CN101614919A - 场序液晶显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场序液晶显示装置及其驱动方法，该液晶显示装置包括多行扫描线和多列数据线交叉形成像素阵列；每一行像素包括一条公共电极线、一条充电控制线；所有行的公共电极线连接在一起；每个像素包括一充电电容、一液晶电容和多个TFT。本发明提供的场序液晶显示装置及其驱动方法，利用扫描线和数据线先将各行数据充入充电电容，再通过充电控制线将一帧数据同时由充电电容写入液晶电容，然后打开相应的单色背光源，从而避免色混乱现象。

Description

场序液晶显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置及其驱动方法，特别是涉及一种场序(FieldSequential)液晶显示装置及其驱动方法。

背景技术

随着液晶平板显示技术的不断进步，液晶显示器件正被广泛的应用到各个领域，比如手机、台式电脑、电视机、笔记本电脑等等。传统的液晶显示装置采用红、绿、蓝三色子像素合成一个像素的方式来实现彩色显示，而红、绿、蓝三色是通过彩色滤色膜实现。目前出现了一种新型的液晶显示装置，被称为场序液晶显示。这种装置由控制光穿透率的液晶显示原件以及可以独立控制的红、绿、蓝三色背光源组成。在一帧的显示时间内，依序分别点亮红、绿、蓝三色背光，并与放置在前面的液晶显示原件相配合，实现彩色图像显示。具体为当红色背光源点亮时，将图像信号中的红色部分输入到液晶显示原件；同理，当绿、蓝背光源点亮时，分别将绿色、红色信号输入到液晶显示原件。此种方法被称为时间混色法，而传统液晶显示为空间混色法。

场序显示技术有一些显著的优点，如面板开口率提高、光源利用率提高，能耗下降；减少了驱动IC数量、无需使用彩膜，降低了成本；色饱和度的提高等等。场序显示技术也存在着一些需要克服的缺点。首先是克服液晶响应速度慢的缺点，随着材料、工艺水平的进步，这一缺点正在被逐渐克服。其次，场序要求的驱动频率为180Hz以上，对TFT元件的充电能力，信号线的延迟，驱动IC的功耗等提出了挑战。另外，在画质方面，场序液晶显示器要解决色混乱问题(Color mixing)以及色分离问题(Color breakup)。

一般的TFT-LCD液晶显示器驱动如图1所示，在一帧的开始时将数据线D1～D3m数据信号从第一行G1写入，然后依序打开其他各行，在写入最后一行Gn信号后这一帧结束，m，n为自然数。如果场序液晶显示器按照这种方式驱动则会存在色混乱现象。如图2所示，在红色帧Sub-frame R开始时将信号从第一行开始写入，到写入最后一行后红色帧结束，开始写入绿色帧Sub-frame G。由于在写入第一行信号时，其他各行的信号还是蓝色帧Sub-frame B的信号，而此时红色背光已经打开，则会出现显示错误，即出现色混乱问题。为了解决色混乱问题，人们首先想到的是减少数据写入时间。如图3所示，每一个子帧时间分为三部分，第一部分为数据写入时间，第二部分为液晶响应时间，第三部分为背光打开时间。这种方式避免了色混乱现象，也避免了同一画面上下部分产生色差。但这种方式的实现难度很大，对驱动以及液晶响应都提出了极高的要求。以1920×1080的全高清分辨率为例，假设三部分的时间均分，则每个子帧的时间为1/3/60ms＝5.55ms，数据写入时间、液晶响应时间都为5.55/3ms＝1.85ms，每行的数据写入时间为1.85ms/1125＝1.65us。不管是对于液晶响应还是数据写入，这样的要求对目前的技术水平来说都是不可能的。针对这一问题，人们提出了一个改进方案，如图4所示。该方案是将面板分成多个区域(比如图4分为3个区域)，每个区域的背光源可独立控制，当该区域的数据写入完成后，等待液晶响应结束即可打开该区域的背光，即不同区域的背光分时点亮。这种方法部分解决了数据写入时间不足的问题，但也使B/L(Back/Light)的驱动变得复杂，且侧边式的背光要分区域显示也是一个难点。另一个问题是，B/L必须在液晶响应完成后点亮，否则同一区块的不同行由于液晶响应比较慢而存在亮度差异。B/L的利用率也会下降，为了达到目标亮度只能增加光源数量，成本提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种场序液晶显示装置及其驱动方法，避免产生色混乱现象。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种场序液晶显示装置，包括多行扫描线和多列数据线交叉形成像素阵列；每一行像素包括一条公共电极线、一条充电控制线；所有行的公共电极线连接在一起；每个像素包括第一TFT、第二TFT、一充电电容和一液晶电容，所述第一TFT的栅极与当前行扫描线相连，源极与当前列数据线相连，漏极与第二TFT的源极以及充电电容的一极相连；所述第二TFT的栅极与充电控制线相连，源极与充电电容的一极相连，漏极与液晶电容的一极相连，充电电容的另一极和公共电极线相连。

