CN1501343A - 液晶单元结构的驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一液晶单元结构的驱动电路主要包含一第一及第二可写入晶体管，一第一及第二储存电容，一第一及第二可显示晶体管及一重设/预设晶体管。当该可显示晶体管的导通以让相对应储存电容内所储存的讯号资料写入镜面电极显示时，同时将另一个相对应的该可写入晶体管导通以预先将下一笔讯号资料写入该相对应的储存电容暂存。并且在该第一及第二可显示晶体管皆关闭时，该重设/预设晶体管导通以让液晶达到该重设/预设电压，其中该重设/预设电压设定为根据下一个次时间框来之前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压，以达到增快液晶反应速度。

Description

液晶单元结构的驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种液晶单元结构，尤其涉及一种硅基液晶(liquidcrystal on silicon)单元结构的驱动电路及其控制方法，能有效提供更快的液晶反应时间，及提高使用该硅基液晶单元结构的显示器的影像品质。

背景技术

对于彩色显示器而言，主要有三种系统用以产生不同颜色与颜色的亮度。第一，提供数个像素，每一像素发射不是红光、绿光、即是蓝光。该像素以红光群、绿光群及蓝光群排列。一区域特殊光的产生乃由导通或关闭该区域适当的像素决定。例如，紫色系为被需求的区域特殊光，则该区域的绿色像素将维持关闭，而红色及蓝色像素将导通。亮度亦由像素的导通与关闭所控制。假使亮紫色系为被需求的区域特殊光，则该区域的红色及蓝色像素将全部导通。假使暗紫色系为被需求的区域特殊光，则该区域的部分红色及蓝色像素将只部分导通。

第二，类似于第一系统，提供数个像素，每一像素发射不是红光、绿光、即是蓝光。该像素亦以红光群、绿光群及蓝光群排列。一区域特殊光的产生亦是由导通或关闭该区域适当的像素。然而，亮度控制乃由改变导通的像素所发射的光量决定，而并非关闭某些像素。如同第一系统，假使亮紫色系为被需求的区域特殊光，则该区域的红色及蓝色像素将全部导通。假使暗紫色系为被需求的区域特殊光，将不是该区域的部分红色及蓝色像素维持关闭，而是由全部该区域的红色及蓝色像素的发射光量所控制，其中每一像素发射的光量并不相同。该第二系统拥有较第一系统较高的分辨率。另一系统类似于第二系统，其揭示在于液晶被使用作为光阀门，用以改变像素入射光的极性，因而较多或较少的光照射，该像素将经由一分光器被发射至一显示器。

第三系统用以产生一具有不同色彩及色彩亮度的显示器被称做循序场色彩(field sequential color)。在一循序场色彩系统中，每一像素依序发射红光、绿光及蓝光。当该发射系足够快时，人脑弄混这三色光因而变成单一颜色，该色即为此三色的混合。色彩及色彩的亮度可由时域所控制。例如，假使带点蓝色的紫色在某一时间周期为像素所需求，该像素将发射蓝光较红光长些，且该像素将不发射绿光。循序场色彩系统的优点在于其拥有相当高的分辨率，因而每一像素皆与相邻的像素无关且可采用任何的颜色。然而，其限制减少在商业上的价值，该限制包括一相当快切换速率的需求。这需求是在某种程度上被需要用以减少某些不受欢迎的色彩影响，包括来自于移动中的物体的彩虹及闪光。

液晶显示器已被视为用以容纳显示资料的一重要屏幕显示器。传统上，一种以像素(pixel)为单位用以容纳显示资料的屏幕显示器，通常被称做薄膜晶体管(Thin-Film-Transistor，TFT)；主动矩阵形式的液晶显示器或薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)该薄膜晶体管液晶显示器具有许多排列成矩阵的像素。一彩色像素的形成为结合三种像素。然而，现有技术中，薄膜晶体管液晶显示器的尺寸相当大。鉴于其较大的尺寸，该现有的薄膜晶体管液晶显示器只能以一大片的玻璃基板及多晶硅薄膜晶体管所制造。

因此，最近几年，以一单晶硅基板(silicon substrate)为主的新类型迷你显示器被开发出来。这些迷你显示器可以使用目前的互补式金氧半(CMOS)技术制程所制造，相比较于薄膜晶体管液晶显示器，该互补式金氧半技术制程可提供较佳的产率及较高水平的电路整合。这类迷你显示器被称做硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)显示组件，其本质上为薄膜晶体管液晶显示器的缩影。事实上，该迷你显示器的液晶显示部分相当类似于薄膜晶体管液晶显示组件的液晶显示部分，但却被制作于一相当小的范围，例如，一硅芯片的顶部。为了观察迷你显示器的顶部影像，通常藉由一光学系统而放大。这取决于特殊的应用，该光学系统可能相当复杂。

硅芯片显示组件的特殊应用可归纳为三类。第一：目前重要的应用为使用于大屏幕放映机，其显示器组件的尺寸大于等于30英吋。第二：应用于作为桌面计算机屏幕，其显示器组件的尺寸介于17-30英吋。最后，硅芯片显示组件的第三应用为可携式个人显示单元。

