TW201243818A - Video data dependent adjustment of display drive - Google Patents

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201243818 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例大體而言係關於電子顯示器系統，且更 特定而言係關於改良電子顯示器系統中之影像品質及光學 效能。 【先前技術】 電子顯不器系統在當今社會越來越流行，常見電子顯示 器包含電腦監視器、膝上型顯示器、電視及投影機系統。 另外，一寬廣範圍之多功能產品具有至少一個電子顯示 器，包含（舉例而言）手持式裝置、平板電腦.、蜂巢電話、 智慧型電活、數位相機及攝錄影機。對於所有此等類型之 電子顯示器而言，製造商致力於改良其顯示器之影像品質 以使該等顯示器較易於在各種各樣的觀看條件下使用並提 供一較佳總體觀看體驗。影像品質之改良包含增加色彩深 度、亮度及顯示對比度。此等改良亦包含減少諸如「影像 殘留」之顯示假像、運動假像或色彩假像。 多種顯示器技術可用以製作電子顯示器，包含但不限於 液aa顯示器（LCD)、有機發光二極體顯示器（qled)、電聚 顯示器（PDP)及基於微機電系統（MEMS)技術之顯示器。此 等技術通常使用一像素電極陣列來將一電壓或一電流驅動 至允許透射、反射或發射光之一材料或一裝置。此等顯示 器技術可具有多種效能限制問題》舉例而言，可能難以達 成自一漆黑暗狀態至一亮狀態中之高亮度之一全範圍光學 狀態。可影響各種類型顯示器之另一問題係由顯示器之光 161932.doc 4

S 201243818 學輸出中之滯後引起之「影像殘留」。結果係在顯示器上 改變影像之後繼續存在一令人不悅之「重影」影像。 為了圖解說明在一特定技術中顯示器效能可如何受至限 制，提供對液晶顯示器之一基本理解，然而，將瞭解其他 顯示器技術可具有類似效能限制問題。 液晶顯不器通常使用一像素電極及一共同電極來驅動跨 越一液晶層之一電場。液晶層藉助於液晶分子之指向矢或 光學軸改變穿過顯示器之光之偏振。當與偏振濾光器組合 時’此效應產生調變光之能力。藉助於照明，一透射液晶 顯示器可在交叉之偏振濾光器之間具有一液晶層。液晶層 可經設計使得在未施加電壓時該層之光學軸與一第一偏振 濾光器（一般稱為「偏振器」）對準。在此狀態下，來自偏 振器之光在其偏振不改變之情況下穿過顯示器且由正交第 二偏振器（一般稱為「分析器」）消光。此產生一暗狀態。 若跨越液晶層之一所施加電壓場有效地使光學軸旋轉使得 穿過偏振器之光旋轉成與分析器對準，則該光將被透射， 從而產生一亮狀態。反射式液晶顯示器以一類似方式操作 但其通常僅具有一個偏振濾光器或一偏振光束分離器，該 偏振濾、光器或偏振光束分離器有效地作為偏振器及分析器 兩者而操作。 可藉由調變跨越液晶層之電壓場在一暗狀態與一亮狀態 之間調整光學軸來產生灰階以產生對應於所期望灰階之一 中間狀態。替代地’可使用脈衝寬度調變（PWM)將液晶驅 動至一亮狀態持續與所期望亮度強度位準成比例之一時間 161932.doc 201243818 週期。由於觀看者之眼睛不能足夠快地感知像素之PWM波 形’因此觀看者將看到對應於所期望亮度強度位準之一光 輸出位準。 為了產生全色彩影像，可在一子像素結構中添加色彩濾 光器，其中每一子像素通常顯示紅色、綠色或藍色分量影 像色彩中之一者。替代地，可使用一場順序色彩操作模 式。在此模式中，在用對應紅色、綠色及藍色光同步照明 下，連續地展示紅色、綠色及藍色分量色彩影像。當快速 地顯示此等分量影像（通常以高於一標準視訊圖框速率之 一速率）時，觀看者感知一全色彩影像而非個別分量影 像。對於場順序色彩顯示器，一鐵電液晶可因其高切換速 度而係較佳的。由於鐵電液晶（FLC)往往偏向於切換至兩 種光學狀態中之一者’因此一般將PWM與FLC —起使用以 形成每一分量色彩之灰階。一般藉由驅動跨越FLC之正電 壓場及負電壓場而在FLC中選擇兩種光學狀態。 液晶顯示器可能具有關於液晶層可產生之光學狀態範圍 之限制。由一液晶顯示器產生之光學狀態範圍由包含液晶 層可使傳入之偏振光旋轉之量之數個因素判定。在某些液 晶中’此可由穿過液晶層之光學軸之一扭曲判定。在FLC 中’光學狀態範圍由液晶分子可相對於液晶層表面之平面 旋轉過之一光學轴旋轉角度判定。為了產生一完全透射亮 狀態及完全消光暗狀態，光學軸旋轉角度必須足以使穿過 顯示器之光在一暗狀態中旋轉成完全正交於分析器且在一 亮狀態中旋轉成完全平行於該分析器。 I61932.doc

S 201243818 出於多種原因’一液晶層可能不能夠產生一完全透射亮 狀態及兀全消光暗狀態。舉例而言，一 flc可具有亮狀態 之有效光學軸與暗狀態之有效光學轴之間的光學軸旋轉角 度之一先天限制。儘管增加驅動電壓往往增加光學軸旋轉 角度，但若將該電壓增加至超過某一臨限值，貝iJFLC可受 損壞。另外，增加驅動電壓可能需要較大電路或一更學貴 之製造製程，㈣之任一者皆可能係太昂貴而令人卻步。 液晶顯示器亦可能具有「影像殘留」問題。特定而言， 據信，一種類型之影像殘留係由回應於所施加電壓而在液 晶層之表面處累積電荷引起4至在移除或反轉所施加電 壓之後，所累積電荷亦會修改跨越液晶層之電壓場。結果 係在顯示器影像已改變之後繼續存在且可根據幾分鐘至幾 小時之範討之-衰減時时數衰減之—殘餘「重影」影 像。大體而言，可藉由確保跨越液晶層之時間平均電場係 零或「DC平衡的」來減少此類型之影像殘留。對於某些 類型之液晶顯示器（包含鐵電液晶），此可需要在其中不照 明顯示器之一週期期間所顯示影像之逆像或補像以確保跨 越液晶層之電場係DC平衡的。然而，其中不照明顯示器 之時間週期會減小顯示器之總體亮度。因此，在不降低液 晶顯示器之焭度之情況下減少或消除影像殘留傳統上已成 為顯示器製造商之一難以達到之目標。 顯示器技術之前述實例及相關限制意欲係說明性而非互 斥性。對照此背景技術且懷著對改良現有技術之一期望， 已開發本發明之若干實施例。 161932.doc 201243818 【實施方式】 在圖式之參考圖中圖解說明本發明之實施例。意欲將本 文中所揭示之實施例及圖視為說明性而非限制性。 現在將參考附圖，其輔助圖解說明本發明之實施例之各 種有關特徵。雖然現在將主要結合一反射式鐵電液晶 (FLC)微顯示器來闡述本發明之實施例，但應明確理解， 本發明可適用於其他液晶顯示器技術，包含向列型液晶顯 示器及其他顯示器技術，諸如電漿顯示器面板（PDP)、微 機電系統（MEMS)顯示器、有機LED(OLED)顯示器面板及 微顯示器，及/或適用於其中期望增加顯示亮度及顯示對 比度且減少令人不悅之顯示假像之其他應用。就此而言， 出於圖解說明及闡述之目的呈現一反射式FLC微顯示器之 以下闡述。此外，該闡述並非意欲將本發明限制於本文中 所揭示之形式。因此’與以下教示内容及相關技術之技能 與知識相稱之變化及修改亦在本發明之實施例之範疇内。 本文中所闡述之實施例進一步意欲解釋且使得熟習此項技 術者能夠利用所闡述之實施例或具有本發明之實施例之特 疋應用或用途所需要之各種修改之其他實施例。 圖1圖解說明根據本發明之實施例之一反射式微顯示器 系統100。反射式微顯示器系統100可包含一照明源u〇、 一反射式微顯示器面板120、一偏振光束分離器13〇及透鏡 系統140。反射式微顯示器系統ι〇〇可係其中一觀看者15〇 向透鏡系統140中窺視以觀看所顯示影像之一近眼式系統 或其中藉由透鏡系統140將所顯示影像投影至一外部表面 161932.doc 201243818 上之一投影系統》 反射式微顯示器面板120可係一反射式液晶微顯示器面 板。圖2圖解說明根據本發明之各項實施例之一反射式液 晶微顯示器面板120。反射式液晶微顯示器面板12〇可由各 種層構成，包含基板210、形成於基板210之頂部上或基板 210之平面中之一像素電極陣列211(為清晰起見僅展示該 像素電極陣列之一子集）、窗玻璃層23〇及介於基板21〇與 窗玻璃230之間的一液晶層。判定反射式液晶顯示器之電 光性質之各種層可一般稱為液晶單元22〇。 圖3更詳細地圖解說明一液晶單元22〇之一實例之大體結 構。液晶單元220包含液晶層33〇、對準層、 共同窗電極350及窗玻璃230。基板21〇與窗玻璃23〇大體界 定給液晶層330限界之平行表面，其中共同窗電極35〇安置 於窗玻璃230之内表面上。液晶單元22〇可包含一或多個對 準層340-1及340-2以用於形成一所期望液晶指向矢或光學 軸對準。基板210可具有製作於基板21〇上或基板21〇内之 包含像素電極321及322之一像素電極陣列以及電晶體及其 他電路兀件，該像素電極陣列以及電晶體及其他電路元件 定址像素電路、儲存影像資料、判定像素切換並將電壓驅 動至該像素電極陣列。 液晶層330可係一 FLC層。如其他液晶，FLC由可偏向於 使自身沿-個方向大體彼此平行地對準之細長電偶極分子 (稱為FLC之指向矢或光學軸）構成。#將似放置於平行 基板内時’FLC可形成平行分子層，丨中每一層之邊界由 161932.doc 201243818 FLC分子之末端界定。該等層可在平行基板内經定向使得 該等層之平面正交於基板之平面eFLC指向矢相對於層法 線之角度可受FLC混合物之分子性質以及對準層之組合物 及表面處理約束。此角度一般稱為傾斜角。施加至FLC層 之一電場將一扭矩施加至FLC分子之電偶極，從而允許該 4分子圍繞一圓錐體旋轉，其中層法線作為軸且錐角由該 傾斜角界定。以此方式，可藉由施加跨越FLC層之一電場 使FLC層之光學軸旋轉穿過圓錐體表面上之若干位置。 FLC通常展現使FLC分子處於其中Flc之指向矢大體平 行於基板表面之兩個較穩定狀態中之一者中之一偏向。儘 管此等狀態比FLC圓錐體上之其他位置穩定，但存在Flc 光學軸位置相對於基板之定向之一定程度之類比回應。因 此，儘管跨越FLC層之一正電壓場將往往使FLC分子切換 至由傾斜角界定的圓錐體上之兩個穩定狀態中之一者，但 確切光學轴位置稍微隨著所施加電壓而變化。 跨越FLC層之電場由像素電極陣列及共同窗電極35〇之 電壓判定。像素電極可在一低像素電壓VpixL與一高像素電 壓VPO(H之間切換，而共同窗電極35〇處於一中間電壓 vWIN。舉例而言，vP1XL可係〇 v，而Vhxh可係5 ViVwin 可係2.5 V。在此實例中，當像素電極321處於時， FLC層330具有自像素電極321至共同窗電極350係-2.5 V之 一電場VFLCL。當像素電極321處於vPiXH時，FLC層330具 有自像素電極321至共同窗電極35〇係+25 乂之一電場 VFLCH。跨越FLC層330之正電場及負電場使FLC分子大體 •10· 161932.doc

