專利名稱：Lcd像素選擇信號產(chǎn)生電路、lcd控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路及其制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路、LCD控制器及其方法。
背景技術(shù)：
LCD(Liquid Crystal Display)是新型平板顯示器件，其構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，通過通電與否及通電量大小可以控制桿狀水晶分子的方向，從而控制每一個像素點(diǎn)的透光度以重現(xiàn)畫面。IXD可以采用多路驅(qū)動方式電極沿X、Y方向排列成矩陣，如圖1所示，X電極施加選通波形kgment信號，Y電極施加與X電極同步的選通或非選通波形Common信號，如此周而復(fù)始。通過此操作，X、Y電極交點(diǎn)的像素可以是獨(dú)立的選態(tài)或非選態(tài)。簡單的說，液晶顯示器的每個像素由兩片線性偏光器(垂直線性偏光器、水平線性編光器)和一層液晶所構(gòu)成，如附圖2所示。利用液晶對光線的旋轉(zhuǎn)能力，并藉由外部的電壓控制，獲得亮暗情況。目前已經(jīng)提出多種產(chǎn)生控制信號的電路，但是這些電路結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，我們希望新型的像素選擇電路具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低操作電壓和電流、工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。因此尋找合適的像素選擇信號電路及操作方法仍然是一個具有很大挑戰(zhàn)性的研究課題。目前，一種利用電阻變化的新型非揮發(fā)性存儲器具有高速度(< 5ns)、低操作電壓(< IV)，高存儲密度、和CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，成為了下一代半導(dǎo)體存儲器的強(qiáng)有力競爭者。這種被稱為“阻變存儲器(RRAM) ”的器件一般具有金屬-絕緣體-金屬的結(jié)構(gòu)，即在兩層金屬電極之間加入一層具有阻變特性的介質(zhì)薄膜材料，這些阻變材料一般是金屬氧化物，常見的有NiO，TiO2, HfO2, ZrO2, WO3, Ta2O5，等等。阻變存儲器的工作方式包括單極和雙極兩種，前者在器件兩端施加單一極性的電壓，利用外加電壓大小不同控制阻變材料的電阻值在高低電阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除；而后者是利用施加不同極性的電壓控制阻變材料電阻值的轉(zhuǎn)換。習(xí)慣上稱阻變材料由高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)镻rogram 或者SET，由低阻態(tài)到高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)镋R^E或者RESET。由于RRAM在合適的電壓電流控制下其阻值可以精確控制，因此RRAM被認(rèn)為具有作為多值邏輯器件的潛力。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提出一種IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路、IXD控制器及其方法，利用阻變器件替代傳統(tǒng)的信號控制電路單元產(chǎn)生像素選擇信號并控制LCD。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路，包括多級電平產(chǎn)生電路，包括阻變器件，通過改變阻變器件的阻態(tài)，得到選通波形所需要的多級電平值；
阻變器件阻態(tài)復(fù)位控制電路，根據(jù)產(chǎn)生的電平的級數(shù)周期產(chǎn)生阻變器件的復(fù)位信號，使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)。優(yōu)選地，所述多級電平產(chǎn)生電路包括分壓電路和穩(wěn)壓電路。優(yōu)選地，所述分壓電路包括固定電阻和阻變器件。優(yōu)選地，所述穩(wěn)壓電路包括單位增益的負(fù)反饋運(yùn)算放大器，用于保證輸出電平的增益穩(wěn)定性以及增加負(fù)載驅(qū)動能力。優(yōu)選地，非選通時波形電壓與選通時波形電壓之比即偏壓比采用1 2，多級電平產(chǎn)生電路產(chǎn)生四級電平。