CN100520896C - 液晶显示器的低功率多阶驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种液晶显示器的低功率多阶驱动方法，在扫描期间的转变期的一个阶段中，共电极与像素电极被电性连接起来以接收供电电压或连接接地，且在另一个阶段的连续转变期，共电极与像素电极被电性连接起来以接收供电电压或连接接地，在这些阶段内显示面板的共驱动器与源极驱动器不会消耗任何功耗。

Description

液晶显示器的低功率多阶驱动方法
技术领域
本发明与一种液晶显示器(LCD)的驱动方法有关，特别是指一种以多阶充电共用达到低功率消耗的液晶显示器的驱动方法。
背景技术
图1显示传统的主动矩阵式液晶显示器。液晶显示器100包括一个由显示元件的行列所组成的矩阵。每个显示元件包括位于上部基板102上的薄膜晶体管(TFT)104。在扫描期间内，TFT 104由栅线107的电压启动，源线108的电压被耦接到像素电极105并对相连的存储电容器(图未显示)充电；当TFT104在扫描完成关闭后，存储电容器可以保持像素电极105的电压。上述栅线107与源线108的电压分别由栅极驱动器110与源极驱动器106所产生。另外，共电极112被布置在下部基板116上并面对上部基板102，且由一个共电压驱动器114提供共电压给共电极112。藉此，密封在上部与下部基板间的液晶层的分子(图未显示)，会因为源电极与共电极的电压差距而转动，因而决定每个显示元件的亮度或色彩。
图2显示图1LCD中显示元件矩阵的等效电路，图1与图2中相同的组成元件则使用相同的代号来表示。在每个显示元件中，开关208连接于源线108与电容202的一端之间，并由栅线的电压信号(图未显示)所控制；电容202的另一端则和共电极112结合。开关208是由图1的TFT104所构成，而电容202则由存储电容器以及另一个由像素电极105、液晶层与共电极112所形成的电容互相并联所构成。每一行的显示元件中，在共电极112与源线108间构成一个寄生电容204。
图3显示以传统的线转换驱动方法，于三个连续的扫描期间中，图2显示元件的共电压与源电压分别在共电极112与源线108上的波形。在每次扫描期间之转变时，共电压VCOM交替地向高共电压等级VCOMH与低共电压等级VCOML调高或调低；其中转变阶段D1开始于第一次扫描期间的中点，而停止于第二次扫描期间的中点，而转变阶段D2则开始于第二次扫描期间的中点，且停止于第三次扫描期间的中点。电压VCOMH与VCOML由供电电压Vc1通过DC/DC升压电路直接提升为2Vc1或-Vc1得到，供电电压则是由源极驱动器而来。源电压VS在三次连续的扫描期间中，根据源线108上的(资料)信号调到对应的等级，以分别在显示元件的源电极与共电极之间产生所需要的电压差距+Vb、-Va与+Vc。
单一显示元件在每个扫描期间转变期产生的共电压与源电压驱动器功耗P，为VDDXI，其中VDD为共电压与源电压驱动器供应的电压，而IAVG为由共电压与源电压驱动器在转变阶段D1或D2(与扫描期间同长度)导出的平均电流量。由于每个显示元件的等效载荷由寄生电容Cload所控制，所以平均电流量IAVG近似相等于流经寄生电容Cload的电流量，并导出下式：
IAVG＝CloadXVwXF...................................................................(1)
上式的Vw为于转变期之前与之后通过寄生电容Cload的电压差距，而F为扫描频率(相当于扫描期间的倒数)。更进一步，电压差距Vw可以表示如下式：
Vw＝VPOS+|VNEG|.........................................................(2)
上式的VPOS为于转变期之前与之后通过寄生电容Cload的正数电压，而VNEG为负数电压。因此，功耗P可由下式表示：
P＝VDDXCloadX(VPOS+|VNEG|)XF.............................................(3)
根据上式可得，在转变阶段D1的功耗为2VCIXCloadX(Va+Vb)XF，在转变阶段D2的功耗为3VCIXCloadX(Va+Vc)XF。因此对由转变阶段D1中点开始至转变阶段D2中点结束的扫描期间而言，平均功耗Ptotal可由下式导出：
Ptotal＝1/2X2VCIXCloadX(Va+Vb)XF+
1/2X3VCIXCloadX(Va+Vc)XF...................................................(4)
然而这样的功耗太多，因此需要一种低功率的驱动方法以利显示装置的改进。
发明内容
鉴于上述先前技术，本发明的目的为提供一种液晶显示器的改良线转换驱动方法，以多阶充电共用来节省更多功耗。
本发明的另一个目的为提供一种驱动显示面板的方法，其中在扫描期间，不会消耗共电压与源电压驱动器的功率。
本发明揭露了一种显示面板的低功率多阶驱动方法，在一个实施例中，透过提升供电电压以得到第一电压等级与第二电压等级，共电极会被调向其中的一个等级，且像素电极被调向对应的电压等级，以产生显示面板的每一显示元件所需要的电压差距。扫描期间中的转变期被分为数个阶段，共电极与像素电极会被电性连接起来以在其中的一个阶段收到供电电压，在另一个阶段中共电极与像素电极则会被电性连接到接地。在另一个实施例中，因为通过对应的寄生电容的电荷维持不变，因此像素电极与共电极间的电压没有差距，此时共电极被电性连接到第一电压等级。
