CN102081917B - 一种tft液晶显示屏的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于液晶显示领域，提供了一种TFT液晶显示屏的驱动方法及驱动装置。在本发明的实施例中，先将共电极驱动端VCOM和源极驱动端VS同时接通地电位gnd，以此将显示屏上负载电容存储的电荷泄放掉。然后将源极驱动端VS用外部输入电源vci直接驱动至接近目标灰阶电位（vsn或vsp），最后再通过输出缓冲器op将源极驱动端驱动至目标灰阶电位。本发明相比现有的驱动方法，降低了TFT液晶显示屏的功耗。

Description

一种TFT液晶显示屏的驱动方法

技术领域

本发明属于液晶显示领域，尤其涉及一种TFT液晶显示屏的驱动方法及TFT液晶显示屏。 

背景技术

参阅图1，为现有的采用薄膜晶体管（Thin Film Transistor ，TFT）103做开关元件的液晶显示面板（LCD Panel）120 及其外部驱动装置：栅极驱动器（Gate Driver）200 ，源极驱动器（Source Driver）300 ，共电极驱动器（Vcom Driver）400。现有的液晶显示面板 120 由上基板 100 ，下基板 110 ，以及介于两层基板之间的液晶层（图示未显示）构成。上基板有薄膜晶体管103，连接薄膜晶体管103源极的多条数据传输线VS₁ ~ VS_N ，连接薄膜晶体管103栅极的多条扫描线VG₁ ~ VG_M ，连接薄膜晶体管103漏极的像素电极 102 。置于下部基板上的有共电极（common electrode）111，以及连接共电极和共电极驱动器 400 的驱动线vcom 。 

参阅图2，为一个像素 101 的等效电路，根据实际物理性质 ，两层基板构成的电路特性可视为一个等效存储电容（Cst） 104 ，存储电容104 的两极分别为共电极 111 和像素电极 102。 

现有的液晶显示屏120的驱动方法简单地描述如下：栅极驱动器 200 产生的行扫描信号VG₁ ~ VG_M控制薄膜晶体管103 的导通与关断。源极驱动器300产生的数据信号VS₁ ~ VS_N电位高低代表了不同的颜色信息。在行扫描信号到来时，相应的那行薄膜晶体管103导通，数据信号VS₁ ~ VS_N经由薄膜晶体管103对存储电容104充电，而存储电容104两端的电位差会改变液晶分子的排列方式以及相对应那个区域光线的穿透率，因而决定了每个像素点的灰阶级别（Gray scale）。当行扫描信号关断薄膜晶体管时，由于存储电容对电荷的存储作用，像素电极和共电极之间的电压差在下一次扫描信号到来之前保持不变，因此画面会根据扫描信号周期性更新。 

参阅图3，为现有的TFT液晶显示屏的驱动波形。共电极电压VCOM 和源极驱动电压VS 的波形以相同周期变化，驱动时间段 t1→te1→t2→te2 为1个扫描周期 （设周期为T）。共电极VCOM在t1时间段驱动至低共电极电位vcoml 408；在te1时间段驱动至电位vci 501； 在t2时间段驱动至高共电极电位vcomh 407；在te2时间段驱动至地电位gnd 502。源极驱动端VS在t1时间段驱动至正极性灰阶电位vsp；在te1和te2时间段驱动至系统输入电源电位 vci 501 ； 在 t2 时间段驱动至负极性灰阶电位vsn 。 

图4 示出了现有的源极驱动器 300 的原理。现有的源极驱动器 300 包括灰阶电位产生器（gray scale voltage generator）302 ， 开关阵列（switch matrix） 303 ，和输出驱动缓冲器（用作单位增益的运算放大器, 以下简称缓冲器）op 301 阵列 ，输出缓冲器的电源轨道为 avdd 503 和接地端 gnd 502 。开关阵列303会根据控制信号选择输出不同的灰阶电位给输出缓冲器 ，从而使源极驱动电压 VS 在灰阶电位范围内变化 。此外为了省电操作还增加了开关 sw1 305 ，sw2 304 。如前对现有的液晶显示屏的驱动波形所述 ，在 t1 和 t2 驱动时间段开关 sw1 305 闭合 ，开关 sw2 304 断开，源极驱动输出端输出正（负）极性 （vsn 或 vsp） 灰阶电位，而在 te1 和 te2 时间段开关 sw2 304 闭合，开关 sw1 305 断开，源极驱动输出端输出电位 vci 501 。 

