TWI342415B - Liquid crystal display having common voltages - Google Patents

Description

1342415 玫、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 (Liquid crystai ; 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（化匕 film transistors ; TFTs)。該切換元件回應來自閘極線路的 閉極信號’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—點之 資料電壓皆與共通電壓的極性相反。 然而，該極性反向（polarity inversi〇n)引起閃爍現象。該 閃爍現象應歸於反轉（kiekbaek)電壓，其由於切換元件的特 性產生1 ’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。 該逆轉電壓根據在液晶顯示器面板上的位置變化。特定 87109 1342415 言之，沿-列方向上逆轉電壓的變化大，即閉極線路的延 伸方向。這是由於決定該逆轉電壓值的一閘極打開電壓與 一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：位 置逆轉電壓最大。然而，由於問極打開電壓沿閑極線路 •遠離施加點時，閘極打開電壓降更大，所以逆轉電壓降低。 因此，建議複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與 右端。 同時，由於一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 壓的值依賴於液晶電容器的電容，故其隨液晶電容器的電 各又化而變化。一般而言，施加於一像素電極的資料電壓 之逆轉電壓的變化等於或大於約1 7〇/〇。 而，傳統技術根據液晶面板裝配件上的位置施加共通 «•壓’又有考慮資枓電壓上逆轉電壓的獨立性，因而沒有 移除閃爍現象β 【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 顯不咨’其包括·’ 一灰階電壓產生器，其应生複數個灰階 87109 電壓資料驅動器，其將對應料像資料的該f灰階電 壓中選擇出的資料錢施加於該等像素；—信號控制器， 其為資料驅動器提供影像資料並1生_”，以控制影 像資料’該制信號係施加彡資料驅冑器；& 一共通電壓 產生器，其基^影像資料的平均灰階產生至少―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-共通電壓變小的量為該平均灰㈣大的量。 該平均灰階可為一訊框上的平均影像資料。 最好至少-共通電壓的變化與逆轉電壓的變化成比例關 係。 該共通電壓產生器包括-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―周整值； -參考電壓產生器’其產生一參考電壓，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—共通電壓。而且，該共 通電壓產生器可進—步包括—負回授反相放大器，其包括 -反相端+ ’接收藉由電阻器施知到像素之共通電壓的回 杈電壓’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。 A此外’冑參考電壓產生器可包括複數個電阻器，並且通 常1¾參考灰階係一中間灰階。 【實施方式】 87109 U42415 下文將參考附圖更完整地說明本發明，其中顯示本發明 的較佳具體實施例 '然而，本發明可以用許多不同的形式 實施而不限於本文所述的具體實施例。圖中相同號碼代表 相同的元件》 為清晰起見’過度放大了圖中層及區域的厚度。圖中相 同號碼代表相同的元件。應瞭解，當一元件如一層、區 域或基板，稱為「在」另―元件「之上」#，其可二直: 位於其他元件之上，亦可存在***其間的元件。相反地， 當-元件稱之為「直接在」丨一元件「上」時，不存在插 入其間的元件。 然後’將參考圖式說明根據本發明的具體實施例之液晶 顯示器。 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 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 晶面板裝配件300 ’連接到面板裝配件300的一閘極驅動器 400及一資料驅動器500，連接到資料驅動器5〇〇的—灰階電 壓產生器800，連接到液晶面板裝配件的一可變共通電 壓產生器71 0，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 路〇1至〇„及0,至Dm，及複數個與之連接且實質上配置於矩 陣中的像素。 孩等顯示器信號線路G,至Gn& D,至Dm包括複數條傳送閘 87109 -8- 1342415 極信號（也稱之「掃描信號」）的閘極線路G|至，及複數 ir、傳送資料號的資料線路D,至j)m。該等閘極線路g ,至Gn 貫免上在列方向延伸且貫質上相互平行，而資料線路D ^至 貫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^至 Dm連接，及與切換元件Q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100上且有三個端子，一與閘 極’、泉路G1至G n之一相連接的控制端子，一與資料線路〇 |至〇 之一相連接的輸入端子，及一輸出端子，其與液晶電容器Cl。 及儲存電容器CST相連接。 液晶電容器CLC包括一像素電極190，其位於下部面板1〇〇 上，及一共通電極270，其位於上部面板2〇〇上，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 之介電質。像素電極190與切換元件Q連接，共通電極27〇與 共通電壓VC()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。 由像素電極190及位於下部面板1〇〇上的一單獨導線（未顯 示）的重疊界足该儲存電容器Cst，且對其施加一預定電壓， 如通用電壓Vct)m。否則，該儲存電容器經一絕緣體由像 素電極190及其先前的閘極線路Gi|的重疊界定。 對於彩色顯示器，在對應於像素電極丨9〇的一區域中，藉 由提供複數個紅、綠及藍色彩色濾波器230中的一個，每一 87109 •9· 1342415 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200的對應區域。或者，該彩色濾波器23〇位於像 素電極190(其位於下部面板1〇〇上方）的上方或下方。 液晶電容器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 向決足穿過液晶層3之光的極化》附著於面板1〇〇及2〇〇中至 ^之的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 Vc〇m有一正極性，而另—組灰階電壓相對於共通 ^ -* v c 〇 m ^ 一負極性》 閘極驅動器4〇〇與液晶面板裝配件3〇〇的閘極線路G|至〇 才連接且將來自外部裝置的閘極信號施加於閘極線路G | 至^·^，每一個閘極信號係一閘極打開電壓與一閘極關閉 電壓Voff的結合。 資料驅動器500與液晶面板裝配件3〇〇的資料線路〇1至〇 相連接，且從灰階電壓產生器8〇〇中選擇灰階電壓以作為 資料信號施加於資料線路〇中。 可又共通電壓產生器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27G(其位於液晶面板裝配件上）上的各自位

