TW201203219A - Voltage level shifting with reduced power consumption - Google Patents

Description

201203219 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施例總的涉及用於驅動顯示面板的電壓位 準移位電路以及電壓位準移位方法。 優先權主張 本申請要求以下美國專利申請的優先權： 2011 年 2 月 4 日由 Chor Yin Chia 和 Hong Joong Kim 提交的題爲“具有降低功耗的電壓位準移位（律師案號 ELAN-01256US2)’’的美國專利申請案第13/〇2 ^623號； 2010 年 5 月 12 日由 Chor Yin Chia 和 Hong Joong Kim 提交的題爲“具有降低功耗的電壓位準移位（律師案號 ELAN-01 256US1)”的美國專利申請案第61/334,133號；及 2010 年 5 月 5 日由 Chor Yin Chia 和 Hong Joong Kim k父的爲 具有降低功耗的電壓位準移位（律師案號 ELAN-0125 6US0)”的美國專利申請案第61/331，512號。 【先前技術】 積體在玻璃上的薄膜電晶體（TFT)用來製造液晶顯示 (LCD)面板。積體在玻璃上的TFT具有比常規NMOS電晶 體或PMOS電晶體（統稱爲常規n/PMOS電晶體）慢得多的遷 移率。通常’常規N/PMOS電晶體一般具有〇.7〜3V範圍 内的閾值電壓。爲了導通常規N/PMOS電晶體.，柵極源極 電壓（Vgs)必須大於閾值電壓（Vthresh〇ld)。相對而言，由於

S 4 201203219 低劣的遷移率，TFT具有比常規n/pm〇s電晶體明顯更高 的閾值電c因此’ TFT需要非常高的柵極源極電壓，並因 此需要施加至其栅極的非常高的電慶。要求的栅極源極電 G對於不同的LCD製造商來說是不同的，但多數tft要长 柵極源極電㈣在浙〜6GV的範圍内。因此，經常使用電 4：位準移位來產生驅動積體在玻璃上的這類TFT的拇極 所需的電壓位準。 圖1示出傳統電麼位準移位器102的示例性高階電 路。參見圖卜傳統電壓位準移位器102被示爲包括連接在 两電壓供給幹線Vs+和錢輸出節點之間的第—開關 s 1以及連接在低電壓供給幹線Vs_和電壓輸& 節點之 間的第二開關S2。圖i的左側示出第一配置（配置小盆中 W斷開而S2閉合，這使ν〇υτ拉低至Vs_。圖Μ右側示 出第二配置（配置2)，其中S1閉合而S2斷開，這使ν〇υτ 拉局至V s +。 圖2示出在圖！的電壓輸出節點ν〇υτ處獲得的示例性 輸出電壓的曲線圖。對於圖2，假設Vs__i5v並且 卿。如從圖2所領會到的那樣’電壓位準移位器1〇2在 配置！和配置2之間交替變化，這使、在拉低至vs_和 拉高至Vs+之間交替變化。在圖2中，在V0UT處的電壓移 位 Vshift 爲 35V。 等式P = dIF/2*F指以列如圖μ示的電壓位準 移位器102的電壓位準移位器所消耗的功率（ρ)。這裏，c 是咖面板的電容性負載（Cload)的電容，ν賺丁是電壓位 201203219 準移位器所提供的電壓移位（就是圖1中的電壓位準移位器 102的Vs+—Vs_)，而F是電壓位準移位器的工作頻率。在 ，等式中，對於特定LCD面板之〇和F是固定的，但VsHm 是可變的。此外，如可從該等式中領會的那樣，如果VSHIFT 改變’則功耗改變Vsh丨FTA2 (即VSHIFT的平方）。 再次參見圖2，Vs +示爲+20V而Vs_示爲·15V。這意味 著Vsh丨ft = 35V。因此，在該例中，p = c*35A2*f。c的示 例值=4.7nF，而F的示例值= 129kHz(例如假設12〇Hz的 幀速率和1080列，則F= 120Hz*1〇8〇列=129kHz頻率）。 封裝溫度是功耗的一個函數^ LCD面板製造優選是降 低封裝溫度以及與電壓位準移位器晶片關聯的功耗。 【發明内容】 根據一個實施例’電壓位準移位器電路（例如圖3中的 3〇2)包括配置成連接於高電壓供給幹線（Vs+)的第一端子、 配置成連接於低電壓供給幹線（Vs·)的第二端子、輸出電壓 (V〇UT)》fii子及補償電壓（VC0MP)節點β附加地，電壓位準移 位器包括：可構造成複數個配置的複數個開關；及控制電 路’配置成控制開關以在該等配置的至少一者中使連接於 輸出電壓（νουτ)端子的負載不從低電壓供給幹線（Vs_)和 高電壓供給幹線（Vs + )汲取任何功率。該負載可以但不限於 例如一部分薄膜電晶體-液晶顯示器（TFt — lcd)面板。 根據一個實施例，複數個開關包括第一開關（S1)、第二 開關（S2)和第三開關（S3)。第—開關（S1)連接在第一端子和 201203219 ^出電壓（Vqut)端子之間，其中第-端子配置成連接於高電 壓供給幹線（Vs+)。第二開關（S2)連接在第二端子和輸出電 壓（V〇UT)端子之間，其中第二端子配置成連接於低電壓供給 幹線(广)。第三開關(S3)連接在補償電壓(vC0MP)節點和輸 出電壓（νουτ)端子之間。控制電路配置成控制第一、第二和 第二開關（S 1、S2和S3)以使它們在第一、第二、第三和第 四配置之間進行變遷。在第一配置(配置1}中，第一開關⑻) 斷開，第二開關（S2)閉合，而第三開關（S3)斷開，這使輸出 電壓（V〇UT)端子拉低至低電壓供給幹線（Vs-)。在第二配置 (配置2)中，第—開關（S1)斷開，第二開關（S2)斷開，而第 二開關(S3)閉合，這使輸出電壓(VOUT)端子拉高至低電壓供 給幹線（Vs-)和高電壓供給幹線（Vs + )之間的第一中間電壓 位準。在第三配置（配£ 3)中，第—開關⑻）閉合，第二開 關（S2)斷開，而第二開關（S3)斷開，這使輸出電壓（ν〇υτ)端 子拉高至高電壓供給幹線（Vs + 卜在第四配置（配置4)中，第 一開關（si)斷開，第二開關（S2)斷開，@第三開關⑻）閉合， k使輸出電壓（νουτ)端子拉低至低電壓供給幹線和高 黾壓供給幹線（Vs+)之間的第二中間電壓位準。 ° 在第二配置和第四配置（配置2和配置，電壓# 準移位器電路不從低電壓供給幹線（Vs_)和高電壓供給幹線 (Vs + )汲取任何功率。此外，在第二配置和第四配置（^置^ 和配置4)巾’連接於輸出電壓（Vqut)料的負载不從低電壓 供給幹線（Vs-)和高電壓供給幹線（Vs + )汲取任何功率。 根據一個實施例，第一中間電壓位準等於（Vs_ + 201203219 VC〇MP)/2，並且第二中間電壓位準等於（Vs+ + VC0MP)/2。 根據一個實施例，至少補償電容器（Cc0MP)擬連接在補 償電壓（VC0MP)節點和又—電壓幹線之間’該又一電壓幹線 在同電壓供給幹線和低電壓供給幹線之間。另外，補償電 阻益（Rcomp)可與補償電容器（Cc〇Mp)串聯連接在補償電壓 (VCOMP)節點和又—電壓幹線之間。又一電壓幹線可接地， 或者疋在Vs-和Vs+之間的某些其它電壓幹線或位準。補償 電壓（VC0Mp)節點處的電壓取決於連接在補償電壓⑺ 節點和又一電壓幹線之間的補償電容器（Cc〇Mp)。 補償電阻器（Rc〇mp)和補償電容器（CC0MP)是連接在補償 電壓（VC0MP)節點和又一電壓幹線之間的補償電路的示例性 組件。根據一些特定實施例，該補償電路處於由電壓位準 移位器驅動的顯示面板（例如LCD面板）外部❶通過使補償 電路位於LCD面板外部，這允許産生在Vc〇Mp節點的中間 電壓位準精確地受到控制以提供最佳節能和/或其它定制而 無需對LCD面板的改進。換句話說，這允許電壓位準移位 器用於各種不同的LCD面板（例如由各個不同製造商譽 造），同時仍然允許在VC0MP節點產生的中間電壓位準變得 容易優化或針對不同LCD面板以其它方式定制，而不需要 LCD面板的製造商對其LCD面板作出修改。 根據一個實施例，第一開關（s 1)、第二開關（S2)、第二 開關（S3)和控制電路實現在積體電路（IC)中，且第_端子、 第二端子、輸出電壓（v0UT)端子和補償電壓（Vc〇Mp)節點中 的每一個是1C的分離端子。在這一實施例中，控制電路可

