TW200413782A - Liquid crystal display having common voltages - Google Patents

Description

200413782 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種液晶顯示器，其具有複數個共通電壓。 【先前技術】 液晶顯示器（Liquid crystal displays ; LCDs)包括兩面板， 其具有像素電極及一共通電極，及一介電各向異性之液晶 (Uqiud crystal ; LC)層，其***兩面板間。該像素電極配 置於一矩陣中，並與切換元件相連接，如薄膜電晶體（^^ film transistors ; TFTs)。該切換元件回應來自閘極線路的 閘極信號，選擇性地傳送來自資料線路的資料電壓。該共 通電極覆蓋兩面板之一的整個表面，且供給該共通電極一 共通電壓。電路圖中，該像素電極、共通電極及液晶層形 成一液晶電容器，其連同與其連接的切換元件係像素基本 元件。 在該液晶顯示器中，向兩電極施加電壓，以在液晶層中 產生電場，且藉由控制該電場的強度來調整穿過液晶層的 光透射率，從而得到需要的影像。為防止由於長時間施加 單向電場引起的影像退化，每一訊框、每一列或每一點之 資料電壓皆與共通電壓的極性相反。 然而，極性反向（p〇larity inversi〇n)引起閃爍現象。該 閃爍現象應歸於反轉（kickback)電壓，其由於切換元件的特 性產生。即，橫跨液晶電容器的像素電壓降低逆轉電壓的 量，從而產生該閃爍現象。 居逆轉電壓根據在液晶顯示器面板上的位置變化。特定 87109 200413782 °之、列万向上逆轉電壓的變化大’即閘極線路的延 伸万向。這是由於決定該逆轉電壓值的一閑極打開電壓與 -閘極關閉電壓之間的差異，因該閘極信號的延遲而沿著 該閘極線路變化。詳細而言，在第一次施加閑極信號二位 =遗轉％壓取大。然而，由^閉極打開電壓沿閑極線路 遠離施加點時，閉極打開電壓降更大，所以逆轉電壓降低。 …因此，建議稷數個具有不同值的共通電壓應供給液晶顯 示器面板上的不同位置，以補償閘極信號的延遲。 、 例如，為補償逆轉電壓沿閘極線路的變化，不同大小的 共通電壓施加到位於液晶顯示器面板上的共通電極的左盘 右端。 〃 同時’由於-液晶材料具有介電各向異性，因而該液晶 材料。的介電常數隨方向變化。液晶電容器中液晶層的液晶 導引器隨電場強度變化’其反過來改變液晶層的介電常數。 介電常數的變化引起液晶電容器的電容變化。由於逆轉電 壓=值依賴於液晶電容器的電容，故其隨液晶電容器的: 容變化而變化。—般而纟’施加於-像素電極的資料電壓 之逆轉電壓的變化等於或大於約1 7%。 然而，傳統技術根據液晶面板裝配件上的位置施加共通 電壓，沒有考慮資料電壓上逆轉電壓的獨立性，因而沒有 移除閃爍現象。 【發明内容】 本發明揭示一種包括複數個配置於矩陣中的像素之液晶 顯示器’其包括：一灰階電壓產生器，其產生複數個灰階 87109 200413782 電壓；一資料驅動器，其將對應於影像資料的該等灰階電 壓中選擇出的資料電壓施加於該等像素；一信號控制器， 其為資料驅動器提供影像資料並產生控制信號，以控制影 像貝料，泫控制信號係施加於資料驅動器；及一共通電壓 產生备，其基於影像資料的平均灰階產生至少一共通電壓 並將產生的該至少一共通電壓施加於像素。 