CN101154354A - 包括集成栅极驱动器的显示装置 - Google Patents

Abstract

一种有源矩阵型显示装置包含一集成栅极驱动器与一用以配合集成栅极驱动器来驱动有源矩阵型显示器之外部驱动电路。集成栅极驱动器包含一监视单元，其系用以监视集成栅极驱动器上之薄膜晶体管之I－V特征的改变，而外部驱动电路包含一用以于集成栅极驱动器的监视单元上执行测量的处理单元，并用以调整一被提供至集成栅极驱动器上的多个薄膜晶体管之栅极电压。

Description

包括集成栅极驱动器的显示装置

技术领域

本发明系关於一种含有集成栅极驱动器的有源矩阵型显示装置。

背景技术

薄膜晶体管液晶装置(TFT-LCD)系为一种普遍使用於目前消费电子与电脑系统的平板显示装置。一般而言，本领域的技术人员已经知道TFT-LCD使用一源极驱动器、一栅极驱动器以及一提供驱动电压至源极与栅极驱动器的驱动电路，来控制此显示装置的内容的重整。

US2003/0189542揭露一种驱动电路的实施例，此驱动电路用以驱动一有源矩阵型显示装置，此有源矩阵型显示装置采用具有一集成栅极驱动器之一显示面板，此集成栅极驱动器形成於一TFT-LCD之一主动基板上。主动基板具有一显示区与一周边区，显示区包含多个像素，其系以具有数行与数列的矩阵配置。每个像素包含一薄膜晶体管、一像素电极及一储存电容器。每个像素的薄膜晶体管系经由其源极电极而连接至一资料汇流排线，并经由其栅极电极而连接至一栅极汇流排线。多个栅极汇流排线将数列像素的薄膜晶体管连接至栅极驱动器。藉由相继地扫描这些栅极汇流排线，且藉由以一种对应於一视频信号的特定顺序施加信号电压至所有资料汇流排线，可为所有像素定址且将一影像显示於TFT-LCD上。

集成栅极驱动器亦包含多个作为开关元件的薄膜晶体管。然而，当集成栅极驱动器运作时，在这些像素的薄膜晶体管中可能会出现一些明显的切换问题，进而影响显示装置的光学性能，譬如显示画面变黑、影像消失等。

发明内容

有监於上述课题，本发明的目的为最好在其使用寿命期间能维持显示装置的光学性能。

此目的系利用依据本发明的权利要求1所特定化的显示装置而达成。更进一步的较佳实施例系於附属项2-7项中界定。

缘是，为达上述目的，一种有源矩阵型显示装置包含一集成栅极驱动器与一外部驱动电路，外部驱动电路系用以配合集成栅极驱动器来驱动有源矩阵型显示装置。集成栅极驱动器包含一监视单元，其用以监视集成栅极驱动器上的薄膜晶体管，而外部驱动电路包含一处理单元，其系用以於集成栅极驱动器的监视单元上执行测量，且更用以调整被提供至集成栅极驱动器之一栅极电压。

因此，依据本发明的第一实施样态系提供具有一集成栅极驱动器的一种有源矩阵型显示装置。有源矩阵型显示装置亦包含一外部驱动电路，其系用以配合集成栅极驱动器来驱动有源矩阵型显示器。栅极驱动器具有一整合式监视单元，用以监视集成栅极驱动器的薄膜晶体管，譬如监视栅极电压、漏极电流等。外部驱动电路包含一处理单元，其系用以於集成栅极驱动器的监视单元上执行测量。

集成栅极驱动器最好是具有多个栅极汇流排线，其系将集成栅极驱动器连接至有源矩阵型显示装置上的数列像素的薄膜晶体管。这些像素的薄膜晶体管本质上系为开关元件，其系由施加横越过这些薄膜晶体管的栅极电极的适当的栅极电压所控制。

当集成栅极驱动器将数列的像素切换成ON与OFF以相继地扫描这些栅极汇流排线时，一相当高的栅极电压系被施加至集成栅极驱动器的这些薄膜晶体管的栅极电极。重复改变集成栅极驱动器的薄膜晶体管的栅极电压，在装置的使用寿命期间影响了这些薄膜晶体管的移动性载子的移动与这些薄膜晶体管的传导，而最後影响了这些集成栅极驱动器的薄膜晶体管的阈值电压。阈值电压系为需要用以将一薄膜晶体管从一中断状态切换至一执行状态的电压。阈值电压的改变可能导致数列的像素的不适当的切换，从而使显示装置产生故障。

