Circuit échantillonneur-bloqueur pour écran d'affichage à cristal liquide

Abstract

 Circuit échantillonneur-bloqueur pour écran d'affichage à cristal liquide.
Le circuit comprend deux étages, le premier à capacité commutée (Ce, T1), le second à amplificateur (A, Cs, T2).
Application à la commande des écrans d'affichage à cristal liquide.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un circuit échantillonneur-bloqueur pour écran d'affichage à cristal liquide.

[0002] Un écran d'affichage à cristal liquide se présente généralement sous la forme illustrée sur la figure 1. L'écran proprement dit ECR est constitué de lignes L et de colonnes C d'adressage, d'une matrice de pixels P, chacun relié à un transistor TFT dont l'état est commandé par la ligne L et la colonne C associées.

[0003] Un tel écran est commandé par un circuit de commande de lignes CCL, qui applique séquentiellement aux lignes une tension d'adressage (par exemple quelques volts) et par un circuit de commande de colonnes CCC, qui applique à la totalité des colonnes des tensions reflétant l'intensité lumineuse des points à afficher sur la ligne adressée. L'image globale est ainsi affichée ligne par ligne.

[0004] Le circuit de commande de colonnes CCC reçoit un signal vidéo SV délivré par un circuit vidéo CV. Ce signal est en général constitué de trois composantes correspondant aux trois composantes primaires d'une image en couleur.

[0005] Si l'écran ECR possède 162 colonnes, le circuit CCC comprend 162 circuits élémentaires de commande de colonne, disposés en parallèle, et 162 sorties reliées aux différentes colonnes. Chaque circuit élémentaire de commande de colonne (appelé encore "driver colonne" dans la littérature technique) comprend un circuit échantillonneur-bloqueur dont la fonction est d'échantillonner le signal vidéo à un instant déterminé correspondant à la colonne à commander et de maintenir cet échantillon sur la colonne pendant toute la durée d'adressage d'une ligne (fonction "sample-and-hold" en terminologie anglosaxonne).

[0006] la présente invention porte sur un tel circuit échantillonneur-bloqueur.

[0007] La réalisation d'un circuit échantillonneur-bloqueur pour écran d'affichage à cristal liquide pose de nombreux problèmes.

[0008] Tout d'abord, il doit permettre l'échantillonnage du signal vidéo relatif à une ligne alors qu'on applique sur les colonnes les signaux relatifs à la ligne précédente.

[0009] Par ailleurs, si l'on veut pouvoir alimenter un écran d'affichage de grandes dimensions possédant un nombre élevé de colonnes (plus d'une centaine), il faut un circuit de très faible consommation électrique et présentant un temps de charge faible pour une charge capacitive élevée.

[0010] Enfin, il est souhaitable que la structure du circuit permette de compenser les tensions de décalage ("offset") provoquées par l'amplification et la mise en forme des signaux vidéo.

[0011] Les circuits échantillonneurs-bloqueurs de l'art antérieur présentent tous des inconvénients. Ainsi, dans le circuit commercialisé par la Société HITACHI sous la référence HD 66300T par exemple, il est fait usage de quatre échantillonneurs-bloqueurs par colonne, travaillant en alternance. Le circuit contient ainsi 480 circuits échantillonneurs-bloqueurs pour un écran de 120 colonnes. La consommation électrique est donc très grande. Par ailleurs, dans une telle architecture, il n'est pas possible de corriger la tension de décalage.

[0012] On connaît par les documents EP-A-O 381 429 et GB-2 146 479 des circuits de commande d'écran d'affichage comprenant un premier étage d'échantillonnage constitué par un condensateur d'échantillonnage et un second étage comprenant un condensateur de maintien. Dans ce type de circuits, il faut transférer la charge du premier condensateur dans le second et le signal de sortie est constitué par la tension présente aux bornes du second condensateur. Pour éviter de dégrader le signal, il faut un premier condensateur (d'échantillonnage) de capacité beaucoup plus grande que celle du second (de maintien). Le temps de charge du premier condensateur s'en trouve augmenté. Par ailleurs, comme la tension de sortie est liée à la tension d'entrée par le rapport C1/C1+C2 (où C1 et C2 sont les capacités des premier et second condensateurs), au mieux, la tension de sortie est-elle égale à la tension d'entrée. Par ailleurs, la grande valeur du premier condensateur conduit à un encombrement excessif et limite sérieusement les possibilités d'intégration du circuit. Enfin, l'impédance de charge des amplificateurs vidéo est considérablement augmentée.

