TWI396170B - 液晶顯示器、顯示系統以及驅動液晶顯示器之方法 - Google Patents

液晶顯示器、顯示系統以及驅動液晶顯示器之方法 Download PDF

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Description

液晶顯示器、顯示系統以及驅動液晶顯示器之方法
本發明與液晶顯示器相關，尤其是用以驅動液晶顯示面板的一種裝置與方法。
液晶顯示面板內像素的透射率(transmittance)取決於施加在對應的像素電極上的類比電壓。以一個典型的扭轉向列型(twisted nematic)並帶有交錯偏光片的光學結構為例，像素電極上5伏特的電壓差即造成該像素呈暗態，而像素電極上不大於1伏特的電壓差則造成該像素呈亮態。像素電壓是由供應所需的電壓值至源極匯流排(source bus line，或稱之為資料線)所產生的，而該源極匯流排藉由薄膜電晶體連結至像素電極。習知而言，安置期(settling time)由源極匯流排/薄膜電晶體/像素結構導致的電阻電容時間(RC time)所決定，而在一段長安置期後，源極匯流排的電壓即會複製到像素電極。
在類比電壓可被供應至源極匯流排前，原本的數位輸入訊號需要藉由一個數位－類比轉換器(Digital－to－Analog Converter,DAC)被轉換成一個類比電壓值。DAC可被放進一顆驅動IC(例如提供非晶矽(a－Si)面板之用)，但是DAC也可放進液晶顯示面板的陣列玻璃(array glass)中，例如高整合的低溫多晶矽(LTPS)面板。
上述DAC實施的缺點如下： 1.所需的最少充電時間受限於源極匯流排/薄膜電晶體/像素結構的RC時間。面板解析度的增加(例如四分之一影像圖形陣列(QVGA)或更高)，會降低有效(available)像素充電時間，造成錯誤的像素電壓值，也就是像素未完全充電至所需的電壓值。以LTPS為例，多工率(multiplexing rate)的增加(例如從1：3升至1：6)，會降低有效(available)像素充電時間。
2.將DAC放入陣列玻璃需要相當大的區域，進而增加面板和模組的尺寸。因為顧客需求小的模組，所以所需的DAC區域就會成為一個瓶頸。此外，面板尺寸變大也會降低每一原始基板(bipane)所能切割的面板數，因此增加面板成本。
3.將DAC放入驅動IC內會增加該IC的所需電壓值，造成該IC成本的增加。例如，DAC的最大輸出將約為5伏特，但是低成本的數位次微米IC(例如0.13~0.18微米)的最大電壓一般而言低於2.5伏特。
本發明的目的之一即為提供一種液晶顯示面板，不需藉由DAC電路驅動源極線。
本發明提出一個內含由多個閘極線和源極線排成矩陣形狀的液晶顯示面板，和位於該等閘極線與該等源極線每一交錯點上的一個薄膜電晶體與一個像素電極，因此液晶顯示面板上影像的呈現，是根據閘極線上的掃描 訊號以及源極線上的類比訊號。還包含一個閘極驅動器，用來連續提供掃描訊號至液晶顯示面板的閘極線。一驅動電路包含一源極驅動器，而源極驅動器則將輸入的數位像素資料轉換成類比源極訊號，並供應至其中一條源極線。
液晶顯示面板也包括一個對照表，將液晶顯示面板內像素的可能亮度值對應至至少一個亮度控制參數(例如α,△)。源極驅動器轉換輸入的像素資料，以致使在一個閘極掃描時間內類比源極訊號電壓V(t)的增加取決於至少一個亮度控制參數(例如α,△)。因此在閘極掃描期間的最後，於對應像素電極的電壓值會與對應於該像素資料的類比值相同。值得注意的是，上述的亮度值(luminance values)意為全透射(full transmissive)面板的亮度值，以及包含反射元件的面板的反射值(reflectance values)。
藉由在一個像素的所需亮度值中，閘極掃描期間的最後將電壓施加至源極線，及藉由將一個所需的(也就是適當的)充電時間儲存在對照表內，就能不使用DAC來驅動像素。更進一步，也無須安置期，因此可以比一般習知方法更為快速地驅動像素。
藉由以下詳盡的說明，搭配所附圖例，上述本發明的的特色、優點以及目標將更為清楚。
第1圖為包含閘極線與源極線的液晶顯示面板示意 圖。第1圖顯示部分的液晶顯示器，包含液晶顯示面板2，帶有閘極線6和源極線4交錯排置。每一閘極線6與源極線4的交錯點上，都設置薄膜電晶體8和像素電極10。第1圖也畫出代表一個對應像素之電容的電容器12。依據閘極線6上的掃描訊號與源極線4上的類比訊號，即可以在液晶顯示面板2顯示影像。
