TWI433092B - 液晶顯示器之閘極驅動方法及裝置 - Google Patents

液晶顯示器之閘極驅動方法及裝置 Download PDF

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Description

液晶顯示器之閘極驅動方法及裝置
本發明係指一種閘極驅動方法及裝置，尤指一種透過電荷回收及重新利用，調變閘極驅動訊號的閘極驅動方法及裝置。
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型輕薄、耗電量少以及無輻射污染等特性，已被廣泛地應用在各式電腦系統、行動電話、個人數位助理(PDA)等資訊產品上。液晶顯示器的工作原理係利用液晶分子在不同排列狀態下，對光線具有不同的偏振或折射效果，因此可經由不同排列狀態的液晶分子來控制光線的穿透量，進一步產生不同強度的輸出光線，及不同灰階強度的紅、綠、藍光。
請參考第1圖，第1圖為先前技術一薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)液晶顯示器10之示意圖。液晶顯示器10包含一液晶顯示面板(LCD Panel)100、一源極驅動器102、一閘極驅動器104以及一電壓產生器106。液晶顯示面板100係由兩基板(Substrate)構成，而於兩基板間填充有液晶材料(LCD layer)。一基板上設置有複數條資料線(Data Line)108、複數條垂直於資料線108的掃描線(Scan Line，或稱閘線，Gate Line)110以及複數個薄膜電晶體112，而於另一基板上設置有一共用電極(Common Electrode)用來經由電壓產生器106提供一共用訊號Vcom。薄膜電晶體112係以矩陣的方式分佈於液晶顯示面板100上，每一資料線108對應於液晶顯示面板100上之一行(Column)，而掃描線110對應於液晶顯示面板100上之一列(Row)，且每一薄膜電晶體112係對應於一畫素(Pixel)。此外，液晶顯示面板100之兩基板所構成的電路特性可視為一等效電容114。
在第1圖中，閘極驅動器104依序產生閘極驅動訊號VG_1～VG_M，以逐列開啟薄膜電晶體112，進而更新等效電容114中儲存之畫素資料。詳細來說，請參考第2圖，第2圖為閘極驅動器104之示意圖。閘極驅動器104包含有一邏輯電路105及緩衝器107_1～107_M。負載模組109_1～109_M為各負載之等效電路。邏輯電路105透過控制緩衝器107_1～107_M中電晶體之開關，輪流接通負載模組109_1～109_M至一高電壓VGG及一低電壓VEE，作為閘極驅動訊號VG_1～VG_M中的方波。
然而，由於等效電容114與薄膜電晶體112之閘極間存在寄生電容，當閘極驅動訊號VG_1～VG_M中的方波位於後緣時，閘極驅動訊號VG_1～VG_M之電壓變化透過寄生電容耦合至等效電容114，使得等效電容114儲存偏差的影像內容。為了改善後緣之耦合效應，閘極驅動器104可透過波形重整，調整閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波的波形，如第3圖所示。在第3圖中，閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波之後緣被調變，以避免閘極驅動訊號VG_1～VG_M之急遽變化影響儲存的畫素內容。當然，欲產生第3圖之調變波形，閘極驅動器104須增加額外的控制電路。
因此，如何以經濟省電的方法重整閘極驅動訊號的波形，已成為業界的努力目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種閘極驅動裝置及閘極驅動方法。
本發明揭露一種閘極驅動器，用來控制一顯示器，該閘極驅動器包含有一邏輯電路，用來產生複數個開關訊號、一斷電訊號及複數個分享訊號；複數個緩衝器，耦接於該邏輯電路，該每一緩衝器包含有一第一端耦接於該邏輯電路，一第二端耦接於一第一電壓源，一第三端耦接於第二電壓源，以及一第四端，用來根據該複數個開關訊號中之一開關訊號，決定供應一第一電壓或一第二電壓，以產生一閘極驅動訊號；以及一電荷回收模組，耦接於該複數個緩衝器及一參考電壓源之間，用來根據該複數個分享訊號，與複數個負載分享電荷。
