EP0435750B1

EP0435750B1 - Procédé d'adressage de chaque colonne d'un écran LCD de type matriciel

Info

Publication number: EP0435750B1
Application number: EP90403695A
Authority: EP
Inventors: Bruno Mourey; Eric Benoit; Antoine Dupont
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Vantiva SA
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: FR2656757A1; DE69025736D1; JP3034612B2; FR2656757B1; JPH04136893A; ATE135129T1; EP0435750A1; US5319381A

Description

La présente invention concerne la commande des colonnes d'un écran LCD de type matriciel, plus particulièrement un procédé d'adressage de chaque colonne d'un écran LCD de type matriciel et notamment d'un écran LCD à matrice active.
Un écran LCD de type matriciel comporte un ensemble de bus-lignes et de bus-colonnes qui contrôle la tension appliquée à des électrodes situées d'un même côté d'une couche de cristal liquide, l'autre côté étant occupé par une contre-électrode qui coopère avec la première électrode pour orienter électriquement les molécules du cristal liquide et réaliser la modulation d'un faisceau lumineux par rotation de polarisation. La commande des colonnes est réalisée en fournissant à chaque colonne un courant de charge de la capacité réalisée entre le conducteur de colonne et la contre-électrode telle que la tension électrique aux bornes de cette capacité représente un échantillon de signal vidéo entre deux adressages successifs. Un exemple de circuit de commande d'un écran LCD à matrice active est décrit notamment dans la demande européenne EP-A-0 298 255.
D'autre part, pour obtenir ce courant de charge fonction du signal vidéo, on a proposé notamment dans le cas où les circuits de commande sont intégrés à l'écran LCD, d'utiliser un transistor d'attaque de colonne dont la grille reçoit une impulsion de commande fonction de l'échantillon de signal vidéo. Pour illustrer ce cas, on a représenté sur la figure 1 le schéma de principe d'une commande connue pour un écran LCD à matrice active symbolisé par une colonne cl, une ligne L, un point P, la contre-électrode CE et un transistor en film mince de sélection de ligne.
De manière plus spécifique, on a proposé, comme représenté sur la figure 1, d'utiliser un circuit de commande d'une colonne comportant un convertisseur tension-durée 1 qui reçoit sur une de ses entrées l'échantillon E de signal vidéo et sur son autre entrée une rampe de tension issue d'un générateur de rampes 2. Ce convertisseur délivre en sortie une impulsion I dont la durée t traduit l'amplitude de l'échantillon de signal vidéo en entrée. Cette impulsion I est envoyée sur la grille g d'un transistor d'attaque 3 à effet de champ dont l'une des électrodes ou drain d, dans le mode de réalisation représenté, reçoit une rampe de tension issue du générateur 2 et dont l'autre électrode ou source s est connectée au bus de colonne considéré. Avec le circuit décrit ci-dessus, tant que la tension Vgs du transistor 3 reste supérieure à sa tension de seuil Vt, le signal sur la source s suit donc l'évolution de la rampe de tension appliquée sur le drain d et la capacité C qui représente la capacité équivalente de la colonne, à savoir la capacité cristal-liquide, les capacités parasites des transistors de commande du point P et la capacité de croisement des bus, se charge. Dès que la tension Vgs devient inférieure à la tension de seuil Vt, le transistor 3 se bloque et le signal sur la colonne garde pour valeur la valeur de la tension chargée dans la capacité C. On obtient donc sur chaque colonne cl, une tension, par exemple, proportionnelle à la largeur de l'impulsion I de commande du transistor 3
Dans ce circuit, l'impulsion I obtenue en sortie du convertisseur 1 ne présente pas un front descendant à pente raide. Il en résulte que le blocage du transistor 3 se produit à un instant qui dépend de la valeur du seuil de conduction. En conséquence, la tension de charge de la capacité change avec le déplacement du seuil. En effet, le seuil de conduction se décale du fait du stress ou contrainte électrique subit par le transistor à effet de champ 3 qui sert à commuter la colonne. Ce stress peut être défini comme le produit de la tension grille-source par la durée pendant laquelle la tension est appliquée. Ainsi, ce stress est fonction de la valeur du signal en