具有电压切换功能的缓冲电路及液晶显示装置的制作方法

专利名称：具有电压切换功能的缓冲电路及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有对输出电压的电平进行切换的功能的缓冲电路、以及包括 该缓冲电路的液晶显示装置。
背景技术：
在液晶显示装置中，为了防止液晶的劣化，进行将液晶上施加的电压的极 性加以切换的交流驱动。交流驱动有帧反转驱动、行反转驱动、点反转驱动等 种类。另外，在进行交流驱动时，有将公用电极上施加的电压(以下，称为公用 电极电压)保持一定的情况，也有在高低两个电平间切换公用电极电压的情况。 在任一种交流驱动下，都需要生成比公用电极电压高预定的量(与视频信号电平 相应的量)的灰度等级电压、和比公用电极电压低预定的量的灰度等级电压。
图16是以往的液晶显示装置中包含的灰度等级电压生成电路的电路图。图 16所示的电路包含串联连接的多个电阻和晶体管91 94，生成最小电压VL和最 大电压VH之间的64个灰度等级电压。向图16所示的电路输入表示灰度等级电压 的极性的控制信号POL和POLB(POL的"非"信号)。控制信号POL为高电平时， 晶体管91、 94为导通状态，从靠近节点Na的端子输出的灰度等级电压升高，从 远离节点Na的端子输出的灰度等级电压降低。控制信号POL为低电平时，晶体 管92、 93为导通状态，从靠近节点Na的端子输出的灰度等级电压降低，从远离 节点Na的端子输出的灰度等级电压升高。如果采用图16所示的电路，能够有选 择地产生液晶交流驱动所需的两种灰度等级电压。
另外，专利文献1中揭示了图17所示的灰度等级电压生成电路。图17所示 的电路对于各个灰度等级的每一个都具有电压生成电路95。电压生成电路95根 据交流化控制信号M，输出加法运算输出(VN+Vs)和减法运算输出(VN —Vs)中 的某一个。利用图17所示的电路，也能够有选择地产生液晶的交流驱动所需的 两种灰度等级电压。
专利文献l:日本专利特开平6-34943号公报

发明内容
然而，在使用上述灰度等级电压生成电路的液晶显示装置中，存在以下问 题。使用图16所示的电路时，晶体管和电阻在温度特性上存在差异，因此存在 灰度等级电压随着温度变化而变动的问题。另外，还希望晶体管的电阻值接近 于零，但为此需要使晶体管的尺寸足够大，从而存在电路量和耗电量增大的问 题。另外，使用图17所示的电路时，需要对每一个灰度等级设置包含加法运算
电路、减法运算电路以及开关的电压生成电路95，存在电路量增大的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够以较少的电路量正确地生成液晶 的交流驱动所需的两种灰度等级电压的缓冲电路、以及具备该缓冲电路的液晶
显示装置。
本发明的第一方面是根据动作模式对输出电压的电平进行切换的缓冲电
路，包括
差动放大器；
具有第一和第二端子、上述第二端子与上述差动放大器的负侧输入端子连 接的电容；
对是否将上述差动放大器的负侧输入端子与输出端子连接进行切换的第 一开关；
对是否将上述第一端子与上述差动放大器的输出端子连接进行切换的第 二开关；
选择数据电压和基准电压中的某一个并施加到上述第一端子的第一电压 切换部；以及
选择上述数据电压和上述基准电压中的某一个而施加到上述差动放大器 的正侧输入端子的第二电压切换部。
本发明的第二方面的特征在于，在本发明的第一方面中， 上述第一和第二开关在互不相同的期间为导通状态，
在第一动作模式下，上述第一电压切换部在上述第一幵关为导通状态时选 择上述数据电压，上述第二电压切换部选择上述基准电压，
而在第二动作模式下，上述第一电压切换部在上述第一开关为导通状态时 选择上述基准电压，上述第二电压切换部在上述第一开关为导通状态时选择上 述数据电压，在上述第二开关为导通状态时选择上述基准电压。本发明的第三方面是在本发明的第一方面中，
上述第一电压切换部包括
对一端施加上述数据电压
对一端施加上述基准电压
上述第二电压切换部包括
对一端施加上述数据电压 的第五开关；以及
对一端施加上述基准电压 的第六开关。
本发明的第四方面是根据动作模式对输出电压的电平进行切换的缓冲电 路，包括
对正侧输入端子施加基准电压的差动放大器；
具有第一和第二端子、上述第二端子与上述差动放大器的负侧输入端子连 接的第一电容；
具有第三和第四端子、上述第四端子与上述差动放大器的负侧输入端子连 接的第二电容；
对是否将上述差动放大器的负侧输入端子与输出端子连接进行切换的第 一开关；
对是否将上述第三端子与上述差动放大器的输出端子连接进行切换的第 二开关；
对是否将上述基准电压施加到上述第三端子进行切换的第三开关；以及 选择数据电压和上述基准电压中的某一个并施加到上述第一端子的电压 切换部。
本发明的第五方面的特征在于，在本发明的第四方面中， 上述第一和第二开关在互不相同的期间为导通状态， 上述第三开关与上述第一开关在实质上相同的期间为导通状态， 在第一动作模式下，上述电压切换部在上述第一开关为导通状态时选择上
述数据电压，在上述第二开关为导通状态时选择上述基准电压，
而在第二动作模式下，上述电压切换部在上述第一开关为导通状态时选择
上述基准电压，在上述第二开关为导通状态时选择上述数据电压。 本发明的第六方面是在本发明的第四方面中，
、另一端与上述第一端子连接的第三开关；以及 、另一端与上述第一端子连接的第四开关，
、另一端与上述差动放大器的正侧输入端子连接
、另一端与上述差动放大器的正侧输入端子连接上述电压切换部包括
