显示器驱动方法,显示器件和显示装置的制作方法
专利名称：显示器驱动方法,显示器件和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及，例如，用在有源矩阵系统显示图像情况的显示的驱动方法；特别涉及，在其上根据上述的显示驱动方法设置的矩阵中排列的像素驱动单元等的衬底装置，和适合于上述显示驱动方法的显示装置。
背景技术：
应用有源矩阵系统的液晶显示装置被广泛用在，例如，液晶投影装置、液晶显示器等装置中。
在根据上述有源矩阵系统的所描述的液晶显示装置中，多个像素单元驱动电路，其中每个像素单元驱动电路都包括一个从金属氧化物的制造(MOS)的晶体管和连接到所述像素开关的像素电容器形成的像素开关，例如以排列成矩阵的方式形成在半导体衬底上。简单地说，沿着水平方向(行)设置多个扫描行，同时沿着竖直方向(列)设置多个数据行。另外，将象素单元驱动电路连接在扫描行和数据行之间各交点相对应的位置上。而且，其上形成共用电极的相对衬底(opposing substrate)设置成与半导体衬底相对，并且在半导体衬底和相对衬底之间灌封液晶。用这样的结构形成液晶显示装置下面简要说明上述液晶显示器装置的图像显示驱动方法。
对设置在水平方向中的扫描行，例如在各水平扫描周期连续地施加预定电平的电压。即，进行扫描行的顺序扫描。此时，连接到正在被扫描的扫描行的多个像素开关被置于接通状态。同时，在一个水平扫描周期内驱动数据行。即，基于数据的电压被施加到每个数据行上。在此应注意的是，通常进行，根据向数据行连续施加数据的所谓的顺序驱动系统的数据行驱动。
使用这种方式施加的数据积累成为通过被置于上述接通状态的这些像素开关的电荷，并充电到相对应的像素电容。即，进行向一个水平线路的像素单元的数据写入。在进行这样的数据写入后，在每个像素电容中累积的电荷和向相对应的相对(opposing)电极施加的Vcom(common voltage共用电压)之间出现电位差，并且在像素电容和相对电极之间封装的液晶被这个电位差激励。即，进行了象素单元的驱动。
每一次连续扫描各扫描行，进行每个扫描行的这样的像素单元的驱动，从而例如对一个屏幕，显示图像。
另外，在液晶显示装置的显示驱动中，通常进行的驱动的方式是这样的，防止由于向液晶施加直流电压使得液晶性能变坏。作为一种这样的交流驱动系统，已知一种极性颠倒驱动(polarity reversal driving)，其中，象素数据被颠倒到，相对于驱动每个像素的Vcom的正极性侧和负极性侧。对于颠倒驱动的定时，有帧颠倒(frame reversal)法，其中以帧为单位颠倒极性；行颠倒(line reversal)法，其中对每个水平行颠倒极性；点颠倒(dot reversal)法，其中对每个像素单元(点)颠倒极性，等。
顺便提及的是，在最近几年里，加强了并正在加强增加液晶显示装置的清晰度和小型化。但是，在这种情况中，因为每个单位面积的像素数目的增加，必然是，向像素电容中写入数据信号的允许时间周期变短。因此，由于在允许的时间周期中，将数据信号写入到必要电位的失效，故而引发了色调不足、颜色发暗和颜色再现性退化等问题。
为了消除上述问题，必须将驱动速率提高到高于以往的。为此，作为对策能够举出，例如，不仅要增加每次的扫描或驱动的扫描行数目，而且向每个像素开关施加较高门电压。据此，以较高速率进行每个像素的刷新。
但是，向每个数据行施加的图像数据信号，围绕上述Vcom，在预定正极性最大幅值电平和预定复极性最大幅值电平之间的范围内，在预定定时变化。例如，在多数情况下像素开关由N沟道型晶体管或P沟道型晶体管构成的，并且此时，为了防止接通电阻的增加造成的数据信号写入速率下降，必须施加比图像数据信号的幅值高的门极电压。
因此，如果根据上述情况施加更高电平的门极电压，那么必须应用能形成较高耐压性能的晶体管的半导体工艺(process)的规范。
例如，如果为了提高液晶显示装置的分辨率或小型化液晶显示装置增加单位面积的像素数目，则单个像素单元的大小变小，并因此，例如每个像素开关的尺寸变小。但是，根据半导体工艺的特点，在晶体管的尺寸变小时，晶体管的耐压性能不得不降低。
在另一方面，如果要在半导体工艺中增加耐压性能，那么晶体管等元件的尺寸必须增加。因此，根据原因，即，上面提到的尺寸的增加，使得确保像素电容等困难，增加液晶显示装置的分辨率和小型化液晶显示装置是相当困难的。即，小型化和耐压的增加是相互矛盾的。另外，因为涉及到从当前规范修改半导体工艺的规范，所以，增加耐压在成本消耗方面也是不利的。
但是，如果对像素开关采用互补金属氧化物半导体配置，则门极耐压可以设定到高于正极性或负极性信号幅值的门极耐压。但是，在此情况中，因为互补金属半导体晶体管形式的晶体管体积变大，所以取得分辨率增加和小型化是困难的，并且相似地要求高的成本。另外，特别是因为连接到扫描行和数据行的像素开关的结电容增加，所以提高向像素电容写入数据的速度变得困难。
另外，在液晶显示装置采用N沟道型或P沟道型晶体管来作为像素开关时，则由所谓的反馈偏压效应来调高门极阈值电压。因此，即使是施加一定规定的门极电压，所述提高的门极阈值电压使得有效的门极电压范围变窄。如果用这样减小范围的门极电压驱动液晶，则使得液晶与驱动电压的作用范围变窄，并相当大地损坏色调表现性能。
因此，作为消除上述液晶显示装置特性的这个问题的一种方法，向上述像素开关施加较高的门极电压是一种可能方案。但是，如果试图现实这一点，则如上所述，相似地出现半导体工艺中的问题。
在考虑上述这些问题时，将像素开关晶体管的耐压保持为半导体工艺中标准那样，并且能够允许施加比以往高的门极电压进行显示驱动是理想的。
本发明公开因此，根据本发明，考虑到上述问题，以下述方式构成显示驱动方法。
特别是，在一种显示元件中，多个扫描行和，被用来供给与像素数据相对应的数据信号并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路，在这样的显示元件的显示驱动方法中，进行以下步骤用第一幅值电平起始施加扫描信号电压的扫描步骤，所述第一幅值电平在基于开关元件的耐压特性的允许电平内，向数据行施加预定电平的预充电电压的预充电步骤开始在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加之后并在起始向数据行供给数据前，幅值变换步骤，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，将用第一幅值电平施加的扫描信号电压变换到比第一幅值高的第二幅值电平。
同时，以下述方式配置显示元件，在所述显示元件中，多个扫描行和，被用来供给与像素数据相对应的数据信号并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路。
特别是，配置所述显示元件使得它包括扫描行驱动装置，用于供给扫描扫描行的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后并在起始向数据行供给数据之前，用于向数据行施加预定电平的预充电电压，和所述扫描行驱动装置，在由于施加预充电电压而产生的电位的保持周期内的预定定时内，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压和向扫描行施加扫描信号电压。
另外，以下述方式配置显示装置。
特别是，它包括其上形成显示元件的半导体衬底；与半导体衬底相对的具有共用电极的相对衬底；和在半导体衬底和相对衬底之间的液晶层。
所述显示元件包括像素单元驱动装置，其中多个扫描行和被用来供给与像素数据相对应的数据信号的并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路，扫描行驱动装置，用于供给对扫描行进行扫描的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加之后并在起始向数据行供给数据之前，向数据行施加预定电平的预充电电压，和扫描行驱动装置，在由于施加充电电压而产生的电位的保持周期内的预定定时内，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并且向扫描行施加扫描信号电压。
用上述配置，可在基于开关元件的耐压特性的允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平，例如高于允许电平的第二幅值电平之间，变换扫描扫描行使用的电压。
因此，在用在耐压内的第一幅值电平的扫描信号电压首先起始扫描行的扫描后，在进行通过数据行驱动供给数据信号前的定时上，进行数据行的预充电。然后，将扫描信号电压转变成第二幅值电平。但是，在这个时间点上，在像素电容中产生与预充电电压相对应的电位。因此，即使是向开关元件施加超过耐压的第二幅值电平，在开关元件的终端之间也能够产生不超过耐压的电位差。
附图简要说明
图1是本发明实施例的液晶显示装置的配置例子的电路图；图2是颠倒极性的数据信号波形图；图3是本发明液晶显示装置显示驱动定时图；图4是本实施例中的驱动器内部配置例子电路图；和图5A-5D是驱动器操作的波形图。
本发明的最佳实施方式在下面说明本发明实施例。在实施中，采用在各种影像装置中用的有源矩阵型的液晶显示装置，并且作为例子，给出例如用液晶投影装置为首(开始beging with)的电子装置。
图1是本发明实施例的液晶显示装置的配置例子图。
图中示出的液晶显示装置1具有普通的基本结构，其中，在半导体衬底(显示元件)上形成在矩阵中排列的以至少是像素单元驱动电路为首的所要求的电路。而且，液晶显示装置1具有，在其上形成共用电极的相对衬底被设置得与半导体衬底相对的关系和在半导体衬底和相对的电极之间封装液晶的结构。
在本实施例中，形成反射型的液晶显示元件，此时，半导体衬底例如用硅材料(Si)制造。在这个半导体衬底上，在水平方向形成扫描行LV1-LVm，竖直方向形成数据行LH1-LHn。另外，像素单元驱动电路10形成和排列 在以这种方式在矩阵中排列的扫描行和数据行的交点上，而且，形成扫描驱动器2和数据驱动器4。
首先，参照图1的例子中的虚线包围的位置，说明在半导体衬底上形成的像素单元驱动电路10的电路配置。
如图所示，一个像素单元驱动电路10包括像素开关SW，像素电容器C和像素电极。
像素开关SW具有例如N-沟道的晶体管结构。像素开关SW的门极连接到扫描行LV1，同时像素电路的漏极连接数据行LH1。
同时，像素开关SW的源极连接到像素电容C的终端。像素电容的另一个终端接地。另外，在像素开关SW的源极和像素电容C之间的节点连接到像素电极P。
此时，在水平方向(行)排列预定复数数目的扫描行(门线路)LV1-LVm，同时在竖直方向设置预定复数数目的数据行LH1-LHn，使得扫描行和数据行排列成矩阵。另外，例如，像素单元驱动电路10之一以上述连接形式连接在扫描行LV1和数据行LH1之间的交点位置上。而且，也排列和形成了其他的像素单元驱动电路10，它们以相似的方式在其他扫描行LV2-LVm和数据行LH2-LHn之间的交点各自连接。这样，像素单元驱动电路10排列在根据扫描行和数据行排列的行和列方向的矩阵中。
