硅基液晶芯片及其驱动方法、电子设备与流程

本技术涉及芯片，尤其涉及一种硅基液晶芯片及其驱动方法、电子设备。

背景技术：

1、硅基液晶(liquid crystal on silicon，简称lcos)芯片凭借其光利用率高、体积小、开口率高、制造成本低等特点，得到了广泛的应用。

2、例如，在通信技术领域，硅基液晶芯片可用作空间相位调制器，在光线通过该器件的情况下，空间相位调制器可以对光线中各频率的光分别进行相位调节。相较于微机电系统(micro-electro-mechanical system，简称mems)、相位光栅等器件，空间相位调制器对光的相位调节方式更加灵活。

3、采用互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，简称cmos)工艺，制备得到的硅基液晶芯片集成有上百万个子像素，每个子像素可用于驱动液晶分子进行转动，以调节液晶分子对入射光线的反射率。

4、目前，设备对于硅基液晶芯片的输出摆幅有较高的需求，其原因在于，芯片中子像素的输出摆幅越大，液晶分子的驱动响应速度越快，对光线的反射率的调节速度越快。但是，由于子像素中的像素电路内置源跟随器，像素电路的输出电压会叠加器件的阈值电压，导致子像素的输出摆幅降低。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供了一种硅基液晶芯片及其驱动方法、电子设备，旨在提高芯片的输出摆幅。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种硅基液晶芯片，该硅基液晶芯片包括子像素、数据线和采样校准单元，子像素包括像素电路。数据线被配置为传输第一数据信号。采样校准单元包括虚拟像素电路和采样补偿电路，其中，虚拟像素电路与数据线和采样补偿电路电连接，虚拟像素电路被配置为接收第一数据信号，并输出第二数据信号。采样补偿电路被配置为获取第一数据信号与第二数据信号的电压差值。采样补偿电路还与数据线和像素电路电连接，采样补偿电路还被配置为根据第一数据信号与电压差值，输出第三数据信号至像素电路。

4、本技术的上述实施例所提供的硅基液晶芯片，输入校准器包括采样校准单元，采样校准单元包括虚拟像素电路和采样补偿电路，虚拟像素电路与像素子电路的结构相同。

5、通过虚拟像素电路接收第一数据信号，并输出第二数据信号，来模拟像素子电路的工况(接收数据信号并输出像素电压)。采样补偿电路可用于获取第一数据信号与第二数据信号的电压差值，该电压差值即为像素子电路中器件的阈值电压。

6、采样补偿电路可将获取到的电压差值补偿给第一数据信号，也即，将像素子电路中器件的阈值电压补偿给第一数据信号，得到并输出第三数据信号至像素子电路，以消除像素子电路中由器件的阈值电压引起的误差(例如，像素子电路的输出电压小于输入电压)，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

7、在一些实施例中，采样补偿电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和采样电容器。采样电容器的第一端通过第一晶体管与虚拟像素电路电连接，采样电容器的第二端通过第二晶体管与数据线电连接，采样电容器被配置为在第一晶体管和第二晶体管均导通的情况下，在第一数据信号和第二数据信号的作用下进行充电，以存储第一数据信号与第二数据信号的电压差值。

8、采样电容器的第一端还通过第三晶体管与数据线电连接，采样电容器的第二端还通过第四晶体管与像素电路电连接，采样电容器还被配置为在第三晶体管和第四晶体管均导通的情况下，根据第一数据信号与第二数据信号的电压差值、及第一数据信号，输出第三数据信号至像素电路。

9、上述实施例中，采样电容器的第一端接收第一数据信号，第二端接收第二数据信号，采样电容器在第一数据信号和第二数据信号的作用下进行充电，则采样电容器上存储第一数据信号与第二数据信号的电压差值，也即，采样电容器上存储像素子电路中器件的阈值电压。

10、在此情况下，采样电容器的第一端接收来自数据线的第一数据信号，采样电容器将像素子电路中器件的阈值电压补偿给第一数据信号，即第三数据信号的电压为第一数据信号的电压与像素子电路中器件阈值电压之和，第三数据信号输出至像素子电路，可消除像素子电路中由器件的阈值电压引起的误差，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

11、在一些实施例中，采样校准单元包括并联设置的多个虚拟像素电路。

12、上述实施例中，通过将多个虚拟像素电路并联设置，可以避免因少数的虚拟像素电路中器件的阈值电压不准确，而导致采样补偿电路所采集的器件的阈值电压不准确，保证采样补偿电路所采集的器件的阈值电压的误差在可控范围内，从而可消除由器件的阈值电压引起的误差，提高采样校准单元的校准精度。

