TWI407443B - 移位暫存器 - Google Patents

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TWI407443B
TWI407443B TW098107171A TW98107171A TWI407443B TW I407443 B TWI407443 B TW I407443B TW 098107171 A TW098107171 A TW 098107171A TW 98107171 A TW98107171 A TW 98107171A TW I407443 B TWI407443 B TW I407443B
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Chun Hsin Liu
Tsung Ting Tsai
Kuo Chang Su
Yung Chih Chen
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Au Optronics Corp
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Description

移位暫存器
本發明涉及一種位移暫存器，尤其是指一種能降低因偏壓效應產生漏電流之位移暫存器。
功能先進的顯示器已漸成為現今消費電子產品的重要特色，其中液晶顯示器已經逐漸為各種電子設備如電視、行動電話、個人數位助理(PDA)、數位相機、電腦螢幕或筆記型電腦螢幕所廣泛應用。
請參閱第1圖，第1圖係先前技術之液晶顯示器10之功能方塊圖。液晶顯示器10包含一液晶顯示面板12、一閘極驅動器(gate driver)14以及源極驅動器(source driver)16。液晶顯示面板12包含複數個像素(pixel)，而每一個像素包含三個分別代表紅綠藍(RGB)三原色的像素單元20構成。以一個1024×768解析度的液晶顯示面板12來說，共需要1024×768×3個像素單元20組合而成。閘極驅動器14輸出掃描訊號使得每一列的電晶體22依序開啟，同時源極驅動器16則輸出對應的資料訊號至一整列的像素單元20使其充電到各自所需的電壓，以顯示不同的灰階。當同一列充電完畢後，閘極驅動器14便將該列的掃描訊號關閉，然後閘極驅動器14再輸出掃描訊號將下一列的電晶體22打開，再由源極驅動器16對下一列的像素單元20進行充放電。如此依序下去，直到液晶顯示面板12的所有像素單元20都充電完成，再從第一列開始充電。
在目前的液晶顯示面板設計中，閘極驅動器14等效上係為移位暫存器(shift register)，其目的即每隔一固定間隔輸出掃描訊號至液晶顯示面板12。以一個1024×768解析度以及60Hz的更新頻率的液晶顯示面板12為例，每一個畫面的顯示時間約為1/60=16.67ms。所以每一個掃描訊號的脈波週期約為16.67ms/768=21.7μs。而源極驅動器16則在這21.7μs的時間內，將像素單元20充放電到所需的電壓，以顯示出相對應的灰階。
閘極驅動器14內部電晶體在時脈訊號處於高電壓準位時，會因為汲-閘極間的電容耦合效應而被拉高，導致電晶體被誤開啟的可能。如此一來，每一級移位暫存單元的輸出會發生錯誤導致面板顯示異常。尤其對於使用於非晶矽薄膜製程技術製造的高解析度液晶顯示面板的閘極驅動器14而言，製程的元件均勻性與穩定性有著極大的變異特性，所以在點亮液晶顯示面板12後，閘極驅動器14內部電晶體因為誤開啟而造成液晶顯示面板12發生異常尤為嚴重。
有鑑於此，本發明之目的係提供一種移位暫存器，可於每一移位暫存單元在沒有輸出訊號予像素時，其對應輸出的電晶體得以完全關閉而改善誤開啟的問題，以解決先前技術之問題。
本發明之目的係提供一種移位暫存器，其包含複數個移位暫存單元，該複數個移位暫存單元係以串聯的方式耦接，每一移位暫存單元係用來依據一時脈訊號以及一第一控制訊號，在該每一移位暫存單元之一輸出端輸出一輸出訊號，每一移位暫存單元包含提升模組、提升驅動模組、第一下拉模組、第二下拉模組以及第三下拉模組。該提升模組耦接於一第一節點，用來依據該時脈訊號，提供該輸出訊號。該提升驅動模組耦接於該第一節點，用來依據該第一控制訊號，導通該提升模組。該第一下拉模組耦接於該第一節點以及一第一電源電壓，用來於響應一第二控制訊號時，調整該第一節點之電位至該第一電源電壓。該第二下拉模組耦接於該輸出端以及一第二電源電壓，用來於響應該第二控制訊號時，調整該輸出端之電位至該第二電源電壓。該第三下拉模組耦接於一第二節點以及一第三電源電壓，用來於響應一第三控制訊號時，將該第二節點之電位調整至該第三電源電壓。
