CN101364388A - 应用于液晶显示器的新集成直流转换器 - Google Patents

Abstract

本发明一种集成直流转换器，除了提供液晶显示器的源极驱动器的工作电压外，还结合了数字接口控制方式产生共同电压输出及伽玛电压的稳压设计方式。此电源转换元件可接收液晶显示器的时序控制器输出的数字信号，经由集成直流转换器内部的数字模拟转换器产生共同电压输出，作为液晶显示器的电场参考电平。时序控制器会先读取存储器的预设数据，首先产生共同电压的预设值，一旦共同电压经过修正后，新的电压设定值也回存于存储器内。伽玛电压是液晶显示器灰阶的基准。此集成直流转换器内部包含一组低压降稳压器，经由电压反馈调整伽玛电压源的参考电平，适时提供源极驱动器稳定的伽玛端点电压。

Description

应用于液晶显示器的新集成直流转换器

技术领域

本发明涉及一种应用于液晶显示器的新集成直流转换器，且特别涉及一种结合了数字接口方式调整共同电压及具有伽玛电压源稳压电路的应用于液晶显示器的新集成直流转换器。

背景技术

液晶显示器，特别是薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，发展至今已经是非常成熟的产品，但为了追求高画质、高品质同时能节省成本，所有的制造厂商仍旧致力于不断地推出新的设计及生产方式。其中，共同电压VCOM及伽玛电压VGAM(Gamma Voltage)的设计方式，未来也会成为重要的研究课题。

应用于液晶显示器的直流转换器的演变，从最早的单一组升压输出，并搭配外部的电荷泵(charge-pump)电路以产生电压VGON及电压VGOFF，到现在结合升降压多组电源输出，且同时包含栅极脉冲(gate pulse)调变的电源转换元件。

由于液晶分子必须以交流的方式来驱动，使得液晶电容内所储存的电荷电压没有直流成份。若是液晶电容内所储存的电荷电压具有直流成份时，在影像上会造成残影(ImageSticking)与画面闪烁(Flicker)，更严重的会造成液晶分子的电化学作用而产生解离，形成永久性的破坏。

共同电压VCOM为液晶显示器的电场的参考电平，在理想的情况中，正、负极性电压驱动时应该使液晶显示器穿透出相同的亮度，但是由于馈通(feed-through)的关系，使得原本储存于液晶像素电容内的电压产生电平漂移，导致液晶正、负极性电压失去平衡，因此必须调整共同电压VCOM，使得液晶显示器可以维持最佳效能。目前最为普遍的共同电压VCOM设计方式是采用旋钮式分压电阻(Potentiometer)，请参照图1，其示出传统旋钮式分压电阻电路的电路图。电阻r1～r3形成分压电路，其中电阻r2为旋钮式分压电阻。共同电压VCOM输出之前会先经过由放大器102所组成的射极跟随器(follow emitter)，以增加共同电压VCOM的输出推力。

上述的旋钮式分压电阻电路的优点为简单实用、价格超便宜(约新台币1元)，然而其精准度差，且必须采用人工调整。液晶显示器制造过程中，会通过特殊的影像使画面闪烁，作业员再根据自己所见闪烁的程度，调整分压电阻的旋钮，以改变共同电压VCOM的值使闪烁程度降至最低。然而，每个作业员对闪烁程度的感观有差别，故难以控制共同电压VCOM的精确度，所以调整后的共同电压VCOM未必是最佳值。此外，旋钮式分压电阻电路一般都是设计在液晶显示器的面板背部，或是侧边。一旦生产大尺寸液晶面板，则作业员要同时调整共同电压VCOM及观看闪烁程度时，就会产生调整不便利性的问题。

请参照图2，其示出示出传统的采用数字调整元件以产生共同电压VCOM的电路的电路图。图2中，电阻r4～r5组成分压电路，数字式电压计数器201用以产生共同电压VCOM，由输出端OUT输出，并经由放大器202所组成的射极跟随器输出至液晶显示器内的多个源极驱动器。其原理为通过控制信号Sc以控制数字式电压计数器201内部汲取(sink)电流的能力，进而改变电阻r5上的电压的升降，因此可以利用数字调整的方式调整共同电压VCOM的上升或下降。此外，电阻Rset可决定所输出的共同电压VCOM的最小值。由图可以列出下列关系式：

