TWI383231B - 像素結構及其驅動方法 - Google Patents

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Description

像素結構及其驅動方法
本發明係關於一種液晶顯示器，特別係關於一種廣視角液晶顯示器之像素結構及其驅動方法。
大尺寸液晶顯示器中，由於像素分佈於較廣之面積，因此使用者於觀看時並無法正視顯示器上每一像素所顯示之影像，因此隨著使用者觀看角度之不同而會產生亮度及對比度的差異。為解決此一問題，廣視角技術則應孕而生，其中，多域分割垂直配向(multi-domain vertical alignments,MVA)已經被證實能夠有效改善色偏(color washout)現象。電容耦合式(capacitance coupling type,C.C. type)像素結構為一種廣視角技術，使用此種結構不需更改顯示器之驅動方式，然而於顯示時卻存在有殘影(image sticking)的問題。另一種廣視角技術為雙電晶體式(two transistors type,T.T. type)像素結構，此種結構解決了殘影問題，但由於必須使用兩倍數量的閘極線或資料線於此像素結構，需要較高的製造成本。
為了改善習知像素結構所存在之問題，三星電子(Samsung Electronics)於SID Symposium Digest 2008提出了一種電荷分享式(charge-shared type)像素結構9，包含一子像素(sub-pixel)91及一子像素92，如第1圖所示。透過於電容間進行電荷之重新分享(charge sharing)，該像素結構9之子像素92與子像素91於操作時可維持不同灰階電壓。然而，由於電容CS 於TFT3開啟前係保持前一個圖框(frame)之電壓，因此當TFT3開啟時，液晶電容CLC2 便難以透過電荷分享以精確達到所欲顯示之電壓準位，使得此像素於每個圖框所顯示之灰階亮度均受到前一個圖框之影響而不同於實際所欲操作之灰階。
請參照第1及2圖所示，第2圖為第1圖中該像素結構9之電壓從高灰階亮度切換至中灰階亮度時，兩子像素中各電容之電壓時序圖，其中t1 表示第一閘極線Gn開啟該像素結構9之時間區間，t2 表示第二閘極線Gn+1開啟與其耦接之像素結構(相鄰該像素結構9)之時間區間。如圖所示，於該時間區間t1 ，該第一閘極線Gn同時開啟開關電晶體TFT1及TFT2，使得子像素91之液晶電容電壓VC1 及子像素92之液晶電容電壓VC2 根據資料線Data之電壓同時降至一中灰階電壓；於時間區間t2 ，該第二閘極線Gn+1開啟開關電晶體TFT3，此時子像素92中透過電容CLC2 、CST2 及CS 間之電荷分享而使得子像素92之液晶電容電壓VC2 不同於子像素91之液晶電容電壓VC1 。
請參照第1及3圖所示，第3圖為第1圖中該像素結構9之電壓從另一灰階亮度(例如低於第2圖之初始灰階亮度)切換至同一中灰階亮度時，兩子像素中各電容之電壓時序圖，其中子像素91之液晶電容電壓VC1 及子像素92之液晶電容電壓VC2 隨時間之變化與第2圖相似，其差異在於該第二閘極線Gn+1開啟該開關電晶體TFT3前該分享電容CS 具有較低之電壓VCS '，因此當開關電晶體TFT3被開啟後，第3圖中該子像素92之液晶電容電壓VC2 '與第2圖之液晶電容電壓VC2 具有不同之灰階電壓。亦即，於每次顯示期間，該子像素92之灰階電壓均受到前一圖框之灰階電壓影響。
有鑑於此，有必要提出一種液晶顯示器之像素結構，其能夠更準確地控制子像素之灰階電壓準位。
本發明提出一種像素結構及其驅動方法，其中每一像素之子像素中的分享電容係被耦接至一時變電壓，透過控制該時變電壓，可使得子像素中之液晶電容於電荷分享後能達到所欲顯示之灰階電壓。
本發明另提出一種像素結構及其驅動方法，其中於電荷分享前，子像素中的分享電容之電壓預先經過重置，使得子像素中之液晶電容於電荷分享後能達到所欲顯示之灰階電壓。