13、在一些实施例中，硅基液晶芯片包括多条数据线和多个采样校准单元，一个采样校准单元与一条数据线对应连接。

14、通过上述设置方式，每条数据线均与一个采样校准单元对应连接，采样校准单元可将器件的阈值电压补偿给对应的数据线，以实现对所有数据线中第一数据信号的补偿，从而可消除像素子电路中器件的阈值电压引起的误差。

15、在一些实施例中，像素电路包括两个像素子电路和一个像素电极，两个像素子电路分别与像素电极电连接。两个像素子电路与两个采样校准单元的采样补偿电路对应连接，像素子电路被配置为根据第三数据信号，输出像素电压至像素电极。

16、硅基液晶芯片还包括第一数据采样电路和第二数据采样电路，第一数据采样电路和第二数据采样电路分别通过两条数据线与两个采样校准单元对应连接。第一数据采样电路和第二数据采样电路被配置为接收同一数据脉冲信号，对数据脉冲信号进行采样，得到第一数据信号，并通过对应的数据线将第一数据信号传输至对应的采样校准单元。其中，第一数据采样电路和第二数据采样电路进行采样的时刻不同。

17、上述实施例中，第一数据采样电路通过一条数据线、一个采样校准单元与同一像素电路中的一个像素子电路对应连接。第一数据采样电路可接收数据脉冲信号，在数据采样阶段的第一时刻对数据脉冲信号进行采样，得到相应的第一数据信号，并通过数据线将第一数据信号传输至采样校准单元。之后，采样校准单元对第一数据信号进行补偿，得到第三数据信号，通过第三数据信号消除像素子电路中器件的阈值电压引起的误差。

18、同理，第二数据采样电路通过一条数据线、一个采样校准单元与同一像素电路中的另一个像素子电路对应连接。第二数据采样电路可接收同一数据脉冲信号，在数据采样阶段的第二时刻对数据脉冲信号进行采样，得到相应的第一数据信号，并通过数据线将第一数据信号传输至采样校准单元。之后，采样校准单元对第一数据信号进行补偿，得到第三数据信号，通过第三数据信号消除像素子电路中器件的阈值电压引起的误差。

19、在一些实施例中，像素子电路包括存储子电路、共漏放大子电路和输出子电路，存储子电路与采样补偿电路电连接，存储子电路被配置为接收并存储第三数据信号。共漏放大子电路与存储子电路电连接，共漏放大子电路被配置为对第三数据信号进行放大处理，得到像素电压。输出子电路与共漏放大子电路和像素电极电连接，输出子电路被配置为输出像素电压至像素电极。

20、在一些实施例中，硅基液晶芯片还包括栅线和栅压自举电路，栅压自举电路通过栅线连接像素电路。栅压自举电路还与采样补偿电路电连接，栅压自举电路被配置为根据来自采样补偿电路的第三数据信号，向像素电路传输随第三数据信号变化的栅扫描信号。

21、上述实施例中，栅压自举电路可接收来自采样补偿电路的第三数据信号，根据第三数据信号的大小，调整栅扫描信号的大小，向像素电路传输随第三数据信号变化的栅扫描信号，以控制像素子电路稳定开启，提高像素子电路的输出摆幅，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

22、在一些实施例中，栅压自举电路包括电源子电路、输入子电路、扫描子电路和下拉子电路，电源子电路与下拉子电路、时钟信号端和第一电压端电连接，电源子电路被配置为在下拉子电路和时钟信号端的控制下，接收来自第一电压端的第一电压。扫描子电路与时钟信号端和电源子电路电连接，扫描子电路被配置为在时钟信号端的控制下，接收来自电源子电路的第一电压。输入子电路与扫描子电路、采样校准单元和电源子电路电连接，输入子电路被配置为在来自扫描子电路的第一电压的控制下，将第三数据信号传输至电源子电路。电源子电路被配置为根据第三数据信号和第一电压的电压之和，得到栅扫描信号。扫描子电路还与像素电路电连接，扫描子电路被配置为将来自电源子电路的栅扫描信号传输至像素电路。

23、上述实施例中，输入子电路可接收来自采样补偿电路的第三数据信号，并将第三数据信号传输至电源子电路。电源子电路可根据第三数据信号和第一电压的电压之和，得到栅扫描信号。扫描子电路可将来自电源子电路的栅扫描信号传输至像素电路。

24、由于栅扫描信号的电压为第三数据信号和第一电压的电压之和，因此，栅扫描信号可跟随第三数据信号变化，保证像素电路t在栅扫描信号的控制下稳定开启，提高像素电路的输出摆幅，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

25、在一些实施例中，虚拟像素电路与像素子电路的结构相同，可通过虚拟像素电路接收第一数据信号，并输出第二数据信号，来模拟像素子电路的工况(接收数据信号并输出像素电压)。

