專利名稱：充電控制方法和使用其的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充電控制方法和使用其的顯示裝置。
背景技術(shù)：
電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)被認(rèn)為是用于驅(qū)動例如液晶顯示裝置之類的顯示裝置 的系統(tǒng)。在使用電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)的液晶顯示裝置中，形成像素部分以便分 別對應(yīng)于掃描線和信號線相互交叉的交叉部分，每個像素部分由開關(guān)元件、 液晶像素單元和耦合電容器Cs組成。在這種情況下，在視頻信號Vsig被寫 入像素單元之后，通過使用耦合電容器Cs向像素單元施加偏置電壓作為電 勢，由此驅(qū)動像素單元。例如，在日本專利公開No. 2001-255851中描述了該 技術(shù)。也就是說，在視頻信號Vsig被寫入像素單元之后，通過使用必要的電 壓(下面稱為"耦合電壓")驅(qū)動耦合電容器Cs,并且通過使用通過將視頻信 號Vsig和耦合電壓Vcs相互相加而獲得的像素電勢驅(qū)動像素單元。根據(jù)電容 耦合驅(qū)動系統(tǒng)，可以高速地將視頻信號Vsig寫入像素單元，并且由于視頻信 號Vsig的小幅度，因此可以實(shí)現(xiàn)低功耗。
由表達(dá)式(1)表示當(dāng)執(zhí)行電容耦合驅(qū)動時施加到像素單元的像素電勢
<formula>formula see original document page 6</formula> ...... ( 1)
其中Vpix是像素電勢，Vsig是視頻信號(信號線上的視頻信號的幅度)， Cs是耦合電容器的耦合電容、Clc是具有反電極(counter electrode)的液晶 單元的電容，而Vcs是驅(qū)動耦合電容器Cs的耦合電壓。這里，在日本專利公 開No.2007-47221中描述了表達(dá)式(1 )。
在此以前，驅(qū)動耦合電容器Cs的耦合電壓被設(shè)置在特定的固定電勢。然
而如表達(dá)式(1)所示，像素電勢Vpix依賴于耦合電容Cs對耦合電容Cs和 像素單元的保持電容Clc之和的電容比值。結(jié)果，由于制造公差(manufacture dispersion)以及周圍溫度導(dǎo)致的相對介電常數(shù)的波動引起產(chǎn)出的下降，并且 圖像質(zhì)量降低。在日本專利公開No.2007-47221中描述了為了應(yīng)對這樣的情 況而設(shè)計(jì)的方法。根據(jù)該方法，控制耦合電壓Vcs，使得通過使用最佳耦合 電壓Vcs驅(qū)動耦合電容Cs,而不依賴于制造公差和周圍溫度(所謂環(huán)境溫度)。 此外，日本專利公開No.2005-99170公開將在后面描述的驅(qū)動電路的預(yù) 充電操作。

發(fā)明內(nèi)容
在曰本專利公開No.2007 - 47221中描述的現(xiàn)有技術(shù)中，在開始像素的有 效顯示之后，控制耦合電壓來獲得最佳電壓。結(jié)果，在像素的有效顯示的開 始的初始階段，在最佳耦合電壓值和提供給顯示裝置的耦合電壓值之間出現(xiàn) 誤差。該誤差引起這樣的問題，例如在激活的初始階段，整個面板畫面的對 比度變高，相對在整個面板表面中較暗地顯示圖像。此外，當(dāng)如將在后面描 述的圖16中的輸出波形102所示，正常地輸出耦合電壓Vcs所需的時間很長 時，感覺畫面才莫糊。
為了應(yīng)對這樣的情況，希望在顯示裝置的激活的初始階段，無論制造公 差和溫度變化，都能自動地校正耦合電壓來獲得最佳的電壓。也就是說，希 望通過合適地控制預(yù)充電操作直到到達(dá)最佳耦合電壓為止，來減少預(yù)充電誤 差以便盡可能迅速地變?yōu)榱悖钥s短預(yù)充電時間段，由此增強(qiáng)圖像質(zhì)量。
現(xiàn)在，讓我們考慮如圖17所示的、使用低通濾波器LPF的輸出電路系 統(tǒng)。配置輸出電路系統(tǒng)，使得來自輸出電路1的輸出電壓Vout被輸入到比較 器2來與參考電壓Vref進(jìn)行比較，由此進(jìn)行關(guān)于比較的判斷，并且將該判斷 結(jié)果通過電荷泵3和低通濾波器(LPF ) 4再次反饋到輸出電路1。在這樣的 輸出電路系統(tǒng)中，作為預(yù)充電操作，與輸出負(fù)載電容器Cout和輸出電路l的 輸入電容器對應(yīng)的低通濾波器4的電容Cin的電勢需要被預(yù)充電到特定值。 在日本專利公開No.2005-99170中顯示驅(qū)動電路的預(yù)充電操作。
然而，根據(jù)在日本專利公開No.2005-99170中描述的技術(shù)，針對輸出負(fù) 載電容器執(zhí)行預(yù)充電。因此，在圖16所示的輸出電路系統(tǒng)的應(yīng)用中，低通濾 波器的電容器Cin的電勢4必須被充電到輸入電壓，而針對來自輸出電路1
的輸出電壓Vout排他地確定所述輸入電壓。其原因在于，當(dāng)僅^l在輸入側(cè)的 電容器Cin或輸出負(fù)載電容器Cout之一被預(yù)充電時，在預(yù)充電控制的完成之 后的操作點(diǎn)不與正常操作的操作點(diǎn)一致，使得可能出現(xiàn)輸出誤差。因此，輸 入側(cè)上的輸出負(fù)載電容器Cout和負(fù)載電容器Cin必須被同時預(yù)充電。
圖16示意性顯示當(dāng)在預(yù)充電時間段之前和之后發(fā)生預(yù)充電誤差時的輸 出波形。在圖16中，縱坐標(biāo)軸表示輸出電壓，而橫坐標(biāo)軸表示時間。從激活 階段到當(dāng)獲得最佳輸出電壓Vcs時的時間點(diǎn)的范圍上的時間段是預(yù)充電時間 段(對應(yīng)于液晶面板的空白時間段)A。此外，在獲得最佳輸出電壓Vcs中 和之后的時間段變?yōu)檎２僮鲿r間段C。曲線101表示當(dāng)控制預(yù)充電電壓的 輸出波形，并且曲線102表示當(dāng)未控制預(yù)充電電壓時的輸出波形。在曲線101 和102之間的預(yù)充電時間段完成之前和之后的電勢差被稱為預(yù)充電誤差C。
當(dāng)圖16所示的預(yù)充電誤差C和返回時間D落入人的眼睛的靈敏度的范 圍內(nèi)時，它們被識別為畫面的模糊。為此，預(yù)充電電壓的量化估計(jì)變得必要。
此外，當(dāng)使用以源跟隨器電路(source follower circuit)形式配置的輸出 電路時，期望將合適的給定電壓分別施加到輸出負(fù)載電容器Cout和輸入電容 器Cin的方法。然而，由于(輸出電壓-輸入電壓)=Vgs-Vth依賴于由于制 造過程導(dǎo)致的公差，甚至當(dāng)將固定電勢統(tǒng)一地分別施加到其時預(yù)充電誤差D 也會出現(xiàn)。
為了應(yīng)對這樣的情況，需要提供用于執(zhí)行控制的電路，以便獲得最佳預(yù) 充電電壓，而不依賴于電源電壓、制造公差和負(fù)載電流等。
另一方面，希望實(shí)現(xiàn)電源電壓的降低和包括預(yù)充電功能的輸出電路的寬 動態(tài)范圍。在下面描述其原因。由表達(dá)式(l)表示當(dāng)在液晶顯示裝置中執(zhí)行 電容耦合驅(qū)動時的像素電勢Vpix。
近些年來，為了達(dá)到液晶顯示裝置的功耗的降低的目的，希望具有低電 源電壓的操作。然而，例如，對于VA液晶中的白色顯示來說，需要大約4V 作為像素電勢。此外，增加視頻信號Vsig的幅度在降低功耗方面不是明智的 計(jì)劃。也就是說，根據(jù)表達(dá)式(l)，甚至對于電源電壓的降低來說，也希望 大的耦合電壓Vcs。因此，可以利用其中可以用預(yù)充電控制的輸入電壓Vin 和輸出電壓Vout的動態(tài)范圍寬的電路配置解決這些問題，并且可以使輸出接 近于電源電壓。
不僅在液晶顯示裝置中，在使用電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)的有機(jī)電致發(fā)光顯示
裝置中也引起上述問題。
因此，根據(jù)以上描述，希望提供預(yù)充電控制方法，所示預(yù)充電控制方法 能夠增強(qiáng)在激活階段到達(dá)具有需要的電平的合適電壓之前的預(yù)充電操作的精
電時間段的縮短。
還希望提供能夠允許具有寬動態(tài)范圍的預(yù)充電范圍的預(yù)充電操作的預(yù)充 電控制方法。
還希望提供使用預(yù)充電控制方法的顯示裝置。
為了達(dá)到上述要求，提供預(yù)充電控制方法，包括步驟 提供具有用于輸出具有需要的電平的電壓的輸出電路的電壓產(chǎn)生電路以 及比較器；
在預(yù)充電時間段期間，在比較器中判斷來自輸出電路的輸出電壓，并且 將來自比較器的輸出信號反饋到輸出電路；和
控制預(yù)充電電壓，直到到達(dá)從輸出電路輸出的、具有需要的電平的預(yù)充 電電壓為止。
