CN105897252A - 应用于显示装置的位准移位器电路 - Google Patents

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Abstract

一种应用于显示装置的位准移位器电路，包含输入端、第一输出端、第二输出端、输入级、第一控制偏压单元、第二控制偏压单元及输出级。输入级包含第一及第二晶体管，其闸极均耦接输入端。第一控制偏压单元包含第三及第四晶体管，分别耦接第一及第二晶体管且其闸极均受第一偏压控制。输出级包含第五及第六晶体管，分别耦接第三及第四晶体管且其闸极分别耦接第一及第二输出端。第二控制偏压单元包含第七及第八晶体管，分别耦接第五及第六晶体管且其闸极均受第二偏压控制。

Description

应用于显示装置的位准移位器电路
技术领域
本发明与位准移位器(Level Shifter)有关，尤其是关于一种应用于显示装置的驱动IC中的位准移位器电路。
背景技术
一般而言，位准移位器电路可算是液晶显示装置的驱动IC中最主要的电路之一。无论是源极驱动IC或是闸极驱动IC，每一个驱动IC均需设置有位准移位器电路来对输入信号的电压位准进行调整，使其转换为具有高电压的输出信号，以满足液晶显示装置运作时的需求。因此，就液晶显示装置的驱动IC的整体效能及生产成本而言，位准移位器电路的确扮演着相当关键性的角色。
请参照图1，图1为一般最常见的位准移位器电路的示意图。如图1所示，由于连接至位准移位器电路1的输入端IN的第一晶体管M1及第二晶体管M2均属于具有高临界电压(Threshold Voltage)的高电压晶体管元件，需具有较高的宽/长比(W/L Ratio)，导致在输入信号SIN发生位准变化时，会有较大的瞬态电流(Transient Current)产生。
在最差的情况下，当具有高临界电压的第一晶体管M1及第二晶体管M2的闸极分别接收到具有很低电压的输入信号SIN及其反相信号时，第一晶体管M1及第二晶体管M2将无法顺利被启动，因而导致位准移位器电路1无法正常运作。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种应用于显示装置的位准移位器电路，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
根据本发明的一具体实施例为一种位准移位器电路。于此实施例中，位准移位器电路应用于显示装置的驱动电路，用以将具有第一电压的输入信号转换为具有第二电压的输出信号。位准移位器电路包含输入端、第一输出端、第二输出端、输入级(Input Stage)、第一控制偏压单元(Control Bias Unit)、输出级(Output Stage)及第二控制偏压单元。
输入端用以接收输入信号。第一输出端及第二输出端用以分别输出输出信号。输入级包含第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管及第二晶体管的闸极均耦接输入端。第一控制偏压单元包含第三晶体管及第四晶体管。第三晶体管及第四晶体管分别耦接第一晶体管及第二晶体管，并且第三晶体管及第四晶体管的闸极均受第一偏压所控制。
输出级包含第五晶体管及第六晶体管。第五晶体管及第六晶体管分别耦接第三晶体管及第四晶体管，并且第五晶体管及第六晶体管的闸极分别耦接第一输出端及第二输出端。第二控制偏压单元包含第七晶体管及第八晶体管。第七晶体管及第八晶体管分别耦接第五晶体管及第六晶体管，并且第七晶体管及第八晶体管的闸极均受第二偏压所控制。第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管为N型晶体管且第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管及第八晶体管为P型晶体管。
于一实施例中，第一晶体管及第二晶体管的闸极分别接收到输入信号及其反相信号而被启动。
于一实施例中，第二电压大于第一电压。
于一实施例中，输入级中的第一晶体管及第二晶体管的临界电压值小于第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管及第八晶体管的临界电压值。
于一实施例中，输入级中的第一晶体管及第二晶体管的宽/长比(W/L Ratio)小于第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管及第八晶体管的宽/长比。
