顯示控制電路及其操作方法與流程

本發明關于一種顯示控制電路，尤指一種包含充電單元、寫入單元、維持單元，從而可控制對于液晶電容的充電狀態的顯示控制電路。

背景技術：

于液晶顯示領域，顯示控制電路(例如液晶顯示器的像素控制電路)中，作為源極隨耦器(source follower)的驅動晶體管可控制數據電壓是否寫入液晶電容。然而，此驅動晶體管易隨長時間使用而老化，導致影響液晶顯示的灰階準確度。

目前本領域可見六晶體管-二電容(又稱6T2C)架構的顯示控制電路，其可檢測源極隨耦器的晶體管的臨界電壓漂移，予以補償，從而緩解晶體管老化的影響。6T2C架構的顯示控制電路包含六個晶體管及二個電容，四條控制線及三條參考電源線，共七條信號線。

此外，目前本領域可見六晶體管-三電容(又稱6T3C)架構的顯示控制電路，其亦可用以補償驅動晶體管的臨界電壓漂移。6T3C架構的顯示控制電路包含六個晶體管及三個電容，三條控制線及二條參考電源線，共五條信號線。

如上述，當前的顯示控制電路，通常至少包含六個晶體管、及五至七條信號線。上述6T2C架構及6T3C架構的顯示控制電路，結構皆較為復雜、元件及信號線數目過多，導致開口率(aperture ratio)過低，透光效果不佳。因此，液晶顯示領域仍須更佳解決方案，以提高開口率、簡化電路結構、降低元件及信號線的數量、并避免晶體管老化導致顯示灰階準確度不良。

技術實現要素：

本發明一實施例提供一種顯示控制電路，包含一液晶電容、一充電單元、一寫入單元、一維持單元及一第一電容。液晶電容包含一第一端及一第二端，液晶電容的第二端耦接于一共電壓端，用以根據一數據電壓顯示。充電單元包含第一端、控制端及第二端，充電單元的第二端耦接于液晶電容的第一端。寫入單元包含第一端、第二端及控制端，寫入單元的第一端用以接收數據電壓。維持單元包含第一端、第二端及控制端，維持單元的第一端耦接于寫入單元的第二端，維持單元的第二端耦接于液晶電容的第一端。第一電容包含第一端及第二端，第一電容的第一端耦接于充電單元的控制端，第一電容的第二端耦接于寫入單元的第二端。

本發明另一實施例提供一種顯示控制電路的操作方法。顯示控制電路包含液晶電容、充電單元、寫入單元、維持單元、開關及第一電容，充電單元的第一端用以接收操作電壓，液晶電容的第一端耦接于充電單元的第二端，液晶電容的第二端耦接于共電壓端，開關具有第一關及第二端，充電單元的控制端耦接于開關的第二端，第一電容的第一端耦接于充電單元的控制端，第一電容的第二端耦接于寫入單元的第二端，寫入單元的第一端用以接收數據電壓，操作方法包含：于重置階段，維持寫入單元的關閉狀態，開啟開關及維持單元，調整開關的第一端的準位以開啟充電單元，及調整操作電壓以重置液晶電容的第一端的準位；于重置階段之后的補償階段，調整操作電壓以透過充電單元對液晶電容的第一端充電，使液晶電容的第一端被充電到預定準位；于補償階段之后的寫入階段，關閉維持單元及開關，及開啟寫入單元，以使第一電容的第一端被抬升至數據電壓及臨界電壓的和；于寫入階段之后的維持階段，關閉寫入單元，以使液晶電容的第一端的準位實質上對應于數據電壓；以及于維持階段之后的顯示階段，調整開關的第一端的準位，以關閉充電單元。

