JP2008295012A - 多等級電気レベル駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多等級電気レベル駆動装置を提供する。
【解決手段】多等級電気レベル駆動装置は、交流信号を入力するための交流信号入力端、高電気レベルを出力するための高電気レベル出力端及び中間電気レベルを出力するための中間電気レベル出力端を有する電気レベル変換器と、制御信号を入力して前記高電気レベルと中間電気レベルに対して交替選択を行うための制御信号入力端、及び選択された電気レベルを出力するための出力端を有し、前記高電気レベル出力端と中間電気レベル出力端に連結されるスイッチセレクタと、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶ディスプレイに用いられる多等級電気レベル駆動装置に関する。
薄膜液晶ディスプレイ（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Displayer、TFT-LCDと略称する）は、あらかじめ設置された薄膜トランジスタアレイにより、スクリーンにおける各独立の画素に対して自発制御を行い、それによってディスプレイ機能を実現する。
図1は液晶スクリーンにおける1つの画素の回路連結構造の概略図であり、薄膜トランジスタ101を備え、該薄膜トランジスタ101のゲート電極Gが走査ラインSLに連結され、ドレイン電極DがデータラインDLに連結され、ソース電極Sが画素電極と記憶コンデンサCstに連結される。また、該画素電極と、1端が公共電極Vcomに連結される対向電極とは、その間に充填された液晶によって、その画素電極の1端が薄膜トランジスタ101のソース電極Sに連結される液晶コンデンサCLCを形成する。
画素に対して充電を行う時、図2に示すように、走査ラインに、通常20~30V程度の高電気レベルを呈し、ソース駆動集積回路からデータラインに出力された電気レベルを、薄膜トランジスタ101により、液晶コンデンサCLC及び記憶コンデンサCstに充電し始めさせる。液晶コンデンサCLCにおける電気レベルが所定値に達する時、走査ラインは低電気レベルを呈し、この場合、薄膜トランジスタ101は遮断される。薄膜トランジスタ101が完全に遮断できるのを保証するため、走査ラインに、−5V〜−10V程度の低電気レベルを保持しなければならない。遮断状態に、画素両端の電気レベルが保持される。次の走査によって、走査ラインが高電気レベルを呈する時、対応の薄膜トランジスタはまた導通され、対応の画素電極に対して充電、放電をする。
画素に対して充電する時、薄膜トランジスタ101のゲート電極Gに加えられる電気レベルは20V〜30V程度であり、該電気レベルは、充電が完成した後、画素両端で保持される電気レベル値よりも高い。実際の充電過程において、薄膜トランジスタ101のゲート電極Gとソース電極Sの間に、寄生コンデンサCgsが存在するため、走査ラインにおける電気レベルが高電気レベルから低電気レベルに転換される過程において、寄生コンデンサCgsの充電、放電方向も変化し、それによって、薄膜トランジスタ101が遮断される瞬間、寄生コンデンサCgsの極性が変化し、液晶コンデンサCLCと記憶コンデンサCst間の電荷を改めて分配させ、結果として、走査ラインが高電気レベルから低電気レベルに変わる瞬間、液晶両端の電気レベルに、電気レベルの飛躍変化△Vpを生じさせ、該電気レベルの飛躍変化△Vpと走査ラインにおける電気レベルの変化は下記の式を満たす。
ただし、△Vgが走査ラインにおける高電気レベルと低電気レベルの電気レベルの差である。
