專利名稱：帶閾值電壓漂移補償?shù)囊壕э@示驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地講涉及顯示器件的驅動電路，具體講，涉及一種移位寄存器，用以將行選擇線信號加到液晶顯示器(LCD)的行選擇線上。
顯示器件(例如液晶顯示)是由按水平行和垂直列安置的象素矩陣構成的。將要被顯示的視頻信息以亮度(灰度)信號的形式加到單獨地與象素的每列相關的數(shù)據(jù)線上。隨后，由在行選擇線中產生的信號順序掃描象素的行。根據(jù)經過對應的數(shù)據(jù)線加到各列的亮度信號的電平，使與有效行選擇線相聯(lián)的象素電容充電至各種亮度電平。
非晶硅最適于制造液晶顯示器，因為這種材料可在低溫下制成。低制造溫度非常重要，因為它允許使用標準的、穩(wěn)定的和廉價的襯層材料。但是，由于低漂移、閾值電壓漂移和僅用N-MOS增強型三極管，使在集成的外部象素驅動器中使用非晶硅薄膜三極管(a-si TFT)的設計較為困難。
在實用矩陣顯示器中，每個象素元都包括一個將視頻信號加到象素上的開關器件。通常，開關器件為從固體電路中接收亮度信息的TFT。由于TFT本身及其電路是由固體器件構成，最好用非晶硅或多晶硅同時制造TFT和其驅動電路。Plus等人的名為“System forApplying Brightness Signals To A Display Device And ComparatorTherefore”的美國專利5710155描述了一個LCD數(shù)據(jù)行或列驅動器的實例。
由于列數(shù)據(jù)線與行選擇線間的寄生偶合，在數(shù)據(jù)線中產生的數(shù)據(jù)斜坡電壓被容性地耦合到每個行選擇線上，并在其上產生寄生干擾信號。需要防止在行選擇線中產生這種寄生信號，以此來防止對行的誤選。
需要使選擇線驅動電路直接制造在同一襯底上并與液晶胞同時制造成。在美國專利5222082中描述了一種已知的掃描或移位寄存器的實例，它用于驅動行選擇線，它可與液晶顯示器件集成在一起。寄存器的輸出部分被安置成可用TFT組成的推挽放大器形式。當給定的行被去選擇時，推挽放大器的拉曳TFT導通，以在去選擇的行的一個行導線的端子上提供一個適合的阻抗。從而，使前述寄生信號被分流或不能在行導線上大幅度地產生。
在刷新周期或幀周期的大多數(shù)時段內，行導線被去選擇。結果拉曳TFT在大多數(shù)時間內導通，并且對過度的應激敏感。
因此在工作期間，拉曳TFT的閾值電壓升高。需要將閾值電壓升高的因素考慮進去而降低加到拉曳TFT上的驅動電壓以降低會引起過度應激的電壓。
實現(xiàn)本發(fā)明一個方面的顯示器選擇線移位寄存器包括一個三極管，它具有因工作電壓而定的閾值電壓。該三極管上加有控制電壓?？刂齐妷菏窃诟袦y閾值漂移的傳感器中產生的?？刂齐妷鹤詣拥馗淖円允谷龢O管的電流導通參數(shù)基本與閾值漂移恒定。


圖1示出包括多個級聯(lián)級的移位寄存器的方框圖；圖2示出實現(xiàn)本發(fā)明一個方面的移位寄存器級的電路示意圖，它可被用于圖1的移位寄存器中；圖3a-3d為波型圖，示出輸出信號與在采用圖2所示各級的圖1移位寄存器各節(jié)點上出現(xiàn)的各時鐘信號的相對時序；圖4為圖2電路的實現(xiàn)本發(fā)明一個方面的閾值電壓變化補償裝置的電路示意圖；圖5示出一個圖形，用于解釋圖4電路的工作；
圖6示出帶有用于減少在圖2移位寄存器的輸出級中電流的噪聲消除裝置的液晶顯示器；圖7詳細示出圖6電路的放大器。
圖2示出圖1的移位寄存器100的示范級n。圖1的移位寄存器100驅動圖1中未示出的液晶顯示矩陣的行選擇線118。在移位寄存器100中，級n－1，n，n＋1和n＋2以級聯(lián)結構依次聯(lián)接。給定級的輸出信號以鏈接形式耦合到緊后面一級的輸入端上。例如寄存器100串中的前級n－1的輸出脈沖OUTn－1耦合到圖2級n的輸入端12上。雖然圖中僅示出n－1，n，n＋1和n＋2四級，但寄存器100串中級n的總數(shù)可很多。移位寄存器100可稱作“步進”(Walking one)移位寄存器。之所以如此，是因為在視頻幀期間TRUE(真)狀態(tài)經寄存器100傳遞出去。
