專利名稱：用來將亮度信號加到顯示器的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于顯示器件的驅(qū)動電路，更具體地說，涉及一種用來將亮度信號加到諸如液晶顯示器的顯示器件的象素上的系統(tǒng)。
顯示器件，諸如液晶顯示器，是由一個排列成水平行和垂直列的矩陣或象素陣列組成的。要顯示的視頻信息作為亮度(灰度)信號加到數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線各自相應于每一列象素。依次對各行象素掃描并將被激勵的行內(nèi)的象素的電容根據(jù)加到各個列的亮度信號的電平充電到各種亮度電平上。
在一個有源矩陣顯示器中，每個象素元包括一個將視頻信號加到象素的開關(guān)器件。通常，開關(guān)器件是一個薄膜晶體管(TFT)，它接收來自固態(tài)電路的亮度信息。因為TFT和固態(tài)電路兩者都由固態(tài)器件組成，所以最好利用非晶硅或多晶硅工藝同時制造TFT和驅(qū)動電路。
液晶顯示器是由一個夾在兩襯底之間的液晶材料組成的。至少一個，通常是兩個襯底，是對光透明的，而相鄰于液晶材料的襯底的表面提供以一個形成各個象素元的模式排列的透明電極模式?？赡芤笤谝r底上和沿顯示器的周圍與TFT一起來制造驅(qū)動電路。
已經(jīng)有制造液晶顯示器的成熟的非晶硅工藝，因為這種材料可以在低溫下制造。低溫是重要的，因為這可允許使用標準的現(xiàn)成的和便宜的襯底材料。然而，在集成的外圍象素驅(qū)動器中使用非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFTs)則因為低遷移率，門限電壓漂移和只有N-MOS加強晶體管可提供而受限制。
在Plus等人的題為“System for Applying Brightness Signals To ADisplay Device And Comparator therefore”的美國專利No.5,170,155中描述了一種LCD的數(shù)據(jù)線或列驅(qū)動器。Plus等人的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器作為斬波斜坡放大器工作和使用TFT。該數(shù)據(jù)線驅(qū)動器中，一個包含圖象信息的模擬信號被取樣并被儲存在驅(qū)動器的輸入取樣電容器中。一個在基準斜坡產(chǎn)生器中產(chǎn)生的基準斜坡通過一個TFT被加到驅(qū)動器的輸入電容器。
在Plus等人的方案中，一個給定數(shù)據(jù)線驅(qū)動器的晶體管開關(guān)將一個數(shù)據(jù)斜坡電壓加到矩陣的數(shù)據(jù)線以在選擇行中生成一個斜坡電壓。晶體管開關(guān)由一個比較器控制。晶體管開關(guān)接通用來將數(shù)據(jù)斜坡電壓加到數(shù)據(jù)線比較器并在一個由包含信號的圖象信息確定的可控制的時刻被關(guān)斷。
可能要求由一個TFT組成晶體管開關(guān)和保持TFT開關(guān)導通而無需明顯的柵極過驅(qū)動。這是因為過柵極驅(qū)動可能會引起在TFT中的門限電壓漂移的增加。
體現(xiàn)本發(fā)明的一個方面的一個數(shù)據(jù)線驅(qū)動器在以一個顯示器件的給定列排列的象素中生成一個包含圖象信息的信號。數(shù)據(jù)線驅(qū)動器包括一個數(shù)據(jù)斜坡信號源。一個第一晶體管被耦合到數(shù)據(jù)斜坡信號源以將數(shù)據(jù)斜坡信號加到相應列的數(shù)據(jù)線上。一個第二晶體管產(chǎn)生第一晶體管的控制電壓的第一部分，該電壓根據(jù)第一和第二晶體管中一個晶體管的門限電壓的變化而變化。一個第一電容將一個脈沖耦合到控制端以產(chǎn)生一個控制電壓的第二部分?？刂齐妷赫{(diào)節(jié)第一晶體管使其工作在第一開關(guān)狀態(tài)。一個視頻信號源和一個基準斜坡信號源被耦合到第二晶體管的輸入端用來當在第二晶體管輸入端由上述視頻和基準斜坡信號產(chǎn)生的信號超過一個第二晶體管的門限電壓時停止第一開關(guān)狀態(tài)。


