CN1136747A - 具有公共基准斜坡显示器的数据线驱动器 - Google Patents

具有公共基准斜坡显示器的数据线驱动器 Download PDF

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Abstract

视频信号驱动器将视频信号加到液晶显示器的列电极。该驱动器包括一个基准斜坡发生器和列数据线驱动器。每个数据线驱动器包括一个耦合到第一电容的开关装置，用来储存在第一电容中的一部分视频信号。第一电容的第一端耦合到基准斜坡发生器，用来将一个基准斜坡信号与所储存的信号相组合，和用来将组合的信号加到比较器的输入端。比较器控制将数据斜坡信号耦合到象素给定列的晶体管。基准斜坡发生器与比较器的输入端相耦合。

Description

具有公共基准斜坡显示器的数据线驱动器
本发明涉及用于显示器件的驱动电路，更具体地说，涉及一种用来将亮度信号加到诸如液晶显示器的显示器件的象素上的***。
显示器件，诸如液晶显示器，是由一个排列成水平行和垂直列的矩阵或象素阵列组成的。要显示的视频信息作为亮度(灰度)信号加到数据线，数据线各自相应于每一列象素。依次对各行象素扫描并将被激励的行内的象素的电容根据加到各个列的亮度信号的电平充电到各种亮度电平上。
在一个有源矩阵显示器中，每个象素元包括一个将视频信号加到象素的开关器件。通常，开关器件是一个薄膜晶体管(TFT)，它接收来自固态电路的亮度信息。因为TFT和固态电路两者都由固态器件组成，所以最好利用非晶硅或多晶硅工艺同时制造TFT和驱动电路。
液晶显示器是由一个夹在两衬底之间的液晶材料组成的。至少一个，通常是两个衬底，是对光透明的，而相邻于液晶材料的衬底的表面提供以一个形成各个象素元的模式而排列的导光电极模式。可能要求在衬底上和沿显示器的周围与TFT一起来制造驱动电路。
已经有制造液晶显示器的成熟的非晶硅工艺，因为这种材料可以在低温下制造。低温是重要的，因为这可允许使用标准的现成的和便宜的衬底材料。然而，在集成的***象素驱动器中使用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFTs)则因为低迁移率，门限电压漂移和只有N-MOS加强型晶体管可提供而受限制。
在Plus等人的题为“System for Applying Brightness Signals To ADisplay Device And Comparator therefore”的美国专利No.5,170,155中描述了一种LCD的数据线或列驱动器。Plus等人的数据线驱动器作为斩波斜坡放大器工作和使用TFT。该数据线驱动器中，一个包含图象信息的模拟信号被取样并被储存在驱动器的输入取样电容器中。一个在基准斜坡产生器中产生的基准斜坡通过一个TFT被加到驱动器的输入电容器。
可能要求将基准斜坡信号公共地加到每个输入电容器而无需在基准斜坡发生器和输入电容之间***一个TFT开关。其优点在于，由于消除了TFT开关，数据线驱动器对门限电压漂移变化的感受较小。
体现本发明的一个方面的一个数据线驱动器，用来在一个排列成列的显示器件的象素中生成变化图象信息的信号，它包括一个第一晶体管和一个耦合到第一晶体管的第一电容以形成一个比较器，一个第开关装置被连接到第一电容用来在第一电容中储存电荷，由此自动调节比较器的触发电平。一个基准斜坡发生器产生一个基准斜坡信号。一个第二电容将基准斜坡信号耦合到电容器的输入端。一个第二开关装置被连接到第二电容用来在第二电容中储存视频信号。一个晶体管，响应于比较器的输出信号，用来在由比较器输入端产生的信号控制的数据斜坡信号的周期内将数据斜坡信号加到一条数据线上。
图1示出了包括信号分离器和数据线驱动器的用来实施本发明的一个方面的液晶显示器装置的方框图；
图2详细示出了图1信号分离器和数据线驱动器；和
图3a-g示出了用来解释图2的电路工作的波形。
在图1中，一个模拟电路11从例如天线接收一个代表要显示的图象信息的视频信号。模拟电路11在线13上提供一个视频信号作为模-数变换器(A/D)14的输入信号。
来自模拟电路11的电视信号被显示在由大量诸如液晶单元16a的象素元组成的液晶阵列上，象素元水平排列成m＝560行，垂直排列成n＝960列。液晶阵列16包括n＝960的数据线列，各个对应每个液晶单元16a的垂直列，和包括m＝560的选择线18，各个对应液晶单元16a的水平行。
A/D变换器14包括一个输出总线19用来给具有40组输出线22的储存器提供亮度电平，或灰度代码。储存器2的每一组输出线22将储存的数字信息加到相应的数-模变换器23。共有40个变换器23，它们相应于40条线22。一个给定变换器23的输出信号IN通过一相应线31被送到相应的信号分离器和数据线驱动器100，驱动器100驱动相应的数据线17。一个选择线扫描器60在线18上产生行选择信号用来以常规的方式选择一个给定的阵列行。在960条数据线17上产生的电压在32微秒内被加到选择的行的象素16a。
