一種有源矩陣型顯示裝置以及驅動該裝置的方法

專利名稱：一種有源矩陣型顯示裝置以及驅動該裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種有源矩陣型顯示裝置，以及驅動該裝置的方法，特別地，根據本發明，依據模擬視頻信號，控制用于驅動有源矩陣型顯示顯示的信號線的脈沖占空比。
近年來，開發了適于高清晰度電視、個人計算機或工作站的高分辨率顯示裝置。在這些顯示裝置中，有源矩陣型液晶顯示裝置具有這樣的結構，其信號線和掃描線形成在一矩陣形的液晶板中，其開關元件(如薄膜晶體管)配備在其交叉點處。在這樣的液晶顯示裝置中，驅動開關元件的各水平線，使得其以順序方式導通和關斷。結果，信號電壓有選擇地提供給象素電極，從而激勵介質象素電極和配對電極之間的液晶。通過利用信號電壓調制透過液晶層的光，可以得到灰度顯示或全彩色顯示。
該信號電壓通過與顯示板中的信號線相連的一信號線驅動電路提供。該信號線驅動電路通常分為模擬驅動器(下稱“AD”)型信號線驅動電路和數字驅動器(下稱“DD”)型信號線驅動電路。AD信號線驅動電路接收模擬視頻信號作為輸入信號。DD信號線驅動電路接收數字視頻信號作為輸入信號。
在本發明書中，為了簡便，包括與各信號線相對應的信號線驅動電路的驅動元件簡稱為“信號線驅動器”。


圖15和16描述了一般的AD信號線驅動電路。圖16顯示了與N條信號線相應的所有信號線驅動電路。圖15表示了與第i條信號線相對應的信號線驅動電路(這里i表示一整數)。如圖15中所示，該AD信號線驅動電路通過取樣電容Csmp，保持電容CH，由取樣脈沖TsmP(i)控制的模擬信號SW1，由輸出脈沖OE控制的模擬信號SW2，以及輸出級模擬緩沖寄存器230來控制。該取樣電容Csmp設計得使其與保持電容CH相比，具有足夠大的電容量。
利用圖17中所示的信號時序圖，描述該AD信號線驅動電路的操作。利用取樣脈沖Tsmp(1)～Tsmp(N)，對輸入模擬開關SW1的模擬視頻信號Va順序取樣，該取樣脈沖Tsmp(1)～Tsmp(N)相應于為水平同步信號Hsyne的每一脈沖選擇的一個掃描線上的對應的N個象素。取樣的結果是，在相應時間點上取得的模擬視頻信號Va的瞬時電壓Vsmp(1)～Vsmp(N)施加到相應的取樣電容Csmp。
第i個取樣電容Csmp由與第i個象素相應的模擬視頻信號Va的電壓值Vsmp(i)充電，并保持該值。按照同時提供給所有模擬開關SW2的輸出脈沖OE，已順序取樣并保持的信號電壓Vsmp(1)～Vsmp(N)從相應的取樣電容Csmp傳送給相應的保持電容CH。從而，信號電壓Vsmp(1)～Vsmp(N)經輸出級模擬緩沖寄存器230輸出給與各象素相連的信號線S(1)～S(N)。
在采用AD方法的液晶顯示裝置中，液晶的透光性，即施加到液晶上的電壓與液晶的顯示亮度之間的關系是非線性的，如圖23中所示。如果，當模擬視頻信號本身輸入模擬驅動器時，出現亮度的偏差。從而，需要對輸入的模擬視頻信號進行處理，使其與液晶的透光性相應。
另外，在液晶顯示裝置中，如果施加d.c.電壓，液晶材料可能損壞，因此需要信號處理電路以實現a.c.驅動。圖29表示了這樣的電路的一個典型。圖30是一時序圖，描述了圖29的電路的典型操作。在圖29中，參考符號OP10和OP20表示模擬運算放大器；參考符號SW10和SW20表示模擬開關； INV10表示一邏輯反相電路(反相器)。模擬視頻信號va連接到運算放大器OP10的正端和運算放大器OP20的負端。用于偏差調節的可變的d.c電壓Vset連接到運算放大器OP10的負端和運算放大器OP20的正端。運算放大器OP10和OP20的輸出分別連接到模擬開關SW10和SW20的一端，而模擬開關SW10和SW20的另一端相互連接。從而，模擬視頻信號Va作為a.c.模擬視頻信號Va′輸出。一極性反轉信號POL直接控制模擬開關SW10，并經反相器INV10間接控制模擬開關SW20。如圖30中所示，模擬視頻信號Va是用于通過陽極射線管或類似物進行顯示的視頻信號。極性反轉信號POL與水平同步信號HSYNC同步變化。從而，當極性反轉信號POL為高電平時，模擬開關SW10導通，使得運算放大器DP10的輸出被輸出，如圖30中所示。當極生反轉信號POL為低電平時，模擬開關SW20導通，使得運算放大器OP20的輸出被輸出，如圖30中所示。從而，得到a.c.模擬視頻信號Va＇。該a.c.模擬視頻信號Va＇的極性如圖30中所示地進行反轉。通過將該a.c.模擬視頻信號Va＇施加到如圖15和16中所示的一般模擬驅動器上，實現a.c.驅動。在本說明書中術語“模擬視頻信號”定義成包括，采用CRT(陰極射線管)進行顯示的一般模擬視頻信號，以及已轉換成a.c.信號模擬視頻信號。
圖18和19描述了一般的DD信號線驅動電路。圖19表示了與N條信號線相應的所有信號線驅動電路(這與圖16中所示的AD信號線驅動電路相應)。圖18表示了與第i條信號線相應的信號線驅動電路(i表示一整數；這與圖15中所示的AD信號線驅動電路相應)。為了簡便，假設輸入數字視頻信號由兩位組成，即D0和D1。就是說，視頻數據具有0、1、2和3四個值。提供給每一象素的灰度電壓為V0、V1、V2和V3四個電平中的一個。
圖18中所示的信號線驅動電路包括，第一D觸發器(取樣觸發器)Msmp，第二D觸發器(保持觸發器)MH，解碼器DEC，以及配備在相應的外部灰度電壓V0-V3與信號線S(i)之間的模擬開關ASW0-ASW3。
此信號線驅動電路的操作如下。響應于與第i個象素相應的取樣脈沖Tsmp(i)的上升，視頻信號數據D0和D1被取入并保持在取樣觸發器Msmp中，當對一個水平掃描周期的取樣完成時，輸出脈沖OE提供給保持觸發器MH，使得保持在取樣觸發器Msmp中的視頻信號數據D0和D1被取入保持觸發器MH中，并輸出給解碼器DEC。解碼器DEC解碼該工位的視頻信號數據D0和D1，并將模擬開關ASW0-ASW3中的一個置于導通狀態，以便輸出相應的外部灰度電壓V0-V3中的一個到信號線S(i)。
除了該一般的DD方法，在日本專利公開出版物6-27900中公開了一種二進制多級灰度信號線驅動電路，該電路僅通過輸入高和低兩個電壓電平以及多個數字灰度振蕩信號而實現多級灰度顯示，不需要任何的外部灰度電壓或內部模擬開關。
在描述此二進制多級灰度信號線驅動電路的操作原理之前，描述一個有源矩陣型液晶極顯示裝置。
圖12表示了有源矩陣型液晶板的一個顯示裝置。圖13表示了與其等效的電路。在圖13中，信號線的電阻成分以Rsource表示，其電容成分以Csource表示；開關元件T(i，j)的導通(ON)電阻以RON表示；顯示裝置P(i，j)的電容以CLC表示。在為了提高象素的電壓保持率而提供貯存電容的情形下，象素電容CLC為，介于象素電極和一配對電極之間的液晶層構成的液晶電容(液晶盒)加上與該液晶電容并聯提供的貯存電容之和。
一般地，RON較之Rsource足夠地大； Csource較之CLC足夠地大；并且顯示裝置的時間常數(RON×CLC)較之信號線的時間常數(Rsource×Csource)足夠地大。換句話說，從信號線驅動電路的輸出到一有源矩陣型液晶顯示裝置的液晶盒的路徑具有低通濾波器的特性。此特性實質上由單個的顯示裝置的時間常數(RON×CLC)來確定，而不是由信號線本身的時間常數(Rsource×Csource)來確定。
上述的日本專利公開出版物6-27900中公開的二進制多級灰度信號線驅動電路，利用了上述各顯示裝置的低通濾波器特性作為其基本原理，使得信號線驅動電路的輸出只具有高、低兩個電平，即VSH和VSL。換句話說，如圖14中所示，信號線驅動電路輸出具有周期為T、幅度為(VSH-VSL)、占空比(即VSH的輸出時間VSL的輸出時間)為m∶n的信號。通過將信號線驅動電路的輸出的周期T設定到這樣一個值，使得該輸出可由上述的低通濾波器充分地均化，則在象素中可加入平均電壓(m·VSH＋N·VSL)/(m＋n)。從而，通過調節信號線驅動電路的輸出占空比m∶n，即可以在象素上加上一個期望的電壓。
圖20表示了日本專利公開出版物6-27900中描述的二進制多級灰度信號線驅動電路的構成。圖20表示了一個信號線驅動電路，用于提供與兩位數據相應的四個電壓電平，該信號線驅動電路相應于第i條信號線(這相就于圖18中所示的一般數字驅動器)。在圖20中，基于取樣觸發器Msmp·保持觸發器MH、取樣脈沖Tsmp(i)和輸出脈沖OE的操作，以及解碼器DEC的輸出Y0-Y3，都與圖18中所示的電路相同。“與”電路802和803，以及一個三輸入端的“或”電路804配備在解碼器DEC的輸出側。信號TM1和TM2(下面描述)分別提供給“與”電路802和803的另一輸入端。
圖21顯示了信號TM1和TM2的波形。信號TM1的占空比(即，脈沖“1”的時間[m]與脈沖為“0”的時間[n]之間的比為m∶n＝1∶2。信號TM2的占空比為m∶n＝2∶1。
