專利名稱：液晶顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器，尤其是指一種半透射半反射式液晶顯示器。
背景技術：
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)一般可以分為反射式(reflective)液晶顯示器、透射式(transmissive)液晶顯示器及半透射半反射式(transflective)液晶顯示器。反射式LCD是指光源由面板前方進入LCD內(nèi)，并且經(jīng)由內(nèi)部的一反射表面(如鋁金屬)反射以讓使用者能觀看到LCD的顯示畫面，其優(yōu)點是極為省電，但是在較暗的場合看不到顯示幕的內(nèi)容且對比度較差。透射式LCD通常具有一設置于液晶單元后方的背光源，用以發(fā)射入射光線，入射光線選擇性地穿越液晶單元之后，于LCD的前方顯示畫面。透射式LCD適合在室內(nèi)環(huán)境光較暗時使用，但由于背光源的存在而功耗增加，且在強環(huán)境光下顯示質(zhì)量較差。半透射半反射式LCD則是同時利用反射式及透射式顯示畫面的顯示器，當外部光線足夠時就用外部光源，不足時可使用背光源，它是兼具省電和具輔助光線的方式，尤其適合應用于手機、個人數(shù)字助理器等具液晶顯示功能的電子產(chǎn)品上。
請參照圖1所示的公知技術，彩色液晶顯示面板1具有一個呈現(xiàn)二維陣列分布的像素單元10，每一像素單元10均包括有多個子像素單元，通常為分別控制紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色的子像素單元，該RGB三原色的顯示效果是光線通過彩色濾光片產(chǎn)生的結果。圖2為表示傳統(tǒng)半反射半透射式LCD的像素單元結構的平面圖，而圖3A與圖3B則表示了其像素單元結構的剖面圖。如圖2所示，一個像素單元可分為三個子像素單元12R、12G及12B，每一子像素單元均被分成透射區(qū)域(TA)及反射區(qū)域(RA)。請參照圖3A所示，在透射區(qū)域(TA)，來自于背光源的光線(如箭號所示)穿過下基板30到達透射區(qū)域(TA)，并依次穿過液晶層(liquid crystal layer)、彩色濾光片R及上基板20；在反射區(qū)域(TB)，進入反射區(qū)域(TB)的光線(如箭號所示)在經(jīng)由反射層或電極52反射之前，需要先穿過一上基板20、彩色濾光片R及液晶層。當然，部分反射區(qū)域可以選擇由一非彩色濾光片(NCF)遮蓋，如圖3B所示。
正如公知技術所示，為控制液晶顯示器的光學特性，每一像素單元設置包括元件層50及一個或兩個電極層。舉例來說，形成于元件層50上的透明電極54可以與形成于上基板20上的共用電極(common electrode)22共同控制位于透射區(qū)域(TA)內(nèi)的液晶層的光學特性。同樣地，位于反射區(qū)域(TB)內(nèi)的液晶層的光學特性是由反射電極52和共用電極22共同予以控制。共用電極22連接至一共用線(未示出)上。元件層50是沉積在下基板30上，其主要包括有掃描線31與32、數(shù)據(jù)線21-24(如圖2所示)、晶體管及保護層(未示出)。進一步來說，在元件層50上通常還會形成有存儲電容，當掃描線上的信號脈沖掃描過后，該存儲電容可以用來保持子像素單元上的電荷。具有透射區(qū)域和反射區(qū)域的典型的子像素單元(m，n)的等效電路可參考圖4所示。在圖4中，CLC1主要是指位于透明電極54與共用電極22之間的液晶層的電容，CLC2主要是指位于反射電極52與共用電極22之間的液晶層的電容，C1是指存儲電容，COM則是指共用線。
在公知技術中，液晶顯示面板還具有一1/4波片(quarter-wave plate)及一偏光板(polarizer)。
