TWI381207B

TWI381207B - 液晶顯示器

Info

Publication number: TWI381207B
Application number: TW097146450A
Authority: TW
Inventors: Jong Uk Kwak; Won So Son
Original assignee: Lg Display Co Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-01-01
Also published as: KR101322137B1; TW201000994A; US8102361B2; CN101615384B; CN101615384A; US20090315821A1; KR20100000398A

Description

液晶顯示器

本發明係關於一種液晶顯示器，尤其係關於一種能夠依照外部照明度調整背光亮度之液晶顯示器。

通常，液晶顯示器(以下簡稱，LCD)具有其應用範圍因為其明度、其薄度及其低電力消耗而漸漸變寬之趨勢。依照此趨勢，LCD用於辦公自動化裝置、聲頻/視頻裝置及類似物。LCD依照應用至以矩陣形式排列之複數個控制開關之影像訊號來調整光線之透射量，進而在螢幕上顯示期望之影像。

因為LCD裝置不是自發光類型之顯示裝置，LCD裝置需要如背光之光源。螢光燈，如冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)或外部電極螢光燈(External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL)，或發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，被用以作為光源。

近來，提出了能夠透過依照外部照明度之變化來調整背光亮度而擴大所顯示影像之亮度範圍之背光控制方法。在這些背光控制方法中，在液晶顯示面板上安裝光感元件以感測外部光線之照明度。基於此感測資訊，如果外部照明度高，則增加背光之亮度，而如果外部照明度低，則減少背光之亮度，進而達到在低照明度環境中降低電力消耗並且在高外部照明度環境中防止可見度之減少。

光感元件是TFT(薄膜電晶體)裝置，其響應外部光線而打開，並且透過增加其自身依照所接收光線之數量而放電之電荷數量來確定作為照明度感測資訊之輸出電壓位準。不打開光感元件之閘電壓(例如，低於N型TFT之臨界電壓之電壓及高於P型TFT之臨界電壓之電壓)透過外部驅動電壓以恆定位準提供至光感元件之閘極。此閘電壓用以作為偏壓。

然而，當長時間施加相同極性之閘電壓至光感元件之閘極時，光感元件之操作特性發生變化。這是因為光感元件之臨界電壓位準透過閘極偏壓應力而偏移。在「第1圖」中，臨界電壓之上升(Vth0→Vth1)應歸於正偏壓應力所導致之操作特性向右之偏移，同時臨界電壓之下降(Vth0→Vth2)應歸於負偏壓應力所導致之操作特性向右之偏移。

光感元件隨時間在操作特性上之這種變化(以下簡稱，〞時間變化特性〞)導致在相同照明度條件下透過光感元件放電之電流之增加或減少。「第2圖」顯示了在相同照明度條件下透過光感元件放電之電流因為時間變化特性而增加之一範例。在「第2圖」中，縱軸表示透過光感元件放電之電流Iph，橫軸表示汲極－源極Vds，虛線表示原始狀態，並且實線表示時間變化後之狀態。

因而，歸結於時間變化特性上之這種變化之放電電流數量之區別導致感測輸出電壓之偏差，因而降低了照明度感測之準確度，並且，此外，成為相同照明度條件下隨時間改變背光亮度之主要因素。

因此，本發明提供了一種液晶顯示器藉以從實質上消除由於習知技術之限制和缺點所產生之一個或多個問題。

本發明之一優點係提供能夠透過減少光感元件之時間變化特性之變化來增加照明度感測之準確度之液晶顯示器。

本發明其他的特徵和優點將在如下之說明書中加以闡述，並且可以透過本發明之如下說明得以部分地理解，或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其他優點可以透過本發明所記載之說明書及申請專利範圍中特別指明之結構並結合圖示部分得以實現和獲得。

