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TWI292901B - Source driver and the data switching circuit thereof - Google Patents

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TWI292901B
TWI292901B TW094123503A TW94123503A TWI292901B TW I292901 B TWI292901 B TW I292901B TW 094123503 A TW094123503 A TW 094123503A TW 94123503 A TW94123503 A TW 94123503A TW I292901 B TWI292901 B TW I292901B
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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 US11/162,837 priority patent/US7528819B2/en
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Description

1292901 16/16twf.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（d〇t inversion)驅動方法的源極驅動器與其資料交換電路。 • 【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)當中报 _ 重要的組件，負責將顯示畫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哭 (shift register) 101、線閂鎖器（line latch) 1〇2、準位移位器 (level shifter) 103、數位類比轉換器（digital_t〇_anal〇OTg • ⑺nverter，簡稱為DAC)l〇4、以及輸出緩衝器（。卿utbuffer) • 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 將資料仏號110分派給輸出通道Y广γΝ，線閂鎖器102暫 存資料信號，準位移位器1〇3放大資料信號。然後，數位 類比轉換器104將放大後的資料信號轉換為類比信號。最 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 1292901 16716twf.doc/006 避免液晶極化’必須以交流（alternating 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(c〇iunm 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繪示TFT LCD 的次晝素在畫面(frame) T和下一個晝面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’所明的點反轉就是在同一個晝面中，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 晝素到了下一個畫面，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透過輸出緩衝 為302以及資料線(data line) DL0〜DL3，輸出類比信號給 晝素陣列303當中，同一條掃描線(scaniine) sL上的次晝 素SP0〜SP3。目前的大型TFT LCD面板(pand)多採用直流 (direct current，簡稱為 DC )的共同電壓(c〇mm〇n v〇ltage) 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DL〇〜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。