CN101944344A - 栅极驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种栅极驱动电路，所述栅极驱动电路包括多级串联的栅极驱动单元，所述多级栅极驱动单元中一第n级栅极驱动单元包括：第一开关元件、第二开关元件、锁存器和耦合电容，依据驱动提供电压以及第一、第二和第三时脉信号的输入，控制栅极驱动单元的第一输出端的栅极电压Vgn三阶驱动电压的输出，该三阶驱动电压有效补偿了馈通电压，可以降低液晶显示装置的显示画面的闪烁现象。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种用于液晶显示装置的栅极驱动电路。
背景技术
液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具备轻薄、节能、无辐射等诸多优点，因此已经逐渐取代传统的阴极射线管(CRT)显示器。目前液晶显示器广泛应用于高清晰数字电视、台式计算机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、移动电话、数码相机等电子设备中。
以薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)液晶显示装置为例，其包括：液晶显示面板和驱动电路，其中，液晶显示面板包括多条栅极线与多条数据线，且相邻的两条栅极线与相邻的两条数据线交叉形成一个像素单元，该像素单元至少包括一个薄膜晶体管。驱动电路包括：栅极驱动电路(gate drive circuit)和源极驱动电路(source drive circuit)，随着生产者对液晶显示装置的低成本化追求，原本设置于液晶显示面板以外的驱动电路集成芯片被设置于液晶显示面板的玻璃基板上成为了可能，例如，将栅极驱动集成电路设置于阵列基板(GIA：Gate IC in array)，从而简化液晶显示装置的制造过程，并降低生产成本。
液晶显示面板与驱动电路的基本工作原理为：由栅极驱动电路送出波形，依序将每一行的TFT打开，然后由源极驱动电路同时将一整行的像素单元充电到各自所需的电压，以显示不同的灰阶。当该行充好电时，栅极驱动电路便将该行薄膜晶体管关闭，然后下一行的栅极驱动电路便将薄膜晶体管打开，再由源极驱动电路对下一行的像素单元进行充放电。如此依序下去，当充好了最后一行的像素单元，便又重新从第一行开始充电。
现在已知的栅极驱动电路出于电路复杂程度的考量，多采用二阶驱动方法，在二阶驱动电路及其驱动方法中，由于薄膜晶体管的栅(gate)、漏(drain)极之间存在寄生电容Cgd，存在馈通(feed through)电压，而馈通电压(通常用Vth表示)的存在则会导致液晶显示装置的显示画面产生闪烁(flicker)现象，故，一种解决以上缺陷的方法亟待提出。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种栅极驱动电路，可以降低液晶显示装置的显示画面的闪烁现象。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明提供了一种栅极驱动电路，包括多级串联的栅极驱动单元，用于顺序地启动液晶显示面板中的每一行像素单元，其特征在于，所述栅极驱动单元包括：
锁存器，该锁存器包括：第一输入端、第二输入端以及第二输出端，该第一输入端接收驱动提供电压或者上一级栅极驱动单元的栅极电压，该第二输入端接收第一时脉信号，该第二输出端电性连接第一开关元件；
第一开关元件，具有第一控制端、第一连接端和第二连接端，所述第一控制端与锁存器的第二输出端电性相连；第一连接端接收第二时脉信号；第二连接端电性连接第一输出端；所述第一输出端输出该多级栅极驱动单元的栅极电压；
第二开关元件，具有第二控制端、第三连接端和第四连接端，所述第二控制端接收第三时脉信号，第三连接端接收第一低电平，第四电性连接第一输出端；
耦合电容并联于第一输出端与第二输出端之间。
由上述的技术方案可见，本发明的栅极驱动单元包括第一开关元件、第二开关元件、锁存器和耦合电容，依据驱动提供电压以及第一、第二和第三时脉信号的输入，控制栅极驱动单元的第一输出端的栅极电压Vgn三阶驱动电压的输出。与现有技术中的栅极电压二阶驱动相比，第一低电平和第二低电平之间的电压差形成回拉电压，该回拉电压与栅极线上的薄膜晶体管寄生电容Cgd所产生的馈通电压大小相等，能够补偿寄生电容Cgd所产生的馈通电压，从而有效克服了液晶显示装置的显示画面的闪烁问题。