图1为一传统硅基液晶单元10的立体透视图。该硅基液晶单元10主要包含一片硅晶基板12，复数个连接焊点14设于该硅晶基板12的边缘，及一显示单元数组16位于该硅晶基板12的中央。一电路区域18环绕该显示单元数组16。一具有密封环22的上玻璃盖20紧密装于该显示单元数组16与电路区域18上，而液晶材料夹设于其间。由于硅基板无透光性，该单元适用于反射式模式。图2(a)为一具有一晶体管与一电容传统硅基液晶单元的简要电路图。该硅基液晶单元204包含有一个晶体管T1，具有一栅极、一漏极及一源极，一个储存电容Cs，一镜面电极206，一上电极208，及一被夹于该镜面电极与该上电极之间的液晶209。该晶体管T1的栅极连接到相对应的字符线WL。该晶体管T1的源极连接到一位线BL。该晶体管T1的漏极共同连接于该镜面电极206与该储存电容Cs的一端，该储存电容Cs的另一端系为接地。该单元结构亦称为1C1M(一电容及一镜面)。此图有两个理由可说明硅基液晶结构比传统薄膜晶体管液晶显示器更小的理由。第一，作为储存电容的栅极绝缘薄膜极薄，因此该储存电容的面积比传统薄膜晶体管的电容面积更小。第二，该硅基液晶单元中的组件制作于硅基板上，因此组件的位置可以任意选择而不影响其光线穿透的开口率。

业者已根据前述的三种彩色显示原理，发展从硅芯片显示组件产生一彩色影像的技术。例如，一大屏幕放映形式的彩色显示器通常使用三个硅芯片显示组件连同精密光学仪器，以便产生三种颜色，对应于红、绿、及蓝三色。另一方面，着重于尺寸、重量、及/或价格的可携式形式的显示组件，只有一硅基液晶组件被使用作为一彩色影像。为达成可携式显示器的彩色影像，一硅基液晶组件内使用三个像素单元，该硅基液晶组件被覆盖以彩色滤光片用以产生对应于红、绿、及蓝三色。然而，该像素排列区域变成三倍大，不适于高产率的互补式金氧半硅制程。因此，彩色滤光片的使用使得标准互补式金氧半硅制程较为复杂因而影响成本。

为了克服这些缺点，循序场方法(field sequential，FS)已被采用，以取代于一单一像素单元产生彩色影像的先前技术。该循序场方法指该像素排列于三倍于时脉速率的三个操作下，循序写入红、绿、蓝数据至每一单一像素单元。在每一次三循序操作时，一对应于红、绿、蓝三色的光源皆同步被驱动。

图2(b)为一时序图，其显示在图2(a)中的传统硅基液晶单元的操作顺序。一时间框(frame)被等分切割成次时间框(Sub-frame)：一红场时间、一绿场时间及一蓝场时间；且该红场时间、该绿场时间及该蓝场时间更切割成为三个片段时间，其包含有一资料写入时间、一液晶反应时间及一光显示(light strobing，LS)时间(场交换时间极小可忽略)。其中该光显示时间决定了使用该硅基液晶单元的液晶显示器的影像品质。因此，应尽量增加该光显示时间，以提升所显示的影像品质。

只要该液晶反应时间足够时，该循序场方法(FS)就可动作。因此，该三循序色将有效结合成单一颜色影像。因此，对每一颜色的有效液晶反应时间为时间框的1/3除以写入一颜色场所需的时间。然而，当循序场方法被应用于一相当大的显示器组件时，一严重的问题产生，这是因为液晶无足够的反应时间。例如，一标准每秒60框的视讯号具有全部16.67毫秒用以显示一框。在三像素单元的例子中，其中该红、绿、蓝三色可被平行地执行，每一颜色具有一完整的时间框，以便执行且显示该视讯资料。换言之，在循序场方法操作下，每一颜色只有时间框的1/3或5.56毫秒用于写入资料到储存电容，然后等待液晶的反应，最后并以对应于红、绿、蓝三色的光源显示该像素排列。该光显示(LS)该像素排列时间的长度决定该彩色影像的亮度。因此，在以循序场方法操作的该硅基液晶组件，为达到一高品质的视讯，有必要增加该光显示时间。

图3(a)为一具有六晶体管与三电容的改良式的传统硅基液晶单元的简要电路图。图3(b)为一时序图，其显示在图3(a)中的改良式的传统硅基液晶单元的操作顺序。该技术详细可见于颁给C.L.Chen的美国专利第6,421,037号，其标题为”硅芯片显示单元结构(Silicon-chip-display cell structure)”，其于此并入本文参考。

另外，一般使用循序场方式的液晶显示器的显示机制，对于其液晶的反应速度要求比直视型液晶显示器或三片式投影机所使用的液晶面板要快，因此时只使用了一片黑白面板，却要作彩色显示，通常如果使用180Hz(60*3)驱动时，即是将一个时间框分成三个次时间框分别给红、绿、蓝三个原色，所以其液晶动作的反应速度要愈快愈好。一般文献中，使用循序场方式大都选用使用铁电性液晶材料的铁电性液晶式，(ferro-electric liquid crystal model，FLC mode)或是制作薄型(pitch约小于1.5um)的扭转向列式(TN mode)液晶显示器面板，来达到循序场的彩色显示的要求，但是对于目前液晶显示器的技术，此二者在量产上都有良率不高的问题存在，尤其铁电性液晶式在硅基液晶应用领域上一直有业者致力于克服良率上的问题，但目前所看到的只有样品的展示。可见铁电性液晶式的快速响应的液晶显示器在短时间内还不可能会有量产品出现，所以目前主流还是扭转向列式液晶显示器。扭转向列式液晶显示器要响应快，除了选择黏滞系数低的液晶材料的外，其最快可增快响应速度的方式即是降低液晶的单元间距(cellgap)。但所要面临的问题却是制程良率下降，因单元间距下降的后，无尘室环境等级需提升，而微粒(particle)的问题将严重影响良率，单元间距需要更精准，且单元间距容忍性也下降。另外液晶材料若要选择高Δn的液晶，其材料的选择性较小，所以降低单元间距只会带来量产的制程良率下降，造成量产成本上升。