傳統(tǒng)的半反射半透射式LCD的像素一般會包含有透射區(qū)與反射區(qū)。假設透射區(qū)的平均間隙為dt，反射區(qū)的平均間隙為dr，當dr＞1/2dt時的主要問題在于透射區(qū)域的透射率與反射區(qū)域的反射率在同一工作電壓值時并不能同時達到各自的峰值。如圖5所示，以dr＝dt為例，V-R曲線(反射率曲線)的峰值出現(xiàn)在電壓為2.8V處，而V-T曲線(透射率曲線)的峰值的扁平區(qū)域則出現(xiàn)在電壓為3.7-5V處，亦即當透射率達到其較高值時，反射率反而呈倒置狀態(tài)。
在公知技術中，這種反射率倒置的問題可以經(jīng)由精確地控制間隙dr、dt的設計來改善，其中在反射區(qū)域之間隙大致是透射區(qū)域之間隙的一半。然而，雖然雙間隙設計在理論上是有效的，但實際上由于制程復雜而很難達到所要的效果。業(yè)界還嘗試用其他方法去改善反射率倒置的問題；例如，通過控制位于透射區(qū)域與反射區(qū)域上的電壓值及利用絕緣層鍍制反射電極等方法。詳言之，反射區(qū)域的電壓值相對于透射區(qū)域的電壓值可以通過一電容來降低；如圖6所示，將一獨立電容CC串聯(lián)至液晶電容CLC2上，藉此反射電極相對于共用線的電壓值可以表示為
請參閱圖7A及圖7B。圖7A為公知像素數(shù)據(jù)Vdata與反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2的關系圖，圖7B為公知透明液晶電容CLC1與反射液晶電容CLC2的在不同工作電壓時與透射率與反射率的關系圖，其中縱軸表示透射率與反射率，橫軸表示像素數(shù)據(jù)Vdata與共用電壓VCOM的電壓差。從圖7B中可以觀察到，當夾差電壓達到3V時，透射光強度(透射率)幾乎達到最大值，而反光強度(反射率)則約等于0.2。雖然當夾差電壓達到4V時，透射率與反射率都上升到最大值，但是在夾差電壓為5V時，反射率又下降至0.6。換句話說，在夾差電壓較大時(也就是像素數(shù)據(jù)呈高灰度時)，反射率曲線的半周波(如圖7B的范圍A所示)較窄，峰值的電壓容許度較小而不易控制。同樣地，依據(jù)圖7C所示Gamma曲線，在第45階信號時，透射率幾乎達到0.5，但是反射率卻幾乎等于0。換句話說，透射光經(jīng)過透明液晶單元之后的亮度與反射光經(jīng)過反射液晶單元之后的亮度是不相同的，即在同一工作電壓值時，透射光與反射光的透光率不相同，且灰度變化率也不同。
有鑒于上述公知技術所遇到的問題，實有必要對半反射半透射式LCD進一步的改進，以提高其顯示質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種半透射半反射式液晶顯示器，其反射光與透射光的透光強度相協(xié)調(diào)，并能提高顯示質(zhì)量。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種半透射半反射式液晶顯示器，其包含多條數(shù)據(jù)線、多條掃描線，以及多個像素單元，該多條掃描線用來產(chǎn)生驅動信號，該多條數(shù)據(jù)線用來產(chǎn)生像素數(shù)據(jù)。每一像素單元包含一第一開關單元，用來于接收一掃描線的驅動信號時，傳輸一數(shù)據(jù)線的像素數(shù)據(jù)；一第一電極，用來提供一第一電壓信號；一第二電極，用來提供一第二電壓信號；一第一液晶電容(first control capacitor)，其一極電連接到該第一電極，另一極電連接到該第一開關單元，用來依據(jù)該像素數(shù)據(jù)以及該第一電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子；一傳感電容(sensing capacitof)，包含一第一極以及一第二極，該第一極電連接到該第一開關單元；一調(diào)制電容，其一極電連接到該第二電極，另一極連接到該傳感電容(sensing capacitor)的第二極；以及一第二液晶電容，其一極電連接到該傳感電容(sensing capacitor)的第二極，另一極電連接到該第一電極，用來依據(jù)該像素數(shù)據(jù)、該第一電壓信號以及該第二電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子。