附图说明
图1为本发明栅极驱动单元的系统结构示意图。
图2为本发明一较佳实施例的栅极驱动单元的结构示意图。
图3a、3b为本发明一较佳实施例的栅极驱动单元的时序控制示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
栅极驱动电路包括多级串联的栅极驱动单元，用于顺序地启动液晶显示面板中的每一行像素单元，第n级栅极驱动单元的第一输出端电性连接相应的栅极线GLn，该第一输出端输出的栅极电压Vgn控制该行栅极线上像素单元的开启和关闭。
参照图1，其为本发明栅极驱动单元的系统结构示意图。如图所示，本发明的栅极驱动单元至少包括：锁存器(latch)10。该锁存器10包括：至少一个第一输入端11和至少一个第二输入端12，此处，对于栅极驱动电路中的第1级栅极驱动单元，该第一输入端11可以电性连接电压源转换电路(图中未示出)，接收电压源转换电路输出的驱动提供电压，由外部电压源转换电路提供输入第一输入端11的驱动提供电压是信号STV；对于栅极驱动电路中的第n级栅极驱动单元，其中，n≥2，则由第n-1级栅极驱动单元所产生的栅极电压Vgn-1输入第一输入端11。其中，由外部电压源转换电路提供输入第一级栅极驱动单元的第一输入端11的信号STV为脉冲信号，其具有高电平Vgh，以及第一低电平Vgl。该第二输入端12电性连接时序控制电路(图中未示出)，接收时序控制电路输出的第一时脉信号CLK1，其中，该第一时脉信号CLK1的高电平为Vgh，其具有第二低电平Vgl1。锁存器10还包括：至少一个第二输出端Q，该第二输出端Q电性连接第一开关元件20。其中，第一开关元件20具有一第一控制端、一第一连接端和一第二连接端。
优选地，第一开关元件20为薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极、源极和漏极分别对应所述第一控制端、第一连接端和第二连接端。其中，该第一开关元件20的栅极电性连接第二输出端Q，源极接收第二时脉信号CLK2，其中，该第二时脉信号CLK2的高电平为Vgh，其具有第二低电平Vgl1。该第一开关元件20的漏极电性连接第一输出端G点，该第一输出端G电性连接液晶显示面板(图中未示出)，具体而言，该第一输出端G点电性连接液晶显示面板上的一条栅极线GLn，向该条栅极线提供开启/关闭像素单元的栅极电压Vgn。
进一步地，图1所示的本发明的栅极驱动单元还包括：第二开关元件30，该第二开关元件30具有一第二控制端、一第三连接端和一第四连接端。优选地，该第二开关元件30为薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极、源极和漏极分别对应所述第二控制端、第三连接端和第四连接端。其中，该第二开关元件30的栅极电性连接时序控制电路，接收时序控制电路提供的第三时脉信号CLK3，该第三时脉信号CLK3的高电平为Vgh，其低电平为第二低电平Vgl1。进一步地，该第二开关元件30的源极接收第一低电平Vgl，其漏极电性连接第一输出端G。更进一步地，在第二输出端Q点和第一输出端G之间还并联有耦合电容70。其中，耦合电容70具有第一端和第二端。
本发明还提供了图1所示栅极驱动单元的一较佳实施例，如图2所示，为本发明该较佳实施例的栅极驱动单元的结构示意图，当然，图中仅揭示了构成本发明的主要元件，而对于例如电阻、电容等其他辅助元件则进行了省略；图3a、3b为图2所示的栅极驱动单元的时序控制示意图。
如图2所示，本发明较佳实施例的栅极驱动电路包括：锁存器，优选地，该锁存器包括一第三开关元件50，显然，锁存器不仅仅限于第三开关元件50，还可以由其它器件构成。第三开关元件50具有第三控制端，其电性连接第二输入端12；第五连接端电性连接第一输入端11；第六连接端电性连接第二输出端Q。优选地，该第三开关元件50为薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极、源极和漏极分别对应上述第三控制端、第五连接端以及第六连接端。
