本發(fā)明關于一種顯示控制電路及其操作方法，尤指一種液晶顯示控制電路及其操作方法。

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。

目前本領域已可使用六晶體管-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至少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至少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(fā)明實施例提供一種顯示控制電路，包含第一開關、第二開關、液晶電容、第三開關、第四開關、第一電容、第二電容及第五開關。第一開關包含第一端及第二端。第二開關包含第一端及第二端，第一端用以接收數據信號。液晶電容包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第一開關的第二端，第二端電性耦接于共電壓端。第三開關包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第二開關的第二端，第二端電性耦接于液晶電容的第一端。第四開關包含第一端及第二端。第一電容包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第四開關的第二端，第二端電性耦接于第二開關的第二端。第二電容包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第三開關的第一端。第五開關包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第一開關的第二端，第二端電性耦接于參考準位。

本發(fā)明實施例提供一種顯示控制電路，包含充電單元、寫入單元、顯示單元、維持單元、第一控制單元、第一電容、第二電容及第二控制單元。充電單元包含第一端及第二端。寫入單元包含第一端及第二端，第一端用以接收數據信號。顯示單元包含第一端及第二端，第一端電性耦接于充電單元的第二端，第二端電性耦接于共電壓端。維持單元包含第一端及第二端，第一端電性耦接于寫入單元的第二端，第二端電性耦接于顯示單元的第一端。第一控制單元包含第一端及第二端。第一電容包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第一開關的第二端，第二端電性耦接于寫入單元的第二端。第二電容包含第一端及第二端，第一端電性耦接于維持單元的第一端。第二控制單元包含第一端及第二端，第一端電性耦接于充電單元的第二端，第二端電性耦接于參考準位。

本發(fā)明實施例提供一種顯示控制電路的操作方法。顯示控制電路包含充電單元、第一控制單元、第二控制單元、寫入單元、維持單元、第一電容、第二電容及顯示單元，充電單元的第二端電性耦接于顯示單元的第一端、維持單元的第二端及第二控制單元的第一端，維持單元的第一端電性耦接于第一電容的第二端、第二電容的第一端、及寫入單元的第二端，寫入單元的第一端用以接收數據信號，第一電容的第一端電性耦接于第一控制單元的第二端及充電單元的控制端，顯示單元的第二端電性耦接于共電壓端，第二電容的第二端電性耦接于第二控制單元的控制端。操作方法包含，于重置階段，導通維持單元及第一控制單元，將第一控制單元的該第一端轉換至高準位，從而導通充電單元，及將充電單元的第一端轉換至低準位，以重置維持單元的第二端至低準位；于重置階段后的補償階段，將充電單元的第一端轉換至高準位，及將第二電容的第二端轉換至高準位，以導通第二控制單元、及充電維持單元的第二端至第一預定準位；于補償階段后的寫入階段，關閉維持單元及第一控制單元，導通寫入單元，以將第一電容的第一端耦合至第二預定準位；于寫入階段后的維持階段，關閉寫入單元，以將維持單元的第二端的準位充電至實質相同于數據信號的準位；及于維持階段后的顯示階段，關閉第二控制單元，將第二電容的第二端降至低準位，從而耦合充電單元的控制端為低準位，以關閉充電單元。

本發(fā)明實施例的提供的顯示控制電路及其控制方法，可降低晶體管的門檻電壓漂移，以使液晶顯示的亮度與灰階穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的顯示控制電路的示意圖。

