DE69728067T2

DE69728067T2 - Treiberschaltung für gemeinsame elektrode einer flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE69728067T2
Application number: DE69728067T
Authority: DE
Inventors: J. Teddy WOOD; A. Bill DICKEY
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: KR100495759B1; IL130437A; WO1998029858A1; EP1012819B1; KR20000057671A; CA2275176C; IL130437A0; AU5450598A; EP1012819A1; CA2275176A1; US5926162A; DE69728067D1; JP2001507815A; JP4153562B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeigen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Spannung, welche an eine gemeinsame Elektrode einer Flüssigkristallanzeige angelegt ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Flüssigkristallanzeigen (LCDs für engl. liquid crystal displays) sind infolge ihres bescheidenen Raum- und Energiebedarfs bei einer großen Vielfalt von Anwendungen alltäglich geworden. Diese Charakteristiken machen LCDs für räumlich heikle und energiesparsame Anwendungen, wie beispielsweise tragbare Rechner, Minifernsehapparate, Luftfahrt, Raumfahrt und tragbare Sensoren, sehr nützlich. Mit der Weiterentwicklung der LCDs werden wahrscheinlich mehr Anwendungen viele LCD-Technologiearten einbinden.
Im Allgemeinen umfasst eine typische LCD eine Flüssigkristallschicht, die zwischen zwei Substraten eingeschoben ist. Die LCD wird in Bildelemente unterteilt, welche über mehrere Anzeigeelektroden, die auf einem der Substrate ausgebildet sind, adressierbar sind. Das zweite Substrat umfasst andererseits eine einzige, verhältnismäßig große Elektrode, welche auf der Oberfläche in unmittelbarer Nähe zur Flüssigkristallschicht ausgebildet ist. Die Elektrode dient als Gegenelektrode, die oft als die gemeinsame Elektrode bezeichnet wird, um mit jeder der Anzeigeelektroden über der Flüssigkristallschicht eine Kapazität zu bilden. Wenn die adressierbaren Anzeigeelektroden in Bezug auf die gemeinsame Elektrode bei Verwenden der passenden Signale geladen werden, ändert sich die Undurchlässigkeit des Flüssigkristalls gemäß der Größe des Potenzials über dem Flüssigkristall. Somit können durch Liefern der passenden Anzeigesignale an die verschiede nen Anzeigeelektroden Bilder auf der LCD erzeugt werden.
Da die Größe der Spannung über der Flüssigkristallschicht die Durchlässigkeit des Bildelements bestimmt, wird die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode angelegt ist, gesteuert, um sicherzustellen, dass das gewünschte Bild auf der Anzeige erzeugt wird. Normalerweise ist die gemeinsame Elektrode mit einer geregelten Leistungsquelle und einem Widerstandsteiler verbunden, um eine im Wesentlichen konstante Spannung aufrechtzuerhalten. Alle Anzeigeelektroden können dann mit Anzeigesignalen angesteuert werden, wobei die einzige konstante Spannung, die an die gemeinsame Elektrode angelegt ist, als Bezugsspannung verwendet wird.
Obwohl das Steuern der Spannung der gemeinsamen Elektrode dazu neigt, eine gleichmäßige Bezugsspannung für die Anzeigesignale zu liefern, kann zwischen den Anzeigeelektroden und der gemeinsamen Elektrode unbeabsichtigterweise ein Ladungsdifferenzial gebildet werden und die Anzeige unbeabsichtigterweise ändern. Wenn zum Beispiel dasselbe Bild für eine verlängerte Zeitdauer auf der LCD aufrechterhalten wird, kann sich Ladung über der Flüssigkristallschicht anreichern, so dass sie nicht voll entladen kann, wenn sich das Bild ändert. Dies neigt dazu, zu einer langfristigen Bildkonservierung zu führen, bei welcher das vorhergehende Bild noch immer auf LCD angezeigt wird, selbst nachdem bereits verschiedene Datensignale für darauf folgende Bilder angelegt werden. Dies verschlechtert nicht nur die Qualität des Bildes, das durch die LCD bereitgestellt wird, sondern die Anreicherung von Ladung kann die Lebensdauer der LCD verkürzen.
Um derartige unerwünschte Wirkungen auf ein Minimum herabzusetzen, steuern die meisten Videosysteme LCDs mit Wechselstromsignalen (AC für engl. alternating current) an. Insbesondere werden die Treibersignale periodisch, zum Beispiel für jedes Einzelbild, umgepolt. Somit ist die Polarität des Potenzials, das zwischen der Anzeigeelektrode und der gemeinsamen Elektrode anzulegen ist, in einer Einzelbilddauer entgegengesetzt zur Polarität der vorhergehenden Einzelbilddauer. Die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode angelegt ist, wird auf eine Mittelpunktspannung zwischen den positiven und negativen Signalspitzenspannungen gesetzt, welche durch die Anzeigetreiberschaltung geliefert werden. Folglich sollte jede Ladung, welche von einem Signal einer Polarität auf einer Anzeigeelektrode verbleibt, durch das folgende Signal mit entgegengesetzter Polarität negiert werden.
Trotz des Anlegens von AC-Signalen an die Anzeigeelektroden kann sich jedoch infolge von Veränderungen in der Größe der Anzeigesignale dennoch ein Ladungsdifferenzial über der Flüssigkristallschicht bilden. Zum Beispiel kann die Leistung, welche durch die Anzeigesignale bereitgestellt wird, unter Hochlastbedingungen zeitweise abnehmen. Folglich neigt die mittlere Spannung der Anzeigesignale dazu, vom Mittelpunkt zwischen den ursprünglichen Spitzengrößen abzuwandern, welcher die Spannung ist, die an die gemeinsame Elektrode angelegt ist. Infolgedessen kann sich eine positive oder negative Ladung in Bezug auf die gemeinsame Elektrode auf den Anzeigelektroden anreichern und die Anzeige verschlechtern.
