CN1160260A - 液晶显示装置的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用OCB(光学补偿的双折射)的液晶显示装置的驱动方法，它具有宽视野角度和高速响应，并提供一种使得OCB单元在短时间内从倾斜取向转换成弯曲取向的液晶显示装置驱动方法。在使用OCB单元的液晶显示装置驱动方法中，在显示操作初始控制薄膜晶体管的栅极通/断期间，通过产生在栅极和公共电极之间的强电场使每个象素弯曲取向，并且同时把高于保持弯曲取向所需电场的电压的电压施加于显示电极和公共电极之间以在短时间内转换成弯曲取向。

Description

液晶显示装置的驱动方法
本发明涉及一种液晶显示装置的驱动方法，尤其涉及一种使用能实现宽视野角度和高速响应的OCB(光学补偿的双折射)技术的液晶显示装置的驱动方法。
扭曲向列(TN)单元，目前广泛用于薄膜晶体管彩色液晶显示装置(TFT/LCDS)中，它有较小的视角，结果出现这种问题：即当从一倾角方向看LCD板表面时会产生对比度降低和图象倒向。为解决这一问题，即为得宽视角，采取了各种不同的方法。这些方法中的一种是取向分割方法，其中把一个LCD的每个象素分割为两部分，取向在两部分中为不同的方向，另一种方法是把象素分成许多部分。
另外，为适应介质的最新发展趋势，移动画面处理功能是很有必要的，它使大量图象数据以高速在液晶显示装置的屏幕上移动，为此目的，期望改进液晶显示单元的高速响应性能。
近年来，对OCB单元进行了研究，其中用OCB单元取代TN单元作为液晶显示单元。一旦使用OCB单元技术，就有可能比使用取向分割方法更容易地得到宽视角，同时也具有比普通TN单元更快(快一个数量级)的高速响应特性。图13是表示一个OCB单元结构的透视图。显示弯曲取向的液晶材料密封在两个(上和下)玻璃基片之间，偏振板设在两个相应玻璃基片的外侧。相应差补偿薄膜设在两个玻璃基片中的一个和偏振板之间。
弯曲取向是一种其液晶分子几乎全部仅存在于例如如图所示坐标系中X2平面内的取向在弯曲取向单元中，由于顶部和底部的液晶分子即使改变施加的电压也总是对称取向，视野角度函数关系在X2平面内对称，在X、Y、Z的三维方向的相位差固使用相位差补偿薄膜(双轴薄膜)而为零，以便得到宽视角。
OCB单元当没有偏置电压施加给它时处于倾斜取向状态，并且在有一高电压施加给它时则处于弯曲取向状态。为使得OCB单元起液晶显示装置作用，在工作的初始它能必须从倾斜取向状态变成弯曲取向状态。
尽管尚处于探索阶段，但已经开始研究在使用OCB单元的液晶显示装置品工作初始的一个给定时间段，通过在公共电极和象素电极之间施加一高电压使OCB单元变为弯曲状态的方法。但是，大于数十秒才得到弯曲取向状态是不成功的实例，或者还有一部分象素仍然没有转换成弯曲取向状态。在OCB单元没有转换成弯曲取向状态的情况下，通过操作者的手指按动LCD屏的有关区域的表面有可能强行得到弯曲取向状态。尽管这能使液晶显示装置具有期望的宽视角特性，但所要求的图象质量不容易保证。另外，上述措施是不实用的。
还存在另一个问题：即既使从倾斜状态向弯曲状态的转换在操作的初始时就已完成，但在操作过程中出于某种原因OCB单元也可以返回到倾斜取向状态，在这种情况下除非电源重新接通，否则不能进行正常的显示。
近来诸如配备有薄膜晶体管彩色液晶显示装置的笔记本个人电脑的电池驱动系统日益需要节能型。为此目的，这种液晶显示装置设有如一旦系统在给定时间无输入信号接收就停止其驱动模式以关闭显示的功能。液晶显示装置适用于一旦在接收到来自系统的信号情况下立即接通显示，然而，一旦关掉驱动信号，OCB单元就从弯曲取向状态还原到倾斜取向状态。由此，必须有一个阶段用于恢复弯曲取向状态，因此不能立即接通显示。本发明的一个目的是提供一种液晶显示装置的驱动方法，其中该方法允许OCB单元在使用OCB单元的TFT/LCD中在一个很短的时间内就能从倾斜取向状态转换到弯曲取向状态。
本发明的另一目的是提供一种液晶显示装置的驱动方法，它在图像显示期间当从弯曲取向状态向倾斜取向状态转换时在一个很短的时间里就能强行将OCB单元恢复到弯曲取向状态。
本发明的另一个目的是提供一种液晶显示的驱动方法，其在操作期间和液晶显示装置的操作的中止期间能保证弯曲取向状态。
