栅极驱动装置的制作方法

本发明涉及一种栅极驱动装置，且特别是有关于一种显示设备的栅极驱动装置。

背景技术：

近年来有许多产品将显示器驱动电路中的栅极驱动电路(gatedriver)整合于玻璃上，即为阵列上栅极驱动(gate-driver-on-array,goa)电路。而所述阵列上栅极驱动电路具有诸多优势，其能够降低显示面板的边框的宽度，以达到窄边框的效果，进而有效地降低显示器的内部电路的设计面积。

在显示设备中，由于显示面板所呈现的显示画面容易受到像素电路中的驱动晶体管的导通电压影响，导致显示画面的质量降低。因此，栅极驱动电路需要在补偿阶段时使同一列像素开关同时被导通或被断开，以对所述驱动晶体管进行补偿动作。接着，栅极驱动电路需要在数据写入阶段时逐列导通所述像素开关，以将像素电压(或像素数据)写入至对应的像素电路中。

换言之，如何在栅极驱动装置操作于补偿阶段时，能够有效地产生一致的栅极驱动信号，并且在数据写入阶段时，能够依序地产生所述栅极驱动信号，藉以提升栅极驱动装置的效能，将是本领域相关技术人员重要的课题。

技术实现要素：

本发明提供一种栅极驱动装置，可以在补偿阶段时使各个栅极驱动信号同时被致能，并且在写入阶段时使各个栅极驱动信号依序被致能，藉以提升栅极驱动装置的效能。

本发明的栅极驱动装置多个移位寄存电路。多个移位寄存电路相互串联耦接，分别产生多个栅极驱动信号，其中第n级的移位寄存电路包括输出级电路、补偿电路以及第一至第四电压调整器。输出级电路具有第一控制端以及第二控制端以分别接收第一控制信号以及第二控制信号，依据第一控制信号以及第二控制信号以提供栅极低电压或栅极高电压对输出端充电以产生第n级栅极驱动信号。补偿电路耦接于第一控制端以及输出级电路之间，其中补偿电路包括第一与第二晶体管以及第一与第二电容。第一晶体管的第一端接收频率信号，第一晶体管的控制端耦接至第一控制端。第二晶体管的第一端耦接至第一晶体管的第二端，第二晶体管的第二端耦接至第一节点，第二晶体管的控制端接收切换信号。第一电容耦接于第一控制端以及第一节点之间。第二电容耦接于第一节点以及输出端之间。第一电压调整器耦接至第一控制端，依据第一模式选择信号以及第二模式选择信号以提供栅极低电压或栅极高电压以调整第一控制信号。第二电压调整器耦接至第一控制端，依据切换信号以及反向频率信号以提供前级栅极驱动信号或起始脉冲信号以调整第一控制信号。第三电压调整器耦接于第一控制端以及第二控制端之间，依据第二模式选择信号以及第一控制信号以提供栅极低电压或栅极高电压以调整第二控制信号。第四电压调整器耦接至第二控制端，依据反向频率信号以调整第二控制信号。

基于上述，本发明的栅极驱动装置的移位寄存电路可以在补偿阶段时，使输出级电路所产生的栅极驱动信号与前、后级栅极驱动信号进行同步输出。并且在写入阶段时，使输出级电路所产生的栅极驱动信号与前、后级栅极驱动信号依序的被输出，以提升栅极驱动装置的效能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是依照本发明实施例的栅极驱动装置的示意图。

图2是依照本发明实施例的栅极驱动装置的波形图。

图3a至图3f是依照本发明实施例的移位寄存电路的等效电路图。

其中，附图说明：

100：移位寄存电路

110：输出级电路

120：补偿电路

130～160：电压调整器

ct1～ct2：控制端

cs1～cs2：控制信号

cha：切换信号

c1、c2：电容

g[n-1]～g[n+1]：栅极驱动信号

m1～m15：晶体管

out：输出端

p1：节点

vgl：栅极低电压

vgh：栅极高电压

ss1～ss2：模式选择信号

st：起始脉冲信号

tfr：像素期间

tc：补偿阶段

tr：写入阶段

tvh：电压保持阶段

tc_1～tc_3、tr_1～tr_2：子阶段

v1～v6：电压值

xclk：反向频率信号

clk：频率信号

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

在本案说明书全文(包括权利要求书)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的组件、构件、步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的组件、构件、步骤可以相互参照相关说明。

