專利名稱：利用基極偏壓的電平轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種電平轉(zhuǎn)換器，具體說有關(guān)一種用于薄膜晶體管液晶顯示器的電平轉(zhuǎn)換器。
(2)背景技術(shù)薄膜晶體管液晶顯示器需要一種電平轉(zhuǎn)換器，將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一較高的輸出電壓，供驅(qū)動顯示器各組件。由于使用薄膜晶體管(TFT)制程，其晶體管的臨界電壓值大于傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制程，因此需要一個檢測電路來檢測薄膜晶體管的臨界電壓，以避免輸入電壓過低導(dǎo)致電平轉(zhuǎn)換器無法正常工作。
圖1為一習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器，如圖所示，電平轉(zhuǎn)換器的基本架構(gòu)包含一個轉(zhuǎn)換電路32、一個第一檢測電路27及一第二檢測電路29。轉(zhuǎn)換電路32包含一對輸入晶體管(input transistor)第一晶體管2和第二晶體管4，及一對負(fù)載晶體管(load transistor)第三晶體管6和第四晶體管8。第一檢測電路27包含一第五晶體管10、一第一輸入端18和一第一電流源14。第二檢測電路29包含一第六晶體管12、第二輸入端20和一第二電流源16。第一輸入端18及第二輸入端20的輸入信號為一對互補(bǔ)信號。第五晶體管10和第六晶體管12是用來檢測第一晶體管2及第二晶體管4的臨界電壓，確保第一晶體管2及第二晶體管4均操作于適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄^(qū)間，以完成電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)。
圖2為另一習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器，基本架構(gòu)與圖1者相同，不同處在于第三晶體管6及第四晶體管8的柵極的接線方式。圖3為另一習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器，基本架構(gòu)亦與圖1者相同，不同處在于圖3的習(xí)知多了一個第七晶體管13，藉由第七晶體管13，此種電平轉(zhuǎn)換器便不需第二輸入端20仍可正常的工作。
由于現(xiàn)今電子產(chǎn)品所需處理的數(shù)據(jù)量增加，各組件間的工作頻率也必須跟著提高，但上述習(xí)知例中的第一晶體管2及第二晶體管4隨時皆處于導(dǎo)通狀態(tài)，嚴(yán)重影響了習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器的速度。同時，由于第五晶體管10及第六晶體管12的接線方式，使其功能如同二極管，因此習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器有兩個直流路徑由電流源(第一電流源14及第二電流源16)經(jīng)檢測晶體管(第五晶體管10及第六晶體管12)至接地端，產(chǎn)生不必要的電源消耗。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為了克服習(xí)知電平轉(zhuǎn)換器的缺點而提供一種應(yīng)用于薄膜晶體管液晶顯示器的高速、低電壓輸入及減少電源消耗的電平轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器，是用于薄膜晶體管液晶顯示器，其特點是，包含一轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成一輸出電壓電平，它包含一第一晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；以及一第二晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；一第一偏壓電路，用以對該第一晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；以及一第二偏壓電路，用以對該第二晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；其中，該第一偏壓電路的該輸出端連接于該第一晶體管的該基極，該第二偏壓電路的該輸出端連接于該第二晶體管的該基極。
本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器，用于薄膜晶體管液晶顯示器，其包含一個轉(zhuǎn)換電路及兩個偏壓電路。轉(zhuǎn)換電路具有兩個輸入晶體管及兩個負(fù)載晶體管，用來將輸入電平轉(zhuǎn)換成輸出電平。偏壓電路具有一輸入端及一輸出端，輸入端連接于轉(zhuǎn)換電路的輸入端，輸出端連接于輸入晶體管的基極(body)，可依據(jù)輸入信號電平的高低來調(diào)整輸入晶體管的臨界電壓，使其可工作于高速的環(huán)境及低電壓輸入的情況下。同時由于偏壓電路為靜態(tài)邏輯電路(static-logic circuit)，亦可減少此電平轉(zhuǎn)換器的直流損耗。
