CN102663980B - 一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法、液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法、液晶显示器，其主要内容为：预先设定在各种不同的温度环境下栅极驱动电路所需的V_GH值，通过温度传感器采集到显示器内的温度信息后，确定当前的温度环境下该温度信息对应的电压值，根据该电压值和电荷泵电路提供参考电压的电压，使栅极驱动电路可以更好地适应的环境温度，且克服了当前输入的V_GH值过高导致TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

Description

一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法、液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示器技术领域，尤其涉及一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法、液晶显示器。

背景技术

传统的液晶显示器是利用外部驱动芯片电路驱动面板上的薄膜晶体管来控制像素实现影像显示。随着科技的不断发展，为了减少传统液晶显示器上元件数目并降低其制造技术的成本，近年来，液晶显示器逐渐发展成将驱动电路结构(代替外部驱动芯片电路)直接制作于显示面板上，如将控制薄膜晶体管的栅极启闭的栅极驱动电路(gate diver circuit)整合于液晶显示面板的技术，即GOA(gate driver on array)技术。

但是液晶显示面板的基板的半导体特性较差，做成器件的精度较低，稳定性较差，而温度作为半导体的一个重要性能参数，会影响半导体禁带宽度及少数载流子浓度，引起一定的温度漂移。所谓温度漂移就是在正常的工作电压下，因为温度的变化而导致栅极驱动电路不能正常工作。例如，在温度过低时，栅极驱动电路在正常的工作电压下不能工作，导致TFT(Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管)无法正常工作；此时，需要调高栅极驱动电路工作电压。

而在当前的电路设计中，如图1所示，直流转直流电路13向电荷泵电路14提供脉冲宽度调制(Pluse Width Modulation，PWM)方波和基准电压，由电荷泵电路14向栅极驱动电路16输出驱动电压V_GH。为了避免因温度变化引起的栅极驱动电路不能正常工作的问题，一般对栅极驱动电路的V_GH的大小采用静态可调的方式，所谓静态可调就是将V_GH值在初始化时设定为一个固定的开启电压值。在对V_GH采用静态可调的方式下，不论温度发生任何变化，都能让栅极驱动电路接收到的工作电压达到这一固定的开启电压值，使驱动器件可以正常工作。

但是为了保证栅极驱动电路在低温下可以正常工作，V_GH的大小可以设定得比栅极驱动电路正常的工作电压要高一些，但若把V_GH的值设置的过高，在每次启动栅极驱动电路时都需要达到较高的电压值，一方面会缩短TFT的寿命，另一方面还增加了功能损耗。

发明内容

本发明实施例提供一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法，用以解决在低温工作环境下栅极驱动电路不能正常开启与在高温工作环境下栅极驱动电路工作电压过高导致的TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

一种栅极驱动电路的控制电路，包括：

温度传感器，用于检测栅极驱动电路的工作环境温度；

存储器，用于存储温度与电压值的对应关系，并在接收到温度传感器检测到的温度信息后，确定该温度信息对应的电压值；

电荷泵电路，用于提供参考电压；

电压调整电路，用于根据存储器发送的电压值和电荷泵电路输入的参考电压，向栅极驱动电路输出驱动电压。

一种液晶显示器，包括所述的栅极驱动电路的控制电路。

一种栅极驱动电路的控制电路的工作方法，包括：

温度传感器检测栅极驱动电路的工作环境的温度，并将检测到的温度信息输出；

存储器内在接收到温度传感器发送的温度信息后，根据预先存储温度与电压值的对应关系，确定对应的电压值，并输出；

电压调整电路根据接收到的电压值和电荷泵电路输入的参考电压确定向栅极驱动电路输出驱动电压。

本发明有益效果如下：

本发明方案的实施例预先设定在各种不同的温度环境下栅极驱动电路所需的V_GH值，通过温度传感器采集到显示器内的温度信息后，确定当前的温度环境下该温度信息对应的电压值，根据该电压值和电荷泵电路提供参考电压，向栅极驱动电路输出驱动电压，使栅极驱动电路可以更好地适应的环境温度，克服了当前输入的V_GH值过高导致TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

