TWI251194B - Liquid crystal display - Google Patents

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TWI251194B
TWI251194B TW091133423A TW91133423A TWI251194B TW I251194 B TWI251194 B TW I251194B TW 091133423 A TW091133423 A TW 091133423A TW 91133423 A TW91133423 A TW 91133423A TW I251194 B TWI251194 B TW I251194B
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Sharp Kk
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1251194 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領Μ、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明是有關於液晶顯示器（LCD)，且更尤其是關於 5 具有溥膜電晶體（TFT : thin film transistor)(其在各像素作 為切換元件）之主動矩陣式薄膜電晶體液晶顯示器。 【先前技術3 發明背景 液晶顯示器之市場快速地成長，這是因為液晶顯示器 10成為能夠提供足夠的顯示品質而允許它們取代在相關技術 一直為典型顯示器的CRT。由於其扁平面板之優點，它們 被使用作為以下裝置之顯示器：各種觀看裝置、蜂巢電話 、個人數位助理（PDA)、筆記型個人電腦、以及用於桌上 型電腦與家庭用電視機之監視器。因此，使用液晶顯示器 15作為顯示器其提供從具有大約2英吋對角線尺寸小榮幕至 具有超過40英吋對角線尺寸之大螢幕。越來越多的lcd使 用於各種領域中作為全彩色顯示器而能顯示靜態影像與動 態影像。 關於在LCD技術中的趨勢，其主流從在像素中不具有 20 切換元件之被動矩陣式而移轉至具有例如TFT切換元件之 主動矩陣式。此外，關於形成於主動矩陣式Lcd之像素中 TFT之通道區（主動半導體層）之材料，是以具有較高載子 遷移率（mobility)之p-矽（多晶矽）取代a-矽（非晶石夕）。
現在簡短說明TFT LCD之結構。例如，在透射式TFT 1251194 玖、發明說明 LCD的情形是使帛：背光單元、TFT基板（陣列基板）其為 例如玻璃基板之透明絕緣基板面與對面基板組合成面對面 關係而在其間具有預先設定之胞（cell)間隙，以及密封介於 此兩基板之間之液晶。在丁FT基板上設有矩陣形之多個像 5素電極，且此TFT是連接至各像素電極。在對面基板上形 成共同電極。在彩色顯示LCD的例子中，在TFT基板或對 面基板上形成顏色過濾器（CF)。在基板與液晶層之間的介 面形成對齊薄膜。將具有例如正交尼科耳（Nic〇1)稜鏡結構 之偏極化器設置於兩基板之外側。 10 第7圖為在相關技術中用於TFT LCD之像素之等效電 路。如同於第7圖中所示，TFT閘極電極g連接至閘極滙流 線Lg。TFT之源極電極s連接像素電極pe，且汲極電極D連 接 > 料滙流棑線Ld。液晶層1 c是夾在像素電極？6與共同電 極Ce之間以形成液晶電容CLc。雖然並未顯示，儲存電容 15 器Cs在實際上與液晶電容並聯。 閘極電壓Vg是從未圖示之閘極滙流線驅動電路施加於 閘極 >匯流線Lg。灰色色調電壓vd是從未圖示之資料滙流 線驅動電路施加於資料 >匯流線Ld。將共同電壓Vcom(=0V) 施加於共同電極Ce。 