當視頻數據(D0，D1)＝(0，0)輸入此二進制多級灰度信號線驅動電路時，解碼器DEC的輸出YO變換到“1”，而其它輸出Y1-Y3變換到“0”。由于“或”電路804的輸入均為“0”，因此“或”電路804的輸出為VSL，如圖22A中所示。
當視頻數據(D0、D1)＝(0，1)輸入時，解碼器DEC的輸出Y1變換到“1”，而其它輸出Y0、Y2和Y3變換到“0”。從而“或”電路804的輸出具有在VSH與VSL之間振蕩的脈沖波形并具有與信號TM1同樣的占空比m∶n＝1∶2，如圖22B中所示。
當視頻數據(D0，D1)＝(1，0)輸入時，解碼器DEC的輸出Y2變換到“1”，而其它輸入Y0、Y1和Y3變換到“0”。從而，“或”電路804的輸出具有在VSH與VSL之間振蕩的脈沖波形，并具有與信號TM2同樣的占空比m∶n＝2∶1，如圖22c中所示。
當視頻數據(D0，D1)＝(1，1)輸入此二進制多級灰度信號線驅動電路時，解碼器DEC的輸出Y3變換到“1”，而其它輸出Y0、Y1和Y2變換到“0”。結果，“或”電路804的輸出為VSH，如圖22D中所示。
從而，當視頻數據(D0，D1)＝(0，0)輸入時，信號線驅動電路本身的輸出電壓VSL施加到象素上。當視頻數據(D0，D1)＝(1，1)輸入時，信號線驅動電路本身的輸出電壓VSH施加到象素上。當視頻數據(D0，D1)＝(0，1)輸入時，以及當視頻數據(D0，D1)＝(1，0)輸入時，只要信號TM1和TM2的頻率分別設置到較從信號線驅動電路的輸出到象素的路徑的低通濾波器的特性的截止頻率足夠高的值，則信號線驅動電路的平均電壓施加到象素上。從而，平均電壓(m·VSH＋n·VSL)/(m＋n)加到象素上。
在一般的AD方法中，輸出級模擬緩沖寄存器230的線性區域通常為所施加電壓的約70％那樣窄，從而需要一高阻壓過程來構造電路元件，使得其能承受施加的高電壓，這導致成本的增加，如果要驅動一大的高分辨率的顯示板，則大的負載要置于為各信號線配備的輸出級模擬緩沖寄存器230上，從而損害了顯示質量。
在AD型液晶顯示裝置的情形下，需要處理模擬視頻信號本身，使得顯示裝置的顯示亮度特性(即模擬視頻信號的信號電平與液晶的象素的顯示亮度之間的關系)變為線性的。這導致成本的增加。
另外，AD型液晶顯示裝置需要由交流電流來驅動(a.c.驅動)。這需要能夠處理模擬視頻信號的頻帶的高速極性反轉信號發生電路，這導致成本的增加。
另外，在某些類型的顯示板中，將具有相同絕對值的正電壓和負電壓施加到象素電極上能夠導致相應的所保持的電壓電平的絕對值之間的差別。換句話說，只反轉視頻信號的極性，可以產生保持在該象素上的正和負電壓電平這間的差異。這導致圖象的閃爍，并可能形成圖像殘留現象。
另一方面，雖然在視頻信號數據D0和D1為兩位數據的情形下一般的DD方法僅需要四種外部灰度電壓V0-V3，但全彩以顯示通常認為對于紅、藍和綠每種顏色需要八位信息作為視頻信號數據。當采用一般的DD方法進行全彩色顯示時，需要256種外部灰度電壓(V0-V255)；從而需要256個模擬開關(ASW0-ASW255)，每個開關配備在外部灰度電壓V0-V255中相應的一個與信號線之間。因此，根據一般的DD方法，需要與灰度電平的數量相同數量的外部灰度電壓及模擬開關用于每一信號線。從而，當灰度電平的數量增加時，灰度電壓的數量及用于每一信號線的模擬開關的數量增加。當電路做到一個LST中時，這導致集成電路片尺寸的增加，從而增加成本。
上述的二進制多級灰度信號線驅動電路省略了一般DD方法需要的外部灰度電壓及模擬開關，從而實現了低成本的信號線驅動電路。然而，當此方法用于全彩色顯示時，對于紅、藍和綠每一種顏色都需要輸入八位信息作為視頻信號數據，并實際上需要與灰度電平的數量相同的數量的具有不同占空比的數字灰度振蕩信號(相應于上述的TM1和TM2)。輸入如此大量的控制信號給信號線驅動電路是非常困難的。如果要顯示原本為模擬信號的電視圖象或類似物，則需要高速、高分辨率的模擬/數字轉換電路，從而增加了成本。
另外，在上述的二進制多級灰度信號線驅動電路中，根據數字灰度振蕩信號(相應于上述信號TM1及TM2)的頻率，可能需要利用脈沖波形驅動具有負載電容的信號線，以重復進行充電和放電。這導致能耗的增加。
在某些類型的顯示板中，從信號線驅動電路的輸出到象素的路徑的低通濾波器特性不能充分地平均信號線驅動電路的輸出的振蕩電壓。這損壞了顯示質量。
根據本發明的一種有源矩陣型顯示裝置包括一個顯示板，該顯示板包括多個以矩陣形式設置的象素，掃描線與該多個象素相連，信號線與該多個象素相連；以及一個信號線驅動電路，該電路接收模擬視頻信號，并根據與該模擬視頻信號的信號電平相應的信號線驅動信號驅動各信號線，其中該信號線驅動電路產生具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號，并輸出該脈沖信號。
在本發明的一個實施例中，該信號線驅動電路包括一個取樣和保持電路，用于對該模擬視頻信號進行取樣，并產生保持信號；一個參考信號產生電路，用于產生參考信號；以及一個比較電路，用于將該保持的信號與該參考依賴相比，并輸出具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路包括一個數字緩沖寄存器電路，該電路與該信號線連接，并且有至少兩個輸出電壓電平，該信號線驅動電路利用該數字緩沖寄存器電路的輸出信號驅動該信號線。
在本發明的另一實施例中，兩個輸出電壓電平中的一個為GND電平。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給該信號線，從信號線找到其相應的一個象素間的電路對于該脈沖信號起低通濾波器的作用。
根據本發明，一種驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，模擬視頻信號輸入該顯示裝置，該方法包括步驟產生一脈沖信號，該脈沖信號具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比，均化該脈沖信號，并將平均的電壓加到象素上。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路控制該脈沖信號的占空比，使得該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的關系保持線性。
在本發明的另一實施例中，該參考信號是一個校正參考信號，用于校正模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的非線性關系，在而該比較電路將所保持的信號與校正參考信號相比，以產生與模擬視頻信號的信號電平相應的脈沖信號，并控制該脈沖信號的占空比，使得模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的關系保持線性。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給該信號線，而從信號線的相應的一個象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
在本發明的另一實施例中，產生該脈沖信號的步驟包括控制該脈沖信號的占空比的步驟，使得該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示高度之間的關系保持線性。
在本發明的另一實施例中，該參考信號是校正參考信號，以校正對該模擬視頻信號進行γ校正，而該比較電路將所保持的信號與該校正參考信號比較，以產生與模擬視頻信號的信息電平相應的脈沖信號，并控制該脈沖信號的占空比，以校正對模擬視頻信號進行的γ校正。
本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路還包括一個比較電路，以周期的方式交替地逆轉該脈沖信號的占空比。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路還包括一個邏輯運算電路，該邏輯運算電路接收該比較電路的輸出以及一個極性反轉信號，并進行邏輯運算，以便輸出通過邏輯地交替反轉具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的信號而得到的脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制的脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從信號線到相應的一個象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
