CN1280354A - 显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置当中的视频信号的装置,该装置包括:多个排列成矩阵形式的象素;连接到每一象素上的开关元件;及借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路。驱动电路在短于垂直同步信号周期的周期TW1内将视频信号写入到每一象素中。

Description

显示装置及其驱动方法
本发明涉及一种显示装置及其驱动方法。本发明特别涉及包括用作为每一象素开关元件的薄膜晶体管(在下文当中称作TFT)的显示装置如有源矩阵液晶显示装置及其驱动方法。
液晶显示装置(在下文当中称作LCD)已广泛用于电视、图形显示器等。在LCD装置中，有源矩阵LCD装置具有极好的显示图象，即使象素数目增多相邻象素之间也没有串扰。由此，有源矩阵LCD装置已广泛用作数字***如计算机的显示器。
如图11所示，这种有源矩阵LCD装置包括LCD面板10和驱动电路356。
LCD面板10包括一对其间具有液晶材料的电极衬底。每一衬底的外表面上固定一偏振片。电极衬底之一是TFT阵列衬底。另一电极衬底是相对衬底。
TFT阵列衬底由透明、绝缘衬底如玻璃制成。在TFT阵列衬底上，多条信号线S(1)，S(2)，…，S(i)，…，S(N)和多条扫描线G(1)，G(2)，…，G(j)，…，G(M)设置成矩阵状。开关元件102如TFT设置在信号线201和扫描线301的交点处。开关元件102连接到象素电极103上。在TFT阵列衬底的几乎整个表面上都设置有取向膜，用以覆盖导线及元件。
与TFT阵列衬底一样，相对衬底也由透明、绝缘衬底如玻璃制成。相对电极105和取向膜依次设置在相对衬底的整个表面上。显示盒(象素)1是夹在象素电极103和相对电极105之间的液晶层部分。这些象素矩阵设置在LCD面板10中。
驱动电路356包括写入电路250和定时控制电路400。写入电路250包括连接到扫描线301上的扫描线驱动电路300、连接到信号线201上的信号线驱动电路200以及连接到相对电极105上的相对电极驱动电路(未示出)。定时控制电路400连接到信号线驱动电路200和扫描线驱动电路300上。
扫描线驱动电路(栅极驱动器)300例如包括移位寄存器和选择开关。移位寄存器包括M个级联触发器。选择开关根据每一触发器的输出进行开关动作。足以将TFT102转换到导通状态的栅极扫描电压Vgh或足以将TFT102转换到截止状态的栅极保持电压Vgl输入到扫描线驱动电路300中。电压Vgh或Vgl自相应的选择开关输出后再通过触发器依次传送。响应于电压Vgh，选择开关在一个扫描时间间隔(TH)内将电压Vgh输出到扫描线301上以将TFT102转换到导通状态。响应于电压Vgl，选择开关将电压Vgl输出到扫描线301上以将TFT102转换到截止状态。输出时间由定时控制电路400进行控制。
这一操作将通过信号线201从信号线驱动电路200输出到TFT上的视频信号写入到显示盒(象素)1中。
由此，在扫描时间间隔(一般等于水平同步时间如几十微秒)内视频信号通过TFT102被写入到象素中。之后，电压一直保持在象素1中直到下一写入操作开始即一个垂直同步周期(一帧周期)。从而使该视频信号显示在显示装置上。
最近，由于高性能计算机等的要求，LCD装置不仅普遍用于显示静态画面，也用于显示动态画面。更进一步地，大尺寸液晶电视也已付诸于实践。因此要求LCD装置具有高质量的显示性能。
遗憾的是，传统的LCD装置不具有令人满意的动态画面显示性能。
例如，存在下述情形。参见图12A，在黑色背景上显示出一白色四边形；并且该四边形从左向右移动。在传统的LCD装置中，如图12B中所示，移动四边形的轮廓变得影像很模糊。
这是由于传统LCD具有50ms长的响应时间而引起的。这种装置不适用于主要处理动态画面的可视装置，因为其动态画面的轮廓不够清晰，画面质量差。
画面质量可根据以下两个指标来进行评价：(1)过渡响应时间，即显示器从白色变成黑色或从黑色变成白色也就是亮度从10％变到90％或从90％变到10％所需的时间；及(2)人的知觉响应时间，即人感觉到亮度水平从0％变到100％或从100％变到0％这一变化所需的时间。对于显示动态画面的显示装置来说，尽管一般用的都是过渡响应时间(1)，但人的知觉响应时间有着更为重要的意义。原因是即使当亮度水平在短时间内从10％变到了90％，而如果从90％变到100％需要很长时间的话，则如图12B中所示，也会感觉出动态画面的轮廓变得模糊。
为了便于说明，将人能够感觉出亮度水平从0％变到100％或从100％变到0％这一变化所需的响应时间分别定义为Td-LCD(黑色显示到白色显示)或Tr-LCD(白色显示到黑色显示)。当受条件限制Tr-LCD和Td-LCD无法分开时，将亮度水平的变化定义为T-LCD(从黑色显示到白色显示或从白色显示到黑色显示)。对于不模糊的动态画面显示所要求的显示装置响应时间未进行严格地限定，这是因为它随着动态画面的大小及背景或各体之间的不同而变化很大。在本发明中，假定动态画面响应极限时间Tmov大约等于20ms。动态画面响应极限时间Tmov适用于亮度从黑色显示变成白色显示的情形以及亮度从白色显示变成黑色显示的情形。
