TW476058B - Circuit and method for driving source of liquid crystal display - Google Patents

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B7 五、發明說明（1 ) ' 本發明係關於液晶顯示器，尤指驅動液晶顯示器的源 極線之電路及方法，此可降低該液晶顯示器之消耗功率。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 就顯示視頻信號之顯示裝置而言，液晶顯示器（LCD) 吸引了遞增之注意力，且針對此種裝置之檢討及研究正主 動的實施中。通常，LCD可粗分為液晶面板元件及驅動元 件。液晶面板包含一下玻璃板而像素電極與薄膜電晶體 (TFT)以矩陣型式配置於該下玻璃板之上，一上玻璃板而 一共用電極與一彩色過濾層形成於該上玻璃板之上，以及 一液晶層充填於該上與下玻璃板之間。 驅動元件包含一視頻信號處理器用以處理外部輸入之 視頻信號，一控制器用以接收一由視頻信號處理器輸出之 合成同步信號，將該合成同步信號分成水平與垂直同步信 號以及回應模式（NTSC，PAL或SECAM)選擇信號而控制 時序’一源極驅動器用以回應控制器之輸出信號而供應一 "ί»號電壓給液晶面板之源極線，以及一閘極媒動器用以回 應控制器之輸出信號而順序施加驅動電壓給液晶面板之掃 描線。吾人已主動實施研究以便降低上述建構之液晶顯示 器之消耗功率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參看隨附圖式，說明驅動LCD源極的傳統電路及方法 〇 第1圖顯示傳統TFT-LCD之組態。參看第1圖，tfT· LCD包含一液晶面板1〇而該面板在位於多數閘極線gl與 多數源極線SL之每一相交點處均具有像素，一源極驅動 器20用以經由源極線SL而為每一像素提供一視頻信號， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 476058 A7 ___B7 _^_ 發明說明（2) 以及一閘極驅動器30用以選擇液晶面板丨〇之一特定閘極線 GL以便開啟複數像素。此處，每一像素之組成為一TFT】 而其閘極連至閘極線GL且其汲極連至源極線SL，一儲存 電容Cs並聯於TFT1之源極，以及一液晶電容器cic。 第2圖顯示傳統TFT-LCD之源極驅動器之組態。本圖 式中，揭示之源極驅動器之實例為一 384通道，6位元之驅 動器。亦即，每一 R ’ G，B數據為6位元且列線路之數量 等於3 84。參看第2圖，源極驅動器包含一移位暫存器21， 一取樣閂鎖器22，一保持閂鎖器23，一數位/類比轉換器24 ，以及一輸出緩衝器25。 移位暫存器21可回應源極脈衝時脈HCLK而移位水平 同步信號脈衝HSYNC，以便輸出一閂鎖致能時脈給取樣 問鎖器22。取樣閃鎖器22回應移位暫存器21輸出之閃鎖致 能時脈而藉著列線路取樣並閂鎖數位R，G，B數據。保持 閂鎖器23可回應一負載信號LD而同時接收取樣閂鎖器22 所閂鎖之R，G，B數據以便閂鎖R，G，B數據。數位/類 比轉換器24將保持閂鎖器23中所儲存之數位R，G，B數據 轉換成類比R，G’ B數據。接著，輸出緩衝器25可放大相 關於R，G，B數據之信號電流以將其輸出至液晶面板之源 極線。 如上所建構之源極驅動器於一水平週期間取樣並保持 數位R，G，B數據，將該等數據轉換成類比R，G，B數據 ，以及以電流方式放大該等數據。此處，當保持閂鎖器23 保持相關於η列線路之R，G，B數據時，取樣閂鎖器22即 適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） ~c ' ---II-----裝·！ l· ! I 訂·！ I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476058 B7___ _ 五、發明說明（3 ) ^ 取樣相關於n+1列線路之R，g，B數據。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第3圖顯示傳統TFT-LCD之閘極驅動器。參看第3圖， 閘極驅動器包含一移位暫存器31，一位準移位器32以及一 輸出緩衝器33。移位暫存器31回應一閘極脈衝VCLK而移 位垂直同步信號脈衝VCYNC以便順序致能掃描線。位準 移位器32順序將施加至掃描線上之信號進行位準之移位以 便將該信號輸出至輸出緩衝器33。藉此，連接至輸出緩衝 器33之複數掃描線可被順序致能。 下文將說明驅動前述建構之傳統TFT-LCD之方法。 首先，源極驅動器20之取樣閂鎖器22可順序接收相關 於一單一像素之視頻數據並儲存相關於源極線SL之視頻 數據。閘極驅動器30輸出一閘極線選擇信號GLSS以選擇 複數閘極線GL中之一。接著，開啟連接至選定閘極線gl 之TFT 1以便將保持閂鎖器23中所儲存之視頻數據施加至 其汲極，藉此將視頻數據顯示於液晶面板1〇上。 接著，重複上述作業以便將視頻數據顯示於液晶面板 10上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此時，源極驅動器20提供VCOM，正向以及負向視頻 信號給液晶面板10以便在其上顯示視頻數據。 第4圖顯示第1圖視頻信號之電壓範圍。參看第4圓， 每次畫面改變時，正向與負向視頻信號即交替供應給像素 以便在TFT-LCD操作期間不直接施加直流電壓至液晶上 ，以及，基於此，提供VCOM至TFT-LCD上面板之電極 處而該VCOM為正向與負向視頻信號間之中間電壓。假設 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7