entrée et donc du signal vidéo puisque la durée de l'impulsion est fonction du signal vidéo. Pour illustrer ce problème, on a représenté sur la figure 2, l'impulsion I, la rampe de tension et les tensions de colonne V1 et V2 obtenues respectivement avec des tensions de seuil T1 et T2. On voit que l'élévation de la tension de seuil du transistor tend à réduire la tension de colonne Vsg. Ainsi, on peut constater qu'une valeur basse de l'échantillon de signal vidéo, engendre un stress de tension grille-source inférieur au stress engendré par une valeur haute de l'échantillon de signal vidéo, comme représenté schématiquement par A et B sur la figure 3. Dans le premier cas, le décalage de la tension de seuil sera donc inférieur. Il en résulte donc un décalage non uniforme des tensions de seuil des différents transistors de commutation de colonne entraînant une non-uniformité de luminance sur l'écran LCD.
La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé d'adressage de chaque colonne qui évite que le seuil de commutation du transistor ne change avec les échantillons de signal vidéo.
La présente invention a aussi pour but de proposer un procédé d'adressage de chaque colonne qui permette de créer des conditions telles que le stress grille-source du transistor soit en moyenne indépendant de l'échantillon de signal vidéo appliqué sur la colonne.
En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé d'adressage de chaque colonne d'un écran LCD de type matriciel comprenant la production périodique d'impulsions de période T en fonction du signal vidéo à afficher sur l'écran, les impulsions commandant un transistor d'attaque de ladite colonne et ayant une durée déterminée par l'amplitude de l'échantillon de signal vidéo en entrée, chaque impulsion agissant sur l'état de conduction dudit transistor pour relier ladite colonne à une borne d'alimentation où se développent des rampes de tension de période T, caractérisé en ce que les impulsions sont alternées périodiquement de telle sorte que la somme des durées de deux impulsions alternées correspond à ladite période T des impulsions, et caractérisé en ce qu'afin qu'une amplitude donnée de l'échantillon de signal vidéo produise le même effet optique d'une période à la suivante, on applique sur ladite colonne soit, dans le cas où la tension appliquée sur la contre-électrode du crystal liquide n'est pas alternée de période T à période T, pour toutes les paires consécutives de périodes, une première dedistes rampes de tension suivie d'une seconde desdites rampes de tension décalée par rapport à la première rampe d'une valeur au moins égale à l'amplitude maximale de celle-ci, soit, dans le cas où la tension appliquée sur la contre électrode est alternée de période T à période T une rampe de tension identique de période T à période T.
Selon un mode de réalisation particulier, avant la production des impulsions, l'on inverse périodiquement le signal vidéo de manière à obtenir, pendant une première période une impulsion de durée t et pendant une deuxième période une impulsion de durée T-t, T étant la durée de la période.
D'autre part, lorsqu'une tension alternative est appliquée périodiquement sur la contre électrode, la même rampe de tension est appliquée à chaque période.
Toutefois, lorsqu'une tension fixe est appliquée sur la contre-électrode, la rampe de tension est décalée symétriquement à chaque période par rapport à la tension fixe de manière à appliquer une rampe variant entre V et V' pendant une première période et une rampe variant entre -V' et -V pendant une deuxième période.
Avec ce procédé, la valeur moyenne des stress grille-source est constante. Ainsi, le décalage des tensions de seuil des transistors commandant les colonnes est aussi constant, ce qui entraîne une dégradation visuelle uniforme.
Toutefois, pour pallier à ce décalage constant des tensions sur les colonnes par rapport à la normale, selon une autre caractéristique de la présente invention, l'on applique sur la contre électrode une tension continue de décalage compensant le décalage moyen des tensions de seuil des transistors de commutation.
La présente invention a aussi pour objet un écran LCD pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente inention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels :

