CN105654890B - 显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置及其驱动方法。显示装置包含显示阵列以及驱动电路。显示阵列包含至少一扫描线。驱动电路用以驱动显示阵列，其包含时序控制器以及栅极驱动器。时序控制器用以控制显示阵列的刷新频率操作在第一频率或第二频率，其中第一频率高于第二频率。栅极驱动器用以切换提供致能电压信号与禁能电压信号至显示阵列的扫描线。当刷新频率为第一频率时，致能电压信号与禁能电压信号具有第一压差，当刷新频率为第二频率时，致能电压信号与禁能电压信号具有第二压差，第一压差大于第二压差，且该致能电压信号的致能时间长度相同。

Description

显示装置及其驱动方法
技术领域
本揭示内容涉及一种显示装置。具体来说，本揭示内容涉及一种可切换刷新频率的显示装置。
背景技术
近年来，随着屏幕画质和解析度的提高，显示卡处理的动画和图像的复杂度也随之提高。然而，显示卡处理复杂动画或图像时需要较长时间进行运算，当运算时间无法与显示器的刷新频率匹配时，便会发生画面不连续的现象。为解决此问题，部分显示装置可动态调整刷新频率，在显示卡进行复杂运算时以降低刷新频率，以维持画面输出的流畅。
然而，受限于材料特性，当刷新频率降低时，屏幕的亮度也会随之降低，进而导致显示装置在刷新频率改变时画面明暗不一、闪烁的问题。因此，如何在刷新频率动态调整时维持屏幕亮度的稳定，是该领域内重要的研究议题。
发明内容
为解决上述问题，本揭示内容的一态样为一种显示装置。显示装置包含：一显示阵列，包含至少一扫描线；以及一驱动电路，用以驱动该显示阵列，该驱动电路包含：一时序控制器，用以控制该显示阵列的刷新频率操作在一第一频率或一第二频率，该第一频率高于该第二频率；以及一栅极驱动器，用以切换提供一致能电压信号与一禁能电压信号至该显示阵列的该扫描线；其中当该刷新频率为该第一频率时，该致能电压信号与该禁能电压信号具有一第一压差，当该刷新频率为该第二频率时，该致能电压信号与该禁能电压信号具有一第二压差，该第一压差大于该第二压差。
本揭示内容的另一态样为一种用于一显示装置的驱动方法。该显示装置包含一显示阵列以及用以驱动该显示阵列的一驱动电路，该驱动方法包含：检测该显示阵列的刷新频率；当该显示阵列的刷新频率操作在一第一频率时，切换提供一致能电压信号与一禁能电压信号至该显示阵列，该致能电压信号与该禁能电压信号具有一第一压差；以及当该显示阵列的刷新频率操作在一第二频率时，切换提供该致能电压信号与该禁能电压信号至该显示阵列，该致能电压信号与该禁能电压信号具有一第二压差；其中该第一频率高于该第二频率，该第一压差大于该第二压差。
本申请通过应用上述实施例，通过相应于刷新频率调整扫描电压信号在高电位与低电位之间的压差，可以对显示阵列中的像素进行亮度补偿，以改善显示画面的输出质量。
附图说明
图1为根据本揭示内容部分实施例所绘示的显示装置的示意图。
图2为根据本揭示内容部分实施例所绘示的像素单元的示意图。
图3和图4分别为根据本申请部分实施例所绘示的显示装置操作在不同刷新频率时，数据电压信号、像素电压以及扫描电压信号的波形示意图。
图5A和图5B为根据本揭示内容部分实施例所绘示的扫描电压信号和像素电压的波形示意图。
图6为根据本申请部分实施例所绘示的刷新频率对亮度变化的特性曲线图。
【符号说明】
100 显示装置
120 显示阵列
140 驱动电路
142 时序控制器
144 栅极驱动器
146 控制单元
PX、PX11 像素单元
CK 输出时钟信号
FS 频率检测信号
VH 致能参考电压
VL 禁能参考电压
DL1～DLm 数据线
SL1～SLn 扫描线
VSL1～VSLn 扫描电压信号
Vdata1～Vdatam 数据电压信号
Vpx11 像素电压
Cst 存储电容
SW 开关
Com 参考电压
P1～P3 时序
Va、Vb 跨压
Vft1～Vft4 压降
L1、L2 曲线
具体实施方式
下文举实施例配合附图作详细说明，以更好地理解本申请的态样，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。