隨著面板的大型化、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 1292901 16716twf.d〇( IPS )與多域垂直配向模式（multi d〇main vertical alignment ’簡稱為MVA)都需要較高的電塵驅動，這個 問題也就更加明顯。 【發明内容】 本發明的目的是在提供-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，進減少 功率消耗。 本發明的另-目的是提供—種源極驅動器，可配谷點 轉的驅動方法，使其輸出通道只輸出正極 ^ 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—種資拖帝 ====== 換信號。若N為正整數，而且⑸滿個^出知，接收交 t狀態時’交換單元會導通第况個輪^於 輸出端，並導通第2i個輸入端與第2i個輪^弟ϋ個 ^號處於第二狀態時，交換單元合u 。§父換 Μ個輸出端，並導通第2“個二=;=端與第 上遗之資料交換電路，在一實施例中，^，出端。 入端|馬接於源極驅動器的線閂鎖界，而且二父、單元的輸 端耦接於同一個源極驅動器的準位移位器^換單元的輸出 從另一觀點來看，本發明另提出一^源極驅動器，勺 1292901 16716twf.doc/006 括線問鎖裔、控制單元、六姑留- 控制單元提衫師# I 卩魏鋪比轉換器£ -壯m腊 父換信號包括第—狀態以及第 :尸二古私：液晶顯示器的每一個晝面起始時以及每-端與會改變狀態。交換單元具有2N個輸入 正敕數而S丨上述輸入端耦接於線閂鎖器。若N為 洁 1 1個輸入端與第2i-l個輸出端，並導通 ==第，個輸出端。當交換二= 並導通第2'.-1初通弟21個輸入端與第2ί-1個輸出端， 則輕接於六^ $入端與第21個輸出端。數位類比轉換器 m接於讀早％的輸出端。 的資施例所述，本細_別設計 =二=:;的畫素陣列，使交換後的資 法，在同一：金 次晝素。如杲使用點反轉的驅動方 極性電；cmr的挪’同—個輸出通道可持續輸出正 所以处、圣性電壓，不必在正負極性之間來回切換， 二=源極驅動器輸出的跨壓，進而減少功率消耗。 易懂述和其他目的、特徵和優點能更明顯 作詳細說明如^。明之較佳實施例’並配合所附圖式’ 【實施方式】 合特陣設計的資料交換電路’配 ”早歹】圖4繪不本發明一實施例使用的晝素 1292901 包括資料線DL0〜DL1、掃描線 陣列400的其中一部分， 以及八個次畫素。其中次畫素SPM耦接於資料 ，DL0與掃描線SL〇，次晝素SPi 〇耦接於資料線dli與 知描線、SL0 ’次晝素％搞接於資料線Du與掃描線 SU ’次晝素SPU耦接於資料線DL0與掃描線SL1，依此 規律沿，平與垂直方向延伸。也就是說，如果x、y皆為偶 =則次晝素spx，y會耦接於資料線dl(x)與掃描線SL(y)， 2晝素SPx+1，y會耦接於資料線dl(x+i)與掃描線SL(y>次 SPx，y+1會耦接於資料線DL(x+1)與掃描線SL(#1)， 次晝素會耦接於資料線DL(x)與掃描線sL(y+i)。 接下來，圖5為本實施例的源極驅動器5⑻的主要於 ，方塊圖。源極驅動器包括接收資料信號·的^ 暫存器501、輕接於移位暫存器5〇1的線問鎖器
單元504。除非另外說明， 組件相同。 電路包括交換單元503以及控制 ，其餘組件的作用和圖1的同名 在本實施例中， 才工制早元504技1¼"圭;,v_ 一
1292901 16716twf.doc/〇〇6 每一次的掃描線起始同步。交換信號CHANGE在每一次 畫面起始時以及每一次掃描線起始時都會改變狀態，以配 合次晝素的驅動極性改變。在薄膜液晶顯示器當中有很多 現成的化號可為控制單元504所用，例如晝面起始信號FS 可以來自垂直同步信號(Vertical synchr〇nizati〇n signal)或 供給閘極驅動器（gate driver)的起始脈衝信號pulse signal)，而掃描線起始信號pjs可以來自水平同步信號 (horizontal synchronization signal)或供給源極驅動器的閂 鎖資料信號(latch data signal)。 卜在本實施例中，晝素陣列400的資料線數量為2N， 每個次晝素的灰階(gray scale)都有η位元的解析度，其中 Ν與η都是正整數。所以源極驅動器5〇〇有2Ν個輸出通 道Yi In ’父換單元503也有2Ν輪入信號a广Α2Ν以及 2Ν個輸出信號Βι〜Β2Ν。當然，輸入信號a广Aw與輸出信 说Βι〜都是η位元的數位信號。