利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)充電控制方法，來自輸出電路的輸出電壓通 過比較器被反饋到輸出電路，這導(dǎo)致來自輸出電路的輸出電壓被合適地預(yù)充 電，由此使得可以在正常操作的開始之后緊接著輸出具有需要的電平的合適 電壓。也就是說，可以減少預(yù)充電誤差。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供顯示裝置，包括
放置來以便分別與其中掃描線和信號線相互交叉的交叉部分對應(yīng)的像素 部分，每個像素部分由開關(guān)元件、像素單元和耦合電容器組成；和
電壓產(chǎn)生電路，用于將耦合電壓提供給每個耦合電容器；
其中電壓產(chǎn)生電路包括用于輸出耦合電壓的輸出電路和電容器；
在預(yù)充電時間段期間，在比較器中判斷來自輸出電路的輸出電壓，并且 將來自比較器的輸出信號反饋到輸出電路；和
控制預(yù)充電電壓，直到到達(dá)從輸出電路輸出的、具有需要的電平的預(yù)充 電電壓為止。
利用根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的顯示裝置，來自輸出電路的輸出電壓通過 比較器被反饋到輸出電路，這導(dǎo)致來自輸出電路的輸出電壓被合適地預(yù)充電， 由此使得可以在正常操作的開始之后緊接著輸出具有需要的電平的合適電
壓。也就是說，可以在直到到達(dá)最佳耦合電壓之前的預(yù)充電操作期間減少預(yù) 充電誤差。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的預(yù)充電控制方法，可以增強(qiáng)在激活階段在到達(dá)具 有需要的電平的合適電壓之前的預(yù)充電操作的精度，由此4吏得可以縮短在用 于輸出具有需要的電平的合適電壓的電壓產(chǎn)生電路的預(yù)充電時間段。結(jié)果， 可以加速正常操作的啟動。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)充電控制方法，通過電壓-電流反饋電路控制相互 儲電路中的偏置電流，由此使得可以進(jìn)一步加寬輸出電路中的輸出電壓的動 態(tài)范圍。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的顯示裝置，在用于輸出用于驅(qū)動像素部分的耦 合電容器的合適的耦合電壓的電壓產(chǎn)生電路中，可以增強(qiáng)在激活階段中在到 達(dá)合適的耦合電壓之前的預(yù)充電操作的精度，由此使得可以縮短預(yù)充電反饋。 結(jié)果，可以加速顯示裝置的正常操作的啟動。


圖1是當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的電容耦合裝置的顯示裝置被應(yīng)用到液晶顯示
裝置時的示例性結(jié)構(gòu)圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的 結(jié)構(gòu)的部分電路方框圖3是顯示用于將參考電壓和來自輸出電路的輸出電壓輸入到根據(jù)本發(fā) 明第一實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路中的比較器的系統(tǒng)的部分電 路方框圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的具體 預(yù)充電電路的電路圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的 部分電路方框圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的
具體預(yù)充電電路的示例的電路圖7是概念性解釋圖6所示的預(yù)充電電路的預(yù)充電操作的圖示；
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的
具體預(yù)充電電路的另 一示例的電路圖9是概念性解釋圖8所示的預(yù)充電電路的預(yù)充電操作的圖示；
圖IOA和IOB是分別解釋源跟隨器電路的輸出范圍的比較的圖示；
圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路
的部分電路方框圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路
的具體預(yù)充電電路的示例的電路圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶顯示裝置中的整個電壓產(chǎn)生
電路的具體電路圖14是解釋本發(fā)明的定時圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的有機(jī)EL顯示裝置的部分電路的示意方框
圖16是概念性解釋其中控制預(yù)充電電壓的情況和其中未控制預(yù)充電電 壓的情況之間的預(yù)充電操作的差異的圖示；和
圖17是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的參考示例的輸出電路系統(tǒng)的部分電路方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例D
圖l顯示作為顯示裝置的、使用電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)的液晶顯示裝置的示 意配置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的液晶顯示裝置1包括像素陣列部分3、垂 直驅(qū)動電路4、水平驅(qū)動電路5和電壓產(chǎn)生電路6。在這種情況下，像素陣列 部分3具有二維放置的多個像素部分2。垂直驅(qū)動電路4和水平驅(qū)動電路5 驅(qū)動像素陣列部分3。此外，放置像素部分2以便分別與其中以行布線的掃 描線8和以列布線的信號線9彼此相交的相交部分對應(yīng)。每個像素部分2由 作為開關(guān)元件的薄膜晶體管11、連接到薄膜晶體管11的像素單元(即，液晶 單元)12和耦合電容器Cs組成。
薄膜晶體管11的柵極連接到掃描線8的對應(yīng)一條掃描線，其源極連接到 信號線9的對應(yīng)一條信號線，而其漏極連接到像素對應(yīng)的像素電極的對應(yīng)一 個上。此外，在每個像素部分2中提供的耦合電容器Cs的一端連接到薄膜晶 體管11的對應(yīng)一個的漏極，而其另一端連接到電壓產(chǎn)生電路6的輸出端。
垂直驅(qū)動電路4連續(xù)掃描掃描線8來選擇關(guān)于一行的像素列。水平驅(qū)動
電路5通過每條信號線9輸出視頻信號Vsig。然后在一個水平時間段內(nèi)，通 過對應(yīng)的一個薄膜晶體管11,將視頻信號Vsig提供給由垂直驅(qū)動電路4選擇 的關(guān)于一行的每個像素單元12。另一方面，從電壓產(chǎn)生電路6中輸出具有需 要電平的電壓，也就是，用于驅(qū)動每個耦合電容器Cs的耦合電壓Vcs。通過 對應(yīng)的一個耦合電容器Cs，耦合對應(yīng)Vcs被施加到像素單元12的每個像素 電極。也就是說，在一個水平時間段內(nèi)，通過對應(yīng)的一個薄膜晶體管11，通 過將視頻信號Vsig與耦合電壓Vcs相彼此加獲得的像素電壓被施加到由垂直 驅(qū)動電路4選擇的關(guān)于一行的每個像素單元。
本發(fā)明的該實(shí)施方式采用這樣的結(jié)構(gòu)電壓產(chǎn)生電路6可以在激活階段 (對于空白時間段)中執(zhí)行具有較少錯誤的預(yù)充電操作，同時最佳地控制耦 合電壓Vcs。預(yù)充電操作表示在電壓產(chǎn)生電路6的激活階段中，預(yù)充電電壓 上升直到到達(dá)最佳耦合電壓Vcs為止的時間段的操作。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路61 的結(jié)構(gòu)的部分電路方框圖。在根據(jù)該實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電 路61包括輸出電路21和比較器22。在這種情況下，比較器22將從輸出電 路21的輸出電壓Vout與參考電壓Vref進(jìn)行比較，并且將關(guān)于基于比較的判 斷結(jié)果的輸出電壓反饋到輸出電路21的一個輸入側(cè)。圖17的低通濾波器4 具有電容器Cin。電容器Cin對應(yīng)于圖2所示的輸出電路21中的輸入電容器 Cin。輸入電壓Vin被輸入到輸出電路21的另一輸入端。此外，輸出電容器 Cout連接到輸出電路21的輸出側(cè)。
