柵極驅動電路及控制方法與流程

本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及柵極驅動電路及控制方法。

背景技術：

液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display,LCD)具備輕薄、節能、無輻射等諸多優點，因此已經逐漸取代傳統的陰極射線管(CRT)顯示器。

目前液晶顯示器被廣泛地應用于高清晰數字電視、臺式計算機、個人數字助理(PDA)、筆記本電腦、移動電話、數碼相機等電子設備中。

液晶顯示裝置主要包括顯示面板和驅動電路。其中，顯示面板包括多條掃描線與多條數據線，且每條掃描線與每條數據線交叉形成一個像素單元。每個像素單元至少包括一個薄膜晶體管(Thin-film Transistor,TFT)。驅動電路主要包括：柵極驅動電路(Gate Driver)和源極驅動電路(Source Driver)。隨著生產者對液晶顯示裝置的低成本化追求以及制造工藝的提高，原本設置于顯示面板以外的驅動電路集成芯片被設置于顯示面板的玻璃基板上成為了可能。例如，集成柵極驅動(Gate Driver InArray,GIA)技術就是將柵極驅動電路集成于顯示面板上而使液晶顯示面板實現窄邊框化以及制造過程的簡化，同時能夠降低生產成本。

顯示面板與驅動電路的基本工作原理為：柵極驅動電路通過與掃描線電性連接的上拉晶體管向柵極線送出柵極驅動信號，依序將每一行的TFT打開，然后由源極驅動電路同時將一整行的像素單元充電到各自所需的電壓，以顯示不同的灰階。即首先由第一行的柵極驅動電路通過其上拉晶體管將第一行的薄膜晶體管打開，然后由源極驅動電路對第一行的像素單元進行充電。第一行的像素單元充好電時，柵極驅動電路便將該行薄膜晶體管關閉，然后第二行的柵極驅動電路通過其上拉晶體管將第二行的薄膜晶體管打開，再由源極驅動電路對第二行的像素單元進行充放電。如此依序下去，當對最后一行的像素單元完成充電時，便又重新從第一行開始充電。

柵極驅動電路通常包括多個開關元件，其利用時鐘信號等控制信號向多個開關元件的柵極施加正電壓或負電壓，以控制多個開關元件的導通與關斷，從而輸出理想的柵極驅動信號。當各個開關元件的柵極被施加正電壓的時間過長時，其閾值電壓就會增大，導致開關元件的功耗增大且開關特性變差。由于目前的技術中柵極驅動電路中的部分開關元件的柵極一直處于高電平狀態，當這些開關元件的工作時間過長時，會導致開關性能的退化，不僅增大了功耗，還會縮短這些開關元件的使用壽命。同時，由于這些開關元件的閾值電壓發生了正向漂移，柵極驅動電路的功能可能會錯亂，從而影響柵極驅動電路的正常工作。

目前，現有技術通常采用以下三種方法解決上述技術問題：1、通過對制程的調整改善薄膜晶體管的閾值電壓漂移程度，然而，這種方法的具有一定的操作難度，并且不能完全解決薄膜晶體管的閾值電壓漂移問題；2、利用交流信號控制柵極驅動電路，這種方法雖然能夠在一定程度上減小閾值電壓的漂移，但是也不能完全解決薄膜晶體管的閾值電壓漂移問題；3、在柵極驅動電路中設計兩組分時控制的穩定模塊，以延長工作時間過長的開關元件的壽命，在這種方法中，由于兩組穩定模塊增大了版圖面積，不利于實現液晶顯示裝置的窄邊框化。

