TWI409780B

TWI409780B - 可加長充電時間之液晶顯示裝置及相關驅動方法

Info

Publication number: TWI409780B
Application number: TW098102486A
Authority: TW
Inventors: Tung Hsin Lan; Mu Shan Liao; Tien Yung Huang; Chia Chun Fang
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2013-09-21
Also published as: JP2010170078A; US20100182297A1; US8217886B2; TW201028985A

Description

可加長充電時間之液晶顯示裝置及相關驅動方法

本發明相關於一種液晶顯示裝置和相關驅動方式，尤指一種可加長充電時間之液晶顯示裝置和相關驅動方式。

由於液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)具有低輻射、體積小及低耗能等優點，已逐漸取代傳統的陰極射線管(cathode ray tube，CRT)顯示器，而被廣泛地應用在筆記型電腦、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、平面電視，或行動電話等資訊產品上。

隨著液晶顯示器的面板尺寸不斷變大，面板的負載也相應增加，動態功率消耗也會大幅提昇，如何降低功率消耗也成為設計液晶顯示器時的重要課題。一般而言，施加在液晶電容兩端的電壓極性必須每隔一預定時間進行反轉，以避免液晶材料產生極化(polarization)而造成永久性的破壞，常見驅動液晶顯示面板之方式包含點反轉(dot inversion)、線反轉(line inversion)，和圖框反轉(frame inversion)等。當驅動液晶顯示面板的電壓極性開始反轉之際，源極驅動器需提供大量之能量以改變資料線電壓，故此時也是液晶顯示器負載最大的時間。同時，隨著操作頻率和面板解析度的提高，液晶電容充電時間也變短，若前後兩驅動電壓差異很大，在極性反轉時可能因充電時間不足而無法達到理想的電壓準位。因此，一般會使用預充電(precharge)來改善充電時間不足的問題。

請參考第1圖，第1圖為先前技術中一液晶顯示器10之示意圖。液晶顯示器10包含一液晶顯示面板12、一源極驅動器(source driver)14，以及兩閘極驅動器(gate driver)16和18。液晶顯示面板12上設有互相平行之資料線(data line)DL₁ ～DL_m 、互相平行之閘極線(gate line)GL₁ ～GL_n 及複數個畫素P(1,1)～P(m,n)。資料線DL₁ ～DL_m 和閘極線GL₁ ～GL_n 彼此交錯設置，而顯示單元P(1,1)～P(m,n)則分別設於相對應資料線和閘極線之交會處。液晶顯示面板12上之每個顯示單元皆包含有一薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)開關和一液晶電容，而每一液晶電容透過一相對應之TFT開關耦接於一相對應之資料線。源極驅動器14可產生相關於欲顯示影像之資料訊號，閘極驅動器16和18可產生開啟TFT開關所需之閘極訊號。當一顯示單元之TFT開關被閘極訊號開啟時，此顯示單元之液晶電容會被電性連接至其相對應之資料線以接收從源極驅動器14傳來之資料訊號，因此顯示單元可依據其液晶電容內存之電荷(其極性由「+」或「-」來表示)來控制液晶分子的旋轉程度，以顯示不同灰階之影像。

請參考第2圖，第2圖為先前技術液晶顯示器10在運作時之時序圖。在第2圖中，橫軸代表時間，縱軸代表電壓位準。CK_O、CKB_O和STV_O代表閘極驅動器16運作所需之時脈訊號及起始訊號，而CK_E、CKB_E和STV_E代表閘極驅動器18運作所需之時脈訊號及起始訊號。GS1～GS4分別代表輸出至閘極線GL₁ ～GL₄ 之閘極訊號。DATA代表資料訊號，且DATA1～DATA4分別代表輸出至同一條資料線之資料訊號。T代表液晶顯示器10之操作週期，A1～A4代表正常充電週期，P1～P4代表預充電週期。當輸入資料訊號DATA1時，閘極訊號GS1和GS2皆為高電位，此時畫素P(1,1)在正常充電週期，而畫素P(1,2)在預充電週期。亦即對畫素P(1,2)而言，在預充電週期P2時先利用寫入畫素P(1,1)之資料訊號DATA1進行預充電，在接下來的正常充電週期A2再寫入真正的資料訊號DATA2。

液晶顯示器10能使用預充電來增加TFT開關的充電時間(由T/4增加到T/2)，但若前後兩資料訊號差異過大時，並無法達到良好的預充電效果。同時，液晶顯示器之顯示品質以點反轉最佳，但液晶顯示器10只能達到線反轉或圖框反轉，並無法達到點反轉。

