CN1133149C - 液晶显示器的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器的驱动方法，适用于开关晶体管(薄膜晶体管)阵列所驱动的液晶显示器。其中，各开关晶体管的漏极经由一储存电容耦合至一第一扫描信号，而各开关晶体管的栅极及源极则分别耦合至一第二扫描信号及一图像信号。这种驱动方法的步骤包括：将高低电位间变化的图像信号提高到一第一既定电位；以及，当图像信号位于低电位时，且该开关晶体管经由第二扫描信号而由导通状态成为不导通状态后，使像素电极提高一第二既定电位差。

Description

液晶显示器的驱动方法

技术领域

本发明是有关于一种液晶显示器(LCD)的驱动方法，且特别是有关于一种利用补偿电位及电容耦合效应，以驱动薄膜晶体管有源阵列驱动(TFTactive matrix drive)液晶显示器的方法，其可以简化液晶显示器的栅极驱动电路控制信号波形、缩小图像信号驱动电路的输出范围、并有效降低设计的难度及成本。

背景技术

图1是美国第5296847号专利中，薄膜晶体管主动阵列驱动液晶显示器的驱动电路图。其中，液晶显示器的驱动电路包括有一薄膜晶体管阵列10、一扫描信号驱动电路11、一图像信号驱动电路12、及一定压产生电路13。薄膜晶体管阵列10的所有薄膜晶体管均连接一储存电容Cs，用以驱动液晶显示器中对应的液晶显示单元(以电容负载Clc表示)。扫描信号驱动电路11产生扫描用的栅极控制信号Vg(N)、Vg(N-1)...，经由扫描线11a、11b、11z驱动连接的薄膜晶体管。图像信号驱动电路12产生各信号线的图像信号Vsig，经图像信号线12a、12b、12z及薄膜晶体管阵列10送至对应的液晶显示单元Clc。而定压电路13则产生定压Vt，用以做为液晶显示单元Clc的参考电位。

图2是图1驱动电路中区域10′的放大图；至于其他区域的薄膜晶体管则依相同原理构成。在本实施例中，薄膜晶体管TFT系位于扫描信号线11b及图像信号线12b的交界。薄膜晶体管TFT在栅极/漏极间、源极/漏极间、栅极/源极间分别具有寄生电容Cgd、Csd、Cgs。薄膜晶体管TFT的栅极连接扫描用的栅极控制信号Vg(N)；源极连接图像信号Vsig；而漏极(即液晶显示单元的像素电极A)则分别连接储存电容Cs及液晶显示单元Clc的一端。储存电容Cs的另一端连接前一扫描线的栅极控制信号Vg(N-1)。而液晶显示单元Clc的另一端则连接定压电路13的参考电位Vt。

图3A是图1驱动电路在奇数场(负极驱动)时的控制信号图；而图3B则是图1驱动电路在偶数场(正极驱动)时的控制信号图。

在负极驱动的奇数场中(图3A)，薄膜晶体管TFT的栅极控制信号Vg(N)在时间t₁图像信号Vsig的极性由正转负时，自低电位Vgl升至高电位Vgh并维持Ts1时间，随后再降至负补偿电位Ve(-)并维持Ts2时间。至于后一扫描线的栅极控制信号Vg(N+1)则在栅极控制信号Vg(N)降至负补偿电位Ve(-)后，自低电位Vgl升至高电位Vgh并维持Ts1时间，随后再降至正补偿电位Ve(+)并维持Ts2时间。在这个例子中，Ts2时间较Ts1时间为长。另外，栅极控制信号Vg(N)在降至负补偿电位Ve(-)达Ts2时间后，自负补偿电位Ve(-)回升至低电位Vgl；而后一扫描线的栅极控制信号Vg(N+1)则在降至正补偿电位Ve(+)达Ts2时间后，自正补偿电位Ve(+)降回至低电位Vgl。

