TWI746343B - 閘極驅動電路 - Google Patents
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Abstract
一種閘極驅動電路被提出。閘極驅動電路包括串聯耦接的移位暫存電路,其中第N級的移位暫存電路包括上拉電路、下拉電路、電壓穩定電路、輸出級電路以及第一電容。上拉電路用以上拉第一驅動信號。下拉電路依據第一時脈信號來下拉第一驅動信號,並輸出第二驅動信號。電壓穩定電路依據直流的共用電壓來穩定第一驅動信號的電壓值。輸出級電路依據第一驅動信號與第二驅動信號來產生第N級閘極驅動信號。第一電容具有第一電極接收第一驅動信號,第一電容的第二電極接收第N級閘極驅動信號。
Description
本發明是有關於一種閘極驅動電路,且特別是有關於一種可用於顯示面板的閘極驅動電路。
現今對於顯示面板的解析度需求逐漸增大,當解析度增加時,會增加閘極驅動電路(Gate driver-on-array,GOA)的閘極負載,使得閘極驅動電路的輸出級的電晶體的尺寸大小也必須跟著增加,才能提高閘極驅動電路的輸出能力。然則,電晶體的尺寸的增加的同時也會增加顯示面板的邊框的尺寸與寄生電容的尺寸,同時會使閘極驅動電路的輸出級產生漏電現象,甚至使閘極驅動信號出現漣波(ripple)的問題,進而影響顯示品質。
有鑑於此,本發明提供一種閘極驅動電路,可以提升閘極驅動電路的穩壓能力。
本發明的閘極驅動電路包括多個移位暫存電路,移位暫存電路串聯耦接,其中第N級的移位暫存電路包括上拉電路、下
拉電路、電壓穩定電路、輸出級電路以及第一電容。上拉電路用以上拉第一驅動信號。下拉電路依據第一時脈信號來下拉第一驅動信號,並輸出第二驅動信號。電壓穩定電路依據直流的共用電壓來穩定第一驅動信號的電壓值。輸出級電路依據第一驅動信號與第二驅動信號來產生第N級閘極驅動信號。第一電容具有第一電極接收第一驅動信號,第一電容的第二電極接收第N級閘極驅動信號。
基於上述,本發明提出的閘極驅動電路,可以透過多個移位暫存電路相互串聯耦接,其中第N級的移位暫存電路可以藉由電壓穩定電路,以依據直流的共用電壓來穩定輸出級電路所接收的第一驅動信號的電壓值。如此一來,可以穩定第N級的移位暫存電路所產生的閘極驅動信號,進而提升閘極驅動電路的穩壓能力。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、400:第N級的移位暫存電路
110、450:上拉電路
120、460:下拉電路
130、470:電壓穩定電路
140、480:輸出級電路
301~303:金屬層
310、320:絕緣層
C1~C3:電容
CK、CK1~CK4:時脈信號
D2U:第二掃描方向信號
Gn:第N級閘極驅動信號
Gn-1:前級閘極驅動信號
Gn+1:後級閘極驅動信號
M1~M29:電晶體
Sn:第三驅動信號
Sn’:第四驅動信號
OUT:第N級的移位暫存電路的輸出端
Pn:第二驅動信號
Qn:第一驅動信號
Qn-2、Qn-4:前級驅動信號
U2D:第一掃描方向信號
VCOM:共用電壓
VGHD、VSS、VSSQ:電壓
XCK:反向時脈信號
圖1繪示本發明一實施例的第N級的移位暫存電路的示意圖。
圖2繪示本發明一實施例的第N級的移位暫存電路的局部截面示意圖。
圖3繪示本發明另一實施例的第N級的移位暫存電路的示意圖。
在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接(或連接)」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言,若文中描述第一裝置耦接(或連接)於第二裝置,則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置,或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。本案說明書全文(包括申請專利範圍)中提及的「第一」、「第二」等用語是用以命名元件(element)的名稱,或區別不同實施例或範圍,而並非用來限制元件數量的上限或下限,亦非用來限制元件的次序。
