液晶显示装置及其驱动方法和移动终端 【技术领域】
本发明涉及一种液晶显示装置及其驱动方法和便携式终端，具体地说，本发明涉及一种使用预充电系统的有源阵列(active matrix)液晶显示装置及其驱动方法以及输出显示部件中包含这种液晶显示装置的便携式终端。
背景技术
近年来，诸如便携式电话等便携式终端越来越普遍。这些便携式终端通常将液晶显示装置用于输出显示部件。这些便携式终端经常在室外使用，因此，需要确保其在宽温度范围内的稳定操作。保证操作温度范围的下限被设置成极低水平，例如大约-30℃。
在低温下，液晶显示装置的不利之处在于液晶介电常数的频率特性下降，使得低温下的对比度降低。具体地说，参考示出单位像素(unit pixel)的等效电路的图3，液晶材料的电阻分量R在低温下增大，于是就阻止了带有液晶电容Clc的像素电极(pixel electrode)在预定的时间周期内被充足电。因此，期望的信号电压不能被写到像素中，从而引起对比度降低。
这种低温下的低对比度问题，在为降低能耗而在低电压下操作的液晶显示装置中更为显著，其中较低的电压被施加到液晶电容Clc。为了克服上述问题，可以将高电压施加到液晶电容Clc；然而，这种方法会导致另一个问题，那就是用于驱动数据线的数据驱动器的输出电路需要高电流容量，这就会消耗更多地电能，并且占用更大的电路区。
应用于彩色液晶显示装置的选择器驱动系统是众所周知的系统，它允许与三个水平排列的彩色相对应的三个彩色信号在一个行周期(horizontal period)内按照时间顺序被采样，然后被写入到显示区内的数据线中，从而将数据驱动器的输出数量减少到1/3。在这种使用选择器驱动系统的液晶显示装置中，三个彩色信号在一个行周期内被顺序采样，因此分配了较短的时间周期，特别是对于第三个采样颜色。由于上述原因，该问题在低温下表现得更为显著。于是，期望的信号电压不能被写入到第三个采样颜色的像素中。结果，第三个采样颜色的对比度变得非常低，导致色度变化(chromaticity deterioration，色度衰减)。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种液晶显示装置，该液晶显示装置能够在仍然抑制电能消耗同时提高低温下的对比度特性，并且使用选择器驱动系统来减少色度变化；驱动这种液晶显示装置的方法；和输出显示部件中包含这种液晶显示装置的便携式终端。
【发明内容】
为实现上述目的，根据本发明，在显示信号被写入到每条数据线之前，预充电信号电平被写入到显示区内的每条数据线上，也就是说，预充电信号电平等于没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平(gray-scale level)。没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，对于常白(normally white)的液晶显示装置来说为白色电平，而对于常黑(normally black)的液晶显示装置来说为黑色电平。
在液晶显示装置中，液晶材料的电阻分量在低温下增大，从而降低了液晶介电常数的频率特性。这就会导致不能在预定的时间周期内将期望的信号电压写到带有液晶电容的像素电极。为解决上述问题，根据本发明的液晶显示装置在向数据线写入显示信号之前，将没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平写入到数据线，这里，灰度级电平用作预充电信号电平。于是，可以利用灰度级电平启动对数据线的驱动，换句话说，能在较短的时间周期内将期望的信号电压写入到数据线上。由于上述原因，即使当液晶介电常数的频率特性在低温下降低时，也能够在预定的时间周期内将期望的信号电压写入到带有液晶电容的像素电极上，因此提高了低温下的对比度。
【附图说明】
图1是根据本发明实施例的有源阵列液晶显示装置的电路图；
图2是时序图，图示了在常白的液晶显示装置中，当信号B、G、R以该顺序被采样时，向像素G写入黑色信号的定时；
图3是示出单位像素的等效电路的电路图；
图4是说明根据本发明实施例的液晶显示面板的典型结构的方框图；
图5是图示根据本发明的便携式电话的外形的示意图；
图6示出了输出显示部件的典型外观。
【具体实施方式】
下面将参考附图详细地描述根据本发明的实施例。图1是根据本发明实施例的有源阵列液晶显示装置的电路图。为方便起见，将通过示例来描述该实施例，示例中，像素阵列为4行×6列。
