WO1992007351A1 - Systeme pour appliquer des signaux de luminosite a un dispositif - Google Patents

Systeme pour appliquer des signaux de luminosite a un dispositif Download PDF

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WO1992007351A1
WO1992007351A1 PCT/FR1991/000821 FR9100821W WO9207351A1 WO 1992007351 A1 WO1992007351 A1 WO 1992007351A1 FR 9100821 W FR9100821 W FR 9100821W WO 9207351 A1 WO9207351 A1 WO 9207351A1
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voltage
node
comparator
door
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PCT/FR1991/000821
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Dora Plus
Léopold Albert HARWOOD
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Thomson S.A.
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    • G09G2310/027—Details of drivers for data electrodes, the drivers handling digital grey scale data, e.g. use of D/A converters

Definitions

  • the present invention generally relates to control circuits for display devices and, more particularly, it relates to a system for applying brightness signals to the pixels of a display device such as a liquid crystal display.
  • display devices such as liquid crystal displays, consist of a matrix of pixels arranged horizontally in rows and vertically in columns.
  • the data to be displayed is applied in the form of brightness signals (gray scale) to data lines which are individually associated with each of the pixel columns.
  • the rows of pixels are scanned sequentially and the pixels within the activated row are loaded at different brightness levels based on the levels of brightness signals applied to each column.
  • each pixel is composed of at least three pixel elements, each of which emits one of the three primary colors of light, red, green or blue.
  • each pixel element is associated with a switching device making it possible to activate or deactivate each of the pixel elements.
  • the switching device is a semiconductor device, for example a thin film transistor (TFT), which receives the brightness information from a set of semiconductor circuits. Since both the switching devices and the circuit assemblies are constituted by semiconductor devices, it is preferable to manufacture the switching devices and the circuit assembly by a technology either of amorphous silicon or of polycrystalline silicon.
  • Liquid crystal displays are made of liquid crystal material sandwiched between two substrates. At least one of these substrates, and generally both, are transparent to light, and the surfaces of the substrates surrounding the liquid crystal material carry configurations of transparent conductive electrodes arranged in a configuration allowing the formation of individual pixel elements.
  • the aim sought in the industry is to manufacture the various components of the control circuits on the substrates and around the periphery of the display at the same time as the semiconductor switching elements are manufactured.
  • Amorphous silicon offers a preferable technology for the manufacture of liquid crystal displays, as this material can be manufactured at low temperatures.
  • a low manufacturing temperature is important since it allows the use of materials for the substrate which are conventional, readily available and inexpensive.
  • amorphous silicon technology is considered to be unusable because of the low mobility of amorphous silicon which makes it impossible to operate at the speeds necessary for the production of television type displays.
  • the manufacture of control circuit assemblies on the same substrates as the display matrix required the use of polycrystalline silicon, given the greater mobility of the carriers thereof. this.
  • polycrystalline silicon has the disadvantage of requiring manufacture at high temperatures, which requires the use of special and expensive substrate materials.
  • a system for applying brightness signals to each of the pixel columns in a display having a matrix of pixels arranged in columns and in rows has a plurality of signal transmission gates arranged to apply the brightness signals individually to the columns of pixels.
  • Each of the transmission doors has a control electrode to pass and block the transmission doors in response to a control signal exceeding a threshold.
  • the system includes means for preloading the control electrodes at the threshold.
  • the brightness signals are applied to the electrode columns by means of the transmission doors.
  • the present invention can be used with that described in the PCT application filed on the same date, having as inventors Leopold A. Harwood and Dora Plus, entitled “Control circuit for liquid crystal display and signal decoder for such a circuit” and claiming priority from US Application No. 71600050.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a preferred embodiment of a comparator circuit for use in the preferred embodiment of Figure 1;
  • FIG. 3 represents a preferred embodiment of a comparator circuit using CMOS technology.
  • FIG. 4 is a time diagram of the comparator circuit of Figure 2.
  • a set of analog circuits 11 receives an analog information signal representative of the data to be displayed coming from an antenna 12.
  • the input signal is a television video signal
  • the set of analog circuits 11 resembles that of a conventional television of known type.
  • the tube is replaced by a liquid crystal display device as described here.
  • the analog circuit 11 supplies a signal carrying analog data on a line 13 as the input signal of a digital-analog converter (D / A) 14.
  • D / A digital-analog converter
  • the television signal from the set of analog circuits 11 is intended to be displayed on a liquid crystal network 16 consisting of a large number of pixel elements, such as the liquid crystal cell 16a, arranged horizontally in m rows and vertically in n columns.
  • the liquid crystal network 16 comprises nc innate data lines 17, either one for each of the vertical columns of the liquid crystal cells, and m selection lines 18, or one for each of the horizontal rows of s liquid crystal cells.
  • the A / D converter 14 includes an output bus 19 for supplying levels of brightness, or gray scale codes, to digital storage means 21 having several output lines 22.