附图说明
图1为传统的主动矩阵式LCD示意图。
图2为图1的LCD显示元件矩阵的等效电路图。
图3为图2的显示元件内分别在共电极与源线上的共电压与源电压波形图。
图4为本发明实施例的显示装置示意图。
图5为根据本发明之一实施例，于图4的显示元件内，分别在共电极与源线上的共电压与源电压的波形图。
图6为根据本发明之另一实施例，于图4的显示元件内，分别在共电极与源线上的共电压与源电压的波形图。
图7为图6的本发明第二实施例的第一种特殊例子波形图。
图8为图6的本发明第二实施例的第二种特殊例子波形图。
图中符号说明
100 液晶显示器
102 上部基板
104 薄膜晶体管(TFT)
105 像素电极
106 源极驱动器
107 栅线
108 源线
110 栅极驱动器
112 共电极
114 共电压驱动器
116 下部基板
202 电容
204 寄生电容
208 开关
具体实施方式
接下来本发明会以实施例与相关附图加以详细说明，以下附图为简化过的示意图，其内容比例并不代表实际的情形。
图4显示本发明实施例的显示装置，图2与图4中相同的元素使用相同的代号加以表示。由信号SC1、SC2、SC3与SC4所控制的开关分别被连接在共电极112与接收VCOMH、VCOML、VCI与接地电压GND的节点之间。每一个由信号SS1控制的开关被连接在源线108与接收电压(数据信号)DA_1、DA_2、...与DA_n其中之一的节点之间；每一个由信号SS2控制的开关被连接在源线108与接收电压VCI的节点之间；每一个由信号SS3控制的开关被连接在源线108与接地GND之间。
图5显示以本发明之一实施例的线转换驱动方法，于三个连续的扫描期间中，图4显示元件的共电压与源电压分别在共电极112与源线108上的波形。共电压VCOM的波形类似于图3，在两个连续的转变阶段D1与D2中分别向VCOMH与VCOML调高或调低。源电压VS在三次连续的扫描期间中根据源线108上的信号DA_1、DA_2、...与DA_n调到对应的等级，以分别在显示元件的源电极与共电极之间产生所需要的电压差距+Vb、-Va与+Vc。要注意的是，转变阶段D1由三个阶段D11、D12与D13所组成，而转变阶段D2由三个阶段D21、D22与D23所组成。
首先于阶段D11时，仅有受信号SC2与SS1控制的开关被关上，因此电压VCOM与VS分别为VCOML与VCOML+Vb。在阶段D12时，由信号SC2与SS1控制的开关被打开而由信号SC3与SS2控制的开关被关上，因此源线108与共电极112被电性连接起来以接收电压VCI，所以电压VCOM与VS被调为VCI。在阶段D13时，由信号SC3与SS2控制的开关被打开而由信号SC1与SS1控制的开关被关上，因此源线108与共电极112分别被电性连接起来以接收电压VCOMH与对应信号DA_1、DA_2、...与DA_n，所以电压VCOM与VS被调为VCOMH与VCOMH-Va。
在阶段D21时，受信号SC1与SS1控制的开关保持关上，因而电压VCOM与VS保持在VCOMH与VCOMH-Va。在阶段D22时，由信号SC1与SS1控制的开关被打开而由信号SC4与SS3控制的开关被关上，因此源线108与共电极112被电性连接到接地，所以电压VCOM与VS被调为GND。在阶段D23时，由信号SC4与SS3控制的开关被打开而由信号SC2与SS1控制的开关被关上，因此共电极112与源线108分别被电性连接起来，以接收电压VCOML与对应信号DA_1、DA_2、...与DA_n，所以电压VCOM与VS被调为VCOML与VCOML+VC。
要注意的是在阶段D12与D22中，共电压或源电压驱动器并没有消耗功耗，即使电压VCOM与VS是变动的。这是因为在阶段D12与D22中，源电极与共电极被电性连接起来，导致两者之间的电压差距为0。因此，在由转变阶段D1中点开始至转变阶段D2中点结束的扫描期间中，平均功耗Ptotal可由下式导出：
Ptotal＝1/2XPD13+1/2X PD23....................................................(5)
上式中的PD13与PD23分别为在阶段D13与D23中的功耗，根据第(3)式可得出下式：
Ptotal＝1/2X2VCIXCloadXVaXF+
1/2X3VCIXCloadXVcXF...........................................................(6)
经比较第(4)式与第(6)式可知，上面实施例所描述的平均功耗较先前技术的为少。举例来说，当VCOMH＝4.5V、VCOML＝1V、VCI＝2.8V、Va＝2.3V、Vb＝3.2V以及Vc＝2.3V，传统线转换驱动方法产生的平均功耗为13.75CloadXF，而本发明的线转换驱动方法产生的功耗为7.1CloadXF。
图6显示以本发明另一实施例的线转换驱动方法，于三个连续的扫描期间中，图4显示元件的共电压与源电压分别在共电极112与源线108上的波形。共电压VCOM的波形类似于图5，在两个连续的转变阶段D1与D2中分别向VCOMH与VCOML调高或调低。源电压VS在三次连续的扫描期间中根据源线108上的信号DA_1、DA_2、...与DA_n调到对应的等级，以分别在显示元件的源电极与共电极之间产生所需要的电压差距+Vb、-Va与+Vc。要注意的是转变阶段D1由四个阶段D11、D12、D13与D14所组成，而转变阶段D2由五个阶段D21、D22、D23、D24与D25所组成。
