CN100343890C - 矩阵显示器件及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种包括像素(25)阵列的矩阵显示器件(100)，用于响应通过驱动电路装置(10、16、68)施加的电压产生显示输出。每个像素(25)具有在两个电极(5、6)之间包括电光材料的单元(18)，跨接每个单元的电极施加的电压极性周期性翻转。该器件包括用于修正由驱动电路装置(10、16、68)产生的电压以补偿诸如闪烁的显示假象的校正装置(72)。校正装置包括测量像素(25a)以及用于对于跨接单元(18)的电极(18a)施加的每个电压极性，产生指示测量像素单元的电容量的相应信号的装置，校正装置(72)响应于所述信号，修正由驱动电路装置(10、16、68)产生的电压。

Description

矩阵显示器件及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示器件，更具体地涉及在两个电极间包括诸如液晶(LC)的电光材料的显示器件。这类显示器件通常用于例如电视、计算机监视器和移动电话中。

背景技术

这种形式的常见显示器件为AMLCD(有源矩阵型液晶显示器)。在US-A-5130829中描述了一个示例，其内容在此并入作为参考。在该器件中，提供了以行和列排列的像素矩阵。每个像素包括一个电光单元，其在两个电极间包括LC，以及相关的开关器件，通常为薄膜晶体管(TFT)。

通过在像素阵列上施加交流电压来驱动显示器以产生所显示的图像。交流电压用于避免电光材料的退化。每次当一个像素被寻址时(对于每个所显示的帧)，它被驱动为相反的极性，即，采用反相驱动方案。但是已经发现，基于很多原因，单元上会产生寄生DC成分。这特别是在当单元具有非对称结构的情况下，如在器件包含反射器的反射显示器件中，或者单元的电极本身是反射的。例如，AMLCD领域公知的一种现象——回扫(kickback)是导致跨接单元的DC成分的另一原因。当像素在连续帧内被充电为相反极性时，这些DC成分不同地影响像素电压。因此，当在连续帧内施加到一个像素的驱动电压的绝对值相同时，DC成分会导致在每一帧内在像素上逐渐产生出不同绝对值的电压，引起以闪烁(flicker)形式出现的可见假象(artefact)。

图1示出了像素的LC单元透射率T相对于跨接单元施加的电压V的关系曲线。可以看出，透射率对于相等幅度的相反极性电压是相同的。在曲线上示出了寄生DC成分，或DC偏移，d。因此，通过相关列地址导线施加到单元上的驱动电压Vcol发生偏移。对于正的帧，单元上的电压幅度是Vcol+d。对于负的帧，单元上的电压幅度是Vcol-d。可以看出，对于相反极性的帧，对于给定Vcol值的透射水平是不同的，在量上会变化f％。因此，对于幅度为Vcol的稳定驱动电压，单元透射会在每一帧周期改变f％。这引起了一半帧频率处的闪烁。

为了减少以这种方式出现的闪烁，公知的方法为调节跨接单元施加的电压。例如，这可以通过调节公共电极上的电压来完成。通常地，在当前的制造工艺中，手动调节显示器的公共电极电压电平以校正闪烁影响，这是一项耗时且昂贵的工艺。此外，它并不补偿在显示器的使用寿命期间内寄生DC成分的改变。具体地，如果显示器的驱动频率改变，则DC成分的幅度可以改变。例如，移动电话可以有不同的操作模式，诸如利用不同驱动频率的正常功率模式和低功率模式。

(本申请人的)WO99/57706，其内容在此并入作为参考，公开了一种显示器件，其中测量跨接在用于显示图像的区域之外的额外行中像素上的电压。于是，响应所测量的电压，通过包括在器件中的电路来调节显示器件的控制电压，以抵消闪烁。

本发明人发现，这项技术可能会受到下列实际现象的妨碍：所测量的像素电压在宽范围值上迅速摆动，且电压测量易受到噪声的影响。这降低了闪烁校正的精确度和可靠性，特别是因为要求进行四个单独的电压测量以计算所需的校正度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种矩阵显示器件，该器件可以改进的方式操作用于抵消其操作时的寄生DC成分的影响。

