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CN110415648A - Goa电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GOA电路。该GOA电路包括多个级联的GOA单元,第n级GOA单元包括:第一薄膜晶体管(T1),第二薄膜晶体管(T2),第三薄膜晶体管(T31),第四薄膜晶体管(T32),第五薄膜晶体管(T41),第六薄膜晶体管(T42),以及存储电容(Cbt);所述第一薄膜晶体管(T1)、第二薄膜晶体管(T2)、第四薄膜晶体管(T32)、第五薄膜晶体管(T41)以及第六薄膜晶体管(T42)中至少其中之一为双栅极薄膜晶体管,所述双栅极薄膜晶体管的顶栅分别作为所述栅极连接于所述GOA单元中,所述双栅极薄膜晶体管的底栅分别连接对应的电位可调的底栅电压。本发明的GOA电路能够实现GOA电路中TFT的阈值电压Vth可调节;实现每颗TFT的阈值电压Vth的独立控制。

Description

GOA电路
技术领域
本发明涉及显示技术领域,尤其涉及一种GOA电路。
背景技术
目前,AMOLED(有源矩阵型有机发光二极管)显示面板水平扫描线的驱动是由外接集成电路来实现的,外接集成电路可以控制各级行扫描线的逐级开启,而采用阵列基板行驱动(GOA,Gate Driver on Array)方法,可以将行扫描驱动电路集成在显示面板基板上,能够减少外接芯片(IC)的数量,从而降低了显示面板的生产成本,并且能够实现显示装置的窄边框化。铟镓锌氧化物(IGZO)具有高的迁移率,和良好的器件稳定性,目前广泛的应用于铟镓锌氧化物GOA(IGZO-GOA)电路中。IGZO-GOA电路可运用于LCD显示面板和OLED显示面板的设计中。
在IGZO-TFT(铟镓锌氧化物薄膜晶体管)制程中,工艺波动会影响整体面板阈值电压Vth的均匀性,此外,IGZO-TFT受到电学压力(stress),光照及温度变异等外界条件干扰,器件阈值电压Vth较易发生偏移。综合以上因素,为保证GOA电路在阈值电压Vth不均匀或变异前提下能够正常工作,IGZO-GOA电路中需要设置很多的子电路,因而每级IGZO-GOA电路的设计较为复杂,TFT(薄膜晶体管)的数量众多(通常20个以上),这不利于显示面板的窄边框化,与GOA电路的设计初衷不符。
如图1所示,其为现有的设计中最简化的一种GOA电路的单级GOA单元结构示意图,该单级GOA单元由T1、T2、T31、T32、T41及T42共六颗TFT以及存储电容Cbt组成,具有节点Q和节点QB,输出第n级水平扫描信号G(n);时钟信号CK1、时钟信号CK2、直流高电压VGH、直流低电压VGL以及作为级传信号的第n-1级水平扫描信号G(n-1)输入该GOA单元。尽管该GOA电路原理性正确,但是该电路不具备防止阈值电压Vth变异的功能,如果TFT的阈值电压Vth发生偏移或者TFT的阈值电压Vth均匀性较差,该电路就会失效。GOA电路中Q点是控制输出信号高电平的TFT栅极点,当Q点处于高电位时,TFT处于开启状态,输出信号保持高电位。因此,在实际工作过程中,Q点电位的维持能力是保证GOA电路稳定输出的关键所在。
图2为图1所示电路的时序图,显示了该电路的输出情况,从图中可以看出由于该电路未设置防止阈值电压Vth负偏的子电路,在Q点电位被耦合(couple)阶段,Q点的电位难以维持住,逐渐降低,尽管输出信号G(n)仍有效,但是如果GOA电路工作过程中,TFT的阈值电压Vth发生负偏,GOA电路易失效。此外,图1中GOA电路的工作脉宽为15微秒(us),目前AMOLED显示面板的像素电路主要采用外部补偿方式,外部补偿需要毫秒(ms)级超宽脉冲,由于Q点电位无法维持,最简化的GOA电路无法满足GOA电路的宽脉冲需求。因此,该电路不具备可行性。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种GOA电路,减少GOA电路版图所占空间,补偿GOA电路中TFT的阈值电压Vth不均及变异。
为实现上述目的,本发明提供了一种GOA电路,包括多个级联的GOA单元,设n为自然数,负责输出第n级水平扫描信号的第n级GOA单元包括:
第一薄膜晶体管,其栅极连接第一时钟信号,源极和漏极分别连接来自前一级GOA单元的级传信号和第一节点;
第二薄膜晶体管,其栅极连接第一节点,源极和漏极分别连接第二时钟信号和第n级水平扫描信号输出端;
第三薄膜晶体管,其栅极连接电源高电压,源极和漏极分别连接电源高电压和第二节点;
第四薄膜晶体管,其栅极连接第一节点,源极和漏极分别连接第二节点和直流低电压;
