CN101379541A - 用于寻址具有基于铁电薄膜晶体管的像素的有源矩阵显示器的方法 - Google Patents

用于寻址具有基于铁电薄膜晶体管的像素的有源矩阵显示器的方法 Download PDF

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CN101379541A CNA2006800430446A CN200680043044A CN101379541A CN 101379541 A CN101379541 A CN 101379541A CN A2006800430446 A CNA2006800430446 A CN A2006800430446A CN 200680043044 A CN200680043044 A CN 200680043044A CN 101379541 A CN101379541 A CN 101379541A
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Abstract

显示器(20)的像素(P)包括铁电薄膜晶体管(“TFT”)(60)形式的存储元件和可操作耦合到该铁电TFT(60)的显示元件(62)。铁电TFT(60)在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间响应于施加到该铁电TFT(60)的传导行驱动电压和传导列驱动电压而被设置到传导状态。铁电TFT(60)在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间响应于施加到该铁电TFT(60)的充电行驱动电压和充电列驱动电压而促进显示元件(62)的充电。铁电TFT(60)在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间响应于施加到该铁电TFT(60)的非传导行驱动电压和非传导列驱动电压而被重置到非传导状态。

Description

用于寻址具有基于铁电薄膜晶体管的像素的有源矩阵显示器的方法
技术领域
本发明一般性涉及任何类型的有源矩阵显示器(例如有源矩阵电泳显示器和有源矩阵液晶显示器)。本发明特别涉及用于采用多个像素的有源矩阵显示器的寻址方案，每个像素具有铁电薄膜晶体管形式的存储元件。
背景技术
图1示出了具有铁电绝缘体层16的铁电薄膜晶体管15，该铁电绝缘体层可以是有机的或无机的。铁电薄膜晶体管15进一步具有栅电极G、源电极S和漏电极D，并且铁电绝缘体层16在栅电极G和源电极F与漏电极D的组合之间。
在操作中，铁电薄膜晶体管15可以在通常称为常开状态的传导状态和通常称为常关状态的非传导状态之间转换，该转换基于栅电压VG和源电压VS之间的差分电压VGS和漏电压VD和源电压VS之间的差分电压VDS，它们都具有在铁电绝缘体层16上生成的电场高于与铁电绝缘体层16相关联的强制电场的幅度。特别的，都具有等于或小于负的转换阈值-ST的幅度的差分电压VGS和VDS在铁电绝缘体层16上生成将铁电薄膜晶体管15转换到常开状态的电场。相反，都具有等于或大于正的转换阈值+ST的幅度的差分电压VGS和VDS在铁电绝缘体层16上生成将铁电薄膜晶体管15转换到常关状态的电场。
发明内容
鉴于在相应像素的寻址周期期间选择性地将每个铁电薄膜晶体管在传导状态和非传导状态之间转换，本发明提供了一种用于采用多个像素的有源矩阵显示器的新的和唯一的寻址方案，每个像素具有铁电薄膜晶体管形式的存储元件。
在本发明的一种形式中，显示器包括行驱动器、列驱动器和像素，像素包括铁电薄膜晶体管形式的存储元件和可操作耦合到铁电薄膜晶体管的显示元件，该铁电薄膜晶体管可操作耦合到行驱动器和列驱动器。行驱动器和列驱动器可操作地用于在像素的寻址周期的开始阶段、中间阶段和结束阶段期间对铁电薄膜晶体管施加不同组的驱动电压。铁电薄膜晶体管可操作用于在像素寻址周期的开始阶段期间响应于由行驱动器和列驱动器施加到该铁电薄膜晶体管的传导行驱动电压和传导列驱动电压而被设置到传导状态。铁电薄膜晶体管还可操作用于在像素的寻址周期的中间阶段期间响应于由行驱动器和列驱动器施加到该铁电薄膜晶体管的充电行驱动电压和充电列驱动电压促进显示元件的充电。铁电薄膜晶体管还可以操作用于在像素的寻址周期的结束阶段期间响应于由行驱动器和列驱动器对该铁电薄膜晶体管施加的非传导行驱动电压和非传导列驱动电压而重置到非传导状态。
从以下结合附图对本发明各实施例的详细描述中，本发明的前述形式和其它形式以及本发明的各种特征和优点将更清楚。详细描述和附图仅仅是对本发明的举例说明而不是限制，本发明的范围由随附权利要求和其等价物限定。
