专利名称：光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法
技术领域：
本发明与一种光学补偿弯曲(optical compensated bend；OCB)模式液晶显示器(OCB mode LCD)的驱动方式有关，特别是一种将薄膜晶体管其栅极电压的位准，耦合至象素电极(pixel)的方法，以加速液晶分子从斜展(splay)状态转换到弯曲(bend)状态。
背景技术：
随着薄膜晶体管制作技术的快速进步，液晶显示器由于具备了轻薄、省电、无幅射线等优点，而大量的应用于个人数字助理器(PDA)、笔记型计算机、数字相机、摄录像机、移动电话等各式电子产品中。再加上业界积极的投入研发以及采用大型化的生产设备，使液晶显示器的质量不断提升，且价格持续下降，更使得液晶显示器的应用领域迅速扩大。
为了进一步提高液晶层的反应速率并增广视角，目前的液晶显示器制作中，针对液晶分子的材料特性着手，而设计出三种主要的改善方式。这三种改善方式包括了(1)采用垂直配向(Vertical Alignment；VA)的液晶模式；(2)开发低黏度的液晶分子；以及(3)采用光学补偿弯曲(OCB)模式。其中，垂直配向的方式，是借由改变配向膜的表面形状，使液晶分子沿着配向膜表面排列分布，如此一来，当施加电压于象素电极(pixelelectrode)时，液晶分子能迅速的转动而呈现垂直的排列。至于，开发低黏度液晶材料的方式，则是着眼于液晶反应时间与液晶分子的黏度呈现正比关系，因此当液晶分子的黏度降低时，其反应时间便会缩短。
至于，对采用OCB模式的液晶显示器而言，分布于上、下玻璃基板表面的液晶分子是平行配向，但内层的液晶分子不扭曲，只是在一个平面内弯曲排列，此种排列方式会使光线产生双折射，是以在加上双轴相位差板(Biaxial Retardation Film)，可补偿各个轴向的相差，并克服视角受到液晶分子倾斜造成光学特性变化的影响，因此可提供宽视角的效果。除此之外，由于OCB模式内的液晶分子只是弯曲排列，不用像TN模式的液晶分子一样，需要克服改变扭曲排列的回流(Backflow)延滞，因此采用OCB模式的液晶显示器，其反应速率可缩减至1～10ms，远小于传统TN液晶模式的反应时间(约50ms)。
值得注意的是，尽管OCB模式的液晶显示器具有上述优点，但在应用上仍然有许多的缺陷。例如，现有的OCB模式液晶显示器，往往需要一段较长的热机(warm-up)时间，才能使液晶层中的液晶分子，由斜展(splay)状态转换到真正要进行操作的弯曲(bend)状态。为了加速液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态，目前的OCB模式液晶显示器设计中，往往会在液晶层两端施加高电压，加速驱迫液晶分子的转动。
请参照图1，此图显示了液晶显示器中单位象素的电路结构。此单位象素主要借由一薄膜晶体管10作为开关使用。其中，薄膜晶体管10的栅极是经由一扫瞄线12连接于栅极驱动芯片(Gate Driver)13，源极则经由一条数据线14而连接于源极驱动芯片(Source Driver)15，至于其漏极则分别连接于辅助电容Cst与象素电极(pixel electrode)16。相对于象素电极16的另一侧，则设置了一共同电极(common electrode)17。一液晶层18正好填入并夹合于象素电极16与共同电极17之间。当栅极驱动芯片13输出的扫瞄信号(Vg)，将薄膜晶体管10导通时，来自源极驱动芯片15的数据信号(Vdata)，可经由漏极端传送至象素电极16，并与共同电极17产生一个跨压，而使液晶层18产生所需的影像。
为了施加高电压于象素电极16，以加速OCB模式的液晶分子转动，现有的液晶显示器中，往往会改变源极驱动芯片15的设计，使其具有输出高电压的能力(例如，由5伏特增加至15伏特)；或是更改共同电极17的设计，使其电压位准降低(例如，由6伏特降低至-16伏特)，以便在象素电极16与共同电极17之间，产生一个较大跨压。但如此一来，可能需要改变驱动芯片的高压制程规格、或是变更整个象素的图案设计，而导致整体成本与设计难度的增加。
发明内容
本发明揭露了一种光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器的热机方式，借着将薄膜晶体管其栅极电压的位准，耦合至象素电极(pixel)，能加速液晶分子从斜展(splay)状态转换到弯曲(bend)状态。
