TWI393978B - 液晶顯示器及其移位暫存裝置 - Google Patents

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TWI393978B
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Description

液晶顯示器及其移位暫存裝置
本發明是有關於一種平面顯示器，且特別是有關於一種液晶顯示器及其移位暫存裝置。
近年來，隨著半導體科技蓬勃發展，攜帶型電子產品及平面顯示器產品也隨之興起。而在眾多平面顯示器的類型當中，液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)基於其低電壓操作、無輻射線散射、重量輕以及體積小等優點，隨即已成為各顯示器產品之主流。也亦因如此，無不驅使著各家廠商針對液晶顯示器的開發技術要朝向更微型化及低製作成本發展。
為了要降低液晶顯示器的製作成本，已有部份廠商研發出在液晶顯示面板採用非晶矽(amorphous silicon,a-Si)製程的條件下，可將原先配置於液晶顯示面板之掃描側所使用之掃描驅動IC內部的移位暫存器(shift register)轉移直接配置在液晶顯示面板的玻璃基板(glass substrate)上。因此，原先配置於液晶顯示面板之掃描側所使用的掃描驅動IC即可省略，藉以達到降低液晶顯示器之製作成本的目的。
一般而言，直接製作在液晶顯示面板之玻璃基板上的移位暫存器主要會由多顆N型電晶體所組成。其中，部分N型電晶體用以負責在移位暫存器的操作期間輸出掃描訊 號以開啟液晶顯示面板內對應的一列畫素，而其餘N型電晶體則用以負責在移位暫存器的非操作期間停止輸出掃描訊號。
然而，在實務上，由於用以負責輸出掃描訊號與用以負責停止輸出掃描訊號的N型電晶體之通道長度(channel length)都相同。因此，在此條件下，用以負責輸出掃描訊號的N型電晶體很有可能會受到用以負責停止輸出掃描訊號之N型電晶體處於次臨界區(sub-threshold region)的漏電流之影響而導致無法正常輸出掃描訊號。如此一來，移位暫存器會失效以連帶影響液晶顯示器無法正常顯示影像畫面。
有鑒於此，本發明提供一種移位暫存裝置，其包括多級串接在一起的移位暫存器。其中，第i級移位暫存器包括預充電單元、上拉單元，以及下拉單元，且i為正整數。預充電單元用以接收第(i-1)級移位暫存器所輸出的第一掃描訊號，並據以輸出一充電訊號。上拉單元耦接預充電單元，用以接收所述充電訊號與第一時脈訊號，並據以輸出第二掃描訊號。下拉單元耦接預充電單元與上拉單元，用以接收第二時脈訊號與第(i+1)級移位暫存器所輸出的第三掃描訊號，並據以決定是否將所述第二掃描訊號下拉至一參考電位。
於本發明的一示範性實施例中，預充電單元、上拉單 元與下拉單元內分別具有至少一電晶體。其中，下拉單元內之電晶體具有第一通道長度，而預充電單元與上拉單元內之電晶體分別具有第二通道長度，且所述第一通道長度大於所述第二通道長度。
於本發明的一示範性實施例中，所述第一通道長度實質上為所述第二通道長度的1.01倍至4倍。
本發明另提供一種液晶顯示器，其包括液晶顯示面板與用以提供液晶顯示面板所需之背光源的背光模組。其中，液晶顯示面板包括基板與上述本發明所提供的移位暫存裝置，且上述本發明所提供的移位暫存裝置為直接配置在液晶顯示面板之基板上。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之液晶顯示器100的系統方塊圖。請參照圖1，液晶顯示器100包括顯示面板101、源極驅動器103、時序控制單元105，以及用以提供顯示面板101所需之背光源的背光模組107。顯示面板101之顯示區AA內具有多個以矩陣排列的畫素(圖中以 M*N來表示，M、N皆為正整數)。另外，顯示面板101之基板(未繪示，例如為玻璃基板)上的一側更直接配置有移位暫存裝置SRD。移位暫存裝置SRD受控於時序控制單元105，用以序列輸出掃描訊號SS1~SSN以從顯示區AA內之第一列畫素逐一開啟至最後一列畫素。
更清楚來說，圖2繪示為本發明一示範性實施例之移位暫存裝置SRD的方塊圖。請合併參照圖1與圖2，移位暫存裝置SRD包括N級電路架構實質上相同且彼此串接在一起的移位暫存器SR1~SRN。於本示範性實施例中，由於移位暫存器SR1~SRN的電路架構與運作原理實質上相同，故在此僅針對第i級移位暫存器SRi來做說明如下。
圖3A繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi的方塊圖。圖3B繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi的電路圖。請合併參照圖1~圖3B，第i級移位暫存器SRi包括預充電單元301、上拉單元303，以及下拉單元305。其中，預充電單元301用以接收第(i-1)級移位暫存器SRi-1所輸出的掃描訊號SSi-1，並據以輸出充電訊號CV。於本示範性實施例中，除了第1級移位暫存器SR1中的預充電單元301為接收時序控制單元105所提供的起始訊號STV外，其餘移位暫存器中的預充電單元301為接收上一級移位暫存器所輸出的掃描訊號。
