专利名称：运算跨导放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及运算跨导放大器电路，包含该运算跨导放大器的斜坡源，以及液晶显示器。
背景技术：
使用液晶显示器(LCD)来产生彩色图像是大家所熟知的。对于产生那些如彩电中那样由帧更新的图像来说，这种显示器特别有用。典型地，每个图形帧由彩色子帧，通常是红色，绿色和蓝色子帧组成。
这种LCD系统使用由大量单个液晶像素元件组成的液晶显示屏。这些像素元件最好按照矩阵形式排列，由像素行和像素列构成。为产生理想的图像，根据图像信息调节各个像素元件。典型地，将该图像信息逐行应用到各个像素元件上，在每一帧期间寻址每个像素行。
优选地，像素元件矩阵阵列是“有源的”，因为每个像素元件连接到有源开关元件矩阵中的一个有源开关元件上。一个特别有用的有源矩阵液晶显示器是反射有源矩阵液晶显示器(也称为RLCD)。典型地，RLCD显示器是做在硅基片上的，且通常基于扭曲向列(TN)效应。薄膜晶体管(TFT)通常用作有源开关元件。这种RLCD显示器可支持高像素密度，因为TFT和它们的相互连接可以集成在硅基片上。
图1示意性地说明了典型的现有技术RLCD的单个像素元件10。该像素元件10由扭曲的向列液晶层12组成，该扭曲向列的液晶层12位于透明电极14和像素电极16之间。为方便起见，图1示出了连接到公共地的透明电极14。另外，存储元件18连接到互补数据端20和22。该存储元件18接收控制端24上的控制信号。接到“写”控制信号，该存储元件18选择性地锁存该数据端20和22中一个的数据信号，并经由信号线26将该锁存的信号施加到像素电极16上。该数据端20和22上的数据信号是互补的。即，当一条线是+2伏时，另一条线是-2伏。
还是参考图1，如随后详细说明的那样，该液晶层12对光30的偏振进行旋转，该偏振旋转量取决于该液晶层12上的电压。理想地，该像素元件10是对称的，因为该旋转偏振仅取决于信号线26上锁存信号的大小。通过在相邻帧内轮流变换互补信号，避免了该液晶层12上带有不必要的电荷。假如只使用了一个极性，离子将在由该透明电极14，液晶层12和像素电极16形成的电容上聚积。该电荷将对该像素元件10施加偏压。
该光30源于来自外部光源(未示出)的入射非偏振光32。由第一偏光器34对该非偏振光32进行偏振，形成光30。该光30通过该透明电极14，通过该液晶层12，经过该像素电极16的反射，又通过该液晶层12，穿过该透明电极14，然后被引导到第二偏光器36上。在两次通过该液晶层12的过程中，根据信号线26上的电压大小，光束的偏振被旋转。只有和第二偏光器36的偏振方向平行的光30部分才能穿过该偏光器36。由于通过部分取决于偏振旋转量，该偏振旋转量又取决于信号线26上的电压，该信号线26上的电压控制射离该像素元件10的光的密度。
典型地，存储元件18是连接到薄膜晶体管开关的电容器。当控制信号施加到该薄膜晶体管的栅极时，该晶体管导通。然后施加到该薄膜晶体管源极的电压通过该薄膜晶体管，并对电容器进行充电。当去除该控制信号时，该薄膜晶体管断开，而该电容器的电势存储在该像素电极16上。
图2示意性地说明了现有技术像素元件矩阵。如图所示，多个像素元件10以行(水平)和列(垂直)矩阵的形式进行排列，每一个像素元件10都具有一个相关的开关薄膜晶体管和一个存储电容器。为简明起见，只示出了矩阵阵列的一小部分。实际上有许多行，如1290行，和许多列，如1024列。参考图2，通过在栅极线上施加一栅极(开关)控制信号，可以同时选择一行像素元件10，明确地说，该栅极线为栅极线40a，40b和40c。斜坡源41通过线42将一恒定电压(该电压由所有像素元件10共享)施加到该透明电极14上。另外，该斜坡源41将互补斜坡信号施加到线20和22上(这也是由所有像素元件10共享的)。另外，列线46a，46b和46c控制该像素元件10的工作，因为它们测定该像素元件10的光学状态。
