CN106601169B - 双向扫描栅极驱动电路 - Google Patents

双向扫描栅极驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向扫描栅极驱动电路，包括上拉控制模块、下拉控制模块、上拉/下拉电路模块、低电位维持模块、反相器模块、重置模块和自举电容；上拉控制模块和下拉控制模块对称设置，通过调节信号的时序，上拉控制模块和下拉控制模块的功能可以互相切换，从而实现双向扫描。本发明的栅极驱动电路可以进行正反向扫描，且在设计上上拉控制模块和下拉控制模块对称设置，通过调节信号时序实现功能切换，不需要增加额外的扫描方向的控制信号，减少了薄膜晶体管的数量，实现了显示屏窄边框的设计。

Description

双向扫描栅极驱动电路
技术领域
本发明涉及一种栅极驱动电路，尤其涉及一种双向扫描栅极驱动电路。
背景技术
平板显示器通常采用逐行扫描的方式将画面信号写入到像素中，有源阵列平板显示器的每个像素均有一个控制画面信号写入的开关薄膜晶体管(TFT)，其栅极(Gate)连接到水平扫描线上。扫描线的信号由外接的栅极驱动集成电路来驱动，栅极驱动集成电路可以控制各个扫描线逐行充电和放电。
阵列基板栅极驱动技术(GDM技术)，利用显示面板的阵列工程直接将栅极驱动电路直接构建在TFT阵列基板上，GDM技术减少了栅极驱动集成电路的工序，降低了产品的成本，并且可以有效减小显示面板的边框尺寸。
但是现有的栅极驱动电路由于电路连接关系的限制，通常采用单向扫描的方式，即只能进行正向或者反向的扫描操作，或者需要增加复杂的控制信号才能进行正反向扫描，不能满足现在移动设备多样化的应用需求。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种不需要增加额外控制信号的双向扫描栅极驱动电路。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种双向扫描栅极驱动电路，包括上拉控制模块、下拉控制模块、上拉/下拉电路模块、低电位维持模块、反相器模块、重置模块和自举电容；上拉控制模块连接前级的栅极扫描信号，下拉控制模块连接后级的栅极扫描信号，上拉控制模块和下拉控制模块均连接于上拉/下拉电路模块、低电位维持模块、反相器模块、重置模块和自举电容，上拉/下拉电路模块、自举电容均与低电位维持模块相连接，低电位维持模块与反相器模块相连接，上拉/下拉电路模块与重置模块相连接，低电位维持模块、反相器模块和重置模块均连接于一个恒压低电位。
上拉控制模块和上拉/下拉电路模块的连接节点为第一节点；低电位维持模块和反相器模块的连接节点为第二节点；上拉控制模块由时钟信号控制，正向扫描时用作第一节点的上拉控制模块，反向扫描时用作第一节点的下拉控制模块；下拉控制模块由时钟信号控制，反向扫描时用作第一节点的上拉控制模块，正向扫描时用作第一节点的下拉控制模块；上拉/下拉电路模块由时钟信号控制，用于驱动栅极扫描信号的输出；低电位维持模块用于在非工作时间内维持第一节点和栅极扫描信号的输出节点的低电位；反相器模块用于在工作时间内控制第二节点的电位；重置模块由清空重置信号控制，用于在每帧结束时清空第一节点和栅极扫描信号的输出节点的残留电荷；自举电容用于抬升第一节点的电位；上拉/下拉电路模块和低电位维持模块的连接节点输出栅极扫描信号。