20 此液晶1〇在其介電常數中為正或負之非均向性，其所 導致特性為此等液晶分子根據對其所施加電場之強度而旋 轉。此液晶lc之折射率亦為非均向性，其所造成之特性為 通過此液晶lc之光線之偏極化根據液晶分子之旋轉而改變 。因此’當將電壓施加於像素電極pe與共同電極Ce之間時 1251194 玖、發明說明 ’此等液晶分子根據所施加電壓之值而旋轉，其導致在偏 極化器進入側為線性偏極化之光在液晶1〇中改變其偏極化 方向。此通過偏極化器在光線發出面之光之數量因此被調 整以顯示色調。 5 當將大約5 V之電壓施加於共同液晶材料時，當只在一 個方向中將電場持續地施加於液晶lc時，此液晶材料會退 化。為了防止此種現象，而將此施加於液晶lc用於驅動液 晶之電場，以預先設定之週期將其極性反轉。通常使用 反轉驅動，其中電場之極性是以顯示框之週期反轉。 10 設有用於各像素之個別像素電極Pe，且設有單一電極 作為共同電極Ce，以致於它由所有像素共用。使用於第8 圖中所示之驅動方法，以達成具有使用此種共同電極以之 框反轉驅動。第8圖顯示在水平方向為時間且在垂直方向 為電壓’以顯示在閘極電壓Vg，灰色色調電壓Vd，以及 15 共同電壓Vcom之間之關係。 如同於第8圖中顯示，此共同電壓（在共同電極之電位 )Vcom(=0V)為恆定。將此可以到達共同電壓％〇111之±2 5乂範 圍之灰色色調電壓Vd施加於資料滙流線Ld。第8圖顯示一種狀 態其中將具有絕對值V0=2.5V之灰色色調電壓vd(資料）輸出至 20 各框中之資料匯流線Ld上，而將在各框fn中電屋極性反轉。 當將連接至閘極滙流線Lg之η-通道式TFT保持在切斷 (off)狀態時，則輸出電位Vg(〇ff)，其所具有之絕對值小於 最大負極性灰色色調電壓Vd=-VQ，而所小的值為vi(絕對 值）。當將TFT保持在導通（on)狀態時，則輸出電位Vp(〇n) 1251194 玖、發明說明 所具有絕對值大於最大正極性灰色色調電壓Vd=+VQ(V)， 其所大於之值為V2(絕對值）。這即是，將具有電位 Vg=Vg(〇n)之閘極脈衝輸出至閘極滙流線Lg，在此期間使 TFT為導通（on)狀態。此閘極脈衝之高度為vl+2xV〇+V2。 5當此切斷電流為切斷不良時，必須提高電壓v 1 ;當導通 (on)電流為小時（其原因為與保持累積電荷以及資料重寫速 率之性質有關），必須提高電壓V2。因此，在正常情況下 使用大約13 V之驅動電壓，而可不論電壓之極性將TFT可 靠地導通與切斷。 10 如同所說明，在相關技術中須要13V之電力供應電路 以驅動此TFT LCD，雖然儘管其事實為：用於寫入像素電 極Pe所須最大灰色色調電壓▽(1為25^^。不儘將13V之驅動 電壓施加於閘極滙流線驅動電路，而且施加於在資料滙流 線驅動電路中切換電路，而用以控制至資料滙流線Ld之信 15號輸出流。此最大驅動電壓取決於所使用的液晶材料，且 某些TFT LCD須要16V或18V或更大之驅動電壓，其高於 本發明中之電壓。 如同所說明，在相關技術中之TFT LCD中，此用於閘 極滙流線驅動電路與資料滙流線驅動電路之電力供應電壓 2〇是用於驅動在各像素之液晶L，此電壓是非常大於施加於 液晶1c之5V電壓帶。因此，TFT必須具有高的閘極承受電 壓與高的汲極承受電壓。此導致須要反制拱施包括：增加 TFT之閘極氧化物薄膜的厚度，增加通道長度，增加輕微 摻雜汲極（LDD)之長度。然而，此種反制拱施導致订丁之 1251194 玖、發明說明 臨界電壓Vth變動之增加， 乂及TFT之導通（on)電流之減少 0因此’在臨界電壓V h 士、士 大波動存在下須要進一步增加驅 動電壓以達成適當的操作，且仍然須要進一步增加驅動電 ' =成所須之切換速率’而同時折制導通電流之任何減 5少。這只會造成惡性循環，且無法達成驅動電壓之減少。 