在本發明的另一實施例中，產生該脈沖信號的步驟包括，逆轉該脈沖信號的占空比并產生通過邏輯地交替反轉具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的信號而得到的脈沖信號的步驟。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路包括一個比較電路，用于控制該脈沖信號的占空比，以校正在正電壓和負電壓之間顯示板的電壓保持特性的差異。
在本發明的另一實施例中，該參考信號是校正參考信號，用于校正在正電壓和負電壓之間顯示板的電壓保持特性的差異，而該比較電路將所保持的信號與該校正參考信號相比，并輸出比較的結果到該邏輯運算電路。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號到信號線上，而從信號線到相應的一個象素間的電路對于該脈沖信號起低通濾波器的作用。
在本發明的另一實施例中，產生脈沖信號的步驟包括，校正顯示板的電壓保持特性的差異的步驟。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路包括改變該脈沖信號的周期的裝置。
在本發明的另一實施例中，該參考信號是具有變化的周期的參考信號。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從信號線到相應的一個象素之間的電路對于該脈沖信號起到低通濾波器的作用。
在本發明的另一實施例中，產生該脈沖信號的步驟包括，改變該脈沖信號的周期的一個步驟。
本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路還包括一個比較電路，用于根據該脈沖信號控制輸出阻抗。
在本發明的另一實施例中，在該比較電路與該信號線之間配備有一個阻抗元件，以根據該脈沖信號控制輸出阻抗。
在本發明的另一實施例中，該脈沖信號是二進制脈沖信號。
在本發明的另一實施例中，該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從信號線到相應的一個象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
在本發明的另一實施例中，產生該脈沖信號的步驟包括，控制該脈沖信號的輸出阻抗到一期望值的步驟。
根據本發明的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路包括，用于產生具有與輸入模擬視頻信號的信號電平相應的適當占空比的脈沖信號(振蕩信號)的部件。通過讓此脈沖信號經過具有低通濾波器特性的電路，該脈沖信號的振蕩分量被抑制，從而得到一個平均電壓。通過將該平均電壓提供給一個象素作為數據信號，可以進行與該輸入模擬視頻信號的信息電平相應的顯示。從而，本發明利用一簡單的結構，實現了用于灰度顯示的大量灰度電壓，進而使得可以進行多級灰度顯示或全彩色顯示。
根據本發明的一個例子的有源矩陣型顯示裝置包括一個顯示板，該顯示板具有多個成矩陣形式設置的象素，信號線與該象素相連，掃描線與該象素相連；以及一個驅動電路，用于驅動該顯示板。該驅動電路包括一個信號線驅動電路，該信號線驅動電路包括一個取樣和保持電路、一個參考信號產生電路、以及一個比較電路。該取樣和保持電路取樣并保持與象素的一行相應的模擬視頻信號的一部分。該比較電路對由該參考信號產生電路產生的參考信號的電平和所取樣/保持的模擬視頻信號的電平進行比較運算，以輸出具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的二進制脈沖信號；就是說，通過控制該二進制脈沖信號的占空比，產生與該模擬視頻信號的電平相應的灰度信號。從而，外部灰度電壓的數量能顯著地減少。由于通過進行該模擬視頻信號與該參考信號之間的比較而產生了具有不同占空比的脈沖信號，因此，不需要將該模擬視頻信號轉換成數字視頻信號。結果，電路構成能夠簡化。
由于從信號線到象素(包括在顯示板中)的信號路徑中存在的電路具有低通濾波器的特性，即使直接輸出含有振蕩分量的脈沖信號給該信號線，也能將該脈沖信號的平均電壓施加到象素上。從而，通過利用從信號線的象素(包括在顯示板中)的信號路徑中存在的電路的低通濾波器特性，該裝置的結構能夠簡化，并且能耗減小。
通過將該信號線驅動電路設計成包括數字緩沖寄存器電路，而該緩沖寄存器電路具有與該信號線相連的至少兩個輸出電壓電平，同時該數字緩沖寄存器電路的輸出信號驅動該信號線，并指定該輸出電壓電平中的一個為GND電平，由此可以用一個電源驅動多級灰度信號線驅動系統。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路，當將模擬視頻信號轉換成具有與其信號電平的占空比相應的脈沖信號時，可以校正該脈沖信號的占空比，使得該模擬視頻信號的電平與象素的顯示亮度(即顯示亮度特性)之間的關系變為線性的，并將該校正的脈沖信號作為信號線驅動信號輸出給信號線。從而，該信號線驅動電路避免了由于非線性關系引起的亮度偏差。通過校正將要與該模擬視頻信號相比較的參考信號的波形，能夠實現占空比的校正。由于不需要采用高速模擬校正電路對模擬視頻信號進行校正，以解決施加到液晶的電壓與亮度電平之間的非線性關系，因此，成本及能耗能夠降低，而裝置的集成度增加。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路包括一個校正參者信號產生電路，產生一校正參考信號，以對一模擬視頻信號受到的γ校正進行校正。通過進行該模擬視頻信號的取樣值與該校正參考信號間的比較運算，該比較電路產生具有與該模擬視頻信號的信號電平以及與該γ校正的作用已經去掉的灰度亮度特性相應的占空比的脈沖信號。從而，即使當由陰極射線管顯示的模擬視頻信號用作有源矩陣型液晶顯示裝置的輸入信號時，預定由陰極射線管顯示的該γ校正(該校正已在發送側對該模擬視頻信號進行)不起任何作用。結果，該液晶顯示裝置能提供最佳的圖象質量。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，采用一簡單地邏輯運算電路，周期地逆轉該脈沖信號的占空比以作為輸出。從而，可以在不采用能處理該模擬視頻信號的頻帶的高速模擬極性反轉信號產生電路的條件下而實現a、c、驅動。結果，成本和能耗能夠降低，而裝置的集成度增加。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，通過采用一個簡單的邏輯運算電路周期地逆送該脈沖信號的占空比以作為輸出，實現a、c、驅動。并且還施加一個電壓，使得依賴于加到顯示板上的電壓的極性(正或反)而改變的電壓保持特性可被校正。結果，能夠提供最佳的圖象質量，而不會由于施加到顯示板上的正和反電壓間電壓保持特性的差別產生閃爍或圖像殘留。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，能改變輸出給具有負載電容的信號線的該脈沖信號的頻率，使其成為期望值。結果，裝置的能耗能降低。
根據本發明的另一例子的信號線驅動電路，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號的輸出給信號線時，能改變該信號線驅動電路的輸出阻抗。結果，顯示板能提供最佳的圖象質量，即使該顯示板從信號線驅動電路的輸出到象素間的路徑的低通濾波器特性沒有充分地平均該脈沖信號而使顯示質量受損也能作到這點。
因此，這里描述的本發明提供(1)采用一個簡單的結構就能夠實現多級灰度顯示或全彩色顯示的有源矩陣型顯示裝置，以及(2)驅動該裝置的方法。
通過參考附圖閱讀和理解下面的詳細描述，對本領域的技術人員而言，本發明的這些及其它優點是顯而易見的。
圖1表示了根據本發發明的實施方例1的與一條信號線相應的有源矩陣型顯示裝置的基本組成。
圖2是一波形圖，表示了圖1中所示的信號線驅動電路的典型輸出波形。
圖3表示了模擬視頻信號與占空比之間的關系。
圖4表示了模擬視頻信號與象素電壓之間的關系。
圖5表示了根據實施例1的信號線驅動電路的具體組成。
圖6是一波形圖，表示了通過根據實施例1的信號線驅動電路得到的波形。
圖7表示了根據實施例1的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動器的組成。
圖8是一波形圖，描述了圖7中所示的信號線驅動器的操作。
圖9表示了根據實施例1的有源矩陣型顯示裝置的整體組成。
圖10表示了根據實施例2的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動器的組成。
圖11表示了根據實施例3的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動器的組成。
圖12表示了包括在有源矩陣型液晶板中的一個象素。
