TWI413080B - 液晶顯示器之共同電壓產生電路 - Google Patents

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Description

液晶顯示器之共同電壓產生電路
本發明係有關於一種液晶顯示器之共同電壓產生電路，更明確的說，係有關於一種用來消除水平串音(crosstalk)之共同電壓產生電路。
請參考第1圖。第1圖為一先前技術之液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)之示意圖。液晶顯示器包含一薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)基板101。薄膜電晶體基板101包含一閘極驅動電路110以及一資料驅動電路120。閘極驅動電路110包含複數條閘極線G1 ~GN ，用來依序產生閘極驅動訊號SG1 ~SGN 。資料驅動電路120包含複數條資料線D1 ~DM ，用來產生資料驅動訊號SD1 ~SDM 。閘極線G1 ~GN 為相互平行的直線，而資料線D1 ~DM 為相互平行的直線。如第1圖所示，每一資料線D1 ~DM 與閘極線G1 ~GN 的交接處均電性連接一薄膜電晶體。每一薄膜電晶體P對應於一像素(pixel)，亦即薄膜電晶體P以矩陣的方式分佈於液晶顯示器上。更進一步的說，每一像素由對應的閘極線所產生之閘極驅動訊號所驅動，以接收對應的資料線所產生的資料驅動訊號。簡言之，資料驅動電路120及閘極驅動電路110控制液晶顯示器中薄膜電晶體P的導通，以顯示畫面。
液晶顯示器另包含一彩色濾光片(Color Filter,CF)(未圖示)，平行於薄膜電晶體基板101。彩色濾光片之共電極可視為一電阻-電容網路。請參考第2圖。第2圖為彩色濾光片之共電極之共同電壓VCOM_CF 受到資料線的電容耦合效應影響而產生電位偏移之示意圖。如第2圖所示，當薄膜電晶體基板101上之資料線電壓變動時，彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 受到資料線的電容耦合效應影響，而偏移原本的直流電位。彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 偏離原本的直流電位會造成對液晶電容充電電位不同，使顯示畫面產生亮暗不均的差異，稱為水平串音(crosstalk)現象。
水平串音係指顯示畫面中某區域的畫面影響到鄰近區域亮度的現象。更進一步的說，在以下三個條件同時成立時，便會使液晶顯示器產生水平串音(crosstalk)現象：
1.電容耦合效應影響太大，使得彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之電壓偏離一設定電位VDEF ；
2.偏離設定電位VDEF 之彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 回復到設定電位VDEF 的時間大於一預設值；
3.彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之電壓回復到設定電位VDEF 的時間，大於液晶顯示器之一掃描線的畫素寫入時間。
綜上所述，由於受到資料線的電容耦合效應影響，彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 電位偏移一設定電位VDEF 。彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之電位偏移會使液晶顯示器之顯示畫面產生水平串音現象，造成使用者瀏覽上的不便。
因此，本發明之一目的係於一液晶顯示器之薄膜電晶體基板產生一與彩色濾光片之共同電壓反相之共同電壓，以消除水平串音。
本發明提供一種液晶顯示器之共同電壓產生電路。該共同電壓產生電路包含一第一正反器、一電容、一電阻以及一調整電路。該第一正反器具有一第一輸入端、一第二輸入端、一反相時脈輸入端，用來接收該液晶顯示器之一資料載入訊號以及一輸出端，用來輸出一第一步階訊號。該電容具有具有一第一端電性連接於該正反器之輸出端，以及一第二端。該電阻具有一第一端電性連接於該電容之第二端，用來輸出一脈波訊號，以及一第二端電性連接於一接地端。該調整電路係電性連接於該電阻之第一端，用來將該脈波訊號反相以及根據一參考電壓調整該脈波訊號之直流電位以及大小。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「電性連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置電性連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
