专利名称：液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法及驱动级的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法及驱动级装置，且特别是有关于在低耗能且可维持稳态的液晶显示器驱动电路的时脉信号放大方法及驱动级。
背景技术：
为了配合现代生活模式，视讯或影像装置的设计均朝向轻薄短小的趋势迈进。传统的阴极射线显示器(CRT)，虽然具有其特有的优点，但是由于内部电子枪结构的原因导致阴极射线显示器的体积以现在的眼光看来过于庞大，空间需求也高，再加上所产生的辐射等问题，因此，配合光电技术与半导体制造技术所发展的平面式显示器(Flat PanelDisplay)，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光显示器(OLED)或是电浆显示器(Plasma Display Panel，PDP)，已逐渐成为显示器产品的主流。
其中，液晶显示器所显示的画面是由许多阵列排列的像素(Pixel)所构成，而每一个像素所显示的亮度是由背光模组的亮度与像素所控制的灰阶标度(Gray Scale)所共同决定。现今在液晶显示器的驱动方法中，最常使用的方法是将背光模组的亮度维持一固定亮度，而根据输入的影像资讯，分别以不同大小的偏压驱动每一像素内的液晶进行旋转，并由液晶的旋转角度来决定像素的透光率，以达到灰阶显示的目的。
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)为广泛应用于导通或截流一液晶显示器的像素的元件。其组成的驱动电路依序接收一影像资料(Image Data)，并在一水平周期(Horizontal Period)的内，将对应液晶显示器的各个像素电极已取样的影像资料予以保留(Hold)。接下来，此驱动电路在下一次水平周期开始或中途时，一次输出所有的影像信号。此一驱动电路在一个时间间隔的内持续输出该影像信号(Image Signal)的电压，此一时间间隔被称为一个输出周期。一般而言，此一输出周期的时间长度，与一水平周期的时间长度大约相同。
请参照图1所绘示的已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图，每一个驱动级内包括有一个移位暂存器(Shift Register)105、一个电位移位器(Level Shifter)110，以及一个输出缓冲器(OutputBuffer)115。其中，电位移位器110电性连接于移位暂存器105与输出缓冲器115之间。输入移位暂存器105的时脉信号的摆动范围介于VDD与GND之间。由于移位暂存器105使用VDD与6ND为操作电位，电位移位器110与输出缓冲器115则是使用VDD和VSS为操作电位，其中VSS乃是小于零的电位。此已知的驱动级相当耗能。
请参照图2A所绘示的另一个已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图，此驱动级包括有一个第一电位移位器203、一个移位暂存器206、一个第二电位移位器209，以及一个输出缓冲器212。其中，移位暂存器206电性连接于第一电位移位器203与第二电位移位器209之间，输出缓冲器212则是电性连接至第二电位移位器209。输入第一电位移位器203的时脉信号的摆动范围介于一个小范围内，例如是5V与GND之间。请参照图2B其绘示已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电位移位示意图，在此已知技术中，第一电位移位器203与移位暂存器206使用VDD与GND做为操作电位，为第一电位移位电路，用来将3V的电位移位至所需的VDD。第二电位移位器209与输出缓冲器212则是以VDD与VSS为操作电位，为第二电位移位电路，用来将GND的电位移位至VSS。由动态功率消耗的公式P＝fcV2的式子可知能量与电压的平方成正比关是，其中P代表消耗的功率，f代表操作频率，c代表负载电容，V代表信号振幅。因此，这个已知电路所消耗的能量较上述的已知技术为少。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可以节省电力消耗的平面显示器显示驱动电路的驱动级与驱动方法，由此种驱动级与驱动方法，可以比已知技术节省更多的能量。
本发明提出一种液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法，适用于将周期性于一高原始电位与一低原始电位间震荡的一时脉信号放大成于一高目标电位与一低目标电位间震荡的一目标信号，且该高目标电位高于该高原始电位，该低目标电位低于该低原始电位，其特征在于，该液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法包括