矩阵显示器件包括用于响应于通过驱动电路装置施加的电压产生显示输出的像素阵列，每个像素具有在两个电极之间包括电光材料的单元，跨接每个单元的电极施加的电压极性周期性翻转，以及用于修正由驱动电路装置产生的电压以补偿显示假象(artefacts)的校正装置，其中校正装置包括测量像素以及用于对于跨接单元的电极施加的每个电压极性产生指示测量像素单元的电容量的相应信号的装置，校正装置响应于所述信号，修正由驱动电路装置产生的电压。

诸如LC像素的电光单元的电容量直接与其透射率有关，而可能会有在像素上施加电压和响应该电压LC移向其最终位置之间的时滞。因此，测量像素的电容量测量(而不是作为正常寻址周期结果的像素上呈现的电压)给出了需要用来抵消像素上的寄生DC成分以及对于闪烁的补偿的更为精确的校正指示。

在优选实施例中，校正装置包括用于跨接测量像素单元施加电压脉冲的装置，产生装置接收单元上合成的电压变化。产生装置可以包括用于将合成的电压变化从测量像素单元上出现的其他电压中去耦的装置。

优选地，一个单元电极对于像素阵列中的所有单元是公共的，校正装置设置为响应于所述信号来修正施加在公共电极上的电压。

显示器本身像素中的一个或多个像素可以用作测量像素。优选地，利用在完成的显示器件中对于用户可见的显示区域外部的一个或多个像素，这里称为“伪像素(dummy pixel)”。可以利用一行或多行伪像素。该一个或多个伪像素可以为形成显示区域的像素的成比例的型式。该器件可以包括多个测量像素，其像素电极电连接在一起，其中像素电极为相对于公共电极的每个单元的第二电极。

在另一个优选实施例中，测量像素电极的面积相对于显示区域中像素的像素电极减少了基本上等于测量像素和邻近测量像素之间的电连接面积的量。

通过校正装置修正的电压可以为施加在列电极上的数据信号，施加在行电极上的行选择信号和/或施加在公共电极上的信号，在包括公共电极的情况下。在两级或公共电极调制驱动方案中，该调节可以包括在公共电极上增加适当的DC电压。在四级驱动方案中，调节可以包括移位其中两个行驱动电压以抵消回扫影响，并在公共电极上增加适当的DC以抵消由于像素不对称引起的DC。

显示器件可以为有源型或无源型。在有源型显示器中，公共电极通常设置为相对于像素电极阵列，但是例如在“平面内开关”型显示器中，公共电极并非必要的。在采用公共电极的情况中，驱动器装置还包括用于在公共电极上施加信号的公共电极驱动器。

本发明还提供一种驱动矩阵显示器件的方法，矩阵显示器件包括用于响应于通过驱动电路装置施加的电压产生显示输出的像素阵列，每个像素具有在两个电极之间包括电光材料的单元，跨接每个单元的电极施加的电压极性周期性翻转，以及用于修正由驱动电路装置产生的电压以补偿显示假象的校正装置，校正装置包括测量像素，该方法包括下列步骤：

(a)对于每个电压极性，产生指示测量像素单元电容量的相应信号；以及

(b)响应于所述信号，修正由驱动电路装置产生的电压。

步骤(a)优选包括对于每个电压极性，跨接测量像素单元施加电压脉冲以及监测单元上的合成电压变化的步骤。有利地，在测量像素包括存储电容器的情况下，电压脉冲可以通过电容器施加到其单元上。

由产生装置提供的每个信号优选地基本上指示在一个帧周期内预定点上测量像素单元的瞬间电容量，其中在连续帧周期的开始处，施加在测量像素单元的电极上电压极性出现周期性翻转。优选地，产生装置对于每个电压极性在接近帧周期的结束处产生所述信号。在另一实施例中，产生装置对于每个电压极性在接近帧周期的开始和结束处产生所述信号。在这两种情况下，产生的信号可以用于确定如何修正由驱动电路装置产生的电压，以抵消显示假象。在另一实施例中，由产生装置在每个极性的帧周期期间产生的信号被积分，并从该结果中得出电压修正。在不同极性的帧周期上，测量像素单元电容量的变化过程中的差异表示闪烁的存在，因此诸如积分的方法可以用来提供这种差异的测量。

