專(zhuān)利名稱(chēng)：具有使用數(shù)據(jù)線(xiàn)電容的集成的數(shù)－模轉(zhuǎn)換器的液晶顯示器的制作方法
相關(guān)的申請(qǐng)這份申請(qǐng)要求在此通過(guò)引證將其全部教導(dǎo)并入于2003年2月11日提出的第60/446,651號(hào)美國(guó)專(zhuān)利臨時(shí)申請(qǐng)的利益。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)液晶顯示器(LCD)裝置通常由薄膜電路元件(象素)的二維陣列組成。每個(gè)象素都與液晶材料共同作用以便允許或阻止光線(xiàn)通過(guò)液晶材料柱。象素陣列的實(shí)際大小是應(yīng)用確定的。
舉例來(lái)說(shuō)，二維(2D)陣列可以包括兩組沿著垂直方向延伸的導(dǎo)線(xiàn)。沿著一個(gè)方向延伸的每條線(xiàn)能將信號(hào)提供給陣列中的列；沿著另一個(gè)方向延伸的每條線(xiàn)能將信號(hào)提供給陣列中的行。
傳統(tǒng)上，2D陣列中的每個(gè)行列位置包括一個(gè)象素，該象素響應(yīng)在適合于該象素的行和列組合的線(xiàn)上的信號(hào)。通過(guò)一組被直觀(guān)地稱(chēng)為“數(shù)據(jù)線(xiàn)”的平行線(xiàn)，每個(gè)象素接收決定其狀態(tài)的信號(hào)。通過(guò)另一組被直觀(guān)地稱(chēng)為“掃描線(xiàn)”的平行線(xiàn)，沿著一條掃描線(xiàn)的每個(gè)象素接收準(zhǔn)許該象素從其數(shù)據(jù)線(xiàn)接收信號(hào)的信號(hào)。
在傳統(tǒng)的陣列中，每條掃描線(xiàn)提供周期性的掃描信號(hào)，以準(zhǔn)許與所述掃描線(xiàn)連接的每個(gè)象素中的元器件在每個(gè)周期中短暫的時(shí)間間隔期間接收來(lái)自它的數(shù)據(jù)線(xiàn)的信號(hào)。所以，掃描信號(hào)與數(shù)據(jù)線(xiàn)上的信號(hào)的嚴(yán)格同步對(duì)成功的陣列操作是至關(guān)重要的。嚴(yán)格同步依次要求給數(shù)據(jù)線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有精確的時(shí)間安排。
驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線(xiàn)的電路被稱(chēng)為“數(shù)據(jù)掃描器”。驅(qū)動(dòng)掃描線(xiàn)的電路被稱(chēng)為“選擇掃描器”。
所述陣列是在通常是在玻璃或石英的基體上建造的。象素陣列需要驅(qū)動(dòng)和接口電路，而且在大多數(shù)情況下這個(gè)電路是模擬電路而不是數(shù)字電路，從而使該電路有能力遞送或測(cè)知多種輸入信號(hào)。然而，在許多應(yīng)用中，視頻信號(hào)以數(shù)字形式出現(xiàn)，而且必須轉(zhuǎn)換成模擬形式來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示器。適當(dāng)?shù)臄?shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)電路能使用傳統(tǒng)的硅集成電路(ICs)中眾所周知的技術(shù)建造。這些集成電路被安裝在包含象素陣列的基體之上或附近，而且在兩個(gè)集成電路之間形成大量的電連接。顯示器的外設(shè)驅(qū)動(dòng)器、接口芯片、安裝和電連接的成本在包含顯示器的系統(tǒng)的總成本中能構(gòu)成相當(dāng)大的比例。
本發(fā)明的概述如果能通過(guò)在基體上集成適當(dāng)?shù)碾娐啡∠虼蟠鬁p少硅集成電路和連接，那么系統(tǒng)成本能減少而且它的可靠性也能提高。
一種裝置和方法通過(guò)使用LCD的列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)。所述裝置可以包括包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。行緩沖器能與數(shù)據(jù)總線(xiàn)耦合用來(lái)接收和分配數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)能與行緩沖器耦合以便使用LCD的列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將從行緩沖器收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)。
開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以包括眾多的切換裝置，其中每個(gè)切換裝置都能與LCD中各自的列線(xiàn)對(duì)耦合。每個(gè)切換裝置可以包括能接收來(lái)自行緩沖器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯電路和至少三個(gè)能將從邏輯電路收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)并且通過(guò)各自的列線(xiàn)傳輸所述模擬數(shù)據(jù)的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。MOSFET可能是n-溝道MOSFET、p-溝道MOSFET、或n-溝道和p-溝道MOSFET的組合。