栅极驱动电路的具体电路为：上拉控制模块由第一薄膜晶体管构成，第一薄膜晶体管的源极连接时钟信号，第一薄膜晶体管的栅极连接前级的栅极扫描信号；下拉控制模块由第二薄膜晶体管构成，第二薄膜晶体管的源极连接时钟信号，第二薄膜晶体管的栅极连接后级的栅极扫描信号；上拉/下拉电路模块由第三薄膜晶体管构成，第三薄膜晶体管的源极连接时钟信号，第三薄膜晶体管的栅极连接第二薄膜晶体管的漏极，该连接节点为第一节点。
低电位维持模块包含第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管，第四薄膜晶体管的源极连接第二薄膜晶体管的漏极，第五薄膜晶体管的源极连接第三薄膜晶体管的漏极；反相器模块包含第六薄膜晶体管、第七薄膜晶体管、第八薄膜晶体管和第九薄膜晶体管，第六薄膜晶体管的栅极连接前级的栅极扫描信号，第六薄膜晶体管的源极连接第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管的栅极，第七薄膜晶体管的栅极连接第一薄膜晶体管的漏极，第七薄膜晶体管的源极连接第六薄膜晶体管的源极，该连接节点为第二节点，第八薄膜晶体管的栅极连接后级的栅极扫描信号，第八薄膜晶体管的源极连接第七薄膜晶体管的源极，第九薄膜晶体管的源极和栅极连接一个恒压高电位的维持信号，第九薄膜晶体管的漏极连接第七薄膜晶体管的源极；重置模块包含第十薄膜晶体管和第十一薄膜晶体管，第十薄膜晶体管的栅极连接清空重置信号，第十薄膜晶体管的源极连接第一薄膜晶体管的漏极，第十一薄膜晶体管的栅极连接清空重置信号，第十一薄膜晶体管的源极连接第三薄膜晶体管的漏极；自举电容连接第三薄膜晶体管的栅极和漏极；第五薄膜晶体管、第六薄膜晶体管、第七薄膜晶体管、第八薄膜晶体管、第十薄膜晶体管和第十一薄膜晶体管均连接于所述恒压低电位；第三薄膜晶体管的漏极输出栅极扫描信号。
有益效果：本发明的栅极驱动电路可以进行正反向扫描，且在设计上上拉控制模块和下拉控制模块对称设置，通过调节信号时序实现功能切换，不需要增加额外的扫描方向的控制信号，减少了薄膜晶体管的数量，实现了显示屏窄边框的设计。
附图说明
图1是本发明的栅极驱动电路的基本架构图；
图2是本发明的栅极驱动电路进行正向扫描时的波形图；
图3是本发明的栅极驱动电路进行反向扫描时的波形图；
图4是本发明的栅极驱动电路的电路图；
图5是进行正向扫描时前四级栅极驱动电路的波形图；
图6是进行反向扫描时后四级栅极驱动电路的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示是本发明所述的栅极驱动电路的电路单元的基本架构图，包括上拉控制模块1、下拉控制模块2、上拉/下拉电路模块3、低电位维持模块4、反相器模块5、重置模块6和自举电容7。上拉控制模块1和下拉控制模块2对称设置，通过调节信号的时序，上拉控制模块1和下拉控制模块2的功能可以互相切换，从而实现双向扫描。
上拉控制模块1用于对第一节点netAn的电位进行上拉控制，包含第一薄膜晶体管M1，第一薄膜晶体管M1的源极连接前一级的时钟信号CKm-1，第一薄膜晶体管M1的栅极连接前两级的栅极扫描信号Gn-2。第一级和第二级栅极驱动电路中的第一薄膜晶体管M1的栅极连接正向扫描启动信号GSP1。
下拉控制模块2用于对第一节点netAn的电位进行下拉控制，包含第二薄膜晶体管M2，第二薄膜晶体管M2的源极连接后一级的时钟信号CKm+1，第二薄膜晶体管M2的栅极连接后两级的栅极扫描信号Gn+2。倒数第一级和倒数第二级栅极驱动电路中的第二薄膜晶体管M2的栅极连接反向扫描启动信号GSP2。