476058 五、發明說明（4 ) 正向與負向視頻信號基於VCOM而交替施加至像素上，然 而液BB之光傳輸曲線相互不一致時，則產生閃烤現象。 據此，為了減少閃爍之產生，爰採用四種轉換模式如 第5A，5B，5C，5D圖所示。該等轉換為畫面轉換，線路 轉換，列轉換，以及點轉換模式。 第5A圖顯示畫面轉換模式其中僅當畫面改變時視頻 信號之極性才進行調變，以及第5B圖顯示線路轉換模式 其中每次閘極線GL改變時視頻信號極性均改變。此外， 第5C圖顯示列轉換模式其中當源極線與畫面改變時視頻 信號極性即改變，以及第5D圖顯示點轉換模式其中每當 每一源極線SL與閘極線GL改變且畫面改變時，極性即改 變。圖面品質良好之次序為畫面轉換，線路轉換，列轉換 ，及點轉換，以及極性改變之次數會正比於圖面品質而變 得較多進而導致功率消耗之遞增。此現象將於下文中參看 第6圖所示用以驅動傳統LCD之點轉換模式加以詳細說明 。第6圖顯示施加至液晶面板10之奇數源極線SL或偶數源 極線SL上之視頻信號波形。此顯示源極線SL之視頻信號 極性係基於VCOM而於每一閘極線改變時進行調變。 此處，假設整個TFT-LCD面板均顯示相同之灰色，則 源極線SL之視頻信號之變化寬度（V)將成為VCOM加上正 向視頻信號或VCOM加上負向視頻信號之兩倍。據此，因 為每當閘極線GL改變時視頻信號之極性均基於VCOM而 由正改變為負或由負改變為正，所以傳統之點轉換會消耗 大量之功率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 111!1! ^^ 一！ I I I I t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 476058 A7
五、發明說明（5 ) -----I--Ί! -裝 ill·· — 丨訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 第6圖顯示當一黑色影像利用常白模式液晶加以顯示 時’視頻k號之擺幅寬度。此例中，每一水平週期需要一 寬廣寬度之電壓擺幅，此電壓擺幅可藉輸出放大器之電壓 VDD所提供之能量而獲得，以及功率消耗於每二水平週 期（週期：H)時發生。 第7圖係用以驅動電容負荷之一般CMOS電路圖。參 看第7圖，PMOS電晶體P1之源極係連接至電源Vh且其汲 極係連至一 NMOS電晶體N1之汲極以構成一輸出側， NMOS電晶體N1之源極係連至另一電源vL，NMOS與PMOS 電晶體Nl，P1之閘極接收一輸出信號（或輸入信號）頻率F ’以及一負荷電容器(:⑺…係連接於NMOS與PMOS電晶體 N卜卩1之汲極以及NMOS電晶體N1之源極之間。 上文構建之傳統CMOS驅動電路之消耗功率係以下列 方程式（1)表之。 pconv=Cload x VH x (VH-VL) x F ............(1) 其中CL0At^|示負荷電容器CL0AD之電容，以及F指示輸出 信號（或輸入信號）頻率，且VfV^。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然而，在驅動LCD源極之傳統方法中，因為驅動源極 所消耗之功率量係正比於視頻信號之擺幅寬度，因而需要 大篁之消耗功率’故每二水平週期時均會發生大量之功率 消耗。 據此，本發明係關於一種驅動液晶顯示器之源極線之 電路及方法而此可實質排除因相關技藝之限制與缺點所導 致之一或多項問題。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 五、 經濟部智慧財產局員工消費合^：社印製