所述列線(xiàn)對(duì)的第一列線(xiàn)能與第一列象素中的交替象素耦合，而所述列線(xiàn)對(duì)的第二列線(xiàn)能與第二列象素中的交替象素耦合。第一列線(xiàn)的象素相對(duì)于第二列線(xiàn)的象素能處在交替的行中。所述象素可以是按矩形布局安排的，或所述象素可以是按三角形布局安排的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明上述的和其它的目的、特征和優(yōu)勢(shì)從下面用相似的參考字符在不同的視圖中處處表示同一部份的附圖舉例說(shuō)明的本發(fā)明的特定的實(shí)施方案的更具體的描述將變得更加明顯。這些圖畫(huà)不必依比例繪制，而是用于舉例強(qiáng)調(diào)說(shuō)明本發(fā)明的原則。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)掃描器的示意圖；圖2A是用于適合于圖1的數(shù)據(jù)掃描器的黑白(B/W)顯示器的典型的象素布局示意圖；圖2B是用于適合于圖1的數(shù)據(jù)掃描器的彩色顯示器的典型的象素布局示意圖；圖2C是圖2A和2B的典型象素的電路圖；圖3A-3I是圖1中將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的DAC的電路圖4是依照本發(fā)明的實(shí)施方案的數(shù)據(jù)掃描器的示意圖；圖5A是圖4所示的數(shù)據(jù)掃描器的典型象素布局示意圖；圖5B是圖4所示的數(shù)據(jù)掃描器的典型象素布局示意圖；而圖6是圖4所示的開(kāi)關(guān)裝置的電路圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1展示LCD100的數(shù)據(jù)掃描器50和列負(fù)荷電容160。數(shù)據(jù)掃描器50包括集成的DAC140和放大器150，以便驅(qū)動(dòng)顯示器100的列負(fù)荷電容160。所述配置能用來(lái)驅(qū)動(dòng)黑白(B/W)或彩色顯示器的列負(fù)荷電容160。通常，行緩沖器110分配在從時(shí)鐘120收到的脈沖期間從數(shù)據(jù)總線(xiàn)130到達(dá)DAC 140的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這些DAC140并行操作并且接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而且將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。因?yàn)檫@些DAC140通常提供高阻抗輸出，所以顯示器應(yīng)用需要放大器150來(lái)驅(qū)動(dòng)列負(fù)荷電容160。具體地說(shuō)，開(kāi)關(guān)電容器DAC140需要放大器150，因?yàn)榱胸?fù)荷電容160通常大于實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的DAC電容器330、340(圖3A-3I)。因此，放大器150將較大的輸出提供給顯示器100的列線(xiàn)135的列負(fù)荷電容160。
圖2A展示用于按“矩形”安排象素200的顯示器100的典型的象素陣列和列線(xiàn)135的布局，而圖2B展示用于按“三角形”安排象素的顯示器100的典型的象素陣列和列線(xiàn)135的布局?！熬匦蔚摹卑才磐ǔＳ糜贐/W顯示器，而“三角形的”安排通常用于彩色顯示器。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解“矩形的”和“三角形的”安排都能用于B/W或彩色顯示器。字母RGB代表用于彩色顯示器的紅色、綠色和藍(lán)色而且是技術(shù)上眾所周知的。矩形的象素200被用在黑白和彩色顯示器中，通常正方形象素用于單色，而矩形條紋(高度/寬度比＝3∶1)用于彩色。
圖2C展示圖2A和2B所示的典型象素200的電路圖。典型象素200包括MOSFET晶體管220和電容器160。每個(gè)象素200都被接到行線(xiàn)210和列線(xiàn)135上。行線(xiàn)210控制開(kāi)啟和關(guān)閉象素的MOSFET220的門(mén)極。當(dāng)MOSFET220被接通的時(shí)候，象素200是由列線(xiàn)135上的列負(fù)荷電容160(圖1)驅(qū)動(dòng)的。
圖3A-3I展示將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的開(kāi)關(guān)電容器DAC140。簡(jiǎn)單的位串行DAC140包括兩個(gè)電容器330、340和兩個(gè)開(kāi)關(guān)310、320。開(kāi)關(guān)310可以與高電平連接、與低電平連接，或者是開(kāi)啟的。開(kāi)關(guān)320可以連接電容器330和340的頂板，或者可以是開(kāi)啟的。使用較多的電容器和適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)配置的位并行DAC也能使用。在這個(gè)例子中，如同圖3A-3I連續(xù)地展示的那樣，16位數(shù)字輸入代碼(1101或十進(jìn)制數(shù)16)被轉(zhuǎn)換成13/16VFS的模擬信號(hào)，其中VFS＝滿(mǎn)刻度輸出電壓。
在使用開(kāi)關(guān)電容器DAC140和相關(guān)聯(lián)的放大器150的時(shí)候(圖1)，出現(xiàn)許多問(wèn)題。首先，DAC140的電容器330、340為了可預(yù)期的電荷分享必須正確匹配。圖3A-3I的例子依靠電容器330、340相等，以致當(dāng)開(kāi)關(guān)320閉合的時(shí)候，電荷被相等地分享。其次，將這些DAC140集成在細(xì)距列線(xiàn)135上是困難的，因?yàn)樾枰^大的面積用于正確匹配的DAC電容器330，340。如果DAC電容器330、340太小，那么不合乎需要的的寄生電容變得更重要。第三，將許多放大器150(圖1)集成在顯示器100上是困難的，因?yàn)榉糯笃?50需要是低功率的，有良好的匹配(即，避免圖像中的垂直線(xiàn))，和與細(xì)距列線(xiàn)集成在一起。最后，因?yàn)槌叽缦拗疲瑸榱斯蚕鞤AC140和放大器150，可能需要多工器，從而使顯示器100變得更復(fù)雜。
