TWI451395B - 液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法 - Google Patents

Description

液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法

本發明是有關於一種畫素電路，且特別是有關於一種液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法。

在目前的液晶顯示器中，畫素結構通常由液晶介質、薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)背板與彩色濾光片等組件所構成。所述的TFT背板提供適當的電壓至液晶分子以改變畫素結構的光傳導性。

隨著顯示技術的發展，省電、高解析度與輕薄已成為液晶顯示器的設計趨勢之一。然而，隨著解析度的提升，TFT背板中的掃瞄線也隨著增加。因此，在高解析度的顯示環境下，掃瞄訊號傳遞延遲的影響將更為明顯，嚴重時，甚至可能造成液晶顯示器的顯示異常問題。

本發明提出一種液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法，利用放電式的電路架構縮短畫素電路的轉態時間，以改善掃瞄訊號傳遞延遲的影響所造成液晶顯示器的顯示異常問題。

因此，本發明的液晶顯示器的畫素電路，包括有：第一開關元件，用以接收掃瞄訊號與資料訊號；第二開關元件，電性耦接於所述的第一開關元件，並用以接收第一電壓；第一分壓元件，電性耦接於所述的第二開關元件，並用以接收第二電壓；及第一電容器，電性耦接於所述的第一分壓元件與第二開關元件。

另外，本發明的液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，而畫素電路包括有：第一開關元件，用以接收掃瞄訊號與資料訊號；第二開關元件電性耦接於第一開關元件；第一分壓元件電性耦接於第二開關元件；及第一電容器電性耦接於第一分壓元件與第二開關元件，其中所述的驅動方法包括有下列步驟：首先，提供第一電壓至第二開關元件；提供第二電壓至分壓開關元件；接著，於所述的第二開關元件關閉時，根據第二開關元件與第一分壓元件之分壓使第一電容器儲存有第一畫素電壓，以使畫素電路呈現第一顯示態；及於所述的第二開關元件導通時，使第一電容器根據第一電壓的電壓值儲存有第二畫素電壓，以使畫素電路呈現第二顯示態。

綜上所述，本發明的液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法，利用開關元件、分壓元件與儲能元件所構成的畫素電路，並配合掃瞄訊號、資料訊號與低電壓驅動方式使畫素電路呈現對應的顯示態。由於所述的畫素電路可在線性區操作，因此對於掃瞄訊號傳遞延遲的容忍度較大，藉以在高解析度與高頻環境下運作。另外，採用低電壓驅動方式來降低畫素電路的功耗，進而符合目前的設計趨勢。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1係為本發明第一實施例之電路方塊圖。如圖1所示，本發明實施例之液晶顯示器的畫素電路100包括有開關元件T1、開關元件T2、分壓元件T3、電容器C1與電容器C2。

開關元件T1具有第一端11、第二端13與第三端15。開關元件T1可為MOS型的薄膜電晶體開關，但不以此為限。開關元件T1的第一端11為閘極。開關元件T1的第二端13為源極。開關元件T1的第三端15為汲極。開關元件T1的第一端11電性耦接於掃瞄線SL。開關元件T1的第一端11接收掃瞄訊號G1(如圖2所示)。開關元件T1的第二端13電性耦接於資料線DL。開關元件T1的第二端13接收資料訊號D1(如圖2所示)。

開關元件T2具有第一端21、第二端23與第三端25。開關元件T2可為MOS型的薄膜電晶體開關，但不以此為限。開關元件T2的第一端21為閘極。開關元件T2的第二端23為源極。開關元件T2的第三端25為汲極。開關元件T2的第一端21電性耦接於開關元件T1的第三端15。開關元件T2的第二端23接收電壓V1。

電容器C2具有第一端(圖中未標示)與第二端(圖中未標示)。電容器C2的第一端分別電性耦接於開關元件T2的第一端21、開關元件T1的第三端15與節點Vin。電容器C2的第二端電性耦接於接地端。在本發明的另一個實施例中可省略電容器C2。電容器C2可例如是儲存電容。