依據本發明之實施例，該第一下拉模組包含一第一電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該第一節點、該第二節點以及該第一電源電壓。該提升驅動模組包含一第二電晶體，其汲極和閘極耦接於該第一控制訊號，且其源極耦接於該第一節點。該第三下拉模組包含一第三電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該第二節點、一第三控制訊號以及該第三電源電壓。該提升模組包含一第四電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該時脈訊號、該第一節點以及該輸出端。該第二下拉模組包含一第五電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該輸出端、該第二節點以及該第二電源電壓。
本發明之又一實施例中，該提升模組另包含一第六電晶體，其汲極耦接於該時脈訊號、其閘極耦接於該第一節點、其源極耦接於一驅動訊號端。
依據本發明之實施例，該第三電源電壓之電位小於或等於該第一電源電壓之電位。該第一電源電壓之電位係小於該第二電源電壓之電位。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參閱第2圖，第2圖係本發明之移位暫存器之第一實施例之移位暫存單元100(n)之電路圖。本實施例之移位暫存器可應用於液晶顯示器之閘極驅動器。移位暫存器包含複數個串接(cascade-connected)之移位暫存單元100(n)。移位暫存單元100(n)用來依據時脈訊號CK、每一移位暫存單元100(n)之前一個移位暫存單元100(n-1)之輸出端OUT(n-1)的輸出訊號(亦即第一控制訊號)以及每一移位暫存單元100(n)之下一級移位暫存單元100(n+1)之輸出端OUT(n+1)的輸出訊號，自每一移位暫存單元100(n)之輸出端OUT(n)產生輸出訊號。當第一級移位暫存單元100(1)自輸出端OUT(0)接收到觸發起始脈衝Vst之後，移位暫存單元100(1)就會隔一系統時脈(clock cycle)產生於輸出端OUT(1)產生輸出訊號，接下來，移位暫存單元100(2)係依據時脈訊號CK、移位暫存單元100(1)之輸出端OUT(1)的輸出訊號以及移位暫存單元100(3)之輸出端OUT(3)的輸出訊號，以每隔一系統時脈的方式於每一移位暫存單元100(2)的輸出端OUT(2)輸出一輸出訊號。該輸出訊號亦即掃瞄訊號脈衝。掃瞄訊號脈衝用來開啟對應的像素電晶體。
每一移位暫存單元100(n)包含提升模組(pull-up module)102、提升驅動模組(pull-up driving circuit)104、第一下拉模組(pull-down module)106、第二下拉模組108和第三下拉模組110。提升模組102耦接於第一節點Q，用來依據時脈訊號CK於輸出端OUT(n)提供輸出訊號。提升驅動模組104耦接於第一節點Q，用來依據前一個移位暫存單元100(n-1)之輸出端OUT(n-1)的輸出訊號(亦即第一控制訊號)，導通提升模組102。第一下拉模組106耦接於第一節點Q以及第一電源電壓VSS1，用來於響應第二控制訊號(也就是第二節點P的電壓準位)時，調整第一節點Q之電位至第一電源電壓VSS1。第二下拉模組108耦接於輸出端OUT(n)以及第二電源電壓VSS2，用來於響應第二控制訊號(也就是第二節點P的電壓準位)時，調整輸出端OUT(n)之電位至第二電源電壓VSS2。第三下拉模組110耦接於第二節點P以及第三電源電壓VSS3，用來於響應一第三控制訊號(也就是輸出端OUT(n-1)的電壓準位)時，將第二節點P之電位調整至第三電源電壓VSS3。
在本發明中，第三電源電壓VSS3的電壓準位小於或是等於第一電源電壓VSS1的電壓準位，而第一電源電壓VSS1的電壓準位小於第二電源電壓VSS2的電壓準位。為便於說明，以下本實施例的運作將設定第一電源電壓VSS1的電壓準位為-9V，第三電源電壓VSS3的電壓準位是-9V或更低，而第二電源電壓VSS2的電壓準位為-6V。
第一下拉模組106包含第一電晶體T1，其汲極、閘極和源極分別耦接於第一節點Q、第二節點P以及第一電源電壓VSS1。提升驅動模組102包含第二電晶體T2，其汲極和閘極耦接於前一個移位暫存單元100(n-1)之輸出端OUT(n-1)，且其源極耦接於第一節點Q。第三下拉模組110包含第三電晶體T3，其汲極、閘極和源極分別耦接於第二節點P、第三控制訊號以及第三電源電壓VSS3。在本實施例中，第三控制訊號係來自於前一個移位暫存單元100(n-1)之輸出端OUT(m1)。第二下拉模組108包含第五電晶體T5，其汲極、閘極和源極分別耦接於輸出端OUT(n)、第二節點P以及該第二電源電壓VSS2。提升模組102包含一第四電晶體T4，其汲極、閘極和源極分別耦接於時脈訊號CK、第一節點Q以及輸出端OUT(n)。