实际上，通过将信号施加到栅极线40a-40c中合适的一根上，可以选择一行像素元件。这将选通该行的所有像素元件10。然后，该斜坡源41将斜坡电压施加到线20或22上(使用哪一根线每一帧都会变化)。该斜坡电压开始对被选行的所有存储电容器进行充电。由于其它行没有被赋能，因此该斜坡源只对其它像素10的关断状态的电容进行充电。当该斜坡电压到达特定像素10的期望状态时，该特定像素元件10的列线(46a-46c)电压将关断该像素开关。然后，当该特定像素元件10关断时存在的斜坡电压将存储在该像素的存储电容器上。同时，该斜坡电压继续增加，直到所有的列线(46a-46c)都使得一个斜坡电压保持在相关的像素元件10上。然后，选择新一行的像素元件10，并重复上述过程。所有的行都被选过以后，在新的一帧周期内，又重复该过程，这次使用前面斜坡的互补。
通常大家都知道上述过程，并使用移位寄存器，微控制器和斜坡发生器来实现该过程。实践中，通常使用运算跨导放大器(也被称为OTA)和斜坡源。原因包括OTA的动态范围和运算带宽很宽。OTA是和运算放大器类似的电流控制电阻放大器，只是OTA使用差分输入电流而不是差分电压来控制输出。因此，OTA包括差分输入端。
一般来说，RLCD显示器是成功的，但是它们也有问题。例如，使用变化相对较慢的电压斜坡来驱动一行像素元件10，然后对该电压斜坡进行快速放电，以便准备驱动下一行像素元件10，可能引起各种问题，包括斜坡过冲和高功率消耗。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种运算跨导放大器电路，该电路具有由外部信号控制的回转速度。
本发明的第一方面提供了如权利要求1中所要求的运算跨导放大器电路。本发明的第二方面提供了如权利要求4中所要求的包含该运算跨导放大器的斜坡源。本发明的第三方面提供了如权利要求9中所要求的液晶显示器。在从属的权利要求中定义了有利的实施例。
为了了解现有技术RLCD显示器的问题，设想将一斜坡信号施加到RLCD显示器上。首先，可以将该RLCD显示器模拟成电容器CRLCD+。该“+”表示该像素元件被接通，使得电流必须流入存储元件18。该产生斜坡电压的OTA的回转速度必然为SRRLCD+＝α(Vmax_ramp-Vmin_ramp)tramp这导致所需的OTA电流为IRLCD+＝(SRRLCD+)(CRLCD+)
其中SRRLCD+是当对一行存储元件进行充电时所需的回转速度；α是由所需增益决定的放大因子；Vmax_ramp是最大斜坡电压；Vmin_ramp是最小斜坡电压；tramp是斜坡上升时间；IRLCD+是斜坡上升过程中最大充电电流；SRRLCD+是斜坡上升过程中所需的最小回转速度；和CRLCD+是斜坡上升过程中该RLCD的最大电容。
现在，设想当为下一行像素元件做准备而放电该斜坡时，所需的最小斜坡回转速度为SRRLCD-＝α(Vmax_ramp-Vmin_ramp)tfb这导致所需的OTA电流为IRLCD-＝(SRRLCD-)(CRLCD-)其中该“-”表示电流不流入该存储元件；SRRLCD+是当放电该斜坡时所需的回转速度；tfb是斜坡下降(回扫)时间；IRLCD-是回扫过程中最大充电(放电)电流；SRRLCD-是回扫过程中所需的最小回转速度；和CRLCD-是回扫过程中该RLCD的最大电容。
由于tramp＞＞tfb，因此通常需要SRRLCD-＞＞SRRLCD+。为了适应更快的回转速度(SRRLCD-)，该斜坡源41通常被设计成能在整个斜坡周期内处理较大的信号回转(因此也是电流)，尽管只是在每个斜坡周期的相对较小一部分时间内才需要较大的电流处理能力。这导致了高功率消耗以及内在不稳定性(如斜坡信号过冲)。
因此，在斜坡回扫的过程中具有较快的回转速度的斜坡源41将是非常有利的。更为有利的是具有受外部信号控制的回转速度的OTA电路。在液晶显示设备中，这种斜坡源和电路特别有用。