圖13表示了包括在有源矩陣型液晶板中的一個象素的等效電路。
圖14是一波形圖1表示了通過一般有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路得到的輸出波形。
圖15表示了與第i條信號線(i表示整數)相應的模擬驅動器的一部分的組成。
圖16表示了圖15中所示的整個模擬驅動器的組成。
圖17是一波形圖，表示了通過模擬驅動器方法得到的波形。
圖18表示了與第i條信號線(i表示整數)相應的數字驅動器的一部分的組成。
圖19表示了圖18中所示的整個數字驅動器的組成。
圖20表示了與第i條信號線(i表示整數)相應的二進制多級灰度信號線驅動電路的組成。
圖21表示了在一般的二進制多級灰度信號線驅動電路的情形下，數字灰度振蕩信號的波形。
圖22A-22D表示了一般二進制多級灰度信號線驅動電路的輸出波形。
圖23表示了相對于施加到液晶顯示裝置的液晶上的電壓的亮度特性。
圖24表示了由于液晶相對于模擬視頻信號的亮度特性引起的亮度偏差。
圖25表示了根據本發明的實施例4的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖26是一波形圖，表示了通過根據實施例4的信號線驅動電路得到的波形。
圖27表示了根據實施例4的模擬視頻信號與液晶的顯示亮度之間的關系。
圖28表示了根據本發明的實施例5的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖29顯示了產生模擬極性反轉信號的一般電路。
圖30是一信號波形圖，描述了圖29中所示的產生模擬極性反轉信號的一般電路的操作。
圖31表示根據本發明的實施例6的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖32表示了根據本發明的實施例6的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的組成。
圖33是一信號波形，描述了圖32中所示的信號線驅動電路的操作。
圖34表示了一顯示板的所施加的正/負電壓保持特性。
圖35表示了根據本發明的實施例7的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖36表示了根據本發明的實施例7的有源矩陣顯示裝置的信號線驅電路的組成。
圖37是一波形圖，表示了當施加正電壓時，通過圖35中所示的信號線驅動電路得到的波形。
圖38是一波形圖，表示了當施加負電壓時，通過圖35中所示的信號線驅動電路得到的波形。
圖39表示了根據本發明的實施例8的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖40是一波形圖，表示了當正信號的頻率適當時信號的波形。
圖41是一波形圖，表示了當正信號的頻率不適當時的信號的波形。
圖42是一波形圖，表示了通過圖39中所示的信號線驅動電路得到的波形。
圖43表示了根據本發明的實施例9的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖44是一波形圖，表示了通過圖43中所示的信號線驅動電路得到的波形。
圖45表示了根據本發明的實施例10的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路的具體組成。
圖46是一波形圖，表示了通過圖45中所示的信號線驅動電路得到的波形。
下面，將參考附圖利用實施例對本發明進行描述。
根據本發明的有源矩陣型顯示裝置，通過平均具有與模擬視頻信號的電平相應的占空比的二進制脈沖信號，產生多個灰度信號。本發明的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路將輸入模擬視頻信號轉換成具有與該輸入模擬視頻信號的電平相應的適當占空比m∶n的脈沖信號。通過讓該脈沖信號經過具有你通濾波器特性的電路，得到一平均電壓；在平均電壓中，該脈沖信號的振蕩分量被抑制。通過將具有與該模擬視頻信號的電平相應的電壓的該平均電壓施加到象素上，能夠實現多級灰度顯示或全彩色顯示。從信號線到象素間伸展的電路能夠作為具有低通濾波器特性的電路使用，以平均該脈沖信號。
如在上述二制多級灰度信號線驅動電路的情形下，本發明的信號線驅動電路的輸出僅有高和低兩個電壓電平，即VSH和VSL。從而，在圖14中所示的信號波形中，本發明的信號線驅動電路輸出脈沖信號，該脈沖信號具有周期T、幅度(VSH-VSL)以及占空比(即VSH的輸出時間VSL的輸出時間)m∶n。通過設定周期T到這樣一個值，即使得該脈沖的電平可由上述的低通濾波器充分地平均，即可將平均電壓(m·VSH＋n·VSL)/(m＋n)加到象素上。
實施例1圖1表示了根據本發明的實施例1的有源矩陣型顯示裝置的信號線驅動電路2的操作。本實施例的信號線驅動電路2接收模擬視頻信號va并將該模擬視信號Va轉換成具有與該模擬視頻信號的電平相應的占空比的脈沖信號Vs，然后輸出該脈沖信號Vs給信號線。從信號線到象素中(i，j)伸展的電路(該電路形成在顯示板1中)起低通濾波器1a的作用。結果，該脈沖信號Vs的振蕩分量被抑制的平均電壓施加到該象素P(i，j)上。盡管為了簡便在圖1中該象素P(i，j)與低通濾波器1a分開表示，但該象素P(i，j)還起低通濾波器1a的一部分作用。雖然形成在顯示板1中的從信號線到象素P(i，j)伸展的電路在本實施例中作為平均該脈沖信號Vs的低通濾波器使用，但還可以在該顯示板之外提供低通濾波器。
圖9表示了本實施例的液晶顯示裝置10的整個組成。如圖9中所示，該有源矩陣型液晶顯示裝置10包括顯示板1，信號線驅動器200，掃描線驅動器300，控制電路600，以及參考信號產生電路5。
在包括在顯示板1中的有源矩陣基片100上，信號線104和掃描線105形成一矩陣形狀，象素電極103及開關元件102(如薄膜晶體管)形成在信號線104及掃描線105的交叉點上。該信號線驅動器200根據來自參考信號產生電路5的信號及該模擬視頻信號Va產生信號線驅動信號。該掃描線驅動器300驅動開關元件102以使其導通或關斷。信號線驅動器200及掃描線驅動器300的操作由控制電路600控制。
根據顯示裝置10，驅動開關元件102的各水平線，以便可由掃描線驅動器300順序地導通或關斷。如果來自信號線驅動器200的信號電壓有選擇地施加到一個象素電極103上，介于象素電極103與形成在一配對基片101上的配對電極101a之間的液晶層被驅動。結果，透過該液晶層的光由該信號電壓改變，從而顯示一個圖像。象素電極103、配對電極101a以及介于其間的液晶層構成一個象素P(i，j)。在由象素電極103、配對電極101a以及介于其間的液晶層產生的液晶電容上并聯地形成一個貯存電容以改善電壓保持特性的情形下，象素的電容等于液晶電容與貯存電容之和。
在顯示板1中，低通濾波器由信號線104本身的時間常數Rsource×Csource、各個象素的時間常數等構成。下面，參考圖1-4描述包括在上述信號線驅動器200中的相應于一個信號線104的信號線驅動電路2(圖1中所示)的組成和操作。
圖1中所示的信號線驅動電路2接收模擬視頻信號Va并輸出二進制脈沖信號Vs。信號線驅動電路2的輸出Vs輸入顯示板1的一條信號線104；并經由顯示板1構成的低通濾波器1a達到象素P(i，j)。
圖2表示了信號線驅動電路2的輸出Vs的典型輸出波形。信號線驅動電路2的輸出信號Vs具有高、低兩個電平(即分別為VSH和VSL)，周期T，以及占空比(即VSH的輸出時間VSL的輸出時間)m∶n。
將信號線驅動電路2構造成可根據模擬視頻信號Va改變其輸出Vs的占空比，如圖3中所示。由于輸出Vs的周期T是根據顯示板1的低通濾波器特性確定的，(m·VSH＋n·VSL)/(m＋n)的平均電壓VT加到象素P(i，j)上，這里m和n為不限于整數的正實數。從而，可以根據模擬視頻信號Va將期望的電壓加到象素上。結果，能夠得到多級灰度顯示或全彩色顯示。
下面，參考圖5和6，描述信號線驅動電路2的具體組成及操作。
如圖5中所示，信號線驅動電路2包括取樣和保持電路3，以及比較電路4。該取樣和保持電路3接收模擬視頻信號Va、取樣脈沖Tsmp、及輸出脈沖OE。比較電路4接收取樣和保持電路3的輸出，以及來自參考信號產生電路5的參考信號Vref。比較電路4的輸出Vs連接到顯示板1上。
取樣和保持電路3包括模擬開關SW1，SW2，取樣電容Csmp，以及保持電容CH。取樣電容Csmp設計成相比保持電容CH具有足夠大的容量。
比較電路4具有正(+)和負(-)輸入端。比較電路4包括比較器，其操作如下當加到比較電路4的正端的電壓高于加到其負端的電壓時，輸出Vs等于VSL；當加到正端的電壓低于加到負端的電壓時，輸出Vs等于VSH。