本發明另一實施例提供一種顯示控制電路的操作方法，顯示控制電路包含一充電單元，一寫入單元，一維持單元，一第一電容，一第三開關及一液晶電容，充電單元包含一第一開關及一第二開關，第二開關的一第一端用以接收一操作電壓，第二開關的一第二端耦接于第一開關的一第一端及第三開關的一第一端，第一開關的一控制端耦接于第三開關的一第二端及第一電容的一第一端，第一開關的一第二端耦接于液晶電容的一第一端及維持單元的一第二端，液晶電容的一第二端耦接于一共電壓端，維持單元的一第一端耦接于第一電容的一第二端、及寫入單元的一第二端，寫入單元的一第一端用以接收一數據電壓，操作方法包含：于一重置階段，開啟第二、第三開關、寫入單元及維持單元，以將第一電容的第二端及第一開關的第二端重置到一預定準位，以使第一開關的控制端及第二端的準位差大于一門檻值，進而開啟第一開關；于重置階段之后的一補償階段，關閉寫入單元，以將第一電容的第一端充電到一第一電位，及將第一電容的第二端被充電到第一電位及門檻值的差值；于補償階段之后的一寫入階段，關閉第三開關及維持單元，及開啟寫入單元，以使數據電壓寫入第一電容的第二端，及將第一電容的第一端的準位抬升到數據電壓及門檻值的和；于寫入階段之后的一維持階段，關閉寫入單元，以使第一開關的第二端的準位對應于數據電壓；以及于維持階段之后的一顯示階段，關閉第二開關。

本發明實施例提供的顯示控制電路可具有較簡化的結構、更少的元件數及信號數，故可使開口率提高，改善顯示功效，此外，本發明實施例提供的顯示控制電路仍可補償晶體管的臨界電壓漂移。

附圖說明

圖1為本發明實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖2為本發明另一實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖3是本發明一實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖4為圖3實施例的顯示控制電路的操作波形圖。

圖5-9可為圖3的實施例的顯示控制電路的操作說明圖。

圖10為圖3至9的實施例的量測結果圖。

圖11為本發明實施例的顯示控制電路的操作步驟流程圖。

圖12為本發明另一實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖13為圖12實施例的顯示控制電路的操作波形圖。

圖14-18為圖12的實施例的的顯示控制電路的操作說明圖。

圖19為圖11至17的實施例的量測結果圖。

圖20為圖12至18所示的顯示控制電路的操作方法流程圖。

其中，附圖標記：

100、100a、300、1100 顯示控制電路

110 液晶電容

120 充電單元

130 寫入單元

140 維持單元

150 第一電容

160 第二電容

170 維持電容

Vd 數據電壓

V_COM 共電壓端

V_DD 操作電壓

V_DDH、V_{REF_H} 高準位

V_DDL、V_{REF_L} 低準位

S1、S2、S3 控制信號

V_REF 參考電位

VA0、VA3、VA3’、VC0、VC3、 曲線

VC3’、VB0、VB3

V_TH 臨界電壓

V_TH1 門檻值

A、B、C 節點

P1 重置階段

P2 補償階段

P3 寫入階段

P4 維持階段

P5 顯示階段

T1 第一開關

T2 第二開關

T3 第三開關

T4 第四開關

T5 第五開關

1110至1150、2010至2050 步驟

具體實施方式

圖1為本發明實施例的顯示控制電路100的示意圖。控制電路100包含液晶電容110、充電單元120、寫入單元130、維持單元140、第一電容150及第二電容160。液晶電容110包含第一端及第二端，第二端耦接于共電壓端V_COM，用以根據數據電壓Vd顯示。充電單元120可包含第一端，控制端，及第二端，耦接于液晶電容110的第一端。寫入單元130可包含第一端、第二端，及控制端，第一端可用以接收數據電壓Vd。維持單元140可包含第一端、第二端及控制端，維持單元140的第一端耦接于寫入單元130的第二端，第二端耦接于液晶電容110的第一端。第一電容150可包含第一端及第二端，第一端耦接于充電單元120的控制端，第二端耦接于寫入單元130的第二端。第二電容160可包含第一端及第二端，第一端耦接于第一電容150的第二端。

圖2為本發明另一實施例的顯示控制電路100a的示意圖。顯示控制電路100a的架構相似于顯示控制電路100，但更可包含維持電容170。維持電容170可包含第一端及第二端，第一端耦接于液晶電容110的第一端，第二端耦接于共電壓端V_COM。維持電容170可幫助液晶電容110維持準位，可視需求使用。液晶電容110用以表示液晶元件對應的電容，液晶元件用以發光顯示。

