CN103348400A - 改进的用于显示器的有源矩阵和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种包含在彩色显示装置中的有源矩阵，包括被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素都具有包括至少红色、绿色和蓝色元件的x个元件。m条的多条数据线，该m条数据线中的不同的数据线一对一地耦合到像素的每一列和在该像素列中的每一个像素中的每一个元件。提供了xn条的多条扫描线，该xn条扫描线中的每一条被划分成n组x条扫描线。三条xn扫描线的不同的组被耦合到n行像素中的每一行并且在每一组中的不同的x条扫描线中的每一条都被耦合到x个元件中的不同的元件。

Description

改进的用于显示器的有源矩阵和制造方法

技术领域

本发明一般地涉及包含有源矩阵的显示装置并且更加具体地涉及改进的驱动器构架。

背景技术

在包含有源矩阵的彩色显示装置中，显示器/矩阵包括排列成n行像素和m列像素的3元件像素的阵列。单条扫描线被用于每一行像素并且在每一列像素中使用三条数据线用于三种颜色即红色、绿色和蓝色。而且，通常m大于或者等于n，这相对于数据线减少了扫描线（即长方形显示器水平地比竖直地更长）。最少化扫描线的原因主要是由于源自有源矩阵技术的限制。

相对简单的扫描驱动器能够至少部分地且直接地在底板或者有源矩阵上制造。通常，使用无定形硅（a-Si）技术，因为通常在透明面板诸如玻璃或者硬塑料上制造有源矩阵。随着显示器的尺寸和清晰度增加，像素的行（n）和列（m）的数目增加。在现有技术的有源矩阵中，为每一行像素提供一条扫描线（n条扫描线）并且为每一列像素提供三条数据线（三个色彩元件中的每一个各一条）（3m条数据线）。每一条扫描线都在帧时间/n的时间中被激活，使得为每一条扫描线允许的时间随着显示器的尺寸增加而减少。然而，a-Si薄膜晶体管（TFT）并不具有足以支持大数目的扫描线的迁移率和开/关率，并且因此扫描线的数目应该被调节以保持在a-Si薄膜晶体管技术的限制内。

置于显示器/矩阵技术上的限制是一个严重的问题。而且，数据驱动器是相对复杂的并且因此是昂贵的。虽然数据驱动器通常脱离底板地制造并且在外部被耦合到底板，但是减少数据驱动器的数目将是高度理想的。由于产品可靠性和制造出产率，还期望减少与带有小像素间距的显示器中的数据驱动器芯片相关联的数据线和接触焊盘的数目。

在带有增加的像素计数和更高的帧率的未来的显示器中，由于在扫描线之上的RC延迟问题，还一般地期望减少在给定扫描线中的像素的数目。

因此，纠正在现有技术中固有的前述的和其它的缺陷将是高度有利的。

发明内容

简要地，为了根据其一个优选实施例实现本发明的期望目的，提供了一种包含在彩色显示装置中的有源矩阵，该有源矩阵包括被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素包括x个元件或者子像素。提供了m条的多条数据线，一对一地耦合到每一列像素和该列中的每一个像素。提供了xn条的多条扫描线，该xn条扫描线的不同的组被耦合到该n行像素中的每一行并且该不同的组中的每一组被耦合到该x个元件中的不同的一个。因此，昂贵的数据驱动器被减少为通常采用的数目的至少三分之一（在典型的红色、绿色和蓝色像素中）。在又一种类型的全色像素设计中，连同R、G和B元件或者子像素一起地添加白色元件或者子像素。在另外的元件或者子像素的情形中，将另外的扫描线添加到该系统。

进一步根据一种操作包含在彩色显示装置中的有源矩阵的方法实现了本发明的期望目的，该方法包括以下步骤：提供被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素具有包括至少红色、绿色和蓝色元件的x个元件，m条的多条数据线，各一条耦合到每一列像素和该列中的每一个像素，和xn条的多条扫描线，该xn条扫描线的不同的组被耦合到该n行像素中的每一行并且该不同的组中的每一组被耦合到该x个元件中的不同的一个。该方法进一步包括以下步骤：一次一条扫描线地对于每一帧激活该xn条扫描线一次以便一次每像素一个元件地激活像素阵列中的元件并且按照顺序激活该m条数据线以与该xn条扫描线同步地供应至少红色、绿色和蓝色数据以便在红色、绿色和蓝色元件中的每一个被扫描线激活时向红色元件供应红色数据、向绿色元件供应绿色数据并且向蓝色元件供应蓝色数据。在又一种类型的全色像素设计中，连同R、G和B元件或者子像素一起地添加白色元件或者子像素。