[0013] Par ailleurs, on connaît, par le document FR-A-2 458 117, une autre solution qui évite l'emploi d'un condensateur de maintien (cf Fig. 11 de ce document). Cette solution consiste à utiliser deux voies identiques d'échantillonnage montées en parallèle et travaillant en alternance. Cependant, dans cette solution, le gain de l'ensemble est limité à 1 et le doublement du nombre de voies augmente naturellement l'encombrement du circuit.

[0014] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cette fin, elle propose un circuit échantillonneur-bloqueur de faible consommation (moins de 50 µA au repos), présentant un temps de charge faible (le circuit est capable de charger une capacité externe de 150pF par 6V en 2 µs) et sa dynamique de sortie est proche de la différence de tensions de polarisation (V_DD-V_SS) (en réalité légérement inférieure à cette valeur, soit environ V_DD-V_SS-0,3V). Enfin, par l'adjonction d'un simple condensateur, il est possible de corriger aisément la tension de décalage.

[0015] A cette fin, l'invention propose un circuit échantillonneur-bloqueur du genre de ceux qui comprennent :

• un premier étage d'échantillonnage relié à une entrée recevant un signal vidéo relatif à chaque ligne à commander,
• un second étage de maintien avec une sortie apte à être reliée à une colonne de l'écran,
• des moyens pour :
  • commander l'échantillonnage relatif à une ligne dans le premier étage,
  • commander dans le même temps le maintien dans le second étage de l'échantillon correspondant à la ligne précédente,
  • transférer ensuite l'échantillon du premier étage dans le second,
  ce circuit étant caractérisé par le fait que :
• le premier étage comprend un premier condensateur d'échantillonnage relié à l'entrée vidéo à travers des premiers interrupteurs électroniques,
• le second étage comprend un amplificateur à une entrée non inverseuse, une entrée inverseuse et une sortie, la sortie étant rebouclée sur l'entrée inverseuse par un second condensateur de stockage, un deuxième interrupteur électronique étant disposé en parallèle sur le second condensateur, les entrées de l'amplificateur étant reliées au premier condensateur d'échantillonnage par des troisièmes interrupteurs électroniques.

[0016] De préférence, un condensateur de correction de décalage est associé au condensateur d'échantillonnage pour corriger le décalage produit par l'amplificateur situé en aval. Ce condensateur est mis en service pendant le temps de transfert de l'échantillon dans l'amplificateur.

[0017] De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui suit. Cette description porte sur des exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Elle se réfère à des dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement la structure d'un écran d'affichage à cristal liquide ;
• la figure 2 montre le schéma d'un échantillonneur-bloqueur conforme à l'invention ;
• la figure 3 est un chronogramme montrant divers signaux de commande apparaissant dans le circuit ;
• la figure 4 est un schéma simplifié global d'un circuit complet de commande de colonnes. Pour des raisons de clarté du dessin, la compensation d'offset n'y est pas représentée.

[0018] Sur la figure 2, on voit un circuit échantillonneur-bloqueur CEB à une entrée générale E et une sortie générale S. L'entrée E est reliée à un bus vidéo BV relié à un circuit vidéo CV. La sortie S est reliée à une colonne C. Il y a autant de circuit CEB qu'il y a de colonnes pour un circuit global de commande.

[0019] Le circuit vidéo CV ne fait pas partie de l'invention. Il suffit d'indiquer brièvement qu'il comprend une entrée vidéo 20, des condensateurs 22, 24, un interrupteur 26 de "clamping" (mise à niveau), commandé par un signal CCL, un interrupteur de transfert 28, commandé par un signal de transfert TRD, un amplificateur 30 de mise en forme et un circuit de cadrage 32.

[0020] Pour ce qui est du circuit échantillonneur-bloqueur CEB, qui se rapporte plus spécialement à l'invention, tel que représenté, il comprend :

• un premier condensateur d'échantillonnage Ce relié à l'entrée E à travers deux premiers interrupteurs électroniques T1, T′1 commandé par un signal d'échantillonnage ECH,
• un amplificateur A à une entrée non inverseuse e⁺, une entrée inverseuse e⁻ et une sortie s, la sortie s étant rebouclée sur l'entrée non-inverseuse e⁺ par un second condensateur de stockage Cs, avec un deuxième interrupteur électronique T2 en parallèle, ce deuxième interrupteur T2 étant commandé par un signal de remise à zéro RAZ ; les entrées de l'amplificateur A étant reliées par ailleurs au premier condensateur d'échantillonnage Ce par deux troisièmes interrupteurs électroniques T3, T′3, ces troisièmes interrupteurs étant commandés par un signal de transfert TRD.

