TWI606435B - 閘極線驅動電路及包含其之顯示裝置 - Google Patents

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Description

閘極線驅動電路及包含其之顯示裝置
本發明係關於顯示面板之技術領域，尤指一種閘極線驅動電路及顯示裝置。
圖1係習知之一閘極線驅動電路之示意圖。如圖1所示，第n-1級閘極線驅動電路110係用以產生輸出訊號Gn-1。該輸出訊號Gn-1不僅用來驅動第n-1條閘極線120，亦用來控制第n級閘極線驅動電路130的一電晶體131。同理，輸出訊號Gn亦是用來驅動第n條閘極線140及控制第n+1級閘極線驅動電路的一電晶體(圖未示)。
圖2係習知之一第n級閘極線驅動電路130之時序圖。 其中，當輸出訊號Gn-1為高電壓時，電晶體131係為導通。U2D訊號為一直流高電壓訊號，所以此時第n級閘極線驅動電路130的控制節點N會被充電至一第一高電壓VGH1。當輸出訊號Gn-1變為低電壓時，下拉電路132是關閉狀態，即控制節點N會被保持在第一高電壓VGH1。 此時電晶體133導通，且電晶體133源極上的訊號CK會由低電壓轉高電壓。由於有電容134的關係，控制節點N的電壓會被提昇至第二高電壓VGH2。且，電晶體133導通，輸出訊號Gn會被拉成高電壓，以驅動第n條閘極線140，並同時對下一級的閘極線驅動電路之控制節點 N進行充電。所以輸出訊號Gn的寬度會被訊號CK所控制。
如圖2所示，該輸出訊號Gn的寬度為4相位(4 phase,4H)，亦即輸出訊號Gn的波形中為高電壓的寬度從時段T4至T7。於時段T7，則對於第n條閘極線140相對應的薄膜電晶體的資料進行寫入操作。由於閘極線連接許多薄膜電晶體，其電感電容負載(LC loading)效應大，因此輸出訊號Gn在時段T4時，即變為高電壓。
然而，由於隨著顯示需求的提升，相對應地，也需要各種不同方式的改善顯示畫面的品質。例如，縮小該輸出訊號Gn寬度的方式，如2相位(2 phase,2H)。圖3係習知之第n級閘極線驅動電路130之另一時序圖。如圖3所示，該輸出訊號Gn的寬度係改為2相位(2H)。
於圖3中，輸出訊號Gn-1為高電壓時，電晶體131導通，U2D訊號會對第n級閘極線驅動電路130的控制節點N充電至第一高電壓。在時段T4、T5時，輸出訊號Gn-1及訊號CK均為低電壓，控制節點N的電壓只能依賴電容134來維持。此時若有漏電流路徑，控制節點N的電壓會小於第一高電壓VGH1，如圖3橢圓虛線處所示。
在時段T6時，訊號CK變為高電壓，控制節點N的電壓會被提昇。由於在時段T4、T5時所產生的漏電流路徑，控制節點N的電壓VGH2’無法被提昇至第二高電壓VGH2，會較第二高電壓VGH2還小。訊號CK變為高電壓只有2H(時段T6、時段T7)，電晶體133導通時，訊號CK需對第n條閘極線140充電。一般來說，第n條閘極線140的負載(loading)會影響輸出訊號Gn的波形。所以當訊號CK充電時間只有2H的狀況時，輸出訊號Gn的上昇時間(rising time)與下降時間(falling time)會較圖2中的輸出訊號Gn長。當傳遞級數越多時，波形之變形(distortion)會越嚴重，因此導致閘極線驅動電路無 法正確傳遞，進而造成閘極線驅動電路失效。因此，習知閘極線驅動電路實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一種閘極線驅動電路及顯示裝置，其對閘極線的驅動與對後級閘極線驅動電路之控制係獨立分離，因此可避免習知技術中當傳遞級數越多時，波形會變形越嚴重的問題。 且由於對閘極線的驅動與對後級閘極線驅動電路之控制係獨立分離，故容易更改閘極線驅動訊號的占空比，因此閘極線驅動電路的時序控制可較習知技術準確，進而可提昇顯示面板的影像顯示品質。同時，由於係以較習知技術大的電流驅動閘極線，故可避免習知技術中閘極線上的訊號Gn的上昇時間與下降時間過長的問題。
依據本發明之一特色，本發明提出一種閘極線驅動電路，其包括一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、及一增壓電容。 該第一電晶體具有一控制端連接至一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一充電高電壓、及一第二端連接至一控制節點。該第二電晶體具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第一時序訊號。一第三電晶體具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第二時序訊號。該增壓電容的一端連接至該控制節點，其另一端連接至該第三電晶體的第一端，其中，該第三電晶體的第一端連接至一後級閘極線驅動電路之第一電晶體的控制端，而該第二電晶體的第一端連接至一閘極線，以獨立分離地驅動該閘極線與控制該後級閘極線驅動電路。
