CN105096870B - 电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路。该电平偏移电路包括控制单元、选择单元和输出单元，其中：控制单元，与开启电源、输入信号端和选择单元连接，用于生成与输入信号相反的控制信号，并将控制信号传输至选择单元；选择单元，与驱动电源和输出单元连接，用于接收控制信号并生成与控制信号对应的选择信号，控制信号用于选择与开启电源的极性对应的驱动电源的极性端，并将选择信号传输至输出单元；输出单元，与驱动电源连接，用于接收选择信号，并输出与开启电源的极性对应的驱动电源极性的电压。该电平偏移电路结构简单，驱动方法够简单有效、可靠性高。

Description

电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路。

背景技术

目前最常见的平板显示装置包括液晶显示装置(LiquidCrystal Display，简称LCD)和有机发光二极管显示装置(OrganicLight-Emitting Diode，简称OLED)。在平板显示装置的显示区内，包括由交叉设置的栅线和数据线围成的多个像素区，每一像素区内均设置有控制显示的薄膜晶体管；该薄膜晶体管通过位于非显示区的驱动单元的驱动，实现像素点的图像显示。驱动单元包括栅极驱动器和源极驱动器，其中的栅极驱动器用于扫描并打开显示屏中隶属于同行的多通道RGB像素点，源极驱动器用于为打开的多通道RGB像素点提供显示数据。

栅极驱动器中包括电平偏移电路(level shift circuit)，电平偏移电路一般用于将输入的小幅值的电平信号转换成能用于驱动像素点(通过栅线与薄膜晶体管的栅极驱动)的大幅值电平信号。通常情况下，电平偏移电路输入的电平信号为工作电压VDD(一般为3.3V)和工作地GND(一般为0V)，转换后输出的电平信号为高电平信号VGH(约为30V)和低电平信号VGL(约为-8V)。

然而，目前的电平偏移电路结构中正负电平是分步转换的，例如在第一级转换电路中只将VDD提升至VGH，在第二级转换电路中将GND降低至VGL，电路结构不够简单，驱动方法也不够简单有效，还留有改善空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路，该电平偏移电路结构简单，驱动方法够简单有效、可靠性高。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电平偏移电路，包括控制单元、选择单元和输出单元，其中：

所述控制单元，与开启电源、输入信号端和所述选择单元连接，用于生成与输入信号相反的控制信号，并将所述控制信号传输至所述选择单元；

所述选择单元，与驱动电源和所述输出单元连接，用于接收所述控制信号并生成与所述控制信号对应的选择信号，所述控制信号用于选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的极性端，并将所述选择信号传输至所述输出单元；

所述输出单元，与所述驱动电源连接，用于接收所述选择信号，并输出与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源极性的电压。

优选的是，所述控制单元包括第一反相器、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管具有相反的开关特性且对称分设于所述第一反相器的两侧，其中：

所述第一反相器，其输入端连接输入信号端，输出端分别与所述第一晶体管的控制极和所述第二晶体管的控制极连接，用于根据所述输入信号控制所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通和关闭；

所述第一晶体管，其第一极与所述选择单元连接，第二极与所述开启电源的一个极端连接；

所述第二晶体管，其第一极与所述开启电源的另一个极端连接，第二极与所述选择单元连接。

优选的是，所述选择单元包括第二反相器、第一开关和第二开关，其中：

所述第二反相器，其输入端与所述第一反相器的输出端连接，输出端与所述第二开关的控制端连接；

所述第一开关，其第一端与所述第一晶体管的第一极连接，第二端与所述驱动电源的一个极端连接，控制端与所述第二反相器的输入端连接；

所述第二开关，其第一端与所述第二晶体管的第二极连接，第二端与所述驱动电源的另一个极端连接。

优选的是，所述选择单元还包括PWM调制器，所述PWM调制器连接于所述第一反相器与所述第二反相器之间，用于改善进入所述第二反相器的波形和增强对所述第二反相器的驱动能力；

其中，所述PWM调制器的输入端与所述第一反相器的输出端连接，输出端与所述第二反相器的输入端连接。

优选的是，所述输出单元包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管具有相反的开关特性，其中：

所述第三晶体管，其控制极与所述第一晶体管的第一极、所述第一开关的第一端分别连接，第一极与所述第四晶体管的第二极连接，第二极与所述驱动电源的一个极端、所述第一开关的第二端分别连接；