上述的场序液晶显示装置，所有行的充电控制线连接在一起。

上述的场序液晶显示装置，每个像素包括一存储电容，所述存储电容和所述液晶电容并联。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述场序液晶显示装置的驱动方法，该液晶显示装置还包括多个单色背光源，每一帧图像被分成多个单色子帧图像，所述方法包括以下步骤：

(a)按行打开扫描线，当前子帧图像信号V1依次写入充电电容；

(b)同时打开所有行的充电控制线，当前子帧图像信号由充电电容写入液晶电容；

(c)液晶电容保持显示当前子帧，打开相应单色背光源，同时下一子帧图像信号V2开始按行叠加写入充电电容，叠加信号 $\mathrm{\ΔV}=\frac{V_2(C_{\mathrm{LC}2}+C_C)-V_1{C}_{\mathrm{LC}1}}{C_C},$ Cc为充电电容值，C_LC1为在电压V1下的液晶电容值，C_LC2为在电压V2下的液晶电容值。

本发明为解决上述技术问题还提供一种场序液晶显示装置，多行扫描线和多列数据线交叉形成像素阵列；每一行像素包括一条公共电极线、一条充电控制线、一条放电控制线；所有的公共电极线连接在一起；每个像素包括第一TFT、第二TFT、第三TFT；一充电电容和一液晶电容，所述第一TFT的栅极与当前行扫描线相连，源极与当前列数据线相连，漏极与第二TFT的源极以及充电电容的一极相连；所述第二TFT的栅极与充电控制线相连，源极与充电电容的一极相连，漏极与液晶电容的一极相连；所述第三TFT的栅极与放电控制线相连，源极与公共电极线相连，漏极与液晶电容的一极相连。

上述的场序液晶显示装置，所有行的充电控制线连接在一起，所有行的放电控制线连接在一起。

上述的场序液晶显示装置，每个像素包括一存储电容，所述存储电容和所述液晶电容并联。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述场序液晶显示装置的驱动方法，该液晶显示装置还包括多个单色背光源，每一帧图像被分成多个单色子帧图像，所述方法包括以下步骤：

(a)打开放电控制线，对前一子帧放电；

(b)按行打开扫描线，当前子帧图像信号V1依次写入充电电容；

(c)同时打开所有行的充电控制线，当前子帧图像信号由充电电容写入液晶电容；

(d)液晶电容保持显示当前子帧，打开相应单色背光源，同时下一子帧图像信号V2开始按行写入充电电容。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的场序液晶显示装置及其驱动方法，利用充电控制线先将各行数据充入充电电容，再将一帧数据同时由充电电容写入液晶电容，然后打开相应的单色背光源，从而避免色混乱现象。本发明提供的场序液晶显示装置及其驱动方法，由于数据充电和写入可同时进行，将数据写入转为后台运作，不占用显示时间，彻底解决了色分离现象。

