有源矩陣型電—光器件及其驅動方法
2023-09-19 07:55:00
專利名稱:有源矩陣型電—光器件及其驅動方法
技術領域:
本發明涉及一種有源矩陣型顯示器件及其顯示方法。有源矩陣型顯示器件是指這樣一種顯示器件,其中的象素設置在一個矩陣的相應的交叉點上,每個象素配備一個開關元件,並且通過開關元件的開/關轉換來控制圖象信息。用於有源矩陣型顯示器件的顯示介質的實例有液晶、等離子體和其它物質及狀態,它們的光學特性(反射率、折射率、透射率、光發射強度等等)可以進行電致改變。本發明尤其涉及一種有源矩陣型顯示器件,該顯示器件採用一個三端子元件(即一個具有柵極、源極和漏極的場效應電晶體)作為開關元件。
在本發明的描述中,術語一個矩陣的「行」是指這樣一個結構,在該結構中與一個相關行平行設置的一個信號線(柵極線)與屬於該行的電晶體的柵極相連。術語「列」是指這樣一個結構,在該結構中與一個相關列平行設置的一個信號線(源極線)與屬於該列的電晶體的源極(或漏極)相連。用於驅動柵極線的電路和用於驅動源極線的電路分別稱作柵極驅動器和源極驅動器。
平極式顯示器(FPD)已經發展成取代CRT顯示器的新型顯示器。有源矩陣型顯示器是典型的一種平板式顯示器。在有源矩陣型顯示器中,屏幕被分為許多象素,並且每個象素配有一個相應的開關元件,這些開關元件控制由這些象素維持的顯示信息。有源矩陣型顯示器的典型例子是採用TN(扭曲向列型)液晶的薄膜電晶體(TFT)有源矩陣顯示器。
在該顯示器中,顯示介質是TN液晶,圖象信息是象素電壓。即用由每個象素維持的電壓控制TN液晶(顯示介質)的透射率。常規地,在這種有源矩陣型顯示器中,通過採用自上而下逐行掃描來更新所有象素的顯示內容以重寫一個圖象。以這樣的幀頻即每秒30-60次(30-60Hz)進行圖象重寫。
然而,對於某些類型的顯示內容,並不總是需要這樣的頻率來重寫圖象。例如,不必重寫一個靜止的圖象,直到由象素維持的電壓降低到這樣低的電壓值使得不足以保證顯示質量為止。即使在運動圖象的情況下,每次並非所有象素顯示不同的圖像信息。
圖象重寫需要信號輸出,這就是功耗增加的一個因素,並且因而有礙於可攜式應用。
本發明是根據上述情況而作出,並且本發明的一個目的是通過在一個有源矩陣型電—光器件中使圖象重寫的頻率儘可能低來降低能耗。
為獲得此目的,本發明的特徵在於以下步驟首先,把施加於某一行象素上的信號與前一幀相應的信號比較。只有當對於有關行來說至少一個象素上的兩個信號不同,才會輸出一個表明有必要重寫的信號(刷新脈衝)。兩個信號(例如,延遲電路的一個輸入信號和一個輸出信號)之間的差別可以通過在延遲電路中比較這兩個信號而測得。
可以通過採用刷新脈衝來向有關行的柵極線施加柵極脈衝以進行重寫,從而使有關行的有源矩陣電晶體的柵極處於接通狀態。
如果要施加於有關行的所有象素上的信號與前一幀的對應的信號相同,作為一個總的規則,不發出刷新脈衝。然而,如果圖象信息保持不變的狀態持續許多幀,這樣長時間不執行重寫會造成各種問題。例如,在採用TN液晶作為顯示介質的情況下,長時間施加同一極性的電壓會造成電蝕,導致其性能變差。因此,需要定時地進行極性轉變。當只採用一個單獨的電晶體作為有源矩陣開關元件時,源極—漏極漏電流等等會改變存儲在一個象素中的圖象信息(例如,電壓)。
考慮到以上情況,在本發明中,即使圖象信息沒有發生改變,每隔幾幀對象素強制執行一次重寫。當採用液晶材料作為顯示介質時,有利的是在強制進行對象素的重寫的過程中施加於液晶上的電壓的極性被顛倒(施加交流電壓)。
以上述方式,通過只對需要重寫的象素或行進行重寫而從總體上降低圖象重寫頻率,可以降低功耗。為了避免顯示特性變差,以下列方式定時進行重寫是行之有效的。