模擬視頻信號Va連接到模擬開關SW1，該開關由取樣脈沖Tsmp控制其導通或關斷。取樣電容Csmp連接在模擬開關SW1和SW2之間。電容Csmp經模擬開關SW2與保持電容CH及比較電路4的負端相連，該開關SW2由輸出脈沖OE控制其導通或關斷。來自參考信號產生電路5的參考信號Vref連接到比較電路4的正端。
下面，描述信號線驅動電路2的具體操作。通過利用取樣脈沖Tsmp控制模擬開關SW1以在取樣電容Csmp處對模擬視頻信號Va進行取樣，并產生取樣電容Csmp的電壓Vsmp。從而，模擬視頻信號va被取樣。由于取樣電容Csmp設計或相比保持電容CH具有足夠大的電容量，當模擬開關SW2由輸出脈沖OE導通時，取樣電容Csmp的電壓Vsmp作為電壓VH保持在保持電容CH中。所保持的電壓VH基本等于取樣電壓Vsmp。
由參考信號產生電路5產生的參考電壓Vref具有鋸齒狀波形，其周期為T，如圖6中所示。參考電壓Vref輸入給比較電路4的正端。如圖6中所示，比較電路4的參考電壓Vref和保持的電壓VH進行比較運算，以輸出具有VSH和VSL兩個電壓電平的脈沖信號VS給顯示板1。從而，比較電路4在圖6中以m表示的區域中輸出電壓VSH，在那里保持的電壓vH大于參考電壓Vref，并在圖6中以n表示的區域中輸出電壓VSL，在那里保持的電壓VH小于參考電壓Vref。脈沖信號Vs輸出給顯示板1，并通過主要歸因于開關元件的導通電阻Ron×Clc的該顯示板1的低通濾波器特性而被平均。從而，相應的象素施加上(m·VSH＋n·VSL)/(m＋n)的平均電壓VLC。
最后，參考圖7和8，簡要地描述作為一個整體的信號線驅動器200的操作。信號線驅動器200包括多個圖5中所示的結構的信號線驅動電路2。
圖7表示了本實施例的有源矩陣型顯示裝置10的信號線驅動器200的組成。圖8表示了與圖i條信號線104相應的信號線驅動電路2的輸出波形。如圖7中所示，信號線驅動器200包括與各信號線S(1)-S(N)相應的信號線驅動電路2(圖5中所示)。
在信號線驅動器200中，輸入模擬視頻信號Va根據取樣脈沖Tsmp(1)、Tsmp(2)、···、Tsmp(i)、···以及Tsmp(N)順序取樣，該取樣脈沖輸入到各信號線驅動電路2的模擬開關SW1。結果，與各信號線S(1)、S(2)···S(i)···及S(N)相應的電壓被取樣。
在完成對于一個水平掃描周期該模擬視頻信號的取樣以后，在輸出脈沖OE輸入給各信號線驅動電路2的模擬開關SW2時，取樣電壓Vsmp(1)、Vsmp(2)···Vsmp(i)···以及Vsmp(N)傳送給各保持電容CH。保持在保持電容CH上的電壓通過各信號線驅動電路2的比較電路4與參考電壓Vref順序地進行比較，并輸出給各信號線S(1)-S(N)。
在與第i條信號線相應的信號線驅動電路2中，根據取樣脈沖Tsmp(i)，與第i條信號線相應的模擬視頻信號的電壓va在取樣電容Csmp(i)中被取樣，以作為取樣電壓Vsmp(i)。然后，取樣電壓Vsmp(i)根據輸出脈沖OE傳送給保持電容CH，并通過比較電路4與參考電壓Vref比較。結果，如圖8中所示的脈沖信號輸出給信號線S(i)。在一個水平掃描周期后，取樣電壓Vsmp(i)′就與上述Vsmp(i)相對應了。
根據具有上述組成的本實施例的顯示裝置10，當保持電壓VH相應于模擬視頻信號Va的變化而改變時，各信號線驅動電路2的脈沖信號Vs的占空比(m∶n)要發生改變。結果，與模擬視頻信號Va相等或相應的電壓能加到象素上。從而，利用一簡單的結構能得到全彩色顯示。
由于利用了對上述脈沖信號起低通濾波器作用的從信號線驅動電路2到象素間的信號路徑的傳送特性，因此不需要單獨再設置低通濾波器。從而，裝置的結構能夠簡化。
如上所述，不可避免地伴隨此種結構的顯示裝置10的由于信號線而產生的不需要的電容和電阻在本實施例中作為一個低通濾波器使用。然而，通過調整整個顯示裝置10的設計或增加特有的濾波器電路和/或元件，還可以使該顯示裝置的特性與根據本發明的驅動方法相適應，從而給予顯示裝置10以最佳的低通濾波器特性，以平均信號線驅動電路2的脈沖信號。
實施例2圖10描述了根據本發明的實施例2的有源矩陣型顯示裝置。和圖5相似，圖10也表示了顯示裝置的一個信號線驅動器中的信號線驅動電路2a。
如圖10中所示，信號線驅動電路2a包括數字緩沖寄存器電路6，該電路6和與實施例1的信號線驅動電路2中的比較電路4相同的比較電路4的輸出相連。此緩沖寄存器電路6接收兩個電壓值VSH及VSL。比較電路4的輸出信號經緩沖寄存器電路6驅動信號線。下面，描述本實施例的顯示裝置10的功能及效果。
在實施例1中，例如，通過利用存在于相應象素等的時間常數Ron×Clc中的低通濾波器特性，平均各信號線驅動電路的脈沖信號，以將與模擬視頻信號Va相應的電壓施加到象素上。然而，在某些類顯示板中，基于相應的象素等的時間常數Ron×Clc的低通濾波器特性可能不足以充分地平均脈沖信號，從而降低顯示質量。
在實施例2中，信號線驅動電路2a在其輸出級側包括數字緩沖寄存器電路6。通過指定或調節緩沖寄存器電路6的輸出阻抗到一期望值，可以調節從信號線驅動電路2a的輸出到象素間的路徑的低通濾波器特性，從而改善顯示質量。
實施例3圖11描述了根據本發明的實施例3的有源矩陣型顯示裝置。和圖5相似，圖11表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2b。
如圖11中所示，信號線驅動電路2b包括數字緩沖寄存器電路7。本實施例的緩沖寄存器電路7與實施例2的緩沖寄存器電路6之間的差別在于，電路7除接收VSH外還接收GND而不接收VSL。與實施例2相同，比較電路4的輸出信號經緩沖寄存器電路7驅動信號線。
從而，本實施例的信號線驅動電路2D提供的脈沖信號具有兩電壓電平VSH及GND。加到象素上的平均電壓是與模擬視頻信號Va相應的電壓如VT＝m·VSH/(m＋n)。
利用這樣組成的顯示裝置，可以省略外部電壓VSL，從而進一步降低成本及能耗。
實施例4圖25描述了根據本發明的實施例4的有源矩陣型顯示裝置。和圖5相似，圖25表示了該顯示裝置的信號線驅動器的信號線驅動電路2C。圖26是一波形圖，表示了信號線驅動電路2C輸出的脈沖信號的波形，以及輸入給信號線驅動電路2C的比較電路4a的校正參考信號Vref。圖27表示了根據本實施例的模擬視頻信號與液晶的顯示亮度之間的關系。
在圖25中，參考符號50表示產生校正參考信號Vrefh的校正參考信號產生電路，該電路考慮了加到液晶上的電壓與液晶的顯示亮度之間的非線性關系。校正參考信號Vrefh(而不是如實施例1中所用的具有鋸齒波形的參考信號)輸入到信號線驅動電路2C的比較電路4a的正端。
如圖23中所示，液晶的透光性(即液晶顯示板的亮度與加到液晶上的電壓之間的關系)是非線性的；即，施加到液晶上的電壓的每一單位的變化，其亮度變化不是恒定的。從而，如圖24中所示，如果模擬視頻信號Va本身輸入給實施例1中的信號線驅動電路2，則在電平Va1處，模擬視頻信號Va可能具有ΔL的亮度偏差。這導致實際的顯示比與原始模擬視頻信號Va的電平Va1相應的亮度LVa1暗ΔL。
在本實施例中，如圖26中所示，與模擬視頻信號Va相應的取樣和保持電路3(圖25)的輸出與校正參考信號Vrefh比較，而顯示板1的信號線由具有與比較結果相應的占空比的脈沖信號Vs驅動。校正參考信號Vrefh要能使得，當具有與該比較結果(大或小)相應的占空比的脈沖信號Vs的平均值加到液晶上時，模擬視頻信號Vs與液晶的亮度達到線性關系，如圖27中所示。
根據具有上述組成的本實施例的顯示裝置10，除根據實施例1得到的優點以外，還具有下述優點模擬視頻信號Va的取樣值與校正參考信號Vrefh進行比較，該校正參考信號Vrefh考慮了加到液晶上的電壓與液晶的顯示亮度之間的非線性關系，具有與比較結果相應的占空比的脈沖信號Vs的平均電壓電平加到構成各象素的象素電極上，從而保證模擬視頻信號與液晶的亮度之間保持線性關系。結果，可以防止由于液晶沒有配備高速模擬校正電路以根據非線性關系校正模擬視頻信號而產生的加到液晶上的電壓與液晶的顯示亮度之間的非線性關系引起的亮度偏差。
實施例5圖28描述了根據本發明的實施例5的有源矩陣型顯示裝置。和圖5類似，圖28表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2d。
在圖28中，參考符號50a表示校正參考信號產生電路以產生校正參考信號Vrefr，該信號Vrefr考慮了要針對電視視頻信號進行的r校正。該校正參考信號Vrefr，(而不是圖1中采用的鋸齒形參考信號)輸入到信號線驅動電路2d的比較電路4b的正端。
在各種模擬視頻信號中，用于電視播送的正式視頻信號(如NTSC型)在發送側受到r校正(r＝1/2.2)，使得陰極射線管上的顯示保持r＝1，從而防止陰極射線管的亮度相應于視頻信號的亮度偏移。結果，圖像接收管的制造費用降低。該r校正可定義為視頻信號校正，該校正在發送側對電視信號進行，以校正陰極射線管型電視的發射亮度。