因此，本发明的原理提供了具有受外部信号控制的回转速度的运算跨导放大器(OTA)电路，在斜坡回扫过程中具有增强回转能力的斜坡源，和具有受控回转速度的斜坡源的液晶显示设备。
根据本发明的原理的电路包括运算跨导放大器(OTA)。该OTA的输出驱动负载，该负载最好是液晶显示面板。该OTA电路包括吸收第一尾电流的第一电流源，和选择性吸收第二尾电流的第二电流源。根据施加到开关上的控制信号，选择该第二电流源。当该第二电流源吸收额外的第二尾电流时，该OTA的回转速度增加。当用作斜坡源时，该OTA电路接收斜坡输入，该斜坡输入施加在该OTA的非倒相输入端。然后，在斜坡回扫过程中，回转速度增加。当用在液晶显示器中时，该OTA电路使用这样的斜坡源驱动液晶显示面板，使得在回扫过程中，增加该斜坡的回转速度。
在以下的描述中将说明本发明的其它特征和优点，这些特征和优点从该说明中可以了解一部分，也可以从本发明的实施中得以了解。通过该书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。更具体地，本发明的一个实施例的优点在于其减少了液晶显示器的闪烁。
应当理解，上述概括描述和以下的详细描述都是示范性的和说明性的，都想要对本发明提供进一步的解释，如所要求的那样。
附图包括在本说明书内，作为本说明书的一部分，以便进一步理解本发明，该附示了本发明的实施例，并与说明书一起用来对本发明的原理进行解释。
在附图中图1示意性地说明了现有技术反射液晶像素元件；图2示意性地说明了现有技术像素元件矩阵；图3说明了典型的斜坡电势；图4示意性地说明了结合本发明原理的液晶显示器斜坡源；和图5示意性地说明了和图4所示斜坡源有关的时基信号。
具体实施例方式
现在详细参考本发明的图解实施例，在附图中示出了该实施例的实例。该实施例包括在斜坡回扫过程中具有增强驱动能力的OTA斜坡源41。另外，该斜坡源41用来驱动液晶显示器。
如上所述，图2的斜坡源在线20和22上产生电压斜坡。图3示出了这些电压斜坡100中的一个(正向)。由于另一个电压斜坡和图3的电压斜坡倒相(反向)，因此应当理解以下说明对两种斜坡都适合。
如图3所示，电压斜坡100从最小电压102(Vmin_ramp)开始，随时间(水平轴)tramp上升，在106处到达最大电压104(Vmax_ramp)。在tramp过程中，该电压斜坡100以最大速度108(SRRLCD+)变化。该斜坡源41必须能够提供在最大速度108所需的输出功率。否则就不能获得期望的斜坡曲线，而产生错误的曲线，这将导致亮度失真。
仍然参考图3，在斜坡阶段tramp之后，该最大电压维持一段很短时间。然后，为了准备给下一行像素元件10产生电压斜坡，在回扫时间tfb112内，该电压斜坡从Vmax_ramp104下降到Vmin_ramp102。在该回扫阶段tfb112，该电压曲线100以最大速度114(SRRLCD-)变化。，该斜坡源41必须能够提供在速度SRRLCD-114所需的回扫输出功率。
在图4中示出了一种基于OTA的斜坡源120，该斜坡源120能够提供在所需的回转速度SRRLCD+所需的功率，而只消耗有限的功率，并且能够提供在所需回转速度SRRLCD-所需的功率。OTA 122在线124上从斜坡发生器123接收具有理想形状的斜坡输入。作为响应，该OTA 122驱动RLCD显示器126，该显示器126用电容C来模拟。该RLCD显示器126的电容量将根据由给定的像素元件行产生的图像而变化。该OTA122的回转速度是经由OTA反射镜的“尾电流”Itail的函数。该尾电流Itail是尾电流线128上的输出。
该基于OTA的斜坡源120的回转速度SRrampsource是尾电流Itail和该RLCD显示器126的电容量Cdisplay的函数。该回转速度是SRrampsource＝cmc(Itail)/Cdisplay。
