CN1090762C - 彩色液晶显示器及其灰度级控制方法 - Google Patents

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Abstract

彩色液晶显示器，包括一个显示部件，一个用于输出对应于灰度级数据的电压的第一驱动器，一个第二驱动器，以及数据控制装置，该数据控制装置具有从外部输入的灰度级数据并且按预定的时刻向第一驱动器输出灰度级数据，其中所述数据控制装置包括一个通过对与至少一个波长有关的灰度级进行加或减以产生修正灰度级的计算电路，并包括延迟电路，用于对与其它波长有关的不进行修正的灰度级按生成修正灰度级所花费的时间延迟其输出。

Description

彩色液晶显示器及其灰度级控制方法
本发明涉及TFT液晶显示器中的驱动方法及新颖的控制机理。本发明尤其涉及在TFTLCD中有效地防止半色调显示上的各种彩色的变动的驱动方法及新颖的控制机理。
近来电子设备的小型化导致把液晶显示器(以下称为LCD)用作为显示装置。LCD不仅用作为计算机的屏幕，而且被广泛地应用于，例如，电视屏幕、投影器屏幕等等。采用液晶的显示方法具有许多优点，诸如因低驱动电压产生的低功耗、相对快的响应速度等，因此预料它的应用领域在将来还会扩大。
现在大多数LCD为有源矩阵类型。有源矩阵类型意味着为了大大提高显示特性为每个象素设置一个驱动电路单元。此外，在有源矩阵类型中采用薄膜三端晶体管作为开关元件的LCD称为TFT(薄膜晶体管)型。由此，采用TFT作为开关元件的LCD称为TFT液晶显示器(以下称为TFTLCD)。
为了使TFTLCD显示所需的画面，必须向LCD提供构成画面的灰度级数据并且按照该数据驱动LCD。图1表示TFTLCD的控制单元的结构。实现液晶显示的部分是由阵列部件构成的部分1。对于熟练的技术人员这个部分的构造是周知的。阵列部件部分1和X驱动器3及Y驱动器5连接。X驱动器3具有提供灰度级数据的功能并且向该阵列部件提供对应于灰度级的电压。而Y驱动器5和开关元件的控制门连接，并按预定的时限接通/切断X驱动器3对阵列部件提供的电压。
对于X驱动器3，灰度级数据是由数据控制单元10提供的。数据控制单元10包括数据控制电路12和定时控制电路14，数据控制电路12用于在一个缓冲器内锁定及存储外部提供的红/绿/蓝数据，而定时控制电路14按预定的时限向X驱动器3输出存储在缓冲器中的灰度级数据。此外，从外部向数据控制电路12和定时控制电路14提供时钟信号以得到预定的时限。电源7和X驱动器3、Y驱动器5及数据控制单元10连接。
为了在这种结构下的LCD上显示一幅画面，必须为各个颜色的各个象素提供对应于灰度级的电压。也就是说，一个象素的驱动并不是简单的开-关控制，而是通过提供划分成若干级(灰度级)的电压调整象素的透射度，以便可以显示复杂的过渡颜色。为了达到这种控制，红/绿/蓝各种颜色的信号级被调整并提供给各个象素。例如，对于灰度级为64级的单色显示器设定64级的电压，并且根据各个灰度级数据向每个象素提供电压。因此，理想地，当给出对应一特定灰度级的电压时可对红/绿/蓝所有颜色达到相同的透射度。在图2中表示其关系。在图2中，透射度标绘在纵轴上，而外加电压标绘在横轴上。外加电压是由灰度级确定的。相应地，当选择某灰度级n时，由该灰度级确定外加电压Vn。这样，根据图2的关系，可得到灰度级Vn的透射度Tn。理想地，对于红/绿/蓝全体灰度级、外加电压和透射度之间的关系是相同的。