(4)


圖1為一習(xí)知例的電路圖；圖2為另一習(xí)知例的電路圖；圖3為另一習(xí)知例的電路圖4為本發(fā)明第一實施例的電路圖；圖5為本發(fā)明第二實施例的電路圖；圖6為本發(fā)明第三實施例的電路圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明為一種電平轉(zhuǎn)換器，是用于薄膜晶體管液晶顯示器，可將一輸入電壓值轉(zhuǎn)換成一較高的輸出電壓值，其包含一組偏壓電路，用來對輸入晶體管進(jìn)行偏壓，藉以調(diào)整輸入晶體管的臨界電壓值，使此種電平轉(zhuǎn)換器能工作于低電壓、高頻的環(huán)境，并節(jié)省直流損耗。
薄膜晶體管(thin film transistor)的臨界電壓值可由以下公式來表示 其中，γ與Φf為半導(dǎo)體制程參數(shù)，VSB為源極(source)與基極的電壓差，Vth0為VSB＝0V時的臨界電壓值，Vth為實際臨界電壓值。從以上公式得知，有兩種方式可降低薄膜晶體管的臨界電壓，一為控制半導(dǎo)體制程參數(shù)γ與Φf，一為控制源極與基極的電壓差VSB。然而，要從半導(dǎo)體制程來改善薄膜晶體管的臨界電壓是非常困難的，因此，本發(fā)明提供一種偏壓電路，用來控制薄膜晶體管臨界電壓值的大小，使其臨界電壓值可隨著輸入信號的改變而改變。
本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器包含一轉(zhuǎn)換電路、一第一偏壓電路及一第二偏壓電路。轉(zhuǎn)換電路是用來將一輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成一輸出電壓電平，包含兩個輸入晶體管及兩個負(fù)載晶體管，輸入晶體管為n信道薄膜晶體管(n-channelTFT)，包含一源極、一漏極(drain)、一柵極(gate)及一基極，負(fù)載晶體管為p信道薄膜晶體管(p-channel TFT)，包含一源極、一漏極及一柵極。第一偏壓電路及第二偏壓電路分別用來對兩個輸入晶體管的基極進(jìn)行偏壓，其輸出端連接于輸入晶體管的基極，以調(diào)整輸入晶體管的臨界電壓值。
圖4為本發(fā)明的第一實施例，如圖所示，轉(zhuǎn)換電路32包含第一晶體管2、第二晶體管4、第三晶體管6及第四晶體管8，第一偏壓電路的輸入端34連接于第一輸入端18及第一晶體管2的柵極，輸出端36連接于第一晶體管2的基極，第二偏壓電路的輸入端38連接于第二輸入端20及第二晶體管4的柵極，輸出端40連接于第二晶體管4的基極，第一晶體管2及第二晶體管4的源極接地，第一晶體管2的漏極連接于第三晶體管6的漏極，第二晶體管4的漏極連接于第四晶體管8的漏極，第三晶體管6的柵極連接于第三晶體管6的漏極，第四晶體管8的柵極連接于第三晶體管6的柵極，第三晶體管6及第四晶體管8的源極連接于一電源30，第四晶體管8的漏極為第一輸出端22，用來輸出其輸出電壓電平。其中，第一輸入端18與第二輸入端20的輸入信號彼此互補(bǔ)。
當(dāng)?shù)谝惠斎攵?8的信號為高準(zhǔn)位(如5V)，即第二輸入端20的信號為低準(zhǔn)位(如0V)時，信號通過第一偏壓電路26及第二偏壓電路28，輸出至第一晶體管2及第二晶體管4的基極，使得第一晶體管2的基極電壓提高而第二晶體管4的基極電壓降低。根據(jù)上述的公式，第一晶體管2的臨界電壓會下降(例如從3.5V降至2V)，第二晶體管4的臨界電壓會上升(例如從2V升至3.5V)，因此第一晶體管2的柵極電壓高于臨界電壓且第二晶體管4的柵極電壓低于臨界電壓，使得第一晶體管2導(dǎo)通且第二晶體管4關(guān)閉，此時轉(zhuǎn)換電路32的功能有如一個放大器(amplifier)，第一輸出端22的輸出信號將會放大其第一輸入端18的輸入信號(例如輸出信號為12V)。相反的，當(dāng)?shù)谝惠斎攵?8的信號為低準(zhǔn)位，即第二輸入端20的信號為高準(zhǔn)位時，第一晶體管2的臨界電壓提高且第二晶體管4的臨界電壓降低，使得第一晶體管2關(guān)閉且第二晶體管4導(dǎo)通，此時第一輸出端22的電壓被拉至低準(zhǔn)位(與第一輸入端18的信號相同)。由上述可知，第一輸出端22的輸出信號與第一輸入端18的輸入信號同相并放大一特定比例。
當(dāng)?shù)谝惠斎攵?8的信號為高準(zhǔn)位時，第一晶體管2的基極電壓亦需為高準(zhǔn)位，當(dāng)?shù)谝惠斎攵?8的信號為低準(zhǔn)位時，第一晶體管2的基極電壓亦需為低準(zhǔn)位。因此，第一偏壓電路26可利用一個緩沖器(buffer)或是兩個反相器(inverter)串接來完成。同理可知第二偏壓電路28亦可為一個緩沖器或是兩個反相器串接。但偏壓電路的結(jié)構(gòu)并不僅限于上述兩種，任何可達(dá)成同樣功能的靜態(tài)邏輯電路均能適用。