图5 示出了共电极驱动器 400 结构。高共电极电位 vcomh 407 经由输出缓冲器opap 401 和控制开关 sw4 403 输出至共电极输出端 VCOM，而低共电极电位 vcoml 408 经由输出缓冲器 opan 402 和控制开关 sw7 406输出至共电极输出端 VCOM 。在 t1 驱动时间段开关 sw7 406 闭合， sw4 403 ，sw5 404 ，sw6 405 断开，共电极输出端 vcom 被输出缓冲器 opan 402 驱动至低共电极电位 vcoml 408 ；在 te1 驱动时间段开关 sw5 404 闭合， sw4 403，sw6 405 ，sw7 406断开，共电极输出端 VCOM 被驱动至输入电源电位 vci 501；在t2 驱动时间段开关 sw4 403闭合，sw5 404，sw6 405，sw7 406 断开，共电极输出端 VCOM 被输出缓冲器 opap 401 驱动至高共电极电位 vcomh 407 ；在 te2 驱动时间段开关 sw6 406 闭合，sw4 403 ，sw5 404， sw7 406 断开，共电极输出端 VCOM 被驱动至地电位 gnd 502，此后重复 t1→te1→t2→te2 。 

图6 示出了驱动芯片 power 架构部分500。该芯片的输入电源为vci 501 ，芯片的接地端为gnd 502。系统输入电源经由电荷泵（charge pump 510）产生正高压电源vgh 505，负高压电源vgl 506给Gate Driver供电。电荷泵产生的正中压电源 avdd 给 VCOM Driver 和 Source Driver供电 ，同时产生负中压电源 vcl （通常为 -vci ）给 VCOM Driver 以产生低共电极电位 vcoml 408 。 

根据现有的驱动方法的电路操作，以下对其驱动一个周期 T 各个阶段的功耗进行分析。为简明分析过程，图7 给出了现有的驱动方法功耗分析的等效电路。如图7所示，将panel 等效成一个电容C ，电容C的两端分别为VS_N 和VCOM 。表1 给出了驱动各阶段稳态时 panel 电容两端的电位和电容存储的电荷。 

表1  现有的驱动方法中各阶段panel电容C的状态 

	t1 稳态	te1 稳态	t2 稳态	te2 稳态	t1 稳态
						VSN 端电位	vsp	vci	vsn	vci	vsp
VCOM 端电位	vcoml	vci	vcomh	gnd	vcoml
						存储电荷 Q	c*(vsp-vcoml)	0	c(*vsn-vcomh)	c*vci	c*(vsp-vcoml)

从表中可以看出：

在t1→ te1阶段 ，此过程将电容C 上的电荷全部释放 ，无需电源提供功耗。

在te1→ t2阶段，此过程输出缓冲器 opap 401 和输出驱动缓冲器 op 301 对panel 电容C 充电，电流从电源 avdd 经由缓冲器 opap 401流至电容 C ，然后经由缓冲器 op 301 流至系统地 gnd，因此这个过程消耗的是电源avdd经由缓冲器 opap 401 提供的功率。 

电荷变化为： 

平均电流为：

平均功耗为：

    

需要注意的是，此处 

。

在t2 → te2阶段，此过程外部系统电源 vci 直接对电容C 充电 ，电流从vci 经由panel 电容C 流至系统地 gnd ，所以只有外部系统电源 vci 提供功耗。 

电荷变化为：

； 

平均电流为：

；

平均功耗为：

；

需要注意的是，此处 

。

在te2→ t1阶段，此过程源极驱动输出缓冲器 op 301 和共电极输出缓冲器 opan 402对电容充电 ，此电流从avdd 503 经由输出缓冲器 op 301 流至panel 电容C ，然后经由缓冲器 opan 402 流至系统负电源 vcl 504 ，因此这个过程要消耗两个电源的功耗，分别为正中压电源 avdd 503 和 负中压电源 vcl 504 

电荷变化为：

平均电流为：

两个电源平均功耗为：

综合前面4个转换过程的功率消耗，一个周期T 总功率消耗为：

由于正中压电源avdd 和负中压电源 vcl 都是外部系统电源 vci 经由电荷泵产生，假设vci 产生 avdd 的效率为

，vci 产生 vcl 的效率为，则总功率消耗可写为：

     目前，现有的驱动方法在省电模式上还存在不足，节能效果还不够好。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种TFT液晶显示屏的驱动方法，旨在解决现有的驱动方法不够节能的问题。 

