CN100401364C - 有源矩阵阵列器件 - Google Patents

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Abstract

有源矩阵阵列(25)，例如有源矩阵液晶显示器阵列，包括矩阵元件(10)阵列，例如像素(10)，每一个包括电路，例如包括CMOS反相器(70)的刷新电路；以及列导体(16)，其被设置用于在第一时间周期(140)内将数据信号(117)输入到相应列的矩阵元件(10)或从其中输出数据信号。在散布于第一周期(140)之间的第二时间周期(130)内，电路的电源电压(V1、V2)通过相同的列导体(10)被提供。矩阵元件(10)根据列导体(16)是否被提供电源电压(V1、V2)或数据信号(117)而不同地操作。因此数据信号列导体(16)用于施加电源电压(V1、V2)以及数据信号(117)。

Description

有源矩阵阵列器件
技术领域
本发明涉及包括矩阵元件阵列的有源矩阵阵列器件，以及用于这种有源矩阵阵列器件的驱动或寻址方法。本发明具体地，但不是专门地涉及其中矩阵元件包括显示像素的有源矩阵阵列器件，尤其是有源矩阵液晶显示器件和有源矩阵电致发光显示器件。
背景技术
包括矩阵元件阵列的有源矩阵阵列器件，以及用于这种有源矩阵阵列器件的驱动或寻址方法是众所周知的。一种类型的实例是有源矩阵显示器件，例如有源矩阵液晶显示器件，其中每一个矩阵元件包括像素和开关晶体管。另一种类型的实例是例如在二维光感测或成像器件中所使用的有源矩阵感测阵列。
随着对有源矩阵阵列器件的性能要求的提高，更复杂的电路(除了，比如说，简单的开关和锁存电路)已经并入每一个矩阵元件内，例如每一个像素电路。这些电路中的一些需要常规的电源电压供给它们，例如两个独立的直流电压，通常称为VSS和VDD。这种电路的实例是如在WO 03/007286中公开的刷新电路，这些刷新电路包括CMOS反相器，并操作用于周期性地使像素显示电极上的电压电平反相以及存储该电压电平。
常规地，这些元件内部电路的电源电压除了用提供用于有源矩阵阵列的主操作的行和列导体来提供之外，还使用专用的水平和/或垂直导体来提供。这需要另外的制造工艺。并且，这导致降低每一个阵列元件的常规部分的处理区域的可用性。这还会导致降低的性能，例如在显示器件中，像素的孔径可通过提供用来施加电源电压的专用水平和/或垂直导体而减小。
发明内容
本发明者已经意识到，通过使用相同的列导体将电源电压提供到矩阵阵列元件内的电路将是有利的，所述列导体用于将数据提供到阵列元件(在阵列器件的情况下，其中该阵列元件的主功能需要接收数据，例如在显示阵列情况下的图像数据)，或者从矩阵阵列元件提取或输出数据(在阵列器件的情况下，其中该阵列元件的主功能需要提取或输出数据，例如在感测阵列情况下的感测数据)。
在第一方面中，本发明提供源矩阵阵列，包括排列成行和列的矩阵元件阵列，每一个矩阵元件包括电路；多个列导体，每一个被设置用于在第一时间周期内将数据信号输入到相应列的矩阵元件或从其中输出数据信号；以及用于在散布或相间于第一时间周期之间的第二时间周期内经由列导体将电路的电源电压提供给矩阵元件的装置。
优选地，每一个矩阵元件包括用于根据列导体是否被提供电源电压或者列导体是否被提供数据信号而不同地操作的差分装置。
优选地，该阵列进一步包括用于接收矩阵元件的控制信号的装置，该控制信号例如向矩阵元件指示列导体被提供电源电压的定时以及列导体被提供数据信号的定时；并且其中每一个矩阵元件中的差分装置包括用于响应于控制信号而不同地操作的装置。
在矩阵元件是像素的情况下，该阵列可以是显示阵列。除了相应的电路之一以外，每一个像素还可包括像素电极和像素选择开关装置，例如耦合到像素电极的晶体管。
电路可以是用于刷新像素电极的刷新电路。
像素可以被这样修改，即控制信号在列导体输送电源电压时用来指示像素，并且将像素从像素电极从列电极接收图像数据的状态转换到像素电极从刷新电路接收反相的刷新图像数据的状态。
在以上改变的任何一个中，电路可以包括需要VSS电源电压和VDD电源电压的CMOS反相器或其它的CMOS、NMOS或PMOS电路。
在一个优选实施例中，用于接收控制信号的装置耦合到“第一”TFT的栅极，该“第一”TFT被设置以允许仅在控制信号如此设置以使“第一”TFT导通时图像数据提供到像素电极。优选地，用于接收控制信号的装置耦合到“第二”TFT的栅极，该“第二”TFT被设置以允许仅在控制信号如此设置以使“第二”TFT导通并使“第一”TFT关断时刷新数据从刷新电路提供到像素电极。还优选地，用于接收控制信号的装置耦合到“第三”TFT′的栅极，该“第三”TFT被设置以允许仅在控制信号如此设置以使“第二”和“第三”TFT导通并使“第一”TFT关断时电源电压提供到刷新电路。
