CN102543010A - 液晶显示器的栅极驱动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种栅极驱动器，用来控制一显示器。该栅极驱动器包含一逻辑电路，用来产生多个开关信号、一断电信号及多个分享信号；多个缓冲器，用来根据该多个开关信号中的一开关信号，决定供应一第一电压或一第二电压，以产生一栅极驱动信号；以及一电荷回收模块，用来根据该多个分享信号，与多个负载分享电荷。

Description

液晶显示器的栅极驱动方法及装置

技术领域

本发明涉及一种栅极驱动方法及装置。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，已被广泛地应用在各式计算机系统、移动电话、个人数字助理(PDA)等信息产品上。液晶显示器的工作原理是利用液晶分子在不同排列状态下，对光线具有不同的偏振或折射效果，因此可经由不同排列状态的液晶分子来控制光线的穿透量，进一步产生不同强度的输出光线，及不同灰阶强度的红、绿、蓝光。

请参考图1，图1为现有技术一薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)液晶显示器10的示意图。液晶显示器10包含一液晶显示面板(LCD Panel)100、一源极驱动器102、一栅极驱动器104以及一电压产生器106。液晶显示面板100由两基板(Substrate)构成，而在两基板间填充有液晶材料(LCDlayer)。一基板上设置有多条数据线(Data Line)108、多条垂直于数据线108的扫描线(Scan Line，或称栅极线，Gate Line)110以及多个薄膜晶体管112，而在另一基板上设置有一共享电极(Common Electrode)用来经由电压产生器106提供一共享信号Vcom。薄膜晶体管112以矩阵的方式分布于液晶显示面板100上，每一数据线108对应于液晶显示面板100上的一列(Column)，而扫描线110对应于液晶显示面板100上的一行(Row)，且每一薄膜晶体管112对应于一像素(Pixel)。此外，液晶显示面板100的两基板所构成的电路特性可视为一等效电容114。

在图1中，栅极驱动器104依序产生栅极驱动信号VG_1～VG_M，以逐行开启薄膜晶体管112，进而更新等效电容114中储存的像素数据。详细来说，请参考图2，图2为栅极驱动器104的示意图。栅极驱动器104包含一逻辑电路105及缓冲器107_1～107_M。负载模块109_1～109_M为各负载的等效电路。逻辑电路105通过控制缓冲器107_1～107_M中晶体管的开关，轮流接通负载模块109_1～109_M至一高电压VGG及一低电压VEE，作为栅极驱动信号VG_1～VG_M中的方波。

然而，由于等效电容114与薄膜晶体管112的栅极间存在寄生电容，当栅极驱动信号VG_1～VG_M中的方波位于后缘时，栅极驱动信号VG_1～VG_M的电压变化通过寄生电容耦合至等效电容114，使得等效电容114储存偏差的图像内容。为了改善后缘的耦合效应，栅极驱动器104可通过波形重整，调整栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波的波形，如图3所示。在图3中，栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波的后缘被调变，以避免栅极驱动信号VG_1～VG_M的急遽变化影响储存的像素内容。当然，欲产生图3的调变波形，栅极驱动器104须增加额外的控制电路。

因此，如何以经济省电的方法重整栅极驱动信号的波形，已成为业界的努力目标之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种栅极驱动装置与栅极驱动方法，以经济、省电的方式重整栅极驱动信号的波形。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种栅极驱动器，用来控制一显示器，该栅极驱动器包含一逻辑电路，用来产生多个开关信号、一断电信号及多个分享信号；多个缓冲器，耦接于该逻辑电路，该每一缓冲器包含耦接于该逻辑电路的一第一端，耦接于一第一电压源的一第二端，耦接于第二电压源的一第三端，以及一第四端，用来根据该多个开关信号中的一开关信号，决定供应一第一电压或一第二电压，以产生一栅极驱动信号；以及一电荷回收模块，耦接于该多个缓冲器及一参考电压源之间，用来根据该多个分享信号，与多个负载分享电荷。

根据本发明的另一方面，提供一种栅极驱动方法，用来控制一显示器，该栅极驱动方法包含：输出一禁止电压，作为一栅极驱动信号；停止输出该禁止电压，并从一调节电容释出预储电荷，以提升该栅极驱动信号至第一预设电压；输出一使能电压，作为该栅极驱动信号；停止输出该使能电压，并回收栅极的电荷至该调节电容，以降低该栅极驱动信号至第二预设电压；以及重新输出该禁止电压，作为该栅极驱动信号。

