TWI483236B - 液晶顯示器及其驅動方法 - Google Patents

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Chao Ching Hsu
Mu Lin Tung
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Description

液晶顯示器及其驅動方法
本發明相關於一種液晶顯示器，尤指一種可改善畫面閃爍之液晶顯示器。
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。
請參考第1圖，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包含一源極驅動電路110、一閘極驅動電路120、一時序控制電路130、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 。時序控制電路130可產生源極驅動電路110和閘極驅動電路120運作所需之訊號，例如起始脈衝訊號VST和時脈訊號CK、XCK。源極驅動電路110可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ～SDm 。閘極驅動電路120包含有複數級串接之移位暫存單元SR1 ～SRn ，其輸出端OUT1 ～OUTn 分別耦接於相對應之閘極線GL1 ～GLn ，可依據時脈訊號CK、XCK和起始脈衝訊號VST，依序輸出開啟電晶體開關所需之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 。為了提供足夠的驅動能力，移位暫存單元SR1 ～SRn 一般會使用大尺寸之輸出薄膜電晶體。
請參考第2圖，第2圖為先前技術液晶顯示裝置100之驅動方法的示意圖。第2圖顯示了時脈訊號CK和XCK、起始脈衝訊號VST，以及閘極驅動訊號SG1 ～SGn 之波形。在理想情形下，閘極驅動訊號SG1 ～SGn 皆為完整方波。因此，在關閉相對應薄膜電晶體開關TFT時，閘極驅動訊號SG1 ～SGn 在其閘極所造成之壓差皆為ΔVG 。當薄膜電晶體TFT關閉時，像素電極並未連接至任何電壓源，而是處在浮動(floating)狀態，此時像素電極的周圍若有任何電壓變動，將會透過其寄生電容耦合至像素電極，並且改變其電壓，如此會讓施加在液晶電容CLC 和儲存電容CST 上的電壓偏離原先設定值。此種因寄生電容造成的電壓變動量稱為饋通電壓(feed-through voltage)，其值VFD 可表示為：
VFD =[CGD /(CLC +CST +CGD )]*ΔVG
其中，CGD 代表薄膜電晶體開關TFT之閘極與汲極之間的寄生電容，而ΔVG 則代表閘極驅動訊號在關閉薄膜電晶體開關TFT時在其閘極所造成之壓差。饋通電壓VFD 會造成畫面閃爍(image flicker)的情形，由於薄膜電晶體開關TFT無法避免地存在著寄生電容，一般驅動方式會設法降低ΔVG 之值，同時再透過調整共同端之共同電壓VCOM 來補償，如此才能有效地減少畫面閃爍。
請參考第3圖，第3圖為先前技術中一採用GOA技術之液晶顯示裝置200的示意圖。液晶顯示裝置200包含一源極驅動電路210、一閘極驅動電路220、一時序控制電路230、一電荷分享電路240、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 。時序控制電路230可產生源極驅動電路110和閘極驅動電路120運作所需之訊號，例如起始脈衝訊號VST、時脈訊號CK、XCK，和輸出致能訊號OE。源極驅動電路210可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ～SDm 。電荷分享電路240可依據輸出致能訊號OE來對時脈訊號CK和XCK進行電荷分享，以產生相對應之時脈訊號O_CK和O_XCK。閘極驅動電路220包含有複數級串接之移位暫存單元SR1 ～SRn ，其輸出端OUT1 ～OUTn 分別耦接於相對應之閘極線GL1 ～GLn ，可依據時脈訊號CK、XCK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 。為了提供足夠的驅動能力，移位暫存單元SR1 ～SRn 一般會使用大尺寸之輸出薄膜電晶體，輸出端OUT1 ～OUTn 之寄生電容值分別由C1 ～Cn 來表示。