圖1為表示呈現(xiàn)二維陣列分布的像素單元的彩色液晶顯示面板。
圖2為表示公知半反射半透射式LCD的像素單元結構的平面圖。
圖3A與3B為表示像素單元結構的剖面圖。
圖4為公知像素單元的等效電路圖。
圖5為公知單間隙半反射半透射式LCD的透射區(qū)域的透射率與反射區(qū)域的反射率與工作電壓的關系圖。
圖6為公知單間隙的半透射半反射式液晶顯示器的像素等效電路圖。
圖7A為公知像素數(shù)據(jù)Vdata、電壓信號VCOM與反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2的關系圖。
圖7B為公知透明液晶電容CLC1、電壓信號VCOM與反射液晶電容CLC2的在不同工作電壓時與透射率與反射率的關系圖。
圖7C為公知Gamma2.2曲線在64階的信號分布時，透射率及反射率的關系圖。
圖8為本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的像素單元的等效電路圖。
圖9為本發(fā)明的像素單元的結構剖面圖。
圖10為像素單元工作時，像素數(shù)據(jù)電壓、第二電壓信號以及調(diào)整前后施加于反射液晶電容的電壓的時序圖。
圖11A為本發(fā)明像素數(shù)據(jù)Vdata、第一電壓信號VCOM1與反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2的關系圖。
圖11B為本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的反射光與透射光的透光強度隨工作電壓變化的曲線圖。
圖12為本發(fā)明Gamma2.2曲線在64階的信號分布時，透射率及反射率的關系圖。
圖13為本發(fā)明的像素單元與驅動第二電壓信號的開關單元的等效電路圖。
圖14為本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的像素單元的第二實施例的等效電路圖。
主要元件符號說明像素單元100、200透明液晶電容CLC1反射液晶電容CLC2傳感電容(sensing capacitor)Cc調(diào)制電容C2存儲電容CST1、CST2第一電極COM1第二電極COM2掃描線nth-gate line數(shù)據(jù)線mth-data line穩(wěn)壓電容nth-Ccom 節(jié)點102、104、106開關單元mth-SW、nth-SW電壓源110具體實施方式
請參閱圖8及圖9，圖8為本發(fā)明的像素單元100的等效電路圖。多條掃描線(gate line)與多條數(shù)據(jù)線(data line)交錯之間形成像素單元100，圖9為像素單元100的結構剖面圖。每一像素單元100中形成有第一液晶電容以及一第二液晶電容，兩液晶電容為兩電極間包含有一液晶層形成。第一液晶電容的兩極皆由透明電極形成，而第二液晶電容的一極包含一具有高反射率的電極形成，另一極則為透明電極。在本實施例中，第一液晶電容為透明液晶電容CLC1，其用來控制半透射半反射顯示器的透射區(qū)內(nèi)液晶分子的轉動方向。第二液晶電容為反射液晶電容CLC2，其用來控制半透射半反射顯示器的反射區(qū)內(nèi)液晶分子的轉動方向。透明液晶電容CLC1的一極通過一開關單元mth-SW連接，(在本實施例中開關單元以薄膜液晶體加以實現(xiàn))，另一極則與第一電極COM1相連接；反射液晶電容CLC2的一極與第一電極COM1相連接，另一極則連接至一傳感電容(sensing capacitor)Cc的一極，并亦同時連接至調(diào)制電容C2的一極，傳感電容(sensing capacitor)Cc的另一極通過開關單元mth-SW與數(shù)據(jù)線mth-data line相連接，而調(diào)制電容C2的另一極則與第二電極COM2相連接。此外，還可以設置一存儲電容CST1用來降低外界雜訊的干擾，該存儲電容CST1與透明液晶電容CLC1并聯(lián)，其一極與開關單元連接，另一極與第三電極COM3相連，其中COM1與COM3可為同一電位，也可為不同電位。
