專(zhuān)利名稱(chēng)：利用電荷共享的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置以及控制顯示裝置的方法。
在信息和通信技術(shù)中，顯示技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用。作為人和數(shù)字世界之間的接口，顯示裝置(或簡(jiǎn)稱(chēng)為顯示器)對(duì)于人們對(duì)現(xiàn)代信息系統(tǒng)的接受度來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。顯示器特別用在便攜式設(shè)備中，例如筆記本電腦、電話、數(shù)字照相機(jī)及個(gè)人數(shù)字助理。對(duì)于這些便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，功率消耗是一個(gè)特別重要的問(wèn)題，因?yàn)樵O(shè)備電池的工作壽命、進(jìn)而設(shè)備的使用壽命就取決于功率消耗。
原理上有兩種顯示器。一方面是無(wú)源矩陣顯示器，另一方面是有源矩陣顯示器。
有源矩陣顯示器現(xiàn)在變得特別重要，因?yàn)榻柚@種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速的畫(huà)面變化(例如顯示移動(dòng)圖像)。在有源矩陣LCD技術(shù)中，畫(huà)面單元(或像素)被主動(dòng)地控制。有源矩陣LCD的最常用的型式是利用薄膜晶體管進(jìn)行操作的(TFT-LCD)。其中，借助于與每個(gè)像素直接集成在一起的硅晶體管來(lái)表示像素中的圖像信號(hào)。為了顯示不同的灰度級(jí)，必須能用一個(gè)寬的電壓范圍中的相應(yīng)的不同電壓來(lái)控制顯示器或畫(huà)面屏幕。而具有電荷泵(charge pump)的驅(qū)動(dòng)器電路被用于對(duì)顯示器的這種控制。由于是將由電池提供的低電源電壓饋送給集成電路(特別是便攜式裝置中的集成電路)，因此控制顯示器所必須的更高的電壓將由電荷泵生成。液晶的旋轉(zhuǎn)隨著電壓電平而變化，以便透射或多或少的光。所述光或者源自安排在顯示器后面的、發(fā)射所謂背光的光源，或者在反射式顯示器的情況下源自日光，其中日光從反射器層上的正面入射并被反射回去。
液晶顯示器典型地是由具有伸到外部的連接端的玻璃形成的，在所述連接端上連接有驅(qū)動(dòng)器電路或控制裝置。這些驅(qū)動(dòng)器電路把要在顯示器上顯示的圖像信號(hào)或圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值。所述圖像信息被以數(shù)字圖像信號(hào)或圖像數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器裝置中。這些數(shù)字圖像信號(hào)要被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以便借助模擬電壓在顯示器上生成適當(dāng)?shù)恼彰鲝?qiáng)度。對(duì)于這一轉(zhuǎn)換所必需的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器將數(shù)字圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成處于一個(gè)范圍內(nèi)的電壓，該范圍從低于20mV直到超過(guò)15V。由于要在便攜式設(shè)備中借助于電荷泵或電荷倍增器(chargemultiplier)來(lái)生成這些高電壓，因此特別重要的是應(yīng)該盡可能有效地利用可用的電壓。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種顯示裝置，其中通過(guò)電荷共享來(lái)減少功率消耗。
這一目的是借助于一種具有安排在n行、m列中的多個(gè)像素的顯示裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中可以通過(guò)控制線來(lái)選擇一行的像素，該顯示裝置還具有借助于行電壓來(lái)激活所述n行的行驅(qū)動(dòng)器電路以及利用列電壓來(lái)控制所述m列的列驅(qū)動(dòng)器電路，所述電壓相應(yīng)于要被顯示的所選行的像素的圖像數(shù)據(jù)，并且其中規(guī)定當(dāng)從所選行n過(guò)渡到另一行n+x時(shí)，行電壓被連接到一個(gè)中間電壓電平，而行n+x首先被連接到所述中間電壓電平，隨后再被充電到所需的行電壓。
