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CN101276075A - 液晶显示器 - Google Patents

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CN101276075A
CN101276075A CNA2007101536124A CN200710153612A CN101276075A CN 101276075 A CN101276075 A CN 101276075A CN A2007101536124 A CNA2007101536124 A CN A2007101536124A CN 200710153612 A CN200710153612 A CN 200710153612A CN 101276075 A CN101276075 A CN 101276075A
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negative
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佐佐木伸夫
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Sharp Corp
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Abstract

有源矩阵型TFT液晶显示器，其象素TFT的驱动电压降低了。象素由两薄膜晶体管构成，即，一个施加正压的n型TFT和一个施加负压的p型TFT，前者在象素电极上施加数据电压使之具有正极性，后者在象素电极上施加数据电压使之具有负极性。施加正电压TFT的源极与象素电极相连，其漏极与数据总线相连用来加正压；其栅极与栅总线相连用来施加正压。其它TFT的源极也与象素电极相连；其漏极与数据总线相连施加负压；其栅极与栅总线相连用来加负压。

Description

液晶显示器
本分案申请是基于申请号为02159341.8，申请日为2002年12月26日，发明名称为“液晶显示器”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及液晶显示器(LCD)，特别是有源矩阵型的TFT LCD，它采用TFT(薄膜晶体管)作为每个象素的转换元件。
背景技术
由于LCD能够提供足以使其代替这一领域的典型显示器CRT的显示质量，LCD市场正在迅速增长。他们被用于各种阅读器，便携式电话，PDA(个人数字助理)和笔记本个人电脑上，除此之外，考虑到他们具有平面优点，也被用在家用电脑显示器和电视机接收器上。因而LCD作为显示器其大小从对角线长2英寸的小屏幕到对角线长40英寸的大屏幕不等。越来越多的LCD在许多领域被用作能够显示静态图象和动态图象的彩色显示器。
至于LCD技术发展趋势，主流已从每个象素没有转换元件的无源矩阵型转到具有转换元件诸如TFT的有源矩阵。此外，至于有源矩阵型LCD象素中TFT的沟道材料(半导体有源层)，用具有更高载流子迁移率的p-Si(多晶硅)取代a-Si(非晶硅)。
现在简要描述TFT LCD的结构。以采用背光单元的透射型TFTLCD作为例子来说，TFT衬底(阵列衬底)是诸如玻璃衬底之类的透明绝缘衬底，它和其对面衬底以某种预定元件间距面对面结合在一起，液晶就封在这两个衬底之间。大量象素电极以矩阵形式设置在TFT衬底上，TFT连到每个象素电极上。公共电极设置在对面衬底上。在彩色显示器LCD情形中，滤色镜(CF)形成在TFT衬底上或对面衬底上。校准薄膜设置在衬底和液晶层之间。例如具有交叉Nicols结构的起偏器设置在两个衬底之外。
图7是相关技术中一个TFT LCD象素的等效电路。如图7所示，TFT栅极G与栅总线Lg相连。TFT的源极S与象素电极Pe相连，漏极D与数据总线Ld相连。液晶层lc夹在象素电极Pe和公共电极Ce之间以形成液晶电容Clc。存储电容Cs和液晶电容实际上是并联的，但图上没有画出。
栅电压Vg通过栅总线驱动电路施加在栅总线Lg上，栅总线驱动电路图上没有显示出来。灰度电压Vd通过数据总线驱动电路施加在数据总线上，数据总线驱动电路图上没有显示出来。公共电压Vcom(＝0V)施加在公共电极Ce上。
液晶lc的电介质物质要么是正各向异性要么是负各向异性，这就导致液晶分子随着施加于其上的电场强度的变化而发生相应旋转。液晶lc的折射率也是各向异性的，这就导致通过液晶层的光相应于液晶分子的旋转而发生极化。因此，当电压施加在象素电极Pe和公共电极Ce之间时，液晶分子随外加电压而旋转，这就导致在液晶lc入口处被起偏器线性极化的光改变极化。因此，调整发光面处通过起偏器的光量来显示色调。