上述目的能由下文的驱动方法实现。
所提供的驱动方法包括下述步骤：在使用OCB单元的液晶显示装置的显示操作的初始控制薄膜晶体管的栅极通/断期间；通过在栅电极和公共电极之间产生一个强电场使每个象素具有弯曲取向；并且，与此同时施加一电压以在短时间内转换到弯曲取向，该电压大于在显示电极(象素电极)和公共电极之间继续保持弯曲取向所必需的电压。
所提供的驱动方法包括如下步骤：在使用OCB单元的液晶显示装置的显示操作的初始在薄膜晶体管的存储电容电极和公共电极之间施加一个电压脉冲；通过产生在两个电极之间的强电场使每个象素具有弯曲取向；同时，施加一电压以在短时间内转移到弯曲取向，该电压大于在显示电极(象素电极)和公共电极之间产生的保持弯曲取向所必需的电场的电压。
在上述驱动方法中，驱动模式响应于由系统侧送来的电源接通复位信号而被启动。
出于某种原因在显示操作期间一旦发生从弯曲取向向倾斜取向的转换，显示器质量就要下降。为解决这一问题，在指定时间间隔完成与上述相似的驱动以恢复弯曲取向。还可以响应来自一个开关或系统侧的一个外部信号(不是在一给定时间间隔)完成与上述相似的驱动，由此可强行地恢复弯曲取向。
另外，为在液晶显示装置的操作的中止期间保持弯曲取向状态，所需的最小电压施加于公共电极和显示电极之间，使帧频率比在普通的显示状态中要低。
图1表示的是根据本发明的一个实施例的液晶显示装置的结构；
图2表示的是根据该实施例定时驱动的波形实例；
图3表示的是根据该实施例定时驱动的波形实例；
图4表示的是根据实施例定时驱动的波形实例；
图5是液晶显示装置的剖视图，其中设有存储电容线；
图6表示根据另一实施例的电压施加电路；
图7表示根据该实施例定时驱动的波形实例；
图8表示一种驱动方法，该方法产生由倾斜取向返回到弯曲取向；
图9表示另一种产生由倾斜取向返回到弯曲取向的驱动方法；
图10表示产生由倾斜取向返回到弯曲取向的驱动方法；
图11表示在系统的省电方式期间的驱动方法；
图12表示在系统的省电方式期间的另一种驱动方法；
图13图示的是OCB单元的结构。
2-阵列基片
4-配对的基片
6-数据线
8-栅极线
10-薄膜晶体管
12-显示电极
14-数据线驱动电路
16-栅极线驱动电路
18-数据电压产生器
20-公共电极驱动电路
22-栅极电压发电机
24-液晶显示控制器
26-控制部分
28-电源接通信号部分
30-系统部分
31-公共电极
32-存储电容线
34-液晶
40-OCB单元型液晶显示装置
42-LCD控制器
44-开关电路
46-启动重新取向电路
48-电源接通信号电路
50-脉冲产生电路
52-OR或电路
58-开关
通过参见图1-4，将根据本发明的第一个实施例描述液晶显示装置，其驱动方法以及其驱动装置，其中OCB单元在液晶显示装置的操作初始就从倾斜取向状态转换成弯曲取向状态。
参见图1将对应用在本实施例中的液晶显示器的结构进行简单描述。首先，阵列基片2和配对基片4都是玻璃基片，它们通过液晶以一个给定的间距彼此对置。尽管未在图中表示，但在配对的基片4的几乎全部表面上形成有公共电极。公共电极驱动电路20连接在公共电极上以向它施加电压。
多个数据线6和多个与数据线6相交的栅极线8设在阵列基片2上。象素电极12成形在各个象素区域内，该象素区域由数据线6和栅极线8切割成矩阵形式。作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)10成形在数据线6与栅极线8的每一个交叉点的附近。数据线6与数据线驱动电路14连接，栅极线8与栅极线驱动电路16连接。栅极电压产生器22连接到栅极线驱动电路16。
数据线驱动电路14、栅极线驱动电路16、栅极电压产生器22、和公共电极驱动电路20与液晶显示控制器24的控制部分26连接，并由从系统部分30接收数据信号、同步信号、等等的控制部分26控制。液晶显示控制器24的电源接通信号部分28响应于从系统部件30而来的电能向控制部分26发生一个复位信号。
应用以上结构，所述的驱动方法的特征为：由在驱动开始时产生的电场而在薄膜晶体管TFT10的栅极和公共电极之间形成弯曲晶核以由此在每个象素上产生弯曲取向，该薄膜晶体管10的栅极是液晶显示装置的各个象素形成的，公共电极形成在与其上有薄膜晶体管10的阵列基片2相对的配对基片4上。
