專利名稱：有源矩陣顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括顯示像素陣列的有源矩陣顯示器，特別是(但不僅是)有源矩陣液晶顯示器和有源矩陣場致發(fā)光顯示器。
有源矩陣顯示器，特別是有源矩陣液晶顯示器(AMLCDs)，在生產(chǎn)領(lǐng)域里使用的范圍越來越廣泛。其中人們最熟悉的可能有膝上型計算機屏幕、筆記本式計算機屏幕、臺式計算機監(jiān)視器、PDA、電子管理器和移動電話。
具體的有源矩陣顯示器，在此舉例為AMLCD，其結(jié)構(gòu)和一般操作在例如US-A-5130829中有說明，所述文件的全部內(nèi)容已作為參考納入本文。簡要地說，這種顯示器包括排列成行和列的像素陣列，每一像素包括電光顯示元件和相關(guān)的開關(guān)器件，形式通常為薄膜晶體管(TFT)。像素連接到各組行和列地址電極，每一像素位于每組的相應(yīng)的電極之間的交叉點附近，像素通過所述交叉點被尋址、其過程如下選擇(掃描)信號按順序加到每一根行電極以便選擇所述行，同時，數(shù)據(jù)(視頻信息)信號通過列地址電極與行選擇同步地提供給被選行的像素、并確定相關(guān)行的個別像素的顯示輸出。通過對連接到列地址電極的列地址電路的輸入視頻信號進行適當(dāng)取樣，導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號。依次對每一行像素尋址，從而在一個場(幀)周期形成整個陣列的顯示，同時，像素陣列在連續(xù)的場中以這種方式重復(fù)地被尋址。因為像素會出現(xiàn)損耗，因此必須用視頻信息定期更新像素。在AMLCD的情況下，加到顯示元件上的數(shù)據(jù)信號電壓的極性必須周期性地反轉(zhuǎn)，以便防止LC材料退化。這種反轉(zhuǎn)例如可以在每一場之后(所謂場反轉(zhuǎn))或在每一行被尋址之后(既所謂行反轉(zhuǎn))完成。
有源矩陣顯示器的功率消耗的很大一部分與把視頻信息從視頻信號源傳送到顯示器的像素相關(guān)。如果顯示器的像素能夠在不定時段內(nèi)存儲視頻信息，那么，就可以減少這種功率分量。在這種情況下，當(dāng)不要求改變像素的顯示輸出(亮度)狀態(tài)時，可以暫停對具有新視頻信息的像素的尋址。
因此，當(dāng)允許靜態(tài)圖像顯示時，把存儲器結(jié)合到有源矩陣顯示器的像素中，可以降低功率，因為當(dāng)圖像改變的時候，數(shù)據(jù)只需要發(fā)送給顯示像素就可以了，因此在外部電路中以及在驅(qū)動與顯示像素的連接相關(guān)的電容時消耗的功率就比較少。
有一種方法就是把靜態(tài)存儲單元結(jié)合到像素中并利用所述存儲器的狀態(tài)來控制像素電極與適當(dāng)?shù)尿?qū)動源之間的連接。但是，靜態(tài)存儲器的一大缺點是就電源和控制信號所需的晶體管和總線的數(shù)量而論的復(fù)雜性。
關(guān)于AMLCD顯示的另一種已知的方法就是把像素(每一像素具有一個TFT)當(dāng)作動態(tài)1位/像素存儲器來使用。通過把讀出放大器加到列電極(當(dāng)像素連接到列電極時讀出放大器能夠檢測電壓的細微變化)來讀出像素的狀態(tài)。然后，可以按所述存儲器的動態(tài)特性的要求來更新像素。這種方法存在的一個問題是在列電極上讀出的信號的大小由像素和列電容之比(這在具有預(yù)定像素間距和分辨率的AMLCD中是非常小的)來確定。另一個問題是，通常以交變極性的電壓來驅(qū)動AMLCD中使用的LC材料以便限制材料的退化，這需要精密的外部讀出和更新電路來驅(qū)動列。
這種類型的AMLCD的實例在US-A-4430648中有說明，所述文件的全部內(nèi)容已作為參考列入本文。在所述專利中，通過把讀出和更新電路結(jié)合到顯示器的列尋址電路內(nèi)，達到定期更新像素電壓以便維持顯示器上的圖像的目的。在更新操作期間，電荷從顯示器的一行的像素轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的并且相關(guān)的列電極。然后使用讀出電路檢測所述電荷并確定像素的狀態(tài)。然后這些信息通過更新電路寫入到相同的像素。因為與像素電容比較起來，列電容的值相對較大，因此，那些必須由讀出電路檢測的信號相對較小，這樣就使讀出電路的設(shè)計變得困難，它們的性能對顯示器的操作也是臨界的。具體地說，顯示器可能會對電噪音源敏感。此外，當(dāng)更新顯示器內(nèi)的像素時，將根據(jù)由更新電路存儲的視頻信息來驅(qū)動顯示器的列。列電容的充電和放電將影響顯示器的消耗功率。
