TWI393973B - 液晶顯示器及相關方法 - Google Patents

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Tien Yung Huang
Chia Chun Fang
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Description

液晶顯示器及相關方法 LCD DISPLAY AND METHOD THEREOF
本發明係有關一種採用八區域(8-domain)的進階改良式多區域垂直配向(Advanced Multi-Domain Vertical Alignment,AMVA)的液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)以及相關方法，尤指一種利用2個薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)為主畫素(main pixel)及次畫素(sub-pixel)，再加上一開關元件來控制該主畫素以及次畫素之充電時間之液晶顯示器以及相關方法。
傳統八區域的進階改良式多區域垂直配向的液晶顯示器面板，係將一個畫素切為兩個畫素(一個主畫素、一個次畫素)，利用兩畫素的驅動電壓不同(液晶傾斜角度不同)，組成不同的光學特性，來實現廣視角的技術。其主畫素以及次畫素有幾種不同的實施方式，一種是利用電容來實施的CC(capacitor/capacitor)型，一種是利用薄膜電晶體來實施的TT(transistor/transistor)型，還有一種是利用改變主畫素及次畫素的共同電壓Vcom的Com Swing型。CC型係利用電容耦合的方式，調整耦合於主畫素以及次畫素之間的電容和液晶電容的比值，使主畫素與次畫素之驅動電壓不同；TT型係利用不同的閘極信號線或資料信號線提供主畫素與次畫素不同的驅動電壓；而Com Swing型係透過調整主畫素以及次畫素之儲存電容的Vcom端的電壓來使得主畫素與次畫素之電壓不同。其中CC型的缺點為一旦耦合於主畫素以及次畫素之間的電容值決定以後，主畫素與次畫素之驅動電壓便決定，因此便失去調整上的自由度，且因為主畫素以及次畫素之間係透過電容相連接，使得主畫素以及次畫素有了關連性，而非互相獨立，因此會造成黃紅帶的現象。而Com Swing型也是，一旦主畫素以及次畫素之儲存電容的Vcom端的電壓決定以後，0~255階的主畫素與次畫素之關係便無法再改變，無法自由的調整；且同樣地，主畫素以及次畫素亦互相有關聯，而非互相獨立，亦會造成面板黃紅帶的現象。只有TT型利用不同的資料信號線直接提供不同的驅動電壓給主畫素與次畫素，或利用不同的閘極信號線調整主畫素與次畫素的充電時間，可以自由地調整主畫素與次畫素的驅動電壓，且主畫素以及次畫素係互相獨立，沒有黃紅帶的問題，因此改善色偏的效果最佳。
傳統進階改良式多區域垂直配向的TT型的作法有兩種：2G1D(一個畫素具有兩條閘極信號線和一條資料信號線)或1G2D(一個畫素具有一條閘極信號線和兩條資料信號線)。請參看第1圖以及第2圖。第1圖係為TT型的2G1D的畫素結構示意圖，而第2圖係為TT型的1G2D的畫素結構示意圖。第1圖中LCD面板中的第(p,q)個畫素100被切為兩個畫素，一個主畫素A1和一個次畫素B1。主畫素A1包含一開關元件a1，其汲極係電連接於一儲存電容Csm以及一液晶電容Clm。次畫素B1包含一開關元件b1，其汲極係電連接於一儲存電容Css以及一液晶電容Cls。第1圖中有兩條閘極信號線，一條是主畫素A1的閘極信號線Gpm電連接於開關元件a1之閘極，一條是次畫素B1的閘極信號線Gps電連接於開關元件b1之閘極。