201203219 配置成根據提供給Ic的一 個或多個時鐘輸入端子的一個或 多個時鐘信號在第―、第 ~ 第二和第四配置之間作變遷。 :/艮據—個實施例’補償電壓OW)節點處的電壓由電 源長:供。在這一實施例巾，μ p 例中，補犒電壓（vC0MP)節點處由電源 提供的電壓可等於（Vs+ +

Vs-)/2，但不局限於此。 根據-個實施例，—種電壓位準移位方法包括：在第 -時間周期内，將輸出電壓(ν〇υτ)端子拉低至低電壓供給幹 線（Vs·);在第二時間周期内，將輸出電壓OW)端子拉高至 低電昼供給幹線（Vs·)和高電壓供給幹線（vs+)之間的第一 中間電壓位準；在第三時間周期内，將輸出電壓(V〇UT)端子 拉…電壓供給幹線(Vs+);在第四時間周期内，將輸出 電壓(V0UT)端子拉低至低電壓供給幹線(Vs_)和高電壓供給 幹線（Vs + )之間的第二中間電壓位準。根據—個實施例，上 述方法可用來提供用於驅動顯示面板的電壓位準移位該 顯示面板例如但不局限於TFT_LCD面板。根據特定實施 例’該方法還包括使用充分對應於顯示面板的電路産生第 和第一中間電壓位準。這允許中間電壓位準精確地受到 控制，由此當將這些方法用於各種不同顯示面板（例如由各 個不同製造商製造）時提供節能優化和/或其它定制。 本發月内谷。P刀無思於概括本發明的所有實施例。根 據下面闡述的詳細說明、附圖以及申請專利範圍，其他和 替代實施方式以及本發明實施例的特徵、方面以及優點將 變得更加顯而易見。 201203219 【實施方式】 圖3不出根據本發明實施例的電壓位準移位器的 四種不同配置。參見圖3，電應位準移位器搬示爲包括連 接在高電屋供給幹線Vs +和電㈣出Vqut^點之間的第— 開關S!以及連接在低„供給幹線^和電壓輸出％節 點之間的b開關S2。另外，第三開關（s3)連接在補償電 廢vC0MP節點和電麗輸出¥(_節點之間。補償電阻器 和補償電容器c_P示爲串聯連接在補償電塵v_p節點和 接地線或處在Vs_和Vs +之間的某些其它電壓幹線或位準之 1因此Μ關S1有選擇地將Vqut連接於高電壓供給幹 線VS+’開關S2有選擇地將v〇uTi4接於低電壓供給幹線 Vs-，而開關S3有選擇地將ν〇υτ連接於、⑽γ 電壓位準移位器302還示爲包括選擇性控制開關s 1、 Μ和S3的控制電路3〇4。鑒於對控制電路3〇4的下述摔作， 本領域内技術人員將理解，控制電路3〇4可按落在本發明 |巳圍内的數種不同方式實現。例如，該控制電％ 3G4可包 括延遲線、單觸發（。ne_sh〇t)、觸發器、邏輯門⑼如與、 或、與非、或非、異或等邏輯閘）及其它。此外，本領域技 術人員將從下述理解：控制電路3〇4本身可根據一個或多 個時鐘信號受到控制。這種時鐘信號可使用處於電壓位準 移位器302外部的定時電路來産生。另或者，該時鐘信號 可使用積體在電壓位準移位器3G2中的定時電路來産生。 圖3的左上方示出第一配置（配置…其中第一開關 開，第二開關S2 P才1合，而第三開關S3斷開，這使v〇u丁

