TWI842642B

TWI842642B - 顯示系統及電壓切換方法

Info

Publication number: TWI842642B
Application number: TW112139959A
Authority: TW
Inventors: 史都華Ｓ泰勒
Original assignee: 美商思娜公司
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2024-05-11

Abstract

一種實現具有低至中度崩潰電壓的電晶體的顯示器(如LCoS顯示器)的低功率共同電極電壓系統、電路和方法可包含產生像素電壓的第一低電壓放大器及產生預定電壓的第二低電壓放大器。該電路可包含耦合到第一低電壓放大器和第二低電壓放大器以產生共同電極電壓的共同電極電路。特別是，該電路可包含耦合到共同電極電路的控制電路，其中，在第一階段期間，控制電路選擇性地控制共同電極電路以基於預定電壓的負值產生低共同電極電壓。此外，在第二階段期間，控制電路選擇性地控制共同電極電路以基於預定電壓和像素電壓之和產生高共同電極電壓。

Description

顯示系統及電壓切換方法

本發明係關於一種用於顯示器的低功耗共同電極電壓產生的系統及方法。

一般而言，液晶覆矽(liquid crystal on silicon，LCoS)顯示器利用在矽背板上的液晶層。大多數的LCoS顯示器包含控制關聯各像素的電壓(V _PIX)的互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)晶片。此些顯示器對每個單元的共同電極需要一定的電壓。用於所有像素的共同電壓通常係由蓋玻璃上的透明導體層所提供，其中所述的透明導體層係由銦錫氧化物製成。

習知的用於產生共同電極電壓(V _COM)的電壓產生電路採用了具有高崩潰電壓的電晶體。因此，裸晶的面積增大；且從而增加電路的成本。許多用於產生共同電極電壓的電壓產生電路採用了作為需要更大的電力供應電壓的線性放大器的電晶體，其增加了電源消耗。舉例而言，部分電壓產生電路需要大約9至10V的高電壓。目前的電路設計者利用在高電流(大約2至3mA)下運作的高功耗線性放大器以實現此些電路，其中功率需求範圍為從20mW至30mW。此外，由於常見的電路具有高崩潰電壓，所以有更少機會整合其他電路或功能。特別地，大多習知的用於產生共同電極電壓的實現方式係採用不適合高度整合的電晶體。

提供了用於實現具有低至中度崩潰電壓的電晶體的空間光調變器和/或顯示器(例如LCoS顯示器)的低功率共同電極電壓輸出的系統、電路和方法的實施例。應當理解的是，這些實施例可以以多種方式實現，例如一種製程、一種設備、一種系統、一種裝置或一種方法。

在一些實施例中，提供了一種具有用於產生共同電極電壓的電路的顯示系統。該系統可以包括第一低電壓放大器，其被用於產生用於設置與LCoS顯示器相關聯的接地/和或V _PIX ^-和像素電壓(V _PIX+)相比的共同電極電壓(V _COM)的預定電壓。該系統還包括第二低電壓放大器，其被用於產生像素電壓V _PIX ⁺。此外，共同電極電路可以耦合到第一低電壓放大器和第二低電壓放大器，以基於預定電壓和像素電壓產生共同電極電壓。在一實施例中，一個或兩個放大器被認為是電路的一部分。特別是，控制電路可以連接到共同電極電路，其中，在第一階段期間，控制電路選擇性地控制共同電極電路以基於預定電壓的負值產生低共同電極電壓。此外，在第二階段期間，控制電路可以選擇性地控制共同電極電路以基於預定電壓和像素電壓之和產生高共同電極電壓。在一個實施例中，第二階段可以發生在第一階段之前。

在一些實施例中，提供了用於為LCoS顯示器建立共同電極驅動電壓的方法，該顯示器具有較低崩潰電壓的電晶體。該方法可包括產生用於與接地和與LCoS顯示器相關聯的像素電壓V _PIX相比設置共同電極電壓的預定電壓。該方法可進一步包括在第一階段和第二階段期間分別間歇性地將第一電容器和第二電容器充電至預定電壓。在第一階段期間，該方法可進一步包括將第二電容器跨過共同電極節點和接地耦合，以產生小於接地的預定電壓的低共同電極電壓。在第二階段期間，該方法可進一步包括將第一電容器耦合跨過像素電壓節點和共同電極節點，以按預定電壓產生大於像素電壓的高共同電極電壓。

在一實施例中，用於顯示一圖像的一種顯示系統包含：一顯示面板，具有多個像素，該些像素各具有一像素電極電壓(V _PEV)及一共同電極電壓(V _COM)；以及一數位驅動裝置，與該顯示面板耦合，該數位驅動裝置包含：一位元平面記憶體，用於將該像素電極電壓(V _PEV)提供至該些像素的每一個；一共同電極電路，與該顯示面板耦合，用於提供該共同電極電壓(V _COM)；以及至少一第一放大器，與該顯示面板耦合，用於產生一最大像素電壓(V _PIX ⁺)及一最小像素電壓(V _PIX ^-)；其中該像素電極電壓(V _PEV)根據來自該位元平面記憶體並由該些像素中至少一者接收的一電壓，從該V _PIX ⁺切換至該V _PIX ^-，其中該共同電極電路更包含至少一第二放大器，用於產生一預定電壓(V _{DAC_COM})，且其中該V _COM的一值在i) 該V _PIX ^-減該V _{DAC_COM}與ii) 該V _PIX ⁺加該V _{DAC_COM}之間切換。

在一實施例中，該V _PIX ⁺具有在1.2V至4V範圍內的一值，且該V _PIX ^-具有在0V至-2.8V範圍內的一值。在一實施例中，該V _{DAC_COM}具有在大約0V至2V範圍內的一值。在一實施例中，該共同電極電壓V _COM維持整個該顯示面板的直流電壓平衡。在一實施例中，該顯示面板係一液晶顯示面板。

在一實施例中，顯示系統更包含與該共同電極電路耦合的一控制電路，用於提供一時脈輸出(CS)至該共同電極電路。在一實施例中，該共同電極電路更包含接收該時脈輸出CS的多個開關。在一實施例中，該些開關中至少一者包含多個金屬氧化物半導體場效電晶體。在一實施例中，該共同電極電路係位於與該顯示面板分隔的一積體電路晶片上。在一實施例中，該共同電極電路係整合進與該顯示面板相同的積體電路晶片。

在一實施例中，該V _PIX ^-為0，且該V _COM的該值在小於0與大於該V _PIX ⁺之間切換。在一實施例中，提供一種產生共同電極驅動電壓的方法，其中該方法係用以為具有多個像素的一顯示面板產生一共同電極電壓(V _COM)，且該些像素具有一像素電壓(V _PIX)。在一實施例中，該方法包含下列步驟：將具有至少一個第一電容器及至少一個第二電容器的一共同電極電路耦合至該顯示面板；在一第一階段期間，選擇性地以一控制電路控制該共同電極電路以基於一預定電壓(V _{DAC_COM})的一負值產生該V _COM的一低值；在一第二階段期間，選擇性地利用該控制電路控制該共同電極電路以產生該V _COM的一高值；以及耦合至少一個第一放大器至該顯示面板，該第一放大器用於產生一最大值像素電壓(V _PIX ⁺)及一最小值像素電壓(V _PIX ^-)；其中該V _COM的一值在i) 該V _PIX ^-減該V _{DAC_COM}與ii) 該V _PIX ⁺加該V _{DAC_COM}之間切換。在一實施例中，該方法更包含對該共同電極電路中的至少一個第一電容器及至少一個第二電容器充電至該預定電壓。

在一實施例中，該方法更包含耦合該共同電極電路至用於產生一預定電壓(V _{DAC_COM})的至少一第二放大器。在一實施例中，該V _PIX ⁺具有個在1.2V至4V範圍內的一值，且該V _PIX ^-具有個在0V至-2.8V範圍內的一值。在一實施例中，該V _{DAC_COM}具有在大約0V至2V範圍內的一值。在一實施例中，該共同電極電壓V _COM的一值(即0V)維持整個該顯示面板的直流電壓平衡。在一實施例中，該顯示面板係一液晶覆矽顯示系統。