因此，有必要提供一種新的技術方案以克服現有技術中存在的以上技術問題。

技術實現要素：

本發明要解決的主要技術問題是提供一種能夠實現閾值電壓補償的柵極驅動電路及控制方法。

根據本發明的一方面，提供了一種柵極驅動電路，包括多級柵極驅動單元，每級所述柵極驅動單元包括：預充電模塊，用于根據前級柵極驅動信號對第一節點進行預充電；穩定模塊，用于根據后級柵極驅動信號改變第二節點的電壓；輸出模塊，具有與所述預充電模塊的輸出端在所述第一節點處相連的第一輸入端以及與所述穩定模塊的輸出端在所述第二節點處相連的第二輸入端，所述輸出模塊用于根據所述第一節點的電壓、所述第二節點的電壓以及輸出時鐘信號產生本級柵極驅動信號，其中，每級所述柵極驅動單元還包括重置模塊，所述重置模塊用于在開關信號的控制下改變所述第二節點的電平狀態以補償選定晶體管的閾值電壓。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述重置模塊包括第一晶體管，所述第一晶體管的柵極接收所述開關信號、源極接收低電平供電電壓、漏極與所述第二節點相連。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述低電平供電電壓的電壓值為0或負值。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述輸出模塊包括第三晶體管、第四晶體管以及第五晶體管，所述第四晶體管與所述第五晶體管的漏極相連并輸出所述本級柵極驅動信號，所述第三晶體管和所述第五晶體管的源極接地，所述第三晶體管的漏極和所述第四晶體管的柵極相連于所述第一節點，所述第三晶體管的柵極與所述第五晶體管的柵極相連于所述第二節點，所述第四晶體管的源極接收所述輸出時鐘信號。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述選定晶體管為所述第三晶體管和所述第五晶體管。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述前級柵極驅動信號由本級柵極驅動單元的前x級柵極驅動單元輸出，所述后級柵極驅動信號由本級柵極驅動單元的后x級柵極驅動單元輸出，x為非零自然數。

優選地，在每級所述柵極驅動單元中，所述預充電模塊包括第二晶體管，所述第二晶體管的柵極接收所述前級柵極驅動信號、源極接收高電平供電電壓或輸入時鐘信號或所述前級柵極驅動信號、漏極與所述第一節點相連。

優選地，各級柵極驅動單元中的晶體管由N型摻雜的薄膜晶體管實現。

根據本發明的另一方面，還提供一種用于柵極驅動電路的控制方法，包括：提供用于切換顯示模式與待機模式的開關信號；當所述開關信號為無效時，所述柵極驅動電路進入所述顯示模式，所述柵極驅動電路輸出柵極驅動信號；當所述開關信號為有效時，所述柵極驅動電路進入所述待機模式，所述柵極驅動電路改變選定晶體管柵極的電平狀態以補償所述選定晶體管的閾值電壓。

優選地，所述柵極驅動電路包括多級柵極驅動單元，每級所述柵極驅動單元包括預充電模塊、輸出模塊以及穩定模塊，所述選定晶體管位于所述輸出模塊內，所述選定晶體管的柵極與所述穩定模塊的輸出端相連，所述開關信號將所述穩定模塊的輸出端電壓拉低以改變所述選定晶體管的柵極電壓的電平狀態。

根據本發明實施例的柵極驅動電路以及控制方法，通過在柵極驅動電路中加入重置模塊，使得柵極驅動電路在顯示模式下長期處于導通狀態的薄膜晶體管的閾值電壓在待機模式下得到補償，從而恢復了柵極驅動電路中在顯示模式下長期處于導通狀態的薄膜晶體管的閾值電壓，不僅延長了薄膜晶體管的壽命，同時還降低了柵極驅動電路的功耗、降低柵極驅動電路輸出的出錯率。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚。

圖1示出本發明第一實施例的顯示裝置的結構示意圖。

圖2示出本發明第一實施例的顯示裝置中第i級柵極驅動單元的電路結構示意圖。

圖3示出本發明第一實施例的柵極驅動單元的基本時序示意圖。

圖4示出本發明第二實施例的柵極驅動電路的控制方法的部分流程示意圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，在圖中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如器件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發明。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節來實現本發明。

圖1示出本發明第一實施例的顯示裝置的結構示意圖。

如圖1所示，本發明第一實施例的顯示裝置100包括顯示面板110、集成于顯示面板上的柵極驅動電路以及源極驅動電路130。

顯示面板110包括排成m×n陣列的m×n個像素單元111、n條掃描線G[1]至G[n]以及m條數據線D[1]至D[m]，m和n分別為非零自然數。每個像素單元111中包含像素電極以及用于導通或關斷該像素電極的晶體管，所述晶體管例如為薄膜晶體管。在顯示面板110中，位于同一行(所述“行”例如對應圖中所示的橫向方向)的像素單元中的各晶體管的柵極相連并向顯示面板的邊緣區域引出一條掃描線，n行像素單元向顯示面板110一側或兩側的邊緣區域交替引出掃描線G[1]至G[n]；位于同一列(所述“列”例如對應圖中所示的縱向方向)的像素單元中的各晶體管的源極相連并引出一條數據線，m列像素單元分別引出數據線D[1]至D[m]；各像素單元中，晶體管的漏極與像素電極相連。

源極驅動電路130為數據線D[1]至D[m]提供數據信號使得各個像素單元接收數據電壓。

柵極驅動電路包括多級柵極驅動單元120，每級柵極驅動單元分別輸出用于驅動顯示面板上的一條對應的掃描線G[1]至G[n]的柵極驅動信號，用于控制各行像素單元的選通與關斷。