假定一個矩陣包括20行,即第1行,第2行,第3行,……,第19行和第20行。還假設由該矩陣連續顯示完全相同的圖象,並且每5幀執行一次強制重寫。
最簡單的型式是在第1幀中對所有行進行重寫,並且在第2至第5幀不進行重寫。然而在該型式中,在第2至第5幀過程中,由於象素電壓降低,亮度會變化。通過在第6幀中重寫,亮度會恢復至與第1幀中相同的亮度。
如果一幀周期是30毫秒,在兩個重寫操作之間的間隔是150毫秒。因此,由於在第6幀的重寫而產生的亮度變化足以察覺到,肉眼會感覺到閃爍。
可以通過把重寫操作分配到第1至第5幀而不是只有第1幀中進行重寫來解決這個問題。尤其是4行在一幀中進行重寫。例如,在第1幀中,只有第1行,第6行,第11行和第16行強制進行重寫。在第2幀中,在第2行,第7行,第12行和第17行進行重寫。在第3幀中,在第3行,第8行,第13行和第18行進行重寫。在第4幀中,在第4行,第9行,第14行和第19行進行重寫。在第5幀中,在第5行,第10行,第15行和第20行進行重寫。在第6幀進行相似的操作。重寫操作可以按相同的原則以不同的方式分配。
通常來說,在整個矩陣分成N組,每組包括m行的情況下,在一幀中N行經受強制重寫,並且在m幀中完成對所有行的重寫。
在這種情況下,例如,上述第1行可稱為第1組,第1行;上述第7行稱為第2組,第2行;上述第14行稱為第3組,第4行;並且上述第20行稱為第4組,第5行。另外,可以不同的方式給出組和行號碼。
通過按上述方式分配重寫操作有可能使閃爍不被察覺。作為一個典型例子,有這樣一個規則在某一幀(被稱為第一幀)中,對其中每一組的第一行進行強制重寫,則由此幀後的一幀起算的第(K-1)幀,即,在第K幀中(K=1,2,3,…,m),第K行將予強制改寫。上面描述的實例滿足這個規則。
然而,並不要求滿足這樣的規則性。滿足這樣一個規則是足夠的,即在m個連續幀中,應當在一幀在由m個任選行構成的柵極線組的一行上進行強制重寫,並且在該組的所有行上進行重寫。
如果從另一角度看本發明可以理解到滿足這樣一個規則就足夠了,即在某幀(稱為第1幀)中,某一行接受強制重寫,則自其後一幀起算的第m幀,即在第(m+1)幀中,相同的行再接受重寫。
另外,在採用液晶材料作為顯示介質的情況下,這一點是有利的,即施加在第(m+1)幀中的有關行的象素上的電壓的極性與施加在第1幀和第(2m+1)幀中的相同象素上的電壓極性相反。這是因為可以為強制重寫液晶材料提供必不可少的交流電壓。
圖1是一個表示第一實施例的電路結構的方框圖;圖2表示在第一實施例中的一個數據比較電路;圖3表示一個在第一實施例中的刷新脈衝發生電路;圖4是一個表示怎樣通過圖3的電路產生刷新脈衝的時間圖;圖5表示一個在第一實施例中的一個門驅動器的啟動脈衝發生電路;圖6表示另一個在第一實施例中的一個門驅動器的啟動脈衝發生電路;圖7是一個表示怎樣通過圖5或6的電路產生啟動脈衝的時間圖;圖8表示在第一實施例中的柵極驅動器及其輔助電路;圖9表示在第一實施例中的柵極驅動器的輸出;圖10是一個表示如何輸出柵極脈衝的時間圖;圖11是一個表示第二實施例的電路結構的方框圖;圖12表示一個在第二實施例中的刷新脈衝發生電路;圖13是一個表示如何通過12的電路產生刷新脈衝的時間圖;和圖14是一個表示如何輸出柵極脈衝的時間圖。第一實施例參照圖1-10描述本發明的第一實施例。圖1表示該實施例的電路結構。一個有源矩陣採用場效應電晶體(例如,薄膜電晶體)作為開關元件,並且該有源矩陣的尺寸是N×m行和M列。這些行分為N組,每組包括m柵極線。把第i組、第j行柵極線寫作(i.j)。
