TW588300B - Display device with pre-charging - Google Patents

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Wen-Tang Suen
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Description

,.J.J._ '^\ 文 GO· V.' .η q,) -2
發明說明XI) 先充ί Ϊ:是有關於一種顯示器，且特別是有關於-種預 无死電之顯示器裝置。 士類最早能看到的動態影像為記錄片型態的電影。之 後’陰極射線管（Cathode Ray Tube，簡稱CRT)的發明， f功地衍生出商業化的電視機，並成為每個家庭必備的家 電用品。隨著科技的發展，C R T的應用又擴展到電腦產業 中的桌上型監視器，而使得CRT風光將近數十年之久。但 是CRT所製作成的各類型顯示器都面臨到輻射線的問題， 並且因為内部電子槍的結構，而使得顯示器體積龐大並佔 空間，所以不利於薄形及輕量化。 由於上述的問題，而使得研究人員著手開發所謂的平 面顯示器（Flat Panel Display)。這個領域包含液晶顯示 器（Liquid Crystal Display，簡稱LCD)、場發射顯示器 (Field Emission Display，簡稱FED)、有機發光二極體 (Organic Light Emitting Diode ，簡稱0LED)、以及電漿 顯示器面板（Plasma Display Panel ，簡稱PDP)。其中以 LCD最為醒目且具有薄型化、輕量化及小、中與大型化等 的特性，並符合現代及未來新世代之攜帶式無線通訊與網 路之技術。 以防止液晶組成分解及確保動作壽命等因素來考量， LCD的驅動方式會使用交流驅動的方式。基本的驅動方式 可分為靜態驅動方式及動態驅動方式。其中’靜態驅動方 式係應用於遊樂器及玩具等小規模固定圖形顯示的領域； 而其他領域則以動悲驅動方式為主。
9107twf1.ptc 第5頁 替換頁 ±_η 修正 g號 91110098 五、發明說明（2) 動態驅動方式又可分為簡單矩陣（Simple Matrix)驅 動方式及主動矩陣（Active Matrix)驅動方式兩大種類。 簡單矩陣式之驅動方式通常是用於扭曲向距型（Twisted Nematic，簡稱TN)LCD及超扭曲向距型（Super Twisted
Nematic，簡稱STN)LCD。而主動矩陣式之驅動方式通常是 用於薄膜電晶體（Thin Film Transist〇r，簡稱TFT)LCD。 矩陣式之驅動方式是以行電極及列電極之中的一種做為掃 描訊號電極，而以另一種做為資料訊號電極。矩陣式之驅 動方式一般都使用線順次（one line at a time)的掃描方 式’而其特徵在於（n + m)(n及m為正整數）個電極可控制（n X m)個晝素（Pixel)。 對於主動矩陣式L C D而言，有許多驅動方式已經提 出。習知之一種驅動方式為日本新力公司於igg$年（專利 號為U S 0 0 5 7 6 4 2 0 7 )所提出之一種新的預先充電 (P r e - c h a r g i n g )資料線的方法。此方法可以先對資料線做 預先充電的動作，進而增進對晝素充電的速度。然而，此 方法必須增加預先充電訊號及預先充電控制訊號，這樣會 增加LCD面板的功率消耗。 習知之另一種驅動方式為1997年，由A.Erthart等人 提出將動態隨機存取記憶體（D R A Μ )線路上所使用過的電荷 分享（Charge Sharing)概念應用於LCD之驅動電路的設計 上。此方法的内容是當L C D面板採用點反轉（j) 〇 t Inversion)或；ί亍反轉（Column inversion)時，由於相鄰資 料線上的机號極性相反’在' 一個畫面時間（F r a in e T i in e )的
