TWI427610B - 可降低功率消耗之液晶顯示器及相關驅動方法 - Google Patents

可降低功率消耗之液晶顯示器及相關驅動方法 Download PDF

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Description

可降低功率消耗之液晶顯示器及相關驅動方法
本發明相關於一種液晶顯示器及相關驅動方法，尤指一種利用電荷分享來降低功率消耗之液晶顯示器及相關驅動方法。
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。傳統液晶顯示器之驅動方式是利用外部源極驅動電路(source driver)和閘極驅動電路(gate driver)來驅動面板上的像素以顯示影像，近年來逐漸發展成將驅動電路結構直接製作於顯示面板上，例如將閘極驅動電路(gate driver)整合於液晶面板(gate driver on array,GOA)之技術。
第1圖為先前技術中一採用GOA技術之液晶顯示裝置100的示意圖。液晶顯示裝置100包含一顯示面板110、一時脈產生器120、一源極驅動電路130，以及一閘極驅動電路140。顯示面板110上設有複數條資料線DL1 ~DLm 、複 數條閘極線GL1 ~GLn ，以及一像素矩陣。像素矩陣包含複數個像素單元PX，每一像素單元PX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 。時脈產生器120可產生源極驅動電路130和閘極驅動電路140運作所需之訊號，例如起始脈衝訊號VST和輸入時脈訊號CK1、CK2等。源極驅動電路130可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ~SDm ，進而充電相對應之像素單元PX。閘極驅動電路140為一雙相位之移位暫存器(two-phase shifter register)，包含有複數級串接之移位暫存單元SR1 ~SRn ，可依據輸入時脈訊號CK1、CK2和起始脈衝訊號VST依序輸出閘極驅動訊號SG1 ~SGn 至相對應之閘極線GL1 ~GLn ，進而開啟相對應像素單元PX內之薄膜電晶體TFT。
第2圖為先前技術液晶顯示裝置100之驅動方法的示意圖，顯示了輸入時脈訊號CK1和CK2、起始脈衝訊號VST，以及開極驅動訊號SG1 ~SGn 之波形。在GOA技術中，高壓差的輸入時脈訊號CK1和CK2會直接輸入至玻璃基板內，而面板寄生電容大於傳統驅動晶片。因此，GOA技術雖能降低製作成本，但卻會增加液晶顯示裝置100之整體功率消耗，不但容易燒毀控制電路板上其它元件，亦會縮短產品使用期限。
本發明提供一種液晶顯示器之驅動方法，其包含提供責任週期各為1/N之第一至第N輸入時脈訊號，其中N為大於2之整數；在該第一至第N輸入時脈訊號中每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間，將每一輸入時脈訊號分別與該第一至第N輸入時脈訊號中其它兩筆輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之第一至第N輸出時脈訊號；以及依據該第一至第N輸出時脈訊號來產生複數筆閘極驅動訊號。
本發明另提供一種可降低功率消耗之液晶顯示器，其包含一時脈產生器，用來提供責任週期各為1/N之第一至第N輸入時脈訊號，其中N為大於2之整數；一電荷分享電路，用來在該第一至第N輸入時脈訊號中每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間時，將每一輸入時脈訊號分別與該第一至第N輸入時脈訊號中其它兩筆輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之第一至第N輸出時脈訊號；以及一N相位移位暫存器，用來依據該第一至第N輸出時脈訊號來產生相對應之複數筆閘極驅動訊號。
