TWI424423B - 液晶顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Chun Cheng Hou
Yi Chiang Lai
Min Wei Tsai
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Description

液晶顯示裝置及其驅動方法
本發明係關於一種顯示裝置及其驅動方法，特別是有關一種能解決溫度降低所導致導通電流降低的液晶顯示裝置及其驅動方法。
液晶顯示裝置包括複數條閘極線、複數條源極線以及呈矩陣排列之複數個畫素。該等閘極線、該等源極線以及該等畫素係製作於一液晶面板上。各畫素係由與其耦接之閘極線以及源極線控制以顯示影像。該等閘極線係由複數個外加之閘極驅動積體電路(gate driver integrated circuit，gate driver IC)提供所需之驅動訊號。近來發展GIP(gate in panel)架構的液晶顯示裝置，該架構不採用外加的閘極驅動積體電路，而是將與閘極驅動積體電路具有相同功能之驅動電路直接製作於該液晶面板上，由於以面板上的驅動電路來代替外加的閘極驅動積體電路，可省下使用閘極驅動積體電路的成本，且該驅動電路可於製作閘極線、源極線以及畫素的製程中完成，無需額外製程。
目前用於GIP架構的驅動電路包括複數個位移暫存單元(shift register)電性串聯耦接。請參閱第1圖，係繪示習知之位移暫存單元540以及一時脈產生器(clock generator)56的電路圖。位移暫存單元540係包括一SR正反器5400、一上拉薄膜電晶體(pull up thin film transistor，pull up TFT)T3以及一下拉薄膜電晶體(pull down thin film transistor，pull down TFT)T4。請參閱第2圖，係繪示時脈產生器56的輸出波形CLK。當上拉薄膜電晶體T3導通時，閘極線輸出Gno即為時脈產生器56的輸出波形CLK。輸出波形CLK為一脈波，其高準位以及低準位分別為第一電壓VGH以及第二電壓VEEG。當時脈產生器56之輸出波形CLK為第一電壓VGH且輸出端Q為高準位時，上拉薄膜電晶體T3導通而下拉薄膜電晶體T4截止，閘極線輸出Gno為第一電壓VGH。當輸出端為高準位時，上拉薄膜電晶體T3截止而下拉薄膜電晶體T4導通，閘極線輸出Gno為一第三電壓VGL。
請參閱第3圖，係繪示第1圖之上拉薄膜電晶體T3的閘極電壓VGS與導通電流IDS在不同溫度下的關係曲線圖。由第3圖可以看出，當閘極電壓VGS固定時，溫度越低導通電流IDS越低。因此溫度降低時會影響第1圖之上拉薄膜電晶體T3的導通電流IDS，而導通電流IDS降低會造成閘極線輸出Gno的導通延遲或與該條閘極線輸出Gno電性耦接的畫素充電不足的現象。
因此需要對上述習知GIP架構之液晶顯示裝置因溫度降低造成導通電流IDS降低的缺點提出解決方法。
本發明之一目的在於提供一種液晶顯示裝置及其驅動方法，其能解決習知GIP架構之液晶顯示裝置因溫度降低造成導通電流降低的問題。
根據本發明之液晶顯示裝置包括一液晶面板、一閘極驅動單元、一時脈產生器以及一溫度補償單元。該液晶面板具有一畫素陣列。該閘極驅動單元用以產生複數個驅動訊號來驅動該畫素陣列。該時脈產生器電性耦接至該閘極驅動單元。該溫度補償單元電性耦接至該閘極驅動單元以及該時脈產生器，其用以根據溫度變化調整該時脈產生器之輸出來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號。
根據本發明之液晶顯示裝置之驅動方法，該液晶顯示裝置包括一液晶面板、一閘極驅動單元、一時脈產生器以及一溫度補償單元，該液晶面板具有一畫素陣列，該驅動方法包括：利用該溫度補償單元根據溫度變化調整該時脈產生器之一輸出；傳送該時脈產生器之該輸出至該閘極驅動單元；根據該輸出補償該閘極驅動單元之複數個驅動訊號；傳送該等驅動訊號至該畫素陣列；以及以該等驅動訊號驅動該畫素陣列。