9107twf1.ptc 第6頁 5^8300 ，“正:.ΐ L 號 91110098 Λ_ 曰 修正 五、發明說明 期間’為了對同一列寫入相反極性的資料，便必須不斷地 對資料線做充電及放電的動作。這樣會浪費原來儲存於資 料線上之寄生電容的功率。為了再利用此部分的功率，A E r t h a r t等人提出將所有極性互為相反的資料線全部相 連，或共同連接到一外部電容，然後利用電荷分享的概 念’這樣資料線可以幾乎預先充電到相反極性電壓的_ 半’所以外部的驅動電路僅需再充電不足的另一半。因 此’當資料線上的極性反轉時，驅動電路所消耗的功率幾 乎可以省一半（當不考慮背光板的功率消耗時）。 為了節省L C D面板的消耗功率，其中一種驅動方式稱 為共同電壓擺動（Vcom Swing)的驅動方式，亦即由外部電 壓源所提供的共同電壓不是固定值，而會在一定的振幅之 内擺動。此種驅動方式係採用Frame Inversion晝面反轉 或線反轉（亦稱為列反轉）的驅動方式將資料寫入。一般而 口 ’為了使影像品質較佳，通常會採用線反轉，而低溫多 晶石夕（Low Temperature P〇ly-Si ，簡稱LTPS)的面板也多 採用此驅動方式。為了更清楚起見，請參照第1圖，其綠 示的是習知之一種顯示器裝置丨〇的示意圖。此顯示器裝置 1 〇包括4條掃描線（S L 1 - s L 4 ) 1 0 2、5條資料線 (DL1-DL5)104、16個晝素1〇6、垂直驅動電路1〇8、訊號驅 動電路1 1 0、5個開關1 1 2、水平驅動電路1 1 4、共同電容 Cc〇m(116)、以及共同電阻Rc〇m(U8)。由第1圖可知，資 料線（D L 1 - D L 5 ) 1 0 4包括數個資料線寄生電阻1 2 〇及數個資 料線寄生電容1 2 2 ’以及每個畫素丨〇 6包括電晶體1 2 4及儲
9107twf1.ptc 第7頁 5m〇0 ^ I * ;> ±_Ά 曰 修正 H 虎 91110098 存電容加液晶電容1 2 6。底下將說明顯示器裝置1 〇之各部 分的功能。 掃描線（S L 1 - S L 4 ) 1 0 2係以列來配置。資料線 (DL1-DL5)104係以行來配置，並且與掃描線（SL1—SL4)1〇2 父叉。母一個畫素1 〇 6係位於每一條掃描線1 〇 2與每一條資 料線1 0 4之交叉處。垂直驅動電路1 〇 8係耦接至掃描線 (S L 1 - S L 4 ) 1 0 2，用以供應連續的數個列選擇脈波至每一條 掃描線1 0 2。訊號驅動電路1 1 〇係用以產生影像訊號 (V i d e 〇 )。開關1 1 2係耦接至訊號驅動電路1 1 〇及資料線 (D L 1 - D L 5 ) 1 0 4，當開關1 1 2導通時，影像訊號（v i d e 〇 )會傳 送到資料線（D L 1 - D L 5 ) 1 Ο 4。水平驅動電路1 1 4係耦接至開 關1 1 2，用以產生連續的數個取樣脈波，以控制開關1 1 2的 導通與否。共同電容Ccom ( 1 1 6 )係具有二端，其中一端係 耦接至畫素1 0 6，而另一端係耦接至地。共同電阻 Rcom(118)係具有二端，其中一端係耦接至畫素106、共同 電容Ccom(116)、以及共同電壓Vcom。而共同電壓Vcom係 由一電壓源所提供。 而習知之一種顯示器裝置1 0之影像訊號（V i d e 〇 )、資 料線電壓DL、真實的共同電壓Vcom、以及共同電壓Vcom之 時序圖，請參照第2圖所繪示。第2圖將配合第1圖來說 明。因為從共同電壓V c 〇 m的輸入端會看陣列面板的共同線 (或彩色濾波器面板的相反電極）上會有很大的電阻電容負 載（由共同電阻Rcom(118)及共同電容Ccom(116)所組成）， 所以當共同電壓V c 〇 m的電壓反轉時，在陣列面板的共同線
9107twf1.ptc 第8頁 5m〇9
