专利名称：一种像素结构的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种光学补偿弯曲模式液晶显示器(Optically Compensated Bend Mode Liquid Crystal Display, OCB LCD )，且特别是关于一种光学补偿弯 曲模式液晶显示器的像素结构。
背景技术：
为了配合现代生活模式，视频或影像装置的体积日渐趋于轻薄。传统的阴 极射线显示器(CRT)，虽然仍有其优点，但是由于内部电子腔的结构，使得显 示器体积庞大而占空间，且显示时仍有辐射线伤眼等问题。因此，配合光电技 术与半导体制造技术所发展的平面式显示器(Flat Panel Display),例如液晶显示 器(LCD)、有机发光显示器(OLED)或是等离子显示器(Plasma Display Panel, PDP)，己逐渐成为显示器产品的主流。
承上所述，在液晶显示器领域里，OCB液晶显示器具有快速响应及广视角 等优点，在大尺寸液晶显示器上具有极大的优势与发展潜力。然而薄膜晶体管 (Thin-Film Transistor, TFT)漏电流的问题是各种液晶显示器所遭遇到的共同瓶 颈，其中以OCB液晶显示器特别显著。请参考图1，图1为根据传统技术的 OCB液晶的反应状态图，OCB液晶显示器在工作上具有两种状态，当液晶跨 压VPC (Vpixel-Vcom)在临界电压VCR(Critical Voltage)之下时，OCB液晶处 于自由能(free energy)较低的伸展态(Splay state),反之则处于弯曲态(Bend state)。具伸展态的OCB液晶，其光穿透度无法控制。因此，为了得到较佳品 质的显示画面，OCB液晶通常被运用在弯曲态区域，如此，当显示画面由白画 面转换为黑画面时，OCB液晶展现出快速响应的优势。
当OCB液晶处于弯曲态时，唯一需要注意的就是此液晶的白态电压VPCW(即白画面时的液晶跨压)必须高于临界电压VCR，否则OCB液晶将从具 高自由能的弯曲态，掉回具低自由能的伸展态。但是受到来自TFT或液晶电容 的漏电流影响，可能导致面板部份区域的白态电压VPCW值低于临界电压VCR 值，因此，位于此区域的OCB液晶将转回伸展态，这时画面上便会出现异常 的显示画面。为了解决上述问题，通常会将白态电压VPCW拉高而使OCB液 晶维持在具高自由能的弯曲态。上述做法，虽然可以预防异常的画面出现，却 也牺牲了液晶在白画面时的穿透度。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种像素结构，可应用于OCB液晶显示器上， 配合本发明的驱动方法可得到具弯曲态的低白态电压，以增加白画面时的透光 度。
为达到上述目的，本发明提出一种像素结构，包括一基底、 一隔离层、一 保护层、 一像素电极、 一共用电压连接线及一选择线。隔离层形成于基底之上， 隔离层之上为一保护层，像素电极在保护层之上。共用电压连接线位于基底与 隔离层之间，而选择线也在基底与隔离层之间。共用电压连接线与像素电极形 成一储存电容，选择线与像素电极形成一耦合电容。
本发明另提出一种像素结构，包括一基底、 一隔离层、 一保护层、 一像素 电极、 一共用电压连接线及一选择线。隔离层形成于基底之上，隔离层之上为 一保护层，像素电极在保护层之上。共用电压连接线位于基底与隔离层之间， 而选择线则位于隔离层与保护层之间。共用电压连接线与像素电极形成一储存 电容，选择线与像素电极形成一耦合电容。
依照本发明的上述的像素结构，因为储存电容与液晶电容从耦合电容中得 到一个脉冲信号，使得像素跨压的均方根高于临界电压，使白态电压可以更接 近临界电压，因而提升了液晶在白画面时的光穿透度。
本发明因采用耦合电容与液晶电容并联，使耦合电容提供一过驱动电压给 液晶电容，因此具有下列优点
1. 即使液晶的最低跨压不足，此液晶仍然可以维持在弯曲态，因而能够正 常显示画面。
2. 当液晶工作在白画面时，不会因为驱动电压的驱动能力不足，而造成液晶转态。
3. 增加了像素的可工作电压范围。
4. 白态电压可以更接近临界电压，因而提升了液晶在白画面时的光穿透度。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式
作详细说明，其中
图1为OCB液晶跨压与光穿透度函数关系图。
图2为一脉冲电压的电压变化波形图。
图3为多脉冲电压的电压变化波形图。
图4为本发明实施例的单一TFT像素的等效电路图。
图5为本发明实施例的液晶显示器像素等效电路图。
图6为本发明实施例的液晶显示器像素等效电路图。
