CN100419506C - 驱动用于图像显示器的光源的装置和方法及具有该装置的图像显示器 - Google Patents

驱动用于图像显示器的光源的装置和方法及具有该装置的图像显示器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种图像显示器，该图像显示装置包括：显示面板，具有与多个像素电连接的栅极线和数据线、分别向多个像素中的一个对应像素提供栅极信号和数据电压的栅极驱动器和数据驱动器、以及提供灯驱动信号以驱动灯单元的逆变器。灯驱动信号包括波信号，该波信号在栅极接通电压间隔期间上升和下降的斜度间隔基本上彼此相同，在栅极接通电压间隔期间在多个像素中的一个对应像素中充入数据电压。图像显示器还包括用于产生栅极控制信号以控制栅极接通电压的产生定时的信号控制器，以及相对于栅极控制信号具有90°相位差的同步信号。将同步信号提供给逆变器。

Description

驱动用于图像显示器的光源的装置和方法及具有该装置的图像显示器
技术领域
本发明涉及一种用于显示图像的系统，更具体地涉及一种驱动用于图像显示器的光源的装置和方法及具有该装置的图像显示器。
背景技术
诸如计算机监控器、电视机等这样的图像显示器，通常包括自发射显示装置和非发射显示装置。自发射显示装置是一种自身有源发射光以显示图像的装置，诸如发光二极管(LED)显示器、电致发光(EL)显示器、真空荧光显示(VFD)装置、场致发射显示(FED)装置、以及等离子面板显示(PDP)装置。相反，非发射显示装置是一种利用外部光源提供的光的装置，诸如液晶显示器(LCD)。
液晶显示器(LCD)通常包括具有可产生电极的电场的两个面板以及置于两个面板之间的具有介电各向异性的液晶层。在液晶显示器中，可产生电极的电场接收电压并贯穿液晶层产生电场。液晶层的光透射比取决于施加于其上的电场强度变化，并且通过将电压施于可产生电极的电场控制电场。通过调节施加的电压显示所需的图像。
液晶显示器利用自然光或由光源产生的光，诸如灯，将其安装在液晶显示器中。当液晶显示器利用灯作为光源时，液晶显示器的屏幕上的亮度通常通过调节灯的接通和断开时间的比例或调节灯中的电流进行调整。
用于液晶显示器的灯通常包括荧光灯。一般荧光灯需要具有通常在几千伏特范围内的量值以及通常在几十千赫兹范围内的频率的高交流电压。在这种荧光灯中流动的电流具有几毫安培的量值。
由于将液晶显示器中的灯以几毫米的距离密地设置在液晶显示面板的后部，由灯产生的电场和/或磁场对液晶显示面板中的布线和薄膜晶体管(TFTs)中的信号产生干扰。尤其是，因为用于灯的驱动信号的频率和用于液晶显示器面板的水平同步信号相似只是彼此略有不同，发生波震动以引起干扰使得在液晶显示器屏幕上产生水平条纹，将其称之为“水波纹(waterfall)”。
发明内容
通过根据本发明的驱动用于图像装置的光源的装置和方法及具有该装置的图像显示装置，克服和减轻了现有技术的上述和其它缺陷和不足。在一个实施例中，用于驱动图像显示器中光源的装置，其包括：信号控制器，响应外部提供的输入控制信号产生同步信号；以及逆变器，产生与同步信号同步的驱动信号，将驱动信号提供给光源，其中栅极线的栅极信号包括栅极接通电压和栅极断开电压以控制图像显示器中的像素的激活，而驱动信号包括波信号，该波信号在栅极接通电压间隔期间上升的斜度(坡度)间隔和下降的斜度间隔基本上彼此相同，在栅极接通电压间隔期间在多个像素中的一个对应像素中充入在图像显示器中的数据线的数据电压。信号控制器还可以产生栅极控制信号以控制栅极接通电压的产生定时，而同步信号相对于栅极控制信号具有90°的相位差。
在另一个实施例中，用于驱动光源的装置进一步包括移相器，从信号控制器接收栅极控制信号并产生同步信号到逆变器(反用换流器)。同步信号相对于栅极控制信号具有90°的相位差。
在另一个实施例中，用于驱动光源的装置进一步包括多谐振动器，从信号控制器接收数据启动信号并产生同步信号到逆变器。数据启动信号控制提供给图像显示器的数据驱动器的图像数据的定时，并且同步信号相对于栅极控制信号具有90°的相位差。