  • the output lines 22 of digital storage means 21 control the voltages applied to the data lines 17 for the columns of the cells liquid crystal 16a by digital / analog converters (D / A) 23, comparators 24 and transmission gates 26. Each of the output lines 22 therefore controls the voltage applied to the liquid crystal cell in a given column when an associated transmission door 26 is open, according to the scanning of the selection lines 18.
  • a display device using counters and a preferred embodiment of the storage means 21, in the form of a shift register, are described in US patents nos. 4,766,430 and 4,742,346, the lessons of which are incorporated into the present application.
  • a reference ramp generator 33 provides a reference ramp voltage signal on an output line 27. Line 27 is coupled, through a line 32, to comparators 24 in each of the columns of liquid crystal cells.
  • a data ramp generator 34 provides a data ramp to the columns of the pixel elements by connecting the output line 28 to each of the transmission gates 26.
  • the transmission gates 26 are layered transistors thin. the control electrodes of which are coupled to the outputs of the comparators 24 by lines 29.
  • the digitized brightness signals coming from the digital storage means 21 are applied by the output lines 22 to the digital / analog converters 23, the output line 31 of which is connected to an input of a comparator 24
  • the reference ramp generator 33 provides a reference ramp to the other input of each of the comparators 24 via the lines 32.
  • the reference ramp may be non-linear in order to compensate for any cases of non-linearity generated in any part. of the television transmitter / receiver system or of the comparators 24.
  • the output lines 29 of the comparators 24 are in the high position, and the transmission doors 26 are passable.
  • the voltages on the output lines 29 make the transmission doors passable and blocked, and thus serve as control signals for the transmission doors.
  • the data ramp on line 28, coming from the data ramp generator 34, is thus applied to each pixel element which is inside the activated row and which is associated with a passing transmission gate 26.
  • the output line 29 of the comparator 24 goes to low level, blocking the associated transmission door 26.
  • the pixel element associated with the blocked transmission door is thus loaded at the level established by the analog light signal from the D / A converter 23.
  • FIG. 2 represents a preferred embodiment of an analog comparator 24.
  • the analog comparator 24 comprises several doors of transfer doors 36 to 41 which, in the preferred embodiment shown here, are thin film transistors (TFT) .
  • TFT thin film transistors
  • the output line 31 of the D / A converter 23 supplies the brightness signal as an input to the transfer gate 36 which is therefore the data input device of the comparator 24.
  • the input transfer gate 36 is coupled to a transfer gate 37 which functions as a data input switch for the comparator 24.
  • a storage capacitor 43 is coupled to a node D between the input transfer gate 36 and the switchable transfer gate 37, and to the mass.
  • the data input to the transfer gate 36 charges the capacitor 43 at the data level.
  • the control electrode of the transfer door 37 is set high, the door is turned on and transfers the signal from node D to node A.
  • the switchable transfer doors 37 for all the columns of the display are turned on simultaneously.
  • the lines 32 which in FIG. 1 are represented as connecting the output line 27 of the generator 33 of the reference ramp to the comparators 24, are connected to a reference ramp transfer gate 38, itself connected to the node A.
  • the reference ramp transfer gate 38 controls the timing of the reference ramp and the timing of the preloading of node A.
  • a coupling capacitor 44 connects node A to node B.
  • Node B is coupled to the control electrode a detection transfer gate 39, which is connected between the node C and the ground.
  • the transfer gate 39 serves as a voltage detector on the node B to monitor the comparator output voltage on the node C. However, the node B being coupled to the node A through the coupling capacitor 44, the transfer gate actually detects the voltage on node A.
  • a transfer door with automatic zero setting 41 is disposed between the nodes B and C.
  • the control electrode and the drain of the transfer door 39 are connected and the voltages on the nodes B and C become the same.
  • a switchable load 40 is connected between a supply voltage V + and the output node C.
  • the load switchable 40 can also be a thin film transistor (TFT).
  • TFT thin film transistor
  • the switchable load control electrode 40 is connected to a load control input terminal 49.
  • a first period 55 which lasts 10 microseconds, the input transfer gate 36 is blocked and the switchable transfer gate 37 is turned on to transfer data from node D to node A.
  • the display is activated at the start, there is no data available at node D to generate a display line and therefore, during the first line time, the voltage transferred from node D to node A has any value it possesses at this very moment, and it has no effect.
  • the phenomena that occur with transfer gates 38, 39, 40 and 41 are of no importance due to the unavailability of data at that time.
  • the switchable transfer gate 37 is blocked and the input transfer gate 36 is rendered busy.
  • node D is preloaded at the maximum data voltage, for example at + 12 volts.
  • the input transfer gate 36 is turned on for a period 54 of two microseconds, and the node D is pulled towards the bottom, from the +12 volts level to the data voltage available on line 31. This state of node D persists until the start of the second time-line T,
  • the second line beat begins at T and is
  • the line time periods 52 are the same as those of the first line time 51, as indicated by the same references, and refer to the input transfer door 36 and the switchable transfer door 37.