本发明通过开关操作，在栅极驱动信号的前缘及后缘，切断电源供应，并独立地分享负载与电荷回收模块储存的电荷。由于电荷分享是一渐进过程，栅极驱动信号可以缓和的速率下降，可减轻耦合现象。另外，通过回收负载的电荷，电荷回收模块预先提升栅极驱动信号至准使能电位，以降低栅极驱动器的电能消耗。综上所述，本发明在不新增额外复杂控制电路的前提下，通过回收及重复利用既有驱动电路的电荷，和缓栅极驱动信号的后缘，以经济、省电的方式达成调变目的。

附图说明

图1为现有技术一液晶显示器的示意图。

图2为图1的液晶显示器中一栅极驱动器的示意图。

图3为一栅极驱动信号的时序图。

图4为本发明实施例一栅极驱动器的示意图。

图5为图4的栅极驱动器中开关信号、一断电信号、分享信号与栅极驱动信号的时序图。

图6为图4的栅极驱动器中一电荷回收模块的一变化实施例的示意图。

图7为本发明实施例一栅极驱动器的示意图。

图8为图7的栅极驱动器中开关信号、一断电信号、分享信号、一清除信号与栅极驱动信号的时序图。

图9为本发明实施例一栅极驱动流程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

BK                                            断电信号

V1                                            第一电压

V2                                            第二电压

VG_1、VG_2、VG_3、VG_M-1、VG_M、VG_x        栅极驱动信号

VS_1、VS_2、VS_N-1、VS_N                    源极驱动信号

Vcom                                        共享信号

VREF                                        参考电压

SW1、SW2、SW3、SWM-1、SWM、SWx              开关信号

SS1、SS2、SS3、SSM、SSx                     分享信号

QP1、QP2、QPM-1、QPM                        P型场效应晶体管

QN1、QN2、QNM-1、QNM                        N型场效应晶体管

R1、R2、RM-1、RM                            负载电阻

C1、C2、CM-1、CM                            负载电容

Cr                                          调节电容

CLN                                         清除信号

t1、t2、t3、t4                              时间点

10                                          液晶显示器

100                                         液晶显示面板

102                                         源极驱动器

105                                         逻辑电路

107_1、107_2、107M-1、107_M、412_1、412_2、 缓冲器

412_M-1、412_M、412_x

106                                         电压产生器

108                                         数据线

109_1、109_2、109_M-1、109_M                负载模块

110                                         扫描线

112                                         薄膜晶体管

114                                         等效电容

40、70、104                                 栅极驱动器

400                                      逻辑电路

416_1、416_2、416_M-1、416_M、416_x      负载模块

420、720                                 开关模块

422、432_1、432_2、432_M-1、432_M、634、 开关

722

430、630                                 电荷回收模块

90                                       栅极驱动流程

900、902、904、906、908、910、912、914   步骤

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明实施例一栅极驱动器40的示意图。栅极驱动器40用来控制一液晶显示器中像素的更新时序，也即控制图1中以矩阵方式排列的薄膜晶体管112的栅极电压。栅极驱动器40包含一逻辑电路400、缓冲器412_1～412_M、一开关模块420及一电荷回收模块430。逻辑电路400用来产生开关信号SW1～SWM、一断电信号BK及分享信号SS1～SSM。缓冲器412_1～412_M用来根据开关信号SW1～SWM，决定输出一第一电压V1或一第二电压V2，以产生栅极驱动信号VG_1～VG_M，栅极驱动信号VG_1～VG_M分别用来扫描一行的薄膜晶体管。开关模块420用来根据断电信号BK，切断输出第一电压V1至负载模块416_1～416_M的供电路径。负载模块416_1～416_M是各负载的等效电路。最后，电荷回收模块430根据分享信号SS1～SSM，与负载模块416_1～416_M分享电荷，以调整栅极驱动信号VG_1～VG_M的波形。须注意的是，有鉴于栅极驱动信号VG_1～VG_M是以方波的形式指定薄膜晶体管112的开启时序的，开关模块420特别在方波的前缘及后缘断路，同时，电荷回收模块430连接至正接收方波的一负载模块416_x，使得电荷回收模块430与负载模块416_x独立地分享储存的电荷，以调整栅极驱动信号VG_1～VG_M在前、后缘的波形。

