TWI300212B - Liquid crystal display of improving display color contrast effect and related method - Google Patents

Description

1300212 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種液晶顯示器以及相關方法，尤指一種改善 顏色對比效果之液晶顯不裔以及相關方法。 【先前技術】 液晶顯示面板主要是利用成矩陣狀排列的電晶體，配 合適當的電容、轉接墊等電子元件來驅動液晶像素，以產 生豆1¾¾麗的圖形。由於液晶顯不面板具有外型輕薄、耗 電量少以及無輻射污染等特性，因此被廣泛地應用在筆記 型電腦、個人數位助理等攜帶式資訊產品上，甚至已有逐 漸取代傳統桌上型電腦之CRT監視器的趨勢。 液晶顯示面板係包含兩個玻璃導電基板，而兩個玻璃導電基 板中間則包含液晶分子組成之液晶層’其中一個玻璃基板定義為 像素電極層（pixel electrode)，另一個定義為共電壓極(common electrode)。當兩玻璃導電基板間的跨壓改變時，位於中間的液 晶分子的排列方向也會隨著跨壓的不同而改變。這麼一來，射入 玻璃基板的光線就會因為液晶分子排列方向的不同而不同，而產 生各種之灰階效果。 1300212 一般而言，如熟習此項技術者所廣泛悉知，施加於兩玻璃導 電基板之跨壓係分為兩種極性，當像素電極層之電壓高於共電壓 極之共通電壓值時，稱之為正極性；相反地，當像素電極層的電 壓低於共電壓極的電壓時，稱之為負極性。不管是正極性或是負 極性，都會有一相同亮度的灰階。也就是說，當兩個玻璃導電基 板的壓差絕對值是固定時，不管是像素電極層的電壓高，或是共 電壓極的電壓高，所表現出來的灰階是相同的。不過實際上，這 兩種情況的液晶分子的排列方向卻是相反的。 液晶分子具有一種特性，即以長時間之總和效應來說，若施 加於液晶分子兩電極層之間之電壓值偏向於某一極性的話，則將 造成液晶分子無法依照原本設計之控制電壓值產生正確之排列方 向改變，進而造成錯誤之灰階值。尤有更甚者，有可能會發生因 上述％壓偏向某一極性之現象時間過久，即使將電壓取消掉，液 曰曰为子亦會因為特性的破壞而無法再因應電場的變化來轉動。因 此，為了盡可能避免上述因液晶分子兩電極層之間之電壓值偏向 於某一極性而造成液晶劣化之現象，可將用來驅動液晶分子之跨 壓週期性地切換於正負兩極性之間。 請參閱第1圖，第丨圖顯示當資料依序輸入再配合上極性後， 所產生輸出至像素分子之跨壓。一般來說，Vcom值會維持在一固 1300212 定電壓值8V，而資料則配合著交換更替的極性而變動。以第）圖 為例，當資料的灰階值為柳時，其灰階電壓為m，而灰階電壓 與共電壓值之壓差之絕細卩為4V，相對地，當資料的灰階值為 -FF時，其灰階電壓為4V，而灰階電壓與共電壓值之壓差之絕對 值也是4V。所以液晶分子受到同樣是4V的壓差就能呈現出同一資 料所要表賴雄值，但是液晶分子的猶方向卻不會一直維持 在同樣的狀態。 請參閱第5圖，第5圖係RGB三原色所對應之壓差Λν與反射 係數(reflectance)之關係圖。在第5圖中，〇〜lv的壓差所對應的 反射係數變化並不明顯。所以，在〇〜lv的縣範圍，淵三原色 有較大的光線反射率但是反射率的變化卻不大。也就是說，〇〜lv 的壓差範圍雖然有比較多的光線會被反射出來，因此能呈現較亮 的顏色，但是由於反射率的差異不大，所以顏色間的對比就比較 不強烈。由於人眼對於明亮的顏色的對比反應比較敏銳，對於深 暗的顏色的對比則比較弱，所以定義在〇〜lv之間的灰階值的資料 所能反映出的顏色對比會不明顯，因此習知的液晶顯示器在設計 上仍有改善的空間。 【發明内容】 1300212 本發明係提供—射增_示效果之液晶顯 數個影像像素單元、^具有複 甘士 — 1 貝不峨控制單元及一掃描線驅動單元， 其中母該影像像素單元具有兀 —共電壓極及^ s ^ 像素電極、 及/夜曰曰。该電晶體依據該掃描線驅動單元之 =_觸轉驗解紅—無峨傳奴雜素輪。 ^ WiL於雜素電極與該共電壓極之間，該共電壓軸接—丘 ^電壓。輸徵在㈣簡之-基板電極耦接 :第:電壓’ _儲存電容—端耦接該像素電極，另—端輕接一 土板包壓’其中’該共通賴與該基板龍成正_。 本么明另提供-種控制液晶顯示觀示影像之方法，包含以 下步驟.：（a)依據-難訊號調整—共f壓極之—共通電屋；⑹ 依據該極性訊號織—儲存電容耦接之—基板·，其中該共通 電d絲板賴成正糊；以及(e)依據—灰階峨與該共通電 壓以顯示影像。 a 【實施方式】 請-併參閱第2圖以及第3圖，第2圖為本發明—實施例之 液晶顯示器10之功能方塊圖。第3圖為第2圖之影像像素單元12 之結構示意圖。液晶顯示器10可為一石夕基液晶顯示面板 Crystal on Silicon，LC〇S)。液晶顯示器1〇包含複數個影像像 1300212 ，單兀12、一顯示訊號控制單元14以及-掃描線驅動單元16。 每一影像像素單元12包含—電晶體22,電晶體22之閘極（_) 220书|·生連接至一掃描線1〇2 ’源極/汲極（蠢咖/扣也） 屯性連接至-資料線繼，而源極/汲極222電性連接至一像素電 極層（Pixel electrode)24。在第3圖中，每個影像像素單元12 包含一電晶體22、一像素電極層24、一液晶層25、一共電壓極 26以及-儲存電奶。儲存電容&可由一汲極、源極以及基板 電極電性連接之電晶體28組成，且一般來說，電晶體泣之基板 (substrate)包極與電晶體28之基板電極會連接到最大電壓端。. 液曰曰層25中具有可轉動之液晶分子，而像素電極層％以及共電 壓極26絲玻料電基板，兩玻料電基板(亦即像錢極層％ 以及共电壓極26)之間形成一液晶電容[1C。 掃描線驅動單元16會依序驅動掃描線102傳入-開啟電壓 VSCan將每一行的電晶體22打開，當電晶體22被導通時，顯"示訊 號控制單元u便會透過·線⑻將各個影像像素單元η所需 之灰階訊號傳送至像素電極層24，使得儲存電容&充電到所^ 電壓。如此鱗下去，當最後—行㈣像像舞元12充電完成後， 掃描線驅鱗元16便相過來從職第—行侧始充電。以一船 更新頻率的液晶顯示器來說，每—個晝面的顯示時間約為又 1/60=16. 67mS。換言之，掃描線驅動單元16每隔i6. 67贴會對每 1300212 -行完成-次充電。而位於像素雜層24以及共電壓極26之間 的液阳廣25⑽液晶分子’就是依獅加於像素電極層24之灰 階訊號Vdata與施加於共電壓極26之共通電壓Vc〇m的差值Λν， 改變液晶層25⑽液晶分子的湖方向。齡電容&的功能即 用來於電晶體22關閉時維持壓差^，直到對應的電晶體22再次 導通。 請-併參閱第2圖、第4圖以及第5圖，第4圖係灰階訊號 Vdata、共電壓極之共通電壓Vc〇m以及耦接電晶體22、28之基板 電極之基板電壓Vbulk之時序圖。當掃描線驅動單元16傳送一開 啟電壓Vscan(從12V至0V，再從〇V至12V，以使電晶體22於Vscan 為0V時導通)以開啟一像素單元12後，顯示訊號控制單元14輸 出一正極性之灰階訊號VdataC其值為+FFC12V))，並透過傳輸線 101經電晶體22將灰階訊號Vdata傳送至像素電極層24。在此同 時，提供一共通電壓值為7V之共通電壓Vcom予共電壓極。所以 共電壓極以及像素電壓層之壓差AV為5V。此時，基板電壓vbulk 係為12V。接下來，當掃描線驅動單元π再傳送一開啟電屢

Vscan(從14V至0V，再從0V至14V，以使電晶體22於Vscan為 0V時導通）以開啟一像素單元12後，顯示訊號控制單元14輸出一 負極性之灰階訊號Vdata(其值為-FF(4V))，並透過傳輸線ιοί經 電晶體22將灰階訊號Vdata傳送至像素電極層24。在此同時，提 12 1300212 G _ m乃丨’ Q修.(楚)正替接萬I 供-共電壓值為9v之共通電壓Vcoin予共m：j此時共電壓極 以及像素電壓層之壓差^之絕對值亦為5V。此時，基板電壓 Vbulk係為14V。