显示控制电路及其操作方法与流程

本发明关于一种显示控制电路，尤指一种包含充电单元、写入单元、维持单元，从而可控制对于液晶电容的充电状态的显示控制电路。

背景技术：

于液晶显示领域，显示控制电路(例如液晶显示器的像素控制电路)中，作为源极随耦器(source follower)的驱动晶体管可控制数据电压是否写入液晶电容。然而，此驱动晶体管易随长时间使用而老化，导致影响液晶显示的灰阶准确度。

目前本领域可见六晶体管-二电容(又称6T2C)架构的显示控制电路，其可检测源极随耦器的晶体管的临界电压漂移，予以补偿，从而缓解晶体管老化的影响。6T2C架构的显示控制电路包含六个晶体管及二个电容，四条控制线及三条参考电源线，共七条信号线。

此外，目前本领域可见六晶体管-三电容(又称6T3C)架构的显示控制电路，其亦可用以补偿驱动晶体管的临界电压漂移。6T3C架构的显示控制电路包含六个晶体管及三个电容，三条控制线及二条参考电源线，共五条信号线。

如上述，当前的显示控制电路，通常至少包含六个晶体管、及五至七条信号线。上述6T2C架构及6T3C架构的显示控制电路，结构皆较为复杂、元件及信号线数目过多，导致开口率(aperture ratio)过低，透光效果不佳。因此，液晶显示领域仍须更佳解决方案，以提高开口率、简化电路结构、降低元件及信号线的数量、并避免晶体管老化导致显示灰阶准确度不良。

技术实现要素：

本发明一实施例提供一种显示控制电路，包含一液晶电容、一充电单元、一写入单元、一维持单元及一第一电容。液晶电容包含一第一端及一第二端，液晶电容的第二端耦接于一共电压端，用以根据一数据电压显示。充电单元包含第一端、控制端及第二端，充电单元的第二端耦接于液晶电容的第一端。写入单元包含第一端、第二端及控制端，写入单元的第一端用以接收数据电压。维持单元包含第一端、第二端及控制端，维持单元的第一端耦接于写入单元的第二端，维持单元的第二端耦接于液晶电容的第一端。第一电容包含第一端及第二端，第一电容的第一端耦接于充电单元的控制端，第一电容的第二端耦接于写入单元的第二端。

本发明另一实施例提供一种显示控制电路的操作方法。显示控制电路包含液晶电容、充电单元、写入单元、维持单元、开关及第一电容，充电单元的第一端用以接收操作电压，液晶电容的第一端耦接于充电单元的第二端，液晶电容的第二端耦接于共电压端，开关具有第一关及第二端，充电单元的控制端耦接于开关的第二端，第一电容的第一端耦接于充电单元的控制端，第一电容的第二端耦接于写入单元的第二端，写入单元的第一端用以接收数据电压，操作方法包含：于重置阶段，维持写入单元的关闭状态，开启开关及维持单元，调整开关的第一端的准位以开启充电单元，及调整操作电压以重置液晶电容的第一端的准位；于重置阶段之后的补偿阶段，调整操作电压以透过充电单元对液晶电容的第一端充电，使液晶电容的第一端被充电到预定准位；于补偿阶段之后的写入阶段，关闭维持单元及开关，及开启写入单元，以使第一电容的第一端被抬升至数据电压及临界电压的和；于写入阶段之后的维持阶段，关闭写入单元，以使液晶电容的第一端的准位实质上对应于数据电压；以及于维持阶段之后的显示阶段，调整开关的第一端的准位，以关闭充电单元。

