TWI477872B - 可顯示多灰階之顯示裝置及其操作方法 - Google Patents

可顯示多灰階之顯示裝置及其操作方法 Download PDF

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Description

可顯示多灰階之顯示裝置及其操作方法
本發明是有關於一顯示裝置及顯示方法，且特別是有關於一種可產生多重灰階之顯示裝置及顯示方法。
隨著顯示技術的快速發展，諸多新穎的顯示裝置不斷地被開發出來，其中，電泳顯示裝置(Electro-Phoretic Display，EPD)具有低耗電、薄型化、長壽命、可撓曲等諸多優點，而極具發展的潛力。
第1圖所示為一電泳顯示裝置之概略圖示。包括兩片透明玻璃基板101,102以及位於兩片玻璃基板101,102間之電子墨水層103。透明玻璃基板101上具有一共同電極。玻璃基板102具有電極。其中玻璃基板亦可使用塑膠基板來代替。而電子墨水層103係由直徑50-70微米微膠囊所形成，每個微膠囊的內部具有會呈現黑色之粒子108和白色的粒子109。當玻璃基板102之電極改變時，黑色粒子108或白色粒子109會根據電極的正負而向上與向下移動，造成螢幕黑白顯示。若假設白色粒子109是帶負電，而黑色粒子108是帶正電的，當在玻璃基板102上通負電，則會造成黑色粒子108被吸引而讓白色粒子109位在觀視面上，而呈現白色影像。當外加電場被移除時，電泳顯示裝置可保持在既有的狀態，因此呈現出一雙穩態特性。
然而，由於很難精準控制及追蹤微膠囊內部之黑色粒子和白色粒子的實際位置，因此，在顯示上通常只利用黑色粒子或白色粒子位在觀視面上所呈現之全白或全黑兩種灰階。對於只進行文字顯示而言，黑白兩灰階可能已經足夠，然而對於需要顯示層次感之圖片而言，黑白兩灰階並不足夠。因此，如何擴展電泳顯示裝置之灰階數即成為追求之目標。
有鑑於此，本發明提供一種擴展灰階之方式及其對應之畫素結構，其可利用顯示裝置原本之灰階，來增加影像顯示之灰階數目。
根據本發明之一態樣，一種從目前可用之P灰階數擴充成具N(P-1)+1灰階數(亦即在原本兩灰階之間可增加顯示(N-1)灰階數)之顯示裝置，至少包含：一列驅動器；一行驅動器；複數條掃描線耦接該列驅動器並沿一列方向排列；以及複數條資料線耦接該行驅動器並沿一行方向排列，其中該些條掃描線與該些條資料線交叉排列形成一具有複數個畫素之畫素陣列，其中畫素陣列中之每一畫素更包括：N個子畫素，其中該N個子畫素更被分成M個子畫素群，其中該M個子畫素群中之每一個子畫素群均具有至少一個子畫素，且N和M為大於1之整數；以及M個電晶體，耦接該些條掃描線其中之一及分別耦接該些條資料線中之M條該資料線，其中該M個電晶體分別控制該M個子畫素群以顯示對應灰階。
在一實施例中，顯示裝置為一電泳式顯示裝置、一反射式顯示裝置或一具有雙穩態之顯示裝置。
在實施例中，行驅動器可產生P個灰階電壓，P為大於1之整數。
在一實施例中，N為4，M為3，且該3個子畫素群每一群分別具有1個子畫素、1個子畫素和2個子畫素，其中透過該3個電晶體之控制使該3條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該3個子畫素群。
在一實施例中，N為9，M為4，且該4個子畫素群每一群分別具有1個子畫素、2個子畫素、2個子畫素和4個子畫素，其中透過該4個電晶體之控制使該4條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該4個子畫素群。
