移位寄存器電路的制作方法

專利名稱：移位寄存器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及移位寄存器電路，尤其涉及用于將行電壓提供給有 源矩陣顯示設備的顯示像素的移位寄存器電路。
背景技術：
有源矩陣顯示設備包括排列成行和列的像素陣列，并且每個像 素包括至少一個薄膜驅動晶體管和顯示元件，例如液晶單元。每行 像素共享行導線，其連接到該行中像素的薄膜驅動晶體管的柵極。 每列像素共享列導線，其中將像素驅動信號提供給該列導線。行導 線上的信號確定該晶體管是導通還是斷開，并且當晶體管導通時(通 過行導線上的高電壓脈沖)，允許來自列導線的信號傳遞到液晶材料 的區域，從而改變該材料的光傳輸特性。有源矩陣顯示設備的幀(場)周期要求在很短的時間周期內尋 址到一行像素，并且這從而增強了對晶體管的電流驅動能力的要求， 以便將液晶材料充電或者放電到所需要的電壓電平。為了達到這些 電流要求，提供給薄膜晶體管的柵極電壓需要隨著顯著的電壓擺動而波動。在非晶硅驅動晶體管的情況下，該電壓擺動可能大約是30 伏。在行導線中對于大電壓擺動的要求則要求用高壓組件來實現行 驅動器電路。人們非常有興趣將行驅動器電路的組件集成到與顯示像素陣列 的基板相同的基板上。 一種可能性是將多晶硅用于像素晶體管，因 為這種技術更加容易地適合于行驅動器電路的高壓電路元件。因此 喪失了用非晶硅技術來產生顯示矩陣的成本優勢。因此，人們有興趣提供可以用非晶硅技術來實現的驅動器電路。
非晶硅晶體管的低遷移率以及應力引起的門限電壓變化，給用非晶 硅技術來實現驅動器電路帶來了嚴重的困難。通常將行驅動器電路實現為移位寄存器電路，其依次輸出每個 行導線上的行電壓脈沖。
實質上，移位寄存器電路的每個級包括連接在時鐘控制高功率 電源線和行導線之間的輸出晶體管，并且導通驅動晶體管，從而將 行導線連接到時鐘控制高功率線以生成行地址脈沖。為了確保行導 線上的電壓達到電源線電壓(不管串聯的驅動晶體管)，已知通過使用輸出晶體管的雜散電容來利用自舉效應。這在US 6052426中迸行 了描述。
這樣使用驅動晶體管的寄生電容的問題是，存在其它雜散效應， 并且這些效應同樣在US 6052426中進行了描述。對此， 一種解決方法是通過引入第一額外電容器來消除雜散電容的效應，并且引入專 用于自舉操作的第二額外電容器。
在US 6052426和US 6064713中描述了這樣使用額外自舉電容 器的移位寄存器電路。在這些電路中，通過輸入晶體管，由前一行 的行脈沖對輸出晶體管的柵極進行充電。結果，可應用于輸出晶體 管的最大柵極電壓依賴于輸入晶體管的門限電壓。尤其當用非晶硅 技術來實現移位寄存器電路時，這種依賴性將變成電路性能的限制 因素。在低溫時這種依賴性尤其有問題，因為此時TFT遷移率最低， 并且門限電壓最高。這些自舉測量改善了電路性能，并且改善了對晶體管特性變化的容限。這從而使得電路壽命增加。
在這些電路的實現中，將來自先前行的輸出用作為給定行的控 制信號，以控制自舉效應的定時。輸出晶體管的有限輸出電阻以及 矩陣陣列的電容性負載，導致輸出脈沖變圓。由于將這些輸出脈沖 用作其它行的驅動器電路的控制輸入，這對于其它行有影響。這限 制了柵極驅動器電路的性能。

發明內容
根據本發明，提供了一種包括多個級的移位寄存器電路，每個 級包括輸入部分和輸出部分，每個級用于提供信號給輸出負載。其中每個級的輸入部分包括輸入部分驅動晶體管，用于將第 一時鐘控制電源線電壓連接到該輸入部分的輸出；輸入部分補償電 容器，用于補償輸入部分驅動晶體管的寄生電容的效應；以及，第 一輸入部分自舉電容器，其連接在驅動晶體管的柵極和輸入部分的 輸入之間，其中，每個級的輸入部分將至少一個先前級的輸入部分的輸出 用作定時控制輸入，用于控制自舉功能，以及其中，每個級的輸出部分包括接收電路，用于將多個輸入 部分的輸出接收為定時信號，該定時信號用于對輸出負載生成輸出 信號。此電路使用兩個級來生成移位寄存器輸出，用于驅動負載。一 個級提供所需要的定時信號，并且具有各個級間定時信號的反饋。 此級具有低的輸出負載，并且因此可以用小尺寸組件來實現，并且 即使當組件特性降級時定時信號也能保持形狀不變。輸出級驅動該 負載，并且不將輸出信號用作反饋定時信號，從而輸出負載不使得 其它級中所用的定時控制信號降級。最好，僅將每個輸出部分的輸 出用于驅動各自的輸出負載。輸出部分還包括第一輸出部分輸入，其連接到前一級的輸入部分的輸出； 輸出部分驅動晶體管，用于將第一時鐘控制電源線電壓連接到輸出部分的輸出；輸出補償電容器，用于補償輸出部分驅動晶體管的寄生電容的效應；第一輸出部分自舉電容器，其連接在驅動晶體管的柵極和該級 的輸出之間；以及輸出部分輸入晶體管，用于對第一自舉電容器進行充電，并且 由第一輸出部分輸入來控制。從而輸入部分和輸出部分可以具有相同的設計，而且不同之處