本發明提出一種像素結構，包含一第一閘極線、一資料線用以提供灰階電壓、一第一子像素及一第二子像素。該第一子像素包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容，其中當該第一閘極線開啟該第一開關電晶體時，該資料線透過該第一開關電晶體將該第一液晶電容偏壓至一第一灰階電壓。該第二子像素包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一第三開關電晶體耦接一第二閘極線、及一分享電容耦接一時變電壓，其中當該第一閘極線開啟該第二開關電晶體時該資料線透過該第二開關電晶體將該第二液晶電容偏壓至該第一灰階電壓；當該第二閘極線開啟該第三開關電晶體時該第二液晶電容與該分享電容透過該第三開關電晶體進行電荷分享至一第二灰階電壓；其中該第二灰階電壓根據該時變電壓而改變。
本發明另提出一種像素結構，包含一第一閘極線、一資料線用以提供灰階電壓、一第一子像素及一第二子像素。該第一子像素包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容，其中當該第一閘極線開啟該第一開關電晶體時，該資料線透過該第一開關電晶體將該第一液晶電容偏壓至一第一灰階電壓。該第二子像素包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一第三開關電晶體耦接一第二閘極線、一分享電容及一第四開關電晶體，其中當該第一閘極線開啟該第二開關電晶體時該資料線透過該第二開關電晶體將該第二液晶電容偏壓至該第一灰階電壓；當該第一閘極線開啟該第四開關電晶體時該分享電容被重置到一預設電壓；當該第二閘極線開啟該第三開關電晶體時該第二液晶電容與該分享電容透過該第三開關電晶體進行電荷分享至一第二灰階電壓。
本發明另提出一種像素結構之驅動方法，該像素結構包含一第一閘極線、一第一子像素及一第二子像素。該第一子像素包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容。該第二子像素包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一分享電容及一第三開關電晶體耦接一第二閘極線。該驅動方法包含下列步驟：以該第一閘極線開啟該第一開關電晶體及該第二開關電晶體以分別將該第一液晶電容及該第二液晶電容偏壓至一第一灰階電壓；將該分享電容重置到一預設電壓；以及以該第二閘極線開啟該第三開關電晶體以使該第二液晶電容與該分享電容進行電荷分享而達到一第二灰階電壓。
本發明另提出一種像素結構之驅動方法，該像素結構包含一第一閘極線、一第一子像素及一第二子像素。該第一子像素包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容。該第二子像素包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一第三開關電晶體耦接一第二閘極線、及一分享電容耦接至一時變電壓。該驅動方法包含下列步驟：以該第一閘極線開啟該第一開關電晶體及該第二開關電晶體以分別將該第一液晶電容及該第二液晶電容偏壓至一第一灰階電壓；根據該分享電容之電壓改變該時變電壓；及以該第二閘極線開啟該第三開關電晶體以使該第二液晶電容與該分享電容進行電荷分享而達到一第二灰階電壓。
本發明之像素結構及其驅動方法中，該分享電容之電壓可重置於一固定電壓或一時變電壓；該固定電壓例如可為一陣列基板之共通電壓，且該時變電壓可根據前一個圖框期間該分享電容之電壓而決定，藉以使得子像素中之液晶電容於電荷分享後能達到所欲顯示之灰階電壓。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先述明。
請參照第4圖所示，其顯示本發明一實施例之像素結構1，包含一第一閘極線Gn、一資料線Data、一第一子像素A及一第二子像素B，其中該資料線Data用以提供一列像素結構於顯示期間之灰階電壓。於本實施例中，透過電容間之電荷分享(charge sharing)，該第一子像素A及該第二子像素B於該像素結構1之顯示期間可具有不同之灰階電壓(gray level)。可以了解的是，第4圖所顯示之像素結構1僅顯示用以說明本發明之構件，並省略了其他構件。
