CN1637477A - 面内切换模式液晶显示器的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种IPS模式液晶显示器的驱动方法，包括：向液晶显示板的公共电极施加公共电压，该液晶显示板包括液晶单元；以及驱动液晶单元，以在与施加到像素电极上的预定数据信号电压相关的预定亮度下透射光，该驱动步骤包括在施加所述预定数据信号电压之前向液晶单元施加一补偿电压，其中先前施加的数据信号电压与所述补偿电压之间的电压差大于先前施加的数据信号电压与所述预定数据信号电压之间的电压差。

Description

面内切换模式液晶显示器的驱动方法
本申请要求2003年12月26日递交的韩国专利申请No.97382/2003的优先权，在此以引用的方式引入其全文。
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)器件。特别是，本发明涉及一种带有铁电取向膜的面内切换(In-Plane Switching，IPS)模式液晶显示板的驱动方法。
背景技术
通常，液晶显示板包括夹在两个玻璃基片之间的液晶材料层。液晶显示板根据其结构和工作原理可分为两类：扭曲向列(TN)模式液晶显示板和面内切换(IPS)模式液晶显示板。
TN模式液晶显示板根据液晶分子相对于基片的垂直运动而工作，其包括在一个基片的表面上形成的透明像素电极和在对向基片的相对表面上形成的公共电极。因此，透明电极向液晶材料层施加相对于基片垂直的电场。施加电场后，液晶层内的液晶分子相对于液晶显示板作垂直运动。上述TN模式液晶显示板能够以足够高的亮度显示图像，但视角范围窄。
IPS模式液晶显示板根据液晶分子相对于基片的平行运动而工作，其包括两个基片中仅一个基片的同一表面上形成的像素电极和公共电极。因此，电极向液晶材料层施加相对于液晶显示板水平的横向电场。施加该横向电场后，液晶层中的液晶分子沿平行于基片的平面运动。现有技术的IPS模式液晶显示板可以在较大的视角范围内显示图像，但是不能以足够高的亮度显示图像，因为位于同一基片上的像素电极和公共电极阻挡了从光源发出的光，减小了液晶显示板中像素的孔径比。
图1是现有技术的IPS模式液晶显示板的截面图。
参照图1，现有技术的IPS模式液晶显示板总体上包括上基片10和下基片12。在上基片10的一个表面上形成有第一取向膜14A。在下基片12的表面上形成有像素电极16A和公共电极16B，在下基片12的表面上以及像素电极16A和公共电极16B上顺序地形成有第二取向膜14B。将上基片10和下基片12相互粘接起来，使得第一取向膜14A和第二取向膜14B相对，并使液晶层18夹在第一和第二取向膜14A、14B之间，从而形成液晶单元(liquid crystal cell)。
液晶层18内的液晶分子响应于基片12上的不同电极图案间形成的横向电场，沿平行于下基片12的平面移动。通过这样移动液晶分子，可以有选择地控制液晶显示板的透光特性。
如上所述，由于像素电极16A和公共电极16B两者形成在一个基片上，所以IPS模式液晶显示板中像素的孔径比小，使得现有技术的IPS模式液晶显示板的透光量减少，无法实现充分的亮度。
众所周知，现有技术的TN模式和IPS模式液晶显示板必须由驱动单元驱动。驱动单元通常包括：中央处理单元(CPU)，用来处理外部输入的图像信号并输出同步信号；定时控制器，其根据同步信号产生多种信号，以使液晶显示板显示图像；选通驱动单元，其利用定时控制器输出的信号向液晶显示板内的选通线提供信号电压；数据驱动单元，其利用定时控制器输出的信号向液晶显示板内的数据线提供数据信号电压；以及电源，其产生驱动单元所需的多种电源电压。
在各种液晶显示板中，下基片上支撑有：多条选通线；与选通线交叉的多条数据线；连接在选通线和数据线交叉处的多个薄膜晶体管(TFT)，其中各个TFT根据施加在选通线上的信号电压而导通或截止；以及与这些TFT相连的多个像素电极。当TFT导通时，TFT的通路打开，施加到预定数据线上的信号电压传输到像素电极上，在像素电极和公共电极之间形成电场，从而在液晶显示板上显示出图像。
