CN100487544C

CN100487544C - 输入式显示器的驱动电路及驱动方法

Info

Publication number: CN100487544C
Application number: CNB2007101274403A
Authority: CN
Inventors: 陈柏仰; 施博盛
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: TWI377547B; TW200805245A; CN101101424A

Abstract

本发明提出一种输入式显示器的驱动电路，其包括彼此平行排列的第一与第二数据线以及彼此平行排列的第一与第二栅极线并且与所述第一数据线及所述第二数据线交叉，以形成所述显示器的像素。所述驱动电路还包括设置在所述第一与第二栅极线之间的公用线、第一开关元件，具有连接到所述第一栅极线的第一栅极电极、第二开关元件，具有第二栅极电极，其连接到所述第二栅极线以及第三开关元件，并连接于所述公用线与所述第二开关元件之间。

Description

输入式显示器的驱动电路及驱动方法

技术领域

本发明涉及显示器的驱动电路，尤其涉及输入式显示器的读出像素的电路及其驱动方式。

背景技术

由于非晶硅材料具有光电能力，而且因为利用这些非晶硅材料所设计的光电元件的工艺与公知的有源矩阵式(Active Matrix)液晶显示器的工艺完全相容，所以，嵌入这些非晶硅的光电元件作为输入式显示器，较之公知的贴有触控式面板的输入式显示器在成本上较具有竞争力。

除此之外，贴有触控式面板的输入式显示器的透光率将会因为触控式面板而降低至少20％；而利用非晶硅光电元件的输入式显示器的透光率只与其每一像素中的光电装置及其搭配的读出线的布线方式有关。因此，很明显的，具有嵌入其中的非晶硅光电元件的输入式显示器是一种优选的方式。

一般来说，通常有两种用来将非晶硅光电元件应用于输入式显示器中的典型的设计方式。请参阅图1(A)及图1(B)，其分别表示输入式显示器中的一种具有非晶硅光电元件的电荷型光电单元及一种具有非晶硅光电元件的电流型光电单元的等效电路图。如图1(A)中所示，电荷型光电单元10包括光电薄膜晶体管11、开关薄膜晶体管12以及电容器C。从图1(A)中可以明显看出，开关薄膜晶体管12是由输入SW来控制其开启与关闭。当开关薄膜晶体管12被切换到开启的状态时，电流将会通过读出线对电容器C进行充电。随后，当开关薄膜晶体管12切换到关闭状态时，储存于电容器C中的电荷将会通过光电薄膜晶体管11进行放电。然后当开关薄膜晶体管12再一次切换到开启的状态时，通过读出线的电流将会再次对电容器C进行充电，以使电容器C回复到原来的电荷状态。因此，通过回充到电容器C的电荷量，我们可以估计由光电薄膜晶体管所中和的电荷量，而此量的大小正比于光电薄膜晶体管受光的大小。至于如图1(B)所示的电流式光电元件20，其包括光电薄膜晶体管21，用以产生光电流，此电流的大小正比于此光电薄膜晶体管受光的大小，开关薄膜晶体管22通过输入SW控制其开启与关闭，以进一步控制光电流传送到读出线上。在电流式光电元件20中，所述的光电流值将直接从读出线中读出。

应注意的是不管是电荷式或是电流式的光电元件都是使用光电薄膜晶体管11、21来产生光电流，并且通过开关薄膜晶体管12、22来控制光电信号的读出。然而，光电薄膜晶体管11、21在正向正向偏压状态及反向偏压状态下的电流特性曲线是非对称的。请参阅图2，其表示光电薄膜晶体管在亮态及暗态情况下其光电流的特性曲线图。如图2中所示，当光电薄膜晶体管在亮态情况下，其所产生的光电流曲线将如图中的曲线I₂所示，其中曲线I₂包括V_gs>0的正向偏压状态(也称为电流开启(on current)状态)，以及包括V_gs<0的反向偏压状态(也称为电流关闭(off current)状态)。当光电薄膜晶体管在暗态情况下，所产生的光电流曲线将如图中的曲线I₁所示，其中曲线I₁包括V_gs>0的正向偏压状态(也称为电流开启(on current)状态)，以及包括V_gs<0的反向偏压状态(也称为电流关闭(off current)状态)。一般来说，对于电流型光电单元而言，所述的光电薄膜晶体管应操作在正向偏压状态，以为了减轻读出线的寄生电阻或寄生电容效应所产生的信号延迟现象。