圖3是圖1的實施例的顯示控制電路的操作波形圖。

圖4至8為圖1、3的實施例的顯示控制電路于各階段的操作說明圖。

圖9是圖1至8的顯示控制電路的操作方法流程圖。

圖10是對應于圖3的操作波形、圖4至8的各操作階段、及圖9的操作方法的量測結果示意圖。

其中，附圖標記：

100、200 顯示控制電路

110 第一開關

120 第二開關

130 第三開關

140 第四開關

150 第五開關

S1、S2、S_REF、S_BIAS 控制信號

V_DD 操作電壓

Sd 數據信號

VSS 參考準位

C_st 維持電容

C_LC 液晶電容

C1 第一電容

C2 第二電容

V_COM 共電壓端

A、B、C 節(jié)點

110a 充電單元

120a 寫入單元

130a 維持單元

170a 顯示單元

140a、150a 控制單元

V_REFH、V_DDH 高準位

V_REFL、V_DDL 低準位

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

I_D 電流

Vd 準位

V_OUT 輸出準位

900 操作方法

905至960 步驟

具體實施方式

圖1為本發(fā)明另一實施例的顯示控制電路100的示意圖。顯示控制電路100可包含充電單元110a、寫入單元120a、顯示單元170a、維持單元130a、控制單元140a、控制單元150a、第一電容C1及第二電容C2。寫入單元120a可用以接收數據信號Sd。顯示單元170a可電性耦接于充電單元110a及共電壓端V_COM，用以顯示影像。維持單元130a可電性耦接于寫入單元120a、顯示單元170a及第二電容C2。第一電容C1可電性耦接于控制單元140a及寫入單元120a。控制單元140a可用以接收控制信號S_REF且電性耦接于充電單元110a。控制單元150a可電性耦接于充電單元110a及參考準位VSS?？刂茊卧?40a、150a可控制為導通或截止。

圖2是本發(fā)明實施例的顯示控制電路200的示意圖。顯示控制電路200可包含第一開關110、第二開關120、液晶電容C_LC、第三開關130、第四開關140、第一電容C1、第二電容C2及第五開關150。第一開關110可包含第一端及第二端，其中第一端電性耦接于操作電壓V_DD。第二開關120可包含第一端及第二端，第二端可用以接收數據信號Sd。液晶電容C_LC可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第一開關110的第二端，第二端電性耦接于共電壓端V_COM。第三開關130可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第二開關120的第二端，第二端電性耦接于液晶電容C_LC的第一端。第三開關130的第一端可對應于圖1的節(jié)點B。第四開關140可包含第一端及第二端，第一端用以接收控制信號S_REF。第一電容C1可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第四開關140的第二端，第二端電性耦接于第二開關120的第二端。第一電容C1的第一端可對應于圖1的節(jié)點A。第二電容C2可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第三開關130的第一端。第五開關150可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于第一開關110的第二端，第二端電性耦接于參考準位VSS。第五開關150的第一端可對應于圖1的節(jié)點C。根據本發(fā)明實施例，參考準位VSS可為適宜的準位。

根據本發(fā)明的實施例，當第一開關110及第五開關150為晶體管開關，可選用參考準位VSS的值，以使第一開關110、第五開關150操作于飽和區(qū)。根據本發(fā)明的實施例，對照于圖1的控制電路100，于圖2的實施例中，充電單元110a可包含第一開關110，寫入單元120a可包含第二開關120，維持單元130a可包含第三開關130表示。顯示單元170a可包含液晶電容C_LC，控制單元140a可包含第四開關140，且控制單元150a可包含第五開關150。故充電單元100a、寫入單元120a、維持單元130a可為實質上具開關功能、且可控制導通/截止的元件。本發(fā)明圖1的控制電路100不限于圖2實施例所示的范圍，研發(fā)者仍可依需求，如靜電防護、設計規(guī)范驗證(design rule check)、或其他功能控制，調整電路設計，而仍屬本發(fā)明實施例的范圍。

根據本發(fā)明一實施例，如圖2所示，第二開關120可另包含控制端，用以接收控制信號S2并由控制信號S2控制。第四開關140可另包含控制端，用以接收控制信號S1并由控制信號S1控制。第五開關150可另包含控制端，用以接收控制信號S_BIAS并由控制信號S_BIAS控制，第五開關150的控制端還電性耦接于第二電容C2的第二端。第三開關130可另包含控制端，電性耦接于第四開關140的控制端，用以接收控制信號S1并由控制信號S1控制。第一開關110可另包含控制端，電性耦接于第一電容C1的第一端，即圖1的節(jié)點A。根據本發(fā)明實施例，顯示控制電路100可另包含維持電容C_st，以助于液晶電容C_LC維持電荷及顯示數據，維持電容C_st可包含第一端及第二端，第一端電性耦接于液晶電容C_LC的第一端，第二端電性耦接于共電壓端V_COM。維持電容C_st可根據設計需求，選擇性地使用或省略。