通过使数据驱动单元向液晶显示板施加直流公共电压(Vcom)和具有(+)和(-)极性的直流数据电压，可防止液晶显示板内的液晶材料劣化。在帧之间交替地向像素电极施加具有(+)和(-)极性的直流数据电压，同时公共电压(Vcom)的值对应于所施加的数据信号电压的平均值，并且施加在公共电极上。
图2是现有技术的液晶显示板驱动方法所施加的电压的波形图。
参照图2，TFT根据所施加的选通电压而导通或截止。因此，当向TFT的栅极施加21V的选通高电压时，逻辑门开启，TFT导通。反之，当向TFT的栅极施加-5V的选通低电压时，逻辑门关闭，TFT截止。施加在公共电极上的公共电压(Vcom)形成恒定的直流波形。施加到液晶单元上的数据信号电压V2和V1的极性根据液晶显示板的驱动频率而相对于公共电压周期性地反转。
如图2所示，上升时间200是指液晶单元从数据信号电压V1有效地充电到数据信号电压V2并在亮度级L3上透射光所需的时间。同样的，下降时间210是指液晶单元从数据信号电压V2有效地充电到数据信号电压V1并在亮度级L1上透射光所需的时间。由于现有技术中液晶显示板的响应速度慢，使其很难有效显示运动图像。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种带有铁电取向膜的液晶显示板的驱动方法，其基本上克服了因现有技术的局限或缺陷而产生的一种或更多问题。
本发明提供了一种带有铁电取向膜的液晶显示板的驱动方法，其中通过利用补偿电压对液晶单元进行预定时间的过驱动或欠驱动，从而缩短液晶单元在与所施加的预定电压的图像信号相关的预定亮度级上透射光所需的上升时间或下降时间。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明中进行阐述，一部分可以通过说明书而明了，或者可以通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书和附图中具体指出的结构，可以实现或获得本发明的这些和其它优点。
为了获得这些和其它有益效果，根据本发明的目的，如具体实施并广泛描述的，一种液晶显示板的驱动方法可以包括，例如：向液晶显示板的公共电极施加公共电压，该液晶显示板包括液晶单元；驱动液晶单元以预定亮度级透射光，该预定亮度级与施加到像素电极上的预定数据信号电压相关联，该驱动步骤包括在施加所述预定数据信号电压之前向液晶单元施加一补偿电压，其中先前施加的数据信号电压与该补偿电压之间的电压差大于先前施加的数据信号电压与所述预定数据信号电压之间的电压差。
在本发明的另一个方面，一种液晶显示板的驱动方法可以包括，例如：在第一和第二基片上的电极间产生电场，其中该电场方向垂直于第一和第二基片的主表面；在存在该电场的情况下，沿着平行于第一和第二基片的主表面的平面改变液晶层的取向。
在本发明的又一方面，一种液晶显示板可以包括，例如：第一基片；位于第一基片上的第一电极图案；位于第一电极图案上的第一取向层；第二基片；位于第二基片上的第二电极图案；位于第二电极图案上的第二取向层；以及邻近第一取向层和第二取向层的液晶层，其中第一和第二取向层中包含铁电液晶。
前面的概括叙述和随后的具体叙述应理解是示例性的和解释性的，旨在为权利要求所限定的本发明提供进一步的说明。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
在图中：
图1是现有技术IPS模式液晶显示板的截面图；
图2是现有技术的液晶显示板驱动方法中施加的电压的波形图；
图3是根据本发明原理的IPS模式液晶显示板的截面图；
图4是图3所示的IPS模式液晶显示板的工作示意图；
图5是根据本发明原理的IPS模式液晶显示设备的框图；
图6是在本发明第一实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图；
