专利名称：一种tft-lcd驱动电路及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明属于液晶显示领域，尤其涉及一种TFT-LCD驱动电路及液晶显示 装置。
背景技术：
,
目前，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display ， TFT-LCD)已经呈现出了向着高集成度、高分辨率、多灰度等方向发展的趋势， 相应地，TFT-LCD驱动电路的功耗和面积变得越来越大，成本也越来越高。在 传统的TFT-LCD驱动电路中，源极驱动器中的源极驱动緩存器占用芯片的面 积较大而且功耗也较高，因此，如何减小源极驱动緩存器在驱动电路中的占用 面积和降低源极驱动缓存器的功耗，便成为了设计人员必须考虑的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种TFT-LCD驱动电路，旨在解决传统的 TFT-LCD驱动电路中，源极驱动緩存器占用芯片的面积较大而且功耗也较高的 问题。
本发明实施例是这样实现的， 一种TFT-LCD驱动电路，所述驱动电路包
括
控制TFT开启的栅极驱动器； 为显示点提供灰阶电压的灰阶电压产生电路；
根据所述灰阶电压产生电路产生的电压对显示点进行充电的源极驱动器； 产生多路时序信号的时序产生电路；以及 产生多路偏置电压的偏置电压产生电路；所述源极驱动器包括
存储显示数据的源极驱动锁存器； 源极驱动緩存器；以及
根据所述源极驱动锁存器的显示数据将所述灰阶电压产生电路产生的 电压输出至所述源极驱动缓存器的数/冲莫转换器；
所述源极驱动緩存器包括运算放大电路，所述运算放大电路包括第一 差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器和第二差分放大器在 所述时序产生电路产生的时序信号和所述偏置电压产生电路产生的偏置电 压的控制下交替工作，用于以电压跟随的方式将所述数/模转换器电路输出 的电压信号緩存输出，对显示点进行充电。
本发明实施例的另一目的在于提供一种液晶显示装置，包括TFT面板和 TFT-LCD驱动电路，所述TFT-LCD驱动电路包括 控制TFT开启的栅极驱动器； 为显示点提供灰阶电压的灰阶电压产生电路；
根据所述灰阶电压产生电路产生的电压对显示点进行充电的源极驱动器； 产生多路时序信号的时序产生电路；以及 产生多路偏置电压的偏置电压产生电路； 所述源极驱动器包括
存储显示数据的源极驱动锁存器；
源极驱动緩存器；以及
根据所述源极驱动锁存器的显示数据将所述灰阶电压产生电路产生的 .电压输出至所述源极驱动緩存器的数/;模转换器；
所述源极驱动緩存器包括运算放大电路，所迷运算放大电路包括第一 差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器和第二差分放大器在 所述时序产生电路产生的时序信号和所述偏置电压产生电路产生的偏置电 压的控制下交替工作，用于以电压跟随的方式将所述数/模转换器电路输出
8的电压信号緩存输出，对显示点进行充电。
本发明实施例中，源驱动緩存器由两个差分放大器组成，管子尺寸要求较 低，结构筒单，占用面积小，而且两个差分放大器通过时序控制交替工作，有 效提高了输入电压的范围，功耗相对也较小。
图1是典型的TFT面板的等效电路图2是本发明实施例提供的TFT-LCD驱动电路的结构原理图； 图3是图2中的源极驱动緩存器中运算放大电路OPA的输入信号及输出信 号的关系示意图4是本发明实施例提供的运算放大电路OPA的具体电路结构图； 图5是本发明优选实施例提供的源极驱动缓存器中CMOS传输门的具体结 构图6是本发明优选实施例提供的TFT-LCD驱动电路中的偏置电压PBIASL 和NBIASL的控制电路图； '
图7是本发明优选实施例提供的TFT-LCD驱动电路中的偏置电压PBIASL 和NBIASL的波形图8是本发明优选实施例提供的时序信号SWITCH和SWITCH—N的波形 及其他时序信号的波形图9是本发明优选实施例提供的源极驱动緩存器在各时序信号作用下对灰 阶电压产生电路产生的电压进行緩存后输出的波形图。.
