TW201535031A - 液晶顯示面板與像素單元電路 - Google Patents

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Abstract

一種液晶顯示面板，包括複數像素單元。每一像素單元連接至一資料線與一閘極線。像素單元定義出一第一區域與一第二區域，並且包括一第一液晶電容、一第一電晶體、一第二液晶電容，一第二電晶體以及一第三電晶體。第一液晶電容位於第一區域。第一電晶體位於第一區域且連接於資料線與第一液晶電容之間，並且具有一控制極連接至閘極線。第二液晶電容位於第二區域。第二電晶體位於第二區域且連接於資料線與第二液晶電容之間，並且具有一控制極連接至閘極線。第三電晶體位於第二區域且連接於一共同電壓與第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至閘極線。

Description

液晶顯示面板與像素單元電路
本發明系關於一種像素單元電路；特別關於一種可改善廣視角液晶顯示面板的色偏問題之像素單元電路。
液晶顯示面板是目前常見的顯示面板之一，因其具有高解析度、重量輕、厚度薄、及低功率消耗等優點，因此，液晶顯示面板的使用越來越普及。然而，液晶顯示面板卻也存在著一些技術上有待解決的問題，例如廣視角(view angle)問題，即當使用者在螢幕的正前方與斜前方觀看圖像時，其所看到的圖像的灰階與亮度並不相同，通常在正前方所看到的圖像亮度會大於斜前方所看到的圖像亮度，因此，在不同角度所觀看的液晶螢幕的畫面，其亮度差異將導致各顏色混合的結果不同，因而導致色偏(color shift)及色飽和度不足(color de-saturation)等現象的產生。
近年來，為了改善廣視角的色偏問題，提出了改良式的像素結構，相關之前案技術可參考申請案號為200810005696.1之中華人民共和國國家知識產權局之專利申請文件。然而，於前案的像素結構中，各像素必須電性連接至至少兩條閘極線，用以根據兩條閘極線對應的閘極驅動訊號作動。如此 一來，不僅占用了像素電路的開口率(aperture ratio)，同時也增加了閘極驅動訊號的通道數量，使得時序控制變得較為複雜。
有鑑於此，需要一種全新的像素結構，以改善廣視角的色偏問題，並改良先前技術的缺陷。
根據本發明之一實施例，一種液晶顯示面板，包括複數像素單元。每一像素單元連接至一資料線與一閘極線。像素單元定義出一第一區域與一第二區域，並且包括一第一液晶電容、一第一電晶體、一第二液晶電容，一第二電晶體以及一第三電晶體。第一液晶電容位於第一區域。第一電晶體位於第一區域且連接於資料線與第一液晶電容之間，並且具有一控制極耦接至閘極線。第二液晶電容位於第二區域。第二電晶體位於第二區域且連接於資料線與第二液晶電容之間，並且具有一控制極耦接至閘極線。第三電晶體位於第二區域且連接於一共同電壓與第二電晶體之間，並且具有一控制極耦接至閘極線。
根據本發明之另一實施例，一種像素單元電路，包括一第一液晶電容、一第一電晶體、一第二液晶電容，一第二電晶體以及一第三電晶體。第一電晶體連接於一資料線與第一液晶電容之間，並且具有一控制極連接至一閘極線。第二電晶體連接於資料線與第二液晶電容之間，並且具有一控制極連接至閘極線。第三電晶體連接於一共同電壓與第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至閘極線。
10‧‧‧液晶顯示面板
11‧‧‧彩色濾光基板
12‧‧‧液晶層
13‧‧‧薄膜電晶體基板
21‧‧‧資料驅動電路
22‧‧‧閘極驅動電路
23‧‧‧畫素矩陣
100、200、300、400、600、700‧‧‧像素單元
120、320、420、620、720‧‧‧低色偏電阻
350、450、650、750‧‧‧電路子單元
801、802、803‧‧‧線條
CLCA、CLCB‧‧‧液晶電容
D1‧‧‧二極體
D0、Dn、DN‧‧‧資料線
G0、Gk、GK‧‧‧閘極線
N1、N2、N3‧‧‧節點
R1、R2、R3、R3’‧‧‧電阻
T1、T2、T3、T4、T4’、T5‧‧‧電晶體
VCOM‧‧‧共同電壓