尽管上述的寄生电阻及寄生电容效应可以通过将光电薄膜晶体管运行在正向偏压状态下而避免，然而输入式显示器的读出像素依然存在与读出像素的像素电压控制有关的问题。请参阅图3(A)，其表示公知技术中的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。如图3(A)所示，在每一读出像素中的驱动电路100包括了第一栅极线G_n-1及第二栅极线G_n，并且第一数据线D_m-1及第二数据线D_m与第一与第二栅极线G_n-1、G_n交叉排列，以构成输入式显示器的读出像素。除此之外，在每一读出像素中，读出线103被设置于第一与第二数据线D_m-1、D_m之间，并且穿越整个读出像素，而共用线公用线C_p-1设置于第一栅极线G_n-1与第二栅极线G_n之间。另一方面，在每一读出像素中的电路布局仍然可以区分成两部分，也就是像素单元101以及光电单元102。从图3(A)可以清楚看出，像素元件101与光电元件102皆电性连接到共用线公用线C_p-1，而且通过共用线公用线C_p-1，参考电压可以提供到像素元件101的储存电容器C_st同时也通过共用线公用线C_p-i提供偏压驱动光电单元102产生光电流。此外，从图3(A)中也可以知道像素单元101具有像素薄膜晶体管1011，像素薄膜晶体管1011与输入式显示器的像素电极(未示出)相连接，而且像素电极与输入式显示器的共用电极(未示出)构成输入式显示器的液晶电容器C_1c。另外，图3(A)中的另一个电容器，也就是储存电容器C_st则是由上述的像素电极及共用线公用线C_p-1所构成。

请进一步参阅图3(B)，其表示图3(A)的驱动电路的驱动信号的操作状况。如图3(B)中所示，当第一栅极线G_n-1提供具有高电平的信号时，像素单元101的像素薄膜晶体管1011会被切换到开启状态，因而来自第一数据线D_m-1的信号就会输入到像素单元101而产生像素电压V_pixel，使此像素提供对应的灰度值。而在同一时间，光电单元102的开关薄膜晶体管1021也被切换到开启的状态，因由光电薄膜晶体管1022所产生的光电流会通过开关薄膜晶体管1021而输出到读出线103。但因为由公用线C_p-1所提供的共用电压将会受到寄生电阻值的影响，造成像素电压与共用电压之间的电压差值会浮动。而当第一栅极线G_n-1提供低电平的信号时，所述的像素薄膜晶体管1011以及所述的开关薄膜晶体管1021将会切换到关闭状态，因而不再产生光电流。由于光电流消失，由公用线C_p-1所提供的共用电压将会回复到稳定的电压值。然而像素电压将会受到耦合效应(coupling effect)所影响，因而使得像素元件101的灰度电压值也受到影响。

综合以上所述，申请人鉴于常用的输入式显示器的灰度电压值常会受到共用电压值浮动的影响，遂经过悉心试验与研究，并本着锲而不舍的精神，构思出本发明：一种输入式显示器的驱动电路及驱动方法，以克服传统输入式显示器的上述缺陷。