用于上述LCD装置的液晶材料的响应时间根据以下指标来定义：(1)Tr-LC，它是液晶分子在所施加的电场作用下、取向朝向垂直方向所需时间；和(2)Td-LC，它是液晶分子在无电场施加时、在分子间力的作用下返回到原状态所需时间。Tr-LC和Td-LC由下式给出：Tr-LC=ηd2／{(｜εp-εs｜)V-Kπ2｝…(1)Td-LC=ηd2／Kπ2…(2)
其中K=K1+(K3-2K2)／4，其中K1，K2和K3分别是液晶材料的发散、扭转和挠曲系数；εs是液晶分子长轴方向的介电常数；εp是液晶分子短轴方向的介电常数；η是液晶分子的扭转粘度；d是液晶显示盒的厚度(盒间隙)；V是所施加的电压。
由于液晶材料本身得到了改进，Tr-LC基本上等于Td-LC，且Tr-LC和Td-LC能够小至5ms。这一响应速度与上述动态画面响应极限时间Tmov(=20ms)相比足够快。尽管液晶材料本身有这样快的响应速度，但LCD装置的显示响应速度(Tr-LCD)却长至50ms。原因如下所述。
图13A和13B所示的是液晶显示盒。图13A所示的是在施加电压为白色电平时盒的白色显示状态。图13B所示的是在施加黑色电平时盒的黑色显示状态。
当电压施加到显示盒两端使其中液晶分子的取向发生改变时，LCD装置的液晶显示盒显示一视频信号。液晶分子具有介电各向异性(长轴方向的介电常数εs不同于短轴方向的介电常数εp)。由于这一原因，LCD盒的电容量随着施加电压的不同而不同。白色显示时LCD盒的电容量Clc(白色)和黑色显示时LCD盒的电容量Clc(黑色)分别由下式给出：
Clc(白色)={(ε0×εsw)／d｝×s…(3)
Clc(黑色)={(ε0×εpb)／d｝×s…(4)
εsw是白色显示即在施加白色电平电压时的相对介电常数；εpb是黑色显示即在施加黑色电平电压时的相对介电常数；ε0是真空介电常数；S是LCD盒的电极面积；d是电极间的距离(盒厚度)。
图14所示的是LCD盒的压敏电容特性，其中白色显示即施加白色电平电压时LCD盒的电容量被定义为1。如图14中所示，由于确定了εsw＜εpb，所以黑色显示时LCD盒的电容量大于白色显示时LCD盒的电容量。根据使用材料的不同，比值大约是2∶1。
图15所示的是当白色显示转换到黑色显示时、LCD装置任一LCD盒电压变化和显示响应时间(Tr-LCD2)之间的关系。从可靠性方面来看，液晶一般由交流电流进行驱动。因此，应对LCD盒的保持电压进行驱动以逐帧地改变保持电压的极性。为了简化起见，在此所描述的是利用直流电流驱动液晶所得到的波形。
同步信号与视频信号一起施加到显示装置上。确定一帧周期的垂直同步信号包括在上述同步信号中。扫描线电压是从扫描驱动电路300中输出到扫描线G(j)上的扫描信号(图11)。信号线上施加的电压是从信号线驱动电路200输出到信号线S(i)上的视频信号。LCD盒保持电压由设置在扫描线G(j)和信号线S(i)交点处的一LCD盒的电压波形图给出。
在时间间隔T1和T2期间，一白色电平电压施加到LCD盒的两端使得能够保持白色状态。在这种情形下，LCD盒的电容量是Clc(白色)。在时间间隔T3期间，TFT在扫描线电压作用下转换到了导通状态，且施加在扫描线上的黑色电平电压输入到LCD盒中以进行第一写入操作。时间间隔T3等于一个水平同步周期即十几微秒。如上所述，液晶材料本身具有大约5秒的响应时间。在时间间隔T3(十几微秒)期间液晶材料不响应。尽管黑色电平电压施加到了LCD盒的两端，但LCD盒的电容量仍保持为Clc(白色)。LCD盒的电荷量为Qlc=(黑色电平电压)×Clc(白色)。之后在时间间隔T4中，TFT转换到了截止状态。LCD盒与信号线分开，建立了电荷守恒定律。在时间间隔T4中，液晶分子的取向根据施加到液晶上的保持电压而逐渐改变。这使得LCD盒的电容量增大。在这种情形下，TFT处于截止状态，因此LCD盒的电荷保持不变，从而使得LCD盒的电压下降。结果，尽管所施加的是黑色电平电压，但在时间间隔T4中，LCD盒的电压也下降，使得LCD盒仅达到中等亮度。在下一帧中，在时间T5上将黑色电平电压施加到LCD盒两端，进行第二写入操作。在第二写入操作时，尽管有黑色电平电压施加到LCD盒两端，与第一写入操作时相同，LCD盒的电容量也未转换成Clc(黑色)。由于这一原因，在保持时间间隔T6期间电压下降。上述写入操作重复进行直到LCD盒达到黑色电平时止。在图15中，例如由在时间间隔T7当中再输入黑色电平电压的第三写入操作可得到黑色显示。
在此情形下，LCD盒的写入操作周期等于由垂直同步信号所确定的帧周期。因此，在白色显示状态中即使将黑色电平电压输入到LCD盒当中，在一个帧周期当中也无法得到黑色显示状态。一般来说，需要三个帧周期才能得到黑色显示。帧频一般约为60Hz(帧周期约等于17ms)。结果，获得黑色显示所需的时间约为17ms×3=51ms。因而，当每一帧显示不同的图象如动态画面时，所显示图象的轮廓会发生模糊现象。
本申请人在日本专利1602422号中公开了一种驱动LCD装置的方法，其中将视频信号保存在存储器当中；该视频信号交替传输到被分为上下部分的液晶面板中；以此来缩短写入操作周期。这种已有技术可用于减少LCD面板的闪烁现象。另一方面，在本发明中，申请人的注意力被黑色显示转换到白色显示或反之白色显示转换到黑色显示时LCD盒电容量的变化所吸引，这一特性只有有源矩阵驱动LCD装置才有。利用这一性能可提高响应于快速动态画面的显示。