請同時參考第2圖以及第3圖，第3圖係第2圖之各訊號以及節點之時序圖。在時段t0-t1期間，時脈訊號CK處於低電壓準位，來自前一級移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號處於高電壓準位，使得電晶體T2、T3會開啟(turnon)導通。此時節點Q的電位開始被拉高，而節點P的電位則為-9V。由於電晶體T1、T5的閘-源極壓差Vgs小於或等於0V，則此時電晶體T1、T5皆無法開啟導通。
在時段t1-t2期間，時脈訊號CK處於高電壓準位，而前一級移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號處於低電壓準位，此時電晶體T3關閉不導通。但節點Q的電位會因為浮動(floating)且因電容效應之故，隨著時脈訊號CK的上昇由準位V2 跳升至準位V1 。當節點Q的電位跳升至準位V1 之後，電晶體T4會被開啟導通時脈訊號CK，導致輸出端OUT(n)輸出高電壓準位。
在時段t2-t3時，時脈訊號CK和移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號皆處於低電壓準位，但來自下一級移位暫存單元100(n+1)的輸出端OUT(n+1)的輸出訊號處於高電壓準位。所以電晶體T2、T3關閉不導通，但電晶體T1、T5開啟導通。在此同時，節點Q的電位會因為電晶體T1開啟而下拉至-9V(亦即VSS1)，輸出端OUT(n)的電位因為電晶體T5開啟而下拉至-6V(亦即VSS2)。這麼一來，電晶體T4的閘-源極壓差Vgs等於-3V，明顯小於0V，因此電晶體T4會被完全關閉，而大幅減少漏電流量，換言之，電晶體T4被誤開啟的機會也大幅降低，故可以改善面板的像素被誤充電的可能。
請參閱第4圖，第4圖係本發明之移位暫存器之第二實施例之移位暫存單元200(n)之電路圖。本實施例之移位暫存器可應用於液晶顯示器之閘極驅動器。移位暫存器包含複數個串接(cascade-connected)之移位暫存單元200(n)。移位暫存單元200(n)與第2圖之移位暫存單元100(n)之電路結構類似，除了電晶體T3的閘極耦接於第一節點Q。電晶體T3用來於響應第三控制訊號(也就是第一節點Q的電壓準位)時，將第二節點P之電位調整至第三電源電壓VSS3。
請同時參考第3圖以及第4圖。在時段t0-t1期間，時脈訊號CK處於低電壓準位，來自前一級移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號處於高電壓準位，使得電晶體T2會開啟(turn on)導通。此時節點Q的電位開始被拉高並使電晶體T3也開啟，導致節點P的電位也為-9V。由於電晶體T1、T5的閘-源極壓差Vgs小於或等於0V，則此時電晶體T1、T5皆無法開啟導通。
在時段t1-t2期間，時脈訊號CK處於高電壓準位，而前一級移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號處於低電壓準位，此時電晶體T3關閉不導通。但節點Q的電位會因為浮動(floating)之故，且因電容效應而隨著時脈訊號CK的上昇由準位V2 跳升至準位V1 。當節點Q的電位跳升至準位V1 之後，電晶體T4會被開啟導通時脈訊號CK，導致輸出端OUT(n)輸出高電壓準位。此時已拉高的節點Q電位仍使電晶體T3開啟，導致節點P的電位保持-9V。由於電晶體T1、T5的閘-源極壓差Vgs小於或等於0V，則此時電晶體T1、T5皆無法開啟導通。
在時段t2-t3時，時脈訊號CK和移位暫存單元100(n-1)的輸出端OUT(n-1)的輸出訊號皆處於低電壓準位，但來自下一級移位暫存單元100(n+1)的輸出端OUT(n+1)的輸出訊號處於高電壓準位。所以電晶體T2、T3關閉不導通，但電晶體T1、T5開啟導通。在此同時，節點Q的電位會因為電晶體T1開啟而下拉至-9V(亦即VSS1)，輸出端OUT(n)的電位因為電晶體T5開啟而下拉至-6V(亦即VSS2)。這麼一來，電晶體T4的閘-源極壓差Vgs等於-3V，明顯小於0V，因此電晶體T4會被完全關閉，而大幅減少漏電流量，換言之，電晶體T4被誤開啟的機會也大幅降低，故可以改善面板的像素被誤充電的可能。
請參閱第5圖，第5圖係本發明之移位暫存器之第三實施例之移位暫存單元300(n)之電路圖。移位暫存器包含複數個串接(cascade-connected)之移位暫存單元300(n)。移位暫存單元300(n)用來依據時脈訊號CK以及每一位暫存單元300(n)之前一個移位暫存單元300(n-1)之驅動訊號端ST(n-1)的驅動訊號脈衝，自每一移位暫存單元300(n)之輸出端OUT(n)和驅動訊號端ST(n)分別產生輸出訊號以及驅動訊號脈衝。當第一級移位暫存單元300(1)自驅動訊號端ST(0)接收到觸發起始脈衝Vst之後，移位暫存單元300(1)就會隔一系統時脈(clock cycle)產生輸出訊號ST(1)，接下來，每一移位暫存單元300(n)係依據時脈訊號CK以及每一移位暫存單元300(n)之前一個移位暫存單元300(n-1)於驅動訊號端ST(n-1)輸出的驅動訊號脈衝，以每隔一系統時脈的方式於每一移位暫存單元300(n)的輸出端OUT(n)輸出一輸出訊號，該輸出訊號即掃瞄訊號脈衝，用來開啟對應的像素電晶體。
