CN102830521A - 显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种显示装置及其驱动方法，涉及显示技术领域，解决了现有液晶显示装置制作的工艺难度高、结构均匀性不易控制的问题。本发明实施例中，由于采用了能提供灰阶渐变背光源的可控灰阶显示组件，以及包括光路开关阵列的像素组件，且由于单个光路开关能在其指定灰阶到达时，能阻止背光源的光线通过像素组件以实现图像的单色或彩色显示，使得显示装置的结构大大简化，从而简化了制作工艺，进而能避免结构均匀性不易控制的问题，而且使得对单个像素驱动时仅需要控制光路开关的打开和关闭即可，大大简化了显示装置的驱动方法。

Description

显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及显示装置及其驱动方法。

背景技术

目前，液晶显示装置普遍采用有源阵列结构，即每个像素单元包含一个薄膜晶体管，薄膜晶体管的漏极连接该像素单元的像素电极，当在该薄膜晶体管的栅极施加开启信号时，该薄膜晶体管打开，使得该薄膜晶体管的源极与漏极导通。施加在源极上的电信号就施加在像素电极上，从而使得该像素单元中的液晶分子偏转，实现光线的通过或截止。

液晶显示装置一行中各像素单元的薄膜晶体管的栅极连接在一起，一列中各像素单元的薄膜晶体管的源极连接在一起，当需要显示一帧画面时，通常采用线扫描的方式，即栅极的开启信号逐行施加，使得薄膜晶体管逐行打开，各列的信号施加至各像素单元，开启的像素单元在列信号的控制下实现灰阶和颜色的显示。

使用上述驱动方法驱动上述液晶显示装置时，虽然能得到高质量的显示效果，但由于制作该液晶显示装置的工艺难度很高，使得各像素单元的结构均匀性不易控制，导致产品出现大量不良，如漏光、Mura、像素单元间的串扰等。

发明内容

本发明的实施例提供一种显示装置及其驱动方法，用于解决现有液晶显示装置制作的工艺难度高、结构均匀性不易控制的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种显示装置，包括：依次层叠的可控灰阶显示组件和像素组件；所述可控灰阶显示组件，用于在指定的显示时间内，从出光面向所述像素组件的入光面提供单色光源，所述单色光源的灰阶在所述指定的显示时间内，随时间的变化递增；所述像素组件，包括像素阵列，所述像素阵列中的每一个像素为一个控制光路通断的光路开关；所述光路开关用于在所述指定的显示时间的起始时刻打开，使所述单色光源的光线通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；在所述指定的显示时间内且在所述单色光源的灰阶到达所述像素所对应的指定灰阶时关闭，阻止所述单色光源的光线通过所述光路开关。

一种上述显示装置的驱动方法，包括：在一帧黑白图像的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的白色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；在所述一帧黑白图像的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述白色光源的灰阶随时间的变化递增；在所述一帧黑白图像的显示时间内，且在所述白色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述白色光源的光线通过所述像素的光路开关。

一种上述显示装置的驱动方法，包括：步骤一、在一帧彩色图像中一种基色的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的所述基色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；步骤二、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述基色光源的灰阶随时间的变化递增；步骤三、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，且在所述基色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述基色光源的光线通过所述像素的光路开关；步骤四、重复步骤一至三，直至所述一帧彩色图像中的所有基色完成显示。

本发明实施例提供的显示装置及其驱动方法中，由于采用了能提供灰阶渐变背光源的可控灰阶显示组件，以及包括光路开关阵列的像素组件，且由于单个光路开关能在其指定灰阶到达时，能阻止背光源的光线通过像素组件以实现图像的单色或彩色显示，使得显示装置的结构大大简化，从而简化了制作工艺，进而能避免结构均匀性不易控制的问题，而且使得对单个像素驱动时仅需要控制光路开关的打开和关闭即可，大大简化了显示装置的驱动方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种显示装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可控灰阶显示组件的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光路开关的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种像素组件的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种显示装置，如图1所示，该显示装置包括：依次层叠的可控灰阶显示组件11和像素组件12；其中，所述可控灰阶显示组件11，用于在指定的显示时间内，从出光面a1向所述像素组件12的入光面a 2提供单色光源，所述单色光源的灰阶在所述指定的显示时间内，随时间的变化递增；所述像素组件，包括像素阵列s，所述像素阵列s中的每一个像素为一个控制光路通断的光路开关k；所述光路开关k用于在所述指定的显示时间的起始时刻打开，使所述单色光源的光线x通过所述光路开关k，从所述像素组件12的出光面a3射出，在所述指定的显示时间内且在所述单色光源的灰阶到达所述像素所对应的指定灰阶时关闭，阻止所述单色光源的光线x通过所述光路开关k。