發明說明（6 本發明之-目的係提供_種驅動液晶顯示器之源極線 電路及方法’此可減少極性轉換所需之消耗功率及伴隨 之寬廣寬度之電壓擺幅’同時，可減少一放大器之驅動消 耗功率。 為完成本發明之目的，爰提供一種液晶顯示器之源極 ，動電路，源極驅動電路具有_移位暫存器，_取樣閃鎖 器 保持閂鎖器，一數位/類比轉換器及一輸出緩衝器 ’該源極驅動電路包含：_第—極性之調冑器用以實施奇 數源極線之極性調變；一第二極性調變器，相對於第一極 性調變器，用以實施偶數源極線之極性調變；以及複數個 夕工器或開關用以回應一外部控制信號而由輸出緩衝器之 輸出以及第一與第二極性調變器之輸出中選擇一輸出，以 便輸出該選定之一輸出至像素。 另提供一種液晶顯示器之源極驅動法，而此法係施加 負向與正向視頻信號至液晶顯示器（該液晶顯示器包含第 一與第二面板以及一崁插於其間之液晶）之源極線，其中 每一視頻信號係以電壓分成極性調變與灰度決策之二相位 的方式進行施加程序。 吾人將了解前述一般說明及下列詳細說明僅為示範與 說明之用且擬以申請專利範圍所主張者來提供本發明進一 步之說明。 包含於本文以提供對本發明之進一步了解且併入並構 成本說明書之一部份的隨附圖式，係揭示本發明之實施例 並配合說明以解釋本發明之原理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 9 --------Γ —--訂----— 1!^ Γ请先閱讀背面之注意事項再填窩本頁) 476058 A7 _____B7__ 五、發明說明（7 ) ' 圖式中： 第1圖顯示傳統TFT-LCD之組態； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖顯示傳統TFT-LCD之源極驅動電路之組態； 圖3顯示傳統TFT-LCD之閘極驅動電路之組態； 第4圖顯示第丨圖之視頻信號之電壓範圍； 第5A，5B，5C及5D圖顯示TFT-LCD之轉換模式； 第6圖顯示依據點轉換法之傳統源極驅動電路之輸出 波形； 第7圖係驅動一電容負荷用之一般CMOS之電路圖； 第8圖顯示依據本發明之點轉換法之源極驅動電路之 輸出波形； 第9 A圖顯示逐步式源極驅動法中之全黑影像之驅動 信號的波形； 第9B圖顯示逐步式源極驅動法中之全白影像之驅動 信號的波形； 第10A，10B，及10C圖顯示本發明TFT-LCD之源極駆 動電路之組態； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第11A及11B圖顯示用以控制第10A，10B及10C圊之 MUX-A及MUX-B或開關之控制信號波形； 第12A與12B圖係第10B及10C圖之輸出緩衝器之放大 電路圖， 第13圖係極性調變器之電路圖； 第14圖顯示用以驅動本發明源極驅動電路之極性調變 電路之實例； 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297公釐） 476058 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) * 第1 5圖顯示用以驅動本發明源極驅動電路之極性調變 電路之另一實例； 第16圖顯示一 30吋之UXGA面板； 第17圖顯示一分成10段之負荷模型； 第1 8圖顯示用以顯示一全黑影像之驅動信號波形及控 制信號波形；以及 第19圖顯示用以顯示一全白影像之驅動信號波形及控 制信號波形。 現將詳細參看本發明之較佳實施例，且其實例將揭示 於隨附圖式中。 第8圖揭示本發明點轉換模式之視頻信號之操作範圍 〇 在充作本發明TFT-LCD之源極驅動法之用的逐步式源 極驅動法中，係實施視頻信號之傳輸，且該信號分成極性 調變與灰度決策之二相位。參看第8圖，依據極性調變來 執行一電壓擺幅B而該擺幅範圍係介於一相關於負向視頻 信號之中間灰色的電壓VL與一相關於正向視頻信號之中 • 間灰度的電壓VH之間，以及接著用以決定灰度之電壓擺 幅C ’ D可藉著源極驅動器之一放大器而完成。此處，電 壓VL及VH無需受限於負向與正向視頻信號之中間電壓， 且該等電壓可為負向與正向視頻信號内之任意電壓。
下文將說明本發明之點轉換法之功率消耗，分成一因 極性調變而產生者而另一則因灰度決策而產生者。參看第 8圖，因極性調變b而生之消耗功率係由極性調變電壓VH 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — — — — — — — — — — — ！ _ I I I l· I I I t ·!!! * ^^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 476058 A7
五、發明說明（9 ) -----：---,---#-裝 i· ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 來提供而灰度顯示C(本例中為黑色影像）所需之消耗功率 則由放大器之電源VDD來提供。此外，需要電壓擺幅〇以 便在極性調變至負向視頻區内之電壓VL内之後顯示一白 色影像，該電壓擺幅亦由放大器之電源VDD來提供。然 而，當黑色影像在極性調變至負向視頻區内之電壓VL中 之後顯現時，放大器所造成之功率消耗並不會發生，但是 極性調變電壓VL所致之功率消耗卻在執行極性調變至正 向視頻區内之電壓VH内時產生。此係安排於下列表1中。 表1 電壓擺幅 A B C D 電源 極性調變VL 極性調變VH 放大器 放大器 表1顯示本發明點轉換驅動法之功率消耗之發生情形 Ο 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第9A，9B圖揭示本發明逐步式源極驅動電路之驅動 信號波形，分別顯示一全黑影像之情形及一全白影像之情 形。亦即，9 A圖顯示逐步式源極驅動法中之全黑影像的 驅動信號波形’以及第9B圖顯示逐步式源極驅動法中之 全白影像之驅動信號波形。 參看第9A，9B圖，本發明之點轉換法係驅動複數源 極線而一水平週期Η則分成極性調變與灰度決策之二相位 。在此一逐步式源極驅動法中，具有一寬廣電壓擺幅寬度 之極性調變可利用經由逐步充電而使電荷回復之方式來減 少消耗功率，並容許放大器僅供應灰度顯示所需之消耗功 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4/6058 A7