把一個模擬圖象信號通過一個A/D轉換器轉變成一個數位訊號,把該數位訊號傳送到一個存儲器。另外,用一個同步信號分離電路從圖象信號中分離出同步信號,並且把該同步信號輸送給一個時鐘發生器。
設置兩個存儲器,即存儲器1和存儲器2。(也可以選擇設置三個或更多個存儲器)。開關S1將數據送至存儲器1或存儲器2。通過開關S2立即把存進存儲器中的數據讀出。也就是,開關S2運作以讀出來自存儲器1和存儲器2之一的未被開關S1選擇的數據。
採用兩個或更多個存儲器以進行寫和讀操作的原因是需要轉變數據順序。在一個普通圖象信號中,按以下列順序安排數據(1.1),(1.2),(1.3),(1.4),…,(1.m)(2.1),(2.2),(2.3),(2.4),…,(2.m)(3.1),(3.2),(3.3),(3.4),…,(3.m)(4.1),(4.2),(4.3),(4.4),…,(4.m)(N.1),(N.2),(N.3),(N.4),…,(N.m)在本實施例中需要採用後面描述的方法來把掃描順序改變為如下的順序(1.1),(2.1),(3.1),(4.1),…,(N.1)(1.2),(2.2),(3.2),(4.2),…,(N.2)(1.3),(2.3),(3.3),(4.3),…,(N.3)
(1.4),(2.4),(3.4),(4.4),…,(N.4)(1.m),(2.m),(3.m),(4.m),…,(N.m)把通過改變上面的數據順序而得到的信號送到一個幀存儲器和一個數據比較電路。還把同一信號傳輸給一個源驅動器。如果源驅器為數字型的,則信號可以直接輸入。然而,如果源驅器為模擬型的,則在輸入之前需要對信號進行D/A轉換。
圖2表示數據比較電路的細節。該幀存儲器存貯一幀以前的數據。移位寄存器1把一行有關當前幀的數據傳送給寄存器1。移位寄存器2把有關前面一幀的行的數據傳送給寄存器2。
假設現在柵極驅動器向例如第i組第j行提供一個電壓。在這種情況下,第i組第j行的當前數據存儲在寄存器1中,前一幀的相同行的數據存儲在寄存器2中。一行包括M個象素,並且藉助於圖2底部所示的M個「異—或」電路之中的一個對每個象素的兩個數據進行相互比較。如果當前數據和前一幀的數據彼此不同,則「異—或」邏輯電路向設在下面的「或」邏輯電路提供一個輸出。也就是說,如果對於M個象素中的至少一個象素來說當前數據和前一幀數據彼此不同,則「或」邏輯電路向刷新脈衝發生電路提供一個信號。
一旦完成了第i組第j行的比較,則開始對第(j+1)組第j行的比較。以此方式,一個接著一個地進行數據比較。
通過刷新脈衝發生電路把數據比較電路的輸出傳送給一個「與」電路陣列,該「與」電路陣列設置在柵極驅動器和有源矩陣之間。有來自比較電路的輸出則意謂著有關行的當前信息不同於前一幀的信息。因此,需要產生一個柵極脈衝來執行在有關行的重新寫入。從圖3可以看出,在接到數據比較信號之後,「或」邏輯電路直接向「與」邏輯電路提供一個刷新脈衝。作為響應,已經接到柵極驅動器輸出的行(第i組,第j行)的「與」邏輯電路啟動以輸出一個門脈衝。
如果數據比較電路不產生輸出,則向該「與」邏輯陣列提供一個造成規則的、強制的重寫的信號。圖3的電路適於進行這樣的操作。為簡化起見,假設一個N=4且m=5的20一行矩陣。圖4是一個表示在圖3中①-⑤點處信號的時間圖和一個刷新脈衝輸出。在圖4中,一個水平時鐘在一幀周期內包括20個脈衝。通過用N(=4)去除水平時鐘信號的頻率,在一幀周期中的脈衝數減少到5個。
收到了這樣產生的脈衝,延遲電路(DFF)運作以最後產生刷新脈衝,這些刷新脈衝順序地延遲一個等於一幀周期的時間,藉此恢復到以5幀為周期的初始計時。在圖4中,第5和第6幀的刷新脈衝彼此連接。如果沒有信號從數據比較電路輸出(即如果在圖象信息中沒有變化),則只輸出圖4中所示的刷新脈衝。
