CN101527124B

CN101527124B - 液晶显示器的驱动方法

Info

Publication number: CN101527124B
Application number: CN2008100821900A
Authority: CN
Inventors: 陈柏仰; 施博盛; 杨瑞贤
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: CN101527124A

Abstract

一种液晶显示器的驱动方法，其中所述液晶显示器包括以矩阵状排列的多个像素，所述方法包括：使用过驱动电压将黑画面写入到所述多个像素中，并根据颜色画面的信号，从所述多个像素中选择一部分或全部像素，以写入此颜色画面，以及根据此颜色画面点亮对应所述颜色的背光源。

Description

液晶显示器的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器的驱动方法，特别是涉及一种场序液晶显示器的驱动方法。

背景技术

通常液晶显示器依据其色彩影像的显示方法可区分成两种：彩色滤光片驱动方式的液晶显示器和场序驱动方式的液晶显示器，亦即所谓场序液晶显示器(Field Sequential Liquid crystal display，FSC LCD)。

不同于彩色滤光片的驱动方法，将像素分割成三个子像素(或称次像素)且其上分别对应红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)色阻来产生三原色以形成色彩，场序液晶显示器的驱动方法使三颜色画面(红色画面、绿色画面及蓝色画面)来分时地显示。亦即，场序液晶显示器使用单一像素并配合背光源的红、绿和蓝色的光源的点亮来显示画面色彩。

传统上，对场序液晶显示器而言，由于液晶电容的影响在显示器画面进入本次的帧后，液晶分子是从上一帧画面的最后偏转角度，对应施加于其上的电压进行偏转角度的改变，而最后偏转的角度会与上一帧画面最后偏转的角度相关，如此会使得画面的色彩失真。

因此为了让像素间彼此的液晶分子在每一次驱动下均是从固定的起始角度开始偏转，避免液晶分子在不同的像素间具有偏转角度差异，因此在每一次帧的开始期间会先将黑画面写入显示器的像素，用以重置液晶分子，以确保在每一次帧画面的写入过程中，液晶分子均是从固定的起始角度开始偏转，其驱动示意图如图1所示。每一个帧包括三个子帧，包括红色子帧(R-SF)、绿色子帧(G-SF)和蓝色子帧(B-SF)，用以分别显示红色(R)画面、绿色(G)画面及蓝色(B)画面。在一个帧1/60秒之内，会有三种不同光强度的三原色重叠在一起，得到彩色显示效果。其中在每一个子帧中具有四个区间：第一个区间为插入黑面画区间101，用以重置液晶分子；第二个区间为定址区间102，用以将颜色(红色、绿色或蓝色)画面数据写入对应像素；第三个区间为等候区间103，为液晶分子的反应时间；第四个区间为点亮区间104，用以开启对应该颜色画面的颜色的背光源，从而显示该颜色画面。在这四个区间中，第四个区间104是最重要的，因为若此点亮区间104太过短暂则难以获得高亮度表现。

因此，如何延长此点亮区间来增加背光的开启时间是追求的目标。

发明内容

因此，本发明的主要目的即是解决上述问题。利用过驱动的方式，降低每一子帧中插入黑画面区间的长度，以增加背光点亮区间的长度。

根据上述的目的，本发明提出一种液晶显示器的驱动方法，其中该液晶显示器包括以矩阵状排列的多个像素，该方法包含：使用过驱动电压将黑色面画写入所述多个像素中，并根据颜色画面，从所述多个像素中选择一部分或全部像素以写入此颜色画面，以及根据此颜色画面的颜色点亮对应的背光源。

另外，本发明还提出一种液晶显示器驱动方法，在插入黑画面区间，将显示器的多条栅极线至少区分成两组，并分别在不同时间驱动不同组别的栅极线，以及通过显示器的数据线将黑画面写入像素；该方法可搭配使用过驱动电压，以将此黑画面写入像素。

