TW201604862A - 主動矩陣式液晶顯示器以及其驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種主動矩陣式液晶顯示器，包括：複數的液晶單元，每一者是由一對電極挾著一液晶層所形成，其中當該主動矩陣式液晶顯示器顯示一靜態畫面，該液晶單元會依序經過一第一期間、一第二期間、與一第三期間來刷新，在該第一期間，該畫素單元被至少一非目標電壓充電，在該第二期間，該畫素單元被一目標電壓充電，在該第三期間，該畫素單元不被充電直到下一次的第一期間。

Description

主動矩陣式液晶顯示器以及其驅動方法

本發明係有關於一種主動矩陣式液晶顯示器以及其驅動方法，且特別有關於在低頻率驅動模式應用於顯示器來顯示靜態畫面時能夠減低閃爍的主動矩陣式液晶顯示器、電子裝置以及其驅動方法。

當主動矩陣式液晶顯示器顯是靜態畫面時，為了節省電力，靜態畫面的刷新(refresh)次數最好不要像動態畫面一樣那麼多次。基於這個考量，低頻率驅動模式常常應用於液晶顯示器來刷新靜態畫面。例如，液晶顯示器在顯示靜態畫面時會以10Hz驅動。換句話說，在每6個圖框(frame)中，液晶顯示器只在1個圖框驅動並且在剩餘5個圖框不驅動。因此，部分驅動IC在這5個圖框不需動作，藉此降低耗電。

然而，在低頻率驅動模式下，每次畫素單元刷新時會產生明顯可見的閃爍而降低了影像品質。而且閃爍在顯示器顯示低至中灰階時更明顯，尤其是較暗的灰階。

有鑑於上述問題，本發明的目的是提出一種低頻率驅動方法來降低這種閃爍。

本發明提供一種主動矩陣式液晶顯示器，包括：複數的液晶單元，每一者是由一對電極挾著一液晶層所形成，其中當該主動矩陣式液晶顯示器顯示一靜態畫面，該液晶單元會依序經過一第一期間、一第二期間、與一第三期間來刷新，在該第一期間，該畫素單元被至少一非目標電壓充電，在該第二期間，該畫素單元被一目標電壓充電，在該第三期間，該畫素單元不被充電直到下一次的第一期間。

上述主動矩陣式液晶顯示器中，該第一期間持續至少一個圖框(frame)，該第二期間持續一個圖框，該第三期間持續複數個圖框。

上述主動矩陣式液晶顯示器中，該非目標電壓是根據該目標電壓而定，且每一目標電壓會對應一個獨有的非目標電壓。

上述主動矩陣式液晶顯示器中，在任意兩個相鄰的第二期間中的該目標電壓會具有相反的極性。

上述主動矩陣式液晶顯示器中，該目標電壓是施加於該畫素單元的一灰階電壓，使該畫素單元輸出要顯示的灰階。

本發明也提出一種主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，該主動矩陣式液晶顯示器包括複數的液晶單元，每一者是由一對電極挾著一液晶層所形成，該驅動方法包括：在一第一期間，以至少一非目標電壓對該畫素單元充電；在接在該第一期間後的一第二期間，以一目標電壓對該畫素單元充電；以及在接在該第二期間後的一第三期間，停止對該畫素單元充電，其中該第一至第三期間會不斷重複藉以持續地刷新一靜態畫面。

上述主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法中，該第一期間持續至少一個圖框，該第二期間持續一個圖框，該第三期間持續複數個圖框。

上述主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法中，該非目標電壓是根據該目標電壓而定，且每一目標電壓會對應一個獨有的非目標電壓。

上述主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法中，在任意兩個相鄰的第二期間中的該目標電壓會具有相反的極性。

上述主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法中，該目標電壓是施加於該畫素單元的一灰階電壓，使該畫素單元輸出要顯示的灰階。

