CN104424906A - 部分扫描栅极驱动器的方法及其液晶显示装置 - Google Patents

部分扫描栅极驱动器的方法及其液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

一种部分扫描栅极驱动器的方法及其液晶显示装置。该液晶显示装置包括像素阵列、计时控制器以及栅极驱动器。该像素阵列包括设置为行和列的多个像素。该计时控制器输出一时钟信号。该栅极驱动器，接收该时钟信号，包括第一移位寄存器及第二移位寄存器。该第一移位寄存器耦接该像素阵列的第一行(row)。该第二移位寄存器耦接该像素阵列的第二行(row)。当判定该第一行将被略过时，该第一移位寄存器以该时钟信号输出第一电压电平至该第一行，且当判定该第二行将被扫描时，该第二移位寄存器以该时钟信号输出一第二电压电平至该第二行，其中，该第一电压电平在该第二电压电平和第三电压电平之间，该第三电压电平维持该像素阵列的先前写入显示数据。

Description

部分扫描栅极驱动器的方法及其液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，特别是一种适用于液晶显示装置的栅极驱动方法。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已变为显示装置的主要产品，并为具有最小产品大小以及最小重量的显示器，可将驱动电路设置在LCD基底之上，并已成为技术主流。液晶显示器(LCD)通常包括图素(或像素)的行和列，以矩阵形式配置。每个像素包括形成在基底上(或面板上)的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，下称TFT)以及像素电极。同行的TFT栅极藉由一栅极线连接在一起，且由栅极驱动器(或扫描驱动器)加以控制。同列的TFT源极藉由一源极线连接在一起，且由源极驱动器(或数据驱动器)加以控制。
为了获得更紧密的电路配置宽度，显示器使用非晶硅以及低温多晶硅(Low Temperature Poly Silicon，LTSP)工艺来实现动态栅极。以TFT液晶显示器为例，非晶硅的低电子移动对非晶硅工艺形成的元件大小造成限制。若需要非晶硅工艺形成的晶体管具有足够大的电流，就必须增加晶体管通道的宽度，因而导致电路配置面积增加。
发明内容
基于上述目的，本发明实施例公开了一种液晶显示装置，包括一像素阵列、一计时控制器以及一栅极驱动器。该像素阵列包括设置为行和列的多个像素。该计时控制器输出一时钟信号。该栅极驱动器，接收该时钟信号，包括一第一移位寄存器以及一第二移位寄存器。该第一移位寄存器耦接该像素阵列的一第一行。该第二移位寄存器耦接该像素阵列的一第二行。当判定该第一行将被略过时，该第一移位寄存器以该时钟信号输出一第一电压电平至该第一行，且当判定该第二行将被扫描时，该第二移位寄存器使用该时钟信号输出一第二电压电平至该第二行，其中，该第一电压电平在该第二电压电平和一第三电压电平之间，该第三电压电平维持该像素阵列的一先前写入显示数据。
本发明实施例另外公开了一种液晶显示装置，包括一像素阵列以及一判断模块。该像素阵列包括设置为行和列的多个像素，其中，这些像素至少其中之一包括一像素电极和一共同电极。该判断模块，接收并比较一第一帧和一第二帧，藉以判定该像素阵列的一第一行是否需要扫描或略过，其中，当判定该第一行将被略过时，则维持该共同电极的一电压电平，且当判定该第一行将被扫描时，则降低该共同电极的该电压电平，直到耦接该第一行的这些像素被打开。
本发明实施例另外公开了一种栅极驱动方法，适用于具有多个移位寄存器的一栅极驱动器，包括:接收一第一帧和一第二帧；判定一像素阵列的一第一行是否需要扫描或略过；当判定该第一行将被略过时，使用一第一电压电平产生一第一时钟信号且传送该第一时钟信号至对应该第一行的一第一移位寄存器；以及当判定该第一行将被扫描时，使用一第二电压电平产生一第二时钟信号且传送该第二时钟信号至该第一移位寄存器，其中，该第一电压电平位于该第二电压电平和一第三电压电平之间，该第三电压电平维持该像素阵列的一先前写入显示数据。
附图说明
图1是显示本发明实施例中两个时间点的聊天室内容的示意图；