由于本发明的方法采用过驱动电压来写入黑画面，因此可大幅缩减插入黑画面区间所需的时间长度，进而增加背光源的点亮时间，而获得较高和较均匀的亮度。

附图说明

图1示出传统的场序液晶显示器的驱动示意图；

图2示出场序液晶显示器的亮度与施加于液晶分子上的电压间的对应关系的图示；

图3示出场序液晶显示器由亮画面变成黑画面所需时间；

图4A示出根据本发明的一实施例，利用液晶显示器的像素电极和公共电极在插入黑画面区间中形成过驱动电压的驱动波形图；

图4B示出根据本发明的另一实施例，利用液晶显示器的像素电极和公共电极在插入黑画面区间中形成过驱动电压的驱动波形图；

图5A示出帧反转驱动方法；

图5B示出行反转驱动方法；

图5C示出线反转驱动方法；

图5D示出点反转驱动方法；

图6A示出在列反转驱动下进行插入黑画面的方法；

图6B示出在点反转驱动下进行插入黑画面的方法。

具体实施方式

本发明利用过驱动(over driving)的方式，降低液晶显示器每一子帧中插入黑画面区间的时间，以增加背光点亮区间的时间，来解决上述因背光点亮区间太过短暂而难以获得高亮度表现的问题。本发明的过驱动方法可应用于各种模式的液晶显示器中，例如，光学补偿弯曲模式液晶显示器等。以下将以一优选实施例说明本发明的应用，请同时参阅对应附图。相同的部分在附图和说明书中使用相同的标号表示。

参阅图2，其示出场序液晶显示器的亮度与施加于液晶分子上的电压间的对应关系。其中，当施加于液晶分子上的电压约为5伏特，亦即P1点时，此时液晶显示器的亮度趋近于零，亦即，此外加电压会偏转所有液晶分子到遮断背光源的特定角度，使得整个液晶显示器的像素呈现黑画面。换言之，此P1点电压即是传统上在插入黑画面区间101(如图1所示)中施加于液晶分子上的电压，其中，所插入的黑画面为一种重置信号，从而偏转所有液晶分子到此遮断背光源的特定角度。但由于液晶分子的偏转速度是随着施加于液晶分子上电压的增加而增加，因此为减少等待液晶分子偏转到特定角度所需的时间，本发明在插入黑画面区间101中，是以大于P1点电压的过驱动电压P2施加于每一像素的液晶电容的液晶分子上，由此重置液晶分子，进而降低整个插入黑画面区间101的时间长度，来增加点亮区间104(如图1所示)的时间长度。虽然，随着施加于液晶分子上电压的增加，所有液晶分子会偏离此可遮断背光源的特定角度，但因在插入黑画面区间101中，背光源是处于被点灭的状态，因此并不会影响液晶显示器呈现画面。

参阅图3，其示出场序液晶显示器由某一颜色画面(亮画面)变黑画面所需时间，也就是液晶分子偏转到遮断背光源的特定角度时所需时间，与施加于液晶分子上的电压间的实验数据。其中，当以P1点电压，如5伏特，施加于液晶分子上时，此场序液晶显示器由亮画面转变为黑画面所需时间约为0.5(ms)。而当施加电压增至8伏特时，此场序液晶显示器由亮画面转变为黑画面所需时间约为0.25(ms)。因此，从上述的实验图示可知，当施加于液晶分子上的电压越大，液晶分子偏转到遮断背光源的特定角度时所需时间越少，从而点亮区间104的时间长度可被增加，进而增加显示器的整体亮度。因此，在本实施例中，插入黑画面区间101中所使用的过驱动电压大于使像素所对应的液晶分子偏转到遮断背光源的特定角度所需的电压，并小于源极驱动器所能提供的最大电压，一般而言，此过驱动电压可设计为在4～12V(伏特)的范围内，优选地，可设计在5～10V的范围内。此外，当施加于液晶分子上的电压越大，其液晶分子的排列会越整齐，因此当在插入黑画面区间101中使用较大的过驱动电压，会使得所有液晶分子更一致地排列于一特定角度。而在将黑画面写入显示器的所有像素之后，亦即待所有像素的液晶分子排列于一特定角度之后，接着，显示器将根据一颜色画面的信号，从显示器的像素中选择一部分或全部像素，以将此颜色画面写入这些被选择的像素，并点亮对应于此颜色画面的颜色的背光源。

