TWI440946B - 液晶顯示器 - Google Patents

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Description

液晶顯示器
本發明是有關於一種液晶顯示器，特別是一種低成本、高畫質的液晶顯示器。
傳統的液晶顯示器由複數條彼此正交的掃描線與資料線構成驅動電路，其中資料線由資料驅動器(data driver or source driver)驅動，而掃瞄線由掃描驅動器(scan driver or gate driver)驅動。由於解析度提高，資料線連帶資料驅動器的數量也增加，使得成本提高；為了降低成本，資料線的數量必須降低。
習知技術提出一種雙閘極(dual gate)的畫素結構以降低資料線的數量。第一圖顯示一種習知液晶顯示器之薄膜電晶體基板的雙閘極畫素結構。在圖中每一列兩相鄰的畫素電極共用同一資料線，例如，畫素電極P1與畫素電極P2共用了資料線s1、畫素電極P3與P4則共用了資料線s2。另外，每一列相鄰的兩畫素電極連接不同的掃描線，例如，相鄰兩畫素電極P1與P2的畫素電極P1連接掃描線g1、畫素電極P2連接掃描線g2。
如第一圖的結構雖能節省資料線的數量，卻影響顯示器的輸出畫質。當掃描線g1被輸入一高準位電壓，薄膜電晶體SW1、SW3、SW5被打開，資 料線s1、s2、s3分別透過薄膜電晶體SW1、SW3、SW5寫入畫素電壓於畫素電極P1、P3、P5。接著，掃描線g1被輸入一低準位電壓，而掃描線g2被輸入一高準位電壓，使得薄膜電晶體SW2、SW4、SW6被打開，資料線s1、s2、s3分別透過薄膜電晶體SW2、SW4、SW6寫入畫素電壓於畫素電極P2、P4、P6。此時，畫素電極P1、P3、P5仍是保持電位的狀態；因此，畫素電極P3會受到畫素電極P2充電的影響而干擾、畫素電極P5會受到畫素電極P4充電的影響而干擾，導致畫素電極P3與P5的保持電位被耦合，使得顯示器的畫面產生垂直亮紋。
因此，亟需提供一種新的液晶顯示器，能夠減少資料線的數量進而降低成本，又能保持畫質不受影響。
本發明的目的在於提供一種新的液晶顯示器，能夠減少資料驅動器的數量進而降低成本，又能保持畫質不受影響。
根據上述目的，本發明一實施例揭露一種液晶顯示器，包含一薄膜電晶體基板、一上基板，以及一液晶層位於該上基板與該薄膜電晶體基板之間，該薄膜電晶體基板包含複數條掃描線、複數條資料線，以及由該些掃描線與資料線所定義的一畫素電極陣列，其特徵在於：除了第一條資料線與最後一條資料線之外，每一條資料線具有兩條次資料線分別連接該畫素陣列的一畫素行的複數個畫素電極，且每一條資料線所連接的兩畫素行之間相隔有兩條畫素行。
根據上述目的，本發明另一實施例揭露一種液晶顯示器，包含一薄膜電晶體基板、一上基板，以及一液晶層位於該上基板與該薄膜電晶體基板之間，該薄膜電晶體基板包含複數條掃描線、複數條資料線，以及由該些掃描線與資料線所定義的一畫素電極陣列，其特徵在於：每一條資料線具有兩條次資料線分別連接該畫素陣列的一畫素行的複數個畫素電極，且每一條資料線所連接的兩畫素行之間相隔有一條畫素行。
10‧‧‧薄膜電晶體基板
12‧‧‧絕緣層
14‧‧‧金屬
20‧‧‧薄膜電晶體基板
B1-B16‧‧‧畫素電極
C1-C12‧‧‧畫素行
CE‧‧‧共通電極
CH‧‧‧接觸孔
Clc‧‧‧畫素電極
g1-g16‧‧‧掃描線
G1-G16‧‧‧畫素電極
P(m,n)(m,n為整數)‧‧‧畫素電極
PE‧‧‧畫素電極
R1-R16‧‧‧畫素電極
s1-s6‧‧‧資料線
Smn‧‧‧次資料線
sn,h(n為整數)‧‧‧次要部分
sn,s(n為整數)‧‧‧次要部分
sn,v(n為整數)‧‧‧主要部分
SW‧‧‧開關
SW1-SW12‧‧‧薄膜電晶體