舉例來說，第2級移位暫存器SR2中的預充電單元301為接收第1級移位暫存器SR1所輸出的掃描訊號SS1，第3級移位暫存器SR3中的預充電單元301為接收第2級移位 暫存器SR2所輸出的掃描訊號SS2，依此類推至第N級移位暫存器SRN中的預充電單元301為接收第(N-1)級移位暫存器SRN-1所輸出的掃描訊號SSN-1。
請繼續參照圖3A，上拉單元303耦接預充電單元301，用以接收預充電單元301所輸出的充電訊號CV與時序控制器105所提供的時脈訊號CK，並據以輸出掃描訊號SSi。下拉單元305耦接預充電單元301與上拉單元303，用以接收時序控制器105所提供的時脈訊號XCK與第(i+1)級移位暫存器SRi+1所輸出的掃描訊號SSi+1，並據以決定是否將掃描訊號SSi下拉至參考電位Vss(例如為接地電位，但並不限制於此)。其中，時序控制器105所提供的時脈訊號CK與XCK的相位差為180度。
於此，請繼續參照圖3B，於本示範性實施例中，預充電單元301具有N型電晶體T1。其中，N型電晶體T1的閘極與源極耦接在一起以接收第(i-1)級移位暫存器SRi-1所輸出的掃描訊號SSi-1，而N型電晶體T1的汲極則用以輸出充電訊號CV。
另外，上拉單元303具有N型電晶體T2與電容C。其中，N型電晶體T2的閘極耦接N型電晶體T1的汲極、N型電晶體T2的源極用以接收時序控制器105所提供的時脈訊號CK，而N型電晶體T2的汲極則用以輸出掃描訊號SRi。電容C耦接在N型電晶體T2的閘極與汲極之間。
再者，下拉單元305具有N型電晶體T3與T4。其中，N型電晶體T3的閘極用以接收時序控制器105所提供的 時脈訊號XCK、N型電晶體T3的源極耦接N型電晶體T2的汲極，而N型電晶體T4的汲極則耦接至參考電位Vss。N型電晶體T4的閘極用以接收第(i+1)級移位暫存器SRi+1所輸出的掃描訊號SSi+1、N型電晶體T4的源極耦接N型電晶體T2的閘極，而N型電晶體T4的汲極則耦接至參考電位Vss。
於本示範性實施例中，N型電晶體T1與T2具有相同的通道長度(channel length)，而N型電晶體T3與T4具有相同的通道長度。但是，N型電晶體T3與T4的通道長度大於N型電晶體T1與T2的通道長度。
更清楚來說，圖4A繪示為N型電晶體T3與T4的剖面示意圖，而圖4B繪示為N型電晶體T1與T2的剖面示意圖。請合併參照圖4A與圖4B，從圖4A與圖4B可清楚看出，標號D表示為N型電晶體T1~T4的汲極、標號S表示為N型電晶體T1~T4的源極，而標號G表示為N型電晶體T1~T4的閘極。另外，標號L1表示為N型電晶體T3與T4的通道長度，而標號L2表示為N型電晶體T1與T2的通道長度。
由此可知，在此所謂的『通道長度』指的是N型電晶體之汲極與源極間的距離，且在較佳狀況下，N型電晶體T3與T4的通道長度L1實質上可以為N型電晶體T1與T2之通道長度L2的1.01倍至4倍，但並不限制於此。也就是說，N型電晶體T3與T4的通道長度L1相對於N型電晶體T1與T2之通道長度L2的倍數可端視實際設計需 求而決定，容後再詳述。
基於上述，當第i級移位暫存器SRi的預充電單元301接收到第(i-1)級移位暫存器SRi-1所輸出的掃描訊號SSi-1時，N型電晶體T1會被開啟以對節點Q進行預充電。如此一來，當時序控制器105所提供的時脈訊號CK致能時，節點Q上的電壓會受時脈訊號CK之耦合效應(coupling effect)的影響而被拉升，藉以使得上拉單元303的NMOS電晶體T2會被開啟，從而輸出掃描訊號SSi以開啟顯示區AA內相應的第i列畫素。
緊接著，在預充電單元301與上拉單元303負責輸出掃描訊號SSi之後，下拉單元305的N型電晶體T3會因為時序控制器105所提供的時脈訊號XCK致能而被開啟。如此一來，掃描訊號SSi會被下拉至參考電位Vss以關閉顯示區AA內相應的第i列畫素。
另外，當下拉單元305的N型電晶體T3將掃描訊號SSi下拉至參考電位Vss之後，由於第(i+1)級移位暫存器SRi+1所輸出的掃描訊號SSi+1會回饋至第i級移位暫存器SRi之下拉單元305的N型電晶體T4。如此一來，第i級移位暫存器SRi之下拉單元305的NMOS電晶體T4會被開啟，從而對節點Q進行放電，以避免節點Q在預充電單元301與上拉單元303負責輸出掃描訊號SSi之後受時脈訊號CK的耦合。由此可知，當預充電單元301與上拉單元303負責輸出掃描訊號SSi之後，下拉單元305會負責停止輸出掃描訊號SSi。