現在來描述柵極驅動器。如上所述,本發明採用不同於通常順序的掃描順序。因而柵極驅動器具有特殊結構。圖8表示柵極驅動器的一個實施例。即在該實施例中,平行地設置m個N級稱位寄存器。通過一個在圖5或6中所示的電路使對於各個移位寄存器的啟動脈衝SPl-SPm同步。
圖9是一個表示在「與」邏輯電路陣列之前由上面電路產生的脈衝的時間圖和從N=4且m=5的矩陣的柵極驅動器的輸出。圖9中圈起來的數字表示脈衝輸出順序。即脈衝按順序輸出到第1組,第1行,第2組,第1行,第3組,第1行,第4組,第1行,第1組,第2行,第2組,第2行,……以圖10所示的方式,在「與」邏輯電路陣列中把已經按上述的方式進行了同步處理的柵極驅動器的輸出脈衝(SR輸出)同一個刷新脈衝組合。為了簡單起見,假設討論是針對一個靜止圖象並且沒有從數據比較電路的輸出。儘管圖10隻表示對於第1組第4行(1.4),第2組第2行(2.2),第3組第5行(3.5),和第4組第1行的脈衝,同樣的情況適用於其它行。用於各個行的移位寄存器(SR)在第1至第5幀中規則地輸出脈衝。只有當一個刷新脈衝與移位寄存器輸出脈衝之一共存時,它才作為一個柵極脈衝輸送給該矩陣。
例如,在行(1.4)的情況下,刷新脈衝不與在第1至第3幀和第5幀中任何之一中的SR輸出共存,因而該「與」邏輯電路不產生柵極脈衝。只有在其中刷新脈衝與SR輸出共存的第4幀中產生柵極脈衝。類似地,一個柵極脈衝只有第2幀輸送到行(2.2),只在第5幀輸送到行(3.5),並且只在第1幀輸送到行(4.1)。
也就是說,在該實施例中,只有在第j幀一個柵極脈衝才被輸送到第i組、第j行。
不言而喻,當從數據比較電路中存在一個輸出時,則每次產生一個刷新脈衝並且一個柵極脈衝被供應到相應行。第二實施例參照圖11-14描述本發明的第二實施例。圖10表示本實施例的電路結構。一個有源矩陣採用場效應電晶體(比如薄膜電晶體)作為開關元件,並且具有N×m行和M列的大小。這些行被分成N組,每組包括m個柵極線。第i組,第j行柵極線寫作(i.j)。
通過一個A/D轉換器把一個模擬圖象信號轉變成一個數位訊號,把該數位訊號傳輸給一個數據比較電路。另外,通過一個同步信號分離電路從圖象信號中分離出同步信號,並且把該同步信號供給一個時鐘發生器。
與第一實施例相反,第二實施例採用與通常的顯示方案中的順序相同的掃描順序。因此,沒有必要進行在第一實施例中進行的數據順序的改變。即在該實施例中以下列順序進行掃描(1.1),(1.2),(1.3),(1.4),…,(1.m)(2.1),(2.2),(2.3),(2.4),…,(2.m)(3.1),(3.2),(3.3),(3.4),…,(3.m)(4.1),(4.2),(4.3),(4.4),…,(4.m)(N.1),(N.2),(N.3),(N.4),…,(N.m)本實施例的幀存儲器和數據比較電路與第一實施例的相同(見圖2)。把有關行的當前幀數據與存儲在幀存儲器中的前一幀數據進行比較。如果它們彼此不同,則從數據比較電路向設置在其後面的刷脈衝發生電路傳送一個信號。
通過具有圖12所示結構的刷新脈衝發生電路向一個「與」邏輯電路陣列傳送數據比較電路的輸出,該「與」邏輯電路陣列設在柵極驅動器和有源矩陣之間。有來自比較電路的輸出意謂著有關行(比如第i組,第j行)的當前信息不同於前一幀的信息。因此,需要產生一個柵極脈衝來執行在有關行的重新寫入。從圖12中可以看出,在接到數據比較信號之後,「或」邏輯電路立即向「與」邏輯電路提供一個刷新脈衝。作為響應,已經接到柵極驅動器輸出的行(第i組,第j行)的「與」邏輯電路啟動以輸出一個柵極脈衝。