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例中，TFT-LCD驱动电路中的源极驱动緩存器由两个简单的差 分放大器和一个CMOS传输门组成，在显示当前行时，两个差分放大器根据控 制信号的时序交替导通，再通过COMS传输门对输出电压进行修调，将当前行 内各像素点充电至各自所需的电压，直至完成当前行的扫描。
图1为典型的TFT面板的等效电路图，其中显示点组成了一个nxm的矩 阵，即有G1-Gn共n行、Sl _ Sm共m列个显示点，每个显示点相当于一个 小型的扭曲向列相液晶显示器(Twisted Nematic LCD, TN LCD )，包括一个 TFT、由上下两片导电玻璃形成的平行板电容(图中未示出)以及储存电容， 其中平行板电容与储存电容并联。若彩色滤光膜为三基色，则一个基本的显示 像素单元需要三个这样的显示点，分别对应红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue ) 三原色，具体显示时由栅极驱动器送出驱动脉沖，将当前行内的所有的TFT打 开，再由源极驱动器同时将这一行的显示点充电到各自所需的电压，当前行充 电完毕后，栅极驱动器便将这一行的TFT关闭，并打开下一行的TFT,继续对 下一4亍进4亍充ii电。
图2示出了本发明实施例提供的TFT-LCD驱动电路的结构原理，为了便 于描述，其中仅示出了与本发明实施例相关的部分。TFT-LCD驱动电路包括栅 极驱动器、源极驱动器、灰阶电压产生电路以及时序产生电路(未示出)、偏 置电源产生电路(未示出)。
如图2所示，当前行内共有Nl-Nm个TFT,每个TFT的栅极均由栅极驱 动器送出的驱动脉沖控制开启或关断，且m个TFT的源极相应地连接在源驱动 器的输出，m个TFT的漏极相应地连接有储存电容器Csl-Csm。当扫描当前行 时，栅极驱动器送出的驱动脉冲控制当前行内的所有TFT处于打开状态，此时， 存储在源极驱动锁存器中的显示数据经过数/模转换器(Digital/Analog Converter, DAC)译码后，选择灰阶电压产生电路产生为显示点提供的灰阶电 压，该电压再经过源极驱动緩存器以及传输门.T1 - Tm中对应的传输门，对各 显示点的显示电极进行充电，实现对液晶显示面板的驱动，如图2所示，虛线框内共有m个源极驱动緩存器，对应当前扫描行内的m个显示点，每个源极驱 动緩存器均包括一个运算放大电路OPA。
图3示出了图2中的源极驱动緩存器中运算放大电路OPA的输入信号及输 出信号的关系，其中，运算放大电路OPA接收数/模转换器电路中的相应电压 信号PIN,并在时序信号PDP、PDP—N、PDN、PDN—N和偏置电压信号PBIASL、 NBIASL的作用下，将电压信号PIN缓存后再经过图2所示的Tl - Tm中相 应地传输门，对相应地显示电极进行充电。运算放大电路OPA的输出端OUT 还与反馈端NIN短接，将输出电压全部反馈至运算放大电路OPA的反馈端 NIN，整个运算放大电路OPA相当于一个电压跟随器。其中，各时序信号由 TFT-LCD驱动电路中的时序产生电路产生。
图4为本发明实施例提供的运算放大电路OPA的具体电路结构，主要包括 第一差分放大器OPAN和第二差分放大器OPAP,两个差分放大器在时序信号 控制下交替工作。由两个N沟道MOS管组成的第一差分电路41为第一差分放 大器OP AN的输入级，两个MOS管的栅极分别与数/模转换器电路中的电压输 出端PIN和源极驱动緩存器的输出端OUT连接，两个MOS管的源极连在一起 构成源极耦合对，且源极通过第一开关管Ql接驱动电路的零电位VSS,由第 一开关管Ql偏置，第一差分电路41的漏极通过第一镜像电流源42与驱动电 路的电源端口 VDD连接，采用第一镜像电流源42作为负载主要用于提高输出 阻抗得到较高的增益。第一差分放大器OPAN的输出级为简单的共源结构，以 提高输出波形的范围，由第二开关管Q2和第三开关管Q3串联组成，且串联处 作为运算放大电路OPA的输出端OUT;第二开关管Q2的栅极与第一开关管 Ql的栅极串联，由偏置电压信号NBIASL控制导通；第三开关管Q3的栅极与 第一镜像电流源42的源极相连接，同时还通过第四开关管Q4与驱动电路的电 源端口 VDD连接，第四开关管Q4的栅极由时序信号PDN—N控制导通，主要 作用是控制运力丈OP AN的工作状态。
相应地，第二差分》文大器OPAP的输入级为由两个P沟道MOS管组成的第二差分电路43,两个MOS管的栅极同样分别与数/模转换器电路中的电压输 出端PIN和源极驱动緩存器的输出端OUT连接，两个MOS管的源极通过第五 开关管Q5后接驱动电路的电源端口 VDD,由第五开关管Q5偏置，第二差分 电路43的漏极通过第二镜像电流源44与驱动电路的零电位VSS连接，采用第 二镜像电流源44作为负载同样用于提高输出阻抗得到较高的增益。第二差分放 大器OPAP的输出级由第六开关管Q6和第七开关管Q7串联组成，且串联处同 样作为运算放大电路OPA的输出端OUT;第六开关管Q6的栅极与第五开关管 Q5的栅极串联，由偏置电压信号PBIASL控制导通；第七开关管Q7的栅极与 第二镜像电流源44的源极相连接，同时还通过第八开关管Q8与驱动电路的零 电位VSS连接，第八开关管Q8的栅极由时序信号PDP控制导通，主要作用是 控制运放OPAP的工作状态。
