CN102915713A - 一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置，用以在TFT无法充分开启时，实现对TFT的栅极电压温度补偿，提高图像的画质。所述栅极电压温度补偿电路，包括：反馈晶体管、逻辑控制模块、第一电压源、以及第二电压源；其中，反馈晶体管的栅极与第二电压源的输出端相连；反馈晶体管的源极与第一电压源的输出端相连；反馈晶体管的漏极与逻辑控制模块的输入端相连；逻辑控制模块的输出端与第二电压源的输入端相连，用于对所述当前漏极电压与参考漏极电压进行比较，将比较结果通过输出端输出给第二电压源，以使得所述第二电压源根据所述比较结果对所述当前栅极电压进行温度补偿。

Description

一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置

技术领域

本发明涉及图像显示驱动技术领域，尤其涉及一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置。

背景技术

在显示技术领域，作为开关器件的薄膜晶体管起着重要的作用。

薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）作为开关器件的工作原理简述如下：

当为TFT的栅极施加相对于地GND的电压V_g(简称栅极电压)时，TFT的栅极和源极之间会产生一个电场，TFT在该电场的作用下形成的电子沟道使源极与漏极导通，栅极和源极之间的正向电压差（也即阈值电压V_th）越大，导电沟道越宽，导通电流也越大；当为TFT的栅极施加相对于地GND的负电压时，源极与漏极关闭，这就是TFT的开关特性。

晶体管的开关特性会因外界温度的变化而变化，例如：TFT的阈值电压V_th随温度的变化关系如图1所示，V_th随温度的升高呈指数下降。TFT的阈值电压V_th为TFT的栅极电压V_g和相对于地GND的源极电压V_s之差。相应地，要想使TFT导通（或者称开启），TFT栅极电压V_g随温度变化也较为明显，如在常温下（25℃）TFT导通需要的栅极电压为27V，在15℃的环境下，TFT导通需要的栅极电压为32V，27V的栅极电压就不能使TFT充分打开，其中，TFT充分打开也即TFT工作于饱和区。

在显示领域，TFT起到控制像素开关的作用，当TFT的栅极电压不足以使得TFT打开时，TFT工作于非饱和区，显示则无法正常进行。尤其是在液晶显示领域，越来越多的领域应用了液晶显示***，而液晶显示***工作的环境又各不相同，工作环境的温度可能在-50℃~150℃的范围内，这样，按照常温环境设计的像素驱动电路，栅极电压为一恒定值，该栅极电压无法保证显示器件在较低温度下正常工作。因此，现有的显示器件无法克服因温度引起的TFT的阈值变化导致栅极电压不足以使得TFT打开，显示图像显示不正常。

发明内容

本发明实施例提供一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置，用以在TFT无法充分开启时，实现对TFT的栅极电压进行温度补偿，提高图像的画质。

本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路，包括：

反馈晶体管、逻辑控制模块、第一电压源、以及第二电压源；

其中，反馈晶体管的栅极与第二电压源的输出端相连，用于接收来自第二电压源输出的当前栅极电压；

反馈晶体管的源极与第一电压源的输出端相连，该第一电压源为反馈晶体管提供正常工作的参考电压；

反馈晶体管的漏极与逻辑控制模块的输入端相连，为逻辑控制模块提供当前漏极电压；

逻辑控制模块的输出端与第二电压源的输入端相连，用于对所述当前漏极电压与参考漏极电压进行比较，将比较结果通过输出端输出给第二电压源，以使得所述第二电压源根据所述比较结果对所述当前栅极电压进行温度补偿。

较佳地，所述逻辑控制模块为电压比较芯片或电压比较器。

较佳地，所述电压比较芯片为数字信号处理DSP或复杂可编程逻辑器件CPLD。

较佳地，所述电压比较器为运算放大器，运算放大器的其中一个输入端用于输入当前漏极电压，另一个输入端用于输入参考漏极电压，输出端用于输出当前漏极电压与参考漏极电压的比较结果。

