CN1834762A - 液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器，包含多条数据线、多条扫描线，及多个像素单元，该多条扫描线产生驱动信号，该多条数据线产生像素数据。每一像素单元包含第一开关单元，于接收扫描线的驱动信号时，传输数据线的像素数据；第一电极，提供第一电压信号；第二电极，提供第二电压信号；第一液晶电容，其一极电连接到第一电极，另一极电连接到第一开关单元，依据像素数据以及第一电压信号驱动其内的液晶分子；一传感电容电连接到第一开关单元；一调制电容，其一极电连接到第二电极，另一极连接到传感电容的第二极；以及第二液晶电容，其一极电连接到该传感电容的第二极，另一极电连接该第一电极，依据该像素数据、该第一电压信号及该第二电压信号驱动其内的液晶分子。

Description

液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，尤其是指一种半透射半反射式液晶显示器。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)一般可以分为反射式(reflective)液晶显示器、透射式(transmissive)液晶显示器及半透射半反射式(transflective)液晶显示器。反射式LCD是指光源由面板前方进入LCD内，并且经由内部的一反射表面(如铝金属)反射以让使用者能观看到LCD的显示画面，其优点是极为省电，但是在较暗的场合看不到显示幕的内容且对比度较差。透射式LCD通常具有一设置于液晶单元后方的背光源，用以发射入射光线，入射光线选择性地穿越液晶单元之后，于LCD的前方显示画面。透射式LCD适合在室内环境光较暗时使用，但由于背光源的存在而功耗增加，且在强环境光下显示质量较差。半透射半反射式LCD则是同时利用反射式及透射式显示画面的显示器，当外部光线足够时就用外部光源，不足时可使用背光源，它是兼具省电和具辅助光线的方式，尤其适合应用于手机、个人数字助理器等具液晶显示功能的电子产品上。

请参照图1所示的公知技术，彩色液晶显示面板1具有一个呈现二维阵列分布的像素单元10，每一像素单元10均包括有多个子像素单元，通常为分别控制红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的子像素单元，该RGB三原色的显示效果是光线通过彩色滤光片产生的结果。图2为表示传统半反射半透射式LCD的像素单元结构的平面图，而图3A与图3B则表示了其像素单元结构的剖面图。如图2所示，一个像素单元可分为三个子像素单元12R、12G及12B，每一子像素单元均被分成透射区域(TA)及反射区域(RA)。请参照图3A所示，在透射区域(TA)，来自于背光源的光线(如箭号所示)穿过下基板30到达透射区域(TA)，并依次穿过液晶层(liquid crystal layer)、彩色滤光片R及上基板20；在反射区域(TB)，进入反射区域(TB)的光线(如箭号所示)在经由反射层或电极52反射之前，需要先穿过一上基板20、彩色滤光片R及液晶层。当然，部分反射区域可以选择由一非彩色滤光片(NCF)遮盖，如图3B所示。

正如公知技术所示，为控制液晶显示器的光学特性，每一像素单元设置包括元件层50及一个或两个电极层。举例来说，形成于元件层50上的透明电极54可以与形成于上基板20上的共用电极(common electrode)22共同控制位于透射区域(TA)内的液晶层的光学特性。同样地，位于反射区域(TB)内的液晶层的光学特性是由反射电极52和共用电极22共同予以控制。共用电极22连接至一共用线(未示出)上。元件层50是沉积在下基板30上，其主要包括有扫描线31与32、数据线21-24(如图2所示)、晶体管及保护层(未示出)。进一步来说，在元件层50上通常还会形成有存储电容，当扫描线上的信号脉冲扫描过后，该存储电容可以用来保持子像素单元上的电荷。具有透射区域和反射区域的典型的子像素单元(m，n)的等效电路可参考图4所示。在图4中，C_LC1主要是指位于透明电极54与共用电极22之间的液晶层的电容，C_LC2主要是指位于反射电极52与共用电极22之间的液晶层的电容，C₁是指存储电容，COM则是指共用线。

