专利名称：主动矩阵显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主动矩阵显示装置，并具体涉及为显示器的像素提供驱动信号的电路。
背景技术：
主动矩阵显示装置，如AMLCD，通常包括设置成行和列的像素阵列。每行像素共享行导体，该行导体连接到所述行中像素的薄膜晶体管的栅极。每列像素共享列导体，为列导体提供像素驱动信号。行导体上的信号决定晶体管是导通还是关断，并且当晶体管通过行导体上的高(或低)电压脉冲导通时，来自列导体的信号能传递到显示元件，例如液晶材料区域，从而改变材料的光输出特性。可设置附加的存储电容，作为像素结构的一部分，使得即便在去除行电极脉冲之后，显示元件上也能保持某一电压。
用于主动矩阵显示装置(如AMLCD)的帧(场)周期需要在短时间周期内寻址像素行，这样对于晶体管的电流驱动能力提供一定要求，以便将液晶材料充电或者放电到期望电压电平。为了满足这些电流要求，输送给薄膜晶体管的栅电压必须在相差大约30伏(对于非晶硅薄膜晶体管)的数值之间上下浮动。例如，通过施加大约-10伏甚至更低(相对于源极)的栅电压，可将晶体管关断，而将晶体管充分偏置需要大约20伏或更高的电压，以便足以提供期望的源-漏电流，足够快地将液晶材料充电或放电。
用于LC材料的驱动电压在黑状态与透射状态之间具有大约3V的范围。此外，交替地改变施加给LC层的电压极性，这样可减小LC特性的老化。可以逐帧或逐行或不同地设置这种反转。通常，对于一种极性的列电压可以处于2V到5V范围内，对于相反极性列电压可以处于-2V到-5V范围内。从而，列电压的整个范围大约为10V。
驱动器IC，特别是列驱动器，占据主动矩阵LCD成本中相当大的部分。大部分列驱动器IC包含大量模拟部件，例如电阻器链，并且常常包含缓冲放大器。这些模拟电路模块由于其复杂性而往往较大，并且需要使用具有特殊特性的晶体管，这样其尺寸有可能增大到超过最小值。列驱动器IC所需的面积极大地影响显示板的成本，并且缓冲放大器的输出级尤其影响驱动器IC所需的面积。输出级使用晶体管，使对列电容充电所需的电流在有效时间内积累到预期的像素电压，并且这些晶体管引出列驱动器IC内的最高电流，从而需要最大的装置。
通常，将输出级设计成提供一定转换速率的列电压，以便能足够快地将列电容充电，如上所述。通常，输出级具有的用于增大列电压的转换速率，等于用于减小列电压的转换速率。
发明内容
根据本发明第一方面，提供一种主动矩阵显示装置，包括设置成行和列的像素阵列，其中每列像素共享列导体，为列导体提供像素驱动信号；其中提供列寻址电路，用于产生像素驱动信号，所述列寻址电路包括为列导体提供像素驱动信号的输出缓冲器；其中输出缓冲器的正和负转换速率不同。
本发明基于以下认识，即用于增大和减小输出电压的转换速率要求是不同的。从而，对于固定负载而言，缓冲器上升和下降时间不同。在设计输出缓冲器时通过独立地选择正和负转换速率，可将晶体管的尺寸，特别是那些使列电容的充电(或放电)电流通过的晶体管的尺寸保持最小。
例如，输出缓冲器可包括连接在列导体与高电源线之间的第一晶体管，和连接在列导体与低电源线之间的第二晶体管，其中，第一与第二晶体管的转换速率不同。其中一个晶体管作为上拉晶体管(从而确定缓冲器正转换速率)，另一晶体管作为下拉晶体管(从而确定缓冲器负转换速率)。
第一晶体管可包括p型晶体管，第二晶体管可包括n型晶体管，并且可同时切换它们。
在不同帧中优选用不同极性像素驱动信号驱动像素，并且从具有第一极性且与给定亮度相对应的第一驱动信号，到具有相反极性且与相同的给定亮度相对应的第二驱动信号的像素充电时间，基本上等于从第二驱动信号到第一驱动信号的像素充电时间。由此，对输出缓冲器的转换速率进行选择，使得对于在极性反转机制中的正和负场，显示像素充电特性相同。这使得通过提供不均衡的缓冲器上升和下降时间所获得的面积节省最优化。