本发明另一实施例提供一种显示控制电路的操作方法，显示控制电路包含一充电单元，一写入单元，一维持单元，一第一电容，一第三开关及一液晶电容，充电单元包含一第一开关及一第二开关，第二开关的一第一端用以接收一操作电压，第二开关的一第二端耦接于第一开关的一第一端及第三开关的一第一端，第一开关的一控制端耦接于第三开关的一第二端及第一电容的一第一端，第一开关的一第二端耦接于液晶电容的一第一端及维持单元的一第二端，液晶电容的一第二端耦接于一共电压端，维持单元的一第一端耦接于第一电容的一第二端、及写入单元的一第二端，写入单元的一第一端用以接收一数据电压，操作方法包含：于一重置阶段，开启第二、第三开关、写入单元及维持单元，以将第一电容的第二端及第一开关的第二端重置到一预定准位，以使第一开关的控制端及第二端的准位差大于一门槛值，进而开启第一开关；于重置阶段之后的一补偿阶段，关闭写入单元，以将第一电容的第一端充电到一第一电位，及将第一电容的第二端被充电到第一电位及门槛值的差值；于补偿阶段之后的一写入阶段，关闭第三开关及维持单元，及开启写入单元，以使数据电压写入第一电容的第二端，及将第一电容的第一端的准位抬升到数据电压及门槛值的和；于写入阶段之后的一维持阶段，关闭写入单元，以使第一开关的第二端的准位对应于数据电压；以及于维持阶段之后的一显示阶段，关闭第二开关。

本发明实施例提供的显示控制电路可具有较简化的结构、更少的元件数及信号数，故可使开口率提高，改善显示功效，此外，本发明实施例提供的显示控制电路仍可补偿晶体管的临界电压漂移。

附图说明

图1为本发明实施例的显示控制电路的示意图。

图2为本发明另一实施例的显示控制电路的示意图。

图3是本发明一实施例的显示控制电路的示意图。

图4为图3实施例的显示控制电路的操作波形图。

图5-9可为图3的实施例的显示控制电路的操作说明图。

图10为图3至9的实施例的量测结果图。

图11为本发明实施例的显示控制电路的操作步骤流程图。

图12为本发明另一实施例的显示控制电路的示意图。

图13为图12实施例的显示控制电路的操作波形图。

图14-18为图12的实施例的的显示控制电路的操作说明图。

图19为图11至17的实施例的量测结果图。

图20为图12至18所示的显示控制电路的操作方法流程图。

其中，附图标记：

100、100a、300、1100 显示控制电路

110 液晶电容

120 充电单元

130 写入单元

140 维持单元

150 第一电容

160 第二电容

170 维持电容

Vd 数据电压

V_COM 共电压端

V_DD 操作电压

V_DDH、V_{REF_H} 高准位

V_DDL、V_{REF_L} 低准位

S1、S2、S3 控制信号

V_REF 参考电位

VA0、VA3、VA3’、VC0、VC3、 曲线

VC3’、VB0、VB3

V_TH 临界电压

V_TH1 门槛值

A、B、C 节点

P1 重置阶段

P2 补偿阶段

P3 写入阶段

P4 维持阶段

P5 显示阶段

T1 第一开关

T2 第二开关

T3 第三开关

T4 第四开关

T5 第五开关

1110至1150、2010至2050 步骤

具体实施方式

图1为本发明实施例的显示控制电路100的示意图。控制电路100包含液晶电容110、充电单元120、写入单元130、维持单元140、第一电容150及第二电容160。液晶电容110包含第一端及第二端，第二端耦接于共电压端V_COM，用以根据数据电压Vd显示。充电单元120可包含第一端，控制端，及第二端，耦接于液晶电容110的第一端。写入单元130可包含第一端、第二端，及控制端，第一端可用以接收数据电压Vd。维持单元140可包含第一端、第二端及控制端，维持单元140的第一端耦接于写入单元130的第二端，第二端耦接于液晶电容110的第一端。第一电容150可包含第一端及第二端，第一端耦接于充电单元120的控制端，第二端耦接于写入单元130的第二端。第二电容160可包含第一端及第二端，第一端耦接于第一电容150的第二端。

图2为本发明另一实施例的显示控制电路100a的示意图。显示控制电路100a的架构相似于显示控制电路100，但更可包含维持电容170。维持电容170可包含第一端及第二端，第一端耦接于液晶电容110的第一端，第二端耦接于共电压端V_COM。维持电容170可帮助液晶电容110维持准位，可视需求使用。液晶电容110用以表示液晶元件对应的电容，液晶元件用以发光显示。