透過結合以下繪示出所述實施例的原理的圖式的詳細描述，實施例的其他方面和優點將變得顯而易見。

以下在實施方式中詳細敘述一種顯示系統(例如LCoS顯示系統)、關聯的電路以及共同電極電壓的產生的方法。其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解到可在沒有部份或全部的這些特定細節下據以實現實施例。在其他情況下，沒有詳細描述習知的流程操作，以免不必要的混淆實施例。

在某些實施例中，顯示系統係一LCoS顯示系統且可包含用於共同電極電壓V _COM產生的電路，該電路具有第一低電壓放大器，用於產生一預定電壓以實現為將共同電極電壓V _COM設定至一個相對至接地的值，及設定至關聯於LCoS顯示器的像素電壓V _PIX。該系統亦包含第二低電壓放大器，用於產生像素電壓V _PIX。此外，一共同電極電路可被耦合至第一低電壓放大器及第二低電壓放大器以基於預定電壓及像素電壓V _PIX而產生共同電極電壓。特別地，一控制電路可被耦合至共同電極電路，其中在一第一階段期間，控制電路選擇性地控制共同電極電路以基於該預定電壓的一負值而產生一低共同電極電壓。此外，在第二階段期間，控制電路可選擇性地控制共同電極電路以基於該預定電壓與像素電壓V _PIX的總和而產生一高共同電極電壓。根據本文之實施例的共同電極電壓V _COM在本發明的LCoS顯示系統的整個液晶顯示面板維持大約0V的電壓(例如DC電壓)的平衡。

產生共同電極電壓V _COM的方法可包含產生關連於LCoS顯示器的相對於像素電壓的該預定電壓，且在第一及第二階段期間分別間歇地對第一及第二電容器充電至預定電壓。特別來說，在第一階段期間，該方法可包含在將第二電容器跨接地耦合於一個共同電極節點及接地之間，以產生比接地還小預定電壓的低共同電極電壓。在第二階段期間，該方法可更包含將第一電容器耦合在一個像素電壓節點及共同電極節點間，以產生比像素電壓V _PIX還大預定電壓的高共同電極電壓。

有利地，可利用在此敘述的實現低功耗共同電極電壓的系統、電路及方法以實現用於LCoS成像器(imagers)/背板的共同電極電壓V _COM，其中LCoS成像器/背板採用具有比習知且當前運用在顯示器(例如LCoS顯示器)內的電晶體還小的崩潰電壓的電晶體。共同電極電壓產生流程及/或共同電極電路可被單獨地實現在一積體電路上，或是可替代地，實現為另一片積體電路的一部分，例如為顯示面板或成像器的積體電路。相較於習知系統，本發明之實施例減小了用以實現共同電極驅動電壓所需的電晶體所需要的崩潰電壓。在此敘述的共同電極電壓產生電路及方法亦由於所需的裸晶尺寸減小而降低實現此電路的成本。此外，當被整合到與LCoS背板/顯示器同個裸晶上時，在此揭示的系統和方法可增加整合的程度。在一實施例中共同電極電壓V _COM電路係整合於與該顯示器分離的裸晶上或與其他類比功能(例如溫度感測、光學回授等)整合。以此，共同電極電壓V _COM產生電路(其全部或部分在此可被稱為共同電極電路)可與LCoS顯示系統的背板晶片整合，或可替代地位在電性連接該背板晶片的單獨的晶片上。根據本發明的顯示系統(例如LCoS顯示系統)的實施例亦耗損較少的電力，使其更適合電池的運作，且從而產生較少的熱。較小的電源電壓導致了較少的功耗。在本發明一實施例中，藉由採用以大約是9至10V的一半或更少的電源供應電壓運作的放大器而減少了功耗。先前技術的電路通常耗損大約25mW，而本發明部分實施例具有只耗損大約5mW的益處及優勢。

以下敘述裡闡述了許多細節。然而可顯而易見的，在沒有此些具體細節下本技術領域具通常知識者可據以實施。在某些情況下，習知結構及裝置以方塊圖的形式顯示而非詳細形式，以避免混淆本發明。

在描述中提及「一個實施例」或「一實施例」是指結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。在本說明書中，位於不同地方的短語「在一個實施例中」不一定指相同的實施例。在整個圖式的描述中，相同的圖式標記表示相同的元件。

請參考圖1，提供了根據本發明的LCoS顯示系統2的一實施例的方塊圖。如同所繪示的，根據本發明的顯示系統2可包含耦合至數位驅動裝置40的圖形處理裝置10以及耦合至數位驅動裝置40的光學引擎50。在一實施例中，圖形處理裝置10可更包含一個產生器及混合器(gen/blend)模組12。gen/blend模組12可產生及/或混合多個物件。舉例而言，在混合實境(mixed reality，MR)及沉浸式擴增實境(augmented reality，AR)應用中，混合器12可將產生的物件與透過照相機取得的影像或物件(例如真實物件)的其他視覺表徵混合。舉例來說，gen/blend模組12產生資料，例如影片及/或影像輸出。在本發明一實施例中，gen/blend模組12在各式實境系統、裝置或方法中(例如AR、VR(virtual reality，虛擬實境)及/或MR)產生資料，例如影片及/或影像輸出。在本發明一實施例中，gen/blend模組12在例如頭戴顯示器(head-mounted display，HMD)系統的輸入端產出AR影像(例如三原色(red-green-blue，RGB)影片幀)。在本發明之實施例中，gen/blend模組12可合併進產生影像(例如AR影像)的驅動或系統，例如HMD裝置或系統。在某些情況裡，產生的影像可與來自照相機的影像混合。

在本發明一實施例中，圖形處理裝置10係包含處理器30或係關聯於處理器30。處理器30可在圖形處理裝置10的內部或外部。在本發明一實施例中，處理器30可執行圖形處理裝置10的軟體模組、程式或指令。舉例，處理器30可執行例如抖動模組(dither module)33、棋盤模組(checkboard module)34以及命令填充器(command stuffer)37的軟體模組。在前面提及的模組的執行中，處理器30可存取儲存在一個或多個查找表(look-up tables，LUTs)(例如彩色LUT 32及位元平面LUT 35)的資料。儘管在圖1中被繪示為與處理器分隔，彩色LUT 32及位元平面LUT 35可位在記憶體21上。記憶體21可在圖形處理裝置10的內部或外部。

在本發明一實施例中，根據本發明的空間的(spatial)及時間的(temporal)抖動模組33可被用於感知地將位元深度延伸超過原始的顯示位元深度。抖動模組33可例如被利用來藉由使用高速照明「抖動」數位光處理(digital light processing，DLP)投影機而恢復快速移動場景。棋盤模組34可進行根據本發明的棋盤(checkerboarding)方法。本領域通常知識者將認知到，在不偏離本發明範圍的情況下，處理器30可以執行更多或更少的模組。

在本發明一實施例中，藉由位元旋轉(bit rotate)模組15發生位元旋轉。位元旋轉模組15及關連的過程可涉及以處理器(例如處理器30)擷取一特定的位元數，例如最高有效位元(most significant bit，MSB)。所得的位元平面係被用為位元平面的輸入及/或儲存於位元平面LUT(s) 35。在本發明一實施例中，從圖形處理裝置10的記憶體21存取位元平面LUT 35，且處理器30存取位元平面LUT 35(即，給定各像素的數位位準值及時間，在光學引擎50內空間光調變器(spatial light modulator)56的所有輸出二進位像素電極邏輯的瞬時狀態)。在本發明一實施例中，處理器30可執行產生位元平面的一模組(例如位元平面LUTs 35)。在本發明一實施例中，位元平面LUTs 35可如圖1所示位於圖形處理裝置10內。在另一實施例中，位元平面LUT 35可處在數位驅動裝置40內。