普通液晶材料能承受大约5V的电压，如果电场只在某一方向持续加在液晶lc上，液晶材料就会退化。为了防止这种现象发生，液晶驱动电场在某一预定周期中极性反转而施加在液晶lc上。一般来说，使用帧反转驱动，其中在显示帧的周期中进行极性反转。
每个象素均有独立的象素电极Pe，一个单独的电极用来作为公共电极Ce，由所有象素共享。一种驱动方法如图8所示，这种方法利用公共电极Ce来获得帧反转驱动。图8中水平方向表示时间，垂直方向表示电压，这样来表示栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom的关系。
如图8所示，公共电压(公共电极电势)Vcom(＝0V)为一常数。灰度电压在公共电压±2.5V范围内波动，它施加在数据总线Ld上。在图8所显示的状态中灰度电压Vd(数值)为一绝对值V0＝2.5V，它在每帧fn中被输出到数据总线上，在每帧中电压极性被反转。
当连接到栅总线的n沟道型TFT处于关闭状态时，输出电压Vg(off)为一比最大负灰度电压Vd＝-V0(V)小V1(绝对值)的绝对值。当TFT处于开状态时，输出电压Vg(on)为一比最大正灰度电压Vd＝+V0(V)大V2(绝对值)的绝对值。这样，TFT处于开状态时，电势Vg＝Vg(on)的栅脉冲被输出到栅总线Lg上。栅脉冲高度为V1+2×V0+V2。当关电流几乎断开时，电压V1一定会增大，由于要保持积累电荷和数据重写速度，当开电流小时，电压V2一定会增加。因此，通常使用大约13V的驱动电压，以保证无论其极性如何，该TFT都能稳定地开和关。
正如上文所述，虽然象素电极Pe所需最大灰度电压Vd为2.5V，在相关技术中，驱动TFT LCD也需要13V的供电电路。13V驱动电压不仅施加在栅总线驱动电路上而且施加在用来控制向数据总线Ld输出信号流的数据总线驱动电路上。最大驱动电压取决于所采用的液晶材料，某些TFT LCD需要16V或18V或者甚至比本例中更高的驱动电压。
正如上面所述，在相关技术TFT LCD中，在栅总线驱动电路和每个象素上驱动液晶lc的数据总线驱动电路上的供电电压远远高于施加在液晶lc上5V的电压带宽。因此，TFT必须具有高的栅耐电压和漏耐电压。这就需要相应的采取一些对策，它包括增加TFT栅氧化薄膜厚度，增加沟道长度，增加LDD(轻掺杂漏)长度。然而，这些对策会导致TFT阈值电压Vth增加，开电流降低。进而，需要增加驱动电压以获得在大幅波动的阈值电压Vt下的正常工作，为了补偿开电流的降低来获得所需的转换速度也会使得驱动电压增加。这导致了恶性循环，且无法降低驱动电压。驱动电压增加是一个问题，也因为它导致了能耗的增加和对周围环境电磁干扰的增加。
近期开发的低温多晶硅生产工艺使得在像玻璃这样相对低熔点的衬底上制造FET成为可能，这种FET的沟道区由p-Si(多晶硅)构成。因此，也可以将外围电路集成到TFT衬底上，这些外围电路包括栅总线驱动电路和数据总线驱动电路，要将这些外围电路和象素TFT集成到一块玻璃衬底上。外围电路FET的栅必须尽可能小以保证高速运行，他们必须不可避免的是低压驱动型的。况且，也无法获得低能耗的平衡电路，除非它们是低压驱动型的。
当象素TFT是高压驱动型的时，就必须在一个玻璃衬底上混合形成低压驱动型FET和高压驱动型FET，这就会导致一个问题：生产工艺变得复杂，生产成本提高。因此，为了采用低电温多晶硅制造工艺制造集成了外围电路的TFT衬底，象素TFT的驱动电压就必须降低到尽可能与外围电路FET的驱动电压接近。
发明内容
本发明的目的是给出降低了象素FET驱动电压的液晶显示器。
以上所述目标由这样一种液晶显示器来完成：这种液晶显示器包含：液晶电容，它由夹在两个面对面的电极之间的液晶形成；正极性驱动电路系统，用以在电极之间提供正极性电压以使液晶电容带上正电荷；负极性驱动电路系统，它独立于正极性驱动电路系统，用以在电极之间提供负极性电压以使液晶电容带上负电荷。
具体地说，本发明提供一种液晶显示器，包括：
液晶电容，通过在彼此面对面的电极之间夹持液晶而形成；
正极性驱动电路系统，它通过在电极之间施加正极性电压，给液晶电容充上正电荷；以及
负极性驱动电路系统，它与正极性驱动电路系统相互独立，通过在电极之间施加负极性电压，给液晶电容充上负电荷；
其中彼此面对面的电极具有：
象素电极，它设置在具有液晶电容的多个象素的每一个上；以及
公共电极，它面向每个象素电极，二者之间填有液晶，以向其提供公共电压；
其中象素具有：
施加正压TFT，它给象素电极施加正极性电压；以及
施加负压TFT，它给象素电极施加负极性电压；
其中正极性驱动电路系统具有：
施加正压栅总线，它向施加正压TFT的栅极输出施加正压栅脉冲；
施加正压数据总线，它向施加正压TFT的源或漏极输出具有正极性的数据电压；
其中负极性驱动电路系统具有：
施加负压栅总线，它向施加负压TFT的栅极输出施加负压栅脉冲；
施加负压数据总线，它向施加负压TFT的源或漏输出具有负极性的数据电压；
