TWI420482B - 顯示裝置的畫素電路及其顯示方法 - Google Patents

Description

顯示裝置的畫素電路及其顯示方法

本發明是有關於一種顯示裝置的畫素電路，且特別是有關於一種調整顯示裝置之共同電壓的畫素電路。

隨著光電科技與半導體科技的突飛猛進，平面顯示器諸如液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)，於近年來蓬勃發展。由於液晶顯示器具有低功率消耗、無輻射以及高空間利用性等多項優點，使得液晶顯示器成為現今平面顯示器市場的主流。由於液晶顯示面板本身不具有發光的功能，因此必須配置背光模組於液晶顯示面板後，以提供液晶顯示面板所需的面光源。液晶顯示面板藉由控制液晶的旋轉角度調整光源的透光率以及反射率以顯示影像。

一般而言，畫素電極與共同電極分別耦接至液晶層的兩端。畫素電極的電壓隨著畫素訊號的變化而改變，而共同電極可耦接至共同電壓。眾所皆知的是，液晶的旋轉角度由液晶層兩端的電壓差以及電場方向所決定。為了避免液晶極化的現象，液晶顯示器通常採用極性反轉的驅動方式，亦即在不同時間利用不同極性的電壓(如正極性與負極性)交替地驅動液晶。其中，施加於液晶的電壓極性決定於施加於液晶的電場方向。假設畫素電極的電壓大於共同電壓則液晶被正極性的電壓所驅動，反之，則被負極性的電 壓所驅動。

然而，進行極性反轉時，由於共同電極上的共同電壓會受到週遭環境溫度影響，使得正極性電壓與負極性電壓不對稱，進而使人眼可能察覺到液晶顯示面板出現畫面閃爍的現象。一般來說，在液晶顯示器封裝出廠前，必須利用一些額外的設備，諸如光感測器、閃爍檢查器(flicker checker)等等，來調整共同電壓。當液晶顯示器開啟時，光感測器偵測光源穿透液晶而照射到顯示面板上的光線，以產生電子訊號至閃爍檢查器。當閃爍檢查器顯示出電子訊號過高或過低時，表示顯示面板可能出現畫面閃爍的情形，此時便經由人工的方式來調整共同電壓，例如，可調整與共同電壓相關的可變電阻或數位類比轉換器(Digital to Analog Converter,DAC)。

偵測光線與調整共同電壓的操作必須不斷地被進行直到液晶顯示器系統達到熱平衡以確保調整出正確的共同電壓。然而，以此方式調整共同電壓將花費許多時間與設備成本，且無法避免人工調整的過程中可能出現的誤差。

本發明提供一種顯示裝置的畫素電路及其顯示方法，可高速地調整共同電壓，以避免顯示畫面時發生閃爍的情形。

本發明提出一種顯示裝置的畫素電路。畫素電路包括一掃描開關、一儲存元件以及一取樣電路。其中，掃描開 關之第一端與第二端分別耦接至一資料線與儲存元件，並依據一掃瞄訊號而被致能。當掃描開關被掃瞄訊號致能時，儲存元件儲存來自資料線的一畫素電壓。取樣電路則取樣儲存元件所儲存的畫素電壓以獲得顯示裝置的一參考電壓。

在本發明之一實施例中，上述之取樣電路包括一第一取樣與保持單元與一第一濾波單元。其中，第一取樣與保持單元，取樣儲存元件所儲存的畫素電壓以得到具有第一極性的一第一取樣訊號。第一濾波單元則對第一取樣訊號進行低通濾波，以產生參考電壓。

在本發明之一實施例中，上述之第一取樣與保持單元取樣儲存元件所儲存的畫素電壓以得到具有第二極性的一第二取樣訊號。第一濾波單元則依據第一取樣訊號與第二取樣訊號產生參考電壓。

在本發明之一實施例中，上述之取樣電路更包括一電壓隨耦器、一第二取樣與保持單元、一第一類比數位轉換器、一第二類比數位轉換器、一處理單元以及一數位類比轉換器。其中，第二取樣與保持單元，取樣儲存元件所儲存的畫素電壓，以得到具有第二極性的一第二取樣訊號。第一類比數位轉換器轉換第一取樣訊號為一第一數位訊號，而第二類比數位轉換器轉換第二取樣訊號為一第二數位訊號。處理單元則分析第一數位訊號與第二數位訊號以獲得一調整訊號。另外，數位類比轉換器轉換調整訊號為參考電壓。