分壓元件T3具有第一端31、第二端33與第三端35。分壓元件T3可為MOS型的薄膜電晶體開關、二極體或電阻。分壓元件T3的第一端31為閘極。分壓元件T3的第二端33為源極。分壓元件T3的第三端35為汲極。分壓元件T3的第三端35接收電壓V2。分壓元件T3的第一端31電性耦接於分壓元件T3的第三端35。分壓元件T3的第二端33電性耦接於開關元件T2的第三端25。另外，在本發明的另一個實施例中，當分壓元件T3為二極體或電阻時，其可能具有兩個連接端，以對應接收電壓V2與電性耦接於開關元件T2的第三端25。

電容器C1具有第一端(圖中未標示)與第二端(圖中未標示)。電容器C1的第一端分別電性耦接於分壓元件T3的第二端33、開關元件T2的第三端25與節點Vp。電容器C1的第二端接收共用電壓V3。所述的電壓V1、電壓V2與共用電壓V3可例如是直流電壓。電容器C1可例如是液晶電容。另外，本發明實施例中的畫素電路100所列出的各構件的電路架構、數量僅是舉例說明，並不以此為限。

接下來，大致說明畫素電路100的作動過程。如圖1所示，於開關元件T1關閉與開關元件T2關閉時，利用電壓V1、電壓V2、開關元件T2與分壓元件T3所形成的分壓關係，使電容器C1儲存有第一畫素電壓(即節點Vp的端電壓)。藉此，畫素電路100可呈現第一顯示態(例如，亮態)。

所述的第一畫素電壓的電壓值可由以下式子決定：(V2-V1)*(R1/(R1+R2))，其中V1為電壓V1的電壓值，V2為電壓V2的電壓值，R1為開關元件T2的阻抗值，R2為分壓元件T3的阻抗值。換句話說，電容器C1根據開關元件T2與分壓元件T3之分壓儲存有第一畫素電壓。

接著，於開關元件T1與開關元件T2導通時，利用電壓V1的電壓值或位準影響電容器C1的儲存電壓，以使電容器C1的儲存電壓放電(或者充電)至第二畫素電壓。換句話說，電容器C1根據電壓V1的電壓值儲存有第二畫素電壓(即節點Vp的端電壓)。藉此，畫素電路100可呈現第二顯示態(例如，暗態)。另外，電壓V2的電位高於第一畫素電壓的電位，而第一畫素電壓的電位高於電壓V1的電位。

由於開關元件T2不用操作在飽和區，也就是說，開關元件T2在線性區也可動作，所以開關元件T2不易受掃瞄訊號延遲的影響而產生畫面異常的現象。藉此，畫素電路100可符合高解析度(例如，1440條掃瞄線與2560條資料線)與高頻訊號的使用需求。另外，電壓V1、電壓V2與共用電壓V3為直流電壓，其中電壓V1大約為-5伏特至-10伏特左右、電壓V2大約為20伏特至40伏特左右，換句話說，本發明實施例是以低電壓驅動方式，所以電力消耗不高，藉以符合低功耗的設計趨勢。

請一併參照圖1與圖2，圖2為本發明第一實施例之訊號波形示意圖，其中水平軸表示時間，而垂直軸表示電壓。於掃瞄訊號G1為低電位(例如，-6伏特)時，開關元件T1與開關元件T2為關閉。電容器C1根據電壓V1與電壓V2的電壓值儲存有第一畫素電壓(例如，23伏特)。於掃瞄訊號G1為高電位(例如，12伏特)時，開關元件T1與開關元件T2為導通。此時，電容器C2根據資料訊號D1的高電位(例如，7伏特)儲存有一個電壓值(例如，6伏特)，而電容器C2所儲存的電壓值即節點Vin的端電壓。電容器C1根據電壓V1的電壓值儲存有第二畫素電壓(例如，0.3伏特)。然後，於掃瞄訊號G1再次為低電位時，資料訊號D1也回到低電位。

值得一提的是，如圖2所示，本發明第一實施例的畫素電路100的畫素電壓變化(如節點Vp的端電壓)是經由放電方式決定畫素電路100的顯示態，因此，相較於習知技術採用充電方式具有較快的反應速度。

請參照圖3，圖3係為本發明第二實施例之電路方塊圖。如圖3所示，本發明第二實施例之液晶顯示器的畫素電路110包括有開關元件T1、開關元件T2、分壓元件T3、分壓元件T4、電容器C1與電容器C2。第二實施例與第一實施例不同之處在於：電壓V1與電壓V2可為直流電壓或交流電壓，部分電性耦接關係與第一實施例相同，以下不再贅述。同樣的，在本發明的另一個實施例中亦可省略電容器C2。