一般而言，液晶显示器包含像素阵列基板(下基板)、彩色滤光片基板(上基板)、设置于该彩色滤光片基板上的公共电极以及设置于这两个基板之间的液晶层，其中，像素阵列基板上具有多条数据线与多条栅极线，由此定义出多个像素，每一像素所对应的液晶分子则夹置在此公共电极和像素电极之间。前述实施例中，施加于液晶分子上的驱动电压(例如，过驱动电压等)由像素中的像素电极与其对应的公共电极间的电压差值所产生。而在公共电极为固定电压值的液晶显示器型态下，上基板的公共电极连接公共电极电压，其电压值在传统上为固定电压，此时若欲增加插入黑画面区间的驱动电压，可以增加源极驱动器的可输出数据信号电压范围，通过传输较大的数据信号电压到像素电极来实现，换言之，在此实施例中，过驱动电压直接由源极驱动器来调变与控制。但是此种大输出电压范围的源极驱动要求较高的制造成本，将间接影响整体液晶显示器的成本。因此，在其他的实施例中，可通过在调整源极驱动器输出数据信号电压的同时，反相变化公共电极电压来形成此过驱动电压。

参阅图4A，其示出根据本发明的实施例，利用像素的像素电极和公共电极在插入黑画面区间中形成过驱动电压的驱动波形图，其中在正极性周期40和负极性周期42的相邻两帧时间中，仅示出插入黑画面区间101和定址区间102。此外，正极性周期40和负极性周期42间的驱动方法相同，只是变化的方向不同，因此以下将仅以正极性周期40的驱动波形图来说明本发明的应用，负极性周期42可依此类推。

根据本发明的实施例，在正极性周期40的插入黑画面区间101中，通过源极驱动器使得像素电极的电压电平由电压401变化到用以插入黑画面的电压波形403，此外也使得公共电极电压由电压402变化到电压波形404，且公共电极电压402的变化与源极驱动器的输出电压401变化反相，通过两者间的电压差来形成过驱动电压。换言之，此实施例中源极驱动器仅需输出如图2所示的P1点电压大小，而所需的过驱动电压的一部分，可通过公共电极电压402的反相变化(如标号404所示)来加以补偿。例如：若所需的过驱动电压大小为8伏特，而源极驱动器可输出其最大可提供的电压值，如图2所示的P1点，5伏特，不足的3伏特电压，通过公共电极电压402变化3伏特来加以补偿。因此，在此实施例中将可不需使用可输出电压范围大的源极驱动器，进而节省液晶显示器的制造成本。

另一方面，在公共电压为可变电压值的液晶显示器型态下，上基板的公共电极连接可变电压源，此时若欲增加插入黑画面区间的驱动电压，也可通过增加公共电极的输出电压值来达成。参阅图4B，其示出根据本发明的另一实施例，利用液晶显示器的像素电极和公共电极在插入黑画面框区间101中形成过驱动电压的驱动波形图，其中有别于图4A的实施例，在此实施例中，其公共电极连接到可变电压源。图4B中，在正极性周期50和负极性周期52的相邻两帧时间中，仅示出插入黑画面区间101和定址区间102。此外，正极性周期50和负极性周期52间的驱动方法相同，只有变化的方向不同，因此以下将仅以正极性周期50的驱动波形图来说明本发明的应用，负极性周期52可依此类推。

根据本实施例，在正极性周期50的插入黑画面区间101中，通过源极驱动器使得像素电极的电压电平由电压501变化到用以插入黑画面的电压波形503，此外亦让公共电极电压由电压502变化到电压波形504，通过公共电极电压502的反相变化(如电压波形504所示)来补偿所需的过驱动电压变化，至于公共电极电压所需的变化量则视像素液晶电容所需的过驱动电压大小及源极驱动器可输出的最大电压值而定。例如：若所需的过驱动电压大小为8伏特，源极驱动器可输出其最大可提供的电压值，如图4B和图2所示的P1点，5伏特，不足的3伏特电压，通过公共电极电压502变化3伏特来加以补偿。因此，在此实施例中将可不需使用可输出电压范围大的源极驱动器，进而节省液晶显示器的制造成本。