本發明提出一種顯示方法，其步驟包括儲存一畫素電壓至一畫素電路中的一儲存元件，並取樣所儲存的畫素電壓以獲得一取樣訊號。接著，對取樣訊號進行濾波，並依據濾波後的取樣訊號產生顯示裝置的一參考電壓。

在本發明之一實施例中，上述之取樣所儲存的畫素電壓的步驟包括取樣所儲存的畫素電壓以得到具有第一極性的一第一取樣訊號。另外，取樣所儲存的畫素電壓以得到具有第二極性的一第二取樣訊號。接著，對第一取樣訊號與第二取樣訊號進行濾波以產生參考電壓。

基於上述，本發明所提供之顯示裝置的畫素電路及顯示方法，為利用上述的參考電壓以調整顯示裝置的共同電壓。由於畫素電路中儲存元件上所跨的電壓差可反應出共同電壓的變化，畫素電路取樣具有第一極性與第二極性的畫素電壓，以判知不同極性的畫素電壓是否為對稱，並藉以產生參考電壓以調整共同電壓。因此，畫素電路可避免不同極性之畫素電壓的不對稱所引起的畫面閃爍情形。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下將參考附圖詳細闡述本發明的實施例，附圖舉例說明了本發明的示範實施例，其中相同標號指示同樣或相似的元件。

如眾所知，顯示裝置中的液晶層耦接於畫素電極與共 同電極之間，其中畫素電極接收隨畫素訊號而變的畫素電壓，而共同電極耦接至共同電壓VCOM。液晶的旋轉角度係為上述兩電極間的電壓差及其施加於液晶層的電場所決定。當顯示裝置進行極性反轉時，不對稱的電壓施加於液晶上可能造成畫面的閃爍，而不對稱的電壓肇因於不穩定的共同電壓VCOM。因此，以下將闡述本發明之實施例來說明調整共同電壓的畫素電路。

圖1為本發明之一實施例之顯示裝置的電路圖。請參照圖1，顯示裝置100包括多個以陣列方式設置於顯示面板上的畫素電路110，其中顯示面板例如是液晶(Liquid Crystal Display,LCD)顯示面板或矽基液晶(Liquiid Crystal on Silicon,LCOS)顯示面板。一般而言，各個畫素電路110包括一掃瞄開關T1與一儲存元件Cst。其中，掃瞄開關T1的第一端與第二端分別耦接至資料線及儲存元件Cst。掃瞄開關T1被與掃描線相關的一掃瞄訊號S₁致能而導通。當掃瞄開關T1被導通時，畫素電壓VP₁從資料線經由掃瞄開關T1被傳送至儲存元件Cst，儲存元件Cst則儲存畫素電壓以驅動畫素並控制其旋轉角度。

在實施例中，顯示裝置100還包括至少一畫素電路120。其中，畫素電路120包括掃瞄開關T1、儲存元件Cst以及取樣電路122。與畫素電路110類似的是，在畫素電路120中，當掃瞄開關T1導通時，畫素電壓VP_N被傳送並儲存至儲存元件Cst中。取樣電路122則依據取樣訊號取樣儲存元件Cst所儲存的畫素電壓，並藉以產生參考電 壓以調整顯示裝置100的共同電壓VCOM。當進行極性反轉時，取樣電路122分別取樣具有不同極性的畫素電壓。因此，取樣訊號可被提取以分析不同極性的畫素電壓是否對稱，並進一步地調整共同電壓VCOM，以減少不對稱的正負極性電壓所造成的畫面閃爍情形。