VOUT(1/r4+1/r5)＝VADD/r4—Iout  公式(1)

I1＝Iout+I2                     公式(2)

当电流Iout改变时，使得电流I2产生变化，进而改变在电阻r5上的跨压的压降。此外，在数字式电压计数器201内建有电可擦除只读存储器(EEPROM)(图中未示出)，可纪录调整后的共同电压VCOM。然而，上述的电路与传统旋钮式分压电阻电路相比，虽然可以得到较精确的共同电压VCOM，但其所采用的数字式电压计数器201价格并不便宜，同时因应液晶显示器不断跌落的价格，此种设计方式未必符合成本上的考量。

此外，液晶显示器中的多个源极驱动器也需要伽玛电压VGAM输入，作为伽玛曲线(Gamma curve)的准位。伽玛曲线是指不同灰阶与亮度的关系。把0到255灰阶当x轴，亮度当y轴所得到的曲线即为伽玛曲线。伽玛曲线会直接影响到液晶显示器画面上的渐层效果，因此直流转换器必须提供一组相当稳定的伽玛电压。请参照图3，其示出示出传统的伽玛电压源稳压电路的电路图。伽玛电压源稳压电路301中，并联稳压器(Shunt Regulator)D为主要的稳压元件，电阻r7～r8决定了并联稳压器D的输出电压。电阻r6实质上作用为限流电阻，若是电阻r6的值设计太低，会使得并联稳压器D通过太多电流，造成元件过热而当机甚至是烧毁。若是电阻r6的值设计太高，则无法提供源极驱动器足够的伽玛电压。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种应用于液晶显示器的新集成直流转换器，除了提供液晶显示器的源极驱动器的工作电压外，还结合了数字接口控制方式产生共同电压VCOM输出及伽玛电压(Gamma voltage)的稳压设计方式。此电源转换元件可接收液晶显示器的时序控制器输出的数字信号，经由集成直流转换器内部的数字模拟转换器产生共同电压VCOM输出，作为液晶显示器的电场参考电平。时序控制器会先读取存储器的预设数据，首先产生共同电压VCOM的预设值，一旦共同电压VCOM经过修正后，新的电压设定值也回存于存储器内。

伽玛电压是液晶显示器灰阶(gray level)的基准。此集成直流转换器内部包含一组低压降稳压器(LDO)，经由电压反馈调整伽玛电压源的参考电平，适时提供源极驱动器稳定的伽玛端点电压。

根据本发明的目的，提出一种集成直流转换器，应用于液晶显示器，液晶显示器包括时序控制器、存储器及多个源极驱动器。集成直流转换器包括脉冲宽度调变控制电路、放大器、数字模拟转换器以及伽玛高压低压降稳压器。脉冲宽度调变控制电路用以产生多个源极驱动器的工作电压。放大器形成射极跟随器。数字模拟转换器耦合到时序控制器及存储器，受时序控制器的控制并依据存储器所储存的数字预设电压，以输出共同电压至放大器。伽玛高压低压降稳压器耦合到工作电压，且输出第一电压。其中，集成直流转换器耦合到分压回路，依据第一电压以输出伽玛电压至此多个源极驱动器。

根据本发明的目的，另提出一种液晶显示器，包括时序控制器、存储器、多个源极驱动器以及集成直流转换器。集成直流转换器包括脉冲宽度调变控制电路、放大器、数字模拟转换器以及伽玛高压低压降稳压器。存储器储存数字预设电压。脉冲宽度调变控制电路用以产生多个源极驱动器的工作电压。放大器形成射极跟随器。数字模拟转换器耦合到时序控制器及存储器，受时序控制器的控制并依据存储器所储存的数字预设电压，以输出共同电压至放大器。伽玛高压低压降稳压器耦合到工作电压，且输出第一电压。其中，集成直流转换器耦合到分压回路，依据第一电压以输出伽玛电压至此多个源极驱动器。