Außerdem können andere Charakteristiken von LCDs zur Beibehaltung der Spannung über der Flüssigkristallschicht beitragen. Insbesondere werden Anzeigesignale normalerweise an jede Anzeigeelektrode geliefert, indem ein Schaltelement, das jedem Bildelement zugeordnet wird, häufig ein Dünnschichttransistor (TFT nach engl. thin film transistor), verwendet wird. Die TFTs weisen jedoch häufig eine Störkapazität zwischen dem Gatter und der Quelle auf. Die Größe der Störkapazität hängt für gewöhnlich mit der Struktur des TFTs zusammen und variiert somit gemäß der Struktur der einzelnen Anzeige. Diese Störkapazitäten neigen dazu, die Spannung, welche an das Gatter des TFTs angelegt ist, zu teilen, und ändern somit die effektive Spannung, welche durch das Anzeigesignal an das Gatter angelegt wird. Infolgedessen kann die Anzeigeelektrode als Reaktion auf ein Anzeigesignal, das auf der Bezugsspannung der gemeinsamen Elektrode basiert, nicht vollständig laden oder entladen.
Restspannung, welche auf der Anzeigeelektrode zurückgehalten wird, kann auch Temperaturveränderungen der Flüssigkristallschicht zuzuschreiben sein. Insbesondere beeinflusst die Temperatur der Flüssigkristallschicht ihre Kapazität, welche ferner die Charakteristiken des Kapazitätsteilers, der durch die Gatter- und Quellenstörkapazität gebildet wird, beeinflusst. Infolgedessen können Veränderungen in der Temperatur der Flüssigkristallschicht infolge von Umgebungsbedingungen, Leistungszufuhr oder Hintergrundbeleuchtung zur Speicherung von Ladung über den Elektroden beitragen.
EP-558 060-A und JP-08262413-A befassen sich mit dem Problem der Ladungsspeicherung infolge von Temperaturveränderungen in Flüssigkristallanzeigeelementen und schlagen Ausgleichsschaltungen vor, welche Korrekturspannungen an die gemeinsamen Elektroden liefern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode, wie in Patentanspruch 1 definiert, bereit.
Die Schaltung kann die Merkmale eines oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 6 umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren, wie in Anspruch 7 definiert, bereit.
Das Verfahren kann das Merkmal von Anspruch 8 umfassen.
In einer Ausführungsform stellt die Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode die Spannung der gemeinsamen Elektrode gemäß den aktuellen Maximal- und Minimalspannungen der Anzeigeschaltung dynamisch ein. Außerdem stellt die Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode die Spannung der gemeinsamen Elektrode gemäß der Wirkung des Kapazitätsteilers, welcher durch die Gatter-Quelle-Störkapazität gebildet wird, ein, sowie um Veränderungen in der Kapazität der Flüssigkristallschicht, welche durch Temperaturschwankungen verursacht werden, auszugleichen. Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Hauptvariablen, welche die unbeabsichtigte Anreicherung eines Ladungsdifferenzials über der Flüssigkristallschicht verursachen können, verwendet, um die Spannung an der gemeinsamen Elektrode zu steuern. Folglich neigen die Spannungskomponenten, welche unbeabsichtigterweise über der Flüssigkristallzelle angelegt werden, dazu, sich zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand der Erfindung wird im Schlussabschnitt der Spezifikation besonders aufgezeigt und eindeutig beansprucht. Die Erfindung kann jedoch sowohl hinsichtlich der Organisation als auch der Vorgehensweise durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der beiliegenden Zeichnungen am besten verstanden werden, wobei:
1 ein Diagramm einer beispielhaften Auslegung einer LCD und von entsprechenden Steuerschaltungen ist;
2 ein Diagramm einer beispielhaften Anzeigeelektrodenanordnung für eine LCD ist;
3 ein Diagramm einer gemeinsamen Elektrode auf einem Gegensubstrat und einer entsprechenden Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode ist;
4 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist; und
5 ein schematisches Diagramm einer Steuerschaltung für eine gemeinsame Elektrode gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 100 geeigneterweise ein Anzeigesubstrat 102; ein Gegensubstrat 104; eine Flüssigkristallschicht 106 zwischen den Substraten 102, 104; eine Anzeigetreiberschaltung 108 und eine Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode. Das Anzeigesubstrat 102 und das Gegensubstrat 104 sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen und einen schmalen Spalt zwischen ihnen aufweisen, in welchem die Flüssigkristallschicht 106 angeordnet ist. Jedes Substrat 102, 104 umfasst geeigneterweise ein transparentes Material, wie beispielsweise Glas oder Acryl, und weist einen jeweiligen Polarisator 103, 103A auf, welcher die Außenfläche abdeckt. Die Flüssigkristallschicht 106 besteht aus jedem geeigneten Material mit selektiver Durchlässigkeit infolge von Polarisationscharakteristiken als Reaktion auf ein Feld, das über der Flüssigkristallschicht 106 angelegt wird. Die LCD 100 umfasst geeigneterweise einen Twisted-Nematic-Modus, einen Supertwisted-Nematic-Modus oder eine Twisted-Nematic-Aktivmatrix-LCD. In der vorliegenden Ausführungsform ist die LCD 100 jedoch eine Twisted-Nematic-Aktivmatrix-LCD. Es ist zu erwähnen, dass die vorliegende LCD 100 nur eine mögliche Auslegung einer LCD gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist. Außerdem kann die LCD ferner Komponenten umfassen, welche normalerweise zu einem Anzeigesystem gehören, wie beispielsweise jede geeignete Leistungsquelle; Speicherbedarf und dergleichen, obwohl sie in 1 nicht dargestellt sind und hierin nicht beschrieben werden.
