TWI457897B - 平面顯示器的驅動電路 - Google Patents

Description

平面顯示器的驅動電路

本發明是有關於一種平面顯示器的驅動電路，特別是關於具有降溫效果的驅動電路。

平面顯示器的顯示面板是由像素陣列所組成。每一個像素例如會包含對應原色的多個次像素色，已分別依照所要求的灰階數顯示其顏色的亮度，進而組成一個彩色像素的色彩。每一像素的驅動電壓是依照灰階數(grey level)變化。對於動態影像，顯示面板會依照頻率不斷顯示新的畫面，也因此對被驅動的像素進行充放電。

圖1繪示傳統平面顯示器的驅動電路示意圖。傳統的平面顯示器的驅動電路102，接收電壓輸入電路100的電壓輸入訊號Vin，以對平面顯示器的顯示面板104的對應像素的像素電容器116進行充電或是放電，以達到對應電壓輸入訊號Vin所要的電壓以顯示所要的灰階數。就一般架構，電壓輸入電路100例如是一個運算放大器，根據數位的灰階值資料，放大到用以控制驅動電路的電壓，統稱為Vin，藉由驅動電路102對像素的像素電容器116充電，而像素的電路換產生像素電阻114，以RP表示其阻抗值。

在驅動電路102內部一般也包含充電電路路徑與放電電路路徑。充電電路路徑例如包括P型金氧半導體(MOS)電晶體106、開關器110以及靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)元件112，其分別的內阻抗以RSP、RS、 RE來表示。放電電路路徑例如包括N型MOS電晶體108、開關器110以及靜電放電元件112。N型MOS電晶體108的內阻抗以RSP。P型MOS電晶體106與N型MOS電晶體108的閘極也受正常運作的電壓輸入電路100所控制，以因應灰階值控制其導通程度。

在充電階段時，系統高電壓V_DD 提供電壓，因應輸入電壓Vin，對像素電容器116充電。素電容器116的電容值以CP表示，需要一段時間後才會達到穩定，因此在驅動電路102的輸出端的輸出電壓Vout在充電階段，其對隨時間漸增。當在放電階段時，地電壓提供放電的電壓。

由於驅電路本身的內阻抗，其在驅動時會產生功耗，也因此會產生熱。當像素密度增加時，其所產生的熱將不可忽視。如何降低驅動電路的溫度是研發的一個課題。

本發明提供一種平面顯示器的驅動電路，可以具有降低溫度的效果。

本發明提供一種平面顯示器的驅動電路，有一輸出端用以驅動一顯示面板的像素的顯示。驅動電路包括充電電路路徑、放電電路路徑、以及偵測電路。充電電路路徑用以對該顯示面板所對應的像素充電，有第一阻抗狀態與第二阻抗狀態，該第一阻抗狀態的阻抗值小於該第二阻抗狀態的阻抗值。放電電路路徑用以對該顯示面板所對應的像素放電，有第三阻抗狀態與第四阻抗狀態，該第三阻抗狀態的阻抗值小於該第四阻抗狀態的阻抗值。偵測電路偵測 是否該充電電路路徑或該放電電路路徑是在充/放電階段的第一狀態，或是在電壓已接近穩定的第二狀態。在該第一狀態時控制該充電電路路徑在該第一阻抗狀態，或控制該放電電路路徑在該第三阻抗狀態；在該第二狀態時控制該充電電路路徑在該第二阻抗狀態，或控制該放電電路路徑在該第四阻抗狀態。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

首先考慮圖1的傳統電路，其會隨著面板的負載或是圖框速率(Frame Rate)的提升導致驅動晶片的溫度上升，因而造成驅動晶片和面板的特性以及可靠度變差。本發明檢視驅動晶片的熱源，其主要來自於對平面顯示器充放電的電荷(Q)流經驅動電路時，驅動電路的輸出端內阻抗所造成，輸出端內阻抗以RIC表示，在面板充電時RIC=RSP+RS+RE，放電時RIC=RSN+RS+RE。而驅動電路所主要產生的熱PIC=I² RIC，I為平面顯示器每一充放電週期流經驅動電路內阻的電荷，面板的負載RP與CP為固定值所以驅動電路所需提供的I不變。