第五薄膜晶体管,其栅极连接第二节点,源极和漏极分别连接第n级水平扫描信号输出端和直流低电压;
第六薄膜晶体管,其栅极连接第二节点,源极和漏极分别连接第一节点和直流低电压;
存储电容,其两端分别连接第一节点和第n级水平扫描信号输出端;
所述第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第四薄膜晶体管、第五薄膜晶体管以及第六薄膜晶体管中至少其中之一为双栅极薄膜晶体管,所述双栅极薄膜晶体管的顶栅分别作为所述栅极连接于所述GOA单元中,所述双栅极薄膜晶体管的底栅分别连接对应的电位可调的底栅电压。
其中,所述第五薄膜晶体管以及第六薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第一底栅电压。
其中,所述第一薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第二底栅电压。
其中,所述第四薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第三底栅电压。
其中,所述第二薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第四底栅电压。
其中,所述第n级水平扫描信号作为级传信号输入下一级GOA单元。
其中,对于第1级GOA单元,启动信号作为来自前一级GOA单元的级传信号。
其中,所述GOA电路为铟镓锌氧化物GOA电路。
其中,所述第一时钟信号和第二时钟信号波形相同,占空比为三分之一,并且相位相差三分之一周期。
其中,每当所述GOA电路工作一段时间后,智能调节一次所述底栅电压。
综上,本发明的GOA电路能够减少GOA电路版图所占空间,有利于显示屏窄边框化,同时能够补偿GOA电路中TFT的阈值电压Vth不均及变异,使GOA电路的可靠性得到提高;实现GOA电路中TFT的阈值电压Vth可调节;实现每颗TFT的阈值电压Vth的独立控制;保证GOA电路中TFT的阈值电压Vth能够得到实时补偿,并保证GOA电路的输出良好。
附图说明
下面结合附图,通过对本发明的具体实施方式详细描述,将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中,
图1为现有的一种GOA电路的单级GOA单元结构示意图;
图2为图1所示电路的时序图;
图3为本发明GOA电路一较佳实施例的单级GOA单元结构示意图;
图4为通过底栅电压调节阈值电压的示意图;
图5为本发明的GOA电路一较佳实施例的时序图;
图6为本发明的GOA电路一较佳实施例的输出效果示意图;
图7为本发明的GOA电路一较佳实施例的模拟仿真的输出效果示意图。
具体实施方式
参见图3,其为本发明GOA电路一较佳实施例的单级GOA单元结构示意图,该GOA单元中TFT数量为六颗,TFT可以采用双栅型TFT设计,其中TFT顶栅可以用于连接GOA电路中节点,底栅可以用于连接外接电压源。本发明采用一组CK时钟信号(共三个时钟信号,CK1,CK2,CK3)进行驱动,第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3波形相同,占空比为三分之一,并且相位依次相差三分之一周期,各级GOA单元按照驱动时序输入对应的两个时钟信号,图3所示的单级GOA单元以第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2为例进行绘示,实际上,GOA电路的各级GOA单元分别对应输入第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3其中两个以实现顺序驱动各级GOA单元,并且前一级即第n-1级GOA单元输出的扫描信号G(n-1)作为级传信号连接当前级级即第n级GOA单元,当前级即第n级GOA单元输出的扫描信号G(n)作为级传信号连接第n+1级GOA单元,值得注意的是,启动信号STV作为级传信号与GOA电路第一级的第一薄膜晶体管T1相连,同时每个GOA单元使用了2个直流(DC)信号直流高电压VGH与直流低电压VGL。
负责输出第n级水平扫描信号G(n)的第n级GOA单元包括:
第一薄膜晶体管T1,其栅极连接第一时钟信号CK1,源极和漏极分别连接来自前一级GOA单元的级传信号G(n-1)和第一节点Q;第n级水平扫描信号G(n)作为级传信号输入下一级GOA单元;
第二薄膜晶体管T2,其栅极连接第一节点Q,源极和漏极分别连接第二时钟信号CK2和第n级水平扫描信号G(n)输出端;
第三薄膜晶体管T31,其栅极连接电源高电压VGH,源极和漏极分别连接电源高电压VGH和第二节点QB;