五、發明說明（1〇) 率，以藉此減少驅動消耗功率。 下文將說明本發明TFT-LCD之源極驅動電路之組態， 其可減少消耗功率。 第10A，10B，10C圖顯示本發明TFT-LCD之源極驅動 電路之組態。參看第1〇Α圖，複數組多工器（Μυχ)8〇或開 關81係回應一外部控制信號c〇N而由一輸出緩衝器5〇之 輸出信號及一奇數極性調變器6〇與一偶數極性調變器7〇之 輸出信號中選擇一輸出信號，並將該選定之輸出信號傳送 給像素。 經濟部智慧財產局員工消費合休社印製 在TFT-LCD之點轉換中，因相鄰源極線之信號極性係 相反者，故源極線中之逐步式電荷驅動方向亦相反。亦即 ’假設逐步式充電係在一奇數源極線電容器中實施，則逐 步式放電應在一偶數源極線電容器中實施。另，構成極性 調變器之開關係以相互反向之次序操作。據此，本發明之 源極驅動電路具有奇數極性調變器6〇及偶數極性調變器7〇 ’分別設定，以便分別驅動奇數源極線及偶數源極線。 本發明TFT-LCD之源極驅動電路包含輸出緩衝器5〇用 以放大由第2圖數位/類比轉換器24所轉換之類比數據信號 之電流並將其輸出至面板之源極線，奇數極性調變器6〇用 以·驅動奇數源極線，偶數極性調變器70用以驅動偶數源極 線，以及複數組MUX80或開關81用以回應外部控制信號 CON而由輸出緩衝器50之輸出信號及奇數與偶數極性調 變器60 ’ 70之輸出信號中選擇一輸出信號並將該輸出信號 輸出至像素 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 — — — — — — — — — — — — 蠢 一 — — — l· — 通 — 一·^·1111111« (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 476058 A7
五、發明說明（11) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦即，除了輸出緩衝器之後的部分（亦即奇數與偶數 極性調變器60，70以及MUX80或開關81)以外，本發明之 TFT-LCD之源極驅動電路具有與傳統tFT_LCE)之源極驅 動電路相同之組態。MUX80依據外部控制信號C0N來決 定極性調變及灰度決策。 參看第10B圖，係提供一第一多工部分MUX-A80a用 以接收由放大器AMP-Η與AMP-L(用以放大由圖2之數位/ 類比轉換器24所轉換之類比數據信號之電流）所組成之輸 出緩衝器50之輸出信號並回應一外部控制信號E〇而選擇 一輸出信號以便將該選定之輸出信號輸出至像素，以及一 第二多工部分MUX-B80b用以接收第一多工部分80a及奇 數與偶數極性調變器60，70之輸出信號並回應外部控制信 號CON而選擇其中之一輸出信號以便將該選定之輸出信 號輸出至像素。 以及，第10C圖係較第10A，10B圖之電路更為簡單之 電路。如第10C圖所示，可採用三組開關81以替代每一列 之複數個第一多工部分MUX-A80a與第二多工部分MUX-B80b。第10C圖所示之PMO與PME意義分別為奇數列之極 性調變器與偶數列之極性調變器。 第11A圖顯示用以控制第10A與10B圖之MUX-B與 MUX-A之控制信號之波形，及第11B圖顯示用以控制第 10C圖之開關之控制信號之波形，第12A與12B圖係第10B 與10C圖之輸出緩衝器之放大器電路圖。參看第11A圖， 當控制信號CON為”1”狀態時即實施極性調變以及當控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,裝 訂· 476058 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（12) ~ 信號CON為”0”狀態時即實施灰度決策。此處，控制信號 CON係控制第10A與10B圖之MUX-B而控制信號EO則控制 第10A圖之MUX-A。 第10C圖所示之電路係藉第11B圖所示之控制信號加 以操作。操作電路時，當控制信號CON為”1”狀態（CON=l) 時即實施極性調變而當控制信號CON為狀態（CON=0) 丨時即實施灰度決策。灰度決策時，視E01 = l或E02 = l來決 定顯示正向或負向視頻信號。 輸出緩衝器50之放大器包含兩種AMP-Η與AMP-L而 其具有不同之電源電壓VDD如第12A與12B圖所示。亦即 ，AMP-H(VDD=10V)僅供正向視頻區之灰度使用而AMP-L(VDD=5V)僅供負向視頻區之灰度使用。此外，當如第6 圖之D所示傳輸負向視頻信號時有可能採用一低壓放大器 ，以減少相較於僅採用高壓放大器時之消耗功率。奇數與 偶數極性調變器之組態將於下文中更詳細說明之。 第13圖係每一極性調變器之電路圖。參看第13圖，當 一負荷電容器Cumd藉逐步式電壓（此係由範圍從至VH之 電壓除以5(通常為N)而得出）驅動時’消耗功率PSTEpW1SE可 減低至方程式（1)所表消耗功率之1/5(通常為1/N)。此顯示 於下列方程弍（2)之中。