驅動電壓之增加亦會诰# 3〜’因為它導致功率消耗之增 加以及對環境電磁干擾之增加。 15 低温多晶石夕製造過程最近之建立使得可以製造FET， 其具有在構件上由P，多晶石夕）形成之通道區，此構件例 1〇如是玻璃基板具有相當低的炫點。因此成為可能製造與週 邊電路結合為一體之_TF丁基板，其中各種電路包括閉極 遲流線驅動電路與資料滙流線驅動電路是包含於玻璃基板 (在其上製成像素TFT)之週邊區域中。FET之週邊電路部份 必須形成具有儘可能小之閘極長度以允許在高速操作，且 它們不可避免地是低電壓驅動式。此外，不可能獲得消耗 低功率之平衡電路除非它們是低電壓驅動式的。 當像素TFT是高電壓驅動式的，則必須在單一玻璃基 板上形成低電壓驅動式FET，S與高電壓驅動式tft之混^ ’但這會導致問題，因為製造過程會變得複雜且製造成本 會增加。因此使用低溫多晶矽製程以製造與週邊電路結合 為一體之TFT基板，必須將像素TFT之驅動電壓降低至儘 可成接近週邊電路之FJET之驅動電塵。 Γ發明内容 發明概要 20 1251194 玖、發明說明 本發明之目的為提供一種液晶顯示器，其中將像素 TFT之驅動電壓降低。 上述之目的是藉由一種液晶顯示器達成，其包括··藉 由夾在彼此相對電極之間液晶所形成之液晶電容；正極性 5驅動電路系統，用於在電極之間施加正極性電壓，而以正 電荷將液晶電容充電；以及由與正極性驅動電路系統所分 別設置之負極性驅動電路系統，用於在電極之間施加負極 性電壓，而以負電荷將液晶電容充電。 圖式簡單說明 10 第1圖為根據本發明第一實施例之TFT LCD之四個像 素之等效電路圖； 第2圖顯示根據在實施本發明模式中第一實施例在框 反轉驅動期間、閘極電壓Vg，灰色色調電壓vd與共同電 壓Vcom之間之關係； 15 第3圖為根據在實施本發明模式中本發明第二實施例 之TFT LCD之四個像素之等效電路圖； 第4圖顯示根據在實施本發明模式中第二實施例在框 反轉驅動期間、閘極電壓Vg、灰色色調電壓、與共同 電壓Vcom之間之關係； 2〇 第5圖為在根據在實施本發明模式中本發明第三實施 例之TFT LCD之四個像素之等效電路圖； 第6圖顯示根據在實施本發明模式中第三實施例在框 反轉驅動期間、閘極電壓Vg、灰色色調電壓yd、與共同 電壓之間之關係； 10 1251194 玖、發明說明 第7圖為在相關技術中TFT LCD之像素之等效電路圖 ;以及 第8圖顯示根據相關技術在框反轉驅動期間，在閘極 電壓vg、灰色色調電壓Vd、與共同電壓Vc〇m之間之關係
C資施方式I 較佳實施例之詳細說明 現在參考第1至6圖說明液晶顯示器，以及在用於實施 本發明之模式中用於驅動液晶顯示器之方法。在用於實施 10本务明之本模式中之液晶顯示器之特徵為：將此液晶電容 各由各別電路系統（正極性驅動電路系統與負極性驅動電 路系統）以正電荷與負電荷充電。為達此目的，在各像素 設有兩個TFT;其中一個TFT作用為用於寫入具有正極性 灰色色調資料之切換元件；以及另一個TFT作用為用於寫 15 入具有負極性灰色色調資料之切換元件。 在相關技術中是由在TFT LCD中之單一共同驅動電路 將具有正極性與負極性之電壓施加於像素電極；而在實施 本發明之本模式中是藉由各別驅動電路各別地施加正電壓 與負電壓。因此，根據相關技術，可以將對被施加正電壓 20 之TFT以及被施加負電壓之TFT所施加各灰色色調資料電 壓之振幅減至一半，這使得可以抑制施加於TFT閘極電極 之閘極脈衝電壓。 現在參考本發明較佳實施例詳細說明，在本模式中用 於實施本發明之TFT LCD與其驅動方法。 11 1251194 玖、發明說明 (第一實施例） 現在參考第1與2圖說明本發明第一實施例之TFT LCD 與用於驅動此TFT LCD之方法。