TWI423205B - 具低耗電的源極驅動器及其驅動方法 - Google Patents

Description

具低耗電的源極驅動器及其驅動方法

本發明是有關於一種源極驅動器及其驅動方法，且特別是有關於一種應用於顯示面板的低耗電源極驅動器。

圖1繪示習知的源極驅動器110與顯示面板140的方塊圖。請參照圖1，源極驅動器110包括多個驅動通道120，每個驅動通道120包括鎖存器122、數位類比轉換器124、輸出緩衝器126與輸出開關128。資料匯流排上的數位影像資料依據時序控制器(未繪示)所提供的控制信號CON以連續方式輸入驅動通道120。源極驅動器110利用數位類比轉換器124藉以轉換數位影像資料成為類比驅動信號，並且傳輸類比驅動信號至輸出緩衝器126。輸出緩衝器126進一步增強類比驅動信號，並藉由導通的輸出開關128傳送類比驅動信號至顯示面板140，使得像素傳送至顯示面板140。

一般在液晶顯示驅動系統中，像素所接收的驅動信號之極性必須週期性地反轉，據以避免因液晶極化所造成殘影現象。應用在驅動顯示面板的極性反轉有三種類型，圖框反轉，欄反轉與點反轉。以點反轉為例，在單一圖框中，驅動鄰近像素的驅動信號具有相反極性。在連續兩圖框中，驅動不同圖框但位於相同位置的像素之驅動電壓亦具有相反極性。由於具有相反極性的驅動信號有不同的電壓 位準，因此輸出緩衝器126輸出電壓的振幅將導致高耗電。亦即，驅動通道120大部分消耗的電源來自於輸出緩衝器126。據此，高耗電是目前產業上亟待解決的問題。

本發明之示範實施例提供一種具有低耗電的源極驅動器以及其驅動方法。

本發明之示範實施例提供一種源極驅動器，適用於驅動顯示面板，源極驅動器包括輸出緩衝器與第一預充電路。輸出緩衝器的第一輸入端用以接收像素信號，輸出緩衝器的輸出端耦接輸出緩衝器的第二輸入端與顯示面板。於預充期間時，第一預充電路根據耦接於顯示面板的共用電壓之極性，用以將顯示面板的第一端預先充電至第一預設電壓或第二預設電壓，其中第二預設電壓小於第一預設電壓，輸出緩衝器於預充期間時失能，而於預充期間之後的預設期間時啟動。

本發明之示範實施例提供一種源極驅動器，更包括運算放大器，用以提供像素信號至輸出緩衝器的第一輸入端，其中於預設期間之後的傳輸期間時，輸出緩衝器失能，且運算放大器所提供的像素信號傳輸至輸出緩衝器的輸出端。

本發明之示範實施例提供一種源極驅動器，更包括共用電壓產生電路與第二預充電路。共用電壓產生電路，於預設期間後，用以提供共用電壓至顯示面板的第二端。第 二預充電路於預充期間時，根據共用電壓的極性將顯示面板的第二端預先充電至第一預設電壓或第二預設電壓。

本發明之示範實施例提供一種驅動方法，適用於源極驅動器驅動顯示面板，其中源極驅動器包括輸出緩衝器，輸出緩衝器的第一輸入端用以接收像素信號，輸出緩衝器的輸出端耦接輸出緩衝器的第二輸入端與顯示面板，驅動方法包括：於一預充期間時，根據耦接於顯示面板的共用電壓之極性，用以將顯示面板的第一端預先充電至第一預設電壓或第二預設電壓，其中第二預設電壓小於第一預設電壓，輸出緩衝器於預充期間時失能。於預充期間之後的預設期間時啟動輸出緩衝器。

本發明之示範實施例提供一種驅動方法，更包括：於預設期間之後的傳輸期間，使輸出緩衝器失能。於傳輸期間，傳輸影像信號至輸出緩衝器的輸出端。

本發明之示範實施例提供一種驅動方法，更包括：於預充期間時，根據共用電壓之極性用以將顯示面板的第二端預先充電至第一預設電壓或第二預設電壓。於預設期間時，提供共用電壓至顯示面板的第二端。