为了减轻这些问题，集成栅极驱动器上的监视单元系与外部驱动电路中之一处理单元相关联。处理单元於监视单元上执行测量，并可判定阈值电压是否存在有任何改变。处理单元系用以判定阈值电压的改变。如果於阈值电压中侦测到改变，则外部驱动电路可调整被提供至集成栅极驱动器的这些薄膜晶体管的栅极电压，俾能在整个使用寿命期间中保证像素列的适当的切换并维持显示装置的光学性能。

於另一实施例中，监视单元系於具有类似於集成栅极驱动器上的薄膜晶体管的特征之一额外薄膜晶体管。

监视单元最好是集成栅极驱动器中之一额外薄膜晶体管。I-V特征的测量系於额外薄膜晶体管上进行。集成栅极驱动器上的额外薄膜晶体管具有类似於集成栅极驱动器上的薄膜晶体管的特征，并因此被使用作为供集成栅极驱动器上的薄膜晶体管用的监视单元。集成栅极驱动器的监视单元受到类似於集成栅极驱动器上的所有其他薄膜晶体管的电压应力。监视单元最好是集成栅极驱动器上之一附加单元。此种单元并未连接至一列的像素，而是连接至用以执行测量的外部驱动电路中的处理单元。

於另一实施例中，集成栅极驱动器包含一移位寄存器与多个闩锁单元，各闩锁单元包含一上拉式薄膜晶体管与一下拉式薄膜晶体管，其系用以接收一驱动电压脉冲。

於另一实施例中，监视单元系为一下拉式薄膜晶体管或一上拉式薄膜晶体管。

在这些较佳实施例中，集成栅极驱动器包含一移位寄存器。移位寄存器接收来自外部驱动电路的栅极电压，且用以将栅极电压从移位寄存器的一侧移位至对应於第一与最终列的像素的另一侧。一闩锁单元系为了每列的像素而设置，此闩锁单元更包含连接至一栅极线之一上拉式薄膜晶体管与一下拉式薄膜晶体管。当选择一列时，外部驱动电路提供一栅极电压(以一导通电压表示)至连接至那列的栅极线的闩锁单元的上拉式与下拉式薄膜晶体管的栅极电极。大部分处於ON状态的下拉式薄膜晶体管，因此移位寄存器的闩锁单元中的下拉式薄膜晶体管通常受到最高的电压应力。因此，将监视单元配置成一下拉式薄膜晶体管是具有优点的作法。

於另一实施例中，外部驱动电路的处理单元系用以依据被执行的测量来判定一调整的栅极电压。

於另一实施例中，外部驱动电路包含多个开关，用以建立与监视单元的接触。於另一实施例中，外部驱动电路包含多个电压产生单元与一电流测量单元。

於另一较佳实施例中，在集成栅极驱动器的每个切换成ON的过程期间，藉由外部驱动电路中的处理单元来执行在集成栅极驱动器的监视单元上的测量。处理单元更可用以依据於集成栅极驱动器的薄膜晶体管上被执行的测量，来决定一调整的栅极电压。

外部驱动电路中的处理单元最好是利用设置於外部驱动电路中的一开关而连接至监视单元。此开关可将集成栅极驱动器上的监视单元和外部驱动电路中一电压产生单元与一电流测量单元形成通路或断路。当监视单元没有连接时，监视单元无法干扰集成栅极驱动器的运作。

於一更进一步实施例中，外部驱动电路包含多个电压产生单元。一第一栅极电压产生单元系连接至监视单元的栅极电极，且系用以提供所需要的电压至栅极电极。一第二漏极-源极电压产生单元系用以於监视单元的漏极与源极电极上操作。又，一电流测量单元系连接至监视单元的漏极电极与漏极-源极电压产生单元以测量一漏极电流。然後，从电流测量单元测量的漏极电流被使用於处理单元中，藉由外部驱动电路中的处理单元计算一调整的操作栅极电压，以使漏极电流因而在显示装置的使用寿命期间可被调整。

