TWI407401B - 位準移位器、時脈輸出訊號的產生方法以及相應的平面顯示裝置 - Google Patents

位準移位器、時脈輸出訊號的產生方法以及相應的平面顯示裝置 Download PDF

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Description

位準移位器、時脈輸出訊號的產生方法以及相應的平面顯示 裝置
本發明是有關於顯示技術領域，且特別是有關於一種位準移位器、時脈輸出訊號的產生方法以及相應的平面顯示裝置。
隨著科技的發展，平面顯示裝置，例如液晶顯示裝置由於具有輕、薄及低輻射等優點，而逐漸取代陰極射線管(CRT)顯示裝置。典型的液晶顯示裝置一般包括顯示基板、電路板以及設置在顯示基板上的閘極驅動電路以及源極驅動電路。電路板上設置有時序控制器，用以提供複數個控制訊號至閘極驅動電路與源極驅動電路。閘極驅動電路用於驅動顯示基板上的複數條閘極線，而源極驅動電路用於將影像訊號輸出至顯示基板上的複數條資料線。閘極驅動電路與源極驅動電路一般以載帶式封裝(TCP)或者玻璃覆晶封裝技術設置於顯示基板上。此外，閘極驅動電路還可以直接形成於顯示基板上，即所謂的閘極陣列電路(Gate-On-Array Circuit,GOA Circuit)。且於顯示基板中直接形成閘極驅動電路的這種結構包括移位暫存器(Shift Register)，移位暫存器包括複數個級聯耦接的級(Stage)，以產生複數個閘極驅動脈衝從而依序致能設置於顯示基板上的閘極線。
目前兩相(2-phase)的陣列上閘極(Gate On Array，GOA)電路設計中，位準移位器設置於電路板上以產生兩個時脈訊號所需的電壓分別提供閘級驅動脈衝所需的能量。由於這兩個時脈訊號的電壓振幅(即高電位與低電位之間的電壓差)較大且與其相連接的移位暫存器的級數較多，寄生電容相當大，因此其功率消耗大。為改善上述缺陷，業界一般利用電荷分享技術來減少位準移位器的功率消耗。由於上述兩個時脈訊號一般具有相反的極性，因此目前業界採用的電荷分享技術是在二者極性轉變前，將二者相接以使二者互相分享電荷至中間的電壓，之後再由位準移位器的輸出緩衝器將二者分別放大至目標電壓。惟，上述兩個時脈訊號的極性正好相反，當其中的一時脈訊號要上升時，另一時脈訊號必須下降，這兩個時脈訊號無法同時處於低電位或高電位從而缺乏波形設計彈性。
另，對於其他多相(例如四相)的GOA電路，若其使用的多相時脈訊號的高電位時間存在部分重疊，則上述二相時脈訊號所採用的電荷分享技術無法應用於此，因而多相的位準移位器的功率消耗較大。
本發明的目的就是在提供一種位準移位器，其可減少功率消耗。
本發明的再一目的是提供一種時脈輸出訊號的產生方法，其應用範圍較廣且可減少功率消耗。
本發明的又一目的是提供一種平面顯示裝置，其可減少功率消耗
本發明提出一種位準移位器，其包括至少一個位準移位單元，其中每個位準移位單元用以產生一對應之時脈輸出訊號，且每個位準移位單元分別包括放大器以及控制電路。放大器包括輸入端、正電源端、負電源端以及輸出端，此輸入端接收時脈輸入訊號，正電源端接收第一參考電壓，負電源端接收第二參考電壓，且第一參考電壓大於第二參考電壓。控制電路於輸出端輸出對應之時脈輸出訊號，且此控制電路包括控制開關以及多個輔助控制開關。其中，控制開關電性耦接於放大器的輸出端與控制電路的輸出端之間；輔助控制開關分別電性耦接於多個不同之輔助參考電壓源之一與控制電路的輸出端之間。控制開關與輔助控制開關於不同時刻導通，以使對應之時脈輸出信號從第二參考電壓分別與不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至第一參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份，或者從第一參考電壓分別與不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至第二參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份。
本發明還提出一種時脈輸出訊號的產生方法，其應用於匹配閘極陣列電路的位準移位器。上述時脈輸出訊號的產生方法包括接收對應之時脈輸入訊號；以及使對應之時脈輸出訊號分別與多個不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至第一參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份，或使對應之時脈輸出訊號分別與不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至第二參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份。
