CN1539135A - 液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种能够通过补偿伽马电压来消除残留图像的液晶显示器(LCD)的伽马电压发生器。伽马电压发生装置通过中间灰度电平的回程电压来调节共压，并且调谐除中间灰度电平伽马电压之外的伽马电压。可以以这样一种方式来实现调节除中间灰度电平伽马电压之外的伽马电压，即在中间灰度电平回程电压与在除中间灰度电平之外的一个灰度电平处的回程电压之间的差，等于在表示中间灰度电平伽马电压的两个反相的伽马电压的和与对应于所选择的灰度电平的两个反相的伽马电压的和之间的差的一半。

Description

液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)，尤其涉及一种可以通过补偿伽马电压(gamma voltage)来消除残留图像(residual image)的液晶显示器的伽马电压发生器。
背景技术
通常，液晶显示器使用薄膜晶体管来作为开关元件，用于向像素提供模拟灰度电压(gray voltage)，从而显示图像。根据在源驱动器提供的数字模拟转换器(DAC)的类型，灰度电压的数量限于64或256。DAC通过选择性地转换来自外部源的6位或8位红(R)、绿(G)、蓝(B)数字数据来产生64或256个灰度电压，并且经由LCD板装置中的数据线将所述灰度电压提供给像素。
图1示出了典型像素的等效电路图，图2示出了栅极电压、数据电压以及像素电压的典型波形图。
由DAC产生的用于向数据线提供的灰度电压表示为图1和图2中的数据电压Vdata。数据电压Vdata在流经TFT之后变成像素电压Vp，所述TFT由栅极电压Vg的高状态VgH来导通。提供至液晶电容Clc的像素电压Vp与共压(common voltage)Vcom之间的电压差确定光的透射比(the transmittance oflight)。由于共压Vcom具有一个固定值或者在两个固定值之间摆动，因此，像素电压Vp实际上确定光透射比。
在TFT的栅极电压Vg的高值VgH下，像素电压Vp达到数据电压Vdata。在栅极电压Vg变成低VgL之后，由于寄生电容(Cg，Cgd)，像素电压Vp下降了与回程电压(kickback voltage)Vk一样多的电压量。
回程电压Vk由下列等式来确定：
Vk = ( Vcom - Vp ) ( Clcon - Clcoff ) + ΔVgVgd + ( VgH - Vp ) Cg / 2 Cgd + Clcoff + Cst
这里Clcon是当像素充电时被充电的液晶电容器的电容值，Clcoff是完全放电的液晶电容器的电容值，Cg是TFT的沟道和栅极之间的寄生电容值，而Cgd是TFT的栅极和漏极之间的寄生电容值。
由等式看出，回程电压Vk根据像素电压Vp与共压Vcom之间的电压差以及如图4所示，根据像素电压Vp本身显著改变。这是因为由于液晶的介电各向异性(dielectric anisotropy)，液晶电容Clc取决于跨越液晶电容Clc的电压。图3示出了随着跨越液晶电容Clc的偏压大小而增加的介电常数。因此，使用灰度电压很难补偿回程电压Vk。
为了防止由于回程电压Vk引起的像素电压Vp的典型失真，建议通过调节共压Vcom来补偿其中像素电压Vp约为1.8V处的中间灰度(intermediategray)，尽管白和黑灰度未被完全补偿。然而，当长时间显示包括黑和白灰度的图像时，并且从而长时间施加具有与回程电压Vk与中间灰度电压之间的差值一样大的值的DC偏压，这就导致了LCD板装置的缺陷，称作图像停滞(image sticking)。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的上述问题。
本发明的一个目的是提供一种可以通过消除由回程电压引起的残留DC偏压来最小化残留图像的LCD。
为了实现上述目的，本发明提供一种使用从印刷电路板提供的伽马电压来显示图像的液晶显示器(LCD)，所述图像具有通过源驱动器产生的灰度电压。所述LCD包括：伽马电压产生单元，当由用户利用预定过程来输入与当前显示的图像相关的预定回程电压时，产生共压控制信号，所述共压控制信号通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压，随机选择在除中间灰度电平之外的灰度电平处的伽马电压，并且调节所选择的伽马电压；以及共压发生器，根据所述共压控制信号，通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压，并且将所调节的共压输出到LCD板。所述伽马电压发生单元满足下列等式：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平处的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平处的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平处的反相的伽马电压，以及VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平处的反相的伽马电压。