僅在于反饋信號的使用。每個級的輸入(和輸出)部分還可以包括連接到該級的兩個級 之前的級的輸入部分的輸出的部件，其中該部件包括連接在輸入晶 體管的柵極和第一輸入之間的第二自舉電容器。此電路配置使用兩個自舉電容器。 一個用于確保可以把完整的 電源線電壓連接到輸出，并且另一個用于確保在柵極充電步驟期間， 可以把來自前一級的完整的行電壓通過輸入晶體管連接到驅動晶體 管。此電路具有兩個預充電操作周期——當對輸入晶體管柵極進行 預充電時的第一周期，當對驅動晶體管柵極進行預充電時的第二周 期。這使得該電路對門限電壓電平或者變化更不敏感，并且使得能 夠用非晶硅技術來實現。每個級最好進一步包括第二輸入，其連接到下一個級的輸出， 并且連接到復位晶體管的柵極，其中該復位晶體管連接在驅動晶體 管的柵極和低電源線之間。該電路從而具有兩個預充電周期， 一個 輸出周期，以及一個復位周期。優選將每個級的補償電容器連接在驅動晶體管的柵極和與第一 電源線電壓互補地進行時鐘控制的第二時鐘控制電源線電壓之間。 這可操作地消除驅動晶體管的寄生電容的效應。在一個實施例中，該部件(連接到該級的兩個級以前的級的輸 入部分的輸出)包括用于在第二自舉電容器上存儲晶體管門限電壓 的電路元件。例如該部件可以進一步包括-第二輸入晶體管，其將該級的兩個級以前的級的輸出提供給第一輸入晶體管的柵極；以及衰減晶體管，其與第二自舉電容器并聯，用于對第二自舉電容 器上的電壓進行衰減，直到達到了該衰減晶體管的門限電壓為止。優選將該衰減晶體管的柵極連接到第一輸入晶體管的柵極，從 而它們受到相同的電壓應力，并且還可以與第一輸入晶體管具有相 同的尺寸。從而將該衰減晶體管用作輸入晶體管的模型，并且用該 衰減晶體管的門限電壓來表示輸入晶體管的門限電壓。該部件可以進一步包括復位晶體管，使其柵極連接到該級的輸 出，用于對第二自舉電容器進行放電。在另一個實施例中，該部件進一步包括第二輸入晶體管，其將 該級的兩個級以前的級的輸出提供給第一輸入晶體管的柵極，并且 這樣可以將更高的電壓提供給第二自舉電容器。隨后可以將第一輸入晶體管連接在輸入電源線和驅動晶體管的 柵極之間，并且當之前級的輸出高時，該輸入線就為高，并且至少 緊接在之前級的輸出從高轉換到低之后該輸入線為高。此部件還可以包括輸入部分復位晶體管，其連接在第一輸入晶 體管的柵極和低電源線之間。本發明的移位寄存器電路尤其適于用在有源矩陣顯示設備的行 驅動器電路中，例如有源矩陣液晶顯示設備。本發明還提供了用于生成多級移位寄存器電路輸出以將信號提 供給輸出負載的方法，對于該移位寄存器電路的每個級，該方法包 括對輸入部分進行控制，以將第一時鐘控制電源線電壓連接到該 輸入部分的輸出，補償驅動晶體管的寄生電容的效應，用該級之前 一個級的級的輸出來通過輸入晶體管對驅動晶體管的柵極充電，并 且對存儲了該驅動晶體管的柵-源極電壓的第一 自舉電容器進行充 電；以及使用輸入部分的輸出作為定時信號，對輸出部分進行控制，生 成輸出信號到輸出負載。


將參考附圖詳細描述本發明的實例，其中 圖l示出了己知的移位寄存器電路；圖2示出了本申請所提出的移位寄存器電路的第一實例；圖3示出了圖2的電路的修改；圖4示出了圖2的電路的操作定時；圖5示出了本申請所提出的移位寄存器電路的第二實例； 圖6示出了圖5的電路的修改；圖7示出了圖5的電路的操作定時；圖8示出了本發明的移位寄存器電路；圖9示出了用于有源矩陣液晶顯示器的已知的像素構造； 圖IO示出了包括行和列驅動器電路的顯示設備，在其中可以使 用本發明的電路。
具體實施方式
圖1示出了適于用在非晶硅有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)中 的已知的高阻抗柵極驅動器電路。所示的電路是多級移位寄存器中 的單個級，其中該多級移位寄存器的每個級用來把行電壓脈沖提供給一行像素。US 6052426中描述了類似的電路。該電路包括輸出驅動晶體管Tdrive"其連接在時鐘控制電源線Pn 和由該級所控制的行導線Rn之間。時鐘控制電源線(以及互補信號 irwPn)是二相信號，并且時鐘控制電源線的循環周期確定了各移位 寄存器級的順序操作的定時。將前一行Rn-i的行脈沖用于通過二極管連接式輸入晶體管Tin來對輸出晶體管柵極進行充電。將第一電容器連接在輸出晶體管柵極和控制線之間，該控制線把互補信號加載到時鐘控制電源線Pn，并且電容器的目的在于抵消輸出晶體管的內部寄生電容效應。在輸出晶體管的柵極和行導線(即該級的輸出)之間，提供額外的自舉電容器C2。