其中正极性驱动电路系统具有：
用于正极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加正压栅总线输出施加正压栅脉冲；
用于正极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加正压数据总线输出具有正极性的数据电压，
其中负极性驱动电路系统具有：
用于负极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加负压栅总线输出施加负压栅脉冲；
用于负极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加负压数据总线输出具有负极性的数据电压；
其中施加正压TFT和施加负压TFT的沟道的导电类型为n型，
其中施加正压TFT的栅极电压的工作范围与施加负压TFT的栅极电压的工作范围不同。
根据本发明的上述液晶显示器，其中正极性驱动电路系统和负极性驱动电路系统被集成地形成在一个绝缘衬底上，在该衬底上形成任一个电极。
根据本发明的上述液晶显示器，其中保持施加正压TFT关断的电势与保持施加负压TFT关断的电势不同；以及保持施加正压TFT导通的电势与保持施加正压TFT关断的电势之间的电势差，与保持施加负压TFT导通的电势与保持施加负压TFT关断的电势之间的电势差不同。
本发明还提供一种液晶显示器，包括：
液晶电容，通过在彼此面对面的电极之间夹持液晶而形成；
正极性驱动电路系统，它通过在电极之间施加正极性电压，给液晶电容充上正电荷；以及
负极性驱动电路系统，它与正极性驱动电路系统相互独立，通过在电极之间施加负极性电压，给液晶电容充上负电荷；
其中彼此面对面的电极具有：
象素电极，它设置在具有液晶电容的多个象素的每一个上；以及
公共电极，它面向每个象素电极，二者之间填有液晶，以向其提供公共电压；
其中象素具有：
施加正压TFT，它给象素电极施加正极性电压；以及
施加负压TFT，它给象素电极施加负极性电压；
其中正极性驱动电路系统具有：
施加正压栅总线，它向施加正压TFT的栅极输出施加正压栅脉冲；
施加正压数据总线，它向施加正压TFT的源或漏极输出具有正极性的数据电压；
其中负极性驱动电路系统具有：
施加负压栅总线，它向施加负压TFT的栅极输出施加负压栅脉冲；
施加负压数据总线，它向施加负压TFT的源或漏输出具有负极性的数据电压；
其中正极性驱动电路系统具有：
用于正极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加正压栅总线输出施加正压栅脉冲；
用于正极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加正压数据总线输出具有正极性的数据电压，
其中负极性驱动电路系统具有：
用于负极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加负压栅总线输出施加负压栅脉冲；
用于负极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加负压数据总线输出具有负极性的数据电压；
其中施加正压TFT和施加负压TFT的沟道的导电类型为p型，
其中施加正压TFT的栅极电压的工作范围与施加负压TFT的栅极电压的工作范围不同。
根据本发明的上述显示器，其中正极性驱动电路系统和负极性驱动电路系统被集成地形成在一个绝缘衬底上，在该衬底上形成任一个电极。
根据本发明的上述液晶显示器，其中保持施加正压TFT关断的电势与保持施加负压TFT关断的电势不同；以及保持施加正压TFT导通的电势与保持施加正压TFT关断的电势之间的电势差，与保持施加负压TFT导通的电势与保持施加负压TFT关断的电势之间的电势差不同。
附图说明
图1为根据本发明第一实施方案的TFT LCD的四个象素的等效电路图。
图2根据实现本发明的模型中的第一实施方案，示出了栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom在帧反转驱动时的关系。
图3为根据本发明第二实施方案的TFT LCD的四个象素的等效电路图。
图4根据实现本发明的模型中的第二实施方案，示出了栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom在帧反转驱动时的关系。
图5为根据实现本发明的模型中的第三实施方案，TFT LCD的四个象素的等效电路图。
图6根据实现本发明的模型中的第三实施方案，示出了栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom在帧反转驱动时的关系。
图7为相关技术TFT LCD的一个象素的等效电路图。