根據本發明之另一態樣，可從目前使用的P灰階數擴充成可顯示N(P-1)+1灰階數之方法，係用於一顯示裝置中。此顯示裝置具有一列驅動器、一行驅動器、複數條掃描線及複數條資料線。此方法至少包含，首先形成一由此些條掃描線與此些條資料線所定義之畫素陣列，其中畫數陣列具有複數個畫素，且行驅動器可產生P個灰階電壓，P為大於1的整數，接著將每一畫素分成N個子畫素，再將該N個子畫素分成M個子畫素群，其中該M個子畫素群中之每一子畫素群均具有至少一個子畫素，且N和M為大於1之整數，接著，形成M個電晶體分別控制該M個子畫素群，其中該M個電晶體耦接該些條掃描線其中之一及分別耦接該些條資料線中之M條該資料線，並透過該M個電晶體之控制使該M條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該M個子畫素群。
綜合上述所言，本發明係藉由畫素設計，搭配光學合成之方法使得一畫素顯示之灰階數目可從原本之階數擴展成任意階。
以下為本發明較佳具體實施例以所附圖示加以詳細說明，下列之說明及圖示使用相同之參考數字以表示相同或類似元件，並且在重複描述相同或類似元件時則予省略本發明為了利用一顯示裝置原本之灰階來增加影像顯示之灰階數目。因此將顯示裝置之一畫素先行區分成複數個子畫素，讓每一子畫素產生原本之灰階，再藉由光學合成之方法，使得該畫素產生額外之灰階，其中顯示裝置可為一電泳顯示裝置、一反射式顯示裝置或一具有雙穩態之顯示裝置。在一實施例中，若一顯示裝置欲從目前可用之P灰階數擴充成具N(P-1)+1灰階數，其畫素會被先行區分成N個子畫素，接著將該N個子畫素分成M個子畫素群，其中該M個子畫素群中之每一個子畫素群均具有至少一個子畫素，且1~N中之每一數目可由該M個子畫素群中任意群其中之子畫素數目相加獲得，其中P、N和M為大於1之整數。根據此畫素設計，每一個子畫素群均由一個電晶體開關控制與對應資料線和掃描線間之耦接，換句話說，該M個子畫素群是由單一掃描線選擇，而由M條資料線分別傳送灰階電壓至對應群中之每一畫素電極。以下將以一電泳顯示裝置欲從目前可用之2灰階數擴充成具5灰階數為例來說明本發明之應用。
第2圖顯示根據本發一實施例可產生多重灰階之電泳顯示裝置等效電路圖。由於本實施例之電泳顯示裝置是從目前可用之2灰階數擴充成5灰階數，因此其畫素會區分成4個子畫素，該4個子畫素會被分成3個子畫素群，其中每一個子畫素群分別具有1個子畫素、1個子畫素和2個子畫素，因為1~4中之每一數目可由該3個子畫素群中任意個子畫素群其中之子畫素數目，分別為1、1和2，相加獲得。由於每一個子畫素群均由一個電晶體開關控制與對應資料線和掃描線間之耦接，因此在本實施例中，每一畫素將包括3電晶體分別控制每一個子畫素群，且該3個電晶體耦接一掃描線和分別耦接3條資料線。
依此，本實施例之電泳顯示裝置200，包含：一列驅動器201、一行驅動器202、平行排列於列方向之多條掃描線2041 ~204M 以及平行排列於行方向之多條第一資料線20311 ~2031N 、多條第二資料線2032 ~2032N 以及多條第三資料線2033 ~2033N 。其中第一資料線、第二資料線以及第三資料線依序排列且分別與行驅動器202耦接，掃描線204與列驅動器201耦接。掃描線2041 ~204M 和第一資料線20311 ~2031N 、第二資料線20321 ~2032N 以及第三資料線20331 ~2033N 交叉排列構成一多個排列成陣列狀之畫素205。
第3圖所示為根據本發明一實施例可產生多重灰階之畫素放大概略圖。畫素205係由相鄰之第一資料線20311 、第二資料線20321 以及第三資料線20331 和相鄰之掃描線2041 和2042 共同定義出。畫素205被平均分隔成四子畫素，分別為第一子畫素206、第二子畫素207、第三子畫素208以及第四子畫素209。此外，此4個子畫素會再被分成3個子畫素群，其中第一個子畫素群210包括第一子畫素206以及第四子畫素209，共同由一薄膜電晶體2061作為開關元件，其閘極耦接於掃描線2041 ，而源極耦接於資料線第一資料線20311 ，而汲極則耦接於畫素電極2062，其中畫素電極2062和一共同電極分別於第一子畫素206以及第四子畫素209中形成兩畫素電容2063和2064和一儲存電容2065。