图3是本发明一实施例的显示控制电路300的示意图。显示控制电路300可基于图1及2的架构，以多个开关、电容及信号线组成。显示控制电路300中，充电单元120可包含第一开关T1，其可包含第一端，用以接收操作电压V_DD、及第二端，耦接于液晶电容110的第一端。写入单元130可包含第二开关T2，第二开关T2可包含第一端、控制端以及第二端，第一端用以接收数据电压Vd，控制端由控制信号S2控制，第二端耦接于第二电容160的第一端。维持单元140可包含第三开关T3，维持单元140可包含第一端、第二端及控制端，第一端耦接于第二开关T2的第二端，控制端用以接收控制信号S1，第二端耦接于第一开关T1的第二端。显示控制电路300可另包含第四开关T4。第四开关T4可包含第一端、第二端及控制端，第一端耦接于第二电容160的第二端，控制端耦接于第三开关T3的控制端且亦由控制信号S1控制，第二端耦接于第一开关T1的控制端。于本实施例，第四开关T4的第一端及第二电容160的第二端可耦接于参考电位V_REF。

图4为图3实施例的显示控制电路300的操作波形图。图5至9可为图3的实施例的显示控制电路300的操作说明图。图4中，控制信号S1、S2，操作电压V_DD、参考电位V_REF的波形对应于重置阶段P1、补偿阶段P2、写入阶段P3、维持阶段P4及显示阶段P5。此五阶段可循环进行。

图5可对应于显示阶段P5之后的重置阶段P1。其中打叉(符号×)的元件表示关闭(off)，未打叉的元件表示开启(on)，以下各图亦同理。于重置阶段P1可用控制信号S2关闭第二开关T2，可用控制信号S1开启第三开关T3及第四开关T4，进而使此时高准位V_{REF_H}的参考电位V_REF开启第一开关T1，以重置液晶电容110的第一端(节点C)的准位。此时操作电压V_DD可调整为低准位V_DDL，故液晶电容110的第一端(节点C)的准位可透过导通的第一开关T1，被重置到低准位V_DDL，第三开关T3的第一端(节点B)也可透过导通的第三开关T3被重置到低准位V_DDL。

图6可对应于重置阶段P1之后的补偿阶段P2。于补偿阶段，可调整操作电压V_DD为高准位V_DDH，并可藉由控制信号S2持续关闭第二开关T2，藉由控制信号S1持续开启第三开关T3及第四开关T4，进而使此时高准位V_{REF_H}的参考电位V_REF持续开启第一开关T1，以透过第一开关T1对液晶电容110的第一端(节点C)充电，使液晶电容110的第一端(节点C)及第三开关T3的第一端(节点B)被充电到使第一开关T1关闭的预定准位。此预定准位可为参考电位V_REF及第一开关T1的临界电压V_TH的差值，即(V_REF-V_TH)。此阶段的参考电位V_REF可为高准位V_{REF_H}，故液晶电容110的第一端(节点C)及第三开关T3的第一端(节点B)可被充电到(V_{REF_H}-V_TH)的准位，此时第一电容150的第一端(节点A)与第三开关T3的第一端(节点B)的电位差即为临界电压V_TH。

图7可对应于补偿阶段P2之后的写入阶段P3。于写入阶段P3，可调整控制信号S1、S2以关闭第三开关T3及第四开关T4，及开启第二开关T2。由于第一电容150已存有临界电压V_TH的电位差，故可使第一电容150的第一端(节点A)被抬升至数据电压Vd及临界电压V_TH之和，即(Vd+V_TH)。

图8可对应于写入阶段P3之后的维持阶段P4。于维持阶段P4，可调整控制信号S2以关闭第二开关T2，并可藉由控制信号S1持续关闭第三开关T3及第四开关T4。此时，第一开关T1的控制端及第二端可具有临界电压V_TH的压差，故第一开关T1的第二端(节点C)的准位可为节点A的准位减去临界电压V_TH。操作电压V_DD可维持在高准位V_DDH，以透过第一开关T1持续对节点C充电，从而使维持阶段P4中，节点C的准位充到[(Vd+V_TH)-V_TH]，亦即数据电压Vd。因此，根据本发明实施例，可于维持阶段P4使液晶电容110的第一端(节点C)的准位实质上对应于数据电压Vd，以使液晶电容110根据数据电压Vd显示。