本發(fā)明還提供一種IXD控制器，采用多路驅(qū)動方式，用于控制IXD每個像素點(diǎn)的透光度以顯示畫面，包括多個上述IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生控制信號實(shí)現(xiàn)IXD顯示控制。本發(fā)明還提供一種IXD控制方法，采用上述IXD控制器，包括先將多級電平產(chǎn)生電路中的阻變器件轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，然后依次輸入脈沖信號，加在阻變器件的上電極，根據(jù)脈沖個數(shù)與阻變器件阻值變化的關(guān)系，得到不同的分壓電阻，從而產(chǎn)生多級輸出電平信號；輸入的脈沖信號同時輸入阻變器件復(fù)位控制電路，會周期產(chǎn)生阻變器件復(fù)位電平，使得阻變器件回到高阻的狀態(tài)，產(chǎn)生周期性的多級電平信號；控制IXD控制器的多個IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制信號，以實(shí)現(xiàn)IXD顯示控制。(三)有益效果本發(fā)明提出了利用阻變器件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生像素選擇信號的電路、LCD控制器及其控制方法，阻變器件不但具有原來的通過阻值狀態(tài)存儲數(shù)據(jù)的能力，還可以實(shí)現(xiàn)LCD中像素選擇的功能，從而簡化了電路結(jié)構(gòu)，為LCD的設(shè)計(jì)和制造提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明僅利用一個阻變器件和一個固定電阻組成的簡單分壓電路就可以產(chǎn)生選擇信號，實(shí)現(xiàn)像素選擇的功能。該器件結(jié)構(gòu)簡單，便于集成，與傳統(tǒng)硅基CMOS工藝兼容，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)；同時器件具有高速度(ns量級)，低操作電壓(幾伏)等優(yōu)點(diǎn)，符合未來高性能器件的要求。


圖1為電極陣列(像素陣列)，電極沿X、Y方向排列成矩陣，X電極施加選通波形 Segment信號，Y電極施加與X電極同步的選通或非選通波形Common信號；圖2為單個像素點(diǎn)結(jié)構(gòu)，由兩片相互正交的線性偏光器和一層液晶所構(gòu)成；圖3為阻變器件處于高阻態(tài)時，通過連續(xù)施加相同的正向脈沖，其電阻值逐漸減小；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中的多級電平產(chǎn)生電路，由兩部分組成(1)分壓電路；(2) 穩(wěn)壓電路；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中的阻變器件復(fù)位控制電路，將脈沖信號輸入電路，每四個時鐘周期產(chǎn)生一個阻變器件的復(fù)位信號Clear，使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)；圖6為本發(fā)明利用阻變器件構(gòu)成的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的控制信號，COM信號和SEG信號以及由此得到的像素選通和非選通時的信號波形。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所述的IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路，包括多級電平產(chǎn)生電路，包括阻變器件，通過改變阻變器件的阻態(tài)，得到選通波形所需要的多級電平值；阻變器件阻態(tài)復(fù)位控制電路，根據(jù)產(chǎn)生的電平的級數(shù)周期產(chǎn)生阻變器件的復(fù)位信號，使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)。作為存儲器，阻變器件傳統(tǒng)的操作方法是在其兩端施加合適的正負(fù)向脈沖電壓， 使器件實(shí)現(xiàn)阻值高、低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)施加比這個操作電壓略小且更快速的脈沖時，器件的阻值會發(fā)生一定幅度的降低或升高。當(dāng)連續(xù)施加相同的正向脈沖時，其阻值會逐漸降低。然后當(dāng)施加的脈沖數(shù)量達(dá)到一定程度時，電阻值將到達(dá)一個較低的阻態(tài)不再變化，這時器件處于低阻態(tài)。