CN1251167C - 矩阵显示装置 - Google Patents

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Abstract

通过把列(19)分成不同部分和经由开关元件(31)连续地执行转换，使用列电极电容作为数字模拟转换电路的部件，在AMLCD中得到数字模拟转换。所选实施例包含一具有电容器的列驱动电路，这些电容器具有一(二)排分开电容或使用不同宽度的列子电极。

Description

矩阵显示装置
技术领域
本发明涉及一种矩阵显示装置，其在选择电极和列电极交叉处包含一图像元件矩阵，所述选择电极用于选择行图像元件，所述列电极用于提供数据，还包含驱动设备，经由所述设备选择信号和数据信号应用于所述图像元件，所述矩阵显示装置包含电荷重新分布数字模拟转换设备，其用于转换多位数字数据信号，所述数字模拟转换设备包含至少一个(转换开关)。
背景技术
在美国专利US5448258中描述了一种上述类型的矩阵显示装置，尤其是一种液晶矩阵显示器，通过参考其内容合并于此。与传统类型的矩阵显示装置相比，该显示装置具有多种优点，其中由列驱动电路经由列地址线提供数据信号给图像元件，其包含模拟电压信号，特别是当提供给显示器的视频信号是数字信号时。在提供给列地址线前不需要把数字图像信息信号转换为模拟(调幅)信号。使用纯数字电路，可以轻易地实现列驱动电路，由此使得它在相对高速下能够操作并且使用薄膜晶体管TFT能够传统地集成在显示板衬底上。图像元件的开关晶体管包含一种传导类型的TFT，并且可以是与驱动电路中所使用的相同类型晶体管，同时用其进行制造。
使用图像元件的电容元件以串行方式执行电荷重新分布数字模拟转换，在一个实施例中其通过子元件构成，通过把显示元件分成离散的两部分得到子元件。通过打开两个TFT中的第一个，依靠开关信号，在图像元件寻址周期内运行电荷重新分布元件，由此根据一串多位数据信号的第一位给电容器元件的第一个进行充电，然后体现在相关的列导线上。通过去掉开关信号，切断TFT并依靠另一开关信号，第二个TFT打开，由此一个电容器元件上的电荷在两个电容器元件之间得到分配。然后这个TFT切断并且第一个TFT再次打开，由此根据该串多位数据信号的第二位给一个电容器元件进行充电，然后体现在列导线上。紧接着，第一个TFT切断并且第二个TFT开，由此允许再次在两个电容器元件之间分配电荷。重复这个循环用于所有位，由此在第二个TFT的最后操作后，根据多位数据信号在电容器元件上得到一电平。这些TFT(开关)用于选择和产生数字模拟转换。然而，电容器的提供缩小了缝隙。如果通过把显示元件分成两个子元件得到这些电容器，这也支持，因为每个图像元件总是需要两个TFT。
发明内容
本发明的目的是提供一种在起始段中所述类型的改进矩阵显示装置。
本发明的另一目的是提供一种在起始段中所述类型的改进矩阵显示装置，其中前述的局限和由此产生的问题可以克服到至少某一程度。
按照本发明的一种矩阵显示装置，其包括由在选择电极和列电极交叉处的图像元件构成的矩阵，所述选择电极用于选择行图像元件，所述列电极用于提供数据，还包含驱动设备，选择信号和数据信号经由所述设备施加于所述图像元件，所述矩阵显示装置包含电荷重新分布数字模拟转换设备，其用于转换多位数字数据信号，所述数字模拟转换设备包含至少一个转换开关，其特征在于列电极电容是所述数字模拟转换设备的一部分。
根据本发明，在起始段中所述类型的矩阵显示装置特征在于所述数字模拟转换设备的数字模拟转换至少包含列电极电容。所述列电极电容可以几种方式使用。例如根据所述子电极占据的面积，它可以分解成子电极来得到数字模拟转换。另一方面可以输入连续的电荷重新分布。
本发明提供多种优点。需要的行地址导线数量保持相同，每行图像元件一个。每个显示元件的TFT数量几乎减少50％，由于取代了每个图像元件两个TFT，一个TFT足够，以每列电极的一些TFT(两个或更多，根据数字模拟转换的类型)产生较大缝隙为代价。由于数字模拟转换不再依靠专用电容器或分开的显示元件的电容，获得较大设计自由。