图1所示的显示装置在指定的显示时间内，由可控灰阶显示组件11在其出光面提供灰阶由低到高依次变化的单色光源，即从可控灰阶显示组件11的出光面a1射出单色光，且在某个时刻，该光的灰阶在整个出光面a1上一致。灰阶是指：代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。目前常使用的灰阶为256级，0级为最暗，255级为最亮。当然本发明实施例所说的灰阶由低到高依次变化，并不局限于0～255级的灰阶变化，可以是本领域技术人员所知的其它范围的变化。

像素组件12包括由多个像素构成的像素阵列s，每个像素为一个光路开关k，能控制光路的通或者断，也就是说，当光路开关k打开时，允许光线从该光路开关k中通过，而当光路开关k关闭时，不允许光线从该光路开关k通过。

因为可控灰阶显示组件11与像素组件12依次层叠设置，所以从可控灰阶显示组件11出光面a1射出的向单色光，照在像素组件12的入光面a2上。当光路开关k打开时，单色光从像素组件12的入光面a2进入光路开关k，经过光路开关k后，从像素组件12的出光面a3射出；当光路开关闭合k时，单色光无法通过光路开关k。

上述显示装置既可以进行黑白显示，也可以进行彩色显示，下面先以黑白显示为例介绍该装置的显示原理。

上述显示装置显示一帧黑白图像时，将该黑白图像按照像素组件12的像素大小划分为若干个子区域，每个子区域具有确定的灰阶。众所周知，只要像素组件12中各像素分别显示对应的子区域的灰阶，人眼就能观察到该黑白图像。在本发明实施例中，将所有的光路开关k在该黑白图像显示时间的起始时刻打开，让可控灰阶显示组件11在该黑白图像显示时间内提供灰阶由低到高变化的白色光源，然后当白色光源的灰阶到达某个像素所对应的指定灰阶时，该像素(光路开关k)关闭，阻止白色光源的光线通过该光路开关。此时，由于人眼有视觉残留，人眼能观察到比指定灰阶低一级的灰阶。例如，如果像素需要显示127级的灰阶，则需要将像素所对应的指定灰阶设定为128级。即只要将像素所对应的指定灰阶正确设定就能使各像素在上述显示时间内分别显示对应的黑白图像中子区域的灰阶，从而使人眼观察到上述黑白图像。

当然，黑白图像只是单色图像中的一种，当可控灰阶显示组件11提供的单色光源为除白色以外的其它颜色时，显示的图像为相应颜色的单色图像。显示图像的原理与上述显示黑白图像的原理相同，在此不再赘述。

上述显示装置进行彩色显示时，利用了分时显示各基色(通常为三种基色)，各基色组合形成彩色显示的原理。该原理是将一帧彩色图像按照像素组件12的像素大小划分为若干个子区域，每个子区域具有确定颜色，通过现有的光学计算可以获知组成该颜色的各基色的灰阶，然后将该彩色图像的显示时间划分为n份，n等于基色的个数，每份时间为一个基色的显示时间。在某个基色的显示时间内，可控灰阶显示组件11提供与该基色颜色相同的光源，即基色光源，且该基色光源的灰阶随时间变化由低到高依次变化。

相应地，将像素组件12中所有的光路开关在该基色的显示时间的起始时刻打开，然后在该基色的显示时间内，当该基色光源的灰阶到达某个像素所对应的指定灰阶时，该像素(光路开关k)关闭，阻止基色光源的光线通过该光路开关。由此可见，单个基色的显示原理与上述的黑白显示或单色显示的原理相同。

根据上述显示黑白图像的原理描述可知，由于人眼有视觉残留，此时，人眼能观察到比指定灰阶低一级的灰阶。所以，只要将像素所对应的指定灰阶正确设定，就能使各像素在该基色的显示时间内分别显示对应的彩色图像中子区域的该基色的灰阶。

当一个基色的显示时间结束后，立刻开始进行另一个基色的显示，显示的原理与上述单个基色的显示原理相同，在此不再赘述，直到所有基色的显示时间结束，即彩色图像中所有基色完成显示。由于任一像素在整个显示时间(显示所有基色的时间总和)内显示的各基色的灰阶被组合在一起，显示出对应的彩色图像中子区域的颜色的灰阶，因此，人眼能观察到该彩色图像。