請參考第3圖。第3圖為本發明之液晶顯示器之共同電壓產生電路300之第一實施例之示意圖。共同電壓產生電路300包含一正反器310、一電容C、一電阻R、一調整電路320以及一參考電壓產生電路330。由於液晶顯示器之彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 會受到資料線的電容耦合效應影響，在資料線之訊號極性反轉時產生脈衝波形，因此共同電壓產生電路300根據液晶顯示器之資料載入訊號STP 來產生薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 。正反器310包含一第一輸入端J、一第二輸入端K、一反相時脈輸入端CPN 以及一輸出端Q。第一輸入端J與第二輸入端K係用來接收一邏輯「1」(高電位)之訊號SH 。反相時脈輸入端CPN 用來接收資料載入訊號STP 。輸出端Q用來輸出步階訊號SDFF 。電容C之第一端電性連接於正反器310之輸出端Q。電阻R之第一端電性連接於電容C之第二端，電阻R之第二端電性連接於一地端。步階訊號SDFF 經由電容C及電阻R形成之高通電路(high-pass circuit)產生一脈波電壓VCOM_1 。調整電路320電性連接於電阻R之第一端以及參考電壓產生電路330。參考電壓產生電路330用來產生一參考電壓VREF 。調整電路320用來將脈波電壓VCOM_1 反相，並根據參考電壓VREF 調整脈波電壓VCOM_1 之直流電位以及大小，以產生薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 。
請同時參考第3圖及第4圖。第4圖為調整電路320以及參考電壓產生電路330之電路圖。參考電壓產生電路330包含一可變電阻RA 、一第三電阻RB 以及一第一電容CB 。可變電阻RA 包含一第一端電性連接於一電壓源VDDA 、一第二端以及一第三端電性連接於該運算放大器321之正輸入端。第三電阻RB 包含具有一第一端電性連接於可變電阻RA 之第二端，以及一第二端電性連接於地端。第一電容CB 具有一第一端電性連接於第三電阻RB 之第一端，以及一第二端電性連接於第三電阻RB 之第二端。參考電壓產生電路330利用對電壓源VDDA 分壓，以產生一參考電壓VREF 。藉由改變可變電阻RA 之電阻值，參考電壓產生電路330可調整參考電壓VREF 之大小。因此，參考電壓VREF 可調整為彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之直流電位。
此外，調整電路320包含一運算放大器(Operational Amplifier,OP Amp)321以及一第一電阻R1 及一第二電阻R2 。運算放大器321包含一負輸入端用來經由第二電阻R2 接收脈波電壓VCOM_1 、一正輸入端用來接收參考電壓VREF 以及一輸出端用來輸出薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 。第一電阻R1 包含一第一端電性連接於運算放大器321之負輸入端，以及一第二端電性連接於運算放大器321之輸出端。第二電阻R2 包含一第一端電性連接於電阻R之第一端，以及一第二端電性連接於運算放大器321之負輸入端。如第4圖所示， 調整電路320為一典型之反相放大器電路。反相放大器之運作原理為熟習放大器技術者所廣泛悉知，故不贅述。調整電路320所輸出之薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 與脈波電壓VCOM_1 之關係如下：VCOM_TFT =VCOM_1 *(-R1 /R2 )
換言之，調整電路320會將脈波電壓VCOM_1 反相，同時藉由改變第一電阻R1 及第二電阻R2 之電阻值來調整脈波電壓VCOM_1 之大小。因此，調整電路320所輸出之薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 可以達到與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 大小相同但方向相反之波形。
請參考第5圖。第5圖為本發明之共同電壓產生電路500之第二實施例之示意圖。共同電壓產生電路500包含一第一正反器510、一第二正反器520、一第一開關S1 、一第二開關S2 、一電容C、一電阻R、一調整電路530以及一參考電壓產生電路540。第一正反器510用來對資料載入訊號STP 除頻，以產生一第一步階訊號SDFF1 。第二正反器520用來對第一步階訊號SDFF1 除頻，以產生一第二步階訊號SDFF2 。第一正反器510包含一第一輸入端J、一第二輸入端K、一反相時脈輸入端CPN 以及一輸出端Q。第二正反器520包含一第一輸入端J、一第二輸入端K、一正相時脈輸入端CPP 以及一輸出端Q。第一正反器510以及第二正反器520之第一輸入端J與第二輸入端K皆係用來接收一邏輯「1」(高電位)之訊號SH 。第一正反器510之反相時脈輸入端CPN 用來接收資料載入訊號STP ，而第一正反器510之輸出端Q用來輸出第一步階訊號SDFF1 。第二正反器 520之正相時脈輸入端CPP 係用來接收第一步階訊號SDFF1 ，而第二正反器520之輸出端Q用來輸出第二步階訊號SDFF2 。第一開關S1 電性連接於該第一正反器510之輸出端Q以及電容C之第一端之間。第二開關S2 電性連接於該第二正反器520之輸出端Q以及電容C之第一端之間。在第二實施例中，共同電壓產生電路可用於資料線為單線反轉(one-line inversion)及雙線反轉(two-line inversion)的模式。第一開關S1 及第二開關S2 係根據液晶顯示器之一極性反轉控制訊號SPOL 控制。當極性反轉控制訊號SPOL 為單線反轉時，第一開關S1 導通而第二開關S2 關閉；當極性反轉控制訊號SPOL 為雙線反轉時，第二開關S2 導通而第一開關S1 關閉。