有一條為主畫素A1以及次畫素B1所共用的資料信號線Dq，電連接於開關元件a1以及開關元件b1之源極。還有一條為主畫素A1以及次畫素B1所共用的儲存電容線Cs線，電連接於主畫素A1以及次畫素B1的儲存電容Csm和Css的另一端。同樣地，第2圖中LCD面板中的第(p,q)個畫素200亦被切為一個主畫素A2和一個次畫素B2。主畫素A2包含一開關元件a2，次畫素B2包含一開關元件b2。開關元件a2和開關元件b2之汲極同樣分別電連接於一儲存電容Csm、Css以及一液晶電容Clm、Cls。第2圖中的兩條資料信號線Dqm、Dqs，一條是主畫素A2的資料信號線Dqm電連接於開關元件a2之源極，一條是次畫素B2的資料信號線Dqs電連接於開關元件b2之源極。有一條為主畫素A2以及次畫素B2所共用的閘極信號線Gp，電連接於開關元件a2以及開關元件b2之閘極。由第1圖以及第2圖中可看出，不論是2G1D或1G2D的連接方法，LCD面板上的接線數目都比原來多了一倍。2G1D的作法上閘極信號線多了兩倍，驅動IC的接腳數目需隨之增加為兩倍，且掃描線亦變成兩倍，每個畫素掃描時間變為一半，會產生畫素資料充電時間不夠的問題。2D1G的作法上資料信號線多了兩倍，驅動IC的接腳數目亦需隨之增加為兩倍，造成面板的製造成本增加。因此，如何克服上述的缺點設計一個進階改良式多區域垂直配向的八區域的液晶面板，實為目前液晶顯示器設計者的一大課題。
本發明之一實施例係揭露一種液晶顯示器，包含(m+2)條閘極信號線，n條資料信號線，以及一畫素陣列。該(m+2)條閘極信號線係用來傳送(m+2)個閘極信號，其中m為一正整數。該n條資料信號線係用來傳送n個資料信號，其中n為一正整數。該畫素陣列，包括m*n個畫素，該m*n個畫素中之一第(i,j)個畫素包含一主畫素，一次畫素，一電阻，以及一第三開關元件。該主畫素包含一第一開關元件，一主畫素儲存電容，以及一主畫素液晶電容。該第一開關元件之閘極係電連接於一第i條閘極信號線，該第一開關元件之源極係電連接於一第j條資料信號線。該主畫素儲存電容之一第一端係電連接於該第一開關元件之汲極。該主畫素液晶電容之一第一端係電連接於該第一開關元件之汲極。該次畫素包含一第二開關元件，一次畫素儲存電容，以及一次畫素液晶電容。該第二開關元件之源極係電連接於該第j條資料信號線。該次畫素儲存電容之一第一端係電連接於該第二開關元件之汲極。該次畫素液晶電容之一第一端係電連接於該第二開關元件之汲極。該電阻係電連接於該第二開關元件之閘極與該第i條閘極信號線之間。該第三開關元件之閘極係電連接於一第(i+1)條閘極信號線，該第三開關元件之源極係電連接於一第(i-1)條閘極信號線，以及該第三開關元件之汲極係電連接於該第二開關元件之閘極。
本發明之另一實施例係另揭露一種液晶顯示器之顯示方法，包含於於傳輸資料至一第(i-1,j)畫素之主畫素時，同時對一第(i,j)畫素之次畫素及主畫素進行預充電，其中i為一大於1的正整數，j為一正整數；於完成傳輸資料至該第(i-1,j)畫素之主畫素後，傳輸資料至該第(i,j)畫素之次畫素並對主畫素進行預充電；及於完成傳輸資料至該第(i,j)畫素之次畫素後，關閉傳輸資料至該第(i,j)畫素之次畫素的路徑，以使傳輸至該第(i,j)畫素的資料僅持續傳輸至該第(i,j)畫素之主畫素。
針對上述傳統進階改良式多區域垂直配向之TT型的液晶顯示器的畫素的缺點，本發明提出了一畫素結構，利用一開關元件控制主畫素以及次畫素的充電時間，再加上預充電的技術，只需要在液晶顯示器面板的頂端和底部各加上一條閘極信號線，便可將此進階改良式多區域垂直配向之方法實施於液晶顯示器面板，而不會增加面板上過多的掃描線以及資料線，造成畫素的掃描時間減半，畫素資料充電時間不夠的問題，或驅動IC的接腳數目增加的問題。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「電性連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置電性連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
