CN1672187A - 具有带有自举电容器的开光电路的阵列器件 - Google Patents

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Abstract

一种阵列器件具有在每一像素中的开关电路，其用于选择性地将至少两个输入中的一个路由给像素元件。开关晶体管连接在至少两个输入端的相应一个和像素元件之间。根据至少一个输入的数据波形来决定开关晶体管的操作时间，以及在至少一个开关晶体管的栅极和开关晶体管的输出端之间提供电容性连接。通过使用自举技术，这样能够减少确保开关晶体管正确切换所需要的数据电压范围。特别是，通过控制用于导通或关断开关晶体管的数据信号的应用的时间，可以使用至少一个输入信号的电压电平以通过各个开关晶体管提供到自举电容器上的电容性耦合。

Description

具有带有自举电容器的开关电路的阵列器件
本发明涉及在一种阵列器件中使用的开关电路，特别地但不唯一地用于有源矩阵显示器件的像素中。
有源矩阵显示器典型地包括以行和列排列的像素阵列。每一行像素共用一个行导体，该导体连在该行内像素的薄膜晶体管的栅极上。每一列像素共用一个列导体，给其提供像素驱动信号。在该行导体上的信号决定晶体管的接通或关断，通过在行导体上的高电压脉冲，当该晶体管接通时，允许来自列导体的信号传递给液晶材料(或其它的电容性显示单元)区域，从而改变该材料的光传输特性。
众所周知，提供额外的存储电容器作为像素配置一部分以使即便在去掉行电极脉冲后仍然能够维持液晶材料上的电压。
用于有源矩阵显示器件的帧(场)周期需要一行像素在短时间周期内被寻址到，并且为了对液晶材料充电或放电至所需的电压电平这又增加了对晶体管电流驱动能力的要求。为了满足这些电流要求，供给薄膜晶体管的栅极电压需要大的电压摆幅。例如，在使用低温多晶硅晶体管的显示器中，最小行驱动电压可以大约为-2V而最大值大约为15V。这确保对晶体管进行充分地偏压以提供所需的源漏电流，从而对液晶材料足够迅速地进行充电或放电。
对行导体内大电压波动的要求需要使用高电压元件来执行行驱动电路。这也导致了相对高的功率消耗。
在有源矩阵显示器中使用数字数据以控制像素亮度同样得到日益的关注。也已提出在有源矩阵显示器的像素中集成动态存储器，其中用于每个像素的数字数据值存储在像素中。提供给或存储在显示器的像素中的数字数据然后可以用于选择许多不同信号电压波形中的一个。该选定的波形然后可以直接或者间接地用于驱动显示元件，例如在有源矩阵LCD情形中的液晶像素元件。
图1示出一种可行的布置，其根据数据电压输入的状态允许两个信号电压波形中的一个连接到电路的输出端。当用于给显示元件选路信号时，这些信号中的一个可以导致显示元件切换至暗态，同时其它的信号可以将显示元件切换至亮态。在实际的电路中，用薄膜晶体管取代这些开关。
在显示器的像素中电路可用的区域受像素的尺寸限制，在透射显示器中，需要使像素面积最小，其中通过显示器的光通路被电路遮挡。图2示出减少到所需的最少数量晶体管的开关电路的例子。输出信号可以直接连接到液晶显示元件上。
在该电路中，连接到信号电压1的开关采用n型TFT并且连接到信号电压2的开关采用p型TFT。n型和p型元件的互补特性意味着采用适当的数据电压电平，该电路可以在两个状态之间切换。在一个状态中，n型元件是导通的并且p型元件是不导通的，在另一个状态中n型元件是不导通的而p型元件是导通的。
为了解释该电路的操作，我们可以考虑可以应用到电路中的驱动电压波形和在两个状态之间切换晶体管需要的数据电压电平的两个例子。
图3示出可能的电压波形的第一实例。在该实例中，假定将交流电压波形应用于输入信号1。该波形在两个电压电平0V和VDR之间切换。将等于0.5VDR的恒定电压应用于输入信号2。应用到数据电压输入的电压最初在低电平VDL，然后切换到高电平VDH。当数据电压低时，信号2传输到电路的输出端。当数据电压高时，信号1传输到电路的输出端。下面的表1概括了决定VDL的最大允许值和VDH的最小允许值的条件。
                              表1
数据电压  切换TFT所需要的条件 所需数据电压的方程 特定条件值 需要的数据电压
VDH  n型TFT开 VDH≥VDR+Vnon ≥13V 13V
 p型TFT关 VDH≥0.5VDR-Vpoff ≥4.5V