本發明另提出一種平面顯示裝置，其包括時序控制器、位準移位器以及閘極陣列移位暫存器。時序控制器用以產生控制訊號以及至少一個時脈輸入訊號。位準移位器接收控制訊號以及前述的至少一個時脈輸入訊號，並產生與此至少一個時脈輸入訊號相對應之至少一個時脈輸出訊號。閘極陣列移位暫存器接收前述的至少一個時脈輸出訊號以產生多個閘極驅動脈衝。其中，位準移位器包括至少一個位準移位單元，且每個位準移位單元包括放大器以及控制電路。放大器包括輸入端、正電源端、負電源端以及輸出端，此輸入端接收對應之時脈輸入訊號，正電源端接收第一參考電壓，負電源端接收第二參考電壓，且第一參考電壓大於第二參考電壓。控制電路於輸出端輸 出對應之時脈輸出訊號，且此控制電路包括控制開關以及多個輔助控制開關。其中，控制開關電性耦接於放大器的輸出端與控制電路的輸出端之間；輔助控制開關分別電性耦接於多個不同之輔助參考電壓源之一與控制電路的輸出端之間。控制開關與輔助控制開關於不同時刻導通，以使對應之時脈輸出信號從第二參考電壓分別與不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至第一參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份，或者從第一參考電壓分別與不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至第二參考電壓並成為對應之時脈輸出信號的一部份。
在本發明的較佳實施例中，上述之第一參考電壓、第二參考電壓以及不同之輔助參考電壓源中的至少其中之一藉由一個對應的浮接電容而提供。
在本發明的一個實施例中，上述之位準移位單元所產生的多個時脈輸出訊號之間互不重疊。而在另一個實施例中，上述之位準移位單元所產生的多個時脈輸出訊號之間則可以互相部分重疊。
本發明的位準移位器藉由每個位準移位器而對每個時脈輸入訊號進行放大處理以及電荷分享處理以獲得對應的時脈輸出訊號，且由於時脈輸出訊號與不同的輔助參考電壓源進行電荷分享，因此其可以大幅地減小功率消耗，節省能量。此外，本發明的位準移位器以及電荷分享技術既可以應用於兩相的陣列上閘極(Gate On Array，GOA)電路中，也可以應用於超過兩相(例如四相)的GOA電路中，其應用範圍較廣。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參閱圖1，其繪示為本發明一實施例所揭示的一種平面顯示裝置的示意圖。如圖1所示，平面顯示裝置100包括電路板110以及顯示基板120。電路板110上設置有時序控制器111以及位準移位器112。顯示基板120的顯示區域(未標示)中設置有多條閘極線GL1 ~GLm ，而顯示基板120的外圍區域(未標示)則設置有閘極陣列移位暫存器123。其中，時序控制器111用以產生至少一個以上的時脈輸入訊號CLK1 ~CLKn 以及一個控制訊號CS。位準移位器112接收控制訊號CS以及時脈輸入訊號CLK1 ~CLKn 以對其進行相關處理從而產生對應的時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKoutn 。閘極陣列移位暫存器123接收時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKoutn 並依據時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKoutn 而產生多個閘極驅動脈衝以依序地致能顯示基板120上的閘極線GL1 ~GLm 。其中，位準移位器112包括一個以上的位準移位單元(圖未示)，每個位準移位單元分別接收控制訊號CS以及一個時脈輸入訊號(例如：CLKn )，並根據控制訊號CS而對時脈輸入訊號(例如：CLKn )進行處理而產生相應的時脈輸出訊號(例如：CLKoutn )。
