TWI342546B - Source driver of liquid crystal display and the driving method - Google Patents

Description

1342546 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種液晶顯示器，且特別是有關於一 v 種低電力應用之源極驅動器及驅動方法。 【先前技術】 液晶顯示器（LCD)具有許多優於其他類型顯示器的優 點’並已廣泛地被應用於電視、行動電話、攝錄影機、個 # 人電腦等方面中。 液晶顯示器的影像資料係由一或多個源極驅動器來提 供。第1圖繪示-種用於液晶顯示器中的傳統源極驅動器 1〇0。源極驅動器丨00包含有多個通道（第1圖中僅繪示一 個通道），且每個通道具有—數位類比轉換器1〇2及—輸出 ' 緩衝器1〇4。數位類比轉換器102根據N位元信號的所有 位元（例如六位元信號的位元B0, B1，B2, B3, B4, B5)從一 組伽瑪電壓（VO〜V63)中選擇出一個伽瑪電壓。輸出緩衝器 ® 104攸數位類比轉換器！ 〇2接收此被選擇出的伽瑪信號，並 將其輸出至液晶顯示器面板1〇6。 為了減少電力的消耗，輸出緩衝器丨〇4需要使用頻繁 的控制或是複雜的AB類（class AB)放大器，但這可能會使 電路的設計變得複雜或是佔用較大的晶片面積。因此，需 要提供一種低電力的源極驅動器或驅動方法，其僅需要簡 單的電路設計及較少的控制。 第2圖為第1圖源極驅動器1〇〇中使用的傳統輸出緩 衝器200。輸出緩衝器2〇〇具有PM0S電晶體2〇2、nm〇s 5 1342546 電晶體204、第一誤差放大器212'以及第二誤差放大器 21OPM0S電晶體202及NMOS電晶體204係電性串聯於 高電壓（VDDA)及低電壓（VSSA)之間。PMOS電晶體202之 閘極係電性連接於第一誤差放大器2】2之輸出端，而Nm〇s 電晶體204之閘極則電性連接於第二誤差放大器214之輸 出端。一輸入電壓（Vin)(即數位類比轉換器i 02所選擇出的 伽瑪電壓）’被輸入於誤差放大器212及2M的反向輸出 端。此兩誤差放大器212及214的非反向輸出端係相互電 性連接，並耦合於PMOS電晶體202及NMOS電晶體204 之間的連接點（即PMOS電晶體202及NMOS電晶體204 之汲極），以提供一輸出電壓（v〇ut)至液晶顯示器面板222。 與吊用的AB類放大器相較，輸出緩衝器2〇〇藉由此 種杀構可佔用較小的晶片面積。然而，上述的誤差放大器 郃有可能會產生約為30mV的偏移電壓，或是需要使用複 雜的電路設計來補償此偏移電壓。 【發明内容】 本發明一方面提供一種液晶顯示器之源極驅動器，具 有設計簡單且低電力消耗的電路。 根據本發明之一實施例，此源極驅動器具有複數個通 道，且各個通道包含有一數位類比轉換器' 一箝位電路、 m-微調電路。數位類比轉換器根據N位元信號之（N1) 個最高位元從複數個伽瑪電壓中選擇出一第一參考電壓及 >考電壓。痛位電路接收上述參考電壓，並在這兩 個參考電壓之間籍夹出一輸出電壓。微調電路根據N位元 6 1342546 L號之最低位元調整箝夾之輸出電壓至一目標準位。 本發明另一方面提供一種液晶顯示器之源極驅動方 法而要較少的控制步驟並可快速地使輸出電壓達到目標 準位。 下 根據本發明之另一實施例，先根據~位元信號之（Nd) 個最高位元從複數個伽瑪電壓中選擇出一第一參考電壓及 第一參考電壓。接著，在這兩個參考電壓之間箝夾出一 輸出電壓。根據N位元信號之最低位元調整籍爽之輸出電 壓至一目標準位。 本發明另一方面提供一種液晶顯示器之源極驅動器， 可降低電路設計的複雜度，並減少其所佔用的晶片面積。 