圖1的時鐘發(fā)生器101產生一個三相時鐘信號，時鐘信號C1、C2和C3的波形如圖3d、3c和3b所示。當時鐘信號C3的脈沖加到圖1的級n－1時，產生圖3a的輸出信號OUTn－1的脈沖。在圖1，2和3a-3d中相同的標號代表相同的內容。
圖1的信號OUTn－1在圖2級n的輸入端12上產生。高電平的信號OUTn－1經過用作開關的圖2的三極管18耦合到端子18a，以產生一個控制信號P1。在時鐘信號C1出現(xiàn)的緊前時刻，在端子18a的信號P1因經電容31加到端子18a的時鐘信號C3的自舉而提升到較高電位。耦合到級n的輸入端的級n－1的信號OUTn－1也耦合到三極管21的柵極。三極管21的漏極經端子21a耦合到三極管19的柵極以及耦合到推挽三極管17的柵極。結果三極管19和17變?yōu)榉菍ā?br> 信號P1的高電平暫時存在一個極間電容(未示出)和電容30上。在輸出三極管16的柵極上產生的信號P1使輸出三極管16設為導通。當端子18a為高時，圖3d的時鐘信號C1經三極管16耦合到輸出端13。極間寄生電容CP使端子18a的電位自舉，提供對三極管16的額外驅動。結果，在寄存器n的輸出端13上產生輸出脈沖信號OUTn。在此期間，因三極管21的工作使推挽三極管17非導通，且對信號OUTn無影響。
級n的信號OUTn加到圖1中的下級的輸入端上。級n＋1的工作除了用時鐘信號C2來替代級n中的時鐘信號C1使對應三極管導通外，均相同。當時鐘信號C1為低電平時，三極管16在信號P1變低前導通。當時鐘信號C1為低時，由于通過三極管16的放電，使級n的信號OUTn變低。
當三極管25導通時，其源-漏導通路徑耦合在端子18a和基準電位VSS1間，以使上牽三極管25完全并斷。級n的三極管25的柵極耦合至其次一級n＋2上并受輸出信號OUTn＋2控制。信號OUTn＋2在寄存器100的脈沖傳播方向的下游產生。
信號OUTn＋2的脈沖也耦合到三極管20的柵極上，使其導通。三極管20將電壓VDD加到端子21a上使三極管17和19導通。隨著信號OUTn＋2的脈沖，三極管20斷開。但是，耦合到三極管17和19柵極的電容32因三極管20的工作而貯有電荷。當端子12的信號使三極管21導通從而使三極管17和19關斷時，在電容32上所存的電荷使三極管17和19導通至下一掃描周期。電容32還對端子12上的信號提供噪聲濾除作用。
只要三極管17導通，它就作為推挽三極管在端子13上提供適當?shù)淖杩?。這樣，三極管17就吸收電流i17。好處是，三極管17的源-漏阻抗足夠低，使行選擇線上的高電平放電并吸收從LCD矩陣的列線上耦合到行選擇線的任何寄生電流。如果寄生電流未被三極管17所耗散，它將會產生一些電位，這些電位增至足夠大幅度后就會對反相寄存器級發(fā)生誤選。因此，可以通過使三極管17的閾值電壓在工作中并不明顯增加而防止誤選發(fā)生。優(yōu)點是，當三極管19導通后，可防止時鐘信號C1和C3使三極管16導通。
在圖1寄存器100的每個輸出端的脈沖，例如信號OUTn＋2的脈沖在約為16.6毫秒的垂直間隔中僅出現(xiàn)一次。因此，在每個垂直間隔中，圖2級n的開關三極管18、16、20和25中沒有一個導通超過一個時鐘周期。另外，在大多數(shù)垂直間隔中，三極管17和19被偏置為連續(xù)導通。需要降低加到三極管17和19的電位，這個電位會使三極管17和19的閾值電壓增加而其陷流量降低。