最好至少一共通電壓變小的量為該平均灰階變大的量。 泫平均灰階可為一訊框上的平均影像資料。 最好至少一共通電壓的變化與逆轉電壓的變化成比例關 # 係0 及共通％壓產生益包括一訊框記憶體，其儲存影像資料； —平均灰階計算器，其計算影像資料的平均灰階；一比較 器，其比較平均灰階計算器所計算出來的平均灰階與一參 考灰階，並基於比較結果選擇至少—共通電壓的—調整值； 參考電壓產生器，其產生—參考電壓，用於產生該至少 —共通電壓；及-D/A轉換器，其根據對應於來自比較器之 調整值的參考電壓，產生該至少一共通電壓。而且，該共 :電壓產生器可進一步包括—負回授反相放大器，其包栝 :反相端子，接收藉由電阻器施加到像素之共通電壓的回 技電壓’及-非反相端子’接收該至少—共通電壓。 該比較器可包括-查找表，其儲存比較結果的調整值。 木此外’冑參考電壓產生器可包括複數個電阻器，並且通 吊琢參考灰階係一中間灰階。 【實施方式】 87109 -7- /δΖ 下文將參考附圖 的較佳具體實施例 實施而不限於本文 相同的元件。 更完整地說明本發 。然而，本發明可 所述的具體實施例 明，其中顯示本發明 以用許多不同的形式 。圖中相同號碼代表 為清晰起見，過声私 了圖中層及區域的厚度。圖中相 同號碼代表相同的元侔^ △ 予反口 Τ稍 …… 應瞭解’當-元件，如-層、區 域或基板，稱為「在 .. . u 另兀件 < 上」時，其可以直接 a件之上’亦可存在插人其間的㈣。相反地， 當二件稱之為「直接在」另-元件「上」時，不存在插 入其間的元件。 然後，將參考圖式說明夫者 飞月根據本發明的具體實施例之液晶 顯示器。 圖1係根據本♦明的一項具體實施例之液晶顯示器的方塊 圖，圖2係根據本發明的一項具體實施例之液晶顯示器的一 像素的等效電路圖。 參考圖1，根據一項具體實施例之液晶顯示器包括··一液 曰曰面板裝配件300，連接到面板裝配件3〇〇的一閘極驅動器 400及一資料驅動器5〇〇，連接到資料驅動器5〇〇的一灰階電 壓產生态800，連接到液晶面板裝配件3 〇〇的一可變共通電 壓產生态710，及控制上述元件的一信號控制器6 〇 〇。 電路圖中，液晶面板裝配件3〇〇包括複數條顯示器信號線 路^至Gn及DiSDm，及複數個與之連接且實質上配置於矩 陣中的像素。 該等顯示器信號線路G1至Gn及D1至Dm包括複數條傳送閘 87109 -8- 200413782 極仏號（也稱之「掃描信號」）的閘極線路A至1，及複數 條傳送資料信號的資料線路Dι至Dm。該等閘極線路G^至 實質上在列方向延伸且實質上相互平行，而資 1 m 實質上在行方向延伸且實質上相互平行。 每一像素包括一切換元件Q，其與信號線路（^至^及以至 Dm連接，及與切換元件(^相連接的一液晶電容器cLc與一儲 存電容器CST。如果必要，該儲存電容器可以省略。 切換元件Q位於一下部面板1〇〇上且有三個端子，一與閘 極線路01至011之一相連接的控制端子，一與資料線路A至心 之-相連接的輸入端子，及—輸出端子，其與液晶電容器 及儲存電容器（：打相連接。 液晶電容器cLC包括一像素電極19〇，其位於下部面板1〇〇 上，及-共通電極27〇,其位於上部面板上，作為兩端 子。置於兩電極190及270之間的液晶層3用作液晶電容器 (介電質。像素電極19〇與切換元件Q連接，共通電極27〇與 ,、通私壓Ve()m連接且覆蓋上部面板2〇〇的整個表面。