此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“和/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
在本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”也可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
请参考图1。图1为根据本揭示内容部分实施例所绘示的显示装置100的示意图。如图1所示，显示装置100包含显示阵列120以及驱动电路140。在部分实施例中，显示阵列120包含多条数据线DL1～DLm、多条扫描线SL1～SLn以及在数据线DL1～DLm和扫描线SL1～SLn之间排列为阵列的多个像素单元PX。每一像素单元PX分别电性连接于相应的数据线DL1～DLm以及相应的扫描线SL1～SLn。
请一并参考图2。图2为根据本揭示内容部分实施例所绘示的像素单元PX的示意图。如图2所示，像素单元PX11电性连接于相应的数据线DL1以及相应的扫描线SL1。具体来说，像素单元PX包含开关SW以及存储电容Cst。开关SW的第一端电性连接于数据线DL1，用以接收数据电压Vdata1，开关SW的第二端电性连接于存储电容Cst的第一端，开关SW的控制端电性连接于扫描线SL1，用以接收扫描电压信号VSL1，使得开关SW根据扫描电压信号VSL1选择性地导通。存储电容Cst的第二端电性连接至参考电压Com。如此一来，当扫描电压信号VSL1导通开关SW时，数据线DL1上的数据电压Vdata1便可对存储电容Cst进行充电。
请再次参考图1。如图所示，在部分实施例中，驱动电路140电性连接于显示阵列120，并用以驱动显示阵列120。如图1所示，驱动电路140包含时序控制器142、栅极驱动器144以及控制单元146。具体来说，时序控制器142可通过输出时钟信号CK动态地控制显示阵列120的刷新频率。举例来说，时序控制器142可控制显示阵列120的刷新频率操作在144赫兹(Hz)、60赫兹(Hz)以及30赫兹(Hz)等等。当显示卡处理的图像过于复杂，需要花费较长的数据运算时间时，时序控制器142可控制显示阵列120操作在较低的刷新频率(如：30赫兹)，以避免画面延迟或不连续的现象发生。
栅极驱动器144电性连接于时序控制器142以及扫描线SL1～SLn。栅极驱动器144自时序控制器142接收时钟信号CK，并切换提供致能电压信号(如：高电位)与禁能电压信号(如：低电位)至显示阵列120的扫描线SL1～SLn。如图1所示，在部分实施例中，栅极驱动器144分别输出扫描电压信号VSL1～VSLn至相应的扫描线SL1～SLn。当扫描电压信号VSL1处于高电平而扫描电压信号VSL2～VSLn处于低电平时，栅极驱动器144致能扫描线SL1。当扫描电压信号VSL2处于高电平而扫描电压信号VSL1、VSL3～VSLn处于低电平时，栅极驱动器144致能扫描线SL2，以此类推。如此一来，通过轮流致能扫描线SL1～SLn，栅极驱动器144便可相应于显示阵列120的刷新频率驱动显示阵列120中的像素单元PX。
控制单元146电性连接于时序控制器142以及栅极驱动器144。在部分实施例中，时序控制器142根据显示阵列120的刷新频率输出相应的频率检测信号FS至控制单元146。在部分实施例中，时序控制器142可根据显示阵列120的上一帧画面(frame)的时间长度判断显示阵列120目前的刷新频率，以输出频率检测信号FS。如此一来，控制单元146便可根据自时序控制器142接收的频率检测信号FS调整致能参考电压VH的电压电平。
在部分实施例中，控制单元146也可选择根据频率检测信号FS调整致能参考电压VH或禁能参考电压VL的电压电平，或是同时调整致能参考电压VH以及禁能参考电压VL的电压电平。如此一来，控制单元146便可根据不同的频率检测信号FS判断显示阵列120的刷新频率，并输出相应的致能参考电压VH以及禁能参考电压VL至栅极驱动器144。藉此，栅极驱动器144便可根据致能参考电压VH和禁能参考电压VL分别提供致能电压信号和禁能电压信号至显示阵列120的扫描线SL1～SLn。