发明内容

本发明的第一构想提出一种输入式显示器(inputdisplay)的驱动电路，其包括第一数据线(data line)及第二数据线，彼此相互平行排列；第一栅极线(gate line)及第二栅极线，彼此相互平行排列并且与第一数据线及第二数据线交叉，以通过其构成输入式显示器的像素；共用(commonline)线，设置在第一栅极线与第二栅极线之间；第一开关元件，具有第一栅极电极连接到第一栅极线；第二开关元件，具有第二栅极电极连接到第二栅极线；以及第三开关元件，连接于公用线与第二开关元件之间，且第三开关元件运行在正向偏压状态，其中，第一栅极线与第二栅极线依次操作，以使得第一开关元件及第二开关元件通过第一栅极线与第二栅极线而依次驱动。

根据上述构想，其中第一开关元件还包括连接第一数据线的第一漏极电极，以及第一源极电极连接到公用线。

根据上述构想，其中驱动电路还包括储存电容器，而且第一源极电极通过储存电容器连接到公用线。

根据上述构想，其中驱动电路还包括液晶电容器，而且第一源极电极通过液晶电容器连接到共用电极。

根据上述构想，其中驱动电路还包括读出线，其设置在第二数据线旁边，并且通过输入式显示器的像素。

根据上述构想，其中第二开关元件还包括第二漏极电极，以及连接到读出线的第二源极电极。

根据上述构想，其中第三开关元件还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中第三栅极电极与第三漏极电极连接到公用线，而第三源极电极则连接到第二漏极电极。

根据上述构想，其中第三开关元件还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中第三栅极电极与第三源极电极连接到第二漏极电极，而第三漏极电极则连接到公用线。

本发明的另一构想提出输入式显示器(input display)的驱动电路，其包括第一数据线(data line)及第二数据线，其彼此相互平行排列；第一栅极线(gate line)及第二栅极线，其彼此相互平行排列并且与第一数据线及第二数据线交叉；像素电路，包括像素晶体管，像素晶体管具有连接到第一栅极线的第一栅极电极；以及光电电路，其中，光电电路还包括开关晶体管，开关晶体管具有连接到第二栅极线的第二栅极电极；以及光电晶体管，与开关晶体管连接，并且运行在正向偏压状态。

根据上述构想，其中第一栅极线与第二栅极线依次操作，以使得像素晶体管与开关晶体管通过第一栅极线与第二栅极线而依次驱动。

根据上述构想，其中驱动电路还包括设置于第一栅极线与第二栅极线之间的公用线，其中像素电路与光电电路都连接到公用线。

根据上述构想，其中像素晶体管还包括连接到第一数据线的第一漏极电极，以及连接到公用线的第一源极电极。

根据上述构想，其中开关晶体管还包括第二漏极电极以及第二源极电极，其中源极电极连接到读出线。

根据上述构想，其中光电晶体管还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中第三栅极电极与第三漏极电极连接到公用线，而第三源极电极则连接到第二漏极电极。