還通過下一行Rn+1的行脈沖來控制該級，其中該脈沖用于通過 下拉輸出晶體管的柵極電壓來斷開該級。通過與下一個行導線信號 相關聯的輸入晶體管TKn+1)，將下一行Rn+1上的行脈沖提供給輸出晶 體管柵極。該電路還具有兩個當最初對該電路通電時所使用的復位晶體管 T』Tr-r。在操作中，輸入晶體管Tin在前一個行脈沖期間對輸出晶體管柵 極進行充電。在該前一個行脈沖期間，電源線P。為低，反相電源線 invPn為高。通過該前一個函脈沖來導通輸出晶體管，但是由于電源 線Pn為低，該級的輸出仍然為低。在此充電級，將自舉電容器C2充電到行電壓脈沖(低于輸入晶 體管Tin的門限電壓)。在下一個時鐘周期，時鐘信號Pn為高，并且此電壓增量通過輸 出晶體管上拉行導線Rn上的輸出電壓。自舉電容器C2的效應是增 加柵極電壓，以確保把時鐘控制信號P。的完整的電壓電平傳遞到行 導線R。。晶體管T^+,)隨后在下一行脈沖期間復位輸出晶體管柵極電 壓節點。在空閑狀態，將反相電源線invPn通過第一額外電容器Q的連接設計為，用于防止當輸出晶體管Td^從Pn接收脈沖時輸出晶體管 柵極導通。對于本領域的技術人員，上述電路的操作是已知的。如上所述，圖1的電路的一個操作局限是，在前一行脈沖的定 時期間輸出晶體管柵極的充電依賴于輸入晶體管Tin的門限電壓。對 于非晶硅晶體管，此門限電壓可能很大，并且此外還可能隨溫度和 時間而顯著變化。本申請提出(但還未公布)了額外的輸入部分，其連接到在該 級的兩個級以前的級的輸出。此輸入部分包括第二自舉電容器，其 連接在輸入晶體管的柵極和第一輸入之間，并且此輸入部分可消除 在對驅動晶體管柵極進行充電時輸入晶體管的門限電壓的影響。圖2示出了本申請所提出的移位寄存器電路的一個級。該電路包括預充電電路10，用于將TFT門限電壓采樣到第二自 舉電容器C3上。隨后用此電路來對輸入TFTT^進行自舉，導致對 驅動晶體管柵極電壓的柵極的良好充電，而不用管輸入晶體管的門 限電壓。行電路隨后復位C3上的電荷，使得輸入TFTT^不漂移。 圖2的電路的其它部分與圖1中的相同，并且不再重復對這些組件 的描述。預充電電路10具有連接到所示級的兩個級以前的級的輸出Rn_2 的輸入。通過第二輸入晶體管Tin2，將輸出Rn-2連接到第一輸入晶體 管T^的柵極。將第二自舉電容器C3連接在第一輸入晶體管Tinl的柵極和前一 個級R^的輸出之間。將衰減晶體管Td^y進行二極管式連接，并且與第二自舉電容器 C3并聯。將衰減晶體管的柵極連接到第一輸入晶體管Ti^的柵極， 從而它們受到相同的電壓應力。該衰減晶體管優選還具有實質上與第一輸入晶體管1^相同的尺寸。預充電電路10具有復位晶體管T"n)，其柵極連接到級Rn的輸出， 用于對第二自舉電容器C3進行充電。在操作中，將當前行之后兩行的行Rn.2的行脈沖用于經由第二 輸入晶體管Tin2，對第一輸入晶體管Tinl的柵極和第二自舉電容器 C3進行充電。此充電受限于經由衰減晶體管Tdecay的充電的衰減。當行n-2變低時，衰減晶體管Td，使得通過第二自舉電容器C3 的電壓衰減到接近TFT門限電壓。衰減晶體管Tde卬和第一輸入晶 體管Tinl總是受到相同的柵極偏置，因此即使在任何門限電壓漂移 的情況下，它們都顯示相同的門限電壓。當行n-l發高脈沖時，通過第二自舉電容器C3來自舉第一輸入 晶體管T^的柵極，導致驅動晶體管Td^的柵極具有良好的充電。當行n-l變低時，不經由輸入T^來移除電荷，因為T^接近門 限。而是一旦行n變高時，放電晶體管T制對第二自舉電容器C3的 電壓進行放電，完全斷開第一輸入晶體管T^。該電路操作隨后如圖1的已知電路來進行。可以將復位晶體管T一放置得使其較低端連接到低電壓線V。ff (如圖所示)，或者可以將其連接到前一行n-l。圖2的電路受益于控制線數量少。 一個劣勢是用于對電路中的 電容進行充電所需的電流來自于其它級的行輸出，并且這限制了性 能。圖3中示出了對圖2的電路的修改，在圖3中，輸入晶體管T^ 和Tin2將直流電壓"Vhigh"連接到各自的電容器。輸入部分10中示 出了額外的復位晶體管。用底柵晶體管技術可以更容易地實現高直 流電壓的連接。由于充電電流來自于直流電源，此設計降低了前一 行的負載。這使得電路性能得到改善。圖3的電路的進一步的益處是可以控制該電路，以提供空閑操 作模式。在空閑狀態中，該電路把高阻抗提供給該行，從而可以通 過連接到行導線另一端的不同的行驅動器電路來控制行脈沖。已知 在顯示器相對的側提供兩個行驅動器電路，例如提供兩個不同的操 作模式(不同的電源，或者按照不同的方向來操作以允許都能使用 該顯示器)，并且在此情況下需要空閑模式。可以通過將Vhigh變成V。ff，來將該空閑模式應用于圖3的電路， 并且應用Pn和反相脈沖。