Brevet FR2594579A1 — publié le 19870821

ECRAN D'AFFICHAGE A MATRICE ACTIVE PERMETTANT L'AFFICHAGE DE NIVEAUX DE GRIS La présente invention a pour objet un écran d'affichage à matrice active permettant l'affichage de niveaux de gris. Un écran d'affichage à matrice active est représenté schématiquement sur la figure 1. Il com- prend: - une première paroi 10 sur laquelle sont déposés une matrice de N par P électrodes 12 formant des premières armatures de condensateurs, N lignes 14 et P colonnes 16 d'adressage, NP transistors de comman- de 18 ayant chacun un drain, une grille et une source, le drain de chaque transistor étant relié à l'armature 12 d'un des condensateurs, la source à l'une des colon- nes 16 et la grille à l'une des lignes 14, - une seconde paroi 20 sur laquelle est dépo- sée une contre-électrode 22 formant la seconde armature des condensateurs, - un premier circuit de commande lignes 30 apte à appliquer successivement aux N lignes 14 une tension VL apte à rendre passants les transistors de chaque ligne pendant une durée TL, la commande des N lignes constituant une trame de durée Tr=NTL, - un deuxième circuit de commande 32 apte à appliquer à la contre-électrode 22 une tension Vce prenant successivement deux valeurs, une valeur 0 et une valeur Vc, la tension Vce passant de l'une à l'au- tre de ces valeurs, soit après chaque trame, soit après chaque ligne, et un troisième circuit de commande colonnes 34 apte à appliquer sur les colonnes 16, pendant toute la durée de commande d'une ligne, un jeu de P tensions. La figure 2 montre un détail d'un point d'af- fichage. On y voit une ligne d'adressage Li, une coLonne d'adressage Cj, un transistor Tij ayant une griLLe G, une source S et un drain D, et enfin un pavé conducteur Cij. La source S est reLiée à La coLonne Cj, La grille G à la Ligne Li et te drain D au pavé Cij. Pour commander un point d'affichage corres- pondant à L'armature Cij, on ouvre Le transistor Tij pendant une durée TL. Une différence de potentiel entre la coLonne Cj liée à la source S de Tij et la contre électrode 22, provoque un écoulement de charges dans le canal du transistor. Ces charges se stockent sur Le drain D, c'est-à-dire finalement sur l'armature Cij et, symétriquement, sur la contre-éLectrode. Après le temps d'adressage ligne, le transistor Tij est rendu blo- quant. La charge Qij emmagasinée dans le condensateur y reste et une tension Vij se trouve appliquée en perma- nence au matériau d'affichage, c'est-à-dire, en prati- que, au cristal liquide. Cette tension est égale à Qiji si Kij désigne la capacité du point d'affichage. Si l'on veut afficher un niveau de gris, il faut donner à ce rapport une valeur comprise entre O et une valeur Vmax qui correspond à un état saturé (blanc). Deux solutions sont connues dans l'art anté- rieur pour afficher de tels niveaux gris. La première est illustrée sur la figure 3. Sur cette figure, ainsi d'ailleurs que sur les suivantes, le temps est découpé en intervalles d'adressage ligne, de durée TL et l'on suppose, pour simplifier que l'écran contient 5 lignes L1, L2,...L5. Le balayage de ces 5 lignes constitue une première trame et le balayage des 5 lignes suivan- tes une deuxième trame. La partie a de la figure 3 montre la tension Vcj appliquée à une colonne quelconque de rang j. Cette tension est représentée en tirets. La figure montre aussi la tension VCe appliquée à La contre-électrode (en trait continu). Cette dernière est nulle pendant La première trame puis égale à Vmax pendant la seconde. La tension appliquée à une colonne varie entre O et Vmax suivant une échelle de tensions. La tension résultante appliquée au point d'affichage situé sur la colonne j est égale à la différence VCj-Vce. C'est ce qui corres- pond à la zone hachurée. On voit que cette tension a une valeur moyenne nulle du fait de l'alternance à chaque trame (pour éviter les phénomènes d'accumulation de charges qui risqueraient d'endommager le cristal liquide). Quant à la tension Vij apparaissant sur un point d'affichage déterminé, par exemple sur la 2eme ligne et la jeme colonne, elle varie comme représenté sur la partie b. Pendant l'intervalle o la deuxième ligne est adressée, la tension croit jusqu'à une valeur Vgr; puis lorsque la ligne n'est plus adressée, la tension demeure à cette valeur. L'avantage de cette méthode est, qu'en utili- sant des transistors assez conducteurs, à la fin du