S 201243818 自FLC圓錐體之一側切換至另一側。 與其他液晶一樣，FLC展現光學雙折射，此引起平行於 光學軸偏振之光經歷不同於垂直於光學軸偏振之光之一折 射率。平行於光學軸偏振之光將在其偏振方向不變之情況 下穿過FLC層。然而，與光學軸成一角度偏振穿過1?1^層 之光將藉由相位延遲而使其偏振旋轉。若FLC層係為一適 當厚度，則穿過FLC之光之偏振將旋轉光學軸與入射光之 角度（Θ)之兩倍。與一第一偏振濾光器或「偏振器」及一 第二偏振濾光器或「分析器」組合，FLC層可調變光。藉 助一交叉之偏振器及分析器，此在液晶之光學軸平行於偏 振器之軸時形成一暗光學狀態且在液晶之光學軸與偏振器 之軸成一角度時形成一亮光學狀態。為了達成可能最亮之 亮狀態，FLC光學轴將與偏振器成一 45度角且引發一 9〇度 偏振旋轉，此將允許分析器完全透射穿過偏振器之所有 光。在反射式微顯示器系統1〇〇中，偏振光束分離器13〇作 為偏振器及分析器兩者而操作，從而形成一交叉之偏振器 系統。 微顯示器系統100可顯示作為輸入影像資料接收之係灰 Is白衫像或全色彩影像之輸入影像。由於FLC係快速切換液 曰曰且具有兩個主要穩定狀態，因此最常使用脈衝寬度調變 (PWM)來產生灰階。可使用場順序色彩（fsc)或在子像素 上方針對個別色彩使用色彩濾光器來達成色彩。圖4圖解 說明用於使用FSC產生色彩且使用pwM產生灰階以顯示一 全色彩輸人影像之實例性像素驅動波形。將圖框週期400 161932.doc • 11 - 201243818 分成色彩場週期410、411、420、421、430及431。可在場 週期410期間用紅色光、在場週期42〇期間用綠色光且在場 週期430期間用藍色光照明反射式fLc顯示器。波形44〇圖 解說明使用PWM之一 1 0%亮度位準’而波形450圖解說明 使用PWM之一 50%亮度位準，且460圖解說明使用PWM之 一 90%亮度位準。波形44〇、45〇及46〇中之像素電極在高 像素電壓vP1XH與低像素電壓VpiXL之間切換。將共同窗電 極驅動至VPIXH與Vp〗XL之間的一電壓VwiN，如波形48〇所圖 解說明》 FLC傳統上已需要具有一個零時間平均dc場之驅動波 形°在稱為平衡週期之場週期41 1、421及431期間，可將 像素驅動至Vp〗XH持續與在先前照明時間週期期間將像素 驅動至VPIXH之時間互補之一時間。舉例而言，在平衡時 間週期411期間，將像素波形44〇驅動至VpixH持續一時間 週期，該時間週期相對於tFiELD與在照明週期41〇期間將像 素波形驅動至VnxH之時間週期相對於tnELDs互補的。此 波形在圖框時間4〇〇内維持跨越FLC層之一個零時間平均 DC電場。此驅動方案（稱為心補償或心平衡）防止對準 層界面處之電荷累積。 出於多種原因，在一特定顯示器面板組態中使凡(：光學 軸自暗狀態光學軸旋轉穿過一 45度角至亮狀態光學軸可能 係不了此的舉例而言，可施加至一特定顯示器技術之一 像素電極之最大電壓可受在作用像素驅動電路中使用之電 晶體之擊穿電壓限制。此受限電壓範圍可能不藉助flc電 161932.doc 201243818 壓場vFLCL及vFLCH使光學軸完全穿過一最佳45度角而切 換。圖5圖解說明FLC層330，其具有FLC圓錐體上之主要 穩定FLC光學軸位置至平行於面板表面之平面上之投影， 從而界定一光學軸旋轉範圍（δθ)。暗狀態光學軸522與亮 狀態光學軸524之間的光學軸旋轉範圍520小於最佳45度光 學軸旋轉範圍510 ^若使偏振器與軸512對準且使分析器與 該偏振器交叉，則具有光學軸旋轉範圍520之FLC層將產 生不元全/肖光之一暗狀態及不完全透射之一亮狀態。當 FLC層330經切換而具有暗狀態光學軸522時，將透過几匸 層330使沿著軸512偏振之光旋轉至係軸512與暗狀態光學 軸522之間的角度之兩倍之一轴。由於此經旋轉光將具有 平行於分析器之一分量，因此其將不被完全消光。當Flc 層330經切換而具有亮狀態光學軸524時，將使穿過偏振器 之光在到達分析器之前旋轉軸512與亮狀態光學軸524之間 的角度之兩倍。由於此光具有正交於分析器之一分量，因 此其將不被完全透射。 如上文所闡述，FLC層330可具有某一類比回應以針對 亮狀態及暗狀態光學軸位置增加跨越FLC之電壓場。然 而’高像素電壓VPIXH可由電路拓撲或製造製程約束於某 電壓範圍内。在此祀圍内’電場vFLCL=：VpIXL_vWiN及 VfLCH-VPIXH-V\viN(其中 VwiT^l/VVpjxH-VpixL))可能不使 FLC層330之分子旋轉至最佳45度光學軸旋轉範圍510。 增加驅動電壓需要能夠驅動較高電壓之電路。為了以— 小像素間距製造一反射式FLC微顯示器，使用一標準積體 161932.doc -13- 201243818 電路製程可係有利的。可用於標準積體電路製程之電壓範 圍可受製程中之技術及電晶體之大小限制。舉例而言，在 一個0.25微米CMOS製程中，設計電晶體所針對之標準電 壓位準可係2.5 V。可藉由將電晶體疊接來增加可用電壓 範圍，然而，疊接電晶體之多個位準會增加電路複雜性且 因此增加電路及像素大小。亦可將較高電壓之特殊電晶體 用於像素電路，然而，此亦會增加電路及像素大小或因添 加特殊處理步驟而增加處理成本，或兩者皆增加。因此， 增加像素電壓將可能增加像素間距或製造製程成本，此兩 者白會増加微顯示器面板之最終成本。將所施加電壓增加 至超過某一點亦可在不斷施加所增加電壓之情況下損壞液 晶。 具有一減小之光學軸旋轉範圍之一 FLC層之一般解決方 案係使光學軸旋轉範圍520旋轉使得暗狀態光學軸沿著轴 5 12與偏振器對準。此將產生一完全消光之暗狀態。一完 全消光之暗狀態係重要的，因為一顯示器之對比度係亮狀 態之光學通量對暗狀態之光學通量之比率。由於暗狀態係 對比度中之分母，因此使暗狀態更暗某一量對顯示器對比 具有比使亮狀態增加相同量大得多的一影響。然而，使光 學轴旋轉範圍52〇之暗狀態光學軸與偏振器軸512對準進_ 步減小顯示器之最大亮度，因為亦將使亮狀態光學軸524 朝向軸512旋轉’從而減小亮狀態中之光學通量。 記住此等問題’將闡述用於修改光學軸旋轉範圍以改良 FLC層330之光學效能之顯示器驅動之視訊資料依附調 161932.doc _丨4_