对一端施加上述数据电压、另一端与上述第一端子连接的第四开关；以及 对一端施加上述基准电压、另一端与上述第一端子连接的第五开关。 本发明的第七方面是在本发明的第四方面中，还包括-
具有第五和第六端子、上述第六端子与上述差动放大器的负侧输入端子连 接的第三电容；以及
选择上述数据电压和上述基准电压中的某一个并施加到上述第五端子的 辅助电压切换部。
本发明的第八方面的特征在于，在本发明的第七方面中，
上述辅助电压切换部在上述第一开关为导通状态时选择上述数据电压，在 上述第二开关为导通状态时选择上述基准电压。
本发明的第九方面的特征在于，在本发明的第七方面中，
上述辅助电压切换部在上述第一开关为导通状态时选择上述基准电压，在 上述第二开关为导通状态时选择上述数据电压。
本发明的第十方面的特征在于，在本发明的第七方面中，
上述辅助电压切换部包括
对一端施加上述数据电压、另一端与上述第五端子连接的第六开关；以及 对一端施加上述基准电压、另一端与上述第五端子连接的第七开关。 本发明的第十一方面是具备本发明的第一 第十方面中的某一方面的缓 冲电路的液晶显示装置。
如果采用本发明的第一方面，借助于第一和第二电压切换部的作用，可以 相应于动作模式对输出电压的电平进行切换。因而，若施加合适的基准电压， 就可以生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。另外，缓冲电路的输出 电压不依赖于差动放大器的补偿电压，若将该缓冲电路用于液晶显示装置，就 可以减少灰度等级电压生成电路和D/A转换器的电路量。因而，能够以较少的 电路量正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。
如果采用本发明的第二方面，将基准电压记为Vr、将数据电压和基准电压 之差记为AV时，输出电压在第一动作模式下为(Vr+AV)、在第二动作模式下为 (Vr-AV)。这样，在第一动作模式下生成比基准电压高预定量的电压、在第二动 作模式下生成比基准电压低预定量的电压，就可以有选择地生成液晶的交流驱 动所需的两种灰度等级电压。如果采用本发明的第三方面，可以分别用两个开关容易地构成第一电压切 换部和第二电压切换部，其中，第一电压切换部选择数据电压和基准电压中的 某一个而施加到第一端子，第二电压切换部选择数据电压和基准电压中的某一 个而施加到差动放大器的正侧输入端子。
如果采用本发明的第四方面，利用电压切换部的作用，可以根据动作模式 对输出电压的电平进行切换。因而，若施加合适的基准电压，就可以生成液晶 的交流驱动所需的两种灰度等级电压。另外，缓冲电路的输出电压不依赖于差 动放大器的补偿电压，若将该缓冲电路用于液晶显示装置，就可以减少灰度等
级电压生成电路和D/A转换器的电路量。从而，能够用较少的电路正确生成液
晶的交流驱动所需要的两种灰度等级电压。除此之外，也可以使输出电压的振 幅大于数据电压、或使用输入电压的范围小的差动放大器。
如果采用本发明的第五方面，将基准电压记为Vr、将数据电压和基准电压 之差记为AV、将第一和第二电容的电容量记为Ca、 Cb时，输出电压在第一动 作模式下为(Vr+(Ca/Cb)xAV)、在第二动作模式下为(Vr-(Ca/Cb)xAV)。这样， 通过在第一动作模式下生成比基准电压高预定量的电压、在第二动作模式下生 成比基准电压低预定量的电压，可以有选择地生成液晶的交流驱动所需的两种 灰度等级电压，并且可以使得输出电压的振幅大于数据电压。
如果采用本发明的第六方面，可以用两个开关容易地构成电压切换部，该 电压切换部选择数据电压和基准电压中的某一个而施加到第一端子。
如果采用本发明的第七方面，在按照动作模式对输出电压的电平进行切换 时，可以利用辅助电压切换部的作用修正输出电压的电平。
如果采用本发明的第八方面，若设置具有电容量Cc的第三电容，输出电压 在第一动作模式下和在第二动作模式下都要增大(Cc/Cb)xAV。因而，在根据数 据电压修正基准电压的基础上，在第一动作模式下生成比修正后的基准电压高 预定量的电压、在第二动作模式下生成比修正度的基准电压低预定量的电压， 从而可以更加正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。
如果采用本发明的第九方面，若设置具有静电电容Cc的第三电容时，输出 电压在第一动作模式下和在第二动作模式下都要减小(Cc/Cb)xAV。因而，在根 据数据电压修正基准电压的基础上，在第一动作模式下生成比修正后的基准电 压高预定量的电压、在第二动作模式下生成比修正度的基准电压低预定量的电 压，从而可以更加正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。如果采用本发明的第十方面，可以用两个开关容易地构成辅助电压切换 部，该辅助电压切换部选择数据电压和基准电压中的某一个而施加到第五端 子。
如果采用本发明的第十一方面，可以获得能够以较少的电路量正确地生成 液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压的液晶显示装置。


图l是本发明第一实施方式的缓冲电路的电路图。
图2是表示图1所示的缓冲电路中包含的各开关在正极性模式下的状态变 化的时序图。
图3是表示图1所示的缓冲电路中包含的各开关在负极性模式下的状态变 化的时序图。
图4是表示具备图1所示的缓冲电路的液晶显示装置的结构例的框图。 图5是表示具备图1所示的缓冲电路的液晶显示装置的另一个结构例的框图。
图6是表示具备图1所示的缓冲电路的液晶显示装置的另一个结构例的主 要部分的图。
