CN107507550B - 一种能够高速充放电的源极驱动器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了用于接收数字信号并提供对应于所述数字信号的灰度信号的源极驱动器以及用于显示内容的显示设备。所述源极驱动器包括用来提供灰度信号的放大器，用来将所述放大器提供的灰度信号提供给输出节点或者阻断所述灰度信号的第二驱动开关，以及包括第一开关和第二开关、且用于对输出节点进行第一驱动的第一驱动单元。第一开关的一端连于第一电压，另一端连于所述输出节点。第二开关的一端连于第二电压，另一端连于所述输出节点。所述输出节点被第一驱动单元进行第一驱动，随后再由所述放大器通过所述灰度信号进行第二驱动。

Description

一种能够高速充放电的源极驱动器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月14日提交的、韩国专利申请第2016-0073798号的优先权及权益，该申请公开的全部内容以引用的形式并入本文中。
技术领域
本发明涉及能够高速充放电的源极驱动器。
背景技术
移动电话、平板电脑或个人计算机(PC)等具有用于向用户显示信息的显示单元。显示单元包括显示面板，以及用于驱动显示面板的比如源极驱动器、栅极驱动器、定时控制器等的电路，该电路以硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的形式实现。源极驱动器产生与数位(digital bits)输入对应的灰度电压并驱动显示面板中所包括的像素。定时控制器和源极驱动器可根据显示面板的分辨率和特性形成于不同芯片或者同一芯片上。
用户观看视频时产生的残影等是决定显示器画质的因素。长期的残影等的问题是由于显示器驱动或显示器的每个像素的响应速度比像素数据的变化速度慢。为了消除虚拟现实(VR)显示器(作为未来的显示设备正在引起关注)的使用者的眩晕，要求相比于现有的显示器显著提高帧速率。为此，需要发展用于快速响应速度的显示器驱动方法。
在现有的显示器驱动集成电路(IC)中用于像素数据驱动的源极驱动器芯片的工作速度取决于用于数据驱动的输出缓冲的转换速率(slew rate)。增加偏置电流可能提高转换速率。但是，偏置电流的增加导致源极驱动器芯片的功耗增加，因而并不适用于移动环境。
发明内容
本发明意在克服相关技术中源极驱动器的缺点并提供可高速驱动像素但不增加功耗的源极驱动器和显示设备。
根据本发明的一方面，提供了一种源极驱动器，其包括用于提供灰度信号的放大器；用于向输出节点提供所述放大器所提供的所述灰度信号或阻断(block)所述灰度信号的第二驱动开关；包括一端连于第一电压且另一端连于所述输出节点的第一开关、以及一端连于第二电压且另一端连于所述输出节点的第二开关的第一驱动单元，该第一驱动单元用于对所述输出节点进行第一驱动，其中，所述输出节点被所述第一驱动单元进行第一驱动，随后再被所述放大器通过所述灰度信号进行第二驱动。
根据本发明的另一方面，提供了一种源极驱动器，其包括用于提供灰度信号的放大器；用于向输出节点提供由所述放大器所提供的所述灰度信号或阻断所述灰度信号的第二驱动开关；及包括泵浦电容器且用于对所述输出节点进行在所述泵浦电容器中充电的电压下的第一驱动的第一驱动单元，其中，所述输出节点由所述第一驱动单元进行第一驱动，随后再由所述放大器通过所述灰度信号进行第二驱动。
根据本发明的又一方面，提供了一种显示设备，其包括定时控制器、栅极驱动器、显示面板和用于接收数字信号并输出与所述数字信号对应的灰度信号的源极驱动器，其中，所述源极驱动器包括用于提供所述灰度信号的放大器、用于向输出节点提供所述放大器所提供的所述灰度信号或阻断所述灰度信号的第二驱动开关、及用于对所述输出节点进行期望电压下的第一驱动的第一驱动单元，所述输出节点由所述第一驱动单元进行第一驱动，随后再由所述放大器在灰度电压下进行第二驱动。
附图说明