每个像素可包括n型开关晶体管，并且将负转换速率选择为低于正转换速率。从而，对于上面所述的两个晶体管输出级，第一晶体管比第一晶体管具有更低的最大电流驱动，导致与正转换速率具有更低的负转换速率。
代替地，每个像素可包括p型开关晶体管，从而正转换速率低于负转换速率。因而，第一晶体管比第二晶体管具有更低的最大电流驱动。
本发明还提供用于驱动主动矩阵显示器的列的列寻址电路，包括为列导体提供像素驱动信号的输出缓冲器，其中，输出缓冲器的正和负转换速率不同。
现在，将参照附图详细描述本发明的示例，其中图1表示用于主动矩阵液晶显示器的已知像素结构的一个例子；图2用于说明像素充电期间的电荷流动；图3表示包括行和列驱动器电路的显示装置；图4表示常规的列驱动器电路；图5表示图4所示列驱动器电路的已知输出缓冲器；图6表示对于常规的列驱动器，在正场中的像素充电特性；图7表示对于常规的列驱动器，在负场中的像素充电特性；以及图8表示对于本发明的列驱动器的一个示例，在负场中的像素充电特性。
在附图中，使用相同数字和符号表示相同或相似部件。
具体实施例方式
图1表示用于主动矩阵液晶显示器的常规的像素结构。该显示器设置成行和列的像素阵列。每行像素共享公共的行导体10，每列像素共享公共的列导体12。每个像素包括串联地设置在列导体12与公共电位18之间的薄膜晶体管14和液晶单元16。通过行导体10上提供的信号将晶体管14接通和关断。从而，使行导体10与相关像素行的每个晶体管14的栅极14a相连。每个像素可另外包括存储电容20，存储电容20的一端22连接到下一行电极、前一行电极或者单独的电容器电极。在晶体管14已经被关断之后，电容20有助于保持液晶单元16上的驱动电压。更高的总像素电容也是需要的，以便减小多种效应，如反冲(kickback)，并减小像素电容的灰度级依赖性。
为了将液晶单元16驱动到期望的电压，以便获得期望的灰度级，与行导体10上的行寻址脉冲相同步地，在列导体12上提供适当的信号。该行寻址脉冲使薄膜晶体管14导通，从而使列导体12能够将液晶单元16充电到期望的电压，并且还将存储电容20充电到相同的电压。
图2表示列驱动器23(其主要包括电压源24和具有电阻25的开关)与所选择行中的该列像素之间的连接。该列具有列电容26，其例如产生于列与行导体的所有交叉。单独的像素具有像素电容27。列驱动信号导致电容26和27充电。但是，对列导体26充电的时间常数(电阻25×电容26)远远低于对像素充电的时间常数(TFT电阻×电容27)。从而，需要短的列寻址脉冲以将列电容26充电。
在行寻址脉冲结束时，晶体管14被关断。存储电容20减小液晶渗漏的效应，并减小液晶单元电容的电压依赖性引起的像素电容的百分比变化。通常对行进行连续地寻址，从而在一个帧周期期间寻址所有行，并且在随后的场周期内进行刷新。
如图3中所示，由行驱动器电路30为显示像素阵列34提供行寻址信号，由列寻址电路32为显示像素阵列34提供像素驱动信号。
图4表示常规的列驱动器电路。n个不同的像素驱动信号电平由灰度级产生器40产生，例如电阻器阵列。开关矩阵42控制将每一列切换到期望的电平，并包括转换器43的阵列，用于基于来自锁存器44的数字输入选择n个灰度级之一。数字输入源于存储期望图像数据45的RAM。每列设有缓冲器46，用于在行寻址周期的全部持续时间内将该列中的像素保持为期望的驱动信号电平。缓冲器对于列驱动器IC所需的基板面积、从而对成本具有特别的影响。
图5示意地表示输出缓冲器的一种可能的已知设计。该缓冲器在输入端“IN”处接收期望的模拟像素驱动电平作为输入。该电路包括两个差分放大器50，52。每个差分放大器的非反相端与输出端“OUT”连接，从而实现输出电压的反馈控制。每个差分放大器的反相端与输入端“IN”连接。
该电路具有输出级，包括p型上拉晶体管54和n型下拉晶体管56。这些晶体管串联连接在电源线，例如正和负电压轨之间。高电源线提供最大的期望像素驱动电压(例如5V)，低电源线提供最小的像素驱动电压(例如-5V)。
