CN102162959B - 液晶显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种液晶显示装置及其驱动方法。该液晶显示装置包含多个像素单元，各个像素单元包含一第一晶体管、一第二晶体管、一反射板及一储存电容。第一及第二晶体管的通道宽长比均大于12/5，反射板设置于邻近晶体管位置处以反射环境光，储存电容的形成位置叠合反射板，且储存电容的电容量大于1pF。

Description

液晶显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明是关于一种可有效降低耗电量的液晶显示装置及其驱动方法。

背景技术

图1为一种现有的反射式薄膜晶体管液晶显示器(reflective type TFT LCD)的示意图。如图1所示，于该反射式薄膜晶体管液晶显示器100中，利用包含第一金属层(first metal layer)M1及第二金属层(second metal layer)M2的堆叠结构可形成薄膜晶体管T及储存电容Cst。设置于阵列基板102一侧的反射板104可反射环境光I1，达到省电的目的。图2为一种现有的半透式薄膜晶体管液晶显示器(transflective typeTFT LCD)的示意图。如图2所示，于该半透式薄膜晶体管液晶显示器200中，每一像素区域同时具有穿透区与反射区，反射区由设置于阵列基板202一侧的反射板204所构成。当外在环境光线较弱时，背光I2可通过穿透区穿透出；当外在环境光线较强时，可关闭背光I2并让环境光I1通过反射区反射出，达到省电的目的。

然而，上述这些现有的设计均未提到储存电容Cst的尺寸设计及搭配的驱动方式以节省消耗功率。再者，中国公开专利CN1920649A是最接近的现有技术文件。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效降低耗电量的液晶显示装置及其驱动方法。

根据本发明一方面提供一种液晶显示装置，包含多个像素单元，其特征在于，各该像素单元包含：一第一晶体管及一第二晶体管，该第一及该第二晶体管的通道宽长比均大于12/5；一反射板，设置于邻近这些晶体管位置处以反射环境光；及一储存电容，该储存电容的形成位置与该反射板重合，且该储存电容的电容量大于1pF。

根据本发明另一方面提供一种液晶显示装置驱动方法，该液晶显示装置具有多个像素单元，其特征在于，各该像素单元包含一第一晶体管、一第二晶体管及一储存电容，其中该第一及该第二晶体管的通道宽长比均大于12/5，且该储存电容的电容量大于1pF，该驱动方法包含如下步骤：将同一驱动画面区分为一驱动区间及一非驱动区间，该非驱动区间大于该驱动区间，且于该驱动区间一次驱动整个画面，其中于该非驱动区间时共享电压及源极电压均为直流电压，且栅极电压低于该共享电压及该源极电压。

该液晶显示装置驱动方法还包含如下步骤：测量于非驱动区间时受馈穿效应及漏电流影响的压降值；及依据压降值调整一源极输入信号的电压值。

于一实施例中，于该非驱动区间时，共享电压及源极电压均为0V，且数据线的电压为0V-5V。

于一实施例中，驱动液晶显示装置的一驱动波形的画面更新率不大于1Hz。

于一实施例中，第N个画面的低电平栅极驱动电压的绝对值小于第(N+1)个画面时的低电平栅极驱动电压绝对值，且第(N+1)个画面的高电平栅极驱动电压绝对值小于第N个画面的高电平栅极驱动电压绝对值。

本发明相较于现有技术的有益技术效果是：基于上述本发明的设计，因于非驱动区间源极与共享电极不秏电，且数据线电压及画面更新率低，而可大幅降低秏电。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种现有的反射式薄膜晶体管液晶显示器的示意图。