但是，实际上取决于不同的颜色灰度级和所达到的透射度具有轻微的差异。这是因为取决于对于受扭向列液晶的特定扭曲(唯一地对应于灰度级和外加电压)的光调制度由于不同的波长是有一些不同的。也就是说，即使光线在类似的扭曲状态下通过一个液晶层，该通过光线所得到的调制度是和波长相关的，因此对于给定的一个灰度级其亮度产生的散布取决于颜色。在图3中给出这种现象。如图3中所示，在一个宽的外加电压范围内，蓝色的透射度高于红色和绿色的透射度。也就是说，因为对于每种颜色灰度级和外加电压之间的关系是独有确定的，即使在显示过渡色彩时把每种颜色选择为具有相同的灰度级并且在显示过渡色彩时施加相同的电压，只有蓝色的透射度向上偏移。这样，透射度和外加电压之间的相关性(以下称为透射度/外加电压特性)是和颜色(波长)有关的。因此，如果在不具有任何对此的修正下进行显示，颜色的色调在蓝色上比实际的半色调上有大的变动，从而在整体上画面变蓝。图4通过一个色度图表示这种状态。图4表示如果可实现理想的状态应该在白色状态下提供L63，但是实际上由于透射度/外加电压特性与波长相关而提供L0或者偏蓝。
为修正这种现象已提出各种不同的方法。它们可粗略地划分为(1)通过LCD的结构进行修正的方法，以及(2)通过电子控制进行修正的方法。
第一类方法的一个典型例子是采用多隙结构。多隙结构是这样一种结构，它通过改变红/绿/蓝各种颜色的象素的颜色滤波器的厚度来改变液晶密封部分的厚度(间隙)以达到各种颜色的透射度/外加电压特性的匹配。但是，多隙结构的实现带来制造工艺上的困难。即，为实现多隙出现非常困难的问题，诸如调整颜色滤波器的厚度以及在构成液晶部件的两个玻璃基片之间保持间隙的均匀性。而且，由于这些困难而不能得到好的产量。这造成成本的提高，或者不可能达到显示特性的改进。
作为第二类方法的一个例子，存在一种为每种颜色独立地提供施加于数据驱动器的基准电压(灰度级电压)的方法。这种方法确保可以改进透射度/外加电压特性的相关性。但是，它需要独立地控制基准电压，所需的电路结构变得非常复杂。这造成成本的提高和难以实现。另一种方法对红/绿/蓝中的一种特定颜色设置基准电压，并相对于该基准电压对其它各种颜色施加偏置电压。这种方法也具有上述的独立地施加基准电压的方法中所具有的困难。此外，如果表示红/绿/蓝色的透射度/外加电压特性的曲线的斜率不相同，后一种方法不能显示所需的效果。也就是说，按照偏置电压方法其通过在全部的外加电压范围内施加相同的偏置电压进行修正，因此除非表示透射度/外加电压特性的曲线的斜率在全部的外加电压范围内是相同的才能得到有效的修正。
在日本已递交几种专利申请作为背景技术。例如，已公开的待决专利申请01-101 586号公开一种技术，在这种技术里对各个颜色设置不同的液晶驱动电压电平，并且对每个象素施加各个电平。进而，已公开的待决专利申请03-6986公开一种技术，在这种技术里通过对各种颜色的预定电压引起驱动电压变动以使透射度均匀化。已公开的待决专利申请03-290618公开一种技术，这种技术通过独立地为每种颜色输入灰度级控制信号实现类似的目的。
本发明的第一个目的是为TFTLCD提供一种驱动方法，这种方法中各种颜色的透射度/外加电压特性的相关性得到有效的修正。
本发明的第二个目的是通过一种非常简单的方法实现这种有效的修正。它使得能够在本发明中完成上述的修正，并且同时避免诸如增加控制方法复杂性以及由于增加电路在实现上受到限制等问题。
通过一种彩色液晶显示器可以解决本发明的上述问题，这种彩色液晶显示器包括：一个电源、一个显示部件、一个第一驱动器、一个第二驱动器以及一个数据控制装置，第一驱动器和显示部件及电源连接用于输出对应于灰度级数据的电压，数据控制装置与电源连接并具有从外部向它输入的灰度级数据，而且按预定的时间向第一驱动器输出灰度级数据(代表灰度级的位串)。更具体地，可以通过一种彩色液晶显示器解决上面所述的问题，这种显示器中的数据控制装置包括一个计算电路和延迟装置，计算电路用于对至少和一个波长有关的灰色级进行加或减以产生修正的灰度级，延迟装置用于在生成修正的灰度级期间延迟和其它波长有关的尚未修正的灰度级的输出。
图1是根据背景技术用于TFTLCD的驱动电路的示意图；
图2表示理想彩色LCD中的透射度/外加电压特性曲线；
图3表示背景技术中彩色LCD的透射度/外加电压特性曲线；
图4是一个色度图，表示背景技术中彩色LCD的颜色变动的一个例子；
图5是根据本发明用于TFTLCD的驱动电路里的数据控制单元的示意图；
图6是根据本发明的数据控制单元里的状态确定表的示意图；
图7是根据本发明的数据控制单元里的加/减表的示意图；
