CN104952413B - 一种低功耗反相器、低功耗goa电路和液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗反相器、低功耗GOA电路和液晶显示面板，该低功耗反相器包括：反相器，其由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成，其中，在该反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件，以使得在输入端的电压发生跳变时，输出端的电压产生比输入端电压跳变幅度更大的跳变。本发明可以避免反相器的短路功耗，缩短反相器开关的恢复时间，提高电路的响应速度，增加整个电路的ESD防护能力。

Description

一种低功耗反相器、低功耗GOA电路和液晶显示面板

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，具体地说，涉及一种低功耗反相器、低功耗GOA电路和液晶显示面板。

背景技术

GOA(Gate Driver On Array，栅极驱动器阵列)是利用现有薄膜晶体管液晶显示器阵列制程将栅线行扫描驱动信号电路制作在阵列基板上，实现对栅线逐行扫描驱动方式的一项技术。

在一般低温多晶硅技术LTPS工艺中普遍采用CMOS GOA电路结构，其末端的反相器输出栅极驱动信号。在一般的COMS电路的反相器开关过程中，反相器中的N型晶体管和P型晶体管会发生导通，导致P型晶体管的参考电压输入端和N型晶体管的参考输入端之间在短期内存在短路电流，从而产生短路功耗。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种低功耗反相器、低功耗GOA电路和液晶显示面板，用以减少反相器中的N型晶体管和P型晶体管发生导通时的短路功耗。

根据本发明的一个方面，提供了一种低功耗反相器，包括：

反相器，其由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成，

其中，在所述反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件，以使得在所述输入端的电压发生跳变时，所述输出端的电压产生比所述输入端电压跳变幅度更大的跳变。

根据本发明的一个实施例，所述电压耦接元件为电容。

根据本发明的一个实施例，所述P型晶体管和所述N型晶体管为MOSFET管。

根据本发明的一个实施例，所述P型晶体管和所述N型晶体管为TFT薄膜晶体管。

根据本发明的一个实施例，在所述P型晶体管的参考电压输入端和所述N型晶体管的参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，所述两个反向的二极管的连接处与所述输出端连通。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种低功耗GOA电路，包括：

锁存器单元，用于接收并锁存级传信号；

与非门信号处理单元，与所述锁存器单元连接，基于所述级传信号产生本级的栅极驱动信号；

缓冲器，与所述与非门信号处理单元连接，用于增加所述栅极驱动信号的驱动能力；

缓冲反相器，与所述缓冲器连接，用于将所述缓冲器输出的信号反相后输出，其中，所述缓冲反相器包括由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成的反相器，在所述缓冲反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件，以使得在所述输入端的电压发生跳变时，所述输出端的电压产生比所述输入端电压跳变幅度更大的跳变。

根据本发明的一个实施例，所述电压耦接元件为电容。

根据本发明的一个实施例，所述P型晶体管和所述N型晶体管为TFT薄膜晶体管。

根据本发明的一个实施例，在所述P型晶体管的参考电压输入端和所述N型晶体管的参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，所述两个反向的二极管的连接处与所述输出端连通。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种采用以上任一项GOA电路的液晶显示面板。

本发明的有益效果：

本发明通过在反相器的输入端和输出端之间设置一电压耦合元件，可以避免反相器的短路功耗，并在该反相器的P型晶体管的参考电压输入端和N型晶体管的参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，缩短反相器开关的恢复时间，提高电路的响应速度，增加整个电路的ESD防护能力。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有LTPS工艺中普遍采用的CMOS GOA电路结构示意图；

图2是图1中最后一级反相器的输入输出波形图；

图3是根据本发明的一个实施例的低功耗GOA电路结构示意图；

图4是图3中最后一级缓冲反相器的输入输出波形图；

图5是根据本发明的另一个实施例的低功耗GOA电路结构示意图；以及

图6是图5中最后一级缓冲反相器的输入输出波形图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示为现有的一般LTPS(low-temperature polysilicon，低温多晶硅)工艺中普遍采用的CMOS GOA电路结构示意图。如图1所示，该GOA电路包括锁存器110、与非门信号处理器120、输出前的两级缓冲器130和反相器140。其中，锁存器110用于级传信号CK1和STV的锁存，是GOA电路设计的核心部分，CK1为第一时钟信号，STV为行扫描起始驱动信号。与非门信号处理器120通过第三时钟信号CK3控制信号线与锁存器110锁存的数据进行与非处理，用于产生本级的栅极驱动信号。输出前的两级缓冲器130用于增加与非门信号处理器120输出的栅极驱动信号的驱动能力。最后一级反相器140用于输出显示面板所需的栅极驱动信号，同时增加栅极驱动信号的驱动能力。