圖1示出了包括信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器的用來實施本發(fā)明的一個方面的液晶顯示器裝置的方框圖2詳細示出了圖1信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器；和圖3a-h示出了用來解釋圖2的電路工作的波形。
在圖1中，一個模擬電路11從例如天線接收一個代表要顯示的圖象信息的視頻信號。模擬電路11在線13上提供一個視頻信號作為模-數(shù)變換器(A/D)14的輸入信號。
來自模擬電路11的電視信號被顯示在由大量諸如液晶單元16a的象素元組成的液晶陣列上，象素元水平排列成m＝560行，垂直排列成n＝960列。液晶陣列16包括n＝960的數(shù)據(jù)線列，各個對應每個液晶單元16a的垂直列，和包括m＝560的選擇線18，各個對應液晶單元16a的水平行。
A/D變換器14包括一個輸出總線19用來給具有40組輸出線22的儲存器提供亮度電平，或灰度代碼。儲存器2的每一組輸出線22將儲存的數(shù)字信息加到相應的數(shù)-模變換器23。共有40個變換器23，它們相應于40條線22。一個給定變換器23的輸出信號IN通過一相應線31被送到相應的信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100，驅(qū)動器100驅(qū)動相應的數(shù)據(jù)線17。一個選擇線掃描器60在線18上產(chǎn)生行選擇信號用來以常規(guī)的方式選擇一個給定的陣列行。在960條數(shù)據(jù)線17上產(chǎn)生的電壓在32微秒內(nèi)被加到選擇的行的象素16a。
一個給定的信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100使用未在圖1詳細示出的斬波斜坡放大器，該放大器具有一個例如小于1pf的低輸入電容用來儲存相應的信號IN和將儲存的輸入信號IN傳送到相應數(shù)據(jù)線17。每個數(shù)據(jù)線17被加到形成一個例如20pf的電容負荷的560行象素單元16a。
圖2示出了其中一個信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100。圖3a-3h示出了用來解釋圖2的電路工作的波形。在圖1，2和3a-3h中的相似的符號和數(shù)字表示相同的項目或功能。所有圖2的信號分離器和線驅(qū)動器是N…MOS型的TFT。因此，具有可以與圖1的陣列一起形成的優(yōu)點。
在取樣在信號線31的視頻信號以前，一個在電容C43的D端產(chǎn)生的電壓被初始化。為了產(chǎn)生在電容器C43中的電壓，數(shù)-模變換器23在線31中產(chǎn)生一個例如為視頻信號IN的最大值或滿刻度電壓的預定電壓。當在晶體管MN1的柵極產(chǎn)生一個圖3a的控制脈沖PRE-DCTRL時，晶體管MN1將在線31上的初始化電壓加到電容器C43上。用這種方法，在電容器C43中的電壓在每個象素更新周期以前是一樣的。在脈沖PRE-DCTRL之后，信號IN改變以包含用于當前象素更新周期的視頻信息。
