一种可在宽范围的帧速率下操作的薄膜晶体管液晶显示装置的制作方法

1.本发明一般涉及薄膜晶体管(tft)液晶显示(lcd)装置。更具体地，本发明涉及可在宽范围的帧速率下操作的tft
‑
lcd装置及其驱动方法。


背景技术：

2.tft
‑
lcd装置是一种有源矩阵显示装置，包括由tft阵列单独控制的液晶显示像素矩阵。在典型的tft
‑
lcd像素中，两块玻璃基板之间夹有一层液晶，在玻璃基板上形成一对电极(共电极和显示电极)，用薄的透明金属如氧化铟锡(ito)向液晶施加静电场以操纵背面照明偏振源。图1显示了典型tft
‑
lcd像素的等效电路。将液晶夹在中间的一对ito电极形成液晶平行板电容器clc。每个像素还包括用作主动寻址像素的开关元件的tft和用作存储元件以帮助维持像素状态的储存电容器cs。
3.图2显示了典型tft
‑
lcd装置的简化结构图。为了显示视频帧，像素通过连接到各个tft的栅极端的多条栅极线(g[1]，...，g[n])逐行寻址，并通过连接到各个tft的源极端的多条数据线(s[1]，...，s[m])逐个驱动所寻址的行的像素，从而施加电场到每个像素的液晶上。施加在液晶上的电场由各自的储存电容维持到下一帧。
[0004]
通常，tft
‑
lcd显示器在特定帧频下的显示质量取决于储存电容器cs的电容。如果储存电容cs的电容不足以保持电荷以维持稳定的电压电平，则会影响像素的灰階度的准确性，并可能出现闪烁。如果储存电容cs的电容过大，会限制显示的响应速度，并可能出现动态模糊。例如，对于典型的帧速率(例如60hz)，会增加大约0.5pf的储存电容器以帮助稳定电压直到下一个帧周期。
[0005]
为了在显示质量和功耗之间取得良好的平衡，需要针对不同的显示内容以不同的帧率操作显示装置。低帧率(例如1hz)足以显示静态图像的同时可有利于节能，而高帧率(例如60hz或120hz)对于显示动态视频是必要的，但会导致高功耗。因此，对于可以较宽的帧率范围(例如从1hz到60/120hz)内运行的tft
‑
lcd显示器的设计有很大的需求。


技术实现要素：

[0006]
本发明的一个目的是提供一种可在宽范围的帧速率下操作的tft
‑
lcd装置及其驱动方法。本发明可以允许装置根据显示内容实时调整显示帧率，以优化显示质量和功耗之间的平衡。
[0007]
根据本发明的一个方面，提供了一种tft
‑
lcd显示装置，包括:以n行和m列组织的像素阵列，n行像素被分为k组；栅极驱动器，被配置为通过与各行像素电连接的n条扫描线逐行选择像素行；以及源极驱动器，被配置为通过与各列像素电连接的m条数据线控制所选择的像素行的每个像素。每个像素包括：显示电极和共电极，用于向夹在其间的液晶层施加静电场以操纵液晶层的透射率；由显示电极和共电极所形成的液晶平行板电容器；第一开关晶体管，其被配置为用于主动寻址像素，并且具有连接到相应扫描线的栅极端、连接到相应数据线的源极端和连接到显示电极的漏极端；第一储存电容，其被配置为用于当显示装
置以第一帧率操作时提供第一储存电容值来维持像素的状态，并且具有连接到显示电极的第一端和连接到共电极的第二端；以及储存电容调整电路，其被配置为用于当显示装置以第二帧率操作时动态调整像素的储存电容以提供第二储存电容值来维持像素的状态。栅极驱动器还被配置为通过k条储存电容控制线分别向所控制的像素施加储存电容控制信号以动态调整像素的储存电容。
附图说明
[0008]
下文参看图式更详细地描述本发明的实施例，图式中：
[0009]
图1显示了典型tft
‑
lcd像素的等效电路；
[0010]
图2显示了典型tft
‑
lcd装置的简化示意图；
[0011]
图3描绘了根据本发明一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图；
[0012]
图4描绘了如图3所示的tft
‑
lcd装置像素的详细电路图；
[0013]
图5示出了用于调整如图3所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图；
[0014]
图6描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图；
[0015]
图7示出了用于调整如图6所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图；
[0016]
图8描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图；
[0017]