上述策略能够被扩大为添加带有不同的原色的更多的子像素诸如互补颜色以改进显示器的色域。在这种显示器中，能够由4n、5n到7n条扫描线使用类似的像素布局和操作机制。

附图说明

与附图相结合，根据其优选实施例的以下详细说明，本发明前述的和进一步的并且更加具体的目的和优点将对于本领域技术人员而言将变得是显而易见的，其中：

图1是在现有技术显示器和底板或者有源矩阵中的单个像素的简化图；

图2是在根据本发明的改进的有源矩阵中的单个像素的简化图；

图3是典型的有源矩阵发光元件驱动器电路的示意图；

图4是用于根据本发明的有源矩阵的另一种格式的简化图；以及

图5是在图3中示出的有源矩阵的一部分的简化示意图。

具体实施方式

贯穿本讨论，应该理解，作为一个实例使用了薄膜晶体管（通常TFT），但是可以在TFT的定义中包括其它薄膜装置。在TFT中的优值由μV/L²定义，其中μ是迁移率，V是电压并且L是栅长。其中已经证明了高达80cm²/V-sec的迁移率的、金属氧化物半导体材料的近期的进步部分地解决了主要的问题。金属氧化物半导体的独特的特征之一在于，载流子迁移率较不那么依赖于薄膜的晶粒尺寸，即，高迁移率无定形金属氧化物是可能的。贯穿本讨论，应该理解，当对于底板或者有源矩阵中的有源装置或者扫描驱动器进行参考时，有源装置优选地是金属氧化物TFT（MOTFT）或者多晶硅TFT。因为或者MOTFT或者多晶Si TFT的更高的迁移率和改进的开/关率，所以对于在底板中使用的扫描线的数目，存在很小的或者无任何约束。

参考图1，现有技术显示器和有源矩阵由单个像素10的简化图表示。如在彩色显示器技术领域中理解地，显示器的每一个像素都包括红色、绿色和蓝色发光元件或者组件。然而，将会理解，像素能够包括另外的色彩元件（例如白色）以改进显示器的色域并且对于R、G和B的引用旨在包括任何这种另外的色彩元件。本发明一般地应用于包含有机发光装置的显示器或者OLED显示器，但是能够被应用于液晶装置（LCD）的阵列和其它类型的显示器（诸如基于电润湿效应的那些，在美国专利申请10/574448中公开了一个实例）。像素10包括带有分开的数据线和单条扫描线的红色、绿色和蓝色OLED，分开的数据线被耦合到每一个OLED并且单条扫描线被耦合到像素10的所有的三个OLED。在图1中，每一个红色、绿色和蓝色OLED是具有竖直地定向长尺寸并且OLED水平地并排地放置地基本长方形的形状使得总体像素是基本正方形的。通过在数据线和电力线通过每一个元件延伸竖直地定向元件或者组件，数据和电力线遮掩大量的照明部分（即填充因数减小）。此外，如以上解释地，要求3m数据线和3m数据驱动器。因为数据驱动器是本质上更加复杂的和昂贵的，所以这种格式的总体成本是昂贵的。

现在参考图2，根据本发明的显示器和有源矩阵由单个像素20的简化图代表。将会理解，单个像素20代表被排列成n行和m列的像素阵列。像素20包括分别地标为22、23和24的红色、绿色和蓝色发光元件或者组件（优选地OLED）。元件22、23和24具有近似相等的面积，并且每一个元件具有水平长度大于竖直宽度的基本长方形配置。此外，元件被竖直地以并排的定向排列以形成元件列或者堆。

在这种改进的格式中，三条扫描线25、26和27一对一地分别地被耦合到元件22、23和24。因为每一个像素能够包括不同于三个的多个元件，所以应用于每一个像素的扫描线可以在这里一般地被称作“xn”，其中x代表扫描线的数目或者像素元件的数目。通常，所有的扫描线都被耦合到以预定的次序并且在显示器的每一帧中顺序地激活每一条扫描线的、标为21的一个或者多个扫描驱动器电路。一个或多个扫描驱动器电路21能够在有源矩阵的底板上制造。单一数据线29还被耦合到该三个（或者更多）元件中的每一个。同样，单一电力线28被示出为耦合到该三个（或者更多）元件中的每一个。