基于上述原因，需提供一硅基液晶(liquid crystal on silicon)单元结构的驱动电路，能有效提供更快的液晶反应时间，及提高使用该硅基液晶单元结构的显示器的影像品质。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种液晶显示器的驱动电路及其控制方法，能有效提供更快的液晶反应时间，及提高使用该硅基液晶单元结构的显示器的影像品质。

本发明的另一目的在于提供一种液晶显示器的驱动电路及其控制方法，以具有较传统显示器更高的电路积体性与制程良率。

本发明的又一目的在于提供一种液晶显示器的驱动电路及其控制方法，能有效地过驱动(overdrive)液晶以提供更快的液晶反应时间。

本发明的再一目的在于提供一种液晶显示器的驱动电路及其控制方法，能提高液晶的光显示时间及提高使用该硅基液晶单元结构的显示器的影像品质。

根据本发明的上述目的，本发明提供一种液晶单元结构的驱动电路，用于控制在循序场模式的液晶显示器，该液晶显示器具有一上电极，一下电极，及一液晶材料夹于该上电极与下电极之间。该驱动电路主要包含一第一及第二可写入晶体管，一第一及第二储存电容，一第一及第二可显示晶体管及一重设/预设晶体管。在一较佳实施例中，当该可显示晶体管的导通以让相对应储存电容内所储存的讯号资料写入镜面电极显示时，同时将另一个相对应的，该可写入晶体管导通以预先将下一笔讯号资料写入该相对应的储存电容暂存。并且在该第一及第二可显示晶体管皆关闭时，该重设/预设晶体管导通，以让液晶达到该重设/预设电压，其中该重设/预设电压设定为根据下一个次时间框来之前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。因此，本发明的液晶显示器的驱动电路及其控制方法不但节省了资料写入时间，并减少了液晶反应时间，亦提高使用该电路的显示器的影像品质。

为了让本发明的上述目的和其它目的、特征、优点能更明显，下文例举本发明较佳实施例，并配合所示附图作以详细说明。

附图说明

图1为一传统硅基液晶单元的立体透视图。

图2(a)为一具有一晶体管与一电容传统硅基液晶单元的简要电路图。

图2(b)为一时序图，其显示在图2(a)中的传统硅基液晶单元的操作时序。

图3(a)为一具有六晶体管与三电容的传统硅基液晶单元的简要电路图。

图3(b)为一时序图，其显示在图3(a)中的传统硅基液晶单元的操作时序。

图4为根据本发明第一实施例，为一具有四晶体管与二电容的改良式硅基液晶单元数组的简要电路图。

图5为一时序图，其显示在第4图中的该改良式硅基液晶单元的操作时序。

图6为根据本发明第二实施例，为一具有五晶体管与二电容的改良式硅基液晶单元数组的简要电路图。

图7为一时序图，其显示在图6中的该改良式硅基液晶单元的操作时序。

图8显示一单一四方像素的上视图，其描述图4与图6的该单元组成的排列。

图中符号说明

10   硅基液晶单元    12  片硅晶基板14连接焊点

16   显示单元数组    18  电路区域20上玻璃盖

22   密封环

204  硅基液晶单元    206 镜面电极208上电极

209  液晶

401  镜面电极        402 上电极403液晶

411  硅基液晶单元

601  镜面电极        602 上电极603液晶

611  硅基液晶单元    700 单一像素

Cs-A 第一储存电容    Cs-B 第二储存电容

TAw、TBw可写入晶体管 TAd、TBd可显示晶体管

Tr   重设/预设晶体管

具体实施方式

本发明的液晶显示器的驱动电路及其控制方法将以硅基液晶(LCOS)显示组件为例详加说明。但应了解，本发明的液晶显示器的驱动电路及其控制方法除可用于如硅基液晶(LCOS)显示组件等反射式液晶显示器外，亦可使用于如利用数字微镜装置(Digital Micro-mirrorDevice，DMD)技术等的穿透式液晶显示器。

现请参考图4，其显示根据本发明第一实施例的驱动电路，具有四晶体管与二电容，其创新的驱动方式即是设计电路使每个像素下的单元拥有个别可以预先写入(pre-load)储存讯号的功能。

虽然该图4包含了整个硅基液晶单元数组，但以下说明系就第一行第一列的硅基液晶单元411来说明。根据本发明第一实施例的一硅基液晶单元411，其包含有二个可写入晶体管TAw11及TBw11，每一晶体管具有一栅极、一漏极及一源极，及二个储存电容Cs_A11与Cs_B11。该可写入晶体管TAw11及TBw11的栅极个别连接到相对应的字符线WA1与WB1。该可写入晶体管TAw11及TBw11的源极全部连接到一单一分享的位线CH1。该可写入晶体管TAw11及TBw11的漏极系在个别内部的节点A11与B11，连接到相结合的储存电容的一端。该二储存电容Cs_A11与Cs_B11的另一端为接地。