第一圖顯示一種習知液晶顯示器之薄膜電晶體基板的雙閘極畫素結構；第二A圖至第二C圖顯示根據本發明實施例的液晶顯示器，其中第二A圖示意其畫素結構、第二B圖顯示其資料線、掃描線、畫素電極的對應關係、第二C圖顯示其等效電路圖；第三A圖與第三B圖顯示根據本發明實施例的一種資料線結構，應用於第二A圖實施例；第四A圖至第四C圖顯示根據本發明實施例的液晶顯示器，其中第四A圖示意其畫素結構、第四B圖顯示其資料線、掃描線、畫素電極的對應關係、第四C圖顯示其等效電路圖；第五圖顯示根據本發明實施例的一種資料線結構，應用於第四A圖實施 例；第六圖顯示根據本發明實施例的一種資料線結構，應用於第四A圖實施例；以及第七圖顯示根據本發明實施例的一種資料線結構，應用於第四A圖實施例。
以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地實行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的程序步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。
第二A圖至第二C圖顯示根據本發明實施例的液晶顯示器，其中第二A圖示意其畫素結構、第二B圖顯示其資料線、掃描線、畫素電極的驅動對應關係、第二C圖顯示其等效電路圖。
參照第二A圖，本發明實施例液晶顯示器包含：一薄膜電晶體基板(或稱下基板)10；一上基板(未圖示)，例如一彩色濾光片基板；以及一液晶層(未圖示)位於上基板與薄膜電晶體基板10之間。
在薄膜電晶體基板10上，由彼此正交的掃描線(g1、g2…g8)與資料線(s1、s2…s8)定義出一畫素陣列，其中每一個畫素包含一個畫素電極(R1、G1、B1…)。掃描線連接至少一掃描驅動器(未圖示)，資料線連接至少一資料驅動器(未圖示)。於本文中，除非特別說明，「連接」包含「電性連接」。每條資料線具有兩條次資料線，而每條次資料線連接畫素陣列中的兩不相鄰之畫素行(column)，其中，除了第一條資料線(例如s1)與最後一條資料線(例如s6)之外，每一條資料線的兩條次資料線分別連接兩條非相鄰的畫素行內的畫素電極，且該兩條非相鄰的畫素行彼此間隔兩條畫素行，例如，第二條資料線s2具有兩次資料線s21與s22分別連接畫素行C2與畫素行C5，且兩畫素行C2與C5之間相隔有C3與C4兩畫素行；第三條資料線s3具有兩次資料線s31與s32分別連接畫素行C4與畫素行C7，且兩畫素行C4與C7之間相隔有C5與C6兩畫素行。
此外，與前述規則不同的是，第一條資料線，例如s1，具有兩條次資料線s11與s12分別連接畫素行C1與C3，且其所連接的兩畫素行相隔有一畫素行C2；最後一條資料線，例如s6，具有兩次資料線s21與s22分別連接畫素行C10與C12，且其所連接的兩畫素行相隔有一畫素行C11。
另外，每一畫素列內之畫素是由兩條閘極線所驅動，且除了每一畫素列中的第一個與最末個畫素外，任兩相鄰畫素內的畫素電極係連接不同的掃描線，例如，相鄰兩畫素電極G1與B1中，畫素電極G1透過薄膜電晶體SW2連接掃描線g1、畫素電極B1透過薄膜電晶體SW3連接掃描線g2；而相鄰兩畫素電極R2與G2中，畫素電極R2透過薄膜電晶體SW4連接掃描線g1、畫素電極G2透過薄膜電晶體SW5連接掃描線g2，依此類推。此處R、G、B分別代表 紅、綠、藍三種畫素。
藉由上述結構，可以節省一半資料線的數量，因而減少資料驅動器的使用數，另外也能確保顯示器的輸出畫質。同時對照第二A圖與第二B圖，當掃描線g1被輸入一高準位電壓，薄膜電晶體SW1、SW2、SW4、SW6、SW8、SW10被打開，資料線s1-s6分別透過薄膜電晶體SW1、SW2、SW4、SW6、SW8、SW10寫入畫素電壓於畫素電極R1、G1、R2、B2、G3、R4。接著，掃描線g1被輸入一低準位電壓，而掃描線g2被輸入一高準位電壓，使得薄膜電晶體SW3、SW5、SW7、SW9、SW11、SW12被打開，資料線s1-s6分別透過薄膜電晶體SW3、SW5、SW7、SW9、SW11、SW12寫入畫素電壓於畫素電極B1、G2、R3、B3、G4、B4。此時，畫素電極R1、G1、R2、B2、G3、R4仍是保持電位的狀態，但因為相鄰兩畫素電極之間皆被一條次資料線隔開，大大減低電容耦合之影響，因此能確保顯示畫質。