因而，本发明的一个目的是不同于已有技术。在已有技术当中，面板被分为上下部分。面板的上下部分按下述方式交替进行驱动。驱动上部分的第一扫描线；再驱动下部分的第一扫描线；再驱动上部分的第二扫描线；再驱动下部分的第二扫描线等。由此，缩短写入操作的周期。本发明中没有采用这种复杂的驱动方法。
日本专利公开9-265073公开了一种驱动向列液晶的方法，其中将电压多次重复施加到向列液晶元件如超扭曲向列(STN)两端来提高向列液晶的响应速度。这种已有技术与本发明的特征相同，可使施加电压的周期缩短。但在已有技术当中，需对大量的导通(ON)操作进行积分。从操作响应方面来自看，导通(ON)操作优于截止(OFF)操作，这是由于导通(ON)-截止(OFF)操作(积分/微分操作)的关系即时间常数波形具有一快速的上升沿和一慢速的下降沿。在此情形下，由第一写入操作无法获得所需电压。另一方面，即使在每一写入操作当中都能获得所需电压，也存在一个问题，即在随后的保持时间间隔内电压下降。本发明用于解决这一问题。
T．Kurita在“保持型显示器的显示***及动态画面的图象质量”(日本液晶学会第一LCD论坛1998.8.28)一文当中公开了一种用两倍或多倍标准频率的场频对一装置进行扫描的方法，通过该方法可以提高动态画面的图象质量。本发明和已有技术在缩短写入操作周期方面具有相同的特征。已有技术描述了通过类似于快门作用的视觉***对一窄空间范围内的象素进行积分可避免模糊现象。另一方面，在本发明中，我们的注意力已被电压写入LCD盒以后、保持时间间隔内LCD盒电容量的变化所吸引，这是有源矩阵驱动LCD装置所特有的现象。因此，本发明是不同于已有技术的技术。
根据本发明的一个方面，一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置当中的视频信号的装置，包括：多个排列成矩阵形式的象素；连接到每一象素上的开关元件；及借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路。驱动电路在短于垂直同步信号一个周期的周期TW1内将视频信号写入到每一象素中。
在本发明的一个实施例中，驱动电路包括：用于接收垂直同步信号并生成周期短于垂直同步信号周期的定时信号的定时电路；和用于接收视频信号并根据定时信号将该视频信号写入到每一象素中的写入电路。
在本发明的一个实施例中，写入电路包括：根据定时信号将视频信号输出到开关元件中的信号线驱动电路；和根据定时信号输出使开关元件转换到导通或截止状态的电压的扫描线驱动电路。
在本发明的一个实施例中，该装置是有源矩阵液晶显示装置。每一象素都具有压敏电容特性，每一象素的写入操作都需要重复进行N次。能够满足TW1×N≤=Tmov，其中Tmov是在显示装置上显示不模糊动态画面所需的响应极限时间。
根据本发明的另一方面，一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置当中的视频信号的装置，包括：多个排列成矩阵形式的象素；连接到每一象素上的开关元件；及借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路。驱动电路包括一用于转换将视频信号写入到每一象素中的写入操作周期的开关。此开关根据至少一个参数将写入操作周期设定为垂直同步信号的周期或短于垂直同步信号的周期。
在本发明的一个实施例中，该装置是有源矩阵液晶显示装置。每一象素都具有压敏电容特性，每一象素的写入操作都需要重复进行N次。能够满足TW1×N≤=Tmov，其中Tmov是在显示装置上显示不模糊动态画面所需的响应极限时间。
在本发明的一个实施例中，至少一个参数包括垂直同步信号的一个周期。
在本发明的一个实施例中，至少一个参数包括输入到装置中的方式控制信号。
在本发明的一个实施例中，垂直同步信号的一个周期等于视频信号的帧周期或字段周期。
再根据本发明的另一方面，提供了一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置中的视频信号这种装置中的方法。装置包括：多个排列成矩阵形式的象素；连接到每一象素上的开关元件；及借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路。所述方法包括以下步骤：接收垂直同步信号；生成周期短于垂直同步信号一个周期的定时信号；接收视频信号；根据定时信号将视频信号写入到每一象素当中。
在本发明的一个实施例中，写入步骤包括以下步骤：根据定时信号对一信号线进行驱动以将视频信号输出到开关元件中；及根据定时信号对一扫描线进行驱动以输出使开关元件转换到导通或截止状态的电压。
在本发明的一个实施例中，定时信号的周期几乎等于垂直同步信号一个周期的1/X，其中X是一大于或等于1的预定系数。
在本发明的一个实施例中，预定系数是常数。
在本发明的一个实施例中，预定系数是变量。
在本发明的一个实施例中，定时信号的周期是常数，与垂直同步信号无关。
在本发明的一个实施例中，垂直同步信号的一个周期等于视频信号的帧周期或字段周期。
在下文当中，将对本发明的功能进行描述。
在本发明中，输入的视频信号在短于垂直同步信号周期的周期内写入到每一LCD盒中。因而，不管外部输入视频信号的帧频如何，都能够加快LCD盒的响应速度，从而可获得令人满意的动态画面显示或诸如此类性能。更进一步地说，输入信号可具有与传统装置相同的信号周期，以获得装置兼容性。