另外，在用上述方式形成的半导体衬底上，在矩阵中排列了像素单元驱动电路10的像素电极P。
另外，形成施加共用电压Vcom的共用电极P的相对衬底设置得，与带有上述方式排列的像素单元驱动电路10的半导体衬底相对应。另外，在半导体衬底和相对衬底之间封装液晶LC。本实施例的整个液晶显示装置1被配置成上述结构。
在本实施例的半导体衬底上形成扫描驱动器2和数据驱动器4的电路。
设置扫描驱动器2进行竖直方向的各行扫描。特别是，为了进行图像显示，对每个水平扫描作周期，以扫描行LV1→LV2...LVm的顺序，输出扫描信号的脉冲电压(扫描脉冲)，在竖直方向连续地扫描扫描行。
为此，扫描驱动器2包括，例如如图所示，垂直移位寄存器3和与扫描行的数目m一致的m个驱动器YV1-YVm。
垂直起始信号VST和垂直时钟信号VCK被输入到垂直移位寄存器3。垂直起始信号VST例如在与帧周期相对应的定时输出，并且它是表示在一帧作周期内的垂直扫描起始的信号。同时，垂直时钟信号VCK是在每个水平扫描周期的定时输出的时钟信号。
响应垂直起始信号VST开始垂直扫描的指令，垂直移位寄存器3开始扫描信号的移位。另外，根据垂直时钟信号VCK的输入定时进行输出的位移。
因此，垂直移位寄存器3为响应垂直起始信号VST首先输出扫描信号V1，然后在一个水平扫描周期的定时连续地从扫描信号V2到Vm输出垂直扫描信号。
上述方式连续地输出的扫描信号V1-Vm被分别输入到驱动器YV1-YVm，并分别被驱动器YV1-YVm转换成所要求电压电平的扫描脉冲，并作为所要求电压电平的扫描脉冲从驱动器YV1-YVm输出到扫描行LV1-LVm。
这样，如上所述，可获得用于每个水平扫描周期的向扫描行LV1-LVm连续输出扫描脉冲的操作。因此，例如如果向扫描行LV1施加了扫描脉冲，那么向连接到扫描行LV1的多个像素开关SW的门极施加，预定电平的门电压。从而开通像素开关SW。
应注意的是，在本实施例中，幅值比耐压高的门电压能够施加到像素开关。在进行这样的驱动时，根据数据信号的极性，驱动器YV1-YVm进行扫描脉冲的输出电平的转换。这在下面说明。
设置数据驱动器4以驱动数据行LH1-LHn。也就是说，数据驱动器4向数据行LH1-LHn输出数据信号。
此时，数据驱动器4包括水平移位寄存器5、与数据行的数目n相对应的n个驱动器YH1-YHn、n个抽样开关SSW1-SSWn、n个预充电开关PSW1-PSWn。例如，由也与像素开关相似的N沟道的晶体管形成抽样开关SSW1-SSWn和预充电开关PSW1-PSWn。
扫描信号H1-Hn的输出线路从水平移位寄存器5伸出，以致扫描信号H1-Hn的输出分别输入到YH1-YHn。驱动器YH1-YHn的输出分别连接到抽样开关SSW1-SSWn的门极。
数据信号SIG输入到抽样开关SSW1-SSWn的漏极。另外，抽样开关SSW1-SSWn的源极分别连接到数据行LH1-LHn。
而且，在本实施例中，进行驱动使得高于耐压的门电压能够施加到上述的像素开关。与此相对应，本实施例中的数据驱动器包括，在要求的定时预充电数据行和像素电容的预充电电路系统。
此时的预充电电路系统包括预充电开关PSW1-PSWn。预充电开关PSW1-PSWn的门极共同地连接到预充电定时信号PCHG，预充电开关PSW1-PSWn的漏极共同地连接到预充电压Vpre。另外，预充电开关PSW1-PSWn的源极分别连接到数据行LH1-LHn。
以下述方式进行数据驱动器4的驱动数据行的操作。应注意，在此不说明，但是在下面说明预充电电路系统的操作，在此仅说明数据驱动器4的数据行驱动的基本操作。
水平起始信号HST和水平时钟信号HCK被输入到数据驱动器4中的水平移位寄存器5。
在扫描驱动器2起始某个扫描行的扫描的时间点上，从起始点的预定的定时开始每个水平线路的数据行的驱动，并且用上述的水平起始信号HST作为表示一个水平线路的数据行驱动的起始的信号。
同时，水平时钟信号HCK是具有所谓像素频率的时钟，这个像素频率与连续扫描形成一个水平行的像素的周期相对应。
在水平起始信号HST表示的定时，水平移位寄存器5起始扫描信号的输出。即，水平移位寄存器5进行扫描信号H1的输出。因此，在每个后来的水平扫描周期内，水平移位寄存器5根据水平时钟信号HCK的定时，移位扫描信号，连续输出扫描信号H2-Hn。应注意，扫描信号的信号波形，具有与水平时钟信号HCK的周期相对应的脉冲宽度。
这样连续输出的扫描信号H1-Hn分别被输入到驱动器YH1-YHn，被驱动器YH1-YHn转换成预定电平的电压，并作为门电压连续施加到抽样开关SSW1-SSWn。因此，在输出扫描信号H1-Hn的脉冲的周期内，抽样开关SSW1-SSWn被置于并呈现接通状态。换句话说，根据扫描信号H1-Hn的输出定时，抽样开关SSW1-SSWn连续地被置于接通状态。
在此，向抽样开关SSW1-SSWn的漏极施加数据信号SIG。数据信号SIG具有与像素数据相对应的电压值。
然后，在以上述方式扫描信号H1-Hn的输出定时，抽样开关SSW1-SSWn分别连续被置于接通状态时，从抽样开关SSW1-SSWn的漏极，通过抽样开关SSW1-SSWn源极，向数据行LH1-LHn分别施加数据信号SIG。
此时，因为连接到扫描激活(active)的某个扫描行的像素开关SW是导通状态，所以与连续施加到数据行LH1-LHn的数据相对应的电荷，分别被累积到在扫描行和数据行LH1-LHn之间的交点上的像素单元驱动电路10的像素电容C中。即，进行数据的抽样(写入)。
在这样向其进行数据抽样每个像素电容C中，产生与累积的电荷相对应的电位，这个电位也产生在连接到相同像素开关SW的源极的像素电极P中在施加共用电压Vcom的共用电极设置得与像素电极P相对，它们之间注入液晶LC的情况下，在以上述方式描述的像素电极P中产生与数据相对应的电位时，则根据在像素电极P的电位和共用电压Vcom之间的电位差，在像素电极P和共用电极之间的液晶LC被激励了。即，像素单元被驱动以单元为单位进行显示。
另外，因为如技术上周知的，施加直流驱动会损坏液晶，所以通常的做法是，使用交流向液晶施加电压。因此，本实施例的液晶显示装置中，也施加交流驱动液晶。为此，在本实施例中，与共用电压Vcom的直流电压相同的电压被施加到相对电极侧的情况下，以交流波形形式施加数据信号。
特别是，作为本实施例的数据信号，相对于共用电压Vcom，最大到正极性侧的最大值Vpmax的范围内变化的正极性信号，和相对于共用电压Vcom提供的中心电平，最大到共用电压Vcom负极性侧上的最大值Vnmax的另一范围内变化的负极性信号以在图2所示的预定定时交替输出。
应注意，虽然可以用对每个帧颠倒交流信号的帧颠倒法，对每个水平行颠倒交流信号的行颠倒法，和每个像素(点)颠倒交流信号的点颠倒法等确定，向液晶施加的颠倒(reversal)的交流信号的定时，但是，本发明的显示驱动的颠倒法不特别限于其中任何一种。然而应注意，在此实施例说明中使用的是帧颠倒法。
在用上述配置的本实施例的液晶显示装置进行图像显示驱动时，在门和源极以及门和漏极之间施加在耐压范围内的电压的情况下，对每个像素开关SW施加比额定的耐压高的门电压。因此，在像素开关不被高于耐压的电压击穿的情况下，能够向像素开关施加足够高的门电压。
在下面说明，进行(achieving)向像素开关施加这样的门极电压操作的图像显示驱动。
图3示出，作为本实施例的液晶显示装置1的图像显示操作的，在一个水平扫描周期内驱动定时的图表。应注意，这个图说明在扫描图1所示的扫描行LVm时的驱动定时。
参见此图，一个水平扫描周期H是一个在其内输出图3的(a)中示出的水平时钟信号HCK，即，HCK(0)-HCK(N+15)的周期。应注意，在此与水平时钟信号HCK的一个周期相对应的周期被称为像素扫描周期Px。另外，如图3的(f)所示，在HCK(1)-HCK(N+17)周期内，作为预定电平的电压，输出扫描信号Vm。在扫描信号Vm被驱动器YVm转换成预定电压电平并输出到扫描行LVm时，在HCK(1)......HCK(N+17)周期内连接到扫描行LVm的像素开关SW呈现出接通状态。
另外，在图3的(c)中示出的极性信号PID代表数据信号的极性的情况下，在数据信号的极性将被颠倒时，在一个水平扫描周期H内，在水平时钟信号HCK(1)的时间点上，根据颠倒的状态，它从H电平改变为L电平，或从L电平改变为H电平。这里，在数据信号具有正极性时，极性信号PID具有H电平，在数据信号具有负极性时，极性信号PID具有L电平。
这里，从在水平扫描周期H开始的HCK(0)到HCK(15)的16个像素的扫描周期是一个未进行向像素单元写入数据的水平消隐周期HBL。因此，在这个周期内的数据信号SIG保持中心电平的共用电压Vcom，如图3(e)所示此时，在水平消隐周期HBL的后一半中的HCK(7)到HCK(15)的周期内，预充电定时信号PCHG以图3的(b)所示的方式，从L电平提升到预定的H电平。因此，门极电压被施加到在数据驱动器4中的预充电开关PSW1到PSWn的门极，而且也使得预充电开关PSW1到PSWn一度导电。
在预充电开关PSW1到PSWn一度导电后，预充电电压Vpre通过这些开关的漏极-源极被施加到数据行LH1到LHn。此时，因为连接到扫描行LVm的像素开关SW已经在导通状态，所以，与预充电电压Vpre相对应的电荷积累进连接到像素开关SW的像素电容C中。另外，预充电电压Vpre也将数据行LH1-LHn本身预充电。即，预充电电压Vpre在数据行LH1-LHn中产生一定电位。
应注意，可以根据像素开关SW的门极耐压性能和向像素开关的门极施加高于门极耐压的电压电平等，任意地设定预充电电压Vpre。而且，预充电电压Vpre不需要一定具有固定电平，而是，在本实施例通过帧颠倒法对每个帧的数据信号的极性颠倒时，最好是，预充电电压Vpre的电平应根据数据信号的极性变换。
另外，在水平消隐周期HBL内的HCK(9)定时上锁住极性信号PID。然后，在水平时钟信号HCK(15)的定时，预充电定时信号PCHG降低到L电平时，向数据行施加预充电电压Vpre结束。应注意，即使在施加预充电电压Vpre到达终点后，预充电操作在像素电容C和数据行中产生的电位仍被保持，例如，直到完全放电后为止。
然后，在HCK(16)-HCK(17)随后周期内输出作为在图3的(d)中示出的水平起始信号HST的脉冲时，水平移位寄存器5，以水平时钟信号HCK的定时，移位并输出水平起始信号HST。因此，如在图3的(g)，(h)，(i)中示出的，在一个像素扫描周期的定时上连续地输出扫描信号H1，H2，...，Hn。此时，在扫描信号H1，H2，...，Hn这样连续输出时，在扫描信号H1，H2，...，Hn输出的定时上，数据信号SIG连续地被施加到数据行LH1，LH2，...，LHn在图3的(e)中示出了这时的数据信号SIG。
例如，在扫描信号H1被输出和数据行LH1被驱动的HCK(18)的周期内，输出表示为“#1”的数据信号SIG。因此，在这个周期内，数据信号(#1)被写入到位于扫描行LVm和数据行LH1之间的交点上的像素单元驱动电路的像素电容C中。从而，进行了位于扫描行LVm和数据行LH1之间的交点上的像素单元的驱动。
在进行这样的像素单元的驱动到水平时钟信号HCK(N+17)的数据信号(#N)时，进行与扫描行LVm相对应的一个水平行的像素显示。即，进行行显示(line display)。