根據上述的主動矩陣式液晶顯示器或驅動方法。當主動矩陣式顯示器以低頻率驅動模式來顯示靜態畫面時，可降低可見的閃爍並提昇影像品質。

第1圖係顯示傳統的低頻率驅動模式配合行反轉的說明圖。

第2圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的畫素電壓於刷新期間的改變。

第3圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的畫素單元跨壓於刷新期間的改變。

第4圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的光強度於刷新期間的改變。

第5圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的光強度於刷新期間的平均曲線。

第6圖係顯示根據本發明實施例的低頻率驅動模式配合行反轉的說明圖。

第7圖係顯示在第6圖的低頻率驅動模式下的畫素電壓於刷新期間的改變。

第8圖係顯示在第6圖的低頻率驅動模式下的光強度於刷新期間的平均曲線。

在說明本發明之前，傳統的低頻率驅動模式必須預先說明以供參考對比。第1圖係顯示傳統的低頻率驅動模式配合行反轉的說明圖。當液晶顯示器使用低頻率驅動模式來顯示靜態畫面時，第1圖顯示了液晶顯示器的源極驅動器所輸出的驅動信號波形的範例。根據此驅動信號波形，畫素單元每6個圖框(也稱為一個刷新期間)被刷新一次，其中畫素單元在第1個圖框(也稱為一個充電期間)被充電，且在接下來5個圖框(也稱為一個停止期間)不被充電。充電脈衝的極性會在每次刷新期間反轉。因此，液晶顯示器藉由降低驅動頻率(在第1圖中，驅動頻率是10Hz)來顯示靜態畫面，能夠節省電力。

第2圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的畫素電壓於刷新期間的改變。若顯示器以每秒60圖框的頻率驅動，100ms等於6個圖框。因此，第2圖顯示畫素電壓在第1圖的刷新期間的改變。在此，n通道薄膜電晶體(TFT)連接到畫素單元用以控制資 料寫入此畫素單元的時序。在刷新期間，此n通道TFT被施加一負電壓來保持畫素電壓。然而，畫素電壓仍然會因為此n通道TFT的閘極與通道間的漏電流而緩慢下降。因此，在在快速充電到一預定畫素電壓後，畫素單元在刷新期間內會持續地降低其畫素電壓。如第2圖所示，正的畫素電壓與負的畫素電壓皆在刷新期間內下降。在圖中100ms的時間點(下一個刷新期間的開始)，正的畫素電壓快速轉換成負，而負的畫素電壓則快速轉換為正。

第2圖只有顯示畫素電壓的改變，然而液晶分子的傾倒方向是受到畫素單元的跨壓而非畫素電壓的控制。因此，必須進一步分析畫素單元的跨壓。畫素單元的跨壓(也稱為LC施加電壓V_LC)是畫素電壓減去共用電壓後的絕對值。因此，畫素單元的跨壓能夠從第2圖中輕易地獲得。第3圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的畫素單元跨壓於刷新期間的改變。如第3圖所示，當畫素電壓為正，LC施加電壓V_LC會因為漏電流而在刷新期間緩慢降低，並且因為充電脈衝而在100ms的時間點快速地從低(Low)增加為高(High)。另一方面，當畫素電壓為負，LC施加電壓V_LC會因為漏電流而在刷新期間緩慢增加，並且因為充電脈衝而在100ms的時間點快速地從高(High)減少為低(Low)。

接著，分析使用第1圖的低頻率驅動模式時的畫素單元的光強度於刷新期間的變化。第4圖係顯示在第1圖的低頻率驅動模式下的光強度於刷新期間的改變。畫素單元的光強度被液晶分子的傾倒方向所控制，而液晶分子的傾倒方向則被LC施加電壓V_LC所產生的電場所控制。在這個例子中，光強度隨著電壓增加而增加，隨著電壓減少而減少。因此，當畫素電壓為正，光強度 會因為第3圖中所示的LC施加電壓V_LC的高至低的脈衝而在刷新期間的開始時突然地下降。然後，光強度的下降速度會因為LC施加電壓V_LC緩慢地減少而減緩。另一方面，當畫素電壓為負，光強度會因為第3圖中所示的LC施加電壓V_LC的低至高的脈衝而在刷新期間的開始時突然地上升。然後，光強度的上升速度會因為LC施加電壓V_LC緩慢地增加而減緩。