依據本發明之另一特色，本發明提出一種顯示裝置，其包含一顯示面板、及複數級閘極線驅動電路。該複數級閘極線驅動電路用以驅動該顯示面板進行顯示，其中，每一閘極線驅動電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、及一增壓電容。該第一電晶體具有一控制端連接至一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一充電高電壓、及一第二端連接至一控制節點。該第二電晶體具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第一時序訊號。該一第三電晶體具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第二時序訊號。該增壓電容的一端連接至該控制節點，其另一端連接至該第三電晶體的第一端，其中，該第三電晶體的第一端連接至一後級閘極線驅動電路之第一電晶體的控制端，而該第二電晶體的該第一端連接至一閘極線，以獨立分離地驅動該閘極線和控制該後級閘極線驅動電路。
110‧‧‧第n-1級閘極線驅動電路
Gn-1‧‧‧輸出訊號
120‧‧‧第n-1條閘極線
130‧‧‧第n級閘極線驅動電路
131‧‧‧電晶體
Gn‧‧‧輸出訊號
140‧‧‧第n條閘極線
N‧‧‧控制節點
132‧‧‧下拉電路
133‧‧‧電晶體
134‧‧‧電容
400‧‧‧顯示裝置
410‧‧‧顯示面板
420‧‧‧資料線驅動電路
411‧‧‧閘極線
413‧‧‧資料線
415‧‧‧像素
500‧‧‧閘極線驅動電路
501‧‧‧第一電晶體
502‧‧‧第二電晶體
503‧‧‧第三電晶體
504‧‧‧第四電晶體
505‧‧‧增壓電容
506‧‧‧下拉單元
c1,c2,c3,c4,c5‧‧‧控制端
a1,a2,a3,a4,a5‧‧‧第一端
b1,b2,b3,b4,b5‧‧‧第二端
N‧‧‧控制節點
SRn-1‧‧‧充放電控制訊號
U2D‧‧‧充電高電壓
Gn‧‧‧輸出訊號
CK_1、CK_4‧‧‧第一時序訊號
CK1、CK4‧‧‧第二時序訊號
SRn+1‧‧‧充放電控制訊號
D2U‧‧‧放電低電壓
VGH‧‧‧控制高電壓
VGH1‧‧‧第一高電壓
VGL‧‧‧低電壓
VGH2‧‧‧控制節點N電壓
VGH2’‧‧‧控制節點N電壓
SRn‧‧‧充放電控制訊號
Gn‧‧‧閘極線
GOA(8n)‧‧‧第n級8相位閘極線驅動電路
GOA(8n-4)‧‧‧第n-4級8相位閘極線驅動電路
SR_8n-4‧‧‧第n-4級的SR輸出訊號
SR_8n+4‧‧‧第n+4級的SR輸出訊號
G_8n‧‧‧閘極線訊號
SR_8n‧‧‧充放電控制訊號
507‧‧‧第五電晶體
P,Q,R‧‧‧節點
CK_8‧‧‧第三時序訊號
圖1係一習知閘極線驅動電路之示意圖。
圖2係習知之一第n級閘極線驅動電路之時序圖。
圖3係習知之第n級閘極線驅動電路之另一時序圖。
圖4係本發明之顯示裝置之示意圖。
圖5係本發明之一第一實施例之閘極線驅動電路的電路圖。
圖6係本發明之第一實施例之閘極線驅動電路的時序圖。
圖7為本發明之一8相位閘極線驅動電路之示意圖。
圖8係本發明之8相位閘極線驅動電路之連接示意圖。
圖9係顯示本發明圖8之範例的時序圖。
圖10係本發明之一第二實施例之閘極線驅動電路的電路圖。
圖11係顯示本發明之第二實施例之閘極線驅動電路的時序圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
圖4係本發明之顯示裝置400之示意圖。該顯示裝置400包括一顯示面板410、及複數個資料線驅動電路420、及複數級閘極線驅動電路500。該顯示面板410具有複數條閘極線411及複數條資料線413。每一閘極線411及每一資料線413交接處設置有一像素415。該複數級閘極線驅動電路500依序驅動該複數條閘極線411，以讓該複數個資料線驅動電路420將相關像素資料寫入對應的像素415，據以驅動該顯示面板410以進行顯示。
圖5係本發明之第一實施例之閘極線驅動電路500的電路圖。該閘極線驅動電路500包含一第一電晶體501、一第二電晶體502、一第三電晶體503、一第四電晶體504、一增壓電容505、及一下拉單元506。
