TWI415051B - 液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法
本發明相關於一種液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法，尤指一種可改善低溫起始不良之液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法。
液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有低輻射、體積小及低耗能等優點，已逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器(cathode ray tube display,CRT)，因而被廣泛地應用在筆記型電腦、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、平面電視，或行動電話等資訊產品上。
請參考第1圖和第2圖，第1圖為先前技術中一液晶顯示器100的示意圖，而第2圖為先前技術中一液晶顯示器200的示意圖。液晶顯示器100和200各包含一液晶顯示面板110、一時序控制器(timing controller)120、一源極驅動電路(source driver)130、一閘極驅動電路(gate driver)140、複數條資料線DL1 ～DLm 、複數條閘極線GL1 ～GLn ，以及一畫素矩陣。畫素矩陣設於液晶顯示面板110上且包含複數個畫素單元PX，每一畫素單元包含一薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)開關TFT、一液晶電容CLC 和一儲存電容CST ，分別耦接於相對應之資料線、相對應之閘極線，以及一共同電壓VCOM 。時序控制器120可產生源極驅動電路130和閘極驅動電路140運作所需之控制訊號和時脈訊號，使得源極驅動電路130能依此產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ～SDm ，以及使得閘極驅動電路140能依此產生開啟薄膜電晶體開關TFT所需之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 。
在第1圖所示之液晶顯示器100中，閘極驅動電路140為外部驅動電路，其透過複數組閘極驅動積體電路(gate driver IC)142來輸出閘極驅動訊號SG1 ～SGn ；在第2圖所示之液晶顯示器200中，閘極驅動電路140係利用整合於液晶面板(gate on array,GOA)之技術來製作，亦即將閘極驅動電路140整合於設置畫素單元PX之液晶顯示面板110上，並透過複數組移位暫存(shift register)單元SR1 ～SRn 來分別輸出閘極驅動訊號SG1 ～SGn ，因此能減少晶片使用量和訊號走線。
傳統閘極驅動積體電路架構和GOA架構都需要移位暫存單元與位準移位器(level shifter)，位準移位器係用來提收訊號準位以增加其驅動能力。傳統閘極驅動積體電路使用CMOS製程將移位暫存單元與電壓準位移位器整合在單一晶片。在GOA架構中，移位暫存單元係利用TFT製程來製作，並將位準移位器整合在脈衝寬度調變積體電路(PWM IC)中。由於薄膜電晶體開關之導通電流ION 和其閘極電壓VGH 成正比，且會隨著外在環境溫度下降而變小，亦即薄膜電晶體之開啟速度會因溫度降低而變慢，因此GOA液晶顯示器在低溫環境下容易發生低溫起始不良(cold-start)的問題。在低溫操作環境下，先前技術一般會透過拉高薄膜電晶體開關之閘極電壓VGH 來增加薄膜電晶體開關之導通電流ION ，如此會造成額外的功率消耗。
本發明提供一種液晶顯示器之驅動電路，其包含一溫度感測器，用來偵測該液晶顯示器之操作環境溫度並依此產生相對應之一溫度訊號；以及一功率積體電路，用來提供複數組時脈訊號以驅動該液晶顯示器之一閘極驅動電路，並依據該溫度訊號來調整該複數組時脈訊號之有效脈衝寬度。
本發明另提供一種液晶顯示器之驅動方法，其包含當該液晶顯示器之操作環境溫度不超過一預定值時，提供具一第一有效脈衝寬度之複數組時脈訊號以驅動該液晶顯示器；以及當該液晶顯示器之操作環境溫度超過該預定值時，提供具一第二有效脈衝寬度之複數組時脈訊號以驅動該液晶顯示器，其中該第一有效脈衝寬度大於該第二有效脈衝寬度。
