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TWI285875B - Source driver and the data switching circuit thereof - Google Patents

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TWI285875B
TWI285875B TW094123509A TW94123509A TWI285875B TW I285875 B TWI285875 B TW I285875B TW 094123509 A TW094123509 A TW 094123509A TW 94123509 A TW94123509 A TW 94123509A TW I285875 B TWI285875 B TW I285875B
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TW
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state
output
switching
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TW200703222A (en
Inventor
Che-Li Lin
Chang-San Chen
Original Assignee
Novatek Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US11/162,651 priority patent/US7522147B2/en
Publication of TW200703222A publication Critical patent/TW200703222A/zh
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Description

1285¾ f.doc/006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種源極驅動器（source driver)與其資 料交換電路，且特別是關於一種適用於點反轉（dot inversion)驅動方法的源極驅動器與其資料交換電路。 Λ 【先前技術】 源極驅動器是薄膜電晶體液晶顯示器（ thin film transistor liquid crystal display，簡稱為 TFT LCD)當中很 • 重要的組件，負責將顯示晝面所需的數位資料信號轉換為 類比信號之後，輸出至TFT LCD的每一個次畫素 (sub_pixel，或稱為 dot)。 圖1為傳統源極驅動器100的主要結構方塊圖。源極 驅動器100接收資料信號110，以N個輸出通道(channel) Υι〜Yn輸出類比信號。源極驅動器1〇〇包括移位暫存器 (shift register) 10卜線閂鎖器（iine latch) 1〇2、準位移位器 (level shifter) 1〇3、數位類比轉換器（digital_t〇_anai〇^ • converter» DAC)104> (output buffer) 105。一般的源極驅動器是習知技術，在此領域中具有通常 知識者應該熟知其結構與功能。簡單的說，移位暫存器 .將資料信號110分派給輸出通道1，’線閃鎖器j^暫 存資料信號’準位移位器103放大資料信號。然後 類比轉換器104將放大後的資料信號轉換為類比信號 後由輸出緩衝器105輸出類比信號。 〜 由於TFT LCD採用液晶做為控制顯示的材料，為了 128‘5极 twf.doc/006 避免液晶極化，必須以交流（alternatins current，簡稱為 AC )電壓驅動。所以有各種反轉驅動方法，例如列反轉(line inversion)、行反轉(column inversion)、以及點反轉等等。 