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之液晶顯示面板剖面結構圖。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之液晶顯示面板之電路方塊圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素單元電路圖。
第4圖係顯示如第1圖所示之像素單元於導通狀態之等效電路圖。
第5圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之像素單元電路圖。
第6圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。
第7圖係顯示如第4圖所示之像素單元於導通狀態之等效電路圖。
第8圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。
第9圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。
第10圖係顯示根據本發明之一實施例所述之節點N1與N2之電壓VA與VB之關係圖。
為使本發明之製造、操作方法、目標和優點能更明 顯易懂，下文特舉幾個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
實施例：
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之液晶顯示面板之剖面結構圖。如圖所示，液晶顯示面板10可包括一彩色濾光基板11、一薄膜電晶體基板13、以及夾設於兩者之間之液晶層12。液晶層12內可包含複數液晶分子，像素電極可形成於薄膜電晶體基板13，其中，薄膜電晶體基板亦可被稱為陣列基板。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之液晶顯示面板之電路方塊圖。資料驅動電路21可包含連接至畫素矩陣23之複數資料線D0~DN，用以提供複數資料驅動訊號至畫素矩陣23。閘極驅動電路22可包含連接至畫素矩陣23之複數閘極線G0~GK，用以提供複數閘極驅動訊號至畫素矩陣23。畫素矩陣23可包含複數像素單元200，各像素單元200連接至一組交錯的閘極線與資料線。資料驅動電路21、閘極驅動電路22以及畫素矩陣23係形成於第1圖所示之薄膜電晶體基板13之上。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素單元電路圖。根據本發明之一實施例，第3圖所示之像素單元100可以是液晶顯示面板之複數像素單元之其中一者。此外，於本發明之實施例中，對於單色顯示器而言，所述之像素單元可對應於單一畫素(pixel)；對於彩色顯示器而言，所述之像素單元可對應單一子畫素(sub-pixel)，例如，紅色(以R表示)、藍色(以B表示)或綠色子畫素(以G表示)，其中一組RGB的子畫素(對應於本發明之實施例中所述之像素單元)可以構成單一畫素。
根據本發明之一實施例，像素單元100可耦接至液晶顯示面板之第n條資料線Dn與第k條閘極線Gk，其中n為小於或等於N之一正整數，k為小於或等於K之一正整數。像素單元100可包括液晶電容CLCA與CLCB、以及電晶體T1、T2與T3。根據本發明之一實施例，為了改善廣視角液晶顯示面板的色偏問題，各像素單元之像素電極可區分為一第一區域與一第二區域，而像素單元100之第一區域具有液晶電容CLCA，並且像素單元100之第二區域具有液晶電容CLCB，其中液晶電容CLCA係由對應之像素單元中位於第一區域之第一像素電極與共同電極定義而成，而液晶電容CLCB係由對應之像素單元中位於第二區域之第二像素電極與共同電極定義而成。
電晶體T1連接於資料線Dn與液晶電容CLCA之間，並且具有一控制極連接至閘極線Gk。電晶體T2連接於資料線Dn與液晶電容CLCB之間，並且具有一控制極連接至閘極線Gk。電晶體T3連接於共同電壓VCOM與電晶體T2之間，並且具有一控制極連接至閘極線Gk，其中液晶電容CLCB連接於電晶體T2與電晶體T3之間的節點N2。
