TWI289702B - Driving device of liquid crystal display - Google Patents

Description

1289702 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 驅動^明财關於—種驅動裝置，特別是有關於—種在液晶顯示器裡的 先前技術 電較:為示面板跟陰極射線管螢幕比起來尺寸較薄而且耗 色無線接近來被使用在個人電腦、文字處理器 的反庫、寺別是因為主動矩陣式液晶顯示裝置有很高速 透明的#主動矩陣式發幕是由—個有薄膜金屬導線、 用带=1^及薄膜電晶體(TFT)的半導體基層一個有透明丘 不層以及裝置在半導體層及反相基層之間的液晶:、 二、&漸k電壓會經由有開關功能的薄膜電晶體的控制而施 σ固別的晝素電極上，並且液晶的透明度會被晝素 電極的電壓差改變而提供顯示於瑩幕上。 — 用 在半㈣基層上提供㈣料線是作為施加階段_電塵认金 之用，而掃描線是作為施加開關控制信號(掃描信號)給薄i 曰曰體U。當掃描線上的掃描㈣為高準位時，财接到婦描 線上的薄模電晶體會被接通’而送到資料線上的階段漸變信號： «薄膜電晶體施加於晝素電極上。t掃描㈣變成低準位^ 閉薄膜電晶體時，畫素電極和共用電極之間的電壓差在下 段漸變電壓施加到晝素電極上之前保持不變。因此當掃描信號白 繼地送到掃描線上時，最新的階段漸變電壓會施加於晝素二 上，螢幕上的顯示因此在每個晝面週期更新。 1289702 個驅動貢料線的液晶驅動裝置’又稱為源極,驅動器 driver)’需要對包含液晶電容、導線電阻及導線電容的一個大負載 來做充放電的動作。 一個液晶驅動裝置通常由一個分壓器、一個解碼器以及一個 連接到資料線的驅動裝置所構成。傳統的驅動裝置是由運算放大 态所構成（參考S· Saito et al·，“一個六位元薄膜電晶體液晶顯示 器的數位資料列印器6-bitDigital Data Printer for Color TFT-LCDs)”，SID95Digest，第 257-260 頁，1995)。由於運算放大 器的高電流供應能力，驅動裝置可以高速來驅動有大電容性負載 的資料線。另外即使在運算放大器裡的電晶體的臨界電壓有微小 的變動，運算放大器輸出電壓的變動也相對的會非常小。另外， 輸出電壓可以達到非常高的精確度。 旦然=在習有的驅動裝置中，含有大量元件的運算放大器，其 數置隨^資料線的數量而增加。因此如果在液晶顯示驅動裝置中 ，用由早_積體電路元件所構成的習有驅動裝置，該積體電路的 的^會因為要提供足夠的運算放大器數量因此增加而增加生產 m °另外’需要提供給運算放大器的定電流源也會提高功率 發明内容 個液晶驅動裝置，其含有一個 本發明的目的是提供 非常低功率消耗的驅動元件。 輸入電職置來接收在一個輸入端的— 連接在輸出端以及輸人端:個輪出電塵。該裝置包括一4 間的一個輸出緩衝器（Buffer)，以石 1289702 =連接在輪出端以及輸入端之間的-個運算放大器，並且選 =的開啟來驅動輪出電壓到—個與輪入電麼實質上相同的 ㈣發明提供另—個驅㈣置來接收在—個輸人端的— 個輸出緩衝器，來輪出電壓。該裝置包括-π乂木接收輸入電屋並在一個第一期間將輸出電星 端:及V: 電a還高的第一準位；以及-個耗接在輸出 知以及輸入知之間的一個運算放大器， 啟來拉低輸㈣到-個與輸二 的-個 鞠出知輸出一個輸出電壓。該梦晉白 括一個輸出緩衝器，來接收輸入電 " 電壓拉低到一個比輸入電壓、,低：”固弟-期間將輸出 ⑽比叛入電壓逖低的第一準位，·以及一 輸出端以及輸入端之間的—個運算放大器， Γ=上之侧二期間開啟來拉高輸出電麼到-個與:!； 壓貝貝上相同的第二準位。 电