置的四個可變丘诵Φ M /、 歷^ V_1至Vcom4。母一可變共通電壓 值由影像信號R、g及b定義。 87109 -10- 1342415 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G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Hsyne、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 通電壓控制信號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及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NT 1，為資料驅動器5〇〇 k供資料控制信號CONT2及處理過的影像信號r，、〇，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。 該閉極控制信號CONT1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 極打開電壓Von的輸出時間；及一輸出致動信號〇£，用以定 義閘極打開電壓vQn的寬度。 茲貝料控制信號CONT2包括一水平同步開始信號STH， 用以通知開始-水平週期；—負載信號L〇ADiup，用以指 示將適當的資料電壓施加於資料線路〇|至~中；—反向控 制信號RVS’用以使該資料電壓的極性（相對於共通電壓v_) 反向；及一資料時脈信號HCLK。 _ 該可變共通電壓產生器71〇由一外部裝置依序供給影像信 87109 1342415 號R、G及B並其計算一訊框之影像信號R、〇及8的平均灰 階。此外，該可變共通電壓產生器710基於計算出的平均灰 階調整複數個可變共通電壓义^至'—之值，且將調整後 的可欠共通電壓Ve()ml至ve()m4施加於共通電極270的各自位 置。 亥灰1¾藏壓產生器8〇〇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 之影像資料R，、G，及B，封包並將該等影像資料R，、g，及B， 轉換為從灰階電壓中選擇的類比資料電壓。 回應來自仏號控制器600的閘極控制信號c〇NT丨，該閘極 驅動器400向閘極線路Gi至Gn施加閘極打開電壓，從而 打開與之連接的切換元件Q。 由於閘極打開電壓VQn施加於與切換元件Q相連接的閘極 線路，該資料驅動器5〇〇在切換元件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「1H」且等於水平同步信號&川、資料致動信號 DE及資料時脈信號CPV的一週期卜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v。。依序供 給所有的閘極線路〇,至〇„，因而將資料電壓施加到所有的 像素。完成-訊框後開始下-訊框時，控制施加於資料驅 動器_的反向㈣信號RVS，使資料f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- 1342415 科線路内流動的資料電壓的極性反向（其稱之「線路反 向」m-封包中資料電壓的極性反向（其稱之「點反向」）。 接下來，將參考圖3及㈤細說明根據本發明的—項且體 實施例，基於-訊框之平均灰階對複數個可變共通電壓的 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變共通電 壓產生器的方塊圖。 如圖3所7JT，根據該具體實施例之可變共通電壓產生器7⑺ 包括-訊框記憶體711，用於儲存來自外部裝置的影像信號 R、G及B;-平均灰階計算器712，其與訊框記憶體7"相 連接·’一比較器713，其與平均灰階計算器71丨相連接；一 刀壓器，其包括位於供應電壓Vdd及接地電壓間串聯連接的 二個電阻器R|至; 一數位至類比轉換器（以下稱之「D/A 轉換器」）714,其與分壓器心至心及比較器7丨3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。 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’將以實例詳細說明一反相放大器7 1 5的組態。 該反相放大器715包括一負回授操作放大器op!，其包括 一輸入電阻器R4及一回授電阻器r5。對該操作放大器〇p丨的 反相端子㈠提供一第一回授電壓VFB 1，且非反相端子（+ )與 D/A轉換器714相連接，使其接收D/A轉換器7 14的輸出信 號。操作放大器0P1通過其輸出端子輸出可變共通電壓 Vc〇mi，用以施加於共通電極270 〇 87109 •13· 1342415 將詳細說明具有上述組態的可變共通電壓產生器7 1 〇的操 作。 分壓器1^至113分配供應電壓vdd，以產生分壓、⑴及Vref2， 並為D/A轉換器714提供分壓Vfen及。 基於欲供給各自操作放大器7 1 5至7 1 7的分壓v 及V ， reH 人 rei2 D/A轉換器714產生複數個電壓\^至\^4。回應輸入電恩\^至 V4’每一操作放大器715至718產生一可變共通雷懕v 至 Vcom4 ’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VFB1至VFB4，其從共通電 極270的對應位置饋送β