圖3是本發明一實施例的顯示控制電路300的示意圖。顯示控制電路300可基于圖1及2的架構，以多個開關、電容及信號線組成。顯示控制電路300中，充電單元120可包含第一開關T1，其可包含第一端，用以接收操作電壓V_DD、及第二端，耦接于液晶電容110的第一端。寫入單元130可包含第二開關T2，第二開關T2可包含第一端、控制端以及第二端，第一端用以接收數據電壓Vd，控制端由控制信號S2控制，第二端耦接于第二電容160的第一端。維持單元140可包含第三開關T3，維持單元140可包含第一端、第二端及控制端，第一端耦接于第二開關T2的第二端，控制端用以接收控制信號S1，第二端耦接于第一開關T1的第二端。顯示控制電路300可另包含第四開關T4。第四開關T4可包含第一端、第二端及控制端，第一端耦接于第二電容160的第二端，控制端耦接于第三開關T3的控制端且亦由控制信號S1控制，第二端耦接于第一開關T1的控制端。于本實施例，第四開關T4的第一端及第二電容160的第二端可耦接于參考電位V_REF。

圖4為圖3實施例的顯示控制電路300的操作波形圖。圖5至9可為圖3的實施例的顯示控制電路300的操作說明圖。圖4中，控制信號S1、S2，操作電壓V_DD、參考電位V_REF的波形對應于重置階段P1、補償階段P2、寫入階段P3、維持階段P4及顯示階段P5。此五階段可循環進行。

圖5可對應于顯示階段P5之后的重置階段P1。其中打叉(符號×)的元件表示關閉(off)，未打叉的元件表示開啟(on)，以下各圖亦同理。于重置階段P1可用控制信號S2關閉第二開關T2，可用控制信號S1開啟第三開關T3及第四開關T4，進而使此時高準位V_{REF_H}的參考電位V_REF開啟第一開關T1，以重置液晶電容110的第一端(節點C)的準位。此時操作電壓V_DD可調整為低準位V_DDL，故液晶電容110的第一端(節點C)的準位可透過導通的第一開關T1，被重置到低準位V_DDL，第三開關T3的第一端(節點B)也可透過導通的第三開關T3被重置到低準位V_DDL。

圖6可對應于重置階段P1之后的補償階段P2。于補償階段，可調整操作電壓V_DD為高準位V_DDH，并可藉由控制信號S2持續關閉第二開關T2，藉由控制信號S1持續開啟第三開關T3及第四開關T4，進而使此時高準位V_{REF_H}的參考電位V_REF持續開啟第一開關T1，以透過第一開關T1對液晶電容110的第一端(節點C)充電，使液晶電容110的第一端(節點C)及第三開關T3的第一端(節點B)被充電到使第一開關T1關閉的預定準位。此預定準位可為參考電位V_REF及第一開關T1的臨界電壓V_TH的差值，即(V_REF-V_TH)。此階段的參考電位V_REF可為高準位V_{REF_H}，故液晶電容110的第一端(節點C)及第三開關T3的第一端(節點B)可被充電到(V_{REF_H}-V_TH)的準位，此時第一電容150的第一端(節點A)與第三開關T3的第一端(節點B)的電位差即為臨界電壓V_TH。

圖7可對應于補償階段P2之后的寫入階段P3。于寫入階段P3，可調整控制信號S1、S2以關閉第三開關T3及第四開關T4，及開啟第二開關T2。由于第一電容150已存有臨界電壓V_TH的電位差，故可使第一電容150的第一端(節點A)被抬升至數據電壓Vd及臨界電壓V_TH之和，即(Vd+V_TH)。

圖8可對應于寫入階段P3之后的維持階段P4。于維持階段P4，可調整控制信號S2以關閉第二開關T2，并可藉由控制信號S1持續關閉第三開關T3及第四開關T4。此時，第一開關T1的控制端及第二端可具有臨界電壓V_TH的壓差，故第一開關T1的第二端(節點C)的準位可為節點A的準位減去臨界電壓V_TH。操作電壓V_DD可維持在高準位V_DDH，以透過第一開關T1持續對節點C充電，從而使維持階段P4中，節點C的準位充到[(Vd+V_TH)-V_TH]，亦即數據電壓Vd。因此，根據本發明實施例，可于維持階段P4使液晶電容110的第一端(節點C)的準位實質上對應于數據電壓Vd，以使液晶電容110根據數據電壓Vd顯示。

