TWI494911B - 液晶顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示裝置及其驅動方法
本發明係關於一種液晶顯示裝置及其驅動方法，特別關於一種主動矩陣式液晶顯示裝置及其驅動方法。
隨著科技的進步，顯示裝置已經廣泛的被運用在各種領域，尤其是液晶顯示裝置，因具有體型輕薄、低功率消耗及無輻射等優越特性，已經漸漸地取代傳統陰極射線管顯示裝置，而應用至許多種類之電子產品中。其中，水平驅動式的顯示面板，例如平面切換(in-plane switch，IPS)式或邊緣電場切換(fringe field switching，FFS)式液晶顯示面板多應用在手持式電子裝置中，例如智慧型手機、平板電腦、個人數位助理、數位相機、或筆記型電腦等。由於微處理器的精進，手持式裝置功能提昇卻也增加了耗電量。
請參照圖1A及圖1B所示，其中，圖1A為一種習知之液晶顯示裝置中，兩相鄰畫素PA、PB之電路示意圖，而圖1B為圖1A之畫素PA、PB的訊號示意圖。
如圖1A之電路所示，耦合電容CC1 係耦接於畫素電極VA 與另一掃描線G2之間，而耦合電容CC2 耦接於畫素電極VB 與另一掃描線G1之間。另外，如圖1B所示，於此，掃描線G2、G3之掃描訊號(仍顯示為G2、G3)分別是以兩個電位來操作，例如高電位VGH 為22V，低電位 VGL 為-7V。其中，於時間T1內，掃描訊號G3、G2分別使開關元件SA 、SB 導通，而資料訊號(例如0.5V之電壓訊號)分別輸入畫素電極VA 、VB ，使畫素電極VA 、VB 分別具有0.5V的電壓。於時間T2內，掃描訊號G3使開關元件SA 截止，而掃描訊號G2持續使開關元件SB 導通，此時資料訊號(例如6.5V的電壓)輸入畫素電極VB ，使畫素電極VB 具有6.5V的電壓。
對已充電至0.5V之畫素電極VA 而言，掃描訊號G3於時間t2時由22V降至-7V，會對畫素電極VA 產生一前饋效應(feedthrough effect)，藉由開關元件SA 之閘汲極寄生電容所產生的電容耦合效應，會使畫素電極VA 之電壓第一次降低至例如-0.5V(降低1V)。另外，掃描訊號G2於時間t3時由22V降至-7V時，會藉由耦合電容CC1 對畫素PA產生另一次的電容耦合效應，使畫素電極VA 之電壓由-0.5V降低至例如-5.5V(降低5V)。藉此，僅於資料線Data上施以0.5V，就可使畫素電極VA 具有-5.5V而使畫素PA操作於負極性。因此，資料線可比傳統之負極性畫素操作所需有較小的電壓擺幅(較小的高低電位差)，故可縮小負極性的資料線之輸出電壓的擺幅而達到省電的目的。
對於畫素PB而言，與耦合電容CC2 連接的掃描線G1的掃描需早於掃描線G2之前結束，因此，於時間t3時，已被充電至6.5V之畫素電極VB 僅受掃描線G2由高電位降至低電位所引發的前饋效應的影響，只下降至5.5V(下 降1V)，使畫素PB操作於正極性的操作電壓。
承上，如何提供一種液晶顯示裝置及其驅動方法，可縮小資料線之正負極性操作電壓的擺幅而降低資料線驅動電路的功率消耗，進而達到省電目的，已成為當前重要課題。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可縮小資料線之正負極性操作電壓的擺幅而降低資料線驅動電路的功率消耗，進而達到省電的目的之液晶顯示裝置及其驅動方法。
為達上述目的，依據本發明之一種液晶顯示裝置具有至少一畫素，畫素包括一第一掃描線、一第二掃描線、一資料線、一開關元件、一畫素電極以及一耦合電容。第一掃描線係傳送一第一掃描訊號。第二掃描線係傳送一第二掃描訊號，第一掃描訊號及第二掃描訊號於一圖框時間內分別包含三種不同之一第一電位、一第二電位及一第三電位。資料線分別與第一掃描線及第二掃描線交錯設置。開關元件分別耦接於第一掃描線及資料線。畫素電極耦接於開關元件，第一掃描線驅動開關元件導通時，畫素電極係藉由資料線接收一資料訊號。耦合電容分別耦接於畫素電極及第二掃描線之間，其中，當第二掃描訊號由第二電位變化至第三電位時，畫素電極係為負極性，當第二掃描訊號由第三電位變化至第二電位時，畫素電極係為正極性。
為達上述目的，依據本發明之一種液晶顯示裝置之驅動方法，液晶顯示裝置具有至少一畫素，畫素具有一第一掃描線、一第二掃描線、一資料線、一開關元件以及一畫素電極，資料線分別與第一掃描線及第二掃描線交錯設置，開關元件分別耦接於第一掃描線及資料線，畫素電極耦接於開關元件，耦合電容分別耦接於畫素電極及第二掃描線之間，驅動方法包括：於一圖框時間內藉由第一掃描線傳送一第一掃描訊號驅動開關元件導通，以使畫素電極接收由資料線傳送之一資料訊號，其中第一掃描線於圖框時間內包含三種不同之一第一電位、一第二電位及一第三電位、於該圖框時間內藉由第二掃描線傳送一第二掃描訊號至耦合電容，其中第二掃描訊號於圖框時間內包含第一電位、第二電位及第三電位、當第二掃描訊號由第二電位變化至第三電位時，畫素電極的電位係為負極性；以及當第二掃描訊號之電位由第三電位變化至第二電位時，畫素電極係為正極性。
承上所述，液晶顯示裝置可藉由上述三種不同電位之掃描訊號來驅動該等畫素，藉此，可以較小的資料線操作電壓擺幅就可使畫素達到操作所需較大的正負極性電位，因此可縮小資料線之正負極性操作電壓的擺幅而降低資料線驅動電路的功率消耗，進而達到省電的目的。
