TWI427599B - 包括液晶顯示器並使用改良式定址方法之視訊系統 - Google Patents

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Description

包括液晶顯示器並使用改良式定址方法之視訊系統
本發明係關於一種控制主動式矩陣液晶顯示器所用像素的顯示之方法且特別地一種色序模式的定址方法。
色序型顯示器的一項優點為不需濾色片即可造出直視螢幕所用彩色顯示系統，換句話說不需附加於影像點或像素的任何顏色資訊。每一像素即為無色者且使用一光匣以三原色依序地照明顯示器。
本發明特別可應用於直視螢幕市場：從手機螢幕到大電視機螢幕。其更特別可用於類比地控制像素之顯示器。於一對應的定址方法中，要在像素上顯示的視訊係使用接收的數位視訊信號由一數位類比轉換器輸出一類比電壓階所控制。為了顯示所給灰階，像素的活性要素係經活化一列期間來傳輸相應的類比電壓階至像素電容上。液晶隨後依所施加的類比值來定向至一方向。通過此液晶的輸入光偏移隨後由一極化器來修改並分析。
顯示效能特別取決於亮度，而亮度則取決於像素的照明時間。此照明時間取決於將類比電壓階傳輸至矩陣列中每一像素上的定址時間(addressing time)，及取決於先前的類比電壓階和現行的類比電壓階之液晶穩定化時間。
此等限制在以色序模式定址的顯示器之情況中更為加強。要記住者，在一顯示器中，像素是經組織在矩陣的列和行中，每一像素經排列於列和行的交叉點。單元(cell)的列係序列地定址。一列中的單元係經同時地定址並在列時間(換句話說係指關聯的列經選擇的過程中之時間)中透過行接受新的類比資料。顯示器的定址期通常包括一寫入步驟，其間係序列地選擇列，而每一所選的列的主動元件係經活化以接收並傳輸類比電壓階到關聯的像素電容上，伴隨著相應於使所有像素被轉換所需轉換時間的穩定化時間；及一照明時間，於其間面板受到照明，光線係由顯示器所調制且將相應的影像回復。在色序模式的狀況中，此等步驟係在一特定的視訊框內對於每一原色實施一次。每一框通常有三個上色子框。因此，在一框的時間內，矩陣中的所有像素必須經定址至少三次以顯示出相應於每一原色的視訊資訊。視訊框中每種原色可能需要具有二或更多著色子框，來避免看見不同的著色框。
對於此等顯示器仍然有一些問題出現，特別是由液晶回應時間所導致者，其取決於先前子框期間所記憶的類比電壓階和在新子框期間的要充電的類比電壓階。以TN(扭曲向列型(Twisted Nematic))型液晶顯示為例，液晶從一灰階至另一灰階的切換時間係遠大於從黑階變成白階，或者從白階變成灰階的切換時間。黑階係在像素與相對電極之間的電位差最大時之液晶模式。白階係在像素與相對電極之間的電位差最小時之液晶模式。灰階係一中間階：亮灰度對應於類似獲得白色所施加的值之施加電位差，而暗灰度對應於類似獲得黑色所施加的值之電位差。從白階變成亮灰階的切換時間可能比從黑階變成此相同亮灰階的切換時間較長一倍半。從亮灰階變成黑階的切換時間係非常短者。於一TN型液晶的例子中，測得下列切換時間：從白變成黑為0.2毫秒；從黑變成白為1毫秒；在二灰階間測量到的最壞情況為3.25毫秒。
本發明試圖要改善液晶顯示器的效能。特別者，本發明試圖要改善顯示器的亮度。改善亮度的一種手段係在每個面板定址期之過程中增加面板的照明時間。
本發明也試圖要改善色序型液晶顯示器的效能，其中將顏色顯示頻率增加以解決熟知的，特別由於液晶穩定化時間所導致的顏色破碎問題。例如每一視訊框中每一原色有兩個著色子框。顯示器的定址時間上限係由視訊框的持續時間所固定。將視訊頻率變為兩倍相當於將視訊框持續時間減半，此即引發問題。特別者，面板最後兩列的像素可能不具有足夠的時間來達到比等的新視訊階設定值。假如先前的定址期係對應一紅色子框，於下一個子框，例如綠色子框中，面板的底部可能仍然具有對應到先前紅色子框的某些資料。