附图说明

图1为现有技术中显示器栅极驱动电路的设计框图；

图2为本发明实施例一的一种栅极驱动电路的控制电路的结构示意图；

图3为栅极驱动电路在正常工作时不同的温度环境下所需的V_GH值的模拟实验结果图；

图4为电荷泵电路的电路图；

图5为电荷泵电路正电压的电路图；

图6为电压调整电路的电路结构图；

图7为电荷泵电路负电压的电路图；

图8为显示器基本驱动电路的结构示意图；

图9为本发明实施例二的一种栅极驱动电路的控制电路的工作方法流程图。

具体实施方式

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种栅极驱动电路的控制电路及其工作方法、液晶显示器，在本发明的实施方案中，不再像现有技术那样使用固定的V_GH，而是预先设定在各种不同的温度环境下栅极驱动电路所需的V_GH值，通过温度传感器采集到显示器内的温度信息后，确定当前的温度环境下该温度信息对应的电压值，根据该电压值和电荷泵电路提供参考电压，向栅极驱动电路输出驱动电压，使栅极驱动电路可以更好地适应的环境温度，且克服了当前输入的V_GH值过高导致TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

下面结合说明书附图对本发明实施例进行详细说明。

实施例一：

如图2所示，为本发明方案实施例一的一种栅极驱动电路的控制电路的结构示意图，该栅极驱动电路的控制电路包括：温度传感器11、存储器12、电荷泵电路14和电压调整电路15，其中：

所述温度传感器11用于检测栅极驱动电路的工作环境的温度，并将检测到的温度信息输出给存储器12。

较优地，温度传感器11可以是数字温度传感器，具有将检测到的温度信息转换为数字信号输出给存储器12的功能。

所述温度传感器11可包括检测模块21和转换模块22，检测模块21用于检测栅极驱动电路的工作环境的温度，并将检测到的温度信息传输给转换模块22；转换模块22用于将接收到的显示器当前工作环境的温度信息转换成数字信号并输出。

例如，转换模块22可以是7bitA/D转换装置，将检测模块21检测到的温度信息转换成由7位编码构成的数字信号进行输出。具体地，以显示器一般的工作温度-20℃-50℃范围，且以测量温度的精度是1℃的情况为例，转换模块22可预先存储每一温度值与一个数字编码(如7位数字编码)的对应关系，在接收到检测模块21发送的温度信息后，可根据所述对应关系确定当前的温度信息对应的7位数字编码并输出。

所述存储器12可以是电可擦除可编程存储器(EEPROM)，也可以是其他形式的存储器。

以电可擦除可编程存储器为例，可用于存储在不同的温度下，每一温度与该温度下所对应的电压值的对应关系，在接收到温度传感器11发送的温度信息后，可确定对应的电压值，并将该电压值发送给电压调整电路15。

较优地，如果本实施例一中的温度传感器11是数字温度传感器，存储器12接收到的温度信息是数字编码格式的温度信息，则存储器12可将确定的电压值以数字编码格式发送给电压调整电路15。

由于所有的温度信息所对应的电压值都是存储在存储器12中，每一电压值都有其存储地址，因此，在存储器12中可以存储每一温度与该温度下所对应的电压值的存储地址之间的对应关系，在接收到温度传感器11发送的温度信息后，确定对应的存储地址中存储的电压值，以达到根据温度信息确定该温度对应的电压值的目的。

在本实施例一的方案中，在显示器的温度过低时，正常工作电压很难确保栅极驱动电路16能够在低温下开启，进而导致TFT也不能打开；在显示器的温度过高时，则可适当降低正常工作电压，以减少功耗。

如图3所示，为栅极驱动电路16在正常工作时，不同的温度环境下所对应的电压值的模拟实验结果图，从图3中可以看出，在显示器一般的工作温度-20℃-50℃范围内，模拟各个不同的温度环境时，电压值的取值范围大致在V_min至V_max内，该V_min和V_max的值是模拟温度实验获得的。当模拟的温度环境是栅极驱动电路16适宜的工作环境时，即图3中温度处于T₁和T₂(假设T₁小于T₂)之间时，电压值变化很小，该电压值约等于栅极驱动电路16的正常工作电压。当温度小于T₁时，随着温度的下降，对应的电压值逐渐增大，直至增大至V_max，确保栅极驱动电路16能够在低温下开启；当温度大于T2时，随着温度的上升，对应的电压值逐渐减小，直至减小至V_min，确保栅极驱动电路16能够在高温下开启且避免TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

所述电荷泵电路14用于向电压调整电路15提供用于产生V_GH的参考电压V_ref。

在本实施例一的方案中，电荷泵电路14可通过以下方式向电压调整电路15提供参考电压V_ref：

栅极驱动电路的控制电路中的直流转直流电路13向电荷泵电路14提供PWM方波与基准电压，作为电荷泵电路的输入信号。

电荷泵电路14中包括一个正极电路和一个负极电路，当基准电压为正电压时，正极电路工作，输出V_c作为参考电压；当基准电压为负电压时，负极电路工作，输出V_off为参考电压，特殊地，可以将负极电路的基准电压端接地，即基准电压为0，如图4所示。其中，所述正极电路的结构为：电容的负极与直流转直流电路提供的PWM方波连接，电容的正极与第一二极管D₁的负极和第二二极管D₂的正极相连，第一二极管D₁的正极与直流转直流电路提供的基准电压相连，电荷泵电路14从第二二极管D₂的负极输出参考电压。