因此，如果由用户输入与当前显示的图像相关的预定回程电压，则伽马电压产生装置通过与在中间灰度电平处一样大的电压来调节共压，并且调谐除在中间灰度电平处的伽马电压之外的伽马电压以调谐在除中间灰度电平之外的灰度电平处的失真像素电压。这里，可以以这样一种方式来实现调节除中间灰度电平伽马电压之外的伽马电压，即在中间灰度电平回程电压与在除中间灰度电平之外的一个灰度电平处的回程电压之间的差，等于在表示中间灰度电平伽马电压的两个反相的伽马电压的和与对应于所选择的灰度电平的两个反相的伽马电压的和之间的差的一半因此，在所显示的图像中，残留图像的产生被最小化。
为了实现上述目的，提供一种用于驱动液晶显示器(LCD)的方法，所述液晶显示器使用从伽马电压发生器提供的伽马电压来显示具有由源驱动器产生的灰度电压的图像，所述方法包括步骤：(a)当由用户利用预定过程来输入与当前显示的图像相关的预定回程电压时，产生共压控制信号，所述共压控制信号通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压；以及(b)随机选择在除中间灰度电平之外的灰度电平处的伽马电压，并且调节所选择的伽马电压。在步骤(b)中的伽马电压调节满足下列等式：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平处的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平处的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平处的反相的伽马电压，以及VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平处的反相的伽马电压。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上面和其它目的以及优点将变得更加明显，其中：
图1示出了典型像素的等效电路图；
图2示出了栅极电压、数据电压以及像素电压的典型波形图；
图3示出了典型液晶的介电常数与偏压的函数图；
图4示出了典型回程电压与像素电压的函数图；
图5示出了根据本发明优选实施例的伽马电压补偿装置的方框图；
图6示出了从图5的伽马电压补偿装置的伽马电压输出部分输出的伽马电压图；以及
图7示出了在伽马电压补偿之前和之后的伽马电压图，其中示出的伽马电压与灰度电压有关。
具体实施方式
现在将参考其中示出了本发明的优选实施例的附图来更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，不能误解为限于这里所阐述的实施例。全文中相同的附图标记表示相同的元件。接着，将参考附图来描述根据本发明的实施例的液晶显示器。
图5示出了根据本发明实施例的伽马电压补偿装置的方框图。
如图5所示，根据本发明优选实施例的LCD的伽马电压补偿装置包括回程电压输入单元100、伽马电压产生单元200、以及共压发生器300。
回程电压输入单元100是一个安装在PCB模块或LCD壳体上的按钮，用于触发根据LCD板装置产生的输入回程电压Vk的提供。或者，可以由将在后面描述的、使用应用程序的控制器识别回程电压Vk。来自回程电压输入单元100的回程电压Vk分别由各个灰度电平0、1、2、...、以及最大灰度电平的Vk0、Vk1、Vk2、...、Vkm来表示。
伽马电压发生单元200包括控制器210以及伽马电压发生器220。
控制器210产生一个用于通过与在中间灰度的回程电压Vk一样大的电压来调节共压值的共压控制信号，以及产生一个用于调节伽马电压的伽马电压控制信号。通过随机选择在除了中间灰度电平之外的所有灰度电平的伽马电压，用于调谐在除了中间灰度电平以外的所有灰度电平的失真像素电压，从而满足下列等式：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平的反相的伽马电压，以及VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平的反相的伽马电压。
