数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路及其驱动方法技术

本发明专利技术提出了一种数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路及其驱动方法，涉及微电子科学技术的硅基显示系统集成电路应用领域，包括主要由11个MOS晶体管及1个电容器构成的第1级存储器、第2级存储器、电平反转门、电平转换门，并形成电学串联结构。这些MOS管只工作在开关状态，符合数字电路规范，因此大幅度降低了MOS器件制造工艺难度，同时采用电容器存储电信号可以减少使用MOS管的数量从而缩小像素电路空间尺寸；其驱动方法可以将每位数字数据作用时间均分为正电场和负电场，既实现了对液晶材料的交流驱动，又使得像素电路的电源电压供给值不低于液晶材料工作电压即可。

【技术实现步骤摘要】
数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路及其驱动方法
本专利技术属于微电子科学技术的硅基显示系统集成电路应用领域，特别是涉及一种属于数字型硅基液晶显示芯片像素电路领域。
技术介绍
单晶硅平面器件制造技术分别与液晶(LCD，LiquidCrystalDisplay)技术、有机发光二极管(OLED，OrganicLight-EmittingDiode)技术等主动式或者被动式显示技术相融合，产生出各类硅基显示器，比如与液晶显示技术结合产生的硅基-液晶-玻璃的“三明治”结构式器件技术，该技术制造出一种新型的反射式LCD显示器件，它首先在单晶硅片上运用金属氧化物半导体(MOS，MetalOxideSemiconductor)工艺制作包含有源寻址矩阵芯片的硅基板，然后镀上表面光洁的金属层既充当驱动电极又当作反射镜面，最后将硅基板与含有透明电极的玻璃基板贴合，并在中间灌入液晶材料形成反射式液晶屏，通过调制硅基板上有源寻址矩阵中每个像素电极的输出电平，从而控制液晶材料对反射光幅度强弱(灰度)实现图像显示。(ChrisChinnock.“MicrodisplaysandManufacturingInfrastructureMatureatSID2000”《InformationDisplay》，2000年9，P18)。通常，芯片有源寻址矩阵的像素单元电路由1个N型沟道金属氧化物半导体(NMOS，N-channelMetalOxideSemiconductor)晶体管和1个电容器串联构成(R.Ishii,S.Katayama,H.Oka,S.yamazaki,S.lino“U.Efron,I.David,V.Sinelnikov,B.Apter“ACMOS/LCOSImageTransceiverChipforSmartGoggleApplications”《IEEETRANSACTIONSONCIRCUITSANDSYSTEMSFORVIDEOTECHNOLOGY》,14卷，第2期，2004年2月，P269)，其中NMOS管的栅极连接行扫描器寻址信号输出端。但是，单个NMOS管在传输高电平时不仅存在阈值电压损失，而且传输过程的瞬态特性也不理想(陈贵灿等编著，《CMOS集成电路设计》，西安交通大学出版社，1999.9，P110)。
技术实现思路
常规硅基液晶显示芯片像素电路为了满足所驱动的液晶材料工作在交流状态，需要将电源电压的二分之一设置为固定的公共电平，即该公共电平值不小于液晶材料的最大线性工作电压值，结果使得电源电压供给值不低于是液晶材料工作电压的二倍，这种高压模式带来高功耗、高压MOS器件工艺难度大等问题。本专利技术提出的一种由11个MOS晶体管和1个电容器(简称：11T1C)构成的硅基有源寻址矩阵像素单元电路，这些MOS管只工作在开关状态，符合数字电路规范，因此大幅度降低了MOS器件制造工艺难度，同时采用电容器存储电信号可以减少使用MOS管的数量从而缩小像素电路空间尺寸；而且，本专利技术提出的像素电路驱动方法可以将每位数字数据作用时间均分为正电场和负电场，既实现了对液晶材料的交流驱动，又使得像素电路的电源电压供给值不低于液晶材料工作电压即可。