KR20010039026A - Field Emission Display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계 방출 디스플레이(FED : Field Emission Display) 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면, 3가지 출력상태를 가진 게이트 구동회로를 구비하여 데이터 구동회로가 고속 동작이 가능하고 전력소모를 줄이는 전계방출디스플레이 및 그 구동 방법에 관한 것이다.Field of the Invention The present invention relates to a field emission display (FED) and a driving method thereof. More specifically, the present invention provides a gate driving circuit having three output states, which enables a data driving circuit to operate at a high speed and consume power. It relates to a field emission display and a driving method thereof.
일반적으로, FED의 구동방법은 각각의 화소를 제어하기 위해서 게이트 라인과 캐소드 라인을 직교하도록 배치하여 각 라인에 적정한 신호를 인가함으로써 교차하는 위치에 있는 화소를 개별적으로 선택하여 제어할 수 있는 방식인 매트릭스 방식을 사용한다. 이와 같이 매트릭스 방식은 스캔 구동회로와 데이터 구동회로가 필요하게 된다.In general, the driving method of the FED is a method in which gate lines and cathode lines are orthogonal to control each pixel, and an appropriate signal is applied to each line to individually select and control pixels at crossing positions. Use the matrix method. As such, the matrix method requires a scan driving circuit and a data driving circuit.
도 1은 기생 캐패시턴스 성분을 도시한 FED 팁의 단면도를 나타낸다. 여기서 가장 큰 캐패시턴스는 게이트와 캐소드간의 캐패시턴스인 Cgc이고 수천개의 팁이 모여서 한 개의 화소를 이룬다. 이때 화소당 캐패시턴스 Cgc 는 1pF 정도가 된다.1 shows a cross-sectional view of a FED tip showing parasitic capacitance components. The largest capacitance here is Cgc, the capacitance between the gate and the cathode, and thousands of tips form one pixel. At this time, the capacitance Cgc per pixel is about 1pF.
도 2은 일반적인 전압구동 방식을 설명하기 위한 전체 구동회로의 등가 회로도를 나타내고, 도 3는 통상의 전계방출 소자의 전압구동방식을 예시한 등가 회로도를 나타내고 있다.FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of an entire drive circuit for explaining a general voltage driving method, and FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram illustrating a voltage driving method of a conventional field emission device.
도 2의 FED는 FED 패널과, 게이트 구동회로인 스캔구동회로(220)와, 캐소드를 구동하는 PWM 방식의 데이터 구동회로(230)와, 이 두 회로에 필요한 제어신호와 데이터를 보내고 외부의 비디오 및 PC장치(215)에 연결된 FED 제어기(210)로 구성되어 있다.2 shows an FED panel, a scan driving circuit 220 as a gate driving circuit, a PWM data driving circuit 230 for driving a cathode, and a control signal and data necessary for the two circuits, and sends external video. And an FED controller 210 connected to the PC device 215.
도 3에 있어서, 전계방출 소자는 구조상 게이트와 캐소드간에 일정한 값의 캐패시턴스가 존재한다. 그리고 게이트라인(Row1, Row2, ..Rown)과 캐소드 라인(Col1, col2, col3,...Coln)에 연결된 전계방출디스플레이 혹은 전계방출소자의 게이트와 캐소드 간의 캐패시턴스(Cgc)는 병렬로 연결되어 있다. FED를 구동할 때 캐소드에 데이터를 인가하는 경우에 캐소드 데이터 구동회로,도 2의 캐소드 데이터 구동회로(230)참조, 는 병렬로 연결된 모든 캐패시턴스를 충전-방전하면서 캐소드 라인(Col1, col2, col3,...Coln)에 전압을 인가한다. 이러한 인가된 캐패시턴스는 매우 큰 값이며 충전-방전시 큰 값의 전류가 필요하므로 소비전력이 크게 되며 구동회로의 동작속도가 저하되게 된다.In FIG. 3, the field emission device has a constant capacitance between the gate and the cathode. The field emission display connected to the gate lines Row1, Row2, ..Rown and the cathode lines Col1, col2, col3, ... Coln or the capacitance Cgc between the gate and the cathode of the field emission device are connected in parallel. have. When the data is applied to the cathode when driving the FED, see the cathode data driving circuit, the cathode data driving circuit 230 of FIG. 2, and the cathode lines Col1, col2, col3, and the like while charging and discharging all the capacitances connected in parallel. ... apply a voltage to Coln). This applied capacitance is a very large value and a large value of current is required for charge-discharge, so power consumption is increased and the operation speed of the driving circuit is reduced.