S 201203219 拉低至低電壓供給幹線Vs_。圖3的右上 置2)，其中第一開關S1斷開，第二開關^斷開，而第三 開關S3閉合，這使V〇utJi拉至低電壓供給幹線和高電 壓供給幹線V S+之間㈣—中間電壓位準，其中第— 壓位準爲（Vs- + Vc〇Mp)/2。圖3的左下方示出第三配置（配 置…其"一開關S1閉合，第二開關s2斷開，而第三 ^關S3 _開’这使ν〇υτ進一步拉高至高電壓供給 二。=7方示出第四配置(配置4)，其中第 "-開關S2斷開，而第三開關S3备，合，這使 拉低至低電壓供仏蘇始v 一 ουτ 击 。幹線VS-和高電壓供給幹線Vs +之間的第 v /2電1位準，其中第二中間電壓位準等於（VS+ + VC〇MP)/2。此後，電壓位準移位 置變化重復。電壓位準移位器3〇2的：配置並二述配 第：配置也稱爲電壓位準移位器 一、；：第;和 和第四階段。 乐一第二 3〇2可用來驅：說明的’參見® 1〇 ’電壓位準移位器 存器，：:cr的拇極驅動器.中的高電㈣㈣ 的總電阻和電容不柵極驅動器的高電壓移位寄存器 如從圖3可以看出的那樣，V 外 咖面板外部的補償點用來連接於處於 節點和接地線或處在高電壓^幹^ 接在VC_ 間的—些替代的其它電厂堅幹線之低㈣供給幹線之 例令，補償電路還包括盥r c0MP。在圖3的實施 C〇MP串聯的RCOMP。補償電路的 201203219 替代配置也是可能的並且落在本發明的範圍内。

Vcomp節點處的電壓一簡稱爲VC0MP—取決於補償電路 的 Rcomp、CC0Mp 的值及 LCD 面板的 RL〇AD 和 cL0AD。Vc〇Mp 還取決於開關S3的開關電阻以及開關S3的控制，包括控 制開關S3的信號的工作頻率和占空比。假設lcd面板的 Rload和CL0AD是LCD製造商定義的常數，則可通過調節補 償電路的cC0MP和來rcomp來調節Vc〇mm通過使補償電路 位於LCD面板外部，這允許在Vc〇Mp節點產生的中間電壓 位準精確地受到控制以提供最佳節能和/或其它定制而無需 對LCD面板的改進。換句話說，這允許電壓位準移位器用 於各種不同的LCD面板（例如由各個不同製造商製造），同 時仍然允許在VC0MP節點產生的中間電壓位準容易優化或 針對不M LCD面板以其它方式定㈣，而* ^LCD面板的 製造商對其LCD面板作出修改。電壓位準移位器如何獲得 節能的附加細節將在下面給出。

圖3的電壓位準移位器3〇2允許通過使用補償電容 cC0MP增加電塵位準Vc〇Mp來降低功耗。補償電容器Cc〇 儲存來自LCD面板的電荷並將電荷排放至lcd面板。補 電阻器Rc_控制流入和流出補償電容器&_的電流。 是將電壓輸出節點Vc)UT從低電壓供給幹線¥的電壓直 切換至高電壓供給幹線Vs +的電壓，而是從％至Μ的 壓移位分兩步發生。更具體地，根據一個實施例，存在 Vs-至（Vs- + Vcomp)/2的電屋移位以及從（mc〇Mp)/2 Vs+的電壓移位。另外’不是將電壓輸出節點νουτ從高I