VDL  n型TFT关 VDL≤0-Vnoff ≤0V 0V
 p型TFT开 VDL≤0.5VDR+Vpon ≤0.5V
在该表中，Vnon是使得元件充分导通所需要的n型TFT的栅源电压，Vnoff是使得元件充分不导通所需要的n型TFT的栅源电压。Vpon和Vpoff是用于p型TFT的等效参数。当条件为：Vnon＝4V、Vpon＝-4V、Vnoff＝0V、Vpoff＝0V、VDR＝9V时已计算出数据电压电平。这些数据是那些低温多晶硅TFT和扭转向列液晶显示元件需要的典型值。根据需要决定高电平数据电压的最小值以确保当施加给信号1输入端的电压在最高电平时n型TFT保持导通。根据需要决定低电平数据电压的最大值以确保当施加给信号1输入端的电压在最低电平时n型TFT保持不导通。需要的数据电压振幅很大，大于或者等于13V。由于会增加显示器的功率消耗，如此高的值是不理想的。
图4示出可能的波形的第二实例。在该实例中，将互补的交流电压波形施加给电路的两个信号输入端。这些波形适于所谓的公共电极驱动配置，其中将交流电压应用到显示器的公共电极。因此，信号1是驱动像素至亮态所需要的电压，信号2是驱动像素至暗态所需要的电压(这将在下面进一步解释)。数据电压再次由低电平变到高电平，当数据电压低时，输出信号等于信号2，当数据电压高时输出信号等于信号1。表2示出了表示定义需要的数据电压值的条件。Vnon、Vnoff、Vpon、Vpoff的值同第一实例的相同，VDR的值为4.5V。
                           表2
数据电压 切换TFT所需要的条件 所需数据电压的方程 特定条件值 需要的数据电压
VDH N型TFT开 VDH≥VDR+Vnon ≥8.5V 8.5V
p型TFT关 VDH≥VDR-Vpoff ≥4.5V
VDL n型TFT关 VDL≤0-Vnoff ≤0V -4V
p型TFT开 VDL≤0+Vpon ≤-4V
需要的数据电压的振幅由接通n型或p型TFT所需要的电压决定。数据电压的高电平的最小值是当信号1在它的最大电平时接通n型元件所需要的值。数据电压的低电平的最大值是当信号2在它的最小电平时接通p型元件时所需要的值。需要的数据电压振幅仍然相对大，大于或者等于12.5V。
如果电路的输出信号应用于驱动液晶显示元件，显示器的公共电极将承载与信号2的振幅和相位相同的交流信号，而且具有校正过的DC电压电平。从开关电路的输出信号和信号2之间的差中获得出现在显示元件上的电压。当数据电压低时该电压具有峰值为零的尖峰，当数据电压高时该电压具有峰值为2VDR的尖峰。
如果数据电压的摆幅可以减少，这会使得功率消耗减少。例如，这可以适合于低功率待机模式。
根据本发明，提供了一种器件，包括像素阵列，每个像素包括像素元件并且与开关电路连接，其中开关电路用于选择性地路由至少两个输入信号中的一个给像素元件，包括在至少两个输入信号中的相应一个和像素元件之间连接的至少第一和第二开关晶体管，其中由提供给晶体管的栅极的数据信号控制每个开关晶体管，其中使用根据输入信号中的至少一个的数据波形而确定的预定时间将用于每个开关晶体管的数据信号路由给开关晶体管的栅极，以及其中在至少一个开关晶体管的栅极和该开关晶体管的输出之间提供电容性连接。
通过使用自举技术，本发明可以减少确保开关晶体管正确切换所需要的数据电压范围。尤其是，通过控制用于接通或关断开关晶体管的数据信号的应用的时间，至少一个输入信号的电压电平可以用于提供通过各个开关晶体管电容耦接到自举电容器上。
术语关于开关“连接在”输入端和输出端之间不是确定为表示开关的输出端直接连接至输出端，仅仅表示开关的输出端与输出端依次耦合，无论是直接还是通过其它的开关或者电容性连接。事实上，当开关电路用于路由许多信号中的一个至像素元件时，输出端最后是像素元件，但是在开关晶体管和像素元件之间有其它的元件。
本发明的阵列器件具有集成到每个像素中的开关电路，用于选择性地路由至少两个输入信号中的一个到像素元件。然而，开关电路可以部分地提供在外围寻址电路中而不是单纯集成到像素区域中，或者开关电路整个地设置在寻址电路中。
通过转换开关将用于每个开关晶体管的数据信号路由到开关晶体管的栅极，该转换开关控制用于每个开关晶体管的数据信号的应用的时间，并且其中在每个开关晶体管的栅极和每个开关晶体管的输出端之间提供电容性连接。在施加数据信号后该(或每个)转换开关允许晶体管栅极浮动。