图8根据相关技术，示出了栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom在帧反转时的关系。
具体实施方式
现在根据图1至6描述实施本发明的模型中的液晶显示器及其驱动方法。实施本发明的当前模型中的液晶显示器(TFT LCD)，特征在于，液晶电容由两个独立电路系统(正极性驱动电路系统和负极性驱动电路系统)分别加以正负电荷。为了这个目的，每个象素设置了两个TFT；其中一个TFT作为写入正极性灰度数据的转换元件；另一个TFT为写入负极性灰度数据的转换元件。
在相关技术的TFT LCD中，当某一驱动电路向象素电极施加正负电压时，正负电压分别由实施本发明的当前模型中的不同驱动电路施加。因此，每个灰度数据电压的幅度被分别施加到要施加正电压的TFT和要施加负电压的TFT上，这个灰度数据电压可以根据相关技术降低到幅度的一半，这样就可以抑制加在TFT栅极上的栅脉冲电压。
现在根据发明的具体实施方案，详细描述实施本发明的模型中的TFT LCD及其驱动方法。
[第一实施方案]
现在参考图1和2描述本发明第一实施方案的TFT LCD及其驱动方法。首先，将参考图1描述本实施方案TFT LCD的示意结构。图1示出了大量象素Pmn中四个彼此相邻象素P11，P12，P21和P22的等效电路，这些象素以矩阵形式设置在绝缘衬底上。在象素Pmn处，液晶电容Clcmn是由夹在TFT衬底上的象素电极Pe和对面衬底上的公共电极Ce之间的液晶lc形成的。公共电压(公共电极电势)Vcom(＝0V)施加在公共电极Ce上。
在与形成象素的衬底区域相邻的外围区域上，外围电路与用诸如低温多晶硅生产工艺形成的象素区域集成在一起。参看其中一些外围电路，形成了栅总线驱动电路GD1提供正极性驱动，栅总线驱动电路GD2提供负极性驱动，数据总线驱动电路DD1提供正极性驱动，数据总线驱动电路DD2提供负极性驱动。
沿图中水平方向延伸的栅总线Lg11、Lg21、Lg31...用来施加正电压，它们与提供正极性驱动的栅总线驱动电路GD1相连。与提供正电压的栅总线Lg11、Lg21、Lg31...分别相邻且平行延伸的提供负电压的栅总线Lg12、Lg22、Lg32...与提供负极性驱动的栅总线驱动电路GD2相连。
沿图中垂直方向延伸的数据总线Ld11、Ld21、Ld31...用来施加正电压，它们与提供正极性驱动的数据总线驱动电路DD1相连。与提供正电压的数据总线Ld11、Ld21、Lgd31...分别相邻且平行延伸的提供负电压的数据总线Ld12、Lg22...与提供负极性驱动的数据总线驱动电路DD2相连。
正极性驱动电路系统包括提供正极性驱动的栅总线驱动电路GD1，提供正电压的栅总线Lg11、Lg21、Lg31...，提供正极性驱动的数据总线驱动电路DD1和提供正电压的数据总线Ld11、Ld21、Ld31...。正极性驱动电路系统用以通过在象素Pmn的电极Pe和电极Ce之间施加正电压来给带液晶电容Clcmn充上正电荷。
负极性驱动电路系统包括提供负极性驱动的栅总线驱动电路GD2，提供负电压的栅总线Lg12、Lg22、Lg32...，提供负极性驱动的数据总线驱动电路DD2和提供负电压的数据总线Ld12、Ld22...。负极性驱动电路系统用以通过在象素Pmn的电极Pe和电极Ce之间施加负电压来给带液晶电容Clcmn充上负电荷。
以象素P11为例，象素P11由两个薄膜晶体管构成，即，一个n沟道TFT n11和一个p沟道TFT p11，其中，TFT n11作为正压TFT在象素电极Pe上施加正电压，TFT p11作为负压TFT在象素电极Pe上施加负电压。
TFT n11的源极S与象素电极Pe相连；其漏极D与数据总线Ld11相连来施加正电压；而其栅极G与栅总线Lg11相连来施加正电压。
TFT p11的源极S与象素电极Pe相连；其漏极D与数据总线Ld12相连来施加负电压；而其栅极G与栅总线Lg11相连来施加负电压。其余的象素Pmn具有相同结构。存储电容Csmn与液晶电容Clcmn并联，图上没有示出。
在以上结构中，在某显示帧f(2n)(n为正整数)中，当从提供正极性驱动的栅总线驱动电路GD1输出提供正电压的栅脉冲Vg11(on)至提供正电压的栅总线Lg11时，栅极G与提供正电压的栅总线Lg11相连的TFT n11和TFT n12...开启。结果，那些提供正极性驱动的数据总线驱动电路DD1分别向数据总线Ld11、Ld21、Ld31...输出灰度电压Vd11、Vd21、Vd31...，这些输出值通过TFT n1n写入各个象素p1n的象素电极Pe上。当以上操作以线性连续方式在所有栅总线Lgm1上运行时，一个帧周期的灰度电压的写入就完成了。