S 12 201203219 壓供給幹線Vs+的電壓直接切換至低電壓供給幹線Vs的電 壓，而是從Vs +至Vs-的移位分兩步發生。更具體地，根據 一個實施例，存在從Vs +至（Vs+十Vc〇Mp)/2的移位以及從 (Vs+ + VC0MP)/2 至 Vs-的移位。 從圖3可看出，在第二配置（配置2)和第四配置（配置 4)中V0UT及因此連接於ν〇υτ的LCD面板從高電壓供給幹 線Vs +和低電壓供給幹線Vs_兩者斷開。因此，在配置2和 配置4中不從高電壓供給幹線和低電壓供給幹線汲取功 率相反在配置2和配置4中提供給νουτ並因此提供給 連接於¥01^的LCD面板的電壓源自被動電容Cc〇Mp和 Cload ° 圖4和圖5示出可使用圖3的電壓位準移位器3〇2在 圖3的電壓輸出節點ν〇υτ獲得的示例性輸出電壓的曲線 圖。爲了在參照圖3_5描述的實施例與參照圖1和® 2描述 的現有技術之間提供方便的比較，圖3_5再次假設= -15V,而 Vs+ = +20V。 在圖4曲線圖中，從高電壓供給幹線Vs +或者低電壓供 給幹線Vs-汲取功率的Vshift部分僅爲〇.7*VSHIFT。如前述， 對於參照圖1和圖2描述的現有技術位準移位器1〇2 由位準移位器102消耗的功率爲p =。作爲比 較，在參照圖3和4描述的實施例中，p = 7*v_yA2吓 = C*〇.49*Vshift*F’相比參照圖}和2描述的現有技術電壓 位準移位器1 02來說功耗降低近似5〇% ^ 如前述，可通過調節Cc⑽,和Rc〇Mp來調節VcoMp。這 13 201203219 種對VC_的調節可用來調節位準移位器搬的功耗，如現 在參照圖5闡述的那樣。诵诉& 通過爲Cc〇MP和RC0MP選擇合適的 值，就可得到從高電壓供給幹線Vs+或者低電壓供給幹線

Vs_沒取功率的V咖τ部分僅爲〇 55nw的ν_ρ。由 此，通過對圖3和圖5的眘β & 的實鼽例的CC0MP和Rc〇MP選擇適當 的值，P = C*(0.55*Vsh㈤A2*F = c*〇 3〇*Vshift*f，相比參 ’’、、圖1 ί ϋ 2描述的現有技術電壓位準移位@⑽來說功 耗降低近似70%。 根據某些實施例’電壓位準移位器3〇2 (或電壓位準移 位器的其它實施例)實現爲積體電路⑽，也稱晶片。在這 些實施例中’電壓輸出節點VGUT可以是IC的-個端子（例 如引腳），而補偾電壓節點Vc〇Mp可以是ic的另一端子（例 如引腳WC的又-對端子可連接於高電壓幹線和低電壓幹 線（Vs+#° Vs_)°IC的—個或多個其它端子可接收-個或多 個控制信號，該控制信號可包括一個或多個時鐘信號，但 不局限於此。更具體地’根據某些實施例，開關以、以和 S3連同可用來響應接收一個或多個時鐘信號控制開關^、 S2和S3的控制電路304 一起被積體在積體電路⑽中。在 這些實施例中，電壓位準移位器1(：可包括連接於高電壓供 給幹線的端子（例如引腳）、連接於低電壓供給幹線的端子、 提供V0UT的輸出端子及與串聯連接（或其它方式連接）的 CC0MP和&〇心相連的又一端子（可稱其爲Vc〇Mp端子），如 圖3所示。電壓位準移位器IC也可包括接收一個或多個時 鐘信號的一個或多個時鐘輪入端子。作爲本文使用的術

S 14 201203219 语，端子是將電路（可以是積體電路也可以不是）連接於其它 (外部）電路的節點。電壓位準移位器的端子可例如連接於電 壓幹線，接收控制#號或連接於自電壓位準移&器驅動的 負載（例如一部分TFT-LCD面板）。 在替代貫施例中，CC0MP和RC0MP和/或其它補償電路積 體在電壓位準移位器IC中並可編程（例如通過使用一組可 選電容器和-組可選電阻器）。也可使定時電路用來産生— 個或多個時鐘信號’這些時鐘信號用來控制積體在電壓位 準移位器1c中的控制電路304。 圖6示出根據本發明一個實施例的作爲電壓位準移位 器302的示例性實現的電壓位準移位器6〇2。參見圓6，開 關S卜以和S3分別通過電晶體以，和Q3來實現。二 不爲PM〇S電晶體，其源極連接於高電壓供給幹線Vs+，汲 極連接於V〇UT’而柵極由控制電路6〇4驅動。Ο〗示爲 電晶體，其源極連接於低電壓供給幹線Vs_，汲極連接於 Vout，而柵極由控制電路6〇4驅動。Q3示爲pM〇s，其源 連接於VC0MP，其；及極連接於v〇UT，而其拇極由控制電 路6〇4驅動。作爲控制電路304的一種實現的控制電路604 不爲接收兩路時鐘錢CLK1、CLK2，但它能接收更多或 更少的時鐘信號，這取決於㈣電路6()4 二…括如圖6所示的邏輯控制塊。此外，要= 了以其匕方式貫現，例如使用其它類型的電晶體，包括 但不局限於B!T、FET和聰，這㈣落在本發明範圍内。 圖7是圖6的電壓位準移位器6〇4的時序圖，圖令示 15 201203219 出如何使用兩時鐘信號CLK1和CLK2來產生V〇UT。在參 照圖6和圖7描述的示例性實施例中，CLK1控制開關電晶 體Q1和Q2(它們實現開關S1和S2)，而CLK2控制開關電 晶體Q3 (它實現開關S3)。如從圖7可以看出的那樣，在這 種配置中，CLK2的頻率和占空比控制何時在ν〇υτ處具有 從電壓供給幹線（Vs-或 Vs+)中之一者至取決於Vc〇Mp的中 間電壓位準的電壓位準移位。再次參見圖4和圖5，這些曲 線圖中還示出如何使用CLK2來控制何時在¥〇^處具有從 電壓供給幹線（Vs-或Vs+)其中之一至取決於Vc〇Mp的中間 電壓位準的電壓位準移位。 能用來操作該電路的輸入信號可以有許多不同的組合 (例如CLK1和CLK2)。然而，已經提供圖7所示的時序圖 以不出輸入信號能用來控制電壓位準移位器6〇2的輸出的 一個例子。由於要求的輸出時序對於不同應用來說可能是 不同的，因此使用兩時鐘信號獲得的可調時序和這種架構 中的節能特徵使這種電壓位準移位器可用於多種應用，例 如用於各種不同的LCD面板。 圖8A不出根據本發明另一實施例的電壓位準移位器 802A的四種不同配置。這襄，不是使用Cc〇Mp來産生v⑺ (以相比圖.1的電壓位準移位器1〇2降低功耗），而是使用電 源804A來提供vC0MP。這仍然提供相比圖}的電壓位準移 位益102降低的功耗，但其功耗降低可能不像圖3介紹的 電壓位準移位器3〇2那麼多。根據一個實施例，V⑶Mp = (Vs + s )/2根據其它實施例’ vc〇Mp是vs +和vS-之間的某杜