換頁 93· ?-0 號 91110098 Λ_ 修正 -------- -1- Γ TrwmmuwM·, «ΜΙΙ,ΜΒ,Ι,Ι 五、發明說明（5) (或彩色濾波器面板的相反電極）上，會 壓V c 〇 m會有上升時間延遲及下降時間延 當資料線（D L 1 - D L 5 ) 1 0 4之充電特性為高 會有充電不足的疑慮。 有鑑於此，本發明提出一種預先充 本發明係藉由增加一組預先充電切換電 制電晶體、以及一預先充電控制訊號， 訊號使此組預先充電切換電晶體導通時 晶體會關閉，而使得共同電容會將儲存 線，以預先充電資料線。因此可以節省 並且改善畫素内的充電情況。 為達成上述及其他目的，本發明提 顯示器裝置。此顯示器裝置包括數條掃 線、數個畫素、垂直驅動電路、訊號驅 關、水平驅動電路、共同電容、共同電 切換電晶體、以及預先充電控制電晶體 線係以列來配置。數條資料線係以行來 掃描線交叉。每一個晝素係位於每一條 料線之交叉處。垂直驅動電路係耦接至 供應連續的數個列選擇脈波至每一條掃 路係用以產生影像訊號。數個開關係耦 及這些資料線，當這些開關導通時，影 些資料線。水平驅動電路係耦接至這些 續的數個取樣脈波，以控制這些開關的 看到真實的共同電 遲的情形。並且， 的解析度時，可能 電之顯示器裝置。 晶體、預先充電控 當此預先充電控制 ，預先充電控制電 的電荷傳送至資料 面板的功率消耗， 出一 描線 動電 阻、 。其 配置 掃描 這些 描線 接至 像訊 開關 導通 種預 、數 路、 數個 中， ，並 線與 掃描 。訊 訊號 號會 ，用 與否 先充 條資 數個 預先 數條 且與 每一 線， 號驅 驅動 傳送 以產 。共 電之 料 開 充電 掃描 這些 條資 用以 動電 電路 到這 生連 同電
9107twf1.ptc 第9頁 5 W°| # -it i ] 丨火,93. 3方〜2封虎91110098_年月曰 修正_ 五、發明說明（6) 容係具有第一端點及第二端點，其中第一端點係耦接至這 些晝素，而第二端點係耦接至地。共同電阻係具有第三端 點及第四端點，其中第三端點係耦接至這些晝素及共同電 容。數個預先充電切換電晶體係耦接至這些資料線、共同 電阻、以及預先充電控制訊號，這些預先充電切換電晶體 的導通與否係以預先充電控制訊號來控制。預先充電控制 電晶體係耦接至共同電阻、這些預先充電切換電晶體、預 先充電控制訊號、以及共同電壓，預先充電控制電晶體的 導通與否係以預先充電控制訊號來控制。另外，這些預先 充電切換電晶體與預先充電控制電晶體之電晶體的型式（η 型，ρ型）必須不同。 在本發明的一實施例中，當預先充電控制訊號使這些 預先充電切換電晶體導通時，預先充電控制電晶體會關 閉，共同電容會將儲存的電荷傳送至這些資料線。 在本發明的一實施例中，這些預先充電切換電晶體可 為η型薄膜電晶體或ρ型薄膜電晶體。 在本發明的一實施例中，這些預先充電控制電晶體可 為η型薄膜電晶體或ρ型薄膜電晶體。 在本發明的一實施例中，預先充電控制訊號係由控 制裝置所產生。 在本發明的一實施例中，共同電壓係由電壓源所產 生。 在本發明的一實施例中，此顯示器裝置係採用共同電 壓擺幅之驅動方式。
9107twfl.ptc 第10頁 5鶴3〇〇 ^ j二替換頁丨 炎-93· 3弓~~2 號 91110098 年 修正 五、發明說明（7) 在本發 型液晶顯示 綜上所 體、預先充 此預先充電 預先充電控 電荷傳送至 改善畫素内 電容相反的 節省在貧料 進而大幅節 上升時間及 為讓本 明顯易懂， 細說明如下 重要元件標 1 0，3 0 :顯 302 明的 器。 述， 電控 控制 制電 資料 的充 電荷 線及 省面 下降 發明 下文 實施例中，此顯示器裝置係一主動矩陣 本發明 制電晶 訊號使 晶體會 線，以 電情況 來協助 共同電 板的功 時間的 之上述 特舉較 係藉由 體、以 此組預 關閉， 預先充 。