CN102074180A - 栅极驱动器及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种应用于液晶显示装置的栅极驱动器以及运行栅极驱动器的方法。该栅极驱动器包括削角控制模块。当该削角控制模块所接收的削角控制信号由高位准变为低位准时，该削角控制模块根据该削角控制信号关闭主动开关以使得高电位电源信号开始放电而具有削角的波形。本发明的栅极驱动器除了具有避免突波电流所造成的损伤以及单一电源的芯片设计等优点之外，能够进一步简化面板系统的设计。

Description

栅极驱动器及其运行方法

技术领域

本发明涉及显示装置，特别涉及一种液晶显示装置(LCD display)的栅极驱动器(gate driver)及其运行方法。

背景技术

近年来，由于图像显示相关的科技不断地发展，市场上出现的各式各样的新型显示装置逐渐取代传统的阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器。其中，液晶显示装置(Liquid Crystal Displayer，LCD)由于具有省电及不占空间等优点，广受一般消费者的喜爱，因此已成为显示器市场上的主流。

请参照图1，图1示出传统的液晶显示装置的电源管理芯片与栅极驱动器的运行情况的示意图。如图1所示，传统上用于液晶显示装置的电源管理芯片1主要包括两个部分：升压调节器(boost regulator)10以及削角波产生器(gate pulse modulation switch)12。其中，升压调节器10用于将低压的输入电源VIN升压至较高压的模拟主电源AVDD。模拟主电源AVDD用于提供液晶显示装置的源极驱动器(source driver)、伽玛参考电压缓冲器、第一电荷泵(charge pump)2以及第二电荷泵3所需的电源。至于第一电荷泵2及第二电荷泵3将会分别产生高位准输出电源VGH及低位准输出电源VGL，以提供给各个栅极驱动器5。

一般而言，当信号经过液晶显示装置的扫描线的传输后，信号的波形将会因为寄生电阻及寄生电容延迟的影响而产生变形，导致位于前端及末端的栅极驱动器5的信号具有不同的波形，因而造成液晶显示装置所显示的画面闪烁。为了改善这种画面闪烁的现象，第一电荷泵2所输出的高位准输出电源VGH并不会直接提供给栅极驱动器5，而是先通过电源管理芯片1的削角波产生器12以削角控制信号YVC为基准对高位准输出电源VGH进行削角处理，以产生削角输出电源信号VGHM，再将削角输出电源信号VGHM输出至各栅极驱动器5。

请参照图2，图2示出传统的电源管理芯片1的削角波产生器12的范例。如图2所示，削角波产生器12利用P1及P2两个PMOS作为开关并且放电节点RE外接至放电电阻R1。当削角控制信号YVC处于高位准时，削角控制信号YVC的反向信号YVC_N则处于低位准，此时，开关P1将会开启且开关P2将会关闭，故削角输出电源信号VGHM将会被充电至高压电位VGH；当削角控制信号YVC处于低位准时，削角控制信号YVC的反向信号YVC_N则处于高位准，此时，开关P1将会关闭且开关P2将会开启，故削角输出电源信号VGHM将会通过接地的放电电阻R1从高压电位VGH开始放电。

虽然上述方法能够改善液晶显示装置所遭遇的画面闪烁现象，然而，却也导致其它难以克服的问题。请参照图3，图3示出传统的削角波产生器12运行的时序图。如图3所示，假设高压电位VGH为30伏特(V)，削角底部电压为10V。于第一时间间隔t1期间，开关P1关闭且开关P2开启，削角输出电源信号VGHM将会对放电节点RE开始放电而形成削角的波形。

接着，当时间进入第二时间间隔t2后，开关P1由原有的关闭状态切换至开启状态且开关P2由开启状态切换至关闭状态，由于一般的开关P1及P2的阻值约为15欧姆或更小，因此，在开关P1由关闭切换至开启的瞬间将会产生突波电流，其峰值约为(30伏特-10伏特)/15欧姆＝1.3安培。

值得注意的是，随着液晶显示装置的面板尺寸不断变大，栅极驱动器的信道(沟道，channel)数目也会变多，使得削角输出电源信号VGHM的负载电容变大，导致开关P1开启瞬间所形成的突波电流所维持的时间也变长。另一方面，栅极驱动器的高压电位VGH也会随着面板尺寸变大而提高，在削角底部电压不变的情况下，也会导致突波电流的峰值变大，因而造成栅极驱动器以及其封装线路的损伤。此外，传统的电源管理芯片1为了要将具有不同电压的工艺的升压调节器10及削角波产生器12整合在一起，必须额外花费许多设计成本，相当不便。