图4所示的运算放大电路中的两个差分放大器在时序信号控制下交替工 作，由于第一差分放大器OPAN对电压的上拉作用明显，而第二差分放大器 OPAP对电压的下拉作用明显，即在扫描一行时间内，真正意义上只有一个运 放有贡献，这也使得所述緩存器的输出波形与实际输入波形之间有一定的差异， 因此，作为本发明的一个优选实施例，在緩存器中运算放大电路的两端并联一 个COMS传输门，用于对緩存器的输出波形进行修调，该COMS传输门的具 体结构如图5所示，P沟道MOS管T51的源极与N沟道MOS管T52的漏极 相连接后作为CMOS传输门的输入端，P沟道MOS管T51的漏极与N沟道 MOS管T52的源极相连接后作为CMOS传输门的输出端，由于MOS管的漏极 与源极可以互易使用，具体实现时还可以选用其他的连接方式，如两个MOS 管的漏极-漏极连接，源极-源极连接等，P沟道MOS管T51与N沟道MOS 管T52分别由一对互补的时序信号SWITCH和SWITCH—N控制导通。CMOS 传输门的输入端与运算放大电路OPA的输入端PIN连接，输出端与运算放大 电路OPA的输出端OUT连接。
图6、图7分别为本发明优选实施例提供的TFT-LCD驱动电路中的偏置电压PBIASL和NBIASL的控制电路图和波形图，其中，偏置电压信号PBIASL、 NBIASL的产生电路作为全局的电路模块为TFT-LCD驱动电路中的所有源极 驱动緩存器提供偏置电压，而PBIAS和NBIAS为本发明优选实施例提供的 TFT-LCD驱动电路中的其他电路模块提供的偏置电压。
参照图6和图7,在栅极扫描一行周期的tl和t3期间内，PDP为高电平， 则PDP—N为低电平，此时开关管T62打开，开关管T61关断，PBIASL被上拉 为系统高电平VDD;在t2期间内PDP为低电平，则PDP—N为高电平，此时 开关管T61打开，开关管T62关断，PBIAS直接输出给PBIASL。同理，在tl 期间内PDN为低电平，则PDN—N为高电平，此时开关管T63打开，开关管 T64关断，NBIAS直接输出给NBIASL;在t2和t3期间内高电平，则PDN—N 为低电平，此时开关管T64打开，开关管T63关断，NBIASL被下拉为系统低 电平VSS。偏置电压信号>BIASL、 NBIASL的具体波形参照图7，时序信号 SWITCH和SWITCH—N的波形及其他时序信号的波形则如图8所示。
下面结合图2至图8对本发明实施例提供的源极驱动緩存器在扫描一行的 时间即tl+t2+t3时间内的工作原理予以描述。存储在源极驱动锁存器中的显示 数据经过DAC译码后，选择灰阶电压产生电路产生的相应电压，在tl期间内， 偏置电压信号NBIASL控制第一开关管Ql和第二开关管Q2导通，且第一差 分电路41与第一镜像电流源42均开始正常工作，由于PDN—N为高电平，第 四开关管Q4截止，第一差分放大器OPAN正常工作，将灰阶电压产生电路产 生的电压緩存后输出，同时由于偏置电压信号PBIASL为高电平，第五开关管 Q5截止，且由于PDP为高电平第八开关管Q8导通，将第七开关管Q7的栅极 电压拉至低电平VSS,第二差分放大器OPAP关断，即在tl期间内，只有第一 差分放大器OPAN正常工作；而在t2期间内，只有第二差分放大器OPAP正常 工作，具体控制原理与上述tl期间的相反，不再赘述；由于整个运算放大电路 OPA相当于一个电压跟随器，在tl和t2期间工作时这种电压跟随的方式保证 了输出OUT与输入PIN相等。应当理解，具体实现时还可以通过相应的时序控制在tl期间内只有第二差分放大器OPAP正常工作，而在t2期间内只有第
一差分放大器OPAN正常工作，这种工作方式对灰阶电压的緩存原理同上，不 再赘述。
在t3期间内，偏置电压信号NBIASL和PBIASL均不能使第一开关管Ql 和第五开关管Q5导通，第一差分放大器OPAN和第二差分^L大器OPAP均关 断，此时，时序信号SWITCH和SWITCH—N控制CMOS传输门导通，这样源 极驱动緩存器的输入和输出就被短接到一起，来自数/模转换器的电压将修调源 极驱动缓存器的输出，使其达到或接近理想值。
图9示出了本发明优选实施例提供的源极驱动緩存器在各时序信号作用下 对数/模转换器电路产生的电压进行緩存后输出的波形图，其中，Nl为栅极驱 动器送出的驱动脉沖波形，Tl为图2中的传输门的控制波形，PIN为数/模转换 器电路的输出波形，OUT为源极驱动緩存器的输出波形。
本发明实施例中，由于第一差分放大器OPAN对电压的上拉作用明显，即 输入由低电平变为高电平时，该运放起主导作用；而第二差分放大器OPAP对 电压的下拉作用明显，即输入由高电平变为低电平时，该运放起主导作用；所 以在扫描一行时间内，真正意义上只有一个运放有贡献，这也使得所述缓存器 的输出波形与实际输入波形之间有一定的差异，但经过灰阶电压的修调后这种 差异最终不会影响液晶屏上的显示，这是因为最终存储在液晶面板存储电容Cs 上的电压为TFT管关断之前，即N1由高电平变为低电平时高速緩存器的输出 已达到或接近理想值。