先說明的是，本發明之液晶顯示裝置可為一平面切換 (in-plane switch，IPS)式液晶顯示裝置、或為一邊緣電場切換(fringe field switching，FFS)式液晶顯示裝置，或者是其他水平驅動式的液晶顯示裝置。
首先，請參照圖2所示，其為本發明較佳實施例之一種液晶顯示裝置1之示意圖。
本發明之液晶顯示裝置1係包含一顯示面板11及一驅動模組。其中，驅動模組具有一掃描線驅動電路121、一掃描線驅動電路122、一資料線驅動電路123及一時序控制電路124。
顯示面板11具有至少一畫素，而驅動模組係藉由至少一掃描線及至少一資料線驅動顯示面板11。在本實施例中，液晶顯示裝置1係以具有複數畫素、複數條掃描線G1~Gm(Gm未顯示)及複數條資料線D1~Dn為例。其中，該等掃描線及該等資料線係呈交錯設置以形成該等畫素陣列。而顯示面板11係藉由該等掃描線及該等資料線與驅動模組電性耦接。在實施上，該等畫素可分別為紅色畫素、綠色畫素或藍色畫素。特別一提的是，於本發明的圖式中，掃描線與資料線的交錯處並沒有使用「跨線」來表示兩條線沒有連接，也沒有使用「點」來表示兩條線有連接。例如圖2之掃描線G1與資料線D1雖然是交錯，但熟知此領域技藝之人員理應了解，兩者並沒有直接連接。
在本實施例中，掃描線驅動電路121及掃描線驅動電路122係分別設置於顯示面板11之兩側。其中，掃描線 驅動電路121係藉由奇數的掃描線(例如G1、G3...)與顯示面板11電性耦接，而掃描線驅動電路122係藉由偶數的掃描線(例如G2、G4...)與顯示面板11電性耦接。另外，資料線驅動電路123係藉由該等資料線與顯示面板11電性耦接。不過，於其它的實施態樣中，也可只設置一掃描線驅動電路，並設置於顯示面板11之一側。
時序控制電路124分別與掃描線驅動電路121、122及資料線驅動電路123電性耦接。時序控制電路124可傳送垂直時脈訊號及垂直同步訊號至掃描線驅動電路121、122，並將自外部介面所接收的視訊訊號轉換成資料線驅動電路123所用的資料訊號，並傳送資料訊號、水平時脈訊號及水平同步訊號至資料線驅動電路123。另外，掃描線驅動電路121、122係依據垂直時脈訊號及垂直同步訊號依序導通該等掃描線。當該等掃描線分別導通時，資料線驅動電路123係將對應每一列畫素的資料訊號，藉由該等資料線將電壓訊號傳送至各畫素的畫素電極，以顯示影像畫素。
以下，以圖2之畫素P1、P2來說明顯示面板11之畫素結構。
畫素P1係包括一第一掃描線、一第二掃描線、一資料線、一開關元件S、一畫素電極VP 、一電容CP 以及一耦合電容C。
第一掃描線係可傳送一第一掃描訊號，而第二掃描線係可傳送一第二掃描訊號。本發明之第一掃描訊號及第二 掃描訊號係於一圖框時間內可分別包含三種不同之一第一電位VGH 、一第二電位VGM 及一第三電位VGL 。其中，第一電位VGH 高於第二電位VGM ，第二電位VGM 高於第三電位VGL 。在以下的說明中，第一電位VGH 例如係以15V，第二電位VGM 例如係以0V，而第三電位VGL 例如係以-10V為例。其中，於畫素P1中，第一掃描線係為掃描線G1，而第二掃描線係為掃描線G2。
另外，資料線分別與第一掃描線及第二掃描線交錯設置。於畫素P1中，該資料線係為資料線D2(與畫素P1連接之資料線)。
開關元件S係分別耦接於第一掃描線及資料線。於此，開關元件S係分別耦接於掃描線G1及資料線D2。
另外，畫素電極VP 係耦接於開關元件S。於此，開關元件S之閘極係與掃描線G1耦接，開關元件S之源極係與資料線D2耦接，而開關元件S之汲極係與畫素電極VP 耦接。其中，第一掃描線(掃描線G1)驅動開關元件S導通時，畫素電極VP 係可藉由資料線(資料線D2)接收由資料線驅動電路123傳送之一資料訊號，以使畫素P1顯示對應的灰階。
耦合電容C係分別耦接於畫素電極VP 及第二掃描線之間。於此，耦合電容C係分別耦接於畫素電極VP 及掃描線G2之間。此外，畫素P1更可包括一電容CP ，電容CP 係耦接於畫素電極VP 與一共同電極Vcom(common electrode，圖2中以符號▽表示)之間。在本發明中，共 同電極Vcom例如為一直流偏壓。此外，於圖2中，電容CP 係可代表畫素之液晶電容及儲存電容。
畫素P2係包括一第一掃描線、一第二掃描線、一資料線、一開關元件S、一畫素電極VP 、一電容CP 以及一耦合電容C。
第一掃描線係可傳送一第一掃描訊號，而第二掃描線係可傳送一第二掃描訊號。與畫素P1相同，第一掃描訊號及第二掃描訊號係於一圖框時間內分別包含三種不同之一第一電位VGH 、一第二電位VGM 及一第三電位VGL 。其中，第一電位VGH 高於第二電位VGM ，第二電位VGM 高於第三電位VGL 。於畫素P2中，第一掃描線係為掃描線G3，而第二掃描線係為掃描線G2。
另外，資料線分別與第一掃描線及第二掃描線交錯設置。於畫素P2中，該資料線係為資料線D2。
開關元件S係分別耦接於第一掃描線及資料線。於此，開關元件S係分別耦接於掃描線G3及資料線D2。
另外，畫素電極VP 係耦接於開關元件S。於此，開關元件S之閘極係與掃描線G3耦接，而開關元件S之源極係與資料線D2耦接，而開關元件S之汲極係與畫素電極VP 耦接。其中，第一掃描線(掃描線G3)驅動開關元件S導通時，畫素電極VP 係可藉由資料線(資料線D2)接收由資料線驅動電路123傳送之一資料訊號，以使畫素P2顯示對應的灰階。