實施方式 驅動^ =表示根據本發明其中—種應用產生的液晶顯示 ，凌亥液曰曰顯不驅動裝置通常包含：-個分壓哭101 一個解碼器102以及一個驅動分此彳心处 刀i的101、 ητ ^ 兀件103接到一個資料線DL·。 “貝枓線DL也透過薄臈電晶體(圖上 上°分壓器101由電阻R1、R2、 ^^素$極 ......R63所組成來提供多階 8 1289702 漸變電壓。解碼益102由互補金氧半導體（CM〇S)開關所組成， 其由連到Rl、R2、···_··、R63的線以及接收視訊信號D〇、 D1、……、D5的線的接點所提供。 第2圖表示在第1圖中的驅動元件1〇3。其包含··一個輸出 缓衝态21以及一個運算放大器22。輸出緩衝器21接收輸入電 壓Vin並在資料線DL輸出一個V_電壓。運算放大器22的正 輸入端接收輸入電壓Vin’其負輸入端以及輸出端連接到資料線 DL上。運异放大器的負輸入端跟輸出端彼此連接，形成一個 單位增益（unit gain)運算放大器。 輸出缓衝姦21包含：p-通道金氧半導體電晶體pH、、 pt3、pt4以及pt5、n-通道金氧半導體電晶體 以及NT5、開關S】〜S5、Sx以及Sy、一個電容C1以及一個電 阻R 〇 電晶體PT1及PT2的閘極和ρτΐ的汲極共接在一起，而且 電晶體PT2的源極透過電阻R連接到資料線DL。電晶體ρτ3 的汲極接收一個電源供應電壓且其閘極接到電晶體ρτ3本身的 源極。電晶體ΡΤ4的閘極接收輸入電壓Vin且其源極接到電晶 體NT1的源極。電晶體NT1及NT2的閘極與Ντι的汲極共接 在一起，而且NT2的源極透過電阻尺連接到資料線]：^。電晶 體NT3的閘極接到輸入電壓Vin，其源極跟電晶體ρτι的源極 相接。電晶體NT5的源極透過電阻R接到資料線Dl，其汲極 接到電源供應電壓，其閘極接收輸入電壓Vh。電晶體p丁$的 源極透過電阻R接到資料線DL，其汲極接到地電壓（gr〇und voltage)，其閘極接收輸入電壓Vin。開關心連接在電晶體 的源極和ΝΤ1的汲極之間。開關&的一端接收地電壓，另一 端接到電晶體ΡΤ1的汲極。開關Ss的一端接收地電壓，另一端 1289702 接^電曰曰體PT4的沒極。開關s4的一端接收輸入電遷〜，另 :端接到電晶體PT1的源極。開關S5的—端接到電源供應電 屢’另-端接到電晶體NT2的汲極。開關§6的―端接收地電 麗’另一端接到電晶體P T2的汲極。開關S 7的-端接收輸入電 壓，另外一端透過電阻R接到資料線dl。開關心的—端 接收電源供應電壓’另一端接到電晶體NT3的汲極。開關S 2一端接收輸入電壓Vin，另一端接到電晶體NT1的源極。電 容C1的—端接收一個控制信號Np，另一端接到電晶體㈣ 的汲極。 、第2圖中的驅動元件分別在輸入電壓Vin在V0至V7區間 ί 或者V8至V63區間兩種不同模式下運作，其中VQ為較高的 電壓而V63為較低的電壓。 第3A圖是驅動元件分在輸入電壓Vin為v〇至V7區間的第 一模式中操作時的圖示。時間t〇flJ t5的區間是一個資料輸出區 間而h到t10是另一個資料輸出區間。驅動元件在第一模式下 運作時，開關Sy及Sz是關閉的（OFF)。 剛開始在tQ的時間點開關\及&都被打開（〇N)〇 一個在 電晶體PT1及PT2閘極的偏壓電壓V1為〇伏特。同時，一個 φ 在電晶體NT1及NT2閘極的偏壓電壓V2為VDD_Vthp3伏特。 然後，在時間tl，開關81及&被關上（〇FF)而且開關& 及Sx被打開（ON)。另外，控制信號反？在其”開，，⑴⑼狀態來推 冋電晶體NT1沒極的電壓到輸人電壓加上電晶體NT1的臨界 電壓加上電晶體PT4的臨界電壓。偏壓電壓V2變成 V 2=V in+Vthnl-Vthp4 然後，在時間t2，開關S3及sx被關上（OFF)而開關s4被打 10 1289702 開（ON)。所以，偏壓電壓ν〗變成 V 1 =V in +Vthp 1 在此同時開關S5被打開（ON)。在此狀態下，電晶體NT2被 當作一個源極隨I馬器，輸出電壓v〇ut變成 V〇ut'~Vin + Vthnl^~Vthp4"Vthn2 因此，如果Vthnl大約等於（与）Vthn2，輸出電壓ν_變成 Vout=F Vin+Vthp4 請注意，Vin + VthP4所可能達到的最大電壓為電源輸入電 壓。 接著在t3的時候，開關Ss被關閉（OFF)而開關心被打開 (ON)。在此狀態下’電晶體ρτ2被當作一個源極隨耦器，輸出 電壓Vout變成