通过结合附图详细描述示例性实施例，本发明的上述及其他目的、特点和优势对于本领域技术人员将更为清楚。其中：
图1为示意性示出显示***的图。
图2为根据本实施例示意性示出源极驱动器10的概要的框图。
图3为根据本实施例示意性示出源极驱动器的图。
图4A和4B为示意性示出输出节点电压的变化的图。
图5为根据本实施例示意性示出第一驱动单元的示例的图。
图6A、6B、7A和7B为根据本实施例示出所述第一驱动单元的运行的图。
具体实施方式
下面将结合附图描述根据本实施例的源极驱动器和显示设备。图1为示意性示出显示***的图。参考图1，根据本实施例的显示***包括显示面板、栅极驱动器、源极驱动器10a、10b、…10n、以及定时控制器，该定时控制器根据所述显示***的分辨率和特性改变从所述显示***外施加的屏幕电源(screen source)的特性或调节驱动时间点。根据显示面板的特性，如图所示，定时控制器及源极驱动器10(10a、10b、…10n)可形成于不同的芯片上或形成于同一芯片上。
显示面板包括多个像素，每个像素通过栅极线gl连接于栅极驱动器，且通过源极线sl电连接于源极驱动器10a、10b、…10n。源极线sl向像素传输将由像素显示的灰度信号。
至像素的源极线sl为导线，其中存在所述导线的电阻元件(resistivecomponent)及若干寄生电容，比如相邻线路间的寄生电容、带有参考电极的寄生电容等。这些负载以及比如像素中的薄膜晶体管(TFT)等的开关，可通过电阻-电容(RC)对来建模。换句话说，将由源极驱动器驱动的负载以分布式RC形式来被配置。
在下文中，连接源极驱动器和像素的源极线的长度被称为源极驱动器和像素间的电距离。因此，图1的源极驱动器10a和像素T1间的电距离比源极驱动器10a和像素T2间的电距离长。同时，通过源极驱动器的输出节点向源极线和显示屏中包括的像素提供电压以向所述像素提供期望电压，被称为“驱动输出节点”。
图2为根据本实施例示意性示出的源极驱动器10的概要(outline)的框图。参考图2，源极驱动器10包括移位寄存器、数据锁存器、采样/保持(S/H)寄存器、栅极驱动器、数模转换器(DAC)和放大器。例如，所述放大器可为单位增益缓冲器。
移位寄存器依次移位并输出一输入启动脉冲SP。数据锁存器锁存并提供视频数据，且S/H寄存器根据所述启动脉冲SP对锁存的视频信号进行采样并保持，从而向栅极驱动器提供采样数据。
栅极驱动器接收数字位且提供在不同电压间摇摆的输出信号。DAC接收例如伽马电压，将栅极驱动器提供的输出信号转换成模拟信号，并输出所述模拟信号。单位增益放大器放大所述模拟信号，并向显示面板提供所述放大的模拟信号，以使得对应于输入数据的视频可被显示。在另一个示例中，通过向所述伽马电压的最高值增加高净空电压(upperheadroom voltage)得到的电压可被作为最高电压提供给DAC，且通过从所述伽马电压的最低值减去低净空电压(lower headroom voltage)得到的电压可作为最低电压提供给DAC。
图3为根据本实施例示意性示出的源极驱动器的图。参考图3，根据本实施例的源极驱动器10包括提供灰度信号的放大器100、向输出节点n提供放大器100的输出或阻断所述输出的第二驱动开关SWo、以及在期望电压下对所述输出节点n进行第一驱动的第一驱动单元200。在示例性实施例中，第一驱动单元200包括将所述输出节点n上拉至第一电压V1的上拉开关SWu和将所述输出节点n下拉至第二电压V2的下拉开关SWd。
上拉开关SWu的一端被连接于第一电压V1且另一端被电连接于所述输出节点n。下拉开关SWd的一端连接于第二电压V2且另一端被电连接于所述输出节点n。因此，当上拉开关SWu闭合时，所述输出节点n被上拉至第一电压V1；当下拉开关SWd闭合时，所述输出节点n被下拉至第二电压V2。