例如，在每个开关晶体管的栅极和开关电路的公共输出端之间提供电容性连接。
第一和第二开关晶体管的栅极可以连接在一起，该电容性连接包括连接在栅极和公共输出端之间的电容器。这样，两个输入端之间公用该自举电容器。第一开关晶体管是n型晶体管，第二开关晶体管是p型晶体管。这能够将单个数据信号施加到两个开关晶体管的栅极以便同时接通一个晶体管并且关断另一个晶体管，在数据信号的接通和关断电压电平之间的电压摆幅减小。
相反，电容性连接包括在每个开关晶体管的栅极和公共输出端之间连接的各个电容器。每个晶体管可以单独切换。
电路包括n个输入端，在此n大于2，以及包括连接在n个输入端的相应一个和像素元件之间的第一至第n开关晶体管，并且其中选择用于每个开关晶体管的数据信号，使得相应一个开关晶体管接通以路由相应输入信号至像素元件。这样提供了n选一选择电路。在这样的布置中，一些开关晶体管可以是n型，另一些是p型，或者它们可以都是一样的。
电路包括n个输入端，但是具有连接在n个输入端的相应一个和两个中间输出端中的一个之间的第一至第n开关晶体管，其中选择用于每个开关晶体管的数据信号，使得一半开关晶体管接通以路由第一选择的输入至一个中间输出端和路由第二选择的输入至其它的中间输出端。这样的布置提供了两个平行的通道，具有为各个通道选择的输入端。使用二进制字作为控制信号可以形成用于选择器电路的结构块。例如，另一个开关电路可以选择地路由一个中间输出端输入至公共输出端，也就是像素，这提供了由两个比特字控制的四选一选择器。
本发明的器件是有源矩阵显示器件。该显示器件包括像素矩阵，每个像素包括：
用于路由(至少)两个电压电平之一至公共输出端的本发明的开关电路；
在公共输出端和像素的液晶单元之间的第一选择开关；以及
在模拟像素数据线和像素的液晶单元之间的第二选择开关。
在这样的布置中，开关电路在亮和暗之间选择，用于需要低电压的低功率操作模式。这种操作模式由第一选择开关选择。然而，显示器同样可以用于通常的模拟模式中，该模式由第二选择开关选择。
可以在模拟像素数据线上提供用于选择两个电压驱动电平中的哪一个将被路由到公共输出端的控制信号，其因此在两种操作模式之间被共用。
本发明还提供了一种在包括像素阵列的器件的像素中路由至少两个输入中的一个至像素元件的方法，该方法包括：
将数据信号施加于至少第一和第二开关晶体管的栅极以接通所选择的第一和第二开关晶体管中的一个和关断第一和第二开关晶体管中的另一个，该至少第一和第二开关晶体管连接在至少两个输入端的相应一个和像素元件之间，由此路由该相应的输入至像素元件，
其中根据两个输入端的至少一个上的信号选择施加数据信号的时间，
其中在至少一个开关晶体管的栅极和该开关晶体管的输出端之间提供电容性连接，以及
其中控制时间使得电容性连接减少在用于接通和关断开关晶体管所需要的数据信号之间的数据信号中所需要的电压摆动。
本方法用于驱动液晶显示器。在第一模式中，模拟像素驱动信号被切换至显示器(通常模式)的每个像素，和在第二模式中，本发明的方法用于路由在相应输入端上的两个像素驱动信号(亮或暗)之一至显示器(数字低功率模式)的每个像素。
现在参考附图将对本发明的实例进行详细的描述：
图1示意性示出用于选择两个输入端中的一个的已知的开关电路；
图2示出图1的电路的实施；
图3和图4表示用于控制图2的电路的不同波形；
图5表示用于有源矩阵液晶显示器的公知的像素结构的一个实例；
图6表示包括行和列驱动电路的显示器件；
图7表示本发明的开关电路的第一实例；
图8和图9表示用于控制图7的电路的不同波形；
图10表示本发明的开关电路的第二实例；
图11表示本发明的开关电路的第三实例；
图12表示在有源矩阵显示器的像素内使用的本发明的电路的第一实例；
图13表示在有源矩阵显示器的像素内使用的本发明的电路的第二实例；以及
图14表示在有源矩阵显示器的像素内使用的本发明的电路的第三实例。
图5表示用于有源矩阵液晶显示器的传统像素结构。显示器布置成按行和列的像素矩阵。每行像素共用公共行导体10，每列像素共用公共列导体12。每个像素包括串联设置在行导体12和公共电极18之间的薄膜晶体管14和液晶单元16。通过提供在行导体10上的信号接通和关断晶体管14。行导体10由此连接到相关行的像素的每个晶体管14的栅极14a上。每个像素还包括存储电容器20，其在一端22处连接至下一个行电极、上述的行电极或者至单独的电容器电极。该电容器20存储驱动电压，使得即便在晶体管14关断后仍保持信号在液晶单元16上。
