TW201626354A - 電壓轉換裝置及其顯示系統 - Google Patents

Abstract

一種電壓轉換模組，用於一顯示系統，包含有一電壓轉換單元，耦接於一電壓源，用來根據該電壓源的一電源電壓及一控制訊號，於一輸出端產生一供應電壓至該顯示系統；以及一回授控制單元，耦接於該電壓轉換單元，用來根據該供應電壓，產生該控制訊號。

Description

電壓轉換裝置及其顯示系統

本發明係指一種電壓轉換裝置及其顯示系統，尤指一種不需掛載額外穩壓電容的電壓轉換模組及其顯示系統。

電子裝置通常包含有不同的元件，每一元件所需的操作電壓可能都不同。因此，在電子裝置中，需要透過直流對直流電壓轉換電路，達到電壓準位的調節(升壓或降壓)，並使之穩定在所設定的電壓數值。依不同的電源需求，可延伸出許多不同型態的直流對直流電壓轉換器，但其皆源自於降壓式轉換器(Buck/Step Down Converter)及升壓式轉換器(Boost/Step Up Converter)。顧名思義，降壓式轉換器可將輸入端的直流電壓下降至一預設電壓準位，而升壓式轉換器則可提升輸入端的直流電壓。不論降壓式轉換器或升壓式轉換器，隨著電路技術的演進，兩者皆已演變出許多變化，以適用於不同的架構，或符合不同的需求。

一般而言，利用電感實現的升壓式轉換器於產生電壓時，升壓式轉換器的輸出端必須耦接於一外部的穩壓電容，以穩定升壓式轉換器所產生的電壓。然而，新增外部的穩壓電容將會造成使用升壓式轉換器的成本上升。此外，升壓式轉換器於提升或降低電壓時亦需額外對外部的穩壓電容進行充電或放電，從而提高升壓式轉換器的功率消耗。由上述可知，習知技術實有改進的必要。

為了解決上述的問題，本發明提供一種不需掛載額外穩壓電容的電壓轉換模組及其顯示系統。

本發明揭露一種電壓轉換模組，用於一顯示系統，包含有一電壓轉換單元，耦接於一電壓源，用來根據該電壓源的一電源電壓及一控制訊號，於一輸出端產生一供應電壓至該顯示系統；以及一回授控制單元，耦接於該電壓轉換單元，用來根據該供應電壓，產生該控制訊號。

本發明另揭露一種顯示系統，包含有一顯示面板；一閘極驅動模組，用來致能複數條掃描線；一源極驅動模組，用來致能複數條資料線；以及一電源轉換模組，包含有一電壓轉換單元，耦接於一電壓源，用來根據該電壓源的一電源電壓及一控制訊號，於一輸出端產生至少一供應電壓至該顯示面板、該柵極驅動模組及該源極驅動模組中至少一者；以及一回授控制單元，耦接於該電壓轉換單元，用來根據該至少一供應電壓，產生該控制訊號。