在以上改变的任何一个中，第一电源电压电平经由第一列导体提供到第一列矩阵元件的电路，该第一列导体被设置以便还将数据信号输入到第一列矩阵元件或从其中输出数据信号，并且第二电源电压电平经由第二列导体提供到第一列矩阵元件的电路，该第二列导体被设置以便还将数据信号输入到第二列矩阵元件或从其中输出数据信号。
在另一方面中，本发明提供操作包括排列成行和列的矩阵元件阵列的有源矩阵阵列器件的方法，其中每一个矩阵元件包括需要将要提供到电路的电源电压的电路，该方法包括：在第一时间周期内，经由列导体将数据信号输入到矩阵元件或从其中输出数据信号；以及在散布或相间于第一时间周期之间的第二时间周期内，经由列导体将电源电压提供给电路。
由本发明所提供的方法的优选形式包括通过使用任何或所有上述特征来实现和/或执行的该方法的改变，如根据本发明的第一方面提供的有源矩阵阵列的改变和优选形式。
在另一方面中，本发明提供源矩阵阵列，例如有源矩阵液晶显示阵列，包括矩阵元件阵列，例如像素，该矩阵元件包括相应的电路，例如包括CMOS反相器的刷新电路；以及被设置用于在第一时间周期内将数据信号输入到相应列的矩阵元件(或者被设置用于在第一时间周期内从相应列的矩阵元件输出数据信号)的列导体。电路的电源电压(V1、V2)在散布于第一时间周期之间的第二时间周期内经由相同的列导体来提供。矩阵元件被这样修改，即根据列导体是否被提供电源电压(V1、V2)或数据信号而不同地操作。数据信号列导体用于施加电源电压(V1、V2)以及施加或输出数据信号。
附图说明
现在将参考附图，借助实例来描述本发明的实施例，其中：
图1是有源矩阵液晶显示器件的示意图，其中实现了本发明的第一实施例；
图2是图1的显示器件的液晶面板的示意图；
图3是图2的液晶面板的像素的电路图；
图4是对于3×3像素阵列示出图3的电路图细节的电路图；
图5定性地示出在图2的液晶面板操作中施加的多种波形和信号；
图6是示出像素阵列的3×3部分的电路图；以及
图7是包括两个隔离TFT的像素的电路图。
具体实施方式
图1是有源矩阵液晶显示器件的示意图，其中实现了本发明的第一实施例。适于显示视频画面的显示器件包括具有像素的行和列阵列的有源矩阵寻址液晶显示面板2 5，其包括M行(1～M)及每一行中N个水平排列的像素10(1～N)。为了简便，仅示出几个像素。
每一个像素10与采用薄膜晶体管、即TFT 12形式的相应的开关器件相关联。与同一行中与像素相关联的所有TFT 12的栅极端连接到公共行导体14，在操作中，其被提供以选择(选通)信号。同样地，与同一列中的所有像素相关联的源极端连接(通过相应的另外的晶体管，其将在下面解释，并且其未在图1中示出)到公共列导体16，其被施加以数据(视频)信号。TFT的漏极端每一个连接到相应的透明像素电极18，其形成像素的一部分并限定该像素。导体14和16、TFT 12以及电极18承载在一个透明板上，而第二个间隔的透明板承载有为所有像素所共用的电极，通常称为公共电极。液晶设置在这些板之间。
采用常规方式来操作显示面板。来自设置在一侧上的光源的光进入面板，并根据像素10的传输特性被调制。通过用选择(选通)信号连续扫描行导体14以便使每一行TFT依次导通，并且与选择信号同步地且适当地依次对于每行图像显示元件，将数据(视频)信号施加到列导体以便建立完整的显示帧(画面)，从而每次驱动一行地驱动该器件。使用一次一行的寻址，选中行的所有TFT 12在通过对应于视频信号线时间的选择信号的持续时间确定的周期被导通，在其间视频信息信号从列导体16传递到像素电极18。同样，其将在下面更详细地解释，刷新信号传递到像素电极18。
选择信号一终止，该行的TFT 12就在剩余的帧周期内关断，由此使像素与导体16隔离，并且保证施加的电荷存储在像素上，直到下一次它们在下一帧周期内被寻址为止。(鉴于TFT 12的上述功能，并且为了便于区分它们和稍后在下面将要描述的其它TFT，这些TFT 12在下文称为像素选择TFT 12。)
行导体14通过行驱动电路30被连续供给选择信号，行驱动电路30包括由来自时序和控制单元40的规则时序脉冲控制的数字移位寄存器。在选择信号之间的间隔内，行导体14通过行驱动电路30被提供以基本恒定的参考电位。视频信息信号从列驱动电路35提供到列导体16，该列驱动电路此处以基本形式示出，包括一个或多个移位寄存器/采样和保持电路。列驱动电路35经由总线31被提供以来自时序和控制单元40内的视频处理电路的视频信号。列驱动电路35还经由总线31被提供以来自时序和控制单元40内的时序电路的时序脉冲。该视频信号和时序脉冲与行扫描同步提供，以便在寻址面板25时提供适于该行的串联到并联的转换。