因此若能降低驅動電路的輸出端內阻抗，RIC，便可降低驅動電路的溫度。但是若任意改變內阻抗會造成原本設計下的驅動電路的穩定度或靜電放電元件的放電能力等特性的改變。

本發明的一實施例，提出一種可以動態改變驅動電路 的輸出端內阻抗的電路結構，允許在充放電階段的初始階段降低驅動電路的內阻抗，而在完成充放電後，恢復原設計所預定的內阻抗值。因此在充充放電時減少功耗，以降低熱的產生，且不會影響正常的顯示操作。

圖2繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。參閱圖2，比較於如圖1的傳統電路，本實施例的驅動電路202的內阻抗可以動態在充電階段或是放電階段改變驅動電路202的內阻抗。

驅動電路202可以包括充電電路路徑與放電電路路徑。另外。要判斷是否處於充電或放電的狀態，其可以藉由一偵測電路來完成。偵測電路可以配置在驅動電路202內部或是外部，其一實際設計而定。本實施例的偵測電路在圖2沒有實際繪示，但是在後續圖3、7會有較詳細的電路設計實施例。

充電電路路徑例如是包括場效電晶體電路206、開關電路210、以及靜電放電電路212所組成。放電電路路徑例如是包括場效電晶體電路208、開關電路210、以及靜電放電電路212所組成。關於開關電路210，其基於實際操作的需要用以切斷或啟動本通道對像素的充放電。對於其它的驅動機制的設計電路，開關電路210也可以省去。

充電電路路徑用以對顯示面板104所對應的像素充電，但是充電電路路徑有第一阻抗狀態與第二阻抗狀態。第一阻抗狀態的阻抗值小於第二阻抗狀態的阻抗值。

放電電路路徑用以對顯示面板104所對應的像素放 電，但是放電電路路徑有第三阻抗狀態與第四阻抗狀態。第三阻抗狀態的阻抗值小於第四阻抗狀態的阻抗值。

另外偵測電路，例如圖3、7所示，用以偵測是否充電電路路徑或放電電路路徑是在充/放電階段的第一狀態，或是在電壓已接近穩定的第二狀態。在第一狀態時，例如是藉由增加元件以構成並聯的電路，以降低內阻抗。第二狀態是將所增加的元件斷開，維持原本驅動電路設計下的阻抗狀態。

換句話說，驅動電路202在第一狀態時，偵測電路控制充電電路路徑在第一阻抗狀態，或控制放電電路路徑在第三阻抗狀態。驅動電路202在第二狀態時，偵測電路控制充電電路路徑在第二阻抗狀態，或控制放電電路路徑在第四阻抗狀態。

藉由降低驅動電路的阻抗，使在充電/放電的階段，減少驅動電路的阻抗，也因此可以降低功耗而使此階段的熱源產生量減少也因此可以降低溫度。當完成充電/放電後，則恢復原本設計的阻抗狀態，因此也不會影響正常的顯示。

要偵測是否驅動電路處於充電/放電階段的方式可以有多種方式，其例如可以直接由電壓輸入訊號Vin的時間，根據RC特性曲線的推斷，另外例如可以直接比較電壓輸入訊號Vin與輸出電壓Vout的差異得知是否接近完成充電或放電，其更精確的情形是確實偵測完成充電或放電的狀態。