此外，第2至4畫素行內的畫素電極的驅動方式，與第1行畫素行內之畫素電極相似，其驅動方式詳細如第二B圖所示。
第二C圖顯示上述結構的等效電路圖。每一畫素內之畫素電容Clc係分別由一畫素電極PE和一共通電極CE所構成，其中每一個畫素電極PE經由一開關SW，例如薄膜電晶體，連接一資料線與一掃描線；例如，薄膜電晶體SW的閘極連接掃描線、源極連接資料線、汲極連接畫素電極PE。在此特別說明的是，於本發明實施例中，開關SW雖以薄膜電晶體做實施說明，但並不限於此，其它類型之開關亦適用之。
值得注意的是，上述實施例僅例示6條資料線與8條掃描線，但實際數量不止於此；相同的原理可應用於具有各種數量掃描線與資料線的液晶顯示器。
在上述實施例，因為一條資料線透過兩條次資料線分別連接兩畫素行內之畫素電極，必須利用結構設計以避免兩資料線在交錯處接觸。第三A圖與第三B圖顯示根據本發明實施例的一種資料線結構，應用於第二A圖實施例，其中第三B圖為第三A圖在A-A’方向的剖面圖。如圖，以資料線s1為例，其具有次要部分s1,h與主要部分s1,v，其中次要部分s1,h設置於主要部分s1,v下方，且主要部分s1,v在預備與次要部分s1,h連接的地方具有接觸孔CH，其內部填充有導電材質14，並透過導電材質14與次要部分s1,h連接。次要部分s1,h與主要部分s1,v之間具有絕緣層12，且次要部分s1,h之位置係位於畫素矩陣外圍或液晶顯示面板之顯示區外圍；並且，在較佳實施例，為避免增加製程步驟，次要部分s1,h與掃描線是在同一製程步驟中形成，較佳者，次要部分s1,h與掃描線為由同一材質所構成。上述原則適用於每條資料線；藉此，可避免兩資料線，例如s1與s2，互相接觸。值得注意的是，上述每條資料線的主要部分可包含如第二A圖所述的兩次資料線；例如，資料線s1的主要部分s1,v可包含前述的次資料線s11與s12。同理，在另一實施例(圖未示)，主要部分s1,v亦可設置於次要部分s1,h下方，且次要部分s1,h在預備與主要部分s1,v連接的地方具有接觸孔CH，其內部填充有導電材質14，並透過導電材質14使主要部分s1,v與次要部分s1,h連接。
第四A圖至第四C圖顯示根據本發明另一實施例的液晶顯示器，其 中第四A圖示意其畫素結構、第四B圖顯示其資料線、掃描線、畫素電極的對應關係、第四C圖顯示其等效電路圖。
參照第四A圖，本實施例液晶顯示器包含：一薄膜電晶體基板(或稱下基板)20；一上基板(未圖示)，例如一彩色濾光片基板；以及一液晶層(未圖示)位於上基板與薄膜電晶體基板20之間。
在薄膜電晶體基板20上，由彼此正交的掃描線(g1、g2…g10)與資料線(s1、s2…s4)定義出一畫素陣列，其中，每一畫素包含一畫素電極，例如P(1,1)、P(2,1)、P(3,1)…P(8,5)，此處一個畫素可代表一個原色，例如紅、藍或綠。複數掃描線連接至少一掃描驅動器(未圖示)，複數資料線連接至少一資料驅動器(未圖示)。每條資料線具有兩條次資料線分別連接兩個不相鄰畫素行內之畫素電極，且所連接的兩畫素行之間相隔有另一畫素行。例如，資料線s1具有兩次資料線s11與s12分別連接畫素行C1與C3，且其所連接的兩畫素行相隔有一畫素行C2；資料線s2具有兩次資料線s21與s22分別連接畫素行C2與C4，且其所連接的兩畫素行相隔有一畫素行C3。