然而，光強度曲線在正畫素電壓與負畫素電壓下並不對稱，因為液晶分子對於LC施加電壓V_LC的反應特性並非線性。特別是，LC施加電壓V_LC的低至高的脈衝改變光強度的速度比LC施加電壓V_LC的高至低的脈衝改變光強度的速度快。因此，正畫素電壓與負畫素電壓下的光強度的平均曲線會有如第4圖所示的漣波(ripple)。平均曲線在第5圖中進行標準化。從第5圖中可看見漣波會帶來約3%的光強度的變化，且這個變化會造成可見的閃爍。

本發明的實施例能夠有效地改善前述的問題如下。本發明改變畫素電壓在刷新期間的充電次數。第6圖係顯示根據本發明實施例的低頻率驅動模式配合行反轉的說明圖。在第6圖中，畫素單元仍然每6個圖框刷新一次。因此刷新期間與傳統的低頻率驅動模式相同。然而，每個刷新期間內會有兩個充電期間。如第6圖所示，畫素單元在第1個圖框會被非目標電壓充電，然後在第2個圖框才被目標電壓充電。之後，畫素單元直到下一次刷新期間開始前不被充電。充電脈衝的極性在每個刷新期間反轉。在此，非目標電壓是根據目標電壓而定，並且每一個目標電壓會有一個讀有的非目標電壓。再加上，非目標電壓可能會比目標電壓大或 比目標電壓小，唯獨不會等於目標電壓。

第7圖係顯示在第6圖的低頻率驅動模式下的畫素電壓於刷新期間的改變。在本實施例的兩次充電方法中，正畫素電壓下的光強度曲線與負畫素電壓下的光強度曲線能被調整到幾乎對稱。如第7圖所示，正的目標電壓為+2.04V且負的目標電壓為-2.04V。對應正的目標電壓的非目標電壓會被設定為+2.06V，對應負的目標電壓的非目標電壓會被設定為-2.01V。藉由對正的目標電壓與負的目標電壓分別設定不同大小(振幅)的非目標電壓，正畫素電壓下的光強度曲線與負畫素電壓下的光強度曲線會被做不同程度的調整。在本實施例中，負畫素電壓下的光強度曲線的斜率在前兩個圖框被減緩的程度高於正畫素電壓下的光強度曲線的斜率在前兩個圖框被減緩的程度。因此，正畫素電壓下的光強度曲線與負畫素電壓下的光強度曲線會變得接近對稱，使得這兩個光強度曲線的平均曲線比起傳統的驅動方式下的平均曲線有更小的漣波。當本實施例的平均曲線被標準化，如第8圖所示，漣波帶來僅僅1%的光強度變化，且這個變化所造成的閃爍是不會被察覺的程度。

根據本實施例，當液晶顯示器使用本發明得低頻率驅動模式來顯示靜態畫面時，能夠降低可見的閃爍並且改善影像品質。本發明的低頻率驅動模式特別適用於顯示低至中灰階的靜態畫面。因為閃爍在低至中灰階下特別嚴重，所以改善也特別顯著。

上述的實施例揭露了兩次充電方法，然而畫素電壓在每個刷新期間的充電次數並不限定於2次。在以目標電壓充電的 圖框前，能夠利用超過一個圖框來以非目標電壓充電。另外，本發明的低頻率驅動模式只在充電電壓的極性反轉時實行。液晶顯示器的反轉型是並不限定於行反轉，本發明的低頻率驅動模式也可適用於點反轉、列反轉、圖框反轉等。

在本發明得驅動方法中，畫素單元在一個刷新期間內至少被充電兩次。目標電壓是施加於畫素單元的灰階電壓，使該畫素單元輸出要顯示的灰階。本發明的低頻率驅動模式可能會被看成是一種過電壓驅動(overdrive)模式，但兩者之前有數個明確的差異。