Pstepwise=CloadVhF(Vh-Vl)/5=Pconv/5 ......(2) 此處，負荷電容(:⑺…為Μ列線路之電容總和，其中 Μ相關於單一源極驅動器之輸出數量之1/2。 本發明之源極驅動法中，極性調變電路ΡΜ基於點轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 — — — — — — — — — — — — — · I I I I I I ·1111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476058 A7 B7 五、發明說明（13) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 換驅動而需實施偶數列之極性調變及相對之奇數列之極性 調變使得一單一源極驅動電路應管理相互分開之偶數與奇 數列。因此，一源極驅動電路需要兩極性調變電路PM。 例如，當本法應用於一具有300組輸出之TFT-LCD之源極 驅動電路上時，Μ成為150。 外部電容器CEXT1 ’ CEXT2 ’ CEXT3 ’與CEXT4為設置於源 極驅動晶片外側之電容器，每一電容器之尺寸約相關於Μ 負荷電容器CL0AD尺寸之100倍。此類外部電容器CEXT1， CeXT2 ’ CEXT3 ’ 與 CEXT4 分別係以 VL+(4/5)(VH-VL)， VL+(3/5)(VH-VL)，VL+(2/5)(VH-VL)與 VL+(1/5)(VH-VL)加以 充電，而該等電壓係藉著等分VH與VL間之電壓差的方式 而獲得。此處，VH較VL為高。此外，VH，Vi^與外部電容 ^CEXT1 ’ CEXT2 ’ CEXT3 ’ 與 Cext4係經由開關 SW6 ’ S W5 ’ SW4，SW3，SW2與SW1而連至負荷電容器CL0AD，該等 開關係依據一外部信號而分別開啟或關閉。 同時，逐步式源極驅動法除了減少消耗功率之效應外 應充分提供每一步驟所需之短期時間以及小驅動電路尺寸 ，以便實際用來驅動TFT-LCD之源極線。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 下文將說明採用極性調變電路充作本發明TFT-LCD源 極驅動電路之逐步式源極驅動電路的消耗功率可減少之原 因。 參看第13圖，假設當外部電容器CEXT1 5 CEXT2 * CEXT3 ，與CEXT4以電壓初始充電時，相鄰外部電容器之電壓間 存有1/5之相等差異。假設當負荷電容器CL0AD以電壓乂^初 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 476058 五 Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 、發明說明（14) 始充電，且欲充電至VH時，開關即由SW1至SW6順序開啟 。藉此，該負荷電容之電壓由VL逐步遞增至VH且每一步 驟之電壓均配合相關外部電容器充電之結果。 相反地，當負荷電容器cLOAD*vH放電至vL時，開關 相對於充電之情形而由SW6至SW1順序開啟。此處，當每 一外部電容器充電至VH時所提供至負荷電容器Cu)AD之 VL+(1/5)(VH-VL)係於放電至VL時回復原狀，使得每一外 部電容器供應給負荷電容器CL0ADi電力實質變為〇。 此外，依據VH之電源係藉開啟開關SW6而完成。此 處’因負荷電容器CLOAD恰於開關SW6開啟之前以 VL+(4/5)(VH-VL)進行充電，故實質上藉Vh充電之電壓為 1/5(VH-VL)且消耗功率減少為方程式（1)所示之1/5。 第14圖為用以驅動本發明源極驅動電路之極性調變電 路之實施例的電路圖。參看第14圖，奇數極性調變器6〇及 偶數極性調變器70係共用外部電容器。電阻器r用以決定 外部電容器之初始充電電壓。當開關S在源極驅動電路之 初始操作階段藉著一信號STR控制而開啟時，電流即流經 電阻器R使得電壓分布係依據電阻器而實施且每一分布電 壓均儲存於每一外部電容器中。一旦所欲之電壓儲存於每 一外部電容器中’開關即藉著STR信號關閉，以便防止不 必要之電流流經電阻器而產生功率消耗。據此，電阻器可 整合至源極驅動晶片内側而外部電容器則設置於晶片外側 如第13圖所示。 