第4圖係顯示如第3圖所示之像素單元於導通狀態之等效電路圖，其中當電晶體T1、T2與T3因應閘極線Gk上之閘極驅動訊號被導通時，像素單元100可被導通。電阻R1為電晶體T1導通時之等效電阻，電阻R2為電晶體T2導通時之等效電阻，電阻R3為電晶體T3導通時之等效電阻。根據本發明之一實施例，電晶體T3係用以根據供應至資料線Dn之資料訊號之電壓於節點N2提供一分壓，使得節點N2之電壓VB會不同於節點N1之電壓VA。如此 一來，液晶電容CLCA與CLCB將會被施加不同的電壓，用以改善廣視角液晶顯示面板的色偏問題。因此，於本發明之一實施例，電晶體T3可作用為一低色偏電阻(Low Color Shift Resistor，LCSR)120。
如第4圖所示，由於供應至資料線Dn之資料訊號之電壓為可變的，電晶體T1與T2之導通電阻也會是可變的。因此，電晶體T1與T2導通時之等效電阻R1與R2可類似於可變電阻。另一方面，由於共同電壓VCOM為恆定的電壓，因此電晶體T3導通時之等效電阻R3並非類似於可變電阻。由於電阻R1與R2類似於可變電阻，但電阻R3並非類似於可變電阻，因而節點N1與N2之電壓無法維持固定的比例，使得色偏問題的補償效果不夠理想。
第5圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之像素單元電路圖。像素單元300可耦接至液晶顯示面板之第n條資料線Dn與第k條閘極線Gk，其中n為小於或等於N之一正整數，k為小於或等於K之一正整數。像素單元300可包括液晶電容CLCA與CLCB、以及電晶體T1、T2與T3。像素單元300之結構大體與像素單元100相似，因此，相同元件的描述可參考第3圖之介紹，並於此不再贅述。於本發明之一實施例中，為了進一步提升色偏問題的補償效果，像素單元300可更包括一電路子單元350。電路子單元350與電晶體T3並聯連接於共同電壓VCOM與電晶體T2之間，即，節點N2與N3之間，用以作用為像素單元電路300之一低色偏電阻320。
根據本發明之一實施例，電路子單元350係用以提供另一分壓路徑，使得當電晶體T1~T3因應閘極線Gk上之閘極驅動訊號被導通時，並聯連接之電路子單元350與電晶體T3所分別對 應之一等效電阻可於共同電壓VCOM與電晶體T2之間形成所述低色偏電阻320，其可類似於一可變電阻。低色偏電阻320可使節點N1與N2之電壓大體維持固定的比例，使得色偏問題的補償效果可較前一實施例為之大幅提升。
第6圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。像素單元400可耦接至液晶顯示面板之第n條資料線Dn與第k條閘極線Gk，其中n為小於或等於N之一正整數，k為小於或等於K之一正整數。像素單元400可包括液晶電容CLCA與CLCB、以及電晶體T1、T2與T3。像素單元400之結構大體與像素單元100相似，因此，相同元件的描述可參考第3圖之介紹，並於此不再贅述。於此實施例中，與電晶體T3並聯連接於共同電壓VCOM與電晶體T2之間之電路子單元450可包括電晶體T5與二極體D1。二極體D1之一陽極連接至共同電壓VCOM。電晶體T5連接於二極體D1之陰極與電晶體T2之間，即，二極體D1之陰極與節點N2之間，並且具有一控制極連接至閘極線Gk。於本發明之實施例中，電晶體T5與二極體D1以及並聯連接之電晶體T3可一起作用為像素單元電路400之一低色偏電阻420。
第7圖係顯示如第6圖所示之像素單元於導通狀態之等效電路圖，其中當電晶體T1、T2與T3因應閘極線Gk上之閘極驅動訊號被導通時，像素單元400可被導通。電阻R1為電晶體T1導通時之等效電阻，電阻R2為電晶體T2導通時之等效電阻，電阻R3’為電晶體T3導通時之與電晶體T5及二極體D1導通時之並聯之一等效電阻，即所述之低色偏電阻420。根據本發明之一實施例，藉由將電晶體T5及二極體D1與電晶體T3並聯連接於共同電壓VCOM 與電晶體T2之間，以形成一類似於可變電阻的等效電阻R3’。如此一來，節點N1與N2之電壓大體可維持固定的比例。以下段落將結合第6圖與第7圖針對像素單元電路之運作作更進一步的說明。