此处的反相器140由一个PTFT和NTFT串联构成，PTFT和NTFT的共栅极端作为反相器的输入端，PTFT和NTFT的共漏极端作为反相器的输出端OUT，PTFT的源极作为高电平参考电压(VGH)输入端IN，NTFT的源极作为低电平参考电压(VGL)输入端，其中，VGH大于VGL。

如图2所示为是图1所示电路最后一级反相器140的输入输出波形图。其中，IN信号为反相器的输入波形，OUT信号为反相器的输出波形。由图2可知，反相器电路的输入信号Vin(IN信号)存在上升和下降的延时。假设NTFT和PTFT管的阈值电压分别为Vtn(正值)和Vtp(负值)，在反相器开关的过程中，当Vtn<Vin<VGH-|Vtp|时，如图2中虚线区域所示，NTFT和PTFT会发生导通，VGH和VGL之间在短期内存在短路电流，从而产生短路功耗。

因此，本发明提供了一种低功耗反相器，用以解决在反相器开关的过程中由于反相器中的N型晶体管和P型晶体管发生导通导致的短路功耗。

如图3所示为根据本发明的一个实施例的低功耗GOA电路结构示意图，以下以图3中的低功耗反相器240为例来进行说明。

该低功耗反相器包括由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成的反相器，其中，在该反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件A，以使得在该反相器的输入端的电压发生跳变时，该反相器输出端的电压产生比输入端电压跳变幅度更大的跳变。

如图4所示为该低功耗反相器240的输入输出波形图。由于该电压耦接元件A的存在，导致低功耗反相器240的信号输出端OUT的输出电压在跳变过程中出现低于低电平参考电压VGL或高于高电平参考电压VGH的状态，即出现如图4中的脉峰1和脉峰2。

在本发明的一个实施例中，该电压耦接元件为电容。由于电容的浮接效应，在电容一端的电压发生变化时，另一端经过一段时间的延时也发生相应的变化，以使得电容两端的电压差保持不变。在电容的另一端发生相应变化的过程中，该另一端的电压产生图4中输出端OUT的脉峰1和脉峰2。当该电压耦接元件为电容时，其在该反相器的输入端和输出端之间的设置如图3所示。

以下基于图3及图4中的脉峰1和脉峰2来对低功耗反相器240的工作过程进行详细说明。在稳定状态下，低功耗反相器240的信号输入端IN输入高电平参考电压时，N型晶体管导通，P型晶体管截止，信号输出端OUT输出低电平参考电压VGL。当信号输入端IN的输入电平由高电平向低电平跳变时，与输入端IN连接的电容一端电压也由高电平向低电平跳变，由于电容的浮接效应，电容的另一端，也即信号输出端OUT出现脉峰1。由于该脉峰1的电压幅值低于VGL，导致在该脉峰1持续期间内，N型晶体管中的电流由VGL流向OUT端。

当Vtn<Vin<VGH-|Vtp|时，对应于图1中的反相器140会由于N型晶体管和P型晶体管短路导通产生短路损耗的情况。但是，对应于图3，由于在脉峰1持续期间内，信号输出端OUT的电压低于VGL，N型晶体管中的电流由VGL流向OUT端，P型晶体管中的电流由VGH流向OUT端，而不是由VGH直接流向VGL，这样就可以减少由于N型晶体管和P型晶体管短路导通产生的短路损耗。同理，在脉峰2持续期间内，信号输出端OUT的电压高于VGH，N型晶体管中的电流由OUT端流向VGL，P型晶体管中的电流由OUT端流向VGH，也可以减少由于N型晶体管和P型晶体管短路导通产生的短路损耗。

在本发明中，基于反相器240中N型晶体管和P型晶体管的设计参数，通过模拟测试方法，可以确定电压耦接元件的取值。在该电压耦接元件为电容时，即可以确定该电容的取值。并且，通过模拟测试可以设定该电容的取值，使得当Vtn<Vin<VGH-|Vtp|时，对应的信号输出端OUT的电压处于脉峰1或脉峰2的持续时间内。这样，在Vtn<Vin<VGH-|Vtp|时，N型晶体管和P型晶体管之间就不会出现短路导通，从而避免短路功耗。

在本发明中，当电压耦合元件为电容时，会导致反相器电路RC延时增加，使得电路的响应速度变慢。因此，在本发明的另一实施例中，在图3反相器中P型晶体管的高电平参考电压输入端和N型晶体管的低电平参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，这两个二极管的连接处与信号输出端OUT连通，如图5中的反相器250所示。如图5中的串联二极管D1和D2。这种设计可以充分发挥图3中中反相器240的优点，降低反相器240的短路功耗。