根據本發明之另一實施例，此源極驅動器具有複數個 通道’且各個通道包含彳一數位類比轉換器以及一輸出緩 衝器。數位類比轉換器係根據N位元信號之所有位元從複 數個伽瑪電壓中選擇出一輸入電壓。輸出緩衝器包含有一 PMOS電晶體及-NM0S電曰曰曰體、一第一誤差放大器、一 第二誤差放纟器、-帛一偏移電屡產生電路及一第二偏移 電壓產生電路、以及一微調電路^ PM〇s電晶體及nm〇s 電晶體係電性串聯於一高電壓以及一低電壓之間。 ^第一誤差放大器具有：一反相輸入端用以接收該輸入 電壓，一非反向輸入端電性連接於該PM〇s電晶體及該 NMOS電晶體之連接點以輸出—輸出電壓，以及—輸出端 電性連接於該PMOS電晶體之閘極。第二誤差放大器具 有：一反向輸入端用以接收該輸入電壓’一非反向輸入端 電性連接於該連接點’以及一輸出端電性連接於該nm〇s 7 1342546 電晶體之閘極。 第一偏移電壓產生電路及第二偏移電壓產生電路，分 別電性連接於第一誤差放大器及第二誤差放大器之輸出 端。此兩偏移電壓產生電路係用以將輸出電麼拉高或降低 至輸入電壓之準位及輸入電壓加上或減少一偏移電壓之準 位之間。微調電路電性連接於誤差放大器之非反向輸入 端’用以調整輸出電壓至輸入電壓之準位。 本發明另一方面提供一種液晶顯示器之源極驅動方 法，可快速地使輸出電壓達到目標準位並減少其電力消耗。 根據本發明之另一實施例，先根據N位元信號之所有 位域複數個伽瑪電壓中選擇出一輸入電M。當輸入電壓 係而於一高電壓之一半時，拉高一輸出電壓至輸入電壓之 準位及輸入電壓加上偏移電壓之準位之間。當輸入電壓係 低於此高電壓之一半時，降低輸出電壓至輸入電壓之準位 及輸入電壓減去偏移電壓之準位之間。調整被拉過之輸出 電壓至輸入電壓之準位。 【實施方式】 第3圖為本發明—實施例之液晶顯示器之源極驅動器 300的方塊圖。源極驅動器具有多個通道（第3圖中僅 以一個通道作代表），i各個通道包含有數位類比轉換器 302、箝位電路304、以及微調電路3〇6。數位類比轉換器 302根據6位元信號之5個最高位元（B1，B2, B3, B4 而從複數個伽瑪電壓（V0〜V63)中選擇出第—參考電壓（e_) 及第二參考電壓（E+)。箝位電路3〇4接收上述參考電壓（E+， 8 (v_)。= ; : t: :E+，E-)之間 _ -輪出電壓 籍失之輪出電壓最將 壓(E-)或第二參考電壓广位’例如第-參考電 面板3〇8。 4(E+)之準位，以供輸出至液晶顯示器 第4圖繪示第3圖之源極驅動器3〇〇之驅動方法的流 圖。首先，根據N位元信號之㈣個最高位元(例如bi， ，B3’ B4, B5)從複數個伽瑪電壓（VO〜V63)中選擇出第一 /考電壓（E-)及第二參考電壓（E+)(步驟術）。接著， 兩個參考電壓(E+，E-)之間箝失出一輸出電壓(v〇m)(步驟 4〇4)。然後，根據N位元信號之最低位元（例如b〇)調整籍 爽之輪出電壓（V_)至-目標準位，例如第-參考電壓（Ε·) 或第二參考電壓（Ε+)之準位（步驟406)。 第5Α圖係根據本發明之—實施例繪示帛3圖中之數位 類比轉換器3〇2。舉例來說，數位類比轉換器3()2中包含有 五個階段的多工器5〇2、512、522、532及542。各階段係 分別對應於上述5個最高位元⑻，B2, B3, B4, B5)其中之 者，並根據其所對應之最高位元而將前個階段所提供之 伽瑪電壓選擇出一半的伽瑪電壓。