图9为可对应于维持阶段P4之后的显示阶段P5。于显示阶段P5，可调整参考准位V_REF至低准位V_{REF_L}，并可藉由控制信号S1及控制信号S2持续关闭第二开关T2、第三开关T3及第四开关T4，使节点B透过第二电容160被耦合到低准位。由于此时节点A、B透过第一电容150互相浮接，故实质上可视作节点A、B串连。故节点A亦可透过第一电容150被耦合至低准位，从而可关闭第一开关T1。如图9所示，显示阶段P5中，液晶电容110可根据数据电压Vd控制其间所夹的液晶分子的，进而控制通过液晶分子的光的偏极性，进而达到控制像素灰阶的效果。且第一开关T1至第四开关T4皆为关闭，故可减缓开关内的晶体管的老化、并可抑制节点C漏电。

图10为图3至9的实施例的量测结果图。图10的横轴可为时间，其单位可为微秒(μsec)，纵轴可为电压，其单位可为伏特(Volt)。曲线VA0、VA3、VA3’可分别为图3、5-9的节点A的电压变化。曲线VC0、VC3、VC3’可分别为图3、5-9的节点C的电压变化。其中，曲线VA0、VC0可为晶体管的临界电压V_TH与预定准位的差值为0伏特，亦即临界电压没有偏移时的量测结果，曲线VA3、VC3可为晶体管的临界电压V_TH与预定准位的差值为+3伏特，亦即临界电压偏移+3伏特时的量测结果，曲线VA3’、VC3’可为晶体管的临界电压V_TH与预定准位的差值为-3伏特，亦即临界电压偏移-3伏特时的量测结果。此外，图10的波形图亦可见控制信号S2，控制信号S2为高态时可对应于写入阶段P3。由图10可见，当临界电压V_TH于-3至+3伏特的范围变动，曲线VC0、VC3、VC3’的准位，于维持阶段P4之后期及显示阶段P5几乎相同。换言的，根据本发明的第3至9图的实施例，液晶电容110的第一端(节点C)的准位可对应于数据电压Vd发光，而可降低受到临界电压V_TH的漂移变动影响。

观之图3至9，可见此实施例中，若第一开关T1至第四开关T4皆为晶体管，则显示控制电路300共有四个晶体管。由于维持电容170可选择性使用或省略，故显示控制电路300包含液晶电容110、第一电容150、第二电容160共三个电容。因此，图3至9的实施例可提供四晶体管-三电容(可简称4T3C)架构的显示控制电路。信号线则共有对应于操作电压V_DD、参考电位V_REF、控制信号S1及控制信号S2等四条信号线。故相较于前述的6T2C架构(须至少七条信号线)、或6T3C架构(须至少五条信号线)，本发明的实施例提供的显示控制电路的元件数及信号线数皆较少，可提高开口率，且仍具有补偿临界电压V_TH的漂移变动的功效，从而可保持显示的灰阶准确度。

图11为本发明实施例的显示控制电路300的操作步骤流程图。步骤1110至1150可分别对应图5至9的阶段：

步骤1110：于显示阶段P5之后的重置阶段P1，维持第二开关T2的关闭状态，开启第三开关T3及第四开关T4，调整参考准位V_REF至高准位V_{REF_H}以开启第一开关T1，及调整操作电压V_DD至低准位V_DDL以重置液晶电容110的第一端的准位；

步骤1120：于重置阶段P1之后的补偿阶段P2，调整操作电压V_DD至高准位V_DDH，以透过第一开关T1对液晶电容110的第一端充电，使液晶电容110的第一端被充电到预定准位；