将该时脉信号放大成于一高中继电位与一低中继电位间震荡的一中继信号；以及将该中继信号放大为该目标信号；其中，该高中继电位介于该高原始电位与该高目标电位之间，且该低中继电位介于该低原始电位与该低目标电位之间。
其中还包括仅在一预定期间内接收该时脉信号。
本发明提出一种液晶显示驱动电路的驱动级，该驱动级以多个串联的方式组成该液晶显示驱动电路的一部分，其特征在于，该液晶显示驱动电路的驱动级包括一时脉输入端，接收具有一高原始电位与一低原始电位的一时脉信号；一电位移位器，电性耦接至该时脉输入端，自该时脉输入端接收该时脉信号，并以一高目标电位与一低目标电位为操作电位，以放大该时脉信号为具有一高中继电位与一低中继电位的一中继信号；以及一输出缓冲器，电性耦接至该电位移位器，自该电位移位器接收该中继信号，并以该高目标电位与该低目标电位为操作电位，以放大该中继信号为具有该高目标电位与该低目标电位的一目标信号；其中，该高中继电位介于该高原始电位与该高目标电位之间，且该低中继电位介于该低原始电位与该低目标电位之间。
其中该输出缓冲器包含奇数个数的反相器。
其中该输出缓冲器是由互补式金属氧化半导体所组成。
其中该电位移位器包括由互补式金属氧化半导体所组成的反相器。
其中该电位移位器中的反相器包括连接自身的源极/漏极与栅极的金属氧化半导体。
其中还包括一动态暂存器，该动态暂存器电性耦接于该时脉输入端与该电位移位器之间，并根据一控制信号组决定是否导通该时脉输入端至该电位移位器的电性通道。
其中该动态暂存器包括一暂存器输出端，电性耦接至该电位移位器；一第一控制信号输入电路，接收由该驱动级的前一级驱动级所输出的一前级驱动信号，并根据该前级驱动信号决定是否导通该时脉输入端电性与该暂存器输出端间的电性通道；以及一第二控制信号输入电路，接收由该驱动级的后一级驱动级所输出的一后级驱动信号，并根据该后级驱动信号决定是否导通该暂存器输出端与该低目标电位间的电性通道。
其中该动态暂存器包括一暂存器输出端，电性耦接至该电位移位器；一第一控制信号输入电路，接收由该驱动级的前一级驱动级所输出的一前级驱动信号，并根据该前级驱动信号决定是否导通该时脉输入端与该暂存器输出端间的电性通道；以及一第二控制信号输入电路，接收该前级驱动信号与该电位移位器的输出，并据以决定是否导通该驱动级与该该低目标电位间的电性通道；
其中，该电位移位器的输出与该驱动级所输出的该目标信号反相。
其中还包括一电位箝制器，电性耦接于该高目标电位与该暂存器输出端之间，并根据该前级驱动信号决定是否导通该暂存器输出端与该高目标电位间的电性通道。
其中该电位箝制器包括P型金属氧化半导体。
由于已知技术中需使用2个电位移位器以及3个电压源，包括GND、VDD与VSS，所以较为复杂且较消耗能量。因此，在本发明所提出的液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法及驱动级中，由于驱动级仅包括一个电位移位器且只使用两个电压源VDD与VSS，更由于可使用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)结构实现，即以N通道金属氧化物导体与P通道金属氧化物导体在电路中以互补方式动作，因此可以利用N通道与P通道金属氧化物导体导通状况不同，使得任何时刻电压源与接地之间仅存在漏电电流，使其消耗能量相当低，约等于电压源与漏地电流的乘积。故本发明较已知技术更为简单且所消耗的能量更少。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中图1是绘示已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。
图2A是所绘示已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。
图2B是绘示已知的液晶显示驱动电路的驱动级的电位移位示意图。
图3是绘示依照本发明一较佳实施例的液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法的实行步骤图。
图4是绘示依照本发明第一较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。
图5A是绘示依照本发明第二较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。
图5B是绘示依照本发明第二较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电位移位示意图。
图6A是绘示依照本发明动态暂存器的第一较佳实施例的电路方块图。
图6B是绘示依照本发明动态暂存器的第一较佳实施例的元件实现图。
图6C是绘示适用于动态暂存器的第一较佳实施例的电位移位器的元件实现图。
图6D是绘示适用于动态暂存器的第一较佳实施例的电位移位器的元件实现图。
