栅极驱动电路的制作方法

本发明涉及一种栅极驱动电路，尤其涉及一种结构简单、低功耗的栅极驱动电路。

背景技术：

现在窄边框、甚至无边框设计已成为手机的一大发展趋势，消费者追求越来越高的屏占比。手机面板的基本结构示意图如图1所示，数据信号源(Source)的驱动采用传统的COG(Chip on Glass)技术，就是将数据信号源的驱动器安装在液晶面板上；两侧的栅极驱动电路(Gate Driver Monolithic，GDM)采用新的整合技术，直接集成在液晶面板上。如图2所示，手机面板的栅极驱动电路一般采用单边驱动的交错式设计，一侧栅极驱动电路负责驱动奇数行，另一侧栅极驱动电路负责驱动偶数行。栅极驱动电路的复杂程度直接决定了面板左右边框的宽度。

氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)漏电流低、迁移率高，因此被广泛应用于栅极驱动电路中。目前常用的栅极驱动电路(GDM)采用的是13T1C的设计方案，如图3所示，包括预充模块1、栅极扫描信号的驱动模块2、栅极扫描信号的维持模块3、特殊维持模块4、下拉模块5、节点清空模块6、自举电容7和上拉控制节点的维持模块8，共13个薄膜晶体管和1个自举电容。预充模块连接前级的栅极扫描信号，对栅极驱动电路进行预充；上拉控制节点的维持模块由时钟信号控制，维持上拉控制节点netAn的电位。电路设计中采用了较多的薄膜晶体管，电路连接关系复杂，无法实现超窄边框的设计，而且会增加的驱动电路的功耗。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种使用较少薄膜晶体管、结构更简单、更低功耗的栅极驱动电路。

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：一种栅极驱动电路，包括预充模块、栅极扫描信号的驱动模块、栅极扫描信号的维持模块、特殊维持模块、下拉模块、节点清空模块和自举电容；其中，预充模块连接前级的栅极扫描信号，预充模块分别连接栅极扫描信号的驱动模块、特殊维持模块、下拉模块、节点清空模块和自举电容，栅极扫描信号的驱动模块和自举电容均连接栅极扫描信号的维持模块，栅极扫描信号的维持模块、特殊维持模块、下拉模块和节点清空模块均连接于一个恒压低电位；预充模块和栅极扫描信号的驱动模块的连接节点为上拉控制节点，预充模块由时钟信号控制，对栅极驱动电路进行预充，同时维持上拉控制节点的电位；特殊维持模块连接启动信号，用于在每帧开始时维持上拉控制节点；下拉模块连接后级的栅极扫描信号，用于下拉清空上拉控制节点；节点清空模块由清空重置信号控制，用于清空电路中所有的连接节点；栅极扫描信号的驱动模块和栅极扫描信号的维持模块由时钟信号控制，栅极扫描信号的驱动模块和栅极扫描信号的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：预充模块由第一薄膜晶体管构成，第一薄膜晶体管的源极连接前级的栅极扫描信号，第一薄膜晶体管的栅极连接时钟信号；栅极扫描信号的驱动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第一薄膜晶体管的漏极，该连接节点为上拉控制节点；栅极扫描信号的维持模块由第三薄膜晶体管构成，第三薄膜晶体管的栅极连接时钟信号，第三薄膜晶体管的源极连接第二薄膜晶体管的漏极；特殊维持模块由第四薄膜晶体管构成，第四薄膜晶体管的栅极连接启动信号，第四薄膜晶体管的源极连接第一薄膜晶体管的漏极；下拉模块由第五薄膜晶体管构成，第五薄膜晶体管的栅极连接后级的栅极扫描信号，第五薄膜晶体管的源极连接第二薄膜晶体管的栅极；节点清空模块包含第六薄膜晶体管和第七薄膜晶体管，第六薄膜晶体管的源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二薄膜晶体管的漏极，第六薄膜晶体管和第七薄膜晶体管的栅极连接清空重置信号；自举电容连接第二薄膜晶体管的栅极和漏极；第三薄膜晶体管、第四薄膜晶体管、第五薄膜晶体管、第六薄膜晶体管和第七薄膜晶体管的漏极都连接于一个恒压低电位；第二薄膜晶体管的漏极输出栅极扫描信号。

利用第一薄膜晶体管下拉清空上拉控制节点，去掉第五薄膜晶体管；利用第四薄膜晶体管来实现第六薄膜晶体管的节点清空作用，去掉第六薄膜晶体管；利用第三薄膜晶体管来实现第七薄膜晶体管的节点清空作用，去掉第七薄膜晶体管。

有益效果：利用时钟信号控制的预充模块，可以同时起到预充、维持和下拉清空的作用，在设计上去掉现有技术中的上拉控制节点的维持模块，简化栅极驱动电路结构；利用时钟信号和启动信号的特殊设计实现节点清空的功能，在设计上清空重置模块也可以去除，以最大程度简化电路；得到结构更简单功耗更低的栅极驱动电路，实现超窄边框的设计

