CN106023920B - 液晶显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液晶显示装置及其驱动方法。所述液晶显示装置包括排列成多个像素行和多个像素列的多个像素单元。位于同一像素行的多个像素单元，在连续帧周期中各个像素单元的像素电极极性反转，以及在同一帧周期中相邻像素单元的像素电极极性相反。所述液晶显示装置包括电荷共享模块，所述电荷共享模块与多条源极数据线相连接，并且在设置所述灰阶电压之前，将所述多条源极数据线短接，从而对相应像素行的多个像素单元的像素电极进行预充电。该液晶显示装置采用电荷共享模块对像素电极进行预充电，可以将电荷共享模块集成在玻璃基板的周边区域中，从而降低电路成本、降低功耗、减小面板尺寸和提高分辨率。

Description

液晶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，更具体地，涉及液晶显示装置及其驱动方法。

背景技术

液晶显示装置是利用液晶分子的排列方向在电场的作下发生变化的现象改变光源透光率的显示装置。液晶显示装置已经广泛地应用于诸如手机的移动终端和诸如平板电视的大尺寸显示面板中。

图1和2分别示出根据现有技术的液晶显示装置的结构示意图和等效电路图。液晶显示装置100包括第一玻璃基板110和第二玻璃基板210，第一玻璃基板110的第一表面与第二玻璃基板210的第一表面相对。在第一玻璃基板110的第一表面上形成设置彼此交叉的多条栅极扫描线111和多条源极数据线112，在二者的交叉位置设置选择薄膜晶体管113和像素电极114。在第二玻璃基板210的第一表面形成公共电极211。像素电极114和公共电极211之间包含液晶层，可以等效为像素电容CLC。经由栅极扫描线110选通薄膜晶体管113，以及经由源极数据线112将与灰阶相对应的电压施加至像素电容CLC，从而改变液晶分子的取向以实现相应灰阶的亮度。为了在像素的更新周期之间保持电压，像素电容CLC可以并联存储电容Cs以获得更长的保持时间。栅极驱动器310连接至多条栅极扫描线111，用于提供栅极电压G1至Gm。所述源极驱动器410连接至多条源极数据线112，用于提供灰阶电压S1至Sn。

在上述的液晶显示装置的驱动方法中，在每个帧周期中，依次扫描多条栅极扫描线111，使得相应行的薄膜晶体管113导通，从而在像素电容CLC和存储电容Cs上充电。由于液晶分子的特性，如果在不同的帧周期中始终固定于一个电压，则液晶分子可能不能响应电场的变化而转动。因此，在相邻的帧周期中，即使灰阶未发生变化，像素电极114相对于公共电极211的极性也会发生反转。然而，由于像素电极在相邻帧之间的极性反转，像素电容和存储电容的充电时间延长。如果像素电极的充电时间过短，则会导致灰阶显示异常和显示质量劣化。在极性反转过程中，至少一部分供电用于将像素电极充电至零电压，因此该驱动方法将导致功耗增加。

在一种改进的驱动方法中，采用预充电的方法以缩短像素电容和存储电容的充电时间。预充电的一种方法是电荷共享，其中，采用预先将相邻的源极数据线连接，利用相邻像素电极的相反极性对像素电容和存储电容进行充放电，然后才开始加载灰阶电压。在该驱动方法中需要采用多个附加的开关管，用于控制相邻的源极数据线的连接或断开。

在用于提供灰阶电压的数据驱动电路芯片中，可以集成用于电荷共享的附加开关管。然而，这种芯片集成方法可能导致芯片尺寸增加。

期望在采用电荷共享驱动方法的液晶显示装置中，进一步减小驱动芯片的尺寸。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种采用与源极数据线相连接的电荷共享模块降低功耗和面板占用面积的液晶显示装置及其驱动方法。