上拉/下拉电路模块3对栅极扫描信号Gn的输出节点的电位进行上拉和下拉操作，包含第三薄膜晶体管M3，第三薄膜晶体管M3的栅极连接于第一节点netAn，源极连接于本级的时钟信号CKm，漏极连接于栅极扫描信号Gn的输出节点，用于输出栅极扫描信号Gn。
低电位维持模块4连接第一节点netAn，输出节点Gn和第二节点netBn，还连接于一个恒压低电位VSS。低电位维持模块4受控于第二节点netBn的电位，用于在本级不工作的时间段内维持第一节点netAn和输出节点Gn的低电位。
反相器模块5受控于第一节点netAn，输出第二节点netBn，用于对第二节点netBn的电位进行控制，将第一节点netAn的电位反向后输出到第二节点netBn。
重置模块6连接第一节点netAn，输出节点Gn和恒压低电位VSS，用于清空第一节点netAn和输出节点Gn的残留电荷。
自举电容7包含一个电容C，电容C一端连接于第一节点netAn，另一端连接于输出节点Gn。
上拉控制模块1和下拉控制模块2对称设置，在正向扫描和反向扫描时，上拉控制模块1和下拉控制模块2的功能互相切换。在正向扫描时，模块1作为上拉控制模块，用于对第一节点netAn进行上拉控制，模块2作为下拉控制模块，用于对第一节点netAn进行下拉控制。在反向扫描时，模块1作为下拉控制模块，用于对第一节点netAn进行下拉控制，模块2作为上拉控制模块，用于对第一节点netAn进行上拉控制。正向扫描和反向扫描的切换，是通过切换正向扫描启动信号GSP1、反向扫描启动信号GSP2和时钟信号CK1～CK4的时序波形来实现。正向扫描时的波形图如图2所示，反向扫描时的波形图如图3所示。正向扫描时，栅极驱动电路从第一级向最后一级进行正向扫描；反向扫描时，栅极驱动电路从最后一级向第一级进行反向扫描。其中，n为正整数，表示第n级栅极驱动电路。
如图4所示是本发明栅极驱动电路的具体电路图，包括上拉控制模块1、下拉控制模块2、上拉/下拉电路模块3、低电位维持模块4、反相器模块5、重置模块6和自举电容7。上拉控制模块1和上拉/下拉电路模块3的连接节点为第一节点netAn；低电位维持模块4和反相器模块5的连接节点为第二节点netBn；上拉/下拉电路模块3和低电位维持模块4的连接节点输出栅极扫描信号Gn。
上拉控制模块1，由第一薄膜晶体管M1构成，第一薄膜晶体管M1的源极连接时钟信号CKm-1，第一薄膜晶体管M1的栅极连接前级的栅极扫描信号Gn-2，正向扫描时用作第一节点netAn的上拉控制模块，反向扫描时用作第一节点netAn的下拉控制模块。
下拉控制模块2，由第二薄膜晶体管M2构成，第二薄膜晶体管M2的源极连接时钟信号CKm+1，第二薄膜晶体管M2的栅极连接后级的栅极扫描信号Gn+2，反向扫描时用作第一节点netAn的上拉控制模块，正向扫描时用作第一节点netAn的下拉控制模块。
上拉/下拉电路模块3，用于驱动栅极扫描信号Gn的输出，同时可以对输出节点的电位进行上拉和下拉操作，由第三薄膜晶体管M3构成，第三薄膜晶体管M3的源极连接时钟信号CKm，第三薄膜晶体管M3的栅极连接第二薄膜晶体管M2的漏极，该连接节点为第一节点netAn。
低电位维持模块4，用于在非工作时间内维持第一节点netAn和栅极扫描信号Gn的输出节点的低电位，包含第四薄膜晶体管M4和第五薄膜晶体管M5，第四薄膜晶体管M4的源极连接第二薄膜晶体管M2的漏极，第四薄膜晶体管M4用于在非工作时间内维持第一节点netAn的低电位，第五薄膜晶体管M5的源极连接第三薄膜晶体管M3的漏极，第五薄膜晶体管M5用于在非工作时间内维持栅极扫描信号Gn的输出节点的低电位。
