CN101577104A - 双栅极液晶显示器的栅极驱动器及其方法 - Google Patents

双栅极液晶显示器的栅极驱动器及其方法 Download PDF

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Abstract

一种双栅极(double gate)液晶显示器的栅极驱动器及其方法。栅极驱动信号产生电路(例如耦接的移位寄存器)根据水平同步信号以产生栅极驱动信号。在一实施例中，使用相位控制电路(例如与(AND)逻辑门)接收移位寄存器的输出，以决定移位寄存器输出与水平同步信号之间的相位关系。

Description

双栅极液晶显示器的栅极驱动器及其方法
技术领域
本发明涉及液晶显示器(LCD)，特别是双栅极(double/dual gate)液晶显示器的栅极驱动波形控制。
背景技术
液晶显示器(LCD)通常由排列成行列矩阵形式的像素单元(或简称像素)所组成。每一像素包含一薄膜晶体管(TFT)及一像素电极，其共同形成于一基板(或面板)上。位于同一列薄膜晶体管的栅极通过一栅极线连接在一起，再由栅极(或扫描)驱动器来控制。位于同一行薄膜晶体管的源极通过一源极线连接在一起，再由源极(或数据)驱动器来控制。共电极(common electrode)则是形成于另一基板(或面板)上。液晶(liquidcrystal，LC)密封于像素电极基板与共电极基板之间，通过控制两基板之间的电压差而得以显示出每一像素。
栅极驱动器与源极驱动器分别由多个驱动集成电路(IC)芯片所组成。由于源极驱动IC芯片的价格通常较栅极驱动IC芯片来得高，因此，如果能降低源极驱动IC芯片的数目(即使必须增加栅极驱动IC芯片数目)，则可以降低整个液晶显示器的制造成本。鉴于此，因而有双栅极液晶显示器架构的提出；在此种架构中，源极驱动IC芯片(或源极线)的数目减半，而栅极驱动IC芯片(或栅极线)的数目则加倍。整体而言，双栅极液晶显示器的成本将比传统液晶显示器来得低。在操作双栅极液晶显示器时，在一个水平扫描周期(通常简称为1H)内，连接于同一源极线的薄膜晶体管被依次开启(turn on)，而非如传统液晶显示器的薄膜晶体管被同时开启的。
因此，双栅极液晶显示器的时序控制器(T-con)就必须提供较传统液晶显示器加倍频率的栅极驱动信号，才能让同一源极线的薄膜晶体管于单一水平扫描周期内可以来得及依次开启。然而，高频通常会伴随造成电路的复杂、较大电路面积及高成本。因此亟需提出一种新颖的栅极驱动波形控制，使得双栅极液晶显示器除了可以保有其原本双栅极架构的优点外，同时也不会增加电路复杂度、面积及成本。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的之一在于提出一种新颖的栅极驱动波形控制，使得双栅极液晶显示器除了可以保有其双栅极架构的优点外，同时也不会增加其电路复杂度、面积及成本。
根据本发明实施例所提供的双栅极液晶显示器的栅极驱动器及其方法，栅极驱动信号产生电路(例如耦接的移位寄存器)根据水平同步信号以产生栅极驱动信号。在一实施例中，使用相位控制电路(例如与(AND)逻辑门)接收移位寄存器的输出，以决定移位寄存器输出与水平同步信号之间的相位关系。再者，使用电平移位器以调整栅极驱动信号的电压电平，且使用输出缓冲器以缓冲经电压电平调整后的栅极驱动信号。
附图说明
图1A显示具单边栅极驱动器的双栅极液晶显示器。
图1B显示根据本发明第一实施例的栅极驱动器(图1A)的部分详细电路图。
图1C显示图1B栅极驱动器的栅极驱动波形。
图1D显示根据本发明第二实施例的栅极驱动器(图1A)的部分详细电路图。
图1E显示图1D栅极驱动器的栅极驱动波形。
图2A显示具双边栅极驱动器的双栅极液晶显示器。
图2B显示根据本发明第三实施例的奇栅极驱动器及偶栅极驱动器(图2A)的部分详细电路图。
图2C显示图2B奇/偶栅极驱动器的栅极驱动波形。
图2D显示根据本发明第四实施例的奇/偶栅极驱动器(图2A)的部分详细电路图。
图2E显示图2D奇/偶栅极驱动器的栅极驱动波形。
【主要元件符号说明】
100    双栅极液晶显示器
10      像素电极