再者，硅基液晶单元包含二个可显示晶体管TAd11及TBd11，每一晶体管具有一栅极、一漏极及一源极。该可显示晶体管TAd11及TBd11的栅极个别连接于相应的可显示线DA与DB。该可显示晶体管TAd11及TBd11的漏极一起连接于一在镜面电极(下电极)401的共同的接点M11。一上电极402系形成与该镜面电极401保持一些距离的位置，该上电极402与该镜面电极401之间夹有一层液晶403于其中。该可显示晶体管TAd11及TBd11的源极个别连接于节点A11与B11。

图5为一时序图，其显示在第4图中的该硅基液晶单元的操作时序。在水平轴的最低层，每一个时间框被等分切割成三个次时间框，即一红场时间、一绿场时间及一蓝场时间。且在每一个该红场时间、该绿场时间及该蓝场时间更切割成为三个片段时间，其包含有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间。该图显示CH1、CHy、WA1、WA2、WAx、WB1、WB2、WBx、DA与DB的操作时序。其中CH1与CHy分别表示了信号线，WA1、WA2与WAx分别表示了第一列至第x列且连至第一可写入晶体管栅极的字符线，WB1、WB2与WBx分别表示了第一列至第x列且连至第二可写入晶体管栅极的字符线，DA与DB分别表示了连接至第一与第二可显示晶体管的可显示线。该硅基液晶单元的操作顺序的时序，一般来说，由一控制器(未显示于图中)所控制。该控制器可以为驱动IC、逻辑IC或微处理器，将操作顺序的时序以程序设计方式写入该控制器。虽然该图4包含了整个硅基液晶单元数组，但以下说明就第一行第一列的硅基液晶单元来说明。其操作顺序以第一个次时间框，即该红场时间为例。在红场时间中，以显示信号DA打开所有的可显示晶体管TAd11～TAdxy，让储存电容Cs_A11～Cs_Axy所储存的红场时间的讯号资料写入该镜面电极M11～Mxy显示时，同时扫描循序以扫描讯号WB1～WBx将绿场时间的讯号资料写入该储存电容Cs_B11～Cs_Bxy暂存。当红色的光显示时间结束后，以扫描讯号WA1～WAx打开整个数组的可写入晶体管TAw11～TAwxy，此时可显示晶体管TAd11～TAdxy还是开着，而可显示晶体管TBd11～TBdxy及可写入晶体管TBw11～Tbwxy皆关着，利用位线CH1～CHy送出重设/预设讯号(等于Vcom或0电位)，可让加在液晶上的充电或重设到零电位。然后，将可显示晶体管TAd11～TAdxy及可写入晶体管TAw11～TAwxy关掉，进入下一个绿场时间。

在绿场时间，以显示信号DB打开所有的可显示晶体管TBd11～TBdxy，让储存电容Cs_B11～Cs_Bxy所储存的绿场时间的讯号资料写入该镜面电极M11～Mxy显示时，同时扫描循序以扫描讯号WA1～WAx将蓝场时间的讯号资料写入储存电容Cs_A11～Cs_Axy暂存。当绿色的光显示时间结束后，以扫描讯号WB1～WBx打开整个数组的可写入电容TBw11～TBwxy，此时可显示晶体管TBd11～TBdxy还是开着，而可显示晶体管TAd11～TAdxy及可写入晶体管TAw11～TAwxy关着，利用位线CH1～CHy送出重设/预设讯号(等于Vcom或0电位)，可让加在液晶上的充电或重设到零电位。然后，将可显示晶体管TBd11～TBdxy及可写入晶体管TBw11～TBwxy关掉，进入下一个蓝场时间。

在蓝场时间，以显示信号DA打开所有的可显示晶体管TAd11～TAdxy，让储存电容Cs_A11～Cs_Axy所储存的蓝场时间的讯号资料写入该镜面电极M11～Mxy显示时，同时扫描循序以扫描讯号WB1～WBx将红场时间的讯号资料写入储存电容Cs_B11～Cs_Bxy暂存。当蓝色的光显示时间结束后，以扫描讯号WA1～WAx打开整个数组的可写入晶体管TAw11～TAwxy，此时可显示晶体管TAd11～TAdxy还是开着，而可显示晶体管TBd11～TBdxy及可写入晶体管TBw11～Tbwxy皆关着，利用位线CH1～CHy送出重设/预设讯号(等于Vcom或0电位)，可让加在液晶上的充电或重设到零电位。然后，将可显示晶体管TAd11～TAdxy及可写入晶体管TAw11～TAwxy关掉，进入下一个红场时间。此时完成一个时间框内的红、绿、蓝显示动作再进入下一个时间框，如此循环动作完成影像显示。