數位驅動裝置40從圖形處理裝置10接收資料(例如命令36、38)，且在傳送影像資料至光學引擎50前先整理(例如，壓縮)接收到的資料。數位驅動裝置40可包含記憶體41(其可在裝置的內部或外部且/或與其他裝置共享)。數位驅動裝置40可包含各式程式，例如命令解析器(command parser)模組44，其中當命令解析器模組44被處理器30執行時，其解析及/或處理由數位驅動裝置40接收的資料。數位驅動裝置40可包含靜態及/或動態資料(例如，位元平面記憶體42、命令解析器44、光控制源46等)。在本發明一實施例中，命令填充器37在末端的使用者看不見的區域中將命令插入影片路徑。在本發明一實施例中，舉例，該些命令透過例如光源控制模組46及共同電極電壓V _COM+像素電壓V _PIX控制模組48直接或間接控制例如為雷射的光源52、驅動電壓(例如，共同電極電壓V _COM及像素電壓V _PIX)。在本發明一實施例中，可以硬體及/或軟體來實現光源控制模組46及共同電極電壓V _COM+像素電壓 V _PIX控制模組48。數位驅動裝置40可為例如計算系統、頭戴裝置、及/或其他利用LCoS顯示器的裝置的一個組件。

在一實施例中，數位驅動裝置40亦包含一命令解析器44。命令解析器44解析從命令填充器37接收的命令38。在本發明一實施例中，光源控制模組46藉由透過數位類比轉換器(digital-to-analog controller，DAC)、數位致能或失能控制來控制類比輸入(例如，電壓或電流)以控制例如為雷射或LED(light-emitting diode，發光二極體)的光源52。在一實施例中，共同電極電壓V _COM+像素電壓 V _PIX控制模組48控制共同電極電壓V _COM和像素電壓V _PIX電壓。在本發明一實施例中，光學引擎50包括多個顯示組件及完成圖1繪示的顯示系統2所需的所有其他光學裝置。在本發明一實施例中，光學引擎50可包含光源52、光學元件54(例如，透鏡、偏光片等)以及空間光調變器56。

在本發明一實施例中，控制電路110、210、共同電極電路150a、150b及250以及在圖2A、2B及3中所繪示的關聯的放大器可位在共同電極電壓V _COM+ 像素電壓V _PIX控制模組48之內。圖1的命令解析器44連接至組件116(例如DAC)、組件118(例如DAC)及控制電路110(及圖3中的相似組件218、216及控制電路210)。以下將更詳細描述該些組件。命令解析器44發送邏輯控制輸出(例如，數位電壓)至組件116、118及控制電路110，以取得由第一放大器108及第二放大器106產出的所需電壓，以及適當的時脈輸出CS。在一實施例中，由命令解析器44發送的電壓及電流對應至驅動顯示面板180的電壓及電流，且最終決定顯示器的像素的輸出強度。

更具體地說，在一實施例中，命令解析器44提供個別的電壓輸入至組件116及118以及控制電路110。該些輸入係數位控制輸入(例如電壓、邏輯位準)。由命令解析器44供應至組件116(例如DAC)的電壓輸入代表對應輸入至第二放大器106的所需的輸入電壓的數位字(digital word)。此組件116的輸出被第二放大器106放大並產生像素電壓V _PIX ⁺。由命令解析器44供應至組件118(例如DAC)的電壓輸入代表一對應輸入至第一放大器108的所需的輸入電壓的數位字。組件118的輸出被第一放大器108放大並產生電壓V _{DAC_COM}。由命令解析器44供應至控制電路110的電壓輸入代表建立時脈輸出CS的頻率、占空比(duty cycle)及相位的一個或多個邏輯位準輸入。控制電路110的輸出係時脈輸出CS。

請參考圖2A，提供了包含用以產生共同電極電壓V _COM的電路的LCoS顯示系統100的電路圖。圖1中的系統100包含控制電路110(例如數位控制電路)、共同電極電路150a以及顯像儀及/或具有連接至產生的共同電極電壓V _COM的像素陣列的顯示面板180。顯示面板180亦包含直行(column)選擇器182及橫列(row)選擇器184。共同電極電路150a包含開關S1至S4及第一放大器108。第一放大器108連接至產出所需電壓輸出且將其提供至第一放大器108的輸入端的組件118(例如，數位類比轉換器(DAC))。系統100亦包含第二放大器106。第二放大器106耦合至供應理想輸入電壓至第二放大器106以產生一預定像素電壓V _PIX的組件116(例如DAC)。第二放大器106的輸出係像素電壓V _PIX ⁺(像素電極電壓V _PEV的正值)，其連接至共同電極電路150a及顯示面板180。像素電極電壓V _PEV係被用於為顯示面板180及280內的像素186a-n的像素電極提供電力。

像素電極電壓V _PEV係顯示面板180內各像素的像素電極的值。在一實施例中，根據從數位驅動裝置40中的位元平面記憶體42接收的用於顯示面板180中每個像素的資料值(例如，資料位元)，像素電極電壓V _PEV從像素電壓V _PIX ^-切換至像素電壓V _PIX ⁺。如圖2A及圖3所示的顯示面板180內有多個像素(例如像素186a-n)。(通常在一個顯示系統中，像素的數量有所不同，且可能例如為一百萬到八百萬個像素。)取決於要由給定像素186a-n顯示的所需亮度或顏色，顯示面板180中各子像素186a-n接收的資料係從圖1的數位驅動裝置40中的位元平面記憶體42接收且由其供應。在一實施例中，顯示面板180係位於光學引擎50之內。圖2A及圖3的顯示面板180、280可被認為是與圖1中的空間光調變器56的同個組件或同個組件的一部分。

控制電路110可位在例如系統100的顯示面板180的背板晶片內的積體電路上。可替代地，控制電路可位在電性連接至共同電極電路150a的分隔的晶片上。控制電路110可包含一種佈置方式，所述的佈置方式包含用於提供(例如透過渠道)時脈輸出CS至共同電極電路150a的至少一正反器(flip-flop)裝置112。在一些實施例中，控制電路110可包含正反器裝置112，正反器裝置112耦合至一緩衝器114以提供第一及第二控制輸出(未繪示)，其中為了交錯共同電極電路150a中的開關的開與關(ON and OFF switching)的目的，第二控制輸出相對於第一控制輸出被延遲。據此，可以實現非重疊的控制輸出(即，時脈輸出CS係非開即關)。

第二放大器106可被用於像素電壓V _PIX ⁺的產生。像素電壓V _PIX ⁺的值可基於從位元平面記憶體42輸出的顏色序列結合命令解析器44而動態地改變，其中顏色序列對應至顯示面板180的該些像素要顯示的影像的顯示色彩及強度。相反地，第一放大器108(其中「低電壓」代表放大器在例如大約5V或更低的電壓運作)可被用於產生電壓V _{DAC_COM}。在本發明一實施例中，電壓V _{DAC_COM}係預定電壓，由第一放大器108在其輸出端實現。供應至組件118(例如數位類比轉換器(DAC))以實現電壓V _{DAC_COM}(意即將被用於建立共同電極電壓V _COM的電壓)的電壓輸入係從命令解析器44取得。相較於顯示面板的像素電極電壓擺幅(像素電壓V _PIX ⁺至像素電壓V _PIX ^-)，電壓V _{DAC_COM}係相對小的。分別在第一及第二階段期間(如以下所述)，藉由調整來自命令解析器44由組件118供應的輸入，此預定電壓V _{DAC_COM}係可編程的，且預定電壓V _{DAC_COM}可被用於交替地對共同電極電路150a的第一及第二電容器(C1、C2)充電。

在一實施例中，第一放大器108可使用一個5mW的運算放大器來實現，其中像素電壓V _PIX ⁺係4.0V且預定電壓V _{DAC_COM}係1.5V。預定電壓V _{DAC_COM}值可根據液晶材料的需求及期望的顯示系統的應用(例如，振幅及/或相位特性)來選擇。因此，正像素電壓V _PIX ⁺及共同電極電壓V _COM的範圍(range)/跨度(span)及步長(step size)可能會有所不同。在一些實施例中，由於DAC具有範圍/跨度及步長且DAC其中的位元的數量係以2為底的範圍除以步長的對數，像素電壓V _PIX及共同電極電壓V _COM的步長可以藉由消除每個DAC的一位元而以兩倍的程度增長。