首先，參考第1圖說明本 實施例TFT LCD之概要結構。第1圖顯示以矩陣形式設置 5 在絕緣基板上多個像素Pmn中彼此相鄰四個像素P11、p 12 、P21及P22之等效電路。在此等像素Pmn之液晶電容 Clcmri是由夾在位於TFT基板上像素電極pe與相面對基板 上共同電極Ce之間的液晶lc所形成。將共同電壓（共同電極 電位）Vcom(=OV)施加於共同電極Ce。 10 在靠近形成像素區域之基板週邊區域中，例如使用低 溫多晶多矽製造過程所形成像素之區域與周邊電路形成為 一體。請參考一些週邊電路其形成：閘極匯流線驅動電路 GDI用於正極性驅動，閘極匯流線驅動電路GD2用於負極 性驅動，資料滙流線驅動電路DD1用於正極性驅動，以及 15 資料匯流線驅動電路DD2用於負極性驅動。 此等匯流線Lgll、Lg21、Lg31......是用於沿著圖之水
平方向施加正電壓，而被連接至閘極滙流線驅動電路GDI 用於正極性驅動。閘極匯流線Lgl2、Lg22、Lg32......是 用於施加負電壓（其各鄰接用於施加正電壓之閘極匯流線 2〇 Lgll、Lg21、Lg31，且與其平行延伸），而連接至閘極匯 流線驅動電路GD2用於負極性驅動。 資料匯流線Ldll、Ld21、Ld31……是用於沿著圖之垂 直方向施加正電壓’而被連接至資料匯流線驅動電路DD1 用於正極性驅動。資料匯流線Ldl2、Ld22......是用於施加 12 1251194 玖、發明說明 負電壓（其各鄰接用於施加電壓之資料匯流線Ldll、Ld21 、Ld31......’而與其平行延伸），被連接至資料匯流線驅 動電路D D 2用於負極性驅動。 此正極性驅動電路系統是由以下所構成··閘極匯流線 5驅動電路Gdl，用於正極性驅動；閘極匯流線Lgn、Lg21 、Lg3 1......，用於施加正電壓，資料匯流線驅動電路DD1 ，用於正極性驅動；以及資料匯流線Ldll、Ld21、Ld31… …用於施加正電壓。使用正極性驅動電路系統，藉由在像 素Pmn之電極pe與電極Ce之間施加正電壓，而以正電荷將 10 液晶電容Clcmn充電。 此負極性驅動電路系統是由以下所構成：閘極匯流線 驅動電路GD2，用於負極性驅動；閘極匯流線Lgi2、Lg22 、Lg32......，用於施加負電壓；資料匯流線驅動電路DD2 ，用於負極性驅動；以及資料匯流線Ldl2、Ld22……用於 15 施加負電壓。使用負極性驅動電路系統，藉由在像素pmn 之電極Pe與電極Ce之間施加負電壓，而以負電荷將液晶電 容Clcmn充電。 請參考像素P11作為例如，像素P11是以兩個薄膜電晶 體構成：即，η-通道TFT nl 1作為施加正電壓之TFT，用於 20 將具有正極性之資料電壓施加於像素電極Pe ;以及P-通道 TFT pll作為施加負電壓TFT，用於將具有負極性之資料電 壓施加於像素電極Pe。
TFT nil之源極電極S連接至像素電極pe ; tft nil之 沒極D連接至資料匯流線Ld 11用於施加正電壓；以及TFT 13 1251194 玖、發明說明 nl 1之閘極電極G連接至閘極匯流線Lgl丨用於施加正電壓。 TFT pll之源極電極s亦連接至像素電極pe ; TFT 之汲極電極D是連接至資料匯流線Ldl2用於施加負電壓； TFT pi 1之閘極電極G是連接至閘極匯流線LgU用於施加負 電壓。像素Pmn之其餘部份具有相同之結構。雖未顯示， 但實際上儲存電容器Csmn是與液晶電容Clcmn並聯。 10 15 在以上的結構中，當用於施加正電壓之閘極脈衝 Vgll(on)，從閘極匯流線驅動線路Gbl輸出至用於施加正 電壓之閘極匯流線Lgll，用於在顯示框代211)〇1為正整數） 中正極性驅動，則TFT nil與TFT nl2……（其閘電極G連接 至閘極匯流線Lgl 1用於施加正電壓）導通。其結果為此等 灰色色調電壓Vdll、Vd21、Vd31……各由用於正極性驅 動之資料匯流線驅動電路DD1輸出至資料匯流線Ld 11、