交換單元5〇3會根據交 換“號(^八_£的狀態，改變輸出信號仏〜^與輸入信 號八1〜八抓之間的連接關係，其細節纟會示於圖7。 圖7為交換單元503的信號時序圖。如圖7所示，交 換信號CHANGE包括兩個狀態，也就是邏輯低準位和邏 輯面準位。若1為正整數且ISSN，則交換信號CHANGE 處於邏輯低準位時，交換單元503會將Aw做為匕“輸 出並且將A。做為輸出。另一方面，當交換信穿 CHANGE處於邏輯高準位時，交換單元503會將A” 1做 為Bsi輸出，並且將Asi做為輸出。這就是所謂的成對 1292901 16716twf.doc/006 交換。 雖然在圖5告由 . 鎖器502，輸出端503的輸入端雛於線閃 知耦接於準位移位器505。如果換個位置， 麵;於===接於準位移位器505 ’輸出端 、轉換506 ’還是有同樣的交換效果。 =來睛參照圖8。圖8是交換單元5〇3的電路示音 施_域單元5G3有2N個輸人端，分別接& J 〜A2N ’還有2則固輸出端，分別提供輸出信號 1 2N 乂換單元5⑽包括2N個反相器（inverter) 以及4N^個開關模組SWi〜si。其中，所有的反相器^〜^ CHANGE ’輸出反相交換信號。若i為正 整數且i$i$N，則開關模組SWi〜sw州的連接關係與作 用如下。 開關模組SW^3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，導 通父換單元503的第2i-l個輸入端與第2i-l個輸出端；並 且於父換信號CHANGE處於邏輯高準位時，關斷交換單 το 503的第2i-l個輸入端與第2i-l個輸出端。 開關模組SW4i-2的操作端G耦接於反相器ι2Μ輸出的 反相交換信號，於反相交換信號處於邏輯低準位，也就是 交換信號CHANGE處於邏輯高準位時，導通交換單元503 的第2i個輸入端與第μ」個輸出端；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 準位日守’關斷交換單元503的第2i個輸入端與第2i-l個輸 11 1292說 L doc/006 出端。 ^關模組sw4iq的操作端G墟於反相器l2i輪出 反相父換㈣，於反相交換信號處於邏輯低準位， 交換信號CHANGE處於邏輯高準位時，導通交換單元^ 端與第2i個輸出端;並且於反相交換信號 處於域輯间準位，也就是交換信號CHANGE處於邏輯低 =時’關斷交換單元503的第2i]個輸入端與第^個輪 ❿ 取後，開關模組SW4i的操作端g轉接於交換伸 遍職_’於錢錢⑽輸處於_鮮位時Ϊ 5G3的第2i個輸人端與第2i個輸出端；並且 :父換，號CHANGE處於邏輯高準位時，㈣斷交換單 503的第2i個輸入端與第2i個輸出端。 、 厂、不難看出、’交換單元503確實可達成圖7所繪 sV SW )，°要注意的是’雖然圖8的開關模組
WrSl疋在操作端G的輸入處於邏 ，作端〇的輸入處於邏輯高準位時關斷，然而=並 ，限於此二在其他實施例中，上述的操作可以相反，也 〔疋讓開關組在操作端的輸人處於邏輯高準位時導通， 輯低準位時關斷。在圖8當中，交換單元則的電 、、且成也個實蝴，在本發明的範 成圖7所繪示的成對交換即可。 固〒”要此達 在本實施例中，開關模組^〜Μ 同。以開關模組SWl為例，圖9是開關模組W的電路= 12 1292901 fH /006 16716twf.doc/006 意圖。開關模組SW!有一個操作端G、一個n位元的輸入 端P[l:n]、以及一個η位元的輸出端Q[Ln]。如果將輸入 端P[l:n]與輸出端Q[l:n]的η個位元分開來，就分別是 Pi〜Ρη與Qi〜Qn。開關模組SW!包括η個開關裝置。在本 實施例中，上述的開關裝置都是金氧半場效電晶體（metd oxide semiconductor field effect transistor，簡稱為 m〇sfet 或MOS電晶體）。如圖9所示，操作端g連接所有M〇s 電晶體的閘極(gate)。如果k為整數而且，則這n 個MOS電晶體當中的第k個，會根據操作端G的輸入狀 態，導通或關斷輸入端Pk以及輸出端Qk。 由以上說明可知，本發明是利用特別設計的資料交換 電路，使資料“號在源極驅動器的相鄰輸出通道間成對交 換，並且利用特製的晝素陣列，使交換後的資料信號能傳 送到正確的次晝素。