反相器模块5，用于在工作时间内控制第二节点netBn的电位，包含第六薄膜晶体管M6、第七薄膜晶体管M7、第八薄膜晶体管M8和第九薄膜晶体管M9，第六薄膜晶体管M6的栅极连接前级的栅极扫描信号Gn-2，第六薄膜晶体管M6的源极连接第四薄膜晶体管M4和第五薄膜晶体管M5的栅极，第七薄膜晶体管M7的栅极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，第七薄膜晶体管M7的源极连接第六薄膜晶体管M6的源极，该连接节点为第二节点netBn，第八薄膜晶体管M8的栅极连接后级的栅极扫描信号Gn+2，第八薄膜晶体管M8的源极连接第七薄膜晶体管M7的源极，第九薄膜晶体管M9的源极和栅极连接一个恒压高电位的维持信号VGH，第九薄膜晶体管M9的漏极连接第七薄膜晶体管M7的源极。反相器模块5受控于第一节点netAn，输出第二节点netBn，将第一节点netAn的电位反向后输出到第二节点netBn，用于下拉第二节点netBn的电位，防止第一节点netAn的电位在工作时间内无法抬升。
重置模块6，用于在每帧结束时清空第一节点netAn和栅极扫描信号Gn的输出节点的残留电荷，包含第十薄膜晶体管M10和第十一薄膜晶体管M11，第十薄膜晶体管M10的栅极连接清空重置信号CLR，第十薄膜晶体管M10的源极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，用于在每帧结束时清空第一节点netAn的残留电荷，第十一薄膜晶体管M11的栅极连接清空重置信号CLR，第十一薄膜晶体管M11的源极连接第三薄膜晶体管M3的漏极，用于在每帧结束时清空栅极扫描信号Gn的输出节点的残留电荷。
自举电容7，连接第三薄膜晶体管M3的栅极和漏极，用于抬升第一节点netAn的电位。第五薄膜晶体管M5、第六薄膜晶体管M6、第七薄膜晶体管M7、第八薄膜晶体管M8、第十薄膜晶体管M10和第十一薄膜晶体管M11均连接于恒压低电位VSS，第三薄膜晶体管M3的漏极输出栅极扫描信号Gn。
正向扫描和反向扫描的切换，是通过切换正向扫描启动信号GSP1、反向扫描启动信号GSP2和时钟信号CK1～CK4的时序波形来实现，时钟信号的占空比为50％。正向扫描时的波形图如图5所示，反向扫描时的波形图如图6所示。
结合图4和图5可知，本发明的栅极驱动电路的正向扫描的工作过程为：正向扫描启动信号GSP1提供一个脉冲信号给第一级和第二级栅极驱动电路单元中的上拉控制模块1的第一薄膜晶体管M1的栅极，使第一薄膜晶体管M1导通，经过半个时钟信号脉冲宽度的时间之后，时钟信号CK4开始第一个脉冲，对第一级栅极驱动电路单元中的自举电容C进行充电，抬升第一节点netA1的电位，导通第三薄膜晶体管M3。随后时钟信号CK1开始第一个脉冲，给输出节点G1充电，G1输出脉冲信号。时钟信号CK1同时连接第二级栅极驱动电路单元中的上拉控制模块1的第一薄膜晶体管M1的漏极，时钟信号CK1的第一个脉冲对第二级栅极驱动电路单元中的自举电容C进行充电，抬升第一节点netA2的电位，导通第三薄膜晶体管M3。随后时钟信号CK2开始第一个脉冲，给输出节点G2充电，G2输出脉冲信号。输出节点G1和G2的脉冲分别向下传到第三级和第四级栅极驱动电路单元中的上拉控制模块1的第一薄膜晶体管M1的栅极，按照上述类似过程，抬升netA3、netA4的电位，从而使第三级和第四级栅极驱动电路单元中的第三薄膜晶体管M3导通，随后输出G3和G4的脉冲。