此外就液晶显示器而言，为了避免液晶分子长期处在一个固定极性操作下，造成电荷的累积进而产生残影和闪烁的现象，因此液晶显示器的像素的显示画面会以两种极性，正极性与负极性，来不停地变换，以避免电荷的累积。一般而言有四种驱动方法来达到上述的极性反转，包括图5A所示的帧反转(Frame inversion)、图5B所示的列反转(column inversion)、图5C所示的行反转(row inversion)和图5D所示的点反转(dotinversion)。

以帧反转而言，如图5A所示，每一像素的画面极性在相邻两帧是彼此反转的。以列反转而言，如图5B所示，每一像素的画面极性在相邻的列是彼此反转的。以行反转而言，如图5C所示，每一像素的画面极性在相邻的行是彼此反转的。而以点反转而言，如图5D所示，每一像素的画面极性在相邻的列或行是彼此反转的。

本发明在每一帧起始时间使用过驱动电压写入黑画面的方法将可适用于上述四种极性反转驱动方法中。以下将以行反转和点反转为例说明本发明的应用，其余的帧反转和列反转可依此类推。

图6A是根据本发明的实施例在行反转驱动下进行插入黑画面的方法，图中仅示出四个相邻的像素区域。首先在插入黑画面区间T中的t1时间，奇数行的栅极驱动信号G_odd为高电平状态而偶数行的栅极驱动信号G_even为低电平状态，此时与奇数行栅极线601、603耦合的切换晶体管会被导通，数据线D上的正极性的画面数据信号的电压，经由导通的切换晶体管写入对应的像素电极，由此与公共电极的公共电极电压构成过驱动电压，而对像素插入正极性的黑画面。接着在插入黑画面区间中的t2时间，奇数行的栅极驱动信号G_odd改变为低电平状态而偶数行的栅极驱动信号G_even则改变为高电平状态，此时与偶数行栅极线602耦合的切换晶体管会被导通，数据线D上的负极性的画面数据信号的电压，会经由导通的切换晶体管写入对应的像素电极，由此与公共电极电压构成过驱动电压，而将负极性的黑画面写入像素。依此，在插入黑画面区间T中，可通过控制奇、偶数行的切换晶体管的导通时间以及控制数据线的数据信号的电压极性，使得相邻两行的画面极性彼此反转，因此也符合行反转驱动的特征。特别注意的是，在优选的情况下，图6A中黑画面的像素极性可设计为跟下一个待显示的颜色画面(如红色画面、蓝色画面或绿色画面)的像素极性相同，如此一来在显示此下一个颜色画面时，因为其极性与黑画面的极性相同，因而源极驱动器将可不需提供过多的电压来驱动液晶分子，且液晶分子也将可以较快地驱动到定位，亦即减少定址区间102所需的时间。因此，据上所述，本实施例的主要特征在于其将栅极线分成两组(奇数栅极线G_odd与偶数栅极线G_even)并分别搭配对应的数据线的画面数据信号的电压，以将黑画面写入像素，且优选地，该黑画面的极性可设计为跟下一个待显示的颜色画面的像素极性相同，从而颜色画面的数据信号电压可快速地写入像素电极，以减少定址区间102所需的时间。此外，在本实施例的像素驱动方法中，虽然对每一像素写入过驱动电压以进行插黑画面，但是不以此为限，在另一实施例中其亦可使用传统的插黑画面的黑画面数据信号，以将黑画面写入像素。

