具有双晶体管像素单元的容错LCD显示器的制作方法

本申请要求2017年2月10日提交的标题为“具有双像素晶体管的容错lcd显示器”的美国临时专利申请号62/457,401的全部权益和优先权，其公开内容通过引用完全并入本文用于所有目的。

发明的邻域和背景

本发明申请涉及用于容错电子显示器的系统和方法。更具体地，本发明的实施例提供了一种在每个像素单元内具有多个tft开关晶体管的lcd面板，每个开关晶体管被分别提供单独的源极驱动器和栅极驱动器。

发明背景

容错有源矩阵液晶显示器(amlcd)有助于飞行关键的主要飞机驾驶舱显示器，其中安全性和高可靠性对军用和商用飞机平台都至关重要。然而，对所期望的容错提出重大挑战。

美国专利号7,295,179和7,728,788的两份专利都提出了通过简单冗余实现容错的可能方法。美国专利号7,295,179描述一种具有两个相同但完全电隔离的左侧和右侧显示器的液晶显示器，其位于单个玻璃基板上。在这种配置下，若复合显示器的一侧发生故障(在其中一个显示器中)，则另一侧仍然可以运行。因此，在此配置中，两个显示器可以被驱动显示为一个显示器，若其中一个显示器出现故障，则简单地关闭出故障的显示器，而另一个显示器继续显示(但现在只有一起工作的两个显示器的总显示区域的一半)。所以本质上，复合显示器的左侧或右侧(或顶部或底部)部分的故障可以与左侧或右侧(或顶部或底部)部分隔离，并且不会呈现出整个显示器不可使用。

美国专利号7,728,788中提出的方法将液晶显示器分成多个部分，这些部分由独立的源进行驱动。在某种程度上实现了容错，若一个部分发生故障，则其余(多个)部分可以保持运行。

韩国专利10-1999-0052420中提出的方法增加数据线以提高制造产量并允许双栅极驱动，这有助于克服显示器长轴上的内部传播延迟时间。

不幸的是，若在上述解决方案中出现故障，通常会丢失一些原始(显示)信息，但显示系统仍然可以显示足够的信息用于机组人员安全返回家中。

技术实现要素：

以下技术公开仅是示例性和说明性的，并不一定限制所要求保护的本发明。

在一个实施例中提供了容错lcd显示系统。该系统包括在每个像素单元内具有第一tft开关晶体管和第二tft开关晶体管的lcd面板，诸如每个像素单元具有第一tft晶体管和第二tft晶体管；第一驱动器对，其包括用于操作像素单元的第一tft晶体管的第一栅极驱动器和第一源极驱动器；以及第二驱动器对，其包括用于操作像素单元的第二tft晶体管的第二栅极驱动器和第二源极驱动器。在多个实施例中，第一栅极驱动器和第二栅极驱动器从相反方向馈入lcd面板，第一源极驱动器和第二源极驱动器从相反方向馈入lcd面板。并且，第一驱动器对和第二驱动器对可分别包括相应且独立的电源。

lcd面板可包括适合本发明实施例的任何所需型号。在多个实施例中，lcd面板可包括薄膜晶体管显示器，并且lcd面板还可以包括多个像素单元，每个像素单元包括两个(或更多个)可单独控制的开关晶体管。lcd面板还可以配置有彼此相对的第一和第二边缘以及彼此相对的第三和第四边缘，并且其中第一和第二栅极驱动器通过第一和第二相对边缘馈入lcd面板并且第一和第二源极驱动器通过第三和第四相对边缘馈入lcd面板。