除了在下面另外叙述的与刷新像素有关的之外，液晶显示器件的其它细节，更具体的说是在像素内提供电源电压给刷新电路(未在图1中示出)，可以是根据任何常规有源矩阵液晶显示器件的。在该具体实施例中，这种其它细节与US 5,130,829中所公开的液晶显示器件相同，并且操作与其相同，在此包含其内容作为参考。
图2是液晶面板25的另外的示意图，概括示出涉及在像素10内提供电源电压到刷新电路的方面，但为了清楚起见，省略了图1所示的行驱动电路30和行导体14。图1已示出的项用相同的参考数字表示。
列驱动电路35包括对于每一个列导体16(此处交替地标为16a和16b)的相应输入/输出17，用于将常规图像数据信号施加到相应的列导体16，并从其中接收常规信号。列驱动电路35还包括对于每一个列导体16的相应图像数据开关28。每一个输入/输出17通过其对应的图像数据开关28连接到其对应的列导体16。列驱动电路35还包括连接到每一个图像数据开关28的图像数据开关控制线24，用于控制图像数据开关28的操作。
列驱动电路35还包括第一电源电压输出19，用于将第一电源电压V1提供到第一交替组列导体16，即标为16a的那些，以及第二电源电压输出20，用于将第二电源电压V2提供到剩余的第二交替组列导体16，即标为16b的那些。列驱动电路35还包括对于每一个列导体16的相应的电源开关29。第一电源电压输出19通过相应的电源开关29连接到第一交替组的每一个列导体16a；同样地，第二电源电压输出20通过相应的电源开关29连接到第二交替组的每一个列导体16b。列驱动电路35还包括连接到每一个电源开关29的电源开关控制线22，其用于控制电源开关29的操作。(在其它实施例中，该段中描述的多个项中的任何一个，其设置在列驱动电路35内，可通过与列驱动电路35分开的电路来提供)。
除了常规的行选择电路之外，行驱动电路30还包括连接到每一个像素10的像素控制线32，其用于将像素控制信号提供给每一个像素10(在其它实施例中，像素控制线可通过与行驱动电路30分开的电路来提供)。
在图2中，每一个像素10以框图形式表示。像素10的操作将在下面参考图3和4来更详细地解释。然而，为了该概述的目的，每一个像素10可被认为是设有连接到列导体16的三个分开的输入，即第一电源电压输入42、第二电源电压输入44、以及图像数据输入46。第一电源电压输入42和图像数据输入46连接到第一交替组列导体16的相应列导体16a。第二电源电压输入44连接到第二交替组列导体16的相应列导体16b。并且，每一个像素10可被认为是设有连接到像素控制线32的分开的输入，即像素控制输入48。
在操作中，提供到图像数据开关控制线24和电源开关控制线22的信号用于控制在给定的时间是将图像数据还是电源电压施加到列导体16。
当正在施加图像数据时，即当图像数据开关28被激励到关闭位置时，给定的列导体16将图像数据提供到其像素列中的每一个像素10，即当图像数据施加到第N个列导体16时，图像数据提供到第N列像素16中的每一个像素16。
当正在施加电源电压时，即当电源开关29被激励到关闭位置，给定的列导体16将第一电源电压V1或第二电源电压V2中的一个提供到其像素列中的每一个像素10，以及前一列像素16中的每一个像素(除了冗余发生的结束列之外)。换句话说，当正在施加电源电压时，每一个像素10在其第一输入42处接收来自第一组列导体的列导体16a的第一电源电压V1，以及在其分开的第二输入44处接收来自第二组列导体的列导体16b的第二电源电压V2。
并且，在操作中，通过像素控制线32提供的像素控制信号由像素10接收，并且用于确定像素将以图像数据接收模式还是以电源电压接收模式操作，这将在下面更详细地解释。
图3是像素10的电路图。如参考图1和2所述(并且在适当的地方使用类似的参考数字)，像素包括像素电极18和像素选择TFT12。像素选择TFT 12的栅极连接到行导体14。像素选择TFT 12的漏极连接到像素电极18。像素选择TFT 12的源极(间接地)连接到列导体16a。借助另外的细节，第一存储电容器60在像素选择TFT 12的漏极和存储电容器线68之间示出。
在操作中，像素选择TFT 12如同在常规显示器中一样操作，由此当行导体14被提供以行选择信号时像素选择TFT 12的栅极导通，因此允许由列导体16a提供的图像数据信号通过像素选择TFT 12的源极和漏极馈送到像素电极18。
像素10进一步包括p型TFT 52和n型TFT 53(通常，这里没有特别描述为n或p型的TFT为n型)。p型TFT 52的源极连接到列导体16a。p型TFT 52的漏极连接到TFT 53的漏极。TFT 53的源极连接到稍后在下面将要描述的刷新电路。p型TFT 52和TFT 53的栅极都连接到像素控制线32。