基於上述，本發明利用第一預充電路，依據時序方式協助輸出緩衝器將顯示面板的第一端充電至像素信號的電壓位準。此外在預充期間或傳輸期間內，輸出緩衝器是失能的，藉以減少輸出緩衝器的啟動時間以及降低源極驅動器的耗電。另一方面，第二預充電路，依據時序方式將顯示面板的第二端充電至共用電壓，亦可降低源極驅動器的 耗電。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉示範實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

現在將詳細參照本發明的實施例，其實例繪示於附圖中，附帶一提的是，整個附圖中相同的參考標記用於表示相同或相似的部件。

圖2A繪示依照本發明之一示範實施例之源極驅動器的方塊圖。請參照圖2A，源極驅動器210耦接顯示面板220，其中顯示面板220可為液晶顯示面板或矽基液晶(liquid crystal on silicon,，LCOS)面板。一般來說顯示面板220包括配置多數個像素電路(未繪示)，每個液晶對應於每個像素電路的位置。為了控制液晶發出的光線，液晶的轉向依據像素電極與共用電極的電壓差，其中像素電極的電壓隨著像素信號Vin而改變，而共用電極的電壓可以是直流電或是交流電。此外共用電極的電壓可稱為共用電壓VCOM。為了方便說明，顯示面板220的第一與第二端可個別視為像素電極是與共用電極。

源極驅動器210包括輸出緩衝器211、預充電路212與切換元件213與214，其中切換元件213與214可以利用切換器、電晶體，或其他半導體元件實施。除此之外，控制信號OE與SHRT可以分別指定切換元件213與214的導通狀態。另一方面，熟悉此技術領域者可推知源極驅 動器210更可包括未繪示於圖2A的其他元件，例如位移暫存器、數位類比轉換器等等，但不以此為限，於此不再贅述。另一方面，輸出緩衝器211具有第一與第二輸入端，以及輸出端，其中輸出緩衝器211可以採用運算放大器或其他比較器據以實施。第一輸入端可以是非反相輸入端，用以接收來自於運算放大器230所提供的像素信號Vin，而第二輸入端耦接於輸出端。運算放大器230可為輸出緩衝器211的前級元件，據以提供像素信號Vin的來源。此外，輸出緩衝器211增強像素信號Vin的驅動能力以避免信號在傳輸時衰減，且當切換元件213導通，輸出緩衝器211傳送增強後的像素信號Vin至顯示面版220的第一端，使得像素信號可以驅動至顯示面板220時。進一步而言，輸出緩衝器211會依據控制信號PON以決定啟動與否，其中控制信號PON可為電源供應的信號。切換元件214耦接於輸出緩衝器211的第一輸入端與輸出端之間。據此當切換元件214導通時，切換元件214可將運算放大器230所提供的像素信號Vin傳送至輸出緩衝器211的輸出端。

在極性反轉的相關技術部分，極性反轉通常用以驅動像素信號至顯示面板。然而因為正極性的像素信號與負極性的像素信號具有不一樣的電壓位準，於是輸出緩衝器211輸出電壓的振幅將導致耗電。進一步而言，當輸出緩衝器211被啟動時，輸出緩衝器211運作時可視為電壓隨耦器，亦即輸出緩衝器211的輸出端之電壓會跟隨著輸出 緩衝器211第一輸入端所接收到像素信號Vin的電壓，直到這兩電壓實質上相等。

在本發明之示範實施例中，預充電路212根據耦接於顯示面板220的共用電壓VCOM之極性，據以將顯示面板220的第一端預先充電至第一預設電壓VCI或第二預設電壓GND。之後，輸出緩衝器211被啟動以增強像素信號Vin，並藉由切換元件213傳輸增強後的像素信號Vin。其中第一預設電壓VCI可為直流電壓，而第二預設電壓GND可為接地電壓，且第一預設電壓VCI小於輸出緩衝器211的正電壓源VDDA。據此，輸出緩衝器211啟動所須的時間將會減少，且源極驅動器210的耗電也會減少。另一方面，預充電路212包括以P型電晶體實施的切換器M1與以N型電晶體實施的切換器M2。切換器M1根據控制信號SEQVCI決定導通以傳送第一預設電壓VCI至顯示面板220的第一端，而切換器M2根據控制信號SEQGND決定導通以傳送第二預設電壓GND至顯示面板220的第一端。共用電壓VCOM的極性可決定切換器M1與M2其中之一將是否導通。以下將詳細說明源極驅動器210的運作。