所述第四晶体管，其控制极与所述第二晶体管的第二极、所述第二开关的第一端分别连接，第一极与所述驱动电源的另一个极端、所述第二开关的第二端分别连接；

所述第三晶体管与所述第四晶体管的连接点形成所述电平偏移电路的输出端。

优选的是，所述第一晶体管与所述第三晶体管具有相同的开关特性，例如均为P型金属氧化物半导体场效应管；所述第二晶体管与所述第四晶体管具有相同的开关特性，例如均为N型金属氧化物半导体场效应管。

优选的是，所述开启电源的一端为工作电压，另一端为工作地，所述第一晶体管的第二极与工作电压连接，所述第二晶体管的第一极与工作地连接；

所述驱动电压的一端为高电平信号，另一端为低电平信号，所述第三晶体管的第二极与高电平信号连接，所述第四晶体管的第一极与低电平信号连接。

优选的是，工作电压的电压为3.3V，工作地的电压为0V；高电平信号为30V，低电平信号为-8V。

一种像素驱动电路，包括上述的电平偏移电路。

一种电平偏移电路驱动方法，用于将电压放大并将放大的电压用于驱动像素，所述电平偏移电路包括控制单元、选择单元和输出单元，该驱动方法包括输出正电压的阶段和输出负电压的阶段，其中：

在输出正电压阶段：输入信号以及开启电源的正逻辑电压进入所述控制单元，在所述控制单元生成与输入信号相反的控制信号，在所述控制信号的控制下所述选择单元选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的高电平电源，并通过所述输出单元输出；

在输出负电压阶段：输入信号以及开启电源的负逻辑电压进入所述控制单元，在所述控制单元生成与输入信号相反的控制信号，在所述控制信号的控制下所述选择单元选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的低电平电源，并通过所述输出单元输出。

优选的是，所述控制单元包括第一反相器、第一晶体管和第二晶体管，所述选择单元包括第二反相器、第一开关和第二开关，所述输出单元包括第三晶体管和第四晶体管，其中：

在输出正电压阶段：输入信号为高脉冲，所述第一反相器将高脉冲转变为低脉冲，所述第一晶体管导通，所述第一开关断开，所述第三晶体管导通，输出高电平信号；

在输出负电压阶段：输入信号为负脉冲，所述第一反相器将低脉冲转变为高脉冲，所述第二晶体管导通，所述第二开关断开，所述第四晶体管导通，输出低电平信号。

本发明的有益效果是：该电平偏移电路结构简单，驱动方法够简单有效、可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例1中电平偏移电路的示意图；

图2为本发明实施例1中电平偏移电路的时序波形图；

图中：

1－控制单元；2－选择单元；3－输出单元。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明电平偏移电路及其驱动方法、像素驱动电路作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种电平偏移电路，该电平偏移电路采用简单的控制逻辑，将输入信号Input转变为输出信号Output，从而实现小幅值的电平信号转到大幅值电平信号的转换。

本实施例以适用于栅极驱动器中的电平偏移电路作为示例进行说明。如图1所示，该电平偏移电路包括控制单元1、选择单元2和输出单元3，其中：

控制单元1，与开启电源、输入信号端和选择单元2连接，用于生成与输入信号相反的控制信号，并将控制信号传输至选择单元2；通过控制单元1可以控制选择单元2中正电平通路或负电平通路的选通和关断，以便于后续对像素行的选通和关闭。

选择单元2，与驱动电源和输出单元3连接，用于接收控制信号并生成与控制信号对应的选择信号，控制信号用于选择与开启电源的极性对应的驱动电源的极性端，并将选择信号传输至输出单元3；通过选择单元2可以选通与脉冲信号的高电平或低电平具有相同极性的大幅值电源的通路，以便于后续形成大幅值电平对像素行进行关闭。

输出单元3，与驱动电源连接，用于接收选择信号，并输出与开启电源的极性对应的驱动电源极性的电压；通过输出单元3可以输出大幅值电平对像素行进行选通和关闭。

具体的，控制单元1包括第一反相器U1、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2具有相反的开关特性且对称分设于第一反相器U1的两侧，其中：

第一反相器U1，其输入端连接输入信号端，输出端分别与第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的控制极连接，用于根据输入信号控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的导通和关闭；