图5为电荷泵电路14在基准电压为正电压时的电路图，直流转直流电路13提供的PWM方波的高电压是V_bmax，低电压是V_bmin，V_bmax与V_bmin之差为V_b；直流转直流电路13提供的基准电压是V_a；p点电压Vp等于c点电压Vc。

从图5可以看出，当V_b＝V_bmin时，电容处于低电平电容充电状态，Va＞Vb，D1导通，p点电压等于a点电压，Uc表示b点和p点间电容两端的电压，即p点电压与b点电压之差，亦即a点电压与b点电压之差：V_a-V_bmin。当V_b＝V_bmax时，电容处于高电平放电状态，V_a＝V_b，D1不导通，Uc等于p点电压与b点电压之差：V_p-V_bmax。

由于b点和p点间的电容两端的电势差不会突变，所以V_a-V_bmin＝V_p-V_bmax，由此可知V_p＝V_a+V_b，即V_c＝V_a+V_b，即正电压状态下输出的参考电压为V_ref＝V_c＝V_a+V_b。

电荷泵电路14将得到的V_ref向电压调整电路15输出。

所述电压调整电路15用于根据电荷泵电路14输入的V_ref和存储器12发送的电压值，向栅极驱动电路16输出驱动电压。

如图6所示，为电压调整电路15的电路结构图，包括数模转换器，具体可包括：：D/A转换模块、电阻R和放大电路，其中，D/A转换模块接收来自存储的数字编码格式的电压值，电压值通过D₀-D_n-1以字符串的形式输入，若V_GH值是7位编码的数字信号，则D/A转换模块接收到的是D₀-D₆输入的字符串，电阻R和放大电路用于在低阻抗条件下输出电压。

需要说明的是，电压调整电路的电路结构可以是图6所示的电路结构，也可以是具有图6功能的其他电路结构，这里不做具体限定。

电压调整电路15接收电荷泵电路14输入的V_ref，根据以下公式(1)得到确定的驱动电压，并向栅极驱动电路输出：

$V_{\mathrm{GH}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^n}(D_{n-1}{2}^{n-1}+D_{n-2}{2}^{n-2}+...+D_1{2}^1+D_0{2}^0)---\left(1\right)$

其中：V_GH是驱动电压；V_ref是参考电压；D₀-D_n-1是电压调整电路接收到的n位数字编码格式的电压值中的每一位中的字符内容。

例如：当电压调整电路15接收到的是5位数字编码格式的电压值，电荷泵电路14输入的参考电压V_ref为25V时，即当n＝5，V_ref＝25V时，根据公式(1)可得到的V_GH为：

$V_{\mathrm{GH}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^4}(D_4{2}^4+D_3{2}^3+D_2{2}^2+D_1{2}^1+D_0{2}^0)$

随着电压调整电路15接收到的5位数字编码格式的形式不同，所得到的V_GH也不同，以5位数字编码格式为例可得表1中不同的V_GH。

输入	11111	11110	11101	11100	11011	11010	11001	11000	10111
										VGH	24.2	23.4	21.7	20.9	20.1	19.3	18.5	17.7	16.9
输入	10110	10101	10011	10010	10001	10000	01111	01110	01101
										VGH	16.1	15.3	14.4	13.6	12.8	12.1	11.3	10.5	9.7

表1

从表1可以看出，当n＝5，V_ref＝25V时，根据电荷泵电路14输入的V_ref和存储器12发送的电压值，得到的V_GH介于24.2V与9.7V之间。

电荷泵电路14除了包括图5所示情况外，还包括如图7所示的在基准电压为负电压的电路图，图5中各项参数的定义与图7相同，其区别在于第一二极管D1和第二二极管D2的方向发生改变。具体地，电容的正极与直流转直流电路提供的PWM方波连接，电容的负极与第一二极管D₁的正极和第二二极管的负极D₂相连，第一二极管D₁的负极与直流转直流电路提供的基准电压相连，电荷泵电路从第二二极管D₂的正极输出参考电压。