伽马电压发生器220根据来自控制器210的伽马电压控制信号来产生伽马电压。伽马电压是通过使用如图6所示的一连串的(a series of)电阻来分压而产生的。由伽马电压发生器220产生的伽马电压包括两组具有相同数量的伽马电压的伽马电压，即包括大于共压Vcom的VGMAUP(1)、VGMAUP(2)、VGMAUP(3)、...、VGMAUP(n)的高组伽马电压(a high group of gammavoltages)，以及包括低于共压Vcom的VGMADN(1)、VGMADN(2)、VGMADN(3)、...、VGMADN(n)的低组伽马电压(a low group of gammavoltages)。
伽马电压的数量(n)可以根据从源驱动器中的DAC输入的数字的位数以及根据由制造商使用的规范(specifiication)来改变。在输入的数字是6位的情况下，高组和低组都需要5个伽马电压。
共压发生器300产生共压Vcom，所述共压根据共压控制信号而被与中间灰度的回程电压Vk一样大的电压调节，并且为LCD板装置提供所述共压。
下面将更详细地描述根据本发明优选实施例的LCD的伽马电压补偿装置的操作。
如图6所示，典型伽马电压发生器220包括在电源(AVDD)与地之间多个连串的电阻(a plurality of a series of resistors)。伽马电压VGMA1～VGMA10被提供给连接至LCD板装置的数据线的源驱动器。将说明一个其中高组和低组均具有五个伽马电压的示例，所述伽马电压向6位的DAC供电。伽马电压VGMA1～VGMA10通常被设定为被提供标准电平(uniform levels)，从而符合源驱动器的规范。在本发明中，复位伽马电压以消除由残留DC引起的残留图像，所述残留DC是由像素电压失真造成的。
在所分配的伽马电压中，属于高组的五个伽马电压VGMA1～VGMA5是大于共压Vcom的产生电压，并且分别等于电压VGMAUP(5)～VGMAUP(1)，属于低组的五个伽马电压VGMA6～VGMA10是小于共压Vcom的产生电压，并且分别等于电压VGMADN(1)～VGMADN(5)，如表1所示。也就是，在所显示的图像是正常白的情况下，伽马电压VGMA5和VGMA6是最大灰度电平(白)伽马电压，伽马电压VGMA1和VGMA10是最小灰度电平(黑)伽马电压，以及伽马电压VGMA3和VGMA8是中间灰度电平伽马电压。
图7是说明在伽马电压补偿之前和之后的伽马电压的图，其中示出的伽马电压与提供给处理6位的DAC的灰度电压有关。当在本发明的优选实施例中反向操作时，明确灰度电平到10伽马电压。实线表示操作期间LCD板的显示特性，虚线表示通过使用共压(Vc)来消除残留DC而获得伽马特性以及通过补偿颤动，即像素电压失真(回程电压)而获得的伽马电压。
[表1]
补偿之前的伽马电压  补偿之后的伽马电压
 VGMA1(VGMAUP5) 7.32V  7.43V
 VGMA2(VGMAUP4) 6.38V  6.35V
 VGMA3(VGMAUP3) 5.94V  5.94V
 VGMA4(VGMAUP2) 5.62V  5.67V
 VGMA5(VGMAUP1) 5.14V  5.28V
 VGMA6(VGMADN1) 3.48V  3.64V
 VGMA7(VGMADN2) 2.86V  2.91V
 VGMA8(VGMADN3) 2.44V  2.44V
 VGMA9(VGMADN4) 1.88V  1.89V
 VGMA10(VGMADN5) 0.64V  0.75V
为了消除由残留DC引起的残留图像，需要确定回程电压Vk，该回程电压Vk根据跨越LCD的偏压而变化。可以通过SPICE仿真或通过测量来确定回程电压Vk。然而，由于液晶的特性，即液晶的介电常数根据像素电压而变化，回程电压Vk不是线性的。因此，仅使用共压Vcom来补偿回程电压是不可取的，这是因为在仅使用共压的情况下，仅在灰度电平的一侧实现回程电压补偿，同时回程电压相对于中间灰度电平在灰度电平的另一侧恶化。因此，最好根据像素电压(灰度电平)来不同地调节伽马电压。
例如，当操作期间提供到LCD板的伽马电压与表1中的补偿之前的伽马电压相同时，提供至源驱动器的10个反相的伽马电压由图10中的实线来表示。这时，如上所述确定的回程电压Vk在最小灰度电平Vk0处是0.65V，在中间灰度电平Vkc处是0.75V，以及在最大灰度电平Vkm处是1.02V。如上所述，可以由操作者使用安装在PCB模块上的调谐器，通过在LCD壳体上提供的输入键，来输入回程电压Vk，或者可以通过控制器210使用应用程序来自动识别回程电压Vk。
