TWI406502B - 具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路 - Google Patents

Description

具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路

本發明係有關於一種閘極驅動電路，尤指一種具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路。

在先前技術中，將閘極驅動電路整合至玻璃上以取代使用閘極驅動IC。但由於製程與光罩數量關係，使得N型薄膜電晶體(TFT NMOS)之特性較互補式金氧半電晶體(CMOS)來得差。因此在相同電流的條件下，N型薄膜電晶體之閘源極電壓(VGS)必須很高且元件尺寸亦要設計很大。此外，因製程因素造成元件特性漂移，會使得所合成出來的移位暫存器(shift register)電路在低溫啟始時，發生誤動作。請參照第1A圖、第1B圖和第1C圖，第1A圖係說明實現在玻璃基板上的移位暫存器之示意圖，第1B圖係說明正常操作溫度下移位暫存器中，起始訊號ST、時脈CLK、節點CP1和輸出節點SR_OUT的波形圖，第1C圖係說明電路操作在低溫條件下之移位暫存器中，起始訊號ST、時脈CLK、節點CP1和輸出節點SR_OUT的波形圖。如第1A圖和第1B圖所示，當室溫啟動時，起始訊號ST會先將節點CP1提昇到接近起始訊號ST之電位準位。當時脈CLK為高電位時，時脈CLK藉由N型薄膜電晶體M2之寄生電容Cgd以耦合(coupling)的方式將節點CP1的電位準位再次提昇。此時N型薄膜電晶體M2會被開啟，將時脈CK傳送至SR_OUT，達成移位暫存器單元的輸出。如第1A圖和第1B圖所示，但當低溫條件啟動時，由於N型薄膜電晶體M2本身貢獻的驅動電流量會降低(亦即元件導通的程度較弱)，在閘源極電壓與元件尺寸固定的情況下，加上N型薄膜電晶體M4之漏電，會使得輸出節點SR_OUT的電位無法提昇，而致使輸出節點SR_OUT的輸出訊號異常。

請參照第2圖，第2圖係為先前技術說明可輸出隨溫度改變的閘極高電壓(VGH)之閘極驅動電路200之示意圖。閘極驅動電路200使用熱敏電阻(Thermistor)RT、正電荷泵(Positive Charge-Pump)202並搭配非反相放大器(Non-Inverting Amplifier)204實現可輸出隨溫度改變的閘極高電壓VGH。當溫度變化時，非反相放大器204的輸出端的電位V2也會隨之改變。由於V2為正電荷汞之第一級基底輸入電壓，因此正電荷泵202輸出的閘極高電壓亦隨溫度改變。

由於閘極驅動電路200需多增加N級電荷汞(Charge Pump)電路，增加了印刷電路板(PCBA)的使用面積，使得產品製造成本增加，且整體功率損耗也會增加。由於熱敏電阻(Thermistor)RT係設置在印刷電路板上，因此對於玻璃面板206一端之溫度感測係為“間接感測(indirect)”，主要還是依印刷電路板上感測到的溫度來調整輸出的閘極高電壓，如此會造成多餘的功率損耗。由於使用非反相放大器204放大因溫度改變而反應出來的電壓差，因此當熱敏電阻RT的線性度不足時，會反應出一個大的階差(Step Voltage)，造成功率損耗的提昇。

本發明的一實施例提供一種具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路。該閘極驅動電路包含一自動線性溫度調整電路、一負電荷幫浦及複數個移位暫存器。該自動線性溫度調整電路係用以輸出於一預定溫度之上不隨溫度改變及於該預定溫度之下具有線性溫度係數特性的一閘極高電壓；該負電荷幫浦係用以輸出一閘極低電壓；及該複數個移位暫存器係耦接於該自動線性溫度調整電路與該負電荷幫浦，其中每一移位暫存器係用以驅動一液晶面板的至少一掃描線；其中該自動線性溫度調整電路、該負電荷幫浦及該複數個閘極驅動單元係整合於一玻璃基板之上，且該自動線性溫度調整電路係為一單晶片。