具体来说，在部分实施例中，当刷新频率较高时，致能电压信号与禁能电压信号之间的压差(即：致能参考电压VH以及禁能参考电压VL之间的压差)较大。当刷新频率较低时，致能电压信号与禁能电压信号之间的压差(即：致能参考电压VH以及禁能参考电压VL之间的压差)较小。为便于说明起见，以下段落将以实施例配合附图，针对显示阵列120的刷新频率与致能电压信号与禁能电压信号之间的压差的关系进行详细说明。
请参考图3和图4。图3和图4分别为根据本申请部分实施例所绘示的显示装置100操作在不同刷新频率时，数据电压信号、像素电压以及扫描电压信号的波形示意图。为便于说明起见，图3和图4中的电压波形将搭配图1与图2所示实施例的显示装置100进行说明。在部分实施例中，图3为显示装置100操作在144赫兹的刷新频率，每秒包含144帧画面(frame)时，数据电压信号、像素电压以及扫描电压信号的波形示意图。图4为显示装置100操作在30赫兹的刷新频率，每秒包含30帧画面(frame)时，数据电压信号、像素电压以及扫描电压信号的波形示意图。
当显示装置100操作在144赫兹的刷新频率时，如图3所示，在每一帧画面(frame)中，在第一时序P1内，扫描电压信号VSL1处于高电平(即：致能参考电压VH的电压电平)。此时开关SW导通，数据电压信号Vdata1将对存储电容Cst两端的像素电压Vpx11进行充电。进入到第二时序P2时，扫描电压信号VSL1自高电平(即：致能参考电压VH的电压电平)切换至低电平(即：禁能参考电压VL的电压电平)。此时，由于寄生电容的存在，像素电压Vpx11在时序切换时会受到影响而产生压降，其压降的部分即为馈通电压(feed through voltage)。
接着，进入到第三时序P3时，像素单元处于空白(blanking)阶段。此时，数据电压信号Vdata1保持在固定的电位上，避免了对寄生电容的充放电，以降低数据线DL1上的漏电流，从而降低面板功耗。在此阶段中，数据电压信号Vdata1的输出不会改变像素电压Vpx11的电压电平。在部分实施例中，第三时序P3中数据电压信号Vdata1的电压电平为反极性。在另外部分实施例中，第三时序P3中数据电压信号Vdata1的电压电平也可为同极性。因此图3中所示实施例仅为本揭示内容可能的实施方式之一，并非用以限制本申请。
在部分实施例中，当显示装置100操作在144赫兹的刷新频率时，致能电压信号(即：处于高电平的扫描电压信号VSL1)为约30伏特(V)。禁能电压信号(即：处于低电平的扫描电压信号VSL1)为约-6伏特(V)。
当显示装置100切换至30赫兹的刷新频率时，如图4所示，在每一帧画面(frame)中亦包含第一时序P1、第二时序P2和第三时序P3。与显示装置100操作在144赫兹的刷新频率时相比，两者的第一时序P1的时间长度相同。换句话说，不论显示阵列120的刷新频率操作在144赫兹或30赫兹，栅极驱动器140提供致能电压信号的致能(charging)时间长度相同。相对地，刷新频率为30赫兹时，第三时序P3的时间具有较长的时间长度。刷新频率为144赫兹时，第三时序P3的时间具有较短的时间长度。换句话说，栅极驱动器140可调整数据电压信号Vdata1保持在固定的电位上，使像素单元PX处于空白阶段的时间长短。如此一来，即便栅极驱动器140提供致能电压信号的致能时间长度相同，栅极驱动器140仍可调整每一帧画面的时间周期，藉此实现显示阵列120操作在不同的刷新频率。
在部分实施例中，当显示装置100操作在30赫兹的刷新频率时，致能电压信号(即：处于高电平的扫描电压信号VSL1)为约22伏特(V)。禁能电压信号(即：处于低电平的扫描电压信号VSL1)为约-6伏特(V)。
换句话说，当刷新频率较高(如：144Hz)时，致能电压信号与禁能电压信号之间的压差较大(如：36V)。当刷新频率较低(如：30Hz)时，致能电压信号与禁能电压信号之间的压差较小(如：28V)。具体来说，驱动电路140可藉由控制单元146相应于刷新频率输出具有不同电压电平的致能参考电压VH以实现以上操作。