该较佳实施例的栅极驱动单元还包括一第四开关元件60，该第四开关元件60具有一第四控制端、一第七连接端和一第八连接端。优选地，该第四开关元件60为薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极、源极和漏极分别对应前述第四控制端、第七连接端和第八连接端。其中，该第四开关元件60的栅极电性连接第二输出端Q点，源极接收第二时脉信号CLK2，其漏极电性连接第一输出端G。进一步地，耦合电容70并联于该第四开关元件60的栅极和漏极之间。该第四开关元件60的主要作用为当第二时脉信号CLK2对第二输出端Q点和第一输出端G点产生耦合时，稳定第二输出端Q点和第一输出端G点的电压，从而提高电路的稳定性。
再结合参考图3a和3b，图3a为针对本发明实施例的栅极驱动电路的第一级栅极驱动单元的时序控制示意图；图3b为针对本发明实施例的栅极驱动电路的第n(n≥2)级栅极驱动单元的时序控制示意图。
在t1时刻，第一时脉信号CLK1为高电平，第三开关元件50被打开，由于第三开关元件50的第五连接端接收的驱动提供电压或者上一级栅极驱动单元的栅极电压(对于第一级栅极驱动单元信号STV或者对于第n级栅极驱动单元Vgn-1，其中n≥2)为高电平Vgh，则第三开关元件50将驱动提供电压STV或者上一级栅极驱动单元的栅极电压Vgn-1的高电平充到第二输出端Q。由于第二输出端Q为高电平，所以第一开关元件20被打开，由于第一开关元件20的第一连接端接收第二时脉信号CLK2，且第二时脉信号CLK2此时为第二低电平Vgl1，所以将栅极电压Vgn复位到第二时脉信号CLK2的第二低电平Vgl1，(此处栅极电压Vgn为低电平复位)。
然后在t2时刻，第一时脉信号CLK1下降为第二低电平Vgl1，第二时脉信号CLK2上升为高电平，即为高电平Vgh，此时第三开关元件50关闭，但由于耦合电容70的存在，Q点仍维持在高电压，使得第一开关元件20处于打开状态，第二时脉信号CLK2的高电平对第一输出端G点进行充电至高电平Vgh。由于耦合电容70的存在，第二输出端Q点的电压同时被上拉到一个更高的电压Vgh’(Vgh’＞Vgh)，流经第一开关元件20的电流变大，因此第一输出端G点的栅极电压Vgn被更快速充电到第二时脉信号CLK2的高电平Vgh。
当下一个时刻到来时，即在t3时刻，第二时脉信号CLK2变为第二低电平Vgl 1，此时，第三开关元件50仍然关闭，由于耦合电容70的保持作用，第二输出端Q点仍处于高电平Vgh，使得第一开关元件20打开，利用打开的第一开关元件20将第一输出端G点的栅极电压Vgn下拉到第二时脉信号CLK2的第二低电平Vgl1，而同时，由于耦合电容70的存在，第二输出端Q点的电压被下拉到高电平Vgh。
在t3时刻至t4时刻之间，第三时脉信号CLK3为高电平，第二开关元件30打开，由于第二开关元件30的第三连接端与第一低电平Vgl连接，所以通过打开的第二开关元件30将第一输出端G点的栅极电压Vgn从第二时脉信号CLK2的第二低电平Vgl1上拉到第一低电平Vgl。
在t4时刻，第一时脉信号CLK1变为高电平Vgh，然后第三开关元件50被打开，由于第三开关元件50的第五连接端接收驱动提供电压STV或者上一级栅极驱动单元的栅极电压Vgn-1，且驱动提供电压STV或者上一级栅极驱动单元的栅极电压Vgn-1此时为第一低电平Vgl，所以第三开关元件50将第二输出端Q点的电压下拉到驱动提供电压STV或者上一级栅极驱动单元的栅极电压Vgn-1的第一低电平Vgl，则第一开关元件20关闭。因此第一输出端G点的栅极电压Vgn维持在第一低电平Vgl。其中，高电平Vgh、第二低电平Vgl1与第一低电平Vgl数值不相等，优选地，高电平Vgh＞第一低电平Vgl＞第二低电平Vgl 1，并且高电平Vgh大于本说明书中所涉的所有薄膜晶体管的阈值电压，第一低电平Vgl小于所有薄膜晶体管的阈值电压，所述薄膜晶体管的阈值电压为薄膜晶体管的栅极的开启电压。由于最终由第一输出端G点输出给液晶显示面板上的栅极线的栅极电压Vgn具有数值不相等的三个电压值，至此，完成一帧内一条栅极线的三阶驱动电压的输出。其中，第一时脉信号CLK1、第二时脉信号CLK2和第三时脉信号CLK3的相位依次延后一个时脉信号的持续宽度。所述第一输出端G点的栅极电压Vgn在t1至t4时刻具有的高电平、第一低电平和第二低电平构成三阶栅极电压，所述t1至t4时刻为栅极电压的一个周期。