在一些實施例中，共同電極電路150a可使用第一放大器108以及第二放大器106的輸出電壓以基於預定電壓V _{DAC_COM}及像素電壓V _PIX ⁺及像素電壓V _PIX ^-產生共同電極電壓V _COM。具體來說，控制電路110可與共同電極電路150a耦合，其中在第一階段期間，控制電路110可選擇性地控制共同電極電路150a以基於預定電壓V _{DAC_COM}以及像素電壓V _PIX ^-的一負值產生低共同電極電壓V ^- _COM。此外，在第二階段期間，控制電路110可選擇性控制共同電極電路150a以基於預定電壓V _{DAC_COM}及像素電壓V _PIX的總和而產生高共同電極電壓V ⁺ _COM。

具體而言，在一些實施例中，共同電極電路150a可包含一對開關(S1及S2)耦合在第一電容器C1的兩端以將第一電容器C1耦合在接地及第一放大器108的輸出端之間以將第一電容器C1充電至預定電壓V _{DAC_COM}。在另一種情況中，該對開關(S1及S2)可將第一電容器C1耦合在第二放大器106的輸出端及共同電極電壓V _COM節點之間以提供高或最大的高共同電極電壓(V ⁺ _COM)。

此外，共同電極電路150a可包含第二對開關(S3及S4)耦合在第二電容器C2兩端以將第二電容器C2耦合在接地及第一放大器108的輸出端之間以將第二電容器C2充電至預定電壓V _{DAC_COM}。在另一種情況中，該對開關(S3及S4)可將第二電容器C2耦合在共同電極電壓V _COM節點及接地之間以提供低共同電極電壓(V ^- _COM)。

在運作中，控制電路110提供控制輸出CS選擇性地切換第一對及第二對開關(S1至S4)且提供運作的兩個階段。具體而言，在第一階段期間，來自控制電路110的時脈輸出CS可切換第一對開關S1和S2並將第一電容器C1耦合在接地和第一放大器108的輸出之間，以將第一電容器C1充電至預定電壓V _{DAC_COM}。例如，如果預定電壓V _{DAC_COM}被設定為0.8V，則第一電容器C1將被充電至0.8V。在第一階段期間，來自控制電路110的時脈輸出CS可同時切換第二對開關S3和S4，以將第二電容器C2耦合在共同電極電壓V _COM節點和接地之間。因此，共同電極電壓V _COM的節點被供予低共同電極電壓V ^- _COM，其中當第二電容器在前一個循環中已被初步充電時，該電壓被設定為-V _{DAC_COM}。按照同樣的例子，低共同電極電壓V ^- _COM可以設定為-0.8V。

在運作中，在第二階段期間，來自控制電路110的時脈輸出CS可以切換第一對開關S1和S2，使第一電容器C1跨接地耦合於第二放大器106的輸出端和共同電極電壓V _COM的節點。由此，共同電壓節點被設置為高共同電極電壓V ⁺ _COM，高共同電極電壓V ⁺ _COM為像素電壓V _PIX ⁺與預定電壓V _{DAC_COM}之和。例如，若將預定電壓V _{DAC_COM}設置為0.8V，則高共同電極電壓V ⁺ _COM為像素電壓V _PIX ⁺與0.8V之和。同時，在第二階段期間，來自控制電路110的時脈輸出CS可以切換第二對開關S3和S4，以使第二電容器C2耦合在接地和第一放大器108的輸出之間。據此，第二電容器C2被充電至第一放大器108的輸出電壓V _{DAC_COM}。例如，當預定電壓V _{DAC_COM}被設定為0.8V時，第二電容器C2被充電至0.8V。在一實施例中，用於充電第一電容器C1和第二電容器C2的電壓是不同的，而在一實施例中，使用的電壓大致相同。

在一些實施例中，一個實現的例子可包含將像素電壓V _PIX ⁺設定為在2.8V和4.336V之間並包含2.8V和4.336V，其中該電壓可以使用步長為12mV的7位元DAC來實現。應該注意的是，這個例子並不是要限制發明概念。位元的範圍/數量和步長大小可以更大或更小。在本發明一實施例中，當利用的位數減少時，根據本發明，利用的硬體及系統或裝置的製造成本會較低。在本發明一實施例中，由第一放大器108產生的電壓V _{DAC_COM}可以為例如介於0.8V和2.08V之間，並包含0.8V和2.08V；其中該電壓可以使用步長為10 mV的7位元DAC來實現。最終，所提供的高共同電極電壓V ⁺ _COM可以為(像素電壓V _PIX ⁺+0.8V)至(像素電壓V _PIX ⁺+2.08V)，其中，該電壓可以例如使用步長為10mV的7位DAC來實現。據此，產生的低共同電極電壓V ^- _COM可以是從-2.08V到-0.8V及包含-2.08V到-0.8V。然而，本領域通常知識者應當理解的是，DAC的位元數、DAC電壓的最小值和最大值(範圍/跨度)以及步長大小可以被改變。本領域通常知識者還應該理解的是，在一實施例中，第一放大器108可以不耦合到DAC。提出這些例子係為了說明本發明的實施例。然而，應當理解，本發明並不限於所描述的這些例子或實施例，且可以在本發明的精神和範圍內通過修改和改變來據以實施。

參考圖2B，繪示出了可代替圖2A的系統中的共同電極電路150a而使用的(部分的)共同電極電路150b的一實施例。需注意的是，關聯於共同電極電路150b的放大器並未示出。然而，本領域的通常知識者會理解的是，可以提供與圖2A中所提供的類似的放大器和相關的電壓輸入組件。在一實施例中，如圖2B所示，一對開關S1和S2可以從電晶體T ₁-T ₄取得(例如金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET))。具體地說，多個p型電晶體(T ₁，T ₄)和多個n型電晶體(T ₂，T ₃)的閘極可以耦合以接收時脈輸出CS。時脈輸出CS將有效地使電晶體(T1-T4)中的每一者導通(ON)和關斷(OFF)。在一實施例中，電晶體T ₁的源極可以耦合到像素電壓V _PIX節點，而電晶體T ₁的汲極耦合到第一電容器C1。此外，第二電晶體T ₂的源極可以耦合至接地，而電晶體T ₂的汲極耦合到第一電容器C1。電晶體T ₃的源極可以耦合以接收預定電壓(即，第一運算放大器的輸出電壓)V _{DAC_COM}，而電晶體T ₄的源極可以耦合到共同電極電壓V _COM節點。在一些實施例中，電晶體T ₃和T ₄兩者的汲極可以耦合到第一電容器C1。

相似地，一對開關S3和S4可以從MOSFET電晶體T ₅-T ₈取得。一n型電晶體T5和一p型電晶體T ₆的閘極可以耦合以接收時脈輸出CS。時脈輸出CS將有效地使電晶體(T ₅、T ₆)中的每一個導通和關斷。在一些實施例中，電晶體T ₅的源極可以耦合到共同電極電壓V _COM節點，而電晶體T ₅的汲極耦合到第二電容器C2。此外，電晶體T ₆的源極可以耦合至接地，而電晶體T ₆的汲極耦合到第二電容器C2。電晶體T ₇的源極可以耦合以接收預定電壓V _{DAC_COM}，而電晶體T ₈的源極可以耦合到接地。在一些實施例中，電晶體T ₇和T ₈兩者的汲極可以耦合到第二電容器C2。在一些實施例中，實現開關(S1-S4)的電晶體對中的每一個可以由一個以上以串聯耦合的電晶體(未繪示出)來表示。需注意的是，串聯的電晶體形成的開關可以共享/容納更大的電壓。

在運作中，在控制輸出為高的第一階段期間，所有的n型電晶體T ₂、T ₃、T ₅和T ₈導通。如下面將更詳細地描述的，這些電晶體導通的結果使第一電容器C1連接在接地和預定電壓V _{DAC_COM}之間，而第二電容器C2耦合在共同電極電壓V _COM節點和接地之間。在控制輸出為低的第二階段期間，p型電晶體(T ₁、T ₄、T ₆和T ₇)導通。因此，第一電容器C1被耦合在像素電壓V _PIX節點和共同電極電壓V _COM節點之間，而第二電容器C2被耦合在接地和預定電壓V _{DAC_COM}之間。