参考图1，阵列中栅极线(gate line)11-1到11-4和数据线(data line)12-1到12-6用导线连接。在上述栅极线和数据线的每个交叉点处形成像素13，于是所有的像素13一起形成显示区14。每一个像素13包含像素晶体管TFT(thinfilm transistor，薄膜晶体管)，其栅电极与相应的栅极线(栅极线11-1到11-4之一)相连，其源电极与相应的数据线(数据线12-1到12-6之一)相连；液晶单元(1iquid crystal cell)LC，其像素电极与像素晶体管TFT的漏电极(或源电极)相连；和存储电容器Cs，与液晶单元LC并联连接。
在上述像素结构中，液晶单元LC的反向电极(counter electrode)通常连接在所有的像素中。公共电压(common voltage)VCOM被施加到液晶单元LC的反向电极。对于下面描述的1H(H代表行周期)反向驱动(reverse driving)或1F(F代表等于一个场(field)的周期)反向驱动，将被写入数据线12-1到12-6的显示信号根据该公共电压VCOM进行极性翻转(polarity-reversed)。
在根据本实施例的液晶显示装置中，也使用VCOM翻转驱动，其中每1H周期或1F周期对公共电压VCOM进行极性翻转。当该VCOM翻转驱动与1H翻转驱动或1F翻转驱动同时使用时，下面描述的数据驱动器的输出电路的操作电压能够是不使用VCOM翻转驱动时的操作电压的一半，这就允许在低电压下操作数据驱动器。
公共电压VCOM被提供为交流电压，该交流电压具有与所使用的显示信号相等的振幅，如0到3.3V。当通过像素晶体管TFT将信号从数据线12-1到12-6写到液晶单元LC的像素电极时，诸如寄生电容等因素就会引起像素晶体管TFT处的电压降。因此，在实践中，带有由该电压降所改变的振幅的交流电压实际上用于公共电压VCOM。与该VCOM翻转驱动一起，具有与公共电压VCOM相同的幅值并且与公共电压VCOM同步进行极性翻转的电压，通过Cs线15(反向电极的邻相线)被施加到与反向电极相邻的存储电容器Cs的电极。
用作垂直驱动装置的扫描驱动器16被置于例如显示区14的左侧。该扫描驱动器16每次在每一个场周期中顺序驱动栅极线11-1到11-4，以便选择每一行像素13。数据驱动器17被置于例如显示区14的上面。选择器开关18被置于数据驱动器17与显示区14之间。预充电开关19被置于例如显示区14的下面。
数据驱动器17以预定顺序如蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)，重复输出三种颜色的显示信号，即蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)。在本例中，对于显示区14中的三列像素阵列的每一组，输出显示信号。这种重复周期通常是1H周期。简而言之，在1H周期内按时间顺序输出B、G、R信号的每一个。这时，根据公共电压VCOM，每1H对这些彩色信号的极性进行一次翻转。以此方式，执行1H反向驱动，其中，将被施加到每一个像素13的显示信号的极性每1H被翻转一次。
在节电模式下，数据驱动器17每一个场周期(1F)重复输出B、G、R彩色信号。这时，这些彩色信号的极性根据公共电压VCOM每1F被翻转一次，于是，执行了1F反向驱动，其中，将被施加到每一个像素13的显示信号的极性每1F被翻转一次。采用1F翻转驱动，彩色信号的极性翻转次数会比采用1H翻转驱动的次数少得多，从而抑制了数据驱动器17的输出电路的能耗。这意味着1F翻转驱动在减少能耗方面是有效的(也就是说，有利于节电)。
如上所述，数据驱动器17输出显示信号Sig1、Sig2等。这些显示信号每一个都是B、G、R彩色信号分量的时序信号，并被提供给选择器开关18，一个用于显示区14中像素阵列的同一行中的每一组2个或多个相邻像素(例如，3个像素)。选择器开关18启动选择器驱动系统，其中，用于与水平排列在显示区14中的三个彩色信号相对应的像素的显示信号，在一个行周期内按时间顺序被采样到数据线12-1到12-6中。
特别地，选择器开关18具有一组用于显示信号Sig1的三个模拟开关SWsB-1、SWsG-1、SWsR-1，一组用于显示信号Sig2的三个模拟开关SWsB-2、SWsG-2、SWsR-2，等等。每组模拟开关的输入端被连接到一条公共线，模拟开关的输出端被连接到显示区14中的各数据线12-1到12-6。