舉例來說，第一階段的 多工器502根據最高位元B5而從64個伽瑪電壓（v〇〜v63) 中選擇出32個伽瑪電壓（W0〜W31)，第二階段的多工器5i2 根據最尚位元B4而從32個伽瑪電壓（w〇〜W31)中選擇出 16個伽瑪電壓（Y0〜Y15)，第三階段的多工器522根據最高 位元Β3而從16個伽瑪電壓（Υ0〜Υ15)中選擇出8個伽瑪電 壓（Ζ0〜Ζ7)’第四階段的多工器532根據最高位元Β2而從 1342546 8個伽瑪電壓（Z0〜Z7)中選擇出4個伽瑪電壓（X0〜X3)，第 五階段的多工器542根據最高位元B1而從4個伽瑪電壓 (V0〜V63)中選擇出第一參考電壓（E-)及第二參考電壓（E+)。 第5B圖係根據本發明之一實施例繪示第3圖中之箝位 電路304以及微調電路306。先假設第一參考電壓（E-)係低 於第二參考電壓（E+)。箝位電路304包含有PMOS電晶體 514及NMOS電晶體524。PMOS電晶體514及NMOS電 晶體524係電性串聯於高電壓（VDDA)及低電壓（VSSA)之 間，且其間的連接點（即PMOS電晶體514及NMOS電晶體 524的汲極）會提供輸出電壓（Vout)。 藉由此種架構，當輸出電壓（Vout)低於第一參考電壓 (E-)時，PMOS電晶體514可將輸出電壓（Vout)拉高至第一 參考電壓（E-)之準位；當輸出電壓（Vout)高於第二參考電壓 (E+)時，NMOS電晶體524可將輸出電壓（Vout)降低至第二 參考電壓（E+)之準位。再者，當輸出電壓（Vout)介於第一參 考電壓（E-)及第二參考電壓（E+)之間時，PMOS電晶體514 及NMOS電晶體524可為關閉的以避免靜態電流（quiescent current) ° 微調電路306包含兩個偏壓電路（Bias A，Bias B)電性 串聯於高電壓（VDDA)以及低電壓（VSSA)之間，且兩偏壓電 路（Bias A，Bias B)之連接點係轉接於輸出電壓（Vout)。這兩 個偏壓電路（Bias A, Bias B)可根據6位元信號之最低位元 (B0)而將輸出電壓（Vout)降低或拉高至第一參考電壓（E-)或 第二參考電壓（E+)的準位。 舉例來說，當最低位元（B0)為0時，偏壓電路（Bias A) 10 1342546 會被導通而偏壓電路（Bias B)則被關閉，如此來將輪出電壓 (Vout)拉高至第二參考電壓（E+)的準位；當最低位元（B〇)為 1時’偏壓電路（Bias A)會被關閉而偏壓電路（Bias b)則被導 通，如此來將輸出電壓（Vout)降低至第一參考電壓（Ε·)的準 位。 第6圖係根據本發明另一實施例繪示一種輸出緩衝 器’可提供用於源極獎動器之中。輸出緩衝器6〇〇包含有 PMOS電晶體602及NMOS電晶體604、第一誤差故大器 612、第二誤差放大器614、第一偏移電壓產生電路622及 第二偏移電壓產生電路624以及微調電路636。 PM0S電晶體602及NM0S電晶體604係電性串聯於 高電壓（VDDA)以及低電壓（VSSA)之間。第一誤差故大器 612之反相輸入端㈠用以接收一輸入電壓（Vin)(即數位類 比轉換器102所選擇出之伽瑪電壓）。第一誤差放大器612 之非反向輸入端（+)電性連接於PM〇s電晶體6〇2及NM〇s 電晶體604之連接點，用以輸出一輸出電壓（v〇ut)。第一誤 差放大器612之輸出端電性連接於pMQS電晶體之閘 極。第二誤差放大器614之反相輸入端㈠用以接收輸入電 壓（Vin)(即數位類比轉換器1〇2所選擇出之伽瑪電壓）。第 二誤差放大器614之非反向輸入端⑴電性連接於兩電晶體 602及604之連接點。第二誤差放大器614之輪出端電性連 接於NMOS電晶體604之閘極。 第一偏移電壓產生電路622電性連接於第一誤差放大 器612之輸出端，而第二偏移電壓產生電路624電性連接 於第一決差放大器614之輸出端。此兩偏移電壓產生電路 i 11 1342546 622及624係用以將輸出電壓（v〇ut)拉高或降低至輸入電壓 (Vm)之準位及輸入電壓加上或減少一偏移電壓土 Voffset)之準位之間。