據此，當時序控制單元105提供起始訊號STV給第1級移位暫存器SR1之預充電單元301，且分別提供相位差180度的時脈訊號CK與XCK給所有移位暫存器SR1~SRN之上拉單元303與下拉單元305時，移位暫存裝置SRD內的移位暫存器SR1~SRN會序列輸出掃描訊號SS1~SSN，以從顯示區AA內的第一列畫素逐一開啟至最後一列畫素，而源極驅動器103會提供對應的顯示資料給被移位暫存裝置SRD所開啟的列畫素。如此一來，再加上背光模組107所提供的背光源，則顯示面板101即會顯示影像畫面。
根據先前技術所述及的內容可知，由於用以負責輸出掃描訊號與用以負責停止輸出掃描訊號的N型電晶體之通道長度都相同。因此，在此條件下，用以負責輸出掃描訊號的N型電晶體很有可能會受到用以負責停止輸出掃描訊號之N型電晶體處於次臨界區的漏電流之影響而導致無法正常輸出掃描訊號。如此一來，移位暫存器會失效以連帶影響液晶顯示器無法正常顯示影像畫面。
也亦因如此，當移位暫存器SR1~SRN的N型電晶體T1~T4之通道長度都相同的條件下(亦即L1=L2)，用以負責輸出掃描訊號SS1~SSN的N型電晶體T1與T2很有可能會受到用以負責停止輸出掃描訊號SS1~SSN之N型電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響而導致無法正常輸出掃描訊號SS1~SSN。如此一來，移位暫存器SR1~SRN會失效以連帶影響液晶顯示器100無法正常顯示影像畫面。
有鑒於此，本示範性實施例特別將下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1製作的比預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2的通道長度L2還要大(亦即L1>L2)，且下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1實質上可以為預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2之通道長度L2的1.01倍至4倍。
更清楚來說，圖5繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi中節點Q的實驗波形圖。請合併參照圖3與圖5，從圖5可以清楚看出，於時間Tpre時，節點Q會被進行預充電。另外，於時間Tout的區間中分別繪示有三條曲線A、B與C。其中，曲線A表示為下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1等於預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2之通道長度L2的條件下(亦即L1=L2)，N型電晶體T1與T2受到N型電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響的程度。曲線B表示為下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1略大於預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2之通道長度L2的條件下(亦即L1>L2)，N型電晶體T1與T2受到N型電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響的程度。曲線C表示為下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1大大於預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2之通道長度L2的條件下(亦即L1>>L2)，N型電晶體T1與T2受到N型 電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響的程度。
由此可知，當下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1等於預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2的通道長度L2時，N型電晶體T1與T2受到N型電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響的程度會比較嚴重，亦即曲線A於時間Tout的電壓降(voltage drop)幅度最大。因此，第i級移位暫存器SRi很有可能無法正常輸出掃描訊號SSi。
另外，當下拉單元305之N型電晶體T3與T4的通道長度L1越大於預充電單元301與上拉單元303之N型電晶體T1與T2的通道長度L2時，N型電晶體T1與T2受到N型電晶體T3與T4處於次臨界區的漏電流之影響的程度會越趨緩，亦即曲線B與C於時間tout的電壓降幅度相對於曲線A而言會越來越趨緩。因此，即可確保第i級移位暫存器SRi得以正常輸出掃描訊號SSi。