la figure 1 déjà décrite est un schéma synoptique d'un circuit de commande d'une colonne d'un écran LCD à matrice active selon l'art antérieur ;
la figure 2 est une courbe donnant la tension en fonction du temps expliquant les problèmes dûs au stress du transistor de commutation dans le circuit de la figure 1 ;
la figure 3 représente deux courbes schématiques montrant le stress en fonction de la tension de l'échantillon vidéo ;
la figure 4 est un schéma synoptique d'un circuit de commande pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention dans le cas où une tension alternative est appliquée sur la contre-électrode ;
la figure 5 est un diagramme des temps expliquant le fonctionnement de la présente invention, et
la figure 6 est un schéma simplifié expliquant le fonctionnement de la présente invention dans le cas d'un écran LCD à matrice active dont la contre-électrode est à un potentiel fixe.

Pour simplifier la description, dans les figures les mêmes éléments portent les mêmes références.
On a représenté sur la figure 4 un écran LCD à matrice active. Cet écran a été représenté schématiquement par un seul point ou pixel P au croisement d'un bus de colonne cl et d'un bus ligne L. Dans le mode de réalisation représenté, le couplage ligne L-colonne cl est réalisé par un transistor T en film mince (TFT) qui reçoit sur sa grille la tension appliquée sur la ligne L et sur une électrode la tension appliquée sur la colonne, l'autre électrode étant connectée à l'électrode du cristal liquide formant avec la contre-électrode CE la capacité C. Le cristal-liquide est donc équivalent à une capacité C avec une résistance non représentée. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la contre-électrode CE reçoit une tension alternative issue d'un générateur de tension rectangulaire 4. Comme représenté sur la figure 5, la tension de contre-électrode CE passe alternativement à un niveau de, par exemple 5 Volts pendant une première période puis à un niveau de, par exemple, 0 Volt pendant une deuxième période. D'autre part, le circuit de commande de colonne comporte, comme le circuit de commande de colonne de la figure 1, un convertisseur tension-durée 1 qui reçoit en entrée un échantillon de signal vidéo et sur une autre entrée une rampe issue d'un générateur de rampe 2. Conformément à la présente invention, l'échantillon de signal vidéo E est issu d'un circuit 5 complémentant le signal vidéo. Le circuit 5 est commandé par le générateur de tension rectangulaire 4 de manière à appliquer pendant une première période le signal vidéo lui-même et pendant une deuxième période le complément du signal vidéo. Ainsi, en sortie du convertisseur tension-durée 1, on obtient une impulsion I dont la durée est fonction de l'amplitude du signal vidéo, à savoir une impulsion I présentant, par exemple, une durée t pendant la première période et une durée T-t pendant la deuxième période, T représentant la durée de la période, à savoir de préférence une durée trame. De manière plus générale, l'alternance des deux durées d'impulsion est égale à une somme prédéterminée.
Avec le circuit ci-dessus, lorsque l'impulsion I a une durée t, l'on obtient sur la source s du transistor 3 une tension V′ telle que représentée sur la figure 5. Dans ce cas la tension aux bornes de la cellule de cristal liquide est égale à (5 Volts - V′) dans le mode de réalisation représenté et correspond à une tension importante permettant par exemple l'affichage du noir. Lors de la deuxième période, l'impulsion I a une durée T-t et correspond à une tension V sur la source. Dans ce cas, la tension aux bornes de la cellule de cristal liquide devient égale à 0-V, cette tension est aussi une tension importante correspondant à l'affichage du noir. Comme représenté sur la figure 5, la tension rectangulaire entre 0 et 5V ainsi que les tensions V et V′ sont choisies de telle sorte que (5-V′) = (V-0). On applique donc une tension moyenne nulle aux bornes de la cellule de cristal liquide. Les mêmes conclusions seraient obtenues pour l'affichage des blancs ou des gris.
En pratique, les tensions de seuil des transistors de commande des différentes lignes subissent un décalage de telle sorte que les tensions correspondant respectivement au blanc et au noir ne sont plus V et V′ mais en général V-DV et V′-DV. Pour remédier à ces décalages des tensions au niveau du point, conformément à la présente invention, on applique une tension de décalage de même niveau sur la contre-électrode. Toutefois, cette compensation peut aussi être réalisée à d'autres endroits, notamment en décodant la rampe ou au niveau du signal vidéo lui-même.
On décrira maintenant avec référence à la figure 6, un mode de réalisation du procédé d'adressage conforme à la présente invention dans le cas où la contre-électrode CE reçoit une tension fixe, par exemple une tension de 0 Volt. Conformément à la présente invention, dans ce cas, non seulement le signal vidéo E est alternativement transmis ou complémenté à chaque période, mais la rampe appliquée sur une des électrodes du transistor de commutation 3 est décalée en tension à chaque période. Ainsi, on applique soit une rampe variant, par exemple, entre 0 et 5 Volts pendant une première période, soit une rampe variant entre -5 Volts et 0 Volt pendant une deuxième période, comme représenté sur la figure 5 qui concerne un exemple de codage d'un point noir. Dans le mode de réalisation représenté, l'impulsion appliquée sur la grille du transistor 3 présente une durée to qui correspond à un stress maximal. La tension aux bornes du pixel P est donc égale à 5 Volts (valeur maximale de la rampe) -0 Volt (tension appliquée sur la contre-électrode), soit 5 Volts ce qui correspond à une luminance minimale du point. Pendant la deuxième période, l'impulsion appliquée sur la grille du transistor 3 a une durée T-to correspondant à un stress minimal. La tension aux bornes du pixel est égale à - 5 Volts (valeur minimale de la rampe) - 0 Volt (valeur de la tension de contre-électrode) soit - 5 Volts. La luminance du point est encore minimale dans ce cas. Ainsi, en adaptant les variations de tension de la rampe appliquée sur l'électrode du transistor 3, on peut uniformiser le stress appliqué à tous les transistors du circuit de commande en inversant le signal vidéo d'une période à une autre.