在本發明之示範實施例中，假設用以進行極性反轉的共用電壓VCOM為交流電型態。當顯示面板220上的像素以正極性驅動時，具有正極性的像素信號Vin與共用電壓VCOM(例如3.2伏特)分別提供至顯示面板220的第一與第二端。相反地，當顯示面板220上的像素以負極性驅 動時，像素信號Vin與具有負極性的共用電壓VCOM(例如-1.2伏特)則分別提供至顯示面板220的第一與第二端。在接下來本發明之示範實施例中，像素信號Vin假設為範圍介於2~4.6伏特的正電壓。詳而言之，根據在不同時間提供不同極性的共用電壓VCOM，顯示面板220的第一與第二端的電壓差可以驅動液晶具有不同極性方向，其中熟悉此技術領域者可依據需求而設計像素信號Vin與共用電壓VCOM的電壓。

圖2B繪示圖2A中示範實施例之源極驅動器的時序圖。請參照圖2A與2B，在圖框期間F1時，源極驅動器210以正極性驅動顯示面板220，而正極性的共用電壓VCOM(例如3.2伏特)輸入至顯示面板220的第二端。當共用電壓VCOM為正極性且控制信號PON令輸出緩衝器211啟動之前，預充電路212在預充期間T1利用導通的切換器M1將顯示面板220的第一端預先充電至第一預設電壓VCI(例如2.8伏特)。另一方面，輸出緩衝器211於預充期間T1將不被啟動，藉以減少耗電。

在預充期間T1之後，控制信號PON於預設期間T2令輸出緩衝器211啟動，藉以使得輸出緩衝器211於預設期間T2中可以增強像素信號Vin(例如3.5伏特)。相同地，控制信號OE可令切換元件213導通據以傳輸增強的像素信號Vin至顯示面板220的第一端。此外，由於輸出緩衝器211的輸出端之電壓跟隨著像素電壓Vin的電壓，控制信號PON令輸出緩衝器211啟動，藉以將顯示面 板220的第一端充電至像素電壓Vin的電壓。此時輸出緩衝器211輸出電壓的振幅將介於第一預設電壓VCI與像素電壓Vin的電壓之間，因此輸出緩衝器211在預設期間T2得以減少耗電。

顯示面板220的第一端於預設期間T2充分地充電至像素電壓Vin的電壓。而在預設期間T2之後，控制訊號PON於傳輸期間T3再次令輸出緩衝器211失能，藉以節省耗電。另一方面在相同的傳輸期間T3內，切換元件214導通以傳輸運算放大器230所提供的像素信號Vin至輸出緩衝器211的輸出端，且控制信號OE將切換元件213導通，進一步使得像素信號Vin傳送至顯示面板220的第一端。

請參照圖2A與2B，在圖框期間F2時，源極驅動器210以負極性驅動顯示面板220，而負極性的共用電壓VCOM(例如-1.2伏特)輸入至顯示面板220的第二端。當共用電壓VCOM為負極性且控制信號PON令輸出緩衝器211啟動之前，預充電路212在預充期間T1利用導通的切換器M2將顯示面板220的第一端預先充電至第二預設電壓GND(例如0伏特)。相同地在預充期間T1內，輸出緩衝器211將不被啟動藉以減少耗電，且顯示面板220的第一端從像素信號Vin的電壓(例如3.5伏特)放電至第二預設電壓GND(例如0伏特)。

在預充期間T1後，控制信號PON令輸出緩衝器211啟動據以在預設期間T2內增強像素信號Vin(例如2伏 特)。此時切換控制信號OE令切換元件213導通藉以使得增強的像素信號Vin傳輸至顯示面板220的第一端。基於輸出緩衝器211的輸出端之電壓跟隨著像素電壓Vin的電壓，控制信號PON令輸出緩衝器211啟動藉以將顯示面板220的第一端充電至像素電壓Vin的電壓。此時輸出緩衝器211輸出電壓的振幅將介於第二預設電壓GND(例如0伏特)與像素電壓Vin(例如2伏特)的電壓之間，降低輸出緩衝器211在預設期間T2的耗電。