US-A-6169532(其內(nèi)容已作為參考材料全部列入本文)說明了AMLCD和有源矩陣場致發(fā)光顯示器，它們同樣使用動態(tài)存儲器像素，結(jié)合連接到列電極的讀出放大器。
同樣眾所周知的是，其像素電路中具有某種存儲器的顯示器同樣可用正常的方式操作，無需使用像素功能中的存儲器。然后以顯示靜態(tài)圖像的低功率方式使用集成的存儲器(它可能因為布局限制而只限于1位/色彩)。
EP-A-0797182(全文引用，以作參考)說明了帶有AMLCD內(nèi)使用的像素內(nèi)低阻抗驅(qū)動電路的動態(tài)存儲器電路的各種不同實例。
但是，把動態(tài)存儲器結(jié)合到像素中存在一些問題。把可靠的動態(tài)存儲器結(jié)合到有源矩陣顯示器的像素中，以便例如通過限制必要元件(例如晶體管)的數(shù)量來避免不適當(dāng)?shù)膹?fù)雜性或?qū)ο袼乜讖疆a(chǎn)生不利的影響，可以認(rèn)為這是一個重要的問題。此外，還需要考慮更新像素內(nèi)的動態(tài)存儲單元以及特定類型顯示器所需的適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓(或在本實例中可能是像素內(nèi)驅(qū)動電路)。
本發(fā)明提供有源矩陣顯示器，它提供或允許對已知裝置的改進。本文公開了各種不同的新穎的概念、創(chuàng)新的概念和具體的實施例，具體以附圖為參考，但并不局限于附圖。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的有源矩陣顯示器包括多個排列成行和列的像素；以及沿著所述列延伸的列電極；其中，像素包括圖像數(shù)據(jù)存儲電容和讀出電路，所述讀出電路用于讀出圖像數(shù)據(jù)存儲電容的狀態(tài)并且根據(jù)所述讀出的圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動相應(yīng)的列電極。
相應(yīng)地，讀出電路起緩沖器的作用、使得能夠通過列電極更新像素內(nèi)作為動態(tài)存儲單元的電容。相反，在沒有結(jié)合在像素內(nèi)的讀出電路而在每一列線的末端具有讀出電路先有技術(shù)配置中，結(jié)合在每一像素內(nèi)的小電容可能會被列線的電容淹沒，導(dǎo)致所述電容上的電荷非常小、非常難以被讀出電路檢測到。此外，與沒有讀出電路的先有技術(shù)配置相比，可以通過利用讀出電路驅(qū)動列線，來降低有源矩陣顯示器對電噪音的敏感度。
實際上，在實施例中，通過提供讀出電路，可以減小圖像數(shù)據(jù)存儲電容的尺寸，或者因為其他的原因而用像素內(nèi)存在的電容(例如液晶像素電極的電容)代替分立電容。
所述讀出電路最好具有高輸出阻抗、使得電容在讀出操作期間的放電變得無關(guān)緊要，即，少于或等于存儲電荷的10％，最好是少于或等于2％。
本發(fā)明的實施例包括沿著各像素行延伸的行電極和讀出電極，像素包括開關(guān)，當(dāng)開關(guān)被列電極選中時該開關(guān)將列電極連接到所述電容，而讀出電路受讀出線控制而讀出存儲在列電極的電容上的數(shù)據(jù)。
像素可以包括驅(qū)動像素顯示元件的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路的輸入端連接到圖像數(shù)據(jù)存儲電容。所述驅(qū)動電路可以驅(qū)動LED、液晶顯示電極或其他像素顯示元件。在本實例中讀出電路可以構(gòu)成開關(guān)，所述開關(guān)在讀出線的控制下把驅(qū)動電路的輸出連接到列電極。
每一像素可以包括多個圖像數(shù)據(jù)存儲電容。