用圖4來示意性地解釋圖2的電路操作的定時原理，并且相同 的通用原理可應用于圖3。該圖示出了時鐘控制電源線、第一輸入晶體管Tinl的柵極電壓、驅動晶體管Tdriver的柵極電壓以及輸出Rn 。在落后兩個級的定時n-2期間，對第二自舉電容器C3進行預充 電。在此階段末端，電壓下降，直到電容器存儲了門限電壓為止。 在將輸出脈沖n-l應用到輸入晶體管的期間，第二自舉電容器上的 電壓衰減繼續，并且在行n-l的輸出脈沖結束以前，第二自舉電容 器上的電壓將衰減到門限電壓，從而門限補償對輸入晶體管有效， 并且將該完整的行電壓用于對第一自舉電容器C2進行充電。在級n-l期間，將級n-l的輸出電容性地加到第二自舉電容器的 電壓上，以獲得用于驅動第一輸入晶體管Tinl的柵極電壓。在級n-l期間，正如從驅動晶體管柵極的圖中所看到的，還對 第一自舉電容器C2進行充電。在級n期間，將時鐘控制電源線電壓Pn加到第一 自舉電容器C2 的電壓上，以獲得驅動晶體管Tdri^的柵極電壓。將周期n的開頭用于通過由Rn所控制的復位晶體管T制來對第 二自舉電容器C3進行放電。本發明的電路尤其適于用在有源矩陣液晶顯示器的行驅動器電 路中。
圖2中所示的電路用額外的輸入級來糾正輸入TFT (Tinl)的 門限電壓。圖4的定時圖使用兩相時鐘。在實踐中，圖3的電路的實現將 使用三相時鐘。換句話說，Pw和Pn的值不再相同。如下所述，圖7 中示出了三相時鐘的實例。圖3中直流電壓的使用要求三相控制信 號防止在Rn-2行脈沖期間C3和C2都充電。可替換的方法是改動輸入級，使其不限于將Tin的有效柵極驅動電壓提高其門限電壓，而可以將該驅動電壓提高大的多的量。這進 一步改善了電路電容節點的充電，并且因此改善了操作。圖5示出了本申請所提出的移位寄存器電路的另一個實例的一 個級。除了輸入部分10之外，該電路與圖2的電路相同，并且將不給 出對于重復的組件的描述。輸入部分10仍具有第二輸入晶體管Tin2，其基于在該級以前兩 個級的級的輸出，將具有定時的信號提供給第一輸入晶體管Tinl的柵極。在圖4的電路中，兩個級以前的輸出Rn-2對該定時進行控制，但是將不同的電壓波形應用于第二輸入晶體管Tin2的漏極，并且將其示為L^。將U-2稱為第二輸入線。類似地，將第一輸入晶體管Tinl連接在第一輸入線Ln-,和驅動晶 體管T&^的柵極之間。當前一級的輸出為高時，輸入線L"為高， 從而該操作類似于圖2。然而，以下為了解釋，在緊接在前一級的輸 出從高轉變為低之后輸入線還是為高。第一和第二輸入線可以是時鐘控制信號，但是它們可以是彼此 的延遲形式，從而在效果上對于輸入時鐘Pn的每個相位只有一個額 外的時鐘控制信號。可替換地，可以使用直流電壓。如圖2的電路，將第二自舉電容器C3連接在前一級的輸出Rn-l 和第一輸入晶體管Iinl的柵極之間，并且用基于兩個級以前的級的 輸出的定時來對第二自舉電容器進行充電。然而，沒有衰減晶體管， 從而第二自舉電容器上的電荷不限于門限電壓，而是可以改為基于 輸入Ln-2的電壓減去Tin2的門限電壓來選擇。
將(可選擇的)輸入部分復位晶體管Tr2連接在第一輸入晶體管 Tinl的柵極和低電源線V。ff之間，并且這用于驅動器的復位。可以將第一輸入晶體管Tinl的柵極連接到時鐘控制信號，該時鐘控制信號是第一輸入線經過電容器C4的反相信號，這是為了 防止的上升沿通過TinI的寄生柵漏電容來連接并且導通Tinl。將電容器C4連接到消除此效應的互補信號，并且將C4的值選擇為正比于Tinl的電容，并且該比例與d和驅動晶體管之間的比率相同。在圖5的實施例中，將輸入部分反饋復位晶體管T一連接在第一 輸入晶體管Tinl的柵極和前一級的輸出之間，并且同樣將其柵極連接到該級的輸出，用于對第二自舉電容器C3進行放電。在圖5的電路的操作中，兩級之前的級的輸出Rn-2的高脈沖再 次通過第二輸入晶體管Tiw來對第二自舉電容器C3進行充電。在此 期間第二輸入線Ln-2為高。沒有衰減晶體管對此充電進行限制。因此不再將C3充電到門限電壓，而是將其充電到第二輸入線的電壓減去第二輸入晶體管的門限電壓。此第二輸入線將典型地載有行電壓， 但是其定時不同，如下所述。當前一級輸出Rn.,的脈沖為高，并且第一輸入線Ln_,也為高時， 通過第二自舉電容器Q來自舉第一輸入晶體管Tinl的柵極，導致對 驅動晶體管Tdrive的柵極的非常良好的充電。當輸出Rw變低時，由于將L^配置為保持為高直到對C3進行 放電，所以不會經由T^來從第一自舉電容器C2移除電荷。這就是為什么即使電壓電平相同，而與輸出Rn"的定時相比，第一輸入Ln-,需要不同的定時的原因。 一旦行N變為高，反饋復位晶體管T制就 用與圖2的實施例相同的方法，釋放C3的電壓，將Tim完全斷開。 該電路操作如上所述來進行。圖5的電路具有與圖2的電路相同數量的TFT，但是需要一些 額外的時鐘線。然而，第一輸入晶體管Tim的自舉會好很多。如果TFT技術有相當好的開關餘性，可以用等價于行高電壓的 DC電壓來代替時鐘控制信號Ln。在此情況下，不需要電容器C4和反相時鐘Ln，并且更進一步