在公知技术中，液晶显示面板还具有一1/4波片(quarter-wave plate)及一偏光板(polarizer)。

传统的半反射半透射式LCD的像素一般会包含有透射区与反射区。假设透射区的平均间隙为dt，反射区的平均间隙为dr，当dr＞1/2dt时的主要问题在于：透射区域的透射率与反射区域的反射率在同一工作电压值时并不能同时达到各自的峰值。如图5所示，以dr＝dt为例，V-R曲线(反射率曲线)的峰值出现在电压为2.8V处，而V-T曲线(透射率曲线)的峰值的扁平区域则出现在电压为3.7-5V处，亦即当透射率达到其较高值时，反射率反而呈倒置状态。

在公知技术中，这种反射率倒置的问题可以经由精确地控制间隙dr、dt的设计来改善，其中在反射区域之间隙大致是透射区域之间隙的一半。然而，虽然双间隙设计在理论上是有效的，但实际上由于制程复杂而很难达到所要的效果。业界还尝试用其他方法去改善反射率倒置的问题；例如，通过控制位于透射区域与反射区域上的电压值及利用绝缘层镀制反射电极等方法。详言之，反射区域的电压值相对于透射区域的电压值可以通过一电容来降低；如图6所示，将一独立电容C_C串联至液晶电容C_LC2上，藉此反射电极相对于共用线的电压值可以表示为：

请参阅图7A及图7B。图7A为公知像素数据V_data与反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2的关系图，图7B为公知透明液晶电容C_LC1与反射液晶电容C_LC2的在不同工作电压时与透射率与反射率的关系图，其中纵轴表示透射率与反射率，横轴表示像素数据V_data与共用电压V_COM的电压差。从图7B中可以观察到，当夹差电压达到3V时，透射光强度(透射率)几乎达到最大值，而反光强度(反射率)则约等于0.2。虽然当夹差电压达到4V时，透射率与反射率都上升到最大值，但是在夹差电压为5V时，反射率又下降至0.6。换句话说，在夹差电压较大时(也就是像素数据呈高灰度时)，反射率曲线的半周波(如图7B的范围A所示)较窄，峰值的电压容许度较小而不易控制。同样地，依据图7C所示Gamma曲线，在第45阶信号时，透射率几乎达到0.5，但是反射率却几乎等于0。换句话说，透射光经过透明液晶单元之后的亮度与反射光经过反射液晶单元之后的亮度是不相同的，即在同一工作电压值时，透射光与反射光的透光率不相同，且灰度变化率也不同。

有鉴于上述公知技术所遇到的问题，实有必要对半反射半透射式LCD进一步的改进，以提高其显示质量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种半透射半反射式液晶显示器，其反射光与透射光的透光强度相协调，并能提高显示质量。

依据本发明的上述目的，本发明提供一种半透射半反射式液晶显示器，其包含多条数据线、多条扫描线，以及多个像素单元，该多条扫描线用来产生驱动信号，该多条数据线用来产生像素数据。每一像素单元包含一第一开关单元，用来于接收一扫描线的驱动信号时，传输一数据线的像素数据；一第一电极，用来提供一第一电压信号；一第二电极，用来提供一第二电压信号；一第一液晶电容(first control capacitor)，其一极电连接到该第一电极，另一极电连接到该第一开关单元，用来依据该像素数据以及该第一电压信号驱动其内的液晶分子；一传感电容(sensing capacitof)，包含一第一极以及一第二极，该第一极电连接到该第一开关单元；一调制电容，其一极电连接到该第二电极，另一极连接到该传感电容(sensing capacitor)的第二极；以及一第二液晶电容，其一极电连接到该传感电容(sensing capacitor)的第二极，另一极电连接到该第一电极，用来依据该像素数据、该第一电压信号以及该第二电压信号驱动其内的液晶分子。

附图说明

图1为表示呈现二维阵列分布的像素单元的彩色液晶显示面板。

图2为表示公知半反射半透射式LCD的像素单元结构的平面图。

图3A与3B为表示像素单元结构的剖面图。

图4为公知像素单元的等效电路图。

图5为公知单间隙半反射半透射式LCD的透射区域的透射率与反射区域的反射率与工作电压的关系图。

图6为公知单间隙的半透射半反射式液晶显示器的像素等效电路图。

图7A为公知像素数据Vdata、电压信号V_COM与反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2的关系图。