[0021] Le circuit peut comprendre en outre, mais non obligatoirement un quatrième interrupteur électronique de sortie T4 relié à la sortie s de l'amplificateur A et commandé par un signal TRS.

[0022] Un circuit général de commande CC délivre des signaux de commande ECH, TRD, TRS, RAZ pour les divers interrupteurs des échantillonneurs-bloqueurs.

[0023] Le fonctionnement de ce circuit peut être mieux compris à la lumière du chronogramme de la figure 3. Sur la première ligne est représenté le signal vidéo V (deux lignes successives Ln-1 et Ln) sont illustrées, de rang n-1 et n). La deuxième ligne montre le signal d'échantillonnage ECH (une impulsion correspond à un circuit échantillonneur-bloqueur, les autres aux autres circuits de l'écran) ; la troisième ligne montre le signal de remise à zéro RAZ ; le signal de transfert TRD est représenté sur la quatrième ligne et le signal de transfert TRS sur la dernière.

[0024] Le fonctionnement du circuit dès lors est le suivant.

[0025] Le signal d'échantillonnage ECH agit d'abord sur les premiers interrupteurs T1, T′1 et provoque la charge du premier condensateur d'échantillonnage Ce. Pendant ce temps, le signal de transfert TRS est au niveau haut et agit sur le quatrième interrupteur de sortie T4 et permet à la tension précédemment bloquée dans le condensateur de stockage Cs de l'amplificateur A d'être transférée sur la sortie générale S. Puis le signal de remise à zéro RAZ agit sur le deuxième interrupteur T2 pour remettre à zéro la tension bloquée dans le condensateur de stockage Cs de l'amplificateur A, pendant que le signal TRS est mis au niveau zéro pour découpler la sortie de l'amplificateur A de la sortie générale S. Le signal TRD agissant sur les troisièmes interrupteurs T3, T′3 provoque le transfert de la tension échantillonnée dans le premier condensateur d'échantillonnage Ce vers l'amplificateur A et son condensateur de stockage Cs.

[0026] On voit donc que l'échantillonnage de la ligne n (ECHn) se produit pendant le maintien de l'échantillon relatif à la ligne n-1 (TRS(n-1)).

[0027] En revenant à la figure 2, on voit que le circuit comprend en outre un condensateur supplémentaire Cc qui permet une correction de décalage ("offset"). Ce condensateur possède une armature reliée à l'entrée E à travers un cinquième interrupteur électronique T5 commandé par le signal de transfert TRD et à un point porté à la tension moyenne des tensions de polarisation Vpm à travers un sixième interrupteur électronique T6. La tension Vpm représente la moyenne entre les deux tensions extrêmes de polarisation V_SS et V_DD . Le condensateur de correction Cc possède une autre armature reliée au condensateur d'échantillonnage Ce.

[0028] En liaison avec l'interrupteur 28 du circuit vidéo CV, le fonctionnement de ces moyens de correction est alors le suivant. L'interrupteur 28 et son signal de transfert TRD servent dans la compensation de l'offset (du moins dans la réalisation de la partie vidéo avec système de "clamping"). La compensation de l'offset concerne l'offset de la chaîne vidéo. Avec le dispositif de l'interrupteur 28 on introduit cet offset dans les bus vidéo au même instant que l'on fait le transfert des échantillons vers la sortie des circuits de commande (pendant TRD). Le transfert se fait donc par deux chemins : par le condensateur C_c , qui transfère l'inverse de l'offset vers C_s, et aussi par C_e qui transfère l'échantillon du signal, non-compensé en offset, de façon non-inversée vers C_s. Le résultat en sortie est la valeur échantillonnée avec une compensation de l'offset.

[0029] Cela est possible si, pendant TRD, on présente VPM à l'entrée des amplificateurs vidéo. Dans le cas du circuit réalisé on utilise un circuit de clamping pour ramener le signal vidéo à un niveau convenable et on le force à VPM pendant TRD avec l'interrupteur 28. D'autres façons d'obtenir ce résultat sont possibles.