改善了性能。圖5的電路具有與上述相同的進一步的益處，即內部電容節點 從時鐘線Ln而不是從以前的行得到它們的充電電流。這減少了需要 通過每個輸出TFT來驅動的負載。本電路還有益處，即，通過施加適當的信號，該行驅動器可以 保持在空閑狀態，而另一個行驅動器用不同的脈沖序列來驅動顯示 器。如上所述，這可用于，例如，提供能夠正向或者反向掃描的顯 不器。圖6示出了圖5的電路的修改，其中再次用直流電壓來代替定 時信號Ln，并且這同樣非常適于底柵技術。這降低了時鐘計數并 且避免了對于電容C4的需求。可以用與圖3所示相同的方法來使該 電路空閑。圖7示出了圖5的電路的時鐘定時圖，并且示出了相繼三個行 的輸入線L的信號，以及相繼三個行的電源線的信號。如所示，輸入線L上的脈沖具有比行地址周期更長的持續時間， 并且將此持續時間示例性地示為60pS。時鐘控制電源線脈沖較短， 示例性地示為40ps。該定時圖中的信號具有重復脈沖，從而僅需要用三個不同的電 源P、輸入線L波形及其互補信號來尋址整個陣列。上述電路對于晶體管特性的降級提供了改善了的容限。上述電路的性能的一個限制是由行脈沖形狀的圓化(rounding) 所引起的。這些行脈沖控制了該移位寄存器電路的其它級控制晶體 管的導通。由于輸出晶體管的有限輸出阻抗和這些級所驅動的像素 行的電容性負載，行脈沖(即這些級的輸出脈沖)變圓。這種脈沖 的圓化降低了用這些信號來作為晶體管的柵極控制信號的其它級中 的節點的充電，限制了驅動器電路的性能。如以上實例，本發明涉及移位寄存器電路，在該移位寄存器電 路用補償電容器來補償驅動晶體管的寄生電容的效應，并且使用了 自舉電容器。將至少一個前級輸出用作對自舉功能進行控制的定時控制輸入。在輸入部分中提供此功能。此外，每個級具有輸出部分，
用于接收多個輸入部分的輸出，作為用于生成輸出負載的輸出信號 的定時信號。這種配置把電路功能分割成兩部分。輸入部分用于以正確的定 時驅動不同脈沖序列，但不用于直接驅動輸出負載。結果，輸出端 的脈沖形狀更能容忍晶體管特性的老化，因為晶體管面對更低的負 載。輸出級對輸出負載(例如像素行)進行驅動，但是不需要用這 些輸出來作為反饋信號，從而這些信號的任何形狀損失不直接影響 該電路的其它級中的控制信號。圖8示出了本發明的電路的第一實例。將該電路的每個級配置成兩部分輸入部分60和輸出部分62。輸入部分60用與上述一模一樣的方法來對所需的行脈沖進行驅 動，每個電路使用來自一個或多個其它電路的反饋來控制定時。為 了示例，該輸入部分可以基于圖5中所示的電路，并且圖5中描述 了輸入部分60的電路元件。輸入部分60用輸出作為反饋通道，并且圖8示意性地示出每個 輸入部分將其輸出提供給接下來的電路。換句話說，用于提供輸出 Rii的電路用Rii-l來作為輸入。圖5的電路使用兩個先前的輸出 (Rn-l和Rn-2)以及下一級(Rn+1)的輸出，但是為了降低圖的復 雜性，這在圖8中沒有示出。可以將本發明應用于上述任何電路，包括己知的圖1的電路， 其僅用先前的輸出信號來作為定時控制信號。圖5中同樣簡要地示出了輸出部分62中所使用的組件，在該情況下，輸出部分同樣建模在圖5的電路之上。該輸出部分不提供反 饋通道。而是，將定時控制信號提供為來自輸入部分的直接連接。圖5中還簡要地示出了輸出部分的每個輸出對各自的負載64進 行驅動。本發明的電路因此實質上包括兩個連接的行驅動器。輸入部分 行驅動器將直接信號作為反饋信號來提供給輸出部分行驅動器和輸 入部分行驅動器，而輸出部分行驅動器僅提供輸出信號。輸入部分因而負載更少，并且因此提供更理想的輸入信號。輸出部分行驅動器的負載對電路性能幾乎沒有影響。此設計使得該電路作為一個整體能夠容忍增加的晶體管降級。 該電路可以，例如，將可容忍的門限電壓漂移翻倍，并且這從而把使用了行驅動器的顯示器的壽命增加了約10倍。通過改變設計參數，這些增益可以轉化為增加的功率容量和/或 增加的操作頻率。這隨后可以使得非晶硅技術能夠用于行驅動器電 路或者大面積顯示板。行驅動器的兩個副本可以共享相同的時鐘信號，這意味著此結 構與基本設計相比不再需要更多輸入信號。當然，與常規設計相比，電路面積增加了，但沒有增加到兩倍， 因為可以在兩部分間共享時鐘線。此外，行驅動器的兩部分無需大 小一致，輸入部分中的所有器件的大小首先可以縮小某個因數倍(例如2到10倍)，因為輸入部分上的負載比陣列負載小的多。