請繼續參照圖1，本實施例中的取樣電路122包括一電壓隨耦器121、一取樣與保持單元122a以及一濾波單元122b。電壓隨耦器121的實施方式為利用將操作放大器OP1的非反相端耦接至儲存元件Cst，並將操作放大器OP1的反相端與輸出端耦接在一起，其中電壓隨耦器121的輸出電壓依據儲存元件Cst內的儲存電壓跟隨或追蹤輸入電壓。取樣與保持單元122a包括開關SW1~SW2以及電容C1。其中，開關SW1耦接於電壓隨耦器121的輸出端與電容C1之間，且開關SW1受控於一切換訊號CON1而導通，以將電壓隨耦器121的輸出電壓儲存至電容C1。開關SW2則耦接於開關SW1與濾波單元122b之間，且開關SW2受控於一切換訊號CON2而導通，以提取電容C1中的儲存電壓。藉由交替地導通開關SW1及開關SW2，取樣與保持單元122a可取樣電壓隨耦器121的輸出電壓以獲得至少一第一取樣訊號與一第二取樣訊號，其中第一取樣訊號與第二取樣訊號分別對應不同極性(例如正極性與負極性)的畫素電壓。另外，濾波單元122b對取樣訊號進行低通濾波以於電阻R1與電容C2連接的節點得到參考電壓。

圖2A~圖2D為依據圖1之實施例中畫素電路120之節點WA~WD上的訊號波形圖。請參照圖2A，具有正極性的畫素電壓VP_N與具有負極性的畫素電壓VP_N在不同的時間經由掃描開關T1被傳送至儲存電容Cst的節點WA，其中大於共同電壓VCOM的畫素電壓為正極性，而小於共同電壓VCOM的畫素電壓為負極性。如圖2A所示，具有不同極性的畫素電壓VP_N之波形關於共同電壓為非對稱。請同時參照圖2B及圖2C，在儲存元件Cst所儲存的正極性畫素電壓經由電壓隨耦器121被傳送至取樣與保持單元122a。當開關SW1為導通而開關S2為斷開時，儲存的畫素電壓被傳送至節點WB以對電容C1充電。經過一短暫時間P1後，開關SW1斷開，此時電容C1所儲存的電壓使位於節點WB的電壓保持不變。同一期間，開關SW2轉為導通狀態，使得電容C1所儲存的電壓被傳送至節點WC以獲得對應於正極性畫素電壓的第一取樣訊號SAM1。

請繼續參照圖2B及圖2C，類似地，在儲存元件Cst中所儲存的負極性畫素電壓也被取樣與保持單元122a所取樣而獲得對應於負極性畫素電壓的第二取樣訊號SAM2。請接著參照圖2D，濾波單元122b對第一取樣訊號SAM1與第二取樣訊號SAM2進行低通濾波，以產生參考電壓VCOM’。在本實施例中，參考電壓VCOM’實質上等同於第一取樣訊號SAM1與第二取樣訊號SAM2的平均電壓。如前所述，不同極性的畫素電壓關於共同電壓VCOM為非對稱，基於此原因，可利用取樣訊號的平均電 壓調整共同電壓VCOM。因此，取樣電路122可藉由產生的參考電壓VCOM’調整共同電壓VCOM，以使不同極性的畫素電壓對稱，進而減少人眼所察覺的畫面閃爍情形。

為使本領域中熟知此項技藝者易於實施本發明，以下將附圖詳細描述本發明另一實施例。圖3為本發明之另一實施例之顯示裝置的畫素電路圖。請參照圖3，畫素電路320包括掃描開關T1、儲存元件Cst以及取樣電路322。取樣電路322包括電壓隨耦器321、取樣與保持單元323a~324a、濾波單元323b~324b、類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converters,ADC)323c~324c、處理單元325以及數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter,DAC)326。電壓隨耦器321、取樣與保持單元323a~324a以及濾波單元323b~324b與圖1中的電壓隨耦器121、取樣與保持單元122a以及濾波單元122b具有相同的結構。圖1與圖3之實施例的差異之處在於，取樣與保持單元323a~324a與濾波單元323b~324b被安排成為兩分部A、B。其中分部A用以獲得對應正極性畫素電壓的正參考電壓，並接著透過類比數位轉換器323c將正參考電壓轉換為第一數位訊號。類似地，分部B用以獲得對應負極性畫素電壓的負參考電壓，並接著透過類比數位轉換器324c將負參考電壓轉換為第二數位訊號。處理單元325(例如是微處理器控制單元(microprocessor control unit,MCU))分別接收並分析第一數位訊號與第二數位訊號以獲得一調整訊號。數位類比轉換器326將調整訊號轉換成參考電壓 VCOM’。如前所述，產生之參考電壓VCOM’可用以調整共同電壓VCOM。