可以看出者，要解決此等不同的問題，有用者為減少定址諸單元所需的時間，換句話說減少寫入和穩定化步驟的持續時間以具有較長的照明時間且因此改善亮度，並使每一視訊框中著色子框數目得以倍增，以使得光匣打開和關閉頻率所致頻閃效應減低。
本發明一目的係一種用於定址液晶顯示器的方法，其中顯示器的效能獲得改善。
本發明一目的係一種建基於顯示器控制裝置且需要非常少修改之定址方法。
本發明另一目的係一種具有單一液晶顯示器面板的彩色投影系統。
因此本發明係關於一種視訊系統，具有定址液晶顯示器的列和行之方法以施加視訊資訊於顯示器的每一像素上，其中視訊框包括面板中諸列的至少一定址期，該定址期包括：－一寫入列步驟，包含用於每一列的一期以於一列時間中選擇該列並對應於要顯示的影像數據施加一類比電壓階(V1，...Vn)，於所選列中的每一像素上；－一照明步驟，由一光匣照明該像素；－一於該寫入步驟之前的預充電顯示器中的像素之步驟，以施加一預充電電壓到所有像素上。
於面板中諸列的每一定址期的開始時，於一預充電步驟中活化的一預充電電路係用來同時地選擇面板中的所有列，並同時地施加一預充電電壓到所有行上。其包括複數個列電晶體以同時地選擇所有列，及複數個行電晶體以同時施加預充電電壓到所有行上。
該顯示器有利地為色序型者。
圖1顯示具有主動矩陣面板1的LCD顯示器之方塊圖。其包括一基板支撐電晶體和像素電極，一第二基板，其可或可不包括濾色片，和一相對電極CE，其係面板內的所有像素共用者，且其可或可不放置於濾色片上。此二基板係近似地平行且彼此間隔著，於二基板間的空間內於相對電極與主動矩陣間具有液晶。
該面板係由m列r1 至rm 組成，每一列包括n個顯示元件或像素2；和n行c1 至cn ，每一行具有m個像素2。每一像素具有相關聯的主動元件，在此實施例中為電晶體3。通常，相同列中電晶體的閘極電極係共同連接到列導體r1 ...rm 且在相同行中的電晶體之源傳導性電極或汲極傳導電極係共同連接到行導體c1 ...cn ，其他電極係連接到相關像素2的像素電極Ep。
面板1中每一列的定址包括在一列定址期t1 (或列時間)期間施加一閘極電壓到關聯的列導體上。此等的效應為將此列上所有的電晶體3置於開(ON)(導電)狀態。存在於n行上的視訊資訊則傳輸到像素電極Ep上。
在對應到要寫入面板的像素中的n資料的輸入流之每一定址期之中，每一列因而於一列時間內定址，使得顯示器面板中的所有列都被掃描過。定址通常係以一列接一列地次序完成。也可能有其他的列定址模式。特別者，可將面板中的列分配為不同的群組使得寫入中可同時對數列定址。
在色序顯示器的例子中，一定址期可對應至一視訊框，或對應一著色子框。
如圖2中以圖表顯示者，施加到行的視訊資訊係由一組類比電壓階所組成，每行一階，V1 至Vn ，相應於輸入數位視訊信號流(DataIN)。此組類比電壓階係由一數位類比轉換器10所輸出。根據一已知結構的範例，此轉換器係R－DAC型，換言之其係使用一電壓參考電路11來輸出k參考類比電壓階Vref1 至Vrefk ，且使用串接的電阻帶來造出電阻分配橋，在每一參考階之間設I階段，來輸出類比電壓階V1 至Vn 。轉換器在輸入端接收的每一數位碼與類比電壓階V1 至Vn 之間設立一雙射(bijection)。面板內灰階的數目係等於(k－1).1或(k－1).1/2取決於所選定址模式。對於相應於顯示器上一列的輸入流DataIN中的每一系列數位數據，轉換器10係先透過一擴大器裝置12輸出一組n類比電壓階V1 至Vn ，且此等階係施加到行c1 至cn 。
