TWI299847B - Analog output buffer circuit for flat panel display - Google Patents

Description

I299^7w,doc/g 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種類比輸出緩衝電路，且特別是關於 一種適用於平面顯示器的類比輸出緩衝電路。 【先前技術】 在液晶顯示器中，雖然低溫多晶矽(1〇w temperature poly-sihcon，簡稱LTPS)製程具有將驅動電路與控制電路 積體化至面板上的優點，但是相對於單晶矽(single crystal silicon)而言，低溫複晶矽仍具有低載子移動率(m〇biUty)、 尚截止電麼、薄膜電晶體(thin f|im transist〇r，簡稱τρτ)電 性不均勻等問題，且製程穩定性也不如一般單晶矽製程穩 定，導致電路在積體化至面板上時電性不容易控制，造成 電路設計上的困難。 一此外，由於吼號端的阻抗負載與面板端的阻抗負載不 同，如果直接由訊號端輸入面板端也會發生訊號失真的問 題，且會導致灰階顯示不正確。所以，在訊號端與面板端 之間一般會藉由一類比輪出緩衝電路去驅動面板端的負 載，此輸出緩衝電路必須完整呈現訊號端所輸入的訊號，' 同日守也隔離吼號端與面板端的負載，使訊號端不會因為面 板端負載的改變而使輸出訊號失真。 由於傳統輸出緩衝電路設計不良與複晶矽薄膜電晶體 (poly-silicon TFT)電性不均的問題，而使得經由輸出緩^ 電路輸出的訊號會發生失真的現象，也就是說，其訊號和 原先訊號端所傳送的訊號不一樣，反而造成顯示器上=書 1299847, ：wf.doc/g 面品質不佳。因此叫固可以克服低溫複晶石夕製程中品質 不穩定的類比輸出緩衝電路對於低溫複晶石夕顯示器的訊號 驅動而言相當重要。 & 圖1為-傳統的類比輪出緩衝電路，其中_ N10與P型電晶體P10皆為複晶石夕薄膜電晶體。請參照^

1 ’電晶體N10與電晶體P10串聯電性連接於電壓源VDD 與電壓源VSS之間。輸人節點IN電性連接至電晶體删 的閘極與電晶體H0的閘極，輸出負載電容CL電 於輸出節點OUT與接地GND之間，及輸出節點〇υτ電 性連接至電晶體Ν10與電晶體ρ1〇的共用節點。i中 出負載電容CL係輸出節點0UT所電性連接的面板上金: (pixel)之總電容。 旦尔 =:號Vin經由輸入節點IN輸入，輸出訊號— 則經由輸出端點OUT輸出，其輸入訊號v ，如圖2所示。由圖2可以看到當輸増Vi= =上升到6伏特時，輸出麵ν_明顯無法上升至6伏 二即輸，訊號經由輸出緩衝電路後的輪出訊號電位無法 Ή輸入訊號相同。 …、 圖3為另一傳統的類比輸出緩衝電路，其盥 要差別在於利用—輸入電容C3〇與開關〜= :二：3示電:之輪入與輸出訊號電位無法相同的缺 容S31、S33導通時’可以在輪入電 上储存一龟壓差，然後關閉開關S31、S33 開關啦，則輸入訊號Vin經由輸入電容⑽會得== 7

l299UZ,oc/g 入訊號Vin加一電壓差的電壓訊號，藉以提升原先的輸入 亂號準位。 但是因為電晶體N10作為開關元件在關閉時的非理想 特性，即使輸出訊號Vout電位上升到使得電晶體N10關 閉時，仍會有漏電流流過並對輸出負載電容CL不斷充電， 造成輸出訊號Vout高於輸入訊號Vin的問題。圖3的電路 之輸入訊號Vin與輸出訊號Vout如圖4所示，可以明顯看 出輸出訊號的準位明顯隨著時間而上升，並且超出輸入訊 號的準位，造成輸出訊號Vout的失真。 【發明内容】 本發明的目的是在提供一種類比輸出緩衝電路，適用 於平面顯示器，利用增加一電流源提供補償電流的方式， 避免電晶義漏f流使輸&織失真，並且降烟電晶體 電性變異對訊號傳輸的影響，提升電路穩定性。 且 本發明的另一目的是在提供一種類比輸出緩衝電 路’適用於平面騎H，可以在不制f容充電的方 升一辦位，達到輸出訊號不失 …9效果，減少晶片面積與降低成本。 ^達成上述目的及其他目的，在—實麵中，本 面顯示11之類比輸出緩衝電路，包括電 =體η源、上開關、下開關、第一開關、第 第二開關以及輸入電容。電晶體包含一第一源：二： 接至第m _第二源/汲極電性至路於、 點，以及-閉極電性連接至輸入電容的第—端電 d〇c/g