請參照圖1。圖1繪示本發明一實施例的第N級的移位暫存電路的電路示意圖。在圖1中,第N級的移位暫存電路100包括上拉電路110、下拉電路120、電壓穩定電路130、輸出級電路140以及電容C1。多個第N級的移位暫存電路100可以相互串聯耦接以建構成閘極驅動電路供顯示面板所使用,其中顯示面板可以為液晶顯示器(Liquid-crystal display,LCD),以利用閘極驅動電路所提供的多個閘級驅動信號Gn及掃描信號來驅動顯示面板。在本實施例中,上拉電路110用以上拉第一驅動信號Qn。下拉電路120接收第一時脈信號CK,並用以依據第一時脈信號CK
來下拉第一驅動信號Qn,且可以輸出第二驅動信號Pn。電壓穩定電路130接收直流的共用電壓VCOM,並用以依據共用電壓VCOM來穩定第一驅動信號Qn的電壓值。輸出級電路140接收第一驅動信號Qn與第二驅動信號Pn,並用以依據第一驅動信號Qn與第二驅動信號Pn來產生第N級閘極驅動信號Gn,其中N為大於1的任意正整數。第一電容C1具有第一電極可接收第一驅動信號Qn,並具有與第一電極相對的第二電極以接收第N級閘極驅動信號Gn。
在細節上,上拉電路110由電晶體M1與M2所構成。電晶體M1的第一端接收第一掃描方向信號U2D,電晶體M1的控制端(閘極)接收前級閘極驅動信號Gn-1。電晶體M2的第一端接收第二掃描方向信號D2U,電晶體M1與M2的第二端共同接收第一驅動信號Qn,電晶體M2的控制端接收後級閘極驅動信號Gn+1。使上拉電路110可以依據前級閘極驅動信號Gn-1與後級閘極驅動信號Gn+1以選擇第一掃描方向信號U2D或第二掃描方向信號D2U來上拉第一驅動信號Qn。
值得一提的是,在本實施例中,第一掃描方向信號U2D用以指示閘極驅動電路的掃描方向為第一方向(例如,由顯示面板(未繪示)上方朝向顯示面板下方進行掃描),而第二掃描方向信號D2U則用以指示閘極驅動電路的掃描方向為第二方向(例如,由顯示面板下方朝向顯示面板上方進行掃描)。另外,在本實施例中,前級閘極驅動信號Gn-1以及後級閘極驅動信號Gn+1可
分別為第N-1級以及第N+1級的移位暫存電路所產生的閘極驅動信號,其中N的數量可以依據實際需求來變更,本發明不在此設限。
在本實施例中,下拉電路120包括電晶體M3、M4與第三電容C3。第三電容C3具有第一電極接收第一時脈信號CK,使第三電容C3可以依據第一時脈信號CK在第三電容C3上與第一電極相對的第二電極上產生第二驅動信號Pn。電晶體M3的第一端與電晶體M4的控制端共同接收第二驅動信號Pn,電晶體M3的控制端與電晶體M4的第一端共同接收第一驅動信號Qn,電晶體M3與電晶體M4的第二端共同接收第一電壓VSS。使下拉電路120可以依據第一時脈信號CK來下拉第一驅動信號Qn,並輸出第二驅動信號Pn。
在本實施例中,電壓穩定電路130由第二電容C2所構成。第二電容C2具有第一電極接收第一驅動信號Qn,並具有與第一電極相對的第二電極以接收直流的共用電壓VCOM,使第二電容C2可以依據共用電壓VCOM來穩定第一驅動信號Qn的電壓值。
在本實施例中,輸出級電路140包括電晶體M5、M6以及M7。電晶體M5的控制端接收第二驅動信號Pn。電晶體M6的第一端接收第一時脈信號CK,電晶體M6的控制端接收第一驅動信號Qn。電晶體M7的第一端與電晶體M5的第一端以及電晶體M6的第二端均耦接至輸出端OUT,電晶體M7的控制端接收反向
時脈信號XCK,電晶體M5與M7的第二端共同接收第一電壓VSS。其中,反向時脈信號XCK為時脈信號CK的反向信號。使輸出級電路140可以依據第一驅動信號Qn與第二驅動信號Pn來在輸出端OUT上產生第N級閘極驅動信號Gn,並作為第N級的移位暫存電路100的輸出信號。
值得注意的是,本發明示例的閘極驅動電路,可以在第N級的移位暫存電路100中增加電壓穩定電路130,以依據直流的共用電壓VCOM或其他直流電壓來穩定輸出級電路140接收的第一驅動信號Qn的電壓值。如此一來,可以不用特地增大電晶體M6或第一電容C1的尺寸,便可以穩定第N級移位暫存電路100所產生的閘極驅動信號Gn,進而提升閘極驅動電路的穩壓能力。