请参考图5A和图5B。图5A和图5B为根据本揭示内容部分实施例所绘示的扫描电压信号VSL1和像素电压Vpx11的波形示意图。如图5A所示，扫描电压信号VSL1关断时，不论像素电压Vpx11处于正极性或是负极性，都会因馈通电压分别导致压降Vft1、Vft2。如图中所示，其中像素电压Vpx11在正极性时的压降Vft1大于像素电压Vpx11在负极性时的压降Vft2。相似地，在图5B中，像素电压Vpx11亦会因馈通电压分别导致压降Vft3、Vft4。如图中所示，其中像素电压Vpx11在正极性时的压降Vft3大于像素电压Vpx11在负极性时的压降Vft4。
进一步而论，馈通电压所导致压降Vft1～Vft45的大小和扫描电压信号VSL1在高电位与低电位之间的压差成正比。因此在像素电压Vpx11在正极性时的压降Vft1、Vft3分别大于像素电压Vpx11在负极性时的压降Vft2、Vft4的情况下，当扫描电压信号VSL1在高电位与低电位之间的压差越大时，像素电压Vpx11在正极性与负极性之间的跨压就越小。
换句话说，由于在图5A中扫描电压信号VSL1的致能电位大于图5B中扫描电压信号VSL1的致能电位，因此在图5A中像素电压Vpx11在正负极性之间的跨压Va小于在图5B中像素电压Vpx11在正负极性之间的跨压Vb。如此一来，通过降低扫描电压信号VSL1在高电位与低电位之间的压差，可以提高像素电压Vpx11在正负极性之间的跨压。像素电压Vpx11在正负极性之间的跨压提高，像素PX的亮度也随之提高。
藉此，显示阵列120的亮度可通过调整扫描电压信号VSL1的致能电位或者禁能电位以进行补偿，使得显示阵列120在不同的刷新频率下维持亮度一致，以避免发生画面闪烁的情形。具体来说，在部分实施例中，当刷新频率降低时，像素PX的亮度会因材料特性而降低。因此控制单元146可在检测到显示阵列120的刷新频率降低时，同步降低扫描电压信号VSL1在高电位与低电位之间的压差。
在部分实施例中，控制单元146可根据刷新频率调整致能参考电压VH的电压电平，并维持禁能参考电压VL的电压电平不变，使得当刷新频率为第一频率(如：144Hz)时，致能电压信号具有第一电平(如：30V)，当刷新频率为第二频率时，致能电压信号具有低于第一电平的第二电平(如：25V)，而在不同刷新频率时禁能电压信号具有相同的电压电平(如：-6V)，但本申请并不以此为限。
举例来说，在其他部分实施例中，控制单元146也可根据刷新频率调整禁能参考电压VL的电压电平，并维持致能参考电压VH的电压电平不变，使得当刷新频率为第一频率(如：144Hz)时，禁能电压信号具有第一电平(如：-6V)，当刷新频率为第二频率时，禁能电压信号具有高于第一电平的第二电平(如：-1V)，而在不同刷新频率时致能电压信号具有相同的电压电平(如：30V)。换句话说，控制单元146可通过调整致能参考电压VH与禁能参考电压VL其中一个，并维持另一个不变的方式，在刷新频率较高时，提供扫描电压信号VSL1较高的压差，在刷新频率较高时，提供扫描电压信号VSL1较低的压差，以补偿显示阵列120的亮度。
在上述实施例中所述的电压电平及刷新频率，其数量及数值仅为示例之用，并非用以限制本申请。举例来说，在部分实施例中，显示装置100可操作在三个或更多个不同的刷新频率，时序控制器142可根据不同的刷新频率输出相应的频率检测信号FS，使得控制单元146分别相应于不同的刷新频率调整致能参考电压VH和禁能参考电压VL的电压电平。
举例来说，在部分实施例中，时序控制器142可控制显示阵列120的刷新频率操作在第一频率(如：144Hz)、第二频率(如：60Hz)或第三频率(如：30Hz)。当刷新频率为第一频率时，致能电压信号与禁能电压信号具有第一压差，当刷新频率为第二频率时，致能电压信号与禁能电压信号具有第二压差，当刷新频率为第三频率时，致能电压信号与禁能电压信号具有第三压差，其中第一压差大于第二压差，第二压差大于第三压差。举例来说，控制单元146可维持禁能参考电压VL的电压电平为-6V，并调整致能参考电压VH的电压电平在第一频率(如：144Hz)时为30V，在第二频率(如：60Hz)时为26V，在第三频率(如：30Hz)时为22V以实现上述操作。