其中點反轉的驅動方法如圖2所示。圖2緣示TFT LCD 的次晝素在晝面(frame) T和下一個畫面Τ+l時的驅動極 性，+表示正極性驅動表示負極性驅動。由圖2可以看 出，所謂的點反轉就是在同一個畫面中，無論水平或垂直 方向，相鄰的次晝素都有相反的驅動極性，而且同一個次 晝素到了下一個晝面，其驅動極性也會反轉。 點反轉的驅動方法有許多優點，然而缺點是功率消耗 較大。請參照圖3，圖3的源極驅動器301透過輸出缓衝 器302以及資料線(data line) DL0〜DL3 ,輸出類比信號給 畫素陣列303當中’同一條掃描線(scan line) SL上的次晝 素SP0〜SP3。目前的大型TFT LCD面板(panel)多採用直流 (direct current，簡稱為 DC )的共同電壓(common voltage)
Vcom設計，也就有高於共同電壓vcom的正極性電壓與 低於共同電壓Vcom的負極性電壓。例如資料線dl〇和 DL2輸出的電壓極性依次為正、負、正；而資料線dl1和 DL3輸出的電壓極性依次為負、正、負。每次進入下一條 掃描線或下一個晝面，資料線DL0〜DL3上的電壓極性必 須反轉，因此源極驅動器3〇1必須提供約兩倍於共同電壓 Vcom的跨壓Vswing。跨壓vswing越大，功率消耗也越 大。Ik著面板的大型化、解析度(res〇luti〇n)的增加、以及 廣視角技術例如共面切換模式（in_plane switching，簡稱為 12858¾ twf.doc/006 IPS )與多域垂直配向模式（multi-domain vertical alignment，簡稱為MVA)都需要較高的電壓驅動，這個 問題也就更加明顯。 【發明内容】 本發明的目的是在提供一種資料交換電路，以配合點 反轉的驅動方法’減少源極驅動器輸出的跨壓，進而減少 功率消耗。
本發明的另一目的是提供一種源極驅動器，可配合點 反轉的驅動方法，使其輸出通道只輸出正極性電壓或負極 性電壓，以減少功率消耗。
為達成上述及其他目的，本發明提出一種資料交換電 路，包括控制單元以及交換單元。控制單元提供交俨號。 ?交換信航料-㈣錢第二狀態，在薄驗y顯示 =母-個晝面起始時以及每—個掃描線起始時都會改變 =。交換單元具有N個輸入端與_個輸出端，接收交 ，為正整數’而且1’則交換信號處於 ，:並:通空位資料與第N+1個輸出端。當交換信匕 弟-狀態時，交換單元會導通另—組空位 处； 出端，並導通第i個輸入端與第i+1個輸出端、、:、弟1個輸 上述之資料交換電路，在—實關巾彳― 入端輕接於源極驅動器的線閃鎖器，而且六，早兀的輸 端輕接於同-個源極驅動II的準位移位器^、早元的輸出 從另一觀點來看，本發明另提出源極驅動器，包 7 1285微— 括線閂鎖器、控制單亓 控制單元提、叹數_比轉換器。 -狀怨，在薄臈液晶顯示器的每—個佥以及第 :掃描線起始時都會改變狀態玄元^^每-與Ν+1個輸出诚，卜 、早70具有Ν個輸入端 整數，而且Ki<M輸 接於線閃鎖器。若Ν為正 單元合導通第ΓΓ，則交換信號處於第一狀態時，交換 個輪出交換信號處以 個^端與第;’並導通第$ 換單元的輸㈣。， 触轉換!!_接於交 的資======本_ _設計 道間來回錄*吏#域在源極驅動11的相鄰輸出通 ϊ性二=:間’同，輸*通道可持續 所以電壓，不必在正負極性之間來回切換， 驅動器輸出的跨塵，進而減少功率消耗。 易懂，下文^舉二m點能更明顯 作詳細說明如下“補亚配合所附圖式， 【實施方式】 合特本發明是以特別設計的資料交換電路，配 。特衣的晝素陣列。圖4緣示本發明一實施例使用的晝素 c/006