为了驱动液晶单元16至所需的电压以获得需要的灰度级(仅仅是黑或白)，在列导体12上提供与行导体10上的行寻址脉冲同步的适当的信号。该行寻址脉冲导通薄膜晶体管14，因此允许列导体12对液晶单元16充电至所需的电压，也将存储电容器20充电至相同的电压。在行寻址脉冲结束时，晶体管14关断，当寻址到其它行时存储电容20维持单元16上的电压。存储电容器20减少了液晶泄漏的效应并且减少了依据液晶单元电容的电压所导致的像素电容的百分比变化。
顺序地寻址各行，使得在一帧周期内寻址到所有的行，并在随后的帧周期内刷新所有的行。
如图6所示，通过行驱动电路30提供行寻址信号，通过列寻址电路32提供像素驱动信号给显示像素的阵列34。
为了使被驱动的足够电流能够通过薄膜晶体管14，必须使用高栅极电压，该薄膜晶体管14由非晶硅或多晶硅薄膜元件提供。尤其是，接通晶体管的周期大约等于总的帧周期，在该总的帧周期内必需刷新显示器，并被行的数量划分。为了在关断态提供所要求的小漏电流，以及在导通态提供充足的电流以便在有效的时间内对液晶单元16充电或放电，对于多晶硅显示器导通态和关断态的栅极电压相差约12V。
图7表示根据本发明的第一开关布置，其中减少了在两个可能的状态之间驱动电路所需要的关于信号的电压摆动。下面将进一步描述阵列器件内的开关电路的执行。
如图所示，电容器CB连接在数据电压节点40和输出信号节点43之间。两个开关晶体管50为相反极性型。当通过转换开关42将数据电压施加于数据电压节点40时，输入信号被维持在这样一个电压电平：使在导通TFT时出现在该TFT上的栅源电压最大。这意味着连接在n型TFT的输入端的信号，即信号1应该在它的最低电压电平以及在p型TFT的输入端的信号，即信号2应该在它的最高电压电平。通过转换开关42使数据电压节点与数据源隔开以及在电容器CB上保持数据电压。在输出信号电压的任何变化都被耦合到数据电压节点上，这样维持了导通时的器件的栅源电压。这样的优点可以通过考虑上述分析中使用两组实例的波形来解释。
图8表示图3的波形如何被改变以适合图7的像素布置，其使用自举电容器CB。已经增加了新的波形“传送数据”。当该信号为高时，该数据电压电平从数据源传送到数据电压节点40。当信号为低时，数据电压节点40与数据源隔开。使用图7所示的TFT开关可以获得该功能。将电容器CB引入到开关电路的作用将改变数据电压节点上出现的电压波形。当在信号1输入端上的电压在它的最低电平时，如果数据电压从数据源传送，则可以使导通n型器件所需要的数据电压最小。这样，定时在“传送数据”波形中的第二脉冲以对应于在“信号1”波形中的波谷。
表3概括了用于切换两个晶体管需要的数据电压电平。
                            表3
数据电压 切换TFT所需要的条件 所需数据电压的方程式 特定条件值 需要的数据电压
VDH n型TFT开 VDH≥0+Vnon ≥4V 4.5V
p型TFT关 VDH≥0.5VDR-Vpoff ≥4.5V
VDL n型TFT关 VDL≤0-Vnoff ≤0V 0V
p型TFT开 VDL≤0.5VDR+Vpon ≤0.5V
当不存在CB时用于p型器件的切换条件和先前的情况相比没有变化。然而，现在减少了导通n型晶体管所需要的高数据电压电平。当将数据电压传输给数据电压节点时，信号1为0V，并且因此Vnon的数据电压足以导通n型器件。当施加到信号1输入端的电压转换为电平VDR时，由于此时数据电压节点与数据源隔开，该电压变化通过CB耦合到数据电压节点上。TFT的栅极上的电压增加至接近VDH+VDR，这将确保尽管在TFT的源极和漏极端上电压增加，但n型器件仍保持导通状态。该自举效应的结果是切换n型器件所需要的高电平数据电压仅仅为4V。这小于在非导通状态维持p型器件所需要的高电平电压，因此对于在该实例中使用的特定值，所需要的高数据电压电平的最小值为4.5V。实际上，由于在数据电压节点处存在其它的电容，所以CB的自举效应是不完美的。这些电容的影响将使得晶体管栅极上的电压变化小于源极上的电压变化。该栅源电压将因此随着信号电压增加而减少，晶体管将变得几乎不导通。这可能需要使用比通过简单分析所预计的数据电压稍微更高的数据电压。