第3圖為本發明中一液晶顯示器300的示意圖。液晶顯示器300包含一液晶顯示面板310、一時序控制器320、一源極驅動電路330、一閘極驅動電路340、一溫度感測器350、一功率積體電路(power IC)360、複數條資料線DL1 ～DLm 、複數條閘極線GL1 ～GLn ，以及一畫素矩陣。畫素矩陣設於液晶顯示面板310上且包含複數個畫素單元PX，每一畫素單元包含一薄膜電晶體開關TFT、一液晶電容CLC 和一儲存電容CST ，分別耦接於相對應之資料線、相對應之閘極線，以及一共同電壓VCOM 。時序控制器320可產生源極驅動電路330、閘極驅動電路340和功率積體電路360運作所需之起始脈衝訊號VST和參考時脈訊號CK1 ～CKn 等，使得源極驅動電路330能依此產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ～SDm ，以及使得功率積體電路360能依此產生閘極驅動電路340運作所需之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’。在液晶顯示器300中，閘極驅動電路340係利用GOA技術來製作，亦即將閘極驅動電路340整合於設置畫素單元PX之液晶顯示面板310上。依據起始脈衝訊號VST和輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’，閘極驅動電路340可透過複數組移位暫存單元SR1 ～SRn 來分別產生開啟薄膜電晶體開關TFT所需之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 。
溫度感測器350用來偵測液晶顯示器300之操作環境溫度，並依此產生相對應之一溫度訊號Sg。功率積體電路360包含一位準移位單元370和一脈衝寬度調整單元380。位準移位單元370可提升參考時脈訊號CK1 ～CKn 之電位，而脈衝寬度調整單元380可依據溫度訊號Sg來調整參考時脈訊號CK1 ～CKn 之有效脈衝寬度。因此，功率積體電路360提供之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’其電壓準位較參考時脈訊號CK1 ～CKn 為高，且有效脈衝寬度會隨溫度而有所不同。
在本發明中，參考時脈訊號CK1 ～CKn 之電位會以一預定週期在一致能電位和一除能電位之間切換，致能電位係指導通薄膜電晶體開關所需之電位，而有效脈衝寬度係指參考時脈訊號CK1 ～CKn 實際上維持在致能電位的期間。換而言之，本發明在低溫操作環境下增加薄膜電晶體開關之導通時間，以補償薄膜電晶體開關之導通電流隨溫度下降的特性，進而改善低溫起始不良的情形。
舉例來說，假設將判定低溫起始之臨界溫度設為25℃：當溫度感測器350偵測到液晶顯示器300之操作環境溫度高於25℃時，脈衝寬度調整單元380會提供具較小有效脈衝寬度之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’；當溫度感測器350偵測到液晶顯示器300之操作環境溫度低於25℃時，脈衝寬度調整單元380會提供具較大有效脈衝寬度之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’，以加強驅動閘極驅動電路340之能力。同時，依據輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’，移位暫存單元SR1 ～SRn 在低溫時所產生之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 亦會具較大有效脈衝寬度，進而改善面板畫素低溫起始不良的情形。
依據溫度訊號Sg，脈衝寬度調整單元380可透過削角方式來調整參考時脈訊號CK1 ～CKn 之有效脈衝寬度，例如在參考時脈訊號CK1 ～CKn 之波形下降邊緣進行放電，並透過調整放電起始點、強度和時間長度來在參考時脈訊號CK1 ～CKn 之波形下降邊緣造成不同的削角效果，進而改變有效脈衝寬度。第4圖為本發明實施例中溫度感測器350和功率積體電路360的示意圖。溫度感測器350包含一電阻R1、一熱敏電阻RT、一比較器COMP1，以及一開關SW1。熱敏電阻RT為可變電阻的一種，其電阻值會隨著溫度變化而改變。透過電阻R1、熱敏電阻RT和一電壓源AVDD1所組成之分壓電路可提供對應於目前液晶顯示器300操作環境溫度之一參考電壓VREF1 至比較器COMP1之正輸入端，比較器COMP1之負輸入端則接收對應於低溫起始臨界溫度(例如25℃)之一電壓VTH 。開關SW1可為一金氧半導體電晶體開關：在常溫操作環境下(VREF1 >VTH )時，比較器COMP1會輸出具致能電位之溫度訊號Sg以導通開關SW1；在低溫操作環境下(VREF1 <VTH )時，比較器COMP1會輸出具除能電位之溫度訊號Sg以關閉開關SW1。
在第4圖所示之實施例中，脈衝寬度調整單元380具備削角功能，其包含一電容C、電阻R2和R3、一比較器COMP2，以及一開關SW2。當開關SW1不導通時，電壓源AVDD2可透過電阻R2來充電電容C；當開關SW1導通時，電容C內存能量可傳送至端點DTS，並在端點DTS之電位(比較器COMP2之正輸入端)高於參考電壓VREF2 之電位(比較器COMP2之負輸入端)時透過電阻R3來放電，進而在參考時脈訊號CK1 ～CKn 之波形下降邊緣開始削角；當端點DTS之電位低於參考電壓VREF2 之電位時，開關SW2不導通而削角停止。電容C和電阻R2之值可決定削角斜率，而參考電壓VREF 和電容C之值可決定削角時間長短。電容C之充電時間TCHARGE 和放電時間TDISCHARGE 可由下列公式來表示：