通过下列附图及实施例的详细说明，将更深入了解本发明：

附图说明

图1(A)表示输入式显示器中一种电荷型光电元件的读出像素的等效电路图；

图1(B)表示输入式显示器中一种电流型光电元件的读出像素的等效电路图；

图2表示光电薄膜晶体管在亮态及暗态情况下的光电流的特性曲线图；

图3(A)表示公知技术中的输入式显示器的驱动电路的等效电路图；

图3(B)表示图3(A)的驱动电路的驱动信号操作状况；

图4(A)表示根据本发明第一实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图；

图4(B)表示根据图4(A)的驱动电路的驱动信号操作状况；

图5(A)表示根据本发明第二实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图；

图5(B)表示根据图5(A)的驱动电路的驱动信号操作状况；

图6表示根据本发明第三实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图；

图7表示根据本发明第四实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。

具体实施方式

请参阅图4(A)，其表示根据本发明第一实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。如图4(A)中所示，驱动电路200在每一个读出像素中包括了第一栅极线G_n-1及第二栅极线G_n，以及第一数据线D_m-1及第二数据线D_m与第一与第二栅极线G_n-1、G_n交叉排列，以构成输入式显示器的读出像素。除此之外，在每一读出像素中，读出线203被设置于第一与第二数据线D_m-1、D_m之间，而公用线C_p-1设置于第一栅极线G_n-1与第二栅极线G_n之间。另一方面，在每一读出像素中的电路布局可以区分成两部分，也就是像素单元201以及光电单元202。更详细来说，像素单元201还包括像素薄膜晶体管2011，像素薄膜晶体管2011具有连接到第一栅极线G_n-1的第一栅极电极G₁、连接到第一数据线D_m-1的第一漏极电极D₁，以及通过储存电容器C_st连接到公用线C_p-1的第一源极S₁。如同前面所述，储存电容器C_st是由与第一源极电极S₁连接的像素电极以及公用线C_p-1所构成。除此之外，像素薄膜晶体管2011的第一源极电极S₁也连接到液晶电容器C_1c，其中如前面所述，液晶电容器C_1c是由像素电极与输入式显示器的共用电极(未示出)所构成。在优选实施例中，像素薄膜晶体管2011的第一源极电极S₁也通过液晶电容器C_1c而连接到输入式显示器的共用电极。

另一方面，光电单元202包括开关薄膜晶体管2021，开关薄膜晶体管2021具有₂连接到第二栅极线G_n的第二栅极电极G、第二漏极电极D₂、以及连接到读出线203的第二源极电极S₂。此外，光电单元202还包括光电薄膜晶体管2022，光电薄膜晶体管2022具有共同连接到公用线C_p-1的第三栅极电极G₃以及第三漏极电极D₃、以及连接到第二漏极电极D₂的第三源极电极S₃。

在根据本发明上述的第一实施例的驱动电路200中，尽管像素单元201以及光电单元202也都是直接与公用线C_p-1电连接，然而像素单元201的像素薄膜晶体管2011以及光电单元202的开关薄膜晶体管2021并不是通过同一条栅极线所驱动。而是分别通过第一栅极线G_n-1以及第二栅极线G_n所依次驱动。因此像素薄膜晶体管2011以及开关薄膜晶体管2021的开启时间是非同步的，因而使得因为使用公用线所产生的共用电压浮动的问题得以避免。上述结论可以进一步参照图4(B)说明如下。

请继续参阅图4(B)，其表示根据图4(A)的驱动电路的驱动信号操作状况。如上所述，由于像素薄膜晶体管2011以及开关薄膜晶体管2021是分别通过第一栅极线G_n-1以及第二栅极线G_n所依次驱动，因此当像素薄膜晶体管2011由第一栅极线G_n-1的第一高电平信号所驱动时，输入式显示器的像素电压V_pixel(如图上表示)将会产生，以为像素提供灰度值；而当开关薄膜晶体管2021由第二栅极线G_n的第二高电平信号所驱动时，因为公用线的共用电压值高于读出线203的电压，因此光电流将会产生并且经由读出线读出光电流信号。因此，当开关薄膜晶体管2021关闭的时候，像素薄膜晶体管2011早已经在第二栅极线G_n开启前关闭了，如此一来，像素电压与共用电压之间的电压差就不会再受到共用电压值浮动的影响。

必须注意的是，当像素薄膜晶体管2011通过第一栅极线G_n-1的第一高电平信号所驱动时，像素电极的电压值是逐渐接近到由第一数据线D_m-1所提供的控制数据信号的电压电平，如图4(B)中所示。然而，用来提供灰度值的像素电压与共用电压之间的电压差值是通过控制数据信号的电压电平以及共用电压之间的函数所决定。