本發明提供一種可加長充電時間之液晶顯示裝置，其包含m條平行設置之第一資料線；m條平行設置之第二資料線，每一第二資料線設於兩相對應之第一資料線之間，且平行於該相對應之第一資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直於該m條第一資料線及該m條第二資料線，用來接收閘極訊號；複數個第一顯示單元，每一第一顯示單元耦接於該m條第一資料線中一相對應之第一資料線以及該複數條閘極線中一相對應之閘極線；複數個第二顯示單元，每一第二顯示單元耦接於該m條第二資料線中一相對應之第二資料線以及該複數條閘極線中一相對應之閘極線；以及一源極驅動器，耦接於該m條第一資料線及該m條第二資料線，用來提供m組資料訊號，其中每一資料訊號係於一寫入週期之一第一週期輸出至該m條第一資料線中一相對應之第一資料線，且於該寫入週期之一第二週期輸出至該m條第二資料線中一相對應之第二資料線。

本發明另提供一種驅動液晶顯示裝置之方法，其包含在一寫入週期之一第一週期分別輸出m筆資料訊號至相對應之m條第一資料線；以及在該寫入週期之一第二週期分別輸出該m筆資料訊號至分別相鄰於該m條第一資料線之相對應m條第二資料線，同時停止輸出該m筆資料訊號至該m條第一資料線。

請參考第3圖，第3圖為本發明中一液晶顯示器30之示意圖。液晶顯示器30包含一液晶顯示面板32、一源極驅動器34及一閘極驅動器36。液晶顯示面板32上設有複數條互相平行之資料線、複數條互相平行之閘極線GL₁ ～GL_n 及複數個顯示單元P(1,1)～P(m,n)，其中DO₁ ～DO_m 代表奇數條資料線，而DE₁ ～DE_m 代表偶數條資料線。液晶顯示面板32上之每個顯示單元皆包含有一薄膜電晶體開關和一液晶電容，每一液晶電容透過一相對應之薄膜電晶體開關耦接於一相對應之資料線。源極驅動器34可產生相關於欲顯示影像之資料訊號，閘極驅動器36可產生開啟TFT開關所需之閘極訊號。當一顯示單元之TFT開關被閘極訊號開啟時，此顯示單元之液晶電容會被電性連接至其相對應之資料線以接收從源極驅動器34傳來之資料訊號，因此顯示單元可依據其液晶電容內存之電荷(其極性由「+」或「-」來表示)來控制液晶分子的旋轉程度，以顯示不同灰階之影像。

在本發明液晶顯示器30中，資料線和閘極線彼此交錯設置，然而顯示單元P(1,1)～P(m,n)僅分別設於相對應奇數條資料線和奇數條閘極線之交會處，或是相對應偶數條資料線和偶數條閘極線之交會處。亦即，每一條資料線上設有(n/2)個顯示單元(假設n為偶數)，而每一條閘極線上設有m個顯示單元，因此液晶顯示面板32上總共設有(m*n)個顯示單元。舉例來說，顯示單元P(1,1)～P(m,n)之設置位置包含奇數條資料線DO₁ 和奇數條閘極線GL₁ ～GL_n-1 之(n/2)個交會處，或是偶數條資料線DE₁ 和偶數條閘極線GL₂ ～GL_n 之(n/2)個交會處。

本發明之源極驅動器34能以線反轉的架構達到點反轉的顯示效果。舉例來說，若透過奇數條資料線DO₁ ～DO_m 輸出正極性資料訊號(由第3圖中「+」來表示)，且透過偶數條資料線DE₁ ～DE_m 輸出負極性資料訊號(由第4圖中「-」來表示)，液晶顯示面板32上之每一顯示單元會和其相鄰顯示單元具相反極性。

請參考第4圖，第4圖為本發明中源極驅動器34之示意圖。源極驅動器34包含一移位暫存器(shift register)40、一資料閂鎖器(data latch)42、一數位類比轉換器(digital-to-analog converter，DAC)44、一輸出緩衝器46，以及一開關控制電路48。移位暫存器40可依據時脈訊號CLK和起始訊號SP產生相對應之時脈控制訊號。資料閂鎖器42可依據時脈控制訊號來對輸入資料訊號進行取樣，並產生相對應之取樣資料訊號。數位類比轉換器44可將取樣資料訊號轉換為類比資料訊號，再透過輸出緩衝器46輸出相對應之資料訊號Y1～Ym。開關控制電路48耦接於奇數條資料線DO₁ ～DO_m 和偶數條資料線DE₁ ～DE_m ，可依據控制訊號CSo和CSe來控制m組資料訊號Y1～Ym和資料線之間的訊號傳送路徑。奇數條資料線DO₁ ～DO_m 接收到之資料訊號分別由YO1～YOm來表示，而偶數條資料線DE₁ ～DE_m 接收到之資料訊號則分別由YE1～YEm來表示。

開關控制電路48包含m個奇數開關SWO和m個偶數開關SWE，分別由控制訊號CSo和CSe來控制其開啟或關閉，其中控制訊號CSo和CSe為相位差180°之週期訊號。奇數開關SWO和偶數開關SWE可為電晶體開關或其它具類似功能之元件。開關控制電路48包含m個輸入端和2m個輸出端，每一輸入端透過一相對應之奇數開關和一相對應之偶數開關耦接於兩輸出端。舉例來說，當控制訊號CSo為高電位而控制訊號CSe為低電位時，奇數開關SWO為開啟而偶數開關SWE為關閉，此時開關控制電路48會將資料訊號Y1～Ym分別傳送到奇數條資料線DO₁ ～DO_m ；同理，當控制訊號CSo為低電位而控制訊號CSe為高電位時，奇數開關SWO為關閉而偶數開關SWE為開啟，此時開關控制電路48會將資料訊號Y1～Ym分別傳送到偶數條資料線DE₁ ～DE_m 。