简单来说，为了调变栅极驱动信号VG_1～VG_M的波形，栅极驱动器40新增电荷回收模块430，其用来调节负载模块416_1～416_M中储存的电荷。在栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波的前缘与后缘，电荷回收模块430与负载模块416_1～416_M分享储存的电荷，以通过“回收”及“重复利用”负载模块416_1～416_M中的电荷，减少产生栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波所需的电能。由于电荷分享是一渐进过程，栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波的前缘及后缘呈和缓变化状，因此可达到降低耦合现象的目的。相较于现有技术在产生方波的过程中，外接的电压源须对负载模块416_1～416_M反复地执行充电和放电操作，造成电能浪费，电荷回收模块430“回收”栅极驱动信号VG_1～VG_M为第一电压V1时的电荷，以达到调变的目的，并在产生下一个方波时，“重复利用”该电荷，将栅极驱动信号VG_1～VG_M预充至一第一预设电压，以降低栅极驱动器40的功率消耗。

详细来说，电荷回收模块430包含一调节电容Cr及开关432_1～432_M。开关432_1～432_M用来根据分享信号SS1～SSM，决定调节电容Cr是否与负载模块416_1～416_M分享电荷。调节电容Cr的一端耦接于一参考电压源，电路设计者可通过选择参考电压源提供的一参考电压VREF值，控制从负载模块416_1～416_M“回收”及“重复利用”的电荷量，进而决定第一预设电压及调变幅度。缓冲器412_1～412_M包含P型场效应晶体管(field-effecttransistor，FET)QP1～QPM及N型场效应晶体管QN1～QNM，用来根据对应的开关信号SW1～SWM，决定供应第一电压V1或第二电压V2至负载模块416_1～416_M。负载模块416_1～416_M分别包含负载电阻R1～RM及负载电容C1～CM，用来根据缓冲器412_1～412_M的切换操作，储存或输出电荷，以产生栅极驱动信号VG_1～VG_M。另外，为实现电荷分享操作，开关模块420优选地包含一开关422，开关422根据断电信号BK，在栅极驱动信号VG_1～VG_M中方波的前缘及后缘，切断第一电压V1的供电路径，使得负载电容C1～CM与调节电容Cr独立地分享储存的电荷。

举例来说，请参考图5，图5为开关信号SW1～SWM、断电信号BK、分享信号SS1～SSM与栅极驱动信号VG_1～VG_3的时序图。在图5中，以栅极驱动信号VG_1的产生过程为例，在栅极驱动信号VG_1中方波的前缘(时间点t1、t2之间)，断电信号BK指示开关422切断第一电压V1的供电路径；开关信号SW1～SWM指示缓冲器412_1～412_M切断负载模块416_1～416_M间的电连接；分享信号SS1指示开关432_1导通调节电容Cr及负载电容C1，使得调节电容Cr中储存的电荷输出至负载电容C1，以将栅极驱动信号VG_1预充至准使能电位。在栅极驱动信号VG_1中方波的中段(时间点t2、t3之间)，断电信号BK指示开关422恢复输出第一电压V1至负载模块416_1；开关信号SW1指示缓冲器412_1～412_M传递第一电压V1；分享信号SS1指示开关432_1隔离调节电容Cr及负载电容C1，以使能栅极驱动信号VG_1。最后，在栅极驱动信号VG_1中方波的后缘(时间点t3、t4之间)，断电信号BK再度指示开关422切断第一电压V1的供电路径；开关信号SW1～SWM指示缓冲器412_1～412_M切断负载模块416_1～416_M间的电连接；分享信号SS1指示开关432_1导通调节电容Cr及负载电容C1，使得负载电容C1中储存的电荷回收至调节电容Cr，作为产生下一个栅极驱动信号(VG_2)的方波时，预充负载电容C1的储备电荷。栅极驱动信号VG_2～VG_M产生过程的操作与栅极驱动信号VG_1相同，在此不赘述。因此，通过在栅极驱动信号VG_1～VG_M前缘及后缘的电荷分享操作，栅极驱动器40可回收并重复利用驱动所需的电荷，以用经济、省电的方法实现波形调整。