temps d'adressage ligne, la tension Vij atteint le niveau Vgr correspondant au gris à afficher, et que cette tension ne dépend pas de la valeur du courant de drain du transistor. Les gris seront alors reproduits sur l'écran avec le même niveau de brillance pour tous les points. En revanche, l'inconvénient de cette méthode est qu'elle nécessite d'engendrer un grand nombre de tensions Vgr (autant que de niveaux de gris désirés), ce qui rend le circuit de commande très complexe. Il existe une autre technique de commande d'affichage de gris. Elle est illustrée sur la figure 4. Sur la partie a on voit, en trait plein, la tension Vce appliquée à la contre-électrode et en tirets la tension VCj appliquée à une colonne de rang j pendant les divers intervalles de commande des lignes. On voit que le temps d'affichage d'un point est divisé en deux intervalles: le premier, de durée tl, pendant lequel la colonne est portée au même potentiel que la contre- électrode, le second pendant lequel eLle est portée à une tension Vmax. En outre on utilise des transistors à conduction limitée de façon à ce que la tension Vij (représentée sur la partie b) n'atteigne pas la valeur maximum Vmax si l'intervalle t2 est inférieur à l'in- tervalle total d'adressage d'une ligne TL. L'avantage de cette seconde solution, par rapport à La précédente, est qu'eLLe ne nécessite que deux niveaux de tension pour la commande des lignes: O et Vmax. Son inconvénient est que la tension finalement atteinte dépend du courant de drain du transistor com- mandé. Or, ce courant est en fait difficile à contrô- Ler, pour des raisons technologiques, de sorte que la reproduction sur un écran, d'une même brillance en divers points, pour un même niveau de gris, est diffi- cile à obtenir. L'invention a justement pour objet de rendre l'effet visuel pas ou peu dépendant des dispersions des caractéristiques présentées par les transistors, tout en conduisant à des circuits de commande très simples. A cette fin, l'invention préconise l'emploi d'un cir- cuit qui délivre une tension unique présentant un palier et une rampe (et non plus une échelle de ten- sions comme dans la première méthode de l'art anté- rieur, ou deux comme dans la seconde), cette tension étant appliquée à des circuits de commande de colonnes qui la transmettent pendant une durée qui peut prendre plusieurs valeurs discrètes. Ces circuits de commande peuvent être obtenus très simplement, par exemple au moyen d'un transistor unique. Avec la solution de l'in- - vention, les niveaux affichés ne sont pas sensibles aux dispersions des caractéristiques des transistors car la tension appliquée au matériau d'affichage est rendue indépendante du courant de drain des transistors. Cette propriété est intéressante notamment pour les panneaux de grandes dimensions, puisqu'elle permet une disper- sion des caractéristiques des transistors entre par exemple le centre de l'écran et sa périphérie. ElLe accroit donc les tolérances de fabrication des écrans de grande surface. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un écran d'affichage du genre de ceux qui ont été décrits plus haut en liaison avec la figure 1, cet écran étant caractérisé par le fait que le troisié- me circuit de commande colonnes comprend: - un circuit délivrant une tension Vcb pre- sentant, pendant une durée tl, une valeur égale à la tension Vce appliquée à la contre-électrode et pendant une durée t2 une tension en forme de rampe variant li- néairement entre cette tension Vce et une tension qui diffère de Vce d'une quantité Vc, la durée totale t +t2 de la tension Vcb étant égale à la durée TL de commande d'une ligne, - des circuits de commande de colonnes connectés entre ledit circuit et chaque colonne et qui transmettent à chaque colonne ladite tension Scb pen- dant une durée pouvant prendre une série de valeurs- discrètes entre tl, auquel cas on obtient un affichage noir et TL, auquel cas on obtient un affichage blanc, chaque valeur discrète intermédiaire comprise entre t1 et TL correspondant à un affichage de gris. De préférence, les circuits de commande de colonnes connectés entre le circuit engendrant Vcb et chaque colonne sont constituéspar P transistors ayant- une source reliée au circuit délivrant la tension Vcb, un drain relié à l'une des P colonnes et une grille reliée à un moyen apte à délivrer une tension de com- mande d'ouverture du transistor pendant une