在下一显示帧f(2n+1)中，当从提供负极性驱动的栅总线驱动电路GD2输出提供负电压的栅脉冲Vg12(on)至提供负电压的栅总线Lg12时，栅极G与提供负电压的栅总线Lg12相连的TFT p11和TFT p12...开启。结果，那些提供负极性驱动的数据总线驱动电路DD2分别向数据总线Ld12、Ld22...输出灰度电压Vd12、Vd22...，这些输出值通过TFT p1n写入各个象素p1n的象素电极Pe上。当以上操作以线性连续方式在所有栅总线Lgm2上运行时，一个帧周期的灰度电压的写入就完成了。
显示帧f(2n)和f(2n+1)被连续反复地驱动来实现帧反转驱动。
现在就以图2为基础，参照图1详细描述提供正电压的栅脉冲Vgm1(on)和提供负电压的栅脉冲Vgm2(on)的优化电平(电压)。在图2中，水平方向设为时间t，垂直方向设为电压值，这样来表示栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom之间的关系。图2中正极性驱动电路系统与时间的关系曲线在时间t轴之上，负极性驱动电路系统与时间的关系曲线在时间轴t之下。为了描述上简单，图2示出了外加正电压Vg11(on)和外加负电压Vg12(on)，这两个脉冲分别施加在象素P11的TFT n11和p11的栅电极G上。
公共电压(公共电极电势)Vcom(＝0V)为一个常数。在本实施方案中，最大正灰度电压Vd11max为+2.5V，最大负灰度电压Vd12max为-2.5V。TFT n11的阈值电压Vthn为Vth0(典型阈值电压)±⊿，TFT p11的阈值电压Vthp为-Vth0±⊿。假设典型阈值电压Vth0为3V，其起伏值⊿为1V。并假设VL代表TFT n11和p11的象素电极Pe的电势(见图1)。
首先，在图2中对帧反转驱动进行示意性描述。正如图2所示，在偶数帧f2和f4时，正灰度电压Vd11(数据)施加在象素P11的象素电极Pe上，在奇数帧f1和f3时，负灰度电压Vd12(数据)施加在同一电极上。
提供正电压的栅脉冲Vg11(on)和提供负电压的栅脉冲Vg12(on)的值为V0+V1+V2，而最大灰度电压的绝对值为V0＝2.5V，脉冲电压的绝对值V1和绝对电压V2如图2所示。
换句话说，为了让TFT n11处于关状态，TFT n11的栅极G电势必须比最小负灰度电压Vd11min＝Vcom＝0V低V1(绝对值)。为了让TFT n11处于开状态，TFT n11的栅极G电势必须比最大正灰度电压Vd11max＝Vcom＝2.5V高V2(绝对值)。
为了让TFT p11处于关状态，TFT p11的栅极G电势必须比最小负灰度电压Vd12min＝Vcom＝0V高V1(绝对值)。为了让TFT p11处于开状态，TFT p11的栅极G电势必须比最大正灰度电压Vd12max＝Vcom＝-2.5V低V2(绝对值)。
首先对提供正电压的栅脉冲Vg11(on)进行描述，栅脉冲通过正极性驱动电路系统把正电压施加在n11n沟道FET TFT n11的栅极G上，它在图2中时间轴t之上。
为了使TFT n11保持关状态，输出到提供正电压的数据总线Ld11上的电压Vd11和象素电极Pe的电压VL相比较，较小者与输出到提供负电压的栅总线Lg11上的电压Vg11之间的电势差必须小于TFT n11的阈值电压Vthn，它的值为Vth0±⊿。图2中时间点t1处，当象素电极Pe的电压VL为-2.5V时，TFT n11必须关闭。
具体地，
Vg11-Min(Vd11，VL)＜Vth0-⊿           式1
由于Vg11＝-V1；Min(Vd11，VL)＝-2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式1变换为如下形式。
V1＞0.5
在时间点t2处，当象素电极Pe的电压VL为-2.5V时，TFT n11必须关闭。在时间t1处的式1在此处同样适用。
Vg11-Min(Vd11，VL)＜Vth0-⊿              式1
由于Vg11＝-V1；Min(Vd11，VL)＝-2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式1变换为如下形式。
V1＞0.5
在时间点t3处，灰度电压Vd11＝Vd11(数据)＝2.5V。当象素电极Pe电压VL为-2.5V，TFT n11为开时，此时的象素电极Pe电压VL＝Vd11(数据)＝2.5V，在这之前灰度电压Vd11(数据)刚被写入象素电极Pe。在写完成之前TFT n11必须保持开状态。
具体地，
Vg11-Min(Vd11，VL)＞Vth0+⊿             式2
由于Vg11＝V0+V2＝2.5+V2；Min(Vd11，VL)＝-2.5；Vth0+⊿＝4，用这些值代换可将式2变换为如下形式。
V2＞4
在时间点t4处，当象素电极Pe的电压VL为2.5V时，TFT n11必须关闭。因此，在时间t1处的式1在此处同样适用。
Vg11-Min(Vd11，VL)＜Vth0-⊿             式1
