TWI549430B - 具有溫度補償之穩壓電路模組 - Google Patents

Description

具有溫度補償之穩壓電路模組

本發明係有關於一種穩壓電路模組，尤其是一種可同時輸出具有溫度效應之閘極驅動電壓，以及與溫度無關之畫素驅動電壓的穩壓電路模組。

隨著薄膜電晶體製作技術快速的進步，液晶顯示器由於具備了輕薄、省電、無輻射線等優點，因此被大量地應用於筆記型電腦面板、電腦螢幕、電視、行動電話等各式電子產品中。薄膜液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)是利用薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)製作而成的一種顯示裝置，其主要操作原理係以電流刺激液晶分子，產生點、線、面配合背部燈管以構成畫面。

詳細而言，薄膜液晶顯示器是在兩片玻璃基板中間灌入一層液晶(Liquid Crystal)。上層的玻璃基板會塗佈有密集相間的紅、綠、藍三色之玻璃(或稱彩色濾光片)，下層的玻璃基板則有電晶體鑲嵌於上。具有電晶體電路的玻璃基板後另配置有一背光源。因此，當施加電壓驅動電晶體時，電流通過電晶體產生電場變化，使得兩片玻璃基板間的液晶開始轉動，並且藉由液晶的轉動控制背光源光線穿透的多寡。當光線穿透彩色濾光片(Colof Filter)時，薄膜液晶面板即可以產生色彩變化並顯示出影像。

一般來說，在主動式矩陣液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Display)中，每個畫素(Pixel)上皆會具有一個TFT，其閘極(Gate)連接至水平方向掃描線，汲極(Drain)連接至垂直方向的資料線，而源極(Source)則連接至畫素電極。當在水平方向的某一條掃描線上施加足夠的正電壓時，會使得該條線上所有的TFT打開，此時該條線上的畫素電極會與垂直方向的資料線連接，而將資料線上的視訊信號電壓寫入畫素中，藉此控制不同液晶的透光度，進而達到控制色彩的效果。

目前，此種驅動電路可藉由陣列基板型驅動技術(Gate Driver on Array，GOA)，直接將閘極驅動電路(Gate driver ICs)製作在陣列(Array)基板上，以代替由外接矽晶片製作的驅動晶片。此種技術的應用可直接實施在面板周圍，減少製作程序，並且降低產品成本。然而，值得注意的是，此一技術關係到製程方面的問題，也就是說，當驅動電路在低溫啟動與常溫啟動下，二者所需求的閘極驅動電壓並不相同，若將閘極的驅動電壓依據其中之一，則會造成無謂的功率浪費，抑或是電晶體無法驅動的問題。

若考慮以上問題，而選擇動態隨著環境溫度而調變閘極驅動電壓時，將會一併影響到驅動畫素電極的電壓值。在此情況下，當各畫素的驅動電壓受到影響而變動時，將使得液晶轉動的角度失調，進而引起面板顯示色彩的失真。因此，在考量到環境溫度的情況下，如何在閘極驅動電壓與面板顯示色彩上取得一個較佳的平衡，實為相關領域者目前迫切需要解決的問題。

鑒於以上，本發明係有關於一種具有溫度補償之穩壓電路模組，當應用於薄膜液晶顯示器時，可兼顧『閘極驅動電壓隨著溫度動態變化』，以及『面板正常顯示色彩』的需求，藉以解決習知技術存在的問題。

本發明係有關於一種具有溫度補償之穩壓電路模組，包括：一溫度感測單元、一電壓產生單元與一畫素電壓穩定單元。溫度感測單元係根據一環境溫度輸出一溫度訊號。電壓產生單元根據該溫度訊號，輸出對應之一閘極驅動電壓與一畫面基準電壓。畫素電壓穩定單元接收該畫面基準電壓，並依據一限位電壓限制該畫面基準電壓之位準後，輸出至少一畫素驅動電壓。