在第二階段期間，當時脈輸出CS為低時，p型電晶體T ₁將轉為導通，有效地將電路從像素電壓V _PIX ⁺節點連接到第一電容器C1。同時，當時脈輸出CS為低時，n型電晶體T ₂將轉為關斷，有效地將從連接電晶體T ₂的汲極的節點到接地的電路斷路。也就是說，當時脈輸出CS為低，第一電容器C1將被耦合到具有像素電壓V _PIX的節點。

在當時脈輸出CS為高的第一階段期間的替代方案中，p型電晶體T ₁將轉為關斷，有效地將包含像素電壓的節點和第一電晶體T ₁的汲極之間的電路斷路。同時，由於高時脈輸出CS，n型電晶體T ₂將轉為導通，有效地將電晶體T ₂的汲極與接地耦合。也就是說，當時脈輸出CS為高時，第一電容器C1將被耦合到接地。從而，使用MOSFET電晶體的開關實現方式有效地將第一電容器C1耦合到接地/像素電壓V _PIX ^-或像素電壓V _PIX節點。

對於第二開關S2，使用MOSFET電晶體的實現方式是相反的。開關S2係使用n型電晶體T ₃和p型電晶體T ₄來實現，其中電晶體的閘極耦合到時脈輸出CS以使這些電晶體導通和關斷。具體而言，如上所述，n型電晶體T ₃的源極耦合到第一放大器108的輸出，而p型電晶體T ₄的源極耦合到共同電極電壓V _COM節點。電晶體T ₃和T ₄兩者的汲極均與第一電容器C1耦合。在運作中，在第二階段期間當時脈輸出CS為低時，n型電晶體T ₃將轉為關斷，有效地將從第一放大器108的輸出到第一電容器C1的電路斷路。同時，當時脈輸出CS為低時，p型電晶體T4將轉為導通，有效地將連接第一電容器C1的節點和共同電極電壓V _COM節點的電路短路。也就是說，當時脈輸出CS為低時，第一電容器C1將被耦合至共同電極電壓V _COM節點。

在所述的當時脈輸出CS為高的第一階段期間的替代方案中，n型電晶體T ₃將轉為導通，有效地將第一放大器108的輸出節點與第一電容器C1之間的電路短路，從而將第一電容器C1耦合到預定電壓V _{DAC_COM}。同時，由於高時脈輸出CS，p型電晶體T ₄將轉為關斷，有效地將電晶體T ₄的汲極與共同電極電壓V _COM節點之間的電路斷路。也就是說，當時脈輸出CS為高時，第一電容器C1將被耦合以接收預定的電壓V _{DAC_COM}。從而，使用MOSFET電晶體(T ₁-T ₄)的開關S1和S2的開關的實現方式有效地將第一電容器耦合到像素電壓節點和共同電極電壓V _COM節點之間或耦合到接地和具有預定電壓V _{DAC_COM}的節點之間。

相似地，一對開關S3和S4可從MOSFET電晶體T ₅-T ₈取得。在當時脈輸出CS為低的第二階段期間，電晶體T ₅-T ₈將轉為導通和關斷，以使第二電容器C2耦合於接地和具有預定電壓V _{DAC_COM}的輸出節點之間，有效地將第二電容器C2充電到預定電壓V _{DAC_COM}。相反地，在當時脈輸出CS為高的第一階段期間，開關電晶體T ₅-T ₈將從導通切換到關斷，使第二電容器C2耦合於共同電極電壓V _COM節點和接地之間，在共同電極電壓V _COM節點上施加預定電壓V _{DAC_COM}的負值(如圖2A的詳細解釋)。

在一實施例中，將MOSFET電晶體(T ₁-T ₈)實現為開關(S1-S4)的方式具有減少所需的過壓電壓(overhead voltage)的好處和優勢。然而，在常見的實現方式中，在高共同電極電壓V ⁺ _COM和低共同電極電壓V ^- _COM的之上和之下分別需要大約+/-1V的額外電源電壓。需注意的是，可以選擇電源電壓以確保所有可能的電源電壓值的正確操作。此外，在本發明一實施例中，對於共同電極電壓V _COM＝-1V至5V或-1.5V至5.5V，任何一個開關S1-S4所經歷的最大電壓似乎分別為大約或等於6V或7V。此外，低共同電極電壓V ^- _COM可約為-1.5V，其需要開關S1-S4(例如，數位電晶體)係與接地隔離且亦與-1.5V隔離。

根據本發明，一種用於產生共同電極電壓V _COM的顯示系統(例如，系統100)，降低了用於實現共同電極電壓V _COM的電晶體所需的崩潰電壓，並降低了共同電極電壓V _COM電路的功耗。因為電晶體更小，較低的崩潰電壓有效地減少了裸晶的面積。此外，較低的崩潰電壓可允許在未來的按比例縮放的節點(scaled node)上集成共同電極電壓V _COM，以節省尺寸、功率和/或成本。

在習知系統中，共同電極電路的共同電極電壓V _COM電晶體的崩潰電壓為20V，且共同電極電壓V _COM放大器的功耗為20-30mW。然而，在此揭露的產生高共同電極電壓(V ⁺ _COM)和低共同電極電壓(V ^- _COM)共同電極電壓的系統、電路和方法具有使用較低電壓放大器(例如，第一放大器108)的優點和優勢，其可以被採用以藉由建立第一和第二電容器(C1，C2)上的電壓而產生共同電極電壓V _COM，其中這些電容器為了低共同電極電壓V ^- _COM而連接到接地(或像素電壓V _PIX ^-)或為了高共同電極電壓V ⁺ _COM而連接到像素電壓V _PIX ⁺。在一個實施例中，第一放大器108可以具有在例如0V到1.6V的範圍內的輸出值。在一個實施例中，用於讓第一放大器108產生這種較低電壓的電源電壓可以在例如3.3V到5V的範圍內。據此，在運作期間，第一和第二電容器(C1、C2)中的一個可以建立高共同電極電壓V ⁺ _COM或低共同電極電壓V ^- _COM，而另一個正在被充電和/或補充。據此，電容器的藉使用開關S1-S4而被交換/切換/更換。

作為附加的優點，顯示系統(例如系統100、200)的實施例的共同電極電路(例如150a、150b、250)產生共同電極電壓V _COM，並且與需要較高的電力源(例如約9-10V)的傳統顯示系統相比，需要降低的電力源(例如約5V)。此外，在本發明的一個實施例中，第一放大器108以約1mA的較低電流(相對於傳統系統的約2-3mA)運作，並且能夠將功率從例如約20-30mW降低到約5mW。本文所公開的這種產生共同電極電壓的系統和方法的另一個好處是，它減少或消除了對外部電源電壓及其相關穩壓電路的需求。因此，根據本發明的設備應用和/或顯示系統的成本降低；並且減小了尺寸/面積和功率。

在一些實施例中，由於第一和第二電容器(C1、C2)之間共享的電荷和共同電極電壓V _COM電容，第一電容器C1和第二電容器C2的值可以大約在0.1uF至10uF之間，並包括0.1uF及10uF。在本發明的一個實施例中，第一電容器C1和第二電容器C2的值可以是大約1uF。這可能導致共同電極電壓V _COM偏離其編程/期望的電壓約5-10mV。在一些實施例中，如果夠小的話，這一結果可以被忽略。在其它實施例中，可以通過使用較大的電容器來實現第一電容器C1和第二電容器C2，例如，第一電容器C1和第二電容器C2可以具有2-5uF之間和包括2uF及5uF的值，從而減少該結果的影響。在本發明的一個實施例中，可以通過將第一和第二電容器(C1、C2)上的電壓編程為比共同電極電壓V _COM的最終期望值大一些或小一些而補償共同電極電壓V _COM偏差，例如，1-10mV。

圖2B中所示的前述例子已為解釋的目的而呈現。其不旨在詳盡的或將該系統和該方法限制為本文所公開的精確形式。本領域的技術人員可以理解的是，根據用於對一個或多個電容器充電所需的精確電壓，必須仔細選擇電晶體的類型和所需的電壓擺動(以及電晶體本體的連接)，以使電路能夠運行。開關S1-S4及其相應的時脈輸出CS的最終實現細節，以及各種開關電晶體上的閘極電壓，都可以有所不同，或以特定的方式選擇，以改善電路的功能或操作。