請參閱圖2，其繪示為本發明一實施例所揭示的位準移位單元的示意圖。如圖2所示，本發明實施例所揭示的位準移位單元200包括放大器210以及控制電路220。放大器210包括輸入端、正電源端、負電源端以及輸出端。放大器210的輸入端接收時脈輸入訊號CLKn ，正電源端接收第一參考電壓VGH，負電源端接收第二參考電壓VGL，其中第一參考電壓VGH大於第二參考電壓VGL。控制電路220電性耦接至放大器210的輸出端與多個輔助參考電壓源，如VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 等，以於控制電路220的輸出端221輸出對應之時脈輸出訊號CLKoutn 。控制電路220包括控制開關S1 以及輔助控制開關S2 ~S5 ，其中，控制開關S1 電性耦接於放大器210的輸出端與控制電路220的輸出端221之間，而每個輔助控制開關S2 ~S5 分別電性耦接於一個對應的輔助參考電壓源與控制電路220的輸出端221之間。這些輔助參考電壓源VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 的電位介於第二參考電壓VGL與第一參考電壓VGH之間，且這些輔助參考電壓源VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 的電位各不相同。在本實施例中，第二參考電壓VGL以及輔助參考電壓源VGL1 為負電位，輔助參考電壓源GND為地電位，而第一參考電壓VGH以及輔助參考電壓源VGH1 及VGH2 為正電位，且VGL＜VGL1 ＜GND＜VGH1 ＜VGH2 ＜VGH。當然，本領域技術人員可以理解的是，第一參考電壓VGH與第二參考電壓VGL的大小以及輔助參考電壓源的個數可依據實際需要而進行設定。
請參閱圖3，其繪示為圖2所示的各種訊號的時序圖。請一併參閱圖2-3，以下將具體介紹本發明實施例所揭示的位準移位單元的工作原理。
具體地，當位準移位單元200的放大器210接收的時脈輸入訊號CLKn 處於低電位時，放大器210將負電源端所接收的第二參考電壓VGL作為輸出，此時控制電路220中的控制開關S1導通，因此控制電路220的輸出端221所輸出的時脈輸出訊號CLKoutn 就是放大器210的負電源端所接收的第二參考電壓VGL。
當要使時脈輸入訊號CLKn 從低電位向高電位轉換時，控制電路220首先將受控制訊號CS的控制而截止控制開關S1 並導通輔助控制開關S5 ；如此一來，控制電路220的輸出端221就可以與輔助參考電壓源VGL1 分享電荷，並使時脈輸出訊號CLKoutn 的電位將從第二參考電壓VGL拉升至電位VGL1 。在這之後，控制訊號CS使輔助控制開關S5 截止並導通輔助控制開關S4 ；如此一來即可因為控制電路220的輸出端221與輔助參考電壓GND分享電荷而使時脈輸出訊號CLKoutn 從電位VGL1 拉升至電位GND。依此類推，在接續經過截止輔助控制開關S4 並導通輔助控制開關S3 、截止輔助控制開關S3 並導通輔助控制開關S2 而到截止輔助控制開關S2 並再次導通控制開關S1 的過程之後，控制電路220的輸出端221上的電位將如圖3所示般被逐步拉升至第一參考電壓VGH。
也就是說，輔助控制開關S2 ~S5 與控制開關S1 受控制訊號CS的時脈控制而依次地導通；而在此過程中，時脈輸出訊號CLKoutn 從第二參考電壓VGL分別與不同的輔助參考電壓源VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 分享電荷而被逐漸拉升至第一參考電壓VGH並穩定在第一參考電壓VGH上。此外，輔助參考電壓源VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 的電位也將成為時脈輸出訊號CLKoutn 的一部分。換句話說，時脈輸出訊號CLKoutn 並非是由第二參考電壓VGL直接拉升至第一參考電壓VGH，而是藉由與不同的輔助參考電壓源VGL1 、GND、VGH1 及VGH2 分享電荷而逐步地被拉升至第一參考電壓VGH，因此其消耗的功率較少。
相對地，當時脈輸入訊號CLKn 從高電位向低電位轉換時，控制電路220受控制訊號CS的控制而依序經過導通控制開關S1 、截止控制開關S1 並導通輔助控制開關S2 、截止輔助控制開關S2 並導通輔助控制開關S3 、截止輔助控制開關S3 並導通輔助控制開關S4 、截止輔助控制開關S4 並導通輔助控制開關S5 ，以及截止輔助控制開關S1 並再次導通控制開關S1 的操作過程。藉此，控制電路220的輸出端221將由第一參考電壓VGH開始逐一與各輔助參考電壓源VGH2 、VGH1 、GND及VGL1 互相分享電荷，並最終被拉低至第二參考電壓VGL。
因此，本發明的位準移位器藉由每個位準移位器而對每個時脈輸入訊號(CLK1 ~CLKn )進行放大處理以及電荷分享處理以獲得對應的時脈輸出訊號(CLKout1 ~CLKoutn )，且由於時脈輸出訊號(CLKout1 ~CLKoutn )與不同的輔助參考電壓源VGH2、VGH1、GND及VGL1進行電荷分享而改一次拉升(拉低)電位的做法為多階拉升(拉低)電位的做法，因此其可以大幅地減小功率消耗，節省能量。
此外，本領域技術人員可以理解的是，本發明所揭示的電荷分享技術是對每個單獨的時脈輸入訊號CLKn進行處理，因此本發明的位準移位器既可以應用於兩相的陣列上閘極(Gate On Array，GOA)電路中，也可以應用於三相以上(例如四相)的GOA電路中。
