TWI483241B - 顯示器之共極電壓調整電路 - Google Patents

Description

顯示器之共極電壓調整電路

本發明係有關於一種顯示器的調整電路，特別是有關於顯示器的共極電壓調整電路。

由於液晶分子具有的特性，亦即液晶分子無法持續固定在某一電壓不變，否則時間久了，即使施加於液晶上的電壓取消，液晶分子仍會因其特性被破壞而無法再因應電場的變化來轉動。因此，每隔一段時間就必須將電壓恢復原狀，以避免液晶分子的特性遭到破壞。

承上所述，液晶顯示器內的顯示電壓分成兩種極性，一種為正極性，另一種為負極性。當顯示電極的電壓高於共同電極電壓（共極電壓，commonvoltage, V_com ）時，稱之為正極性。當顯示電極的電壓低於共極電壓時，稱之為負極性。

但無論正極性或是負極性，源極驅動晶片的輸出緩衝器必須作極性反轉，以確保顯示器的品質。極性反轉係為輸出緩衝器的電壓在正V_com 以及負V_com 之間的範圍切換，但由於在電壓切換的過程中，必須維持電壓的穩定，否則與其連接的通道放大器（channel op），所提供的電流將不穩定。

因此，必須提供一共極電壓緩衝器穩定控制共極電壓，以維持顯示器的影像品質。

本發明提供一種顯示器之共極電壓調整電路，包括一共極電壓控制電路以及一電壓緩衝器。共極電壓控制電路包含一電流控制電路、一電流複製電路以及一共極電壓開關。電流控制電路經由一電壓輸出端接收輸入至該顯示器之面板的一共極電壓以產生一輸入電流。電流複製電路電性連接該電流控制電路以複製該輸入電流。共極電壓開關電性連接該電壓輸出端且自電流複製電路接收該輸入電流，以根據該共極電壓之一變化電性連接一正電源端或一負電源端。電壓緩衝器電性連接該電流控制電路且接收一參考電壓，藉以根據該參考電壓固定該共極電壓。

據此，藉由本發明顯示器之共極電壓調整電路，可於共極電壓上昇或者下降的變動情況下，調整共極電壓至固定值的參考電壓，據此，可使提供至顯示器面板的共極電壓穩定，以確保顯示器輸出影像的品質。

請參閱第一圖，其係為本發明顯示器之共極電壓調整電路的示意圖，詳細的電路圖請參閱第二A圖及第二B圖。共極電壓調整電路1包括一共極電壓控制電路11以及一電壓緩衝器12。共極電壓控制電路11包含一電流控制電路111、一電流複製電路112以及一共極電壓開關113。電流控制電路111經由一電壓輸出端V_out 接收輸入至顯示器面板的一共極電壓V_com 以產生一輸入電流I_in 。電流複製電路112電性連接電流控制電路111以複製輸入電流I_in 。共極電壓開關113電性連接電壓輸出端V_out ，且自電流複製電路112接收輸入電流I_in ，以根據共極電壓V_com 之一變化電性連接至一正電源端或一負電源端。電壓緩衝器12電性連接電流控制電路111且接收一參考電壓V_ref ，藉以根據參考電壓V_ref 固定共極電壓V_com 。

請參閱第二A圖，其係為本發明顯示器之共極電壓調整電路1的電路圖，其中電壓以符號V表示，電晶體以符號M表示，電流以符號I表示，並以箭號粗細表示其電流值的相對大小，換句話說，第二A圖所示的共極電壓V_com 係呈現上昇狀態，亦即由於輸入電流I_in 係由共極電壓V_com 產生，因此輸入電流I_in 將隨著共極電壓V_com 而上升或下降。

電流控制電路111包含一輸入電晶體M_in 、一穩流電晶體M_stable 以及一第一電流鏡（M₁ , M₂ ）。輸入電晶體M_in 源極電性連接電壓輸出端V_out 。穩流電晶體M_stable 其源極電性連接電壓緩衝器12，其基極電性連接輸入電晶體M_in 。第一電流鏡係為一NMOS電晶體（M₁ ,M₂ ），其汲極係分別電性連接輸入電晶體M_in 及穩流電晶體M_stable 之汲極。當輸入電流I_in 流至輸入電晶體M_in 時，第一電流鏡（M₁ ,M₂ ）係複製輸入電流I_in 至NMOS電晶體 M₂ 。