在預設期間T2之後，控制訊號PON於傳輸期間T3再次令輸出緩衝器211失能，藉以節省耗電。在相同地傳輸期間T3內，切換元件214導通以傳輸運算放大器230所提供的像素信號Vin至輸出緩衝器211的輸出端，且控制信號OE將切換元件213導通，進一步使得像素信號Vin傳送至顯示面板220的第一端。

為了使得熟悉此技術領域者可清楚瞭解本發明，在本發明之另一示範實施例中，預充電路根據時序方式用以將顯示面板220的第二端預先充電至共用電壓VCOM。圖3A繪示依照本發明之另一示範實施例之源極驅動器的方塊圖。請參照圖2A與3A，圖2A與3A所述示範實施例的差別在於源極驅動器310更包括預充電路315與共用電壓產生電路316。共用電壓產生電路316提供共用電壓VCOM於顯示面板220的第二端，而預充電路315根據共用電壓VCOM之極性，據以將顯示面板220的第二端預先充電至第一預設電壓VCI或第二預設電壓GND。更進一步而言， 預充電路315包括以P型電晶體實施的切換器M3與以N型電晶體實施的切換器M4。切換器M3根據控制信號EQVCI決定導通以傳輸第一預設電壓VCI至顯示面板220的第二端，而切換器M4根據控制信號EQGND決定導通以傳輸第二預設電壓GND至顯示面板220的第二端。此外，共用電壓VCOM的極性可決定切換器M3與M4其中之一將是否導通。源極驅動器310中的輸出緩衝器211、切換元件213與214，以及預充電路212可參照上述圖2A示範實施例所述，於此不再贅述。

圖3B繪示圖3A中示範實施例之源極驅動器的時序圖。請參照圖3A與3B，在圖框期間F1時，源極驅動器310以正極性驅動顯示面板220，而正極性的共用電壓VCOM(例如3.2伏特)藉由共用電壓產生電路316輸入至顯示面板220的第二端。在本示範實施例中，當共用電壓VCOM具有正極性時，預充電路315於預充期間T1之前的期間T0利用導通的切換器M4將顯示面板220的第二端預先充電。亦即，原本在前一個圖框期間F1時負極性的共用電壓VCOM例如為-1.2伏特，進一步預先充電至第二預設電壓GND(例如0伏特)。接著預充電路315於預充期間T1時將顯示面板220的第二端預先充電至第一預設電壓VCI(例如2.8伏特)。在預充期間T1後，共用電壓產生電路316提供正極性的共用電壓VCOM至顯示面板220的第二端。據此，在預充期間T1後，顯示面板220的第一端與第二端的電壓差可以驅動液晶的極性方向。

請參照圖3A與3B，在圖框期間F2時，源極驅動器310以負極性驅動顯示面板220，而具有負極性的共用電壓VCOM(例如-1.2伏特)藉由共用電壓產生電路316輸入至顯示面板220的第二端。在本示範實施例中，當共用電壓VCOM具有負極性時，預充電路315於預充期間T1之前的期間T0利用導通的切換器M3將顯示面板220的第二端預先充電。亦即，原本在前一個圖框期間F1時的正極性共用電壓VCOM(例如3.2伏特)，進一步預先充電至第一預設電壓VCI(例如2.8伏特)。接著預充電路315於預充期間T1時將顯示面板220的第二端預先充電至第二預設電壓GND(例如0伏特)。在預充期間T1後，共用電壓產生電路316提供負極性的共用電壓VCOM(例如-1.2伏特)至顯示面板220的第二端。

本發明示範實施例提出共用電壓VCOM、像素信號Vin的電壓第一與第二預設電壓的設定方式，然其並非用以限定本發明。熟悉此技術領域者可推知共用電壓VCOM、驅動灰階影像液晶顯示的像素信號Vin之電壓，以及第一與第二預設電壓，在不脫離本發明之精神和範圍內皆可依其需求設計。