G3脉冲向上级传到第一级栅极驱动电路单元中的下拉控制模块2的第二薄膜晶体管M2的栅极，导通第二薄膜晶体管M2，第二薄膜晶体管M2的漏极连接于netA1和CK2，在CK2的作用下，netA1被下拉回到低电位，完成第一级栅极驱动电路单元的动作。类似的，netA2在CK3的作用下被下拉回到低电位，完成第二级栅极驱动电路单元的动作。依此类推，Gn依次向下级传递扫描输出脉冲，又同时向上级传递下拉第一节点的脉冲结束前级栅极驱动电路单元的动作，直至扫描至最后一级，实现正向扫描。
结合图4和图6可知，本发明的栅极驱动电路的反向扫描的工作过程为：反向扫描启动信号GSP2提供一个脉冲信号给倒数第一级和倒数第二级栅极驱动电路单元中的下拉控制模块2的第二薄膜晶体管M2的栅极，使第二薄膜晶体管M2导通，经过半个时钟信号脉冲宽度的时间之后，时钟信号CK1开始第一个脉冲，对倒数第一级栅极驱动电路单元中的自举电容C进行充电，抬升第一节点netAlast的电位，导通第三薄膜晶体管M3。随后时钟信号CK4开始第一个脉冲，给输出节点Glast充电，Glast输出脉冲信号。时钟信号CK4同时连接倒数第二级栅极驱动电路单元中的下拉控制模块2的第二薄膜晶体管M2的漏极，时钟信号CK4的第一个脉冲对倒数第二级栅极驱动电路单元中的自举电容C进行充电，抬升第一节点netA(last-1)的电位，导通第三薄膜晶体管M3。随后时钟信号CK3开始第一个脉冲，给输出节点Glast-1充电，Glast-1输出脉冲信号。输出节点Glast和Glast-1的脉冲分别向上传到倒数第三级和倒数第四级栅极驱动电路单元中的下拉控制模块2的第二薄膜晶体管M2的栅极，按照上述类似过程，抬升netA(last-2)、netA(last-3)的电位，从而使倒数第三级和倒数第四级栅极驱动电路单元中的第三薄膜晶体管M3导通，随后输出Glast-2和Glast-3的脉冲。Glast-2脉冲向下级传到倒数第一级栅极驱动电路单元中的上拉控制模块1的第一薄膜晶体管M1的栅极，导通第一薄膜晶体管M1，第一薄膜晶体管M1的漏极连接于netAlast和CK3，在CK3的作用下，netAlast被下拉回到低电位，完成倒数第一级栅极驱动电路单元的动作。类似的，netA(last-1)在CK2的作用下被下拉回到低电位，完成倒数第二级栅极驱动电路单元的动作。依此类推，Gn依次向上级传递扫描输出脉冲，又同时向下级传递下拉第一节点的脉冲结束后级栅极驱动电路单元的动作，直至扫描至第一级，实现反向扫描。
其中，上拉控制模块1和下拉控制模块2中的第一薄膜晶体管M1和第二薄膜晶体管M2的栅极和漏极信号的上升或下降沿并不是同时发生，可以避免两个信号的上升或下降沿同时发生而造成逻辑错误。

Claims (3)

1.一种双向扫描栅极驱动电路，其特征在于：包括上拉控制模块(1)、下拉控制模块(2)、上拉/下拉电路模块(3)、低电位维持模块(4)、反相器模块(5)、重置模块(6)和自举电容(7)；其中，上拉控制模块(1)连接前级的栅极扫描信号，下拉控制模块(2)连接后级的栅极扫描信号，上拉控制模块(1)和下拉控制模块(2)均连接于上拉/下拉电路模块(3)、低电位维持模块(4)、反相器模块(5)、重置模块(6)和自举电容(7)，上拉/下拉电路模块(3)、自举电容(7)均与低电位维持模块(4)相连接，低电位维持模块(4)与反相器模块(5)相连接，上拉/下拉电路模块(3)与重置模块(6)相连接，低电位维持模块(4)、反相器模块(5)和重置模块(6)均连接于一个恒压低电位；
