JP6324679B2 - 画素ユニット、画素構造、表示装置及び画素駆動方法 - Google Patents

画素ユニット、画素構造、表示装置及び画素駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は液晶表示分野に関し、特に画素ユニット、画素構造、表示装置及び画素駆動方法に関する。
薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ(Thin Film Transistor−Liquid Crystal Display、以下、TFT−LCDと称する)は、重さが軽い、厚さが薄い、消費電力が低いなどのメリットがあり、テレビ、携帯電話、ディスプレイなどの電気製品に広く応用されている。低コスト且つ高品質なTFT―LCDを開発するため、従来技術では、一般的にデュアルゲート(Dual Gate)技術を用いて画素を駆動し、画素の充電時間を短縮し、低コスト且つ高品質な画面表示を実現している。
図1aは従来の画素ユニット構造の模式図であり、当該画素ユニットに同一行の隣接する二つの画素を有し、各画素は一つの画素電極、一つの共通電極及び対応する画素を駆動する薄膜トランジスタTFTを有する。デュアルゲート技術を用いる画素構造において、各画素ユニットにおける二つの画素はそれぞれ対応するTFTソース電極を通じて同一のデータラインに接続され、ゲート電極は異なるゲートラインに接続されて画素駆動する。図1aにおいて、同一のデータライン102は左右両側に隣接する二つの画素のTFTのソース電極103a1、103a2に接続され、異なる行のゲートライン101aとゲートライン101bはそれぞれ二つの画素のTFTのソース電極103b1と103b2に接続され、且つそれぞれの画素には異なる層に属する二つの透明電極を有し、第1層の透明電極104はTFTのドレイン電極103cと接続して画素電極とし、第2層の透明電極105を共通電極とする。いくつかの画素ユニットにより画素構造を構成してもよく、図1bは従来の画素構造の模式図であり、当該画素構造において、いずれの画素ユニットも画素電極は第1層の透明電極で形成され、共通電極は第2層の透明電極105で形成される。
液晶が直流電界のもとで劣化するのを防ぐため、液晶の両端の電荷極性を絶えず変化させ、画素のドット反転、コラム反転及びフレーム反転などをさせなければならない。表示画面全体の品質を向上させるため、画素のドット反転駆動方式は現在の表示の主流方式となりつつある。
従来のデュアルゲート画素構造において、たとえば図1bにおける画素構造は、一つのデータ信号ラインが左右両側に対称である画素を同時に駆動し、データラインを半減させる。しかしながら、画素をドット反転させるため、データ信号ラインは画素に絶えず正負の信号の変換入力をしなければならず、図2に示すように、従来のデュアルゲート画素構造を画素ドット反転するときのデータ信号の書き込み方式は、画素ドット「+」は画素に正電荷が充満しているのを示し、これに対して画素ドットを「−」で示していれば画素ドットに負電荷が充満しており、データ信号ラインの変換頻度は大きく増加し、且つ入力するデータ信号電圧の極性の正負を反転させなければならず、消費電力が大きく増加する。また、同一の解像度の場合、上記のデュアルゲート技術を用いて画素を充電すれば所要時間が短く、従来の画素構造の充電時間の半分であり、製品の解像度が高くなるにつれて、画素の充電問題も厳しくなる。
本発明の態様は、従来技術における、それぞれのデータラインに入力するデータ信号の電圧を変化させなければならなく消費電力が大きい問題を解決するTFT―LCD画素構造および画素駆動方を提供する。
本発明の態様は、以下の技術方案によって実現する。
本発明の一態様では、画素ユニットであって、同一の行にあり且つ隣接する第1画素と第2画素とを有し、いずれの画素も2層の透明電極及び一つの薄膜トランジスタTFTを有し、前記透明電極は、それぞれ画素電極と共通電極となり、且つ、前記第1画素を駆動するTFTと前記第2画素を駆動するTFTのソース電極は、同一のデータラインに接続され、ゲート電極は、異なるゲートラインに接続され、