Ι285^,〇 陣列働的其中-部分，包括資料線dl〇〜·描線 SL0〜SL3,以及十二個次晝素。其中第一列次晝素 各盖自耦f於上方的掃描線—與左方的資料線 〜’弟一列次晝素SP^sp各自搞接於上方 描線SU與右方的資料線如〜㈣，第三列次= 各/編妾於上方的掃描線似與左方的資料線 DL0〜DL2，苐四列次晝素SPg3〜sP2,3各自耦接於上方的掃 描線SL3與右方的資料、線阳〜㈣。總之，對於畫 列400田中的個次晝素SPx，y而言，若y為偶數，則次畫 素SPx，y耦接於資料線DL(X)與掃描線SL(y);若y為奇數: 則次晝素,SPx，y輕接於資料線DL(X+1)與掃描、線SL⑺。 接下來，圖5為本實施例的源極驅動器5〇〇的主要結 構方，圖。源極驅動器500包括接收資料信號51〇的移位 ，存器501、耦接於移位暫存器5〇1的線閂鎖器5〇2、產生 交換信號CHANGE的控制單元5〇4、接收交換信號 CHANGE的交換單元503、耦接於交換單元5〇3的輸^ 的準位移位器505、耦接於準位移位器5〇5的數位類比轉 換器506、以及耦接於數位類比轉換器5〇6的輸出緩衝器 507。本實施例的資料交換電路包括交換單元5〇3以及控制 單元504。除非另外說明，其餘組件的作用和圖丨的同名 組件相同。 在本實施例中，控制單元504接收晝面起始信號FS 以及掃描線起始信號HS，並且根據這兩個信號產生^與信 號CHANGE，如圖6所示。畫面起始信號烈與薄膜液^ 9 I285& f.doc/〇〇6 的，次畫面起始同步，而掃描線起始信號HS與 每一次的掃描線起始同步。交換信號CHANGE在每一次 旦面起始％以及每—次掃描線起始時都會改變狀態，以配 合次畫素的驅動極性改變。在薄膜液晶顯示器當中有很多 現成的信號可為控制單元5〇〇斤用，例如晝面起始信號fs 可以來自垂直同步信號(vertical synchronization signal)或 供給閘極驅動器(gate driver)的起始脈衝信號⑼时 pulse
Signal)，而掃描線起始信號HS可以來自水平同步信號 (horizontal synchronization signal)或供給源極驅動器的問 鎖資料信號(latch data signal)。 在本實施例中，晝素陣列400的每一列有n個次晝 素有N+1條資料線’每個次晝素的灰階(gray %此)都有 η位元的解析度，其中N與n都是正整數。所以源極驅動 器500有N+1個輸出通道Υι〜γΝ+ι，交換單元503有n個 輸入信號Α广ΑΝ以及Ν+1個輸出信號ΒΗΒΝ+1。當然，輸 入信號Αι〜Αν與輸出信號Bi〜BN+1都是η位元的數位信 號。父換單元503另外還接收兩組η位元的空位資料 DMl[l:n]與DM2[l:n]，其作用在後面會說明。交換單元 5〇3會根據交換信號CHANGE的狀態，改變輸出信號 B!〜Bn+i與輸入信號Ai〜AN之間的連接關係，其細節繪示 於圖7。
圖7為父換早兀503的信號時序圖。如圖7所不，交 換信號CHANGE包括兩個狀態，也就是邏輯低準位和邏 輯高準位。若i為正整數且l^i^N，則交換信號CHANGE 12858^^.^0/006 處於邏輯低準位時，交換單元5〇3會將a 並且將空位資料DM2做為―輸 ^為 信號CHA職處於邏輯高準位時，交換單n父換 位資料_做為Bl輸出，並且 為早二03會將空 是所謂的來回交換。 為輸出。這就 鎖器’交換單元5()3的輪人端雛於線問 =換二=广妾於準位移位器505。如果換個位置， 將父換早兀503的輪入端輕接於準位移位器5〇5置 輛接換器寫，還是有同樣的交換效二 入信m = \ 輸人端’分別接收輸 B B& :二' +1個輸出端’分別提供輸出信號 1 N+1 乂換早7C 503 包括 N+1 個反相器(inverter) 以及2N+2個關模組SWi〜SW2n+2。其中，所有的反相哭 ifH接收交換信號CHANGE ’輸出反相交換信號。若 開關模組SWl的操作端G耦接於交換信號 CHANGE ’較換錢CHA臟處於邏輯鮮位時，關 斷;位資料DM1與交換單元503的第」個輸出端；並且 於交換k號CHANGE處於邏輯高準位時，導通空位資料 DM1與父換單元503的第1個輸出端。 >開關模組SW^的操作端G耦接於反相器^輸出的反 相父換信號，於反相交換信號處於邏輯低準位，也就是交 1285¾¾ itwf.doc/006 換信號CHANGE處於邏輯高準位時，關斷交換單元5〇3 的口個輸入端與第i個輸出端；並且於反相交換信號處 於邏輯尚準位，也就是交換信號change處於邏輯低準 位時，導通父換單元5〇3的第i個輸入端與第丄個輸出端。 開關模組SW2i+1的操作端G耦接於交換信號 • CHANGE，於交換信號CHANGE處於邏輯低準位時，關 斷f換單元503的第i個輸入端與第i+1個輸出端；並且 於父換彳§號CHANGE處於邏輯高準位時，導通交換單元 • 5〇3的第i個輸入端與第i+1個輸出端。 隶後’開關模組SW2N+2的操作端G搞接於反相器IN+1 輸出的反相交換信號，於反相交換信號處於邏輯低準位， 也就疋父換信號CHANGE處於邏輯高準位時，關斷空位 資料DM2與交換單元503的第Ν+ι個输出端;並且於反 相交換信號處於邏輯高準位，也就是交換信號change 處於邏輯低準位時，導通空位資料DM2與交換單元5〇3 的第N+1個輸出端。 • 由圖8不難看出，交換單元503確實可達成圖7所繪 示的來回交換。至於空位資料DM1與DM2，主要是為了 避免開關模組8\^與SWsN—2的輸入端浮置(floating)。本實 施例是將空位資料DM1與DM2接地，如圖5所示，其實 在本發明的範圍中，空位資料DM1與DM2的内容並不重 要’只要是在開關模組SW!與SW2N+2的正常操作範圍内 即可。 要注思的是’雖然圖8的開關权組SWi〜SW〗n+2是在 12 12851 doc/006 操作端G的輸人處於賴低準辦瞒，在操作端G的 入處於邏輯高準位時導通’然而本發明並不舰於此 其，實施例中，上述的操作可以相反，也就是讓開關模組 在操作端的輸人處於邏輯高準位時瞒，處於邏輯低準位 時導通。在圖8當中，交換單元5〇3的電路組成也只是一 個實施例，在本發_顧中，只要能達朗7所繪示 來回交換即可。
在本實施例中，開關模組SWi〜SW2N+2的構造完全相 同。以開關模組S\^為例，圖9是開關模組SWi的電路示 意圖。開關模組s%有-個操作端G、一個n位元的輸入 端P[l:n]、以及-個n位元的輸出端Q[1:n]。如果將輸入 端P[l:n]與輸出端Q[1:_ n個位元分開來，就分別是 Pi〜ρη與Qi〜Qn。開關模組SW!包括η個開關震置。在本 實施例中，上述關置較錢半魏電晶體(metai 〇X1de Semiconductor fleld effect ，簡稱為 M 或MOS電晶體）。如圖9所示’操作端〇連接所有圖 電晶體的閘極(gate)。如果k為整數而且這n „曰曰體當中的第“固’會根據操作端：的輸入狀 悲，導通或關斷輸入端pk以及輸出端Qk。 由以上說明可知，本發明是利用特^設計的資料交換 電路、，使資料信號在源極驅動ϋ的相鄰輪出通道間來回交 $到的陣列’使交換後的資料信號能傳 达到正確的:人晝素。如果使用點反轉的驅動方法 個晝面的顧，同-個輸㈣道可持續輸蚊録電壓或 13 1285 md_6 負極性電壓，不必在正負極性之間來回切換，所以能減少 源極驅動器輸出的跨堡，進而減少功率消耗。 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 和範圍内，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。 【圖式簡單說明】 圖1為傳統的源極驅動器的主要結構方塊圖。 圖2為點反轉的驅動方法示意圖。 圖3為傳統點反轉驅動的信號波形示意圖。 圖4為本發明一實施例所使用的晝素陣列示意圖。 圖5為根據於本發明一實施例的源極驅動器的主要結 構方塊圖。 圖6為圖5當中的控制單元的信號時序圖。 圖7為圖5當中的交換單元的信號時序圖。 圖8為圖5當中的交換單元的電路示意圖。 圖9為圖8當中的開關模組的電路示意圖。 【主要元件符號說明】 100 :源極驅動器 101 :移位暫存器 102 :線閂鎖器 103 :準位移位器 104 :數位類比轉換器 1〇5:輸出緩衝器 1285¾¾ twf.doc/006 110 :資料信號 301 :源極驅動器 302 :輸出緩衝器 303、400 :晝素陣列 500 :源極驅動器 _ 501 :移位暫存器 502 :線閂鎖器 503 :交換單元 # 504 :控制單元 505 :準位移位器 506 :數位類比轉換器 507 :輸出緩衝器 510 :資料信號