当“IN”处的输入电压高于“OUT”处的输出电压时，差分放大器50使上拉晶体管54导通，从而电流流过晶体管54，将输出列电容充电。类似地，当输入电压低于输出电压时，差分放大器52使下拉晶体管56导通，从而使电流流过晶体管56，使输出负载放电。
从而，该反馈配置保证了输出电压等于输入电压。差分放大器50，52的设计与本发明无关，将不进行详细说明。此外，输出缓冲器电路中可实现其他功能，将不对其进行讨论。
晶体管54，56必须将足够的电流输送给列，以便使列电容足够快速地充电或放电，从而输出级对于电路面积的影响最大。
n型晶体管具有更高的迁移率，从而可将其设计成具有更小的面积，以获得相同的转换速率(slew rate)。例如，晶体管56的沟道宽度通常大约为晶体管54沟道宽度的一半。
当像素驱动电压从负极性场转变到正极性场时，必须使用晶体管54上拉列电压，当像素驱动电压从正极性场转变到负极性场时，必须使用晶体管56下拉到列电压。极性反转导致的电压摆动大于期望像素亮度的改变引起的电压摆动，通常在每次连续寻址每个像素时会存在极性反转。
本发明基于以下认识，即晶体管54和56的转换速率要求不相同。
图6表示对于常规的列驱动器，在正场中的像素充电特性。曲线60表示施加给像素晶体管14(图1)的栅极的行电压脉冲。列电压62按照指数方式升高到其目标值12V(在此模拟中)。起始电压为2v，下面可以看出其相应于负场目标。由于高晶体管电阻产生更大(即更慢)的像素时间常数，像素电压64升高地略微较不迅速。曲线66表示像素TFT上的电压，即瞬时像素电压与列电压之间的差值。假设当该差值下降到0.01V(1E-02)时像素被充电，在此情形中像素充电花费10.3μs，其是当曲线66与数值0.01相交时的情况。曲线68表示存储电容(图1中所示的22)一端上的电压。
在图6-8中，在左侧，曲线60、62和64使用线性刻度，在右侧，曲线66和68使用对数刻度。
图7示出与图6相同的曲线，表示对于常规的列驱动器负场中的像素充电特性。由以前的正场，起始像素电压为12V。在此情形中，列电压目标值为2V(即低于正场电压10V)。像素电压在5.6μs内达到该目标值，再次达到0.01V以内。
从而，当使用具有相同的正和负转换速率的列驱动器时，在负场中像素被更迅速地充电。这是由于用于正和负场的相同的行脉冲，在两种极性场中这产生了不同的像素晶体管导通特性。有效的栅极电压在负场中要高得多。
实际电压并不重要，且为了模拟，仅以2V和12V的选择电压为例。
根据本发明，将列驱动器缓冲器设计成具有不同的正和负转换速率。
图8示出了与图7相同的曲线，也表示负场中的像素充电特性，但是针对根据本发明变型的列驱动器。
假设列驱动器结构如图5中所示，本发明可减小晶体管56的尺寸，从而列驱动器不再具有平衡的正和负转换速率。相反地，负(下拉)转换速率更低，但是由于不同的负载(即像素)特性，输出缓冲器的上升和下降特性变得平衡。在图8中，晶体管56的尺寸减小导致像素充电时间从5.6μs(如图7)增加到10.3μs，从而在正和负场中对像素的像素充电速率基本上相同。这样能最大程度地节省芯片面积，而不会损害列驱动器电路的总体输出特性。
上述模拟中给定的电压电平是基于这样一种假设，即像素包括非晶硅n型TFT。本发明也可以应用于像素TFT为p型晶体管，例如低温多晶硅(LTPS)晶体管的显示装置。在此情形中，上拉时间更加迅速(即正极性场)，从而在此情形中本发明可减小上拉晶体管54的尺寸。
并未给出列驱动器缓冲器的输出级中两个晶体管的尺寸的具体示例。在每种情形中，在设计晶体管时应当考虑像素阵列的电学特性和驱动机制。当然对于不同尺寸的显示器、对于使用不同技术的显示器、以及对于具有不同时序要求(例如刷新速率)的显示器而言，这当然是非常不同的。对于给定的显示器，本领域技术人员使用上述技术通常可设计出缓冲器的输出级，以便为特定显示器提供基本相等的上升和下降时间。由此，去除了任何多余的余量，优化了列驱动器设计。