本發明提供一種具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路，係利用一自動線性溫度調整電路產生並輸出於一預定溫度之上不隨溫度改變及於該預定溫度之下具有一線性溫度係數特性的閘極高電壓，以直接提供複數個移位暫存器使用。如此，可解決該閘極驅動電路在低溫啟動不正常的問題。另外，該閘極高電壓的線性溫度係數特性可隨溫度反應以降低整體系統功率損耗。此外，本發明係同時整合成單一晶片直接建置在一玻璃基板上，不僅可大幅降低一印刷電路板使用面積、外部使用元件數量與整體成本，且可直接感測該玻璃上溫度的變化以調整該閘極高電壓。

請參照第3圖，第3圖係為本發明的一實施例說明具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路300的示意圖。閘極驅動電路300包含自動線性溫度調整電路302、負電荷幫浦304及複數個移位暫存器306。自動線性溫度調整電路302係用以輸出於預定溫度T之上不隨溫度改變及於預定溫度T之下具有線性溫度係數特性的閘極高電壓VGH。自動線性溫度調整電路302包含溫度感測單元3022、電壓電流產生單元3024、訊號校正單元3026、斜率調整單元3028、準位調整單元3030、溫度調整輸出單元3032及直流-直流升壓轉換電路3034。負電荷幫浦304用以輸出閘極低電壓VGL。複數個移位暫存器306係耦接於自動線性溫度調整電路302、直流-直流升壓轉換電路3034與負電荷幫浦304，用以接收閘極高電壓VGH與閘極低電壓VGL，其中每一移位暫存器係用以驅動液晶面板的至少一掃描線。另外，自動線性溫度調整電路302、負電荷幫浦304、直流-直流升壓轉換電路3034及複數個閘極驅動單元306係整合於玻璃基板308之上，且自動線性溫度調整電路302係整合為單一晶片。

溫度感測單元3022包含定電流源30222和雙載子電晶體30224；定電流源30222係用以輸出定電流I；雙載子電晶體30224具有第一端，用以接收定電流I，第二端，耦接於第一端，第三端，耦接於地端，其中溫度感測單元3022所輸出的具有線性負溫度係數特性的感測輸出電壓VS即為雙載子電晶體30224的第二端與第三端之間的跨壓。電壓電流產生單元3024係用以產生不受製程與溫度影響的參考電壓VREF、訊號校正輸入電壓VZ與定電流IREF。

訊號校正單元3026係耦接於溫度感測單元3022與電壓電流產生單元3024，用以對感測輸出電壓VS進行訊號校正處理，輸出訊號校正電壓VF。訊號校正單元3026包含第一放大器30266、第二電阻R2及第三電阻R3。第一放大器30266具有第一輸入端，用以接收感測輸出電壓VS，第二輸入端，用以接收電壓V1，及輸出端，用以輸出訊號校正電壓VF；第二電阻R2具有第一端，用以接收輸入校正電壓VZ，及第二端，耦接於第一放大器30266的第二輸入端；第三電阻R3具有第一端，耦接於第一放大器30266的第二輸入端，及第二端，耦接於第一放大器30266的輸出端。而訊號校正單元3026係根據式(1)，產生並輸出訊號校正電壓VF。由式(1)可知，訊號校正電壓VF具有線性溫度係數特性。

斜率調整單元3028係耦接於訊號校正單元3026，用以調整並放大訊號校正電壓VF，並輸出斜率調整電壓VR。斜率調整單元3028包含第四電阻R4、第五電阻R5及第二放大器30282。第四電阻R4具有第一端，用以接收訊號校正電壓VF，及第二端；第五電阻R5具有第一端，耦接於第四電阻R4的第二端，及第二端；第二放大器30282具有第一輸入端，耦接於第四電阻R4的第二端，第二輸入端，耦接於地端，及輸出端，耦接於第五電阻R5的第二端，用以輸出斜率調整電壓VR。而斜率調整單元3028係根據式(2)，產生並輸出斜率調整電壓VR。由式(2)可知，斜率調整電壓VR係將訊號校正電壓VF之溫度係數特性反相並調整其放大斜率。