图7A是表示图4 图6所示的液晶显示装置进行相对DC驱动时的灰度等级 电压和公用电极电压的图。
图7B是表示图4 图6所示的液晶显示装置进行相对AC驱动时的灰度等级 电压和公用电极电压的图。
图8是本发明第二实施方式的缓冲电路的电路图。
图9是表示图8所示的缓冲电路中包含的各开关在正极性模式下的状态变 化的时序图。
图10是表示图8所示的缓冲电路中包含的各开关在负极性模式下的状态变 化的时序图。
图ll是本发明第三实施方式的缓冲电路的电路图。
图12是表示图11所示的缓冲电路中包含的各开关在正极性模式下的状态 变化的时序图。
图13是表示图11所示的缓冲电路中包含的各开关在负极性模式下的状态 变化的时序图。图14是表示图11所示的缓冲电路中包含的各开关在正极性模式下的状态 变化的另一个时序图。
图15是表示图11所示的缓冲电路中包含的各开关在负极性模式下的状态
变化的另一个时序图。
图16是以往的液晶显示装置中包含的灰度等级电压生成电路的电路图。 图17是以往的液晶显示装置中包含的灰度等级电压生成电路的电路图。 标号说明
I、 2、 3缓冲电路
10、 20、 30差动放大器
II、 21、 22、 31、 32、 33 电容器 SW11 SW16、 SW21 SW25、 SW31 SW37 开关 19、 29、 39开关控制电路
具体实施方式
(第一实施方式)
图l是本发明第一实施方式的缓冲电路的电路图。图l所示的缓冲电路l根 据数据信号DATA、基准信号REF和模式选择信号M，将输出信号OUT输出。缓 冲电路1具有根据模式选择信号M、对输出信号OUT的电压电平进行切换的功 能，用于生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压等。下面将数据信号 DATA的电压称为数据电压Vd,将基准信号REF的电压称为基准电压Vr。
如图1所示，缓冲电路1包括差动放大器10、电容器ll、开关SW11 SW16、 以及开关控制电路19。电容器11的一个端子与差动放大器10的负侧输入端子连 接，电容器11的另一个端子与节点N1连接。差动放大器10的输出信号为缓冲电 路l的输出信号OUT。开关SWU设置于差动放大器10的负侧输入端子与输出端 子之间，对是否将差动放大器10的负侧输入端子与输出端子连接进行切换。开 关SW12设置于节点N1与差动放大器10的输出端子之间，对是否将节点N1与差 动放大器10的输出端子连接进行切换。
对开关SW13的一端提供数据信号DATA，其另一端与节点N1连接。对开 关SW14的一端提供基准信号REF，其另一端与节点N1连接。对开关SW15的一 端提供数据信号DATA，其另一端与差动放大器10的正侧输入端子连接。对开 关SW16的一端提供基准信号REF，其另一端与差动放大器10的正侧输入端子连接。开关SW13和SW14作为选择数据电压Vd和基准电压Vr中的某一个、施加到 节点N1的第一电压切换部而起作用。开关SW15和SW16作为选择数据电压Vd 和基准电压Vr中的某一个而施加到差动放大器10的正侧输入端子的第二电压 切换部而起作用。
缓冲电路l有两个动作模式(以下称为正极性模式和负极性模式)。模式选择 信号M是对缓冲电路1的动作模式进行切换用的控制信号。开关控制电路19在对 开关SW11 SW16输出开关控制信号时，根据模式选择信号M，对开关控制信
号变化的情况进行切换。
图2是表示正极性模式下各开关的状态变化的时序图，图3是表示负极性模 式下各开关的状态变化的时序图。以下，在表示开关的状态变化的附图中，高 电平表示导通状态，低电平表示断开状态(非导通状态)。
如图2和图3所示，缓冲电路1中，开关SW11和开关SW12在互不相同的期 间为导通状态。因此，开关SW11为导通状态的期间(以下称为准备期间)与开关 SW12为导通状态的期间(以下称为输出期间)交替出现。缓冲电路l在准备期间 进行对差动放大器10的补偿电压进行补偿的处理，在输出期间输出与数据电压 Vd相应的电压。此外，最好是在准备期间和输出期间之间设置空余时间At(即最 好是开关SW11变成断开状态，经过了空余时间At后，开关SW12再变为导通状 态)。
以下将差动放大器10的放大率记为八(八>>1)、差动放大器10的补偿电压记 为Vo、电容器ll的电容量记为Ca、准备期间的输出信号0UT的电压记为V1、 输出期间的输出信号OUT的电压记为V2，来说明缓冲电路l的动作。
首先，参照图2说明正极性模式下的动作。在准备期间，开关SWll、 SW13、 SW16为导通状态，其它开关为断开状态。这时，差动放大器10的正侧输入电 压为Vr、负侧输入电压和输出电压为V1，因此下式(la)成立。另外，由于八>>1, 所以可导出下式(lb)。
Vl=A(Vr—Vl+Vo) ......(la)
Vl=Vr+Vo ......(lb)
另外，还由于对节点Nl施加数据电压Vd，因此电容器ll的电极间电压为 V1 -Vd=Vr+Vo-Vd ，在电容器11上积累该电压的Ca倍的电荷。
在输出期间，开关SW12、 SW16为导通状态，其它开关为断开状态。这时， 差动放大器10的正侧输入电压为Vr，输出电压为V2。另外，还由于对节点N1施加电压V2、电容器ll的电极间电压保持(Vr+Vo-Vd)不变，因此差动放大器IO 的负侧输入电压为(V2+(Vr+Vo-Vd))。因而，有下式(lc)成立。另外，由于八》1， 所以可导出下式(ld)。
V2=A[Vr-{(V2+(Vr+Vo-Vd)} +Vo] ......(1 c)
V2=Vd ......(Id)