本發 共同電 壓的電 率消耗 延遲。 和其他 佳實施 增加一組預先充電切換電晶 及一預先充電控制訊號，當 先充電切換電晶體導通時， 而使得共同電容會將儲存的 電資料線。因此本發明可以 明也可藉由資料線中與共同 壓的電壓反轉，也可以達成 極上充電所需的消耗功率， ，並且可以改善共同電壓之 目的、特徵和優點，能更加 例，並配合所附圖示，做詳 102 104 106 108 110 112 1 14 304 306 308 310 312 314 號： 示器裝置 掃描線 資料線 畫素 垂直驅動電 訊號驅動電 開關 水平驅動電 路 路
9107twf1.ptc 第11頁 588^ 史
A 93. li —2虏 號 91110098 曰 修正 五、發明說明（8) 1 1 6 ，31 6 :共同電容 118 ，318 :共同電阻 1 2 0，3 2 4 :資料線寄生電阻 1 2 2，3 2 6 :資料線寄生電容 1 2 4 ，3 2 8 :電晶體 1 2 6，3 3 0 :儲存電容 3 2 0 :預先充電切換電晶體 3 2 2 :預先充電控制電晶體 較佳實施例： 在採用共同電壓擺動之驅動方式而設計的面板中，因 為共同電壓與資料線電壓的極性始終相反，所以本發明係 充分利用這種特性，增加一組預先充電切換電晶體、預先 充電控制電晶體、以及一預先充電控制訊號，而將儲存於 陣列面板的共同線（或彩色濾波器面板的相反電極）上的共 同電容（亦稱為寄生電容）中的電荷，利用電荷分享的原 理，當此預先充電控制訊號使此組預先充電切換電晶體導 通時，預先充電控制電晶體會關閉，而使得共同電容在需 做極性反轉之前，會將儲存的電荷傳送至資料線，以預先 充電資料線。 而根據本發明一較佳實施例之預先充電之顯示器裝置 3 0的示意圖，請參照第3圖所繪示。在此較佳實施例中， 為了簡化起見，顯示器裝置3 0僅包含4條掃描線及5條資料 線，但是熟習此項技術者將顯然可知的是，顯示器裝置3 0 可包含η條掃描線（η為正整數）及m條資料線（m為正整數）。
9107twf1.ptc 第12頁
此顯示器裝置30包括4條掃描線（sl1_SL4)3〇2、5條資料線 (DU-DL 5 ) 3 0 4、16個晝素3 0 6、垂直驅動電路3〇8、訊號驅 動電路3 1 0、5個開關3 1 2、水平驅動電路3 1 4、共同電容 Ccom(3 16)、共同電阻RC0ra(318)、5個預先充電切換電晶 體3 2 0、以及預先充電控制電晶體32 2。由第3圖可知，資 料線（01^1-01^5 ) 3 0 4包括數個資料電阻3 2 4及數個資料電容 3 2 6，以及每個晝素3 0 6包括電晶體3 2 8及儲存電容33〇。其 中’預先充電切換電晶體3 2 0可為n型薄膜電晶體或p型薄 膜電晶體。預先充電控制電晶體3 22可以為一個或多個， 並且可為η型薄膜電晶體或p型薄膜電晶體。而預先充電切 換電晶體3 2 0與預先充電控制電晶體3 2 2之電晶體的型式（^ 型，Ρ型）必須不同，亦即如果預先充電切換電晶體32()為11 型，則預先充電控制電晶體3 2 2必須為ρ型。底下將說明顯 示器裝置3 0之各部分的功能。 … 知描線（S L 1 - S L 4 ) 3 0 2係以列來配置。資料線 (DU-DL5 ) 3 0 4係以行來配置，並且與掃描線（儿丨―SL4)3〇2 交叉。每一個畫素3 0 6係位於每一條掃描線3 〇 2與每一條資 料線3 0 4之交叉處。垂直驅動電路3〇8係耦接至掃描線、 (S L 1 - S L 4 ) 3 0 2，用以供應連續的數個列選擇脈波至每一條 掃描線3 0 2。訊號驅動電路3 1 0係用以產生影像訊號 ” (V i d e 〇 ) °開關3 1 2係輕接至訊號驅動電路3 1 〇資 (DU-DL5 ) 304，當_12_時，影像mu)線會傳 达到資料線（DL1-DL5*) 304。水平驅動電路314係耦接至開 關3 1 2，用以產生連縯的數個取樣脈波，以控制開關3丨2的