請一并參閱圖10，圖10像素單元100工作時，像素數(shù)據(jù)電壓Vdata、第一電壓信號VCOM1、第二電壓信號VCOM2以及調(diào)整前后施加于反射液晶電容的電壓Vcc的時序圖，圖中虛線為一參考電平。當掃描至第n條掃描線(nth-gate line)時，掃描線nth-gate line會送出一掃描信號以使開關單元mth-SW導通，此時，像素數(shù)據(jù)Vdata經(jīng)由數(shù)據(jù)線mth-data line通過開關單元mth-SW傳送至節(jié)點102。此時，透明液晶電容CLC1的夾差電壓VCLC1為像素數(shù)據(jù)電壓Vdata以及第一電壓信號COM1的電壓差，而反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2則會受到傳感電容(sensing capacitor)Cc以及調(diào)制電容C2的影響，使得夾差電壓VCLC2不僅與像素數(shù)據(jù)電壓Vdata和第一電壓信號VCOM1有關，同時也受到第二電壓信號VCOM2的影響。依據(jù)克希荷夫電流定律(Kirchhoff’s Current Law)，節(jié)點104的凈電流為(Vcc-Vdata)1SCc+Vcc-VCOM11SCLC2+Vcc-VCOM21SC2=0]]>其中節(jié)點104的電壓為Vcc，S為頻率響應參數(shù)。
因此，節(jié)點104的電壓Vcc=Cc·Vdata+CLC2·VCOM1+C2·VCOM2CLC2+Cc+C2,]]>所以反射液晶電容CLC2的夾差電壓|VCLC2|=|Vcc-VCOM1|=|CcCLC2+Cc+C2×(Vdata-VCOM1)+C2CLC2+CC+C2×(VCOM2-VCOM1)|]]>相較于公知技術，反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2在大于某一值后，在同樣的像素數(shù)據(jù)電壓Vdata下會因為第二電壓信號VCOM2的效應而變的比較小。
請參閱圖11A、圖11B以及圖12，圖11A為本發(fā)明像素數(shù)據(jù)Vdata與反射液晶電容CLC2的夾差電壓VCLC2的關系圖。圖11B為本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的反射光與透射光的透射率曲線及反射率曲線示意圖，圖中橫軸表示像素數(shù)據(jù)電壓與第一電壓信號的電壓差，而縱軸表示透射率及反射率。由圖11B可知，透射與反射的曲線于約4.3V的前非常吻合，于4.3V也都能達到幾乎最高的效率。如圖12所示，透射與反射的灰度變化曲線已相當協(xié)調(diào)，并能大幅改善顯示質(zhì)量。在圖11A、圖11B以及圖12中，在第二電壓信號幅值VCOM2＝0.5V，CC/(CC+CLC2+C2)＝0.46，C2/(CC+CLC2+C2)＝0.32條件下，本實施例的半透射半反射式液晶顯示器的反射光與透射光的透光強度隨工作電壓(亦即像素數(shù)據(jù)電壓Vdata以及第一電壓信號VCOM1的電壓差)變化呈近似于一致的狀態(tài)。換句話說，與圖7A和圖7B相較，圖11B中，在同一工作電壓下的反射光與透射光的最大透光強度幾乎是同時上升到其最大值，而且反射液晶電容與透明液晶電容幾乎具有相同的閾值電壓(如圖11A所示的Vthreshold)。除此之外，當像素電壓信號呈高灰度時，本發(fā)明的半周波(圖11B的范圍B)寬于公知技術的半周波(圖7B所示的范圍A)。換句話說，在圖7A中，像素電壓信號Vdata越大時，反射液晶電容的夾差電壓VCLC2變化率較圖11A的變化率亦越大(亦即圖7A的直線C的斜率大于圖11A的直線D的斜率)，反射率曲線不再是在2.7V至4V的區(qū)間內(nèi)由0陡升至1，而是相對平緩地由2V至4V的區(qū)間內(nèi)由0上升至1，所以有利于像素電壓電平的規(guī)劃?？偠灾景l(fā)明的設計改善了dr＞1/2dt的半透射半反射式液晶顯示器的顯示質(zhì)量，從而解決公知的半透射半反射式液晶顯示器透射與反射灰度變化不協(xié)調(diào)的缺陷。