图6B示出根据本发明的另一实施例在点反转驱动下进行插入黑画面的方法，图中亦仅示出四个相邻的像素区域。首先在插入黑画面区间T中的t1时间，奇数行的栅极驱动信号G_odd为高电平状态而偶数行的栅极驱动信号G_even为低电平状态，此时与奇数行栅极线601、603耦合的切换晶体管会被导通，奇数数据线D_odd上的正极性画面数据信号的电压以及偶数数据线D_even上的负极性画面数据信号的电压，经由导通的切换晶体管写入对应的像素电极，并与公共电极电压构成过驱动电压，而将黑画面写入像素。接着在插入黑画面区间T中的t2时间，奇数行的栅极驱动信号G_odd为低电平状态而偶数行的栅极驱动信号G_even为高电平状态，此时与偶数行栅极线602耦合的切换晶体管会被导通，奇数数据线D_odd上的负极性画面数据信号的电压以及偶数数据线D_even上的正极性画面数据信号的电压，会经由导通的切换晶体管写入对应的像素电极，由此插入黑画面。依此，在插入黑画面区间T中，每一像素的画面极性在相邻的列或行是彼此反转的，因此亦符合点反转驱动的特征。同样地，在优选的情况下，图6B中黑画面的像素极性可设计为跟下一个待显示的画面的像素极性相同，如此一来在显示此下一个画面时，因为其极性与黑画面的极性相同，源极驱动器将可不需提供过多的电压来驱动液晶分子，减少定址区间102所需要的时间。因此在此实施例中，在插入黑画面区间T中，可通过控制奇、偶数行的切换晶体管的导通时间以及控制奇、偶数据线的数据信号的电压极性(亦即将数据线区分成两组，如奇数数据线D_odd与偶数数据线D_even)，使得相邻两行及列的画面极性彼此反转，因此符合点反转驱动的特征。另外，本实施例的像素驱动方法中，虽然对每一像素写入过驱动电压以进行插黑画面，但是不以此为限，在另一实施例中其也可使用传统的插黑画面的黑画面数据信号，以将黑画面写入像素。

图6A与图6B的实施例，虽以将栅极线区分成两组(例如奇数栅极线G_odd与偶数栅极线G_even)为例进行说明，然而在其它实施例中，亦可针对不同的驱动需求以不同的方式来控制栅极线并同时搭配对应的数据线信号，例如，当显示器的画面驱动为帧反转时，则可在同时间驱动面板所有的栅极线(即将所有栅极线规划为同一组)并通过数据线将同一极性的画面写入每一像素，且优选地，该黑画面的像素极性可设计为跟下一个待显示的画面的像素极性相同；又例如在其它实施例中，亦可将栅极线分成若干组(如三组、四组…等)并分别搭配对应的数据线信号，以写入黑画面。

总而言之，本发明提出一种显示器驱动方法，其采用过驱动电压对显示器的像素插入黑画面，并在该黑画面写入后，根据颜色画面(红色画面、蓝色画面或绿色画面)的信号，从这些像素中选择部分或全部像素，以将该颜色画面写入这些被选择的像素，如此一来可大幅缩减插入黑画面区间所需的时间长度，进而增加背光源点亮时间，而获得较高和较均匀的亮度。另外，本发明还提出一种显示器驱动方法，在插入黑画面区间，将显示器的多条栅极线至少区分成两组，并分别在不同时间驱动不同组别的栅极线，以及通过显示器的数据线将黑画面写入像素，同时，该方法还可搭配使用过驱动电压，以将黑画面写入像素。

虽然本发明已经以优选实施例进行了如上的公开，然而这并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变与修改，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所限定的为准。

Claims

1.一种液晶显示器的驱动方法，该液晶显示器包含第一基板，以及多条数据线与多条栅极线和设置于所述第一基板上的液晶分子层，其中所述多条数据线与多条栅极线限定出多个像素，所述多条栅极线中可限定出第一组栅极线与第二组栅极线，所述方法包括：

使用过驱动电压在所述多个像素中写入黑画面，包括分别先后在第一时间与第二时间驱动所述第一组栅极线与所述第二组栅极线，以写入所述黑画面，其中通过所述多条数据线在所述第一时间传输具有一极性的黑画面数据信号，以及在所述第二时间传输与所述极性相反的黑画面数据信号；

