GOA顯示器驅動電路設計

一、研究目標
顯示器面板上之驅動電路(如圖一)包括閘極驅動電路(Gate Driver)和資料驅動電路(Data Driver)，而製作方式可分為兩種方式，其一是以CMOS製程製作驅動IC於玻璃基板外，再透過COG(Copper on Glass)製程透過訊號線將所需的驅動訊號傳送至玻璃基板內部；另外一種方法則是直接將驅動電路透過薄膜電晶體(Thin-Film Transistor)技術將電路直接製作於玻璃基板內部。目前的手機產品隨著硬體規格的提升，現今所製造之小尺寸面板也逐漸以更高解析度液晶面板的生產為主流，進而使製作顯示器相關驅動IC之成本上升。本實驗室主要目的為採用a-Si:H TFT、LPTS TFT及a-IGZO TFT製程設計合適的閘極驅動電路系統，進而取代原本利用COMS製程所製造的驅動 IC，除了可以減少相關的後續製程與雜訊外，也可能夠有效降低製造成本並降低原先因擺放驅動IC所需之邊框面積，進而達到低成本、窄邊框(如圖二)的特性，因此發展閘極驅動電路是未來的主要發展趨勢之一。

圖一、面板架構與驅動電路之示意圖

(a) 由HTC提出之HTC New One智慧型手機　 (b) 由BenQ所發表之窄邊框液晶電視

圖二、擁有窄邊框優點之顯示器面板產品

二、研究內容
瞭解TFT元件之相關特性：首先參考國內外期刊論文針對TFT元件之介紹與研究制訂相對應測試的實驗，另外，由於本實驗室長期與友達光電等公司有合作的關係且目前也正與工研院進行雙邊合作的規劃，也可透過業界所提供的TFT元件實際瞭解長時間的偏壓下對於TFT元件的影響測試。根據測試結果，建立適當之模擬參數且套用於模擬軟體中，增加實際電路操作的可行性。
新式驅動電路設計：本實驗室目前著重於開發閘極驅動電路，在不影響畫面失真與色彩亮度的情況之下，改善電容耦合效應對電壓輸出結果的影響，並藉由完整分析與研究，同時優化其參數，且探討功率消秏及驅動波形之穩定性。電路架構的選擇與設計，以期望能達到節省成本、高效率及低消耗功率之目的。未來本實驗室將朝向開發源極驅動電路、準位移轉電路及共電極驅動電路之設計。

圖三：本實驗室實際電路下線之測量過程

圖四：實際到AUO了解面板高溫測試圖

三、國科會與產學研究計畫

1	Design of Bidirectional a-IGZO TFT Gate Driver Circuits with New Stabilizing Structure（友達產學計畫) 2013/12~2014/11
	計畫內容：根據a-IGZO TFT的特性，設計兩組具備新式穩壓電路架構之a-IGZO TFT雙向傳輸閘極驅動電路用以改善時脈訊號變動時藉由寄生電容耦合效應所產生之突波雜訊，進而減少閘極驅動電路因突波雜訊而產生誤輸出的問題。
2	IGZO-TFT閘極驅動電路系統整合之研製（國科會計畫:NSC 101-2221-E-006 -221-MY3) 2012/08~2014/07
	計畫內容：本計畫擬利用三年時間以IGZO 製程技術，在軟性顯示器上整合閘極驅動電路系統，包含準位移轉器、閘極驅動電路以及共電極驅動電路。目標為測試IGZO TFT 的元件特性、分析並將其模組化，進而設計抑制漏電流之驅動電路以提高操作穩定性，並進一步設計低功耗之驅動電路。藉由上述計畫流程，希冀開發出高可靠性且適用於軟性顯示器的低功耗IGZO 閘極驅動電路系統架構
3	研發非晶矽薄膜電晶體之2D-3D轉換閘極驅動電路 (博後計畫) 2012/02-2013/01
	計畫內容：本研究計畫以研發非晶矽薄膜電晶體之2D-3D轉換閘極驅動電路設計為主軸，利用最為成熟的薄膜電晶體製程，非晶矽(Amorphous Silicon, a-Si)薄膜電晶體(Thin-Film Transistor, TFT)技術，將閘極驅動電路直接實現於玻璃基板上，以達到節省成本與製作時間，並提高整體系統的可靠性。
4	適用於中大尺寸TFT-LCD之整合閘極驅動IC於玻璃基板上之研究 (友達產學計畫) 2008/02~2009/01
	計畫內容：設計閘極驅動IC電路改善因時脈(Clock)變動所產生的TFT寄生電容耦合(Coupling)效應導致輸出結果產生波動，降低電路輸出波形失真問題，應用於大尺寸LCD畫面不至於失真。

四、研究成果

Chih-Lung Lin, Mao-Hsun Cheng, Chun-Da Tu, and Min-Chin Chuang, “Highly Reliable Integrated Gate Driver Circuit for Large TFT-LCD Applications,” IEEE Electron Device Letters, accepted for publication, Feb. 2012.
Chih-Lung Lin, Chun-Da Tu, Chia-En Wu, and Chia-Che Hung, “Low Power Gate Driver Circuit for TFT-LCD Application,” IEEE Trans. Electron Devices, accepted for publication, Jan. 2012.
Chih-Lung Lin, Chun-Da Tu, Min-Chin Chuang, and Jian-Shen Yu, “Design of bi-directional and highly stable integrated hydrogenated amorphous silicon gate driver circuits,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 7, no.1, pp. 10-18, January 2011.

五、相關專利

已獲得專利證書
發明人	專利名稱	國別	申請類型	公開公告號
林志隆，塗俊達，吳佳恩，陳勇志	移位暫存器電路(友達產學合作)	TW	發明	I419468
林志隆，莊閔欽	液晶顯示器驅動電路 (達方產學合作)	TW	發明	I419142
林志隆，塗俊達，陳勇志	移位暫存器 (友達產學合作)	TW	發明	I410947
林志隆，塗俊達，陳勇志	具雙向傳輸機制之移位暫存器電路 (友達產學合作)	TW	發明	I381640
林志隆，塗俊達，陳勇志	SHIFT REGISTER CIRCUIT HAVING BI-DIRECTIONAL TRANSMISSION MECHANISM (友達產學合作)	US	發明	7,929,658B2

已公告之專利
發明人	專利名稱	國別	申請類型	公開公告號
林志隆，董哲維，鄭貿薰，吳佳恩	顯示器資料驅動電路之源極隨耦器電路及其方法 (成大國科會)	TW	發明	201322224
林志隆，董哲維，鄭貿薰，吳佳恩	電源供應電路及其操作方法 (成大國科會)	TW	發明	201312534
林志隆，塗俊達，陳勇志	SHIFT REGISTER (友達產學合作)	US	發明	201108245

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