然后，因为每次在一个帧周期内连续扫描扫描行LV1-LVm都进行一个水平扫描周期的这样的操作，所以，显示一个帧的图像。而且，在连续进行每个帧周期的这样的操作时，连续显示了图像。
图4示出在扫描驱动器2和数据驱动器4中提供的各驱动器(YV1-YVm和YH1-YHn)的内部配置的例子。驱动器(YV1-YVm和YH1-YHn)共同采用图中示出的配置。
这里虽然省略这些电路的各部分的详细连接形式和详细功能的说明，但是，能够识别出，N-沟道晶体管或P沟道晶体管以图所示的方式被连接，此外，作为操作电源电压，AVD1或AVD2被连接到所需的晶体管，并且所需的晶体管接地(GND)或连接到共用电压Vcom，从而形成驱动器电路。
在这样形成的驱动器电路中，扫描信号输入到输入端IN。而且，通过锁住极性信号PID而获得的信号被输入到PID输入端PIDCN。此时，从输出端VOUT可获得输出电压。
更具体地说，例如在扫描驱动器2的驱动器YV1中，从垂直移位寄存器3向输入端IN输入扫描信号V1，并且从输出端VOUT获得从扫描行LV1向像素开关SW门极供给的输出电压。同时，例如，在数据驱动器4的驱动器YH1中，从水平移位寄存器5向输入端IN输入扫描信号H1，并且在输出端VOUT获得向抽样开关SSW1的门极供给的输出电压。另外，从PID输入端PIDCN来的供给到各驱动器的信号，控制在电压AVD1和另一个电压AVD2之间的电压电平的转换，这两个电压在下面说明。
图5A-5D的波形图示出图4的驱动器的操作。向输入端IN输入，如图5C所示的，相对于接地电位(GND)的预定电压VDD的电平的扫描信号。另外，如图5D所示，通过锁住输入到PID输入端PIDCN的极性信号PID而获得的信号，在锁住的电平是L电平时，呈现接地电位，但在锁住的电平是H电平时，呈现电压VDD电平。
另外，如图5B所示，根据输入到输入端IN的扫描信号的定时的波形出现在图4的电路中向其输出VCENT的线上。即，在扫描信号具有接地电位时，信号VCENT具有共用电压Vcom，但是在扫描信号上升到VDD电位时，信号VCENT上升到AVD1电平。
在此，如图5A所示，相对于接地电位GND的共用电压Vcom，电压AVD1和AVD2的关系是GND＜Vcom＜AVD1＜AVD2。如上面所说，共用电压Vcom是施加到相反电压(opposing voltage)上的电压电平。而且，电压AVD1是基本等于像素开关SW的晶体管的门极耐压的电平，并且是，即使在电压AVD1施加到像素开关SW上，用它耐压不被超过的电平。相对照，AVD2电压的电平高于像素开关SW的晶体管的门极耐压。
此时，在输出端VOUT上获得的电压电平，以图5A的方式，根据输入到PID输入端PIDCN的锁住信号的电平变化。
特别是，从图5A的波形可见到，在锁住信号有L电平时，在时间t1前或时间t2后输出电压AVD1的电平。另一方面，如图5波形可见到，在锁住信号具有H电平时，在从时间t1到t2的周期内输出电压AVD2的电平。
即，在数据信号的极性为负极性(锁住信号＝L)时，在本实施例中的驱动器输出等于或小于门极耐压的电压AVD1，而在数据信号的极性为正极性(锁住信号＝H)时，输出比门极耐压高的电压AVD2。
应注意，在图4所示的驱动器中，为了能够在AVD1和AVD2之间变换从输出端VOUT输出的电压电平，用AVD1和AVD2电压作为电源电压。但是，根据图4的连接方案，形成驱动器的各晶体管的门-漏和门-源极电压保持在电压AVD1内，因此，比这个高的电压AVD2并不施加到晶体管。
因此，也可以形成构成各驱动器的各晶体管，例如具有相似于像素开关SW的门耐压。基于此，例如，可以使用相似的半导体工艺来产生，形成驱动器的晶体管和形成像素开关的晶体管，因此，相当大地提高了制造半导体衬底的效率。
另外，在本实施例中，上述的根据锁住信号，在AVD1和AVD2之间变换输出电平的驱动器操作，与帧颠倒法和涉及在水平消隐周期内的预充电操作的显示驱动定时相结合，实现本发明独特的下述操作。
首先，依据在扫描驱动器2侧的驱动器(YV1-YVm)操作，能够驱动各像素开关SW，使得在像素开关SW门极和衬底之间施加比门极耐压高的门极电压之下，在像素开关SW的门极和漏极以及门极和源极之间施加的电压被包括在耐压电平内。也就是说，在像素开关不被超过耐压的电压击穿的情况下，高于耐压的门极电压能够施加到像素开关SW上。
另外，依据在数据驱动器4侧上的驱动器(YH1-YHn)的操作，能够通过施加比门极耐压高的门极电压开/关取样开关SSW1-SSWn。
例如，假设以图3的定时图表中的水平时钟信号HCK(1)的定时，图3的(c)所示的极性信号PID从L电平颠倒到H电平。这对应的状态是，在包括前水平扫描周期的前帧周期内极性为负极的数据信号，颠倒到在包括当前水平扫描周期的当前帧周期内的正极。
此时，直到以水平时钟信号HCK(9)的定时，颠倒的极性的极性信号PID被锁住后，L的电平的锁住信号才输入到驱动器的PID输入端PIDCN上，如图3的(j)所示。因此，如图3的(f)所示，从驱动器YVm向扫描行LVm施加电压AVD1。因此，此时，连接到扫描行LVm的各像素开关SW在导通状态此时，如果水平时钟信号HCK(7)的预充电周期然后起始，则在如上所述的某时进行数据行LH1-LHn的预充电，结果，在连接到扫描行LVm的每个像素开关SW的源极和漏极之间的电位被拉到与预充电电压Vpre基本相等的电位。
此时，在相同的预充电周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时，极性信号PID被锁住，并且在这时，图3的(j)示出的锁住信号从L电平颠倒到H电平。根据这个颠倒，如图3(f)所示，驱动器YVm从电压AVD1向AVD2变换输出电平。
因此，向连接到扫描行LVm的像素开关SW施加比门极耐压高的电平电压。但是，因为在到HCK(7)和HCI(8)的预充电周期前半部分内，用预充电电压Vpre已进行了预充电，所以用下式表示，每个像素开关SW的门-源极电压Vgs和门漏极电压Vgd，这里用Vg代表施加到门极的门极电压，Vgs＝Vgd＝Vg-Vpre(表达式1)。
即，虽然向门板施加了比耐压高的电压AVD2，但是能够将门-源和门极电压Vgs-漏极电压Vgd控制到门耐压内的电平上。
在数据驱动器4侧的驱动器YH1-YHn与上述的驱动器YVm工作相似，并在极性信号PID的锁住信号具有H电平时输出电压AVD2，但是在极性信号PID的锁住信号具有L电平时，输出电压AVD1。
此时，在驱动器YH1-YHm分别根据扫描信号H1-Hn的输入输出电压AVD2时，通过在上述前预先充电周期内的预充电操作，数据行LH1-LHn处在向预充电电压Vpre的电位充电的状态，或处在向基于向其施加的正极性数据的电位放电的状态。
因此，用上述的表达式1也表示出，作为门极电压施加了驱动器YH1-YHn的输出的，各抽样开关SSW1-SSWn的门-源极电压Vgs和门-漏极电压Vgd，。即，向各抽样开关SSW1-SSWn施加了作为门极电压的比耐压高的电压AVD2，门-源极电压Vgs和门-漏极电压Vgd也具有在门极耐压内的电平与此相对照，如果在前水平扫描周期(前帧)内具有正极性的数据信号在当前水平扫描周期(当前帧)内颠倒成负极性，此时，图3的(c)示出的极性信号，在水平时钟信号HCK(1)的定时，从H电平颠倒到L电平，则进行下面的操作。
此时，因为在前水平扫描周期中，直到在当前水平扫描周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时的L电平的极性信号PID被锁住后，数据信号SIG具有正极性，所以，H电平的锁住信号仍然保持输入到在扫描驱动器2中的驱动器YVm的PID输入端PIDCN上。因此，到在水平扫描周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时，高于耐压的电压AVD2继续从驱动器YVm输出。但是，此时，因为与在前周期中已经写入到像素电容C的数据相对应的电荷正在被放电，用Vg表示门极电压，并用Vsig表示在数据信号的写入后像素电容保持的电位，所以，用下式表示像素开关SW的门-源极电压Vgs，并且能够防止门-源极电压Vgs超过耐压电平。
Vgs＝Vg-Vsig(表达式2)另外，也能用下式表示门-漏极电压Vgd。
Vgd＝Vg-Vpre(表达式3)因此，因为在数据行中保持前水平周期内预先充电的电位，所以，可防止门-漏极电压Vgd超过耐压。
另外，关于抽样开关SSW1-SSWn也是这样，因为在水平消隐周期HBL内数据信号SIG具有与共用电压Vcom相等的电压，所以在源极和漏极之间的一侧电位等于共用电压Vcom，而另一侧的电位为与在数据行中出现的预先充电电压相对应的电位。因此，即使是向门极施加高于耐压的电压AVD2，也没有问题。
此时，在当达到水平时钟信号HCK(9)的定时而L电平的极性信号PID被锁住后，从在扫描驱动器2中的驱动器YVm输出电压AVD1。因此，然后进行行扫描使得可用电压AVD1的电平来开通每个像素开关SW。
如果数据信号具有负极性，则例如图2示出的负极性的最大值Vnmax例如是0电压电平。但是，在写入有这样绝对低的数据信号时，如果施加高于耐压的电压AVD2，则像素开关SW受到比耐压高的电压所支配。因此，在本实施例，将输出电平转变使得在数据信号具有负极性时，可以如上所述地施加在耐压内的电压AVD1。
另外，因为在数据驱动器侧上的驱动器YH1-YHn也工作，使得也以相似方式施加电压AVD1，所以即使是写入0等电压电平的数据信号，抽样开关SSW1-SSWn也不会受到比耐压高的电压。
这样一来，在本实施例中，在至少防止像素开关被电子击穿的情况下，能够向像素开关施加比耐压高的电平电压。因此，降低了像素开关的晶体管的接通电阻，提高了它们的电导性(electric conduction)。
其结果，能容易地取得比以往高的向像素电容写入的速度。
此外，在本实施例中，因为使得电位差出现在预充电数据行和像素电容的电位与门极电压之间，使得能够施加比耐压高的门极电压，在制造像素开关等半导体工艺(semiconductor process)中能够使用相似于前有技术的耐压。换句话说，为了形成升高耐压的半导体工艺(semiconductor process)而不增加像素开关的大小。
由此，例如如果假设可以向像素开关施加与现有技术相似的电压电平，则可以降低在半导体工艺中的耐压，并且当耐压降低时，能够降低半导体工艺的大小(size)。
从上述可知，能够说，在采用本实施例的显示驱动方法时，当半导体器件具有与现有技术相似的耐压和大小(size)时，则能够施加比耐压高的电压，实现比以往高的数据写入速度。因此，能够容易地实现高的更新速率，液晶显示装置的分辨率的提高和小型化能够比以往更容易地实现。
另外，因为在能实现较高速度写入的情况下能够使用与现有技术相似的半导体器件，所以，在与新设计和开发的高耐压的半导体工艺的其他情况中的显示驱动方法比较时，本实施例的方法在成本方面是也有优越性的。
另外，如果通过施加与现有技术中的等同的门极电压，数据写入的速度可以与现有技术等同，则因为能够进一步减小半导体处理器件大小，所以，在要求与现有技术等同的性能时，能够容易提供较小体积的显示装置。