步骤1130：于补偿阶段P2之后的写入阶段P3，关闭第三开关T3及第四开关T4，及开启第二开关T2，以使第一电容110的第一端被抬升至约为数据电压Vd及临界电压V_TH之和；

步骤1140：于写入阶段P3之后的维持阶段P4，关闭第二开关T2，以使液晶电容110的第一端的准位实质上对应于数据电压Vd；及

步骤1150：于维持阶段P4之后的显示阶段P5，调整参考准位V_REF至低准位V_{REF_L}，以关闭充电单元120以防止漏电。

图12为本发明另一实施例的显示控制电路1100的示意图。显示控制电路1100可基于图1及2的架构，以多个开关、电容及信号线组成。如图1、2及11所示，显示控制电路1100中，充电单元120可包含第一开关T1及第二开关T2。第一开关T1可包含第一端、第二端以及控制端，第一开关T1的第二端可为充电单元120的第二端，第一开关T1的控制端可为充电单元120的控制端。第二开关T2可包含第一端、第二端以及控制端，第二开关T2的第一端可为充电单元120的第一端、第二开关T2的第二端可耦接于第一开关T1的第一端、第二开关T2的控制端可由控制信号S1控制。写入单元130包含第五开关T5。第五开关T5可包含第一端、第二端以及控制端，第五开关T5的第一端可用以接收数据电压Vd、第五开关T5的控制端可由控制信号S3控制、第五开关T5的第二端可耦接于第一电容150的第二端。维持单元140可包含第四开关T4，第四开关T4的控制端可由控制信号S2控制。显示控制电路1100可另包含第三开关T3，第三开关T3可包含第一端、第二端以及控制端，第三开关T3的第一端可耦接于第一晶体管T1的第一端，第三开关T3的控制端可耦接于维持单元140的控制端，也由控制信号S2控制、第三开关T3的第二端可耦接于第一电容150的第一端。根据本发明实施例，显示控制电路1100的第二电容160的第二端可(但不限于)耦接于共电压端V_COM。

图13为图12实施例的显示控制电路1100的操作波形图。图14至18可为图12的实施例的显示控制电路1100的操作说明图。图13中，控制信号S1、S2及S3、操作电压V_DD的波形可被调整以对应重置阶段P1、重置阶段P1、补偿阶段P2、写入阶段P3、维持阶段P4及显示阶段P5。此五阶段可循环进行。

图14可对应于显示阶段P5之后的重置阶段P1。于重置阶段P1，可开启第二至第五开关T2-T5，数据电压Vd可将第二电容160的第一端(节点C)及第一开关T1的第二端(节点B)重置到预定准位，例如足够低的准位。当节点A及节点B的电位差达到第一开关T1的临界电压V_TH，则可使第一开关T1导通。

图15可对应于重置阶段P1之后的补偿阶段P2。补偿阶段P2中，可调整控制信号S3以关闭第五开关T5，以使操作电压V_DD将第一电容150的第一端(节点A)被充电到第一电位(如操作电压V_DD的高准位V_DDH)，及将第一电容150的第二端(节点C)被充电到第一电位及门槛值V_TH1的差值。因此，操作电压V_DD可透过第一开关T1、第二开关T2，将节点B、C的电位充电至(V_DDH-V_TH1)的准位，从而使第一电容150储存门槛值V_TH1的电位差。门槛值V_TH1可为第一开关T1的临界电压V_TH。

图16可对应于补偿阶段P2之后的写入阶段P3。写入阶段P3中，可控制控制信号S2、S3，以关闭第二开关T2及第三开关T3，及开启第五开关T5，从而使数据电压Vd写入第一电容150的第二端(节点C)，及将第一电容150的第一端(节点A)的准位抬升到数据电压Vd及门槛值V_TH1之和。此时操作电压V_DD可调整为低准位V_DDL，故节点B可透过第一开关T1及第二开关T2被拉至低准位V_DDL，以使第一开关T1的控制端及第二端的电压差足以确保第一开关T1开启。