在另一个实施例中，图像显示器包括：显示面板，具有与图像显示器的多个像素电连接的栅极线和数据线；栅极驱动器，通过栅极线向多个像素中的对应像素提供栅极信号；数据驱动器，通过数据线向多个像素的对应像素提供数据电压；灯单元，向显示面板提供光；以及逆变器(inverter)，提供灯驱动信号以驱动灯单元，其中灯驱动信号包括波信号，该波信号在栅极接通电压间隔期间上升的斜度间隔和下降的斜度(slope)间隔基本上彼此相同，在栅极接通电压间隔期间在多个像素的一个对应像素中充入数据电压。还设置信号控制器以产生栅极控制信号，从而控制栅极接通电压的产生定时，并且同步信号相对于栅极控制信号具有90°的相位差。灯驱动信号与同步信号同步。灯驱动信号的波信号可以是正弦信号。
在另一个实施例中，用于驱动将光提供给图像显示器中显示面板的光源的方法，包括以下步骤：提供栅极信号以控制显示面板中对应像素的激活，栅极信号包括栅极接通电压和栅极断开电压，将数据电压提供给激活的像素以显示图像，产生数据信号以控制栅极接通电压的定时，相移栅极控制信号以产生同步信号，以及产生驱动信号以驱动光源，其中驱动信号与同步信号同步且具有波信号，在将数据电压充入多个像素中的一个对应像素期间，在栅极接通电压间隔期间该波信号基本上相对于垂直中心线对称。
附图说明
本发明结合以下附图将对典型实施例进行以下详细描述，其中：
图1是根据本发明一典型实施例的液晶显示器的分解立体图；
图2是图1的液晶显示器的部件的方框图；
图3是图2的液晶显示器的像素的等效电路图；
图4是图2的用于液晶显示器信号的信号波形曲线图；
图5A-5C示出了用于图2的液晶显示器中的灯驱动信号的不同波形；
图6是根据本发明的另一实施例的液晶显示器的方框图；以及
图7是根据本发明的另一实施例的液晶显示器的方框图。
具体实施方式
在此披露了本发明的详细示意性具体实施例。然而，在此披露的特定结构和功能的详细资料，其目的仅是用于描述本发明的典型实施例。在附图中，为了清楚起见，层和区域的厚度和/或长度可以被扩大。
以下参照图1-3将根据本发明实施例的液晶显示器进行描述。
图1是根据本发明一典型实施例的液晶显示器的分解立体图，图2是图1的液晶显示器的部件的方框图，而图3是图2的液晶显示器的像素的等效电路图。
参照图1，液晶显示器包括液晶(LC)组件350、前盖和后盖361和362、底盘363、以及可接收和稳定容纳液晶组件350的模框架364。液晶组件350包括显示单元330和背光源单元340。在显示装置330中，设置液晶显示面板组合体300，以具有下部面板100、上部面板200、及置于下部面板和上部面板100、200之间的液晶层3(参照图3)。显示单元330包括彼此电连接且以矩阵形态排列的显示信号线和像素。
背光源单元340包括设置在液晶显示面板组合体300后部的一个或多个灯341、及设置在面板组合体300和灯341之间的导光板342和光学薄片343。导光板342和光学薄片343扩散来自灯341的光以提供给面板组合体300具有均匀亮度分布的光。背光源单元340包括设置在灯341下部的反光镜344以向面板组合体300反射来自灯341的光。
灯341包括诸如CCFL(冷阴极荧光灯)和/或EEFL(外部电极荧光灯)这样的荧光灯。可将发光二极管用作灯341。
显示单元330包括液晶显示面板组合体300、栅极卷带式封装(TCPs)或将芯片封装于膜(COF)型封装410和与液晶显示面板组合体300连接的数据TCPs 510，并且栅极印刷电路板(PCB)450和数据PCB 550分别与栅极TCPs 410和数据TCPs 510电连接。
将起偏来自灯341的光的一对起偏器(未示出)置于面板组合体300的下部面板和上部面板100和200。