圖3給出這一過程的阻值變化，開始時器件處于高阻態(tài)，其阻值為1. 2 X IO5 Ω， 當(dāng)施加4. 5V/20ns的脈沖時，其阻值逐漸減小，可以實(shí)現(xiàn)累加功能。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中的多級電平產(chǎn)生電路，從圖中可以看出電路主要由兩部分組成1)分壓電路；2)穩(wěn)壓電路。分壓電路由一個固定電阻Rl和阻變器件Rx組成，其中阻變器件的主要作用是通過改變自身的阻態(tài)，經(jīng)過分壓得到選通波形所需要的不同電平值(本例中為四級電平)。而穩(wěn)壓電路由一個單位增益的負(fù)反饋運(yùn)算放大器構(gòu)成，其主要作用是保證輸出電平的增益穩(wěn)定性以及增加負(fù)載驅(qū)動能力。圖5所示為本發(fā)明一實(shí)施例中控制阻變器件阻態(tài)復(fù)位的控制電路，其主要作用是每四個時鐘周期產(chǎn)生一個阻變器件的復(fù)位信號，使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)，這樣就能夠產(chǎn)生周期性的階梯型信號。采用阻變器件的好處是大大簡化了電路結(jié)構(gòu)，若采用傳統(tǒng)的固定電阻分壓電路(以四級電平為例)，則需要四個固定電阻以及四個運(yùn)算放大器。而采用阻變器件后，只需要一個阻變器件以及一個運(yùn)算放大器，就能夠?qū)崿F(xiàn)相同功能的電路。利用阻變器件的這一特性結(jié)合本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)以及操作模式可以產(chǎn)生控制信號，實(shí)現(xiàn)像素選擇功能，如圖6所示。驅(qū)動液晶屏幕不能夠簡單的采用施加直流電平的方式來點(diǎn)亮選中的像素點(diǎn)，這樣會減短液晶的使用壽命。驅(qū)動液晶需要在選中的像素點(diǎn)上施加電壓差為Vd以及-Vd的交流電平。從多路驅(qū)動的基本思想可以看出，不僅選通相素上施加有電壓Von，非選通相素上也施加了電壓Voff，其中Von要大于液晶材料的選通閾值電壓 Vth0非選通時波形電壓與選通時波形電壓之比為偏壓比Bias = Ι/a，本發(fā)明用1 2舉例，則控制信號需要四級電平，這樣就保證液晶顯示對比度的一致性，并使得視覺感受比較舒適。圖6中展示了 com端的信號波形，以及seg端選通和非選通情況下的波形。而真正施加在液晶像素點(diǎn)上的電壓波形為com端和seg端的電壓之差(即兩者電平值相減)。圖 6中也展示了選通和非選通情況下疊加后的電壓波形圖。可以發(fā)現(xiàn)選通時，施加在像素點(diǎn)上的波形為電壓差為2V的交流電壓；而未選通時，施加在像素點(diǎn)上的波形為電壓差為IV的交流電壓。這樣就實(shí)現(xiàn)了交流電壓選擇并且偏壓比為2 1的驅(qū)動波形。阻變器件制備在Si/Si02/Ti襯底上物理氣相淀積(PVD) —層金屬，如鉬(Pt)， 厚度為5-lOOnm;再PVD或者原子層淀積(ALD) —層金屬氧化物，如氧化鉿(HfO2)，厚度 5-30nm;再PVD—層金屬或者其它導(dǎo)電材料，如氮化鈦(TiN)；最后通過光刻刻蝕的方法得到隔離的器件。本發(fā)明所述的LCD控制器，采用多路驅(qū)動方式，用于控制LCD每個像素點(diǎn)的透光度以顯示畫面，包括多個IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生控制信號實(shí)現(xiàn)IXD顯示控制。本發(fā)明所述的IXD控制方法，采用上述IXD控制器，包括先將多級電平產(chǎn)生電路中的阻變器件轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，然后依次輸入脈沖信號，加在阻變器件的上電極，根據(jù)脈沖個數(shù)與阻變器件阻值變化的關(guān)系，得到不同的分壓電阻，從而產(chǎn)生多級輸出電平信號；輸入的脈沖信號同時輸入阻變器件復(fù)位控制電路，會周期產(chǎn)生阻變器件復(fù)位電平，使得阻變器件回到高阻的狀態(tài)，產(chǎn)生周期性的多級電平信號；控制IXD控制器的多個IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制信號，以實(shí)現(xiàn)IXD顯示控制。本發(fā)明LCD控制方法的一具體實(shí)施例在實(shí)際電路中最常用的偏壓比為2 1和 3 1，本例中用較簡單的2 1舉例，即像素點(diǎn)點(diǎn)亮?xí)r和像素點(diǎn)未被點(diǎn)亮?xí)r液晶兩端的電壓差的比值為2 1。