根据本发明的一方面，提供一种液晶显示装置，包括：多个像素单元，每个像素单元包括像素电极和薄膜晶体管，所述像素电极连接至所述薄膜晶体管的漏极，所述多个像素单元排列成多个像素行和多个像素列；多条栅极扫描线，用于分别向相应像素行的多个像素单元的薄膜晶体管的栅极提供栅极电压；多条源极数据线，用于分别向相应像素列的多个像素单元的薄膜晶体管的源极提供灰阶电压从而设置像素电极的灰阶电压；以及电荷共享模块，与所述多条源极数据线相连接，其中，位于同一像素行的多个像素单元，在连续帧周期中各个像素单元的像素电极极性反转，以及在同一帧周期中相邻像素单元的像素电极极性相反，所述电荷共享模块在设置所述灰阶电压之前，将所述多条源极数据线短接，从而对相应像素行的多个像素单元的像素电极进行预充电。

优选地，所述电荷共享模块包括：多个第一开关管；以及第二开关管，其中，所述多个第一开关管和所述第二开关管分别包括第一端、第二端控制端，并且在导通状态下第一端和第二端导通，所述多个第一开关管包括第一组开关管和第二组开关管，所述第一组开关管和所述第二组开关管的第一端分别连接至所述多条源极数据线，所述第一组开关管的第二端共同连接至所述第二开关管的第一端，所述第二组开关管的第二端共同连接至所述第二开关管的第二端。

优选地，所述电荷共享模块还包括：第一互连线，用于提供所述第一组开关管和所述第二开关管之间的电连接；第二互连线，用于提供所述第二组开关管和所述第二开关管之间的电连接；第一预充电扫描线，所述第一组开关管和所述第二组开关管的控制端共同连接至所述第一预充电扫描线；以及第二预充电扫描线，所述第二开关管的控制端连接至所述第二预充电扫描线。

优选地，还包括玻璃基板，所述玻璃基板包括有源区和围绕有源区的周边区域，其中，所述多个像素单元位于所述有源区中，所述电荷共享模块位于所述周边区域中。

优选地，还包括：栅极驱动器，与所述多条栅极扫描线电连接，并且产生所述栅极电压；以及源极驱动器，与所述多条源极数据线电连接，并且产生所述灰阶电压。

优选地，还包括：柔性印刷电路板，连接至所述第一互连线、所述第二互连线、所述第一预充电扫描线和所述第二预充电扫描线，从而提供与外部电路的电连接。

根据本发明的另一方面，提供一种用于液晶显示装置的驱动方法，所述液晶显示装置包括多个像素单元，每个像素单元包括各自的像素电极，所述多个像素单元排列成多个像素行和多个像素列，所述方法包括：在每个帧周期中，逐行驱动各个像素行，其中依次进行预充电和灰阶驱动；以及在连续帧周期中，反转各个像素单元的像素电极极性，其中，位于同一像素行中的多个像素单元中，相邻像素单元的像素电极极性相反。

优选地，所述位于同一像素行中的多个像素单元包括第一组像素单元和第二组像素单元，所述预充电包括将所述第一组像素单元的像素电极分别连接至所述第二组像素单元中相反极性的相应一个像素单元的像素电极。

优选地，所述位于同一像素行中的多个像素单元包括第一组像素单元和第二组像素单元，所述预充电包括将所述第一组像素单元的像素电极共同连接至第一互连线，以及将所述第二组像素单元的像素电极共同连接至第二互连线，以及将所述第一互连线和所述第二互连线彼此连接。

优选地，所述位于同一像素行中的多个像素单元包括第一组像素单元和第二组像素单元，所述灰阶驱动包括将所述第一组像素单元的像素电极与第一互连线之间断开，以及将所述第二组像素单元的像素电极与第二互连线之间断开，以及将所述第一互连线和所述第二互连线彼此断开。