在示例性实施例中，当被作为输入提供给放大器100的灰度信号的电压Vin的值处于最大值Vinmax和最小值Vinmin之间时，顶电压Vt(其为放大器100的电源电压(supplyvoltage))比所述灰度信号的电压(下文称为“灰度电压”)的最大值Vinmax大，且底电压Vb比所述灰度电压的最小值Vinmin小。
提供给第一驱动单元200的所述第一电压V1的电压值可比所述灰度电压的最大值Vinmax大，且比被提供给放大器100的所述顶电压Vt的电压值大。提供给所述第一驱动单元200的所述第二电压V2的电压值比所述灰度电压的最小值Vinmin小，且比提供给放大器100的所述底电压Vb的电压值小。
上拉开关SWu、下拉开关SWd和第二驱动开关SWo可被以半导体开关的形式实施，比如，场效应晶体管(FET)开关、双极结型晶体管(BJT)开关等。
上拉开关SWu、下拉开关SWd、和第二驱动开关SWo均由控制器(未示出)控制。在示例性实施例中，所述控制器被置于源极驱动器中且生成用于控制各开关的信号。在另一示例性实施例中，所述控制器被置于定时控制器中(见图1)且向源极驱动器提供控制信号。
根据本实施例的源极驱动器的运行将结合图3和图4A、图4B在下文中进行描述。假设源极驱动器在电压vn下驱动任一像素，且用于驱动与所述像素连接于同一源极线且接下来将被驱动的像素的电压为vn+1。参考图4A，在第一驱动期P1，当要由源极驱动器10提供的灰度信号的电压vn+1比被提供给输出节点n的电压vn大时，控制器控制第二驱动开关SWo被断开且上拉开关SWu被闭合。输出节点n被第一驱动单元200进行在所述第一电压V1下的第一驱动。
当由第一驱动单元200驱动输出节点n时，可提供比使用具有有限的电压转换速率(slew rate)的放大器来驱动输出节点n的情况下更大的电流。因此，输出节点n在被第一驱动单元200驱动时的电压(实线所示)，比被放大器100驱动时的电压(虚线所示)变化得更快。
在第二驱动期P2中，所述控制器控制上拉开关SWu和下拉开关SWd均被断开且控制第二驱动开关SWo被闭合，使得由放大器100驱动输出节点n。放大器100通过驱动输出节点n至期望的灰度信号的电压，来向像素提供与期望的灰度信号相关的电压。
图4B为示出当要由源极驱动器提供的灰度信号的电压vn+1比被提供给输出节点n的电压vn小时、在输出节点n处的示意电压形式的图。在第一驱动期P1中，当要由源极驱动器提供的灰度信号的电压vn+1比被提供给输出节点n的电压vn小时，所述控制器控制第二驱动开关SWo被断开且控制下拉开关SWd被闭合。
当由提供第二电压V2的电源驱动输出节点n时，向负载提供比由具有有限电压转换速率的放大器100来驱动输出节点n的情况下更大的电流。因此，输出节点n的电压比放大器100驱动输出节点n时的电压(虚线所示)下落得更快。
在第二驱动期P2，所述控制器控制下拉开关SWd被断开并控制第二驱动开关SWo被闭合。在第二驱动期P2中，放大器100通过驱动输出节点n提供期望的灰度信号vn+1给像素。
在示例性实施例中，源极驱动器和像素间的电距离可根据显示面板中的像素的位置而变化，且源极驱动器处的电阻和电容随着源极驱动器和像素之间的电距离的增加而增大。当不考虑源极驱动器和像素间的电距离而固定第一驱动期P1的时长时，与源极驱动器具有长的电距离的像素可在输出节点n尚未被充分驱动的情况下被切换到第二驱动期P2。因此，随着源极驱动器和像素间的电距离增加，所述控制器延长第一驱动期P1的时长，使得所述输出节点n被充电至足够电压。
甚至当被提供给输出节点n的电压vn和接着将被提供的电压vn+1间相差较大时，所述控制器可延长第一驱动期P1的时长以使得输出节点n可被充电至足够的电压。另一方面，当被提供给输出节点n的电压Vn和接着将被提供的电压vn+1之间相差较小时，所述控制器可缩短第一驱动期P1的时长。当输出节点n被具有有限电压转换速率的放大器驱动时，电压升高的升高时间和下降时间受限于所述放大器的电压转换速率。为减小输出节点n达到期望电压所需的时间，需要增加放大器100的偏置电流。但是，当放大器100的偏置电流增加时，所有通道的偏置电流增加且功耗增加。
