低电压驱动胆固醇液晶显示器主动式矩阵及其方法与流程

1.本发明指一种胆固醇液晶显示器主动式矩阵及其驱动方法，尤指一种可减少控制电压的峰值使像素重置或决定其反射率的胆固醇液晶显示器主动式矩阵及其驱动方法。


背景技术：

2.胆固醇液晶可借由调整液晶的螺距反射出不同波长的光线并具有双稳态的特性。其中，胆固醇液晶显示器主动式矩阵借由电压的调变可改变胆固醇液晶状态，平面态(planar)时将反射特定波长的光，而焦锥态(focal-conic)时将会散射，因此可利用电压进行反射率的调变。在调变液晶状态时，可先于重置(resetting)阶段，借由重置电压将液晶驱动至同向排列(homeotropic)状态；再于确定(determining)阶段改变电压使液晶驱动至想要的状态planar或focal-conic状态，以调变需求的反射率，因此，可制造出具有双稳态特性的全彩反射式显示器。
3.然而，此设计方法将造成每一胆固醇液晶显示像素单元的闸极电位差的峰至峰值容易过大以致于电路设计的难度上升。
4.因此，现有技术实有改善的必要。


技术实现要素：

5.因此，本发明的主要目的即在于提供一种胆固醇液晶显示器主动式矩阵及驱动方法，以改善现有技术的缺点。
6.本发明实施例公开一种胆固醇液晶显示器主动式矩阵及驱动方法，该胆固醇液晶显示器主动式矩阵包含复数个胆固醇液晶显示像素单元，该方法包括于重置时间、确定时间，提供共源信号、控制信号及数据信号给该复数个胆固醇液晶显示像素单元的胆固醇液晶显示像素单元，于该重置时间内与该确定时间内分别设定液晶该胆固醇液晶显示像素单元回复初始状态与决定反射率所需电压；以及切断该控制信号，维持该共源信号使该胆固醇液晶显示像素单元至少一重置转态时间及确定转态时间；其中该控制信号、该数据信号与该共源信号用来驱动该胆固醇液晶显示像素单元。
7.本发明实施例另公开一种胆固醇液晶显示器主动式矩阵，包括基板；复数个胆固醇液晶显示像素单元，配置于该基板上；驱动芯片，用来驱动该复数个胆固醇液晶显示像素单元；其中该驱动芯片于重置时间、确定时间，提供共源信号、控制信号及数据信号给该复数个胆固醇液晶显示像素单元的胆固醇液晶显示像素单元，于该重置时间内与该确定时间内分别设定液晶该胆固醇液晶显示像素单元回复初始状态与决定反射率所需电压；以及切断该控制信号，维持该共源信号使该胆固醇液晶显示像素单元至少一重置转态时间及确定转态时间；其中该控制信号、该数据信号与该共源信号用来驱动该胆固醇液晶显示像素单元。
附图说明
8.图1为现有技术胆固醇液晶主动式矩阵的电路示意图。
9.图2为现有技术的胆固醇液晶反射率-电压关系的示意图。
10.图3为现有技术胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
11.图4为现有技术胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
12.图5为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
13.图6为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
14.图7为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
15.图8为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵方法的电路示意图。
16.图9为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。
具体实施方式
17.在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在说明书及权利要求书当中所提及的“包含”及“包括”为开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大约”指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决该技术问题，基本达到该技术效果。“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至该第二装置。