該液晶顯示面板還包括一個位於驅動積體電路(驅動IC)內或在陣列玻璃上的閘極驅動器14，連續供應掃描訊號到液晶顯示面板2的閘極線6。掃描訊號由脈衝所組成，一個脈衝的寬度決定了薄膜電晶體8被「導通」的時間長度，也就是電晶體具有低電阻值的期間。在此期間，像素電極10會連結至源極驅動器16的輸出線15。薄膜電晶體8被「導通」的時間也就是「閘極掃描期間」。源極驅動器16將輸入的像素資料轉換成類比源極訊號，並透過輸出線15將該類比源極訊號供應至源極線4。輸入的像素資料接收來自於與一個與供應主機(例如基頻處理器(base band processor))連接的介面18，或來自於裝設在驅動器積體電路(驅動IC)21內的圖框記憶體(frame memory，本圖未顯示)。
第1圖所示，液晶顯示面板2還包括一個解多工器20，藉由單一源極驅動器輸出線15來驅動多條源極線4。計時器19也被放入驅動IC 21內，用來傳送時脈訊號至源極驅動器16和閘極驅動器14。藉由傳送時脈訊號，計時器19即可使源極驅動器16和閘極驅動器14同步。液 晶顯示面板2和一個背光單元22，其用來作為液晶顯示面板2的照明，即可組成部分的顯示系統。顯示系統可為個人數位助理(PDA)、筆記型電腦、個人電腦、數位相機、車用電視、全球定位系統(GPS)、航空顯示器、或手機。
此外，源極驅動器16轉換輸入的像素資料，以致在一個閘極掃描時間內，例如在輸出線15上類比源極訊號的電壓V(t)會增加，因此在閘極掃描期間的最末，對應像素電極10的電壓值會與對應於該像素資料的類比值相同。電壓V(t)的增加取決於至少一個亮度控制參數，也就是對照表(Lookup table)24內存的值。對照表24內存有將液晶顯示面板2內像素的可能亮度值對應於至少一個亮度控制參數的映射值(mapping)。
第2圖顯示一條源極線供應電壓的電位(potential)增加示意圖。如第2圖所示，為在一個所需的供應時間△內，電壓值V(t)與時間成線性關係的一實施例。所需的供應時間△所需要的值已被存在對照表24內。第2圖中，電壓V(t)從起始時間點ts (例如ts1 、ts2 …)直到結束時間點tc 。起始時間點ts 的延遲與在閘極線6上掃描訊號的脈衝起始(beginning of the pulse)有關，也就是t0 。在tc 時，像素電極10的電壓值可產出所期望的亮度。不同的延遲會造成不同的結束電壓(V1、…V7)。
第3圖為一條源極線供應電壓的電位(potential)增加的另一種實施例的示意圖。如圖所示，電壓V(t)的增加 斜率為α，而α與相關的期望亮度值一起被儲存在對照表24內。第3圖也說明不同斜率α會造成不同的結束電壓(V1、…V7)。
第4圖為一條源極線供應電壓的電位(potential)增加的又一種實施例的示意圖。第4圖顯示出供應電壓V(t)為時間的函數。電壓V(t)有最大值Vm 且為階梯函數，階梯函數的寬度由儲存在對照表24內之所需的供應時間所調控。或者，也可以是將脈衝的最大電壓Vm 儲存在對照表24內，也可以是將脈衝的最大電壓Vm 及所需的供應時間一起儲存在對照表24內。
上述的實施例中，所需的供應時間△(也就是tc －ts )可遠短於閘極掃描時間。一般而言，60Hz、320條閘極線所需的閘極掃描時間為52微秒，而本發明的實施例所需的供應時間介於為3~5微秒。對照表24是能大量縮短供應時間的原因，電壓V(t)的最大值V1~V7可(遠)高於最後的像素電極的電壓，因此造成像素電極電壓相當快地增加。然而，並不會到達最大值V1~V7或Vm ，因為在結束時間點tc 時即切斷電壓V(t)。在結束時間點tc ，掃描脈衝就會結束，而薄膜電晶體8的閘極也會關閉。第5圖將更深入地探討此點。
第5圖為供應電壓與像素電極電壓的時間函數示意圖。第5圖中，線50描繪出上升中的電壓V(t)，而線52描繪出隨之的像素電極電壓Vpixel 。基於面板負載(panel load，也就是源極線加上像素阻抗)的RC時間延遲，電 壓Vpixel 並不直接跟隨著電壓V(t)。在最後時間點，像素電極電壓Vpixel 值達到Vpixel max ，造成亮度值為Lmax ，在此例中未考慮由薄膜電晶體的寄生反彈現象(parasitic kick－back phenomenon)所造成可能的的電壓偏移(offset)。Lmax 值為實際參與之像素的所需亮度值。實際上，一個針對此亮度值的數位值已被輸入至源極驅動器16，藉由對照表24而被轉換成一所需供應時間(tc －ts )及/或所需的斜率α。對照表24內的映射值可由校準(calibration)或模擬所得。針對某些面板類型的每一個可能亮度值皆可進一步被轉換相關的電壓V(t)，其亮度控制參數被儲存在對照表24內。