請參考第4圖，第4圖為先前技術液晶顯示裝置200之驅動方法的示意圖。第4圖顯示了時脈訊號CK、XCK、O_CK和O_XCK、輸出致能訊號OE、起始脈衝訊號VST，以及閘極驅動訊號SG1 ～SGn 之波形。在第4圖所示之驅動方法中，時脈訊號CK和XCK具相反相位，以一預定週期在高低電位之間切換，而此預定週期則決定閘極驅動訊號SG1 ～SGn 內致能週期的長度。當輸出致能訊號OE具高電位時，時序控制器230會輸出時脈訊號CK和XCK以提供相對應之時脈訊號O_CK和O_XCK；當輸出致能訊號OE具低電位時，時序控制器230停止輸出，此時時脈訊號O_CK和O_XCK之間會進行電荷分享，進而在波形下降邊緣達到削角的效果。閘極驅動電路220再依據時脈訊號O_CK、O_XCK和起始脈衝訊號VST來依序輸出開啟電晶體開關所需之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 。由於輸出致能訊號OE在每一週期內具低電位的除能時間長度皆為T，會對閘極驅動訊號SG1 ～SGn 造成相同的削角幅度。因此，在關閉相對應薄膜電晶體開關TFT時，閘極驅動訊號SG1 ～SGn 在其閘極所造成之壓差皆為ΔVG ’。如前所述，饋通電壓之值正比於閘極壓差，由於進行電荷分享後之閘極壓差ΔVG ’小於未進行電荷分享時之閘極壓差ΔVG ，因此能降低饋通電壓的效應。
第2圖和第4圖所示為理想情形下之訊號波形，其中閘極驅動訊號SG1 ～SGn 皆為完整方波，或是具有相同削角幅度之波形下降邊緣。然而在實際情況下，由於移位暫存單元SR1 ～SRn 內大尺寸輸出薄膜電晶體之寄生電容值較大，且閘極驅動電路120和220係依序輸出每級訊號，因此閘極驅動訊號SG1 ～SGn 的訊號傳遞路徑長度相異。換而言之，各級輸出訊號在輸出端OUT1 ～OUTn 會遇到不同程度的訊號延遲。
請參考第5a～5c圖，第5a圖顯示了先前技術液晶顯示裝置100和200中每一級閘極驅動訊號之理想波形，第5b圖顯示了先前技術液晶顯示裝置100和200中第一級閘極驅動訊號SG1 之實際波形，而第5c圖顯示了先前技術液晶顯示裝置100和200中第n級閘極驅動訊號SGn 之實際波形。由於時序控制電路130或230至輸出端OUT1 的訊號傳送路徑最短，輸出端OUT1 之寄生電容值最小，訊號之波形上升時間和下降時間最短，因此閘極驅動訊號SG1 之波形最接近理想方波(如第5b圖左方所示)或是具有理想削角幅度之波形下降邊緣(如第5b圖右方所示)，在關閉相對應薄膜電晶體開關TFT時所造成之壓差ΔVG1 和理想壓差ΔVG 之間的差異最小，如第5b圖所示。另一方面，時序控制電路130或230至輸出端OUTn 的訊號傳送路徑最長，輸出端OUTn 之寄生電容值最大，訊號之波形上升時間和下降時間最長，因此閘極驅動訊號SGn 之波形最偏離理想方波(如第5c圖左方所示)，或是波形下降邊緣最偏離理想削角幅度(如第5c圖右方所示)，在關閉相對履薄膜電晶體開關TFT時所造成之壓差ΔVGn ’和理想壓差ΔVG ’之間的差異最大，如第5c圖所示。
在第4圖所示之先前技術驅動方法以相同幅度降低閘極跨壓，雖能減少饋通電壓的效應，但每一像素單元之饋通電壓仍會有所差異，因此無法有效地透過調整共同電壓VCOM 來消除畫面閃爍的情形。
本發明提供一種液晶顯示器，包含一閘極驅動電路，用來依據一第一時脈訊號或一第二時脈訊號來產生一第一閘極驅動訊號和一第二閘極驅動訊號，該閘極驅動電路包含一第一輸出端，用來輸出該第一閘極驅動訊號；及一第二輸出端，用來輸出該第二閘極驅動訊號；一控制電路，用來依據該閘極驅動電路之該第一和第二輸出端所對應之寄生電容值來提供一電荷分享訊號，以及提供一第三時脈訊號和一第四時脈訊號，其中該第三和第四時脈訊號之極性以一預定週期反轉，且該第三和第四時脈訊號具相反極性；及一電荷分享電路，依據該電荷分享訊號對該第三時脈訊號和該第四時脈訊號進行電荷分享以產生該第一和第二時脈訊號，其中該第一時脈訊號包含從一高電位降至一第一電位之波形下降邊緣，而該第二時脈訊號包含從該高電位降至一第二電位之波形下降邊緣。