第一晶体管Q1，其第一极与选择单元2连接，第二极与开启电源的一个极端连接；

第二晶体管Q2，其第一极与开启电源的另一个极端连接，第二极与选择单元2连接。

选择单元2包括第二反相器U2、第一开关S1和第二开关S2，其中：

第二反相器U2，其输入端与第一反相器U1的输出端连接，输出端与第二开关S2的控制端连接；

第一开关S1，其第一端与第一晶体管Q1的第一极连接，第二端与驱动电源的一个极端连接，控制端与第二反相器U2的输入端连接；

第二开关S2，其第一端与第二晶体管Q2的第二极连接，第二端与驱动电源的另一个极端连接。该第二开关S2的开闭状态由第二反相器U2的输出信号控制。

输出单元3包括第三晶体管Q3和第四晶体管Q4，第三晶体管Q3和第四晶体管Q4具有相反的开关特性，其中：

第三晶体管Q3，其控制极与第一晶体管Q1的第一极、第一开关S1的第一端分别连接，第一极与第四晶体管Q4的第二极连接，第二极与驱动电源的一个极端、第一开关S1的第二端分别连接；

第四晶体管Q4，其控制极与第二晶体管Q2的第二极、第二开关S2的第一端分别连接，第一极与驱动电源的另一个极端、第二开关S2的第二端分别连接；

第三晶体管Q3与第四晶体管Q4的连接点形成电平偏移电路的输出端。

优选的是，选择单元2还包括PWM调制器，PWM调制器连接于第一反相器U1与第二反相器U2之间，用于改善进入第二反相器U2的波形和增强对第二反相器U2的驱动能力；其中，PWM调制器的输入端与第一反相器U1的输出端连接，输出端与第二反相器U2的输入端连接。通过PWM调制器，一方面能更迅速有效地控制第一开关S1和第二开关S2；另一方面还能保证第三晶体管Q3和第四晶体管Q4在同一时刻分别处于不同的导通和关断状态，防止短路。

优选的是，在本实施例的电平偏移电路中，第一晶体管Q1与第三晶体管Q3具有相同的开关特性，例如均为P型金属氧化物半导体场效应管(P-MOS)；第二晶体管Q2与第四晶体管Q4具有相同的开关特性，例如均为N型金属氧化物半导体场效应管(N-MOS)。

在本实施例的电平偏移电路中，开启电源的一端为工作电压VDD，另一端为工作地GND，第一晶体管Q1的第二极与工作电压VDD连接，第二晶体管Q2的第一极与工作地GND连接；优选的是，工作电压VDD的电压为3.3V，工作地GND的电压为0V。驱动电压的一端为高电平信号VGH，另一端为低电平信号VGL，第三晶体管Q3的第二极与高电平信号VGH连接，第四晶体管Q4的第一极与低电平信号VGL连接；优选的是，高电平信号VGH为30V，低电平信号VGL为-8V。该电平偏移电路通过控制单元1、选择单元2和输出单元3有效组合的技术手段，达到了将3.3V的VDD提升为30V的VGH，将0V的GND降低为-8V的VGL的目的，实现了电平偏移的效果，使得小幅值电平信号转为大幅值电平信号。

在本实施例的电平偏移电路结构中，控制单元1、选择单元2和输出单元3形成了三级控制电路，第一反相器U1以及第一晶体管Q1和第二晶体管Q2构成了第一级控制电路，该级控制电路由独立参考电压VDD和GND供电，用于控制第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的导通；PWM调制器和第二反相器U2构成了第二级控制电路，该级控制电路用于控制第一开关S1和第二开关S2的闭合与断开以及第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的导通和关断；第三晶体管Q3和第四晶体管Q4构成了第三级控制电路，该级控制电路由独立参考电压VGH和VGL供电，通过第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的交替导通和关断，达到电平偏移的目的。

该电平偏移电路，通过少量的晶体管实现正负电平的转换，将输入端的小幅值正电平VDD提升为输出端的大幅值正电平VGH；将输入端的小幅值零电平GND降低为输出端的大幅值低电平VGL，解决了将数字逻辑电平信号VDD和GND转变为像素点栅极驱动的模拟控制电平VGH和VGL的问题；而且该电平偏移电路简单有效。