具體地，以下以應用於四相的GOA電路的位準移位器為例來進行說明。請參閱圖4，其繪示為本發明一實施例所揭示的應用於四相的GOA電路的位準移位器的各種訊號的時序圖。如圖4所示，位準移位器接收四個時脈輸入訊號CLK1 ~CLK4 以及控制訊號CS，並對時脈輸入訊號CLK1 ~CLK4 進行處理而產生四個相應的時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKout4 。在本實施例中，四個時脈輸入訊號CLK1 ~CLK4 的致能期間(enable period)互不重疊，同樣地，四個相應的時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKout4 的致能期間亦互不重疊(non-overlap)。此外，每個時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKout4 在進行高低電位轉換時，都分別利用如圖2-3所示的電荷分享技術以逐步地拉升或拉低電位。
請參閱圖5，其繪示為本發明另一實施例所揭示的應用於四相的GOA電路的位準移位器的各種訊號的時序圖。如圖5所示，本實施例與圖4所示之實施例的差別在於時脈輸入訊號CLK1 ~CLK4 的致能期間互相重疊，同樣地，四個相應的時脈輸出訊號CLKout1 ~CLKout4 的致能期間亦互相重疊(overlap)。
此外，本領域技術人員可以理解的是，本發明中第一參考電壓VGH、第二參考電壓VGL以及輔助參考電壓源VGL1、GND、VGH1及VGH2可以利用專門的電路來提供，例如電荷泵(charge pump)電路，但是，其亦可採用現有的電路來提供。請參閱圖6，其繪示為本發明另一實施例所揭示的位準移位單元的示意圖。如圖6所示，本實施例所揭示的位準移位單元300與圖2所示的位準移位單元200相似，其不同僅在於輔助參考電壓源VGH1 與VGL1 藉由浮接電容而提供，且此浮接電容可為實際電容或平面顯示器中的寄生電容。
綜上所述，本發明的位準移位器藉由每個位準移位器而對每個時脈輸入訊號進行放大處理以及電荷分享處理以獲得對應的時脈輸出訊號，且由於時脈輸出訊號與不同的輔助參考電壓源進行電荷分享，因此可以大幅地減小功率消耗，節省能量。此外，本發明的位準移位器以及電荷分享技術既可以應用於兩相的GOA電路中，也可以應用於三相以上(例如三相或四相)的GOA電路中，其應用範圍較廣。
雖然本發明已以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，當可作些許之更動與潤飾，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。
100．．．平面顯示裝置
110．．．電路板
120．．．顯示基板
111．．．時序控制器
112、200、300．．．位準移位器
123．．．閘極陣列移位暫存器
GL1 ~GLm ．．．閘極線
CS．．．控制訊號
CLK1 ~CLKn ．．．時脈輸入訊號
CLKout1 ~CLKoutn ．．．時脈輸出訊號
VGH．．．第一參考電壓
VGL．．．第二參考電壓
VGL1、GND、VGH1、VGH2．．．輔助參考電壓源
S1 ．．．控制開關
S2 ~S5 ．．．輔助控制開關
CS．．．控制訊號
210．．．放大器
220．．．控制電路
221．．．控制電路的輸出端
圖1繪示為本發明一實施例所揭示的平面顯示裝置的示意圖。
圖2繪示為本發明一實施例所揭示的位準移位單元的示意圖。
圖3繪示為圖2所示的各種訊號的時序圖。
圖4繪示為本發明一實施例所揭示的應用於四相的GOA電路的位準移位器的各種訊號的時序圖。
圖5繪示為本發明另一實施例所揭示的應用於四相的GOA電路的位準移位器的各種訊號的時序圖。
圖6繪示為本發明另一實施例所揭示的位準移位單元的示意圖。
200‧‧‧位準移位器
CS‧‧‧控制訊號
CLKn ‧‧‧時脈輸入訊號
CLKoutn ‧‧‧時脈輸出訊號
VGH‧‧‧第一參考電壓
VGL‧‧‧第二參考電壓
VGL1、GND、VGH1、VGH2‧‧‧輔助參考電壓源
S1 ‧‧‧控制開關
S2 ~S5 ‧‧‧輔助控制開關
CS‧‧‧控制訊號
210‧‧‧放大器
220‧‧‧控制電路
221‧‧‧控制電路的輸出端

Claims (9)