接着，参照图3，说明负极性模式下的动作。在准备期间，开关SW11、SW14、 SW15为导通状态，其它开关为断开状态。这时，差动放大器10的正侧输入电 压为Vd、负侧输入电压和输出电压为Vl，因此有下式(2a)成立。另外，由于A〉:M， 所以可导出下式(2b)。
Vl=A(Vd-Vl+Vo) ......(2a)
Vl=Vd+Vo ......(2b)
另外，还由于对节点Nl施加基准电压Vr，因此电容器ll的电极间电压为 V1 -Vr=Vd+Vo-Vr，在电容器ll上积累该电压的Ca倍的电荷。
在输出期间，幵关SW12、 SW16为导通状态，其它开关为断开状态。这时， 差动放大器10的正侧输入电压为Vr，输出电压为V2。另外，还由于对节点N1 施加电压V2，电容器ll的电极间电压保持(Vd+Vo-Vr)不变，因此差动放大器IO 的负侧输入电压变为(V2+(Vd+Vo-Vr"。因而，有下式(2c)成立。另外，由于 A>>1，所以可导出下式(2d)。
V2=A[Vr-{(V2+(Vd+Vo-Vr)} +Vo] ......(2c)
V2=2Vr-Vd ......(2d)
若在上式(ld)和(2d)中将(Vd-Vr)记为AV，则输出信号OUT的电压在正极性 模式下表示为下式(l)、在负极性模式下表示为下式(2)。
V2=Vr+AV ......(1)
V2=Vr-AV ......(2)
这样，缓冲电路l在正极性模式下输出比基准电压Vr高AV的电压，在负极 性模式下输出比基准电压Vr低AV的电压。另外，这些输出电压与差动放大器IO 的补偿电压Vo无关。
以下说明具备缓冲电路l的液晶显示装置。图4是表示具备缓冲电路1的液 晶显示装置的结构例的框图。图4所示的液晶显示装置中，在液晶面板40上， 像素阵列41、数据信号线驱动电路45、以及扫描信号线驱动电路(未图示)形成 为一体。像素阵列41包含呈二维并排配置的多个像素电路42、多条数据信号线43、以及多条扫描信号线44。数据信号线43共同连接于在同一列上配置的像素 电路42，扫描信号线44共同连接于在同一行上配置的像素电路42。
扫描信号线驱动电路通过依次有选择地激活扫描信号线44，依次选择一行 量的像素电路42。数据信号线驱动电路45包括移位寄存器46、多个锁存器47、 多个D/A转换器48、以及多个缓冲电路l，根据数字视频信号DIN，利用线顺序 驱动对驱动数据信号线43进行驱动。更详细地说，与定时控制信号同步地向数 据信号线驱动电路45提供数字视频信号DIN，所提供的数字视频信号DIN依次 存储于锁存器47。当一行量的数字视频信号DIN供给结束时，存储于锁存器47 的数字视频信号DIN由D/A转换器48转换成模拟信号，变成模拟的数据信号 DATA。缓冲电路1对D/A转换器48输出的数据信号DATA进行放大，用它来驱 动数据信号线43。
图5是表示具备缓冲电路1的液晶显示装置的另一个结构例的框图。图5所 示的液晶显示装置中，在液晶面板50上，像素阵列41、构成数据信号线驱动电 路的一部分55的移位寄存器46和模拟开关57、以及扫描信号线驱动电路(未图示) 形成为一体。构成数据信号线驱动电路的其余部分的D/A转换器48和缓冲电路 1，设置于液晶面板50的外部。也可以这样的将缓冲电路1设置于液晶面板50的 外部。
另外，图4和图5所示的液晶显示装置中，虽然缓冲电路1设置于D/A转换器 48的后级，但也可以如图6所示，将缓冲电路l设置于生成多个灰度等级电压的 电阻分割电路49的后级并且在D/A转换器48的前级。在这种情况下，对缓冲电 路1输入电阻分割电路49的输出信号(各信号具有与灰度等级相应的电压)， 作为数据信号DATA。缓冲电路1的输出信号用在D/A转换器48中进行D/A转换 时使用。
图4 图6所示的液晶显示装置，进行帧反转驱动、行反转驱动、点反转驱 动等交流驱动。除此之外，还进行将公用电极电压保持为一定的驱动(以下称 为相对DC驱动)、或在高低两个电平间切换公用电极电压的驱动(以下称为相 对AC驱动)。图4 图6所示的液晶显示装置利用缓冲电路1，生成液晶的交流 驱动所需的两种灰度等级电压(比公用电极电压高预定量的灰度等级电压、和 比公用电极电压低预定量的灰度等级电压)。
图7A是表示进行相对DC驱动的液晶显示装置的灰度等级电压和公用电极 电压的图，图7B是表示进行相对AC驱动的液晶显示装置的灰度等级电压和公用电极电压的图。图7A和图7B中，VHp表示正极性模式下与最大灰度等级对应 的电压，VLp表示正极性模式下与最小灰度等级对应的电压，VHm表示负极性 模式下与最大灰度等级对应的电压、VLm表示负极性模式下与最小灰度等级对 应的电压，Vcom表示公用电极电压，Vcomp表示正极性模式下的公用电极电压， Vcomm表示负极性模式下的公用电极电压。图7A中成立VHnK:VLm〈Vcom〈 VLp〈VMp的关系，图7B中成立VHm〈VLm〈Vcomm、 Vcomp<VLp<VMp、 以及Vcomp < Vcomm的关系。
进行相对DC驱动和相对AC驱动中的某一种的液晶显示装置，也对缓冲电 路1输入D/A转换器48(或电阻分割电路49)的输出信号作为数据信号DATA。但 是，该信号的电压要高于公用电极电压。另外，还对缓冲电路l输入与交流驱 动的种类相应的模式选择信号M。例如，在图4所示的液晶显示装置中进行线顺 序驱动时，对所有的缓冲电路l都输入每隔一行时间发生反转的模式选择信号 M。