图2是显示本发明实施例中LCD的示意图；
图3是显示本发明实施例中像素阵列的栅极驱动计时的波形图；
图4是显示本发明实施例中计时控制器中的时钟电压电平选择器的示意图；
图5是显示本发明实施例中计时控制器的示意图；
图6是显示本发明实施例中一像素的示意图；
图7是显示本发明实施例中藉由调制电压的栅极驱动方式的示意图；
图8是显示本发明实施例中移位寄存器的电路图；
图9是显示本发明实施例中两个移位寄存器的电路图；
图10是显示图9中移位寄存器的波形图；
图11是显示本发明实施例中移位寄存器的电路图；以及
图12是显示本发明实施例中反向扫描功能的的移位寄存器的电路图。
【符号说明】
21～计时控制器；
22～源极驱动器；
23～栅极驱动器；
24～面板；
25～移位寄存器；
26～像素；
51～判断模块；
52～时钟产生器；
91～移位寄存器；以及
92～移位寄存器。
具体实施方式
以下说明目前实施本发明的优选实施方式，其用以举例说明本发明的主要技术原则，并非用以限定本发明的范围。本发明的范围需视所附权利要求书来界定。
图1是显示本发明实施例中两个时间点的聊天室内容的示意图。当聊天屏幕从屏幕10a变到10b时，只有范围12内的图像显示会发生改变。对范围11和13所显示的图像来说它们不会改变。因此，为了减低功耗并增加LCD驱动方式的效能，只有范围12内的行需要重新扫描。
图2是显示本发明实施例中LCD的示意图。LCD包括计时控制器21、源极驱动器22、具有多个移位寄存器25的栅极驱动器23、以及面板24。面板24包括设置为矩阵形式的多个像素26，该矩阵形式也称为像素阵列。计时控制器21输出源极数据至源极驱动器22以及时钟信号CLK至栅极驱动器23。计时控制器21将源极数据和时钟信号进行同步，藉以确定在正确的像素上以正确的时序显示显示数据。
移位寄存器包括开关元件，例如NMOS晶体管或PMOS晶体管，藉以判定对应移位寄存器的行是否被打开。移位寄存器的输出信号也传送至移位寄存器的下一阶段，用以致能移位寄存器的下一阶段的运作。当移位寄存器被致能后，移位寄存器将收到的时钟信号进行传送，藉以打开或关闭像素阵列的行。
关于LCD栅极驱动的详细描述请参考图3。图3是显示本发明实施例中像素阵列的栅极驱动计时的波形图。像素阵列包括12行的像素。在图3中，只有第1至4行以及9至12行需要扫描。图3中的脉冲包括3个电压电平。在预定高电压电平(下称VGH)、中电压(下称VGM)和低电压(下称VGL)中，VGH用于打开像素TFT进而写入显示数据至像素电极，VGL用于维持像素TFT的关闭状态，进而在前述扫描和略过期间之前和之后的期间中维持先前写入的像素电极的显示数据，并且VGM用于不打开像素TFT，但具有足够的电压可用以维持栅极驱动器的移位寄存器运作的传输。由于移位寄存器运作可能会中断，移位寄存器的运作需要前一移位寄存器的输出信号或起始信号STV，所以电压电平VGL无法在略过的行上使用。以图3为例，若第5行的电压电平为VGL，则不可驱动对应至第6至12行的移位寄存器，且会导致一显示错误。
VGL和VGM藉由以下公式而判定：
VGM<Vsn+Vth
VGL<VGM-Vgswing
其中Vsn和Vsp分别为最小和最大源极电压电平，Vth为TFT临界电压，且Vgswing用于最小脉冲高度，其用来维持移位寄存器功能。
实施例的时钟信号提供三个预定电压电平。简而言之，本发明实施例使用时钟信号以三个电压电平实现部分扫描的功能。
请参考图4。图4是显示本发明实施例中计时控制器中的时钟电压电平选择器的示意图。多工器41由控制信号CONTROLn控制，以及根据控制信号CONTROLn判定时钟信号CLKn的电压电平。假设第1行到第4行为略过的行，则对应时钟信号CLK1～CLK4的电压电平即为VGM。假设第5行到第12行必须扫描，则对应时钟信号CLK5～CLK12的电压电平即为VGH。
图5是显示本发明实施例中计时控制器的示意图。计时控制器包括判断模块51和时钟产生器52。判断模块51接收并比较目前帧和先前帧，藉以判定哪一行需要扫描或略过。目前帧和先前帧包括像素数据的多个行，并且判断模块51逐行比较目前帧和先前帧。若目前帧和先前帧间像素行的数据没有变化，则该行会被标为略过行，并且时钟产生器52会以电压电平VGM产生时钟信号。若目前帧和先前帧间像素行的数据发生变化，则该行会被标为扫描行，并且时钟产生器52会以电压电平VGH产生时钟信号。
