TWI423236B - 液晶顯示裝置之驅動方法以及液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

液晶顯示裝置之驅動方法以及液晶顯示裝置
本發明係有關於一種液晶顯示裝置之驅動方法以及液晶顯示裝置，能夠抑制閃爍(flicker)的發生。
薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)型液晶顯示裝置是一種代表性的主動矩陣型液晶顯示裝置，由於其在每個畫素上設置薄膜電晶體TFT做為切換元件，並且將信號電壓(影像信號電壓：階調電壓)施加於畫素電極上，所以在畫素間不會出現串音現象(crosstalk)，能夠進行高解析度的多色階顯示。
另一方面，將此種液晶顯示裝置實際裝設於使用電池做為電源之可攜式資料終端設備等等電子裝置上時，就需要降低此種顯示方式所造成的消耗電力。因此，在習知技術中就已提出讓液晶顯示裝置的各畫素具有記憶功能的方案(請參考專利文獻1和2)。
在稱為動態記憶體型(dynamic memory type)的液晶顯示裝置中，是在設置於源極排線和閘極排線間交會點的薄膜電晶體TFT之輸出側(畫素電極側)，設置了動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)單元等等的記憶體，藉由將顯示資料儲存在其中，以便在既定時間內維持顯示資料。
專利文獻
專利文獻1：日本特表2004-536347號公報。
專利文獻2：日本特表2006-523323號公報。
在此動態記憶體型的液晶顯示裝置中，由於記憶體所儲存的資料會隨時間而漏失，因此需要定期進行刷新動作(refresh)。特別是利用複晶矽半導體來實現畫素之記憶功能時，洩漏電流會變得偏高，使得閃爍現象(flicker)清楚地呈現出來。
為了抑制閃爍現象，則需要縮短刷新動作的週期(refresh cycle)。然而，縮短刷新動作的週期，會使得藉由讓各畫素具有記憶功能而達到節省寫入動作、降低周邊電路以及消耗電力的效果降低。亦即，閃爍現象以及消耗電力的問題之間是互為取捨(trade-off)的關係。因此，希望開發能夠實現低消耗電力並且抑制閃爍現象的液晶顯示裝置。
有鑑於此，根據本發明提供一種液晶顯示裝置的驅動方法以及藉由此驅動方法所驅動之液晶顯示裝置，其交替反覆地執行依據液晶物質不產生反應的時間間隔，在一既定期間內反覆對於記憶體進行偶數次刷新動作的第一刷新動作，以及在上述既定期間經過後對於上述記憶體進行奇數次刷新動作之第二刷新動作，藉此能夠實現低消耗電力，同時也能夠抑制閃爍現象的發生。
根據本發明之液晶顯示裝置的驅動方法，是利用切換元件對於施加在液晶物質上之電壓進行開啟/關閉(on/off)控制，並且藉由在上述切換元件為關閉期間，利用記憶體儲存施加於上述液晶物質之電壓值，以控制上述液晶物質的光穿透率或是光反射率。其中係交替反覆地執行以下動作：以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，在一既定期間反覆對於上述記憶體進行偶數次刷新動作的第一刷新動作，以及在上述既定期間之後，對於上述記憶體進行奇數次刷新動作之第二刷新動作。
根據本發明之液晶顯示裝置的驅動方法中，上述既定期間是設定成比進行上述第二刷新動作之期間來得長。
根據本發明液晶顯示裝置之驅動方法中，上述既定期間是設定成人眼對於色彩變化較難識別的較長時間並且顯示影像不會發生永久殘影現象(image sticking)的較短時間。
