液晶显示器及其驱动方法
技术领域
本发明涉及液晶显示器及其驱动方法。更准确地说,本发明涉及一种场(field)顺序驱动型液晶显示器(FS-LCD),及其驱动方法。
背景技术
随着个人计算机和电视等变得更轻更薄,其显示器也应该更轻更薄。因此,最近已经开发出了用于这些计算机和电视的轻而薄的平面显示器,如液晶显示器(LCDs),来代替阴极射线管(CRTs)。
LCD是一种通过向在两个基片间注入各向异性介电常数的液晶材料上施加并控制电场强度以控制从外部光源(例如:背光源)通过基片透射的光而获得预期视频信号的显示装置。
LCD是便携式平面显示器的典型示例,而且在LCDs中,主要采用使用薄膜晶体管(TFTs)作为开关元件的TFT-LCD。
在TFT-LCD中每个像素能用电容器来模型化,该电容器将液晶作为电介电材料,例如液晶电容器。在图1中显示了在这种LCD的每个像素的等效电路。
如图1所示,液晶显示器的每个像素包括一个具有源极和栅极的TFT10,它们分别连接到数据线(Dm)和扫描线(Sn)。该像素还包括一个液晶显示电容器CI,其从TFT的漏极连接到施加了电压Vcom的公共电极,和一个连接到TFT10漏极的存储电容器Cst。
在图1中,当将扫描信号加到扫描线(Sn)上且TFT10导通时,将提供给数据线的数据电压(Vd)通过TFT10加到每个像素电极上(未显示)。然后,将对应于加到像素电极上的像素电压Vp与公共电压Vcom之间的差的电场加到液晶上(等效于图1所示的液晶电容器)。光以对应于电场强度的透射率透射。在图1的像素中,像素电压Vp需要维持在一个(1)帧期间或一个(1)场期间,且将存储电容器Cst用来维持加到像素电极上的像素电压Vp。
通常为了显示彩色图像,LCD可以采用滤色片法或场顺序驱动方法。
滤色片法在LCD两个基片中的一个上形成由三个基色红(R)、绿(G)和蓝(B)组成的滤色片层,并且通过控制从滤色片层透射的光量来显示预期的颜色。准确地说,为了显示预期的色彩,滤色片法分别控制从每个R、G和B滤色片层透射的光量,该光来自于通过R、G和B滤色片层传送的单个光源。
使用单个光源和三(3)色滤色片层显示色彩的LCD装置需要一个与每个R、G和B子像素对应的单位像素,因此,与仅仅显示黑和白相比较需要至少三倍数量的像素,因此,使得生产使用滤色片法的LCD技术更复杂。
存在生产过程中需要在LCD的基片上形成单独的滤色片层,以及需要改善滤色片自身的光透射率的问题,进一步使得问题复杂了。
与滤色片法相反,场顺序驱动方法顺序且周期地启动每一个单独的R、G和B色彩光源,且基于光源的周期发光时间,对应于每个同步像素添加彩色信号以获得完全的色彩。即,在场顺序驱动型LCD中,一个像素不能被分成子像素。从LCD的R、G和B背光输出的R、G和B基色光以时分方式顺序显示,以便借助于眼睛的余象效应来显示彩色图像。
可以将场顺序驱动方法进一步分为模拟驱动方法和数字驱动方法。
在本发明申请下述描述的内容中,驱动电压指加到液晶上的电压,而光透射率指当光透射通过液晶时光的透射率。即,光透射率是使液晶能透射光的扭转角度。
模拟驱动方法建立多个灰度电压。该方法于是选择对应于灰度电压中的灰度数据的一个灰度电压,且用选择的灰度电压驱动液晶板,以便按照对应于施加灰度电压的透射量的灰度进行显示。
图2表示采用模拟驱动方法的常规液晶显示器的驱动电压和透射量。
参照图2,将驱动电压V11加到液晶上,对应于驱动电压V11的光在R场周期Tr内透射通过液晶以显示R色彩。将V12电平的驱动电压加到液晶上,对应于驱动电压V12的光在G场周期Tg内透射通过液晶以显示G色彩。将V13电平驱动电压加到液晶上,获得对应于V13电平的光透射量。因此,通过混合分别在Tr、Tg和Tb周期内透射的光可显示预期的彩色图像。
与模拟驱动方法相反,数字驱动方法给液晶施加一个恒定电压,并控制电压施加时间以执行灰度显示。数字驱动方法维持驱动电压,并相对于定时控制施加状态的电压和非施加状态的电压,以便控制透射到液晶的光的累积量。