在無(wú)源矩陣顯示器的情況下，有可能通過(guò)兩行之間的連接來(lái)與下一行共同地利用施加到一行上的電荷或電壓，并從而分割或共享所述電荷或電壓。這種行的互連或者電荷的共同利用在有源矩陣顯示器的情況下是不可能的，因?yàn)榛ミB的兩行將會(huì)同時(shí)部分地激活，這將會(huì)導(dǎo)致在這兩行之間的電壓損失，從而在兩行之間會(huì)有串?dāng)_，而兩行之間的這一串?dāng)_將損害顯示器的質(zhì)量。這樣，兩個(gè)相鄰行將被同時(shí)激活，而所施加的列電壓將接通在相關(guān)列中的全部?jī)尚械南袼?。列電壓是只根?jù)單個(gè)像素的灰度級(jí)而為該單個(gè)像素提供的，而這一列電壓現(xiàn)在將被施加到兩個(gè)像素，這導(dǎo)致所述兩個(gè)像素將不具有所期望的灰度級(jí)。
直接從無(wú)源矩陣顯示器借用所述方法以便借助于電荷共享來(lái)節(jié)省功率是不可能的，因?yàn)闊o(wú)源矩陣顯示器的控制中的時(shí)序是不同的，并且用于行、列控制的電壓也是不同的。如上所述，直接互連導(dǎo)致顯示裝置的質(zhì)量降低。因此，特別需要實(shí)現(xiàn)沒(méi)有顯著延時(shí)的電荷共享。另一方面，用于實(shí)現(xiàn)電荷共享的電路方面的額外支出應(yīng)當(dāng)保持在限度之內(nèi)。
有源矩陣顯示器的各行是用預(yù)定的行電壓順序控制的。各行中的TFT晶體管的柵極由行電壓激活，借此選擇該行。然后由施加到顯示器的各數(shù)據(jù)線的列電壓(VCol)來(lái)接通所選行的像素(或畫(huà)面單元)，這取決于所施加的列電壓。該列電壓經(jīng)由所述TFT晶體管被傳送到存在于像素中的存儲(chǔ)電容中，該電容保持對(duì)應(yīng)的電壓或電荷，直到下一個(gè)行掃描。所述列電壓具有不同的值，列電壓的電平取決于要被顯示的灰度級(jí)。由于各數(shù)據(jù)線上的不同列電壓，像素中的液晶旋轉(zhuǎn)到不同的角度，以便能夠根據(jù)該旋轉(zhuǎn)通過(guò)或多或少的光，這對(duì)于觀看者來(lái)說(shuō)導(dǎo)致不同的灰度值。濾色器被用來(lái)顯示顏色。具有幾種不同顏色的顯示器利用集成在一個(gè)像素中的幾個(gè)TFT晶體管和安排在顯示器前面的幾個(gè)濾色器。然后根據(jù)要被顯示的顏色來(lái)共同地或單個(gè)地接通一個(gè)像素的各TFT晶體管。
在根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造中，在從一行過(guò)渡到下一行或某另一行時(shí)，施加到在給定時(shí)刻選擇的對(duì)應(yīng)行的行電壓首先被連接到一個(gè)中間電壓電平，這樣所選行的電荷就可以釋放(drain off)到該中間電壓電平，在該電平處所述電荷暫時(shí)由一個(gè)電容存儲(chǔ)。在連接到該中間電壓電平之后，該行的剩余電荷或電壓就通過(guò)到參考電位的連接而被釋放。直到所選行從該中間電壓電平分離的時(shí)刻之后，才能夠把要被新選擇的行連接到該中間電壓電平。
在用于激活下一行的行電壓的充電期間，該行首先被連接到該中間電壓電平，這樣存儲(chǔ)在所述電容中的電荷就可以流到該行。只有在這之后才有必要把對(duì)應(yīng)行從該中間電壓電平充電到最終所需的行電壓(VRow)，其結(jié)果是這樣做比起從參考電位(V0)開(kāi)始充電到所需的行電壓所需要使用的能量更少。
在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例中，所激活的行被連接到一個(gè)存在于驅(qū)動(dòng)器電路中的中間電壓電平。特別地，最大列電壓Vcolmax在這里被用作該中間電壓電平。在此實(shí)施例中，有利的是已經(jīng)在電路技術(shù)中實(shí)現(xiàn)了該中間電壓電平。結(jié)果，所選行的電荷流向這個(gè)近似為5V的電壓電平并從而被存儲(chǔ)。然后，再次將下一行首先連接到該中間電壓電平Vcolmax，以便將該行充電到Vcolmax電壓電平。然后將該下一行從5V充電到行電壓所需的15到20V，以便激活該行。結(jié)果，不需要按照其總電平來(lái)生成行電壓或者借助于電荷泵來(lái)生成。