這里，雖然在這里為了簡明的原因省略了用于確定被輸入到比較器22 的一個輸入端的參考電壓Vref的系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，但是如圖3所示，假設(shè)參考電 壓Vref是通過將希望的最佳像素電勢乘以(1/n)獲得的給定電壓。此外，假 設(shè)基于參考電壓Vref，被輸入到比較器22的另 一輸入端的輸出電壓是通過由 電壓減小電路23將在點(diǎn)P (像素電極)上獲得的像素電勢Vpix (視頻信號 Vsg和輸出電壓Vout彼此相加)減小到Vpixx ( 1/n)而獲得電壓Vout，。該 結(jié)構(gòu)還應(yīng)用到將在后面描述的實(shí)施例中。
圖4顯示第一實(shí)施例的液晶顯示裝置1中的電壓產(chǎn)生電路61的結(jié)構(gòu)，特 別是其具體的預(yù)充電電路。在該實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)中，以源跟隨器電路的形
式配置輸出電路21,其中輸出電路21由驅(qū)動晶體管TP1 (TP1由例如P溝道 MOS晶體管組成)以及恒流源32組成。從驅(qū)動晶體管TP1的源極和恒流源
32之間的連接中點(diǎn)引出輸出端。第一開關(guān)SW1連接在恒流源32和連接中點(diǎn) 之間，第二開關(guān)SW2連接在驅(qū)動晶體管TP1的漏極和地(大地)之間。輸入 電容器Cin連接到源跟隨器電路的輸入端，也就是，驅(qū)動晶體管TP1的柵極， 并且輸出電容器Cout連接到源跟隨器電路的輸出端。輸入電壓Vin被提供給 源跟隨器電路的輸入端。根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號控制第一開關(guān) SW1導(dǎo)通或截止。由附圖標(biāo)記Iout指定的輸出負(fù)載電流是在像素部分側(cè)消耗 的電流。
接下來，將關(guān)于具有圖4所示的預(yù)充電電路結(jié)構(gòu)的電壓產(chǎn)生電路61的操 作進(jìn)行描述。在預(yù)充電時間段期間，第二開關(guān)SW2通常處在截止?fàn)顟B(tài)。對于 預(yù)充電時間段，根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號控制第一開關(guān)導(dǎo)通或截 止。也就是說，對于預(yù)充電時間段，根據(jù)比較器22中的來自輸出電路21的 輸出電壓Vout與參考電壓Vref的比較結(jié)果將第一開關(guān)SW1導(dǎo)通或截止。
也就是說，當(dāng)Vout〈Vref時，第一開關(guān)SW1導(dǎo)通，而當(dāng)Vout>Vref時， 第一開關(guān)SW1截止。
作為初始狀態(tài)，假設(shè)輸出電壓Vout低于最佳預(yù)充電電壓(=Vcs)。此時， 于預(yù)充電操作的開始同時地導(dǎo)通第 一開關(guān)SW1 ，以輸出負(fù)載電流lout的形式 消耗了被促使從恒流源32流出的偏置電流I的一部分，而其剩余部分被使得 流過輸出電容器Cout以充電輸出電容器Cout。
當(dāng)輸出電容器Cout被充電，使得在比較器中做出輸出電壓Vout在電平 上變得等于參考電壓Vref的比較時，第一開關(guān)SW1被截止，結(jié)果，不從恒 流源32提供偏置電流I。
當(dāng)輸出電壓Vout變得高于最佳預(yù)充電電壓時，第一開關(guān)SW1被截止。 結(jié)果，中斷了偏置電流I向第一電容器Cout的供應(yīng)。當(dāng)輸出負(fù)載電流Iout-O 時，從輸出電容器Cout放電電荷。此外，當(dāng)獲得輸出電壓Vout <參考電壓 Vref時，再次導(dǎo)通第一開關(guān)SW1,由此，將偏置電流I提供給輸出電容器Cout。 重復(fù)執(zhí)行該操作，這最終導(dǎo)致獲得輸出電壓Vout<參考電壓Vref的關(guān)系，因 此，獲得平衡條件。
根據(jù)上述第一實(shí)施例，在電壓產(chǎn)生電路61中，來自輸出電路的輸出電壓 Vout通過比較器22被反饋到輸出電路。具體地，根據(jù)比較器22的判斷結(jié)果 控制第一開關(guān)SWl被導(dǎo)通或截止，由此控制到驅(qū)動晶體管TP1的偏置電流的 流動。首先，從輸出電路21獲得合適的預(yù)充電電壓，也就是，最佳耦合電壓
Vcs。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中將耦合電壓用作固定電壓的情況相比，可以降低預(yù)
充電誤差，并且可以增強(qiáng)激活階段中的預(yù)充電操作的精度。
可以增強(qiáng)預(yù)充電操作的精度，并且可以縮短預(yù)充電時間段(即，直到激
活的完成為止的時間段)，同時最佳地控制耦合電壓Vcs。在液晶顯示裝置中，
可以稍早進(jìn)入正常操作，并且可以避免顯示的早期階段中的圖像質(zhì)量的惡化。
這里，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，輸入電容器Cin和輸出電容器Cout分別 具有大電容值。例如，作為應(yīng)用，輸出電容器Cout被用作像素的耦合電容器 Cs的驅(qū)動電源。因此，輸出電容器Cout的電容值需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同時驅(qū)動的 耦合電容器Cs (對于像素的一條線)的電容值的總值。如果不滿足這種必要 條件，則一旦電荷被提供給每個耦合電容器Cs (對于像素的一條線)，就降 低輸出電壓Vout。由于雖然依賴于對象，但是電荷施加的目的地的電容值處 在pF到nF的級別，因此通常使用具有大約在}xF ( 1(T6F)級別上的電容值 的輸出電容器Cout。具有大電容值的輸出電容器Cout被用作例如液晶顯示裝 置的應(yīng)用。因此，為了根據(jù)控制系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的操作，輸入電容器Cin還需 要具有大約等于輸出電容器Cout的大電容值。為此，輸入電容器Cin的電容 值也在大約pF的級別上。這種結(jié)構(gòu)還應(yīng)用到下面的每個實(shí)施例中。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路的 結(jié)構(gòu)的部分電路方框圖。
當(dāng)在圖2所示的方框結(jié)構(gòu)中，以一般源跟隨器電路的形式偏置輸出電路 21時，建立表達(dá)式(2)的關(guān)系
Vout = Vin + I Vgs (ID) I ......(2)
其中Vgs (ID)是驅(qū)動晶體管TP1的柵極到源極電壓，并且依賴于諸如 流過驅(qū)動晶體管TP1的偏置電流ID、制造公差和溫度之類的條件而不同。因 此，當(dāng)施加關(guān)于輸出電壓Vout是統(tǒng)一的恒定電壓作為輸入電壓Vin時，預(yù)充 電誤差變得容易發(fā)生。換句話說，甚至當(dāng)只有輸出電路21的輸出側(cè)被充電以 具有需要的電壓時，只要將不受控制的恒定電壓施加到輸出電路21的輸入 側(cè)，輸出電壓就產(chǎn)生預(yù)充電誤差以便跟隨輸入電壓。
圖5所示的第二實(shí)施例提供改善上述問題的一種方法。在該實(shí)施例的液 晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路62包括輸出電路21和比較器22，并且還包括 反饋路徑23。在這種情況下，反饋路徑23被提供在輸出電路21的輸入端和 輸出端之間，并且用于直接將輸出電壓Vout反饋到輸出電路21的輸入側(cè)。 由于其它結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系與圖2所示的第一實(shí)施例相同，因此，為了簡明的
原因在這里省略了其詳細(xì)描述。在該實(shí)施例中，可以執(zhí)行控制，以根據(jù)制造
過程條件和負(fù)載條件從來自輸出電路21的輸出電壓Vout確定最佳輸入電壓 Vin。
圖6顯示第二實(shí)施例的液晶顯示裝置1中的電壓產(chǎn)生電路62的結(jié)構(gòu)的示 例。在該實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)中，與圖4所示的情況類似，以源跟隨器電路的 形式配置輸出電路21,其中輸出電路21由驅(qū)動晶體管TP1 (TP1由例如P 溝道MOS晶體管組成)以及恒流源32組成。從驅(qū)動晶體管TP1的源極和恒 流源32之間的連接中點(diǎn)引出輸出端。第一開關(guān)SW1連接在恒流源32和連接 中點(diǎn)之間，第二開關(guān)SW2連接在驅(qū)動晶體管TP1的漏極和地(大地)之間。 輸入電容器Cin連接到源跟隨器電路的輸入端，也就是，驅(qū)動晶體管TP1的 柵極，并且輸出電容器Cout連接到源跟隨器電路的輸出端。輸入電壓Vin被 提供給源跟隨器電路的輸入端。此外，根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號控 制第一開關(guān)SW1導(dǎo)通或截止。