如图1所示，图1是依照本发明实施例的栅极驱动装置的示意图。其中，栅极驱动装置包括相互串联耦接的多个移位寄存电路所构成，并分别产生多个栅极驱动信号。以第n级的移位寄存电路100为例，移位寄存电路100包括输出级电路110、补偿电路120以及多个电压调整器130～160。输出级电路110具有控制端ct1以及控制端ct2。控制端ct1以及控制端ct2分别可以接收控制信号cs1以及控制信号cs2。输出级电路110依据控制信号cs1以及控制信号cs2以提供栅极低电压vgl或栅极高电压vgh对输出端out进行充电动作，并藉以产生第n级的栅极驱动信号g[n]。

在本实施例中，输出级电路110包括晶体管m1、m2。晶体管m1的第一端接收栅极低电压vgl，晶体管m1的第二端耦接至输出端out，晶体管m1的控制端耦接至控制端ct1。晶体管m2的第一端耦接至输出端out，晶体管m2的第二端接收栅极高电压vgh，晶体管m2的控制端耦接至控制端ct2

补偿电路120耦接于控制端ct1以及输出级电路110之间。在本实施例中，补偿电路120包括晶体管m3、m4、电容c1以及c2。其中，晶体管m3的第一端接收频率信号clk，晶体管m3的控制端耦接至控制端ct1。晶体管m4的第一端耦接至晶体管m3的第二端，晶体管m4的第二端耦接至节点p1，晶体管m4的控制端接收切换信号cha。此外，电容c1耦接于控制端ct1以及节点p1之间。电容c2耦接于节点p1以及输出端out之间。

另一方面，电压调整器130耦接至控制端ct1。电压调整器130可以依据模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2以决定提供栅极低电压vgl或栅极高电压vgh至控制端ct1，藉以使电压调整器130可通过栅极低电压vgl或栅极高电压vgh来调整控制信号cs1。

在本实施例中，电压调整器130包括晶体管m5、m6以及m7。晶体管m5的第一端接收栅极低电压vgl，晶体管m5的第二端耦接至控制端ct1，晶体管m5的控制端接收模式选择信号ss1。晶体管m6以及晶体管m7相互串接，其中，晶体管m6接收栅极高电压vgh，并受控于模式选择信号ss2且通过晶体管m7连接至控制端ct1。晶体管m7则耦接至控制端ct1，并受控于模式选择信号ss2。值得一提的，图1中晶体管m7是可以省略的，图1仅只是说明用范例，不用以限缩本发明的范畴。

电压调整器140耦接至控制端ct1。电压调整器140可以依据切换信号cha以及反向频率信号xclk以决定提供前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st至控制端ct1，藉以使电压调整器140可通过前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st来调整控制信号cs1。

在本实施例中，电压调整器140包括晶体管m8以及晶体管m9。晶体管m8以及晶体管m9相互串接，其中，晶体管m8接收前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st，并受控于反向频率信号xclk。晶体管m9则耦接至控制端ct1，并受控于切换信号cha。

特别一提的，在本实施例中，当移位寄存电路100操作于补偿阶段时，电压调整器140可以依据具有高电压电位的切换信号cha来使晶体管m9被断开。藉此，在补偿阶段中，移位寄存电路100可以有效地隔绝前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st与控制信号cs1之间的影响，进而同步的降低输出级电路110所输出的栅极驱动信号g[n]对于前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st的影响。

另一方面，电压调整器150耦接于控制端ct1以及控制端ct2之间。电压调整器150可以依据模式选择信号ss2以及控制信号cs1以决定提供栅极低电压vgl或栅极高电压vgh至控制端ct2，藉以使电压调整器150可通过栅极低电压vgl或栅极高电压vgh来调整控制信号cs2。

在本实施例中，电压调整器150包括晶体管m10～m13。其中，晶体管m10的第一端接收栅极低电压vgl，晶体管m10的第二端耦接至控制端ct2，晶体管m10的控制端接收模式选择信号ss2。晶体管m11的第一端耦接至控制端ct2，晶体管m11的第二端接收栅极高电压vgh，晶体管m11的控制端接收控制信号cs1。晶体管m12的第一端耦接至控制端ct1，晶体管m12的控制端耦接至控制端ct2。晶体管m13的第一端耦接至晶体管m12的第二端，晶体管m13的第二端接收栅极高电压vgh，晶体管m13的控制端耦接至控制端ct2。

