TWI697885B - 應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵 - Google Patents

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Abstract

一種應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵，耦接輸出電容。電荷泵包含第一開關~第十開關及第一電容~第三電容。第一開關與第二開關串接於第一電壓與第二電壓之間。第一電壓高於第二電壓。第三開關耦接第二電壓。第六開關耦接第一電壓。第七開關耦接第二電壓。第四開關、第八開關及第十開關均耦接輸出電容。第一電容耦接至第一開關與第二開關之間。第二電容耦接至第五開關與第六開關之間。第三電容耦接至第七開關與第八開關之間。電荷泵依序運作於第一相、第二A相、第一相及第二B相，以提供負的輸出電壓。

Description

應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵
本發明係與顯示面板有關，尤其是關於一種應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵(Charge pump)。
傳統的有機發光二極體顯示面板(例如AMOLED顯示面板)的源極驅動器通常內建有電荷泵。電荷泵是一種直流-直流轉換器，其利用電容作為儲能元件，大多用來產生比輸入電壓大的輸出電壓，或產生負的輸出電壓。
請參照圖1及圖2A至圖2C。圖1係繪示傳統的電荷泵1的電路示意圖。圖2A至圖2C係分別繪示傳統的電荷泵1運作於充電態(Charge state)、-1倍電荷轉移態(-1X transfer state)及-2倍電荷轉移態(-2X transfer state)的示意圖。傳統的電荷泵1可透過上述的充電態、-1倍電荷轉移態及-2倍電荷轉移態而提供負的輸出電壓。
請參照圖3A及圖3B。圖3A係繪示傳統的電荷泵1運作於充電態及-1倍電荷轉移態時的時序圖。於圖3A中，傳統的電荷泵1所產生的負電壓VNEG的絕對值係介於0與1倍的工作電壓VDD之間，亦即|VNEG|=0~1*VDD。圖3B係繪示傳統的電荷泵1運作於充電態及-2倍電荷轉移態時的時序圖。於圖3B中，傳統的電荷泵1所產生的負電壓VNEG的絕對值係介於1倍的工作電壓VDD與2倍的工作電壓2VDD之間，亦即|VNEG|=1*VDD~2*VDD。
然而，如圖4所示，當輸出電壓(VON)的絕對值|VON|愈接近工作電壓VDD時，傳統的電荷泵1的電荷轉移效率愈差，甚至低到僅有50%，亟待改善。
有鑑於此，本發明提出一種應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵，以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
根據本發明之一具體實施例為一種電荷泵。於此實施例中，電荷泵係應用於有機發光二極體顯示面板並耦接輸出電容。電荷泵包含複數個開關及複數個電容。該複數個開關包含第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關、第七開關、第八開關、第九開關及第十開關。該複數個電容包含第一電容、第二電容及第三電容。
第一開關與第二開關串接於第一電壓與第二電壓之間，且第一電壓高於第二電壓；第一電容之第一端位於第一開關與第二開關之間；第三開關耦接於第一電容之第二端與第二電壓之間；第四開關耦接於第一電容之第二端與輸出電容之間；輸出電容耦接於輸出電壓與接地端之間；第五開關與第六開關串接於第一電容之第二端與第一電壓之間；第七開關與第八開關串接於第二電壓與輸出電壓之間；第二電容之第一端位於第五開關與第六開關之間；第九開關耦接於第一電容之第二端與第二電容之第二端之間；第十開關耦接於第二電容之第二端與輸出電壓之間；第三電容之第一端與第二電容之第二端耦接；第三電容之第二端位於第七開關與第八開關之間；電荷泵依序運作於第一相、第二A相、第一相及第二B相，以提供負的輸出電壓。
於一實施例中，第一相為充電態、第二A相為第一電荷轉移態且第二B相為第二電荷轉移態。
於一實施例中，當電荷泵運作於第一相時，第一開關、第三開關、第六開關及第七開關導通，而第二開關、第四開關、第五開關、第八開關、第九開關及第十開關不導通，致使第一電壓對第一電容進行充電，並且第一電壓亦對串接的第二電容及第三電容進行充電。
於一實施例中，當電荷泵運作於第二A相時，第二開關、第五開關及第十開關導通，而第一開關、第三開關、第四開關、第六開關、第七開關、第八開關及第九開關均不導通，致使串接的第一電容與第二電容耦接於接地端與輸出電容之間，藉以產生負的輸出電壓。