分壓元件T4具有第一端41、第二端43與第三端45，分壓元件T4可為MOS型的薄膜電晶體開關、二極體或電阻。分壓元件T4的第一端41為閘極。分壓元件T4的第二端43為源極。分壓元件T4的第三端45為汲極。分壓元件T4的第二端43接收電壓V2並電性耦接於分壓元件T3的第一端31與第三端35。分壓元件T4的第一端41電性耦接於分壓元件T4的第三端45、電容器C1的第一端。另外，在本發明的另一個實施例中，當分壓元件T4為二極體或電阻時，其可能具有兩個連接端，以對應接收電壓V2與電性耦接於電容器C1的第一端。

同樣的，第一畫素電壓的電壓值可由式子(1)或式子(2)決定：

(V2-V1)*(R1/(R1+R2)).................(1)

(V2-V1)*(R1/(R1+R3)).................(2)

其中所述的V1為電壓V1的電壓值，V2為電壓V2的電壓值，R1為開關元件T2的阻抗值，R2為分壓元件T3的阻抗值，R3為分壓元件T4的阻抗值。

請一併參照圖3與圖4，圖4為本發明第二實施例之訊號波形示意圖，其中水平軸表示時間，而垂直軸表示電壓。首先，於掃瞄訊號G1的第一個脈衝前，開關元件T1與開關元件T2為關閉，電容器C1儲存有第一畫素電壓，以使畫素電路110呈現第一顯示態。

於掃瞄訊號G1的第一個脈衝時，開關元件T1與開關元件T2為導通，電容器C1放電至第二畫素電壓，以使畫素電路110呈現第二顯示態。

接下來，於掃瞄訊號G1的第二個脈衝時，開關元件T1與開關元件T2為關閉，電容器C1儲存有第一畫素電壓，以使畫素電路110再次呈現第一顯示態。

請一併參照圖1與圖5，圖5為本發明第一實施例的畫素電路之驅動方法的步驟流程圖。如圖5所示，首先，在步驟S501中，提供電壓V1至開關元件T2的第二端23(即源極)。所述的電壓V1可為直流電壓。接著，在步驟S503中，提供電壓V2至分壓元件T3的第三端35(即汲極)。所述的電壓V2可為直流電壓。另外，在本發明的另一個實施例中，步驟S501與S503的順序可以交換，也可以合併為一個步驟。

然後，在步驟S505中，於開關元件T2關閉時，根據開關元件T2與分壓元件T3之分壓使電容器C1儲存有第一畫素電壓，以使畫素電路100呈現第一顯示態。

接下來，在步驟S507中，於開關元件T2導通時，使電容器C1根據電壓V1的電壓值或電位儲存有第二畫素電壓，以使畫素電路100呈現第二顯示態。較佳者，電容器C1是以放電方式到達第二畫素電壓。另外，本發明第一實施例的畫素電路之驅動方法亦適用於第二實施例中的畫素電路110。

本發明各實施例中畫素電路的灰階狀態可透過場序法(filed sequential color)控制的方式實現。請一併參照圖1與圖6，圖6為本發明實施例之場序法控制對應的訊號波形示意圖，其中水平軸表示時間，而垂直軸表示電壓。

首先，於第N-1幀61的時間內，開關元件T1與開關元件T2為關閉，以使畫素電路100呈現亮態。此時，對應驅動第一色源背光BB(例如，藍色)點亮與關閉，並藉由控制背光點亮與關閉的時間，以調配出畫素電路100所需呈現的灰階狀態。所述的N為自然數。

同樣的，於第N幀63的時間內，開關元件T1與開關元件T2為關閉，以使畫素電路100呈現亮態。此時，對應驅動第二色源背光GB(例如，綠色)點亮與關閉，並藉由控制背光點亮與關閉的時間，以調配出畫素電路100所需呈現的灰階狀態。

