CN106251820B - 用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路 - Google Patents

用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于in‑cell触控显示屏的栅极驱动电路，用于驱动栅极扫描信号，包括主预充模块、辅助预充模块、清空重置模块、上拉控制节点的维持模块、上拉模块、触控功能模块、栅极扫描信号的维持模块、下拉维持模块和自举电容；主预充模块和辅助预充模块分别连接清空重置模块、上拉控制节点的维持模块、上拉模块、下拉维持模块和自举电容，上拉控制节点的维持模块和下拉维持模块相连接，上拉控制节点的维持模块、上拉模块、栅极扫描信号的维持模块、下拉维持模块和自举电容均连接于触控功能模块，触控功能模块、栅极扫描信号的维持模块和下拉维持模块均连接于一个恒压低电位，上拉模块和触控功能模块的连接节点输出栅极扫描信号。

Description

用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路
技术领域
本发明涉及一种栅极驱动电路，尤其涉及一种用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路。
背景技术
随着市场对手机轻薄的要求越来越高，手机面板普遍采用显示屏幕和触控屏幕整合型的液晶面板，主要有液晶盒上整合型(on-cell)和液晶盒内整合型(in-cell)两种，其中，in-cell触控显示屏将触控功能所需的信号发射电极和接受电极完全制作在液晶盒内，使得显示面板可以同时实现触控信号的侦测功能。
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。
触控显示屏为了提高对触控信号的侦测准确度，对报点率有一定的要求，一般面板显示的扫描频率是60Hz，而触控信号的报点频率有可能采用120Hz，因此这就要求在面板画面显示一帧的中间阶段任意位置可以暂停以进行触控信号侦测，而这一动作需要同时暂停画面输入的源信号和栅极扫描信号。那么这就对面板上栅极扫描电路设计提出了更高要求，即在一帧显示的任意位置GDM电路都可以暂停工作，并且暂停之后还可以正常启动。
如图3所示，是现有非in-cell触控显示屏中采用的GDM电路，由13颗薄膜晶体管(TFT)和1个自举电容组成，该电路的主要技术缺点有：可以支持60Hz的触控显示驱动，但触控期间栅极扫描信号无法维持，而且无法支持120Hz的触控显示驱动；采用的薄膜晶体管数量比较多，不利于实现窄边框设计；正常显示扫描期间栅极扫描讯号线输出无法一直维持，存在较高的电路失效风险。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种薄膜晶体管数量更少，电路可靠性更高的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，可实现更高频率的触控显示驱动。
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：一种用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，用于驱动栅极扫描信号，包括主预充模块、辅助预充模块、清空重置模块、上拉控制节点的维持模块、上拉模块、触控功能模块、栅极扫描信号的维持模块、下拉维持模块和自举电容；其中，主预充模块和辅助预充模块均连接前级的栅极扫描信号，主预充模块和辅助预充模块分别连接清空重置模块、上拉控制节点的维持模块、上拉模块、下拉维持模块和自举电容，上拉控制节点的维持模块和下拉维持模块相连接，上拉控制节点的维持模块、上拉模块、栅极扫描信号的维持模块、下拉维持模块和自举电容均连接于触控功能模块，触控功能模块、栅极扫描信号的维持模块和下拉维持模块均连接于一个恒压低电位；