一般而论，施加于薄膜晶体管的栅极的栅极电压幅度大约为20-30V它远大于配对基片上的公共电极和阵列基片上的象素电极之间大约6V的电位差。因此，由于公共电极和栅极之间的大的电位差造成的结果，存在于公共电极和栅极之间的液晶很容易成为弯曲取向状态。与此同时，一旦施加的电压高于所需的保持弯曲取向状态的公共电极和象素电极之间电压时，全部象素在短时间内就会成为弯曲取向状态。
参见图2-4所示在驱动的初始通过使用定时实例来描述根据本实施例的驱动方法。参见图2，当由系统部分30开始供电时，电源接通信号部分28向驱动控制部分26发出一个复位信号，输出复位信号的期间由t1表示。在t1期间，由倾斜取向转换成弯曲取向是通过控制施加到相应薄膜晶体管TFT的栅极，显示电极，和公共电极的电压在短时间内完成的。
实际上，希望期间t1不长于15秒。优选期间t1不长于5秒。如图2所示，在接通电源时，输出电源接通复位信号，持续t1秒，在此期间为栅极线提供电压电平如普通栅极脉冲一样为20-30V(但其持续期间比在普通栅极脉冲定时时间宽得多)的栅极脉冲，如图所示。
参见图3描述在电源接通复位期间(即在期间t1时)的栅极定时关系。该实例涉及通过同时将宽栅极脉冲提供给全部栅极线而实现从倾斜取向向弯曲取向的转换的方法。假定液晶显示装置在通过普通驱动方法显示的情况下写一个画面(一帧)的时间例如为17毫秒。
举例来讲，产生占空比为50％的脉冲(脉冲宽度大约8.5毫秒远大于普通操作情况)，并同时将该脉冲提供给全部脉冲传输线。由此，例如一旦t1等于5秒，它包括大约300个帧。这样，弯曲取向的晶核通过输出宽栅极脉冲300次而在公共电极和栅极之间重复产生大的电位差而形成。
通过在t1期间在公共电极和显示电极之间连续施加在标准驱动操作中使用时的电压，在短时间里就能在全部象素上得到很好的弯曲取向。
图4表示在电源接通复位期间(即在期间t1中)的另一种栅极定时关系实例。在该例子中，用于弯曲取向的宽栅极脉冲以一定顺序依次作用于栅极线，向各个栅极线输入栅极脉冲的定时时间在每一帧中依次偏离。
如上所述，与在标准显示操作中栅极接通期间等于1/(显示行数X帧频率)(该期间短到数十分之一毫秒)相比，把在本实施例的驱动方法中的栅极接通期间设定为长达几毫秒到几秒。这就可在公共电极和栅极之间形成弯曲取向的晶核，另外，公共电极和显示电极之间产生的电场导致在全部象素上转变成弯曲取向。当施加于公共电极和显示电极之间的电压变大时，能在短时间里完成向弯曲取向的转变。
尽管在上述实例中，公共电极和显示电极的电位对于每一帧来说是反相的，但只要没有可靠性问题发生，它们可以每经多个帧反相一次。一帧期间可被设定在12.5毫秒到1秒(1-80Hz)的范围内。另外，尽管图3和4的两个例子是指以一帧接一帧的方式反向驱动公共电极的，即使在公共电极的电位不反向的情况下，也要象在本实施例中一样按同样的方式驱动栅极和显示电极。
参见图5-7，根据本发明第二个实施例将描述液晶显示装置，其驱动方式以及其驱动装置，其中OCB单元在液晶显示装置的操作的初始就由倾斜取向状态转变成弯曲取向状态。该实施例涉及在使用OCB单元的液晶显示装置的显示操作的初始在一短期间里转换到弯曲取向状态的驱动方法，该转换是借助于公共电极和薄膜晶体管的存储电容电极(存储电容线)之间产生的强电场引起各个象素上的弯曲取向来完成的，而这个强电场是通过在这些电极之间施加电压脉冲，并同时使施加的电压大于在公共电极和显示电极(象素电极)之间保持弯曲取向所需的电场的电压而形成的。
图5是表示其中形成有存储电容线的液晶显示装置的剖面图。阵列基片2和配对基片4彼此相对设置密封成一个液晶34。显示电极12和公共电极31形成在各个基片的液晶侧的表面上。栅极线8和数据线(未示出)形成在各个象素的显示电极12之间的阵列基片2上。
存储电容线32通过一个绝缘膜设在显示电极12上。在普通液晶显示器驱动的情况下，把与施加给公共电极31一样的电位的电压施加给存储电容线32。