图7是在本发明第二实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图；以及
图8是在本发明第三实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的各实施例。
图3是根据本发明原理的IPS模式液晶显示板的截面图。
参照图3，IPS模式液晶板例如可以包括上基片20和与上基片20相对的下基片22。在上基片20的下表面上可以形成有第一电极24A，并且在第一电极24A上可以形成有第一取向膜26A。在下基片22的上表面上可以形成有第二电极24B，并且在第二电极24B上可以形成有第二取向膜26B。可以在第一和第二取向膜26A、26B之间形成液晶层28。
在本发明的一个方面，第一电极24A可以形成为覆盖上基片20整个下表面的单一电极层。在本发明的另一个方面，第二电极24B可以形成为下基片20的上表面上的单一电极层。
根据本发明的原理，第一和第二取向膜26A、26B可以由分子取向会在电场下改变的材料制成。可以由第一和第二电极24A、24B产生这种电场，并使其垂直于上、下基片20、22的平面。在本发明的一个方面，第一和第二取向膜26A、26B可以由诸如铁电液晶聚合物(FLCP)的材料制成。因此，第一和第二取向膜26A、26B中分子的取向可以分别沿着平行于上、下基片20、22的表面的平面切换。结果，与图1所示的液晶显示板相比，图3所示的液晶显示板可以在更大的视角范围内显示图像。另外，由于第一和第二取向膜26A、26B中FLCP的自发极化特性，与图1所示的液晶显示板相比，图3所示的液晶显示板具有更快的响应速度。
参照图4，第一和第二电极24A、24B之间产生的电场可以改变第一和第二取向膜26A、26B内FLCP分子的取向，从而在第一和第二取向膜26A、26B多个部分形成主链30A和侧链30B。在本发明的一个方面，可以在第一和第二取向膜26A、26B邻近上、下基片20、22的表面部分形成主链30A。在本发明的另一个方面，可以在第一和第二取向膜26A、26B邻近液晶层28的表面部分形成侧链30B。
根据本发明的原理，侧链30B可以从主链30A横向分出。另外，邻近液晶层28的侧链30B的部分的结构可以随施加在第一和第二电极24A、24B之间的电场而改变。例如，在第一和第二电极24A、24B之间产生的电场作用下，侧链30B的多个部分会沿平行于第一和第二取向膜26A、26B的表面的平面移动。
根据本发明的原理，液晶层28可以由向列液晶材料形成。在本发明的一个方面，液晶层可以由正型向列液晶材料形成。或者，液晶层28也可以由负型向列液晶材料形成。在形成负型向列液晶时，液晶层28内的液晶分子的多个部分可以在概念上分为第一、第二控制层32A、32B和受控层34。在本发明的一个方面，第一控制层32A的上部可以邻近第一取向膜24A。在本发明的另一个方面，第二控制层32B的下部可以邻近第二取向膜24B。在本发明的又一方面，受控层34的上部可以邻近第一控制层32A的下部，受控层34的下部可以邻近第二控制层32B的上部。
当第一、第二电极24A、24B之间施加了电场时，第一控制层32A内的液晶分子根据第一取向膜26A的侧链30B的机械运动，沿平行于第一取向膜26A的表面的平面运动。同样的，当第一、第二电极24A、24B之间施加了电场时，第二控制层32B内的液晶分子根据第二取向膜26B的侧链30B的机械运动，沿平行于第二取向膜26B的表面的平面运动。另外，当第一、第二电极24A、24B之间施加了电场时，受控层34的上部和下部的液晶分子分别根据第一和第二控制层32A、32B的下部和上部的液晶分子的机械运动，沿平行于取向膜26A和26B的表面的平面运动。
因此，在第一、第二电极24A、24B之间施加电场后，第一和第二取向膜26A、26B改变侧链30B的结构，从而使第一、第二控制层32A、32B和受控层34的液晶分子发生运动，其中该运动为沿着平行于上、下基片20、22的表面的平面的运动。