附图说明

图1示出传统旋钮式分压电阻电路的电路图；

图2示出传统采用数字调整元件以产生共同电压VCOM的电路的电路图；

图3示出传统伽玛电压源稳压电路的电路图；

图4示出依照本发明优选实施例的具有集成直流转换器的液晶显示器的部分示意图；

图5示出依照本发明优选实施例的时序控制器402的示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

本发明提供一种应用于液晶显示器的新集成直流转换器，搭配时序控制器的数字信号与转合型直流转换器内部的数字模拟转换器，产生共同电压VCOM输出，具有精准及快速调整的优点。集成直流转换器内建的伽玛高压低压降稳压器可以提供源极驱动器稳定的伽玛参考电压，具有节省电路元件的优点。

请参照图4，其示出依照本发明优选实施例的具有集成直流转换器的液晶显示器的部分示意图。液晶显示器400，例如为薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，包括时序控制器402、存储器404、集成直流转换器406以及多个源极驱动器4121～412n。集成直流转换器406包括脉冲宽度调变控制电路(PWM IC)408、伽玛高压低压降稳压器(GammaHVLDO)410、数字模拟转换器(DAC)412以及放大器414。存储器404实质上为电可擦除只读存储器(EEPROM)。

脉冲宽度调变控制电路408经由整流电路，包括电容C、电感L及整流二极管，用以产生源极驱动器4121～412n的工作电压。时序控制器402除了负责源极驱动器4121～412n及栅极驱动器(图中未示出)的信号控制外，还具有共同电压VCOM的数字控制接口。存储器404利用外部烧录的方式，储存数字预设电压，亦即为共同电压VCOM的预设电平。当系统运作时，时序控制器402通过数字数据传输的方式先读取存储器404所储存的数字预设电压，并将数字预设电压传递给数字模拟转换器412，经由放大器414所组成的射极跟随器，输出共同电压VCOM以作为液晶显示器400的电场的参考电平。

数字模拟转换器412接收高电平电压VH及低电平电压VL。高电平电压VH及低电平电压VL由分压电路设定，分压电路包括电阻R1～电阻R3。电阻R1的第一端耦合到地电压，电阻R2的第一端耦合到电阻R1的第二端，电阻R3的第一端耦合到电阻R2的第二端，电阻R3的第二端耦合到工作电压VADD。电阻R1～R3使得电阻R2的第一端具有低电平电压VL，且使得电阻R3的第一端具有高电平电压VH。

因此，此分压电路可以限制共同电压VCOM的调整范围，亦即共同电压VCOM的电压电平小于高电平电压VH且大于低电平电压VL。若假设数字模拟转换器412为n位，n为正整数，则时序控制器402可以控制数字模拟转换器412以每个位阶电压差Vstep调整共同电压VCOM，位阶电压差Vstep如下列的公式(3)所示，其为高电平电压VH及低电平电压VL的差除以2ⁿ。

Vstep＝(VH-VL)/2ⁿ     公式(3)

请参照图5，其示出依照本发明优选实施例的时序控制器402的示意图。时序控制器402包括上行/下行计数器4021及数字接口4022。上行/下行计数器4021用以接收控制信号Control，据以决定以m个位阶电压差Vstep调整该共同电压VCOM，m为小于2ⁿ的正整数。数字接口4022耦合到上行/下行计数器4021及数字模拟转换器412，使得数字模拟转换器412以m个位阶电压差Vstep调整共同电压VCOM。

此种设计的最大优点是省去共同电压VCOM的设计电路，所以不需要分压电阻，也不需要额外的数字式电压计数器，而依旧可以提高电压精准度，可节省零件与置件(SMT)费用，同时有机会节省印刷电路板(PCB)的布线面积。此外，由于高电平电压VH及低电平电压VL采用集成直流转换器406的外部电阻R1～R3来设定，故可任意改变共同电压VCOM的可调范围，则解析度非常精密，可以准确的调整出适当的共同电压VCOM值。数字模拟转换器412以8位为例，其与时序控制器402间的对应关系可参考表1。

表1

 

位阶	由时序控制器输入	数字模拟转换器输出
			0	00000000	Vo
1	00000001	Vo+1×(VH-VL)/128
			2	00000010	Vo+2×(VH-VL)/128
3	00000011	Vo+3×(VH-VL)/128
			4	00000100	Vo+4×(VH-VL)/128
|	|	|
			125	11111101	Vo+125×(VH-VL)/128
126	11111110	Vo+126×(VH-VL)/128
			127	11111111	Vo+127×(VH-VL)/128