為了降低三極管17和19的內部應激，在三極管17柵極的信號P2在工作開始時建立在不高于三極管17的閾值電壓2V的電壓電平上。由于三極管17的閾值電壓VTH的升高是因內部應激產生的，因此，需要用使工作中三極管17和19的電流導通量基本恒定的方式來被償閾值電壓VTH中的升高。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在工作中，控制三極管17和19導通的可變電壓VDD是以跟隨三極管17和19中的閾值電壓漂移的方式增加的。電壓VDD中的改變可防止三極管17的電導率下降，例如可防止三極管17的電壓VTH的閾值壓漂移。
圖4示出產生圖2和4的電壓VDD的閾值電壓漂移補償電路40。除了TFT199外，電路40的電路元件是有別于圖1所示的移位寄存器100而形成的，這樣，電路40的所有其它三極管均為單晶三極管而非TFT。TFT199與圖1的移位寄存器100共同形成在LCD的玻璃上，并用于感應TFT中的任何閾值漂移。
在電路40中，P型MOS三極管41與電阻42串聯(lián)，以在三極管41中產生預定的恒定控制電流。三極管43以電流鏡象結構與三極管41耦合。因此，三極管43中的電流i43是由三極管41控制的電流鏡。電流i43耦合到N型三極管的串聯(lián)耦合的三極管44、45和TFT199上。由于電流i43，在串聯(lián)裝置兩端，于端子46上產生閾值電壓補償電壓46a。
TFT199的柵極耦合至其漏極。因而，TFT199兩端的源-漏電壓V199等于TFT199的源柵電壓。TFT199兩端的柵-源電壓V199提供了電壓46a的第一部分。電壓V199代表三極管199的閾值電壓。由于TFT199的閾值電壓改變特性與圖2的三極管17類似，電壓V199也代表三極管17的閾值電壓VTH。為了便于設計，TFT199為大三極管。用比三極管17中所流過的電流大的電流i43來產生電壓V199。由于內部應激，當圖2的三極管17中出現(xiàn)閾值電壓VTH升高，由于類似特性和內部應激，圖4的電壓V199中也出現(xiàn)類似的增加。
均與TFT199串聯(lián)的三極管44和45其柵極與其漏極耦合，并且具有一襯底端子，該端子經過導線48與基準電平G耦合。在三極管44和45中產生的電壓46a的一部分與電壓V199相加以產生電壓46a。以此方式，使電壓46a大于電壓V199約2V。電壓V199約等于圖2的三極管17的閾值電壓VTH并且當電壓VTH升高時升高。
電壓46a耦合到增益為1的放大器的非反相端，用于產生等于電壓46a的電壓VDD。電壓VDD經圖2的三極管20加上，以改變三極管17的信號P2的電壓電平。
由圖4的三極管44和45產生的為2V的電壓差是在LCD工作開始獲得的。在工作時，三極管199的閾值電壓增加。因此需要使電壓46a的增加超過電壓V199的增加以保持圖2三極管中相同的導電性。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，襯層被偏壓在低于前述的三極管44和45的源電壓的電平上。電壓V199的增加將在每個三極管44和45中產生溝道調制。該溝道調制是由源-襯電壓升高而獲得的。結果，三極管44和45的阻性隨電壓V199的升高而升高。按此方式，電壓46a非線性地增加。電壓46a的增加正比地大于在三極管44和45作為線性電阻器或簡單電平移動器時的情況。因而按此方式，甚至當三極管17的閾值電壓VTH升高時，三極管17的導電性仍保持相對恒定。
圖5示出電流i17的幅度示例，三極管17可吸收保持在不超過50mv的源-漏電壓。如圖5所示，電流i17對于在對應的約10V的閾值電壓VTH的改變中變化少于5％。
為了降低三極管17中的應激，需使電流i17為低，例如在圖5所示的電流范圍內。在高于圖5范圍的幅度的導通電流i17在三極管17中會需要較高的柵源電壓。這種較高的柵源電壓會在三極管17中引起較大的應激，因而使壽命變短。