第1画素において、第1層の透明電極は、前記第1画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第1画素の画素電極となり、第2層の透明電極は、前記第1画素の共通電極となり、
第2画素において、第2層の透明電極は、前記第2画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第2画素の画素電極となり、第1層の透明電極は、前記第2画素の共通電極となる画素ユニットを提供する。
本発明の別の態様では、さらに、画素構造であって、上記画素ユニットからなるアレイを有する画素構造を提供する。
好ましくは、前記画素ユニットからなるアレイにおいて、各行において、いかなる隣接する二つの画素ユニットが有する第1画素と第2画素も交互に配列する。
好ましくは、前記アレイの各行と各列において、いかなる隣接する二つの画素ユニットが有する第1画素と第2画素も交互に配列する。
本発明の別の態様では、さらに、画素駆動方法であって、
1フレームの画像を表示するにあたって、各データラインに同一の電圧極性のデータ信号を入力し、アレイの各画素ユニットの第1画素と第2画素を駆動し、または、
1フレームの画像を表示するにあたって、データラインに入力するデータ信号の電圧極性を行おきに変化させ、アレイにおける各画素ユニットの第1画素と第2画素を駆動する画素駆動方法を提供する。
本発明はさらに表示装置であって、上記のいずれか一つの画素構造を有する表示装置を提供する。
本発明が提供する上記画素ユニット、画素構造、表示装置及び画素駆動方法は、画素ユニットにおいて同一のデータラインが駆動する二つの隣接画素の画素電極と共通電極の位置を変化させることにより、画素駆動を行うときに隣接画素の同一のデータラインのデータ信号電圧を変化させずに隣接画素が対応する画素ドットに異なる極性を表示させることができ、消費電力を低減させる。
従来技術における画素ユニット構造の模式図である。 従来技術における画素構造の模式図である。 従来技術における画素構造が画素ドット反転するときのデータ信号の書き込み方式である。 本発明の第1実施形態が提供する画素ユニット構造の模式図である。 本発明の第2実施形態が提供する画素構造の模式図である。 本発明の実施形態が提供する画素コラム反転を実現するときのデータ信号の書き込み方式である。 本発明の実施形態が提供する画素ドット反転を実現するときのデータ信号の書き込み方式である。 本発明の第2実施形態が提供する別の画素構造の模式図である。 本発明の実施形態が提供する画素ドット反転を実現するときのデータ信号の別の書き込み方式である。 本発明の実施形態が提供する画素コラム反転を実現するときのデータ信号の別の書き込み方式である。
従来の画素ユニットは、異なる層にある2層の透明電極を有し、そのうちの一つは画素電極となり、もう一つは共通電極となり、画素電極と共通電極が形成する電圧の差の作用により画素を画面表示するよう駆動する。現在通常使用されている高級表示システムADSは一種の典型的な2層透明電極を有する画素ユニットである。AD−SDS(Advanced−Super Dimensional Switching:高度超次元スイッチング、以下、ADSと略称する)広視野角技術は、ADSモードにおいて、同一の平面にあるスリット電極の端部で発生した電界及びスリット電極層と板状電極層の間に発生する電界により多次元電界を形成し、液晶セル内のスリット電極間と電極の真上のすべての配向液晶分子を回転させることができ、液晶の動作効率を向上させ、光線透過率を増大させる。ADSにおける画素電極と共通電極は、状況によりスリット電極または板状電極として設置される。しかしながら、従来の画素ユニットにおいて、各画素ユニットはいずれも同一層にある透明電極を画素電極とし、もう一つの層にある透明電極を共通電極とするが、本発明の実施形態が提供する画素ユニットは、当該画素ユニットの同一の画素ユニットにおける隣接する二つの画素のうち、画素電極と共通電極の位置を入れ替え、当該画素ユニットをデュアルゲート技術を用いた薄膜トランジスタ液晶ディスプレイTFT−LCDに応用し、同一のデータラインと異なるゲートラインとによりこの隣接する二つの画素を駆動させることにより、データ信号を書き込むときに電圧極性の変化をさせなくても、隣接する画素に対応する画素ドットの正負極性の変化を実現できる。