根據本發明之一實施例，其中畫素電壓穩定單元包括一穩壓分離電路與一畫素分壓電路。穩壓分離電路接收畫面基準電壓，並以限位電壓限壓後，輸出一與溫度無感之珈瑪應用電壓。畫素分壓電路接收珈瑪應用電壓，並將珈瑪應用電壓分壓為至少一畫素驅動電壓。

根據本發明之一實施例，其中珈瑪應用電壓與畫素驅動電壓皆與環境溫度無關。

根據本發明之一實施例，其中電壓產生單元包括一功率晶片、一升壓電路與一倍壓電路。功率晶片根據溫度感測單元輸出的溫度訊號，輸出一控制參數。升壓電路根據該控制參數，輸出一切換電壓訊號。倍壓電路接收該切換電壓訊號，並且根據該切換電壓訊號進行電壓充電，以輸出閘極驅動電壓。

根據本發明之一實施例，其中穩壓分離電路可包含一第一電容、一第一電阻、一第一齊納二極體、一第二電容與一第三電容。第一電容之第一端連接畫面基準電壓，第一電容之第二端接地。第一電阻之第一端連接畫面基準電壓，第一電阻之第二端連接珈瑪應用電壓。第一齊納二極體之第一端連接第一電阻之第二端，第一齊納二極體之第二端接地。第二電容與第三電容之第一端共同連接第一電阻之第二端，第二電容與第三電容之第二端接地。

根據本發明之另一實施例，其中穩壓分離電路亦可包含一第四電容、一第二電阻、一第三電阻、一第四電阻與一第二齊納二極體。第四電容之第一端連接畫面基準電壓，第四電容之第二端接地。第二電阻之第一端連接畫面基準電壓，第二電阻之第二端連接珈瑪應用電壓。第二齊納二極體之第一端連接第二電阻之第二端，第二齊納二極體之第二端接地。第三電阻之第一端連接第二電阻之第二端，第四電阻之第一端連接第三電阻之第二端，第四電阻之第二端接地。

是以，本發明提出的具有溫度補償之穩壓電路模組，可藉由穩壓分離電路，轉換與環境溫度有關的畫面基準電壓為不受溫度影響的畫素驅動電壓。藉此，應用本發明具有溫度補償之穩壓電路模組於薄膜液晶顯示器時，儘管在不同的環境溫度下，薄膜液晶顯示器皆可在不產生額外功率消耗的情況下驅動陣列基板，並且同時消弭習知色彩失真的問題。

以上有關於本發明的內容說明，與以下的實施方式係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

「第1圖」係為根據本發明實施例具有溫度補償之穩壓電路模組的電路方塊圖(circuit block diagram)，此種穩壓電路模組適於在一陣列基板型驅動(Gate Driver on Array，GOA)基板上產生至少一個與溫度無感(temperature-independent)之畫素驅動電壓。並且，穩壓電路模組可同時隨著環境溫度，動態調變基板上的閘極驅動電壓，以兼顧面板上功率消耗與輸出正常色彩之需求。本實施例中的畫素驅動電壓指的是薄膜液晶顯示器中，用來驅動畫素電極，以控制輸出色彩的電壓。而與溫度無感，指的則是不隨環境溫度而改變的絕對電壓值。

如「第1圖」所示，穩壓電路模組包括有一溫度感測單元100、一電壓產生單元200與一畫素電壓穩定單元300。溫度感測單元100用以偵測環境溫度，並且根據不同的環境溫度，輸出對應之溫度訊號V_T。電壓產生單元200用以接收溫度訊號V_T，並且輸出對應於溫度訊號V_T之閘極驅動電壓V_G與畫面基準電壓AVDD。由此可見，本實施例之穩壓電路模組，可經由溫度感測單元100與電壓產生單元200來控制閘極驅動電壓V_G與畫面基準電壓AVDD的電壓值，使其可動態隨著環境溫度而改變。