S 201243818 整。圖6圖解說明其中藉由取決於輸入影像資料調整顯示 器驅動而使FLC之光學狀態旋轉之一 FLC層。若輸入影像 資料係實質上暗的，則調整顯示器驅動場使得暗狀態光學 軸622與偏振器軸512對準且FLC層具有光學軸旋轉範圍 620。此產生一經改良暗狀態及較高顯示對比度，但減小 實質暗影像之亮度。一實質暗影像係低於其就期望使暗狀 態中之光輸出最小化之輸入影像亮度位準。舉例而言，一 實質暗影像可係其中影像資料值之平均值小於最大亮度之 5%之一輸入影像。若輸入影像資料係實質上亮的，則調 整驅動場使得FLC層之亮狀態光學軸朝向偏振器軸512移 動或以一 45度角與偏振器軸5 1 2對準（由光學軸旋轉範圍 630所圖解說明）。此產生亮狀態中之較高光學通量但暗狀 態中之較大光通量。一實質亮影像係高於其就期望亮狀態 之最大亮度之輸入影像亮度位準。舉例而言，一實質亮影 像可係其中影像資料值之平均值大於最大亮度之95%之一 輸入影像。對於在一實質暗影像與一實質亮影像中間之輸 入影像亮度位準，可調整顯示器驅動場以使光學軸旋轉範 圍旋轉至一中間位置。雖然5%亮度及95%亮度係用作實質 暗及亮影像之實例，但可使用其他適合值，諸如1 〇%與 90%、20%與80%等等。此外，該等值不必係彼此之鏡影 像，舉例而言，一實質暗影像可係小於25%亮度之一影 像，而一實質亮影像係高於85%亮度之一個影像。 圖7圖解說明顯示器驅動之視訊資料依附調整關於顯示 器面板之光學通量之優點。經正規化光學透射曲線710繪 161932.doc -15- 201243818 示光學通量與相對於偏振器軸5 12之光學軸角度之 的關 係。對於其中使偏振光旋轉偏振器與光學軸之間的入射角 (Θ)之兩倍之一 FLC層，曲線71〇闡述根據 _ 2 』程式 T=sin (2Θ)之光學透射。由靜態光學軸旋轉範圍72〇闞述的 曲線710上之點展示大約38度之一光學軸旋轉範圍之光學 狀態。使用顯示器驅動之視訊資料依附調整，針對—實質 暗影像使光學狀態動態地旋轉至動態暗光學軸旋轉範圍 730，從而產生一完全消光之暗狀態。對於一實質亮影 像，使光學狀態動態地旋轉至動態亮光學軸旋轉範圍 740，從而產生一較亮且可能完全透射亮狀態。 顯示器驅動之視訊資料依附調整利用觀看者之眼睛對— 特疋影像之總體亮度之回應。對於一實質暗影像，一減小 之亮狀態對於觀看者可能並不明顯，因為觀看者之眼睛將 調整至影像之總體亮度，從而使—實質暗影像之亮部分看 起來較亮。對於一實質亮影像，觀看者之眼睛調整至影像 之亮度且對於觀看者而言，將較難以感知影像之暗部分已 變付較冗。舉例而言’ 一適應全暗之眼睛可具有比一適應 亮條件之眼睛健個數量級之對灰階位準之—敏感度臨限 值。因此’顯示器驅動之視訊資料依附調整在較高亮度係 最重要時產生較亮影像且在產生_較暗暗狀態較重要時產 生較暗影像。 VWIN來實現顯示器驅動之 可藉由改變共同窗電極之電墨 ’顯示器驅動之調整可 可使用一高像素電壓 視訊資料依附調整。在此實施例中 與像素驅動電屋無關。舉例而言 161932.doc 201243818 與-低像《壓Ά間的與—輸入影像之影像資 料值成比例之PWM波形來產生—顯示器中之像素陣列在昭 明週期期間之灰階。可藉由提供相對於照明週期具有逆 PWM波形之非照明平衡週期來對像素驅動波形進行心補 償。對於-實質暗影像，可在-照明週期期間將ν·增加 至高於1/2(Vpixh-Vpixl)，此使VpixL成為一較負之電壓且施 加在暗狀態中朝向偏振器軸512驅動FLC分子之一較大電 場。對於一實質亮影像，可在-照明週期期間將V侧降低 至低於l/2(VPIXH-VpiXL) ’此使¥_成為—較正之電壓且施 加在亮狀態中驅動FLC分子遠離偏振器軸512旋轉之一較 大電場。可在平衡週期期間沿與照明週期期間之調整相反 之方向調整共同固電極電壓VWIN。此調整維持心補償同時 提供照明週期期間之一動態旋轉之光學軸旋轉範圍之益 處。 在藉助驅動電路技術與製程可能之情況下，亦可藉由改 變Vp丨XH及VPIXL來實現顯示器驅動之視訊資料依附調整。 對於一實質暗影像，可減小VpixL以針對實質暗像素形成跨 越FLC層之一較負電壓。對於一實質亮影像，可增加 以針對實質亮像素形成跨越FLC層之一較正電壓。另外， 可藉助Vwin、νΡ1ΧΗ與vPIXL之調整之一組合來實現顯示器 驅動之視訊資料依附調整。同樣，在此實施例中，根據像 素貢料值提供像素之灰階的電壓Vp丨XH與VPn(L之間的像素 PWM波形可保持不變。 可藉由判定與輸入影像之亮度相關之一特性來實現顯示 161932.doc •17· 201243818 器驅動之視訊資料依附調整， 之影像資料值來判定㈣ 。，可根據輸入影像 輸入影像之巧俊"、°δχ特性可包含但不限於諸如 勒入办像之衫像資料值之平均值 佈、-直方圖或標準偏差 攄、大值、分 影像資料值或影像資料值之—子华入影像之所有 相等地給所有分量色 。特性。該特性可 大於其他分量色彩之權重。 #色矽賦予 標準視訊源按光柵次序針對—影像 有分量色彩’例如紅色、綠色及藍 象，供所 在場順序色彩模式",示影像，—次 :二為： 之分量色彩。因此，使用場順序色彩之—二讀 在顯示-輸入影像之前儲存該整個影像:：通:必： 料，此一顯示哭-Γ At此 更用所儲存資 、可旎夠使用輸入影像資料之較4& 判定特性。舉例而言，可根據大於—給定處理來 之啬疋大小的輸入影像 =-二=::_性。可_心 定特性之其他方式==根據所儲存輸入影像資料判 或大於巧像可根據超過—特定臨限值 值之平均值的影像=2值：或Γ之—_中之影像資料 阻厂〜像資枓值之數目來判定特性。 可：用該特性與顯示器驅動場之—調整之間的 。舉例而言，可針對__FLC單元應用該特 :::之绸整之間的傳遞函數。傳遞函數可係二： 身调整之間的—線性傳遞函數。替代地，傳 由於㈣場之改變所致之光學狀態之非線性回應。舉Γ: 161932.doc

-18- 201243818 s ’暗狀態光學軸及党狀態光學軸對液晶驅動場之改變之 回應可係非線性的。另外，如圖7中之光學透射曲線71〇所 圖解說明，具有交叉之偏振器之一液晶顯示器之光學回應 根據光學軸之一 sin2x函數而變化。因此，傳遞函數可補償 光學轴對顯示器驅動場之非線性回應及液晶顯示器對光學 軸位置之非線性光學回應兩者，從而提供基於該特性之一 線性光學回應。 得遞函數可計及觀看者對不同亮度位準之感知回應。摩 例而言’可藉由用實驗量測觀看者感知平均亮度變化之影 像之灰階改變之能力來判定_感知回應曲線。在本發明之 -實施例中，傳遞函數補償相對於驅動場之光學回應 線性性質且調整驅動場使得該光學回應根據—感知喊曲 線基於特性而變化。在此實_中L基㈣知^ 型來調整顯示器驅動場。 ' 整傳=可計及輸入影像之多個特性以產生驅動場調 :: 傳遞函數可接受-輸入影像之最小、平均 及最大売度以判定驅動場調整。 調整時對輸入影像之多 4函數可在判定驅動場 …… 應用相等權重或比其他特性 更重地給一個特性加權。 傳遞函數亦可基於多個 態。對於觀看者 衫像之特性而調整光學狀 質暗麥像可1 、目月而言’自-實質亮影像調整至—實 質暗如像可化費數秒。因此，傳遞實 之多個影像之特性廄H ± 数了對來自一視訊源 …寻f生應用—時間濾光器 觀看者之眼睛調整至輸 ：=/、有與 对冗度之速度相關之一 161932.doc -19- 201243818 脈衝回應。該濾光器可具有不同於自較亮影像至較暗影像 之轉變脈衝回應時間的自較暗影像至較亮影像之一轉變脈 衝回應時間。 如上文所闡述，FLC通常需要一個零時間平均Dc場來防 止在FLC-對準層界面處之貢獻於影像殘留之電荷累積。關 於引起影像殘留之電荷累積，用於電荷累積及衰減之時間 常數可在幾分鐘至幾小時之範圍内。使用經此補償pwM波 形藉由確保不存在跨越FLC之淨DC場來防止電荷累積。然 而，dc補償驅動波形通常需要用於每一照明週期之一平衡 週期，在該平衡週期期間，用互補波形驅動FLC。由於在 平衡週期期間關斷照明源，因此照明源之所得工作循環係 大約50%。此低工作循環減小顯示器之總體亮度。 本發明之實施例涵蓋一液晶材料之使用，諸如已用一鹼 3LFLC形成t FLC’纟十添力α離子以對該驗型叮匸進行 摻雜以調整其導電率（電阻率），如其全部内容以引用的方 式併入本文中之第12/794,267號及第⑽G7 297號共同待決 美國專利申請案中所闡述。在彼等申請案中，揭示包含一 FLC層及-對準層之—FLC單元，其中該對準層可充當一 絕緣層。另外，闡述用於調整FLC之導電率之方法及組合 物，包含將可離子化化合物添加至驗型FLc或將電阻性元 素添加至FLC。 圖8展示在兩個對準層之間具有-FLC層之-FLC單元 (諸如圖3中所展示之FLC單元220)的-經簡化等效電路 820將每冑準層34(M、34〇_2表示為並聯連接之一電阻 16I932.doc