相應于輸入視頻信號電壓(施加到液晶上的電壓)的液晶的透光性(亮度特性)不同于相應于視頻信號的陰極射線管的發射亮度特性。從而，如果電視視頻信號沒有在液晶顯示裝置側進行校正而輸入到液晶顯示裝置，則液晶顯示裝置不能正確地再生灰度亮度特性，從而導致不令人滿意的顯示圖像。
在本實施例中，如圖28中所示，與上述模擬視頻信號Va相應的取樣和保持電路3的輸出與校正參考信號Vrefr進行比較，顯示板1的信號線由具有與該比較結果相應的占空比的脈沖信號Vs驅動。校正參考信號Vrefr使得，當具有與對應于受到r校正的模擬視頻信號Va的比較結果相應的占空比的脈沖信號Vs的平均值加到液晶上時，可利用已校正的r校正，根據正確的灰度亮度特性實現顯示。
根據具有上述組成的本實施例的顯示裝置，除了根據實施例1得到的優點外，還具有下述優點模擬視頻信號Va的取樣值與校正參考信號Vrefr進行比較，該信號Vrefr考慮了對電視視頻信號進行的r校正，具有與比較結果相應的占空比的脈沖信號Vs的平均電壓電平施加到構成各象素的象素電極上，從而，利用已校正的r校正，保證了根據正確的灰度亮特性實現顯示。結果，即使當模擬視頻信號(例如NTSC型)輸入給液晶顯示裝置，也可以在液晶顯示裝置上得到最佳的顯示圖象，而不受r校正的影響，該r校正由于顯示彩陰極射線管而在發送側對電視視頻信號進行。
實施例6圖31和32描述了根據本發明的實施例6的有源矩陣型顯示裝置。圖31(相應于圖5)表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2e。圖32(相應于圖7)表示了包括多個信號線驅動電路2e的信號線驅動器200的整個組成。圖33(相應于圖8)是一時序圖，表示了與信號線驅動器200的第i條信號線相應的信號線驅動電路2e的輸出波形。如圖32中所示，信號線驅動器200包括與各信號線S(1)-S(N)相應的信號線驅動電路2e(圖31中所示)。
如圖31中所示，視頻信號Va輸入給信號線驅動電路2e。比較電路4c的輸出連接到“同”門8的一個輸入端。極性反轉信號POL連接到“同”門8的另一輸入端。“同”門8的輸出驅動相應的信號線。當極性反轉信號POL為高電平時，“同”門8輸出與比較電路4c的輸出相同的波形。當極性反轉信號POL為低電平時，“同”門8輸出通過反轉比較電路4c的輸出而得到的波形。換句話說，脈沖信號的占空比在邏輯上逆轉，例如占空比m∶n邏輯地逆轉為n∶m。
視頻信號Va為通常用于由陰極射線管或類似物顯示的視頻信號。在需要a、c、驅動的一般液晶顯示裝置或類似物的情形下，需要通過高速模擬極性反轉信號產生電路將視頻信號Va轉換成a、c、信號，如圖29中所示，并將得到的a、c、信號作為模擬視頻信號Va輸入信號線驅動電路，如圖8和9中所示。然而，根據本發明，與圖8中所示的輸出Vs(i)的波形類似的波形能夠通過簡單地輸入視頻信號Va而得到，如圖33中所示。
實施例7如實施例6中所述，本發明通過采用簡單的邏輯電路，使得可以實現a、c、驅動，并防止d、c、電壓施加到象素上，從而防止象素的液晶材料的損壞。然而，在某些類顯示板中，具有同樣絕對值的正電壓及負電壓施加到象素電極上可能導致相應的保持電壓電平的絕對值之間的差異。換句話說，只反轉視頻信號的極性可能在保持在象素中的正和負電壓電平之間產生一差異。這導致圖像的閃爍，并可能發展成圖像殘留現象。
圖34是板的特性曲線圖，表示了施加到象素上的電壓與保持在象素中的電壓之間的關系。在圖34中，縱座標的標度設計成使得施加到象素上的正電壓與象素中保持的電壓之間展現線性關系。從而，當正電壓Vs1施加到象素上，象素中保持正電壓Kpos。然而，當一負電壓Vs1(具有與正電壓Vs1相同的絕對值)施加到象素上，象素中保持反電壓Kneg，該負電壓Kneg具有與負電壓Kpos不同的絕對值。從而，在加正電壓Vs1的情形下與加負電壓Vs1的情形下，象素中保持的電壓之間存在偏差ΔVz。為了保證當施加負電壓到象素上時象素中保持同樣電壓值Kpos，應施加負電壓Vs2而不是Vs1到象素上。
圖35和36描述了根據本發明的實施例7的有源矩陣型顯示裝置。圖35(相應于圖5)表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2f。圖36(相應于圖7)表示了包括多個信號線驅動電路2f的信號線驅動器200的整個構成。圖37是一波形圖，表示了用于正電壓的參考信號Vrefp，該參考信號在施加正電壓到象素上時采用。圖38是一波形圖，表示了用于負電壓的參考信號Vrefn，該參考信號在施加負電壓到象素上時采用。
如圖35中所示，由用于正電壓產生電路51的參考信號產生的參考信號Vrefp連接到模擬開關SW11的一個輸入端；由同于負電壓產生電路52的參考信號產生的參考信號Vrefn連接到模擬開關SW21的一個輸入端。模擬開關SW11和SW21的其它各輸入端連接到比較電路4d的正端。模擬開關SW11由極性反轉信號POL直接控制，而模擬開關SW21由經反相器INV11中的邏輯反相該極性反轉信號POL而得到的信號控制。從而，當正電壓施加到象素上時，用于正電壓的參考信號Vrefp作為參考信號輸入給比較電路4d；當負電壓施加到象素上時，用于負電壓的參考信號Vrefn作為參考信號輸入給比較電路4d。在本實施例中，控制這樣進行，使得，在正電壓VS1施加在象素上(如圖37中所示)的情形下，當施加負電壓到象素上時(如圖38中所示)，產生用于負電壓的參考信號Vrefn，以將負電壓VS2施加到象素上，從而對象素中保持的電壓的偏差△Vz進行補償。通過利用由極性反轉信號POL控制的“同”門8的輸出驅動該信號線，當施加正電壓時象素中保持電壓7Kpos，而當施加負電壓時象素中保持電壓-Kpos。結果，可以防止d、c、分量施加到象素上，并能實現無閃爍或無圖像殘留現象的高質量的顯示裝置。
實施例8圖39描述了根據本發明的實施例8的有源矩陣型顯示裝置。圖39(相應于圖5)表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2g。可變周期的參考信號Vrefup(而不是圖5中所示的參考信號產生電路5產生的參考信號Vref)輸入給信號線驅動電路2g的比較電路4e的正端。該可變周期的參考信號Vrefup由可變周期的參考信號產生電路53產生。
如上所述，從信號線驅動電路的輸出到象素間的路徑具有低通濾波器的特性，該特性基本由各象素的時間常數Ron×Clc確定，而不是由信號線本身的時間常數Rsource×Csource來確定。
從而，為了將脈沖信號的平均電壓施加到象素上，需要指定該脈沖信號的周期為這樣一個值，即可使得該脈沖信號被上述低通濾器充分地平均，如圖40中所示。然而，信號線對于信號線驅動電路是負載電容，因此，需要以與該脈沖信號同樣的周期對信號線驅動電路的輸出重復進行充電/放電。從而，隨著脈沖信號的頻率增加，信號線驅動電路的能耗不可避免地增加。另一方面，如果考慮到低通濾波器的特性而脈沖信號的頻率很低，則如圖41中所示，脈沖信號不能充分平均。結果，適當的電壓不能施加到象素上，從而降低顯示質量。
如圖42中所示，由可變周期參考信號產生電路53產生的可變周期參考信號Vrefup被控制，使得其周期在同樣的電壓寫入周期中(即，在本實施例的情形下Hsync)滿足下述關系T0≥T1≥T2≥···≥Tx(等式1)
換句話說，可變周期參考信號Vrefup的頻率逐漸增加。從而，信號線驅動電路2g的脈沖信號的周期也滿足等式1，而其占空比滿足m0∶n0＝m1∶n1＝m2∶n2＝···＝mX∶nX(等式2)從而，相對于同樣的電壓寫入周期，當電壓剛開始施加到象素上時，脈沖信號的頻率如此地低，以致于脈沖信號不能被充分平均，但脈沖信號的頻率逐步增加，使得當完成電壓施加到象素上時，脈沖信號被充分地平均，如圖40中所示。從而，不需要指定脈沖信號的周期很高以利用上述低通濾波器充分地平均脈沖信號。結果，顯示裝置的能耗能夠降低。
實施例9圖43描述了根據本發明的實施例9的有源矩陣型顯示裝置。圖44是一波形圖，描述了圖43中所示的顯示裝置的操作。圖43(相應于圖5)表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2n。如圖43中所示，在本實施例的顯示裝置中，比較電路4f的輸出經一可變阻抗元件80連接到信號線。從而，從比較電路4f輸出的脈沖信號的信號路徑的阻抗等于可變阻抗元件80的阻抗與從信號線到一象素(形成在顯示板1中)間的電路的阻抗之和。通過調節可變阻抗元件80的阻抗，脈沖信號的信號路徑的阻抗能夠被控制。換句話說，用于平均脈沖信號的低通濾波器的頻率特性能夠被控制。
如圖44中所示的參考信號Vref30輸入給比較電路4f的正端。圖43中所示的可變阻抗元件80由控制信號Vcont控制。在本實施例中，此控制使得可變阻抗元件80的阻抗值與控制信號VconT的電平成比例地增加。