在图2中，每一个红色、绿色和蓝色OLED是具有水平地定向长尺寸基本长方形的形状使得总体像素是基本正方形的。此外，每一列像素具有与它相关联的单一数据线和三条扫描线。然而，将会理解，根据需要，或者数据和扫描线和/或像素的定向能够被旋转九十度，只要三条扫描线和一条数据线被耦合到每一个像素。在图2中的排列能够被延伸至包含超过三原色的全色像素，诸如：红色、绿色、蓝色和白色、和/或黄色、天蓝色；红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色和白色；等等的显示器。

另外地参考图3，示出了用于每一个像素的每一个元件的典型的有源矩阵电路30。如本领域技术人员理解地，如在在2009年11月4日提交、带有系列号12/612,123并且在此通过引用而被并入的、题目为“用于MOSFET的掩模层减少（Mask Level Reduction for MOSFET）”的共同未决的美国专利申请中描述的，在底板中制造耦合到该多个发光装置的多个有源电路30。该单一元件包括OLED32、存储电容器34和（在该实例中）薄膜晶体管（TFT）控制器36和TFT驱动器38。TFT控制器36被连接到栅极的扫描线（例如扫描线25）激活并且数据线（例如数据线29）连接到源极/漏极（S/D）端子。如在本技术领域中理解地，通常利用栅极金属实现扫描线。通常利用源极/漏极金属实现数据线。最好地不带通孔地利用源极/漏极金属实现电力线。虽然有源矩阵OLED电路的其它变型可以是可用的，但是所有的变型通常要求分开的扫描线和数据线和将晶体管和透明导体相互连接。此外，理解到存储电容器34用作在扫描之间存储数据使得数据被以此作用于像素或者元件的速率的变化将对于最后的显示没有影响。

虽然每一个像素的数据线和电力线都被定位成以隔开的、平行的定向跨过像素面地延伸，但是在线之间存在足够大的空间以便并不过度地影响填充因数。同样，为了改进填充因数，元件22、23和24被定向为以长尺寸在图2中水平地延伸，因此增加了在平行线之间的间隔。利用这种格式实现的主要优点是减小了所要求的更加昂贵的数据驱动器数目。

因为扫描线的数目被增加因数x（其中x是在每一个像素中的元件的数目），所以对于每一条扫描线要求的速度或者分配的时间也被改变因数x。同样，根据需要，m能够大于n（水平尺寸更高）或者n能够大于m（竖直尺寸更高）。然而，通过使用或者是MOTFT（优选地）或者是多晶Si TFT，速度或者时间的改变能够容易地实现。

在扫描信号被序列化至每一个像素的三个元件中时，通过只是通过单一驱动器序列化红色、绿色和蓝色数据，单一数据驱动器能够用于驱动所有的三个像素元件。因此，当扫描线25被扫描信号激活时，单一数据驱动器利用红色数据激活，当扫描线26被扫描信号激活时，单一数据驱动器利用绿色数据激活，并且当扫描线27被扫描信号激活时，单一数据驱动器利用蓝色数据激活。这能够是被与所有的m个数据驱动器相互连接并且被与扫描信号同步化的简单的时序电路。因为相对复杂和昂贵的数据驱动器通常地位于底板外部，所以包含另外的时序电路是相对简单的和廉价的。

将会理解，类似的像素排列和操作原理能够被用于包括超过红色、绿色和蓝色三原色的全色像素的先进的显示器。能够利用以红色、绿色、蓝色、白色和/或黄色、天蓝色或者红色、绿色、蓝色、青色洋红色、黄色和/或白色等等排列的4-7个子像素或者像素元件实现带有改进的色域，或者带有改进的显示效率的全色像素。

参考图4，用于单一像素的三（或者x）条扫描线的组能够被耦合到解复用电路40。解复用电路40能够是利用单一输入扫描线并且作为响应顺序地产生三个或者一组扫描信号的相对简单的开关电路。另外地参考图5，示出了能够被用作图4中的解复用电路40的解复用电路50。在电路50中，示出了控制器TFT、R-选择、G-选择和B-选择的三个组合电路。三个控制器TFT的栅极被耦合到能够被耦合到所有的解复用电路的简单的三个信号发生器。该三个控制器TFT中的每一个的源极/漏极电路将单一输入扫描信号连接到三个负载TFT52、53和54之一，该三个负载TFT继而将扫描信号耦合到与单一像素相关联的三条扫描线（R扫描、G扫描和B扫描）之一。在该实施例中，控制器TFT和负载TFT优选地是MOTFT，但是能够是多晶Si TFT，或者通过有机或者有机金属化合物半导体制成的TFT。