該第一電晶體501具有一控制端c1連接至一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號SRn-1、一第一端a1連接至一充電高電壓U2D、及一第二端b1連接至一控制節點N。
該第二電晶體502具有一控制端c2連接至該控制節點N、一第一端a2連接至一閘極線Gn、及一第二端b2連接至一第一時序訊號CK_1。於本發明第一實施例中，符號Gn可代表一實體元件，例如閘極線，亦可代表在實體元件(閘極線)上的訊號，此為電子電路繪圖所慣用，故不再贅述。
該第三電晶體503具有一控制端c3連接至該控制節點N、一第一端a3連接至一後級閘極線驅動電路的第一電晶體、及一第二端b3連接至一第二時序訊號CK1。
該增壓電容505其一端連接至該控制節點N，其另一端連接至該第三電晶體503的第一端a3。該第四電晶體504具有一控制端c4連接至該後級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號SRn+1、一第一端a4連接至一放電低電壓D2U及一第二端b4連接至該控制節點N。
該下拉單元506連接至該控制節點N、該第二電晶體502的第一端a2、及該第三電晶體503的第一端a3，以在該閘極線驅動電路500沒有運作時，使該控制節點N、該第二電晶體502的第一端a2、及該第三電晶體503的第一端a3維持在一低電壓VGL。在一實施例中，下拉單元506可為一電阻或一連接成二極體形式的電晶體(diode-connected電晶體)。
由於，該第三電晶體503的第一端a3連接至該後級閘極線驅動電路之第一電晶體的控制端，而使對該閘極線Gn的驅動與該後級閘極線驅動電路之控制係獨立分離。也就是說，第二電晶體502和第三電晶體503可獨立分離地驅動此級閘極線Gn和控制後級閘極線驅動電路，藉此可在不影響閘極線驅動的前提下，更彈性地調整閘極線Gn 的閘極訊號寬度。在一實施例中，第一電晶體501、第二電晶體502、第三電晶體503及第四電晶體504較佳可為N型電晶體，但不以此為限。
圖6係本發明第一實施例閘極線驅動電路500的時序圖。 如圖6所示，當一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號SRn-1為一控制高電壓VGH時，該第一電晶體501導通。一充電高電壓U2D對該控制節點N充電，而使該控制節點N的電壓上昇至一第一高電壓VGH1。於本實施例中，該控制高電壓VGH的電壓大小與該第一高電壓VGH1的電壓大小相同。於其它實施例中，該控制高電壓VGH的電壓大小也可以大於或小於該第一高電壓VGH1的電壓大小。
此時，由於該控制節點N的電壓為第一高電壓VGH1，該第二電晶體502及該第三電晶體503導通，因此該第二電晶體502的該第一端a2電壓與其該第二端b2電壓相同、該第三電晶體503的該第一端a3電壓與其該第二端b3電壓相同。由於第二端b2連接至該第一時序訊號CK_1、且該第一時序訊號CK_1在時段T0至T5為低電壓VGL，故訊號Gn在時段T0至T5亦為低電壓。由於第二端b3連接至該第二時序訊號CK1、且該第二時序訊號CK1在時段T0至T3為低電壓VGL，故該第一端a3上的充放電控制訊號SRn在時段T0至T3亦為低電壓VGL。
該第二時序訊號CK1在時段T4至T7變為高電壓，由於該增壓電容505的緣故，因此使該控制節點N的電壓上昇至一第二高電壓VGH2。在時段T4至T7中，該第一端a3上的充放電控制訊號SRn變為控制高電壓VGH，可對後級閘極線驅動電路的對應之該控制節點N進行充電。且在時段T4至T5中，輸出訊號Gn仍為低電壓VGL。
在時段T6至T7中，該第一時序訊號CK_1變為控制高電壓VGH，因此在時段T6至T7中，訊號Gn變為控制高電壓VGH，以驅動該顯示面板410上的閘極線411，俾讓資料線驅動電路420在時段T7中將相關像素資料寫入對應的像素415。
亦即，相較於習知技術，本發明第一實施例中，藉由新增第二電晶體502的方式，可將對閘極線的輸出訊號Gn的輸出與對下一級閘極線驅動電路對應控制節點的充電分開。該第二電晶體502的閘極端連接該控制節點N，其汲極連接該第一時序訊號CK_1，其源極則輸出為訊號Gn。輸出訊號Gn連結顯示面板410的閘極線Gn。輸出訊號Gn的開啟寬度由第一時序訊號CK_1所控制，亦即輸出訊號Gn的高電壓寬度由第一時序訊號CK_1所控制。該第三電晶體503之汲極連接該第二時序訊號CK1，其源極端輸出為充放電控制訊號SRn。該充放電控制訊號SRn會輸出至下一級閘極線驅動電路對應的第一電晶體的閘極，以導通下一級閘極線驅動電路對應的第一電晶體，以對下一級閘極線驅動電路對應的控制節點充電。