根據本發明之一實施例，二極體D1係導通於液晶顯示面板之負半週期，其中於正半週期，資料驅動訊號Dn之一電壓大於共同電壓VCOM，而於負半週期，資料驅動訊號Dn之一電壓小於共同電壓VCOM。因此，當資料驅動訊號Dn之一電壓小於共同電壓VCOM時，二極體D1之陽極電壓會大於陰極電壓，二極體D1會被導通。此時，若電晶體T5因應閘極線Gk上之閘極驅動訊號被導通，則電路子單元450會被導通，用以產生一等效電阻並聯耦接於電晶體T3之等效電阻，使得整體等效電阻(即，低色偏電阻420之等效電阻值)可有效被降低。由於電晶體T2於負半週期之導通電阻會小於正半週期之導通電阻，因此，於負半週期中，藉由導通之電路子單元450將低色偏電阻420之等效電阻對應地降低，使得節點N1與N2之電壓可大體維持固定的比例。
值得注意的是，熟習此技藝者當可根據以上介紹之概念，設計電路子單元350之電路，使得低色偏電阻320之電阻值於正半週期可對應地被提高，或者使得低色偏電阻320之電阻值可於正半週期以及/或負半週期隨著電晶體T2之導通電阻變化而動態地被調整，同樣可達到將節點N1與N2之電壓大體維持固定的比例之效果。
第8圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。像素單元600可耦接至液晶顯示面板之第n條資料線Dn與第k條閘極線Gk，其中n為小於或等於N之一正整數，k為小 於或等於K之一正整數。像素單元600可包括液晶電容CLCA與CLCB、以及電晶體T1、T2與T3。像素單元600之結構大體與像素單元100相似，因此，相同元件的描述可參考第3圖之介紹，並於此不再贅述。於此實施例中，與電晶體T3並聯連接於共同電壓VCOM與電晶體T2之間之電路子單元650可包括電晶體T4與T5。電晶體T4具有一控制極連接至共同電壓VCOM。電晶體T5連接於電晶體T4與電晶體T2之間，並且具有一控制極連接至閘極線Gk。於本發明之實施例中，電晶體T4與T5以及並聯連接之電晶體T3可一起作用為像素單元電路600之一低色偏電阻620。
像素單元600於導通狀態之等效電路圖可參考至第7圖。由於像素單元電路600之運作與像素單元電路400之運作相似，因此，相關之描述可參考第6圖與第7圖之說明，並於此不再贅述。
第9圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之像素單元電路圖。像素單元700之電路與像素單元600相似，其差別僅在於電晶體T4’之類型與電晶體T1~T3與T5不同，並且電晶體T4’之控制極係連接至電晶體T5與電晶體T4連接之一極。前述各實施例中元件的連接方式可係透過耦接或直接連接的方式連結。
第10圖係顯示根據本發明之一實施例所述之節點N1與N2之電壓VA與VB之關係圖，其中節點N1之電壓VA即為資料驅動訊號之電壓。於本實施例中，共同電壓設定為8.5伏特，線條801代表理想的電壓曲線，線條802代表藉由實施第4圖所示之像素單元電路所得到的電壓曲線，線條803代表藉由實施第6圖所示之像素單元電路所得到的電壓曲線。如圖所示，於負半週期(即，節點 N1之電壓VA小於8.5伏特)時，線條803會比線條802更為逼近線條801。由此可見，並聯耦接之電路子單元可更有效補償色偏問題。
於本發明之實施例中，像素單元之各電晶體之寬長比(W/L)可經由特殊的設計，使得色偏問題之補償具有較佳的效果。舉例而言，電晶體T1與電晶體T2之一寬長比可任意設計，電晶體T2與電晶體T3之一寬長比可介於12：1~30：1之間，電晶體T3與電晶體T5之一寬長比可介於0.5：1~3：1之間，而電晶體T4(T4’)與電晶體T5之一寬長比可介於240：1~500：1之間，使得色偏問題之補償可具有較佳的效果。
於先前技術中，利用加入電容的方式於節點N2產生一分壓，用以控制供應至液晶電容CLCB之電壓，然而，如上述，於先前技術的像素結構中，各像素必須電性連接至至少兩條閘極線，用以根據兩條閘極線對應的閘極驅動訊號作動。如此一來，不僅占用了像素電路的開口率(aperture ratio)，同時也增加了閘極驅動訊號的通道數量，使得時序控制變得較為複雜。
反觀本案所提出之像素結構，不僅改善了先前技術的上述缺陷，節省像素電路的開口率以及閘極驅動訊號的通道數量，更可以得到較先前技術更佳的色偏補償效果，且時序控制也相對的簡單。