附图说明

图1是现有液晶显示器阵列基板简化等效电路图。

图2是场序液晶显示中色混乱现象产生原理图。

图3是现有场序液晶显示色混乱现象解决方法之一。

图4是现有场序液晶显示色混乱现象解决方法之二。

图5是本发明第一实施例的简化等效电路图。

图6是本发明第一实施例驱动时序图。

图7是本发明第一实施例背光控制时序图。

图8是本发明第二实施例的简化等效电路图。

图9是本发明第二实施例驱动时序图。

图10是本发明第三实施例的简化等效电路图。

图11是本发明第四实施例的简化等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

图5是本发明第一实施例的简化等效电路图；图6是本发明第一实施例驱动时序图；图7是本发明第一实施例背光控制时序图。

请参见图5，显示面板由m列数据线D1～Dm与n行扫描线G1～Gn交叉限定mx n个像素，m，n为自然数。每一行像素上有一条公共电极线Com和一条充电控制线Con，面板内所有行的Com线连接在一起。为了便于同时驱动充电控制线Con，面板内所有行的Con线也连接在一起。每个像素包括两个TFT，分别为TFT1和TFT2；三个电容，分别为充电电容Cc、存储电容Cs、液晶电容C_LC。TFT1的栅极与扫描线相连，源极与数据线相连，漏极与TFT2的源极以及充电电容Cc的一极相连。TFT2的栅极与充电控制线Con相连，源极与充电电容Cc相连，漏极与液晶电容C_LC以及存储电容Cs的一极相连。充电电容Cc一端与公共电极相连，另一端与TFT1的漏极以及TFT2的源极相连。液晶电容C_LC的一端与TFT2的漏极相连，另一端为阵列基板对侧彩膜基板(未画出)的公共电极。

该实施例的驱动时序如图6所示，各扫描线G1、G2…Gn依时序送出一高电平的脉冲，此高电平脉冲打开TFT1，使得数据线上的信号能够写入充电电容Cc。当n行扫描线扫描完后，一帧的图像信号被存储到了充电电容上。此时充电控制线Con上送出一高电平脉冲，此脉冲打开面板上所有像素的TFT2，使得各像素的充电电容Cc对液晶电容C_LC和存储电容Cs进行充电。

上述驱动方式的好处在于图像信号不是直接写入液晶电容，所有像素的数据写入是同时进行，数据写入时间可以做到很短。如图6所示，所有像素的液晶响应是同时开始的，下一帧的数据写入充电电容不影响当前帧的显示。相当于数据写入是在后台运行，写入时间可以接近一子帧的时间，大大降低了对驱动的要求。另外，由于数据写入不占用子帧时间，液晶的响应时间以及背光开启时间也可延长。

在第一实施例中，为了得到正确的显示，必须对充电电容Cc所需电压进行计算。设前一帧信号电压为V1，当前帧所需信号电压为V2，则对充电电容Cc的充电电压V为

$V=\frac{V_2(C_{\mathrm{LC}2}+C_C)-V_1{C}_{\mathrm{LC}1}}{C_C}$

式中C_LC1为在电压V1下的液晶电容，C_LC2为在电压V2下的液晶电容。由于液晶在不同的电压作用下，其排列取向不同，因此液晶电容也是不一样的。从上式可以看出，对当前帧的像素进行充电涉及到前一帧的信号电压，因此每一帧的图像数据必须进行相应的处理。

实施例二

图8是本发明第二实施例的简化等效电路图；图9是本发明第二实施例驱动时序图。

请参见图8和图9，该实施例与第一实施例的区别在于：增加了一TFT3，控制线为两条，分别为放电控制线Con1和充电控制线Con2。TFT3的栅极与控制线Con1相连，源极与公共电极线Com相连，漏极与液晶电容及存储电容的一端相连。控制线Con2与TFT2的栅极相连。为了便于驱动，面板内所有像素行的Con1连接在一起，所有行的Con2也连接在一起。

该实施例的驱动时序如图9所示，各扫描线G1、G2…Gn依时序送出一高电平的脉冲，此高电平脉冲打开TFT1，使得数据线上的信号能够写入充电电容Cc。当n行扫描线扫描完后，一帧的图像信号被存储到了充电电容上。此时放电控制线Con1上送出一高电平脉冲，此脉冲打开面板上所有像素的TFT3，使得液晶电容C_LC和存储电容Cs对Com电极进行放电。当放电完成后，充电控制线Con2上送出一高电平脉冲，使得各像素的充电电容对液晶电容和存储电容进行充电。对充电电容的充电电压V为