另外，从液晶显示装置衬底器件的特征可知，在以像素开关等为主(beginning with)的半导体衬底上形成的晶体管元件上施加反馈偏压(backbias)。例如，即使施加约12伏门电压，由于反馈偏压，晶体管元件也仅在例如减小到0-8伏的范围有效地工作。例如，如果像素开关的门极电压幅度范围像上述那样变窄，则根据数据信号的电位的变化宽度降低，并因此，像素开关不能被驱动以充分地激励(extract，可能是excited激励)液晶的特性。
另外，技术上周知，在电压施加到液晶上活跃地激励液晶时，液晶另外具有相对于施加电压的阈值电压，如图2所示。也就是说，为了引起液晶工作使得它的传输因子(transmission factor)根据施加的电压变化，施加的电压必须施加在高于阈值电压的预定范围内，。这也使得能够有效驱动液晶的门极电压范围变窄。
如果驱动液晶的幅值范围这样被窄化，则这降低色调的表现。特别是在用全色显示图像的液晶显示装置中，如果色调表现不足，则颜色的再现性(reproducibility)低。
因此，如果使用本实施例的配置使得向像素开关施加较高电平的门极电压，则由于反馈偏压和液晶阈值电压的影响而造成的幅值范围的降低，能够被补偿，并因此，能够容易地提高色调表现性能和颜色再现性。
顺便地说，根据上述实施例的配置，在数据信号SID具有负极性时，不施加比耐压高的门极电压。这是基于以下的原理。
向像素电容的写入数据的速度确定液晶显示装置的最大频率。
在此，例如如果取N沟道晶体管为例，则如果将数据信号的电压设定的高，那么根据N沟道晶体管的特性，在门极和源极之间的电位差变小，并因此，晶体管的接通电阻变得很高。因此，被写入数据的像素电容的充电和放电速度降低。也就是说，在数据信号是正极性和电压电平变高时，则数据写入速度降低。在另一方面，在数据信号具有负极性和低的电平时，在门极和源极之间的足够电位差被获得，并因此，高的数据写入速度本来是可能的。即，在数据信号具有负极性时，没有必要故意地采用增加速度的配置。
关于与数据写入速度相对应的数据写入时间周期，用正极性的数据信号写入时间周期和用负极性的数据信号写入时间周期一起被认为是一致的(asa unit是一个单位)。因此，如果考虑到上述情况，为了提高数据写入速度，在数据信号是正极性信号和电压电平高时，要求提高数据写入速度。因此，在本实施例中，仅在数据信号具有正极性时，施加比耐压高的门极电压，以实现数据写入速度的增加。
应注意，为了确认，在这里说明，虽然在现有技术中也施加预充电，但是这样的常规预充电仅用于，为了减少和优化向像素电容充电和从其放电的电量，通过仅将数据行预充电到一定电压电平的数据写入时。
相对照，本实施例包括驱动器，它在上述指定的定时进行预充电操作和能够在耐压内的电压AVD1和高于耐压的电压AVD2之间变换输出电平，并用变换驱动器的输出电平的各种信号进行定时控制等，施加比耐压高的门极电压，从而促进数据写入速度的增加。
另外，本发明不限于上述实施例的配置。例如，对于像素开关、抽样开关等晶体管元件和形成驱动器的晶体管元件，除了N沟道或P沟道晶体管外，也能够使用例如CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管。
另外，在上述实施例中，扫描驱动器2和数据驱动器4的输出电压电平均从电压AVD1到电压AVD2变换，但是，在扫描驱动器2和数据驱动器4之间的电平电压也可以不同。
而且，在上述实施例中，如从图3(a)和(f)可见，在施加预充电电压Vpre的预充电周期PCH内，进行从电压AVD1到电压AVD2的电压电平变换，但是AVD1h和AVD2之间的变换也可以不一定在施加预充电Vpre的周期内进行。
特别是，例如即使在施加预充电电压Vpre的周期结束后，在像素电容C和数据行中预充电产生的电位保持高于固定电平的周期内的定时，也可以进行从电压AVD1到AVD2的电压电平变换。从实施例的上述说明能够认识到，预充电电压Vpre施加的目的是，在进行从电压AVD1到AVD2的电压电平变换前产生，在像素电容C和数据行中保持比固定电平高的电位的状态。因此，用上述的变换定时，也能恰当获得施加比耐压高的门极电压的操作。
而且，在上述实施例中，先决条件是，通过根据数据信号颠倒定时，设定预充电定时等，用帧颠倒法对每个帧颠倒数据信号，但是也能够用，一些其他的颠倒方法，例如行颠倒或点颠倒法来施加显示驱动。也能够用这些方法的一些相组合的颠倒方法。
如上所述，根据本发明，能够向驱动像素单元的开关元件(像素开关)施加比耐压高的扫描信号电压(门极电压)，同时，例如将在开关元件的预定终端之间的电位差被限制在耐压内。例如，在这样施加比耐压高的扫描信号时，能够显著地降低开关元件的接通电阻，以致能够以较高速度进行向像素电容充电和从其放电。
例如，根据现有技术，如果要想施加较高扫描信号电压，则必须修改显示元件的半导体器件的规范，使得显示元件可以具有较高耐压，这在成本消耗方面是个缺点。而且，不可避免地导致半导体工艺的大小的增加。然而根据本发明，在半导体器件规范保持不变的情况下，向像素电容写入数据的速度能够进一步提高。因此，根据本发明，容易实现单位面积的像素数目的增加产品品种，能够促进，通过增加液晶显示装置的分辨率来提高图像质量和液晶显示装置的小型化。
另外，如果假设数据写入速度等于现有技术的，即，扫描信号电压与现有技术的相同，则半导体器件能够进一步减小尺寸，在小型化方面本发明是很优越的。
另外，因为能够补偿，由于所谓的反馈偏压效应造成的扫描信号电压的范围的窄化，所以能够向像素电容施加高精确度的数据信号。这样一来，能够改善色调表现性能和颜色再现性，并提供具有较高图像质量的显示装置。
权利要求
1.一种显示元件的显示驱动方法，在所述显示元件中，多个扫描行和，用与像素数据相对应的数据信号供给的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成，通过向所述扫描行施加的扫描信号电压，向像素电容供给数据信号的通路，特征在于进行以下步骤用第一幅值电平起始施加扫描信号电压的扫描步骤，所述第一幅值电平在基于所述开关元件的耐压特性的允许电平内，向数据行施加预定电平的预充电压的预充电步骤，预充电步骤在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向所述数据行供给数据前，幅值变换步骤，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，将用第一幅值电平施加的扫描信号电压变换到比第一幅值高的第二幅值电平。
2.根据权利要求1的显示驱动方法，特征在于在向数据信号开关元件的开/关控制信号终端施加开/关控制信号电压时进行以下步骤，其中所述数据信号开关元件根据扫描所述数据行的定时，开/关向数据行供给数据信号的电路电平幅值转变步骤，在施加第一幅值电平的扫描信号电压时，施加第三幅值电平的开/关控制信号电压，所述第三幅值电平在基于所述数据信号开关元件耐压特性的允许电平内，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，施加比第三幅值电平高的第四幅值电平的开/关控制信号电压。
3.一种显示元件，其中多个扫描行和，被供给与像素数据相对应的数据信号的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在一个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成，通过向所述扫描行施加的扫描信号电压，向像素电容供给数据信号的通路，特征在于此种显示元件包括扫描行驱动装置，用于供给扫描所述扫描行的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向所述数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向数据行供给数据前，向数据行施加预定电平的预充电电压，和所述扫描行驱动装置，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并向所述扫描行施加扫描信号电压。
4.根据权利要求3的显示元件，特征在于此种显示元件包括数据信号开关元件，它设置开/关向所述数据行供给数据信号的通路，和开关元件驱动装置，用于施加，根据数据信号的扫描定时控制数据信号开关元件开/关的开/关控制信号电压，所述开关元件驱动装置能够在基于数据信号开关的耐压特性的允许电平内的第三幅值电平和高于第三幅值的第四幅值电平之间切换开/关控制信号电压，和在施加第三幅值电平的扫描信号电压时，所述开关元件驱动装置输出第三幅值电平，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，输出第四幅值电平。
5.根据权利要求3的显示元件，特征在于所述显示元件是反射型的
6.一种显示装置，特征在于此种显示装置包括在其上形成显示元件的半导体衬底，与半导体衬底相对的具有共用电极的相对衬底，和在所述半导体衬底和相对衬底之间的液晶；所述显示元件包括像素单元驱动装置，其中多个扫描行和，被供给与像素数据相对应的数据信号的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，形成向所述像素电容供给数据信号的电路扫描行驱动装置，用于供给对扫描行进行扫描的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向数据行供给数据前，向所述数据行施加预定电平的预充电电压，和扫描行驱动装置，在保持预充电产生的电位的周期内的预定定时上，在基于开关元件的耐压特性的允许电平内的第一幅值和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并且向扫描行施加扫描信号电压。
7.根据权利要求6的显示装置，特征在于此种显示装置包括数据信号开关元件，设置用于开/关向所述数据行供给数据信号的电路，和开关元件驱动装置，用于施加，根据数据信号的扫描定时，控制数据信号开关元件开/关的开/关控制信号电压，所述开关元件驱动装置能够，在基于数据信号开关的耐压特性的允许电平内的第三幅值电平和高于第三幅值的第四幅值电平之间切换开/关控制信号电压，和在施加第一幅值电平的扫描信号电压时，所述开关元件驱动装置输出第三幅值电平，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，输出第四幅值电平。
8.根据权利要求6的显示装置，特征在于所述显示元件是反射型的
全文摘要
选择地使用用于扫描扫描行的两个电压，即，低于开关元件门极击穿电压的AVD1和高于门极击穿电压的AVD2。在起始用AVD1扫描扫描行后，对数据行进行预充电。然后，扫描电压被改变成AVD2。在这个改变上，在像素电容中产生与预充电电压相对应的电压。因此，即使是向像素开关施加高于门极击穿电压的AVD2，也能够在开关元件的终端之间产生不超过击穿电压的电位差。
文档编号G09G3/36GK1473319SQ02802902
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月8日 优先权日2001年8月8日
