TWI445160B - 靜電保護電路以及顯示器驅動電路 - Google Patents

Description

靜電保護電路以及顯示器驅動電路

本發明係為與半導體產業中靜電放電(electrostatic discharge,ESD)保護相關之技術，特別適用於開汲極輸出(open drain output)與電源電壓VDD間之靜電放電保護電路。

一般而言，存在於環境中或人體上的靜電電壓可能高達數千伏特。在主動陣列裝置(如液晶顯示器、有機發光二極體顯示器、電子紙顯示器)的製造過程中，若操作人員身上高達數千伏特的靜電流入主動陣列裝置之內，此靜電將會損壞主動陣列裝置上的薄膜電晶體及其內部電路。在半導體產業當中，從積體電路(IC)的製造、封裝乃至於系統的組裝甚至在產品完成後，積體電路都難以避免地暴露在靜電放電威脅之環境中，這當中包括人為使用(human body model,HBM)、機器放電(machine model,MM)、元件放電(charge-device model,CDM)與電磁波感應(field-induced model,FIM)，都會產生比積體電路本身工作電壓(operation voltage)要高幾百幾千倍之靜電壓。如此高靜電壓會在放電的瞬間產生極大之靜電流燒毀內部電路。

為了避免靜電損傷主動陣列裝置之電子元件，通常會在主要的內部電路對外連接端之間設置靜電放電保護(ESD protection)元件，以確保當靜電放電事件(ESD event)發生時，靜電放電電流不會經過主要內部電路而造成損毀。當靜電放電事件發生時若無靜電放電保護，該靜電放電電流便會流經內部電路，造成內部電路燒毀。所謂的靜電放電保護，便是在內部電路對外端與其低電壓端VSS(通常為接地端)之間作一短路(short)電路，使短路電路在正常工作電壓(normal operation voltage)下不導通以維持正常運作，而在靜電放電發生時發生短路以迅速導通靜電放電電流。

第1圖係繪示傳統類型的靜電保護電路電路圖。如第1圖所繪示，電阻R與電容C串接形成一低通濾波器，反相器101耦接於電源端與接地端之間，此反相器101含有P型電晶體105以及N型電晶體107，用來傳導靜電的驅動電晶體103則連接於電源端VDDA、接地端GNDA以及反相器101之間。當電源端VDDA上出現靜電而使電源端VDDA上的電壓瞬間提高，此時端點X上的電位來不及跟上電源端VDDA上的電位，反相器101內P型電晶體105閘極上的電壓會小於電源端VDDA上的電壓，使P型電晶體105導通，連帶也會使得驅動電晶體103導通，進而將電源端VDDA上的靜電排除。

然而，在高電壓製程之下，例如在12V~18V的電壓製程之下，因為驅動電晶體103的吸持電壓(holding voltage)低於電源端VDDA的電壓，易使驅動電晶體103向電源端VDDA抽取大電流，致使驅動電晶體103或是其他元件燒毀，不但使驅動電晶體103無法繼續排除靜電，更可能使其他電路因高溫而毀損。

因此需要一種新的靜電保護電路，能夠有效地排除靜電，且可以避免自身被大電流燒毀，同時也避免顯示器當中的電路遭到破壞。

因此，本發明之一態樣是在提供一種靜電保護電路，能夠防止自身抽取大電流而燒毀，且有效地排除靜電。

依據本發明一實施例，靜電保護電路以保護一系統免受靜電損害，此靜電保護電路含有一雙載子接面電晶體、一電容器以及一電阻。雙載子接面電晶體具有一基極、一射極，以及一集極，射極係電性連接一電源端或一接地端，集極係電性連接一接地端或一電源端；電容器之一第一端電性連接雙載子接面電晶體之基極，電容器之另一端電性連接接地端。電阻之一端電性連接雙載子接面電晶體之基極，電阻之另一端電性連接電源端。