根據本發明之液晶顯示裝置，其利用切換元件對於施加在液晶物質上之電壓進行開啟/關閉(on/off)控制，並且藉由在上述切換元件為關閉期間，利用記憶體維持施加於上述液晶物質之電壓值，以控制上述液晶物質的光穿透率或是光反射率。其特徵在於包含一交替反覆裝置，用以交替反覆執行以下動作，即以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，在一既定期間反覆對於上述記憶體進行偶數次刷新動作的第一刷新動作，以及在上述既定期間之後，對於上述記憶體進行奇數次刷新動作之第二刷新動作。
根據本發明之液晶顯示裝置中，上述既定期間是設定成比進行上述第二刷新動作之期間來得長。
根據本發明液晶顯示裝置中，上述既定期間是設定成人眼對於色彩變化較難識別的較長時間並且顯示影像不會發生永久殘影現象的較短時間。
根據本發明中的第一刷新動作，由於將記憶體刷新動作的時間間隔設定成液晶物質不產生反應的時間間隔，所以在執行第一刷新動作的既定期間，液晶物質的光學特性(光穿透率以及反射率)幾乎不會改變。
另外，在轉換到第二刷新動作時，雖然受到饋通效應的影響使得液晶物質的光學特性會稍微改變，但是後續因為執行第一刷新動作，仍然可以在既定期間內維持改變後的光學特性。
根據本發明中，由於第一刷新動作以及第二刷新動作是交替反覆地執行，在顯示相同顏色(例如白色)的情況下，在進行第二刷新動作時會看到液晶物質的光學特性變化。
利用低於如1Hz左右的頻率來切換第一刷新動作以及第二刷新動作，便可以讓人眼難以識別出當轉換到第二刷新動作時之光學特性變化所造成的閃爍現象。
利用本發明，便能夠減少用來儲存液晶物質施加電壓值的記憶體所進行的刷新動作頻率，並能夠將整個液晶顯示裝置維持在較低消耗電力的水準。
另外，由於不改變液晶物質的光學特性(光穿透率以及光反射率)來執行記憶體的刷新動作，因此抑制了閃爍現象的發生。
即使是在顯示相同顏色(例如白色)的情況下，由於是以人眼對於色彩變化較難以識別的較長時間(例如1秒以上)做為周期，讓畫素電壓的相位和共通電壓的相位進行反轉，所以能夠防止發生永久殘影(image sticking)的情況。
以下，參照實施例之圖式詳細說明本發明。
第1圖表示本實施例之液晶顯示裝置的概略結構方塊圖。本實施例之液晶顯示裝置具有控制電路101、影像記憶體102、電源電路103、源極驅動器104、閘極驅動器105、液晶面板106以及反射板(未圖示)，是一種利用外部光線之反射而進行顯示動作的反射型液晶顯示裝置。
控制電路101根據輸入之同步信號，產生記憶體控制信號、電源控制信號、源極驅動器控制信號以及閘極驅動器控制信號，並且將所產生之各控制信號，分別輸出到影像記憶體102、電源電路103、源極驅動器104以及閘驅動器105。
影像記憶體102則暫時性儲存輸入之顯示資料，其同步於從控制電路101所輸入之記憶體控制信號，將應顯示於液晶面板106上的影像資料輸出到源極驅動器104。另外，理所當然結構上也可以是將影像記憶體102內建於控制電路101，而在控制電路101進行內部處理。
在此，輸入的同步信號以及顯示資料，可以是在行動電話和可攜式遊戲機等所配置之中央處理器(Central Processing Unit，CPU)和LCD控制IC輸出的LCD信號、將個人電腦之陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)輸出信號進行類比數位轉換後的信號、以及控制電路101直接從個人電腦所配置之影像記憶體(Video RAM)控制並取得的信號等等。
電源電路103則是同步於從控制電路101所輸入之電源控制信號，產生源極驅動器104所使用的驅動電壓Vs、閘極驅動器105所使用的驅動電壓Vg以及液晶面板106之共通電極所使用的共通電壓Vcom，分別輸出到源極驅動器104、閘極驅動器105以及液晶面板106。