较佳地，所述参考漏极电压通过第三电压源提供，所述第三电压源与运算放大器用于输入参考漏极电压的输入端连接，为运算放大器提供参考漏极电压。

较佳地，所述第二电压源为可调电压源，所述第一电压源和所述第三电压源为恒定电压源。

本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述栅极电压温度补偿电路，其中，所述第二电压源为显示装置中阵列基板或背板上用于为扫描线提供栅极电压的电压源，该第二电压源有多个输入端和输出端；第二电压源的其中一个输出端与反馈晶体管的栅极相连，其中的一个输入端与逻辑控制模块的输出端相连；第二电压源将温度补偿后的栅极电压输出给与之相连的驱动电路。

本发明实施例通过第二电压源向反馈晶体管输出当前栅极电压；反馈晶体管在当前栅极电压的作用下，向逻辑控制模块输出当前漏极电压；逻辑控制模块根据所述当前漏极电压以及参考漏极电压向第二电压源输出电平信号；第二电压源根据所述电平信号对所述当前栅极电压进行温度补偿。使得工作于较低温度环境下的TFT可以及时获取较高的栅极电压，保证TFT充分打开工作于饱和区，提高图像的画质。

附图说明

图1为现有技术晶体管的阈值电压与温度的关系示意图；

图2为本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种栅极电压温度补偿电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种栅极电压温度补偿电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的阵列基板GOA电路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路与阵列基板相连的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的栅极电压温度补偿方法整体流程示意图；

图8为本发明实施例提供的栅极电压温度补偿方法具体流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种栅极电压温度补偿电路及补偿方法、显示装置，用以在TFT无法充分开启时，实现对TFT的栅极电压进行温度补偿，提高图像的画质。

本发明实施例所述的栅极电压温度补偿电路可以适用于TFT工作于较低温度的环境下，预设栅极电压难以开启TFT使得TFT无法工作于饱和区。这是因为，低温环境下的TFT阈值电压变大，难以充分打开，TFT无法工作于饱和区，通过本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路，可以使得在一定温度下正常工作的TFT，在低于该一定温度下的环境中通过对TFT栅极电压温度补偿，达到TFT工作于饱和区的目的（也即正常工作的目的）。

下面通过附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图2，本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路，包括：

反馈晶体管T1、逻辑控制模块1、第一电压源2、以及第二电压源3；

反馈晶体管T1包括：栅极g、源极s和漏极d；

逻辑控制模块1包括：输入端A、以及输出端B；

第二电压源3包括：输入端C、输出端D；

第一电压源2包括：输出端E;

其中，反馈晶体管T1的栅极g与第二电压源3的输出端D相连，用于接收来自第二电压源3输出的当前栅极电压V_g；该当前栅极电压V_g由第二电压源3提供；

反馈晶体管T1的源极s与第一电压源2的输出端E相连，该第一电压源2为反馈晶体管T1提供正常工作的参考电压V_参考；

反馈晶体管T1的漏极d与逻辑控制模块1的输入端A相连，为逻辑控制模块1提供当前漏极电压V_d；反馈晶体管T1的漏极d同时与接地点相连。

逻辑控制模块1的输出端B与第二电压源3的输入端C相连，用于对当前漏极电压V_d与参考漏极电压V_d0进行比较，将比较结果通过输出端输出给第二电压源，以使得第二电压源3根据所述比较结果对当前栅极电压V_g进行温度补偿。

需要说明的是，图2所示的栅极电压温度补偿电路中的电阻R1用于保持反馈晶体管源极的电压，电阻R2用于保持反馈晶体管漏极的电压。

较佳地，逻辑控制模块2为电压比较芯片或电压比较器。

电压比较芯片可以由数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)等承载的软件模块实现。

参见图3，电压比较器为运算放大器，运算放大器的其中一个输入端A用于输入当前漏极电压V_d，另一个输入端K用于输入参考漏极电压V_d0，输出端B用于输出当前漏极电压与参考漏极电压的比较结果。

该比较结果为一个逻辑电平输出结果，如输出高电平或低电平。

参考漏极电压V_d0可以通过一定电路实现，例如图3所示的运算放大器的输入端K通过一个电阻R4连接至地，该电阻R4为一个经验值，保证运算放大器的输入端K的电压值为V_d0。