附图说明

图1显示具有一集成栅极驱动器与一外部驱动电路的AMLCD的概要图；

图2显示集成栅极驱动器与外部驱动电路的结构的示意图；

图3显示薄膜晶体管的I-V特征的概要图；

图4显示集成栅极驱动器的概要图；以及

图5显示用以处理的子电路的概要图。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的含有集成栅极驱动器的显示装置。

薄膜晶体管是为使用薄膜技术所实施的晶体管。晶体管可作为一电气放大器或一开关。晶体管的一栅极电极上的负电压吸引电子至其表面与正载流子或空穴至在半导体与绝缘材料之间的介面以形成一″累积层″。当施加一电压横越过晶体管之一源极与一漏极电极时，便会产生流动在源极与漏极电极之间的一电流。

依此方式，於栅极电极的电压可控制在源极与漏极之间之一电压。显示装置可包含薄膜晶体管，其系为一集成栅极驱动器上的开关元件，用以藉由相继地扫描一栅极汇流排线，以将数列的像素切换成ON与OFF。

一般而言，相当高的电压系被施加至栅极电极，以便导通这些薄膜晶体管。此种高电压导致位於栅极驱动器上的薄膜晶体管的阈值电压的改变，并导致这些像素的不适当的切换。因此，在本发明中，系将一监视单元装设至集成栅极驱动器。监视单元最好是薄膜晶体管，其并未设置连接至这些列的像素的栅极汇流排线，而是设置於外部驱动电路中的一处理单元。此配置的设计最好是能使监视单元受到与集成栅极驱动器上的其他任何一个薄膜晶体管相同的电压应力。处理单元系用以藉由调整阈值电压来侦测并补偿集成栅极驱动器上的薄膜晶体管的阈值电压的改变，从而在显示装置之使用寿命期间维持薄膜晶体管之光学性能。

图1显示一装置100之概要图。此装置100包含一有源矩阵型显示装置105、一集成栅极驱动器110与一外部驱动电路130。集成栅极驱动器110包含一监视单元120。外部驱动电路130更包含一处理单元140。集成栅极驱动器110具有多个栅极汇流排线，其将集成栅极驱动器110连接至有源矩阵型显示装置105上之数列之像素薄膜晶体管。集成栅极驱动器110与外部驱动电路130一起被配置成用以驱动有源矩阵型显示装置105。

监视单元120形成一附加单元於集成栅极驱动器110上，而并未连接至有源矩阵型显示装置105上之数列之像素薄膜晶体管，但连接至外部驱动电路130，特别是连接至处理单元140。监视单元120最好是一种薄膜晶体管。一开始时，监视单元120之I-V特征系类似於外部驱动电路130之薄膜晶体管。因此，监视单元120受到与外部栅极驱动器130上之薄膜晶体管相同的电压应力，并在遍及显示装置之使用寿命期间发展出类似的I-V特征。

外部驱动电路130中之处理单元140於监视单元120上执行测量，并用以判定各种参数，譬如漏极电流与被提供至集成栅极驱动器110上之薄膜晶体管之阈值电压之改变。如果侦测到在阈值电压中之改变，则将在外部驱动电路130中之处理单元140配置成用以藉由调整被提供至集成栅极驱动器110上之薄膜晶体管之栅极电压，来对此种改变加以补偿。因此，在集成栅极驱动器110每次被切换成ON之过程期间，外部驱动电路130可藉由於监视单元120上执行测量来测量I-V特征，其相当於在集成栅极驱动器110之薄膜晶体管上执行测量。此外，处理单元140亦用以计算薄膜晶体管之最佳的ON与OFF之栅极电压。

图2显示组合之集成栅极驱动器与监视单元202与外部驱动电路230之结构之概要图。集成栅极驱动器210更包含一监视单元220作为一附加单元。监视单元220最好是一种包含一栅极电极222、一漏极电极224与一源极电极226之薄膜晶体管。

