CN107665674B - 电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置 - Google Patents

电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置 Download PDF

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Abstract

一种电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置。该电平转换器(100)包含：N个输入端，用于接收N路输入信号(input(1)‑input(N))；N个控制信号端，用于接收N路控制信号(LHB(1)‑LHB(N))；N个输出端，用于输出N路输出信号(output(1)‑output(N))；电平转换单元(10)，连接N个输入端、N个控制信号端和N个输出端，用于根据控制信号端的第n路控制信号(LHB(n))，来确定将第n路输入信号(input(n))直接作为第n路输出信号(output(n))进行输出，或是将第n路输入信号进行转换后再作为第n路输出信号进行输出；其中所述转换是将具有较快上升时间的第n路输入信号转换为具有较慢上升时间的第n路输出信号，并且N为正整数，1≤n≤N。解决了由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题。

Description

电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置
技术领域
本公开涉及一种电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)广泛应用于生产生活的各个领域，其采用M*N点排列的逐行扫描矩阵显示。在进行显示时，TFT-LCD通过驱动电路来驱动显示面板中的各个像素进行显示。TFT-LCD的驱动电路主要包含栅极驱动电路和数据驱动电路。其中，数据驱动电路用于依据时钟信号定时将输入的数据顺序锁存并将锁存的数据转换成模拟信号后输入到显示面板的数据线。栅极驱动电路通常用移位寄存器来实现，所述移位寄存器将时钟信号转换成开启/断开电压，分别输出到显示面板的各条栅线上。显示面板上的一条栅线通常与一个移位寄存器(即移位寄存器的一级)对接。通过使得各个移位寄存器依序轮流输出开启电压，实现对显示面板中像素的逐行扫描。
另一方面，随着平板显示的发展，高分辨率、窄边框成为发展的趋势。针对这一趋势，出现了阵列基板栅极驱动(Gate Driver on Array，GOA)技术。GOA技术直接将TFT-LCD的栅极驱动电路集成制作在阵列基板上，由此来代替在面板外沿粘接的、由硅芯片制作的驱动芯片。由于该技术可以将驱动电路直接做在阵列基板上，面板周围无需再粘接IC和布线，减少了面板的制作程序，降低了产品成本，同时提高了TFT-LCD面板的集成度，使面板实现窄边框和高分辨率。
随着显示技术的急速进步，具有触控功能的显示装置由于其所具有的可视化操作等优点而逐渐受到越来越多人们的欢迎。根据触控面板与显示面板相对位置的不同，一般可以将现有的具有触控功能的显示装置分为表面式(on cell)触控面板与内嵌式(incell)触控面板两种。与表面式触控面板相比，内嵌式触控面板具有更薄的厚度与更高的光透过率。
发明内容
本公开提出一种电平转换器及其操作方法、栅极驱动电路和显示装置，可以解决由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题。
根据本公开的一方面，公开了一种电平转换器，包含：
N个输入端，用于接收N路输入信号；
N个控制信号端，用于接收N路控制信号；
N个输出端，用于输出N路输出信号；以及
电平转换单元，连接N个输入端、N个控制信号端和N个输出端，用于根据控制信号端的第n路控制信号，来确定将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出，或是将第n路输入信号进行转换后再作为第n路输出信号进行输出；
其中所述转换是将具有较快上升时间的第n路输入信号转换为具有较慢上升时间的第n路输出信号，并且N为正整数，1≤n≤N。
例如，在第n路控制信号等于n时，将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出；否则，进行所述转换。
例如，电平转换单元包括第一至第N电阻和第一至第N开关，其中，第n电阻和第n开关并联，第n电阻和第n开关的一端连接第n路输入信号，第n电阻和第n开关的另一端连接第n路输出信号。