  • the time periods -line 53 refer to devices 37 to 41.
  • the initial time period 55 is 10 microseconds and, as indicated above, this period is that of the data transfer during which data is transferred from node D to node A.
  • Node B is coupled to node A through the coupling capacitor 44 and the transfer gate 41 with reset at automatic zero is turned on during this period.
  • the node A charges at the data voltage while the nodes B and C recover at the threshold voltage of the transfer gate 39.
  • the transfer gate of the reference ramp 38 is turned on to apply the reference ramp voltage to the node A.
  • the node A is pulled down by the reference ramp and therefore node B is also pulled down.
  • the voltages on nodes A and B also increase and when node B reaches the threshold voltage of the detection transfer gate 39 the gate begins to drive.
  • the voltage on node B continues to increase and gradually pulls the voltage on node C down and blocks the transmission gate 26 when the reference voltage reaches the threshold voltage of the transmission gate 26.
  • the element pixel associated with the blocked transmission door is therefore loaded at the level established by the brightness signal applied to the comparator 24.
  • An additional period 60 of ten microseconds allows the line selection device to have time to deselect the horizontal line 18 and to prepare the display for the next line.
  • the last period 61 of time-line 53 is three microseconds.
  • the transfer gate 38 of the reference ramp generator is turned on to precondition the node A at -3 volts. This operation resets the voltage on node A and eliminates the input information from the previous line time.
  • the switchable load 40 is also activated for a short period of time, which is preferably shorter than the three microsecond period, to raise the node C to a voltage level higher than the door threshold voltage transfer 39.
  • the transfer door with automatic reset 41 is also turned on and remains on until it is blocked later.
  • node B When the transfer door with automatic reset 41 is turned on, the node B is directly connected to the node C and the detection transfer door 39 re-establishes itself at its threshold voltage after deactivation of the switchable load.
  • the preloading of nodes C and D is an important characteristic, because it leads to a “pull down” type operation and allows the rapid operation necessary for the comparator circuit while using either a low mobility amorphous silicon technology or indeed a polycrystalline silicon technology.
  • FIG. 3 An embodiment of a comparator capable of being produced by CMOS technology is shown in FIG. 3.
  • the detection transfer gate 39 and the switchable load 40 of the embodiment of FIG. 2 are replaced by a CMOS inverter 54.
  • CMOS inverter 54 It can also be envisaged that a CMOS transmission door is used in place of the transfer door 41 with automatic reset.
  • the other transfer doors 36, 37, 38 and 26 of the embodiment shown in FIG. 2 can also be replaced by CMOS transmission doors, and the basic operation is very similar to that of the amorphous silicon embodiment of FIG. 2.
  • the inverter 54 functions as the voltage detector on node B.
  • the output node C and the node input B are short-circuited in order to position the tripping point of the inverter on its own transition point, typically of the order of half a volt VDD. This reduces the sensitivity of the detector 54 to variations in device parameters, such as threshold voltage and mobility, which increases the accuracy of the device.
  • the invention represents a remarkable improvement over the prior art because it allows the use of all silicon technologies in order to integrate the sets of control circuits on the same substrate as the liquid crystals in a device for display having an operating speed useful for display on color television.
  • the invention also has the advantage of providing a converter circuit which converts an amplitude-dependent analog signal into a time-based digital signal, using only seven active components and two capacitors.

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Abstract

Un système pour appliquer des signaux de luminosité aux pixels d'un dispositif d'affichage comporte une porte de transmission pour chaque colonne de pixels. Les électrodes de commande des portes de transmission sont préchargées à la tension de seuil des portes de manière à accroître sensiblement la vitesse du système. Des comparateurs sont prévus pour comparer des tensions de luminosité à une tension de rampe de référence pour améliorer la vitesse et la précision du système. L'invention s'applique notamment aux dispositifs d'affichage à cristal liquide.

Description

SYSTEME POUR APPLIQUER DES SIGNAUX DE LUMINOSITE A UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE, ET COMPARATEUR POUR UN TEL SYSTEME
La présente invention concerne généralement des circuits de commande pour des dispositifs d'affichage et, plus particulièrement, elle concerne un système pour appliquer des signaux de luminosité aux pixels d'un dispositif d'affichage tel qu'un afficheur à cristal liquide.