附图说明
图1示出了当前技术已知的铁电晶体管的示意图；
图2示出了依照本发明的一个实施例的显示器的框图；
图3示出了依照本发明的一个实施例的像素的示意图；
图4示出了表示依照本发明的一个实施例的有源矩阵显示器寻址方案的流程图；
图5-11示出了表示依照本发明的一个实施例的有源矩阵电泳显示器寻址方案的流程图；
图12-14示出了表示本发明的一个实施例的有源矩阵液晶显示器寻址方案的流程图。
具体实施方式
图2所示的本发明的显示器20采用列驱动器30、行驱动器40、共有电极50(common electrode)、和X×Y的像素P的矩阵。每个像素P采用铁电薄膜晶体管形式的存储元件和任何形式的显示元件(例如电泳显示元件和液晶显示元件)。本发明对每个像素P的存储元件和显示元件的结构配置不强加任何限制或任何约束。因而，以下对像素P的存储元件和显示元件的示范实施例的描述不限制或约束依照本发明的每个像素P的存储元件和显示元件的结构配置的范围。
图3示出了本发明的铁电薄膜晶体管形式的存储元件60和显示元件62。铁电薄膜晶体管60具有能够是有机或无机的铁电绝缘体层61。铁电薄膜晶体管60进一步具有可操作与行驱动器30(图1)耦合的栅电极G、可操作与列驱动器40(图1)耦合的源电极S和可操作与显示元件62耦合的漏电极D，显示元件62也可操作与共有电极60(图1)耦合。在替代实施例中，源电极可操作与显示元件62耦合并且漏电极D可操作与列驱动器40耦合。
在操作中，可以由行驱动器30向铁电薄膜晶体管60的栅电极G施加行驱动电压VR并且由列驱动器40向铁电薄膜晶体管60的源电极S施加列驱动电压VC，从而显示元件62能够依赖于漏电极电压VDE和共有电极电压VCE之间的差被选择性地充电。本发明提供了由图4所示的流程图70表示的新的并且唯一的有源矩阵寻址方案，鉴于在显示器20的帧速率、铁电薄膜晶体管60的尺寸、和行驱动电压VR的幅度最高限度之间实现最优折衷同时消除了任何不良效果，该方案用于控制在像素的寻址周期的不同阶段期间行驱动电压VR和列驱动电压VC的不同幅度。
参考图3和图4，流程图70的步骤S72包括在像素的寻址周期的开始阶段向铁电薄膜晶体管60的栅电极G施加作为传导行驱动电压VBRD的行驱动电压VR并且向铁电薄膜晶体管60的源电极S施加作为传导列驱动电压VBCD的列驱动电压VC。在这个开始阶段，传导行驱动电压VBRD和传导列驱动电压VBCD之间的差分电压VGS被设计为小于或等于负的转换阈值-ST，从而将铁电薄膜晶体管60转换到常开状态(即传导状态)。
流程图70的步骤S74包括在像素的寻址周期的中间阶段向铁电薄膜晶体管60的栅电极G施加作为充电行驱动电压VIRD的行驱动电压VR并且向铁电薄膜晶体管60的源电极S施加作为充电列驱动电压VICD的列驱动电压VC。在这个中间阶段，充电行驱动电压VIRD和充电列驱动电压VICD之间的差分电压VGS被设计为小于正的转换阈值+ST，从而铁电薄膜晶体管60被维持在常开状态。
流程图70的步骤S76包括在像素的寻址周期的结束阶段向铁电薄膜晶体管60的栅电极G施加作为非传导行驱动电压VERD的行驱动电压VR并且向铁电薄膜晶体管60的源电极S施加作为非传导列驱动电压VECD的列驱动电压VC。在这个结束阶段，非传导行驱动电压VERD和非传导列驱动电压VECD之间的差分电压VGS被设计为等于或大于正的转换阈值+ST，从而铁电薄膜晶体管60被转换到常关状态(即非传导状态)，该状态导致在中间阶段对像素的充电被像素保留。
为了帮助理解图70(图4)中所体现的本发明的有源矩阵寻址方案，下面是对图6-11所示的流程图80中所体现的本发明的有源矩阵电泳寻址方案的描述。如图5所示，将在如下环境中描述流程图80:(1)基于30伏特的转换阈值并且转换时间是1微秒的3×3的像素矩阵，(2)显示元件62的显示元件电压VDE是-15伏特/0伏特/+15伏特，(3)0伏特的共有电极电压VCE，(4)像素P(11)-P(33)的铁电薄膜晶体管60初始被设置为常关状态，从而在显示元件62两端施加0伏特的电荷。
参考图6，流程图80的步骤S82包括利用-15脉冲形式的传导行驱动电压VBRD扫描行R(1)-R(3)，并且每个行扫描促进了对每个被选择用于显示的像素选择性施加+15脉冲形式的传导列驱动电压VBCD。下面的表1指定了对图6所示的3×3像素矩阵的示范行扫描，其中在这个-15V显示器寻址周期期间像素P(12)、P(21)、P(32)被选择用于显示。
表1
Figure A200680043044D00091
结果是如图6所示像素P(12)、P(21)和P(32)的晶体管被转换到常开状态(即传导状态)，而剩余像素的晶体管维持在初始的常关状态。