发明者折井俊彦, 秋元修, 安部仁, 横仓彻 申请人:索尼公司
技术领域：
本发明涉及，例如，用在有源矩阵系统显示图像情况的显示的驱动方法；特别涉及，在其上根据上述的显示驱动方法设置的矩阵中排列的像素驱动单元等的衬底装置，和适合于上述显示驱动方法的显示装置。
背景技术：
应用有源矩阵系统的液晶显示装置被广泛用在，例如，液晶投影装置、液晶显示器等装置中。
在根据上述有源矩阵系统的所描述的液晶显示装置中，多个像素单元驱动电路，其中每个像素单元驱动电路都包括一个从金属氧化物的制造(MOS)的晶体管和连接到所述像素开关的像素电容器形成的像素开关，例如以排列成矩阵的方式形成在半导体衬底上。简单地说，沿着水平方向(行)设置多个扫描行，同时沿着竖直方向(列)设置多个数据行。另外，将象素单元驱动电路连接在扫描行和数据行之间各交点相对应的位置上。而且，其上形成共用电极的相对衬底(opposing substrate)设置成与半导体衬底相对，并且在半导体衬底和相对衬底之间灌封液晶。用这样的结构形成液晶显示装置下面简要说明上述液晶显示器装置的图像显示驱动方法。
对设置在水平方向中的扫描行，例如在各水平扫描周期连续地施加预定电平的电压。即，进行扫描行的顺序扫描。此时，连接到正在被扫描的扫描行的多个像素开关被置于接通状态。同时，在一个水平扫描周期内驱动数据行。即，基于数据的电压被施加到每个数据行上。在此应注意的是，通常进行，根据向数据行连续施加数据的所谓的顺序驱动系统的数据行驱动。
使用这种方式施加的数据积累成为通过被置于上述接通状态的这些像素开关的电荷，并充电到相对应的像素电容。即，进行向一个水平线路的像素单元的数据写入。在进行这样的数据写入后，在每个像素电容中累积的电荷和向相对应的相对(opposing)电极施加的Vcom(common voltage共用电压)之间出现电位差，并且在像素电容和相对电极之间封装的液晶被这个电位差激励。即，进行了象素单元的驱动。
每一次连续扫描各扫描行，进行每个扫描行的这样的像素单元的驱动，从而例如对一个屏幕，显示图像。
另外，在液晶显示装置的显示驱动中，通常进行的驱动的方式是这样的，防止由于向液晶施加直流电压使得液晶性能变坏。作为一种这样的交流驱动系统，已知一种极性颠倒驱动(polarity reversal driving)，其中，象素数据被颠倒到，相对于驱动每个像素的Vcom的正极性侧和负极性侧。对于颠倒驱动的定时，有帧颠倒(frame reversal)法，其中以帧为单位颠倒极性；行颠倒(line reversal)法，其中对每个水平行颠倒极性；点颠倒(dot reversal)法，其中对每个像素单元(点)颠倒极性，等。
顺便提及的是，在最近几年里，加强了并正在加强增加液晶显示装置的清晰度和小型化。但是，在这种情况中，因为每个单位面积的像素数目的增加，必然是，向像素电容中写入数据信号的允许时间周期变短。因此，由于在允许的时间周期中，将数据信号写入到必要电位的失效，故而引发了色调不足、颜色发暗和颜色再现性退化等问题。
为了消除上述问题，必须将驱动速率提高到高于以往的。为此，作为对策能够举出，例如，不仅要增加每次的扫描或驱动的扫描行数目，而且向每个像素开关施加较高门电压。据此，以较高速率进行每个像素的刷新。
但是，向每个数据行施加的图像数据信号，围绕上述Vcom，在预定正极性最大幅值电平和预定复极性最大幅值电平之间的范围内，在预定定时变化。例如，在多数情况下像素开关由N沟道型晶体管或P沟道型晶体管构成的，并且此时，为了防止接通电阻的增加造成的数据信号写入速率下降，必须施加比图像数据信号的幅值高的门极电压。
因此，如果根据上述情况施加更高电平的门极电压，那么必须应用能形成较高耐压性能的晶体管的半导体工艺(process)的规范。
例如，如果为了提高液晶显示装置的分辨率或小型化液晶显示装置增加单位面积的像素数目，则单个像素单元的大小变小，并因此，例如每个像素开关的尺寸变小。但是，根据半导体工艺的特点，在晶体管的尺寸变小时，晶体管的耐压性能不得不降低。
在另一方面，如果要在半导体工艺中增加耐压性能，那么晶体管等元件的尺寸必须增加。因此，根据原因，即，上面提到的尺寸的增加，使得确保像素电容等困难，增加液晶显示装置的分辨率和小型化液晶显示装置是相当困难的。即，小型化和耐压的增加是相互矛盾的。另外，因为涉及到从当前规范修改半导体工艺的规范，所以，增加耐压在成本消耗方面也是不利的。
但是，如果对像素开关采用互补金属氧化物半导体配置，则门极耐压可以设定到高于正极性或负极性信号幅值的门极耐压。但是，在此情况中，因为互补金属半导体晶体管形式的晶体管体积变大，所以取得分辨率增加和小型化是困难的，并且相似地要求高的成本。另外，特别是因为连接到扫描行和数据行的像素开关的结电容增加，所以提高向像素电容写入数据的速度变得困难。
另外，在液晶显示装置采用N沟道型或P沟道型晶体管来作为像素开关时，则由所谓的反馈偏压效应来调高门极阈值电压。因此，即使是施加一定规定的门极电压，所述提高的门极阈值电压使得有效的门极电压范围变窄。如果用这样减小范围的门极电压驱动液晶，则使得液晶与驱动电压的作用范围变窄，并相当大地损坏色调表现性能。
因此，作为消除上述液晶显示装置特性的这个问题的一种方法，向上述像素开关施加较高的门极电压是一种可能方案。但是，如果试图现实这一点，则如上所述，相似地出现半导体工艺中的问题。
在考虑上述这些问题时，将像素开关晶体管的耐压保持为半导体工艺中标准那样，并且能够允许施加比以往高的门极电压进行显示驱动是理想的。
本发明公开因此，根据本发明，考虑到上述问题，以下述方式构成显示驱动方法。
特别是，在一种显示元件中，多个扫描行和，被用来供给与像素数据相对应的数据信号并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路，在这样的显示元件的显示驱动方法中，进行以下步骤用第一幅值电平起始施加扫描信号电压的扫描步骤，所述第一幅值电平在基于开关元件的耐压特性的允许电平内，向数据行施加预定电平的预充电电压的预充电步骤开始在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加之后并在起始向数据行供给数据前，幅值变换步骤，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，将用第一幅值电平施加的扫描信号电压变换到比第一幅值高的第二幅值电平。
同时，以下述方式配置显示元件，在所述显示元件中，多个扫描行和，被用来供给与像素数据相对应的数据信号并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路。
特别是，配置所述显示元件使得它包括扫描行驱动装置，用于供给扫描扫描行的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后并在起始向数据行供给数据之前，用于向数据行施加预定电平的预充电电压，和所述扫描行驱动装置，在由于施加预充电电压而产生的电位的保持周期内的预定定时内，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压和向扫描行施加扫描信号电压。
另外，以下述方式配置显示装置。
特别是，它包括其上形成显示元件的半导体衬底；与半导体衬底相对的具有共用电极的相对衬底；和在半导体衬底和相对衬底之间的液晶层。
所述显示元件包括像素单元驱动装置，其中多个扫描行和被用来供给与像素数据相对应的数据信号的并且与扫描行相垂直延伸的数据行设置在某个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成通过向所述扫描行施加的扫描信号电压从而向像素电容供给数据信号的通路，扫描行驱动装置，用于供给对扫描行进行扫描的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加之后并在起始向数据行供给数据之前，向数据行施加预定电平的预充电电压，和扫描行驱动装置，在由于施加充电电压而产生的电位的保持周期内的预定定时内，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并且向扫描行施加扫描信号电压。
用上述配置，可在基于开关元件的耐压特性的允许电平内的第一幅值电平和高于第一幅值电平，例如高于允许电平的第二幅值电平之间，变换扫描扫描行使用的电压。
因此，在用在耐压内的第一幅值电平的扫描信号电压首先起始扫描行的扫描后，在进行通过数据行驱动供给数据信号前的定时上，进行数据行的预充电。然后，将扫描信号电压转变成第二幅值电平。但是，在这个时间点上，在像素电容中产生与预充电电压相对应的电位。因此，即使是向开关元件施加超过耐压的第二幅值电平，在开关元件的终端之间也能够产生不超过耐压的电位差。
附图简要说明
图1是本发明实施例的液晶显示装置的配置例子的电路图；图2是颠倒极性的数据信号波形图；图3是本发明液晶显示装置显示驱动定时图；图4是本实施例中的驱动器内部配置例子电路图；和图5A-5D是驱动器操作的波形图。
本发明的最佳实施方式在下面说明本发明实施例。在实施中，采用在各种影像装置中用的有源矩阵型的液晶显示装置，并且作为例子，给出例如用液晶投影装置为首(开始beging with)的电子装置。
图1是本发明实施例的液晶显示装置的配置例子图。
图中示出的液晶显示装置1具有普通的基本结构，其中，在半导体衬底(显示元件)上形成在矩阵中排列的以至少是像素单元驱动电路为首的所要求的电路。而且，液晶显示装置1具有，在其上形成共用电极的相对衬底被设置得与半导体衬底相对的关系和在半导体衬底和相对的电极之间封装液晶的结构。
在本实施例中，形成反射型的液晶显示元件，此时，半导体衬底例如用硅材料(Si)制造。在这个半导体衬底上，在水平方向形成扫描行LV1-LVm，竖直方向形成数据行LH1-LHn。另外，像素单元驱动电路10形成和排列 在以这种方式在矩阵中排列的扫描行和数据行的交点上，而且，形成扫描驱动器2和数据驱动器4。
首先，参照图1的例子中的虚线包围的位置，说明在半导体衬底上形成的像素单元驱动电路10的电路配置。
如图所示，一个像素单元驱动电路10包括像素开关SW，像素电容器C和像素电极。
像素开关SW具有例如N-沟道的晶体管结构。像素开关SW的门极连接到扫描行LV1，同时像素电路的漏极连接数据行LH1。
同时，像素开关SW的源极连接到像素电容C的终端。像素电容的另一个终端接地。另外，在像素开关SW的源极和像素电容C之间的节点连接到像素电极P。
此时，在水平方向(行)排列预定复数数目的扫描行(门线路)LV1-LVm，同时在竖直方向设置预定复数数目的数据行LH1-LHn，使得扫描行和数据行排列成矩阵。另外，例如，像素单元驱动电路10之一以上述连接形式连接在扫描行LV1和数据行LH1之间的交点位置上。而且，也排列和形成了其他的像素单元驱动电路10，它们以相似的方式在其他扫描行LV2-LVm和数据行LH2-LHn之间的交点各自连接。这样，像素单元驱动电路10排列在根据扫描行和数据行排列的行和列方向的矩阵中。
另外，在用上述方式形成的半导体衬底上，在矩阵中排列了像素单元驱动电路10的像素电极P。