Ld21、Ld31......，經由τρΤ nln而寫入於各像素P1 n之像素 電極Pe中。當以上之操作在以線路依序驅動的基礎上在用 於正極性驅動之所有閘極匯流線Lgm 1上實施時，則完成 用於一個框週期之灰色色調電壓之寫入。 當此用於施加負電壓之閘極脈衝Vgi2(〇n)，從在下一 個顯示框f(2n+l)中用於負極性驅動之閘極匯流線驅動電路 Gd2 ’輸出至用於施加負電壓之閘極匯流線Lgl2時，則 TFTs P11、P12(其閘極電極G連接至用於施加負電壓之閘 極匯流線Lgl2)導通（on)。其結果為，此等灰色色調Vdl 2 、Vd22......各由用於負極性驅動之資料匯流線驅動電路 DD2輸出至資料匯流線Ldl2、Ld22......，經由TFTs Pin而 14 20 1251194 玖、發明說明 寫入於各像素Pin之像素電極Pe*。當以上之操作在以線 路依序驅動的基礎上在用於負極性驅動之所有閘極匯流線 Lgm2上貫施時，則完成一個框週期灰色色調電壓在之寫 入0 5 顯示框『(211)與代211+1)是依序且重覆驅動，以實施框之 反轉驅動。 現在根據第2圖與參考第丨圖詳細說明：用於施加正電 壓之閘極脈衝Vgml(on)之最適位準（電壓），與用於施加負 電壓之閘值脈衝Vgm2(〇n)之最適位準（電壓）。在第2圖中 10 ，在水平方向中緣製時間基軸t，且在垂直方向中緣製電 壓位準，以顯示在閘極電壓Vg，灰色色調電壓Vd，與共 同電壓Vcom之間之關係。在第2圖中，在時間基軸t上顯示 相對於時間基軸t之正極性驅動電路系統之電壓位準，以 及顯示在時間基軸t下之相對於時間基軸（之負極性驅動電 15路系統之電壓位準。為了說明簡單起見，第2圖顯示用於 施加正電壓之閘極脈衝Vgl 1 (〇n)以及用於施加負電壓之閘 極脈衝Vgm2(on)，其各被施加於像puiTpT nil與Pii之 閘極電極G。 共同電壓（共同電極電位）Vcomi^OV)為怪定。在本實 20 施例中，最大正灰色色調電壓Vdllmax為+2.5V，且最大 負灰色色調電壓Vdl2max為-2.5V。TFT nil之臨界電壓 Vthn為VthO(典型之臨界電壓）土△，且tft pll之臨界電壓 Vthp為-VthO土△。假設典型的臨界電壓Vth(^3v，且其變 動△為IV。而且假設VL代表在TFTs nil與pll之像素電極 15 1251194 玖、發明說明
Pe之電位（請參考第1圖）。 首先，將概要說明於第2圖中所示之框反轉驅動。如 同於第2圖中所示，將正的灰色色調電壓vdll(資料）施加 於偶數框f2與f4中像素P11之像素電極Pe，且將負的灰色色 5調電壓Vdl2(資料）施加於奇數框打與〇中像素P11之像素電 極Pe 〇 此可獲得之用於施加正電壓之閘極脈衝Vgli(on)以及 用於施加負電壓之閘極脈衝Vgl2(〇n)之大小為V0+V1+V2 ’而如同於第2圖中所示：最大灰色色調電壓具有絕對值 10 V0=2.5V，閘極脈衝具有絕對電壓vi與絕對電壓V2。 換句話說，為了將TFT nil保持切斷，必須將TFT nll 之閘極電極G之電位保持低於最小正灰色色調電壓vdi 1 min=Vcom=〇V，其所低值為Vl(絕對值）。為了將TFT nil 保持導通（on)，必須將在TFT nil之閘極電極G之電位保持 15 南於最大正灰色色調電壓Vdl lmax=V0=2.5V，其所高值為 V2(絕對值）。 為了將TFT pll保持切斷（0ff)，必須將在丁FTpll之閘 極電極G之電位保持高於最小負的灰色色調電壓 Vdl2min=Vc〇m=0V，其所高值為VI(絕對值）。