Vout^Vin+Vthp 1 - Vthp2 其中VthP2是電晶體PT2的臨界電壓，因此，如果Vthpl大 約等於（与）VthP2，輸出電壓v〇ut變成 Vout ^ Vin 請注意，如果電晶體PT1以及PT2製作在距離彼此很近的 區域而且尺寸大小大概相同時，臨界電壓Vihpl會大約等於臨 界電壓VthP2。 在時間U時’開關S?被打開（ON)。因為源極隨耦器在v〇ut 接近Vin時驅動力是很差的，使用開關S?可以使輸出達到最佳 精確值（目標值）。另一個使用開關S7的理由是要對其輸出電壓 Vout以及其最佳值之間由於電晶體NT 1以及NT2的臨界電壓不 同而產生的差異作補償。如前所述，在時間t3時輸出電壓v〇ut 為Vin + Vthpl - Vthp2。如果Vthpl和Vthp2有明顯的差異時，輸 1289702 出電M V〇Ut將奋盘立ΤΞ7 > , 在以的時候，開關、s、：：门in偏離有一個Δν值。接著 相對的輸_ ν“被且開關S7打開（〇Ν)， 雜輸出所平均為—個相同的電 插合/ Μ於會等於輸入電壓〜，因為只要時間夠長，Λν 2曰很小、。即使開關S7打開(⑽)的時間不是很長，共有一個輸 的個㈣極輪出還是會被均衡到—定值’而其與最佳值的差 △V也可以被相反的極性的位差所抵銷，因為相反極性的源極 輸出與該最佳值的位差必^有著同樣大的位差值。因此，藉由 打開（ON)開關&，輸出電壓的準確性可以被提高。

