TW301077B - - Google Patents

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A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD) 用直流對直流（DC-DC)轉換器，並特別關於可用於可攜 式訊息處理設備顯示裝置中之低功率消耗DC對DC轉換 器。 現在將描述供TFT-LCD用的傳統DC對DC轉換器。第 1圖是圖示TFT-LCD之光傳輸比的圖面。如第1圖中所 示，由於光傳輸比依據作用電應而改變，TFT-LCD之對 比隨著電壓而增加。 第2圖是一傳統的灰階電壓產生電路之詳細電路圖》 如第2圖中所示，灰階電壓由諸電阻的分壓產生，而且藉 由將灰階電壓之一作用於液晶電容器而顯示對比。 第3圖是一傳統的TFT-LCD之詳細電路圖。如第3圖 中所示，傳統的TFT-LCD包括一薄膜電晶體、連接於TFT 的汲極端與共同電壓Vcom之間的一液晶電容器、數條閘 極線、以及連接至每一源極線與每一閘極線的諸開關》 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印製 ----r---,---{装-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在將解釋上述傳統TFT-LCD之操作。首先，利用 連接至源極線的諸開關、S„,+1、5„)+2至3_選取數個灰階 電壓VI〜V6中一灰階電壓。然後，一旦連接至閘極線的 —閘極開關Sn導通，與此閘極線相關的諸TFT藉由作用於 連接至第η條閘極線的諸TFT閘極端之作用電壓Von而開 啓。一旦第η條線的諸TFT被開啓，在每條源極線上的灰 階電壓作用於與Sn閘極線諸TFT相關的液晶電容器上，並 且顯示其對比於這些液晶電容器上。此後，在利用連接至 個別源極線的諸開關S„、、3„+2至3„1+„選取數個灰階電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） -4- 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印装 3310/7 at _B7 五、發明説明（2 ) 壓V1〜V6中一灰階電壓之後，第n+1線的閘極開關在第n 線的閘極開關關閉時同時地導通，並且電源電壓Von然後 作用於連接至第n+1條閘極線的諸TFT之閘極端而開啓與 第n+1條閘極線相關的諸TFT。一旦第n+1線諸TFT開 啓，在每條源極線上的灰階電壓經由第n + 1閘極線諸TFT 作用於相關諸液晶電容器，而顯示其對比於液晶顯示器 上。 如果重覆上述程序，便可藉由在諸液晶顯示電容器上 所顯示的對比而完整地形成所欲之圖像。 —個典型的TFT-LCD係藉由將閘極線反向而驅動， 一旦選取了第η條閘極線，灰階電壓VI〜V3之一便加於源 極線上。其次，當選取第n + 1條閘極線時，灰階電壓V4〜 V6之一便加於源極線上。換句話說，以反向驅動該線 時，如第1圖中電壓與光傳輸比之間的關係所示，一旦選 取電壓與光傳輸比之關係中落在Vcom右邊的諸曲線點爲 某一線的液晶電容器，則選取電壓與光傳輸比之關係中落 在Vcom左邊的諸曲線點選取爲此線的下一個液晶電容 器》 由於當做選取液晶電容器極性的基準之信號爲第4圖 中所示極性信號P0L或反向極性信號P0LB其中之一，諸 開關S „、S „+1、S „+2根摔信號POL、P0LB選取灰階電壓VI 〜V3或V4〜V6其中之一。例如，在極性信號P0L位於 Vdd位準時選取灰階電壓VI〜V3其中一電壓，而在極性 信號P0L位於GND位準時選取灰階電壓V4〜V6其中一電 本紙張尺度速用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 3〇ί〇;γ Α7 Β7 五、發明説明（3 ) 壓。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在如第2圖內所示之灰階電壓產生電路中的電源電壓 Vcc是電壓位準超過8伏特的DC對DC轉換器之輸出電源。 DC對DC轉換器從5伏特位準的Vdd電源轉換至超過8伏特 的直流電源電壓Vcc。 