第14圖所示第一與第二移位暫存器9〇a，9〇b可產生一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — — — •ml· — — — ^ ·1111111 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 476058 A7 B7 五、發明說明（15) - 信號用以控制逐步式源極驅動電路之開關SW1-SW6 ^控 制每一開關之信號係利用此類第一與第二移位暫存器9〇a ，90b而内部地產生於源極驅動晶片内側而非由晶片外側 外部地提供以使輸入信號之數量可減少β第14圖中，CLK2 為一時脈信號以供第一與第二移位暫存器9〇a，90b之用， PMS為第一與第二暫存器90a，90b之觸發信號而pmd為決 定移位方向之信號。 當”1”之PMD信號施加至第一移位暫存器9〇a時，則，，〇，， 提供給第二暫存器90b。此可藉著如此之方式來完成使得 一反相器100可設置於第一或第二移位暫存器90&或901)之 前以便施加互為相反之信號給移位暫存器。此為必要的， 因為在奇數極性調變器60與偶數極性調變器70中，既然一 開關之開啟與關閉次序係相對於另一開關者，故施加至一 開關之開啟信號之次序亦應相對於另一開關者。 不同地，如第15圖所示可僅採用一移位暫存器以替代 第一與第二移位暫存器90a，90b。在此例中，開關之連接 順序可相對於第14圖者而配置。 下文將說明有關本發明之點轉換法之時序的模擬結果 及其内採用之電路尺寸。 例如，本發明係應用至30吋之UXGA面板及14吋之. XGA面板上。下文將說明30吋之UXGA面板。 如第16圖所示，因現行開發之30忖面板係藉四分式驅 動來操作，故本發明係在30吋UXGA面板亦藉四分式驅動 來操作之假設前提下實施模擬作業。在四分式驅動之情形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） , ---^wa i — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 18 476058 A7 B7 Φ 經濟部智慧財產局員工消費合体社印製 五、發明說明（16) 下，四組分割面板中之每一面板均相關於一 1 5吋SVGA面 板。此處，列線路係以C = 128pF與R=2.5KQ之負荷來操作 且線路時間等於22微秒。C與R之值係經由典型之相素用 Raphael 3D模擬法而獲得。因為C與R係散佈於實際之源 極線内，故採用如第17圖所示之分成10段的負荷模型。 假設採用第13圖所示之五步法，則極性調變所需之時 間週期受限為低於一水平週期1H之1/2，而其餘之時間週 期係分配給依據放大器之灰度顯示所需之時間週期，XGA 面板具有約16微秒之線路時間以及SVGA面板具有約22微 秒之線路時間。因此，XGA與SVGA面板中所容許之步驟 時間週期分別約為1.5微秒與2微秒。能滿足此一時序條件 之第13圖之開關的電晶體尺寸係安排於表2，3，4，5中。 此處，每一開關可僅由NMOS電晶體組成或由NMOS 與PMOS電晶體組成，每一電晶體之通道長度通常為0.6微 米。此外，在極性調變中，分別提供給每一開關（NMOS 電晶體）l〇V與0V以便開啟及關閉，此因2.25-7.75V之電壓 應供應至負荷電容器CaAD。相反地，假設開關由PMOS電 晶體組成，則相對於上述情況，係提供0V與10V以便開啟 及關閉。 表2 :當步驟時間為1.5微秒且每一開關均由NMOS電晶體 組成時之電晶體尺寸 開關 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 尺寸(微米） 400 400 400 500 500 600 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19 — — — — — — — — — — — — — · I I I I I I ·1111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476058 A7 B7 五、發明說明（17) 如表2所示，每一開關均僅由NMOS電晶體組成，而 SW1，SW2，與SW3具有400微米之尺寸，SW4與SW5具 有500微米之尺寸，以及傳輸最高電壓之SW6具有600微米 之尺寸。 下文表3顯示當傳輸最高電壓之開關SW6由PMOS組 成時之電晶體尺寸。因開關SW6應傳送最高電壓，故希望 施加0 V充當開啟信號以提昇4 ¥^[_值。 表3 :當步驟時間為1.5微秒且開關由NMOS與PMOS電晶 體組成時之電晶體尺寸 開關 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 型式 N N N N N P 尺寸(微米） 400 400 400 500 500 600 如表3所示，以電晶體尺寸為考量時，開關SW6以 PMOS電晶體，而非NMOS電晶體，組成較為有利。 