12、12A、12B    切换元件(薄膜晶体管)
14      源极驱动器
16、18  栅极驱动器
160     移位寄存器(SR)
161     移位寄存器(SR)
162     反相器
164     逻辑电路(相位控制电路)
166     电平移位器(L/S)
168     缓冲器
20      时序控制器
S1-Sn   源极线
G1-G2m  栅极线
Si      有效数据
STV     垂直同步信号
STVR    移位垂直同步信号
CKV     水平同步信号
CKVB    反相水平同步信号
具体实施方式
图1A显示双栅极(double/dual gate)液晶显示器(LCD)100，其包含排列成行列矩阵形式的像素电极(pixel electrode)10。除了像素电极10外，每一像素单元(或简称像素)还具有一个对应的切换元件(例如薄膜晶体管(TFT))12。位于同一列的相邻薄膜晶体管(例如12A与12B)共同连接于同一源极线(例如S1)，其由源极驱动器14所驱动；而位于相邻行的薄膜晶体管(例如12A与12B)的源极则通过共享的源极线(S1)连接在一起。位于同一列的部分薄膜晶体管12(例如第一列的奇顺位薄膜晶体管)通过一栅极线(例如G1)连接在一起并受栅极驱动器16的驱动；而该列的另一部分薄膜晶体管12(例如第一列的偶顺位薄膜晶体管)则通过另一栅极线(例如G2)连接在一起并受栅极驱动器16的驱动。这两个栅极线(例如G1与G2)形成一栅极线组，用以扫描控制相邻像素列。在本实施例中，双栅极液晶显示器100具有单边栅极驱动器16，其设置于像素的单一边缘处。时序控制器(T-con)20用以控制栅极驱动器16及源极驱动器14的操作。
图1B显示根据本发明第一实施例的(图1A)栅极驱动器16的部分详细电路图，图1C则显示图1B栅极驱动器16的栅极驱动波形。
在本实施例中，栅极驱动器16主要包含多个移位寄存器(SR)160。每一个移位寄存器160具有一输入端用以接收输入信号，一时钟端用以接收时钟信号，及一输出端用以产生输出信号。移位寄存器160根据时钟信号而将输入信号转移至输出端。移位寄存器160可以使用D型触发器(flip-flop)电路来实施。根据本实施例，最上端的第一个移位寄存器160接收垂直同步信号STV，而第二个及其之后的移位寄存器160则是接收其前一个移位寄存器160的输出信号。奇顺位移位寄存器160直接受控于水平同步信号CKV，此信号由时序控制器20(图1A)所提供；而偶顺位移位寄存器160受控于反相水平同步信号CKVB，此信号可以由反相器(inverter)或反相(NOT)逻辑门162来产生，其可以设置于栅极驱动器16内。在本实施例中，水平同步信号CKV较佳的工作周期(duty cycle)大约为，但不限定于，50％。移位寄存器160的输出信号耦接至逻辑电路164。在本实施例中，每一个逻辑电路164包含一个与(AND)逻辑门，其一个输入端接收相对应移位寄存器160的输出，与(AND)逻辑门的另一个输入端则接收水平同步信号CKV或反相水平同步信号CKVB。详细地讲，奇顺位的与(AND)逻辑门164接收水平同步信号CKV，而偶顺位的与(AND)逻辑门164则接收反相水平同步信号CKVB。受控于信号CKV或CKVB的与(AND)逻辑门164作为一种相位控制电路，用以决定所产生栅极驱动波形G1-G4与水平同步信号CKV之间的相位关系。例如，最上端的第一个与(AND)逻辑门(或者奇顺位的与(AND)逻辑门)164通过电平移位器(level shifter，L/S)166及输出缓冲器168而输出栅极驱动信号G1，此信号于水平扫描的前半个周期内变为主动，如图1C所示(其中的电平移位器166及输出缓冲器168将于后面详述)；第二个与(AND)逻辑门(或者偶顺位的与(AND)逻辑门)164也是通过电平移位器166及输出缓冲器168而输出栅极驱动信号G2，然而此信号则在水平扫描的后半个周期内变为主动。从而，所产生的栅极驱动信号G1-G2m的波形彼此不互为重迭。再者，源极驱动器14(图1A)则在相关栅极驱动信号的主动周期内提供有效数据Si以显示于显示器上。例如，当第一栅极驱动信号G1为主动时，源极驱动器14通过源极线S1而将第一有效数据L1送出；而当第二栅极驱动信号G2为主动时，源极驱动器14则通过源极线S1而将第二有效数据L2送出。藉此，栅极驱动信号G1-G2m根据原始水平同步信号CKV所产生，而非像传统双栅极液晶显示器由时序控制器来产生双倍频的控制信号。因此，根据本发明实施例的双栅极液晶显示器，其除了可以保有双栅极架构的优点外，同时也不需增频而增加电路的复杂度、面积及成本。