允许单独和冗余的驱动器对在各个方面提供增强的可靠性和容错性。例如，在本发明的一个实施例中，还提供了一种包括lcd面板的容错lcd显示系统；第一驱动器对，其包括第一栅极驱动器和第一源极驱动器；第二驱动器对，其包括第二栅极驱动器和第二源极驱动器；并且其中lcd面板的各个像素由驱动器对同时驱动，使得若一个驱动器对经历故障，则尽管在一个驱动器对中存在所述故障，另一个驱动器对继续驱动lcd面板而不会丢失信息。在一个可选实施例中，第一驱动器对和第二驱动器对中的每一个分别包括独立且分离的电源。在另一个实施例中，lcd面板可包括薄膜晶体管显示器，并且lcd面板还可以包括多个像素单元，每个像素单元包括两个可单独控制的开关晶体管。在这种实施例中，lcd显示器还可以配置有彼此相对的第一和第二边缘以及彼此相对的第三和第四边缘，并且其中第一和第二栅极驱动器通过第一和第二相对边缘馈入lcd面板，并且第一和第二源极驱动器通过第三和第四相对边缘馈入lcd面板。

还提供了一种实施例，提供了一种容错lcd显示系统，其包括lcd面板；至少一个栅极驱动器；至少两个源极驱动器，分离的该至少两个源极驱动器耦合到分离的开关晶体管，该开关晶体管包括在lcd面板的至少一个像素单元中。并且，这些方面包括分别耦合到源极驱动器的两个独立且分离的电源，并且lcd面板可以包括薄膜晶体管显示器。另外，lcd面板包括多个像素单元，每个像素单元包括两个可单独控制的开关晶体管。

在一个示例形式中，本发明涉及一种容错amlcd显示系统，其具有包括第一栅极驱动器和第一源极驱动器的第一驱动器对，以及包括第二栅极驱动器和第二源极驱动器的第二驱动器对。第一栅极驱动器和第二栅极驱动器从相反方向馈入amlcd面板，第一源极驱动器和第二源极驱动器从相反方向馈入amlcd面板。amlcd面板的像素由两对源极驱动器和栅极驱动器同时驱动，以使得若其中一个驱动器对由于某些故障而无效，则尽管在一个驱动器对中存在所述故障，另一个驱动器对可以继续驱动amlcd面板而不会丢失信息。

优选地，主源极驱动器和主栅极驱动器用于驱动具有第一tft晶体管的显示器，而辅源极驱动器和辅栅极驱动器用于驱动具有第二tft晶体管的显示器。因此，显示器在像素单元内包含附加的独立驱动的tft，从而即使在像素级也增加可靠性。这通过在每个像素单元内添加额外的开关晶体管来增强容错性。即使发生故障，这种新颖方法也允许全屏显示，从而允许显示器继续工作而不会丢失信息。相反，若在现有技术的显示器中发生故障时，通常会丢失一部分原始信息。

可选地，第一驱动器对和第二驱动器对各自具有彼此独立的独立电源。优选地，amlcd面板的各个子像素由两对源极驱动器和栅极驱动器同时驱动，以使得若其中一个驱动器对由于某些故障而无效，则尽管在一个驱动器对中存在故障，另一个驱动器对可以继续驱动amlcd面板而不会丢失信息。

在另一个示例形式中，本发明涉及一种容错amlcd显示系统，其包括amlcd面板、包括第一栅极驱动器和第一源极驱动器的第一驱动器对、以及包括第二栅极驱动器和第二源极驱动器的第二驱动器对。在该配置下，amlcd面板的各个像素或子像素由驱动器对同时驱动，以使得若其中一个驱动器对由于某些故障而无效，则尽管在一个驱动器对中存在故障，另一个驱动器对可以继续驱动amlcd面板而不会丢失信息。

优选地，第一栅极驱动器和第二栅极驱动器从相反方向馈入amlcd面板，以及第一源极驱动器和第二源极驱动器从相反方向馈入amlcd面板。可选地，amlcd显示面板具有四个边缘，并且栅极驱动器和源极驱动器沿着四个边缘馈入到amlcd显示面板中。