18.此外，虽然出于说明目的以下电路被表示为不同电路，但这些电路可全部或一部份整合至同一电路。换句话说，若系统可包括第一电路、第二电路及第三电路，则该第一电路、该第二电路及该第三电路的全部或一部份可与该第一电路、该第二电路及该第三电路的全部或另一部份整合在一起或独立成为电路。
19.图1为现有技术胆固醇液晶(cholesteric liquid crystal display，ch-lcd)主动式矩阵(active matrix)10的示意图。胆固醇液晶主动式矩阵10包含驱动芯片及复数个胆固醇液晶显示像素单元100。胆固醇液晶显示像素单元100设置于基板上，并呈矩阵排列，由于显示面板的架构为本领域所熟知，为求简洁，图1仅绘示胆固醇液晶主动式矩阵10中相临两胆固醇液晶显示像素单元100。具体而言，如图1所示，胆固醇液晶主动式矩阵10利用扫瞄线12对应资料线14来控制胆固醇液晶显示像素单元100驱动。在水平方向上的同一条扫瞄线12上，所有胆固醇液晶显示像素单元的闸极都连接在同一条扫瞄在线，因此当驱动芯片施加电压于扫描线及数据线时，这些胆固醇晶体管的作动将会连动。若驱动芯片在某一条扫瞄线12上施以足够大的正电压，使闸极电压大于汲极电压或像素电压，该条扫瞄线12上的胆固醇液晶显示像素单元会与垂直方向的资料线14连接，而驱动芯片经由数据线14送入对应的视频信号，以将胆固醇液晶显示像素单元100充电至所欲到达的电压准位，借由驱动芯片的运作来控制每一胆固醇液晶显示像素单元100的灰阶及亮度。请继续参考图1，于图1中，扫瞄线12决定奇数行胆固醇液晶显示像素单元电压驱动时间，而扫瞄线13决定偶数行胆固醇液晶显示像素单元使用电压驱动时间，如此可简化胆固醇液晶显示器主动式矩阵电路。
20.图2为现有技术的胆固醇液晶反射率对电压关系的示意图。如图2所示，借由电压的调变可改变胆固醇液晶状态，平面态(planar)时将反射特定波长的光，而焦锥态(focal-conic)时将会散射，因此可利用电压进行反射率的调变。在调变液晶状态时，借由重置(resetting)电压将液晶驱动至同向排列(homeotropic)态，再改变电压使胆固醇液晶驱动至用户所需的平面态或焦锥态，调变需求的反射率。因此，可制造出具有双稳态特性的全彩反射式胆固醇液晶像素显示单元，最后再由复数个全彩反射式胆固醇液晶像素显示单元排列最终可实现全彩反射式胆固醇液晶主动式矩阵电路。
21.在此须注意的是，反射率的改变通过改变胆固醇液晶的周期性螺旋结构，造成入射光波长与胆固醇液晶间距长度满足布拉格条件(即2psinθ＝nλ)时，可得到强烈反射光，其中胆固醇液晶中各相邻平面间的距离为p，θ为入射角、n为与胆固醇液晶排列方式相关的整数，而λ则为波长。从而，胆固醇液晶显示器可通过调整胆固醇液晶排列方式来调整反射率。此外，布拉格反射会反射与材料结构相仿的光线，因此胆固醇液晶分子结构为左旋结构时，则其会反射左旋光；反之若胆固醇液晶分子结构为右旋结构，则其会反射右旋光。
22.然而，于实际应用时，胆固醇液晶主动式矩阵10须先对每一胆固醇液晶像素显示单元进行重置后始能调整该胆固醇液晶像素显示单元至所需求的反射率(如图2所绘示)，从而胆固醇液晶主动式矩阵10的驱动方法如图3所绘示。由图3可知，胆固醇液晶重置转态时间为tr，而确定转态时间为td。精确地说，胆固醇液晶显示像素单元于重置转态时间tr内因控制信号与数据信号而由焦锥态或平面态转至同向排列态，并且于确定转态时间td内因另一控制信号与另一数据信号而由同向排列态转至焦锥态或平面态，进而使胆固醇液晶主动式矩阵10得以像素为单位调变每一胆固醇液晶显示像素单元的反射率。
23.需特别注意的是，胆固醇液晶显示像素单元的重置转态时间tr与确定转态时间td较长(于60hz帧率的胆固醇液晶的应用中，其重置转态时间tr与确定转态时间td分别设定为2毫秒与14毫秒)，但胆固醇液晶显示像素单元接收控制信号的时间却可以很短。举例来说，如图3所示，胆固醇液晶显示像素单元于重置阶段所接收控制信号的时间长度(即重置时间)t[gr]与接收控制信号的时间长度(即确定时间)t[gd]分别为微秒及十微秒等级。以重置阶段为例，胆固醇液晶显示像素单元接收控制信号的重置时间后，即可切断控制信号而与其他控制信号绝缘，并维持重置转态时间使胆固醇液晶进入同向排列态。在此同时，于重置转态时间内胆固醇液晶显示像素单元维持时，驱动芯片可继续提供另一控制信号与数据信号给其他胆固醇液晶显示像素单元，以重置另一胆固醇液晶显示像素单元。另一方面，于确定阶段中除确定时间的长短与确定转态时间长短与重置阶段有所不同外，工作原理及操作方法相似，于此不赘述。
