專利名稱：主動矩陣顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動矩陣顯示裝置，并具體涉及為顯示器的像素提供驅(qū)動信號的電路。
背景技術(shù)：
主動矩陣顯示裝置，如AMLCD，通常包括設(shè)置成行和列的像素陣列。每行像素共享行導(dǎo)體，該行導(dǎo)體連接到所述行中像素的薄膜晶體管的柵極。每列像素共享列導(dǎo)體，為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號。行導(dǎo)體上的信號決定晶體管是導(dǎo)通還是關(guān)斷，并且當(dāng)晶體管通過行導(dǎo)體上的高(或低)電壓脈沖導(dǎo)通時(shí)，來自列導(dǎo)體的信號能傳遞到顯示元件，例如液晶材料區(qū)域，從而改變材料的光輸出特性?？稍O(shè)置附加的存儲電容，作為像素結(jié)構(gòu)的一部分，使得即便在去除行電極脈沖之后，顯示元件上也能保持某一電壓。
用于主動矩陣顯示裝置(如AMLCD)的幀(場)周期需要在短時(shí)間周期內(nèi)尋址像素行，這樣對于晶體管的電流驅(qū)動能力提供一定要求，以便將液晶材料充電或者放電到期望電壓電平。為了滿足這些電流要求，輸送給薄膜晶體管的柵電壓必須在相差大約30伏(對于非晶硅薄膜晶體管)的數(shù)值之間上下浮動。例如，通過施加大約-10伏甚至更低(相對于源極)的柵電壓，可將晶體管關(guān)斷，而將晶體管充分偏置需要大約20伏或更高的電壓，以便足以提供期望的源-漏電流，足夠快地將液晶材料充電或放電。
用于LC材料的驅(qū)動電壓在黑狀態(tài)與透射狀態(tài)之間具有大約3V的范圍。此外，交替地改變施加給LC層的電壓極性，這樣可減小LC特性的老化。可以逐幀或逐行或不同地設(shè)置這種反轉(zhuǎn)。通常，對于一種極性的列電壓可以處于2V到5V范圍內(nèi)，對于相反極性列電壓可以處于-2V到-5V范圍內(nèi)。從而，列電壓的整個(gè)范圍大約為10V。
驅(qū)動器IC，特別是列驅(qū)動器，占據(jù)主動矩陣LCD成本中相當(dāng)大的部分。大部分列驅(qū)動器IC包含大量模擬部件，例如電阻器鏈，并且常常包含緩沖放大器。這些模擬電路模塊由于其復(fù)雜性而往往較大，并且需要使用具有特殊特性的晶體管，這樣其尺寸有可能增大到超過最小值。列驅(qū)動器IC所需的面積極大地影響顯示板的成本，并且緩沖放大器的輸出級尤其影響驅(qū)動器IC所需的面積。輸出級使用晶體管，使對列電容充電所需的電流在有效時(shí)間內(nèi)積累到預(yù)期的像素電壓，并且這些晶體管引出列驅(qū)動器IC內(nèi)的最高電流，從而需要最大的裝置。
通常，將輸出級設(shè)計(jì)成提供一定轉(zhuǎn)換速率的列電壓，以便能足夠快地將列電容充電，如上所述。通常，輸出級具有的用于增大列電壓的轉(zhuǎn)換速率，等于用于減小列電壓的轉(zhuǎn)換速率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種主動矩陣顯示裝置，包括設(shè)置成行和列的像素陣列，其中每列像素共享列導(dǎo)體，為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號；其中提供列尋址電路，用于產(chǎn)生像素驅(qū)動信號，所述列尋址電路包括為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號的輸出緩沖器；其中輸出緩沖器的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率不同。
本發(fā)明基于以下認(rèn)識，即用于增大和減小輸出電壓的轉(zhuǎn)換速率要求是不同的。從而，對于固定負(fù)載而言，緩沖器上升和下降時(shí)間不同。在設(shè)計(jì)輸出緩沖器時(shí)通過獨(dú)立地選擇正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率，可將晶體管的尺寸，特別是那些使列電容的充電(或放電)電流通過的晶體管的尺寸保持最小。
例如，輸出緩沖器可包括連接在列導(dǎo)體與高電源線之間的第一晶體管，和連接在列導(dǎo)體與低電源線之間的第二晶體管，其中，第一與第二晶體管的轉(zhuǎn)換速率不同。其中一個(gè)晶體管作為上拉晶體管(從而確定緩沖器正轉(zhuǎn)換速率)，另一晶體管作為下拉晶體管(從而確定緩沖器負(fù)轉(zhuǎn)換速率)。