換句話說，當極性反轉控制訊號SPOL 為單線反轉時，第一步階訊號SDFF1 會經由第一開關S1 傳輸至電容C之第一端；當極性反轉控制訊號SPOL 為雙線反轉時，第二步階訊號SDFF2 會經由第二開關S2 傳輸至電容C之第一端。電容C、電阻R、調整電路530以及參考電壓產生器540之結構與先前敘述相同，於此不贅述。第一步階訊號SDFF1 或第二步階訊號SDFF2 經由電容C及電阻R形成之高通電路以產生脈波電壓VCOM_1 。脈波電壓VCOM_1 之脈衝波形之方向與頻率和彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相同。調整電路530用來將脈波電壓VCOM_1 反相，並根據參考電壓VREF 調整脈波電壓VCOM_1 之直流電位以及大小，以產生一薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 。因此，薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之頻率及大小相同，但方向相反。
請同時參考第5圖及第6圖。第6圖為共同電壓產生電路500之訊號之波形圖。彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 由於受到薄膜電晶體基板之資料線的電容耦合效應影響，在資料線之訊號極性反轉時產生脈衝波形，而資料線之極性反轉模式也影響了彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 之脈衝頻率。因此，共同電壓產生電路500根據液晶顯示器之資料載入訊號STP 來產生薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 。當資料線之極性反轉模式為單線反轉時，資料載入訊號STP 經由反相時脈輸入端CPN 輸入至第一正反器510，第一正反器510根據資料載入訊號STP 之下降邊緣產生第一步階訊號SDFF1 。當資料線之極性反轉模式為雙線反轉時，第一步階訊號SDFF1 經由正相時脈輸入端CPP 輸入至第二正反器520，第二正反器520根據第一步階訊號SDFF1 之上升邊緣產生第二步階訊號SDFF2 。如第6圖所示，極性反轉控制訊號SPOL 為雙線反轉，因此第二開關S2 會被導通使第二步階訊號SDFF2 傳輸至電容C之第一端。第二步階訊號SDFF2 經由電容C及電阻R形成之高通電路產生脈波電壓VCOM_1 。脈波電壓VCOM_1 之脈衝波形之方向與頻率和彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相同。調整電路530將脈波電壓VCOM_1 反相，並將其直流電位及大小調整成與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相同。因此，調整電路530所輸出之薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT 之脈衝波形之頻率及大小與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相同，但方向與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相反。
在習知技術中，彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 受到薄膜電晶 體基板之資料線的電容耦合效應影響，而偏移原本的直流電位。由於彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 偏離原本的直流電位會使液晶電容充電的電位不同，使顯示畫面產生亮暗不均的差異，產生水平串音(crosstalk)的現象。在此情形下，透過本發明之共同電壓產生電路500，可以產生一頻率及大小與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相同，但方向與彩色濾光片之共同電壓VCOM_CF 相反之薄膜電晶體之共同電壓VCOM_TFT ，進而消除水平串音。
綜上所述，本發明提供一液晶顯示器之共同電壓產生電路，以消除水平串音。該共同電壓產生電路包含一第一正反器、一電容、一電阻以及一調整電路。該第一正反器接收該液晶顯示器之一資料載入訊號，以用來輸出一步階訊號。該步階訊號經由電容C及電阻R，形成一脈波電壓。該調整電路將該脈波電壓反相，並調整該脈波電壓之直流電位及大小，以輸出一共同電壓。相較於彩色濾光片之共同電壓，共同電壓產生電路所輸出之該共同電壓頻率及大小相同，但方向相反。因此，藉由產生方向相反之共同電壓，本發明消除水平串音，並改善顯示畫面產生亮暗不均的差異，提供使用者極大的便利。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101‧‧‧薄膜電晶體基板
110‧‧‧閘極驅動電路
120‧‧‧資料驅動電路
300、500‧‧‧共同電壓產生電路
310‧‧‧正反器
510‧‧‧第一正反器
520‧‧‧第二正反器
320、530‧‧‧調整電路
321‧‧‧運算放大器
330、540‧‧‧參考電壓產生電路
C‧‧‧電容
CB ‧‧‧第一電容
CPN ‧‧‧反相時脈輸入端