閘極驅動器105則是同步於從控制電路101所輸入之閘極驅動器控制信號，具有將用來控制後述切換元件12(參考第2圖)之導通/關閉(ON/OFF)狀態的掃描電壓，依序輸出到輸出部，並將輸出之掃描電壓施加於液晶面板106中掃描線的功能；以及將用來控制導通所有切換元件12之電壓一併輸出到輸出部，並將所輸出的電壓施加於液晶面板106中所有掃描線的功能。
源極驅動器104則是同步於從控制電路101所輸入之源極驅動器控制信號，具有用來擷取來自影像記憶體102所輸出的影像資料，而將對應於影像資料的電壓施加於液晶面板106之資料線的功能；以及在與源極驅動器控制信號不同步的情況下，具有將外部電源所輸入之外部電壓施加於液晶面板106上全部資料線的功能。
液晶面板106是在以矩陣狀配置構成各畫素之畫素電路10的基板，以及配置共通電極13(亦稱為對向電極)的基板之間，封入液晶物質14。關於畫素電路10的結構則可以根據第2圖來說明，畫素電路10包含畫素電極11以及用來控制是否導通施加於此畫素電極11上電壓的切換元件12，其電路是用來在切換元件12的導通期間，將資料電壓施加於畫素電極11以及共通電極13之間，所施加之資料電壓值在切換元件12的關閉期間可以藉由DRAM等等記憶體15加以儲存，用以控制藉由此資料電壓所決定的液晶物質光穿透率以及光反射率。
第2圖是用來概略說明本實施例中畫素電路10之電路圖。畫素電路10具有切換元件12，其用來控制是否導通施加於畫素電極11上之電壓。薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)可以做為此切換元件12。在此切換元件12的導通期間，藉由施加資料電壓於畫素電極11上，便可以在兩塊基板間所封入之液晶物質14上施加所期望的電壓(亦即畫素電極11上所施加之電壓與共通電極13上所施加之電壓間的電位差)。
另外，畫素電路10的構成元件中尚包括記憶體15，用來儲存在液晶物質14上所施加的電壓值。記憶體15可以採用DRAM單元，從所佔晶片面積的角度來看，其優於靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM)。記憶體15具有在切換元件12的關閉期間，儲存液晶物質上所施加之電壓值的功能。由於採用DRAM做為記憶體15，為了要維持儲存之電壓值，需要定期執行刷新動作(refresh，或記憶維持動作)。
在本實施例中，是根據切換元件12的導通期間中所施加之電壓以及在記憶體15所儲存之電壓值，來控制液晶物質14的光穿透率(或光反射率)，以便在液晶面板106上顯示影像。
第3圖表示本實施例之驅動序列範例的時序圖。驅動序列的上方部分(即第3圖的(a)部分)表示畫素電極11上所施加之電壓(畫素電壓)的時間變化。驅動序列的中間部分(即第3圖的(b)部分)表示共通電極13上所施加之電壓(共通電壓)的時間變化。此驅動序列的特徵之一在於以液晶物質14不產生反應的時間間隔，連續地兩次反轉畫素電壓和共通電壓，並在既定期間內反覆地執行此動作。如果液晶物質14的反應時間大約是10msec，則可以利用例如1msec左右的時間間隔執行反轉。換言之，第3圖所示之情況中，第一刷新動作是在既定期間(1sec)內反覆地以1msec時間間隔執行兩次刷新動作。
另外，雖然在本實施例中是以畫素電壓和共通電壓連續兩次進行反轉的方式做為第一刷新動作，但是並不限於兩次，如偶數次也可適用。