畫素電壓穩定單元300用以接收畫面基準電壓AVDD，並且續以一限位電壓(容後詳述)來限制畫面基準電壓AVDD之位準，以在畫面基準電壓AVDD的電壓位準被限制住後，輸出為至少一畫素驅動電壓V_GAMMA。在一實施例中，畫素電壓穩定單元300所輸出畫素驅動電壓V_GAMMA的個數可以是一個或一個以上的電壓，需視薄膜液晶顯示器中具有的畫素電晶體個數而定，並非用以限定本發明之發明範圍。

「第2圖」係為根據「第1圖」之電壓產生單元的內部電路示意圖，由「第2圖」可見，電壓產生單元200包括一功率晶片(Power IC)202、一升壓電路(Boost Circuit)204與一倍壓電路(Charge Pumper)206。其中，功率晶片202係接收溫度感測單元100輸出的溫度訊號V_T，並輸出一控制參數V_X，以決定升壓電路204的控制基數(radix)。升壓電路204根據控制參數V_X與一電壓源V_in，輸出一切換電壓訊號V_S。根據本發明之一實施例，此一切換電壓訊號V_S係為一具有開關導通週期(duty ratio)的切換訊號(switching signal)。因此，當倍壓電路206接收到切換電壓訊號V_S後，倍壓電路206即可根據切換電壓訊號V_S的開關週期，進行電壓之充放電，以輸出最終供電晶體閘極驅動用的閘極驅動電壓V_G。藉此，本發明提出之電壓產生單元200係利用溫度感測單元100偵測外界環境溫度的動態變化，以改變功率晶片202對於升壓電路204的控制基數與升壓電路204所輸出的切換電壓訊號V_S，進而達成閘極驅動電壓V_G可隨著外界環境溫度而動態調整之目的。

進一步地說，假設電壓產生單元200在環境溫度為一預設溫度(例如設定為25度)時，可以輸出的閘極驅動電壓V_G為一預設閘極驅動電壓。那麼，當溫度感測單元100感測到環境溫度下降至低於該預設溫度時，功率晶片202會開始降低升壓電路204的控制參數V_X，以提高升壓電路204輸出的切換電壓訊號V_S，藉此，倍壓電路206可輸出一高於該預設閘極驅動電壓之閘極驅動電壓訊號V_G；相反地，當溫度感測單元100所感測到的環境溫度高於該預設溫度時，功率晶片202則會提高升壓電路204的控制參數V_X，以降低升壓電路204輸出的切換電壓訊號V_S，藉此，倍壓電路206可輸出一低於該預設閘極驅動電壓之閘極驅動電壓訊號V_G。藉由此種架構，本發明提出之電壓產生單元200可在不增加電路複雜度(complexity)的前提之下，達成隨著環境溫度動態調變閘極驅動電壓訊號V_G之目的。

接著，以下為詳細闡述本發明如何將與環境溫度有關的畫面基準電壓AVDD轉換為與環境溫度無關的畫素驅動電壓V_GAMMA，請一併參見「第1圖」、「第3A圖」與「第3B圖」。如「第1圖」中所示，畫素電壓穩定單元300包括一穩壓分離電路302與一畫素分壓電路304。其中，穩壓分離電路302係用以接收該與環境溫度有關的畫面基準電壓AVDD，並且以一限位電壓限制其位準後，轉換為一珈瑪應用電壓AVDD_0，且珈瑪應用電壓AVDD_0與環境溫度無關。有關此一穩壓分離電路302之內部電路示意圖，請見「第3A圖」與「第3B圖」，係分別為根據本發明提出之穩壓分離電路302的兩種實施態樣。