例如，在第n路控制信号等于n时，第n开关导通；否则，第n开关保持断开。
例如，所述开关是薄膜晶体管。
例如，N＝6。
根据本公开的另一方面，公开了一种栅极驱动电路，一种栅极驱动电路，包括多个级联的GOA单元，每N个GOA单元为一组，每组中的GOA单元分别接收第一至第N时钟信号，其中上述电平转换器的N路输出信号被提供作为该第一至第N时钟信号。
例如，N个控制信号端接收来自时序控制器的N路控制信号。
例如，用时序控制器检测下一GOA单元的输出行，在检测到下一GOA单元的输出行为第NLHB+1行或第NLHB+2行或第NLHB+3行，并且下一GOA单元接收第n时钟信号时，则时序控制器输出等于n的第n路控制信号，其中在第NLHB行充电结束后开启长水平消隐时间。
根据本公开的又一方面，公开了一种包含上述栅极驱动电路的显示装置。
根据本公开的再一方面，公开了一种上述电平转换器的操作方法，包含：
由N个输入端分别接收N路输入信号；
由N个控制信号端分别接收N路控制信号；
由电平转换单元根据控制信号端的第n路控制信号，来确定将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出，或是将第n路输入信号进行转换后再作为第n路输出信号进行输出；以及
由N个输出端分别输出N路输出信号；
其中所述转换是将具有较快上升时间的第n路输入信号转换为具有较慢上升时间的第n路输出信号，并且N为正整数，1≤n≤N。
根据本公开实施例的电平转换器、栅极驱动电路和显示装置，可以解决由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题，从而提升画面品质。
附图说明
图1是一种GOA单元的电路图；
图2是图1的GOA单元的操作时序图；
图3是由图1中的GOA单元级联形成的栅极驱动电路中各信号的时序图；
图4是根据本公开一个实施例的电平转换器的示意结构图；
图5是根据本公开一个实施例的电平转换器中的电平转换单元的电路图；
图6是在上述栅极驱动电路中利用时序控制器来控制上述电平转换单元的方法的流程图；
图7是在上拉节点处电压下降、电平转换单元中开关断开、电平转换单元中开关闭合三种情况下GOA单元的对应输出信号的效果图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开所有实施例中采用的晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。在本实施例中，每个晶体管的漏极和源极的连接方式可以互换，因此，本公开实施例中各晶体管的漏极、源极实际是没有区别的。这里，仅仅是为了区分晶体管除栅极之外的两极，而将其中一极称为漏极，另一极称为源极。
申请人注意到，在基于GOA单元的内嵌式触控技术中，由于存在长水平消隐(Long-H Blank，简称LHB)时间以等待触控动作完成，因此，在此LHB期间，后续GOA单元对相应行的像素充电时间缩短，导致画面部分行显示偏暗。
本公开提出一种电平转换器、栅极驱动电路和显示装置，可以解决上述由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题。
图1是一种GOA单元的电路图。图2是图1的GOA单元的操作时序图。如图1所示，该GOA单元包含第一至第十二晶体管M1-M12以及第一电容C1。下面结合图1和图2对图1中的GOA单元的操作方法进行说明。
下面以图1中的晶体管均为N型晶体管为例进行说明。
在第一阶段(输入阶段)1，输入端INPUT处于高电平，输入晶体管T1导通，将输入端INPUT的高电平传递到上拉节点PU，此时上拉节点PU处于第一高电压，使得输出晶体管M3导通，由于第一时钟信号端CLK的第一时钟信号处于低电平，输出端OUTPUT输出低电平。此外，在该阶段中，由于上拉节点PU处于高电平，第一下拉控制晶体管M6和第二下拉控制晶体管M7导通，使得下拉节点PD处于低电平，相应地节点下拉晶体管M9和输出下拉晶体管M10均截止。此外，在该阶段中，复位信号端RESET的复位信号处于低电平，节点复位晶体管M2截止。
在第二阶段(输出阶段)2，输入端INPUT处于低电平，输入晶体管M1截止，复位信号端RESET处于低电平，节点复位晶体管M2保持截止，上拉节点PU继续使得输出晶体管M3导通，第一时钟信号端CLK的第一时钟信号处于高电平，输出端OUTPUT输出高电平，由于第一电容C1的电压耦合作用，此时上拉节点PU被从第一高电压抬升到第二高电压。此外，在该阶段中，由于上拉节点PU仍处于高电平，第一下拉控制晶体管M6和第二下拉控制晶体管M7保持导通，下拉节点PD仍处于低电平，相应地节点下拉晶体管M9和输出下拉晶体管M10均保持截止。