图17可对应于写入阶段P3之后的维持阶段P4。此阶段可调整控制信号S3以关闭第五开关T5。操作电压V_DD可调整为高准位V_DDH，以透过第一开关T1及第二开关T2对液晶电容110的第一端(节点B)充电。此时，第一开关T1与第二开关T2可为源极随耦器(source follower)，节点B可由写入阶段P3的低位准V_DDL，被充电到节点A的位准及门槛值V_TH1的差值，即{(Vd+V_TH1)-V_TH1}，也就是数据电压Vd。因此，维持阶段P4可控制对于节点B充电的时间长度，且可使第一开关T1的第二端的准位对应于数据电压Vd。

图18可对应于维持阶段P4之后的显示阶段P5。于显示阶段P5可调整控制信号S1以关闭第二开关T2，以防止节点B的漏电。从而达到抑制晶体管老化的功效。

图19为图11至17的实施例的量测结果图。同理于图10，其横轴可为时间(单位为微秒)，纵轴可为电压(单位为伏特)。曲线VA0、VB0、VC0分别为图12的节点A、B、C的准位变化，其可对应于开关的临界电压V_TH与预定准位的差值是0伏特(即临界电压没有偏移)的晶体管的电路。曲线VA3、VB3、VC3分别为图12的节点A、B、C的准位变化，其可对应于开关的临界电压V_TH与预定准位的差值是+3伏特(即临界电压偏移+3伏特)的晶体管的电路。根据图18，曲线VB0、VB3于维持阶段P4后段至显示阶段P5几乎迭合，故节点B的位准可不受门槛电压V_TH的漂移影响，从而可保持液晶电容110的发光灰阶准确度。图12至19的实施例的显示控制电路1100包含五个晶体管(T1至T5)、及三个电容(110、150、160)，可简称5T3C架构，其信号线至少须四条(对应于控制信号S1-S4及操作电压V_DD)，因此，相较于现有的6T2C架构(须至少七条信号线)、或6T3C架构(须至少五条信号线)，本发明实施例提供的显示控制电路的元件数及信号线数皆较少，可提高开口率，且仍具有补偿临界电压V_TH的漂移变动的功效，从而可保持显示的灰阶准确度。

图20为图12至18所示的显示控制电路1100的操作方法流程图。步骤2010至2050可对应于图14至18：

步骤2010：于显示阶段P5之后的重置阶段P1，开启第二至第五开关T2-T5，以将第二电容160的第一端及第一开关T1的第二端重置到预定准位，以使第一开关T1的控制端及第二端的准位差大于门槛值V_TH1，进而开启第一开关T1；

步骤2020：于重置阶段P1之后的补偿阶段P2，关闭第五开关T5以将第一电容150的第一端被充电到第一电位(如高准位V_DDH)，及将第一电容150的第二端被充电到第一电位及门槛值V_TH1的差值，如(V_DDH-V_TH1)；

步骤2030：于补偿阶段P2之后的写入阶段P3，关闭第三开关T3及第四开关T4，及开启第五开关T5，以使数据电压Vd写入第一电容150的第二端，及将第一电容150的第一端的准位抬升到约为数据电压Vd及门槛值V_TH1之和；

步骤2040：于写入阶段P3之后的维持阶段P4，关闭第五开关T5，以使第一开关T1的第二端的准位对应于数据电压Vd；及

步骤2050：于维持阶段P4之后的显示阶段P5，关闭第二开关T2，以防止漏电。

上述各开关，可采用常关型(normally-OFF)或常开型(normally-ON)晶体管，并可依研发者的需求挑选N型金氧半场效晶体管、P型金氧半场效晶体管、双载子接面晶体管或其他相似原理的开关元件。本发明实施例提供的显示控制电路可适用于一般液晶显示，亦可适用于蓝相液晶。

综上，本发明实施例提供的显示控制电路可具有较简化的结构、更少的元件数及信号数，故可使开口率提高，改善显示功效，此外，本发明实施例提供的显示控制电路仍可补偿晶体管的临界电压漂移，故可保持液晶显示的灰阶准确度，对于改善本领域现有的显示控制电路的缺失，实有助益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。