圖3繪示依據本發明一實施施例，偵測電路的示意 圖。參閱圖3，偵測電路200在相同的作用下，可以有不同的設計。以下舉一實施例，比較電壓輸入訊號Vin與輸出電壓訊號Vout的差異來判斷，而輸出所需要的控制訊號。偵測電路200例如包括一比較器220，其接收電壓輸入訊號Vin與輸出電壓訊號Vout，藉由偵測輸出電壓訊號Vout是否接近電壓輸入訊號Vin為判斷條件。雖然在理想態是Vout=Vin，但是就充電而言，其只要是Vout仍小於Vin的階段都是在充電狀態。又放電而言，其只要是Vout仍大於Vin的階段都是在放電狀態。因此例如可以設定為50%以上的接近，更例如是80%、90%或95%以上的接近在恢復原本驅動電路的阻抗。偵測電路200的輸出訊號SW或是與訊號SW反相的訊號SWB，都可以用來當做控制的訊號。偵測電路200的內部電路可以因應所採用的偵測機制的不同而對應變化。

圖4繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。參閱圖4，在圖2的電路下的實施例其一例如增加對應的一些電路使與原本的電路構成並聯，以降低阻抗。

本實施例的驅動電路202，就充電電路路徑，對應在圖2的場效電晶體電路206例如包括金氧半導體(MOS)電晶體106，其有閘極受電壓輸入電路100根據輸入電壓訊號Vin所正常控制。本實施例增加並聯的一電路路徑250，包括P型MOS電晶體252與N型MOS電晶體252。MOS電晶體252，與MOS電晶106體並聯，有閘極受偵測電路 200的輸出所控制而導通或關閉，以改變成阻抗狀態。

就放電電路路徑，對應在圖2的場效電晶體電路208例如包括MOS電晶體108，其閘極受電壓輸入電路100根據輸入電壓訊號Vin所控制。本實施例增加MOS電晶體254，與MOS電晶體108並聯，其閘極受偵測電路200的輸出所控制而導通或關閉，以改變成阻抗狀態。

於此要注意的是，MOS電晶體106、108、252、254的導電性是可以相同或不同，且在不同導電性下，其也可以互換，其僅是因應改變閘極的控制電壓即可。本實施例的MOS電晶體106與MOS電晶體252例如是PMOS電晶體，其導通電壓是接地電壓。MOS電晶體108與MOS電晶體254例如是NMOS電晶體，其導通電壓是正電壓。

本實施例針對共用的開關電路210以及靜電放電電路212，其也增加一電路路徑260包括開關器262以及靜電放電元件264。靜電放電元件264也包含開關器受偵測電路200控制。在開關電路210開啟的狀態下，開關器262以及靜電放電元件264會依照是否處於充放電狀態而被開啟或是其它時間被關閉。

圖5繪示依據本發明一實施例，圖4的驅動電路202的控制機制示意圖。參閱圖5，偵測電路200偵測輸出電壓訊號Vout，得知是在充電期間300，穩定期間302、306或是放電期間304。充電期間300與放電期間304即是偵測的第一狀態，穩定期間302即是偵測的第二狀態。本實施例的穩定期間302、306是以幾乎完全穩定的條件為例， 但是如前述，其可以設定在一個接近程度即可。

本實施例所增加的元件，分別具有增加的阻抗值，例如以RSPD、RSND、RSD、RED表示，其為額外的驅動電路的輸出級阻抗。當驅動輸出端於充電和放電期間時訊號SW為高電壓，訊號SWB為低電壓，因此驅動電路的輸出阻抗因阻抗並聯原理而被降低，當驅動電路輸出端在完成充放電後的穩定期間302、306，訊號SW為低電壓，訊號SWB為高電壓，因此驅動電路恢復正常操作，並不會影響原來特性，同時又能達到降溫之效果。

圖6繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。參閱圖6，驅動電路的另一種設計，針對P型MOS電晶體106與N型MOS電晶體108，可以利用開關器270、272進行直接控制，使在充放電期間完全導通，以降低阻抗。針對P型MOS電晶體106，開關器270導通時可以傳送地電壓以導通P型MOS電晶體106。針對N型MOS電晶體108，開關器272導通時可以傳送高電壓以導通N型MOS電晶體108。

