CN102222485B - 具有温度补偿的稳压电路模块 - Google Patents
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Abstract
一种具有温度补偿的稳压电路模块，包括一温度感测单元、一电压产生单元与一像素电压稳定单元。温度感测单元根据环境温度输出一温度信号。电压产生单元根据该温度信号，输出对应的栅极驱动电压与画面基准电压。像素电压稳定单元接收该画面基准电压，并依据一限位电压限制其电平后，输出为至少一与温度无感的像素驱动电压。
Description
技术领域
本发明是有关于一种稳压电路模块，尤其是一种可同时输出具有温度效应的栅极驱动电压，以及与温度无关的像素驱动电压的稳压电路模块。
背景技术
随着薄膜晶体管制作技术快速的进步，液晶显示器由于具备了轻薄、省电、无辐射线等优点，因此被大量地应用于笔记本型计算机面板、计算机屏幕、电视、移动电话等各式电子产品中。薄膜液晶显示器(Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)是利用薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)制作而成的一种显示装置，其主要操作原理是以电流刺激液晶分子，产生点、线、面配合背部灯管以构成画面。
详细而言，薄膜液晶显示器是在两片玻璃基板中间灌入一层液晶(LiquidCrystal)。上层的玻璃基板会涂布有密集相间的红、绿、蓝三色的玻璃(或称彩色滤光片)，下层的玻璃基板则有晶体管镶嵌于上。具有晶体管电路的玻璃基板后另配置有一背光源。因此，当施加电压驱动晶体管时，电流通过晶体管产生电场变化，使得两片玻璃基板间的液晶开始转动，并且通过液晶的转动控制背光源光线穿透的多寡。当光线穿透彩色滤光片(Color Filter)时，薄膜液晶面板即可以产生色彩变化并显示出影像。
一般来说，在主动式矩阵液晶显示器(Active Matrix Liquid CrystalDisplay)中，每个像素(Pixel)上皆会具有一个TFT，其栅极(Gate)连接至水平方向扫描线，漏极(Drain)连接至垂直方向的数据线，而源极(Source)则连接至像素电极。当在水平方向的某一条扫描线上施加足够的正电压时，会使得该条线上所有的TFT打开，此时该条线上的像素电极会与垂直方向的数据线连接，而将数据线上的视频信号电压写入像素中，藉此控制不同液晶的透光度，进而达到控制色彩的效果。
目前，此种驱动电路可通过阵列基板型驱动技术(Gate Driver on Array，GOA)，直接将栅极驱动电路(Gate driver ICs)制作在阵列(Array)基板上，以代替由外接硅芯片制作的驱动芯片。此种技术的应用可直接实施在面板周围，减少制作程序，并且降低产品成本。然而，值得注意的是，此技术关系到制程方面的问题，也就是说，当驱动电路在低温启动与常温启动下，二者所需求的栅极驱动电压并不相同，若将栅极的驱动电压依据其中之一，则会造成无谓的功率浪费，抑或是晶体管无法驱动的问题。
若考虑以上问题，而选择动态随着环境温度而调制栅极驱动电压时，将会一并影响到驱动像素电极的电压值。在此情况下，当各像素的驱动电压受到影响而变动时，将使得液晶转动的角度失调，进而引起面板显示色彩的失真。因此，在考虑到环境温度的情况下，如何在栅极驱动电压与面板显示色彩上取得一个较佳的平衡，实为本领域技术人员目前迫切需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上，本发明是有关于一种具有温度补偿的稳压电路模块，当应用于薄膜液晶显示器时，可兼顾『栅极驱动电压随着温度动态变化』，以及『面板正常显示色彩』的需求，藉以解决已知技术存在的问题。
本发明是有关于一种具有温度补偿的稳压电路模块，包括：一温度感测单元、一电压产生单元与一像素电压稳定单元。温度感测单元根据一环境温度输出一温度信号。电压产生单元根据该温度信号，输出对应的一栅极驱动电压与一画面基准电压。像素电压稳定单元接收该画面基准电压，并依据一限位电压限制该画面基准电压的电平后，输出至少一像素驱动电压。