圖2的信號分離器32的晶體管MN1取樣在信號線31的包含視頻信息的模擬信號IN。取樣的信號被儲存在取樣電容器C43中。在線31上產(chǎn)生的圖1的一組40個信號在一個相應的脈沖信號DCTRL(i)的控制下同時進行取樣。如圖3a-3h所示，在t5a-t20的時間間隔內(nèi)順序出現(xiàn)24個脈沖信號DCTRL(i)。每個圖2的脈沖信號DCTRL(i)控制在一個相應組的40個信號分離器32中的信號分離操作。在圖3a的時間間隔t5a-t20內(nèi)發(fā)生960個象素的全部信號分離操作。
為了提供有效的時間利用，采用兩級流水線周期。如上所述，信號IN在t5a-t20期間被信號分離并被儲存在圖2的電容器C43中。在圖3d的間隔t3-t4期間，在任何一個PRE-DCTRL脈沖和24個脈沖信號DCTRL出現(xiàn)前，圖2的每個電容器C43在當圖3d的脈沖信號DXFER出現(xiàn)時通過一個晶體管MN7被耦合到電容器C2。于是， 一部分儲存在電容器C43中的信號IN被傳送到電容器C2和生成一個電壓VC2。在間隔t5a-t20期間，當圖3a的脈沖信號DCTRL出現(xiàn)時，如下面要解釋的，在電容器C2中的圖2的電壓VC2通過相應的數(shù)據(jù)線17被加到陣列16。于是，信號IN通過兩級流水線加到陣列16。
基準斜坡發(fā)生器33在輸出導線27上提供一個基準斜坡信號REF-RAMP。導線27例如被公共耦合到每個信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100的圖2的每個電容器的E端。電容器C2的A端組成了比較器24的輸入端。圖1的數(shù)據(jù)斜坡發(fā)生器通過一條輸出線28提供一個數(shù)據(jù)斜坡電壓。在圖2的信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100中，晶體管MN6將一個電壓DATA-RAMP加到數(shù)據(jù)線17以產(chǎn)生一個電壓VCOLUMN。加有電壓VCOLUMN的行根據(jù)在行選擇線18中產(chǎn)生的行選擇信號來確定。在例如美國專利No.4,766,430和4,742,346中描述了一種采用移位寄存器用來產(chǎn)生選擇信號的顯示器件。晶體管MN6是一個具有柵極的TFT，該柵極通過導線29被連到比較器24的輸出端C。來自比較器24的輸出電壓VC控制晶體管MN6的導通間隔。
在每個象素更新周期中，在加電壓VC到晶體管MN6來控制晶體管MN6的導通前，比較器24自動地校正或調(diào)節(jié)。在時間t0(圖3b)時晶體管MN10被信號PRE-AUTOZ導通從而將電壓VPRAZ送到晶體管MN5的漏極和晶體管MN6的柵極。這個用VC標指的存儲在例如以虛線表示的晶體管MN6的源-柵極之間的電容C24的雜散電容上的電壓，使得晶體管MN6導通。當晶體管MN10預充電電容C24時晶體管MN5不導通。
在圖3b的時刻1，脈沖信號PRE-AUTOZ終止而晶體管MN10截止。在時刻t1一個脈沖信號AUTOZERO被加到連接在晶體管MN5的柵極和漏極之間的晶體管MN3的柵極以將晶體管MN3導通。同時，圖3g的脈沖信號AZ被加到晶體管MN2的柵極以導通晶體管MN2。當晶體管MN2導通時，通過晶體管MN2將電壓Va送到耦合電容器C1的A端。晶體管MN2在A端產(chǎn)生一個在Va電平基礎上的電壓VAA用來在A端建立一個比較器24的觸發(fā)電平。比較器的觸發(fā)電平等于電壓Va。電容器C1的第2端B連到晶體管MN3和MN5的柵極。
導通晶體管MN3平衡了在晶體管MN5的柵極和漏極之間的，或在C端的電荷，并在B端，晶體管MN5的柵極產(chǎn)生柵極電壓VG。最初，電壓VG超過晶體管MN5的門限電平VTH并使晶體管導通。在脈沖信號AUTOER期間，晶體管MN5的導通使得在B和C端的電壓減少，直到它們的電壓都變得等于晶體管MN5的門限電平VTH。當在A端的電壓VAA等于電壓Va時，在B端的接通MN5的柵極電壓VG是在其門限電平上。在圖3c和3f的時刻t2，圖2的晶體管MN3和MN2截止而比較器24被校正或調(diào)整。因此，比較器24的觸發(fā)電平相當于輸入端A等于等于Va。