在所述黑画面写入后，根据颜色画面的信号，从所述多个像素中选择一部分或全部像素，以将所述颜色画面写入这些被选择的像素；以及

点亮对应于所述颜色画面的颜色的背光源，其中所述过驱动电压大于使所述液晶分子层的液晶分子偏转到遮断所述背光源的特定角度所需的电压。

2.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述被选择的像素在所述黑画面显示时的极性与所述颜色画面显示时的极性相同。

3.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述黑画面的极性分布选自点反转极性、行反转极性、列反转极性和帧反转极性分布中的一个。

4.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述第一组栅极线由所述多条栅极线中的奇数条所构成，而所述第二组栅极线由所述多条栅极线中的偶数条所构成。

5.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述多条数据线中可限定出第一组数据线与第二组数据线，并且在所述第一时间分别通过所述第一组与所述第二组数据线传输具有第一极性与第二极性的黑画面数据信号，以及在所述第二时间分别通过所述第一组与所述第二组数据线传输具有所述第二极性与所述第一极性的黑画面数据信号，以写入所述黑画面，其中所述第一极性与所述第二极性相反。

6.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述多条数据线中可限定出第一组数据线与第二组数据线，且所述将所述黑画面写入所述多个像素中的步骤还包括：在同一时间分别通过所述第一组与所述第二组数据线传输具有第一极性与第二极性的黑画面数据信号，其中所述第一极性与所述第二极性相反。

7.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述颜色画面至少包含红色画面、绿色画面以及蓝色画面中的一个，而所述背光源至少包含红色光源、绿色光源以及蓝色光源中的一个。

8.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述液晶显示器还包括第二基板，其上设置公共电极，其中所述液晶分子层设置在所述第一基板与所述第二基板之间，且所述使用过驱动电压在所述多个像素中写入黑画面的步骤还包括通过所述多条数据线将所述过驱动电压传送到所述多个像素。

9.如权利要求8所述的驱动方法，其中所述使用过驱动电压在所述多个像素中写入黑画面的步骤还包括：

通过所述多条数据线将数据信号电压传送到所述多个像素的像素电极，以及将公共电压传送到所述公共电极，其中所述数据信号电压和所述公共电压的差值构成所述过驱动电压。

10.如权利要求1所述的驱动方法，其中所述过驱动电压在4～12V的范围内。

11.一种液晶显示器的驱动方法，其中所述液晶显示器包括由多条数据线与多条栅极线所限定的多个像素，所述方法包括：

将所述多条栅极线区分成第一组栅极线与第二组栅极线；

在第一时间与第二时间先后选择并驱动所述第一组栅极线与所述第二组栅极线，并通过所述多条数据线将黑画面写入所述多个像素，包括通过所述多条数据线在所述第一时间传输具有一极性的黑画面数据信号，以及在所述第二时间将与所述极性相反的黑画面数据信号传输到所述多个像素中，以写入所述黑画面；

在所述颜色画面写入后，点亮对应于所述颜色画面的颜色的背光源。

12.如权利要求11所述的驱动方法，其中所述将所述黑画面写入所述多个像素的步骤是将过驱动电压写入所述多个像素，其中所述过驱动电压大于使所述多个像素的液晶分子偏转到遮断所述背光源的特定角度所需的电压。

13.如权利要求11所述的驱动方法，其中所述第一组栅极线由所述多条栅极线中的奇数条所构成，而所述第二组栅极线由所述多条栅极线中的偶数条所构成。

14.如权利要求11所述的驱动方法，其中所述多条数据线中可限定出第一组数据线与第二组数据线，并且在所述第一时间分别通过所述第一组与所述第二组数据线传输具有第一极性与第二极性的黑画面数据信号，而在所述第二时间分别通过所述第一组与所述第二组数据线传输具有所述第二极性与所述第一极性的黑画面数据信号，其中所述第一极性与所述第二极性相反。