根据本发明各个方面的这些和其他具有优势的特征将在本发明的实施例中进行描述，参考下列示意性附图将描述本发明的实施例。

附图说明

图1示出了对于典型的LC单元，透射率相对于施加电压的关系图；

图2示出了LC显示器件的一部分的横向截面视图；

图3示出了AMLCD的电路图；

图4示出了对于典型的LC单元，电容量相对于施加电压的关系图；

图5和图6示出了对于LC单元，像素焊盘电压和电容量相对于时间的关系图，分别为没有闪烁校正和有闪烁校正；

图7是描述根据本发明的实施例，用于测量LC单元电容量的布置的电路图；

图8示出了描述图7的电路工作的近似时序图；

图9示出了根据本发明的实施例的矩阵显示器件的平面视图；以及

图10示出了根据本发明的实施例，显示器件的一部分中像素和伪像素的平面视图。

具体实施方式

图2是LC显示器件1的部分的截面视图。为了清楚，仅示出了少数的像素。在例如由玻璃形成的两个衬底3、4之间提供有扭曲向列LC材料2。像素电极6支撑在一个衬底4上，而反射公共电极5提供在另一衬底3的相对表面上。例如在透射型显示器中，电极5和6由透明材料形成，诸如氧化铟锡(ITO)。在反射型显示器中，只有一个衬底上的电极可以是透明的。每个像素电极、公共电极5的相对部分和其间的LC材料2一起形成像素的LC单元。偏振器7和8安装在相应衬底3、4的外部表面上，其偏振方向相互垂直。在像素和公共电极6、5上提供相应的取向层9以取向衬底3、4的内壁上的LC材料2。在跨接像素施加电压时，LC在合成的电场中自对准，改变像素的透射率。

图3中示出了典型的有源矩阵显示器件的主要元件。显示器的每个像素25包括一开关元件19和一LC单元18。每个开关元件耦合至一组行电极或选择电极17中的相应电极以及一组数据电极或列电极11的相应电极。行电极由连接至每个行电极17的行驱动器电路16产生的行选择信号连续选择。列电极连接至在列电极上施加数据信号的列驱动器电路10。有必要的话，输入到显示器件的数据首先由处理器15处理。数据和同步化脉冲沿驱动线12从处理器15中馈至行和列驱动器电路16、10。

在这里开关元件19是TFT。代替TFT，也可以使用诸如MIM或二极管的两极开关元件。每个TFT的栅电极20电连接至相应的行电极17，其源电极21电连接至相应的列电极11，其漏电极22电连接至相应的LC单元18的像素电极6。当每个TFT19由相应行电极17上的行选择信号选中时，在相应列电极11上出现的电压通过TFT19转移至相应的像素电极。

图3的显示器件包括对于每个像素25的辅助或存储电容器23。示出的电容器23连接在漏电极22和LC单元18的公共点，以及前一行像素的行电极17之间。在其他结构中，电容器可以连接在所述公共点和后续行电极之间，或者连接在所述公共点和单独的电容器线之间。为了减少显示器中的非均匀性，提供一行额外的电极17’。

LC单元的电容量C随着跨接其施加的电压V而变化，图4示出了对于静态电压在这些量之间的典型关系。在像素的寻址期间，在从正极性帧转换到负极性帧之后，寄生DC成分增加到给像素充电的电压的幅度，因此增加了跨接LC材料本身的电压幅度(相对于前一帧中的相同灰度级)。从图4中，因此很明显，单元的电容量在负帧时间期间将会增大。相反地，在正帧中，DC成分减少了像素电压的幅度，降低了跨接LC材料的电压幅度，因此减小了单元电容量。

图5中示出了像素电极处的电压上的寄生DC成分Vp和像素单元的电容量C的影响相对于连续帧中的时间T的关系。电容量轴由零处偏移以便更清楚地示出电容量变化。如上所示，单元电容量直接与其透射率有关，因此从图5中很明显看出存在闪烁。图6示出了和图5相同的帧，但是根据本发明对显示器的公共电极应用了闪烁校正。可以看出，显著降低了电容量的变化，因此显著降低了闪烁。