在操作中，p型TFT 52和TFT 53一起工作以有效地控制提供到像素电极的信息源。首先，当像素控制线被驱动到低时，这使p型TFT 52导通并使TFT 53关断，因此通过从列16a导体到p型TFT 52的源板提供的图像数据通过p型TFT 52的漏极馈送到像素选择TFT12，并因此到达像素电极18，如上所述。(注意，因此从p型TFT 52的源极到列导体16a的连接形成，或者有效对应于先前参考图2所描述的图像数据输入46。)
其次，然而，当像素控制线被驱动到高时，这使TFT 53导通并使p型TFT 52关断，因此像素选择TFT 12及由此像素电极18现在从刷新电路馈送。
像素10进一步包括两个另外的n型TFT，即TFT 54和TFT 55、p型TFT 56、以及第二存储电容器62，其一起提供上述刷新电路。该刷新电路以相应于在WO 03/007286中所描述的多种刷新电路的方式操作，在此引入其内容作为参考。
与刷新电路相关，液晶显示面板25进一步包括连接到行驱动电路的线，即采样线64。一条采样线64沿每一行像素12设置，如图3所示。TFT 54的栅极连接到采样线64。TFT 54的第一源极/漏极端连接到像素电极18。TFT 54的第二源极/漏极端连接到第二存储电容器62的一侧，并且连接到TFT 55和p型TFT 56的栅极。TFT 55的第一源极/漏极端、p型TFT 56的第一源极/漏极端、以及第二存储电容器的另一侧互相连接。TFT 55和p型TFT 56的这些相应的第一源极/漏极端每一个都充当漏极。
TFT 55的第二源极/漏极端和p型TFT 56的第二源极/漏极端每一个都充当源极。为了清楚起见，稍后在下面将描述这些相应的源极的连接。目前，应充分注意，这些连接通过列导体16a和16b参与了提供电源电压V1和V2给刷新电路。
更具体地，TFT 55和p型TFT 56组合形成CMOS反相器70。并且，用“TFT 55的栅极/TFT 56的栅极/第二存储电容器的第一侧”表示的电路点之间的连接是该CMOS反相器电路70的输入。另外，用“TFT 55的漏极/p型TFT 56的漏极/第二存储电容器的另一侧”表示的电路点之间的连接是该CMOS反相器电路70的输出。因而，电源电压V1和V2是CMOS反相器电路70的电源电压，并且到TFT 55的源极和p型TFT 56的源极的相应连接是该CMOS反相器电路70的两个电源电压输入，即，此处施加到列导体16a的V1是VSS，以及施加到列导体16b的V2是VDD。
采样线64和刷新电路(包括CMOS反相器电路70)用以采用WO03/007286中详细描述的方式将反相刷新信号提供给像素电极。总的说来，这起如下所述的作用。
假定使用公共电极驱动方案，其中液晶所需的驱动电压的一部分施加到显示器的公共电极上(即设置在相对于图1的描述中所提到的第二间隔板上的电极)。依赖于施加到液晶像素的驱动电压的极性，公共电极被驱动到两个电压电平之一。采用该驱动方案，通过把像素充电到两个数据电压电平之一，该像素可设置到亮状态或暗状态。最初，这些电压将通过列导体从列驱动电路提供，但其后，像素可被周期性地刷新，并且施加到液晶像素的电压在不传输来自列驱动电路的数据的情况下被反相。这通过如下所述的在像素内使用刷新电路来实现。当像素被最后寻址或刷新时，公共电极上的电压首先返回该值。接着采样线64达到高电压电平，其使TFT 54导通，并将像素电压传输到由TFT 55和TFT 56形成的CMOS反相器70的输入。CMOS反相器的两个电源电压被选择为等于两个数据电压电平。在反相器输入处的电压将接近于反相器的两个电源电压之一。在反相器输出处的电压将变成输入电压的反相。如果输入电压接近于VDD，那么输出电压将为VSS，而如果输入电压接近于VSS，那么输出电压将为VDD。第二存储电容器变成充电到等于反相器的输入和输出电压之差的电压。采样线接着达到低电压，并且TFT 54关断。像素数据现在临时存储在第二存储电容器62上，并且在CMOS反相器输出处的电压表示反相的像素数据，其必须被传输回到像素电极。为了使施加到液晶的驱动电压反相，显示器的公共电极现在转换到第二驱动电压电平，并且像素电极接着经由晶体管TFT 53和TFT 12连接到CMOS反相器的输出。当像素已经充电到反相器输出处的电压电平时，它通过关断TFT 12与反相器再次隔离。
像素10进一步包括另外的TFT 57。并且，另外的导线66，此处称为像素互连线66，沿每一行像素设置。像素互连线66将TFT 55和p型TFT 56的相应源极连接到邻近像素的TFT′s 55和p型TFT′s 56的源极，这将在下面参考图4来更详细地描述。