參考圖2C，示出了在一些實施例中圖2B中描述的電路的操作示例的時序圖。如上圖2B所示，當時脈輸出CS為高時，p型電晶體T ₁、T ₄、T ₆和T ₇為關斷，而n型電晶體T ₂、T ₃、T ₅和T ₈為導通。這意味著在第一階段期間，開關S1和S2移位以將第一電容器C1耦合到預定節點和接地之間，有效地將第一電容器充電到預定電壓V _{DAC_COM}。同時，開關S3和S4將第二電容器C2耦合到共同電極電壓V _COM節點和接地之間。如圖所示，共同電極節點的電壓將是預定電壓V _{DAC_COM}的負值。

可替代地，當時脈輸出CS在第二階段期間為低時，p型電晶體T1、T4、T6、 T7為導通，而n型電晶體T2、T3、T5、T8為關斷。這意指在第二階段期間，開關S1和S2切換以將第一電容器C1耦合於像素電壓V _PIX節點和共同電極電壓V _COM節點之間，有效地在共同電極電壓V _COM節點處提供像素電壓V _PIX和預定電壓V _{DAC_COM}的電壓總和。同時，開關S3和S4將第二電容器C2耦合到接地和具有預定電壓V _{DAC_COM}的輸出節點，有效地將第二電容器C2充電到預定電壓V _{DAC_COM}。因此，如圖2C的時序圖所示，在該第二階段期間，共同電極電壓V _COM節點處的電壓等於像素電壓V _PIX和預定電壓V _{DAC_COM}之和。

參考圖2D，提供了在一些實施例中示出像素電壓V _PIX和共同電極電壓V _COM之間的電壓比較的電壓和資料圖。如圖所示，高共同電極電壓V ⁺ _COM可以被設定為大於像素電壓V _PIX的電壓。間歇地，共同電極處的電壓可以切換到低共同電極電壓V ^- _COM，該電壓可以設置為小於接地或像素電壓V _PIX-相同量的電壓。在這個特定的例子中，當像素電壓V _PIX為4V時，高共同電極電壓V ⁺ _COM可以設置為5.5V，低共同電極電壓V ^- _COM可以設置為-1.5V。在一些實施例中，根據實現方式和應用，所示的電壓可以更正(positive)或更負(negative)地偏移。舉例來說，像素電壓V _PIX+可以是1.2V，而像素電壓(V _PIX-)可以是-2.8V，其中差值為4V。在一些實施例中，存在50%的占空比。

在一些實施例中，共同電極電壓V _COM和像素電壓V _PIX之間的優選電壓差可以接近於零。可替代地，像素電壓V _PIX可以是1.5V至4.5V，擁有用於例如三原色光模式(Red Green Blue(RGB) color model)的顏色順序(時間多工的應用(time multiplexed applications))的非均勻占空比。在本發明一實施例中，電壓的極性可以是反向。在本發明一實施例中，電源可以是例如V _dd並作為正接地，而像素電壓V _PIX可以具有負電壓值。舉例而言，在本發明一實施例中，V _dd為1.2V，像素電壓V _PIX為-2.8V。本領域的通常知識者應當理解，這些電壓值可以變化。

參考圖3，提供根據一些實施例的用於產生共同電極電壓的電路的第二實施例的電路圖。系統200包含控制電路210、具有第一放大器208的共同電極電路250、第二放大器206以及LCoS顯示器/面板/成像器280。這裡所說的低電壓，例如可以是大約5V或更低。第一放大器208連接到組件218(例如DAC)，用於提供預定/預選電壓以實現所需的輸出電壓V _{DAC_COM}。類似地，組件216(例如DAC)耦合到第二放大器206，用於提供預定/預選電壓，以實現所需的像素電壓V _PIX+。

如同圖2A類似地討論的，命令解析器44向組件218、216和控制電路210提供如下的輸入。更具體地，在一實施例中，命令解析器44向組件216和218以及控制電路210提供各別的電壓輸入。這些電壓輸入是數位控制輸出(即電壓、邏輯位準)。由命令解析器44提供給組件216(例如，DAC)的電壓輸入代表了對應於第二放大器206的期望輸入電壓的數位字。組件216的輸出係被輸入到第二放大器106並由第二放大器106放大，並產生像素電壓V _PIX+。

由命令解析器44提供給組件218(例如DAC)的電壓輸入代表對應於第一放大器208所需輸入電壓的數位字。組件218的輸出被第一放大器208放大並產生V _{DAC_COM}。由命令解析器44提供給控制電路210的電壓輸入代表建立時脈輸出CS的頻率、占空比和相位的一個或多個邏輯位準輸入。控制電路210的輸出是時脈輸出CS。

類似於第一實施例，控制電路210可以包含一種佈置方式，所述的佈置方式包括被耦合以提供至少一個時脈輸出CS的正反器(flip-flop)裝置212。在一些實施例中，控制電路210可以包含耦合到緩衝器214以提供第一和第二時脈控制輸出的正反器212，其中第二時脈控制輸出相對於第一時脈控制輸出是延遲的，使得用於在第一和第二階段期間將電晶體轉為導通和關斷的時間重疊。第二放大器206可用於產生像素電壓V _PIX，而第一放大器208可用於產生與LCoS顯示面板280的像素電壓V _PIX相比相對較小的預定電壓V _{DAC_COM}。舉例而言，第一放大器208可以使用1-5mW的運算放大器來實現，其中像素電壓V _PIX為4.0V，預定電壓V _{DAC_COM}為1.6V。

在一些實施例中，共同電極電路250可以使用第一放大器208和第二放大器206的輸出電壓以基於預定電壓V _{DAC_COM}和像素電壓V _PIX而產生共同電極電壓V _COM。特別是，控制電路210可以耦合到共同電極電路250，其中，在第一階段期間，控制電路210可選擇性地控制共同電極電路250以基於由使用電阻R ₁、R ₂和R _DAC實現的分壓器網路(voltage divider network)判定的電壓的負值，產生低共同電極電壓V ^- _COM，其中電阻R _DAC是可用以增加預定偏移量的可變電阻。此外，在第二階段期間，控制電路210可以選擇性地控制共同電極電路250以基於預定電壓V _{DAC_COM}、像素電壓V _PIX和來自電阻R ₁、R ₂和R _DAC的分壓器網路的電壓的總和來產生高共同電極電壓V ⁺ _COM。

在一些實施例中，共同電極電路250可包含跨接地與第一電容器C3耦合，以將第一電容器C3耦合接地和第一放大器208的輸出的一對開關(S5和S6)。在替代方案中，該對開關(S5和S6)可以將第一電容器C3跨接地耦合到第二放大器206的輸出和共同電極節點V _COMPP。此外，共同電極電路250可包含跨接地耦合共同電極節點V _COMPP和接地的另一個開關S7。如上所述，可變電阻R _DAC可用於抵消DAC的失配(mismatch)和/或分散式布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)/功函數(work function)。特別是，電阻R ₁、R ₂和R _DAC實現了分壓器網路，其中共同電極電壓V _COM可以是大約(V _PIX/2)(1±α)，其中α代表使用可變電阻R _DAC添加的偏移校正的調整。

在運作中，控制電路210提供一時脈輸出CS，該時脈輸出CS選擇性地切換開關S5-S7以提供兩個階段的運作。特別是，在第一階段期間，來自控制電路210的時脈輸出CS可以切換第一對開關S5和S6以使第一電容器C3跨接地耦合接地及第一放大器208的輸出，以將第一電容器C3充電至預定電壓V _{DAC_COM}。舉例，如果預定電壓V _{DAC_COM}被設置為1.6V，則電容器將被充電至1.6V。同時在第一階段期間，來自控制電路210的時脈輸出CS可以切換開關S7，以使第二電容器C4跨接地耦合共同電極電壓V _COM節點和接地。因此，共同電極電壓V _COM節點被提供第二電容器C4的已充電電壓，其中已充電電壓是由電阻R ₁、R ₂和R _DAC的分壓網路提供的電壓。