图7为本发明实施例的液晶显示器像素等效电路图。
图8A 8F为本发明实施例的像素结构图。
图9A 9F为本发明实施例的像素结构剖面图。
图IO为本发明实施例的步骤流程图。
具体实施例方式
OCB液晶的光穿透度，是取决于施加在液晶的电场。当施加在液晶的电场 在液晶开始反应前发生改变时，液晶受本身材料的黏滞系数与弹性系数的影 响，其排列的方向会受电场改变影响。换言之，此时液晶的排列是受到电场加 之于液晶的力矩在单位时间上的平均值来决定，而上述的力矩与电场大小的平 方成正比，因为光穿透度与液晶的排列形式有关，所以光穿透度就与驱动电压 的均方根值有关。其公式如下
其中，V(t)为电压的时间函数，T为V(t)的变化周期。
利用此原理，我们可以在像素跨压上加入一组或多组的脉冲信号，来解决现有技术所遭遇的问题。请参考图2及图3，液晶跨压在白画面有一最小值为白态电压VPCW，此白态电压VPCW可能因为薄膜晶体管的漏电流或电容其他不良效应而微幅下降。如图2及图3所示，在充电时间tl时液晶跨压等于白态电压VPCW，但是当液晶进入维持时间t2时，白态电压VPCW微幅下降成为较低电位的白态电压VPCWF。当此低电位的白态电压VPCWF低于临界电压VCR，液晶就会从弯曲态转变成伸展态，而液晶跨压的均方根维持在临界电压VCR之上时，液晶仍为弯曲态。因此，在液晶反应时间t2内加入一个或多个脉冲信号(例如图2加入的脉冲信号PS及图3加入的脉冲信号PS1与PS2)，液晶在反应时间内的电压均方根值(root-mean square, RMS)便会得到提升而大于临界电压VCR。
其中，栅极电压VG表示扫描线上的栅极驱动电压，用以开启相对应的扫描线，数据线输出的电压则以数据线供应电压VDL表示。选择线所输出的过驱动电压VSEL，其信号波形可为脉冲信号(如PS、 PS1、 PS2)。共用电压VCOM则表示共用电压的电压电位。
借由脉冲信号PS，即使较低电位的白态电压VPCWF最后等于临界电压VCR，甚至小于临界电压VCR，也不会造成OCB液晶转态进入不易控制的伸展态。因此，在实际应用上，通过上述方法可将白态电压VPCW工作在更接近临界电压VCR的电压值。如图1所示，白态电压VPCW愈接近VCR，液晶的光穿透度也会更高，显示器在显示白画面时可以更为明亮，而且可扩大液晶从黑画面到白画面的电压工作范围。
图4绘示为本发明一实施例的单一 TFT像素的电路结构图，此像素适用于OCB液晶显示器。请参考图4，此像素包括一晶体管、 一储存电容CST1、 一液晶电容CLC及一耦合电容CST2。晶体管TFT的第一端耦接于数据线DL，液晶电容CLC则耦接于晶体管TFT的第二端与共用电压VCOM之间，晶体管TFT的栅极则受控于扫描线SCL。上述的共用电压VCOM为一参考电压，可设为接地电压或视实际需求而决定。耦合电容CST2则耦接于晶体管TFT的第二端与一选择线SEL之间。在本实施例中，晶体管TFT可为薄膜晶体管(thin-film transistor, TFT)。
此外，储存电容CST1与液晶电容CLC并联，以提升液晶电容CLC的蓄电能力。当液晶电容CLC充电后，会因为晶体管TFT的漏电现象等负面影响而造成像素的电压值下降，而储存电容CST1与液晶电容CLC并联可产生较大的电容值并储存较多电荷量，因此可以减缓像素的电压下降速度。
当数据线DL通过晶体管TFT将电压储存于液晶电容CLC与储存电容CST1后，选择线SEL经由耦合电容CST2耦合一过驱动电压(如VSEL)至液晶电容CLC，在一短暂的时间内拉高像素的电压。过驱动电压在像素的电压上产生一个脉冲信号(如图2及图3所示的PS)，使得液晶在反应时间内的电压均方根值增加。即使后来像素的电压因漏电或其他因素低于临界电压VCR，液晶所受到的总力矩仍然较大，而使液晶维持于弯曲态。
上述实施例的驱动方法与像素结构可应用于帧反转(Frame Inversion)、歹ll反转(Row Inversion)、行反转(Column Inversion)及点反转(Dot Inversion)的OCB液晶显示器。图5绘示为本发明另一实施例的显示器的像素电路图。显示器500包括多数个像素，其像素结构则如图4所示。扫描线SCL1 SCLN分别对应于多数个液晶电容CLC，其中每一列的液晶电容会对应到一选择线，而数据线DL1 DLM则用以驱动该些液晶电容CLC。在数据线DL1 DLM对其中一列的液晶电容CLC充电后，相对应的选择线会根据数据线DL1 DLM的驱动极性，输出一过驱动电压至同一列的液晶电容CLC,其像素的电压变化则如图2所示。选择线SEL1 SELN会在数据线DL1 DLM输出电压后，经由耦合电容CST2耦合一过驱动电压(本实施例中为一脉冲信号)至相对应的液晶电容，使液晶电容CLC两端的电压差的均方根维持在临界电压VCR之上。即使后来白态电压VPCW低于临界电压VCR，液晶所受到的总力矩仍然较大，而使液晶维持于弯曲态。