请参阅图5(A)，其表示根据本发明第二实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。与前述图4(A)中的第一实施例的驱动电路200相比较，根据本发明第二实施例中的驱动电路300在结构上几乎是完全与驱动电路200对应，只是开关薄膜晶体管2021的第二栅极电极G₂连接到第一栅极线G_n-1而像素薄膜晶体管2011的第一栅极电极G₁则连接到第二栅极线G_n。也就是说，在结构关系上，驱动电路300与驱动电路200是完全相同的，只不过第一与第二栅极线的驱动顺序刚好相反而已。不过，尽管驱动电路200与驱动电路300在结构上并无差别，但对于驱动电路300的驱动信号操作状况却会与驱动电路200有些许差异。请参阅图5(B)所示，其表示根据图5(A)的驱动电路的驱动信号操作状况。如图5(B)中所示，由于影响像素薄膜晶体管2011以及开关薄膜晶体管2021的开启与关闭的驱动信号的提供顺序不同，当V_pixel电压写入时，其驱动的是上一列读出像素的光电单元，其光电流是由上一列的公用线所提供，所以在像素电压写入时，所对称的公用线电位并不会产生偏移；使得像素电压与共用电压之间的电压差值仍然可以维持稳定，而不受到共压电压值会浮动的影响。

请继续参阅图6，其表示根据本发明第三实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。与前述图4(A)中的第一实施例的驱动电路200相比较，根据本发明第三实施例中的驱动电路400在结构上几乎与驱动电路200由相同的构件组成，只不过其第三光电薄膜晶体管2022的第三栅极电极G₃及第三源极电极S₃是连接到开关薄膜晶体管2021的第二漏极电极D₂；而光电薄膜晶体管2022的第三漏极电极D₃则是连接到公用线C_p-1。

类似本发明第三实施例的输入式显示器驱动电路400的结构，它们尤其适合应用于公用线C_p-1的共用电压低于读出线203电压的情况下。而与前述的驱动电路结构的优势相同，驱动电路400因为其像素薄膜晶体管2011以及开关薄膜晶体管2021是分别通过第一栅极线G_n-1以及第二栅极线G_n所依次驱动，因此当像素薄膜晶体管2011由第一栅极线G_n-1的第一高电平信号所驱动时，输入式显示器的像素电压V_pixel将会产生，以为像素提供灰度值；而当像素薄膜晶体管2011结束驱动状态且开关薄膜晶体管2021由第二栅极线G_n的第二高电平信号驱动时，因为公用线的共用电压值低于读出线203的电压，因此光电流将会产生并且经由读出线203流入公用线C_p-1。因此，当开关薄膜晶体管2021关闭的时候，像素薄膜晶体管2011早已经在第二栅极线G_n开启前关闭了，如此一来，像素电压与共用电压之间的电压差就不会再受到共用电压值浮动的影响。

请继续参阅图7，其表示根据本发明第四实施例的输入式显示器的驱动电路的等效电路图。与上述图6中的第三实施例的驱动电路400相比较，根据本发明第四实施例中的驱动电路500在结构上完全与驱动电路400对应，只是其开关薄膜晶体管2021的第二栅极电极G₂连接到第一栅极线G_n-1而像素薄膜晶体管2011的第一栅极电极G₁则连接到第二栅极线G_n。也就是说，在结构关系上，驱动电路500与驱动电路400是完全相同的，只不过第一与第二栅极线的驱动顺序刚好相反而已。同样的，尽管驱动电路500与驱动电路400在结构上并无差别，但对于驱动电路500的驱动信号操作状况却会因为驱动顺序上的差异造成驱动信号产生顺序上的差异。只不过与前述第一实施例和第二实施例的情况类似，尽管像素薄膜晶体管2011以及开关薄膜晶体管2021的开启与关闭的驱动信号的提供顺序不同，但像素电压与共用电压之间的电压差值仍然可以维持稳定，而不受到共压电压值会浮动的影响。因此同样可以克服公知输入式显示器的驱动电路因为寄生电阻值或寄生电容值产生的耦合效应所造成的问题。

本发明虽以上述数个优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改与改进，因此本发明的保护范围当以所附权力要求书所界定。