第5A和5B圖為本發明液晶顯示器驅動方法之示意圖，第5A圖為低溫操作環境下(例如溫度低於25℃)所提供之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’，而第5B圖為常溫操作環境下(例如溫度高於25℃)所提供之輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’。如第5A和5B圖所示，透過本發明之脈衝寬度調整單元380，低溫下輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’之有效寬度W1大於常溫下輸出時脈訊號CK1 ’～CKn ’之有效寬度W2，因此能增加薄膜電晶體開關在低溫時之導通時間。
依據對應於操作環境溫度之溫度訊號Sg，本發明之脈衝寬度調整單元380能以不同方式調整參考時脈訊號CK1 ～CKn 之有效脈衝寬度，例如第4圖所示以削角放電方式來縮短訊號之有效脈衝寬度。然而，第4圖所示僅為本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。
在低溫操作環境下，本發明以有效脈衝寬度較大之訊號來開啟薄膜電晶體開關，亦即薄膜電晶體開關在低溫時之導通時間較長，以補償薄膜電晶體開關之導通電流隨溫度下降的特性，進而改善低溫起始不良的情形。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
350‧‧‧溫度感測器
110、310‧‧‧液晶顯示面板
360‧‧‧功率積體電路
120、320‧‧‧時序控制器
370‧‧‧位準移位單元
130、330‧‧‧源極驅動電路
380‧‧‧脈衝寬度調整單元
140、340‧‧‧閘極驅動電路
142‧‧‧閘極驅動積體電路
SW1、SW2‧‧‧開關
PX‧‧‧畫素單元
SR1 ~SRn ‧‧‧移位暫存單元
CLC ‧‧‧液晶電容
DL1 ~DLm ‧‧‧資料線
CST ‧‧‧儲存電容
GL1 ~GLn ‧‧‧閘極線
DTS‧‧‧端點
R1、R2、R3‧‧‧電阻
C‧‧‧電容
RT‧‧‧熱敏電阻
TFT‧‧‧薄膜電晶體開關
AVDD2、AVDD2‧‧‧電壓源
100、200、300‧‧‧液晶顯示器
COMP1、COMP2‧‧‧比較器
第1圖和第2圖為先前技術中液晶顯示器的示意圖。
第3圖為本發明中液晶顯示器的示意圖。
第4圖為本發明實施例中溫度感測器和功率積體電路的示意圖。
第5A和5B圖為本發明液晶顯示器驅動方法之示意圖。
300．．．液晶顯示器
310．．．液晶顯示面板
320．．．時序控制器
330．．．源極驅動電路
340．．．閘極驅動電路
350．．．溫度感測器
360．．．功率積體電路
370．．．位準移位單元
380．．．脈衝寬度調整單元
TFT．．．薄膜電晶體開關
CLC ．．．液晶電容
DL1 ～DLm ．．．資料線
CST ．．．儲存電容
GL1 ～GLn ．．．閘極線
PX．．．畫素單元
SR1 ～SRn ．．．移位暫存單元

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示器之驅動電路，其包含：一源極驅動電路，用來依據複數組第一時脈訊號來輸出資料驅動訊號至該液晶顯示器中相對應之畫素單元；一閘極驅動電路，用來依據複數組第二時脈訊號來選擇性地導通該液晶顯示器中相對應之畫素單元；一溫度感測器，用來偵測該液晶顯示器之操作環境溫度並依此產生相對應之一溫度訊號；以及一功率積體電路，用來提供該複數組第二時脈訊號以驅動該閘極驅動電路，並依據該溫度訊號來調整該複數組第二時脈訊號之有效脈衝寬度。
  2. 如請求項1所述之驅動電路，其中；當該液晶顯示器之操作環境溫度不超過一預定值時，該功率積體電路係輸出具一第一有效脈衝寬度之該複數組第二時脈訊號；或當該液晶顯示器之操作環境溫度超過該預定值時，該功率積體電路係利用削角方式來在該複數組第二時脈訊號之波形下降邊緣進行放電，進而輸出具一第二有效脈衝寬度之該複數組第二時脈訊號，且該第一有效脈衝寬度大於該第二有效脈衝寬度。
  3. 如請求項1所述之驅動電路，其中該功率積體電路包含：一位準移位單元，用來提升該複數組第二時脈訊號之電位；以及一調整單元，其依據該溫度訊號來對該複數組第二時脈訊號進行削角，進而調整該複數組第二時脈訊號之有效脈衝寬度。
  4. 如請求項3所述之驅動電路，其中該調整單元包含一電阻-電容電路，用來提供一放電路徑以在該複數組第二時脈訊號之波形下降邊緣進行削角。
  5. 如請求項1所述之驅動電路，其中該溫度感測器係為一熱敏電阻比較電路。
  6. 一種液晶顯示器之驅動方法，其包含：依據複數組第一時脈訊號來輸出資料驅動訊號至該液晶顯示器中相對應之畫素單元；依據複數組第二時脈訊號來選擇性地導通該液晶顯示器中相對應之畫素單元；以及依據該液晶顯示器之一操作環境溫度來調整該複數組第二時脈訊號之有效脈衝寬度。
  7. 如請求項6所述之驅動方法，其另包含：當該液晶顯示器之操作環境溫度超過該預定值時，對該複數組第二時脈訊號進行削角以縮小該複數組第二時脈訊號之有效脈衝寬度。
  8. 如請求項7所述之驅動方法，其另包含：依據該液晶顯示器之操作環境溫度來調整該複數組第二時脈訊號之削角斜率或削角時間長短。
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