于一实施例中，第一晶体管、第三晶体管、第五晶体管及第七晶体管彼此串联于工作电压与接地电压之间。
于一实施例中，第二晶体管、第四晶体管、第六晶体管及第八晶体管彼此串联于工作电压与接地电压之间。
于一实施例中，显示装置的驱动电路为源极驱动器电路(Source DriverCircuit)或闸极驱动器电路(Gate Driver Circuit)。
于一实施例中，第一输出端及第二输出端耦接至显示装置的驱动电路中的多个高电压元件之间。
于一实施例中，多个高电压元件为输出缓冲器(Output Buffer)或数字模拟转换器(Digital-to-analog converter,DAC)。
相较于现有技术，本发明所提出的位准移位器电路应用于显示装置的源极驱动IC或闸极驱动IC中，位准移位器电路包含两组控制偏压单元并通过第二控制偏压来进行消耗功率的控制。由于本发明所提出的位准移位器电路的输入级中的第一晶体管及第二晶体管均属于具有低临界电压的低电压晶体管元件，故可具有较小的宽/长比(W/L Ratio)，搭配适当的第二控制偏压，而能在输入信号发生位准变化时抑制瞬态电流(TransientCurrent)的大小。即使输入至位准移位器电路的输入信号的电压很低，具有低临界电压的第一晶体管及第二晶体管仍能顺利被启动，使得整个位准移位器电路仍能维持正常运作。
此外，由于本发明所提出的位准移位器电路的输入级中的第一晶体管及第二晶体管的宽/长比较现有技术中的第一晶体管及第二晶体管的宽/长比来得小，故能有效缩减整个位准移位器电路的布局面积达17％左右，以节省成本。
综上所述，本发明所提出的位准移位器电路可应用于液晶显示装置的驱动电路并能够有效降低生产成本及提升整体效能，明显优于现有技术中的位准移位器电路。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明具体实施方式及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为传统上最常见的位准移位器电路的示意图。
图2为根据本发明的一较佳具体实施例的位准移位器电路的示意图。
图3A至图3C分别为输入信号、输出信号及瞬态电流的波形图。
主要组件符号说明
1、2 位准移位器电路
20 输入级
21 第一控制偏压单元
22 第二控制偏压单元
23 输出级
IN 输入端
OUT 第一输出端
OUTB 第二输出端
M1～M8 第一晶体管～第八晶体管
VDD 工作电压
VN 第一偏压
VP 第二偏压
GND 接地电压
INV 反相器
SIN 输入信号
SOUT 第一输出信号
SOUTB 第二输出信号
T 时间
ITR 瞬态电流
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种位准移位器电路。于此实施例中，位准移位器电路应用于显示装置的驱动IC，例如源极驱动器(Source Driver)IC或闸极驱动器(Gate Driver)IC，用以将具有较低电压位准的输入信号转换为具有较高电压位准的输出信号，但不以此为限。
请参照图2，图2为根据本发明的一较佳具体实施例的位准移位器电路的示意图。于此实施例中，位准移位器电路2将具有第一电压的输入信号SIN转换为具有第二电压的输出信号SOUT及SOUTB，其中第二电压大于第一电压，使得具有较高电压的输出信号能满足液晶显示装置运作时的需求。
如图2所示，位准移位器电路2包含输入端IN、第一输出端OUT、第二输出端OUTB、反相器INV、输入级20、第一控制偏压单元21、第二控制偏压单元22及输出级23。其中，输入级20、第一控制偏压单元21、输出级23及第二控制偏压单元22串接于工作电压VDD与接地电压GND之间。
于此实施例中，输入级20包含第一晶体管M1及第二晶体管M2；第一控制偏压单元21包含第三晶体管M3及第四晶体管M4；第二控制偏压单元22包含第七晶体管M7及第八晶体管M8；输出级23包含第五晶体管M5及第六晶体管M6。
第一晶体管M1、第三晶体管M3、第五晶体管M5及第七晶体管M7彼此串联于工作电压VDD与接地电压GND之间；第二晶体管M2、第四晶体管M4、第六晶体管M6及第八晶体管M8彼此串联于工作电压VDD与接地电压GND之间。