图7A是绘示依照本发明动态暂存器的第二较佳实施例的电路方块图。
图7B是绘示依照本发明动态暂存器的第二较佳实施例的元件实现图。
图7C是绘示的适用于动态暂存器的第二较佳实施例的电位移位器的元件实现图。
具体实施例方式对薄膜液晶显示器(TFT-LCD)而言，其所包含的栅驱动(Gate Driver)的功能是持续提供脉波信号(Pulsed Signal)给与每一条水平扫瞄线(Horizontal Scan Line)电性连接的栅极端。此栅极端为主动矩阵中负责控制某一个像素的薄膜晶体管开关的一端。脉波信号则通常摆动于负电位VSS与正电位VDD之间，通常是摆动于5V与9V之间。本发明的驱动电路的驱动级，用以将一个低电压的时脉信号CLKin放大成为一个脉波信号，此低电压通常为3V，此时脉信号CLKin为振荡于3V与0V之间的周期性信号。
请参照图3，其绘示依照本发明一较佳实施例的液晶显示驱动电路的时脉信号CLKin放大方法的实行步骤图。本实施例用于将原本振荡于高原始电位(例如是3V)与低原始电位(例如是0V)之间的时脉信号CLKin放大为振荡于高目标电位(例如是9V)与低目标电位(例如是-5V)之间的目标信号。首先，将时脉信号CLKin放大为在高中继电位与低中继电位之间进行振荡的中继信号(如步骤S303)。接下来，再将该中继信号放大为目标信号即完成(如步骤S306)。其中，高中继电位的大小介于高原始电位(例如是3V)与高目标电位(例如是9V)之间，低中继电位的大小则是介于低原始电位(例如是0V)与低目标电位(例如是-5V)之间。在本发明的一个实施例中，时脉信号CLKin可以是在某一个特定期间内才被接收。
请参照图4，其绘示依照本发明第一较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。在本实施例中液晶显示器驱动电路的驱动级包括时脉输入端403、电位移位器406与输出缓冲器409。其中，时脉输入端403负责接收在高原始电位(例如是3V)与低原始电位(例如是0V)间进行振荡的时脉信号CLKin。电位移位器406电性连接至时脉输入端403，自时脉输入端403接收时脉信号CLKin，并使用高目标电位(例如是9V)与低目标电位(例如是-5V)做为操作电位，藉此将时脉信号CLKin放大成为在高中继电位与低中继电位之间进行振荡的中继信号。输出缓冲器409电性连接至电位移位器406，自电位移位器406接收到中继信号，并使用高目标电位与低目标电位做为操作电位，将中继信号放大成为在高目标电位与低目标电位之间振荡的目标信号。其中，将上述的各电位由高至低排列，依序为高目标电位、高中继电位、高原始电位、低原始电位、低中继电位，最后为低目标电位。其中，高目标电位可以为9V，高原始电位可以为3V；低目标电位可以为5V，低原始电位可以为0V。
接下来，请参照图5A，其绘示依照本发明第二较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电路方块图。在此实施例中，液晶显示驱动电路的驱动级与图4所绘示的实施例比较，还包括有一个动态暂存器506，此动态暂存器506电性连接于时脉输入端503与电位移位器509之间，用来根据一个控制信号组515来决定是否要将时脉输入端503与电位移位器509之间导通。请参照图5B，其绘示本发明第二较佳实施例的液晶显示驱动电路的驱动级的电位移位示意图。由P＝fcV2可知能量与电压的平方成正比关是，也就是说当电位变为原来的二分的一倍时，所消耗的能量理想上可减至原来的四分的一倍，因此本实施例较已知的驱动级耗能少。
请参照图6A，其绘示依照本发明动态暂存器的第一较佳实施例的电路方块图。此动态暂存器506包括有，一个暂存器输出端606、一个第一控制信号输入电路603与一个第二控制信号输入电路609。其中，暂存器输出端606电性连接到电位移位器509。第一控制信号输入电路603，用来接收由驱动级的前一级驱动级所输出的前级驱动信号(N-1)th，并根据此前级驱动信号(N-1)th来决定是否要将时脉输入端503与暂存器输出端606之间导通。另外，第二控制信号输入电路609则是用来接收由驱动级的后一级驱动级所输出的后级驱动信号(N+1)th，并根据此后级驱动信号(N+1)th来决定是否要将暂存器输出端606与低目标电位(例如是-5V)之间导通。
请参照图6B，其绘示依照本发明动态暂存器的第一较佳实施例的元件实现图。其中，晶体管Q1与Q2形成一个双闸结构(Dual-GateConfiguration)，其功能类似一个输入开关装置。当此双闸结构导通的时，用以接收前级驱动信号(N-1)th将端点612充电至正电位，并使其电位高于时脉输入端，呈一高电位状态。当双闸结构截流的时，则端点612维持在高电位状态。由图示可知晶体管Q6、Q7与Q8串接形成一个三闸结构(Triple-Gate Configuration)，当此三闸结构因接受后级驱动信号(N+1)th而导通时，会对端点621产生放电作用，最后使端点621的电位达到负电位。在此使用多闸结构(Multi-GateConfiguration)的原因乃是为了要减少当端点612的信号处于维持时间(Holding Time)时的漏电流。信号其详细的运作细节分述如下1.当端点612处于充电时间(Charging Time)时，前级驱动信号(N-1)th的补数信号(N-1)th*的电位为-5V将晶体管Q4截流，且此时前级驱动信号(N-1)th的电位为9V将晶体管Q5导通。因此端点618被维持在-5V，此端点618为动态暂存器的输出端，且连接至电位移位器的输入端。