依據本發明的閘極線驅動電路500，對下一級控制節點充電的第一電晶體開啟的寬度由充放電控制訊號SRn所控制，而充放電控制訊號SRn的寬度由第二時序訊號CK1所控制。顯示面板410內閘極線Gn開啟寬度由第一時序訊號CK_1所控制。第一時序訊號CK_1與第二時序訊號CK1寬度可以分開獨立控制，所以可保有原來閘極線驅動電路的操作邊界值(margin)，且可以分開控制顯示面板410內之閘極線Gn開啟寬度。
圖7為本發明之一實施例8相位閘極線驅動電路(8 phase GOA)的示意圖，圖7中僅顯示單一級之8相位閘極線驅動電路之電路 圖。圖8係本發明的8相位閘極線驅動電路之連接方式的示意圖。其中，GOA(8n)代表第n級8相位閘極線驅動電路，GOA(8n-4)代表第n-4級8相位閘極線驅動電路，依序類推。
8相位閘極線驅動電路會以8個為一循環。第n級8相位閘極線驅動電路之第一電晶體501與第四電晶體504之閘極分別會連接第n-4級與n+4級的SR輸出訊號SR_8n-4與SR_8n+4。每一級8相位閘極線驅動電路會輸出個別的閘極線訊號，例如G_8n，也會輸出充放電控制訊號，例如SR_8n。其餘閘極線驅動電路可參閱圖8。圖9係顯示本發明圖8之實施例的時序圖，其中CKx與CK_x寬度不同，當中x為1,2,...,8。CKx可維持約50%占空比(duty cyclc)，以確保原來閘極線驅動電路的操作邊界值(margin)，而CK_x之占空比在小於50%的範圍內可自由調整，其閘極線訊號，例如G_8n的輸出寬度由CK_x寬度決定。
圖10係本發明之第二實施例閘極線驅動電路500的電路圖。相較於第一實施例主要區別在於新增第五電晶體507，且該第三電晶體503的第二端b3連接至一第二時序訊號CK4，以及第二電晶體502的第二端b2連接至一第一時序訊號CK_4。該第五電晶體507具有一控制端c5連接至該控制節點N、一第一端a5及一第二端b5連接至一第三時序訊號CK_8。在一實施例中，該第一電晶體501、該第二電晶體502、該第三電晶體503、該第四電晶體504及該第五電晶體507可為N型電晶體。
在圖10中，有兩節點標示為P，表示該兩節點係電氣連接，此乃電子電路繪圖所慣用，不再贅述。圖11係本發明之第二實施例之圖10閘極線驅動電路500的時序圖。其工作原理可參考本發明第 一實施例圖6及相關的說明，故不再贅述。
由圖6與圖3比較可知，當輸出訊號Gn的寬度需改為2相位(2H)時，圖3中控制節點N電壓為VGH2’，而圖6中控制節點N電壓為VGH2，且電壓VGH2大於電壓VGH2’。電晶體電流公式為：I=Kpn*[VGS-Vt]2=Kpn*[VN-VSn-Vt]2，當中，VN為控制節點N電壓，VSn為該電晶體133或第二電晶體502的源極電壓，Kpn為該電晶體133或第二電晶體502的電晶體傳導參數，Kpn=1/2×u×Cox×W/L，u為載子移動率，Cox為單位面積電容，W/L為寬長比。由於圖5中控制節點N電壓VGH2大於圖1中控制節點N電壓VGH2’，因此流過圖5中第二電晶體502的電流大於流過圖1中電晶體133的電流。故於本發明中，會以較習知技術為大的電流驅動閘極線。故閘極線上的輸出訊號Gn的上昇時間(rising time)與下降時間(falling time)會較習知技術為短。
於本發明中，對該閘極線的驅動與該後級閘極線驅動電路之控制係獨立分離，因此可避免習知技術中當傳遞級數越多時，波形之變形(distortion)會越嚴重的問題。且於本發明中，對該閘極線的驅動與該後級閘極線驅動電路之控制係獨立分離，其容易更改閘極線驅動訊號的占空比(duty cycle)，因此閘極線驅動電路的時序控制可較習知技術準確，進而可提昇顯示面板的影像顯示品質。
於前述例子中，各個區域的選取範圍僅是作為說明使用，非用於限制本案之權利範圍。該領域之相關技術人員，可依據本發明之揭露變更，各個區域的選取範圍。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
500‧‧‧閘極線驅動電路
501‧‧‧第一電晶體
502‧‧‧第二電晶體
503‧‧‧第三電晶體
504‧‧‧第四電晶體
505‧‧‧增壓電容
506‧‧‧下拉單元
c1,c2,c3,c4‧‧‧控制端
a1,a2,a3,a4‧‧‧第一端
b1,b2,b3,b4‧‧‧第二端
N‧‧‧控制節點
SRn-1‧‧‧充放電控制訊號
U2D‧‧‧充電高電壓
Gn‧‧‧輸出訊號
CK_1‧‧‧第一時序訊號
CK1‧‧‧第二時序訊號
SRn+1‧‧‧充放電控制訊號
D2U‧‧‧放電低電壓
VGL‧‧‧低電壓
SRn‧‧‧充放電控制訊號

Claims (10)