Das Anzeigesubstrat 102 umfasst geeigneterweise eine Anzeigeelektrodenanordnung 112, welche auf einer seiner Oberflächen, vorzugsweise auf der Oberfläche, die der Flüssigkristallschicht 106 am nächsten liegt, ausgebildet ist. Auf ähnliche Weise umfasst das Gegensubstrat 104 wenigstens eine gemeinsame Elektrode 114, welche auf einer seiner Oberflächen, vorzugsweise der Oberfläche, die benachbart zur Flüssigkristallschicht 106 liegt, ausgebildet ist. Die Anzeigeelektrodenanordnung 112 ist mit der Anzeigetreiberschaltung 108 verbunden, und die gemeinsame Elektrode 114 ist mit der Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode verbunden. Die Anzeigetreiberschaltung 108 und die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode steuern die Signale, welche an die jeweiligen Elektroden 112, 114 angelegt werden, und ändern die Durchlässigkeit der Flüssigkristallschicht 106 in Verbindung mit dem Polarisator an verschiedenen Stellen selektiv, wodurch die Erzeugung von Bildern auf der LCD 100 ermöglicht wird.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Anzeigeelektrodenanordnung 112 insbesondere eine Mehrzahl von adressierbaren Bildelementen 200, welche geeigneterweise in einem Gittermuster ausgebildet sind. Die Anzeigeelektrodenanordnung 112 umfasst geeigneterweise eine Mehrzahl von Reihenelektroden 202 und eine Mehrzahl von Säulenelektroden 204, welche so auf der Oberfläche des Anzeigesubstrats 102 ausgebildet sind, dass die Reihenelektroden 202 senkrecht zu den Säulenelektroden 204 sind. Die Reihen- und die Säulen elektroden 202, 204 bestehen aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO für engl. indium-tin-oxide). Jede Kombination einer konkreten Reihenelektrode 202 und einer konkreten Säulenelektrode 204 entspricht einem einzigen Bildelement 200. Jedes Bildelement 200 umfasst geeigneterweise eine Anzeigeelektrode 206, welche ebenfalls aus einem geeigneterweise elektrisch leitenden Material besteht und über die passende Kombination von Reihen- und Säulenelektroden 202, 204 adressierbar ist. Vorzugsweise besteht die Anzeigeelektrode 206 aus einem im Wesentlichen transparenten Material, wie beispielsweise einem strukturierten ITO-Film, um sichtbares Licht durch die LCD 100 zu senden.
Die Anzeigelektrode 206 ist über ein Schaltelement mit der entsprechenden Reihenelektrode 202 und der entsprechenden Säulenelektrode 204 verbunden. Das Schaltelement ist geeigneterweise so ausgelegt, dass es das selektive Laden und Entladen der Anzeigeelektrode 206 über die Reihen- und Säulenelektroden 204 ermöglicht. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Schaltelement geeigneterweise einen Dünnschichttransistor (TFT) 208, obgleich jedes geeignete Schaltelement bereitgestellt und geeigneterweise ausgelegt werden kann. Zum Beispiel wird ein Gatter des TFTs 208 mit der Reihenelektrode 202 verbunden, wird eine Quelle mit der Säulenelektrode 204 verbunden und wird eine Senke mit der Anzeigeelektrode 206 verbunden. Somit kann die Ladung, welche an die Anzeigeelektrode 206 angelegt ist, durch Liefern von Signalen an die Reihen- und Säulenelektroden 202, 204 selektiv eingestellt werden. Das Signal, welches über die Reihenelektrode 202 an das Gatter des TFTs 208 angelegt ist, prüft, ob zwischen der Senke und der Quelle des TFTs 208 Strom fließt, und das Signal, welches über die Säulenelektrode 204 an die Quelle angelegt ist, steuert die Menge von Ladung, welche an die Anzeigelektrode 206 übertragen wird.
Im Gegensatz zur Anzeigeelektrodenanordnung 112 wird geeigneterweise eine einzige Bezugsspannung an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt. Die gemeinsame Elektrode 114 kann jedoch auf jede geeignete Weise ausgelegt werden. Zum Beispiel kann die gemeinsame Elektrode 114 in ein Gitter von mehreren Elementen, welche über die Oberfläche des Gegensubstrats 104 verstreut sind, zerlegt oder eine einzige Elektrode sein, welche über der gesamten Oberfläche des Gegensubstrats 104 ausgebildet ist, wie in 3 dargestellt. Die gemeinsame Elektrode 114 kann aus jedem geeigneten, im Wesentlichen transparenten Material sein, das zum Leiten von Elektrizität geeignet und mit der konkreten Anwendung der LCD 100 vereinbar ist.
Da jede der Anzeigeelektroden 206 gegenüber von wenigstens einem Abschnitt der gemeinsamen Elektrode 114 über der Flüssigkristallschicht 106 positioniert ist, bildet jede der Anzeigeelektroden 206 einen Zellkondensator in Verbindung mit der gemeinsamen Elektrode 114, wobei die dazwischen liegende Flüssigkristallschicht 106 als dielektrisches Material dient. Obwohl eine Anzeigeelektrode 206 zu jedem der Bildelemente 200 gehört, liefert die gemeinsame Elektrode 114 auf der Gegensubstrat 104 eine Bezugsspannung für alle Bildelemente 200. Somit können durch Ändern der Spannung, welche an jede Anzeigeelektrode 206 angelegt ist, in Bezug auf die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, selektiv Felder über der Flüssigkristallschicht 106 an diskreten Stellen gebildet werden. Die Bildung eines Feldes bewirkt eine entsprechende Neuausrichtung der Moleküle der Flüssigkristallschicht 106, ändert in Verbindung mit den Polarisatoren der Schicht benachbart zum Bildelement 200 die optische Durchlässigkeit und ermöglicht die Erzeugung eines Bildes.