优选地，显示面板包括薄膜晶体管(tft)显示器。

在另一示例形式中，本发明优选地包括容错amlcd显示系统，其包括amlcd面板、至少一个栅极驱动器、以及至少两个源极驱动器。

以其它方式进行描述，本发明包括一种容错显示系统，其包括双晶体管tft面板、包括第一栅极驱动器和第一源极驱动器的第一驱动器对、以及包括第二栅极驱动器和第二源极驱动器的第二驱动器对。第一栅极驱动器和第二栅极驱动器从相反方向馈入lcd面板，第一源极驱动器和第二源极驱动器从相反方向馈入lcd面板。主源极驱动器和主栅极驱动器用于驱动具有第一tft晶体管的显示器，而辅源极驱动器和辅栅极驱动器用于驱动具有第二tft晶体管的显示器。因此，显示器在像素单元内包含附加的独立驱动的tft，从而即使在像素级也增加可靠性。这样，lcd面板的各个子像素由两对源极驱动器和栅极驱动器同时驱动，以使得若其中一个驱动器对由于某些故障而无效，则尽管在一个驱动器对中存在故障，另一个驱动器对可以继续驱动lcd面板而不会丢失信息。

有利地，本发明通过冗余地驱动像素和/或子像素来提供改进的，优异的冗余。即使存在有个别故障，这种像素级冗余仍允许全屏工作。因此，避免了单点故障情况，并且显示面板(无论是amlcd还是其他基于tft的显示器)仍然可以提供在故障发生之前呈现的所有原始信息。

附图说明

当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求可以得出对本发明更全面的理解。

图1是根据本发明优选示例形式的容错显示系统的示意图，示出了amlcd显示面板的像素由两个单独的驱动器组同时驱动。

图2是图1的容错显示系统的详细示意图。

图3是图1的容错显示系统的详细示意图，示出了在像素级(或子像素级)上如何由单独的驱动器组驱动amlcd显示器的像素。

图4是根据本发明另一个优选示例形式的容错显示系统的示意图，示出了容错amlcd显示面板的物理布局的典型实施方式。

图5a示出了根据本发明优选示例形式的子像素的示意图，示出了可以独立驱动子像素的两个晶体管。

图5是根据本发明优选示例形式的容错显示系统的示意图，示出了双晶体管显示面板，其中每个像素单元具有第一tft晶体管和第二tft晶体管。

图6是图5的容错显示系统的另一个示意图。

优选实施例的详细描述

现在详细参照附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同的部分，图1示出了根据本发明的优选示例形式的容错显示系统100，示出了amlcd显示面板110具有由两个单独的驱动器组120、130同时驱动的像素。优选地，显示面板110包括tft显示器(薄膜晶体管)。

尽管显示了amlcd面板，但容错显示系统也可以是另一种其他类型的显示器(诸如oled、电泳、qled、微型led等)。

在图中标记为“a”驱动器组的第一驱动器组120包括在121处指定的栅极驱动器a、在122处指定的源极驱动器a、以及在123处指定的相关联的a驱动器电子器件。同样，在图中标记为“b”驱动器组的第二驱动器组130包括在131处指定的栅极驱动器b、在132处指定的源极驱动器b、以及在133处指定的相关联的b驱动器电子器件。

第一(a)栅极驱动器121和第二(b)栅极驱动器131从相反方向馈入amlcd面板110，第一(a)源极驱动器122和第二(b)源极驱动器132从相反方向馈入amlcd面板110。特别地，amlcd面板110可选地具有四个边缘111、112、113和114。栅极驱动器121,131分别沿着边缘111、113馈入到amlcd显示面板110中。同样，源极驱动器122、132分别沿着边缘114、112馈入到amlcd显示面板110。

如图2所示，在可选形式中，显示面板110可以是tft显示器，其具有每行中有红色、绿色以及蓝色子像素的典型水平分辨率1920，、以及1080行(1920×12gb×1080)的典型垂直分辨率。此外，a驱动器电子器件123可包括输入连接器126、时序控制器、电源和内置测试(bit)功能127、以及伽马分压器功能128。输入连接器126将数字视频输入信号(lvds，displayport，mipi等)电耦合到时序控制器和电源127。进而，时序控制器和电源127耦合到a栅极驱动器121和a源极驱动器122。伽马分压器功能128连接到a源极驱动器122。