首先，如「第3A圖」所示，穩壓分離電路302可包含一第一電容C1、一第二電容C2、一第三電容C3、一第一電阻R1與一第一齊納二極體D1。其中，第一電容C1之第一端連接畫面基準電壓AVDD，第一電容C1之第二端接地。第一電阻R1之第一端連接畫面基準電壓AVDD，第一電阻R1之第二端連接第一齊納二極體D1之第一端，第一齊納二極體D1之第二端接地。第二電容C2與第三電容C3係相互並聯，且其第一端共同連接珈瑪應用電壓AVDD_0，其第二端共同接地。因此，穩壓分離電路302係藉由第一齊納二極體D1的齊納電壓(Zener Voltage)作為畫面基準電壓AVDD的限位電壓，使得穩壓分離電路302具有自動調節作用。換言之，當畫面基準電壓AVDD隨著環境溫度而動態改變時，設計者只需適當匹配第一電阻R1之阻值，方可令珈瑪應用電壓AVDD_0維持不變(意即不隨環境溫度而改變，而僅與第一齊納二極體D1的齊納電壓有關)。

同樣地，「第3B圖」係為根據本發明實施例之穩壓分離電路的另一種實施態樣，穩壓分離電路302可包括一第四電容C4、一第二電阻R2、一第三電阻R3、一第四電阻R4與一第二齊納二極體D2。其中，第四電容C4之第一端連接畫面基準電壓AVDD，第四電容C4之第二端接地。第二電阻R2之第一端連接畫面基準電壓AVDD，第二電阻R2之第二端連接第二齊納二極體D2之第一端，第二齊納二極體D2之第二端接地。第三電阻R3之第一端連接珈瑪應用電壓AVDD_0與第二電阻R2之第二端，第三電阻R3之第二端連接第四電阻R4之第一端，且第四電阻R4之第二端接地。藉此，穩壓分離電路302同樣可藉由第二齊納二極體D2的齊納電壓(Zener Voltage)作為畫面基準電壓AVDD的限位電壓，使得穩壓分離電路302具有自動調節作用。換言之，當畫面基準電壓AVDD隨著環境溫度而動態改變時，設計者只需適當匹配第二電阻R2之阻值，方可令珈瑪應用電壓AVDD_0維持不變(意即不隨環境溫度而改變，而僅與第二齊納二極體D2的齊納電壓有關)。

因此，根據本發明提出之穩壓分離電路302，即可利用齊納二極體的齊納電壓，作為限制畫面基準電壓AVDD位準的限位電壓，以在環境溫度改變時，仍然產生與溫度無感的珈瑪應用電壓AVDD_0。之後，畫素分壓電路304即可接收該珈瑪應用電壓AVDD_0，並將珈瑪應用電壓AVDD_0分壓為一個或一個以上的畫素驅動電壓V_GAMMA。藉此，畫素驅動電壓V_GAMMA亦與環境溫度無關。在一實施例中，畫素分壓電路304可以是例如電阻或電容式的分壓電路，以將珈瑪應用電壓AVDD_0進一步地分配到薄膜液晶顯示器中每一個畫素電極可用的驅動電壓上。因此，當面板上每一個畫素電極的畫素驅動電壓V_GAMMA皆與溫度無關時，薄膜液晶顯示器自然可不受溫度影響，而仍然具有正常的色彩輸出畫面。

其次，請參閱「第4圖」，本發明提出之穩壓電路模組另可連接至一增益電路400，增益電路400係接收畫面基準電壓AVDD，並將畫面基準電壓AVDD放大輸出為一上板基準電壓V_COM。簡單來說，上板基準電壓V_COM主要可用作薄膜液晶顯示器上輸出畫面負載等應用電壓，因此可具有一定隨著溫度變遷的容忍值(tolerance)。「第5A圖」與「第5B圖」係為根據本發明實施例之增益電路的兩種實施態樣，然而，增益電路400之實施方式並不以此二圖示為限。本發明並不限制增益電路400中所使用的元件數目或種類，本領域具通常知識者當可視需要自行設計之，故在此並不贅述。其中，圖示中之元件符號R1至R10係代表電阻，C1至C4係代表電容，COM1至COM3係代表比較器。