每一可變共通電壓VC()m,至Vc<jm4的值由輸入電阻器r4及回 授電阻器R_5的電阻率決定，例如’可變共通電壓V ,由關 係式\。1111 = (1+汉5/尺4)\乂？81-(尺5/114)><乂1給定。因此，一穩 定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V4可看作等於可變共通電壓VeDmi 至^^。〇>4。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、‘至乂“以穩定’從而 防止由雜訊成分引起的信號_音。 這時，電壓V,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&B儲存 於訊框記憶體7 11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6〇〇接收β 87109 -14- 1342415 一訊框的影像資料R、G及B全部儲存到訊框記憶體7丨】中 時’平均灰階計算器712計算一訊框的影像資料R、〇及3的 平均灰階，且為比較器71 3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^^。“的調整值， 藉由對應的輸出端予OUT1至0UT4供給D/A轉換器714。例 如，作為各自可變共通電壓▽。^1至¥。^4的灰階差之函數的 預定調整值可儲存在一内部或外部記憶體中或一查找表 中。上述之參考灰階，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。 如果假定，橫跨一像素之液晶電容器Clc的像素電壓係 vp，施加於液晶電容器Clc的資料電壓及共通電壓分別係、 及vC(m(vd)，且該像素的逆轉電壓係Vk(Vd)，那麼像素電壓 VP由下式決定·· VP_(Vd-Vcom)-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 .Vk增加或減少的數量，使得每—灰階的致a 例如，對於總共6 4灰階的第3 2灰階，如果將 (Vcom + Vk)固定為一常數C，則（v“m + Vk)滿足關係式 Vc<Jm+Vk=C = Vc〇m(32) + Vk(32)。 因而，第32灰階之共通電壓與平均灰階之共通電壓間的 差UVcDm)由下式給定： 87109 •15· 1342415 C〇m Vcom'Vc〇m(32)=vk(32)-Vk=AVk. (2) 係資科電壓〈函數的逆轉電壓與共通電壓的變化率如 所不。、圖4所示曲線指示，相對於6V資料電壓之逆轉電壓 與/、通 < 壓Ve()m(6) ’逆轉電壓與共通電壓的變化 下列關係式給出： 八由 (3) 〇 電壓的變 逆轉电壓的變化率=(1 + AVk⑻/Vk⑹）xl〇〇% ;及 /、通包壓的變化率=(丨_Δν^⑹U6))xi〇〇%，

2 : Δ、(6)=VVk(6)，且 W 圖4,由於逆轉電壓的變化率幾乎等於共通 化率’故等式3得出： △ “6)/ν“6)=·Δν_⑷⑹(4) 因而，共通電壓可補償逆轉電壓的變化率。 —，據本發明的—項具體實施例，共通電壓值基於液晶顯 丁益訊框I平均灰階增加或減少、，以補償依賴於該灰階 …轉电壓的@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。 枯k &上文已詳細說明根據本發明的具體實施例，但應清 楚瞭解，料熟悉本技術者，此處所述的本發明之基: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嘴 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- 1342415 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)

1342415 100· 2.23 . 一 今b «.釘史J正替換頁 第092122117號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(100年2月） 拾、申請專利範園： 1. 一種包括複數個配置於— 顯示器包括： 矩陣中的像素之液晶顯示器 ，該 -灰階電壓產生器，其產生複數個灰階電壓； -貝料驅動H ’向該等像素施加從對應於影像資料之該 等灰階電壓中所選擇的資料電壓； 一信號控制器，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 /、通電壓產生器，其基於一調整值，產生至少一共通 電壓’且向該等像素施加產生的該至少_共通電壓， 其中該調整值係基於該影像資料之—參考灰階及一平 均灰階之間之一灰階差， 其中該平均灰階值係整個—餘之影料㈣平均值。 2. 如申請專利範圍第旧之液晶顯示器，其中該至少一共通電 壓A小的值為遠平均灰階變大的值。 3. 如申請專利||圍第！項之液晶顯*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。 4如申請專利範圍第！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； 平均灰階汁算器，其計算該影像資料的平均灰階； -比較H ’纽㈣平均灰料算㈣計算丨來的該平 均灰階與-t考灰階，並基於豸比較结果選擇該至少—共 87109-1000223.doc Γ542415 Μ 2. 23 - 1 、—Μ更}正替換頁: 通電壓的一調整值； -------1 —參考電壓產生器，其產生一參考電壓，用於產生該至 少—共通電壓；及 D/A轉換器，其基於與來自該比較器的該調整值對應 的该參考電壓’產生該至少一共通電壓。 5·如申請專利範圍第1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。 6·如申請專利範圍第旧之液晶顯示器，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。 7. 如申請專利範圍第丨項之液晶顯示器，其中該參考電壓產生 器包括複數個電阻器。 8. 如申請專利範圍第丨項之液晶顯示器，其中該參考灰階係一 中間灰階。 87109-1000223.doc