申請專利範圍中用以修飾元件之“第一”、“第二”等序數詞之使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間之先後次序、或方法所執行之步驟之次序，而僅用作標識來區分具有相同名稱(具有不同序數詞)之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧像素單元
320‧‧‧低色偏電阻
350‧‧‧電路子單元
CLCA、CLCB‧‧‧液晶電容
Dn‧‧‧資料線
Gk‧‧‧閘極線
N1、N2、N3‧‧‧節點
T1、T2、T3‧‧‧電晶體
VCOM‧‧‧共同電壓

Claims (10)

  1. 一種液晶顯示面板，包括：複數像素單元，其中每一該像素單元連接至一資料線與一閘極線，且該像素單元定義出一第一區域與一第二區域，該像素單元包括：一第一液晶電容，位於該第一區域；一第一電晶體，位於該第一區域且連接於該資料線與該第一液晶電容之間，並且具有一控制極連接至該閘極線；一第二液晶電容，位於該第二區域；一第二電晶體，位於該第二區域且連接於該資料線與該第二液晶電容之間，並且具有一控制極連接至該閘極線；以及一第三電晶體，位於該第二區域且連接於一共同電壓與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該像素單元更包括：一電路子單元，位於該第二區域且與該第三電晶體並聯連接於該共同電壓與該第二電晶體之間，其中當該第一電晶體、該第二電晶體與該第三電晶體因應該閘極線上之一閘極驅動訊號被導通時，並聯連接之該電路子單元與該第三電晶體會於該共同電壓與該第二電晶體之間等效為一可變電阻。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示面板，其中該電 路子單元包括：一二極體，連接至該共同電壓；以及一第四電晶體，連接於該二極體與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示面板，其中該電路子單元包括：一第四電晶體，具有一控制極連接至該共同電壓；以及一第五電晶體，連接於該第四電晶體與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示面板，其中該第二電晶體與該第三電晶體之一寬長比介於12：1~30：1之間，該第三電晶體與該第五電晶體之一寬長比介於0.5：1~3：1之間，並且該第四電晶體與該第五電晶體之一寬長比介於240：1~500：1之間。
  6. 一種像素單元電路，包括：一第一液晶電容；一第一電晶體，連接於一資料線與該第一液晶電容之間，並且具有一控制極連接至一閘極線；一第二液晶電容；一第二電晶體，連接於該資料線與該第二液晶電容之間，並且具有一控制極連接至該閘極線；以及 一第三電晶體，連接於一共同電壓與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之像素單元電路，更包括：一電路子單元，與該第三電晶體並聯連接於該共同電壓與該第二電晶體之間，其中當該第一電晶體、該第二電晶體與該第三電晶體因應該閘極線上之一閘極驅動訊號被導通時，並聯連接之該電路子單元與該第三電晶體會於該共同電壓與該第二電晶體之間等效為一可變電阻。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之像素單元電路，其中該電路子單元包括：一二極體，連接至該共同電壓；以及一第四電晶體，連接於該二極體與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之像素單元電路，其中該電路子單元包括：一第四電晶體，具有一控制極連接至該共同電壓；以及一第五電晶體，連接於該第四電晶體與該第二電晶體之間，並且具有一控制極連接至該閘極線。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之像素單元電路，其中該第二電晶體與該第三電晶體之一寬長比介於12：1~30：1之間，該第三電晶體與該第五電晶體之一寬長比介於0.5：1~3：1之間，並且該第四電晶體與該第五電晶體之一寬長比介於 240：1~500：1之間。
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