单核间隙式半穿半反液晶显示器及其驱动方法

摘要

本发明涉及一种单核间隙式半穿半反液晶显示器及其驱动方法，单核间隙式半穿半反液晶显示器的下板之各像素中加入一多工器，配合调变扫描信号及不同电压数据信号，以分别控制各像素的穿透区与反射区的电压，进而调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致。本发明单核间隙半穿半反液晶采用此种驱动电路，该半穿半反液晶显示器具有低成本、高良率、无残影及无水平串扰(horizontal cross-talk)等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半穿半反液晶显示器，特别是一种令反射区及穿透区的穿透率完全相同的单核间隙式半穿半反液晶显示器及其驱动方法。

背景技术

因应不同使用环境的电子产品，液晶显示器是依据不同光源环境区分成穿透式、反射式及半穿半反式，其中半穿半反式液晶显示器配合使用背光模块，但部分显示光源则依赖外界环境光线。以高阶移动显示(mobile display)需求的电子产品(如手机与数码相机等)来说，因使用的场合常常在户外，因此此类电子产品大多采用半穿半反液晶显示器作为符合高阶移动显示需求的电子产品的较佳解决方案。

以下进一步说明半穿半反液晶显示器驱动原理及技术演变过程。

首先请参阅图1，现有技术半穿半反液晶显示器10包含有一基板(Substrate以下简称上板)11、一薄膜电晶体基板(TFT Substrate以下简称下板)12及夹设于其间的液晶层13，其中下板12定义有多条矩阵排列的像素(pixel area)，各像素(pixel area)包含了一穿透区121与一反射区122。其中该反射区122在下板12的基板上形成有一反射层(reflective layer)123，因此外界光线自上板11穿入至该反射层123后，会由反射层123加以反射后再自上板11穿出，由于上板11与下板12之间夹设有液晶层13，故该反射的外界光线即可作为显示用光源。至于下板12背后的背光光源则会直接穿过穿透区121，再经液晶层13自上板11穿出；因此，所谓半穿半反液晶显示器10即有效利用背光光源及外部光源作为显示光源，相较穿透式液晶显示器来说不使用高功率背光光源，除省电外也有助于缩减整体电子产品的体积。

然而，上述半穿半反液晶显示器10却因为增加反射层形成的灰阶反转(gray level inversion)现象造成显像品质不佳的技术缺点。以单一像素来说，由于外部光线进入反射区到被反射至上板11，故其光程差(optical path difference)是背光光源二倍，而造成了灰阶反转现象。因此如图2所示，为了让穿透区121与反射区122的光程差一致，市面上现有产品已采用所谓的双核间隙(dual cell gap)像素的半穿半反液晶显示器10a，其特征是在上板对应反射区122位置向下形成有一层绝缘凸块(overcoat layer)124，使得反射区122的核间隙D2约为穿透区核间隙D1的一半。如此一来即调整穿透区121与反射区122的光程差大致相等，请配合参阅图3，为反射区以四组不同核间隙(4.0um/2.2um/2.0um/1.8um)大小进行仿真电压对反射率(以下简称VR)曲线结果，由此图可知，与穿透区核间隙(4.0um)的电压对穿透率(以下简称VT)曲线相较，相同为4.0um核间隙的VR曲线明显受到二倍行程差异而与穿透区VT曲线明显不一致，然而仅为穿透区核间隙D1(4.0um)一半差距的反射区核间隙D2(2.0um)，其VR曲线则更贴近穿透区VT曲线，因此该双核间隙像素架构确实能令背光光线与反射光光线的行程趋于一致，以改善灰阶反转缺点。然而，此一双核间隙像素架构也衍生其它缺点，诸如制程复杂、低良率及绝缘凸块124边缘易产生液晶漏光现象等等，仍然无法有效提高半穿半反液晶显示器的显像品质。

鉴于上述双核间隙像素架构所衍生的各项问题，各面板厂又回归设计单核间隙(single cell gap)像素架构，但配合另一种以降低反射区电压以达到调整反射区VR曲线与穿透区VT曲线一致的技术，来解决灰阶反转问题。