第6圖為源極驅動器搭配一條源極線與一像素的實施例的示意圖。第6圖顯示出由源極驅動器16與對照表24來驅動源極線的可能實施圖。源極線以電路圖示的方式來說明源極線和像素的阻抗。源極驅動器16的輸出線15透過包含電阻60及電容62的線路來連接至含有電阻64的多工器20。資料線(也就是源極線4)含有電阻66和電容68，像素包含電阻70和電容72。第6圖中的電容皆接地。
源極驅動器16內有一個控制單元74，用來取得對照表24的資料。控制單元74也用來接收輸入的像素資料(也就是數位資料)，輸入來源為與供應主機(例如基頻處理器)連接的介面18或為安裝在驅動IC內的圖框記憶體。源極驅動器有一個電流源76和一個切換器78，在此 實施例中可被控制單元74所控制。電流源的偏壓電流可根據從對照表24取回的值來設定。切換器78的開啟時間點可由針對所需供應時間所取回的值來決定。對於熟習此技藝者，可自然推得，儲存在對照表24內的也可從所需供應時間(也就是一段時間)改為起始時間點ts 。
上述的實施例中，所需像素電壓值無須藉由任何DAC來制定，而是藉由選擇特定電壓或電流施加在源極匯流排線4上的時間點，及/或藉由選擇針對電壓或電流的適當最大值來制定。此實施方式即如同所有在液晶顯示面板上同一排的薄膜電晶體8皆同時被關閉，無須在閘極驅動上改變。最後的像素電壓值可由改變源極驅動器16之輸出緩衝的偏壓電流來制定。值得注意的事，源極驅動器16可不被置入驅動IC 21，也可直接放入液晶顯示面板2的玻璃陣列中。同樣地，多工器20也可直接置入玻璃陣列、另一顆IC或驅動IC 21中。
根據進一步的實施例，源極驅動器16在輸出類比源極訊號前被用來輸出一個重置(reset)訊號。像素電容72可依照不同的像素電壓而有所不同。在驅動像素之前的「重置」階段將所有在同一條閘極線的像素設定為同一種狀態(例如中度灰階的透射狀態(mid－grey transmission state))。如此一來，在像素被驅動前，所有的像素將擁有相同的電容，不需要針對受電容影響的電壓來做補償。
像素電壓的準確度由橫跨液晶顯示面板2的RC一致性所決定，也就是組成IC緩衝輸出、源極匯流排、薄 膜電晶體、像素等等的傳輸線。為防RC一致性不足，可於面板初始時分析RC的不一致性，並儲存於「偏移取消－表(offset－cancellation table)內。根據此表內的值，對照表24內的值可得到相當的補償來抵銷於面板初始期間所確定之RC的不一致性。
再舉一個實施例，液晶顯示器包含一溫度感測器30。源極驅動器16可用來接收從溫度感測器30來的輸入，並根據該輸入(也就是溫度)來輸出類比源極訊號。藉由數位補償由溫度造成的驅動結構內偏移，RC行為(RC behavior)相對於溫度的改變可被忽略。
本發明中，不需要使用DAC，且數位像素資料可直接用來決定源極線的電壓。此驅動方法被稱之為「數位驅動」，優點如下：1.無論在陣列玻璃上或驅動IC內都不需要DAC。可因而降低IC成本及/或面板尺寸。
2.輸入的資料訊號可被轉換至「數位」域的時間(例如延遲量)。如此可以簡化總體的電結構。
3.降低了最短的充電時間，即不再需要「安置期」來穩定像素上的電壓。如此可提高LTPS的多工率(即影響IC成本)，及/或提高面板解析度。
4.重置功能(也就是灰階至灰階(grey－to－grey level)反應速度相同)，可以降低液晶(LC)的回應速度。
5.降低了能量的消耗，例如不再需要DAC、電阻串。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，於不脫離本發明之精神和範圍內，當可做各種之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧液晶顯示面板
4‧‧‧源極線
6‧‧‧閘極線
8‧‧‧薄膜電晶體
10‧‧‧像素電極
12‧‧‧電容器
14‧‧‧閘極驅動器
15‧‧‧輸出線
16‧‧‧源極驅動器
18‧‧‧介面
19‧‧‧計時器
20‧‧‧解多工器
21‧‧‧驅動器積體電路；
22‧‧‧背光單元
24‧‧‧對照表
30‧‧‧溫度感測器
60、64、66、70‧‧‧電阻
62、68、72‧‧‧電容
74‧‧‧控制單元
76‧‧‧電流源
78‧‧‧切換器
第1圖為包含閘極線與源極線的液晶顯示面板示意圖。
第2圖顯示一條源極線供應電壓的電位(potential)增加示意圖。
第3圖為一條源極線供應電壓的電位(potential)增加的另一種實施例的示意圖。
第4圖為一條源極線供應電壓的電位(potential)增加的又一種實施例的示意圖。
第5圖為供應電壓與像素電極電壓的時間函數示意圖。