如果使用點反轉的驅動方法，在同一 個晝面的期間，同一個輸出通道可持續輸出正極性電壓或 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壓，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=本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 ^範，内^可作些终之更動與潤飾，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。 13 Ι292901„ 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畫素陣列示意圖。 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 105 輸出緩衝器 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 14 1292901 16716twf.doc/006 505 ·•準位移位器 506 :數位類比轉換器 507 :輸出緩衝器 510 :資料信號 AJl:!!]〜A2N[l:n]:交換單元的輸入信號 BJl:!!]〜B2N[l:n]:交換單元的輸出信號 CHANGE：:交換信號 D1〜D2N :交換單元的輸入資料 DL0〜DL3 :資料線 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 工1〜I2N :反相器 P[l:n]、PfPn :開關模組的輸入端 Q[l:n]、Qr^Qn :開關模組的輸出端 SL、SL0〜SL3 :掃描線 SP0〜SP3、SPM〜SPu :次畫素 SWcSWw :開關模組
Vcom :共同電壓 VDDA :類比電壓
Vswing :電壓振幅 YCY2N :輸出通道

Claims (1)

  1. I292?〇L〇c/006 十、申請專利範B: ι·一種資料交換電路，包括： 一控制單元，提供一交換信號，該交換信號包 — 一 f態以及一第二狀態’該交換信號在-薄‘晶顯：! :母::晝面起始時以及每一個掃描線起始時都會改： 一父換單元，具有2N個輸入端與2N個輪出 收該交換信號，於該交換信號處於該第—狀態時，妾 2二端，2M個輸出端，並導通第2i個輪入ίΐ .個輸出端，於該交換信號處於該第二狀態時，導诵笙 第2i]個輸出端，並導通第仏1個輸入端與 1個輸出端，其中N為正整數，而且。 ” ▲ 2.如申請專利範圍第丨項所述之資料交換電路， =制單元接收-畫面起始錢以及—掃描線起始信^虎， 二旦面，信號與該薄酿晶顯示器的每—次晝面起始同 ζ ’娜描線起始信號與該薄驗晶顯示器的每—次掃描 始同步’而且该父換信號是根據該晝面起始信號與該 幹描線起始信號而產生。 3·如申請專利範圍第1項所述之資料交換電路，其中 该交換單元更包括： 2N個反相器，各自接收該交換信號，輸出一反相交 換信號；以及 4N個開關模組，若丨為正整數且，則 第4i-3個開關模組的操作端耦接於該交換信 16 1292901 16716twf.doc/006 於該父換信號處於該第_狀態時，導通該交換單元的 第2ι-1個輸入端與第2卜1個輸出端，並且於該交換信號處 於該第二狀態時，關斷該交換單元的第2M個輸入端與第 2ι-1個輸出端； 帛41 _2個開關模組的操作端耗接於第2 i -1個反相 裔=的該反相交換信號，於該反相交換信號處於該第一 時，導職交換單元的第2i個輸人端鮮况個輸出 =並且於該反相交換域處於該第二狀態時，關斷該交 換早70的第2i個輸入端與第個輸出端； π山第41-1個開關模組的操作端麵接於第2i個反相 該反相錢信號，於該反她換信祕於該 =時’導通該交換單摘第况個輸人端與第2i個輸出 =亚且於該反相交換賴處於·二狀_，關斷該交 換早7L的第2卜1個輸入端與第2i個輸出端； ^ 帛4i ___操作端耦接於該交換信號， 2父換信麵於該帛-狀態時’導般交料元的第Μ =^端與第2i個輸出端，並且於該賴域處於 ^崎，關斷該交換單元的第2i個輸入端與第2i個輸出 ° 4.如申請專利翻第3項所述之:轉交換電路，並中 该父換單元的每-個輸人端各自接收in位元的信號， 而且該交換單元的每—個輸出端各自輪出—個讀元= #u ’每-個該些開關模組皆包括―開關裝置，盆中第^ 個開關裝置根據該操作端的輸人狀態，導通或麟對應於 17 該開關裝置的該輪入端的第k個位元以及該輸出端的第k 個位元，η為正整數而且lgk^n。 