由于Vg11＝-V1；Min(Vd11，VL)＝2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式1变换为如下形式。
V1＞-4.5
在时间点t5处，当象素电极Pe的电压VL为2.5V，电压Vg11为0V时，TFT n11必须关闭。
由于Vg11＝-V1；Min(Vd11，VL)＝0；Vth0-⊿＝2，Vg11-Min(Vd11，VL)＝-V1＜0
时间t1处的状态在时间t6处同样适用。
因此，要求施加到n沟道TFT n11上提供正电压的栅脉冲Vgm1(on)满足关系V1＞0.5和V2＞4。要求施加到p沟道TFT p11上提供负电压的栅脉冲Vgm2(on)满足关系V1＞0.5和V2＞4。因为上面的讨论除了极性反转之外，都是绝对真实的。
这样，提供正电压的栅脉冲Vg11(on)和提供负电压的栅脉冲Vg12(on)具有最小电压振幅V0+V1+V2＝2.5+0.5+4＝7V，而阈值电压Vth0＝3V，其波动范围⊿为1V。即，正极性驱动电路系统和负极电路驱动系统均可采用7V的电压供给。
正如以上所述，在本实施方案中，驱动液晶lc所需的栅总线驱动电路电压和数据总线驱动电路电压与同类设计相比要明显小得多。因此，可以采用具有较低栅、漏耐电压的TFT作为象素转换元件。进而可以降低象素TFT栅氧化层薄膜的厚度，也可以使其沟道长度和LDD长度减小。因此，TFT的阈值电压的波动可以降低，也可以抑制任何TFT的开电流的降低。最终，驱动电压的降低可以降低能耗及对环境的电磁干扰。
当采用低温多晶硅生产工艺将外围电路集成到TFT衬底上时，外围电路部分可以采用低压驱动型FET，这样就可以制造具有高速、低能耗和优良平衡性的外围电路。
而且，由于象素TFT采用低压驱动型，也就无需将低压驱动FET和高压驱动FET混合在单个TFT衬底上，这样就可以简化生产工艺，降低生产成本。
[第二实施方案]
图3和图4描述了本发明第二实施方案的TFT LCD及其驱动方法。图3为等效电路，与第一实施方案中图1所示相似，它显示了本实施方案TFT LCD的示意性结构。除了第一实施方案中的TFT LCD的p沟道TFT pmn为n沟道型TFT n’mn所代替，本实施方案的TFTLCD与第一实施方案的结构相同，各部分的工作原理与第一实施方案相似，在此就不再赘述。
以象素P11为例，象素P11由两个薄膜晶体管构成，即，一个n沟道TFT n11和一个n沟道TFT n’11，其中，TFT n11作为正压TFT在象素电极Pe上施加正极性数据电压，TFT n’11作为负压TFT在象素电极Pe上施加负极性数据电压。
TFT n11的源极S与象素电极Pe相连，其漏极D与施加正电压的数据总线Ld11相连；其栅极G与施加正电压的栅总线Lg11相连。
TFT n’11的漏极D与象素电极Pe相连，其源极S与提供负电压的数据总线Ld12相连；其栅极G与提供负电压的栅总线Lg11相连。其余的象素Pmn具有相同的结构。
现在就以图4为基础，参照图3详细描述提供正电压的栅脉冲Vgm1(on)和提供负电压的栅脉冲Vgm2(on)的优化电平(电压)。图4表示了在本实施方案的TFT LCD帧反转驱动过程中栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom之间的关系，其TFT LCD的反转驱动的条件与第一实施方案中图2的条件相同。
由于第一实施方案的TFT n11描述适用于提供正电压的栅脉冲Vg11(on)幅度，它是由正极性驱动电路系统施加在TFT n11栅极G上的，正如图4所示在时间轴t之上，只需满足V1＝0.5和V2＝4的关系即可。因此，正极性驱动电路系统的最小电压幅度为0.5+4+2.5＝7V。
现在要描述的是提供负电压的栅脉冲Vg12(on)，这个脉冲由负极性驱动电路系统施加在n沟道型FET的TFT n’11的栅电极G上，正如图4所示，在时间轴t之下。
图4中时间点t1处，当象素电极Pe的电压VL为-2.5V时，TFTn’11必须关闭。
具体地，
Vg12-Min(Vd12，VL)＜Vth0-⊿               式3
由于Vg12＝-2.5+V1；Min(Vd12，VL)＝-2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式3变换为如下形式。
V1＜2
在时间点t2处，当象素电极Pe的电压VL为-2.5V时，TFT n’11必须关闭。如同在时间t1处的式3在此处同样使用。
Vg12-Min(Vd12，VL)＜Vth0-⊿               式3
由于Vg12＝-2.5+V1；Min(Vd12，VL)＝-2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式3变换为如下形式。
V1＜2