De nombreux dispositifs d'affichage, tels que les afficheurs à cristal liquide, sont constitués par une matrice de pixels disposés horizontalement en rangées et verticalement en colonnes. Les données destinées à être affichées sont appliquées sous forme de signaux de luminosité (échelle de gris) à des lignes de données qui sont associées individuellement à chacune des colonnes de pixels. Les rangées de pixels sont balayées de manière séquentielle et les pixels à l'intérieure de la rangée activée sont chargés aux différents niveaux de luminosité en fonction des niveaux des signaux de luminosité appliqués à chaque colonne. Dans un affichage en couleur, chaque pixel est composé d'au moins trois éléments pixels, dont chacun émet l'une des trois couleurs primaires de la lumière, rouge, verte ou bleue. Dans un afficheur à matrice active, chaque élément pixel est associé à un dispositif de commutation permettant d'activer ou de désactiver chacun des éléments pixels. D'une manière typique, le dispositif de commutation est un dispositif semiconducteur, par exemple un transistor en couches minces (TFT), qui reçoit l'information de luminosité d'un ensemble de circuits semiconducteurs. Puisque aussi bien les dispositifs de commutation que les ensembles de circuits sont constitués par des dispositifs semiconducteurs, il est préférable de fabriquer les dispositifs de commutation et l'ensemble de circuits par une technologie soit en silicium amorphe soit en silicium polycristallin. Les afficheurs à cristal liquide sont constitués par un matériau en cristal liquide intercalé entre deux substrats. Au moins un de ces substrats, et généralement les deux, sont transparents à la lumière, et les surfaces des substrats avoisinant le matériau en cristal liquide portent des configurations d'électrodes conductrices transparentes disposées en une configuration permettant la formation des éléments pixels individuels. Le but recherché dans l'industrie est de fabriquer les différents composants des circuits de commande sur les substrats et autour de la périphérie de l'afficheur en même temps que l'on fabrique les éléments de commutation semiconducteurs.
Le silicium amorphe offre une technologie préférable pour la fabrication des afficheurs à cristal liquide, car ce matériau peut être fabriqué à basse température. Une basse température de fabrication est importante puisqu'elle autorise l'emploi de matériaux pour le substrat qui sont classiques, facilement disponibles et peu coûteux. Toutefois, jusqu'à présent, la technologie en silicium amorphe est jugée comme étant inutilisable à cause de la faible mobilité du silicium amorphe qui rend impossible tout fonctionnement aux vitesses nécessaires à la réalisation d'afficheurs de type télévision. Pour ces mêmes raisons, il a été considéré jusqu'à présent que la fabrication des ensembles de circuits de commande sur les mêmes substrats que la matrice d'affichage nécessitait l'emploi du silicium polycristallin, vu la plus grande mobilité des porteurs de celui-ci. Toutefois, le silicium polycristallin a l'inconvénient de nécessiter une fabrication à hautes températures, ce qui exige l'emploi de matériaux pour le substrat spéciaux et onéreux.
Pour ces raisons, il existe un besoin pour un circuit de commande à cristal liquide permettant d'appliquer des signaux de luminosité aux éléments pixels d'un dispositif d'affichage, qui peut être fabriqué par une technologie aussi bien en silicium amorphe qu'en silicium polycristallin. La présente invention répond à ce besoin.
Un système pour appliquer des signaux de luminosité à chacune des colonnes de pixels dans un dispositif d'affichage ayant une matrice de pixels disposés en colonnes et en rangées comporte une pluralité de portes de transmission de signaux disposées de manière à appliquer les signaux de luminosité individuellement aux colonnes de pixels. Chacune des portes de transmission possède une électrode de commande pour rendre passantes et pour bloquer les portes de transmission en réponse à un signal de commande dépassant un seuil. Le système comporte des moyens de préchargement des électrodes de commande au niveau du seuil. Les signaux de luminosité sont appliqués aux colonnes d'électrodes par moyen des portes de transmission.
La présente invention peut être utilisée avec celle décrite dans la demande PCT déposée à la même date, ayant pour inventeurs Leopold A. Harwood et Dora Plus, intitulée "Circuit de commande pour afficheur à cristal liquide et décodeur de signal pour un tel circuit" et revendiquant la priorité de la demande américaine No. 71600050.
La figure 1 représente un mode de réalisation préféré de l'invention; La figure 2 représente un mode de réalisation préféré d'un circuit comparateur destiné à être utilisé dans le mode de réalisation préféré de la figure 1;
La figure 3 représente un mode de réalisation préféré d'un circuit comparateur utilisant la technologie CMOS.
- La figure 4 est un diagramme temporel du circuit comparateur de la figure 2. Dans la figure 1, un ensemble de circuits analogiques 11 reçoit un signal d'information analogique représentatif des données à afficher provenant d'une antenne 12. Lorsque le signal d'entrée est un signal vidéo de télévision, l'ensemble de circuits analogiques 11 ressemble à celui d'un téléviseur classique de type connu. Toutefois, le tube est remplacé par un dispositif d'affichage à cristal liquide tel que décrit ici. Le circuit analogique 11 fournit un signal porteur de données analogiques sur une ligne 13 comme signal d'entrée d'un convertisseur numérique-analogique (N/A) 14. Lorsque le signal d'entrée est destiné à être utilisé pour un affichage graphique sur ordinateur, le signal d'entrée sera probablement numérique, et le convertisseur N/A 14 n'est pas nécessaire.