該第一子像素A包含一第一開關電晶體TFT1、一第一液晶電容CLCA 及一第一儲存電容CSTA 。該第一開關電晶體TFT1之閘極耦接於該第一閘極線Gn；該第一開關電晶體TFT1之第一端耦接於該資料線Data；該第一開關電晶體TFT1之第二端耦接於該第一液晶電容CLCA 及該第一儲存電容CSTA 之一端，該第一液晶電容CLCA 及該第一儲存電容CSTA 之另一端耦接於一電壓源，例如陣列基板之共通電壓(Vcom)。當該第一閘極線Gn開啟該第一開關電晶體TFT1時，該資料線Data透過該第一開關電晶體TFT1對該第一液晶電容CLCA 及該第一儲存電容CSTA 進行偏壓，以使該第一子像素A於一顯示期間顯示一第一灰階電壓。
該第二子像素B包含一第二開關電晶體TFT2、一第二液晶電容CLCB 、一第二儲存電容CSTB 、一第三開關電晶體TFT3及一分享電容CS 。該第二開關電晶體TFT2之閘極耦接於該第一閘極線Gn；該第二開關電晶體TFT2之第一端耦接於該資料線Data；該第二開關電晶體TFT2之第二端耦接於該第二液晶電容CLCB 及該第二儲存電容CSTB 之第一端，該第二液晶電容CLCB 及該第二儲存電容CSTB 之第二端耦接於一電壓源，例如陣列基板之共通電壓(Vcom)。該第三開關電晶體TFT3之閘極耦接至一第二閘極線Gn+1，其相鄰於該第一閘極線Gn；該第三開關電晶體TFT3之第一端耦接該第二液晶電容CLCB 及該第二儲存電容CSTB 之第一端；該第三開關電晶體TFT3之第二端耦接該分享電容CS 之第一端。該分享電容CS 之第二端耦接一電壓源，其為一時變電壓源，該電壓源例如可根據每次顯示期間之前一個圖框中該第二子像素B(該分享電容CS )之電壓而改變，藉以使得該第二子像素B於電荷分享後能達到所欲顯示之灰階電壓。於此實施例中，兩子像素中各電容之電壓變化類似於第2及3圖，本實施例與第2及3圖之差異在於，本實施例中Vcom之電壓為一時變電壓，且該時變電壓係根據該第三開關電晶體TFT3開啟前(前一個圖框)，該第二子像素B(該分享電容CS )之電壓VCS 決定，亦即由第2及3圖中VCS 於第二時間區間t2 前之電壓所決定。
請再參照第4圖所示，於另一實施例中，於該第二子像素B進行電荷分享前，可先將該分享電容CS 之電壓重置(reset)到一固定電壓或一時變電壓。於此實施例中，例如可另外設置一第四開關電晶體TFT4於該第二子像素B，該第四開關電晶體TFT4之閘極耦接於該第一閘極線Gn；該第四開關電晶體TFT4之第一端耦接於該分享電容Cs 之第一端；該第四開關電晶體TFT4之第二端耦接於該分享電容Cs 之第二端。藉此，當該第一閘極線Gn開啟該第一開關電晶體TFT1及第二開關電晶體TFT2之同時亦開啟該第四開關電晶體TFT4以重置該分享電容Cs 之電壓至一固定電壓或一非固定電壓，其中該固定電壓例如可為陣列基板之共通電壓(Vcom)；該時變電壓例如可根據該像素結構1每次顯示期間之前一個圖框中該第二子像素B之灰階電壓而決定，藉以使得該第二子像素B於電荷分享後能達到所欲顯示之灰階電壓。
請參照第4及5圖所示，第5圖為第1圖中該像素結構1之電壓例如從一高灰階亮度切換至一中灰階亮度時，兩子像素中各電容之電壓時序圖，其中t1 表示第一閘極線Gn開啟該像素結構1之時間區間，t2 表示第二閘極線Gn+1開啟與其耦接之像素結構(未繪示)之時間區間。如圖所示，於時間區間t1 ，該第一閘極線Gn同時開啟第一、第二及第四開關電晶體TFT1、TFT2及TFT4，使得第一子像素A之液晶電容電壓VCA (該第一液晶電容CLCA 及該第一儲存電容CSTA 之電壓)及第二子像素B之液晶電容電壓VCB (該第二液晶電容CLCB 及該第二儲存電容CSTB 之電壓)根據資料線Data之電壓同時降至一第一灰階電壓；該分享電容CS 之電壓VCS 則被重置到一固定電壓或一非固定電壓，於此實施例中例如被重置到一共通電壓Vcom。於時間區間t2 ，該第二閘極線Gn+1開啟開關電晶體TFT3，此時第二子像素B中透過該第二液晶電容CLCB 、該第二儲存電容CSTB 及該分享電容CS 間之電荷分享而使得第二子像素B之液晶電容電壓VCB 成為一第二灰階電壓，其不同於第一子像素A之第一灰階電壓，其中該第二子像素B之液晶電容電壓VCB 與該分享電容之電壓VCS 間之壓差ΔV係由該第三開關電晶體TFT3所造成。