圖6示出用于液晶陣列16’的噪聲補償電路200。在圖1，2，3a-3d和4-6中，相同的符號代表相似的內容。圖6的電路200使圖2的電流i17處在較小幅度下。圖6的陣列16’包括列數(shù)據(jù)線177和行選擇線118。由圖1的移位寄存器100來驅動行選擇線118來連續(xù)地選擇行線118。列數(shù)據(jù)線117可以與PLus等人的名為“System forApplying Brightness Signals To A Display Device And ComputerTherefore”的美國專利5170155描述的方式驅動。Plus等人的數(shù)據(jù)線驅動器是作為分塊的斜坡放大器來工作的。圖6的每個數(shù)據(jù)線177均由對應的三極管126驅動。對應數(shù)據(jù)線驅動器的一個給定的三極管126將在數(shù)據(jù)斜坡發(fā)生器234中產生的數(shù)據(jù)斜坡電壓128加到矩陣的對應數(shù)據(jù)線177上用于產生選定行的象素16a中的斜坡信號。由比較器(未示出)來控制三極管開關126。三極管開關126導通時將數(shù)據(jù)斜坡電壓128加到數(shù)據(jù)線177，并在由包括視頻信號(未示)的圖像信息的幅度決定的可控時刻斷開。
除傳統(tǒng)數(shù)據(jù)線177外，陣列16’包括并不提供圖像信息并在此稱作虛列線177a和177b的一對列線177a和177b。列線177a和177b與分別在陣列16’兩端的數(shù)據(jù)線177并列放置。這樣，數(shù)據(jù)線177被插在虛列線177a和177b之間。為了顯示典型的圖象內容，大部分傳輸柵極126同時將數(shù)據(jù)斜坡電壓128的對應部分加到對應數(shù)據(jù)線177上，用于在給定數(shù)據(jù)線177中產生一個數(shù)據(jù)斜坡電壓VDATALINE。
寄生耦合電容CRC與每個行選擇線118與每個數(shù)據(jù)線177的交點相聯(lián)。寄生電容將分塊斜坡信號加到數(shù)據(jù)線和行選擇線的結果，在各選擇線上產生一個信號ROW-NOISE。
具有類似電容CRD但卻大于電容CRC的虛列線177a用于在行選擇線118上產生代表信號ROW-NOISE的信號NOISE-SENSE。信號ROW-NOISE經電容CRD交流耦合到線177a上。電容CRD線118與線177a間的線間電容。假定被去選擇的在各行選擇線118上的信號ROW-NOISE具有相似的幅值和波型。
信號NOISE-SENSE耦合到消噪放大器202的輸入端201上。放大器202是具有較高增益的反相放大器，它將當前電平的信號NOISE-SENSE反相而產生信號NOISE-CANCEL。信號NOISE-CANCEL為耦合到虛列線177b的交流信號。信號NOISE-CANCEL從線177b經電容CRD容性地耦合到行選擇線118上。由于信號NOISE-CANCEL與信號NOISE-SENSE反相，信號NOISE-CANCEL明顯降低在每個行選擇線118中的信號ROW-NOISE。
需要增大耦合在行選擇線118和虛列線177a和177b之間的由CRD表示的寄生電容，以獲得足夠的靈敏度和穩(wěn)定度。因而，使每條線177a和177b的寬尺寸W大于數(shù)據(jù)線177的尺寸。例如，線177a與行選擇線118間的總電容可在2000pf-3000pf范圍內。
圖7詳細地示出圖6的放大器202。在圖1，2，3a-3d和4-7中相似的符號代表相似的內容。圖7的放大器202包括增益為1的非反相放大器202a。信號NOISE-SENSE經電阻R2和包括電容C2的電位移動裝置加到放大器202a的非反相輸入端in+。當在三極管MP和MN的柵極分別產生脈沖信號PRECHG和補充脈沖信號PRECHAG-INV時，P型MOS三極管MP和N型MOS三極管MN在電容C2上產生10V的基準電壓REF。這樣，諸如10V的電壓在端子in+上與信號NOISE-SIGNAL的當前電壓相加。三極管MP和MN導通和斷開，以在電壓VDATALINE的斜坡部分66之前，在圖6的斜坡電壓VDATALINE的波型的時刻T1附近對電容C2充電。