由於所要控制的機制不同，偵測電路200的設計也因應不同。圖7繪示依據本發明一實施例，偵測電路200的示意圖。參閱圖7，偵測電路200可以包括兩個比較器232、234，分別輸出訊號PS與NS，用於控制圖6的開關器270、272。圖8繪示依據本發明一實施例，圖6的驅動電路202的控制機制示意圖。

參閱圖6、8，訊號PS與NS用以輸出閘極的導通電 壓，控制P型MOS電晶體106與N型MOS電晶體108。於驅動電路充電期間400內，訊號PS將開關器270導通，訊號NS將開關器272斷開，由於P型MOS電晶體106被完全導通，使阻抗RSP降低。在放電期間404，訊號PS將開關器270斷開，訊號NS將開關器272導通。N型MOS電晶體108完全被導通時，阻抗RSN降低。而當驅動電路完成充放電完成後，訊號PS和NS同時將開關器270、272斷開。此時P型MOS電晶體106與N型MOS電晶體108受原本驅動電路202的設計方式所控制，維持阻抗RSP和RSN。充放電期間的驅動電路202的輸出端阻抗皆被降低。當充放電完成後輸出端阻抗恢復不變。驅動電路可達到降熱效果，同時不影響原驅動電路的特性。

圖9繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。參閱圖9，驅動電路的另一種設計，例如針對開關電路280的降低阻抗作用，可以藉由控制MOS電晶體的基極電壓來達成。開關電路280例如是一個N型MOS電晶體274與P型MOS電晶體276並聯所阻成。N型MOS電晶體274與P型MOS電晶體276的基極電壓由訊號SBB與訊號SB所供應。

圖10繪示依據本發明一實施例，圖9的驅動電路202的控制機制示意圖。參閱圖9、10，訊號SB與SBB為控制驅動電路的輸出端開關電路280的基極電壓訊號。於驅動電路充放電期間500、504，訊號SB可降低至低於高電壓的訊號，同時訊號SBB可提升至高於低電壓的訊號，但 皆不使MOS電晶體順向偏壓導通，因此可使輸出開關阻抗RS降低。當驅動電路完成充放電後的穩定期間502、506，訊號SB和SBB則分別恢復成高電壓和低電壓，因此驅動電路的輸出端阻抗RS不變，所以驅動電路可達到降熱效果的同時也不影響原驅動電路之特性。

前述的偵測電路200偵測是否完成充放電的奘態是藉由分析輸出電壓Vout的電壓升降程度。然而，其也可以依照輸入電壓訊號Vin的時間來設定。

圖11繪示依據本發明一實施例，偵測電路的偵測機制示意圖。參閱圖11，其例對應圖5的控制訊號，其可以根據輸入電壓訊號Vin以及估計充電的RC常數，設定在一段時間內產生訊號SW與SWB。只要在充電期間300或是放電期間304減少阻抗即可有減少熱的產生，其不必要求在充放電期間都完全處於減少阻抗的狀態。因此，訊號SW與SWB的寬度可以根據合理估計RC常數而設定，而不必是100%的估計，其例如可以達到50%以上的程度即可。同樣的方式也可以對應圖8、10的訊號作改變。

以上是所舉的一些實施例，但是本發明不僅限於所舉的實施例。若能於驅動電路在充放電期間，有使輸出阻抗降低而達到降熱效果的電路設計即可。又，所舉的實施例之間也允許有合理的相互結合。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電壓輸入電路