綜上所述，本發明示範實施例提供一種源極驅動器，用以根據時序方式將顯示面板的第一與第二端預先充電。本發明示範實施例利用預充電路，依據時序方式協助輸出緩衝器將顯示面板的第一與第二端充電至像素信號的電壓位準。此外在預充期間或傳輸期間內，輸出緩衝器是失能 的，藉以減少輸出緩衝器的啟動時間以及降低源極驅動器的耗電。據此，本發明示範實施例所提供的源極驅動器可以在不增加電路佈局或成本之下可減少耗電。此外基於低耗電的優點之下，本發明示範實施例具有競爭優勢。

雖然本發明已以示範實施例揭露如上，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，當可根據上述之示範實施例所教導、揭露或暗示的內容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。

110‧‧‧源極驅動器

120‧‧‧驅動通道

122‧‧‧鎖存器

124‧‧‧數位類比轉換器

126‧‧‧輸出緩衝器

128‧‧‧輸出開關

140、220‧‧‧顯示面板

210、310‧‧‧源極驅動器

230‧‧‧運算放大器

211‧‧‧輸出緩衝器

212、315‧‧‧預充電路

213、214‧‧‧切換元件

VCI‧‧‧第一預設電壓

GND‧‧‧第二預設電壓

VDDA‧‧‧正電壓源

VCOM‧‧‧共用電壓

Vin‧‧‧像素信號

316‧‧‧共用電壓產生電路

F1、F2‧‧‧圖框期間

T0‧‧‧期間

T1‧‧‧預充期間

T2‧‧‧預設期間

T3‧‧‧傳輸期間

M1、M2、M3、M4‧‧‧切換器

CON、PON、SHRT、OE、SEQVCI、SEQGND、EQVCI、EQGND‧‧‧控制信號

圖1是習知的源極驅動器與顯示面板方塊圖。

圖2A是依照本發明之一示範實施例之源極驅動器的方塊圖。

圖2B是圖2A中示範實施例之源極驅動器的時序圖。

圖3A是依照本發明之另一示範實施例之源極驅動器的方塊圖。

圖3B是圖3A中示範實施例之源極驅動器的時序圖。

210‧‧‧源極驅動器

220‧‧‧顯示面板

230‧‧‧運算放大器

211‧‧‧輸出緩衝器

212‧‧‧預充電路

213、214‧‧‧切換元件

VCI‧‧‧第一預設電壓

GND‧‧‧第二預設電壓

VDDA‧‧‧正電壓源

VCOM‧‧‧共用電壓

Vin‧‧‧像素信號

M1、M2‧‧‧切換器

PON、SHRT、OE、SEQVCI、SEQGND‧‧‧控制信號

Claims (15)