本发明实施例中，为了降低运算放大电路的静态功耗，运算放大电路工作 在亚阈值区，偏置电压信号PBIAS和NBIAS的电压值略高于运算放大电路的 阈4直电压。
本发明实施例中，为了扩展输入共模范围，混合使用了 NMOS差分对(第 一差分放大器)和PMOS差分对(第二差分放大器)的两级运放，通过时序控 制，实现两个运放的分时工作，有效提高了输入电压的范围，而且由于源驱动緩存器结构简单，管子尺寸要求较低，电路占用面积较小， 一行时间内两个差 分放大器分时工作，功耗相对也较小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
1权利要求
1、一种TFT-LCD驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括控制TFT开启的栅极驱动器；为显示点提供灰阶电压的灰阶电压产生电路；根据所述灰阶电压产生电路产生的电压对显示点进行充电的源极驱动器；产生多路时序信号的时序产生电路；以及产生多路偏置电压的偏置电压产生电路；所述源极驱动器包括存储显示数据的源极驱动锁存器；源极驱动缓存器；以及根据所述源极驱动锁存器的显示数据将所述灰阶电压产生电路产生的电压输出至所述源极驱动缓存器的数/模转换器；所述源极驱动缓存器包括运算放大电路，所述运算放大电路包括第一差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器和第二差分放大器在所述时序产生电路产生的时序信号和所述偏置电压产生电路产生的偏置电压的控制下交替工作，用于以电压跟随的方式将所述数/模转换器电路输出的电压信号缓存输出，对显示点进行充电。
2、 如权利要求1所述的TFT-LCD驱动电路，其特征在于，所述源极驱动 缓存器进一步包括CMOS传输门，其与所述运算放大电路并联，用于在所述运算放大电路关 断时，在所述时序产生电路产生的时序信号的控制下使所述数/模转换器电路输 出的电压信号对所述运算放大电路的输出电压进行修调。
3、 如权利要求1所述的TFT-LCD驱动电路，其特征在于，所述第一差分 放大器包括第一差分电^",其由两个N沟道MOS管组成，所述两个N沟道MOS管 的栅极分别与所述数/模转换器电路的输出端和所述运算放大电路的输出端连接；第一镜像电流源，其连接在所述差分电路的漏极与TFT-LCD驱动电路的 电源端口之间；第一开关管，其连接在所述差分电路的源极与TFT-LCD驱动电路的零电 位之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第二开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的零电位之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第三开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的电源端口之间，其栅极与所述第一镜像电流源的输出相连接；以及第四开关管，其连接在所述第三开关管的栅极与TFT-LCD驱动电路的电 源端口之间，由所述时序产生电路产生的时序信号控制导通。
4、 如权利要求1所述的TFT-LCD驱动电路，其特征在于，所述第二差分 放大器包括第二差分电^各，其由两个P沟道MOS管组成，所述两个P沟道MOS管的 栅极分别与所述数/模转换器电路的输出端和所述运算放大电路的输出端连接；第二镜像电流源，其连接在所述差分电路的漏极与TFT-LCD驱动电路的 零电4立之间；第五开关管，其连接在所述差分电路的源极与TFT-LCD驱动电路的电源 端口之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第六开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的电源端口之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第七开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的零电位之间，其栅极与所述第二镜像电流源的输出相连接；以及第八开关管，其连接在所述第七开关管的栅极与TFT-LCD驱动电路的零 电位之间，由所述时序产生电路产生的时序信号控制导通。
5、 如权利要求1至4中任意一项所述的TFT-LCD驱动电路，其特征在于，所述运算放大电路工作在亚阚值区，所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信 号的电压值略高于所述运算放大电路的阈值电压。