Claims

1、输入式显示器的驱动电路，其包括：

第一数据线及第二数据线，其彼此平行排列；

第一栅极线及第二栅极线，其彼此平行排列并且与所述第一数据线及所述第二数据线交叉，以通过其构成所述输入式显示器的像素；

公用线，其设置在所述第一栅极线与所述第二栅极线之间；

第一开关元件，其具有连接到所述第一栅极线的第一栅极电极；

第二开关元件，其具有连接到所述第二栅极线的第二栅极电极；以及

第三开关元件，其连接在所述公用线与所述第二开关元件之间，且所述第三开关元件运行在正向偏压状态，

其中，所述第一栅极线与所述第二栅极线依次操作，以使得所述第一开关元件及所述第二开关元件通过所述第一栅极线与所述第二栅极线而依次驱动。

2、如权利要求1所述的驱动电路，其中所述第一开关元件还包括连接所述第一数据线的第一漏极电极。

3、如权利要求2所述的驱动电路，其还包括储存电容器，而且所述第一源极电极通过所述储存电容器耦合到所述公用线。

4、如权利要求2所述的驱动电路，其还包括液晶电容器，而且所述第一源极电极通过所述液晶电容器耦合到共用电极。

5、如权利要求1所述的驱动电路，其还包括读出线，所述读出线设置在所述第二数据线旁边，并且连接所述第二开关元件。

6、如权利要求4所述的驱动电路，其中所述第二开关元件还包括第二漏极电极，以及连接到所述读出线的第二源极电极。

7、如权利要求5所述的驱动电路，其中所述第三开关元件还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中所述第三栅极电极与所述第三漏极电极连接到所述公用线，而所述第三源极电极则连接到所述第二漏极电极。

8、如权利要求5所述的驱动电路，其中所述第三开关元件还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中所述第三栅极电极与所述第三源极电极连接到所述第二漏极电极，而所述第三漏极电极则连接到所述公用线。

9、输入式显示器的驱动电路，包括：

第一数据线及第二数据线，其彼此平行排列；

第一栅极线及第二栅极线，其彼此平行排列并且与所述第一数据线及所述第二数据线交叉；

像素电路，包括像素晶体管，所述像素晶体管具有连接到所述第一栅极线的第一栅极电极；以及

光电电路，包括：

开关晶体管，所述开关晶体管具有连接到所述第二栅极线的第二栅极电极；以及

光电晶体管，与所述开关晶体管连接，并且运行在正向偏压状态，

其中，所述第一栅极线与所述第二栅极线依次操作，以使得所述像素晶体管与所述开关晶体管通过所述第一栅极线与所述第二栅极线而依次驱动。

10、如权利要求9所述的驱动电路，其还包括设置于所述第一栅极线与所述第二栅极线之间的公用线，其中所述像素电路与所述光电电路都连接到所述公用线。

11、如权利要求10所述的驱动电路，其中所述像素晶体管还包括连接到所述第一数据线的第一漏极电极。

12、如权利要求11所述的驱动电路，其还包括储存电容器，而且所述第一源极电极通过所述储存电容器耦合到所述公用线。

13、如权利要求11所述的驱动电路，其还包括液晶电容器，而且所述第一源极电极通过所述液晶电容器耦合到共用电极。

14、如权利要求10所述的驱动电路，其还包括读出线，所述读出线设置在所述第二数据线旁边，并且连接所述开关晶体管。

15、如权利要求14所述的驱动电路，其中所述开关晶体管还包括第二漏极电极以及第二源极电极，其中所述第二源极电极连接到所述读出线。

16、如权利要求15所述的驱动电路，其中所述光电晶体管还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中所述第三栅极电极与所述第三漏极电极连接到所述公用线，而所述第三源极电极则连接到所述第二漏极电极。

17、如权利要求15所述的驱动电路，其中所述开关晶体管还包括第三栅极电极、第三漏极电极以及第三源极电极，其中所述第三栅极电极与所述第三源极电极连接到所述第二漏极电极，而所述第三漏极电极则连接到所述公用线。