需注意的是，第二電極COM2提供的第二電壓信號VCOM2以及調(diào)制電容C2和傳感電容(sensing capacitor)Cc的目的用來使得反射液晶電容CLC2接收像素電壓信號Vdata時，能適度地縮小作用于反射液晶電容CLC2的電壓差。在圖7中，用第二電壓信號VCOM2的幅值為0.5V下模擬的結果，第二電壓信號VCOM2的相位與第一電壓信號VCOM1的相位相反，其幅值由C2的大小決定。當?shù)诙妷盒盘朧COM2的相位與第一電壓信號VCOM1的相位為同相時亦屬于本發(fā)明的范疇。除此之外，也可以將第二電壓信號VCOM2設定為一定值。
請一并參閱圖10及圖12，圖12為本發(fā)明的像素單元100與驅動第二電壓信號VCOM2的開關單元的等效電路圖。當掃描線nth-gate line掃描時，開關單元nth-SW、mth-SW會同時導通，開關單元mth-SW會導致像素數(shù)據(jù)電壓傳輸至節(jié)點102，在此同時，開關單元nth-SW的導通導致第二電壓信號VCOM2由其電壓源110傳輸至第二電極nth-COM2。穩(wěn)壓電容nth-Ccom電連接到一第五電極COM5，一旦該開關單元nth-SW關斷，而對應的第二電極nth-COM2處于浮接狀態(tài)，其電位可通過穩(wěn)壓電容nth-Ccom的感應而隨第一電壓信號VCOM1的電位變化。
本實施例的開關單元nth-SW因為其驅動時序與掃描線一致，所以可以設置在每一像素單元100之中，或是設置在面板的外側，或是設置在閘極驅動器(gate driver)之中。
本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的第二實施例亦可采用如圖14所示的等效電路圖，圖中所示像素單元200與前述第一實施例不同的處在于反射液晶電容CLC2的一極與第一電極COM1相連接，另一極則連接至傳感電容(sensing capacitor)Cc的一極，并亦同時連接至調(diào)制電容C2的一極及存儲電容CST2的一極，該存儲電容CST2的另一極連接至第四電極COM4上，其中COM1、COM3與COM4可為同一電位，也可為不同電位。由于在顯示器中，金屬線與電極不可避免地會彼此重疊而產(chǎn)生傳感電容(sensing capacitor)效應，因此可能會造成各電容與所要的目標電壓值有過大的電壓誤差，所以選擇性地增設存儲電容CST2可用來消除傳感電容(sensing capacitor)效應。
相較于先前技術，本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器通過設置第二電極、傳感電容(sensing capacitor)以及調(diào)制電容，并能夠對反射液晶電容(或透射液晶電容)的電壓進行調(diào)制，從而使得在反射液晶電容(或透射液晶電容)上能夠得到理想的夾差電壓，即本發(fā)明反射光與透射光的透光強度隨工作電壓變化呈近似于一致的狀態(tài)，在同一工作電壓下的反射光與透射光的最大透光強度幾乎是同時上升到其最大值，藉此提高本發(fā)明半透射半反射式液晶顯示器的顯示質(zhì)量，從而改善公知單間隙半透射半反射式液晶顯示器的透射與反射灰度變化不協(xié)調(diào)的缺陷。