이 캐패시턴스를 충전-방전하는데 필요한 전력소모량의 산출식은 다음과 같다.The formula for calculating the power consumption required for charging and discharging this capacitance is as follows.
Pd= N·Cgc·V2 HVDD·fclk.....(1)P d = N Cgc V 2 HVDDf clk ..... (1)
여기서 N은 게이트 라인의 수이고, Cgc는 게이트와 캐소드 간의 캐패시턴스이고, VHVDD는 캐소드에 인가되는 고전압이며, fclk는 데이터 구동회로의 동작 주파수를 나타낸다. 상기한 전력 소모량의 산출식(1)에 의하면, 하나의 화소에 대한 일반적인 캐패시턴스(Cgc)값은 1pF 정도가 된다.Where N is the number of gate lines, Cgc is the capacitance between the gate and the cathode, V HVDD is the high voltage applied to the cathode, and f clk represents the operating frequency of the data driver circuit. According to the above formula (1) of the power consumption amount, the general capacitance Cgc value for one pixel is about 1 pF.
160X120의 해상도를 갖는 FED는, 게이트 라인의 수가 120을 나타내고, 캐소드 라인의 수가 160 를 나타낸다. 컬러 FED인 경우는 캐소드 라인의 수는 160X3인 480라인이 된다. 160X120의 해상도를 갖는 FED를 구동시 캐소드에 데이터를 인가하는 경우에 캐소드 구동회로는 120pF의 캐패시턴스를 충전-방전하면서 캐소드 라인에 전압을 인가한다. 이러한 캐패시턴스는 매우 큰 값이며 충전-방전시 큰 값의 전류가 필요하므로 소비전력이 크게 되며 구동회로의 동작속도가 저하되게 된다.An FED having a resolution of 160 × 120 indicates the number of gate lines 120 and the number of cathode lines 160. In the case of color FED, the number of cathode lines is 480 lines of 160 × 3. When data is applied to the cathode when driving an FED having a resolution of 160 × 120, the cathode driving circuit applies a voltage to the cathode line while charging and discharging a capacitance of 120 pF. These capacitances are very large and require a large value of current when charging and discharging, so the power consumption is increased and the operating speed of the driving circuit is reduced.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 게이트 구동회로내에서 각 출력단과 그에 대응하는 각 로오라인 사이에는 해당 게이트로 인가되는 전압레벨을 3가지 상태로 제어하는 제어장치를 포함하여, 게이트 구동회로가 고전압인 Hdd로 전압이 인가되고, 0 볼트 전압으로 스위칭된 후, 플로오팅 상태를 유지함으로써, 캐소드 라인에 연결되는 캐패시턴스를 낮추어 캐소드 구동회로가 캐패시턴스를 충전-방전하는데 필요한 전력소모를 줄이고 고속동작을 하는 전계방출디스플레이를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and includes a control device for controlling a voltage level applied to a corresponding gate in three states between each output terminal and a corresponding row line in a gate driving circuit. After the voltage is applied to the high voltage Hdd and the gate driving circuit is switched to 0 volts, the gate driving circuit maintains the floating state, thereby lowering the capacitance connected to the cathode line so that the cathode driving circuit consumes power required for charging and discharging the capacitance. The purpose is to provide a field emission display that reduces the speed and operates at high speed.
도 1은 기생 캐패시턴스 성분을 도시한 FED 팁의 단면도,1 is a cross-sectional view of a FED tip showing parasitic capacitance components;
도 2는 통상적인 전계방출의 전압구동방식을 예시한 회로도,2 is a circuit diagram illustrating a conventional voltage driving method of electric field emission;
도 3은 통상적인 전계방출 디스플레이의 경우의 등가회로도,3 is an equivalent circuit diagram of a conventional field emission display.
