TWI413973B - 液晶顯示器的驅動方法 - Google Patents

Description

液晶顯示器的驅動方法

本發明係有關於一種液晶顯示器之驅動方法，特別是有關於一種場序液晶顯示器之驅動方法。

通常液晶顯示器的驅動方法有二種：彩色濾光片(color filter)驅動方式和場色序(Field Sequen-tial Color)驅動方式。

彩色濾光片驅動方法是將一畫素分割成三個次畫素分別對應彩色濾光片的紅色、綠色和藍色色阻，產生三原色以形成色彩，場序液晶顯示器驅動方法不需要彩色濾光片，使用單一種畫素配合紅、綠、藍色的背光源，利用時序顯示紅、藍、綠等子畫面，藉由人眼視覺暫留，顯示畫面色彩。

第一圖顯示一種場色序驅動方法。以圖框頻率60Hz為例，場色序驅動方法將一個圖框分為四個次圖框，分別為紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)，與黑色(K)次圖框。除了黑色次圖框(K)只有黑色畫面寫入區間101，其餘每個次圖框皆分為三個部分：資料寫入區間102、液晶反應區間103、背光源開啟區間104。在另一種場色序驅動方法，黑色畫面寫入區間101存在於每個次圖框或每一個圖框之前(or之後)，因此一個圖框總共有三個或一個黑色畫面寫入區間101。

寫入黑色畫面的目的之一是用於重置液晶分子，使液晶分子在每一次驅動時均是從一固定之起始角度開始偏 轉。另外，對於不同種類的液晶顯示器，寫入黑色畫面可能帶來不同的影響。

第二A圖與第二B圖顯示一種光學補償彎曲液晶顯示器10(optically compensated bend liquid crystal display,OCB LCD)，在進入正常顯示狀態之前，必須施加一操作電壓差於上基板12與下基板13之間，使位於兩基板之間的液晶分子11，由展延態(splay state，如第二A圖)轉換成彎曲態(bend state，如第二B圖)；並且，在顯示器操作時，必須保持操作電壓大於一臨界電壓Vcr，使液晶分子11保持在彎曲態。

有文獻指出，若光學補償彎曲液晶顯示器使用場色序驅動方法包含插入黑畫面，可降低其所需之臨界電壓Vcr、提升面板的亮度。然而，對於某些類型的液晶顯示器，例如光學補償彎曲液晶顯示器，插入黑畫面的電壓無法被無窮地增加。第三圖顯示一光學補償彎曲液晶顯示器的亮度與施加於液晶分子的電壓的關係圖。當施加於液晶分子的電壓為P1點約5伏特時，所有液晶分子偏轉至一遮斷背光源的特定角度，使得液晶顯示器顯示黑畫面。亦即，P1點電壓即是傳統上在插入黑畫面區間101(如第一圖)時施加於液晶分子上之電壓。當施加於液晶分子的電壓為P2點約6伏特時，液晶偏轉速度增加，可減少插入黑畫面區間101。當施加於液晶分子的電壓為增加為8伏特以上時，可能會使液晶分子偏轉過度，導致漏光。另外，如果增加插入黑畫面的寫入時間，雖可以讓插黑畫面的效果增加，但同樣也會犧牲掉RGB畫面的顯示時間 。

因此，亟需提供一種新的液晶顯示器架構和驅動方法，適當增加插入黑畫面區間的驅動電壓，可減少插入黑畫面的時間、提升顯示器的亮度，並且，可減少光學補償彎曲液晶顯示器的臨界電壓，減低電源消耗、增加可靠度與穩定度。

本發明的目的在於提供一種新的驅動方法，適當增加插入黑畫面區間的驅動電壓，可減少插入黑畫面的時間、提升顯示器的亮度，並且，可減少光學補償彎曲液晶顯示器的臨界電壓，減低電源消耗、增加可靠度與穩定度。