在时间点t3处，正灰度电压Vd11＝Vd11(数据)＝2.5V，它被写入象素电极Pe。与此同时，灰度电压Vd12＝0V。当TFT n11的正极侧为开启时，象素电极Pe处电压VL为-2.5V，在灰度电压Vd11(数据)被写入象素电极Pe，之后，象素电极Pe处电压VL为2.5。此时，在写入完成之前负极边的TFT n’11必须保持为关闭状态。
具体地，
Vg12-Min(Vd12，VL)＜Vth0+⊿              式3
由于Vg12＝-V0+V1＝-2.5+V1；Min(Vd12，VL)＝0；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式3变换为如下形式。
V1＜4.5
在时间点t4处，当象素电极Pe的电压VL为2.5V时，TFT n’11必须关闭。因此，如同在时间t1处的式3在此处同样使用
Vg12-Min(Vd12，VL)＜Vth0-⊿             式3
由于Vg12＝-2.5+V1；Min(Vd12，VL)＝0；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式3变换为如下形式：
V1＜0.5
在时间点t5处，当象素电极Pe的电压VL为2.5V，电压Vg12为0V时，TFT n’11必须关闭。
Vg12-Min(Vd12，VL)＜Vth0-⊿           式3
由于Vg12＝-2.5+V1；Min(Vd12，VL)＝-2.5；Vth0-⊿＝2，用这些值代换可将式3变换为如下形式。
V1＜2
在时间点t6处，正灰度电压Vd12＝Vd12(数据)＝-2.5V。当TFT n’11为开启时，象素电极Pe电压VL为2.5V，当最大灰度电压Vd12(数据)被写入象素电极Pe后，象素电极Pe电压VL＝Vd12(数据)＝-2.5V。在写入完成之前TFT n’11必须保持为开启状态。
具体地，
Vg12-Min(Vd12，VL)＞Vth0+⊿             式4
由于Vg12＝V2；Min(Vd12，VL)＝-2.5；Vth0+⊿＝4，用这些值代换可将式4变换为如下形式。
V2＞1.5
因此，施加在负极边的n沟道型TFT n’11上的提供负电压的栅脉冲Vgm2(on)所需满足的条件为V1＜2并且V2＞1.5。
这样，提供正电压的栅脉冲Vg11(on)具有最小电压幅值V0+V1+V2＝2.5+0.5+4＝7V，施加负电压的栅脉冲Vg12(on)具有最小电压幅值V0+V1(＝0)+V2＝2.5+1.5＝4V，而阈值电压Vth0＝3V，其波动范围⊿为1V。即，正极性驱动电路系统和负极电路驱动系统均可采用7V的电压供给。
一般来说，当TFT的关电流几乎不连续时，正极边TFT nmn的电压V1增加，负极边TFT n’mn的电压V1减小。当开电流很小时，由于与保持积累电荷的特性和数据写入速度相关联的理由，正TFTnmn和负TFT n’mn的电压V2都要增加。相反，在本实施方案中，由于能使用低驱动电压，TFT的栅氧化薄膜可以做薄，这样提高以上所述所关心的性能。因此，可以使电压V1，V2达到最小，进而使供应电压降低。
[第三实施方案]
参照图5和图6描述本发明第三实施方案的TFT LCD及其驱动方法。图5为等效电路，与第一实施方案中图1和第二实施方案中图3所示相似，它示出了本实施方案TFT LCD的示意性结构。除了第二实施方案中TFT LCD的正极性TFT nmn和负极性TFT n’mn的n沟道型为p沟道型TFT pmn和TFT p’mn所代替，本实施方案的TFTLCD与第二实施方案的结构相同。与第二实施方案类似功能和操作的元件用相同标号，在此就不再赘述。
以象素P11作为例，象素P11由两个薄膜晶体管构成，即，一个p沟道TFT p11和一个p沟道TFT p’11，其中，TFT p11作为正压TFT在象素电极Pe上施加具有正极性的数据电压，TFT p’11作为负压TFT在象素电极Pe上施加具有负极性的数据电压。
TFT p11的漏极D与象素极Pe相连，其源极S与提供正电压的数据总线Ld11相连；其栅极G与提供正电压的栅总线Lg11相连。
TFT p’11的漏极D与提供负电压的数据总线Ld12相连，其源极S与象素电极Pe相连；其栅极G与提供负电压的栅总线Lg11相连。其余的象素Pmn与之结构相同。
图6显示了本实施方案中提供正电压的栅脉冲Vgm1(on)和提供负电压的栅脉冲Vgm2(on)的优化电平(电压)。图6表示了在TFT LCD帧反转驱动过程中栅电压Vg、灰度电压Vd和公共电压Vcom之间的关系，其TFT LCD的反转驱动的条件与第二实施方案中图4的条件相同。
第二实施方案对TFT n11的描述适用于提供正电压的栅脉冲Vg11(on)的幅度，它是由正极性驱动电路系统施加在TFT p11栅极G上的，正如图6所示在时间轴t之上，但极性相反。第二实施方案对TFT n’11的描述适用于提供负电压的栅脉冲Vg12(on)的幅度，它是由负极性驱动电路系统施加在TFT p’11栅极G上的，正如图6所示在时间轴t之下，但极性相反。