為了將叮丁 20 pl 1保持導通’必須將TFT pl 1之閘極電極G之電位保持低 於最大負的灰色色調電壓Vdl2max=-V0=-2.5V，其所低值 為V2(絕對值）。 首先δ兒明於第2圖中所示在時間基軸t上之用於施加正 電壓之閘極脈衝Vgll(on)，其藉由正極性驅動電路系統施 16 1251194 玖、發明說明 加於TFT nil (其為n_通道TFT)之閘極電極G。 為了將TFT η 11保持切斷，必須將以下之電位差異保 持小於TFT nil之臨界電壓Vthn(其等於VthO±A):輸出至 用於施加正電壓之資料匯流線La 11之電壓Va 11或在像素電 5極？6之電壓VI以上兩者中較低者，與輸出至用於施加正電 麼之閘極匯流線Lg 11之電壓Vg 11之間之電位差。在第2圖 中之時點tl，當此在像素電極pe之電壓vl為2.5V時，TFT nil必須切斷。 特別是 10 Vgll-Min(Vdll，VL)<VthO-A 式 1 因為 Vgll=-Vl ; Min(Vdll，VL)=-2.5 ;以及 Vth0-^=2 ，可以將以上之值代入而將式1重新整理如下：
Vl>0.5 在時點t2，當在像素電極pe之電壓vl為-2.5V時，此 15 n 11必須關閉。因此，可以使用式1如同在時點11所使 用者。
Vgl l-Min(Vdl 1 ?VL)<VthO-A 式 1 因為 Vgll=-Vl ; Min(Vdll，VL)=-2.5 ;以及 Vth0-^=2 ，可以將以上之值代入而將式1重新整理如下： 20 Vl〉0.5 在時點t3 ’此灰色色調電位Vd 11 = Vd 11 (資料）=2 5 V。 而在當TFT nil為導通之時刻，在像素電極pe之電壓^乙為_ 2.5V，在將灰色色調電壓Vdll(資料）寫入於像素電極以立 刻之後，此在像素電極Pe之電壓VL=Vdll(資料）=2.5V。必 17 1251194 玖、發明說明 須將TFT η 11保持導通一直至此寫入完成為止。 特別是
Vgll-Min(Vdll?VL)>VthO+A 式 2 因為 Vgll=V0+V2=2.5+V2 ; Min(Vdll，VL)=2.5 ;以及 5 Vth0+A=4，可以將以上之值代入而將式2重新整理如下： V2>4 在時點t4，當在像素電極pe之電壓VL為2.5V時，TFT η 11必須切斷。因此，可以使用式1正如同在時點11所使用 一般。 10 Vgll-Min(Vdll，VL)<VthO-V 式 1 因為 Vgll=-Vl ; Min(Vdll，VL)=2.5 ;以及 Vth0-A=2 ，可以將以上之值代入而將式1重新整理如下··
Vl>-4.5 在時點t5，當在像素電極pe之電壓VL為2.5V且電壓 15 Vgll為0V時，則TFT nil必須關閉。 因為 Vgll=-Vl ; Min(Vdll，VL)=0 ;以及 Vth0-Z\=2， Vgl l-Min(Vdl l?VL)=-Vl<〇 在時點t6之狀態與在時點tl之狀態相同。 因此’對於將正的電壓施加於η-通道TFT nil之閘極 20 脈衝Vgml(on)所要求的是滿足此關係：vi>〇.5且V2>4。 而對於將負電壓施加於P_通道TFT ρΐι之閘極脈衝 Vgm2(on)所要求的是滿足以下之關係：Vl>0.5且V2>4， 因為以上的討論除了極性反轉之外均為絕對真實。 因此，用於施加正電壓之閘極脈衝Vgll(on)，與用於 18 1251194 玖、發明說明 施加負電壓之閘極之閘極脈衝Vgl2(on)具有最小電壓振幅 V0+Vl+V2=2.5+0.5+4=7V，而臨界電壓 vthO=3V且變動△ 為IV。這即是，可以將7V之電力供應電壓使用於正極性 驅動電路系統與負極性驅動電路系統。 