根據本發明且如圖1所示，顯示器包括一於面板1上的像素2之預充電電路4。此預充電電路包括與列關聯的m個預充電電晶體T1(每列一個)，及與行關聯的n個預充電電晶體Tc(每行一個)。與列關聯的預充電電晶體T1具有一連接到列導體的導電電極，其他電電極係連接到所有的預充電電晶體共用的第一導體(圖1)，或連接到閘極電極(圖3)。閘極電極係連接到所有預充電電晶體共用的第二導體。與行相關的預充電電晶體Tc具有一連接到相關行導體的導電電極。其它與第一導體係連接到所有預充電電晶體共用的第一導體。閘極電極係連接到所有預充電電晶體共用的第二導體。
於預充電步驟中，列預充電電晶體Ti的閘極係帶至一控制電壓Vc1 。彼等共用的導電電極係經帶至一控制電壓Vc2 ，使得所有的列r1 至tm 係同時地被選擇。此等列預充電電晶體Ti的控制模式有益地反轉每一定址期的預充電電壓Vr 的極性。此可導致在液晶上的零平均電壓且防止面板被標記。
於另一變異的具體實例中，預充電電晶體係以一二極體替換。此可如圖3中所示簡單地以電晶體T1，經由將彼等的閘極與預先連接至Vc2 的導電電極短路而獲得。此變異形式的優點在於其僅需要一單一的預充電控制電壓來控制此二極體的導電或阻斷狀態。於實施例中，施加到電晶體T1和Tc上的閘級電壓係相同的電壓，表為Vg。若需要逆反預充電電壓的極性，則需要有一第二二極體使得經常會有一傳導性二極體，取決於預充電電壓的極性(未顯示)。
於此預充電步驟中，係將行預充電電晶體Tc的閘極提升至一控制電壓Vc3 (圖1)或Vg(圖3)且將彼等的共用導電電極帶至一預充電電壓Vr使得所有行c1 至cn 係在同等於近乎Vr的相同預充電電壓階。
要注意的是列和行預充電電晶體的使用率係非常小的。其在每定址期僅呈活性一次。彼等的活化時間和預充電電壓階Vr於實際上係根據顯示器液晶的參數，根據顯示器的操作溫度進行調整。彼等的特性實際上係與關聯於像素的電晶體3的方式相同隨時間改變。
根據本發明第一具體實例，預充電階Vr係對應至白階，即典型地0伏。於此具體實例中，吾人已經發現從黑至白或從灰階至白階的轉換都是緩慢者。預充電持續時間係據此而決定者。但是後隨的寫入步驟係快速者，因為其包括從所有像素的白階轉變到任何其他的階(白、灰或黑)之故。
根據本發明第二具體實例，預充電電壓Vr係對應至黑階，即典型地6伏級次者。於此具體實例中，吾人已發現從白至黑或從白階至灰階的轉換係快速者。再者，可容易地使用所謂的“Overdrive”像素控制模式。於此模式中，施加於像素上的電壓階係與要求的目標值係超值者，使得此目標值被超過且液晶的切換時間具有在切換結束時將像素上的電壓階調回到目標值之效應。此係容易實施者，因為像素都經預充電到黑階之故。如此一來每一像素的起始點總是相同的已知階，黑階。此黑階通常對應於6伏。假定新的物件係一給定的灰階且其通常係在具有施加的灰標度之像素上以3伏特的電壓所獲得。使用Overdrive技術之下，將一2.5伏而不是3伏的電壓施加到像素上以強迫液晶的切換：該像素將比充電至3伏時較快速地充電至2.5伏。該2.5伏階係經決定成使得液晶於切換延遲會在切換結束時增加像素上的階從2.5伏到所要求的3伏。其中會有兩種效應：切換受到加速且可避免在液晶切換期間的電壓稀釋。實際上，也可規劃者，將編碼對面板所決定灰標度的參考類比電壓階選擇成可以促成Overdrive型像素控制模式。
根據本發明此第二具體實例，在預充電至黑階之下，預充電持續時間變成較短。其可能短於0.2毫秒。後續的寫入步驟比第一具體實例中者較為慢，因為目標係對於所有的像素從一高黑階(6伏)轉變至一可變階：白，灰或黑，之故。不過此較先前技藝中沒有預充電者有更好的控制且較為快。
