CN100470629C - 移位寄存器电路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移位寄存器电路及其操作方法。所述移位寄存器电路包括用于接收起始脉冲或前一级的输出、并接收反馈信号的OR门单元；用于响应OR门单元的输出信号电平-转换时钟信号的摆幅电压的电平转换单元；以及用于将电平转换单元的输出传输到下一级作为输入信号的缓冲器，其中所述反馈信号是从所述缓冲器输出的信号。

Description

移位寄存器电路及其操作方法
本申请要求享有2004年5月31日在韩国递交的申请号为P2004-38847的申请的权益，在此引用其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种移位寄存器电路，特别是涉及一种在液晶显示器件的驱动电路中的移位寄存器电路及其操作方法。
背景技术
液晶显示(LCD)器件通过用电场控制通过液晶层的光量来显示图像。LCD器件包括具有以矩阵型设置的多个液晶单元和驱动LCD板的驱动电路的液晶显示(LCD)板。
LCD板包括相互交叉的栅线和数据线，并且液晶单元设置在栅线和数据线的交叉点附近。LCD板也包括用于将电场施加到各液晶单元的公共电极和像素电极。各像素电极通过开关元件的薄膜晶体管(TFT)的源极端和漏极端连接到一条数据线上，并且TFT的栅极端连接到一条栅线上。
驱动电路包括用于驱动栅线的栅驱动器和用于驱动数据线的数据驱动器。栅驱动器通过顺序将扫描信号提供到栅线上来驱动LCD板的液晶单元。当扫描信号提供到一条栅线上时，数据驱动器将视频信号提供到各条数据线上。因此，LCD器件根据视频信号通过提供在像素电极与公共电极之间的电场控制通过各液晶单元的光量，从而显示图像。
用于LCD器件的TFT根据用于TFT的半导体层的材料分为非晶硅TFT或多晶硅TFT。
因为非晶硅的均匀性相对较高，所以非晶硅TFT更稳定。然而，因为非晶硅TFT的迁移率相对较低，难以使用非晶硅TFT实现具有高分辨率的LCD器件。换句话说，当非晶硅TFT用于制造LCD器件时，例如栅驱动器和数据驱动器的外围驱动电路必须被分别单独制造并安装在LCD器件中，这样就会增加其制造成本。
通过比较，因为多晶硅TFT具有较高的电荷迁移率，多晶硅TFT可以用于具有高分辨率的LCD器件。而且，外围驱动电路可以嵌入液晶板中。因而，可以减少制造成本。因此，使用多晶硅TFT的LCD器件变得更为流行。
图1示出了根据现有技术使用多晶硅薄膜晶体管的LCD器件。
参照图1，LCD包括图像显示单元12；具有数据移位寄存器14、栅移位寄存器16和取样开关阵列15的LCD板10；具有与控制电路和数据驱动集成电路(IC)集成的控制芯片22以及电平转换阵列24的印刷电路板(PCB)20；以及用于电连接LCD板10和PCB 20的柔性印刷电路(FPC)膜18。
图像显示单元12通过以矩阵型设置的多个液晶单元显示图像。各液晶单元包括位于栅线GL和数据线DL的交叉点附近的开关元件的多晶硅TFT。因为多晶硅的迁移率比非晶硅的迁移率高大约100倍，多晶硅TFT的响应速度快。所以，通过点序方式(dot sequential scheme)驱动液晶单元。
数据线DL从由数据移位寄存器14驱动的取样开关阵列15接收视频信号，并且栅线GL从栅移位寄存器16接收扫描脉冲。
数据移位寄存器14包括多个级，各级具有连接到取样开关阵列15的取样开关的输出端。如图2所示，多个级从属地互相连接。因此，各级通过移位从控制芯片22输出的源起始脉冲顺序将取样信号提供到取样开关。
参照图2，各级ST1至STn从属地连接到源起始脉冲输入线并且也连接到四相时钟信号提供线的三条时钟信号提供线上。
图3示出了提供到多个级ST1至STn的四相时钟信号C1至C4的例子。数据移位寄存器通过使用四相时钟信号C1至C4的三个时钟信号将起始脉冲SP移位一个时钟。从级ST1至STn输出的输出信号SO1至SOn被提供为取样信号和紧随其后的级的起始脉冲。
栅移位寄存器16包括多个级，各级具有连接到各条栅线的输出端。按照数据移位寄存器14所描述的相似方式，栅移位寄存器16中的多个级从属地互相连接，并且各级通过移位从控制芯片22输出的起始脉冲将扫描脉冲提供到一条栅线上。