第二個子畫素群211包括第二子畫素207，由一薄膜電晶體2071作為開關元件，其閘極耦接於掃描線2041 ，而源極耦接於資料線第二資料線20321 ，而汲極則耦接於畫素電極2072，其中畫素電極2072和一共同電極形成一畫素電容2073和一儲存電容2074。第三個子畫素群212包括第三子畫素208，由一薄膜電晶體2081作為開關元件，其閘極耦接於掃描線2041 ，而源極耦接於資料線第三資料線20331 ，而汲極則耦接於畫素電極2082，其中畫素電極2082和一共同電極形成一畫素電容2083和一儲存電容2084。
其中薄膜電晶體2061、2071和2081可作為開關，分別控制第一子畫素206、第二子畫素207、第三子畫素208以及第四子畫素209。當一掃描電壓施加於掃描線2041 時，薄膜電晶體2061、2071和2081被打開，此時第一資料線20311 上所載之灰階電壓會經由薄膜電晶體2061傳送至畫素電極2062，並施加在和畫素電極2062相接之畫素電容2063和2064以及儲存電容2065，以於第一子畫素206以及第四子畫素209中之畫素電極2062呈現第一資料線20311 上所載之灰階電壓。另一方面，第二資料線20321 上所載之灰階電壓會經由薄膜電晶體2071傳送至畫素電極2072，並施加在和畫素電極2072相接之畫素電容2073以及儲存電容2074上，以於第二子畫素207中之畫素電極2072呈現第二資料線20321 上所載之灰階電壓。此外，第三資料線20331 上所載之灰階電壓會經由薄膜電晶體2081傳送至畫素電極2082，並施加在和畫素電極2082相接之畫素電容2083以及儲存電容2084上，以於第三子畫素208中之畫素電極2082呈現第三資料線20331 上所載之灰階電壓。藉由第一資料線20311 、第二資料線20321 以及第三資料線20331 傳送不同之灰階電壓至畫素電極2062、2072以及2082，使用光學合成之方法來增加影像顯示之灰階數目。
第4A圖至第4D圖為應用本發明之畫素產生5種不同灰階組合之畫素圖示。其中每一組合皆由四個子畫素所組成，其中灰階電壓V0 代表驅動白色粒子位在觀視面上，而呈現白色灰階，灰階電壓V1 代表驅動黑色粒子位在觀視面上，而呈現黑色灰階。依此，如第4A圖，當第一資料線20311 、第二資料線20321 以及第三資料線20331 均傳送灰階電壓V0 至第一子畫素206、第二子畫素207、第三子畫素208以及第四子畫素209時，此時僅白色粒子被驅動至觀視面，因此畫素205呈現白色灰階(第一灰階)。
如第4B圖，當第一資料線20311 以及第三資料線20331 傳送灰階電壓V0 至第一子畫素206、第三子畫素208以及第四子畫素209時，而第二資料線20321 傳送灰階電壓V1 至第二子畫素207時，此時第一子畫素206、第三子畫素208以及第四子畫素209驅動白色粒子至觀視面，第二子畫素207驅動黑色粒子至觀視面，因此畫素205呈現(白色+白色+白色+黑色)/4之灰階(第二灰階)，較第一灰階之灰階效果顏色較深。
如第4C圖，當第一資料線20311 傳送灰階電壓V0 至第一子畫素206以及第四子畫素209時，而第二資料線20321 以及第三資料線20331 傳送灰階電壓V1 至第二子畫素207以及第三子畫素208時，此時第一子畫素206以及第四子畫素209驅動白色粒子至觀視面，第二子畫素207以及第三子畫素208驅動黑色粒子至觀視面，因此畫素205呈現(白色+白色+黑色+黑色)/4之灰階(第三灰階)，較第二灰階灰階效果顏色較深。
如第4D圖，當第一資料線20311 以及第三資料線20331 傳送灰階電壓V1 至第一子畫素206、第三子畫素208以及第四子畫素209時，而第二資料線20321 傳送灰階電壓V0 至第二子畫素207時，此時第一子畫素206、第三子畫素208以及第四子畫素209驅動黑色粒子至觀視面，第二子畫素207驅動白色粒子至觀視面，因此畫素205呈現(黑色+黑色+黑色+白色)/4之灰階(第四灰階)，較第三灰階之灰階效果顏色較深。