如果存储器404初始设定的数字预设电压不符合实际需求，可以透过外部的控制信号Control做调整。当共同电压VCOM经过调校后，一样可以通过外部控制将共同电压VCOM的值再一次回存于存储器404内，下次开机时，就不必再做调整。

集成直流转换器406中，伽玛高压低压降稳压器(GammaHVLDO)410，耦合到工作电压VADD，且输出第一电压VREF，第一电压VREF为伽玛高压低压降稳压器410内部的固定参考电压。其中，集成直流转换器406耦合到分压回路，依据第一电压VREF以输出伽玛电压VGAM至源极驱动器4121～412n。分压回路决定伽玛电压VGAM的输出电平，分压回路包括电阻R4～R5，电阻R4的第一端耦合到地电压，电阻R5的第一端耦合到电阻R4的第二端及伽玛高压低压降稳压器410，电阻R5的第二端耦合到伽玛高压低压降稳压器410，且电阻R5的第一端具有第一电压VREF。因此，通过分压回路的操作，电阻R5的第二端具有伽玛电压VGAM且输出伽玛电压VGAM至源极驱动器4121～412n。此外，所输出的伽玛电压VGAM亦可以视实际使用情况通过另外的电阻RG1～RGn+1所形成的多分压电路而调整成不同值的伽玛端点电压VG1～VGn，此即为各灰阶的伽玛端点电压。

本实施例中所提供的伽玛高压低压降稳压器(GammaHVLDO)410不同于一般所指的低压差线性稳压器(LD0)(图中未示出)，一般的低压差线性稳压器提供时序控制器402及多个驱动元件所使用的数字电源，输出电压范围为1.5V～Vin-0.5V，而伽玛高压低压降稳压器(Gamma HVLDO)410则为提供伽玛电压的电源。薄膜晶体管液晶显示器所需的伽玛电压大约在7～9V之间，不同于一般的9V～13V，所以伽玛高压低压降稳压器的工艺耐压须高于一般的低压差线性稳压器，因此称之为高压低压差线性稳压器(HVLDO)。本实施例所揭露的采用伽玛高压低压降稳压器(Gamma HVLDO)410的电路架构，电压容易调整，同时可以节省板材布线面积，伽玛电压VGAM端的电压值计算方式为公式(4)。

VGAM＝(1+R5/R4)VREF        公式(4)

本发明上述实施例所公开的应用于液晶显示器的新集成直流转换器，可接收时序控制器所输出的数字控制信号，从而调整共同电压VCOM。此外，白玛电压VGAM产生方式，可稳定的提供源极驱动器伽玛端点电压，避免受到工作电压VADD的脉动(ripple)影响。特别是数字接口的共同电压VCOM调整方式，可以杜绝传统人工调整的缺陷，未来如能搭配自动化机台，更可以做到自动调整共同电压VCOM的功能，极具实用性。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种集成直流转换器，其应用于液晶显示器，所述液晶显示器包括时序控制器、存储器及多个源极驱动器，所述集成直流转换器包括：

脉冲宽度调变控制电路，其用以产生所述多个源极驱动器的工作电压；

放大器，其形成射极跟随器；

数字模拟转换器(DAC)，耦合到所述时序控制器及所述存储器，受所述时序控制器的控制并依据所述存储器所储存的数字预设电压，以输出共同电压(VCOM)至所述放大器；以及

伽玛高压低压降稳压器(Gamma HVLDO)，耦合到工作电压(VADD)，且输出第一电压(VREF)；

其中，所述集成直流转换器耦合到分压回路，依据所述第一电压以输出伽玛电压(VAGM)至所述多个源极驱动器。

2.如权利要求1所述的集成直流转换器，所述数字模拟转换器接收高电平电压(VH)及低电平电压(VL)，所述共同电压的电压电平小于所述高电平电压且大于所述低电平电压，且所述共同电压经由所述放大器所形成的所述射极跟随器而输出，以作为所述液晶显示器的电场的参考电平。

3.如权利要求2所述的集成直流转换器，其中，所述数字模拟转换器为n位的数字模拟转换器，n为正整数，所述时序控制器可以控制所述数字模拟转换器以一个位阶电压差调整所述共同电压，所述位阶电压差为所述高电平电压及所述低电平电压的差除以2ⁿ。