相似地，在正极驱动的偶数场中(图3B)，闸极控制信号Vg(N)则是在时间t′₁图像信号Vsig的极性由负转正时，自低电位Vgl上升至高电位Vgh并维持Ts1时间，随后再降回至正补偿电位Ve(+)并维持Ts2时间。且，后一扫描线的栅极控制信号Vg(N+1)是在栅极控制信号Vg(N)降至正补偿电位Ve(+)后，自低电位Vgl升至高电位Vgh并维持Ts1时间，随后再降至负补偿电位Ve(-)并维持Ts2时间。在这个例子中，Ts2时间较Ts1时间为长，且后一扫描线的栅极控制信号Vg(N+1)是在栅极控制信号Vg(N)自高电位Vgl降至正补偿电位Ve(+)的期间完成其扫描动作。另外，栅极控制信号Vg(N)在降至正补偿电位Ve(+)达Ts2时间后，自正补偿电位Ve(+)降回至低电位Vgl；而后一扫描线的栅极控制信号Vg(N+1)则在降至负补偿电位Ve(-)达Ts2时间后，自负补偿电位Ve(-)回升至低电位Vgl。

在参考电位Vt维持定压的情况下，图3A～图3B的驱动方法是以四阶栅极控制信号(4-level gate singal)配合寄生电容及储存电容的耦合效应(C-coupled method)，使像素电极A的电位维持于正极驱动范围或负极驱动范围中。图4A～图4B及图5A～图5B则是图1驱动电路的其他驱动方式。在这些驱动方法中，虽然像素电极A可透过四阶电容耦合效应缩小图像信号的输出范围，但栅极控制信号Vg(N)、Vg(N-1)...的波形却相当复杂。

相反地，图6中则是以三阶栅极控制信号(3-level gate signal)驱动液晶显示器的控制信号图。在这种驱动方法中，栅极控制信号Vg(N)、Vg(N-1)...虽然具有较为简化的三阶栅极控制信号波形，但此法的图像信号Vsig的输出范围却较四阶栅极控制信号配合电容耦合效应方法的图像信号Vsig的输出范围大，使得图像信号驱动电路12的成本增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的便是提供一种薄膜晶体管有源阵列驱动液晶显示器的驱动方法，其利用薄膜晶体管的寄生电容及储存电容的耦合效应，可使像素电极A的电位维持在正负极驱动范围内。并且，栅极控制信号的波形及图像信号的输出范围亦可以简化及缩小。

在本发明的驱动方法中，液晶显示器是由开关晶体管(如薄膜晶体管)阵列所驱动。该液晶显示器的驱动方法，适用于由多个开关晶体管阵列所驱动，且各所述开关晶体管的漏极经由一储存电容而耦合至其前一晶体管漏极的第一扫描信号，同时各所述开关晶体管的栅极及源极分别耦合至一第二扫描信号及一图像信号，该第一扫描信号是对所述晶体管阵列的前一列晶体管进行扫描的信号，而该第二扫描信号是对所述晶体管阵列的晶体管进行扫描的信号，其特征在于，该驱动方法包括下列步骤：

将在一高电位与一低电位之间变化的该图像信号提高到一第一既定电位；以及

当该图像信号位于该低电位时，于经由该第二扫描信号而使该开关晶体管由导通状态成为不导通状态后，使该像素电极提高一第二既定电位差；

其中，第二既定电位差满足：

其中，Vge(-)是该补偿电位差，Cs是该储存电容，Ct是该储存电容、该液晶显示器的等效电容Clc、及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd的总和，而V^*则是该液晶显示器的驱动中心电位；

而第一既定电位满足：

第一既定电位＝-V^*+ΔVp，且 $\mathrm{\ΔVp}=\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}\×\mathrm{Vg}$

其中，Cgd是该薄膜晶体管栅极漏极间的寄生电容，Ct是该储存电容、该液晶显示器的等效电容Clc、及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd的总和，而Vg则是该扫描信号的扫描电位差。

附图说明

为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1是美国第5296847号专利中，薄膜晶体管有源阵列驱动液晶显示器的驱动电路图；