如第4E圖，當第一資料線20311 、第二資料線20321 以及第三資料線20331 均傳送灰階電壓V1 至第一子畫素206、第二子畫素207、第三子畫素208以及第四子畫素209時，此時僅黑色粒子被驅動至觀視面，因此畫素205呈現黑色灰階(第五灰階)。
依此，藉由本發明實施例之畫素，可於原本之白色之第一灰階和黑色之第五灰階之外，額外產生三個不同之灰階，(白色+白色+白色+黑色)/4之第二灰階、(白色+白色+黑色+黑色)/4之第三灰階以及(黑色+黑色+黑色+白色)/4之第四灰階，因此可大幅擴展灰階階數，而提供較佳之影像顯示品質。換言之，本發明實施例藉由將一畫素區分成四子畫素，並利用光學合成之方法可將顯示之灰階數目從原本之2階擴展成5階。值得注意的是，本發明可用以將顯示之灰階數目從原本之2階擴展成任意階，並不僅限於上述之實施例。
例如，在另一實施例中，若一顯示裝置欲從目前可用之8灰階數擴充成具64灰階數，其畫素會被先行區分成9個子畫素，接著該9個子畫素會被分成4個子畫素群，其中每一個子畫素群分別具有1個子畫素、2個子畫素、2個子畫素和4個子畫素，因為1~9中之每一數目可由該4個子畫素群中任意群其中之子畫素數目，分別為1,2,2和4，相加獲得。此外，根據本發明，由於每一個子畫素群均由一個電晶體開關控制與對應資料線和掃描線間之耦接，因此在本實施例中，每一畫素將包括4電晶體，4條資料線和一掃描線間之耦接。其中該4電晶體分別控制每一個子畫素群與對應資料線間之耦接。
綜合上述所言，本發明係藉由畫素設計，搭配光學合成之方法使得一畫素顯示之灰階數目可從原本之階數擴展成任意階。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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，當可作各種之更動與潤飾，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。
101,102．．．透明玻璃基板
103．．．電子墨水層
108．．．黑色粒子
109．．．白色粒子
200．．．電泳顯示裝置
201．．．列驅動器
202．．．行驅動器
20311 ~2031N ．．．第一資料線
20321 ~2032N ．．．第二資料線
20331 ~2033N ．．．第三資料線
2041 ~204M ．．．掃描線
205．．．畫素
206．．．第一子畫素
207．．．第二子畫素
208．．．第三子畫素
209．．．第四子畫素
2061、2071和2081．．．薄膜電晶體
2062、2072．．．畫素電極
2063、2064、2073和2083．．．畫素電容
2065、2074和2084．．．儲存電容
V0 和V1 ．．．灰階電壓
210．．．第一個子畫素群
211．．．第二個子畫素群
212．．．第三個子畫素群
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖所示為一電泳顯示裝置之概略圖示。
第2圖顯示根據本發一實施例可產生多重灰階之電泳顯示裝置等效電路圖。
第3圖所示為根據本發明一實施例可產生多重灰階之畫素放大概略圖。
第4A圖至第4E圖為應用本發明之畫素產生5種不同灰階組合之畫素圖示。
20311 ．．．第一資料線
20321 ．．．第二資料線
20331 ．．．第三資料線
2041 ~2042 ．．．掃描線
205．．．畫素
206．．．第一子畫素
207．．．第二子畫素
208．．．第三子畫素
209．．．第四子畫素
2061、2071和2081．．．薄膜電晶體
2062、2072和2082．．．畫素電極
2063、2064、2073和2083．．．畫素電容