Le signal de télévision provenant de l'ensemble de circuits analogiques 11 est destiné à être affiché sur un réseau de cristaux liquides 16 constitué d'un grand nombre d'éléments pixels, tel que la cellule à cristal liquide 16a, disposés horizontalement en m rangées et verticalement en n colonnes. Le réseau à cristaux liquides 16 comporte n c innés de lignes de données 17, soit une pour chacune des colonnes verticales des cellules à cristal liquid, et m lignes de sélection 18, soit une pour chacune des rangées horizontales de s cellules à cristal liquid. Le convertisseur A/N 14 comporte un bus de sortie 19 pour fournir des niveaux de luminosité, ou codes d'échelle de gris, à des moyens de stockage numérique 21 ayant plusieurs lignes de sortie 22. Les lignes de sortie 22 des moyens de stockage numérique 21 commandent les tensions appliquées aux lignes de données 17 pour les colonnes des cellules à cristal liquid 16a par des convertisseurs numériques/analogiques (N/A) 23, des comparateurs 24 et des portes de transmission 26. Chacune des lignes de sortie 22 commande donc la tension appliquée à la cellule à cristal liquid dans une colonne donnée lorsqu'une porte de transmission associée 26 est passante, ceci selon le balayage des lignes de sélection 18. Un dispositif d'affichage utilisant des compteurs et un mode de réalisation préférentiel des moyens de stockage 21, sous forme d'un registre à décalage, sont décrits dans les brevets américains nos. 4.766.430 et 4.742.346, dont les enseignements sont incorporés dans la présente demande. Un générateur de rampe de référence 33 fournit un signal de tension de rampe de référence sur une ligne de sortie 27. La ligne 27 est couplée, à travers une ligne 32, aux comparateurs 24 dans chacune des colonnes de cellules à cristal liquide. Un générateur de rampe de données 34 fournit une rampe de données aux colonnes des éléments pixels en connectant la ligne de sortie 28 à chacune des portes de transmission 26. Dans le mode de réalisation préférentiel représenté, les portes de transmission 26 sont des transistors en couches minces. dont les électrodes de commande sont couplées aux sorties des comparateurs 24 par des lignes 29.
En cours de fonctionnement, les signaux de luminosité numérisés, provenant des moyens de stockage numérique 21, sont appliqués par les lignes de sortie 22 aux convertisseurs numériques/analogiques 23, dont la ligne de sortie 31 est reliée à une entrée d'un comparateur 24. Le générateur 33 de rampe de référence fournit une rampe de référence à l'autre entrée de chacun des comparateurs 24 par les lignes 32. La rampe de référence peut être non linéaire afin de compenser les éventuelles cas de non-linéarité engendrée dans toute partie du système émetteur/récepteur de télévision ou des comparateurs 24. Lorsque la tension de la rampe de référence est inférieure au signal de luminosité appliqué à partir des convertisseurs A/N 23, les lignes de sortie 29 des comparateurs 24 sont en position haute, et les portes de transmission 26 sont passantes. Les tensions sur les lignes de sortie 29 rendent les portes de transmission passantes et bloquées, et servent ainsi de signaux de commande pour les portes de transmission. La rampe de données sur la ligne 28, provenant du générateur 34 de rampe de données, se trouve ainsi appliquée à chaque élément pixel qui est à l'intérieur de la rangée activée et qui est associé à une porte de transmission 26 passante. Lorsque le niveau de la tension de la rampe de référence atteint le niveau du signal de luminosité provenant du convertisseur N/A 23, la ligne de sortie 29 du comparateur 24 passe au niveau bas, bloquant la porte de transmission 26 associée. L'élément pixel associé à la porte de transmission bloquée est ainsi chargé au niveau établi par le signal de luminosité analogique provenant du convertisseur N/A 23.
La figure 2 représente un mode de réalisation préférentiel d'un comparateur analogique 24. Le comparateur analogique 24 comprend plusieurs portes de portes de transfert 36 à 41 qui, dans le mode de réalisation préférentiel représenté ici, sont des transistors en couches minces (TFT) . La ligne de sortie 31 du convertisseur N/A 23 fournit le signal de luminosité en entrée à la porte de transfert 36 qui est donc le dispositif d'entrée de données du comparateur 24. La porte de transfert d'entrée 36 est couplée à une porte de transfert 37 qui fonctionne comme un commutateur d'entrée des données pour le comparateur 24. Un condensateur de stockage 43 est couplé à un noeud D entre la porte de transfert d'entrée 36 et le porte de transfert commutable 37, et à la masse. L'entrée de données vers la porte de transfert 36 charge le condensateur 43 au niveau des données. Lorsque l'électrode de commande de la porte de transfert 37 est mise au niveau haut, la porte est rendue passante et transfert le signal du noeud D au noeud A. Les portes de transfert commutables 37 pour toutes les colonnes de l'afficheur sont rendues passantes de façon simultanée.