與圖2 不同，共通電極270可以位於下部面板1〇〇上，並且電極19〇 和270都可為條狀或帶狀。 /像素電極19G及位於下部面板1〇〇上的-單獨導線（未顯 示）的重疊界定該儲存電容器Cst，1對其施加一預定電壓， 4 k用私C Ve()m。否則，該儲存電容器^經—絕緣體由像 素電極190及其先前的閘極線路<3Μ的重疊界定。 對於衫色顯示器，在對應於像素電極190的-區域中，藉 由& i、複數H、綠及藍色彩色濾波器23时的—個，每一 87109 -9- 200413782 像素可表示其自己的色彩。圖2所示的彩色濾波器23〇位於 上部面板2G0的對應區域。或者，該彩色遽波器2辣於像 素電極190(其位於下部面板100上方）的上方戋下方。 瑕晶電容器cLC中的液晶分子具有方向性，其依賴於由像 素電極190及共通電極270產生的電場的變化，並且分子方 向決定穿過液晶層3之光的極化。附著於面板1〇〇及2〇〇中至 少之一的一偏光器或多個偏光器（未顯示）將光的極化轉換成 光的傳送。 再次參考圖1，灰階電壓產生器800產生兩組複數個與像 素透射率有關的灰階電壓。一組灰階電壓相對於共通電壓 vcom有一正極性，而另一組灰階電壓相對於共通電壓有 一負極性。

閘極驅動器400與液晶面板裝配件3 〇〇的閘極線路G至G 1 η 相連接，且將來自外部裝置的閘極信號施加於閘極線路Gi 至Gn，每一個閘極信號係一閘極打開電壓v。。與一閘極關閉 電壓結合。 貝料驅動為500與液晶面板裝配件3 〇〇的資料線路di至d 相連接’且從灰階電壓產生器8〇0中選擇灰階電壓，以作為 資料信號施加於資料線路Di至Dm中。 可變共通電壓產生器71〇與液晶面板裝配件3〇〇之共通電 極270相連接，且產生複數個可變共通電壓，例如，將要施 加到共通電極270(其位於液晶面板裝配件300上）上的各自位 置的四個可變共通電壓至Ye—。每一可變共通電壓 Vc〇mi至Ve〇m^々值由影像信號R、G及B定義。 87109 -10- 200413782 信號控制器600產生控制信號，用以控制閘極驅動器400、 資料驅動器500及可變共通電壓產生器710。 然後’將詳盡地說明該液晶顯示器的操作。 信號控制器600由一外部圖形控制器提供（未顯示）RGB影 像信號R、G及B，以及控制其顯示的輸入控制信號，例如 一垂直同步信號Vsync、一水平同步信號Hsync、一主時脈 CLK、一資料致動信號DE等等。信號控制器6〇〇產生複數個 閘極控制信號CONT1、複數個資料控制信號c〇NT2及一共 通私壓控制信號CONT3，且基於輸入控制信號來處理液晶 面板裝配件300的影像信號R、G&B。信號控制器6〇〇為閘 極驅動器400提供閘極控制信號c〇NT1，為資料驅動器5〇〇 提供資料控制信號C0NT2及處理過的影像信號R，、G，及B，， 及為可變共通電壓產生器710提供共通電壓控制信號 CONT3 〇 該閘極控制信號C0NT1包括一垂直同步開始信號stv， 用以通知開始一訊框；一閘極時脈信號cpv，用以控制閘 ^打開包壓V°n的輸出時間；及一輸出致動信號OE，用以定 義閘極打開電壓乂。„的寬度。 4貝料控制信號c〇NT2包括—水平同步開始信號， 用以通知開始-水平週期；—負載信號⑶心或τρ，用以指 示將適當的資料電壓施加於資料線叫至〜中；一反向控 制信號Rvs，用以使該料電㈣極性（相對於共通電壓乂 反向；及一資料時脈信號HCLK。 _ 該可變共通電壓產生器710由一外部裝置依序供給影像信 87109 200413782 號R、G及B並其計算一訊框之影像信號R、G&B的平均灰 階。此外，該可變共通電壓產生器71〇基於計算出的平均灰 階調整複數個可變共通電壓乂_至乂_之值，且將調整後 的可夂共通電壓Ve—至 VeQm4施加於共通電極270的各自位 置。 丄 該灰階電壓產生器800產生兩組複數個與像素透射率有關 的灰階電壓。 該資料驅動器500接收一來自信號控制器6〇〇的一像素列 <影像資料R’、G，及B，封包並將該等影像資料R，、〇，及^ 轉換為從灰階電壓中選擇的類比資料電壓。 回應來自#號控制器6〇〇的閘極控制信號c〇NT丨，該閘柘 驅動器400向閘極線路(^至^施加閘極打開電壓V。。，從而 打開與之連接的切換元件Q。 由於閘極打開電壓V()n施加於與切換元件Q相連接的閘極 ”泉路G丨土 Gn中，该貝料驅動器500在切換元件Q打開期間， 施加資料電壓於對應的資料線路〇1至！^中（其稱之「一水平 週期」或「m」且等於水平同步信號Hsyne、資料致動信號 DE及資料時脈信號CPV的一週期）。接著藉由打開的切換元 件Q ’資料電壓依次供給對應的像素。 重複該程序，在一訊框期間，該閘極打開電壓Vm依序供 給所有的閘極線路〇1至〇„，因而將資料電壓施加到所有的 像素。完成一訊框後開始下一訊框時，控制施加於資料驅 動器500的反向控制信號RVS，使資料電壓的極性反向（其稱 之「訊框反向」）。也可控制反向控制信號Rvs，使訊框中 87109 •12- 200413782 一資料線路内流動的資料電壓的極性反向（其稱之「線路反 Θ」）或封包中資料電壓的極性反向（其稱之「點反白） 接下來，將參考圖3及4詳細說明根據本發明的一項具體 實施例，基於-訊框之平均灰階對複數個可變共通電壓: 電壓調整。 圖3係根據本發明的一項具體實施例之示範性可 壓產生器的方塊圖。 ^ 如圖3所示，根據該具體實施例之可變共通電壓產生器7⑼ 包括一訊框記憶體711，用於儲存來自外部裝置的影像信號 -平均灰階計算器712，其與訊框記憶體川相 連接；一比較器713，其與平均灰階計算器711相連接；一 分壓器’ Λ包括位於供應電壓、及接地電㈣串聯連接的 三個電阻器R】至& ; 一數位至類比轉換器（以下稱之「d/a 轉換器」）7i4,其與分壓器心至心及比較器713相連接；及 複數個，例如4個分別與D/A轉換器714相連接的反相放大器 715至718 〇 該等四反相放大器715至718實質上具有相同的組態，為 方便起見，將以貫例詳細說明一反相放大器7丨5的組態。 该反相放大咨71 5包括一負回授操作放大器〇p丨，其包括 一輸入電阻器R4及一回授電阻器心。對該操作放大器〇?1的 反相端子㈠提供一第一回授電壓VFB1，且非反相端子（+ )與 D/A轉換為714相連接，使其接收D/A轉換器714的輸出信 號。操作放大洛OP1通過其輸出端子輸出可變共通電壓 Vcoml，用以施加於共通電極270。 87109 -13- 200413782 將詳細說明具有上述組態的可變共通電壓產生器7丨〇的操 作。 分壓器心至！^分配供應電壓Vdd，以產生分壓Vfefi及ν^2， 並為D/A轉換器714提供分壓Vref 1及Vfef2。 基於欲供給各自操作放大器7丨5至717的分壓V ^及V ， re 11 re f2 D/A轉換器714產生複數個電壓％至v4。回應輸入電壓'至 V4 ’每一操作放大器715至718產生一可變共通電壓乂⑶…至 ν_4 ’施加於共通電極270的對應位置。