1299MZ Iΐί f電晶體，例如一 N型複晶石夕薄膜電晶體。上述 發生漏連接於電路輸出節點與第二€壓源之間，當 ^給電電流源會_麵電流大小提供-補償電 士私山曰曰豆，避免其漏電流繼續對輸出負載電容充電，造 入ΐ容=失真。上述之上開關電性連接於輸入節點與輸 電之間，下關電性連接於輸入節點與輸入 端盥之間’第—開關電性連接於輸人電容的第二 二二，節點之間’第二開關電性連接於電路輪出節 楚Γ =即點之間’以及第三開關電性連接讀出節點與 一電壓源之間。上述之類比輸出緩衝電路的運作方式則 依序分為三個期間，在第三期間開啟第三開關以重置系 統，在第一期間開啟上開關與第一開關以對輸入電容充 ，，以及在第二期間開啟下開關與第二開關以利用輸入電 容兩端的電壓準位使輸入電壓準位提升。 上述之平面顯示器在一實施例+包括》夜晶顯示哭 (LCD)或低溫複晶矽液晶顯示器(LTPS LCD)。上述之電流 源在-實施例中，可由-偏㈣晶體所實現，而此偏二$ 晶體可以是P型電晶體亦可以是P型複晶㈣膜電晶體， 其p型電晶體包含-第-源/汲極電性連接至電路輸出節 點，一第二源/汲極電性連接至第二電壓源，以及一閘極電 性連接至-偏壓電壓源。藉由調整偏壓電壓源的電壓大 小，可控制通過此P型電晶體的電流大小。 i 為達成上述目的及其他目的，在—實施例中，本發明 提出另一種適用於平面顯示器之類比輸出緩衝電路，&括 1299獅 第一電晶體、第二電晶辦、一 電晶體。第-電晶體包含m電j體以及第二輸入 _第二源/汲極電^二一^及極電性連接至第一電 性連接至一電路輸入節點^堂輪曰出節點，以及一間極電 電性連接至輸出節點，丄第一 含—第一源/汲極 壓源，以及-閘極電性、極電性連接至一第二電 晶體包含一第一、为/連接至電路輪入節點。第-輸入電 沒極=連=至接至輸入節點’一第二源/ 入節點。第二輸入電晶體包二；=f電性連接至輸 閑極雷m上 連接至輸入節點，以及- 明杜電性連接至電路輸入節點。