Die Ladung, welche mit jeder Anzeigeelektrode 206 verbunden ist, und somit das Bild, welches auf der LCD 100 erzeugt wird, werden durch die Anzeigetreiberschaltung 108 gesteuert. Die Anzeigetreiberschaltung 108 umfasst geeigneterweise jede Anzeigetreiberschaltung 108, welche so ausgelegt ist, dass sie die LCD ansteuert. Die Anzeigetreiberschaltung 108 liefet geeigneterweise Signale an die verschiedenen Bildelemente 200, welche auf dem Anzeigesubstrat 102 ausgebildet sind, um die Menge von Ladung auf den einzelnen Anzeigeelektroden 206 zu steuern.
Um ein Bild auf der LCD 100 anzuzeigen, wählt die Anzeigetreiberschaltung 108 insbesondere der Reihe nach einzelne Reihenelektroden 202 aus, durch welche sie ein ausgewähltes Gattertreibersignal G_n an die Gatter der jeweiligen TFTs 208 anlegt. Die TFTs 208, welche mit der ausgewählten Reihenelektrode 202 verbunden sind, werden durch das Gattertreibersignal G_n aktiviert, so dass jede Anzeigeelektrode 206, welche mit einem der aktivierten TFTs 208 verbunden ist, mit der entsprechenden Säulenelektrode 204 über die Senke und die Quelle des TFTs 208 elektrisch verbunden ist. Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Anlegen des Gattertreibersignals G_n legt die Anzeigetreiberschaltung 108 geeignete Quellentreibersignale S_n an die Säulenelektroden 204 an. Die Spannungspegel der Quellentreibersignale S_n, welche an die Säulenelektroden 204 angelegt werden, werden basierend auf Bildsignalen, welche in die Anzeigetreiberschaltung 108 eingegeben wurden, bestimmt. Infolgedessen überträgt die Spannung, welche an die entsprechende Säulenelektrode 204 angelegt ist, Ladung über die Senke und die Quelle des TFTs 208 an die und von der zugehörigen Anzeigeelektrode 206.
Somit werden an den Bildelementen 200, welche mit den aktivierten Reihenelektroden 202 verbunden sind, die Ladungen auf den Anzeigelektroden 206 gemäß den Quellentreibersignalen S_n bestimmt. Die restlichen Anzeigelektroden 206 bleiben jedoch unbeeinflusst, da nur die TFTs 208 in der ausgewählten Reihe aktiviert wurden. Infolgedessen kann eine ausgewählte Potenzialdifferenz zwischen der Anzeigeelektrode 206 und der gemeinsamen Elektrode 114 für jedes Bildelement 200 angelegt werden. Somit wird in den entsprechenden Abschnitten der Flüssigkristallschicht 106 die optische Übertragung in Verbindung mit den Polarisatoren gemäß dem Pegel der angelegten Potenzialdifferenz passend geändert, so dass eine gewisse Menge Licht durch das Anzeigesubstrat 102 übertragen wird. Indem alle Bildelemente 200 der Reihe nach ausgewählt und angesteuert werden, kann ein Bild auf der LCD 100 angezeigt werden.
In einer LCD 100 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, durch die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode gesteuert. Die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode ist so ausgelegt, dass sie eine Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, gemäß ausgewählten Variablen dynamisch einstellt, um der unbeabsichtigten Anreicherung von Ladung über der Flüssigkristallschicht 106 entgegenzuwirken. Insbesondere ist die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode geeigneterweise so ausgelegt, dass sie eine Spannung gemäß einem Mittelwert der Spitzenspannungen, welche mit den Anzeigesignalen verbunden sind, die an die LCD 100 angelegt sind, einer Störkapazität zwischen dem Gatter und der Quelle jedes TFTs 208 und der aktuellen Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 an die gemeinsame Elektrode 114 liefert.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 umfasst eine geeignete Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode zum Beispiel eine Anzeigesignalmittelungsschaltung 400, welche auf die Anzeigetreiberschaltung 108 anspricht; einen Störkapazitätssignalerzeuger 402, welcher auf die Gatterspannung und die Störkapazitäten der TFTs 208 anspricht; einen Temperatursignalerzeuger 404, welcher auf die Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 anspricht und eine Verknüpfungsschaltung 406. Die Anzeigesignalmittelungsschaltung 400, der Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 und der Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 erzeugen Signale, die den Variablen entsprechen, welche die unbeabsichtigte Ladungsanreicherung in den, Bildelementen 200 am stärksten beeinflussen. Somit legt die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode eine Spannung gemäß den Signalen an die gemeinsame Elektrode 114 an, um die unbeabsichtigte Anreicherung eines Spannungspotenzials über der Flüssigkristallschicht 106 auf ein Minimum herabzusetzen.
