CN100474366C - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的显示装置具有结合于其中的电荷泵控制电路，并且开关元件的时钟频率可以根据显示模式来改变以降低功耗。在显示装置上，可变分频电路和控制电路的中央处理器可以用薄膜晶体管来配置。通过根据中央处理器数据来控制可变分频电路的分频比来改变开关元件的时钟频率。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及具有电源电路的显示装置，更具体地说，涉及具有由薄膜晶体管构成的电荷泵控制电路的显示装置。
背景技术
近年来，随着通信技术的进步，蜂窝电话得到广泛使用。今后，可以预期活动图像的传输和大量信息的传输。另一方面，通过减轻个人计算机的重量，生产适用于移动通信的产品。源于电子记事本的称为PDA的信息终端已经被大量生产和广泛使用。此外，随着显示装置的发展，大多数便携式信息装置配备了平板显示器。
按照常规，多晶半导体薄膜在1000℃或更高的温度下形成。但是，近年来，在最多约500℃的低温下形成薄膜。利用低温形成的多晶半导体TFT(薄膜晶体管)，改进有源矩阵显示装置的制造。这种有源矩阵显示装置的优点在于，除制造像素外，可以围绕像素部分以集成方式形成信号线驱动电路。因此，由于有可能实现显示装置的小型化和高清晰度，所以预计今后会更加广泛地使用这种显示装置。
然而，虽然利用低温多晶半导体TFT构成的原始显示装置中结合了把图像信号写入像素的电路，但是电源电路等未结合在其中，而是作为外接部分来提供。
对于便携设备、如便携信息设备，通常采用锂离子电池作为电源。锂离子电池常规输出大约3.6V的直流电压，由于长的使用寿命、高速充电、良好的保持特性和安全性而得到广泛使用。但是，为了驱动显示装置所用的诸如液晶或有机EL(场致发光)等材料，3.6V的电压是不够的，需要10V至18V的电压。
因此，开发了如图2所示的显示装置，其中在基板上配置了电荷泵电路以提供驱动所需的电压。图2是具有常规电荷泵的便携信息设备的显示装置的周边的外形图。在基板201上以集成方式形成像素部分204、源信号线驱动电路202、栅信号线驱动电路203以及开关元件205。在FPC(柔性印制电路)206上装有电容器207和208。注意，电荷泵包括开关元件205和电容器207和208。
图3表示常规电荷泵电路。这里，开关元件连接到N型TFT的漏极/栅极并且用作二极管。下面描述操作。首先，电源301的电压经由开关元件302加至电容器304。如果电源301的电压称为VDD，开关元件的电压称为VF，则当时钟发生器307的输出为低电平时，VDD-VF的电压加到电容器304的两端。接着，当时钟发生器的输出为高电平时，电容器的电荷经由开关元件303加至负载306和电容器305。当流入负载的电流足够小时，保持电容器304的电荷，从而在电容器305两端产生2VDD-2VF的电压。在VDD>>VF的情况下，在负载中产生接近VDD两倍的电压。因此，通过使用电荷泵可以得到比原始电压高的电压。这表示在图4A和4B中。
发明内容
结合了用于上述常规电荷泵的开关元件的显示装置存在以下问题。
常规电荷泵电路不具有象其它开关稳压器一样反馈输出电压以及稳定输出的功能。因此，电流负载的值变大，并且当输出电流变大时，电源稳定性恶化。
图4B说明如上所述当负载变大时输出电压的波形。如图4B所示，具有大的时钟周期的波动的产生对电荷泵电路所驱动的信号线驱动电路等有破坏性的影响。为了解决该问题，将时钟频率设置得很高，并且频繁进行开关操作和充电，以便抑制波动。
同时，对于便携显示装置、如移动电话，当启动屏幕保护程序之后的一段时间里没有信号输入时，图5A所示的常规显示模式切换到仅显示时间的省电模式，如图5B所示。在省电模式期间，由于执行显示操作所需的电力减少，可以抑制电荷泵电路的输出电流。
但是，如上所述，时钟频率是考虑到最大负载来设置的。因此，在省电模式期间，存在的问题是电荷泵所用的开关操作消耗较多的电力。
为了解决上述问题，本发明认为，利用显示装置的基板上的低温多晶半导体TFT，以便结合电荷泵控制电路以及开关元件。多晶半导体形成的TFT具有与非晶半导体形成的TFT不同的高驱动性能。因此，电荷泵控制电路可以用低温多晶半导体TFT来配置。
在上述结构的显示装置中，在常规显示操作期间，在高的时钟频率下驱动开关元件，同时保持电荷泵的输出电压。另一方面，在省电模式期间，在低的频率下驱动开关元件，同时抑制电荷泵电路的功耗。通过这些操作，可以控制流入整个电路的不必要电流，使得功耗降低。
下面将描述本发明的结构。
根据本发明，显示装置包括由基板上的薄膜晶体管构成的电荷泵控制电路。
根据本发明，显示装置包括由基板上的薄膜晶体管构成的电荷泵控制电路，其中与电荷泵控制电路的输出信号相对应地驱动开关元件，从而让电压升高或降低。
根据本发明，显示装置包括电荷泵控制电路，它可以改变输入给开关元件的时钟频率。
根据本发明，显示装置包括频率改变单元，它由CPU(中央处理器)控制。
