专利名称：半透射式液晶显示器、其像素单元及像素单元的驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种半透射式液晶显示器，尤其是指一种具有四色显示模式的半透射式液晶显示器。
背景技术：
图1为示意图，显示一公知具有红(R)绿(G)蓝(B)三色显示模式的半透射式液晶显示器像素单元100。如图1所示，上基板102表面形成有红色、绿色及蓝色滤光膜106a、106b及106c，下基板104表面对应彩色滤光膜位置处形成像素电极108，且两基板间夹设一液晶层110而构成红色、绿色及蓝色子像素。像素电极108的部份区域形成有反射膜112，且反射膜112配置使红色、绿色及蓝色子像素各个均具有一透射区及一反射区。如此在户外环境下，可通过反射区依环境光强度反射高纯度的像素颜色；在室内的环境则可通过透射区经由背光模块(未图示)发出的背光来呈现显示画面。然而，因环境光进入反射区前需先通过彩色滤光膜106a、106b及106c，受到彩色滤光膜的透光效率限制，该半透射式液晶显示器100设计于反射模式下的辉度表现并不佳。
图2A及图2B为示意图，显示一由夏普公司提出的红绿蓝三色半透射式液晶显示器改进结构，其中图2A为其一像素单元200的示意图，图2B为沿图2A的A-A线横切而得的剖面结构图。为提高半透射式液晶显示器的辉度表现，如图2A及2B所示，该结构是于彩色滤光膜106a、106b及106c上另设置开口114，使进入反射区的环境光量增加。然而，虽然此结构可提高反射模式下的显示亮度，但同时会造成红绿蓝三原色的色纯度产生变化，即显示影像的CIE色度坐标值会产生如图3所示朝纯白中心点的向内收缩变化，破坏显示影像原红绿蓝色彩分量的比例关系。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种半透射式液晶显示器、半透射式液晶显示器像素单元及其驱动方法，其于反射显示模式下能具有极佳的辉度表现及省电设计，且能避免公知设计色纯度产生变化的问题。
本发明的技术解决方案是一种半透射式液晶显示器的像素单元，其包含多个原色子像素(primary-color sub-pixels)及一增亮子像素(brightness-enhancing sub-pixel)，其中该半透射式液晶显示器的反射区仅形成于该增亮子像素上。
本发明还提出一种半透射式液晶显示器，其包含一第一基板，其上形成由不同色彩的滤光膜构成的多个彩色滤光区及不具有滤光膜的多个透明透光区；一第二基板，相对该第一基板设置，该第二基板分为对应该彩色滤光区位置的第一区域、对应该透明透光区位置的第二区域及除该第一及该第二区域外的第三区域；及一液晶层，夹设于该第一基板与该第二基板间；其中该半透射式液晶显示器的反射区包含至少部份该第二区域且不包含该第一区域。
此外，本发明还提出一种半透射式液晶显示器的像素单元驱动方法，该像素单元是由多个原色子像素及一增亮子像素所构成，且该半透射式液晶显示器的反射区仅形成于该增亮子像素上，该方法包含如下步骤判断该半透射式液晶显示器的显示模式为利用环境光的反射模式或利用背光的透射模式；及当该半透射式液晶显示器的显示模式为反射模式时，将该多个原色子像素填入一小于液晶启动电压的电压差数据。
本发明的特点和优点是本发明的半透射式液晶显示器像素单元包含多个原色子像素(primary-color sub-pixels)及一增亮子像素(brightness-enhancing sub-pixel)，且半透射式液晶显示器的反射区仅形成于增亮子像素上。原色子像素例如可为红(R)、绿(G)、及蓝(B)色子像素，或青绿(C)、紫红(M)、及黄(Y)色子像素，且增亮子像素可为一白色(W)子像素。
通过本发明的设计，因反射区仅形成于例如一白色子像素的增亮子像素上，故于透射模式下，各个原色子像素可完全表现原本的色彩饱和度；于反射模式下，外界环境光经由增亮子像素的反射区反射后可产生辉度极高的黑白灰阶显示效果，在不同显示环境下可同时满足色彩饱和度及显示辉度需求。
再者，基于本发明于反射模式下不须利用原色子像素的特性，于反射模式下，如红、绿及蓝色子像素的原色子像素可填入最低电压差数据，而可明显带来降低耗电量的效果。
图1为示意图，显示一公知具有红绿蓝三色显示模式的半透射式液晶显示器像素单元。
图2A及图2B为示意图，显示一由夏普公司提出的红绿蓝三色半透射式液晶显示器改进结构。
