TWI254813B - Crystal panel, liquid crystal display and driving method thereof - Google Patents

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TWI254813B TW093140570A TW93140570A TWI254813B TW I254813 B TWI254813 B TW I254813B TW 093140570 A TW093140570 A TW 093140570A TW 93140570 A TW93140570 A TW 93140570A TW I254813 B TWI254813 B TW I254813B
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Description

1254813 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ^發明係關於-種亮度均勻之液日日日顯示器及其驅動方 viewin§ ^ 【先前技術】 痒變=晶顯7^11具有體積小、重餘、低電壓軸及應用範圍 ，因此逐漸取代陰極射線管^hod^ytube’CRT}成 器的主流。然而，在液晶材料本身物理特性之限制下， 二，廣液晶顯示器之視角(viewing angle)而產生許多需克服 的技術問題。色偏現象(c〇1〇rshift0p為其中之一。 大多數液晶顯示器所顯示的顏色會隨著視角而變化，此現 象稱為色偏(color shift)。發生色偏現象的原因之一係液晶分子 =不同方_察時，呈現不同的光穿透率。其對液晶顯示器直 ，的影響為人眼在不同視角感受到之亮度不均；間接的影響為 一原色之畫素因壳度不均導致混合時顏色偏白。比如說本來是 白色畫面變得比較黃或比較藍；人體膚色、水藍色、草綠色在 大視角時變得比較亮，若再加上混色則容易偏白等等。此種色 偏現象在一般液晶顯示器均會發生，其中尤以VA模式的 顯示器更為明顯。 .視角定義方式如圖1所示，以顯示平面上任音A點表 ，點，其水平方位心為〇度，垂直方位定㈣二 是顯不平面10垂直軸li跟人眼觀測位置所夾的角度，0為〇 度時為在顯示平面1〇正面觀察，90度則是在顯示平面1〇前 後或左右兩&觀察。為簡化說b月，本文僅在φ為〇度之情形下 討論人眼在不同Θ方位觀測顯示器時，所感覺到之顯示器顏色 變化。但其結論仍適用於φ不為〇度之情況。故本文所稱視角 1254813 僅指θ角。隨視角改變，液晶顯示器之顏色的變化大到無法接 受時之視角稱為最大視角。 晴參照圖2Α，係為習知液晶顯示器之部分畫素陣列。一 液晶顯示器面板20包含一上基板21及一下基板22，並具有 一畫素陣列(pixel array)内含複數個單位晝素(未標示），圖2α 中包含四個單位晝素。同時參照圖2Α及圖2Β，每個單位書 素23(unit pixel)控制壳度所需元件係包括一共通電極231位於 上基板21，· 一薄膜電晶體232、一資料線233及一掃描線234 位於下基板22 ;以及一液晶層24位於上下基板之間。其中此 通電極231之電壓係保持穩定。薄膜電晶體232具有二源& 2321、一閘極2322以及一汲極2323。其中源極2321係連接 於資料線233 ;閘極2322則連接於掃描線234，且掃描線234 係以二階驅動控制薄膜電晶體232之開關狀態；而没極 則連接於一晝素電極235。 