準位調整單元3030係耦接於斜率調整單元3028，用以調整斜率調整電壓VR的準位，以輸出準位調整電壓VREG。準位調整單元3030包含P型金氧半電晶體30302及第六電阻R6。P型金氧半電晶體30302具有第一端，用以接收第一電壓VDD，第二端，用以接收斜率調整電壓VR，及第三端，用以輸出準位調整電壓VREG。因為準位調整電壓VREG係由P型金氧半電晶體30302的第三端(汲極端)輸出，所以準位調整電壓VREG具有和斜率調整電壓VR相反的溫度係數特性。請參照第4A圖，第4A圖係說明準位調整電壓VREG與溫度之間的關係的示意圖。

溫度調整輸出單元3032係耦接於準位調整單元3030及電壓電流產生單元3024，用以決定輸出參考電壓VREF或準位調整電壓VREG。溫度調整輸出單元3032包含比較器30322及多工器30324。比較器30322具有第一輸入端，耦接於P型金氧半電晶體的第三端30302，第二輸入端，用以接收參考電壓VREF，及輸出端，用以輸出控制訊號VC，其中比較器30322係為遲滯比較器。比較器30322可被設定在預定溫度T以下時，輸出具有邏輯高電位“1”的控制訊號VC，在預定溫度T以上時，輸出具有邏輯低電位“0”的控制訊號VC。請參照第4B圖，第4B圖係說明控制訊號VC與溫度之間的關係的示意圖。多工器30324具有第一輸入端，用以接收參考電壓VREF，第二輸入端，耦接於P型金氧半電晶體30302的第三端，用以接收準位調整電壓VREG，第三輸入端，耦接於比較器30322的輸出端，用以接收控制訊號VC，及輸出端。多工器30324係根據邏輯高電位“1”的控制訊號VC或邏輯低電位“0”的控制訊號VC，分別輸出準位調整電壓VREG或參考電壓VREF。但本發明並不受限於多工器30324根據邏輯高電位“1”的控制訊號VC輸出準位調整電壓VREG，以及多工器30324根據邏輯低電位“0”的控制訊號VC，輸出參考電壓VREF。

直流-直流升壓轉換電路3034係耦接於溫度調整輸出單元3032，用以輸出閘極高電壓VGH。直流-直流升壓轉換電路3034包含升壓轉換電路30342、第七電阻R7及第八電阻R8。升壓轉換電路30342具有第一輸入端，用以接收準位調整電壓VREG，第二輸入端，及輸出端，用以輸出閘極高電壓VGH；第七電阻R7具有第一端，用以輸出閘極高電壓VGH，及第二端，耦接於升壓轉換電路的第二輸入端；第八電阻R8具有第一端，耦接於升壓轉換電路的第二輸入端，及第二端，耦接於地端。而分壓電路3034係根據式(3)，產生並輸出閘極高電壓VGH。

其中式(3)的V’在預定溫度T以下時，係為準位調整VREG，在預定溫度T以上時，係為參考電壓VREF。請參照第4C圖，第4C圖係說明閘極高電壓VGH與溫度之間的關係的示意圖。如第第4C圖所示，閘極高電壓VGH在預定溫度T以上時，係為定值，在預定溫度T以下時，具有線性溫度係數特性。

綜上所述，本發明所提供的具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路，係利用自動線性溫度調整電路產生並輸出於預定溫度之上不隨溫度改變及於預定溫度之下具有線性溫度係數特性的閘極高電壓，以直接提供移位暫存器使用。如此，可解決閘極驅動電路在低溫啟動不正常的問題。另外，閘極高電壓的線性溫度係數特性可隨溫度反應以降低整體系統功率損耗。此外，本發明係同時整合成單一晶片直接建置在玻璃基板上，不僅可大幅降低印刷電路板使用面積、外部使用元件數量與整體成本，且可直接感測玻璃上溫度的變化以調整閘極高電壓。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