在實施例中，顯示器可以包括多根沿著每一行延伸的地址線，每一根地址線分別選擇把相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)存儲電容連接到數(shù)據(jù)線的相應(yīng)的開關(guān)，而選擇線控制把數(shù)據(jù)線連接到列電極的開關(guān)，其中，讀出電路在讀出線的控制下把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)讀出到列電極上。
或者，專用讀出電路可以連接到每一個圖像數(shù)據(jù)存儲電容。
本發(fā)明還涉及其像素元件包括存儲節(jié)點的有源矩陣顯示器的操作方法，所述方法包括在存儲節(jié)點上存儲圖像數(shù)據(jù)并在靜態(tài)方式下操作有源矩陣裝置，所述操作有源矩陣裝置包括顯示存儲的圖像數(shù)據(jù)；以及周期性地把讀出信號加到像素內(nèi)的讀出電路使讀出電路把存儲的圖像數(shù)據(jù)讀出到列電極，并且更新存儲節(jié)點上存儲的圖像數(shù)據(jù)。
所述方法還可以包括以正常方式操作有源矩陣顯示器，所述操作包括定期地利用新的視頻信息對像素元件進行尋址并顯示視頻信息。
通過參考附圖閱讀對只作為實例給出的最佳實施例的詳細描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖中

圖1是典型的已知的AMLCD的簡明的示意圖；圖2、3和4示意性地說明在根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣顯示器的各個實施例中的不同的像素電路配置；圖5更詳細地示出一個實施例中典型的像素電路的實例；圖6舉例說明在利用特定驅(qū)動方式的AMLCD實例中出現(xiàn)的各種可能的電壓電平；圖7示出在AMLCD實例中工作時的驅(qū)動波形的實例；圖8詳細示出根據(jù)本發(fā)明的AMLCD實施例中典型的像素電路的另一個實例；以及圖9詳細示出根據(jù)本發(fā)明的AMLCD另一個實施例中典型的像素電路的再一個實例；圖10示出具有多個數(shù)據(jù)存儲電容的像素電路的再一個實例；圖11示出具有多個數(shù)據(jù)存儲電容的像素電路的再一個實例；圖12示出讀出電路；圖13示出具有多個數(shù)據(jù)存儲電容的像素電路的另一個實例；以及圖14示出具有多個數(shù)據(jù)存儲電容的像素電路的再一個實例。
圖中用相同的標(biāo)號表示相同或類似的部件。
參考圖1，這是一般常用形式的AMLCD的簡明的電路示意圖，包括顯示像素10的行和列矩陣陣列(N×M)，如圖所示。顯示像素各自具有液晶顯示元件18和關(guān)聯(lián)的用作開關(guān)的TFT12，像素通過各組(M)行和(N)列的地址電極14和16被尋址。為了簡明，在此只示出了幾個顯示像素，而實際上可以有數(shù)百行和數(shù)百列像素。TFT12的漏極連接到設(shè)置在相應(yīng)的行和列地址電極的交叉點附近的相應(yīng)的顯示元件電極，同時，與各行顯示像素10相關(guān)的所有TFTs的柵極連接到同一行地址電極14，而與各列顯示像素相關(guān)的所有TFTs的源連接到同一列地址電極16。電極14、16、TFTs12和顯示元件電極都被設(shè)置在同一絕緣襯底上、例如玻璃上，并使用已知的薄膜工藝制造，涉及各種不同導(dǎo)電層、絕緣層和半導(dǎo)體層的淀積和光刻圖案形成。承載有陣列內(nèi)所有顯示元件共享的連續(xù)透明電極的第二玻璃襯底(沒有示出)設(shè)置成與襯底25隔開，并且，圍繞像素陣列的外圍將這兩個襯底密封在一起、形成含有液晶材料的密封的空間。每一顯示元件電極和公共電極的上層部分與兩者之間的液晶材料構(gòu)成光調(diào)制LC顯示元件。
工作時，選擇(選通)信號通過行驅(qū)動電路30按順序從行1到行M加到每一行地址電極14，其中包括例如數(shù)字移位寄存器，而數(shù)字信號通過列驅(qū)動電路35與選擇信號同步地加到列電極16。一旦每一行電極被選擇信號尋址，連接到那一行電極的像素TFT12被接通，引起各個存儲單元根據(jù)相關(guān)聯(lián)的列電極中存在的數(shù)據(jù)信號的電平充電。行像素在相應(yīng)的行尋址周期(TL)(例對應(yīng)于所加視頻信號的行周期)內(nèi)被尋址之后，其關(guān)聯(lián)的TFTs在選擇信號終止的在場(幀)周期的剩余部分內(nèi)被斷開，以便將所述各顯示元件電隔離，從而保證存儲所加電荷、以便維持它們的顯示輸出直到它們在下一場周期中被再次尋址。陣列中的每一行像素(從行1到行M)分別在連續(xù)的行尋址周期TL中以這種方式按順序被尋址，以便在場周期Tf中建立陣列顯示圖像，其中Tf等于或稍大于M×TL的值，然后在連續(xù)的場重復(fù)操作。