继续参阅图1B。栅极驱动器16通常含有多个电平移位器(L/S)166，其分别耦接至逻辑电路164的输出。电平移位器166用以将低压电平格式(例如3v/0v或5v/0v)调整为高压电平格式(例如20v/-5v)，藉以使得调整后的格式可以和薄膜晶体管12(图1A)的规格相符合。再者，栅极驱动器16通常还含有多个数字输出缓冲器168，其分别耦接至电平移位器166的输出。输出缓冲器168用以增加驱动液晶显示器像素的能力。缓冲器168可以使用偶数个数字反相器经串联来达到。
图1D显示根据本发明第二实施例的(图1A)栅极驱动器16的部分详细电路图，图1E则显示图1D栅极驱动器16的栅极驱动波形。
在本实施例中，栅极驱动器16的结构类似于图1B所示，然而省略了逻辑电路(例如图1B的与(AND)逻辑门164)。本实施例的组成元件(例如移位寄存器160、电平移位器166及输出缓冲器168)的连接及操作皆与图1B类似，不同的是移位寄存器160的输出直接耦接至电平移位器166，因此，在此省略各组成要件的相关说明。由于本实施例未使用图1B的逻辑电路164以控制所产生栅极驱动波形G1-G4与水平同步信号CKV之间的相位关系，因此所产生的栅极驱动信号G1-G2m的波形会彼此互相重迭，如图1E所示。例如，最上端的第一个移位寄存器(或者奇顺位的移位寄存器)160通过电平移位器(L/S)166及输出缓冲器168而输出栅极驱动信号G1，此信号于水平扫描的一开始起点处变为主动并持续保持一个水平扫描周期的时间，如图1E所示；第二个移位寄存器(或者偶顺位的移位寄存器)160也是通过电平移位器166及输出缓冲器168而输出栅极驱动信号G2，然而此信号则是在水平扫描的中点处变为主动并持续保持一个水平扫描周期的时间。再者，源极驱动器14(图1A)则在相关栅极驱动信号的主动周期之后半段时间内提供有效数据Si以显示于显示器上。例如，在第一栅极驱动信号G1的主动周期的后半段时间内，源极驱动器14通过源极线S1而将第一有效数据L1送出；而于第二栅极驱动信号G2的主动周期的后半段时间内，源极驱动器14则通过源极线S1而将第二有效数据L2送出。藉此所产生的结果会与第一实施例相同，亦即，栅极驱动信号G1-G2m根据原始水平同步信号CKV所产生，而非像传统双栅极液晶显示器由时序控制器来产生双倍频的控制信号。因此，根据本发明实施例的双栅极液晶显示器，其除了可以保有双栅极架构的优点外，同时也不需增频而增加电路的复杂度、面积及成本。
图2A显示双栅极液晶显示器200，其类似于图1A的架构，不同的是，本实施例具有两个双边(two-sided)栅极驱动器：一个奇栅极驱动器(16)设置于像素的一边，另一个偶栅极驱动器(18)设置于像素的另一边。详细地讲，奇栅极驱动器(16)用以提供奇顺位栅极驱动信号G1、G3...，而偶栅极驱动器(18)则是用以提供偶顺位栅极驱动信号G2、G4...。
图2B显示根据本发明第三实施例的(图2A)奇栅极驱动器(16)及偶栅极驱动器(18)的部分详细电路图，图2C则显示图2B奇/偶栅极驱动器16/18的栅极驱动波形。
在本实施例中，奇栅极驱动器(16)的结构类似于图1B，不同的是，所有的移位寄存器160均受控于水平同步信号CKV，且所有的逻辑电路164(例如与(AND)逻辑门)也都是接收水平同步信号CKV。因此，奇栅极驱动器(16)产生如图2C所示的奇顺位栅极驱动信号G1、G3...，其波形同于图1C所示。至于另一偶栅极驱动器(18)，其结构也类似于图1B，不同的是，所有的移位寄存器160均受控于反相水平同步信号CKVB，且所有的逻辑电路164(例如与(AND)逻辑门)也都是接收反相水平同步信号CKVB。再者，最上端的第一个移位寄存器160接收移位(shifted)垂直同步信号STVR，此信号可通过另一额外移位寄存器161根据水平同步信号CKV，而将垂直同步信号STV转移而得。因此，偶栅极驱动器(18)产生如图2C所示的偶顺位栅极驱动信号G2、G4...，其波形同于图1C所示。