在以上得出的栅极电压的三阶输出中，定义第一低电压Vgl与第二低电压Vgl1之间的电压差为回拉电压，用Ve表示，则：
Ve＝(Vgh-Vgl1)*Cgd/(Cs-Cgd)(1)
在以上公式(1)中，Cgd为寄生电容，Cs为存储电容。由该公式(1)可以看出，在液晶显示面板的制造过程中以及栅极驱动器(gate driver)确定之后，即可以确定公式(1)中的回拉电压Ve。
在图3a或3b所示的时序图所表示的当前时刻，第n条栅极线上的栅极电压用Vgn表示，其被下拉到第二低电平Vgl 1时，则由第n-1级栅极驱动单元所产生的栅极电压Vgn-1，即该第n(n≥2)条栅极线的上一条栅极线的栅极电压(用Vgn-1来表示)的回拉电压来补偿该第二低电平Vgl1。依序类推，输出至多条栅极线的栅极电压由寄生电容Cgd产生的电压偏差均由上一条栅极线的栅极电压的回拉电压来补偿。由于薄膜晶体管的栅、漏极之间的寄生电容Cgd导致的馈通电压，而馈通电压Vth由回拉电压Ve得以有效补偿，则液晶显示面板在显示画面时产生闪烁现象则得以避免。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种栅极驱动电路，包括多级串联的栅极驱动单元，用于顺序地启动液晶显示面板中的每一行像素单元，其特征在于，所述栅极驱动单元包括：
锁存器，该锁存器包括：第一输入端、第二输入端以及第二输出端，该第一输入端接收驱动提供电压或者上一级栅极驱动单元的栅极电压，该第二输入端接收第一时脉信号，该第二输出端电性连接第一开关元件；
第一开关元件，具有第一控制端、第一连接端和第二连接端，所述第一控制端与锁存器的第二输出端电性相连；第一连接端接收第二时脉信号；第二连接端电性连接第一输出端；所述第一输出端输出该多级栅极驱动单元的栅极电压；
第二开关元件，具有第二控制端、第三连接端和第四连接端，所述第二控制端接收第三时脉信号，第三连接端接收第一低电平，第四电性连接第一输出端；
耦合电容并联于第一输出端与第二输出端之间。
2.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述第一时脉信号、第二时脉信号、第三时脉信号均具有相同的高电平及第二低电平。
3.如权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动提供电压具有高电平且低电平为第一低电平，或者上一级栅极驱动单元的栅极电压具有高电平且具有第一低电平。
4.如权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述高电平、第一低电平、第二低电平的关系为：高电平＞第一低电平＞第二低电平。
5.如权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动提供电压与所述第一时脉信号同步触发，以及所述第一时脉信号、第二时脉信号、第三时脉信号顺次被触发，且高电平的触发周期相等。
6.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述锁存器包括第三开关元件，所述第三开关元件具有第三控制端、第五连接端以及第六连接端，所述第三控制端、第五连接端以及第六连接端分别对应第一输入端、第二输入端以及第二输出端。
7.如权利要求6所述的栅极驱动电路，其特征在于，该栅极驱动单元进一步包括第四开关元件，所述第四开关元件具有第四控制端、第七连接端和第八连接端，所述第四控制端与第二输出端连接，第七连接端接收第二时脉信号，第八连接端连接第一输出端。
8.如权利要求7所述的栅极驱动电路，其特征在于，每一所述开关元件为薄膜晶体管；
所述高电平大于所述薄膜晶体管的阈值电压，所述第一低电平小于所述薄膜晶体管的阈值电压。
9.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述多级栅极驱动单元为第一级栅极驱动单元，所述驱动提供电压由电压源转换电路提供。
10.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述多级栅极驱动单元为第n级栅极驱动单元并且n大于等于2，所述驱动提供电压由上一级栅极驱动单元所产生的栅极电压提供。
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