上述的“垂直同步信号周期”大致表示一屏视频信号转换到另一屏所需的时间。在非隔行扫描信号如计算机信号情形下，它等于一个“帧周期”。在隔行扫描信号如电视信号(例如NTSC信号)情形下，它等于“字段周期”(2个字段=1帧)。
例如，借助开关元件如TFT将黑色电平电压写入到具有压敏特性的象素如LCD盒中一次。由于LCD盒中的电容发生了变化，所以在保持时间内LCD盒的电压下降。由于这一原因，需要进行多次写入操作来保持所需电压，从而导致获得黑色显示的响应时间加长。在本发明中，如在下面例1到6中所述，为了加快显示器响应速度，应加快写入操作周期以满足TW1×N≤=Tmov，其中TW1是每一象素的写入操作周期；N是在视频信号写入以后的保持时间内保持预期电压所需的写入操作次数；Tmov是显示不模糊动态画面所需的响应极限时间。
当外部垂直同步信号的频率(帧频率或字段频率)较高时，即使在垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)内将视频信号写入到每一象素中，也能得到足以令人满意的动态画面质量。因而，如后面例5中所述，根据同步信号的频率(帧频或字段频率)，写入操作可在以下两种方式之间转换：(1)视频信号在短于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)；和视频信号在等于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)。因此，当暂停操作时，视频信号可在短于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)，从而能够降低功耗。
另一方面，如下面例6中所述，根据输入方式控制信号，写入操作可在以下两种方式之间转换：(1)视频信号在短于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)；和视频信号在等于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)。在此情形下，功耗较大的电路如帧存储器及其控制电路的操作暂停，能够更进一步地降低功耗。
如上所述，视频信号在短于垂直同步信号周期的周期时间内写入到每一象素中(帧周期或字段周期)。为此，如下述例2中所述，视频信号可在垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)的1/X周期内写入到每一象素中，其中X是大于1的任意常数。
另外，视频信号可在垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)的1/Y周期内写入到每一象素中，其中Y是大于1的任意可变参数。在此情形下，根据具有各种不同帧周期的视频信号，能够在足够短的周期内进行视频信号的写入操作。
另一方面，不论垂直同步信号的周期(帧周期或字段周期)如何，视频信号都能够在特定的周期Z内写入到第一象素中。在此情形下，即使输入视频信号具有各种不同的帧周期，也能够在特定的最佳写入操作周期内对显示装置进行驱动。
因此，在此所述的发明具有以下优点，即提供一种显示装置及其驱动方法，其中能够给出高质量的动态画面显示。这一点通过避免由显示盒如液晶的压敏电容变化而引起的响应速度降低来实现。
通过参考附图来阅读和理解下述详细说明，本领域的普通技术人员可清楚地得到本发明的这些和其他优点。
图1所示的是根据本发明例1的显示装置的结构。
图2所示的是例1显示装置中的信号波形、电压变化及亮度变化。
图3所示的是例1显示装置和传统液晶显示装置中从白色显示变成黑色显示时的响应输出。
图4所示的是例1显示装置和传统液晶显示装置中从黑色显示变成白色显示时的响应输出。
图5A和5B的图形用于评价例1显示装置中的动态画面显示。
图6所示的是根据本发明例2的显示装置结构。
图7所示的是根据本发明例3的显示装置结构。
图8所示的是根据本发明例4的显示装置结构。
图9所示的是根据本发明例5的显示装置结构。
图10所示的是根据本发明例6的显示装置结构。
图11所示的是传统液晶显示装置的结构。
图12A和12B的图形用于评价传统液晶显示装置中的动态画面显示。
图13A所示的是施加白色电平电压时处于白色显示状态的LCD盒。
图13B所示的是施加黑色电平电压时处于黑色显示状态的LCD盒。
图14所示的是LCD盒的压敏电容特性。
图15所示的是传统液晶显示装置中的信号波形、电压变化及亮度变化。
下文将对本发明的实施例进行描述。相同的部件用相同的标号来表示，并且不重复说明这些部件。
如上所述，LCD盒具有压敏电容特性。由于这一原因，在白色显示状态下借助TFT将黑色电平电压写入到LCD盒中时，仅进行一次写入操作无法得到预定电压。需进行多次写入操作来达到预定电压从而得到黑色显示。
使LCD盒所存储的电压达到预定电压所需要的写入操作次数被定义为N，一般是3或4。换句话说，当施加到LCD盒上的电压突然改变时，需重复进行三次写入操作。
在传统的LCD装置中，LCD盒的写入周期等于外部输入视频信号的一个帧周期。LCD盒的响应时间(得到预定电压所需时间)大约等于一个帧周期×N。假定N等于3，一般视频信号的帧周期大约为17ms(帧频率约为60Hz)，则传统LCD装置的响应时间Ts大约为17ms×3=51ms。