图5示出了根据本发明原理的IPS模式液晶显示器件的框图。
参照图5，IPS模式液晶显示器件可以包括，例如，显示单元和驱动单元。
根据本发明的原理，该显示单元可以包括，例如，具有如上参照图3和4示例描述的结构的液晶显示板58。在本发明的一个方面，这种液晶显示板58的第一、第二电极26A、26B可以作为像素电极和公共电极。
在本发明的一个方面，液晶显示板58的下基片上可以支撑有：多条选通线GL和与该多条选通线GL交叉的多条数据线DL；位于选通线GL和数据线DL交叉处的多个薄膜晶体管(TFT)；以及与这些TFT相连的多个像素电极。在本发明的另一个方面，各个TFT的栅极可以连接到选通线GL上，各个TFT的源极可以连接到数据线DL上，各个TFT的漏极可以连接到像素电极上。因此，各个TFT可以把数据线DL传送来的数据信号电压提供给像素电极。在本发明的又一方面，上基片上可以具有公共电极。但是在本发明的再一方面，下基片可以同时具有像素电极和公共电极。
根据本发明的原理，驱动单元可以包括，例如，用于将模拟视频数据转换成数字视频数据的数字视频卡50；用于将数字视频数据供应给液晶显示板58的数据线DL的数据驱动器54；用于顺序驱动液晶显示板58的选通线GL的选通驱动器56；和用于控制数据驱动器54和选通驱动器56的定时控制器52。
在本发明的一个方面，数字视频卡50可以将模拟图像信号转换成适于液晶显示板58显示的数字图像信号并发出同步信号(例如，水平/垂直同步信号(H/V))。
在本发明的一个方面，定时控制器52可以向数据驱动器54提供红(R)、绿(G)和蓝(b)数字视频数据。在本发明的另一个方面，定时控制器52可以利用水平/垂直同步信号(H/V)产生数据和选通控制信号，如点时钟(dot clock，DclK)、选通起始脉冲(Gsp)等，并控制数据驱动器54和选通驱动器56的定时。在本发明的又一方面，定时控制器52可以向数据驱动器54提供如点时钟信号(DclK)的数据控制信号，并向选通驱动器56提供如选通起始脉冲信号(Gsp)的选通控制信号。在本发明的再一方面，定时控制器52可以向数据驱动器54提供点时钟信号(DclK)和红(R)、绿(G)和蓝(b)数字视频数据。
在本发明的一个方面，选通驱动器56可以包括，例如，移位寄存器(未示出)和电平移位器(未示出)，移位寄存器响应于定时控制器52输出的选通起始脉冲而顺序地生成选通电压，电平移位器将选通电压移位到适于驱动液晶显示板58的电平。所产生的选通电压通过相应的选通线GL从选通驱动器56输送至预定的TFT。送到之后，各个TFT导通，由数据线DL输送的数据信号电压施加到相应的像素电极上。
在本发明的一个方面，数据驱动器54与点时钟信号(DclK)同步地锁存红(R)、绿(G)和蓝(b)数字视频数据。随后，数据驱动器54根据伽马电压(gamma voltage，Vγ)对锁存的信号进行校正，将校正后的信号转变为模拟数据电压，并将该模拟数据电压作为数据信号电压施加给各条数据线。
液晶显示板58还包括含有FLCP材料的取向膜。因此，根据本发明的原理形成的液晶显示板由于取向膜中的FLCP材料表现出的自发极化特性而具有很快的响应速度。
另外，可以通过改变液晶单元的上升时间和下降时间(即液晶单元的透光特性从暗状态变为亮状态，或相反，所需的时间)而降低本发明的液晶显示板的响应速度。
除其他因素外，液晶单元的响应速度受上、下基片间的距离(即单元间隙的尺寸)、液晶层固有的分子间弹性特性和电场强度的影响。因此，液晶单元的上升时间τon(即液晶单元内电压电平上升到第一预定电压所需的时间)和TFT的下降时间τoff(即液晶单元内电压电平下降到第二预定电压所需的时间)分别按下两式计算： τ on = η P s E 1 , τ off = γ 1 d P s E 2 + K 22 π 2 , 其中，E1表示对液晶单元施加第一预定电压时在像素电极和公共电极间产生的第一电场强度，E2表示对液晶单元施加第二预定电压时在像素电极和公共电极间产生的第二电场强度。