图2D显示根据本发明第四实施例的(图2A)奇栅极驱动器(16)、偶栅极驱动器(18)的部分详细电路图，图2E则显示图2D奇/偶栅极驱动器16/18的栅极驱动波形。
在本实施例中，奇/偶栅极驱动器16/18的结构类似于图2B所示，然而省略了逻辑电路(例如图2B的与(AND)逻辑门164)。本实施例的组成元件(例如移位寄存器160、电平移位器166及输出缓冲器168)的连接及操作皆与图2B类似，不同的是，移位寄存器160的输出直接耦接至电平移位器166，因此，在此省略各组成要件的相关说明。由于本实施例未使用图2B的逻辑电路164以控制所产生栅极驱动波形与水平同步信号CKV之间的相位关系，因此所产生的栅极驱动信号G1-G2m的波形会彼此互相重迭，如图2E所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所附权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种双栅极液晶显示器的栅极驱动器，包含：
一栅极驱动信号产生电路，其根据水平同步信号以产生多个栅极驱动信号。
2.如权利要求1所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中上述的栅极驱动信号产生电路包含：
多个移位寄存器，其中第一移位寄存器接收一垂直同步信号，每一个该移位寄存器的输出耦接至下一个移位寄存器的输入，其中奇顺位的移位寄存器直接受控于该水平同步信号，且偶顺位的移位寄存器直接受控于反相水平同步信号。
3.如权利要求2所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含一反相器，用以将该水平同步信号反相以得到该反相水平同步信号。
4.如权利要求2所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含多个电平移位器，其分别接收该移位寄存器的输出。
5.如权利要求4所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含多个缓冲器，其分别接收该电平移位器的输出。
6.如权利要求2所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含一相位控制电路，其接收该移位寄存器的输出，用以决定该移位寄存器输出与该水平同步信号之间的相位关系。
7.如权利要求6所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中上述的相位控制电路包含：
多个与逻辑门，每一个该逻辑门具有一第一输入端用以接收相对应的该移位寄存器的输出，且每一个该逻辑门具有一第二输入端；
其中，奇顺位的与逻辑门的第二输入端接收该水平同步信号，且偶顺位的与逻辑门的第二输入端接收该反相水平同步信号。
8.如权利要求1所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中上述的栅极驱动器包含一奇栅极驱动器，用以产生奇顺位的栅极驱动信号；并包含一偶栅极驱动器，用以产生偶顺位的栅极驱动信号。
9.如权利要求8所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中：
该奇栅极驱动器包含多个奇移位寄存器，其中第一奇移位寄存器接收一垂直同步信号，每一个该奇移位寄存器的输出耦接至下一个奇移位寄存器的输入，该奇移位寄存器直接受控于该水平同步信号；及
该偶栅极驱动器包含多个偶移位寄存器，其中第一偶移位寄存器接收一移位垂直同步信号，每一个该偶移位寄存器的输出耦接至下一个偶移位寄存器的输入，该偶移位寄存器直接受控于反相水平同步信号。