電気レベルの飛躍変化△Vpが存在するため、液晶ディスプレイの明滅が引き起こされやすく、電気レベルの飛躍変化△Vpの値を小さくするために、従来技術において、通常、多等級電気レベルの方法が採用される。図3は走査ラインにおいて多等級電気レベルが採用された後の充電概略図である。走査ラインが高電気レベルから低電気レベルに変化する時、中間に中間電気レベル加えられ、高電気レベルから中間電気レベルまでの電気レベルの変化は比較的に小さいため、△Vp1も小さくする。この時、薄膜トランジスタはまだ遮断されていないため、データラインにおける電気レベルは薄膜トランジスタを介して、引き続いて画素へ充電し、画素における電気レベルがまた△Vを上昇させる。その後、走査ラインにおける電気レベルは中間電気レベルからまた負電気レベルになり、薄膜トランジスタを遮断させ、この時、画素両端には、同様に△Vp2の電気レベルの飛躍変化が生じる。従って、プロセス全体において、画素両端の電気レベルの飛躍変化は、△Vp =△Vp1−△V＋△Vp2となる。これで分かるように、走査ラインが多等級電気レベルを採用した後、画素電気レベルの飛躍変化△Vpは小さくできる。
従来技術において、下記の欠陥が存在する。即ち、現在、走査ラインにおいて多等級電気レベルを生じさせる駆動装置として、通常、集積演算増幅器が採用され、該集積演算増幅器のコストは比較的に高いため、従来の多等級電気レベル駆動装置のコストが高くなる。
上記問題を考慮し、コストが低い多等級電気レベル駆動回路が必要となる。
本発明の1つの方面において、多等級電気レベル駆動装置が提供された。該多等級電気レベル駆動装置は、
交流信号を入力するための交流信号入力端、高電気レベルを出力するための高電気レベル出力端及び中間電気レベルを出力するための中間電気レベル出力端を有する電気レベル変換器と、
制御信号を入力して前記高電気レベルと中間電気レベルに対して交替選択を行うための制御信号入力端と、選択された電気レベルを出力するための出力端とを有し、前記高電気レベル出力端と中間電気レベル出力端に連結されるスイッチセレクタと、を備える。
本発明の他の方面において、多等級電気レベル駆動システムが提供された。該多等級電気レベル駆動システムは、前記多等級電気レベル駆動装置の他に、前記多等級電気レベル駆動装置の交流信号入力端に連結される交流信号源を更に備える。
該多等級電気レベル駆動システムは、前記多等級電気レベル駆動装置の参考電気レベル入力端に連結される参考電気レベル信号源を更に備えることが望ましい。
該多等級電気レベル駆動システムは、前記多等級電気レベル駆動装置の制御信号入力端に連結される制御信号源を更に備えることが望ましい。
本発明によれば、両級電気レベル値を有する駆動電気レベルを実現した。従来の集積演算増幅器により実現される駆動装置と比べ、分立する素子によって実現されるため、コストがより低く、且つ電気消費量もより少ない。
本発明の実施形態において、多等級電気レベル駆動装置が提供された。図4に示すように、
多等級電気レベル駆動装置10は、電気レベル変換器11とスイッチセレクタ12を備える。その中に、電気レベル変換器11は、交流信号源20に連結される交流信号入力端113と、高電気レベルを出力するための高電気レベル出力端111及び中間電気レベルを出力するための中間電気レベル出力端112を有し、スイッチセレクタ12は、高電気レベル出力端111と中間電気レベル出力端112に連結される。具体的な作動プロセスは下記のようとなる。
交流信号源20からの交流信号の高電気レベル値VACは、電気レベル変換器11により高められ、高電気レベルVGHとして高電気レベル出力端111を介してスイッチセレクタ12に出力され、同時に、交流信号源20からの交流信号の高電気レベル値VACは、中間電気レベルVGMとして中間電気レベル出力端111を介してスイッチセレクタ12に出力される。そこで、交流信号は正弦信号でもよく、矩形波信号でもよい。
電気レベル変換器11は、ダイオードとコンデンサの充電、放電によって電気レベル倍数の転換及び出力電気レベルの調節を実現する電気変換機である。具体的に、入力された交流信号は電気レベル変換器を通過し、それによって出力される高電気レベルVGHの電気レベル値は、交流信号の高電気レベル値の幅の２倍、3倍、又はそれ以上に転換できる。転換された高電気レベルVGHは、交流信号の高電気レベル値の幅の2倍であれば、電気レベル変換器11を、機能的に2倍電気レベル変換器と称してもよい。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイの電気レベル変換器としては、通常2倍電気レベル変換器を採用すればよい。