本發明另提供一種驅動液晶顯示器之方法，包含提供一第一時脈訊號和一第二時脈訊號，其中該第一和第二時脈訊號之極性以一預定週期反轉，且在同一時間該第一和第二時脈訊號具相反極性；依據一第一輸出端對應之寄生電容值來決定一第一時間長度；依據一第二輸出端對應之寄生電容值來決定一第二時間長度；在對應於該第一輸出端之週期內，該第一和第二時脈訊號於該第一時間長度內進行電荷分享以提供一第三時脈訊號，其中該第三時脈訊號包含從一高電位降至一第一電位之波形下降邊緣；及在對應於該第二輸出端之週期內，該第一和第二時脈訊號於該第二時間長度內進行電荷分享以提供一第四時脈訊號，其中該第四時脈訊號包含從該高電位降至一第二電位之波形下降邊緣。
請參考第6圖，第6圖為本發明中一採用GOA技術之液晶顯示裝置300的示意圖。液晶顯示裝置300包含一源極驅動電路310、一閘極驅動電路320、一特定應用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)電路330、一電荷分享電路340、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 。源極驅動電路310可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1 ～SDm 。閘極驅動電路320包含有複數級串接之移位暫存單元SR1 ～SRn ，其輸出端OUT1 ～OUTn 分別耦接於相對應之閘極線GL1 ～GLn 。ASIC電路330可產生閘極驅動電路320運作所需之起始脈衝訊號VST、時脈訊號CK、XCK，和電荷分享訊號VCS，其中在每一級輸出週期內電荷分享訊號VCS之除能時間(具低電位)長度由對應於輸出端OUT1 ～OUTn 之閘極線GL1 ～GLn 的電容值來決定，亦即由輸出端OUT1 ～OUTn 之寄生電容值C1 ～Cn 來決定。如此，電荷分享電路340可依據電荷分享訊號VCS來對時脈訊號CK和XCK進行電荷分享以產生相對應之時脈訊號O_CK和O_XCK，閘極驅動電路320再依據時脈訊號O_CK或O_XCK依序輸出開啟電晶體開關所需之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 。
請參考第7圖，第7圖為本發明液晶顯示裝置300之驅動方法的示意圖。第7圖顯示了時脈訊號CK、XCK、O_CK和O_XCK、電荷分享訊號VCS，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CK和XCK具相反相位，並以一預定週期在高低電位之間切換，而此預定週期決定閘極驅動訊號SG1 ～SGn 內致能週期的長度。ASIC電路330首先依據輸出端OUT1 ～OUTn 之寄生電容值C1 ～Cn 來產生除能時間(具低電位)長度T1～Tn相異之電荷分享訊號VCS。當電荷分享訊號VCS具高電位時，閘極驅動電路320會輸出時脈訊號CK和XCK以提供相對應之時脈訊號O_CK和O_XCK；當電荷分享訊號VCS具低電位時，閘極驅動電路320停止輸出，此時時脈訊號O_CK和O_XCK之間會進行電荷分享，進而在波形下降邊緣達到削角的效果。閘極驅動電路320再依據時脈訊號O_CK和O_XCK來產生具不同削角幅度之閘極驅動訊號SG1 ～SGn ，分別於相對應時脈訊號CK和XCK在高低電位之間切換時造成閘極壓差ΔVG1 ～ΔVGn 。如前所述，閘極驅動訊號SG1 ～SGn 在輸出端OUT1 ～OUTn 所遇到的訊號延遲依序漸增，亦即寄生電容值C1 <C2 <...<Cn 。為了補償相異寄生電容值造成不同程度的饋通電壓效應，本發明依據輸出端OUT1 ～OUTn 之寄生電容值C1 ～Cn 來產生除能時間(具低電位)長度相異之電荷分享訊號VCS，使得T1>T2>...>Tn。因此，本發明之閘極驅動訊號SG1 ～SGn 提供具ΔVG1 <ΔVG2 <...<ΔVGn 大小關係之壓差，讓每一像素單元之饋通電壓具相同值，因此可有效地透過調整共同電壓VCOM 來消除畫面閃爍的情形。