請參考第3圖、第4圖、以及第5圖。第3圖係為本發明之實施例的一畫素300結構示意圖。第3圖中之液晶顯示器的畫素300，係為一液晶顯示器面板上m*n個畫素中之一第(i,j)個畫素300，其中m、n、i、以及j均為一正整數。第(i,j)個畫素300包含了一主畫素M，一次畫素S，一電阻R，以及一第三開關元件M3。主畫素M包含一第一開關元件M1，一主畫素儲存電容Csm，以及一主畫素液晶電容Clm。第一開關元件M1之閘極係電連接於一第i條閘極信號線Gi，第一開關元件M1之源極係電連接於一第j條資料信號線Dj。主畫素儲存電容Csm之一第一端以及主畫素液晶電容Clm之一第一端係同時電連接於第一開關元件M1之汲極，該點電壓為主畫素電壓Vdm。主畫素儲存電容Csm之一第二端以及主畫素液晶電容Clm之一第二端係電連接於一共用電壓Vcom。次畫素S包含一第二開關元件M2，一次畫素儲存電容Css，以及一次畫素液晶電容Cls。第二開關元件M2之源極係電連接於第j條資料信號線Dj。次畫素儲存電容Css之一第一端以及次畫素液晶電容Cls之第一端係同時電連接於第二開關元件M2之汲極，該點電壓為次畫素電壓Vds。電阻R係電連接於第二開關元件M2之閘極與第i條閘極信號線Gi之間。第三開關元件M3之閘極係電連接於一第(i+1)條閘極信號線Gi+1，第三開關元件M3之源極係電連接於一第(i-1)條閘極信號線Gi-1，以及第三開關元件M3之汲極係電連接於第二開關元件M2之閘極。次畫素儲存電容Css之一第二端以及次畫素液晶電容Cls之一第二端係電連接於共用電壓Vcom。主畫素儲存電容Csm以及次畫素儲存電容Css係為相同之電容，而主畫素液晶電容Clm以及次畫素液晶電容Cls亦為相同之電容。
第4圖係為本發明實施例之方法的步驟流程圖。第4圖中包含下列步驟：
步驟400：開始；
步驟410：於傳輸資料至一液晶顯示器面板上m*n個畫素中之一第(i-1,j)畫素之主畫素時，同時對一第(i,j)畫素300之次畫素S及主畫素M進行預充電；
步驟420：於完成傳輸資料至第(i-1,j)畫素之主畫素後，傳輸資料至第(i,j)畫素300之次畫素S並對主畫素M進行預充電；
步驟430：於完成傳輸資料至第(i,j)畫素300之次畫素S後，關閉傳輸資料至第(i,j)畫素300之次畫素S的路徑，以使傳輸至第(i,j)畫素300的資料僅持續傳輸至第(i,j)畫素300之主畫素M；
步驟440：結束。
第5圖係為本發明實施例之時脈示意圖。第5圖中第j條資料信號線Dj上在畫框F以及F+1時所傳輸之資料信號依次為第(i-1,j)個畫素之次畫素的資料信號Hsi-1、第(i-1,j)個畫素之主畫素的資料信號Hmi-1、第(i,j)個畫素300之次畫素S的資料信號Hsi、第(i,j)個畫素300之主畫素M的資料信號Hmi、第(i+1,j)個畫素之次畫素的資料信號Hsi+1、以及第(i+1,j)個畫素之主畫素的資料信號Hmi+1。而閘極信號線Gi-1、Gi、以及Gi+1上所傳遞的閘極信號均包含一預充電信號P、一次畫素充電信號SC、以及一主畫素充電信號MC。本實施例中係將預充電信號P、次畫素充電信號SC、以及主畫素充電信號MC均分為三等分，但本發明並不限於此種實施方式，預充電信號P、次畫素充電信號SC、以及主畫素充電信號MC亦可以其他比例包含於閘極信號中。因為相鄰兩圖框(frame)的極性互為顛倒，因此預充電信號P的長度通常設定為能將主畫素以及次畫素的驅動電壓充至共同電壓Vcom之上(或之下)的長度即可，而閘極信號中所包含的次畫素充電信號SC的長度必須能夠將次畫素的資料完全傳輸至該次畫素，同樣地，閘極信號中所包含的主畫素充電信號MC的長度必須能夠將主畫素的資料完全傳輸至該主畫素。