此外，對每一操作 放大器715至718供應一回授電壓\^以至乂？84，其從共通電 極270的對應位置饋送。 每一可變共通電壓乂㈢…至VeQm4的值由輸入電阻器r4及回 授黾阻态Rs的電阻率決定，例如，可變共通電磨ν。。^】由關 係式 Vcom^U+IVDXVFBl-d/RdxVi給定。因此，一穩 疋電壓施加於共通電極270時，。因此，來自D/A 轉換器714的輸入電壓\^至V4可看作等於可變共通電壓ve(>mi 至Ve〇m4。因而，每一操作放大器715至718移除雜訊成分， 例如峰值成分，使得可變共通電壓Ve(miSVeQm4mS,&* 防止由雜訊成分引起的信號串音。 這時，電壓至V4的值被決定，因而非常有效地防止了 所有灰階之中間灰階（例如總數64之灰階中的第32灰階）的閃 爍。 同時，共通電壓產生器710將輸入影像資料r、g及B儲存 於訊框記憶體711中。可以直接從外部裝置接收影像資料R、 G及B，也可通過信號控制器600接收。 87109 -14- 200413782 訊框的影像資料R、G及B全部儲存到訊框記憶體7丨J中 時平均灰階外异咨712計算一訊框的影像資料r、〇及b的 平均灰階，且為比較器713提供計算出來的平均灰階。 接著，比較器713將計算出來的平均灰階與一參考灰階比 較，然後將用於調整可變共通電壓^_至乂_的調整值， 藉由對應的輸出端子〇1;丁1至〇1；丁4供給D/A轉換器714。例 如\作為各自可變共通電壓八_至人。以的灰階差之函數的 預足凋整值可儲存在一内部或外部記憶體中或一查找表 中。上逑 < 參考灰階，通常是總灰階的中間灰階。例如， 總灰階係64灰階時，參考灰階是第32灰階。 D/A轉換器714回應來自比較器713的調整值調整電壓'至 V4。電壓V!至V4的變化依賴於液晶顯示器的特性。 果叙走檢跨一像素之液晶電容器cLC的像素電壓係 VP，犯加於液晶電容器Ck的資料電壓及共通電壓分別係^ 及VeQm(Vd)，且該像素的逆轉電壓係Vk(Vd)，那麼像素電壓 V P由下式決定：

Vp=(Vci_Ve()m)，Vk=Vd_(Ve〇m+Vk)·⑴ 根據本發明的一項具體實施例，減少或增加的數量 係Vki曰加或減少的數量，使得每一灰階的+ 一致。 例如對於總共6 4灰階的第3 2灰階，如果將 八)固定為-常數…"V 滿足關：：

Vc_+Vk-C=Vc〇m(32)+Vk(32)。 Q而第32灰階之共通電壓與平均灰階之共通電壓間的 差（△卩㈢⑺）由下式給定： 87109 -15- 200413782 △ vc〇m=Vc〇m-Vc〇m(32)=Vk(32)-Vk=AVk· (2) 係資料電壓之函數的逆轉電壓與共通電壓的變化率如圖4 所示。圖4所示曲線指示，相對於6¥資料電壓之逆轉電壓ν/6) 與共通電壓Ve(3m(6)，逆轉電壓與共通電壓的變化率，其由 下列關係式給出： 逆轉電壓的變化率=(1 + 4乂1^(6)/\(6))><1〇〇。/();及 共通電壓的變化率=(liVcQm(6)/VeQm(6))xl〇〇%， (3) 其中 4(6)=^^^(6)，且 δΥ_⑹=Vc〇nrVc〇m⑹。 參考圖4，由於逆轉電壓的變化率幾乎等於共通電壓的變 化率，故等式3得出： AVk(6)/Vk(6)-AVc〇m(6)/Vc〇m(6). (4) 因而’共通電壓可補償逆轉電壓的變化率。 