  1. 一種閘極線驅動電路，包含：一第一電晶體，具有一控制端連接至一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一充電高電壓及一第二端連接至一控制節點；一第二電晶體，具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第一時序訊號，以由該第一端提供一閘極訊號；一第三電晶體，具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第二時序訊號，以由該第一端提供一驅動訊號；以及一增壓電容，其一端連接至該控制節點，其另一端連接至該第三電晶體的第一端，其中，該第三電晶體的第一端連接至一後級閘極線驅動電路之第一電晶體的控制端，以輸出該驅動訊號來控制該後級閘極線驅動電路，而該第二電晶體的第一端連接至一閘極線，以輸出該閘極訊號來驅動該閘極線，其中，該驅動訊號係早於該閘極訊號輸出，以獨立分離地驅動該閘極線和控制該後級閘極線驅動電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之閘極線驅動電路，更包含：一第四電晶體，具有一控制端連接至該後級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一放電低電壓、及一第二端連接至該控制節點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之閘極線驅動電路，更包含： 一下拉單元，連接至該控制節點、該第二電晶體的第一端、及該第三電晶體的第一端，以在該閘極線驅動電路沒有運作時，使該控制節點、該第二電晶體的第一端、及該第三電晶體的第一端維持在一低電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之閘極線驅動電路，其中，當該前級閘極線驅動電路的充放電控制訊號為一控制高電壓時，該控制節點為一第一高電壓，當第二時序訊號為高電壓時，該控制節點為一第二高電壓且該第三電晶體的該第一端為該第一高電壓，當中，第二高電壓的電壓大小係大於該第一高電壓的電壓大小。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之閘極線驅動電路，其中，當第一時序訊號為該控制高電壓時，該第二電晶體的第一端為該第一高電壓，以獨立分離地驅動該閘極線和控制該後級閘極線驅動電路之控制。
  6. 如申請專利範圍第2或3項所述之閘極線驅動電路，其更包含：一第五電晶體，具有一控制端連接至該控制節點、一第一端連接另一閘極線、及一第二端連接至一第三時序訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之閘極線驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、及該第五電晶體為N型電晶體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之閘極線驅動電路，其中，該下拉單元為一電阻或一連接成二極體形式的電晶體。
  9. 一種顯示裝置，包含：一顯示面板；及複數級閘極線驅動電路，用以驅動該顯示面板進行顯示，其中，每一閘極線驅動電路包含： 一第一電晶體，具有一控制端連接至一前級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一充電高電壓、及一第二端連接至一控制節點；一第二電晶體，具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第一時序訊號，以由該第一端提供一閘極訊號；一第三電晶體，具有一控制端連接至該控制節點、一第一端、及一第二端連接至一第二時序訊號，以由該第一端提供一驅動訊號；以及一增壓電容，其一端連接至該控制節點，其另一端連接至該第三電晶體的第一端，其中，該第三電晶體的該第一端連接至一後級閘極線驅動電路之第一電晶體的控制端，以輸出該驅動訊號來控制該後級閘極線驅動電路，而該第二電晶體的該第一端連接至一閘極線，以輸出該閘極訊號來驅動該閘極線，其中該驅動訊號係早於該閘極訊號輸出，以獨立分離地驅動該閘極線和控制該後級閘極線驅動電路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其更包含：一第四電晶體，具有一控制端連接至該後級閘極線驅動電路的一充放電控制訊號、一第一端連接至一放電低電壓、及一第二端連接至該控制節點。
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