于实际应用中，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3及第四晶体管M4可以是N型晶体管且第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7及第八晶体管M8可以是P型晶体管，但不以此为限。至于反相器INV的输入端耦接于输入端IN与第一晶体管M1的闸极之间且反相器INV的输出端耦接至第二晶体管M2的闸极。
需说明的是，相对来说，输入级20中的第一晶体管M1及第二晶体管M2具有较低的临界电压值，而第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7及第八晶体管M8则具有较高的临界电压值。也就是说，输入级20中的第一晶体管M1及第二晶体管M2的临界电压值会小于位准移位器电路2中的其他晶体管(第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7及第八晶体管M8)的临界电压值，但不以此为限。
因此，即使第一晶体管M1及第二晶体管M2的闸极所接收到的输入信号SIN的电压很低，但临界电压值很小的第一晶体管M1及第二晶体管M2仍能顺利被启动，使得位准移位器电路2能够正常运作，而不会像图1所示的现有技术中的第一晶体管M1及第二晶体管M2无法顺利被启动而导致位准移位器电路1无法正常运作。
此外，由于输入级20中的第一晶体管M1及第二晶体管M2的临界电压值会小于位准移位器电路2中的其他晶体管(第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7及第八晶体管M8)的临界电压值，因此，输入级20中的第一晶体管M1及第二晶体管M2的宽/长比(W/L Ratio)可小于位准移位器电路2中的其他晶体管(第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7及第八晶体管M8)的宽/长比，但不以此为限。实际上，具有任何宽/长比的金氧半场效晶体管(MOSFET)均可应用于本发明中，但不以此为限。
输入级20中的第一晶体管M1的闸极直接耦接至输入端IN，而第二晶体管M2的闸极则通过反相器INV耦接至输入端IN。当具有超低电压的输入信号SIN被输入至输入端IN时，第一晶体管M1的闸极会接收到此一具有超低电压的输入信号SIN。由于第一晶体管M1具有很低的临界电压值，因此，第一晶体管M1仍能顺利被启动。
至于第二晶体管M2的闸极则会接收到经反相器INV反相处理后的输入信号SIN的反相信号，虽然输入信号SIN的反相信号亦具有超低的电压，但由于第二晶体管M2亦具有很低的临界电压值，因此，第二晶体管M2仍能顺利被启动。
第一控制偏压单元21中的第三晶体管M3及第四晶体管M4分别耦接第一晶体管M1及第二晶体管M2，并且第三晶体管M3及第四晶体管M4的闸极均受第一偏压VN所控制。需说明的是，即使第一晶体管M1及第二晶体管M2属于低电压元件，只要适当地选择去耦合(Decoupling)且容易控制的第一偏压VN，就不致于会发生烧毁(Burn-out)的现象。
输出级23中的第五晶体管M5及第六晶体管M6分别耦接第三晶体管M3及第四晶体管M4，并且第五晶体管M5及第六晶体管M6的闸极分别耦接第一输出端OUT及第二输出端OUTB，并由第一输出端OUT及第二输出端OUTB分别输出第一输出信号SOUT及第二输出信号SOUTB。
于实际应用中，由于位准移位器电路2可应用于显示装置的驱动IC中，故位准移位器电路2的第一输出端OUT及第二输出端OUTB可耦接至驱动IC中的多个高电压元件之间，例如耦接至驱动IC中的多个输出缓冲器(Output Buffer)或数字模拟转换器(DAC)之间，但不以此为限。
第七晶体管M7及第八晶体管M8分别耦接第五晶体管M5及第六晶体管M6，并且第七晶体管M7及第八晶体管M8的闸极均受第二偏压VP所控制。实际上，位准移位器电路2的消耗功率大小会受到第二偏压VP所控制，但不以此为限。
接着，请参照图3A至图3C，图3A至图3C分别为输入信号、输出信号及瞬态电流的波形图。如图3A所示，在时间T时，输入信号SIN发生电压位准的变化，从原本的低位准转换为高位准。
此时，如图3B所示，在时间T时，输出信号SOUT亦会开始从原本的低位准转换为高位准，但输出信号SOUT的上升斜率不像输入信号SIN那么陡，亦即输出信号SOUT的转换速率较输入信号SIN的转换速率来得低。
此外，如图3C所示，由于输入级20中的第一晶体管M1及第二晶体管M2具有较小的宽/长比，因此，当输入信号SIN在时间T从原本的低位准转换为高位准时，瞬态电流ITR的大小会受到一定程度的抑制，而不会有瞬间暴冲的现象发生。