接著，本發明更提出實際模擬的實驗數據分析圖，作為以下之說明。「第6A圖」與「第6B圖」係為根據「第2圖」所示之穩壓電路模組，分別模擬在常溫及低溫下的實驗數據圖。由「第6A圖」可見，若在常溫下，珈瑪應用電壓AVDD_0為6.8伏特(Voltage，V)且倍壓電路206具有基礎疊加電壓2.5V時，升壓電路204的控制參數V_X=8V，畫面基準電壓AVDD=7.4V，且閘極驅動電壓訊號V_G=18V。而當環境溫度下降，如「第6B圖」所示，則可見珈瑪應用電壓AVDD_0仍然維持不變為6.8V，並不受到溫度的影響。在倍壓電路206具有基礎疊加電壓2.5V時，此時升壓電路204的控制參數V_X上升為11V，畫面基準電壓AVDD=10.4V，且閘極驅動電壓訊號V_G上升至24V。

是以，綜上所述，本發明提出之穩壓電路模組，不僅可藉由溫度感測單元與電壓產生單元，輸出可隨著環境溫度動態調整的閘極驅動電壓，更可同時藉由畫素電壓穩定單元輸出不受環境溫度影響的畫素驅動電壓。藉此，當本發明提出之穩壓電路模組應用在薄膜液晶顯示器時，液晶面板在低溫下仍可正常啟動。並且，在考量到溫度效應下，穩壓電路模組可同時輸出與溫度有關的閘極驅動電壓，以及與溫度無關的畫素驅動電壓，以兼顧薄膜液晶顯示器在功率消耗與輸出正常色彩上的平衡。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．溫度感測單元

200．．．電壓產生單元

202．．．功率晶片

204．．．升壓電路

206．．．倍壓電路

300．．．畫素電壓穩定單元

302．．．穩壓分離電路

304．．．畫素分壓電路

400．．．增益電路

第1圖係為根據本發明實施例具有溫度補償之穩壓電路模組的電路方塊圖。

第2圖係為根據「第1圖」之電壓產生單元的內部電路示意圖。

第3A圖係為根據本發明實施例之穩壓分離電路的電路示意圖。

第3B圖係為根據本發明另一實施例之穩壓分離電路的電路示意圖。

第4圖係為根據本發明實施例之穩壓電路模組連接至增益電路的電路方塊圖。

第5A圖係為根據本發明實施例之增益電路的電路示意圖。

第5B圖係為根據本發明另一實施例之增益電路的電路示意圖。

第6A圖係為根據「第2圖」所示之穩壓電路模組，在常溫下進行模擬的實驗數據圖。

第6B圖係為根據「第2圖」所示之穩壓電路模組，在低溫下進行模擬的實驗數據圖。

100．．．溫度感測單元

200．．．電壓產生單元

300．．．畫素電壓穩定單元

302．．．穩壓分離電路

304．．．畫素分壓電路

400．．．增益電路

Claims (14)