另外，请参照图6与图7。图6为根据本发明第二实施例，为一具有五晶体管与二电容的硅基液晶单元数组的简要电路图。虽然该图6包含了整个硅基液晶单元数组，但以下说明就第一行第一列的硅基液晶单元来说明。根据本发明第二实施例的一硅基液晶单元包含有二个可写入晶体管TAw11及TBw11，每一晶体管具有一栅极、一漏极及一源极，及二个储存电容Cs_A11与Cs_B11。该可写入晶体管TAw11及TBw11的栅极个别连接到相对应的字符线WA1与WB1。该可写入晶体管TAw11及TBw11的源极系全部连接到一单一分享的位线CH1。该可写入晶体管TAw11及TBw11的漏极在个别内部的节点A11与B11，连接到相结合的储存电容的一端。该二储存电容Cs_A11与Cs_B11的另一端为接地。该硅基液晶单元611包含二个可显示晶体管TAd11及TBd11，每一晶体管具有一栅极、一漏极及一源极。该可显示晶体管TAd11及TBd11的栅极系个别连接于相应的可显示线DA与DB。该可显示晶体管TAd11及TBd11的漏极一起连接于一镜面电极601的共同的接点M11。一上电极602形成与该镜面电极601保持一些距离的位置，该上电极602与该镜面电极601之间夹有一层液晶层603于其中。该可显示晶体管的源极个别连接于节点A11与B11。

为了达到本发明对液晶过驱动的目的及特征，该硅基液晶单元611更包含一重设/预设晶体管Tr11，具有其栅极连接于一时脉线RST，其源极亦连接于一重设/预设电压Vrst，及其漏极连接于镜面电极601上的共同的接点M11。该重设/预设晶体管系用以在每一个红/绿/蓝等三个次时间框显示之后或之前，经由该时脉线RST控制而导通以将该镜面电极601的电压重设或预设置到一重设/预设电压Vrst，而无须在经由该位线CH1传送重设信号以防止色彩电位的交互干扰。虽然这样的结构比起第一实施例的结构会多使用一个晶体管，但更能准确将该镜面电极601的电压重设或预设置到一重设/预设电压Vrst，并减少对该位线的逻辑控制。

图7为一时序图，其显示在图6中的该硅基液晶单元的操作时序。每一个时间框被等分切割成三个次时间框，即一红场时间、一绿场时间及一蓝场时间。且在每一个该红场时间、该绿场时间及该蓝场时间更切割成为三个片段时间，其包含有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间。该硅基液晶单元的操作顺序的时序，一般来说，由一控制器(未显示于图中)所控制。该控制器系可以为驱动IC、逻辑IC或微处理器，将操作顺序的时序以程序设计方式写入该控制器。

其操作顺序以第一个次时间框，即该红场时间为例。该第一可显示晶体管TAd11在该红场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内导通直到该重设/预设时间出现前结束，以提供预先于该第一储存电容Cs_A11的红色的视讯资料以进入该镜面电极601。该红场时间的该液晶反应时间与该光显示时间提供该液晶层603足够的时间去反应与光显示。在该红场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，该第二可写入晶体管TBw11亦同时导通，以便预先加载绿色的视讯资料以进入该第二储存电容Cs_B11。在该红场时间的该重设/预设时间内，而该第一可显示晶体管TAd11、该第二可显示晶体管TBd11、该第一可写入晶体管TAw11与第二可写入晶体管TBw11皆关闭时，导通该重设/预设晶体管Tr11，去设定于该液晶层603之至一重设/预设电压Vrst。

在下一个，即该绿场时间内，该第二可显示晶体管TBd11在该绿场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内系导通直到该重设/预设时间出现前结束，以提供预先于该第二储存电容Cs_B11的绿色的视讯资料以进入该镜面电极601。该绿场时间的该液晶反应时间与该光显示时间提供该液晶层603足够的时间去反应与光显示。在该绿场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，该第一可写入晶体管TAw11亦同时导通以便预先加载蓝色的视讯资料以进入该第一储存电容Cs_A11。在该绿场时间的该重设/预设时间内，而该第一可显示晶体管TAd11、该第二可显示晶体管TBd11、该第一可写入晶体管TAw11与第二可写入晶体管TBw11皆关闭时，导通该重设/预设晶体管Tr11去设定于该液晶层603之至一重设/预设电压Vrst。接着依序且重复在该蓝场时间、该红场时间与该绿场时间，进行上述步骤，其中”第一”与”第二”等相对应组件系依序互换。虽然，本发明于上述所举例系依序为红、绿与蓝的场序，然而任一此三种颜色的场序组合，皆可达成本发明的目的及功效。

该重设/预设晶体管Tr11的”重设”是指将一个次时间框依序分为一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间。该重设/预设晶体管Tr11的”预设”是指将一个次时间框依序分为一重设/预设时间、一液晶反应时间及一光显示时间。该重设/预设电压值Vrst可以是Vcom值，也可以是任一设定的电压值，此时应视液晶实际的需要而定。更值得注意的是，该重设/预设动作不同于以往的驱动方式仅达到对该镜面电极放电的功能，而对液晶的响应速度有很大的帮助。从液晶驱动的角度来看，液晶的反应速度与电压差有极大关系。因此在每一个次时间框，该重设/预设电压值对液晶而言皆可为过驱动(overdrive)，因在每一个次时间框结束前讯号皆重设/预设到液晶有效电压为低电位，也就是在下一个次时间框来之前液晶排列已排列成重设/预设讯号所定义的状况(当然因液晶衰减时间(decay time)会比较长，有时会回不到零场时的排列)，所以下一个次时间框讯号到来时，该液晶几乎皆是充电(charge ON)(即上升时间(rise time))。由扭转向列式(TN mode)液晶的一般理论及实际的经验来看，大部分灰阶上升时间皆比衰减时间快。其中该光的光显示时间决定了使用该硅基液晶单元的液晶显示器的影像品质，因此本发明的第二实施例，不但节省了资料写入时间并减少了液晶反应时间，因此能大量增加该光光显示时间而提高使用该硅基液晶单元的液晶显示器的影像品质。有关液晶显示器的过驱动(overdrive)控制技术，可参照美国第6,329,971号专利，其于此并入本文参考。