這種情況尤其體現在當對自舉和補充電容器的充電受直流電壓線的影響，而不使用來自其它輸入部分的輸出時。即使當器件尺寸顯著縮小時，輸入部分可以提供接近理想的波形。這兩個行驅動器部分在電路上無需精確地相同。這兩個電路優選共享相同的時鐘信號，從而將總電路面積最小化。然而，該電路可以將上面給出的任何兩個示例性電路組合成輸入和輸出部分。 如上所述，希望在兩個電路部分使用相同的時鐘定時。然而，對于輸入和輸出部分使用不同的時鐘定時確實提供了得到額外功能的機會。尤其，可以如上所述對輸入部分進行時鐘控制，以對所有行提 供移位寄存器輸出。由于降低了輸出負載以及輸入部分的尺寸，這 消耗相對低的功率。可以對輸出部分進行時鐘控制，以提供低功率 的部分顯示功能。這種驅動方案的益處的實例是便攜式設備的低功率備用模式。 處于備用模式中的移動電話可能僅需要使用部分顯示區域，用于在 當開啟移動電話而不是在使用時顯示所需的有限信息，例如，電池 電平指示和信號強度計量)。 可以通過對輸出級使用比輸入級更短持續時間的時鐘脈沖，來 獲得不同時鐘定時的進一步的可能的益處。這可以用于大面積顯示 板，在該大面積顯示板中將驅動器分割成一邊(例如左邊)為奇數 線并且相對邊為偶數線。這允許輸入部分與輸出部分相比可以運行 在一半的線速率上(線時間翻倍)，并且可以用于改善大型板的性能。圖9示出了用于有源矩陣液晶顯示器的常規的像素構造。將該 顯示器配置成行與列像素的陣列。每個像素行共享共同的行導線71， 并且每個像素列共享共同的列導線72。每個像素包括串聯地配置在 列導線72和公共電極77之間的薄膜晶體管74和液晶單元76。如上 所述，通過行導線71上所提供的信號來導通和斷開晶體管14。每個 像素還包括存儲電容器78，將其一端79連接到下一個行電極、前一 個行電極或者單獨的電容器電極。此電容器78存儲驅動電壓，從而 在晶體管74被導通后，信號被保持在液晶單元76上。為了將液晶單元76驅動到希望的電壓以獲得需要的灰度級別， 與行導線71上的行地址脈沖同步地在列導線72上提供恰當的信號。 此行地址脈沖將薄膜晶體管74導通，從而允許列導線72將將液晶 單元76充電到希望的電壓，并且還將存儲電容器78充電到相同的 電壓。在行地址脈沖的末端斷開晶體管74，并且當對其它行進行尋 址時，存儲電容器78保持單元76上的電壓。存儲電容器78降低了 液晶泄露效應并且減低了由液晶單元電容的電壓依賴所導致的像素 電容中的百分比變化。順序地對行進行尋址，從而在一個幀周期中對所有行尋址，并 且在接下來的幀周期中進行更新。如圖10中所示，通過行驅動器電路80來將行地址信號，并且 通過列地址電路82來將像素驅動信號，提供到顯示像素陣列84。本 發明的電路適于用在行驅動器電路中，并且是用非晶硅技術來制造 的。可以將該電路元件集成到有源矩陣顯示器基板上。本發明的電路能夠在低溫下提供好得多的操作，以及獲得更廣 的處理容限。這隨后可以用來允許將更小的組件用于給定的應用， 導致更低功率和更小的電路設計，而不管所包含的額外的TFT (都 很小)。在以上實例中，將由下一級所控制的復位晶體管T扭,)連接在驅 動晶體管的柵極和低電源線之間。可以改為將其連接在驅動晶體管 的柵極和行輸出之間，即跨越第一自舉電容器C2。此外，可以將該 復位電容器連接到不同輸出級的輸出，例如級n+2、 n+3等等(直到 n+時鐘相位數-l)的輸出。從以上實例可以顯而易見，可以將輸入部分的復位晶體管TKn) 連接在第一輸入晶體管Tinl的柵極和低電源線V。ff之間，或者第一輸 入晶體管Tinl的柵極和前一個行輸出n-l之間，即跨越第二自舉電容 器C3。這兩種可能性對所示兩個實例都有可能。還可以將復位晶體 管的柵極連接到不同輸出級的輸出，例如級n+l、 n+2等等的輸出。 該電路在完全沒有復位晶體管的情況下也可以工作。在圖5的實例中，可以如圖2的實例將第二輸入晶體管TM進 行二極管式連接，從而去除到Ln—2的連接。因此，圖5的實施例不 需要連接到第二輸入線Ln_2。如上所述，到第二輸入線Ln_2的連接提 供了將該電路保持在空閑狀態的能力，而對顯示器進行不同的驅動。以上詳細實例用來自兩個級之前的輸出作為控制信號，然而， 可以用來自更靠前的級的輸出來獲得優選的雙倍預充電效應。例如， 不是如以上實例那樣用Rn-l和Rn-2，可以將該電路設計為使用Rn-2 和Rn-4。如果將柵極驅動器分割成了奇偶兩部分，并且每個部分在 陣列的不同側，這種替換可能是希望的。此實例還示出了實際上還 可以用更靠前的級來控制由實例所示的前一級的輸出所控制的柵極 充電。如上所述，本發明尤其適于用非晶硅晶體管來實現，并且因為 這個原因，所示的電路使用n型晶體管。然而，本發明還可用于其 它電路技術，例如有機薄膜晶體管(通常實現為p型設備)或者低 溫多晶硅(可用實現為PMOS設備)。本領域的技術人員可以理解， 可以在不修改操作原理的情況下用P型晶體管來實現本發明的電路。 本發明并不旨在限于任何特定的技術類型。因此顯而易見，對于詳述的具體電路可以有多種變化，并且對 于本領域的技術人員而言，許多其它修改是顯而易見的'