图9示出了用于调整如图8所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图；
[0018]
图10描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图；以及
[0019]
图11示出了用于调整如图10所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图。
具体实施方式
[0020]
在以下描述中，作为优选示例阐述了可在宽范围的帧速率下操作的tft
‑
lcd装置及其驱动方法。所属领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下作出包含添加和/或替换在内的修改。可省略特定细节以免使本发明模糊不清；然而，编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在无需进行过度实验的情况下实践本文中的教示。
[0021]
图3描绘了根据本发明一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图。图4描绘了tft
‑
lcd装置像素的详细电路图。
[0022]
参见图3和4。tft
‑
lcd装置可以包括显示面板，所述面板包括以n行和m列组织的tft
‑
lcd像素的二维阵列。tft
‑
lcd装置还可以包括栅极驱动器，被配置为通过与各行像素电连接的n条扫描线(g[1]，
…
，g[n])逐行选择像素；以及源极驱动器，被配置为通过m条与各列像素电连接的数据线(s[1],
…
,s[m)控制所选行的每个像素。
[0023]
可选地，栅极驱动器被配置为以双重扫描的方式进行像素行的扫描。例如，所述显示面板可以分为奇數部分和偶數部分，奇數部分包括扫描线g[1]，g[3],
…
g[n
‑
1]，偶數部分包括扫描线g[2]，g[4],
…
g[n]，栅极驱动器可以同时在奇數部分和偶數部分逐行扫描像
素。即是，在一个图像帧的周期中，栅极驱动器可以同时选择扫描线g[1]，g[3],
…
g[n
‑
1]，然后同时选择扫描线g[2]，g[4],
…
g[n]。栅极驱动器也可以g[1]，
…
g[n]逐行扫描。
[0024]
栅极驱动器还可以被配置为通过n条电连接n行像素的储存电容控制线(ts_g[1]，...，ts_g[n])分别向像素施加控制信号以动态调整像素的储存电容。或者，tft
‑
lcd装置还可以包括基于门阵列(gate on array,goa)的储存电容控制器(未示出)，被配置为通过n条电连接n行像素的储存电容控制线(ts_g[1]，...，ts_g[n])分别向像素施加控制信号以动态调整像素的储存电容。
[0025]
每个tft
‑
lcd像素可以包括显示电极和共电极，用于向夹在其间的液晶层施加静电场以操纵液晶层的透射率。显示电极和共电极形成了液晶平行板电容器clc。
[0026]
tft
‑
lcd像素还可以包括用于主动寻址像素的第一薄膜晶体管(tft)t1；第一储存电容cs1，用于在tft
‑
lcd装置以第一帧率操作时提供第一储存电容值来维持像素状态；储存电容调整电路，用于在tft
‑
lcd装置以第二帧率操作时动态调整像素的储存电容以提供第二储存电容值来维持像素状态。
[0027]
tft tl可以具有连接到相应扫描线的栅极端、连接到相应数据线的源极端和连接到显示电极的漏极端。第一储存电容器cs1可以具有连接到显示电极的第一端和连接到共电极的第二端。
[0028]
优选地，储存电容调整电路可以包括第二储存电容器cs2和开关元件，例如第二开关晶体管ts。第二储存电容器cs2可以具有连接到第二开关晶体管ts的源极端的第一端和连接到共电极的第二端。第二开关晶体管ts可以具有连接到相应储存电容控制线的栅极端、连接到第二储存电容cs2的源极端和连接到显示电极的漏极端。
[0029]
当晶体管ts的栅极端被施加低电平电压时，晶体管ts被关断，令第二储存电容cs2与显示电极断开，使得像素的等效储存电容等于液晶平行板电容器clc与第一储存电容器cs1的电容值之和，即等于clc cs1。当晶体管ts的栅极端施加高电平电压时，晶体管ts被导通，令第二储存电容器cs2连接至显示电极，使得像素的等效储存电容等于液晶平行板电容器clc，第一储存电容器cs1与第二储存电容器cs2的电容值之和，即等于clc cs1 cs2。
[0030]
通常，液晶平行板电容clc可以具有0.1pf的电容值。第一储存电容器cs1可选择为具有0.5pf的电容值并且第二储存电容器cs2可选择为具有大约1pf的电容值。通过控制晶体管ts的导通或关断，tft