2.当端点612处于维持时间时，前级驱动信号(N-1)th的电位为-5V可将晶体管Q5被截流，此时前级驱动信号(N-1)th的补数信号(N-1)th*的电位为9V可将晶体管Q4导通，令在0V至3V之间振荡的时脉信号CLKin耦合至端点618。换句话说，端点618会在晶体管Q3与Q4同时导通，接收时脉信号CLKin，并将其输出至电位移位器。
3.当端点612处于放电时间(Discharging Time)时，后级驱动信号(N+1)th的电位为9V，会将晶体管Q6、Q7、Q8与Q9导通。当端点612被放电至-5V时，晶体管Q3会被截流，此时的动态暂存器对时脉信号CLKin而言，有着一个极大的输入阻抗。此时端点618的电位为-5V，并且维持在此电位直到下一次的触发脉波信号的到来。
请参照图6C与图6D其绘示适用于动态暂存器的第一较佳实施例的两种不同的电位移位器的元件实现图。熟悉此技艺者可知，此电位移位器包括有互补式金属氧化半导体所组成的反相器。更包括有连结自身源极与栅极或者是漏极与栅极的金属氧化半导体。
请参照图7A所绘示的依照本发明动态暂存器的第二较佳实施例的电路方块图。此动态暂存器包括一个暂存器输出端706、一个第一控制信号输入电路703与一个第二控制信号输入电路712的结构，但第二控制信号输入电路所执行的动作稍有不同。在此实施例中，此第二控制信号输入电路712是用来接收前级驱动信号(N-1)th与此级电位移位器的输出信号709，并根据此结果来决定是否将驱动级与低目标电位(例如是-5V)之间导通。其中，电位移位器的输出信号709与驱动级所输出的目标信号互为反相。
请参照图7B，其绘示依照本发明动态暂存器的第二较佳实施例的元件实现图。当处于充电过程时，此动态暂存器与第一较佳实施例中的动态暂存器相似。当端点714处于高电位状态时，晶体管Q3与Q4被导通，而晶体管Q5则是被截流，一组互为补数的时脉信号CLKin就藉由晶体管Q3与Q4被传送至电位移位器。在此实施例中，电位移位器509是由2个并接的反相电路所组成，其输出信号709为在一个时间周期中，时脉信号CLKin的补数信号CLKin*放大的脉波信号。此脉波信号于一高中继电位与一低中继电位中进行振荡。此高中继电位介于3V与9V之间，此低中继电位则是介于GND与-5V之间。
请参照图7C所绘示的适用于动态暂存器的第二较佳实施例的电位移位器的元件实现图。此电位移位器可分为两级，分别是晶体管Q11、Q12、Q13、Q14所组成的第一级，与晶体管Q15、Q16、Q17、Q18所组成的第二级。其中第一级连接至晶体管Q3，用以接收时脉信号CLKin，第二级则是连接至晶体管Q4，用以接收时脉信号CLKin的补数信号CLKin*。
此动态暂存器506与电位移位器509的输出端并包括由回授布线，此回授布线的完成使得动态暂存器具有自身放电功能(SelfDischarging Function)。当前级驱动信号(N-1)th传送到放电晶体管Q6、Q7与Q8的共同端点716时，回授信号会传送至晶体管Q9。在正常状况下，当前级驱动信号(N-1)th的电位为-5V时，晶体管Q3、Q4与Q10被截流，晶体管Q5与Q9则被导通，当端点722的电位为9V时，则回授信号会通过晶体管Q9及共同端点716，而导通晶体管Q6、Q7与Q8，另端点714与端点718的电位则维持在-5V，此回授布线可使驱动级维持在一个稳态回授。
在另一个较佳实施例中，液晶显示驱动电路的驱动级中还包括有一个电位箝制器，如第7B图所绘示的晶体管Q5，此电位箝制器电性连接于高目标电位(例如是9V)与暂存器输出端之间，会根据前级驱动信号(N-1)th来决定是否要将暂存器输出端与高目标电位(例如是9V)之间导通。此电位箝制器可以P型金属氧化半导体来实现。
在液晶显示驱动电路的驱动级的第一与第二较佳实施例中，皆只使用了一个电位移位器及两个电压源VDD与VSS，与已知技术中需使用2个电位移位器以及3个电压源包括，GND、VDD与VSS的驱动级比较，实施例中的驱动级所消耗的能量较少。在动态暂存器的第二较佳实施例中，由于具有回授的布线，使得驱动级可以保持在一个稳态回授。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法，适用于将周期性于一高原始电位与一低原始电位间震荡的一时脉信号放大成于一高目标电位与一低目标电位间震荡的一目标信号，且该高目标电位高于该高原始电位，该低目标电位低于该低原始电位，其特征在于，该液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法包括将该时脉信号放大成于一高中继电位与一低中继电位间震荡的一中继信号；以及将该中继信号放大为该目标信号；其中，该高中继电位介于该高原始电位与该高目标电位之间，且该低中继电位介于该低原始电位与该低目标电位之间。