容易理解的是，该电平偏移电路适用于有电平偏移控制需求的任意小功率电路板中；而且，根据应用场合的不同，本实施例中的电平偏移电路以0-3.3V示例的逻辑电平可以设置为0-5V，以-8-30V示例的驱动电源中高电平信号VGH可以是5V以上的某个电压，低电平信号VGL可以是-2V以下的某个电压。

实施例2：

本实施例提供一种对应着实施例1中的电平偏移电路的电平偏移电路驱动方法，能将电压放大并将放大的电压用于驱动像素，其中，电平偏移电路包括控制单元1、选择单元2和输出单元3，该驱动方法包括输出正电压的阶段和输出负电压的阶段，其中：

在输出正电压阶段：输入信号以及开启电源的正逻辑电压进入控制单元1，在控制单元1生成与输入信号相反的控制信号，在控制信号的控制下选择单元2选择与开启电源的极性对应的驱动电源的高电平电源，并通过输出单元3输出；

在输出负电压阶段：输入信号以及开启电源的负逻辑电压进入控制单元1，在控制单元1生成与输入信号相反的控制信号，在控制信号的控制下选择单元2选择与开启电源的极性对应的驱动电源的低电平电源，并通过输出单元3输出。

如实施例1中的电平偏移电路的结构，控制单元1包括第一反相器U1、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，选择单元2包括第二反相器U2、第一开关S1和第二开关S2，输出单元3包括第三晶体管Q3和第四晶体管Q4，其中：

在输出正电压阶段：输入信号为高脉冲，第一反相器U1将高脉冲转变为低脉冲，第一晶体管Q1导通，第一开关S1断开，第三晶体管Q3导通，输出高电平信号VGH；

在输出负电压阶段：输入信号为负脉冲，第一反相器U1将低脉冲转变为高脉冲，第二晶体管Q2导通，第二开关S2断开，第四晶体管Q4导通，输出低电平信号VGL。

输入信号Input与输出信号Output的关系如图2所示。结合图2所示的时序波形图，该电平偏移电路驱动方法的具体实施步骤：

输入信号Input输入小幅值正电平VDD时，经过第一反相器U1转变为小幅值零电平GND，此时第一晶体管Q1导通，第一开关S1断开，第三晶体管Q3的栅极为小幅值正电平VDD供电，第三晶体管Q3导通；同时第二晶体管Q2关断且第二开关S2闭合，第四晶体管Q4断开，输出端Output输出大幅值正电平VGH；

输入信号Input输入小幅值零电平GND时，经过第一反相器U1转变为小幅值正电平VDD，此时第二晶体管Q2导通，第二开关S2断开，第四晶体管Q4的栅极为小幅值零电平GND供电，第四晶体管Q4导通；同时第一晶体管Q1关断且第一开关S1闭合，则第三晶体管Q3断开，输出端Output输出大幅值负电平VGL。

这里输入信号Input为前端电路的输出信号，本身即为高低脉冲，VDD和GND是电源中常用的逻辑电平，此时输入信号Input的作用在于控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2分时段分别输出VDD和GND；而VDD和GND进一步用于控制第三晶体管Q3和第四晶体管Q4导通以输出输出信号Output，第一开关S1和第二开关S2用于控制第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的关断，以保证第三晶体管Q3和第四晶体管Q4在同一时刻只能有其中一个导通。

该电平偏移电路驱动方法控制简单、有效，易于实现、可靠性高。

实施例3：

相应的，本实施例提供一种像素驱动电路，包括实施例1的电平偏移电路并采用实施例2的电平偏移电路驱动方法。

该像素驱动电路可靠性高，能更好的实现显示，特别适合于应用到液晶显示装置LCD中栅极驱动电路中。其中的高电平信号VGH和低电平信号VGL为作用于TFT-LCD像素点栅极驱动端的控制电平，当VGH有效时，控制像素点对应的薄膜晶体管导通，将新的像素数据电压写入像素电容；在VGL电平有效时，控制像素点对应的薄膜晶体管晶体管关断，保证该行的像素点数据电压不被修改。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电平偏移电路，其特征在于，包括控制单元、选择单元和输出单元，其中：

所述控制单元，与开启电源、输入信号端和所述选择单元连接，用于生成与输入信号相反的控制信号，并将所述控制信号传输至所述选择单元；

所述选择单元，与驱动电源和所述输出单元连接，用于接收所述控制信号并生成与所述控制信号对应的选择信号，所述控制信号用于选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的极性端，并将所述选择信号传输至所述输出单元；