图8是一个电路，用于通过硬件实现根据本发明的数据控制单元里的状态确定和状态确定表；以及
图9是一条曲线，表示经根据本发明的用于TFTLCD的驱动电路修正后的透射度/外加电压特性。
符号说明：
1  LCD阵列
3  X驱动器
5   Y驱动器
7   电源
10  数据控制单元
12  数据控制电路
14  定时控制电路
具体地，可以通过改进图1中所示的数据控制单元10来实现本发明。按照本发明的数据控制单元的结构表示在图5中。在背景技术中数据控制单元仅由锁存电路和缓冲器组成。但是，在本发明中，与被修正的颜色相关的灰度级数据被暂时性地输入到一个计算电路里，并对该灰度级进行加法或减法操作以使它偏移数个级别，从而使透射度等于其它未修正颜色的透射度。
在图5中，假定被修正的颜色为蓝色(B)，而未被修正的颜色假定为红色(R)和绿色(G)。在图5中用R0至R5或者用G0至G5表示和红色或绿色相关的灰度级数据。
对其输入与红色及绿色有关的灰度级数据的部分20包括一个数据锁存电路22和一个缓冲器26，这和背景技术中的数据控制单元里一样。但是，和背景技术中的数据控制单元不同，该部分20包括一个延迟电路24。这是用于补偿由后面所说明的计算电路及状态确定表对和蓝色有关的灰色级数据B0至B5进行操作所需的时间，从而在和修正后的与蓝色有关的灰度级数据相同的时刻进行对驱动器的输出。
按照本实施方式和蓝色相关的灰度级数据B0至B5是用来表示64级灰度级的位串。即它是由(B0，B1，B2，B3，B4，B5)组成的位串，并且例如如果(B0，B1，B2，B3，B4，B5，B6)＝(001000)灰度级为“4”，而如果(B0，B1，B2，B3，B4，B5，B6)＝(001110)灰度级为“28”。很明显，对于和红色或绿色相关的灰度级数据R0至R5或者G0至G5这一方面也是相同的。
现在详细说明与蓝色有关的灰度级数据B0至B5输入到部分30。通过这个部分进行与蓝色有关的灰度级数据的灰度级修正。也就是说，首先把与蓝色有关的灰度级数据提供给计算电路32。在计算电路32里，根据和与红色及绿色有关的灰度级数据的比较进行一次减法从而把该灰度级减小例如0至4级。通过以这种方式修正灰度级本身，借助与红色和绿色有关的灰度级数据实现和灰度级有关的透射度的匹配。
此外，还把与蓝色有关的灰度级数据提供给状态确定表33。状态确定表33根据灰度级确定调整加减量的状况。图6中表示状态确定表33的示意图。如所示，在状态确定表33中设定对应于灰度级的状态。从状态确定表33向加/减表34输出对应于灰度级的状态。加/减表34具有设定实际加减量的作用。图7中表示加/减表34的示意图。即，根据从状态确定表33中输出的状态设定加减量。该加减量是灰度级的修正量并提供给计算电路32。
鉴于灰度级的修正量取决于输入的与蓝色有关的灰度级，如上所述，设置了状态确定表33和加减表34。虽然状态确定表33和加减表34是用图表示的，但是，例如，它们可用软件实现。
也可以如图8中所示用一个逻辑电路通过硬件实现状态确定表。为了实现图6中所示的具体状态，如图8中所示向该逻辑电路输入灰度级数据B0至B5。例如，为了建立对应于灰度级0至3的状态A，B2至B5的灰度级数据被反相并输入到“与”电路101。另外，类似地向“与”电路102输入用于对应于状态A的灰度级61至63灰度级数据B0、B2至B5。“与”电路101和“与”电路102的输出内容输入到“或”电路106，并且由电路110输出状态A。“与”电路103以及“与”电路104是用于生成状态B的电路。对它们输入的是由一组逻辑电路120独立建立的输出122，从而为所需的灰度级数据4至10以及54至60输出状态B。如果“或”电路106和107没有输出则要设置状态C，在这种情况下由“与”电路108向电路110提供输出以达到生成状态C。从电路110的Q1至Q3输出状态A、B和C。