类似地，b驱动器电子器件133可包括输入连接器136、时序控制器、电源和内置测试(bit)功能137、以及伽马分压器功能138。输入连接器136将数字视频输入信号(lvds，displayport，mipi等)电耦合到时序控制器和电源137。进而，时序控制器和电源137耦合到b栅极驱动器131和b源极驱动器132。伽马分压器功能138连接到b源极驱动器132。

由于两个驱动器对120、130各自具有其独立电源(参见127,137)，因此它们各自具有其自己的vcom。

有利地，本发明通过独立的冗余开关晶体管和驱动路径来驱动像素，从而提供改进的优异冗余。这种像素级冗余允许全屏操作，即使存在有个别故障。因此，避免了单点故障情况，并且显示面板(无论是amlcd还是其他基于tft的显示器)仍然可以提供在故障发生之前呈现的所有原始信息。在rgb显示面板的背景下，像素级冗余可以被视为子像素级冗余。实际上，如图3所示，红绿蓝子像素，例如子像素151、152、153，每一个都通过它们相应的晶体管161、162、163来进行切换。晶体管由驱动器操作。如该图所示，晶体管161、162、163中的每一个由两个栅极驱动器(121,131)冗余驱动。

并且，每个晶体管由两个源极驱动器(122,132)冗余驱动。因此，如果其中一个栅极驱动器发生故障，另一个足以继续驱动晶体管。同样，若其中一个源极驱动器发生故障，另一个同样足以驱动晶体管。因此，尽管可能在某个栅极驱动器或源极驱动器中检测到故障，但面板可以正常操作。若在某个栅极驱动器中检测到故障，优选地关闭故障栅极驱动器并仅使用其他无故障栅极驱动器进行工作。同样，若在某个源极驱动器中检测到故障，优选地关闭故障源极驱动器并仅使用其他无故障源极驱动器进行工作。

图4显示了容错显示器的物理布局的典型示例，其中示出了位于amlcd面板外部的两个驱动器组(每个驱动器组包括通过柔性印刷电路(fpc)连接在一起的驱动器电子器件、源极驱动器以及栅极驱动器)。本发明的替代配置可以包括直接位于amlcd或其他基于tft的显示面板上的两个驱动器组(驱动器电子器件、源极驱动器、栅极驱动器等)的一些或全部组件。有利地，这些布置提供显示器的最大可用性和在其上显示的数据/图像的最大完整性。在飞机应用中，这非常重要。

图5描绘了根据本发明的优选示例形式的子像素551的示意图501，示出了被配置成独立地切换子像素551的两个晶体管561、571；在一个优选实施例中，晶体管包括tft(薄膜晶体管)设备。晶体管561、571通过驱动器输入进行工作。更具体地，每个晶体管561、571分别由栅极驱动器561g、571g进行驱动；同样，每个晶体管561、571分别由源极驱动器561s、571s进行驱动。子像素551可以通过晶体管561、571中的任一个切换到导通状态；这样，若在晶体管561、571的源极驱动器或栅极驱动器中发生任何故障，或者若在晶体管561、571中的任何一个中发生故障，则可以使用没有与故障模式相关联的另一个晶体管来切换子像素551。在优选实施例中，栅极驱动器561g和571g由独立的栅极驱动器源提供，源极驱动器561g，571g由独立的栅极驱动器源提供。尽管晶体管561,571分别在子像素551的左下侧和右上侧示出，但是可以使用任何期望的位置或配置，只要晶体管561,571可以独立地切换子像素551。另外，虽然示出了双开关晶体管的配置，但是本领域技术人员应该理解，三个或更多个开关晶体管可通信地耦合到子像素551以提供额外等级的冗余和容错；在各种实施例中，耦合到子像素的每个开关晶体管可以从驱动器接收源极驱动信号和栅极驱动信号，而独立于耦合到用于切换子像素551的其他晶体管的驱动器。