為了實現這些以及其他優點並且依照本發明之目的，作為具體及概括地描述，依照本發明之示例性實施方式係提供了一種依照外部光線照明度調整液晶顯示面板之背光亮度之液晶顯示器，係包含：外部光線感測電路，包括相互並聯之光感元件與電容器，以及透過輸出節點連接至光感元件與電容器以對電容器進行充放電之寫開關(writing switch)，用以依照外部光線照明度而改變施加給輸出節點之輸出電壓位準，以及脈波寬度調變工作週期控制器，用以透過使用輸出電壓超過預定基準電壓所佔用之時間來檢測外部光線照明度，及控制脈波寬度調變訊號之責任週期，此脈波寬度調變訊號用以依照檢測之外部光線照明度而控制背光之亮度，其中在感測允許期間以第一邏輯層級產生施加給光感元件之閘極之控制訊號，此感測允許期間係從對電容器進行充電之寫打開期間之開始點到對電容器進行放電之寫關閉期間內之特定時間點，以及在感測阻止期間以第二邏輯層級產生控制訊號以釋放(detrapping)因為第一邏輯層級而在閘極之介電層捕獲之電荷，此感測阻止期間係從特定時間點到寫關閉期間之結束點。

可以理解的是，上述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。

現在，將結合附圖中所圖解之示例對本發明之實施例作詳細說明。

請參考「第3圖」，依照本發明示例性實施例之液晶顯示器包含液晶顯示面板10、資料驅動電路20、閘極驅動電路30、時序控制器40、時脈產生器42、外部光線感測電路50、感測器控制訊號產生器60、PWM工作週期控制器70、PWM產生器80、光源驅動器90以及背光100。

液晶顯示面板10包含形成於兩個玻璃基板之間之液晶。資料線D1至Dm以及閘極線G1至Gn相互交叉地形成於液晶顯示面板10之下層玻璃基板。形成於資料線D1至Dm以及閘極線G1 至Gn之每一交叉點之TFT響應來自於閘極線G1至Gn之掃描脈波而提供資料線D1至Dn之類比資料電壓至液晶單元C1c。為此，TFT之閘極連接至相應之閘極線G1至Gn，以及源極連接至相應之資料線D1至Dn。以及TFT之汲極連接至液晶單元C1c之畫素電極。黑色矩陣、彩色濾光片與公共電極(未示出)均形成於液晶顯示面板10之上層玻璃基板。光線軸相互交叉之偏光板位於液晶顯示面板10之上層玻璃基板之出射光表面與下層玻璃基板之入射光表面之間。用以設置液晶之排列傾斜角度之配向膜形成於下層玻璃基板之液晶對立面與上層玻璃基板之液晶對立面之間。此外，儲存電容器Cst形成於液晶顯示面板10之每個液晶單元C1c。儲存電容器Cst形成於液晶單元C1c之畫素電極與前一級閘極線之間，或者液晶單元C1c之畫素電極與公共電極線(未示出)之間以在一相框期間固定地維持液晶單元C1c之電壓。用以感測外部光線之外部光線感測電路50形成於液晶顯示面板10之一側。包含於外部光線感測電路50之光感元件形成於外部光線不被黑色矩陣或者框架所阻擋之區域，進而外部光線能夠射入包含於外部光線感測電路50之光感元件。

資料驅動電路20響應來自時序控制器40之資料控制訊號DDC轉換數位視頻資料RGB為對應於灰階值之類比視頻訊號，並且提供類比視頻訊號至資料線D1至Dm。

閘極驅動器30響應從時序控制器40提供之閘極控制訊號 GDC透過順序提供掃描脈波至閘極線G1至Gn而選擇提供資料之液晶顯示面板10之水平線。

時序控制器40透過使用垂直/水平同步訊號Vsync與Hsync以及從系統(未示出)提供之點時脈DCLK而產生控制閘極驅動電路30之閘極控制訊號GDC以及控制資料驅動電路30之資料控制訊號DDC。閘極控制訊號GDC包括閘極開始脈波GSP、閘極位移時脈脈波GSC、閘極輸出使能訊號GOE等等。資料控制訊號DDC包括源極開始脈波SSP、源極位移時脈訊號SSC、源極輸出使能訊號SOE、極性控制訊號POL等等。時序控制器40依照液晶顯示面板10之解析度重新排列數位視頻資料RGB並且提供重新排列之數位視頻資料至資料驅動電路20。