於一實施例中，負的輸出電壓的絕對值會等於第一電容的電壓值加上的第二電容的電壓值。
於一實施例中，當電荷泵運作於第二B相時，第二開關、第八開關及第九開關導通，而第一開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關、第七開關及第十開關均不導通，致使串接的第一電容與第三電容耦接於接地端與輸出電容之間，藉以產生負的輸出電壓。
於一實施例中，負的輸出電壓的絕對值會等於第一電容的電壓值加上第三電容的電壓值。
於一實施例中，電荷泵還包含控制電路，分別耦接該複數個開關，用以根據時脈訊號控制該複數個開關的運作，以使電荷泵運作於第一相、第二A相及第二B相。
於一實施例中，控制電路還發出致能訊號至該複數個開關中之特定開關，以透過調整特定開關的電壓或電流之方式將負的輸出電壓穩壓於-1倍至-2倍之區間內。
於一實施例中，電荷泵還包含第一電阻、第二電阻及比較器。第一電阻及第二電阻串接於參考電壓及輸出電壓之間。比較器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第一輸入端耦接至位於第一輸入端與第二輸入端之間的節點並接收與輸出電壓有關之分壓。第二輸出端接收接地電壓。輸出端耦接至特定開關。
於一實施例中，特定開關為第二開關，且第二開關耦接位於第一開關與第二電壓之間的電流源。
於一實施例中，特定開關為第一開關，且第一開關耦接位於第一電壓與第二開關之間的電流源。
於一實施例中，特定開關為第六開關，且第六開關耦接位於第五開關與第一電壓之間的電流源。
相較於先前技術，本發明所提出之應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵的電荷泵架構能夠藉由-1倍/-1.5倍/-2倍的負輸出電壓選擇最佳的電荷泵切換方式，進而有效提升-1倍至-2倍負輸出電壓區間內的電荷轉移效率。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一具體實施例為一種電荷泵。於此實施例中，電荷泵可應用於有機發光二極體顯示面板(例如AMOLED顯示面板)的源極驅動器內，用以接收輸入電壓並提供輸出電壓至輸出電容，但不以此為限。
請參照圖5，圖5係繪示此實施例中之電荷泵的電路示意圖。
如圖5所示，此實施例中之電荷泵5耦接輸出電容COUT且電荷泵5係由10個開關G1~G10與3個電容C1~C3所構成，其包含有第一開關G1、第二開關G2、第三開關G3、第四開關G4、第五開關G5、第六開關G6、第七開關G7、第八開關G8、第九開關G9、第十開關G10、第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3。
於此實施例中，假設第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3均為1uF，輸出電容COUT為3uF，但不以此為限。
第一開關G1與第二開關G2串接於第一電壓BUCK與第二電壓PGND之間。第一電容C1之第一端C1P位於第一開關G1與第二開關G2之間。第三開關G3耦接於第一電容C1之第二端C1N與第二電壓PGND之間。第四開關G4耦接於第一電容C1之第二端C1N與輸出電壓VON之間。輸出電容COUT耦接於輸出電壓VON與接地端之間。第五開關G5與第六開關G6串接於第一電容C1之第二端C1N與第一電壓BUCK之間。第七開關G7與第八開關G8串接於第二電壓PGND與輸出電壓VON之間。第二電容C2之第一端C1P位於第五開關G5與第六開關G6之間。第九開關G9耦接於第一電容C1之第二端C1N與第二電容C2之第二端C2N之間。第十開關G10耦接於第二電容C2之第二端C2N與輸出電壓VON之間。第三電容C3之第一端C3P與第二電容C2之第二端C2N耦接。第三電容C3之第二端C3N位於第七開關G7與第八開關G8之間。第一電壓BUCK高於第二電壓PGND。
需說明的是，於此實施例中，電荷泵5可透過依序運作於第一相(充電態)、第二A相(第一電荷轉移態)、第一相(充電態)及第二B相(第二電荷轉移態)的方式實現能夠提供-1倍/-1.5倍/-2倍負電壓輸出的電荷泵架構。
接著，請參照圖6A及圖6B。圖6A係繪示當電荷泵5運作於第一相(充電態)時之電路示意圖。圖6B係繪示運作於第一相(充電態)的電荷泵5中之第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3之間的耦接關係示意圖。
如圖6A及圖6B所示，當電荷泵5運作於第一相(充電態)時，第一開關G1、第三開關G3、第六開關G6及第七開關G7導通，而第二開關G2、第四開關G4、第五開關G5、第八開關G8、第九開關G9及第十開關G10不導通，致使第一電壓BUCK可對第一電容C1進行充電，以將電荷儲存於第一電容C1，並且第一電壓BUCK亦可對串接的第二電容C2及第三電容C3進行充電，以將電荷儲存於第二電容C2及第三電容C3。