[0024]
另一方面，基于胆固醇液晶的特性，重置阶段所需的电压与确定阶段所需电压并不相同。举例来说，重置阶段胆固醇液晶须于像素电极与共源极的间提供约35伏特的电位差，而确定阶段仅须提供约20伏特的电位差即可。因此，在不同阶段时闸极电压与汲极电压须进行适当的调整与控制，使得胆固醇液晶受到在符合需求的电场强度。
[0025]
然而，现有技术其驱动方式将较为复杂。例如，图4为现有技术胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。于图4中，共源极电压为固定值vcom，于闸极开启电压为vgh而闸极关闭电压为vgl。如图4所示，使用正极性电压驱动的胆固醇液晶显示像素单元因受到闸极开启电压与汲极电压(或液晶像素电压)差值大于tft开启阈值电压vth而开始充电；使用负
极性电压驱动的胆固醇液晶显示像素单元亦然，易言之，整体电路电压峰至峰值(peak-to-peak voltage)即为vgh-vgl。
[0026]
因此，现有的设计方法就各别组件而言，其所须线性的工作区间须随之变大，使得组件设计困难度上升。举例来说，若重置阶段胆固醇液晶须于汲极与共源极之间提供vh＝35伏特的电位差，则整体电路的于重置阶段时，液晶于重置阶段操作电压峰至峰值(peak-to-peak voltage)即为两倍vh。在共源极电压为固定值的情况下，重置阶段时tft器件工作电压vgh、vgl与液晶电压关系需遵守：vgh-vgl>2vh，其电压值差距过大，使得电路组件易造成tft漏电，降低液晶夹差电压稳定性。
[0027]
为了解决上述问题，本发明所提供的胆固醇液晶显示器主动式矩阵可随主动式矩阵状态而适当调整共源极电压，缩小电路整体的所需的电压峰至峰值(即vgh-vgl)。
[0028]
详细来说，图5为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。于图5中，不论是正帧或是负帧，在重置阶段使用同极性电压进行，整体汲极电压操作区间可有效减少，因此与图4中现有技术相比，本发明的胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法可有效减少电压峰至峰值。举例来说，若现有技术的vdh最大值为35v，vdl最小值为-35v；而vgh为40v，vgl设为-40v时，则现有技术中电压峰至峰值为80v，而本发明的胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法仅为65v。
[0029]
此外，为避免直流残留(dc residue)效应，于实施例中，工作电压vdh-vcom与vcom-vdl长期而言平均值为0(其中vdh为vd大于0时电压值，而vdl为vd小于0时电压值)。为简化设计，可使相邻两正、负帧之间工作电压vdh-vcom与vcom-vdl的平均值为0，或使工作电压vdh-vcom与vcom-vdl的平均值小于门限值(举例来说，该平均值小于0.1伏特)，如此可确保上述的要求。
[0030]
除了共源极电压值不须为固定值外，相似地，在本实施例中，于重置阶段时，vgh可在可满足胆固醇液晶显示像素单元充电的要求下变动，使得工作电压vdh-vcom与vdl-vcom长期而言平均值为0或小于门限值。精确地说，图6为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。于图6中，vgh先经过2个电荷释放时间t
release
长度的负值(电荷释放电压v
release
)后，才改变为1个电荷注入时间t
target
的正值(电荷注入电压v
target
)，使得工作电压vdh-vcom与vdl-vcom长期而言平均值为0。事实上，上述v
release
、v
target
、t
release
及t
target
的大小设计根据使用场景或是产品规格需求等因素通过适当的选择(|v
target-vcom|>vh，其中vh使胆固醇液晶驱动的阈值电压)，而可适用本发明的驱动方法。
[0031]
图7为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。本发明可借由共源极电压调变方式，有效压缩汲极于正、负帧所需操作电压区间，通过共源极电压值的调整，可使得胆固醇液晶显示像素单元于重置阶段与确定阶段时的闸极、汲极与共源极电位差仍然满足上述条件但更进一步减少vd于负帧时的量值，进而使电压峰至峰值缩小。