根据本发明的创新电路设计，应用在硅基液晶上可充分运用集成电路芯片(wafer IC)制程，组件皆可以做的很小以及电路可制作在反射镜面电极下的优点，因而在硅基液晶上实现高影像品质的循序场(fieldsequential)彩色单片式投影机。另外该重设/预设动作可以让硅基液晶的液晶部分的设计者有很大的发挥空间，也有可能解决硅基液晶开发长久以来残存直流(Residual DC)的问题，因为可编辑该重设/预设电压为反向电位将其边界的离子抵销而让残存直流消失。

由以上说明，本发明实际制作硅基液晶样品，其条件为单元间距(cell gap)＝2.4um；扭转向列(twist nematic)80°；液晶材料为普通三片式投影机所使用的液晶，并进行液晶反应时间的量测。当量测时，把液晶反应电压区域(gamma)分成八阶的灰阶电压进行驱动，然后用光监测器看光的变化，测得如下表所示。该表系可做为该重设/预设电压的查询参考，亦即查询参考表(lookup table)。查询参考表是过驱动(overdrive)时，每一灰阶之间切换的所需过驱动的电压表。有关液晶显示器的查询参考表(lookup table)的技术，可参照美国第6,043,797号专利，其于此并入本文参考。所以，当运用本发明的创新驱动方式时，如果假设液晶每次皆能重设/预设到最适当的电位，即可让液晶的反应增快不少，足以符合循序场模式的要求。

图8显示一单一四方像素700的上视图，显示图4与图6的电路组成的排列的举例。该二个红、绿、蓝三色的储存电容Cs_A11与Cs_B11较佳放置于该四方像素的右边。该可写入晶体管TAw11及TBw11、可显示晶体管TAd11及TBd11或该重设/预设晶体管Tr11较佳系放置于像素的左边。虽然根据本发明的每一电容的面积系小于第2图单一电容的面积，然而，藉由应用一适当的互补式金氧半(CMOS)制程，例如，一非挥发，双复晶硅的互补式金氧半制程，一具有强电性的高电容值及高度可信赖电容可被制造。另一方面，根据本发明的每一电容的面积系大于第3图单一电容的面积，因此，藉由应用一适当的互补式金氧半(CMOS)制程，本发明的电容较第3图单一电容更可轻易被制造且具有更高的制程良率。该硅基液晶单元结构为了该镜面电极必须具有某一最小尺寸(该镜面电极被以点线标示)，为了反射该适当量的光用以显示该彩色影像。因此，每一边的最小单位系为微米，当使用现今的次微米互补式金氧半制程时，该单位已足够大来容纳二个电容。更须注意的系，虽然本发明的液晶显示器的驱动电路及其控制方法将以硅基液晶(LCOS)显示组件为例详加说明。但应了解，本发明的液晶显示器的驱动电路及其控制方法除可用于如硅基液晶(LCOS)显示组件等反射式液晶显示器外，其亦可使用于利用循序场方法(fieldsequential，FS)的显示器装置，如利用数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device，DMD)技术等的穿透式液晶显示器。当然，本发明的显示器单元亦可以应用于一般液晶显示器。

虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围应视权利要求书所界定者为准。

Claims (28)

1.一种液晶单元结构的驱动电路，用于控制在一循序场模式的液晶显示器，其特征在于，该液晶显示器具有一上电极，一下电极，及一液晶材料夹于该上电极与下电极之间，该驱动电路主要由下列组成(consisting essentially of)：

一第一及第二可写入晶体管，该第一及第二可写入晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；

一第一及第二储存电容，该第一及第二储存电容中的每一个皆具有一第一端与一第二端；

一第一及第二可显示晶体管，该第一及第二可显示晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；

每一第一及第二可写入晶体管具有其源极连接于一被共享的位线，且其栅极连接于两条相对应的字符线之一；

每一第一及第二可写入晶体管具有其漏极分别连接于该第一及第二储存电容的第一端，并分别连接到相对应的该第一及第二可显示晶体管的源极，该第一及第二储存电容的第二端系接地；以及

每一第一及第二可显示晶体管具有其漏极连接到该下电极，且具有其栅极连接至相对应的可显示线。

2.如权利要求1所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为硅基液晶(LCOS)显示单元，且该下电极系为镜面电极。

3.如权利要求1所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device，DMD)的穿透式液晶显示器。

4.如权利要求1所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，另包含一控制器，该控制器等分切割一时间框为一第一颜色场时间、一第二颜色场时间及一第三颜色场时间，该第一颜色场时间、该第二颜色场时间及该第三颜色场时间分别具有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间，其中该第一可显示晶体管系被导通，经过该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间，直到该重设/预设时间出现前结束；在该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，该第二可写入晶体管同时被导通，以便预先加载该第二颜色的视讯资料以进入该第二储存电容；在该第一颜色场时间的该重设/预设时间内，该第二可显示晶体管与该第二可写入晶体管系关闭，而第一可显示晶体管与该第一可写入晶体管系皆导通时，该位线送出一重设/预设电压，以设定该液晶的电压，接着依序且重复在该第二颜色场时间、该第三颜色场时间及该第一颜色场时间，进行上述步骤，其中”第一”与”第二”等字可互换。