スイッチセレクタ12は、制御信号源40に連結するための制御信号入力端121を有する。スイッチセレクタ12は、制御信号源40に入力される制御信号によって、電気レベル変換器11からの高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMに対して交替選択を行い、出力端122を介して、選択された電気レベルを出力し、即ち、高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMとの両級電気レベル値を有する駆動電気レベルを出力する。
また、駆動電気レベルの両級電気レベル値を便利に調節するために、前記電気レベル変換器は、高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMの参考電気レベルVREFを入力するための参考電気レベル入力端114を更に有してもよい。例えば、電気レベル変換器11が2倍電気レベル変換器である場合、対応する高電気レベルVGH=2VAC＋VREF、中間電気レベルVGM=VAC＋VREF。
次は、本実施例における多等級電気レベル駆動装置10に適用する回路構造について、具体的に説明する。図5に示すように、
電気レベル変換器11は、2本の並列分岐回路と、第3のダイオードD3と、第4のダイオードD4と、を備え、
分岐回路の両端は夫々交流信号入力端113とアースに連結され、その中に、1本の分岐回路に、第3のコンデンサC3と、負極が中間電気レベル出力端112に連結される第1のダイオードD1と、1端がアースに連結され、他端が第1のダイオードD1の負極に連結される第1のコンデンサC1と、が順次に直列連結され、もう1本の分岐回路に、第4のコンデンサC4と、負極が高電気レベル出力端111に連結される第2のダイオードD2と、1端がアースに連結され、他端が第2のダイオードD2の負極に連結される第2のコンデンサC2と、が順次に直列連結され、
第3のダイオードは、正極が中間電気レベル出力端112に連結され、負極が第2のダイオードD2の正極に連結され、
第4のダイオードは、負極が前記第1のダイオードD1の正極に連結され、正極が参考電気レベル入力端114を介して、参考電気レベル信号源30に連結される。
電気レベル変換器11が作動し始める時、交流信号源は交流信号入力端113を介して、交流信号を入力し、該交流信号は正弦信号でもよく、矩形波信号でもよい。交流信号源20から出力された交流信号が低電気レベルである場合、参考電気レベル信号源30は、第4のダイオードD4によって第3のコンデンサC3に充電するための参考電気レベルVREFを、参考電気レベル入力端114から入力する。この時、第3のコンデンサC3において、右側に正電荷が充電され、左側に負電荷が充電され、その電気レベル値を参考電気レベル電圧VREFと等しくさせる。交流信号源20から出力された交流信号がVAC高電気レベルに変わる場合、この時、第3のコンデンサC3には既に電気レベル値がVREFである電荷が充電されたため、第3のコンデンサC3の右端の電気レベル値がVREF＋VACとなり、この時、第4のダイオードが遮断され、それによって、参考電気レベルで第3のコンデンサC3に充電できないが、第1のダイオードD1が導通され、第3のコンデンサC3における電荷はまた第1のダイオードD1によって第1のコンデンサC1に充電される。ダイオードの一方向導通作用のため、第1のコンデンサC1において、電気レベル値がVREF＋VACである電荷が保持され、交流信号が低電気レベルである場合、第3のコンデンサC3の右端の電圧が参考電気レベルよりも低いほど下がり、この時、第1のダイオードD1が遮断され、第4のダイオードD4が導通され、第4のダイオードD4によって、参考電気レベルVREFでまた第3のコンデンサC3に充電させる。この時、第1のダイオードD1が遮断された状態であるため、交流信号が低電気レベルである場合、第1のコンデンサC1における電荷は保持され、更に中間電気レベルVGMとして、中間電気レベル出力端112を介して出力される。
