TWI426493B - 液晶顯示驅動晶片的分壓電路 - Google Patents

Description

液晶顯示驅動晶片的分壓電路

本發明是有關於一種分壓電路，且特別是有關於一種液晶顯示驅動晶片的分壓電路。

一般液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)驅動的方式係在上下兩塊玻璃基板上分別製作長條狀(striped)的電極陣列，包括掃描電極(scanning electrodes)與資料電極(data electrodes)兩種，利用上述掃描電極及資料電極形成液晶的驅動電壓，用來改變液晶分子的傾斜角度，進而改變光的穿透度。其中，一般驅動晶片接到掃描電極的訊號稱為共同電極訊號，而接到資料電極的訊號稱為區段電極訊號。

由於液晶的特性需不斷轉換以消除靜態電壓，否則其將會造成影像僵化(image sticking)及圖像閃爍(picture flicker)，而降低顯示畫質，甚至造成無法回復的液晶材料電化學反應，形成液晶的永久性破壞。因此液晶顯示器的驅動晶片需要提供多個不同準位的分壓電壓，以供給液晶分子使用。

一般傳統液晶顯示驅動晶片的分壓電路為利用具有不同大小阻抗值的電阻來做為分壓元件，以依據實際應用情形輸出不同大小的分壓電壓。此種方式雖可提供驅動液晶分子所需的電壓，但由於要在驅動晶片中實現具有高阻抗值的電阻，將會使得電阻在驅動晶片中佔據相當大的面積，而造成設計上的困擾，而低阻抗值的電阻會有高電流消耗的問題。

本發明提供一種液晶顯示驅動晶片的分壓電路，可縮小電路面積並降低電流的消耗。

本發明提出一種液晶顯示驅動晶片的分壓電路，包括一電阻分壓單元、一電容單元以及一開關切換單元。其中電阻分壓單元耦接於一操作電壓與一接地之間，電阻分壓單元具有多個輸出端，其受控於一預充電訊號而對操作電壓進行分壓，以於上述輸出端產生多個分壓電壓。開關切換單元耦接電容單元之第一端以及第二端、操作電壓，接地與上述輸出端，開關切換單元依據一控制訊號進行開關切換，以改變電容單元上的跨壓，並依據電容單元的跨壓於上述輸出端輸出對應上述分壓電壓的多個保持電壓，以保持上述分壓電壓的電壓準位。

在本發明之一實施例中，其中當開關切換單元於上述輸出端輸出保持電壓時，電阻分壓單元受控於預充電訊號而停止產生分壓電壓。

在本發明之一實施例中，上述之開關切換單元包括2M個第一開關，其中第一個第一開關耦接於電容單元的第一端與操作電壓之間，第2n個第一開關耦接於第2n+1個第一開關的一端與電容單元的第二端之間，第2n+1個第一開關的另一端耦接電容單元的第一端，第2M個第一開關耦接於電容單元的第二端與一接地之間，開關切換單元於第一個第一開關與操作電壓的接點、第2n個第一開關與第2n+1個第一開關的接點以及第2M個第一開關與接地的接點上輸出上述保持電壓，其中M、n為正整數，且n＜M。

在本發明之一實施例中，上述之控制訊號包括M個切換訊號，第2X-1個第一開關與第2X個第一開關受控於第X個切換訊號而依序地兩兩被開啟與關閉，其中X為正整數且X≦M。

在本發明之一實施例中，上述之電阻分壓單元包括多個分壓電阻以及多個第二開關。其中此些第二開關與分壓電阻串接於操作電壓與接地之間，相鄰兩個分壓電阻之間配置一第二開關，且最後一個第二開關耦接於最後一個分壓電阻與接地之間，上述第二開關受控於一預充電訊號而被導通，並於開關切換單元輸出上述保持電壓時，受控於預充電訊號而被斷開。