10‧‧‧顯示系統

100‧‧‧面板

102‧‧‧驅動裝置

104‧‧‧閘極驅動模組

106‧‧‧源極驅動模組

108‧‧‧電壓轉換模組

200、400、500、700、800‧‧‧電壓轉換單元

202、402、502、702、802‧‧‧回授控制單元

204、404、504、704、804‧‧‧電壓感測器

206、406、506、706、806‧‧‧控制器

CS、CL‧‧‧電容

DIO‧‧‧二極體

SL1~SLm‧‧‧資料線

L‧‧‧電感

MN‧‧‧電晶體

OP‧‧‧緩衝器

OS‧‧‧輸出級

OUT‧‧‧輸出端

GL1~GLn‧‧‧掃描線

SW_MN、SW_MP‧‧‧電晶體

TP‧‧‧時間區間

VCOM‧‧‧共同基準電壓

VDD‧‧‧電壓源

VGAT1、VGAT2、VSOU1、VSOU2‧‧‧供應電壓

VGATP、VSOUP‧‧‧正供應電壓

VGATN、VSOUN‧‧‧負供應電壓

VTH1~VTH5‧‧‧預設電壓

第1A圖為本發明實施例中一顯示系統的示意圖。

第1B圖為第1A圖所示之顯示系統等效電路的示意圖。

第2圖為第1B圖所示的電壓轉換模組一實現方式及源極驅動模組部份元件的示意圖。

第3圖為第2圖所示的電壓轉換模組運作時相關訊號的示意圖。

第4圖為第1B圖所示的電壓轉換模組另一實現方式及源極驅動模組部份元件的示意圖。

第5圖為第1B圖所示的電壓轉換模組另一實現方式及閘極驅動模組部份 元件的示意圖。

第6圖為第5圖所示的電壓轉換模組運作時相關訊號的示意圖。

第7圖為第1B圖所示的電壓轉換模組另一實現方式及閘極驅動模組部份元件的示意圖。

第8圖為第1B圖所示的電壓轉換模組另一實現方式及顯示面板部份元件的示意圖。

第9圖為第8圖所示的電壓轉換模組運作時相關訊號的示意圖。

請參考第1A圖，第1A圖為本發明實施例中一顯示系統10的示意圖。顯示系統10可為如薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)液晶顯示器、智慧型手機等具有顯示面板的電子產品。顯示系統10包含有一顯示面板(panel)100及一驅動裝置102。如第1A圖所示，顯示面板100包含有複數個像素PIX，且顯示面板100與驅動裝置102設置於同一基板上。為求簡單說明，請參考第1B圖，第1B圖為第1A圖所示之顯示系統10等效電路的示意圖。在第1B圖中，面板100包含有掃描線GL1~GLn、資料線SL1~SLm。為求簡潔，第1B圖僅繪示出掃描線GL1~GL3及資料線SL1~SL4作為代表。掃描線GL1~GLn與資料線SL1~SLm的每一交界處分別耦接於電晶體MN，其耦接於電容CS、CL。其中，電容CL可視為顯示面板100中像素PIX的等效電容，且電容CS、CL皆耦接至顯示系統10中一共同基準電壓VCOM。驅動裝置102包含有一閘極驅動模組104、一源極驅動模組106及一電壓轉換模組108。其中，閘極驅動模組104利用電壓轉換模組108所產生的供應電壓VGAT，致能面板100的掃描線GL1~GLn，以控制電晶體MN的導通狀態。源極驅動模組106利用電壓轉換模組108所產生的供應電壓VSOU，調整面板100的資料線SL1~SLm上的電壓，以控制每一液晶分子之等效電容CL兩端的電位差。藉此，薄膜電晶體液晶顯示器10即可循序控制每一液 晶分子之等效電容CL兩端的電位差。

需注意的是，電壓轉換模組108於產生供應電壓VGAT、VSOU及共同基準電壓VCOM時，會分別根據供應電壓VGAT、VSOU及共同基準電壓VCOM，調整本身的運作狀態。據此，電壓轉換模組108不需耦接至額外的穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VGAT、VSOU及共同基準電壓VCOM，並使顯示系統10正常工作。

詳細來說，請參考第2圖，第2圖為第1B圖所示的電壓轉換模組108一實現方式及源極驅動模組106部份元件的示意圖。如第2圖所示，電壓轉換模組108包含有電壓轉換單元200及回授控制單元202，其中電壓轉換單元200為使用電感實現的升壓式轉換器，其組成方式及架構可根據不同應用及設計理念而更動。在此實施例中，電壓轉換單元200包含有一電感L、一電晶體SW_MN及一二極體DIO，用來依據電壓源VDD的電源電壓及一控制訊號CON，於一輸出端OUT產生供應電壓VSOU1至源極驅動模組106中用來驅動資料線SL1~SLm(第2圖僅繪示有資料線SL1~SL3作為代表)的緩衝器OP。需注意的是，第2圖中電壓轉換模組108產生的供應電壓VSOU1係為緩衝器OP的正供應電壓，而緩衝器OP的負供應電壓VSOUN可由顯示系統10中另一電壓轉換模組108提供。回授控制單元202包含有電壓感測器204及控制器206，用來根據供應電壓VSOU1的電壓值來調整控制訊號CON，以控制電壓轉換單元200的運作狀態。當供應電壓VSOU1的電壓值超越一預設電壓VTH1時，回授控制單元202調整控制訊號CON，以使電壓轉換單元200停止運作。如此一來，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定之供應電壓VSOU1。