4.如权利要求3所述的集成直流转换器，所述时序控制器包括：

上行/下行计数器，其用以接受控制信号，据以决定以m个位阶电压差调整所述共同电压，m为小于2ⁿ的正整数；以及

数字接口，其耦合到所述上行/下行计数器及所述数字模拟转换器，使得所述数字模拟转换器以m个位阶电压差调整所述共同电压。

5.如权利要求2所述的集成直流转换器，其中所述数字模拟转换器耦合到分压电路，所述分压电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端耦合到地电压；

第二电阻，所述第二电阻的第一端耦合到所述第一电阻的第二端；以及

第三电阻，所述第三电阻的第一端耦合到所述第二电阻的第二端，所述第三电阻的第二端耦合到所述工作电压；

其中，所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻使得所述第二电阻的第一端具有所述低电平电压，且使得所述第三电阻的第一端具有所述高电平电压。

6.如权利要求1所述的集成直流转换器，其中所述分压回路包括：

第四电阻，所述第四电阻的第一端耦合到所述地电压；

第五电阻，所述第五电阻的第一端耦合到所述第四电阻的第二端及所述伽玛高压低压降稳压器，所述第五电阻的第二端耦合到所述伽玛高压低压降稳压器，且所述第五电阻的第一端具有所述第一电压；

因此，所述第五电阻的第二端具有所述伽玛电压(VGAM)且输出所述伽玛电压至所述多个源极驱动器。

7.一种液晶显示器，包括：

时序控制器；

存储器，其储存数字预设电压；

多个源极驱动器；以及

集成直流转换器，包括：

脉冲宽度调变控制电路，其用以产生所述多个源极驱动器的工作电压；

放大器，其形成射极跟随器；

数字模拟转换器(DAC)，其耦合到所述时序控制器及所述存储器，受所述时序控制器的控制并依据所述数字预设电压，以输出共同电压(VCOM)至所述放大器；及

伽玛高压低压降稳压器(Gamma HVLDO)，其耦合到工作电压(VADD)，且输出第一电压(VREF)；

其中，所述集成直流转换器耦合到分压回路，依据所述第一电压以输出伽玛电压(VAGM)至所述多个源极驱动器。

8.如权利要求7所述的液晶显示器，所述数字模拟转换器接收高电平电压(VH)及低电平电压(VL)，所述共同电压的电压电平小于所述高电平电压且大于所述低电平电压，且所述共同电压经由所述放大器所形成的所述射极跟随器而输出，以作为所述液晶显示器的电场的参考电平。

9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中，所述数字模拟转换器为n位的数字模拟转换器，n为正整数，所述时序控制器可以控制所述数字模拟转换器以一个位阶电压差调整所述共同电压，所述位阶电压差为所述高电平电压及所述低电平电压的差除以2ⁿ。

10.如权利要求9所述的液晶显示器，所述时序控制器包括：

上行/下行计数器，其用以接收控制信号，据以决定以m个位阶电压差调整所述共同电压，m为小于2ⁿ的正整数；以及

数字接口，其耦合到所述上行/下行计数器及所述数字模拟转换器，使得所述数字模拟转换器以m个位阶电压差调整所述共同电压。

11.如权利要求8所述的液晶显示器，其中所述数字模拟转换器耦合到分压电路，所述分压电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端耦合到地电压；

第二电阻，所述第二电阻的第一端耦合到所述第一电阻的第二端；以及

第三电阻，所述第三电阻的第一端耦合到所述第二电阻的第二端，所述第三电阻的第二端耦合到所述工作电压；

其中，所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻使得所述第四电阻的第一端具有所述低电平电压，且使得所述第五电阻的第一端具有所述高电平电压。

12.如权利要求7所述的液晶显示器，其中所述存储器为电可擦除只读存储器(EEPROM)。

13.如权利要求7所述的液晶显示器，其中所述分压回路包括：

第四电阻，所述第四电阻的第一端耦合到所述地电压；

第五电阻，所述第五电阻的第一端耦合到所述第四电阻的第二端及所述伽玛高压低压降稳压器，所述第五电阻的第二端耦合到所述伽玛高压低压降稳压器，且所述第五电阻的第一端具有所述第一电压；

因此，所述第五电阻的第二端具有所述伽玛电压(VGAM)且输出所述伽玛电压至所述多个源极驱动器。

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