  1. 一種位準移位器，包括至少一個位準移位單元，其中每一該至少一個位準移位單元用以產生一對應之時脈輸出訊號，且該至少一個位準移位單元分別包括：一放大器，其包括：一輸入端，接收一時脈輸入訊號；一正電源端，接收一第一參考電壓；一負電源端，接收一第二參考電壓，其中該第一參考電壓大於該第二參考電壓；以及一輸出端；以及一控制電路，於該控制電路的輸出端輸出該對應之時脈輸出訊號，其中該控制電路包括：一控制開關，電性耦接於該放大器的該輸出端與該控制電路的該輸出端之間；以及多個輔助控制開關，分別電性耦接於多個不同之輔助參考電壓源之一與該控制電路的該輸出端之間；其中，該控制開關與該些輔助控制開關於不同時刻導通，以使該對應之時脈輸出信號從該第二參考電壓分別與該些不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至該第一參考電壓並成為該對應之時脈輸出信號的一部份，或者從該第一參考電壓分別與該些不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至該第二參考電壓並成為該對應之時脈輸出信號的一部份，其中，該控制開關與該些輔助控制開關是否導通係由一控制訊號所直接控制，且該控制訊號不以該對應之時脈輸入訊號的狀態為變因。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器，其中該第一 參考電壓、該第二參考電壓以及該些不同之輔助參考電壓源中的至少之一藉由一個對應的浮接電容而提供。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器，其中該些位準移位單元所產生的多個時脈輸出訊號之間互不重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器，其中該些位準移位單元所產生的多個時脈輸出訊號之間互相部分重疊。
  5. 一種時脈輸出訊號的產生方法，應用於閘極陣列電路的位準移位器以產生對應於一對應之時脈輸入訊號的一對應之時脈輸出訊號，該時脈輸出訊號的產生方法包括：接收該對應之時脈輸入訊號；以及使該對應之時脈輸出訊號分別與多個不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至一第一參考電壓並成為該對應之時脈輸出信號的一部份，或使該對應之時脈輸出訊號分別與該些不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至一第二參考電壓並成為該對應之時脈輸出信號的一部份，其中，該對應之時脈輸出訊號如何與該些不同之輔助參考電壓源分享電荷，係由一控制訊號所直接控制，且該控制訊號不以該對應之時脈輸入訊號的狀態為變因。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之時脈輸出訊號的產生方法，其中該第一參考電壓、該第二參考電壓以及該些不同之輔助參考電壓源中的至少之一藉由至少一個對應的浮接電容而提供。
  7. 一種平面顯示裝置，包括：一時序控制器，用以產生一控制訊號以及至少一個時脈輸入訊號；一位準移位器，接收該控制訊號以及該至少一個時脈輸入 訊號，並產生與該至少一個時脈輸入訊號相對應之至少一個時脈輸出訊號；以及一閘極陣列移位暫存器，接收該至少一個時脈輸出訊號以產生多個閘極驅動脈衝；其中，該位準移位器包括至少一個位準移位單元，且每一該位準移位單元包括：一放大器，其包括：一輸入端，接收該至少一個時脈輸入訊號中的一對應之時脈輸入訊號；一正電源端，接收一第一參考電壓；一負電源端，接收一第二參考電壓；以及一輸出端；以及一控制電路，該控制電路的輸出端輸出該至少一個時脈輸出訊號中的一對應之時脈輸出訊號，其中該控制電路包括：一控制開關，電性耦接於該放大器的該輸出端與該控制電路的該輸出端之間；以及多個輔助控制開關，分別電性耦接於多個不同之輔助參考電壓源之一與該控制電路的該輸出端之間，其中該控制開關與該些輔助控制開關藉由該控制訊號的直接控制而於不同時刻分別導通，以使該對應之時脈輸出信號分別與多個不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉升至一第一參考電壓而成為該對應之時脈輸出信號的一部份，或使該對應之時脈輸入訊號分別與該些不同之輔助參考電壓源分享電荷而被漸進拉低至一第二參考電壓而成為該對應之時脈輸出信號的一部份，且該控制訊號不以該對應之時脈輸入訊號的狀態為變 因。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該位準移位器所產生的該些時脈輸出訊號之間互不重疊。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該位準移位器所產生的該些時脈輸出訊號之間互相部分重疊。
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