一个给定的信号分离器和数据线驱动器100使用未在图1详细示出的斩波斜坡放大器，该放大器具有一个例如小于1pf的低输入电容用来储存相应的信号IN和将储存的输入信号IN传送到相应数据线17。每个数据线17被加到形成一个例如20pf的电容负荷的560行象素单元16a。
图2示出了其中一个信号分离器和数据线驱动器100。图3a-3g示出了用来解释图2的电路工作的波形。在图1，2和3a-3g中的相似的符号和数字表示相同的项目或功能。所有图2的信号分离器和线驱动器是N…MOS型的TFT。因此，具有可以与图1的阵列16一起形成的优点。
在取样在信号线31的视频信号以前，一个在电容C43的D端产生的电压被初始化。为了产生在电容器C43中的电压，数-模变换器23在线31中产生一个例如为视频信号IN的最大值或满刻度电压的预定电压。当在晶体管MN1的栅极产生一个图3a的控制脉冲PRE-DCTRL时，晶体管MN1将在线31上的初始化电压加到电容器C43上。用这种方法，在电容器C43中的电压在每个象素更新周期以前是一样的。在脉冲PRE-DCTRL之后，信号IN改变以包含用于当前象素更新周期的视频信息。
图2的信号分离器32的晶体管MN1取样在信号线31的包含视频信息的模拟信号IN。取样的信号被储存在取样电容器C43中。在线31上产生的图1的一组40个信号在一个相应的脉冲信号DCTRL(i)的控制下同时进行取样。如图3a所示，在t5a-t20的时间间隔内顺序出现24个脉冲信号DCTRL(i)。每个图2的脉冲信号DCTRL(i)控制在一个相应组的40个信号分离器32中的信号分离操作。在图3a的时间间隔t5a-t20内发生960个象素的全部信号分离操作。
为了提供有效的时间利用，采用两级流水线周期。如上所述，信号IN在t5a-t20期间被信号分离并被储存在图2的电容器C43中。在图3d的间隔t3-t4期间，在任何一个PRE-DCTRL脉冲和24个脉冲信号DCTRL出现前，图2的每个电容器C43在当图3d的脉冲信号DXFER出现时通过一个晶体管MN7被耦合到电容器C2。于是，一部分储存在电容器C43中的信号IN被传送到电容器C2和生成一个电压VC2。在间隔t5a-t20期间，当图3a的脉冲信号DCTRL出现时，如下面要解释的，在电容器C2中的图2的电压VC2通过相应的数据线17被加到阵列16。于是，信号IN通过两级流水线加到阵列16。
基准斜坡发生器33在输出导线27上提供一个基准斜坡信号REF-RAMP。导线27例如被公共耦合到每个信号分离器和数据线驱动器100的图2的每个电容器的E端。电容器C2的A端组成了比较器24的输入端。图1的数据斜坡发生器通过一条输出线28提供一个数据斜坡电压。在图2的信号分离器和数据线驱动器100中，晶体管MN6将一个电压DATA-RAMP加到数据线17以产生一个电压VCOLUMN。加有电压VCOLUMN的行根据在行选择线18中产生的行选择信号来确定。在例如美国专利No.4,766,430和4,742,346中描述了一种采用移位寄存器用来产生选择信号的显示器件。晶体管MN6是一个具有栅极的TFT，该栅极通过导线29被连到比较器24的输出端C。来自比较器24的输出电压VC控制晶体管MN6的导通间隔。
在每个象素更新周期中，在加电压VC到晶体管MN6来控制晶体管MN6的导通前，比较器24自动地校正或调节。在时间t0-t1(图3b)期间，晶体管MN10被一个信号PRE-AUTOZ导通从而将电压VPRAZ送到晶体管MN5的漏极和晶体管MN6的栅极。这一用VC标指的存储在例如以虚线表示的晶体管MN6的源-栅极之间的电容C24这种杂散电容上的电压，使得晶体管MN6导通。当晶体管MN10预充电电容C24时晶体管MN5不导通。
在图3b的时刻t1，脉冲信号PRE-AUTOZ终止而晶体管MN10截止。在时刻t1，一个脉冲信号AUTOZERO被加到连接在晶体管MN5的栅极和漏极之间的晶体管MN3的栅极以将晶体管MN3导通。同时，图3g的脉冲信号AZ被加到晶体管MN2的栅极以导通晶体管MN2。当晶体管MN2导通时，通过晶体管MN2将电压Va送到耦合电容器C1的A端。晶体管MN2在A端产生一个在Va电平基础上的电压VAA用来在A端建立一个比较器24的触发电平。比较器的触发电平等于电压Va。电容器C1的第二端B连到晶体管MN3和MN5的栅极。
导通晶体管MN3平衡了在晶体管MN5的栅极和漏极之间的，或在C端的电荷，  并在B端，晶体管MN5的栅极产生栅极电压VG。最初，电压VG超过晶体管MN5的门限电平VTH并使晶体管导通。在脉冲信号AUTOER期间，晶体管MN5的导通使得在B和C端的电压减少，直到它们的电压都变得等于晶体管MN5的门限电平VTH。当在A端的电压VAA等于电压Va时，在B端的接通MN5的栅极电压VG是在其门限电平上。在图3c和3f的时刻t2，图2的晶体管MN3和MN2截止而比较器24被校正或调整。因此，比较器24的触发电平相当于输入端A等于电压Va。