2.如权利要求1所述的液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法，其特征在于，其中还包括仅在一预定期间内接收该时脉信号。
3.一种液晶显示驱动电路的驱动级，该驱动级以多个串联的方式组成该液晶显示驱动电路的一部分，其特征在于，该液晶显示驱动电路的驱动级包括一时脉输入端，接收具有一高原始电位与一低原始电位的一时脉信号；一电位移位器，电性耦接至该时脉输入端，自该时脉输入端接收该时脉信号，并以一高目标电位与一低目标电位为操作电位，以放大该时脉信号为具有一高中继电位与一低中继电位的一中继信号；以及一输出缓冲器，电性耦接至该电位移位器，自该电位移位器接收该中继信号，并以该高目标电位与该低目标电位为操作电位，以放大该中继信号为具有该高目标电位与该低目标电位的一目标信号；其中，该高中继电位介于该高原始电位与该高目标电位之间，且该低中继电位介于该低原始电位与该低目标电位之间。
4.如权利要求3所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该输出缓冲器包含奇数个数的反相器。
5.如权利要求3所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该输出缓冲器是由互补式金属氧化半导体所组成。
6.如权利要求3所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该电位移位器包括由互补式金属氧化半导体所组成的反相器。
7.如权利要求6所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该电位移位器中的反相器包括连接自身的源极/漏极与栅极的金属氧化半导体。
8.如权利要求3所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中还包括一动态暂存器，该动态暂存器电性耦接于该时脉输入端与该电位移位器之间，并根据一控制信号组决定是否导通该时脉输入端至该电位移位器的电性通道。
9.如权利要求8所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该动态暂存器包括一暂存器输出端，电性耦接至该电位移位器；一第一控制信号输入电路，接收由该驱动级的前一级驱动级所输出的一前级驱动信号，并根据该前级驱动信号决定是否导通该时脉输入端电性与该暂存器输出端间的电性通道；以及一第二控制信号输入电路，接收由该驱动级的后一级驱动级所输出的一后级驱动信号，并根据该后级驱动信号决定是否导通该暂存器输出端与该低目标电位间的电性通道。
10.如权利要求8所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该动态暂存器包括一暂存器输出端，电性耦接至该电位移位器；一第一控制信号输入电路，接收由该驱动级的前一级驱动级所输出的一前级驱动信号，并根据该前级驱动信号决定是否导通该时脉输入端与该暂存器输出端间的电性通道；以及一第二控制信号输入电路，接收该前级驱动信号与该电位移位器的输出，并据以决定是否导通该驱动级与该该低目标电位间的电性通道；其中，该电位移位器的输出与该驱动级所输出的该目标信号反相。
11.如权利要求10所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中还包括一电位箝制器，电性耦接于该高目标电位与该暂存器输出端之间，并根据该前级驱动信号决定是否导通该暂存器输出端与该高目标电位间的电性通道。
12.如权利要求11所述的液晶显示驱动电路的驱动级，其特征在于，其中该电位箝制器包括P型金属氧化半导体。
全文摘要
一种液晶显示驱动电路的时脉信号放大方法及驱动级，此驱动级包括，时脉输入端、电位移位器与输出缓冲器。首先，时脉输入端接收一个于高原始电位与低原始电位间进行振荡的时脉信号。接下来，电位移位器以高目标电位与低目标电位做为操作电位，将此时脉信号放大为中继信号，此中继信号振荡于高中继电位与低中继电位之间。最后再由输出缓冲器以高目标电位与低目标电位为操作电位，将中继信号放大为目标信号，此目标信号振荡于高目标电位与低目标电位之间。
文档编号G02F1/13GK1540422SQ200310102930
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者尤建盛, 刘民谦 申请人:友达光电股份有限公司