有恒定电流在分压器中流动的具体实施例中，功率消耗被降低。

Description

使用电容电压驱动器的LCD驱动器及其驱动方法

技术领域

本发明总的涉及一种液晶显示器(LCD)，尤其涉及一种LCD驱动器。

背景技术

图1是LCD板以及它的在图1中被标示为COM1，...COMn的n行电极和它的在图1中被标示为SEG1～SEGk的显示为垂直矩形的k列电极的示意图。没有显示在图1中的(为了简化图示)是在行和列电极之间的液晶材料层。当适当电压被施加在特定行和特定列电极交叉处时，在特定行和特定列电极之间(在此处它们重叠)的液晶层部分控制该部分的光传递和反射性能，在此处各行和各列电极的重叠部分在观看方向上被观看时定义了一个LCD板像素。

图2a是用于行(或COM)电极和列(或SEG)电极的增强Alto-Pleshko(IAPT)波形的图解说明。图2b是用于行(COM)电极和列(SEG)电极的常规的Alto-Pleshko驱动波形的图解表。在图2a和2b中，被标示为V_COM的电压或其中的变化表示被施加至行电极的电压波形，和被标示为V_SEG的电压或其中的变化表示被施加至列电极的电压波形。在图2a和2b中的驱动波形是常规的。参考图1和图2a，无源LCD的典型配置和常规的驱动波形被说明。如图1所示，一方面第i行电极被连接至电压V_COMi处的节点，另一方面第j列电极被连接至电压V_SEGi处的节点。在图2a中，这里的垂直轴是电压和水平轴是时间，数据信号V_SEGj还被绘制为在信号V_COMi上方的重叠阴影区域，以说明这两组信号间的相互关系。

如图2a所示的驱动波形被作为增强Alto-Pleshko驱动方法(主要是增强APT，或IAPT)是已知的。主要特点是，COM扫描脉冲被“折叠”，以使当与普通的APT比较时，驱动总电压动态范围被减少，如图2b所示。这个减少的电压范围在被用于CMOS集成驱动器IC的常规设计技术中是有优势的，否则其中低MOS晶体管击穿电压(由被用于精细栅极尺寸电路和设备中的薄栅极氧化物导致的)将使电路设计非常困难。

如图2a所示，在场2xN中，被提供给不被扫描的节点V_COMi的电压是在V₅，以及被提供给被扫描的行电极的电压是在V₁。在这种场期间，列或SEG电极是在V₆或在V₄处，取决于被施加至列电极的数据。在场2xN+1期间，被施加至行电极的非扫描电压是V₂，以及被施加至被扫描的行电极的电压是V₆。在这种场中，被施加至列或SEG电极的电压是在V₀或V₂处，取决于被施加至这种电极的数据。

从而，根据上述，在IAPT驱动方法中，总共六个不同的电位被施加至行和列电极。在显示在图2b中的常规APT驱动方法中，可看到五个不同电位被施加(V_COM+，V_B+，V₀，V_B-，V_COM-)。

图2c是图2a中的IAPT驱动波形部分的图解说明。

为了提供被用在IAPT波形中的六个不同电位，或被用在APT波形中的五个不同电位，发现提供两个相对于地的不同电压V_LCD和V_B就足够了。在其中通过提供两个不同电压V_LCD、V_B而可产生被用在IAPT波形中的六个不同电位的方法被说明在2001年4月26日提出的U.S.专利申请第09/842,988号中，其全文在此被结合参考。从而，在一个常规LCD驱动中，包含大量电阻器的电压分压器被使用，该大量电阻器形成位于不同电位的两个节点之间连接的阶梯。

这种电路的一个缺点是恒定电流流经电源，并引起恒定功率消耗。从譬如便携式计算机、便携式电话和个人数字助理的便携式设备的用户最常听到的抱怨之一是，这些设备消耗太多的功率以至于不得不经常给电池充电，这是不方便的。因此，希望提供消耗更少功率的LCD驱动器，以延长电池寿命。这对于所有的LCD驱动器将是有用处的，尤其对于被用于便携式设备中的LCD驱动器。为减少在常规电阻器阶梯方法中的电流消耗，唯一的方法是增加电阻器的电阻值。但这有增加芯片尺寸的副作用。从而希望有不同的方法。