S 16 201203219 其它電壓。電壓位準移位器802A的功耗可表達爲 P=(4*C(Vsh1ft/2)*(Vshift/2)*f)/2<^Vc〇mp==(Vs+ + Vs)/2 時，P = (C*Vsh〖ft^2*F)/2，其功耗相比圖i的電壓位準移位 益1〇2降低50%。圖8A中的控制電路304和開關S1、S2 和S3以與圖3所示類似方式工作並因此不需再次詳述。 根據本發明的一個實施例，不是使用外部電源來産生 Vcomp，如圖8A的情形’電源（或其至少一部分）可與電壓位 準移位器積體在一起。這將參照圖8B所示的電壓位準移位 器8〇2B進行說明。參照圖8B，包含電阻器R1和R2的電 阻^壓器産生-電壓，將該電壓提供給配置爲緩衝器的放 大器U1的非反相㈩輸入’即放大器的輸出連接於放大器的 反相㈠輸入。補償電容器Cc_連接於ν—。緩衝器配置 的放大器U1將穩定的DC電壓位準提 一-電阻器R3可連接在放大器⑴的輸出"二 即狀間’以限制提供給補償電容器c c。m p的電流。根據一 =實施例’ ‘价的電容爲Cl_的電容的至少⑽倍。補 償電容器C_P示爲處於電a位準移位器的外部，但也能積 體在其中。在這些實施例中，電阻器R1、R2、, m和補償電容器Cc〇Mp提供電源8〇4b。根據一特定實施 例’、：源804B配置成使Vc〇Mp等於(Vs+ + V㈠，儘管在 替代貫施例中VC0MP可被驅動至另—電壓1 中僅示出 關：：S3的一種配置，但如同前述實施例的情形， 種配置1δΒ中的控制電路烟和開關 作方式與圖3中相似’並因此無需再次詳細 201203219 地解釋。根據其它實施例，經緩衝的放大器u 1以及電阻器 R1、R2和R3可用DC-DC開關電源或低失電（LDO)調節器 來代替，但不局限於此。 圖9示出根據本發明一個實施例的作爲電壓位準移位 器802A的示例性實現的電壓位準移位器9〇2。類似的實現 可用於電壓位準移位器802B。 本文描述的電壓位準移位器在其V〇UT端子産生單端電 壓信號。因此’本文描述的電壓位準移位器可用來驅動負 載’例如接收單端驅動信號的一部分TFT_LCD面板。如果 擬驅動的負載需要差分信號，則V0Ut端子處的單端電壓信 號可利用用單端-差分信號轉換器來轉換成差分信號。替代 地，一對電壓位準移位器可用來產生共同提供差分信號的 互補單端信號。 圖1 0示出其中可採用根據本發明實施例的電壓位準移 位器的示例性系統。更具體而言，圖10是在面板内栅極 (Gate in panel，gip)tft_Lcd 系統 1000 的高階圖。GIp TFT-LCD系統1000示爲包括TFT_LCD面板1〇1〇、定時控 制器（TCON)1030和電壓位準移位器1〇〇2。TFT LCD面板 101〇示爲包括面板内柵（Gip)驅動器1012、行驅動器1〇14 以及TFT-LCD屏幕1〇16。 作爲一種柵極線驅動器的GIP驅動器丨〇丨2(也稱爲列驅 動益）包括可由上述本發明一個實施例的一個或多個電壓位 準移位器1002驅動的高電壓移位寄存器。行驅動器ι〇ΐ4 有時也稱爲數據驅動電路，或稱爲源極線驅動器。tft_lcd