图6是在本发明第一实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图。
参照图6，根据图3-5描述的液晶显示板中的TFT可以根据所施加的选通电压而导通或截止。因此，当21V的选通高电压Vgh施加到TFT的栅极上时，逻辑门开启，TFT导通。反之，当-5V的选通低电压Vgl施加到TFT的栅极上时，逻辑门关闭，TFT截止。另外，施加到公共电极上的公共电压Vcom可以构成恒定的直流波形。而且，数据信号电压V2和V1可以按照液晶显示板的驱动频率交替地施加到液晶单元的像素电极上。在本发明的一个方面，数据信号电压V2的极性可以与数据信号电压V1的极性相反。
根据本发明的原理，在TFT的第一导通期间G1(即，所传输的选通电压达到Vgh的值并使TFT导通时)，可以向数据线施加一补偿电压V2 ’，其绝对值大于数据信号电压V2。施加该补偿电压V2’在此称为“过驱动”液晶单元。在过驱动液晶单元之后，可以把数据信号电压V2施加到数据线上，直到根据液晶显示板的驱动频率将数据信号电压V1施加到数据线上。但是，在施加数据信号V1之前，可以向数据线施加一补偿电压V1’，其极性与数据信号电压V2的极性相反，并且其绝对值大于数据信号电压V1。施加该补偿电压V1’在此称为“欠驱动”液晶单元。在欠驱动之后，可以在第二导通期间G1之前向数据线施加数据信号电压V1。
通过上述方法对液晶单元进行欠驱动，可以实现取向膜中FLCP的自发极化特性，从而与现有技术液晶显示板的下降时间610相比，缩短了液晶单元的下降时间610。通过缩短液晶单元的下降时间610，增加了液晶单元在连续驱动帧之间显示暗状态(即黑色)的时间长度，使得液晶显示板显示的图像具有更好的对比度。
根据本发明的原理，补偿电压V2’和V1’的实际值和持续时间至少可以部分地与液晶显示板的单元间隙和所使用的液晶的材料性质相对应。在本发明的一个方面，施加补偿电压V1’的时间可以比施加补偿电压V2’的时间短，使液晶单元以预定亮度透射光的时间(即导通时间)最长。和补偿电压V1’缩短下降时间的方式一样，补偿电压V2’缩短了上升时间600。
图7是在本发明第二实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图。
图7所示的波形与图6中的基本相同。但是，在图7中，可以在第二导通期间G2之前，向公共电极，而不是数据线，施加与数字信号电压V2极性相同的补偿电压Vcom’，而不是补偿电压V1’，持续预定的时间。在本发明的一个方面，可以根据液晶显示板的驱动频率，在向数据线施加数据信号电压V1之前将补偿电压Vcom’施加到公共电极上。
虽然第二实施例不象第一实施例那样对液晶单元进行欠驱动，但第二实施例可以和前面的实施例一样缩短下降时间710。通过缩短液晶单元的下降时间，可以增加在连续驱动帧之间液晶单元显示暗状态(即黑色)的时间长度，使得液晶显示板显示的图像具有更好的对比度。
在本发明的一个方面，施加补偿电压Vcom’的时间可以比施加补偿电压V2’的时间短，以使液晶单元以预定亮度透射光的时间(即导通时间)最长。和补偿电压Vcom’缩短下降时间的方式一样，补偿电压V2’缩短了上升时间700。
图8是在本发明第三实施例的驱动方法中施加到IPS模式液晶显示板上的电压波形图。
如图8所示，可以应用上面根据图6概括的本发明的原理来缩短显示任意灰度所需的响应时间。
例如，可以通过施加补偿电压V5’而缩短液晶单元显示的图像的灰度级从L4增加到L5所需的响应时间，补偿电压V5’的电压值大于对应于灰度级5的数据信号电压V5。在这个过驱动之后，可以将数据信号电压V5施加到数据线上持续预定的时间。
另外，可以通过施加补偿电压V6’而缩短液晶单元显示的图像的灰度级从L5下降到L6所需的响应时间，补偿电压V6’的电压值小于对应于灰度级L6的数据信号电压V6。在这个欠驱动之后，可以将数据信号电压V6施加到数据线上持续预定的时间。