以第5圖中正極性的畫框F為例，首先，如第4圖之流程圖的步驟400，流程開始，當完成傳輸資料至一液晶顯示器面板上m*n個畫素中之一第(i-1,j)畫素之次畫素之後(即在第5圖中閘極信號線Gi-1上的閘極信號的次畫素充電信號SC之後)，閘極信號線Gi-1上的閘極信號進入主畫素充電信號MC(第4圖之流程圖的步驟410)。此時電連接於一第(i,j)畫素300之閘極信號線Gi上的閘極信號亦進入預充電信號P。因此，如第3圖所示，此時電連接於閘極信號線Gi的第一開關元件M1以及第二開關元件M2均被開啟，第j條資料信號線Dj上的資料信號會被傳輸入第一開關元件M1以及第二開關元件M2上。如第5圖所示，此時資料信號線Dj上的資料信號為第(i-1,j)個畫素之主畫素的資料信號Hmi-1，但是因為充電時間不夠(只在閘極信號線Gi的預充電信號P的期間內)，第3圖中的主畫素電壓Vdm和次畫素電壓Vds並不會被充電到資料信號Hmi-1的電壓準位，大約只能充到共同電壓Vcom之上的電壓準位。接著閘極信號線Gi-1上的閘極信號關閉，閘極信號線Gi上的閘極信號進入次畫素充電信號SC(第4圖之流程圖的步驟420)。同樣地，電連接於閘極信號線Gi的第一開關元件M1以及第二開關元件M2仍被開啟，第j條資料信號線Dj上的資料信號繼續被傳輸入第一開關元件M1以及第二開關元件M2上，而此時資料信號線Dj上的資料信號為第(i,j)個畫素300之次畫素S的資料信號Hsi。第3圖中的次畫素電壓Vds將會被充電到資料信號Hsi的電壓準位，而因為主畫素通常會比次畫素亮，亦即主畫素電壓Vdm會比次畫素電壓Vds的電壓高，因此主畫素電壓Vdm雖然會因為資料信號Hsi而提高，但並不會到達第(i,j)個畫素300之主畫素M的資料信號Hmi的電壓準位。因此在完成傳輸資料至第(i,j)畫素300之次畫素S之後，關閉傳輸資料至第(i,j)畫素300之次畫素S的路徑，以使傳輸至第(i,j)畫素300的資料僅持續傳輸至第(i,j)畫素300之主畫素M(第4圖之流程圖的步驟430)。亦即此時閘極信號線Gi上的閘極信號進入主畫素充電信號MC，而閘極信號線Gi+1上的閘極信號進入預充電信號P。因此電連接於閘極信號線Gi+1的第三開關元件M3被開啟，閘極信號線Gi-1上的閘極信號會被傳輸入第三開關元件M3。但此時閘極信號線Gi-1上並無任何信號，因此第三開關元件M3的汲極上的電壓接近Voff。而電連接於閘極信號線Gi的第一開關元件M1仍被開啟，而第二開關元件M2卻因為閘極電連接於第三開關元件M3的汲極(電壓為Voff)而被關閉，於是第j條資料信號線Dj上的資料信號Hmi會只被傳輸入第一開關元件M1上，直到第3圖中的主畫素電壓Vdm到達資料信號Hmi的電壓準位，流程才結束(第4圖之流程圖的步驟440)。
同理，下一畫框F+1為負極性，於是第(i,j)個畫素300的主畫素電壓Vdm和次畫素電壓Vds在下一畫框F+1的閘極信號線Gi的預充電信號P的期間內，就會被充到至少低於共同電壓Vcom(極性反轉)的電壓準位。接著再依照與上述相同的步驟，完成第(i,j)個畫素300的主畫素M與次畫素S的充電流程。請注意：本發明之方法所應用的液晶顯示器係採用行反轉(column inversion)或圖框反轉(frame inversion)的模式，亦即同一行之畫素的極性需相同，才能應用本發明之預充電技術。