如果數據比較電路不產生輸出,則向該「與」邏輯陣列提供一個生成規則的、強制的重寫的信號。圖12的電路適於進行這樣的操作。為簡化起見,假設一個N=4且m=5的20一行矩陣。圖13是一個表示在圖12中①-④點處信號的時間圖和一個刷新脈衝輸出。在圖13中,一個水平時鐘在一幀周期內包括20個脈衝。通過用2m(=10)去除水平時鐘信號的頻率,在一幀周期中的脈衝數減少到2個。
收到這樣產生的脈衝,則延遲電路(DFF)啟動以最終產生刷新脈衝。在一幀周期中輸出4個刷新脈衝,並且這些脈衝之間的間隔與在一個單獨幀中的相同。在從第一幀向第二幀的轉變中,第一脈衝被延遲一個脈衝周期。類似地,在每個從第二幀向第三幀,第三幀向第四幀和第四幀向第五幀的轉換中,第一脈衝延遲一個脈衝周期。
當完成第一至第五幀的一個周期運作時,從第六幀開始一個新的周期。從圖13中可以看出,在從第五至第六幀的轉換中,第五幀的最後一個脈衝與第六幀的第一個脈衝連接。按上面的方式使刷新脈衝同步,並且將這些脈衝供給「與」邏輯電路陣列。如果從數據比較電路沒有數據輸出(即如果圖象信息沒有變化),則只輸出圖13所示的刷新脈衝。
本實施例的柵極驅動器與第一實施例的相同,並且由一個m×N級的單獨的移位寄存器組成。以下列順序把移位寄存器的各級的輸出供給「與」邏輯電路陣列
(1.1),(1.2),(1.3),(1.4),…,(1.m)(2.1),(2.2),(2.3),(2.4),…,(2.m)(3.1),(3.2),(3.3),(3.4),…,(3.m)(4.1),(4.2),(4.3),(4.4),…,(4.m)(N.1),(N.2),(N.3),(N.4),…,(N.m)以圖14所示的方式,在「與」邏輯電路陣列中把按上述方式已經進行了同步處理的柵極驅動器的輸出脈衝與一個刷新脈衝組合。為簡化起見,假設討論是針對一個靜止圖象並且沒有從數據比較電路的輸出。儘管圖14隻表示對於第1組第4行(1.4),第2組第2行(2.2),第3組第5行(3.5),和第4組第1行(4.1)的脈衝,同樣的情況適用於其它行。用於各個行的移位寄存器(SR)在第1至第5幀中規則地輸出脈衝。只有當一個刷脈衝與移位寄存器輸出脈衝之一共存時,它才作為一個柵極脈衝輸送給該矩陣。
例如,在行(1.4)的情況下,刷新脈衝不與在第1至第3幀和第5幀中任何之一中的SR輸出共存,因而該「與」邏輯電路不產生柵極脈衝。只有在其中刷新脈衝與SR輸出共存的第4幀中產生柵極脈衝。類似地,一個柵極脈衝只在第2幀輸送到行(2.2),只在第5幀輸送到行(3.5),並且只在第1幀輸送到行(4.1)。
也就是說,在該實施例中,只有在第j幀一個柵極脈衝才被輸送到第i組、第j行。
不言而喻,當從數據比較電路中存在一個輸出時,則每次產生一個刷新脈衝,並且一個柵極脈衝被供應到相應行。
本發明可以降低在有源矩陣電路中的功率消耗。另外,如在第一和第二實施例所描述,通過向若干幀分配強制的刷新操作,本發明可以抑制圖象質量變差。
將本發明與各種採用有源矩陣型裝置的顯示電路相結合就更有效。在有源矩陣電路中,由於各個開關元件性能的非常小的差別,各個象素在顯示性能上有細微的差別。例如,當用薄膜電晶體(TFT)作為開關元件時,在非選擇狀態下(不供應柵極脈衝)具有較大截止電流的TFT伴隨著較大的漏電流,因而TFT的充電保持能力差。在一個與這樣的TFT相關的象素中,應向電源供應比普通情況下高的電壓。
希望事先以構成有源矩陣的開關元件的特性補償圖象信號。在第一或第二實施例的A/D轉換電路之後可以設置這樣一個補償電路。這種類型的補償操作使圖象的顯示更清楚且不太可能出現缺陷。也就是說,執行數字處理的本發明可以與其它需要數字處理的顯示電路組合以造成疊加的效果。