도 4(A)는 통상적인 전계방출 디스플레이의 게이트 구동회로의 출력파형도,4A is an output waveform diagram of a gate driving circuit of a conventional field emission display;
도 4(B)는 본 발명에서 제안한 게이트 구동회로의 출력파형도,4B is an output waveform diagram of the gate driving circuit proposed in the present invention;
도 5(A)는 일반적인 두 상태의 출력을 가지는 고전압 출력단의 회로도,5A is a circuit diagram of a high voltage output stage having an output of two general states;
도 5(B)는 본 발명에 적용하기 위한 세가지 상태의 출력을 갖는 고전압 출력단의 회로도,5 (B) is a circuit diagram of a high voltage output stage having an output of three states for application to the present invention;
도 6은 본 발명에 따라 전계방출디스플레이로 사용될 때의 FED 구동회로도,6 is a FED driving circuit diagram when used as a field emission display according to the present invention;
도 7은 데이터를 인가할 때 전체 구동회로의 등가 회로도.Fig. 7 is an equivalent circuit diagram of the entire drive circuit when data is applied.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
310 : 제어기 330 : 데이터 구동회로310: controller 330: data driving circuit
333 : 디모듈레이터 335 : 시프트 레지스터333: demodulator 335: shift register
370 : 게이트 구동회로 52 : 버퍼370: gate driving circuit 52: buffer
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 전계 방출 디스플레이에 있어서, 데이터신호를 출력하는 캐소드 데이터 회로와,According to the present invention for achieving the above object, in the field emission display, a cathode data circuit for outputting a data signal,
세 가지 상태의 출력을 고전압 출력단에 의하여 발생시켜 고전압 스캔을 한 후 하이 임피던스 상태를 유지하는 방식을 사용하여, 상기 캐소드 데이터 회로가 캐소드 라인에 연결되는 게이트와 캐소드간의 캐패시턴스인 Cgc 의 수를 줄여서, 전력소모를 줄일수 있도록 하는 게이트 스캔 구동회로와,The output of the three states is generated by the high voltage output stage to perform a high voltage scan, and then maintains a high impedance state, thereby reducing the number of Cgc, the capacitance between the gate and the cathode of which the cathode data circuit is connected to the cathode line, Gate scan driving circuit to reduce power consumption,
게이트 구동회로내에서 각 출력단과 그에 대응하는 각 로오라인 사이에서 해당 게이트에 인가하는 전압레벨을 3가지 상태로 제어하는 고전압 출력단을 포함한다.It includes a high voltage output stage for controlling the voltage level applied to the corresponding gate in three states between each output terminal and the corresponding row line in the gate driving circuit.
또한 전계 방출 디스플레이의 게이트 구동회로 내에는 데이터를 인가하는 화소에만 게이트에 고전압을 인가하고 그 외의 FED 화소의 게이트를 플로팅 상태를 유지시켜 캐소드 라인에 병렬로 연결되어 있는 캐패시턴스를 줄여서 데이터 구동회로의 전력소모를 줄이고 속도를 빠르게 한다.In addition, in the gate driving circuit of the field emission display, a high voltage is applied to only the pixel to which data is applied, and the gate of the other FED pixel is maintained in a floating state, thereby reducing the capacitance connected in parallel to the cathode line, thereby reducing the power of the data driving circuit. Reduces consumption and speeds up
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면를 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4의 (A) 및 도 4의(B)는 각각 통상적인 게이트 구동회로와 본 발명에서 제안한 구동회로의 출력파형을 나타낸다. 일반적인 방식인 도 4의 (A)는 순차적으로 클럭 주기에 맞추어 GND 레벨에서 고전압인 HVdd 레벨까지 스캔한다.4A and 4B show the output waveforms of the conventional gate driving circuit and the driving circuit proposed in the present invention, respectively. 4A sequentially scans from the GND level to the high voltage HVdd level according to a clock cycle.