第5圖是舉例說明傳統DC對DC轉換器的詳細電路圖。 如第5圖中所示，傳統的TFT-LCD用DC對DC轉換器包括 —脈波寬度調變積體電路PWMIC 51，具有連接至電源 Vdd的一電源端；一端連接至電源Vdd的一線圈L51 ;— 電晶體Q51，其集極端連接至線圈L51的另一端，基極端 連接至PffMIC 51的輸出端，且射極端接地：一個二極體 D51，其陽極端連接至電晶體Q51的集極端；以及連接於 接地端與二極體D51陰極端之間的電容C51。 現在將描述此一傳統的TFT-LCD用DC對DC轉換器之 操作。PffMIC 51產生矩形脈波並控制其工作比，因此將 輸出固定的DC電壓》如果輸出的DC電壓大於預定値，則 減少工作比，藉以降低輸出的DC電壓，反之亦然。 電源11^的數量係依據下列方程式計算： 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印裝 在方程式（1)中，T標示電晶體Q51的導通時間。 其次，當PffMIC 51的輸出端輸出的矩形脈波位在低 位準時，電晶體Q51關閉，因而導致流經線圈L51的電源 被截止，並導致高電壓以導通二極體D51，因此以磁埸累 積在線圈L51之上的能源可以流經二極體D51並使電容器 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 五、發明説明（4 ) A7 B7 C51充電。充電電壓Vcc作爲產生灰階電壓用的電源電 壓。 然而，習知的TFT-LCD用DC對DC轉換器消耗太多功 率。雖然由DC對DC轉換器消耗的實際電流只有3mA，DC 對DC轉換器之電子電路、PffMIC、線圈內部電阻等所需 的電流卻超過20mA。 功率轉換效率可依據下列方程式2表示爲： 輸出功率/輸入功率X100%

Vcc X 3mA X 100% ..(2) 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製

Vdd x 20mA + Vcc x 3mA 在方程式（2)中，如果Vdd = 5伏特，Vcc = 8伏特， 則傳統DC對DC轉換器的功率轉換效率只有20%，就眞正 地應用於可攜式訊息處理設備顯示器而言，這是太不經濟 的。 本發明之目的爲解決傳統裝置所涉及的諸問題，並提 供使用於本身需要極少功率的可攜式訊息處理設備內之 TFT-LCD用DC對DC轉換器。 爲了完成此目的，本發明包括了依據一極性信號而互 相相反地導通或關閉的第一與第二開關。第一與第二二極 體藉由在第一與第二開關導通時導通而形成電性路徑，藉 以使第一電容充電。笫三與第四開關依據反向極性信號互 相相反地導通/關閉。笫三與第四二極體在笫三與第四開 關導通時形成電性路徑，藉以使第二電容充電。第三電容 由第一與第二電容的電荷使其充電。 極性信號與反向極性信號最好有相反的相位。可以用 PMOS或NM0S型電晶體形成四個開關，第一與第二二極體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) " 訂 本紙浪尺度逋用中國國家橾率（匚呢）八4規格（210父297公釐） -7— β β 經濟部中央櫟準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5) 以及第三與第四二極體可以串聯地依正方向連接。可連接 多個二極體形成任一二極體。 本發明之較佳實施例現在將參考諸附圖而予以更明確 地描述，其中： 第1圖是圖示液晶光傳輸比的圖面； 第2圖是傳統灰階電壓產生電路之詳細電路圖； 第3圖是傳統TFT-LCD之詳細電路圖； 第4圖是典型的TFT-LCD之反向驅動用的波形； 第5圖是傳統DC對DC轉換器之詳細電路圖； 第6圖是依據本發明一較佳實施例的TFT-LCD用DC對 DC轉換器之詳細電路圖： 第7圖圖示依據本發明一較佳實施例的TFT-LCD用DC 對DC轉換器之每一分段操作的波形。 現在將詳細地參考第6與7圖而描述一較佳實施例。 如第6圖內所示，依據本發明一較佳實施例的TFT-LCD用DC對DC轉換器包括了電晶體M61、M62，其源極端 分別連接至電源信號線Vdd以及接地信號線GND，並且其 閘極端共同連接至極性信號線POL。轉換器亦包括電晶體 M63、M64，其源極端分別連接至電源信號線Vdd以及接 地信號線GND，並且其閘極端共同連接至反向極性信號線 P0LB ° 二極體D 61與D63之陽極連接至電源信號線Vdd。二 極體D62與D64之陽極端分別連接至二極體D61與D63之 陰極端。二極體D62與D64之陰極端連接在一起，並有一 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) "