另外，本實施例之驅動序列的另一特徵，是在反覆執行連續兩次反轉動作之後(即經過既定時間之後)，尚具有僅一次反轉畫素電壓和共通電壓的動作。換言之，第3圖所示之情況中，在第一刷新動作之後，是以執行僅一次的刷新動作來做為第二刷新動作。接著，如上述一樣，在既定期間內，反覆地以液晶物質14不產生反應的時間間隔，連續地兩次反轉畫素電壓和共通電壓。藉此，畫素電壓的相位和共通電壓的相位在經過上述既定期間的前後是呈反轉關係。本實施例之驅動序列，其特徵即在於交替反覆地執行上述的第一刷新動作和第二刷新動作。
另外，雖然在本實施例中是以畫素電壓和共通電壓僅一次進行反轉的方式做為第二刷新動作，但是並不限於一次，如三次以上的奇數次也可適用。
第3圖的(c)部分表示採用上述驅動序列的情況下，液晶物質14的光穿透率(或光反射率)的時間變化。液晶物質14的光穿透率(或光反射率)在既定期間內大致維持固定，在切換到下個既定期間時則出現微小的變化，而在下個既定期間內則可以大致維持在變化後的數值。由於在經過既定期間後進行切換時，光穿透率(或光反射率)的變化很微小，所以藉由調整切換時間，可以讓人眼上看不出來發生閃爍現象。因為切換周期在10Hz左右容易讓人眼看到閃爍現象，所以最好以低於10Hz左右的周期進行切換。
以下針對利用第3圖所示之驅動序列來驅動本實施例之液晶顯示裝置的特性，與習知結構進行比較並加以說明。在各畫素不具有記憶體的習知液晶顯示裝置中，為了抑制閃爍現象是以60Hz左右進行驅動，所以需要隨時進行各畫素的資料寫入動作。為了進行各畫素的資料寫入動作，需要反覆經由各匯流排線進行充放電操作，即使一根匯流排線的寄生電容只有10~100pF左右的微小值，整體來看就需要數mW~數十mW左右的消耗電力。因此，在各畫素不具有記憶體的習知液晶顯示裝置中，很難降低消耗電力。
另外，本實施例之液晶顯示裝置可以是不需要背光源的反射型液晶顯示裝置，也就是可以不需要用來點亮背光源的電力。其次，各畫素電路10具有DRAM單元(MIP，Memory In Pixel，畫素中記憶體)，因此切換元件12在關閉期間，資料電壓值可以藉由DRAM單元來儲存，所以可以停止經由匯流排線進行充放電的動作。所以與畫素不具記憶體的習知液晶顯示裝置相比，便能夠降低消耗電力。
另外，在本實施例中，是利用DRAM單元在切換元件12的關閉期間中儲存所施加之資料電壓值，為了維持此DRAM單元所儲存的資料電壓值，需要進行DRAM單元的刷新動作。因為DRAM單元是數位式記憶體，如果依據維持高準位(HIGH)的電壓所設定的時間間隔來進行刷新動作，是可以達到刷新動作本身的目的。但是由於在刷新動作之後，畫素會出現電流洩漏的情況，從類比角度來看，DRAM單元所儲存的電壓值會下降。
第4圖表示液晶物質之光學特性和施加電壓位準之絕對值間的關係圖。橫軸表示液晶物質上所施加電壓位準的絕對值，縱軸表示此液晶物質的穿透率(或反射率)。如第4圖所示之關係圖，液晶物質的穿透率(或反射率)相對於所施加電壓位準具有非線性曲線。由於人眼對於此光學特性非常敏感，所以在如上述般畫素存在電流洩漏的情況下，即使是非常小變化的電壓差(例如10mV左右)，人眼也可以識別出雜訊或閃爍現象。
一般而言，在正常黑(normally black)型式的液晶面板上，顯示白色時的閃爍現象比較明顯。也就是說，以液晶物質的穿透率對於施加電壓做偏微分時，由於在白色顯示區域上的偏微分絕對值(ΔTw=|dT/dv|)具有一有限值，而在黑色顯示區域上的偏微分絕對值(ΔTb=|dT/dv|)則約略為零，所以在白色顯示區域上，穿透率比較容易因為施加電壓的變化而改變。
在抑制閃爍現象的方案上，可以考慮使源極排線的電壓與畫素電壓相同。然而，由於在同一行(column)上所配置的全部畫素共用源極排線，所以當源極匯流排的電壓達到共通電壓時，來自黑色畫素(顯示黑色的畫素)的洩漏量最小。但是此時來自白色畫素(顯示白色的畫素)的洩漏量最大。相反地，當源極匯流排的電壓與白色畫素的電壓相同時，來自白色畫素的洩漏量最小，而來自黑色畫素的洩漏量最大。第5圖和第6圖則是用來說明白色畫素以及黑色畫素上閃爍現象呈現方式的說明圖。