在本發明之一實施例中，上述之第二開關為P型電晶體、N型電晶體或互補式金氧半傳輸閘。

在本發明之一實施例中，上述之電容單元包括一電容。

基於上述，本發明利用電阻分壓單元快速地將分壓電壓提升至驅動像素所需的電壓準位，並在分壓電壓達到所需的電壓準位後停止進行分壓，將維持電壓準位的動作交由電容單元以及開關切換單元來進行，以降低電流的消耗。另外並利用電容單元以及開關切換單元來實現高阻抗值的分壓元件，以縮小電路的面積。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一實施例之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的示意圖。請參照圖1，分壓電路100包括一電容單元102、一電阻分壓單元104以及一開關切換單元106。其中電阻分壓單元104耦接於一操作電壓VDD與一接地GND之間，其具有多個輸出端T1~TM。電容單元102具有一第一端N1與一第二端N2，開關切換單元106耦接第一端N1與一第二端N2、操作電壓VDD、接地GND以及輸出端T1~TM。

其中，電阻分壓單元104受控於一預充電訊號PR1而對操作電壓VDD進行分壓以於輸出端T1~TM產生多個分壓電壓V1~VM。開關切換單元106則依據一控制訊號CON1進行開關切換，以改變電容單元102上的跨壓，並依據電容單元102上的跨壓於輸出端T1~TM輸出對應V1~VM分壓電壓的多個保持電壓VH1~VHM，以保持電阻分壓單元104於輸出端T1~TM上所產生的分壓電壓V1~VM的電壓準位。而當開關切換單元106於輸出端T1~TM保持電壓VH1~VHM時，電阻分壓單元104受控於預充電訊號PR1而停止產生分壓電壓V1~VM。

如上所述，分壓電路100利用電阻分壓單元104產生分壓電壓V1~VM，透過適當設計電阻分壓單元104的阻抗值可調整電流大小，以快速地完成分壓的動作，然後再將電阻分壓單元104的分壓結果交給電容單元102和開關切換單元106進行電壓保持，使電阻分壓單元104導通的時間僅佔極小部分，進而降低電流的消耗。此外，調整開關切換單元106的開關切換頻率亦可改變電容單元102的阻抗值。相較於利用電阻來形成高阻抗，利用電容單元102與開關切換單元106來形成高阻抗可花費較小的電路面積。

圖2繪示為本發明一實施例的之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的電路圖。請參照圖2，詳細來說，圖1實施例之分壓電路100的實施方式可如圖2所示。其中電容單元102為一電容C1，開關切換單元106包括2M個開關SWA1~SWA2M。

其中第一個開關SWA1耦接於電容單元102的第一端與操作電壓VDD之間，第2n個開關SWA2n耦接於第2n+1個開關SWA2n+1的一端與電容單元102的第二端之間，第2n+1個開關SWA2n+1的另一端則耦接電容單元102的第一端，另外最後一個開關SWA2M則耦接於電容單元102的第二端與接地GND之間，其中M、n為正整數，且n＜M。另外電阻分壓單元104則耦接於一操作電壓VDD與一接地GND之間。

另外，電阻分壓單元104包括M-1個分壓電阻R1~RM-1以及M-1個開關SWB1~SWBM-1。其中多個開關SWB1~SWBM-1與多個分壓電阻R1~RM-1串接於操作電壓VDD與接地GND之間，且相鄰兩個分壓電阻之間配置一開關，最後一個開關SWBM-1耦接於分壓電阻RM-1與接地之間。其中上述之開關SWA1~SWA2M以及SWB1~SWBM-1可例如為P型電晶體、N型電晶體或互補式金氧半傳輸閘，然不以此為限。

當分壓電路100開始進行分壓時，預充電訊號PR1被致能，開關SWB1~SWBM-1分別受控於預充電訊號PR1而處於導通狀態，使得操作電壓VDD被分壓電阻R1~RM-1所分壓，而於輸出端T1~TM輸出分壓電壓V1~VM。

另一方面，開關切換單元106中的開關SWA1~SWA2M則受控於控制訊號CON1而依序地兩兩被開啟與關閉。在本實施例中控制訊號CON1包括M個切換訊號S1~SM，其中第2X-1個第一開關與第2X個第一開關受控於第X個切換訊號SX，X為正整數且X≦M。切換訊號S1~SM依序地輪流被致能，使開關SWA1~SWA2M依序地兩兩被開啟與關閉，進而在輸出端T1~TM輸出保持電壓VH1~VHM(亦即在第1個開關SWA1與操作電壓VDD的接點、第2n個開關SWA2n與第2n+1個開關SWA2n+1的接點以及第2M個開關SWA2M與接地GND的接點上輸出保持電壓VH1~VHM)，其中保持電壓VH1~VHM分別等於分壓電壓V1~VM。