图7中示出了用于测量有源矩阵器件中LC单元的电容值的电路示例。每个LC单元18在图7中表示为包括形成与电压源18b串联的单元的电极对18a，表示寄生DC成分。示出了一对测量像素25a。其像素电极通过链接40电连接在一起。其用来按比例放大将要测量的电容量的大小，由此改善了电容量测量的信噪比。同时，通过图示的方式示出了一对像素，可以理解，可以以这种方式将两个以上的像素链接在一起，以进一步增加测量的电容量。像素电极连接至高输入阻抗缓冲器42。其依次连接至电容器44的一侧。电容器的另一侧通过输出50连接至闪烁校正处理装置(未示出)，用于计算所需的闪烁校正。常开开关46连接在电容器的另一侧和地之间。

采用图7的电路，通过首先通过相应的列电极11和开关元件19将每个像素25a充电至一中间电压或灰度水平，来实现对每个电容量的测量。优选以对应于中间范围灰度级的数据信号对像素寻址。正如可以从图1中看出，由于在中间范围灰度水平附近或者在50％的透射附近，透射随电压的变化率为最大，因此这增强了闪烁的影响。

接着，将电压沿或脉冲dVapp施加到存储电容器23的底板，在这里是通过行电极17a。该脉冲可以通过例如闪烁校正处理装置或通过行驱动器电路施加。它依次将小电压变化dVcoup耦合到每个LC单元18，这依赖于LC单元的电容量。

电容器44结合开关46用于将电压脉冲dVac从在相反极性帧中施加在LC单元上的交流电压中去耦。一旦像素25a已被充电，且在施加脉冲dVapp即刻之前，暂时关闭开关46以便放电电容器44。当施加了dVapp，仅小电压变化dVac因此出现在输出50处，从灰度级电压中去耦，其例如可以是更大量级的幅度。对于两种帧极性，dVac仅仅需要为单一极性。这以及去耦电容器44减少了dVac的范围，由此简化了闪烁校正处理装置(未示出)的电路。

可以看出，在输出50处的电压变化dVac和LC单元电容量C_LC有关，如下：

$\mathrm{dVac}=\mathrm{dVapp}\×\frac{C_{\mathrm{st}}}{C_{\mathrm{st}}+C_{\mathrm{LC}}}$

这里C_st是存储电容器23的电容量。因此，C_LC可以通过dVac计算。采用这类方法，dVac提供相对于另一个已知电容量(在这里是C_st)的C_LC的幅度测量。可以理解，可以通过另一已知电容器类似地施加脉冲，或者通过附加电容器，或者通过在像素中已经存在的另一电容。例如，可以通过沿相应的行导线17施加脉冲来使用TFT19的寄生漏极电容。

通过存储电容器23(或像素中已经存在的另一电容)施加电压沿的一个优点在于，像素电容的电容量比在测量像素25a中不变，由此确保这些像素以与回扫相关的显示区域中的像素基本上相同的方式表现。施加的电压沿dVapp应当优选保持相对小并且短，以确保通过存储电容器23耦合的电压不会通过显著改变LC取向而影响LC单元18。缓冲器42具有高阻抗，以确保其基本上不影响存储在像素25a中的电荷量。

所要求的闪烁校正量可以通过对每个帧极性进行两次测量来计算。在图8中示意性地示出了这些测量的近似时序，现在参考图7的电路进行描述。波形52代表施加在行导线17上的电压Vr，波形54代表LC单元18的电容量Cc，波形56代表施加在行导线17a上的电压Vra。波形相对于时间t进行绘制。该曲线示出了两个帧，具有持续时间58的正帧周期以及持续时间60的负帧周期。如波形56所示，在接近每一帧的开始和结束处，将幅度dVapp的脉冲施加在行导线17a上。这在输出50处产生四个脉冲Vac，提供四个电容量测量，对应于波形54上的点C1到C4。像素驱动电压的寄生DC成分引起像素电容量在不同极性帧中不同地变化。因此当C1-C2＝(C3-C4)时，闪烁被最小化。