图3中，R3为实现运算放大器具有电压比较功能的一个元器件。

或者，所述参考漏极电压V_d0通过第三电压源提供，如图4所示，通过第三电压源4为运算放大器的输入端K提供参考漏极电压V_d0。

较佳地，第二电压源3为直流可调电压源，如直流电压到直流电压的电压转换器DCDC。

较佳地，第一电压源2和第三电压源4为恒定电压源。

下面通过具体的实施例说明本发明提供的薄膜晶体管TFT栅极电压温度补偿电路的工作原理。

以TFT栅极电压温度补偿电路适用于显示领域为例，阵列基板上的TFT一般工作于常温，一般地，对于一个已出厂的液晶显示装置，阵列基板上的控制输出栅极电压V_g的相关电路（在PCB板上）设置了一个能够使得TFT正常工作于常温（25℃）的栅极电压V_g。且该栅极电压V_g不会轻易改变，该V_g是通过DCDC电压源提供，DCDC提供的电压通过栅极控制电路按照时序输入阵列基板上的相应的TFT。

参见图5，为薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay）阵列基板（Array基板）等效电路图。

现有在主动式液晶显示器中，每个像素都设置有一个TFT用于控制像素的开启和关闭，实现图像的显示。如图5显示，阵列基板10上的TFT20包括栅极g，源极s和漏极d。栅极g连接至水平方向的扫描线30上，源极s连接至垂直方向的数据线40上，漏极d连接至像素电极50。阵列基板10上属于同一行的TFT20的栅极g通过一根扫描线30连接至GOA（Gate On Array）电路的栅极驱动电路上，阵列基板10上属于同一列的TFT20的源极s通过一根数据线40连接至PCB的源极驱动电路上（图5中未示出栅极驱动电路和源极驱动电路）。当栅极驱动电路为某一行扫描线30输出足够高的栅极电压V_g时，该扫描线30上的TFT充分打开，与某一列的TFT对应的数据线40的驱动电压加载到像素电极50，控制不同液晶的透光度，实现图像显示。控制液晶显示器显示图像的关键是作为开关器件的TFT20的充分打开。然而，目前Array基板10上的TFT2开关特性会因外界温度的变化或者背光组件所产生的热量而产生变化，若TFT20打开不充分，则像素电极50充电不充分，严重影响显示效果甚至不能显示图像。

较佳地，本发明提供的第二电压源3还包括输出端H，用于和其他电路相连，例如和阵列基板上的栅极驱动电路相连，栅极驱动电路将温度补偿后的栅极电压加载到阵列基板上的TFT，使得TFT在当前温度下正常工作。

参见图6，本发明实施例提供的TFT栅极电压温度补偿电路的一端与液晶显示器的栅极驱动电路相连，具体地为第二电压源DCDC的第二输出端H与驱动电路的输出端相连，经过该TFT栅极电压温度补偿电路温度补偿后的栅极电压输入给栅极驱动电路，栅极驱动电路输出温度补偿后的TFT的栅极电压，使得处于低温环境下的TFT充分打开。

如图6所示，仅表示TFT栅极电压温度补偿电路与阵列基板上的栅极驱动电路的连接关系，不表示TFT栅极电压温度补偿电路的实际设置位置。

在具体实施过程中，TFT栅极电压温度补偿电路的反馈晶体管可以设置在阵列基板的***区域，第二电压源可以是为阵列基板上的扫描线提供电压的DCDC电压源。

需要说明的是，在具体实施过程中，栅极电压V_g是由可调电压源DCDC提供的，该电压源DCDC设置在PCB板上。

本发明实施例提供了一种TFT栅极电压V_g温度补偿电路，该电路中的逻辑控制模块对待输入到阵列基板上的TFT的栅极电压V_g进行判断，当该电压不足以打开TFT时，控制DCDC对该V_g温度补偿。对于固定结构的TFT，温度确定，阈值电压V_th确定，栅极电压确定，则TFT的漏极电压确定。在具体电路中，通过对处于工作状态的TFT的漏极电压和预先设置的常温下TFT正常工作的漏极电压进行比较，确定对栅极电压进行温度补偿。