根据本发明的一实施例，其中像素电压稳定单元包括一稳压分离电路与一像素分压电路。稳压分离电路接收画面基准电压，并以限位电压限压后，输出一与温度无感的伽马应用电压。像素分压电路接收伽马应用电压，并将伽马应用电压分压为至少一像素驱动电压。
根据本发明的一实施例，其中伽马应用电压与像素驱动电压皆与环境温度无关。
根据本发明的一实施例，其中电压产生单元包括一功率芯片、一升压电路与一倍压电路。功率芯片根据温度感测单元输出的温度信号，输出一控制参数。升压电路根据该控制参数，输出一切换电压信号。倍压电路接收该切换电压信号，并且根据该切换电压信号进行电压充电，以输出栅极驱动电压。
根据本发明的一实施例，其中稳压分离电路可包含一第一电容、一第一电阻、一第一齐纳二极管、一第二电容与一第三电容。第一电容的第一端连接画面基准电压，第一电容的第二端接地。第一电阻的第一端连接画面基准电压，第一电阻的第二端连接伽马应用电压。第一齐纳二极管的第一端连接第一电阻的第二端，第一齐纳二极管的第二端接地。第二电容与第三电容的第一端共同连接第一电阻的第二端，第二电容与第三电容的第二端接地。
根据本发明的另一实施例，其中稳压分离电路亦可包含一第四电容、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻与一第二齐纳二极管。第四电容的第一端连接画面基准电压，第四电容的第二端接地。第二电阻的第一端连接画面基准电压，第二电阻的第二端连接伽马应用电压。第二齐纳二极管的第一端连接第二电阻的第二端，第二齐纳二极管的第二端接地。第三电阻的第一端连接第二电阻的第二端，第四电阻的第一端连接第三电阻的第二端，第四电阻的第二端接地。
是以，本发明提出的具有温度补偿的稳压电路模块，可通过稳压分离电路，转换与环境温度有关的画面基准电压为不受温度影响的像素驱动电压。藉此，应用本发明具有温度补偿的稳压电路模块于薄膜液晶显示器时，尽管在不同的环境温度下，薄膜液晶显示器皆可在不产生额外功率消耗的情况下驱动阵列基板，并且同时消弭已知色彩失真的问题。
以上有关于本发明的内容说明，与以下的实施方式是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明实施例具有温度补偿的稳压电路模块的电路方块图。
图2为根据图1的电压产生单元的内部电路示意图。
图3A为根据本发明实施例的稳压分离电路的电路示意图。
图3B为根据本发明另一实施例的稳压分离电路的电路示意图。
图4为根据本发明实施例的稳压电路模块连接至增益电路的电路方块图。
图5A为根据本发明实施例的增益电路的电路示意图。
图5B为根据本发明另一实施例的增益电路的电路示意图。
图6A为根据图2所示的稳压电路模块，在常温下进行仿真的实验数据图。
图6B为根据图2所示的稳压电路模块，在低温下进行仿真的实验数据图。
[主要元件标号说明]
100 温度感测单元 200 电压产生单元
202 功率芯片 204 升压电路
206 倍压电路 300 像素电压稳定单元
302 稳压分离电路 304 像素分压电路
400 增益电路
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
图1为根据本发明实施例具有温度补偿的稳压电路模块的电路方块图(circuit block diagram)，此种稳压电路模块适于在一阵列基板型驱动(GateDriver on Array，GOA)基板上产生至少一个与温度无感(temperature-independent)的像素驱动电压。并且，稳压电路模块可同时随着环境温度，动态调制基板上的栅极驱动电压，以兼顾面板上功率消耗与输出正常色彩的需求。本实施例中的像素驱动电压指的是薄膜液晶显示器中，用来驱动像素电极，以控制输出色彩的电压。而与温度无感，指的则是不随环境温度而改变的绝对电压值。