本發(fā)明的實(shí)施方案取消了對(duì)特殊的開(kāi)關(guān)電容器DAC140和它們相關(guān)的放大器150的需要。如圖4所示，數(shù)據(jù)掃描器50的DAC140和放大器150(圖1-3I)被開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)代替，后者利用列線(xiàn)電容160將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。換言之，新的開(kāi)關(guān)電容器DAC是使用開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)和列負(fù)荷電容160作為DAC電容器構(gòu)成的。在這種配置中，行緩沖器110將從數(shù)據(jù)總線(xiàn)130抵達(dá)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在收到來(lái)自時(shí)鐘120的脈沖時(shí)分配給開(kāi)關(guān)410。開(kāi)關(guān)410使用列線(xiàn)對(duì)135的列負(fù)荷電容160將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
圖5A展示在顯示器采用矩形布局時(shí)使用開(kāi)關(guān)410和列負(fù)荷電容160將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)所必需的象素陣列布局連接，而圖5B展示顯示器采用三角形布局之時(shí)的象素陣列布局連接顯示。如所示，矩形布局通常用于B/W顯示器而“三角形”布局通常用于彩色顯示器。每個(gè)列線(xiàn)對(duì)500被接到每行中的一個(gè)象素200上。如果它們左邊和右邊連接的象素200的數(shù)目相同，那么列線(xiàn)對(duì)500已與列電容匹配。列線(xiàn)對(duì)500的使用提供較多的顯示面積，這將減少有效象素孔徑。然而，在預(yù)期的技術(shù)中，象素孔徑受光學(xué)問(wèn)題、LC和其它問(wèn)題的限制而不受互連程度的限制。
圖6展示圖4中的開(kāi)關(guān)410的電路圖。開(kāi)關(guān)410包括五個(gè)MOSFET晶體管610、620、630、640和650。每個(gè)MOSFET的門(mén)極都與邏輯電路660連接。邏輯電路660包含從行緩沖器110(圖4)收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而且將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分配給這些MOSFET。MOSFET610和630完成圖3中開(kāi)關(guān)310的類(lèi)似操作。MOSFET610能將該列驅(qū)動(dòng)到高電平VFS，MOSFET630能將它驅(qū)動(dòng)到低電平，或這兩個(gè)MOSFET能被關(guān)掉以便斷開(kāi)連接。類(lèi)似地，MOSFET650完成圖3中開(kāi)關(guān)320的類(lèi)似操作，將兩列連接起來(lái)使電荷相等。非必選的MOSFET620和640是為與MOSFET610和630對(duì)稱(chēng)準(zhǔn)備的。該電路能在電荷在右邊列線(xiàn)上積累的同時(shí)用驅(qū)動(dòng)左邊列線(xiàn)的MOSFET610和630操作，或相反在電荷在左邊列線(xiàn)上積累的同時(shí)用驅(qū)動(dòng)右邊列線(xiàn)的MOSFET620和640操作。
圖6將n-溝道MOSFET用于開(kāi)關(guān)。然而，P-溝道MOSFET或n-和p-溝道MOSFET的互補(bǔ)對(duì)也可以使用。使用眾所周知的技術(shù)(其中補(bǔ)償MOSFET的源極和漏極被接到開(kāi)關(guān)的高阻抗一側(cè)，補(bǔ)償MOSFET的門(mén)極是借助開(kāi)關(guān)MOSFET的門(mén)極的邏輯反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的，而且補(bǔ)償MOSFET的大小是開(kāi)關(guān)MOSFET的一半)，附加的MOSFET可以被用于取消電荷注入。
盡管這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)參照其特定的實(shí)施方案已被具體地展示和描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解在不脫離權(quán)利要求書(shū)所囊括的本發(fā)明的范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)方面實(shí)現(xiàn)各種不同的改變。