月/主μ電日日體NT5及PT5是用來對源極輸出充放電，以 接近目標值的第一步驟。由於電晶體NTS及pTS的幫助，源極 輸出的操作可以更準確。 k另外一個方面來說，在％的時候並不是一定要把開關心 關上（〇FF)。開關心在“之後仍可以保持打開（ON)的狀況一陣 0 在第一個資料輸出區間1〇到t5的操作會在4到t1()的第二 個資料輪出區間重複。 第3B圖中是驅動元件在一個Vin落在V8至V63區間的第 二模式下操作的信號圖示。驅動元件在第二區間的操作跟在第 一區間時的操作非常類似，除了開關Sz會跟著開關S6同時作 開關（ΟΝ/OFF)動作以外。這會導致運算放大器22的啟動來拉 低輸出電壓Vout。 從另外一個方面來說，並不是一定要要求把開關S6與Sz 同時開關（ΟΝ/OFF)。開關Sz可以在開關S6打開（ON)後打開 (ON)(未圖示）或是在開關s6關閉（OFF)之前關閉（OFF)(未圖 示）〇 12 1289702 第2圖中的驅動元件也可以操作於另二個操作模 輸入電壓落力S 、飞刀別在 洛在另外兩個區間V56至V63及V0至V55時。 # 一第3C圖是驅動元件在輸入電壓Vin為V56至V63區間的 杈式中刼作時的圖示。開關S4及Sz在驅動元件工作在此 第二模式時是關閉的（OFF)。 曰剛開始在to的時間點開關心及&都被打開（〇N)。一個在 電晶體PT1及PT2間極的偏壓電魘V1為〇伏特。同時，一個 在電晶體ΝΊΓ1及NT2閘極的偏壓電壓v2為vDD_Vthp3伏特。 然後，在時間tl，開關心及心被關上（〇FF)而且開關& 及Sx被打開（0N)。另外，控制信號NP在其，，開，，(0N)狀態來推 高電晶體NT1汲極的電壓到輸入電壓加上電晶體NT1的臨界 電壓加上電晶體PT4的臨界電壓。 然後，在時間h，開關S4被打開（ON)。所以，偏壓電壓 VI及V2變成

Vl=Vin+Vthpl-Vthn3 V 2=V in+Vthnl 在此同時開關S0被打開（ON)。在此狀態下，電晶體pT2 被當作一個源極隨編器，輸出電壓V〇ut變成 V out=Vin + Vthpl-Vthn3-Vthp2 其中Vthp2等於電晶體PT2的臨界電壓。因此，如果Vthpl 大約等於（与）Vthp2，輸出電壓v_變成