主预充模块和上拉模块的连接节点为上拉控制节点，主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；辅助预充模块由前级的栅极扫描信号控制，对栅极驱动电路进行预充；清空重置模块由清空重置信号控制，用于清空上拉控制节点；上拉控制节点的维持模块由时钟信号控制，用于维持上拉控制节点的电位；上拉模块由时钟信号控制，用于驱动栅极扫描信号的输出；触控功能模块由触控扫描维持信号控制，用于在触控期间维持栅极扫描信号；栅极扫描信号的维持模块由时钟信号控制，用于维持栅极扫描信号；下拉维持模块由显示扫描维持信号控制，用于在显示期间维持栅极扫描信号；自举电容用于抬升上拉控制节点的电位；上拉模块和触控功能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：主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；辅助预充模块由第二薄膜晶体管构成，第二薄膜晶体管的栅极和源极均连接前级的栅极扫描信号，第二薄膜晶体管的漏极连接第一薄膜晶体管的漏极；清空重置模块由第三薄膜晶体管构成，第三薄膜晶体管的源极连接第一薄膜晶体管的漏极，第三薄膜晶体管的栅极连接清空重置信号；上拉控制节点的维持模块由第四薄膜晶体管构成，第四薄膜晶体管的源极连接第二薄膜晶体管的漏极，该连接节点为上拉控制节点，第四薄膜晶体管的栅极连接时钟信号；上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第四薄膜晶体管的源极，第五薄膜晶体管的源极连接时钟信号；触控功能模块由第六薄膜晶体管构成，第六薄膜晶体管的栅极连接触控扫描维持信号，第六薄膜晶体管的源极连接第五薄膜晶体管的漏极；栅极扫描信号的维持模块由第七薄膜晶体管构成，第七薄膜晶体管的栅极连接时钟信号，第七薄膜晶体管的源极连接第五薄膜晶体管的漏极；下拉维持模块包含第八薄膜晶体管、第九薄膜晶体管和第十薄膜晶体管，第八薄膜晶体管的栅极和源极均连接于显示扫描维持信号，第九薄膜晶体管的栅极连接第一薄膜晶体管的漏极，第九薄膜晶体管的源极连接第八薄膜晶体管的漏极，该连接节点为下拉维持控制节点，第十薄膜晶体管的栅极连接第八薄膜晶体管的漏极，第十薄膜晶体管的源极连接第四薄膜晶体管的漏极；第二薄膜晶体管的漏极、第六薄膜晶体管的漏极、第七薄膜晶体管的漏极、第九薄膜晶体管的漏极和第十薄膜晶体管的漏极均连接于一个恒压低电位；第五薄膜晶体管的漏极输出栅极扫描信号。
有益效果：本发明的驱动电路解决了现有的60Hz触控扫描期间栅极扫描信号无法维持的问题，并且可以进一步地实现120Hz触控扫描驱动；具有双预充模块，降低了电路失效的风险；显示扫描期间采用显示扫描维持信号VGH和时钟信号同时维持栅极扫描信号Gn，触控扫描期间采用触控扫描维持信号TC1维持栅极扫描信号Gn，多个维持模块增强了GDM电路的可靠性；电路采用了更少的薄膜晶体管，结构更简单，可以实现更窄边框的设计。
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10T1C电路图；
图5是10T1C电路在60Hz驱动信号时的波形图；
图6是10T1C电路在120Hz驱动信号时的波形图；
图7是8T1C电路图；
图8是10T1C电路基础上增加M11的电路图；
图9是10T1C电路基础上增加M11+M12的电路图；
图10是8T1C电路基础上增加M11的电路图；
图11是8T1C电路基础上增加M11+M12的电路图。
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。如图4所示，本发明的栅极驱动电路包括主预充模块1、辅助预充模块2、清空重置模块3、上拉控制节点的维持模块4、上拉模块5、触控功能模块6、栅极扫描信号的维持模块7、下拉维持模块8和自举电容9。主预充模块1和上拉模块2的连接节点为上拉控制节点netAn。