6、 一种液晶显示装置，包括TFT面板和TFT-LCD驱动电路，其特征在于， 所述TFT-LCD驱动电3各包4舌控制TFT开启的4册^l驱动器； 为显示点提供灰阶电压的灰阶电压产生电路；根据所述灰阶电压产生电路产生的电压对显示点进行充电的源极驱动器； 产生多路时序信号的时序产生电路；以及 产生多路偏置电压的偏置电压产生电路； 所述源极驱动器包括存储显示数据的源极驱动锁存器；源极驱动缓存器；以及根据所述源极驱动锁存器的显示数据将所述灰阶电压产生电路产生的 电压输出至所述源极驱动緩存器的数/模转换器；所述源极驱动緩存器包括运算放大电路，所述运算放大电路包括第一 差分放大器和第二差分放大器，所述第一差分放大器和第二差分放大器在 所述时序产生电路产生的时序信号和所述偏置电压产生电路产生的偏置电 压的控制下交替工作，用于以电压跟随的方式将所述数/才莫转换器电路输出 的电压信号緩存输出，对显示点进行充电。
7、 如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述源极驱动緩存器 进一步包括CMOS传输门，其与所述运算放大电路并联，用于在所述运算放大电路关 断时，在所述时序产生电路产生的时序信号的控制下使所述数/模转换器电路输 出的电压信号对所述运算放大电路的输出电压进行修调。 .
8、 如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一差分放大器 包括 ，第一差分电^各，其由两个N沟道MOS管组成，所述两个N沟道MOS管 的栅极分别与所述数/模转换器电路的输出端和所述运算放大电路的输出端连 接；第一镜像电流源，其连接在所述差分电路的漏极与TFT-LCD驱动电路的 电源端口之间；第一开关管，其连接在所述差分电路的源极与TFT-LCD驱动电路的零电 位之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第二开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的零电位之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第三开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的电源端口之间，其4册极与所述第一镜像电流源的输出相连接；以及第四开关管，其连接在所述第三开关管的栅极与TFT-LCD驱动电路的电 源端口之间，由所述时序产生电路产生的时序信号控制导通。
9、如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二差分放大器 包括第二差分电^各，其由两个P沟道MOS管组成，所述两个P沟道MOS管的 栅极分别与所述数/模转换器电路的输出端和所述运算放大电路的输出端连接；第二镜像电流源，其连接在所述差分电路的漏极与TFT-LCD驱动电路的 零电^立之间；第五开关管，其连接在所述差分电路的源极与TFT-LCD驱动电路的电源 端口之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第六开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的电源端口之间，由所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号控制导通；第七开关管，其连接在所述运算放大电路的输出端与TFT-LCD驱动电路 的零电位之间，其栅极与所述第二镜像电流源的输出相连接；以及第八开关管，其连接在所述第七开关管的栅极与TFT-LCD驱动电路的零电位之间，由所述时序产生电路产生的时序信号控制导通。
10、如权利要求6至9中任意一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所 述运算放大电路工作在亚阈值区，所述偏置电压产生电路产生的偏置电压信号 的电压值略高于所述运算放大电路的阈值电压。
全文摘要
本发明适用于液晶显示领域，提供了一种TFT-LCD驱动电路及液晶显示装置，所述驱动电路包括栅极驱动器、灰阶电压产生电路、源极驱动器、时序产生电路和偏置电压产生电路；所述源极驱动器包括源极驱动锁存器、源极驱动缓存器和数/模转换器；所述源极驱动缓存器包括运算放大电路，所述运算放大电路在所述时序产生电路产生的时序信号和所述偏置电压产生电路产生的偏置电压的控制下交替工作的两个差分放大器，用于以电压跟随的方式将所述数/模转换器电路输出的电压信号进行缓存。在本发明中，源驱动缓存器由两个差分放大器组成，管子尺寸要求较低，占用面积小，两个差分放大器交替工作，有效提高了输入电压的范围，功耗也较小。
文档编号G09G3/36GK101471048SQ200710305838
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者何志强, 卫 冯, 云 杨, 夺 龚 申请人:比亚迪股份有限公司