在像素互连线66处，TFT 57的源极连接到TFT 55的源极。TFT57的漏极连接到列导体16a。TFT 57的栅极连接到像素控制线32。(注意，如上所述，p型TFT 52和TFT 53的栅极也连接到像素控制线，并且因此，包括p型TFT 52的栅极、TFT 53的栅极和TFT 57的栅极的公共连接形成了，或有效地对应于先前参考图2所描述的像素控制输入48。类似地，TFT 57的漏极和列导体16a之间的连接形成了，或有效地对应于先前参考图2所描述的第一电源电压输入42。))
当列导体16a用于将图像数据输入提供到像素10时，TFT 57用以隔离与TFT 55的源极的上述连接(即CMOS反相器电路70的两个电源电压输入之一)，但是当列导体16a用于提供电源电压V1时，用以将电源电压传导到与TFT 55的源极的上述连接(即CMOS反相器电路70的两个电源电压输入之一)。这通过使用施加到像素控制线32的控制信号来切换TFT 57的栅极而实现(这将在下面更详细地解释)。
为了解释当列导体16b用于将图像数据输入提供到像素10时，与TFT 56的漏极的上述连接(即CMOS反相器电路70的两个电源电压输入中的另一个)如何被隔离，现在将参考图4。图4是对于最初在图1和2中概括示出的3×3像素阵列，示出图3的电路图细节的电路图。在方便的地方一些项已经用与先前图中相同的参考数字来标识，然而由于大量细节的缘故，为了清楚起见，参考图3所解释的部件的大多数没有照这样用参考数字来标识，尽管它们可被清楚地理解为它们是以相同的方式绘制的。
对应的TFT 57沿一行像素设置在每一个像素中。为了方便起见，在图4中，顶行中的三个像素分别标为像素10a、10b和10c。此外，像素10a的TFT 57标为TFT 57a，像素10b的TFT 57标为TFT 57b，以及像素10c的TFT 57标为TFT 57c。并且，像素10a的TFT 55标为TFT 55a，像素10a的p型TFT 56标为p型TFT 56a，像素10b的TFT 55标为TFT 55b，像素10b的p型TFT 56标为p型TFT 56b，像素10c的TFT 55标为TFT 55c，像素10c的p型TFT 56标为p型TFT 56c。
在相邻的像素中，TFT 55和p型TFT 56被调换，即在像素10a中，TFT 55a位于p型TFT 56a的左边，如在图3和4的电路图形式中所示，而在像素10b中，TFT 55a在电路图形式中位于p型TFT 56b的右边。这将提供电源电压V1和V2(分别由导体列16a和16b提供)与通过在相应像素中的TFT 55和56形成的反相器电路的正确连接。因此，可以看出，像素互连线66首先与相邻像素的p型TFT的源极互相连接(例如p型TFT 56a和56b的源极)，其次与相邻像素的n型TFT的源极互相连接(例如TFT 55b和55c的源极)。
从图4可以看出，像素10b的TFT 57b的源极借助于其与像素互连线66的连接而连接到像素10a的TFT 56a的源极。像素10b的TFT57b的漏极连接到下一个列导体16b。像素10b的TFT 57b的栅极连接到像素控制线32。因此，在操作中，当列导体16b用于将图像数据输入提供到像素10b时，像素10b的TFT 57b用以隔离与像素10a的TFT 56a的源极的连接(即CMOS反相器电路70的两个电源电压输入中的另一个)，但是当列导体16b用于提供电源电压V2时，用以将电源电压传导到与TFT 56a的源极的连接(即CMOS反相器电路70的两个电源电压输入中的另一个)。这通过用施加到像素控制线32的控制信号切换像素10b的TFT 57b的栅极来实现。
换句话说，TFT 57的使用在两个像素之间被复制或共享，因此对于给定像素(例如图3所示的像素10)中的电源电压之一的隔离作用由该给定像素的隔离TFT 57来执行，而对于给定像素10中的电源电压中的另一个的隔离作用由与该给定像素相邻的像素的隔离TFT57来执行。这样复制或共享使用给定的TFT 57以使电源与两个相邻像素的相应部分隔离，这意味着与对于CMOS反相器使用单独的电源线的等效像素电路相比，每一像素仅需要一个额外的TFT。并且，这意味着每一个TFT 57可位于相应的列导体16a或16b的下方，由此降低或避免了像素孔径的损失效应。
为了完整起见，注意像素10b的TFT 57b的漏极和列导体16b之间的连接形成了，或有效地对应于先前参考图2所描述的第二电源电压输入44。
再次参考图4，另一细节是，对于行中的端部像素，比如说像素10c，除了像素10c的隔离TFT 57c之外还提供额外的TFT 57d，当然因为在像素10c的右边缺少另外的像素意味着否则将没有另外的隔离TFT可使用。