图3为一CIE色度坐标图，用以说明公知结构导致的色彩饱和度变化。
图4A至图4C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的一实施例。
图5A至图5C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的另一实施例。
图6A至图6C为说明公知结构与本发明发光效率比较实例的示意图。
图7A至图7C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的另一实施例。
图8A至图8C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的另一实施例。
图9为显示一理想状态下外加电压与液晶透光率的关系简图。
图10为显示本发明半透射式液晶显示器像素单元驱动方法的流程图。
主要元件符号说明
10、30、像素单元 12、上基板14、下基板16a、红色滤光膜16b、绿色滤光膜 16c、蓝色滤光膜16d、透明透光区域 18、像素电极20、液晶层22、反射膜100、200、像素单元102、上基板104、下基板 106a、106b、106c、滤光膜108、像素电极 110、液晶层112、反射膜 114、开口RP、红色子像素GP、绿色子像素BP、蓝色子像素WP、白色子像素Re、反射区Tr、透射区Vth、启动电压 S0、S2、S4、S6、步骤具体实施方式
图4A至图4C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的一实施例，其中图4A为其一像素单元10的示意图，图4B为图4A沿M-M线横切而得的剖面结构图，且图4C为图4A沿N-N线横切而得的剖面结构图。
如图4A所示，半透射式液晶显示器的一像素单元10是由红(R)、绿(G)、蓝(B)色三个原色子像素(primary-color sub-pixels)RP、GP、BP，及一白色(W)增亮子像素(brightness-enhancing sub-pixel)WP所构成。依本发明的设计，半透射式液晶显示器的反射区(图4A符号22所指的影线部份)仅形成于白色子像素WP上。
由图4B及图4C的剖面结构图可更清楚看出该反射区的配置。如图4B所示，上基板12表面形成有红色滤光膜16a及绿色滤光膜16b，下基板14表面形成一像素电极18，且两基板间夹设一液晶层20。依本实施例，像素电极18对应红色滤光膜16a及绿色滤光膜16b位置的区域(即滤光膜于下基板14上的概略投影区域)，皆由氧化铟锡(ITO)或铟锌氧化物(IZO)透明导电膜所构成，故红色及绿色子像素皆形成为半透射式液晶显示器的透射区Tr。接着，如图4C所示，上基板12上形成有蓝色滤光膜16c，且像素电极18对应蓝色滤光膜16c位置的区域同样由透明电极构成，故蓝色子像素亦形成为半透射式液晶显示器10的透射区Tr。再者，上基板12上具有未形成滤光膜的透明透光区域16d，用以构成四色显示模式下作为增亮子像素(brightness-enhancing sub-pixel)的白色子像素WP，而对应透明透光区域16d位置的像素电极18区域上(即透明透光区域16d于下基板14上的概略投影区域)形成有一「口字形」反射膜22。通过此结构，白色子像素WP同时具有半透射式液晶显示器的反射区Re及透射区Tr。
如图4C所例示，在该反射区Re中，虽以反射膜22覆盖于像素电极18上形成一双层结构的反射电极形态，但该反射电极形成方式并不限定。例如亦可直接以一金属反射膜构成的单层结构作为反射电极。
依本实施例，红、绿、蓝三个原色子像素的像素电极区域均未形成构成反射区Re的反射膜22，而反射膜22仅形成于白色子像素WP的部分像素电极区域上。因此，红、绿、蓝色子像素RP、GP、BP均仅包含透射区Tr，而白色子像素WP同时包含反射区Re及透射区Tr。通过此结构，在透射模式下，红、绿、蓝色子像素RP、GP、BP可完全表现出原本的色彩饱和度，而白色子像素WP的透射区Tr则可提供增加亮度的效果。在此，白色子像素WP的亮度灰阶值是由一加白演算获得，而该加白运算能维持原显示影像红绿蓝色彩的饱和度。另一方面，在反射模式下，外界环境光经由白色子像素的反射区Re反射后可产生辉度极高的黑白灰阶显示效果。