本發明另揭露一種閘極驅動方法，用來控制一顯示器，該閘極驅動方法包含有輸出一非致能電壓，作為一閘極驅動訊號；停止輸出該非致能電壓，並從一調節電容釋出預儲電荷，以提升該閘極驅動訊號至第一預設電壓；輸出一致能電壓，作為該閘極驅動訊號；停止輸出該致能電壓，並回收閘極的電荷至該調節電容，以降低該閘極驅動訊號至第二預設電壓；以及重新輸出該非致能電壓，作為該閘極驅動訊號。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一閘極驅動器40之示意圖。閘極驅動器40用來控制一液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)中畫素的更新時序，亦即控制第1圖中以矩陣方式排列之薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)112的閘極電壓。閘極驅動器40包含有一邏輯電路400、緩衝器412_1～412_M、一開關模組420及一電荷回收模組430。邏輯電路400用來產生開關訊號SW1～SWM、一斷電訊號BK及分享訊號SS1～SSM。緩衝器412_1～412_M用來根據開關訊號SW1～SWM，決定輸出一第一電壓V1或一第二電壓V2，以產生閘極驅動訊號VG_1～VG_M，閘極驅動訊號VG_1～VG_M分別用來掃描一列(row)的薄膜電晶體。開關模組420用來根據斷電訊號BK，切斷輸出第一電壓V1至負載模組416_1～416_M之供電路徑。負載模組416_1～416_M係各負載之等效電路。最後，電荷回收模組430根據分享訊號SS1～SSM，與負載模組416_1～416_M分享電荷，以調整閘極驅動訊號VG_1～VG_M的波形。須注意的是，有鑑於閘極驅動訊號VG_1～VG_M係以方波的型式指定薄膜電晶體112的開啟時序，開關模組420特別於方波之前緣及後緣斷路，同時，電荷回收模組430連接至正接收方波之一負載模組416_x，使得電荷回收模組430與負載模組416_x獨立地分享儲存之電荷，以調整閘極驅動訊號VG_1～VG_M於前、後緣之波形。
簡單來說，為了調變閘極驅動訊號VG_1～VG_M的波形，閘極驅動器40新增電荷回收模組430，其用來調節負載模組416_1～416_M中儲存之電荷。於閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波之前緣與後緣，電荷回收模組430與負載模組416_1～416_M分享儲存之電荷，以透過「回收」及「重複利用」負載模組416_1～416_M中之電荷，減少產生閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波所需的電能。由於電荷分享係一漸進過程，閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波之前緣及後緣呈和緩變化狀，因此可達到降低耦合現象的目的。相較於先前技術在產生方波的過程中，外接的電壓源須對負載模組416_1～416_M反覆地執行充電和放電操作，造成電能浪費，電荷回收模組430「回收」閘極驅動訊號VG_1～VG_M為第一電壓V1時之電荷，以達到調變之目的，並於產生下一個方波時，「重複利用」該電荷，將閘極驅動訊號VG_1～VG_M預充至一第一預設電壓，以降低閘極驅動器40之功率消耗。
詳細來說，電荷回收模組430包含有一調節電容Cr及開關432_1～432_M。開關432_1～432_M用來根據分享訊號SS1～SSM，決定調節電容Cr是否與負載模組416_1～416_M分享電荷。調節電容Cr之一端耦接於一參考電壓源，電路設計者可透過選擇參考電壓源提供之一參考電壓VREF值，控制從負載模組416_1～416_M「回收」及「重複利用」之電荷量，進而決定第一預設電壓及調變幅度。緩衝器412_1～412_M包含有P型場效應電晶體(field_effect transistor，FET)QP1～QPM及N型場效應電晶體QN1～QNM，用來根據對應的開關訊號SW_1～SW_M，決定供應第一電壓V1或第二電壓V2至負載模組416_1～416_M。負載模組416_1～416_M分別包含有負載電阻R1～RM及負載電容C1～CM，用來根據緩衝器412_1～412_M之切換操作，儲存或輸出電荷，以產生閘極驅動訊號VG_1～VG_M。另外，為實現電荷分享操作，開關模組420較佳地包含有一開關422，開關422根據斷電訊號BK，於閘極驅動訊號VG_1～VG_M中方波之前緣及後緣，切斷第一電壓V1之供電路徑，使得負載電容C1～CM與調節電容Cr獨立地分享儲存之電荷。