本發明之液晶顯示裝置及其驅動方法能根據溫度變化來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號，改善驅動訊號過低導致導通延遲或畫素充電不足的現象。
以下將參照附圖就本發明的具體實施例進行詳細說明。
請參閱第4圖，係繪示根據本發明一實施例之液晶顯示裝置4之示意圖。液晶顯示裝置4包括一液晶面板40、一閘極驅動單元44、一時脈產生器46、一溫度補償單元48以及一源極驅動單元50。液晶面板40具有一畫素陣列42製作於其上。畫素陣列42包括n條閘極線G1-Gn、m條源極線D1-Dm以及n*m個畫素52。由於採用GIP架構，閘極驅動單元44也製作於液晶面板40上，其電性耦接至閘極線G1-Gn，用以產生複數個驅動訊號來驅動畫素陣列42。源極驅動單元50電性耦接至源極線D1-Dm，用以提供顯示資料給畫素陣列42。時脈產生器46電性耦接至閘極驅動單元44。溫度補償單元48電性耦接至閘極驅動單元44以及時脈產生器46，用以調整時脈產生器46之輸出來補償閘極驅動單元44之驅動訊號。
閘極驅動單元44包括複數個位移暫存單元440電性串聯耦接，每一個位移暫存單元440係對應至畫素陣列42之其中一列，即對應至閘極線G1-Gn之其一。請參閱第5圖，係繪示根據本發明一第一實施例之溫度補償單元48、位移暫存單元440以及時脈產生器46之電路圖。位移暫存單元440係包括一SR正反器4400、一上拉薄膜電晶體T5、一下拉薄膜電晶體T6以及一第一電容C1。SR正反器4400具有一第一輸入端Si及一第二輸入端Ri，其中第一輸入端Si係耦接至一起始訊號(當位移暫存單元440為第一級，未圖示)或一前一級位移暫存單元440之閘極線輸出(當位移暫存單元440為第二至N級，未圖示)，第二輸入端Ri係耦接至一後一級位移暫存單元440之閘極線輸出(當位移暫存單元440為第一至N-1級，未圖示)或一結束訊號(當位移暫存單元440為第N級，未圖示)。上拉薄膜電晶體T5之閘極G係電性耦接至SR正反器4400之一第一輸出端Q。上拉薄膜電晶體T5之汲極D係電性耦接至時脈產生器46。上拉薄膜電晶體T5之源極S係電性耦接至下拉薄膜電晶體T6之汲極D。下拉薄膜電晶體T6之閘極G係電性耦接至SR正反器4400之一第二輸出端。下拉薄膜電晶體T6之源極S係電性耦接至一第三電壓VGL。第一電容C1係電性耦接於上拉薄膜電晶體T5之閘極G及源極S之間。該位移暫存單元440之閘極線輸出Gno係電性耦接至第4圖所示之閘極線Gn，作為閘極線Gn的驅動訊號來源。
請參閱第6圖，係繪示時脈產生器46的輸出波形CLK。輸出波形CLK為一脈波，其高準位以及低準位分別為第一電壓VGH以及第二電壓VEEG。一般來說，第一電壓VGH通常為時脈產生器46產生之最高電壓，第二電壓VEEG為時脈產生器46產生之最低電壓，第三電壓VGL(如第5圖所示)則非由時脈產生器46產生，而是由外部電源直接提供。
請同時再參閱第5圖以及第6圖，溫度補償單元48包括一電流/電壓轉換器480以及一負電壓調整器482。電流/電壓轉換器480電性耦接至上拉薄膜電晶體T5之汲極D，其用以將導通電流IDS的變化轉換成節點B的電壓VB變化。負電壓調整器482電性耦接至電流/電壓轉換器480，其用以根據節點B的電壓VB變化來調整時脈產生器46的輸出波形CLK，更明確而言，係調整輸出波形CLK之第二電壓VEEG使其變得更低，即第一電壓VGH與第二電壓VEEG之間的電壓差變大，亦即使輸出波形CLK的幅度變大，藉此第一電容C1兩端的閘極電壓VGS變大，使得導通電流IDS上升，進而解決因為溫度下降造成導通電流IDS下降的問題。
電流/電壓轉換器480包括一第一運算放大器OP1、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3以及一二極體D1。第一運算放大器OP1、第一電阻R1以及第二電阻R2組成一非反相放大器。二極體D1用以防止負電壓進入運算放大器OP1。當溫度降低時，導通電流IDS也會下降，此時節點A的電壓VA上升，根據下式可知節點B的電壓VB也會上升：