durée qui est fonction du niveau de gris à afficher. De préférence encore, le moyen apte à délivrer une tension de commande d'ouverture des P transistors est constitué par P registres à décalage de n cellules chacun, la première cellule de chaque regis- tre étant reliée à la grille d'un des transistors, un registre contenant n éléments binaires dont le premier est toujours égal à 1 et les suivants égaux à 0 ou à 1, L'ensemble de ces n éléments binaires caractérisant un niveau de gris: ces registres sont commandés par une horloge commune de période tl, qui commande le décalage des éléments binaires dans chaque registre; la durée t1 est telle que nt1 soit égal à la durée totale TL de commande d'une ligne. De toutes façons, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'exemples de réali- sation donnés à titre explicatif mais nullement limita- tif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente un écran selon l'art antérieur, - la figure 2, déjà décrite, montre un détail d'un tel écran, - la figure 3, déjà décrite, montre une pre- mière variante connue de commande de niveaux de gris, - la figure 4, déjà décrite, montre une se- conde variante connue de commande de niveaux de gris, - la figure 5 montre un exemple de commande des transistors d'une même ligne, - la figure 6 montre la forme de la tension unique engendrée selon l'invention, - la figure 7 montre les tensions appliquées pour obtenir un niveau de blanc, la figure 8 montre la tension appliquée au point d'affichage et l'état des circuits de commande dans le cas de la commande de blanc, - la figure 9 montre la tension appliquée dans le cas d'un affichage de noir, I- la figure 10 montre l'évolution de la ten- sion appliquée à un point d'affichage pour un niveau de gris donné et L'état des circuits de commande cor- respondants, - la figure 11 montre un exemple d'écriture d'un niveau de blanc suivie de l'écriture d'un niveau de noir, - la figure 12 montre un exemple de réalisa- tion des circuits de commande des colonnes selon l'invention, à l'aide de transistors, - la figure 13 montre la tension en forme de rampe appliquée aux sources de tous les transistors, et les impulsions d'horloge commandant les registres à décalage, - la figure 14 illustre une variante corres- pondant au cas d'une alternance après chaque ligne et non plus après chaque trame. Sur la figure 5 on a représenté, sur la partie a, la tension VG appliquée à une ligne particu- lière (par exemple la troisième), c'est-à-dire, en dé- finitive, la tension appliquée aux grilles des transis- tors connectés à cette ligne. Cette tension est égale soit à VGb, qui correspond à un état bloquant du tran- sistor, soit à VGp qui correspond à un état passant dudit transistor. Sur la partie b de la figure, l'état passant est noté EP et l'état bloquant EB. Les flèches verticales montrent le passage des transistors d'un état à l'autre. On observera que ce mode d'adressage n'est pas propre à l'invention mais qu'il est déjà utilisé dans l'art antérieur. Ce qui, en revanche, est spécifique à l'in- vention, c'est la tension unique engendrée pour commander l'affichage. Cette tension unique est repré- sentée sur la figure 6. Les deux formes a et b corres- pondent aux deux cas d'une trame paire et d'une trame impaire, si l'on alterne la tension de la contre-éLec- trode Vce après chaque trame, ou d'une ligne paire et d'une ligne impaire, si l'on alterne Vce après chaque ligne. La tension unique notée Vcb est formée d'un palier de durée t1 présentant une valeur égale à la tension de la contre-électrode Vce (c'est-à-dire O dans les cas a et Vc dans le cas b) et d'une rampe linéaire de durée t2 faisant passer la tension de la valeur pré- cédente à une valeur qui diffère de Vce d'une quantité Vc (c'est-à-dire qui atteint Vc dans le cas a et O dans le cas b). La durée totale t1+t2 est égale à la durée TL de commande d'une ligne. Dans les figures 7 à 11 qui vont être décrites on a supposé que l'alternance de polarité s'effectue après chaque trame. Sur la figure 14 on il- lustrera le cas ou l'alternance s'effectue après chaque ligne. La figure 7 montre sur la partie a la tension unique Vcb au cours des divers balayages lignes (on suppose toujours qu'une trame est formée de 5 balayages lignes) et sur la partie b la tension de contre-élec- trode Vce et son alternance à chaque trame. Ainsi, la rampe de la tension Vcb a une pente positive