102‧‧‧驅動電路

104‧‧‧顯示面板

106、108‧‧‧MOS電晶體

110‧‧‧開關器

112‧‧‧靜電放電元件

114‧‧‧像素電阻

116‧‧‧像素電容器

200‧‧‧針測電路

202‧‧‧驅動電路

206‧‧‧場效電晶體電路

208‧‧‧場效電晶體電路

210‧‧‧開關電路

212、264‧‧‧靜電放電電路

220、232、234‧‧‧比較器

250‧‧‧電路路徑

252、254、274、276‧‧‧MOS電晶體

260‧‧‧電路路徑

300、400‧‧‧充電期間

302、306、402、406、502、506‧‧‧穩定期間

304、404‧‧‧放電期間

262、270、272‧‧‧開關器

500、504‧‧‧充放電期間

圖1傳統平面顯示器的驅動電路示意圖。

圖2繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。

圖3繪示依據本發明一實施施例，偵測電路的示意圖。

圖4繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。

圖5繪示依據本發明一實施例，圖4的驅動電路202的控制機制示意圖。

圖6繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。

圖7繪示依據本發明一實施例，偵測電路200的示意圖。

圖8繪示依據本發明一實施例，圖6的驅動電路202的控制機制示意圖。

圖9繪示依據本發明一實施例，平面顯示器的驅動電路示意圖。

圖10繪示依據本發明一實施例，圖9的驅動電路202的控制機制示意圖。

圖11繪示依據本發明一實施例，偵測電路的偵測機制示意圖。

100‧‧‧電壓輸入電路

104‧‧‧顯示面板

114‧‧‧像素電阻

116‧‧‧像素電容器

202‧‧‧驅動電路

206‧‧‧場效電晶體電路

208‧‧‧場效電晶體電路

212‧‧‧靜電放電電路

210‧‧‧開關電路

Claims (18)