发明内容

本发明是基于如下认知，假如包括多个电容器的电容器分压器被用于提供一个或多个电压电平和功率以用于驱动LCD，则LCD驱动器的功率消耗可被减少。在一个具体实施例中，电容器分压器包括多个电连接的电容器。电容器分压器可被使用以提供IAPT、还有APT电压电平或其它驱动波形电平。在一个具体实施例中，控制设备，譬如包括一个或多个开关的设备可被使用于连接分压器至LCD的行和列电极，以提供用于驱动电极的适当的电压电平。

附图说明

图1是用于说明本发明的LCD板及其如阴影部分水平矩形所示、被标示为COM1，...COMn的行电极和如垂直矩形所示、被标示为SEG1，...SEGk的列电极的示意图。

图2a是用于行或COM电极和列或SEG电极的常规增强A1toPleshko(IAPT)波形的图解说明。

图2b是用于行(COM)和列(SEG)电极的常规的Alto-Pleshko驱动波形的图解表。

图2c是图2a中的IAPT驱动波形部分的图解说明。

图3是说明本发明的一个具体实施例的电容器分压器电路的示意图。

图4是说明本发明的另一个具体实施例的具有刷新特点的电容器分压器电路的示意图。

图5a和5b说明本发明的另一个具体实施例的电容器分压器的两个不同状态。

图6是用于实现在图5a和5b中显示的操作两个状态的电容器分压器的示意性电路图。

图7是说明本发明的另一个具体实施例的电容器分压器的示意性电路图。

图8是说明本发明的又一个具体实施例的电容器分压器的示意性电路图。

图9是说明本发明的另一个具体实施例的电容器分压器的示意性图。

图10是说明用于驱动包括三个行电极R1、R2和R3以及两个列电极C1和C2的LCD显示的电位的图解说明。

为了简化说明，相同部件在这个应用中使用同一标记标示。

具体实施方式

在图2c中V_LCD对V_B的比率被定义为称作偏压率的参数。通常代替电阻阶梯的使用，如图3所示，电容器分压器电路10可被使用以产生偏压率和以提供图2c中的的电位V_LCD和V_B。偏压率BR是

$\mathrm{BR}=\frac{C_2+C_1}{C_1}$ 公式2

其中在图3中，C₁是顶部电容器12的值和C₂是底部电容器14的值。

由于没有恒定电流被要求以驱动电容器分压器10，所以通过这个方法功率被节省。

这个方法的一个缺点是，两个电容器之间的节点是浮置节点(即，处于浮置电压)。其初始电压是不确定的。还有经过长时间，因电容器漏电流而电压可趋于偏离。这两个因素将影响节点A处的电压值。

通过如图4所示在电容器分压器20中的周期性重新刷新电路，这两个问题被解决。三个开关S₁、S₂和S₃被添加至分压器，以形成改良的电容器分压器20。在时钟状态1，开关S₁和S₂被关闭以及开关S₃被打开。所有电容器端点被置于至地，并且电容器12和14上的电荷被清除。在时钟状态2，开关S₁和S₂被打开以及开关S₁被关闭。在这个状态，电容器20可准确和持续地驱动电压电平。

功率节省

通过电容器分压器的使用，基本上没有恒定电流流经分压器电路。只有这些电容器以上述方式的周期性重新刷新可引起动态功率消耗。典型的例子是，重新刷新频率是80Hz，V_LCD＝10V，C₁＝10pF，C₂＝90pF。从而，电路消耗为

I＝V_LCD*f*C₁*C₂/(C₁+C₂)＝7.2nA             公式3

在常规电阻器分压器应用中，其中使用总电阻1M欧姆的多个电阻器分配同一10V的V_LCD，总电流是10μA。图4中具体实施例与常规电阻器分压器应用相比较的功率节省超过1000倍。