另外，每一畫素列(row)內之畫素是分別由兩條閘極線驅動，其中，每一畫素列的第N個畫素內之薄膜電晶體開關SW與第N+1個畫素內之薄膜電晶體開關SW連接相同掃描線，而第N+2與第N+3個畫素內之薄膜電晶體開關SW則共同連接至另一掃描線。此處N為正整數且為奇數1、5、9…。例如，在第一畫素列中，當N等於1，畫素電極P(1,1)與畫素電極P(2,1)分別經由薄膜電晶體開關SW1與SW2連接相同掃描線g1，而畫素電極P(3,1)和畫素電極P(4,1)分別經由薄膜電晶體開關SW3與SW4連接至另一掃描線g2。
藉由上述結構，可以節省一半資料線的數量，並進而減少所需的資料驅動器數量，也能確保顯示器的輸出畫質。同時對照第四A圖與第四B圖，當掃描線g1被輸入一高準位電壓，薄膜電晶體SW1、SW2、SW5、SW6被打開，資料線s1-s4分別透過薄膜電晶體SW1、SW2、SW5、SW6寫入畫素電壓於畫素電極P(1,1)、P(2,1)、P(5,1)、P(6,1)。接著，掃描線g1被輸入一低準位電壓，而掃描線g2被輸入一高準位電壓，使得薄膜電晶體SW3、SW4、SW7、SW8被打開，資料線s1-s4分別透過薄膜電晶體SW3、SW4、SW7、SW8寫入畫素電壓於畫素電極P(3,1)、P(4,1)、P(7,1)、P(8,1)。此時，畫素電極P(1,1)、P(2,1)、P(5,1)、P(6,1)仍是保持電位的狀態，但因為相鄰兩畫素電極之間皆有被資料線隔開，不會發生電容耦合，因此能確保顯示畫質。
此外，第2至5行畫素電極的驅動方式，與第1行畫素電極相似，其驅動方式詳細如第四B圖所示。
第四C圖顯示上述結構的等效電路圖。每一畫素內之畫素電容Clc係分別由一畫素電極PE和一共通電極CE所構成，其中每一個畫素電極PE經由一開關SW，例如薄膜電晶體，連接一資料線與一掃描線；例如，薄膜電晶體SW的閘極連接掃描線、源極連接資料線、汲極連接畫素電極PE。
值得注意的是，上述實施例僅例示4條資料線與10條掃描線，但實際數量不止於此；相同的原理可應用於具有各種數量掃描線與資料線的液晶顯示器。
在上述實施例，因為一條資料線透過兩條次資料線同時連接兩個畫素行，必須利用結構設計以避免兩資料線在交錯處接觸。第五圖顯示根據本 發明實施例的一種資料線結構，應用於第四A圖實施例。如圖，以資料線s1為例，其具有兩個次要部分s1,s與三個主要部分s1,v，其中至少一個次要部分s1,s可以設置於主要部分s1,v下方，且主要部分s1,v在預備連接設置於下方的該次要部分s1,s的地方具有接觸孔CH，其內部填充有導電材料14，並透過導電材料14與次要部分s1,s連接。該至少一次要部分s1,s與主要部分s1,v之間具有絕緣層(未圖示)，另，次要部分s1,s之位置係位於畫素矩陣外圍或液晶顯示面板之顯示區外圍；並且，在較佳實施例，為避免增加製程步驟，該至少一次要部分s1,s與掃描線是在同一製程步驟中形成，較佳者，次要部分s1,h與掃描線為由同一材質所構成。上述原則適用於每條資料線；藉此，可避免兩資料線，例如s1與s2，互相接觸。值得注意的是，每條資料線的主要部分可包含如第四A圖所述的兩條次資料線；例如，資料線s1的主要部分s1,v可包含前述的次資料線s11與s12。另，在一實施例中，每一資料線之兩個次要部分s1,s，分別為鏡像對稱，且與垂直分部的次資料線s11與s12夾90~160度之夾角，較佳者，夾角可為120~150度。特別一提的是，本實施例之導線結構設計方式亦可適用於前述第二圖之實施例。
第六圖與第七圖顯示根據本發明另兩個實施例的資料線結構，應用於第四A圖實施例。其中，每條資料線具有主要部分與次要部分，次要部分用於連接主要部分，而所利用的原理與前述實施例相同，不再贅述。值得一提的是，第六圖之實施例中，任兩條相鄰資料線之主要部分中之較長結構部份，係間隔三個畫素寬度；而在第七圖之實施例中，任兩條相鄰資料線之主要部分中之較長結構部份，係間隔一個畫素寬度。同理，本實施例之導線結構設計方式亦可適用於前述第二圖之實施例。
上述眾實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使 熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。