如图1所示，稳压电路模块包括有一温度感测单元100、一电压产生单元200与一像素电压稳定单元300。温度感测单元100用以检测环境温度，并且根据不同的环境温度，输出对应的温度信号VT。电压产生单元200用以接收温度信号VT，并且输出对应于温度信号VT的栅极驱动电压VG与画面基准电压AVDD。由此可见，本实施例的稳压电路模块，可经由温度感测单元100与电压产生单元200来控制栅极驱动电压VG与画面基准电压AVDD的电压值，使其可动态随着环境温度而改变。
像素电压稳定单元300用以接收画面基准电压AVDD，并且续以一限位电压(容后详述)来限制画面基准电压AVDD的电平，以在画面基准电压AVDD的电压电平被限制住后，输出为至少一像素驱动电压VGAMMA。在一实施例中，像素电压稳定单元300所输出像素驱动电压VGAMMA的个数可以是一个或一个以上的电压，需视薄膜液晶显示器中具有的像素晶体管个数而定，并非用以限定本发明的发明范围。
图2为根据图1的电压产生单元的内部电路示意图，由图2可见，电压产生单元200包括一功率芯片(Power IC)202、一升压电路(BoostCircuit)204与一倍压电路(Charge Pumper)206。其中，功率芯片202接收温度感测单元100输出的温度信号VT，并输出一控制参数VX，以决定升压电路204的控制基数(radix)。升压电路204根据控制参数VX与一电压源Vin，输出一切换电压信号VS。根据本发明的一实施例，此一切换电压信号VS为一具有开关导通周期(duty ratio)的切换信号(switching signal)。因此，当倍压电路206接收到切换电压信号VS后，倍压电路206即可根据切换电压信号VS的开关周期，进行电压的充放电，以输出最终供晶体管栅极驱动用的栅极驱动电压VG。藉此，本发明提出的电压产生单元200利用温度感测单元100检测外界环境温度的动态变化，以改变功率芯片202对于升压电路204的控制基数与升压电路204所输出的切换电压信号VS，进而达成栅极驱动电压VG可随着外界环境温度而动态调整的目的。
进一步地说，假设电压产生单元200在环境温度为一预设温度(例如设定为25度)时，可以输出的栅极驱动电压VG为一预设栅极驱动电压。那么，当温度感测单元100感测到环境温度下降至低于该预设温度时，功率芯片202会开始降低升压电路204的控制参数VX，以提高升压电路204输出的切换电压信号VS，藉此，倍压电路206可输出一高于该预设栅极驱动电压的栅极驱动电压信号VG；相反地，当温度感测单元100所感测到的环境温度高于该预设温度时，功率芯片202则会提高升压电路204的控制参数VX，以降低升压电路204输出的切换电压信号VS，藉此，倍压电路206可输出一低于该预设栅极驱动电压的栅极驱动电压信号VG。通过此种架构，本发明提出的电压产生单元200可在不增加电路复杂度(complexity)的前提之下，达成随着环境温度动态调制栅极驱动电压信号VG的目的。
接着，以下为详细阐述本发明如何将与环境温度有关的画面基准电压AVDD转换为与环境温度无关的像素驱动电压VGAMMA，请一并参见图1、图3A与图3B。如图1中所示，像素电压稳定单元300包括一稳压分离电路302与一像素分压电路304。其中，稳压分离电路302用以接收该与环境温度有关的画面基准电压AVDD，并且以一限位电压限制其电平后，转换为一伽马应用电压AVDD_0，且伽马应用电压AVDD_0与环境温度无关。有关此一稳压分离电路302的内部电路示意图，请见图3A与图3B，分别为根据本发明提出的稳压分离电路302的两种实施态样。