例如，在扫描信号被应用于解复用电路50的输入时，R-选择信号被应用于R-选择控制器，R-选择控制器继而通过负载TFT52向扫描线25供应扫描信号。在扫描信号仍然被应用于解复用电路40的输入时，在R-选择信号被从继而通过负载TFT53向扫描线26供应扫描信号的R-选择控制器中移除之后，G-选择信号被应用于G-选择控制器。在扫描信号仍然被应用于解复用电路40的输入时，在G-选择信号被从继而通过负载TFT54向扫描线27供应扫描信号的G-选择控制器中移除之后，B-选择信号被应用于B-选择控制器。将会理解，能够相对容易地利用例如耦合到底板上的n个解复用电路的、对于每一个扫描步骤通过三个步骤循环的单一电路在底板上制造解复用电路40。因此，实际上耦合到底板的扫描线的数目将保持与现有格式相同。将会理解，这个解复用电路和驱动方案能够被扩大至带有超过红色、绿色和蓝色子像素的全色子像素的先进的显示器。能够遵循图4和5所示相同的原理设计4-8条子扫描线的解复用电路。

因此，已经公开了一种相对简单并且制造较不昂贵的新的和改进的有源矩阵。昂贵的扫描驱动器的数目已经被减少了因数三使得底板的总体费用减少。

本领域技术人员将容易地想到对于在这里被选择用于示出的意图的实施例的各种改变和修改。在这种修改和改变并不偏离本发明的精神的程度上，它们旨在被包括在其仅仅通过以下权利要求的合理解释评定的范围内。

已经以使得本领域技术人员能够理解并且实践本发明的这种清楚的和简洁的术语充分地描述了本发明，本发明的权利要求如下。

Claims (21)

1.一种包含在彩色显示装置中的有源矩阵，包括：

被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素都包括代表不同的原色的x个元件的多个元件；

m条的多条数据线，所述m条的多条数据线中的不同的一条都一对一地耦合到像素的每一列、且耦合到像素的该列中的每一个像素的所述x个的多个元件中的每一个元件；和

n组的多组x条扫描线，所述n组的多组x条扫描线中的不同的组耦合到所述n行像素中的每一行、且在每一组中的不同的x条扫描线中的每一条都耦合到所述x个的多个元件中的不同的一个，使得所述n组的多组x条扫描线中的每一组中的单条扫描线都耦合到每一个像素的每一个元件。

2.根据权利要求1所述的有源矩阵，其中，在所述阵列中的每一个像素的所述x个元件都具有近似相等的面积，每一个元件都具有水平长度大于竖直宽度的大体上长方形配置，所述元件被竖直地并排定向排列。

3.根据权利要求2所述的有源矩阵，其中，在所述阵列中的每一个像素的所述x个元件都包括红色、绿色和蓝色元件。

4.根据权利要求2所述的有源矩阵，进一步包括m条的多条电力线，都一对一地耦合到像素中的每一列、且耦合到该列中的每一个像素。

5.根据权利要求4所述的有源矩阵，其中，耦合到每一个像素的所述m条的多条电力线中的一条电力线和所述m条的多条数据线中的一条数据线在每一个像素上都间隔开且邻近该像素的各边缘定位。

6.根据权利要求1所述的有源矩阵，进一步包括与xn条的所述多条扫描线相关联并且被设计成顺序地将单一输入的扫描信号施加给耦合到一个像素的所述x条扫描线中的每一条的解复用电路。

7.根据权利要求1所述的有源矩阵，其中，所述x条的多条扫描线中的每一条都耦合到被设计成一次一条地顺序激活所述扫描线的扫描驱动器。

8.根据权利要求7所述的有源矩阵，其中，所述扫描驱动器中的有源元件包括带有包括有机半导体材料或者有机金属半导体材料的活性层的MOTFT、多晶Si TFT和TFT之一。

9.根据权利要求1所述的有源矩阵，其中，所述像素阵列中的每一个像素的每一个元件都包括底板中的有源元件，所述有源元件包括带有包括有机半导体材料或者有机金属半导体材料的活性层的MOTFT、多晶Si TFT和TFT之一。