图6是显示本发明实施例中一像素的示意图。像素61耦接于晶体管T61的源极电压VS和电压VCOM之间。像素61在共同电极和像素电极间形成，且像素电极和共同电极间的电压差异用于判定像素显示。电压VCOM为共同电极的电压电平。
另外，为了避免LC层因为长期使用一维电场而退化，可应用反向驱动方式，藉由上拉(pulling up)以及下拉(pulling down)共同电极电压(VCOM)的方式而周期性地反转应用电场。
当晶体管T61的电压VGS大于临界电压时，晶体管T61会被打开。在其中一个实施例中，晶体管T61根据电压电平VG而决定是否要打开。在其它实施例中，晶体管T61能藉由调整VCOM电压电平而被打开。
图7是显示本发明实施例中藉由调制电压的栅极驱动方式的示意图。在图7中，只有第11到第19行需要扫描。当驱动第11到第19行时，电压VCOM被拉低到像素TFT(例如晶体管T61)打开为止。在图7中，当电压VCOM高于电压VGH时，像素TFT会维持关闭。因此，在VCOM驱动机制中，当需要略过或扫描时，VCOM电压只需被设为大于VGH最大源极动态范围一半的电压。在图7中，最大源极动态范围根据电压Vpix(max)和Vpix(min)而判定。在其中一个实施例中，电压VCOM由控制信号控制，和图5中判断模块51的控制信号相同。
图8是显示本发明实施例中移位寄存器的电路图。晶体管T1的栅极和漏极连接至移位寄存器的前一阶段的输出行(n-1)。节点(n)连接至晶体管T1的源极，晶体管T3的栅极和晶体管T2的漏极。晶体管T3的漏极接收时钟信号CLK1，并且晶体管T3的源极连接至移位寄存器的输出行(n)，其中，寄生电容耦接于晶体管T3的栅极和源极之间。晶体管T2的栅极耦接至移位寄存器的下一阶段的输出行(n+1)，且晶体管T2的源极耦接至电压VGL。
当移位寄存器前一阶段输出高电压电平信号时，晶体管T1即打开。接着，节点(n)的电压电平也拉高至高电压电平，且晶体管T3也被打开。然后时钟信号CLK1被导至移位寄存器的输出行(n)。当移位寄存器的下一阶段输出被拉高时，晶体管即被打开且晶体管T3接着被关闭。
关于更多移位寄存器的运作可参考图9和图10。图9是显示本发明实施例中两个移位寄存器的电路图。移位寄存器91判定连接至行10的像素TFT是否被打开或维持在关闭状态。移位寄存器92判定连接至行11的像素TFT是否被打开或维持在关闭状态。晶体管T91的栅极和漏极连接至移位寄存器前一阶段的输出行9。节点(10)连接至晶体管T91的源极、晶体管T93的栅极以及晶体管T92的漏极。晶体管T93的漏极接收时钟信号CLK1且晶体管T93的源极连接至移位寄存器的输出行10，其中，寄生电容耦接于晶体管T93的栅极和源极间。晶体管T92的栅极耦接至移位寄存器下一阶段的输出行11，且晶体管T92的源极耦接至电压VGL。
晶体管T94的栅极和漏极连接至移位寄存器91的输出行10。节点(11)连接至晶体管T94的源极、晶体管T96的栅极以及晶体管T95的漏极。晶体管T96的漏极接收时钟信号CLK2，且晶体管T96的源极连接至移位寄存器的输出行11，其中，寄生电容耦接于晶体管T96的栅极和源极间。晶体管T95的栅极耦接至移位寄存器下一阶段的输出行12，且晶体管T95的源极耦接至电压VGL。关于图9显示的电路的详细运作请参考图10。
图10是显示图9中移位寄存器的波形图，在时间区间T1中，晶体管T91的栅极接收来自行9的电压VGM，因此打开晶体管T91。同时，节点(10)的电压电平也增至VGM，且晶体管T93因此打开。在时间区间T2中，行10的电压电平增加至VGH，VGH和时钟信号CLK1的电压电平相同。同时，晶体管T94也打开，且节点(11)的电压电平增至电压电平VGH。在时间区间T3中，晶体管T92和T96被打开。因此节点(10)的电压电平被拉低至电压电平VGL。行11的电压电平增至VGH，VGH和时钟信号CLK2的电压电平相同。针对节点(11)来说，节点(11)的电压电平在时间区间T3中被再次拉高，直到晶体管T95打开。当上述情况发生时，节点(11)的电压电平会被拉低至电压电平VGL。