首先，在中间灰度电平(电平＝31)处的、补偿前的伽马电压VGMA3(VGMAUP(C))和VGMADN(C)分别是5.94V和2.44V，并且回程电压(Vkc)是0.75V，从而控制器210产生通过与在中间灰度电平一样大的回程电压来调节共压的共压控制信号，可以表示为在中间灰度电平的回程电压(0.75V)＝共压调谐量(0.75V)。
以这种方式，共压减小了0.75V，伽马电压VGMA3(VGMAUP(C))在中间灰度电平维持在5.94V，以及伽马电压VGMA8(VGMADN(C))在中间灰度电平维持在2.44V。
接着，为了在中间灰度电平以外的灰度电平处调谐失真的像素电压，控制器210随机选择在其它灰度电平处的伽马电压，从而产生一个伽马电压控制信号，用来调谐相应的伽马电压。也就是，在中间灰度电平处的回程电压(Vkc)与从除中间灰度电平之外的灰度电平中选择的回程电压(Vkt)之间的差变成等于两个被反相的伽马电压(VGMAUP(C)，VGMACN(C))之间的和与对应于随机选择的灰度电平的两个被反相的伽马电压(VGMAUP(T)，VGMADN(t))的和之间的差的一半。这可以用下列等式来表示：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平的反相的伽马电压，而VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平处的反相的伽马电压。
在上面的示例中，为了调谐在最大灰度电平处的伽马电压VGMA5(VGMAUP(1))和VGMA6(VGMADN(1))，控制器210执行控制，以便在中间灰度电平处的回程电压(Vkc＝0.75)与在最大灰度电平处的回程电压(Vkm＝1.02)之间的差(0.27V)，等于在表示两个中间灰度电平伽马电压的反相的伽马电压(VGMA3＝5.94V和VGMA8＝2.44V)的和(8.38V)与表示最大灰度电平伽马电压的两个反相的伽马电压(VGMA5＝5.28V和VGMA6＝3.64V)的和(8.92V)之间的差(0.54V)的一半。而且，为了调谐所失真像素电压，控制器210产生伽马电压控制信号，以便通过与0.27V一样大的电压来调谐最大灰度电平伽马电压，从而伽马电压发生器220被设定为输出所调谐的电压。这样，由于在最大灰度电平处的失真电压大于在最小灰度电平处的电压，则调谐伽马电压，从而伽马电压提高了0.27V，如图6和图7所示。这可以用下面的公式来表示：
|0.75V-1.02V|＝|(5.94V+2.44V)/2-(5.28V+3.64V)/2|＝0.27V
以这种方式，补偿数据电压Vdata，从而比在最大灰度电平处的回程电压(1.02V)大0.27V，以致在最大灰度电平处的像素电压失真量变成0.75V，这等于在中间灰度电平处的失真量。这里，由于共压Vcom被补偿，从而降低了0.75V，因此消除了像素电压的失真。
类似地，为了调谐在最小灰度电平处的伽马电压VGMA1(VGMAUP(5))和VGMA10(VGMADN(5))，控制器210执行控制，从而在中间灰度电平处的回程电压(Vkc＝0.75)与在最小灰度电平处的回程电压(Vk0＝0.65)之间的差(0.1V)，等于在表示两个中间灰度电平伽马电压的反相的伽马电压(VGMA3＝5.94V和VGMA8＝2.44V)的和(8.38V)与表示最小灰度电平伽马电压的两个反相的伽马电压(VGMA1＝7.43V和VGMA10＝0.75V)的和(8.18V)之间的差(0.2V)的一半。而且，为了调谐所失真的像素电压，控制器210产生伽马电压控制信号，以便通过与0.1V一样大的电压来调谐最小灰度电平伽马电压，从而伽马电压发生器220被设定为输出所调谐的电压。这样，由于在最小灰度电平处的失真的电压小于在最大灰度电平处的电压，则调谐伽马电压，从而伽马电压降低了0.1V，如图6和图7所示。这可以用下面的公式来表示：
|0.75V-0.65V|＝|(5.94V+2.44V)/2-(7.43V+0.75V)/2|＝0.1V
以这种方式，数据电压Vdata被补偿，从而比在最小灰度电平处的回程电压(0.65V)小0.1V，以致在最小灰度电平处的像素电压失真量变成0.75V，这等于在中间灰度电平处的失真量。这里，由于共压Vcom被补偿，从而降低了0.75V，因此消除了像素电压的失真。
结果，像素电压失真量在整个灰度电平范围中变得均匀，从而可以通过调谐共压Vcom，在整个灰度级范围上，在LCD板上无失真地显示图像。