圖3為圖2實施例的顯示控制電路100的操作波形圖。圖4至8可為圖2、3的實施例的顯示控制電路100的操作說明圖。圖3中，控制信號S1、S2、S_REF、S_BIAS，操作電壓V_DD的波形，可對應于重置階段P1、補償階段P2、寫入階段P3、維持階段P4及顯示階段P5而調整。此五階段可循環(huán)進行。控制信號S_REF可為高準位V_REFH或低準位V_REFL。操作電壓V_DD可為高準位V_DDH或低準位V_DDL。在本發(fā)明中，高準位、低準位指相對的數值，通常其一對應致能電路的準位，另一對應禁能電路的準位。

圖4可對應于重置階段P1。當從顯示階段P5進入重置階段P1，可將控制信號S1設為高準位，以導通(turn on)第三開關130及第四開關140，且將控制信號S2設為低準位，以保持第二開關120及第五開關150為關閉(off)狀態(tài)。調整控制信號S_REF為高準位V_REFH可使節(jié)點A為高準位，進而使第一開關110導通。將操作電壓V_DD調整到低準位V_DDL，可重置第三開關130的第一端及第二端至低準位。

圖5可對應于補償階段P2。當從重置階段P1進入補償階段P2，可保持控制信號S1為高準位以保持第三開關130及第四開關140導通，可保持控制信號S2為低準位以保持第二開關120關閉，可將控制信號S_BIAS調整為高準位以導通第五開關150，可保持控制信號S_REF為高準位V_REFH，及可將操作電壓V_DD調整為高準位V_DDH。由于第四開關140導通，故此時節(jié)點A的準位可與控制信號S_REF相同，亦為高準位V_REFH。節(jié)點B、C的準位可以準位V_OUT表示。以下為準位V_OUT的推導過程。

當第一開關110及第五開關150為晶體管開關，且第一開關110操作于飽和區(qū)，則流經第一開關110的電流I_D可用算式eq-1表示：

I_D＝K₁(V_REFH-V_OUT-V_TH1)²＝K₅(V_BIAS–VSS–V_TH5)²……(eq-1)；

其中，K₁可為第一開關110的晶體管的制程參數，K₅可為第五開關150的晶體管的制程參數，V_TH1及V_TH5可分別為第一開關110及第五開關150的門檻電壓，準位V_BIAS可為控制信號S_BIAS的電壓值，VSS是前述的耦接于第五開關150的第二端的參考準位?，F引入代數α表示制程參數K₁及K₅的比值的平方根，可將算式eq-1整理為算式eq-2：

α＝√(K₁/K₅)＝(V_BIAS-V_TH5-VSS)/(V_REFH-V_OUT-V_TH1)……(eq-2)；

整理后可導出算式eq-3：

αV_REFH-αV_OUT-αV_TH1＝V_BIAS–V_TH5–VSS……(eq-3)；

整理算式eq-3，可導出算式eq-4如下：

V_OUT＝V_REFH-V_TH1+(1/α)·V_TH5-(1/α)·VSS-(1/α)·V_BIAS……(eq-4)；

根據算式eq-4，圖5中，節(jié)點C的準位可被充電至準位V_OUT，即[V_REFH-V_TH1+(1/α)V_TH5-(1/α)·VSS-(1/α)V_BIAS]，此準位V_OUT可視為第一預定準位。此外，由于第四開關140導通，故補償階段P2中，節(jié)點A的準位可對應于控制信號S_REF，亦為高準位V_REFH，因此，第一電容C1的第一端及第二端可儲存有準位差(V_REFH-V_OUT)，此準位差可使用于下一階段。

圖6可對應于寫入階段P3。當從補償階段P2進入寫入階段P3，可將控制信號S1調整為低準位以關閉第三開關130及第四開關140，可將控制信號S2調整為高準位以導通第二開關S2，可將控制信號S_REF保持為高準位V_REFH，可將操作電壓V_DD保持為高準位V_DDH，及可保持控制信號S_BIAS為高準位以保持第五開關150導通。第二開關120導通后，數據信號Sd可透過第二開關120傳送至節(jié)點B，故節(jié)點B的準位可對應于數據信號Sd的準位Vd。如上述，第一電容C1的兩端(即節(jié)點A、B之間)可于補償階段P2后，儲存有準位差(V_REFH-V_OUT)，故節(jié)點A的準位可為節(jié)點B的準位及準位差(V_REFH-V_OUT)之和，亦即(Vd+V_REFH-V_OUT)，此值可為第二預定準位。