其中cmc是和OTA布局有关的电流倍增系数。
根据本发明的原理，尾电流线128上的第一OTA尾电流204不断地被汲取通过电流源Imax_sample132。这样选择该电流源Imax_sample132，使得该OTA斜坡源的回转速度SRrampsource足够满足该斜坡源的最大所需回转速度SRrampsource108。另外，选择性地切换第二电流源Ifly_back134，使得在回扫时间tfb112期间，可以在尾电流线128上汲取额外的OTA尾电流205(参看图3)。选择性地和电流源Ifly_back134连接的开关136优选为数字控制模拟开关，优选地由斜坡发生器123在控制线138上施加数字控制。
图5中说明了开关136的控制和基于OTA的斜坡源120随之产生的动作。如曲线A中所示，该曲线表示了施加在控制线138上的数字控制信号，在回扫时间tfb112(参看图3)的起始点200处，该数字控制信号变高，从而闭合开关138(参考图4)。另外，该数字控制信号维持高，直到该回扫时间tfb112的末端202。
现在转向图5的曲线B，在数字控制信号变高之前，尾电流为电流源Imax_sample132的第一OTA尾电流204。可是，当该数字控制信号变高时，该尾电流增加到值206，这是电流源Imax_sample132的电流204和电流源Ifly_back134的电流205之和。
现在转向图5的曲线C，在该数字控制信号变高之前，该尾电流值204使得该OTA斜坡源具有最大回转速度108。可是，当该数字控制信号变高时，该尾电流增加，这使得该OTA斜坡源具有最大回转速度114。因此，该OTA斜坡源最大回转速度受到图4中控制线138上的信号的数字控制。
那些本领域的技术人员应当了解，在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明包含本发明的修改和变化，只要这些修改和变化是在所附权利要求及其等价物的基础上的。例如，液晶显示器也可以是透射型的。
在权利要求中，圆括号内的任何参考符号都不应认为是限制该权利要求。“包含”这一词不能排除那些和权利要求中列出的元件或步骤不同的元件和步骤的存在。在元件前的“一”或“一种”不排除多个这种元件的存在。通过包含几个不同元件的硬件和经过适当编程的计算机，可以实施本发明。在该设备的权利要求中列举了几种装置，其中的一些装置可以由一个装置来表现，由同样的硬件项来表现。仅仅因某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，不能说明这些方法的组合没有优点。
权利要求
1.一种运算跨导放大器电路，包含运算跨导放大器(122)，该运算跨导放大器(122)具有倒相输入端(-)，非倒相输入端(+)，输出端，和尾电流线(128)；负载(126)，该负载(126)连接到所述输出端；和装置(132，134，136)，用于响应一个控制信号，改变该尾电流线(128)中流过的尾电流Itail的大小。
2.如权利要求1中所要求的运算跨导放大器电路，其中用来改变尾电流Itail大小的装置(132，134，136)包含第一电流源(132)，用来从所述尾电流线(128)吸收第一电流(204)；开关(136)，该开关(136)具有连接到所述尾电流线(128)的第一端、第二端和开关控制端(138)，其中当所述开关控制端(138)接收到的控制信号为闭合信号时，所述第一端和所述第二端电短路在一起；和第二电流源(134)，该第二电流源(134)连接到所述第二端，当所述控制端(138)接收到所述闭合信号时，该第二电流源(134)从所述尾电流线(128)吸收第二电流(205)。
3.如权利要求2中所要求的运算跨导放大器电路，其中当所述第一端和所述第二端没有电短路时，所述运算跨导放大器(122)具有第一回转速度(108)，当所述第一端和所述第二端电短路时，所述运算跨导放大器(122)具有第二回转速度(114)。