同樣的，第N+1幀65的時間內，開關元件T1與開關元件T2為關閉，以使畫素電路100呈現亮態。此時，對應驅動第三色源背光R1(例如，紅色)點亮與關閉，並藉由控制背光點亮與關閉的時間，以調配出畫素電路100所需呈現的灰階狀態。另外，所述的第一色源背光BB、第二色源背光GB與/或第三色源背光RB可由背光模組(圖中未示)產生。

在本發明的另一個實施例中，可於一個幀的時間內，對應驅動第一色源背光BB、第二色源背光GB與第三色源背光RB點亮與關閉，且第一色源背光BB、第二色源背光GB與第三色源背光RB的點亮時間為彼此錯開。或者，第一色源背光BB、第二色源背光GB與第三色源背光R1的關閉時間為彼此錯開。或者，第一色源背光BB、第二色源背光GB與第三色源背光RB的點亮與關閉時間皆為彼此錯開。

舉例來說，於第N-1幀61的時間內，開關元件T1與開關元件T2為關閉，以使畫素電路100呈現亮態。此時，對應驅動第一色源背光BB點亮與關閉。接著，再對應驅動第二色源背光GB點亮與關閉。然後，再對應驅動第三色源背光RB點亮與關閉。另外，上述的色源背光的驅動方式僅為舉例說明，並非用以限制色源背光的點亮順序與數量。也就是說，於第N-1幀61的時間內，亦可只驅動一種或兩種色源背光。

綜上所述，本發明的液晶顯示器的畫素電路及其驅動方法，利用開關元件、分壓元件與儲能元件所構成的畫素電路，並配合掃瞄訊號、資料訊號與低電壓驅動方式使畫素電路呈現對應的顯示態。由於所述的畫素電路可在線性區操作，因此對於掃瞄訊號傳遞延遲的容忍度較大，藉以在高解析度與高頻環境下運作。另外，採用低電壓驅動方式來降低畫素電路的功耗，進而符合目前的設計趨勢。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

11．．．第一端

13．．．第二端

15．．．第三端

21．．．第一端

23．．．第二端

25．．．第三端

31．．．第一端

33．．．第二端

35．．．第三端

41．．．第一端

43．．．第二端

45．．．第三端

61．．．第N-1幀

63．．．第N幀

65．．．第N+1幀

100．．．畫素電路

BB．．．第一色源背光

C1．．．電容器

C2．．．電容器

D1．．．資料訊號

Frame．．．幀

G1．．．掃瞄訊號

GB．．．第二色源背光

SL．．．掃瞄線

RB．．．第三色源背光

S1．．．資料訊號

DL．．．資料線

T1．．．開關元件

T2．．．開關元件

T3．．．分壓元件

T4．．．分壓元件

V1．．．電壓

V2．．．電壓

V3．．．共用電壓

Vin．．．節點

Vp．．．節點

S501~S507．．．方法步驟說明

圖1繪示為本發明第一實施例之電路方塊圖。

圖2繪示為本發明第一實施例之訊號波形示意圖。

圖3繪示為本發明第二實施例之電路方塊圖。

圖4繪示為本發明第二實施例之訊號波形示意圖。

圖5繪示為第一實施例的畫素電路之驅動方法的步驟流程圖。

圖6繪示為本發明實施例之場序法控制對應的訊號波形示意圖。

11．．．第一端

13．．．第二端

15．．．第三端

21．．．第一端

23．．．第二端

25．．．第三端

31．．．第一端

33．．．第二端

35．．．第三端

100．．．畫素電路

C1．．．電容器

C2．．．電容器

SL．．．掃瞄線

DL．．．資料線

T1．．．開關元件

T2．．．開關元件

T3．．．分壓元件

V1．．．電壓

V2．．．電壓

V3．．．共用電壓

Vin．．．節點

Vp．．．節點

Claims (16)