参照图2，通过栅极线G1-Gn和数据线D1-Dm将液晶显示面板组合体300分别与栅极驱动器400和数据驱动器500连接。照明液晶显示面板组合体300的照明单元900具有灯单元910和逆变器920。信号控制器600将控制信号提供给栅极和数据驱动器400和500、逆变器920、以及其它元件。
参照图2和图3，将显示信号线G1-Gn和D1-Dm设置在下部面板100。栅极线G1-Gn传输栅极信号(或扫描信号)和数据信号D1-Dm传输数据信号。将栅极线G1-Gn沿着行方向基本彼此平行设置，而数据线D1-Dm沿着列方向基本彼此平行设置。
各像素包括与显示信号线G1-Gn和D1-Dm电连接的开关元件Q以及与开关元件Q电连接的液晶电容器CLC和存储电容器CST。如果不必要的话，存储电容器CST可以略去。
开关元件Q，可将其作为薄膜晶体管(TFT)使用，设置于下部面板100。开关元件Q具有三个端子：与多条栅极线G1-Gn中的一条对应栅极线电连接的控制端子；与多条数据线D1-Dm中的一条数据线电连接的输入端子；以及与液晶电容器CLC和存储电容器CST电连接的输出端子。
液晶电容器CLC包括设置在下部面板100上的像素电极190、设置在上部面板200上的共同电极270、及设置于像素电极190和共同电极270之间作为电介质的液晶层3。像素电极190与开关元件Q的输出端子电连接。共同电极270基本上覆盖下部面板100的整个表面并提供有共同电压Vcom。在另一实施例中，可将像素和共同电极设置在下部面板100上并且呈棒状或条状。
存储电容器CST是用于液晶电容器CLC的辅助电容器。存储电容器CST包括像素电极190、设置于下部面板100上的单独信号线(未示出)、以及设置在像素电极190和单独信号线之间的绝缘体。将诸如共同电压Vcom这样的预定电压施于单独信号线。在另一实施例中，存储电容器CST可与像素电极190、邻接栅极线(或前面的栅极线)、以及设置在像素电极和邻接栅极线之间的绝缘体一同形成。
就彩色显示器而言，各像素唯一代表三原色之一(即，空间分割)或各像素依次连续代表三原色(即，时间分割)。在空间分割或时间分割彩色显示系统中，三原色的空间或时间和代表所需要的颜色。空间分割的实例如图3所示，其中各像素包括代表红色、绿色、和蓝色之一的滤色器230。将滤色器230设置在面对像素电极190的上部面板200。在另一实施例中，可将滤色器设置在下部面板100上的像素电极190上或下部。
照明单元900包括如图1所示的具有灯341的灯单元910及与灯单元910电连接的逆变器920。逆变器920接通和关闭灯单元910并控制灯单元910的接通时间和断开时间的定时以调节液晶显示器屏幕的亮度。可将逆变器920设置在单机逆变器PCB(未示出)、或者栅极或数据PCB 450或550上。
在该实施例中，将灰度电压发生器800设置在PCB 550上并产生与像素的透射比相关的两套灰度电压。一套中的灰度电压相对于共同电压Vcom具有正极性，而在另一套中的那些相对于共同电压Vcom具有负极性。
栅极驱动器400包括安装在各相应栅极TCPs 410上的多个集成电路(IC)芯片。栅极驱动器400与面板组合体300的栅极线G1-Gn电连接并且合成来自外部装置的栅极接通电压Von和栅极断开电压Voff以产生用于栅极线G1-Gn的栅极信号。
数据驱动器500包括安装在各相应数据TCPs 510上的多个集成电路(IC)芯片。数据驱动器500与面板组合体300的数据线D1-Dm电连接并且将选自由灰度电压发生器800提供的灰度电压的数据电压施于数据线D1-Dm。
在本发明的另一实施例中，将栅极驱动器400或数据驱动器500的集成芯片安装在下部面板100上。在另一个实施例中，将驱动器400和500中的一个或两个与其它元件一起结合到下部面板100。在这种实施例中可以略去栅极PCB 450和/或栅极TCPs 410。
将控制栅极和数据驱动器400和500及其它部件的信号控制器600设置在数据PCB 550或栅极PCB 450上。
图4是图2的用于液晶显示器信号的信号波形曲线图。将参照图2-4对液晶显示器的操作进行描述。