该实例说明通过将电容器CB引入到开关电路中和当信号电压在最佳电平时通过将数据电压传输给数据电压节点并且然后隔离该节点，可以实现所需要的数据电压范围内实质地减少，因此减少了显示器的功率消耗。
图9示出图4的波形如何被改变以适应图7的像素布置，其使用了自举电容器CB。该“传送数据”波形再次显示数据电压被传输给数据电压节点的时间。当信号1在它的最小电平和信号2在它的最大电平时，通过将数据电压传输给数据电压节点，可以减少切换p型和n型TFT所需要的高和低数据电压电平之间的差。如在先的实例中那样，CB的作用为在将数据电压节点与数据电压源隔开后，将输出电压的变化耦合至数据电压节点。在数据电压初始在低电平VDL的情况中，当信号2转到它的最小值时，输出驱动电压下降到相同的电平并且电容器CB将这种电压的变化耦合于数据电压节点上。这确保p型器件维持在导通状态。在数据电压初始在高电平VDH的情况中，当信号1转向它的最大值，输出驱动电压升至相同电平并且电容器CB将这种电压的变化耦合于数据电压节点上，这确保n型器件维持在导通状态。图4中概括了包括CB的切换电路所需要的数据电压。
                          表4
数据电压 切换TFT所需要的条件 所需数据电压的方程式 特定条件值 需要的数据电压
VDH n型TFT开 VDH≥0+Vnon ≥4V 4V
p型TFT关 VDH≥VDR-Vpoff ≥3.5V
VDL n型TFT关 VDL≤0-Vnoff ≤0V -0.5V
p型TFT开 VDL≤VDR+Vpon ≤-0.5V
所述条件需要的数据电压振幅由当输入驱动波形切换时确保n型和p型TFT维持导通的需要来确定。通过引入电容器CB再一次将数据信号振幅基本上减少至4.5V。
可以理解本发明的实施提供了一种使用p型或者n型薄膜晶体管的网络来选择、路由或多路复用信号的方法。自举技术，其中切换晶体管的输出信号电容性耦合至它的栅极，允许使用相对低的数据或控制信号电压以控制晶体管。正确操作电路需要信号特征的一些信息，因为对于p型和n型器件当通过的的信号电压分别在它们的最大值(最大正值)或最小值(最大负值)时，优选传输控制数据给晶体管。该方法使用来控制开关的信号的电压范围最小。
如果经过TFT的信号电压具有最小电平Vmin和最大电平Vmax，然后使用传统方法和所提出的自举法切换该器件所需要的数据或控制电压电平，示于用于n型器件的表5中和用于p型器件的表6中。
                                        表5
数据电压 切换TFT所需要的条件 不使用自举电路的数据电压 使用自举电路的数据电压方程
高电平 n型TFT开 VDH≥Vmax+Vnon VDH≥Vmax+Vnon-kB(Vmax-Vmin)
低电平 n型TFT关 VDL≤Vmin-Vnoff VDL≤Vmin-Vnoff
                                   表6
数据电压 切换TFT所需要的条件 不使用自举电路的数据电压 使用自举电路的数据电压方程
低电平 p型TFT开 VDL≤Vmin+Vpon VDL≤Vmin+Vpon+kB(Vmax-Vmin)
高电平 p型TFT关 VDH≥Vmax-Vpoff VDH≥Vmax-Vpoff
上面所述的实例表明自举电路技术可用于两个信号选择功能中的一个。然而，本发明同样可以用于开关晶体管的其它布置。
图10表示四选一电路(one of four selection circuit)的实例。以接通四个开关晶体管50中的一个这种方式来产生控制信号“数据1”至“数据4”。尽管可以使用相同型号的晶体管，如图10所示，也可以使用p型和n型TFT开关的组合。
图11是两比特电压选择器(two bit voltage selector)的实例。这利用了串联连接的开关晶体管以提供解码和信号切换功能。
开关电路具有4个输入端(“信号0”至“信号3”)，通过两比特控制信号D0、D1选择这些输入端中的一个。电路具有两层52、54。第一层52具有第一至第四开关晶体管50a-50d，分别连接于输入端的相应一个和两个中间输出端56、58中的一个之间。第一层52由两比特字中的比特D0中的一个来控制，该比特确定信号输入端的哪两个被路由到中间输出端。第二层54选择性地路由中间输出端中的一个作为输出信号，以及通过控制信号的其它比特D1来控制该第二层54。图11的电路由此为二选一电路的级联。