Aii^n]〜AN[l:n]:交換單元的輸入信號 BJ1:!!]〜BN+1[l:n]:交換單元的輸出信號 CHANGE :交換信號 φ D1〜DN :交換單元的輸入資料 DL0〜DL3 :資料線 DMl[l:n]、DM2[l:n]:空位資料 • FS:晝面起始信號 G:開關模組的操作端 GND :地線 HS :掃描線起始信號 Ιι〜In+i ·反相器 15 1285 微 f.doc/006 Ρ[1·.η]、Pr^Pn :開關模組的輸入端 Q[l:n]、Qi〜Qn :開關模組的输出端 SL、SLO〜SL3 :掃描線 SPO〜SP3、SP〇,〇〜SP2,3 ··次畫素 SWi〜SW2N+2 :開關模組 . Vcom :共同電壓 VDDA :類比電壓 Vswing :電壓振幅 • Yr^Ymi :輸出通道
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Claims (1)

  1. 十、申請專利範圍： 1·一種資料交換電路，包括·· 二控制單元，提供一交換信號，該交換信號包括一身 一f態以及—第二狀態，該交換信號在一薄膜液晶顯示^ =每一個畫面起始時以及每一個掃描線起始時都會改變;; 態，·以及 一交換單元，具有N個輸入端與N+1個輪出端，接 收該交換錄，於該交齡號處於該第—狀鱗 1個輸入端與第i個輸出端，並導通—第二空 = N+1個輪出端；於該交換信號處於該第二狀 〔、一 與第1個輸出端，並導通第丨個輪人端ίϊ 1 1個輸出端，其中Ν為正整數，而且 2.如申請專利範圍第i項所述之資料交換電路，盆 该控制單讀收-畫面起始信號以及—掃描線起始信 3亥畫面起始信號與該薄膜液晶顯示器的每―次書^同 Τ，該掃描線起始信號與該薄膜液晶顯示器的^一次“ 線起始同步，而且該交換作於是奸储 一 掃描線起始信號而產生。、疋根據I面起始信號與該 該交彻域電路，其中 換信=相器，各自接收該交換信號，輪出-反相交 2N+2個開_組，若丨為正整數且 第1個開關模組的操作端_於該二二於 17 I2858l7〇5twf.doc/〇〇6 該交換信號處於該第-狀態時，_該第— 該 交換單元輸㈣，並且於較換錄處於該第二 狀態時’導通料m料與敍換單元的第〗個輸出 端， 第，個開賴_操作端祕於第i個反相器輸 出的該反滅換信號’於該反相交換信號處於該第一狀態 時，關斷該交換單元的第i個輸入端與第[個輪出端，並
    且於該反滅換信號處於該第二㈣時，導通該交換單元 的第i個輸入端與第i個輪出端； ^ 第2ι+1個開關模組的操作端耦接於該交換信 遽，於該交換健處於該第—狀態時，賴該交換單元的 第j個輸入端與第i+1個輸出端，並且於該交換信號處於 該第二狀態時，導通該交換單元的第i個輸人端與第& 個輸出端；
    口 第2N+2個開關模組的操作端耦接於第N+1個反 相态，出的該反相交換信號，於該反相交換信號處於該第 一狀態時，關斷該第二空位資料與該交換單元的第N+1個 ，，端，並且於該反相交換信號處於該第二狀態時，導通 该第二空位資料與該交換單元的第N+1個輸出端。 ^ 4·如申請專利範圍第3項所述之資料交換電路，其中 该父換單元的每一個輸入端各自接收一個η位元的信號， 而且，交換單元的每一個輸出端各自輸出 一個η位元的信 唬，每一個該些開關模組皆包括η個開關裝置，其中第k 個開關|置根據該操作端的輸入狀態，導通或關斷對應於 I2858l70?0twf.doc/006 該開關裝置的該輸入端的第k個位元以及該輸出端的第k 個位元，η為正整數而且l$k$n。 5·如申請專利範圍第4項所述之資料交換電路，其中 该些開關裝置皆為金氧半場效電晶體。 