表4 :當步驟時間為2.0微秒且每一開關均由一NMOS電晶 體組成時之電晶體尺寸 開關 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 尺寸(微米） 100 100 100 200 200 300 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表5 :當步驟時間為2.0微秒且開關由NMOS與PMOS電晶 體組成時之電晶體尺寸 開關 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 型式 N N N N N P 尺寸(微米） 100 100 100 200 200 250 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 476058 A7 B7 五、發明說明（18) ' 下列表格將安排上述本發明LCD源極驅動電路之功率 消耗模擬之結果。功率消耗模擬之條件係顯示於表6中。 表6 :功率消耗模擬之條件 對角線長度 解析度 晝面頻率 負何 註記 30英吋 UXGA 75 C=255pF R=5kQ 四分式驅動 此處，逐步式源極驅動法中之交流功率消耗模擬之結 果係與傳統高壓驅動法中之交流功率消耗模擬之結果作比 較。第18圖顯示當面板顯示一全黑影像時之驅動波形及控 制信號，以及第19圖顯示當面板顯示一全白影像時之驅動 波形及控制信號。第18與19圖顯示在表6之條件下實施 HSPICE模擬所獲致之結果。亦即，極性調變或灰度決策 係依據控制信號CON而實施。 同時，現行值及消耗功率係安排於下列表7，8與9。 此處，表7之VDDH與VDDL係分別相關於圖12A與12B所 示之AMP-Η與AMP-L之電源。 表7 :用以顯示全黑影像之消耗功率之比較 --II---!!! · — I — l· ! I 訂.！ I! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 消 費 合 作- 社 印 製， 逐步式源極驅動 傳統高壓式 驅動 功率 VDDH VDDL VH VL VDD 電壓(V) 10 5 7.75 2.25 10 平均交流電流值(微安培） 3.8 0 3.2 3.6 23.1 交流消耗功率(毫瓦） 91.2 0 59.5 19.4 554.4 四分割面板中之每一面板 之交流消耗功率（毫瓦） 170.1 554.4 整個面板之交流消耗功率 (毫瓦） 680.4 2218 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 476058 A7 B7 五、發明說明（19) 表8 :用以顯示全白影像之消耗功率之比較 逐步式源極驅動 傳統高壓式 驅動 功率 VDDH VDDL VH VL VDD 電壓(V) 10 5 7.75 2.25 10 平均交流電流值(微安培） 0 3.6 6.9 0 8.7 交流消耗功率（毫瓦） 0 43.2 128.3 0 208.8 四分割面板中之每一面板 之交流消耗功率（毫瓦） 171.5 208.8 整個面板之交流消耗功率 (毫瓦） 686 835.2 表9 :用以顯示全中間灰色影像之消耗功率之比較 逐步式源極驅動 傳統高壓式 驅動 功率 VDDH VDDL VH VL VDD 電壓(V) 10 5 7.75 2.25 10 平均交流電流值(微安培） 0 0 3.2 0 16.0 交流消耗功率（毫瓦） 0 0 59.5 0 384 四分割面板中之每一面板 之交流消耗功率（毫瓦） 59.5 384 整個面板之交流消耗功率 (毫瓦） 238 1536 ----(-------裝----------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據本發明之逐步式源極驅動法，可利用經由逐步充 電之電荷回復方式來減少具寬廣電壓擺幅寬度之極性調變 所需之消耗功率，以及放大器僅供應灰度顯示所需之消耗 功率量，以藉此減少驅動消耗功率。 - 熟悉本技藝人士顯而易知者為用以驅動本發明液晶顯 示器之源極的電路及方法可有各種改換與變動而並不偏離 本發明之精神及範圍。因此，本發明擬涵蓋落於隨附申請 專利範圍及其等效物之範圍内的本發明之改換與變動。 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 476058 A7 B7 五、發明說明（20) 元件標號對照 10...液晶面板 50...輸出緩衝器 20...源極驅動器 60…奇數極性調變器 21...移位暫存器 70...偶數極性調變器 22...取樣閂鎖器 80·.·多工器 23...保持閂鎖器 80a···第一多工部分 24.··數位/類比轉換器 80b…第二多工部分 25...輸出緩衝器 81…開關 30...閘極驅動器 90a···第一移位暫存器 31...移位暫存器 90b…第二移位暫存器 32...位準移位器 100…反相器 33...輸出緩衝器 ---------I--- 訂 — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C8 --- -D8 六、申請專利範圍 ~_ L 一種液晶顯示器之源極驅動電路，該源極驅動電路具 有移位暫存器，一取樣閂鎖器，一保持閂鎖器，一 數位/類比轉換器，以及一輸出緩衝器，該源極驅動電 路包含： 一極性調變器用以實施源極線之極性調變；以及 複數組多工器用以回應一外部控制信號而由輸出 緩衝器之輸出以及極性調變器之輸出中選擇一輸出， 以便輸出該選定之一輸出至像素。 