下面将结合附图6描述本实施例中的电压施加电路。显示器(数据线)驱动电压Vd和栅极线驱动电压Vg由LCD控制器42输入给使用OCB单元的液晶显示装置40。通过开关电路44提供欲施加给液晶显示装置40的公共电极的电压Vcom和欲施加给其存储电容线的电压Vcs。开关电路44在来自于LCD控制器42和来自于启动重新取向控制器46的Vcom和Vcs之间进行转接。
在启动液晶显示时，电源接通信号电路48接收到电源接通复位信号并将它发送给启动重新取向控制器46。启动重新取向控制器46一旦接收电源接通信号就给开关电路44提供一个信号，使其能把Vcom和Vcs的输入开关转换到启动重新取向控制器46的输出端的一侧。
现在，将通过在驱动初始使用如图7所示的一个定时实例来描述根据本实施例的驱动方法，参见图5和图7，当由系统开始供电时，电源接通信号电路48向启动重新取向控制器46发出一个复位信号。在复位信号输出的期间标明为t1。在期间t1通过控制施加给存储电容线和公共电极的电压在短时间内完成由倾斜取向向弯曲取向的转换。
实践中期望期间t1不长于15秒。优选期间t1不长于5秒。在该实施例中，将t1设定为1-2秒。如图7所示，一旦接通电源，电源接通复位信号就输出t1秒，在此期间，极性相反且电位相差10-30V的电压分别提供给公共电极和存储电容线。优选的是，电位差不小于12V。
设定的脉冲宽度不短于2毫秒以便实现转换到弯曲取向。例如，一旦脉冲通/断比率为1∶1(50％占空比)，则公共电极和存储电容电极以如图所示的不高于250Hz频率被反向驱动。
如果t1等于3秒，它包括大约200个帧。因此，弯曲取向的晶核通过重复施加200次能引起公共电极和存储电容线之间大的电位差的脉冲而形成。通过进一步连续地施加例如按普通驱动方法在期间t1中施加在公共电极和显示电极之间的电压，就能在短时间内在全部象素上得到令人满意的弯曲取向。
虽然在本实施例中电压既施加给公共电极又施加给存储电容线，但可能的变化是电压仅施加给它们中的一个，比如施加给公共电极而不施加给存储电容线。
下文结合图8-10将描述当出于一定原因而在使用OCB单元的液晶显示装置的显示操作期间发生由弯曲取向向倾斜取向转换时恢复弯曲取向的驱动方法。
在图8的电路中，图1的电源接通信号部分48的输出或其输出端与如图6所示的液晶显示装置的启动重新取向电路46连接的电源接通信号电路48的输出端通过一个或电路52与脉冲产生电路50的输出相组合。或电路52的一个输出端输入给启动重新取向控制器46。脉冲产生电路50在一恒定间隔时间(给定时间经过之后)适用于产生脉冲。
用以上结构，借助于或电路52，如果从电源接通信号电路48或脉冲产生电路50输出脉冲，已处于倾斜取向状态的液晶不仅在接通电源的时候而且在显示操作时都能在短时间返回到弯曲取向状态。
另外，如图9和10所示，在显示操作期间发生从弯曲取向向倾斜取向的转换的情况下，驱动是在为响应从开关输出的信号或需要时从系统侧输出的信号而强行转换到弯曲取向而不是如前所述在恒定时间间隔中发生转换。例如，如图9所示，可提供强行完成向弯曲取向的转换而启动驱动的开关58，如在对液晶显示装置54的显示屏的框架56的正前方的操作者更方便的一个位置提供开关58。参见表示结构实例的图20，开关58适用向或电路52输入或断开取代用于图8电路中的脉冲产生电路50的电压Vdd。用这种结构，通过闭合开关58也能实现向弯曲取向的强行转换。例如，不使用这种开关，而是从系统向或电路52输入一个外部信号。举例来讲，从系统键盘而又不通过开关58能实现向弯曲取向的强行转换。
例如一些新的笔记本个人电脑，一旦在电脑使用过程中在一给定期间内无信号从键盘或类似物输入，具有自动产生向节能型转换的功能。如果进入节能状态，作为电脑显示装置的液晶显示装置的背照明断开，或者停止背照明和液晶驱动电路的操作。在使用OCB单元的液晶显示装置中，如果进入节能功能以停止液晶驱动电路的操作，则液晶由弯曲取向状态转换成倾斜取向状态。由此，为在响应某一个输入使电脑从节能型返回到正常方式，这一过程中能立即启动显示，在使用OCB单元的液晶显示装置中反应断开背照明，同时应象正常方式那样继续进行驱动。
为此，在使用OCB单元的液晶装置中，按节能方式完成如图11或12所示的驱动。