除了以上結(jié)構(gòu)，在該實(shí)施例中，二極管連接的晶體管TP2通過第三開關(guān) SW3連接在驅(qū)動晶體管TP1的源極，也就是上述連接中點(diǎn)以及作為源跟隨器 電路的輸入端的驅(qū)動晶體管TP1的柵極之間。在這種情況下，二極管連接的 晶體管TP2以前向方向連接到驅(qū)動晶體管TP1的柵極。在圖6中，二極管連 接的晶體管TP2由筒化的二極管符號表示。該二極管連接的晶體管TP2構(gòu)成 反饋路徑23。實(shí)際上通過相互連接p溝道MOS晶體管的柵極和漏極來配置 二極管連接的晶體管TP2。為了荻得前向方向，二極管連接的晶體管TP2的 源極連接到輸出端側(cè)，也就是，驅(qū)動晶體管TP1的源極，并且其柵極和漏極 連接到輸入端，也就是，驅(qū)動晶體管TP1的柵極。由p溝道晶體管組成的二 極管連接的晶體管TP2的溝道長度L和溝道寬度W與由p溝道晶體管組成 的驅(qū)動晶體管TP1相同。
在圖6中，附圖標(biāo)記I指被促4吏從恒流源32流動的偏置電流，而附圖標(biāo) 記Iout指被促使從具有連接到輸出電路21的輸出側(cè)的端子的恒流源流動的輸 出負(fù)載電流。作I設(shè)偏置電流I大于輸出負(fù)載電流Iout (Iout<I)。此外，附圖 標(biāo)記Cin和Cout指輸出電路21的輸入電容器和輸出電容器。由于其它結(jié)構(gòu) 和連接關(guān)系與圖4的第一實(shí)施例相同，為了簡明的原因，在這里省略了其詳 纟田4苗述。
接下來，將關(guān)于具有圖6所示的預(yù)充電電路結(jié)構(gòu)的電壓產(chǎn)生電路62的操 作進(jìn)行描述。在預(yù)充電時間段期間，第三開關(guān)SW3被保持在導(dǎo)通狀態(tài)。在預(yù) 充電時間段期間，第二開關(guān)SW2通常在截止?fàn)顟B(tài)。對于預(yù)充電時間段，根據(jù) 來自比較器22的輸出電壓信號控制第一開關(guān)SW1導(dǎo)通或截止。也就是說， 對于預(yù)充電時間段，根據(jù)比較器22中的來自輸出電路21的輸出電壓Vout與 參考電壓Vref的比較結(jié)果將第一開關(guān)SW1導(dǎo)通或截止。
也就是說，當(dāng)Vout < Vref時，第一開關(guān)SW1被導(dǎo)通，而當(dāng)Vout > Vref 時，第一開關(guān)SW1被截止。
作為初始狀態(tài)，假設(shè)輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的每一個低于最佳預(yù) 充電電壓(-Vcs)。此時，與預(yù)充電操作的開始同時導(dǎo)通第一開關(guān)SW1，以 輸出負(fù)載電流lout的形式消耗了被促使從恒流源32流出的偏置電流I的一部 分，而其剩余部分通過二極管連接的晶體管TP2被分流到輸出電容器Cout 和輸入電容器Cin中，以充電輸出電容器Cout和輸入電容器Cin。
當(dāng)從恒流源32看來，在指向輸入電容器Cin的路徑中的電阻比指向輸出 電容器Cout的路徑中的電阻大與二極管連接的晶體管TP2對應(yīng)的長度。因此， 比針對輸出電容器Cout更柔和地針對輸入電容器Cin執(zhí)行充電。當(dāng)輸出電容 器Cout被充電，使得在比較器22中輸出電壓在電平上變?yōu)榈扔趨⒖茧妷篤ref 時，第一開關(guān)SW1被截止，并且不從恒流源32提供偏置電流I。
此時，當(dāng)(Vout-Vin)大于二極管連接的晶體管TP2的閾值電壓Vth,從 輸出電容器Cout向輸入電容器Cin提供電荷。結(jié)果，輸入電容器Cin被充電， 并且在輸出電容器Cout中積累的電荷^皮放電。因此，由于再次建立Vout < Vref 的關(guān)系，第一開關(guān)SW1被導(dǎo)通。重復(fù)執(zhí)行操作，這導(dǎo)致最終獲得以下關(guān)系， 因此獲得平衡條件
Vout = Vref
Vin = Vout - Vth
圖7是示意性顯示圖6所示的預(yù)充電電路62的預(yù)充電操作的概念圖。在 圖中，附圖標(biāo)記103表示輸出電壓Vout的預(yù)充電波形，而附圖標(biāo)記1(M表示 輸入電壓Vin的預(yù)充電波形。當(dāng)預(yù)充電時間段足夠長時，輸出電壓Vout和輸 入電壓Vin之間的差變得在電平上大約等于圖6中的驅(qū)動晶體管TP1和二極 管連接的晶體管TP2的每一個的閾值電壓Vth。
最終，當(dāng)p溝道MOS晶體管被用作二極管連接的晶體管TP2時，控制 輸入電壓Vin來變?yōu)樽鳛榈陀谳敵鲭妷篤out的閾值電壓Vth的電壓。在第一 開關(guān)SW1被保持在導(dǎo)通狀態(tài)時，輸出電容器Cout被充電。然而，當(dāng)輸出電 壓Vout到達(dá)希望的輸出電壓Vcs時，通過比較器22,第一開關(guān)SW1被截止。 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SW1被截止時，不向輸出電容器Cout供應(yīng)電荷。當(dāng)?shù)碗妷喝匀?保持在輸入電容器Cin時，在輸出電容器Cout中積累的電荷通過二極管連接 的晶體管TP2流入輸入電容器Cin。此外，當(dāng)輸出電壓Vout被降低到低于希 望的最佳預(yù)充電輸出電壓Vcs時，通過比較器22,第一開關(guān)SW1^皮再次導(dǎo) 通，來使輸出電壓Vout上升。重復(fù)執(zhí)行該操作，使得最終輸出電壓Vout被 穩(wěn)定在期望的輸出電壓Vcs。波形103顯示出該狀態(tài)。
當(dāng)在完成預(yù)充電操作之后進(jìn)入正常操作時，第一和第二開關(guān)SW1和SW2 被正常導(dǎo)通，并且輸出電路21用作一般源跟隨器電路。另一方面，第三開關(guān) SW3被截止，因此反饋路徑23變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。
根據(jù)第二實(shí)施例，在電壓產(chǎn)生電路6中，來自輸出電路21的輸出電壓 Vout通過比較器22被反饋到輸出電路21的輸入端。此外，來自輸出電路21 的輸出電壓Vout通過反饋路徑23 (也就是二極管連接的晶體管TP2 )被反饋 到驅(qū)動晶體管TP1的柵極。通過采用該電路結(jié)構(gòu)，可以更合適地預(yù)充電輸出 電路21的輸入和輸出，可以降低預(yù)充電誤差，并且可以進(jìn)一步增強(qiáng)激活階段 中的預(yù)充電操作的精度。
可以增強(qiáng)預(yù)充電操作的精度，并且可以縮短預(yù)充電時間段(也就是直到 激活的完成為止的時間段)，同時最佳地控制的耦合電壓Vcs，而無需依賴于 電源電壓、制造公差和穩(wěn)定變化。在液晶顯示裝置中，可以稍早進(jìn)入正常操 作，并且可以避免顯示的早期階段中的圖像質(zhì)量的惡化。
利用圖6所示的電路結(jié)構(gòu)，關(guān)于根據(jù)在正常操作階段中由p溝道MOS 晶體管組成的源跟隨器電路獲得的電壓關(guān)系，輸入電壓Vm變?yōu)榈陀谳敵鲭?壓Vout的二極管連接的晶體管TP2的柵極到源極電壓Vgs。換句話說，獲得 電壓關(guān)系(Vout-Vin+Vgs )。只要精確地獲得電壓關(guān)系，操作就可以平滑地前 進(jìn)到正常操作。
在預(yù)充電操作階段，當(dāng)二極管連接的晶體管TP2的閾值電壓是Vth時， 輸入電容器Cin被充電來獲得作為低于輸出電壓Vout的閾值電壓Vth的電壓。 當(dāng)閾值電壓Vth完全等于二極管連接的晶體管TP2的柵極到源極電壓Vgs時， 建立上述關(guān)系。然而，實(shí)際上，當(dāng)正常打開時驅(qū)動晶體管TP1的柵極到源極
電壓Vgs與閾值電壓Vth稍;微不同。閾值電壓Vth是引起電流流動的情況和 不引起電流流動的情況之間的邊界。另一方面，Vgs是當(dāng)引起電流流過驅(qū)動 晶體管(TP1)時所需的源極到柵極電壓Vgs。因此，針對Vgs (Vgs>Vth) 要求高于Vth的電壓。結(jié)果，在輸入電容器Cin中提供過充電狀態(tài)，因此輸 入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系變得不嚴(yán)格精確。輸入側(cè)上的過充電的影響導(dǎo) 致輸出電壓Vout變?yōu)楦哂谙Ｍ碾妷篤cs。結(jié)果，獲得希望的電壓Vcs需要 很長時間。
換句話說，在圖6中，通過預(yù)充電，二極管連接的晶體管TP2最終被充 電到靜電流變?yōu)榇蠹s為零的點(diǎn)上。因此，驅(qū)動晶體管TP1的柵極到源極電壓 是Vgs(ID-0)。另一方面，雖然第一和第二開關(guān)SW1和SW2在完成預(yù)充 電操作之后被正常導(dǎo)通，但是此時由(I - lout)表示從驅(qū)動晶體管TP1流入 地(大地)的電流量。此外，此時，驅(qū)動晶體管TP1所需的柵極到源極電壓 是Vgs (ID = I - lout),并且獲得絕對大于之前陳述的Vgs (ID = 0 )的值。 也就是說，在圖6所示的系統(tǒng)的情況中，從關(guān)于輸出電壓Vout，針對輸入電 壓Vin執(zhí)行過充電的觀點(diǎn)看來，存在發(fā)生預(yù)充電誤差的可能性。