本發明之另一態樣是在提供一種靜電保護電路，能夠防止自身抽取大電流而燒毀，且能夠加強排除靜電的效率。

依據本發明之另一實施例，靜電保護電路係提供靜電保護，此靜電保護電路含有一雙載子接面電晶體、一電容器、一電阻，以及一二極體。雙載子接面電晶體具有一基極、一射極，以及一集極，射極係電性連接一電源端或一接地端，集極係電性連接一接地端或一電源端。電容器之一第一端電性連接雙載子接面電晶體之基極，電容器之另一端電性連接接地端。電阻之一端電性連接雙載子接面電晶體之基極，電阻之另一端電性連接電源端。二極體具一有正極以及一負極，此二極體之正極電性連接接地端，二極體之負極電性連接電源端。

以上實施例的靜電保護電路，能夠在穩定的狀態下有效地排除顯示器內外的靜電，保護顯示器免受靜電破壞，不會導致靜電保護電路的元件燒毀。

以上實施例的靜電保護電路，係應用顯示器的驅動積體電路上，能夠在穩定的狀態下有效地排除顯示器內外的靜電，保護顯示器免受靜電破壞，不會使靜電保護電路自身的元件燒毀，也不會使顯示器的溫度升高而影響顯示器的效能。

請參照第2圖，其係繪示本發明一實施方式的一種顯示器驅動電路及其靜電保護電路示意圖。顯示器驅動電路200主要含有二極體203、內部電路207以及靜電保護電路209。二極體203具有正極以及負極，二極體203之正極電性連接接地端GNDA，二極體203之負極電性連接電源端VDDA。

為了維持正常工作電壓下不導通而高靜電壓時需導通之特性，通常是利用二極體203的逆向偏壓(reverse bias)特性來排除靜電，也就是說，只有在靜電使二極體203的逆向偏壓大於其穿透崩潰電壓(punch through voltage)時，才會穿透崩潰(punch through)來分流靜電放電電流。更具體來說，假設電源端VDDA上存在著正極性的靜電使電源端VDDA上的電壓驟增，進而使二極體203的兩端形成逆向偏壓，二極體203發生穿透崩潰，來將電源端VDDA上的靜電排放至接地端GNDA，避免靜電傷及內部電路207。

然而，倘若單單依靠二極體203來排除靜電，靜電的排除並不是很有效率，靜電仍然可能會傷害顯示驅動電路的內部元件，因此需要同時採用靜電保護電路209來排除靜電。

請參照第3圖，其係繪示本發明一實施方式之靜電保護電路之電路圖。靜電保護電路209可以單獨地使用於顯示驅動電路當中來排除靜電，也可以與二極體一併使用來一起排除靜電。

靜電保護電路209係保護系統免受靜電損害，例如可將靜電保護電路209設置於顯示器(未顯示於圖中)，替顯示器之驅動電路提供靜電保護。靜電保護電路209主要含有雙載子接面電晶體301、電容器305，以及電阻303。雙載子接面電晶體301具有基極Ba、射極Em，以及集極Co，此一雙載子接面電晶體為PNP型態的雙載子接面電晶體，射極Em係電性連接電源端VDDA或接地端GNDA，集極Co係電性連接接地端GNDA或電源端VDDA。電容器305之第一端電性連接雙載子接面電晶體301之基極Ba，電容器305之另一端電性連接接地端GNDA。電阻303之一端電性連接雙載子接面電晶體301之基極Ba，電阻303之另一端電性連接電源端VDDA。

在此第3圖的靜電保護電路209當中，電晶體301係為PNP雙載子接面電晶體，PNP雙載子接面電晶體之射極Em係電性連接電源端VDDA，PNP雙載子接面電晶體之集極Co電性連接接地端GNDA。

電容器305與電阻303係形成低通濾波器。在此實施例當中，會將低通濾波器的時間常數(RC time constant)介於毫秒級與微秒極之間，以維持顯示器驅動電路的正常運作。詳細來說，在不需要排除靜電的正常運作狀態之下，端點X上的電位會稍微低於電源端VDDA上的電位，而仍使電晶體301關閉。當電源端VDDA出現帶正電荷的靜電，電源端上VDDA的電壓迅速變化，電壓變化的週期介於毫秒級與微秒極之間時，端點X上的電壓來不及跟上VDDA上的電壓，電晶體301的基射接面順向偏壓使得電晶體301導通來排除帶正電荷的靜電。