在第三阶段(复位阶段)3，输入端INPUT处于低电平，输入晶体管M1保持截止，复位信号端RESET的复位信号处于高电平，节点复位晶体管M2和输出复位晶体管M4导通，分别将上拉节点PU处的上拉信号和输出端OUTPUT的输出信号下拉至第一电源电压端VSS的电源电压。此外，在该阶段中，由于上拉节点PU处于低电平，第一下拉控制晶体管M6和第二下拉控制晶体管M7均截止，由于第二时钟信号端CLKB的第二时钟信号处于高电平，第三下拉控制晶体管M5和第四下拉控制晶体管M8均导通，使得下拉节点PD从低电平跳变至高电平，相应地节点下拉晶体管M9和输出下拉晶体管M10均导通，将上拉节点PU处的上拉信号和输出端OUTPUT的输出信号下拉至第一电源电压端VSS的电源电压。
在第四阶段(保持阶段)4，第二时钟信号端CLKB的第二时钟信号处于低电平，第三下拉控制晶体管M5和第四下拉控制晶体管M8均截止，由于上拉节点PU处于低电平，第一下拉控制晶体管M6和第二下拉控制晶体管M7均保持截止。下拉节点PD的电压处于高电平，相应地节点下拉晶体管M9和输出下拉晶体管M10均导通，将上拉节点PU和输出端OUTPUT保持下拉至第一电源电压端VSS的电源电压。
第一电源电压端VSS是低电源电压端。
此后，在下一帧到来之前，上拉节点PU一直处于低电平，下拉节点PD一直处于高电平，输出端OUTPUT一直输出低压信号。直至下一帧到来，所述GOA单元收到输入端INPUT的高电平信号后，重新执行上述第一阶段。
由图2可以看出，第一时钟信号端CLK的第一时钟信号与第二时钟信号端CLKB的第二时钟信号反相。
图3是由图1中的GOA单元级联形成的栅极驱动电路中各信号的时序图。在图3的示例中，每6个GOA单元为一组，图3示出了该6个GOA单元的各自的时钟信号CLK1-CLK6、6个GOA单元中的第一个输入的起始输入信号STV以及控制是否进行触控的信号SW的时序。应注意，虽然本公开以栅极驱动电路中6个GOA单元为一组作为示例，然而，栅极驱动电路中实际上可以以任意N个GOA单元级联为一组，并且包含多个这样的组。
在图3的示例中，该多个GOA单元中的第一个GOA单元的输入端接收第一帧起始信号STV。第二至第三GOA单元的输入端分别接收第二至第三帧起始信号(未示出)。第四至第六GOA单元的输入端分别接收第一至第三GOA单元的输出信号。第一至第六GOA单元的第一时钟信号端分别接收第一至第六时钟信号CLK1-CLK6。根据先前的描述，可以知道，第一至第六GOA单元的输出信号分别与第一至第六时钟信号CLK1-CLK6相对应。SW信号控制是否进行触控。
下面结合图1和图3进行说明。在上述栅极驱动电路中，存在长水平消隐时间，等待触控动作完成，在此期间，GOA单元关闭以等待触控动作完成。假设第NLHB行充电结束后开启长水平消隐时间，则第NLHB+1、NLHB+2、NLHB+3行对应的GOA单元的输入信号已经有效，这些GOA单元的上拉节点PU处的电压拉高，但是在长水平消隐时间内，因为漏电流的存在，上拉节点PU处的电压会下降，导致输出晶体管M3开启程度不足，在第一时钟信号端CLK的第一时钟信号处于高电平时，会由于输出晶体管M3充电能力不足，导致NLHB+1、NLHB+2、NLHB+3行对应的GOA单元的输出端OUTPUT的输出信号上升时间增长，从而导致对NLHB+1、NLHB+2、NLHB+3行的像素的充电时间缩短，对应此三行的画面显示效果就会偏暗。
本公开提出一种电平转换器、栅极驱动电路和显示装置，可以相对于非LHB时间下的GOA单元，提升LHB时间下的GOA单元在上拉节点PU处电压下降后的充电时间，改善由于上拉节点PU处电压下降导致的画面部分行显示偏暗，从而提升画面品质。
图4是根据本公开一个实施例的电平转换器的示意图。如图4所示，该电平转换器100包含：N个输入端，用于接收N路输入信号input(1)-input(N)；N个控制信号端，用于接收N路控制信号LHB(1)-LHB(N)；N个输出端，用于输出N路输出信号output(1)-output(N)；以及电平转换单元10，连接N个输入端、N个控制信号端和N个输出端，用于根据控制信号端的第n路控制信号LHB(n)，来确定将第n路输入信号input(n)直接作为第n路输出信号output(n)进行输出，或是将第n路输入信号input(n)进行转换后再作为第n路输出信号output(n)进行输出；