以準位V_A、V_B、V_C分別表示節(jié)點A、B、C的準位，如上文，可知準位V_A可被耦合到第二預定準位(Vd+V_REFH-V_OUT)，準位V_B可同于數據信號Sd的準位Vd、且準位V_C可為顯示控制電路100于寫入階段P3的輸出準位V_OUT。經推導后，輸出準位V_OUT可實質上相等于數據信號Sd的準位Vd，其推導如下。

準位V_A可用等式eq-5表示：V_A＝V_REFH+(Vd–V_REFH+V_TH1–(1/α)·V_TH5-(1/α)·VSS+(1/α)·V_BIAS)……(eq-5)；

前述流經第一開關110的電流I_D可用算式eq-6表示：

I_D＝K₁(Vd+V_TH1-(1/α)·V_TH5-(1/α)·VSS+(1/α)·V_BIAS–V_OUT–V_TH1)²

＝K₁(Vd-(1/α)·V_TH5-(1/α)·VSS+(1/α)·V_BIAS–V_OUT)²

＝K₅(V_BIAS–VSS–V_TH5)²……(eq-6)；

又如上述，代數α可為制程參數K₁及K₅的比值的平方根，故可導出算式eq-7：

α＝√(K₁/K₅)

＝(V_BIAS–V_TH5)/(Vd-(1/α)V_TH5–(1/α)VSS+(1/α)V_BIAS–V_OUT)……(eq-7)；

整理后可得算式eq-8：

α(Vd-(1/α)V_TH5-(1/α)VSS+(1/α)V_BIAS–V_OUT)＝V_BIAS–V_TH5……(eq-8)；

進而可整理得到算式eq-9：

αVd-V_TH5-VSS+V_BIAS–αV_OUT＝V_BIAS-V_TH5-VSS……(eq-9)；

將等式eq-9兩邊的V_TH5及V_BIAS一起刪除，可得到推導的結果如下：

V_OUT＝Vd……(eq-10)；

由算式eq-10可知，輸出準位V_OUT實質上可等于數據信號Sd的準位Vd。然而，輸出準位V_OUT仍須充電過程以達到準位Vd，故本發(fā)明實施例的操作可進入圖7所示的維持階段P4。

圖7可對應于維持階段P4。當從寫入階段P3進入維持階段P4，可將控制信號S1保持于低準位以將第三開關130及第四開關140保持為關閉，可將控制信號S2調整為低準位以關閉第二開關120，可將控制信號S_BIAS保持于高準位以保持第五開關150導通，可將控制信號S_REF保持于高準位V_REFH，及可將操作電壓V_DD保持于高準位V_DDH。維持階段P4中，由于第一開關110及第五開關150導通，故設于高準位V_DDH的操作電壓V_DD可持續(xù)對于節(jié)點C充電，以使節(jié)點C的輸出準位V_OUT被持續(xù)充電到實質等于數據信號Sd的準位Vd。如上述，于寫入階段P3及維持階段P4，液晶電容C_LC可根據數據信號Sd顯示。

圖8可對應于顯示階段P5。當從維持階段P4進入顯示階段P5，可保持控制信號S1為低準位以保持第三開關130及第四開關140關閉，可保持控制信號S2為低準位以保持第二開關S2關閉，可將控制信號S_REF調整為低準位V_REFL，可將控制信號S_BIAS調整為低準位以關閉第五開關150?？刂菩盘朣_BIAS調整至低準位，可透過第二電容C2及第一電容C1，將節(jié)點A的準位V_A亦耦合到低準位。如上文推導，因維持階段P4中，節(jié)點C的準位V_C為數據信號Sd的準位Vd，故準位V_A被耦合到低準位后，準位V_A及準位V_C的差值可小于第一開關110的晶體管的門檻電壓，從而使第一開關110關閉。因此，顯示階段P5中，第一至第五開關110-150可皆為關閉，進而可抑止節(jié)點C漏電，以及減緩所有開關的晶體管的老化效應。