一種根據本發明的定址期因而包括一預充電步驟，其持續時間為tp，接著為一具有持續時間tw的寫入步驟。該定址期再一次地包括一步驟，其中係照明像素面板。
於圖4a中所示本發明第一具體實例中，在電流定址期中照明步驟係在寫入步驟結束之後所活化(L－on)。如此，對於每一定址期有一照明持續時間tE，其近乎等於定址期的持續時間tst 減去預充電步驟持續時間(tp )和寫入步驟持續時間(tw )之和。實際上，有一介於寫入步驟結束與相應的照明步驟之間的時間ti ，以避免在所有像素的液晶安定化之前，讓資訊通過面板中最後定址的列上。
於圖4a中所示的本發明第二具體實例中，在電流定址期中光匣係在預充電步驟結束之時活化(L－on)。此具體實例僅能應用於預充電階為黑階時。於此情況中，在寫入步驟中光匣的照明不可能通過不正確資訊，其與任何其他預充電階(白或灰)的情況不同。
因此，對於每一子框ST－R，ST－V或ST－B有一照明持續時間tE’，其近乎等於定址期的持續時間tst 。吾人已發現在光匣關閉之中的預充電持續時間tp，於預充電至黑階的情況中係短於0.2毫秒，此係可忽略者。實際上，燈泡係在預充電步驟結束之後被活化。
對每一定址期的面板照明時間tE’係長於在第一具體實例(圖4a)中者。顯示器的亮度獲得改善。
在預充電至黑階的情況中，其甚至可在預充電期間使光匣為開者。於此情況中，光匣在所有時間都是開(on)者。
於本文中，在定址期期間使像素預充電至黑階且光盒於所有時間實際地為開者，且矩陣中的列係一列接一列依序地選擇之下，會有取決於其在顯示器面板中的位置及取決於定序的灰階所造成的像素在亮度上的差異。定址期中第一次選擇的在第一列中的像素所具白顯示時間比在定址期中最後選擇的面板上第m列之像素較長m列時間。在面板頂部和底部之間有一強的亮度變異。圖6示出於面板中的第一和最後一像素為白者之顯示器實施例中，在第一像素p(r1 ,c1 )，第一列r1 和第一行c1 ，與最後一像素p(rm ,cn )，最後一列rm 和最後一行cn 之間的此等亮度差異。
於本發明中，其意圖為補償此等亮度變異，其係經由相對於面板中此等像素的位置，調整在像素上切換的類比電壓。為了闡述此等補償，考慮在面板的第一像素和最後一像素都是白顯示的例子並假設第一像素p(r1 ,c1 )的亮度係最後一像素p(rm ,cn )的亮度之兩倍，對於白色所施加的類比電壓為使得此像素在照明時間(實際的定址期時間)上的累積透射僅為最後一像素一半多。此顯示於圖7中。
對本發明的此種改良係經由規劃相對於所定址列的位置施加一灰階標度來獲得。此係等同於針對面板中像素的位置調制經施加於行上的類比電壓階V1 至Vn 。此改良也可應用於白預充電的情況中。其可改善視訊顯示器的品質。
灰階標度通常係對每一面板來校準以整合所謂的γ補償(或S曲線)以改善顯示器的顯示效能。
於本發明中，其意圖針對定址的列來調整此等標度。實際上，電壓參考值Vref1 至Vrefk 係於每一新的寫入步驟的開始時予以調整。此可經由由例如規畫一電壓參考電路11(圖2)來獲得，該電路包括一裝置5用於記憶化數值組，每組對面板中一或數列編碼一灰標度，如圖5以圖形顯示者。較佳地，為了能夠使用Overdrive型像素控制，編碼既定灰標度之每一經記憶化的數位值組係經選擇以促成Overdrive型像素控制模式。
例如，裝置5可為一RAM型記憶體。其係與具有k數位類比轉換器的電路6相關聯，該電路6可輸出參考類比電壓值Vref1 至Vrefk 。
電路10和11係經同步化使得在每一寫入步驟，於電路10的輸入端有一對應於所選列的參考組Vref1 至Vrefk 。此可由如前文所述且顯示於圖5中的電壓參考電路11，以一經調適的方式同步化來完成。