其中所述转换是将具有较快上升时间的第n路输入信号input(n)转换为具有较慢上升时间的第n路输出信号output(n)，并且N为正整数，1≤n≤N。
在一个实施例中，例如，在第n路控制信号LHB(n)等于n时，将第n路输入信号input(n)直接作为第n路输出信号output(n)进行输出；否则，进行所述转换。例如，在LHB(2)＝2时，将第2路输入信号input(2)直接作为第2路输出信号output(2)进行输出。
在一个实施例中，例如，上述N路控制信号LHB(1)-LHB(N)可以来自时序控制器20。
图5是根据本公开一个实施例的电平转换器100中的电平转换单元10的电路图。如图5所示，该电平转换单元包括第一至第N电阻和第一至第N开关。对于1≤n≤N，第n电阻Rn和第n开关Sn并联，第n电阻Rn和第n开关Sn的一端连接第n路输入信号input(n)，第n电阻Rn和第n开关Sn的另一端连接第n路输出信号output(n)。
在一个实施例中，例如，在第n路控制信号LHB(n)等于n时，第n开关Sn导通；否则，第n开关Sn保持断开。例如，在LHB(2)＝2时，第2开关S2导通；在LHB(2)≠2时，第2开关S2保持断开。
在一个实施例中，例如，上述开关是薄膜晶体管。
在一个实施例中，例如，N＝6。在这种情况下，采用上述电平转换单元的电平转换器可以用于提供时钟信号给结合图1和图3讨论的栅极驱动电路。
能够理解，图5中所示出的电平转换单元10的具体电路结构仅仅是一种示例，其也可以采用其他适当的电路结构，只要能实现其功能即可，本发明对此不做限制。
根据本公开的另一方面，公开了一种上述电平转换器100的操作方法，包含：
由N个输入端分别接收N路输入信号input(1)-input(N)；
由N个控制信号端分别接收N路控制信号LHB(1)-LHB(N)；
由电平转换单元10根据控制信号端的第n路控制信号LHB(n)，来确定将第n路输入信号input(n)直接作为第n路输出信号output(n)进行输出，或是将第n路输入信号input(n)进行转换后再作为第n路输出信号output(n)进行输出；以及
由N个输出端分别输出N路输出信号output(1)-output(N)；
其中所述转换是将具有较快上升时间的第n路输入信号input(n)转换为具有较慢上升时间的第n路输出信号output(n)，并且N为正整数，1≤n≤N。
根据本公开的又一方面，公开了一种栅极驱动电路，包括多个级联的GOA单元，每N个GOA单元为一组，每组中的GOA单元分别接收第一至第N时钟信号，上述电平转换器100的N路输出信号被提供作为该第一至第N时钟信号，N为正整数。
在一个实施例中，例如，N个控制信号端接收来自时序控制器20的N路控制信号。
在一个实施例中，例如，用时序控制器20检测下一GOA单元的输出行，在检测到下一GOA单元的输出行为第NLHB+1行或第NLHB+2行或第NLHB+3行、并且下一GOA单元接收第n时钟信号时，则时序控制器输出等于n的第n路控制信号LHB(n)，其中在第NLHB行充电结束后开启长水平消隐时间。NLHB可以由用户进行设定。
例如，N＝6。
图6是在上述栅极驱动电路中利用时序控制器来控制上述电平转换单元的方法的流程图。下面以N＝6为例进行说明。在这种情况下，采用上述电平转换单元的电平转换器可以用于提供时钟信号给结合图1和图3讨论的栅极驱动电路。
一般地，方法200开始于步骤S201并在步骤S205结束。
GOA单元的当前行(记为第n行)的输出端OUTPUT的输出信号为第n+3行的GOA单元的输入信号。在步骤S202，用时序控制器20检测下一GOA单元的输出行。如果在步骤S202检测到下一GOA单元的输出行不是第NLHB+1、第NLHB+2行或第NLHB+3行中的任一个，则方法返回到步骤S201。如果在步骤S202检测到下一GOA单元的输出行为第NLHB+1行、第NLHB+2行或第NLHB+3行中的任一个、并且下一GOA单元接收第n时钟信号，则在步骤S203，则时序控制器20输出等于n的第n路控制信号LHB(n)，即LHB(n)＝n(1≤n≤6)的控制信号给电平转换单元10。在步骤S204，电平转换单元接收LHB(n)＝n的控制信号之后，第n输入端input(n)对应的开关Sn闭合，电阻Rn短路。如本领域技术人员所理解的，控制信号，例如方波信号，经过开关之后的输出信号的上升时间相较于经过电阻之后的输出信号的上升时间缩短。因此，在上述示例中，该行输出信号output(n)的上升时间相对较短，即，对于对应的GOA单元，其接收的第一时钟信号的上升时间相对较短，从而使得该GOA单元的输出信号的上升时间缩短。而由于该GOA单元的上拉节点PU处电压因为漏电流的存在而下降，导致输出晶体管M3开启程度不足，因此使得该GOA单元的输出信号的上升时间变长。这两种效果相互抵消，从而使得该GOA单元的输出信号的上升时间和其它行对应的GOA单元的输出信号的上升时间一致，从而使NLHB+1、NLHB+2、NLHB+3行对应的GOA单元的输出信号也与其它行对应的GOA单元的输出信号保持一致，从而改善NLHB+1、NLHB+2、NLHB+3行三行画面显示偏暗的问题，提升画面品质。