根據上述目的，本發明實施例提供一種液晶顯示器的驅動方法，應用於一液晶顯示器，該液晶顯示器包含複數條資料線和複數條閘極線，並藉此定義出複數個畫素，每一該畫素包含一由畫素電極和一共同電極所形成之液晶電容以及一由該畫素電極和一所對應之偏壓線所形成之儲存電容，其中，該偏壓線位於該畫素電極下方，該方法包含：分別給予該共同電極和該偏壓線不同之電壓源；於每一顯示圖框寫入一紅色、綠色和藍色畫面和至少一黑畫面，於該黑畫面插入期間，對一第一畫素之畫素電極寫入一第一資料訊號，並對該第一畫素所對應的一第一偏壓線寫入一第一偏壓線電壓，和對該共同電極寫入一共同電極電壓；其中，該第一資料訊號與該第一偏壓線電壓具有相同的第一極性，該偏壓線電壓造成 一耦合效應，使該第一畫素之共同電極與該畫素電極之間的電壓差達一第一電壓差，該第一電壓差係大於使該第一畫素之液晶電容內液晶分子層的一液晶分子偏轉至遮斷該背光源的一特定角度所需的電壓差。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地實行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的程序步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。

本發明揭露一種液晶顯示器的架構和驅動方法，可應用於各種類型的液晶顯示器，例如光學補償彎曲液晶顯示器等。通常，液晶顯示器包含一上基板、一下基板(例如薄膜電晶體陣列基板)，以及一液晶層設置於此兩基板之間。一共同電極設置於該上基板上。複數條資料線與複數條閘極線設置於下基板上，藉以定義出複數個畫素，每一畫素具有一畫素電極，液晶層位於共同電極與畫素電極之間。

本發明液晶顯示器的驅動方法，是一種場色序(Field Sequential Color)驅動方法，因此顯示器不需要彩色濾光片，僅使用單一種畫素配合紅、綠、藍色的背光源 ，利用時序顯示紅、藍、綠等子畫面，藉由人眼視覺暫留，顯示畫面色彩。在本發明的場色序驅動方法中，每個圖框具有紅色、綠色、藍色、黑色四個次圖框，其中黑色次圖框包含至少一個黑色畫面寫入區間101，如第一圖所示。

本發明液晶顯示器的驅動方法，其主要特徵在於，在每次黑色畫面寫入區間101時，增加液晶分子的驅動電壓，亦即，增加畫素電極與其共同電極間之間的電壓差；通常，此目的可利用調變畫素電極的電壓、調變共同電極的電壓，或同時調變畫素電極與共同電極的電壓達成。

共同電極的電壓值傳統上為固定，此時若欲增加插入黑畫面區間的驅動電壓，可以增加源極驅動器的輸出資料訊號電壓，藉由傳輸一較大的資料訊號(Data)電壓至畫素電極達成，亦即，調變畫素電極的電壓是透過由源極驅動器控制。但是此種方法會具有較高的製造程本，並非最佳解決方案。

為了避免液晶分子極化產生閃爍等現象，液晶顯示器透過更換畫素驅動電壓的極性，正極性與負極性，以避免電荷的累積。第四A圖至第四D圖顯示四種極性反轉的方法，包括：第四A圖為圖框反轉(frame inversion)；第四B圖為欄反轉(column inversion)；第四C圖為列反轉(row inversion)；以及第四D圖為點反轉(dot inversion)，其中每一格代表一個畫素並標示其驅動電壓的極性。

本發明液晶顯示器的驅動方法，依照不同極性反轉方法而略有不同。第五圖顯示根據本發明一實施例的場色序液晶顯示器驅動方法，本實施例可應用於第四A圖的圖框反轉與第四C圖的列反轉，但不限定於此。本實施例的驅動方法，可搭配第六A圖所示的畫素結構，其中掃描線Gn--1、Gn與資料線Dn-1、Dn構成畫素Px，其包含一開關SW用於控制一資料訊號電壓(Data)輸入至畫素電極，以及一偏壓線Bias 1設置於畫素電極PE下方。第六B圖顯示第六A圖的等效電路圖，共同電極與畫素電極構成液晶電容Clc，畫素電極PE與偏壓線Bias1構成儲存電容Cst，且共用電極與偏壓線Bias1分別連接不同的電壓源。