栅极驱动电路的具体电路为：主预充模块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-2，第一薄膜晶体管M1的栅极连接时钟信号CKa，主预充模块1对栅极驱动电路进行预充，同时起到下拉重置、维持上拉控制节点netAn的作用；奇数行的第一级栅极驱动电路中的主预充模块1的薄膜晶体管连接启动信号GSP1；
辅助预充模块2，由第二薄膜晶体管M2构成，第二薄膜晶体管M2的栅极和源极均连接前级的栅极扫描信号Gn-4，第二薄膜晶体管M2的漏极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，辅助预充模块2对栅极驱动电路进行预充；奇数行的前两级栅极驱动电路中的辅助预充模块2的薄膜晶体管连接启动信号GSP1；主预充模块1和辅助预充模块2同时工作，可有效降低电路失效的风险，增强电路的可靠性；
清空重置模块3，由第三薄膜晶体管M3构成，第三薄膜晶体管M3的源极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，第三薄膜晶体管M3的栅极连接清空重置信号CLR1，清空重置模块3用于在每一帧结束时和开关机时对上拉控制节点netAn进行清空；
上拉控制节点的维持模块4，由第四薄膜晶体管M4构成，第四薄膜晶体管M4的源极连接第二薄膜晶体管M2的漏极，该连接节点为上拉控制节点netAn，第四薄膜晶体管M4的栅极连接时钟信号CKb，上拉控制节点的维持模块4用于维持上拉控制节点netAn的电位；
上拉模块5，由第五薄膜晶体管M5构成，第五薄膜晶体管M5的栅极连接第四薄膜晶体管M4的源极，第五薄膜晶体管M5的源极连接时钟信号CKb，上拉模块5用于驱动栅极扫描信号Gn的输出，也可以用来下拉重置栅极扫描信号Gn；
触控功能模块6，由第六薄膜晶体管M6构成，第六薄膜晶体管M6的栅极连接触控扫描维持信号TC1，第六薄膜晶体管M6的源极连接第五薄膜晶体管M5的漏极，触控扫描期间栅极驱动电路的驱动信号均关闭，只有触控扫描维持信号TC1处于高电位，触控功能模块6用于在触控期间维持栅极扫描信号Gn；
栅极扫描信号的维持模块7，由第七薄膜晶体管M7构成，第七薄膜晶体管M7的栅极连接时钟信号CKc，第七薄膜晶体管M7的源极连接第五薄膜晶体管M5的漏极，栅极扫描信号的维持模块7用于维持栅极扫描信号Gn，也可以用来下拉重置栅极扫描信号Gn；
下拉维持模块8包含第八薄膜晶体管M8、第九薄膜晶体管M9和第十薄膜晶体管M10，第八薄膜晶体管M8的栅极和源极均连接于显示扫描维持信号VGH，第九薄膜晶体管M9的栅极连接第一薄膜晶体管M1的漏极，第九薄膜晶体管M9的源极连接第八薄膜晶体管M8的漏极，该连接节点为下拉维持控制节点netBn，第十薄膜晶体管M10的栅极连接第八薄膜晶体管M8的漏极，第十薄膜晶体管M10的源极连接第四薄膜晶体管M4的漏极，下拉维持模块8用于在显示期间维持栅极扫描信号Gn；显示扫描维持信号VGH和时钟信号同时维持栅极扫描信号Gn，增强了GDM电路的可靠性；
自举电容9用于抬升上拉控制节点netAn的电位，使第五薄膜晶体管M5有足够的能力驱动栅极扫描信号Gn；第二薄膜晶体管M2的漏极、第六薄膜晶体管M6的漏极、第七薄膜晶体管M7的漏极、第九薄膜晶体管M9的漏极和第十薄膜晶体管M10的漏极均连接于一个恒压低电位VSS；第五薄膜晶体管M5的漏极输出栅极扫描信号Gn。