共極電壓開關113包含一共極電壓充電電晶體M_charge 、一緩衝電晶體(M_buffer1 , M_buffer2 )以及一共極電壓放電電晶體M_discharge 。共極電壓充電電晶體M_charge 係於當共極電壓V_com 的變化下降時開啟，其中，其汲極電性連接電壓輸出端V_out ，其源極電性連接正電源端VDDA，其閘極電性連接電流複製電路112。共極電壓放電電晶體M_discharge 係於當共極電壓V_com 的變化上升時開啟，其中，其汲極電性連接電壓輸出端V_out ，其源極電性連接負電源端VSSA。緩衝電晶體(M_buffer1 ,M_buffer2 )接收輸入電流I_in 並電性連接共極電壓充電電晶體M_charge 以及共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極。此外，有關共極電壓充電電晶體M_charge 以及共極電壓放電電晶體M_discharge 於共極電壓V_com 上升或下降時的作動將於稍後內容描述。

電流複製電路112係為一具主動負載M_load 之第二電流鏡（M₃ , M₄ ），且電性連接於第一電流鏡（M₁ , M₂ ）、緩衝電晶體(M_buffer1 , M_buffer2 )及共極電壓充電電晶體M_charge 的閘極，其中主動負載M_load 係電性連接於第一電流鏡（M₁ , M₂ ）。

緩衝電晶體(M_buffer1 , M_buffer2 )包含一PMOS電晶體 M_buffer1 及一NMOS電晶體M_buffer2 。電晶體 M_buffer1 之源極以及電晶體M_buffer2 之汲極係電性連接共極電壓充電電晶體M_charge 之閘極，電晶體 M_buffer1 之汲極以及電晶體M_buffer2 之源極係電性連接共極電壓放電電晶體M_discharge 之閘極。藉由緩衝電晶體(M_buffer1 , M_buffer2 )電性連接於共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極之間，可提供偏壓電壓V_b 至共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 。此外，偏壓電壓V_b 亦提供輸入電晶體M_in 以及穩流電晶體M_stable 的偏壓。

共極電壓開關113更包含一致動電晶體M_enable ，其源極係電性連接負電源端VSSA，其汲極電性連接緩衝電晶體(M_buffer1 , M_buffer2 )以及共極電壓放電電晶體M_discharge 之閘極，其閘極電性連接第一電流鏡（M₁ , M₂ ）以及穩流電晶體M_stable 之汲極，藉以根據第一電流鏡（M₁ , M₂ ）產生的輸入電流I_in 產生一致動電流I_enable 。此外，由於共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極係間接或直接電性連接於致動電晶體M_enable 的汲極，亦即共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 係根據致動電晶體M_enable 的作動而開啟或關閉，而其詳細動作將於以下內容描述。

電壓緩衝器12包含一差動對電路（M_d1 , M_d2 ），接收一參考電壓V_ref 以產生一穩壓電流I_stable 至電性連接的穩流電晶體M_stable ，以進一步提供穩壓電流I_stable 至第一電流鏡（M₁ , M₂ ），其中參考電壓V_ref 係為一固定值。進一步而言，由於第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體 M₂ 的汲極係電性連接穩壓電晶體M_stable 之汲極，穩壓電晶體M_stable 之源極係電性連接至電壓緩衝器12之差動對電路（M_d1 ,M_d2 ）的電晶體M_d1 閘極，而電晶體M_d1 的閘極電壓在扣除其導通電壓並增加電晶體M_d2 的導通電壓之後，相對於參考電壓V_ref 而言亦為一固定值。因此，藉由參考電壓V_ref 所產生的穩壓電流I_stable 可維持固定不變，因而使流向第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體 M₂ 其上的汲極電壓固定不變，亦使電性連接的致動電晶體M_enable 之閘極電壓固定不變，致動電晶體M_enable 產生的致動電流I_enable 因而維持不變。因此，共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 係處於關閉狀態，而共極電壓V_com 在參考電壓V_ref 扣除電晶體M_d2 的導通電壓、增加電晶體M_d1 的導通電壓、扣除穩壓電晶體M_stable 的導通電壓以及增加輸入電晶體M_in 的導通電壓之後，係等於參考電壓V_ref 。換句話說，共極電壓V_com 在沒有產生變動的情況下係固定於參考電壓V_ref 。