上述降低反射区电压的其中一种方式为电容耦合式(capacitor coupled type；CC)，如图4所示，为此种方式的单一像素等效电路图，该像素的单一薄膜电晶体TFT1的漏极D分别与储存电容C_ST、穿透区储存电容C_LC1及反射区液晶电容C_LC2连接，其中在反射区中再加入一耦合电容C_C，且该耦合电容C_C与连接反射区液晶电容C_LC2串联连接之间。因此，该反射区电压V_R即能借由串接的耦合电容C_C与其液晶电容C_LC2的电容分压而调整较穿透区V_D电压为小，由于反射区及穿透区电压不同，而能缩小穿透区的穿透率与反射区的反射率差异，如图5所示。然而，此一电容耦合式也有许多致命缺点，如下列：

1.穿透区与反射区的液晶反转临界电压值(Threshold Voltage)仍不同V_th1，V_th2，如图5所示，所以穿透区的VT曲线仍与反射区VR曲线不一致。

2.反射区的像素电极V_R一直为浮接状态，无法避免累积电荷，进而造成残影现象。

因此，目前已有另一种方式来解决上述电容耦合式的缺点，请参阅图6，即以上述电容耦合式基础架构再于各像素中额外加入一第二公共电极线V_com2及一补偿电容C₂，该补偿电容C₂是与该第二公共电极线V_com2连接，因此可利用第二公共电极线V_com2的电压变化与补偿电容C₂的耦合效应，使得穿透区与反射区的液晶反转临界电压V_th1，V_th2较为接近，诚如图7所示。然而，同样借由电容分压原理调整穿透区电压V_D与反射区电压V_R不同来解决灰阶反转问题，但由于反射区的分压电压仍为固定值，故仅能解决部分技术问题，而在显像上还有许多诸如下列的问题无法解决：

1.穿透区VR曲线与反射区的VT曲线仍无法完全相同，如图7所示，尤其是在高灰阶影像时两个区域的VT曲线差异更为显著。

2.反射区的像素电极V_R同样呈现浮接状态，因此还是有因电荷累积而产生的残影现象。

3.因为第二公共电极线V_COM2为浮接状态，而容易有水平串扰(horizontal cross-talk)现象产生。

综上所述，目前采用单核间隙像素结构的半穿半反液晶显示器仍需一种更好的克服灰阶反转问题的技术方案。

发明内容

为解决上述现有技术单核间隙像素结构的半穿半反液晶显示器采用的降低反射区电压驱动方法衍生出的技术问题，有必要提供一种确保反射区及穿透区的穿透率完全相同的半穿半反液晶显示器及其驱动方法。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该半穿半反液晶显示器驱动方法在其下板的各像素中加入一多工器，配合调变扫描信号及不同电压数据信号，以分别控制各像素的穿透区与反射区的电压，进而调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致。

本发明较佳实施方式所使用多工器的设计是包含有二种，其中一种是在各像素的穿透区内形成单一薄膜电晶体，其栅极是连接至本像素扫描线，再于反射区内形成二个串联连接的薄膜电晶体，而此两串联连接薄膜电晶体的栅极分别连接本像素的扫描线及本像素的下一条扫描线；因此，配合依序输入至本像素及下一像素扫描线的调变扫描信号，即可控制穿透区及反射区的启闭顺序及开启时间，由于穿透区与反射区启闭顺序及开启时间不同，即能分别对穿透区及反射区写入不同电压数据信号。因此，本发明的各像素反射区电压与穿透区电压即能在显示相同灰阶时写入不相同电压的数据信号，实现调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致的目的。

本发明另一种多工器设计方式是在下板形成多条子扫描线，其与原多条扫描线交错排列，故各像素即对应有一条扫描线及一条子扫描线，再将反射区内的单一薄膜电晶体栅极与穿透区的单一薄膜电晶体栅极分别连接至本像素的子扫描线及扫描线，配合依序送入的调变扫描信号，控制穿透区与反射区的薄膜电晶体启闭顺序及开启时间不同，而对穿透区与反射区的储存电容写入不同电压信号。因此，各像素反射区电与穿透区电压即能在显示相同灰阶时写入不相同电压的数据信号，实现调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致的目的。

与现有技术相比较，本发明单核间隙半穿半反液晶采用此种驱动电路，该半穿半反液晶显示器具有低成本、高良率、无残影及无水平串扰(horizontal cross-talk)等优点。