200、300．．．閘極驅動電路

202．．．正電荷泵

204．．．非反相放大器

206．．．玻璃面板

302．．．自動線性溫度調整電路

304．．．負電荷幫浦

306．．．複數個移位暫存器

308．．．玻璃基板

3022．．．溫度感測單元

3024．．．電壓電流產生單元

3026．．．訊號校正單元

3028．．．斜率調整單元

3030．．．準位調整單元

3032．．．溫度調整輸出單元

3034．．．直流-直流升壓轉換電路

30222．．．定電流源

30224．．．雙載子電晶體

30266．．．第一放大器

30282．．．第二放大器

30302．．．P型金氧半電晶體

30322．．．比較器

30324．．．多工器

30342．．．升壓轉換電路

VC．．．控制訊號

VS．．．感測輸出電壓

V1．．．電壓

VF．．．訊號校正電壓

VR．．．斜率調整電壓

VREG．．．準位調整電壓

R2．．．第二電阻

R3．．．第三電阻

R4．．．第四電阻

R5．．．第五電阻

R6．．．第六電阻

I、IREF．．．定電流

VZ．．．輸入校正電壓

VREF‧‧‧參考電壓

RT‧‧‧熱敏電阻

CP1‧‧‧節點

SR_OUT‧‧‧輸出節點

ST‧‧‧起始訊號

CLK‧‧‧時脈

M2、M4‧‧‧N型薄膜電晶體

Cgd‧‧‧寄生電容

T‧‧‧預定溫度

VGH‧‧‧閘極高電壓

VGL‧‧‧閘極低電壓

VDD‧‧‧第一電壓

第1A圖係說明實現在玻璃上的移位暫存器之示意圖。

第1B圖係說明正常操作溫度下移位暫存器中，起始訊號、時脈、節點和輸出節點的波形圖。

第1C圖係說明低於正常操作溫度下移位暫存器中，起始訊號、時脈、節點和輸出節點的波形圖。

第2圖係為先前技術說明可輸出隨溫度改變的閘極高電壓之閘極驅動電路之示意圖。

第3圖係為本發明的一實施例說明具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路的示意圖。

第4A圖係說明準位調整電壓與溫度之間的關係的示意圖。

第4B圖係說明控制訊號與溫度之間的關係的示意圖。

第4C圖係說明閘極高電壓與溫度之間的關係的示意圖。

300．．．閘極驅動電路

302．．．自動線性溫度調整電路

304．．．負電荷幫浦

306．．．複數個移位暫存器

308．．．玻璃基板

3022．．．溫度感測單元

3024．．．電壓電流產生單元

3026．．．訊號校正單元

3028．．．斜率調整單元

3030．．．準位調整單元

3032．．．溫度調整輸出單元

3034．．．直流-直流升壓轉換電路

30222．．．定電流源

30224．．．雙載子電晶體

30266．．．第一放大器

30282．．．第二放大器

30302．．．P型金氧半電晶體

30322．．．比較器

30324．．．多工器

30342．．．升壓轉換電路

VC．．．控制訊號

VS．．．感測輸出電壓

V1．．．電壓

VF．．．訊號校正電壓

VR．．．斜率調整電壓

VREG．．．準位調整電壓

VZ．．．輸入校正電壓

R2．．．第二電阻

R3．．．第三電阻

R4．．．第四電阻

R5．．．第五電阻

R6．．．第六電阻

I、IREF．．．定電流

VREF．．．參考電壓

VGH．．．閘極高電壓

VGL．．．閘極低電壓

VDD．．．第一電壓

Claims (8)