请参考图6。图6为根据本申请部分实施例所绘示的刷新频率对亮度变化的特性曲线图，其中横轴表示刷新频率，纵轴表示亮度变化的比例。在图6中，曲线L1代表不根据刷新频率调整致能参考电压VH时显示阵列120的亮度变化。曲线L2代表根据刷新频率相应调整致能参考电压VH时显示阵列120的亮度变化。如图6所示，当致能参考电压VH相应刷新频率调整时，亮度可从约77％补偿到约95％。如此一来，显示阵列120在不同的刷新频率下维持亮度一致，避免发生画面闪烁的情形。
综上所述，本申请通过应用上述实施例，通过相应于刷新频率调整扫描电压信号在高电位与低电位之间的压差，可以对显示阵列中的像素进行亮度补偿，以改善显示画面的输出质量。
虽然本揭示内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本揭示内容，本领域技术人员在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，包含：
显示阵列，包含至少一扫描线；以及
驱动电路，用以驱动该显示阵列，该驱动电路包含：
时序控制器，用以控制该显示阵列的刷新频率操作在第一频率或第二频率，该第一频率高于该第二频率；以及
栅极驱动器，用以根据刷新频率来切换提供致能电压信号与禁能电压信号至该显示阵列的该扫描线；
其中当该刷新频率为该第一频率时，该致能电压信号与该禁能电压信号具有第一压差，当该刷新频率为该第二频率时，该致能电压信号与该禁能电压信号具有第二压差，该第一压差大于该第二压差，且该致能电压信号的致能时间长度相同。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中当该刷新频率为该第一频率时，该致能电压信号具有第一电平，当该刷新频率为该第二频率时，该致能电压信号具有第二电平，该第一电平高于该第二电平。
3.如权利要求2所述的显示装置，其中当该显示阵列的刷新频率操作在该第一频率或该第二频率时，该禁能电压信号具有相同的电压电平。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中当该刷新频率为该第一频率时，该禁能电压信号具有第一电平，当该刷新频率为该第二频率时，该禁能电压信号具有第二电平，该第一电平低于该第二电平。
5.如权利要求4所述的显示装置，其中当该显示阵列的刷新频率操作在该第一频率或该第二频率时，该致能电压信号具有相同的电压电平。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中该驱动电路还包含控制单元；
该时序控制器根据该显示阵列的该刷新频率输出频率检测信号，该控制单元根据该频率检测信号调整致能参考电压的电压电平，该栅极驱动器根据该致能参考电压提供该致能电压信号至该显示阵列的该扫描线。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中该时序控制器根据该显示阵列的上一帧画面的时间长度判断该刷新频率以输出该频率检测信号。
8.如权利要求1所述的显示装置，其中该时序控制器还用以控制该显示阵列的刷新频率操作在该第一频率、该第二频率或第三频率，该第二频率高于该第三频率；
其中当该刷新频率为该第三频率时，该致能电压信号与该禁能电压信号具有第三压差，该第二压差大于该第三压差，且该致能电压信号的致能时间长度相同。
9.一种用于显示装置的驱动方法，其中该显示装置包含显示阵列以及用以驱动该显示阵列的驱动电路，该驱动方法包含：
检测该显示阵列的刷新频率；
根据该刷新频率切换提供致能电压信号与禁能电压信号至该显示阵列的扫描线，
当该显示阵列的刷新频率操作在第一频率时，切换提供致能电压信号与禁能电压信号至该显示阵列，该致能电压信号与该禁能电压信号具有第一压差；以及
当该显示阵列的刷新频率操作在第二频率时，切换提供该致能电压信号与该禁能电压信号至该显示阵列，该致能电压信号与该禁能电压信号具有第二压差；
其中该第一频率高于该第二频率，该第一压差大于该第二压差，且该致能电压信号的致能时间长度相同。
10.如权利要求9所述的驱动方法，还包含：
根据该刷新频率输出频率检测信号；
根据该频率检测信号调整致能参考电压或禁能参考电压的电压电平；以及
分别根据该致能参考电压及该禁能参考电压提供该致能电压信号与该禁能电压信号。
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