每一移位暫存單元300(n)包含提升模組302、提升驅動模組104、第一下拉模組106、第二下拉模組308和第三下拉模組110。第5圖之移位暫存單元300(n)和第4圖之移位暫存單元200(n)相似，除了提升模組302包含第四電晶體T4和第六電晶體T6。電晶體T4的汲極、閘極和源極分別耦接於時脈訊號CK、第一節點Q以及輸出端OUT(n)。電晶體T6的汲極、閘極和源極分別耦接於時脈訊號CK、第一節點Q以及驅動訊號端ST(n)。除此之外，第二下拉模組308包含第五電晶體T5以及第七電晶體T7。第五電晶體T5的汲極、閘極和源極分別耦接於輸出端OUT(n)、第二節點P以及第二電源電壓VSS2。第五電晶體T7的汲極、閘極和源極分別耦接於輸出端OUT(n)、下一級移位暫存單元100(n+1)的輸出端OUT(n+1)的輸出訊號(亦即節點P)以及第二電源電壓VSS2。
在本發明中，第三電源電壓VSS3的電壓準位小於或是等於第一電源電壓VSS1的電壓準位，而第一電源電壓VSS1的電壓準位小於第二電源電壓VSS2的電壓準位。為便於說明，以下本實施例的運作將設定第一電源電壓VSS1的電壓準位為-9V，第三電源電壓VSS3的電壓準位是-9V或更低，而第二電源電壓VSS2的電壓準位為-6V。
請同時參考第5圖以及第6圖，第6圖係第5圖之各訊號以及節點之時序圖。在時段t0-t1期間，時脈訊號CK處於低電壓準位，來自前一級移位暫存單元100(n-1)的驅動訊號端ST(n-1)的驅動訊號處於高電壓準位，使得電晶體T2、T3會開啟(turn on)導通。此時節點Q的電位開始被拉高，而節點P的電位則為-9V。由於電晶體T1、T5、T7的閘-源極壓差Vgs小於或等於0V，則此時電晶體T1、T5、T7皆無法開啟導通。
在時段t1-t2期間，時脈訊號CK處於高電壓準位，而前一級移位暫存單元100(n-1)的驅動訊號端ST(n-1)的驅動訊號處於低電壓準位，此時電晶體T3關閉不導通。但節點Q的電位會因為浮動(floating)之故，且因電容效應而隨著時脈訊號CK的上昇由準位V2 跳升至準位V1 。當節點Q的電位跳升至準位V1 之後，電晶體T4、T6會被開啟導通時脈訊號CK，導致輸出端OUT(n)和驅動訊號端ST(n)分別輸出高電壓準位。
在時段t2-t3時，時脈訊號CK和移位暫存單元100(n-1)的驅動訊號端ST(n-1)的驅動訊號皆處於低電壓準位，但來自下一級移位暫存單元100(n+1)的輸出端OUT(n+1)的輸出訊號處於高電壓準位。所以電晶體T2、T3關閉不導通，但電晶體T1、T5、T7開啟導通。在此同時，節點Q的電位會因為電晶體T1開啟而下拉至-9V(亦即VSS1)，輸出端OUT(n)的電位因為電晶體T5開啟而下拉至-6V(亦即VSS2)。這麼一來，電晶體T4、T6的閘-源極壓差Vgs等於-3V，明顯小於0V，因此電晶體T4、T6會被完全關閉，而大幅減少漏電流量，換言之，電晶體T4、T6被誤開啟的機會也大幅降低，故可以改善面板的像素被誤充電的可能。
相較於先前技術，本發明之移位暫存器在每一級移位暫存單元中，利用第一下拉電路以及第三下拉電路，在提升模組102、302處於關閉狀態時，能使電晶體T4的閘-源極壓差小於0V，而完全關閉。所以電晶體T4被誤開啟的機會也大幅降低，故可以改善面板的像素被誤充電的可能。即使電晶體因製程差異而導致漏電流在閘-源極壓差Vgs在0V時略有差異，但是只要將閘-源極壓差Vgs降至-3V甚至更低，漏電流的降幅甚至可超過100倍，因此電晶體因製程差異而導致漏電流的差異與之相比，更顯得微不足道。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，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內，當可作各種之更動與修改，因此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
10．．．液晶顯示器
12．．．液晶顯示面板
14．．．閘極驅動器
16．．．源極驅動器
20、112．．．像素
22．．．電晶體
100(n)．．．移位暫存單元
200(n)．．．移位暫存單元
300(n)．．．移位暫存單元
T1-T7．．．電晶體
102、302．．．提升模組
CK．．．時脈訊號
104．．．提升驅動模組
106．．．第一下拉模組
108、308．．．第二下拉模組