pour une trame (ce qui correspond au signal de la figure 6a) et une pente négative pour la trame suivante (ce qui cor- respond au signal de la figure 6b). Si l'on considère maintenant une colonne par- ticulière, il faut déterminer l'intervalle pendant lequel on appliquera cette tension unique à la colonne. Cette durée est déterminée par des circuits de commande qui comme, on le verra plus tard, peuvent être des transistors mis dans un état passant ou bloquant. Sur les figures 8 à 11, ces états sont représentés sur La partie b des figures avec un état passant noté EP et un état bloquant noté EB. Sur la figure 8, on s'intéresse à un point situé sur la troisième Ligne et sur une colonne quelconque. On suppose que le blanc doit être affiché sur ce point. Le circuit de commande de la colonne doit donc être passant pendant toute la durée TL. Pendant le palier de durée tl, le circuit de commande est passant, le condensateur se décharge et la tension tombe à O; puis le circuit de commande restant passant, la tension suit la rampe pour atteindre +Vc ou -Vc et ainsi de suite. On obtient ainsi un affichage blanc. La figure 9 correspond à l'affichage d'un point noir. Le circuit de commande n'est passant que pendant l'intervalle de durée tl, c'est-à-dire quand Vcb est égal à Vce. Autrement dit, aucune différence de potentiel n'est appliquée entre les armatures du con- densateur situé à l'intersection de la colonne considérée et de la troisième ligne. La figure 10 illustre un cas intermédiaire o l'on souhaite afficher un niveau de gris. Dans ce cas, le circuit de commande de la colonne est ouvert non seulement pendant le palier de durée t1 (mais encore pendant une durée t2 correspondant à la rampe de tension. Cette valeur t2 est toutefois limitée et n'at- teint pas la valeur TL-t1 comme dans le cas d'affichage de blanc. La tension appliquée commence donc par tomber à une valeur nulle (ce qui correspond au palier t1) puis suit une partie de la rampe du signal Vcb (ce qui correspond à l'intervalle t2). Ce niveau de tension intermédiaire atteint correspond à un niveau de gris. La figure 11 montre comment l'on passe d'un affichage de blanc à un affichage de noir. Sur La pre- mière trame, le circuit de commande de la colonne est passant pendant toute la durée d'adressage de la ligne. La tension appliquée atteint donc, en fin de balayage ligne, la tension Vc correspondant au blanc. A la trame suivante, le circuit de commande est passant pendant la durée tl, ce qui correspond au palier o la tension appliquée est nulle, ce qui provoque la décharge du condensateur; mais ce circuit est bloquant tout de suite après, ce qui empêche la tension de quitter la valeur 0. Le point affiché reste donc au niveau noir. La figure 12 montre un exemple de réalisation des circuits de commande colonnes. Ces circuits sont constitués par des transistors TR1, TR2,... TRj ayant une source reliée à un circuit 40 qui délivre la tension unique telle qu'illustrée sur la figure 6, et un drain relié à une colonne. Pour commander l'ouvertu- re et la fermeture de ces transistors, on peut utiliser des registres à décalage SR1, SR2,... SRj dont la première cellule est reliée à la grille de chacun des transistors TR1, TR2,... TRj. Tous ces registres sont commandés par une horloge unique 42. Cette horloge émet des impulsions périodiques séparées par -un intervalle de temps égal à t1. La figure 13 représente justement la tension délivrée par le circuit 40 (a) et les impulsions d'horloge (b). Les registres à décalage comprennent, dans le cas illustré, 4 cellules, car la durée TL est égale à 4t1. Les cellules sont chargées par des 1 ou par des 0 selon l'affichage à réaliser. Mais de toute manière, la première cellule est chargée par un 1. Aussi les tran- sistors TRj sont-ils toujours passants pendant la durée t1. Pour afficher un niveau de blanc, le registre est chargé par la suite 1111. Ainsi le transistor corres- pondant est-il ouvert sur la totalité du palier et de la rampe après les 4 impulsions d'horLoge (ce qui cor- respond à l'exemple illustré par la figure 8). Pour afficher un gris clair, on chargera le registre par la suite 0111, ce qui correspond à un intervalle t2 ouvert -pendant 2t1 (ce qui correspond à l'exemple illustré sur la figure 10). Pour un gris foncé, on utilisera la sui- te 0011 et pour le noir La suite 0001. Ainsi, pour ce dernier cas, le transistor ne sera ouvert que pendant le palier t1 (ce qui correspond à l'exemple illustré par la figure 9). Le circuit 44 sert à charger les registres à décalage en fonction de l'affichage à réaliser sur les diverses colonnes. Chaque valeur est codée selon l'une des quatre suites mentionnées plus haut et le charge- ment s'effectue à chaque commande de ligne. Quant au circuit 40 délivrant le signal uni- que de la figure 6, il peut être composé d'un généra- teur de signaux triangulaires asservi à la fréquence ligne du signal de synchronisation (vidéo par exemple). Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, l'alternance de polarité de la tension de commande s'effectue après chaque trame. On peut aus- si effectuer cette alternance après chaque ligne. C'est ce qui est illustré sur la figure 14 o la partie a montre le signal appliqué à l'entrée de tous les cir- cuits de commande de colonnes et la partie b la tension appliquée à la contre-électrode. REVENDICATIONS 1. Ecran d'affichage à matrice active compre- nant: - une première paroi (10) sur Laquelle sont déposés: une matrice de N par P électrodes (12) for- mant des premières armatures de condensateurs, N Lignes (14) et P colonnes (16) d'adressage, NP transistors de commande (18) ayant chacun un drain (D), une grille (G) et une source (S), Le drain (D) de chaque transistor étant relié à L'armature (12) d'un des condensateurs, la source (S) à l'une des colonnes (16) et la grille (G) à l'une des lignes (14), - une seconde paroi (20) sur laquelle est déposée une contre-éLectrode (22) formant la seconde armature des condensateurs, - un premier circuit de commande Lignes (30) apte à appliquer successivement sur Les N lignes (14) une tension Ve apte à rendre passants les transistors (18) de chaque ligne pendant une durée TL, La commande des N lignes constituant une trame de durée Tr=NTL, - un deuxième circuit de commande (32) apte à appliquer sur la contre-électrode (22) une tension Vce prenant successivement deux valeurs, une valeur 0 et une valeur Vc, la tension Vce passant de l'une à l'autre des ces valeurs, soit après chaque trame, soit après chaque ligne, et - un troisième circuit de commande colonnes (34) apte à appliquer sur les P colonnes, pendant toute la durée de commande d'une ligne, un jeu de P tensions, cet écran étant caractérisé par le fait que le troisiè- me circuit de commande colonnes (34) comprend: - un circuit (40) délivrant une tension Vcb présentant un palier de durée t1 de valeur égale à la tension Vce appliquée à la contre-électrode et pendant une durée t2 une tension en forme de rampe passant li- néairement de cette tension Vce à une tension qui dif- fère de Vce d'une quantité Vc, la durée totale tl+t2 de la tension Vcb étant égale à la durée TL de commande d'une ligne, - des circuits de commande de colonnes (TR1, TR2,... TRj) connectés entre ledit circuit (40) et chaque colonne (C1, C2,..., Cj) et qui transmettent à chaque colonne ladite tension Vcb pendant une durée pouvant prendre une série de valeurs discrètes entre t1, auquel cas on obtient un affichage noir, et TL auquel cas on obtient un affichage blanc, chaque valeur discrète intermédiaire entre t1 et TL correspondant à un affichage de gris. 2. Ecran d'affichage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de commande de colonnes est constitué par P transistors (TR1, TR2, TRj) ayant une source reliée au circuit (40) délivrant la tension Vcb, un drain relié à l'une des P colonnes (C1, C2,..., Cj) et une grille reliée à un circuit apte à délivrer une tension de commande d'ou- verture du transistor pendant une durée qui est fonc- tion du niveau de gris à afficher. 3. Ecran d'affichage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit apte à déli- vrer une tension de commande d'ouverture des P transis- tors (TR1, TR2,..., TRj) est constitué par P registres à décalage (SR1, SR2,... SRj) de n cellules chacun, la première cellule de chaque registre étant reliée à la grille d'un des transistors (TR1, TR2,..., TRj), un registre contenant n éléments binaires dont le premier est toujours égal à 1 et les suivants égaux à 0 ou à 1, l'ensemble de ces n éléments binaires caractérisant un niveau de gris, ces registres étant commandés par une horloge commune (42) de période tl, qui commande le décalage des éléments binaires dans chaque registre, la durée t1 étant telle que nt1 soit égal à la durée totale TL de commande d'une ligne.