Les lignes 32 qui dans la figure 1 sont représentées comme reliant la ligne de sortie 27 du générateur 33 de la rampe de référence aux comparateurs 24, sont reliées à une porte de transfert de rampe de référence 38, elle-même reliée au noeud A. La porte de transfert de rampe de référence 38 commande la temporisation de la rampe de référence et la temporisation du préchargement du noeud A. Un condensateur de couplage 44 relie le noeud A au noeud B. Le noeud B est couplé à l'électrode de commande d'une porte de transfert de détection 39, qui est reliée entre le noeud C et la masse. La porte de transfert 39 sert de détecteur de la tension sur le noeud B pour contrôler le tension de sortie du comparateur sur le noeud C. Toutefois, le noeud B étant couplé au noeud A à travers du condensateur de couplage 44, la porte de transfert détecte effectivement la tension sur le noeud A.
Une porte de transfert avec mise à zéro automatique 41 est disposée entre les noeuds B and C. Lorsque la porte de transfert 41 est rendue passante, l'électrode de commande et le drain de la porte de transfert 39 sont reliées et les tensions sur les noeuds B et C deviennent les mêmes. Une charge commutable 40 est reliée entre une tension d'alimentation V+ et le noeud de sortie C. La charge commutable 40 peut aussi être un transistor en couches minces (TFT). L'électrode de commande de la charge commutable 40 est reliée à une borne d'entrée de commande de charge 49. Le fonctionnement et la temporisation du comparateur 24 sont expliqués avec référence aux figures 2 et 4. Le fonctionnement est expliqué en supposant que le dispositif d'affichage a été éteint pendant une période prolongée et qu'il vient juste d'être allumé. Sur la figure 4, un premier temps-ligne
51 débute à l'instant T et dure 65 microsecondes.
0 Pendant une première période 55, qui dure 10 microsecondes, la porte de transfert d'entrée 36 est bloquée et la porte de transfert commutable 37 est rendue passante pour transférer des données du noeud D au noeud A. Toutefois, lorsque l'affichage est activé au départ, il n'y a aucune donnée disponible au noeud D pour engendrer une ligne d'affichage et par conséquent, pendant le premier temps-ligne, la tension transférée du noeud D au noeud A a la valeur quelconque qu'elle possède à ce moment même, et elle est sans effet. Egalement, pendant le premier temps-ligne, les phénomènes qui se produisent avec les portes de transfert 38, 39, 40 et 41 n'ont aucune importance en raison de la non-disponibilité de données à ce moment-là. Pendant une période 56 de cinq microsecondes, la porte de transfert commutable 37 est bloquée et la porte de transfert d'entrée 36 est rendue passante. Pendant cette période, le noeud D est préchargé à la tension de données maximum, par exemple à + 12 volts. A un moment donné pendant les 50 microsecondes qui restent, la période 57 sur la figure 4, du temps-ligne, la porte de transfert d'entrée 36 est rendue passante pour une période 54 de deux microsecondes, et le noeud D est tiré vers le bas, du niveau +12 volts jusqu'à la tension de données disponible sur la ligne 31. Cet état du noeud D persiste jusqu'au début du deuxième temps-ligne T ,
1 lorsque la porte de transfert commutable 37 est rendue passante afin de transférer des données du noeud D au noeud A.