舉例來說，請參考第5圖，第5圖為開關訊號SW_1～SW_M、斷電訊號BK、分享訊號SS1～SSM及閘極驅動訊號VG_1～VG_3之時序圖。在第5圖中，以閘極驅動訊號VG_1的產生過程為例，於閘極驅動訊號VG_1中方波之前緣(時間點t1、t2之間)，斷電訊號BK指示開關422切斷第一電壓V1之供電路徑；開關訊號SW_1～SW_M指示緩衝器412_1～412_M切斷負載模組416_1～416_M間之電連接；分享訊號SS1指示開關432_1導通調節電容Cr及負載電容C1，使得調節電容Cr中儲存之電荷輸出至負載電容C1，以將閘極驅動訊號VG_1預充至準致能位準。於閘極驅動訊號VG_1中方波的中段(時間點t2、t3之間)，斷電訊號BK指示開關422恢復輸出第一電壓V1至負載模組416_1；開關訊號SW_1指示緩衝器412_1～412_M傳遞第一電壓V1；分享訊號SS1指示開關432_1隔離調節電容Cr及負載電容C1，以致能閘極驅動訊號VG_1。最後，於閘極驅動訊號VG_1中方波之後緣(時間點t3、t4之間)，斷電訊號BK再度指示開關422切斷第一電壓V1之供電路徑；開關訊號SW_1～SW_M指示緩衝器412_1～412_M切斷負載模組416_1～416_M間之電連接；分享訊號SS1指示開關432_1導通調節電容Cr及負載電容C1，使得負載電容C1中儲存之電荷回收至調節電容Cr，作為產生下一個閘極驅動訊號(VG_2)之方波時，預充負載電容C1之儲備電荷。閘極驅動訊號VG_2～VG_M產生過程之操作與閘極驅動訊號VG_1相同，在此不贅述。因此，透過於閘極驅動訊號VG_1～VG_M前緣及後緣之電荷分享操作，閘極驅動器40可回收並重複利用驅動所需之電荷，以用經濟、省電的方法實現波形調整。
須注意的是，調節電容Cr於閘極驅動訊號VG_1～VG_M之前緣與負載電容C1～CM分享電荷後，仍存有部份電荷，導致調節電容Cr於下次「回收」負載電容C1～CM電荷時之效率降低，進而影響調變之幅度。為了確保閘極驅動訊號VG_1～VG_M調變之幅度一致，請參考第6圖，第6圖為電荷回收模組430之變化實施例一電荷回收模組630之示意圖。電荷回收模組630新增一開關634，開關634耦接於調節電容Cr之兩端，用來根據邏輯電路400產生之一清除訊號CLN，於閘極驅動訊號VG_1～VG_M之中段導通，以清除負載電容C1～CM儲存之電荷，進而確保閘極驅動訊號VG_1～VG_M調變之幅度一致。
須注意的是，閘極驅動器40係假設液晶顯示器中之薄膜電晶體為N型場效應電晶體，其於閘極驅動訊號VG_1～VG_M為第一電壓V1時導通，以更新儲存的畫素內容。當然，液晶顯示器中之薄膜電晶體亦可能為P型場效應電晶體，在此情況下，請參考第7圖，第7圖為閘極驅動器40之變化實施例一閘極驅動器70之示意圖。閘極驅動器70用來掃描薄膜電晶體為P型場效應電晶體之液晶顯示器。在閘極驅動器70中，開關模組420由一開關模組720取代，其包含有一開關722，開關722根據斷電訊號BK，切斷第二電壓V2之供電路徑。閘極驅動器70中開關訊號SW_1～SW_M、斷電訊號BK、分享訊號SS1～SSM、清除訊號CLN及閘極驅動訊號VG_1～VG_3之時序，可參考第8圖。第8圖與第5圖類似，差別僅在於欲製造閘極驅動訊號VG_1～VG_M極性相反，相關說明可參考前述，在此不贅述。
閘極驅動器40、70產生方波作為閘極驅動訊號VG_1～VG_M之操作可歸納為一閘極驅動流程90，如第9圖所示。閘極驅動流程90包含有下列步驟：
步驟900：開始。
步驟902：緩衝器412_x根據開關訊號SW_x，輸出一非致能電壓，作為閘極驅動訊號VG_x。
步驟904：開關模組420、720根據斷電訊號BK，停止輸出非致能電壓；電荷回收模組430、630與負載模組416_x分別根據分享訊號SSx及開關訊號SW_x，獨立地分享儲存之電荷，以預先調整閘極驅動訊號VG_x至第一預設電壓。
步驟906：開關模組420、720及緩衝器412_x分別根據斷電訊號BK及開關訊號SW_x導通，以輸出一致能電壓，作為閘極驅動訊號VG_x。
步驟908：開關634根據清除訊號CLN導通，以清除調節電容Cr中儲存之電荷。