在进行相对DC驱动的液晶显示装置(图7A)的情况下，向缓冲电路l提供公 用电极电压Vcom(或在此基础上加上馈通电压的电压)作为基准电压Vr。在进行 相对AC驱动的液晶显示装置(图7B)中，向缓冲电路l提供两种公用电极电压的 平均值(Vcomp+Vcomm)/2(或在此基础上加上馈通电压的电压)作为基准电压 Vr。此外，图7A和图7B中，将馈通电压设为零。
如上式(1)和(2)所示，缓冲电路l在正极性模式下输出比基准电压Vr高AV 的电压，在负极性模式下输出比基准电压Vr低AV的电压。因而，若在进行相对 DC驱动的液晶显示装置中，使基准电压Vr与公用电极电压Vcom—致，则可利 用缓冲电路l，有选择地生成比公用电极电压Vcom高预定量的灰度等级电压、 和比公用电极电压Vcom低预定量的灰度等级电压(参照图7A)。另外，若在进行 相对AC驱动的液晶显示装置中，使基准电压Vr与两种公用电极电压的平均值 (Vcomp+Vcomm)/2—致，则可利用缓冲电路l，有选择地生成比正极性模式下 的公用电极电压Vcomp高预定量的灰度等级电压、和比负极性模式下的公用电 极电压Vcomm低预定量的灰度等级电压(参照图7B)。这样，在图4 图6所示的 液晶显示装置中，利用缓冲电路l，可以生成液晶的交流驱动所需的两种灰度 等级电压。
在以往的液晶显示装置中，液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压是在 缓冲电路的外部(例如，图16和图17所示的灰度等级电压生成电路)生成的，缓冲电路将所提供的灰度等级电压保持原来的电压电平输出。因此，以往的液晶 显示装置中存在灰度等级电压生成电路和D/A转换器的电路量增大、灰度等级 电压随温度变化而发生变动等问题。
相反地，本实施方式的液晶显示装置中，液晶的交流驱动所需的两种灰度 等级电压是在缓冲电路l中生成的。因而，与以往的液晶显示装置相比，可以
减少灰度等级电压生成电路和D/A转换器的电路量。另外，缓冲电路l的输出电 压与差动放大器10的补偿电压无关。因而，能够与差动放大器10的补偿电压无
关地正确地生成灰度等级电压。
这样，如果采用本实施方式的缓冲电路l、以及具备该缓冲电路l的液晶显 示装置，能够以较少的电路量、正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等 级电压。
(第二实施方式)
图8是本发明的第二实施方式的缓冲电路的电路图。图8所示的缓冲电路2 包括差动放大器20、电容器21、 22、开关SW21 SW25、以及开关控制电路29。 缓冲电路2与第一实施方式的缓冲电路1相同，用于生成图4 图6所示的液晶显 示装置中交流驱动所需的两种灰度等级电压等。
如图8所示，向差动放大器20的正侧输入端子提供基准信号REF，负侧输入 端子与电容器21、 22的一个端子连接。电容器21、 22的另一个端子分别与节点 Nl、 N3连接。
开关SW21设置于差动放大器20的负侧输入端子与输出端子之间，对是否 将差动放大器20的负侧输入端子与输出端子连接进行切换。开关SW22设置于 节点N3与差动放大器20的输出端子之间，对是否将节点N3与差动放大器20的输 出端子连接进行切换。向开关SW23的一端提供基准信号REF，其另一端与节点 N3连接。开关SW23对是否向节点N3施加基准电压Vr进行切换。
向开关SW24的一端提供数据信号DATA，其另一端与节点N1连接。向开 关SW25的一端提供基准信号REF，其另一端与节点N1连接。开关SW24和SW25 作为选择数据电压Vd和基准电压Vr中的某一个而施加到节点Nl的电压切换部 起作用。
缓冲电路2与第一实施方式的缓冲电路1相同，有正极性模式和负极性模 式。开关控制电路29对开关SW21 SW25输出开关控制信号时，根据模式选择 信号M，对开关控制信号变化的情况进行切换。图9是表示正极性模式下各开关的状态变化的时序图。图10是表示负极性
模式下各开关的状态变化的时序图。如图9和图10所示，缓冲电路2中，开关 SW21与开关SW22在互不相同的期间交替变成导通状态，开关SW23在与开关 SW21实质上相同的期间成为导通状态。另外，开关SW21为导通状态的准备期 间、与开关SW22为导通状态的输出期间交替出现。缓冲电路2中也最好是在准 备期间与输出期间之间设置空余时间At。
以下将差动放大器20的放大率记为八(八>>1)、差动放大器20的补偿电压记 为Vo、电容器21、 22的电容量分别设为Ca、 、 Cb、准备期间的输出信号OUT 的电压记为V1、输出期间的输出信号0UT的电压记为V2，来说明缓冲电路2的 动作。
首先，参照图9，说明正极性模式下的动作。在准备期间，开关SW21、SW23、 SW24为导通状态，其它开关为断开状态。这时，由于差动放大器20的正侧输 入电压为Vr、负侧输入电压和输出电压为V1，因此有下式(3a)成立。另外，由 于八>>1，所以可导出下式(3b)。
Vl=A(Vr-Vl+Vo) ......(3a)
Vl=Vr+Vo ……(3b)
另外，还由于对节点Nl施加数据电压Vd，因此电容器21的电极间电压为 Vl-Vd=Vr+Vo-Vd，在电容器21上积累该电压的Ca倍的电荷。还由于对节点N3 施加基准电压Vr，因此电容器22的电极间电压为Vl-VFVo，在电容器22上积累 该电压的Cb倍的电荷。
在输出期间，开关SW22、 SW25为导通状态，其它开关为断开状态。这时， 由于差动放大器20的正侧输入电压为Vr、输出电压为V2，因此当差动放大器20 的负侧输入电压记为V3时，有下式(3c)成立。另外，由于八>>1，所以可导出下 式(3d)。
V2=A(Vr-V3+Vo) ......(3c)
V3=Vr+Vo ......(3d)