因此，本发明提出一种应用于液晶显示装置的栅极驱动器及其运行方法，以解决上述问题。

发明内容

根据本发明的第一具体实施例为一种栅极驱动器。该栅极驱动器应用于液晶显示装置，该栅极驱动器包括削角控制模块、输出缓冲模块、第一电荷泵及第二电荷泵，且削角控制模块包括削角控制逻辑单元及主动开关。该第一电荷泵及该第二电荷泵用于接收低压电源并分别产生高电位电源信号及低电位电源信号。当削角控制逻辑单元所接收的削角控制信号由高位准变为低位准时，削角控制逻辑单元将会根据位准偏移信号及该削角控制信号进行逻辑运算程序，以分别产生第一开关信号及第二开关信号，用于分别关闭主动开关及输出缓冲模块，以使得该高电位电源信号开始放电而具有削角的波形。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述液晶显示装置包括电源管理芯片，耦接至所述第一电荷泵及所述第二电荷泵，用于提供所述低压电源至所述第一电荷泵及所述第二电荷泵。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括削角控制逻辑开关，当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制逻辑开关输出第一开关信号至所述主动开关以关闭所述主动开关。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括放电节点以及介于所述放电节点与接地之间的放电路径，当所述主动开关关闭时，所述高电位电源信号通过所述放电节点及所述放电路径开始进行放电。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括放电电阻，所述放电电阻位于所述放电路径内，所述放电电阻可用于调整所述高电位电源信号的波形的削角深度。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述削角控制信号以所述液晶显示装置的时钟为基准。

根据本发明的栅极驱动器，其中，所述削角控制信号可用所述液晶显示装置的时钟信号取代。

根据本发明的第二具体实施例也为一种栅极驱动器。与第一具体实施例的栅极驱动器不同之处在于，此实施例的栅极驱动器通过适当地设计系统的时钟信号的工作周率(或工作循环，duty cycle)，使其与削角控制信号的工作周率一致，因而可直接以系统的时钟信号取代原有的削角控制信号，以进一步简化面板系统的设计。

根据本发明的第三具体实施例为一种栅极驱动器运行方法。该栅极驱动器应用于液晶显示装置，该栅极驱动器包括削角控制模块、输出缓冲模块、第一电荷泵及第二电荷泵，且削角控制模块包括削角控制逻辑单元及主动开关。首先，第一电荷泵及第二电荷泵接收低压电源并分别产生高电位电源信号及低电位电源信号。当削角控制逻辑单元所接收的削角控制信号由高位准变为低位准时，削角控制逻辑单元根据位准偏移信号及该削角控制信号进行逻辑运算程序，以分别产生第一开关信号及第二开关信号。之后，分别根据第一开关信号及第二开关信号关闭主动开关及输出缓冲模块，以使得该高电位电源信号开始放电而具有削角的波形。

根据本发明的方法，其中，所述液晶显示装置包括电源管理芯片，用于提供所述低压电源至所述第一电荷泵及所述第二电荷泵。

根据本发明的方法，其中，所述削角控制模块进一步包括削角控制逻辑开关，当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制逻辑开关输出第一开关信号至所述主动开关以关闭所述主动开关。

根据本发明的方法，其中，所述栅极驱动器进一步包括输出缓冲模块，当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制逻辑开关输出第二开关信号至所述输出缓冲模块以关闭所述输出缓冲模块。

根据本发明的方法，其中，所述削角控制模块进一步包括放电节点以及介于所述放电节点与接地之间的放电路径，当所述主动开关关闭时，所述高电位电源信号通过所述放电节点及所述放电路径开始进行放电。

根据本发明的方法，其中，所述削角控制模块进一步包括放电电阻，所述放电电阻位于所述放电路径内，所述放电电阻可用于调整所述高电位电源信号的波形的削角深度。

根据本发明的方法，其中，所述削角控制信号以所述液晶显示装置的时钟为基准。

根据本发明的方法，其中，所述削角控制信号可用所述液晶显示装置的时钟信号取代。

根据本发明的方法，其中，所述时钟信号经过适当设计而与所述削角控制信号具有相同的工作周率，因而能够用于取代所述削角控制信号。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出传统的液晶显示装置的电源管理芯片与栅极驱动器的运行情况的示意图。