在第二階段期間，來自控制電路210的時脈輸出CS可以切換第一對開關S5和S6，以使第一電容器C3跨接到第二放大器206的輸出(像素電壓V _PIX)和初步共同電極節點V _COMPP之間。因此，初步共同電壓節點V _COMPP被設定為高共同電極電壓V ⁺ _COM，其中高共同電極電壓V ⁺ _COM是電壓像素電壓V _PIX和V _{DAC_COM}之總和。

同時，在第二階段期間，來自控制電路210的時脈輸出CS可以切換開關S7以使電路斷路，有效地將共同電極電壓V _COM節點設定為初步的共同電壓節點V _COMPP處的電壓與電阻R ₁、R ₂和R _DAC的分壓器網路所提供的電壓之和，其大約為(像素電壓V _PIX/2)(1±α)。

參考圖3，在一實施例中，舉例而言，像素電壓V _PIX+可以在2.8V和4.336V之間，其中該電壓可以使用步長(step-size)為12mV的7位元DAC來實現。在本示例中，第一放大器208產生的電壓V _{DAC_COM}可以在1.6V和4.16V之間；其中，電壓V _{DAC_COM}可以使用6位元DAC來實現。最終，所提供的共同電極電壓V _COMPP可以是從(像素電壓V _PIX+1.6V)到(像素電壓V _PIX+4.16V)，其中電壓V _COMPP可以使用步長為40mV的6位元DAC來實現。所提出的這些示例是用以進一步解釋發明概念。應當認識到，本發明並不限於所描述的這些示例或實施例，並且可以在發明概念的精神和範圍內通過修改和改變來實踐。

再次參考圖3，在一實施例中，此實現方式可避免與負電源電壓隔離的必要，其可能更適用於塊矽(bulk silicon)。在一實施例中，系統200的共同電極電路250可將較低的電容器C4預充電至大約像素電壓的一半減去共同電極電壓((像素電壓V _PIX ⁺/2)-V _COM ^-)。在替代方案中，可使用額外的電阻(未繪示)以向較低的電容器C4提供共同電極電壓V _COM，以增加放電時間常數並減少共同電極電壓V _COM的下降。在一實施例中，例如，如圖2A所示的，像素電壓V _PIX ^-為零，並且共同電極電壓V _COM能夠在小於零和大於像素電壓V _PIX ⁺之間切換。

參考圖4，提供了根據一些實施例的用於產生共同電極電壓的方法300的示例的流程圖。在第一步驟310中，該方法300包含產生一個或多個預定(設定)電壓V _{DAC_COM}，用於設定第一和第二電容器(C1、C2)。舉例來說，一運算放大器配置可以產生第一設定電壓V _{DAC_COM}，而另一個運算放大器配置可以產生對應於LCoS顯示面板所需的像素電壓V _PIX。方法300在步驟320中可包含以預定電壓對第一電容器C1進行初始充電。舉例而言，第二電容器C2可以被初始設定為第一預設電壓V _{DAC_COM}。

在判定步驟325中，就該過程是否已進入第一階段進行判斷。例如，在將電容器耦合到特定節點上的佈置中，控制電路可發送控制輸出以在第一階段操作切換選擇開關。若已經進入第一階段，則在步驟330中，方法300包含將第一電容器充電至預定電壓。例如，第一電容器C1可以被充電至預定電壓V _{DAC_COM}。

此外，在步驟340中，方法300可包含將第二電容器跨接地耦合到接地GND和共同電極電壓V _COM，以產生小於0V(低共同電極電壓V ^- _COM)的共同電極電壓。如果方法300不在第一階段，則在步驟327中即判斷該過程已經進入第二階段。當已經進入第二階段時，在步驟350中，方法300可以包含將第二電容器充電到預定電壓。此外，在步驟360中，方法300可以包含將第一電容器耦合到像素電壓V _PIX節點和共同電極電壓V _COM之間，以產生大於高共同電極電壓(V ⁺ _COM)的共同電極電壓。在步驟330、340、350和360結束時，該過程循環回到判定步驟325，以間歇地對電容器充電和進行連接，以分別在兩階段期間在共同電極節點上提供高共同電極電壓V ⁺ _COM和低共同電極電壓V ^- _COM。

為了解釋的目的，上述描述已參考具體實施例進行了描述。然而，上述說明性的討論並不旨在詳盡的或將系統和方法限制在所揭露的精準形式中。鑒於上述教示，許多修改和變化是可能的。選擇和描述這些實施例是為了最佳地解釋實施例的原理及其實際應用，從而使本領域的通常知識者能夠最佳地利用這些實施例和可能適合於所設想的特定用途的各種修改。據此，本實施例應被認為是說明性的而非限制性的，本發明不應局限於在此示出的細節，並可在所附的請求項的範圍和等同範圍內進行修改。

特別是在上述描述中，闡述了許多細節。然而，對於本領域通常知識者來說，將顯而易見的是，本發明可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在某些情況下，為了避免模糊本發明，習知的結構和裝置以方塊圖形式示出，而不是詳細示出。

此外，對於本領域的通常知識者來說，在閱讀和理解上述描述後，許多其他實施例可以是顯而易見的。儘管已經參考具體的示例性實施例描述了本發明，但將認知到本發明並不限於所描述的實施例，而是可以在公開的精神和範圍內通過修改和改變來實施。實施例也許以許多替代形式體現，並且不應解釋為僅局限於本文所述的實施例。因此，說明書和圖式應被視為是說明性的而不是限制性的。

應當理解的是，雖然本文可以使用術語第一、第二等來描述各種步驟或計算，但這些步驟或計算不應受到這些術語的限制。這些術語僅用於將一個步驟或計算與另一個步驟或計算區分開來。例如，在不偏離本發明的範圍的情況下，第一計算可以被稱為第二計算，同樣，第二步驟也可以被稱為第一步驟。如本文所使用的，術語「和/或」和「I」符號包含相關列出的一個或多個項目的任何和所有組合。如本文所使用的，單數形式「一」及「該」旨在也包含複數形式，除非上下文另有明確指示。將進一步理解，術語「包含」和/或「包括」，當本文使用時，指明所述特徵、整數、步驟、操作、元素和/或組件的存在，但不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元素、組件和/或其組的存在或添加。因此，本文使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而不是為了限制。此外，儘管以特定的順序描述了方法操作，但應當理解，其他操作可以在所述操作之間執行，所述操作可以被調整，以便它們在稍微不同的時間發生，或者所述操作可以分佈在系統中，該系統允許在與處理相關的各種間隔中發生處理操作。

各種單元、電路或其他組件可被描述或聲稱為「用於(configured to)」執行一個或多個任務。在這樣的上下文中，片語「用於」用於藉由表示單元/電路/組件包含在操作期間執行一個或多個任務的結構(例如，電路)來如此表示的結構。因此，可以說單元/電路/組件被用於即使在指定的單元/電路/組件當前未操作(例如，未開啟)時也執行任務。用「用於」語言使用的單元/電路/組件包含硬體；例如，電路、儲存可執行以實現操作的程序指令的儲存器等。敘述單元/電路/組件係「用於」執行一個或多個任務顯然不是要為該單元/電路/組件援引35 U.S.C.112第六段。此外，「用於」可以包含由軟體和/或韌體(例如，現場可程式化邏輯閘陣列(field programmable gate array，FPGA)或執行軟件的通用處理器)操縱的通用結構(例如，通用電路)，以能夠執行有關任務的方式操作。「用於」還可包含調整製造工藝(例如，半導體製造設施)以製造適應於實現或執行一個或多個任務的裝置(例如，積體電路)。