如上所述，在晶體管MN7的柵極產(chǎn)生的，始于時刻t3的脈沖信號DXFER將信號分離器32和電容器C2經(jīng)由A端相連接。因此，在電容器C2中產(chǎn)生的電壓是正比于在電容器C43中的被取樣的信號IN的電平值。信號IN的幅度是使得在脈沖信號DXFER期間，在A端產(chǎn)生的電壓VAA小于比較器24的觸發(fā)電平Va。因此，比較器晶體管MN5在時刻t3后立即保持非導通。在電壓VAA和等于電壓Va的比較器24的觸發(fā)電平之間的電壓差由信號IN的幅度確定。
當A端的電壓VAA超過電壓Va時，晶體管MN5導通。另一方面，當A端的電壓VAA不超過電壓Va時，晶體管MN5不導通。電容器的24的自動校正或調(diào)整可補償例如在晶體管MN5中的門限電壓漂移。
圖2的脈沖RESET的波形和定時類似于圖3c的脈沖信號AUTOZERO。脈沖電壓RESET被送到與晶體管MN6并聯(lián)的晶體管MN90的柵極，從而導通晶體管MN9。當晶體管MN9導通時，它在線17上和在選擇行的圖1的象素單元16a建立一個預定的初始條件。在象素單元16a建立初始條件的優(yōu)點是防止在圖3b-3g的當前更新周期時，以前儲存的包含在象素單元16a的電容圖象信息影響象素電壓VCOLUMN。
晶體管MN9在時刻t6以前在信號DATA-RAMP的不活動電平VIAD的基礎上建立電壓VCOLUMN。相應于數(shù)據(jù)線17的電容C4緊接晶體管MN10導通之后在t0-t1期間對信號DATA-RAMP的不活動電平VIAD進行了部分的充放電。在脈中信號AUTOZERO期間，晶體管MN6的柵極電壓VC被降低到晶體管MN5的門限電壓。因此，晶體管MN6基本上截止。當晶體管MN9導通時，在t1-t2期間，電容C4的有力地進行充放電。利用晶體管MN9和晶體管MN6來建立電壓VCOLUMN的初始條件的好處是可減少晶體管MN6的門限電壓的漂移。晶體管MN6的門限電壓的漂移減少的原因是晶體管MN6的激勵時間要比如果單獨來建立電壓VCOLUMN的初始條件的話要短。
晶體管MN6設計得具有相同的參數(shù)和應力，因此，具有與晶體管MN5一樣的門限電壓漂移。其優(yōu)點是晶體管MN6的門限電壓漂移可跟蹤晶體管MN5的門限電壓漂移。
在下面要討論的兩個工作模式中的一個模式中，晶體管MN5的源電壓Vss等于0伏。另外，在t2-t4期間等于信號DATA-RAMP的不活動電平VIAD的電壓VCOLUMN等于1伏。在C端的晶體管MN5的漏極等于VC在時刻t5以前等于晶體管MN5的門限電壓VTH。由于前述跟蹤晶體管MN5的門限電壓VTH而使得晶體管MN6的柵-源保持在小于晶體管MN6的門限電壓的1伏的電平上。發(fā)生1伏的電壓差的原因是在晶體管MN5和MN6的源電極之間有1伏的電位差。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，圖3h的脈沖電壓C-BOOT通過圖2的電容C5耦合到晶體管MN6的C端。電容器C5和C24組成了一個分壓器。電壓C-BOOT的幅度選擇得使得柵極電壓VC在脈沖AUTOZERO期間相對于在脈沖AUTOZERO期間所產(chǎn)生的電平增加一個足以保持晶體管MN6導通的預定小電平。如上所述，晶體管MN5在圖3d的時間t3之后是不導通的。于是，在5V量級的電壓VC的預定的增加是由相對于電壓BOOT對C端的電容分壓器確定的。電壓VC的增加與門限電壓VTH無關(guān)。因此，晶體管MN5或MN6的門限電壓漂移在工作壽命內(nèi)不會影響由電壓C-BOOT產(chǎn)生的電壓的增加。這樣，在工作壽命內(nèi)當電壓VTH可能顯著增加時，晶體管MN6在圖3t6的時刻以前以小的激勵保持導通。