图2为一种现有的半透式薄膜晶体管液晶显示器的示意图。

图3为依本发明一实施例的反射式薄膜晶体管液晶显示器示意图。

图4为依本发明一实施例的薄膜晶体管液晶显示器等效电路图。

图5及图6为依本发明一实施例的薄膜晶体管液晶显示器驱动波形图。

图7为依本发明一实施例的半透式薄膜晶体管液晶显示器示意图。

图8及图9为依本发明另一实施例的薄膜晶体管液晶显示器驱动波形图。

图10为依本发明不同实施例的储存电容与压降关系图。

图11为应用于本发明一实施例的TFT元件特性图。

图12及图13为搭配该TFT元件的驱动波形图。

图14为应用于本发明一实施例的另一TFT元件特性图。

图15及图16为搭配该TFT元件的驱动波形图。

图17为应用于本发明一实施例的另一TFT元件特性图。

图18及图19为搭配该TFT元件的驱动波形图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图3为依本发明一实施例的反射式薄膜晶体管液晶显示器示意图。如图3所示，反射式薄膜晶体管液晶显示器10的每一像素单元包含二个薄膜晶体管(TFT)T1、T2及一个储存电容Cst。薄膜晶体管T1、T2及储存电容Cst由包含第一金属层(firstmetal layer)M1及第二金属层(second metal layer)M2的堆叠结构所构成。反射板14形成于阵列基板12的一侧并邻近薄膜晶体管T1、T2以反射环境光I1，反射板14例如可由铝材等高反射率材质所构成，且储存电容Cst的形成位置与反射板14重合以提高开口率。请同时参照图4的等效电路图，在反射板14的覆盖下，储存电容Cst的面积可尽量增加。举例而言，图1的现有的设计中的储存电容电容量约为0.2pF，本实施例的储存电容Cst面积可增加至25倍，使电容量提高到5pf，以有效减少馈穿(feedthrough)效应并降低漏电电压。另外，本实施例的两个TFT的通道宽长比(晶体管通道宽度对通道长度的比值)W/L可设计为W/L=200/5，较一般的TFT通道宽长比W/L=16/5约大12倍，以增加充电电流。依本实施例的设计，如图5所示，像素电压Vp可确保充电至5V，且串连两个TFT元件T1、T2可减少漏电电流。搭配上述配置的驱动扫描方式如图6所示，t1区间为1/60秒，t2区间为[1-(1/60)]秒，于t2区间时将栅极电压保持在-10V，且共享电压Vcom及源极电压Vs均为0V，所以源极与共享电极不秏电，故此阶段功耗变小而可大幅降低驱动耗电量。因此，依本实施例的设计，同一个驱动画面(frame)可分成驱动区间(t1)与非驱动区间(t2)两个部分，于驱动区间(t1)时一次驱动整个画面，且于非驱动区间(t2)时共享电压Vcom及源极电压Vs为直流电压，且栅极电压Vg比共享电压Vcom及源极电压Vs低，如此于驱动区间(t1)时为一般耗电，但时间很短，于非驱动区间(t2)时则因源极与共享电极不秏电且数据线电压为0V而大幅降低秏电。

图7为依本发明一实施例的半透式薄膜晶体管液晶显示器示意图。如图7所示，半透式薄膜晶体管液晶显示器20的每一像素具有二个薄膜晶体管T1、T2及一个储存电容Cst。薄膜晶体管T1、T2及储存电容Cst由包含第一金属层(first metallayer)M1及第二金属层(second metal layer)M2的堆叠结构所构成。反射板24形成于阵列基板22的反射区以反射环境光I1，且阵列基板22的部分区域形成为容许背光I2直接透过的穿透区。反射板24例如可由铝材等高反射率材质所构成。同样地，在反射板24的覆盖下，储存电容Cst的面积可尽量增加。举例而言，图1的现有的设计中的储存电容电容量约为0.2pF，本实施例的储存电容Cst面积可增加至25倍，使电容量提高到5pf，有效减少馈穿(feedthrough)效应并降低漏电电压。另外，本实施例的两个TFT的通道宽长比可设计为W/L=200/5，较一般的TFT通道宽长比W/L=16/5约大12倍，以增加充电电流。同样如图5所示，像素电压Vp可确保充电至5V，而串连两个TFT元件T1、T2可减少漏电电流。再者，搭配该半透配置的驱动扫描方式如图8所示，t1的时间为1/60秒且t2为[1-(1/60)]秒，同一个驱动画面可分成驱动区间(t1)与非驱动区间(t2)两个部分，于驱动区间(t1)时一次驱动整个画面，于非驱动区间(t2)时共享电压Vcom及源极电压Vs均为0V的直流电压，且栅极电压Vg比共享电压Vcom及源极电压Vs低，如此非驱动区间(t2)

因源极与共享电极不耗电且数据线电压为0V而大幅降低耗电。另外，因非驱动区间(t2)远较驱动区间(t1)长，受馈穿效应及漏电流影响会有ΔV=0.3V的压降，如图8或图9的放大说明图所示，可将原本源极输入的5V与0V的源极电压Vs信号，改为输入5.3V的信号，如此在非驱动区间(t2)的时间内，有效电压会由5.3V下降到5V，于非驱动区间(t2)时栅极电压保持在-5V，且共享电压Vcom及源极电压Vs均为0V，所以源极与共享电极不耗电。

再者，如图10的数据曲线可看出，当储存电容Cst越大时漏电现象越轻微，因此上述实施例的储存电容Cst的电容量范围为大于1pF较佳，且当TFT的元件尺寸越大越容易在有限时间充饱储存电容Cst，所以TFT通道宽长比W/L的一较佳范围为W/L>12/5。另外，因驱动波形的画面更新率(frame rate)会因储存电容Cst的面积增加而减少，依上述实施例的设计其驱动波形的画面更新率可降低至1Hz，使得整个显示器的耗电降低。