须注意的是，调节电容Cr在栅极驱动信号VG_1～VG_M的前缘与负载电容C1～CM分享电荷后，仍存有部分电荷，导致调节电容Cr在下次“回收”负载电容C1～CM电荷时的效率降低，进而影响调变的幅度。为了确保栅极驱动信号VG_1～VG_M调变的幅度一致，请参考图6，图6为电荷回收模块430的变化实施例一电荷回收模块630的示意图。电荷回收模块630新增一开关634，开关634耦接于调节电容Cr的两端，用来根据逻辑电路400产生的一清除信号CLN，在栅极驱动信号VG_1～VG_M的中段导通，以清除负载电容C1～CM储存的电荷，进而确保栅极驱动信号VG_1～VG_M调变的幅度一致。

须注意的是，栅极驱动器40假设液晶显示器中的薄膜晶体管为N型场效应晶体管，其在栅极驱动信号VG_1～VG_M为第一电压V1时导通，以更新储存的像素内容。当然，液晶显示器中的薄膜晶体管也可能为P型场效应晶体管，在此情况下，请参考图7，图7为栅极驱动器40的变化实施例一栅极驱动器70的示意图。栅极驱动器70用来扫描薄膜晶体管为P型场效应晶体管的液晶显示器。在栅极驱动器70中，开关模块420由一开关模块720取代，其包含一开关722，开关722根据断电信号BK，切断第二电压V2的供电路径。栅极驱动器70中开关信号SW1～SWM、断电信号BK、分享信号SS1～SSM、清除信号CLN与栅极驱动信号VG_1～VG_3的时序，可参考图8。图8与图5类似，差别仅在于欲制造栅极驱动信号VG_1～VG_M极性相反，相关说明可参考前述，在此不赘述。

栅极驱动器40、70产生方波作为栅极驱动信号VG_1～VG_M的操作可归纳为一栅极驱动流程90，如图9所示。栅极驱动流程90包含下列步骤：

步骤900：开始。

步骤902：缓冲器412_x根据开关信号SWx，输出一禁止电压，作为栅极驱动信号VG_x。

步骤904：开关模块420、720根据断电信号BK，停止输出禁止电压；电荷回收模块430、630与负载模块416_x分别根据分享信号SSx及开关信号SWx，独立地分享储存的电荷，以预先调整栅极驱动信号VG_x至第一预设电压。

步骤906：开关模块420、720及缓冲器412_x分别根据断电信号BK及开关信号SWx导通，以输出一使能电压，作为栅极驱动信号VG_x。

步骤908：开关634根据清除信号CLN导通，以清除调节电容Cr中储存的电荷。

步骤910：开关模块420、720根据断电信号BK，停止输出使能电压；电荷回收模块430、630与负载模块416_x分别根据分享信号SSx及开关信号SWx，独立地分享储存的电荷，以调变栅极驱动信号VG_x。

步骤912：开关模块420、720及缓冲器412_x分别根据断电信号BK及开关信号SWx，输出禁止电压，作为栅极驱动信号VG_x。

步骤914：结束。

在栅极驱动流程90中，若薄膜晶体管为N型场效应晶体管，禁止电压为一低电压，使能电压为一高电压。相反地，若薄膜晶体管为P型场效应晶体管，禁止电压为高电压，使能电压为低电压。

在现有技术中，栅极驱动信号VG_1～VG_M的电压变化通过寄生电容耦合至等效电容114，使得等效电容114储存偏差的图像内容，因此亟欲通过波形重整减轻耦合现象。因此，本发明通过开关操作，在栅极驱动信号VG_1～VG_M的前缘及后缘，切断电源供应，并独立地分享负载模块416_1～416_M与电荷回收模块430、630储存的电荷。由于电荷分享是一渐进过程，栅极驱动信号VG_1～VG_M可以缓和的速率下降，可减轻耦合现象。另外，通过回收负载模块416_1～416_M的电荷，电荷回收模块430、630预先提升栅极驱动信号VG_1～VG_M至准使能电位，以降低栅极驱动器40、70的电能消耗。

综上所述，本发明在不新增额外复杂控制电路的前提下，通过回收及重复利用既有驱动电路的电荷，和缓栅极驱动信号的后缘，以经济、省电的方式达成调变目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种栅极驱动器，用来控制一显示器，该栅极驱动器包含：