仍凊芩照圖2A及圖2B，當一外加電壓輸入於資料線233 時，其依序通過薄膜電晶體232之源極2321、閘極2322以及 汲極2323後、，因電壓降落而產生一汲極電壓並傳導至畫素電 極235上。该汲極電壓與共通電極231之電壓差的絕對值即 ，電壓。該驅動電壓影響液晶層24之液晶分子241排列狀 悲。因此，改變外加電壓即可改變液晶分子241之排列狀態， 而產生不同光牙透率以控制液晶顯示器的亮度。另外，為了 ，動電舰保_下—次更難面的時候 if6於單位晝素23中。儲存電容236之-端係連接 ϋϋ一端連接於前一單位晝素的掃描線234上(cs on Gate)或，、通電極(Cs 〇n c〇inm〇n脉圖示）。 、㈣ΐ ί ί f ’係為f知VA型液晶顯示器之外加電壓-穿 S ίΐΐ圖。其中橫軸係表示液晶顯示器之外加電壓，ΐ 位為伏特(ν);縱轴係表示液晶分子之光穿透率，為ί因次; 1254813 位。^曲線31及32分別表示視角0 0度(正視)及6〇度時之外加 ^壓-穿透率特性曲線。比較兩曲線可看出在同一外加電壓 日:，若視角不同則液晶分子之光穿透率有極大差異。如圖所 示，外加電壓為2V時，液晶分子開始有光穿透率/變化，故習 知技術中外加電壓之臨界值為2V。 請參照圖3B，係為習知VA型液晶顯示器之Gamma曲 線。其橫軸表示0-255灰階，係將圖3A之驅動電壓數位化並 分為二五五階來控制。其縱輛表示光穿透率，係將圖3A之光 牙透率之數值正規化後，最大值設為1而形成。如圖所示，約 210灰階以下時，同一灰階視角愈大所對應的光穿透率愈大。 因此在大多數情形下，視角愈大則偏亮。 矣示上所述’習知液晶顯示亮度控制方法並不能解決不同視 角之亮度不均以及色偏之問題。究其原因，係在於習知技術中 一單位晝素在一外加電壓下，其内之液晶分子只能具有一驅動 電壓而朝同一方向排列，造成光線在某一特定方向上較易穿透 液晶分子。如圖4所示，係為習知液晶顯示器之單位晝素4〇中 液晶分子41排列狀態示意圖。虛線表示該視角方向之光線較微 弱。此外，尚有其他解決亮度不均及色偏問題的方式，但大多 以改變顯示器硬體結構來達成，例如：改變配向或加廣視角膜 (Wide Viewing film)等，通常需改變製程，且易造成亮度損失， 並具有影像殘留(Image sticking)以及影像重疊(Cross Talk)等 副作用。 【發明内容】 本發明之主要目的係在於提供一種使液晶顯示器亮度均 勻之方法，能有效解決顏色隨視角變化的問題，且亮度損失極 小。 本發明之另一目的在於提供一種使液晶顯示器亮度均勻 1254813 之方法，此避免影像殘留(ImaSe Sticking)及影像重㈣Cross Talk)等副作用。 1 一本發明之另一目的在於提供一種使液晶顯示器，使用至少 二階之驅動晶片調節液晶分子之驅動電壓。 本發明之另一目的在於提供一種液晶顯示器，其不改 程即可達到廣視角亮度均勻之目的。 、 、 ^發明係提供一種使液晶顯示器亮度均勻之方法，以及 ，用該方法之液晶齡||。該方法係在該液晶顯示器中之一 早位晝素_複數區域，施加不同的鶴電壓 分子ί自ί有不同的排列狀態’而 且古儿。f先，提供一顯示器面板，該顯示器面板上 j-晝素_ ’且畫素_是由複數鮮位晝素 A 中母-個I位晝素並具有複數個液晶分子。接著，、一^ =動電f於-單位晝素使複數液晶分子形成-排列狀能 ίί 一驅動電壓以產生一第二驅動電壓，並“ 電於該單位晝素之部分區域使該部分區域内之 晶；;Πίί】:排列狀態。藉由上述兩種排列狀態之液 Γ:危不同光牙透率於該單位畫素中以減少該單位書专 冗度卩現該液晶顯示器視角改變的幅度。 