第一晶體管可包括p型晶體管，第二晶體管可包括n型晶體管，并且可同時(shí)切換它們。
在不同幀中優(yōu)選用不同極性像素驅(qū)動信號驅(qū)動像素，并且從具有第一極性且與給定亮度相對應(yīng)的第一驅(qū)動信號，到具有相反極性且與相同的給定亮度相對應(yīng)的第二驅(qū)動信號的像素充電時(shí)間，基本上等于從第二驅(qū)動信號到第一驅(qū)動信號的像素充電時(shí)間。由此，對輸出緩沖器的轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行選擇，使得對于在極性反轉(zhuǎn)機(jī)制中的正和負(fù)場，顯示像素充電特性相同。這使得通過提供不均衡的緩沖器上升和下降時(shí)間所獲得的面積節(jié)省最優(yōu)化。
每個(gè)像素可包括n型開關(guān)晶體管，并且將負(fù)轉(zhuǎn)換速率選擇為低于正轉(zhuǎn)換速率。從而，對于上面所述的兩個(gè)晶體管輸出級，第一晶體管比第一晶體管具有更低的最大電流驅(qū)動，導(dǎo)致與正轉(zhuǎn)換速率具有更低的負(fù)轉(zhuǎn)換速率。
代替地，每個(gè)像素可包括p型開關(guān)晶體管，從而正轉(zhuǎn)換速率低于負(fù)轉(zhuǎn)換速率。因而，第一晶體管比第二晶體管具有更低的最大電流驅(qū)動。
本發(fā)明還提供用于驅(qū)動主動矩陣顯示器的列的列尋址電路，包括為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號的輸出緩沖器，其中，輸出緩沖器的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率不同。


現(xiàn)在，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，其中圖1表示用于主動矩陣液晶顯示器的已知像素結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子；圖2用于說明像素充電期間的電荷流動；圖3表示包括行和列驅(qū)動器電路的顯示裝置；圖4表示常規(guī)的列驅(qū)動器電路；圖5表示圖4所示列驅(qū)動器電路的已知輸出緩沖器；圖6表示對于常規(guī)的列驅(qū)動器，在正場中的像素充電特性；圖7表示對于常規(guī)的列驅(qū)動器，在負(fù)場中的像素充電特性；以及圖8表示對于本發(fā)明的列驅(qū)動器的一個(gè)示例，在負(fù)場中的像素充電特性。
在附圖中，使用相同數(shù)字和符號表示相同或相似部件。
具體實(shí)施例方式
圖1表示用于主動矩陣液晶顯示器的常規(guī)的像素結(jié)構(gòu)。該顯示器設(shè)置成行和列的像素陣列。每行像素共享公共的行導(dǎo)體10，每列像素共享公共的列導(dǎo)體12。每個(gè)像素包括串聯(lián)地設(shè)置在列導(dǎo)體12與公共電位18之間的薄膜晶體管14和液晶單元16。通過行導(dǎo)體10上提供的信號將晶體管14接通和關(guān)斷。從而，使行導(dǎo)體10與相關(guān)像素行的每個(gè)晶體管14的柵極14a相連。每個(gè)像素可另外包括存儲電容20，存儲電容20的一端22連接到下一行電極、前一行電極或者單獨(dú)的電容器電極。在晶體管14已經(jīng)被關(guān)斷之后，電容20有助于保持液晶單元16上的驅(qū)動電壓。更高的總像素電容也是需要的，以便減小多種效應(yīng)，如反沖(kickback)，并減小像素電容的灰度級依賴性。
為了將液晶單元16驅(qū)動到期望的電壓，以便獲得期望的灰度級，與行導(dǎo)體10上的行尋址脈沖相同步地，在列導(dǎo)體12上提供適當(dāng)?shù)男盘枴Ｔ撔袑ぶ访}沖使薄膜晶體管14導(dǎo)通，從而使列導(dǎo)體12能夠?qū)⒁壕卧?6充電到期望的電壓，并且還將存儲電容20充電到相同的電壓。
圖2表示列驅(qū)動器23(其主要包括電壓源24和具有電阻25的開關(guān))與所選擇行中的該列像素之間的連接。該列具有列電容26，其例如產(chǎn)生于列與行導(dǎo)體的所有交叉。單獨(dú)的像素具有像素電容27。列驅(qū)動信號導(dǎo)致電容26和27充電。但是，對列導(dǎo)體26充電的時(shí)間常數(shù)(電阻25×電容26)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對像素充電的時(shí)間常數(shù)(TFT電阻×電容27)。從而，需要短的列尋址脈沖以將列電容26充電。