1. 一種具有溫度補償之穩壓電路模組，包括：一溫度感測單元，根據一環境溫度輸出一溫度訊號；一電壓產生單元，根據該溫度訊號，輸出對應之一閘極驅動電壓與一畫面基準電壓，該溫度訊號用以控制該閘極驅動電壓與該畫面基準電壓之電壓值；以及一畫素電壓穩定單元，接收該畫面基準電壓，該畫素電壓穩定單元依據一限位電壓限制該畫面基準電壓之位準後，輸出至少一畫素驅動電壓，該畫素電壓穩定單元包括：一穩壓分離電路，接收該畫面基準電壓，並以該限位電壓限壓後，輸出一珈瑪應用電壓，該穩壓分離電路包括：一第一電容，該第一電容之第一端連接該畫面基準電壓，該第一電容之第二端接地；一第一電阻，該第一電阻之第一端連接該畫面基準電壓，該第一電阻之第二端連接該珈瑪應用電壓；一第一齊納二極體，該第一齊納二極體之第一端連接該第一電阻之第二端，該第一齊納二極體之第二端接地；一第二電容，該第二電容之第一端連接該第一電阻之第二端，該第二電容之第二端接地；以及一第三電容，該第三電容之第一端連接該第一 電阻之第二端，該第三電容之第二端接地；以及一畫素分壓電路，接收該珈瑪應用電壓，並將該珈瑪應用電壓分壓為該畫素驅動電壓。
2. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該珈瑪應用電壓與該環境溫度無關。
3. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該畫素驅動電壓與該環境溫度無關。
4. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，另包括一增益電路，該增益電路係接收該畫面基準電壓，以將該畫面基準電壓放大輸出為一上板基準電壓。
5. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該電壓產生單元包括：一功率晶片，根據該溫度訊號，輸出一控制參數；一升壓電路，根據該控制參數，輸出一切換電壓訊號；以及一倍壓電路，接收該切換電壓訊號，該倍壓電路根據該切換電壓訊號進行電壓充電(Charge Pump)，以輸出該閘極驅動電壓。
6. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該環境溫度為一預設溫度時，該電壓產生單元輸出之該閘極驅動電壓為一預設閘極驅動電壓，當該環境溫度低於該預設溫度時，該電壓產生單元係輸出一高於該預設閘極驅動電壓之該閘極驅 動電壓訊號。
7. 如請求項1所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該環境溫度為一預設溫度時，該電壓產生單元輸出之該閘極驅動電壓為一預設閘極驅動電壓，當該環境溫度高於該預設溫度時，該電壓產生單元輸出一低於該預設閘極驅動電壓之該閘極驅動電壓訊號。
8. 一種具有溫度補償之穩壓電路模組，包括：一溫度感測單元，根據一環境溫度輸出一溫度訊號；一電壓產生單元，根據該溫度訊號，輸出對應之一閘極驅動電壓與一畫面基準電壓，該溫度訊號用以控制該閘極驅動電壓與該畫面基準電壓之電壓值；以及一畫素電壓穩定單元，接收該畫面基準電壓，該畫素電壓穩定單元依據一限位電壓限制該畫面基準電壓之位準後，輸出至少一畫素驅動電壓，該畫素電壓穩定單元包含：一穩壓分離電路，接收該畫面基準電壓，並以該限位電壓限壓後，輸出一珈瑪應用電壓，該穩壓分離電路包括：一第四電容，該第四電容之第一端連接該畫面基準電壓，該第四電容之第二端接地；一第二電阻，該第二電阻之第一端連接該畫面基準電壓，該第二電阻之第二端連接該珈瑪應用電壓；一第二齊納二極體，該第二齊納二極體之第一 端連接該第二電阻之第二端，該第二齊納二極體之第二端接地；一第三電阻，該第三電阻之第一端連接該第二電阻之第二端；以及一第四電阻，該第四電阻之第一端連接該第三電阻之第二端，該第四電阻之第二端接地；以及一畫素分壓電路，接收該珈瑪應用電壓，並將該珈瑪應用電壓分壓為該畫素驅動電壓。
9. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該珈瑪應用電壓與該環境溫度無關。
10. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該畫素驅動電壓與該環境溫度無關。
11. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，另包括一增益電路，該增益電路係接收該畫面基準電壓，以將該畫面基準電壓放大輸出為一上板基準電壓。
12. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該電壓產生單元包括：一功率晶片，根據該溫度訊號，輸出一控制參數；一升壓電路，根據該控制參數，輸出一切換電壓訊號；以及一倍壓電路，接收該切換電壓訊號，該倍壓電路根據該切換電壓訊號進行電壓充電(Charge Pump)，以輸出該閘極驅動 電壓。
13. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該環境溫度為一預設溫度時，該電壓產生單元輸出之該閘極驅動電壓為一預設閘極驅動電壓，當該環境溫度低於該預設溫度時，該電壓產生單元係輸出一高於該預設閘極驅動電壓之該閘極驅動電壓訊號。
14. 如請求項8所述之具有溫度補償之穩壓電路模組，其中該環境溫度為一預設溫度時，該電壓產生單元輸出之該閘極驅動電壓為一預設閘極驅動電壓，當該環境溫度高於該預設溫度時，該電壓產生單元輸出一低於該預設閘極驅動電壓之該閘極驅動電壓訊號。