本发明的电路可以用于多个的应用中。特别是，该应用需要知道输入信号波形，因此可以选择“传输数据”信号的时间以利用自举电容器的电容性耦合。本发明能够减少开关电压电平，并可以用于多路复用电路以及阵列型电路结构的范围。
本发明的电路的一个特别优越的用途是在有源矩阵显示器件中，特别是集成到像素设计中。然后该电路能在两个亮电平例如用于低功率二进制显示模式之间提供选择。本发明还特别适合具有集成存储能力的显示器，如下所述。
图12示出用于使本发明的电路的AMLCD的像素电路的实例。该像素包括图5的标准像素电路，与图5相同元件使用相同的附图标记。这些元件能使像素以标准模拟驱动模式操作。这作为第一操作模式。
该像素还包括对应于参考图7描述的开关电路60。同样，对于和图7中的相同元件使用相同的附图标记。开关电路60使能够在所有像素之间共享的两个驱动电压电平“Vdrive1”和“Vdrive2”之间进行选择。控制数据信号应用到开关晶体管栅极的时间的转换开关42是通过两行像素之间共享的“数据寻址”线来控制的。选择的驱动信号通过第一选择开关64耦合在开关电路60的公共输出端62和液晶单元16之间，其通过“像素刷新”线来控制，其功能将在下文中描述。晶体管14作为第二转换开关，这两个转换开关指示像素的哪一部分(模拟或者二进制部分)给液晶单元16提供驱动信号。
因此，该像素可以以两种模式运行。在第一模拟模式中，像素刷新电极维持在低电平，从而使得显示元件通过第一转换开关64与开关电路60隔开。在第二工作模式中，数字数据信号施加于列12。通过给数据寻址线施加正向脉冲将一位数据从列电极12传输给数据电压节点40。这样接通转换开关42并且允许给自举电容器CB充电。
自举电容器还可以充当在其上数字数据存储在像素中的电容。如上所述，为了使切换开关晶体管50所需要的数字数据电压的范围最小，当信号Vdrive1在它的最小电压电平以及信号Vdrive2在它的最大电压电平(参考图9的解释)时进行该数据传输。当该数据已经传输至数据电压节点之后，多个开关晶体管50中的一个处于导通状态，其它的器件将处于非导通状态。因此，两个信号Vdrive1和Vdrive2中的一个出现在开关电路的输出端62。
通过给像素刷新线施加一个正向脉冲和接通第一转换开关64，该驱动信号被周期性施加于该显示元件，例如每隔20ms。
如上所述，自举电容器具有作为集成存储元件的功能。特别是，该电容器可以被充电至不同电平，这取决于两个信号输入端的哪一个被切换至公共输出端。已经提到集成存储能力，因为有源矩阵显示器件的功率消耗的重要部分与将视频信息从视频信号源传输给显示器件的像素是相联系的。如果显示器件的像素能够存储视频信息至无限的时间周期，那么可以减少功率分量。在这种情况下，当不需要改变像素的显示输出(亮)状态时，可以中止寻址具有更新视频信息的像素。
当允许静态图像显示时，将存储器合并到有源显示器件的像素中可以由此减少功率，因为当图像变化时数据仅仅需要被传输给显示像素，由此在外部电路中和在驱动与连接于显示像素相关的电容中消耗的功率更少。本发明的像素电路使得以具有减少的寻址电压电平的低功率模式显示黑色和白色图像。
当电容器用作存储单元时，由于开关64和CB有效地形成一位动态存储单元，所以维持在CB上的数字数据必须被周期性的刷新。可以通过从外部存储器传输数据，经由显示器的列驱动电路和列电极来实现这种刷新。可选择地，可以经由晶体管14和64读出存储的数据到列电极上，和利用由晶体管50形成的开关电路以缓冲数据信号而获得。在任何情况下，由自举技术产生的数字数据信号的幅度的减少将使必须施加于显示器的列的数字信号的幅度减少，并且这接着将减少显示器的功率消耗。
数字数据必须被刷新的频率依赖于电容器CB的值以及通过转换晶体管42的漏电流。5Hz至30Hz范围内的频率通常可以得到。
在上面的实例中，开关电路用于从至少两个驱动电压中选择一个并提供给公共输出端。然而，自举技术可以应用于AMLCD像素电路，该像素电路仅仅具有一个使用本发明开关布置进行切换的驱动电压输入端。图13示出为了这种目的的图12的修改。在图13中，对于相同的部件同图12中使用相同的附图标记。