雖然圖6中的電路結(jié)構(gòu)中的預(yù)充電操作的精度高于圖4中的電路結(jié)構(gòu)中 的預(yù)充電操作的精度，但是，希望一種獲得預(yù)充電操作的更高精度的電路結(jié) 構(gòu)。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示裝置中的進(jìn)一步改進(jìn)的電壓 產(chǎn)生電路的另一示例。也就是說，圖8顯示根據(jù)圖5所示的本發(fā)明第二實(shí)施 例的液晶顯示裝置的電壓產(chǎn)生電路中的具體預(yù)充電電路結(jié)構(gòu)的另一示例。第 二實(shí)施例中的電壓產(chǎn)生電路63的輸出電路21由驅(qū)動晶體管TP1 (TP1由例 如P溝道MOS晶體管組成)以及由恒流源32，組成的源跟隨器電路組成。從 驅(qū)動晶體管TP1的源極和恒流源32，之間的連接中點(diǎn)引出輸出端，并且第一 開關(guān)SW1連接在恒流源32，和連接中點(diǎn)之間。此外，二極管連接的晶體管TP2 通過第三開關(guān)SW3連接到驅(qū)動晶體管TP1的漏極，也就是，在上述連接中點(diǎn) 和驅(qū)動晶體管TP1的柵極(作為源跟隨電路的輸入端)之間。在這種情況下， 二極管連接的晶體管TP2以前向方向連接到驅(qū)動晶體管TP1的柵極。二極管 連接的晶體管TP2構(gòu)成反饋路徑23。如下所述，在預(yù)充電操作階段，^皮促使 從恒流源32，流出大于正常操作階段的偏置電流I的偏置電流r。
此外，在該實(shí)施例的示例中，提供電流鏡電路35。在這種情況下，電流
鏡電路35由用于監(jiān)視被促使流過驅(qū)動晶體管TP1的電流的晶體管(例如，n 溝道MOS晶體管36)以及與n溝道晶體管36組成電流鏡結(jié)構(gòu)的晶體管(例 如，n溝道MOS晶體管37)組成。晶體管36通過第四開關(guān)SW4連接在驅(qū)動 晶體管TP1的漏極和地(大地)之間。此外，晶體管37通過第五開關(guān)SW5 連接在驅(qū)動晶體管TP1的漏極和地(大地)之間。晶體管36和37的柵極相 互連接，并且還連接到驅(qū)動晶體管TP1的漏極。
根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號，控制第四和第五開關(guān)SW4和SW5 以相互同相地被導(dǎo)通或截止。由于其它配置和連接關(guān)系與圖6的情況中的配 置和連接關(guān)系相同，因此，由相同的附圖標(biāo)記分別指定對應(yīng)的部分，并且為 了簡明的原因在這里省略了重復(fù)描述。
接下來，將關(guān)于圖8所示的具有預(yù)充電電路的電壓產(chǎn)生電路63的操作進(jìn) 行描述。在預(yù)充電時間段，第一和第三開關(guān)SW1和SW3被保持在導(dǎo)通狀態(tài)。 此外，在預(yù)充電時間段，根據(jù)在比較器22中對來自輸出電路21的輸出電壓 Vout與參考電壓Vref的比較結(jié)果控制第四和第五開關(guān)SW4和SW5以被導(dǎo)通 或截止。
也就是說，當(dāng)Vout〈Vref時，第四和第五開關(guān)SW4和SW5浮皮導(dǎo)通，而 當(dāng)Vout〉Vref時，第四和第五開關(guān)SW4和SW5被截止。
作為初始狀態(tài)，假設(shè)輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的每一個都低于最佳 預(yù)充電電壓(-Vcs)。此時，隨著預(yù)充電操作的開始同時導(dǎo)通第四和第五開 關(guān)SW4和SW5，以輸出負(fù)載電流lout的形式消耗了被促使從恒流源32，流出 的偏置電流I，的一部分，而其剩余部分通過二極管連接的晶體管TP2被分流 到輸出電容器Cout和輸入電容器Cin中，以充電輸出電容器Cout和輸入電 容器Cin。
當(dāng)在比較器22中輸出電壓Vout變得在電平上等于參考電壓Vref時，第 四和第五開關(guān)SW4和SW5被導(dǎo)通，以便促使電流從驅(qū)動晶體管TP1流到地 (大地)。在要被鏡像到另一路徑的另一晶體管37的一個路徑中，由電流鏡 電路的一個晶體管36監(jiān)視該電流。結(jié)果，與上述相同的電流從晶體管37流 到地(大地)。
此時，由表達(dá)式(3)穩(wěn)定地表示流過這些路徑(也就是，從驅(qū)動晶體管 TP1到地(大地)的路徑和從二極管連接的晶體管TP2到地(大地)的路徑) 中的每一個的電流量Ipre:<formula>formula see original document page 20</formula>......(3)
當(dāng)在輸出電容器Cout中積累的電荷被放電，使得獲得VouKVref的關(guān)系 時，第四和第五開關(guān)SW4和SW5 ^f皮再次截止，因此，輸入電容器Cin和輸 出電容器Cout被充電。重復(fù)執(zhí)行上述操作，從而最終獲得平衡狀態(tài)。由表達(dá) 式(4)表示平衡狀態(tài) Vout = Vref
<formula>formula see original document page 20</formula> ......(4)
其中ID是驅(qū)動晶體管TP1的漏極電流。
圖9是示意性顯示圖8所示的電壓產(chǎn)生電路的預(yù)充電操作的概念圖。在 該圖中，附圖標(biāo)記105表示輸出電壓Vout的預(yù)充電波形，而附圖標(biāo)記106表 示輸入電壓Vin的預(yù)充電波形。當(dāng)預(yù)充電時間段足夠長時，從表達(dá)式(4)的 Vgs (ID = (I，-Iout) /2 )提供輸出電壓Vout和輸入電壓Vin之間的差。
最終，當(dāng)p溝道MOS晶體管被用作二極管連接的晶體管TP2時，控制 輸入電壓Vin來變?yōu)樽鳛榈陀谳敵鲭妷篤out的閾值電壓Vgs (ID = (I，-Iout) /2)的電壓。這里，ID表示驅(qū)動晶體管TP1的漏極電流。由于在這種情況下 晶體管TP1和TP2中的每一個由相同的晶體管組成，它們的每一個具有相同 柵極到源極電壓Vgs。以圖9中的輸入電壓Vin的波形106產(chǎn)生的波的原因 是根據(jù)第五開關(guān)SW5的導(dǎo)通或截止，針對輸入電容器Cin執(zhí)行充電或放電。
在之前描述的圖6所示的電壓產(chǎn)生電路62的操作中，輸出電壓Vout和 輸入電壓Vin之間的差等于二極管連接的晶體管TP2的閾值電壓Vth。與之 相比，該實(shí)施例中的圖8的另一示例的特征是輸入電壓Vin的預(yù)充電電壓根 據(jù)流過輸出級的電流(I'-Iout)而變化。 一般地，柵極到源極電壓Vgs在其 中包含閾值電壓Vth的參數(shù)，因此，可以消除由于制造公差導(dǎo)致的預(yù)充電誤 差。
當(dāng)在預(yù)充電操作的完成之后從電流源提供的電流量是I時，由(I-Iout) 給出被促使流過驅(qū)動晶體管TP1的電流量。因此，當(dāng)在預(yù)充電操作期間利用 滿足表達(dá)式(5)的電流I，設(shè)置電流源時，預(yù)充電誤差理論上變?yōu)榱?br> <formula>formula see original document page 20</formula> ......(5)
關(guān)于輸出電路21的前提，在預(yù)充電操作中偏置電流r大于輸出負(fù)載電流
Iout，在正常操作的階段中的偏置電流I大于輸出負(fù)載電流Iout,并且偏置電
流r大于偏置電流i (r > i > iout)。雖然未在圖8中顯示，但是如將參照圖
13在后面描述的那樣，可以根據(jù)源跟隨器電路的恒流源切換到用于使偏置電 流I在正常操作的階段中流動的恒定電流。
根據(jù)第二實(shí)施例中的圖8的另一示例，輸出電壓Vout通過比較器22被 反饋到輸出電路21,并且還通過二極管連接的晶體管TP2反饋到作為輸入側(cè) 的驅(qū)動晶體管TP1的柵極。除此之外，提供電流鏡電路35。通過電流鏡電路 35的操作，可以控制在輸出電路21的輸入側(cè)上的預(yù)充電電壓變?yōu)樽鳛榈陀?輸出電壓Cout的、在正常操作的階段中的驅(qū)動晶體管TP1的柵極到源極電壓 的電壓。為此，只要能實(shí)施，就可以使預(yù)充電誤差變?yōu)?,并且可以進(jìn)一步 增強(qiáng)預(yù)充電操作的精度。
此外，與該實(shí)施例的上述示例類似，可以增強(qiáng)預(yù)充電操作的精度，并且 可以縮短預(yù)充電時間段，也就是直到激活的完成為止的時間段，同時最佳地 控制耦合電壓Vcs,而無需依賴于電源電壓、制造公差和溫度變化。在液晶 顯示裝置中，可以稍早進(jìn)入正常操作，并且可以避免顯示的早期階段中的圖 像質(zhì)量的惡化。
圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶顯示裝置中的電壓產(chǎn)生電路 的結(jié)果的部分電路方框圖。
如前所述，當(dāng)以一般源跟隨器電路的形式配置輸出電路21時，由建立表 達(dá)式(2)提供的關(guān)系。在這種情況下，存在定量地確定在表達(dá)式(2)中的 ID (流過驅(qū)動晶體管TP1的漏極電流)的必要性。通常，存在從電流源晶體 管提供偏置電流的方法。電流源晶體管表示配置來根據(jù)施加到MOS晶體管 (例如，p溝道晶體管)的柵極的合適的偏置電流促使從其流出偏置電流的 恒定電流源晶體管。
然而，當(dāng)縱向堆疊式電流源晶體管被用在源跟隨器(在這種情況下由p 溝道MOS晶體管組成的源跟隨器)電路時，消耗如圖IOA所示的電壓頭部 凈高(headroom )。該值通常需要數(shù)百mV或更多。也就是說，預(yù)充電的操作 范圍(所謂輸出范圍)不到達(dá)電源電壓VDD附近。針對具有低功耗和寬動態(tài) 范圍的輸出電路來說，這導(dǎo)致出現(xiàn)預(yù)充電誤差的可能性。注意，在圖10A和 10B中，附圖標(biāo)記Vds是在電流源晶體管的非飽和區(qū)域中的源極到漏極電壓， 所述電壓僅足夠?qū)?qū)動晶體管。
雖然近些年來，需要降低電源電壓，但對于像素電壓來說，仍然需要高 電壓。為了應(yīng)對這樣的情況的目的，盡管信號幅度的降低，但是為了提供必
要的像素電壓，需要增加耦合電壓Vcs。為此，對于在正常操作階段中從電 壓產(chǎn)生電路輸出的耦合電壓Vs，希望獲得耦合電壓Vcs到接近于電源電壓的 電壓的，也就是，獲得寬動態(tài)范圍。自然地，在正常操作階段中從電壓產(chǎn)生 電路提供高電壓Vcs導(dǎo)致對于預(yù)充電電壓來說也要獲得高電壓。
圖11所示的第三實(shí)施例提供改善上述問題的方法。在該實(shí)施例的液晶顯 示裝置中的電壓產(chǎn)生電路64包括輸出電路21、比較器22和反饋路徑23。在 這種情況下，反饋路徑23被提供在輸出電路21的輸入端和輸出端之間，并 且用作直接將輸出電壓Vout反饋到輸出電壓21的輸入側(cè)。此外，電壓產(chǎn)生 電路64被提供有用于監(jiān)視輸出電壓Vout并根據(jù)監(jiān)視結(jié)果控制輸出電路21的 偏置電流的電壓-電流反饋電路24。由于其它電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系與圖5所 示的第二實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系相同，為了簡明的緣故在這里省略了 其詳細(xì)描述。通過電壓-電流反饋電路24的操作，甚至當(dāng)輸出電壓Vout接近 于電源電壓VDD時，將合適的偏置電流提供給輸出電路21，因此如圖10B 所示拓寬預(yù)充電的操作范圍。
圖12顯示第三實(shí)施例的液晶顯示裝置1的電壓產(chǎn)生電路64，特別地， 其具體預(yù)充電電路的結(jié)構(gòu)的示例。
為了使偏置電流I和I，分別從上述第 一和第二實(shí)施例中的恒流源中流出， 通常希望使用其中合適的偏置電壓被施加到(例如)p溝道晶體管的柵極的 恒流晶體管。然而，當(dāng)在這種情況下需要恒流晶體管利用接近于電源電壓的 輸出電壓Vout操作時，在一般電流源晶體管中不能確保操作范圍。結(jié)果，不 可能提供具有希望的值的電流。換句話說，不可能達(dá)到精確的預(yù)充電電壓。
圖12所示的第三實(shí)施例中的示例解決上述問題。在該實(shí)施例中，具有圖 12所示的電路配置的輸出電路21包括由(例如)構(gòu)成源跟隨器電路的p溝 道MOS晶體管組成的驅(qū)動晶體管TP1以及具有連接到驅(qū)動晶體管TP1的源 極側(cè)的端子的電壓-電流反饋電路24。此外，輸出電路21包括具有連接在驅(qū) 動晶體管TP1的源極和柵極之間的二極管連接的晶體管TP2的反饋路徑23 以及連接在驅(qū)動晶體管TP1的漏極和柵極之間的電流鏡電路35。
電壓-電流反饋電路24由放大器41、兩個晶體管TP3和TP4以及參考電 流源44組成。在該示例中，p溝道MOS晶體管被分別用作晶體管TP3和TP4。 晶體管TP4的漏極被連接到驅(qū)動晶體管TP1的源極，并且其源極連接到電源。 此外，從驅(qū)動晶體管TP1和晶體管TP4之間的連接中點(diǎn)輸出輸出電壓Vout。
晶體管TP4用作用于源跟隨器電路的恒流源。此外，晶體管TP3的源極連接 到電源，并且參考電流源44連接到晶體管TP3的漏極。另一方面，放大器 41的輸出側(cè)連接到晶體管TP3和TP4的每個柵極，驅(qū)動晶體管TP1的源極 連接到放大器41的倒相輸入端，并且用于監(jiān)視參考電流Iref的晶體管TP3 的漏極連接到放大器41的非倒相輸入端。被促使流過晶體管TP3的電流與被 促使流過晶體管TP4的電流的鏡像比(mirror ratio)(電流比)被設(shè)置為TP3: TP4=1: a。
此外，與圖8所示的情況類似地配置電流鏡電路35。也就是說，電流鏡 電路35包括具有連接到驅(qū)動晶體管TP1的漏極的端子的晶體管TN1以及具 有連接到驅(qū)動晶體管TP1的柵極的端子、并與晶體管TN1構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)的 晶體管TN2。晶體管TN1和TN2的柵極相互連接，并且還連接到驅(qū)動晶體 管TN1的漏極。此外，第四和第五開關(guān)SW4和SW5的一端分別連接到晶體 管TN1和TN2的源極。根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號(未示出)導(dǎo)通 或截止第四和第五開關(guān)SW4和SW5。
由于其它電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系與圖8的情況中的電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系相 同，因此為了簡明的緣故在這里省略了其詳細(xì)描述。
接下來，將關(guān)于具有圖12所示的預(yù)充電電路結(jié)構(gòu)的電壓產(chǎn)生電路63的 操作進(jìn)行描述。在該實(shí)施例的示例中，執(zhí)行控制，使得甚至當(dāng)輸出電壓Vout 上升到接近于電源電壓時，由來自放大器41的輸出信號降低被用作源跟隨器 電路的偏置電流源的晶體管TP4的柵極電壓，由此拓寬輸出動態(tài)范圍。
也就是說，配置預(yù)充電電路使得放大器41輸出這樣的輸出信號，其使得 輸入到倒相輸入端的輸出電壓Vout與輸出端非倒相輸入端的晶體管TP3的漏 極電壓彼此相等?，F(xiàn)在，當(dāng)輸出電壓Vout上升到接近于電源電壓時，其被輸 入到放大器41的倒相輸入端，并且具有與輸入電壓Vout的電壓值相同的電 壓值的晶體管TP3的漏極電壓被輸入到非倒相輸入端。此時，放大器41輸出 低電壓信號，使得甚至當(dāng)漏極電壓升高，使參考電流Iref從參考電流源44流 向晶體管TP3 。也就是說，在晶體管TP3的柵極到源極電壓Vgs升高的條件 下，使參考電流Iref流過晶體管TP3，這導(dǎo)致放大器41將低電壓施加到晶體 管TP3的柵極。來自放大器41的輸出電壓信號還被施加到用作源跟隨器電路 的電流源晶體管的晶體管TP4的棚-極，這導(dǎo)致電流(axlref)流過晶體管TP4， 使得輸出電路21變得可操作。
從晶體管TP4的特性，也就是晶體管TP4的I-Vds特性可知，當(dāng)晶體 管TP4的柵極到源極電壓Vgs升高(也就是，其柵極電壓被降低)時，即使 輸出電壓Vout變?yōu)榻咏娫措妷簛斫档吐O到源極電壓Vds,也獲得大電流 I( = axlref)。
如上所述，在第三實(shí)施例的該示例中，甚至在由于輸出電壓Vout上升到 接近于電源電壓來使得晶體管TP4進(jìn)入非飽和區(qū)域，因此晶體管TP4不操作 為恒流源的區(qū)域中，放大器41控制晶體管TP4的柵極電壓，由此使得可以通 常地提供電流(-axlref)。
另一方面，在輸出電路21中，二極管連接的晶體管TP2連接在驅(qū)動晶 體管TP1的源極和柵極之間，并且還提供電流鏡電路35。結(jié)果，該第三實(shí)施 例中的該示例的預(yù)充電電路與圖8所示的情況類似地操作，因此，只要實(shí)施 就可以將預(yù)充電誤差變?yōu)榱恪?br> 圖13顯示第三實(shí)施例的液晶顯示裝置中l(wèi)中的電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)的另 一示例，也就是，第三實(shí)施例的液晶顯示裝置1中的整個電壓產(chǎn)生電路的具 體預(yù)充電電路。在第三實(shí)施例的另一示例的電路結(jié)構(gòu)中，除了提供圖12所示