取样开关阵列15包括多个取样开关(未示出)，各取样开关具有连接到一条数据线DL的输出端，并且由来自数据移位寄存器14的取样信号驱动。取样开关阵列15响应取样信号对从控制芯片22输出的视频信号取样，并且将取样结果提供到数据线DL上。
LCD板10的数据移位寄存器14、取样开关阵列15和栅移位寄存器16通过相似的工序形成，因为它们是用多晶硅晶体管构造的。可以通过构造具有相同类型的多晶硅TFT(例如NMOS或PMOS TFT而不用CMOS TFT)的LCD板10来减少这种LCD器件的制造成本。
当使用CMOS TFT时，因为CMOS TFT包括P沟道和N沟道，可以实现宽范围的工作电压和高电路集成度。然而，使用CMOS TFT制造LCD板需要许多工序，从而增加了制造成本并降低了可靠性。因此，与CMOS TFT相比，PMOS或NMOS TFT被广泛用于制造LCD板10，以降低制造成本并提供高的可靠性。
包含在控制芯片22中的控制电路(未示出)将外部提供的视频数据传输到数据驱动IC(未示出)并将驱动控制信号提供到数据移位寄存器14和栅移位寄存器15。数据驱动IC(未示出)将从控制电路(未示出)输入的视频数据转换为数字视频数据并通过FPC膜18将该数字视频数据提供到取样开关阵列15。
电平转换阵列24放大驱动控制信号(即从控制电路输入的时钟信号)的摆幅宽度(或摆幅电压)，并将放大的驱动控制信号提供到数据移位寄存器14和栅移位寄存器16。例如，电平转换阵列(level shift array)24将从控制电路产生的、具有低于10V的摆幅电压(swing voltage)的时钟信号电平转换到具有包括负电压的高于10V的摆幅电压的时钟信号。这是因为具有高于10V的摆幅电压的时钟信号需要来驱动LCD板10中的TFT。换句话说，当PMOSTFT用于LCD板10时，具有包括负电压的高于10V的摆幅电压的驱动控制信号需要来驱动包含在取样开关阵列15和图像显示单元12中的PMOS TFT。
然而，通常难以通过使用例如控制芯片22的外部芯片来产生这种具有包括负电压的高于10V的摆幅宽度的时钟信号。换句话说，难以制造能够产生具有高于10V的摆幅宽度或负电压的时钟信号的集成芯片。
因此，根据现有技术的电平转换阵列24被制造为单独芯片并设置在PCB20上，用于电平转换从控制芯片22输入的驱动控制信号。在这种情况下，因为具有包括正和负电压的高于10V的摆幅电压的时钟信号应该从外部电路提供到液晶板10的数据移位寄存器14和栅移位寄存器16，PCB 20上的电路结构变得复杂并且消耗大量的电力。
发明内容
因此，本发明涉及一种移位寄存器电路及其操作方法，能够基本上克服因现有技术的局限和缺点带来的一个或多个问题。
本发明的优点是提供一种移位寄存器电路及其操作方法，其通过使用从外部电路输入的、具有低摆幅电压的时钟信号来消耗较少的电力，以便减少模块中的驱动负载。
本发明的附加优点和特征将在后面的描述中得以阐明，通过以下描述，将使它们对于本领域普通技术人员在某种程度上显而易见，或者可通过实践本发明来认识它们。本发明的这些和其他优点可通过书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和得到。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，一种移位寄存器电路包括：用于接收起始脉冲或前一级的输出、并接收反馈信号的OR门单元；用于响应OR门单元的输出信号电平-转换(level-shift)时钟信号的摆幅电压的电平转换单元(level shift unit)；以及用于将电平转换单元的输出传输到下一级作为输入信号的缓冲器，其中所述反馈信号是从所述缓冲器输出的信号。
在本发明的另一个方面，一种移位寄存器电路的操作方法包括：将起始脉冲或前一级的输出输入到OR门单元，并将从缓冲器输出的反馈信号输入到OR门单元；通过OR门单元的输出信号限定操作时间(operating period)并通过电平转换单元电平-转换时钟信号的摆幅电压；以及使用所述缓冲器将电平转换单元的输出传输到下一级。