根据本实施例，可减小由电压转换速率所造成的限制，且输出节点n可被高速驱动。此外，由于无需为高速运行增加缓冲器的偏置电流，可减小静态功耗。
根据结合图4A例示的示例性实施例，在第一驱动期P1，第一驱动单元200驱动输出节点n的电压不超过灰度信号的电压。但是，这仅是示例性的实施例。在第一驱动期P1，第一驱动单元200可以超过所述灰度电压的电压驱动输出节点n，且在第二驱动期P2，当放大器100以所述灰度信号的电压对输出节点n进行驱动时，输出节点n的电压可减小且稳定于所述灰度信号的电压值。
类似地，结合图4B所例示的示例性实施例，在第一驱动期P1，第一驱动单元200驱动输出节点n的电压没有被减小到小于灰度信号的电压。但是，这仅是示例性实施例。在第一驱动期P1，输出节点n的电压可比所述灰度电压小，且在第二驱动期P2，输出节点n的电压可增加且稳定于所述灰度电压。
图5是根据本实施例示意性示出的第一驱动单元200的示例的图。参考图5，第一驱动单元200包括第一充电开关SWch1，其提供或阻断第一充电电压Vch1；第二充电开关SWch2，其提供或阻断第二充电电压Vch2；泵浦电容器Cpump，其一端供有所述第一充电电压Vch1且另一端供有所述第二充电电压Vch2，被充电至对应于所述第一充电电压Vch1和所述第二充电电压Vch2的电势差的电压；第一泵浦开关SWp1，其提供或阻断第一泵浦电压Vp1；第二泵浦开关SWp2，其提供或阻断第二泵浦电压Vp2；第一连接开关SWcon1，其连接泵浦电容器Cpump的一端至输出节点n；及第二连接开关SWcon2，其连接泵浦电容器Cpump的另一端至输出节点n。
假设所述第一充电电压Vch1比所述第二充电电压Vch2大(Vch1>Vch2)，将描述根据本实施例的第一驱动单元200的运行如下。但是，这一情况是为了便于描述和理解，且本发明的范围并不限于此。
下面将结合图6A和6B描述以灰度信号的电压vn+1对输出节点n进行驱动的情况(见图4A)，该电压vn+1高于提供给输出节点n的电压vn。参考图6A，所述控制器控制第一充电开关SWch1和第二充电开关SWch2均闭合，使得泵浦电容器Cpump被充电至对应于所述第一充电电压Vch1和所述第二充电电压Vch2之间差的电压V。在示例性实施例中，给泵浦电容器Cpump充电的过程在源极驱动器驱动像素且提供灰度信号给所述像素的第二驱动期P2中进行。
参考图6B，在第一驱动期P1期间，所述控制器控制第一充电开关SWch1和第二充电开关SWch2均被断开，且控制第一连接开关SWcon1和第二泵浦开关SWp2均被闭合。随着第一连接开关SWcon1和第二泵浦开关SWp2的闭合，在通过将泵浦电容器Cpump中充电的电压和第二泵浦电压Vp2相加得到的电压V+Vp2下进行对输出节点n的驱动。由于存储于泵浦电容器Cpump中的电荷驱动输出节点n，因此能够比仅用具有有限电压转换速率的放大器100(见图3)驱动输出节点n时更快速地提高输出节点n的电压。
在第一驱动期P1结束后，在第二驱动期P2期间，放大器100以所述灰度信号的电压vn+1驱动输出节点n，且所述控制器通过控制第一充电开关SWch1和第二充电开关SWch2均被闭合，如图6A所示，来为泵浦电容器Cpump充电。
下面将结合图7A和图7B来描述在灰度信号的电压vn+1下对输出节点n进行驱动的情况(见图4B)，该灰度信号的电压vn+1比提供给输出节点n的电压vn低。参考图7A，所述控制器控制第一充电开关SWch1和第二充电开关SWch2均被闭合，使得泵浦电容器Cpump被充电至与所述第一充电电压Vch1和所述第二充电电压Vch2之间差相对应的电压V。
随后，所述控制器控制第一泵浦开关SWp1和第二连接开关SWcon2均被闭合。因此，在通过将泵浦电容器Cpump所充电的电压和第一泵浦电压Vp1相加而得到的电压Vp1-V下进行对输出节点n的第一驱动。