晶體管MN5的電壓VTH的門限電壓漂移將會引起在C端的電壓VC的相同的變化。假設晶體管MN6的門限電壓跟蹤晶體管MN5的門限電壓。因此，電壓C-BOOT不需要補償晶體管MN6的門限電壓的漂移。結(jié)果，晶體管MN6將被電壓C-BOOT導通而不管任何晶體管MN5和MN6的門限電壓漂移。于是，晶體管MN5的門限電壓變化補償晶體管MN6的變化。
電壓C-BOOT的電容耦合使得可采用在C端的晶體管MN6的柵極電壓VC在一個只是比晶體管MN6的門限電壓稍大，例如比晶體管MN6的門限電壓大5V的電平上。因此，晶體管MN6并不顯著過激勵。通過避免對晶體管MN6的柵極的過激勵，其好處是在晶體管MN6被大激勵電壓驅(qū)動時可能發(fā)生的在工作壽命期間的門限電壓的漂移是相當?shù)匦　?br> 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在圖3h的時間間隔t5-t7期間，電壓C-BOOT是以斜坡形產(chǎn)生的。電壓C-BOOT的相對慢的上升時間有助于減少對晶體管MN6的應力。晶體管MN6的時間電壓慢慢的增加使得晶體管MN6的源極充電得可使柵極-源極電位差長時間內(nèi)保持比較小。時間間隔特t5-t7的長度為4微秒。通過保持間隔t5-t7長度小于2微秒，或近似圖2f的信號DATA-RAMP的間隔t6-t8的長度的20％，其好處是使得在晶體管MN6的柵極-源極之間的電壓差在一個相當長的時間內(nèi)被減少。因此，減少了TFTMN6的應力。
在圖3e的時刻t4，基準斜坡信號REF-RAMP開始坡升。信號REF-RAMP被耦合到遠離比較器24的輸入端A的圖2的電容器C2的E端。結(jié)果，電容24的輸入端上的電壓VAA等于斜坡信號REF-RAMP和電容器C2產(chǎn)生的電壓VC2之和。
時間t6之后，被耦合到晶體管MN6的漏極的數(shù)據(jù)斜坡電壓DATA-RAMP開始坡升。由于由晶體管MN6的柵極-源極和柵極-漏極的雜散電容耦合到C端的反饋，在C端的電壓將足以調(diào)節(jié)得晶體管MN6對數(shù)據(jù)斜坡信號DATA-RAMP的所有值都導通。在時刻t4后，只要A端的斜坡電壓VAA未到達等于比較器24的電壓Va的觸發(fā)電平，晶體管MN5保持非導通而晶體管MN6保持導通。只要晶體管MN6是導通的，斜坡電壓DATA-RAMP通過晶體管MN6被耦合到列數(shù)據(jù)線17用來增加數(shù)據(jù)線17的電位VCOLUMN，因此，增加加到選擇行的象素電容CPIXEL的電位。斜坡電壓VCOLUMN的容性反饋，通過例如電容24的反饋，只要如前所述的晶體管MN5在C端呈現(xiàn)高阻，可使得晶體管MN6保持導通。
在圖3e的信號REF-RAMP的坡升部分500期間，在A端的和電壓VAA超過比較器24的觸發(fā)電平Va，晶體管MN開始成為導通。而晶體管MN5在坡升部分500期間一導通就作為信號IN的幅度的函數(shù)而變化。
當晶體管MN5導通后，晶體管MN6的柵極電壓VC減少而使得晶體管MN6截止。結(jié)果，在晶體管MN6截止前的發(fā)生的電壓DATA-RAMP的最后值保持不變或被儲存在象素電容CPIXEL中直到下一個更新周期為止。用這種方式，完成當前更新周期。
為了防止圖的液晶陣列16的極化，將圖中未示出的陣列的所謂背面或公共面保持在一個常電壓VBCKPLANE上。信號分離器和數(shù)據(jù)線驅(qū)動器100在一個更新周期里產(chǎn)生一個電壓VCOLUMN，其極性相對于電壓VBACKPLANE是一個極性，而在另一個更新周期則極性相反而幅度相同。為了獲得交變的極性，電壓DATA-RAMP的范圍在一個周期中是1伏-8.8伏，而在另一個周期中是9伏-16.8伏。然而，電壓VBACKPLANE則建立在該兩個范圍之間的中間電平上。因為需要以兩個不同的電壓范圍產(chǎn)生電壓DATA-RAMP，所以信號或電壓AUTOZERO，PREAUTOZ，Vss和RESET有兩個在交變的更新周期里根據(jù)電壓DATA-RAMP建立的范圍變化的不同的峰值。