Insbesondere ist die Anzeigesignalmittelungsschaltung 400 geeigneterweise so ausgelegt, dass sie eine Nullspannung, geeigneterweise ein Mittelwert der Mindest- und Höchstwerte der Quellentreibersignale S_n, welche an die Säulenelektroden 204 angelegt sind, bestimmt. Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 und 5 umfasst die Anzeigesignalmittelungsschaltung 400 geeigneterweise eine Anzeigesummierschaltung 502 und eine Mittelungsteilerschaltung 504. Die Anzeigesummierschaltung 502 addiert die Größen der maximalen und minimalen Signale, welche an die LCD 100 anzulegen sind, sowohl für den negativen als auch den positiven Polaritätsmodus der Quellentreibersignale S_n. Eine Anzeigetreiberschaltung 108, welche zum Beispiel eine normalerweise weiße Anzeige ansteuert, legt eine Maximalspannung an eine bestimmte Säulenelektrode 204 an, um ein bestimmtes Bildelement 200 im positiven Polaritätsmodus vollkommen schwarz zu machen. Umgekehrt legt die Anzeigetreiberschaltung 108 eine Minimalspannung an die Säulenelektrode 204 an, um das Bildelement 200 im negativen Polaritätsmodus vollkommen schwarz zu machen. Ähnliche Maximal- und Minimalspannungen werden angelegt, um für jeden Polaritätsmodus ein normalerweise schwarzes Bildelement 200 vollkommen weiß zu machen.
Die maximalen und minimalen Quellentreibersignale Sn können auf jede geeignete Weise gemäß der Auslegung der LCD 100 erzeugt werden. Zum Beispiel können die maximalen und minimalen Quellentreibersignale S_n direkt aus der Anzeigetreiberschaltung 108, welche die Quellentreibersignale Sn erzeugt, erhalten werden. Alternativerweise können sie durch eine Rückkopplungsschaltung aus der Ausgabe der Anzeigetreiberschaltung 108 erhalten werden. Die Größe und die Art der Signale, welche an die Anzeigesummierschaltung 502 angelegt werden, können dieselben sein wie die tatsächlichen Pegel der Spannungen der Quellentreibersignale S_n oder können jedes verarbeitete Signal sein, das den minimalen und maximalen Treiberspannungen des Quellentreibersignals S_n entspricht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist ein Hauptpunkt in der Erfassung der Nullkomponente der Spannung der gemeinsamen Ebene, welche die Ausgabe von 504 ist, den Mittelwert, die Ausgabe von 502 der minimalen und maximalen Spannungssteuerung an die Quellenleitungen (V_source+ und V_source–) und die Eingabe in 502 der LCD zu erhalten. Das Verfahren zur Bestimmung der Treiberspannungen von V_source– und V_source+ an die Quellenleitungen hängt vom Verfahren ab, das der Quellentreiber-Chip verwendet, um die Quellenspannungen entweder anzulegen oder zu erzeugen. Einige Arten von Treibern legen die minimalen und maximalen Bezugsspannungen aus einem externen Speisestromkreis an, während andere Arten von Treibern die minimalen und maximalen Bezugsspannungen intern erzeugen. Vorzugsweise bezieht das Verfahren zum Bestimmen der Nullkomponente der Spannung der gemeinsamen Ebene ein, eine Ersatzausgabe oder Ersatzausgaben eines Quellentreibers oder von Quellentreibern zu verwenden, sie bei einem gesteuerten Eingangswert abzutasten, um die Bezugs spannungen von V_source– und V_source+ am Ausgang zu erzeugen, und sie dann für die Nullkomponente der Spannung der gemeinsamen Ebene zu mitteln.
Die minimale und maximale Quellenbezugsspannung kann auf vielfältige Weise erhalten werden. Vorzugsweise wird das Verfahren hauptsächlich durch die Art von LCD-Quellentreiber, welcher auf der Anzeige verwendet wird, bestimmt. Quellentreiber weisen im Allgemeinen eine von vier Ausführungsarten auf: Koppelpunktschalter, abgetastete analoge Bezugsspannungen, Digital-Analog-Wandler (DAC für engl. digital to analog converter) und direkte analoge Abtastung.
Die Koppelpunktschalter-Quellentreiber nehmen ein digitales Wort an und verwenden es, um eine von etlichen Präzisionsbezugsspannungsquellen, mit welchen auch die Quellentreibern versorgt werden, auszuwählen. Diese Ausführungsform würde durch Bestimmen der Bezugsspannungen von V_source+ Und V_source– am Spannungsregler und Mitteln für die Nullspannungskomponente versorgt werden.
Die Treiber mit abgetasteten analogen Bezugsspannungen (auch als Treiber mit abgetasteten Rampenspannungen bekannt) nehmen eine digitale Eingabe an und verwenden sie, um eine Zeit auszuwählen, wann die analoge Präzisionsbezugsswellenform beim gewünschten Wert ist. Die analoge Bezugs- oder Rampenspannung wird auch an den Quellentreiber geliefert. Vorzugsweise werden die Bezugswerte von V_source+ und V_source– durch Verwenden von gesteuerten Abtast- und Halte-Schaltungen bei der Erzeugung der analogen Bezugsspannung gekoppelt mit der Mittelung zum Bestimmen der Nullkomponente bestimmt. Die Bezugsquellen von V_source+ und V_source– könnten auch bei Verwenden von Detektoren von positiven und negativen Spitzen und anschließendem Mitteln für die Nullspannungskomponente bestimmt werden.
Die Quellentreiber mit Digital-Analog-Wandler nehmen eine digitale Eingabe an und verwenden sie, um die Präzisionsbezugsspannung direkt an den Quellentreiberausgang zu erzeugen. Vorzugsweise verwendet diese Ausführungsform Bestimmen der Bezugsquellen von V_source+ und V_source– für den DAC und Mitteln für die Nullspannungskomponente.
Die Quellentreiber mit direktem analogen Abtastwert nehmen die alternativerweise umgekehrte analoge Eingangswellenform, welche für den gewünschten Wert, der an den Quellentreiber geliefert wird, kennzeichnend ist, an und verstärken sie. Der Quellentreiber tastet die Eingangswellenform zum passenden Zeitpunkt entsprechend der physikalischen Stelle der Treiberausgänge ab, um die Anzeige mit dem gewünschten Wert zu versorgen. Diese Ausführungsform neigt dazu, das Bestimmen der V_source+ und V_source– für einen Abtastwert des Ausgangstreibers und Verwenden von Detektoren von positiven und negativen Spitzen am abgetasteten Ausgang, sowie anschließendes Mitteln für die Nullspannungskomponente zu benötigen.