也可在每個j定址期反轉面板的垂直掃描方向(列選擇方向)，此處j係一非零整數，單獨地或與此等改良組合者。特別者，在色序顯示器的情況中，可根據下列流程應用定址模式，包括從一視訊框至下一個，將垂直掃描方向逆反，且對相同框內的所有子框採用相同的列選擇方向：框i －紅色子框：選擇列r1 至列rm 。
－綠色子框：選擇列r1 至列rm 。
－藍色子框：選擇列r1 至列rm 。
框i＋1 －紅色子框：選擇列rm 至列r1 。
－綠色子框：選擇列rm 至列r1 。
－藍色子框：選擇列rm 至列r1 。
也可在著色子框和下一個相同顏色的著色子框之間將選擇方向倒反。此特別可應用於其中每一視訊框中對每一原色提供多於一個著色子框的情況。
於一實施例中，規劃要將每一影像框分割成為六個著色子框，即每種原色兩個子框，則有可能出現下列順序：框i －紅色子框：選擇列r1 至列rm 。
－綠色子框：選擇列r1 至列rm 。
－藍色子框：選擇列r1 至列rm 。
－紅色子框：選擇列rm 至列r1 。
－綠色子框：選擇列rm 至列r1 。
－藍色子框：選擇列rm 至列r1 。
框i＋1 －紅色子框：選擇列r1 至列rm 。
－綠色子框：選擇列r1 至列rm 。
－藍色子框：選擇列r1 至列rm 。
－紅色子框：選擇列rm 至列r1 。
－綠色子框：選擇列rm 至列r1 。
－藍色子框：選擇列rm 至列r1 。
剛才所述的本發明可應用至任何需要改善亮度或在固定亮度的能量消耗之顯示器。其也可應用至每一視訊框僅包括一定址期的顯示器，其以動態白光照明於其結構上具有或不具有濾色片的面板上。其也可應用至使用一定址模式的顯示器，其中面板內平行的m列係一列接著一列分別選擇者，或其中可於相同時間選擇數列者。此特別可能出現於主動矩陣型的色序顯示器之矩陣顯示器，其中諸列係經分配為p組且其中每一像素行包括p行導體以促成在寫入時於平行的p列中之像素選擇，其中係每組一列。例如，面板中每組可包括m/p依序的列使得顯示器係經構成為有m/p列的p帶。
1．．．面板
2．．．像素
3．．．電晶體
4．．．預充電電路
5．．．裝置
6．．．k數位電路
10．．．數位類比轉換器
11．．．電壓參考電路
12．．．擴大器裝置
本發明的其他優點及特性要在下面參照以非限制性實施例給出的本發明一具體實例所示圖式的詳細說明部份中予以詳細說明。於此等圖式中：－圖1顯示根據本發明的LCD顯示器面板；－圖2係一根據現有技藝控制面板中的行所用裝置之方塊圖；－圖3顯示根據本發明LCD顯示器面板做的一變體；－圖4a和4b示出根據本發明第一和第二具體實例的定址方法；－圖5以圖表顯示針對面板中像素的位置來變化灰標度所用的電壓參考電路；－圖6顯示出使用根據第二具體實例(圖4b)的定址方法所得亮度遮蔽效應；及－圖7顯示根據本發明一項改善所獲此效應的補償。

Claims (16)

  1. 一種視訊系統，其包括顯示視訊框的液晶顯示器，包括一以列(row)和行(column)排列的像素面板，每一列對應於複數個定址期之一期，以及面板中該複數個定址期之至少一期被包括於該視訊框中；一寫入列單元，其經組構以於一列時間內選擇該列並對應於要顯示的影像數據施加一類比電壓階於所選列中的每一像素上；一照明單元，包括一光匣，其經組構以照明該等像素；及一預充電單元，其經組構以將顯示器中的像素預充電，以及施加一預充電電壓到所有像素上，該預充電係於該寫入列單元選擇該列之前的每一定址期的開始時依序活化，且該預充電單元包括預充電電路，該預充電電路包括複數列電晶體，每一列一個，及複數行電晶體，每一行一個，該等列電晶體和行電晶體係在該預充電單元執行的預充電中同時地活化，列電晶體係用以同時地選擇面板中的所有列，且行電晶體係用以回應列電晶體和行電晶體的活化而同時施加一預充電電壓到所有的行。