圖9為可對應于維持階段P4之后的顯示階段P5。于顯示階段P5，可調整參考準位V_REF至低準位V_{REF_L}，并可藉由控制信號S1及控制信號S2持續關閉第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4，使節點B透過第二電容160被耦合到低準位。由于此時節點A、B透過第一電容150互相浮接，故實質上可視作節點A、B串連。故節點A亦可透過第一電容150被耦合至低準位，從而可關閉第一開關T1。如圖9所示，顯示階段P5中，液晶電容110可根據數據電壓Vd控制其間所夾的液晶分子的，進而控制通過液晶分子的光的偏極性，進而達到控制像素灰階的效果。且第一開關T1至第四開關T4皆為關閉，故可減緩開關內的晶體管的老化、并可抑制節點C漏電。

圖10為圖3至9的實施例的量測結果圖。圖10的橫軸可為時間，其單位可為微秒(μsec)，縱軸可為電壓，其單位可為伏特(Volt)。曲線VA0、VA3、VA3’可分別為圖3、5-9的節點A的電壓變化。曲線VC0、VC3、VC3’可分別為圖3、5-9的節點C的電壓變化。其中，曲線VA0、VC0可為晶體管的臨界電壓V_TH與預定準位的差值為0伏特，亦即臨界電壓沒有偏移時的量測結果，曲線VA3、VC3可為晶體管的臨界電壓V_TH與預定準位的差值為+3伏特，亦即臨界電壓偏移+3伏特時的量測結果，曲線VA3’、VC3’可為晶體管的臨界電壓V_TH與預定準位的差值為-3伏特，亦即臨界電壓偏移-3伏特時的量測結果。此外，圖10的波形圖亦可見控制信號S2，控制信號S2為高態時可對應于寫入階段P3。由圖10可見，當臨界電壓V_TH于-3至+3伏特的范圍變動，曲線VC0、VC3、VC3’的準位，于維持階段P4之后期及顯示階段P5幾乎相同。換言的，根據本發明的第3至9圖的實施例，液晶電容110的第一端(節點C)的準位可對應于數據電壓Vd發光，而可降低受到臨界電壓V_TH的漂移變動影響。

觀之圖3至9，可見此實施例中，若第一開關T1至第四開關T4皆為晶體管，則顯示控制電路300共有四個晶體管。由于維持電容170可選擇性使用或省略，故顯示控制電路300包含液晶電容110、第一電容150、第二電容160共三個電容。因此，圖3至9的實施例可提供四晶體管-三電容(可簡稱4T3C)架構的顯示控制電路。信號線則共有對應于操作電壓V_DD、參考電位V_REF、控制信號S1及控制信號S2等四條信號線。故相較于前述的6T2C架構(須至少七條信號線)、或6T3C架構(須至少五條信號線)，本發明的實施例提供的顯示控制電路的元件數及信號線數皆較少，可提高開口率，且仍具有補償臨界電壓V_TH的漂移變動的功效，從而可保持顯示的灰階準確度。

圖11為本發明實施例的顯示控制電路300的操作步驟流程圖。步驟1110至1150可分別對應圖5至9的階段：

步驟1110：于顯示階段P5之后的重置階段P1，維持第二開關T2的關閉狀態，開啟第三開關T3及第四開關T4，調整參考準位V_REF至高準位V_{REF_H}以開啟第一開關T1，及調整操作電壓V_DD至低準位V_DDL以重置液晶電容110的第一端的準位；

步驟1120：于重置階段P1之后的補償階段P2，調整操作電壓V_DD至高準位V_DDH，以透過第一開關T1對液晶電容110的第一端充電，使液晶電容110的第一端被充電到預定準位；