、tT -8- 經濟部中央橾準局員工消費合作社印簟 A7 B7 五、發明説明（6 ) 電容器連接於二極體D62與D64的陰極端與接地點之間。 在本發明之較佳實施例中，二極體D61、D62、D63 與D64係配合每一信號POL或POLB而成對地使用，然而亦 可用多個二極體取代僅有的兩個二極體。 依本發明較佳實施例之TFT-LCD的操作描述如下。 如第7圖內所示，當信號POL爲接地位準時，電源信 號Vdd藉由導通PM0S型電晶體M61而作用於節點N1 »當 POL位在電源位準時，接地位準信號藉由導通NM0S型電 晶體M62而作用於節點N1。於是依據第7圖中所示的POL 信號而在節點N1產生脈波形式的信號。 當節點N1位在接地位準時，經由二極體D6 1作用的電 子便充電至電容器C61 »由電容器C61累積的電荷數量係 依據下列方程式3而計算： Q61 =C61 X (Vdd-Vd) ................(3) 其中Vd標示跨越二極體D6 1的電壓降。 當節點N1位在電源位準Vdd時，節點N2的電位是 (Vdd + Q61/C61)，可與方程式3合倂得（2Vdd-Vd)。在 此情形下二極體D 6 1因施加反向偏壓而關閉，並且在節點 N2的電子藉由使二極體D62導通而轉移至電容器C63 » 充電至電容器C63的電子Q63流經二極體D62，直到 二極體D62關閉爲止，其電子數量係依下列方程式4而計 算： Q63 = C63 X 2 X (Vdd-Vd) .............(4) 由於節點N5的電壓Vcc爲（Q63/C63)，電壓VCC爲 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 i 一 9一 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（7 ) 2(Vdd-Vd) ° 如第7圖中所示，當反向極性信號POLB位在接地位準 時，PMOS型電晶體M63導通而電源信號Vdd作用於節點 N3。當反向極性信號POLB位在電源位準Vdd時，NMOS型 電晶體Μ 6 4導通而接地位準信號作用於節點N3。於是依據 反向極性信號POLB而在節點Ν3產生如第7圖中所示的脈 波形式信號》 當N3節點爲接地位準時，經由二極體D63作用的電子 便充電至電容器C62。充電至電容器C62的電荷Q62之數 量係如下列方程式5而計算= Q62 = C62X ( Vdd-Vd) ................( 5 ) 其中Vd爲跨越二極體D63的電壓降。 當節點N3位在電源位準Vdd時，節點N4的電位是 (Vdd + Q62/C62)，與方程式5合倂而得（2Vdd-Vd)。在 此情形下二極體D63因施加反向偏壓而關閉，並且在節點 N4的電子藉由二極體D64之導通而充電至電容器C63。 作用於電容器C63的電子Q63流經二極體D64直到二 極體D64關閉爲止，其電子數量係依下列方程式6而計 具· Q63 = C63X2x(Vdd-Vd) .............(6) 由於節點N5的電壓Vcc爲（Q63/C63)，電壓Vcc等於 2(Vdd-Vd) ° 極性信號POL與反向極性信號POLB具有相反的相 位。因此槪括整體操作而言，等於2(Vdd-Vd)的固定直 本紙琅尺度逋用中國國家橾準（CNS )八4規格（210X297公釐） ini flm mu em ϋι-i' - .^冷 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10- 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 i A7 B7五、發明説明（8〉 流電壓Vcc如第7圖中所示輸出至節點N5。