行驅(qū)動電路30和列驅(qū)動電路35的操作定時由定時和控制單元40根據(jù)從輸入視頻信號(例如從計算機或其他源獲得)導(dǎo)出的定時信號來控制。此輸入信號的視頻信號由單元40的視頻信號處理電路通過總線37以連續(xù)的形式提供給列驅(qū)動電路35。所述電路包括一個或多個移位寄存器/取樣保持電路，它與行掃描同步地對視頻信息信號采樣，以便在每次對像素陣列尋址時提供適合于行的串行-并行變換。通過在連續(xù)的各場周期內(nèi)重復(fù)地對所述陣列的像素行尋址而依照輸入視頻信號的連續(xù)場把視頻信號的各連續(xù)場寫入所述陣列中。
對于透射式工作方式，顯示元件電極由諸如ITO之類的透光的導(dǎo)電材料制成，各個顯示元件用來調(diào)制光，例如從背光投射到一側(cè)的光、使得通過對陣列內(nèi)所有像素行尋址而建立的圖像可以從另一側(cè)看到。對于反射工作方式，顯示元件電極由反射光的導(dǎo)電材料制成，通過載有公共電極的襯底進入器件正面的光在每一顯示元件處被LC材料調(diào)制，并根據(jù)它們的顯示狀態(tài)反射穿過所述襯底，產(chǎn)生在所述正面的觀察者可視的顯示圖像。
與已知的實踐一樣，加到顯示元件上的驅(qū)動電壓的極性周期性地反轉(zhuǎn)，例如在每一場之后，以避免LC材料的退化，極性反轉(zhuǎn)可以在每一行之后(行反轉(zhuǎn))執(zhí)行，以便減少閃爍效應(yīng)。
在這種器件中，視頻信息從視頻信號源傳送到顯示像素要消耗大量的功率。在顯示器用于便攜式的用電池供電的裝置、例如移動電話的筆記本電腦時，使顯示器操作時消耗的功率最少當(dāng)然是非常理想的。如果像素可以在不定時間內(nèi)存儲視頻信息，則其消耗的功率就可以減少，因為如果像素只是顯示相同的信息，顯示輸出不要求發(fā)生變化時，像素對新視頻信息的尋址就可以暫停。
現(xiàn)將說明根據(jù)本發(fā)明實施的有源矩陣顯示器的實施例，特別是AMLCD和有源矩陣LED顯示器。所述各實施例各自采用結(jié)合到像素中的動態(tài)存儲器，所述存儲器利用存儲在像素內(nèi)各節(jié)點之一的電容上的電荷。這些實施例的特征是讀出電路同樣被結(jié)合到像素中，這允許把像素的狀態(tài)讀出到列電極。于是，可以通過列電極更新像素中作為動態(tài)存儲單元的電容。結(jié)合到像素中的讀出電路最好具有高輸入阻抗、使得即使在讀出操作期間，它也不會使作為存儲器的電容放電。
圖2、3和4示意地示出三個像素配置實例。在這些圖中示出的開關(guān)50對應(yīng)于圖1裝置的開關(guān)器件12并同樣包括TFT。包括在像素10內(nèi)的讀出電路的標(biāo)號為51。在每一實例中，提供了與行電極14平行延伸的輔助行電極52，由相應(yīng)行的所有像素10共享。在圖2中，顯示元件18為電容性的(例如AMLCD中的LC)，其本身用作動態(tài)存儲器的存儲節(jié)點。(雖然圖中未示出，但是，通常在AMLCD中與LC并聯(lián)地加入附加的存儲電容。)當(dāng)由行電極14控制的開關(guān)50具有低阻抗時，電壓從列電極16傳送到顯示元件18，而當(dāng)該開關(guān)處在高阻抗?fàn)顟B(tài)時此電壓存儲在顯示元件的電容里。讀出電路51連接在顯示元件18和列電極14之間并由輔助行電極52控制。在讀出操作期間，列電極16充電至由顯示元件狀態(tài)決定的電壓。進行了讀出操作以后，就有可能通過列電極16更新顯示元件18。這種更新操作可能涉及列驅(qū)動電路35的外加電路，以便處理在讀出操作過程中產(chǎn)生的信號。