在本发明中，为了提高这种显示装置的响应速度，象素的写入周期短于垂直同步信号的周期(帧周期或字段周期)。
(例1)
图1所示的是根据本发明例1的显示装置80的结构。图2所示的是例1显示装置的信号波形和亮度变化。
显示装置80的驱动电路350包括写入周期加快电路500。写入周期加快电路500接收外部视频信号并在短于外部帧周期的时间之内将此视频信号传送到信号线驱动电路200中。定时控制电路400产生一短于外部帧周期的电压Vgh周期，它自扫描线驱动电路300输出并将TFT转换成导通状态。
在例1中，如图1中所示，扫描定时信号由定时控制电路400控制用以加快写入操作周期。定时控制电路400包括一个典型的锁相环(PLL)电路和一个逻辑计数器。写入周期加快电路500和定时控制电路400相互配合工作。写入周期加快电路500可用于加快由定时控制电路400控制的扫描定时信号。
因此，可加快每一LCD盒(象素)1的写入周期。例如，参见图2，每一周期进行一次LCD盒1的写入操作，周期TW1(约为5ms)短于外部帧周期(约为16.7ms)。
在时间间隔t1和T2中，LCD盒为白色显示状态。在时间间隔t3中，一黑色电平电压写入到LCD盒中。与传统LCD装置相类似，在时间间隔t4中，LCD盒的电压由于液晶所具有的电容特性而下降，从而无法获得黑色显示。之后，黑色电平电压重复写入到LCD盒中，使其最终变成黑色显示状态(t5，t7)。假设上述所需的写入操作次数为N=3，则显示装置的显示响应时间(Tr-LCD1)由下式给出：
(LCD盒的写入操作周期)×(所需的写入操作次数)=5ms×3=15ms
它小于动态画面响应的极限时间Tmov(=20ms)。
图3用于比较例1显示装置的显示响应时间(Tr-LCD1)和传统显示装置的显示响应时间(Tr-LCD2)。在图3中，曲线11表示液晶材料本身的响应时间。曲线12表示传统显示装置的响应时间。曲线13表示例1显示装置的响应时间。
由图3可以看出，例1显示装置的响应时间很短。
图2和图3所示的是从白色显示变为黑色显示时的显示响应时间。图4所示的是从黑色显示变成白色显示时的显示响应时间。在图4中，曲线14表示液晶材料本身的响应时间。曲线12表示传统显示装置的响应时间。曲线13表示例1显示装置的响应时间。
如上所述，不论亮度如何变化，都能稳定可靠地提高响应时间。当例1的显示装置如图5A中所示经过动态画面显示性能测试时，如图5B中所示动态图象基本上不会出现模糊轮廓。因此能够提供高质量的动态画面显示。
在例1中，写入周期加快电路500包括：帧存储器501，X-倍速度读取控制电路502，可变速度读取控制电路503，读取周期生成电路505，卖取控制电路506，同步信号周期判定电路507，视频信号开关508，方式控制信号510等，将在下面的例2和例6当中对它们进行描述。
(例2)
图6所示的是根据本发明例2的显示装置的结构。
参见图6，显示装置81的驱动电路351包括帧存储器501。帧存储器501保存外部输入的视频信号。X-倍速度读取控制电路502生成一读取控制信号，使LCD盒的写入操作周期为外部视频信号帧周期Tf的1/X(例如X=3)。保存在帧存储器501中的视频信号响应该读取控制信号输出到信号驱动电路200中。扫描线驱动电路300输出一将TFT转换成导通状态的电压Vgh。定时控制电路400使电压Vgh的输出周期变为视频信号帧周期Tf的1/X。在例1中，X-倍速度读取控制电路502对定时控制电路400的扫描定时信号进行控制以加快写入操作周期。
在此情形下，LCD盒的写入操作周期为Tf/X。显示装置的响应时间T-LCD由下式给出：
T-LCD=(Tf/X)×(所需要的写入操作次数)。
假定Tf=17ms，X=3，且N=3，则显示装置的响应时间等于17ms，比动态画面响应的极限时间Tmov=20ms短。
在例2中，X-倍速度读取控制电路502包括典型的PLL电路等。
(例3)
近来的视频装置具有各种不同的视频格式。帧频不仅限于60Hz。现有不同帧频的各种视频格式。当显示装置接收并显示不同视频格式的视频信号时，存在这样一个问题，即如例2中所示是在视频信号的固定倍帧周期下进行读取控制的。
例如，在用于高质量个人电脑这种视频格式时，视频信号的的帧频为130Hz(帧周期Tf=7.7ms)。当这种视频信号输入到例2的显示装置中时，响应时间由下式给出：
T-LCD=(Tf/X)×(所需要的写入操作次数N)(=7.7ms，其中X=3，且N=3)。
因此，显示装置的响应时间T-LCD不必短于动态画面响应的极限时间Tmov(约20ms)。
将电压写入到LCD盒所需的时间与LCD盒的写入操作周期成正比。这导致了下述问题。例如，假设帧频为60Hz(帧周期为17ms)，LCD盒的写入操作频率为180Hz(周期为5.6ms)，电压写入操作时间为10μs，且输入视频信号的帧频为130Hz(帧周期7.7ms)，则写入操作频率为390Hz(帧周期2.6ms)且LCD盒的电压写入操作时间为5μs或更短。结果，写入到LCD盒的电压不足，使得显示质量下降。
图7所示的是根据本发明例3的显示装置82。显示装置82的驱动电路352包括一可变速度读取控制电路503，由其可使LCD盒的写入操作周期根据输入视频信号的帧频而达到最佳值。
假设将可变速度读取控制电路503的可变速度设定为X1，则应将显示装置82的响应时间T-LCD3设计成满足下面的表达式(5)：