本发明揭露了一种光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器的热机方法，其中液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个该象素单元包括了一薄膜晶体管，薄膜晶体管能根据栅极端栅极信号的高、低电位决定导通与否，而使数据信号能经由源极、漏极，传送至象素电极，在相对于象素电极的另一侧并具有一共用电极，且一液晶层夹合于象素电极与共用电极之间。本发明提供的热机方法可区分为两个区段。在前段热机时间中，浮置薄膜晶体管的源极，同时持续施加高电位的栅极信号于栅极，使象素电极的电压位准耦合于栅极信号的高位准，而能加速液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。至于，在后段热机时间中，则恢复源极的数据信号供给，同时持续施加高电位的栅极信号于栅极，且经由薄膜晶体管的源极与漏极，输入数据信号至象素电极。
此外，本发明并提供了另一种两阶段式的热机方法，在前段热机时间中，浮置薄膜晶体管的源极，同时持续施加高电位的栅极信号于栅极，使象素电极的电压位准会耦合近似于栅极信号的高位准，而能加速液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。至于，在后段热机时间中，则恢复源极的数据信号供给，同时以栅极信号周期脉冲施加于栅极，以导通薄膜晶体管，并透过源极与漏极，输入数据信号至象素电极。
此外，本发明并提供了另一种热机方法，在热机时间中，浮置薄膜晶体管的源极，栅极则是以一般的扫瞄方式依序供给象素电极扫瞄信号(Vg)，使象素电极的电压位准会耦合近似于栅极信号的高位准，而能加速液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。
图1显示了目前液晶显示器中单位象素的电路结构；图2显示了本发明中使薄膜晶体管的源极处于浮置状态，以便高位准的栅极信号，能透过栅极-漏极间耦合电容，耦合至象素电极的情形；图3显示了本发明以时序控制芯片输出同步信号与数据信号，控制栅极驱动芯片与源极驱动芯片的情形；图4显示了本发明第一实施例中，源极驱动芯片与栅极驱动芯片所输出的信号波形；图5显示本发明第二实施例中，源极驱动芯片与栅极驱动芯片所输出的信号波形；图6显示本发明第三实施例中，源极驱动芯片与栅极驱动芯片所输出的信号波形；图7显示本发明第四实施例中，源极驱动芯片与栅极驱动芯片所输出的信号波形；图8显示本发明第五实施例中，源极驱动芯片与栅极驱动芯片所输出的信号波形。
符号说明薄膜晶体管～10
扫瞄线～12栅极驱动芯片～13数据线～14源极驱动芯片～15象素电极～16共同电极～17液晶层～18时序控制芯片～20具体实施方式
本发明提供了一种光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器的热机方法。此液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个象素单元包括了一薄膜晶体管，此薄膜晶体管能根据栅极信号的电位，决定是否导通，使数据线上的数据信号，能经由晶体管的源极与漏极传送至象素电极。借着浮置(floating)薄膜晶体管的源极，能使象素电极的电压位准，经由栅极-漏极耦合电容(Cgd)，耦合近似于栅极信号的位准。如此一来，当栅极信号具有高电位时，耦合至象素电极的高电压位准，能加速液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。有关本发明的详细说明如下所述。
请参照图1，如同前述，以目前液晶显示器中单位象素的电路结构为例，薄膜晶体管10的栅极是经由扫瞄线12连接于栅极驱动芯片(GateDriver)13，源极则经由数据线14连接于源极驱动芯片(SourceDriver)15，漏极则分别连接至辅助电容Cst与象素电极(pixelelectrode)16。以图中的NMOS晶体管为例，当栅极驱动芯片13输出的栅极信号(Vg)具有高位准时，可将薄膜晶体管10导通，而使源极驱动芯片15输出的数据信号(Vdata)，经由源极、漏极施加于象素电极16上，而使液晶层18产生所需的影像。