上拉控制模块(1)和上拉/下拉电路模块(3)的连接节点为第一节点；低电位维持模块(4)和反相器模块(5)的连接节点为第二节点；上拉控制模块(1)由前级的时钟信号控制，正向扫描时用作第一节点的上拉控制模块，反向扫描时用作第一节点的下拉控制模块；下拉控制模块(2)由后级的时钟信号控制，反向扫描时用作第一节点的上拉控制模块，正向扫描时用作第一节点的下拉控制模块；上拉/下拉电路模块(3)由本级的时钟信号控制，用于驱动栅极扫描信号的输出；低电位维持模块(4)用于在非工作时间内维持第一节点和栅极扫描信号的输出节点的低电位；反相器模块(5)用于在工作时间内控制第二节点的电位；重置模块(6)由清空重置信号控制，用于在每帧结束时清空第一节点和栅极扫描信号的输出节点的残留电荷；自举电容(7)用于抬升第一节点的电位；上拉/下拉电路模块(3)和低电位维持模块(4)的连接节点输出栅极扫描信号。
2.根据权利要求1所述的双向扫描栅极驱动电路，其特征在于：上拉控制模块(1)由第一薄膜晶体管(M1)构成，第一薄膜晶体管(M1)的源极连接前级的时钟信号，第一薄膜晶体管(M1)的栅极连接前级的栅极扫描信号；
下拉控制模块(2)由第二薄膜晶体管M2构成，第二薄膜晶体管(M2)的源极连接后级的时钟信号，第二薄膜晶体管(M2)的栅极连接后级的栅极扫描信号；
上拉/下拉电路模块(3)由第三薄膜晶体管(M3)构成，第三薄膜晶体管(M3)的源极连接本级的时钟信号，第三薄膜晶体管(M3)的栅极连接第二薄膜晶体管(M2)的漏极，该连接节点为第一节点。
3.根据权利要求2所述的双向扫描栅极驱动电路，其特征在于：低电位维持模块(4)包含第四薄膜晶体管(M4)和第五薄膜晶体管(M5)，第四薄膜晶体管(M4)的源极连接第二薄膜晶体管(M2)的漏极，第五薄膜晶体管(M5)的源极连接第三薄膜晶体管(M3)的漏极；第四薄膜晶体管(M4)的漏极与第五薄膜晶体管(M5)的漏极连接，连接于恒压低电位；
反相器模块(5)包含第六薄膜晶体管(M6)、第七薄膜晶体管(M7)、第八薄膜晶体管(M8)和第九薄膜晶体管(M9)，第六薄膜晶体管(M6)的栅极连接前级的栅极扫描信号，第六薄膜晶体管(M6)的源极连接第四薄膜晶体管(M4)和第五薄膜晶体管(M5)的栅极，第七薄膜晶体管(M7)的栅极连接第一薄膜晶体管(M1)的漏极，第七薄膜晶体管(M7)的源极连接第六薄膜晶体管(M6)的源极，该连接节点为第二节点，第八薄膜晶体管(M8)的栅极连接后级的栅极扫描信号，第八薄膜晶体管(M8)的源极连接第七薄膜晶体管(M7)的源极，第九薄膜晶体管(M9)的源极和栅极连接一个恒压高电位的维持信号，第九薄膜晶体管(M9)的漏极连接第七薄膜晶体管(M7)的源极；
重置模块(6)包含第十薄膜晶体管(M10)和第十一薄膜晶体管(M11)，第十薄膜晶体管(M10)的栅极连接清空重置信号，第十薄膜晶体管(M10)的源极连接第一薄膜晶体管(M1)的漏极，第十一薄膜晶体管(M11)的栅极连接清空重置信号，第十一薄膜晶体管(M11)的源极连接第三薄膜晶体管(M3)的漏极；
自举电容(7)连接第三薄膜晶体管(M3)的栅极和漏极；第五薄膜晶体管(M5)、第六薄膜晶体管(M6)、第七薄膜晶体管(M7)、第八薄膜晶体管(M8)、第十薄膜晶体管(M10)和第十一薄膜晶体管(M11)均连接于所述恒压低电位；第三薄膜晶体管(M3)的漏极输出栅极扫描信号。
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