图5A至图5C为示意图，显示本发明具有四色显示模式的半透射式液晶显示器的另一实施例，其中图5A为其一像素单元30的示意图，图5B为图5A沿O-O线横切而得的剖面结构图，且图5C为图5A沿P-P线横切而得的剖面结构图。依本实施例，红、绿、蓝色子像素RP、GP、BP的像素电极区域，同样均未形成构成反射区Re的反射膜22，反射膜22仅形成于白色子像素WP上且完全覆盖白色子像素WP的像素电极区域。换言之，白色子像素WP仅具有反射区Re而不具有透射区Tr，如此虽然于透射模式下无法利用白色子像素WP提高显示亮度，但较大的反射区Re面积可更进一步提高于反射模式下的环境光利用效率。再者，虽然图5C例示为利用反射膜22覆盖像素电极18方式形成一双层结构的反射电极，但亦可直接以一金属反射膜构成的单层结构作为反射电极。
基于上述可知，本发明仅须达到将半透射式液晶显示器的反射区Re仅形成于白色子像素WP上即可，至于反射区Re于白色子像素WP上的分布面积、位置均不限定，而可视实际需求变化。举例而言，当在透射模式下有一较高的显示亮度需求时，可减少反射区Re面积，而形成如图4A影线所示反射区Re包围透射区Tr的「口字形」分布，且该口字形反射膜22分布同时可获得遮蔽两滤光膜间形成的黑矩阵(black matrix)的效果。另一方面，当于反射模式下有一较高的显示亮度需求时，可视需要逐步扩大口字形反射膜22分布，直至如图5A影线所示反射膜22完全覆盖白色子像素WP的像素电极区域。
再者，该反射区Re的形成方式并不限定，例如可涂布一层如铝材之类的金属反射膜于像素电极表面，或直接形成一具有高反射率的铝或银电极取代该区域的像素电极结构。
图6A至图6C为说明公知结构与本发明发光效率比较实例的示意图，其中图6A为公知的RGB三色半透射式像素单元结构，图6B为依本发明第一实施例白色子像素形成部分反射区及部分透射区的结构，图6C为依本发明第二实施例白色子像素全部形成为反射区的结构，且其中圆点聚积部分代表反射膜22所在区域。
在该比较例中，各个子像素(R、G、B或W)的面积为9747μm2(57μm*171μm)。如图6A所示，12个子像素的面积为116964μm2，且其中透射区面积占一半为58482μm2，反射区面积占一半为58482μm2。假设于此条件下的发光率为1，则透射区的发光效率值为58482(＝58482*1)，反射区的发光效率值为58482(＝58482*1)，所以公知三色半透射式像素单元的整体光利用率为(58482+58482)/116964＝100％。接着，如图6B所示，12个子像素的面积同样为116964μm2，其中红、绿、及蓝色子像素透射区面积为(3/4)*(3/4)*116964＝65792μm2，白色子像素透射区面积占(1/4)*(3/4)*116964＝21930μm2、反射区面积占(1/4)*(1/4)*116964＝7310μm2。白色子像素透射区的发光率为3(计算基准为基于光不需经过红、绿及蓝滤光膜，且一个白色子像素的光线同时涵盖红、绿及蓝色子像素的光线)，且白色子像素反射区的发光率为3*(1/0.8)＝3.75(计算基准为一个白色子像素的光线同时涵盖红、绿及蓝色子像素的光线，且进入白色子像素的光经反射后不需再穿透红、绿、及蓝滤光膜一次，其中红光、绿光或蓝光穿透各自滤光膜的穿透率设为0.8)。因此，透射区的发光效率值为131582(＝65792*1+21930*3)，反射区的发光效率值为27412(＝7310*3.75)，所以本发明第一实施例整体光利用率为(131583+27412)/116964＝136％。
最后，如图6C所示，12个子像素的面积同样为116964μm2，其中红、绿、及蓝色子像素透射区面积为(3/4)*(3/4)*116964＝65792μm2，白色子像素全区均为反射区，故其反射区面积为(1/4)*116964＝29241μm2，发光率为3.75，所以透射区的发光效率值为65792(＝65792*1)，反射区的发光效率为109653.75(＝29241*3.75)，故本发明第二实施例整体光利用率为(87723+109653.75)/116964＝168.8％。
由上述的比较例计算结果可知，本发明的设计可大幅提升环境光利用率。在环境光强烈的反射模式下，提供一良好显示的支配基础主要为面板辉度，因此，即使为一彩色显示，在本身辉度不足的情况下，对观察者而言也难以达到良好的显示效果。因此，本发明在利用背光的透射模式时显示能维持原色彩饱和度的彩色画面；而在利用环境光的反射模式时显示辉度极高的黑白灰阶画面，实为考虑在不同显示环境下平衡色彩饱和度及显示辉度需求的一最佳化结构。