旦’、 法之系統位於上述液晶顯示11面板中。t中 Γ::ίΐ;劃:為-第-子晝素區及-第二=素^ =2素區内之電路元件包括—第—薄 括一第二薄膜電曰曰/曰2 ^；^旦素區内之電路元件包 兩子—弟二儲存電容及—第二液晶電容。 I 〇 ^ tt, 所形成之電容係為液晶層本身之物理特性 曰曰片（未圖不)所控制。該第一薄 之轉 閘極以及一、方搞甘、 、、电日日體具有一源極、一 / :源極與閘極分別連接該第“個單位晝素 1254813 線描線。該第-儲存電容，位於第μ個單位 旦案之弟一子晝素區，該第一儲 雨 早位 一薄膜電晶體之汲極與第Μ個單位晝素之共二電極，复： 之電壓差係提供一第一驟叙雷颅 =/、 η ，、兩端 第:ί儲存電容，位於糾個單位晝素之第二子晝素區 極； 薄膜電•具有晶 線連接該!μ個單位畫素之資料線與掃描 弟一儲存電谷兩端分別連接於該第二薄膜電晶體 個單位晝素之掃描線，其兩端之電壓差係^供一"人 ^第子畫素區之液晶分子；該調節電壓調節該第一驅動带 生一第二驅動電壓驅動該第二子晝素區之液晶分子私 其電壓倾著第_)鮮健素之·狀而=匕子。 依據本發明所提供之使液晶齡^亮度㈣之方法 ϊΐϊϊ:畫素時，不會偏向某特定方向而使各視角方向i 【實施方式】 茲配合圖示詳述本發明Γ使液晶顯示器亮度均勻之方 法」，並列舉較佳實施例說明如下： 如圖5所示，係為根據本發明之方法，單位晝素5〇中液 晶分子排列狀態示意圖。說明兩種排列狀態之液晶分子5u, 512產生不同光穿透率於一單位晝素5〇中以減小該單位晝素 50之亮度隨該液晶顯示器視角改變的幅度。通常一顯示器面 板具有一畫素陣列，該晝素陣列包括至少一單位晝素。單^畫 素50具有一液晶層51 ’其包含複數液晶分子。圖示之單位書 素50，其中之液晶分子511、512具有至少二個不同方向的排 列狀態。因此使光線於不同視角方向之穿透率更平均。可達到 上述效果之方法係在該液晶顯示器中之一單位晝素内的複數 1254813 區域，施加不同的驅動電壓，使位於各個區域内之液晶分子各 自具有不同的排列狀態，而保持廣視角時之亮度均勻。 更具體而言，單位畫素中的各個區域都具有自己的薄膜電 晶體^儲存電容，但共用掃描線及資料線。由資料線透過各區 域的薄膜電晶體間歇性地提供相同的外加電壓於該單位晝素 内的複數區域中。並以不同電壓對各區域内的儲存電容充^以 ^存電能於其中。於該外加電壓中斷期間，釋放上述儲存的電 旎1以使不同區域的液晶分子受到不同的驅動電壓。為避免減 小單位晝素之開Π率，以區分祕域為佳。當施加—第一驅動 ，於該單位晝射使液晶分子職―排離態、。再由儲存電 該第-驅動電壓以產生—第二驅動電壓。施加該第二驅 該單位晝素之部分區域使該部分區_之液晶分子 轉變成另一排列狀態。 任何驅動電壓時，上述液晶分子之長轴與該顯示器 :欠粗ϋ輕直或水平制。當—外加電壓輸人於單位畫素之 H、知所產生的汲極電壓與共通電極電壓之差的絕對盛即 勒古:ϊ動ί壓。為了產生第二驅動電壓，可利用—個三階驅 ΐ 畫Λ之閘極電壓於單位畫素之部分區域 外加雷生另—電壓差。值得—提的是，一 i可產生兩種不同的驅動電壓於同一單位畫素中。 柄中，路圖。圖不電路位於一液晶顯示器面 單位書有;液複數個單位晝素。其中第M個 一子弟—子晝素區61及-第二子晝素區62。第 ^ -i Jii ^ TFT1' ^ 内之電路元件包括一第二薄。弟;子t區62 Cst2及一當一、六日中=溽胰电日日體TFT2、一第二儲存電容 弟一液㈤電谷Clc2。兩子晝素區61、62共用一掃 1254813 線63a資料線64及-共通電極65。