图7B为公知透明液晶电容C_LC1、电压信号V_COM与反射液晶电容C_LC2的在不同工作电压时与透射率与反射率的关系图。

图7C为公知Gamma2.2曲线在64阶的信号分布时，透射率及反射率的关系图。

图8为本发明半透射半反射式液晶显示器的像素单元的等效电路图。

图9为本发明的像素单元的结构剖面图。

图10为像素单元工作时，像素数据电压、第二电压信号以及调整前后施加于反射液晶电容的电压的时序图。

图11A为本发明像素数据Vdata、第一电压信号V_COM1与反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2的关系图。

图11B为本发明半透射半反射式液晶显示器的反射光与透射光的透光强度随工作电压变化的曲线图。

图12为本发明Gamma2.2曲线在64阶的信号分布时，透射率及反射率的关系图。

图13为本发明的像素单元与驱动第二电压信号的开关单元的等效电路图。

图14为本发明半透射半反射式液晶显示器的像素单元的第二实施例的等效电路图。

主要元件符号说明

像素单元100、200            透明液晶电容C_LC1

反射液晶电容C_LC2           传感电容(sensing capacitor)Cc

调制电容C₂                 存储电容C_ST1、C_ST2

第一电极COM1                第二电极COM2

扫描线n_th-gate line        数据线m_th-data line

稳压电容n_th-Ccom           节点102、104、106

开关单元m_th-SW、n_th-SW    电压源110

具体实施方式

请参阅图8及图9，图8为本发明的像素单元100的等效电路图。多条扫描线(gate line)与多条数据线(data line)交错之间形成像素单元100，图9为像素单元100的结构剖面图。每一像素单元100中形成有第一液晶电容以及一第二液晶电容，两液晶电容为两电极间包含有一液晶层形成。第一液晶电容的两极皆由透明电极形成，而第二液晶电容的一极包含一具有高反射率的电极形成，另一极则为透明电极。在本实施例中，第一液晶电容为透明液晶电容C_LC1，其用来控制半透射半反射显示器的透射区内液晶分子的转动方向。第二液晶电容为反射液晶电容C_LC2，其用来控制半透射半反射显示器的反射区内液晶分子的转动方向。透明液晶电容C_LC1的一极通过一开关单元mth-SW连接，(在本实施例中开关单元以薄膜液晶体加以实现)，另一极则与第一电极COM1相连接；反射液晶电容C_LC2的一极与第一电极COM1相连接，另一极则连接至一传感电容(sensing capacitor)Cc的一极，并亦同时连接至调制电容C₂的一极，传感电容(sensing capacitor)Cc的另一极通过开关单元m_th-SW与数据线m_th-data line相连接，而调制电容C₂的另一极则与第二电极COM2相连接。此外，还可以设置一存储电容C_ST1用来降低外界杂讯的干扰，该存储电容C_ST1与透明液晶电容C_LC1并联，其一极与开关单元连接，另一极与第三电极COM3相连，其中COM1与COM3可为同一电位，也可为不同电位。

请一并参阅图10，图10像素单元100工作时，像素数据电压Vdata、第一电压信号V_COM1、第二电压信号V_COM2以及调整前后施加于反射液晶电容的电压Vcc的时序图，图中虚线为一参考电平。当扫描至第n条扫描线(n_th-gate line)时，扫描线n_th-gate line会送出一扫描信号以使开关单元m_th-SW导通，此时，像素数据Vdata经由数据线m_th-data line通过开关单元m_th-SW传送至节点102。此时，透明液晶电容C_LC1的夹差电压V_CLC1为像素数据电压Vdata以及第一电压信号COM1的电压差，而反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2则会受到传感电容(sensing capacitor)Cc以及调制电容C₂的影响，使得夹差电压V_CLC2不仅与像素数据电压Vdata和第一电压信号V_COM1有关，同时也受到第二电压信号V_COM2的影响。依据克希荷夫电流定律(Kirchhoff’s Current Law)，节点104的净电流为：

$\frac{(\mathrm{Vcc}-\mathrm{Vdata})}{\frac{1}{\mathrm{SCc}}}+\frac{\mathrm{Vcc}-V_{\mathrm{COM}1}}{\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{\mathrm{LC}2}}}+\frac{\mathrm{Vcc}-V_{\mathrm{COM}2}}{\frac{1}{{\mathrm{SC}}_2}}=0$