另外，耦合電容C係分別耦接於畫素電極VP 及第二 掃描線之間。於此，耦合電容C係分別耦接於畫素電極VP 及掃描線G2之間。此外，畫素P2更可包括一電容CP ，電容CP 耦接於畫素電極VP 與一共同電極Vcom之間。
特別強調的是，本實施例所述之第一掃描線不一定是指掃描線G1，而第二掃描線並不一定是指掃描線G2，端視畫素之開關元件S所連接的掃描線而定。換言之，控制該畫素之開關元件S導通與否之掃描線即稱為第一掃描線，而畫素中，與耦合電容C電性耦接之掃描線即為第二掃描線。另外，上述之資料線亦不專指某一條資料線，而是指與畫素中之開關元件S電性耦接之資料線。因此，如圖2所示，畫素P1、P2係可具有部分重疊，例如掃描線G2係可分別包含於畫素P1與P2內，而資料線D2亦可分別包含於畫素P1與P3內，以此類推。
本發明之開關元件S係可包含一金屬氧化物薄膜電晶體，例如可為一氧化銦鎵鋅薄膜電晶體(indium gallium zinc oxide TFT，IGZO-TFT)。其中，金屬氧化物薄膜電晶體具有低漏電流(漏電流介於10-14 安培至10-18 安培)、高電子能隙(約3.1電子伏特)及對光照射不敏感等特性。當元件隨著閘極電極施加負偏壓越大時，由於漏電流相當小，故畫素電極的電壓容易維持，且不會因漏電流而導致垂直串音(Vertical crosstalk)。另外，此一氧化銦鎵鋅薄膜電晶體其臨界電壓(Threshold voltage,Vth )大於0伏特，為增益型(Enhancement mode)電晶體，即閘極電壓在0伏時元件為關閉狀態。因此，在本發明中，第一電位VGH (例如15V)係可使開關元件S導通(VGH 為開關元件S之最大導通電壓)，而第二電位VGM (例如0V)及第三電位VGL (例如-10V)係分別使開關元件S關閉(不導通)。
另外，本發明設計了兩種掃描線之掃描訊號的波形變化，並於以下的實施例中使用。其中，第一種如圖3A所示，而第二種如圖3B所示。於圖3A中，掃描訊號由第三電位VGL 改變至第一電位VGH ，並由第一電位VGH 改變至第三電位VGL ，再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM 。於圖3B中，掃描訊號係由第二電位VGM 改變至第一電位VGH ，並由第一電位VGH 改變至第二電位VGM ，再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL 。
請再參照圖2所示，於此，畫素P1~P4係為一畫素單元A。藉由說明畫素單元A之驅動過程，熟知此領域技藝之人員即可得知整個液晶顯示裝置1的驅動。
以下請分別參照圖4A至圖11B所示，以說明畫素單元A於二個連續圖框時間(即第一圖框時間及第二圖框時間)之驅動過程。於此，液晶顯示裝置1之資料線驅動電路123輸出訊號之電壓極性係為欄反轉(column inversion)模式。
請參照圖4A及圖4B所示，其中，圖4A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖4B為圖4A之畫素單元A的畫素P1於第一圖框時間時之波形示意圖。
於第一圖框時間時，第一掃描線(掃描線G1)及第二掃描線(掃描線G2)係分別由第三電位VGL 改變至第一電 位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G1)之第一電位VGH 而導通，故資料線D2的電壓(以Vdata表示)係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D2係操作於正極性。
於時間t2時，因掃描線G1(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，在電荷守恆的原則下，內部電荷會重新分配，並藉由畫素P1之開關元件S的閘汲極寄生電容(CGD )所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而電位差VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGH )，VFT1 <0，其中，CGD 為開關元件S的寄生電容，CP 為畫素電極VP 與共同電極Vcom之間的電容(液晶電容及儲存電容)，而C為畫素電極VP 與掃描線G2電極之間的耦合電容。
於時間t3時，因掃描線G1(第一掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，並藉由畫素P1之開關元件S的閘汲極寄生電容(CGD )所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(上升VFT2 )，而電位差VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VFT2 >0。值得一提的是，於時間t2與時間t3之間，掃描線G2(第二掃描線)雖有一次由第三電位VGL 上升至第一電位VGH ，及一次由第一 電位VGH 下降至第三電位VGL ，但其所分別造成的前饋效應剛好抵銷(一正一負)，故對畫素電極VP 之電位不會造成實質的影響。