これと類似に、中間電気レベルVGMは、第4のコンデンサC4と、第2のダイオードD2と、第2のコンデンサC2の直列連結によって構成された分岐回路の参考電気レベルとする。交流信号源から出力される交流信号が低電気レベルである場合、中間電気レベルVGMは第3のダイオードD3によって、第4のコンデンサC4に充電し、この時、第4のコンデンサC4 における電気レベル値は中間電気レベルVGMに等しい。交流信号源20から出力された交流信号がVAC高電気レベルに変わる場合、第4のコンデンサC4の右端の電気レベル値が上げられ、VREF＋2VACとなり、該電気レベル値は第2のダイオードD2によって、また第2のコンデンサに充電する。ダイオードの一方向導通作用のため、第2のコンデンサC2において、VREF＋2VACである電気レベル値が保持される。該第2のコンデンサC2において保持された電気レベル値は高電気レベルVGHとして、高電気レベル出力端111を介して出力される。
参考電気レベルVREFを変えることにより、高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMの電気レベル値の設定を実現し、そこで、参考電気レベルVREFは直流信号であり、その電気レベル値は正電気レベルでもよく、負電気レベルでもよい。
スイッチセレクタ12は、電気レベル変換器11からの高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMに対する交替選択を実現するように、第1のスイッチQ1と、第2のスイッチQ2と、第3のスイッチQ3と、を備える。そこで、第1のスイッチQ1と、第2のスイッチQ2と、第3のスイッチQ3はフィールドエフェクトトランジスタ、トライオード、又は他のタイプのスイッチであってもよい。具体的に、図5において、フィールドエフェクトトランジスタだけを例にして説明し、トライオード、又は他のタイプのスイッチを採用する情況については、作動原理が同じであるため、説明を省略する。
図5において、第1のスイッチQ1はP型フィールドエフェクトトランジスタであり、第2のスイッチQ2と第3のスイッチQ3は何れもN型フィールドエフェクトトランジスタである。第1のスイッチQ1の出力端ドレイン電極は、第2のスイッチQ2の出力端ドレイン電極に連結され、第1のスイッチQ1の入力端ソース電極は、電気レベル変換器11の高電気レベル出力端111に連結され、第2のスイッチQ2の入力端ソース電極は電気レベル変換器11の中間電気レベル出力端112に連結され、第3のスイッチQ3の制御端ゲート電極は、制御信号入力端121によって制御信号源40に連結され、第3のスイッチQ3の入力端ソース電極はアースに連結され、出力端ドレイン電極は、第2のスイッチQ2のゲート電極に連結され、更に直列連結された第3の抵抗R3及び第2の抵抗R2によって、第1のスイッチQ1の制御端ゲート電極に連結され、その中に、第3の抵抗R3は、第2のスイッチQ2の入力端ソース電極と制御端ゲート電極の間に連結される。また、第1のスイッチQ1の入力端ソース電極と制御端ゲート電極の間に、第1の抵抗R1を連結してもよい。前記抵抗R1、R2、R3によって、第1のスイッチQ1と第2のスイッチQ2の作動位置の電気レベル値を調整することができる。
セレクタ12が作動し始める時、制御信号源40は、制御信号入力端121を介して制御信号を入力する。セレクタ12は、高電気レベル出力端111及び中間電気レベル出力端112を介して、電気レベル変換器11からの高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMを受け取った後、制御信号の作用で高電気レベルVGHと中間電気レベルVGMに対して交替選択を行い、更に選択された電気レベルを出力端122から出力し、両級電気レベル値を有する駆動電気レベルを生じさせる。
制御信号が高電気レベルである場合、第1のスイッチQ1、第3のスイッチQ3は導通され、第2のスイッチQ2は遮断され、出力端122は高電気レベルVGHを出力する。制御信号が低電気レベルである場合、第1のスイッチQ1、第3のスイッチQ3は遮断され、第2のスイッチQ2は導通され、出力端122は中間電気レベルVGMを出力する。具体的に、出力端122が出力する波形は図6に示すものであり、制御信号が低電気レベルである場合、出力端122の電気レベル値は中間電気レベルVGM= VREF＋VACであり、制御信号が高電気レベルである場合、出力端122の電気レベル値は高電気レベルVGH= VREF＋2VACである。