此外，當電荷泵5運作於第一相(充電態)時，由於與輸出電容COUT耦接的第四開關G4、第八開關G8及第十開關G10均不導通，因此，儲存於第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3的電荷無法經由第四開關G4、第八開關G8及第十開關G10流向輸出電容COUT。
請參照圖7A及圖7B。圖7A係繪示當電荷泵5運作於第二A相(第一電荷轉移態)時之電路示意圖。圖7B係繪示運作於第二A相(第一電荷轉移態)的電荷泵5中之第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3之間的耦接關係示意圖。
如圖7A及圖7B所示，當電荷泵5運作於第二A相(第一電荷轉移態)時，第二開關G2、第五開關G5及第十開關G10導通，而第一開關G1、第三開關G3、第四開關G4、第六開關G6、第七開關G7、第八開關G8及第九開關G9均不導通，致使第一電壓BUCK不會對第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3進行充電。
當電荷泵5運作於第二A相(第一電荷轉移態)時，第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3彼此串接，其中第一電容C1係耦接於接地端與負工作電壓-VDD之間；第二電容C2係耦接於負工作電壓-VDD與輸出電壓VON之間；第三電容C3係耦接於輸出電壓VON與(輸出電壓VON-1/2工作電壓VDD)之間。
也就是說，當電荷泵5運作於第二A相(第一電荷轉移態)時，是由串接的第一電容C1及第二電容C2耦接於接地端與輸出電容COUT之間，藉以產生負的輸出電壓VON。此時，負的輸出電壓VON的絕對值|VON|會等於第一電容C1的電壓值V(C1)加上第二電容C2的電壓值V(C2)，亦即|VON|=V(C1)+V(C2)。
請參照圖8A及圖8B。圖8A係繪示當電荷泵5運作於第二B相(第二電荷轉移態)時之電路示意圖。圖8B係繪示運作於第二B相(第二電荷轉移態)的電荷泵5中之第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3之間的耦接關係示意圖。
如圖8A及圖8B所示，當電荷泵5運作於第二B相(第二電荷轉移態)時，第二開關G2、第八開關G8及第九開關G9導通，而第一開關G1、第三開關G3、第四開關G4、第五開關G5、第六開關G6、第七開關G7及第十開關G10均不導通，致使第一電壓BUCK不再對第一電容C1、第二電容C2及第三電容C3進行充電。
當電荷泵5運作於第二B相(第二電荷轉移態)時，第二電容C2及第三電容C3彼此串接，且第一電容C1耦接至第二電容C2及第三電容C3之間。其中，第一電容C1係耦接於接地端與負工作電壓-VDD之間；第二電容C2係耦接於(輸出電壓VON+1/2工作電壓VDD)與負工作電壓-VDD之間；第三電容C3係耦接於負工作電壓-VDD與輸出電壓VON之間。
也就是說，當電荷泵5運作於第二B相(第二電荷轉移態)時，是由串接的第一電容C1及第三電容C3耦接於接地端與輸出電容COUT之間，藉以產生負的輸出電壓VON。此時，負的輸出電壓VON的絕對值|VON|會等於第一電容C1的電壓值V(C1)加上第三電容C3的電壓值V(C3)，亦即|VON|=V(C1)+V(C3)。
於另一實施例中，如圖9所示，電荷泵9中之第一開關G1~第十開關G10可以是電晶體開關，並且可透過控制電路CON根據時脈訊號CLK控制第一開關G1~第十開關G10的運作，但不以此為限。
於另一實施例中，如圖10所示，第一電阻R1與第二電阻R2串接於參考電壓VREF與輸出電壓VON之間，且比較器CP之正輸入端+耦接至位於第一電阻R1與第二電阻R2之間的節點N並接收與輸出電壓VON有關之分壓VN。比較器CP之負輸入端-接收接地電壓AGND且比較器CP之輸出端耦接至第二開關G2。第二開關G2耦接位於第一開關G1與第二電壓PGND之間的電流源CS。
需說明的是，電荷泵10除了可透過控制電路CON根據時脈訊號CLK控制第一開關G1~第八開關G8的運作之外，還可透過控制電路CON輸出致能訊號G2_EN至第二開關G2，以透過調整第二開關G2的電壓或電流之方式達到將負的輸出電壓VON穩壓於-1倍至-2倍之區間內的效果。
同理，於另一實施例中，如圖11所示，電荷泵11除了可透過控制電路CON根據時脈訊號CLK控制第一開關G1~第十開關G10的運作之外，還可透過控制電路CON輸出致能訊號G2_EN至第二開關G2，以透過調整第二開關G2的電壓或電流之方式達到將負的輸出電壓VON穩壓於-1倍至-2倍之區間內的效果。