很明显，从以上所述可以得出，正极电路驱动系统和负极电路驱动系统均可采用7V的电压供给，而阈值电压Vth0＝3V，波动范围⊿＝1V。实施方案2中的效果均可达到。
正如以上所述，在实施本发明的模型中，栅总线驱动电路用来驱动有源矩阵型LCD的象素，由于其栅脉冲输出的脉冲高度能被减小，栅总线驱动电路可以采用低电压。这样可以使数据总线驱动电路采用低电压，能耗就可以降低了。况且，供应电压低就可以使栅氧化薄膜变更薄，这样就可以使晶体管在低阈值电压Vth波动的情况下高速运行(即具有高传输电导)。阈值电压Vth波动的降低又可以使驱动电压进一步降低。进而，可以使施加在源和漏之间的电压降低，这样就可以形成具有源和漏之间的较小耐电压的晶体管结构的TFT，更易于制造。
由于在实施本发明的模型中，每个象素的晶体管和布线的数量都增加了，就必须注意孔隙率的降低。然而，可以通过使用精细布线图来抑制孔隙率的降低。在反射型LCD情形中，象素电极Pe采用的是诸如铝这样导电、高反射率的金属，不会发生孔隙率的降低，因为TFT和总线位于象素电极Pe的背面。
虽然在实施本发明的模型中，TFT LCD的每个总线均有复式驱动系统，但是如果用低温多晶生产工艺将外围电路集成的话，生产成本不会因为每个总线采用复式系统而增加，因为每个总线驱动系统和象素区都是在玻璃衬底上同时形成的。
本发明不受以上所述实施模型的限制，可以进行各种修改。
例如，虽然实施本发明的模型根据透射型LCD描述，本发明也可以不受其限制，而采用反射型LCD和半透射型LCD。
虽然描述本发明的模型时，采用p-Si作为半导体有源层的TFT，本发明也可以不受其限制，明显适用于采用a-Si(非晶硅)作为半导体有源层的TFT。
虽然在实施本发明的模型中，采用了低温多晶硅生产工艺将外围电路集成到LCD上，但是本发明可以不受其限制。本发明也可用到这样的LCD中：其中一些或所有外围电路都分别从其上形成有象素TFT的玻璃衬底上形成，并用TAB安装或COG安装来布线。
如上所述，本发明可以降低象素TFT的驱动电压。

Claims (6)

1.一种液晶显示器，包括：
液晶电容，通过在彼此面对面的电极之间夹持液晶而形成；
正极性驱动电路系统，它通过在电极之间施加正极性电压，给液晶电容充上正电荷；以及
负极性驱动电路系统，它与正极性驱动电路系统分开地提供，通过在电极之间施加负极性电压，给液晶电容充上负电荷；
其中彼此面对面的电极具有：
象素电极，它设置在具有液晶电容的多个象素的每一个上；以及
公共电极，它面向每个象素电极，二者之间填有液晶，以向其提供公共电压；
其中象素具有：
施加正压TFT，它给象素电极施加正极性电压；以及
施加负压TFT，它给象素电极施加负极性电压；
其中施加正压TFT和施加负压TFT的沟道的导电类型是相同的；
其中施加正压TFT的栅极电压的工作范围与施加负压TFT的栅极电压的工作范围不同；
其中保持施加正压TFT关断的电势与保持施加负压TFT关断的电势不同；以及
保持施加正压TFT导通的电势与保持施加正压TFT关断的电势之间的电势差，与保持施加负压TFT导通的电势与保持施加负压TFT关断的电势之间的电势差不同。
2.根据权利要求1的液晶显示器，其中正极性驱动电路系统具有：
施加正压栅总线，它向施加正压TFT的栅极输出施加正压栅脉冲；
施加正压数据总线，它向施加正压TFT的源或漏极输出具有正极性的数据电压；
其中负极性驱动电路系统具有：
施加负压栅总线，它向施加负压TFT的栅极输出施加负压栅脉冲；
施加负压数据总线，它向施加负压TFT的源或漏输出具有负极性的数据电压。
3.根据权利要求2的液晶显示器，其中正极性驱动电路系统具有：
用于正极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加正压栅总线输出施加正压栅脉冲；
用于正极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加正压数据总线输出具有正极性的数据电压；
其中负极性驱动电路系统具有：
用于负极性驱动的栅总线驱动电路，它向施加负压栅总线输出施加负压栅脉冲；
用于负极性驱动的数据总线驱动电路，它向施加负压数据总线输出具有负极性的数据电压。
4.根据权利要求1的液晶显示器，其中施加正压TFT和施加负压TFT的沟道的导电类型为n型。
5.根据权利要求1的液晶显示器，其中施加正压TFT和施加负压TFT的沟道的导电类型为p型。
6.根据权利要求1的液晶显示器，其中正极性驱动电路系统和负极性驱动电路系统集成地形成在一个绝缘衬底上，在该衬底上形成每一个电极。
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