现在说明输入与蓝色有关的灰度级数据的电路30以及输入与红色和绿色有关的灰度级数据的电路20的实际运行情况。例如，当输入灰度级“2”或者(B0，B1，B2，B3，B4，B5)＝(010000)时，该输入由状态确定表33确定。如图6中所示，在状态确定表33里向加/减表34输出状态A，并且从加/减表34向计算电路如图7中所示输出“0”作为加减量。因此，灰度级“2”不受到修正并且经过缓冲器电路36提供给X驱动器。这种处理造成预定的延迟。因此，通过延迟电路24按该延迟时间延迟与蓝色有关的灰度级“2”相对应于与红色及绿色有关的灰度级数据。从而，从缓冲器36向X驱动器输出与蓝色有关的灰度级数据的时刻是和从缓冲器26向X驱动器输出与红色及绿色有关的灰度级数据的时刻相匹配的。
类似地，现在说明与蓝色有关的灰度级数据为“20”或者(B0，B1，B2，B3，B4，B5)＝(001010)的情况。在这种情况下，如图6中所示，在状态确定表33里向加减表34输出状态C，并且从而如图7中所示从加减表34向计算电路输出“-4”作为加减时。因此，灰度级“20”通过计算电路32得到修正，并且经过缓冲器电路36向X驱动器提供灰度级“16”(20-4＝16)。
通过这种原则，灰度级本身受到必要的修正而且被提供给X驱动器。从而，如图3中所示的对各种颜色不同的透射度/外加电压特性得到改善。
图9表示经本发明有效地防止各种颜色在半色调显示上的变动后的透射度/外加电压特性。在该图中，纵轴表示透射度横轴表示灰度级，并且对于红/绿/蓝各种颜色相同的灰度级具有相同的透射度。因此，可以看出本发明解决了有效地对各种颜色修正不同的透射度/外加电压的相关性的问题。
尽管在本实施方式中通过进行减法使与蓝色有关的灰度级数据和与红色及绿色有关的灰度级数据相匹配，对于熟练的技术人员这一点也是不言而喻的，即反之对与红色及绿色有关的灰度级数据执行加法以使它们和与蓝色有关的灰度级数据匹配也可实现本发明的目的。
按照本发明对各种颜色的透射度/外加电压特性的不同相关性可以有效地得到修正。而且可以根据不同的灰度级调整修正量，并还可以通过设置状态以及设置加减量灵活地改变修正量的绝对值。
另外，在本发明的方法中，只需要设置一个例如计算电路的附加电路，并可以用非常简单的方法有效地修正各种颜色的透射度/外加电压特性的不相关性。在本发明中，有可能在避免背景技术中增加控制方法的复杂性以及由于增加电路在实现上受到限制等问题的同时进行上述修正。也就是说，为了实现本发明，只需要在数据控制电路里建立一个状态确定电路等，而无须改善X驱动器的结构以及阵列单元的结构。因此，作为一种实现方法它是非常简单的。

Claims (5)

1.彩色液晶显示器，包括一个显示部件，一个和所述显示部件及电源连接的用于输出与灰度级数据对应的电压的驱动器，以及数据控制装置，从外部向数据控制装置输入与灰度级的设定有关的灰度级数据并且该数据控制装置按预定的时间向所述驱动器输出所述灰度级数据，
其中所述数据控制装置包括计算装置，用于将与至少一个波长有关的灰度级修正为不同的灰度级；
调整装置，用于根据与所述至少一个波长有关的灰度级调整修正量；以及
缓冲器装置，用于在所述被修正的灰度级被生成期间，保存与不同于所述至少一个波长的波长有关的灰度级，所述灰度级尚未修正。
2.权利要求1的彩色液晶显示器，其特征在于所述数据控制装置同时输出所述修正后的灰度级的灰度级数据以及所述未修正的灰度级的灰度级数据。
3.权利要求1的彩色液晶显示器，其特征在于所述数据控制装置进行的所述修正包括对与所述至少一个波长有关的灰度级的加或减。
4.用于在显示多种颜色的显示器上对灰度级消除外加电压的波长相关性的灰度级控制方法，
其中与所述多种颜色中的至少一种颜色有关的灰度级得到修正，以产生和输入的灰度级数据有关的灰度级不同的修正灰度级，并且根据所述修正所需的时间，推迟输出为设定与所述多种颜色中的其它颜色有关的灰度级的灰度级数据，从而同时输出所述多种颜色的灰度级数据。
5.权利要求4的灰度级控制方法，其特征在于所述修正包括对与所述至少一种颜色有关的灰度级的加或减。
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