以上所述者僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本領域技術人員依本發(fā)明的精神所進行的等效修改或變化，皆涵蓋于后附的申請權利要求范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種液晶顯示器，包含多條數(shù)據(jù)線，用來傳送像素數(shù)據(jù)；多條掃描線，用來傳送驅動信號；以及多個像素單元，每一像素單元包含一第一開關單元，用來于接收一掃描線的驅動信號時，傳輸一數(shù)據(jù)線的像素數(shù)據(jù)；一第一電極，用來提供一第一電壓信號；一第二電極，用來提供一第二電壓信號；一第一液晶電容，其一極電連接到該第一電極，另一極電連接到一像素電極，該像素電極連接到該第一開關單元，用來依據(jù)該像素數(shù)據(jù)以及該第一電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子；一傳感電容，包含一第一極以及一第二極，該第一極電連接到該第一開關單元；一調(diào)制電容，其一極電連接到該第二電極，另一極連接到該傳感電容的第二極；以及一第二液晶電容，其一極電連接到該傳感電容的第二極，另一極電連接到該第一電極，用來依據(jù)該像素數(shù)據(jù)、該第一電壓信號以及該第二電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子。
2.如權利要求1所述的液晶顯示器，其還包含一第一存儲電容，其一極電連接到該像素電極，另一極電連接到一第三電極，該第三電極用來提供一第三電壓信號。
3.如權利要求1所述的液晶顯示器，其還包含一第二存儲電容，其一極電連接到該傳感電容的第二極，另一極電連接到一第四電極，該第四電極用來提供一第三電壓信號。
4.如權利要求1、第2或第3所述的液晶顯示器，其中該第一液晶電容的兩端各由透明電極形成，而該第二液晶電容的一極包含一具有高反射率的電極形成，另一極則為透明電極形成。
5.如權利要求1、2或3所述的液晶顯示器，其還包含一電壓源，用來產(chǎn)生該第二電極的電壓信號；以及一第二開關單元，一極連接到該電壓源，另一極連接到該第二電極，用來接收該掃描線的驅動信號時，產(chǎn)生傳輸該第二電壓信號至該第二電極。
6.如權利要求5所述的液晶顯示器，其還包含一第五存儲電容，其一極電連接到一第五電極，另一極電連接到該第二開關單元，用于穩(wěn)定該第二電壓信號。
7.如權利要求1、2或3所述的液晶顯示器，該第一電壓信號與該第二電壓信號為交流信號。
8.如權利要求7所述的液晶顯示器，其中該第一電壓信號與該第二電壓信號同相。
9.如權利要求7所述的液晶顯示器，其中該第一電壓信號與該第二電壓信號互為反相。
10.如權利要求1、2或3所述的液晶顯示器，其中該第一電壓信號為一直流信號。
11.如權利要求1、2或3所述的液晶顯示器，其中該第二電壓信號為一直流信號。
全文摘要
一種液晶顯示器，包含多條數(shù)據(jù)線、多條掃描線，及多個像素單元，該多條掃描線產(chǎn)生驅動信號，該多條數(shù)據(jù)線產(chǎn)生像素數(shù)據(jù)。每一像素單元包含第一開關單元，于接收掃描線的驅動信號時，傳輸數(shù)據(jù)線的像素數(shù)據(jù)；第一電極，提供第一電壓信號；第二電極，提供第二電壓信號；第一液晶電容，其一極電連接到第一電極，另一極電連接到第一開關單元，依據(jù)像素數(shù)據(jù)以及第一電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子；一傳感電容電連接到第一開關單元；一調(diào)制電容，其一極電連接到第二電極，另一極連接到傳感電容的第二極；以及第二液晶電容，其一極電連接到該傳感電容的第二極，另一極電連接該第一電極，依據(jù)該像素數(shù)據(jù)、該第一電壓信號及該第二電壓信號驅動其內(nèi)的液晶分子。
文檔編號G02F1/133GK1834762SQ20061007467
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權日2006年4月21日
發(fā)明者林敬桓, 蘇振嘉, 張志明 申請人:友達光電股份有限公司