本发明的另一个、重要的优点是它克服了伴随US5448258显示装置的运行局限性。因为在这个公知的装置中，每行图像元件由两行地址导线来操作，并且每行地址导线由两邻接行图像元件来使用，当电容器元件都包含显示子元件时，垂直扫描方向不能反相并不恶化计划显示。如果该组图像元件是从底部到顶部来驱动而不是从顶部到底部，然后在该行转换过程完成后，当寻址上述行中图像元件时，将打开一行中图像元件的转换电路的输入TFT，由此导致保存的电压改变。在本发明的显示装置中，另一方面，每行图像元件通过各自的行地址导线来驱动，并且垂直扫描方向可以轻易得到反相。该性能在许多应用中是有益的。例如，使用矩阵显示装置的投影显示系统是公知的，把该系统设计成它们在相反的方向上可以是地板安装或天花板安装。由于可以轻易反相垂直扫描方向，在这样的应用中该显示装置适宜使用。在汽车导航系统中发现一种类似的需要，其中显示器可能需要安装在仪表板的上面或下面。
在优选实施例中，每个列电极包含至少两个子电极，通过转换开关，该子电极可以相互连接。例如每个列电极分成多个部分，通过转换开关，其互相地相互连接，每个部分具有自己的电容值(例如以一比例4∶2∶1)。表示一灰度值的一定量的电荷，通过继续提供二进制数据给列电极的一端来输入，而另一端具有一固定电压值。实际的灰度值依赖于数据位的数量和互相地相互连接电极部件的数量。在电荷重新分布后，以串行方式使用列电极电容器元件来执行数字模拟转换，驱动一行电极来传递相应的灰度值给图像元件。
在基于串行数字模拟转换的另一个实施例中，至少两个列电极通过转换开关可相互连接，而分开的子行电极选择与每个列电极相关的图像元件。
在基于并行数字模拟转换另一个实施例中，所述数字模拟转换设备的数字模拟转换由转换开关的数量来确定，在行选择期间驱动该开关。数字模拟转换设备包含几个电容，通过转换开关，其可相互连接到一公共点。然后一选择开关出现在所述公共点和列电极之间，而一附加开关元件连接所述公共点到一参考电压。电容器的比例确定数字模拟转换。
另一方面，不同宽度的列子电极可以确定所述数字模拟转换。现在转换开关出现在每个子电极和所述公共点之间，而一附加开关元件再次连接所述公共点到一参考电压。
附图说明
现在将通过例子并参考附图描述本发明矩阵显示装置的实施例，其中：
图1是本发明矩阵显示装置实施例的简要框图，
图2是矩阵显示装置部分示意横截面图，
图3简要表示本发明装置中单列的一种电路结构，
图4图解了应用到显示器行列地址导线和转换开关上的实例波形，
图5简要表示本发明装置中单列的另一种电路结构，
图6图解了应用到图5显示器行列地址导线和转换开关上的实例波形，
图7、8和9描述本发明更多的实施例。
具体实施方式
参考图1，矩阵显示装置包含一液晶显示装置，其具有行排和列排图像元件12，其在显示板10中形成。图像元件12包括液晶显示元件，其通过隔开分别容纳在第一和第二(玻璃)衬底(1，2)相对的表面上的电极并旋转它们之间的向列液晶材料3来形成(参见图2)。第一衬底上的图像元件电极包含各自电极层4的部分，其对于阵列中的显示元件来说是公共的，而显示元件的其它电极包含单独的电极层(图2中未表示)，其连同它们的地址电路一起容纳在第二衬底2上。图像元件12包括开关TFT16，其连接到成套的行导线18(1-r)和列导线19(1-c)上，其容纳在第二衬底上，驱动图像元件的驱动信号从一外围驱动电路中提供到其上，该电路包含一行驱动电路21和一列驱动电路25，这两个电路都包含数字电路并集成在显示板10上。通过提供转换波形信号给行导线，行驱动电路经由行导线可操作用来在每个场中依次扫描行图像元件，对连续的场来说重复该操作，通过从定时和控制电路23中提供的定时信号来控制，一输入信号24提供给该电路。输入信号可以是模拟或数字视频(图像)信号，例如TV信号或计算机视频信号。控制和数据信号在控制电路23和行驱动电路21与列驱动电路25之间沿着总线26、27进行交换，而另外的控制线28、29控制转换门(转换开关)31，用TFT晶体管31来实现。数字视频数据(如果使用模拟输入经由AD转换器)提供给列驱动电路，并且操作提供给这组列导线19，适当地并联一行中的各个图像元件，并且与行扫描同步，一串多位数字数据信号形成。提供给列驱动电路25的数字信号是分离的，并且从一整行(视频)信息中的采样保存在电路25的门锁电路中，以适于它们相关的列图像元件。由于在传统的显示器中，(视频)信息写入到图像元件以行对行为基础来发生，其中一行视频信息由列驱动电路25来采样，因此经由列导线写入到所选行中图像元件12，所选行的识别由行驱动电路21来确定。然而，与传统的显示器不同，由列驱动电路提供给列导线的用于显示元件的视频信息是一串多位数字形式而不是模拟(调幅)形式。