本發明另提供一種可降低功率消耗之液晶顯示器，其包含一時脈產生器，用來提供第一至第三輸入時脈訊號以及第 一至第四控制訊號，其中每一輸入時脈訊號之責任週期不大於1/3；一移位暫存器，其包含第一至第三輸入端；以及一電荷分享電路。該電荷分享電路包含一第一開關，耦接於該移位暫存器之該第一和該第二輸入端之間，其依據該第一控制訊號來選擇性地提供電荷分享該第一和該第二輸入時脈訊號之路徑；一第二開關，耦接於該移位暫存器之該第二和該第三輸入端之間，其依據該第二控制訊號來選擇性地提供電荷分享該第二和該第三輸入時脈訊號之路徑；一第三開關，耦接於該移位暫存器之該第一和該第三輸入端之間，其依據該第三控制訊號來選擇性地提供電荷分享該第一和該第三輸入時脈訊號之路徑；一第一電荷分享開關，耦接於該時脈產生器和該移位暫存器之間，其依據該第四控制訊號來選擇性地提供該第一輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第一輸入端之路徑；一第二電荷分享開關，耦接於該時脈產生器和該移位暫存器之間，其依據該第四控制訊號來選擇性地提供該第二輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第二輸入端之路徑；以及一第三電荷分享開關，耦接於該時脈產生器和該移位暫存器之間，其依據該第四控制訊號來選擇性地提供該第三輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第三輸入端之路徑。
第3圖和第4圖為本發明中採用GOA技術之液晶顯示裝 置300和400的示意圖。液晶顯示裝置300和400各包含一顯示面板310、一時脈產生器320、一源極驅動電路330，以及一閘極驅動電路340，而液晶顯示裝置300和400分別包含一電荷分享電路350和一電荷分享電路450。顯示面板310上設有複數條資料線DL1 ~DLm 、複數條閘極線GL1 ~GLn ，以及一像素矩陣。像素矩陣包含複數個像素單元PX，每一像素單元PX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 。時脈產生器320可產生源極驅動電路330、閘極驅動電路340和電荷分享電路350運作所需之訊號，例如起始脈衝訊號VST、輸入時脈訊號CK1~CK3和控制訊號S0~S3等。源極驅動電路330可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ~SDm ，進而充電相對應之像素單元PX。閘極驅動電路340為一N相位之移位暫存器(N-phase shifter register)，包含有複數級串接之移位暫存單元SR1 ~SRn ，可依據輸入時脈訊號CK1~CKN和起始脈衝訊號VST依序輸出閘極驅動訊號SG1 ~SGn 至相對應之閘極線GL1 ~GLn ，進而開啟相對應像素單元PX內之薄膜電晶體TFT(N和n為正整數，且3≦N≦n)。在輸入時脈訊號CK1~CKN中每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間，電荷分享電路350可將每一輸入時脈訊號分別與其它兩筆輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之輸出時脈訊號CK1’~CKN’。
第3圖所示為N=3之實施例(假設n為3的倍數)，其中閘極驅動電路340係為三相位之移位暫存器，因此可依據輸出時脈訊號CK1’~CK3’和起始脈衝訊號VST依序輸出開啟電晶體開關TFT所需之閘極驅動訊號SG1 ~SGn 。電荷分享電路350包含輸入端IN1~INn、輸出端OUT1~OUTn(亦可代表閘極驅動電路340之n個輸入端)、複數個開關QP和QN1~QN3。每一開關QP分別耦接於輸入端IN1~INn和其相對應輸出端OUT1~OUTn之間，並依據時脈產生器320傳來之控制訊號S0來運作。開關QN1~QN3分別耦接輸出端OUT1~OUTn中兩相對應之輸出端之間，並分別依據時脈產生器320傳來之控制訊號S1~S3運作。在此實施例中，開關QP和開關QN1~QN3係採用不同類型之摻雜材質。舉例來說，開關QP可為P型金氧半導體(PMOS)電晶體開關，而開關QN1~QN3可為N型金氧半導體(NMOS)電晶體開關。
第4圖所示為N=4之實施例(假設n為4的倍數)，其中閘極驅動電路340係為四相位之移位暫存器，因此可依據輸出時脈訊號CK1’~CK4’和起始脈衝訊號VST依序輸出開啟電晶體開關TFT所需之閘極驅動訊號SG1 ~SGn 。電荷分享電路450包含輸入端IN1~INn、輸出端OUT1~OUTn(亦可代表閘極驅動電路340之n個輸入端)、複數個開關QP 和QN1~QN4。每一開關QP分別耦接於輸入端IN1~INn和其相對應輸出端OUT1~OUTn之間，並依據時脈產生器320傳來之控制訊號S0運作。開關QN1~QN4分別耦接輸出端OUT1~OUTn中兩相對應之輸出端之間，並分別依據時脈產生器320傳來之控制訊號S1~S4運作。在此實施例中，開關QP和開關QN1~QN4係採用不同類型之摻雜材質。舉例來說，開關QP可為PMOS電晶體開關，而開關QN1~QN4可為NMOS電晶體開關。