图2示出传统的电源管理芯片的削角波产生器的范例。

图3示出传统的削角波产生器运行的时序图。

图4示出根据本发明的第一具体实施例的栅极驱动器的功能方块图。

图5示出图4中的削角控制模块的详细功能方块图。

图6示出图4中的削角控制模块运行的时序图。

图7示出根据本发明的第二具体实施例的栅极驱动器的功能方块图。

图8示出图7中的削角控制模块的详细功能方块图。

图9示出图7中的削角控制模块运行的时序图。

图10示出根据本发明的第三具体实施例的栅极驱动器运行方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出一种运用于液晶显示装置的栅极驱动器及其运行方法。通过本发明的栅极驱动器除了能够有效避免传统的电源管理芯片产生削角波时所形成的突波电流对于栅极驱动器的损伤外，还具有采用单一电源、减少信号种类以及简化原有电源管理芯片设计的复杂度等优点，因而可大幅简化整体面板显示系统的设计流程及成本，以提升市场竞争力。

根据本发明的第一具体实施例为一种栅极驱动器。在此实施例中，该栅极驱动器应用于液晶显示装置，但不以此为限。与现有技术相同的是，该液晶显示装置也包括电源管理芯片与栅极驱动器。然而，值得注意的是，由于本发明由栅极驱动器产生输出至各栅极的削角输出电源，所以当芯片设计者设计电源管理芯片时，仅需考虑适用于升压调节器的工艺(例如20V电压的工艺)即可，因而可大幅简化芯片设计的流程及成本，也可增加工艺选择上的弹性。

请参照图4，图4示出根据本发明的第一具体实施例的栅极驱动器的功能方块图。如图4所示，栅极驱动器4包括移位暂存模块41、输出致能控制模块42、位准偏移模块43、输出缓冲模块44、削角控制模块45、第一电荷泵46及第二电荷泵47。其中，移位暂存模块41耦接至输出致能控制模块42；输出致能控制模块42耦接至位准偏移模块43；位准偏移模块43耦接至输出缓冲模块44；输出缓冲模块44耦接至削角控制模块45；削角控制模块45耦接至n个栅极G1～Gn，n值无一定的限制；第一电荷泵46及第二电荷泵47分别耦接至位准偏移模块43及输出缓冲模块44。

需注意的是，由于栅极驱动器4所包括的移位暂存模块41、输出致能控制模块42、位准偏移模块43及输出缓冲模块44为已熟知的模块，因而不多加赘述。接下来，将分别针对本发明最主要的削角控制模块45、第一电荷泵46及第二电荷泵47等模块及其功能进行详细的介绍。

请参照图5，图5示出削角控制模块45的详细功能方块图。如图5所示，削角控制模块45包括削角控制逻辑单元450、主动开关452及放电节点RE。其中，放电节点RE通过放电电阻R接地，以利于削角深度的调整，但实际上放电节点RE也可直接接地或串联其它组件，因而无一定的限制。

在此实施例中，削角控制逻辑单元450将会从位准偏移模块43接收位准偏移信号，并根据该位准偏移信号以及削角控制信号YVC进行逻辑运算程序后，分别产生第一开关信号SW1及第二开关信号SW2，以分别控制主动开关452及输出缓冲模块44的开启或关闭。

请参照图6，图6示出削角控制模块45运行的时序图。如图6所示，当时间开始进入第三时间间隔t3的瞬间，由于削角控制信号YVC正好由高位准变为低位准，此时，削角控制逻辑单元450将会根据位准偏移信号及削角控制信号YVC分别输出第一开关信号SW1及第二开关信号SW2至主动开关452及输出缓冲模块44，以分别关闭主动开关452及输出缓冲模块44。

当主动开关452关闭时，相对应的第一栅极输出即会开始通过放电节点RE及放电电阻R接地的放电路径(discharging path)进行放电而得到具有削角波形的第一输出电源信号G1，直到输出致能信号OE由高位准变为低位准时，第一输出电源信号G1即会开始处于低压电位VGL。同理，其它的栅极输出也会于第三时间间隔t3期间放电而得到具有削角波形的输出电源信号，例如第二输出电源信号G2及第三输出电源信号G3，依此类推。