在某些有源矩陣顯示應(yīng)用中，最好包括外加電路，以驅(qū)動顯示元件，如圖3的實施例中所示，其中顯示元件的標(biāo)號18’。這種類型的實例為這樣一種顯示器，其中顯示元件包括LED，如圖所示，例如聚合體LED(PLED)或有機體LED(OLED)器件，它們需要能提供電流的驅(qū)動電路，圖中以標(biāo)號55表示。存儲通過開關(guān)50提供的數(shù)據(jù)(視頻信息)信號，作為連接在開關(guān)50和讀出電路51與驅(qū)動電路55之間的用來提供存儲節(jié)點電容的存儲電容器56上的電壓，所述驅(qū)動電壓用來為顯示元件18’提供驅(qū)動電流，所述驅(qū)動電流的電平對應(yīng)于或決定于所述存儲信號的電平。除了用于顯示元件的外加驅(qū)動電路55以外，此實施例的讀出和更新操作與圖2的實施例基本上相同。圖3的實施例中所示的驅(qū)動電路55和讀出電路51兩者都結(jié)合到像素中。
在一些實例中，有可能通過合并顯示驅(qū)動電路55和讀出電路51的功能來簡化。圖4的實施例中示出這種情況的實例。在這種情況下，不需要單獨的讀出電路，代之以第二開關(guān)58，它插入在顯示元件驅(qū)動電路55的輸出端和列電極16之間，這個第二開關(guān)58的操作由輔助行電極52控制。當(dāng)?shù)诙_關(guān)轉(zhuǎn)換至低阻抗?fàn)顟B(tài)時，讀出操作開始，那個時候驅(qū)動顯示元件18’的電路55使列電極14充電至決定于像素狀態(tài)的電壓。
一般來說，在顯示靜態(tài)圖像的時候，每一次每一行都要進行讀出和更新操作。但是，如果顯示陣列的一個區(qū)域(即多行)具有簡單的背景，這就可能用單個讀出和更新操作來更新整個區(qū)域。這樣可以通過減少列電極14所需的電壓轉(zhuǎn)變的數(shù)量來減少消耗的功率。在以行反轉(zhuǎn)來驅(qū)動的AMLCD的情況下，顯示簡單場的區(qū)域的讀出和更新操作可以利用兩個讀出和更新操作進行，每一種極性一次。
圖5詳細示出采用如圖2所示的配置的AMLCD像素電路的實例。雖然在此例中示出了n溝道TFT，但是，如果對驅(qū)動電壓的極性進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，采用p溝道TFT也是同樣可以的(或者n和p溝道的組合)。TFTs T2和T3構(gòu)成讀出電路51，而TFT T1構(gòu)成開關(guān)50。在此例中，像素包括連接在顯示元件18和參考線61之間的存儲電容器60，由同一行的像素共享，形式為另一輔助行電極。當(dāng)在低功率方式下顯示靜態(tài)圖像時，TFTs T2和T3用于讀出像素的狀態(tài)(作為列電極16的兩個電壓之一)。然后以這樣的方式通過列電極16更新像素，即，以交替的極性驅(qū)動LC、極性交替一次像素就更新一次。本文中描述的電路允許每個像素存儲一位數(shù)據(jù)。AMLCD也可以用正常方式操作，其中利用從外部信號源連續(xù)發(fā)送到顯示器并使用已知的行和列驅(qū)動器結(jié)構(gòu)取樣至像素10的視頻數(shù)據(jù)來更新顯示陣列。在這種方式下，不必使用T3，而T2通過在輔助電極52上加上適當(dāng)?shù)碾妷憾３制鋽嚅_狀態(tài)。
當(dāng)在低功率方式下顯示靜態(tài)圖像時，最好使用這樣的驅(qū)動方案或者通過公共電極或者通過連接在顯示元件電極和線61之間的存儲電容60施加LC兩端電壓的一部分。這些特定的驅(qū)動方案有助于讀出和更新操作。
下面將更詳細地考慮LC兩端的附加電壓通過存儲電容線61連接到其中的實例。圖6a和圖6b分別舉例說明器件工作時出現(xiàn)的典型的電壓電平。Vsat和Vth分別表示LC顯示器的飽和狀態(tài)和閥值電壓電平。Vcol是對應(yīng)于所加數(shù)據(jù)信號的列電極16上的電壓。圖6a示出對于特定行的給定像素，顯示元件18的LC兩端的電壓在4個連續(xù)場(從場1到場4)期間如何變化。當(dāng)LC的電壓為Vth時，像素處于最明亮的狀態(tài)，當(dāng)LC電壓為Vsat時，像素為黑色。陰影區(qū)域表示在正常操作方式下顯示不同的灰度時LC材料的電壓變化范圍。LC電壓的極性每一場反轉(zhuǎn)一次，以提高LC的使用壽命。圖6b示出了與列電極電壓相關(guān)的顯示元件電極的相應(yīng)電壓，其中列電極電壓的最小值為0，最大值為Vcol。通過存儲電容線61連接到顯示元件電極的外加電壓為±ΔV，其中ΔV＝Vcap.Cs/(Cs+CLc)Vcap是存儲電容線61上周期性變化的電壓、在奇數(shù)場(某一行)變?yōu)?Vcap而在偶數(shù)行(某一行)變?yōu)?Vcap，而Cs和CLc分別是存儲電容器60和LC顯示元件18的電容。