同理可以得出，當顯示訊號控制單元14輸出一 正極性之灰階訊號Vdata(其值為·(8ν))時，提供—共電壓值為 7V之共通電壓Vcom予共電壓極，此時共電壓極以及像素電壓層之 壓差AV之絕對值為iv。此時，基板電壓Vbulk係為㈣。反之， 當顯tf訊號控制單元14輸出-負極性之灰階訊號Vdata(其值為 -〇〇(8V))時，提供一共電壓值為9V之共通電壓VcQm予共電壓極， 此時共電壓極以及像素電壓層之壓差△v之絕對值亦為lv。此時， 基板電壓Vbulk係為14V。也就是說，灰階訊號Vdata以及共通電 壓值Vcom的差值AV之絕對值會在卜5V之間作變化，而位於共電 壓極以及像素電壓層之間的液晶分子會依據壓差AV來旋轉以產 生不同的光線折射率。 從第5圖可以發覺，在〇〜ιν的壓差範圍，RGB三原色有較大 的光線反射率雖是但是反射率的變化卻不大。也就是說，〇〜lv的 壓差範圍雖然有比較多的光線會被反射出來（因此能呈現較亮的 顏色），但是由於反射係數的差異不大，所以顏色間的對比就比較 不強烈。舉例來說，假設資料A之Vdata值為8· IV，資料B之Vdata 值為8· 8V，在習知之液晶顯示器中，假設Vcom為8V的情況下， 兩資料所產生之壓差分別為0· IV跟0· 8V，此時資料a、B所產生 13 1300212 的顏色對比就不大。但是利用本發明，同樣的兩資料所產生之壓 差卻分別為1· IV與1· 8V，此時光線反射係數之變化較大，當然顏 色焭度對比也比較強烈。雖然在4〜5V的壓差範圍，rGB三原色的 ’ 反射係數較小，故產生的顏色本來就比較暗，但是人眼對於深暗 的顏色的對比要求比較不敏感，所以對人眼的視覺效果影塑不 大比較本發明與習知技術差異之處即在於，本發明之共電麼極 之共通電壓Vcom以及像素電壓層之灰階訊號Vdata之壓差△v係 位於1〜5V之間，而習知技術之壓差av係位於〇〜4V，也就是說，鲁’ 同樣資料的灰階所對應的壓差範圍，係由電壓範圍A移至電壓範 圍C。 凊注思’當共電壓極之共通電壓Vcom為7V的時候（亦即正極 性時），為使電晶體22關閉，開啟電壓vscan操作在12V，而基板 電壓Vbulk為12V，但是當共電壓極之共通電壓vcom為9V的時候 (亦即負極性時），為使電晶體22關閉，開啟電壓Vscan就必須操 作在14V，而基板電壓Vbulk則需提昇至14V。亦即，在電晶體22 關閉期間，開啟電壓Vscan係與基板電壓Vbulk成正相關，這是 為了避免電荷分享（charge sharing)效應所造成的資料錯誤。其 中’掃描線驅動單元16係依據的灰階訊號vdata之極性來決定輸 出的開啟電壓Vscan大小。 14 1300212 請再參閱第2圖，本發明實施财，電晶體22之基板電極亦 可不接於基板電壓Vbulk，關接於最大電壓端，其係大於等於該 基板電壓Vbulk，在本實施例中為電壓值丨心。 熟習此項技術者應可理解，以上第2 _示之電晶體&以及 形成儲存電容CS之電晶體28 _職f晶體綱之，但是電晶 體22與電晶體28亦可利用腿〇s電晶體來實施。惟不同於職曰曰 甩曰曰體NM0S甩曰曰體之基極需接於最低電壓端。此時，電晶體a 之基板電極個接於最低賴端，制小鱗⑽基板電壓 相較於習知技術’本發明利用上述方式，每個像素單元所接 收到的灰階訊號與施加於共電壓極之共通賴值之壓差產生偏 使得明亮顏色之對比更加明顯，使得液晶顯示騎顯示 果更择。

以上所述僅為本發日狀較佳實施例，凡依本發日种請專利範 所做之均轉倾修飾，皆應屬本發明專利之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 1300212 第1圖顯示當資料依序輸入再配合上極性後，所產生輸出至像素 分子之跨壓。 第2圖為本發明一實施例之液晶顯示器之功能方塊圖。 第3圖為第2圖之影像像素單元之結構示意圖。 第4圖為資料之灰階訊號Vdata、共電壓極之共通電壓Vcom以及 電晶體之基板電壓^!11^之時序圖。 第5圖為RGB二原色所對應之壓差與反射係數之關係圖。 【主要元件符號說明】 10 液晶顯示器 12 14 顯不訊號控制單元 16 22 電晶體 24 25 液晶層 26 28 電晶體 101 102 掃描線 220 221 源極/沒極 222 Cs 儲存電容 Clc 影像像素單元 掃描線驅動單元 像素電極層 共電壓極 資料線 閘極 源極/汲極 液晶電容 16