綜上所述，本發明主要是藉由將移位暫存器中負責停止輸出掃描訊號的N型電晶體之通道長度製作的比移位暫存器中負責輸出掃描訊號的N型電晶體之通道長度還要大，藉以趨緩移位暫存器中負責輸出掃描訊號的N型電晶體受到移位暫存器中負責停止輸出掃描訊號的N型電晶體處於次臨界區的漏電流之影響的程度，從而確保移位暫存器得以正常輸出掃描訊號。
另外，雖然上述示範性實施例提出了移位暫存器中預充電單元、上拉單元與下拉單元的某一種電路實施態樣，但是本發明並不限制於此。也就是說，只要移位暫存器中 可以被區分有預充電單元、上拉單元與下拉單元的其他電路實施態樣，本發明就可將其下拉單元中的所有或部分N型電晶體的通道長度加大，藉以趨緩移位暫存器中負責輸出掃描訊號的N型電晶體受到移位暫存器中負責停止輸出掃描訊號的N型電晶體處於次臨界區的漏電流之影響的程度。
再者，雖然本發明已以上述示範性實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧液晶顯示器
101‧‧‧顯示面板
103‧‧‧源極驅動器
105‧‧‧時序控制單元
107‧‧‧背光模組
301‧‧‧預充電單元
303‧‧‧上拉單元
305‧‧‧下拉單元
AA‧‧‧顯示區
SRD‧‧‧移位暫存裝置
SR1~SRN‧‧‧移位暫存器
T1~T4‧‧‧N型電晶體
C‧‧‧電容
Q‧‧‧節點
Vss‧‧‧參考電位
CV‧‧‧充電訊號
STV‧‧‧起始訊號
CK、XCK‧‧‧時脈訊號
SS1~SSN‧‧‧掃描訊號
D‧‧‧汲極
S‧‧‧源極
G‧‧‧閘極
L1、L2‧‧‧通道長度
Tpre、Tout‧‧‧時間
A、B、C‧‧‧曲線
圖1繪示為本發明一示範性實施例之液晶顯示器100的系統方塊圖。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之移位暫存裝置SRD的方塊圖。
圖3A繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi的方塊圖。
圖3B繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi的電路圖。
圖4A繪示為N型電晶體T3與T4的剖面示意圖。
圖4B繪示為N型電晶體T1與T2的剖面示意圖。
圖5繪示為本發明一示範性實施例之第i級移位暫存器SRi中節點Q的實驗波形圖。
SRi‧‧‧移位暫存器
301‧‧‧預充電單元
303‧‧‧上拉單元
305‧‧‧下拉單元
T1~T4‧‧‧N型電晶體
C‧‧‧電容
Q‧‧‧節點
Vss‧‧‧參考電位
CV‧‧‧充電訊號
CK、XCK‧‧‧時脈訊號
SSi‧‧‧掃描訊號

Claims (20)

  1. 一種移位暫存裝置，包括：多級串接在一起的移位暫存器，其中第i級移位暫存器包括：一預充電單元，接收第(i-1)級移位暫存器所輸出的一第一掃描訊號，並據以輸出一充電訊號，i為正整數；一上拉單元，耦接該預充電單元，接收該充電訊號與一第一時脈訊號，並據以輸出一第二掃描訊號；以及一下拉單元，耦接該預充電單元與該上拉單元，接收一第二時脈訊號與第(i+1)級移位暫存器所輸出的一第三掃描訊號，並據以決定是否將該第二掃描訊號下拉至一參考電位，其中，該預充電單元、該上拉單元與該下拉單元內分別具有至少一電晶體，且該下拉單元內之該電晶體具有一第一通道長度，該預充電單元與該上拉單元內之該些電晶體分別具有一第二通道長度，該第一通道長度大於該第二通道長度，且該第一通道長度實質上為該第二通道長度的1.01倍至4倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存裝置，其中該預充電單元內之該電晶體為一第一N型電晶體，其中，該第一N型電晶體的閘極與源極耦接在一起以接收該第一掃描訊號，而該第一N型電晶體的汲極則用以輸出該充電訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之移位暫存裝置，其中 該上拉單元內之該電晶體為一第二N型電晶體，其中，該第二N型電晶體的閘極耦接該第一N型電晶體的汲極，該第二N型電晶體的源極用以接收該第一時脈訊號，而該第二N型電晶體的汲極則用以輸出該第二掃描訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之移位暫存裝置，其中該上拉單元內更具有一電容，其耦接在該第二N型電晶體之閘極與汲極之間。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之移位暫存裝置，其中該下拉單元內之該電晶體為一第三N型電晶體，其中，該第三N型電晶體的閘極用以接收該第二時脈訊號，該第三N型電晶體的源極耦接該第二N型電晶體的汲極，而該第三N型電晶體的汲極則耦接至該參考電位。