回到第五圖，以列反轉的畫素Px1為例，說明本發明實施例的驅動方法，其中在圖框N時為正極性週期，圖框N+1為負極性週期。於圖框N的黑色次圖框(K)區間，亦即黑色畫面插入區間101，源極驅動器輸入正極性的黑色資料訊號電壓(Data)501至畫素電極，之後依照畫面需求，分別在藍色(B)、綠色(G)、紅色(R)次圖框的資料寫入區間102，寫入資料訊號電壓502、503、504至畫素電極。值得一提的是，本實施例中每一圖框中僅插入一黑色圖框，且黑色圖框是插入於紅色(R)與藍色(B)圖框間，然在其它實施例中，每一圖框並不僅限插入一黑色圖框，且黑色圖框亦不僅限於插入於紅色(R)與藍色(B)圖框間。

複參第五圖，在黑色次圖框(K)的同時，偏壓線電壓Vbias1由電位505變化至電位506，即電位變化方向或極 性與資料訊號電壓501的電位變化方向或極性相同，亦即屬正極性或正壓差(Vbias1>0)。藉此，電壓差△V_bias1(電位506與原電位505的電壓差)會造成電容耦合效應，由於電荷守恆原理，可提高畫素電極之電壓，進而提高畫素電極與共同電極(Vcom)之間的電壓差，以增加液晶分子的驅動電壓。若△V_pixel代表在電容耦合後，共用電極與畫素電極間的電壓差變化量，即△V_pixel約略等於：，其中，Cgs為開關SW的寄生電容，Cx為雜散電容。由上述公式可知，共同電極與畫素電極的電壓差變化量，隨著△V_bias1增加而增加。

另外，在黑色次圖框區間(K)，共同電極電壓(Vcom)由電位507變化至電位508，亦即，此時共同電極電壓與偏壓線電壓的電壓變化方向相反，且共同電極電壓508的極性與資料訊號電壓501的極性相反，藉此，可進一步增加液晶分子的驅動電壓。值得注意的是，在本發明另一實施例，共同電極電壓Vcom的電壓值與極性可以永遠皆保持固定(constant value)而非如第五圖所示做正負變化；，換言之亦即，增加液晶分子驅動電壓的手段，主要是由偏壓線電壓之壓差變化的耦合效應所產生。另外，圖框N+1為負極性週期，其驅動原理與正極性週期相同，只是極性相反，不再贅述。另外，本實施例的驅動方法也能類推於圖框反轉。

第七圖顯示根據本發明另一實施例的場色序液晶顯示 器驅動方法，本實施例可應用於第四B圖的欄反轉與第四D圖的點反轉，但不限定於此。本實施例的驅動方法，可搭配第六A圖所示的畫素結構，但不同處在於，同一列兩相鄰畫素分別連接不同的偏壓線，偏壓線Bias1與偏壓線Bias2，各自接收不同的偏壓線電壓信號；第八圖顯示其等效電路圖，於同一列兩相臨畫素Px1與Px2，共同電極與畫素電極構成液晶電容Clc1與Clc2、畫素電極PE與偏壓線Bias1構成儲存電容Cst1、畫素電極PE與偏壓線Bi-as2構成儲存電容Cst2，且共用電極與偏壓線Bias1、Bias2三者分別連接不同的電壓源。

回到第七圖，以點反轉的畫素Px1與Px2為例，說明本發明實施例的驅動方法，其中畫素Px1在圖框N時為正極性週期，圖框N+1為負極性週期；畫素Px2在圖框N時為負極性週期，圖框N+1為正極性週期。對於畫素Px1，於圖框N的黑色次圖框(K)區間，亦即黑色畫面插入區間101，源極驅動器輸入正極性的資料訊號電壓(Data)701至畫素電極，之後依照畫面需求，分別在藍色(B)、綠色(G)、紅色(R)次圖框的資料寫入區間102，寫入正極性的資料訊號電壓702、703、704至畫素電極。

在黑色次圖框(K)的同時，偏壓線電壓Vbias1由電位705變化至電位706，且偏壓線電壓Vbias1的電壓變化方向或極性係與資料訊號電壓701相同，亦即，正極性或正壓差(Vbias1>0)。藉此，電壓差△V_bias1(電位706與電位705的電壓差)會造成電容耦合效應，可提高畫素電極與共用電極之間的電壓差，原理如前所述。