請參考第8圖，第8圖為本發明一實施例中電荷分享電路340之示意圖。在此實施例中，電荷分享電路340設計為一積體電路，可透過不同訊號端來接收或輸出相對應之訊號或偏壓。針對輸出時脈訊號O_CK和O_XCK之訊號端O_CK和O_XCK，當電荷分享訊號VCS具高電位時，電荷分享電路340會於訊號端O_CK和O_XCK分別輸出時脈訊號CK和XCK以做為時脈訊號O_CK和O_XCK；當電荷分享訊號VCS具低電位時，訊號端O_CK和O_XCK會透過電阻RS彼此耦接，此時時脈訊號O_CK和O_XCK之間會進行電荷分享，進而在波形下降邊緣達到削角的效果。同時，電荷分享電路340可包含一位準移位電路，用來放大時脈訊號CK和XCK。第8圖所示僅為本發明電荷分享電路340之實施例，並不限定本發明之範疇。
本發明依據每一級輸出端之寄生電容值來進行電荷分享，使得閘極驅動訊號SG1 ～SGn 能提供具ΔVG1 <ΔVG2 <...<ΔVGn 大小關係之壓差，讓每一像素單元之饋通電壓具相同值，因此可有效地透過調整共同電壓VCOM 來消除畫面閃爍的情形。
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。
CLC ．．．液晶電容
DL1 ～DLm ．．．資料線
CXT ．．．儲存電容
GL1 ～GLn ．．．閘極線
RS．．．電阻
OUT1 ～OUTn ．．．輸出端
PX．．．像素單元
SR1 ～SRn ．．．移位暫存單元
VCOM ．．．共同電壓
TFT．．．薄膜電晶體開關
330．．．ASIC電路
SD1 ～SDm ．．．資料驅動訊號
OE．．．輸出致能訊號
SG1 ～SGn ．．．閘極驅動訊號
VCS．．．電荷分享訊號
130、230．．．時序控制電路
VST．．．起始脈衝訊號
240、340．．．電荷分享電路
100、200、300．．．液晶顯示裝置
110、210、310．．．源極驅動電路
120、220、320．．．閘極驅動電路
CK、XCK、O_CK、O_XCK．．．時脈訊號
ΔVG 、ΔVG ’、ΔVG1 ～ΔVGn 、ΔVG1 ’、ΔVGn ’．．．閘極壓差
第1圖為先前技術中一液晶顯示裝置之示意圖。
第2圖為第1圖所示液晶顯示裝置之驅動方法的示意圖。
第3圖為先前技術中另一液晶顯示裝置之示意圖。
第4圖為第3圖所示液晶顯示裝置之驅動方法的示意圖。
第5a圖為第1圖和第3圖之液晶顯示裝置中每一級閘極驅動訊號理想波形之示意圖。
第5b圖為第1圖和第3圖之液晶顯示裝置中第一級閘極驅動訊號實際波形之示意圖。
第5c圖為第1圖和第3圖之液晶顯示裝置中第n級閘極驅動訊號實際波形之示意圖。
第6圖為本發明中一液晶顯示裝置的示意圖。
第7圖為本發明液晶顯示裝置之驅動方法的示意圖。
第8圖為本發明一實施例中電荷分享電路之示意圖。
CLC ．．．液晶電容
DL1 ～DLm ．．．資料線
CST ．．．儲存電容
GL1 ～GLn ．．．閘極線
VST．．．起始脈衝訊號
OUT1 ～OUTn ．．．輸出端
PX．．．像素單元
SR1 ～SRn ．．．移位暫存單元
VCOM ．．．共同電壓
TFT．．．薄膜電晶體開關
VCS．．．電荷分享訊號
SD1 ～SDm ．．．資料驅動訊號
300．．．液晶顯示裝置
SG1 ～SGn ．．．閘極驅動訊號
310．．．源極驅動電路
320．．．閘極驅動電路
330．．．ASIC電路
340．．．電荷分享電路
CK、XCK、O_CK、O_XCK．．．時脈訊號

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示器，包含：一閘極驅動電路，用來接收一第一時脈訊號和一第二時脈訊號並產生相關之一第一閘極驅動訊號和一第二閘極驅動訊號，該閘極驅動電路包含：一第一輸出端，用來輸出該第一閘極驅動訊號；及一第二輸出端，用來輸出該第二閘極驅動訊號；一控制電路，用來依據該閘極驅動電路之該第一和第二輸出端所對應之寄生電容值來提供一電荷分享訊號，以及提供一第三時脈訊號和一第四時脈訊號，其中該第三和第四時脈訊號之極性以一預定週期反轉，且該第三和第四時脈訊號具相反極性；及一電荷分享電路，依據該電荷分享訊號對該第三時脈訊號和該第四時脈訊號進行電荷分享以產生該第一和第二時脈訊號，其中：該第一時脈訊號對應於該第一輸出端之寄生電容且具有相對應之一第一電荷分享時間，使該第一時脈訊號從一高電位降至對應於該第一輸出端寄生電容之一第一電位；該第二時脈訊號對應於該第二輸出端之寄生電容且具有相對應之一第二電荷分享時間，使該第二時脈訊號從該高電位降至對應於該第二輸出端寄 生電容之一第二電位；以及該第二輸出端之寄生電容值大於該第一輸出端之寄生電容值，且該第二電位高於該第一電位。