现在将参考图5来更详细地描述上述液晶显示面板25的操作。图5定性地示出在面板25的操作中施加的多种波形和信号。
图5示出以下波形或信号：施加到电源开关控制线22的功率开关信号122；施加到数据开关控制线14的数据开关124信号；施加到像素控制线32的控制信号132；以及是电源电压V1/V2(即，就第一组交替列导体16a而言为V1，以及就另一组交替列导体16b而言为V2)还是数据信号因此施加到列导体16的表示116(对于数字线的时序信号用现有技术中常用的方式示出)。
面板25的操作分成两组交替的(或者否则是散布的)时间周期的重复循环，包括当电源电压V1/V2施加到列导体16时的第一时间周期130(下文称为功率时间周期130)，以及当数据信号施加到列导体16时的第二时间周期140(下文称为数据时间周期140)。
功率开关信号122在功率时间周期130期间为高，并且在数据时间周期140期间为低。与此相反，数据开关信号124在功率时间周期130期间为低，并且在数据时间周期140期间为高。
类似于功率开关信号122，控制信号132在功率时间周期130期间为高，并且在数据时间周期140期间为低。
现在将再次参考图3所示的像素10来描述像素10响应于这些信号的操作。
在功率时间周期130内，像素10的操作如下所述。电源电压V1提供到列导体16a。电源电压V2提供到列导体16b。像素控制信号132为高，因此TFT 57和TFT 53的栅极导通，而p型TFT 52的栅极关断。由于p型TFT 52的栅极关断，因此电源电压V1与到像素电极18的晶体管路线隔离，降低或避免了其上的错误影响。
由于TFT 57的栅极导通，因此电源电压V1施加到TFT 55的源极，即按照要求将电源电压V1(VSS)提供到CMOS反相器电路70的第一电源点。由于像素控制信号132为高，因此下一个像素(即，就图4而言的像素10b)的TFT 57的栅极也导通。由于下一个像素10b的TFT 57的栅极导通，因此电源电压V2施加到当前像素(即，就图4而言的像素10a)的TFT 56的源极，即按照要求将电源电压V2(VDD)提供到CMOS反相器电路70的第二电源点。
发生在功率时间周期130期间的另一过程是，由于TFT 53通过像素控制线32上的控制信号132为高而导通，因此刷新电路的输出，即图像数据信号的反相形式，从TFT 55和p型TFT 56的漏极(即CMOS反相器电路70的输出)经由TFT 53施加到像素电极18。在大多数应用中，对于控制线32处于高电平的全部时间，刷新电路的输出并不连接到像素电极。相反地，TFT 12短期导通以便为像素电极充电，其后它再次关断，而控制线32仍为高。
该实施例的像素电路设计的一个优点在于，施加到公共像素控制线32的公共控制信号132用以同时为以下实现提供时序控制作用，即i)用于提供电源电压而不是图像数据电压的列导体16的使用，以及ii)实现从刷新电路的输出，概括地说如WO 03/007286中所描述的那样起作用。换句话说，控制信号132/像素控制线32可用来达到双重目的，即在列导体传送电源电压时指示像素电路，并有助于将像素从像素电极从列电极接收图像数据的状态转换到像素电极从CMOS反相器电路70的输出接收反相刷新图像数据的状态。与由单独电源线供电的相应的现有技术刷新电路相比，例如WO 03/007286中所描述的，注意这种控制信号将仍被刷新电路所需要，因此在该实施例中使用控制线/信号来指示在不需要附加线/信号的情况下有利地实现了电源应用。
在数据时间周期140中，像素10的操作如下所述。图像数据117提供到列导体16a。像素控制信号132为低，因此TFT 57和TFT 53的栅极关断，而p型TFT 52的栅极导通。由于TFT 57的栅极关断，CMOS反相器电路70的电源连接与列导体16隔离，因此在数据被提供到列导体16上时，CMOS反相器电路70的存在并不影响面板的操作。由于TFT 53的栅极关断，因此CMOS反相器电路70的任何输出与像素电极18隔离。由于p型TFT 52的栅极导通，因此图像数据信号117被传导到像素选择TFT 12的源极。由此，当像素选择TFT 12的栅极通过施加到行导体14的选择信号而导通时，图像数据信号117通过像素选择TFT 12被传导到像素电极18。
在上述实施例中，给定的列导体被分配两个电源电压之一，即V1或V2，或者换句话说，第一组交替列导体的每一个列导体16a被分配V1，而第二组交替列导体的每一个列导体16b被分配V2。然而，当本发明应用于液晶显示器时，希望可以周期性地交替施加到特定列导体的电源电压。例如，在连续周期内，当电源电压施加到给定的列导体16(即16a或16b)时，希望该电压可以在V1和V2之间交变。这样的优点在于，在功率时间周期130期间的平均列电压于是将类似于在数据时间周期140期间的平均列电压。这不太可能导致由于列导体16周围的电场产生的可能的串扰影响而在显示的图象中产生赝象。这在第二实施例中实现，其与上述第一实施例相同，除了在下面参考图6所描述的差别之外。