26、在一些实施例中，虚拟像素电路包括虚拟存储子电路、虚拟共漏放大子电路和虚拟输出子电路，虚拟存储子电路与数据线电连接，虚拟存储子电路被配置为接收并存储第一数据信号。虚拟共漏放大子电路与虚拟存储子电路电连接，虚拟共漏放大子电路被配置为对第一数据信号进行放大处理，得到第二数据信号。虚拟输出子电路与虚拟共漏放大子电路和采样补偿电路电连接，虚拟输出子电路被配置为将第二数据信号传输至采样补偿电路。

27、可以理解的是，在虚拟像素电路和像素子电路中，虚拟存储子电路与存储子电路相同，虚拟共漏放大子电路与共漏放大子电路相同，虚拟输出子电路与输出子电路相同。虚拟像素电路和像素子电路所包括的器件，及器件之间的连接关系相同。

28、第二方面，提供了一种硅基液晶芯片的驱动方法，该驱动方法应用于上述任一实施例所述的硅基液晶芯片。硅基液晶芯片的一个驱动周期包括误差采样阶段和补偿阶段。

29、上述驱动方法包括：在误差采样阶段，虚拟像素电路接收来自数据线的第一数据信号，并输出第二数据信号。采样补偿电路在第一控制信号的控制下，接收来自数据线的第一数据信号，接收来自虚拟像素电路的第二数据信号，获取第一数据信号与第二数据信号的电压差值。

30、在补偿阶段，采样补偿电路在第二控制信号的控制下，接收来自数据线的第一数据信号，根据第一数据信号与第二数据信号的电压差值、及第一数据信号，输出第三数据信号至像素电路。

31、本技术的上述实施例所提供的驱动方法，通过虚拟像素电路接收第一数据信号，并输出第二数据信号，来模拟像素子电路的工况。采样补偿电路获取第一数据信号与第二数据信号的电压差值，该电压差值即为像素子电路中器件的阈值电压。

32、采样补偿电路可将获取到的电压差值补偿给第一数据信号，也即，将像素子电路中器件的阈值电压补偿给第一数据信号，得到并输出第三数据信号至像素子电路，以消除像素子电路中由器件的阈值电压引起的误差，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

33、在一些实施例中，在采样补偿电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和采样电容器的情况下，在误差采样阶段，第一晶体管在第一控制信号的控制下导通，采样电容器的第一端接收第二数据信号。第二晶体管在第一控制信号的控制下导通，采样电容器的第二端接收第一数据信号。

34、在补偿阶段，第三晶体管在第二控制信号的控制下导通，采样电容器的第一端接收第一数据信号。第四晶体管在第二控制信号的控制下导通，采样电容器的第二端向像素电路传输第三数据信号。

35、上述实施例中，采样电容器的第一端接收第一数据信号，第二端接收第二数据信号，采样电容器在第一数据信号和第二数据信号的作用下进行充电，则采样电容器上存储第一数据信号与第二数据信号的电压差值，也即，采样电容器上存储像素子电路中器件的阈值电压。

36、第三数据信号的电压为第一数据信号的电压与像素子电路中器件阈值电压之和，第三数据信号输出至像素子电路，可消除像素子电路中由器件的阈值电压引起的误差，从而可提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

37、在一些实施例中，硅基液晶芯片的驱动周期还包括数据采样阶段，数据采样阶段在误差采样阶段之前。第一数据采样电路和第二数据采样电路接收同一数据脉冲信号。

38、在数据采样阶段的第一时刻，第一数据采样电路在第一采样信号的控制下，根据数据脉冲信号在第一时刻的电压值，得到第一数据信号，并将第一数据信号传输至对应的数据线。

39、在数据采样阶段的第二时刻，第二数据采样电路在第二采样信号的控制下，根据数据脉冲信号在第二时刻的电压值，得到第一数据信号，并将第一数据信号传输至对应的数据线。

40、上述实施例中，第一数据采样电路和第二数据采样电路在不同的时刻对数据脉冲信号进行采样，可通过时序打拍(调整第一时刻，或调整第二时刻，或同时调整第一时刻和第二时刻)，来保证第一数据采样电路所采样的电压值，及第二数据采样电路所采样的电压值满足相应的设计值，以消除数据信号之间的失调，提高数据信号的对称性。

41、在一些实施例中，在同一数据采样阶段中，数据脉冲信号的电压值由低到高变化，以适配栅压自举电路，在栅压自举电路输出的栅扫描信号的控制下，像素电路可充分开启，从而提高像素电路的输出摆幅，提高硅基液晶芯片的输出摆幅。

42、第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例所述的硅基液晶芯片、对置基板和液晶层，对置基板与硅基液晶芯片相对设置，对置基板包括公共电极。液晶层设置于硅基液晶芯片与对置基板之间。

43、可以理解地，本技术的上述实施例所提供的电子设备，其所能达到的有益效果可参考上文中硅基液晶芯片的有益效果，此处不再赘述。