另外，在第3圖和第4圖的實施例中，電荷分享電路都是放在每一級的移位暫存單元之前，但本發明並不受限於此。請參照第5圖，第5圖係本發明的另一實施例說明電荷分享電路是在所有控制訊號的源頭之示意圖。
第6圖為本發明液晶顯示裝置300之驅動方法的示意圖，顯示了輸入時脈訊號CK1~CK3和輸出時脈訊號CK1’~CK3’、控制訊號S0~S3、起始脈衝訊號VST，以及閘極驅動訊號SG1 ~SGn 之波形。在第6圖所示之驅動方法中，時脈訊號CK1~CK3之責任週期為1/3。當控制訊號S0~S3具低電位時，開關QP呈導通而開關QN1~QN3為關閉，此時輸出時脈訊號CK1’~CK3’係分別由時脈產生器320所輸出之輸入時脈訊號CK1~CK3來提供。當控制訊號S0~S3中兩特定控制訊號同時切換至高電位時，可在輸入時脈訊號 CK1~CK3中兩特定輸入時脈訊號之間進行電荷分享。舉例來說，在輸入時脈訊號CK2之波形上升期間，控制訊號S0和S1同時切換至高電位，開關QP會被關閉而開關QN1呈導通，此時輸入時脈訊號CK2可透過導通之開關QN1和輸入時脈訊號CK1之間進行電荷分享；在輸入時脈訊號CK2之波形下降期間，控制訊號S0和S2同時切換至高電位，開關QP會被關閉而開關QN2呈導通，此時輸入時脈訊號CK2可透過導通之開關QN2和輸入時脈訊號CK3之間進行電荷分享。同理，輸入時脈訊號CK1在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK3進行電荷分享(控制訊號S0和S3同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK2進行電荷分享(控制訊號S0和S1同時切換至高電位)；輸入時脈訊號CK3在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK2進行電荷分享(控制訊號S0和S2同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK1之間進行電荷分享(控制訊號S0和S1同時切換至高電位)。
第7圖為本發明液晶顯示裝置400之驅動方法的示意圖，顯示了輸入時脈訊號CK1~CK4和輸出時脈訊號CK1’~CK4’、控制訊號S0~S4、起始脈衝訊號VST，以及閘極驅動訊號SG1 ~SGn 之波形。在第7圖所示之驅動方法中，時脈訊號CK1~CK4之責任週期為1/4。當控制訊號S0~S4具低電位時，開關QP呈導通而開關QN1~QN4為關閉，此 時輸出時脈訊號CK1’~CK4’係分別由時脈產生器320所輸出之輸入時脈訊號CK1~CK4來提供。當控制訊號S0~S4中兩特定控制訊號同時切換至高電位時，可在輸入時脈訊號CK1~CK4中兩特定輸入時脈訊號之間進行電荷分享。如前所述，輸入時脈訊號CK1在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK4進行電荷分享(控制訊號S0和S4同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK2進行電荷分享(控制訊號S0和S1同時切換至高電位)；輸入時脈訊號CK2在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK1進行電荷分享(控制訊號S0和S1同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK3進行電荷分享(控制訊號S0和S2同時切換至高電位)；輸入時脈訊號CK3在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK2進行電荷分享(控制訊號S0和S2同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK4進行電荷分享(控制訊號S0和S3同時切換至高電位)；輸入時脈訊號CK4在其波形上升期間係和輸入時脈訊號CK3進行電荷分享(控制訊號S0和S3同時切換至高電位)，而在其波形下降期間係和輸入時脈訊號CK1進行電荷分享(控制訊號S0和S4同時切換至高電位)。
第8a圖和第8b圖為本發明另一實施例中電荷分享電路之示意圖。在第8a圖和第8b圖所示之實施例中，電荷分享電路350另包含電阻R1~R3，而電荷分享電路450另包含電 阻R1~R4。每一電阻分別串聯於一相對應之開關，能在電荷分享時提供限流作用。