首先在阶段D11时，仅有受信号SC2与SS1控制的开关被关上，因此电压VCOM与VS分别为VCOML与VCOML+Vb。在阶段D12时，由信号SC2与SS1控制的开关被打开而由信号SC3与SS2控制的开关被关上，因此源线108与共电极112被电性连接起来以接收电压VCI，所以电压VCOM与VS被调为VCI。在阶段D13时，由信号SC3控制的开关被打开而由信号SS2控制的开关继续关上，同时由信号SC1控制的开关被关上，因此VCOM被调为VCOMH且VS保持在VCI。在阶段D14时，由信号SS2控制的开关被打开而由信号SC1控制的开关继续关上，同时由信号SS1控制的开关被关上，源线108被电性连接起来以接收对应信号DA_1、DA_2、...与DA_n，所以电压VCOM保持在VCOMH而VS被调为VCOMH-Va。
在阶段D21时，受信号SC1与SS1控制的开关保持关上，而电压VCOM与VS保持VCOMH与VCOMH-Va。在阶段D22时，由信号SC1与SS1控制的开关被打开，而由信号SC3与SS2控制的开关被关上，因此源线108与共电极112被电性连接在一起以接收VCI，所以电压VCOM与VS被调为VCI。在阶段D23时，由信号SS2控制的开关继续关上而由信号SC3控制的开关被打开，同时由信号SC4控制的开关被关上，因此共电极112被电性连接到接地而电压VCOM被调为GND，而电压VS保持在VCI。在阶段D24时，由信号SC4与SS2控制的开关被打开而由信号SC2控制的开关被关上，因此共电极112被电性连接以接收电压VCOML所以电压VCOM被调为VCOML，而电压VS则被调为VCOML+VCI，因为通过寄生电容的电压仍保持在VCI。在阶段D25时，由信号SC2控制的开关继续关上且由信号SS1控制的开关被关上，所以电压VCOM保持在VCOML，而源线108被电性连接起来以接收对应信号DA_1、DA_2、...与DA_n，所以电压VS被调为VCOML+VC，如图6所示，此处之Vc1与Vc2总和等同于VC。
要注意的是在阶段D12、D22以及D24中，共电压或源电压驱动器没有消耗功耗，即使电压VCOM与VS是变动的。这是因为在阶段D12与D22中，源电极与共电极被电性连接起来，导致两者之间的电压差距为0，而在阶段D24中，共电压VCOM因为源线与任何的充电作业分离而被调为VCOML，因此源电压VS会根据共电压VCOM由GND到VCOML的改变而从VCI调为VCOML+VCI，而不消耗任何额外的电力。因此，在由转变阶段D1中点开始至转变阶段D2中点结束的扫描期间中，平均功耗Ptotal可由下式导出：
Ptotal＝1/2X(PD13+PD14)+1/2X(PD23+PD25)...............................(7)
上式中PD13、PD14、PD23以及PD25分别为阶段D13、D14、D23以及D25中的功耗。要注意的是，在阶段D13中，因为源电压VS为VCI而共电压VCOM被调为2VCI(也就是VCOMH)，Cload内的充电电流会自共电极流向像素电极，换句话说，也就是功率PRE＝{1/2X(2VCI-VCI)XCloadXVa1XF}会回充向与像素电极电性连接的供电器。所以在整体考量后，在阶段中D13的总功耗应为PD13-PRE＝1/2XVCIXCloadXVa1XF，其中Va1等于VCI。另外要注意的是，在阶段D23中，因为共电压VCOM为GND，而源电压VS为VCI也就是等于供电电压，让通过电容Cload的电压由0调为+VCI的充电作业会主要由源电压(VCI)来驱动，也就像是充电器直接通过源电极对电容Cload充电，而不需要任何升压作业。因此在阶段D23中，功耗为PD23＝1/2XVCIXCloadXVc1XF，其中Vc1等同于VCI。再根据第(6)式，这个实施例中的平均功耗Ptotal可导为：
Ptotal＝1/2X2VCIXCloadXVaXF+1/2XVCIXCloadXVa1XF
+1/2XVCIXCloadXVc1XF+1/2X3VCIXCloadXVcXF
..............................................................(8)
经比较第(4)、(6)与(8)式后，上述第二个实施例的平均功耗较先前技术以及第一个实施例为少。举例来说，当VCOMH＝4.5V、VCOML＝1V、VCI＝2.8V、Va＝2.3V、Vb＝3.2V以及Vc＝2.3V，上述第二个实施例的线转换驱动方法产生的功耗为3.85CloadXF；第一个实施例的线转换驱动方法产生的功耗为7.1CloadXF；而传统线转换驱动方法产生的平均功耗为13.75CloadXF。
图7显示第二实施例(图6)的第一种特殊例子。第一种特殊例子适用于当需要的电压差距-Va，刚好等于共电压VCOMH与供电电压VCI之间的差距时。如图7所示的第一种特殊例子的线转换驱动方法，相似于图6但没有阶段D14的存在。由于不需要阶段D14，所以平均功耗可以更节省。