参见图7，结合图3，本发明实施例提供的栅极电压V_g温度补偿方法，整体包括：

S11、第二电压源向反馈晶体管输出当前栅极电压。

S12、反馈晶体管在当前栅极电压的作用下，向逻辑控制模块输出当前漏极电压。

S13、逻辑控制模块根据所述当前漏极电压以及参考漏极电压向第二电压源输出控制信号。

S14、第二电压源根据所述控制信号对当前栅极电压进行温度补偿。

所述步骤C，具体为：逻辑控制模块判断当前漏极电压是否大于所述参考漏极电压，当判断当前漏极电压小于所述参考漏极电压，向第二电压源输出控制信号，该控制信号用于指示第二电压源对所述当前栅极电压进行温度补偿。

较佳地，当逻辑控制模块判断当前漏极电压大于所述参考漏极电压，向第二电压源输出控制信号，该控制信号用于指示第二电压源不对所述当前栅极电压进行温度补偿。

较佳地，步骤D具体为，第二电压源接收到用于指示第二电压源不对所述当前栅极电压进行温度补偿的控制信号时，不对当前栅极电压进行温度补偿；

当第二电压源接收到用于指示第二电压源对所述当前栅极电压进行温度补偿的控制信号时，以恒定电压幅度值对当前栅极电压进行温度补偿。

较佳地，在步骤D之后还包括：将温度补偿后的栅极电压作为当前栅极电压，继续执行步骤A，直到逻辑控制模块判断结果满足当前漏极电压大于所述参考漏极电压为止。

参见图8，本发明实施例提供的栅极电压V_g温度补偿方法，具体包括：

S21、第二电压源3向反馈晶体管T1输出当前栅极电压V_g。

当第二电压源3向反馈晶体管T1首次输入电压时，V_g＝V_g0。

该当前栅极电压为栅极驱动电路中预设的，V_g0为在某一设定温度下反馈晶体管T1正常工作的栅极电压V_g0。该温度可以取常温25℃。

设当前反馈晶体管T1的工作温度低于所述设定温度。

S22、反馈晶体管在当前栅极电压V_g和源极电压V_参考的作用下，向逻辑控制模块1输出当前漏极电压V_d。

S23、逻辑控制模块1判断当前漏极电压V_d是否大于预设参考漏极电压V_d0，如果是，执行步骤S24，否则执行步骤S25。

S24、逻辑控制模块1向第二电压源3输出控制信号，该控制信号用于指示第二电压源3不需要对所述当前栅极电压V_g进行温度补偿。

所述控制信号可以以高电平或低电平的形式输出。

S25、逻辑控制模块1向第二电压源3输出控制信号，该控制信号用于指示第二电压源3对所述当前栅极电压V_g进行温度补偿，执行步骤S26。

所述控制信号可以以低电平或高电平的形式输出。如果步骤S24设置输出高电平，则步骤S25设置输出低电平，或者，如果步骤S24设置输出低电平，则步骤S25设置输出高电平。

S26、第二电压源3对前一次输出给反馈晶体管T1的栅极电压V_g进行温度补偿，继续执行步骤S21直到在步骤S23判断结果为是执行步骤S24为止。

具体地，步骤S26第二电压源以恒定电压幅度值对当前栅极电压进行温度补偿。所述温度补偿的电压幅度值ΔU可以是一个经验值，例如1.5V、2V或2.5V，可以设置每次温度补偿的电压幅度值ΔU相等或不等。采用这样的温度补偿方式，最后温度补偿后的栅极电压等于或略大于TFT在当前温度正常工作的理论值，减少因栅极电压远远大于TFT在当前温度正常工作的理论值而增加功耗。

需要说明的是，本发明通过一次或多次逐渐温度补偿法，可以很好地控制栅极电压约等于TFT在当前温度正常工作的理论值。

所述最终得到的温度补偿后的栅极电压为TFT可以在当前温度下正常工作的电压。将该栅极电压输出给与该TFT结构相同的处于同一温度环境中的TFT。

采用本发明上述方法可以控制不同温度下TFT栅极电压的动态输入，解决了TFT因在某一温度下设定的栅极电压在低于该温度的环境中驱动TFT，TFT难以充分打开无法正常工作的问题。