苴中篦、、為曰 及第二液晶電容咖係兔^:乂士，其中弟一液晶電容Clcl 容器。掃描線63之電壓^夜曰^本身之物理特性所形成之電 所控制。 认係以一個至少三階之驅動晶片（未圖示)， 仍凊參照圖6，兩薄腔帝曰骑沾 極D1、Μ以及一閘極⑴U-源極M、S2、-汲 J；M TFT2 D1 . DJ〇 端連接第—細電晶體TFT1之祕D1， 第二+ ί去，^素& 61内之液晶層。第二儲存電容Cst2設於 ί D2端其—端連接第二薄膜電晶體TFT2之攻 壓差传提「―單位晝素之掃描線63b，其兩端之電 ^kt、-_電壓於第二子畫素區&内之液晶層。 M個單位晝素之亮度時，第-驅動電壓係 驅動電壓m晶分子;藉由調節電壓產生-第二 第(μ 子i輕62之液晶分子，其電壓值隨箸 弟（1)個早位晝素之掃描線6 3 b之電壓而變化。 _。=茶7 ’係為本發明之第—較佳實施例單位晝素構造 二為旦素陣列之一部分，係由位於下基板(未圖示)之三 平ΐ列的掃描線63a、63b及63c，二條垂直排列的資料 、士 a* 04b區隔為四個單位晝素。其中第M個單位晝素6 電晶體TFT1及TFT2 ’並且被共通電極65^隔為 素區61及62。其中第一薄膜電晶體TFT1係為第一子 二二區61之開關元件，第二薄膜電晶體TFT2係為第二子書 二:62^開關元件，第二薄膜電晶體TFT2之汲極D2延伸^ ^^子晝素區62中。兩薄膜電晶體TFT1及TFT2之源極Si 2均與資料線64a連接，閘極G1及G2均與掃描線63連 1254813 接。^外，-第-儲存電容Cstl之一端接於共通電極％，另 二ίί過:晝素電極66與第一薄膜電晶體TFT1之沒極01電 連接。第—儲存電容Cst2之一端接於第Μ_ι個單位者 過，素，气66與第二薄臈電晶體旦tft2 T / D. 連接。值彳于一提的是，資料線64&以線反轉(Line 乍極性反轉。如圖7所示，第M個單位晝素60 ί金及第二子晝素區62中標示“ + “表;第一 旦”品及第一子晝素區62有著近乎相同的亮態。 圖8A_8B係為圖6之電路中各部分電壓隨時間變化圖。同 日〇照圖6，前述第一驅動電壓νρίχ1與第二驅動電壓 =¾:化如圖所不。圖8A-8B之圖形中，掃描線電壓星有可以 有m皆，分別為Vg卜恤及Vg3+/ Vg3“其中 '、及 膜電晶體之關狀態，而Vg3+/Vg3•係在第M個單位 旦素中呈正負週期性變化以產生前述調節電壓，並且 Μ」 „畫素中與第Μ個單位晝素之正負週期係交錯出現。圖 8Α☆中，當掃描線電壓從Vgl變化為Vg3+時，因為第一儲存 電谷Cstl並未與掃描線連接，而係接到共通電極(電壓為定值） 上，因此第一驅動電壓Vpixl不會改變；但是第二在 ⑽係？卿描線上，因此第二鶴· Vpk2 其文調節電壓影響造成之電壓改變量為△ Vpix2= [Cst2/ (Cst2+ Clc2)]x( Vg3-Vgl)。因此當Clc2小時，會比較大，而 =大時，，匕2會比較小。由於液晶分子之長軸和短軸的 ^電係數不同，故驅動電壓小時Clc2較小；而驅動電壓大時 Clc2較大。在VA模式之顯示器中，驅動電壓小時為低灰階(亮 巧底)且Clc2較小’而驅動電壓大時為高灰階(亮度高)且〔Μ 較^。因此，AVpix2在低灰階時較大，以增加第二子畫素區 ，亮度補償第-子晝素區之亮度不足；而高灰階時較小。減小 弟=子晝素區之亮度。使得本發明中單位晝素亮度幾乎不變， 但單位晝素之外加電壓有著不同的臨界值(Thresh〇w v〇ltage) 12 1254813 區域。 固定由電ίΐ曰 =$=生’就是不能夠一直處於某一個 階時，液晶顯示器内:驅動雷=面一直顯示同一個灰 _極電辦，就稱之為正極性。