請參照第4至6圖所示，第6圖為第4圖中該像素結構1之電壓從另一灰階亮度(例如低於第5圖之初始灰階亮度)切換至相同於第5圖中的中灰階亮度時，兩子像素中各電容之電壓時序圖，其中於兩時間區間t1 及t2 中，該第一子像素A之液晶電容電壓VCA 及該第二子像素B之液晶電容電壓VCB 之變化與第5圖相似。於第6圖中，由於該分享電容CS 已於該第一時間區間t1 預先重置到一預設電壓，因此於該第二時間區間t2 之電荷分享後，該第二子像素B之電壓可精確達到所欲顯示之灰階電壓，亦即第5圖及第6圖中液晶電容電壓VCB 與VCB '於第二時間區間t2 後具有相同電壓。
本發明之像素結構之驅動方法包含下列步驟：以該第一閘極線Gn開啟該第一開關電晶體TFT1及該第二開關電晶體TFT2以分別將該第一液晶電容CLCA 及該第二液晶電容CLCB 偏壓至一第一灰階電壓；將該分享電容Cs 重置到一預設電壓；及以該第二閘極線Gn+1開啟該第三開關電晶體TFT3以使該第二液晶電容CLCB 與該分享電容CS 進行電荷分享而達到一第二灰階電壓。本發明之像素結構之驅動方法已如前所述(第4至6圖)，於此不再贅述。
本發明另一實施例之像素結構之驅動方法包含下列步驟：以該第一閘極線Gn開啟該第一開關電晶體TFT1及該第二開關電晶體TFT2以分別將該第一液晶電容CLCA 及該第二液晶電容CLCB 偏壓至一第一灰階電壓；根據該分享電容CS 之電壓改變該時變電壓；及以該第二閘極線Gn+1開啟該第三開關電晶體TFT3以使該第二液晶電容CLCB 與該分享電容CS 進行電荷分享而達到一第二灰階電壓。
如前所述，由於習知像素結構(第1圖)之子像素具有於顯示期間無法精確達到所欲顯示之灰階電壓之問題，因此本發明另提出一種像素結構(第4圖)，透過於電荷分享前預先重置分享電容之灰階電壓，藉以更準確地控制灰階電壓的準位。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。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。
1、9．．．像素結構
A．．．第一子像素
CLCA ．．．第一液晶電容
CSTA ．．．第一儲存電容
TFT1．．．第一開關電晶體
B．．．第二子像素
TFT2．．．第二開關電晶體
TFT3．．．第三開關電晶體
TFT4．．．第四開關電晶體
CLCB ．．．第二液晶電容
CSTB ．．．第二儲存電容
CS ．．．分享電容
VCA ．．．子像素液晶電容電壓
VCB ．．．子像素液晶電容電壓
VCA '．．．子像素液晶電容電壓
VCB '．．．子像素液晶電容電壓
VCS 、VCS '．．．分享電容電壓
t1 、t2 ．．．時間區間
91、92．．．子像素
CLC1 、CLC2 ．．．液晶電容
CST1 、CST2 ．．．儲存電容
VC1 、VC1 '．．．子像素液晶電容電壓
VC2 、VC2 '．．．子像素液晶電容電壓
Vcom．．．共通電壓
Gn、Gn+1．．．閘極線
Data．．．資料線
第1圖顯示一種習知像素結構之示意圖。
第2圖顯示第1圖之像素結構中電容電壓之時序圖。
第3圖顯示第1圖之像素結構中電容電壓之另一時序圖。
第4圖顯示本發明實施例之像素結構之示意圖。
第5圖顯示第4圖之像素結構中電容電壓之時序圖。
第6圖顯示第4圖之像素結構中電容電壓之另一時序圖。
1．．．像素結構
A．．．第一子像素
CLCA ．．．第一液晶電容
CSTA ．．．第一儲存電容
TFT1．．．第一開關電晶體
B．．．第二子像素