Die Pegel der Maximal- und Minimalspannungen werden an die Anzeigesummierschaltung 502 geliefert, welche die Spannungspegel addiert, um ein Summensignal zu erzeugen. Das summierte Signal wird dann an die Mittelungsteilerschaltung 504, geeigneterweise ein Spannungsteiler, geliefert, um das Summensignal durch zwei zu teilen, um einen Mittelwert zu erzeugen. Die Mittelungsteilerschaltung 504 kann jedoch in jeder passenden Auslegung realisiert werden, um eine Basisliniennullspannung für die gemeinsame Elektrode 114 gemäß den Quellentreibersignalen S_n herzustellen.
Der Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 andererseits erzeugt geeigneterweise ein Signal, welches der Wirkung der Störkapazitäten zwischen den Gattern und Quellen der TFTs 208 auf den Gattertreibersignalen G_n, welche an die Gatter angelegt werden, entspricht. Da die Störkapazität als ein Teiler zwischen dem Gatter und der Quelle agiert, ist die passende Spannung der gemeinsamen Elektrode umgekehrt proportional zur Größe des Gattertreibersignals G_n, welches durch die Anzeigetreiberschaltung 108 erzeugt wird. Somit empfängt die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode geeigneterweise ein Signal, welches für das Gattertreibersignal G_n, das durch die Anzeigetreiberschaltung 108 erzeugt wurde, kennzeichnend ist und stellt die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, umgekehrt proportional ein.
In der vorliegenden Ausführungsform liefert der Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 ein Signal basierend auf der gegenwärtigen Spannung des Gattertreibersignals G_n und erzeugt ein Signal, um die Wirkung der Gatter-Quelle-Störkapazität auszugleichen, wenn das Gattertreibersignal G_n an die Gatter der TFTs 208 angelegt ist. Zum Beispiel wird das Gattertreibersignal Gn geeigneterweise gleichgerichtet. Jeder geeignete Gleichrichter (nicht dargestellt) kann bereitgestellt werden, um das AC-Gattertreibersignal G_n gleichzurichten. Das Gattertreibersignal G_n kann direkt aus der Anzeigetreiberschaltung 108 erhalten werden, oder es kann durch eine Rückkopplungsschaltung aus der Ausgabe der Anzeigetreiberschaltung 108 der LCD 100 erhalten werden. Das Signal, welches an den Störkapazitätssignalerzeuger 402 geliefert wird, ist geeigneterweise das tatsächliche Gattertreibersignal G_n oder es kann jedes verarbeitete Signal sein, welches das Gattertreibersignal Gn darstellt oder diesem entspricht.
Das gleichgerichtete Signal wird an eine Störkapazitätsausgleichsschaltung 506 geliefert, welche das gleichgerichtete Signal durch eine geeignete Gatterstörkonstante teilt. Die Gatterstörkonstante wird basierend auf der Auslegung der LCD 100 bestimmt, und zwar geeigneterweise in der Fabrik, wenn die LCD 100 zusammengebaut wird, und liegt normalerweise im Bereich von ungefähr 10. Die Gatterstörkapazität wird hauptsächlich durch Fehlanpassungen beeinflusst, welche während der Herstellung des TFTs auftreten. Zum Beispiel kann die Gatterstörkonstante eine Funktion der Dicke des Gatterisolierung und der Ausrichtung des TFTs 208 sein, welche beide während des Fertigungsprozesses der LCD 100 eingestellt werden. Die Gatterstörkapazität wird hauptsächlich durch die Fehlanpassungen beeinflusst, welche während der Herstellung anderer TFTs auftreten. Die Hauptfaktoren in der Gatterstörkonstanten sind: Veränderung in C_as infolge der Herstellungstoleranz, Veränderung in C_storage infolge der Herstellungstoleranz, Veränderung in der Gattertreiberspannung (Spitze-Spitze) und Änderungsrate in der Gattertreiberspannung
Folglich ist die Gatterstörkonstante geeigneterweise einstellbar, so dass der passende Wert für die Konstante bestimmt werden kann, wenn die LCD 100 zusammengebaut wird, und dann entsprechend eingestellt werden kann. Alternativerweise kann jeder andere geeignete Mechanismus bereitgestellt werden, um die passende Gatterstörkonstante zu bestimmen und das passende Störkapazitätsausgleichsignal zu erzeugen. Somit kann jede LCD 100 individuell eingestellt werden, um bei Verwenden der passenden Gatterstörkonstanten zu funktionieren.
Auf ähnliche Weise erzeugt der Temperatursignalerzeuger 404 vorzugsweise ein Signal, das für die Kapazität der Flüssigkristallschicht 106 kennzeichnend ist, als eine Funktion von Temperatur. Veränderungen in der Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 induzieren Änderungen in der dielektrischen Charakteristik und dem dielektrischen Widerstand der Flüssigkristallschicht 106, wodurch Änderungen in der Zellkapazität und der Zeitkonstanten zwischen der Anzeigeelektrode 206 und der gemeinsamen Elektrode 114 verursacht werden. Die unter schiedliche dielektrische Charakteristik kann Änderungen in einem Kapazitätsteiler, welcher durch Gatter-, Senken- und Quellenstörkapazitäten und die Kapazität der Flüssigkristallschicht 106 gebildet wird, verursachen. Der Temperatursignalerzeuger 404 erzeugt ein geeignetes Signal zum Einstellen der Spannung der gemeinsamen Elektrode 114 gemäß Veränderungen in der Temperatur der Flüssigkristallschicht 106, um die passende Nullspannung aufrechtzuerhalten.