微調電路—電性連接於誤差放大器 612及614之非反向輸入端（+)，用以將輸出電壓（％加)調整 至輸入電壓（Vin)之準位。 第7圖繪示第6圖之輸出緩衝器6〇〇之輸出緩衝方法 的流程圖。首先，接收一輸入電壓(Vin)，即數位類比轉換 器102所選擇出之伽瑪電壓（步驟7〇2)。當輸入電壓（vin) 係高於一高電壓之一半（VDDA/2)時，將輸出電壓（v〇ut)拉 高至輸入電壓（Vin)之準位及輸入電壓加上偏移電壓 (Vin+V0ffset)之準位之間（步驟7〇4);當輸入電壓（Vin)係低 於此高電壓之一半（VDDA/2)時，將輸出電壓（Vout)降低至 輸入電壓（Vin)之準位及輸入電壓減去偏移電壓（Vin_v〇ffset) 之準位之間（步驟706)。然後，調整被拉過之輸出電壓（v〇ut) 至輸入電壓（Vin)之準位（步驟708)。 再者’在第6圖中’第一偏移電壓產生電路622、第二 偏移電壓產生電路624及微調電路636係根據一控制信號 (HLV)而切換其開關，且此控制信號（HLV)可指示輸入信號 (Vin)之準位’即指示此輸入信號（Vin)是否高於或低於上述 高電壓的一半（VDDA/2)。 第8圖根據本發明一實施例繪示第6圖之輸出緩衝器 的電路圖。第9A圖係繪示輸出電壓（Vout)在輸入電壓（Vin) 高於高電壓之一半（VDDA/2)時其準位被拉高的示意圖，第 9B圖係繪示輸出電壓（Vout)在輸入電壓（Vin)低於高電壓之 一半（VDDA/2)時其準位被降低的示意圖。 12 1342546 如第8圖及第9A圖所示’當輸入電壓（vin)高於高電 壓之一半（VDDA/2)時，第一誤差放大器612、第二誤差放 大器614及第一偏移電壓產生電路622會被導通，且第二 偏移電壓產生電路624會被關閉，藉以將輸出電壓（v〇ut) 拉南至輸入電壓（Vin)之準位及輸入電壓加上偏移電壓 (Vin+Voffset)之準位之間，如此來補償傳統輸出緩衝器1 〇4 會產生的偏移電壓。 如第8圖及第9B圖所示，當輸入電壓（νίη)低於高電 壓之一半（VDDA/2)時，第一誤差放大器612、第二誤差放 大器614及弟一偏移電壓產生電路624會被導通，且第一 偏移電壓產生電路622會被關閉，藉以將輸出電壓（v〇ut) 降低至輸入電壓（Vin)之準位及輸入電壓減去該偏移電壓 (Vin-Voffset)之準位之間，如此來補償傳統輸出緩衝器1〇4 會產生的偏移電壓。也就是說，第一偏移電壓產生電路622 及第二偏移電壓產生電路624僅其中一者會被導通以如此 來補償傳統輸出緩衝器丨〇4會產生的偏移電壓，而另一者 則會被關閉。 由於只需使用少量的電晶體即可達成此處所使用的第 一偏移電壓產生電路622、第二偏移電壓產生電路624及微 調電路636,因此此輸出緩衝器6〇〇相較於以往常用的ab 類放大器不但佔用較小的晶片自積，且不需要複雜的電路 設計。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在 不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤 13 1342546 飾，因此本發明之保護範圍當視後附 定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他 曰特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖繪示一種用於液晶顯示器中的傳統源極驅動器;