以上實施例的靜電保護電路，係應用顯示器的驅動積體電路上，能夠在穩定的狀態下有效地排除顯示器內外的靜電，保護顯示器免受靜電破壞，不會使靜電保護電路自身的元件燒毀，也不會使顯示器的溫度升高而影響顯示器的效能。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在本發明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，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

101．．．反相器

103．．．驅動電晶體

105．．．P型電晶體

107．．．N型電晶體

200．．．顯示器驅動電路

203．．．二極體

207．．．內部電路

209．．．靜電保護電路

301．．．電晶體

303．．．電阻

305．．．電容器

Ba．．．基極

C．．．電容

Co．．．集極

Em．．．射極

GNDA．．．接地端

R．．．電阻

VDDA．．．電源端

X．．．端點

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示傳統類型的靜電保護電路電路圖。

第2圖係繪示本發明一實施方式的一種顯示器驅動電路及其靜電保護電路示意圖。

第3圖係繪示本發明一實施方式之靜電保護電路之電路圖。

209．．．靜電保護電路

301．．．電晶體

303．．．電阻

305．．．電容器

Ba．．．基極

Co．．．集極

Em．．．射極

GNDA．．．接地端

VDDA．．．電源端

X．．．端點

Claims (10)

1. 一種靜電保護電路，以保護一系統免受靜電損害，該靜電保護電路包含：一雙載子接面電晶體，具有一基極、一射極，以及一集極，該射極係電性連接一電源端或一接地端，該集極係電性連接一接地端或一電源端；一電容器，該電容器之一第一端電性連接該雙載子接面電晶體之該基極，該電容器之另一端電性連接該接地端；以及一電阻，該電阻之一端電性連接該雙載子接面電晶體之該基極，該電阻之另一端電性連接該電源端。
2. 如請求項1所述之靜電保護電路，其中該電晶體係為一PNP雙載子接面電晶體，該PNP雙載子接面電晶體之該射極係電性連接該電源端，該PNP雙載子接面電晶體之集極電性連接該接地端。
3. 如請求項2所述之靜電保護電路，其中當該電源端出現帶正電荷的靜電，該PNP雙載子接面電晶體會導通來排除帶正電荷的靜電。
4. 如請求項1所述之靜電保護電路，其中該電容器與該電阻器係形成一低通濾波器，該低通濾波器的時間常數(RC time constant)介於毫秒級與微秒極之間。
5. 如請求項1所述之靜電保護電路，其中該靜電保護電路係設置於一顯示器上，以為一顯示器之一驅動電路提供靜電保護。
6. 一種顯示器驅動電路，提供靜電保護，該顯示器驅動電路包含：一雙載子接面電晶體，具有一基極、一射極，以及一集極，該射極係電性連接一電源端或一接地端，該集極係電性連接一接地端或一電源端；一電容器，該電容器之一第一端電性連接該雙載子接面電晶體之該基極，該電容器之另一端電性連接該接地端；一電阻，該電阻之一端電性連接該雙載子接面電晶體之該基極，該電阻之另一端電性連接該電源端；以及一二極體，具一有正極以及一負極，該二極體之正極電性連接該接地端，該二極體之負極電性連接該電源端。
7. 如請求項6所述之顯示器驅動電路，其中該電晶體係為一PNP雙載子接面電晶體，該PNP雙載子接面電晶體之該射極係電性連接該電源端，該PNP雙載子接面電晶體之集極電性連接該接地端。
8. 如請求項7所述之顯示器驅動電路，其中當該電源端出現帶正電荷的靜電，該PNP雙載子接面電晶體會導通來排除帶正電荷的靜電。
9. 如請求項6所述之顯示器驅動電路，其中該電容器與該電阻器係形成一低通濾波器，該低通濾波器的時間常數(RC time constant)介於毫秒級與微秒極之間。
10. 如請求項6所述之顯示器驅動電路，其中該靜電保護電路係設置於一顯示器上，以為一顯示器之一驅動電路提供靜電保護。