T-LCD3=(Tf/X1)×(所需要的写入操作次数N)≤(动态画面响应极限时间Tmov)…(5)
由表达式(5)可得到下面的表达式6：
X1≥{Tf×(所需要的写入操作次数N)}/(动态画面响应极限时间Tmov)…(6)
当满足下面的表达式(7)时，表达式(6)也得以满足，可使LCD盒的电压写入操作时间最大：
X1={Tf×(所需要的写入操作次数N)｝/(动态画面响应极限时间Tmov)…(7)
例如，假定视频信号的帧频为130Hz(帧周期为7.7ms)，则由表达式(7)可得到：
X1={7.7ms×(所需要的写入操作次数N=3)｝/(动态画面响应极限时间Tmov=20ms)=1.155。
在此情形下，在例3中，可变速度读取控制电路503生成一读取控制信号，使LCD盒的写入操作周期为外部视频信号帧周期的1/1.155倍。保存在帧存储器501中的视频信号利用该读取控制信号输出到信号驱动电路200中。扫描线驱动电路300输出将TFT转换成导通状态的电压Vgh。定时控制电路400使电压Vgh的输出周期为视频信号帧周期Tf的1/1.155倍。在例3中，可变速度读取控制电路503对定时控制电路400的扫描定时信号进行控制以加快写入操作周期。
因此，能够令人满意地显示动态画面。而且，LCD盒的电压写入操作时间很充足。
在例3中，不论视频装置的视频格式如何，显示装置的响应时间都能够得以提高，从而可提供高质量的显示，特别是可提供令人满意的动态画面显示。
在例3中，可变速度读取控制电路503可包括一计数器，如典型的PLL电路，其计数值是可变的。
(例4)
在例4中，与例3相同，不论视频装置的视频格式如何，显示装置的响应时间都能够得以提高。
图8所示的是根据本发明例4的显示装置83的结构。
如图8中所示，显示装置83的驱动电路353包括读取周期生成电路505。由此驱动电路353，不管外部同步信号如何，都能读取视频信号。
如上所述，显示装置83的响应时间T可由下式近似得出：
T=(LCD盒的写入操作周期)×(所需的写入操作次数N)。
为了得到令人满意的动态画面显示，需满足下面的表达式(8)：
T=(LCD盒的写入操作周期)×(所需的写入操作次数N)≤(动态画面响应极限时间Tmov)…(8)
由表达式(8)可得到下面的表达式(9)：
(LCD盒的写入操作周期)≤(动态画面响应极限时间Tmov)/(所需的写入操作次数N)…(9)
当满足下面的表达式(10)时，LCD盒的电压写入操作时间可达到最大值：
(LCD盒的写入操作周期=(动态画面响应极限时间Tmov)/(所需的写入操作次数N)…(10)
例如，假设所需的写入操作次数N等于3，且动态画面响应极限时间Tmov等于20ms，则最佳的LCD盒写入操作频率为6.67ms。
在例4中，读取周期生成电路505确定出一个读取操作周期，使LCD盒的写入操作周期具有与自外部输入的视频信号的帧周期无关的最佳值(如6.67ms)。读取控制电路506根据该读取操作周期生成读取控制信号。存储在帧存储器501中的视频信号根据该读取控制信号输出到信号驱动电路200中。扫描线驱动电路300输出一个使TFT转换至导通状态的电压Vgh。定时控制电路400将电压Vgh的输出周期设定成一定数值，以使得LCD盒的写入操作周期具有与自外部输入的视频信号的帧周期无关的最佳值(如6.67ms)。在这种情形下，可确定出与同步信号周期无关的读取操作周期。LCD盒的写入操作时间与外部视频信号的帧周期无关，是恒定且稳定的。
如上所述，在例4中，不管视频装置的视频格式如何，显示装置的响应时间都能得以提高，从而能够提供高质量的显示，特别是能够提供令人满意的动态画面显示。
在例4中，读取周期生成电路505和读取控制电路506可包括任何利用液晶振荡器等的恒定周期生成电路。
(例5)
如上所述，近来的视频装置具有各种不同的视频格式。显示装置需能够显示任意视频格式的视频信号，且对于每种视频方式都能获得最佳性能。在上述例3和例4的显示装置中，不管视频格式如何，响应速度都能得到提高。
不过，当从外部输入的视频信号的帧频为150Hz(帧周期为6.67ms)，即快速帧周期时，用驱动LCD装置的传统方法也可以获得令人满意的动态画面显示。
图9所示的是根据本发明例5的显示装置84。显示装置84的驱动电路354包括一个用于判定外部视频信号帧频的同步信号周期判定电路507。进一步而言，驱动电路354还包括视频信号开关508。视频信号开关508包括将外部视频信号直接输出到信号线驱动电路200上的开关508a及将自帧存储器501中输出的视频信号输出到信号线驱动电路200上的开关508b。
在上述例3中，最佳操作条件由下式给出：
X1=｛Tf×(所需要的写入操作次数N)｝/(动态画面响应极限时间Tmov)
例如，假定视频信号的帧频为150Hz(帧周期为6.67ms)，则可得到：
X1=｛6.67ms×(所需要的写入操作次数N=3)｝/(动态画面响应极限时间Tmov=20ms)=1。
因此，将从帧存储器501中读出的视频信号写入到LCD盒中的周期等于外部帧周期。
在例5中，当输入这种视频信号时，同步信号周期判定电路507判定出不必利用帧存储器501对LCD盒的写入操作周期的速度进行变换。因此，开关508b从信号线驱动电路200上断开，开关508a连接到信号线驱动电路200上。外部视频信号直接输出到信号线上。扫描线驱动电路300输出电压Vgh，用以将TFT转换到导通状态。定时控制电路400使电压Vgh的输出周期等于视频信号的帧周期。在这种情形下，可以暂停帧存储器和其控制电路的操作，从而减少功耗。