电压调整器160耦接至控制端ct2。电压调整器160可以依据反向频率信号xclk以调整控制信号cs2。在本实施例中，电压调整器160包括晶体管m14以及晶体管m15。晶体管m14的第一端与控制端共同接收反向频率信号xclk。晶体管m15的第一端耦接至晶体管m14的第二端，晶体管m15的第二端耦接至控制端ct2，晶体管m15的控制端接收反向频率信号xclk。

值得一提的，本实施例的晶体管m14以及晶体管m15可以依据二极管组态(diodeconnection)的连接方式来形成一个二极管。其中，所述二极管的阴极(亦即晶体管m14的第一端)接收反向频率信号xclk，所述二极管的阳极(亦即晶体管m15的第二端)耦接至控制端ct2。顺带一提的是，本实施例的晶体管m1～m15是以p型晶体管为例，但本发明实施例不以此为限。在一些实施方式中，晶体管m14或m15可以省略其中一颗。举例而言，晶体管m14可以省略，而晶体管m15的第一端和控制端接收反向频率信号xclk，第二端耦接至控制端ct2。

关于移位寄存电路100的操作细节，请同时参照图2以及图3a至图3f，其中图2是依照本发明实施例的栅极驱动装置的波形图，图3a至图3f是依照本发明实施例的移位寄存电路的等效电路图。

请参照图2，在本实施例中，移位寄存电路100的一个像素期间tfr可以区分为补偿阶段tc、写入阶段tr以及电压保持阶段tvh，并且补偿阶段tc、写入阶段tr以及电压保持阶段tvh彼此不相互重叠。其中，写入阶段tr致能于补偿阶段tc之后，电压保持阶段tvh致能于写入阶段tr之后。

请同时参照图2以及图3a，具体来说，当移位寄存电路100操作于补偿阶段tc的第一子阶段tc_1时，外接于移位寄存电路100的频率产生器(未绘制)可以提供具有高电压电位的频率信号clk以及具有低电压电位的反向频率信号xclk至移位寄存电路100。另外，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1为低电压电位状态，且设定模式选择信号ss2以及切换信号cha皆为高电压电位状态。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss1来将栅极低电压vgl传送至控制端ct1，以拉低控制信号cs1的电压电位且同步使晶体管m3被导通。并且，晶体管m4以及晶体管m9可依据切换信号cha而被断开。在此情况下，电压调整器140将无法传送前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st至控制端ct1。藉此，本实施例可以有效地隔绝前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st与控制信号cs1之间的影响。

另一方面，在第一子阶段tc_1中，电压调整器160可以依据反向频率信号xclk而被导通，并对控制信号cs2进行充电动作。接着，电压调整器150可以依据被拉低的控制信号cs1来将栅极高电压vgh传送至控制端ct2，进而将控制信号cs2拉高至栅极高电压vgh的电压电位。

换言之，在第一子阶段tc_1中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs1来提供栅极低电压vgl以对输出端out进行充电动作，并使输出级电路110可以通过输出端out来对应的产生具有栅极低电压vgl的电压电位的栅极驱动信号g[n]。

接着，请同时参照图2以及图3b，具体来说，当移位寄存电路100操作于补偿阶段tc的第二子阶段tc_2时，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1、模式选择信号ss2以及切换信号cha皆为高电压电位状态。并且，外接的频率产生器(未绘制)可以提供以周期性转态的频率信号clk以及反向频率信号xclk至移位寄存电路100。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2而被断开，并且晶体管m4以及晶体管m9可以依据切换信号cha而持续的被断开。此外，晶体管m3可以依据被拉低的控制信号cs1而持续的被导通。值得一提的是，在第二子阶段tc_2中，补偿电路120可以基于控制端ct1以及节点p1处于浮接的状态，并且藉由电容c1以及电容c2的耦合效应，以使控制信号cs1的电压电位被调整为栅极低电压vgl的电压值与一电压值v1的总和。此外，节点p1上的电压电位也同步的被调整为栅极低电压vgl的电压值与经由耦合效应后的一偏移值△v之间的电压差值。其中，所述电压值v1可以表示为晶体管m5的导通电压|vth5|与经由耦合效应后的偏移值△v之间的电压差值。亦即，此时的控制信号cs1的电压电位为vgl+v1＝vgl+|vth5|-△v，并且，此时的节点p1的电压电位为vgl-△v。