[0030] La figure 4 illustre le montage d'une pluralité d'échantillonneurs-bloqueurs conformes à celui qui vient d'être décrit, dans un circuit de commande des colonnes d'un écran d'affichage à 162 colonnes. Le circuit global CCC comprend 162 échantillonneurs-bloqueurs CEB1, CEB2, ..., CEB162 à 162 plots de sortie S1, S2, ..., S162 reliés aux 162 colonnes, C1, C2, ..., C162. Un circuit vidéo CV alimente trois bus vidéo BV1, BV2, BV3 correspondant aux trois primaires rouge, vert, bleu. Un registre à décalage R DEC à 162 cellules délivre 162 signaux d'échantillonnage ECH pour les 162 circuits échantillonneurs-bloqueurs CEB1, ..., CEB162. Une source de polarisation POL alimente le circuit vidéo CV et les amplificateurs A des échantillonneurs-bloqueurs.

[0031] Divers plots TRD, TRS, RAZ (non tous représentés) correspondent aux entrées de signaux de commande.

[0032] Tous les circuits qui viennent d'être décrits peuvent être intégrés sous forme de "puce". La technologie CMOS convient parfaitement.

Revendications

1. Circuit échantillonneur-bloqueur pour la commande d'un écran d'affichage à cristal liquide, cet écran comprenant des lignes (L) et des colonnes (C) d'adressage et étant commandé séquentiellement ligne par ligne, ce circuit comprenant :

- un premier étage d'échantillonnage relié à une entrée (E) recevant un signal vidéo relatif à chaque ligne à commander,

- un second étage de maintien avec une sortie apte à être reliée à une colonne (C) de l'écran,

- des moyens pour :

- commander l'échantillonnage relatif à une ligne dans le premier étage,

- commander dans le même temps le maintien dans le second étage de l'échantillon correspondant à la ligne précédente,

- transférer ensuite l'échantillon du premier étage dans le second,

ce circuit étant caractérisé par le fait que :

- le premier étage comprend un premier condensateur (Ce) d'échantillonnage relié à l'entrée vidéo (E) à travers des premiers interrupteurs électroniques (T1 et T′1),

- le second étage comprend un amplificateur (A) à une entrée non inverseuse (e⁺), une entrée inverseuse (e⁻ ) et une sortie (s), la sortie (s) étant rebouclée sur l'entrée inverseuse (e⁻ ) par un second condensateur (Cs) de stockage, un deuxième interrupteur électronique (T2) étant disposé en parallèle sur le second condensateur, les entrées de l'amplificateur étant reliées au premier condensateur d'échantillonnage (Ce) par des troisièmes interrupteurs électroniques (T3, T′3).

2. Circuit échantillonneur-bloqueur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la sortie (s) de l'amplificateur est reliée à une sortie générale (S) à travers un quatrième interrupteur (T4), la sortie générale étant destinée à être reliée à l'une des colonnes (C) de l'écran d'affichage.

3. Circuit échantillonneur-bloqueur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens (CC) pour fournir quatre signaux de commande respectivement d'échantillonnage (ECH), de remise à zéro (RAZ), de transfert du premier au second étage (TRD) et de transfert vers la sortie (TRS), ces quatre signaux étant appliqués aux premier, deuxième, troisième et quatrième interrupteurs, le signal (ECH) agissant d'abord sur les premiers interrupteurs (T1 et T′1) pour provoquer la charge du premier condensateur d'échantillonnage (Ce) ; le signal (RAZ) agissant sur le deuxième interrupteur (T2) pour remettre à zéro la tension bloquée dans le condensateur de stockage (Cs) de l'amplificateur (A) ; le signal (TRD) agissant sur les troisièmes interrupteurs (T3, T′3) pour provoquer le transfert de la tension échantillonnée dans le condensateur d'échantillonnage (Ce) vers l'amplificateur (A) et son condensateur de stockage (Cs) ; le signal (TRS) agissant sur le quatrième interrupteur (T4) pour permettre à la tension bloquée dans le condensateur de stockage (Cs) de l'amplificateur (A) d'être appliquée sur la sortie générale (S).

4. Circuit échantillonneur-bloqueur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un condensateur de correction de décalage (Cc) ayant une armature reliée à l'entrée (E) par un cinquième interrupteur électronique (T5) commandé par le signal de transfert (TRD) et à un point porté à la tension moyenne des tensions de polarisation (Vpm) à travers un sixième interrupteur électronique (T6), ce condensateur de correction (Cc) ayant une autre armature reliée au condensateur d'échantillonnage (Ce), à un point porté à la tension moyenne de polarisation (Vpm) à travers un septième interrupteur électronique (T7, T′1) commandé par le signal d'échantillonnage (ECH) et porté à l'entrée e⁻ à travers T′3 avec dans la chaîne vidéo un dispositif qui impose Vpm à l'entrée des amplificateurs pendant TDR.

Dessins