图2是图1的驱动电路中区域10′的放大图；

图3A是图1所述的驱动电路在奇数场时的控制信号图；

图3B是图1所述的驱动电路在偶数场时的控制信号图；

图4A是图1所述的驱动电路在奇数场时的另一控制信号图；

图4B是图1所述的驱动电路在偶数场时的另一控制信号图；

图5A是图1所述的驱动电路在奇数场时的又一控制信号图；

图5B是图1所述的驱动电路在偶数场时的又一控制信号图；

图6是已知利用三阶控制信号以驱动液晶显示器的控制信号图；

图7A是本发明液晶显示单元的正负极驱动范围示意图；

图7B是液晶显示单元的标准化透射比(T)与电压(Vlc)的关系图；以及

图8是本发明施于图1驱动电路的控制信号图。

具体实施方式

根据本发明的驱动方法，液晶显示器是以晶体管(如薄膜晶体管)阵列所驱动。各晶体管的栅极、源极分别连接扫描信号、图像信号；而漏极则经由储存电容连接前一晶体管的扫描信号。其中，图像信号是提高一对应穿透效应的电压差。在正极驱动期间，当图像信号由负转正时，扫描信号首先自低电位升至高电位，使晶体管呈导通状态，用以将储存电容与液晶显示单元等效电容充电至图像信号。随后，前一晶体管的扫描信号由补偿电位回到低电位、用以将储存电容与液晶显示单元等效电容耦合至正极驱动范围。在负极驱动期间，当图像信号由正转负时，扫描信号首先自低电位升至高电位，使晶体管呈导通状态，用以将储存电容与液晶显示单元等效电容充电至图像信号。

接着，详细说明本实施例的动作。其中，像素电极A的储存电容表示为Cs；液晶显示单元(liquid crystal cell)的等效电容表示为Clc；薄膜晶体管TFT在栅极(gate)及漏极(drain)间的寄生电容表示为Cgd；薄膜晶体管TFT在源极(source)及漏极间的寄生电容表示为Csd；而薄膜晶体管TFT在栅极及源极间的寄生电容则表示为Cgs。

在参考电位Vt为定压的情况下，若图像信号Vsig对称于直流电压Vsc，则像素电极A(储存电容Cs)的电位会在栅极控制信号Vg(N)由高电位Vhg下降至低电位Vgl时，因寄生电容Cgd的耦合效应而产生(-ΔVp)的电位偏移，此即所称的“穿透(Feed through)效应”。电位偏移(-ΔVp)的大小可由电荷守恒定律推导得到。 $\mathrm{\ΔVp}=\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}\×\mathrm{Vg}$

其中，Vg为栅极控制信号的最大振幅，而Ct则是寄生电容Cgd、储存电容Cs及液晶显示单元Clc的电容总和。

因此，本发明是利用穿透效应的特性(像素电极A的电位会在栅极控制信号Vg(N)由高电位Vgh下降至低电位Vgl时产生(-ΔVp)的电位偏移)，将图像信号Vsig的直流电压Vsc调整至(-V^*+ΔVp)电位，如图7A所示。故像素电极A的负极驱动电位便可由穿透效应得到。在这个例子中，V^*系液晶显示单元的T(标准化透过率)-Vlc(液晶感受电压)曲线中，驱动范围(±V^*±Vp)的中心电压值，如图7B所示。因此，本发明的驱动方法是将图像信号Vsig的直流电压Vsc由(-V^*)电位升高电压偏移ΔVp，用以抵消穿透效应所造成的影响。

另外，若图像信号Vsig的直流电压Vsc调整在(-V^*+ΔVp)电位，则像素电极A的电位在下一次极性反转(负极→正极)时，可利用前一像素电极(前一扫描线)的栅极控制信号Vg(N-1)进行补偿，使其进入正极驱动电压范围(+V^*±Vp)。而再下一次的极性反转(正极→负极)时，由于图像信号Vsig是偏压于(-V^*+ΔVp)电位，因此像素电极A的电压可不必再经补偿，而直接由穿透效应自动进入负极驱动电压范围(-V^*±Vp)。