本发明实施例是这样实现的，一种TFT液晶显示屏的驱动方法，所述方法包括以下步骤： 

D、源极驱动端VS 在 t1 时间段被驱动至正极性灰阶电位 vsp，在te1时间段驱动至地电位 gnd，在te2 时间段被驱动至电位 ，在 t2 时间段被驱动至负极性灰阶电位 vsn ，在 te3 时间段被驱动至地电位gnd，在te4时间段被驱动至电位  ；

E、共电极 VCOM 在 t1 时间段被驱动至低共电极电平vcoml，在 te1 时间段被驱动至地电位 gnd，在te2时间段被驱动至系统输入电源电位vci，在 t2 时间段被驱动至高共电极电位 vcomh，在 te3 和 te4 时间段被驱动至地电位 gnd，

驱动时间段 t1→te1→te2→t2→te3→te4 为1个扫描周期，以后重复周期动作，所述△v为设定值，且0<△v<vsn /vsp，即当向正极性灰阶电位vsp驱动时，△v<vsn，当向负极性灰阶电位vsn驱动时，△v<vsn。

进一步地，在所述步骤D之前还包括：将TFT液晶显示屏上负载电容存储的电荷泄放掉。 

本发明实施例的另一目的在于提供一种TFT液晶显示屏的驱动装置，包括源极驱动器、共电极驱动器以及栅极驱动器，所述源极驱动器包括灰阶电位产生器，开关阵列、输出驱动缓冲器op、连接vci的开关sw2，连接所述输出驱动缓冲器op的开关sw1，其特征在于，所述源极驱动器还包括连接所述开关sw2的nmos管、与所述nmos管串接的pmos管，所述源极驱动器还包括接地的开关sw3。 

进一步地，所述源极驱动器还包括连接所述nmos管、pmos管栅极的电压提升装置，所述电压提升装置的另一端与所述输出驱动缓冲器op的同相输入端相连。 

在本发明的实施例中，先将共电极驱动端 VCOM 和源极驱动端 VS 同时接通地电位gnd ，以此将显示屏上负载电容存储的电荷泄放掉。然后将源极驱动端 VS 用外部输入电源 vci直接驱动至接近目标灰阶电位（vsn 或 vsp），最后再通过输出缓冲器 op将源极驱动端驱动至目标灰阶电位。本发明相比现有的驱动方法，降低了TFT液晶显示屏的功耗。 

附图说明

图1是现有技术提供的TFT液晶显示屏的结构示意图； 

图2是现有技术提供的一个像素的等效电路图；

图3是现有技术提供的TFT液晶显示屏的驱动波形图；

图4是现有技术提供的源极驱动器的结构图；

图5是现有技术提供的共电极驱动器的结构图；

图6是现有技术提供的驱动芯片 power 架构部分图；

图7是现有技术提供的驱动方法功耗分析的等效电路；

图8是本发明实施例提供的TFT液晶显示屏的驱动方法的波形图；

图9是本发明第一实施例提供的源极驱动的电路结构；

图10是本发明第二实施例提供的源极驱动的电路结构；

图11是本发明提供的驱动方法的功耗分析的等效电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

图8示出了本发明实施例提供的TFT液晶显示屏的驱动方法，共电极电压 VCOM 和源极驱动电压 VS 波形以相同周期变化 ，驱动时间段 t1→te1→te2→t2→te3→te4 为1个扫描周期（设周期为T）。共电极 VCOM 在 t1 时间段被驱动至低共电极电平 vcoml，在 te1 时间段被驱动至地电位 gnd，在te2时间段被驱动至系统输入电源电位vci，在 t2 时间段被驱动至高共电极电位 vcomh，在 te3 和 te4 时间段被驱动至地电位 gnd。源极驱动端 VS 在 t1 时间段被驱动至正极性灰阶电位 vsp，在te1时间段驱动至地电位 gnd，在 te2 时间段被驱动至电位 

 (

，大小可以调节) ，在 t2 时间段被驱动至负极性灰阶电位 vsn ，在 te3 时间段被驱动至地电位gnd，在te4时间段被驱动至电位 ，此后重复 t1→te1→te2→t2→te3→te4 。 