一逻辑电路，用来产生多个开关信号、一断电信号及多个分享信号；

多个缓冲器，耦接于该逻辑电路，该每一缓冲器包含耦接于该逻辑电路的一第一端，耦接于一第一电压源的一第二端，耦接于第二电压源的一第三端，以及一第四端，用来根据该多个开关信号中的一开关信号，决定供应一第一电压或一第二电压，以产生一栅极驱动信号；

以及

一电荷回收模块，耦接于该多个缓冲器及一参考电压源之间，用来根据该多个分享信号，与多个负载分享电荷。

2.如权利要求1所述的栅极驱动器，其特征在于，该电荷回收模块包含：

一调节电容，包含耦接于该参考电压源的一第一端，及一第二端；以及

多个开关，该每一开关耦接于该第二端及该多个缓冲器的一缓冲器的该第四端之间，用来根据该多个分享信号的一分享信号，在该缓冲器对应的该栅极驱动信号的一方波的一前缘及一后缘，连接该调节电容及该缓冲器。

3.如权利要求1所述的栅极驱动器，其特征在于，进一步包含一开关模块，耦接于该多个缓冲器与该第一电压源及该第二电压源之间，用来根据该断电信号，切断该第一电压电源或该第二电压电源至该多个缓冲器的电连接。

4.如权利要求3所述的栅极驱动器，其特征在于，在该每一栅极驱动信号的一方波的一前缘及一后缘，该开关模块根据该断电信号断路，且该栅极驱动信号对应的该分享信号指示该电荷回收模块，连接至该栅极驱动信号对应的该缓冲器，使得该电荷回收模块与该多个负载的一负载分享储存的电荷。

5.如权利要求3所述的栅极驱动器，其特征在于，该开关模块包含：

一开关，耦接于该多个缓冲器及该第一电压源之间，用来根据该断电信号，在该多个栅极驱动信号的该多个方波的该多个前缘及该多个后缘，切断该第一电压源至该多个缓冲器的电连接。

6.如权利要求3所述的栅极驱动器，其特征在于，该开关模块包含：

一开关，耦接于该多个缓冲器及该第二电压源之间，用来根据该断电信号，在该多个栅极驱动信号的该多个方波的该多个前缘及该多个后缘，切断该第二电压源至该多个缓冲器的电连接。

7.如权利要求1所述的栅极驱动器，其特征在于，该每一缓冲器包含：

一P型场效应晶体管，包含耦接于该第一端的一栅极，耦接于该第二端的一源极，及耦接于该第四端的一漏极，用来根据该开关信号，决定该第四端至该第一电压源的电连接；以及

一N型场效应晶体管，包含耦接于该第一端的一栅极，耦接于该第三端的一源极，及耦接于该第四端的一漏极，用来根据该开关信号，决定该第四端至该第二电压源的电连接。

8.如权利要求2所述的栅极驱动器，其特征在于，该电荷回收模块进一步包含：

一开关，耦接于该调节电容的该第一端及该第二端之间，用来根据一清除信号，导通该第一端及该第二端。

9.如权利要求8所述的栅极驱动器，其特征在于，该逻辑电路进一步用来产生该清除信号，以在该多个栅极驱动信号的该多个方波的多个中段，指示清除该调节电容储存的电荷。

10.一种栅极驱动方法，用来控制一显示器，该栅极驱动方法包含：

输出一禁止电压，作为一栅极驱动信号；

停止输出该禁止电压，并从一调节电容释出预储电荷，以提升该栅极驱动信号至第一预设电压；

输出一使能电压，作为该栅极驱动信号；

停止输出该使能电压，并回收栅极的电荷至该调节电容，以降低该栅极驱动信号至第二预设电压；以及

重新输出该禁止电压，作为该栅极驱动信号。

11.如权利要求10所述的栅极驱动方法，其特征在于，输出该使能电压，作为该栅极驱动信号的步骤，进一步包含清除该调节电容储存的电荷。

12.如权利要求10所述的栅极驱动方法，其特征在于，该禁止电压是一低电压，该使能电压是一高电压。

13.如权利要求10所述的栅极驱动方法，其特征在于，该禁止电压是一高电压，该使能电压是一低电压。

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