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之移位暫存裝置，其中該下拉單元內更具有另一電晶體，且其為一第四N型電晶體，其中，該第四N型電晶體的閘極用以接收該第三掃描訊號，該第四N型電晶體的源極耦接該第二N型電晶體的閘極，而該第四N型電晶體的汲極則耦接至該參考電位。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之移位暫存裝置，其中該第一與該第二N型電晶體分別具有該第二通道長度，而該第三與該第四N型電晶體分別具有該第一通道長度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之移位暫存裝置，其中該第三與該第四N型電晶體的該第一通道長度大於該第一 與該第二N型電晶體的該第二通道長度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之移位暫存裝置，其中該第三與該第四N型電晶體的該第一通道長度實質上為該第一與該第二N型電晶體之該第二通道長度的1.01倍至4倍。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存裝置，其中該第一與該第二時脈訊號的相位差為180度。
  11. 一種液晶顯示器，包括：一液晶顯示面板，包括一基板與一移位暫存裝置，該移位暫存裝置直接配置在該基板上，且具有多級串接在一起的移位暫存器，其中第i級移位暫存器包括：一預充電單元，接收第(i-1)級移位暫存器所輸出的一第一掃描訊號，並據以輸出一充電訊號，i為正整數；一上拉單元，耦接該預充電單元，接收該充電訊號與一第一時脈訊號，並據以輸出一第二掃描訊號；以及一下拉單元，耦接該預充電單元與該上拉單元，接收一第二時脈訊號與第(i+1)級移位暫存器所輸出的一第三掃描訊號，並據以決定是否將該第二掃描訊號下拉至一參考電位，其中，該預充電單元、該上拉單元與該下拉單元內分別具有至少一電晶體，且該下拉單元內之該電晶體具有一第一通道長度，該預充電單元與該上拉單元內之該些電晶體分別具有一第二通道長度，該第一通道長度大於該第二通道長度，且該第一通道長度實質上為該第二通道長度的 1.01倍至4倍；以及一背光模組，提供該液晶顯示面板所需的背光源。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該預充電單元內之該電晶體為一第一N型電晶體，其中，該第一N型電晶體的閘極與源極耦接在一起以接收該第一掃描訊號，而該第一N型電晶體的汲極則用以輸出該充電訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該上拉單元內之該電晶體為一第二N型電晶體，其中，該第二N型電晶體的閘極耦接該第一N型電晶體的汲極，該第二N型電晶體的源極用以接收該第一時脈訊號，而該第二N型電晶體的汲極則用以輸出該第二掃描訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之液晶顯示器，其中該上拉單元內更具有一電容，其耦接在該第二N型電晶體之閘極與汲極之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之液晶顯示器，其中該下拉單元內之該電晶體為一第三N型電晶體，其中，該第三N型電晶體的閘極用以接收該第二時脈訊號，該第三N型電晶體的源極耦接該第二N型電晶體的汲極，而該第三N型電晶體的汲極則耦接至該參考電位。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之液晶顯示器，其中該下拉單元內更具有另一電晶體，且其為一第四N型電晶體， 其中，該第四N型電晶體的閘極用以接收該第三掃描訊號，該第四N型電晶體的源極耦接該第二N型電晶體的閘極，而該第四N型電晶體的汲極則耦接至該參考電位。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之液晶顯示器，其中該第一與該第二N型電晶體分別具有該第二通道長度，而該第三與該第四N型電晶體分別具有該第一通道長度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之液晶顯示器，其中該第三與該第四N型電晶體的該第一通道長度大於該第一與該第二N型電晶體的該第二通道長度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之液晶顯示器，其中該第三與該第四N型電晶體的該第一通道長度實質上為該第一與該第二N型電晶體之該第二通道長度的1.01倍至4倍。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器，其中該第一與該第二時脈訊號的相位差為180度。
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