外部驱动电路230除了包含处理单元240以外，亦包含一电流测量单元232、一漏极电压产生单元234与一栅极电压产生单元236。

监视单元220之漏极电极224系连接至外部驱动电路230之一电流测量单元232。监视单元220之源极电极226系连接至外部驱动电路230之一漏极电压产生单元234与一栅极电压产生单元236。源极电极226，漏极电极224与栅极电极222系连接至薄膜晶体管显示器之输出隆起部，然後连接至外部驱动电路230。

监视单元220亦经由电压产生单元234、236与电流测量单元232而连接至外部驱动电路230之一处理单元240。处理单元240之详细说明将於後以文字提供。

一连串的栅极汇流排线216系於有源矩阵型显示装置上连接集成栅极驱动器210至数列之像素薄膜晶体管。监视单元220具有与集成栅极驱动器210之其他薄膜晶体管相同的宽度与长度(W，L)。

处理单元240亦连接至集成栅极驱动器210，用以提供并监视最佳的ON与OFF栅极电压VGON与VGOFF至集成栅极驱动器210上之这些薄膜晶体管之栅极电极。相当高的电压需要被施加至集成栅极驱动器210上之这些薄膜晶体管之栅极电极，以开始薄膜晶体管中之移动性载子之移动。需注意者，若施加相当高的电压至这些薄膜晶体管之栅极电极，则可於集成栅极驱动器210之这些薄膜晶体管上建立一电压应力。电压产生单元234，236所建立之应力条件确保监视单元220受到与集成栅极驱动器210上之其他薄膜晶体管相同的电压应力。在遍及此使用寿命期间，定电压应力会导致这些薄膜晶体管之阈值电压之改变。

电流测量单元232测量漏极电流，而处理单元240使用所测量之漏极电流来计算这些薄膜晶体管之阈值电压。如果侦测到薄膜晶体管之阈值电压之任何改变，则可调整提供至集成栅极驱动器薄膜晶体管之栅极电压。

处理单元240系用以处理监视单元220之薄膜晶体管特征。从经由外部驱动电路230中之电流测量单元232所接收之测量特征，处理单元240可判定阈值电压之改变，并计算各种其他参数，例如栅极电压、漏极电流等。如果确定阈值电压之任何改变，则将处理单元240配置成用以藉由调整提供至集成栅极驱动器210上之薄膜晶体管之栅极电压，来补偿任何阈值电压改变。在从所测量之I-V特征取出阈值栅极电压之後，处理单元240亦判定被提供至集成栅极驱动器210之薄膜晶体管之ON与OFF栅极电压VGON与VGOFF。然後，处理单元240可配置有外部驱动电路230，用以提供最佳的ON栅极电压至集成栅极驱动器210中之这些薄膜晶体管。因此藉由在装置之使用寿命期间监视I-V特征与调整栅极电压，可达成像素之适当切换，从而在整个使用寿命期间维持显示装置之光学性能。

因此，集成栅极驱动器210中之监视单元220之主要目的，系为在不同的操作条件下之漏极电流及/或栅极电压之改变可於监视单元220上被监视。有效的是，监视单元220作为一感测器，用以指示集成栅极驱动器210上之薄膜晶体管之退化程度。由於阈值电压之改变，薄膜晶体管会在装置之使用寿命期间中退化，最後导致装置之故障。因此，固定地监视与调整栅极电压允许维持显示装置在整个使用寿命期间之光学性能。

图3显示一薄膜晶体管之I-V特征之概要图。X轴302表示栅极电压，而Y轴304表示漏极电流。实线306表示关於典型的a-Si薄膜晶体管於摄氏270度下之漏极电流对於栅极电压之关系。於一般大约为-10伏特之电压V1，所测量之漏极电流系为约1*10-12安培之Id1。当电压从V1增加至V2时，漏极电流从Id1减少至Idmin，其中V2表示大约为0伏特之数值，Idnin大约为最小值之1*10-14安培，而当电压大约为-5伏特时，漏极电流於阈值电压反转其方向，并开始朝相反方向移动。於0伏特下，所测量之漏极电流系大约为1*10-12安培。当电压从V2增加至V3及V3以上直到电压达到大约为25伏特之数值(其表示饱和电压Vsat)时，漏极电流稳定地从Idmin增加至Id2(大约为1*10-5安培)并於电压Vsat产生饱和。超过电压Vsat时，漏极电流系相当固定，且薄膜晶体管之任何的栅极电压之增加并不会影响漏极电流。