Der Temperatursignalerzeuger 404 empfängt Signale von einem Temperaturfühler 408, welcher mit der LCD 100 verbunden ist. Der Temperaturfühler 408 erzeugt ein Rohtemperatursignal, welches an den Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 geliefert wird. Der Temperaturfühler 408 umfasst jede geeignete Art von Fühler zum Erzeugen eines Signals, das der Temperatur entspricht, wie beispielsweise ein im Handel erhältliches Thermoelement. Das Signal, welches an den Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 angelegt wird, umfasst geeigneterweise das Rohsignal, welches durch den Temperaturfühler 408 erzeugt wurde, oder kann ein verarbeitetes Signal umfassen, welches dem Signal entspricht, das durch den Temperaturfühler 408 erzeugt wurde. Das Signal, welches durch den Temperaturfühler 408 erzeugt wurde, kann jede Sorte von Signal sein, welches für die Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 kennzeichnend ist oder ihr entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Temperaturfühler 408 ein Signal mit einer Spannung, welche mit der Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 im Wesentlichen linear variiert.
Das Signal, das vom Temperaturfühler 408 empfangen wird, wird durch den Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 verarbeitet, um ein Signal zu liefern, welches der Temperatur der Flüssigkristallschicht 106 entspricht und welches verwendet werden kann, um die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, entsprechend zu steuern. Zum Beispiel umfasst der Temperatursignalerzeuger 404 geeigneterweise eine Temperaturteilerschaltung 508, wie beispielsweise eine Spannungsteilerschaltung, welche das Signal, das vom Temperaturfühler 408 empfangen wurde, durch eine Temperaturkonstante teilt. Die Temperaturkonstante umfasst geeigneterweise eine vorgewählte Konstante basierend auf der Art von Flüssigkristall und der Auslegung der LCD 100 und liegt normalerweise im Bereich von 150 mV von –40/c bis +85/C.
Die Signale, welche durch die Anzeigesignalmittelungsschaltung 400, den Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 und den Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 erzeugt werden, werden an die Verknüpfungsschaltung 406 geliefert. Die Verknüpfungsschaltung 406 umfasst geeigneterweise eine Schaltung zum Steuern der Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, zum Beispiel gemäß den drei Signalen, welche von der Anzeigesignalmittelungsschaltung 400, dem Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 und dem Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 empfangen wurden. Zum Beispiel kann die Verknüpfungsschaltung 406 eine mikroprozessorgesteuerte Schaltung zum Steuern der Spannung der gemeinsamen Elektrode 114 gemäß einem vorgewählten Algorithmus und den Signalen, welche an ihren Eingängen empfangen werden, umfassen.
In der vorliegenden Erfindung umfasst die Verknüpfungsschaltung 406 jedoch geeigneterweise eine Verknüpfungssummierschaltung 510 und einen Verstärker. 512. Der Störkapazitätsausgleichssignalerzeuger 402 und der Temperaturausgleichssignalerzeuger 404 sind mit der Verknüpfungssummierschaltung 510 verbunden, welche geeigneterweise ein Signal erzeugt, welches der Summe der beiden Signale entspricht. Die Verknüpfungssummierschaltung 510 umfasst jede geeignete Summierschaltung.
Das summierte Signal aus der Verknüpfungssummierschaltung 510 und das Anzeigemittelwertsignal aus der Anzeigesignalmittelungsschaltung 400 werden an den Verstärker 512 geliefert, welcher gemäß dem summierten Verknüpfungssignal und dem Anzeigemittelwertsignal eine passende Spannung für die gemeinsamen Elektrode 114 erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Verstärker 512 einen herkömmlichen Betriebsverstärker mit einem nichtinvertierten Eingang und einem invertierten Eingang. Das Anzeigemittelwertsignal wird an den nichtinvertierten Eingang geliefert, und das summierte Verknüpfungssignal wird an den invertierten Eingang geliefert.
Der Verstärker 512 ist geeigneterweise für eine Verstärkung mit dem Verstärkungsfaktor Eins ausgelegt, so dass der Verstärker 512 ein Verknüpfungssignal erzeugt, welches dem Anzeigemittelwertsignal weniger dem summierten Signal aus der Verknüpfungssummierschaltung 510 entspricht. Das Verknüpfungssignal kann dann an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt werden. Alternativerweise kann das Verknüpfungssignal an eine passende Schaltungsanordnung geliefert werden, wie beispielsweise eine Filtrier- und Verstärkerschaltungsanordnung, um gemäß dem Verknüpfungssignal das Signal zu entwickeln, welches an die gemeinsame Elektrode 114 anzulegen ist. Somit wird die Spannung der gemeinsamen Elektrode 114 so eingestellt, dass sie die Veränderungen in der Spannung der gemeinsamen Elektrode 114, die von den Hauptfaktoren herrühren, ausgleicht.
Bei dieser Auslegung stellt die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, gemäß den bedeutendsten Faktoren, welche die unbeabsichtigte Erzeugung eines Ladungsdifferenzials über der Flüssigkristallschicht 106 beeinflussen, dynamisch ein. Die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode überwacht die maximalen und minimalen Signale zum Ansteuern der LCD 100, welche durch die Anzeigetreiberschaltung 108 geliefert werden. Wenn die Pegel der Quellentreibersignale S_n zum Beispiel infolge einer überlasteten Leistungsversorgung fallen, stellt die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, automatisch so ein, dass die Spannung der gemeinsamen Elektrode der Mittelwert der maximalen und minimalen Quellentreibersignale S_n ist.