图7是在上拉节点PU处电压下降、电平转换单元中开关断开、电平转换单元中开关闭合三种情况下GOA单元的对应输出信号G_out的效果图。如图7所示，在第一种情况下，上拉节点PU处电压下降，GOA单元的对应输出信号G_out的上升时间较长；在第二种情况下，电平转换单元中开关断开，GOA单元的对应输出信号G_out的上升时间居中；在第三种情况下，电平转换单元中开关闭合，GOA单元的对应输出信号G_out的上升时间较短。上述第一种情况和第三种情况结合的情形下的GOA的对应输出信号G_out的上升时间应与第二种情况下的GOA的对应输出信号G_out的上升时间大致一致，从而解决上述由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题。
根据本公开的再一方面，公开了一种包含上述栅极驱动电路的显示装置。
这里的显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
根据本公开实施例的电平转换器、栅极驱动电路和显示装置，可以解决由于长水平消隐时间导致的画面部分行显示偏暗的问题，从而提升画面品质。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电平转换器，包含：
N个输入端，用于接收N路输入信号；
N个控制信号端，用于接收N路控制信号；
N个输出端，用于输出N路输出信号；以及
电平转换单元，连接N个输入端、N个控制信号端和N个输出端，用于根据控制信号端的第n路控制信号，来确定将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出，或是将第n路输入信号进行转换后再作为第n路输出信号进行输出；
其中当第n路输入信号被转换时，其对应的第n路输出信号具有比转换前的所述第n路输入信号更长的上升时间，并且N为正整数，1≤n≤N。
2.根据权利要求1所述的电平转换器，其中，在第n路控制信号等于n时，将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出；否则，进行所述转换。
3.根据权利要求1或2所述的电平转换器，电平转换单元包括第一至第N电阻和第一至第N开关，
其中，第n电阻和第n开关并联，第n电阻和第n开关的一端连接第n路输入信号，第n电阻和第n开关的另一端连接第n路输出信号。
4.根据权利要求3所述的电平转换器，在第n路控制信号等于n时，第n开关导通；否则，第n开关保持断开。
5.根据权利要求3所述的电平转换器，其中，所述开关是薄膜晶体管。
6.根据权利要求1所述的电平转换器，其中，N＝6。
7.一种栅极驱动电路，包括多个级联的GOA单元，每N个GOA单元为一组，每组中的GOA单元分别接收第一至第N时钟信号，其中根据权利要求1-6任一项所述的电平转换器的N路输出信号被提供作为该第一至第N时钟信号。
8.根据权利要求7所述的栅极驱动电路，其中，N个控制信号端接收来自时序控制器的N路控制信号。
9.根据权利要求8所述的栅极驱动电路，其中，用时序控制器检测下一GOA单元的输出行，在检测到下一GOA单元的输出行为第NLHB+1行或第NLHB+2行或第NLHB+3行，并且下一GOA单元接收第n时钟信号时，则时序控制器输出等于n的第n路控制信号，其中在第NLHB行充电结束后开启长水平消隐时间。
10.一种显示装置，包含根据权利要求7-9任一项所述的栅极驱动电路。
11.一种根据权利要求1所述的电平转换器的操作方法，包含：
由N个输入端分别接收N路输入信号；
由N个控制信号端分别接收N路控制信号；
由电平转换单元根据控制信号端的第n路控制信号，来确定将第n路输入信号直接作为第n路输出信号进行输出，或是将第n路输入信号进行转换后再作为第n路输出信号进行输出；以及
由N个输出端分别输出N路输出信号；
其中当第n路输入信号被转换时，其对应的第n路输出信号具有比转换前的所述第n路输入信号更长的上升时间，并且N为正整数，1≤n≤N。
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