在本发明的又一个方面，一种显示器件包括：用于显示图像的图像显示单元和用于产生时钟信号的控制芯片；以及电连接到图像显示单元和控制芯片的移位寄存器电路，其中移位寄存器电路包括用于电平转换时钟信号的摆动电压的电平转换单元，所述移位寄存器电路还包括：OR门单元，用于接收起始脉冲或前一级的输出，并接收反馈信号；以及缓冲器，用于将所述电平转换单元的输出传输到下一级作为输入信号，其中所述反馈信号是从所述缓冲器输出的信号。
应该理解，上面的概括性描述和下面的详细描述都是示意性和解释性的，意欲对本发明的权利要求提供进一步的解释。
附图说明
本申请所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，并且包括在该申请中并且作为本申请的一部分，示出了本发明的实施方式并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1示出了根据现有技术使用多晶硅薄膜晶体管的液晶显示器件的方框图；
图2示出了如图1所示的移位寄存器的详细方框图；
图3示出了图2所示的移位寄存器的输入/输出信号的波形图。
图4示出了根据本发明的实施方式的移位寄存器的方框图；
图5示出了包含在图4所示的移位寄存器的各级中的移位寄存器电路的图；以及
图6示出了图5所示的移位寄存器电路的输入/输出信号的波形图。
具体实施方式
现在要详细说明本发明的最佳实施方式，所述实施方式的实施例示于附图中。在可能的情况下，所有附图都用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图4示出了根据本发明的实施方式的移位寄存器的方框图。
如图4所示，移位寄存器包括多个级，各级连接到两相时钟信号提供线HCK、HCKB。各级通过移位预定输入信号顺序产生取样信号。即，第一级ST1接收起始脉冲HST并且第二级ST2至第n级STn的各级接收前一级的输出信号。
更详细地说，多个级ST1至STn从属地连接到起始脉冲输入线并且各级连接到两相时钟信号提供线HCK、HCKB。两相时钟信号HCK、HCKB彼此互补(complmentary)。各级ST1至STn使用两相时钟信号HCK、HCKB将起始脉冲移位一个时钟，并且输出移位的起始脉冲。级ST1至STn的输出信号SO1至SOn用作取样信号和紧随其后的级的起始脉冲。
在本实施方式中，从外部电路输入的、具有低于10V的摆幅电压(swingvoltage)的时钟信号用作两相时钟信号。为了使用这种具有低摆幅电压的时钟信号，移位寄存器包括一单元。该电平转换单元包括OR门，以便当包括反馈信号的所有输入信号为高状态时工作。因此，可以最小化或避免不必要的电力消耗。
图5示出了包含在图4所示的移位寄存器的各级中的移位寄存器电路的图，以及图6示出了图5所示的移位寄存器电路的输入/输出信号的波形图。为了说明移位寄存器电路的操作，仅举例描述接收起始脉冲HST的第一级和连接到第一级的第二级。
参照图5，移位寄存器电路500包括接收起始脉冲和反馈时钟信号的OR门单元510，由OR门510的输出信号操作的电平转换单元520，以及用于产生取样信号并将电平转换单元520的输出传输到下一级的缓冲器530。
在本实施方式中，从外部电路输入的、具有低于10V的摆幅电压的两相时钟信号HCK、HCKB可以被用来驱动移位寄存器电路500，在该电路中由OR门单元510控制的电平转换单元520在特定的时间段中工作，从而减少了电力的消耗。此外，因为电平转换单元包含在被输入有具有低摆幅电压的两相时钟信号的移位寄存器电路中，可以实现小体积的显示器件。
以下，将参照图5和图6说明具有OR门510、电平转换单元520和缓冲器530的移位寄存器电路及其操作方法。
OR门510包括NOR门电路512和串联连接到NOR门电路512的反相器电路514。NOR门电路512包括两个PMOS晶体管T1、T2，以及两个NMOS晶体管T3、T4。两个PMOS晶体管T1、T2与两个NMOS晶体管T3、T4串联连接。两个PMOS晶体管T1和T2串联连接并且两个NMOS晶体管T3和T4并联连接。NOR门电路512的输出连接到包括NMOS晶体管T5和PMOS晶体管T6的反相器电路514。