根据本发明，显示装置包括由薄膜晶体管组成的CPU。
根据本发明，显示装置包括基板上的薄膜晶体管，可变分频电路以及CPU，其中：可变分频电路和CPU由薄膜晶体管构成；可变分频电路由CPU控制；以及根据显示模式来改变分频比。
根据本发明，显示装置包括基板上的薄膜晶体管以及开关元件，其中开关元件是PIN二极管(二极管由PIN结形成)。
根据本发明，上述显示装置具有与薄膜晶体管同时形成的PIN二极管。
根据本发明，上述显示装置是液晶显示装置。
根据本发明，上述显示装置是EL显示装置。
本发明是使用上述显示装置的电子设备。
如上所述，根据显示模式而具有低功耗的电荷泵电路是通过将电荷泵控制电路结合于显示装置中来实现的。
附图说明
图1是本发明的显示装置的外形图。
图2是常规显示装置的外形图。
图3是电荷泵电路的配置。
图4A至4C是说明电荷泵电路的输出的时移的图表。
图5A和5B是说明显示装置的显示模式的视图。
图6是本发明的电荷泵控制电路的框图。
图7是本发明的可变分频电路的框图。
图8是本发明的PIN二极管的视图。
图9是采用本发明的PIN二极管的电荷泵电路的配置。
图10A至10G表示可应用本发明的电子设备的示例。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的最佳实施例。
图1表示本发明的显示装置的外形图。本发明的显示装置101具有在基板101上利用TFT以集成方式形成的像素部分104、源信号线驱动电路102、栅信号线驱动电路103、开关元件105、可变分频电路107以及CPU 108。而且，FPC 106具有电容器109和110。这里电容器装在FPC上，但是其位置不限于FPC。它们可以装在基板101上或者其它基板上，比如玻璃基板、塑料基板、不锈钢基板、硅基板。
下面描述本发明的操作。如上所述，采用常规电荷泵电路的显示装置存在的问题是，当显示装置处于省电模式时，由于驱动电荷泵电路的开关元件的时钟频率固定，所以功耗变得相对较大。
根据本发明，驱动电荷泵电路的开关元件的时钟频率是通过基板上形成的可变分频电路107和CPU 108来控制的。当显示装置执行常规显示操作时，CPU 108将可变分频电路107的分频比设置得较低，以高的时钟频率来驱动开关元件105。为此，以电荷泵的恒定输出电压来驱动开关元件。另一方面，当显示装置处于省电模式时，CPU108把可变分频电路107的分频比设置得较高。因此，电荷泵电路的功耗可以保持较低。本发明可以应用于液晶显示装置和EL显示装置等。
[实施例1]
图7说明可变分频电路的框图。图7中所示的可变分频电路由以下各项组成：分频电路702至705，它们分割时钟发生器701的频率；开关706至709，它们选择分频电路的输出之一；解码器711，它控制开关706至709；以及锁存器电路712，它把来自CPU的控制数据输入到解码器中。
首先，来自时钟发生器701的信号输入分频电路702。然后，频率变到1/2，当该信号输入下一分频电路703时，频率进一步变到1/2。这样，频率在分频电路705的输出端可以一直减至1/16。接着，把来自CPU的控制数据存储在锁存器电路712中。通过控制数据，解码器711选择开关706至709之一，并且在脉冲输出端子710输出信号。这样，在脉冲输出端子可以选择脉冲发生器提供的频率的1/2至1/16。
如上所述，利用本发明的可变分频电路，根据显示装置的显示模式，可以在最佳时钟频率下驱动电荷泵的开关电路。此外，可以同时获得常规显示操作期间的输出电压的稳定性以及省电模式期间的功耗降低。
[实施例2]
图9说明采用由TFT构成的PIN二极管作为开关元件的实施例。操作与图3所示的采用MOS(金属氧化物半导体)晶体管的情况相同。下面说明操作。首先，电源901的电压经由开关元件902加至电容器904。若电源901的电压称为VDD而开关元件的电压取VF时，当时钟发生器907的输出为低电平时，VDD-VF的电压加至电容器904两端。接着，当时钟发生器的输出为高电平时，电容器的电荷经由开关元件903加至负载906和电容器905。当流入负载的电流足够小时，电容器904的电荷保持，从而在电容器905两端产生2VDD-2VF的电压。若VDD>>VF，则在负载中产生大约为VDD两倍的电压。因此，利用电荷泵可以获得比原始电压高的电压。
关于MOS晶体管，ON侧的电流受到MOS晶体管的阈值电压的显著影响。特别是在薄膜晶体管中，阈值电压的波动较大，因此在晶体管的阈值影响下，电荷泵电路的输出电压波动变大。但是，当采用PIN二极管时，优点在于，因为电流是利用结来控制的，所以ON侧的波动小。
因此，PIN二极管可以有效地应用于需要二极管特性的诸如电荷泵电路之类的电路。
图8表示PIN二极管的具体实施例。对于PIN二极管，不需要任何附加的配置，因为它是由与常规薄膜晶体管相同的工艺形成的。它可以通过在栅电极两边选择性地在右侧掺杂N型杂质以及在左侧掺杂P型杂质来形成。同时，在栅电极正下方的区域不进行掺杂。