另外，电容器21的电极间电压为(V3-Vr)，电容器22的电极间电压为 (V3-V2)。
由于在准备期间与输出期间，电容器21、 22上积累的电荷总量保持不变， 因此有下式(3e)成立。
Ca(Vr+Vo-Vd)+Cb Vo=Ca(V3-Vr)+Cb(V3-V2) ......(3e)
利用上式(3d)和(3e)，可导出下式(3f)。 V2=Vr+(Ca/Cb) X (Vd-Vr) ......(3f)
下面参照图10说明负极性模式下的动作。在准备期间，开关SW21、 SW23、 SW25为导通状态，其它开关为断开状态。这时，由于差动放大器20的正侧输 入电压为Vr、负侧输入电压和输出电压为Vl，因此在负极性模式下也有上式(3a) 和(3b)成立。另外，由于对节点N1、 N3施加基准电压Vr，因此电容器21、 22的 电极间电压变为Vl-V^Vo，在电容器21上积累该电压的Ca倍的电荷，在电容 器22上积累该电压的Cb倍的电荷。
在输出期间，开关SW22、 SW24为导通状态，其它开关为断开状态。这时， 由于差动放大器20的正侧输入电压为Vr，输出电压为V2，因此当差动放大器20 的负侧输入电压设为V3时，在负极性模式下也有上式(3c)和(3d)成立。另外， 电容器21的电极间电压为(V3-Vd)，电容器22的电极间电压为(V3-V2)。
由于在准备期间与输出期间，电容器21、 22上积累的电荷总量保持不变， 因此有下式(4e)成立。
Ca Vo+Cb Vo
=Ca(V3-Vd)+Cb(V3-V2) ......(4e)
利用上式(3d)和(4e)，可导出下式(4f)。 V2=Vr-(Ca/Cb) X (Vd-Vr) ......(4f)
上式(3f)和(4f)中，若将(Vd-Vr)记为AV，则输出信号OUT的电压在正极性 模式下表示为下式(3)、在负极性模式下表示为下式(4)。
V2=Vr+(Ca/Cb)XAV ......(3)
V2=Vr-(Ca/Cb)XAV ......(4)
这样，缓冲电路2在正极性模式下输出比基准电压Vr高(Ca/Cb)XAV的电 压，在负极性模式下输出比基准电压低(Ca/Cb)XAV的电压。另外，这些输出 电压与差动放大器20的补偿电压Vo无关。
因而，如果采用本实施方式的缓冲电路2，与第一实施方式的缓冲电路l相 同，能够以较少的电路量正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电 压。另外，缓冲电路2的输出电压只改变数据电压Vd的变化量的(Ca/Cb)倍。因 而，若采用具有合适的电容量的电容器21、 22，就可以使得输出电压的振幅大 于数据电压Vd。另外，由于将差动放大器20的正侧输入电压固定于基准电压Vr，因此可以使用输入电压范围小的差动放大器20。 (第三实施方式)
图ll是本发明的第三实施方式的缓冲电路的电路图。图ll所示的缓冲电路
3具备差动放大器30、电容器31 33、开关SW31 SW37、以及开关控制电路39。 缓冲电路3与第一实施方式的缓冲电路1一样，用于生成液晶的交流驱动所需的 两种灰度等级电压等。
如图11所示，向差动放大器30的正侧输入端子提供基准信号REF，负侧输 入端子与电容器31 33的一个端子连接。电容器31 33的另一个端子分别与节 点N1、 N3、 N5连接。
开关SW31 SW35的连接方式和功能与第二实施方式的开关SW21 SW25相同。向开关SW36的一端提供数据信号DATA，其另一端与节点N5连接。 向开关SW37的一端提供基准信号REF，其另一端与节点N5连接。开关SW36与 SW37作为选择数据电压Vd和基准电压Vr中的某一个而施加到节点N5的辅助电 压切换部起作用。
缓冲电路3与第一实施方式的缓冲电路1一样，有正极性模式和负极性模 式。幵关控制电路39对开关SW31 SW37输出开关控制信号时，根据模式选择 信号M，对开关控制信号变化的情况进行控制。
图12是表示正极性模式下各开关的状态变化的时序图，图13是表示负极性 模式下各开关的状态变化的时序图。如图12和图13所示，缓冲电路3中，开关 SW31和开关SW32在互不相同的期间交替为导通状态，开关SW33、 SW36在与 开关SW31实质上相同的期间为导通状态，开关SW37在与开关SW32相同的期间 为导通状态。另外，开关SW31为导通状态的准备期间、与开关SW32为导通状 态的输出期间交替出现。缓冲电路3也最好是在准备期间与输出期间之间设置 空余时间At。
以下将差动放大器30的放大率记为八(八>>1)、差动放大器30的补偿电压记 为Vo、电容器31 33的电容量分别设为Ca、 Cb、 Cc、准备期间的输出信号OUT 的电压记为V1、输出期间的输出信号OUT的电压记为V2，来说明缓冲电路3的动作。
首先，参照图12说明正极性模式下的动作。在准备期间，开关SW31、SW33、 SW34、 SW36为导通状态，其它开关为断开状态。这时，差动放大器30的正侧 输入电压为Vr、负侧输入电压为V1，因此在缓冲电路3中也有上式(3a)和(3b)成立。另外，还由于对节点N1、 N5施加数据电压Vd，因此电容器31、 33的电极 间电压为Vl-Vd-Vr+Vo-Vd，在电容器31上积累该电压的Ca倍的电荷，在电容 器33上积累该电压的Cc倍的电荷。还由于对节点N3施加基准电压Vr,因此电容 器32的电极间电压为Vl-VFVo，在电容器32上积累该电压的Cb倍的电荷。