1. 一種液晶顯示器的畫素電路，包括有：一第一開關元件，用以接收一掃瞄訊號與一資料訊號；一第二開關元件，電性耦接於該第一開關元件，並用以接收一第一電壓；一第一分壓元件，電性耦接於該第二開關元件，並用以接收一第二電壓；及一第一電容器，電性耦接於該第一分壓元件與該第二開關元件，並用以儲存一第一畫素電壓；一第二分壓元件，電性耦接於該第一電容器，並用以接收該第二電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一開關元件具有一汲極、一閘極與一源極，該第一開關元件的閘極接收該掃瞄訊號，該第一開關元件的源極接收該資料訊號；該第二開關元件具有一汲極、一閘極與一源極，該第二開關元件的閘極電性耦接於該第一開關元件的汲極，該第二開關元件的源極接收該第一電壓；該第一分壓元件具有一汲極、一閘極與一源極，該第一分壓元件的汲極接收該第二電壓，該第一分壓元件的閘極電性耦接於該第一分壓元件的汲極，該第一分壓元件的源極電性耦接於該第二開關元件的汲極；該第一電容器具有一第一端與一第二端，該第一電容器的第一端電性耦接於該第二開關元件的汲極，該第一電容器的第二端接收一共用電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一電壓、該第二電壓與該共用電壓為一直流電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一畫素電壓的電壓值由以下式子決定：(V2-V1)*(R1/(R1+R2))，其中V1為該第一電壓的電壓值，V2為該第二電壓的電壓值，R1為該第二開關元件的阻抗值，R2為該第一分壓元件的阻抗值。
5. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第二分壓元件，具有一汲極、一閘極與一源極，該第二分壓元件的源極接收該第二電壓，該第二分壓元件的閘極與汲極共同電性耦接於該第一電容器的第一端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一電壓、該第二電壓或該共用電壓包括一直流電壓與一交流電壓。
7. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一畫素電壓的電壓值由式子(1)或式子(2)決定：(V2-V1)*(R1/(R1+R2)).................(1) (V2-V1)*(R1/(R1+R3)).................(2)其中V1為該第一電壓的電壓值，V2為該第二電壓的電壓值，R1為該第二開關元件的阻抗值，R2為該第一分壓元件的阻抗值，R3為該第二分壓元件的阻抗值。
8. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第一分壓元件與該第二分壓元件包括一開關元件。
9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中於該第一開關元件與該第二開關元件關閉時，該第一電容器充電至該第一畫素電壓，於該第一開關元件與該第二開關元件導通時，該第一電容器放電至一第二畫素電壓。
10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器的畫素電路，其中該第二電壓的電位高於該第一畫素電壓的電位，而該第一畫素電壓的電位高於該第一電壓的電位。
11. 一種液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，該畫素電路包括有：一第一開關元件，用以接收一掃瞄訊號與一資料訊號；一第二開關元件，電性耦接於該第一開關元件；一第一分壓元件，電性耦接於該第二開關元件；一第一電容器，電性耦接於該第一分壓元件與該第二開關元件；及一第二分壓元件，電性耦接於該第一電容器，並用以接收該第二電壓，其中該驅動方法包括有下列步驟：提供一第一電壓至該第二開關元件；提供一第二電壓至該第一分壓元件及第二分壓元件；於該第二開關元件關閉時，根據該第二開關元件、該第一分壓元件與該第二分壓元件之分壓使該第一電容器儲存有一第一畫素電壓，以使該畫素電路呈現一第一顯示態；及於該第二開關元件導通時，使該第一電容器根據該第一電壓的電壓值儲存有至一第二畫素電壓，以使該畫素電路呈現一 第二顯示態。
12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，其中該第一畫素電壓的電壓值由以下式子決定：(V2-V1)*(R1/(R1+R2))，其中V1為該第一電壓的電壓值，V2為該第二電壓的電壓值，R1為該第二開關元件的阻抗值，R2為該第一分壓元件的阻抗值。
13. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，其中該第一電壓與該第二電壓為一直流電壓。
14. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，其中於一第N-1幀、一第N幀或一第N+1幀的時間內，該第一開關元件與該第二開關元件為關閉。
15. 如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，其中於該第N-1幀的時間內，對應驅動一第一色源背光點亮與關閉，於該第N幀的時間內，對應驅動一第二色源背光點亮與關閉，於該第N+1幀的時間內，對應驅動一第三色源背光點亮與關閉，而N為自然數。
16. 如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示器的畫素電路之驅動方法，其中於該第N-1幀、該第N幀或該第N+1幀的時間內，對應驅動一第一色源、一第二色源與一第三色源的背光點亮與關閉，且該第一色源背光、該第二色源背光與該第三色源背光的點亮時間為彼此錯開。