从图7可以看出，当V_b＝V_bmax时，电容处于高电平电容充电状态，V_b＞V_a，D₁导通，p点电压等于a点电压，U_c表示b点和p点间的电容两端的电压，等于p点电压与b点电压之差，即a点电压与b点电压之差：V_a-V_bmax；当V_b＝V_bmin时，电容处于低电平放电状态，V_a＝V_b，D1不导通，U_c等于p点电压与b点电压之差：V_p-V_bmin。

由于电容两端的电势差不会突变，所以V_a-V_bmax＝V_p-V_bmin，由此可知V_p＝V_a-V_b，即V_c＝V_a-V_b，即负电压状态下输出的电压为V_off＝V_c＝V_a-V_b。

需要说明的是，当V_a＝0时，V_off＝V_c＝-V_b。

需要说明的是，栅极驱动电路16向TFT发送的波形可依序将每一行的TFT打开，此时整排的源极驱动电路(source driver)18同时将一整行的TFT的显示点充电到各自所需的电压，显示不同的灰阶，如图7所示显示器基本驱动电路的结构图，图8中的电阻串联电路17向源极驱动电路18提供灰阶电压。

当一行TFT充电完成时，栅极驱动电路16便停止向当前TFT行输入V_GH，而向下一行TFT输入V_GH，如此循环，直至开启所有的TFT。

由于液晶分子还有一种特性，就是不能够一直固定在某一个电压不变，固定在某一电压时间久了，液晶分子的特性会遭到破坏，而无法再因电场的变化而改变，以形成不同的灰阶，所以每隔一段时间，就必须将电压恢复原状，以避免液晶分子的特性遭到破坏，因此，当电荷泵电路14提供参考电压V_ref后，电压调整电路15将根据存储器12发送的电压值确定向栅极驱动电路16输入的V_GH；当电荷泵电路14在负电压状态下输出V_off时，可将该V_off直接输出至栅极驱动电路16。

本实施例一中涉及的栅极驱动电路的控制电路可以应用在液晶显示器中，或是其他涉及栅极驱动电路的设备中。

实施例二：

如图9所示，为本发明方案实施列二的一种栅极驱动电路的控制电路的工作方法流程图，该控制电路的工作方法包括以下几个步骤：

步骤101、温度传感器11检测栅极驱动电路的工作环境的温度，并将检测到的温度信息输出。

在本步骤中，可以采用数字温度传感器来检测栅极驱动电路的工作环境的温度，则输出的温度信息为数字编码格式的温度信息。

步骤102、存储器12内预先存储温度与电压值的对应关系，在接收到温度传感器11发送的温度信息后，确定对应的电压值，并输出。

在本步骤中，可以温度与电压值的对应关系可以通过温度与存储电压值的存储地址的对应关系来体现，在存储器接收到温度传感器发送的温度信息后，可从对应的存储地址中读取所需的电压值。

步骤103、电荷泵电路14提供参考电压。

在本步骤中，电荷泵电路14可以接收直流转直流电路13提供的PWM方波与基准电压，所述PWM方波的高电压和低电压之差为V_b，基准电压的电压值为V_a。

当电荷泵电路14处于正电压状态时，输出参考电压的电压值为V_a+V_b，当电荷泵电路14处于负电压状态时，输出参考电压的电压值为V_a-V_b。

需要说明的是，本实施例中的步骤102和步骤103之间没有执行的先后顺序，电压调整电路15可持续接收电荷泵电路14输入的参考电压，并在接收到存储器12发送的电压值时，执行步骤104。

步骤104、电压调整电路15根据存储器12发送的电压值和电荷泵电路14输入的参考电压，向栅极驱动电路16输出驱动电压。

具体地，电压调整电路15可以通过以下公式(1)来确定驱动电压，并向栅极驱动电路输出：

$V_{\mathrm{GH}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^n}(D_{n-1}{2}^{n-1}+D_{n-2}{2}^{n-2}+...+D_1{2}^1+D_0{2}^0)---\left(1\right)$

其中：V_GH是驱动电压；V_ref是参考电压；D₀-D_n-1是电压调整电路15接收到的n位数字编码格式的电压值中的每一位中的字符内容。

本实施例二中涉及的栅极驱动电路的控制电路的工作方法可以应用在液晶显示器中，或是其他涉及栅极驱动电路的设备中。

通过本发明的方案，不再像现有技术那样使用固定的V_GH，而是预先设定在各种不同的温度环境下栅极驱动电路所需的V_GH值，通过温度传感器采集到显示器内的温度信息后，确定当前的温度环境下该温度信息所对应的电压值，根据该电压值和电荷泵电路提供的参考电压，向栅极驱动电路输出驱动电压，使栅极驱动电路可以更好地适应的环境温度，若当前温度过低，则可以提高输出至栅极驱动电路的电压，使栅极驱动电路能够正常开启；在当前温度过高时，可降低输出至栅极驱动电路的电压，在确保栅极驱动电路正常开启的情况下，克服了当前输入的V_GH值过高导致TFT寿命缩短、功能损耗增大的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种栅极驱动电路的控制电路，其特征在于，包括：