體在ίΐ二第:電晶體、第一輸入電晶體與第二輸入電晶 =晶_晶體。上述之第二電晶丄=J 電曰曰而Ρ型電晶體包括—Ρ型複晶石夕薄膜電晶 上述之千面顯示器在—實施例中包括液晶顯示器&⑽ 或低溫複晶矽液晶顯示器(LTPS LCD)。 本毛明因㈣電流源以排除因電晶體漏電流所造成 輸出訊號失真的問題’所以即使電晶體電性上有很大的變 異性可藉由外部偏壓調整電流源的電流大小，使電路 工作在取佳的狀況下’因此可以增高電路穩定性，將正確 的輸入说號導入面板中。另外，本發明因採用電晶體並聯 電性連接的方式，取代以電容儲存電荷讓輸入訊號電壓提 升的電路設計’因此，可以降低電路面積與成本 12998^4 i7wf. doc/g 為縣發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易憧，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所 '、 作詳細說明如下。 【實施方式】 …、下文特舉本發明一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細β兄明如下。無論在圖式帽是本文的描述裡，除非另外說 明’相同或相_元件符號即是表示作用相同或相似的元件。 以下况明請參照圖5，圖5繪示為根據本發明一實施 =之，比輸出緩衝電路的電路圖。類比輸出緩衝電路 Ν型複晶石夕薄膜電晶體购（以下簡稱電晶體 S52、第^容⑽、電流源150、上開關S51、下開關 弟二開關S53、第二關S54以及第三開關S55。類 衝Ϊ路鄕應用到譬如低溫複晶#液晶顯示器 · CD)日守係用以驅動電路500所電性連接到面板中之 旦素(师1)的電容，在此以輸出負載電容⑶表示。 VDn電3獅的第一源7汲極電性連接至第一電壓源 甘 其弟二源/沒極電性連接至電路輪出節點0UT1，且 電性連接至輪入電容C50的第—端。電流源ΐ5〇電 ，連接於電路輸出節點㈤T1與第二電壓源vssi之間， 2生漏電流時，電流源I5G會根據其漏電流大小提供〜 ^電=電晶體N50 ’避免其漏電流繼續對輸出負載電 雷招η电’造成輸出訊號失真。如果電晶體N50沒有漏 =象日可，電流源150僅提供電路所需電流量，而不提供 補侦電流。上述之電晶體N50的漏電流，除因元件電性不 I299847wfd〇, …還包括當電晶體N50工作在 電晶體N50因通道未完全關閉 均或疋製程問題所造成之外， 三極管區（trioderegi〇n)時，電 所造成之漏電流。 々上開關S51電性連接於輸入節點IN與輸入電容⑽ 的第-端之間’下開關S52電性連接於輸入節點取 入二谷C50的第二端之間，第_開關s53電性連接於輸入 電谷C50的第二端與電路輸出節點〇υτι之間，第二開 S54電性連接於電路輸出節點〇σπ與輸出節點⑽τ之 間，、以及第三開關S55電性連接於輸出節點〇υτ與第三 電壓源VSS2之間。其中，電壓源VSS1與VSS2譬如 地電位或負電位。 ° 在-貫域中，上述之類比輸出緩衝電路5〇〇中開關 S51〜S55 #工作方式依序分為三個期間，其分別為第 間T3、第-期間丁1與第二期間T2，且每一期間不相重疊， 其期間長短與起始時間亦不4然相同，例如可調整這些且 間Τ1〜Τ3如圖7所示。 — 電壓差。在本實 晶體N50的臨界 請參照圖7, 一開始，所有開關S51〜S55皆關閉。在 第三期間T3内，第三開關S55開啟而其餘開關關閉，使 輸出負載電谷CL上的訊號重置。接著，在第一期間τ 1内， 上開關S51與第一開關S53開啟而其餘開關關閉曰，由輸乂 節點IN輸入一輪入訊號Vin，通過上開關％〗、輸入電容 C50、第-開關S53及電流源15〇所形成的路徑對輸入電 容C50充電，在其第一端與第二端形成—電壓

12 I299U2 :wf.doc/g 電壓(threshold voltage)。然後，在第二期間T2内，下開關 S52與第二開關S54開啟而其餘開關關閉，在電晶體Ν50 的閘極則可得一輸入訊號Vin加上電晶體Ν50的臨界電壓 的訊號輸入。因此，可以消除輸出訊號Vout與輸入訊號 Vin因電晶體N50臨界電壓所造成的訊號失真現象。

圖6為圖5所示電路500的輸入訊號Vin與輸出訊號 Vout之模擬圖。請參照圖6，與圖4相比可以看出本實施 例消除傳統架構上輸出訊號Vout與輸入訊號Vin間原本存 在一電壓差的現象，即輸出訊號Vout並不會隨著時間而有 逐漸升高的現象，這是因為電流源15〇防止電晶體N50的 漏電流繼續對輸出負載電容CL充電。

當然地，電流源150有許多種實現方法。例如，電流 源150可以由一偏壓電晶體所實現，而此偏壓電晶體可以 是P型複晶矽薄膜電晶體(以下簡稱p型電晶體）。即，p 型電晶體的第一源/汲極電性連接至電路輸出節點〇UT1， 其第二源/汲極電性連接至第二電壓源VSS1，以及其閘極 電性連接至一偏壓電壓源。經由調整偏壓電壓源的電壓大 小’即可调整P型電晶體通過的電流大小，達到提供電晶 體N50所需的作電流與補償電流。熟習本相關技藝者在 經由本發明之揭露，皆可輕易推知其電流源 150可由一偏 ΐ電晶體配合—控财壓取代，或是由其他形式之電流源 旧為根據本發明另一實施例之類比輸出緩衝電路的 黾路圖，包括第一電曰@ # 包曰日溫NSO、弟二電晶體ρ8〇、第一輸入電 13 1299847—