附图说明

图1是一种现有技术单核间隙式半穿半反液晶显示器单像素的纵向剖面图。

图2是另一种现有技术双核间隙式半穿半反液晶显示器单像素的纵向剖面图。

图3是图2模拟不同间隙大小的VR曲线及VT曲线图。

图4是另一种单核间隙式半穿半反液晶显示器单像素的等效电路图。

图5是实现图4的液晶显示器的VT曲线及VR曲线图。

图6是又一种单核间隙式半穿半反液晶显示器单像素的等效电路图。

图7是实现图6的液晶显示器的VT曲线及VR曲线图。

图8是本发明单核间隙式半穿半反液晶显示器第一较佳实施例的结构示意图。

图9是图8单一像素等效电路图。

图10是图8的调变扫描信号及数据信号波形图。

图11本发明单核间隙式半穿半反液晶显示器另一结构示意图。

图12是图11的第一及第二时序信号与奇/偶数扫描信号波形图。

图13是图8另一调变扫描信号及数据信号波形图。

图14是图1未加入补偿技术前所模拟穿透区及反射区的电压及灰阶曲线图。

图15是图8仿真穿透区及反射区的电压及灰阶曲线图。

图16是本发明单核间隙式半穿半反液晶显示器第二较佳实施例之单一像素等效电路图。

图17是图16的调变扫描信号及数据信号波形图。

图18是图16的另一调变扫描信号及数据信号波形图。

图19是实现图16下板扫描线G₁～G_N与子扫描线G₁’～G_N’的布局图案示意图。

具体实施方式

请参阅图8，为一本发明单核间隙半穿半反液晶显示器20包含有一半穿半反液晶面板21、一时序控制器22、一扫描驱动电路23、一数据驱动电路24、一公共电压产生电路25及一伽玛电压产生器26。

上述半穿半反液晶面板21包含有一上板(图中未示)及一下板211，其间夹设有液晶层(图中未示)，而该下板211则形成有公共电极(V_com)及多条呈横纵交错排列的扫描线(G₁～G_N)及数据线D₁～D_M，其中扫描线G₁～G_N与数据线D₁～D_M交会处定义为一像素212；再请配合图9所示，是本发明下板211第一较佳实施例的单一像素等效电路图，其包含有一穿透区A_T、一反射区A_R及一多工器。其中下板211的多条扫描线G₁～G_N及数据线D₁～D_M分别与扫描驱动电路23及数据驱动电路24连接，由扫描驱动电路23周期性地依序输出调变扫描信号至多条扫描线G₁～G_N，而数据驱动电路24则针对各像素212所欲显示灰阶分别输出二组不同电压数据信号至各像素212所对应的数据线Dm(m为1～M中之一)。又该公共电极(V_com)是连接至该公共电压产生电路25，以提供各像素212相同的低电压准位。

本实施例中各像素的多工器包含有：

一穿透区薄膜电晶体TFT1，形成于穿透区A_T中，其漏极D与一穿透区储存电容C_ST1及一穿透区液晶电容C_LC1连接，而栅极G连接至下板211本像素扫描线G_n(n为1～N中之一)，至于源极S则连接至下板211本像素数据线D_m。

一反射区第一薄膜电晶体TFT2，形成于反射区A_R中，其源极S连接至下板211本像素数据线D_m，而栅极G连接至本像素扫描线G_n。

一反射区第二薄膜电晶体TFT3，形成于反射区A_R中，其源极S连接至该反射区第一薄膜电晶体TFT2的漏极D，而栅极G连接至本像素的下一像素扫描线G_n+1，至于漏极D则连接至一反射区储存电容C_ST2及一反射区液晶电容C_LC2。