图8显示第二实施例(图6)的第二种特殊例子。第二种特殊例子适用于当需要的电压差距Vc1，刚好等于供电电压VCI与接地电压GND之间的差距时。如图8所示的第二种特殊例子的线转换驱动方法，相似于图6但没有阶段D25的存在。由于不需要阶段D25，所以平均功耗可以更节省。特别是，在图8的阶段D24时，于源电压VS被自然地调为VCOML+VC1且供电电压VCOM被调为VCOML之后，源电压VS会被维持在VCOML+VC1(如图中虚线所示)，且因为这时通过电容的电压仍保持在VC1(或VCI)，所以不用任何充电作业。因此在第二实施例的第二种特殊例子中能将阶段D25产生的平均功耗节省下来。
如上所述，本发明提供了一种LCD的低功率多阶驱动方法，其中在扫描期间中的转变期被分为数个阶段，透过暂时地将像素电极与共电极电性连接在一起以收到供电电压或连接到接地，以此调整源电压与共电压到不同的电压等级。因此本发明与传统方法相比节省了大量的电力。
上述实施例只是为了使本领域的技术人员能明了本发明的内容，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种液晶显示器的低功率多阶驱动方法，该方法是驱动显示面板的方法，该显示面板包含显示元件组成的阵列，其中每个显示元件在数个扫描期间中的亮度由像素电极与共电极之间需要的电压差距所决定，该方法包含：
于扫描期间中的转变期，将该共电极上的电压调到第一或第二电压等级之一，该第一与第二电压等级由供电电压升压而得，并将该像素电极上的电压调到对应的电压等级以产生每个显示元件需要的电压差距；以及
于上述之转变期的数个阶段当中的一个阶段，该共电极与该像素电极被电性连接在一起以接收该供电电压。
2.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的共电极与像素电极于该转变期的数个阶段中的另一个阶段，会进一步被电性连接到接地。
3.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的第一电压等级为对该供电电压向下升压而得之供电电压的负值，而该第二电压等级为对该供电电压向上升压而得之供电电压的两倍值。
4.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的转变期的数个阶段包含了三个阶段，于其间该共电极会自该第一电压等级调升到较第一电压等级高的该第二电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第一电压等级，而该像素电极会被电性连接起来以接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与该像素电极会被电性连接起来以接收该供电电压；以及
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第二电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距。
5.如权利要求4所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中转变期包含了三个阶段，于其间该共电极会自该第二电压等级调降到较第二电压等级低的该第一电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第二电压等级，而该像素电极会被电性连接起来以接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与像素电极会被电性连接起来以连到该接地；以及
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第一电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距。
6.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述之共电极与像素电极于该转变期的另一个阶段，会进一步被电性连接起来以接收该供电电压。
7.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的共电极于该转变期的另一个阶段，会进一步被电性连接到接地，而上述之像素电极会被电性连接到该供电电压。
8.如权利要求7所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中当因对应的寄生电容存储的电荷量维持不变而导致该像素电极与该共电极之间的电压差没有变化时，共电极电性连接至该第一电压等级。
9.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的转变期的数个阶段包含了四个阶段，于其间该共电极会自该第一电压等级调升到较第一电压等级高的该第二电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第一电压等级，而该像素电极会被电性连接起来以接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与像素电极会被电性连接起来以接收该供电电压；
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第二电压等级，而该像素电极会被电性连接到该供电电压；以及