在选择器开关18中，用于相同颜色的模拟开关与按时间顺序施加的相应外部选择脉冲SEL-B、SEL-G或SEL-R同步被接通或切断。具体地说，模拟开关SWsB-1和SWsB-2与颜色B的选择脉冲SEL-B同步被接通或切断，模拟开关SWsG-1和SWsG-2与颜色G的选择脉冲SEL-G同步被接通或切断，模拟开关SWsR-1和SWsR-2与颜色R的选择脉冲SEL-R同步被接通或切断。
利用选择器开关18实现的选择器驱动系统，允许用于水平排列在每一行中的像素的显示信号Sig1和Sig2在一个行周期内按时间顺序被采样并且被提供给显示区14中的数据线12-1到12-6，所以其优点在于，它允许数据驱动器17的输出数量被减少到显示区14中的数据线12-1到12-6的数量的1/3。
预充电开关19用于预充电系统，其中，正好在向数据线12-1到12-6写入由选择器开关18采样的显示信号Sig1和Sig2之前，将预充电信号Psig写入到数据线12-1到12-6中。
详细地说，预充电开关19包含与显示区14中像素阵列的列数同样多的模拟开关(SWp-1到SWp-6)。这些模拟开关SWp-1到SWp-6的每一个的一端被连接到作为预充电信号Psig的输入端的一条公共线，而相同模拟开关的另一端被连接到相应的数据线，也就是显示区14中的数据线12-1到12-6。模拟开关SWp-1到SWp-6与预充电脉冲PCG同步被接通/切断，该预充电脉冲PCG是在第一选择脉冲SEL-B之前从外部施加的。
现在，让我们看看如果在使用每次一点(point-at-a-time)的模拟驱动系统的液晶显示装置中不进行预充电，将会发生什么。如果在写入显示信号Sig1和Sig2之前，预充电信号Psig没有被写入到这种液晶面板中的数据线12-1到12-6，在上述1H翻转驱动期间被写入到数据线12-1到12-6中的信号所产生的大量充/放电电流，就会在显示屏幕上产生噪声，比如垂直条纹。另一方面，向数据线12-1到12-6写入预充电信号Psig(通常对于常白的液晶面板为灰色或黑色电平)就会抑制由信号写入所引起的充/放电电流，从而减少噪声。
不幸的是，与用于改善低温特性的预充电信号Psig类似的信号的预充电会导致能耗的增加。为了抑制由这种预充电所引起的能耗，根据本实施例的液晶显示装置使用预充电信号Psig，预充电信号Psig是当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，也就是说，对于常白的液晶显示装置，该灰度级电平为白色电平，或者对于常黑的液晶显示装置为黑色电平。特别的，公共电压VCOM等于当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，例如对于常白的液晶显示装置为白色电平。因此，根据本实施例的液晶显示装置使用公共电压VCOM作为预充电信号Psig。
如上所述，使用预充电系统的有源阵列液晶显示装置可以：给预充电信号Psig分配当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，例如公共电压VCOM；在利用选择器开关18对数据驱动器17所提供的期望的显示信号Sig1、Sig2等进行采样之前，与预充电脉冲PCG同步接通/切断预充电开关19，以便利用公共电压VCOM对数据线12-1到12-6进行预充电；接着，与选择脉冲SEL-B、SEL-G和SEL-R同步顺序地接通/切断选择器开关18，以便通过数据线12-1到12-6将期望的信号写入到相应的像素13。在以下描述中，这些特征的优点将会变得显而易见。
图2图示了在液晶显示装置例如常白的液晶显示装置中，当信号B、G、R以该顺序被采样时，向像素G写入黑色信号的定时。对于VCOM翻转驱动，公共电压VCOM与数据驱动器17的输出信号Sig具有反相关系。
不进行预充电，被写入之前的G数据线的电位Sig-G，如图2中虚线所示，会从原始电压电平下降，也就是说，它受到了该反相的公共电压VCOM的不利影响。现在参考示出单位像素的等效电路的图3，如图2中虚线所示，带有液晶电容Clc的像素电极的电位VP也下降。低温下液晶材料的电阻分量R的增加阻止了期望的信号电压在预定的时间周期内被充分地写入到像素中，因而导致了低对比度。