首先，如图3A所示，稳压分离电路302可包含一第一电容C1、一第二电容C2、一第三电容C3、一第一电阻R1与一第一齐纳二极管D1。其中，第一电容C1的第一端连接画面基准电压AVDD，第一电容C1的第二端接地。第一电阻R1的第一端连接画面基准电压AVDD，第一电阻R1的第二端连接第一齐纳二极管D1的第一端，第一齐纳二极管D1的第二端接地。第二电容C2与第三电容C3是相互并联，且其第一端共同连接伽马应用电压AVDD_0，其第二端共同接地。因此，稳压分离电路302通过第一齐纳二极管D1的齐纳电压(Zener Voltage)作为画面基准电压AVDD的限位电压，使得稳压分离电路302具有自动调节作用。换言之，当画面基准电压AVDD随着环境温度而动态改变时，设计者只需适当匹配第一电阻R1的阻值，方可令伽马应用电压AVDD_0维持不变(意即不随环境温度而改变，而仅与第一齐纳二极管D1的齐纳电压有关)。
同样地，图3B为根据本发明实施例的稳压分离电路的另一种实施态样，稳压分离电路302可包括一第四电容C4、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4与一第二齐纳二极管D2。其中，第四电容C4的第一端连接画面基准电压AVDD，第四电容C4的第二端接地。第二电阻R2的第一端连接画面基准电压AVDD，第二电阻R2的第二端连接第二齐纳二极管D2的第一端，第二齐纳二极管D2的第二端接地。第三电阻R3的第一端连接伽马应用电压AVDD_0与第二电阻R2的第二端，第三电阻R3的第二端连接第四电阻R4的第一端，且第四电阻R4的第二端接地。藉此，稳压分离电路302同样可通过第二齐纳二极管D2的齐纳电压(Zener Voltage)作为画面基准电压AVDD的限位电压，使得稳压分离电路302具有自动调节作用。换言之，当画面基准电压AVDD随着环境温度而动态改变时，设计者只需适当匹配第二电阻R2的阻值，方可令伽马应用电压AVDD_0维持不变(意即不随环境温度而改变，而仅与第二齐纳二极管D2的齐纳电压有关)。
因此，根据本发明提出的稳压分离电路302，即可利用齐纳二极管的齐纳电压，作为限制画面基准电压AVDD电平的限位电压，以在环境温度改变时，仍然产生与温度无感的伽马应用电压AVDD_0。之后，像素分压电路304即可接收该伽马应用电压AVDD_0，并将伽马应用电压AVDD_0分压为一个或一个以上的像素驱动电压VGAMMA。藉此，像素驱动电压VGAMMA亦与环境温度无关。在一实施例中，像素分压电路304可以是例如电阻或电容式的分压电路，以将伽马应用电压AVDD_0进一步地分配到薄膜液晶显示器中每一个像素电极可用的驱动电压上。因此，当面板上每一个像素电极的像素驱动电压VGAMMA皆与温度无关时，薄膜液晶显示器自然可不受温度影响，而仍然具有正常的色彩输出画面。
其次，请参阅图4，本发明提出的稳压电路模块另可连接至一增益电路400，增益电路400接收画面基准电压AVDD，并将画面基准电压AVDD放大输出为一上板基准电压VCOM。简单来说，上板基准电压VCOM主要可用作薄膜液晶显示器上输出画面负载等应用电压，因此可具有一定随着温度变迁的容忍值(tolerance)。图5A与图5B为根据本发明实施例的增益电路的两种实施态样，然而，增益电路400的实施方式并不以此二图示为限。本发明并不限制增益电路400中所使用的元件数目或种类，本领域技术人员当可视需要自行设计之，故在此并不赘述。其中，图标中的元件符号R1至R10代表电阻，C1至C4代表电容，COM1至COM3代表比较器。
接着，本发明还提出实际仿真的实验数据分析图，作为以下的说明。图6A与图6B为根据图2所示的稳压电路模块，分别仿真在常温及低温下的实验数据图。由图6A可见，若在常温下，伽马应用电压AVDD_0为6.8伏特(Voltage，V)且倍压电路206具有基础迭加电压2.5V时，升压电路204的控制参数VX＝8V，画面基准电压AVDD＝7.4V，且栅极驱动电压信号VG＝18V。而当环境温度下降，如图6B所示，则可见伽马应用电压AVDD_0仍然维持不变为6.8V，并不受到温度的影响。在倍压电路206具有基础迭加电压2.5V时，此时升压电路204的控制参数VX上升为11V，画面基准电压AVDD＝10.4V，且栅极驱动电压信号VG上升至24V。