本发明实施例还提供一显示装置，包括上述栅极电压温度补偿电路，该显示装置可以为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、有机电致发光显示OLED面板、OLED显示器、OLED电视或电子纸等显示装置。该温度补偿电路设置在显示装置中的阵列基板（对应液晶显示装置系列）或背板（对应OLED显示装置系列）上。其中，所述第二电压源为阵列基板上用于为驱动电路提供栅极电压的电压源，或者为独立的电压源，驱动电路根据该栅极电压向阵列基板或背板上的扫描线提供栅极电压，该第二电压源有多个输入端和输出端；第二电压源的其中一个输出端与反馈晶体管的栅极相连，其中的一个输入端与逻辑控制模块的输出端相连；第二电压源将温度补偿后的栅极电压通过驱动电路输出给与之相连的扫描线。

综上所述，本发明实施例提供的栅极电压温度补偿电路，阵列基板及显示装置，用以在TFT无法充分开启时，实现对TFT的栅极电压进行温度补偿，提高图像的画质。当TFT工作于较低温度的环境中时，首先给TFT输入一个初始栅极电压，当逻辑控制模块判断所述栅极电压不足以开启TFT正常工作时，控制用电压源DCDC对所述栅极电压进行温度补偿。直到栅极电压可以开启TFT正常工作，该温度补偿后的栅极电压可以输入其他TFT使得TFT正常工作。从而提高图像的画质。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种栅极电压温度补偿电路，其特征在于，包括：

反馈晶体管、逻辑控制模块、第一电压源、以及第二电压源；

其中，所述反馈晶体管的栅极与第二电压源的输出端相连，用于接收来自第二电压源输出的当前栅极电压；所述反馈晶体管的源极与第一电压源的输出端相连，该第一电压源为反馈晶体管提供正常工作的参考电压；所述反馈晶体管的漏极与逻辑控制模块的输入端相连，为逻辑控制模块提供当前漏极电压；

逻辑控制模块的输出端与第二电压源的输入端相连，用于对所述当前漏极电压与参考漏极电压进行比较，将比较结果通过输出端输出给第二电压源，以使得所述第二电压源根据所述比较结果对所述当前栅极电压进行补偿。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述逻辑控制模块为电压比较芯片或电压比较器。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电压比较芯片为数字信号处理DSP或复杂可编程逻辑器件CPLD。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电压比较器为运算放大器，运算放大器的其中一个输入端用于输入当前漏极电压，另一个输入端用于输入参考漏极电压，输出端用于输出当前漏极电压与参考漏极电压的比较结果。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述参考漏极电压通过第三电压源提供，所述第三电压源与运算放大器用于输入参考漏极电压的输入端连接，为运算放大器提供参考漏极电压。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二电压源为可调电压源，所述第一电压源和所述第三电压源为恒定电压源。

7.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一权项所述的栅极电压温度补偿电路，其中，所述第二电压源用于为扫描线提供栅极电压的电压源，所述第二电压源的其中一个输出端与反馈晶体管的栅极相连，其中一个输入端与逻辑控制模块的输出端相连；第二电压源将补偿后的栅极电压输出给与之相连的驱动电路。

8.一种栅极电压温度补偿方法，其特征在于，包括：

第二电压源向反馈晶体管输出当前栅极电压；

反馈晶体管在当前栅极电压的作用下，向逻辑控制模块输出当前漏极电压;

逻辑控制模块根据所述当前漏极电压以及参考漏极电压向第二电压源输出控制信号;

第二电压源根据所述控制信号对当前栅极电压进行补偿。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述逻辑控制模块根据所述当前漏极电压以及参考漏极电压向第二电压源输出控制信号，具体为：逻辑控制模块判断当前漏极电压是否大于所述参考漏极电压，当判断当前漏极电压小于所述参考漏极电压，向第二电压源输出控制信号，该控制信号用于指示第二电压源对所述当前栅极电压进行补偿。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二电压源根据所述控制信号对当前栅极电压进行补偿具体为，

当第二电压源接收到用于指示第二电压源对所述当前栅极电压进行温度补偿的控制信号时，以恒定电压幅度值对当前栅极电压进行温度补偿。

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