另一方面，电压调整器160依据反向频率信号xclk而周期性的被断开。并且，电压调整器150可以依据被拉低的控制信号cs1而提供栅极高电压vgh至控制端ct2，以使控制信号cs2的电压电位可以维持于栅极高电压vgh的电压值。

换言之，在第二子阶段tc_2中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs1来提供栅极低电压vgl以对输出端out进行充电动作，并使输出级电路110可以通过输出端out来对应的产生具有栅极低电压vgl的电压电位的栅极驱动信号g[n]。

接着，请同时参照图2以及图3c，具体来说，当移位寄存电路100操作于补偿阶段tc的第三子阶段tc_3时，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1以及切换信号cha持续的维持于高电压电位状态，并且设定模式选择信号ss2为低电压电位状态。另外，外接的频率产生器(未绘制)可以提供具有高电压电位的频率信号clk以及具有低电压电位的反向频率信号xclk。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss2来提供栅极高电压vgh至控制端ct1，进而使控制信号cs1的电压电位可以被上拉至栅极高电压vgh的电压值。在此同时，补偿电路120中的晶体管m3以及晶体管m4分别可以依据被拉低的控制信号cs1以及切换信号cha而被断开，并且电压调整器140可以依据切换信号cha而持续的被断开。

另一方面，电压调整器160可以依据反向频率信号xclk而被导通，以对控制信号cs2进行充电动作。接着，电压调整器150可以依据模式选择信号ss2来提供栅极低电压vgl至控制端ct2，以使控制信号cs2的电压电位被调整为栅极低电压vgl的电压值与一电压值v2的总和。其中，所述电压值v2可以表示为晶体管m10的导通电压|vth10|。亦即，此时的控制信号cs2的电压电位为vgl+v2＝vgl+|vth10|。

换言之，在第三子阶段tc_3中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs2来提供栅极高电压vgh以对输出端out进行充电动作，并使输出级电路110可以通过输出端out来对应的产生具有栅极高电压vgh的电压电位的栅极驱动信号g[n]。

依据上述图3a至图3c的说明内容可以清楚得知，在补偿阶段tc中，移位寄存电路100可以通过将切换信号cha设定为高电压电位状态的方式，以断开前级栅极驱动信号g[n-1]传送至控制端ct1的路径，进而使栅极驱动信号g[n]将不会受到前级栅极驱动信号g[n-1]的影响，并使栅极驱动信号g[n]能够与后级栅极驱动信号g[n+1]进行同步输出，藉以提升显示栅极驱动装置的效能。

请同时参照图2以及图3d，具体来说，当移位寄存电路100操作于写入阶段tr的第一子阶段tr_1时，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2皆为高电压电位状态，并且设定切换信号cha为低电压电位状态。另外，外接的频率产生器(未绘制)可以提供具有高电压电位的频率信号clk以及具有低电压电位的反向频率信号xclk至移位寄存电路100。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2而被断开。并且，电压调整器120中的晶体管m3以及晶体管m4分别可依据被拉低的控制信号cs1以及切换信号cha而被导通。不同于补偿阶段tc的是，在写入阶段tr中，电压调整器140可以依据切换信号cha以及反向频率信号xclk而被导通。

在此情况下，电压调整器140可以将前级栅极驱动信号g[n-1]或起始脉冲信号st传送至控制端ct1，以使控制信号cs1的电压电位可以被下拉至栅极低电压vgl的电压值与一电压值v3的总和。其中，所述电压值v3可以表示为晶体管m8的导通电压|vth8|。亦即，此时的控制信号cs1的电压电位为vgl+v3＝vgl+|vth8|。需注意到的，由于此时晶体管m3以及晶体管m4皆为导通状态，因此节点p1可以通过晶体管m3以及晶体管m4所形成的导通路径，并依据被拉高的频率信号clk而同步的被拉高至栅极高电压vgh的电压电位。

另一方面，在第一子阶段tr_1中，电压调整器160可以依据被下拉的反向频率信号xclk而持续的被导通，并对控制信号cs2持续的进行充电动作。接着，电压调整器150可以依据被下拉的控制信号cs1而将栅极高电压vgh传送至控制端ct2，以使控制信号cs2的电压电位可以被上拉至栅极高电压vgh的电压值。