第2圖為第！圖源極驅動器中使用的傳統輸出緩衝哭； 第3圖為本發明一實施例之液晶顯示器之源極驅動巧 的方塊圖； 第4圖繪示第3圖之源極驅動器之驅動方法的流程圖; 第5A圖係根據本發明之一實施例繪示第3圖中之數位 類比轉換器； 第5B圖係根據本發明之一實施例繪示第3圖中之箝位 電路及微調電路；

之申請專利範圍所界 第6圖係根據本發明另一實施例繪示一種源極親動器 的輸出緩衝器； ° 第7圖繪示第6圖之輸出缓衝器之輸出緩衝方法的流 程圖； & 第8圖根據本發明一實施例繪示第6圖之輸出緩衝器 的電路圖； 第9Α圖係繪示輸出電壓在輸入電壓（Vin)高於高電壓 之一半（VDDA/2)時其準位被拉高的示意圖；以及 第9B圖係繪示輸出電壓在輸入電壓（Vin)低於高電壓 之一半（VDDA/2)時其準位被降低的示意圖。 14 1342546 【主要元件符號說明】 100 ： 源極驅動器 102 ： 104 ： 輸出緩衝器 106 ： 200 ： 輸出緩衝器 202 ： PMOS電晶體 204 ： 212 ： 第一誤差放大 器 214 : 222 ： 液晶顯不益面 板 300 : 302 ： 數位類比轉換 器 304 ： 306 ： 微調電路 308 : 402 ' 404 、 406 :步 驟 502 ' 512 ' 522 ' 532 、 542 ： 多工器 600 ： 輸出缓衝器 602 ： PMOS電晶體 604 ： 612 ： 第一誤差放大 器 614 ： 622 ： 第一偏移電壓 產 生電路 624 ： 第二偏移電壓 產 生電路 NMOS電晶體 第二誤差放大器 數位類比轉換器 液晶顯不β面板 NMOS電晶體 第二誤差放大器 源極驅動器 箝位電路 液晶顯示器面板 636 :微調電路 702、704、706、708 :步驟 15

Claims (1)

1342546 十、申請專利範圍： 1.一種液晶顯示器之源極驅 右菇赵徊令 具中该源極驅動器具 有複數個通道，且各個通道包含： 一數位類比轉換器，根據— 从-，如， 疋^戒之（N-1)個最高 位70攸後數個伽碼電壓中選擇出一第— 參考電壓丨 /电塋及第一 一箝位電路，接收該兩參考 之間籍夾出-並在料參考電壓 Z微調電路，根據該NM信號之最低位元調整該籍 夾之輸出電壓至—目標準位。 〃 2.如請求項i所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中該 第-參考電壓係、低於該第二參考電壓，且該箝位電路包含： 一 PM0S電晶體，在該輸出電壓低於該第一參考電壓 時，將該輸出電壓拉高至該第一參考電壓之準位；以及 一 NM0S電晶體，在該輸出電壓高於該第二參考電壓 時，將該輸出電壓降低至該第二參考電壓之準位。 3.如請求項2所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中當 該輸出電壓介於該第一參考電壓及該第二參考電壓之間 時’該PMOS電晶體及該NMOS電晶體為關閉的以避免靜 態電流。 4 _如請求項1所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中該 16 1342546 電壓 目標準位為該第一參考電麗或該第二參考 ,如明求項4所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中該 微調電路包含兩個偏麼 电峪電性串恥於一尚電壓以及-低 fs1 ’ ^該兩偏《電路之連接點絲接於該輸出電 二該兩職電路係根據㈣位元信號之最低位 輸出電壓降低哎拉 ㈣絲问至該第-參考電壓或該第二參考電壓 之準位。 电& 6.-種液晶顯示器之源極驅動方法，包含以下步驟： 愿中ίΪ: N位元信號之（N_1)個最高位元從複數個伽瑪電 中選擇出-第一參考電壓及一第二參考電壓； 在該兩參考電壓之間箝夾出一輸出電壓；以及 根據該以立元信號之最低位元調整該箝夾之輪出電壓 至一目標準位。

