CN106652932A - 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栅极驱动器，用于提供栅极电压以选通多个像素单元的薄膜晶体管；源极驱动器，用于经由所述薄膜晶体管向像素电极提供灰阶电压；以及公共电压产生电路，用于向公共电极提供公共电压，其中，所述源极驱动器和所述公共电压产生电路在每个帧周期中分别控制所述灰阶电压和所述公共电压的极性和数值，使得显示电压的极性反转，所述显示电压的反转周期为四个帧周期。该液晶显示装置在连续的四个帧周期中反转显示电压的极性以减小相邻帧之间公共电压的变化范围，从而降低功耗和提高驱动能力。

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。

栅极驱动器310连接至多条栅极扫描线111，用于提供栅极电压至栅极扫描线G1至Gm。源极驱动器410连接至多条源极数据线112，用于提供灰阶电压至数据线S1至Sn。公共电压产生电路510连接至公共电极211，用于提供公共电压Vcom。栅极驱动器310经由栅极扫描线110选通薄膜晶体管113，源极驱动器410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。

在上述的液晶显示装置及其驱动方法中，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。像素电容CLC上的电压差即显示电压，该显示电压等于像素电极和公共电极之间的电压差。由于液晶分子的特性，如果在不同的帧周期中显示电压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，显示电压的极性也会发生反转。

在连续的帧周期之间的极性反转可以改善液晶显示装置的显示效果和使用寿命。然而，极性反转产生附加的功耗。期望进一步改进液晶显示装置及其驱动方法，以进一步降低功耗。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种液晶显示装置及其驱动方法，其中在连续的四个帧周期中反转显示电压的极性以减小相邻帧之间公共电压的变化范围，从而降低功耗和提高驱动能力。

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；公共电极，与所述像素电极之间形成像素电容；栅极驱动器，用于提供栅极电压以选通所述多个像素单元的薄膜晶体管；源极驱动器，用于经由所述薄膜晶体管向所述像素电极提供灰阶电压；以及公共电压产生电路，用于向所述公共电极提供公共电压，其中，所述灰阶电压和所述公共电压之间的电压差为显示电压，所述源极驱动器和所述公共电压产生电路在每个帧周期中分别控制所述灰阶电压和所述公共电压的极性和数值，使得所述显示电压的极性反转，所述显示电压的极性反转周期为四个帧周期。

优选地，在所述四个帧周期中的第一帧周期和第二帧周期中，所述显示电压为正极性，第三帧周期和第四帧周期中，所述显示电压为负极性。

优选地，所述公共电压产生电路提供数值不同的第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压，在所述四个帧周期中，所述公共电压依次为第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。

优选地，所述第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压分别为负电压、零电压和正电压。

优选地，所述第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压分别为-3V、0V和+3V。

优选地，所述多个像素单元中的每一行像素单元对应于单个的公共电极，并且所述公共电压产生电路分别为相邻的四行像素单元分别提供第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。

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，公共电压产生电路提供公共电压，栅极驱动器提供栅极电压逐行驱动各个像素行以选通相应行的像素单元的薄膜晶体管，并且经由所述薄膜晶体管向所述像素电极提供灰阶电压，使得所述灰阶电压和所述公共电压之间的电压差为显示电压；以及在连续的四个帧周期中，所述显示电压形成一个极性反转周期。

优选地，在所述四个帧周期中的第一帧周期和第二帧周期中，所述显示电压为正极性，第三帧周期和第四帧周期中，所述显示电压为负极性。

优选地，所述公共电压包括数值不同的第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压，在所述四个帧周期中，所述公共电压依次为第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。

根据本发明实施例的液晶显示装置及其驱动方法，其中显示电压的反转周期为四个帧周期，从而可以减小相邻帧之间公共电压的变化范围。在优选的实施例中，在连续的四个帧周期中，所述公共电压依次为第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压，例如分别为-3V、0V、+3V和0V。在显示电压的反转周期中，公共电压的变化范围可达6V，然而，相邻帧之间的公共电压的变化范围减小至3V。该液晶显示装置及其驱动方法可以降低对公共电压产生电路的驱动能力的要求，从而可以应用于大尺寸的液晶显示装置。根据本发明实施例的液晶显示装置及其驱动方法可以兼顾系统刷新率和公共电压产生电路的驱动能力的需求。