所述输出单元，与所述驱动电源连接，用于接收所述选择信号，并输出与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源极性的电压；其中：

所述控制单元包括第一反相器、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管具有相反的开关特性且对称分设于所述第一反相器的两侧，其中：

所述第一反相器，其输入端连接输入信号端，输出端分别与所述第一晶体管的控制极和所述第二晶体管的控制极连接，用于根据所述输入信号控制所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通和关闭；

所述第一晶体管，其第一极与所述选择单元连接，第二极与所述开启电源的一个极端连接；

所述第二晶体管，其第一极与所述开启电源的另一个极端连接，第二极与所述选择单元连接；

所述选择单元包括PWM调制器、第二反相器、第一开关和第二开关，其中：

所述第二反相器，其输入端与所述第一反相器的输出端连接，输出端与所述第二开关的控制端连接；

所述第一开关，其第一端与所述第一晶体管的第一极连接，第二端与所述驱动电源的一个极端连接，控制端与所述第二反相器的输入端连接；

所述第二开关，其第一端与所述第二晶体管的第二极连接，第二端与所述驱动电源的另一个极端连接；

所述PWM调制器，连接于所述第一反相器与所述第二反相器之间，用于改善进入所述第二反相器的波形和增强对所述第二反相器的驱动能力，所述PWM调制器的输入端与所述第一反相器的输出端连接，输出端与所述第二反相器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电平偏移电路，其特征在于，所述输出单元包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管具有相反的开关特性，其中：

所述第三晶体管，其控制极与所述第一晶体管的第一极、所述第一开关的第一端分别连接，第一极与所述第四晶体管的第二极连接，第二极与所述驱动电源的一个极端、所述第一开关的第二端分别连接；

所述第四晶体管，其控制极与所述第二晶体管的第二极、所述第二开关的第一端分别连接，第一极与所述驱动电源的另一个极端、所述第二开关的第二端分别连接；

所述第三晶体管与所述第四晶体管的连接点形成所述电平偏移电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的电平偏移电路，其特征在于，所述第一晶体管与所述第三晶体管具有相同的开关特性，所述第二晶体管与所述第四晶体管具有相同的开关特性。

4.根据权利要求2所述的电平偏移电路，其特征在于，所述开启电源的一端为工作电压，另一端为工作地，所述第一晶体管的第二极与工作电压连接，所述第二晶体管的第一极与工作地连接；

所述驱动电源的一端为高电平信号，另一端为低电平信号，所述第三晶体管的第二极与高电平信号连接，所述第四晶体管的第一极与低电平信号连接。

5.根据权利要求4所述的电平偏移电路，其特征在于，工作电压的电压为3.3V，工作地的电压为0V；

高电平信号为30V，低电平信号为-8V。

6.一种像素驱动电路，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的电平偏移电路。

7.一种基于权利要求1-5任一项所述的电平偏移电路的驱动方法，用于将电压放大并将放大的电压用于驱动像素，其特征在于，所述电平偏移电路包括控制单元、选择单元和输出单元，所述控制单元包括第一反相器、第一晶体管和第二晶体管，所述选择单元包括第二反相器、第一开关和第二开关，所述输出单元包括第三晶体管和第四晶体管，该驱动方法包括输出正电压的阶段和输出负电压的阶段，其中：

在输出正电压阶段：输入信号以及开启电源的正逻辑电压进入所述控制单元，在所述控制单元生成与输入信号相反的控制信号，在所述控制信号的控制下所述选择单元选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的高电平电源，并通过所述输出单元输出；该阶段中：输入信号为高脉冲，所述第一反相器将高脉冲转变为低脉冲，所述第一晶体管导通，所述第一开关断开，所述第三晶体管导通，输出高电平信号；

在输出负电压阶段：输入信号以及开启电源的负逻辑电压进入所述控制单元，在所述控制单元生成与输入信号相反的控制信号，在所述控制信号的控制下所述选择单元选择与所述开启电源的极性对应的所述驱动电源的低电平电源，并通过所述输出单元输出；该阶段中：输入信号为负脉冲，所述第一反相器将低脉冲转变为高脉冲，所述第二晶体管导通，所述第二开关断开，所述第四晶体管导通，输出低电平信号。