^ 7’如。月求項6所述之液晶顯示器之源極驅動方法，其中 :第-參考電壓係低於該第二參考電壓，且該箝夾步驟包 含· 將該輪出電壓 將遠輪出電壓 在該輸出電壓低於該第一參考電壓時 拉而至該第—參考電壓之準位；以及 在該輪出電壓高於該第二參考電壓時 降低至該第二參考電壓之準位。 8.如請求項6所述之液晶顯示器之源極驅動方法，其中 17 ’、 1342546 該目標準位為該第—參考電壓或該第二參考電壓。 9·種液晶顯示益之源極驅動器，其中該源極驅動器具 有複數個通道，且各個通道包含： 數位類比轉換器，根據一 Ν位元信號之所有位元從 複數個伽瑪電壓中選擇出一輸入電壓；以及 一輸出緩衝器，包含： 一 PMOS電晶體及一 NM〇s電晶體，電性串聯於 一面電壓以及一低電壓之間； 第、誤差放大盗，具有一反相輸入端用以接收 «玄輸入電壓，一非反向輸入端電性連接於該電 晶體及該NMOS電晶體之連接點以輸出一輸出電壓， 以及一輸出端電性連接於該PM〇s電晶體之閘極； 一第二誤差放大器，具有一反向輸入端用以接收 該輸入電壓，一非反向輸入端電性連接於該連接點， 以及一輸出端電性連接於該^^河〇5電晶體之閘極； 第一偏移電壓產生電路及一第二偏移電壓產生 電路，分別電性連接於該第一誤差放大器及該第二誤 差放大器之該些輸出端，其_該些偏移電壓產生電路 係用以將該輸出電壓拉高或降低至該輸A電屡之準位 及該輸入電壓加上或減少一偏移電壓之準位之間；以 及 一微調電路，電性連接於該些誤差放大器之該些 非反向輸入端’用以調整該輪出電壓至該輸入電壓之 準位。 18 1342546 10.如凊求項9所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中 ”壓係高於該高電壓之—半時，第一誤差放大 益》亥第—誤差放大器及該第一偏移電壓產生電路為導通 的’且該第二偏移電壓產生電路為關閉的，藉以拉高該輪 出電壓至該輸人電壓之準位及該輸人電壓加上該偏移電壓 之準位之間；以及 當該輪入電壓係低於該高電壓之一半時，該第一誤差 放大器、該第二誤差放大器及該第二偏移電壓產生電路為 導通的，且該第一偏移電壓產生電路為關閉的，藉以降低 該輸出電壓至該輸人電壓之準位及該輸人電壓減去該偏移 電壓之準位之間。 11. 如凊求項9所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中 該第一偏移電壓產生電路及該第二偏移電壓產生電路兩者 其中之一者為導通的，而另一者為關閉的。 12. 如請求項9所述之液晶顯示器之源極驅動器，其中 該第一偏移電壓產生電路、該第二偏移電壓產生電路及該 微調電路之開關係根據一控制信號而切換，且該控制信號 係指示該輸入信號之準位。 13 · —種液晶顯示器之源極驅動方法，包含以下步驟： 根據一 N位元信號之所有位元從複數個伽瑪電壓中選 擇出一輸入電壓； 19 1342546 。當該輸入電壓係高於一高電壓之一半時，拉高一輸出 電壓至該冑A電壓<準位及該輸入電壓加上一偏移電壓之 準位之間； 當該輸入電壓係低於該高電壓之一半時，降低該輪出 電壓至該輸入電壓之準位及該輸入電壓減去該偏移電壓 準位之間；以及 調整該被拉過之輸出電壓至該輸入電壓之準位。 /4.如請求項π所述之液晶顯示器之源極驅動方法，其 中係在一對誤差放大器之反向輸入端接收該輪入電壓，’、 在違對誤差放大器之非反向輸入端提供該輸出電壓。 如請求項13所述之液晶顯示器之源極驅動方法 中該偏移電壓係產生於該對誤差放大器之輸出端。，其 20