该栅极驱动电路共10个薄膜晶体管和1个自举电容，为10T1C电路，简化了现有GDM电路，使用了更少的薄膜晶体管，以便实现手机窄边框设计。该电路在60Hz的驱动信号下工作时的波形图如图5所示，其中，CK1、CK3、CK5和CK7是栅极驱动电路的高频时钟信号，轮流控制时钟信号CKa、CKb和CKc，驱动各级栅极驱动电路；低电压VSS用于提供面板内像素区驱动的关态电压VGL。由图可知，在60Hz触控扫描时，每一帧画面先进行显示扫描，然后再进行触控扫描，触控扫描主要是利用每帧之间的空白时间(blanking time)进行的。而且，本发明的栅极驱动电路可以保证60Hz时触控扫描期间栅极扫描信号Gn能够一直维持，不会出现电路失效。
如图6所示，是120Hz时的扫描信号，显示扫描是正常的60Hz，而触控扫描为了提高报点率采用120Hz。为了满足触控扫描频率提高的需求，显示扫描就需要在中途进行暂停，如图中所示暂停期间GDM的驱动信号需要关闭，而暂停的时间长短和次数根据面板设计和触控设计的特性决定，图示仅示意了一次暂停。
在10T1C电路的基础上，去掉辅助预充模块2，依然可以实现完整的电路功能，以及因为下拉维持模块8在显示期间维持栅极扫描信号Gn，触控功能模块6在触控期间维持栅极扫描信号Gn，所以可以进一步地去掉栅极扫描信号的维持模块7，得到8T1C电路，如图7所示。
如图8所示，在10T1C电路的基础上，新增第十一薄膜晶体管M11，与主预充模块1一起，下拉清空上拉控制节点netAn，增强电路的可靠性。如图9所示，在图8的基础上，新增第十二薄膜晶体管M12，用于在每一帧结束时和开关机时对下拉维持控制节点netBn进行清空。
在8T1C电路的基础上，新增第十一薄膜晶体管M11，与主预充模块1一起，下拉清空上拉控制节点netAn，如图10所示。在图10的基础上，新增第十二薄膜晶体管M12，用于在每一帧结束时和开关机时对下拉维持控制节点netBn进行清空，如图11所示。

Claims (7)

1.一种用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：包括主预充模块(1)、辅助预充模块(2)、清空重置模块(3)、上拉控制节点的维持模块(4)、上拉模块(5)、触控功能模块(6)、栅极扫描信号的维持模块(7)、下拉维持模块(8)和自举电容(9)；其中，主预充模块(1)和辅助预充模块(2)均连接前级的栅极扫描信号，主预充模块(1)和辅助预充模块(2)分别连接清空重置模块(3)、上拉控制节点的维持模块(4)、上拉模块(5)、下拉维持模块(8)和自举电容(9)，上拉控制节点的维持模块(4)和下拉维持模块(8)相连接，上拉控制节点的维持模块(4)、上拉模块(5)、栅极扫描信号的维持模块(7)、下拉维持模块(8)和自举电容(9)均连接于触控功能模块(6)，触控功能模块(6)、栅极扫描信号的维持模块(7)和下拉维持模块(8)均连接于一个恒压低电位；
主预充模块(1)和上拉模块(5)的连接节点为上拉控制节点，主预充模块(1)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；辅助预充模块(2)由前级的栅极扫描信号控制，对栅极驱动电路进行预充；清空重置模块(3)由清空重置信号控制，用于清空上拉控制节点；上拉控制节点的维持模块(4)由时钟信号控制，用于维持上拉控制节点的电位；上拉模块(5)由时钟信号控制，用于驱动栅极扫描信号的输出；触控功能模块(6)由触控扫描维持信号控制，用于在触控期间维持栅极扫描信号；栅极扫描信号的维持模块(7)由时钟信号控制，用于维持栅极扫描信号；下拉维持模块(8)由显示扫描维持信号控制，用于在显示期间维持栅极扫描信号；自举电容(9)用于抬升上拉控制节点的电位；上拉模块(5)和触控功能模块(6)的连接节点输出栅极扫描信号；