Claims (1)

1300212 、申請專利範圍： :種液晶顯示器’具有複數個影像像素單元、—顯示訊 二=及—掃描線驅動單元，其中每該影像像素單元具二 電曰曰體、-儲存電容…像素電極、—共電壓極及一液晶； :電晶體依據該掃描線驅動單元之—開啟電壓㈣該顯示訊 號控制單元之—灰階减傳送像錢極；織晶位於該 像素電極與該共電壓極之間，該共電壓軸接一共通電壓， 其特徵在於： 該電晶體之-基板(substrate)電極雛一第一電壓；以及 該儲存電容-端減該像素電極，另—端_—基板電壓； 其中4共通電壓與該基板縣成正相關，當該灰階訊號為正 極性日才之该共通電壓之電壓值係小於當該灰階訊號為負極性 時之該共通電壓之電壓值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一電壓 係為該基板電壓。 3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該電晶體係 為 PM0S 電晶體(PMOS transistor)或 NM0S(NM0S transistor) 電晶體。 17 1300212 4·如^專利範圍第i項所述之液晶顯示器，其中該第 係大於等於該基板電壓。 “ t 5·如中凊專利範圍第！項所述之液晶顯示器，其中該第一電广 係小於等於該基板電壓。 “堅 6.如申請專利範圍第丨項所述之液晶顯示器，其中該開啟電壓 在該電晶體之-關閉期間係與該基板電壓成正相關。 7·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中，該液晶顯 示to係為梦基液晶顯示面板(LiqUid Crystal on Silicon, LCoS) 〇 8. 一種控制液晶顯示器顯示影像之方法，包含以下步驟： (a) 依據一極性訊號調整一共電壓極之一共通電壓； (b) 依據該極性訊號調整一儲存電容柄接之一基板電壓，其中 該共通電壓與該基板電壓成正相關；以及 (c) 依據一灰階訊號與該共通電壓以顯示影像。 9·如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含： 依據一開啟電壓，控制該灰階訊號寫入該儲存電容。 18 1300212 10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該開啟電壓係以一 電晶體控制該灰階訊號寫入該儲存電容。 11. 如申請專利範圍第H)項所述之方法，其中該開啟電壓在該電 晶體之一 _期間與該基板電壓成正相關。 比如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該電晶體更包括一 基板電極|馬接一第一電壓。 13·如申凊專利範圍帛10項所述之方法，其中該電晶體係為_3 電晶體（PMOS transistor)或 NM〇s(NMOS transistor)電晶 14·如申μ專利範圍第丨2項所述之方法，其中該第一電壓係為該 基板電壓。 15·如申明專利範圍第丨2項所述之方法，其中該第一電壓係大於 等於該基板電壓。 16·如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第一電壓係小於 19 1300212 等於該基板電壓。 π.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，當該極性訊號為 正極性時之該共職壓之電壓值係小於當該極性訊號為負極 性時之該共通電壓之電壓值。 18·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該液晶顯示器係 為一石夕基液晶顯示面板(Liquid Crystal on Silicon, LCoS)。 十一、囷式： 20