負電壓調整器482包括一第二運算放大器OP2、一三角波產生器4820、一第四電阻R4、一第五電阻R5、一第二電容C2、一第一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)M1以及一第二金氧半場效電晶體M2。第二運算放大器OP2係用以比較二輸入端之值。當第二運算放大器OP2之輸出為低準位時，第一金氧半場效電晶體M1導通，第二金氧半場效電晶體M2截止，電壓VDDA沿著路徑P1對第二電容C2充電，使得第二電容C2的電壓VC2提高。相反地，當第二運算放大器OP2之輸出為高準位時，第一金氧半場效電晶體M1截止，第二金氧半場效電晶體M2導通，第二電容C2的電壓VC2沿著路徑P2放電。綜上可知，當第二運算放大器OP2之輸出為低準位時，第二電容C2充電，當第二運算放大器OP2之輸出為高準位時，第二電容C2放電。
請同時參閱第5圖以及第7圖，其中第7圖係繪示第二運算放大器OP2之輸入與輸出波形圖。當溫度下降前，節點B的電壓為VB1，其與三角波產生器4820之輸出電壓VTRI經過第二運算放大器OP2的比較後，節點C的波形為脈波電壓PWM1，脈波電壓PWM1低準位持續的時間為T1。當溫度下降後，節點B的電壓上升為VB2，其與三角波產生器之輸出電壓VTRI經過第二運算放大器OP2的比較後，節點C的波形為脈波電壓PWM2，脈波電壓PWM2低準位持續的時間為T2。從圖中可知，時間T2係大於時間T1，且從上述可知，第二運算放大器OP2之輸出為低準位時，第二電容C2充電，代表溫度下降後，第二電容C2的充電時間增加，因此第二電容C2的電壓VC2提高。當電容C2放電後，可使橫跨第五電阻R5的電壓變得更低，亦即使第二電壓VEEG變得更低，第一電壓VGH與第二電壓VEEG之間的電壓差變大，亦即使輸出波形CLK的幅度變大，藉此第一電容C1兩端的電壓VGS變大，導通電流IDS亦隨之上升。
請同時參閱第6圖以及第8圖，係繪示根據本發明一第二實施例之溫度補償單元48’、位移暫存單元440以及時脈產生器46之電路圖。位移暫存單元440以及時脈產生器46與第5圖相同，此不再贅述。溫度補償單元48’包括一溫度感測器484以及負電壓調整器482。溫度感測器484係用以感測上拉薄膜電晶體T5或下拉薄膜電晶體T6之溫度，因此其較佳設置處為靠近上拉薄膜電晶體T5或下拉薄膜電晶體T6。溫度感測器484具有一負溫度係數，即溫度上升時，輸出電壓下降。溫度下降時，輸出電壓上升。因此當溫度下降時，節點B’之電壓VB’上升，負電壓調整器482電性耦接至溫度感測器484，其用以根據節點B’之電壓VB’變化來調整時脈產生器46的輸出波形CLK，更明確而言，係調整輸出波形CLK之第二電壓VEEG使其變得更低，即使得第一電壓VGH與第二電壓VEEG之間的電壓差變大，亦即使輸出波形CLK的幅度變大，藉此第一電容C1兩端的電壓VGS變大，導通電流IDS上升，進而解決因為溫度下降造成導通電流IDS下降的問題。負電壓調整器482之作動原理與第5圖相同，此不再贅述。
請參閱第9圖，係繪示根據本發明之液晶顯示裝置之驅動方法流程圖。該液晶顯示裝置包括一液晶面板、一閘極驅動單元、一時脈產生器以及一溫度補償單元，該液晶面板具有一畫素陣列，該驅動方法包括：步驟S900中，利用該溫度補償單元根據溫度變化調整該時脈產生器之一輸出；步驟S910中，傳送該時脈產生器之該輸出至該閘極驅動單元；步驟S920中，根據該輸出補償該閘極驅動單元之複數個驅動訊號；步驟S930中，傳送該等驅動訊號至該畫素陣列；以及步驟S940中，以該等驅動訊號驅動該畫素陣列。
該閘極驅動單元包括複數個位移暫存單元電性串聯耦接，每一該等位移暫存單元係對應至該畫素陣列之其中一列。該時脈產生器之輸出為一脈波，該脈波之高準位以及低準位分別為一第一電壓以及一第二電壓，該溫度補償單元係增加該第一電壓以及該第二電壓的電壓差來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號。