而當 ίιΐ，正極壓7稱之為負極性。本 所示。- T：托圖8A所示，負極性的情況如圖8B 階ό所以二或是貞極性，都會有—_同亮度的灰 管是畫素電:差絕對值是固定時’不 ΛΑ^ρ^ B 、回^次疋共通畦極的電壓高，所表現出來 入相』，Α :、、。不過這_情況下，液晶分子的轉向卻是完 ^日士所W以避免掉上述當液晶分子轉向一直固定在一個 方向打，所造成的特性破壞。 干哭ϊίΐίί，n依據本發明之方法調整亮度後，液晶顯 ίίϊί 特(V)，及縱轴係表示液晶分子之 (1=及單位。曲線91a*92a分別表示視角〇度 91b及92h八^弟一畫素區之電星-穿透率特性曲線。曲線 =及92b刀別表示視角〇度(正視)及 ϋ透^ 線。其令曲線91b及92b係^ G=及 同一視角之兩曲線91&、懸或92a、 ^ ：Γ „s： ?：ί :J=h2vh曲線左移後’鄰界電壓變:ι:二ϊ 壓的s品界值(Threshold Voltage)區域為K2V。 第一所^=依齡發m機亮度後， 旦素£/、弟一子晝素區之面積比例分別為2 : 8，4 : 6， 13 1254813 6第ϋϋΓΓ曲線圖。，1GC中，當第-子書素區斑
Gamma曲線最接近。代表此時5 及60 $ 顏色隨視角變化亦最小，晝質最好。又奴視角变化攻小，因此 如圖11所示，係為本發明第— 顯示器亮度控制系統之電路圖2:車3貫，示意圖，液晶 較，更包括-辅助電容二佳實施例比 262。輔助電容Csg兩端分猶接早‘旦素電 1曰第二二晝 一sg的目的係為減小位於第m個單位 Π，容Cst2之壓差以避免閘極延G ) ^ ? AVpix2=[Cst2/(Cst2+Csg+Clc2)]x7^ 達到和圖6之第-較佳實施例相同的效果。 ^ 12所示，係為本發明第二 早位晝素構造圖。與圖7之相里去仏，t 1 j /夜日日顯不為 與第-儲存電容C t 口之辅助電容㈣ 之'電極66與第二薄膜電晶體㈣ 之/及極D2電性連接。弟二儲存電容 迕成iL、甬帝托虽私性連接。值得—提的是，為了不 作ίίί轉。圖示相鄰兩行之單位晝以其 ^絲旦，、品弟一里素區之配置係為反向以配合資料線之點 f f二1式：如圖12所示，第Μ個單位晝㈣ 子晝素區61及第二子晝魏62有著近乎^m。不弟一 卢顏度控制方法及彡統於液晶顯示11巾，可轉 廣視角之免度均句。顯示器的第M個單位晝素具有如前述圖 14 1254813 ^圖1i之電路，以及如圖7或圖12所系之實體構造。單位 二”内第一驅動電壓、第二驅動電壓與問極驅動電壓之變化如 ^ 8AfB所示。液晶顯示器可為MV^型或IPS型，其最大視 角可達約89度。 本發明所提供的使液晶顯示器亮度均勻之方法，與習知技 術相互比_，更賤下顺性及優點： 簡單’且不需改變傳統製程。 2· ^ 2一外加電壓即可產生兩種不同的驅動電壓於同一單位 畫素中。 3_ 效解決液晶顯示器亮度及顏色視角變化的問題，且 ，乎沒有亮度損失。 4H立晝素焭度幾乎不變，但其外加電壓有著不同的臨界值 (Threshold Voltage)區域。 5· 衫像殘留(Image StiCkhl幻或影像重疊(Cr〇SSTalk)等副 6·，用ϋ三階之驅動晶片以提供閘極電塵變化，進而改變 ίτΐ存電容大小以提供—調節電壓於第二子晝素區，改 吾冗度不均。 