因此，即使進行共通電壓的調整，也無法同時讓黑色畫素和白色畫素兩者的洩漏量減少。然而如上所述，就穿透率(或反射率)而言，黑色顯示區域相較於白色顯示區域，其對於畫素電壓變化的相依性非常小。因此，將源極匯流排的電壓維持在白色畫素顯示時的電壓位準(例如第6圖所示)，就比較能夠抑制閃爍現象。
藉由此方式，雖然抑制了因為畫素(主要是白色畫素)洩漏而造成的閃爍現象，但是仍然可以看到閃爍。看到閃爍還有一個原因，是顯示器中的液晶間隙(cell gap)不均勻。第7a圖和第7b圖是液晶面板的剖面圖。液晶間隙的值(亦即夾持液晶物質的兩塊基板間距離)是由間隔物(spacer)以及密封材所決定。在製造過程中，液晶間隙的不均勻是必然會發生的。舉例來說，液晶面板的內面上，會產生中央附近的液晶間隙較窄，周邊區域的液晶間隙較寬(或者是中央附近的液晶間隙較寬，周邊區域的液晶間隙較窄)的不均勻現象(參考第7a圖和第7b圖)。
各畫素設置DRAM的本實施例液晶顯示裝置中，畫素電壓會強烈受到饋通(feed through)效應的影響。其次，由於液晶面板內面上存在不均勻的液晶間隙，而畫素的電容則會隨著液晶間隙值而改變。隨著此電容變化，各畫素間的饋通電壓則會產生差異。
第8圖是用以說明電容造成饋通電壓不相同的說明圖。在液晶間隙較窄的情況下，由於畫素的電容變得較大，如第8圖的(a)部分所示般，饋通電壓的影響變小。另一方面，在液晶間隙較寬的情況下，由於畫素的電容變得較小，如第8圖的(b)部分所示般，饋通電壓的影響變大。一般而言，畫素電壓的正負間振幅可以藉由共通電壓的位準調整來補償。然而，由於液晶面板內面的不均勻液晶間隙而造成不同的饋通電壓，共通電壓的位準調整變得非常困難。舉例來說，如第8圖的(a)部分所示，在中央附近的液晶間隙較窄、周邊區域的液晶間隙較寬之液晶面板中，當考慮中央附近畫素的饋通電壓而進行共通電壓的位準調整時，就無法將周邊區域畫素的饋通效果減輕到可以忽視的程度。其結果是，雖然能夠抑制中央附近畫素的閃爍現象，但是仍然看得出周邊區域畫素的閃爍現象。
在一般顯示器中，以60Hz左右進行驅動是可以抑制閃爍現象。但是，由於原本採用MIP(畫素中記憶體)架構的目的即是降低消耗電力，若採用比較高的畫框率便會使得消耗電力上昇，此與原本的目的背道而馳。
本實施例中則並非單純採用高畫框率的方式，而是藉由採用如第3圖所示之驅動序列，使得在切換元件12的關閉期間內由畫素洩漏電流所造成的閃爍現象，以及液晶面板106內面的不均勻液晶間隙所造成的閃爍現象，兩者均可獲得抑制。
藉此，除了能夠降低對於儲存液晶物質14上所施加電壓值的記憶體15進行刷新動作的頻率，同時也能減少液晶顯示裝置整體的消耗電力。
另外，因為是在液晶物質14之光學特性(光穿透率以及光反射率)不改變的情況下進行記憶體15的刷新動作，所以不需要使用60Hz左右的高畫框率，便能夠抑制閃爍現象的發生。
此外，即使是在顯示相同顏色(例如白色)的情況下，由於是以人眼對於色彩變化較難以識別的較長時間(例如1秒以上)做為周期，讓畫素電壓的相位和共通電壓的相位進行反轉，所以能夠防止永久殘影(image sticking)的情況發生。
10‧‧‧畫素電路
11‧‧‧畫素電極
12‧‧‧切換元件
13‧‧‧共通電極
14‧‧‧液晶物質
15‧‧‧記憶體
101‧‧‧控制電路
102‧‧‧影像記憶體
103‧‧‧電源電路
104‧‧‧源極驅動器
105‧‧‧閘極驅動器
第1圖表示本發明實施例之液晶顯示裝置的概略結構方塊圖。
第2圖是用以概略說明本實施例中畫素電路之電路圖。