請參考第6圖，第6圖係為本發明實施例之液晶顯示器面板600的結構示意圖。第6圖中之液晶顯示器面板600包含m*n個畫素，資料信號線D1~Dn，以及閘極信號線G0~Gm+1。其中m*n個畫素的每個畫素都和畫素300的結構相同，故於此不再贅述。第6圖中之閘極信號線G0以及Gm+1係為本發明所外加之兩條閘極信號線，其餘之資料信號線D1~Dn以及閘極信號線G1~Gm均為傳統之液晶顯示器面板所具有之信號線。畫素(1,1)~畫素(1,n)的預充電須在閘極信號線G0上的主畫素充電信號MC的傳輸時間內進行，同樣地，此時資料信號線D1~Dn上必須傳送一主畫素資料信號來使得該所相對應之畫素的主畫素電壓Vdm和次畫素電壓Vds的電壓能夠預充電到共同電壓Vcom之上(畫框為正極性時)或共同電壓Vcom之下(畫框為負極性時)。而畫素(m,1)~畫素(m,n)中的第三開關元件需透過閘極信號線Gm+1上的預充電信號P來關閉，以使得畫素(m,1,)~畫素(m,n)的次畫素電壓Vds以及主畫素電壓Vdm分別充電至所要求之電壓準位。
總而言之，本發明利用一開關元件控制每個畫素的主畫素以及次畫素的充電時間，再加上預充電的技術，只需要在液晶顯示器面板的頂端和底部各加上一條閘極信號線，便可完成八區域的進階改良式多區域垂直配向之TT型的設計，克服了傳統作法的資料信號線或閘極信號線多出一倍的缺點，提供了一有效又低成本的解決方案。
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。
M、A1、A2．．．主畫素
S、B1、B2．．．次畫素
M1．．．第一開關元件
P．．．預充電信號
M2．．．第二開關元件
M3．．．第三開關元件
D1~Dn、Dj、Dq．．．資料信號線
R．．．電阻
Vcom．．．共同電壓
Vdm．．．主畫素電壓
Csm．．．主畫素之儲存電容
Css次畫素之儲存電容
Clm．．．主畫素之液晶電容
Cls．．．次畫素之液晶電容
Vds．．．次畫素電壓
100、200、300．．．畫素
Hsi．．．畫素(i,j)的次畫素的資料信號
Hsi+1．．．畫素(i+1,j)的次畫素的資料信號
Hmi-1．．．畫素(i-1,j)的主畫素的資料信號
Hmi．．．畫素(i,j)的主畫素的資料信號
Hmi+1．．．畫素(i+1,j)的主畫素的資料信號
Hsi-1．．．畫素(i-1,j)的次畫素的資料信號
SC．．．次畫素充電信號
MC．．．主畫素充電信號
Dqm．．．主畫素的資料信號線
Gps．．．次畫素的閘極信號線
F、F+1．．．畫框
600．．．液晶顯示器面板
Dqs．．．次畫素的資料信號線
Gpm．．．主畫素的閘極信號線
Gi-1、Gi、Gi+1、Gp、G0~Gm+1．．．閘極信號線
a1,a2,b1,b2．．．開關元件
第1圖係為TT型的2G1D的畫素結構示意圖。
第2圖係為TT型的1G2D的畫素結構示意圖。
第3圖係為本發明之實施例的畫素結構示意圖。
第4圖係為本發明實施例之方法的步驟流程圖。
第5圖係為本發明實施例之時脈示意圖。
第6圖係為本發明實施例之液晶顯示器面板的結構示意圖。
M．．．主畫素
S．．．次畫素
M1．．．第一開關元件
Gi-1、Gi、Gi+1．．．閘極信號線
M2．．．第二開關元件
M3．．．第三開關元件
Dj．．．資料信號線
R．．．電阻
Vcom．．．共同電壓
Vdm．．．主畫素電壓
Csm．．．主畫素之儲存電容
Css．．．次畫素之儲存電容
Clm．．．主畫素之液晶電容
Cls．．．次畫素之液晶電容
Vds．．．次畫素電壓
300．．．畫素

Claims (11)