S 18 201203219 屏幕1016包括栅極線G1_GN以及數據線D1_DM，它們彼 此交叉。在每根栅極線G1_GN和每根數據線D1_DM的交叉 點處設有薄臈電晶體TFT，例如多晶石夕或非晶石夕TFT。TFT 的栅極連接於栅極線G1_GN其中之—，TFT的源極連接於 數據線D1-DM其中之—，TFT的沒極連接於表示爲虛線電 容器的液晶單元Ck的-個端子（有時稱其爲像素電極）。Clc 的另一端子連接於共同電壓（vcom)。儲存電容器Cs也示爲 與Clc並聯連接在丁FT的汲極和Vc〇m之間。TFT、和 Cs可統稱爲像素。這些像素在TFT_LCD屏幕"Μ中排列 成矩陣。GIP驅動器1012具有多根柵極線輸出gi_gn，這 些柵極線輸出G1-GN通過提供栅極驅動脈衝以循序方式驅 動面板TFT-LCD屏幕1〇16的柵極線G1_GN，該栅極驅動 脈衝有時稱爲掃描脈衝或栅極線信號。 可以是本發明前述實施例的電壓位準移位器之—的電 壓位準移位器1002將來自定時控制器1〇3〇的低電壓信號 (例如3 ·3 V)轉換成高電壓信號（例如在+2〇v至_ 1 5 v之間進 仃變動）。該高電壓信號驅動面板内的高電壓移位寄存器。 移位寄存器的輸出驅動面板的列。例如，電壓位準移位器 可將來自一列的“ on”脈衝移位至下一列，直到一個幀結 束在LCD面板具有1 〇8〇列的情形下，移位寄存器可將 脈衝從列1移位至列1〇8(^根據幀速率和刷新率， 可使用少至一個電壓位準移位器或多達九個或更多個電壓 位準移位器。 圖11是用來概括根據本發明某些實施例的方法的高階 19 201203219 流程圖。參見圖11 ’在第一時間周期（也稱第一階段），輸 出電壓（νουτ)端子拉低至低電壓供給幹線（vs )，如步驟 11〇2所示。在第二時間周期（也稱第二階段），輸出電 端子拉高至低電壓供給幹線（Vs_)和高電壓供給幹線（vs+) 之間的第一中間電壓位準，如步驟丨1〇4所示。在第三時間 周期（也稱第三階段），輸出電壓（ν〇υτ)端子拉高至高電壓供 給幹線（VS + )，如步驟11〇6所示。在第四日夺間周期（也稱第 四階段）’輸出電壓（V〇UT)端子拉低至低電壓供給幹線（Vs·) 和南電壓供給幹線（Vs+)之間的第二中間電壓位準。如直線 1110所示，步驟1 102-1 108被重復。如前述，在第二時間 周期和第四時間周期内，連接於輸出電壓（νουτ)端子的負載 不從低電壓供給幹線（Vs-)和高電壓供給幹線（Vs + )汲取任 何功率。參照圖Π描述的方法可用來提供用於驅動例如但 不局限於TFT-LCD面板的LCD面板的電壓位準移位。參照 圖11描述的方法也可用來驅動其它類型的顯示面板，包= 但不局限於有機光發射二極體（0LED)面板。根據特定實施 例，方法還包括使用LCD面板、0LED面板或其它類型顯 不面板外部的電路産生第一和第二中間電壓位準（在步驟 1104和1108中提到）》這允許中間電壓位準精確地受到控 制，由此當將這些方法用於各種不同的顯示面板（例如由^ 個不同製造商製造）時提供節能優化和/或其它定制。 本發明的特定實施例涉及具有降低功耗的高電壓位準 移位器，該高電壓位準移位器還導致降低的熱散逸，這也 是理想的。這些功率/熱的減少是使用雙層開關佈置來達成 20 201203219 的。本發明的實施例還針對以功率和熱量效率 位的方法。本發明的實施例還針對包括電壓 位準移位器的系統。 ％ i “以上已經描述了本發明的各個實施例， 解’它們是作爲示例而非 心田 員顯而总目认θ ”艮“出的。對相關領域技術人 易見的①，在不背離本發明的精神和範圍的卜兄下 可對本發明在形式和細節方面作出各種變化。#况下 本發明的寬度和範圍不應由上述示例性實施 任何一個來限制， 口 式中的 等效物來限定。…根據所附申请專利範圍書及其 【圖式簡單說明】 出傳統電遂位準移位器的示例性高階電路。 能在圖i的傳統電壓位準移 即點得到的示例性輸出電壓的曲線圖。㈣[輸出 圖3不出根據本發明實施例的電壓位準蒋仿D。 不同配置。 电！仅早移位益的四種 圖4和圖$ -, 出節點得到的亍二在圖3的電壓位準移位器的電壓輸 1的不例性輸出電壓的曲線圖。 圖6不出根據本發明一個實施 壓位準移位号的-n J妁作爲圖3介紹的電 β的不例性實現的電壓位準移位器。 圖7是圖6的電壓位準移位器的時序圖: 圖8Α不出根據本發明另一實施 四種不同配置。 旳電壓位準移位器的 21 201203219 圖9示出St本發明又一實施例的電塵位準移位器。 壓位準移位器M - 卞爲圖8A介紹的電 D的不例性實現的電壓位準移位 圖10示出可换 ° 田J採用根據本發明實施例的電 的示例性系統》 电i位革移位态 圖u疋用來概括根據本發明某些實施例的方法的高階 流程圖。 【主要元件符號說明】 102, 302, 602, 802A，802B，902, 1002 電壓位準移位器 304,604 控制電路 804A，804B 電源

Cc〇MP Q1，Q2，Q3 Rl, R2, R3 Sl，S2, S3 U1

Vc〇MP V〇ut Vs- Vs+ 1000 1010 補償電容器 電晶體 電阻器 開關 放大器 補償電壓節點 輸出電壓端子 低電壓供給幹線 高電壓供給幹線 面板内栅極（GIP)TFT-LCD系統 TFT-LCD 面板 面板内栅極（GIP)驅動器