曰曰體N81以及苐一輸入電晶體N82。類比輸出緩衝電路8〇q 應用到譬如低溫複晶矽液晶顯示器（LTPS LCD)時係用以 驅動電路800所電性連接到面板中之畫素(pixel)的電容， 在此以輸出負載電容CL表示。在本實施例中，第一電晶體 N80、第一輸入電晶體N81以及第二輸入電晶體N82皆為N 型薄膜複晶矽電晶體，而第二電晶體P8〇則為p型薄膜複晶 矽電晶體。 ' I 第一電晶體N80的第一源/汲極與第二源/汲極分別電性連 接至第一電壓源VDD與輸出節點0UT，及該第一電晶體N8〇 與第二電晶體P80的閘極皆電性連接至電路輸入節點以丨。第 二電晶體P80的第一源/汲極與第二源/汲極分別電性連接至輸 出=點OUT與第二電壓源VSS之間。第一輸入電晶體顺 的第一源/汲極與其閘極皆電性連接至輸入節點^^，第二輸入 電晶體N82的第二源/汲極亦電性連接至輸入節點取，第一輸 入電晶體N81的第二源/汲極電性連接至電路輸入節點mi， 以及第二輸入電晶體N82的第一源/汲極亦電性連接至電路輸 入節點IN卜輸入節點in電性連接以接收一輸入訊號νώ， 而輸出節點out電性連接以送出一輸出訊號v〇ut。 如果一開始輸出負載電容CL透過關閉第一電晶體N8〇 人開啟第一電晶體P8〇而被重置（即輸出節點為低電 位），則由於第一電晶體腦的第一源/汲極與間極連接形成一 -極體(diode)結構，故電路輸入節點聰的電壓為¥11^制 (其中vthi為第一輸入電晶體N81的臨界電麼）。後來，當輸 入訊號Vin上升至電路輸入節點mi的電壓νίη_νώι可二^ 14 f.doc/g 啟第一電晶體N80時，第一電晶體N80有電流流通並開始對 輸出負載電容CL充電，使得輸出訊號v〇ut的電壓逐漸上升。 此時，因為第一電晶體N80的閘極與輸出節點out有寄生電 谷，故會使彳于第一電晶體N80的閘極端電壓上升(即電路輪入 節點IN1的電壓上升;)。這時第二輸入電晶體N82開始有次臨 界電流(subthreshold current)流通，直至電路輸入節點IN1的電 ，為Vin+Vth2 (其中職2為第二輸入電晶體的臨界電壓) 牯才會形成平衡狀態。所以，此時輸出訊號v〇ut的電壓為 Vin+VA2-VthO (其中Vth0為第一電晶體N8〇的臨界電壓）f 若設計第二輸入電晶體N82與第一電晶體N8〇在面板上 的位，相當近，勤者的臨界電壓實質上相等(vth2=v制）， 也就是說此時輸出訊號v〇ut的電壓實質上等於輸入訊 (Vout=Vin)。 圖9為圖8所示電路800的輸出訊號vin與輸入訊號 Vout之模擬圖。請參照目9，與圖2相比較可以看出其輸入 訊號V〇ut與輸入峨Vin間的電壓差明顯改善，輸出訊號v⑽ 與輸入訊號Vin間的失真現象得到明顯的修正。 执依照本發明的較佳實施例所述，本發明藉由加入一電流源 白“又计嘴善類比輸出緩衝電路中因元件漏電所造成得訊號失 同時也藉由此_方式，改善複晶々製程中電晶體電性 %二、,、電路造成的影響。在本發明的另—實施例中，則以電路 ^十^式，在不使用電容的情況下，達到輸人訊號修正的效 果，大幅減少電路面積，有效降低成本。 雖然本电明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 15 f.doc/g 限定本發明，任何_此㈣者，衫麟 i口範圍心當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之ί 犯圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ’、 【圖式簡單說明】 中電晶體皆為複晶石膜^貝出、電路之電路圖，其

神 護 ==圖1所示電路之輸入與輸出訊號模擬圖。 圖曰不為另一傳統的類比輸出緩衝電路之電路圖。 圖4繪示為圖3所示電路之輸入與輪出訊號模擬圖。 之電為根據本發明—實施例之類比輪出緩衝電路 圖61示為圖5所示電路之輸入與輪出訊號模擬圖。 圖7繪不為圖5所示電路中開關之工作時序圖。 圖8緣示為根據本發明另一實施例之類^ 路之電路圖。 』印、、友衝电

圖9繪示為圖8所示電路之輸入與輪出 【主要元件符號說明】 訊號模擬圖 VDD、VSS、VSS1、VSS2 :電壓源 GND :接地(電位）

Vin :輸入訊號 Vout :輸出訊號 IN :輸入節點 IN1 :電路輸入節點 OUT :輸出節點 16 129984i7twf.d〇c/g ουτι :電路輸出節點 • N10、N50、N80〜N82 : N型複晶矽薄膜電晶體 P10、P80 : P型複晶矽薄膜電晶體 500、800 :類比輸出緩衝電路 CL :輸出負載電容 C30、C50 :輸入電容 150 :電流源 S31〜S33 :開關 • S51 :上開關 552 :下開關 553 :第一開關 554 :第二開關 555 :第三開關 T1 :第一期間 T2 :第二期間 T3 :第三期間 17