信号控制器600接收输入图像信号R、G、B及输入控制信号，诸如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK、及数据启动信号DE，用于控制来自外部图形控制器(未示出)的显示。信号控制器600产生栅极控制信号CONT1、数据控制信号CONT2、并且响应输入控制信号和输入图像信号R、G、B处理适于面板组合体300操作的图像信号R、G、B。然后信号控制器600将栅极控制信号CONT1提供给栅极驱动器400并将经处理的图像信号R’、G’、B’和数据控制信号CONT2提供给数据驱动器500。信号控制器600还将逆变器同步信号Sync提供给逆变器920。
栅极控制信号CONT1包括用于指令以开始输出栅极接通电压Von的垂直同步开始信号、用于控制栅极接通电压Von的输出时间的栅极时钟信号CPV、及用于限定栅极接通电压Von时间的输出启动信号。数据控制信号CONT2包括用于通知水平周期的开始的水平同步开始信号、用于指令以将适当的数据电压施于数据线D1-Dm的负载信号、用于反转数据电压(相对于共同电压Vcom)的极性的反转控制信号、以及数据时钟信号。逆变器同步信号Sync与栅极时钟信号CPV相比被相位移动90°。
数据驱动器500接收来自信号控制器600的用于像素列的图像数据R’、G’、B’的信息包并且将图像数据R’、G’、B’转换成选自响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2从灰度电压发生器800提供的灰度电压的模拟数据电压。然后，数据驱动器500输出数据电压到数据线D1-Dm。
响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1，栅极驱动器400将栅极接通电压Von施于选择的栅极线G1-Gm中的一条(几条)，以便接通与对应栅极线连接的开关元件Q。通过激活的开关元件Q将施于数据线D1-Dm的数据电压提供给像素。
施于像素的数据电压和共同电压之间的电压差对应像素电压，即，液晶电容器CLC的充入电压。液晶分子具有取决于像素电压量值的不同取向。
响应从信号控制器600提供的逆变器同步信号Sync和来自外部装置或信号控制器600提供的减光控制信号Vdim控制灯单元910的接通/断开操作。逆变器920产生具有基于减光控制信号Vdim的接通/断开周期负荷比的脉冲宽度调制信号PWM。此外，逆变器920通过接通/断开从DC/DC转换器(未示出)提供的DC(直流)电压或通过开关电流通路产生正弦电压信号。然后，逆变器920增强正弦电压信号的水平以产生灯驱动信号LDS。响应由逆变器920提供的灯驱动信号LDS点亮灯单元910，并且在灯单元910中流动与灯驱动信号LDS同步的电流。
如图4所示，在PWM信号的高区段中灯驱动信号LDS具有正弦信号，同时在PWM信号的低区段中灯驱动信号LDS具有恒定值。然而，在不同的实施例中，在PWM信号的高和低区段中灯驱动信号LDS可以分别具有正弦信号波和恒定值。
来自灯单元910的光通过液晶层3并在其偏振中受到改变。通过起偏器将偏振的改变转化成光透射比的变化。
通过每个水平周期重复该操作，在一帧内所有栅极线G1-Gn连续提供栅极接通电压Von，从而将数据电压提供给所有像素。例如，一个水平周期等于水平同步信号Hsync、数据启动信号DE、或栅极时钟信号CPV中的一个周期。若在完成一帧后下一帧开始，则将施于数据驱动器500的反转控制信号进行控制，以便数据电压的极性被反转(将其称作“帧反转”)。还可以将反转控制信号进行控制以便在一帧内反转流经数据线的数据电压(将其称作“线反转”)，或将一个像素中的数据电压的极性进行反转(将其称作“电反转”)。
图5A和5B示出了分别相对于栅极时钟信号CPV具有90°和180°相位差的灯驱动信号LDS的波形，而图5C示出了与栅极时钟信号CPV同步的灯驱动信号LDS的波形。在图5A-5C中，还示出了数据信号电压DATA，其与栅极时钟信号CPV同步且具有每个水平周期倒相的极性。