於一實施例中，該溫度補償單元包括一電流/電壓轉換器以及一負電壓調整器電性耦接至該電流/電壓轉換器，於上述步驟S900中包括：該電流/電壓轉換器將該閘極驅動單元之導通電流的變化轉換成一電壓變化；以及該負電壓調整器根據該電壓變化來調整該時脈產生器之該第二電壓，使得第一電壓與第二電壓之間的電壓差變大，亦即使脈波的幅度變大。
於另一實施例中，該溫度補償單元包括一溫度感測器以及一負電壓調整器電性耦接至該溫度感測器，於上述步驟S900中包括：該溫度感測器感測該閘極驅動單元之溫度變化並將感測之溫度變化轉換成一電壓變化；以及該負電壓調整器根據該電壓變化來調整該時脈產生器之該第二電壓，使得第一電壓與第二電壓之間的電壓差變大，亦即使脈波的幅度變大。
綜上所述，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，本發明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，當可作各種之更動與潤飾，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。
4．．．液晶顯示裝置
40．．．液晶面板
42．．．畫素陣列
44．．．閘極驅動單元
46、56．．．時脈產生器
48、48’．．．溫度補償單元
50．．．源極驅動單元
52．．．畫素
440、540．．．位移暫存單元
480．．．電流/電壓轉換器
482．．．負電壓調整器
484．．．溫度感測器
4400、5400．．．SR正反器
4820．．．三角波產生器
A、B、C．．．節點
C1．．．第一電容
C2．．．第二電容
CLK．．．輸出波形
D．．．汲極
D1．．．二極體
G．．．閘極
Gno．．．閘極線輸出
IDS．．．導通電流
M1．．．第一金氧半場效電晶體
M2．．．第二金氧半場效電晶體
OP1．．．第一運算放大器
OP2．．．第二運算放大器
P1、P2．．．路徑
PWM1、PWM2．．．脈波電壓
Q．．．第一輸出端
．．．第二輸出端
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
R3．．．第三電阻
R4．．．第四電阻
R5．．．第五電阻
Ri．．．第二輸入端
S．．．源極
S900-S940．．．步驟
Si．．．第一輸入端
T1、T2．．．時間
T3、T5．．．上拉薄膜電晶體
T4、T6．．．下拉薄膜電晶體
VB1、VB2、VDDA．．．電壓
VEEG．．．第二電壓
VGH．．．第一電壓
VGL．．．第三電壓
VGS．．．閘極電壓
VTRI．．．輸出電壓
第1圖係繪示習知之位移暫存單元以及一時脈產生器的電路圖；
第2圖係繪示時脈產生器的輸出波形；
第3圖係繪示薄膜電晶體之閘極電壓VGS與導通電流IDS在不同溫度下的關係曲線圖；
第4圖係繪示根據本發明一實施例之液晶顯示裝置之示意圖；
第5圖係繪示根據本發明一第一實施例之溫度補償單元、位移暫存單元以及時脈產生器之電路圖；
第6圖係繪示時脈產生器的輸出波形；
第7圖係繪示第二運算放大器之輸入與輸出波形圖；
第8圖係繪示根據本發明一第二實施例之溫度補償單元、位移暫存單元以及時脈產生器之電路圖；以及
第9圖係繪示根據本發明之液晶顯示裝置之驅動方法流程圖。
46．．．時脈產生器
48．．．溫度補償單元
440．．．位移暫存單元
480．．．電流/電壓轉換器
482．．．負電壓調整器
4400．．．SR正反器
4820．．．三角波產生器
A、B、C．．．節點
C1．．．第一電容
C2．．．第二電容
D．．．汲極
D1．．．二極體
G．．．閘極
Gno．．．閘極線輸出
IDS．．．導通電流
M1．．．第一金氧半場效電晶體
M2．．．第二金氧半場效電晶體
OP1．．．第一運算放大器
OP2．．．第二運算放大器
P1、P2．．．路徑
Q．．．第一輸出端
．．．第二輸出端
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
R3．．．第三電阻
R4．．．第四電阻
R5．．．第五電阻
Ri．．．第二輸入端
S．．．源極
Si．．．第一輸入端
T5．．．上拉薄膜電晶體
T6．．．下拉薄膜電晶體
VDDA．．．電壓