再者，本发明的像素单元并不限定为使用红绿蓝三原色子像素，而可为任何能够提供各种混色的三个原色子像素。举例而言，亦可利用于减色混合场合使用的青绿色(C)、紫红色(M)及黄色(Y)滤光膜构成青绿色(C)、紫红色(M)及黄色三个原色子像素。另外，本发明的四色子像素排列方式并不限定，例如可如图4A所示四块子像素区域构成一方形的棋盘式(checkerboard)布局，或如图6B所示的条纹式(stripe)排列布局均可。此外，本发明亦可搭配一可实施子像素成色技术(sub-pixel rendering；SPR)的Pentile像素布局来进一步提高解析度及影像显示品质。在该Pentile像素布局中，红色子像素及绿色子像素同时交错出现在每一个水平及垂直配列以搭配子像素成色技术。
图7A至图8C为示意图，显示本发明的设计搭配Pentile像素布局的发光效率提升实例。如图7A所示，因各个白色子像素交错位于不同纵列，故可将位于白色子像素的反射膜22(影线部份)连结至于红、绿及蓝色子像素外围设置的反射膜22(影线部份)，以增加一RGBW四色像素的反射区总面积。图7B及图7C为沿图7A的Q-Q线及R-R横切而得的剖面图。图7A中，白色子像素形成部分反射区及部分透射区，各个子像素(R、G、B或W)的面积为9747μm2(57μm*171μm)，故12个子像素的面积为116964μm2，其中红、绿、及蓝色子像素透射区面积占(3/4)*(3/4)*116964＝65792μm2，白色子像素透射区面积占(1/4)*(3/4)*116964＝21930μm2、反射区面积占(1/4)*116964＝29241μm2。透射区的发光效率值为131582(＝65792*1+21930*3)，反射区的发光效率值为109653(＝29241*3.75)，故此实施例整体光利用率为(131583+109653)/116964＝206％。
图8A显示与图7A类似的子像素及反射膜22分布方式，但其白色子像素全部形成为反射区，图8B及图8C为沿图8A的S-S线及T-T横切而得的剖面图。图8A中，12个子像素的面积同样为116964μm2，其中红、绿、及蓝色子像素透射区面积为(3/4)*(3/4)*116964＝65792μm2，白色子像素全区均为反射区且其面积为[(1/4)+(3/4)*(1/4)]*116964＝51171μm2而发光率为3.75，所以透射区的发光效率值为65792(＝65792*1)，反射区的发光效率值为191891(＝51171*3.75)，故此实施例整体光利用率为(65792+191891)/116964＝220％。
故由上述实施例可知，本发明除于白色子像素设置反射膜22外，亦可同时于红、绿及蓝色子像素的涵盖区域外设置反射膜22并相互连结，以更进一步提高整体光利用率。换言之，在形成反射膜22时，本发明仅需避免将反射膜形成于对应彩色滤光区位置的一第一区域(即滤光膜于下基板14上的概略投影区域)，以获得维持色纯度的效果即可，至于反射膜在下基板14上的其他区域分布方式并不限定。由前述的各个实施例可知，反射膜22除可分布于部份或全部对应透明透光区位置的一第二区域(即透明透光区于下基板14上的概略投影区域)，亦可延伸分布于除该第一及第二区域外的其他下基板14区域，以进一步提高整体光利用率。
另一方面，依发明的设计，因半透射式液晶显示器的反射区仅形成于白色子像素WP上，故在利用环境光的反射模式时，不须显示红、绿、及蓝色子像素的影像数据。基于此特性，在反射模式下，红、绿、及蓝色子像素可填入最低电压差数据，例如对应红、蓝及绿色子像素的扫描信号，可维持小于如图9所示的液晶启动电压Vth的电压值，而明显带来降低耗电量的效果。图9的启动电压值Vth是以液晶相对透过率10％的电压值作为基准值。
因此，通过本发明的结构，可如图10所示提供一种降低耗电量的像素单元驱动方法，其步骤如下S0开始。
S2判断目前显示模式为利用环境光的反射模式或利用背光的透射模式。
S4当显示模式为反射模式时，将红、绿、蓝原色子像素填入小于液晶启动电压值Vth的电压差数据。