相较于现有技术，本发明所提出的位准移位器电路包含两组控制偏压单元并通过第二控制偏压来进行消耗功率的控制。由于本发明所提出的位准移位器电路的输入级中的第一晶体管及第二晶体管均属于具有低临界电压的低电压晶体管元件，故可具有较小的宽/长比，搭配适当的第二控制偏压，而能在输入信号发生位准变化时抑制瞬态电流的大小。即使输入至位准移位器电路的输入信号的电压很低，具有低临界电压的第一晶体管及第二晶体管仍能顺利被启动，使得整个位准移位器电路仍能维持正常运作。
此外，由于本发明所提出的位准移位器电路的输入级中的第一晶体管及第二晶体管的宽/长比较现有技术中的第一晶体管及第二晶体管的宽/长比来得小，故能有效缩减整个位准移位器电路的布局面积达17％左右，以节省成本。
综上所述，本发明所提出的位准移位器电路可应用于液晶显示装置的驱动电路并能够有效降低生产成本及提升整体效能，明显优于现有技术中的位准移位器电路。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (10)

1.一种位准移位器电路，应用于一显示装置的一驱动电路，用以将具有一第一电压的一输入信号转换为具有一第二电压的一输出信号，其特征在于，该位准移位器电路包含：
一输入端，用以接收该输入信号；
一第一输出端及一第二输出端，用以分别输出该输出信号；
一输入级，包含一第一晶体管及一第二晶体管，该第一晶体管及该第二晶体管的闸极均耦接该输入端；
一第一控制偏压单元，包含一第三晶体管及一第四晶体管，该第三晶体管及该第四晶体管分别耦接该第一晶体管及该第二晶体管，并且该第三晶体管及该第四晶体管的闸极均受一第一偏压所控制；
一输出级，包含一第五晶体管及一第六晶体管，该第五晶体管及该第六晶体管分别耦接该第三晶体管及该第四晶体管，并且该第五晶体管及该第六晶体管的闸极分别耦接该第一输出端及该第二输出端；以及
一第二控制偏压单元，包含一第七晶体管及一第八晶体管，该第七晶体管及该第八晶体管分别耦接该第五晶体管及该第六晶体管，并且该第七晶体管及该第八晶体管的闸极均受一第二偏压所控制；
其中，该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管为N型晶体管且该第五晶体管、该第六晶体管、该第七晶体管及该第八晶体管为P型晶体管。
2.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该第一晶体管及该第二晶体管的闸极分别接收到该输入信号及其反相信号而被启动。
3.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该第二电压大于该第一电压。
4.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该输入级中的该第一晶体管及该第二晶体管的临界电压值小于该第三晶体管、该第四晶体管、该第五晶体管、该第六晶体管、该第七晶体管及该第八晶体管的临界电压值。
5.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该输入级中的该第一晶体管及该第二晶体管的宽/长比小于该第三晶体管、该第四晶体管、该第五晶体管、该第六晶体管、该第七晶体管及该第八晶体管的宽/长比。
6.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该第一晶体管、该第三晶体管、该第五晶体管及该第七晶体管彼此串联于一工作电压与一接地电压之间。
7.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该第二晶体管、该第四晶体管、该第六晶体管及该第八晶体管彼此串联于一工作电压与一接地电压之间。
8.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该显示装置的该驱动电路为源极驱动器电或闸极驱动器电路。
9.如权利要求1所述的位准移位器电路，其特征在于，该第一输出端及该第二输出端耦接至该显示装置的该驱动电路中的多个高电压元件之间。
10.如权利要求9所述的位准移位器电路，其特征在于，该多个高电压元件为输出缓冲器或数字模拟转换器。
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