2065、2074和2084．．．儲存電容
210．．．第一個子畫素群
211．．．第二個子畫素群
212．．．第三個子畫素群

Claims (9)

  1. 一種顯示裝置，其中該顯示裝置可從目前使用的P灰階數擴充成可顯示N(P-1)+1灰階數，至少包含：一列驅動器；一行驅動器；複數條掃描線，耦接該列驅動器並沿一列方向排列；以及複數條資料線，耦接該行驅動器並沿一行方向排列，其中該些條掃描線與該些條資料線交叉排列形成一具有複數個畫素之畫素陣列，其中該畫素陣列中之每一該畫素被分為N個子畫素，該N個子畫素更被分成M個子畫素群，其中該M個子畫素群中之每一該子畫素群均具有至少一個該子畫素，且N和M為大於1之整數，每一該畫素包括：M個電晶體，耦接該些條掃描線其中之一及分別耦接該些條資料線中之M條該資料線，其中該M個電晶體分別控制該M個子畫素群，以顯示對應之灰階，且該M條資料線是分別設置於該些畫素中的一對應者的相對兩側。
  2. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該顯示裝置為一電泳式顯示裝置、一反射式顯示裝置或一具有雙穩態之顯示裝置。
  3. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該行驅動器可產生P個灰階電壓，P為大於1的整數。
  4. 如請求項3所述之顯示裝置，其中N為4，M為3，且該3個子畫素群分別具有1個該子畫素、1個該子畫素和2個該子畫素，其中透過該3個電晶體之控制使該3條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該3個子畫素群。
  5. 如請求項3所述之顯示裝置，其中N為9，M為4，且該4個子畫素群分別具有1個該子畫素、2個該子畫素、2個該子畫素和4個該子畫素，其中透過該4個電晶體之控制使該4條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該4個子畫素群。
  6. 一種可從目前使用的P灰階數擴充成可顯示N(P-1)+1灰階數之方法，係用於一顯示裝置中，其中該顯示裝置具有一列驅動器、一行驅動器、複數條掃描線及複數條資料線，該方法至少包含：形成一由該些條掃描線與該些條資料線所定義之畫素陣列，其中該畫素陣列具有複數個畫素，且該行驅動器可產生P個灰階電壓，P為大於1的整數；將每一該畫素分成N個子畫素；將該N個子畫素分成M個子畫素群，其中該M個子畫素群中之每一該子畫素群均具有至少一個該子畫素，且N和M為大於1之整數；以及形成M個電晶體分別控制該M個子畫素群，其中該M個電晶體耦接該些條掃描線其中之一及分別耦接該些條資 料線中之M條該資料線，並透過該M個電晶體之控制使該M條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該M個子畫素群；其中該M條資料線是分別設置於該些畫素中的一對應者的相對兩側。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該顯示裝置為一電泳式顯示裝置、一反射式顯示裝置或一具有雙穩態之顯示裝置。
  8. 如請求項6所述之方法，其中N為4，M為3，且該3個子畫素群分別具有1個該子畫素、1個該子畫素和2個該子畫素，其中透過該3個電晶體之控制使該3條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該3個子畫素群。
  9. 如請求項6所述之方法，其中N為9，M為4，且該4個子畫素群分別具有1個該子畫素、2個該子畫素、2個該子畫素和4個該子畫素，其中透過該4個電晶體之控制使該4條資料線分別傳送該P個灰階電壓之一至該4個子畫素群。
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