图11是显示本发明实施例中移位寄存器的电路图。晶体管T111的栅极和漏极连接至前一阶段移位寄存器的输出行(n-1)。节点(n)连接至晶体管T111的源极、晶体管T113的栅极和晶体管T112和晶体管T114的漏极。晶体管T113的漏极接收时钟信号CLK1，且晶体管T113的源极连接至移位寄存器的输出行(n)，其中，寄生电容被耦接于晶体管T113栅极和源极之间。晶体管T112的栅极耦接至移位寄存器下一阶段的输出行(n+1)且晶体管T112的源极耦接至电压VGL。晶体管T114和晶体管T115的栅极能接收RESET信号，且两者晶体管的源极耦接至电压VGL藉以快速将行(n)电压电平拉至VGL。
图12是显示本发明实施例中反向扫描功能的移位寄存器的电路图。晶体管T121的栅极和漏极连接至移位寄存器前一阶段的输出行(n-1)。晶体管T123的栅极和漏极连接至移位寄存器下一阶段的输出行(n+1)。晶体管T122的栅极和漏极被接地。节点(n)连接至晶体管T121和晶体管T123的源极、晶体管T126和晶体管T125的栅极、以及晶体管T124的漏极。晶体管T124的栅极接收时钟信号CLK3。晶体管T126的漏极接收时钟信号CLK1，且晶体管T1126的源极连接至移位寄存器的输出行(n)，其中，寄生电容耦接于晶体管T126的栅极和源极之间。晶体管T124、晶体管T125和晶体管T127的漏极耦接至电压VGL。晶体管T122的源极连接至晶体管T125的漏极和晶体管T127的栅极。
在正向扫描时，节点(n)的电压电平根据行(n-1)电压电平而被判定。当执行到最后一行的正向扫描时，可接着执行反向扫描运作。因此，节点(n)的电压电平根据行(n+1)的电压电平而判定。正向扫描和反向扫描的运作和上述移位寄存器的运作相似，在此不再赘述。
本申请案对应于美国优先权申请案14/022，544，送件日期为2013年9月10日。其完整内容已整合于此。
说明书使用的"判定”一词包括计算、估计、处理、取得、调查、查找、确定、以及类似意义。"判定”也包括解决、检测、选择、获得、以及类似的意义。
本发明描述的各种逻辑区块、模块、以及电路可以使用通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、特定应用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)、或其他可程控逻辑元件、离散式逻辑电路或晶体管逻辑门、离散式硬件元件、或用于执行本发明所描述的执行的功能的其任意组合。通用处理器可以为微处理器，或者，该处理器可以为任意商用处理器、控制器、微处理器、或状态机。
本发明描述的各种逻辑区块、模块、以及电路的操作以及功能可以利用电路硬件或嵌入式软件代码加以实现，该嵌入式软件码可以由一处理器存取以及执行。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (18)

1.一种液晶显示装置，包括:
像素阵列，包括设置为行和列的多个像素；
计时控制器，输出时钟信号；
栅极驱动器，接收该时钟信号，包括:
第一移位寄存器，耦接该像素阵列的第一行；以及
第二移位寄存器，耦接该像素阵列的第二行，其中，当判定该第一行将被略过时，该第一移位寄存器以该时钟信号输出第一电压电平至该第一行，且当判定该第二行将被扫描时，该第二移位寄存器以该时钟信号输出第二电压电平至该第二行，其中，该第一电压电平在该第二电压电平和第三电压电平之间，该第三电压电平维持该像素阵列的先前写入显示数据。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该计时控制器接收控制信号，以调整该时钟信号的电压电平。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中该控制信号根据先前帧以及目前帧或该目前帧以及下一帧而判定。