VEEG．．．第二電壓
VGL．．．第三電壓

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶面板，具有一畫素陣列；一閘極驅動單元，用以產生複數個驅動訊號來驅動該畫素陣列；一時脈產生器，電性耦接至該閘極驅動單元；以及一溫度補償單元，電性耦接至該閘極驅動單元以及該時脈產生器，用以根據溫度變化調整該時脈產生器之輸出來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號，該輸出為一脈波，該脈波之高準位以及低準位分別為一第一電壓以及一第二電壓，該溫度補償單元包括：一電流/電壓轉換器，電性耦接至該閘極驅動單元，用以將該閘極驅動單元之導通電流的變化轉換成一電壓變化；以及一負電壓調整器，電性耦接至該電流/電壓轉換器，用以根據該電壓變化來調整該時脈產生器之該第二電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該閘極驅動單元包括複數個位移暫存單元電性串聯耦接，每一該等位移暫存單元係對應至該畫素陣列之其中一列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示裝置，其中該溫度補償單元係增加該第一電壓以及該第二電壓的電壓差來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示裝置，其中每一該等位移暫存單元包括：一正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中該第一輸入端係耦接至一起始訊 號或一前一級位移暫存單元之一閘極線輸出，該第二輸入端係耦接至一後一級位移暫存單元之一閘極線輸出或一結束訊號；一上拉薄膜電晶體，具有一閘極、一汲極以及一源極，該上拉薄膜電晶體之該閘極係電性耦接至該正反器之該第一輸出端，該上拉薄膜電晶體之該汲極係電性耦接至該時脈產生器；一下拉薄膜電晶體，具有一閘極、一汲極以及一源極，該下拉薄膜電晶體之該閘極係電性耦接至該正反器之該第二輸出端，該下拉薄膜電晶體之源極係電性耦接至該時脈產生器所輸出之一第三電壓，該下拉薄膜電晶體之該汲極係電性耦接至該上拉薄膜電晶體之該源極；以及一第一電容，電性耦接於該上拉薄膜電晶體之該閘極以及該上拉薄膜電晶體之該源極之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該溫度補償單元係增加該第一電壓以及該第二電壓的電壓差來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號。
  6. 一種液晶顯示裝置之驅動方法，該液晶顯示裝置包括一液晶面板、一閘極驅動單元、一時脈產生器以及一溫度補償單元，該液晶面板具有一畫素陣列，該驅動方法包括：利用該溫度補償單元根據溫度變化調整該時脈產生器之一輸出，該輸出為一脈波，該脈波之高準位以及低準位分別為一第一電壓以及一第二電壓，利用該溫度補償單元根據溫度變化調整該時脈產生器之該輸出的步驟包括：該溫度補償單元之一電流/電壓轉換器將該閘極驅動單元之導通電流的變化轉換成一電壓變化；以及該溫度補償單元之一負電壓調整器根據該 電壓變化來調整該時脈產生器之該第二電壓；傳送該時脈產生器之該輸出至該閘極驅動單元；根據該輸出補償該閘極驅動單元之複數個驅動訊號；傳送該等驅動訊號至該畫素陣列；以及以該等驅動訊號驅動該畫素陣列。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置之驅動方法，其中該閘極驅動單元包括複數個位移暫存單元電性串聯耦接，每一該等位移暫存單元係對應至該畫素陣列之其中一列。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置之驅動方法，其中該溫度補償單元係增加該第一電壓以及該第二電壓的電壓差來補償該閘極驅動單元之該等驅動訊號。
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