S 22 1012 201203219 1014 行驅動器 1016 TFT-LCD 屏幕 1030 定時控制器 1102, 1104, 1106, 1108 步驟 23

Claims (1)

1. 201203219 七、申請專利範圍： 1. 一種電壓位準移位器電路，包括： 第-開關則，連接在第一端子和輪出電壓(v 一端子 之間’其t該第_端子配置成連接於高電屋供給幹線（％+)，· 第一開關（S2)，連接在第-减早知私山办矿 体乐—知子和輸出電壓（vOUT)端子 之間，其令該第二端子配置成連接於低電塵供給幹線（Vs_); u第三開關（S3)，連接在補償電麼（VC0MP)節點和輸出電 壓（νουτ)端子之間；以及 控制電路，配置成控制該第一、第二和第三開關（S1' S 2和S 3)以使： 在第一配置（配置1)中，第一開關（S1)斷開，第二 開關（S2)閉合而第三開關（S3)斷開’這使輸出電壓（v〇UT) 端子拉低至低電壓供給幹線（Vs_)， 在第二配置（配置2)中，第一開關（S1)斷開，第二 開關（S2)斷開’而第三開關（S3)閉合，這使輸出電壓 (v0UT)端子拉高至低電壓供給幹線（Vs_)和高電壓供給 幹線（Vs + )之間的第一中間電壓位準， 在第三配置（配置3)中，第一開關（S1)閉合，第二 開關（S2)斷開’而第三開關（S3)斷開，這使輸出電壓 (v0UT)端子拉高至高電壓供給幹線（Vs+) ’並且 在第四配置（配置4)中，第一開關（S1)斷開，第二 開關（S2)斷開，而第三開關（S3)閉合，這使輸出電壓 (V〇ut)端子拉低至低電壓供給幹線（vs-)和高電壓供給 幹線（V s + )之間的第二中間電壓位準。 S 24 201203219 項之電壓位準移位器電路，其 2.如申請專利範圍第 中： 该輸出電壓(V0UT)端子輸出單端電壓信號； 該輸出電壓（νουτ)端子連接於顯示面板；以及 .«亥補彳員電壓（VC0Mp)節點連接 電路，該補償電路，括… 板外部的補償 高她… 電壓(VCOMP)節點和處於 門二幹線和低電壓供給幹線之間的又一電壓 間的補乜電容器（Ccomp)。 ▲ 3·如中請專利範圍第2項之電壓位準移位器電路， 該又一電壓幹線包括接地線。 '、 广如申請專利範圍第2項之電壓位準移位器，其中補償 2壓（VC0MP)節點處的電壓取決於連接在補償電壓（V⑶ 希點和又—電壓幹線之間的補償電容II (cCOMP)。 ^ 5·如申請專利範圍第2項之電壓位準移位器，其中該補 還I括與補你電容器（Cc〇Mp)串聯連接在該補償電壓 (VC〇MP)節點和又一電壓幹線之間的補償電阻器W)。 6.如申請專利範圍第1項之電壓位準移位器電路，其 中： ’、 該第—中間電壓位準等於（Vs_ + VC0MP)/2 ;以及 該第二中間電壓位準等於（Vs+ + VC0MP)/2。 7 ·如申請專利範圍第1項之電壓位準移位器電路，其中 在3玄第二和第四配置（配置2和配置4)期間，該電壓位準移.. 位益電路不從低電壓供給幹線（Vs-)和高電壓供給幹線（Vs + ) 沒取任何功率。 25 201203219 8·如申請㈣_第〗項之電壓位準移位器電路， 在該第二和第四配置（配置2和配置4)期間，連接出、 壓（v謝）端子的負載不從低電壓供給幹線叫和高電2 給幹線（Vs+)沒取任何功率。 ’、 9.如申凊專利範圍第j項之電壓位準移位器電路 該控制電路配置成接收一個或多個時鐘信號’該-個或多 個時鐘信號用來控制在第-、第二、第三和第四配置之門 的切換時序》 κ間 中广如"專利範圍第〗項之電魔位準移位器電路，其 該電麗位準移位11電路實現爲積體電路（IC); J第-開關⑻)、第二開關㈣、第三開關(s3)和控制 電路貫現在該積體電路（1C)中；以及 厂該第:端子、第二端子、輪出電塵（D端子和補償電 堡（VC⑽^財的每—個是積體電路⑼）的分離端子。 中：&如申請專利範圍第10項之電麼位準移位器電路其 =電路⑽還包括_個或多個時鐘 ?路’該控制電路配置成根據由該積體及 在該第一、第二、第;接收的一個或多個時鐘信號以 帛-和第四配置之間進行變遷。 中，=料利範圍第1項之電壓位準移位器電路，- 中㈣卿C0MP)節點處的電壓是由電源提供。、 13.如申請專利範圍第12項之電壓位準移位器電路，其 S 26 201203219 點處的電壓等於（Vs + 中，由電源提供的補償電壓（vCOMP)節 + Vs-)/2。 中： 14·如申請專利範圍第12 項之電壓位準移位器電路，其 •該第：開關⑻)、第二開關(S2)、第三開關⑽、控制 私路及至乂邛分電源實現在該積體電路（1C)中；以及 邊第一端子、第二端子和輪出電塵（V〇UT)端子中的每一 個是積體電路（1C)的分離端子。 15.如申請專利範.