第6圖為源極驅動器搭配一條源極線與一像素的實施例的示意圖。
2‧‧‧液晶顯示面板
4‧‧‧源極線
6‧‧‧閘極線
8‧‧‧薄膜電晶體
10‧‧‧像素電極
12‧‧‧電容器
14‧‧‧閘極驅動器
15‧‧‧輸出線
16‧‧‧源極驅動器
18‧‧‧介面
19‧‧‧計時器
20‧‧‧解多工器
21‧‧‧驅動器積體電路
22‧‧‧背光單元
24‧‧‧對照表
30‧‧‧溫度感測器

Claims (10)

  1. 一種液晶顯示器，包括：一液晶顯示面板，包括：複數閘極線與複數源極線，排列成有複數交錯點的矩陣；一薄膜電晶體和一像素電極配置在該等複數閘極線與該等源極線的每一個交錯點上，根據提供給該等閘極線的複數掃描訊號和提供給該等源極線上的複數類比源極訊號，在液晶顯示面板顯示出一影像；以及一閘極驅動器，用來連續供應該等掃描訊號至液晶顯示面板的該等閘極線上；以及一驅動電路，包括：一源極驅動器，用來將輸入的像素資料轉換成一類比源極訊號，並將該類比源極訊號供應至該等源極線之一；以及一對照表，內存將該液晶顯示面板內像素的可能亮度值對應於至少一亮度控制參數(α)之映射值，其中該源極驅動器用來轉換該輸入的像素資料，以致於在一閘極掃描期間內，該類比源極訊號之一電壓V(t)的增加取決於至少一亮度控制參數(α)，藉此在該閘極掃描期間的最末，於對應該像素電極的一電壓值會與對應於該輸入像素資料的類比值相同；其中該類比源極訊號的該電壓V(t)在一所需供應時間內為一線性增加的電壓，而該電壓V(t)之增加會結束在該 閘極掃描期間的最末，此外其中該至少一亮度控制參數擁有該線性增加電壓的一斜率(α)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中該源極驅動器用來於輸出該類比源極訊號前，輸出一重置訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中該液晶顯示器包括一溫度感測器，該源極驅動器接收從該溫度感測器來的輸入，並根據該輸入輸出該類比源極訊號。
  4. 一種液晶顯示器，不含數位-類比轉換器，該液晶顯示器包括：一液晶顯示面板；以及一驅動電路，耦合至該面板，其中該面板包括複數閘極線和複數源極線，其中至少該等閘極線之一提供一掃描訊號，且至少該等源極線之一提供一類比源極訊號，並且一閘極驅動器用來連續地提供該掃描訊號至該等閘極線之一，其中該驅動電路包括一源極驅動器用來將像素資料轉換成該類比源極訊號，並提供該類比源極訊號至該等源極線之一；其中該驅動電路更包括一對照表，該對照表包括將該液晶顯示面板內像素的可能亮度值對應於至少一亮度控制參數(α)的映射值；其中該源極驅動器用來轉換一輸入的像素資料，以致於在一閘極掃描期間內，該類比源極訊號之一電壓V(t)的 增加取決於該至少一亮度控制參數(α)，因此在閘極掃描期間的最末，對應一像素電極的一電壓值會與對應於該輸入像素資料的一類比值相同；其中該類比源極訊號的該電壓V(t)在一所需供應時間內為一線性增加的電壓，而該電壓V(t)之增加會結束在該閘極掃描期間的最末，此外其中該至少一亮度控制參數擁有該線性增加電壓的一斜率(α)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該面板更包括一解多工器，用來驅動一或多個該源極線。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該面板更包括一溫度感測器，藉由輸入至該源極驅動器的輸入訊號來控制該類比源極訊號。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該驅動電路更包括一對照表，內存該液晶顯示面板之像素的亮度值的映射值。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該驅動電路更包括一計時器，用以提供一時脈訊號給該源極驅動器和該閘極驅動器。
  9. 一種顯示系統，包括：如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器；一照明單元，用來產生一照明光朝向該液晶顯示器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的顯示系統，其中該顯示系統為一個人數位助理(PDA)、一筆記型電腦、一個人電腦、一車用電視、一全球定位系統(GPS)、或一手機。
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