本发明实施例提供的显示装置的结构与传统的液晶显示装置有相似之处，包括能提供背光源的组件(可控灰阶显示组件11)和进行图像显示的组件(像素组件12)，但又有明显的区别。本发明实施例提供的可控灰阶显示组件11可以提供灰阶递增的背光源，由于在同一时刻，背光源的灰阶在整个可控灰阶显示组件11的显示区域是一致的，其中显示区域是指在可控灰阶显示组件11表面上能射出背光源光线的区域，因此，可控灰阶显示组件11不需要任何微结构。可以通过控制流过LED(发光二极管)的电流大小，来控制LED背光源显示的灰阶，即可在传统的灰阶固定LED背光源的驱动电路中增加电流控制电路，从而实现LED背光源的灰阶可控。因此，相比于制作传统灰阶固定背光源的工艺，制作可控灰阶显示组件工艺的难度并不会增加很多。

同时，由于本发明实施例提供的像素组件12包括光路开关阵列(像素阵列s)，且仅需要简单的开/关控制，因此可以采用无源驱动方式，从而使像素组件12具有简单的结构，大大简化了制作工艺。传统的液晶显示单元在显示时，不仅需要开/关控制，还需要电压大小的控制，因此采用的是有源驱动方式，使得液晶显示单元的结构复杂，制作工艺难度高，结构均匀性不易控制。

综上所述，本发明实施例提供的显示装置中，由于采用了能提供灰阶渐变背光源的可控灰阶显示组件11，以及包括光路开关阵列的像素组件12，且由于单个光路开关k能在其指定灰阶到达时，能阻止背光源的光线通过像素组件以实现图像的单色或彩色显示，使得显示装置的结构大大简化，从而简化了制作工艺，进而能避免结构均匀性不易控制的问题。

根据上述分析，由于像素组件具有简单的结构，单个像素的尺寸可以做得更小，从而能提高显示装置的分辨率。

本发明实施例提供的显示装置中，可控灰阶显示组件可以为采用被动控制方式提供灰阶可变光源的组件，例如可以是利用液晶进行显示的装置，如图2所示，该组件包括：依次层叠的背光源21、下偏光片22、第一电极23、液晶层24、第二电极25及上偏光片26。这里所说的背光源21指传统的灰阶固定的背光源。通过控制在第一电极23和第二电极25之间施加电压的大小能控制液晶分子的偏转的角度，从而实现灰度控制。

通常，显示装置的刷新频率为60Hz，因此一帧图像的显示时间约为16.67ms，假设灰阶为256级，则每一级灰阶的显示时间约为65.1μs。这要求可控灰阶显示组件中液晶层24的响应时间要达到亚毫秒级别，因此，液晶层的材料可采用蓝相液晶(其响应时间为亚毫秒级别)等响应速度快的材料。

另外，可控灰阶显示组件也可以为采用主动发光方式提供灰阶可变光源的组件，例如可以是LED背光源，或是其它由主动发光器件构成的背光源，由LED或其它主动发光器件直接产生灰阶。

本发明实施例提供的像素组件中的光路开关可以是利用电致变色材料的光路开关，其结构如图3所示，包括：第三电极31、电致变色层32及第四电极33。通过控制在第三电极31和第四电极33之间施加电压的大小或极性，可以使电荷(离子或电子)注进电致变色层32或从电致变色层32抽出，从而使电致变色层32在低透射率的致色状态和高透射率的消色状态之间产生可逆的转换。

当电致变色层32处在低透射率的致色状态时，相当于光路开关关闭，光线不能通过该光路开关；当电致变色层32处在高透射率的消色状态时，相当于光路开关打开，光线能通过该光路开关。

需要说明的是：第三、第四并不代表顺序或数量关系，仅为了与上述可控灰阶显示组件的电极相区别。

图4示出了采用电致变色材料光路开关阵列的像素组件局部剖面示意图。

图中，由下至上依次设置有第三电极31、电致变色层32、及第四电极33。其中，第三电极31由下导电薄膜(ITO)312和行电极311构成，第四电极33由上导电薄膜(ITO)332和列电极331构成。相邻像素的电致变色层32由黑矩阵34分隔。行电极311和列电极331分别通过下导电薄膜312和上导电薄膜332给像素中的电致变色层32供电。