図3に示すのは、本発明の第1実施形態が提供する画素ユニット構造の模式図であり、当該画素ユニットは、同一のデータライン102と異なる行のゲートライン101aとゲートライン101bに接続される二つの薄膜トランジスタTFTにより駆動され、同一の行にあり且つ隣接する第1画素1と第2画素2とを有する。
具体的には、第1画素1において、第1層の透明電極104は、第1画素1を駆動するTFTのドレイン電極103clに接続されて第1画素1の画素電極となり、第2層の透明電極105は、第1画素1の共通電極となる。
第2画素2において、第2層の透明電極105は、第2画素2を駆動するTFTのドレイン電極103c2に接続されて第2画素2の画素電極となり、第1層の透明電極104は、第2画素2の共通電極となる。
好ましくは、画素ユニットにおける2層の透明電極は、ITOなどのインジウムスズ酸化物により形成されてもよい。
好ましくは、従来の画素ユニット構造においては、いずれも第1層の透明電極を画素電極とし、第2層の透明電極を共通電極とし、製造技術を簡易化させるために現存の画素ユニットの層段階関係を変化させないが、本発明の実施形態を実施するにあたって、第2画素2の画素電極となる第2層の透明電極105は、スルーホールを介してTFTのドレイン電極103c2に接続されてもよい。
本発明の実施形態が提供する画素ユニットにおいて、同一のデータラインが駆動する隣接する二つの画素の画素電極と共通電極の位置を入れ替えることによって、データ信号を書き込む際に頻繁に電圧の反転変化をさせなくても隣接する画素に対応する画素ドットの正負極性の変化を実現できる。
本発明の第2実施形態は、画素構造であって、第1実施形態の画素ユニットからなるアレイを有する画素構造を提供する。
好ましくは、本発明の実施形態が提供する画素構造アレイは、各行において隣接する画素ユニットの有する第1画素と第2画素は交互に配列する。
さらに、本発明の実施形態が提供する画素構造アレイにおいて、各行と各列はいずれも同一の画素ユニットにより構成され、すなわちアレイの各行において、いかなる隣接する二つの画素ユニットが有する第1画素と第2画素も水平の方向で交互に配列し、アレイの各列において、いかなる隣接する二つの画素ユニットが有する第1画素と第2画素も垂直の方向で対応的に配列する。具体的には、画素構造を設置するとき、アレイの各行と各列は、いずれも第1実施形態における画素ユニット構造を用いてもよく、第1行の1つ目の画素で第1実施形態における第1画素の設置方法を採用し、すなわち第1層の透明電極104を画素電極とし、第2層の透明電極105を共通電極とし、2つ目の画素で第2画素の設置方法を採用し、すなわち第1層の透明電極104を共通電極とし、第2層の透明電極105を画素電極とし、3つ目の画素でまた第1画素の設置方法を採用し、4つ目の画素で第2画素の設置方法を採用する。アレイの各行において、左右に隣接する画素で第1画素と第2画素を交互に設置し、かつアレイの残りの他の行で第1行と同じ画素設置方法を採用し、そのアレイの各列の垂直方向に設置する画素が同一であり、第1画素でもよく、第2画素でもよく、最終的には図4aの模式図に示すような画素構造が構成される。
さらに好ましくは、画素構造アレイを設置するとき、アレイにおいて各行と各列のいかなる隣接する二つの画素ユニットにおける第1画素と第2画素も交互に配列させてもよい。
具体的には、図5aに示す画素構造のように、いかなる隣接する二つの画素の画素電極となる透明電極も異なり、第1行の1つ目の画素で第1実施形態における第1画素の設置方法を採用し、すなわち第1層の透明電極104を画素電極とし、第2層の透明電極105を共通電極とし、2つ目の画素で第2画素の設置方法を採用し、すなわち第1層の透明電極104を共通電極とし、第2層の透明電極105を画素電極とし、3つ目の画素でまた第1画素の設置方法を採用し、4つ目の画素で第2画素の設置方法を採用する。且つアレイの第2行において、画素ユニットの第1画素と第2画素の位置を変化させ、すなわち、第2行の1つ目の画素で第1実施形態における第2画素の設置方法を採用し、2つ目の画素で第1画素の設置方法を採用し、これを類推していき、すなわち当該アレイ構造において、各行、各列のいかなる隣接する二つの画素も第1画素と第2画素を交互に設置する。