在行尋址脈沖結(jié)束時(shí)，晶體管14被關(guān)斷。存儲電容20減小液晶滲漏的效應(yīng)，并減小液晶單元電容的電壓依賴性引起的像素電容的百分比變化。通常對行進(jìn)行連續(xù)地尋址，從而在一個(gè)幀周期期間尋址所有行，并且在隨后的場周期內(nèi)進(jìn)行刷新。
如圖3中所示，由行驅(qū)動器電路30為顯示像素陣列34提供行尋址信號，由列尋址電路32為顯示像素陣列34提供像素驅(qū)動信號。
圖4表示常規(guī)的列驅(qū)動器電路。n個(gè)不同的像素驅(qū)動信號電平由灰度級產(chǎn)生器40產(chǎn)生，例如電阻器陣列。開關(guān)矩陣42控制將每一列切換到期望的電平，并包括轉(zhuǎn)換器43的陣列，用于基于來自鎖存器44的數(shù)字輸入選擇n個(gè)灰度級之一。數(shù)字輸入源于存儲期望圖像數(shù)據(jù)45的RAM。每列設(shè)有緩沖器46，用于在行尋址周期的全部持續(xù)時(shí)間內(nèi)將該列中的像素保持為期望的驅(qū)動信號電平。緩沖器對于列驅(qū)動器IC所需的基板面積、從而對成本具有特別的影響。
圖5示意地表示輸出緩沖器的一種可能的已知設(shè)計(jì)。該緩沖器在輸入端“IN”處接收期望的模擬像素驅(qū)動電平作為輸入。該電路包括兩個(gè)差分放大器50，52。每個(gè)差分放大器的非反相端與輸出端“OUT”連接，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的反饋控制。每個(gè)差分放大器的反相端與輸入端“IN”連接。
該電路具有輸出級，包括p型上拉晶體管54和n型下拉晶體管56。這些晶體管串聯(lián)連接在電源線，例如正和負(fù)電壓軌之間。高電源線提供最大的期望像素驅(qū)動電壓(例如5V)，低電源線提供最小的像素驅(qū)動電壓(例如-5V)。
當(dāng)“IN”處的輸入電壓高于“OUT”處的輸出電壓時(shí)，差分放大器50使上拉晶體管54導(dǎo)通，從而電流流過晶體管54，將輸出列電容充電。類似地，當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，差分放大器52使下拉晶體管56導(dǎo)通，從而使電流流過晶體管56，使輸出負(fù)載放電。
從而，該反饋配置保證了輸出電壓等于輸入電壓。差分放大器50，52的設(shè)計(jì)與本發(fā)明無關(guān)，將不進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，輸出緩沖器電路中可實(shí)現(xiàn)其他功能，將不對其進(jìn)行討論。
晶體管54，56必須將足夠的電流輸送給列，以便使列電容足夠快速地充電或放電，從而輸出級對于電路面積的影響最大。
n型晶體管具有更高的遷移率，從而可將其設(shè)計(jì)成具有更小的面積，以獲得相同的轉(zhuǎn)換速率(slew rate)。例如，晶體管56的溝道寬度通常大約為晶體管54溝道寬度的一半。
當(dāng)像素驅(qū)動電壓從負(fù)極性場轉(zhuǎn)變到正極性場時(shí)，必須使用晶體管54上拉列電壓，當(dāng)像素驅(qū)動電壓從正極性場轉(zhuǎn)變到負(fù)極性場時(shí)，必須使用晶體管56下拉到列電壓。極性反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的電壓擺動大于期望像素亮度的改變引起的電壓擺動，通常在每次連續(xù)尋址每個(gè)像素時(shí)會存在極性反轉(zhuǎn)。
本發(fā)明基于以下認(rèn)識，即晶體管54和56的轉(zhuǎn)換速率要求不相同。
圖6表示對于常規(guī)的列驅(qū)動器，在正場中的像素充電特性。曲線60表示施加給像素晶體管14(圖1)的柵極的行電壓脈沖。列電壓62按照指數(shù)方式升高到其目標(biāo)值12V(在此模擬中)。起始電壓為2v，下面可以看出其相應(yīng)于負(fù)場目標(biāo)。由于高晶體管電阻產(chǎn)生更大(即更慢)的像素時(shí)間常數(shù)，像素電壓64升高地略微較不迅速。曲線66表示像素TFT上的電壓，即瞬時(shí)像素電壓與列電壓之間的差值。假設(shè)當(dāng)該差值下降到0.01V(1E-02)時(shí)像素被充電，在此情形中像素充電花費(fèi)10.3μs，其是當(dāng)曲線66與數(shù)值0.01相交時(shí)的情況。曲線68表示存儲電容(圖1中所示的22)一端上的電壓。