根据试验，如图5B和5C所示，若相对于栅极时钟信号CPV灯驱动信号LDS具有180°的相位差或与栅极时钟信号CPV同步，不发生在屏幕上斑纹缓慢地上下移动的所谓“水波纹”现象。然而，悬浮水平斑纹始终保持。相反，如图5A所示，若相对于栅极时钟信号CPV灯驱动信号LDS具有90°的相位差，则水平斑纹也就不发生。
而且，如图5B所示，在将具有正极性的数据电压DATA充入的栅极接通电压间隔t1期间，当灯驱动信号LDS的上升斜度间隔(即，具有正切的信号部分的间隔)大于灯驱动信号LDS的下降斜度间隔时屏幕的亮度增加。相反，如图5C所示，在栅极接通电压间隔t1期间，当灯驱动信号LDS的下降的斜度间隔大于灯驱动信号LDS的上升的斜度间隔时屏幕的亮度减小。
然而，如图5A所示，当充入具有正极性和负极性的数据电压DATA时，在栅极接通电压间隔t1期间，若灯驱动信号LDS的上升的斜度间隔基本上等于灯驱动信号LDS的下降的斜度间隔，则屏幕的亮度没有变化。
因此，可以得出结论，在栅极接通电压间隔t1期间，若灯驱动信号LDS的上升的斜度间隔基本上等于灯驱动信号LDS的下降的斜度间隔，则水平斑纹被除去。换而言之，在栅极接通电压间隔内，若灯驱动信号LDS的正弦波基本上与垂直中心线对称，则不出现水平斑纹。
图6是根据本发明的另一实施例的液晶显示器的方框图，而图7是根据本发明的另一实施例的液晶显示器的方框图。与图1的液晶显示器一样，图6和7中的液晶显示器，每个均包括液晶显示面板组合体300、栅极驱动器400、数据驱动器500、信号控制器600、以及灰度电压发生器800。
与图2的液晶显示器的照明单元900不同，其包括灯单元910和逆变器920，在图6和图7中的照明单元950和960除了包括灯单元910和逆变器920，还分别包括移相器930和多谐振动器940。
在图6的液晶显示器中，信号控制器600直接将栅极时钟信号CPV提供给移相器930。然后，响应栅极时钟信号CPV移相器930产生同步信号Sync，其中相对于栅极时钟信号CPV同步信号Sync相位延迟90°。
在图7的液晶显示器中，信号控制器600(或外部装置)将数据启动信号DE1提供给多谐振动器940。然后，响应数据启动信号DE1产生同步信号Sync，其中相对于栅极时钟信号CPV同步信号Sync相位延迟90°。在该实施例中，将用于控制图像数据R’、G’、B’定时的数据启动信号DE1用作多谐振动器940的触发信号。逆变器同步信号Sync的输出时间和脉冲宽度通过调整时间常数控制，即，多谐振动器940的电阻器的电阻或电容器的电容。
在图6和7的液晶显示器装置中，逆变器920产生具有基本相等的上升和下降的斜度间隔的灯驱动信号LDS。可将移相器930和多谐振动器940结合到逆变器920中。应该值得注意的是，代替移相器930和多谐振动器940，可将另一些装置用于产生相对于栅极时钟信号CPV具有90°相位差的逆变器同步信号Sync。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1. 一种用于驱动图像显示器中光源的装置，其中栅极线的栅极信号包括栅极接通电压和栅极断开电压，以控制所述图像显示器的像素的激活，所述装置包括：
信号控制器，响应外部提供的输入控制信号产生同步信号；以及
逆变器，产生与所述同步信号同步的驱动信号，将所述驱动信号提供给所述光源，
其中所述驱动信号包括波信号，所述波信号在栅极接通电压间隔期间上升和下降的斜度间隔基本上彼此相同，在所述栅极接通电压间隔期间在多个像素中的一个对应像素中充入所述图像显示器中数据线的数据电压，
其中，所述信号控制器产生栅极控制信号以控制所述栅极接通电压的产生定时，以及
其中，由所述信号控制器产生的所述同步信号相对于所述栅极控制信号具有90°的相位差。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述栅极接通电压间隔小于所述栅极控制信号的周期。
3. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括移相器，其从所述信号控制器接收所述栅极控制信号并产生所述同步信号到所述逆变器。
4. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括多谐振动器，其从所述信号控制器接收数据启动信号并产生所述同步信号到所述逆变器，其中所述数据启动信号控制提供给所述图像显示器的数据驱动器的图像数据的定时。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中在所述栅极接通电压间隔内所述驱动信号的所述波信号基本上相对于垂直中心线对称。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中所述驱动信号的所述波信号是正弦信号。
7. 一种图像显示器，包括：
显示面板，具有与所述图像显示器的多个像素电连接的栅极线和数据线；
栅极驱动器，通过所述栅极线向所述像素中的多个对应像素提供栅极信号；
数据驱动器，通过所述数据线向所述像素中的多个对应像素提供数据电压；
灯单元，向所述显示面板提供光；
逆变器，提供灯驱动信号以驱动所述灯单元；以及
信号控制器，产生栅极控制信号以控制所述栅极接通电压的产生定时，
其中所述灯驱动信号包括波信号，所述波信号在栅极接通电压间隔期间上升和下降的斜度间隔基本上彼此相同，在所述栅极接通电压间隔期间在所述像素中的一个对应像素中充入所述数据电压，以及
其中，所述信号控制器产生所述同步信号到所述逆变器，所述同步信号相对于所述栅极控制信号具有90°的相位差。
8. 根据权利要求7所述的图像显示器，其中，所述灯驱动信号与所述同步信号同步。
9. 根据权利要求7所述的图像显示器，其中所述栅极接通电压间隔小于所述栅极控制信号的周期。
10. 根据权利要求7所述的图像显示器，进一步包括移相器，其从所述信号控制器接收所述栅极控制信号并产生所述同步信号到所述逆变器。
11. 根据权利要求7所述的图像显示器，其中所述信号控制器产生数据启动信号以控制提供给所述图像显示器的数据驱动器的图像数据的定时。
12. 根据权利要求11所述的图像显示器，进一步包括多谐振动器，其接收所述数据启动信号并产生所述同步信号到所述逆变器。
13. 根据权利要求10所述的图像显示器，其中在所述栅极接通电压间隔内所述灯驱动信号的所述波信号基本上相对于垂直中心线对称。
14. 根据权利要求13所述的图像显示器，其中所述灯驱动信号的所述波信号是正弦信号。
15. 一种用于驱动将光提供给图像显示器中显示面板的光源的方法，包括以下步骤：
提供栅极信号以控制所述显示面板中对应像素的激活，所述栅极信号包括栅极接通电压和栅极断开电压；
将数据电压提供给激活的像素以显示图像；
产生栅极控制信号以控制所述栅极接通电压的定时；
相移所述栅极控制信号以产生同步信号；以及
产生驱动信号以驱动所述光源，所述驱动信号与所述同步信号同步且具有波信号，在将所述数据电压充入所述像素中的一个对应像素期间，在所述栅极接通电压间隔期间所述波信号基本上相对于垂直中心线对称。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述驱动信号的所述波信号在所述栅极接通电压间隔期间具有基本上彼此相同的上升的斜度间隔和下降的斜度间隔。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中相移所述栅极控制信号包括移动所述栅极控制信号的相位90°以产生所述同步信号。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述驱动信号的所述波信号是正弦信号。
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