時脈產生器42關於垂直/水平同步訊號Vsync與Hsync以及從系統提供之點時脈DCLK而產生用於外部光線感測電路50、感測器控制訊號產生器60及PWM工作週期控制器70中每一個之寫時脈WR_CLK。同樣，時脈產生器42能夠關於從系統提供之點時脈DCLK而產生PWM工作週期控制器70所需之計數時脈C_CLK。此時脈產生器42可以嵌入在時序控制器40中。

如「第4圖」所示，外部光線感測電路50包括光感元件PS、充電電容器C以及寫開關WR_SW。

光感元件PS構造成P型TFT，包含提供來自感測器控制訊號產生器60之閘極控制訊號Vg之閘極、連接至高電位電壓源Vs 之源極以及連接至輸出節點No之汲極。當然，光感元件PS可以構造成N型TFT，但為了便於說明，將假設為P型TFT而給出以下描述。光感元件PS是TFT裝置，其響應外部光線而打開，並且透過增加其自身依照所接收光線之數量而放電之電荷數量來確定作為透過輸出節點No輸出之照明度感測資訊之輸出電壓位準Vps。

充電電容器C之一電極連接至高電位電壓源Vs，並且另一電極連接至輸出節點No。充電電容器C起從高電位電壓源Vs充電並且接著當外部光線照射時經由光感元件PS將所充之電壓放電至輸出節點No。

寫開關WR_SW構造成P型TFT，包含提供來自時脈產生器42之寫時脈WR_CLK之閘極、連接至輸出節點No至源極以及連接至接地電壓源GND之汲極。當然，寫開關WR_SW可以構造成N型TFT，但為了便於說明，將假設為P型TFT而給出以下描述。寫開關WR_SW透過響應於寫時脈WR_CLK之打開與關閉而在高電位電壓源Vs與接地電壓源GND之間切換電流路徑。換言之，寫開關WR_SW在充電電容器C之充電期間打開而在充電電容器C之放電期間關閉。

如「第5圖」所示，在對應於充電電容器之充電期間之寫打開期間T1以低邏輯層級產生寫時脈WR_CLK以打開寫開關WR_SW，同時在對應於充電電容器之放電期間之寫關閉期間T2以高邏輯層級產生寫時脈WR_CLK以打開寫開關WR_SW。以k個(k為自然數1或更多)相框為單元週期地產生具有低邏輯層級之寫時脈WR_CLK。

如「第5圖」所示，在感測允許期間t1施加給光感源極PS之閘極之閘極控制訊號Vg之電位位於高邏輯層級並且在感測阻止期間t2其電位被轉換為低邏輯層級，不同於電位保持恆定層級DC之習知技術。在本申請中，感測允許期間t1表示從寫時脈WR_CLK之寫打開期間T1之開始點到寫時脈WR_CLK之寫關閉期間T2之特定時間點之期間。感測阻止期間t2表示從特定時間點到寫時脈WR_CLK之寫關閉期間T2之結束點之期間。

下面將描述此外部光線感測電路50之感測操作。當響應在寫打開期間T1以低邏輯層級產生之寫時脈WR_CLK而打開寫開關WR_SW時，在其間具有充電電容器C之高電位電壓源Vs與接地電壓源FND之間形成電流路徑以在充電電容器C充電一電壓(參見「第4圖」之虛線)。另一方面，當響應其電位在寫關閉期間T2被反向為高邏輯層級之寫時脈WR_CLK而關閉寫開關WR_SW時，充電電容器C儲存之電壓經由響應外部光線而打開之光感元件PS輸出至輸出節點No(參見「第4圖」之實線)。此時，因為RC放電，輸出至輸出節點No之輸出電壓Vps隨著針對儲存在充電電容器C之電壓值而設置之極限而逐漸增加。輸出電壓Vps聚集至極限電壓值之比例與外部光線之照明強度成比例地增加。透過使用取決於外部光線之照明強度之輸出電壓Vps增加比例之變化，其能充分地感測外部照明度。