在圖6-8中，在左側(cè)，曲線60、62和64使用線性刻度，在右側(cè)，曲線66和68使用對數(shù)刻度。
圖7示出與圖6相同的曲線，表示對于常規(guī)的列驅(qū)動器負(fù)場中的像素充電特性。由以前的正場，起始像素電壓為12V。在此情形中，列電壓目標(biāo)值為2V(即低于正場電壓10V)。像素電壓在5.6μs內(nèi)達(dá)到該目標(biāo)值，再次達(dá)到0.01V以內(nèi)。
從而，當(dāng)使用具有相同的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率的列驅(qū)動器時(shí)，在負(fù)場中像素被更迅速地充電。這是由于用于正和負(fù)場的相同的行脈沖，在兩種極性場中這產(chǎn)生了不同的像素晶體管導(dǎo)通特性。有效的柵極電壓在負(fù)場中要高得多。
實(shí)際電壓并不重要，且為了模擬，僅以2V和12V的選擇電壓為例。
根據(jù)本發(fā)明，將列驅(qū)動器緩沖器設(shè)計(jì)成具有不同的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率。
圖8示出了與圖7相同的曲線，也表示負(fù)場中的像素充電特性，但是針對根據(jù)本發(fā)明變型的列驅(qū)動器。
假設(shè)列驅(qū)動器結(jié)構(gòu)如圖5中所示，本發(fā)明可減小晶體管56的尺寸，從而列驅(qū)動器不再具有平衡的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率。相反地，負(fù)(下拉)轉(zhuǎn)換速率更低，但是由于不同的負(fù)載(即像素)特性，輸出緩沖器的上升和下降特性變得平衡。在圖8中，晶體管56的尺寸減小導(dǎo)致像素充電時(shí)間從5.6μs(如圖7)增加到10.3μs，從而在正和負(fù)場中對像素的像素充電速率基本上相同。這樣能最大程度地節(jié)省芯片面積，而不會損害列驅(qū)動器電路的總體輸出特性。
上述模擬中給定的電壓電平是基于這樣一種假設(shè)，即像素包括非晶硅n型TFT。本發(fā)明也可以應(yīng)用于像素TFT為p型晶體管，例如低溫多晶硅(LTPS)晶體管的顯示裝置。在此情形中，上拉時(shí)間更加迅速(即正極性場)，從而在此情形中本發(fā)明可減小上拉晶體管54的尺寸。
并未給出列驅(qū)動器緩沖器的輸出級中兩個(gè)晶體管的尺寸的具體示例。在每種情形中，在設(shè)計(jì)晶體管時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮像素陣列的電學(xué)特性和驅(qū)動機(jī)制。當(dāng)然對于不同尺寸的顯示器、對于使用不同技術(shù)的顯示器、以及對于具有不同時(shí)序要求(例如刷新速率)的顯示器而言，這當(dāng)然是非常不同的。對于給定的顯示器，本領(lǐng)域技術(shù)人員使用上述技術(shù)通?？稍O(shè)計(jì)出緩沖器的輸出級，以便為特定顯示器提供基本相等的上升和下降時(shí)間。由此，去除了任何多余的余量，優(yōu)化了列驅(qū)動器設(shè)計(jì)。
對于顯示器的每一列，列驅(qū)動器電路可具有輸出緩沖器。還已知多路復(fù)用機(jī)制，其能減小電路部件數(shù)量，并可成組地對列進(jìn)行尋址，而非全部同時(shí)地。已知的多路復(fù)用機(jī)制可按照常規(guī)方式應(yīng)用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，并且在本申請中將不再討論這些多路復(fù)用結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)將本發(fā)明描述為可減小緩沖器輸出級中一個(gè)主電流供給晶體管的尺寸，因?yàn)檫@些晶體管是列驅(qū)動器IC中最大的高電流裝置。但是，本發(fā)明也能夠減小為輸出級晶體管提供驅(qū)動信號的電路元件的相應(yīng)尺寸。
結(jié)合LCD顯示器詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他電壓尋址顯示器。
在說明書和權(quán)利要求中，使用術(shù)語“正轉(zhuǎn)換速率”表示對于導(dǎo)致輸出電壓增加的步進(jìn)輸入電壓改變，輸出電壓的最大改變速率，使用術(shù)語“負(fù)轉(zhuǎn)換速率”表示對于導(dǎo)致輸出電壓減小的步進(jìn)輸入電壓改變，輸出電壓改變的最大改變速率。