接着，详细说明本发明的驱动方法如下。图8是本发明驱动方法的控制信号图。

在负极驱动(奇数场)时，栅极控制信号Vg(N)是在前一栅极控制信号Vg(N-1)扫描后自低电位Vgl升至高电位Vgh(时间a)、并维持τ1时间(至时间b)。此时，薄膜晶体管TFT会导通，使像素电极A的电位(储存电容Cs的电位)充电至负极的图像信号Vsig。此时，设定图像信号Vsig的直流电压Vsc为(-V^*+ΔVp)。随后(时间b)，栅极控制信号Vg(N)便由高电位Vgh下降一补偿电位Vge(-)、并维持τ2时间(至时间c)。在这个实施例中，当栅极控制信号Vg(N)由高电位Vhg下降一补偿电位Vge(-)的瞬间(时间b)，像素电极A的电位因寄生电容Cgd的耦合效应降低了 $[\mathrm{Vg}+\mathrm{Vge}(-)]\×\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}.$ 而当栅极控制信号Vg(N)自补偿电位Ve(-)回升至低电位Vgl的瞬间(时间c)，像素电极A的电位则因寄生电容Cgd的耦合效应上升有 $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}},$ 抵消掉Vge(N)由Vgh下降到Vge(-)时所含的

并维持在负极驱动范围(-V^*±Vp)。

在正极驱动(偶数场)时，前一栅极控制信号Vg(N-1)在扫描(由时间d至时间e)τ1时间后，并不直接回降至低电位Vgl，而是由高电位Vgh下降至补偿电位Ve(-)、并维持τ2时间。当前一栅极控制信号Vg(N-1)由低电位Vgl上升至高电位Vgh时(时间d)，像素电极A的电位因储存电容的耦合效应而上升有Vg^*(Cs/Ct)。而当前一栅极控制信号Vg(N-1)由高电位Vgh下降至补偿电位Ve(-)时(时间e)，像素电极A的电位则因储存电容的耦合效应而降低有 $[\mathrm{Vg}+\mathrm{Vge}(-)]\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}}.$ 随后，栅极控制信号Vg(N)在前一栅极控制信号Vg(N-1)扫描后(时间f)自低电位Vgl升至高电位Vgh、并维持τ1时间。此时，薄膜晶体管TFT会导通，使像素电极A的电位充电至正极的图像信号Vsig。像素电极A的电位随后(时间g)在栅极控制信号Vg(N)由高电位Vgh回降至低电位Vgl的过程中降低有电位偏移(ΔVp) $\mathrm{\ΔVp}=\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}\×\mathrm{Vg}$

待前一栅极控制信号Vg(N-1)由补偿电位Ve(-)回升至低电位Vgl(时间h)的瞬间，像素电极A的电位乃因储存电容Cs的耦合效应而升高 $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}},$ 并维持在正极驱动范围(V^*±Vp)。

往后便依此方式继续进行正负极交互驱动。

值得注意的是，在本发明的驱动方法中，栅极控制信号Vg(N)、Vg(N-1)...的波形如图8所示，其中，补偿电位Vge(-)是每隔一场(画框周期(Field))出现一次。且，为使耦合效应能正确地将像素电极A的电位耦合至正极驱动电压范围(+V^*±Vp)或负极驱动电压范围(-V^*±Vp)，补偿电位差Vge(-)必需要满足下列式子：

若液晶显示单元的等效电容Clc为0.2pF、储存电容Cs为0.6pF、寄生电容Cgd为0.05pF、驱动电压的中间值V^*为3V，则补偿电位差Vge(-)的绝对值为：

|Vge(-)|＝[(0.6)/(0.2+0.6+0.05)]^-1×2×3

        ＝8.5volt

为达成本发明的驱动结果，可单独调整补偿电位差Vge(-)，使像素电极A产生的电压耦合量满足： $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}}={2V}^{*}$ 的要求。在此时，寄生电容Cgd的大小维持不变，且图像信号Vsig的直流电压Vsc为(-V^*+ΔVp)