根据本发明实施例的液晶显示装置及其驱动方法，其中，在逐行驱动各个像素行时，采用电荷共享模块，先对像素电极进行预充电，然后，经由源极数据线向像素电极施加灰阶电压。由于在预充电阶段相邻的像素电极的正负电压彼此中和，该过程不需要消耗外部能量。因此，在极性反转过程中，外部的充放电电路的充放电范围可以减小，降低电路成本和减小功耗。

进一步地，由于电荷共享模块与源极数据线相连接，因此，可以将电荷共享模块形成独立的电路，并且将其设置在玻璃基板上的周边区域。本发明实施例采用的电荷共享模块不需要针对像素单元分别提供用于电荷共享的开关管和布线，从而可以减小像素单元的尺寸，提高液晶显示装置的分辨率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1和2分别示出根据现有技术的液晶显示装置的结构示意图和等效电路图。

图3示出根据现有技术的液晶显示装置中一个像素行的等效电路图。

图4示出根据本发明实施例的液晶显示装置中一个像素行的等效电路图。

图5示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法的波形图。

图6示出根据本发明实施例的液晶显示装置的布局示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

在本申请中，术语“像素单元”表示与一个像素电极相关的基本显示单元，例如包括像素电极及其相连接的薄膜晶体管，“像素行”表示连接至同一条栅极扫描线上的多个像素单元，“像素列”表示连接同一条源极数据线上的多个像素单元。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图3示出根据现有技术的液晶显示装置中一个像素行的等效电路图。在该等效电路图中，将涉及像素电容CLC和存储电容Cs的结构部分表示为像素电极。该像素行包括连接至一条栅极扫描线G1的n个像素单元，其中n为任意自然数。采用n条源极数据线S1至Sn为n个像素单元提供灰阶电压。

在栅极扫描线G1和源极数据线S1至Sn的交叉位置设置像素单元。在图3中以4个像素单元为例。第一像素单元包括薄膜晶体管T11和像素电极P11。薄膜晶体管T11的栅极连接至栅极扫描线G1，源极连接至源极数据线S1，漏极连接至像素电极P11。第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元与第一像素单元的结构类似。

在薄膜晶体管T11导通时，源极数据线S1经由薄膜晶体管T11向像素电极P11提供灰阶电压，从而在像素电极和公共电极之间产生电场。液晶分子根据电场的大小而偏转相应的角度，从而改变光透过率。

在每个帧周期中，液晶显示装置逐行驱动各像素行。在相邻的帧周期中，每个像素单元的像素电极的极性反转。如果像素电极的电压高于公共电极，则将像素电极表示为正极性，用“+”表示，如果像素电极的电压低于公共电极，则将像素电极表示为负极性，用“-”表示。不论是正极性或是负极性,如果像素电极和公共电极之间的电压差的绝对值相同，都可以表示相同的灰阶。

在每个帧周期中，不同的像素单元之间的极性也可以反转。如果采用列反转驱动方式，则相同像素列的像素电极的极性相同，且相邻像素列的像素电极的极性相反。如果采用点反转驱动方式，则相邻像素行的像素电极的极性反转，且相邻像素列的像素电极的极性相反。不论是列反转驱动方式还是行反转驱动方式，在每个帧周期中，每一个像素行中的相邻像素电极的极性均是相反的，如图3所示。

在该驱动方法中，在相邻的帧周期中，即使灰阶未发生变化，像素电极相对于公共电极的极性也会发生反转。然而，由于像素电极在相邻帧之间的极性反转，像素电容和存储电容的充电时间延长。在极性反转过程中，至少一部分供电用于将像素电极充电至零电压，因此该驱动方法将导致功耗增加。

图4示出根据本发明第一实施例的液晶显示装置中一个像素行的等效电路图。与图3类似，在栅极扫描线G1和源极数据线S1至Sn的交叉位置设置像素单元。在图4中以4个像素单元为例。第一像素单元包括薄膜晶体管T11和像素电极P11。薄膜晶体管T11的栅极连接至栅极扫描线G1，源极连接至源极数据线S1，漏极连接至像素电极P11。