S -20- 201243818 ra及電容cA。類似地，可將孔。層33〇表示為與一非線性 歷史依附電阻器並聯之一電容Cf。對FLC之導電率之支配 性貢獻係離子電荷載流子之運動（由Ri表示）及FLC之極化 電荷之流動（由Rp表示）。對FLC之電阻之離子電荷流貢獻 受塊體中之離子化與重組速率、表面之離子黏附/釋放之 動力學及FLC層之厚度内之時間依附空間上變化之離子/源 密度影響。離子電荷流之此等機似其相對重要性可隨溫 度而強烈地變化。 用於對準層之材料及用於FLC之材料可經選擇使得對準 層電阻比FLC之彼電阻大得多。在此等情況下，可在等效 電路82G中將對準層之電阻〜設定為RA = 〇〇，此有效地提 供可自等效電路820省略電mR/^與FLC相比，對準層通 常係薄的。舉例而t -對準層之厚度通常可^ 2〇 nm， 而FLC之厚度可係8〇〇 nm。可使用其他厚度◊在此等厚度 j異之情況下，一對準層之電容CA&FLC之電容Cf大大約 一至兩個數量級。此外’在其中偏振切換電流接近零之 FLC切換事件之後，默之導電率由離子電荷載流子之運 動支配，豸導電率在等效電路中由、表示。 曰9展示基於所使用材料以及用於FLC及對準層之層之 結構特性之選擇而自圖8之等效電路820導出的另一經簡化 等效電路920。由於c^cnoo且Ri<<Rp，因此所 關’主電時間常數之—第—近似值係丨/ACa。另—選擇係， ^個對準層可具有不同電容’其中C1A係指-個個別對準 層之電合，且CSA係指另一個別對準層之電容。在此等電 161932.doc •21 - 201243818 容顯著大於CF、CA之情況下’在時間常數kRiCa中，參考 CA = 2/(l/C丨a + 1/C2A)。可藉由FLC及對準層之材料之選 擇、此等層之結構特性（諸如厚度）之選擇或此等選擇之組 合來調整時間常數。在一實例性實施例中，可藉由 將可離子化化合物添加至一選定鹼型FLC以便降低心（與該 選定鹼型FLC之一離子清潔版本之彼Ri相比）來調整 在本發明之一實施例中，可用無dc補償之一 PWM波形驅 動一經離子摻雜之FLC單元。對準層有效地充當一電高通 濾光器，從而阻擋波形之DC分量且使驅動波形之高頻分 量通過而到達FLC。圖10a圖解說明可在一像素電極與共同 窗電極之間施加至FLC單元之無dc補償的PWM波形，其介 於自10%至90%工作循環之範圍内，對於此等PWM波形， 該工作循環對應於像素之所期望灰階亮度位準。圖1〇b圖 解說明在DC分量由對準層移除之情況下施加至FLC層之圖 l〇a之PWM波形。若在不同灰階亮度位準與對應pwM波形 之間切換一像素，則跨越FLC層之DC電壓短暫地變為非 零’但根據時間常數KRiCa而衰減回至零。可藉由以下方 式來調整此時間常數：選擇心及CA使得在對準層上累積之 電荷（表示「殘留」影像）比影像殘留對於觀看者可係明顯 的時間更快地衰減。舉例而言，可將ZKCa設定為小於 1/30秒。 可藉由使用一選定厚度之一選定材料作為一對準層來設 定衰減時間常數!/2RiCa。舉例而言，可選擇一給定厚度之 161932.doc

S •22· 201243818 -通用聚醯亞胺層。可藉由操縱FLC之摻雜以達成所期望 &來設定衰減時間常數。替代地，對於具有—給定Κι之一 給定FLC，可藉由選擇一 Ca值來調整衰減時間常數 所期望衰減常數。舉例而言，可藉由選擇用於對準層之一 特定材料或操縱諸如對準層厚度之結構特性以達成―給定 cA值來獲得0^之所期望值。 對FLC及對準層之特性之選擇之另—考量包含選擇衰減 時时數】/2RlC^得其比使液晶在顯示狀態之間切換（例 如，党至暗，包括f質上對比鮮明之光學狀態）之時間^ 實質上長。否則，FLC可能不完全切換且可能不顯示影 像、组合-適當衰減時間之此兩個因素，可使用條件^ < ZKCa <tVIS〗0N來選擇FLC及對準層之材料及大小。flc之 切換時間可係約5〇 Μ謂μ3。較佳地，flc之切換時 間比場時間短。因此，可將衰減時間常數祕心之最小時 間設定為大於一場時間，舉例而言，圖框時間之1/3、 1/6、1/9或1/12。舉例而言，取決於可具有每秒24、％、 50或60個圖框之視訊源，圖框時間可介於1/24秒與ι/6〇秒 之間。因此，場時間可係約1/72〇秒至1/72秒。 在一實例性實施例中，期望衰減時間在範圍tsw < 1/2心。 <tviSION内，其中tVlsI0N係一可接受之影像殘留衰減時間。 可使用具有〜20 nm之一厚度及〜4之一介電常數之一通用聚 醯亞胺對準層，其具有大約2〇〇 nF/cm2之電容Ca。使用大 於1/720 s及tVISON=i/3〇 s之一最小衰減常數時間，針對i Cm2之一單元面積將尺丨之值設定為範圍14 kQ < Ri < 0.3 161932.doc ·23· 201243818 ΜΩ。對於其厚度係約1 一典型FLC層，離子電荷裁 流子之電阻率Pi應對應碰在範圍140 ΜΩ.cm < Pl < 3 GQ cm内。實際上，tvisi〇N之上限1/3〇 3可能係過分嚴格 的，亦即，影像殘留繼續存在一秒或多秒之一較大分數可 係在視覺上可接受的，使得較高電阻率可係可接受的。 儘管對FLC層進行離子摻雜及使用對準層作為絕緣層可 減少FLC單元中影像殘留之繼續存在，但其可對flc層之 光學軸旋轉範圍（ΔΘ)具有影響。如圖1〇b中所展示，在接 近工作循環之極限（例如，小於1〇%或大於9〇%)時在切 換週期之一部分期間在移除dc之情況下跨越flc之電壓接 近零。舉例而言，圖1〇a之pWM波形1〇1〇圖解說明施加至 ^LC單元之一 10%工作循環pWM波形。如在衰減時間常數 */2心(^之後跨越FLC層之對應電壓中所展示（由圖之波 形1011展示），在將像素電極驅動至低狀態VpixL時跨越 FLC層之電壓接近零。纟減小跨越几^層之電塵時， 層對電壓場之類比回應將影響光學軸位置。 圖11a及圖lib圖解說明在添加離子及未添加離子之情況 下對FLC早兀之FLC光學轴之切換的影響。如在圖"a中所 展不料工作循環之極限，添加有離子之一 單元中 、光干軸可月b不4有效地切換至所期望狀態。因此，儘管 減小FLC單x之衰減時間f數可減小影像殘留之可感知 性Μ旦添加有離子之FLC在工作循環之極限處具有一減小 U + ϋ旋轉圍（Δθ：) D儘管對光學轴旋轉範圍（〜）之最 大影響係在X作循環之極限處，但圖⑴展示甚至對於0.2 I61932.doc