另外，形成施加共用电压Vcom的共用电极P的相对衬底设置得，与带有上述方式排列的像素单元驱动电路10的半导体衬底相对应。另外，在半导体衬底和相对衬底之间封装液晶LC。本实施例的整个液晶显示装置1被配置成上述结构。
在本实施例的半导体衬底上形成扫描驱动器2和数据驱动器4的电路。
设置扫描驱动器2进行竖直方向的各行扫描。特别是，为了进行图像显示，对每个水平扫描作周期，以扫描行LV1→LV2...LVm的顺序，输出扫描信号的脉冲电压(扫描脉冲)，在竖直方向连续地扫描扫描行。
为此，扫描驱动器2包括，例如如图所示，垂直移位寄存器3和与扫描行的数目m一致的m个驱动器YV1-YVm。
垂直起始信号VST和垂直时钟信号VCK被输入到垂直移位寄存器3。垂直起始信号VST例如在与帧周期相对应的定时输出，并且它是表示在一帧作周期内的垂直扫描起始的信号。同时，垂直时钟信号VCK是在每个水平扫描周期的定时输出的时钟信号。
响应垂直起始信号VST开始垂直扫描的指令，垂直移位寄存器3开始扫描信号的移位。另外，根据垂直时钟信号VCK的输入定时进行输出的位移。
因此，垂直移位寄存器3为响应垂直起始信号VST首先输出扫描信号V1，然后在一个水平扫描周期的定时连续地从扫描信号V2到Vm输出垂直扫描信号。
上述方式连续地输出的扫描信号V1-Vm被分别输入到驱动器YV1-YVm，并分别被驱动器YV1-YVm转换成所要求电压电平的扫描脉冲，并作为所要求电压电平的扫描脉冲从驱动器YV1-YVm输出到扫描行LV1-LVm。
这样，如上所述，可获得用于每个水平扫描周期的向扫描行LV1-LVm连续输出扫描脉冲的操作。因此，例如如果向扫描行LV1施加了扫描脉冲，那么向连接到扫描行LV1的多个像素开关SW的门极施加，预定电平的门电压。从而开通像素开关SW。
应注意的是，在本实施例中，幅值比耐压高的门电压能够施加到像素开关。在进行这样的驱动时，根据数据信号的极性，驱动器YV1-YVm进行扫描脉冲的输出电平的转换。这在下面说明。
设置数据驱动器4以驱动数据行LH1-LHn。也就是说，数据驱动器4向数据行LH1-LHn输出数据信号。
此时，数据驱动器4包括水平移位寄存器5、与数据行的数目n相对应的n个驱动器YH1-YHn、n个抽样开关SSW1-SSWn、n个预充电开关PSW1-PSWn。例如，由也与像素开关相似的N沟道的晶体管形成抽样开关SSW1-SSWn和预充电开关PSW1-PSWn。
扫描信号H1-Hn的输出线路从水平移位寄存器5伸出，以致扫描信号H1-Hn的输出分别输入到YH1-YHn。驱动器YH1-YHn的输出分别连接到抽样开关SSW1-SSWn的门极。
数据信号SIG输入到抽样开关SSW1-SSWn的漏极。另外，抽样开关SSW1-SSWn的源极分别连接到数据行LH1-LHn。
而且，在本实施例中，进行驱动使得高于耐压的门电压能够施加到上述的像素开关。与此相对应，本实施例中的数据驱动器包括，在要求的定时预充电数据行和像素电容的预充电电路系统。
此时的预充电电路系统包括预充电开关PSW1-PSWn。预充电开关PSW1-PSWn的门极共同地连接到预充电定时信号PCHG，预充电开关PSW1-PSWn的漏极共同地连接到预充电压Vpre。另外，预充电开关PSW1-PSWn的源极分别连接到数据行LH1-LHn。
以下述方式进行数据驱动器4的驱动数据行的操作。应注意，在此不说明，但是在下面说明预充电电路系统的操作，在此仅说明数据驱动器4的数据行驱动的基本操作。
水平起始信号HST和水平时钟信号HCK被输入到数据驱动器4中的水平移位寄存器5。
在扫描驱动器2起始某个扫描行的扫描的时间点上，从起始点的预定的定时开始每个水平线路的数据行的驱动，并且用上述的水平起始信号HST作为表示一个水平线路的数据行驱动的起始的信号。
同时，水平时钟信号HCK是具有所谓像素频率的时钟，这个像素频率与连续扫描形成一个水平行的像素的周期相对应。
在水平起始信号HST表示的定时，水平移位寄存器5起始扫描信号的输出。即，水平移位寄存器5进行扫描信号H1的输出。因此，在每个后来的水平扫描周期内，水平移位寄存器5根据水平时钟信号HCK的定时，移位扫描信号，连续输出扫描信号H2-Hn。应注意，扫描信号的信号波形，具有与水平时钟信号HCK的周期相对应的脉冲宽度。
这样连续输出的扫描信号H1-Hn分别被输入到驱动器YH1-YHn，被驱动器YH1-YHn转换成预定电平的电压，并作为门电压连续施加到抽样开关SSW1-SSWn。因此，在输出扫描信号H1-Hn的脉冲的周期内，抽样开关SSW1-SSWn被置于并呈现接通状态。换句话说，根据扫描信号H1-Hn的输出定时，抽样开关SSW1-SSWn连续地被置于接通状态。
在此，向抽样开关SSW1-SSWn的漏极施加数据信号SIG。数据信号SIG具有与像素数据相对应的电压值。
然后，在以上述方式扫描信号H1-Hn的输出定时，抽样开关SSW1-SSWn分别连续被置于接通状态时，从抽样开关SSW1-SSWn的漏极，通过抽样开关SSW1-SSWn源极，向数据行LH1-LHn分别施加数据信号SIG。
此时，因为连接到扫描激活(active)的某个扫描行的像素开关SW是导通状态，所以与连续施加到数据行LH1-LHn的数据相对应的电荷，分别被累积到在扫描行和数据行LH1-LHn之间的交点上的像素单元驱动电路10的像素电容C中。即，进行数据的抽样(写入)。
在这样向其进行数据抽样每个像素电容C中，产生与累积的电荷相对应的电位，这个电位也产生在连接到相同像素开关SW的源极的像素电极P中在施加共用电压Vcom的共用电极设置得与像素电极P相对，它们之间注入液晶LC的情况下，在以上述方式描述的像素电极P中产生与数据相对应的电位时，则根据在像素电极P的电位和共用电压Vcom之间的电位差，在像素电极P和共用电极之间的液晶LC被激励了。即，像素单元被驱动以单元为单位进行显示。
另外，因为如技术上周知的，施加直流驱动会损坏液晶，所以通常的做法是，使用交流向液晶施加电压。因此，本实施例的液晶显示装置中，也施加交流驱动液晶。为此，在本实施例中，与共用电压Vcom的直流电压相同的电压被施加到相对电极侧的情况下，以交流波形形式施加数据信号。
特别是，作为本实施例的数据信号，相对于共用电压Vcom，最大到正极性侧的最大值Vpmax的范围内变化的正极性信号，和相对于共用电压Vcom提供的中心电平，最大到共用电压Vcom负极性侧上的最大值Vnmax的另一范围内变化的负极性信号以在图2所示的预定定时交替输出。
应注意，虽然可以用对每个帧颠倒交流信号的帧颠倒法，对每个水平行颠倒交流信号的行颠倒法，和每个像素(点)颠倒交流信号的点颠倒法等确定，向液晶施加的颠倒(reversal)的交流信号的定时，但是，本发明的显示驱动的颠倒法不特别限于其中任何一种。然而应注意，在此实施例说明中使用的是帧颠倒法。
在用上述配置的本实施例的液晶显示装置进行图像显示驱动时，在门和源极以及门和漏极之间施加在耐压范围内的电压的情况下，对每个像素开关SW施加比额定的耐压高的门电压。因此，在像素开关不被高于耐压的电压击穿的情况下，能够向像素开关施加足够高的门电压。
在下面说明，进行(achieving)向像素开关施加这样的门极电压操作的图像显示驱动。
图3示出，作为本实施例的液晶显示装置1的图像显示操作的，在一个水平扫描周期内驱动定时的图表。应注意，这个图说明在扫描图1所示的扫描行LVm时的驱动定时。
参见此图，一个水平扫描周期H是一个在其内输出图3的(a)中示出的水平时钟信号HCK，即，HCK(0)-HCK(N+15)的周期。应注意，在此与水平时钟信号HCK的一个周期相对应的周期被称为像素扫描周期Px。另外，如图3的(f)所示，在HCK(1)-HCK(N+17)周期内，作为预定电平的电压，输出扫描信号Vm。在扫描信号Vm被驱动器YVm转换成预定电压电平并输出到扫描行LVm时，在HCK(1)......HCK(N+17)周期内连接到扫描行LVm的像素开关SW呈现出接通状态。
另外，在图3的(c)中示出的极性信号PID代表数据信号的极性的情况下，在数据信号的极性将被颠倒时，在一个水平扫描周期H内，在水平时钟信号HCK(1)的时间点上，根据颠倒的状态，它从H电平改变为L电平，或从L电平改变为H电平。这里，在数据信号具有正极性时，极性信号PID具有H电平，在数据信号具有负极性时，极性信号PID具有L电平。
这里，从在水平扫描周期H开始的HCK(0)到HCK(15)的16个像素的扫描周期是一个未进行向像素单元写入数据的水平消隐周期HBL。因此，在这个周期内的数据信号SIG保持中心电平的共用电压Vcom，如图3(e)所示此时，在水平消隐周期HBL的后一半中的HCK(7)到HCK(15)的周期内，预充电定时信号PCHG以图3的(b)所示的方式，从L电平提升到预定的H电平。因此，门极电压被施加到在数据驱动器4中的预充电开关PSW1到PSWn的门极，而且也使得预充电开关PSW1到PSWn一度导电。
在预充电开关PSW1到PSWn一度导电后，预充电电压Vpre通过这些开关的漏极-源极被施加到数据行LH1到LHn。此时，因为连接到扫描行LVm的像素开关SW已经在导通状态，所以，与预充电电压Vpre相对应的电荷积累进连接到像素开关SW的像素电容C中。另外，预充电电压Vpre也将数据行LH1-LHn本身预充电。即，预充电电压Vpre在数据行LH1-LHn中产生一定电位。
应注意，可以根据像素开关SW的门极耐压性能和向像素开关的门极施加高于门极耐压的电压电平等，任意地设定预充电电压Vpre。而且，预充电电压Vpre不需要一定具有固定电平，而是，在本实施例通过帧颠倒法对每个帧的数据信号的极性颠倒时，最好是，预充电电压Vpre的电平应根据数据信号的极性变换。
另外，在水平消隐周期HBL内的HCK(9)定时上锁住极性信号PID。然后，在水平时钟信号HCK(15)的定时，预充电定时信号PCHG降低到L电平时，向数据行施加预充电电压Vpre结束。应注意，即使在施加预充电电压Vpre到达终点后，预充电操作在像素电容C和数据行中产生的电位仍被保持，例如，直到完全放电后为止。
然后，在HCK(16)-HCK(17)随后周期内输出作为在图3的(d)中示出的水平起始信号HST的脉冲时，水平移位寄存器5，以水平时钟信号HCK的定时，移位并输出水平起始信号HST。因此，如在图3的(g)，(h)，(i)中示出的，在一个像素扫描周期的定时上连续地输出扫描信号H1，H2，...，Hn。此时，在扫描信号H1，H2，...，Hn这样连续输出时，在扫描信号H1，H2，...，Hn输出的定时上，数据信号SIG连续地被施加到数据行LH1，LH2，...，LHn在图3的(e)中示出了这时的数据信号SIG。
例如，在扫描信号H1被输出和数据行LH1被驱动的HCK(18)的周期内，输出表示为“#1”的数据信号SIG。因此，在这个周期内，数据信号(#1)被写入到位于扫描行LVm和数据行LH1之间的交点上的像素单元驱动电路的像素电容C中。从而，进行了位于扫描行LVm和数据行LH1之间的交点上的像素单元的驱动。
在进行这样的像素单元的驱动到水平时钟信号HCK(N+17)的数据信号(#N)时，进行与扫描行LVm相对应的一个水平行的像素显示。即，进行行显示(line display)。