於時間t4時，因掃描線G2(第二掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，在電荷守恆的原則下，內部電荷會重新分配，並藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(上升VPPS ，PPS為pixel potential shift on Gate)，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VPPS >0，其中，耦合電容C的電容值大小可依據顯示面板11之該等畫素所欲呈現的畫面來設計。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VFT2 +VPPS ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom>0，故畫素電極VP 係為正極性。
另外，請參照圖5A及圖5B所示，其中，圖5A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖5B為圖5A之畫素單元A的畫素P2於第一圖框時間時之波形示意圖。
於第一圖框時間時，第一掃描線(掃描線G3)係由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL ，而第二掃描線(掃描線G2)係由第三電位VGL 改變至第一電位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G3)之第一電位VGH 而 導通，故資料線D2的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D2操作於正極性。
於時間t2時，因掃描線G3(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第二電位VGM ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G2(第二掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(上升VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VPPS >0。
於時間t4時，因掃描線G3(第一掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(下降，VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )VFT2 <0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VPPS +VFT2 ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom>0，故畫素電極VP 亦為正極性。
另外，請參照圖6A及圖6B所示，其中，圖6A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖6B為圖6A之畫素單元A的畫素P3於第一圖框時間時之波形示意圖。
於第一圖框時間時，第一掃描線(掃描線G2)及第二 掃描線(掃描線G1)係分別由第三電位VGL 改變至第一電位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G2)之第一電位VGH 而導通，故資料線D2的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D2係操作於正極性。
於時間t2時，因掃描線G2(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第三電位VGL ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G1(第二掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(上升VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VPPS >0。
於時間t4時，因掃描線G2(第一掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(上升VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VFT2 >0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VPPS +VFT2 ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom>0，故畫素電極VP 亦為正極性。
另外，請參照圖7A及圖7B所示，其中，圖7A為圖 2之畫素單元A的示意圖，而圖7B為圖7A之畫素單元A的畫素P4於第一圖框時間時之波形示意圖。