本专利技术的技术方案是：一种数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路，主要由第1-NMOS管、第5-NMOS管、第5-PMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第8-NMOS管、第9-NMOS管、第10-PMOS管、第10-NMOS管和第1电容器组成，且特别是所述第1-NMOS管、第5-NMOS管、第5-PMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第8-NMOS管、第9-NMOS管采用工作电压不超过2.0V的低压MOS管结构、且所述第10-PMOS管、第10-NMOS管采用工作电压不低于2.0V的高压MOS管结构；其中第1-NMOS管、第1电容器与第2连接线构成第1级存储器，这里第1-NMOS管和第1电容器构成开关电容电路结构；其中第8-NMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第9-NMOS管与第3连接线及第4连接线构成第2级存储器；其中第5-PMOS管、第5-NMOS管与第3连接线、第4连接线、第5连接线构成电平反转门，且第5-PMOS管和第5-NMOS管分别将第3连接线上的电信号、第4连接线上的电信号交替传输至第5连接线上；其中第10-NMOS管、第10-PMOS管与反转控制线、第5连接线、像素单元输出电极、模拟低电平线、模拟高电平线构成电平转换门，且第10-NMOS管、第10-PMOS管被反转控制线上的信号控制分别将模拟低电平线上的固定电平、模拟高电平线上的固定电平交替传输至像素单元输出电极；且所述第1级存储器、所述第2级存储器、所述电平反转门、所述电平转换门形成电学串联结构。该数字型硅基液晶显示芯片像素电路还配置有：寻址线、反转控制线、数字电源线、数字地线、数据位线、Vcom同步信号线、输出控制线、复位控制线、模拟高电平线、模拟低电平线、像素单元输出电极分别与11个MOS晶体管和1个电容器构成电连接、且所述模拟低电平线上的固定电平值不高于所述模拟高电平线上的固定电平值；本专利技术的数字型硅基液晶显示芯片像素电路驱动方法：在所述公共电极上传输的脉冲波信号Vcom的至少任意两个相邻、前后信号周期中，第一步主要涉及所述第1级存储器：在前一个信号周期内将所述数据位线上的电平取样存入所述第1级存储器；第二步主要涉及所述第2级存储器、所述电平反转门、所述电平转换门：在后一个信号周期的前半信号周期内将所述第1级存储器存储的电平取样存入所述第2级存储器，同时通过控制所述电平反转门交替截取所述第2级存储器存储过的一对反相电信号波形并合成一个电信号输出至所述电平转换门；第三步主要涉及所述第2级存储器、所述电平反转门、所述电平转换门：在后一个信号周期的后半信号周期内将所述Vcom同步信号线上的电平取样存入所述第2级存储器，同时再次通过控制所述电平反转门交替截取所述第2级存储器存储过的一对反相电信号波形并合成一个电信号输出至所述电平转换门，最终控制或是选择所述模拟低电平线上的固定低电平输出至所述像素单元输出电极，或是选择所述模拟高电平线上的固定高电平输出至所述像素单元输出电极，达到将所述模拟低电平线上的固定电平与所述模拟高电平线上的固定电平交替输入至所述像素单元输出电极的目的；该驱动方法还包括：在后一个信号周期中进行第二步、第三步操作的同时，可以在所述第1级存储器进行第一步操作，即：再次从所述数据位线上的电平取样存入所述第1级存储器，而在紧接后一个信号周期的信号周期中继续分别在所述第2级存储器、所述电平反转门、所述电平转换门重复第二步、第三步操作和在所述第1级存储器进行第一步操作，如此持续进行，并对应于所述公共电极上传输的脉冲波信号Vcom的连续多个信号周期，则可以在所述像素单元输出电极连续输出电信号。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路，其特征是：包括第1级存储器、第2级存储器、电平反转门、电平转换门，其中第1-NMOS管、第1电容器与第2连接线构成第1级存储器；第8-NMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第9-NMOS管与第3连接线及第4连接线构成第2级存储器；第5-PMOS管、第5-NMOS管与第3连接线、第4连接线、第5连接线构成电平反转门；第10-NMOS管、第10-PMOS管与反转控制线、第5连接线、像素单元输出电极、模拟低电平线、模拟高电平线构成电平转换门，且第1级存储器、第2级存储器、电平反转门、电平转换门形成电学串联结构；还配置有：寻址线、反转控制线、数字电源线、数字地线、数据位线、Vcom同步信号线、输出控制线、复位控制线、模拟高电平线、模拟低电平线、像素单元输出电极，并分别与11个MOS晶体管和1个电容器构成电连接，且模拟低电平线上的固定电平值不高于模拟高电平线上的固定电平值。/n