由于施加到行导线17上的寻址脉冲相比帧时间来说很短，因此两个电容量测量可以是很充分的。这是因为在脉冲长度上的电容量变化会很小，因此接近于帧结束处测量的电容量很可能与接近于下一帧开始处测量的电容量基本相同。例如，如图8所示，C1近似等于C4，C2近似等于C3。因此，当C2和C4之间的差异最小化时，闪烁被最小化。理想地，像素被驱动使得C2等于C4，但是实际上，很可能存在从LC单元通过相关TFT的一定程度的泄漏。

可以理解，除了上述所描述的，也可以采用其他技术来测量测量像素(或者像素，这里采用多个互连像素用于测量)中LC单元的电容量。例如，可以通过在像素上施加小振荡电压并测量需要实现其的电流来推导出电容量。或者，(多个)测量像素可以缩短至已知的电容量。产生的电流量或像素上产生的最终电压将会指示(多个)像素的电容量。采用这些方法，有必要使用伪像素来避免由于测量过程引起的显示退化。

此外，对于给定的电容量测量技术，很明显，也可以采用其他计算方法来得出对现有闪烁量的测量。例如，如图5所示，寄生DC成分对于在相反极性帧中的电容量变化引起了不同曲线。因此，除了或代替如上所述的在接近每一帧的开始和/或结束处的测量，电容量测量可以在每个极性的帧时间段期间内的一个或多个特定时刻进行，以给出各个曲线之间差异的测量。

从以上描述的测量中用以确定抵消寄生DC影响所需要的校正的必要计算，可以通过采用合适的算法或“查找”表的闪烁校正处理装置来执行。这些可以存储在分立的IC中，或存储在通过形成在显示器的一个或两个衬底上而集成在显示器中的电路中。在另一种方法中，可以在显示器的行和列驱动器IC中执行计算，这些也可以存储在分立的IC中或存储在一个或两个显示器衬底上的集成电路中。

或者，对于相反极性帧的电容量测量可以更简单地被比较，并将结果馈入数字或模拟积分器中。响应于该比较结果，积分器可以使将被应用于由器件驱动电路产生的电压上的修正量增加、减少或保持不变，以便补偿闪烁。

图9中图示性示出了根据本发明的显示器件的优选配置。显示器件100是具有衬底4和在其上限定的包括像素阵列的显示区域61的AMLCD。每个像素分别通过相应行和列导线17和11寻址，如同在传统的AMLCD器件中。行驱动器电路16和列驱动器电路10位于板的相邻各个边。行驱动器电路16一次选择一行像素。于是，选中的像素行中的每个像素以来自列驱动器电路10中的数据信号、通过相关的列导线顺序寻址。

伪像素66位于邻近显示区域60的另一边。它们可以通过行和列导线17、11，以和显示区域中的像素相同的方式进行寻址。

AMLCD 100还包括通过线70在其上施加视频信号的时序和控制电路68。电路68为列驱动器电路10提供数据信号，为行驱动器电路62提供时序信号，并为公共电极(未示出)提供电压信号。控制电路63包括闪烁校正处理装置72。信号在控制电路63和伪像素66之间沿一条或多条线74发送。

可以期望的是，将线74、线70和/或其他连接线遮蔽到显示器和/或遮蔽在显示器内以减少电磁干扰影响。在显示衬底3、4的区域中，采用用于形成显示器元件的层的额外部分和/或通过包含一个或两个衬底的一面或两面上的一个或多个额外层，接地的导电遮蔽层可以方便地形成在线上方和/或线下方。更具体地，可以形成基本类似于三轴电缆的结构。这包括在信号线上方和下方的接地的屏蔽层，以及在信号线和每个屏蔽层之间的两个另外的导电插入层。插入层通过高阻抗单位增益缓冲器连接至信号线，使得信号线具有可以忽略的由于屏蔽层产生的寄生电容，这是因为插入层总是保持在和信号线基本相同的电位上。

控制电路63和/或闪烁校正处理装置72可以提供在距离行和列驱动器电路很远IC中，或是组合在它们中。或者如图9所示，采用例如多晶硅技术，可以将一个或多个这些电路提供在显示衬底4上，在显示区域60的旁边。