S6结束。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
权利要求
1.一种半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，包含多个原色子像素及一增亮子像素，其中该半透射式液晶显示器的反射区仅形成于该增亮子像素上。
2.如权利要求1所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该反射区面积与该增亮子像素显示面积实质相等。
3.如权利要求1所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该增亮子像素显示区域包含该反射区及一透射区，且该反射区包围该透射区。
4.如权利要求1所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该原色子像素包含一组红、绿及蓝色子像素、或一组青绿、紫红及黄色子像素，且该增亮子像素为一白色子像素。
5.如权利要求1所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该多个原色子像素及该增亮子像素排列形成一棋盘式布局、一条纹式布局或一Pentile四色像素布局。
6.如权利要求1所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该多个原色子像素包含位于一第一基板上的多个彩色滤光膜；及一透明电极，对应该彩色滤光膜位置形成于一第二基板上；且其中该增亮子像素包含位于该第一基板上未形成彩色滤光膜的透明透光区；及一反射电极，对应该透明透光区位置形成于该第二基板上。
7.如权利要求6所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该反射电极为一金属反射膜构成的单层结构或由该透明电极及覆盖该透明电极的一反射膜构成的双层结构。
8.如权利要求6所述的半透射式液晶显示器的像素单元，其特征在于，该透明电极与该反射电极分别形成于该彩色滤光膜与该透明透光区于该第二基板上的投影区域。
9.一种半透射式液晶显示器，其特征在于，包含一第一基板，其上形成由不同色彩的滤光膜构成的多个彩色滤光区及不具有滤光膜的多个透明透光区；一第二基板，相对该第一基板设置，该第二基板分为对应该彩色滤光区位置的第一区域、对应该透明透光区位置的第二区域及除该第一及该第二区域外的第三区域；及一液晶层，夹设于该第一基板与该第二基板间；其中该半透射式液晶显示器的反射区包含至少部份该第二区域且不包含该第一区域。
10.如权利要求9所述的半透射式液晶显示器，其特征在于，该反射区布满该第二区域。
11.如权利要求9所述的半透射式液晶显示器，其特征在于，该反射区包含至少部份该第三区域。
12.如权利要求9所述的半透射式液晶显示器，其特征在于，该反射区由一金属反射膜所构成。
13.如权利要求12所述的半透射式液晶显示器，其特征在于，该金属反射膜于该第二区域呈一口字形分布。
14.一种半透射式液晶显示器的像素单元驱动方法，该像素单元是由多个原色子像素及一增亮子像素所构成，且该半透射式液晶显示器的反射区仅形成于该增亮子像素上，该方法包含如下步骤判断该半透射式液晶显示器的显示模式为利用环境光的反射模式或利用背光的透射模式；及当该半透射式液晶显示器的显示模式为反射模式时，将该多个原色子像素填入一小于液晶启动电压的电压差数据。
全文摘要
本发明公开了一种半透射式液晶显示器、其像素单元及像素单元的驱动方法，其中，半透射式液晶显示器的像素单元包含多个原色子像素及一增亮子像素，且半透射式液晶显示器的反射区仅形成于增亮子像素上。因反射区仅形成于例如一白色子像素的增亮子像素上，故于透射模式下，各个原色子像素可完全表现原本的色彩饱和度；于反射模式下，外界环境光经由增亮子像素的反射区反射后可产生辉度极高的黑白灰阶显示效果，在不同显示环境下可同时满足色彩饱和度及显示辉度需求，还可明显带来降低耗电量的效果。
文档编号G09G3/36GK101051128SQ20061007270
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月6日 优先权日2006年4月6日
发明者黄俊铭, 林林, 赖志章, 林义钦, 罗新台, 陈岳男, 陈泰源 申请人:胜华科技股份有限公司