请配合参阅图10，是本实施例配合使用的调变扫描信号及数据信号波形图，由于反射区第一及第二薄膜电晶体TFT2，TFT3的栅极G分别连接本像素扫描线G_n及本像素的下一像素扫描线G_n+1，故本波形图揭示本像素前一扫描线G_n-1、本像素扫描线G_n及下一像素扫描线G_n+1的波形。由此波形图可知，扫描驱动电路23输出至各扫描线G1～G_N的扫描信号，其脉波长度共占有2H时间，其中0H-0.5H时间为第一高电位信号P1而1H-2H第二高电位信号P2，又前后扫描线G_n，G_n+1的扫描信号保持1H时间差；因此，本像素反射区第一及第二薄膜电晶体TFT2，TFT3的栅极G会在本像素扫描信号G_n于1H-1.5H之间第二高电位P2及下一扫描信号0H-0.5H的第一高电位P1时间中导通，将此0.5H时间差中送入至本像素数据线的电压数据信号V_R写入反射区的储存电容C_ST2中；再者，由于穿透区的薄膜电晶体TFT1栅极G同样连接至本像素扫描线G_n，因此穿透区的薄膜电晶体TFT1呈现导通的开启状态，因此在本扫描信号G_n的1H-1.5H会一并将对应反射区的电压数据信号V_R写入至穿透区储存电容C_ST2，而于1.5H-2.0H将对应穿透区电压数据信号V_T写入穿透区储存电容C_ST1，令反射区与穿透区储存电容C_ST1，C_ST2储存有呈现同一灰阶值的不同电压值V_R，V_T；因此，调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致。

上述实施例中调变扫描信号可进一步借由以下方式获得，请配合参阅图11，将下板211的多条扫描线G₁～G_N依其形成位置顺序分为奇数扫描线G₁，G₃…与偶数扫描线G₂，G₄…G_n，其中奇数扫描线G₁，G₃…的出线端形成于下板211基板的左侧，而偶数扫描线G₂，G₄…G_n的出线端则形成于下板211基板的右侧，因此可再增加一扫描驱动电路23a，令二个扫描驱动电路23，23a分别连接奇数扫描线G₁，G₃…及偶数扫描线G₂，G₄…G_n。此外，再请配合参阅图12，再配合提供一第一时序信号OE_L及一第二时序信号OE_R的时序控制器22a，其中第一时序信号OE_L与第二时序信号OE_R频率相同，时序相差1H，其中脉波占0.5H。该第一及第二时序信号分别输出至二扫描驱动电路23，23a，令各扫描驱动电路23，23a将原本占有1H高电位的扫描信号调整成2H高电位扫描信号G₁’，G₂’，G₃’…..G_n’，再分别与顺序对应的第一及第二时序信号OE_L，OE_R相减，而得出如同图10所示的调变扫描信号G₁，G₂，G₃…..G_n。

再者，在本实施例由于必须分别提供不同电压数据信号V_R，V_T至反射区与穿透区，因此数据驱动电路24提高至二倍操作频率，才能分别于1H时间内输出二组不同电压数据信号V_R，V_T至各条数据信号线D_m。请配合参阅图13所示，由于设计倍频的数据驱动电路较为复杂，故欲写入反射区及穿透区相同灰阶值而提供至各数据线不同电压方式，可借由直接调整伽玛电压产生器26所提供予数据驱动电路24不同灰阶值之伽玛电压γ0，γ1，令数据驱动电路24不必增加操作频率，而能同样让数据驱动电路24分别输出对应电压数据信号至反射区及穿透区。

如图14所示，单核间隙式半穿半反液晶显示器在未加入补偿技术前所模拟穿透区及反射区的电压及灰阶曲线图，由图中可知，若对单一像素的穿透区及反射区写入相同电压，则会分别呈现不同灰阶值。因此，本发明借由穿射区及反射区的不同灰阶的电压差，调整同一条数据线写入二种不同的电压数据信号，令单一像素穿透区及反射区呈现相同的灰阶值。配合图15所示，经采用本发明驱动方法所得到穿透区及反射区在呈现任一灰阶值时，其VT曲线与VR曲线能完全相同。

以上为本发明下板第一较佳实施例，以下谨进一步参阅图16说明本发明下板其中一像素212a的第二较佳实施例。

本实施例的下板像素212a与第一较佳实施例结构大致相同，但是下板的多条扫描线G1～G_N再水平交错形成有多条子扫描线G1’～G_N’，故各像素212a即对应有一条扫描线G_n及一条子扫描线G_n’；其中多条扫描线G1～G_N及多条子扫描线G1’～G_N’则与扫描驱动电路(图中未示)连接，至于本实施例单一像素212a的多工器进一步包含有：

一穿透区薄膜电晶体TFT1，形成于穿透区A_T中并与本像素扫描线G_n、数据线D_m、穿透区储存电容C_ST1及穿透区液晶电容C_LC1连接，受本像素扫描线G_n的调变扫描信号驱动而启闭，并将开启当时本像素数据线D_m的电压数据写入穿透区储存电容C_ST1中；及