9107twf1.ptc 第13頁 5_〇9 .ί V I i— -7 V J 丄一’ 史，9a 修正 號 91110098 I^¥WWTTCi) 導通與否。共同電容Ccom(316)係具有二端，其中一端係 躺接至晝素306 ’而另一端係搞接至地。共同電阻 Rcom (318)係具有二端，其中一端係耦接至晝素3〇6、共同 電容Ccom(316)、以及共同電壓Vcom，其中共同電壓Vcom 係由一電壓源所提供。預先充電切換電晶體3 2 〇係耦接至 資料線3 0 4、共同電阻RC0m(318)、預先充電控制電晶體 3 2 2、以及預先充電控制訊號（PCG)，預先充電切換電晶體 3 2 0的導通與否係以預先充電控制訊號來控制，其中預先 充電控制訊號（PCG)係由控制裝置所產生。預先/充電控制 電晶體3 2 2係耦接至共同電阻Rcom(318)、預先充電切換電 晶體3 2 0、預先充電控制訊號（PCG)、以及共同電壓Vc⑽， 預先充電控制電晶體3 2 2的導通與否係以預先充電控制部 號（PCG)來控制。本發明之預先充電之顯示器裝置^ ^ 作原理是，當預先充電控制訊號（PCG)為高電^準位時， 預先充電切換電晶體3 2 0會導通而預先充電控 會關閉，此時在陣列面板的共同線（或彩多 σ = 相反電極）上的共同電容Ccom(316)會在極性“反i &反的 存的電荷經由共同電阻Rcom(318)及預先充電切將错 3 2 0，而傳送到資料線3〇4，以預先充電資料線3()4，= 除了可以節省面板的功率消耗外，也可以加速資料線3 〇 4 而根據本發明一較佳實施例之預先充電3〇的顯 置之影像訊號（V 1 d e 〇 )、資料線電壓D L、真眚沾从m广、 Vcom、共同電壓Vcom、以及預先充電控制訊號（pcG)之時
=i 修正 曰 號 91110098 五、發明說明（11) 序圖，請參照第4圖所繪示。第4圖將配合第3圖來說明。 當預先充電控制訊號（P C G )為高電壓準位時，預先充電切 換電晶體3 2 0會導通而預先充電控制電晶體3 2 2會關閉，此 時共同電容Ccom(316)會將儲存的正電荷傳送到資料線 3 0 4，用以預先充電資料線3 0 4。而當預先充電控制訊號 (P C G )為低電壓準位時，預先充電切換電晶體3 2 0會關閉而 預先充電控制電晶體322會導通，然後由共同電壓Vcom將 資料線3 0 4充電到所需的電壓準位。另外，由第4圖亦可 知，真實的共同電電壓Vcom之上昇時間及下降時間會降 低，所以可以改善共同電電壓V c 〇 m之上升時間及下降時間 的延遲。 綜上所述，本發明係藉由增加一組預先充電切換電晶 體、預先充電控制電晶體、以及一預先充電控制訊號，當 此預先充電控制訊號使此組預先充電切換電晶體導通時， 預先充電控制電晶體會關閉，而使得共同電容會將儲存的 電荷傳送至資料線，以預先充電資料線。因此本發明可以 改善晝素内的充電情況。本發明也可藉由資料線中與共同 電容相反的電荷來協助共同電壓的電壓反轉，也可以達成 節省在資料線及共同電壓的電極上充電所需的消耗功率， 進而大幅節省面板的功率消耗，並且可以改善共同電壓之 上升時間及下降時間的延遲。 雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護
9107twf1.ptc 第15頁 5f f览替換頁 va 2 1 號 91110098 修正 五、發明說明（12) 範圍當視後附之申請專利範圍所介定者為準 mi 9107twf1.ptc 第16頁 5Q83OQ1¾ 替換 ί 號 91110098 曰 修正 圖式簡單說明 第1圖繪示的是習知之一種顯示器裝置的示意圖； 第2圖繪示的是習知之一種顯示器裝置之影像訊號 (Video)、資料線電壓DL、真實的共同電壓Vcom、以及共 同電壓Vcom之時序圖； 較佳實施例之預先充電的 較佳實施例之預先充電的 、資料線電壓DL、真實的 、以及預先充電控制訊號 第3圖繪示的根據本發明一 顯示器裝置的示意圖；以及 第4圖繪示的根據本發明一 顯示器裝置之影像訊號（V i d e 〇 ) 共同電壓Vcom、共同電壓Vcom (P C G )之時序圖。