列导线具有一电容，其沿着所述列导线的长度分布(列电极19)。每个列电容包含显示器中列电极和其它电极之间的电容。图2简要图解了穿过一点上的矩阵显示器的横截面图，在该点上一列电极19横穿一行导线或行电极18。列电容可以包括列电极和行电极之间的电容，这两个电极由绝缘层20分开，显示器的列电极和公共电极4之间的电容，在这种情况下，液晶层3形成绝缘层、薄膜晶体管源极的源(极)—门(极)电容和列电极与图像电极之间的电容。由于有源矩阵显示器具有规则结构，列电容沿着列电极均匀分布。
根据本发明的第一实施例，参见图3，列电极19包含(在这个例子中是两个)子电极19a、19b，这两个子电极通过转换开关(薄膜晶体管)32可以互相连接。
在这个例子中每个列电极分成两部分，这两部分具有实质相等的长度，由此可以用实质相等的电容器来表示。在列电极的两端提供另外的转换开关设备31。提供一个所述开关设备来允许数字数据从列驱动电路25(图3中用一输出放大器33表示)传递到列电极的上半段。另一开关设备31允许列电极下半段连接到预定的电压上。转换过程受到三个转换开关信号A、B、C的控制，图4中图解了用于寻址一列中两个像素地址信号的序列。假定开关设备是n型TFT，当提供给该设备门极端的开关信号是高电平时，其打开。作为选择，可以使用p型晶体管或CMOS传输门。对于显示器中的所有列来说，控制信号通常但不必是公共的。
如图4所示，寻址以列驱动电路25提供一电压给列电极开始，转换最小有效位数字数据的状态表示，而同时转换开关设备31(A，C)达到高电平来打开相应的TFT。与最小有效位数字数据相应的电荷传递给列电极的上半段，并且列电极下半段充电到预定的电压，例如接地电压，来复位列电极的下半段。然后受信号A、C控制的TFT切断而受信号B控制的TFT打开。电荷分配发生在列电容的两个半段之间，电容器上的电压相等。然后控制信号B返回到低电平，切断它相关的晶体管，表示下一位数字数据的电压在列驱动电路25的输出放大器33上产生，并且控制信号A变成高电平来允许第二位传递给列电极的上半段。然后控制信号A返回到低电平和控制信号B变成高电平允许电荷分配发生在列电容的两个组件之间。在四位转换的情况下，对于每一位数字数据来说这个过程依次重复。在转换中当信号B最后一次变为高电平时，最后的电荷分配完成，导致转换的电压表现在列电极的两个半段上。此时适当行的电极可以达到所选的电平并经由TFT16传递这个转换电压给显示元件。
图5表示另一种方法，其用于分割列电极19来形成在D/A转换器中使用的电容器，这个分割产生一组具有二进位加权值的工作电容。虽然列电极部分长度已经表示为渐增向下移动列电极，对于它们来说不需要按这个特殊次序，只要由列驱动电路提供的数据位的次序与列部分的次序一致。在这个例子中，形成四个单个电容来提供四位数据转换。转换开关设备32定位在列电极部分之间，并且另一个转换开关设备31连接到列电极和列驱动电路的输出放大器33之间(这里的转换开关设备又是n型TFT)。
为了执行数据转换，所有控制信号初始为高电平，由此关闭所有开关。表示最有效的位数字数据的电压通过列驱动电路提供给列电极，并且这个传递给列电极最低部分。受信号D控制的开关然后打开，表示第二有效的位数字数据的电压由列驱动电路提供给列电极的较上部分。由信号C控制的开关然后打开，表示下一有效位数字数据的电压提供给列电极的其余部分。重复这个过程直到列电极所有部分充电到与数字数据中它们各自位的状态相对应的电平。此时，受信号B、C和D控制的晶体管打开，并且电荷分配发生在列电极部分之间，产生所有部分上所需的转换电压。然后可以选择显示器中适当行电极和转换电压传递给显示元件。
在图7的例子中，两(或如果需要更多)列用表示多位数字数据的电压经由一单个输出放大器33来维持。列电极具有实质相等的长度和由此可以用实质相等的电容器来表示。在列电极的两端提供转换开关设备31(A、C)。提供一个开关设备(31A)来允许数字数据从列驱动电路25(图7中用输出放大器33来简要表示)传递给一个列电极。其它开关设备31C允许列电极的下半段连接到预定电压上。转换过程受到另一个转换开关设备31B的控制和可以用与所述的关于图3、4实施例的过程类似的方式来描述，用于两列的开关C同时转换。现在，然而当完成最后的电荷分配时，这将导致转换电压只出现在一个列电极上。然后可以选择显示器中适当的子行电极18a和可以把转换电压传递给一行中一半显示元件(在这个例子中)。对于该行中的另一半像素来说，重复转换过程，之后选择显示器中的子行电极18b和可以把转换电压传递给该行中另一半显示元件。