【技术特征摘要】
1.数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路，其特征是：包括第1级存储器、第2级存储器、电平反转门、电平转换门，其中第1-NMOS管、第1电容器与第2连接线构成第1级存储器；第8-NMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第9-NMOS管与第3连接线及第4连接线构成第2级存储器；第5-PMOS管、第5-NMOS管与第3连接线、第4连接线、第5连接线构成电平反转门；第10-NMOS管、第10-PMOS管与反转控制线、第5连接线、像素单元输出电极、模拟低电平线、模拟高电平线构成电平转换门，且第1级存储器、第2级存储器、电平反转门、电平转换门形成电学串联结构；还配置有：寻址线、反转控制线、数字电源线、数字地线、数据位线、Vcom同步信号线、输出控制线、复位控制线、模拟高电平线、模拟低电平线、像素单元输出电极，并分别与11个MOS晶体管和1个电容器构成电连接，且模拟低电平线上的固定电平值不高于模拟高电平线上的固定电平值。


2.根据权利要求1所述的数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路，其特征是：在第1级存储器中，第1-NMOS栅极与寻址线相连，且第1-NMOS漏极与数据位线相连，且第1-NMOS源极、第1电容上电极与第2连接线相连，且第1电容下电极与数字地线相连；且在第2级存储器中，第8-NMOS栅极与输出控制线相连，且第8-NMOS漏极与第2连接线相连，且第9-NMOS栅极与复位控制线相连，且第9-NMOS漏极与Vcom同步信号线相连，且第8-NMOS源极、第6-NMOS栅极、第6-PMOS栅极、第7-NMOS漏极、第7-PMOS漏极与第3连接线相连，且第9-NMOS源极、第7-NMOS栅极、第7-PMOS栅极、第6-NMOS漏极、第6-PMOS漏极与第4连接线相连；且在电平反转门中，第5-PMOS栅极、第5-NMOS栅极均与反转控制线相连，第5-PMOS漏极与第3连接线相连，第5-NMOS漏极与第4连接线相连，且第5-PMOS源极、第5-NMOS源极均与第5连接线相连；且在电平转换门中，第10-NMOS栅极、第10-PMOS栅极均与第5连接线相连，且第10-NMOS源极与模拟低电平线相连，且第10-PMOS源极与模拟高电平线相连，且第10-NMOS漏极、第10-PMOS漏极均与像素单元输出电极相连。


3.根据权利要求1或2所述的数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路，其特征是：第1-NMOS管、第5-NMOS管、第5-PMOS管、第6-NMOS管、第6-PMOS管、第7-NMOS管、第7-PMOS管、第8-NMOS管、第9-NMOS管采用工作电压不超过2.0V的低压MOS管结构、且第10-PMOS管、第10-NMOS管采用工作电压不低于2.0V的高压MOS管结构。


4.一种权利要求1-3任一项所述的数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路的驱动方法，其特征是：在公共电极上传输的脉冲波信号Vcom的至少任意两个相邻、前后信号周期中，第一步主要涉及第1级存储器：在前一个信号周期内将数据位线上的电平取样存入第1级存储器；第二步主要涉及第2级存储器、电平反转门、电平转换门：在后一个信号周期的前半信号周期内将第1级存储器存储的电平取样存入第2级存储器，同时通过控制电平反转门交替截取第2级存储器存储过的一对反相电信号波形并合成一个电信号输出至电平转换门；第三步主要涉及第2级存储器、电平反转门、电平转换门：在后一个信号周期的后半信号周期内将Vcom同步信号线上的电平取样存入第2级存储器，同时再次通过控制电平反转门交替截取第2级存储器存储过的一对反相电信号波形并合成一个电信号输出至电平转换门，最终控制或是选择模拟低电平线上的固定低电平输出至像素单元输出电极，或是选择模拟高电平线上的固定高电平输出至像素单元输出电极，达到将模拟低电平线上的固定电平与模拟高电平线上的固定电平交替输入至像素单元输出电极的目的。


5.根据权利要求4所述的数字型11T1C硅基液晶显示芯片像素电路的驱动方法，其特征是该驱动方法还包括：在后一个信号周期中进行第二步、第三步操作的同时，可以在第1级存储器进行第一步操作，即：再次从数据位线上的电平取样存入第1级存储器，而在紧接后一个信号周期的信号周期中继续分别在第2级存储器、电平反转门、电平转换门重复第二步、第三步操作和在第1级存储器进行第一步操作，如此持续进行，并对应于公共电极上传输的脉冲波信号Vcom的连续多个信号周期，则可以在像素单元输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：代永平，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12