是以，综上所述，本发明提出的稳压电路模块，不仅可通过温度感测单元与电压产生单元，输出可随着环境温度动态调整的栅极驱动电压，还可同时通过像素电压稳定单元输出不受环境温度影响的像素驱动电压。藉此，当本发明提出的稳压电路模块应用在薄膜液晶显示器时，液晶面板在低温下仍可正常启动。并且，在考虑到温度效应下，稳压电路模块可同时输出与温度有关的栅极驱动电压，以及与温度无关的像素驱动电压，以兼顾薄膜液晶显示器在功率消耗与输出正常色彩上的平衡。
虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神与范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定者为准。
Claims (7)
1.一种具有温度补偿的稳压电路模块，包括：
温度感测单元，根据环境温度输出温度信号；
电压产生单元，根据该温度信号，输出对应的栅极驱动电压与画面基准电压；以及
像素电压稳定单元，接收该画面基准电压，该像素电压稳定单元依据限位电压限制该画面基准电压的电平后，输出至少一像素驱动电压，
其中该像素驱动电压与环境温度无关，
其中该像素电压稳定单元包括：
稳压分离电路，接收该画面基准电压，并以该限位电压限压后，输出伽马应用电压；以及
像素分压电路，接收该伽马应用电压，并将该伽马应用电压分压为该像素驱动电压，
其中该电压产生单元包括：
功率芯片，根据该温度信号，输出控制参数；
升压电路，根据该控制参数，输出切换电压信号；以及
倍压电路，接收该切换电压信号，该倍压电路根据该切换电压信号进行电压充电，以输出该栅极驱动电压。
2.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，其中该伽马应用电压与该环境温度无关。
3.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，其中该稳压分离电路包括：
第一电容，该第一电容的第一端连接该画面基准电压，该第一电容的第二端接地；
第一电阻，该第一电阻的第一端连接该画面基准电压，该第一电阻的第二端连接该伽马应用电压；
第一齐纳二极管，该第一齐纳二极管的第一端连接该第一电阻的第二端，该第一齐纳二极管的第二端接地；
第二电容，该第二电容的第一端连接该第一电阻的第二端，该第二电容的第二端接地；以及
第三电容，该第三电容的第一端连接该第一电阻的第二端，该第三电容的第二端接地。
4.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，其中该稳压分离电路包括：
第四电容，该第四电容的第一端连接该画面基准电压，该第四电容的第二端接地；
第二电阻，该第二电阻的第一端连接该画面基准电压，该第二电阻的第二端连接该伽马应用电压；
第二齐纳二极管，该第二齐纳二极管的第一端连接该第二电阻的第二端，该第二齐纳二极管的第二端接地；
第三电阻，该第三电阻的第一端连接该第二电阻的第二端；以及
第四电阻，该第四电阻的第一端连接该第三电阻的第二端，该第四电阻的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，还包括增益电路，该增益电路接收该画面基准电压，以将该画面基准电压放大输出为上板基准电压。
6.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，其中该环境温度为预设温度时，该电压产生单元输出的该栅极驱动电压为预设栅极驱动电压，当该环境温度低于该预设温度时，该电压产生单元输出高于该预设栅极驱动电压的该栅极驱动电压信号。
7.根据权利要求1所述的具有温度补偿的稳压电路模块，其中该环境温度为预设温度时，该电压产生单元输出的该栅极驱动电压为预设栅极驱动电压，当该环境温度高于该预设温度时，该电压产生单元输出低于该预设栅极驱动电压的该栅极驱动电压信号。
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