如上所述，在晶体管MN7的栅极产生的，始于时刻t3的脉冲信号DXFER将信号分离器32和电容器C2经由A端相连接。因此，在电容器C2中产生的电压是正比于在电容器C43中的被取样的信号IN的电平值。信号IN的幅度是使得在脉冲信号DXFER期间，在A端产生的电压VAA小于比较器24的触发电平Va。因此，比较器晶体管MN5在时刻t3后立即保持非导通。在电压VAA和等于电压Va的比较器24的触发电平之间的电压差由信号IN的幅度确定。
当A端的电压VAA超过电压Va时，晶体管MN5导通。另一方面，当A端的电压VAA不超过电压Va时，晶体管MN5不导通。电容器的24的自动校正或调整可补偿例如在晶体管MN5中的门限电压漂移。
在图3b的时刻t2之后，脉冲信号被耦合到晶体管MN10的栅极。晶体管MN10将电压VPRAZ加到晶体管的栅极，从而将晶体管MN6导通。因为晶体管MN5在图3d的时刻t3之后是非导通的，所以由晶体管MN10加来的电荷仍然保持存储在晶体管MN6的极间电容中。因而晶体管MN6在晶体管MN10截止后保持导通。
当晶体管MN6导通时，它在线17上和在选择行的图1的象素单元16a中建立一个电压VCOLUMN的预定初始条件。在时刻t6之前，晶体管MN6在信号DATA-RAMP的不活动电平VIAD上建立电压VCOLUMN。于是，相应于数据线17的电容C4对信号DATA-RAMP的不活动电平VIAD进行充放电。其优点是，在象素单元建立初始条件可防止先前储存的包含在象素单元16a的电容中的图象信息在图3b-3g的当前更新周期期间影响象素电压。
在图3e的时刻t4，基准斜坡信号REF-RAMP开始坡升。信号REF-RAMP被耦合到远离比较器24的输入端A的图2的电容器C2的E端。结果，在比较器24的输入端A的电压VAA等于信号REF-RAMP的和电压和在电容器C2中产生的电压VC2之和。
根据本发明的特征，在图3C的t1-t2期间，当自动触发电压调整或比较器的校正发生时，晶体管MN2将电压Va通过A端耦合到电容器C2。类似地，在t3-t4期间，当电荷被转移到电容器C2时，晶体管MN7通过远离斜坡发生器33的A端耦合到电容器C2。于是，电容器C2的E端不需要与基准斜坡发生器的导体相脱离。因为E端无需与基准斜坡发生器33相分离，所以无需在基准斜坡信号发生器33的导体27和A端之间***任何TFT开关。在信号通路中的TFT可能会遭受门限电压漂移的影响。可贵之处是导体可以被几个信号分离器和数据驱动器公用。
在时刻t6之后，耦合到晶体管MN6的漏极的数据斜坡电压DATA-RAMP开始坡升。由于通过晶体管MN6的栅极-源极和栅极-漏极杂散电容对C端的反馈耦合，在C端的电压将足以把晶体管MN6调节得对所有的数据斜坡信号DATA-RAMP值都导通。在时间t4之后，只要在A端的斜坡电压VAA未到达等于比较器24的电压Va的触发电平，晶体管MN5保持不导通而晶体管MN6保持导通。同时，只要晶体管MN6是导通的，坡升电压DATA-RAMP通过晶体管MN6被耦合到列数据线17用来增加数据线17的电位VCOLUMN，并因此增加了加到选择行的象素电容CPIXEL的电位。另外，如前所述，只要晶体管MN5在C端呈现高阻，通过例如电容24的斜坡电压VCOLUMN的容性反馈使得晶体管MN6保持导通。
在图3e的信号REF-RAMP分坡升部分500的某些时间里，在A端的和电压会超过比较器24的触发电平Va而晶体管MN5将导通。由信号IN的幅度确定晶体管MN5导通的时刻。
当晶体管MN5导通后，晶体管MN6的栅极电压VC减少而使得晶体管MN6截止。结果，在晶体管MN6截止前的发生的电压DATA-RAMP的最后值保持不变或被储存在象素电容CPIXEL中直到下一个更新周期为止。用这种方式，完成当前更新周期。
为了防止图1的液晶阵列16的极化，将图中未示出的阵列的所谓背面或公共面保持在一个常电压VBCKPLANE上。信号分离器和数据线驱动器100在一个更新周期里产生一个电压VCOLUMN，其极性相对于电压VBACKPLANE是一个极性，而在另一个更新周期则极性相反而幅度相同。为了获得交变的极性，电压DATA-RAMP的范围在一个周期中是1伏-8.8伏，而在另一个周期中是9伏-16.8伏。然而，电压VBACKPLANE则建立在该两个范围之间的中间电平上。因为需要以两个不同的电压范围产生电压DATA-RAMP，所以信号或电压AUTOZERO，PREAUTOZ，Vss和RESET有两个在交变的更新周期里根据电压DATA-RAMP建立的范围而变化的不同的峰值。