图3表示用于解释常规数字驱动方法的液晶显示器的驱动方法的波形,且表示基于预定比特的驱动数据的液晶的驱动电压和光透射率的波形。
参照图3,将对应于每个灰度的灰度波形数据提供给具有预定位数的数字信号,例如,一个七(7)位数字信号,并且将依据七(7)位数据的灰度波形施加到液晶上。基于灰度波形确定液晶的光透射率以进行灰度显示。
无论驱动方法是模拟或数字的,在常规场顺序驱动方法中,因为响应用于显示的预期灰度(例如,R灰度)的有效值被前面的灰度显示(例如,G灰度)改变,不可能产生正确的灰度显示。就是说,通常,实际加到液晶上的像素电压Vp由提供给该场(例如,R场)的灰度电压(或灰度波形)和提供给前一场(例如,B场)的灰度电压(或灰度波形)两者确定的。
美国专利第No.6567063公开了一种场顺序驱动方法,它采用复位脉冲来解决场顺序驱动方法的其中由于在前灰度显示而引起有效值变化的问题。
图4表示在美国专利中描述的采用复位脉冲的场顺序驱动方法。在图4中,周期(T31~T36)表示为每个R、G和B执行灰度显示的R场、G场和B场。施加独立于输入灰度数据的预定电压(复位电压),且该电压大于在预定时间(T31~T36)内施加到每一个周期(T31~T36)结束的点上的灰度数据的最大值。将所有液晶的状态复位到每一个周期(T31~T36)结束的点的同一个状态(例如,没有光透射的黑色状态,既,光透射率为0)。
因此,当液晶由在每一个周期(T31∽T36)按照灰度数据施加的电压驱动时,液晶状态变为与在前的灰度显示无关的同一个状态,并且目前灰度的显示周期不受在前灰度显示的影响。然而,通过关断背光(RLED,GLED,BLED)以便当施加复位电压时在该周期(复位周期)中不能光透射,在每个R、G和B场期间启动每个R、G和B光源时的周期缩短了。因此,在上述方法的复位周期内,与没有使用复位电压的驱动方法相比存在亮度差的问题。
发明内容
在本发明中,为了同时实现亮度的改善和正确的灰度显示,克服前述液晶显示器的缺点同时保留它的优点,提供一种场顺序驱动型液晶显示器。
为了克服上述缺点,本发明的一个实施例提供了一种用于驱动液晶显示器的驱动方法。该液晶显示器包括形成在第一基片和第二基片之间的液晶、排列在第一基片上的第一电极、排列在第二基片上的第二电极,以及顺序透射在液晶显示器的一个像素上的红、绿和蓝光。
该驱动方法包括:
在第一周期的第一部分期间基于灰度数据在第一电极和第二电极之间施加灰度电压,以及
在第一周期的第二部分期间在第一电极和第二电极之间施加复位电压以复位液晶。
在本实施例中,在第一周期的第一部分中的至少一时间段期间和在第一周期的第二部分中的至少一时间段期间,将红、绿和蓝光中的至少一个输出到液晶上。
在本发明的另一个实施例中,提供了用于驱动液晶显示器的第二驱动方法。该液晶显示器包括形成在第一基片和第二基片之间的液晶、排列在第一基片上的第一电极、排列在第二基片上的第二电极。
第二驱动方法包括:在第一周期的第一部分期间基于灰度数据在第一电极和第二电极之间施加灰度电压,
以及在第一周期的第二部分期间施加独立于灰度数据的第一电压。
在本实施例中,在第一周期的第一部分中的至少一时间段期间和在第一周期的第二部分中的至少一时间段期间,将光输出到液晶上。
在本发明的另一个实施例中,提供了用于驱动液晶显示器的第三驱动方法。该液晶显示器包括形成在第一基片和第二基片之间的液晶、排列在第一基片上的第一电极、排列在第二基片上的第二电极以及顺序透射在该显示器的一个像素上的红、绿和蓝光。
第三驱动方法包括:
在第一周期的第一部分期间基于灰度数据在第一电极和第二电极之间施加灰度波形,在第一周期的第二部分期间在第一电极和第二电极之间施加复位脉冲以复位液晶。
在本发明的另一个实施例中,提供了用于驱动液晶显示器的第四驱动方法。该液晶显示器包括多个扫描线、多个与扫描线隔离并正交的数据线、在由扫描线和数据线包围的区域中形成并以矩阵形式排列的多个像素。该像素包括分别连接扫描线和数据线的开关,以使在多个像素中的一个像素上能顺序地透射红、绿和蓝光。第四驱动方法包括分别按照红场、绿场和蓝场驱动红、绿和蓝光。红场、绿场和蓝场的每个包括第一子周期和第二子周期。第四驱动方法进一步包括在第一子周期期间基于灰度数据在第一电极和第二电极之间施加灰度电压或灰度波形,并在第二子周期期间施加独立于灰度数据的复位电压或复位波形。