關於圖1示例中第一電容C1與第二電容C2的實施方式,請參照圖2。圖2繪示本發明一實施例的第N級的移位暫存電路的局部截面示意圖。在圖2中,第N級的移位暫存電路可以具有金屬層301、302與透明導線層303以及絕緣層310、320。金屬層301、302與透明導線層303可以依序重疊配置。在一些實施例中,透明導線層303的垂直投影不大於金屬層302。在本實施例中,絕緣層310可以設置在金屬層301與302間,絕緣層320可以設置在金屬層302與透明導線層303間。其中可以藉由穿灌孔(VIA)的方式使第一驅動信號Qn耦接至金屬層302、第N級閘極驅動信號Gn耦接至金屬層301以及使共用電壓VCOM耦接至透明導線層303。如此一來,第一電容C1可以形成在金屬層301、
302以及絕緣層310之間,第二電容C2可以形成在金屬層302、透明導線層303以及絕緣層320之間。
值得一提的是,在本實施例中,利用金屬層302、透明導線層303以及絕緣層320來產生第二電容C2的實施方式,可以減少第一電容C1的體積,並提升閘極驅動電路的穩壓能力。相對於沒有設置電容C2的七個電晶體兩個電容(7T2C)的架構,在本實施例中,透過增加第二電容C2使第N級的移位暫存電路成為七個電晶體三個電容(7T3C)的架構可以使第一電容C1的容值降為5.89皮法,以減少第一電容C1的體積(第二電容C2的容值為1.605皮法)。另外在不同溫度下(例如攝氏25度和攝氏85度)的條件下,7T3C的架構的穩壓可提供相對大的穩壓能力。附帶一提,漣波也可以被有效地降低。因此,本發明可以在不影響閘極驅動電路的尺寸的前提下,透過第二電容C2來穩定第一驅動信號Qn的電壓值,進而提升閘極驅動電路的穩壓能力,而具有不可預期之功效。
圖3繪示本發明另一實施例的第N級的移位暫存電路的示意圖。在圖3中,第N級的移位暫存電路400包括上拉電路450、下拉電路460、電壓穩定電路470、輸出級電路480以及第一電容C1。在本實施例中,上拉電路450由電晶體M8與M9所構成。電晶體M8的第一端接收第二時脈信號CK2,電晶體M8的控制端接收前級驅動信號(例如在本實施例中可以是第一驅動信號Qn的前四級驅動信號Qn-4,但本發明不以為限),電晶體M8的第二端輸
出第三驅動信號Sn。電晶體M9的第一端接收第二電壓VGHD,電晶體M9的控制端耦接至電晶體M8的第二端,電晶體M9的第二端接收第一驅動信號Qn。使上拉電路450可以基於第二時脈信號CK2與第二電壓VGHD以依據前級驅動信號Qn-4來上拉第一驅動信號Qn。
在本實施例中,下拉電路460包括電晶體M10~M16。電晶體M10可以耦接為二極體組態,所構成的二極體的陽極與電晶體M14的第一端共同接收第一時脈信號CK1,所構成的二極體的陰極與電晶體M11與M13的第一端共同耦接至電晶體M14的控制端。電晶體M11與M12的控制端共同接收前級驅動信號(例如在本實施例中可以是第一驅動信號Qn的前兩級驅動信號Qn-2,但本發明不以為限)。電晶體M13與M15的控制端以及電晶體M16的第一端共同接收第一驅動信號Qn。電晶體M12與M15的第一端、電晶體M14的第二端以及電晶體M16的控制端共同接收第二驅動信號Pn。電晶體M11、M12、M13、M15以及M16的第二端共同接收第三電壓VSSQ。使下拉電路460可以依據第一時脈信號CK1、前級驅動信號Qn-2、第一驅動信號Qn以及第二驅動信號Pn來下拉第一驅動信號Qn,並輸出第二驅動信號Pn。
在本實施例中,電壓穩定電路470由第二電容C2所構成。第二電容C2具有第一電極接收第一驅動信號Qn,,並具有與第一電極相對的第二電極接收直流的共用電壓VCOM,使第二電容C2可以依據共用電壓VCOM來穩定第一驅動信號Qn的電壓
值。