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该计时控制器包括判断模块，用于接收和比较目前帧和先前帧，藉以判定哪一行需要扫描或略过。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中该判断模块逐行比较该目前帧和该先前帧行。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该计时控制器还包括时钟产生器，当判定该第一行将被略过时，以该时钟信号产生该第一电压电平至该第一行。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中这些像素至少其中之一包括像素晶体管，且该像素晶体管由该第二电压电平打开。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中该第一电压电平设定不打开该像素晶体管，但具有足够的电压，用以维持该第一移位寄存器的运作传送。
9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一移位寄存器包括第一晶体管，该第一晶体管包括第一漏极、第一栅极以及第一源极，该第一漏极耦接前一移位寄存器的输出，该第一栅极耦接该前一移位寄存器。
10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其中该第一移位寄存器还包括第二晶体管，该第二晶体管包括第二漏极、第二栅极以及第二源极，该第二漏极耦接该第一晶体管的该第一源极，该第二栅极耦接下一移位寄存器的输出，以及该第二源极耦接该第三电压电平。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其中该第一移位寄存器还包括第三晶体管，该第三晶体管包括第三漏极、第三栅极以及第三源极，该第三漏极接收该时钟信号，该第三栅极耦接该第一晶体管的该第一源极，以及该第三源极耦接该第一移位寄存器的输出。
12.一种液晶显示装置，包括:
像素阵列，包括设置为行和列的多个像素，其中这些像素至少其中之一包括像素电极和共同电极；以及
判断模块，接收并比较第一帧和第二帧，藉以判定该像素阵列的第一行是否需要扫描或略过，其中，当判定该第一行将被跳过时，则维持该共同电极的电压电平，且当判定该第一行将被扫描时，则拉低该共同电极的该电压电平，直到耦接该第一行的这些像素被打开。
13.一种栅极驱动方法，用于具有多个移位寄存器的栅极驱动器，包括:
接收第一帧和第二帧；
判定像素阵列的第一行是否需要扫描或跳过；
当判定该第一行将被略过时，使用第一电压电平产生第一时钟信号且传送该第一时钟信号至对应该第一行的第一移位寄存器；以及
当判定该第一行将被扫描时，使用第二电压电平产生第二时钟信号且传送该第二时钟信号至该第一移位寄存器，其中，该第一电压电平位于该第二电压电平和第三电压电平之间，该第三电压电平维持该像素阵列的先前写入显示数据。
14.如权利要求13所述的栅极驱动方法，其中这些像素至少其中之一耦接该第一行，该像素包括像素晶体管，且该像素晶体管由该第二电压电平打开。
15.如权利要求14所述的栅极驱动方法，其中该第一电压电平设定不打开该像素晶体管，但具有足够的电压，用以维持该第一移位寄存器的运作传送。
16.如权利要求13所述的栅极驱动方法，其中该第一移位寄存器包括第一晶体管，该第一晶体管包括第一漏极、第一栅极以及第一源极，该第一漏极耦接前一移位寄存器的输出，该第一栅极耦接该前一移位寄存器。
17.如权利要求16所述的栅极驱动方法，其中该第一移位寄存器还包括第二晶体管，该第二晶体管包括第二漏极、第二栅极以及第二源极，该第二漏极耦接该第一晶体管的该第一源极，该第二栅极耦接下一移位寄存器的输出，以及该第二源极耦接地极电压电平。
18.如权利要求17所述的栅极驱动方法，其中该第一移位寄存器还包括第三晶体管，该第三晶体管包括第三漏极、第三栅极以及第三源极，该第三漏极接收该时钟信号，该第三栅极耦接上述第一晶体管的该第一源极，以及该第三源极耦接该第一移位寄存器的输出。
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