第四个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第二电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距。
10.如权利要求9所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中转变期包含了五个阶段，于其间该共电极会自该第二电压等级调降到较第二电压等级低的该第一电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第二电压等级，而该像素电极会被电性连接起来以接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与该像素电极会被电性连接到该供电电压；
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接到该接地，而该像素电极会被电性连接到该供电电压；
第四个阶段之中，因为对应的寄生电容存储的电荷维持不变而导致该像素电极与该共电极间的电压差没有变化时，此时该共电极被电性连接到该第一电压等级；以及
第五个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第一电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距。
11.如权利要求1所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述之转变期的数个阶段包含了三个阶段，于其间该共电极会自该第一电压等级调升到较第一电压等级高的该第二电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第一电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与该像素电极会被电性连接起来以接收该供电电压；
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接起来以接收该第二电压等级，而该像素电极会被电性连接到该供电电压。
12.如权利要求11所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中转变期包含了五个阶段，于其间该共电极会自该第二电压等级调降到较第二电压等级低的该第一电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第二电压等级，而该像素电极会被电性连接到该供电电压；
第二个阶段之中，该共电极与该像素电极会被电性连接到该供电电压；
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接到该接地，而该像素电极会被电性连接到该供电电压；
第四个阶段之中，因为对应的寄生电容存储的电荷维持不变而导致该像素电极与该共电极间的电压差没有变化时，此时共电极被电性连接到该第一电压等级；以及
第五个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第一电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距。
13.如权利要求9所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中转变期包含了四个阶段，于其间该共电极会自该第二电压等级调降到较第二电压等级低的该第一电压等级：
第一个阶段之中，该共电极会被电性连接到该第二电压等级，而该像素电极接收对应的电压等级，以产生每一显示元件所需要的电压差距；
第二个阶段之中，该共电极与像素电极会被电性连接到该供电电压；
第三个阶段之中，该共电极会被电性连接到该接地，而该像素电极会被电性连接到该供电电压；以及
第四个阶段之中，因为对应的寄生电容存储的电荷维持不变而导致该像素电极与共电极间的电压差没有变化时，此时该共电极被电性连接到该第一电压等级。
14.一种液晶显示器的低功率多阶驱动方法，该方法是驱动显示面板的方法，该显示面板包含显示元件组成的阵列，其中每个显示元件在数个扫描期间中的亮度由像素电极与共电极之间需要的电压差距所决定，该方法包含：
于扫描期间中的转变期，将该共电极上的电压调到第一或第二电压等级之一，该第一与该第二电压等级由供电电压升压而得，并将该像素电极上的电压调到对应的电压等级以产生每个显示元件需要的电压差距；以及
于扫描期间的转变期中，该共电极与该像素电极被电性连接起来以接收该供电电压或连接至接地电压，在这时共驱动器与源极驱动器不会消耗任何功耗。
15.如权利要求14所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中当因对应的寄生电容存储的电荷量维持不变而导致该像素电极与该共电极之间的电压差没有变化时，共电极电性连接至该第一电压等级。
16.如权利要求14所述的液晶显示器的低功率多阶驱动方法，其中上述的第一电压等级为对该供电电压向下升压而得之供电电压的负值，而该第二电压等级为对供电电压向上升压而得之供电电压的两倍值。
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