圖5為本發(fā)明的第二實施例，其結(jié)構(gòu)大致與圖4第一實施例相同，不同處在于第三晶體管6的柵極連接于第四晶體管8的漏極，第四晶體管8的柵極連接于第三晶體管6的漏極，使其電路有第二輸出端24。圖6為本發(fā)明的第三實施例，其結(jié)構(gòu)大致與第一實施例相同，唯一不同處在于第二晶體管4的柵極及基極均連接于第二偏壓電路的輸出端40，而第二偏壓電路的輸入端38連接至第一輸入端18，如此接法便不需第二輸入端20，此電路可適用于僅有一種輸入信號的裝置。第二實施例與第三實施例的信號狀態(tài)及操作分析與第一實施例無異，故不贅述。
本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器是利用上述偏壓電路來改變輸入晶體管的臨界電壓，使其臨界電壓可隨著輸入信號高低而有所調(diào)整，因此本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器不受低電壓輸入的限制，同時由于低電壓意味著信號電平切換的速度可以更快，因此亦可工作于高頻的環(huán)境下，且因為其偏壓電路為靜態(tài)邏輯電路，故無直流損耗，可節(jié)省電源。
權(quán)利要求
1.一種電平轉(zhuǎn)換器，是用于薄膜晶體管液晶顯示器，其特征在于，包含一轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成一輸出電壓電平，包含一第一晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；以及一第二晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；一第一偏壓電路，用以對該第一晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；以及一第二偏壓電路，用以對該第二晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；其中，該第一偏壓電路的該輸出端連接于該第一晶體管的該基極，該第二偏壓電路的該輸出端連接于該第二晶體管的該基極。
2.如權(quán)利要求1所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一晶體管及該第二晶體管為一n信道薄膜晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換電路包含一第一輸入端，用以輸入該輸入電壓電平；一第二輸入端，用以輸入反相的該輸入電壓電平；一第三晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；以及一第四晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；其中，該第一偏壓電路的該輸入端連接于該第一晶體管的該柵極，該第二偏壓電路的該輸入端連接于該第二晶體管的該柵極，該第一晶體管及該第二晶體管的該源極接地，該第一晶體管的該柵極連接于該第一輸入端，該第一晶體管的該漏極連接于該第三晶體管的該漏極，該第二晶體管的該柵極連接于該第二輸入端，該第二晶體管的該漏極連接于該第四晶體管的該漏極，該第三晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該漏極，該第四晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該柵極，該第三晶體管及該第四晶體管的該源極連接于一電源，該第四晶體管的該漏極輸出該輸出電壓電平。
4.如權(quán)利要求2所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換電路包含一第一輸入端，用以輸入該輸入電壓電平；一第二輸入端，用以輸入反相的該輸入電壓電平；一第三晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；以及一第四晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；其中，該第一偏壓電路的該輸入端連接于該第一晶體管的該柵極，該第二偏壓電路的該輸入端連接于該第二晶體管的該柵極，該第一晶體管及該第二晶體管的該源極接地，該第一晶體管的該柵極連接于該第一輸入端，該第一晶體管的該漏極連接于該第三晶體管的該漏極，該第二晶體管的該柵極連接于該第二輸入端，該第二晶體管的該漏極連接于該第四晶體管的該漏極，該第三晶體管的該柵極連接于該第四晶體管的該漏極，該第四晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該漏極，該第三晶體管及該第四晶體管的該源極連接于一電源，該第四晶體管的該漏極輸出該輸出電壓電平。