5.如权利要求4所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该位线送出的该重设/预设电压系为上电极的Vcom值。

6.如权利要求4所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该位线送出的该重设/预设电压系为根据下一个次时间框来的前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。

7.一种循序场模式液晶显示器的控制方法，其特征在于，该液晶显示器包含一第一及第二可写入晶体管，一相关于该第一及第二可写入晶体管的第一及第二储存电容，一相关于该第一及第二储存电容的第一及第二可显示晶体管，及相关于该第一及第二可写入晶体管的一位线，该方法包含下列步骤：

(a)提供一时间框被等分切割成一第一颜色场时间、一第二颜色场时间及一第三颜色场时间；

(b)切割该第一颜色场时间、该第二颜色场时间及该第三颜色场时间成为三个片段时间，其包含有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间；

(c)导通该第一可显示晶体管经过该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间，直到该重设/预设时间结束前；

(d)在该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，同时导通该第二可写入晶体管以便预先加载该第二颜色的视讯资料以进入该第二储存电容；

(e)在该第一颜色场时间的该重设/预设时间内，而该第一可显示晶体管仍导通且该第二可显示晶体管及该第二可写入晶体管系关闭时，导通该第一可写入晶体管，并藉由该位线送出一重设/预设讯号去设定于该液晶的电压；以及

(f)接着依序且重复在该第二颜色场时间、该第三颜色场时间及该第一颜色场时间，进行上述步骤，其中”第一”与”第二”等字系互换。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该位线送出的该重设/预设讯号系设定为Vcom值。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该位线送出的该重设/预设讯号系设定为根据下一个次时间框来之前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。

10.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该重设/预设时间系远少于该液晶反应时间与该光显示时间。

11.一种液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，用于控制一在一循序场模式的液晶显示器，该液晶显示器具有一上电极，一下电极，及一液晶材料夹于该上电极与下电极之间，该驱动电路主要由下列组成(consisting essentially of)：

一第一及第二可写入晶体管，该第一及第二可写入晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；

一第一及第二储存电容，该第一及第二储存电容中的每一个皆具有一第一端与一第二端；

一第一及第二可显示晶体管，该第一及第二可显示晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；以及

一重设/预设晶体管，其具有一栅极，一源极及一漏极；

每一该第一及第二可写入晶体管具有其源极连接于一被共享的位线，且其栅极连接于两条相对应的字符线之一；

每一该第一及第二可写入晶体管具有其漏极分别连接于该第一及第二储存电容的第一端，并分别连接到相对应的该第一及第二可显示晶体管的源极，该第一及第二储存电容的第二端接地；

每一该第一及第二可显示晶体管的具有其漏极连接到该下电极，且具有其栅极连接至相对应的可显示线；

该重设/预设晶体管具有其漏极连接于该下电极，其栅极连接至一重设/预设线，其源极连接至一重设/预设电压。

12.如权利要求11所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为硅基液晶(LCOS)显示单元，且该下电极系为镜面电极。

13.如权利要求11所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device，DMD)的穿透式液晶显示器。

14.如权利要求11所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，包含一控制器，该控制器等分切割一时间框为一第一颜色场时间、一第二颜色场时间及一第三颜色场时间，该第一颜色场时间、该第二颜色场时间及该第三颜色场时间分别具有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间，其中该第一可显示晶体管系被导通，经过该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间，直到该重设/预设时间出现前结束；在该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，该第二可写入晶体管同时被导通，以便预先加载该第二颜色的视讯资料以进入该第二储存电容；在该第一颜色场时间的该重设/预设时间内，该第一及第二可显示晶体管与该第一及第二可写入晶体管皆关闭时，该重设/预设晶体管被导通，以设定该液晶至该重设/预设电压。

15.如权利要求14所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该重设/预设电压为上电极的Vcom值。

16.如权利要求14所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该重设/预设电压系为根据下一个次时间框来之前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。

17.一种液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，用于控制一在一循序场模式的液晶显示器，该液晶显示器具有一上电极，一下电极，及一液晶材料夹于该上电极与下电极之间，该驱动电路包含：

一第一及第二可写入晶体管，该第一及第二可写入晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；

一第一及第二储存电容，该第一及第二储存电容中的每一个皆具有一第一端与一第二端；以及

一第一及第二可显示晶体管，该第一及第二可显示晶体管中的每一个皆具有一栅极，一源极及一漏极；

每一该第一及第二可写入晶体管具有其源极连接于一被共享的位线，且其栅极连接于两条相对应的字符线之一；

每一该第一及第二可写入晶体管具有其漏极分别连接于该第一及第二储存电容的第一端，并分别连接到相对应的该第一及第二可显示晶体管的源极，该第一及第二储存电容的第二端系接地；