‑
lcd像素可以具有等于大约1.6pf的等效储存电容在低帧率(例如1hz)下运行；或等于0.6pf的等效储存电容在高帧率(例如60hz)下运行。
[0031]
图5示出了用于调整如图3所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图。为简单起见，假设tft
‑
lcd装置只有8行像素，分别通过8条栅极线(g[1],
…
,g[8])进行扫描，因此有8个储存电容控制信号ts_g[1]、ts_g[2]、...和ts_g[8]。
[0032]
参考图5。tft
‑
lcd装置在帧1、帧2和帧5至帧8中以高帧率工作时，8条储存电容控制线中的每一条都被施加低电平的控制信号电压。当tft
‑
lcd装置在帧3至帧4以低帧率运行时，8条储存电容控制线中的每一条都被施加高电平的控制信号电压。
[0033]
优选地，当tft
‑
lcd装置工作在高帧率时，可以向每个共电极施加第一共电极电压信号vcom1；当tft
‑
lcd装置以低帧率操作时，可以向每个共电极施加第二共电极电压信号vcom2，第二共电极电压信号vcom2可以與第一共电极电压信号vcom1不同信号电平。
[0034]
优选地，储存电容控制线的控制信号在低电平和高电平之间的转换由相同帧速率
的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的某一事件触发。例如，储存电容控制线的控制信号从低电平到高电平的转变可由低帧速率的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的上升沿所触发。从高电平到低电平的转变可由高帧速率的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的上升沿所触发。如图5所示，控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[2]、
…
、ts_g[8])从低电平到高电平的转变是分别由在帧3(即低帧率的帧序列(帧3至帧4)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1],g[2],
…
,g[8])的扫描信号的上升沿所触发；控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[2]、
…
、ts_g[8])从高电平到低电平的转变是分别由在帧5(即高帧率的帧序列(帧5到8)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1],g[2],
…
,g[8])的扫描信号的上升沿所触发。另外，从高电平到低电平的转变亦可由低帧速率的最后帧中的最后扫描信号的下降沿所触发。例如，控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[2]、
…
、ts_g[8])从高电平到低电平的转变可以分别由在帧4的中的施加到扫描线(g[8])的扫描信号的下降沿所触发。
[0035]
所述n条储存电容控制线可以分为k组，每组储存电容控制线共享一个共用控制信号ts_g[k]，其中k＝1，n/k 1，2n/k 1，
……
,(k
‑
1)n/k 1。在如图3所示的实施例中，可以认为是将n条储存电容控制线分为n组，即k等于n，这样就有n条储存电容控制线(ts_g[1],ts_g[2]...,ts_g[n])分别用于控制对应行像素的储存电容，其储存电容控制线的控制信号在低电平和高电平之间的转换可以认为是由相同帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的扫描信号的某一事件触发。
[0036]
图6描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图。除了将n条储存电容控制线分成n/2组之外，图6的实施例类似于图3的实施例。也就是说，k等于n/2，即是有n/2个储存电容控制信号(ts_g[1]，ts_g[3]，...，ts_g[n
‑
1])，每个储存电容控制信号用于控制两行像素的储存电容。例如，控制信号ts_g[1]用于控制两行像素(g[1]和g[2])的储存电容，控制信号ts_g[3]用于控制两行像素(g[3]和g[4])的储存电容，...，控制信号ts_g[n
‑
1]用于控制两行像素(g[n