图8中，上升时间1和下降时间1是通过传统驱动方法而获得的响应时间，上升时间2和下降时间2是通过本发明的驱动方法而获得的响应时间。从中可以证明，通过本发明的驱动方法而获得的响应时间比通过现有技术的驱动方法而获得的响应时间要短。
如上所述，本发明提供了一种IPS模式液晶显示板的驱动方法，该方法在预定的时间中利用补偿电压对液晶显示板内的液晶单元进行过驱动或欠驱动，从而缩短了液晶单元的上升时间和下降时间。因此，可以增加连续驱动帧之间的液晶单元显示暗状态(例如黑色)的时间，从而改进液晶显示板显示图像的对比度。
由上所述，应当理解本发明的驱动方法和其他原理不仅限于IPS模式液晶显示板，而是可以很容易拓展到其他任何合适类型的液晶显示板，如TN模式液晶显示板等。
对于本领域的技术人员，很明显，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，能对本发明进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。

Claims (16)

1、一种液晶显示板的驱动方法，包括：
向液晶显示板的公共电极施加公共电压，该液晶显示板包括液晶单元；以及
驱动液晶单元，以在与施加到像素电极上的预定数据信号电压相关的预定亮度级下透射光，该驱动步骤包括在施加所述预定数据信号电压之前向液晶单元施加一补偿电压，其中先前施加的数据信号电压与所述补偿电压之间的电压差大于先前施加的数据信号电压与所述预定数据信号电压之间的电压差。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿电压的幅值大于所述预定数据信号电压。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿电压的幅值小于所述预定数据信号电压。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿电压的极性与所述预定数据信号电压的极性相同。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿电压的极性与先前施加的数据信号电压的极性相反。
6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿电压的极性与先前施加的数据信号电压的极性相同。
7、根据权利要求1所述的方法，还包括向液晶单元的数据线施加所述补偿电压。
8、根据权利要求1所述的方法，还包括向液晶单元的公共电极施加所述补偿电压。
9、根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述补偿电压的步骤包括：
在向选通线施加第一选通信号电压期间，施加第一补偿电压；以及
在向选通线施加第二选通信号电压之前，施加第二补偿电压。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，施加所述第一补偿电压的时间与施加所述第二补偿电压的时间不等。
11、根据权利要求10所述的方法，其中，施加所述第一补偿电压的时间比施加所述第二补偿电压的时间长。
12、根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定数据信号电压的极性与先前施加的数据信号电压的极性相反。
13、根据权利要求1所述的方法，还包括：
在第一和第二基片上形成的电极之间产生电场，其中，该电场的方向垂直于第一和第二基片的主表面；以及
在所述电场下沿着平行于第一和第二基片的主表面的平面改变液晶层的取向。
14、根据权利要求13所述的方法，其中，改变液晶层取向的步骤包括在电场下改变邻近液晶层的取向层的结构。
15、根据权利要求13所述的方法，其中，所述取向层包含铁电液晶聚合物。
16、根据权利要求13所述的方法，其中，所述液晶层是负型液晶层。
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