權(quán)利要求
1.一種用來在以一個顯示器的給定列排列的象素中生成一個包含圖象信息的信號的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，包括一個數(shù)據(jù)斜坡信號源；和一個第一晶體管，它耦合到所述數(shù)據(jù)斜坡信號源用來將所述數(shù)據(jù)斜坡信號加到相應的所述列的數(shù)據(jù)線，其特征在于一個第二晶體管，用來給所述第一晶體管的控制端產(chǎn)生控電壓的第一部分，該控制電壓根據(jù)所述第一和第二晶體管其中一個的門限電壓的變化而變化；一個脈沖電壓源；一個第一電容，用來將所述脈沖電壓耦合到所述控制端以產(chǎn)生一個所述控制電壓的第二部分，所述控制電壓調(diào)節(jié)所述第一晶體管用來以第一開關(guān)狀態(tài)工作；以及一個視頻信號源和一個基準斜坡信號源，與所述第二晶體管的輸入端相耦合用來當從所述視頻信號和基準斜坡信號在所述的第二晶體管輸入端產(chǎn)生的信號超過所述第二晶體管的門限電壓時廢止所述的第一開關(guān)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于在所述第一開關(guān)狀態(tài)時，當所述第二晶體管的所述門限電壓超過時，所述晶體管保持非導通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于第三晶體管，用來將一個所述第二晶體管的一個主電流傳導端耦到所述第二晶體管的控制端以根據(jù)所述第二晶體管的所述門限電壓產(chǎn)生所述控制電壓的所述第一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于第一開關(guān)裝置，用來預充電一個相對于所述第一晶體管的所述控制端形成的電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于第三晶體管，用來在所述第二晶體管的控制電壓變成等于所述第二晶體管的所述門限電壓前變化在所述預充電中的充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于第二電容是相對于所述第晶體管的所述控制端形成的，而所述第一第二電容組成了一個相對于所述脈沖電壓的電壓分壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器，其特征在于所述第一晶體管的所述控制端被耦合到一個在所述第一和第二電容之間的一個連接端。
全文摘要
用于在以顯示器的給定列排列的象素中生成包含圖象信息的信號的數(shù)據(jù)線驅(qū)動器。包括數(shù)據(jù)斜坡信號源和第一晶體管。其特征在于包括用來產(chǎn)生第一控制電壓部分的第二晶體管，一個脈沖電壓源；一個用來將所述脈沖電壓耦合到控制端以產(chǎn)生控制電壓的第二部分的第電容；和包括一個耦合到第二晶體管的輸入端的基準斜坡信號源和視頻信號源。
文檔編號G09G3/36GK1136690SQ9610179
公開日1996年11月27日 申請日期1996年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月6日
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