根據本發明的一項具體實施例，共通電壓值基於液晶顯 不器一訊框之平均灰階增加或減少，以補償依賴於該灰階 的逆轉電壓的變化。因此，減少依賴於該灰階的像素電壓 的變化，即可改善該液晶顯示器的影像品質。 儘管上文已詳細說明根據本發明的具體實施例，但應清 楚瞭解，對於熟悉本技術者，此處所述的本發明之基本發 明性概念的許多變化及/或修改仍將屬於本發明精神與範疇 内，如所附之專利申請範圍中之定義。 【圖式簡單說明】 藉由參考附圖詳細說明較佳之具體實施例，本發明的上 述及其他優點將顯而易見，其中： 圖1係根據本發明的一項具體實施例之液晶顯示器的方塊 87109 -16- 200413782 圖； 圖2係根據本發明的一項具體實施例之液晶顯示器一像素 之等效電路圖； 圖3係根據本發明的一項具體實施例之可變共通電壓產生 器的方塊圖；及 圖4係根據本發明的一項具體實施例，顯示在一液晶顯示 器中逆轉電壓及共通電壓的變化率與資料電壓之函數關係 圖表。 【圖式代表符號說明】 3 液晶層 100,200 面板 190 像素電極 230 彩色濾波器 270 共通電極 300 液晶面板裝配件 400 閘極驅動器 500 資料驅動器 600 信號控制器 710 可變共通電壓產生器 711 訊框記憶體 712 平均灰階計算器 713 灰階差比較器 714 數位至類比轉換器 715-718 反相放大器 800 灰階電壓產生器 87109 -17-

Claims (1)

1. 7^2 拾、申請專利範圍： 1· 一種包括複數個配置於一矩陳中 旱中的像素之液晶顯示器，該 顯示器包括： -灰階電壓產生器’其產生複數個灰階電壓； 資料驅動器，向該等像素施加從對應於影像資料之 違等灰階電壓中所選擇的資料電壓； -信號控制器，向該資料驅動器提供該影像資料並產 生控制信號，用於控制該影像資料，該等控制信號係施加 於該資料驅動器；及 一共通電壓產生器，其基於該影像資料之—平均灰階， 產生至少-共通電壓，且向該等像素施加產生的該至少一 共通電壓。 2·如申請專利範圍第1項之液晶顯示器，其中該至少一共通 電壓變小的值為該平均灰階變大的值。 3·如申請專利範圍第2項之液晶顯示器，其中該平均灰階值 係整個一訊框之影像資料的平均值。 4·如申請專利範圍第1項之液晶顯示器，其中該至少一共通 電壓的變化與一逆轉電壓的變化成比例關係。 5·如申μ專利範圍第1項之液晶顯示器，其中該共通電壓產 生器包括： 一訊框記憶體，其儲存該影像資料； 平均灰階計算器，其計算該影像資料的平均灰階； 一比較器，其比較該平均灰階計算器所計算出來的該 平均灰階與一參考灰階，並基於該比較結果選擇該至少一 87109 200413782 共通電壓的一調整值； 一參考電壓產生器，其產生一參考電壓，用於產生該 至少一共通電壓；及 一 D/A轉換器，其基於與來自該比較器的該調整值對應 的該參考電壓，產生該至少一共通電壓。 6. 如申請專利範圍第5項之液晶顯示器，其中該共通電壓產 生器進一步包含一負回授反相放大器，該放大器包括一反 相端子，其接收藉由一電阻器施加於該等像素之該共通電 壓的一回授電壓，及一非反相端子，其接收該至少一共通 電壓。 7. 如申請專利範圍第5項之液晶顯示器，其中該比較器包含 一查找表，其儲存該比較結果的該調整值。 8. 如申請專利範圍第5項之液晶顯示器，其中該參考電壓產 生器包括複數個電阻器。 9. 如申請專利範圍第5項之液晶顯示器，其中該參考灰階係 一中間灰階。 87109 -2-