Claims

Procédé d'adressage de chaque colonne (cl) d'un écran LCD de type matriciel comprenant la production périodique d'impulsions (I) de période T en fonction du signal vidéo (E) à afficher sur l'écran, les impulsions (I) commandant un transistor d'attaque (3) de ladite colonne (cl) et ayant une durée (t) déterminée par l'amplitude de l'échantillon de signal vidéo en entrée, chaque impulsion (I) agissant sur l'état de conduction dudit transistor (3) pour relier ladite colonne (cl) à une borne d'alimentation où se développent des rampes de tension de période T, caractérisé en ce que les impulsions (I) sont alternées périodiquement de telle sorte que la somme des durées (t, T-t) de deux impulsions alternées correspond à ladite période T des impulsions (I), et caractérisé en ce qu'afin qu'une amplitude donnée de l'échantillon de signal vidéo produise le même effet optique d'une période à la suivante, on applique sur ladite colonne (cl) soit, dans le cas où la tension appliquée sur la contre-électrode (CE) du crystal liquide n'est pas alternée de période T à période T, pour toutes les paires consécutives de périodes, une première desdites rampes de tension suivie d'une seconde desdites rampes de tension décalée par rapport à la première rampe d'une valeur au moins égale à l'amplitude maximale de celle-ci, soit, dans le cas où la tension appliquée sur la contre électrode (CE) est alternée de période T à période T une rampe de tension identique de période T à période T.
Procédé d'adressage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant la production des impulsions, l'on inverse périodiquement le signal vidéo de manière à obtenir pendant une première période une impulsion de durée t et pendant une deuxième période une impulsion de durée T-t, T étant la durée de la période.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsqu'une tension alternative est appliquée périodiquement sur la contre-électrode (CE), la même rampe de tension est appliquée à chaque période.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsqu'une tension fixe est appliquée sur la contre-électrode (CE), la rampe de tension est décalée symétriquement à chaque période par rapport à la tension fixe de manière à appliquer une rampe variant entre V et V' pendant une première période et une rampe variant entre -V' et -V pendant une deuxième période.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la période T correspond à une trame.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écran LCD est un écran à matrice active.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on applique sur la contre-électrode une tension continue de décalage compensant le décalage moyen des tensions de seuil des transistors de commutation.
Ecran LCD comprenant des colonnes (cl) d'adressage chacune associée à un transistor (3) d'attaque de ladite colonne pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, l'écran LCD comportant un circuit de commande des colonnes comprenant un convertisseur tension-durée (1) et un générateur de rampes (2), le convertisseur (1) recevant sur une de ses entrées le signal vidéo et sur l'autre entrée des rampes de tension de période T issues du générateur de rampes (2), le convertisseur (1) délivrant pour chaque période T une impulsion (I) dont la durée (t) est fonction de l'amplitude d'un échantillon (E) du signal vidéo, cette impulsion étant envoyée sur la grille dudit transistor (3) dont l'une des électrodes reçoit lesdites rampes de tension et dont l'autre électrode est connectée à une colonne (cl), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (5) complémentant le signal vidéo connecté en entrée du convertisseur tension-durée (1), ce circuit étant commandé par un générateur de tension rectangulaire (4) qui commande aussi la tension appliquée sur la contre-électrode de telle manière que, dans le cas où la tension appliquée sur la contre-électrode (CE) du crystal liquide n'est pas alternée de période T à période T, pour toutes les paires consécutives de périodes, une première desdites rampes de tension suivie d'une seconde desdites rampes de tension décalée par rapport à la première rampe d'une valeur au moins égale à l'amplitude maximale de celle-ci sont appliquées sur ladite électrode recevant la rampe de tension, ou dans le cas où la tension appliquée sur la contre-éléctrode (CE) est alternée de période T à période T, une rampe de tension identique de période T à période T est appliquée à ladite électrode recevant la rampe de tension.