圖7的電壓REF也經過由電阻Rx和電容C4組成的R-C濾波器耦合到高增益反相放大器202b的非反相輸入端。放大器202a的輸出信號OUT經電阻R3耦合到放大器202b的反相輸入端。反饋電阻R4從產生信號NOISE-CANCEL的放大器202b的輸出端耦合到放大器202b的反相輸入端。帶反饋的放大器202b的交流電壓增益約為2000。
當無信號干擾出現(xiàn)，例如t1時刻，只要端子201的電壓為零，由電容C2兩端的電壓提供的直流電平移位將從放大器202a中產生10V的輸出信號202c。在放大器202b的非反相輸入端產生的10V電壓，使放大器202b產生信號NOISE-CANCEL的輸出端的電壓等于10V。因此，圖7的信號NOISE-CANCEL的電壓范圍上限電平為+22V的電源電壓Vs，下限電平近于0V。優(yōu)點是，信號NOISE-CANCEL通常偏置在+220V和0V間的中間，從而使信號NOISE-CANCEL的電壓在正方向上擺動。
如前面所述的，當圖6的端子201的輸入電壓變化時，信號NOISE-SENSE的幅度降低。當端子201的信號改變，產生給定幅度的信號NOISE-SENSE時，放大器202b的信號NOISE-CANCEL使信號NOISE-SENSE的幅度降低。由于放大器202b的高增益，使噪聲的降低很明顯。從線177b到選擇線118的容性耦合使每行選擇線118中的信號ROW-NOISE明顯降低。在圖2的三極管17中的電流i17也降低。結果三極管17無需大柵-源電壓驅動。因此，三極管17并無明顯應激。這使三極管17的工作壽命長于有應激時的工作壽命。
權利要求
1.一種移位寄存器，包括多個相移的時鐘信號的源；多個級聯(lián)的級，其中所述級聯(lián)的級中給定的一個級包括推挽放大器的第一三極管，響應于所述時鐘信號的第一時鐘信號，在所述給定級的輸出端產生輸出脈沖；所述推挽放大器的第二三極管，耦合在所述給定級的所述輸出端，用于將所述輸出嵌位到所述輸出脈沖的無效電平上；所述給定級其特征在于輸入部分，根據(jù)在相對于所述第一時鐘信號而相移的時鐘信號出現(xiàn)時，在所述級聯(lián)級的第二輸出端上產生的輸出脈沖，在所述第一三極管的控制極上產生控制信號，所述控制信號在所述第一時鐘信號的有效電平出現(xiàn)時，設定所述第一三極管以產生所述給定級的所述輸出脈沖；以及一個傳感器，用于產生一個閾值電壓表示信號；所述第二三極管以補償在所述第二三極管中閾值電壓改變的方式響應于所述閾值電壓表示信號。
2.如權利要求1的移位寄存器，其特征在于所述閾值電壓表示信號與所述多個級聯(lián)級的每個共同耦合。
3.如權利要求1的移位寄存器，其特征在于所述推挽放大器耦合到液晶顯示器的行選擇線上。
4.如權利要求1的移位寄存器，其特征在于一個第三開關三極管，響應于所述給定級下游一級的輸出脈沖，將所述閾值電壓表示信號加到所述第二三極管上。
5.如權利要求1的移位寄存器，其特征在于所述傳感器包括一個第三三極管，其閾值電壓變化以改變所述閾值電壓表示信號的方式跟隨所述第二三極管的所述閾值電壓。
6.如權利要求1的移位寄存器，其特征在于一個非線性元件，與所述第三三極管串聯(lián)耦合，用來相對于所述第三三極管的所述閾值電壓變化以非線性乘法方式，改變所述閾值電壓表示信號。
全文摘要
一種包括級聯(lián)級的用于對液晶顯示器掃描的移位寄存器。形成一個帶輸入三極管開關的給定級，該開關響應于在級聯(lián)的級鏈路中上游級的輸出脈沖。在推挽放大器的上牽三極管中產生給定級的輸出脈沖。拉曳三極管響應于隨拉曳三極管的閾值電壓而改變的控制信號?？刂菩盘柵c閾值電壓的差保持很小，以減少當拉曳三極管的閾值電壓出現(xiàn)漂移時，拉曳三極管導通性的改變。
文檔編號G11C19/00GK1157450SQ9610179
公開日1997年8月20日 申請日期1996年3月5日 優(yōu)先權日1995年3月6日
發(fā)明者R·I·A·哈克, A·G·F·丁瓦爾 申請人:湯姆森多媒體公司