5.如申凊專利範圍第4項所述之資料交換電路，其 該些開關I置皆為金氧半場效電晶體。 >6.”請專利範圍第1項所述之資料交換電路，其中 w亥乂，單;^的輪入端輕接於一源極驅動器的線問鎖器，而 該交換I元的輪出端她於該祕·鶴㈣準位移位 …52„第1項所述之資料交換電路，其中 =該六換-认端输於—源極驅動器的準位移位器， 轉換IJt、早70的輸出雜接於魏極驅動11的數位類比 該第=3==1項所述之資料交換電路，其中 9.如申請專利範^而域弟二狀為邏輯低準位。 該第-狀態為邏輯=1項所述之資料交換電路，其中 H). 一種源該第二狀態為邏輯高準位。 一線閂鎖器； 匕· 一控制早元，挺# 一狀態以及-第二交換信號，該交換信號包括一第 的每一個晝面起始時;^ ΐ乂換信號在一缚與液晶顯示器 態； Tu及母一個掃描線起始時都會改變狀 一交換單元，且女 ...，、有2N個輸入端與2N個輪出端， 些輸入鈿耦接於該線閂匈出知及 、貞-忒父換爭兀於礒交換信號處 18 129291 doc/006 於該第一狀態時，導通第2i-l個輸入端與第以-丨個輸出 端，並導通第2i個輸入端與第2i個輸出端；於嗦交^作 號處於該第二狀態時’導通第2i個輸入端與第個輸^ 端，並導通第2i-l個輸入端與第2i個輸出端；1 正整數，而且ISSN;以及 〜 馬 一數位類比轉換器，耦接於該交換單元的輪出端。 ▲ 11.如申請專利範圍第1〇項所述之源極驅動器，其中 該控制單元接收-晝面起始信號以及_掃描線起^;虎， 該晝面起始信號與該薄膜液晶顯示器的每—次^面^ 步’該掃描_始信號與該薄難晶輸器的每— 欠奸 ^始同步，而且鼓換錢是根據該晝峡始信號與^ 知為線起始信號而產生。 /、 物專Γ範圍第1G項所述之源極驅動器，其中 4Ν個開關模組，若i為正整數且，則 f 41-3侧關模組的操作端輕接㈣六. 換信號處於該第—狀態時，導^ = 弟2卜1個輸入端與第2i-l個輸出端，#日齡亡換早70的 於該第二狀態時’關斷該交換單、=換信號處 叫個輪出端； 、早疋的弟2l]個輪入端與第 第41 -2個開關模組的操作端耦接於笫％ Wn s輪出的該反相交換錢，於献相域 19 1292m. doc/006 t態時’導通該交換單㈣第2i個輸人端與第叫個輸出 二:亚交換信號處於該第二狀態時，關斷該交 換早兀的弟2ι個輸入端與第^個輪出端； # 4l]個開關模組的操作端轉接於第2i個反相 窃輸出的該反相交換信號，於該反相交換 於 鈿二亚且於该反相奐信號處於該第二狀態時 = 換單元的第2i-l個輸入端與第2i個輸出端] '^乂 第4i個開關模組的操作端接 3交換=處於該第—狀態時，導_交換單 與第2i個輸出端’並且於該交換信號處於 =糾，_該交換單摘第2i個輪人端與第2i個輪^ 兮_^3^口申。月專利㈣第12項所述之源極驅動器，：a：中 =父換?，-個輸入端各自接收—個n位元的^中 且:亥父換早兀的每一個輸出端各自輪出一個η位元‘ 唬，母一個該些開關模組皆包括η 乜 ^職置的該輸入端的第心位元以及該輸出端白n 個位元，η為正整數而且gkSn。 Ό wt^4.如以專她㈣13項所述之賴11，复中 该些開_置料錢半場效電㈣。 、中 15.如〜申請專職_ 1()销述之源極祕器， 以弟-狀‘％為邏輯高準位，而且該第二狀態為邏輯低準位。 20 1292m f.doc/006 16. 如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，其中 該第一狀態為邏輯低準位，而且該第二狀態為邏輯高準位。 17. 如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 括： 一移位暫存器，耦接於該線閂鎖器的輸入端。 18. 如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 括： 一準位移位器，耦接於該線閂鎖器與該交換單元之 19. 如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 括· 一準位移位器，耦接於該交換單元與該數位類比轉換 器之間。 20. 如申請專利範圍第10項所述之源極驅動器，更包 括： 一輸出缓衝器，耦接於該數位類比轉換器的輸出端。 21
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