1. 一種具有自動線性溫度調整功能之閘極驅動電路，包含：一自動線性溫度調整電路，用以輸出一閘極高電壓；一負電荷幫浦，用以輸出一閘極低電壓；及複數個移位暫存器，耦接於該自動線性溫度調整電路與該負電荷幫浦，其中每一移位暫存器用以驅動一液晶面板的至少一掃描線；其中該自動線性溫度調整電路、該負電荷幫浦及該複數個移位暫存器係整合於一玻璃基板之上，且該自動線性溫度調整電路係為一單晶片；及其中當該玻璃基板之溫度高於一預定溫度時，該閘極高電壓係固定不變，當該玻璃基板之溫度低於該預定溫度時，該閘極高電壓係隨該玻璃基板之溫度線性改變。
2. 如請求項1所述之閘極驅動電路，其中該自動線性溫度調整電路包含：一溫度感測單元，用以輸出具有線性負溫度係數的一感測輸出電壓；一電壓電流產生單元，用以產生一參考電壓；一訊號校正單元，耦接於該溫度感測單元與該電壓電流產生單元，用以對該感測輸出電壓進行一歸零校正處理，輸出一訊號校正電壓；一斜率調整單元，耦接於該訊號校正單元，用以反向並放大該 訊號校正電壓，以輸出一斜率調整電壓；一準位調整單元，耦接於該斜率調整單元，用以調整該斜率調整電壓的準位，以輸出一準位調整電壓；一溫度調整輸出單元，耦接於該準位調整單元及該電壓電流產生單元，用以決定輸出該參考電壓或該準位調整電壓；及一直流-直流升壓轉換電路，耦接於該溫度調整輸出單元，用以輸出該閘極高電壓。
3. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該溫度感測單元包含：一定電流源，用以輸出一定電流；及一雙載子電晶體，具有一第一端，用以接收該定電流，一第二端，耦接於該第一端，一第三端，耦接於一地端；其中該感測輸出電壓係為該雙載子電晶體的第二端與第三端之間的跨壓。
4. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該訊號校正單元包含：一第一放大器，具有一第一輸入端，用以接收該感測輸出電壓，一第二輸入端，及一輸出端，用以輸出該訊號校正電壓；一第二電阻，具有一第一端，用以接收該參考電壓，及一第二端，耦接於該第一放大器的第二輸入端；及一第三電阻，具有一第一端，耦接於該第一放大器的第二輸入端，及一第二端，耦接於該第一放大器的輸出端。
5. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該斜率調整單元包含：一第四電阻，具有一第一端，用以接收該訊號校正電壓，及一第二端；一第五電阻，具有一第一端，耦接於該第四電阻的第二端，及一第二端；及一第二放大器，具有一第一輸入端，耦接於該第四電阻的第二端，一第二輸入端，耦接於該地端，及一輸出端，耦接於該第五電阻的第二端，用以輸出該斜率調整電壓。
6. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該準位調整單元包含：一P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，用以接收該斜率調整電壓，及一第三端，用以輸出該準位調整電壓；及一第六電阻，具有一第一端，耦接於該P型金氧半電晶體的第三端，及一第二端，耦接於該地端。
7. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該溫度調整輸出單元包含：一比較器，具有一第一輸入端，耦接於該P型金氧半電晶體的第三端，一第二輸入端，用以接收該參考電壓，及一輸出端，用以輸出一控制訊號；及一多工器，具有一第一輸入端，用以接收該參考電壓，一第二輸入端，耦接於該P型金氧半電晶體的第三端，用以接收 該準位調整電壓，一第三輸入端，耦接於該比較器的輸出端，用以接收該控制訊號，及一輸出端，用以輸出該準位調整電壓或該參考電壓；其中該比較器係為一遲滯比較器。
8. 如請求項2所述之閘極驅動電路，其中該直流-直流升壓轉換電路包含：一升壓轉換電路，具有一第一輸入端，用以接收該準位調整電壓，一第二輸入端，及一輸出端，用以輸出該閘極高電壓；一第七電阻，具有一第一端，用以輸出該閘極高電壓，及一第二端，耦接於該直流-直流升壓轉換電路的第二輸入端；及一第八電阻，具有一第一端，耦接於該直流-直流升壓轉換電路的第二輸入端，及一第二端，耦接於該地端。