一反射区薄膜电晶体TFT2，形成于反射区A_R中并与本像素子扫描线G_n’、数据线D_m、反射区储存电容C_ST2及反射区液晶电容C_LC2连接，受本像素子扫描线G_n’的调变扫描信号驱动而启闭，并将开启当时本像素数据线D_m的电压数据写入反射区储存电容C_ST2中。

请配合参阅图17，为本实施例配合使用的调变扫描信号及数据信号波形图。该扫描驱动电路(图中未示)先后依序交替输出调变扫描信号至各像素的子扫描线G_n’及扫描线G_n。其中各子扫描信号G_n’及各扫描信号G_n包含0.5H高电位信号，相邻的子扫描信号G_n’及扫描信号G_n为0.5H的时间差，因此同一像素的子扫描信号G_n’及扫描信号G_n的高电位信号总时间为1H。由于单一像素的子扫描信号G_n’的高电位信号较扫描信号G_n早0.5H时间，又其反射区薄膜电晶体TFT2栅极G连接至子扫描线G_n’，故该反射区薄膜电晶体TFT2栅极先导通，并将此时本像素数据线D_m上的电压数据信号V_R写入至反射区储存电容C_ST2，并持续0.5H时间，之后穿透区的薄膜电晶体TFT1栅极G被扫描线G_n的高电位信号驱动而导通，并将此时本像素数据线D_m上的对应电压数据信号V_T写入至穿透区储存电容C_ST1。此外，如图18所示，扫描驱动电路也可维持输出1H高电位信号至各扫描线G_n，但仍维持输出0.5H高电位信号至各子扫描线G_n’，令单一像素的子扫描信号G_n’与扫描信号G_n有0.5H时间的重叠。

由图17及图18的波形图可知，由于必须分别提供不同电压数据信号V_T，V_R至反射区与穿透区，因此数据驱动电路提高至二倍操作频率，分别于1H时间内输出二组不同电压数据信号V_T，V_R至各条数据信号线D_m，所以为简化设计倍频的数据驱动电路，也借由直接调整伽玛电压产生器所提供予数据驱动电路不同灰阶值之伽玛电压，让数据驱动电路不必增加操作频率，同样让数据驱动电路分别输出对应电压数据信号至反射区及穿透区。

诚如上述本发明半穿半反液晶显示器的第二较佳实例，由于其下板扫描线较第一较佳实施例下板扫描线的二倍，会直接突显下板周边线路布局面积不足的问题；因此，如图19所示，为本发明第二实施例下板扫描线G₁～G_N与子扫描线G₁’～G_N’的布局图案示意图。本实施例中下板211对应显示区域213的各条子扫描线G₁’～G_N’线段及各条扫描线G₁～G_N线段以第一道金属制程形成，而在下板21显示区域213范围外的各条子扫描线G₁’～G_N’线段及各条扫描线G₁～G_N线段则交替以第二道金属制程形成。举例来说，下板显示区域213范围内的各条扫描线G₁～G_n线段仍以第一金属制程形成，而下板显示区域213范围外的各条子扫描线G₁’～G_N’线段则以第二道金属制程形成，其中以第一及第二金属制程形成的各条子扫描线G₁’～G_N’交界处，再用导电孔214贯穿电连接。由于第一及第二金属制程是用绝缘层隔离，在下板显示区域213范围外的各条子扫描线G₁’～G_N’线段及各条扫描线G₁～G_N线段横向间距可缩短，在有限面积上提高布线密度。虽然各扫描线G₁～G_N及子扫描线G₁’～G_N’因第一及第二道金属制程所形成，而造成其RC延迟时间并不相同，但由于本发明穿透区与反射区的电压原本就不同，而且每个像素所看到的状况都一样，故不会因RC延迟时间不同造成显像画面不均匀(mura)问题。

综上所述，本发明的半穿半反液晶显示器驱动方法是在其下板的各像素中加入一多工器，配合调变扫描信号及不同电压数据信号，以分别控制各像素的穿透区与反射区的电压，进而调整穿透区与反射区的VT曲线及VR曲线一致，此外本发明采用此种驱动电路，该半穿半反液晶显示器具有低成本、高良率、无残影及无水平串扰(horizontal cross-talk)等优点。