首先，過電壓驅動模式是使用來縮短液晶分子的反應時間，因此過電壓的振幅一定會大於目標電壓的振幅。然而，在本發明的驅動方法中，如前面段落所述，非目標電壓的振幅可能大於會小於目標電壓。如第7所示，對應正的目標電壓的非目標電壓的振幅(2.06V)大於該目標電壓的振幅(2.04V)，而對應負的目標電壓的非目標電壓的振幅(2.01V)則小於該目標電壓的振幅(2.04V)。

更進一步，由於過電壓驅動的目的是為了縮短液晶分子的反應時間，過電壓驅動期間與一般充電期間一般會短於1個圖框。然而，本發明的驅動方法使用至少一個圖框來以非目標電壓充電，以及一個圖框來以目標電壓充電。因此，本發明的驅動方法具有比過電壓驅動更長的充電期間。

最後，本發明的低電壓驅動模式只應用於液晶顯示器顯示靜態畫面時，當顯示靜態畫面時，輸入給各個畫素的資料並不會改變，因此灰階會持續刷新為相同的灰階。因為灰階並不 改變，所以液晶分子的傾倒方向也沒有改變。而過電壓驅動在這個狀況下(顯示靜態畫面)，並不需要縮短液晶分子的反應時間，因此當刷新的灰階電壓沒有變化時過電壓會等於目標電壓。相反地，在本發明的低頻率驅動模式中，非目標電壓一定不等於目標電壓，即使要刷新的灰階電壓沒有變化。

根據以上的幾個差異點，本發明的驅動方法實質上完全不同於過電壓驅動。

以上雖詳細說明本發明的實施型態，但本發明並不限定於上述的實施型態，只要符合申請專利範圍內所記載的發明要旨，本發明包括各種變形及變更。

Claims (10)

1. 一種主動矩陣式液晶顯示器，包括：複數的液晶單元，每一者是由一對電極挾著一液晶層所形成，其中當該主動矩陣式液晶顯示器顯示一靜態畫面，該液晶單元會依序經過一第一期間、一第二期間、與一第三期間來刷新，在該第一期間，該畫素單元被至少一非目標電壓充電，在該第二期間，該畫素單元被一目標電壓充電，在該第三期間，該畫素單元不被充電直到下一次的第一期間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主動矩陣式液晶顯示器，其中該第一期間持續至少一個圖框(frame)，該第二期間持續一個圖框，該第三期間持續複數個圖框。
3. 如申請專利範圍第1項所述之主動矩陣式液晶顯示器，其中該非目標電壓是根據該目標電壓而定，且每一目標電壓會對應一個獨有的非目標電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之主動矩陣式液晶顯示器，其中在任意兩個相鄰的第二期間中的該目標電壓會具有相反的極性。
5. 如申請專利範圍第1項所述之主動矩陣式液晶顯示器，其中該目標電壓是施加於該畫素單元的一灰階電壓，使該畫素 單元輸出要顯示的灰階。
6. 一種主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，該主動矩陣式液晶顯示器包括複數的液晶單元，每一者是由一對電極挾著一液晶層所形成，該驅動方法包括：在一第一期間，以至少一非目標電壓對該畫素單元充電；在接在該第一期間後的一第二期間，以一目標電壓對該畫素單元充電；以及在接在該第二期間後的一第三期間，停止對該畫素單元充電，其中該第一至第三期間會不斷重複藉以持續地刷新一靜態畫面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，其中該第一期間持續至少一個圖框，該第二期間持續一個圖框，該第三期間持續複數個圖框。
8. 如申請專利範圍第6項所述之主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，其中該非目標電壓是根據該目標電壓而定，且每一目標電壓會對應一個獨有的非目標電壓。
9. 如申請專利範圍第6項所述之主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，其中在任意兩個相鄰的第二期間中的該目標電壓會具有相反的極性。
10. 如申請專利範圍第6項所述之主動矩陣式液晶顯示器的驅動方法，其中該目標電壓是施加於該畫素單元的一灰階電 壓，使該畫素單元輸出要顯示的灰階。