出力される中間電気レベルが０Ｖ又は所定の電気レベル（例えば、Vref）であると要求される場合、電気レベル変換器の中間電気レベル出力端112とスイッチセレクタ12の中間電気レベル入力端との接続を開放し、スイッチセレクタ回路12の中間電気レベル入力端は、アース又はこの所定の電気レベルに直接接続すれば、多等級電気レベル駆動装置により出力される中間電気レベルは、0Ｖ又はこの所定の電気レベルとなる。
図9に示すように、出力端122が出力する出力信号は、高電気レベルVGHとして入力ゲート電極駆動集積回路のVGH端に入力され、また、該ゲート電極駆動集積回路に、パネル内の薄膜トランジスタを遮断できる負電気レベルVGLを提供し、該高電気レベルVGHと負電気レベルVGLは、ゲート電極駆動集積回路の作用により、最終に図7に示す波形を出力し、それによって、液晶ディスプレイにおける薄膜トランジスタの多等級電気レベル駆動を実現する。
また、制御信号の電気レベルの極性により、スイッチ素子を相応に加えることができる。例えば、図6に示す制御信号と逆極性の制御信号を採用すれば、図8に示すように、必要な駆動電気レベルの出力を実現するために、第4のスイッチQ4を更に加えることができる。具体的に、第4のスイッチQ4は、ダイオード、フィールドエフェクトトランジスタ、又は他のタイプのスイッチであってもよく、図8において、第4のスイッチQ4はN型フィールドエフェクトトランジスタである。
また、本実施例に記載の多等級電気レベル駆動装置10は、多等級電気レベル駆動システムを形成できる。図4に示すように、該システムは、多等級電気レベル駆動装置10の交流信号入力端113に連結され、交流信号を提供するための交流信号源20を備えることができ、多等級電気レベル駆動装置10の参考電気レベル入力端114に連結され、直流参考電気レベルを提供するための参考電気レベル信号源30を更に備えることもできる。また、多等級電気レベル駆動装置10の制御信号入力端121に接続され、制御信号を提供するための制御信号源40をさらに備えることもできる。
本実施例に記載の装置、又はシステムによって、両級電気レベル値を有する駆動電気レベルを生じさせることが実現され、ディスプレイの明滅現象を減少し、画面の品質を向上させた。従来の集積演算増幅器によって実現される駆動装置と比べ、分立する素子によって実現されるため、コストがより低く、且つ電気消費量もより少ない。
上記実施例は本発明の技術案を説明するものであり、限定するものではない。最良な実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって、必要に応じて異なる材料や設備などをもって本発明を実現できる。即ち、その精神を逸脱しない範囲内において種種の形態で実施しえるものである。
従来の液晶スクリーンにおける画素の回路連結構造の概略図である。 従来の画素に充電する時、電気レベルの波形概略図である。 両級駆動電気レベルによって従来の画素に充電する時、電気レベルの波形概略図である。 本発明の実施形態における多等級電気レベル駆動装置構造の概略図である。 本発明の実施形態における多等級電気レベル駆動装置が採用できる回路構造の概略図である。 図5に示す多等級電気レベル駆動装置を採用する出力電気レベルの波形図である。 ゲート電極駆動集積回路の出力電気レベルのタイム・シーケンス波形図である。 本発明の実施形態における多等級電気レベル駆動装置が採用できる他の回路構造の概略図である。 本発明のゲート電極駆動集積回路の連結ポットの概略図である。

Claims (11)

  1. 交流信号を入力するための交流信号入力端、高電気レベルを出力するための高電気レベル出力端及び中間電気レベルを出力するための中間電気レベル出力端を有する電気レベル変換器と、