步驟1130：于補償階段P2之后的寫入階段P3，關閉第三開關T3及第四開關T4，及開啟第二開關T2，以使第一電容110的第一端被抬升至約為數據電壓Vd及臨界電壓V_TH之和；

步驟1140：于寫入階段P3之后的維持階段P4，關閉第二開關T2，以使液晶電容110的第一端的準位實質上對應于數據電壓Vd；及

步驟1150：于維持階段P4之后的顯示階段P5，調整參考準位V_REF至低準位V_{REF_L}，以關閉充電單元120以防止漏電。

圖12為本發明另一實施例的顯示控制電路1100的示意圖。顯示控制電路1100可基于圖1及2的架構，以多個開關、電容及信號線組成。如圖1、2及11所示，顯示控制電路1100中，充電單元120可包含第一開關T1及第二開關T2。第一開關T1可包含第一端、第二端以及控制端，第一開關T1的第二端可為充電單元120的第二端，第一開關T1的控制端可為充電單元120的控制端。第二開關T2可包含第一端、第二端以及控制端，第二開關T2的第一端可為充電單元120的第一端、第二開關T2的第二端可耦接于第一開關T1的第一端、第二開關T2的控制端可由控制信號S1控制。寫入單元130包含第五開關T5。第五開關T5可包含第一端、第二端以及控制端，第五開關T5的第一端可用以接收數據電壓Vd、第五開關T5的控制端可由控制信號S3控制、第五開關T5的第二端可耦接于第一電容150的第二端。維持單元140可包含第四開關T4，第四開關T4的控制端可由控制信號S2控制。顯示控制電路1100可另包含第三開關T3，第三開關T3可包含第一端、第二端以及控制端，第三開關T3的第一端可耦接于第一晶體管T1的第一端，第三開關T3的控制端可耦接于維持單元140的控制端，也由控制信號S2控制、第三開關T3的第二端可耦接于第一電容150的第一端。根據本發明實施例，顯示控制電路1100的第二電容160的第二端可(但不限于)耦接于共電壓端V_COM。

圖13為圖12實施例的顯示控制電路1100的操作波形圖。圖14至18可為圖12的實施例的顯示控制電路1100的操作說明圖。圖13中，控制信號S1、S2及S3、操作電壓V_DD的波形可被調整以對應重置階段P1、重置階段P1、補償階段P2、寫入階段P3、維持階段P4及顯示階段P5。此五階段可循環進行。

圖14可對應于顯示階段P5之后的重置階段P1。于重置階段P1，可開啟第二至第五開關T2-T5，數據電壓Vd可將第二電容160的第一端(節點C)及第一開關T1的第二端(節點B)重置到預定準位，例如足夠低的準位。當節點A及節點B的電位差達到第一開關T1的臨界電壓V_TH，則可使第一開關T1導通。

圖15可對應于重置階段P1之后的補償階段P2。補償階段P2中，可調整控制信號S3以關閉第五開關T5，以使操作電壓V_DD將第一電容150的第一端(節點A)被充電到第一電位(如操作電壓V_DD的高準位V_DDH)，及將第一電容150的第二端(節點C)被充電到第一電位及門檻值V_TH1的差值。因此，操作電壓V_DD可透過第一開關T1、第二開關T2，將節點B、C的電位充電至(V_DDH-V_TH1)的準位，從而使第一電容150儲存門檻值V_TH1的電位差。門檻值V_TH1可為第一開關T1的臨界電壓V_TH。

圖16可對應于補償階段P2之后的寫入階段P3。寫入階段P3中，可控制控制信號S2、S3，以關閉第二開關T2及第三開關T3，及開啟第五開關T5，從而使數據電壓Vd寫入第一電容150的第二端(節點C)，及將第一電容150的第一端(節點A)的準位抬升到數據電壓Vd及門檻值V_TH1之和。此時操作電壓V_DD可調整為低準位V_DDL，故節點B可透過第一開關T1及第二開關T2被拉至低準位V_DDL，以使第一開關T1的控制端及第二端的電壓差足以確保第一開關T1開啟。