在這種情況下，根據(jù)來自比較器22的輸出電壓信號，控制在電流鏡電路35 的各個路徑中提供的第四和第五開關(guān)SW4和SW5導(dǎo)通或截止。此外，第六 開關(guān)SW6連接在作為電流源晶體管的晶體管TP4和驅(qū)動晶體管TP1之間。 此外，與晶體管TP4和第六開關(guān)SW6的連接電路并聯(lián)地提供晶體管TP5和 第七開關(guān)SW7的連接電路。
為了分離在預(yù)充電時間段的偏置電流I，以及正常操作時間的偏置電流I 的目的，提供晶體管TP4和TP5。第六開關(guān)SW6僅在驅(qū)動預(yù)充電操作期間保 持導(dǎo)通狀態(tài)，而第七開關(guān)SW7在預(yù)充電操作完成之后的正常操作期間被保持 在導(dǎo)通狀態(tài)。
由于圖13中的其它電路結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系與圖12的情況相同，因此，為 了簡明的緣故省略了重復(fù)的描述。
根據(jù)第三實(shí)施例的該示例，可以控制輸入電容器和輸出電容器來分別具 有輸出電路21的最佳值，而不依賴于諸如制造不支持、輸出負(fù)載電流值、電 源電壓和溫度變化之類的條件。此外，電壓-電流反饋電路24的提供導(dǎo)致可 以拓寬輸出電路21的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的動態(tài)范圍，由此使得
可以獲得輸出電壓Vout，也就是，直到接近于電源電壓的電壓的耦合電壓Vcs。 結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示裝置中的低功耗。
換句話說，采用監(jiān)視流過輸出級的電流的預(yù)充電控制方法，由此使得可 以確保電流源晶體管的最佳柵極到源極電壓Vgs。結(jié)果，消除電源電壓、制 造公差、輸出負(fù)載電流等的影響，由此精確地實(shí)現(xiàn)具有寬動態(tài)范圍的預(yù)充電 操作。
此外，獲得與參照圖8在第二實(shí)施例中的示例中所述的那些相同的效果。 也就是說，輸出電壓Vout通過比較器22被反饋到輸出電路21，并且還通過 二極管連接的晶體管TP2被反饋到驅(qū)動晶體管TP1的柵極。除此之外，提供 電流鏡電路35。通過電流鏡的操作，可以控制在輸出電路21的輸入側(cè)上的 預(yù)充電電壓變?yōu)樽鳛榈陀谳敵鲭妷篤out的、在正常操作階段中的驅(qū)動晶體管 TP1的柵極到源極電壓Vgs的電壓。為此，只要實(shí)施，就使預(yù)充電誤差變?yōu)?零，并且可以進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)充電操作。
可以增強(qiáng)預(yù)充電操作的精度，并且可以縮短預(yù)充電時間段，也就是直到 激活的完成為止的時間段，同時最佳地控制耦合電壓Vcs。結(jié)果，在液晶顯 示裝置中，可以稍早進(jìn)入正常操作，并且可以避免顯示的早期階段中的圖像 質(zhì)量的惡化。
圖14顯示作為像素部分中的開關(guān)元件的薄膜晶體管11的柵極電壓Vg、 從電壓產(chǎn)生電路6提供給耦合電容器Cs的耦合電壓Vcs、視頻信號Vsig和 像素電壓Vpix的定時圖。柵極脈沖(pv被施加到薄膜晶體管11的柵極來導(dǎo)通 薄膜晶體管n，由此將視頻信號Vsig通過對應(yīng)的一條信號線9寫入像素單元 12。在截止薄膜晶體管ll之后，從電壓產(chǎn)生電路6將耦合電壓Vcs提供耦合 電容器Cs,并且像素單元的像素電壓Vpix被保持在(Vsig + Vcs)的電壓。 在下一幀，像素電壓Vpix的極性被倒相。
根據(jù)圖11到13所示的第三實(shí)施例，可以預(yù)充電控制輸入電容器和輸出 電容器來分別具有輸出電路的最佳電容值，而無需依賴于諸如制造公差和負(fù) 載電流值之類的條件，并且可以拓寬預(yù)充電電壓的動態(tài)范圍。除此之外，提 供與參照圖8描述的第二實(shí)施例中的示例相同的效果。
根據(jù)上述第三實(shí)施例，將最佳預(yù)充電電壓提供給輸入側(cè)，同時控制輸出 信號來具有特定值，這導(dǎo)致可以減輕輸出值的預(yù)充電誤差，并且可以縮短從 預(yù)充電誤差的返回時間。在諸如電源激活、返回睡眠狀態(tài)之類的階段以及例
如在移動電話的移動顯示的應(yīng)用中，激活縮短空白時間段加速液晶顯示裝置 的啟動，由此帶來液晶顯示裝置的增值。
此外，根據(jù)第三實(shí)施例，與現(xiàn)有技術(shù)中施加特定固定的恒定電壓用于預(yù) 充電電壓相比，預(yù)充電操作的恒定電壓不是必須的。此外，拓寬通用目的屬 性而不限制應(yīng)用，這是因?yàn)榭梢詧?zhí)行控制來具有最佳預(yù)充電電壓，而無需依 賴于制造過程中的公差、電源電壓和負(fù)栽電流值。
當(dāng)通過使用放大器控制電流源晶體管的柵極電壓時，拓寬預(yù)充電的操作 范圍。因此，可以以具有用于低功耗的低電源電壓的輸出電路的預(yù)充電功能 的形式實(shí)現(xiàn)該電路結(jié)構(gòu)。
以上是本發(fā)明的預(yù)充電控制方法被應(yīng)用到液晶顯示裝置的情況。除此之
外，本發(fā)明還應(yīng)用到使用電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)的有機(jī)場致發(fā)光(EL)顯示裝置。 圖15顯示使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電容耦合驅(qū)動系統(tǒng)的有機(jī)EL顯示裝置的 示意結(jié)構(gòu)，以及單元像素的等效電路。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的有機(jī)EL顯 示裝置51具有其中以矩陣形式放置的多個有機(jī)EL像素52的顯示區(qū)域。在 該實(shí)施例中的單元像素52由有機(jī)EL單元54、電流驅(qū)動晶體管Tr2、開關(guān)晶 體管Trl和耦合電容器Csl組成。
開關(guān)晶體管Trl的漏極連接到由水平選擇器56選擇的、并向其提供與亮 度信息對應(yīng)的信號的對應(yīng)一條信號線57。開關(guān)晶體管Trl的源極連接到電流 驅(qū)動晶體管TR2的柵極，并且其柵極連接到從寫掃描器58布線的對應(yīng)一條 掃描線59。電流驅(qū)動晶體管Tr2的漏極連接到電源VCC，并且其源極連接到 有機(jī)EL單元54的陽極。此外，耦合電容器Csl的一端連接到從預(yù)充電電路 (也就是，電壓-電流產(chǎn)生電路)61布線的對應(yīng)一條預(yù)充電線62。
在有機(jī)EL像素52中，通過由寫掃描器58將來自陰極射線管的掃描信 號提供給對應(yīng)的一條掃描線59導(dǎo)通開關(guān)晶體管Trl。此外，與亮度信息對應(yīng) 的信號通過對應(yīng)一條信號線57被提供給電流驅(qū)動晶體管Tr2的柵極，由此導(dǎo) 通電流驅(qū)動晶體管Tr2。此時，電流從電源VCC被提供到有機(jī)EL54。另一方 面，給定電流預(yù)先通過對應(yīng)一條預(yù)充電線62,以通過耦合電容器Csl從預(yù)充 電電路61提供給有機(jī)EL單元54。由通過將通過對應(yīng)一條預(yù)充電線62提供 的電流加到從電源VCC提供的電流獲得的電流驅(qū)動有機(jī)EL單元54以進(jìn)行
顯示o
以本發(fā)明的上預(yù)充電控制方法還可以應(yīng)用到該實(shí)施例中的有機(jī)EL顯示 裝置。