    制御信号を入力して前記高電気レベルと中間電気レベルに対して交替選択を行うための制御信号入力端と、選択された電気レベルを出力するための出力端とを有し、前記高電気レベル出力端と中間電気レベル出力端に連結されるスイッチセレクタと、
    を備えることを特徴とする多等級電気レベル駆動装置。
  2. 前記電気レベル変換器は、前記高電気レベル及び中間電気レベルの参考電気レベルを入力するための参考電気レベル入力端を更に有することを特徴とする請求項１に記載の多等級電気レベル駆動装置。
  3. 前記電気レベル変換器は、2本の並列分岐回路と、第3のダイオードと、第4のダイオードと、を備え、
    前記分岐回路の両端が夫々前記交流信号入力端とアースに連結され、その中に、
    1本の前記分岐回路に、第3のコンデンサと、その負極が前記中間電気レベル出力端に連結される第1のダイオードと、1端がアースに連結され、他端が第1のダイオードの負極に連結される第1のコンデンサと、が順次に直列連結され、
    もう1本の前記分岐回路に、第4のコンデンサと、その負極が前記高電気レベルの出力端に連結される第2のダイオードと、1端がアースに連結され、他端が第2のダイオードの負極に連結される第2のコンデンサと、が順次に直列連結され、
    前記第3のダイオードは、正極が前記中間電気レベルの出力端に連結され、負極が前記第2のダイオードの正極に連結され、
    前記第4のダイオードは、負極が前記第1のダイオードの正極に連結され、正極が前記参考電気レベルの入力端に連結されることを特徴とする請求項2に記載の多等級電気レベル駆動装置。
  4. 前記スイッチセレクタは、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチと、を備え、
    前記第1、第2のスイッチの出力端が連結され、前記第1のスイッチの入力端が前記高電気レベルの出力端に連結され、前記第2のスイッチの入力端が前記中間電気レベルの出力端に連結され、
    前記第３のスイッチの制御端が前記制御信号の入力端に連結され、入力端がアースに連結され、出力端が前記第1、第2のスイッチの制御端に連結されることを特徴とする請求項１に記載の多等級電気レベル駆動装置。
  5. 前記第1のスイッチの入力端と制御端の間に、第1の抵抗が連結されることを特徴とする請求項4に記載の多等級電気レベル駆動装置。
  6. 前記第3のスイッチの出力端は、直列に接続した第3の抵抗と第2の抵抗によって、前記第1のスイッチの制御端に連結されることを特徴とする請求項4に記載の多等級電気レベル駆動装置。
  7. 請求項1に記載の多等級電気レベル駆動装置と、
    前記多等級電気レベル駆動装置の交流信号入力端に連結される交流信号源とを備えることを特徴とする多等級電気レベル駆動システム。
  8. 前記多等級電気レベル駆動装置の参考電気レベルの入力端に連結される参考電気レベルの信号源を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の多等級電気レベル駆動システム。
  9. 前記多等級電気レベル駆動装置の制御信号入力端に連結される制御信号源を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の多等級電気レベル駆動システム。
  10. 交流信号を入力するための交流信号入力端と、高電気レベルを出力するための高電気レベル出力端とを有する電気レベル変換器と、
    ある中間電気レベルに連結する中間電気レベル入力端と、制御信号を入力して前記高電気レベルと中間電気レベルに対して交替選択を行うための制御信号入力端と、選択された電気レベルを出力するための出力端とを有し、前記高電気レベル出力端に連結されるスイッチセレクタと、
    を備えることを特徴とする多等級電気レベル駆動装置。
  11. 前記電気レベル変換器は、前記高電気レベルの参考電気レベルを入力するための参考電気レベル入力端を更に有することを特徴とする請求項10に記載の多等級電気レベル駆動装置。
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