在本發明之液晶顯示裝置中，每一輸入時脈訊號在其波形上升期間和波形下降期間分別和其它兩相異之輸入時脈訊號進行電荷分享，因此不但能降低功率消耗，亦能在多相位移位暫存器之架構下提供彈性驅動方式。
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。
PX‧‧‧像素單元
DL1 ~DLm ‧‧‧資料線
CLC ‧‧‧液晶電容
GL1 ~GLn ‧‧‧閘極線
CST ‧‧‧儲存電容
R1~R4‧‧‧電阻
TFT‧‧‧薄膜電晶體開關
SD1 ~SDm ‧‧‧資料驅動訊號
VST‧‧‧起始脈衝訊號
SG1 ~SGn ‧‧‧閘極驅動訊號
SR、SR1 ~SRn ‧‧‧移位暫存單元
IN1~INn‧‧‧輸入端
OUT1~OUTn‧‧‧輸出端
S0~S4‧‧‧控制訊號
QP、QN1~QN4‧‧‧開關
CK1~CK4‧‧‧輸入時脈訊號
CK1’~CK4’‧‧‧輸出時脈訊號
110、310‧‧‧顯示面板
120、320‧‧‧時脈產生器
130、330‧‧‧源極驅動電路
140、340‧‧‧閘極驅動電路
150、350、450‧‧‧電荷分享電路
100、300、400‧‧‧液晶顯示裝置
第1圖為先前技術中一採用GOA技術之液晶顯示裝置的示意圖。
第2圖為先前技術液晶顯示裝置之驅動方法的示意圖。
第3圖和第4圖為本發明中採用GOA技術之液晶顯示裝置的示意圖。
第5圖係本發明的另一實施例說明電荷分享電路是在所有控制訊號的源頭之示意圖。
第6圖和第7圖為本發明液晶顯示裝置之驅動方法的示意圖。
第8a圖和第8b圖為本發明電荷分享電路之示意圖。
PX‧‧‧像素單元
CLC ‧‧‧液晶電容
CST ‧‧‧儲存電容
TFT‧‧‧薄膜電晶體開關
VST‧‧‧起始脈衝訊號
300‧‧‧液晶顯示裝置
310‧‧‧顯示面板
320‧‧‧時脈產生器
330‧‧‧源極驅動電路
340‧‧‧閘極驅動電路
350‧‧‧電荷分享電路
DL1 ~DLm ‧‧‧資料線
GL1 ~GLn ‧‧‧閘極線
SR1 ~SRn ‧‧‧移位暫存單元
SD1 ~SDm ‧‧‧資料驅動訊號
SG1 ~SGn ‧‧‧閘極驅動訊號
QP、QN1~QN3‧‧‧開關
IN1~INn‧‧‧輸入端
OUT1~OUTn‧‧‧輸出端
S1~S3‧‧‧控制訊號
CK1~CK3‧‧‧輸入時脈訊號
CK1’~CK3’‧‧‧輸出時脈訊號

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示器之驅動方法，其包含：提供責任週期各為1/N之第一至第N輸入時脈訊號，其中N為大於2之整數；在該第一至第N輸入時脈訊號中每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間，將每一輸入時脈訊號分別與該第一至第N輸入時脈訊號中其它兩筆輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之第一至第N輸出時脈訊號；以及依據該第一至第N輸出時脈訊號來產生複數筆閘極驅動訊號。
  2. 如請求項1所述之驅動方法，另包含：在該第一至第N輸入時脈訊號中一第n輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間，將該第n輸入時脈訊號分別與該第一至第N輸入時脈訊號中一第(n-1)輸入時脈訊號和一第(n+1)輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供該第一至第N輸出時脈訊號中一相對應之第n輸出時脈訊號，其中n為介於2和(N-1)之間的整數，且N為大於3之整數。
  3. 如請求項2所述之驅動方法，另包含： 在該第一輸入時脈訊號之波形上升期間，將該第一輸入時脈訊號與該第N輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之該第一輸出時脈訊號；以及在該第N輸入時脈訊號之波形下降期間，將該第N輸入時脈訊號與該第一輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之該第N輸出時脈訊號。