圖2示出本發明第一實施例的顯示裝置中第i級柵極驅動單元的電路結構示意圖。其中i為大于1且小于n的自然數。

如圖2所示，第i級柵極驅動單元120包括預充電模塊121、輸出模塊122、穩定模塊123以及重置模塊124。預充電模塊121用于根據前級柵極驅動單元所輸出的前級柵極驅動信號完成第一節點Q的預充電，輸出模塊122用于根據第一節點Q與第二節點QB提供本級柵極驅動單元輸出的本級柵極驅動信號VG[i]。穩定模塊123用于根據后級柵極驅動單元所輸出的后級柵極驅動信號VG[i+x]改變第二節點QB的電壓。其中，后級柵極驅動信號可以由后一級或多級柵極驅動單元所輸出的柵極驅動信號，即x為非零自然數。

預充電模塊可以由一個或多個晶體管實現。例如圖2所示的預充電模塊121包括晶體管M4，晶體管M4的柵極接收前級柵極驅動單元所輸出的前級柵極驅動信號VG[i-x]、源極接收輸入時鐘信號clk_in或者高電平供電電壓Vdd或者前級柵極驅動信號VG[i-x]，漏極與第一節點Q相連。其中，前級柵極驅動信號可以由前一級或多級柵極驅動單元所輸出的柵極驅動信號，即x為非零自然數。

輸出模塊可以由多個晶體管實現。例如圖2所述的輸出模塊122包括晶體管M1至M3，其中晶體管M1的漏極和晶體管M3的漏極相連用于輸出本級柵極驅動單元的柵極驅動信號VG[i]，晶體管M2的柵極和晶體管M3的柵極與第二節點QB相連，晶體管M1的柵極和晶體管M3的漏極與第一節點Q相連，晶體管M3的源極和晶體管M2的源極接收第一低電平供電電壓Vss(第一低電平供電電壓Vss的電壓例如為0或負值)，晶體管M1的漏極接收輸出時鐘信號clk_out。

穩定模塊123根據后級柵極驅動信號VG[i+x]以及穩定時鐘信號clk_s、高電平供電電壓Vdd、第一低電平供電電壓Vss等信號控制第二節點QB的電壓。

重置模塊124包括晶體管M5，其中晶體管M5的柵極接收開關信號sw、源極接收第二低電平供電電壓VL(第二低電平供電電壓VL的電壓例如為0或負值)、漏極與第二節點QB相連。

圖2示出的晶體管M1至M5均為N型摻雜的薄膜晶體管。

本發明第一實施例的顯示裝置主要有顯示模式和待機模式。在顯示模式下，柵極驅動電路中包含的各級柵極驅動單元逐行通過掃描線對像素陣列中的各行像素單元輸出柵極驅動信號VG[1]至VG[n]，以使顯示面板在源極驅動電路的驅動下顯示圖像；在待機模式下，顯示裝置中的顯示面板不顯示圖像。

圖3示出本發明第一實施例的柵極驅動單元的基本時序示意圖。

在顯示模式下，本發明第一實施例的柵極驅動單元120的工作過程分為多個工作階段，下面結合圖2所示的柵極驅動單元的電路結構以及圖3所示的柵極驅動單元的時序分別進行描述。

如圖3和圖2所示，在柵極驅動單元的預充電階段T1中，輸出時鐘信號clk_out為低電平，穩定模塊123提供的第二節點QB的電壓為低電平，此時晶體管M2和M3處于關閉狀態。同時，前級柵極驅動單元輸出的柵極驅動信號VG[i-x]為高電平，因此晶體管M4導通并開始給第一節點Q充電，從而使得晶體管M1由關斷狀態轉換至導通狀態。由于輸出時鐘信號clk_out為低電平，因此本級柵極驅動單元輸出的柵極驅動信號VG[i]也輸出低電平。

在柵極驅動單元的充電階段T2中，前級柵極驅動單元輸出的柵極驅動信號VG[i-x]為低電平，穩定模塊123輸出的第二節點QB的電壓為低電平。因此晶體管M4變為關斷狀態，晶體管M2與M3也處于關斷狀態，導致第一節點Q處于懸空狀態。在充電階段T2的最初階段，輸出時鐘信號clk_out由低電平跳變為高電平。晶體管M1處于導通狀態，其漏極與源極之間的電壓快速上升，懸空的第一節點Q的電位也隨之抬高，實現自舉(Bootstrap)。由于晶體管M1的柵極電壓升高，晶體管M1的導通能力增強，從而柵極驅動單元的驅動能力得到了增強。