當(dāng)在低功率方式下顯示靜態(tài)圖像時，或者以±Vth(“明亮”像素)或者以±Vsat(“黑暗”像素)驅(qū)動LC。從圖6可以看出，顯示元件電極上的相應(yīng)電壓為(i)，對明亮像素而言，在奇數(shù)場中為+ΔV，在偶數(shù)場中為Vcol-ΔV；以及(ii)對黑暗像素而言，在奇數(shù)場中為Vcol+ΔV，在偶數(shù)場中為-ΔV。
像素的狀態(tài)是這樣讀出的首先，在從電容線61連接到±ΔV之前，使顯示元件電極的電壓返回至像素中從列電極取樣的初始值。這通過變換電容線上的電壓來完成，這意味著顯示元件電極上的電壓返回至0或Vcol。對于明亮像素而言，顯示元件電極上奇數(shù)場的電壓返回至0，偶數(shù)場上的電壓返回至Vcol。對于黑暗像素而言，顯示元件電極上奇數(shù)場的電壓返回至Vcol，偶數(shù)場上的電壓返回至0。
圖7進一步說明圖5所示的像素的讀出和更新操作，其中示出連接到同一列電極16的連續(xù)行n和n+1中相鄰兩像素可能出現(xiàn)的驅(qū)動波形以及其相關(guān)的時間設(shè)定。在本實例中，LC驅(qū)動電壓的極性每一行反轉(zhuǎn)一次(行反轉(zhuǎn))，但這不是必要的特征。在圖7中，Vcap(n)和Vcap(n+1)分別是加到電容驅(qū)動線61的像素行n和行n+1的波形，Vs(n)和Vs(n+1)分別是加到與像素行n和n+1相關(guān)的行電極14的選擇信號波形。VR(n)和VR(n+1)分別是加到與像素行n和n+1相關(guān)的輔助行電極52的波形，而Vpix(n)和Vpix(n+1)分別是在像素行n和n+1的像素中的節(jié)點65出現(xiàn)的電壓波形。讀出和更新操作涉及以下步驟1)切換電容線61，以便將像素電壓恢復(fù)至0或Vcol。
2)將列電極16預(yù)充電至Vcol(在圖7中，當(dāng)預(yù)充電控制信號PC高的時候就出現(xiàn)預(yù)充電)。
3)接通T2，以便將像素的狀態(tài)讀出到列電極。如果Vpix＝Vcol，則T3接通、列電極放電至Vss(0V)，而如果Vpix＝0，則T3斷開、列電極電壓保持在Vcol。這意味著列電極電壓相對于Vpix反轉(zhuǎn)。
4)把電容線61切換至原來的電平。
5)通過接通T1而把反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)寫入像素中。
6)切換電容線61，以便連接到適合于驅(qū)動LC的附加像素電壓。
應(yīng)當(dāng)指出，如果需要，Vss可以取0V以外的其他值。
圖8示出具有與圖2中的一樣的配置并應(yīng)用到AMLCD的像素電路的第二個實例。在此例中，由TFTs(p和n型)T4和T3組成的倒相器用于在讀出操作期間把像素的狀態(tài)讀出到列電極16，這樣可以免于在讀出操作之前對列電極預(yù)充電。其優(yōu)點就是減少列電極的轉(zhuǎn)換次數(shù)，這取決于圖像和使用的是場反轉(zhuǎn)或行反轉(zhuǎn)。
在上述參考圖5和圖8說明的兩個實例中，以低功率方式存儲的靜態(tài)圖像不包括灰度(即存儲的圖像為1位/像素)。使用同一讀出電路檢測不同的電平，就可以引入灰度。這可以通過把讀出時間分成若干段并把電容線61上的電壓分級來實現(xiàn)。在所述各步驟之一期間，像素的顯示元件18上的電壓將超過閥值，超過該閾值時讀出電路能夠把列電極上的電壓反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)出現(xiàn)的點取決于顯示元件的初始電壓，這樣可以使讀出操作繼續(xù)下去。在此例中，需要在列驅(qū)動器電路35中附加電路，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷簛砀孪袼?。獲得灰度的另外一種方法是把每一像素細分為多個副像素(面積成比例)，其中每一副像素仍然以黑色或最大亮度驅(qū)動。
雖然上述實例應(yīng)用于使用電容線驅(qū)動方案的情況，但是，其原理同樣適用于公共電極驅(qū)動方案。
圖9示出具有與圖4中的相同的配置的像素電路的第三個實例。在此電路中，TFT T2構(gòu)成第二開關(guān)58，而TFT T3和TFT T4構(gòu)成驅(qū)動電路55。顯示元件可以是LC顯示元件，或電流驅(qū)動顯示元件，例如LED。