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示出根据现有技术的液晶显示装置的结构示意图。

图2示出根据现有技术的液晶显示装置的等效电路图。

图3示出根据现有技术的液晶显示装置的一种驱动方法的电压关系示意图。

图4示出根据现有技术的液晶显示装置的另一种驱动方法的电压关系示意图。

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电压关系示意图。

图6示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法的时序图。

图7a至7d示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法按照帧反转模式驱动时的灰阶电压分布图。

图8a至8d示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法按照行反转模式驱动时的灰阶电压分布图。

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，术语“显示单元”表示用于显示一个物理像素的一个或多个像素单元。

在液晶显示装置中，像素单元可以与相应的一个滤色片相结合，用于显示单色的像素。相邻的三个或更多个像素单元可以分别与不同颜色的滤色片相结合，从而利用不同的像素单元显示多个单色的像素，并且利用三个或更多个像素单元的混合作用显示全彩像素。因此在单色液晶显示装置中，每个显示单元通常包括单个像素单元，而在全彩液晶显示装置中，每个显示单元通常包括三个或更多个像素单元。

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。

参见图2，液晶显示装置100包括栅极驱动器310和源极驱动器410。栅极驱动器310提供栅极电压，经由栅极扫描线110选通薄膜晶体管113.源极驱动器410提供灰阶电压，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。

在每个像素单元中，在像素电容CLC和存储电容Cs施加的电压为显示电压，该显示电压是灰阶电压与公共电压的电压差。液晶显示装置100根据灰阶信号产生灰阶电压，从而控制显示电压的大小。该显示电压产生的电场使得液晶分子偏转预定的角度，从而改变光透过率，相应的像素单元的光强度与灰阶信号一致。

图3示出根据现有技术的液晶显示装置的一种驱动方法的电压关系示意图。该驱动方法在连续的帧周期中采用恒定的公共电压，例如零电压。

在该实例中，第一帧至第四帧是连续的帧周期。在连续的帧周期中，公共电压为恒定的零电压。例如，可以将公共电极接地，以提供零电压。在第一帧周期和第二帧周期中，灰阶电压分别为正极性和负极性，灰阶电压的绝对值用于表示0至255级灰阶电压。在第三帧周期和第四帧周期中，灰阶电压重复为正极性和负极性。灰阶电压的极性反转周期为两个帧周期，公共电压恒定为零电压。

该驱动方法的显示电压的反转周期也为两个帧周期，从第三帧周期开始，显示电压重复第一帧周期至第二帧周期的变化方式。在第一三帧周期中，显示电压为正极性周期，在第二四帧周期中，显示电压为负极性周期。

在相邻的两个帧周期中，灰阶电压的变化范围从表示最高亮度的255级灰阶的正极性灰阶电压V0至负极性灰阶电压-V0，即2*V0。由于灰阶电压的变化达2*V0，因此该驱动方法中在相邻的两个帧周期中，灰阶电压的变化范围较大，导致系统功耗增加。

图4示出根据现有技术的液晶显示装置的另一种驱动方法的电压关系示意图。该驱动方法在连续的帧周期中采用两阶变化的公共电压，例如-3V和3V的电压值。

在该实例中，第一帧至第四帧是连续的帧周期。公共电压在连续的两个帧周期中分别为-3V和3V。例如，可以采用专用的公共电压产生电路产生与帧周期同步变化的公共电压。在第一帧周期和第二帧周期中，灰阶电压分别为正极性和负极性，灰阶电压的绝对值用于表示0至255级灰阶，公共电压分别为第一级电压-3V和第二级电压3V。在第三帧周期和第四帧周期中，灰阶电压重复为正极性和负极性，公共电压重复为第一级电压-3V和第二级电压3V。灰阶电压的极性反转周期和公共电压的变化周期均为两个帧周期。

该驱动方法的显示电压的反转周期也为两个帧周期，从第三帧周期开始，显示电压重复第一帧周期至第二帧周期的变化方式。在第一三帧周期中，显示电压为正极性周期，在第二四帧周期中，显示电压为负极性周期。

在相邻的两个帧周期中，灰阶电压的变化范围从表示最高亮度的255级灰阶的正极性灰阶电压V0至负极性灰阶电压0V，即V0。由于灰阶电压的变化为V0，因此该驱动方法中极性反转仅仅需要较短的充电时间，可以提高系统刷新率。