承上所述， 當輸入至面板之共極電壓V_com 的變化向上增加時，由於共極電壓放電電晶體M_discharge 係電性連接於負電源端VSSA，因此，當共極電壓放電電晶體M_discharge 導通時，可藉由導通的共極電壓放電電晶體M_discharge 宣洩電壓輸出端V_out 的輸入電流I_in ，以調降共極電壓V_com 至參考電壓V_ref 後，共極電壓控制電路11則停止作動。

進一步而言，當輸入至面板的共極電壓V_com 的變化向上增加時，導致流經輸入電晶體M_in 的輸入電流I_in 增加，因而流向第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體M₁ 的輸入電流I_in 增加，並且複製到電晶體M₂ 以及電流複製電路112上的輸入電流I_in 亦隨之增加。

再者，當上述流經電晶體M₂ 的輸入電流I_in 增加時，輸入電流I_in 的上升對於電晶體M₂ 而言，相當於放電電流增加，電晶體M₂ 的汲極電壓下降，因此將使得電性連接之致動電晶體M_enable 的閘極電壓V_b3 下降。

承上所述，由於電晶體M₂ 的汲極係電性連接至致動電晶體M_enable 的閘極，當致動電晶體M_enable 的閘極電壓V_b3 大幅下降時，致動電晶體M_enable 會關閉而致使流經致動電晶體M_enable 其上的致動電流I_enable 大幅減少，而對於致動電晶體M_enable 而言亦即其放電電流減少，致動電晶體M_enable 的汲極電壓上升，進一步使得共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極電壓V_b1 、V_b2 快速上升至接近正電源VDDA的電壓準位，而由於共極電壓放電電晶體M_discharge 係為一NMOS，因此將使得共極電壓放電電晶體M_discharge 導通，換句話說，共極電壓放電電晶體M_discharge 係於致動電流I_enable 下降時開啟，電壓輸出端V_out 則電性連接負電源端VSSA。因此，電壓輸出端V_out 的共極電壓V_com 可經由共極電壓放電電晶體M_discharge 向負電源端VSSA放電，使共極電壓V_com 恢復至參考電壓V_ref 。當共極電壓V_com 下降至等於參考電壓V_ref 時，共極電壓調整電路1將關閉共極電壓控制電路11。

進一步而言，當共極電壓V_com 因共極電壓放電電晶體M_discharge 導通而進行放電時，將使得原本上升的輸入電流I_in 下降，使得流經第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體M₂ 其上的輸入電流I_in （放電電流）減少，當輸入電流I_in 減少至等於穩壓電流I_stable 時，第一電流鏡（M₁ , M₂ ）的電晶體M₂ 其上的汲極電壓則上升至原先固定不變的電壓值，進一步使致動電晶體M_enable 的閘極電壓上升，致動電晶體M_enable 上的致動電流I_enable 上升，致動電晶體M_enable 的放電電流增加，致動電晶體M_enable 其上的汲極電壓下降，共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極電壓因而下降，進一步使其關閉，共極電壓開關113因此回復至關閉狀態。

請參閱第二B圖，其係為本發明顯示器之共極電壓調整電路1的電路圖，其中第二B圖的共極電壓Vcom係呈現下降狀態。

承上所述， 當輸入至面板之共極電壓V_com 的變化下降時，由於共極電壓充電電晶體M_charge 係電性連接於正電源端VDDA，因此，當共極電壓充電電晶體M_charge 導通時，可藉由導通的共極電壓充電電晶體M_charge 向電壓輸出端V_ou 充電，以提升共極電壓V_com 至參考電壓V_ref 後，共極電壓控制電路11則停止作動。