[0032]
进一步地，图8为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵80的电路示意图。胆固醇液晶主动式矩阵80与胆固醇液晶主动式矩阵10的结构大致相同，差异处在于液晶主动式矩阵80同时开启扫描线82、83，同时对奇偶液晶像素充电，达到缩短一倍扫描时间。除此之外，胆固醇液晶主动式矩阵80的其余组件作用方式与图1相似，即以驱动芯片施加电压于扫描线及数据线，使胆固醇晶体管开始作动，进而重置胆固醇液晶显示像素单元或决定其反射率，于此不赘述。
[0033]
请继续参考图9，图9为本发明实施例胆固醇液晶主动式矩阵驱动方法的示意图。相较现有技术的驱动方法，于确定胆固醇液晶显示像素单元时，本发明实施例可一次对二颗胆固醇液晶显示像素单元进行充电，以决定其反射率，进而可缩短一半的缩描时间，使胆固醇液晶显示器主动式矩阵满足使用者所需的帧率。本领域具通常知识者当可据以做不同的修饰，而不限于此。
[0034]
此外，于实施例中，各单元可利用特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)来实现。于实施例中，驱动芯片可为应用处理器(application processor)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、中央处理单元(central processing unit，cpu)、图形处理单元(graphics processing unit，gpu)甚至张量处理单元(tensor processing unit，tpu)，得以提供上述的驱动信号功能即可，而不在此限。另一方面，而电路设计方式上也未有所限制，例如，于实施例中，可通过相邻上下列共享闸极的方式，节省扫描线的使用量。
[0035]
虽然出于说明的目的，上述的说明均以水平排列的扫描线与垂直排列的资料线为实施例，然而扫描线也可为垂直排列而数据线为水平排列，或其他种符合实际场景或应用需求的排列方式。此种主动式矩阵电路设计方式为本领域技术人员，于此不再赘述。
[0036]
另一方面，胆固醇液晶显示器主动式矩阵中复数个胆固醇液晶显示单元的扫描方式也未有所限制，其可为依序或乱序或其他任意顺序。此种时序控制方式及对应的电路为本领域技术人员，于此不再赘述。
[0037]
上述实施例用以说明本发明的概念，本领域技术人员当可据以做不同的修饰，而不限于此。因此，只要胆固醇液晶显示器主动式矩阵的驱动方法，可借由动态调整胆固醇液晶显示像素单元的共源信号、控制信号、数据信号，或三者的组合，以控制胆固醇液晶显示像素单元的充、放电行为，即满足本发明的要求，而属于本发明的范畴。
[0038]
综上所述，本发明提供可动态调整闸极电压、汲极电压及共源电压的胆固醇液晶显示器主动式矩阵，通过适当调整共源极电压，以缩小电路整体的所需的电压峰至峰值。另一方面，通过闸极开启时序调整可缩短胆固醇液晶显示像素单元充电时间，缩短确定阶段的时间，进而缩短扫描时间，因此可使胆固醇液晶显示器主动式矩阵在固定总像素的条件下提高帧率。
[0039]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
[0040]
【符号说明】
[0041]
10:胆固醇液晶主动式矩阵
[0042]
12:扫瞄线
[0043]
14:资料线
[0044]
100:胆固醇液晶显示像素单元
[0045]
200:状态
[0046]
201:状态
[0047]
tr:重置转态时间
[0048]
td:确定转态时间
[0049]
t[gr]:重置时间
[0050]
t[gd]:确定时间
[0051]
vdh:汲极正极性电压
[0052]
vdl:汲极负极性电压
[0053]
vgh:闸极开启电压
[0054]
vgl:闸极关闭电压
[0055]
vh:阈值电压
[0056]
vcom:共源极电压
[0057]
t
release
:电荷释放时间
[0058]
t
target
:电荷注入时间
[0059]
80:胆固醇液晶主动式矩阵
[0060]
82:扫瞄线
[0061]
83:扫瞄线
[0062]
84:资料线
[0063]
85:资料线
[0064]
86:共源线
[0065]
800:胆固醇液晶显示像素单元。