本发明实施例的液晶显示装置与图3的不同之处在于，源极数据线S1至Sn不仅连接至图1所示的源极驱动器410，而且连接至电荷共享模块420。所述电荷共享模块420用于在每行一个像素行的多个像素单元施加灰阶电压之前，对所述多个像素单元的像素电极进行预充电。

所述电荷共享模块420包括n个第一开关管T1至Tn，以及第二开关管Ta。所述第一开关管和所述第二开关管分别具有第一端、第二端和控制端。当所述第一开关管和所述第二开关管导通时，第一端和第二端之间导通。所述n个第一开关管T1至Tn的控制端经由共同连接至第一预充电扫描线GS1。所述第二开关管Ta的控制端连接至第二预充电扫描线GS2。

进一步地，所述n个第一开关管T1至Tn的第一端分别与所述n条源极数据线S1至Sn相连接。所述n个第一开关管T1至Tn中的第一组开关管的第二端经由第一互连线SO，共同连接至第二开关管Ta的第一端，第二组开关管的第二端经由第二互连线SE，共同连接至第二开关管Ta的第二端。例如，第一组开关管连接至所述n条源极数据线S1至Sn中的奇数序号的源极数据线，第二组开关管连接至所述n条源极数据线S1至Sn中的偶数序号的源极数据线。

在每个帧周期中，液晶显示装置逐行驱动各像素行。在相邻的帧周期中，每个像素单元的像素电极的极性反转。

在驱动各像素行期间，该像素行的栅极扫描线G1转变为有效状态，使得相应行的薄膜晶体管导通。在对该像素行的像素电极预充电之后，才提供灰阶电压。以下以图4所示的一个像素行为例进行说明。

在预充电阶段，该像素行的第一预充电扫描线GS1和第二预充电扫描线GS2预先从无效状态转变为有效状态，使得所述n个第一开关管T1至Tn以及所述第二开关管Ta导通。该像素行的多个像素单元的像素电极依次经由各自的薄膜晶体管、源极数据线、各自的第一开关管、以及第二开关管彼此短接。利用相邻像素电极的相反极性，对相邻像素单元的像素电容和存储电容进行充放电。由于相邻像素电极的极性相反，因此，该预充电过程利用两个像素电极之间的电荷转移，可以减小像素电极的电压绝对值。

随后，在灰阶驱动阶段，该像素行的第一预充电扫描线GS1和第二预充电扫描线GS2从有效状态转变为无效状态，使得所述n个第一开关管T1至Tn以及所述第二开关管Ta断开。源极驱动器410经由n条源极数据线向该像素行的多个像素单元的像素电极提供灰阶电压，从而在像素电极和公共电极之间产生电场。由于上述的预充电阶段，每个像素电极的极性反转开始于绝对值较小的电压，从而减小电极反转过程所需时间和功耗。

图5示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法的波形图，其中，SO和SE分别根据现有技术的驱动方法中相邻像素单元在相邻帧周期中灰阶电压的变化曲线，SO_out和SE_out分别根据本发明实施例的驱动方法中相邻像素单元在相邻帧周期中灰阶电压的变化曲线，GS1和GS2分别表示第一预充电扫描线和第二预充电扫描线的电压随时间的变化曲线。

在驱动各像素行期间，该像素行的栅极扫描线G1转变为有效状态，使得相应行的薄膜晶体管导通。在对相应像素行的像素电极预充电之后，才提供灰阶电压。以下以图4所示的一个像素行为例进行说明。

在时刻t0至时刻t1，第一预充电扫描线GS1和第二预充电扫描线GS2预先从无效状态转变为有效状态，使得所述n个第一开关管T1至Tn以及所述第二开关管Ta导通。该时间段为预充电阶段。例如，在预充电阶段，第一像素单元的像素电极P11、第二像素单元的像素电极P12、第三像素单元的像素电极P13、第四像素单元的像素电极P14短接。该预充电过程利用同一行像素电极之间的电荷转移，可以减小像素电极的电压绝对值。