此外，本發(fā)明的以上預(yù)充電控制方法還可以應(yīng)用到其它電子裝置。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各種修改、 組合、子組合和改變，而他們落入所附權(quán)利要求及其等效物的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種預(yù)充電控制方法，包括步驟:提供具有用于輸出具有需要的電平的電壓的輸出電路的電壓產(chǎn)生電路以及比較器；在預(yù)充電時間段期間，在所述比較器中判斷來自所述輸出電路的輸出電壓，并且將來自所述比較器的輸出信號反饋到所述輸出電路；和控制預(yù)充電電壓，直到到達(dá)從所述輸出電路輸出的、具有需要的電平的預(yù)充電電壓為止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)充電控制方法，其中來自所述輸出電路的輸 出電壓通過反饋路徑被直接反饋到所述輸出電路的輸出側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)充電控制方法，其中通過監(jiān)視來自所述輸出 電路的輸出電壓，通過電壓-電流反饋電路控制所述輸出電路的偏置電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)充電控制方法，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流 源組成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制連接在所述輸出電路的輸出端和所述恒 流源之間的開關(guān)元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)充電控制方法，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流 源組成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；所述輸出電路的輸出電壓通過構(gòu)成所述反饋路徑的二極管連接的晶體管 被反饋到所述輸出電路的輸入側(cè)；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制連接在所述輸出電路的輸出端和所述恒 流源之間的開關(guān)元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)充電控制方法，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流 源組成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；所述輸出電路的輸出電壓通過構(gòu)成所述反饋路徑的二極管連接的晶體管 被反饋到所述輸出電路的輸入側(cè)；提供電流鏡電路，以使控制被促使流過所述二極管連接的晶體管的電流， 使得等于被促使流過所述驅(qū)動晶體管的電流；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制在兩系統(tǒng)電流系統(tǒng)中分別提供的、構(gòu)成 所述電流鏡電路的開關(guān)元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)充電控制方法，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流 源組成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；來自所述輸出電路的輸出電壓通過二極管連接的晶體管被反饋到所述輸 出電路的輸入側(cè)；提供電流鏡電路，以使控制流過被促使所述二極管連接的晶體管的電流， 使得等于被促使流過所述驅(qū)動晶體管的電流；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制在兩系統(tǒng)電流系統(tǒng)中分別提供的、構(gòu)成 所述電流鏡電路的開關(guān)元件；和提供由變?yōu)樗鲈锤S器電路的恒流源的第一晶體管、被促使通過其流 過參考電流的第二晶體管以及放大器組成的電壓-電流反饋電路，并且通過根 據(jù)來自所述放大器的輸出控制所述第一晶體管的柵極來控制在所述第一晶體 管中的偏置電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)充電控制方法，其中在正常操作價段中變?yōu)?恒流源的第三晶體管與在預(yù)充電操作階段變?yōu)楹懔髟吹乃龅谝痪w管并 聯(lián)；和對于預(yù)充電操作階段和正常操作階段，所述第一晶體管和所述第三晶體 管相互切換。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)充電控制方法，其中所述輸出電路輸出具有 需要的電平的耦合電壓，所述耦合電壓被提供給組成被放置來以便與掃描線 和信號線相互交叉的交叉部分對應(yīng)的像素部分的組成元件的耦合電容器。
10. —種顯示裝置，包括放置來分別與其中掃描線和信號線相互交叉的交叉部分對應(yīng)的像素部 分，每個所述像素部分由開關(guān)元件、像素單元和耦合電容器組成；和 電壓產(chǎn)生電路，用于將耦合電壓提供給每個所述耦合電容器， 其中所述電壓產(chǎn)生電路包括用于輸出耦合電壓的輸出電路和電容器； 在預(yù)充電時間段期間，所述比較器判斷來自輸出電路的輸出電壓，并且 將來自所述比較器的輸出信號反饋到所述輸出電路；和控制預(yù)充電電壓，直到到達(dá)從所述輸出電路輸出的耦合電壓為止。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的顯示裝置，其中來自所述輸出電路的輸出電 壓通過反饋路徑被直接反饋到所述輸出電路的輸出側(cè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示裝置，還包括電壓-電流反饋電路，用于通過監(jiān)視來自所述輸出電路的輸出電壓控制所述輸出電路中的偏置電流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的顯示裝置，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流源組 成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制連接在所述輸出電路的輸出端和所述恒 流源之間的開關(guān)元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示裝置，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流源組 成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；提供具有連接在所述輸出電路的輸出側(cè)和輸入側(cè)的二極管連接的晶體管 的反饋路徑；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制連接在所述輸出電路的所述輸出端和所 述恒流源之間的開關(guān)元件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示裝置，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流源組 成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；提供具有連接在所述輸出電路的輸出側(cè)和輸入側(cè)的二極管連接的晶體管 的反饋路徑；提供電流鏡電路，用于使得被促使流過所述二極管連接的晶體管的電流 等于被促使流過所述驅(qū)動晶體管的電流；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制在兩系統(tǒng)電流系統(tǒng)中分別提供的、構(gòu)成 所述電流鏡電路的開關(guān)元件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示裝置，其中以由驅(qū)動晶體管和恒流源組 成的源跟隨器電路的形式配置所述輸出電路；提供具有連接在所述輸出電路的輸出側(cè)和輸入側(cè)的二極管連接的晶體管 的反饋路徑；提供電流鏡電路，用于使得被促使流過所述二極管連接的晶體管的電流 等于被促使流過所述驅(qū)動晶體管的電流；提供由變?yōu)樗鲈锤S器電路的恒流源的第一晶體管、被促使通過其流 過參考電流的第二晶體管和放大器組成的電壓-電流反饋電路，并且通過根據(jù) 來自所述放大器的輸出控制所述第一晶體管的柵極來控制在所述第一晶體管 中的偏置電流；和根據(jù)來自所述比較器的輸出控制在兩系統(tǒng)電流系統(tǒng)中分別提供的、構(gòu)成 所述電流鏡電路的開關(guān)元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示裝置，其中在正常搡作階段中變?yōu)楹懔?源的第三晶體管與在預(yù)充電操作階段變?yōu)楹懔髟吹乃龅?一晶體管并聯(lián)；和對于預(yù)充電操作階段和正常操作階段，所述第一晶體管和所述第三晶體 管相互切換。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供預(yù)充電控制方法，包括步驟提供具有用于輸出具有需要的電平的電壓的輸出電路的電壓產(chǎn)生電路以及比較器；在預(yù)充電時間段期間，在比較器中判斷來自輸出電路的輸出電壓，并且將來自比較器的輸出信號反饋到輸出電路；和控制預(yù)充電電壓，直到到達(dá)從輸出電路輸出的、具有需要的電平的預(yù)充電電壓為止。
文檔編號G02F1/133GK101377912SQ20081021510
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者中尾浩士 申請人:索尼株式會社