權利要求
1、 一種包括多個級的移位寄存器電路，每個級包括輸入部分(60)和輸出部分(62)，每個級用于提供信號給輸出負載(64)， 其中，每個級的所述輸入部分包括輸入部分驅動晶體管(Tdrive)，用于將第一時鐘控制電源線電壓(Pn)連接到所述輸入部 分(60)的輸出；輸入部分補償電容器(Q)，用于補償所述輸入部 分驅動晶體管(Tdrive)的寄生電容的效應；以及第一輸入部分自舉 電容器(C2)，其連接在所述驅動晶體管的柵極和所述輸入部分的所 述輸出之間，其中，每個級的所述輸入部分(60)使用至少一個先前級的所 述輸入部分(60)的所述輸出(Rn.,)，來作為用于控制自舉功能的 定時控制輸入，并且其中，每個級的輸出部分(62)包括接收電路，用于接收 多個輸入部分(60)的輸出，作為用于為所述輸出負載(64)生成 輸出信號的定時信號。
2、 如權利要求1所述的電路，其中，每個級的所述輸入部分(60) 進一步包括第一輸入部分輸入(R^)，其連接到前一級的所述輸入部分的 所述輸出；以及輸入部分輸入晶體管(Tinl)，用于對所述第一自舉電容器(C2) 進行充電，并且由所述第一輸入(Rw)所控制。
3、 如權利要求1和2所述的電路，其中，每個輸出部分(62) 的所述輸出僅用于驅動各自的輸出負載。
4、 如以上任何一個權利要求所述的電路，其中，所述輸出部分 (62)包括第一輸出部分輸入(Rn》，其連接到前一級的所述輸入部分的 所述輸出；輸出部分驅動晶體管(Tdrive)，用于將第一時鐘控制電源線電壓 (Pn)連接到所述輸出部分的所述輸出；輸出補償電容器(C。，用于補償所述輸出部分驅動晶體管 (Tdrive)的寄生電容的效應；第一輸出部分自舉電容器(C2)，其連接在所述驅動晶體管的柵 極和所述級的所述輸出之間；以及輸出部分輸入晶體管(TinI)，用于對所述第一自舉電容器(C2) 進行充電，并且由所述第一輸出部分輸入所控制。
5、 如以上任何一個權利要求所述的電路，其中，每個級的所述 輸入部分(60)進一步包括連接到所述級的兩個或多個級之前的級 的所述輸入部分的輸出(R -2)的部件(10)，并且其中，所述部件(10)包括第二輸入部分自舉電容器(C3)，其連接在所述輸入部分 輸入晶體管(Tinl)的柵極和所述第一輸入部分輸入(Rn.》之間。
6、 如以上任何一個權利要求所述的電路，其中，每個級的所述 輸出部分進一步包括連接到所述級的兩個或多個級之前的級的所述 輸入部分的輸出(Rn-2)的部件(10)，并且其中，所述部件(10) 包括第二輸出部分自舉電容器(C3)，其連接在所述輸出部分輸入晶 體管(Tinl)的柵極和所述第一輸出部分輸入之間。
7、 如以上任何一個權利要求所述的電路，其中，每個級的所述 輸入部分(60)進一步包括第二輸入部分輸入(Rn+1)，其連接到下 一級的所述輸入部分的所述輸出。
8、 如權利要求7所述的電路，其中，將所述第二輸入部分輸入 (Rw)連接到連接在所述輸入部分驅動晶體管的所述柵極和低電源線之間的復位晶體管(TVn+1))的所述柵極。
9、 如以上任何一個權利要求所述的電路，其中，將每個級的所 述輸入部分補償電容器(d)連接在所述輸入部分驅動晶體管的所 述柵極和與所述第一電源線電壓(Pn)互補地進行時鐘控制的第二 時鐘控制電源線電壓(invPn)之間。
10、 如權利要求5所述的電路，其中，所述部件(10)包括用 于將晶體管門限電壓存儲在所述第二輸入部分自舉電容器(C3)上 的電路元件。
11、 如權利要求5所述的電路，其中所述部件(10)進一步包括第二輸入部分輸入晶體管(Tin2)，其將所述級的兩個或多個級 之前的級的所述輸出提供給所述第一輸入部分輸入晶體管(Tinl)的 柵極；以及與所述第二輸入部分自舉電容器(C3)并聯的衰減晶體管 (Tdeeay)，用于對所述第二輸入部分自舉電容器上的電壓進行衰減， 直到達到了所述輸入部分衰減晶體管的門限電壓為止。
12、 如權利要求ll所述的電路，其中，所述輸入部分衰減晶體 管具有基本上與所述第一輸入部分輸入晶體管相同的尺寸。
13、 如權利要求5所述的電路，其中，所述部件(10)進一步 包括第二輸入部分輸入晶體管(Tin2)，其將所述級的兩個或多個級 之前的級的所述輸出提供給所述第一輸入部分輸入晶體管(Tinl)的 柵極。