‑
1]和g[n])的储存电容。
[0037]
图7示出了用于调整如图6所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图。为简单起见，假设tft
‑
lcd装置只有8行像素，分别通过8条栅极线(g[1],
…
,g[8])进行扫描；以及有4(k＝n/2＝8/2)个储存电容控制信号ts_g[1]、ts_g[3]、ts_g[5]和ts_g[7]。
[0038]
参考图7。当tft
‑
lcd装置在帧1至2和帧5至8以高帧率运行时，4条储存电容控制线中的每一条都被施加低电平的控制信号电压。当tft
‑
lcd装置在帧3至帧4以低帧率运行时，4条储存电容控制线中的每一条都被施加高电平的控制信号电压。
[0039]
类似地，储存电容控制线的控制信号在低电平和高电平之间的转换由相同帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的某一事件触发。例如，储存电容控制线的控制信号从低电平到高电平的转变可由低帧速率的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的上升沿所触发。从高电平到低电平的转变可由高帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的上升沿所触发。如图7所示，控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[3]、ts_g[5]和ts_g[7])从低电平到高电平的转变是分别由在帧3(即低帧率的帧序列(帧3至帧4)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1],g[3],g[5]和g[7])的扫描信号的上升沿所触发；控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[3]、ts_g[5]和ts_g[7])从高电平到低电平的转变是分别由在帧5(即高帧率的帧序列(帧5到8)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1]或g[2],g[3]
或g[4],g[5]或g[6]和g[7]或g[8])的任何一扫描信号的上升沿所触发。另外，从高电平到低电平的转变亦可由低帧速率的最后帧中的最后扫描信号的下降沿所触发。例如，控制线的控制信号(ts_g[1]、ts_g[3]、ts_g[5]和ts_g[7])从高电平到低电平的转变可以分别由在帧4的中的施加到扫描线(g[8])的扫描信号的下降沿所触发。
[0040]
图8描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图。除了n条储存电容控制线被分成n/4组之外，图8的实施例类似于图3的实施例。也就是说，k等于n/4，即是有n/4个储存电容控制信号(ts_g[1]、ts_g[5]、...、ts_g[n
‑
3])，每个储存电容控制信号用于控制四行像素。例如，控制信号ts_g[1]用于控制四行像素(g[1]至g[4])的储存电容，控制信号ts_g[5]用于控制四行像素(g[5]至g[8])的储存电容，控制信号ts_g[n
‑
3]用于控制四行像素(g[n
‑
3]至g[n])的储存电容。
[0041]
图9示出了用于调整如图8所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图。为简单起见，假设tft
‑
lcd装置只有8行像素，分别通过8个栅极线信号(g[1],
…
,g[8])进行扫描，以及有2(k＝n/4＝8/4)个储存电容控制信号ts_g[1]和ts_g[5]。
[0042]
参考图9。当tft
‑
lcd装置在帧1至帧2和帧5至帧8以高帧率运行时，2条储存电容控制线中的每一条都被施加低电平的控制信号电压。当tft
‑
lcd装置在帧3至帧4以低帧率运行时，2条储存电容控制线中的每一条都被施加高电平控制信号电压。
[0043]