第3圖表示本實施例之驅動序列範例的時序圖。
第4圖表示液晶物質之光學特性和施加電壓位準之絕對值間的關係圖。
第5圖係用來說明白色畫素以及黑色畫素上閃爍現象呈現方式的說明圖。
第6圖係用來說明白色畫素以及黑色畫素上閃爍現象呈現方式的說明圖。
第7a圖和第7b圖是液晶面板的剖面圖。
第8圖是用以說明電容造成饋通電壓不相同的說明圖。

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示裝置之驅動方法，其利用一切換元件對於施加在一液晶物質上之電壓進行開啟/關閉(on/off)控制，並且藉由在上述切換元件為關閉期間，利用一記憶體儲存施加於上述液晶物質之電壓值，以控制上述液晶物質的光穿透率或是光反射率，其特徵在於：交替反覆地執行以下動作，以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，在一既定期間反覆對於上述記憶體進行偶數次刷新動作的第一刷新動作，以及在上述既定期間之後，對於上述記憶體進行奇數次刷新動作之第二刷新動作，其中上述液晶物質係配置在一像素電極與一共通電極之間，而上述第一刷新動作更包括，在該既定期間，該像素電極的一像素電壓以及該共通電極的一共通電壓，以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，連續偶數次進行反轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置之驅動方法，其中上述既定期間是設定成比進行上述第二刷新動作之期間來得長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置之驅動方法，其中上述既定期間是設定成人眼對於色彩變化較難識別的較長時間並且顯示影像不會發生永久殘影現象的較短時間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示裝置之驅動方法，其中上述既定期間是設定成1秒或1秒以上。
  5. 一種液晶顯示裝置，其利用一切換元件對於施加在一液晶物質上之電壓進行開啟/關閉(on/off)控制，並且藉由 在上述切換元件為關閉期間，利用一記憶體維持施加於上述液晶物質之電壓值，以控制上述液晶物質的光穿透率或是光反射率，其特徵在於：包含一交替反覆裝置，用以交替反覆執行以下動作，即以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，在一既定期間反覆對於上述記憶體進行偶數次刷新動作的第一刷新動作，以及在上述既定期間之後，對於上述記憶體進行奇數次刷新動作之第二刷新動作，其中上述液晶物質係配置在一像素電極與一共通電極之間，而上述第一刷新動作更包括，在該既定期間，該像素電極的一像素電壓以及該共通電極的一共通電壓，以上述液晶物質不產生反應的時間間隔，連續偶數次進行反轉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示裝置，其中上述既定期間是設定成比進行上述第二刷新動作之期間來得長。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中上述既定期間是設定成人眼對於色彩變化較難識別的較長時間並且顯示影像不會發生永久殘影現象的較短時間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中上述既定期間是設定成1秒或1秒以上。
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