然后，因为每次在一个帧周期内连续扫描扫描行LV1-LVm都进行一个水平扫描周期的这样的操作，所以，显示一个帧的图像。而且，在连续进行每个帧周期的这样的操作时，连续显示了图像。
图4示出在扫描驱动器2和数据驱动器4中提供的各驱动器(YV1-YVm和YH1-YHn)的内部配置的例子。驱动器(YV1-YVm和YH1-YHn)共同采用图中示出的配置。
这里虽然省略这些电路的各部分的详细连接形式和详细功能的说明，但是，能够识别出，N-沟道晶体管或P沟道晶体管以图所示的方式被连接，此外，作为操作电源电压，AVD1或AVD2被连接到所需的晶体管，并且所需的晶体管接地(GND)或连接到共用电压Vcom，从而形成驱动器电路。
在这样形成的驱动器电路中，扫描信号输入到输入端IN。而且，通过锁住极性信号PID而获得的信号被输入到PID输入端PIDCN。此时，从输出端VOUT可获得输出电压。
更具体地说，例如在扫描驱动器2的驱动器YV1中，从垂直移位寄存器3向输入端IN输入扫描信号V1，并且从输出端VOUT获得从扫描行LV1向像素开关SW门极供给的输出电压。同时，例如，在数据驱动器4的驱动器YH1中，从水平移位寄存器5向输入端IN输入扫描信号H1，并且在输出端VOUT获得向抽样开关SSW1的门极供给的输出电压。另外，从PID输入端PIDCN来的供给到各驱动器的信号，控制在电压AVD1和另一个电压AVD2之间的电压电平的转换，这两个电压在下面说明。
图5A-5D的波形图示出图4的驱动器的操作。向输入端IN输入，如图5C所示的，相对于接地电位(GND)的预定电压VDD的电平的扫描信号。另外，如图5D所示，通过锁住输入到PID输入端PIDCN的极性信号PID而获得的信号，在锁住的电平是L电平时，呈现接地电位，但在锁住的电平是H电平时，呈现电压VDD电平。
另外，如图5B所示，根据输入到输入端IN的扫描信号的定时的波形出现在图4的电路中向其输出VCENT的线上。即，在扫描信号具有接地电位时，信号VCENT具有共用电压Vcom，但是在扫描信号上升到VDD电位时，信号VCENT上升到AVD1电平。
在此，如图5A所示，相对于接地电位GND的共用电压Vcom，电压AVD1和AVD2的关系是GND＜Vcom＜AVD1＜AVD2。如上面所说，共用电压Vcom是施加到相反电压(opposing voltage)上的电压电平。而且，电压AVD1是基本等于像素开关SW的晶体管的门极耐压的电平，并且是，即使在电压AVD1施加到像素开关SW上，用它耐压不被超过的电平。相对照，AVD2电压的电平高于像素开关SW的晶体管的门极耐压。
此时，在输出端VOUT上获得的电压电平，以图5A的方式，根据输入到PID输入端PIDCN的锁住信号的电平变化。
特别是，从图5A的波形可见到，在锁住信号有L电平时，在时间t1前或时间t2后输出电压AVD1的电平。另一方面，如图5波形可见到，在锁住信号具有H电平时，在从时间t1到t2的周期内输出电压AVD2的电平。
即，在数据信号的极性为负极性(锁住信号＝L)时，在本实施例中的驱动器输出等于或小于门极耐压的电压AVD1，而在数据信号的极性为正极性(锁住信号＝H)时，输出比门极耐压高的电压AVD2。
应注意，在图4所示的驱动器中，为了能够在AVD1和AVD2之间变换从输出端VOUT输出的电压电平，用AVD1和AVD2电压作为电源电压。但是，根据图4的连接方案，形成驱动器的各晶体管的门-漏和门-源极电压保持在电压AVD1内，因此，比这个高的电压AVD2并不施加到晶体管。
因此，也可以形成构成各驱动器的各晶体管，例如具有相似于像素开关SW的门耐压。基于此，例如，可以使用相似的半导体工艺来产生，形成驱动器的晶体管和形成像素开关的晶体管，因此，相当大地提高了制造半导体衬底的效率。
另外，在本实施例中，上述的根据锁住信号，在AVD1和AVD2之间变换输出电平的驱动器操作，与帧颠倒法和涉及在水平消隐周期内的预充电操作的显示驱动定时相结合，实现本发明独特的下述操作。
首先，依据在扫描驱动器2侧的驱动器(YV1-YVm)操作，能够驱动各像素开关SW，使得在像素开关SW门极和衬底之间施加比门极耐压高的门极电压之下，在像素开关SW的门极和漏极以及门极和源极之间施加的电压被包括在耐压电平内。也就是说，在像素开关不被超过耐压的电压击穿的情况下，高于耐压的门极电压能够施加到像素开关SW上。
另外，依据在数据驱动器4侧上的驱动器(YH1-YHn)的操作，能够通过施加比门极耐压高的门极电压开/关取样开关SSW1-SSWn。
例如，假设以图3的定时图表中的水平时钟信号HCK(1)的定时，图3的(c)所示的极性信号PID从L电平颠倒到H电平。这对应的状态是，在包括前水平扫描周期的前帧周期内极性为负极的数据信号，颠倒到在包括当前水平扫描周期的当前帧周期内的正极。
此时，直到以水平时钟信号HCK(9)的定时，颠倒的极性的极性信号PID被锁住后，L的电平的锁住信号才输入到驱动器的PID输入端PIDCN上，如图3的(j)所示。因此，如图3的(f)所示，从驱动器YVm向扫描行LVm施加电压AVD1。因此，此时，连接到扫描行LVm的各像素开关SW在导通状态此时，如果水平时钟信号HCK(7)的预充电周期然后起始，则在如上所述的某时进行数据行LH1-LHn的预充电，结果，在连接到扫描行LVm的每个像素开关SW的源极和漏极之间的电位被拉到与预充电电压Vpre基本相等的电位。
此时，在相同的预充电周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时，极性信号PID被锁住，并且在这时，图3的(j)示出的锁住信号从L电平颠倒到H电平。根据这个颠倒，如图3(f)所示，驱动器YVm从电压AVD1向AVD2变换输出电平。
因此，向连接到扫描行LVm的像素开关SW施加比门极耐压高的电平电压。但是，因为在到HCK(7)和HCI(8)的预充电周期前半部分内，用预充电电压Vpre已进行了预充电，所以用下式表示，每个像素开关SW的门-源极电压Vgs和门漏极电压Vgd，这里用Vg代表施加到门极的门极电压，Vgs＝Vgd＝Vg-Vpre(表达式1)。
即，虽然向门板施加了比耐压高的电压AVD2，但是能够将门-源和门极电压Vgs-漏极电压Vgd控制到门耐压内的电平上。
在数据驱动器4侧的驱动器YH1-YHn与上述的驱动器YVm工作相似，并在极性信号PID的锁住信号具有H电平时输出电压AVD2，但是在极性信号PID的锁住信号具有L电平时，输出电压AVD1。
此时，在驱动器YH1-YHm分别根据扫描信号H1-Hn的输入输出电压AVD2时，通过在上述前预先充电周期内的预充电操作，数据行LH1-LHn处在向预充电电压Vpre的电位充电的状态，或处在向基于向其施加的正极性数据的电位放电的状态。
因此，用上述的表达式1也表示出，作为门极电压施加了驱动器YH1-YHn的输出的，各抽样开关SSW1-SSWn的门-源极电压Vgs和门-漏极电压Vgd，。即，向各抽样开关SSW1-SSWn施加了作为门极电压的比耐压高的电压AVD2，门-源极电压Vgs和门-漏极电压Vgd也具有在门极耐压内的电平与此相对照，如果在前水平扫描周期(前帧)内具有正极性的数据信号在当前水平扫描周期(当前帧)内颠倒成负极性，此时，图3的(c)示出的极性信号，在水平时钟信号HCK(1)的定时，从H电平颠倒到L电平，则进行下面的操作。
此时，因为在前水平扫描周期中，直到在当前水平扫描周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时的L电平的极性信号PID被锁住后，数据信号SIG具有正极性，所以，H电平的锁住信号仍然保持输入到在扫描驱动器2中的驱动器YVm的PID输入端PIDCN上。因此，到在水平扫描周期内的水平时钟信号HCK(9)的定时，高于耐压的电压AVD2继续从驱动器YVm输出。但是，此时，因为与在前周期中已经写入到像素电容C的数据相对应的电荷正在被放电，用Vg表示门极电压，并用Vsig表示在数据信号的写入后像素电容保持的电位，所以，用下式表示像素开关SW的门-源极电压Vgs，并且能够防止门-源极电压Vgs超过耐压电平。
Vgs＝Vg-Vsig(表达式2)另外，也能用下式表示门-漏极电压Vgd。
Vgd＝Vg-Vpre(表达式3)因此，因为在数据行中保持前水平周期内预先充电的电位，所以，可防止门-漏极电压Vgd超过耐压。
另外，关于抽样开关SSW1-SSWn也是这样，因为在水平消隐周期HBL内数据信号SIG具有与共用电压Vcom相等的电压，所以在源极和漏极之间的一侧电位等于共用电压Vcom，而另一侧的电位为与在数据行中出现的预先充电电压相对应的电位。因此，即使是向门极施加高于耐压的电压AVD2，也没有问题。
此时，在当达到水平时钟信号HCK(9)的定时而L电平的极性信号PID被锁住后，从在扫描驱动器2中的驱动器YVm输出电压AVD1。因此，然后进行行扫描使得可用电压AVD1的电平来开通每个像素开关SW。
如果数据信号具有负极性，则例如图2示出的负极性的最大值Vnmax例如是0电压电平。但是，在写入有这样绝对低的数据信号时，如果施加高于耐压的电压AVD2，则像素开关SW受到比耐压高的电压所支配。因此，在本实施例，将输出电平转变使得在数据信号具有负极性时，可以如上所述地施加在耐压内的电压AVD1。
另外，因为在数据驱动器侧上的驱动器YH1-YHn也工作，使得也以相似方式施加电压AVD1，所以即使是写入0等电压电平的数据信号，抽样开关SSW1-SSWn也不会受到比耐压高的电压。
这样一来，在本实施例中，在至少防止像素开关被电子击穿的情况下，能够向像素开关施加比耐压高的电平电压。因此，降低了像素开关的晶体管的接通电阻，提高了它们的电导性(electric conduction)。
其结果，能容易地取得比以往高的向像素电容写入的速度。
此外，在本实施例中，因为使得电位差出现在预充电数据行和像素电容的电位与门极电压之间，使得能够施加比耐压高的门极电压，在制造像素开关等半导体工艺(semiconductor process)中能够使用相似于前有技术的耐压。换句话说，为了形成升高耐压的半导体工艺(semiconductor process)而不增加像素开关的大小。
由此，例如如果假设可以向像素开关施加与现有技术相似的电压电平，则可以降低在半导体工艺中的耐压，并且当耐压降低时，能够降低半导体工艺的大小(size)。
从上述可知，能够说，在采用本实施例的显示驱动方法时，当半导体器件具有与现有技术相似的耐压和大小(size)时，则能够施加比耐压高的电压，实现比以往高的数据写入速度。因此，能够容易地实现高的更新速率，液晶显示装置的分辨率的提高和小型化能够比以往更容易地实现。
另外，因为在能实现较高速度写入的情况下能够使用与现有技术相似的半导体器件，所以，在与新设计和开发的高耐压的半导体工艺的其他情况中的显示驱动方法比较时，本实施例的方法在成本方面是也有优越性的。
另外，如果通过施加与现有技术中的等同的门极电压，数据写入的速度可以与现有技术等同，则因为能够进一步减小半导体处理器件大小，所以，在要求与现有技术等同的性能时，能够容易提供较小体积的显示装置。