5.如權(quán)利要求2所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換電路包含一輸入端，用以輸入該輸入電壓電平；一第三晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；以及一第四晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；其中，該第一偏壓電路及該第二偏壓電路的該輸入端連接于該第一晶體管的該柵極，該第一晶體管及該第二晶體管的該源極接地，該第一晶體管的該柵極連接于該輸入端，該第一晶體管的該漏極連接于該第三晶體管的該漏極，該第二晶體管的該柵極連接于該第二晶體管的該基極，該第二晶體管的該漏極連接于該第四晶體管的該漏極，該第三晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該漏極，該第四晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該柵極，該第三晶體管及該第四晶體管的該源極連接于一電源，該第四晶體管的該漏極輸出該輸出電壓電平。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一偏壓電路包含一反相器。
7.如權(quán)利要求3、4或5所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第二偏壓電路包含一反相器。
8.一種電平轉(zhuǎn)換器，是用于薄膜晶體管液晶顯示器，包含一轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成一輸出電壓電平，包含一第一輸入端，用以輸入該輸入電壓電平；一第二輸入端，用以輸入反相的該輸入電壓電平；一第一晶體管，是為一n信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；一第二晶體管，是為一n信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；一第三晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；以及一第四晶體管，是為一p信道薄膜晶體管，包含一源極、一漏極及一柵極；一第一偏壓電路，用以對該第一晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；以及一第二偏壓電路，用以對該第二晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；其中，該第一偏壓電路的該輸入端連接于該第一晶體管的該柵極，該第二偏壓電路的該輸入端連接于該第二晶體管的該柵極，該第一偏壓電路的該輸出端連接于該第一晶體管的該基極，該第二偏壓電路的該輸出端連接于該第二晶體管的該基極，該第一晶體管的該柵極連接于該第一輸入端，該第二晶體管的該柵極連接于該第二輸入端。
9.如權(quán)利要求8所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一晶體管及該第二晶體管的該源極接地，該第一晶體管的該漏極連接于該第三晶體管的該漏極，該第二晶體管的該漏極連接于該第四晶體管的該漏極，該第三晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該漏極，該第四晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該柵極，該第三晶體管及該第四晶體管的該源極連接于一電源，該第四晶體管的該漏極輸出該輸出電壓電平。
10.如權(quán)利要求8所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一晶體管及該第二晶體管的該源極接地，該第一晶體管的該漏極連接于該第三晶體管的該漏極，該第二晶體管的該漏極連接于該第四晶體管的該漏極，該第三晶體管的該柵極連接于該第四晶體管的該漏極，該第四晶體管的該柵極連接于該第三晶體管的該漏極，該第三晶體管及該第四晶體管的該源極連接于一電源，該第四晶體管的該漏極輸出該輸出電壓電平。
11.如權(quán)利要求9或10所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一偏壓電路包含一反相器。
12.如權(quán)利要求9或10所述的電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第二偏壓電路包含一反相器。
全文摘要
一種電平轉(zhuǎn)換器，是用于薄膜晶體管液晶顯示器，包含一轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成一輸出電壓電平，包含一第一晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；以及一第二晶體管，包含一源極、一漏極、一柵極及一基極；一第一偏壓電路，用以對該第一晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；以及一第二偏壓電路，用以對該第二晶體管的該基極偏壓，包含一輸入端及一輸出端；該第一偏壓電路的該輸出端連接于該第一晶體管的該基極，該第二偏壓電路的該輸出端連接于該第二晶體管的該基極?；鶚O偏壓電路，用來對輸入端晶體管的基極進(jìn)行偏壓，藉以調(diào)整輸入端晶體管的臨界電壓，以達(dá)到高速、省電及低電壓輸入的目的。
文檔編號H03K19/0185GK1499723SQ02150000
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者柯明道, 龔文俠, 戴亞翔 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司