圖10示出具有多個電容的電路，其中每一個電容存儲一位數(shù)據(jù)，所述多個位規(guī)定灰度等級。
多個數(shù)據(jù)存儲電容70通過連接到公共行地址線14的TFTs12與相應(yīng)的多列16連接。輔助行電極52控制每一數(shù)據(jù)存儲電容的讀出電路51。用方框72示意地表示像素驅(qū)動電路72，它從每一個數(shù)據(jù)存儲電容70獲得輸入信號。
在使用的時候，可以通過列16并行地向數(shù)據(jù)存儲電容70提供數(shù)據(jù)。在輔助行電極52上加上信號，就可以把數(shù)據(jù)讀回到列電極16，這樣可以使數(shù)據(jù)重新寫入，更新數(shù)據(jù)。
圖11示出另一種多位配置，其中每一行具有多根地址線14，每一列只有單根列線16。在每一行上設(shè)置選擇線76，以便控制通過數(shù)據(jù)線77把列線16連接到TFTs12的選擇晶體管74。
在使用的時候，所述多根地址線14之一可以幫助選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲電容70。讀出線52可以使讀出電路51把數(shù)據(jù)存儲電容70的數(shù)據(jù)讀到列線16?；蛘?，選擇線76可以幫助選擇TFT74使列線16上的數(shù)據(jù)寫入到被選擇的數(shù)據(jù)存儲電容70。
圖12中舉例說明連接到數(shù)據(jù)存儲電容70的讀出電路51的實例。數(shù)據(jù)存儲電容70控制通過讀出TFT82與列16串聯(lián)的第一TFT80。讀出TFT82受讀出線52的控制。當(dāng)讀出線52接通讀出TFT82時，數(shù)據(jù)存儲電容70上存儲的數(shù)據(jù)被讀到列電極16。
與上述數(shù)據(jù)存儲電容70與驅(qū)動電路72的并聯(lián)連接一樣，多個數(shù)據(jù)存儲電容70上的數(shù)據(jù)可以通過單根數(shù)據(jù)線84連接到驅(qū)動電路72，如圖13所示。在此電路中，通過一個接一個地尋址單獨的TFTs12，以便把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲電容70連接到驅(qū)動電路72，順序地將數(shù)據(jù)傳送到驅(qū)動電路72。
圖14示出另一實施例，它利用像素電容18本身進行串聯(lián)電荷再分配數(shù)模變換。此電路的特征在US5448258和US5923311中有更詳細的說明，所述專利已作為參考納入本文。就目前應(yīng)用而說，應(yīng)當(dāng)指出，如圖13中所示，電容70通過相應(yīng)的開關(guān)12連接到數(shù)據(jù)線84，而數(shù)據(jù)線84依次驅(qū)動各像素電容18。
可以使用像素內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)以靜態(tài)方式操作陣列內(nèi)的某些像素，同時又使用外部信號源提供的數(shù)據(jù)來操作其他像素。這樣無須修改像素電路，只要簡單地以適當(dāng)?shù)男盘栻?qū)動顯示就可以了。這種方法可以把消耗的功率減到最小。
例如，顯示的一部分可以為動態(tài)圖像，其余部分為靜態(tài)背景。外部的視頻信號源只要向顯示動態(tài)圖像的圖像區(qū)域提供顯示數(shù)據(jù)就行了，因此可以節(jié)省功率。
本發(fā)明可以應(yīng)用于各種不同的有源矩陣顯示器和像素電路，后者類似于上述的可以用于除了最好存儲靜態(tài)圖像的AMLCD和AMLEDs之外的顯示器，例如用于電致變色、電泳和場致發(fā)光類型的顯示器中。EP-A-1116205一文說明了有源矩陣LED顯示器的實例，其全部內(nèi)容已作為背景材料引入本文。
對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，根據(jù)本公開，其他許多修改和變化是顯而易見的。這樣的修改和變化可能涉及其他特征，后者是本專業(yè)中已知的并且可以用來替代這里已經(jīng)公開的特征或者附加到這里已經(jīng)公開的特征上。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣顯示器，它包括多個排列成行和列的像素；以及沿著相應(yīng)的像素列延伸的列電極；其中，所述像素包括圖像數(shù)據(jù)存儲電容和用于讀出所述圖像數(shù)據(jù)存儲電容的狀態(tài)并根據(jù)所述讀出的圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動相應(yīng)的列電極的讀出電路。