温度传感器，用于检测栅极驱动电路的工作环境温度；

存储器，用于存储温度与电压值的对应关系，并在接收到温度传感器检测到的温度信息后，确定该温度信息对应的电压值；

直流转直流电路，用于向电荷泵电路提供脉冲宽度调制PWM方波与基准电压，所述PWM方波的高电压和低电压的电压差值为V_b，基准电压的电压值为V_a；

电荷泵电路，包括一个正极电路和一个负极电路；正极电路中，第一电容的负极与直流转直流电路提供的PWM方波连接，第一电容的正极与第一二极管的负极和第二二极管的正极相连，第一二极管的正极与直流转直流电路提供的基准电压相连，从第二二极管的负极输出参考电压，用于在基准电压为正电压时，输出参考电压的电压值为V_a+V_b；负极电路中，第二电容的正极与直流转直流电路提供的PWM方波连接，第二电容的负极与第三二极管的正极和第四二极管的负极相连，第三二极管的负极与直流转直流电路提供的基准电压相连，从第四二极管的正极输出参考电压，用于在基准电压为负电压时，输出参考电压的电压值为V_a-V_b；

电压调整电路，用于根据存储器发送的电压值和电荷泵电路输入的参考电压，向栅极驱动电路输出驱动电压。

2.如权利要求1所述的栅极驱动电路的控制电路，其特征在于，所述温度传感器包括：

检测模块，用于检测栅极驱动电路的工作环境的温度；

转换模块，用于将检测模块检测到的温度信息转换成数字信号并输出至存储器。

3.如权利要求1所述的栅极驱动电路的控制电路，其特征在于，

所述存储器，具体用于存储温度与存储电压值的存储地址的对应关系，并在接收到温度传感器检测到的温度信息后，从对应的存储地址中确定该温度信息对应的电压值。

4.如权利要求1所述的栅极驱动电路的控制电路，其特征在于，

所述电压调整电路，包括数模转换器，具体用于在接收到的电压值是数字编码格式的电压时，通过以下公式确定驱动电压，并向栅极驱动电路输出：

$V_{\mathrm{GH}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^n}(D_{n-1}{2}^{n-1}+D_{n-2}{2}^{n-2}+...+D_1{2}^1+D_0{2}^0)$

其中：V_GH是驱动电压；V_ref是参考电压；D₀-D_n-1是电压调整电路接收到的n位数字编码格式的电压中的每一位中的字符内容。

5.一种液晶显示器，其特征在于，包括权利要求1～4任一权利要求所述的栅极驱动电路的控制电路。

6.一种栅极驱动电路的控制电路的工作方法，其特征在于，包括：

温度传感器检测栅极驱动电路的工作环境的温度，并将检测到的温度信息输出；

存储器内在接收到温度传感器发送的温度信息后，根据预先存储温度与电压值的对应关系，确定对应的电压值，并输出；

电压调整电路根据接收到的电压值和电荷泵电路输入的参考电压确定向栅极驱动电路输出驱动电压，其中，电压调整电路接收电荷泵电路输入的参考电压，具体包括：

电压调整电路在电荷泵电路处于正电压状态时，接收电荷泵电路输入的电压值为V_a+V_b的参考电压；

电压调整电路在电荷泵电路在处于负电压状态时，接收电荷泵电路输入的电压值为V_a-V_b的参考电压；

所述V_a是直流转直流电路提供的基准电压值，所述V_b是直流转直流电路提供的PWM方波的高电压和低电压的电压差值。

7.如权利要求6所述的栅极驱动电路的控制电路的工作方法，其特征在于，所述电压调整电路根据接收到的电压值和电荷泵电路输入的参考电压确定向栅极驱动电路输出驱动电压，具体包括：

电压调整电路在接收到的电压值是数字编码格式的电压值时，通过以下公式确定驱动电压，并向栅极驱动电路输出：

$V_{\mathrm{GH}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^n}(D_{n-1}{2}^{n-1}+D_{n-2}{2}^{n-2}+...+D_1{2}^1+D_0{2}^0)$

其中：V_GH是驱动电压；V_ref是参考电压；D₀-D_n-1是电压调整电路接收到的n位数字编码格式的电压值中的每一位中的字符内容。