本發明也可以與一個顯示電路(例如,參見日本未審查公開號No.Hei,5-35202)組合,在該顯示電路中通過向象素施加一個數位訊號而不是一個模擬信號來進行分度顯示,藉此提供進一步的優點。這樣本發明可用於相關的工業中。
權利要求
1.一種有源矩陣型電—光器件,其特徵在於包括一個用於把圖象信號延遲一幀周期的延遲電路;和一個通過比較延遲電路的輸入信號和輸出信號來檢測這些信號之間差別的檢測電路。
2.根據權利要求1的器件,其特徵在於該延遲器件包括一個半導體存儲器。
3.根據權利要求1的器件,其特徵在於還包括一個用於把模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換器。
4.根據權利要求1的器件,其特徵在於,在延遲電路的上流配量一個存儲電路,用於改變數位化的圖象信號的時序。
5.根據權利要求1的器件,其特徵在於當檢測電路檢測到差別時顯示內容被重寫。
6.根據權利要求1的器件,其特徵在於有源矩陣型電—光器件是液晶電—光顯示器。
7.根據權利要求1的器件,其特徵在於該延遲電路包括一個先進-先出存儲器。
8.根據權利要求1的器件,其特徵在於還包括多個連接到一條線上的開關元件,由與檢測所述差別的檢測電路一部分相對應的開關元件中的一個把脈衝加到一條線上以重寫顯示內容。
9.根據權利要求1的器件,其特徵在於,還包括一個刷新脈衝發生電路。
10.一種驅動有源矩陣型電—光器件的方法,其特徵在於,包括以下步驟把所有行分成N組,每組包括m行;和把所有行分成N組,每組包括m行;和強制重寫第一幀中每組的第一行,第二幀中每組的第二行和第m幀中每組的第m行。
11.根據權利要求10的方法,其特徵在於該有源矩陣型電—光器件是一種有源矩陣型液晶顯示器。
12.根據權利要求10的方法,其特徵在於當要維持顯示內容時,強制重寫刷新顯示內容以補償顯示的衰減。
13.根據權利要求10的方法,其特徵在於顯示內容數字地顯示。
14.一種驅動有源矩陣型電—光器件的方法,其特徵在於包括以下步驟把所有行公成N組,每組包括m行,和在k=1,2,3…,m的第k幀中每組的第k行進行強制重寫,第一幀是其中每組的第一行進行重寫的幀。
15.根據權利要求14的方法,其特徵在於該有源矩陣型電—光器件是一個有源矩陣型液晶顯示器。
16.根據權利要求14的方法,其特徵在於當要維持顯示內容時,強制重寫刷新顯示內容以補償顯示的衰減。
17.根據權利要求14的方法,其特徵在於顯示內容數字地顯示。
18.一種驅動有源矩陣型電—光器件的方法,包括以下步驟把所有行分成N組,每組包括m行;和強制重寫在第(m+1)幀中每組的第一行,第一幀是其中每組的第一行進行重寫的幀。
19.根據權利要求18的方法,其特徵在於施加於第(m+1)幀有關行的任選象素上的電壓的極性與施加於第一幀中同一象素上的電壓的極性相反。
20.根據權利要求18的方法,其特徵在於該有源矩陣型電—光器件是有源矩陣型液晶顯示器。
全文摘要
通過降低在某些顯示圖象中象素的圖象重寫頻率來降低功耗,在這些顯示圖像中屏幕有一部分在幀與幀之間不發生變化。另外,為了解決隨著時間圖象信息(例如,象素電壓)變差的現象,定時進行刷新操作。跳過多個行進行隔行掃描。經過若干幀進行刷新操作,在這幾幀中一部分行在一幀中進行刷新。這樣避免了當在一幀中整個屏幕被刷新時會出現的閃爍。
文檔編號G02F1/133GK1116756SQ95103269
公開日1996年2月14日 申請日期1995年2月25日 優先權日1994年2月25日
發明者小山潤, 竹村保彥 申請人:株式會社半導體能源研究所