對於畫素Px2，於圖框N的黑色次圖框(K)區間，源極驅動器輸入負極性的資料訊號電壓(Data)707至畫素電極，之後依照畫面需求，分別在藍色(B)、綠色(G)、紅色(R)次圖框的資料寫入區間102，寫入負極性的資料訊號電壓708、709、710至畫素電極。在此黑色次圖框(K)的同時，偏壓線電壓Vbias2由電位705變化至電位711，且偏壓線電壓Vbias2的變化方向或極性係與資料訊號電壓707相同，亦即，負極性或負壓差(Vbias1>0)。藉此，電壓差△V_bias2(電位711與電位705的電壓差)會造成電容耦合效應，可提高畫素電極與共用電極之間的電壓差，原理如前所述。

值得注意的是，在本實施例，共同電極電壓Vcom的電壓值與極性皆保持固定，亦即，增加液晶分子驅動電壓的手段，主要是藉由與所對應的資料訊號同極性之偏壓線電壓差，造成電容耦合效應而增加。另外，圖框N+1的驅動原理與圖框N的驅動原理相同，不再贅述。另外，本實施例的驅動方法也能類推於欄反轉。

值得注意的是，在本發明實施例是以儲存電容的增加造成電容耦合效應，藉此增加液晶分子的驅動電壓。儲存電容的參考電極並未限定，例如，儲存電容的另一參考電極可為掃描線，或者，由偏壓線與一電容電極構成一儲存電容，該電容電極可與資料線於同一製程中形成。另外，相同原理可應用於畫素結構的其他電容。

以上，本發明的實施例藉由增設一偏壓線，並以一相對應的偏壓線電極進行控制，以產生儲存電容的電容耦 合效應，進而增加共用電極與畫素電極的電壓差，此電壓差將大於使液晶分子偏轉至一遮斷背光源的特定角度所需的電壓(P1)，例如，此電壓差可為P2或更大於P2的電壓。根據本實施例，在插入黑畫面區間101，因為液晶分子的驅動電壓增加，液晶分子的轉動速度隨著增加，可減短插入黑色畫面區間101，對於一般液晶顯示器，可增加背光源開啟區間104而提昇顯示亮度；對於光學補償彎曲液晶顯示器，還可以減少其臨界電壓，使降低電源消耗節省成本、使液晶分子不容易受到環境溫度或外在因素，回到展延態，提升了顯示器的穩定度與可靠度。另外，由於本發明採用的手段並未調變資料訊號電壓與共用電極電壓，不需增加源極驅動器的電壓輸出範圍，得以節省製造成本。