在本实施例中,在第一子周期的至少一时间段期间内和在第二子周期的至少一时间段期间,将对应于红、绿和蓝光的光输出到液晶上。
在本发明的另一个实施例中,提供了一种液晶显示器。该液晶显示器包括液晶显示板,该液晶显示板具有传送扫描信号的多个扫描线、多个与扫描线隔离正交的数据线,以及由扫描线和数据线包围的区域中形成的多个像素。该像素包括连接扫描线和数据线并以矩阵形式排列的开关。该显示器进一步包括
一个栅极驱动器,用于顺序提供扫描信号到扫描线,
一个灰度波形发生器,用于产生对应灰度数据的灰度波形,
一个数据驱动器,用于提供从灰度波形发生器输出的灰度波形且用于提供复位脉冲到多个数据线中的对应数据线以复位显示器的液晶状态到预期状态,以及
一个光源,用于顺序输出红、绿和蓝光到多个像素中至少一个上。
在本实施例中,当数据驱动器提供至少一个复位脉冲到对应数据线时,在至少一时间段期间将光源输出到液晶显示器上。
附图说明
附图与说明书一起说明本发明的典型实施例,且结合该描述解释本发明的原理。
图1表示常规TFT-LCD像素的等效电路图。
图2表示用于解释采用常规模拟方法的液晶显示器的驱动方法的波形。
图3表示用于解释采用常规数字方法的液晶显示器的驱动方法的波形。
图4表示用于解释常规液晶显示器的复位驱动方法的波形。
图5表示用于依据本发明的第一典型实施例的液晶显示器的驱动方法的示意图。
图6表示依据本发明的第一典型实施例的液晶显示器。
图7表示用于依据本发明的第二典型实施例的液晶显示器的驱动方法。
图8和图9表示依据本发明的第二典型实施例的液晶显示器。
图10表示TFT-LCD像素示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中,仅仅显示和描述本发明的某些典型实施例。本领域的技术人员可理解,在不脱离本发明的实质和范围之内,所述实施例可以以各种不同的方式变化。因此,图和描述实质上是说明性的,但并不限于此。此外,为了说明本发明,某些在说明书中没有描述的部件可以省略掉,且相同的附图标记表示相同的部件。
而且,在本申请特定的论述内容中,复位指施加一个电压(或波形)以使得LCD中的液晶材料形成黑色状态以便阻挡光透射(例如,光透射率几乎为零(0))。灰度电压指彼此电压电平不同的电压,灰度波形指关于接通电压宽度和关断电压宽度彼此大小不同的波形,光透射率指当恒定光施加到液晶上时对于施加的光的透射比率,而透射的光量指透射通过液晶的光量。
图5和图6表示依据本发明的第一典型实施例的驱动方法。依据第一典型实施例的驱动方法涉及一种应用于模拟型顺序驱动方法的复位驱动方法。
参照图5,周期TR1表示用于R灰度显示的R场,周期TR2表示用于R的另一个灰度显示的另一个R场。周期TG1表示用于G灰度显示的G场,周期TG2表示用于G的另一个灰度显示的另一个G场。周期TB1表示用于B灰度显示的B场,周期TB2表示用于B的另一个灰度显示的另一个B场。
此外,图5表示施加复位电压50以使液晶的状态复位到在预定时间周期(T1∽T6)内每个周期(T1∽T6)结束的点的同一个状态(例如,几乎没有光透射的黑色状态,即,光透射率大约为0)。建立一个预定电压(复位电压)作为复位电压50,该电压独立于输入灰度数据,且大于灰度数据的最大值。关于所有施加到液晶的电压,优选的为复位电压50设计合适的值,该值能够复位液晶的状态到黑色状态。因此,在本发明的第一典型实施例中,不仅仅应建立如图5所示的具有独立于输入灰度数据的恒定电压的复位电压,也应建立具有对应于输入灰度数据的电压电平(或宽度)的复位电压。