  1. 一種液晶顯示器，包含：(m+2)條閘極信號線，用來傳送(m+2)個閘極信號，其中m為一正整數；n條資料信號線，用來傳送n個資料信號，其中n為一正整數；以及一畫素陣列，包括m*n個畫素，該m*n個畫素中之一第(i,j)個畫素，其中i以及j均為正整數，該第(i,j)個畫素包含：一主畫素，包含：一第一開關元件，該第一開關元件之閘極係電連接於一第i條閘極信號線，該第一開關元件之源極係電連接於一第j條資料信號線；一主畫素儲存電容，該主畫素儲存電容之一第一端係電連接於該第一開關元件之汲極；以及一主畫素液晶電容，該主畫素液晶電容之一第一端係電連接於該第一開關元件之汲極；一次畫素，包含：一第二開關元件，該第二開關元件之源極係電連接於該第j條資料信號線；一次畫素儲存電容，該次畫素儲存電容之一第一端係電連接於該第二開關元件之汲極；以及一次畫素液晶電容，該次畫素液晶電容之一第一端係 電連接於該第二開關元件之汲極；一電阻，電連接於該第二開關元件之閘極與該第i條閘極信號線之間；以及一第三開關元件，該第三開關元件之閘極係電連接於一第(i+1)條閘極信號線，該第三開關元件之源極係電連接於一第(i-1)條閘極信號線，以及該第三開關元件之汲極係電連接於該第二開關元件之閘極。
  2. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該第一開關元件係為一薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)。
  3. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該第二開關元件係為一薄膜電晶體。
  4. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該第三開關元件係為一薄膜電晶體。
  5. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該主畫素儲存電容之一第二端以及該主畫素液晶電容之一第二端係電連接於一共用電壓。
  6. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該次畫素儲存電容之一第二端以及該次畫素液晶電容之一第二端係電連接於一共用電 壓。
  7. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該主畫素儲存電容以及該次畫素儲存電容係為相同之電容。
  8. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該主畫素液晶電容以及該次畫素液晶電容係為相同之電容。
  9. 一種液晶顯示器之顯示方法，該液晶顯示器包含(m+2)條閘極信號線、n條資料信號線及一畫素陣列，其中該畫素陣列中的一第(i,j)畫素包含一主畫素、一次畫素、一電阻以及一第三開關元件，其中該主畫素包含一第一開關元件、該次畫素包含一第二開關元件以及i為一大於1的正整數，j為一正整數，該顯示方法包含：於傳輸資料至一第(i-1,j)畫素之主畫素時，同時透過該第一開關元件與該第二開關元件對該次畫素及該主畫素進行預充電；於完成傳輸資料至該第(i-1,j)畫素之主畫素後，傳輸資料至該次畫素並利用傳輸至該次畫素的資料對該主畫素進行預充電；及於完成傳輸資料至該次畫素後，透過該第三開關元件關閉傳輸資料至該次畫素的路徑，以使傳輸至該第(i,j)畫素的資料僅持續傳輸至該主畫素。
  10. 如請求項9所述之顯示方法，其中應用該液晶顯示器之顯示方法之液晶顯示器係採用行反轉(column inversion)。
  11. 如請求項9所述之液晶顯示器之顯示方法，其中應用該液晶顯示器之顯示方法之液晶顯示器係採用圖框反轉(frame inversion)。
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