第四薄膜晶体管T32,其栅极连接第一节点Q,源极和漏极分别连接第二节点QB和直流低电压VGL;
第五薄膜晶体管T41,其栅极连接第二节点QB,源极和漏极分别连接第n级水平扫描信号G(n)输出端和直流低电压VGL;
第六薄膜晶体管T42,其栅极连接第二节点QB,源极和漏极分别连接第一节点Q和直流低电压VGL;
存储电容Cbt,其两端分别连接第一节点Q和第n级水平扫描信号G(n)输出端;
所述第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第四薄膜晶体管T32、第五薄膜晶体管T41以及第六薄膜晶体管T42中至少其中之一为双栅极薄膜晶体管,在此实施例中,前述薄膜晶体管均为双栅极薄膜晶体管,所述双栅极薄膜晶体管的顶栅分别作为所述栅极连接于所述GOA单元中,所述双栅极薄膜晶体管的底栅分别连接对应的电位可调的底栅电压;
在此实施例中,第五薄膜晶体管T41以及第六薄膜晶体管T42的底栅连接第一底栅电压V1;第一薄膜晶体管T1的底栅连接第二底栅电压V2;第四薄膜晶体管T32的底栅连接第三底栅电压V3;第二薄膜晶体管T2的底栅连接第四底栅电压V4。前述GOA电路可以为铟镓锌氧化物GOA电路。
本发明的设计优点如下:
1,TFT的阈值电压Vth不仅受顶栅控制(顶栅连接GOA电路中节点),同时受底栅控制(可调电位控制)。在GOA电路工作过程中,利用该设计能够使底栅实现TFT的阈值电压Vth可控,实现GOA电路中TFT的阈值电压Vth可调节。
图4为通过底栅电压调节阈值电压的示意图,横轴表示底栅电压VBG(单位V),纵轴为Log漏极电流(单位A),TFT的底栅电压VBG对TFT的阈值电压Vth可控,图4中,在漏极电压VD=0.1V的条件下,各曲线分别表示顶栅电压VTG为0V,2V,4V,6V,8V,10V时的曲线,以及通过底栅电压调节阈值电压得到的校正后的曲线。如果面板产出后,经过量测,TFT的阈值电压Vth整体偏负,可将底栅电压调负。如果TFT的阈值电压Vth正偏,可以将底栅电压调正,利用该方案可实现TFT的电性可控。
2,该GOA电路中T31基本不受电压压力作用,可近似认为T31的阈值电压Vth不会发生偏移,因此无需加底栅,其余5颗TFT均添加底栅实现阈值电压Vth可控;由于不同TFT受到的压力不同,T1受50%占空比的Vgs交流(AC)压力作用,T2受Vds交流作用,T32受Vgs交流压力作用;T41及T42受到Vgs交流压力条件相似,可认为工作过程中,阈值电压Vth的偏移量相同;该设计可以针对不同TFT添加不同的底栅电压V1~V4,实现每颗TFT的阈值电压Vth的独立控制。
3,该架构能够在面板出厂前探测GOA电路的输出信号,根据输出信号的波形,判断整体TFT的电性偏移情况以及底栅电压是否需要调节。
4,面板出厂前可对GOA电路进行编程(预先设定),每当GOA电路工作一段时间后,智能调节一次底栅电压,保证GOA电路中TFT的阈值电压Vth能够得到实时补偿,并保证GOA电路的输出良好。
图5为本发明的GOA电路一较佳实施例的时序图,如下表一为该较佳实施例的信号幅值,图6为本发明的GOA电路一较佳实施例的输出效果示意图;在此实施例中,第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3波形相同,占空比为三分之一,并且相位依次相差三分之一周期。面板出厂时,底栅电压整体设置为0V时,Q点波形失真,GOA电路输出失效,如果将T1,T41与T42的底栅电压设置为-3V时,TFT的阈值电压Vth整体正偏,Q点的波形得到改善,T1,T41与T42的底栅电压设置为-8V时,TFT的阈值电压Vth整体正偏更多,Q点波形正常,因此,出厂时可将底栅电压设置为-8V。
表一、信号幅值
本发明所提供的GOA电路及架构,每级GOA单元只有六颗TFT,不仅能够极大减少GOA电路版图所占空间,有利于显示屏窄边框化,同时能够补偿GOA电路中TFT的阈值电压Vth不均及变异,使GOA电路的可靠性得到提高。
如图7所示,其为本发明的GOA电路一较佳实施例的模拟仿真的输出效果示意图,对该较佳实施例的GOA电路进行仿真电路模拟器(spice)模拟仿真,得到了非常好的信号输出。下面以单级GOA电路为例,T1,T41与T42的底栅出厂电压设置为-8V,说明电路的工作过程。
S1阶段:CK1与G(n-1)升为高电位,T1打开,Q点升为高电位,高电位存储于存储电容Cbt中,T2与T32打开,由于T32的TFT宽长比远比T31大,QB输出低电位,输出信号G(n)输出低电位。
S2阶段:CK1与G(n-1)降为低电位,T1关闭,CK2由低电位升为高电位,输出信号G(n)升为高电位,由于存储电容的存在,Q点电位被耦合至更高电位。