图6是示出第二实施例的像素的像素阵列的3×3部分的电路图。在方便的地方一些项已经用与先前图中相同的参考数字来标识，然而由于大量细节的缘故，为了清楚起见，参考图3和4所解释的部件的大多数没有照这样用参考数字来标识，尽管它们可被清楚地理解为它们是以相同的方式绘制的。
第二实施例的阵列已经改变(与第一实施例相比)，其在于与CMOS反相器电路70的电源连接替代为，一个沿着像素列向下移动，并且此时一个沿着像素行移动，而在第一实施例中，与CMOS反相器电路70的电源连接替代为，一个沿着像素行移动，但不是像一个沿着像素列向下移动。
这现在将参考图6被更详细地解释。在图6中，顶行中的三个像素再次分别标为像素10a、10b和10c。此外，中间行中的三个像素分别标为像素10d、10e和10f。像素10a的TFT 55再次标为TFT 55a，像素10a的p型TFT 56再次标为p型TFT 56a，像素10b的TFT 55再次标为TFT 55b，以及像素10b的p型TFT 56再次标为TFT 56b。此外，像素10d的TFT 55标为TFT 55d，像素10d的p型TFT 56标为p型TFT 56d，像素10e的TFT 55标为TFT 55e，像素10e的p型TFT 56标为p型TFT 56e。
如同在第一实施例中一样，在相邻像素中，TFT 55和p型TFT 56被调换，即在像素10a中，TFT 55a位于p型TFT 56a的左边，如在图3、4和6的电路图形式中所示，而在像素10b中，TFT 55b在电路图形式中位于p型TFT 56b的右边。类似地，在像素10d中，TFT 55d位于p型TFT 56d的右边，如在图3、4和6的电路图形式中所示，而在像素10e中，TFT 55e在电路图形式中位于p型TFT 56e的左边(即在两行中，与CMOS反相器电路70的电源连接替代为一个沿着像素行移动)。
然而，在该第二实施例中，TFT 55相对于p型TFT 56这样设置，使得在相邻像素中沿列的方向，TFT 55和p型TFT 56被调换，即与CMOS反相器电路70的电源连接除了替代为一个沿着像素行移动之外，还替代为一个沿着像素列向下移动。例如，考虑图6中的第一列像素，在像素10a中，TFT 55a位于p型TFT 56a的左边，如在图3、4和6的电路图形式中所示，而在像素10d中，TFT 55d位于p型TFT56d的右边，如在图3、4和6的电路图形式中所示。同样地，例如，考虑图6中的第二列像素，在像素10b中，TFT 55b在电路图形式中位于p型TFT 56b的右边，而在像素10e中，TFT 55e在电路图形式中位于p型TFT 56e的左边。
采用该第二实施例的设置，用于特定像素行的控制信号在列电极上的电源电压适合于像素的该特定行时(即V1而不是V2，或者反之亦然)仅达到高电平。
在上述实施例中，利用像素互连线66，TFT 57的使用在两个像素之间被复制或共享。然而，在其它实施例中，消除了像素互连线，而替代为第二隔离TFT设置在每一个像素中。图7示出这种实施例的像素10，其中与先前的图类似的项用相同的参考数字表示。像素10包括上述隔离TFT 57加上另外的隔离TFT 58。
在上述实施例中，TFT 57、p型TFT 52和TFT 53的栅极都连接到像素控制线，并且由于p型TFT 52是p型的，以及其它两个TFT是n型的，当控制信号为高时，n型TFT 53、57导通，并且当控制信号为低时，p型TFT导通。在其它实施例中，TFT类型可以是相反的，即TFT 52制作为n型，以及TFT 53、57制作为p型，其后使用相反的感测控制信号，即当TFT 53、57导通时，控制信号设置为低，并且当TFT 52导通时，控制信号设置为高。
在上述实施例中，使用了特定的刷新电路，包括特定的CMOS反相器电路70。然而，在其它实施例中，可替代地使用其它刷新电路，包括WO 03/007286中所描述的任何一个，或根据与那些类似的方法工作的其它电路，或实际上任何适当的刷新电路。实际上，在其它实施例中，除了刷新电路或者除了任何这种刷新电路之外还可替代地包括像素中电路，并且导电列用于以时分多路复用的方式为这种电路提供电源电压并且为像素提供图像数据。这种其它电路可以是CMOS、NMOS、PMOS或任何其它适当的技术。