S -24- 201243818 或0.8之工作猫庐 . , 衣’亦可大大地減小FLC(包含添加有離子 乂減“像殘留之可感知性之彼等FLC)之光學軸旋轉範圍 舉例而S，圖llb展示當跨越FLC單元之PWM驅動 波开^之1作循環係Q 5時，添加有離子之FLC之光學轴旋轉 範圍（。）可係大約42度。在—工作循環係Q 2之情況下， FLC之光學軸旋轉範圍（Δθ)可減小至大約37度。 在各項實施例中’可用未經完全&補償之—場順序色彩 PWM灰p皆波形驅動添加有冑子使得衰$日夺間係—< ZR^Ca < tVISI0N之一 FLC單元。舉例而言，圖12圖解說明 分成四個相等場週期121〇、122〇、123〇及124〇之一圖框週 期1200。對於此實例，場週期121〇、i2z〇及123〇係其中由 一照明源分別用分量色彩紅色、綠色及藍色照明面板之照 明週期。場週期丨240係不照明之一平衡週期。像素丨驅動 波形1250展示用於具有10%灰階亮度之一像素之介於一高 像素電壓VP丨XH與一低像素電壓Vjmxl之間的Pwm波形。在 平衡週期1240期間將像素}驅動至νΡ1ΧΗ持續一時間1251 , 時間1251與在場週期1210、1220及1230期間將像素驅動至 VPIXH之聚合時間成反比。像素2驅動波形1260展示用於具 有90%灰階亮度之一像素之pWM波形。在平衡週期124〇期 間將像素2驅動至VPIXH持續一時間1261，時間1261與在場 週期1210、1220及1230期間將像素驅動至νΡΙΧΗ之聚合時 間成反比。波形1280展示在整個圖框週期1200中將共同窗 電極電壓VWIN驅動至一中間電壓i/2(VP丨XH-VP丨XL)。然而， 在此實例中，在其期間將像素1驅動至VP1XH之時間週期 161932.doc •25· 201243818 1251不完全使在場週期121〇、122〇及123〇期間將像素1驅 動至vPIXL之總時間平衡。類似地，在其期間將像素2驅動 至VPIXH之時間週期1261不完全使在時間週期1210、1220 及1230期間將像素2驅動至vPIXL之總時間平衡。 圖13圖解說明對用圖12之波形驅動之一 FLC層之光學狀 態的景^響。光學軸旋轉範圍510展示藉助與軸512對準之一 偏振器產生一完全消光暗狀態及一完全透射亮狀態之理想 45度光學轴旋轉範圍。光學軸旋轉範圍132〇展示藉助一 50%工作循環PWM波形旋轉以實現最佳消光的一經離子摻 雜FLC單元之光學狀態範圍。光學軸旋轉範圍133〇展示根 據圖12中之波形1250驅動之像素1之均衡光學狀態。像素1 之均衡暗狀態光學軸已由於對準層中之電荷累積而朝向亮 狀態漂移。另外，像素1之均衡亮狀態光學軸亦已朝向完 全透射光學軸狀態漂移。光學轴範圍13 40展示根據圖12中 之波形1260驅動之像素2之均衡光學軸旋轉範圍。像素2之 均衡暗狀態光學軸已自最佳消光之軸5丨2漂移，且像素2之 均衡亮狀態光學軸已朝向暗狀態漂移。因此，儘管用離子 摻雜FLC以減小衰減時間常數i/2R〗Ca會減小由穿過單元之 離子遷移引起之影像殘留之可感知性，但將一未經平衡驅 動波形與經摻雜FLC —起使用在pwm工作循環之極限處引 起對FLC之光學軸旋轉範圍之非期望影響。 根據本發明之實施例，可使用顯示器驅動之視訊資料依 附調整以使用用未經完全dc補償之pWM波形驅動之經摻雜 FLC來改良FLC顯示器之影像品質。具體而言，可取決於 161932.doc •26· 201243818 輸入影像貧料中之像素資料值而調整FLC之光學狀態。若 輸入I像資料係實質上暗的，則修改顯示器驅動使得光學 軸旋轉|&圍（ΔΘ)將旋轉至暗像素之__均衡光學軸旋轉範圍 (0D)使得暗像素之均衡暗狀態經旋轉以實現經改良消 =。若輸入影像資料係實質上亮的，則修改顯示器驅動使 得光學軸旋轉範圍（〜)將旋轉i亮像素之一均冑光學轴旋 轉範圍（Δοβ) ’使得亮像素之均衡亮狀態經旋轉以實現經 改良透射。 圖14圖解說明根據各項實施例之關於顯示器面板之光學 通量的顯示器驅動之視訊資料依附調整之優點。經正規化 光學透射曲線1400繪示光學通量與相對於偏振器定向之光 學軸角度（Θ)之間的關係。在無顯示器驅動之資料依附調 整之情況下，光學軸旋轉範圍1410展示根據圖12中之驅動 波形1250驅動之暗像素之光學狀態。光學軸旋轉範圍142〇 展示根據圖12中之驅動波形1260驅動之亮像素之光學狀 態。若輸入影像係實質上暗的，則可藉由將暗像素之光學 軸旋轉範圍旋轉至動態調整之光學軸旋轉範圍丨4丨丨來調整 光學狀態。對應地，將亮像素之光學狀態旋轉至動態調整 之光學軸旋轉範圍1421。此以亮像素之亮度損失為代價而 動態地產生暗像素之經改良消光。若輸入係實質上亮的， 則可藉由將亮像素之光學狀態旋轉至動態調整之光學袖旋 轉範圍1422來調整光學狀態。對應地，將暗像素之光學狀 態旋轉至動態調整之光學軸旋轉範圍1412。此以暗像素之 光通量較大為代價而動態地產生亮像素之較高亮产。 161932.doc •27· 201243818 可藉由改I、同面電極電壓V则來實現—經摻雜FLc之 顯^器驅動之視訊資料依附調整。在此實施例中，調整共 5囪電壓VWIN以凋整光學軸旋轉範圍可與像素驅動波形無 關圖15展不針對一貫質暗影像使用共同窗電極電壓V· 之顯示器驅動之視訊資料依附調整。如在圖12中，未完全 對用於像素1(實質暗）及像素2(實質亮）之驅動波形1250及 60進行dc補償。在照明場週期121〇、122〇及η%期間將 Vwm驅動波形1580調整至窗照明階梯電壓Vwsi(l58i)，使 付Vw丨n大於1/2(VPIXH-VP1XL)。在平衡週期124〇期間，藉由 與照明場週期期間之調整相^一調整將ν·驅動波形 1580調整至窗平衡階梯電壓Vwsb(1582)。由窗階梯電壓 VwSI及VWSB展示之顯示器驅動之視訊資料依附調整動態地 調整光學軸旋轉範圍，使得暗像素之暗狀態光學軸具有經 改良消光。 圖16展示針對一實質亮影像使用共同窗電極電壓之 顯示器驅動之視訊資料依附調整。在照明場週期丨2丨〇、 1220及1230期間將^^…驅動波形1680調整至窗階梯電壓 Vws丨（1681) ’使得V·小於1/2(VP丨XH-VPn(L)。在平衡週期 1240期間’藉由與照明週期期間之調整相反之一調整將 動波形1680調整至窗階梯電壓Vwsb(1682)。由窗階 梯電壓Vwsi及V\VSB展示之顯示器驅動之視訊資料依附調整 動態地調整光學轴旋轉範圍，使得亮像素之亮狀態光學轴 具有經改良透射。 使用顯示器驅動之視訊資料依附調整對共同窗電極電壓 •28· 16l932.doc