6土申請專利範圍第i項所述之資料交換電路，其中 該交ί單Ϊ的輸人端祕於—源極驅動11的線關器，而 且该父換單7G的輸出端祕於該源極驅㈣的準位移位 器0 7.如申請專纖圍第1項所述之資料雜電路，Α中 該交換單元的輸人端_於—源極鶴鮮中 =換單元的輸出端_源極驅動器的比 8·如申請糊範_ i 料 該第-狀態為邏輯= 貝十又換包路其4 9·如申請專且該第二狀態為邏輯低準位 哕篦一壯能么圍弟1項所述之資料交換電路，其弓 位：第二狀態為邏輯高準位 一線閂鎖器； 3二：供—交換信號’該交換信號包括-I 的每-個晝==及?交f信號在-薄膜液晶㈣ 態； 文乂及母一個掃描線起始時都會改變用 父換皁元 些輸入端祕 I285& fdoc/006 於該第-狀態時，導通第i個輸人端盘她 導通一第二空位資料與第N+1個輸出端;於以端J 於該第二狀態時’導通一第一空位資料c信號處 -數位類轉鋪，減⑽錢單 11.如申請專職_ 1G項所述之源動f 該控制單元接收-晝面起始信號以及—掃描=^中 該晝面起始信號與該薄膜液晶顯示器的每—Hn 步，該掃描線起始錢與該薄膜液晶顯 $面=问 線起始同步，而且該交換作號是新储兮佥二的母一次持描 掃描線起始信號而產生面起始信號與該 該交軸1G項所述之源極驅動器，其中 換信=相器’各自接收該交換信號，輪™ 2N+2^開關模細’若i為正整數且1^Ν，則 兮關模組的操作端耦接於該交換信號，於 二又?4第—狀態時’ _該第-空位資料與該 狀態時，導通該第4二;;號處於該第二 位貝枓與该父換早元的第1個輸出 山从分“第!關模組的操作端耦接於第i個反相器輸 ^目又、L就，於該反相交換信號處於該第一狀態 20 12851 f.d〇c/006 時，關斷該交換單元的第丨 且於該反相交換信號處於‘輪個輸出端，並 的第i個輸入端與第i個輪/端一狀崎，導通該交換單元 號，於兮f_操作输接練交換信 第"i個二父：：::地於該第一狀態時’關斷該交換單元的 Γ1個輪出端，並且於該錢信號處於 個輸出端； 換早疋的弟1個輸入端與第i+l h n第2N+2烟關模組賴作_接於第N+1個反 一=±的4反相f換信號，於該反相交換信號處於該第 =日、，關斷該第二空位資料與該交換單元的 第N+1個 ^端，並且㈣反相交換信號處於該第二狀態時，導通 “-空位資料與該交換單元的第N+1個輸出端。 ▲ > 3 ,申明專利範圍第丨2項所述之源極驅動器，其中 该父換f元的每―個輸人端各自接收-個η位元的信號， ，且，交換單元的每—個輸出端各自輸出—個η位元的信 琥，每一個該些開關模組皆包括η個開關裴置，其中第k ，開關袭置根據該操作端的輸入狀態，導通或關斷對應於 該開關裝置的該輸入端的第k個位元以及該輸出端的第k 個位元’ n為正整數而且l$k$n。 ^ 14·如申请專利範圍第13項所述之源極驅動器，其中 該些開關裝置皆為金氧半場效電晶體。 15·如申請專利範圍第1〇項所述之源極驅動器，其中 忒第一狀態為邏輯高準位，而且該第二狀態為邏輯低準位。 21 括： ▲々16·如申請專利範圍第1〇項所述之源極驅動器，其中 忒第一狀悲為邏輯低準位，而且該第二狀態為邏輯高準位。 Π·如申請專利範圍第1〇項所述之源極驅動器，更包 一移位暫存器，耦接於該線閂鎖器的輸入端。 括： 間 18·如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 一準位移位器，耦接於該線閂鎖器與該交換單元之 括： • 19·如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器， 更包 準位移位器，輕接於該交換單元與該數位 器之間。 —成父佚早70興孫数徂類比轉換 括：2〇.如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 輸出緩衝S，減於絲铺比賴器的輪出端。 22
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