於另一實施例中，如圖12所示，比較器CP之輸出端耦接至第一開關G1，且第一開關G1耦接位於第一電壓BUCK與第二開關G2之間的電流源CS。電荷泵12除了可透過控制電路CON根據時脈訊號CLK控制第一開關G1~第十開關G10的運作之外，還可透過控制電路CON輸出致能訊號G1_EN至第一開關G1，以透過調整第一開關G1的電壓或電流之方式達到將負的輸出電壓VON穩壓於-1倍至-2倍之區間內的效果。
於另一實施例中，如圖13所示，比較器CP之輸出端耦接至第六開關G6，且第六開關G6耦接位於第一電壓BUCK與第五開關G5之間的電流源CS。電荷泵13除了可透過控制電路CON根據時脈訊號CLK控制第一開關G1~第十開關G10的運作之外，還可透過控制電路CON輸出致能訊號G6_EN至第六開關G6，以透過調整第六開關G6的電壓或電流之方式達到將負的輸出電壓VON穩壓於-1倍至-2倍之區間內的效果。
需說明的是，電荷泵13亦可同時調整第一開關G1與第六開關G6的電壓或電流，以達到將負的輸出電壓VON穩壓於-1倍至-2倍之區間內的效果。
請同時參照圖14及圖4，當輸出電壓(VON)的絕對值|VON|接近工作電壓VDD時，圖4所繪示之傳統的電荷泵1的電荷轉移效率僅有50%，但圖14所繪示之本發明的電荷泵5的電荷轉移效率可達到70%。
綜合上述可知：相較於先前技術，本發明所提出之應用於有機發光二極體顯示面板之電荷泵的電荷泵架構能夠藉由-1倍/-1.5倍/-2倍的負輸出電壓選擇最佳的電荷泵切換方式，進而有效提升-1倍至-2倍負輸出電壓區間內的電荷轉移效率。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1、5、9~13‧‧‧電荷泵G1~G10‧‧‧第一開關~第十開關C1~C3‧‧‧第一電容~第三電容COUT‧‧‧輸出電容C1P‧‧‧第一電容的第一端C1N‧‧‧第一電容的第二端C2P‧‧‧第二電容的第一端C2N‧‧‧第二電容的第二端C3P‧‧‧第三電容的第一端C3N‧‧‧第三電容的第二端BUCK‧‧‧第一電壓PGND‧‧‧第二電壓CLK‧‧‧時脈訊號VDD‧‧‧工作電壓GND‧‧‧接地電壓VNEG‧‧‧負電壓ΔT1‧‧‧第一期間ΔT2‧‧‧第二期間VON‧‧‧輸出電壓CON‧‧‧控制電路CS‧‧‧電流源CP‧‧‧比較器R1~R2‧‧‧第一電阻~第二電阻N‧‧‧節點VREF‧‧‧參考電壓VN‧‧‧分壓AGND‧‧‧接地電壓G1_EN、G2_EN、G6_EN‧‧‧致能訊號
本發明所附圖式說明如下： 圖1係繪示傳統的電荷泵1的電路示意圖。 圖2A至圖2C係分別繪示傳統的電荷泵運作於充電態、-1倍電荷轉移態及-2倍電荷轉移態的電路示意圖。 圖3A係繪示傳統的電荷泵運作於充電態及-1倍電荷轉移態時的時序圖。 圖3B係繪示傳統的電荷泵1運作於充電態及-2倍電荷轉移態時的時序圖。 圖4係繪示當輸出電壓的絕對值愈接近工作電壓時，傳統的電荷泵的電荷轉移效率愈差的示意圖。 圖5係繪示根據本發明之一具體實施例中之電荷泵的電路示意圖。 圖6A係繪示當電荷泵運作於第一相(充電態)時之電路示意圖。 圖6B係繪示運作於第一相(充電態)的電荷泵中之第一電容、第二電容及第三電容之間的耦接關係示意圖。 圖7A係繪示當電荷泵運作於第二A相(第一電荷轉移態)時之電路示意圖。 圖7B係繪示運作於第二A相(第一電荷轉移態)的電荷泵中之第一電容、第二電容及第三電容之間的耦接關係示意圖。 圖8A係繪示當電荷泵運作於第二B相(第二電荷轉移態)時之電路示意圖。 圖8B係繪示運作於第二B相(第二電荷轉移態)的電荷泵中之第一電容、第二電容及第三電容之間的耦接關係示意圖。 圖9至圖13係分別繪示根據本發明之不同具體實施例中之電荷泵的電路示意圖。 圖14係繪示當輸出電壓的絕對值接近工作電壓時，本發明的電荷泵之電荷轉移效率明顯優於傳統的電荷泵之電荷轉移效率的示意圖。
5‧‧‧電荷泵
G1~G10‧‧‧第一開關~第十開關
C1~C3‧‧‧第一電容~第三電容
COUT‧‧‧輸出電容
C1P‧‧‧第一電容的第一端
C1N‧‧‧第一電容的第二端
C2P‧‧‧第二電容的第一端
C2N‧‧‧第二電容的第二端
C3P‧‧‧第三電容的第一端
C3N‧‧‧第三電容的第二端
BUCK‧‧‧第一電壓
PGND‧‧‧第二電壓

Claims (12)