而當開關切換單元106於輸出端T1~TM輸出保持電壓VH1~VHM後，預充電訊號PR1便被禁能，使開關SWB1~SWBM-1處於斷開狀態，將驅動液晶分子所需的電壓交給電容單元102和開關切換單元106來保持，以減少電流的損耗。

圖3繪示為本發明另一實施例之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的電路圖。圖4繪示為圖3實施例之液晶顯示驅動晶片的驅動電壓波形圖。圖3的實施例為假設圖2實施例中分壓電路100提供三等份分壓的情形(亦即分壓電阻R1、R2以及R3具有相同的電阻值)，亦即假設M等於4的情形，然實際應用上並不以此為限。以下將配合圖3與圖4進行分壓電路100的原理說明。如圖4所示，假設液晶顯示驅動晶片所驅動的畫面為由4個共同電極訊號COM1-COM4及一個區段電極訊號SEG1所控制。其中當共同電極訊號COM1-COM4及區段電極訊號SEG1未被致能時，共同電極訊號COM1-COM4及區段電極訊號SEG1皆於分壓電壓V2與分壓電壓V3之間振盪。

當像素被致能時，對應像素的共同電極訊號與區段電極訊號SEG1之間的電位差將被拉至最大。舉例來說，如圖4所示，當區段電極訊號SEG1的電壓準位被拉至分壓電壓V1、而共同電極訊號COM1被拉至的分壓電壓V4時，位於共同電極訊號COM1與區段電極訊號SEG1交點的像素在此畫面內被「點亮」。類似地，當區段電極訊號SEG1的電壓準位被拉至分壓電壓V1、而共同電極訊號COM4被拉至的分壓電壓V4時，位於共同電極訊號COM4與區段電極訊號SEG1交點的像素亦會被點亮。另外，共同電極訊號COM2、COM3與區段電極訊號SEG1間的波形電位差並未被拉至最大，因此共同電極訊號COM2、COM3與區段電極訊號SEG1交點的像素並未被點亮。

其中，當圖3所示之分壓電路300要產生驅動像素的分壓電壓V1~V4時，必定產生電流的消耗。假設在本實施例中，操作電壓VDD為3伏特(V)，且分壓電阻R1、R2以及R3皆為100KΩ，則在進行3等份的分壓時消耗電流為10微安培(μA)。另外並假設畫面更新率(frame rate)為120Hz，訊號的工作週期為1/4，也就是說訊號的頻率為120×4=480Hz，而訊號的週期則約為2.08毫秒(ms)。假設訊號波動的變化為3V，且訊號的波形可允許在1%的波動的情形下，也就是說訊號的波形須在20.8微秒(μs)的週期時間內完成訊號的變化(如圖4之區段電極訊號SEG1所示)，可推動的等效電容負載為10(μA)×20.8(μs)/3(V)=69微微法拉(pF)。

如上所述，當利用電阻分壓單元104以大電流快速地完成20.8微秒內完成訊號的波形變動後，即可斷開開關SWB1~SWB3，使電阻分壓單元104停止分壓，將訊號波形的電壓準位交由電容單元102以及開關切換單元106來維持。由於透過電阻分壓單元104改變訊號波形的時間僅佔極小部份，剩餘的時間皆由電容單元102以及開關切換單元106來維持分壓的電位，因此可大幅降低電流的消耗。此外，透過調整開關SWA1~SWA6的切換頻率還可調整開關切換單元106的輸出阻抗值，以使分壓電路300可適應不同的電流消耗狀況。

綜上所述，本發明利用電容以及電阻做為阻抗時所具有的不同特性來節省分壓電路的面積與電流的消耗，在高阻抗的部份利用電容單元以及開關切換單元來達成，而在低阻抗的部份則利用電阻分壓單元來達成，以降低電路的複雜度。其中電阻分壓單元快速地將分壓電壓提升至驅動像素所需的電壓準位，並在分壓電壓達到所需的電壓準位後停止進行分壓，將維持電壓準位的動作交由電容單元以及開關切換單元來進行，以降低電流的消耗。藉由調整開關切換單元的開關切換頻率不但可調整電容單元的阻抗值以適應不同的電流消耗狀況，利用電容單元以及開關切換單元來實現高阻抗的分壓元件還可較於傳統的分壓電路節省更多的電路面積。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300‧‧‧分壓電路