圖4A~圖4D為依據圖3之實施例中畫素電路320之節點WA1~WC1及WP上的訊號波形圖。圖4A表示具有正極性的畫素電壓VP_N與具有負極性的畫素電壓VP_N在不同的時間被傳送至儲存電容Cst的節點WA。請同時參照圖4B及圖4C，在儲存元件Cst中所儲存的正極性畫素電壓被取樣與保持單元323a所取樣而獲得對應於畫素電壓的第三取樣訊號SAM3。另外，請參照圖4D，濾波單元323b對第三取樣訊號SAM3進行低通濾波，以在節點WP上產生對應正極性畫素電壓的正參考電壓F1。

圖5A~圖5C為依據圖3之實施例中畫素電路320之節點WB2、WC2及WN上的訊號波形圖。請同時參照圖5A~圖5C，在儲存元件Cst中所儲存的負極性畫素電壓被取樣與保持單元324a所取樣而獲得對應於畫素電壓的第四取樣訊號SAM4。接著，濾波單元324b對第四取樣訊號SAM4進行低通濾波，以在節點WP上產生對應負極性畫素電壓的負參考電壓F2。

類比數位轉換器323c~324c分別轉換正參考電壓F1與負參考電壓F2為第一數位訊號與第二數位訊號。處理單元325則接收並分析第一數位訊號與第二數位訊號以獲得調整訊號。另外，數位類比轉換器326轉換調整訊號為參考電壓VCOM’以調整共同電壓。

值得注意的是，本領域中熟知此項技藝者應可根據上 述所揭露的實施例類推，以利用多個串接的畫素電路120/320以調整共同電壓，而上述之畫素電壓可為轉換後的灰階電壓或特定的測試電壓。另外，上述實施例中的電壓隨耦器1212/321可以依實際需要調整其個數與實施方式，本發明並不以此為限。

圖6為本發明之一實施例之顯示方法的流程圖。請參照圖6，根據上述實施例，調整共同電壓的方法可歸納為下列步驟：首先，儲存畫素電壓於畫素電路120中的儲存元件(步驟S601)。其中，畫素電壓例如是轉換後的灰階電壓或測試電壓。接著，取樣儲存元件Cst所儲存的畫素電壓以獲得取樣訊號(步驟S602)。繼之，對取樣訊號進行濾波(步驟S603)。最後，再根據濾波後的取樣訊號產生參考電壓(步驟S604)。

綜上所述，本發明之實施例所提供之畫素電路可取樣具有不同極性的畫素電壓，以產生調整共同電壓的參考電壓。由於顯示裝置的共同電壓會隨著週遭環境溫度的改變而變化，造成不同極性的畫素電壓間的不對稱。利用上述實施例所揭示的內容可在不同的環境溫度下自動調整共同電壓，以減少時間及人工成本，避免畫面閃爍的情形發生。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