於第一圖框時間時，第一掃描線(掃描線G2)係由第三電位VGL 改變至第一電位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM ，而第二掃描線(掃描線G3)係由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G2)之第一電位VGH 而導通，故資料線D3的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D3相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D3係操作於負極性。
於時間t2時，因掃描線G2(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第三電位VGL ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G2(第一掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(上升VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VFT2 >0。
於時間t4時，因掃描線G3(第二掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(下降VPPS )，而 VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VPPS <0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VFT2 +VPPS ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom<0，故畫素電極VP 為負極性。
另外，請參照圖8A及圖8B所示，其中，圖8A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖8B為圖8A之畫素單元A的畫素P1於第二圖框時間時之波形示意圖。
於第二圖框時間時，第一掃描線(掃描線G1)及第二掃描線(掃描線G2)係分別由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G1)之第一電位VGH 而導通，故資料線D2的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D2係操作於負極性。
於時間t2時，因掃描線G1(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第二電位VGM ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G1(第一掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(下降VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VFT2 <0。 值得一提的是，於時間t2與時間t3之間，掃描線G2(第二掃描線)雖有一次由第二電位VGM 上升至第一電位VGH ，及一次由第一電位VGH 下降至第二電位VGM ，但其所分別造成的前饋效應剛好抵銷(一正一負)，故對畫素電極VP 之電位不會造成實質的影響。
於時間t4時，因掃描線G2(第二掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(下降VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VPPS <0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VFT2 +VPPS ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom<0，故畫素電極VP 為負極性。
另外，請參照圖9A及圖9B所示，其中，圖9A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖9B為圖9A之畫素單元A的畫素P2於第二圖框時間時之波形示意圖。
於第二圖框時間時，第一掃描線(掃描線G3)係由第三電位VGL 改變至第一電位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM ，而第二掃描線(掃描線G2)由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G3)之第一電位VGH 而導通，故資料線D2的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料 線D2係操作於負極性。
於時間t2時，因掃描線G3(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第三電位VGL ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G2(第二掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(下降VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VPPS <0。