在输出期间，开关SW32、 SW35、 SW37为导通状态，其它开关为断开状 态。这时，由于差动放大器30的正侧输入电压为Vr、输出电压为V2，因此当差 动放大器30的负侧输入电压记为V3时，在缓冲电路3中也有上式(3c)和(3d)成 立。另外，电容器31、 33的电极间电压为(V3-Vr)，电容器32的电极间电压为 (V3國V2)。
由于在准备期间与输出期间，电容器31 33上积累的电荷总量保持不变， 因此有下式(5e)成立。
Ca(Vr+Vo-Vd)+Cb Vo+Cc(Vr+Vo-Vd)
=Ca(V3-Vr)+Cb(V3-V2)+Cc(V3-Vr) ......(5e)
利用上式(3d)和(5e)，可导出下式(5f)。 V2=Vr+{(Ca/Cc)/Cb}X(Vd-Vr) ......(5f)
接着，参照图13说明负极性模式下的动作。在准备期间，开关SW31、SW33、 SW35、 SW36为导通状态，其它开关为断开状态。这时，由于差动放大器30的 正侧输入电压为Vr、负侧输入电压为V1，因此在负极性模式下也有上式(3a)和 (3b)成立。另外，由于对节点N1、 N3施加基准电压Vr，因此电容器31、 32的电 极间电压变为Vl-V^Vo，在电容器31上积累该电压的Ca倍的电荷，在电容器 32上积累该电压的Cb倍的电荷。另外，由于对节点N5施加数据电压Vd，因此 电容器33的电极间电压变为Vl-Vd二Vr+Vo-Vd，在电容器33上积累该电压的Cc 倍的电荷。
在输出期间，开关SW32、 SW34、 SW37为导通状态，其它开关为断开状 态。这时，由于差动放大器30的正侧输入电压为Vr，输出电压为V2，因此当差 动放大器30的负侧输入电压记为V3时，在负极性模式下也有上式(3c)和(3d)成 立。另外，电容器31的电极间电压为(V3-Vd)，电容器32的电极间电压为(V3-V2)， 电容器33的电极间电压为(V3-Vr)。
由于在准备期间与输出期间，电容器31 33上积累的电荷总量保持不变， 因此有下式(6e)成立。
Ca Vo+Cb Vo+Cc(Vr+Vo-Vd)=Ca( V3 - Vd)+Cb( V3 - V2)+Cc(V3 - Vr) ......(6e)
利用上式(3d)和(6e)，可导出下式(6f)。 V2=Vr-{(Ca-Cc)/Cb} X (Vd-Vr) ......(6f)
上式(5f)和(6f)中，若将(Vd-Vr)记为AV，则输出信号OUT的电压在正极性 模式下表示为下式(5)、在负极性模式下表示为下式(6)。
V2=Vr+(Ca/Cb)XAV+(Cc/Cb)XAV ......(5)
V2=Vr-(Ca/Cb) X AV+(Cc/Cb) X AV ......(6)
这样，缓冲电路3在正极性模式下输出比电压(Vr+(Cc/Cb)XMO高(Ca/Cb) XAV的电压，在负极性模式下输出比电压(Vr+(Cc/Cb)XAVM氐(Ca/Cb)XAV的 电压。另外，这些输出电压与差动放大器30的补偿电压Vo无关。缓冲电路3的 输出电压与对第二实施方式的缓冲电路2提供电压(Vr+(Cc/Cb)XAVM乍为基准 电压时的输出电压一致。
此外，开关SW31 SW37也可以按照图14和图15所示的时序图进行状态变 化。图14是表示正极性模式下各开关的状态变化的另一时序图，图15是负极性 模式下各开关的状态变化的另一时序图。图14和图15所示的时序图中，开关 SW36在与开关SW32相同的期间为导通状态，开关SW37与开关SW31在实质上 相同的期间为导通状态。
若用与导出上式(5)和(6)时相同的步骤求出输出信号OUT的电压，则输出信 号OUT的电压在正极性模式下表示为下式(7)，在负极性模式下表示为下式(8)。
V2=Vr+(Ca/Cb)XAV-(Cc/Cb)XAV ......(7)
V2=Vr-(Ca/Cb) X AV-(Cc/Cb) X AV ......(8)
在这种情况下，缓冲电路3在正极性模式下输出比电压(Vr-(Cc/Cb)XAV〉 高(Ca/Cb)XAV的电压，在负极性模式下输出比电压(Vr-(Cc/Cb)XAV)低(Ca/Cb) XAV的电压。另外，这些输出电压与差动放大器30的补偿电压Vo无关。缓冲 电路3的输出电压与对第二实施方式的缓冲电路2提供电压(Vr-(Cc/Cb)XAVM乍 为基准电压时的输出电压一致。
因而，如果采用本实施方式的缓冲电路3，与第二实施方式的缓冲电路2— 样，能够以较少的电路量正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电 压，可以使输出电压的振幅大于数据电压Vd，可以使用输入电压范围小的差动 放大器30。另外，由于基准电压改变数据电压Vd的变化量的(Cc/Cb)倍，因此若 采用具有合适的电容量的电容器32、 33，在根据数据电压Vd修正基准电压的基础上，可以更加正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。
如上所示，如果采用本发明各实施方式的缓冲电路以及具备该缓冲电路的 液晶显示装置，能够以较少的电路量正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰 度等级电压。
工业上的实用性
本发明的缓冲电路的特征在于，能够以较少的电路量正确地生成两种电 压，因此，可以用于例如在液晶显示装置中生成液晶的交流驱动所需的两种灰 度等级电压。另外，本发明的液晶显示装置可用作为各种电子设备的显示部。
权利要求