  1. 一種電荷泵，應用於一有機發光二極體顯示面板並耦接一輸出電容，該電荷泵包含：複數個開關，包含一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一第五開關、一第六開關、一第七開關、一第八開關、一第九開關及一第十開關；以及複數個電容，包含一第一電容、一第二電容及一第三電容；其中，該第一開關與該第二開關串接於一第一電壓與一第二電壓之間，且該第一電壓高於該第二電壓；該第一電容之第一端位於該第一開關與該第二開關之間；該第三開關耦接於該第一電容之第二端與該第二電壓之間；該第四開關耦接於該第一電容之第二端與該輸出電容之間；該輸出電容耦接於一輸出電壓與接地端之間；該第五開關與該第六開關串接於該第一電容之第二端與該第一電壓之間；該第七開關與該第八開關串接於該第二電壓與該輸出電壓之間；該第二電容之第一端位於該第五開關與該第六開關之間；該第九開關耦接於該第一電容之第二端與該第二電容之第二端之間；該第十開關耦接於該第二電容之第二端與該輸出電壓之間；該第三電容之第一端與該第二電容之第二端耦接；該第三電容之第二端位於該第七開關與該第八開關之間；該電荷泵依序運作於一第一相、一第二A相、該第一相及一第二B相，以提供負的該輸出電壓；該第一相為充電態、該第二A相為第一電荷轉移態且該第二B相為第二電荷轉移態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電荷泵，其中當該電荷泵運作於該第一相時，該第一開關、該第三開關、該第六開關及該第七開關導通，而該第二開關、該第四開關、該第五開關、該第八開關、該第九開關及該 第十開關不導通，致使該第一電壓對該第一電容進行充電，並且該第一電壓亦對串接的該第二電容及該第三電容進行充電。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電荷泵，其中當該電荷泵運作於該第二A相時，該第二開關、該第五開關及該第十開關導通，而該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第六開關、該第七開關、該第八開關及該第九開關均不導通，致使串接的該第一電容與該第二電容耦接於接地端與該輸出電容之間，藉以產生負的該輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電荷泵，其中負的該輸出電壓的絕對值會等於該第一電容的電壓值加上該第二電容的電壓值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電荷泵，其中當該電荷泵運作於該第二B相時，該第二開關、該第八開關及該第九開關導通，而該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關、該第六開關、該第七開關及該第十開關均不導通，致使串接的該第一電容與該第三電容耦接於接地端與該輸出電容之間，藉以產生負的該輸出電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電荷泵，其中負的該輸出電壓的絕對值會等於該第一電容的電壓值加上該第三電容的電壓值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電荷泵，還包含：一控制電路，分別耦接該複數個開關，用以根據一時脈訊號控制該複數個開關的運作，以使該電荷泵運作於該第一相、該第二A相及該第二B相。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電荷泵，其中該控制電路還發出一致能訊號至該複數個開關中之一特定開關，以透過調整該特定開關的電壓或電流之方式將負的該輸出電壓穩壓於-1倍至-2倍之區間內。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電荷泵，還包含：一第一電阻及一第二電阻，串接於一參考電壓及該輸出電壓之間；以及一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端耦接至位於該第一輸入端與該第二輸入端之間的一節點並接收與該輸出電壓有關之一分壓，該第二輸出端接收一接地電壓，該輸出端耦接至該特定開關。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電荷泵，其中該特定開關為該第二開關，且該第二開關耦接位於該第一開關與該第二電壓之間的一電流源。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電荷泵，其中該特定開關為該第一開關，且該第一開關耦接位於該第一電壓與該第二開關之間的一電流源。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電荷泵，其中該特定開關為該第六開關，且該第六開關耦接位於該第五開關與該第一電壓之間的一電流源。
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