圖17可對應于寫入階段P3之后的維持階段P4。此階段可調整控制信號S3以關閉第五開關T5。操作電壓V_DD可調整為高準位V_DDH，以透過第一開關T1及第二開關T2對液晶電容110的第一端(節點B)充電。此時，第一開關T1與第二開關T2可為源極隨耦器(source follower)，節點B可由寫入階段P3的低位準V_DDL，被充電到節點A的位準及門檻值V_TH1的差值，即{(Vd+V_TH1)-V_TH1}，也就是數據電壓Vd。因此，維持階段P4可控制對于節點B充電的時間長度，且可使第一開關T1的第二端的準位對應于數據電壓Vd。

圖18可對應于維持階段P4之后的顯示階段P5。于顯示階段P5可調整控制信號S1以關閉第二開關T2，以防止節點B的漏電。從而達到抑制晶體管老化的功效。

圖19為圖11至17的實施例的量測結果圖。同理于圖10，其橫軸可為時間(單位為微秒)，縱軸可為電壓(單位為伏特)。曲線VA0、VB0、VC0分別為圖12的節點A、B、C的準位變化，其可對應于開關的臨界電壓V_TH與預定準位的差值是0伏特(即臨界電壓沒有偏移)的晶體管的電路。曲線VA3、VB3、VC3分別為圖12的節點A、B、C的準位變化，其可對應于開關的臨界電壓V_TH與預定準位的差值是+3伏特(即臨界電壓偏移+3伏特)的晶體管的電路。根據圖18，曲線VB0、VB3于維持階段P4后段至顯示階段P5幾乎迭合，故節點B的位準可不受門檻電壓V_TH的漂移影響，從而可保持液晶電容110的發光灰階準確度。圖12至19的實施例的顯示控制電路1100包含五個晶體管(T1至T5)、及三個電容(110、150、160)，可簡稱5T3C架構，其信號線至少須四條(對應于控制信號S1-S4及操作電壓V_DD)，因此，相較于現有的6T2C架構(須至少七條信號線)、或6T3C架構(須至少五條信號線)，本發明實施例提供的顯示控制電路的元件數及信號線數皆較少，可提高開口率，且仍具有補償臨界電壓V_TH的漂移變動的功效，從而可保持顯示的灰階準確度。

圖20為圖12至18所示的顯示控制電路1100的操作方法流程圖。步驟2010至2050可對應于圖14至18：

步驟2010：于顯示階段P5之后的重置階段P1，開啟第二至第五開關T2-T5，以將第二電容160的第一端及第一開關T1的第二端重置到預定準位，以使第一開關T1的控制端及第二端的準位差大于門檻值V_TH1，進而開啟第一開關T1；

步驟2020：于重置階段P1之后的補償階段P2，關閉第五開關T5以將第一電容150的第一端被充電到第一電位(如高準位V_DDH)，及將第一電容150的第二端被充電到第一電位及門檻值V_TH1的差值，如(V_DDH-V_TH1)；

步驟2030：于補償階段P2之后的寫入階段P3，關閉第三開關T3及第四開關T4，及開啟第五開關T5，以使數據電壓Vd寫入第一電容150的第二端，及將第一電容150的第一端的準位抬升到約為數據電壓Vd及門檻值V_TH1之和；

步驟2040：于寫入階段P3之后的維持階段P4，關閉第五開關T5，以使第一開關T1的第二端的準位對應于數據電壓Vd；及

步驟2050：于維持階段P4之后的顯示階段P5，關閉第二開關T2，以防止漏電。

上述各開關，可采用常關型(normally-OFF)或常開型(normally-ON)晶體管，并可依研發者的需求挑選N型金氧半場效晶體管、P型金氧半場效晶體管、雙載子接面晶體管或其他相似原理的開關元件。本發明實施例提供的顯示控制電路可適用于一般液晶顯示，亦可適用于藍相液晶。

綜上，本發明實施例提供的顯示控制電路可具有較簡化的結構、更少的元件數及信號數，故可使開口率提高，改善顯示功效，此外，本發明實施例提供的顯示控制電路仍可補償晶體管的臨界電壓漂移，故可保持液晶顯示的灰階準確度，對于改善本領域現有的顯示控制電路的缺失，實有助益。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修改，皆應屬本發明的涵蓋范圍。