值得注意的是，上述数据信号(Vdata)的位准，大小往往只有几伏特而已(～5伏特)，因此施加于象素电极16上时，无法使液晶层18中的液晶分子迅速的转换至工作状态。相较于此，由栅极驱动芯片13输出的栅极信号(Vg)，普遍介于-5～20伏特的位准间，并且高电位的栅极信号(Vgh)大约有十几伏特的位准(～15伏特)。是以，借着将栅极信号的高电位(Vgh)耦合至象素电极16，可加速液晶分子由斜展状态转换至弯曲状态，而缩短整个液晶显示器的热机时间。
请参照图2，为了加快光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器的热机速度，在本发明的热机方法中，是先使薄膜晶体管的源极处于浮置(floating)状态，以切断数据信号(Vdata)的供给。接着，再施加高电位的栅极信号(Vgh)于栅极。此时，由于栅极信号(Vgh)的位准，会透过栅极-漏极间耦合电容(Cgd)，耦合至象素电极16上，因此象素电极16上的电压位准，会近似于栅极信号(Vgh)的位准。例如，当栅极信号(Vgh)为15伏特时，耦合至象素电极16上的电压约具有13.6伏特的位准。如此一来，横跨于象素电极16与共用电极17(～0伏特)间的压差可高达13.6伏特，而能有效的加速液晶层18中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。
要特别指出的是，在使用本发明的热机方法时，并不需要另外增加驱动芯片的高压制程，而能利用现有的栅极驱动芯片13与源极驱动芯片15来达成。请参照图3，由于在目前的液晶显示器设计中，驱动芯片13与15皆是透过一时序控制芯片(ASIC IC)进行操作，因此在使用本发明的热机方法时，只要修正时序控制芯片20的控制信号即可。例如，借着修正时序控制芯片20输出的同步信号与数据信号，可控制源极驱动芯片15的数据输出处于浮置状态，同时使栅极驱动芯片13的栅极信号维持在高电位。
请参照图4，此图显示了在本发明的第一实施例中，源极驱动芯片15与栅极驱动芯片13所输出的信号波形。其中，源极驱动芯片15具有一LD接脚，当输出的LD信号具有“ON”的位准时，表示源极驱动芯片15能闩锁传送至象素电极的数据信号(latch data to pixel)。是以，在开始进行热机程序时，可借着输出LD信号来闩锁数据信号，使源极驱动芯片15的数据信号输出端(不论是奇数行或是偶数行)产生高阻抗，并呈现浮置状态。
另一方面，在栅极驱动芯片13上则具有一Xon接脚，可同时控制所有薄膜晶体管的栅极处于高电位的状态。当Xon信号为“OFF”时，所有的栅极信号皆会维持在高电位Vgh。如图中所示，在整个热机时间中，Xon信号皆维持在“OFF”的状态，使每一条扫瞄线(X1、X2、...X5)上的栅极信号，一直维持在高位准Vgh的状态。此时，由于源极驱动芯片15的数据信号(Vdata)输出呈现浮置状态，因此对薄膜晶体管10而言，其用来传输数据信号的源极，亦处于高阻抗的浮置状态。如此一来，象素电极16的电压位准，会透过栅极-漏极间耦合电容Cgd，而耦合对应于高电位的栅极信号(Vgh)，并加速液晶层18中的液晶分子的转换(transition)。
请参照图5，为了进一步提升液晶显示器的热机效果，在本发明的第二实施例中，则可将整个热机时间区分为前段与后段，在前段热机程序中，使LD信号持续维持在“ON”的位准，而闩锁传送至象素电极的数据信号，让源极驱动芯片15的数据信号输出端(包括奇数行与偶数行)呈现浮置状态。同时，使栅极驱动芯片13的Xon信号维持在“OFF”，而令所有扫瞄线(X1、X2、...X5)上的栅极信号皆维持在高电位Vgh。
至于，在后段热机程序中，栅极驱动芯片13则继续维持Xon信号在“OFF”状态，而持续输出高位准的栅极信号Vgh。值得注意的是，在源极驱动芯片15的部分，则可让LD信号恢复正常的周期性切换，此时，数据输出端亦会由高阻抗的浮置状态，恢复至正常的数据信号供给。如图中所示，在进入后段的热机时间后，数据输出端便会根据奇数行或偶数行的差异，而分别输出正值或负值的数据信号。
请参照图6，在本发明的第三实施例中，亦把整个热机时间区分为前段与后段，在前段热机程序中，同样使LD信号持续维持在“ON”的位准，而使源极驱动芯片15的数据信号输出端(包括奇数行与偶数行)呈现高阻抗的浮置状态。同时，使栅极驱动芯片13的Xon信号维持在“OFF”，而令所有扫瞄线(X1、X2、...X5)上的栅极信号皆维持在高电位Vgh。