B1-B16‧‧‧畫素電極
g1-g8‧‧‧掃描線
G1-G16‧‧‧畫素電極
R1-R16‧‧‧畫素電極
s1-s6‧‧‧資料線
SW1-SW12‧‧‧薄膜電晶體

Claims (11)

  1. 一種液晶顯示器，包含一薄膜電晶體基板、一上基板，以及一液晶層位於該上基板與該薄膜電晶體基板之間，該薄膜電晶體基板包含複數條掃描線、複數條資料線，以及由該些掃描線與資料線所定義的一畫素陣列，其特徵在於：除了第一條資料線與最後一條資料線之外，每一條資料線具有兩條次資料線分別連接該畫素陣列的一畫素行的複數個畫素電極，且每一條資料線之該兩條次資料線所連接的兩畫素行之間相隔有兩條畫素行；每個畫素由兩條次資料線以及兩條掃描線構成，每個畫素包含一畫素電極以及一薄膜電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中第一條資料線與最後一條資料線的兩條次資料線分別連接一畫素行的複數個畫素電極，且其所連接的兩畫素行之間相隔有一條畫素行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中每一列之畫素內的畫素電極是由兩條閘極線驅動，且除了每列中的第一個與最末個畫素電極，相鄰的兩畫素電極連接不同的掃描線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中每一條資料線具有 至少一次要部分與至少一主要部分，其中該次要部分設置於該主要部分下方，且該主要部分具有一接觸孔，其內部填充有一導電材質，並透過該導電材質與該次要部分連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該次要部分與該主要部分之間具有一絕緣層。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的液晶顯示器，其中該次要部分與該些掃描線位於同一層。
  7. 一種液晶顯示器，包含一薄膜電晶體基板、一上基板，以及一液晶層位於該上基板與該薄膜電晶體基板之間，該薄膜電晶體基板包含複數條掃描線、複數條資料線，以及由該些掃描線與資料線所定義的一畫素陣列，其特徵在於：每一條資料線具有兩條次資料線分別連接該畫素陣列的一畫素行的複數個畫素電極，且每一條資料線之該兩條次資料所連接的兩畫素行之間相隔有一條畫素行；每個畫素由兩條次資料線以及兩條掃描線構成，每個畫素包含一畫素電極以及一薄膜電晶體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示器，其中該畫素陣列的每一畫素列是由兩條閘極線驅動，其中第N個畫素電極與第N+1個畫素電極連接相同掃描線，而第N+2與第N+3個畫素電極共同連接至另一掃描線，此處N為 正整數1、5、9…。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的液晶顯示器，其中每一條資料線具有複數個次要部分與至少一主要部分，其中至少一該次要部分設置於該主要部分下方，且該主要部分具有一接觸孔，其內部填充有一導電材質，並透過該導電材質與設置於下方的該至少一次要部分連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的液晶顯示器，其中設置於該主要部分下方的該至少一次要部分與該主要部分之間具有一絕緣層。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的液晶顯示器，其中設置於該主要部分下方的該至少一次要部分與該些掃描線位於同一層。
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