實(shí)現(xiàn)偏壓比為2 1的IXD像素選擇的操作方法先將器件轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)(清零)；然后依次輸入脈沖信號VDD，加在阻變存儲單元的上電極，根據(jù)圖3中脈沖個數(shù)與RRAM阻值變化的關(guān)系，可以得到不同的分壓電阻，從而產(chǎn)生四級輸出電平信號；輸入的脈沖信號同時輸入圖5的阻變器件復(fù)位控制電路。電路每四個時鐘周期會產(chǎn)生一個阻變器件復(fù)位電平，使得阻變器件回到高阻的狀態(tài)。這樣就能夠產(chǎn)生如圖6所示的周期性的四級電平信號。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路，其特征在于，包括多級電平產(chǎn)生電路，包括阻變器件，通過改變阻變器件的阻態(tài)，得到選通波形所需要的多級電平值；阻變器件阻態(tài)復(fù)位控制電路，根據(jù)產(chǎn)生的電平的級數(shù)周期產(chǎn)生阻變器件的復(fù)位信號， 使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述多級電平產(chǎn)生電路包括分壓電路和穩(wěn)壓電路。
3.如權(quán)利要求2所述的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述分壓電路包括固定電阻和阻變器件。
4.如權(quán)利要求2所述的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路包括單位增益的負(fù)反饋運(yùn)算放大器，用于保證輸出電平的增益穩(wěn)定性以及增加負(fù)載驅(qū)動能力。
5.如權(quán)利要求1所述的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路，其特征在于，非選通時波形電壓與選通時波形電壓之比即偏壓比采用1 2，多級電平產(chǎn)生電路產(chǎn)生四級電平。
6.一種IXD控制器，采用多路驅(qū)動方式，用于控制IXD每個像素點(diǎn)的透光度以顯示畫面，其特征在于，包括多個如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路， 產(chǎn)生控制信號實(shí)現(xiàn)LCD顯示控制。
7.—種LCD控制方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求6所述的LCD控制器，包括先將多級電平產(chǎn)生電路中的阻變器件轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，然后依次輸入脈沖信號，加在阻變器件的上電極，根據(jù)脈沖個數(shù)與阻變器件阻值變化的關(guān)系，得到不同的分壓電阻，從而產(chǎn)生多級輸出電平信號；輸入的脈沖信號同時輸入阻變器件復(fù)位控制電路，會周期產(chǎn)生阻變器件復(fù)位電平，使得阻變器件回到高阻的狀態(tài)，產(chǎn)生周期性的多級電平信號；控制IXD控制器的多個IXD像素選擇信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生控制信號，以實(shí)現(xiàn)IXD顯示控制。
全文摘要
本發(fā)明是一種LCD像素選擇信號產(chǎn)生電路、LCD控制器及其方法，該像素選擇信號產(chǎn)生電路包括多級電平產(chǎn)生電路，包括阻變器件，通過改變阻變器件的阻態(tài)，得到選通波形所需要的多級電平值；阻變器件阻態(tài)復(fù)位控制電路，根據(jù)產(chǎn)生的電平的級數(shù)周期產(chǎn)生阻變器件的復(fù)位信號，使阻變器件回復(fù)為高阻態(tài)。本發(fā)明提出了利用阻變器件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生像素選擇信號的電路、LCD控制器及其控制方法，阻變器件不但具有原來的通過阻值狀態(tài)存儲數(shù)據(jù)的能力，還可以實(shí)現(xiàn)LCD中像素選擇的功能，從而簡化了電路結(jié)構(gòu)，為LCD的設(shè)計(jì)和制造提供了基礎(chǔ)。
文檔編號G09G3/36GK102522071SQ20111045748
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者傅亦晗, 劉力鋒, 劉曉彥, 唐晉鋒, 陳冰, 高濱 申請人:北京大學(xué)