關於第2圖所示的電壓轉換模組108詳細運作過程，舉例說明如 下。請共同參考第3圖，第3圖為第2圖所示的電壓轉換模組108運作時相關訊號的示意圖。於一時間點T1之前，控制器206係週期性地調整控制訊號CON。當控制器206所產生的控制訊號CON為高邏輯準位時，電晶體SW_MN被導通，且電感L於一時間區間TP內儲存能量。而當控制訊號CON為低邏輯準位時，電感L開始提供能量至輸出端OUT。由於各緩衝器OP會於相對應的資料線SL1~SLm的電壓到達目標電壓值時停止運作，因此供應電壓VSOU1會於控制訊號CON為低邏輯準位時逐漸上升。於時間點T1，供應電壓VSOU1的電壓值到達預設電壓VTH1，控制器206依據電壓感測器204所感測到的電壓，維持控制訊號CON為低邏輯準位，以持續關閉電晶體SW_MN。當電感L儲存的能量用盡時，供應電壓VSOU1會逐漸下降。直到一時間點T2，供應電壓VSOU1的電壓值小於預設電壓VTH1，控制器206才再度調整控制訊號CON為高邏輯準位，以使電感L於時間點T2後的時間區間TP中進行充電。如此一來，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VSOU1予源極驅動模組106。此外，電壓轉換模組108的功率消耗亦會隨之下降。

請參考第4圖，第4圖為第1B圖所示的電壓轉換模組108另一實現方式及源極驅動模組106部份元件的示意圖。第4圖所示的電壓轉換模組108類似於第2圖所示的電壓轉換模組108，因此功能相似的元件及符號沿用相同的符號。如第4圖所示，電壓轉換模組108包含有電壓轉換單元400及回授控制單元402。電壓轉換單元400包含有電感L、電晶體SW_MP及二極體DIO，且回授控制單元402包含有電壓感測器404及控制器406。不同於第2圖所示的電壓轉換模組108，第4圖所示的電壓轉換模組108產生的供應電壓VSOU2為緩衝器OP的負供應電壓(如第2圖所示的供應電壓VSOUN)，且緩衝器OP的正供應電壓VSOUP可為第2圖所示的供應電壓VSOU1。此外，第4圖所示的控制器406係於供應電壓VSOU2下降至一預 設電壓VTH2時，調整控制訊號CON來關閉電晶體SW_MP，以使電壓轉換單元400停止運作。據此，第4圖所示的電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VSOU2予源極驅動模組106，並降低功率消耗。第4圖所示的電壓轉換模組108詳細之運作過程可參照第2圖所示的電壓轉換模組108，為求簡潔，在此不贅述。

請參考第5圖，第5圖為第1B圖所示的電壓轉換模組108另一實現方式及閘極驅動模組104部份元件的示意圖。第5圖所示的電壓轉換模組108類似於第2圖所示的電壓轉換模組108，因此功能相似的元件及符號沿用相同的符號。如第5圖所示，電壓轉換模組108包含有電壓轉換單元500及回授控制單元502。電壓轉換單元500包含有電感L、電晶體SW_MN及二極體DIO，且回授控制單元502包含有電壓感測器504及控制器506。需注意的是，第5圖僅繪示有閘極驅動模組104的部份輸出級OS及掃描線GL1~GL3作為代表。在此實施例中，電壓轉換模組108所輸出的供應電壓VGAT1為閘極驅動模組104中輸出級OS的正供應電壓，且閘極驅動模組104中輸出級OS的負供應電壓VGATN可為由顯示系統10中另一電壓轉換模組108提供。在此狀況下，閘極驅動模組104的輸出級OS係利用供應電壓VGAT1對掃描線GL1~GLn進行充電，以提昇顯示面板100的電晶體MN的閘極電壓。因此，當供應電壓VGAT1上升至大於一預設電壓VTH3時，輸出級OS即可利用供應電壓VGAT1來導通電晶體MN。也就是說，控制器506可於電壓感測器504所感測到的供應電壓VGAT1的電壓值到達預設電壓VTH3(如15伏特)時，調整控制訊號CON來使電壓轉換單元500停止運作。