在进入后段热机程序后，栅极驱动芯片13则控制Xon信号至“ON”状态，此时，所有的扫瞄线(X1、X2、...X5)上的栅极信号都会处于低位准(Vg1)的状态，并根据时序参考信号(CPV)的周期起伏，逐一的输出栅极信号Vgh脉冲至每一条扫瞄线(X1、X2、...X5)。亦即，恢复栅极驱动芯片13正常的逐线扫瞄方式，而控制每一条扫瞄线上薄膜晶体管的导通与否。同样的，在源极驱动芯片15的部分，亦可恢复正常的LD信号周期，使数据输出端亦会由高阻抗的浮置状态，恢复至正常的数据信号供给，并根据奇数行或偶数行的差异，分别输出正值或负值的数据信号。
要特别指出的是，除了上述持续施加高电位栅极信号(Vgh)的方式外，亦可采用高低电位迅速切换的栅极信号(Vgh/Vg1)供给方式，来驱动液晶分子转换。请参照图7，在本发明的第四实施例中，整个热机时间内，源极驱动芯片15的数据信号输出端(奇数行与偶数行)仍处于高阻抗而呈现浮置状态。至于栅极驱动芯片13所输出的栅极信号，则是在高/低电位(Vgh/Vg1)间往复的切换，而形成特定的周期信号。在此种情形下，耦合至象素电极的信号电位，亦会呈现高/低位准的往复切换，而迫使液晶分子由斜展状态转换为弯曲状态。
除了上述图7中施加高低电位迅速切换的栅极信号(Vgh/Vg1)的方式外，亦可选择施加正常状态(normal)的栅极信号，来达成驱动液晶分子转换的目的。请参照图8，在本发明的第五实施例中，于整个热机时间内，源极驱动芯片15的数据信号输出端(奇数行与偶数行)仍处于高阻抗而呈现浮置状态。至于栅极驱动芯片13所输出的栅极信号，则是以一般的扫瞄方式依序供给象素电极扫瞄信号(Vg)，借由依序施加于扫瞄线(X1、X2、...X5)上的周期脉冲栅极信号，使象素电极的电压位准会耦合近似于栅极信号的高位准，而能加速液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。
实际操作中，热机时间会随着产品不同而有所差异，不过一般来说，整个热机的时间的约为0-2秒之间；其中前段大概是0-0.5秒，而后段则为0-1.5秒；亦即，前段热机时间与后段热机时间的比值大约控制在1∶3左右。
本发明所提供OCB模式液晶显示器的热机方法，具有相当多的优点。首先，按照本发明的设计，只需利用现有的栅极驱动芯片和源极驱动芯片即可，不需要另外增加驱动芯片的高压制程。换言之，只要借着调整时序控制芯片(Tcon)的设定控制，即可改变驱动芯片的输出信号波形，使栅极信号的电位耦合至象素电极，而加速液晶分子状态的转换。在此种情形下，本发明的方式显然可以省下习知技术中更改驱动芯片设计的成本，并且以高电位的栅极信号耦合于于象素电极，而产生所需的热机效果。
权利要求
1.一种液晶显示器的热机方法，其中该液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个该象素单元包括了一薄膜晶体管，该薄膜晶体管能根据栅极端的栅极信号，决定是否导通，使源极的数据信号传送至该象素电极，在相对于该象素电极的另一侧并具有一共用电极，且一液晶层夹合于该象素电极与该共用电极之间，该方法至少包含下列步骤浮置该薄膜晶体管的该源极；施加该栅极信号于该栅极，由此，该象素电极的电压位准会耦合近似于该栅极信号的位准，而能施加一高电压于象素电极。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器为光学补偿弯曲模式液晶显示器，而施加于象素电极的高电压有助于加速该液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器并具有一源极驱动芯片，经由一数据线，连结于该薄膜晶体管的该源极，其中该源极驱动芯片是借着中断该数据信号输出，而浮置该源极。
4.根据权利要求3所述的液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器并具有一栅极驱动芯片，经由复数条扫瞄线，连结于该象素阵列中的所有该薄膜晶体管。
5.根据权利要求4所述的液晶显示器的热机方法，其中上述栅极信号是为周期脉冲信号，且是随着参考频率的周期，逐一施加于同一条该扫瞄线上的该薄膜晶体管。
6.根据权利要求1所述的液晶显示器的热机方法，其中上述栅极信号具有高位准与低位准二种电压位准，当施加高位准栅极信号时，能导通该薄膜晶体管。
7.根据权利要求6所述的液晶显示器的热机方法，其中在部分热机时段中，是以高位准的该栅极信号持续施加于该栅极。
8.根据权利要求1所述的液晶显示器的热机方法，其中在部分热机时段中，是以高/低位准周期性切换的该栅极信号施加于该栅极。