그렇지만 제안한 방식인 도 4의 (B)에서는 FED 게이트에 연결되는 게이트스캔 구동회로(370)가 플로팅 상태에서 인가전압인 HVdd와 그라운드 레벨로하고, 다시 플로팅 상태인 하이 임피던스로 유지하는 클럭파형 전압으로 스캔을 한다. 데이터 구동회로(330)가 캐소드 부분에 연결되어 일정한 전압으로 데이터를 캐소드에 인가한다.However, in the proposed scheme of FIG. 4B, the gate scan driving circuit 370 connected to the FED gate is set to the clock waveform voltage which is maintained at the HVdd and the ground level of the applied voltage in the floating state, and maintained at the high impedance in the floating state. Do a scan. The data driving circuit 330 is connected to the cathode to apply data to the cathode at a constant voltage.
도 4(B)는 게이트 구동회로의 인가전압인 HVdd와 GND레벨로부터 플로팅 상태인 하이 임피던스상태에서 클럭파형으로 스캔을 한다. 즉, 게이트에 고전압이 인가된 후 GND 상태로 스위칭하고, 다시 하이 임피던스상태로 변화된다. 이에 따라 게이트와 캐소드 간에 캐패시턴스(Cgc)가 형성되는 구간은 게이트에 HVdd와 GND 가 인가된 상태 뿐이게 된다.4B scans the clock waveform in the high impedance state of the floating state from HVdd and GND levels of the gate driving circuit. That is, after a high voltage is applied to the gate, the gate is switched to the GND state, and is changed to the high impedance state. Accordingly, the period in which the capacitance Cgc is formed between the gate and the cathode is only a state in which HVdd and GND are applied to the gate.
도 5의 (A)는 일반적인 두 상태의 출력을 가지는 고전압 출력단이고, 도 5(B)는 본 발명에 적용하기 위한 세가지 상태의 출력을 갖는 고전압 출력단이다. 도 5(B)에서 출력단인 HVout 단은 게이트 구동회로의 출력단의 게이트라인(Row1, Row2, ..Rown)에 연결되어 제어시키기 위하여 제어신호 Control 에 로우Low 신호가 인가되면 플로팅 상태를 유지하고, 제어신호 Control 에 하이High 신호가 인가된 상태이면 Vin 에 인가된 로직 전압으로 인가된 신호를 고전압 레벨인 HVdd레벨로 변화하여 출력으로 내보낸다.FIG. 5A is a high voltage output stage having an output of two general states, and FIG. 5B is a high voltage output stage having three states of outputs for application to the present invention. In FIG. 5B, the HVout terminal, which is an output terminal, is connected to the gate lines Row1, Row2, ..Rown of the output terminal of the gate driving circuit to maintain a floating state when a low signal is applied to the control signal Control. When the high signal is applied to the control signal Control, the signal applied with the logic voltage applied to Vin is changed to HVdd level, which is a high voltage level, and sent to the output.
도 6은 본 발명에 따라 도 3에 대하여 전계방출디스플레이로 사용될 때의 구동방법을 제안한 FED 구동회로도이다.FIG. 6 is a FED driving circuit diagram showing a driving method when used as a field emission display with respect to FIG. 3 according to the present invention.
도 6은 FED 구동회로에서 FED 패널과 3가지 전압레벨상태의 출력을 갖는 게이트 구동회로(370)와, 캐소드를 구동하는 전압구동방식의 데이터 구동회로(330)와, 이 두 회로에 필요한 제어신호와 데이터를 보내는 FED 제어기(310)로 구성되어 있다.6 shows a gate drive circuit 370 having an FED panel and three voltage level outputs in a FED drive circuit, a voltage drive type data drive circuit 330 for driving a cathode, and a control signal required for these two circuits. And a FED controller 310 for sending data.