步驟910：開關模組420、720根據斷電訊號BK，停止輸出致能電壓；電荷回收模組430、630與負載模組416_x分別根據分享訊號SSx及開關訊號SW_x，獨立地分享儲存之電荷，以調變閘極驅動訊號VG_x。
步驟912：開關模組420、720及緩衝器412_x分別根據斷電訊號BK及開關訊號SW_x，輸出非致能電壓，作為閘極驅動訊號VG_x。
步驟914：結束。
在閘極驅動流程90中，若薄膜電晶體為N型場效應電晶體，非致能電壓為一低電壓，致能電壓為一高電壓。相反地，若薄膜電晶體為P型場效應電晶體，非致能電壓為高電壓，致能電壓為低電壓。
在先前技術中，閘極驅動訊號VG_1～VG_M之電壓變化透過寄生電容耦合至等效電容114，使得等效電容114儲存偏差的影像內容，因此亟欲透過波形重整減輕耦合現象。因此，本發明透過開關操作，於閘極驅動訊號VG_1～VG_M之前緣及後緣，切斷電源供應，並獨立地分享負載模組416_1～416_M與電荷回收模組430、630儲存之電荷。由於電荷分享係一漸進過程，閘極驅動訊號VG_1～VG_M可以緩和的速率下降，可減輕耦合現象。另外，透過回收負載模組416_1～416_M之電荷，電荷回收模組430、630預先提升閘極驅動訊號VG_1～VG_M至準致能位準，以降低閘極驅動器40、70之電能消耗。
綜上所述，本發明在不新增額外複雜控制電路的前提下，透過回收及重複利用暨有驅動電路之電荷，和緩閘極驅動訊號之後緣，以經濟、省電的方式達成調變目的。
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。
BK．．．斷電訊號
V1．．．第一電壓
V2．．．第二電壓
VG_1、VG_2、VG_3、VG_M-1、VG_M、VG_x．．．閘極驅動訊號
VS_1、VS_2、VS_N-1、VS_N．．．源極驅動訊號
Vcom．．．共用訊號
VREF．．．參考電壓
SW1、SW2、SW3、SWM-1、SWM．．．開關訊號
SS1、SS2、SS3、SSM．．．分享訊號
QP1、QP2、QPM-1、QPM．．．P型場效應電晶體
QN1、QN2、QNM-1、QNM．．．N型場效應電晶體
R1、R2、RM-1、RM．．．負載電阻
C1、C2、CM-1、CM．．．負載電容
Cr．．．調節電容
CLN．．．清除訊號
t1、t2、t3、t4．．．時間點
10．．．液晶顯示器
100．．．液晶顯示面板
102．．．源極驅動器
105．．．邏輯電路
107_1、107_2、107M-1、107_M、412_1、412_2、412_M-1、410_M．．．緩衝器
106．．．電壓產生器
108．．．資料線
109_1、109_2、109M-1、109_M．．．負載模組
110．．．掃描線
112．．．薄膜電晶體
114．．．等效電容
40、70、104．．．閘極驅動器
400．．．邏輯電路
416_1、416_2、416_M-1、416_M．．．負載模組
420、720．．．開關模組
422、432_1、432_2、432_M-1、432_M、634、722．．．開關
430、630．．．電荷回收模組
90．．．閘極驅動流程
900、902、904、906、908、910、912、914．．．步驟
第1圖為先前技術一液晶顯示器之示意圖。
第2圖為第1圖之液晶顯示器中一閘極驅動器之示意圖。
第3圖為一閘極驅動訊號之時序圖。
第4圖為本發明實施例一閘極驅動器之示意圖。
第5圖為第4圖之閘極驅動器中開關訊號、一斷電訊號、分享訊號及閘極驅動訊號之時序圖。
第6圖為第4圖之閘極驅動器中一電荷回收模組之一變化實施例之示意圖。
第7圖為本發明實施例一閘極驅動器之示意圖。
第8圖為第7圖之閘極驅動器中開關訊號、一斷電訊號、分享訊號、一清除訊號及閘極驅動訊號之時序圖。
第9圖為本發明實施例一閘極驅動流程之示意圖。
BK．．．斷電訊號
V1．．．第一電壓
V2．．．第二電壓
VREF．．．參考電壓
VG_1、VG_2、VG_M-1、VG_M．．．閘極驅動訊號
SW1、SW2、SWM-1、SWM．．．開關訊號
SS1、SSM．．．分享訊號
QP1、QP2、QPM-1、QPM．．．P型場效應電晶體
QN1、QN2、QNM-1、QNM．．．N型場效應電晶體
R1、R2、RM-1、RM．．．負載電阻
C1、C2、CM-1、CM．．．負載電容