然而，当从正极性帧切换至负极性帧时，公共电极会与像素电极相耦合，且公共电压的变化范围为-V0至V0，即2*V0，例如达6V，压差较大，因此对像素电极造成较大的耦合作用，从而影响画面的显示效果此外，该驱动方法要求公共电压产生电路具备很强的驱动能力，随着液晶显示装置的屏幕尺寸的增大，公共电压产生电路越来越难以在整个屏幕尺寸的范围内提供期望的公共电压。

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电压关系示意图。该驱动方法在连续的帧周期中采用三阶变化的公共电压，例如-3V、0V和3V的电压值。

在该实例中，第一帧周期至第五帧周期是连续的帧周期。在第一帧周期至第四帧周期的连续四个帧周期中，公共电压分别为第一级公共电压，第二级公共电压，第三级公共电压，其中，第一级公共电压为负电压，例如-3V、第二级公共电压为0V、第三级公共电压为正电压，例如3V，从第五帧周期开始，公共电压重复前四帧的公共电压数值和极性的变化。例如，可以采用专用的公共电压产生电路产生与帧周期同步变化的公共电压。在第一帧周期至第四帧周期中，灰阶电压分别为正极性、正极性、负极性和负极性，灰阶电压的绝对值用于表示0至255级灰阶。灰阶电压的极性反转周期和公共电压的变化周期均为四个帧周期。

该驱动方法的显示电压的反转周期也为四个帧周期，从第五帧周期开始，显示电压重复第一帧周期至第四帧周期的变化方式。在第一帧周期和第二帧周期中，显示电压为正极性周期，在第三帧周期和第三四帧周期中，显示电压为负极性周期。

在连续的四个帧周期中，灰阶电压的变化范围从表示最高亮度的0级灰阶的正极性灰阶电压V0至负极性灰阶电压-V0，即2*V0，例如6V。进一步地，公共电压的变化范围为-V0至V0，即2*V0，例如6V。

然而，在第一帧周期和第二帧周期之间以及在第三帧周期和第四帧周期之间，灰阶电压的变化范围为V0，例如为3V。在第二帧周期和第三帧周期之间，灰阶电压的变化范围为V0，例如为3V。进一步地，在相邻的帧周期中，公共电压的变化范围始终为V0，例如为3V。与图3所示的现有技术相比，根据本发明实施例的驱动方法减小了相邻帧之间灰阶电压的变化范围，从而降低灰阶电压的输出功耗；与图4所示的现有技术相比，根据本发明实施例的驱动方法减小了相邻帧之间公共电压的变化范围，从而降低了相邻帧之间公共电压切换时对像素电极造成的耦合作用。根据本发明实施例的驱动方法可以降低功耗，同时由于相邻帧之间切换时，公共电压变化范围较小，对像素电极造成较大的耦合作用也因此较小，从而可以应用于大尺寸的液晶显示装置。

图6示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法的时序图。曲线Vcom、Vg、Vdata和Vpixel分别表示公共电压、栅极电压、灰阶电压和像素电极电压随时间的变化。由于薄膜晶体管中存在着源漏电容，薄膜晶体管的馈通电压假定为1V。如上所述，显示电压为像素电压和公共电压之间的差值，在图中以4V的显示电压为例进行说明。

下文以单个像素单元在连续帧周期中的工作过程为例进行说明。在时间段T1，该像素单元维持上一帧的灰阶电压和极性。在时间段T2，该像素单元进行充电，在该时间段中发生馈通，像素电极电压下降于0V。在时间段T3，该像素单元的像素电压为维持阶段。

如图6所示，在连续的多个帧周期中，公共电压Vcom的极性和数值发生变化，灰阶电压的数值和极性也相应变化，从而维持显示电压为预定值。

图7a至7d示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法按照帧反转模式驱动时在连续的四个帧周期中的灰阶电压分布图。在图中，以显示电压为4V为例进行说明。

在连续的四个帧周期中，采用三阶变化的公共电压，例如-3V、0V和3V的电压值。在第一帧周期中，公共电压为-3V，每个像素单元的灰阶电压为+1V。在第二帧周期中，公共电压为0V，每个像素单元的灰阶电压为+4V。在第三帧周期中，公共电压为3V，每个像素单元的灰阶电压为-1V。在第四帧周期中，公共电压为0V，每个像素单元的灰阶电压为-4V。

因此，在第一帧周期和第二帧周期中，显示电压为正极性周期，即在像素电极和公共电极之间维持4V的电压差，在第三帧周期和第三四帧周期中，显示电压为负极性周期，即在像素电极和公共电极之间维持-4V的电压差。