$V=\frac{C_{\mathrm{LC}2}+C_C}{C_C}{V}_2$

其中V2为当前帧的信号电压，C_LC2为在电压V2下的液晶电容。从上式可以看出，该电压前一帧的像素电压无关，因此无需对图像数据进行处理。因此，此方法减少了对图像数据进行复杂运算的步骤，并且有省电的功能。

实施例三

图10是本发明第三实施例的简化等效电路图。

请参见图10，本实施例与第一实施例的区别在于少了存储电容Cs。存储电容Cs是与液晶电容C_LC并联的一电容，主要作用是增加了蓄电能力，提高了信号电压在一帧内的保持率。而对于场序式液晶显示器，其帧频提高到一般液晶显示器的三倍甚至更高，电压保持率不再是一个重要的问题，因此可以省略存储电容。这样做的好处在于提高开口率。

实施例四

图11是本发明第四实施例的简化等效电路图。

请参见图11，本实施例与第二实施例的区别在于少了存储电容Cs。此实施例的作用也在于保持显示品质的同时提高开口率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1、一种场序液晶显示装置，包括：

多行扫描线和多列数据线交叉形成像素阵列；

每一行像素包括一条公共电极线、一条充电控制线；所有行的公共电极线连接在一起；

每个像素包括第一TFT、第二TFT、一充电电容和一液晶电容，所述第一TFT的栅极与当前行扫描线相连，源极与当前列数据线相连，漏极与第二TFT的源极以及充电电容的一极相连；所述第二TFT的栅极与充电控制线相连，源极与充电电容的一极相连，漏极与液晶电容的一极相连，充电电容的另一极和公共电极线相连。

2、如权利要求1所述的场序液晶显示装置，其特征在于，所有行的充电控制线连接在一起。

3、如权利要求1所述的场序液晶显示装置，其特征在于，每个像素包括一存储电容，所述存储电容和所述液晶电容并联。

4、一种如权利要求1所述的场序液晶显示装置的驱动方法，其特征在于，该液晶显示装置还包括多个单色背光源，每一帧图像被分成多个单色子帧图像，所述方法包括以下步骤：

(a)按行打开扫描线，当前子帧图像信号V1依次写入充电电容；

(b)同时打开所有行的充电控制线，当前子帧图像信号由充电电容写入液晶电容；

(c)液晶电容保持显示当前子帧，打开相应单色背光源，同时下一子帧图像信号V2开始按行叠加写入充电电容，叠加信号 $\mathrm{\ΔV}=\frac{V_2(C_{\mathrm{LC}2}+C_C)-V_1{C}_{\mathrm{LC}1}}{C_C},$ Cc为充电电容值，C_LC1为在电压V1下的液晶电容值，C_LC2为在电压V2下的液晶电容值。

5、一种场序液晶显示装置，包括：

多行扫描线和多列数据线交叉形成像素阵列；

每一行像素包括一条公共电极线、一条充电控制线、一条放电控制线；所有的公共电极线连接在一起；

每个像素包括第一TFT、第二TFT、第三TFT；一充电电容和一液晶电容，所述第一TFT的栅极与当前行扫描线相连，源极与当前列数据线相连，漏极与第二TFT的源极以及充电电容的一极相连；所述第二TFT的栅极与充电控制线相连，源极与充电电容的一极相连，漏极与液晶电容的一极相连；所述第三TFT的栅极与放电控制线相连，源极与公共电极线相连，漏极与液晶电容的一极相连。

6、如权利要求5所述的场序液晶显示装置，其特征在于，所有行的充电控制线连接在一起，所有行的放电控制线连接在一起。

7、如权利要求5所述的场序液晶显示装置，其特征在于，每个像素包括一存储电容，所述存储电容和所述液晶电容并联。

8、一种如权利要求5所述的场序液晶显示装置的驱动方法，其特征在于，该液晶显示装置还包括多个单色背光源，每一帧图像被分成多个单色子帧图像，所述方法包括以下步骤：

(a)打开放电控制线，对前一子帧放电；

(b)按行打开扫描线，当前子帧图像信号V1依次写入充电电容；

(c)同时打开所有行的充电控制线，当前子帧图像信号由充电电容写入液晶电容；

(d)液晶电容保持显示当前子帧，打开相应单色背光源，同时下一子帧图像信号V2开始按行写入充电电容。

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