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Claims (1)

  1. ，9£替換.則 9¾ Q - 9 * 年 为 "mi, 91110098_年月曰 修正_ nmmt .n,^m μ. •办一一_•丨冰•一^ 心」 六、申請專利範圍 1. 一種預先充電之顯示器裝置，包括： 複數條掃描線，係以列來配置； 複數條資料線，係以行來配置，並且與該些掃描線交 叉； 複數個畫素，每一該些晝素係位於每一該些掃描線與 每一該些資料線之交叉處； 一垂直驅動電路，耦接至該些掃描線，用以供應連續 的複數個列選擇脈波至每一該些掃描線； 一訊號驅動電路，用以產生一影像訊號； 複數個開關，耦接至該訊號驅動電路及該些資料線， 當該些開關導通時，該影像訊號會傳送到該些資料線； 一水平驅動電路，耦接至該些開關，用以產生連續的 複數個取樣脈波，以控制該些開關的導通與否； 一共同電容，具有一第一端點及一第二端點，其中該 第一端點係耦接至該些畫素，而該第二端點係耦接至地； 一共同電阻，具有一第三端點及一第四端點，其中該 第三端點係耦接至該些畫素及該共同電容； 複數個預先充電切換電晶體，耦接至該些資料線、該 共同電阻、以及一組預先充電控制訊號，該些預先充電切 換電晶體的導通與否係以該預先充電控制訊號來控制；以 及 一組預先充電控制電晶體，耦接至該共同電阻、該些 預先充電切換電晶體、該預先充電控制訊號、以及一共同 電壓，該預先充電控制電晶體的導通與否係以該預先充電
    9107twf1.ptc 第18頁 ¥3· 3月-2 _虎91110098_年月曰 修正_ 六、申請暴利範圍 控制訊號來控制； 其中該些預先充電切換電晶體與該預先充電控制電晶 體之電晶體的型式（η型’p型）必須不同。 2. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中當該預先充電控制訊號使該些預先充電切換電晶 體導通時，該預先充電控制電晶體會關閉，該共同電容會 將儲存的電荷傳送至該些資料線。 3. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該些預先充電切換電晶體係η型薄膜電晶體。 4. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該些預先充電切換電晶體係Ρ型薄膜電晶體。 5. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該些預先充電控制電晶體係η型薄膜電晶體。 6. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該些預先充電控制電晶體係Ρ型薄膜電晶體。 7. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該預先充電控制訊號係由一控制裝置所產生。 8. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該共同電壓係由一電壓源所產生。 9. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器裝 置，其中該顯示器裝置係採用共同電壓擺幅之驅動方式。 10. 如申請專利範圍第1項所述之預先充電之顯示器 裝置，其中該顯示器裝置係一主動矩陣型液晶顯示器。
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