图9 示出了本发明第一实施例提供的源极驱动的电路结构310。该源极驱动结构在现有源极驱动的基础上增加了电压提升装置 （LS 307），N型金属氧化物场效应晶体管（nmos 308 ），P型金属氧化物场效应晶体管（pmos 309），以及接地开关 sw3 306 。 

在 t1 和 t2 驱动时间段开关 sw1 305闭合 ，开关 sw2 304, sw3 306  断开 ，源极被输出缓冲器驱动至目标电位（正极性灰阶电位 vsp 或负极性灰阶电位 vsn）；在te1 和 te3 驱动时间段开关 sw3 306 闭合 ，开关 sw1 304, sw2 305断开，源极被驱动至地电位；在te2 和 te4 驱动时间段开关 sw2 304闭合 ，开关 sw1 305，sw3 306断开，输入的灰阶电位经电压提升装置 (LS 307) 提升后输入至 nmos 308 和 pmos 309 的栅极，nmos 308 和 pmos 309 在这里作为源极跟随器件 ，nmos 308 和 pmos 309 的源极（即源极驱动输出端VS1 ，VS2 …VSN）相对栅极会存在一个栅源电压差VGS ，因此目标输出电位经由 LS 307 和 源极跟随器件 nmos 308 ，pmos 309 后变为

或

（可以由LS 307 根据需要改变）。 

图10示出了本发明第二实施例提供的源极驱动的电路结构，该第二实施例与第一实施例的主要区别在于，第二实施例在第一实施例的基础上，去掉了电压提升装置 (LS 307) 。在 t1 和 t2 驱动时间段开关 sw1 305 闭合 ，开关 sw2 304, sw3 306 断开 ，源极被输出缓冲器驱动至目标电位（正极性灰阶电位 vsp 或负极性灰阶电位 vsn）；在te1 和 te3 驱动时间段开关 sw3 306 闭合 ，开关 sw1 304 ，sw2 305断开，源极被驱动至地电位 ；在te2 和 te4 驱动时间段开关 sw2 304闭合 ，开关 sw1 305 ，sw3 306断开 ，输入的灰阶电位直接输出至 nmos 308 和 pmos 309 的栅极 ，nmos 308 和 pmos 309 在这里也是作为源极跟随器件 ，因此 nmos 308 和 pmos 309 的源极（即源极驱动输出端VS1 ，VS2 …VSN）相对栅极会还是存在一个栅源电压差VGS ，目标输出电位经由源极跟随器件nmos 308 ，pmos 309后变为 

或  （这里

可以根据 nmos 308 和 pmos 309 的尺寸加以调整 ）。 

在本发明提供的驱动方法中，由于共电极 VCOM 在省电模式操作时驱动电位跟现有的方法一样，即都是利用系统输入电源电位VCI 501和地电位gnd 502，因此现有的方法的共电极驱动结构400仍然可以用在该新的方法中，但需要在时序操作上做修改 ，具体操作如下：在t1 驱动时间段开关sw7 406闭合 ，开关sw4 403，sw5 404，sw6 405断开，共电极被输出缓冲器 opan 402 驱动至低共电极电位vcoml 408；在t2 驱动时间段开关sw4 403闭合 ，开关sw5 404，sw6 405，sw7 406断开，共电极被输出缓冲器 opap 401 驱动至高共电极电位vcomh 407；在te1，te3 ，te4 驱动时间段开关sw6 405闭合 ，开关sw4 403，sw5 404，sw7 406断开，共电极被驱动至地电位 gnd 502；在te2 驱动时间段开关sw5 404闭合，开关sw4 403，sw6 405，sw7 406 断开 ，共电极被驱动至系统输入电源电位 vci 501。 

在本发明中，该新的驱动方法在省电模式处理上先将共电极驱动端 VCOM 和源极驱动端 VS 同时接通地电位 gnd 502 ，以此将显示屏上负载电容存储的电荷泄放掉，然后将源极驱动端 VS 用外部输入电源 vci 501直接驱动至接近目标灰阶电位（vsn 或 vsp），最后再通过输出缓冲器 op 301将源极驱动端驱动至目标灰阶电位，共电极在负载电容接通至地电位gnd 501后再用外部电源先直接驱动至接近目标电位（vcoml 或 vcomh ），然后用输出缓冲器驱动至目标电位。 