主预充模块(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，第一薄膜晶体管(M1)的栅极连接时钟信号；辅助预充模块(2)由第二薄膜晶体管(M2)构成，第二薄膜晶体管(M2)的栅极和源极均连接前级的栅极扫描信号，第二薄膜晶体管(M2)的漏极连接第一薄膜晶体管(M1)的漏极；清空重置模块(3)由第三薄膜晶体管(M3)构成；上拉控制节点的维持模块(4)由第四薄膜晶体管(M4)构成；上拉模块(5)由第五薄膜晶体管(M5)构成；触控功能模块(6)由第六薄膜晶体管(M6)构成，第六薄膜晶体管(M6)的栅极连接触控扫描维持信号，第六薄膜晶体管(M6)的源极连接第五薄膜晶体管(M5)的漏极。
2.根据权利要求1所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：第三薄膜晶体管(M3)的源极连接第一薄膜晶体管(M1)的漏极，第三薄膜晶体管(M3)的栅极连接清空重置信号；第四薄膜晶体管(M4)的源极连接第二薄膜晶体管(M2)的漏极，该连接节点为上拉控制节点，第四薄膜晶体管(M4)的栅极连接时钟信号；第五薄膜晶体管(M5)的栅极连接第四薄膜晶体管(M4)的源极，第五薄膜晶体管(M5)的源极连接时钟信号；栅极扫描信号的维持模块(7)由第七薄膜晶体管(M7)构成，第七薄膜晶体管(M7)的栅极连接时钟信号，第七薄膜晶体管(M7)的源极连接第五薄膜晶体管(M5)的漏极；下拉维持模块(8)包含第八薄膜晶体管(M8)、第九薄膜晶体管(M9)和第十薄膜晶体管(M10)，第八薄膜晶体管(M8)的栅极和源极均连接于显示扫描维持信号，第九薄膜晶体管(M9)的栅极连接第一薄膜晶体管(M1)的漏极，第九薄膜晶体管(M9)的源极连接第八薄膜晶体管(M8)的漏极，该连接节点为下拉维持控制节点，第十薄膜晶体管(M10)的栅极连接第八薄膜晶体管(M8)的漏极，第十薄膜晶体管(M10)的源极连接第四薄膜晶体管(M4)的漏极；自举电容(9)连接第五薄膜晶体管(M5)的栅极和漏极；第二薄膜晶体管(M2)的漏极、第六薄膜晶体管(M6)的漏极、第七薄膜晶体管(M7)的漏极、第九薄膜晶体管(M9)的漏极和第十薄膜晶体管(M10)的漏极均连接于一个恒压低电位；第五薄膜晶体管(M5)的漏极输出栅极扫描信号。
3.根据权利要求2所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：去掉辅助预充模块(2)和栅极扫描信号的维持模块(7)。
4.根据权利要求2所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：新增第十一薄膜晶体管(M11)，第十一薄膜晶体管(M11)的源极连接第五薄膜晶体管(M5)的栅极，第十一薄膜晶体管(M11)的栅极连接后级的栅极扫描信号，第十一薄膜晶体管(M11)的漏极连接于所述恒压低电位。
5.根据权利要求4所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：新增第十二薄膜晶体管(M12)，下拉清空下拉维持控制节点，第十二薄膜晶体管(M12)的源极连接下拉维持控制节点，第十二薄膜晶体管(M12)的栅极连接清空重置信号，第十二薄膜晶体管(M12)的漏极连接于所述恒压低电位。
6.根据权利要求3所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：新增第十一薄膜晶体管(M11)，第十一薄膜晶体管(M11)的源极连接第五薄膜晶体管(M5)的栅极，第十一薄膜晶体管(M11)的栅极连接后级的栅极扫描信号，第十一薄膜晶体管(M11)的漏极连接于所述恒压低电位。
7.根据权利要求6所述的用于in-cell触控显示屏的栅极驱动电路，其特征在于：新增第十二薄膜晶体管(M12)，下拉清空下拉维持控制节点，第十二薄膜晶体管(M12)的源极连接下拉维持控制节点，第十二薄膜晶体管(M12)的栅极连接清空重置信号，第十二薄膜晶体管(M12)的漏极连接于所述恒压低电位。
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