另一方面，当同步信号周期判定电路507判定出有必要对LCD盒写入操作周期的速度进行变换时，开关508a从信号线驱动电路200上断开，开关508b连接到信号线驱动电路200上。保存在帧存储器501中的图象数据以短于输入视频信号帧周期的频率输出到信号线驱动电路200上。扫描线驱动电路300输出电压Vgh，用以将TFT转换到导通状态。与例2和例4中相同，定时控制电路400使电压Vgh的输出周期短于视频信号的帧周期。
在例5中，当判定不必进行写入操作周期的速度变换时，定时控制电路400可由同步信号周期判定电路507进行转换。将X设定为1来替代这种开关操作。
在例5中，同步信号周期判定电路507可包括一个典型的频率计数器。
在例5中，尽管所用的是与例2中相类似的X-倍速度读取控制电路502，但也可以用与例3中相似的可变速度读取控制电路503，还可以用与例4中相类似的读取周期生成电路505和读取控制电路506。
(例6)
最近，便携式笔记本个人电脑的性能得到了大大地提高。在一些情形下，经常要进行动态画面显示。在上述例4中，耗电量很大的电路如帧存储器不管显示的内容是动态画面还是静态画面都进行操作。导致便携式装置如笔记本电脑中电池寿命下降。在例6中，将对能在动态画面显示和静态画面显示之间转换的显示装置进行描述。
图10所示的是根据本发明例6的显示装置85的结构。
方式控制信号510自外部输入到显示装置85的驱动电路355中。例如，方式控制信号510包括表示显示装置85受控于画面显示方式下的数值“H”和表示显示装置85在静态画面显示方式下的数值“L”。
在动态画面显示方式下，数值“H”作为方式控制信号510输入到驱动控制电路355中。此时，与例2和例4中一样，输入视频信号保存在帧存储器501中；开关508a从信号线驱动电路200上断开而开关508b连接到信号线驱动电路200上，使保存的视频信号输出到信号线驱动电路200中。因而，缩短了LCD盒的写入操作周期，在显示动态画面等时基本上不出现问题。扫描线驱动电路300输出电压Vgh，用以将TFT转换到导通状态。与例2和例4中相同，定时控制电路400使电压Vgh的输出周期短于视频信号的帧周期。同时，定时控制电路400由自普通定时方式到X-倍定时方式的方式控制信号510进行转换。
另一方面，在静态画面显示方式下，数值“L”作为方式控制信号510输入到驱动电路355中。开关508b从信号线驱动电路200上断开而开关508a连接到信号线驱动电路200上。外部视频信号直接输出到信号线驱动电路200中。扫描线驱动电路300输出电压Vgh，用以将TFT转换到导通状态。定时控制电路400使输出电压Vgh的周期等于视频信号的帧周期。因此，可以暂停耗电量大的帧存储器及其控制电路的操作，从而降低功耗。
如上所述，在例6中，在动态画面显示方式下响应速度得到提高，使得在快速响应显示的同时也能够得到令人满意的高质量显示。此外，还能够降低功耗，这对于便携式装置很重要。
在例6中，尽管所用的X-倍速度读取控制电路502与例2中的相类似，但也可以用与例3中相类似的可变速度读取控制电路503，或与例4中相类似的读取周期生成电路505和读取控制电路506。
在例1到例6中，理论表达式不包括液晶材料的响应速度。这是因为当归因于液晶材料压敏电容特性的显示装置响应速度占主要地位时，表达式是近似表达式。对于某些液晶材料来说，在上述理论表达式中可以考虑液晶材料的响应速度。
更进一步地，在例1到6中，从外部输入的视频信号在短于视频信号帧周期的时间内传送到信号线驱动电路200中。扫描线驱动电路300输出电压Vgh，用以将TFT转换到导通状态。定时控制电路400使输出电压Vgh的周期短于视频信号的帧周期。在短于一个帧周期的时间内进行LCD盒1的写入操作。本发明适用于一帧视频信号如TV信号由两个字段组成的情形。在此情形下，外部输入视频信号在短于来自外部的垂直同步信号一个周期(字段周期)的情形下传送到信号线驱动电路200中。定时控制电路400使输出电压Vgh的周期短于垂直同步信号的一个周期。因此能够在短于一个帧周期的时间内进行LCD盒1的写入操作。换句话说，除写入操作周期短于一个垂直同步信号周期而不是参考帧周期以外，例1和例6中的电路结构和操作都是相同的，但显示装置的响应时间可得到提高。
更进一步地，交替地驱动LCD装置的方法有多种，如帧变换驱动法，其中信号线的极性在每一帧上都发生变化，线变换驱动法，其中对于每一水平信号、信号线的极性都发生变化，和点变换驱动法，其中对于每一象素、信号线的极性都要发生变化。本发明不受这些驱动方法的限制。本发明对于每种方法都很有效。
在上述例子中，不施加电压时，得到白色显示(传输)，而施加电压时则得到黑色显示(不传输)(即白色常态方式)。本发明也适用于黑色常态方式，即不施加电压时，得到黑色显示(传输)，而施加电压时则得到白色显示(不传输)。
更进一步地，至于显示面板的结构，包括TFT阵列衬底及相对衬底的结构、包括其上交替设置有蜂窝形电极的玻璃衬底及相对玻璃衬底的平面开关(IPS)结构等等都是公知的。本发明不受显示面板结构的限制。本发明对于每种显示面板都很有效。