Claims (7)

1.一种用来将视频信号加到一个显示器件的一列电极的装置，包括：
一个视频信号源；
一个来产生基准斜坡信号的基准斜坡发生器；和
多个数据线驱动器，它响应于所述视频信号，用来将所述视频信号加到所述列电极，所述数据线驱动器其特征在于：
一个比较器；
一个第一电容，用来将所述的基准斜坡发生器耦合到所述比较器的输入端；
一个第一开关装置，它与所述视频信号源和所述第一电容相连，用来有选择地将所述视频信号加到所述第一电容，由第一电容将所述视频信号加到所述比较器的输入端，这样，当所述视频信号指示的信号被储存在所述第一电容时，所述基准斜坡发生器被连接到一条所述数据线驱动器的第一电容的公共电流通路；
一个数据斜坡信号源；和
一个开关晶体管，它响应于所述比较器的输出信号，用来在所述数据斜坡信号的周期的可控部分期间将所述数据斜坡信号加到所述列电极，而所述数据斜坡信号则按在所述比较器的输入端产生的信号的变化而变化。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于：
所述比较器包括一个第二电容和一个连接到所述第二电容和调节信号信号源的第二开关装置，用来在所述第二电容中产生一个根据所述调节信号自动地调节所述比较器的触发电平。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于：
所述调节信号被连接到一个所述第二和第一电容的互连处。
4.根据权利要求2的装置，其特征在于：
所述第一电容被连接在所述基准斜坡发生器和第二开关装置之间。
5.根据权利要求2的装置，其特征在于：
所述比较器包括一个连接到所述第一开关晶体管的控制端的第二晶体管，一个第三晶体管连接到所述第二晶体管的控制端和所述第二晶体管的主电流传导端之间，用来根据所述调节信号来调节所述比较器的触发电平。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于：
所述比较器包括一个第二晶体管和一个连接在所述第一电容和所述第二晶体管的控制端之间的第二电容，和所述第一开关装置连接在所述电容的连接端之间。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于：
所述基准斜坡发生器的输出端通过一条不含任何开关装置的信号通路被连接到比较器的输入端。
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