值得注意的是，根据液晶显示装置的驱动原理来看，由于栅极驱动器4在同一时间仅会有一个信道打开，所以栅极驱动器4所输出的高压电位VGH及低压电位VGL并不会抽载太大的电流，因此，栅极驱动器4能够有效避免传统的电源管理芯片产生削角波时所形成的突波电流对于栅极驱动器的损伤。

此外，由图4可知，栅极驱动器4仅需外部给予低压电源VDD，即可通过其内部的第一电荷泵46及第二电荷泵47自行升压形成输出的高压电位VGH及低压电位VGL，因而可达到具有单一电源(single supply)的芯片设计，对于面板系统设计而言，相当方便且节省设计成本。

根据本发明的第二具体实施例也为一种栅极驱动器。请参照图7，图7示出该栅极驱动器的功能方块图。如图7所示，栅极驱动器7包括移位暂存模块71、输出致能控制模块72、位准偏移模块73、输出缓冲模块74、削角控制模块75、第一电荷泵76及第二电荷泵77。其中，移位暂存模块71耦接至输出致能控制模块72；输出致能控制模块72耦接至位准偏移模块73；位准偏移模块73耦接至输出缓冲模块74；输出缓冲模块74耦接至削角控制模块75；削角控制模块75耦接至n个栅极G1～Gn，n值无一定的限制；第一电荷泵76及第二电荷泵77分别耦接至位准偏移模块73及输出缓冲模块74。

值得注意的是，为了能够进一步简化面板系统的设计及减少信号的种类，第一具体实施例中的削角控制信号YVC将以系统的时钟信号CLK来取代。实际上，只要适当地设计系统的时钟信号CLK的工作周率(或工作循环，duty cycle)，使其与削角控制信号YVC的工作周率一致，即可直接以系统的时钟信号CLK作为削角控制信号发挥作用。

请参照图8，图8示出削角控制模块75的详细功能方块图。如图8所示，削角控制模块75包括削角控制逻辑单元750、主动开关752及放电节点RE。其中，放电节点RE通过放电电阻R接地，以利于削角深度的调整，但实际上放电节点RE也可直接接地或串联其它组件，因而无一定的限制。

在此实施例中，削角控制逻辑单元750将会从位准偏移模块73接收位准偏移信号，并根据该位准偏移信号以及系统的时钟信号CLK进行逻辑运算程序后，分别产生第一开关信号SW1及第二开关信号SW2，以分别控制主动开关752及输出缓冲模块74的开启或关闭。

请参照图9，图9示出削角控制模块75运行的时序图。如图9所示，当时间开始进入第四时间间隔t4的瞬间，由于削角控制信号YVC正好由高位准变为低位准，此时，削角控制逻辑单元750将会根据位准偏移信号及系统的时钟信号CLK分别输出第一开关信号SW1及第二开关信号SW2至主动开关752及输出缓冲模块74，以分别关闭主动开关752及输出缓冲模块74。

当主动开关752关闭时，相对应的第一栅极输出即会开始放电而得到具有削角波形的第一输出电源信号G1，直到输出致能信号OE由高位准变为低位准时，第一输出电源信号G1即会开始处于低压电位VGL。同理，其它的栅极输出也会于第四时间间隔t4期间放电而得到具有削角波形的输出电源信号，例如第二输出电源信号G2及第三输出电源信号G3，依此类推。

综上所述，本实施例的栅极驱动器7除了具有避免突波电流所造成的损伤以及单一电源的芯片设计等优点之外，还能够以系统原本就有的时钟信号CLK来取代削角控制信号YVC，因而能更进一步简化面板系统的设计，以提升应用栅极驱动器7的液晶显示装置的市场竞争力。

根据本发明的第三具体实施例也为一种栅极驱动器运行方法。于此实施例中，该栅极驱动器应用于液晶显示装置，该栅极驱动器包括削角控制模块、输出缓冲模块、第一电荷泵及第二电荷泵，且削角控制模块包括削角控制逻辑单元及主动开关，但不以此为限。与现有技术相同的是，该液晶显示装置也包括电源管理芯片与栅极马区动器。

值得注意的是，由于本发明由栅极驱动器产生输出至各栅极的削角输出电源，所以当芯片设计者设计电源管理芯片时，仅需考虑适用于升压调节器的工艺(例如20V电压的工艺)即可，因而可大幅简化芯片设计的流程及成本，也可增加工艺选择上的弹性。