9.一种光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中该液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个该象素单元包括了一薄膜晶体管，该薄膜晶体管能根据栅极端栅极信号的高、低电位决定导通与否，而使数据信号能经由源极、漏极，传送至该象素电极，在相对于该象素电极的另一侧并具有一共用电极，且一液晶层夹合于该象素电极与该共用电极之间，该方法至少包含下列步骤在前段热机时间中，浮置该薄膜晶体管的该源极，同时持续施加高电位的该栅极信号于该栅极，使该象素电极的电压位准耦合于该栅极信号的高位准，而能加速该液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态；在后段热机时间中，恢复该源极的数据信号供给，同时持续施加高电位的该栅极信号于该栅极，且经由该薄膜晶体管的该源极与该漏极，输入数据信号至该象素电极。
10.根据权利要求9所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器并具有一源极驱动芯片，经由一数据线，连结于该薄膜晶体管的该源极，其中该源极驱动芯片是借着中断该数据信号输出，而浮置该源极。
11.根据权利要求10所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述源极驱动芯片并具有闩锁传送数据信号的功能，能中断所有数据线上数据信号的传输。
12.一种光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中该液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个该象素单元包括了一薄膜晶体管，该薄膜晶体管能根据栅极端栅极信号的高、低电位决定导通与否，而使数据信号能经由源极、漏极，传送至该象素电极，在相对于该象素电极的另一侧并具有一共用电极，且一液晶层夹合于该象素电极与该共用电极之间，该方法至少包含下列步骤在前段热机时间中，浮置该薄膜晶体管的该源极，同时持续施加高电位的该栅极信号于该栅极，使该象素电极的电压位准会耦合近似于该栅极信号的高位准，而能加速该液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态；在后段热机时间中，恢复该源极的数据信号供给，同时以栅极信号周期脉冲施加于该栅极，以导通该薄膜晶体管，并透过该源极与该漏极，输入该数据信号至该象素电极。
13.根据权利要求12所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器并具有一源极驱动芯片，经由一数据线，连结于该薄膜晶体管的该源极，其中该源极驱动芯片是借着中断该数据信号输出，而浮置该源极。
14.根据权利要求13所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述源极驱动芯片并具有闩锁传送数据信号的功能，能中断所有数据线上数据信号的传输。
15.根据权利要求12所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述液晶显示器并具有一栅极驱动芯片，经由复数条扫瞄线，连结于该象素阵列中的所有该薄膜晶体管。
16.根据权利要求15所述的光学补偿弯曲模式液晶显示器的热机方法，其中上述周期脉冲的栅极信号，是随着参考频率的周期，逐一施加于同一条该扫瞄线上的该薄膜晶体管。
全文摘要
本发明是一种光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器的热机方法，其中液晶显示器具有象素单元阵列，且每一个象素单元包括了一薄膜晶体管，薄膜晶体管能根据栅极端的栅极信号，决定是否导通，使源极的数据信号传送至象素电极，在相对于象素电极的另一侧并具有一共用电极，且一液晶层夹合于象素电极与共用电极之间，方法至少包含下列步骤。首先，浮置薄膜晶体管的源极。接着，施加栅极信号于栅极，由此，象素电极的电压位准会耦合近似于栅极信号的位准，而能加速液晶层中的液晶分子由斜展状态转换到弯曲状态。
文档编号H01L29/66GK1570740SQ20041003800
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者张庭瑞, 陈伯纶 申请人:友达光电股份有限公司