在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例中，幾個(gè)中間電壓電平被用于電荷分割或共享。在這種情況下，所選行的電荷首先被連接到最高的中間電壓電平，然后是下一個(gè)較低的中間電壓電平。在所選行已被放電之后，下一行被連續(xù)地連接到所述各中間電壓電平，從而獲得存儲(chǔ)在這些電平處的電荷。
提供一個(gè)切換單元以用于連接到一個(gè)或幾個(gè)中間電壓電平，顯示裝置的各可用電壓電平(VRow，Vcolmax)被提供到該單元。例如借助于充當(dāng)開(kāi)關(guān)的晶體管，將施加到當(dāng)前行n的行電壓連接到此切換單元中的中間電壓電平。
然而，隨著中間電壓電平數(shù)目的增加，比起只有單個(gè)中間電壓電平的情況，電路支出將變得更高。
把當(dāng)前所選行切換到中間電壓電平、然后把要被控制的下一行切換到中間電壓電平以及隨后把該下一行切換到所需行電壓所需要的附加時(shí)間處于毫秒范圍內(nèi)，并且對(duì)于顯示裝置的質(zhì)量沒(méi)有明顯影響。
在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例中，在最大圖像重復(fù)速率的情況下，電荷共享機(jī)制的發(fā)明性構(gòu)造被斷開(kāi)。
顯示裝置通常具有可編程的圖像重復(fù)速率。這可以根據(jù)應(yīng)用而選擇。因此舉例來(lái)說(shuō)，比起顯示靜止圖像的情況(例如在移動(dòng)電話上或在諸如膝上型計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)上的靜止顯示)，顯示移動(dòng)圖像需要更高的圖像重復(fù)速率。因此，只對(duì)于靜止圖像的顯示才相應(yīng)地激活根據(jù)本發(fā)明的電荷共享，這樣，由于電荷共享就可以在這種情況下達(dá)到可觀的能量節(jié)省。由于電荷共享的可斷開(kāi)性，在顯示移動(dòng)圖像時(shí)，可以在行掃描中節(jié)省時(shí)間。因此，有可能在用于移動(dòng)的、具有較高能量消耗的高圖像重復(fù)速率和具有降低的能量消耗的稍為降低的圖像重復(fù)速率之間做選擇。
所述目的也借助于控制具有安排在n行、m列中的像素的顯示裝置的方法而達(dá)成，其中，經(jīng)由控制線將行電壓V1至V4提供給各行以便選擇一行，并且經(jīng)由數(shù)據(jù)線將列電壓提供給所述m列，各行被連續(xù)地選擇，在從所選行n過(guò)渡到另一行n+1的情況下，施加到所選行的電荷被傳送到中間電壓電平，而另一行n+1首先被連接到所述中間電壓電平并且隨后被充電到所需的控制電壓。
下面將參照附圖中所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，附圖中

圖1示出了一種顯示裝置的構(gòu)造，圖2是一個(gè)像素的電路圖，圖3示出了用于元源矩陣顯示器中的電荷共享的行電壓，以及圖4示出了用于有源矩陣顯示器中的電荷共享的行電壓。
圖1是代表顯示裝置2的控制的框圖。列驅(qū)動(dòng)器電路3和行驅(qū)動(dòng)器電路4與顯示裝置2相關(guān)聯(lián)。顯示裝置2包括安排在n行、m列中的像素8。所述n行是經(jīng)由控制線6選擇的。經(jīng)由這些控制線將行電壓V1至V4提供給各行。經(jīng)由數(shù)據(jù)線7將列電壓Vcol提供給所述m列。原理上，連續(xù)地選擇顯示裝置的n行。在專(zhuān)用的控制方法中，例如有可能在一次屏幕遍歷(screen traversal)中只選擇偶數(shù)行，而在下一次遍歷中控制奇數(shù)行。本發(fā)明可應(yīng)用于每一種控制方法，因?yàn)橐院畏N順序選擇或控制各行并不重要。
行電壓Vrow處于從V1＝+14V到V4＝-12V的范圍內(nèi)。列電壓Vcol根據(jù)要被顯示的灰度級(jí)從Vcolmin＝0V到Vcolmax＝5V變化。
圖2示出了像素8。像素8主要包括切換元件9，其在這里由TFT晶體管形成。存儲(chǔ)電容10存儲(chǔ)電荷，直到下一個(gè)行掃描。TFT晶體管9連接到控制線6和數(shù)據(jù)線7。通過(guò)控制線6來(lái)提供行電壓Vrow。TFT晶體管9的柵極由該行電壓Vrow打開(kāi)或激活。行電壓打開(kāi)存在于此行中的像素的所有TFT晶體管的柵極。在TFT晶體管的柵極打開(kāi)時(shí)，經(jīng)由數(shù)據(jù)線7提供列電壓Vcol。經(jīng)由數(shù)據(jù)線7向存在于該行中的所有像素提供其各自的列電壓，以使得所述像素顯示相應(yīng)的灰度級(jí)。