其中节点104的电压为Vcc，S为频率响应参数。

因此，节点104的电压 $\mathrm{Vcc}=\frac{\mathrm{Cc}\·\mathrm{Vdata}+C_{\mathrm{LC}2}\·V_{\mathrm{COM}1}+C_2\·V_{\mathrm{COM}2}}{C_{\mathrm{LC}2}+\mathrm{Cc}+C_2},$

所以反射液晶电容C_LC2的夹差电压

$\left|V_{\mathrm{CLC}2}\right|=|\mathrm{Vcc}-V_{\mathrm{COM}1}|=|\frac{\mathrm{Cc}}{C_{\mathrm{LC}2}+\mathrm{Cc}+C_2}\×(V_{\mathrm{data}}-V_{\mathrm{COM}1})+\frac{C_2}{C_{\mathrm{LC}2}+C_C+C_2}\×(V_{\mathrm{COM}2}-V_{\mathrm{COM}1})|$

相较于公知技术，反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2在大于某一值后，在同样的像素数据电压Vdata下会因为第二电压信号V_COM2的效应而变的比较小。

请参阅图11A、图11B以及图12，图11A为本发明像素数据Vdata与反射液晶电容C_LC2的夹差电压V_CLC2的关系图。图11B为本发明半透射半反射式液晶显示器的反射光与透射光的透射率曲线及反射率曲线示意图，图中横轴表示像素数据电压与第一电压信号的电压差，而纵轴表示透射率及反射率。由图11B可知，透射与反射的曲线于约4.3V的前非常吻合，于4.3V也都能达到几乎最高的效率。如图12所示，透射与反射的灰度变化曲线已相当协调，并能大幅改善显示质量。在图11A、图11B以及图12中，在第二电压信号幅值V_COM2＝0.5V，C_C/(C_C+C_LC2+C₂)＝0.46，C₂/(C_C+C_LC2+C₂)＝0.32条件下，本实施例的半透射半反射式液晶显示器的反射光与透射光的透光强度随工作电压(亦即像素数据电压Vdata以及第一电压信号V_COM1的电压差)变化呈近似于一致的状态。换句话说，与图7A和图7B相较，图11B中，在同一工作电压下的反射光与透射光的最大透光强度几乎是同时上升到其最大值，而且反射液晶电容与透明液晶电容几乎具有相同的阈值电压(如图11A所示的V_threshold)。除此之外，当像素电压信号呈高灰度时，本发明的半周波(图11B的范围B)宽于公知技术的半周波(图7B所示的范围A)。换句话说，在图7A中，像素电压信号Vdata越大时，反射液晶电容的夹差电压V_CLC2变化率较图11A的变化率亦越大(亦即图7A的直线C的斜率大于图11A的直线D的斜率)，反射率曲线不再是在2.7V至4V的区间内由0陡升至1，而是相对平缓地由2V至4V的区间内由0上升至1，所以有利于像素电压电平的规划。总而言之，本发明的设计改善了dr＞1/2dt的半透射半反射式液晶显示器的显示质量，从而解决公知的半透射半反射式液晶显示器透射与反射灰度变化不协调的缺陷。

需注意的是，第二电极COM2提供的第二电压信号V_COM2以及调制电容C₂和传感电容(sensing capacitor)Cc的目的用来使得反射液晶电容C_LC2接收像素电压信号Vdata时，能适度地缩小作用于反射液晶电容C_LC2的电压差。在图7中，用第二电压信号V_COM2的幅值为0.5V下模拟的结果，第二电压信号V_COM2的相位与第一电压信号V_COM1的相位相反，其幅值由C2的大小决定。当第二电压信号V_COM2的相位与第一电压信号V_COM1的相位为同相时亦属于本发明的范畴。除此之外，也可以将第二电压信号V_COM2设定为一定值。

请一并参阅图10及图12，图12为本发明的像素单元100与驱动第二电压信号V_COM2的开关单元的等效电路图。当扫描线n_th-gate line扫描时，开关单元n_th-SW、m_th-SW会同时导通，开关单元m_th-SW会导致像素数据电压传输至节点102，在此同时，开关单元n_th-SW的导通导致第二电压信号V_COM2由其电压源110传输至第二电极n_th-COM2。稳压电容n_th-C_com电连接到一第五电极COM5，一旦该开关单元n_th-SW关断，而对应的第二电极n_th-COM2处于浮接状态，其电位可通过稳压电容n_th-C_com的感应而随第一电压信号V_COM1的电位变化。