本発明の実施形態が提供する上記画素構造を用いれば、隣接する画素の画素電極と共通電極の位置を入れ替え、且つ隣接する画素を駆動する二つの薄膜トランジスタTFTのソース電極は同一のデータラインに接続され、ゲート電極は異なるゲートラインに接続されるため、データラインに入力するデータ信号の電圧極性を頻繁に変化させることなく、隣接する画素が対応する画素ドットの正負極性変化を実現でき、データ信号の電圧の反転回数を減少させ、これに応じて消費電力も低減する。
本発明の第3実施形態は上記画素構造を利用して画素を駆動する方法を提供する。
本発明の実施形態が提供する画素駆動方法は、1フレームの画像を表示するにあたって、いずれのデータラインにも同一極性のデータ信号を入力し、アレイの各画素ユニットの第1画素と第2画素を駆動し、各画素の2層の透明電極間の電圧の差の極性を同一にし、電圧の差の極性同一とはいずれの画素が有する第1層の透明電極の電圧も第2層の透明電極の電圧より大きいまたは小さいが、各画素ユニットの第1画素と第2画素の画素電極と共通電極を入れ替えるため、第1画素と第2画素の画素電極と共通電極の電圧の差の極性は反対であり、本発明の実施形態において、画面全体において同時にデータラインに同一のデータ信号を入力したとしても同一画素ユニットの隣接する画素の極性を変化させることを実現できる。
具体的には、本発明の実施形態において、正極性のデータ信号を入力することを例に説明するが、当然ながらこれに限定されない。データラインに正極性のデータ信号を入力した後、第1行のゲートラインに接続されたTFTがオンになり、画素構造の画素(すなわちアレイの第1行の奇数列画素)を駆動し、第1行の画素電極となる第1層の透明電極の電圧は共通電極となる第2層の透明電極の電圧より大きく、2層の透明電極の電圧の差は正極性を表示し、画素ドットに正電荷を充満させる。同じく、同一のデータ信号を入力し、第2行のゲートラインに接続されたTFTをオンにし、画素構造の画素(すなわちアレイの第1行の偶数列画素)を駆動するとき、第1層の透明電極の電圧は依然として第2層の透明電極の電圧より大きく、2層の透明電極の電圧の差は依然として正極性を表示するが、このときの画素電極と共通電極の位置が入れ替えられたため、画素電極となる第2層の透明電極の電圧は共通電極となる第1層の透明電極の電圧より小さく、画素ドットに負電荷を充満させる。同じく、アレイの他の行における画素の画素ドットの電荷極性も交互に変化する。
好ましくは、本発明の実施形態において、図4aに示すような画素構造いずれのデータラインにも同一のデータ信号を入力するとき、アレイの各行の隣接する画素の水平方向で交互に第1画素と第2画素が設置され、各列の垂直方向に設置された画素は同一であるため、図4bに示すように、同一のデータ信号を入力するときに画素のコラム反転を実現できる。
好ましくは、図5aに示すような画素構造いずれのデータラインにも同一のデータ信号を入力するとき、アレイのいずれの行、列における画素ユニットの第1画素と第2画素も交互に設置されているため、アレイのいかなる隣接する二つの画素の画素ドットにも異なる電荷が充填され、画素ドットの極性は反対であるため、図5bに示すように、図5aにおいて同一の電圧極性のデータ信号を入力したときに画素のドット反転を実現できる。
本発明の実施形態が提供する上記画素駆動方法は、信号反転変化の頻度を低減させ、且つ画面全体において入力するデータ信号が同一であるため、信号電圧の変動範囲が比較的小さく、液晶表示の消費電力を低減させる。
一方、本発明の実施形態が提供する上記画素駆動方法は、画素が再生するフレーム全体において正信号または負信号を与え、且つデュアルゲート技術を用いるため、一つ前の画素を充電するときは、現在の画素には一部の電荷が充電されており、そのため本発明の実施形態が提供する画素駆動方法は画素のプリチャージを実現でき、画素充電を加速させ、充電時間を節約する。