Claims (1)

12998τ4 7wf.d〇c/g 十、申請專利範圍： 1· -種類比輸出緩衝電路，適用於 類比輸出緩衝電路包括： 一電晶體’包含一第一源/没極電性連接至-第_電谭 源’-弟-源/祕電性連接至―電路輪出節點，以及一^ 極電性連接至一輸入電容的第一端；

-電流源’電性連接於該電路輸出節點與—第 源之間’當發生漏電鱗提供—補償電流給該電；土 山一々開關’電性連接於一輸入節點與該輪入電二的第 一鈿之間，並於一第一期間時導通； -下開關’電性連接於該輸人節點與該輪人電容的第 一端之間，並於一第二期間時導通； -第-開關，電性連祕該輸人電容的第二端與該電 路輸出節點之間，並於該第一期間時導通；以及 -第二開關’電性連接於該f路輪出節點與一輸出節 點之間，並於該第二期間時導通，其㈣第二_

第一期間之後。 2·如申請專概®第丨項所述之類比輸出緩衝電路， 其中該平面顯示器包括一液晶顯示器（1_叩㈤ display) 〇 3.如申請專利範圍第丨項所述之類比輸出緩衝電路， 其中該平面顯示器包括-低溫多晶梦液晶顯示器（low temperature poly，silicon liquid crystal display)。 4·如申請專利範圍第i項所述之類比輸出緩衝電路， 18 f.doc/g I29984i7w 其中該電晶體包括一 N型電晶體。 5.如申请專利範圍第4項所述、 其中該N型電晶體包括一 N型類，輪出緩衡電路 (poly_silic〇n thin flim transistor)。钱晶石夕薄膜電晶骨 ^如中請專職圍第 更包括· 和出緩衝電路 -第雜連接於該輪_ 之間，亚於一弟三期間時導通，其 弟三電壓竭 期間之前。 、μ弟二期間在該第— i φ ^二申請專利範圍第1項所述之類比輪出％ 其中该電流源包括： 我1出緩衝電路， 认一偏座電晶體，包含一第一源/沒極 輸出節點，-第二源/汲極電性連接至該 j接至該電路 一閘極電性連接至一偏壓電壓源。A —電壓源，以及 8·如中請專利範圍第7項所述之類 其中該偏㈣晶體包括—p型電晶體。4出、讀電路， 9.如巾請專利範圍第8項所述之類比輪 ”中該P型電晶體包括一 p型複、路， (P〇ly_silicon thin flim transistor)。 ’ ㉟電晶體 ίο. —種類比輸出緩衝電路，適用於— 該類比輪出緩衝電路包括： '^顯不益’ 錢C包含一第一源/聽電性連接至-第- 極電二―接:一：:^ 19 I299847wf.d〇c/g 一第二電晶體，包含一第一源/汲極電性連接至該輸出 節點，一第二源/汲極電性連接至一第二電壓源，以及一閘 極電性連接至該電路輸入節點； 一第一輸入電晶體，包含一第一源/汲極電性連接至一 輸入節點，一第二源/汲極電性連接至該電路輸入節點，以 及一閘極電性連接至該輸入節點；以及 一第二輸入電晶體，包含一第一源/汲極電性連接至該 電路輸入節點，一第二源/汲極電性連接至該輸入節點，^ 及一閘極電性連接至該電路輸入節點。 11·如申請專利範圍第1〇項所述之類比輸出緩衝電 路，其中該平面顯示器包括一液晶顯示器（liquid crystal display) 〇 12·如申請專利範圍第ι〇項所述之類比輸出緩衝電 路，其中该平面顯示器包括—低溫多晶發液晶顯示器（1〇w temperature poly_silicon liquid crystal display)。 13·如申請專利範圍第10項所述之類比輸出緩衝電 路，其中該第—電晶體、該第—輸人電晶體及該第二輸入 電晶體皆包括一N型電晶體。 14. 如申請專利範圍第13項所述之類比輸出緩衝電 路’其中該N型電晶體包括-N型複㈣薄膜電晶體 (poly-silicon thin flim transistor)。 15. 如申請專利範圍第10項所述之類比輸出緩衝電 路’其中该弟二電晶體包括一 P型電晶體。 16. 如申請專利範㈣151 員所述之^員比輸出緩衝電 20 1299847wf-d〇c/g 路，其中該p型電晶體包括一 p型複晶矽薄膜電晶體 (poly_silicon thin flim transistor)。

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