於時間t4時，因掃描線G3(第一掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(上升VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VFT2 >0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VPPS +VFT2 ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom<0，故畫素電極VP 為負極性。
另外，請參照圖10A及圖10B所示，其中，圖10A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖10B為圖10A之畫素單元A的畫素P3於第二圖框時間時之波形示意圖。
於第二圖框時間時，第一掃描線(掃描線G2)及第二掃描線(掃描線G1)係分別由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL 。因此，於時間t1與時間t2之間，開 關元件S因第一掃描線(掃描線G2)之第一電位VGH 而導通，故資料線D2的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D2相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D2係操作於負極性。
於時間t2時，因掃描線G2(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第二電位VGM ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G1(第二掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(下降VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VPPS <0。
於時間t4時，因掃描線G2(第一掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(下降VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VFT2 <0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VPPS +VFT2 ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom<0，故畫素電極VP 為負極性。
另外，請參照圖11A及圖11B所示，其中，圖11A為圖2之畫素單元A的示意圖，而圖11B為圖11A之畫素單元A的畫素P4於第二圖框時間時之波形示意圖。
於第二圖框時間時，第一掃描線(掃描線G2)係由第二電位VGM 改變至第一電位VGH 、再改變至第二電位VGM ，之後再由第二電位VGM 改變至第三電位VGL ，而第二掃描線(掃描線G3)係由第三電位VGL 改變至第一電位VGH 、再改變至第三電位VGL ，之後再由第三電位VGL 改變至第二電位VGM 。因此，於時間t1與時間t2之間，開關元件S因第一掃描線(掃描線G2)之第一電位VGH 而導通，故資料線D3的電壓係輸入畫素電極VP ，使得畫素電極VP 具有與資料線D3相同的電位(VP =Vdata)。於此，資料線D1操作於正極性。
於時間t2時，因掃描線G2(第一掃描線)由第一電位VGH 降低至第二電位VGM ，故會對畫素電極VP 產生第一次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第一次變化(降低VFT1 )，而VFT1 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGM -VGH )，VFT1 <0。
於時間t3時，因掃描線G2(第一掃描線)由第二電位VGM 下降至第三電位VGL ，會對畫素電極VP 產生第二次的前饋效應，使畫素電極VP 之電位產生第二次變化(下降VFT2 )，而VFT2 =CGD /(CGD +CP +C)×(VGL -VGM )，VFT2 <0。值得一提的是，於時間t2與時間t3之間，掃描線G3(第二掃描線)雖有一次由第三電位VGL 上升至第一電位VGH ，及一次由第一電位VGH 下降至第三電位VGL ，但其所分別造成的前饋效應剛好抵銷(一正一負)，故對畫素電極VP 之電位不會造成實質的影響。
於時間t4時，因掃描線G3(第二掃描線)由第三電位VGL 上升至第二電位VGM ，會對畫素電極VP 產生第三次的前饋效應，藉由耦合電容C所產生的電容耦合效應，使畫素電極VP 之電位產生第三次變化(上升VPPS )，而VPPS =C/(CGD +CP +C)×(VGM -VGL )，VPPS >0。因此，畫素電極VP =Vdata+VFT1 +VFT2 +VPPS ，使得畫素電極與共同電極之電位差△VLC =VP -Vcom>0，故畫素電極VP 為正極性。
總而言之，上述所有畫素的驅動過程中，都可經過二次開關元件S的閘汲極寄生電容所產生的電容耦合效應，而得到VFT1 、VFT2 。另外，經過一次的耦合電容C所產生的電容耦合效應，以得到VPPS 。其中，耦合電容C的電容值大小可依據顯示面板11之該等畫素所欲呈現的畫面來設計。