其中，选择线SEL1 SELN所输出的过驱动电压会随着数据线DL1 M的驱动极性而变，当数据线DL1 M为正极性驱动时，过驱动电压为正极性，当数据线DL1 M为负极性驱动时，过驱动电压为负极性。所以，图5所示的实施例可适用于帧反转与列反转两种驱动方式的显示器。
图6则是可适用于行反转的液晶显示器。图6为根据本发明另一实施例的液晶显示器像素等效电路图。由于行反转的驱动极性以行来划分，所以在图6的实施例中，数据线DL1 M与选择线SEL1 M为一对一。选择线SEL1 M根据数据线DL1 M的驱动极性，输出相对应的过驱动电压至液晶电容CLC。由于选择线SEL1 M可依照数据线DL1 M的驱动极性来改变，因此，在本发明另一实施例中，图6所示的像素电路图也可适用于点反转的显示器。
在本发明另一实施例中，显示器可在每一列的像素电容(表示整体像素的等效电容)配置两条选择线以适应点反转的驱动方式。图7为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素等效电路图，由于点反转的驱动极性以个别像素来划分，相邻的像素驱动极性皆不同。所以在图7实施例中，每一条扫描线对应于两条选择线，选择线以交错方式(例如选择线SEL1耦接至奇数个像素，选择线SEL2耦接至偶数个像素，反之亦可)耦接至同一列(扫描线)的像素电容。以选择线SEL1、 2为例，选择线SEL1、 2的驱动极性相反，并随着数据线DL1 DLM而变。在点反转的驱动方式中，相邻的像素需要不同的驱动极性，而选择线SEL1、2即可依照数据线DL1 DLM的驱动极性，在数据线DL1 DLM对液晶电容CLC充电后，输出相对应的过驱动电压至液晶电容CLC，使液晶维持在弯曲态。
上述图5 图7中的像素结构请参照上述图4的说明，像素的电压波形也可参照图2、 3的说明，本领域技术人员经由本发明的揭示应可轻易推知上述图5 图7的其余工作细节，在此不加累述。
在布局方面，本发明特举出六种布局的实施方式来说明上述图4 7中的像素结构的布局方式，但本发明的布局方式并不受其限制。以下说明请同时参考图4、图8A 图8F，图9A 图9F，其中图9A 图9F分别为图8A 图8F的剖面图。图8A 图8F为根据本实施例的像素结构图。在本实施例中，晶体管U0，例如为薄膜晶体管，可为标准制程，在此不加累述，液晶电容CLC的两端分别为像素电极PE与共用电压VCOM，储存电容CST1则与液晶电容CLC并联，可由像素电极PE与共用电压连接线VCOML (本实施例中为第一金属层Ml )或是像素电极PE与第二金属层M2所形成，其中共用电压连接线VCOML设置在面板内，并耦接至共用电压VCOM。至于耦合电容CST2则可由像素电极PE与选择线SEL所构成，在本实施例中，选择线SEL可由第一金属层M1、第二金属层M2所形成。换言之，耦合电容CST2可由像素电极PE与第一金属层M1、像素电极PE与第二金属层M1或是第一金属层M1 (例如用于选择线SEL的金属层)与第二金属层M2所构成。
接下来，则分别以图8A 图8F、图9A 图9F来说明。在液晶显示器的制程中，主要分为5层，分别为基底SUB、第一金属层M1、隔离层(insulation)INS、第二金属层M2、保护层(passivation)PAS。
首先详述图8A 8C的作法，在图8A 8C中，共同电压VCOM与选择线SEL皆使用第一金属层M1来布局，而在图8A中，储存电容CST1与耦合电容CST2主要皆由第一金属层M1与像素电极PE所形成。在图8B中，储存电容CST1主要由第一金属层M1与第一金属层M2所形成，耦合电容CST2主要皆由第一金属层M1与像素电极PE所形成。在图8C中，储存电容CST1与耦合电容CST2主要皆由第一金属层Ml与第二金属层M2所形成。
由制程的观点来看，请参照图9A 图9C，图9A 图9C分别为图8A 图8C的剖面图。主要在基底SUB上利用第一金属层Ml形成两组隔离的金属线，一个做为选择线SEL，另一个则是共用电压连接线VCOML。接下来再依序形成隔离层INS及保护层PAS，然后将像素电极PE置于保护层PAS之上，而第二金属层M2则位于隔离层INS与保护层PAS之间。若需利用第二金属层M2与第一金属层Ml形成单位面积电容值较高的储存电容CST1 (如图8B、 8C)，则像素电极PE可经由接触窗(contact hole)连接至第二金属层M2。