110．．．第三下拉模組
OUT(n)．．．輸出端
ST(n)．．．驅動訊號端
P、Q．．．節點
第1圖係先前技術之液晶顯示器之功能方塊圖。
第2圖係本發明之移位暫存器之第一實施例之移位暫存單元之電路圖。
第3圖係第2圖和第4圖之各訊號以及節點之時序圖。
第4圖係本發明之移位暫存器之第二實施例之移位暫存單元之電路圖。
第5圖係本發明之移位暫存器之第三實施例之移位暫存單元之電路圖。
第6圖係第5圖之各訊號以及節點之時序圖。
100(n)．．．移位暫存單元
T1-T5．．．電晶體
102．．．提升模組
CK．．．時脈訊號
104．．．提升驅動模組
106．．．第一下拉模組
108．．．第二下拉模組
110．．．第三下拉模組
OUT(n)．．．輸出端
P、Q．．．節點

Claims (11)

  1. 一種移位暫存器，其包含：複數個移位暫存單元，該複數個移位暫存單元係以串聯的方式耦接，每一移位暫存單元係用來依據一時脈訊號以及一第一控制訊號，在該每一移位暫存單元之一輸出端輸出一輸出訊號，每一移位暫存單元包含：一提升模組，耦接於一第一節點，用來依據該時脈訊號，提供該輸出訊號；一提升驅動模組，耦接於該第一節點，用來依據該第一控制訊號，導通該提升模組，一第一下拉模組，耦接於該第一節點以及一第一電源電壓，用來於響應一第二控制訊號時，調整該第一節點之電位至該第一電源電壓；一第二下拉模組，耦接於該輸出端以及一第二電源電壓，用來於響應該第二控制訊號時，調整該輸出端之電位至該第二電源電壓，該第一電源電壓之電位係小於該第二電源電壓之電位；以及一第三下拉模組，耦接於一第二節點以及一第三電源電壓，用來於響應一第三控制訊號時，將該第二節點之電位調整至該第三電源電壓，該第三電源電壓之電位係小於該第一電源電壓之電位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該第一下拉模組包含一第一電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該第一節點、該第二 節點以及該第一電源電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該提升驅動模組包含一第二電晶體，其汲極和閘極耦接於該第一控制訊號，且其源極耦接於該第一節點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之移位暫存器，其中該第一控制訊號係每一移位暫存單元之前一級移位暫存單元之一輸出訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該第三下拉模組包含一第三電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該第二節點、一第三控制訊號以及該第三電源電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之移位暫存器，其中該第三控制訊號係每一移位暫存單元之前一級移位暫存單元之一輸出訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該第三下拉模組包含一第三電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該第二節點、該第一節點以及該第三電源電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該提升模組包含一第四電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該時脈訊號、該第一節點以及該輸出端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之移位暫存器，其中該提升模組另包含：一第六電晶體，其汲極耦接於該時脈訊號、其閘極耦接於該第一節點、其源極耦接於一驅動訊號端。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之移位暫存器，其中該第二下拉模組包含 一第五電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該輸出端、該第二節點以及該第二電源電壓。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之移位暫存器，其中該第二下拉模組包含一第七電晶體，其汲極、閘極和源極分別耦接於該驅動訊號端、該第二節點以及該第二電源電壓。
TW098107171A 2009-03-05 2009-03-05 移位暫存器 TWI407443B (zh)

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