CPP ‧‧‧正相時脈輸入端
D1 ~DM ‧‧‧資料線
G1 ~GN ‧‧‧閘極線
J‧‧‧第一輸入端
K‧‧‧第二輸入端
P‧‧‧畫素
Q‧‧‧輸出端
R‧‧‧電阻
RA ‧‧‧可變電阻
R1 ‧‧‧第一電阻
R2 ‧‧‧第二電阻
RB ‧‧‧第三電阻
S1 ‧‧‧第一開關
S2 ‧‧‧第二開關
SDFF ‧‧‧步階訊號
SDFF1 ‧‧‧第一步階訊號
SDFF2 ‧‧‧第二步階訊號
SD1 ~SDM ‧‧‧資料驅動訊號
SG1 ~SGN ‧‧‧閘極驅動訊號
SH ‧‧‧訊號
SPOL ‧‧‧極性反轉控制訊號
STP ‧‧‧資料載入訊號
VCOM_1 ‧‧‧脈波電壓
VCOM_CF ‧‧‧彩色濾光片之共同電壓
VCOM_TFT ‧‧‧薄膜電晶體之共同電壓
VDEF ‧‧‧設定電位
VDDA ‧‧‧電壓源
VREF ‧‧‧參考電壓
第1圖為一先前技術之液晶顯示器之示意圖。
第2圖為彩色濾光片之共電極之共同電壓受到資料線的電容耦合效應影響而產生電位偏移之示意圖。
第3圖為本發明之液晶顯示器之共同電壓產生電路之第一實施例之示意圖。
第4圖為調整電路以及參考電壓產生電路之電路圖。
第5圖為本發明之液晶顯示器之共同電壓產生電路之第二實施例之示意圖。
第6圖為共同電壓產生電路之訊號之波形圖。
500．．．共同電壓產生電路
510．．．第一正反器
520．．．第二正反器
530．．．調整電路
540．．．參考電壓產生電路
C．．．電容
CPP ．．．正相時脈輸入端
CPN ．．．反相時脈輸入端
J．．．第一輸入端
K．．．第二輸入端
Q．．．輸出端
R．．．電阻
S1 ．．．第一開關
S2 ．．．第二開關
SH ．．．訊號
SPOL ．．．極性反轉控制訊號
STP ．．．資料載入訊號
SDFF1 ．．．第一步階訊號
SDFF2 ．．．第二步階訊號
VCOM_1 ．．．脈波電壓
VCOM_CF ．．．彩色濾光片之共同電壓
VCOM_TFT ．．．薄膜電晶體之共同電壓
VREF ．．．參考電壓

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示器之共同電壓產生電路，包含：一第一正反器，具有一第一輸入端，一第二輸入端，一反相時脈輸入端，用來接收該液晶顯示器之一資料載入訊號；以及一輸出端，用來輸出一第一步階訊號；一電容，具有一第一端電性連接於該正反器之輸出端；以及一第二端；一電阻，具有一第一端電性連接於該電容之第二端，用來輸出一脈波電壓；以及一第二端電性連接於一接地端；一調整電路，電性連接於該電阻之第一端，用來將該脈波電壓反相以及根據一參考電壓調整該脈波電壓之直流電位以及大小，包含有：一運算放大器，具有一負輸入端，一正輸入端用來接收該參考電壓，以及一輸出端；一第一電阻，具有一第一端電性連接於該運算放大器之負輸入端，以及一第二端電性連接於該運算放大器之輸出端；以及一第二電阻，具有一第一端電性連接於該電阻之第一端，以及一第二端電性連接於該運算放大器之負輸入端；以及一參考電壓產生電路，用來產生該參考電壓，包含有： 一可變電阻，具有一第一端電性連接於一電壓源，一第二端，以及一第三端電性連接於該運算放大器之正輸入端；一第三電阻，具有一第一端電性連接於該可變電阻之第二端，以及一第二端電性連接於該接地端；以及一第一電容，具有一第一端電性連接於該第三電阻之第一端，以及一第二端電性連接於該第三電阻之第二端。
  2. 如請求項1所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，其中該第一正反器之第一輸入端及第二輸入端係分別接收一高電位電壓。
  3. 如請求項1所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，另包含：一第二正反器，具有一第一輸入端，一第二輸入端，一時脈輸入端，用來接收該第一步階訊號，以及一輸出端，用來輸出一第二步階訊號。
  4. 如請求項3所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，其中該第二正反器之第一輸入端及第二輸入端係分別接收一高電位電壓。
  5. 如請求項3所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，另包含：一第一開關，電性連接於該第一正反器之輸出端與該電容之第 一端之間；以及一第二開關，電性連接於該第二正反器之輸出端與該電容之第一端之間。
  6. 如請求項5所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，其中該第一開關以及該第二開關係根據該液晶顯示器之極性反轉控制訊號所控制。
  7. 如請求項6所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，其中當該極性反轉控制訊號為單線反轉(one-line inversion)時，第一開關導通以及第二開關關閉以將該第一步階訊號傳輸至該電容之第一端。
  8. 如請求項6所述之液晶顯示器之共同電壓產生電路，其中當該極性反轉控制訊號為雙線反轉(two-line inversion)時，第一開關關閉以及第二開關導通以將該第二步階訊號傳輸至該電容之第一端。
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