另外，如图5所示，由于在VGL和信号输出端OUT之间反向连接一二极管D1，使得在出现脉峰1时，电容散失的电荷可以通过D1和N型晶体管两条通路补充。由于在VGH和信号输出端OUT之间反向连接一二极管D2，在出现脉峰2时，电容积累的电荷可以通过D2和P型晶体管两条通路释放，从而够缩短CMOS开关的恢复时间，提高电路的响应速度。同时，在反相器250的信号输出端OUT增加了两个反相二极管的设计，也能够增加了整个GOA电路的ESD防护能力，提高了显示面板的性能。

如图6所示为图5中的低功耗反相器250的输入输出波形图，由于反向二极管D1和D2的存在，使得图5所示电路的输出端OUT相对于图3所示的反相器240具有更高的电荷泄放能力(信号输出端OUT的高低电平斜率变大)，其信号的响应速度提高，间接地提高了整个GOA电路的响应速度，增加了栅极信号的有效驱动时间。

在本发明的一个实施例中，P型晶体管和N型晶体管为MOSFET管。由MOSFET管构成的低功耗反相器可以应用在一般电路中。在本发明的另一个实施例中，P型晶体管和N型晶体管为TFT薄膜晶体管。由TFT薄膜晶体管构成的低功耗反相器可以应用在阵列基板中，尤其是基于LTPS技术的液晶显示面板中。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种低功耗GOA电路。如图3所示，该GOA电路包括锁存器单元210、与非门信号处理单元220、缓冲器230和缓冲反相器240。

其中，锁存器单元210用于接收并锁存级传信号；与非门信号处理单元220与锁存器单元210连接，用于产生本级的栅极驱动信号；缓冲器230与与非门信号处理单元220连接，用于增加栅极驱动信号的驱动能力；缓冲反相器240与缓冲器连接，该缓冲反相器240包括由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成反相器，其中，在该反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件A，以使得在输入端的电压发生跳变时，输出端的电压发生比输入端电压跳变幅度更大的跳变。

在本发明的一个实施例中，该电压耦接元件为电容，用以产生在输入端的电压发生跳变时，输出端的电压发生比输入端电压跳变幅度更大的跳变，减少由于N型晶体管和P型晶体管短路导通产生的短路损耗。

在本发明的一个实施例中，缓冲反相器240中的P型晶体管和N型晶体管为TFT薄膜晶体管，以有利于应用于LTPS显示面板上。

在本发明的一个实施例中，在P型晶体管的高电平参考电压输入端和N型晶体管的低电平参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，该两个二极管的连接处与输出端连通，如图5所示。这两个反向二极管能够缩短CMOS开关的恢复时间，提高电路的响应速度，同时增加了整个GOA电路的ESD防护能力，提高了显示面板的性能。

在本发明的另一个方面，还提供了一种采用以上任一低功耗GOA电路的液晶显示面板。该液晶显示面板避免由于缓冲反相器240中N型晶体管和P型晶体管短路导通产生的短路损耗，还能够缩短CMOS开关的恢复时间，提高电路的响应速度，同时增加了整个GOA电路的ESD防护能力，提高了显示面板的性能。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种低功耗反相器，包括：

反相器，其由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成，

其中，在所述反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件，以使得在所述输入端的电压发生跳变时，所述输出端的电压产生比所述输入端电压跳变幅度更大的跳变，

在所述P型晶体管的参考电压输入端和所述N型晶体管的参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，所述两个反向的二极管的连接处与所述输出端连通。

2.根据权利要求1所述的反相器，其特征在于，所述电压耦接元件为电容。

3.根据权利要求2所述的反相器，其特征在于，所述P型晶体管和所述N型晶体管为MOSFET管。

4.根据权利要求2所述的反相器，其特征在于，所述P型晶体管和所述N型晶体管为TFT薄膜晶体管。

5.一种低功耗GOA电路，包括：

锁存器单元，用于接收并锁存级传信号；

与非门信号处理单元，与所述锁存器单元连接，基于所述级传信号产生本级的栅极驱动信号；

缓冲器，与所述与非门信号处理单元连接，用于增加所述栅极驱动信号的驱动能力；

缓冲反相器，与所述缓冲器连接，用于将所述缓冲器输出的信号反相后输出，其中，所述缓冲反相器包括由一P型晶体管和一N型晶体管串联构成的反相器，在所述缓冲反相器的输入端与输出端之间设置一电压耦接元件，以使得在所述输入端的电压发生跳变时，所述输出端的电压产生比所述输入端电压跳变幅度更大的跳变，

在所述P型晶体管的参考电压输入端和所述N型晶体管的参考电压输入端之间串联设置两个反向的二极管，其中，所述两个反向的二极管的连接处与所述输出端连通。

6.根据权利要求5所述的GOA电路，其特征在于，所述电压耦接元件为电容。

7.根据权利要求6所述的GOA电路，其特征在于，所述P型晶体管和所述N型晶体管为TFT薄膜晶体管。

8.一种采用权利要求5-7中任一项所述GOA电路的液晶显示面板。