对于显示器的每一列，列驱动器电路可具有输出缓冲器。还已知多路复用机制，其能减小电路部件数量，并可成组地对列进行寻址，而非全部同时地。已知的多路复用机制可按照常规方式应用于本发明的结构，并且在本申请中将不再讨论这些多路复用结构。
已经将本发明描述为可减小缓冲器输出级中一个主电流供给晶体管的尺寸，因为这些晶体管是列驱动器IC中最大的高电流装置。但是，本发明也能够减小为输出级晶体管提供驱动信号的电路元件的相应尺寸。
结合LCD显示器详细描述了本发明。但是，本发明也可以应用于其他电压寻址显示器。
在说明书和权利要求中，使用术语“正转换速率”表示对于导致输出电压增加的步进输入电压改变，输出电压的最大改变速率，使用术语“负转换速率”表示对于导致输出电压减小的步进输入电压改变，输出电压改变的最大改变速率。
本发明的其他特征是本领域技术人员显而易见的。
权利要求
1.一种包括设置成行和列的像素阵列(34)的主动矩阵显示装置，其中每列像素共享列导体(12)，为列导体提供像素驱动信号，其中提供列寻址电路(32)用于产生像素驱动信号，所述列寻址电路包括为列导体提供像素驱动信号的输出缓冲器(46)，其中所述输出缓冲器的正和负转换速率不同。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出缓冲器包括连接于列导体(12)与高电源线之间的第一晶体管(54)，和连接于列导体与低电源线之间的第二晶体管(56)，其中，所述第一和第二晶体管的转换速率不同。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一晶体管(54)包括p型晶体管，所述第二晶体管(56)包括n型晶体管，并且其中所述第一和第二晶体管同时被切换。
4.如前面任一权利要求中所述的装置，其中，在不同的帧中用不同极性像素驱动信号来驱动像素，并且其中从具有第一极性且与给定亮度相对应的第一驱动信号，到具有相反极性且与相同的给定亮度相对应的第二驱动信号的像素充电时间，基本上等于从所述第二驱动信号到第一驱动信号的像素充电时间。
5.如前面任一权利要求所述的装置，其中，每个像素包括n型开关晶体管(14)，并且其中负转换速率低于正转换速率。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述输出缓冲器包括连接于列导体与高电源线之间的第一晶体管(54)，和连接于列导体与低电源线之间的第二晶体管(56)，其中所述第二晶体管比第一晶体管具有更低的最大电流驱动。
7.如权利要求1到4其中任何一个所述的装置，其中，每个像素包括p型开关晶体管，并且其中所述正转换速率低于负转换速率。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述输出缓冲器包括连接于列导体与高电源线之间的第一晶体管(54)，和连接于列导体与低电源线之间的第二晶体管(56)，其中所述第一晶体管比第二晶体管具有更低的最大电流驱动。
9.如前面任一权利要求所述的装置，包括用于每列的输出缓冲器(46)。
10.如前面任一权利要求所述的装置，包括主动矩阵LCD显示装置。
11.一种用于驱动主动矩阵显示器的列的列寻址电路，包括为列导体提供像素驱动信号的输出缓冲器，其中，所述输出缓冲器的正和负转换速率不同。
全文摘要
一种主动矩阵显示装置，具有用于产生像素驱动信号的列寻址电路。所述列寻址电路具有为列导体提供像素驱动信号的输出缓冲器，并且所述输出缓冲器的正和负转换速率不同。在输出缓冲器的设计中，通过独立地选择正和负转换速率，可使晶体管(54，56)的尺寸，特别是通过列电容的充电(或放电)电流的晶体管的尺寸，保持最小。
文档编号G09G3/36GK1799087SQ200480015538
公开日2006年7月5日 申请日期2004年5月28日 优先权日2003年6月6日
发明者S·C·迪恩, A·G·克纳普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司