类似地，储存电容控制线的控制信号在低电平和高电平之间的转换由相同帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的某一事件触发。例如，储存电容控制线的控制信号从低电平到高电平的转变可由低帧速率的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的上升沿所触发。从高电平到低电平的转变可由高帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的上升沿所触发。如图9所示，控制线的控制信号(ts_g[1]和ts_g[5])从低电平到高电平的转变是分别由在帧3(即低帧率的帧序列(帧3至帧4)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1]和g[5])的扫描信号的上升沿所触发；控制线的控制信号(ts_g[1]和ts_g[5])从高电平到低电平的转变是分别由在帧5(即高帧率的帧序列(帧5到8)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1],
…
,或g[4]和g[5],
…
,或g[8])的任何一扫描信号的上升沿所触发。另外，从高电平到低电平的转变亦可由低帧速率的最后帧中的最后扫描信号的下降沿所触发。例如，控制线的控制信号(ts_g[1]和ts_g[5])从高电平到低电平的转变可以分别由在帧4的中的施加到扫描线(g[8])的扫描信号的下降沿所触发。
[0044]
图10描绘了根据本发明另一实施例的tft
‑
lcd装置的简化示意图。n条储存电容控制线全被ts_g[1]控制，图10的实施例类似于图3的实施例。也就是说，k等于1，即是有1个储存电容控制信号(ts_g[1])。亦即是说，储存电容控制信号(ts_g[1])被用作为一总储存电容控制信号，用于控制tft
‑
lcd装置所有的像素的储存电容。
[0045]
图11示出了用于调整如图10所示的tft
‑
lcd装置的储存电容的控制信号的示例性波形图。为简单起见，假设tft
‑
lcd装置只有8行像素，分别通过8个栅极线信号(g[1],
…
,g[8])进行扫描，以及有1(k＝n/8＝8/8)个储存电容控制信号ts_g[1]。
[0046]
参考图11。当tft
‑
lcd装置在帧1至帧2和帧5至帧8以高帧率运行时，储存电容控制线被施加低电平的控制信号电压。当tft
‑
lcd装置在帧3至帧4以低帧率运行时，储存电容控制线被施加高电平控制信号电压。
[0047]
类似地，储存电容控制线的控制信号在低电平和高电平之间的转换由相同帧速率
的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的某一事件触发。例如，储存电容控制线的控制信号从低电平到高电平的转变可由低帧速率的帧序列的初始帧中的相应扫描信号的上升沿所触发。从高电平到低电平的转变可由高帧速率的帧序列的初始帧中的相应同一组中的任一扫描信号的上升沿所触发。如图11所示，控制线的控制信号(ts_g[1])从低电平到高电平的转变是由在帧3(即低帧率的帧序列(帧3至帧4)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1])的扫描信号的上升沿所触发；控制线的控制信号(ts_g[1])从高电平到低电平的转变是由在帧5(即高帧率的帧序列(帧5到8)的初始帧)中的施加到扫描线(g[1],
…
,或g[8])的任何一扫描信号的上升沿所触发。另外，从高电平到低电平的转变亦可由低帧速率的最后帧中的最后扫描信号的下降沿所触发。例如，控制线的控制信号(ts_g[1])从高电平到低电平的转变可以由在帧4的中的施加到扫描线g[8])的扫描信号的下降沿所触发。
[0048]
本文中所公开的实施例可使用通用或专用计算装置、计算机处理器或电子电路系统实施，包含但不限于数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)，和根据本公开的教示配置或编程的其它可编程逻辑装置。在通用或专用计算装置、计算机处理器或可编程逻辑装置中运行的计算机指令或软件代码可由软件或电子技术领域的从业人员基于本公开的教示容易地制作。
[0049]
在一些实施例中，本发明包含其中存储有计算机指令或软件代码的计算机存储介质，所述计算机指令或软件代码可用于对计算机或微处理器进行编程以执行本发明的过程中的任一个。存储介质可包含(但不限于)rom、ram、快闪存储器装置，或者适于存储指令、代码和/或数据的任何类型的介质或装置。
[0050]
所属领域的从业人员应了解，以上的示例仅出于说明本发明的工作原理的目的，借此使所属领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于所预期的特定用途的各种修改。其不希望将本发明限于所公开的详尽或精确形式。许多修改以及变化对于所属领域的从业人员来说将是显而易见的。