图10以平面视图示出了在可视显示区域60的像素25旁边的少量伪像素66。在该实施例中，相邻伪像素之间的链接40方便地由相应像素电极的延伸构成。为了抵消产生的像素电极面积的增大，和延伸基本相同面积的像素电极部分从像素电极中的别处忽略。在示出的示例中，部分76(以虚线示出)从伪像素的每个像素电极的一角中被忽略。

通过阅读本公开，其他变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。这种变化和修改可以包括在本领域已经公知的、以及用于代替或补充这里已经描述特征的等价的和其他特征。

尽管在本申请中已经将权利要求阐述为特征的特定组合，应当理解，本发明公开的范围还包括这里明确或含蓄公开的任何新颖特征或任何特征的新颖组合及其普通含义，无论其是否涉及在任一权利要求中当前要求保护的相同发明，以及无论其是否缓解任意或全部和本发明相同的技术问题。

申请人这里提请注意，在本申请审查期间或任何进一步从中派生的申请的审查期间，对这种特征和/或这种特征的组合可以列出新的权利要求。

Claims (12)

1.一种矩阵显示器件，包括像素阵列，用于响应通过驱动电路装置施加的电压产生显示输出，每个像素具有在两个电极之间包括电光材料的单元，跨接每个单元的电极施加的电压极性周期性翻转，以及用于修正由驱动电路装置产生的电压以补偿显示假象的校正装置，其中校正装置包括测量像素；

其特征在于：所述校正装置包括用于对于跨接所述单元的电极施加的每个电压极性产生一个指示测量像素单元的电容量的相应信号的装置，所述校正装置响应于所述信号修正由驱动电路装置产生的电压。

2.权利要求1的矩阵显示器件，其中校正装置包括用于跨接测量像素单元施加电压脉冲的装置，并且产生装置可操作用于接收单元上合成的电压变化。

3.权利要求2的矩阵显示器件，其中产生装置包括一个解耦电容器(44)，经由一个高阻抗缓存器(42)连接到所述测量像素单元的像素电极，用于将合成的电压变化从测量像素单元上存在的其他电压中去耦。

4.前述任一权利要求的矩阵显示器件，其中一个单元电极对于像素阵列中的所有单元是公共的，校正装置被设置为响应于所述信号修正施加在公共电极上的电压。

5.权利要求4的矩阵显示器件，其中像素阵列在显示区域中产生显示输出，测量像素是位于显示区域外部的伪像素。

6.权利要求4的矩阵显示器件，其中每个单元的第二电极是相对于公共电极的像素电极，器件包括多个测量像素，测量像素的像素电极电连接在一起。

7.权利要求6的矩阵显示器件，其中测量像素电极的面积相对于显示区域中像素的像素电极减少基本上等于测量像素和邻近测量像素之间电连接面积的量。

8.一种驱动矩阵显示器件的方法，所述矩阵显示器件包括像素阵列，用于响应通过驱动电路装置施加的电压产生显示输出，每个像素具有在两个电极之间包括电光材料的单元，跨接每个单元的电极施加的电压的极性周期性翻转，以及用于修正由驱动电路装置产生的电压以补偿显示假象的校正装置，校正装置包括测量像素，

其特征在于所述方法包括下列步骤：

(a)对于每个电压极性，产生一个指示测量像素单元的电容量的相应信号；以及

(b)响应于所述信号，修正由驱动电路装置产生的电压。

9.权利要求8的方法，其中步骤(a)包括对于每个电压极性，跨接测量像素单元施加电压脉冲，以及监测单元上合成的电压变化。

10.权利要求9的方法，其中测量像素包括存储电容器，将电压脉冲通过电容器施加到其单元。

11.权利要求8到10的其中任一方法，其中跨接测量像素单元的电极施加的电压极性的周期性翻转发生在连续帧周期的开始，对于每个电压极性接近帧周期的结束产生所述信号。

12.权利要求11的方法，其中对于每个电压极性，接近帧周期的开始和结束而产生所述信号。

Images