因为通过施加了复位电压在每个场的结束点,将所有液晶状态复位到黑色状态,当在每一个场周期TR1∽TR2通过施加对应于灰度数据的电压驱动液晶时,下一个(或即将到来的)场的像素的灰度显示不受加到目前(或先前)场的灰度电压的影响。
而且,在第一典型实施例中,甚至在复位周期期间也启动对应的背光。例如,如图5所示,甚至在R场的复位周期(t1)期间启动R60a的背光。
同样地,如图5所示,因为为了复位每一个液晶状态,甚至在复位周期期期间(例如,t1)间启动背光(例如,R60a的背光)以便能光透射,甚至在加复位电压的点和液晶转为黑色状态的点之间的周期期间能透射光。因此与如图4所示的常规方法比较改善了亮度。
图6表示依据第一典型实施例施加复位电压的液晶显示器。
如图6所示,依据第一典型实施例的液晶显示器包括液晶显示(LCD)板100、扫描驱动器200、数据驱动器300、灰度电压发生器500、定时控制器或擦除器400、分别输出R、G和B光的发光二极管(600a、600b和600c)和光源控制器700。
液晶显示(LCD)板100形成多个用于传输栅极接通信号的扫描线和多个与用于传送灰度数据和对应于灰度数据的复位电压的扫描线隔离正交的数据线。以矩阵形式排列的多个像素110分别由扫描线和数据线包围。每个像素110包括薄膜晶体管(图6中未示出)。将扫描线和数据线连接到薄膜晶体管的栅极和源极且将像素电容器(图6中未示出)和存储电容器(图6中未示出)连接到薄膜晶体管的漏极。
栅极或扫描驱动器200顺序地施加扫描信号到扫描线上,且使薄膜晶体管(TFT)能导通。将导通的TFT的栅极电极连接到施加扫描信号的扫描线上。
定时控制器400从外界或图形控制器接收灰度数据信号(R、G、B数据)、水平同步信号(Hsync)和垂直同步信号(Vsync)。接着定时控制器400有选择地分别将所需的控制信号Sg、Sd和Sb提供到扫描驱动器200、数据驱动器300和光源控制器700,并将灰度信号(R,G,B数据)提供到灰度电压发生器500。
灰度电压发生器500生成与提供到数据驱动器300的灰度数据对应大小的灰度电压。数据驱动器300施加从灰度电压发生器500输出的灰度电压或复位电压以复位对应的数据线。
接着发光二极管600a、600b和600c输出对应于每个R、G和B的光到LCD板100,且光源控制器700控制发光二极管600a、600b和600c的发光时间。该实施例将发光二极管作为背光,但本发明并不限于此。
依据该实施例,光源控制器700控制每个发光二极管(例如,600a、600b和600c)的发光时间以便即使在复位期间输出光。
此外,定时控制器400提供的控制信号能使从数据驱动器300提供对应灰度电压到数据线的时间和通过光源控制器700导通R、G和B发光二极管的时间同步。
此外,依据第一实施例,即使在复位电压施加期间能启动背光(例如,600a、600b和600c),即使在复位周期期间光透射通过液晶。因此,在该实施例中,提供灰度电压发生器500以使得考虑到光透射量而产生对应于灰度数据的灰度电压。就是说,依据该实施例,因为即使在复位周期内透射光,光透射量也能表示确定的灰度。因此,灰度发生器(例如,500)需要通过考虑由复位电压引起的光透射量设计灰度电压。通过参照本领域普通技术人员熟知的方法查表改进灰度电压的确定。
图7至图8涉及依据本发明的第二典型实施例的驱动方法。依据第二典型实施例的驱动方法涉及一种应用于数字型场顺序驱动方法的复位驱动方法。
参照图7,周期TR11表示用于R灰度显示的R场,周期TG11表示用于G灰度显示的G场,周期TB11表示用于B灰度显示的B场。
如图7所示,施加复位脉冲750以使液晶状态在在每一个周期(TR11~TB11)结束的点的预定时间(ta~tc)内复位到黑色状态。依据第二典型实施例,确定预定脉冲(复位脉冲)作为复位脉冲750,该脉冲独立于输入灰度波形。关于所有施加到液晶的电压,应该设计复位脉冲750具有足够合适的宽度755以便复位液晶状态到黑色状态。因此,在第二典型实施例中,不仅仅需确定如图7所示的独立于输入灰度数据的恒定的复位脉冲,也应确定具有对应于输入灰度数据的脉冲宽度的复位脉冲。