さらに好ましくは、本発明の実施形態において、隣接するフレームの画像表示にあたって、各データラインに入力するデータ信号電圧を変化させ、隣接するフレームの同一画素の2層の透明電極間の電圧の差の極性を反対にし、隣接するフレームにおいて画素のフレーム反転を実現してもよい、
本発明の第4実施形態は、さらに画素駆動方法であって、データ信号ラインは画素に正、負、正、負のデータ信号を入力しなくてもよい画素駆動方法を提供し、本発明の実施形態において、1フレームの画像を表示するにあたって、データラインに入力するデータ信号電圧を行おきに変化させ、同一行における2層の透明電極間の電圧の差の極性を同一にさせ、且つ隣接する行における2層の透明電極間の電圧の差の極性を反対にする。データラインに入力するデータ信号電圧を行おきに変化させるとは、一行おきのゲートラインのスキャン時間につき同一のデータラインのデータ信号の電圧極性を一回変化させる、つまり、連続する2行のゲートラインのスキャン時間内の同一のデータラインのデータ信号の電圧極性は同一であることをいい、2行1反転と略称する。
本発明の実施形態において、アレイの各行の第1画素と第2画素を交互に設置し、隣接する画素の画素電極と共通電極となる透明電極の位置を入れ替えるため、アレイの各列に同一のデータ信号を入力して同一行における隣接する画素の画素ドットの極性変化を実現する。
好ましくは、図4aに示す画素構造において、アレイの第2行の画素設置方式はアレイ第1行の画素設置方式と同一であるため、アレイの第2行(すなわち3行目のゲートライン)において入力されるデータ信号の電圧を変化させ、第2行の画素の2層の透明電極間の電圧の差が第1行の画素の2層の透明電極間の電圧の差の極性と反対になるようにし、第2行の各画素ドットの電圧極性が第1行の画素ドットの電圧極性と異なるようにし、これを類推していき、入力するデータ信号を行おきに変化させ、隣接する2行の画素ドットの電圧極性がそれぞれ異なるため、画素のドット反転を実現でき、図4cに示すように、本発明の実施形態において、図4aに示す画素構造に対しデータラインに入力するデータ信号を行おきに変化させ、同一行の2層の透明電極間の電圧の差の極性を同一にし、隣接する行の2層の透明電極間の電圧の差の極性を反対にして画素のドット反転の信号書き込み方式を実現する。
好ましくは、図5aに示す画素構造において、アレイの第2行の画素設置方式はアレイ第1行の画素設置方式と異なり、アレイの第2行(すなわち3行目のゲートライン)において入力されるデータ信号の電圧極性を変化させるとき、第2行の各画素の2層の透明電極間の電圧の差の極性が第1行の電圧の差の極性と異なるようにするが、第2行の画素電極と共通電極となる透明電極の位置が入れ替えられ、第2行の各画素ドットの電圧極性を第1行の各画素ドットの電圧極性と同一にさせるため、図5aに示す画素構造に対し第4実施形態の画素駆動方法を用いるとき、データラインに入力するデータ信号の電圧を行おきに変化させ、同一行の2層の透明電極間の電圧の差の極性を同一にし、隣接する行の2層の透明電極間の電圧の差の極性を反対にして、図5cに示すように画素のコラム反転を実現できる。
本発明の実施形態が提供する画素駆動方法によれば、入力するデータ信号電圧を2行1反転の方式で変化させ、画素のドット反転あるいはコラム反転を実現し、消費電力をある程度低減させ、且つ画素に対してある程度のプリチャージを実現し、充電時間を確保することができる。
好ましくは、本発明の実施形態において、隣接するフレームの画像表示するにあたって、同一のデータラインに入力するデータ信号に対して電圧を変化させ、隣接するフレームの同一画素の2層の透明電極間の電圧の差の極性を反対にし、画素のフレーム反転を実現する。
本発明の実施形態は、さらに表示装置であって、上記の実施形態のいずれかに記載の画素構造を有する表示装置を提供する。当該表示装置は、必要に応じて本発明の前記実施形態が提供するいずれかの画素駆動方法を選択する。留意すべきことは、本発明の実施形態における画素ユニット、画素構造及び対応する駆動方法は、いずれもADSモードの表示装置に応用することができ、便宜のためだけに図面の画素電極と共通電極をブロック状に簡易化している。