在第一驱动期P1结束后的第二驱动期P2期间，所述控制器控制第二连接开关SWcon2被断开，促使放大器100(见图3)驱动输出节点n至灰度信号的电压，且控制第一充电开关SWch1和第二充电开关SWch2均被闭合，从而为泵浦电容器Cpump充电。所述控制器控制第二驱动开关SWo被闭合使得放大器100在与所述灰度信号相关的电压下对输出节点n进行驱动。
根据本实施例，在第一驱动期P1期间，由储存于泵浦电容器Cpump中的电荷驱动输出节点n，且因此可比仅用放大器100驱动输出节点n时更快速地得到期望的电压(见图3)。
根据本实施例，由于在预充电期P1期间、以泵浦电容器Cpump中所充的电压驱动输出节点n，因此可以以比利用具有有限电压转换速率的放大器100来驱动输出节点n时更大的电流来驱动输出节点n。因此，作为容性负载的导线和像素被更快速地充电且高速运行成为可能。
根据本实施例，由于输出节点n由泵浦电容器驱动，在第一驱动期P1期间，可增加用于驱动源极线sl的电流。此外，由于通过在泵浦电容器Cpump被充电电压充电后向泵浦电容器Cpump施加泵浦电压来驱动输出节点n，因此输出节点n可被高电压驱动。因此，根据本实施例，能够用高电压和高电流驱动输出节点n。
根据本实施例，可以比使用具有有限电压转换速率的放大器驱动输出节点时更高的速度来驱动所述输出节点，且因此能够高速驱动显示面板。
尽管已结合附图中的示例性实施例描述了本发明，但它们仅是示例。本领域技术人员显然能够由示例性实施例作出各种变型及其等同。因此，本发明的真正技术范围应由所附权利要求来被界定。

Claims (6)

1.一种源极驱动器，用于接收数字信号并提供与所述数字信号对应的灰度信号，所述源极驱动器包含：
放大器，其被用于提供所述灰度信号；
第二驱动开关，其被用于向输出节点提供由所述放大器提供的所述灰度信号或阻断所述灰度信号，及
第一驱动单元，其包括泵浦电容器，且被用于在所述泵浦电容器中的充电电压下对所述输出节点进行第一驱动；
其中，所述输出节点被所述第一驱动单元进行第一驱动，随后再被所述放大器通过所述灰度信号进行第二驱动，
其中，所述第一驱动单元包含：
泵浦电压源，其被用于提供泵浦电压；及
泵浦电容器，其被利用充电电压进行充电；且
所述泵浦电压源所提供的所述泵浦电压和所述泵浦电容器中所充的电压被相加，并被用以驱动所述输出节点。
2.根据权利要求1所述的源极驱动器，其特征在于，所述第二驱动开关在所述第一驱动单元对所述输出节点进行所述第一驱动时断开，且在所述第一驱动后闭合。
3.根据权利要求1所述的源极驱动器，其特征在于，所述第一驱动单元对所述输出节点进行第一驱动的时间对应于所述源极驱动器和连接于所述输出节点的像素之间的电距离。
4.根据权利要求1所述的源极驱动器，其特征在于，所述放大器为单位增益缓冲放大器。
5.根据权利要求1所述的源极驱动器，其特征在于，所述第一驱动单元对所述输出节点进行第一驱动的时间对应于提供给所述输出节点的电压和将被提供给所述输出节点的所述灰度信号的电压之间的差。
6.一种显示设备，用于显示内容，所述显示设备包含：
定时控制器；
栅极驱动器；
显示面板；和
源极驱动器，其被用于接收数字信号并提供对应于所述数字信号的灰度信号；
其中，所述源极驱动器包含：
放大器，其被用于提供所述灰度信号；
第二驱动开关，其被用于向输出节点提供所述放大器所提供的所述灰度信号或阻断所述灰度信号，及
第一驱动单元，其被用于以期望电压对所述输出节点进行第一驱动；且
所述输出节点被所述第一驱动单元进行第一驱动，随后再被所述放大器以所述灰度信号的电压进行第二驱动，
其中，所述第一驱动单元包含：
泵浦电压源，其被用于提供泵浦电压；及
泵浦电容器，其被利用充电电压进行充电；且
所述泵浦电压源所提供的所述泵浦电压和所述泵浦电容器中所充的电压被相加，并被用以驱动所述输出节点。
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