此外，本实施例可以与前述实施例结合起来应用。
[实施例3]
根据前述实施例的显示装置可用作各种电子设备的显示部分。下面描述这类结合根据本发明的显示装置作为显示媒体的电子设备。
这种电子设备的示例包括摄像机、数字照相机、头戴式显示器(护目镜式显示器)、游戏机、车辆导航系统、个人计算机、便携信息终端(移动计算机、移动电话以及电子图书等)。图10中给出这些电子设备的具体示例。
图10A是数字照相机，它包括主体3101、显示部分3102、图像接收部分3103、操作键3104、外部连接端口3105、快门3106等。本发明的显示装置可用于显示部分3102中。
图10B是笔记本式个人计算机，它包括主体3201、框架3202、显示部分3203、键盘3204、外部连接端口3205、指示鼠标3206等。本发明的显示装置可用于显示部分3203中。
图10C是个人数字助理(PDA)，它包括主体3301、显示部分3302、开关3303、操作键3304、红外端口3305等。本发明的显示装置可用于显示部分3302中。
图10D是配备记录媒体的图像再现装置(具体来讲，DVD重放装置)，它包括主体3401、框架3402、记录媒体(如CD、LD或DVD)读入部分3405、操作键3406、显示部分(a)3403、显示部分(b)3404等。显示部分(a)3403主要显示图像信息，显示部分(b)3404主要显示字符信息，本发明的显示装置可用于显示部分(a)3403和显示部分(b)3404。注意，本发明可用于作为配备记录媒体的图像再现装置的CD再现装置以及家用游戏机等。
图10E是折叠式便携信息装置。本发明可用于主体3501中的显示部分3502。
图10F是手表式显示装置，它包括显示部分1602、带子3601、操作开关1603、音频输出部分1604等。本发明的显示装置可用于显示部分1602中。
图10G是移动电话，它包括主体3701、框架3702、显示部分3703、音频输入部分3704、天线3705、操作键3706、外部连接端口3707等。本发明的显示装置可用于显示部分3703中。
如上所述，本发明的应用范围很广，本发明可以应用于各种领域的电子设备。本实施例中的电子设备可以设置成实施例1和2的组合的结构。
在常规显示装置中，存在的问题是，当显示模式改变时，由于用于驱动所结合的电荷泵电路的开关元件的时钟频率是固定的，所以功耗变大。
本发明通过以集成方式在TFT基板上用TFT形成电荷泵控制电路，实现根据显示模式来选择电荷泵的开关元件的时钟频率。因此，它有助于降低功耗。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括：
基板；
所述基板上的包括多个像素的像素部分；
所述基板上的驱动电路，该驱动电路控制所述像素部分；
电荷泵电路，该电荷泵电路将电压提供给所述驱动电路；以及
所述基板上的电荷泵控制电路，该电荷泵控制电路控制所述电荷泵电路，
其中，所述电荷泵电路包括：
所述基板上的开关元件；以及
电容器，
其中，所述电荷泵控制电路包括：
所述基板上的可变分频电路，该可变分频电路驱动所述开关元件；以及
所述基板上的中央处理器，该中央处理器控制所述可变分频电路。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述电荷泵控制电路可以改变输入所述开关元件的时钟频率。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述中央处理器包括薄膜晶体管。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置是液晶显示装置。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置是场致发光显示装置。
6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置应用于从以下各项构成的组中选择的电子设备：数字照相机、笔记本式个人计算机、个人数字助理、DVD重放装置、折叠式便携信息装置、手表式显示装置以及移动电话。
7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述开关元件包括PIN二极管。
8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述可变分频电路包括多个分频电路。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述可变分频电路包括多个开关，且每个所述开关电连接到所述分频电路之一。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述可变分频电路包括解码器，且所述解码器电连接到所述开关。
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