图13的像素电路可以用与图12的电路相似的方式操作，但它只有一个开关晶体管50，该开关晶体管50通过存储在自举电容器CB上的数据来控制。当列数据电压为高，并且通过转换开关42被路由给开关晶体管50时，开关晶体管50导通。当像素刷新线取高值时，通过转换开关64给像素充电至Vdrive1电平。
当列数据电压为低时，开关晶体管50关断，当像素刷新线取高值时像素电压保持不改变。为了将像素切换至暗态或者亮态所需要的第二像素驱动电压电平可以通过使用对像素电容的预充电应来施加给像素。通过给显示器的列施加预充电电压(例如与图12的像素电路实例中的Vdrive2相似)和在转换开关64之前暂时导通像素寻址晶体管14来对像素进行预充电。这样，如果列数据电压为高时，在像素电极上引起的电压为Vdrive1，但是如果列数据电压为低时，在像素电极上引起的电压为预充电电压(Vdrive2)。
这样，正好在寻址到像素之前将Vdrive2的预充电施加给像素。如果列数据电压为高时，这就被无效，反之如果列电压为低时，Vdrive2继续留在像素上。在像素寻址期中，关断晶体管14。
图13的电路中，晶体管50充当数字开关电路的开关晶体管中的一个，晶体管14充当另一个。它们不共用中间公共输出端，但是他们有效连接在每个输入端和LC单元16之间，因此LC单元16是有效的公共输出端。因此应当解释权利要求。
这样，通过计时具有Vdrive1信号的最低电压的数据寻址脉冲，数据信号的应用的时间也减少了列数据所需的电压摆幅，该Vdrive1信号对应于图8的信号1。相似地，用于通过像素寻址晶体管14传送至像素的施加到列的预充电电压可以对应于图8的信号2。
在上面的实例中，自举电容器连接在每个开关晶体管的栅极和公共输出端之间。然而，存在当选择输入信号的开关晶体管的输出端不直接连接于公共输出节点时的一些情况。图14的像素电路包括数模转换器。这以和图13中的像素电路类似的方式运行，其中使用晶体管T1对像素预充电到某一电压，然后通过将来自Vdrive1的电压阶跃经由转换电容器CC耦合到像素来改变像素电压。
耦合到像素上的电压幅度取决于电容器CB上的数据电压。注意，但是开关晶体管的输出端经由附加的串联连接的电容器连接于公共输出节点。这些从“数据”线上的数字字(digital word)提供数模转换。
本发明的技术非常广泛地应用于任何情况，其中期望使用p型晶体管、n型晶体管的组合或者两者的组合以形成用于根据数字控制或数据信号的状态路由或选择信号的电路的情况。如上所述，该技术特别适合用在其中使用集成在像素中的动态存储器来控制它的亮度的显示器。
术语“行”和“列”在说明书和权利要求中有些很随意的。这些术语旨在分清存在具有共用公共连接的元件正交线的元件阵列。尽管通常认为行是从显示器的一侧至另一侧，列是从顶端至底端，但是这些术语的使用在这一点上不受限制。
本发明的其它特征对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (21)

1、一种器件，包括阵列像素，每一像素包括像素元件(16)并与开关电路(60)相联系，其中开关电路(60)用于选择性将至少两个输入(Vdrive1、Vdrive2；Vdrive1、12)中的一个路由到像素元件(16)，该器件包括连接在至少两个输入端的相应一个和像素元件之间的至少第一和第二开关晶体管(50；14、50)，其中通过施加给晶体管栅极的数据信号来控制每一开关晶体管，其中使用根据至少一个输入的数据波形所决定的预定时间将用于每一开关晶体管的数据信号路由到该开关晶体管的栅极，以及其中在开关晶体管的至少一个的栅极和开关晶体管的输出端之间提供电容性连接(CB)。
2、如权利要求1的器件，其中通过转换开关(42)将用于每一开关晶体管的数据信号路由到开关晶体管的栅极，该转换开关控制用于每一开关晶体管(50)的数据信号的应用的时间，以及其中在每一开关晶体管(50)的栅极和每一开关晶体管的输出端(62)之间提供电容性连接(CB)。
3、如权利要求2的器件，其中在每一开关晶体管(50)的栅极和开关电路的输出端(62)之间提供电容性连接(CB)。
4、如任意一个前述权利要求的器件，其中第一和第二开关晶体管(50)的栅极连接在一起，且该电容性连接包括连接在栅极和开关电路的输出端(62)之间的电容器。