本发明提供的TFT液晶显示屏的驱动方法存在以下有益效果：将负载电容两端 ( 源极VS和共电极VCOM) 直接接地的处理方法更省电。 

源极驱动器能够根据目标灰阶电位先驱动至接近目标电位 ，然后再由输出缓冲器驱动至目标电位，而现有的源极驱动不论目标电位是什么，都先驱动至系统输入电位 vci 501 ，如果下个灰阶电位低于 vci 501 则会造成功耗浪费 。  

根据以上对本发明驱动方法的电路操作分析 ，以下对其驱动一个周期 T 各个阶段的功耗进行分析。为简明分析过程，图11示出了本发明提供的TFT液晶显示屏的驱动方法的功耗分析的等效电路 。如图11 所示，将 panel 等效成一个电容C ，电容C 的两端分别为 VS_N 和 VCOM 。表2 给出了本发明驱动各阶段稳态时 panel 电容两端的电位和电容存储的电荷。

表2  本发明各阶段panel 电容C 的状态 

t1 稳态

te1 稳态

te2 稳态

t2 稳态

te3 稳态

te4 稳态

t1 稳态

VSN 端电位

vsp

gnd

vsn-

vsn

gnd

vsp-

vsp

VCOM 端电位

vcoml

gnd

vci

vcomh

gnd

gnd

vcoml

存储电荷 Q

c*(vsp-vcoml)

0

c*(vsn- -vci)

c(*vsn-vcomh)

0

c*(vsp- )

c*(vsp-vcoml)

在t1→ te1阶段，此过程将电容C 上的电荷全部释放，无需电源提供功耗。

在te1→ te2阶段，此过程外部系统电源 vci 对panel 电容C 充电，电流从vci 经由电容C 然后从源极驱动的源极跟随器件 pmos 309 流至系统地 gnd 。 

电荷变化为：

平均电流为：

平均功耗为：

    

在te2→ t2阶段，此过程输出缓冲器 opap 401 和输出驱动缓冲器 op 301 对panel 电容C 充电，电流从电源 avdd 经由缓冲器 opap 401 流至电容 C ，然后经由缓冲器 op 301 流至系统地 gnd，因此这个过程消耗的是电源avdd经由缓冲器 opap 401 提供的功率。

电荷变化为：

平均电流为：

在t2→ te3阶段，此过程将电容C 两端全部下拉至地，电容C 上的电荷全部释放 ，无需电源提供功耗。

在te3→ te4阶段，此过程外部系统电源 vci 经由开关 sw2 ，源极驱动器中源极跟随器件 nmos 308 对panel 电容C 充电 ，电流从 vci 经由源跟随器件 nmos 308 的源极流出至电容C ， 然后经由共电极驱动器中的开关 sw6 405 流至系统地 gnd ，因此这个过程消耗的是外部系统电源 vci 的提供的功耗 。 

电荷变化为：

平均电流为：

平均功耗为：

    

在te4→ t1阶段，此过程输出驱动缓冲器 op 301 和输出缓冲器 opan 402 对panel 电容C 充电 ，电流从正中压源 avdd 503 经由输出驱动缓冲器 op 301 流至电容C ，然后经由输出缓冲器 opan 402 流至负中压源 vcl 504 ，因此这个过程要消耗两个电源的功耗，分别为正中压电源 avdd 503 和 负中压电源 vcl 504 。

电荷变化为：

平均电流为：

平均功耗为：

    

。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (1)

1.一种TFT液晶显示屏的驱动方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

D、源极驱动端VS 在 t1 时间段被驱动至正极性灰阶电位 vsp，在te1时间段驱动至地电位 gnd，在te2 时间段被驱动至电位                                                

，在 t2 时间段被驱动至负极性灰阶电位 vsn ，在 te3 时间段被驱动至地电位gnd，在te4时间段被驱动至电位 

 ；

E、共电极 VCOM 在 t1 时间段被驱动至低共电极电平vcoml，在 te1 时间段被驱动至地电位 gnd，在te2时间段被驱动至系统输入电源电位vci，在 t2 时间段被驱动至高共电极电位 vcomh，在 te3 和 te4 时间段被驱动至地电位 gnd，

驱动时间段 t1→te1→te2→t2→te3→te4 为1个扫描周期，以后重复周期动作，所述△v为设定值，0<△v<vsn，同时0<△v<vsp。

2、根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，在所述步骤D之前还包括：将TFT液晶显示屏上负载电容存储的电荷泄放掉。

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