進一步而言，當輸入至面板的共極電壓V_com 的變化下降時，導致流經輸入電晶體M_in 的輸入電流I_in 減少，因而流向第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體M₁ 的輸入電流I_in 減少，並且複製到電晶體M₂ 以及電流複製電路112上的輸入電流I_in 亦隨之減少。

再者，當上述流經電晶體M₂ 的輸入電流I_in 減少時，輸入電流I_in 的減少對於電晶體M₂ 而言，相當於放電電流減少，電晶體M₂ 的汲極電壓上升，因此將使得電性連接之致動電晶體M_enable 的閘極電壓V_b3 上升。

承上所述，由於電晶體M₂ 的汲極係電性連接至致動電晶體M_enable 的閘極，當致動電晶體M_enable 的閘極電壓V_b3 大幅上升時，致動電晶體M_enable 會導通而致使流經致動電晶體M_enable 其上的致動電流I_enable 大幅上升，而對於致動電晶體M_enable 而言亦即其放電電流增加，致動電晶體M_enable 的汲極電壓下降，進一步使得共極電壓充電電晶體M_charge 及共極電壓放電電晶體M_discharge 的閘極電壓V_b1 、V_b2 快速上升至接近負電源VSSA的電壓準位，而由於共極電壓充電電晶體M_charge 係為一PMOS，因此將使得共極電壓充電電晶體M_charge 導通，換句話說，共極電壓充電電晶體M_charge 係於致動電流I_enable 上升時開啟，電壓輸出端V_out 則電性連接正電源端VDDA。因此，正電源端VDDA可經由共極電壓充電電晶體M_charge 向電壓輸出端V_out 的共極電壓V_com 充電，使共極電壓V_com 恢復至參考電壓V_ref 。當共極電壓V_com 上升至等於參考電壓V_ref 時，共極電壓調整電路1將關閉共極電壓控制電路11。

進一步而言，當共極電壓V_com 因共極電壓充電電晶體M_charge 導通而進行充電時，將使得原本下降的輸入電流I_in 上升，使得流經第一電流鏡（M₁ , M₂ ）之電晶體M₂ 其上的輸入電流I_in （充電電流）增加，當輸入電流I_in 增加至等於穩壓電流I_stable 時，第一電流鏡（M₁ , M₂ ）的電晶體M₂ 其上的汲極電壓則下降至原先固定不變的電壓值，進一步使致動電晶體M_enable 的閘極電壓下降，致動電晶體M_enable 上的致動電流I_enable 下降，致動電晶體M_enable 的放電電流下降，致動電晶體M_enable 其上的汲極電壓上升，共極電壓充電電晶體M_charge 的閘極電壓因而上升，進一步使其關閉，共極電壓開關113因此回復至關閉狀態。

此外，電壓緩衝器12更包含第三電流鏡（M₅ ,M₉ ）、第四電流鏡（M₆ , M₁₀ ）以及第五電流鏡（M₇ , M₈ ），其中Va為偏壓電壓，詳細的連接關係可參閱第二A圖及第二B圖，於此不再贅述。

綜上所述，藉由本發明顯示器之共極電壓調整電路，可於共極電壓上昇或者下降的變動情況下，調整共極電壓至固定值的參考電壓，據此，可使提供至顯示器面板的共極電壓穩定，以確保顯示器輸出影像的品質。