本發(fā)明的其他特征是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種包括設(shè)置成行和列的像素陣列(34)的主動矩陣顯示裝置，其中每列像素共享列導(dǎo)體(12)，為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號，其中提供列尋址電路(32)用于產(chǎn)生像素驅(qū)動信號，所述列尋址電路包括為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號的輸出緩沖器(46)，其中所述輸出緩沖器的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率不同。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述輸出緩沖器包括連接于列導(dǎo)體(12)與高電源線之間的第一晶體管(54)，和連接于列導(dǎo)體與低電源線之間的第二晶體管(56)，其中，所述第一和第二晶體管的轉(zhuǎn)換速率不同。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述第一晶體管(54)包括p型晶體管，所述第二晶體管(56)包括n型晶體管，并且其中所述第一和第二晶體管同時(shí)被切換。
4.如前面任一權(quán)利要求中所述的裝置，其中，在不同的幀中用不同極性像素驅(qū)動信號來驅(qū)動像素，并且其中從具有第一極性且與給定亮度相對應(yīng)的第一驅(qū)動信號，到具有相反極性且與相同的給定亮度相對應(yīng)的第二驅(qū)動信號的像素充電時(shí)間，基本上等于從所述第二驅(qū)動信號到第一驅(qū)動信號的像素充電時(shí)間。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，每個(gè)像素包括n型開關(guān)晶體管(14)，并且其中負(fù)轉(zhuǎn)換速率低于正轉(zhuǎn)換速率。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述輸出緩沖器包括連接于列導(dǎo)體與高電源線之間的第一晶體管(54)，和連接于列導(dǎo)體與低電源線之間的第二晶體管(56)，其中所述第二晶體管比第一晶體管具有更低的最大電流驅(qū)動。
7.如權(quán)利要求1到4其中任何一個(gè)所述的裝置，其中，每個(gè)像素包括p型開關(guān)晶體管，并且其中所述正轉(zhuǎn)換速率低于負(fù)轉(zhuǎn)換速率。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述輸出緩沖器包括連接于列導(dǎo)體與高電源線之間的第一晶體管(54)，和連接于列導(dǎo)體與低電源線之間的第二晶體管(56)，其中所述第一晶體管比第二晶體管具有更低的最大電流驅(qū)動。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，包括用于每列的輸出緩沖器(46)。
10.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，包括主動矩陣LCD顯示裝置。
11.一種用于驅(qū)動主動矩陣顯示器的列的列尋址電路，包括為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號的輸出緩沖器，其中，所述輸出緩沖器的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率不同。
全文摘要
一種主動矩陣顯示裝置，具有用于產(chǎn)生像素驅(qū)動信號的列尋址電路。所述列尋址電路具有為列導(dǎo)體提供像素驅(qū)動信號的輸出緩沖器，并且所述輸出緩沖器的正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率不同。在輸出緩沖器的設(shè)計(jì)中，通過獨(dú)立地選擇正和負(fù)轉(zhuǎn)換速率，可使晶體管(54，56)的尺寸，特別是通過列電容的充電(或放電)電流的晶體管的尺寸，保持最小。
文檔編號G09G3/36GK1799087SQ200480015538
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者S·C·迪恩, A·G·克納普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司