  2. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路和該閘極驅動電路之第二輸出端之間的訊號傳送路徑長度大於該電荷分享電路和該閘極驅動電路之第一輸出端之間的訊號傳送路徑長度，且該第二電位高於該第一電位。
  3. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該電荷分享訊號包含：一第一除能時段，對應於該第一輸出端之輸出週期，且該電荷分享電路於該第一除能時段內對該第三時脈訊號和該第四時脈訊號進行電荷分享以產生該第一時脈訊號；及一第二除能時段，對應於該第二輸出端之輸出週期，且該電荷分享電路於該第二除能時段內對該第三時脈訊號和該第四時脈訊號進行電荷分享以產生該第二時脈訊號；其中該第二輸出端之寄生電容值大於該第一輸出端之寄生電容值，且該第一除能時段之長度大於該第二除能時段之長度。
  4. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路另包含一位準移位電路，用來放大該第三和第四時脈訊號。
  5. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該電荷分享電路包含：一第一輸出端，用來輸出該第一時脈訊號；一第二輸出端，用來輸出該第二時脈訊號；及一電阻，在該電荷分享訊號具一特定電位時耦接於該電荷分享電路之第一輸出端和第二輸出端之間。
  6. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該閘極驅動電路係以整合於面板之積體電路技術來製作。
  7. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該閘極驅動電路包含：一第一移位暫存單元，用來輸出該第一時脈訊號以做為該第一閘極驅動訊號；及一第二移位暫存單元，用來輸出該第二時脈訊號以做為該第二閘極驅動訊號。
  8. 如請求項7所述之液晶顯示器，其中該第一移位暫存單元係透過一第一薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)開關來輸出該第一閘極驅動訊號，該第二移位暫存單元 係透過一第二薄膜電晶體開關來輸出該第二閘極驅動訊號，其中該第一輸出端之寄生電容值相關於該第一薄膜電晶體之寄生電容，而該第二輸出端之寄生電容值相關於該第一和第二薄膜電晶體之寄生電容。
  9. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該控制電路係為一特殊應用積體電路。
  10. 一種驅動液晶顯示器之方法，包含：提供一第一時脈訊號和一第二時脈訊號，其中該第一和第二時脈訊號之極性以一預定週期反轉，且在同一時間該第一和第二時脈訊號具相反極性；依據一第一輸出端對應之寄生電容值來決定一第一時間長度；依據一第二輸出端對應之寄生電容值來決定一第二時間長度；在對應於該第一輸出端之週期內，該第一和第二時脈訊號於該第一時間長度內進行電荷分享以提供一第三時脈訊號，其中該第三時脈訊號包含從一高電位降至一第一電位之波形下降邊緣；及在對應於該第二輸出端之週期內，該第一和第二時脈訊號於該第二時間長度內進行電荷分享以提供一第四時脈訊號，其中該第四時脈訊號包含從該高電位降至 一第二電位之波形下降邊緣。
  11. 如請求項10所述之方法，其中：當該第二輸出端之寄生電容值大於該第一輸出端之寄生電容值時，該第一時間長度大於該第二時間長度。
  12. 如請求項10所述之方法，另包含在進行電荷分享前提升該第一和第二時脈訊號之電位。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該第一和第二時脈訊號係透過一電阻來進行電荷分享。
  14. 如請求項10所述之方法，其另包含：在對應於該第一輸出端之週期內，於該第一輸出端輸出該第三時脈訊號；及在對應於該第二輸出端之週期內，於該第二輸出端輸出該第四時脈訊號。
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