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VwiN之其他調整亦可提供若干優點。舉例而言，可僅在照 b月週d 121 G 1220及123G巾之-或多者期間將共同電極電 壓v爾調整至由階梯電壓1581或1681展示之窗照明階梯電 壓vWSI。相比而言，可僅在一或多個平衡週期124〇期間將 共同電極電壓vwlN調整至由階梯電壓1582或1682展示之窗 平衡階梯電壓VWSB1夕卜，窗階梯電壓Vws#v_之調整 不需要相等。舉例而言’對VwsB之調整可大於對V㈣之調 整。 在藉助驅動電路技術與製程可能之情況下，亦可藉由改 變VPIXH& VpiXL來實現顯示器驅動之視訊資料依附調整。 對於實質暗影像，可減小VPIXL以針對實質暗像素形成跨 越FLC層之一較負電壓。對於一實質亮影像，可增加^⑽ 以針對實質亮像素形成跨越FLC層之一較正電壓。另外， 可藉助vWIN、VpiXH與％.之調整之一組合來實現顯示器 驅動之視訊資料依附調整。 在其他實施例甲，顯示器驅動之視訊資料依附調整涵蓋 在一逐像素基礎上與其他像素無關地改變驅動場。使用藉 由在像素本端之一電路判定或藉由在像素陣列外部之一電 路判疋且傳送至像素之一像素調整值以基於像素狀態對該 像素之光學軸旋轉範圍之影響而修改該像素之光學狀態。 舉例而言’一特定像素可基於像素調整值而自一像素電壓 I已圍中選擇一尚驅動電壓Vseli^xh及一低驅動電壓 vSELPIXL。以此方式’在像素驅動波形接近工作循環之極 限時，像素調整值藉由調整像素之驅動場而針對特定像素 161932.doc -29- 201243818 補償FLC之光學狀態改變β 可藉由判定與輸入影像之亮声 S ιέ 、日 相關之—特性來實現顯示 态驅動之視訊資料依附調整。 ★你*， j吻5 ’可根據輸入影像 之像素資料值來判定該特性。 鈐λ & α Λ特性了包含但不限於諸如 輸入影像之像素資料值之平 佈、-直方圖或標準偏差之參：，最小值、最大值、分 值或像素資料值之-子集之參數。該特性 早士认甘 彩之參數加權或對-個分量色彩賦 予大於其他分量色彩之權重。 標準視訊源按光料序針對—影像巾 有分量色彩，例如红彡母像素ht、所 紅色、綠色及藍色（Rgb)。然而，為了 在场順序色彩模式中顯示影 人個地顯不輸入影像 在^ ^因此’使用場順序色彩之—顯示器通常必須 ..不〜人影像之前儲存該整個影像。使用所儲存資 :二顯Γ可能夠使用輸入影像資料之較先進處理來 之最暗區域之平均亮度來定大小的輸入影像 傻㈣n °度來疋該特性。可能有慮及輸入影 ^ 者之視在亮度的根據所儲存輸入影像資料判 疋特性之其他方式。 了應用該特性與顯示器之像素驅動場之調整之間的一傳 舉例而言，可針對一似單元應用該特性與共同 :=W1N之調整之間的傳遞函數。圖i7a展示指示輸入 儿又之特性與像素驅動場之調整之間的一傳遞函數 的實例。該傳遞函數可產生用於照明週期之一調整及用於 161932.doc 201243818 平衡週期之-調整。舉例而言，一傳遞函數可包含輸入影 又......明週期期間之VW1N調整之間的一照明窗階梯函 數17丨1及輸入影像亮度與平衡週期期間之調整之間的 一平衡窗階梯函數1712。 傳遞函數可係特性與驅動場調整之間的一線性傳遞函 數如由照明窗階梯函數1711及平衡窗階梯函數1712所展 八替代地，傳遞函數可補償由於驅動場之改變所致之光 :狀態之非線性回應。舉例而言，暗狀態光學軸及亮狀態 光干轴對液晶驅動場之改變之回應可係非線性的。另外， 如圖7中之光學透射曲線7ig所圖解說明，具有交叉之偏振 Θ之-液aSB顯示器之光學回應根據光學轴之—&2χ函數而 變化。因此，傳遞函數可補償光學軸對顯示器驅動場之非 線性回應及液晶顯示器對光學軸位置之非線性光學回應兩 者，從而提供基於該特性之一線性光學回應。 傳遞函數可计及觀看者對不同亮度位準之感知回應。舉 例而σ，可藉由用貫驗量測觀看者感知平均亮度變化之影 像之灰I5白改變之能力來判定一感知回應曲線。在本發明之 實施例中，傳遞函數補償光學狀態對顯示器驅動場之非 線性回應且調整驅動場使得料光學狀態根據感知回應曲 線基於特性而變化。實例性非線性照明窗階梯函數i 72丨及 平衡窗階梯函數1722可補償由於驅動場之改變所致之光學 狀I、之非線性回應及觀看者之非線性感知回應。將瞭解， 一旦判疋感知回應曲線及關於驅動場之非線性光學回應， 便可計算傳遞函數以提供所期望感知回應曲線。在此實施 I61932.doc • 31 - 201243818 例t，根據一基於感知之模型來調整顯示器驅動場。 藉由結合圖12、圖15及圖16考量圖17a之照明窗階梯函 數1711及平衡窗階梯函數1712來圖解說明根據本發明之一 實施例將窗電壓Vwm與一經摻雜FLC 一起使用之顯示器驅 動之視訊資料依附調整的操作。對於此實例，VpixH=5 v，VPIXL=〇 V，且在無顯示器驅動之視訊資料依附調整之 情況下之標稱VwiN電壓1280係2.5 V。亦對於此實例，平 衡時間週期1240在時間上等於照明週期121〇、122〇及123〇 中之每一者。在圖12之波形1250中展示之一10%亮度像素 之FLC層將具有·1 v之一DC偏移。因此，針對此等條件當 將像素驅動為低時跨越1^(：：層之場將減小至_丨5 v。對於 具有指示一實質暗影像之一特性之一輸入影像，諸如具有 小於128之一平均亮度（對於一個八位元影像（每色彩之一 影像’調整驅動場以改良消光。舉例而言，對於具有一平 均梵度係零之一全暗影像’照明窗階梯函數丨7丨丨在照明週 期内將窗階梯電壓Vwsi調整+1 v。平衡窗階梯函數1712在 平衡週期内將窗階梯電壓Vwsb調整-1 V。10%亮度像素 1250現在具有等於-1325 v的由像素驅動波形 驅動波形1280之間的平均DC偏移判定之一稍微較負DC偏 移。然而，當像素波形1250係低時，驅動場係3 5 v且跨 越FLC層之對應場將係_2·175 使用顯示器驅動之視訊 資料依附調整之較負驅動場將使光學軸旋轉範圍旋轉以實 現10%像素（及其他實質暗像素）之較佳消光。對應地，當 輸入影像係實質上亮時，舉例而言，當平均輸入影像亮度 161932.doc -32· 201243818 對於—個八位元影像(每色彩))時’可使用顯示器 動之視訊資料依附調整來使光學軸旋轉範圍 較佳透射。對於具有介於諸如—平均亮度⑲之—全= 性平均亮度係255(對於—個人位㈣像（每色彩）） = 儿特眭之間的壳度特性之輸入影像，冑電壓Vw〗n之 調整可係根據照明窗階梯函數17 i ι及平衡窗階梯函數1712 之中間值。對於具有5〇%亮度之一特性之一影像，不根據 函數1711及1712做出窗階梯電壓Vwsi&Vwsb之調整。因 此，對於具有一篇亮度特性之一輸入影像，窗電壓Vwm 將具有對應於圖12之波形128〇之一波形。 將瞭解，傳遞函數之零交叉點可取決於FLC單元相對於 偏振器之旋轉。舉例而言，圖5圖解說明在與偏振器轴512 之-個45度角内居中之光學軸旋轉範圍咖。出於多種原 因，使光學軸旋轉範圍居中使得暗狀態光學軸與偏振器軸 512實質上對準可係有利的。對於此組態，傳遞函數之零 交叉點可不同於一50%亮度特性。舉例而言，肖明窗階梯 函數1731及平衡窗階梯函數1732可圖解說明經對準使得一 50%亮度像素之暗狀態光學軸與偏振器軸512實質上對準 之一 FLC單元的一傳遞函數。 圖18a及圖18b更詳細地圖解說明傳遞函數如何隨時間修 改圖15及圖16中所展示之窗階梯電壓。根據各 項實施例構造一實例性FLC單元，其中一經dc平衡像素之 暗狀態光學軸與偏振器轴512實質上對準。可用νριχΗ=3 4 v及vPIXL=o v之像素電壓驅動FLC單元。可根據圖15及圖 161932.doc -33- 201243818 16用-未經平衡驅動波形來驅動咖單元，其中聚合照明 週期時間與聚合平衡週期時間之各種比率包含6_6、9-3、 1〇,他未經平衡驅動比率之比率。根據分別由圖17a 中之is照明階梯函數！ 73 j及窗平衡階梯函數⑺2圖解說明 之一傳遞函數來調整窗階梯電塵VwMVwsb。圖W圖解 說明-輸入視訊串流之1000個圖框之一樣本序列的平均亮 度波。形181G。圖18b展示根據圖⑽之圖框序列之此組態之 單元之VWSI(〗861)及Vwsb(1862)的曲線圖。 一顯示器之傳遞函數可係可程式化的。舉例而言，可將 傳遞函數作為一查找表（LUT)儲存於顯示器系統之非揮發 性記憶體中。可在LUT之設定點之間内插傳遞函數。可在 LUT之點之間線性地内插傳遞函數。替代地，可將 乍為一多項式函數或其他類型之函數儲存於顯示器 ^=1示器可根據該函數及輸入影像之特性計算驅動 可計及輸入影像之多個特性以產生—光學狀態 私舉例而言，傳遞函數可接受—輸人影像之最小 句及最大儿度以判定驅動場調整。傳遞函數可在 =:輸入影像之多個特性應用相等權重或比其= 陡更重地給一個特性加權。 傳遞函數亦可基於多個輸人影像之特性而調整光 態。舉例而言，傳遞函數可對來自一視訊源之多個影=狀 特性應用一時間濾光器。對於觀看者之眼睛而言一之 質亮影像調整至—實f暗影像可花費數秒。因此，該據= 161932.doc

-34· 201243818 。。可八有與觀看者之眼睛調整至輸入影像之相對亮度之速 度相關之一脈衝回應。該濾光器可具有不同於自較亮影像 至較暗影像之轉變脈衝回應時間的自較暗影像至較亮影像 之一轉變脈衝回應時間。 該遽光器可具有與FLC之衰減時間f數相關之—脈衝回 應舉例而言，傳遞函數可應用具有等於FLC之衰減時間 常數之—脈衝回應之―渡光器。在此實例中，若將FLC之 衰減時間常數设定為等於tvis_(其中s)且視訊 圖框速率係每秒60個圖框，則傳遞函數將經設定以具有等 於兩個圖框之-脈衝回應。此可藉助一簡單二階有限脈衝 回應遽光器來實施。根據各項實施例，傳遞函數可計及來 自多個影像之多個特性。 將瞭解’可將—圖框週期劃分成照明週期與平衡週期之 諸多組合。出於多種原因，具有大於3χ圖框速率之一色彩 場速率可係有利的。亦將瞭解，照明週期不必係等效好 衡週期之時間週期。以舉例方式，可將圖框週期分解成昭 明週期與平衡週期之組合，其分別產生係6_6、9_3或1〇2 之聚合照明時間與聚合平衡時間之比率。另外，可將平衡 週期定位於圖框週期内之任何地方，舉例而言，平衡週期 可出現在照明週期之前、照明週期之間或照明週期之後。 圖⑺展示根據本發明之各項實施例之-經摻雜FLC單 疋之亮度改良。亮度位準條173〇展示針對一特定經摻雜 FLC混合物聚合照科間與聚合平衡時間之—比率係以之 -經完全de補償PWM像素驅動波形的亮度。條⑽展示聚 161932.doc -35· 201243818 合照明時間與聚合平衡時間之一比率係9·3之一 PWM像素 驅動波形之經正規化亮度。條1750展示聚合照明時間與聚 合平衡時間之一比率係〗0_2之一 PWM像素驅動波形之經正 規化壳度。條1760展示根據本發明之實施例使用顯示器驅 動之視訊資料依附調整之聚合照明時間與聚合平衡時間之 一比率係10-2之一 PWM像素驅動波形的經正規化亮度。 圖19圓解說明根據本發明之各項實施例之一顯示器面 板。顯示器面板底板1900包含一像素陣列丨91〇、控制電路 區塊1920、記憶體緩衝器193〇及窗電極驅動器195〇。影像 資料1905包含一輸入影像或一視訊資料串流中之輸入影像 串之影像資料值。控制電路區塊丨92〇含有邏輯與記憶體電 路以控制顯示器面板底板19〇〇中之數個區塊之操作。控制 電路區塊1920可處理影像資料丨905中之影像資料值以基於 該等影像資料值而產生像素陣列之像素驅動狀態。控制電 路區塊1920可在產生像素陣列之像素驅動狀態之前將影像 資料暫時儲存於記憶體緩衝器1930中。該等像素驅動狀態 可基於影像資料值中之一或多者。該等像素驅動狀態可包 含灰階值。該等像素驅動狀態可包含每一分量色彩（包含 一紅色灰階分量、一綠色灰階分量及一藍色灰階分量）之 灰階值。像素可根據由像素驅動狀態判定之一 pwM波形而 在一低像素位準與一高像素位準之間切換。 控制電路區塊1920可包含影像處理區塊1921及驅動場控 制區塊1922。驅動場控制區塊1922處理影像資料以判定與 影像資料值之亮度相關之一特性。驅動場控制區塊丨922亦 161932.doc -36-