10 圖形處理裝置 12 gen/blend模組 15 位元旋轉模組 2 顯示系統 21 記憶體 30 處理器 32 彩色LUT 33 抖動模組 34 棋盤模組 35 位元平面LUT 37 命令填充器 40 數位驅動裝置 41 記憶體 42 位元平面記憶體 44 命令解析器 46 光源控制模組 50 光學引擎 52 光源 54 光學元件 56 空間光調變器 100 系統 106 第二放大器 108 第一放大器 110 控制電路 112 正反器裝置 114 緩衝器 116、118 組件 150a、150b 共同電極電路 180 顯示面板 182 行選擇器 184 列選擇器 186、186a~186n 像素 S1~S7 開關 T1~T8 電晶體 C1~C4 電容器 CS 時脈輸出 200 系統 206 第二放大器 208 第一放大器 210 控制電路 212 正反器裝置 214 緩衝器 216、218 組件 250 共同電極電路 280 顯示面板 R1、R2、R _DAC電阻 Data 0 資料0 Data 1 資料1 V _{DAC_COM}預定電壓 V _COM共同電極電壓 V ^- _COM低共同電極電壓 V ⁺ _COM高共同電極電壓 V _PIX像素電壓 V _PIX ⁺像素電壓 V _PIX ^-像素電壓 V _PEV像素電極電壓 V _COMPP共同電極節點

所述實施例及其優點可以透過參考與圖式一起採取的以下描述來最佳地理解。圖式不限制本領域具通常知識者在不偏離所述實施例的精神和範圍的情況下對所述實施例進行的任何形式和細節的改變。圖1係根據本發明一實施例所繪示的顯示系統的方塊圖。圖2A係根據本發明一實施例所繪示的包含用於共同電極電壓產生的電路的顯示系統的電路圖。圖2B係根據本發明一實施例所繪示的可用於圖2A的顯示系統內的共同電極電路的電路圖。圖2C係根據本發明一實施例所繪示的圖2B中繪示的共同電極電路的操作示例的時序圖。圖2D係根據本發明一實施例所繪示的像素電壓V _PIX與共同電極電壓V _COM之間的電壓比較的電壓及資料圖。圖3係根據本發明一實施例所繪示的包含用於共同電極電壓產生的電路的顯示系統的另一個實施例的電路圖。圖4係根據本發明一實施例所繪示的產生共同電極電壓V _COM的方法的流程圖。

100 系統 106、A2 第二放大器 108、A1 第一放大器 110 控制電路 112 正反器裝置 114 緩衝器 116、118 組件 150a 共同電極電路 180 顯示面板 182 行選擇器 184 列選擇器 186 像素 44 命令解析器 CS 時脈輸出 S1~S4 開關 C1、C2 電容器 V _{DAC_COM}預定電壓 V _COM共同電極電壓 V _PIX ⁺像素電壓 V _PIX ^-像素電壓 V _PEV像素電極電壓

Claims

一種顯示系統，包含：一顯示面板，包括多個像素，該些像素的每一者具有一像素電極，該像素電極用於接收一最大像素電壓及一最小像素電壓，且該些像素的每一者包括一共同電極，電性耦合於一共同電極節點；以及一數位驅動裝置，包括與該共同電極節點耦合的一共同電極電路，該共同電極電路包括一切換電容器電路，該切換電容器電路用於在一第一電壓與一第二電壓之間切換該共同電極節點的一共同電極電壓，其中該共同電極電路用於產生一預定電壓，且該切換電容器電路用於在等於該最小像素電壓減該預定電壓的該第一電壓與等於該最大像素電壓加上該預定電壓的該第二電壓之間切換該共同電極電壓。
如請求項1所述的顯示系統，其中該切換電容器電路包含：一第一電容元件，具有一第一節點及一第二節點；一第一切換電路，用於響應於一時脈訊號而在用於接收該最大像素電壓的節點與用於接收該最小像素電壓的節點之間切換該第一節點；一第二切換電路，用於響應於該時脈訊號而在用於接收該預定電壓的節點與該共同電極節點之間切換該第二節點；以及一第二電容元件，具有一第一節點及一第二節點；一第三切換電路，用於響應於該時脈訊號而在用於接收該最小像素電壓的節點與用於接收該預定電壓的節點之間切換該第二電容元件的該第一節點；以及一第四切換電路，用於響應於該時脈訊號而在用於接收該最小像素電壓的節點與該共同電極節點之間切換該第二電容元件的該第二節點。
如請求項2所述的顯示系統，其中該第一電容元件及該第二電容元件的每一者包含單一電容器。
如請求項2所述的顯示系統，其中該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路及該第四切換電路的每一者包含串聯的一對互補式金屬氧化物半導體，該對互補式金屬氧化物半導體的每一者包括用於接收該時脈訊號的一控制節點、形成在該對互補式金屬氧化物半導體的互連處的一輸出節點及耦合於該第一電容元件及該第二電容元件中對應的一者的該第一節點或該第二節點的該輸出節點。
如請求項1所述的顯示系統，其中該共同電極電路更包含一分壓器，用於產生一偏移電壓，該共同電極電路用於在一第一階段期間基於該偏移電壓的值產生該第一電壓的一低共同電壓，及用於在一第二階段期間產生該第二電壓的一高共同電壓，其中該高共同電壓等於該偏移電壓、該預定電壓及該最大像素電壓之和。
如請求項1所述的顯示系統，其中該數位驅動裝置更包含一位元平面記憶體，儲存多個位元平面值，該些位元平面值判斷待被施加至該些像素的每一者的該像素電極的一像素電極電壓，該數位驅動裝置用於基於該些像素的每一者的對應位元平面值控制該像素的該像素電極在該最大像素電壓與該最小像素電壓之間切換。
如請求項1所述的顯示系統，其中該顯示面板包含一空間光調變器。
如請求項7所述的顯示系統，其中該空間光調變器包含一液晶顯示面板。
如請求項8所述的顯示系統，其中該液晶顯示面板包含一液晶覆矽顯示器。
如請求項1所述的顯示系統，其中該最大像素電壓具有在1.2V至4V範圍內的一值，且該最小像素電壓具有在0V至-2.8V範圍內的一值。
如請求項1所述的顯示系統，其中該預定電壓具有在0V至2V範圍內的一值。
如請求項1所述的顯示系統，其中該共同電極電路係整合進與該顯示面板相同的積體電路中。
一種顯示系統，用於顯示影像，包含：一顯示面板，具有多個像素，該些像素的每一者具有一像素電極電壓及一共同電極電壓；以及一數位驅動裝置，耦合於該顯示面板且包含：一位元平面記憶體，儲存用於提供該像素電極電壓至該些像素的每一者的多個值；一共同電極電路，耦合於該顯示面板，用於提供該共同電極電壓；以及至少一第一放大器，耦合於該顯示面板，用於產生一最大像素電壓及一最小像素電壓；其中該像素電極電壓根據該些像素的至少一者從該位元平面記憶體接收的電壓從該最大像素電壓切換至該最小像素電壓，其中該共同電極電路更包含至少一第二放大器，用於產生一預定電壓，及其中該共同電極電壓的值在該最小像素電壓減該預定電壓與該最大像素電壓加該預定電壓之間切換。
如請求項13所述的顯示系統，其中該顯示面板包含一空間光調變器。
如請求項14所述的顯示系統，其中該空間光調變器包含一液晶覆矽顯示器。
一種電壓切換方法，包含：施加一最大像素電壓及一最小像素電壓的其中一者至一顯示面板的多個像素的一像素的一像素電極，其中該些像素的每一者更包括一共同電極；以及控制一切換電容器電路在一第一電壓與一第二電壓之間切換供應至該共同電極的一共同電極電壓，其中控制該切換電容器電路更包含控制多個電容元件的切換以在該第一電壓與該第二電壓之間切換該共同電極電壓，其中該第一電壓等於該最小像素電壓減一預定電壓，該第二電壓等於該最大像素電壓加該預定電壓。
如請求項16所述的電壓切換方法，其中控制該些電容元件的切換包含：在運作的一第一階段期間：在用於接收該最小像素電壓的節點與用於接收該預定電壓的節點之間耦合該些電容元件中的第一者；以及在用於接收該最小像素電壓的該節點與該共同電極之間耦合該些電容元件中的第二者。
如請求項17所述的電壓切換方法，其中控制該些電容元件的切換包含：在運作的一第二階段期間：在用於接收該最大像素電壓的節點與該共同電極之間耦合該些電容元件中的該第一者；以及在用於接收該最小像素電壓的該節點與用於接收該預定電壓的該節點之間耦合該些電容元件中的該第二者。