在时刻t1至时刻t2，第一预充电扫描线GS1和第二预充电扫描线GS2从有效状态转变为无效状态，使得所述n个第一开关管T1至Tn以及所述第二开关管Ta断开。该时间段为灰阶驱动阶段。例如，在薄膜晶体管T11导通时，源极数据线S1经由薄膜晶体管T11向像素电极P11提供灰阶电压，从而在像素电极和公共电极之间产生电场。

在上述的实施例中，描述了根据像素单元包括一个像素电极，并且同一行相邻的像素电极的极性反转。可以理解，每个像素可以包括多个薄膜多个像素电极，以实现彩色显示。本发明的驱动方法不限于特定的液晶显示装置的类型及其像素结构。在预充电阶段短接的像素电极不限于相邻的两个，而是可以任意多个像素电极。这些像素电极中的至少一些像素电极彼此极性反转。

图6示出根据本发明实施例的液晶显示装置的布局示意图。液晶显示装置500包括位于第一玻璃基板510上的有源区520和周边区域530。在有源区520形成多条栅极扫描线G1至Gm和多条源极数据线S1至Sn，以及与二者的交叉位置相对应的像素单元(图6中未示出)，每个像素单元包括薄膜晶体管和像素电极。

栅极驱动器310和源极驱动器410例如分别集成电路芯片。栅极驱动器310和源极驱动器410位于周边区域530中，分别经由玻璃基板上的布线连接至多条栅极扫描线G1至Gm和多条源极数据线S1至Sn。在每个帧周期中，逐行驱动各个像素行，即多条栅极扫描线G1至Gm依次从无效状态转变为有效状态，使得相应像素行的像素单元的薄膜晶体管导通。

进一步地，电荷共享模块420和柔性印刷电路板(FPC)540位于周边区域中。电荷共享模块420包括n个第一开关管T1至Tn、第二开关管Ta，以及第一互连线SO、第二互连线SE、第一预充电扫描线GS1、第二预充电扫描线GS2。

所述多个第一开关管T1至Tn的第一端分别经由玻璃基板上的布线连接至多条源极数据线S1至Sn。

所述多个第一开关管T1至Tn的控制端经由共同连接至第一预充电扫描线GS1。所述第二开关管Ta的控制端连接至第二预充电扫描线GS2。

所述多个第一开关管T1至Tn中的第一组开关管的第二端经由第一互连线SO，共同连接至第二开关管Ta的第一端，第二组开关管的第二端经由第二互连线SE，共同连接至第二开关管Ta的第二端。

进一步地，第一互连线SO、第二互连线SE、第一预充电扫描线GS1、第二预充电扫描线GS2连接至柔性电路板，以实现与外部控制电路的电连接。

根据本发明实施例的液晶显示装置及其驱动方法，其中，在逐行驱动各个像素行时，采用电荷共享模块，先对像素电极进行预充电，然后，经由源极数据线向像素电极施加灰阶电压。由于在预充电阶段相邻的像素电极的正负电压彼此中和，该过程不需要消耗外部能量。因此，在极性反转过程中，外部的充放电电路的充放电范围可以减小，降低电路成本和减小功耗。

进一步地，由于电荷共享模块与源极数据线相连接，因此，可以将电荷共享模块形成独立的电路，并且将其设置在玻璃基板上的周边区域。本发明实施例采用的电荷共享模块不需要针对像素单元分别提供用于电荷共享的开关管和布线，从而可以减小像素单元的尺寸，提高液晶显示装置的分辨率。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，包括：