因为在每一个周期的结束点施加复位脉冲,液晶状态全是黑色的,当在每一个场周期TR1~TB11通过施加对应于灰度数据的电压驱动液晶时,下一个(或预定的)场中的像素的灰度显示不会受施加到目前(或先前)场场中的像素上的灰度波形的影响。并且依据该第二典型实施例,甚至在复位周期内(用于施加复位比特的周期,ta、tb、tc)启动对应的背光。
依据第二实施例,如图7所示,因为当施加复位比特时仅仅在复位周期的一些周期内液晶状态变黑(即,光透射率几乎为零(0)的状态),能将背光启动直到液晶的状态变黑而不是在整个复位周期启动背光。照此,通过仅仅在复位比特的一些周期内启动背光,能使驱动不所需的背光的功率损耗最小化。但是,本发明并不限于此,可在整个复位周期启动背光。
此外,依据第二典型实施例,如图7所示,因为为了复位每一个液晶状态,即使在复位周期启动背光以使光透射,即使在施加复位波形的点和液晶转为黑色状态的点之间的周期也能透射光。因此与如图4所示的常规方法比较亮度得以改进。
图8和图9表示依据本发明的第二典型实施例施加复位波形的液晶显示器。在图8中,同一部件具有与图6所示的第一典型实施例的液晶显示器的同样的附图标记,且不再赘述。
在图8中,灰度波形发生器800生成具有对应于提供给数据驱动器300的灰度数据的电压宽度的灰度波形。数据驱动器300向对应的数据线施加从灰度波形发生器800输出的灰度波形或复位波形。光源控制器700控制发光二极管600a、600b和600c的发光时间。
依据第二典型实施例,由于即使在复位脉冲施加时间启动背光(例如,600a、600b和600c),并且即使在复位周期期间光通过液晶透射,因此,需要灰度波形发生器(例如,800)设定对应于灰度数据的灰度波形,灰度波形发生器通过考虑光透射量设定灰度波形,它能通过参照本领域普通技术人员熟知方法的查表改进。
图9表示依据第二典型实施例灰度波形发生器800的细节图。
如图9所示,依据该实施例的灰度波形发生器800包括电压施加时间控制器820、模式表840、恒定电压发生器860和开关880。
模式表840存储对应于灰度数据的灰度波形模式(开/关模式)。依据本发明的典型实施例,模式表存储对应于六(6)位灰度数据的四(4)位开/关模式。例如,依据典型实施例,模式表存储对应于六(6)位灰度数据101111的1011开/关模式(在此,“1”是开波形,“0”是关波形)。
电压施加时间控制器820从模式表840提取对应于输入灰度数据(R、G和B数据)的灰度波形模式(开/关模式),且基于提取的灰度波形模式控制开关880的开/关操作和开/关时间。准确地说,当提取的灰度波形模式(开/关)的模式值是“1”时,电压施加时间控制器820控制开关880以便能施加第一电压(Von),以便在预定时间开启液晶。当提取的灰度波形模式(开/关)的模式值是“0”时,电压施加时间控制器820控制开关880以便能施加第二电压(0V),以便在预定时间关断液晶。恒定电压发生器860产生提供给开关880的第一电压(Von)和第二电压(0V)。
开关880选择第一电压或第二电压,它们都是由基于电压施加时间控制器820的控制操作从恒定电压发生器860输出的。接着开关880向数据驱动器300输出对应的灰度波形。
图10表示TFT-LCD的像素。该像素包括形成在第一基片910和第二基片920之间的液晶950,排列在第一基片910上的第一电极930(公用电极)和排列在第二基片920上的第二电极940(像素电极)。本发明的典型实施例能应用到图10的像素和其它合适像素。此外,例如,第一和第二基片910、920和液晶950能等效表示为图1中的液晶电容器C1。
当已经结合典型实施例描述了本发明后,可以理解本发明不限于公开的实施例,而是相反的,希望在所附权利要求及其等效内容的实质和范围之内,覆盖不同的变化和等效结构。例如,本发明的实施例公开了向液晶施加灰度电压或波形而且几乎同时启动背光,但是,当灰度电压或波形施加时除了可启动背光外,液晶的光透射率达到了相对恒定的状态。