在每一个上述实施例中，有源矩阵阵列器件是包括像素阵列的显示器件，更具体的说是液晶显示器件。然而，任何其它适当的显示类型可以在其它实施例中实现，例如，有源矩阵电致发光显示器件。
此外，除了显示器之外，其它实施例还包括有源矩阵阵列器件，例如有源矩阵传感器、或组合的显示器/传感器。在传感器阵列的情况下，列导体以时分多路复用的形式用于从传感器元件输出感测数据，并且为与传感器元件相关的电路提供电源电压。

Claims (13)

1.一种有源矩阵阵列，包括：
排列成行和列的矩阵元件(10)的阵列，每一个矩阵元件(10)包括电路；
多个列导体(16)，每一个设置用于在第一时间周期(140)内将数据信号输入到相应列的矩阵元件(10)，或从所述相应列的矩阵元件(10)中输出数据信号；以及
用于在散布于第一时间周期(140)之间的第二时间周期(130)内，将电路的电源电压(V1、V2)通过列导体(16)提供到矩阵元件(10)的装置。
2.根据权利要求1的有源矩阵阵列，其中用于将电路的电源电压(V1、V2)通过列导体(16)提供到矩阵元件(10)的装置包括，在每一个矩阵元件(10)中，用于根据列导体(16)是否被提供以电源电压(V1、V2)或者列导体(16)是否被提供以数据信号而不同地操作的差分装置。
3.根据权利要求1的有源矩阵阵列，其中该阵列进一步包括用于接收对矩阵元件(10)的控制信号的装置(32)，该控制信号向矩阵元件(10)指示所述列导体(16)被提供以电源电压(V1、V2)的定时以及所述列导体(16)被提供以数据信号的定时；并且其中每一个矩阵元件(10)中的差分装置包括用于响应于所述控制信号而不同地操作的装置。
4.根据权利要求2的有源矩阵阵列，其中该阵列进一步包括用于接收对矩阵元件(10)的控制信号的装置(32)，该控制信号向矩阵元件(10)指示所述列导体(16)被提供以电源电压(V1、V2)的定时以及所述列导体(16)被提供以数据信号的定时；并且其中每一个矩阵元件(10)中的差分装置包括用于响应于所述控制信号而不同地操作的装置。
5.根据权利要求1～4中的任何一个的有源矩阵阵列，其中矩阵元件(10)是显示器件的像素；并且每一个像素还包括像素电极(18)和耦合到该像素电极(18)的像素选择开关装置(12)。
6.根据权利要求5的有源矩阵阵列，其中所述电路是用于刷新所述像素电极(18)的刷新电路。
7.根据权利要求6的有源矩阵阵列，其中像素适合于使得控制信号用于在所述列导体(16)正传送电源电压(V1、V2)时用来指示像素，并且将所述像素从其中像素电极(18)从列导体(16)接收图像数据的状态切换到其中像素电极(18)从刷新电路接收反相的刷新图像数据的状态。
8.根据权利要求1～4中的任何一个的有源矩阵阵列，其中所述电路包括CMOS反相器(70)。
9.根据权利要求5的有源矩阵阵列，其中用于接收控制信号的装置(32)耦合到第一控制TFT(52)的栅极，其被设置为仅在控制信号设置为以使第一控制TFT(52)导通时，允许将图像数据提供到像素电极(18)。
10.根据权利要求9的有源矩阵阵列，其中用于接收控制信号的装置(32)耦合到第二控制TFT(53)的栅极，其被设置为仅在控制信号设置以使第二控制TFT(53)导通并使第一控制TFT(52)关断时，允许将刷新数据从刷新电路提供到像素电极(18)。
11.根据权利要求10的有源矩阵阵列，其中用于接收控制信号的装置(32)耦合到第三控制TFT(57)的栅极，其被设置为仅在控制信号设置以使第二和第三控制TFT(53、57)导通并使第一控制TFT(52)关断时，允许将电源电压(V1、V2)提供到刷新电路。
12.根据权利要求1～4中的任何一个的有源矩阵阵列，其中第一电源电压电平(V1)通过第一列导体(16a)提供到矩阵元件(10)的第一列的电路，所述第一列导体被设置为也将数据信号输入到矩阵元件(10)的第一列中，或从矩阵元件(10)的第一列中输出数据信号，以及第二电源电压电平(V2)通过第二列导体(16b)提供到矩阵元件(10)的第二列的电路，所述第二列导体被设置为也将数据信号输入到矩阵元件(10)的第二列中，或从矩阵元件(10)的第二列中输出数据信号。
13.一种操作包括排列成行和列的矩阵元件(10)阵列的有源矩阵阵列器件的方法，其中每一个矩阵元件(10)包括需要向其提供电源电压(V1、V2)的电路，该方法包括：
在第一时间周期(140)内，通过列导体(16)将数据信号输入到矩阵元件(10)，或从所述矩阵元件(10)中输出数据信号；以及
在散布于第一时间周期(140)的第二时间周期(130)内，将电源电压(V1、V2)通过列导体(16)提供给所述电路。
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