图8a至8d示出根据本发明实施例的液晶显示装置的驱动方法按照行反转模式驱动时在连续的四个帧周期中的灰阶电压分布图。在图中，同样地，以显示电压为4V为例进行说明

在连续的四个帧周期中，采用三阶变化的公共电压，例如-3V、0V和3V的电压值。在第一帧周期中，第一行像素单元的灰阶电压为+1V，公共电压为-3V，第二行像素单元的灰阶电压为+4V，公共电压为0V，第三行像素单元的灰阶电压为-1V，公共电压为+3V，第四行像素单元的灰阶电压为-4V，公共电压为0V，从第五行像素单元开始，重复第一行至第四行像素单元的灰阶电压的变化方式。在第二帧周期中，第一行像素单元的灰阶电压为+4V，公共电压为0V，第二行像素单元的灰阶电压为-1V，公共电压为3V，第三行像素单元的灰阶电压为-4V，公共电压为0V，第四行像素单元的灰阶电压为+1V，公共电压为-3V，从第五行像素单元开始，重复第一行至第四行像素单元的灰阶电压的变化方式。在第三帧周期中，第一行像素单元的灰阶电压为-1V，公共电压为+3V，第二行像素单元的灰阶电压为-4V，公共电压为0V，第三行像素单元的灰阶电压为+1V，公共电压为-3V，第四行像素单元的灰阶电压为+4V，公共电压为0V，从第五行像素单元开始，重复第一行至第四行像素单元的灰阶电压的变化方式。在第四帧周期中，第一行像素单元的灰阶电压为-4V，公共电压为0V，第二行像素单元的灰阶电压为+1V，公共电压为-3V，第三行像素单元的灰阶电压为+4V，公共电压为0V，第四行像素单元的灰阶电压为-1V，公共电压为+3V，从第五行像素单元开始，重复第一行至第四行像素单元的灰阶电压的变化方式。

因此，以第一行像素单元为例，在第一帧周期和第二帧周期中，显示电压为正极性周期，即在像素电极和公共电极之间维持4V的电压差，在第三帧周期和第三四帧周期中，显示电压为负极性周期，即在像素电极和公共电极之间维持-4V的电压差。类似地，第二行像素单元及随后的每行像素单元，显示电压的极性反转周期同样为四个帧周期。

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 (9)

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；

公共电极，与所述像素电极之间形成像素电容；

栅极驱动器，用于提供栅极电压以选通所述多个像素单元的薄膜晶体管；

源极驱动器，用于经由所述薄膜晶体管向所述像素电极提供灰阶电压；以及

公共电压产生电路，用于向所述公共电极提供公共电压，

其中，所述灰阶电压和所述公共电压之间的电压差为显示电压，所述源极驱动器和所述公共电压产生电路在每个帧周期中分别控制所述灰阶电压和所述公共电压的极性和数值，使得所述显示电压的极性反转，

所述显示电压的极性反转周期为四个帧周期。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，在所述四个帧周期中的第一帧周期和第二帧周期中，所述显示电压为正极性，第三帧周期和第四帧周期中，所述显示电压为负极性。

3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述公共电压产生电路提供数值不同的第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压，

在所述四个帧周期中，所述公共电压依次为第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。

4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其中，所述第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压分别为负电压、零电压和正电压。

5.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其中，所述第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压分别为-3V、0V和+3V。

6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述多个像素单元中的每一行像素单元对应于单个的公共电极，并且所述公共电压产生电路分别为相邻的四行像素单元分别提供第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。

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，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，公共电压产生电路提供公共电压，栅极驱动器提供栅极电压逐行驱动各个像素行以选通相应行的像素单元的薄膜晶体管，并且经由所述薄膜晶体管向所述像素电极提供灰阶电压，使得所述灰阶电压和所述公共电压之间的电压差为显示电压；以及

在连续的四个帧周期中，所述显示电压形成一个极性反转周期。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其中，在所述四个帧周期中的第一帧周期和第二帧周期中，所述显示电压为正极性，第三帧周期和第四帧周期中，所述显示电压为负极性。

9.根据权利要求8所述的驱动方法，其中，所述公共电压包括数值不同的第一级公共电压、第二级公共电压和第三级公共电压，

在所述四个帧周期中，所述公共电压依次为第一级公共电压、第二级公共电压、第三级公共电压和第二级公共电压。