請參考第5圖，第5圖為本發明液晶顯示器30運作時之時序圖。在第5圖中，橫軸代表時間，縱軸代表電壓位準。第5圖以輸出緩衝器46之第一筆資料訊號Y1來作說明，資料訊號Y1之週期T包含一正極性驅動週期(由第5圖中「+」來表示)和一負極性驅動週期(由第5圖中「-」來表示)。YO1和YE1分別代表資料線DO₁ 和DE₁ 所接收到之資料訊號，而GS1和GS2分別代表閘極線之驅動波形。CSo和CSe代表開關控制訊號，而V_com 代表共同電壓。資料線DO₁ 之寫入週期包含一充電週期Tco和一維持週期Tho，開關控制訊號CSo在充電週期Tco時呈高電位，而在維持週期Tho時呈低電位；資料線DE₁ 之寫入週期包含一充電週期Tce和一維持週期The，開關控制訊號CSe在充電週期Tce時呈高電位，而在維持週期The時呈低電位。

在充電週期Tco時，開關控制訊號CSo和閘極訊號GS1皆具高電位，此時奇數開關SWO為導通而偶數開關SWE為關閉，因此資料線DO₁ 所接收到之資料訊號YO1等於開關控制電路48所輸出之資料訊號Y1，而資料線DE₁ 則相當於被耦接至一高阻抗。在維持週期Tho時，開關控制訊號CSo為低電位而閘極訊號GS1為高電位，此時資料線DO₁ 相當於被耦接至一高阻抗，其資料訊號YO1不再由資料訊號Y1來提供，而是利用資料線DO₁ 本身的寄生電容來維持，因此資料訊號YO1之電位會略為下降ΔVo。由於資料線DO₁ 的寄生電容遠大於顯示單元內之液晶電容，因此ΔVo之值極小，對資料正確性的影響不大。

另一方面，當資料線DO₁ 進入維持週期Tho時，資料線DE₁ 則進入充電週期Tce，亦即開關控制訊號CSe和閘極訊號GS2皆具高電位，此時奇數開關SWO為關閉而偶數開關SWE為導通，因此資料線DE₁ 所接收到之資料訊號YE1等於開關控制電路48所輸出之資料訊號Y1，而資料線DO₁ 則相當於被耦接至一高阻抗。在維持週期The時，開關控制訊號CSe為低電位而閘極訊號GS2為高電位，此時資料線DE₁ 相當於被耦接至一高阻抗，其資料訊號YE1不再由輸出訊號Y1來提供，而是利用資料線DE₁ 本身的寄生電容來維持，因此源極輸出訊號YE1會略為上升ΔVe。由於資料線DE₁ 的寄生電容遠大於顯示單元內之液晶電容，因此ΔVe之值極小，對資料正確性的影響不大。

在本發明中，每一資料訊號係於一寫入週期之第一週期輸出至一相對應之第一資料線，且於下一寫入週期輸出至一相對應之第二資料線，如此交替輸出至一畫面結束。第一資料線和第二資料線在同一時間僅有一組資料線接收來自源極驅動器之訊號，另一組未接收訊號之資料線則可利用自身之大寄生電容來維持液晶電容之電流。相較於先前技術，本發明同樣使用兩階段(充電週期和維持週期)來充電顯示單元，但兩階段皆使用正確的資料訊號，並不會被前一顯示單元的資料訊號影響。本發明透過資料線自身的寄生電容來提供在維持週期時的電位，因此能有效增加液晶電容的充放電時間。同時，本發明之源極驅動器34可透過開關控制電路將m筆資料訊號Y1～Ym在對應週期內傳送至2m條資料線，不但減少電路佈線面積，同時亦能降低功率消耗。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、30．．．液晶顯示器

12、32．．．液晶顯示面板

14、34．．．源極驅動器

16、18、36．．．閘極驅動器

40．．．移位暫存器

42．．．資料閂鎖器

44．．．DAC

46．．．輸出緩衝器

48．．．開關控制電路

SWO、SWE．．．開關

GL₁ ～GL_n ．．．閘極線

P(1,1)～P(m,n)．．．畫素

DL₁ ～DL_m 、DO₁ ～DO_m 、DE₁ ～DE_m ．．．資料線

第1圖為先前技術中一液晶顯示器之示意圖。

第2圖為先前技術液晶顯示器在運作時之時序圖。

第3圖為本發明中一液晶顯示器之示意圖。

第4圖為本發明中一源極驅動器之示意圖。

第5圖為本發明液晶顯示器在運作時之時序圖。

34．．．源極驅動器