图11是在公共电极反向驱动的情况下显示电极和公共电极的驱动波形实例。在公共电极反向驱动中，施加于公共电极和显示电极的电压在每个水平周期t3重复方向。在图11中的期间t1施加普通显示期间的驱动波形。施加于液晶的象素的电压为V1/2+V2/2，其中V1和V2是分别施加于显示电极和公共电极的电压的幅度。
在节能期间t2中，公共电极停止反相，施加于象素的电压为V1/V2，将该电压设定为高于阻止从弯曲取向向倾斜取向转换的电压。通常，该电压设定为5V或更少。在这期间，反向期间t4长于一个水平周期，优选的为几赫兹到几十赫兹。通过这样设置，公共电极反相无需电能。另外，由于显示电极的反相期间变长，显示电极的能耗减少t3/t4。
图12表示在一恒定电压施加给公共电极的情况下驱动波形的实例。施加给显示电极的电压每个水平周期t3重复反向。在图12中的期间t1中，施加有普通显示期间的驱动波形。施加给液晶的象素的电压为V1/2，其中V1是在显示期间施加给显示电极的电压幅度。
在节能期间t2中，施加给显示电极的电压幅度为V2，其中V1大于V2。在此期间，施加于液晶的电压为V2/2，它大于阻止从弯曲取向向倾斜取向转换的电压。在此期间，反相期间t4长于一个水平周期，优选为几赫兹到几十赫兹。通过这样设置，由于施加于显示电极的电压幅度较小，所以能耗降低。另外，由于显示电极的反相期间变长，所以显示电极的能耗降低t3/t4。
根据本发明，通过控制栅极、显示电极、和公共电极的驱动定时，就能在短时间内实现由倾斜取向向弯曲取向的转换，而普通薄膜晶体管液晶显示装置的结构几乎没有变化。

Claims (7)

1.一种使用OCB单元的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤如下：
在显示操作的初始控制薄膜晶体管的栅极通/断期间；
通过在栅极和公共电极之间产生的强电场使得每个象素具有弯曲取向；以及
与此同时，施加一电压以在短时间内转换到弯曲取向，该电压高于在显示电极和公共电极之间保持弯曲取向所需的电场的电压。
2.一种使用OCB单元的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤如下：
在显示操作初始在薄膜晶体管的存储电容电极和公共电极之间施加一个电压脉冲；
通过产生在两个电极之间的强电场使每个象素弯曲取向；以及
同时，施加一电压以在短时间内转移到弯曲取向，该电压高于在显示电极和公共电极之间保持弯曲取向所需的电场的电压。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于显示操作是在响应由系统侧发出的电源接通信号而开始的。
4.一种使用OCB单元的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤如下；
在显示操作期间在一给定时间间隔中控制薄膜晶体管的栅极通/断期间；
通过一个产生在栅极和公共电极之间的强电场使得每个象素弯曲取向；以及
同时施加一个电压以在短时间内转换到弯曲取向，该电压高于在显示电压和公共电压之间保持弯曲取向所需的电场的电压。
5.一种使用OCB单元的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤如下：
在显示操作期间在一给定时间间隔中向薄膜晶体管的存储电容电极和公共电极之间施加一个电压脉冲；
通过产生在两个电极之间的强电场使每个象素弯曲取向；以及
同时施加一个电压以在短时间由转换到弯曲取向，该电压高于在显示电极和公共电极之间保持弯曲取向所需的电场的电压。
6.根据权利要求4或5所述的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤为：不在给定的时间间隔而是在一任意时刻在薄膜晶体管的存储电容电极和公共电极之间施加一个电压脉冲以强行转移到弯曲取向。
7.一种使用OCB单元的液晶显示装置的驱动方法，其特征在于步骤为：
在公共电极和显示电极之间施加一个在显示操作中止时弯曲取向所需的最小电压；以及
帧频率低于在普通显示状态时的频率以由此保持在弯曲取向状态。
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