以相同的方式，随机调谐在除了最大和最小灰度电平以外的灰度电平处的伽马电压，从而可以调谐所有的伽马电压(VGMA1～VGMA10)。这里，随机调谐了伽马电压，并且调谐了所有的伽马电压(对应于位数)。在上面的示例中，在表1中示出了通过伽马电压补偿装置伽马电压补偿之前和之后的伽马电压值。而且，在图7的图形中示出了相对于灰度电平的通过伽马电压补偿装置伽马电压补偿之前和之后的伽马电压值。
在上面的说明中，描述了一种补偿方法，在该方法中，在正常白模式液晶显示器的情况下和在最大灰度电平(白)处的回程电压大于在最小灰度电平(黑)处的回程电压的情况下，最大灰度电平伽马电压被调谐增加，而最小灰度电平伽马电压被调谐降低。然而，回程电压的电平和方向可以根据液晶的类型而不同。因此，伽马电压的调节参考调节伽马电压，当回程电压高时增加，而当回程电压低时减小，并且当调谐之后，在灰度电平大于和小于中间灰度电平的部件处调节伽马电压时执行，以便通过调谐在中间灰度电平处的共压而像素电压失真不存在。
如上所述，在本发明的优选实施例中，如果由用户以预定方式输入到本显示状态的预定回程电压，则伽马电压发生装置通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调谐共压。而且，为了调谐在除了中间灰度电平之外的灰度电平处的失真的像素电压，则调谐在除了中间灰度电平之外的灰度电平处的伽马电压。这里，调谐在中间灰度电平以外的灰度电平处的伽马电压是以这样一种方式实现的，即，在中间灰度电平回程电压与在中间灰度电平以外的一个灰度电平处的回程电压之间的差，等于在表示中间灰度电平伽马电压的两个反相的伽马电压的和与对应于所选择的灰度电平的两个反相的伽马电压的和之间的差的一半。结果，在所显示的图像上产生残留图像被最小化。
如上所述，在根据本发明优选实施例的LCD中，由回程电压引起的残留DC被消除，从而可以实现其中残留图像被最小化的图像显示。
尽管上面详细描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应当清楚地理解，这里示例的本发明的基本概念的各种变化和/或修改仍在所附权利要求限定的本发明的精神和范畴之内。

Claims (4)

1.一种使用从印刷电路板提供的伽马电压来显示图像的液晶显示器(LCD)，所述图像具有通过源驱动器产生的灰度电压，所述LCD包括：
伽马电压产生单元，当由用户利用预定过程来输入与当前显示的图像相关的预定回程电压时，产生共压控制信号，所述共压控制信号通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压，随机选择在除中间灰度电平之外的灰度电平处的伽马电压，并且调节所选择的伽马电压；以及
共压发生器，根据所述共压控制信号，通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压，并且将所调节的共压输出至LCD板。
2.如权利要求1所述的LCD，其中所述伽马电压发生单元满足下列等式：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平处的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平处的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平处的反相的伽马电压，以及VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平处的反相的伽马电压。
3.一种用于驱动液晶显示器(LCD)的方法，所述液晶显示器使用从伽马电压发生器提供的伽马电压来显示具有由源驱动器产生的灰度电压的图像，所述方法包括步骤：
(a)当由用户利用预定过程来输入与当前显示的图像相关的预定回程电压时，产生共压控制信号，所述共压控制信号通过与在中间灰度电平处一样大的回程电压来调节共压；以及
(b)随机选择在除中间灰度电平之外的灰度电平处的伽马电压，并且调节所选择的伽马电压。
4.如权利要求3所述的方法，其中在步骤(b)中的伽马电压调节满足下列等式：
|Vkc-Vkt|＝
|(VGMAUP(C)+VGMADN(C))/2-(VGMAUP(t)+VGMADN(t))/2|
其中Vck是在中间灰度电平处的回程电压，Vkt是在所选择的灰度电平处的回程电压，VGMAUP(C)和VGMADN(C)是在中间灰度电平处的反相的伽马电压，以及VGMAUP(t)和VGMADN(t)是在所选择的灰度电平处的反相的伽马电压。
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