Die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode ist ferner so ausgelegt, dass sie die Spannung der gemeinsamen Elektrode neben dem Überwachen der Quellentreibersignale S_n auch so einstellt, dass sie die Störkapazitäten und die Veränderungen in der Kapazität der Flüssigkristallschicht 106 ausgleicht. Insbesondere werden die Gattertreibersignale G_n durch die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode überwacht, um die Größe des Teilers zu bestimmen, welcher zwischen dem Gatter und der Quelle des TFTs 208 ausgebildet ist. Die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, wird proportional eingestellt, um die tatsächliche Spannung, welche an das Gatter angelegt ist, auszugleichen. Da die Temperatur der Flüssigkristallschicht variiert, überwacht die Steuerschaltung 110 für eine gemeinsame Elektrode auf ähnliche Weise die Temperatur und korrigiert die Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode 114 angelegt ist, entsprechend.
In der zuvor beschriebenen Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung werden die Haupteingangsvariablen, welche die Notwendigkeit für eine spezifische Änderung in der Spannung der gemeinsamen Elektrode 114 hervorrufen können, zum Erzeugen des Signals der gemeinsamen Elektrode 114 verwendet. Somit wird es möglich, die Spannung der gemeinsamen Elektrode 114 zu steuern, während die fehlerinduzierenden Änderungen des Spannungspegels verfolgt werden, um sie zu reduzieren.
Dies verringert die Möglichkeit einer langfristigen Bildkonservierung und verbessert die Leistungsfähigkeit der LCD 100 bei Temperatur. Außerdem kann die Lebensdauer der LCD 100 verlängert werden.
Die verschiedenen Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktischen Anwendung zu erklären, um anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen am besten zu nutzen, wobei verschiedene Modifikationen, welche für die konkrete Verwendung geeignet sind, in Erwägung gezogen werden. Es ist beabsichtigt, dass der Rahmen der Erfindung durch die hierzu beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Claims

Steuerschaltung (110) für eine gemeinsame Elektrode, um Spannung an eine gemeinsame Elektrode (114) für eine Flüssigkristallanzeige (100) zu liefern, wobei die Schaltung (110) so ausgelegt ist, dass sie eine Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode (114) angelegt ist, dynamisch einstellt, um einer unbeabsichtigten Anreicherung einer Ladung über der Flüssigkristallschicht (106) der Flüssigkristallanzeige (100) entgegenzuwirken, und die Schaltung (110) umfasst: eine Anzeigesignalmittelungsschaltung (400), welche auf die Anzeigetreiberschaltung des Flüssigkristallgeräts anspricht; einen Störkapazitätsausgleichsignalerzeuger (402), welcher auf eine Gatterspannung anspricht, die an die Dünnschichttransistoren (208) der Flüssigkristallanzeige geliefert wird; einen Temperatursignalerzeuger (404), welcher auf eine Temperatur der Flüssigkristallschicht (106) der Flüssigkristallanzeige (100) anspricht; und eine Verknüpfungsschaltung (406) zum Einstellen der Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode (114) angelegt ist und durch eine Ausgabe der Anzeigesignalmittelungsschaltung, eine Ausgabe des Störkapazitätsausgleichsignalerzeugers und eine Ausgabe des Temperatursignalerzeugers ausgeglichen wird.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei: die Anzeigesignalmittelungsschaltung (400) so ausgelegt ist, dass sie Anzeigesignale innerhalb eines Größenbereichs erzeugt, wobei der Größenbereich einer Schwankung unterworfen ist und die Größe der Differenz gemäß der Schwankung des Größenbereichs schwankt; und die Steuerschaltung (110) für eine gemeinsame Elektrode die Spannung der gemeinsamen Elektrode gemäß der Schwankung des Größenbereichs einstellt.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei der Störkapazitätsausgleichsignalerzeuger (402) die Ausgabe erzeugt, welche einer Wirkung einer Störkapazität zwischen einem Gatter und einer Quelle des Dünnschichttransistors (208) entspricht.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei der Temperatursignalerzeuger (404) ein Signal erzeugt, welches für die Kapazität der Flüssigkristallschicht als eine Funktion von Temperatur kennzeichnend ist.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Verknüpfungsschaltung (406) ferner einen Verstärker (512) umfasst.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Verknüpfungsschaltung (406) eine Verknüpfungssummierschaltung (510) umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Spannung, welche an eine gemeinsame Elektrode (204) einer Flüssigkristallanzeige (100) angelegt ist, mit einer Steuerschaltung (110) für eine gemeinsame Elektrode, wobei die Schaltung (110) dazu dient, eine Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode (114) angelegt ist, dynamisch einzustellen, um einer unbeabsichtigten Anreicherung einer Ladung über einer Flüssigkristallschicht (106) der Flüssigkristallanzeige (100) entgegenzuwirken, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Nullspannung aus einem Mittelwert eines Mindest- und eines Höchstwertes eines Quellentreibersignals S_n, welches an die gemeinsame Elektrode (204) angelegt ist; Erzeugen eines Störkapazitätssignals, welches auf eine Gatterspannung und Störkapazitäten eines Dünnschichttransistors (208) anspricht; Erzeugen eines Temperatursignals, welches auf eine Temperatur der Flüssigkristallschicht (106) der Flüssigkristallanzeige (100) anspricht; Verknüpfen der bestimmten Nullspannung, des Störkapazitätssignals und des Temperatursignals miteinander; und Einstellen der Spannung, welche an die gemeinsame Elektrode (114) angelegt ist und durch die Spannung und Signale, die miteinander verknüpft sind, ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, welches ferner Verstärken der Spannung und Signale, die miteinander verknüpft sind, umfasst.