圖9是圖2至8的顯示控制電路的操作方法900流程圖。操作方法900的步驟910至950可分別對應于上述圖4-8所示的各階段。操作方法900步驟可如下：

步驟905：開始；

步驟910：于重置階段P1，導通(turn on)第三開關130及第四開關140，保持第二開關120及第五開關150為關閉(off)狀態(tài)，調整控制信號S_REF為高準位V_REFH從而使第一開關110導通，將操作電壓V_DD調整到低準位V_DDL，以重置第三開關130的第一端及第二端至低準位；

步驟920：于重置階段P1后的補償階段P2，將操作電壓V_DD轉換至高準位V_DDH，及將控制信號S_BIAS轉換至高準位以導通第五開關150，進而充電第三開關130的第二端至第一預定準位；

步驟930：于補償階段P2后的寫入階段P3，關閉第三開關130及第四開關140，導通第二開關120，以將第一電容C1的第一端耦合至第二預定準位；

步驟940：于寫入階段P3后的維持階段P4，關閉第二開關120，保持第三開關130及第四開關140為關閉狀態(tài)，保持第五開關150為導通狀態(tài)，保持操作電壓V_DD為高準位V_DDH以將第三開關130的第二端的準位充電到實質相同于數據信號Vd；

步驟950：于維持階段P4后的顯示階段P5，維持第二、第三、第四開關120-140為關閉狀態(tài)，關閉第五開關150，調整第二電容C2的第二端所接收的控制信號S_BIAS到低準位，進而透過第二電容C2及第一電容C1將第一電容C1的第一端耦合到低準位，以使第一開關110關閉；

步驟955：若繼續(xù)執(zhí)行顯示操作，進入步驟910；若不繼續(xù)執(zhí)行顯示操作，進入步驟960；及

步驟960：結束。

圖10可為對應于圖3的操作波形、圖4-8的各操作階段、及圖9的操作方法的量測結果示意圖。圖10的橫軸可為時間，其單位可以微秒(us)為例，其縱軸可為量測的準位，其單位可以伏特為例。曲線V_A0、V_A3、V_A3’可分別為采用門檻電壓為0伏特、+3伏特、-3伏特的晶體管作為開關，于節(jié)點A量測得到的準位。曲線V_C0、V_C3、V_C3’可分別為采用門檻電壓與預定值的漂移差值為0伏特、+3伏特、-3伏特的晶體管作為開關，于節(jié)點C量測得到的準位。曲線V_S2可為控制信號S2的準位。如圖10所示，于維持階段P4后期，及顯示階段P5，曲線V_C0、V_C3、V_C3’可實質上迭合，故表示根據本發(fā)明實施例，當晶體管的門檻電壓于-3伏特至+3伏特間漂移，節(jié)點C的輸出準位VOUT可實質上保持穩(wěn)定，故本發(fā)明實施例提供的顯示控制電路，可有效改善晶體管的制程漂移導致的顯示不穩(wěn)問題。

上述第一至第五開關110-150，可采用常關型(normally-OFF)或常開型(normally-ON)晶體管，并可依研發(fā)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(fā)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，當采用晶體管作為本發(fā)明的開關元件，則本發(fā)明實施例提供的顯示控制電路100可包含第一至第五開關110-150，第一至第二電容C1-C2及液晶電容C_LC，故本發(fā)明實施例的顯示控制電路100可為五晶體管-三電容(可稱5T3C)架構的顯示控制電路。此外，本發(fā)明的顯示控制電路100的控制信號總數可為圖3所示，共須五條信號線。相較于本領域習知的6T2C架構(七條信號線)或6T3C架構(五條信號線)的控制電路，本發(fā)明實施例的5T3C架構實可有效降低元件數，故可提升開口率。此外，本發(fā)明實施例的提供的顯示控制電路及其控制方法，亦可抗御晶體管的門檻電壓漂移，以使液晶顯示的亮度與灰階穩(wěn)定，更可減緩開關元件的老化。因此，本發(fā)明對于改善本領域習知技術的缺失，顯有助益。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求保護范圍所做的均等變化與修改，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。