相反，在写入黑色信号之前，利用在没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，即实施例中作为预充电信号Psig的公共电压VCOM，对预充电脉冲PCG(在低电平时被激活)的数据线进行预充电，使G数据线的电位Sig-G成为中间电平，如图2中实线所示，从而使得带有液晶电容Clc的像素电极的电位Vp成为中间电平。此后，G选择器脉冲SEL-G接通选择器开关SWsG，以允许信号Sig-G从中间电平升高。因此，即使低温下液晶材料的电阻分量R增加，带有液晶电容Clc的像素电极也能够在预定的时间周期内被充足电，并且期望的信号电压能被写到像素中，从而提高低温下的对比度。
不进行预充电的另一个缺点是，如图2中虚线所示，带有液晶电容Clc的像素电极的电位Vp不能在预定的时间周期内达到期望的信号电平。对于在对B、G、R以该顺序进行采样期间最后被采样的R信号，该缺点尤其明显。于是，R的对比度在低温下大幅度降低。另一方面，上述预充电使带有液晶电容Cls的像素电极的电位Vp成为中间电平，所以带有液晶电容Cls的像素电极的电位Vp能在预定的时间周期内达到期望的信号电平。因此，能大幅度降低低温下的色度变化。
在上述实施例中，被施加到液晶单元LC的反向电极的公共电压VCOM，被用于当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平。也可以使用参考电压而不是公共电压VCOM：例如被施加到与Cs线相邻的存储电容器Cs的电极上的电压。该电压具有与公共电压VCOM完全相等的电平，并且能够被用于当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，即预充电信号Psig。
如果被施加到与Cs线相邻的存储电容器Cs的电极上的电压被用于预充电信号Psig，用于驱动Cs线15的Cs驱动器(图中未示出)能用于预充电开关(预充电驱动器)19。在这种情况下，Cs驱动器通常包括CMOS反相器，因此，不允许其电路中有很多直流电流通过。预充电的优点还在于，预充电驱动器(Cs驱动器)占数据驱动器17的输出电路(模拟电路)所需充/放电的一半，从而减少了输出电路中的能耗。该优势非常有利于液晶显示装置的低能耗设计。
已经参照采用VCOM翻转驱动系统的液晶显示装置描述了上述实施例，但不仅仅局限于上述液晶显示装置。换句话说，本发明不仅仅局限于VCOM翻转驱动，而是也可应用于固定在特定直流电压的公共电压VCOM。在这种情况下，被施加到与Cs线相邻的存储电容器Cs的电极上的电压，即Cs线15的电位，也被固定于公共电压VCOM或其他直流电平。
前面已经以采用选择器驱动系统的液晶显示装置为示例，描述了上述实施例。本发明也可应用于除选择器驱动系统之外的技术。一些其他技术是每次一行(line-at-a-time)的驱动系统，其中，在一个行周期内对显示区14中的每行像素的显示信号同时进行采样，以便给数据线提供显示信号；和每次一点(point-at-a-time)的驱动系统，其中，在一个行周期内对显示区14中的每行像素的显示信号顺序进行采样，以便给数据线提供显示信号。如果本发明具体应用于每次一点的驱动系统，就会减少写入最后被采样的像素信号的时间周期，从而显示出在低温下减少阴影的优势。
图4是图示根据上述实施例的液晶显示面板的典型结构的方框图。图4中与图1中相同的符号表示相同的部件。
在上述结构中，数据驱动器17通过COG(Chip On Glass，玻璃上的芯片)被实现为玻璃衬底21上的集成电路(IC)。玻璃衬底21上显示区14、数据驱动器17、选择器开关18和预充电开关19之间的位置关系与图1中所示的相同。然而在图4中，没有示出扫描驱动器16。数据驱动器17通过柔性印刷电路板22接收外部设置信号PRM 1、2、3，其中设置信号PRM 1、2、3决定如何输出下面将要描述的控制信号PRS。
在1F翻转驱动模式中或在局部模式的无显示期间，数据驱动器17输出控制信号PRS，该信号规定在水平消隐信号间隔期间是否激活预充电开关19。数据驱动器17还输出当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级信号，即作为预充电信号Psig的灰度级信号。在上述实施例中，将公共电压VCOM用作当没有电压被施加到液晶时所获得的这个灰度级信号。