感測操作執行於閘極控制訊號Vg維持在高於光感元件PS之臨界電壓之高邏輯層級之感測允許期間T1。反之，在感測阻止期間t2，以低於光感元件PS之臨界電壓之低邏輯層級產生閘極控制訊號Vg，進而在感測允許期間t1所導致之閘極偏壓應力。為了補償此閘極偏壓應力，可以產生閘極控制訊號Vg進而感測責任週期與補償責任週期相等，如「第6圖」所示，或者進而感測責任週期大於補償責任週期，如「第7圖」所示。在本申請中，感測責任週期被定義為閘極控制訊號Vg之一週期期間與維持在高邏輯層級之感測允許期間t1之比例，即，{(t1*100)%/(t1＋t2)}，而補償責任週期被定義為閘極控制訊號Vg之一週期期間與維持在低邏輯層級之感測阻止期間t2之比例，即，{(t2*100)%/(t1＋t2)}。感測責任週期越高，補償責任週期越小，同時，感測責任週期越小，補償責任週期越高。

感測責任週期與感測速度、感測敏感度等等相關，而補償責任週期與補償能力相關。在本申請中，感測速度意味著外部照明度多快被感測，感測敏感度意味著能夠感測多低之外部照明度，而補償能力意味著能夠釋放多少閘極偏壓應力。在「第7圖」中，感測責任週期相對高於「第6圖」中之感測責任週期，感測速度低但感測敏感度能夠大大增加。然而，「第7圖」之補償能力低，因為補償責任週期相對低於「第6圖」中之補償責任週期。為了增加這種補償能力，在本發明中，如「第8圖」所示，補償責任週期越小，能夠獲得大於「第6圖」所示之閘極控制訊號Vg之振幅△Vg1之閘極控制訊號Vg之振幅△Vg2。依此，閘極控制訊號Vg之振幅△Vg2越大，釋放因為閘極偏壓應力而在光感元件PS之閘極之介電層所捕獲之電荷之力度越大，進而提高補償能力。同時，補償責任週期大於感測責任週期不是優選的。這是因為相反邏輯層級之閘極控制訊號在補償處理中因為超補償能力而在光感元件PS之閘極聚集相反方向之閘極偏壓應力。

因此，與「第9圖」所示之習知放電電流變化寬度△Iph2相比，本發明能夠透過施加交流電(AC)形式之閘極控制訊號Vg至光感元件PS之閘極而大大減少在相同照明度條件下光感元件PS隨時間t之放電電流變化寬度△Iph1。這是因為透過補償上述閘極偏壓應力能夠極大地減少光感元件PS之時間變化特性。為了準確地執行外部照明度感測，減少這種時間變化特性上之改變比其他方面更重要。

感測器控制訊號產生器60產生閘極控制訊號Vg，其電位在感測允許期間t1位於高邏輯層級並且在感測阻止期間t2反向為低邏輯層級，與來自時脈產生器42之寫時脈WR_CLK同步。如上所述，補償責任週期以及閘極控制訊號Vg之振幅能夠依照考慮感測速度與感測敏感度以及補償能力之應用而不同地變化。

PWM工作週期控制器70透過使用輸出電壓Vps超過預定基準電壓Vref所佔用之時間來檢測外部光線之照明度，並且響應檢測之照明度而控制脈波寬度調變訊號PWM之責任週期。為此，PWM工作週期控制器70包含「第10圖」所示之比較單元72、計數器74以及責任週期控制單元76。

比較單元72依照來自外部光線感測電路50之輸出電壓位準是否超過基準電壓位準Vref而產生不同邏輯值之數位比較訊號COMP。為了輸出此比較訊號COMP，比較單元72可以包括類比－數位轉換器。如果輸出電壓Vps小於基準電壓Vref，產生第一邏輯值(例如，〞0〞)之比較訊號COMP，並且如果輸出電壓Vps大於基準電壓Vref，產生第二邏輯值(例如，〞1〞)之比較訊號COMP。在本申請中，優選的是感測責任週期越小，則設置越低之基準電壓位準Vref以增加感測敏感度。