於是，藉由使 用消耗少量功率的MOS電晶體M61至M64以及二極體D61 至D64而供應穩定的直流電壓Vcc ’可提供低功率消耗的 DC對DC轉換器。如果對二極體D61至D64中的一些加以控 制，則直流電壓Vcc的値可任意地設定。 本發明之較佳實施例提供一種TFT-LCD用DC對DC轉 換器，其因爲DC對DC轉換器消耗很少功率而可使用於可 攜式訊息處理設備中。 眾人皆知在不背離本發明之範疇與精神的前提下，其 他不同的改進對熟悉此技藝者而言將爲顯而易見並可輕易 地完成。因此吾人不希望在此的附加聲明之範疇受限於其 中提出的描述，而希望該聲明被解釋爲包含所有存在於本 發明中可申請專利的創見之特徵，包括將被熟悉本發明相 關技藝者視爲相等物的所有特徵。 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家揉牟（CNS)A4規格（21 OX 297公釐） -11- 五、發明説明（9 ) A7 B7 元件標號對照 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裂 5 1......脈波寬度調變積體電路 L5 1.....線圈 D5 1.....二極體 Q5 1.....電晶體 C5 1.....電容器 M6 1.....PMOS型電晶體 M62.....NMOS型電晶體 M63.....PMOS型電晶體 M64.....NMOS型電晶體 D 6 1 ......二極體 D 6 2.....二極體 D63.....二極體 D64.....二極體 C6 1.....電容器 C62.....電容器 C63.....電容器 m· m mM ^^^^1 nn «^^^1 n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 -a 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 12 -

Claims (1)

1. ABCD §. 聲 iP 中 票 Ψ- η t. η ± ψ 六、申請專利範圍 1. 一種TFT-LCD用DC對DC轉換器，包含： 第一開關與第二開關，根據極性信號互相相反地導通 或關閉； 第一二極體與第二二極體，藉由在第一與第二開關導 通時導通而形成電性路徑； 第一電容，在第一二極體與第二二極體的電性路徑形 成時充電； 笫三開關與第四開關，根據反向極性信號互相相反地 導通或關閉； 笫三二極體與第四二極體，藉由在第三與第四開關導 通時導通而形成電性路徑； 第二電容，在第三二極體與第四二極體的電性路徑形 成時充電；以及 第三電容，由第一與第二電容的電荷使其充電。 2. 如申請專利範圍第1項之TFT-LCD用DC對DC轉換器，其 中該極性信號與反向極性信號具有相反的相位。 3. 如申請專利範圍第1項之TFT-LCD用DC對DC轉換器，其 中該第一開關與該第二開關、該第三開關與該第四開關各 自使用一PMOS或NMOS型電晶體。 4. 如申請專利範圍第1項之TFT-LCD用DC對DC轉換器，其 中該第一二極體與該第二二極體、以及該第三二極體與該 第四二極體分別以正方向串聯地連接。 5. —種TFT-LCD用DC對DC轉換器，包含： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) -13 - ABCD 六、申請專利範圍 一開關電路，其輸入一脈波式極性信號與一反向極性 脈波信號，並輸出一第一脈波電壓至第一節點以及一第二 脈波電壓至第二節點； 一充電電路’連接於該第一與第二節點以及一輸出節 點之間，該充電電路更連接至具有某一電源電Jg的電、源， 以便該充電電路內部的第三與第四節點藉〜電容而胃#地 升高至超過該電源電壓的充電電壓位準；該第三與第0節 點各自經由一二極體連接至該輸出節點； 連接至該輸出節點的一個平滑電容》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂. 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -14〜