在本實施例中,輸出級電路480包括電晶體M17~M29。其中電晶體M19~M25與下拉電路460中的電晶體M10~M16可以具有相同的連接關係。電晶體M19的第一端接收第三時脈信號CK3。電晶體M17與M18的控制端共同接收下拉電路460輸出的第二驅動信號Pn。電晶體M18與M27的第一端共同接收第三驅動信號Sn。電晶體M26、M27的控制端共同耦接至電晶體M23的第二端。電晶體M25與M28的第一端以及電晶體M29的控制端共同接收第一驅動信號Qn,電晶體M28的控制端接收第四驅動信號Sn’(在本實施例中可以是第三驅動信號Sn的後M級驅動信號,M例如可以等於9)。電晶體M29的第一端接收第四時脈信號CK4。電晶體M17、M26的第一端以及M29的第二端共同耦接至輸出端OUT,電晶體M17、M26以及M28的第二端共同接收第一電壓VSS。電晶體M18、M20~M22、M24、M25與M27的第二端共同接收第三電壓VSSQ。使輸出級電路480可以依據第三時脈信號CK3、前級驅動信號Qn-2、第一驅動信號Qn、第二驅動信號Pn以及第三驅動信號Sn來在輸出端OUT上產生第N級閘極驅動信號Gn,並作為第N級的移位暫存電路400的輸出信號。
在上述多個實施例中,電晶體M1~M29可例如是導電型態為N型的薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)。共用電壓VCOM可以為直流電位或接地電位。第一電壓VSS與第三電壓VSSQ可以為接地電位。第二電壓VGHD可以為直流的閘極高電
位。在上述多個實施例中,本發明分別採用7T2C、22T1C的架構並設置第二電容以分別成為7T3C、22T2C的架構為範例來說明,但本發明不限於此,在其他實施例中,也可以使用其他不同的架構(例如3T1C的架構、4T2C的架構、5T1C的架構、6T2C的架構)或是任何可能的移位暫存電路的架構來實施。
綜上所述,本發明提出的閘極驅動電路,可以透過多個移位暫存電路相互串聯耦接,其中每一級移位暫存電路可以藉由電壓穩定電路,以依據直流的共用電壓來穩定輸出級電路所接收的第一驅動信號的電壓值。如此一來,可以在不增加顯示面板的邊框尺寸的前提下,穩定移位暫存電路所產生的閘極驅動信號,進而提升閘極驅動電路的穩壓能力。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:第N級的移位暫存電路
110:上拉電路
120:下拉電路
130:電壓穩定電路
140:輸出級電路
C1~C3:電容
CK:時脈信號
D2U:第二掃描方向信號
Gn:第N級閘極驅動信號
Gn-1:前級閘極驅動信號
Gn+1:後級閘極驅動信號
M1~M7:電晶體
OUT:第N級的移位暫存電路的輸出端
Pn:第二驅動信號
Qn:第一驅動信號
U2D:第一掃描方向信號
VCOM:共用電壓
VSS:電壓
XCK:反向時脈信號
Claims (11)
- 一種閘極驅動電路,包括多個移位暫存電路,該些移位暫存電路串聯耦接,其中第N級的移位暫存電路包括:一上拉電路,用以上拉一第一驅動信號;一下拉電路,依據一第一時脈信號來下拉該第一驅動信號;一電壓穩定電路,包括一第二電容,該電壓穩定電路依據直流的一共用電壓來穩定該第一驅動信號的電壓值;一輸出級電路,依據該第一驅動信號與一第二驅動信號來產生一第N級閘極驅動信號;以及一第一電容,具有第一電極接收該第一驅動信號,該第一電容的第二電極接收該第N級閘極驅動信號,其中該第一電容形成在一第一金屬層與一第二金屬層間,該第二電容形成在該第二金屬層與一透明導線層間。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該第二電容具有第一電極接收該第一驅動信號,該第二電容的第二電極接收該共用電壓。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該第一金屬層、該第二金屬層以及該透明導線層依序重疊配置。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,更包括:一第一絕緣層,設置在該第一金屬層與該第二金屬層間;以及 一第二絕緣層,設置在該第二金屬層與該透明導線層間。