2·如申請專利範圍第1項之電路，其中該極性調變器係由 一用以實施奇數源極線之極性調變的第一極性調變器 及一相對於該第一極性調變器之用以實施偶數源極線 之極性調變的第二極性調變器所組成。 3.如申請專利範圍第2項之電路，其中每一第一及第二極 性調變器係由設置於一源極驅動晶片外側之^组外部電 容器，以及將該η組外部電容器連接至一負荷電容器的 複數組開關所組成。 4·如申請專利範圍第3項之電路，其中每一開關均由一 NMOS電晶體組成。 5.如申請專利範圍第4項之f路，其中構成開關之nMOS 電晶體具有彼此不同之尺寸。 6·如申請專利範圍第3項之電路，其中每一開關均利用 NMOS與PMOS電晶體組成。 7·如申請專利範圍第3項之電路，其中該η組外部電容器 係以等分一範圍由一負向視頻信號之預定灰色值I 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 • ϋ Mmmt n !11 訂·11!1 ϋ I φ 24 ·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申睛專利範圍 A8B8C8D8 正向！頻信號之預定灰色值的電壓.值所獲得孓零壓進 行充電。 ~~~ 8·如申請專利範圍第3項之電路，其中每一外部電容琴 ________ ... -----------------------—— — 、 有大於該負荷電容器之尺寸。 1如申請專利範圍第2項之電路，其中每一第一及笔二声 性調繁器分別包含移位足皮μ之第一及I二移位暫 存器 to CK 10.如申請專利範圍第2項之電路，其中每一第一及第二極 性調變JL包含一單一移位暫存器而該暫存器具有相互 相反之開4連接次序 11· 一種液晶顯示器之源極驅動電路，該源極驅動電路具 有一移位暫存器，一取樣閂鎖器，一保持閂鎖器，一 數位/類比轉換器’以及一輸出緩衝器，該源極驅動電 路包含： 一極性調變器用以實施源極線之極性調變；以及 複數組開關用以回應一外部控制信號而由輸出緩 衝器之輸出以及極性調變器之輸出中選擇一輸出，以 便輸出該選定之一輸出至像素。 12.如申請專利範圍第11項之電路，其中該極性調變器係 由一用以實施奇數源極線之極性調變的第一極性調變 〇 口 ^ ° 益及一相對於該第一極性調變器之用以實施偶數源極 線之極性調變的第二極性調變器所組成。 13·如申請專利範圍第12項之電路，其中每一第一及第二 極性調變器係由設置於一源極驅動晶片外側之n組外部 — — — IIIIIIII! — ® — — — — — — — * 祖 — — i — —— · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 、申請專利範圍 電容器’以及將該nla外部電容器連接至一負荷電容器 的複數組開關所組成。 14·如申請專利範圍第13項之電路，其中每一開關均由一 NMOS電晶體組成。 15·如申請專利範圍第14項之電路，其中構成開關之NM〇s 電晶體具有彼此不同之尺寸。 16·如申請專利範圍第13項之電路，其中每一開關均利用 NMOS與PMOS電晶體組成。 7·如申明專利範圍第13項之電路，其中該]1組外部電容器 係以等分一範圍由一負向視頻信號之預定灰色值至一 正向視頻彳3號之預疋灰色值的電壓值所獲得之電壓進 行疤電。 18·如申請專利範圍第13項之電路，其中每一外部電容器具 有大於該負荷電容器之尺寸。 19.如申請專利範圍第12項之電路，其中每一第一及第二極 性調變器分別包含移位方向相反之第一及第二移位暫 存器。 20·如申請專利範圍第12項之電路，其中每一第一及第二極 性調變器包含一單一移位暫存器而該暫存器具有相互 相反之開關連接次序。 21 · —種液晶顯示器中之源極驅動方法，其施加負相及正相 視頻信號至液晶顯示器之源極線而該液晶顯示器包含 一第一及第二面板以及一崁插於其間之液晶， 其中每一視頻信號進行施加時該信號之電壓係分 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱) ^/〇U^8
    成極性調變及灰度決策之二相位。 22·如申請專利範圍第21項之方法，其中極性調變係傳輪範 圍介於一相關於負向視頻信號之預定灰色值的電壓與 一相關於正向視頻信號之預定灰色值的電壓間之電壓 擺幅。 23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中灰度決策係藉著一 源極驅動電路之放大器來實施。 24. 如申請專利範圍第21項之方法，其中極性調變係採用經 由逐步充電之電荷回復方式。 25. 如申請專利範圍第21或24項之方法，其中放大器僅供應 灰度顯示所需之消耗功率量。 --------------裝--------訂- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 27 -
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