如上所述，显示装置如LCD显示装置包括一象素，该象素由于其材料性能而具有压敏电容特性。当通过借助开关元件将视频信号写入到象素中这一方法来驱动显示装置时，响应时间减少。根据本发明，由于可以在短于垂直同步信号周期的时间(帧周期或字段周期)内写入视频信号，从而能够避免出现这一问题。因而，在快速响应显示如动态画面显示时图象轮廓不会模糊不清，从而能够得到高显示质量的显示装置。本发明所获得的这一结果极其重要。
根据本发明，将写入视频信号的周期设定为垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)的1/Y(Y是任意可变参数)或与垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)无关的特定周期Z。因此根据视频装置各不相同的视频格式，可以使显示装置的响应速度达到最优化，从而提供具高质量显示、特别是令人满意的动态画面显示的显示装置。
根据本发明，写入操作可在以下两种方式之间转换：(1)根据垂直同步信号的周期(帧周期或字段周期)或自外部输入的方式控制信号，视频信号在短于垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)的周期时间内写入到每一象素中；和(2)视频信号在等于垂直同步信号周期(帧周期或字段周期)的周期时间内写入到每一象素中。因此能够获得具有高质量显示、特别是令人满意的动态画面显示的显示装置。此外，根据输入视频信号，也能够降低功耗。
在不背离本发明范围和实质的前提下，本领域的普通技术人员能够清楚地且轻易地得到各种其他变形结构。因此，不希望所附的权利要求书受前述说明书的限制，权利要求书的范围可以更为广泛一些。

Claims (16)

1、一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置当中的视频信号的装置，该装置包括：
多个排列成矩阵形式的象素；
连接到每一象素上的开关元件；及
借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路，
其中驱动电路在短于垂直同步信号周期的周期TW1内将视频信号写入到每一象素中。
2、根据权利要求1所述的装置，其中驱动电路包括：
用于接收垂直同步信号并生成周期短于垂直同步信号周期的定时信号的定时控制电路；和
用于接收视频信号并根据定时信号将该视频信号写入到每一象素中的写入电路。
3、根据权利要求2所述的装置，其中写入电路包括：
根据定时信号将视频信号输出到开关元件中的信号线驱动电路；和
根据定时信号输出使开关元件转换到导通或截止状态的电压的扫描线驱动电路。
4、根据权利要求1所述的装置，其中该装置是有源矩阵液晶显示装置；
每一象素都具有压敏电容特性，每一象素的写入操作都需要重复进行N次；且
能够满足TW1×N≤=Tmov，其中Tmov是在显示装置上显示不模糊动态画面所需的响应极限时间。
5、一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置当中的视频信号的装置，该装置包括：
多个排列成矩阵形式的象素；
连接到每一象素上的开关元件；及
借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路；
其中驱动电路包括一用于转换将视频信号写入到每一象素中的写入操作周期的开关；且
此开关根据至少一个参数将写入操作周期设定为垂直同步信号的周期或短于垂直同步信号的周期。
6、根据权利要求5所述的装置，其中该装置是有源矩阵液晶显示装置；
每一象素都具有压敏电容特性，每一象素的写入操作都需要重复进行N次；且
能够满足TW1×N≤=Tmov，其中Tmov是在显示装置上显示不模糊动态画面所需的响应极限时间。
7、根据权利要求5所述的装置，其中至少一个参数包括垂直同步信号的一个周期。
8、根据权利要求5所述的装置，其中至少一个参数包括输入到装置中的方式控制信号。
9、根据权利要求5所述的装置，其中垂直同步信号的一个周期等于视频信号的帧周期或字段周期。
10、一种用于显示与垂直同步信号同时输入到装置中的视频信号的装置的方法，其中装置包括：
多个排列成矩阵形式的象素；
连接到每一象素上的开关元件；及
借助开关元件将视频信号写入每一象素中的驱动电路；
所述方法包括以下步骤：
接收垂直同步信号；
生成周期短于垂直同步信号周期的定时信号；
接收视频信号；
根据定时信号将视频信号写入到每一象素当中。
11、根据权利要求10所述的方法，其中写入步骤包括以下步骤：
根据定时信号对一信号线进行驱动以将视频信号输出到开关元件中；及
根据定时信号对一扫描线进行驱动以输出使开关元件转换到导通或截止状态的电压。
12、根据权利要求10所述的方法，其中定时信号的周期基本上等于垂直同步信号一个周期的1/X，其中X是一大于1的预定系数。
13、根据权利要求12所述的方法，其中预定系数是常数。
14、根据权利要求12所述的方法，其中预定系数是变量。
15、根据权利要求10所述的方法，其中定时信号的周期是常数，与垂直同步信号无关。
16、根据权利要求10所述的方法，其中垂直同步信号的周期等于视频信号的帧周期或字段周期。
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