数据驱动器17上的控制信号PRS的输出端、测试焊盘(test pad)23上的PRS端和玻璃衬底21上的电平转换电路24，彼此通过导线25电连接。从数据驱动器17输出的控制信号PRS通过导线25被提供给电平转换电路24。
电平转换电路24将控制信号PRS从第一电压电平，例如3.3V，转换为较高的第二电压电平，例如7.0V。经过电压转换的控制信号PRS被提供给用来产生预充电脉冲PCG的脉冲发生电路26，以便控制是否产生预充电脉冲PCG。由脉冲发生电路26产生的预充电脉冲PCG被提供给预充电开关19。
数据驱动器17上的预充电信号Psig的输出端、测试焊盘27上的Tsig端和预充电开关19，彼此通过导线28电连接。从数据驱动器17输出的预充电信号Psig通过导线28被提供给预充电开关19。
另外，柔性印刷电路板22的TMS端、测试焊盘27的TMS端和预充电开关19，彼此通过导线29电连接。外部控制信号TMS被输入到柔性印刷电路板22的TMS端，并通过导线29被提供给预充电开关19。该控制信号TMS将预充电开关19设置为测试模式或预充电驱动模式。
在根据具有上述结构的实施例的液晶显示装置中，使用通过柔性印刷电路板22的TMS端输入的控制信号TMS将预充电开关19设置为测试模式，会导致测试信号Tsig通过测试焊盘27上的Tsig端被输入，并通过导线28被提供给预充电开关19，于是就允许在没有驱动器IC(数据驱动器17)的情况下ZH执行面板显示测试。在这种情况下，预充电开关19用作测试开关。
利用所实现的数据驱动器17，从数据驱动器17输出的控制信号PRS在水平消隐信号间隔期间激活预充电开关19，于是就允许预充电操作，这里，如前面的实施例所述，在数据驱动器17向显示区14中的每个像素的数据线写入信号之前，预充电开关19写入预充电信号Psig。
另一方面，在1F驱动翻转模式中或在局部模式的无显示期间，从数据驱动器17输出的控制信号PRS在水平消隐信号间隔期间使预充电开关19处于非活动状态，于是就停止了1F翻转驱动模式中或局部模式的无显示期间的预充电操作。该方法还减少了液晶显示装置的能耗。
详细地讲，1F翻转驱动模式能分配更长的时间周期来将信号写入像素，因此在低温下经历比1H翻转驱动模式少的低对比度。1F翻转驱动模式的这个优点允许预充电操作被停止，因此有利于将能耗减少与驱动预充电开关19所需的电能同样多的电能。
在常白的液晶显示装置的局部模式的无显示期间，例如，白色信号被写到数据线，以便使无显示区呈现白色。该操作等效于向数据线写入作为预充电信号Psig的公共电压VCOM，不需要预充电。这也允许预充电操作被停止，以便减少能耗。
图5是图示根据本发明的便携式终端诸如便携式电话的外形的示意图。
按照装置外壳41的正面从上到下的顺序，根据本实施例的便携式电话包含扬声器部件42、输出显示部件43、操作部件44和麦克风部件45。在如上所述构造的便携式电话中，根据前面的实施例或示例的液晶显示装置用在输出显示部件43中。
这种便携式电话的输出显示部件43具有局部显示模式：一种待机(standby)模式下的显示功能，其中图像被纵向显示在局部屏幕上。在待机模式下，例如，关于剩余电量、接收器敏感度或时间的信息总是被显示在局部屏幕上，如图6所示。显示区之外的无显示区在常白的液晶显示装置中呈现白色，在常黑的液晶显示装置中呈现黑色。
这样，带有输出显示部件43即根据前面实施例的或修改的液晶显示装置的便携式电话，可以在向像素写入显示信号之前进行预充电，以便增强宽的保证操作温度范围内的对比度特性，尤其是低温下的对比度特性，从而在任何温度的环境中都能呈现优质的图像显示效果。
另一个优点是待机模式下，在局部显示的无显示区中不进行预充电，从而将输出显示部件43中的能耗减少了与预充电驱动器所消耗的同样多的电能，这就允许用一只承担主电源的电池进行长时间操作。
前面的实施例是以便携式电话为示例进行描述的，但不仅仅局限于此。本发明可应用于其他便携式终端，如PDA(personal digital assistant，个人数字助理)。
产业上的可利用性
综上所述，本发明允许在显示信号被写到像素之前进行预充电，其中预充电信号是当没有电压被施加到液晶时所获得的灰度级电平，以便保证即使在低温下液晶材料电阻分量增加时，期望的信号电压也能被写到像素中，这样就能够在仍然抑制能耗的同时，提高了低温下的对比度特性。