上述眾實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10‧‧‧光學補償彎曲液晶顯示器

11‧‧‧液晶分子

12‧‧‧上基板

13‧‧‧下基板

101‧‧‧黑色畫面寫入區間

102‧‧‧資料寫入區間

103‧‧‧液晶反應區間

104‧‧‧背光源開啟區間

501‧‧‧資料訊號電壓

502‧‧‧資料訊號電壓

503‧‧‧資料訊號電壓

504‧‧‧資料訊號電壓

505‧‧‧偏壓線電壓

506‧‧‧偏壓線電壓

507‧‧‧共同電極電壓

508‧‧‧共同電極電壓

701‧‧‧資料訊號電壓

702‧‧‧資料訊號電壓

703‧‧‧資料訊號電壓

704‧‧‧資料訊號電壓

705‧‧‧偏壓線電壓

706‧‧‧偏壓線電壓

707‧‧‧資料訊號電壓

708‧‧‧資料訊號電壓

709‧‧‧資料訊號電壓

710‧‧‧資料訊號電壓

711‧‧‧偏壓線電壓

Bias1‧‧‧偏壓線1

Bias2‧‧‧偏壓線2

Clc‧‧‧液晶電容

Clc1‧‧‧液晶電容

Clc2‧‧‧液晶電容

Cst‧‧‧儲存電容

Cst1‧‧‧儲存電容

Cst2‧‧‧儲存電容

Cgs‧‧‧寄生電容

Cx‧‧‧雜散電容

SW‧‧‧開關

Px‧‧‧畫素

Px1‧‧‧畫素

Px2‧‧‧畫素

PE‧‧‧畫素電極

R‧‧‧紅色次圖框

G‧‧‧綠色次圖框

B‧‧‧藍色次圖框

K‧‧‧黑色次圖框

Data‧‧‧資料訊號電壓

Vcom‧‧‧共同電極電壓

Vbias1‧‧‧偏壓線電壓

Vbias2‧‧‧偏壓線電壓

第一圖顯示一種習知場色序驅動方法；第二A圖與第二B圖顯示一種習知光學補償彎曲液晶顯示器；第三圖顯示一習知光學補償彎曲液晶顯示器的亮度與施加於液晶分子的電壓的關係圖； 第四A圖至第四D圖顯示根據本發明實施例四種極性反轉的方法；第五圖顯示根據本發明一實施例的場色序液晶顯示器驅動方法；第六A圖顯示如第五圖驅動方法所配合的畫素結構實施例；第六B圖顯示第六A圖畫素結構的等效電路圖；第七圖顯示根據本發明另一實施例的場色序液晶顯示器驅動方法；以及第八圖顯示如第七圖驅動方法所配合畫素結構的等效電路圖。

501‧‧‧資料訊號電壓

502‧‧‧資料訊號電壓

503‧‧‧資料訊號電壓

504‧‧‧資料訊號電壓

506‧‧‧偏壓線電壓

508‧‧‧共同電極電壓

Px1‧‧‧畫素

R‧‧‧紅色次圖框

G‧‧‧綠色次圖框

B‧‧‧藍色次圖框

K‧‧‧黑色次圖框

Claims (10)

1. 一種液晶顯示器的驅動方法，應用於一液晶顯示器，該液晶顯示器包含複數條資料線和複數條閘極線，並藉此定義出複數個畫素，每一該畫素包含一由畫素電極和一共同電極所形成之液晶電容以及一由該畫素電極和一所對應之偏壓線所形成之儲存電容，其中，該偏壓線位於該畫素電極下方，該方法包含：分別給予該共同電極和該偏壓線不同之電壓源；於每一顯示圖框寫入一紅色、綠色和藍色畫面和至少一黑畫面，於該黑畫面插入期間，對一第一畫素之畫素電極寫入一第一資料訊號，並對該第一畫素所對應的一第一偏壓線寫入一第一偏壓線電壓，和對該共同電極寫入一共同電極電壓；其中，該第一資料訊號與該第一偏壓線電壓具有相同的第一極性，該偏壓線電壓造成一耦合效應，使該第一畫素之共同電極與該畫素電極之間的電壓差達一第一電壓差，該第一電壓差係大於使該第一畫素之液晶電容內液晶分子層的一液晶分子偏轉至遮斷該背光源的一特定角度所需的電壓差。
2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中該共同電極電壓具有一第二極性，且該第二極性與該第一極性相反。
3. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中該共同電極電壓為一固定電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，更包含對一第二畫素之畫素電極寫入一第二資料訊號，並對該第二畫素所 對應的一第二偏壓線寫入一第二偏壓線電壓，其中該第一偏壓線與該第二偏壓線彼此獨立並連接不同之電壓源，且該第二資料訊號與該第二偏壓線電壓具有相同的第二極性，該第二極性與該第一極性相反。
5. 如申請專利範圍第4項所述的驅動方法，其中該共同電極電壓為一固定電壓。
6. 如申請專利範圍第4項所述的驅動方法，其中該第二畫素相鄰於第一畫素，且該第一偏壓線和該第二偏壓線分別平行於該複數掃描線。
7. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中於同一顯示圖框內，該第一畫素中所顯示之該些紅色、綠色和藍色畫面與該黑畫面之極性彼此相同。
8. 如申請專利範圍第4項所述的驅動方法，其中於同一顯示圖框內，該第一畫素中所顯示之該些紅色、綠色和藍色畫面與該黑畫面彼此具有相同的該第一極性；且該第二畫素中所顯示之該些紅色、綠色和藍色畫面與該黑畫面具有彼此相同的該第二極性。
9. 如申請專利範圍第4項所述的驅動方法，其中該黑畫面的極性分佈係選自圖框反轉、列反轉、欄反轉、點反轉的其中之一。
10. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中該液晶顯示器係一光學補償彎曲液晶顯示器。