  2. 根據申請專利範圍第1項之視訊系統，其中該預充電電壓的極性係於每一定址期反轉。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其中該預充電電壓係對應於白階且該光匣係在該預充電操作期間 關閉。
  4. 根據申請專利範圍第3項的視訊系統，其中於每一定址期中，該照明操作係在寫入操作之後活化。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其中該預充電電壓係對應於黑階且該光匣係在該預充電操作期間關閉。
  6. 根據申請專利範圍第5項的視訊系統，其中於每一定址期中，該照明操作和寫入操作係實質同時地活化。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其中該預充電電壓係黑階且光匣在該預充電期間係開啟。
  8. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其中對於要在一經預充電的像素上顯示的所給灰階，要施加在對應行上的類比電壓階值係相對於面板中對應列的像素之位置來調制。
  9. 根據申請專利範圍第8項之視訊系統，其中在該寫入操作中係使用一數位類比轉換電路及一組編碼灰標度的參考類比電壓值對所選列中的每一像素施加一類比電壓，且其中該寫入操作包括依據面板中所選電流列的位置選擇一組之參考類比電壓數值。
  10. 根據申請專利範圍第9項之視訊系統，其中該參考類比電壓數值係經決定來促成一過驅動(Overdrive)型像素控制模式。
  11. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其中該面板中諸列的選擇方向係於每j定址期倒反，j為一非 零的整數。
  12. 根據申請專利範圍第1或2項之視訊系統，其包括，包括對每一原色的至少一著色子框之視訊框，且其中該定址期係對視訊框中的每一著色子框重複。
  13. 根據申請專利範圍第12項之視訊系統，其中該面板內諸列的選擇方向係從一視訊框至下一視訊框交替，或在一特定視訊框內，在具有相同顏色的諸著色子框之間交替。
  14. 根據申請專利範圍第1項之視訊系統，其中該預充電電路中的該等列電晶體和行電晶體係經建構於該顯示器的內部或為在其外部。
  15. 根據申請專利範圍第1項之視訊系統，其中該等列電晶體係二極體-安裝的(diode-mounted)。
  16. 一種視訊系統，其包括一含有以列和行排列的像素面板，一包括該面板中的該等列之至少一定址期之視訊框，包括：- 一寫入列操作，每一列包括一期以於一列時間內選擇該列並對應於要顯示的影像數據施加一類比電壓階於所選列中的每一像素上；- 一照明操作，其使用能夠照明該等像素的光匣；及- 一將顯示器中像素預充電的操作，以施加一預充電電壓到所有像素上，其中該預充電的操作係於該寫入列操作前的每一定址期的開始時依序活化，且該預充電的操作係由預充電電路來活 化，該預充電電路包括複數列電晶體，每一列一個，及複數行電晶體，每一行一個，該等列電晶體和行電晶體係在該預充電的操作中同時地活化，列電晶體係用以同時地選擇面板中的所有列，且行電晶體係用以同時施加一預充電電壓到所有的行，其中該等列電晶體係二極體-安裝的(diode-mounted)。
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