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該透明導線層的垂直投影不大於該第二金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述的閘極驅動電路,其中該上拉電路包括:一第一電晶體,其第一端接收一第一掃描方向信號,該第一電晶體的控制端接收一前級閘極驅動信號;以及一第二電晶體,其第一端接收一第二掃描方向信號,該第二電晶體與該第一電晶體的第二端共同接收該第一驅動信號,該第二電晶體的控制端接收一後級閘極驅動信號。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該下拉電路包括:一第一電晶體;一第二電晶體;以及一第三電容,具有第一電極接收該第一時脈信號,以依據該第一時脈信號在該第三電容的第二電極上產生該第二驅動信號,其中該第一電晶體的第一端與該第二電晶體的控制端共同接收該第二驅動信號,該第一電晶體的控制端與該第二電晶體的第一端共同接收該第一驅動信號,該第一電晶體與該第二電晶體的第二端共同接收一第一電壓。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該輸出級電路包括:一第一電晶體,其控制端接收該第二驅動信號;一第二電晶體,其第一端接收該第一時脈信號,該第二電晶體的控制端接收該第一驅動信號;以及一第三電晶體,其第一端與該第一電晶體的第一端以及該第二電晶體的第二端共同接收該第N級閘極驅動信號,該第三電晶體的控制端接收一反向時脈信號,該第三電晶體與該第一電晶體的第二端共同接收一第一電壓。
- 如請求項1所述的閘極驅動電路,其中該上拉電路包括:一第一電晶體,其第一端接收一第二時脈信號,該第一電晶體的控制端接收一第一前級驅動信號,該第一電晶體的第二端輸出一第三驅動信號;以及一第二電晶體,其第一端接收一第一電壓,該第二電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的第二端,該第二電晶體的第二端接收該第一驅動信號。
- 如請求項9所述的閘極驅動電路,該下拉電路包括一第一電壓控制器,該下拉電路接收該第一時脈信號以作為輸入信號,並將該第一電壓控制器的輸出信號作為該第二驅動信號,其中該電壓控制器包括: 一第三電晶體,耦接為二極體組態,具有陽極接收該輸入信號;一第四電晶體與一第五電晶體,該第四電晶體與該第五電晶體的控制端共同接收一第二前級驅動信號;一第六電晶體與一第七電晶體,該第六電晶體與該第七電晶體的控制端共同接收該第一驅動信號;一第八電晶體,其第一端耦接至該二極體的陽極,該第八電晶體的控制端以及該第四電晶體與該第六電晶體的第一端共同耦接至該二極體的陰極,該第五電晶體與該第七電晶體的第一端共同耦接至該第八電晶體的第二端,以在該第八電晶體的第二端產生該電壓控制器的輸出信號;以及一第九電晶體,其第一端接收該第一驅動信號,該第九電晶體的控制端耦接至該第八電晶體的第二端,該第四電晶體、該第五電晶體、該第六電晶體、該第七電晶體以及該第九電晶體的第二端共同接收一第二電壓。
- 如請求項10所述的閘極驅動電路,其中該輸出級電路接收一第三時脈信號以作為輸入信號,該輸出級電路包括:一第二電壓控制器,與該第一電壓控制器具有相同的電路架構;一第十電晶體與一第十一電晶體,該第十電晶體與該第十一電晶體的控制端共同接收該第二驅動信號; 一第十二電晶體與一第十三電晶體,該第十二電晶體與該第十三電晶體的控制端共同接收該第二電壓控制器的輸出信號,該第十一電晶體與該第十三電晶體的第一端共同接收該第三驅動信號,該第十一電晶體與該第十三電晶體的第二端共同接收該第二電壓;一第十四電晶體,其控制端接收一第四驅動信號,該第十電晶體、該第十二電晶體以及該第十四電晶體的第二端共同接收一第三電壓;以及一第十五電晶體,其第一端接收一第四時脈信號,該第十四電晶體的第一端與該第十五電晶體的控制端共同接收該第一驅動信號,該第十電晶體與該第十二電晶體的第一端以及該第十五電晶體的第二端共同接收該第N級閘極驅動信號。
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