虚线308表示在显示装置操作期间之某一段时间之後，同一薄膜晶体管之漏极电流对栅极电压特征之例子。可以看出於图中表示为Voff之阈值电压已经在薄膜晶体管被使用持续一段期间(在显示装置之使用寿命中之一特定阶段期间)以後，於第一状态(於此装置之使用寿命之初期)下从-5伏特改变至2伏特左右。这是因为在这些薄膜晶体管在切换成ON的过程期间的栅极电极上的定电压应力而发生，其中切换成ON之过程系为在此装置之使用寿命期间所遭遇到的。增加电压可以稳定地增加漏极电流，直到漏极电流於大约为25伏特之电压下大约为1*10-5安培之相同数值左右之於Id2饱和为止。此种阈值电压之改变需要补偿，否则因为像素之不适当切换之因素所造成之例如显示装置之光学性能之退化之可注意的效应是会被注意到读。因此，本发明中之处理单元执行监视单元之测量，并藉由调整被提供至集成栅极驱动器之薄膜晶体管上之阈值电压来补偿任何阈值电压改变，其中监视单元最好是一个单独的薄膜晶体管。

图4显示集成栅极驱动器410之概要图。集成栅极驱动器410包含两个部分，一部分408系连接至有源矩阵型显示单元，另一部分420系为监视单元且并未连接至显示单元。又，集成栅极驱动器410包含一移位寄存器412，移位寄存器412更包含一连串的闩锁单元414。每个闩锁单元414更包含一上拉式薄膜晶体管415、一下拉式薄膜晶体管416与一栅极汇流排线417。

集成栅极驱动器410之移位寄存器412接收来自外部驱动电路之一栅极电压脉冲，并用以将栅极电压从移位寄存器412之一侧移位至另一侧，其系对应至第一与最终列之像素，且此部分系连接至显示单元。

移位寄存器412包含彼此连接之一连串的闩锁单元414。每个闩锁单元414具有一上拉式薄膜晶体管415、一下拉式薄膜晶体管416与一连接该处之栅极汇流排线417。栅极电压系经由栅极汇流排线417而被提供至移位寄存器412上之薄膜晶体管415、416。

移位寄存器412亦包含监视单元420，其并未连接至显示装置之任何一像素。监视单元420具有与移位寄存器412之任何其他闩锁单元414相同的构造，闩锁单元414包含一上拉式薄膜晶体管415、一下拉式薄膜晶体管416与一汇流排线，用以提供一栅极电压至监视单元420之栅极电极。用以监视栅极电压脉冲之这些薄膜晶体管最好是监视单元420上之下拉式薄膜晶体管416。此乃因为集成栅极驱动器中之下拉式薄膜晶体管416通常处於ON状态，并由於高电压之施加至栅极电极而受到最高电压应力。因此，监视单元420之下拉式薄膜晶体管416作为一感测器以监视集成栅极驱动器上之所有其他薄膜晶体管之退化。

图5显示处理单元240之概要图。处理单元240包含一电压产生单元542、一运算放大器544、一电阻546、一栅极电压产生单元550与一第二电阻548，其系为可变电阻。一对开关560连接监视单元520与处理单元。

处理单元之主要特征系用以执行监视单元520之下拉式薄膜晶体管之测量，并判定集成栅极驱动器上之薄膜晶体管之阈值电压之任何改变、ON与OFF之最佳栅极电压、漏极电流等。

数个测量最好是在每个切换成ON之过程期间完成。开关560可连接或切断集成栅极驱动器上之监视单元520。当开关560断开时，监视单元520并不阻碍集成栅极驱动器之运作。

在处理单元240中之一电压产生单元542建构所需要的电压位准以供执行测量。一电阻546可将所测量之电流转换成电压，且亦连接至一运算放大器544，其调整被提供至集成栅极驱动器上之薄膜晶体管之栅极电极之栅极电压以将薄膜晶体管漏极电流维持固定。

来自运算放大器544之输出电压系为被提供至薄膜晶体管之栅极电极之一最佳的栅极电压(Vgate)。此最佳的栅极电压系於处理单元中从所测量之I-V特征与一可变电阻548计算得到，可变电阻548系用来在此装置之使用寿命之初期对此装置作初始调整。