도 6의 디스플레이는 상술된 도 2를 참조하면, 게이트와 캐소드간에 큰 값의 캐패시턴스가 존재하고, 전계방출 소자의 게이트와 캐소드 간의 캐패시턴스(Cgc)는 병렬로 연결되어 있고, 캐소드 데이터 구동회로(330)는 병렬로 연결된 모든 캐패시턴스를 충전-방전하면서 캐소드 라인(Col1, col2, col3,...Coln)에 전압을 인가한다.Referring to FIG. 2, the display of FIG. 6 has a large capacitance between the gate and the cathode, the capacitance Cgc between the gate and the cathode of the field emission device is connected in parallel, and the cathode data driving circuit 330 ) Applies a voltage to the cathode lines Col1, col2, col3, ... Coln while charging and discharging all capacitances connected in parallel.
도 6에 있어서, 캐소드 데이터 구동 회로(330)는 패널의 각 캐소드 라인에 연결되어 소정비트(예컨대 4비트)의 데이터 신호를 받아 구동되고, 데이터 신호는 비디오 장치(315)에서 기초된 비디오 신호가 된다. 또 캐소드 데이터 구동회로(330)는 FED제어기(310)에서 출력되는 신호를 순차 전달하여 일시 저장하는 시프트 레지스터 및 래치(335)와, 디모듈레이터(333)를 구비한다.In FIG. 6, the cathode data driving circuit 330 is connected to each cathode line of the panel to receive and drive a data signal of a predetermined bit (for example, 4 bits), and the data signal is a video signal based on the video device 315. do. In addition, the cathode data driving circuit 330 includes a shift register and a latch 335 and a demodulator 333 for temporarily transmitting and temporarily storing a signal output from the FED controller 310.
게이트(스캔) 구동회로(370)는 FED 제어기로부터의 입력되는 제어신호를 받아 패널(300)내의 다수개의 게이트가 연결된 다수의 로오라인(Row1,Row2, Row3, ... Row n-1, Row n)을 구동한다. 이 게이트 스캔 구동회로(370)는 다수의 로오라인(Row1,Row2, Row3, ... Row n-1, Row n)에 연결된다. 또 게이트 스캔 구동회로(370)는 게이트라인(Row1, Row2, ..Rown)과 캐소드 라인(Col1, col2, col3,...Coln)에 연결되며 스캔 신호를 순차 출력한다. 게이트 구동회로의 각 출력단과 그에 대응하는 각 게이트 로오라인 사이에는 해당 게이트로 흐르는 전압레벨을 3가지 상태로 제어하는 고전압 출력단(52a,52b, ...52n, 도 5b의 회로도 참조)를 포함한다.The gate driving circuit 370 receives a control signal input from the FED controller and receives a plurality of row lines Row1, Row2, Row3, ... Row n-1, Row connected to a plurality of gates in the panel 300. drive n). The gate scan driving circuit 370 is connected to a plurality of row lines Row1, Row2, Row3, ... Row n-1, Row n. The gate scan driving circuit 370 is connected to the gate lines Row1, Row2, ..Rown and the cathode lines Col1, col2, col3,... Coln and sequentially outputs a scan signal. A high voltage output terminal 52a, 52b, ... 52n, see the circuit diagram of FIG. 5B, is provided between each output terminal of the gate driving circuit and each gate row line corresponding thereto to control the voltage level flowing to the corresponding gate in three states. .
도 7은 도 6에 대한 전계방출 소자에서 데이터를 인가할 때의 캐패시턴스로 모델링된 전압구동방식을 예시한 등가 회로도이며, 전압구동 방법을 개략적으로 나타내고 있다. 도 7은 게이트 구동회로는 다수의 로오라인(Row1,Row2, Row3, ... Row n-1, Row n)에 연결되어 스캔 신호를 순차 출력하는 스캔 구동 회로와 연결된 도 6과의 등가회로임을 이해할 수 있다.FIG. 7 is an equivalent circuit diagram illustrating a voltage driving method modeled by capacitance when data is applied in the field emission device of FIG. 6, and schematically illustrates a voltage driving method. 7 is an equivalent circuit of FIG. 6 connected to a plurality of row lines Row1, Row2, Row3, ... Row n-1, Row n and a scan driving circuit sequentially outputting scan signals. I can understand.