OR门单元510的输入信号是输入到第一级的起始脉冲HST、或前一级的输出信号和反馈信号。如图5所示，反馈信号是在两相时钟信号HCK、HCKB输入到电平转换单元520之后，从缓冲器530中的第一反相器输出的信号④。反馈信号被反馈到NOR门的T1和T4。即，反馈信号②输入到T1和T4并且起始脉冲HST①输入到T2和T3。最后，通过具有T5和T6的反相器电路514产生OR门的输出③。
除了当所有输入信号是“低”时，OR门单元都输出“高”。因此，OR门单元产生如图6所示的输出波形。即，当起始脉冲HST是“高”或反馈时钟信号是“高”时，OR门单元输出“高”。OR门单元510的输出③决定电平转换单元520工作的持续时间，即工作时间。
因为NMOS晶体管D1的栅极连接到OR门单元510的输出端，当NMOS晶体管D1的栅极没有导通时，电平转换单元520不工作。因而，NMOS晶体管D1决定电平转换单元520的工作时间。因此，仅当OR门单元510输出“高”时，电平转换单元520才工作。如上所述，因为OR门单元510控制电平转换单元520的工作时间，可以最小化或避免不必要的能耗。
电平转换单元520将具有低于10V的摆幅电压的时钟信号转换为具有高于10V的摆幅电压的时钟信号。这是因为具有高于10V的摆幅电压的时钟信号应该被提供来驱动LCD板中的TFT。
根据现有技术，电平转换单元被制造为单独芯片并且该芯片设置在PCB上，因而复杂化了PCB上的电路结构。此外，因为具有包括正和负电压的高于10V的摆幅宽度的时钟信号应该从外部电路提供到LCD板的移位寄存器，消耗了大量的电力。
然而，在本实施方式中，电平转换单元520包含在移位寄存器电路500中并且仅在预定时间段中工作。因此，可以最小化或避免不必要的电力消耗。
如图5所示，电平转换单元520包括多个NMOS晶体管D1至D4以及PMOS晶体管D5至D7。为了电平转换单元520的稳定工作，恒定偏置电压HBIAS，即5V，施加到D3和D4。
然而，电平转换单元不限于图5所示的构造，并且电平转换单元可以包含不同的构造以达到相同的结果。
电平转换单元520响应OR门单元510仅在预定时间段电平-转换输入到D1或D2的时钟信号。即，具有低于10V的摆幅宽度的时钟信号被电平转换到如图6所示的具有高于10V的摆幅宽度(swing width)的时钟信号。
电平转换单元520的输出通过传递电路(pass circuit)532被输入到缓冲器530。缓冲器530包括串联连接的三个反相器电路并且第一反相器电路534的输出被反馈到OR门单元510的T1和T4。缓冲器530的最后输出信号被输入到取样电路并且输入到下一级作为起始脉冲HST。作为普通缓冲器，缓冲器(buffer)530放大电平转换单元520的输出。
如图6所示，输入到第二级的时钟信号HCKB被电平-转换并且第二级以上述相同的方式通过使用第一级的输出信号和反馈时钟信号输出其最后输出信号。然后，第二级的输出信号输入到第三级作为起始脉冲。
在本实施方式中，移位寄存器电路使用从外部电路输入的、具有低摆幅电压的时钟信号，并且包括仅在预定时间段工作的电平转换单元，从而减少驱动电路的工作负载和电力消耗。此外，因为包括电平转换单元的移位寄存器电路被输入有具有低摆幅电压的两相时钟信号，可以实现小体积的显示器件。
可以清楚地理解，对于本领域的普通技术人员来说，本发明具有各种变型和改进。因而，本发明意欲覆盖所有落入所附权利要求以及等效物所限定的范围内的变型和改进。

Claims (18)

1、一种移位寄存器电路，包括：
OR门单元，用于接收起始脉冲或前一级的输出，并接收反馈信号；
电平转换单元，用于响应所述OR门单元的输出信号电平-转换时钟信号的摆幅电压；以及
缓冲器，用于将所述电平转换单元的输出传输到下一级作为输入信号，
其中，所述反馈信号是从所述缓冲器输出的信号。
2、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述时钟信号是两相时钟信号之一并且所述两相时钟信号彼此互补。