S 201243818 可包含使用窗電極驅動器195_整窗電極電壓1955之一傳 遞函數’窗電極驅動器1950可係用以將驅動場控制區塊 1922之一數位輸出轉換為窗電極電壓1955之一數位轉類比 轉換器(DAC)。窗電極電壓1955藉助於來自顯示器面板之 一直接連接或透過一印刷電路板或顯示器面板之其他封裝 之一連接而耦合至FLC單元之共同窗電極。 可根據在標題為「數位顯示器（DIGITAL DISpLAY)」之

第1 1/969,734號美國專利申請案及/或標題為「單個晶片上 之微顯示器與介面（micr〇DISPLay AND INTERFACE 〇N SINGLE CHIP)」之美國專利7,283，iQ5中闡述之微顯示器 架構來設計顯示器面板底板丨900，該申請案及該專利闡述 具有能夠接受標準光柵次序視訊信號且在色彩順序模式中 顯示之整合圖框緩衝器之微顯示器底板。替代地，可以接 受輸入影像資料並使用像素電極施加一驅動場之一不同架 構來設計顯示器面板底板1900。根據本發明之一實施例之 一顯示器系統可具有包含顯示器面板底板19〇〇之各種電路 區塊之若干部分之一外部顯.示器控制器晶片。 本發明之另一實施例在一逐裝置基礎上設定顯示器驅動 之視訊資料依附調整之調整參數。舉例而言，可根據本發 明之實施例製造具有一經摻雜FLC層之一反射式微顯示器 裝置。可用一未經平衡PWM波形（如先前關於圖12所闡述 之彼等波形）驅動FLC。接著可使用用於量測光強度或偏振 之一量測設備來量測FLC之光學通量或均衡光學軸。接著 可記錄達成一所期望光學狀態所需之光學狀態偏移。可根 161932.doc •37- 201243818 據光學狀態偏移來判定-顯示器驅動偏移，且可將顯示器 驅動偏移程式化於在顯示器本端之非揮發性記憶體中。可 使用該顯示器驅動偏移來根據圖17設定傳遞函數之最大及 最小驅動場調整。該非揮發性記憶體可係一的臟記憶 體。該非揮發性記憶體可在顯示器裝置之麵合至顯示器基 板之單獨、.a件上’或在其他實施例中，該非揮發性記憶 體可在顯示器基板自身上。替代地，可藉由重複地設定顯 不器驅動之調整並量測結果來判定光學狀態偏移。當達成 所期望經調整均衡光學狀態時，將顯示器驅動校正之量程 式化至特定顯示器裝置之非揮發性記憶體中。可針對多種 不同PWM波形量測光學狀態偏移。以此方式，可使用輸入 影像亮度特性對顯示器驅動調整之一查找表來程式化傳遞 函數。可在查找表之設定點之間内插傳遞函數。可在查找 表之設定點之間線性地内插傳遞函數。 將瞭解，顯示器驅動之視訊資料依附調整可為其他液晶 顯示器技術提供影像品質上之優點’包含增加之亮度及/ 或對比度°舉例而言’顯示器驅動之視訊資料依附調整可 與其中穿過液晶層之光之偏振旋轉在—暗狀態中小於完全 消光及/或在-亮狀態中小於完全透射之任何液晶顯示器 技術-起使用。另外，顯示器驅動之視訊f料依附調整可 應用於其中液晶材料具有受一顯示器驅動波形之一時間依 附分量影響之光學狀態的應用。特定而言，顯示器驅動之 視訊資料依附調整可與為減小影像殘留之衰減時間常數而 摻雜有離子化合物之其他液晶一起使用。 16I932d〇C .38·

S 201243818 另外，將瞭解，顯示器驅動之視訊資料依附調整可應用 於其他顯示器技術。舉例而言，顯示器驅動之視訊資料依 附調整可應用於其中光學狀態切換受製造或製程參數約束 使得在標準驅動條件下暗狀態並非全暗或亮狀態並非最佳 地亮之任何顯示器技術。 已出於圖解說明及闡述之目的而呈現前文闡述。此外， 該闡述並非意欲將本發明之實施例限制於本文中所揭示之 形式。儘官上文已論述若干個例示性態樣及實施例，但熟 習此項技術者將認識到某些變化、修改、排列、添加及其 子組合。 【圖式簡單說明】 圖1係一反射式顯示器系統之一示意圖。 圖2圖解說明一液晶顯示器。 圖3展示一液晶單元之一剖面。 圖4展示實例性經脈衝寬度調變像素驅動波形。 圖5圖解說明一鐵電液晶單元之光學軸旋轉範圍。 圖6圖解說明一鐵電液晶單元之光學軸旋轉範圍的調 整。 圖7係展示動態調整之光學軸旋轉範圍之經正規化光學 透射的一曲線圖。 圖8展示具有對準層之一鐵電液晶單元的一經簡化電 路0 圖9展示具有對準層之一鐵電液晶單元的另一經簡化等 效電路。 161932.doc 39- 201243818 圖10a圖解說明具有介於自10%至90。/❶之範圍内之工作循 環的施加至一鐵電液晶單元之經脈衝寬度調變驅動波形。 圆1 Ob圖解說明跨越具有一絕緣層之一鐵電液晶單元中 之鐵電液晶層的電壓場’其對應於圖1 〇a之驅動波形。 圖11a係添加及未添加離子導電率之鐵電單元之亮狀態 與暗狀態光學抽疋向對驅動波形工作循環的一曲線圖。 圖lib係添加及未添加離子導電率之鐵電單元之光學軸 旋轉範圍對驅動波形工作循環的一曲線圖。 圖12係展示一鐵電液晶層之實例性像素驅動波形的一時 序圖。 圖13圖解說明根據圖12之驅動波形驅動之一鐵電液晶的 光學軸旋轉範圍。 圖14係展示動態調整之光學軸旋轉範圍之經正規化光學 透射的一曲線圖。 圖1 5係展不實例性像素驅動波形及共同窗電壓之視訊資 料依附調整的一時序圖。 圖16係展示實例性像素驅動波形及共同窗電壓之視訊資 料依附調整的一時序圖。 圖1 7a係與衫像亮度相關的一輸入影像之一特性與驅動 場調整之間的傳遞函數之一曲線圖。 圖17b圖解說明一鐵電液晶顯示器之亮狀態效能的一比 較。 圖18a展示影像亮度之一特性隨時間的一曲線圖。 圖18b展示隨時間由影像亮度之一特性之一傳遞函數產 161932.doc 201243818 生的實例性窗階梯電壓。 圖19係一微顯示器面板之一方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 微顯示器系統 « 110 照明源 120 反射式液晶微顯示器面板 130 偏振光束分離器 140 透鏡系統 150 觀看者 210 基板 211 像素電極陣列 220 鐵電液晶单元 230 窗玻璃（層） 321 像素電極 322 像素電極 330 鐵電液晶層 340-1 對準層 340-2 對準層 ' 350 共同窗電極 • 400 圖框週期 410 色彩場週期/照明週期 411 色彩場週期/平衡週期 420 色彩場週期 421 色彩場週期/平衡週期 161932.doc -41 - 201243818 430 色彩場週期 431 色彩場週期/平衡週期 440 像素波形 450 波形 460 波形 480 波形 510 光學軸旋轉範圍 512 偏振器軸 520 光學軸旋轉範圍 522 暗狀態光學軸 524 亮狀態光學軸 620 光學軸旋轉範圍 622 暗狀態光學軸 630 光學軸旋轉範圍 710 經正規化光學透射曲線 720 靜態光學軸旋轉範圍 730 動態暗光學軸旋轉範圍 740 動態亮光學軸旋轉範圍 820 經簡化等效電路 920 經簡化等效電路 1010 脈衝寬度調變波形 1011 波形 1200 圖框週期 1210 周明週期/場週期/時間週期 .42· 161932.doc s 201243818 1220 1230 1240 1250 1251 1260 1261 1280 1320 1330 1340 1400 1410 1411 1412 1420 1421 1422 1580 1581 1582 1680 1681 周明週期/場週期/時間週期 周明週期/場週期/時間週期 場週期/平衡週期 像素1驅動波形 時間週期 像素2驅動波形 時間週期 標稱共同窗電極電壓vWIN/共同窗電極電壓 V w IN驅動波形 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 光學軸範圍