在图8D 8F中，则是利用第二金属层M2来形成选择线SEL，其布局方式请参考图8D 8F。在制程方面，请参考图9D 9F，共同电压连接线VCOML以第一金属层M1来布局，而选择线SEL则以第二金属层M2来布局。在图8D与图8F中，请对照图9D与图9F所示的剖面图，储存电容CST1主要由第一金属层M1与像素电极PE来形成，耦合电容CST2主要由第二金属层M2与像素电极PE来形成。在图8E中，请对照图9E，储存电容CST1主要由第一金属层Ml与第二金属层M2来形成，耦合电容CST2主要由第二金属层M2与像素电极PE来形成。
上述图8A 8E的像素结构图仅为本发明的实施例，本发明的布局方式并不受其限制，设计者可依实际布局需求调整其布局方式，本技术领域技术人员经由本发明的揭示，应可轻易推知其余可行的布局方式，在此不加累述。
接下来，由另一个观点来看，上述实施例可归纳为一驱动方法，图10为根据本发明另一实施例的像素驱动方法，包括下列步骤首先提供一电压至一像素(Sll),然后经由一耦合电容将一过驱动电压耦合至上述的像素(S12)。在实际应用上，数据线提供一电压，而过驱动电压由一选择线提供。过驱动电压在数据线供应电压上形成一脉冲信号，而此脉冲信号使得像素跨压的均方根值高
于临界电压，使液晶的白态电压VPCW可以等于甚至低于临界电压VCR，而液晶仍为弯曲态，因此增加了像素的可工作电压范围。
上述的像素结构，因为液晶电容从耦合电容得到一个脉冲信号，使得像素跨压的均方根高于临界电压，使白态电压可以更接近临界电压，因此提升了液晶在白画面时的光穿透度。
综上所述，本发明的实施例，因利用耦合电容使过驱动电压在数据线供应电压上形成一个脉冲信号，而具有下列优点
1. 即使液晶的白态电压低于临界电压，此液晶仍然可以维持在弯曲态，因而能够正常显示画面。
2. 当液晶工作在白画面时，不会因为驱动电压的驱动能力不足，而造成液
晶转成伸展态。
3. 增加了像素的可工作电压范围。
4. 白态电压可以更接近临界电压，因而提升了液晶在白画面时的光穿透度。
5. 上述实施例所提供的像素结构可以适用于各种像素极性反转类型的OCB显示器。
6. 本技术领域技术人员，可轻易根据上述实施例的制程布局图(layout),实现上述实施例，且不需要增加额外的成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种像素结构，包括一基底；一隔离层，形成于该基底之上；一保护层，形成于该隔离层之上；一像素电极，形成于该保护层之上；一共用电压连接线，形成于该基底与该隔离层之间；以及一选择线，形成于该基底与该隔离层之间；其中，该共用电压连接线与该像素电极形成一储存电容，该选择线与该像素电极形成一耦合电容。
2. 如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该选择线由第一金属层所 构成。
3. 如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该共用电压连接线由第一 金属层所构成。
4. 一种像素结构，包括一基底；一隔离层，形成于该基底之上； 一保护层，形成于该隔离层之上； 一像素电极，形成于该保护层之上；一共用电压连接线，形成于该基底与该隔离层之间；以及 一选择线，形成于该隔离层与该保护层之间；其中，该共用电压连接线与该像素电极形成一储存电容，该选择线与该像 素电极形成一耦合电容。
5. 如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，该共用电压连接线由第一 金属层所构成。
6. 如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，该选择线由第二金属层所 构成。
全文摘要
本发明公开了一种像素结构，包括一基底、一隔离层、一保护层、一像素电极、一共用电压连接线及一选择线。隔离层形成于基底之上，隔离层之上为一保护层，像素电极在保护层之上。共用电压连接线位于基底与隔离层之间，而选择线也在基底与隔离层之间。共用电压连接线与像素电极形成一储存电容，选择线与像素电极形成一耦合电容。本发明的像素结构，因为液晶电容从耦合电容得到一个脉冲信号，使得像素跨压的均方根高于临界电压，使白态电压可以更接近临界电压，因此提升了液晶在白画面时的光穿透度。
文档编号G02F1/13GK101655626SQ20091017116
公开日2010年2月24日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者王智杰, 简耀黉, 郑戎杰, 陈丽珊, 陈司芬 申请人:中华映管股份有限公司