一栅极电压产生单元550提供需要的最佳栅极电压至运算放大器544以及薄膜晶体管之栅极电极。处理单元系用以界定最佳(Vgate)ON与OFF栅极电压。

虽然参考上述实施例来阐述本发明，但是吾人将轻易理解到其他实施例可能可选择地用以达成相同目的。本发明之范畴并未受限於上述实施例，但通常亦可被应用至显示装置。

需注意者，於本说明书(包含申请专利范围)中之动词″包含/含有″与其变化形之使用，系被理解成指定所述特征、整体、步骤、元件或其群组之存在。另外，在申请专利范围中之元件之前不定冠词″一个″或″一″并不排除多个这种元件之存在。此外，任何参考符号并不限制这些申请专利范围之范畴。再者，本发明之权利属於每个与每个崭新特征或特征之组合。

本发明可被总结如下：一有源矩阵型显示装置，其包含一集成栅极驱动器与一外部驱动电路，外部驱动电路系用以配合集成栅极驱动器来驱动有源矩阵型显示装置，集成栅极驱动器包含一监视单元，其用以监视集成栅极驱动器上之薄膜晶体管之I-V特征之改变，而外部驱动电路包含一处理单元，处理单元系用以於集成栅极驱动器之监视单元上执行多个测量，并用以调整被提供至集成栅极驱动器之多个薄膜晶体管之一栅极电压。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含於後附之申请专利范围中。

元件符号说明：

100装置

105有源矩阵型显示装置

110集成栅极驱动器

120监视单元

130外部驱动电路

140处理单元

202监视单元

210集成栅极驱动器

216栅极汇流排线

220监视单元

222栅极电极

224漏极电极

226源极电极

230外部驱动电路

232电流测量单元

234漏极电压产生单元

236栅极电压产生单元

240处理单元

302X轴

304Y轴

306实线

308虚线

408集成栅极驱动器之一部分

410集成栅极驱动器

412移位寄存器

414闩锁单元

415上拉式薄膜晶体管

416下拉式薄膜晶体管

417栅极汇流排线

420监视单元

520监视单元

540处理单元

542电压产生单元

544运算放大器

546电阻

548可变电阻

550栅极电压产生单元

560开关

Id1、Id2、Idmin电流

V1、V2、V3、V4、V5、Voff、Vsat电压

Vgate栅极电压

VGON ON栅极电压

VGOFF OFF栅极电压

Claims (7)

1.一种有源矩阵型显示装置，包含：

一集成栅极驱动器；以及

一外部驱动电路，其中该外部驱动电路用以配合该集成栅极驱动器来驱动该有源矩阵型显示装置，该集成栅极驱动器包含一监视单元，该监视单元用以监视该集成栅极驱动器上之多个薄膜晶体管，而该外部驱动电路包含一处理单元，该处理单元系用以於该集成栅极驱动器之该监视单元上执行多个测量，并用以调整被提供至集成栅极驱动器之一栅极电压。

2.如权利要求1的有源矩阵型显示装置，其中该监视单元系为设置於该集成栅极驱动器之一额外薄膜晶体管，且该额外薄膜晶体管具有类似於该集成栅极驱动器上之该等薄膜晶体管之特征。

3.如权利要求1的有源矩阵型显示装置，其中该集成栅极驱动器包含一移位寄存器与多个闩锁单元，各该闩锁单元包含用以接收一驱动电压脉冲之一上拉式薄膜晶体管与一下拉式薄膜晶体管。

4.如权利要求2或3的有源矩阵型显示装置，其中该监视单元系为该下拉式薄膜晶体管或该上拉式薄膜晶体管。

5.如权利要求1的有源矩阵型显示装置，其中该外部驱动电路之该处理单元系用以依据被执行之该等测量之一来判定一调整之栅极电压。

6.如权利要求1的有源矩阵型显示装置，其中该外部驱动电路包含多个开关，用以建立与该监视单元之接触。

7.如权利要求1的有源矩阵型显示装置，其中该外部驱动电路包含多个电压产生单元与一电流测量单元。

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