10.如权利要求9所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含一反相器，用以将该水平同步信号反相以得到该反相水平同步信号。
11.如权利要求10所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含一额外移位寄存器，用以将该垂直同步信号转移得到该移位垂直同步信号。
12.如权利要求9所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含多个电平移位器，其分别接收该奇移位寄存器或偶移位寄存器的输出。
13.如权利要求12所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含多个缓冲器，其分别接收该奇电平移位器或偶电平移位器的输出。
14.如权利要求9所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，还包含一相位控制电路，其接收该奇/偶移位寄存器的输出，用以决定该奇/偶移位寄存器输出与该水平同步信号/该反相水平同步信号之间的相位关系。
15.如权利要求14所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中上述的相位控制电路包含：
多个与逻辑门，每一个该逻辑门具有一第一输入端用以接收相对应的该奇/偶移位寄存器的输出，且每一个该逻辑门具有一第二输入端；
其中，对于该奇栅极驱动器，奇顺位的与逻辑门的第二输入端接收该水平同步信号；对于该偶栅极驱动器，偶顺位的与逻辑门的第二输入端接收该反相水平同步信号。
16.如权利要求1所述的双栅极液晶显示器的栅极驱动器，其中上述的栅极驱动信号产生电路直接根据该水平同步信号以产生该多个栅极驱动信号。
17.一种双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，包含：
在一栅极驱动器内，根据水平同步信号以产生多个栅极驱动信号。
18.如权利要求17所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，其中上述的栅极驱动信号彼此间不互相重迭。
19.如权利要求18所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，其中奇顺位的栅极驱动信号在水平扫描的前半段时间内变为主动，且偶顺位的栅极驱动信号在水平扫描的后半段时间内变为主动。
20.如权利要求19所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，在该奇顺位/偶顺位栅极驱动信号的主动期间内，还包含由源极驱动器提供有效数据。
21.如权利要求17所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，其中上述的栅极驱动信号彼此间互相重迭。
22.如权利要求21所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，其中奇顺位的栅极驱动信号在水平扫描的起点处变为主动，且偶顺位的栅极驱动信号在水平扫描的中点处变为主动。
23.如权利要求22所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，在该奇顺位/偶顺位栅极驱动信号的主动期间之后半段时间内，还包含由源极驱动器提供有效数据。
24.如权利要求17所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，还包含调整该栅极驱动信号的电压电平。
25.如权利要求24所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，还包含缓冲经电压电平调整后的栅极驱动信号。
26.如权利要求17所述双栅极液晶显示器的栅极驱动方法，其中上述栅极驱动信号的产生直接根据该水平同步信号。
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