参考图7，流程图80的步骤S84包括在-15V显示器寻址周期的中间阶段期间在行R(1)-R(3)上施加0伏特的充电行驱动电压VIRD，并且在列C(1)-C(3)上施加-15伏特的充电列驱动电压VICD。结果是如图7所示，P(12)、P(21)和P(32)将被充电到-15伏特用于显示目的，而剩余像素的晶体管维持在初始的常关状态。
参考图8，流程图80的步骤S86包括在-15V显示器寻址周期的结束阶段期间在行R(1)-R(3)上施加+15伏特的非传导行驱动电压VERD并且在列C(1)-C(3)上施加-15伏特的非传导列驱动电压VECD。结果是如图8所示所有晶体管被设置到常关状态，并且前先充电-15伏特的像素P(12)、P(21)和P(32)被保持用于显示目的。
参考图9，流程图80的步骤S88包括利用-15脉冲形式的传导行驱动电压VBRD扫描行R(1)-R(3)，并且每个行扫描促进了对每个被选择用于显示的像素选择性施加+15脉冲形式的传导列驱动电压VBCD。下面的表2指定了对图9所示的3×3像素矩阵的示范行扫描，其中在这个+15V显示器寻址周期期间像素P(11)、P(13)、P(33)被选择用于显示。
表2
Figure A200680043044D00101
结果是如图9所示像素P(11)、P(13)和P(33)的晶体管被转换到常开状态(即传导状态)，而剩余像素的晶体管维持在初始的常关状态。
参考图10，流程图80的步骤S90包括在+15V显示器寻址周期的中间阶段期间在行R(1)-R(3)上施加0伏特的充电行驱动电压VIRD，并且在列C(1)-C(3)上施加+15伏特的充电列驱动电压VICD。结果是如图10所示，P(12)、P(21)和P(32)先前充电的-15伏特被保留用于显示目的，像素P(11)、P(13)和P(33)将被充电到+15伏特用于显示目的，而剩余像素的晶体管维持在初始的常关状态。
参考图11，流程图80的步骤S92包括在+15V显示器寻址周期的结束阶段期间在行R(1)-R(3)上施加+15伏特的非传导行驱动电压VERD，并且在列C(1)-C(3)上施加-15伏特的非传导列驱动电压VECD。结果是如图11所示，所有晶体管被设置为常关状态，P(12)、P(21)和P(32)先前充电的-15伏特被保留用于显示目的，像素P(11)、P(13)和P(33)先前充电的+15伏特不明确但是足够用于显示目的。
用于基于晶体管60的宽度/长度比为20寻址3×3像素矩阵的总时间等于步骤S82:(3行×1微秒)+步骤S84:(-15伏特充电时间)+步骤S86:(1微秒)+步骤S88:(3行×1微秒)+步骤S90:(+15伏特充电时间)+步骤S92:(1微秒)，并且用于寻址一个或更多附加行的总时间是每个附加行增加2微秒。这支持较大面板和具有低场效应迁移性的小晶体管60的有利使用。
为了进一步促进理解图70(图4)中所体现的本发明的有源矩阵寻址方案，下面描述图12-14所示的流程图100所体现的本发明的有源矩阵液晶寻址方案。如图12-14所示，将在转换阈值为30V的环境中描述流程图100。另外，实际上，使用流程图100所表示的有源矩阵液晶寻址方案的显示器是一次一行地寻址。因此，本领域技术人员将理解，流程图100表示为每一行重复的单行扫描的方案。
参考图12，流程图100的步骤S102包括在显示器寻址周期的开始阶段期间向被扫描行的每一个晶体管60施加-V的传导行驱动电压VBRD和施加+V的传导列驱动电压VBCD。结果是被扫描行的所有晶体管60将被转换到常开状态。
参考图13，流程图100的步骤S104包括在显示器寻址周期的中间阶段期间向被扫描行的每一个晶体管60施加0伏特的充电行驱动电压VIRD和施加在+V和-V之间的充电列驱动电压VICD。结果是被扫描行的每一个像素显示元件62将被适当充电用于显示目的。
参考图14，流程图100的步骤S106包括在那一行的显示器寻址周期的结束阶段期间向被扫描行的每一个晶体管60施加+V的充电行驱动电压VIRD和施加-V的非传导列驱动电压VECD。结果是被扫描行的所有晶体管60将被转换到常关状态(即非传导状态)，从而所有先前的充电被被扫描行的每个像素显示元件62保持。
参考图2-14，本领域的一般技术人员将理解的是，本发明的许多优点包括但是不限于提供了从使用铁电薄膜晶体管作为像素的存储元件得到各种好处的寻址方案。
尽管这里公开的本发明的实施例当前考虑是优选的，但是可以对其做各种变化和修改而不偏离本发明的精神和范围。本发明的范围由随附权利要求指定，并且旨在将在等价物的意义和范围内的所有变化包括在其内。