1. 一種源極驅動器，適用於驅動一顯示面板，包括：一輸出緩衝器，該輸出緩衝器的一第一輸入端用以接收一像素信號，該輸出緩衝器的一輸出端耦接該輸出緩衝器的一第二輸入端與該顯示面板；以及一第一預充電路，於一預充期間時，該第一預充電路根據耦接於該顯示面板的一共用電壓之極性，用以將該顯示面板的一第一端預先充電至一第一預設電壓或一第二預設電壓，其中該第二預設電壓小於該第一預設電壓，該輸出緩衝器於該預充期間時失能，而於該預充期間之後的一預設期間時啟動；一共用電壓產生電路，於該預設期間後，用以提供該共用電壓至該顯示面板的一第二端；以及一第二預充電路，於該預充期間時，根據該共用電壓的極性將該顯示面板的該第二端預先充電至該第一預設電壓或該第二預設電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之源極驅動器，更包括：一第一切換元件，用以導通該輸出緩衝器的該輸出端與該顯示面板的該第一端，並傳輸該輸出緩衝器的該輸出端的一信號至該顯示面板的該第一端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之源極驅動器，更包括：一運算放大器，用以提供該像素信號至該輸出緩衝器 的該第一輸入端，其中於該預設期間之後的一傳輸期間時，該輸出緩衝器失能，且該運算放大器所提供的該像素信號傳輸至該輸出緩衝器的該輸出端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之源極驅動器，更包括：一第二切換元件，於該傳輸期間時用以導通該輸出緩衝器的該第一輸入端與該輸出緩衝器的該輸出端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之源極驅動器，其中該第一預充電路包括：一第一切換器，該第一切換器的一第一端耦接該第一預設電壓，該第一切換器的一第二端耦接該顯示面板的該第一端，其中該第一切換器導通時傳輸該第一預設電壓至該顯示面板的該第一端；以及一第二切換器，該第二切換器的一第一端耦接該顯示面板的該第一端，該第二切換器的一第二端耦接該第二預設電壓，其中該第二切換器導通時傳輸該第二預設電壓至該顯示面板的該第一端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之源極驅動器，其中於該預充期間且該共用電壓為正極性時，該第一切換器導通，於該預充期間且該共用電壓為負極性時，該第二切換器導通。
7. 如申請專利範圍第5項所述之源極驅動器，其中該第一預設電壓為一直流電，且小於該輸出緩衝器之一正電壓源。
8. 如申請專利範圍第1項所述之源極驅動器，其中該第二預充電路包括：一第三切換器，該第三切換器的一第一端耦接該第一預設電壓，該第三切換器的一第二端耦接該顯示面板的該第二端，其中該第三切換器導通時傳輸該第一預設電壓至該顯示面板的該第二端；以及一第四切換器，該第四切換器的一第一端耦接該顯示面板的第二端，該第四切換器的一第二端耦接該第二預設電壓，其中該第四切換器導通時傳輸該第二預設電壓至該顯示面板的該第二端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之源極驅動器，其中於該預充期間且該共用電壓為正極性時，該第三切換器導通，於該預充期間且該共用電壓為負極性時，該第四切換器導通。
10. 如申請專利範圍第9項所述之源極驅動器，其中該共用電壓為正極性且於該預充期間之前時，該第四切換器導通，該共用電壓為負極性且於該預充期間之前時，該第三切換器導通。
11. 一種驅動方法，適用於一源極驅動器驅動一顯示面板，其中該源極驅動器包括一輸出緩衝器，該輸出緩衝器的一第一輸入端用以接收一像素信號，該輸出緩衝器的一輸出端耦接該輸出緩衝器的一第二輸入端與該顯示面板，該驅動方法包括：於一預充期間時，根據耦接於該顯示面板的一共用電 壓之極性，用以將該顯示面板的一第一端預先充電至一第一預設電壓或一第二預設電壓，其中該第二預設電壓小於該第一預設電壓，該輸出緩衝器於該預充期間時失能；於該預充期間時，根據該共用電壓之極性用以將該顯示面板的一第二端預先充電至該第一預設電壓或該第二預設電壓；於該預充期間之後的一預設期間時啟動該輸出緩衝器；以及於該預設期間時，提供該共用電壓至顯示面板的該第二端。
12. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中“於該預充期間時，根據耦接於該顯示面板的該共用電壓之極性用以將該顯示面板的該第一端預先充電至該第一預設電壓或該第二預設電壓”包括：該預充期間且該共用電壓為正極性時，預先充電該顯示面板的該第一端至該第一預設電壓；以及該預充期間且該共用電壓為負極性時，預先充電該顯示面板的該第一端至該第二預設電壓。
13. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，更包括：於該預設期間之後的一傳輸期間，使該輸出緩衝器失能；以及於該傳輸期間，傳輸該影像信號至該輸出緩衝器的該輸出端。
14. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中“於該預充期間時，根據該共用電壓之極性用以將該顯示面板的該第二端預先充電至該第一預設電壓或該第二預設電壓”包括該預充期間且該共用電壓為正極性時，預先充電該顯示面板的該第二端至該第一預設電壓；以及該預充期間且該共用電壓為負極性時，預先充電該顯示面板的該第二端至該第二預設電壓。
15. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中“於該預充期間時，根據該共用電壓之極性用以將該顯示面板的該第二端預先充電至該第一預設電壓或該第二預設電壓”包括：該共用電壓為正極性且於該預充期間之前時，預先充電該顯示面板的該第二端至該第二預設電壓；以及該共用電壓為正極性且於該預充期間之前時，預先充電該顯示面板的該第二端至該第一預設電壓。