經正規化光學透射曲線 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 光學軸旋轉範圍 共同窗電極電壓V w IN驅動波形 窗照明階梯電壓VWS1 窗平衡階梯電壓V WSB 共同窗電極電壓乂……驅動波形 窗階梯電壓V w s I 161932.doc •43· 201243818 1682 窗階梯電壓V\vSB 1711 照明窗階梯函數 1712 平衡窗階梯函數 1721 照明窗階梯函數 1722 平衡窗階梯函數 1731 照明窗階梯函數/窗照明階梯函數 1732 平衡窗階梯函數/窗平衡階梯函數 1810 平均亮度波形 1861 窗照明階梯電壓VWSI 1862 窗平衡階梯電壓V\VSB 1730 亮度位準條 1740 亮度位準條 1750 亮度位準條 1760 亮度位準條 1900 顯示器面板底板 1905 影像資料 1910 像素陣列 1920 控制電路區塊 1921 影像處理區塊 1922 驅動場控制區塊 1930 記憶體緩衝器 1950 窗電極驅動器 1955 窗電極電壓 V ριχΗ 高像素電壓 V pixl 低像素電壓 161932.doc -44-

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Claims (1)

1. 201243818 七、申請專利範圍： 種操作顯示器裝置以顯示一輸入影像之方法，該輸 入衫像包含影像資料值，其中該顯示器裝置包含一像素 車歹j °亥像素陣列中之每一像素可操作以根據該等影像 資料值中之—或多者在複數個像素驅動場之間切換，該 複數個像素驅動場對應於複數個光學狀態，該複數個光 學狀態包含一高強度光學狀態及一低強度光學狀態，該 方法包括： 根據該輸入影像之複數個該等影像資料值判定一特 性，其中該特性與該輸入影像之亮度相關；及 ;D亥特性而調整該複數個像素驅動場中之至少一 者。 2_如叫求項丨之方法，其中在該特性指示一實質暗影像之 清况下，調整該複數個像素驅動場使得該低強度光學狀 態較暗。 3_如叫求項1之方法，其中在該特性指示一實質亮影像之 ·*·|^·* ’調整該複數個像素驅動場使得該高強度光學狀 態較亮。 月长項1之方法，其中基於該特性而線性地調整該複 數個像素驅動場。 5.如請求項；夕士、+ q 1之方法，其中根據該等像素資料值之一平均 0又—壳度直方圖、一最大亮度或一最小亮度中之至 少一者判定該特性。 6 · 言青 崎1之方法，其中根據一基於感知之模型調整該 161932.doc 201243818 複數個像素驅動場β 7. 如請求項1之方法 器。 八中該顯示器裝置係一液晶顯示 8. s月來項1之方法 9. 10. n H τ該像素陣列中之每-像素包含 像素雷r 5 ’該像素㈣將料像素電_動至複數個 像素且其中調整該複數個像素驅動場與該複數個 像素電壓無關。 一月求項8之方法’其中該像素陣列中之每—像素包含 像素電極’且該複數個像素㈣場係藉由該像素陣列 該等像素電極之間的電場電位及__共同電位判定， 且其中調整該複數個像素驅動場包含調整該共同電位。 :°月求項1之方法’其中該顯示器裝置係-液晶顯示 器且該複數個光學狀態係藉由該液晶顯示器之一液晶 材料之光學軸旋轉範圍判定，該光學軸旋轉範圍小於 40 度。 、 11. 一種操作一顯示器裝置以顯示一輸入影像之方法，該輸 入影像包含影像資料值，其中該顯示器裝置包含一像素 陣列，該像素陣列中之每一像素可操作以根據該等影像 資料值中之一或多者在複數個像素驅動場之間切換，該 複數個像素驅動場對應於複數個光學狀態，該方法包 括： 針對該像素陣列中之一或多個像素，判定由於該像素 陣列中之該一或多個像素之像素驅動場之時間DC偏移所 致的對該複數個光學狀態之一影響； 161932.doc 201243818 才據該輸入影像之複數個該等影像資料值判定一特 性；及 12. ^於該特性而調整該複數個像素藤動場。 I月长1之方法，其中該顯示器裝置係一液晶顯示 器，該等像素驅動場係施加至該液晶顯示器之一液晶 層，且其中該複數個光學狀態係藉由該液晶層之一光學 轴判定’且該等時間DC偏移使該液晶層之該光學軸移 位。 月长項12之方法，其中調整該等像素驅動場包括調整 施加至錢素陣列之—共同電極之—共同電壓。 Μ·如請求項U之方法’其進—步包括根據待依序顯示之複 數個輸入影像判定該特性。 15· 一種用於顯示—輸人影像之液晶顯示器裝置，該輸入影 像包含影像資料值，該液晶顯示器裝置包括： 一像素電極陣列，該像素電㈣列可在複數個電壓狀 態之間切換； 一共同電極，其由一共同電壓驅動；及 -液晶材料層，其介於該像素電極陣列與該共同電極 之間’該液晶材料層具有-光學軸，該光學轴係藉由該 像素電極陣列與§亥共同電極之間的—電壓場判定， 其中該顯示器裝置經組態以根據複數個該等影像資料 值判定與該輸入影像之亮度相關之一特性，且基於該特 性而調整該共同電壓。 X ’ 16. -種用於顯示一輸入影像之液晶顯示器裝置，該輸入影 161932.doc 201243818 像包含影像資料值，該顯示器裝置包括： 第基板，其包含一像素陣列，該像素陣列中之每 —像素包含-像素電極，該像素陣列可操作以將該等像 '、電極驅動1包含一南像素電壓及一低像t電壓之複數 個像素電壓； 一第二基板，其平行於該第一基板，包括被驅動至一 共同電壓之一共同電極；及 一液晶材料層，其介於該第一基板與該第二基板之 間，用於該像素陣列中之一像素之該液晶材料之一光學 轴係藉由該像素電極與該共同電極之間的—像素電壓場 及由於該像素電壓場之—時間D c偏移所致之—偏移電壓 場判定， 其中該顯示器裝置經組態以基於根據複數個該等影像 資料值判定之一特性而調整該共同電壓，以補償該像素 電壓場之該時間DC偏移對該光學軸之影響。 月求項16之液晶顯示器裝置，其中該顯示器裝置進一 步經組態以基於該特性而調整該複數個像素電壓。 18.如請求項16之液晶顯示器裝置，其進一步包括一照明源 以用分量色彩依序照明該顯示器裝置，其中該顯示器裝 置經組態以在-圖框週期期間顯示該輸入影像，該圖框 週期進一步被劃分成依序顯示之複數個照明週期及平衡 週期，且其中在對應於該輸入影像之一分量色彩且由唁 照明源用該分量色彩照明之一照明週期期間，該等像素 選擇該高像素電壓或該低像素電壓中之—者持續與該輸 161932.doc S 201243818 門ΐθΓ之h里色敎該等影像資料值成比例的第-時 且在-平衡週期期間，料像㈣擇該高料 八旦2低像素電壓中之—者持續與該輸人影像之該等 刀里色彩中之一S ± > ：J ΛΛ 、一者亥等影像資料值成反比的第二 、月且it步其中該共同電壓在該平 之調整與在該照明週期期間之一調整係相反。㈣ 19 :::項18之方法，其中照明週期之數目大於平衡週期 2〇·如請求項18之方法，其中該等照明週期在一圖框週期期 間之〜、時間週期大於該等平衡週期在該圖框週期期間之 總時間週期。 21·如請求項16之液晶顯示器裝置，其中該液日日日材料係 電液晶。 & 22_如請求項16之液晶顯示器裝置，其中該液晶材料摻 離子。 23.如=求項22之液晶顯示器裝置，其進—步包括在該液晶 之一表面處之一絕緣材料，該偏移電壓場跨越該絕緣材 料，其中該偏移電壓場具有取決於摻雜有離子之該液晶 材料之電阻及該絕緣材料之電容的一衰減時間常數，該 农減時間常數小於或等於在視覺上可接受之影像殘留之 一最大時間。 24.如請求項23之液晶顯示器裝置，其中該液晶摻雜有離 子，使得該衰減時間常數小於i〇〇毫秒。 25. —種操作一顯示器裝置 以顯示一輸入影像之方法，該輸 161932.doc 201243818 入〜像包含影像資料值，其中該顯示器裝置包含一像素 陣列’該像素陣列可操作以藉由將該像素陣列驅動至對 應複數個像素驅動場而在複數個光學狀態之間切換，該 方法包括： 針對該像素陣列中之一或多個像素，判定由於該等像 素驅動場中之時間DC偏移所致之對該複數個光學狀態之 一影響；及 與該像素陣列中之其他像素之該等像素驅動場無關地 調整該像素陣列中之該一或多個像素之該等像素驅動場 中之至少一者’以補償對該複數個光學狀態之該影響。 26.如請求項25之方法，其中調整該等像素驅動場包含由 田S哀 像素陣列中之該一或多個像素至少部分地基於該等時門 DC偏移對該複數個光學狀態之該影響而選擇一像素驅動 電壓。 -6 - 161932.doc