  4. 一種可降低功率消耗之液晶顯示器，其包含：一時脈產生器，用來提供責任週期各為1/N之第一至第N輸入時脈訊號，其中N為大於2之整數；一電荷分享電路，用來在該第一至第N輸入時脈訊號中每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間時，將每一輸入時脈訊號分別與該第一至第N輸入時脈訊號中其它兩筆輸入時脈訊號進行電荷分享，進而提供相對應之第一至第N輸出時脈訊號；以及一N相位移位暫存器，用來依據該第一至第N輸出時脈訊號來產生相對應之複數筆閘極驅動訊號。
  5. 如請求項4所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路係包含：第號；第一至一至第N輸入端，分別用來接收該第一至第N輸入時脈訊號； 第一至第N輸出端，分別用來輸出該第一至第N輸出時脈訊第N電荷分享開關，分別耦接於相對應之該第一至第N輸入端和相對應之該第一至第N輸出端之間；一第一開關，耦接於該第一和第二輸出端之間；以及一第二開關，耦接於該第二和第三輸出端之間。
  6. 如請求項5所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路另包含：一第一電阻，耦接於該第一和第二輸出端之間且串聯於該第一開關；以及一第二電阻，耦接於該第二和第三輸出端之間且串聯於該第二開關。
  7. 如請求項5所述之液晶顯示器，其中該時脈產生器另在每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間關閉該第一至第N電荷分享開關，在該第二輸入時脈訊號之波形上升期間導通該第一開關，以及在該第二輸入時脈訊號之波形下降期間導通該第二開關。
  8. 如請求項5所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路另包含：一第N開關，耦接於該第一和第N輸出端之間。
  9. 如請求項8所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路另包含：一第N電阻，耦接於該第一和第N輸出端之間且串聯於該第N開關。
  10. 如請求項8所述之液晶顯示器，其中該時脈產生器另在每一輸入時脈訊號之波形上升期間和波形下降期間關閉該第一至第N電荷分享開關，以及在該第一輸入時脈訊號之波形上升期間和該第N輸入時脈訊號之波形下降期間導通該第N開關。
  11. 如請求項4所述之液晶顯示器，另包含一顯示面板，該顯示面板上設有：複數條平行設置之資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直該複數條資料線，用來傳送該複數筆閘極驅動訊號；以及複數個像素單元，分別設置於該複數條資料線和該複數條閘極線之交會處，每一像素單元耦接至該複數條資料線中一相對應之資料線和該複數條閘極線中一相對應之閘極線，並依據該相對應之閘極線傳來之閘極驅動訊號來運作。
  12. 如請求項11所述之液晶顯示器，其中每一像素單元各包含：一薄膜電晶體開關，其包含：一控制端，耦接於該相對應之閘極線；一第一端，耦接於該相對應之資料線；以及一第二端；一液晶電容，耦接於該薄膜電晶體開關之第二端和一共同電壓之間；以及一儲存電容，耦接於該薄膜電晶體開關之第二端和一該共同電壓之間。
  13. 一種可降低功率消耗之液晶顯示器，其包含：一時脈產生器，用來提供第一至第三輸入時脈訊號以及第一至第四控制訊號，其中每一輸入時脈訊號之責任週期不大於1/3；一移位暫存器，其包含第一至第三輸入端；以及一電荷分享電路，其包含：一第一開關，耦接於該移位暫存器之該第一和該第二輸入端之間，其依據該第一控制訊號來選擇性地提供電荷分享該第一和該第二輸入時脈訊號之路徑；一第二開關，耦接於該移位暫存器之該第二和該第三輸入端之間，其依據該第二控制訊號來選擇性 地提供電荷分享該第二和該第三輸入時脈訊號之路徑；以及複數個第三開關，耦接於該時脈產生器和該移位暫存器之間，其依據該第四控制訊號來分別選擇性地提供該第一輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第一輸入端之路徑、選擇性地提供該第二輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第二輸入端之路徑，以及選擇性地提供該第三輸入時脈訊號由該時脈產生器傳送至該第三輸入端之路徑。
  14. 如請求項13所述之液晶顯示器，其另包含：一第四開關，耦接於該移位暫存器之該第一和該第三輸入端之間，其依據該第三控制訊號來選擇性地提供電荷分享該第一和該第三輸入時脈訊號之路徑。
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