本实施例的开关单元n_th-SW因为其驱动时序与扫描线一致，所以可以设置在每一像素单元100之中，或是设置在面板的外侧，或是设置在闸极驱动器(gate driver)之中。

本发明半透射半反射式液晶显示器的第二实施例亦可采用如图14所示的等效电路图，图中所示像素单元200与前述第一实施例不同的处在于：反射液晶电容C_LC2的一极与第一电极COM1相连接，另一极则连接至传感电容(sensing capacitor)Cc的一极，并亦同时连接至调制电容C₂的一极及存储电容C_ST2的一极，该存储电容C_ST2的另一极连接至第四电极COM4上，其中COM1、COM3与COM4可为同一电位，也可为不同电位。由于在显示器中，金属线与电极不可避免地会彼此重叠而产生传感电容(sensing capacitor)效应，因此可能会造成各电容与所要的目标电压值有过大的电压误差，所以选择性地增设存储电容C_ST2可用来消除传感电容(sensing capacitor)效应。

相较于先前技术，本发明半透射半反射式液晶显示器通过设置第二电极、传感电容(sensing capacitor)以及调制电容，并能够对反射液晶电容(或透射液晶电容)的电压进行调制，从而使得在反射液晶电容(或透射液晶电容)上能够得到理想的夹差电压，即本发明反射光与透射光的透光强度随工作电压变化呈近似于一致的状态，在同一工作电压下的反射光与透射光的最大透光强度几乎是同时上升到其最大值，藉此提高本发明半透射半反射式液晶显示器的显示质量，从而改善公知单间隙半透射半反射式液晶显示器的透射与反射灰度变化不协调的缺陷。

以上所述者仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员依本发明的精神所进行的等效修改或变化，皆涵盖于后附的申请权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种液晶显示器，包含：

多条数据线，用来传送像素数据；

多条扫描线，用来传送驱动信号；以及

多个像素单元，每一像素单元包含：

一第一开关单元，用来于接收一扫描线的驱动信号时，传输一数据线的像素数据；

一第一电极，用来提供一第一电压信号；

一第二电极，用来提供一第二电压信号；

一第一液晶电容，其一极电连接到该第一电极，另一极电连接到一像素电极，该像素电极连接到该第一开关单元，用来依据该像素数据以及该第一电压信号驱动其内的液晶分子；

一传感电容，包含一第一极以及一第二极，该第一极电连接到该第一开关单元；

一调制电容，其一极电连接到该第二电极，另一极连接到该传感电容的第二极；以及

一第二液晶电容，其一极电连接到该传感电容的第二极，另一极电连接到该第一电极，用来依据该像素数据、该第一电压信号以及该第二电压信号驱动其内的液晶分子。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，其还包含一第一存储电容，其一极电连接到该像素电极，另一极电连接到一第三电极，该第三电极用来提供一第三电压信号。

3.如权利要求1所述的液晶显示器，其还包含一第二存储电容，其一极电连接到该传感电容的第二极，另一极电连接到一第四电极，该第四电极用来提供一第三电压信号。

4.如权利要求1、第2或第3所述的液晶显示器，其中该第一液晶电容的两端各由透明电极形成，而该第二液晶电容的一极包含一具有高反射率的电极形成，另一极则为透明电极形成。

5.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其还包含：

一电压源，用来产生该第二电极的电压信号；以及

一第二开关单元，一极连接到该电压源，另一极连接到该第二电极，用来接收该扫描线的驱动信号时，产生传输该第二电压信号至该第二电极。

6.如权利要求5所述的液晶显示器，其还包含一第五存储电容，其一极电连接到一第五电极，另一极电连接到该第二开关单元，用于稳定该第二电压信号。

7.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，该第一电压信号与该第二电压信号为交流信号。

8.如权利要求7所述的液晶显示器，其中该第一电压信号与该第二电压信号同相。

9.如权利要求7所述的液晶显示器，其中该第一电压信号与该第二电压信号互为反相。

10.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其中该第一电压信号为一直流信号。

11.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其中该第二电压信号为一直流信号。

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