5、如权利要求4的器件，其中第一开关晶体管(50)是n型晶体管，第二开关晶体管(50)是p型晶体管。
6、如权利要求1-3中任意一个权利要求的器件，其中电容性连接包括连接在每一开关晶体管的栅极和开关电路的输出端(62)之间的各个电容器。
7、如权利要求6的器件，包括n个输入端，这里n大于2，以及包括第一至第n开关晶体管(50)，所述开关晶体管连接在n个输入端(信号1-信号4)的相应一个和像素元件之间，其中选择用于每一开关晶体管的数据信号从而使得导通开关晶体管中的单独一个以便路由相应的输入至像素元件(16)。
8、如权利要求7的器件，其中至少一个开关晶体管为n型以及至少一个开关晶体管为p型。
9、如权利要求7的器件，其中所有的开关晶体管为相同的极性。
10、如权利要求6的器件，包括n个输入端，以及包括连接在n个输入端(信号0-信号3)的相应一个和两个中间输出端(56、58)的其中一个之间的第一至第n开关晶体管(50a-50d)，其中选择用于每一开关晶体管的数据信号从而使得导通开关晶体管的一半以便路由第一选择输入至一个中间输出端(56)并且路由第二选择输入至其它的中间输出端(58)。
11、如权利要求10的器件，还包括用于选择性地将一个中间输出端(56、58)路由到像素元件的开关电路(54)。
12、如权利要求1-5中任意一个所述的器件，包括有源矩阵液晶显示器件，其中像素元件包括液晶单元，每一个像素包括用于将两个电压驱动电平(Vdrive1、Vdrive2)中的一个路由到像素元件(16)的开关电路(60)。
13、如权利要求12的器件，还包括：
在开关电路(60)的公共输出端(62)和像素(16)的液晶单元之间的第一选择开关(64)；以及
在模拟像素数据线(12)和像素的液晶单元(16)之间的第二选择开关(14)。
14、如权利要求13的器件，其中两个电压驱动电平包括用于驱动液晶单元至暗态和亮态的电压。
15、如权利要求13或14的器件，其中在模拟像素数据线(12)上提供用于选择两个电压驱动电平中的哪一个被路由到像素元件的控制信号。
16、如权利要求15的器件，其中用于每一个开关晶体管(50)的数据信号通过转换开关(42)被路由到开关晶体管的栅极，该转换开关控制用于每一开关晶体管(50)的数据信号的应用的时间，以及其中在每一开关晶体管(50)的栅极和每一开关晶体管的输出端(62)之间提供电容性连接(CB)，以及其中在模拟像素数据线(12)与第一和第二开关晶体管(50)的栅极之间提供转换开关(42)。
17、如权利要求12的器件，还包括：
在开关晶体管(50)中的至少一个的输出端和像素的液晶单元之间的第一选择开关(64)；以及
在模拟像素数据线(12)和像素的液晶单元之间的第二选择开关(14)。
18、如权利要求17的器件，其中第二选择开关(14)包括另一个第一和第二开关晶体管。
19、如权利要求18的器件，其中在第一模式中，第二选择开关(14)将来自模拟像素数据线(12)的两个数字像素信号之一提供给液晶单元(16)，在第二模式中，第二选择开关(14)将来自模拟像素数据线(12)的模拟像素信号提供给液晶单元(16)。
20、一种在包括像素阵列的器件的像素中将至少两个输入中的一个路由给像素元件的方法，该方法包括：
将数据信号施加给至少第一和第二开关晶体管(50)的栅极，以便导通从第一和第二开关晶体管(50)中选择的一个并且关断第一和第二开关晶体管(50)中的另一个，其中该第一和第二开关晶体管连接在至少两个输入端(信号1-信号4)的相应一个和像素元件(16)之间，由此将相应输入路由到像素元件(16)，
其中根据两个输入端的至少一个上的信号来选择数据信号的应用的时间，
其中在至少一个开关晶体管(50)的栅极和开关晶体管的输出端之间提供电容性连接(CB)，以及
其中控制该时间使得电容性连接在导通和关断开关晶体管需要的数据信号之间减少数据信号中所需的电压摆动。
21、一种驱动液晶显示器的方法，包括：
在第一模式中，将模拟像素驱动信号切换至显示器的每一个像素；以及
在第二模式中，将每个输入端上的两个像素驱动信号中的一个路由给显示器的每一个像素，在第二模式中用于每一像素的路由使用权利要求20的方法。
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