一个替换电路被可利用以产生如图5a和5b所示的偏压率，其说明电容器分压器的两个不同状态，以说明本发明的另一个具体实施例。在这个电路中，使用基本上相等数值的电容器40的阵列。电容器的数量优选等于偏压率。在时钟状态1(未显示)，电容器被串联连接在V_LCD和地之间，以使电容器具有V_LCD/N电压降，其中N是阵列中电容器的数量。在这个状态中，串联进电容器分压器的电容器被用于提供驱动LCD的电位。在时钟状态2(未显示)，电容器被并联连接，并连接至电源以给电容器充电。当N被选择为偏压率时，用于LCD驱动器的合适的电压V_B被产生。

当偏压率是低的时，譬如3或4，被说明在图5a和5b中的电路尤其是有用的。小数量的电容器可产生有效地具有非常小功率消耗的偏压率。

图6显示电路50的详细实施，该电路50的操作被说明在图5a和5b中。在状态1中，所有的S1开关是关闭的，以使电容器40串联连接。在状态2中，所有的S2开关是关闭的。从而电容器被并联连接以产生V_B。

图7显示了在LCD COM/SEG电路中电容器分压器和四个节点V_{COM_SCAN}、V_{COM_NONSCAN}、V_SEG0及V_SEG1之间的连接。如在图7和2a中将是显而易见的，当在图7的一个操作状态中开关S₁是关闭的，则将产生显示在图2a中在场2xN中的电压波形。在另一个状态中，开关S₂是关闭的，然而，场2xN+1中的电压波形将代替产生。

根据图2a，可看到，总共六个电位电平被产生：V₁至V₆。取代产生六个不同电位，具有与图2a的类似形状的IAPT电压波形可被产生，即通过如图8所示的包括四个电容器(而不是五个)的电容器分压器而产生。从而，取代图2a和7的六个电位，这六个电位可被融合，以致于在两个中间电位(图2a中的V₃和V₄)间没有电压间隙，以达到在图8所示的同样电位处的同样电位V′₃和V′₄。通过图8中电容器分压器将产生类似于图2a中的这些电压波形，但是其中两个中间电压现将被融合成单一的电位。从而，产生的电压波形将只有五个(而不是六个)不同电位。因此，其中在操作的一个状态中开关S₁被关闭时，产生用于场2xN的有点类似于图2a的电压波形。当在另一个操作状态中开关S₂被关闭时，产生有点类似于在场2xN+1中的电压波形。

在图8的具体实施例实现的五个电位或电压电平可进一步被压缩，以致于参考图2a中的电压电平，以使V₂和V₄基本上是同一电压电平，以及V₃和V₅基本上也是同一电压电平。在这种情况，四个电压电平可是V₁、(V₂、V₄)、(V₃、V₅)和V₆。这四个电压电平或电位现在如图9中所示被重新标示为V₀′、V₁′、V₂′和V_LCD。因此，与前面一样，其中在一个操作状态中开关S₁被关闭时，产生用于场2xN的有点类似于图2a的电压波形。以及当在另一个操作状态中开关S₂被关闭时，产生有点类似于在场2xN+1中的电压波形。

取代以图9所说明的方式使用电容器分压器202，其中这种分压器也可被用于以完全不同于图2a所示的方式驱动行和列电极。这在图10中被说明，尤其其中LCD包括小数量的行电极，图10的LCD驱动波形尤其是有优点的。这可被用于其中小尺寸屏幕LCD就足够的应用中，譬如钟表、仪表、仪器、时钟和其他应用。图10说明了用于LCD显示(未显示，但类似结构如图1所示)的电位，该LCD显示包括三个行电极R1、R2和R3以及两个列电极C1和C2。LCD驱动器202被用于提供与图9相同的四个不同电位至LCD的行和列电极。为了在LCD中的点亮一个具体的像素，限定该像素的重叠列和行电极之间的电压或电势是V_LCD-V0′。假如重叠列和行电极之间的电位或重叠列和行电极之间的跨压小于该值，那么该值将不足于点亮该像素。各行被扫描图10所示的时间t。这样，对于被选择用于扫描的行电极，被施加至这个被选择的行电极的电压将在V0′和V_LCD之间反复(toggle)，而被施加至没有被选择的行电极的电位将在V1′和V2′之间反复。若打开，则被施加至列电极的电位也可在V0′和V_LCD之间反复；若关闭，则在V1′和V2′之间反复。因此，根据图10中所示波形，横跨仅仅一个像素的电压足以点亮这个像素，也就是，在行电极R2和列电极C1重叠处的像素。