3、根据权利要求2所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述两相时钟信号具有低于10V的摆幅电压并且从外部电路输入。
4、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述OR门单元包括NOR门电路和串联连接到所述NOR门电路的反相器电路。
5、根据权利要求4所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述NOR门电路包括串联连接的两个PMOS晶体管以及串联连接到所述两个PMOS晶体管并彼此并联连接的两个NMOS晶体管，并且所述反相器电路包括NMOS晶体管和PMOS晶体管。
6、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述电平转换单元包括多个NMOS晶体管和多个PMOS晶体管，并且预定偏置电压被额外施加到所述电平转换单元。
7、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述反馈信号是在所述时钟信号输入到所述电平转换单元之后从所述缓冲器中的第一反相器输出的信号。
8、根据权利要求5所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述OR门单元的输出信号是通过将所述反馈信号输入到所述NOR门电路中包括的所述两个POMS晶体管之一和所述NOR门电路中包括的所述NMOS晶体管之一、将所述起始脉冲输入到所述NOR门电路中包括的所述两个POMS晶体管的另一个和所述NOR门电路中包括的所述NMOS晶体管的另一个以及通过所述反相器电路中包括的所述NMOS晶体管和PMOS晶体管传递输出产生的。
9、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述电平转换单元仅当OR门单元产生高状态时工作。
10、根据权利要求1所述的移位寄存器电路，其特征在于，所述缓冲器包括串联连接的多个反相器电路并且所述第一反相器电路的输出被反馈到所述OR门单元的晶体管。
11、一种移位寄存器电路的操作方法，包括：
将起始脉冲或前一级的输出输入到OR门单元，并将从缓冲器输出的反馈信号输入到OR门单元；
通过所述OR门单元的输出信号限定工作时间并通过电平转换单元电平-转换时钟信号的摆幅电压；以及
使用所述缓冲器将所述电平转换单元的输出传输到下一级。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述时钟信号是两相时钟信号之一并且所述两相时钟信号彼此互补。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两相时钟信号具有低于10V的摆幅电压并且从外部电路输入。
14、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述反馈信号是在所述时钟信号输入到所述电平转换单元之后从所述缓冲器中的第一反相器输出的信号。
15、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电平转换单元仅当所述OR门单元产生高状态时工作。
16、一种显示器件，包括：
用于显示图像的图像显示单元和用于产生时钟信号的控制芯片；以及
电连接到所述图像显示单元和控制芯片的移位寄存器电路，其中所述移位寄存器电路包括用于电平-转换所述时钟信号的摆幅电压的电平转换单元，
所述移位寄存器电路还包括：
OR门单元，用于接收起始脉冲或前一级的输出，并接收反馈信号；以及
缓冲器，用于将所述电平转换单元的输出传输到下一级作为输入信号，
其中，所述反馈信号是从所述缓冲器输出的信号。
17、根据权利要求16所述的显示器件，其特征在于，所述电平转换单元响应所述OR门单元的输出信号电平-转换所述时钟信号的摆幅电压。
18、根据权利要求16所述的显示器件，其特征在于，所述显示器件是液晶显示器。
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