当然ながら、当業者は、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態にさまざまな修正や変形を加えることができる。本発明の実施形態のこれらの修正や変形が本発明の特許請求の範囲及び均等な技術的範囲内に含まれる場合、本発明はこれらの変動と変更を含むことを意味する。
101a,101b ゲートライン
102 データライン
103a1,103a2 ソース電極
103b1,103b2 ゲート電極
103c,103c1,103c2 ドレイン電極
104 第1層の透明電極
105 第2層の透明電極

Claims (3)

  1. 第1画素と第2画素とを有し、且つ、前記第1画素と前記第2画素とはデータラインが伸びている方向に平行する同一の行にあり且つ隣接するデュアルゲート技術を用いて、
    各画素は、2層の透明電極及び一つの薄膜トランジスタTFTを有し、
    前記2層の透明電極は、それぞれ画素電極と共通電極となり、且つ、前記第1画素を駆動するTFTと前記第2画素を駆動するTFTのソース電極は、同一のデータラインに接続され、ゲート電極は、異なるゲートラインに接続され、
    第1画素において、第1層の透明電極は、前記第1画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第1画素の画素電極となり、第2層の透明電極は、前記第1画素の共通電極となり、
    第2画素において、第2層の透明電極は、前記第2画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第2画素の画素電極となり、第1層の透明電極は、前記第2画素の共通電極となるように構成された画素ユニットからなるアレイを有し、
    前記アレイの各行に第1画素と第2画素が交互に設置され、前記アレイの各列に同一の第1画素または同一の第2画素が設置される画素構造に適用される画素駆動方法であって、
    1フレームの画像を表示するにあたって、データラインに入力するデータ信号の電圧極性をゲートラインの2行おきに変化させ、同一行における第1層の透明電極と第2層の透明電極との間の電圧の差の極性を同一にさせ、隣接する行の第1層の透明電極と第2層の透明電極との間の電圧の差の極性を反対にさせて、画素のドット反転を実現することを特徴とする画素駆動方法。
  2. 第1画素と第2画素とを有し、且つ、前記第1画素と前記第2画素とはデータラインが伸びている方向に平行する同一の行にあり且つ隣接するデュアルゲート技術を用いて、
    各画素は、2層の透明電極及び一つの薄膜トランジスタTFTを有し、
    前記2層の透明電極は、それぞれ画素電極と共通電極となり、且つ、前記第1画素を駆動するTFTと前記第2画素を駆動するTFTのソース電極は、同一のデータラインに接続され、ゲート電極は、異なるゲートラインに接続され、
    第1画素において、第1層の透明電極は、前記第1画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第1画素の画素電極となり、第2層の透明電極は、前記第1画素の共通電極となり、
    第2画素において、第2層の透明電極は、前記第2画素を駆動するTFTのドレイン電極に接続されて前記第2画素の画素電極となり、第1層の透明電極は、前記第2画素の共通電極となるように構成された画素ユニットからなるアレイを有し、
    前記アレイの各行及び各列に第1画素と第2画素が交互に設置される画素構造に適用される画素駆動方法であって、
    1フレームの画像を表示するにあたって、データラインに入力するデータ信号の電圧極性をゲートラインの2行おきに変化させ、同一行における第1層の透明電極と第2層の透明電極との間の電圧の差の極性を同一にさせ、隣接する行の第1層の透明電極と第2層の透明電極との間の電圧の差の極性を反対にさせて、画素のコラム反転を実現することを特徴とする画素駆動方法。
  3. 隣接するフレームの画像を表示するにあたって、前記データラインのデータ信号の電圧極性を変化させ、同一画素の第1層の透明電極と第2層の透明電極との間の電圧の差の極性を反対にさせることを特徴とする請求項1または2に記載の画素駆動方法。
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