从而，根据上述，注意的是，电容器分压器可包含在该分压器中的两个、三个、四个、五个或更多电容器。这种分压器可被以不同方式使用和配置，用于提供各种用于驱动LCD的电压波形和功率。

尽管本发明参考各种具体实施例被在上面说明，可以理解，可作出不脱离本发明范围的变化和改良，该范围仅由附属的权利要求及其相关限定。这里被参考的所有参考被参考结合在其内容中。

Claims (21)

1.一种LCD驱动器包括：包括

包括多个电容器的电容器分压器；和

连接所述分压器至LCD的行和列电极的开关设备，以提供用于驱动电极的适当的IAPT电压电平，其中所述开关设备仅通过四个节点连接所述分压器至LCD的行和列电极，该四个节点为：第一和第二列节点以及行扫描节点和行非扫描节点。

2.如权利要求1的驱动器，所述分压器包括3、4或5个电容器。

3.如权利要求2的驱动器，所述分压器包括被串联连接在两个节点之间的第一、第二、第三、第四和第五电容器，其中第一和第二电容器具有相同的电容，第四和第五电容器具有相同的电容。

4.如权利要求2的驱动器，其中所述多个电容器具有相同的电容。

5.如权利要求1的驱动器，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的5个电容器，所述5个电容器通过第一、第二、第三、第四连接节点的顺序以上升电势彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位。

6.如权利要求5的驱动器，其中在第一寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且开关设备连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

7.如权利要求6的驱动器，其中在第二寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第四连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，并且开关设备连接第一列节点至第三连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

8.如权利要求1的驱动器，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的4个电容器，所述4个电容器通过第一、第二和第三连接节点的顺序以上升电势彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位。

9.如权利要求8的驱动器，其中在第一寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且开关设备连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

10.如权利要求9的驱动器，其中在第二寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第三连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，并且开关设备连接第一列节点至第二连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

11.如权利要求1的驱动器，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的3个电容器，所述3个电容器通过第一和第二连接节点的顺序以上升电位彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位。

12.如权利要求11的驱动器，其中在第一寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且开关设备连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

13.如权利要求12的驱动器，其中在第二寻址状态期间，开关设备连接行非扫描节点至第二连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，并且开关设备连接第一列节点至第一连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

14.一种用于驱动LCD的方法，包括：

提供包括多个电容器的电容器分压器；和

连接所述分压器至LCD的行和列电极，以提供用于驱动电极的适当的IAPT电压电平，其中仅通过四个节点连接所述分压器至LCD的行和列电极，该四个节点为：第一和第二列节点以及行扫描节点和行非扫描节点。

15.如权利要求14的方法，其中所述连接并联连接电容器至电源以给电容器充电，以及串联连接电容器以提供用于驱动LCD的电压电平。

16.如权利要求14的方法，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的5个电容器，所述5个电容器通过第一、第二、第三和第四连接节点的顺序以上升电位彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位，其中在第一寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且所述连接连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

17.如权利要求16的方法，其中在第二寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第四连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，并且所述连接连接第一列节点至第三连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

18.如权利要求14的方法，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的4个电容器，所述4个电容器通过第一、第二和第三连接节点的顺序以上升电位彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位，其中在第一寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且所述连接连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

19.如权利要求18的方法，其中在第二寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第三连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，所述连接连接第一列节点至第二连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

20.如权利要求14的方法，分压器包括被串联连接在低和高参考节点之间的3个电容器，所述3个电容器通过第一和第二连接节点的顺序以上升电位彼此连接，其中高参考节点处于比低参考节点高的电位，其中在第一寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第一连接节点以及连接行扫描节点至高参考节点，并且所述连接连接第一列节点至低参考节点以及连接第二列节点至第二连接节点。

21.如权利要求20的方法，其中在第二寻址状态期间，所述连接连接行非扫描节点至第二连接节点以及连接行扫描节点至低参考节点，并且所述连接连接第一列节点至第一连接节点以及连接第二列节点至高参考节点。

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