Le second temps-ligne débute à T et est
1 représenté comme étant reparti en deux ensembles de périodes de temps 52 et 53 qui se déroulent, évidemment, de façon simultanée. Les périodes de temps-ligne 52 sont les mêmes que celles du premier temps-ligne 51, comme indiqué par les mêmes repères, et se réfèrent à la porte de transfert d'entrée 36 et la porte de transfert commutable 37. Les périodes de temps-ligne 53 se réfèrent aux dispositifs 37 à 41. La période de temps initiale 55 est de 10 microsecondes et, comme il a été indiqué ci-dessus, cette période est celle du transfert de données pendant laquelle des données sont transférées du noeud D au noeud A. Le noeud B est couplé au noeud A à travers le condensateur de couplage 44 et la porte de transfert 41 avec remise à zéro automatique est rendue passante pendant cette période. Le noeud A se charge à la tension de données tandis que les noeuds B et C se rétablissent à la tension de seuil de la porte de transfert 39. Ceci constitue une caractéristique très importante car avec du silicium amorphe la tension de seuil subit de fortes variations dues à des contraintes de tension différentes. Chaque dispositif de détection 39 est donc amené à se rétablir automatiquement et pallie aux effets de variations de seuil. Pendant la période de temps suivante 58, qui est de 10 microsecondes, la porte de transfert avec remise à zéro automatique 41 est bloquée. Le noeud B subit alors une chute de quelques volts du fait de la capacité parasite de la porte de transfert 41. La porte de transfert de détection 39 est bloquée pendant cette période. La charge commutable 40 est activée pour précharger le noeud C à la tension +V disponible sur la borne 48. Ceci rend passante la porte de transmission 26 pour remettre la ligne de données 17 sur-la tension de démarrage de la rampe pilote en déchargeant la ligne de données 17 par le générateur de données 34 (Fig 1). Pendant la période suivante 59, de 32 microsecondes, la porte de transfert de la rampe de référence 38 est rendue passante pour appliquer la tension de rampe de référence au noeud A. Dans un premier temps, le noeud A est tiré vers le bas par la rampe de référence et, par conséquent, le noeud B est lui aussi tiré vers le bas. Au fur et à mesure que la tension de rampe de référence augmente, les tensions sur les noeuds A et B augmentent également et lorsque le noeud B atteint la tension de seuil de la porte de transfert de détection 39 la porte se met à conduire. La tension sur le noeud B continue à augmenter et tire, progressivement, la tension sur le noeud C vers le bas et bloque la porte de transmission 26 lorsque la tension de référence atteint la tension de seuil de la porte de transmission 26. L'élément pixel associé à la porte de tranmission bloquée est donc chargé av niveau établi par le signal de luminosité appliqué au comparateur 24. Une période supplémentaire 60 de dix microsecondes permet de donner au dispositif de sélection de ligne le temps de désélectionner la ligne horizontal 18 et de préparer l'affichage pour la ligne suivante.
La dernière période 61 du temps-ligne 53 est de trois microsecondes. Pendant cette période, la porte de transfert 38 du générateur de rampe de référence est rendue passante pour préconditionner le noeud A à -3 volts. Cette opération remet à zéro la tension sur le noeud A et élimine l'information d'entrée du temps-ligne précédent. Au début de la période 54 de trois microsecondes, la charge commutable 40 est également activée pour un court laps de temps, qui est de préférence plus court que la période de trois microsecondes, pour élever le noeud C à un niveau de tension supérieure à la tension de seuil de la porte de transfert 39. Pendant la période 54 de trois microsecondes, la porte de transfert avec remise à zéro automatique 41 est également rendue passante et reste passante jusqu'à ce qu'elle soit bloquée ultérieurement. Lorsque la porte de transfert avec remise à zéro automatique 41 est rendue passante, le noeud B est directement relié au noeud C et la porte de transfert de détection 39 se rétablit à sa tension de seuil après la désactivation de la charge commutable. Le préchargement des noeuds C et D constitue une caractéristique importante, car il conduit à une opération de type "tirage vers le bas" et permet un fonctionnement rapide nécessaire au circuit comparateur tout en utilisant soit une technologie en silicium amorphe à faible mobilité or bien une technologie en silicium polycristallin.
Un mode de réalisation d'un comparateur susceptible d'être fabriqué par une technologie CMOS est représenté sur la figure 3. Dans le comparateur CMOS 24', la porte de transfert de détection 39 et la charge commutable 40 du mode de réalisation de la figure 2 sont remplacées par un inverseur CMOS 54. On peut egablement envisager qu'une porte de transmission CMOS soit utilisée à la place de la porte de transfert 41 avec remise à zéro automatique. Les autres portes de transfert 36, 37, 38 et 26 du mode de réalisation représenté sur la figure 2 peuvent également être remplacées par des portes de transmission CMOS, et le fonctionnement de base est fort semblable à celui du mode de réalisation en silicium amorphe de la figure 2. L'inverseur 54 fonctionne comme le détecteur de tension sur le noeud B. Pendant la remise à zéro automatique, le noeud de sortie C et le noeud d'entrée B sont court-circuités afin de positioner le point de déclenchement de l'inverseur sur son propre point de transition, typiquement de l'ordre du demi-volt VDD. Ceci réduit la sensibilité du détecteur 54 aux variations de paramètres du dispositif, tels que la tension de seuil et la mobilité, ce qui augmente la précision du dispositif.
L'invention représente un progrès remarquable par rapport a l'art antérieur parce qu'elle permet l'emploi de toutes les technologies en silicium afin d'intégrer les ensembles de circuits de commande sur le même substrat que les cristaux liquides dans un dispositif d'affichage ayant une vitesse de fonctionnement utile pour l'affichage en télévision couleur. L'invention a également l'avantage de fournir un circuit convertisseur qui convertit un signal analogique dépendant de l'amplitude en un signal numérique à base temporelle, en se servant uniquement de sept composants actifs et de deux condensateurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système pour appliquer des signaux de données aux colonnes individuelles d'éléments pixels dans un dispositif d'affichage ayant une matrice d'éléments pixels disposés en colonnes et en rangées, caractérisé en ce qu'il comporte: une pluralité de portes de transmission disposées de manière à activer individuellement lesdites colonnes d'éléments pixels pour appliquer lesdits signaux de données auxdites colonnes d'éléments pixels, chacune des dites portes de transmission ayant une électrode de commande pour rendre passantes et pour bloquer lesdites portes de transmission en réponse à un signal de commande ayant dépassé un niveau de seuil; - des moyens pour précharger ladite électrode de commande audit niveau de seuil; et
- des moyens pour appliquer lesdits signaux de données auxdites colonnes d'éléments pixels par lesdites portes de transmission.