Vout^r Vin-Vthn3 請注意，如果電晶體PT1以及PT2製作在距離彼此很近的 區域而且尺寸大小大概相同時，臨界電壓Vthpl會大約等於臨 界電壓Vthp2。 13 1289702 接著在t3的時候，開關S5被打開（ON)。在此狀態下，電 曰曰體NT2被當作一個源極隨耦器，輸出電壓Voiit變成 v〇ut-vln+vthnl.Vthn2 其中Vthu2是電晶體NT2的臨界電壓，因此，如果Vthnl 大約等於（与）vthn2，輸出電壓v〇ut變成 V〇ut= Vin 最後’在時間t4時，開關S7被打開（ON)直到t5。在第一個 貝料輸出區間t〇到h的操作會在t5到t10的第二個資料輸出區 間重複。 從另外一個方面來說，在U的時候並不是一定要把開關s5 關上（OFF)。開關Ss在u之後仍可以保持打開（〇N)的狀況一陣 子。 第3D圖中是驅動元件在一個Vin落在V0至V55區間的第 四板式下操作的信號圖示。驅動元件在第四區間的操作跟在第 二區間時的操作非常類似，除了開關Sz會跟著開關S5同時作 開關（ΟΝ/OFF)動作以外。這會導致運算放大器22的啟動來拉 高輸出電壓Vcut。 從另外一個方面來說’並不是一定要要求把開關Ss與Sz 同時開關（ΟΝ/OFF)。開關Sz可以在開關s5打開（ON)後打開 (0N)(未圖示）或是在開關Ss關閉（OFF)之前關閉（OFF)(未圖 示）。 在前述驅動元件103中，輸出緩衝器21主要提供一個偏 壓電路，一個源極隨耦器以及一個短路電路。該偏壓電路是由 ΡΊ^、PT3、PT4、NT卜NT3及電容C1所組成。經由控制開關 Si〜S4、Sx及Sy，偏壓電路在tG到t2時啟動來提供偏壓電壓。 14 1289702 電晶體NT2以及/或PT2在其中作為源極隨輕器。藉由控制開 關S5或S6，源極隨耦器在。到h時由偏壓電壓啟動及偏壓， 在t3到t4時被啟動，以及在t4之後停止作用。在第一和第二模 式中，源極隨耦器的啟動會拉高輪出電壓¥_到一個比輸入電 高的^值。在第三和第四模式中，源極隨叙器的啟動^ f低輸出電壓個比輸人電壓I低的值％。短路電路 =由開關s7構成並在t5間啟動來連接輸人端以及輸出端。 -電麗Vin低於電壓二第一〜V;:於電魏(第一模式)或輸 一 (弟二挺式）的貢料輸出期關閉（OFF)。 虽輸入電壓位於⑽到V63之間（第二模式），運算放大器22在 二到二的時間打開_)，驅動（拉低）輸出電塵v_從％到大約 荨於輸入電μ的μ準位Vb。當輸人電黯於 運算放大器22“到“的時間打開_，驅動： ^放a 乂_從％到大約等於輸人電㈣㈣準位v 運异放大器可以是-個單位增益的運算放大器。 μ 在如上所述本發明的應用方法中的第一 緩衝器將輸出電壓到一個$ —、式，輸出 於輪入電壓的準位，然後將輸出雷 屋驅動到大約相等於輸入電 =翰出電 啟動的-部分時間或之德叔…運-放大益在輸出緩衝器 輸入電屢相同的位準。低或啟動輸出電壓到一個大約與 在如上所述本發明的應用方法 缓衝器將輸出電mu ^及㈣輪式’輸出 壓_大約相等於輸入=電二的 輸入電麼相同的^。之後拉高或啟動輸出電塵到一個大約與 前述的驅動元件適用於一個正 向輸入的電壓Vin。然而對 15 1289702 於-個在貧料輪出期有負位準 以經由改變：Pis;t爲Μ 铷八迅I Vin源驅動線路可 極性來做改變。道電晶體的類型以及輸人電源電壓的 總結來說，本發明括 晶顯示驅動裝置。==有低電源消耗之源驅動器的液 大器。運算放大哭！：包含一緩衝器和一個運算放 出電麼… 一個短時期内打開來幫助拉高或拉低輸 出電屋。通降低了由運算放大器所雜的功率。 -r y本毛月已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以定 本發明，任何熟習此技蓺 用乂限疋 内，當可作此畔之^在不脫離本發明之精神和範圍 附之申請專利範圍所界定者為準。林月之保•圍當視後

16 1289702 【圖式簡單說明】 本發明透過後附詳細說明的圖示將會令人比較容易全盤了解，其僅為 圖解之用而非將本發明限制於圖示範圍。 ^第^圖表示根據本發明其中-種應用方式的-個液晶顯示驅 第2圖表示第1圖中的驅動元件1〇3 ; 第3A〜3D圖係為第2圖驅動元件所使用 机琥的時序圖。 【主要元件符號說明】

Vd〜電壓訊 號

V0〜V63、Vin、ν_、Va、Vb、V R1〜R63〜分壓電阻 DO〜D5、DL〜資料訊號 101〜分壓器 102〜解碼器 103〜驅動元件 21〜輸出缓衝器 22〜運算放大器 PT1〜PT5〜P通道金氧半導體 NT1、NT2、NT3、NT5〜N通道金氧半導體 C1〜電容 R〜電阻 NP〜控制信號 17 1289702

Si〜S7、Sx、Sy、Sz〜開關

Claims (1)