2.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣顯示器，其特征在于所述讀出電路具有足夠高的輸入阻抗、使得存儲在所述圖像數(shù)據(jù)存儲電容上的電荷在讀出期間沒有顯著的放電。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的有源矩陣顯示器，其特征在于包括行電極和沿著相應(yīng)的各像素行延伸的讀出線，其中，所述像素包括開關(guān)，當(dāng)所述開關(guān)被相應(yīng)的行電極選中時所述開關(guān)把所述相應(yīng)的列電極連接到所述數(shù)據(jù)存儲電容，并且，所述讀出電路受所述相應(yīng)的讀出線的控制、以便把所述電容讀出到所述相應(yīng)的列電極。
4.如權(quán)利要求3所述的有源矩陣顯示器，其特征在于所述像素包括驅(qū)動像素顯示元件的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路的輸入端連接到所述圖像數(shù)據(jù)存儲電容。
5.如權(quán)利要求4所述的有源矩陣顯示器，其特征在于所述讀出電路包括驅(qū)動電路和開關(guān)，所述開關(guān)在所述相應(yīng)的讀出線的控制下把所述驅(qū)動電路的輸出連接到所述相應(yīng)的列電極。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的有源矩陣顯示器，其特征在于所述每一個像素包括多個圖像數(shù)據(jù)存儲電容。
7.如權(quán)利要求6所述的有源矩陣顯示器，其特征在于包括沿著每一行的方向的多個行電極，每一個行電極選擇一個把相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)存儲電容連接到數(shù)據(jù)線的開關(guān)；以及選擇線，它控制把所述數(shù)據(jù)線連接到所述相應(yīng)的列電極的開關(guān)，其中，所述讀出電路在所述相應(yīng)的讀出線的控制下把所述數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)讀出到所述相應(yīng)的列電極。
8.如權(quán)利要求6所述的有源矩陣顯示器，其特征在于包括連接到每一圖像數(shù)據(jù)存儲電容的專用的讀出電路。
9.一種操作有源矩陣顯示器的方法，所述有源矩陣顯示器的像素元件包括存儲節(jié)點，所述方法包括把圖像數(shù)據(jù)存儲在所述存儲節(jié)點上；以及在靜態(tài)方式下操作所述有源矩陣顯示器，所述靜態(tài)方式包括顯示所述存儲的圖像數(shù)據(jù)；周期性地把讀出信號加到所述像素內(nèi)的讀出電路，使所述讀出電路把所述存儲的圖像數(shù)據(jù)讀出到所述列電極，以及更新存儲在所述存儲節(jié)點上的所述圖像數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括在正常方式下操作所述有源矩陣顯示器，所述正常方式包括以新的視頻信號定期地對所述像素元件進行尋址并且顯示所述視頻信息。
全文摘要
一種有源矩陣顯示器包括多個排列成行和列的像素(10)和沿著相應(yīng)的像素列(10)延伸的列電極(16)。像素包括用于存儲圖像數(shù)據(jù)的電容(18，70)和用于讀出存儲在電容上的電荷并根據(jù)所述讀出的電荷驅(qū)動列電極的讀出電路。
文檔編號H01L29/786GK1529881SQ02802869
公開日2004年9月15日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月14日
發(fā)明者J·R·A·艾雷斯, M·J·愛德華茲, J R A 艾雷斯, 愛德華茲 申請人:皇家菲利浦電子有限公司