多个像素单元，每个像素单元包括像素电极和薄膜晶体管，所述像素电极连接至所述薄膜晶体管的漏极，所述多个像素单元排列成多个像素行和多个像素列；

多条栅极扫描线，用于分别向相应像素行的多个像素单元的薄膜晶体管的栅极提供栅极电压；

多条源极数据线，用于分别向相应像素列的多个像素单元的薄膜晶体管的源极提供灰阶电压从而设置像素电极的灰阶电压；以及

电荷共享模块，与所述多条源极数据线相连接，

其中，位于同一像素行的多个像素单元，在连续帧周期中各个像素单元的像素电极极性反转，以及在同一帧周期中相邻像素单元的像素电极极性相反，

所述电荷共享模块包括：多个第一开关管；以及第二开关管，所述多个第一开关管包括第一组开关管和第二组开关管，所述电荷共享模块在设置所述灰阶电压之前，将所述多条源极数据线中的奇数序号的源极数据线通过所述第一组开关管短接至第一互连线，将所述多条源极数据线中的偶数序号的源极数据线通过所述第二组开关管短接至第二互连线，以及将所述第一互连线和所述第二互连线通过所述第二开关管彼此连接，从而对相应像素行的多个像素单元的像素电极进行预充电。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，

其中，所述多个第一开关管和所述第二开关管分别包括第一端、第二端和控制端，并且在导通状态下第一端和第二端导通，

所述第一组开关管的第一端分别连接至所述奇数序号的源极数据线，所述第一组开关管的第二端经由第一互连线共同连接至所述第二开关管的第一端，

所述第二组开关管的第一端分别连接至所述偶数序号的源极数据线，所述第二组开关管的第二端经由第二互连线共同连接至所述第二开关管的第二端。

3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述电荷共享模块还包括：

第一预充电扫描线，所述第一组开关管和所述第二组开关管的控制端共同连接至所述第一预充电扫描线；以及

第二预充电扫描线，所述第二开关管的控制端连接至所述第二预充电扫描线。

4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，还包括玻璃基板，所述玻璃基板包括有源区和围绕有源区的周边区域，其中，所述多个像素单元位于所述有源区中，所述电荷共享模块位于所述周边区域中。

5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，还包括：

栅极驱动器，与所述多条栅极扫描线电连接，并且产生所述栅极电压；以及

源极驱动器，与所述多条源极数据线电连接，并且产生所述灰阶电压。

6.根据权利要求4所述的液晶显示装置，还包括：

柔性印刷电路板，连接至所述第一互连线、所述第二互连线、所述第一预充电扫描线和所述第二预充电扫描线，从而提供与外部电路的电连接。

7.一种用于液晶显示装置的驱动方法，所述液晶显示装置包括多个像素单元和电荷共享模块，每个像素单元包括各自的像素电极，所述多个像素单元排列成多个像素行和多个像素列，所述电荷共享模块包括：多个第一开关管；以及第二开关管，所述多个第一开关管包括第一组开关管和第二组开关管，所述方法包括：

在每个帧周期中，逐行驱动各个像素行，其中依次进行预充电和灰阶驱动；以及

在连续帧周期中，反转各个像素单元的像素电极极性，

其中，位于同一像素行中的多个像素单元中，相邻像素单元的像素电极极性相反，

所述预充电包括将所述多条源极数据线中的奇数序号的源极数据线通过所述第一组开关管短接至第一互连线，将所述多条源极数据线中的偶数序号的源极数据线通过所述第二组开关管短接至第二互连线，以及将所述第一互连线和所述第二互连线通过所述第二开关管彼此连接。

8.根据权利要求7所述的用于液晶显示装置的驱动方法，其中，所述位于同一像素行中的多个像素单元包括第一组像素单元和第二组像素单元，所述灰阶驱动包括将所述第一组像素单元的像素电极与第一互连线之间断开，以及将所述第二组像素单元的像素电极与第二互连线之间断开，以及将所述第一互连线和所述第二互连线彼此断开。