另外，为达本发明的驱动结果，亦可同时调整寄生电容Cgd与储存电容Cs的设计值及补偿电位差Vge(-)来满足： $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}}={2V}^{*},$ 但图像信号Vsig的直流电压Vsc须满足Vsc＝(-V^*+ΔVp)。故补偿电位差Vge(-)与图像信号Vsig的直流电压Vsc须同时满足下列两式： $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}}=2V^{*}$ $\mathrm{\ΔVp}=\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}\×\mathrm{Vg}$

此外，本发明的驱动方法亦必须注意图像信号Vsig与栅极控制信号Vg(N)、Vg(N-1)...的时序关系。当图像信号Vsig正极驱动时，栅极控制电压Vg(N)并不须带有补偿电位差Vge(-)。而当图像信号Vsig负极驱动时，栅极控制电压Vg(N)则带有补偿电位差Vge(-)。若此一关系不满足，则此驱动方法无法正常动作。

综上所述，本发明驱动方法乃是将高低电位间变化的图像信号提高到一第一既定电位；以及，当图像信号位于低电位时，且该开关晶体管经由第二扫描信号而由导通状态成为不导通状态后，使像素电极提高一第二既定电位差。如是，在负极驱动周期，像素电极A的电位便可借寄生电容Cgd的穿透效应自动进入负极驱动范围(-V^*±Vp)内。而正极驱动期间，像素电极A则可经由储存电容Cs的耦合效应得到补偿，进入正极驱动范围(V^*±Vp)内。

因此，本发明的驱动方法可同时具有扫描信号驱动波形简化及图像信号输出范围缩小的优点。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明权利要求范围所界定者为准。

Claims (3)

1.一种液晶显示器的驱动方法，适用于由多个开关晶体管阵列所驱动，且各所述开关晶体管的漏极经由一储存电容而耦合至其前一晶体管漏极的第一扫描信号，同时各所述开关晶体管的栅极及源极分别耦合至一第二扫描信号及一图像信号，该第一扫描信号是对所述晶体管阵列的前一列晶体管进行扫描的信号，而该第二扫描信号是对所述晶体管阵列的晶体管进行扫描的信号，其特征在于，该驱动方法包括下列步骤：

将在一高电位与一低电位之间变化的该图像信号提高到一第一既定电位；以及

当该图像信号位于该低电位时，于经由该第二扫描信号而使该开关晶体管由导通状态成为不导通状态后，使该像素电极提高一第二既定电位差；

其中，第二既定电位差满足：

其中，Vge(-)是该补偿电位差，Cs是该储存电容，Ct是该储存电容、该液晶显示器的等效电容Clc、及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd的总和，而V^*则是该液晶显示器的驱动中心电位；

而第一既定电位满足：

第一既定电位＝-V^*+ΔVp，且 $\mathrm{\ΔVp}=\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}\×\mathrm{Vg}$

其中，Cgd是该薄膜晶体管栅极漏极间的寄生电容，Ct是该储存电容、该液晶显示器的等效电容Clc、及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd的总和，而Vg则是该扫描信号的扫描电位差。

2.如权利要求1所述液晶显示器的驱动方法，其特征在于，该开关晶体管阵列是由薄膜晶体管所组成。

3.如权利要求1所述液晶显示器的驱动方法，其特征在于，该第二既定电位差、储存电容Cs及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd是同时满足： $\mathrm{Vge}(-)\×\frac{\mathrm{Cs}}{\mathrm{Ct}}={2V}^{*}$ $\mathrm{\ΔVp}=[\mathrm{Vg}+\mathrm{Vge}(-)]\×\frac{\mathrm{Cgd}}{\mathrm{Ct}}$

其中，Vge(-)是该补偿电位差，Cs是该储存电容，Ct是该储存电容、该液晶显示器的等效电容Clc、及该薄膜晶体管在栅极漏极间的寄生电容Cgd的总和，V^*是该液晶显示器的驱动中心电压，而该图像信号的直流电压Vsc则须满足Vsc＝(-V^*+ΔVp)。

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