100‧‧‧顯示裝置

110、120、320‧‧‧畫素電路

121、321‧‧‧電壓隨耦器

122、322‧‧‧取樣電路

122a、323a、324a‧‧‧取樣與保持單元

122b、323b、324b‧‧‧濾波單元

323c、324c‧‧‧類比數位轉換器

325‧‧‧處理單元

326‧‧‧數位類比轉換器

S₁‧‧‧掃瞄訊號

T1‧‧‧掃瞄開關

Cst‧‧‧儲存元件

VP₁~VP_N‧‧‧畫素電壓

WA~WD、WA1、WB1、WB2、WC1、WC2、WP、WN‧‧‧節點

OP1、OP2‧‧‧操作放大器

CON1~CON4‧‧‧切換訊號

SW1、SW2‧‧‧開關

R1~R3‧‧‧電阻

C1~C6‧‧‧電容

VCOM‧‧‧共同電壓

VCOM’、F1、F2‧‧‧參考電壓

SAM1~SAM4‧‧‧取樣訊號

S601~S604‧‧‧流程步驟

圖1為本發明之一實施例之顯示裝置的電路圖。

圖2A~圖2D為依據圖1之實施例中畫素電路之節點WA~WD上的訊號波形圖。

圖3為本發明之另一實施例之顯示裝置的畫素電路圖。

圖4A~圖4D為依據圖3之實施例中畫素電路之節點WA1~WC1及WP上的訊號波形圖。

圖5A~圖5C為依據圖3之實施例中畫素電路320之節點WB2、WC2及WN上的訊號波形圖。

圖6為本發明之一實施例之顯示方法的流程圖。

100‧‧‧顯示裝置

110、120‧‧‧畫素電路

121‧‧‧電壓隨耦器

122‧‧‧取樣電路

122a‧‧‧取樣與保持單元

122b‧‧‧濾波單元

S₁‧‧‧掃瞄訊號

T1‧‧‧掃瞄開關

Cst‧‧‧儲存元件

VP₁~VP_N‧‧‧畫素電壓

WA~WD‧‧‧節點

OP1‧‧‧操作放大器

CON1、CON2‧‧‧切換訊號

SW1、SW2‧‧‧開關

R1‧‧‧電阻

C1、C2‧‧‧電容

Claims (15)

1. 一種顯示裝置的畫素電路，包括：一掃描開關，耦接一資料線，依據一掃瞄訊號而被致能；一儲存元件，耦接該掃瞄開關，儲存來自該資料線的一畫素電壓；以及一取樣電路，耦接該儲存元件，取樣該儲存元件所儲存的該畫素電壓以產生該顯示裝置的一參考電壓，其中該參考電壓用以調整一提供至多個畫素的共同電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素電路，其中該取樣電路包括：一第一取樣與保持單元，取樣該儲存元件所儲存的該畫素電壓以得到具有第一極性的一第一取樣訊號；以及一第一濾波單元，對該第一取樣訊號進行濾波，以產生該參考電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該第一取樣與保持單元取樣該儲存元件所儲存的該畫素電壓以得到具有第二極性的一第二取樣訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之畫素電路，其中該第一濾波單元依據該第一取樣訊號與該第二取樣訊號產生該參考電壓。
5. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該取樣電路包括：一電壓隨耦器，耦接該儲存元件與該第一取樣與保持 單元，以緩衝該儲存元件中所儲存的該畫素電壓。
6. 如申請專利範圍第5項所述之畫素電路，其中該電壓隨耦器包括一操作放大器，其第一輸入端耦接該儲存元件，該電壓隨耦器的第二輸入端與輸出端耦接該第一取樣與保持單元。
7. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該第一取樣與保持單元包括：一第一開關，其第一端耦接該儲存元件，該第一開關之控制端接收一第一切換訊號；一第二開關，其第一端耦接該第一開關之第二端，該第二開關之第二端耦接該第一濾波單元，該第二開關之控制端接收一第二切換訊號；以及一第一電容，耦接該第一開關之第二端與該第二開關之第一端。
8. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該第一濾波單元包括：一第一電阻，耦接該第一取樣與保持單元；以及一第一電容，耦接該第一電阻以輸出該參考電壓。
9. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該取樣電路更包括：一第二取樣與保持單元，取樣該儲存元件所儲存的該畫素電壓，以得到具有第二極性的一第二取樣訊號；一第一類比數位轉換器，轉換該第一取樣訊號為一第一數位訊號； 一第二類比數位轉換器，轉換該第二取樣訊號為一第二數位訊號；一處理單元，分析該第一數位訊號與該第二數位訊號以獲得一調整訊號；以及一數位類比轉換器，轉換該調整訊號為該參考電壓。
10. 一種顯示裝置的顯示方法，包括：儲存一畫素電壓至一畫素電路中的一儲存元件；取樣所儲存的該畫素電壓以獲得一取樣訊號；對該取樣訊號進行濾波；以及依據濾波後的該取樣訊號產生該顯示裝置的一參考電壓，其中該參考電壓用以調整一提供至多個畫素的共同電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示方法，其中取樣所儲存的該畫素電壓的步驟包括：取樣所儲存的該畫素電壓以得到具有第一極性的一第一取樣訊號；以及取樣所儲存的該畫素電壓以得到具有第二極性的一第二取樣訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示方法，其中對該取樣訊號進行濾波的步驟包括：對該第一取樣訊號與該第二取樣訊號進行濾波。
13. 如申請專利範圍第11項所述之顯示方法，更包括：分別轉換該第一取樣訊號與該第二取樣訊號為一第 一數位訊號與一第二數位訊號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之顯示方法，更包括：處理該第一數位訊號與該第二數位訊號以得到一調整訊號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之顯示方法，其中產生該參考電壓的步驟包括：依據該調整訊號產生該參考電壓。