另外，从液晶显示装置衬底器件的特征可知，在以像素开关等为主(beginning with)的半导体衬底上形成的晶体管元件上施加反馈偏压(backbias)。例如，即使施加约12伏门电压，由于反馈偏压，晶体管元件也仅在例如减小到0-8伏的范围有效地工作。例如，如果像素开关的门极电压幅度范围像上述那样变窄，则根据数据信号的电位的变化宽度降低，并因此，像素开关不能被驱动以充分地激励(extract，可能是excited激励)液晶的特性。
另外，技术上周知，在电压施加到液晶上活跃地激励液晶时，液晶另外具有相对于施加电压的阈值电压，如图2所示。也就是说，为了引起液晶工作使得它的传输因子(transmission factor)根据施加的电压变化，施加的电压必须施加在高于阈值电压的预定范围内，。这也使得能够有效驱动液晶的门极电压范围变窄。
如果驱动液晶的幅值范围这样被窄化，则这降低色调的表现。特别是在用全色显示图像的液晶显示装置中，如果色调表现不足，则颜色的再现性(reproducibility)低。
因此，如果使用本实施例的配置使得向像素开关施加较高电平的门极电压，则由于反馈偏压和液晶阈值电压的影响而造成的幅值范围的降低，能够被补偿，并因此，能够容易地提高色调表现性能和颜色再现性。
顺便地说，根据上述实施例的配置，在数据信号SID具有负极性时，不施加比耐压高的门极电压。这是基于以下的原理。
向像素电容的写入数据的速度确定液晶显示装置的最大频率。
在此，例如如果取N沟道晶体管为例，则如果将数据信号的电压设定的高，那么根据N沟道晶体管的特性，在门极和源极之间的电位差变小，并因此，晶体管的接通电阻变得很高。因此，被写入数据的像素电容的充电和放电速度降低。也就是说，在数据信号是正极性和电压电平变高时，则数据写入速度降低。在另一方面，在数据信号具有负极性和低的电平时，在门极和源极之间的足够电位差被获得，并因此，高的数据写入速度本来是可能的。即，在数据信号具有负极性时，没有必要故意地采用增加速度的配置。
关于与数据写入速度相对应的数据写入时间周期，用正极性的数据信号写入时间周期和用负极性的数据信号写入时间周期一起被认为是一致的(asa unit是一个单位)。因此，如果考虑到上述情况，为了提高数据写入速度，在数据信号是正极性信号和电压电平高时，要求提高数据写入速度。因此，在本实施例中，仅在数据信号具有正极性时，施加比耐压高的门极电压，以实现数据写入速度的增加。
应注意，为了确认，在这里说明，虽然在现有技术中也施加预充电，但是这样的常规预充电仅用于，为了减少和优化向像素电容充电和从其放电的电量，通过仅将数据行预充电到一定电压电平的数据写入时。
相对照，本实施例包括驱动器，它在上述指定的定时进行预充电操作和能够在耐压内的电压AVD1和高于耐压的电压AVD2之间变换输出电平，并用变换驱动器的输出电平的各种信号进行定时控制等，施加比耐压高的门极电压，从而促进数据写入速度的增加。
另外，本发明不限于上述实施例的配置。例如，对于像素开关、抽样开关等晶体管元件和形成驱动器的晶体管元件，除了N沟道或P沟道晶体管外，也能够使用例如CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管。
另外，在上述实施例中，扫描驱动器2和数据驱动器4的输出电压电平均从电压AVD1到电压AVD2变换，但是，在扫描驱动器2和数据驱动器4之间的电平电压也可以不同。
而且，在上述实施例中，如从图3(a)和(f)可见，在施加预充电电压Vpre的预充电周期PCH内，进行从电压AVD1到电压AVD2的电压电平变换，但是AVD1h和AVD2之间的变换也可以不一定在施加预充电Vpre的周期内进行。
特别是，例如即使在施加预充电电压Vpre的周期结束后，在像素电容C和数据行中预充电产生的电位保持高于固定电平的周期内的定时，也可以进行从电压AVD1到AVD2的电压电平变换。从实施例的上述说明能够认识到，预充电电压Vpre施加的目的是，在进行从电压AVD1到AVD2的电压电平变换前产生，在像素电容C和数据行中保持比固定电平高的电位的状态。因此，用上述的变换定时，也能恰当获得施加比耐压高的门极电压的操作。
而且，在上述实施例中，先决条件是，通过根据数据信号颠倒定时，设定预充电定时等，用帧颠倒法对每个帧颠倒数据信号，但是也能够用，一些其他的颠倒方法，例如行颠倒或点颠倒法来施加显示驱动。也能够用这些方法的一些相组合的颠倒方法。
如上所述，根据本发明，能够向驱动像素单元的开关元件(像素开关)施加比耐压高的扫描信号电压(门极电压)，同时，例如将在开关元件的预定终端之间的电位差被限制在耐压内。例如，在这样施加比耐压高的扫描信号时，能够显著地降低开关元件的接通电阻，以致能够以较高速度进行向像素电容充电和从其放电。
例如，根据现有技术，如果要想施加较高扫描信号电压，则必须修改显示元件的半导体器件的规范，使得显示元件可以具有较高耐压，这在成本消耗方面是个缺点。而且，不可避免地导致半导体工艺的大小的增加。然而根据本发明，在半导体器件规范保持不变的情况下，向像素电容写入数据的速度能够进一步提高。因此，根据本发明，容易实现单位面积的像素数目的增加产品品种，能够促进，通过增加液晶显示装置的分辨率来提高图像质量和液晶显示装置的小型化。
另外，如果假设数据写入速度等于现有技术的，即，扫描信号电压与现有技术的相同，则半导体器件能够进一步减小尺寸，在小型化方面本发明是很优越的。
另外，因为能够补偿，由于所谓的反馈偏压效应造成的扫描信号电压的范围的窄化，所以能够向像素电容施加高精确度的数据信号。这样一来，能够改善色调表现性能和颜色再现性，并提供具有较高图像质量的显示装置。
权利要求
1.一种显示元件的显示驱动方法，在所述显示元件中，多个扫描行和，用与像素数据相对应的数据信号供给的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成，通过向所述扫描行施加的扫描信号电压，向像素电容供给数据信号的通路，特征在于进行以下步骤用第一幅值电平起始施加扫描信号电压的扫描步骤，所述第一幅值电平在基于所述开关元件的耐压特性的允许电平内，向数据行施加预定电平的预充电压的预充电步骤，预充电步骤在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向所述数据行供给数据前，幅值变换步骤，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，将用第一幅值电平施加的扫描信号电压变换到比第一幅值高的第二幅值电平。
2.根据权利要求1的显示驱动方法，特征在于在向数据信号开关元件的开/关控制信号终端施加开/关控制信号电压时进行以下步骤，其中所述数据信号开关元件根据扫描所述数据行的定时，开/关向数据行供给数据信号的电路电平幅值转变步骤，在施加第一幅值电平的扫描信号电压时，施加第三幅值电平的开/关控制信号电压，所述第三幅值电平在基于所述数据信号开关元件耐压特性的允许电平内，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，施加比第三幅值电平高的第四幅值电平的开/关控制信号电压。
3.一种显示元件，其中多个扫描行和，被供给与像素数据相对应的数据信号的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在一个矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，以形成，通过向所述扫描行施加的扫描信号电压，向像素电容供给数据信号的通路，特征在于此种显示元件包括扫描行驱动装置，用于供给扫描所述扫描行的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向所述数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向数据行供给数据前，向数据行施加预定电平的预充电电压，和所述扫描行驱动装置，在保持预充电电压产生的电位的周期内的预定定时上，在基于开关元件的耐压特性允许电平内的第一幅值和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并向所述扫描行施加扫描信号电压。
4.根据权利要求3的显示元件，特征在于此种显示元件包括数据信号开关元件，它设置开/关向所述数据行供给数据信号的通路，和开关元件驱动装置，用于施加，根据数据信号的扫描定时控制数据信号开关元件开/关的开/关控制信号电压，所述开关元件驱动装置能够在基于数据信号开关的耐压特性的允许电平内的第三幅值电平和高于第三幅值的第四幅值电平之间切换开/关控制信号电压，和在施加第三幅值电平的扫描信号电压时，所述开关元件驱动装置输出第三幅值电平，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，输出第四幅值电平。
5.根据权利要求3的显示元件，特征在于所述显示元件是反射型的
6.一种显示装置，特征在于此种显示装置包括在其上形成显示元件的半导体衬底，与半导体衬底相对的具有共用电极的相对衬底，和在所述半导体衬底和相对衬底之间的液晶；所述显示元件包括像素单元驱动装置，其中多个扫描行和，被供给与像素数据相对应的数据信号的与扫描行相垂直延伸的数据行设置在矩阵中，在扫描行和数据行之间每个交点上连接像素电容和开关元件，形成向所述像素电容供给数据信号的电路扫描行驱动装置，用于供给对扫描行进行扫描的扫描信号电压，数据行驱动装置，用于向数据行供给数据信号，预充电装置，在起始第一幅值电平的扫描信号电压的施加后，起始向数据行供给数据前，向所述数据行施加预定电平的预充电电压，和扫描行驱动装置，在保持预充电产生的电位的周期内的预定定时上，在基于开关元件的耐压特性的允许电平内的第一幅值和高于第一幅值电平的第二幅值电平之间，变换扫描信号电压，并且向扫描行施加扫描信号电压。
7.根据权利要求6的显示装置，特征在于此种显示装置包括数据信号开关元件，设置用于开/关向所述数据行供给数据信号的电路，和开关元件驱动装置，用于施加，根据数据信号的扫描定时，控制数据信号开关元件开/关的开/关控制信号电压，所述开关元件驱动装置能够，在基于数据信号开关的耐压特性的允许电平内的第三幅值电平和高于第三幅值的第四幅值电平之间切换开/关控制信号电压，和在施加第一幅值电平的扫描信号电压时，所述开关元件驱动装置输出第三幅值电平，但是在施加第二幅值电平的扫描信号电压时，输出第四幅值电平。
8.根据权利要求6的显示装置，特征在于所述显示元件是反射型的
全文摘要
选择地使用用于扫描扫描行的两个电压，即，低于开关元件门极击穿电压的AVD1和高于门极击穿电压的AVD2。在起始用AVD1扫描扫描行后，对数据行进行预充电。然后，扫描电压被改变成AVD2。在这个改变上，在像素电容中产生与预充电电压相对应的电压。因此，即使是向像素开关施加高于门极击穿电压的AVD2，也能够在开关元件的终端之间产生不超过击穿电压的电位差。
文档编号G09G3/36GK1473319SQ02802902
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月8日 优先权日2001年8月8日
发明者折井俊彦, 秋元修, 安部仁, 横仓彻 申请人:索尼公司
最新回复(0)