如「第11圖」所示，計數器74持續計數直到透過使用來自時脈產生器42之計數時脈C_CLK改變來自比較單元72之比較訊號COMP之邏輯值，並且依照計數結果產生計數資訊CI。因為外部照明度越高，經由光感元件PS放電之電流越多，所以輸出電壓Vps超過基準電壓Vref所佔用之時間減少，並且因此，計數值趨向於變小。另一方面，外部照明度越低，計數值越趨向於變小。如「第6圖」至「第8圖」所示，當輸出電壓Vps開始增加時，計數器74與寫時脈WR_CLK至寫關閉期間之開始點同步地開始計數。同時，用於計數器74中之計數操作之計數時脈C_CLK可以透過內部震盪電路(未示出)代替時脈產生器42來產生。

責任週期控制單元76透過使用從計數器74輸入之具有依照外部照明度之值之計數資訊CI而產生用以控制脈波寬度調變訊號PWM之責任週期之工作週期資訊(PWM(%))，此脈波寬度調變訊號PWM用於背光100之打開控制。為此，責任週期控制單元76可以包含儲存與複數個計數資訊CI一一對應之複數個工作週期資訊之對照表。責任週期控制單元76能夠透過使用計數資訊CI作為讀取位址而從對照表讀出脈波寬度調變訊號PWM之工作週期資訊。

PWM產生器80產生控制背光100之亮度之脈波寬度調變訊號PWM。PWM產生器80響應來自PWM工作週期控制器70之工作週期資訊(PWM(%))而改變脈波寬度調變訊號PWM之責任週期。

光源驅動器90依照從PWM產生器80輸入之脈波寬度調變訊號PWM而驅動背光100之光源。換言之，脈波寬度調變訊號PWM之責任週期變得越大，光源驅動器90對光源打開時間增加得越多，進而增加背光100之亮度，而脈波寬度調變訊號PWM之責任週期變得越小，光源驅動器90對光源打開時間增加得越少，進而增加背光100之亮度。因此，與外部照明度成比例地控制背光100之亮度100。

綜上可知，本發明之液晶顯示器能夠透過在相同照明度條件下光感元件隨時間之放電電流變化寬度之減少來增加照明度感測之準確度，此減少係透過施加交流電形式之閘極控制訊號至光感元件之閘極並且減少光感元件之時間變化特性之改變來實現。

本領域之技術人員應當意識到在不脫離本發明之精神與範圍之前提下，能夠對本發明做各種修改與變化。因此，倘若本發明之修改與變化落入本說明書所附之申請專利範圍及其等同範圍內，則本發明將包含這些修改與變化。

10‧‧‧液晶顯示面板

20‧‧‧資料驅動電路

30‧‧‧閘極驅動電路

40‧‧‧時序控制器

42‧‧‧時脈產生器

50‧‧‧外部光線感測電路

60‧‧‧感測器控制訊號產生器

70‧‧‧PWM工作週期控制器

80‧‧‧PWM產生器

90‧‧‧光源驅動器

100‧‧‧背光

72‧‧‧比較單元

74‧‧‧計數器

76‧‧‧責任週期控制單元

第1圖係為光感元件操作特性之變化之視圖；第2圖係為習知技術中透過光感元件放電之電流在相同照明度條件下因為時間變化特性而增加之一示例之視圖；第3圖係為依照本發明示例性實施例之液晶顯示器之方塊圖；第4圖係為第3圖之外部光線感測電路之電路圖；第5圖係為寫時脈及閘極控制訊號之同步時序之視圖；第6圖係為感測責任週期與補償責任週期相等之示例之視圖；第7圖係為感測責任週期與補償責任週期不同之另一示例之視圖；第8圖係為用以解釋補償責任週期越小，則閘極控制訊號之振幅越大之視圖；第9圖係為在相同照明度條件下光感元件之放電電流變化寬度之視圖；第10圖係為詳細表示第3圖之PWM工作週期控制器之方塊圖；以及第11圖係為用以解釋第10圖之計數器之計數操作之視圖。