转到图5，本发明的示意图描绘了具有容错特征的双晶体管显示面板的一部分。该示意图包括与源极驱动器和栅极驱动器互连的子像素矩阵的子集(尽管示出了9个这样的子像素，但实际上在显示单元内实现了数千个这样的子像素)。

在一个实施例中，一组主驱动器510用于驱动一组主开关晶体管571、572、573，其中主源极驱动器132和主栅极驱动器131可工作以驱动具有tft晶体管571、572、573的显示器的子像素551、552、553，而辅源极驱动器122和辅栅极驱动器121用于独立地驱动相同的具有辅tft晶体管561、562、563的子像素551、552、553。因此，显示器在每个像素单元内包含独立驱动的附加tft配置，从而即使在像素级也增加了可靠性。在一个示例性实施例中，主驱动器510用于驱动显示器内的像素，并且若检测到故障状况(例如在主源极驱动器132，主栅极驱动器131或主电源中)，则辅驱动器520可用于切换晶体管561、562、563，即使故障模式与主驱动器510或主晶体管571、572、573相关联，也允许子像素551、552、553继续工作。即使发生故障，这种新颖的方法也允许全屏显示，从而允许显示器继续操作而不会丢失信息。相反，若在现有技术的显示器中发生故障时，通常会丢失一部分原始信息。

图6示出了在显示器(诸如可通信地耦合到显示接口板(dib)的示例性2560×1024amlcd显示器)中实现的图5的容错显示系统。主数据路径610向主源极dib611提供视频数据和功率，主源极dib611也耦合630到主栅极dib612。如图5所示，主源极dib611和主栅极dib612中的每一个提供各自的驱动器132、131。这些驱动器以与图5中所示的示意图一致的方式耦合到amlcd显示器650中，并且特别地，显示器的任何子像素(诸如在551处示出的)包括耦合到主源极dib611和主栅极dib612的主开关晶体管(例如，571,572,573)，以及耦合到辅源极dib621和辅栅极dib622的辅开关晶体管(例如561,562,563)。因此，辅助数据路径620向辅源极dib621提供视频数据和功率，辅源极dib621也耦合635到辅栅极dib622。在一个实施例中，主数据路径610为正常操作提供视频和电力，并且若在与主源极驱动器132或栅极驱动器131相关联的任何方面中检测到故障，则可以通过辅源极驱动器122和辅栅极驱动器121利用辅助数据路径620向显示器650提供视频信息，该辅源极驱动器122和辅栅极驱动器121分别耦合到辅源极dib621和辅栅极dib622。

应理解，本发明不限于本文描述和/或示出的具体装置、方法、条件或参数，并且本文使用的术语仅出于通过举例来描述特定实施例的目的。实际上，这些示例并非旨在包括本发明可能的实施方式。因此，该术语旨在广泛地解释，并不旨在限制所要求保护的发明。例如，如在包括所附权利要求的说明书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“一个”包括复数，术语“或”表示“和/或”，并且指代特定数字。除非上下文另有明确规定，否则该值至少包括该特定值。另外，除非本文另有明确说明，否则本文描述的任何方法不旨在限于所描述的步骤序列，而是可以以其他顺序实施。

虽然已经以示例性形式示出和描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行许多修改，添加和删除。以上示出和描述的特定实施方式是对本发明及其最佳模式的说明，并非旨在以任何方式限制本发明的范围。实际上，为了简洁起见，可能不详细描述系统的传统数据存储，数据传输和其他功能方面。各图中示出的方法可包括更多，更少或其他步骤。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以任何合适的顺序执行步骤。此外，各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。在实际系统中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行改变和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本发明的范围内，如以下权利要求所表达。