1‧‧‧共極電壓調整電路
11‧‧‧共極電壓控制電路
111‧‧‧電流控制電路
112‧‧‧電流複製電路
113‧‧‧共極電壓開關
12‧‧‧電壓緩衝器
M₁ 、M₂ ‧‧‧第一電流鏡
M₃ 、M₄ ‧‧‧第二電流鏡
M₅ ~M₁₀ ‧‧‧電晶體
M_d1 、M_d2 ‧‧‧差動對電路
M_buffer1 、M_buffer2 ‧‧‧緩衝電晶體
M_load ‧‧‧主動負載
M_in ‧‧‧輸入電晶體
M_stable ‧‧‧穩壓電晶體
M_enable ‧‧‧致動電晶體
M_charge ‧‧‧共極電壓充電電晶體
M_discharge ‧‧‧共極電壓放電電晶體
I_enable ‧‧‧致動電流
I_stable ‧‧‧穩壓電流
I_in ‧‧‧輸入電流
V_com ‧‧‧共極電壓
V_out ‧‧‧電壓輸出端
V_b1 、V_b2 、V_b3 ‧‧‧閘極電壓
V_a 、V_b ‧‧‧偏壓電壓
V_ref ‧‧‧參考電壓
VDDA‧‧‧正電源端
VSSA‧‧‧負電源端

第一圖係為本發明顯示器之共極電壓調整電路的示意圖；第二A圖係為本發明顯示器之共極電壓調整電路於共極電壓上昇狀態時的電路圖；以及第二B圖係為本發明顯示器之共極電壓調整電路於共極電壓下降狀態時的電路圖。

1‧‧‧共極電壓調整電路

11‧‧‧共極電壓控制電路

111‧‧‧電流控制電路

112‧‧‧電流複製電路

113‧‧‧共極電壓開關

12‧‧‧電壓緩衝器

V_out ‧‧‧電壓輸出端

V_com ‧‧‧共極電壓

Claims (8)

1. 一種顯示器之共極電壓調整電路，包括：一共極電壓控制電路，包含：一電流控制電路，經由一電壓輸出端接收輸入至該顯示器之面板的一共極電壓以產生一輸入電流；一電流複製電路，電性連接該電流控制電路以複製該輸入電流；及一共極電壓開關，電性連接該電壓輸出端，且自該電流複製電路接收該輸入電流，以根據該共極電壓之一變化電性連接一正電源端或一負電源端；以及一電壓緩衝器，電性連接該電流控制電路且接收一參考電壓，藉以根據該參考電壓固定該共極電壓，其中當該共極電壓等於該參考電壓時，該共極電壓調整電路關閉該共極電壓控制電路。
2. 如申請專利範圍第1項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中，該電流控制電路包含：一輸入電晶體，其源極電性連接該電壓輸出端；一穩流電晶體，其源極電性連接該電壓緩衝器，其基極電性連接該輸入電晶體，以及；一第一電流鏡，電性連接該輸入電晶體及該穩流電晶體之汲極。
3. 如申請專利範圍第2項所述顯示器之共極電壓調整電路，該電壓緩衝器包含一差動對電路，接收該參考電壓以產生一穩壓電流至電性連接之該穩流電晶體。
4. 如申請專利範圍第3項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中，該共極電壓開關包含： 一共極電壓充電電晶體，係於當該共極電壓之該變化下降時開啟，其中，其汲極電性連接該電壓輸出端，其源極電性連接該正電源端，其閘極電性連接該電流複製電路；一共極電壓放電電晶體，係於當該共極電壓之該變化上升時開啟，其中，其汲極電性連接該電壓輸出端，其源極電性連接該負電源端；以及一緩衝電晶體，係接收該輸入電流並電性連接於該共極電壓充電電晶體以及該共極電壓放電電晶體之閘極。
5. 如申請專利範圍第4項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中，該電流複製電路係為一具主動負載之一第二電流鏡，且電性連接該第一電流鏡、該緩衝電晶體及該共極電壓充電電晶體。
6. 如申請專利範圍第5項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中該共極電壓開關更包含一致動電晶體，其汲極電性連接該緩衝電晶體以及該共極電壓放電電晶體之閘極，其閘極電性連接該第一電流鏡以及該穩流電晶體之汲極，藉以根據該第一電流鏡產生的該輸入電流產生一致動電流。
7. 如申請專利範圍第6項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中該共極電壓充電電晶體係於該致動電流上升時開啟。
8. 如申請專利範圍第6項所述顯示器之共極電壓調整電路，其中該共極電壓放電電晶體係於該致動電流下降時開啟。