每一该第一及第二可显示晶体管具有其漏极连接到该下电极，且具有其栅极连接至相对应的可显示线。

18.如权利要求17所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，包含一控制器，等分切割一时间框一第一颜色场时间、一第二颜色场时间及一第三颜色场时间，该第一颜色场时间、该第二颜色场时间及该第三颜色场时间分别具有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间，其中该第一可显示晶体管系被导通，经过该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间，直到该重设/预设时间出现前结束；在该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，该第二可写入晶体管同时被导通，以便预先加载该第二颜色的视讯资料以进入该第二储存电容；在该第一颜色场时间的该重设/预设时间内，该第一及第二可显示晶体管与该第一及第二可写入晶体管系皆关闭时，该重设/预设晶体管被导通，以设定该液晶至该重设/预设电压。

19.如权利要求17所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为硅基液晶(LCOS)显示单元，且该下电极系为镜面电极。

20.如权利要求17所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该液晶单元结构系为数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device，DMD)的穿透式液晶显示器。

21.如权利要求17所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该重设/预设电压系为上电极的Vcom值。

22.如权利要求17所述的液晶单元结构的驱动电路，其特征在于，该重设/预设电压系为根据下一个次时间框来的前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。

23.一种循序场模式液晶显示器的控制方法，其特征在于，该液晶显示器包含一第一及第二可写入晶体管，一相关于该第一及第二可写入晶体管的第一及第二储存电容，一相关于该第一及第二储存电容的第一及第二可显示晶体管，一相关于该第一及第二可写入晶体管的一位线，及一相关于该第一及第二可显示晶体管的重设/预设晶体管，该方法包含下列步骤：

(a)提供一时间框被等分切割成一第一颜色场时间、一第二颜色场时间及一第三颜色场时间；

(b)切割该第一颜色场时间、该第二颜色场时间及该第三颜色场时间成为三个片段时间，其包含有一液晶反应时间、一光显示时间及一重设/预设时间；

(c)导通该第一可显示晶体管经过该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间，直到该重设/预设时间出现前结束；

(d)在该第一颜色场时间的该液晶反应时间与该光显示时间内，同时导通该第二可写入晶体管以便预先加载该第二颜色的视讯资料以进入该第二储存电容；

(e)在该第一颜色场时间的该重设/预设时间内，而该第一及第二可显示晶体管与该第一及第二可写入晶体管系皆关闭时，导通该重设/预设晶体管去设定该液晶至一重设/预设电压；以及

(f)接着依序且重复在该第二颜色场时间、该第三颜色场时间及该第一颜色场时间，进行上述步骤，其中”第一”与”第二”等字系互换。

24.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该重设/预设电压系设定为Vcom值。

25.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该重设/预设讯号系设定为根据下一个次时间框来之前液晶排列情况的过驱动(overdrive)电压。

26.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该重设/预设时间系远少于该液晶反应时间与该光显示时间。

27.一种液晶显示单元结构，其特征在于，包括：

一上电极；

一下电极；

一液晶材料，夹于该上电极与下电极之间；

一第一及第二可写入晶体管，每一该第一及第二可写入晶体管皆具有一栅极，一源极及一漏极；

一第一及第二储存电容，每一该第一及第二储存电容皆具有一第一端与一第二端；以及

一第一及第二可显示晶体管，每一该第一及第二可显示晶体管皆具有一栅极，一源极及一漏极；

其中，每一该第一及第二可写入晶体管其源极连接于一被共享的位线，且其栅极连接于两条相对应的字符线之一；

其中，每一该第一及第二可写入晶体管其漏极分别连接于该第一及第二储存电容的第一端，并分别连接到相对应的该第一及第二可显示晶体管的源极，该第一及第二储存电容的第二端系接地；

其中，每一该第一及第二可显示晶体管其漏极连接到该下电极，且其栅极连接至相对应的可显示线；

藉由该些字符线及该些可显示线的控制信号操作，该位线上的视讯资料通过交互暂存至该第一及第二储存电容，而转换交互输出至该下电极；

藉由该些字符线及该些可显示线的控制信号操作，可以利用该位线上的重设/预设信号来重设/预设该下电极的电位。

28.一种液晶单元结构，其特征在于，包括：

一上电极；

一下电极；

一液晶材料，夹于该上电极与下电极之间；以及

一驱动电路，主要由下列组成(consisting essentially of)：

一第一及第二可写入晶体管，每一该第一及第二可写入晶体管皆具有一栅极，一源极及一漏极；

一第一及第二储存电容，每一该第一及第二储存电容皆具有一第一端与一第二端；

一第一及第二可显示晶体管，每一该第一及第二可显示晶体管皆具有一栅极，一源极及一漏极；以及

一重设/预设晶体管，其具有一栅极，一源极及一漏极；

其中，每一该第一及第二可写入晶体管其源极连接于一被共享的位线，且其栅极连接于两条相对应的字符线之一；

其中，每一该第一及第二可写入晶体管其漏极分别连接于该第一及第二储存电容的第一端，并分别连接到相对应的该第一及第二可显示晶体管的源极，该第一及第二储存电容的第二端系接地；

其中，每一该第一及第二可显示晶体管其漏极连接到该下电极，且其栅极连接至相对应的可显示线；以及

其中，该重设/预设晶体管中其漏极分别连接于该下电极，其栅极连接至一重设/预设线，其源极连接至一重设/预设电压；

藉由该些字符线、该些可显示线及该重设/预设线的控制信号操作，该位线上的视讯资料通过交互暂存至该第一及第二储存电容，而转换交互输出至该下电极；

藉由该些字符线、该些可显示线及该重设/预设线的控制信号操作，可重设/预设该下电极的电位成该重设/预设电压。

Images