太、賴’本財但在技術思紅韻鑛，並能較習用 以，功效’應已充分符合新賴性及進步4 精神所粒纽實喊變 【圖式簡單說明】 本發明雜佳實_將於·文字巾_下觸形做更 1254813 詳細的闡述： 圖1係為本發明之視角定義方式示意圖； 圖2A係為習知液晶顯示器之部分晝素陣列； 圖2B係為f知液晶顯示^之單位晝素構造圖； 曲線^係為習知从型液晶顯示器之外加電壓-穿透率特性 圖犯係為習知VA型液晶顯示器之Gamma曲線圖； 圖4係為習知液晶顯示器之液晶排列狀態示意圖· 列狀絲娜本發明之方法，單位晝封液晶分子排 圖=為本發明之第_較佳實施例，可使液 均勻之電路圖； 圖7係為本發明之第一較佳實施例單位晝素構造圖； •圖8A-8B係為係為圖6之電路中各部分電壓隨時間變化 圖； 、 · 圖9係為依據本發明之方法調整亮度後，液晶顯示哭 加電壓-穿透率特性曲線圖； 、外 圖10A-10D係為依據本發明之方法，不同面積比例區分w 位晝素之Gamma曲線圖； 刀早 圖11係為本發明之第二較佳實施例，可使液晶顯示器急 均勻之電路圖； m ^ 圖12係為本發明第二較佳實施例，液晶顯示器單位晝 造圖。 一’、霉 【主要元件符號說明】 10 顯示平面 24 液晶層24 11 垂直軸 241 液晶分子 16 1254813 20 液晶顯不為面板 40 單位晝素(習知） 21 上基板 41 液晶分子 22 下基板 50 單位畫素 23 單位晝素 51 液晶層 231 共通電極 511 液晶分子 232 薄膜電晶體 512 液晶分子 2321 源極 60 單位畫素 2322 閘極 61 第一子畫素區 2323 没極 62 第二子晝素區 233 資料線 63a 掃描線 234 掃描線 63b 掃描線(前一單位晝素） 235 晝素電極 63c 掃描線(後一單位晝素） 236 儲存電容 64 貧料線 65 共通電極 64a 資料線 66 晝素電極 64b 資料線
17

Claims (1)

1254813 十、申請專利範圍： 1· 一種液晶顯示面板，包括： #基板， 複數資料線設置於該基板上； 複數掃描線設置於該基板上並與該等資料線垂直； 複數共通電極設置_基板上並與該較料線垂直；以及 複數單位晝素至少包括-第—單㈣ 晝素’其中第-單位畫素至少包括；弟一早位 一-弟"一子晝素區’至少包括： 數資料線中之:;:r二 電晶體之絲與ί複s其之，共及第-薄膜 一第二子晝素區，至少包括： 一薄膜電晶體之資料、:J:; J :·Τ極與閘極分別連接該第 電晶體之汲職接於該第二薄膜 二子畫素所:二〔夜晶顯示面板„ 之汲極與該共通電極。 ά为別連接第二薄膜電晶體 3·如申請專利範圍第丨 、斤处之液晶顯示面板，其中該第 18 1254813 -子晝素區‘及第二子晝素區 <面積比大約為6:4。 4. 如申請專利範圍第j項所 一子畫素區佔該第一單位佥| 夜日日顯示面板，其中該第 之面積大約為2G%至80%。 5. -種驅練晶顯示器之方法，包含： 提供一共通電極電壓於一 晝素具有-第-子晝素區 _ :素，其中該第-單位 β 弗—子畫素區； 提供一汲極電壓於該第— 產生一第一驅動電壓以驅動該第一 該共通電極電壓 提供一調節電壓於該第二子晝素區；以及 藉由該調節電壓產生一箆— 素區。 第一驅動电壓以驅動該第二子畫 極電壓，其中該第乐一早位畫素之閘 該調節電壓。早位畫素之閘極電壓係與該汲極電壓產生 電壓7以所述之方法’更包含提供一輔助 用以=¾圍第7項所述之方法’其中該輔助侧 歷以9改ί Γί專4?園第7項所述之方法’其尹提供該輔助電 及該共通電極電愿以產生該輔助麵。糾系及極電壓以 ί〇. 一種液晶顯示器，包含如申請範_項所述之液晶顯 19 1254813 示面板。
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