换言之，在第一子阶段tr_1中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs1来对应的产生栅极驱动信号g[n]。其中，此时的栅极驱动信号g[n]的电压电位为栅极低电压vgl的电压值与一电压值v4的总和。其中，所述电压值v4可以表示为晶体管m8的导通电压|vth8|以及晶体管m1的导通电压|vth1|。亦即，此时的栅极驱动信号g[n]的电压电位为vgl+v4＝vgl+|vth8|+|vth1|。

请同时参照图2以及图3e，具体来说，当移位寄存电路100操作于写入阶段tr的第二子阶段tr_2时，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2持续维持为高电压电位状态，并且设定切换信号cha为低电压电位状态。另外，外接的频率产生器(未绘制)可以提供具有低电压电位的频率信号clk以及具有高电压电位的反向频率信号xclk至移位寄存电路100。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2而持续的被断开，并且电压调整器140可依据被拉高的反向频率信号xclk而重新被断开。接着，补偿电路120的晶体管m3以及晶体管m4分别可以依据被拉低的控制信号cs1以及切换信号cha而被导通。

值得一提的，在第二子阶段tr_2中，补偿电路120可以依据被拉低的频率信号clk，以使节点p1的电压电位被同步拉低至栅极低电压vgl的电压值与一电压值v5的总和。其中，所述电压值v5可以表示为晶体管m3的导通电压|vth3|。亦即，此时的节点p1的电压电位为vgl+|vth3|。接着，补偿电路120可以依据被拉低的节点p1的电压电位来通过电容c1的耦合效应，以使控制信号cs1的电压电位同步的被调整为栅极低电压vgl的电压值与一电压值v6的总和。其中，所述电压值v6可以表示为晶体管m8的导通电压|vth8|与经由耦合效应后的偏移值△v之间的电压差值。亦即，此时的控制信号cs1的电压电位为vgl+v6＝vgl+|vth8|-△v。

另一方面，电压调整器160可以依据被上拉的反向频率信号xclk而重新被断开。接着，电压调整器150可以依据被拉低的控制信号cs1来提供栅极高电压vgh至控制端ct2，以使控制信号cs2的电压电位维持为栅极高电压vgh的电压值。

换言之，在第二子阶段tr_2中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs1来提供栅极低电压vgl以对输出端out进行充电动作，并使输出级电路110可以通过输出端out来对应的产生具有栅极低电压vgl的电压电位的栅极驱动信号g[n]。

请同时参照图2以及图3f，具体来说，当移位寄存电路100操作于电压保持阶段tvh时，移位寄存电路100可以设定模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2持续为高电压电位状态，并且设定切换信号持续为低电压电位状态。另外，外接的频率产生器(未绘制)可以提供以周期性转态的频率信号clk以及反向频率信号xclk至移位寄存电路100。

详细来说，电压调整器130可以依据模式选择信号ss1以及模式选择信号ss2而维持被断开。在此同时，电压调整器140可以依据反向频率信号xclk而周期性的被导通，并且周期性的对控制信号cs1进行充电动作，藉以拉高控制信号cs1。接着，电压调整器120的晶体管m3可以依据被拉高的控制信号cs1而再次被断开。

另一方面，电压调整器160可以依据反向频率信号xclk而周期性的被导通，并且周期性的对控制信号cs2进行充电动作，藉以拉低控制信号cs2的电压电位。

换言之，在电压保持阶段tvh中，输出级电路110可以依据被拉低的控制信号cs2来提供栅极低电压vgh以对输出端out进行充电动作，并使输出级电路110通过输出端out来对应的产生具有栅极高电压vgh的电压电位的栅极驱动信号g[n]。

需注意到的，上述的高电压电位可以是栅极高电压vgh的电压值，并且低电压电位可以是栅极低电压vgl的电压值。

依据上述的图3d至图3f的说明内容可以清楚得知，在写入阶段tr中，移位寄存电路100可以通过电容c1的耦合效应，来使控制信号cs1可以同步的被下拉，进而使栅极驱动信号g[n]与后级栅极驱动信号g[n+1]可以依序的被输出，藉以提升栅极驱动装置的效能。

综上所述，本发明的栅极驱动装置的移位寄存电路可以在补偿阶段时，使输出级电路所产生的栅极驱动信号与前、后级栅极驱动信号进行同步输出。并且在写入阶段时，使输出级电路所产生的栅极驱动信号与前、后级栅极驱动信号依序的被输出，藉以提升栅极驱动装置的效能。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。