接下來，由於電晶體MN的閘極存在有漏電流且電壓轉換模組108未於輸出端OUT掛載穩壓電容，供應電壓VGAT1會逐漸下降。當供應電壓VGAT1下降至低於預設電壓VTH3時，控制器506會調整控制訊號CON來 使電壓轉換單元500起始運作，以抬升供應電壓VGAT1。據此，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VGAT1。

請參考第6圖，第6圖為第5圖所示的電壓轉換模組108運作時相關訊號的示意圖。如第6圖所示，控制訊號CON一開始為高邏輯準位，以導通電晶體SW_MN，並使電感L充電。於時間點T1，控制訊號CON被調整為低邏輯準位，電感L開始提供能量至輸出端OUT，供應電壓VGAT1快速上升且於時間點T2時達到預設電壓VTH3。此時，控制訊號CON會被維持為低邏輯準位。當電感L的能量用盡時，供應電壓VGAT1會因閘極漏電閘極開關而逐漸下降。於一時間點T3，供應電壓VGAT1下降至低於預設電壓VTH3，控制器506調整控制訊號CON為高邏輯準位，以於時間點T3後的時間區間TP內對電感L開始充電，以此類推。據此，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VGAT1予閘極驅動模組104。

請參考第7圖，第7圖為第1B圖所示的電壓轉換模組108另一實現方式及閘極驅動模組104部份元件的示意圖。第7圖所示的電壓轉換模組108類似於第5圖所示的電壓轉換模組108，因此功能相似的元件及符號沿用相同的符號。如第7圖所示，電壓轉換模組108包含有電壓轉換單元700及回授控制單元702。電壓轉換單元700包含有電感L、電晶體SW_MP及二極體DIO，且回授控制單元702包含有電壓感測器704及控制器706。不同於第5圖所示的電壓轉換模組108，第7圖所示的電壓轉換模組108所輸出的供應電壓VGAT2係為輸出級OS的負供應電壓(如第5圖所示的VGATN)，且輸出級OS的正供應電壓VGATP可為第5圖所示的電壓轉換模組108輸出的供應電壓VGAT1。第7圖所示的控制器706係於供應電壓VGAT2下降至低於一預設電壓VTH4時，調整控制訊號CON來關閉電晶體 SW_MP，以使電壓轉換單元700停止運作；並於供應電壓VGAT2上升至超過預設電壓VTH4時，調整控制訊號CON來導通電晶體SW_MP，以使電壓轉換單元700起始運作。據此，第7圖所示的電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓VGAT2予閘極驅動模組104，並降低功率消耗。第7圖所示的電壓轉換模組108詳細之運作過程可參照第5圖所示的電壓轉換模組108，為求簡潔，在此不贅述。

請參考第8圖，第8圖為第5圖為第1B圖所示的電壓轉換模組108另一實現方式及顯示面板100部份元件的示意圖。第8圖所示的電壓轉換模組108類似於第7圖所示的電壓轉換模組108，因此功能相似的元件及符號沿用相同的符號。如第8圖所示，電壓轉換模組108包含有電壓轉換單元800及回授控制單元802。電壓轉換單元800包含有電感L、電晶體SW_MP及二極體DIO，且回授控制單元802包含有電壓感測器804及控制器806。在此實施例中，電壓轉換單元800所產生的共同電壓VCOM係耦接於顯示面板中的電容CS、CL。控制器806會透過調整控制訊號CON，將共同基準電壓VCOM大致維持為一參考電壓VREF(如2伏特或0.5伏特)。