102‧‧‧電容單元

104‧‧‧電阻分壓單元

106‧‧‧開關切換單元

VDD‧‧‧操作電壓

T1~TM‧‧‧輸出端

GND‧‧‧接地

CON1‧‧‧控制訊號

PR1‧‧‧預充電訊號

N1、N2‧‧‧電容單元的端點

V1~VM‧‧‧分壓電壓

VH1~VHM‧‧‧保持電壓

C1‧‧‧電容

SWA1~SWA2M、SWB1~SWBM-1‧‧‧開關

R1~RM-1‧‧‧分壓電阻

S1~SM‧‧‧切換訊號

COM1-COM4‧‧‧共同電極訊號

SEG1‧‧‧區段電極訊號

圖1繪示為本發明一實施例之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的示意圖。

圖2繪示為本發明一實施例的之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的電路圖。

圖3繪示為本發明另一實施例之液晶顯示驅動晶片的分壓電路的電路圖。

圖4繪示為圖3實施例之液晶顯示驅動晶片的驅動電壓波形圖。

100．．．分壓電路

102．．．電容單元

104．．．電阻分壓單元

106．．．開關切換單元

VDD．．．操作電壓

T1~TM．．．輸出端

GND．．．接地

CON1．．．控制訊號

PR1．．．預充電訊號

N1、N2．．．電容單元的端點

V1~VM．．．分壓電壓

VH1~VHM．．．保持電壓

Claims (8)

1. 一種液晶顯示驅動晶片的分壓電路，包括：一電阻分壓單元，耦接於一操作電壓與一接地之間，該電阻分壓單元具有多個輸出端，該電阻分壓單元受控於一預充電訊號而對該操作電壓進行分壓，以於該些輸出端產生多個分壓電壓；一電容單元，具有一第一端以及一第二端；以及一開關切換單元，耦接該電容單元之該第一端以及該第二端、該操作電壓、該接地與該些輸出端，該開關切換單元依據一控制訊號進行開關切換，以改變該電容單元上的跨壓，並依據該電容單元的跨壓於該些輸出端輸出對應該些分壓電壓的多個保持電壓，以保持該些分壓電壓的電壓準位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中當該開關切換單元於該些輸出端輸出該些保持電壓時，該電阻分壓單元受控於該預充電訊號而停止產生該些分壓電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該開關切換單元包括：2M個第一開關，其中第一個第一開關耦接於該電容單元的第一端與該操作電壓之間，第2n個第一開關耦接於第2n+1個第一開關的一端與該電容單元的第二端之間，第2n+1個第一開關的另一端耦接該電容單元的第一端，第2M個第一開關耦接於該電容單元的第二端與一接地之間，該開關切換單元於第一個第一開關與該操作電壓的接點、第2n個第一開關與第2n+1個第一開關的接點以及第2M個第一開關與該接地的接點上輸出該些保持電壓，其中M、n為正整數，且n<M。
4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該控制訊號包括M個切換訊號，第2X-1個第一開關與第2X個第一開關受控於第X個切換訊號，而依序地兩兩被開啟與關閉，其中X為正整數且X≦M。
5. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該些第一開關為P型電晶體、N型電晶體或互補式金氧半傳輸閘。
6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該電阻分壓單元包括：多個分壓電阻；以及多個第二開關，該些第二開關與該些分壓電阻串接於該操作電壓與該接地之間，其中相鄰兩個分壓電阻之間配置一該第二開關，且最後一個第二開關耦接於最後一個分壓電阻與該接地之間，該些第二開關受控於一預充電訊號而被導通，並於該開關切換單元於該些輸出端輸出該些保持電壓時，受控於該預充電訊號而被斷開。
7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該些第二開關為P型電晶體、N型電晶體或互補式金氧半傳輸閘。
8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示驅動晶片的分壓電路，其中該電容單元包括一電容。