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(LCD)的數(shù)據(jù)掃描器，其中包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)，所述數(shù)據(jù)總線(xiàn)包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；與數(shù)據(jù)總線(xiàn)耦合用來(lái)接收和分配從數(shù)據(jù)總線(xiàn)收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的行緩沖器；以及與行緩沖器耦合的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)使用LCD的數(shù)個(gè)列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將從行緩沖器收到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)掃描器，其中所述開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括眾多切換裝置，每個(gè)切換裝置與LCD中各自的列線(xiàn)對(duì)耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中每個(gè)切換裝置包括一個(gè)邏輯電路，所述邏輯電路接收來(lái)自行緩沖器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；至少三個(gè)MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，所述的MOSFET將從邏輯電路收到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)并且通過(guò)各自的列線(xiàn)傳輸模擬數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述的MOSFET是n-溝道MOSFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述的MOSFET是p-溝道MOSFET。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述的MOSFET是n-溝道MOSFET和p-溝道MOSFET的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述列線(xiàn)對(duì)中的第一列線(xiàn)與第一列象素中交替的象素耦合，而所述線(xiàn)列對(duì)中的第二列線(xiàn)與第二列象素中交替的象素耦合，第一列線(xiàn)的象素相對(duì)于第二列線(xiàn)的象素處在交替的行中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中象素是按矩形布局安排的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中象素是按三角形布局安排的。
10.一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(LCD)的方法，其中包括接收行緩沖器中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分配給開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)；使用LCD的數(shù)個(gè)列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括眾多切換裝置，每個(gè)切換裝置與LCD中各自的列線(xiàn)對(duì)耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中每個(gè)切換裝置包括邏輯電路，所述邏輯電路接收來(lái)自行緩沖器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；以及至少三個(gè)MOSFET，所述的MOSFET將從邏輯電路收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)并且通過(guò)各自的列線(xiàn)傳輸模擬數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述的MOSFET是n-溝道MOSFET。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述的MOSFET是p-溝道MOSFET。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述的MOSFET是n-溝道MOSFET和p-溝道MOSFET的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述列線(xiàn)對(duì)中的第一列線(xiàn)與第一列象素中的交替象素耦合，而所述列線(xiàn)對(duì)中的第二列線(xiàn)與第二列象素中的交替象素耦合，第一列線(xiàn)的象素相對(duì)于第二列線(xiàn)中的象素處在交替的行中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中象素是按矩形布局安排的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中象素是按三角形布局安排的。
全文摘要
一種能使用LCD的數(shù)個(gè)列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)的裝置和方法。所述裝置包括包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。行緩沖器與數(shù)據(jù)總線(xiàn)耦合用來(lái)接收和分配數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)與行緩沖器耦合，用來(lái)使用LCD的數(shù)個(gè)列線(xiàn)對(duì)上的列負(fù)荷電容將從行緩沖器收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1748239SQ200480003635
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者弗雷德里克·P·赫爾曼 申請(qǐng)人:科比恩公司