1.一种缓冲电路，根据动作模式对输出电压的电平进行切换，其特征在于，包括差动放大器；具有第一和第二端子、所述第二端子与所述差动放大器的负侧输入端子连接的电容；对是否将所述差动放大器的负侧输入端子与输出端子连接进行切换的第一开关；对是否将所述第一端子与所述差动放大器的输出端子连接进行切换的第二开关；选择数据电压和基准电压中的某一个而施加到所述第一端子的第一电压切换部；以及选择所述数据电压和所述基准电压中的某一个而施加到所述差动放大器的正侧输入端子的第二电压切换部。
2. 如权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，所述第一和第二开关在互不相同的期间为导通状态，在第一动作模式下，所述第一电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述数据电压，所述第二电压切换部选择所述基准电压，而在第二动作模式下，所述第一电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述基准电压，所述第二电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述数据电压、在所述第二开关为导通状态时选择所述基准电压。
3. 如权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，所述第一电压切换部包括对一端施加所述数据电压、另一端与所述第一端子连接的第三开关；以及对一端施加所述基准电压、另一端与所述第一端子连接的第四开关，所述第二电压切换部包括对一端施加所述数据电压、另一端与所述差动放大器的正侧输入端子连接的第五开关；以及对一端施加所述基准电压、另一端与所述差动放大器的正侧输入端子连接的第六开关。
4. 一种缓冲电路，根据动作模式对输出电压的电平进行切换，其特征在于，包括对正侧输入端子施加基准电压的差动放大器；具有第一和第二端子、所述第二端子与所述差动放大器的负侧输入端子连接的第一电容；具有第三和第四端子、所述第四端子与所述差动放大器的负侧输入端子连接的第二电容；对是否将所述差动放大器的负侧输入端子与输出端子连接进行切换的第--开关；对是否将所述第三端子与所述差动放大器的输出端子连接进行切换的第二开关；对是否将所述基准电压施加到所述第三端子进行切换的第三幵关；以及选择数据电压和所述基准电压中的某一个而施加到所述第一端子的电压切换部。
5. 如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，所述第一和第二开关在互不相同的期间为导通状态，所述第三开关在与所述第一开关实质上相同的期间为导通状态，在第一动作模式下，所述电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述数据电压、在所述第二开关为导通状态时选择所述基准电压，而在第二动作模式下，所述电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述基准电压、在所述第二开关为导通状态时选择所述数据电压。
6. 如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，所述电压切换部包括对一端施加所述数据电压、另一端与所述第一端子连接的第四开关；以及对一端施加所述基准电压、另一端与所述第一端子连接的第五开关。
7. 如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，还包括具有第五和第六端子、所述第六端子与所述差动放大器的负侧输入端子连接的第三电容；以及选择所述数据电压和所述基准电压中的某一个而施加到所述第五端子的辅助电压切换部。
8. 如权利要求7所述的缓冲电路，其特征在于，所述辅助电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述数据电压、在 所述第二开关为导通状态时选择所述基准电压。
9. 如权利要求7所述的缓冲电路，其特征在于，所述辅助电压切换部在所述第一开关为导通状态时选择所述基准电压、在 所述第二开关为导通状态时选择所述数据电压。
10. 如权利要求7所述的缓冲电路，其特征在于， 所述辅助电压切换部包括对一端施加所述数据电压、另一端与所述第五端子连接的第六开关；以及 对一端施加所述基准电压、另一端与所述第五端子连接的第七开关。
11. 一种液晶显示装置，其特征在于， 包括权利要求1 10中的任一项所述的缓冲电路。
全文摘要
在节点(N1)与差动放大器(10)的负侧输入端子之间设置电容器(11)，在差动放大器(10)的负侧输入端子与输出端子之间设置开关(SW11)，在节点(N1)与差动放大器(10)的输出端子之间设置开关(SW12)，设置开关(SW13～SW16)，以对节点(N1)的电压和差动放大器(10)的正侧输入电压进行切换。开关(SW11)和开关(SW12)在互不相同的期间导通。在正极性模式下，在开关(SW11)导通时，开关(SW13)和(SW16)导通，在开关(SW12)导通时，开关(SW16)导通。在负极性模式下，在开关(SW11)导通时，开关(SW14)和(SW15)导通，在开关(SW12)导通时，开关(SW16)导通。从而能够以较小的电路量正确地生成液晶的交流驱动所需的两种灰度等级电压。
文档编号H03K5/08GK101529724SQ20078004030
公开日2009年9月9日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年11月7日
发明者前田和宏, 清水新策, 白木一郎 申请人:夏普株式会社