另外，光路开关也可以为光波导开关或微机电系统光开关。

由于本发明实施例提供的像素组件中的光路开关在显示时间的起始时刻为打开状态，即可控灰阶显示组件在最低灰阶时，所有的光路开关打开，而且该灰阶在可控灰阶显示组件的显示区域是一致的，因此，本发明实施例提供的显示装置的暗态显示均匀性较传统的液晶显示装置好，因为传统的液晶显示装置的灰阶显示是靠电压控制液晶分子旋转来实现的，由于施加在各像素单元中液晶分子上的电压均匀性受装置结构均匀性的影响，存在均匀性不好的问题，因此传统的液晶显示装置暗态显示的均匀性不好。

由于本发明实施例提供的显示装置的暗态显示均匀性提高了，进而能得到较好的对比度和视角。另外，由于光路开关关闭后能阻止光线通过，因此能消除像素的漏光和串扰现象。

本发明实施例还提供了上述显示装置的一种驱动方法，该方法用于使所述显示装置显示一帧黑白图像，该方法包括：在一帧黑白图像的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的白色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；在所述一帧黑白图像的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述白色光源的灰阶随时间的变化递增；在所述一帧黑白图像的显示时间内，且在所述白色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述白色光源的光线通过所述像素的光路开关。

本发明实施例又提供了上述显示装置的另一种驱动方法，该方法用于使所述显示装置显示一帧彩色图像，该方法包括：

步骤一、在一帧彩色图像中一种基色的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的所述基色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出。

步骤二、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述基色光源的灰阶随时间的变化递增。

步骤三、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，且在所述基色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述基色光源的光线通过所述像素的光路开关。

步骤四、重复步骤一至三，直至所述一帧彩色图像中的所有基色完成显示。

两种方法已在上面对显示装置显示原理的介绍中进行了详细说明，在此不再赘述。

本发明实施例提供的显示装置的驱动方法中，由于在显示时间内通过可控灰阶显示组件提供灰阶渐变的背光源，并通过使像素组件中单个光路开关在其指定灰阶到达时关闭，从而阻止背光源的光线通过像素组件以实现图像的单色或彩色显示，使得对单个像素驱动时仅需要控制光路开关的打开和关闭即可，大大简化了显示装置的驱动方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：依次层叠的可控灰阶显示组件和像素组件；

所述可控灰阶显示组件，用于在指定的显示时间内，从出光面向所述像素组件的入光面提供单色光源，所述单色光源的灰阶在所述指定的显示时间内，随时间的变化递增；

所述像素组件，包括像素阵列，所述像素阵列中的每一个像素为一个控制光路通断的光路开关；

所述光路开关用于在所述指定的显示时间的起始时刻打开，使所述单色光源的光线通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；在所述指定的显示时间内且在所述单色光源的灰阶到达所述像素所对应的指定灰阶时关闭，阻止所述单色光源的光线通过所述光路开关。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述可控灰阶显示组件包括：依次层叠的背光源、下偏光片、第一电极、液晶层、第二电极及上偏光片。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述液晶层的材料采用蓝相液晶。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述可控灰阶显示组件为发光二极管背光源。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，光路开关包括：依次层叠的第三电极、电致变色层及第四电极。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，光路开关为光波导开关或微机电系统光开关。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述指定的显示时间为一帧黑白图像的显示时间，或者为一帧彩色图像中一种基色的显示时间。

8.一种权利要求1～6任一项所述的显示装置的驱动方法，其特征在于，包括：

在一帧黑白图像的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的白色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；

在所述一帧黑白图像的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述白色光源的灰阶随时间的变化递增；

在所述一帧黑白图像的显示时间内，且在所述白色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述白色光源的光线通过所述像素的光路开关。

9.一种权利要求1～6任一项所述的显示装置的驱动方法，其特征在于，包括：

步骤一、在一帧彩色图像中一种基色的显示时间的起始时刻，所述像素组件将所有像素的光路开关打开，使从所述像素组件入光面入射的所述基色光源的光线，通过所述光路开关，从所述像素组件的出光面射出；

步骤二、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，所述可控灰阶显示组件使所述基色光源的灰阶随时间的变化递增；

步骤三、在所述一帧彩色图像中所述基色的显示时间内，且在所述基色光源的灰阶到达像素所对应的指定灰阶时，所述像素组件关闭所述像素的光路开关，以阻止所述基色光源的光线通过所述像素的光路开关；

步骤四、重复步骤一至三，直至所述一帧彩色图像中的所有基色完成显示。

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