承上，本發明之液晶顯示裝置1可藉由上述三種不同電位之掃描訊號來驅動該等畫素，使得畫素電極之正負極性的電位差大於資料訊號之正負極性的電位差，並可以較小的資料線操作電壓擺幅(假設原本資料線輸出高低電壓差例如為10V，使用本發明就可使資料線輸出高低電壓差只要例如5V即可)就可使畫素達到操作所需較大的正負極性電位。因此，本發明可縮小資料線之正負極性操作電壓的擺幅而降低資料線驅動電路的功率消耗，進而達到省電的目的。
另外，請參照圖12A及圖12B所示，其分別為本發明 較佳實施例之液晶顯示裝置1於第一圖框時間及第二圖框時間時，畫素之極性反轉模式的示意圖。
本發明之液晶顯示裝置1之資料線驅動電路123輸出訊號之電壓極性係為欄反轉模式，而於第一圖框時間所呈現的畫素極性反轉模式如圖12A所示，於第二圖框時間所呈現的畫素極性反轉模式如圖12B所示，於此稱為2-Dot Shift反轉(2-Dot shift inversion)模式。2-Dot Shift反轉模式可使顯示裝置呈現出較好的畫面品質，因此，液晶顯示裝置1可應付高解析度面板的顯示要求，例如手持式電子裝置(智慧型手機、平板電腦、PDA、數位相機、筆記型電腦等)。另外，與習知相較，液晶顯示裝置1之資料線及掃描線各只增加一條，故不會降低開口率。
另外，請參照圖13所示，其為本發明較佳實施例之一種液晶顯示裝置1之驅動方法的流程示意圖。
液晶顯示裝置包含複數畫素，各畫素具有一第一掃描線、一第二掃描線、一資料線、一開關元件以及一畫素電極，資料線分別與第一掃描線及第二掃描線交錯設置，開關元件分別耦接於第一掃描線及資料線，畫素電極耦接於開關元件，耦合電容分別耦接於畫素電極及第二掃描線之間。
液晶顯示裝置1之驅動方法包括步驟S01及步驟S04。
首先，步驟S01係為，於一圖框時間內藉由第一掃描線傳送一第一掃描訊號驅動開關元件導通，以使畫素電極接收由資料線傳送之一資料訊號，其中第一掃描線於圖框 時間內包含三種不同之一第一電位、一第二電位及一第三電位。於此，於該圖框時間內，第一掃描線由第一電位改變至第三電位，再改變至第二電位，或由第一電位改變至第二電位，再改變至第三電位。其中，當第一掃描訊號的電位發生變化時，係由開關元件之一寄生電容藉由電容耦合效應改變畫素電極之電位。另外，係藉由第一掃描線之第一電位使開關元件導通，並藉由第一掃描線之第二電位及第三電位分別使開關元件截止。
接著，步驟S02係為，於該圖框時間內藉由第二掃描線傳送一第二掃描訊號至耦合電容，其中第二掃描訊號於圖框時間內包含第一電位、第二電位及第三電位。於此，於該圖框時間內，第二掃描線係由第一電位改變至第三電位，再改變至第二電位，或由第一電位改變至第二電位，再改變至第三電位。其中，第一掃描訊號及第二掃描訊號之第一電位高於第二電位，第二電位高於第三電位。特別注意的是，步驟S01及步驟S02的順序係可相反。
再者，步驟S03為，當第二掃描訊號由第二電位變化至第三電位時，畫素電極的電位係為負極性。
最後，步驟S04為，當第二掃描訊號之電位由第三電位變化至第二電位時，畫素電極係為正極性。其中，當第二掃描訊號之電位發生變化時，係由耦合電容藉由電容耦合效應改變畫素電極之電位。另外，畫素電極之正負極性的電位差係大於資料訊號之正負極性的電位差。
此外，液晶顯示裝置1之驅動方法的其它技術特徵已 於上述中詳述，於此不再贅述。
綜上所述，本發明之液晶顯示裝置可藉由三種不同電位之掃描訊號來驅動該等畫素，藉此，可以較小的資料線操作電壓擺幅就可使畫素達到操作所需較大的正負極性電位。因此，本發明可縮小資料線之正負極性操作電壓的擺幅而降低資料線驅動電路的功率消耗，進而達到省電的目的。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧液晶顯示裝置
11‧‧‧顯示面板
121、122‧‧‧掃描線驅動電路
123‧‧‧資料線驅動電路
124‧‧‧時序控制電路
A‧‧‧畫素單元
C、CC1 、CC2 ‧‧‧耦合電容
CLC1 、CLC2 ‧‧‧液晶電容
CP ‧‧‧電容
CST1 、CST2 ‧‧‧儲存電容
D1~Dn、Data‧‧‧資料線
G1~Gm‧‧‧掃描線
P1~P4、PA、PB‧‧‧畫素
S、SA 、SB ‧‧‧開關元件
S01~S04‧‧‧步驟
Vcom‧‧‧共同電極
Vdata‧‧‧電位
VFT1 、VFT2 、△VLC 、VPPS ‧‧‧電位差
VGH ‧‧‧第一電位
VGL ‧‧‧第三電位
VGM ‧‧‧第二電位
VA 、VB 、VP ‧‧‧畫素電極
t1~t4、T1、T2‧‧‧時間
圖1A為一種習知之液晶顯示裝置中，兩相鄰畫素之電路示意圖；圖1B為圖1A之畫素的訊號示意圖；圖2為本發明較佳實施例之一種液晶顯示裝置之示意圖；圖3A及圖3B分別為本發明之掃描訊號的波形示意圖；圖4A、圖5A~圖11A分別為圖2之畫素單元之示意圖；圖4B、圖5B~圖11B分別為圖4A、圖5A~圖11A之畫素單元的畫素於第一圖框時間及第二圖框時間時之波形示意圖； 圖12A及圖12B分別為本發明較佳實施例之液晶顯示裝置於第一圖框時間及第二圖框時間時，畫素之極性反轉模式的示意圖；以及圖13為本發明較佳實施例之一種液晶顯示裝置之驅動方法的流程示意圖。
G1~G3‧‧‧掃描線
Vcom‧‧‧共同電極
Vdata‧‧‧電位
VFT1 、VFT2 、△VLC 、VPPS ‧‧‧電位差
VGH ‧‧‧第一電位