4.一种包含如权利要求1中所要求的运算跨导放大器(122)的斜坡源(41)。
5.如权利要求4中所要求的斜坡源，其中所述输出端电连接到所述倒相输入端(-)。
6.如权利要求4中所要求的斜坡源(41)，其中所述负载(126)包括液晶显示器。
7.如权利要求4中所要求的斜坡源(41)，其中所述非倒相输入端(+)电连接到斜坡发生器(123)。
8.如权利要求7中所要求的斜坡源(41)，其中所述斜坡发生器(123)用于在斜坡阶段(tramp)产生一斜坡，而在回扫阶段(tfb)产生一返回阶跃，其中在回扫阶段(tfb)，所述开关控制端(138)接收所述闭合信号。
9.一种液晶显示器，包含在像素行和像素列阵列中的多个像素元件(10)，其中每个像素元件(10)包括斜坡输入线(20；22)；斜坡发生器(123)，在斜坡阶段(tramp)产生一斜坡，而在回扫阶段(tfb)产生一返回阶跃；和如权利要求1或2所要求的运算跨导放大器电路，其中非倒相输入端(+)连接到所述斜坡发生器(123)，输出端连接到所述像素元件斜坡输入线(20；22)和所述倒相输入端(-)。
10.如权利要求9中当从属于权利要求2时，所要求的液晶显示器，其中所述液晶显示器进一步包含控制装置(123)，该控制装置用来在回扫阶段(tfb)闭合所述开关(136)。
11.如权利要求9中所要求的液晶显示器，其中每个像素元件(10)进一步包括互补的斜坡输入线(22；20)。
12.如权利要求9中所要求的液晶显示器，进一步包括互补斜坡源，该互补斜坡源在斜坡阶段(tramp)产生互补的斜坡，而在回扫阶段(tfb)产生互补的返回阶跃，并且连接到所述互补的斜坡输入线(22；20)。
13.如权利要求9中所要求的液晶显示器，其中每个像素元件(10)包括透明电极(14)，像素电极(16)，置于中间的液晶层(12)，连接到所述斜坡输入线(20；22)的存储元件(18)，所述存储元件(18)包括写输入线(24)，用于当所述写输入线(24)接收到写信号时，将斜坡电压存储在该存储元件(18)中。。
14.如权利要求13中所要求的液晶显示器，其中该液晶显示器进一步包含第一偏光器(34)，用于当非偏振光经过该第一偏光器(34)时产生偏振光(30)，且其中每个像素元件(10)被设计成，接收通过所述透明电极(14)的偏振光(30)，从每个像素元件(10)的所述像素电极(16)反射所述偏振光(30)，以及根据由每个像素元件(10)的存储元件(18)存储的斜坡电压，在所述液晶层(12)中改变所述偏振光(30)的偏振。
15.如权利要求13中所要求的液晶显示器，其中所述透明电极是每个像素元件(10)共享的。
16.如权利要求9中所要求的液晶显示器，其中所述开关(136)是数字控制模拟开关。
全文摘要
一种运算跨导放大器电路，和一种使用该运算跨导放大器电路并具有受控的回转速度的液晶显示器。该运算跨导放大器电路具有输出端，该输出端驱动负载，该负载优选为液晶显示面板。该运算跨导放大器电路包括第一电流源(132)和第二电流源，该第一电流源(132)吸收第一尾电流(204)，该第二电流源选择性地吸收第二尾电流(205)。根据施加到开关(136)上的控制信号，选择该第二电流源。当该第二电流源(134)吸收额外的第二尾电流(205)时，该运算跨导放大器电路的回转速度增加。当用于液晶显示器时，该运算跨导放大器电路使用斜坡电压来驱动该液晶显示面板。在斜坡回扫(t
文档编号H03F3/72GK1575545SQ02820874
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月17日 优先权日2001年10月22日
发明者L·R·阿布, P·J·M·詹森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司