14、 如權利要求13所述的電路，其中，將所述第一輸入部分輸 入晶體管(Tinl)連接在輸入線(Ln-,)和所述輸入部分驅動晶體管 的柵極之間，并且其中，當前一級的輸出為高時所述輸入線為高， 并且至少緊接在所述前一級的所述輸入部分的所述輸出從高轉變為低之后所述輸入線為高。
15、 如權利要求14所述的電路，其中，在所述電路的操作期間， 所述輸入線(Vhigh)恒為高。
16、 如權利要求14或15所述的電路，其中所述部件(10)進 一步包括復位晶體管(TKn+1))，其連接在所述第一輸入部分輸入晶 體管的柵極和低電源線之間。
17、 如權利要求5或者10到16中任何一個所述的電路，其中， 所述部件(10)進一步包括反饋復位晶體管(Tr(n))，其柵極連接到 所述級的所述輸入部分的所述輸出，用于對所述第二輸入部分自舉 電容器(C3)進行放電。
18、 如以上任何一個權利要求中所述的電路，其中，每個級的 所述輸入部分和所述輸出部分具有相同的電路元件，并且其中在所述輸入部分(60)中，作為反饋通道，提供從其它輸入部 分的輸出所得到的所述輸入部分的輸入，并且其中，在所述輸出部分(62)中，作為所述輸入部分和所述輸出部分 之間的直接通道，提供從其它輸入部分的輸出所得到的所述輸出部 分的輸入。
19、 如以上任何一個權利要求中所述的電路，其中，所述輸入 部分和所述輸出部分共享共同的時鐘信號(Pn、 irwPn)。
20、 如權利要求1到17中任何一個所述的電路，其中，所述輸 入部分和所述輸出部分具有不同的時鐘信號，所述輸出部分的所述 時鐘信號用于實現部分輸出方案。
21、 如以上任何一個權利要求中所述的電路，用非晶硅技術來實現。
22、 一種有源矩陣顯示設備，包括 有源矩陣顯示像素陣列(84);行驅動器電路(80)，其包括以上任何一個權利要求中所述的移位寄存器電路。
23、 如權利要求22所述的有源矩陣顯示設備，包括有源矩陣液 晶顯示設備。
24、 一種用于生成多級移位寄存器電路輸出以便提供信號給輸 出負載(64)的方法，對于所述移位寄存器電路的每一級包括.-對輸入部分(60)進行控制，以便將第一時鐘控制電源線電壓 (Pn)連接到所述輸入部分(60)的輸出，補償驅動晶體管(Tdrive) 的寄生電容的效應，使用所述級的一個或多個級之前的級的所述輸 出(Rn.》來通過輸入晶體管(Tinl)對所述驅動晶體管的柵極進行 充電以及對存儲了所述驅動晶體管的柵-源級電壓的第一自舉電容 器(C2)進行充電；以及使用所述輸入部分的所述輸出作為定時信號來控制輸出部分 (62)，以便生成輸出信號給所述輸出負載。
25、 如權利要求24所述的方法，其中，對所述輸入部分(60) 進行控制包括使用所述級的兩個或多個級之前的級的所述輸出(Rn-2)來對輸入晶體管(Tinl)的柵極進行充電，并且將所述柵-源 級電壓存儲在第二自舉電容器(C3)上；以及將第一時鐘控制電源線電壓(Pn)通過所述驅動晶體管連接到 所述級的所述輸出。
26、 如權利要求24或25所述的方法，其中，對所述輸出部分 進行控制包括將第二時鐘控制電源線電壓連接到所述輸出部分的所述輸出，補償驅動晶體管的寄生電容的效應，使用所述級的一個 或多個級之前的級的所述輸出來通過輸入晶體管對所述驅動晶體管 的柵極進行充電，以及對存儲了所述驅動晶體管的柵-源級電壓的第 一自舉電容器進行充電。
全文摘要
移位寄存器的每個級都有輸入部分(60)和輸出部分(62)。每個級的輸入部分包括輸入部分驅動晶體管(Tdrive)，用于將第一時鐘控制電源線電壓(Pn)連接到輸入部分(60)的輸出；輸入部分補償電容器(Ci)，用于補償輸入部分驅動晶體管(Tdrive)的寄生電容效應；以及，第一輸入部分自舉電容器(C2)，其連接到驅動晶體管的柵極和輸入部分的輸出之間。每個級的輸入部分(60)將至少一個先前級的輸入部分(60)的輸出(Rn-i)作為定時控制輸入，用于控制自舉功能，并且每個級的輸出部分(62)包括接收電路，用于將多個輸入部分(60)的輸出接收為定時信號，該定時信號用于對每個輸出負載(64)生成輸出信號。此電路用一個級來提供需要的定時信號，并且具有各級間定時信號的反饋。此級具有低輸出負載，并且從而可以用小尺寸組件來實現，并且即使組件特性降級時，定時信號也可以保持形狀不變。其它級驅動該負載，并且不把輸出信號用作反饋定時信號，從而輸出負載不使其它級中所用的定時控制信號降級。
文檔編號G11C19/18GK101147203SQ200680009087
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月20日 優先權日2005年3月22日
發明者S·C·迪恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司