Claims (21)

1.一种显示器(20)，包括:
行驱动器(30)；
列驱动器(40)；
像素(P)，包括
铁电薄膜晶体管(60)形式的存储元件，其可操作耦合到行驱动器(30)和列驱动器(40)，和
可操作耦合到该铁电薄膜晶体管(60)的显示元件(62)；
其中行驱动器(30)和列驱动器(40)可操作用于在像素(P)的寻址周期的开始阶段、中间阶段和结束阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)施加不同的驱动电压；
其中铁电薄膜晶体管(60)可操作用于在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间响应于由行驱动器(30)和列驱动器(40)向该铁电薄膜晶体管(60)施加的传导行驱动电压和传导列驱动电压而被设置到传导状态；
其中铁电薄膜晶体管(60)还可以操作用于在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间响应于由行驱动器(30)和列驱动器(40)施加到该铁电薄膜晶体管(60)的充电行驱动电压和充电列驱动电压而促进显示元件(62)的充电；和
其中铁电薄膜晶体管(60)还可以操作用于在像素(P)的寻址周期的结束阶段响应于由行驱动器(30)和列驱动器(40)施加到该铁电薄膜晶体管(60)的非传导行驱动电压和非传导列驱动电压而被重置到非传导状态。
2.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中行驱动器(30)在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)施加传导行驱动电压。
3.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中行驱动器(30)在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)施加充电行驱动电压。
4.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中行驱动器(30)在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)施加非传导行驱动电压。
5.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中列驱动器(40)在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)施加传导列驱动电压。
6.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中列驱动器(40)在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)施加充电列驱动电压。
7.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中列驱动器(40)在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)进行电通信以便促进向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)施加非传导列驱动电压。
8.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中显示元件(62)在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的漏电极(D)进行电通信，以便响应于由行驱动器(30)和列驱动器(40)向铁电薄膜晶体管(60)施加的充电行驱动电压和充电列驱动电压而促进显示元件(62)的充电。
9.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中所述显示元件(62)是电泳显示元件(62)。
10.根据权利要求1所述的显示器(20)，其中所述显示元件(62)是液晶显示元件(62)。
11.一种显示器(20)，包括:
多个像素(P)，每个像素(P)包括
铁电薄膜晶体管(60)形式的存储元件，其可操作耦合到行驱动器(30)和列驱动器(40)，和
可操作耦合到该铁电薄膜晶体管(60)的显示元件(62)；
其中铁电薄膜晶体管(60)可操作用于在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间响应于施加到该铁电薄膜晶体管(60)的传导行驱动电压和传导列驱动电压而被设置到传导状态；
其中铁电薄膜晶体管(60)还可以操作用于在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间响应于施加到该铁电薄膜晶体管(60)的充电行驱动电压和充电列驱动电压而促进显示元件(62)的充电；和
其中铁电薄膜晶体管(60)还可以操作用于在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间响应于施加到该铁电薄膜晶体管(60)的非传导行驱动电压和非传导列驱动电压而被重置到非传导状态。
12.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)选择性地施加传导行驱动电压。
13.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)选择性地施加充电行驱动电压。
14.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)选择性地施加非传导行驱动电压。
15.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)选择性地施加传导列驱动电压。
16.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)选择性地施加充电列驱动电压。
17.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中在像素(P)的寻址周期的结束阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)的源电极(S)选择性地施加非传导列驱动电压。
18.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中显示元件(62)在像素(P)的寻址周期的中间阶段期间与铁电薄膜晶体管(60)的漏电极(D)进行电通信，以便响应于施加到铁电薄膜晶体管(60)的栅电极(G)和源电极(S)的充电行驱动电压和充电列驱动电压而促进显示元件(62)的充电。
19.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中所述显示元件(62)是电泳显示元件(62)。
20.根据权利要求11所述的显示器(20)，其中所述显示元件(62)是液晶显示元件(62)。
21.一种显示器(20)，包括:
行驱动器(30)；
列驱动器(40)；
像素(P)，包括
铁电薄膜晶体管(60)形式的存储元件，其可操作耦合到行驱动器(30)和列驱动器(40)，和
可操作耦合到该铁电薄膜晶体管(60)的显示元件(62)；
其中行驱动器(30)和列驱动器(40)可操作用于在像素(P)的寻址周期的每个阶段期间向铁电薄膜晶体管(60)施加不同的驱动电压；
其中铁电薄膜晶体管(60)可操作用于在像素(P)的寻址周期的开始阶段期间响应于由行驱动器(30)和列驱动器(40)向该铁电薄膜晶体管(60)施加的传导行驱动电压和传导列驱动电压而被设置到传导状态。
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