VGL ‧‧‧第三電位
VGM ‧‧‧第二電位
VP ‧‧‧電位
t1~t4‧‧‧時間

Claims (12)

  1. 一種液晶顯示裝置，包括：一第一掃描線，係傳送一第一掃描訊號；一第二掃描線，係傳送一第二掃描訊號；一第三掃描線，係傳送一第三掃描訊號，該第一掃描訊號、該第二掃描訊號及該第三掃描訊號於一圖框時間內分別包含三種不同之一第一電位、一第二電位及一第三電位；一資料線，分別與該第一掃描線、該第二掃描線及該第三掃描訊號交錯設置；一第一開關元件及一第二開關元件，分別耦接於該第一掃描線、該第三掃描線及該資料線；一第一畫素電極及一第二畫素電極，分別耦接於該第一開關元件及該第二開關，該第一掃描線驅動該第一開關元件導通及該第三掃描線驅動該第二開關元件導通時，該第一畫素電極及該第二畫素電極係藉由該資料線接收一資料訊號；以及一第一耦合電容及一第二耦合電容，分別耦接該第一畫素電極及該第二畫素電極，並共同耦接於該第二掃描線，其中，當該第一掃描訊號及該第二掃描訊號由該第二電位變化至該第三電位而該第三掃描訊號由該第三電位變化至該第二電位，該第一畫素電極及該第二畫素電極皆為負極性，當該第一掃描訊號及該第二 掃描訊號由該第三電位變化至該第二電位而該第三掃描訊號由該第二電位變化至該第三電位，該第一畫素電極及該第二畫素電極皆為正極性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第一電位高於該第二電位，該第二電位高於該第三電位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示裝置，其中於該圖框時間內，該第一掃描線由該第一電位改變至該第三電位，再改變至該第二電位，或由該第一電位改變至該第二電位，再改變至該第三電位。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示裝置，其中於該圖框時間內，該第二掃描線由該第一電位改變至該第三電位，再改變至該第二電位，或由該第一電位改變至該第二電位，再改變至該第三電位。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中當該第一掃描訊號的電位發生變化時，係由該第一開關元件之一寄生電容藉由電容耦合效應改變該第一畫素電極之電位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中當該第二掃描訊號之電位發生變化時，係由該第一耦合電容藉由電容耦合效應改變該第一畫素電極之電位。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第一開關元件係包含一金屬氧化物薄膜電晶體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該 第一掃描線之該第一電位使該第一開關元件導通，該第一掃描線之該第二電位及該第三電位分別使該第一開關元件截止。
  9. 一種液晶顯示裝置之驅動方法，該液晶顯示裝置具有一第一掃描線、一第二掃描線、一第三掃描線、一資料線、一第一開關元件、一第二開關元件、一第一畫素電極、一第二畫素電極、一第一耦合電容以及一第二耦合電容，該第一掃描訊號、該第二掃描訊號及該第三掃描訊號於一圖框時間內分別包含三種不同之一第一電位、一第二電位及一第三電位，該資料線分別與該第一掃描線、該第二掃描線及該第三掃描線交錯設置，該第一開關元件及該第二開關元件分別耦接於該第一掃描線、該第三掃描線及該資料線，該第一畫素電極及該第二畫素電極分別耦接於該第一開關元件及該第二開關元件，該第一耦合電容及該第二耦合電容分別耦接該第一畫素電極及該第二畫素電極，並共同耦接於該第二掃描線，該驅動方法包括：於該圖框時間內藉由該第一掃描線傳送一第一掃描訊號驅動該第一開關元件導通，以使該第一畫素電極接收由該資料線傳送之一資料訊號；於該圖框時間內藉由該第二掃描線傳送一第二掃描訊號至該第一耦合電容及該第二耦合電容；於該圖框時間內藉由該第三掃描線傳送一第三掃描訊號驅動該第二開關元件導通，以使該第二畫素電極 接收由該資料線傳送之該資料訊號；當該第一掃描訊號及該第二掃描訊號由該第二電位變化至該第三電位而該第三掃描訊號由該第三電位變化至該第二電位，該第一畫素電極及該第二畫素電極皆為負極性；以及當該第一掃描訊號及該第二掃描訊號由該第三電位變化至該第二電位而該第三掃描訊號由該第二電位變化至該第三電位，該第一畫素電極及該第二畫素電極皆為正極性。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之驅動方法，其中該第一電位高於該第二電位，該第二電位高於該第三電位。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中於該圖框時間內，該第一掃描線由該第一電位改變至該第三電位，再改變至該第二電位，或由該第一電位改變至該第二電位，再改變至該第三電位。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中於該圖框時間內，該第二掃描線由該第一電位改變至該第三電位，再改變至該第二電位，或由該第一電位改變至該第二電位，再改變至該第三電位。
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