请参照图10，图10示出根据本发明的第三具体实施例的栅极驱动器运行方法的流程图。如图10所示，首先，该方法执行步骤S10，第一电荷泵及第二电荷泵接收低压电源VDD并分别产生高电位电源信号VGH及低电位电源信号VGL。当削角控制信号YVC由高位准变为低位准时，该方法执行步骤S12，削角控制逻辑单元根据位准偏移信号及削角控制信号YVC进行逻辑运算程序，以分别产生第一开关信号SW1及第二开关信号SW2。

在实际应用中，只要适当地设计系统的时钟信号CLK的工作周率，使其与削角控制信号YVC的工作周率一致，即可直接以系统的时钟信号CLK取代原有的削角控制信号YVC。然后，该方法执行步骤S14，分别根据第一开关信号SW1及第二开关信号SW2关闭主动开关及输出缓冲模块，以使得高电位电源信号VGH开始放电而具有削角的波形。

综上所述，相比于现有技术，根据本发明的栅极驱动器除了能够有效避免传统的电源管理芯片产生削角波时所形成的突波电流对于栅极驱动器的损伤外，还具有采用单一电源、减少信号种类以及简化原有电源管理芯片设计的复杂度等优点，因而可大幅简化整体面板显示系统的设计流程及成本，以提升应用该栅极驱动器的面板显示系统在市场上的竞争力。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具等同性安排于本发明权利要求的范围内。

主要元件符号说明

S10～S14：流程步骤

1：电源控制芯片         10：升压调节器

12：削角波产生器        2、46、76：第一电荷泵

4、5、7：栅极驱动器     3、47、77：第二电荷泵

P1、P2：开关         R1、R：电阻

RE：放电节点         t1：第一时间间隔

t2：第二时间间隔     t3：第三时间间隔

t4：第四时间间隔     41、71：移位暂存模块

43、73：位准偏移模块 42、72：输出致能控制模块

44、74：输出缓冲模块 45、75：削角控制模块

G1～Gn：第1～n栅极   450、750：削角控制逻辑单元

SW1：第一开关信号    SW2：第二开关信号

DIO：输入信号        DOI：输出信号

452、752：主动开关   CLK：时钟信号

OE：输出致能信号     YVC：削角控制信号

VGH：高压电位        VGL：低压电位

VDD：低压电源。

Claims (10)

1.一种栅极驱动器，设置于液晶显示装置内，所述栅极驱动器包括：

削角控制模块，包括主动开关，当所述削角控制模块所接收的削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制模块根据所述削角控制信号关闭所述主动开关，使得高电位电源信号开始放电而具有削角的波形。

2.根据权利要求1所述的栅极驱动器，进一步包括：

第一电荷泵，用于接收低压电源并根据所述低压电源产生所述高电位电源信号；以及

第二电荷泵，用于接收所述低压电源并根据所述低压电源产生低电位电源信号。

3.根据权利要求2所述的栅极驱动器，其中，所述液晶显示装置包括电源管理芯片，耦接至所述第一电荷泵及所述第二电荷泵，用于提供所述低压电源至所述第一电荷泵及所述第二电荷泵。

4.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括：

削角控制逻辑开关，当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制逻辑开关输出第一开关信号至所述主动开关以关闭所述主动开关。

5.根据权利要求4所述的栅极驱动器，进一步包括：

输出缓冲模块，耦接至所述削角控制逻辑开关，当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制逻辑开关输出第二开关信号至所述输出缓冲模块以关闭所述输出缓冲模块。

6.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括放电节点以及介于所述放电节点与接地之间的放电路径，当所述主动开关关闭时，所述高电位电源信号通过所述放电节点及所述放电路径开始进行放电。

7.根据权利要求6所述的栅极驱动器，其中，所述削角控制模块进一步包括放电电阻，所述放电电阻位于所述放电路径内，所述放电电阻可用于调整所述高电位电源信号的波形的削角深度。

8.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中，所述削角控制信号以所述液晶显示装置的时钟为基准。

9.根据权利要求1所述的栅极驱动器，其中，所述削角控制信号可用所述液晶显示装置的时钟信号取代。

10.一种运行栅极驱动器的方法，所述栅极驱动器设置于液晶显示装置内，所述栅极驱动器的削角控制模块包括主动开关，所述方法包括下列步骤：

所述削角控制模块接收削角控制信号；以及

当所述削角控制信号由高位准变为低位准时，所述削角控制模块根据所述削角控制信号关闭所述主动开关，使得高电位电源信号开始放电而具有削角的波形。

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