在柵極驅動單元的下拉階段T3中，輸出時鐘信號clk_out為低電平，穩定模塊123輸出的第二節點QB的電壓為高電平，晶體管M2和M3處于導通狀態。與本級柵極驅動單元對應的掃描線G[i]相連的像素單元中的晶體管柵極上的電荷可以通過晶體管M2釋放。在這個過程中，晶體管M1逐漸由導通狀態轉變為關斷狀態，在晶體管M1關斷之前，由于輸出時鐘信號clk_out處于低電平狀態，與本級柵極驅動單元對應的掃描線G[i]相連的像素單元中晶體管柵極上的電荷仍然可以通過M1釋放。從而，每個柵極驅動單元120中包含兩條放電路徑，使得本級柵極驅動單元所輸出的柵極驅動信號VG[i]由高電平轉換為低電平。

在柵極驅動單元的低電平維持階段T4中，穩定模塊123持續對第二節點QB提供高電平電壓，使得晶體管M2和M3持續處于導通狀態。從而第一節點Q的電壓被晶體管M3下拉至低電平，即晶體管M1保持關斷狀態；晶體管M2導通，使得本級柵極驅動單元所輸出的柵極驅動信號VG[i]保持在低電平狀態。然而在本階段中，由于第二節點QB的電壓將會長時間保持在高電平，因此晶體管M2和M3將會長時間保持在導通狀態。各晶體管由低穩定性、低可靠性的TFT實現，由于TFT長時間接收正向偏壓會導致TFT的閾值電壓發生正向漂移，因此在本階段，晶體管M2與M3的閾值電壓將會發生正向漂移。

上面對各階段T1至T4的描述內容為本發明第一實施例的顯示裝置在顯示模式下的時序特征，此時開關信號sw處于低電平。當tsw時刻來臨時，柵極驅動單元120進入待機模式。

在待機模式下，開關信號sw由低電平跳變為高電平。由于在重置模塊124中，晶體管M5的柵極接收開關信號sw、源極接收第二低電平供電電壓VL(第二低電平供電電壓VL的電壓值例如為0或負值)，因此晶體管M5導通，使得第二節點QB的電壓被拉低，晶體管M2和M3的柵極電壓的電平狀態改變，即晶體管M2和M3的柵極偏壓反相。因此在待機模式下，晶體管M2與M3的閾值電壓會產生反相漂移以補償顯示模式下產生的正向漂移，使晶體管M2和M3的開關特性得到恢復，從而降低柵極驅動單元由于閾值電壓的漂移而產生的不必要的功耗。

根據本發明第一實施例的柵極驅動電路，通過在柵極驅動電路中加入重置模塊，使得柵極驅動電路在顯示模式下長期處于導通狀態的晶體管的閾值電壓在待機模式下得到補償，從而恢復了這些晶體管的閾值電壓，不僅延長了這些晶體管的壽命，同時還降低了柵極驅動電路的功耗、降低柵極驅動電路輸出的出錯率。

圖4示出本發明第二實施例的柵極驅動電路的控制方法的部分流程示意圖。包括步驟S201至S203。

柵極驅動電路包括多級柵極驅動單元，每級柵極驅動單元主要包括預充電模塊、輸出模塊以及穩定模塊。

在步驟S201中，提供用于切換顯示模式與待機模式的開關信號sw。

柵極驅動電路具有兩種工作模式：顯示模式與待機模式。當開關信號sw無效時(例如當開關信號sw為低電平時)，執行步驟S202；當開關信號sw有效時(例如當開關信號sw為高電平時)，執行步驟S203。

在步驟S202中，柵極驅動電路處于顯示模式。柵極驅動電路驅動顯示面板以顯示圖像。

在步驟S203中，顯示面板關閉，柵極驅動電路處于待機模式。柵極驅動電路改變選定薄膜晶體管的柵極電壓的電平狀態以補償選定薄膜晶體管的閾值電壓。

選定晶體管位于輸出模塊內，選定晶體管的柵極與穩定模塊的輸出端相連。在待機模式下，開關信號有效，穩定模塊的輸出端電壓降低至低電平以改變選定晶體管的柵極電壓的電平狀態。

根據本發明第二實施例的柵極驅動電路的控制方法，在無需進行圖像顯示的待機模式下對柵極驅動電路中在顯示模式下長期處于導通狀態的晶體管的柵極電壓進行電平狀態的翻轉，從而恢復這些晶體管的閾值電壓，不僅延長了這些晶體管的壽命，同時還降低了柵極驅動電路的功耗、降低柵極驅動電路輸出的出錯率。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。