10.根据权利要求1所述的有源矩阵，其中，所述像素阵列中的每一个像素的每一个元件都包括OLED和LCD之一。

11.一种包含在彩色显示装置中的有源矩阵，包括：

被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素都具有包括至少红色、绿色和蓝色元件的x个元件；

包括多个有源电路的底板，所述多个有源电路中的每一个有源电路都一对一地与所述像素阵列中的每一个像素的每一个元件相关联、并且所述多个有源电路中的每一个有源电路都被电耦合到所述像素阵列中的每一个像素中的该相关联的元件，由此所述多个有源电路被排列成xn行和m列的阵列，所述多个有源电路中的每一个有源电路都包括MOTFT装置；

m条的多条数据线，都一对一地与所述像素阵列中的每一列像素相关联，每一条数据线都被电耦合到在该相关联的像素列中的每一个有源电路；和

每一组都包括x条扫描线的n组的多组扫描线，所述n组中的不同的组耦合到所述n行像素中的每一行、并且在所述n组中的每一组中的不同的x条扫描线中的每一条都耦合到所述x个元件中的不同的一个。

12.根据权利要求11所述的有源矩阵，其中，所述阵列中的每一个像素的所述x个元件都具有近似相等的面积，每一个元件都具有水平长度大于竖直宽度的大体长方形配置，所述元件被竖直地并排定向排列。

13.根据权利要求11所述的有源矩阵，进一步包括m条的多条电力线，都一对一地与每一列像素相关联、并且被耦合到在该相关联的列中的每一个像素的所述x个元件中的每一个。

14.根据权利要求13所述的有源矩阵，其中，耦合到每一个像素的所述m条的多条电力线中的一条电力线和所述m条的多条数据线中的一条数据线在每一个像素上都间隔开并且邻近该像素的各边缘定位。

15.根据权利要求11所述的有源矩阵，其中，所述阵列中的每一个像素的所述x个元件都具有近似相等的面积，并且每一个元件都带有具有竖直长度大于水平宽度的大体长方形配置。

16.根据权利要求11所述的有源矩阵，进一步包括多个解复用电路，都一对一地与所述像素阵列中的每一行像素相关联，所述多个解复用电路都具有n个输入扫描信号，每一个解复用电路都被设计成接收所述n个输入扫描信号中的不同的单个输入扫描信号、并且将接收到的单个输入扫描信号顺序地施加给耦合到所述相关联的像素行中的像素的所述x条扫描线中的每一条。

17.根据权利要求11所述的有源矩阵，其中，所述xn条的多条扫描线的每一条都耦合到被设计成一次一条地顺序激活所述扫描线的扫描驱动器。

18.一种操作包含在彩色显示装置中的有源矩阵的方法，包括以下步骤：

提供被排列成n行和m列的像素阵列，每一个像素都具有包括至少红色、绿色和蓝色元件的x个元件，m条的多条数据线，每一条都一对一地耦合到每一列像素、且耦合到该列中的每一个像素的每一个元件，和xn条的多条扫描线，所述xn条扫描线的不同的组都被耦合到所述n行像素中的每一行、并且所述不同的组中的每一组都被耦合到所述x个元件中的不同的一个；

对于每一帧一次一条扫描线地激活所述xn条扫描线一次，以便一次每像素一个元件地激活所述像素阵列中的各元件；和

按顺序激活所述m条数据线以与所述xn条扫描线同步地供应至少红色、绿色和蓝色数据，以便在所述红色、绿色和蓝色元件中的每一个都由所述扫描线激活时向所述红色元件供应红色数据、向所述绿色元件供应绿色数据、并向所述蓝色元件供应蓝色数据。

19.根据权利要求18所述的方法，包括以下步骤：顺序地供应n个输入扫描信号并且多路复用所述n个输入扫描信号以提供n组的x个扫描信号，所述n组之一用于所述n个输入扫描信号中的每一个，将所述n组中的每一组都一对一地耦合到所述n行像素中的相关联的像素行，并且将所述n组的每一组中的每一个信号都顺序地施加给该相关联的像素行中的各像素的不同元件。

20.根据权利要求19所述的方法，包括以下步骤：提供多个解复用电路，所述n组中的每一组各一个，并且每一个解复用电路都包括带有包括有机半导体材料或者有机金属半导体材料的活性层的MOTFT、多晶Si TFT和TFT之一。

21.根据权利要求18所述的方法，包括以下步骤：提供多个有源电路，所述像素阵列中的每一个像素的每一个元件各一个，并且每一个有源电路都包括带有包括有机半导体材料或者有机金属半导体材料的活性层的MOTFT、多晶Si TFT和TFT之一。

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