如上所述，從信號線驅動電路的輸出到象素間的路徑具有低通濾波器的特性，并且該特性基本由各象素的時間常數Ron×Clc確定，而不是由信號線本身的時間常數Rsource×Csource來確定。然而，在具有小的Ron和Clc值的某些類型顯示板中，由參考信號Vref30的周期T30確定的脈沖信號的頻率可能不足以保證施加到象素上的電壓被充分地平均。結果，適當的電壓不能施加到象素上，從而降低顯示質量。另一方面，通過簡單地增加各信號線驅動電路的輸出阻抗，脈沖信號能夠被充分地平均，但在此情形下，在同樣的電壓寫入周期中，不可能達到期望的電壓值。
根據本實施例，比較電路4f的輸出經具有電阻Rcont的可變阻抗元件80與信號線相連。從而，該低通濾波器的特性由時間常數(Rcont＋Ron)×Clc確定，而不是由各象素的時間常數Ron×Clc來確定。因此，如圖44中所示，控制這樣進行，使得在同樣的電壓寫入周期中(即，在本實施例的情形中Hsync)控制信號Vcont的電平逐步地增加，從而使得可變阻抗元件80的電阻值Rcont地逐步地增加。因此，即使在顯示板具有如此低的Ron和Clc值使得由參考信號Vref30的周期T30確定的脈沖信號的頻率不能保證施加到象素上的電壓充分地平均、阻止適當的電壓施加到象素上的情形下，可以充分地平均施加到象素上的電壓，并達到期望的電壓值。
實施例10圖45描述了根據本發明的實施例10的有源矩陣型顯示裝置。圖45(相應于實施例9中所用的圖43)表示了該顯示裝置的信號線驅動器中的信號線驅動電路2i。表1描述了具有圖45中所示組成的信號線驅動電路2i的輸出緩沖寄存器電路85的操作。圖46是一波形，描述了圖45中所示的信號線驅動電路2i的操作。
表1CNT1CNT2比較器4g的輸出P1P2P3N1N2N3高 高 高 通通通斷斷斷高 高 低 斷斷斷通通通高 低 高 通通斷斷斷斷高 低 低 斷斷斷通通斷低 低 高 通斷斷斷斷斷低 低 低 斷斷斷通斷斷如圖45中所示，根據本實施例，比較4g的輸出經可變阻抗輸出緩沖寄存器85連接到一個信號線。參考信號Vref30輸入給比較電路4g的正端，如實施例9。可變阻抗輸出緩沖寄存器85由控制信號CNT1和CNT2控制。可變阻抗輸出緩沖寄存器85包括由PMOS晶體管P1和NMOS晶體管N1組成的第一緩沖寄存器；由PMOS晶體管P2和NMOS晶體管N2組成的第二緩沖寄存器；由PMOS晶體管P3和NMOS晶體管N3組成的經三緩沖寄存器；以及邏輯元件，即反相器INV20、INV21及INV22，“與”門AND1和AND2，以及“或”門or1和OR2。
如表1中所見，可變阻抗輸出緩沖寄存器85如下操作。
當控制信號CNT1和CNT2均為高電平時，第一緩沖寄存器、第二緩沖寄存器以及第三緩沖寄存器均操作以驅動信號線。
當控制信號CNT1為高電平而CNT2為低電平時，第一緩沖寄存器和第二緩沖寄存器操作以驅動信號線。與比較電路4g的輸出無關，第三緩沖寄存器的PMOS晶體管P3和NMOS晶體管N3處于載斷狀態，從而第三緩沖寄存器不介入信號線的驅動。
當控制信號CNT1和CNT2均為低電平時，與比較電路4g的輸出無關，第二緩沖寄存器的PMOS晶體管P2及NMOS晶體管N2，以及第三緩沖寄存器的PMOS晶體管P3及NMOS晶體管N3均處于截斷狀態，從而無論是第二緩沖寄存器還是第三緩沖寄存器均不介入信號線的驅動。只有第一緩沖寄存器操作以驅動信號線。
由于PMOS和NMOS晶體管組成的緩沖寄存器電路具有一些輸出阻抗，該阻抗由MOS晶體管的導通電阻產生，因此，輸出電路的輸出阻抗能夠根據同時驅動信號線的輸出緩沖寄存器的數量而改變。
如圖46中所示，對于同樣的電壓寫入周期(即，在本實施例的情形下Hsync)，當寫入剛開始時，控制信號CNT1和CNT2均為高電平，從而第一、第二和第三輸出緩沖寄存器均驅動信號線。接著，控制信號CNT1保持高電平而控制信號CNT2變為低電平，從而第一和第二緩沖寄存器驅動信號線。在電壓寫入周期的后期，控制信號CNT1與CNT2均為低電平，從而只有第一緩沖寄存器驅動信號線。因此，在同樣的電壓寫入周期中，用于驅動信號線的輸出緩沖寄存器的數量逐步減少，從而逐步增加輸出電路的輸出阻抗。因此，如圖46中所示，即使在顯示板的通過參考信號Vref30的周期T30確定的脈沖信號的頻率不能保證加到象素上的電壓充分地平均、阻止適當的電壓施加到象素上的情形下，也可以充分地平均施加到象素上的電壓，并達到期望的電壓值。
如上所述，根據本發明，可保證用于驅動信號線的脈沖信號的占空比根據模擬視頻信號的信號電壓而改變。另外，該脈沖信號由從信號線驅動電路到象素間的信號路徑的低通濾波器特性來平均，從而脈沖信號的平均電壓可施加到象素上。
因此，通過簡單地采用二進制脈沖信號，可以將期望的電壓施加到象素上，從而實現多級灰度顯示或全彩色顯示。結果，可以實現多級灰度信號線驅動電路，降低成本及能耗，并增加集成度。
通過這樣構造信號線驅動電路以使其包括與信號線相連的數字緩沖寄存器電路，并且該電路具有至少兩個輸出電壓電平以根據數字緩沖寄存器電路的輸出信號驅動信號線，并指定一個輸出電壓電平為GND電平，可以根據僅有一個電源的全彩色信號線驅動系統實現驅動。
通過利用從信號線驅動電路到象素間的信號的路徑的傳送特性，不需要有特殊地設置低通濾波器。從而，裝置的結構能簡化。
另外，根據本發明，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號相應的占空比的脈沖信號時，模擬視頻信號與液晶的顯示亮度之間的關系被指定為線性的，從而能夠防止由于顯示裝置的亮度特性引起的亮度偏差，進而能夠實現高質量的顯示裝置。
另外，根據本發明，模擬視頻信號的取樣值與校正參考信號比較，并且產生脈沖信號以輸出給信號線作為信號線驅動信號，該脈沖信號具有與模擬視頻信號的信號電平相應的占空比，并且有r影響已被校正的灰度亮度特性。結果，當視頻信號(例如用于電視播送的NTSC型視頻信號)輸入給液晶顯示裝置時，可以在液晶顯示裝置上得到最佳的高質量顯示圖像而不受r校正的影響，該r校正是為了使用陰極射線管進行顯示而在發送側對電視視頻信號進行的。
因此，根據本發明的用于模擬視頻信號的有源矩陣型顯示裝置，其成本及能耗能夠降低，而響應速度加快，其中不需要輸出級的模擬緩沖寄存器或模擬開關。由于不需要各種數字視頻信號或控制信號，其外圍電路能夠簡化，集成度增加。另外，可以利用一個電源實現具有信號線驅動電路的全彩色有源矩陣型顯示裝置。
另外，根據本發明，不需要對顯示裝置本身的亮度特性進行校正或對模擬視頻信號本身進行信號處理，而采用其它方法校正對陰極射線管顯示進行的r校正是需要的。從而，能夠省略用于此信號處理的能處理該視頻信號帶的任何高速模擬校正電路，進而能降低成本，簡化外圍電路，并增加集成度。
另外，根據本發明，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，在脈沖信號輸出之前通過采用簡單的邏輯運算電路，脈沖信號的占空比就可以按周期的方式邏輯地交替逆轉。結果，能夠實現a、c、驅動，而不用增添能夠處理模擬視頻信號的頻帶的高速模擬極性反轉信號產生電路。因此，能降低成本和能耗，并增加集成度。
另外，根據本發明，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，在脈沖信號輸出之前通過采用簡單的邏輯運算電路，脈沖信號的占空比就可以按周期的方式邏輯地交替逆轉，從而克服在正電壓和反電壓之間顯示板的保持特性的差異。結果，能夠提供最佳的圖像質量，而不存在由于正和負電壓之間電壓保持特性的差異引起的閃爍或圖像殘留。
另外，根據本發明，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，輸出給信號線的脈沖信號的頻率改變一期望值，該信號線是負載電容。結果，裝置的能耗能夠降低。
另外，根據本發明，當將模擬視頻信號轉換成具有與該模擬視頻信號相應的占空比的脈沖信號以輸出給信號線時，信號線驅動電路的輸出阻抗能改變到一期望值。結果，即使在一顯示板中從信號線驅動電路的輸出到象素間的路徑的低通濾波器特性不允許脈沖信號被充分地平均、從而降低顯示質量的情形下，也能夠提供最佳的圖像質量。
本領域的技術人員能容易地做出各種其它的改進而不脫離本發明的范圍和實質。從而，所附的權利要求書的范圍不限于上面的描述，而要從廣義角度去解釋。
權利要求
1.一種有源矩陣型顯示裝置，包括一顯示板，該顯示板包括成矩陣形設置的多個象素，掃描線與該多個象素相連，信號線與該多個象素相連；以及一信號線驅動電路，用于接收模擬視頻信號，并根據與該模擬視頻信號的信號電平相應的信號線驅動信號驅動各信號線，其中，該信號線驅動電路產生具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空的脈沖信號，并輸出該脈中信號。