1. ·. 修正日期:95.3.17 修正本 十、申請專利範圍 1·一種液晶顯示器之驅動裝置，來接收在一輸入端的一輸入電 壓並在一輸出端輪出一輸出電壓，該裝置包含·· 一輕接在輸入端以及輸出端之間的輸出緩衝器；以及 · 一輕接在輪出端以及輸入端之間的運算放大器，並且選擇性 的開啟(ON)來驅動輸出電壓到一與輸入電壓實質上相同的準位。 2·如申睛專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中，前述運算 放大為會在輸入電壓高於某一既定的臨界位準時關閉（OFF)。 · 3·如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中，前述運算 放大器會在輸入電壓低於某一既定的臨界位準時關閉（OFF)。 4·如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中的輸出緩衝器 包含： 一偏壓電路，其於一第一時間啟動來產生偏壓電壓；以及 一源極隨耦器，其於一第一時間之後的第二時間被偏壓電壓 所啟動及偏壓，而且在一第二時間後的第三時間停止作用。 鲁 5·如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中前述運算放 大器在前述第三時間打開（0 N)。 6.如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中前述運算放 大器在前述第二時間的一部分時間裡打開（0N)。 7·如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中的輸出緩衝 · 裔進一步包含一短路電路選擇性的將前述輸入端以及前述輸出端 19 1289702 短路在—起。 8.如申請專利範圍第7項戶斤述的驅動t置，其中前述短路電 路在前述第三時間後的一第四時間啟動。 9·如申請專利範圍第丨項所述的驅動裝置，其中前述運算放 大器是一單位增益運算放大器。 · —種液晶顯示器之驅動裝置，其於一輸入端接收一輪入電 壓並在一輸出端產生一輸出電歷，包含： 輸出緩衝器接收輸入電壓並將輸出電壓在一第一時間拉高 鲁 到一比輸入電壓高的第一電壓準位；以及 一運算放大器耦接到輸入及輸出端之間，其選擇性的在一第 一日守間後的第二時間將輸出電壓拉低到一大約相等於輸入電壓的 第二電壓準位。 11·如申請專利範圍第10項所述的驅動裝置，其中，前述運算 放大的S在輸入電壓咼於某一既定的臨界位準時關閉（OFF)。 12·如申請專利範圍第1〇 放大器會在輸入電壓低於某一 13·如申請專利範圍第1〇 器包含： 1〇項所述的驅動裝置，其中，前述運算 鲁 $ —既定的臨界位準時關閉（0FF)。 10項所述的驅動裝置，其中的輸出緩衝

   電壓；以及 時間前的第三時間啟動來產生偏壓

   時間被偏壓電壓所啟動及偏壓。 20 1289702 14·如申睛專利範圍第I]項所述的驅動裝置’其中的輪出緩衝 的進步包含一短路電路選擇性的將前述輸入端以及前述輪出端 短路在一起。 15.如申睛專利範圍第μ項所述的驅動裝置，其中前述短路電 路在前述第二時間後的一第四時間啟動。 16·如申請專利範圍第10項所述的驅動裝置，其中前述運算放 大器是一單位增益運算放大器。 17·—種液晶顯示器之驅動裝置，其於一輸入端接收_輪入電 壓並在一輸出端產生一輸出電壓，包含： 一輸出緩衝器接收輸入電壓並將輸出電壓在一第一時間拉低 到一比輸入電壓低的一第一電壓準位；以及 一運算放大器耦接到輸入及輸出端之間，其選擇性的在一第 一時間後的第二時間將輸出電壓拉高到一大約相等於輸入電壓的 第二電壓準位。 18·如申請專利範圍第17項所述的驅動裝置，其中，前述運算 放大杰會在輪入電壓低於某一既定的臨界位準時關閉(OFF)。 19·如申請專利範圍第17項所述的驅動裝置，其中，前述運算 放大器會在輸入電壓高於某一既定的臨界位準時關閉(〇ff)。 20.如申凊專利範圍第17項所述的驅動裝置，其中的輸出緩衝 器包含： -偏麗電路，其於一第一時間前的第三時間啟動來產生偏壓 21 1289702 電壓；以及 一源極隨耦器，其於前述第一時間被偏壓電壓所啟動及偏壓。 21. 如申請專利範圍第20項所述的驅動裝置，其中前述輸出缓 衝器進一步包含一短路電路選擇性的將前述輸入端以及前述輸出 端短路在一起。 22. 如申請專利範圍第21項所述的驅動裝置，其中前述短路電 路在前述第二時間後的一第四時間啟動。 23. 如申請專利範圍第17項所述的驅動裝置，其中前述運算放 大器是一單位增益運算放大器。

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