1. 一種平面顯示器的驅動電路，有一輸入端用以接收一輸入電壓訊號，一輸出端用以輸出一輸出電壓訊號，以驅動一顯示面板的像素的顯示，包括：一充電電路路徑，以對該顯示面板所對應的像素充電，有第一阻抗狀態與第二阻抗狀態，該第一阻抗狀態的阻抗值小於該第二阻抗狀態的阻抗值；一放電電路路徑，以對該顯示面板所對應的像素放電，有第三阻抗狀態與第四阻抗狀態，該第三阻抗狀態的阻抗值小於該第四阻抗狀態的阻抗值；以及一偵測電路，偵測是否該充電電路路徑或該放電電路路徑是在充/放電階段的第一狀態，或是在電壓已接近穩定的第二狀態，在該第一狀態時控制該充電電路路徑在該第一阻抗狀態，或控制該放電電路路徑在該第三阻抗狀態；在該第二狀態時控制該充電電路路徑在該第二阻抗狀態，或控制該放電電路路徑在該第四阻抗狀態，其中該充電電路路徑包括：一第一場效電晶體電路，有一第一端與一第二端，該第一端連接一系統高壓；以及一靜電放電電路，有一第一端耦接於該第一場效電晶體電路的該第二端，一第二端連接於該輸出端，該放電電路路徑包括：一第二場效電晶體電路，有一第一端連接一地電壓，與一第二端；以及 共用的該靜電放電電路，其中該第二場效電晶體電路的該第二端與該第一場效電晶體電路的該第二端連接且與該靜電放電電路的該第一端耦接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該偵測電路根據輸入的該輸入電壓訊號與該輸出電壓訊號的分析決定是在該第一狀態或是該第二狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一場效電晶體電路包括：第一金氧半導體(MOS)電晶體，有一第一閘極，受一電壓輸入電路根據該輸入電壓訊號所控制；以及第二MOS電晶體，與該第一MOS電晶體並聯，有一第二閘極，受該偵測電路的輸出所控制而導通或關閉，以改變成為該第一阻抗狀態或是該第二阻抗狀態。
4. 如申請專利範圍第3項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第二場效電晶體電路包括：第三MOS電晶體，有一第三閘極，受該電壓輸入電路根據該輸入電壓訊號所控制；以及第四NMOS電晶體，與該第三MOS電晶體並聯，有一第三閘極，受該偵測電路的輸出所控制而導通或關閉，以改變成該第三阻抗狀態或是該第四阻抗狀態。
5. 如申請專利範圍第4項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該靜電放電電路包括並聯的第一靜電放電元件與第二靜電放電元件，其中該第二靜電放電元件受該偵測電路的輸出所控制而以在該第一狀態導通以產生並聯，在 第二狀態關閉不產生並聯。
6. 如申請專利範圍第4項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該充電電路路徑更包括第一開關元件與該第一靜電放電元件串聯，其中該放電電路路徑更包括第二開關元件與該第二靜電放電元件串聯，其中當該第一開關元件被導通時，該第二開關元件在該第一狀態是導通，在該第二狀態是斷開。
7. 如申請專利範圍第4項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一與第二MOS電晶體是P型MOS電晶體且該第三與第四MOS電晶體是N型MOS電晶體。
8. 如申請專利範圍第4項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一與第二MOS電晶體是N型MOS電晶體且該第三與第四MOS電晶體是P型MOS電晶體。
9. 如申請專利範圍第4項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一、第二、第三、第四MOS電晶體是相同導電型。
10. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該充電電路路徑包括：第一開關器，接收該偵電路的輸出所控制在該第一狀態導通以傳送第一導通電壓，或在該第二狀態斷開；一第一MOS電晶體，有一第一端連接一系統高壓，第一閘極端連接該第一開關器，以及一第二端，其中在該第一狀態時該第一MOS電晶體完全導通，在第二狀態時 由一電壓輸入電路根據該輸入電壓訊號所控制；以及該靜電放電電路，其中該放電電路路徑包括：第二開關器，接收該偵電路的輸出所控制在該第一狀態導通以傳送第二導通電壓，或在該第二狀態斷開；第二MOS電晶體，有一第一端連接一地電壓，第二閘極端連接該第二開關器，以及一第二端與該第一MOS電晶體的該第二端連接，其中在該第一狀態時該第二MOS電晶體完全導通，在第二狀態時由該電壓輸入電路根據該輸入電壓訊號所控制；以及共用的該靜電放電電路。
11. 如申請專利範圍第10項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一MOS電晶體是P型MOS電晶體，該第二MOS電晶體是N型MOS電晶體，該第一導通電壓是地電壓，該第二導通電壓是該N型MOS電晶體的導通電壓。
12. 如申請專利範圍第10項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該第一MOS電晶體是N型MOS電晶體，該第二MOS電晶體是P型MOS電晶體，該第一導通電壓是該N型MOS電晶體的導通電壓，該第二導通電壓是地電壓。
13. 如申請專利範圍第10項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該充電電路路徑與該放電電路路徑還包括一開關電路，以斷開或導通該充電電路路徑。
14. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該充電電路路徑包括：一第一MOS電晶體，有一第一端與一第二端，該第一端連接一系統高壓；一開關電路，當該開關電路在導通階段，該開關電路受該偵測斷路控制，在該第一狀態時的阻抗值小於該第二狀態時的阻抗值；以及該靜電放電電路，其中該放電電路路徑包括：一第二MOS電晶體，有一第一端與一第二端，該第一端連接一地電壓，該第二端與該第一MOS電晶體電路的該第二端連接；共用的該開關電路；以及共用的該靜電放電電路。
15. 如申請專利範圍第14項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該開關電路包括：P型MOS電晶體；以及N型MOS電晶體，與該P型MOS電晶體在源極端與汲極端並聯，其中該偵測電路的輸出電壓分別控制該P型MOS電晶體與N型MOS電晶體的基極電壓。
16. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該偵測電路根據輸入電壓訊號的一預定延遲時間以內設定為該第一狀態，在該預定延遲時間外設定為該 第二狀態。
17. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該偵測電路的該第二狀態是在50%的接近程度以上。
18. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器的驅動電路，其中該偵測電路包括至少一個比較器，以輸出至少一個控制電壓，該控制電壓的電極性依照所要控制的MOS元件的導電型決定。