图8表示如何使用一列电极和列驱动电路部分得到电荷分配。转换电路包含四个电容器，经由转换开关31B相互连接到公共节点32，每个部件具有自己电容值(例如以一比例8C∶4C∶2C∶1C)。首先通过闭合开关31C给电容器放电(在并连的情况下，虽然串联操作这些开关也是可能的)。通过提供二进制数据导入表示灰度值的一定量电荷，其确定转换开关31B的状态(开或关)。实际的灰度值依赖于数据位的数量和转换开关31B打开的数量，其确定节点32上的电压(在0和Vref之间)和C的电容比以及列电压。在利用参考电压Vref对电容33充电后，通过闭合另一开关31A数字模拟转换通过电容器33和列电极的电容元件之间的电荷重新分配得到最后确定，这通过闭合开关31B，而断开开关31C和另一开关31A来实现。然后，驱动行电极来控制选择开关31传递相应的灰度值给图像元件(未表示)。节点32上的电压Vout通过因子15C/(15C+Ccol)来减少，Ccol是列电容。由于Ccol在取代面积上变化不大，这个可以认为是一个常电压化简，其可以得到合并，而选择Vref值。
代替使用经由转换开关相互连接的电容器，在图9的实施例中使用列子电极19的列电容，列子电极具有二进制宽度比8W∶4W∶2W∶1W。现在子电极以与所述的关于图8中的电容器33类似的方式作用为电容器。输入4位数据，闭合或断开开关31B、31C来给列电容充电或不充电达到与这些位值相一致的值。然后，数字模拟转换通过列子电极19之间的电荷重新分配再次得到最后确定，通过闭合开关31B，而断开开关31C和另一开关31A来实现。在这个例子中，在节点32上没有电压减少，所以选择开关31’(图8)可以省去。而数字模拟转换通过列子电极之间的电荷重新分配得到最后确定，这通过闭合开关31B，而断开开关31C和另一开关31A来实现。TFT开关16可以是断开的来传递电压值给图像元件12。这个实施例极适合于反射显示装置，这里子电极19出现特大间隔，由于它们通常由图像电极覆盖。
对于本领域技术人员来说其它修改将是显而易见的。例如，如果列驱动电路在数据转换开始前输出复位电压和其余的两个开关31(A、B)同时打开来复位转换电路，图3、4实施例中的开关31C可以去除。

Claims (8)

1、一种矩阵显示装置，其包括由在选择电极和列电极交叉处的图像元件构成的矩阵，所述选择电极用于选择行图像元件，所述列电极用于提供数据，还包含驱动设备，选择信号和数据信号经由所述设备施加于所述图像元件，所述矩阵显示装置包含电荷重新分布数字模拟转换设备，其用于转换多位数字数据信号，所述数字模拟转换设备包含至少一个转换开关，其特征在于列电极电容是所述数字模拟转换设备的一部分。
2、根据权利要求1所述的矩阵显示装置，其特征在于每个列电极包含至少两个子电极，所述子电极通过所述转换开关可以相互连接。
3、根据权利要求2所述的矩阵显示装置，其特征在于所述驱动设备包含用于在行选择之前提供二进制数据给列电极和在提供所述数据后启动与所述列电极相关的所述转换开关的设备。
4、根据权利要求1所述的矩阵显示装置，其特征在于所述数字模拟转换设备的数字模拟转换由行选择期间要启动的转换开关数量来确定。
5、根据权利要求4所述的矩阵显示装置，其特征在于所述数字模拟转换设备包含电容，其通过转换开关可相互连接到公共点，所述公共点经由一选择开关可相互连接到列电极并经由另一开关可相互连接到一参考电压。
6、根据权利要求4所述的矩阵显示装置，其特征在于每个列电极包含至少不同宽度的子电极，每个子电极通过转换开关可相互连接到公共点，所述公共点经由另一开关可相互连接到一参考电压。
7、根据权利要求5或6所述的矩阵显示装置，其特征在于所述显示装置包含设备，其用于在选择期间提供二进制数据给转换开关和在提供所述数据后启动所述另一开关，所述装置还包含用于给数字模拟转换设备放电的设备。
8、根据权利要求1所述的矩阵显示装置，其特征在于对于一行中的图像元件来说至少两个列电极通过转换开关可相互连接，与每个列电极相关的图像元件由单个子行电极来选择。
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