도 7은 로오라인(Row2)에 고전압이 인가되고 데이터를 인가하는 경우에 대해서 나타내는 것이다. 도 7은 로오라인Row2 에 고전압이 인가되고 데이터를 인가하는 경우에 대해서 나타내는 것이다. 이때 로오라인 Row 1)의 게이트 라인은 GND에 연결되어 있다. 그리고 로오라인 Row 3에 Row N까지의 게이트 라인은 GND 상태로 된 후 플로팅 상태인 하이 임피던스상태를 유지하고 있다. 이 경우 게이트와 캐소드 간에 기생 캐패시턴스 성분인 Cgc는 형성되지 않는다. 이 결과 데이터가 인가되는 화소인 로오라인 Row 2와 바로 전에 펄스가 인가되고 GND 상태를 유지하는 로오라인 Row1에 연결된 부분의 FED 팁의 게이트와 캐소드 간에만 Cgc가 형성된다. 이에 따라 캐소드 라인에 연결되는 캐패시턴스를 낮추게 되며 캐소드 구동회로가 캐패시턴스를 충전-방전하는데 필요한 전력소모를 줄이게 된다. 이때 소모되는 전력소모(Pd)를 수식으로 나타내면 다음과 같다.FIG. 7 shows a case where a high voltage is applied to the row line Row2 and data is applied. Fig. 7 shows a case where high voltage is applied to the row line Row2 and data is applied. At this time, the gate line of row line Row 1) is connected to GND. The gate line from row line Row 3 to row N maintains the floating high impedance state after the GND state. In this case, the parasitic capacitance component Cgc is not formed between the gate and the cathode. As a result, Cgc is formed only between the gate and the cathode of the FED tip of the portion connected to the row line Row 2, which is a pixel to which data is applied, and the row line Row 1 which is pulsed immediately before and maintains the GND state. This lowers the capacitance connected to the cathode line and reduces the power consumption required for the cathode drive circuit to charge-discharge the capacitance. At this time, the power consumption (Pd) is expressed as a formula.
Pd= 2·Cgc·V2 HVDD·fclk,P d = 2 Cgc V 2 HVDDf clk ,
여기서 Cgc는 게이트와 캐소드 간의 캐패시턴스이고, VHVDD는 캐소드에 인가되는 고전압이며, fclk데이터 구동회로의 동작 주파수를 나타낸다. 또한 충전-방전하는 캐패시턴스의 값이 줄게되므로 고속동작을 하게 된다.Where Cgc is the capacitance between the gate and the cathode, V HVDD is the high voltage applied to the cathode, and represents the operating frequency of the f clk data driving circuit. In addition, since the value of the capacitance of charge-discharge decreases, high-speed operation is performed.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명을 사용하면 기존의 방식에 비해서, 데이터 구동회로의 전력소모를 낮출 수 있고, 데이터 구동회로가 고속 동작이 가능하게 하므로 그레이 스캐일을 높일 수 있어 잔상 효과를 없앨 수 있다. 또한, 전압제어 방식을 하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식과 FRC(Frame Rate Control)방식 등과 같은 모든 전압제어 방식에 사용할 수 있다.According to the present invention as described above, when the present invention is used, the power consumption of the data driving circuit can be lowered and the gray scale can be increased since the data driving circuit can be operated at a higher speed as compared with the conventional method. I can eliminate it. In addition, it can be used for all voltage control methods such as pulse width modulation (PWM) and frame rate control (FRC).
한편 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다.On the other hand, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, but may be modified and modified without departing from the scope of the present invention.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112992054A (en) * | 2021-04-19 | 2021-06-18 | 成都利普芯微电子有限公司 | Gray data display driving module, controller, transmission system and transmission method |
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1999
- 1999-10-28 KR KR1019990047237A patent/KR20010039026A/en not_active Application Discontinuation
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CN112992054B (en) * | 2021-04-19 | 2023-08-08 | 成都利普芯微电子有限公司 | Gray data display driving module, controller, transmission system and transmission method |
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