《Displays》：A robust bidirectional gate driver circuit with fully dynamic low-level hold module for in-cell touch displays
编辑推荐：
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提出了一种用于内嵌式触摸显示器的鲁棒双向GOA（Gate-On-Array）电路。
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一种动态增强的LLH（Low-Level Hold）模块可以抑制漏电和多脉冲现象。
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该设计支持30毫秒的触摸感应，并保持节点电压的稳定性。
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提出了一种用于内嵌式触摸显示器的鲁棒双向GOA（Gate-On-Array）电路。
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一种动态增强的LLH（Low-Level Hold）模块可以抑制漏电和多脉冲现象。
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该设计支持30毫秒的触摸感应，并保持节点电压的稳定性。
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所提出的栅极驱动器可将高温下的异常多脉冲现象减少77%至14%。
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节点共享功能可将窄边框面板的布局面积减少28%。
引言
高分辨率、窄边框显示器因其沉浸式视觉体验而备受关注[1],[2],[3],[4]。作为关键技术，采用薄膜晶体管（TFT）集成的栅极驱动器-on-Array（GOA）电路可以实现紧凑且低成本的显示器设计[5],[6],[7],[8]。同时，内嵌式触摸感应变得至关重要，因为它将感应功能直接嵌入到显示器模块中[9]。因此，GOA电路设计必须同时满足逐行显示扫描和内嵌式触摸感应的需求。为了减少显示驱动和触摸感应之间的干扰，广泛采用了时分驱动方法（TDDM），该方法将每个显示帧分为显示阶段和触摸感应阶段，有效抑制了噪声并提高了信噪比（SNR）[10]。
内嵌式GOA电路设计的核心挑战在于触摸感应阶段电荷保持与高温操作下的多脉冲抑制之间的权衡。在触摸感应阶段，逐行扫描会暂停，必须保留重启电荷。然而，传统电路由于下拉TFT的漏电流在长时间内会导致重启电荷泄漏[11]。此外，高频时钟耦合和外部噪声在高温下容易引起多脉冲故障，导致行激活重复和显示变形。为嵌入式触摸显示器设计窄边框、双向GOA电路仍然是一个关键挑战[12],[13],[14],[15],[16]。
为了解决上述挑战，一些先前的研究提出了专门的电路技术。郑等人[17]使用高级重置信号来抑制节点泄漏，将触摸持续时间延长至2毫秒。曹等人[18]通过将驱动器栅极电压钳制在源/漏极电平以下来减轻高温时钟馈通的影响。王等人[19]采用了自举反馈逆变器来增强输出稳定性，在负阈值电压下将纹波减少了27.4%，并提高了高温下的噪声抗扰能力。然而，基于静态逆变器的设计存在固有的TFT纵横比限制。有效抑制异常多脉冲需要较大尺寸的下拉晶体管；然而，这会在触摸感应阶段引入较高的漏电流。当前的技术解决方案只能部分缓解这种设计矛盾，因为静态逆变器在低电平保持（LLH）模块中的实现存在本质上的局限性，这无法从根本上解决这一权衡问题。
本文提出了一种具有动态增强型低电平保持模块的鲁棒栅极驱动器电路。所提出的拓扑结构能够在长时间触摸感应阶段有效抑制关键节点的电荷泄漏和异常多脉冲。节点共享设计使得一个GOA阶段可以驱动两像素行，提高了集成密度并促进了窄边框设计。该电路的优势通过SPICE仿真和实际制作的电路测量得到了验证。
部分摘录
提出的栅极驱动器电路及其原理
图1展示了TDDM的时间划分方案，它将每个帧分为交错的显示阶段和触摸感应阶段。在触摸感应阶段，所有时钟信号被设置为低电平以暂停屏幕扫描，而节点Qn保持其原始电压水平。当显示阶段重新开始时，正常驱动恢复。
图2(a)显示了一个传统的a-Si:H GOA电路，其中输出模块由T1和C1组成，输入模块由T2和T3组成，LLH模块由T4和T6组成，以及下拉...
结果与讨论
图5(a)展示了a-Si:H TFT器件结构，该结构包括三层金属（栅极、源极、金属3）和350纳米厚的SiNx栅极绝缘层（GI）。电气特性使用KEYSIGHT B1500A分析仪进行测量，数据通过Empyrean Esim? FPD模型进行器件仿真。图5(b)展示了W/L = 6微米/3.5微米的a-Si:H TFT在300开尔文下的ID-VG转移特性，提取的参数为Vth = 4.175伏特，SS = 1.137伏特/分贝，以及μ = 0.248平方厘米/(伏特·秒)。
结论
本文提出了一种适用于高温、长时间触摸感应内嵌式显示器的双向a-Si:H TFT栅极驱动器电路。与传统基于静态逆变器的LLH模块相比，所提出的动态增强型LLH结构可以抑制由高温时钟馈通和噪声引起的Gn误触发，同时最小化触摸感应阶段Qn的泄漏，从而显著提高可靠性。实验结果证实了传统基于静态逆变器的...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作在广东省氧化物半导体器件及集成电路技术中心进行，并得到了以下机构的财政支持：中国国家自然科学基金（授权号：U24A20297）、先进材料-国家重点科技专项（授权号：2024ZD0604100）和国家科学技术部重点研发计划（授权号：2024YFB3614200），以及深圳市科技计划。
Haohang Zeng | Congwei Liao | Zhongfei Zou | Qingping Lin | Dezhen Zhong | Shengdong Zhang
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