图11为应用于本发明一实施例的一TFT元件特性图，如图11所示，其中Vgs代表该TFT栅极与源极间的电压，该TFT元件特性为Vgs=10V开启且Vgs=-5V关闭，所以如图12及图13所示，于第N个画面(frame)时，因Vgs=-5V就可以关闭元件且数据线电压都落在0V-5V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成-5V，高电平栅极驱动电压Vgh可设成+15V；于第(N+1)个画面时因Vgs=-5V就可以关闭元件且数据线电压都落在-5V-0V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成-10V且高电平栅极驱动电压Vgh可设成+10V，因第N个画面的Vgl可设为-5V相较于第(N+1)个画面时的-10V靠近0V，且第(N+1)个画面的Vgh可设为10V相较于第N个画面时的+15V靠近0V，故可以降低功率消耗(P=I*V，电压V绝对值减少则功率P降低)。

图14为应用于本发明一实施例的另一TFT元件特性图，如图14所示，该TFT元件特性为Vgs=10V开启且Vgs=0V关闭，所以如图15及16所示，于第N个画面时，因Vgs=0V就可以关闭元件且数据线电压都落在0V-5V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成0V，高电平栅极驱动电压Vgh可设成+15V，于第(N+1)个画面时，因Vgs=0V就可以关闭元件且数据线电压都落在-5V-0V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成-5V且Vgh可设成+10V，因第N个画面的Vgl可设为0V相较于第(N+1)个画面时的-5V靠近0V，且第(N+1)个画面的Vgh可设为10V相较于第N个画面时的+15V靠近0V，故可以降低功率消耗。

图17为应用于本发明一实施例的另一TFT元件特性图，如图17所示，该TFT元件特性为Vgs=15V开启且Vgs=+5V关闭，所以如图18及19所示，于第N个画面时，因Vgs=5V就可以关闭元件且数据线电压都落在0V-5V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成0V且高电平栅极驱动电压Vgh可设成+20V，于第(N+1)个画面时，因Vgs为+5V就可以关闭元件且数据线电压都落在-5V-0V之间，所以扫描线G0-Gn的低电平栅极驱动电压Vgl可设成0V且高电平栅极驱动电压Vgh可设成+15V，因第N个画面与第(N+1)个画面的Vgl可设为0V，故可以降低功率消耗。

由上述各个不同实施例可知，本发明的驱动方法于搭配不同元件特性的TFT时均能获得降低功率消耗的效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出种种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，包含多个像素单元，各该像素单元包含位于同一阵列基板上的一第一晶体管、一第二晶体管、一反射板及一储存电容，该第一晶体管及该第二晶体管串连设置，该反射板形成于该阵列基板的一侧且邻近这些晶体管位置处以反射环境光，且该储存电容位于该反射板下方，其特征在于：该储存电容的形成位置与该反射板重合，该第一及该第二晶体管的通道宽长比均大于12/5，且该储存电容的电容量大于1pF。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该储存电容由一第一金属层及一第二金属层所构成。

3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，各该像素单元包含反射环境光的一反射区及容许背光直接透过的一穿透区。

4.一种液晶显示装置驱动方法，该液晶显示装置具有多个像素单元，各该像素单元包含位于同一阵列基板上的一第一晶体管、一第二晶体管、一数据线、一反射板及一储存电容，该第一晶体管及该第二晶体管串连设置，该储存电容位于该反射板下方且被该反射板覆盖，该反射板形成于该阵列基板的一侧且邻近这些晶体管位置处以反射环境光，该驱动方法包含如下步骤：

将同一驱动画面区分为一驱动区间及一非驱动区间，该非驱动区间大于该驱动区间，且于该驱动区间一次驱动整个画面，其中于该非驱动区间时共享电压及源极电压均为直流电压，且栅极电压低于该共享电压及该源极电压；

其特征在于：该第一及该第二晶体管的通道宽长比均大于12/5，该储存电容的电容量大于1pF，且于该非驱动区间时该共享电压、该源极电压以及该数据线的电压均为0V。

5.根据权利要求4所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，还包含如下步骤：

测量于该非驱动区间时受馈穿效应及漏电流影响的压降值；及

依据该压降值调整一源极输入信号的电压值。

6.根据权利要求4所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，该数据线的电压为0V-5V。

7.根据权利要求4所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，第N个画面的低电平栅极驱动电压的绝对值小于第(N+1)个画面时的低电平栅极驱动电压绝对值，且第(N+1)个画面的高电平栅极驱动电压绝对值小于第N个画面的高电平栅极驱动电压绝对值。

8.根据权利要求4所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，第N个画面与第(N+1)个画面的低电平栅极驱动电压相同。