圍第12項之電壓位準移位器電路，直 中： ’、 該第-開關（S1)、第二開關（S2)、帛三開關（s3)和控制 電路實現在積體電路（1C)中； 該電源實現在該積體電路（IC)外部；以及 β该第:端子、第二端子、輸出電壓（νουτ)端子和補償電 壓（VC0MP)節點中的每一個是積體電路（IC)的分離端子。 16·-種配置成驅動負載的電壓位準移位器電路，包括： 第一端子，配置成連接於高電壓供給幹線（Vs+” 第二端子，配置成連接於低電壓供給幹線（Vs_);輸出 電壓（VQUT)端子，可連接於擬由該輸出電壓（v_)端子處的 單端電壓信號輸出所驅動的負載；補償電壓(VCOMP)節點， 於此處産生該网電壓供給幹線（Vs+)和低電壓供給幹線（V㈠ 之間的中間電壓位準； 複數個開關，可構造成複數個配置；以及 控制電路配置成控制該等開關，從而在該等配置的 27 201203219 至：-者中將連接於輸出電壓(ν〇υτ)端子的負載連接於該 補償電壓（vC0MP)節點並從該低電壓供給幹線（乂㈠和高電風 供給幹線(VS+)兩者斷開’ i因此不從該低電壓供給幹： (Vs-)和高電壓供給幹線（Vs+)汲取任何功率。 - 17.如申請專利範圍第16項之電壓位準移位器電路盆 中： 八 該輸出f m (VGUT)端子連接於顯示面板；以及該補償電 壓（VC⑽P)節點連接於該顯示面板外部的補償電路，該補严 電路包括連接在補償電壓（v_p)節點和處於高電壓供給^ 線和低電壓供給幹線之間的又—f麼幹線之間 器(cCOMP)。 貝电谷 中 18·如申請專利範圍第17項之電壓位準移位器電路其 .該控制電路配置成控制該等開關以使：在第—配置中， 該輸出電壓(ν0ϋτ)端子被拉低至低電壓供給幹線 (Vs-)’在第二配置中，該輸出電壓（ν_)端子被拉高至 5亥低電Μ供給幹線（Vs_)和該高電塵供給幹線（Vs+)之 間的第-中間電潑位準，該第一中間電壓取決於該補 償電以VC0MP)節點處的電愿，在第三配置卜該輸出 電壓（v0UT)端子被拉高至高電愿供給幹線（vs小在第 四配置中，該輸出錢（Vqut)端子被拉低至該低電屢供 給幹線（Vs-)和該高電壓供給幹線（Vs+)之間的第二令 間電壓位準’該第一第二中間電壓取決於該補償電壓 (VC0MP)節點處的電壓，且在該第二配置和第四配置期 間’電愿位準移位器電路不從低電1供給幹線（Vs.)和 S 28 201203219 问電壓供給幹線（Vs+)汲取任何功率。 種帛於提供1區動顯*面板的電壓伯：準移位的方 法’該方法包括： ⑷在第-時間周期期間，將輪出電壓(v〇ut)端子拉低至 遠低電壓供給幹線（Vs_)，該輸㈣壓（v贿)端子 Be 二-r· t 一 ^ ^ ^' 0<ίΛ *.’、貝不面板； /b)在第二時間周期期間，將輸出電壓（νουτ)端子拉高 至違低電壓供給幹線（Vs_)和該高電壓供給幹線（W+)之間 的第一中間電壓位準； ▲⑷在第三時間周期期間’將該輸出電壓（νουτ)端子拉高 至南電壓供給幹線（Vs+); W在第四時間周期期間，將該輸出電壓(v〇uT)端子拉 氏至違低電壓供給幹線（Vs_)和該高電壓供給幹線（W+)之 間的第二中間電壓位準；以及 ⑷使用處於該顯示面板外部的電路來産生該第一和第 二中間電壓位準。 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中在第二時間周 期：第四時間周期期間，連接於輸出電壓(v_)端子的負載 不攸低電壓供給幹線（Vs_)和高電壓供給幹線（VS+)汲取任 何功率。 21 · —種系統，包括： 。。顯示面板，包括行驅動器、柵極驅動器及由該行驅動 :和柵極驅動器的輸出所驅動的顯示屏幕；電壓位準移位 益’驅動該顯示面板的柵極驅動器；及定時控制器，將至 29 201203219 少一個時鐘信號提供給該電壓位準移位器；其中該電壓位 準移位器包括··配置成連接於高電壓供給幹線（Vs + )的第一 端子；配置成連接於低電壓供給幹線（Vs_)的第二端子；可 連接於S亥顯示面板的柵極驅動器的輸出電壓（V〇uT)端 子’該顯示面板由該輸出電壓（ν〇υτ)端子處的電壓信號 輸出驅動；補償電壓（Vc〇Mp)節點，此處産生該高電壓 供給幹線（Vs + )和低電壓供給幹線（Vs_)之間的中間電 壓位準； 複數個開關’可構造成複數個配置；且 控制電路，該控制電路配置成控制該等開關，從 而在該等配置的至少一者中將連接於輸出電壓（v〇m) 端子的負載連接於該補償電壓（Vc〇Mp)節點，且從該低 電壓供給幹線（Vs-)和高電壓供給幹線（Vs + )兩者斷 開，並因此不從該低電壓供給幹線（Vs_)和高電壓供給 幹線（Vs + )沒取任何功率；以及 該補償電路包括 〇)節點和處於高 一電壓幹線之間 還包括該顯示面板外部的補償電路，該補 連接在該電壓位準移位器的補償電壓（Vc〇Mp)節 電壓供給幹線和低電壓供給幹線之間的又一電 的補償電容器（CC〇MP)。

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