附图说明

图1是手机面板的基本结构示意图；

图2是栅极驱动电路交错式设计的示意图；

图3是13T1C电路图；

图4是7T1C电路图；

图5是7T1C电路驱动信号和关键节点的波形示意图；

图6是6T1C电路图；

图7是6T1C电路驱动信号和关键节点的波形示意图；

图8是5T1C电路图；

图9是4T1C电路图。

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。

以奇数行的任一级栅极驱动电路为例对本发明进行说明。现有的13T1C电路中，预充模块由一个薄膜晶体管构成，该薄膜晶体管的栅极和源极均连接前级的栅极扫描信号，对栅极驱动电路进行预充；用上拉控制节点的维持模块维持上拉控制节点的电位。本发明的栅极驱动电路将预充模块的薄膜晶体管的栅极改由时钟信号控制，源极连接前级的栅极扫描信号，这样既可以起到预充的作用，也可以起到维持上拉控制节点电位的作用，可以去掉现有13T1C电路中的上拉控制节点的维持模块，得到一个简单的7T1C电路。如图4所示，本发明的栅极驱动电路包括预充模块1、栅极扫描信号的驱动模块2、栅极扫描信号的维持模块3、特殊维持模块4、下拉模块5、节点清空模块6和自举电容7。

栅极驱动电路的具体电路为：预充模块1，由第一薄膜晶体管M1构成，第一薄膜晶体管M1的源极连接前级的栅极扫描信号Gn-，第一薄膜晶体管M1的栅极连接时钟信号CKa，预充模块1对栅极驱动电路进行预充，同时维持上拉控制节点netAn的电位；

栅极扫描信号的驱动模块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CKb，用于驱动栅极扫描信号Gn的输出，第二薄膜晶体管M2的栅极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，该连接节点为上拉控制节点netAn；

栅极扫描信号的维持模块3，由第三薄膜晶体管M3构成，第三薄膜晶体管M3的栅极连接时钟信号CKc，用于维持栅极扫描信号Gn，第三薄膜晶体管M3的源极连接第二薄膜晶体管M2的漏极，该连接节点输出栅极扫描信号Gn，栅极扫描信号的维持模块3也可以用来下拉栅极扫描信号Gn；

特殊维持模块4，由第四薄膜晶体管M4构成，第四薄膜晶体管M4的栅极连接启动信号GSP1，用于在每一帧开始时维持上拉控制节点，第四薄膜晶体管M4的源极连接第一薄膜晶体管M1的漏极；

下拉模块5，由第五薄膜晶体管M5构成，第五薄膜晶体管M5的栅极连接后级的栅极扫描信号Gn₊，用于下拉清空上拉控制节点netAn，第五薄膜晶体管M5的源极连接第二薄膜晶体管M2的栅极；

节点清空模块6，包含第六薄膜晶体管M6和第七薄膜晶体管M7，第六薄膜晶体管M6的源极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，第七薄膜晶体管M7的源极连接第二薄膜晶体管M2的漏极，第六薄膜晶体管M6和第七薄膜晶体管M7的栅极连接清空重置信号CLR1，在每一帧结束时清空电路中所有的连接节点以及在开关机时序中清空电路中所有的连接节点；

自举电容7连接第二薄膜晶体管M2的栅极和漏极；第三薄膜晶体管M3、第四薄膜晶体管M4、第五薄膜晶体管M5、第六薄膜晶体管M6和第七薄膜晶体管M7的漏极都连接于一个恒压低电位VSS；第二薄膜晶体管M2的漏极输出栅极扫描信号Gn。

7T1C电路工作时，驱动信号和关键节点的波形示意图如图5所示，其中，CK1、CK3、CK5和CK7是栅极驱动电路的时钟驱动信号，轮流控制时钟信号CKa、CKb和CKc，驱动各级栅极驱动电路；各级之间的栅极扫描信号的连接，满足条件n₊＝n+6，n-＝n-2。

由于预充模块的第一薄膜晶体管M1也可以起到下拉清空作用，所以可以将下拉模块5的第五薄膜晶体管M5去掉，由第一薄膜晶体管M1来实现第五薄膜晶体管M5的功能。所以可以在7T1C电路基础上进一步的简化得到6T1C电路，如图6所示。6T1C电路工作的驱动信号和关键节点的波形示意图如图7所示，其中，时钟控制信号CK1、CK3、CK5需要在周期的最后增加一个Dummy空指令周期，CK7在周期的最前面增加一个Dummy空指令周期。

第六薄膜晶体管M6的功能可以利用第四薄膜晶体管M4来实现，所以在设计上可以去掉第六薄膜晶体管M6，得到5T1C电路，如图8所示。第七薄膜晶体管M7的功能可以利用第三薄膜晶体管M3来实现，所以在设计上可以进一步的去掉第七薄膜晶体管M7，得到4T1C电路，如图9所示。