2. Le système de la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de préchargement sont constitués par un dispositif de stockage de charges.
3. Le système de la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de stockage de charges est capacitif.
4. Le système de la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites portes de transmission de signaux sont des dispositifs semiconducteurs.
5. Le système de la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits dispositifs semiconducteurs sont des transistors en couches minces.
6. Le système de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens pour appliquer une rampe de données auxdites électrodes de commande, et en ce que lesdits moyens pour appliquer lesdits signaux de données comprennent une pluralité de moyens comparateurs de tension associés individuellement avec lesdites portes de transmission pour rendre passante et pour bloquer lesdites portes de transmission, pour lesquels ladite rampe de données est appliquée auxdits éléments pixels lorsque lesdites portes de transmission sont passantes; - des moyens générateurs de rampe de référence pour appliquer une tension de rampe de référence auxdits moyens comparateurs de tension; et
- des moyens pour appliquer une tension de luminosité audit comparateur de tension rendant ladite porte de transmission passante lorsque ladite tension de luminosité dépasse ladite tension de rampe de référence et bloquant ladite porte de transmission lorsque ladite tension de rampe de référence atteint ladite tension de luminosité.
7. Le système de la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comparateurs de tension comportent une porte de transfert d'entrée pour recevoir ladite tension de luminosité et une porte de transfert de rampe de référence pour recevoir ladite rampe de référence, ladite porte de transfert d'entrée et ladite porte de transfert de rampe de référence étant reliées à un premier noeud; un second noeud couplé audit premier noeud par un dispositif de couplage; et une porte de transfert de détection sensible audit second noeud pour détecter la tension sur ledit second noeud, et pour rendre passante et bloquer ladite porte de transmission en réponse aux variations de la tension sur ledit second noeud.
8. Le système de la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comparateurs de tension comportent, en outre, une porte de transfert avec remise à zéro automatique, disposée sur ladite porte de transfert de détection pour remettre. ladite porte de transfert de détection à sa tension de seuil.
9. Le système selon les revendication 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une porte de transfert de charge commutable pour précharger ladite électrode de commande de ladite porte de transmission à la tension de seuil de ladite porte de transmission et pour décharger lesdits éléments pixels.
10. Comparateur pour un dispositif d'affichage à cristal liquide, ayant une matrice d'éléments à cristal liquid et comportant une rampe de données pour charger lesdits éléments pixels par une porte de transfert de rampe de données, ledit comparateur comportant: - une première porte de transfert pour recevoir des signaux de luminosité et pour appliquer une tension de luminosité à un premier noeud;
- une second porte de transfert pour appliquer une tension de rampe de référence audit premier noeud;
- des moyens pour détecter la tension sur ledit premier noeud, et pour rendre passante et pour bloquer ladite porte de transfert de rampe de données en réponse à des variations de tension sur ledit premier noeud; et
- des moyens pour pré-régler lesdits moyens de détection sur une tension qui est sensiblement égale au niveau de seuil.
11. Le comparateur de la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de transfert de charge pour précharger ladite porte de transfert de rampe de données à son niveau de seuil.
12. Le comparateur de la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection comporte une porte de transfert de détection et un dispositif de couplage pour coupler ladite porte de transfert de détection audit premier noeud.
13. Le comparateur de la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de commutation sensibles à la tension, disposés entre ladite première porte de transfert et ledit premier noeud.
14. Le comparateur de la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde portes de transfert, lesdits moyens de détection, lesdits moyens de pré-réglage, ladite porte de transfert de détection, lesdits moyens de commutation et lesdits moyens de transfert de charge sont des transistors en couches minces.
15. Le comparateur de la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde portes de transfert, lesdits moyens de détection, lesdits moyens de pré-réglage, ladite porte de transfert de détection, lesdits moyens de commutation et lesdits moyens de transfert de charge sont fabriqués par une technologie en silicium amorphe.
16. Le comparateur de la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde portes de transfert, lesdits moyens de détection, lesdits moyens de pré-réglage, ladite porte de transfert de détection, lesdits moyen de commutation et lesdits moyens de transfert de charge sont fabriqués par une technologie en silicium polycristallin.
17. Le comparateur de la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde portes de transfert, lesdits moyens de détection, lesdits moyens de pré-réglage, ladite porte de transfert de détection, lesdits moyens de commutation et lesdits moyens de transfert de charge sont fabriqués par une technologie CMOS.
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