TFT2．．．第二開關電晶體
TFT3．．．第三開關電晶體
TFT4．．．第四開關電晶體
CLCB ．．．第二液晶電容
CSTB ．．．第二儲存電容
CS ．．．分享電容

Claims (12)

  1. 一種像素結構，包含：一第一閘極線；一資料線，用以提供灰階電壓；一第一子像素，包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容，其中當該第一閘極線開啟該第一開關電晶體時，該資料線透過該第一開關電晶體將該第一液晶電容偏壓至一第一灰階電壓；及一第二子像素，包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一第三開關電晶體耦接一第二閘極線、及一分享電容耦接一非固定電壓，其中當該第一閘極線開啟該第二開關電晶體時該資料線透過該第二開關電晶體將該第二液晶電容偏壓至該第一灰階電壓，當該第二閘極線開啟該第三開關電晶體時該第二液晶電容與該分享電容透過該第三開關電晶體進行電荷分享至一第二灰階電壓；其中該第二灰階電壓根據該非固定電壓而改變以達到所欲顯示之灰階電壓。
  2. 根據申請專利範圍第1項之像素結構，其中該非固定電壓於該第三開關電晶體開啟前被提供至該分享電容。
  3. 根據申請專利範圍第1項之像素結構，其中該第二子像素另包含一第二儲存電容與該第二液晶電容及該分享電容進行電荷分享。
  4. 根據申請專利範圍第1項之像素結構，其中該第一閘極線係同時開啟該第一開關電晶體及該第二開關電晶體。
  5. 一種像素結構，包含：一第一閘極線；一資料線，用以提供灰階電壓；一第一子像素，包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容，其中當該第一閘極線開啟該第一開關電晶體時，該資料線透過該第一開關電晶體將該第一液晶電容偏壓至一第一灰階電壓；及一第二子像素，包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一第三開關電晶體耦接一第二閘極線、一分享電容及一第四開關電晶體，其中當該第一閘極線開啟該第二開關電晶體時該資料線透過該第二開關電晶體將該第二液晶電容偏壓至該第一灰階電壓，當該第一閘極線開啟該第四開關電晶體時該分享電容被重置到一非固定電壓，當該第二閘極線開啟該第三開關電晶體時該第二液晶電容與該分享電容透過該第三開關電晶體進行電荷分享至所欲顯示之一第二灰階電壓。
  6. 根據申請專利範圍第5項之像素結構，其中該第一閘極線係同時開啟該第一、第二及第四開關電晶體。
  7. 根據申請專利範圍第5項之像素結構，其中該第二子像素另包含一第二儲存電容與該第二液晶電容及該分享電容進行電荷分享。
  8. 一種像素結構之驅動方法，該像素結構包含一第一閘極線、一第一子像素及一第二子像素，該第一子像素包含一第一開關電晶體及一第一液晶電容，該第二子像素包含一第二開關電晶體、一第二液晶電容、一分享電容及一第三開關電晶體耦接一第二閘極線，該驅動方法包含下列步驟：以該第一閘極線開啟該第一開關電晶體及該第二開關電晶體以分別將該第一液晶電容及該第二液晶電容偏壓至一第一灰階電壓；將該分享電容重置到一非固定電壓；以及以該第二閘極線開啟該第三開關電晶體以使該第二液晶電容與該分享電容進行電荷分享而達到所欲顯示之一第二灰階電壓。
  9. 根據申請專利範圍第8項之驅動方法，其中該第一閘極線係同時開啟該第一及第二開關電晶體。
  10. 根據申請專利範圍第8項之驅動方法，其中該第二子像素另包含一第四開關電晶體，將該分享電容重置到一非固定電壓之步驟另包含下列步驟：以該第一閘極線開啟該第四開關電晶體以重置該分享電容。
  11. 根據申請專利範圍第10項之驅動方法，其中該第一閘極線係同時開啟該第一、第二及第四開關電晶體。
  12. 根據申請專利範圍第8項之驅動方法，其中該第二閘極線相鄰於該第一閘極線。
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