2.如權利要求1所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路包括一取樣和保持電路，對模擬視頻信號進行取樣并產生保持信號；一參考信號產生電路，產生參考信號；以及一比較電路，將該保持的信號與參考信號相比，并輸出具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號。
3.如權利要求1所述的有源矩陣型顯示裝置，其中，該信號線驅動電路包括數字緩沖寄存器電路，該數字緩沖寄存器電路與信號線相連并具有至少兩個輸出電壓電平，該信號線驅動電路利用該數字緩沖寄存器電路的輸出信號驅動信號線。
4.如權利要求3所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該兩輸出電壓電平中的一個為GND電平。
5.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
6.如權利要求1-5中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，從該信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
7.一種驅動一有源矩陣型顯示裝置的方法，模擬視頻信號輸入該顯示裝置，該方法包括步驟產生一脈沖信號，該脈沖信號具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比以及平均該脈沖信號并施加一平均電壓到一象素上。
8.如權利要求1所述的有源矩陣顯示裝置，其中該信號線驅動電路控制該脈中信號的占空比，使得該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的關系保持線性。
9.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該參考信號是校正參考信號，以校正該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的非線性關系，以及該比較電路將所保持的信號與該校正參考信號相比，以產生與該模擬視頻信號的信號電平相應的脈沖信號，并控制該脈沖信號的占空比，使得該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的關系保持線性。
10.如權利要求9所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
11.如權利要求8-10中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從該信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
12.如權利要求7所述的驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，其中，產生該脈沖信號的步驟包括，控制該脈沖信號的占空比使得該模擬視頻信號的信號電平與象素的顯示亮度之間的關系保持線性的步驟。
13.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該參考信號是校正參考信號，以校正對該模擬視頻信號進行的r校正，以及該比較電路將保持的信號與該校正參考信號比較，以產生與該模擬視頻信號的信號電平相應的脈沖信號，并控制該脈沖信號的占空比，以校正對該模擬視頻信號進行的r校正。
14.如權利要求1所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路還包括一個比較電路，以周期的方式交替地逆轉該脈沖信號的占空比。
15.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路還包括邏輯運算電路，以及該邏輯運算電路接收該比較電路的輸出和極性反轉信號，并進行邏輯運算，以輸出通過邏輯地交替反轉具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的信號而得到的脈沖信號。
16.如權利要求15所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
17.如權利要求14-16中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從該信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
18.如權利要求7所述的驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，其中產生該脈沖信號的步驟包括，逆轉該脈沖信號的占空比并產生通過邏輯地交替反轉具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的信號而得到的脈沖信號。
19.如權利要求14所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路包括比較電路，以控制該脈沖信號的占空比，從而對正電壓和負電壓之間該顯示板的電壓保持特性的差異進行校正。
20.如權利要求15所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該參考信號是校正參考信號，以對正電壓和負電壓之間該顯示板的電壓保持特性的差異進行校正，以及該比較電路將保持的信號與該校正參考信號比較，并輸出比較結果給該邏輯運算電路。
21.如權利要求20所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
22.如權利要求19-21中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從該信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
23.如權利要求18所述的驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，其中產生該脈沖信號的步驟包括對顯示板的電壓保持特性的差異進行校正的步驟。
24.如權利要求1所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路包括改變該脈沖信號的周期的部件。
25.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該參考信號是具有變化的周期的參考信號。
26.如權利要求25所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
27.如權利要求24-26中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
28.如權利要求7所述的驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，其中產生該脈沖信號的步驟包括改變該脈沖信號的周期的步驟。
29.如權利要求1所述的有源矩型顯示裝置，其中該信號線驅動電路還包括比較電路，以根據該脈沖信號控制輸出阻抗。30.如權利要求2所述的有源矩陣型顯示裝置，其中在該比較電路與該信號線之間配備一個阻抗元件以根據該脈沖信號控制輸出阻抗。
31.如權利要求30所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該脈沖信號是二進制脈沖信號。
32.如權利要求29-31中任何一個所述的有源矩陣型顯示裝置，其中該信號線驅動電路輸出該脈沖信號給信號線，而從該信號線到與其相應的象素間的電路對該脈沖信號起低通濾波器的作用。
33.如權利要求7所述的驅動有源矩陣型顯示裝置的方法，其中產生該脈沖信號的步驟包括控制該脈沖信號的輸出阻抗到一期望值的步驟。
全文摘要
根據本發明的有源矩陣型顯示裝置包括一顯示板，該顯示板包括成矩陣型設置的多個象素，掃描線與該多個象素相連，信號線與該多個象素相連；以及一信號線驅動電路，接收模擬視頻信號并利用與該模擬視頻信號的信號電平相應的信號線驅動信號驅動各信號線。該信號線驅動電路產生具有與該模擬視頻信號的信號電平相應的占空比的脈沖信號并輸出該脈沖信號。
文檔編號G02F1/133GK1122492SQ9511523
公開日1996年5月15日 申請日期1995年7月27日 優先權日1994年7月27日
發明者柳俊洋, 川口登史, 竹田信 申請人:夏普公司