S3阶段:CK1与G(n-1)为低电位,T1维持关闭,CK2由高电位降为低电位,T2打开,输出信号G(n)被拉低为低电位,Q点电位被耦合至高电位。
综上,本发明的GOA电路能够减少GOA电路版图所占空间,有利于显示屏窄边框化,同时能够补偿GOA电路中TFT的阈值电压Vth不均及变异,使GOA电路的可靠性得到提高;实现GOA电路中TFT的阈值电压Vth可调节;实现每颗TFT的阈值电压Vth的独立控制;保证GOA电路中TFT的阈值电压Vth能够得到实时补偿,并保证GOA电路的输出良好。
以上所述,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形,而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种GOA电路,其特征在于,包括多个级联的GOA单元,设n为自然数,负责输出第n级水平扫描信号(G(n))的第n级GOA单元包括:
第一薄膜晶体管(T1),其栅极连接第一时钟信号(CK1),源极和漏极分别连接来自前一级GOA单元的级传信号(G(n-1))和第一节点(Q);
第二薄膜晶体管(T2),其栅极连接第一节点(Q),源极和漏极分别连接第二时钟信号(CK2)和第n级水平扫描信号(G(n))输出端;
第三薄膜晶体管(T31),其栅极连接电源高电压(VGH),源极和漏极分别连接电源高电压(VGH)和第二节点(QB);
第四薄膜晶体管(T32),其栅极连接第一节点(Q),源极和漏极分别连接第二节点(QB)和直流低电压(VGL);
第五薄膜晶体管(T41),其栅极连接第二节点(QB),源极和漏极分别连接第n级水平扫描信号(G(n))输出端和直流低电压(VGL);
第六薄膜晶体管(T42),其栅极连接第二节点(QB),源极和漏极分别连接第一节点(Q)和直流低电压(VGL);
存储电容(Cbt),其两端分别连接第一节点(Q)和第n级水平扫描信号(G(n))输出端;
所述第一薄膜晶体管(T1)、第二薄膜晶体管(T2)、第四薄膜晶体管(T32)、第五薄膜晶体管(T41)以及第六薄膜晶体管(T42)中至少其中之一为双栅极薄膜晶体管,所述双栅极薄膜晶体管的顶栅分别作为所述栅极连接于所述GOA单元中,所述双栅极薄膜晶体管的底栅分别连接对应的电位可调的底栅电压。
2.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第五薄膜晶体管(T41)以及第六薄膜晶体管(T42)为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第一底栅电压(V1)。
3.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第一薄膜晶体管(T1)为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第二底栅电压(V2)。
4.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第四薄膜晶体管(T32)为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第三底栅电压(V3)。
5.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第二薄膜晶体管(T2)为双栅极薄膜晶体管,其底栅连接第四底栅电压(V4)。
6.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第n级水平扫描信号(G(n))作为级传信号输入下一级GOA单元。
7.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,对于第1级GOA单元,启动信号(STV)作为来自前一级GOA单元的级传信号(G(n-1))。
8.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述GOA电路为铟镓锌氧化物GOA电路。
9.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,所述第一时钟信号(CK1)和第二时钟信号(CK2)波形相同,占空比为三分之一,并且相位相差三分之一周期。
10.如权利要求1所述的GOA电路,其特征在于,每当所述GOA电路工作一段时间后,智能调节一次所述底栅电压。
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