舉例來說，控制器806可將參考電壓VREF作為用來控制第7圖所示電壓轉換模組108的預設電壓VTH5。當共同基準電壓VCOM下降至低於預設電壓VTH5(即參考電壓VREF)時，控制器806透過調整控制訊號CON，使電壓轉換單元800停止運作；而當共同基準電壓VCOM上升至超越預設電壓VTH5時，控制器806透過調整控制訊號CON，使電壓轉換單元800起始運作。據此，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的共同基準電壓VCOM予顯示面板100。

請參考第9圖，第9圖為第8圖所示的電壓轉換模組108運作時 相關訊號的示意圖。如第9圖所示，首先，控制器806調整控制訊號CON為低邏輯準位，電晶體SW_MP被導通，以使電感L開始充電。於時間點T1，控制訊號CON被調整為高邏輯準位，電感L開始將能量送至輸出端OUT，共同基準電壓VCOM持續下降且於時間點T2時達到預設電壓VTH5。此時，控制訊號CON會被維持為高邏輯準位，從而使電壓轉換單元800停止運作。接下來，當電感L儲存的能量用盡時，共同基準電壓VCOM會因閘極的轉換、源極的充放電或漏電流而逐漸上升，且於時間點T3上升至高於預設電壓VTH5，控制器806調整控制訊號CON為高邏輯準位，以導通電晶體SW_MP來對電感L充電，以此類推。據此，電壓轉換模組108不需於輸出端OUT掛載穩壓電容，即可產生穩定的共同基準電壓VCOM予顯示面板100。

綜上所述，上述實施例中用於顯示系統的電壓轉換模組可分別依據本身所產生的供應電壓及共同基準電壓，調整產生供應電壓及共同基準電壓的電源轉換單元的運作狀態。在此狀況下，電壓轉換模組不需要於輸出端掛載額外的穩壓電容，即可產生穩定的供應電壓及共同基準電壓。據此，顯示系統的製造成本及功率消耗皆可被有效降低。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

200‧‧‧電壓轉換單元

202‧‧‧回授控制單元

204‧‧‧電壓感測器

206‧‧‧控制器

DIO‧‧‧二極體

SL1~SL3‧‧‧資料線

L‧‧‧電感

OP‧‧‧緩衝器

OUT‧‧‧輸出端

SW_MN‧‧‧電晶體

VDD‧‧‧電壓源

VSOU1‧‧‧供應電壓

VSOUN‧‧‧負供應電壓

Claims (8)

1. 一種電壓轉換模組，用於一顯示系統，包含有：一電壓轉換單元，耦接於一電壓源，用來根據該電壓源的一電源電壓及一控制訊號，於一輸出端產生一供應電壓至該顯示系統；以及一回授控制單元，耦接於該電壓轉換單元，用來根據該供應電壓，產生該控制訊號。
2. 如請求項1所述的電壓轉換模組，其中該輸出端未掛載穩壓電容。
3. 如請求項1所述的電壓轉換模組，其中該供應電壓係提供至該顯示系統的一源極驅動模組，且用來對該顯示系統中複數條資料線進行充電或放電。
4. 如請求項1所述的電壓轉換模組，其中該供應電壓係提供至該顯示系統的一閘極驅動模組，且用來對該顯示系統中複數條掃描線進行充電或放電。
5. 如請求項1所述的電壓轉模組，其中該回授控制單元係於該供應電壓的絕對值大於一預設電壓時，調整該控制訊號，以使該電壓轉換單元停止運作。
6. 如請求項1所述的電壓轉模組，其中該回授控制單元係於該供應電壓的絕對值小於一預設電壓時，調整該控制訊號，以使該電壓轉換單元起始運作。
7. 如請求項1所述的電壓轉換模組，其中該供應電壓係該顯示系統的一共 同基準電壓。
8. 一種顯示系統，包含有：一顯示面板；一閘極驅動模組，用來致能複數條掃描線；一源極驅動模組，用來致能複數條資料線；以及一電源轉換模組，包含有：一電壓轉換單元，耦接於一電壓源，用來根據該電壓源的一電源電壓及一控制訊號，於一輸出端產生至少一供應電壓至該顯示面板、該柵極驅動模組及該源極驅動模組中至少一者；以及一回授控制單元，耦接於該電壓轉換單元，用來根據該至少一供應電壓，產生該控制訊號。