Cr．．．調節電容
40．．．閘極驅動器
400．．．邏輯電路
412_1、412_2、412_M-1、410_M．．．緩衝器
416_1、416_2、416_M-1、416_M．．．負載模組
420．．．開關模組
422、432_1、432_2、432_M-1、432_M．．．開關
430．．．電荷回收模組

Claims (11)

  1. 一種閘極驅動器，用來控制一顯示器，該閘極驅動器包含有：一邏輯電路，用來產生複數個開關訊號及複數個分享訊號；複數個緩衝器，耦接於該邏輯電路，該每一緩衝器包含有一第一端耦接於該邏輯電路，一第二端耦接於一第一電壓源，一第三端耦接於第二電壓源，以及一第四端，用來根據該複數個開關訊號中之一開關訊號，決定供應一第一電壓或一第二電壓，以產生一閘極驅動訊號；以及一電荷回收模組，耦接於該複數個緩衝器及一參考電壓源之間，用來根據該複數個分享訊號，與複數個負載分享電荷。
  2. 如請求項1所述之閘極驅動器，其中該電荷回收模組包含有：一調節電容，包含有一第一端耦接於該參考電壓源，及一第二端；以及複數個開關，該每一開關耦接於該第二端及該複數個緩衝器之一緩衝器之該第四端之間，用來根據該複數個分享訊號之一分享訊號，於該緩衝器對應之該閘極驅動訊號之一方波之一前緣及一後緣，連接該調節電容及該緩衝器。
  3. 如請求項1所述之閘極驅動器，其另包含有一開關模組，耦接於該複數個緩衝器與該第一電壓源及該第二電壓源之間，用來根據該邏輯電路所產生之一斷電訊號，切斷該第一電壓電源或該第二電壓電源至該複數個緩衝器的電連接。
  4. 如請求項3所述之閘極驅動器，其中於該每一閘極驅動訊號之一方波之一前緣及一後緣，該開關模組根據該斷電訊號斷路，且該閘極驅動訊號對應之該分享訊號指示該電荷回收模組，連接至該閘極驅動訊號對應之該緩衝器，使得該電荷回收模組與該複數個負載之一負載分享儲存之電荷。
  5. 如請求項3所述之閘極驅動器，其中該開關模組包含有：一開關，耦接於該複數個緩衝器及該第一電壓源之間，用來根據該斷電訊號，於該複數個閘極驅動訊號之該複數個方波之該複數個前緣及該複數個後緣，切斷該第一電壓源至該複數個緩衝器之電連接。
  6. 如請求項3所述之閘極驅動器，其中該開關模組包含有：一開關，耦接於該複數個緩衝器及該第二電壓源之間，用來根據該斷電訊號，於該複數個閘極驅動訊號之該複數個方波之該複數個前緣及該複數個後緣，切斷該第二電壓源至該複數個緩衝器之電連接。
  7. 如請求項1所述之閘極驅動器，其中該每一緩衝器包含有：一P型場效應電晶體(field-effect transistor，FET)，包含有一閘極耦接於該第一端，一源極耦接於該第二端，及一汲極耦接於該第四端，用來根據該開關訊號，決定該第四端至 該第一電壓源之電連接；以及一N型場效應電晶體，包含有一閘極耦接於該第一端，一源極耦接於該第三端，及一汲極耦接於該第四端，用來根據該開關訊號，決定該第四端至該第二電壓源之電連接。
  8. 如請求項2所述之閘極驅動器，其中該電荷回收模組另包含有：一開關，耦接於該調節電容之該第一端及該第二端之間，用來根據一清除訊號，導通該第一端及該第二端。
  9. 如請求項8所述之閘極驅動器，其中該邏輯電路另用來產生該清除訊號，以於該複數個閘極驅動訊號之該複數個方波之複數個中段，指示清除該調節電容儲存之電荷。
  10. 一種閘極驅動方法，用來控制一顯示器，該閘極驅動方法包含有：根據一開關訊號，輸出一非致能電壓，作為一閘極驅動訊號；根據該開關訊號，停止輸出該非致能電壓，並從一調節電容釋出預儲電荷，以提升該閘極驅動訊號至第一預設電壓；根據一斷電訊號及該開關訊號，輸出一致能電壓，作為該閘極驅動訊號；根據該斷電訊號，停止輸出該致能電壓，並回收閘極的電荷至該調節電容，以降低該閘極驅動訊號至第二預設電壓；以及 根據該斷電訊號及該開關訊號，重新輸出該非致能電壓，作為該閘極驅動訊號；其中，該閘極驅動訊號驅動一N型場效應電晶體時，該非致能電壓係一低電壓，該致能電壓係一高電壓，而該閘極驅動訊號驅動一P型場效應電晶體時，該非致能電壓係一高電壓，該致能電壓係一低電壓。
  11. 如請求項10所述之閘極驅動方法，其中輸出該致能電壓，作為該閘極驅動訊號之步驟，另包含有清除該調節電容儲存之電荷。
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