圖3是其中示出用于無(wú)源矩陣顯示器的行電壓的接通脈沖的圖示。在這里示出所選行n的行電壓在時(shí)刻t31直接連接到下一行n+1。行n的電荷流向行n+1，直到時(shí)刻t32。在該時(shí)刻t32，在行n+1的圖示中兩行的兩個(gè)晶體管都打開(kāi)，這在有源矩陣顯示器的情況下會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量降低。從這一時(shí)刻開(kāi)始，行n+1被進(jìn)一步充電，直到已達(dá)到所需電荷電平Vrow。
圖4是其中示出用于有源矩陣顯示器的行電壓的接通脈沖的本發(fā)明的圖示。在時(shí)刻t2，所選行n連接到存儲(chǔ)有電荷的中間電壓電平Vcolmax。行n保持連接到中間電壓電平Vcolmax，直到時(shí)刻t3。然后在時(shí)刻t4，行n被進(jìn)一步放電到0V。在與時(shí)刻t4相同的時(shí)刻t5，行n+1連接到該中間電壓電平。該行n+1保持連接到中間電壓電平Vcolmax，直到時(shí)刻t6。然后，借助于電荷泵將行n+1充電到近似為15V的所需電壓電平。在這里，能量節(jié)省在兩個(gè)步驟中進(jìn)行。首先是行n的電荷被存儲(chǔ)在中間電壓電平Vcolmax。然后，要對(duì)行n+1進(jìn)行充電的話，只要充中間電壓電平Vcolmax和必要的行電壓之間的電壓差就足夠了。所述程序?qū)ζ渌餍卸际且粯拥摹?br> 權(quán)利要求
1.一種具有安排在n行、m列中的多個(gè)像素的顯示裝置，其中可以通過(guò)控制線(6)來(lái)選擇一行的像素，該顯示裝置還具有借助于行電壓(Vrow)來(lái)激活所述n行的行驅(qū)動(dòng)器電路(4)以及利用列電壓(Vcol)來(lái)控制所述m列的列驅(qū)動(dòng)器電路(3)，所述電壓相應(yīng)于要被顯示的所選行的像素(8)的圖像數(shù)據(jù)，并且其中規(guī)定當(dāng)從所選行n過(guò)渡到另一行n+x時(shí)，行電壓(Vrow)被連接到一個(gè)中間電壓電平(VZ)，而行n+x首先被連接到所述中間電壓電平(VZ)，隨后再被充電到所需的行電壓(Vrow)。
2.如權(quán)利要求1中所要求的顯示裝置，其特征在于，提供多個(gè)中間電壓電平(VZn)以用于電荷共享，并且為了電荷共享，可以逐步地將所選行耦合到第一中間電壓電平以及隨后耦合到其它中間電壓電平，直到中間電壓電平(VZn)。
3.如權(quán)利要求1中所要求的顯示裝置，其特征在于，在中間電壓電平(VZ)處，可以將所選行n的電荷存儲(chǔ)在電容中。
4.如權(quán)利要求1中所要求的顯示裝置，其特征在于，將最大列電壓(Vcolmax)用作中間電壓電平。
5.如權(quán)利要求1中所要求的顯示裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于中間電壓電平的電壓是行電壓(Vrow)的一半。
6.如權(quán)利要求1中所要求的顯示裝置，其特征在于，提供一個(gè)切換單元，用于首先將所選行n、隨后將下一行n+x連接到中間電壓電平(VZ)。
7.一種控制具有安排在n行、m列中的像素的顯示裝置的方法，其中，經(jīng)由控制線將行電壓(Vrow)提供給各行以便選擇所述各行，并且經(jīng)由數(shù)據(jù)線將列電壓(Vcol)提供給所述m列，各行被連續(xù)地選擇，在從所選行n過(guò)渡到另一行n+1的情況下，施加到所選行n的電荷被傳送到中間電壓電平(VZ)，而另一行n+1首先被連接到所述中間電壓電平(VZ)并且隨后被充電到所需的控制電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示裝置以及控制顯示裝置的方法。提出一種具有安排在n行、m列中的多個(gè)像素的顯示裝置，以便使得能夠通過(guò)在顯示裝置、特別是有源矩陣顯示器中的電荷共享來(lái)節(jié)省能量，其中可以經(jīng)由控制線(6)來(lái)激活像素，該顯示裝置還具有利用行電壓(V
文檔編號(hào)G09G3/20GK1705973SQ200380101883
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者C·斯佩爾斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司