5 如同所說明，在本實施例中，此用於閘極滙流線驅動 電路與資料匯流線驅動電路而用於驅動在各像素之液晶Lc 之電力供應電壓，可以較在相關習知技術中所使用者低許 多。因此’可以使用具有相當低的閘極承受電壓與汲極承 受電壓之TFT作為用於切換像素之元件。這因此使用可以 10減少像素TFT之閘極氧化物薄膜的厚度，減少通道長度， 以及減少LDD之長度。因此，可以減少TFT之臨界電壓Vth 之變動，且可以抑制在TFT之導通電流中之任何減少。此 外’驅動電壓之降低使得可以減少功率消耗，且降低對環 境之電磁干擾。 15 當使用低溫多晶矽製造過程以製造與TFT基板整合為 一體之週邊電路時，可以使用低電壓驅動式FETs以形成週 邊電路部份，其使得能夠提供週邊電路其能高速操作，消 耗較少功率且為良好平衡。 此外’由於像素TFTs可以為低電壓驅動式，而沒有必 20 要在單一玻璃基板上形成低壓驅動式ffts與高壓驅動式 TFTs之混合，這使得可以簡化製造過程且降低製造成本。 (第二實施例） 現在參考第3與4圖說明本發明第二實施例之TFT LCD 以及用於驅動此TFT LCD之方法。第3圖為類似於用於第 19 1251194 玖、發明說明 一貫施例之第1圖之等效電路，且其顯示本實施例之TFT LCD之概要結構。本實施例之tft LCD具有與第一實施例 相同的結構，所不同的是•通道TFTs n，mn取代第一實 施例TFT LCD之p-通道TFTs pmn。此等元件其以類似於第 5 一實施例中之方式作用與操作者是由相同的參考號碼表示 ，且在此不再說明。 請參考像素pi 1作為例子，像素pll是由兩個薄膜電晶 體構成’即：η-通道TFT nl 1作為施加正電壓TFT，用於將 具有正極性之資料電壓施加至像素電極Pe;以及n•通道 10 TFT η’ 11作為施加負電壓TFT，用於將具有負極性之資料 電壓施加於像素電極pe。 TFT nil之源極S是連接至像素電極pe ; TFT !!11之汲 極p連接資料匯流線Ldll用於施加正電壓；以及TFT nil之 閘極電極G連接閘極匯流線Lgll用於施加正電壓。 15 TFT n11之汲極電極D連接至像素電極Pe ; TFT nil之 源極電極S連接至資料匯流線Ldl2用於施加負電壓；以及 TFT nil之閘極電極G連接至閘極匯流線Lgll用於施加負電 壓。像素Pmn之其餘部份具有相同的結構。 現在根據第4圖且參考第3圖詳細說明：用於施加正電 20壓之閘極脈衝VgmU〇n)之最適位準（電壓），以及用於施加 負電壓之閘極脈衝Vgm2(on)之最適位準（電壓）。第4圖顯 示在與如同於第2圖中所示用於第1實施例相同條件下，在 本實施例之TFT LCD之框倒轉驅動期間之閘極電壓vg，灰 色色調電壓Vd，以及共同電壓Vcom之間之關係。 20 1251194 玖、發明說明 由於在第1實施例中TFT nl 1之說明絕對適用於閘極脈 衝Vgll(on)之大小，其藉由在第4圖中時間基軸〖上所示之 正極性驅動電路系統，將正電壓施加於TFT nl 1之閘極電 極G ’而只須要它滿足¥1=〇.5且乂2=4之關係。因此，正極 5 性驅動電路系統之最小電壓振幅為0.5+4+2.5=7V。 現在將說明閘極脈衝Vgl2(on)，其藉由如同於第4圖 中在時間基軸t下所示之負極性驅動電路系統，將負電壓 施加於TFT n，ll(其為n-通道FET)之閘極電極G。 在第4圖中之時點11，當在像素電極pe之電壓vl為_ 10 2.5V時，TFT η’11必須關閉。 特別是
Vgl2-Min(Vdl25VL)<VthO-A 式 3 因為 Vgl2=-2.5+Vi ; Min(Vdl2，VL)=-2.5 ;以及 VthO- △ =2，藉由將以上值代入而可將式3重新整理如下： 15 Vl<2 在時點t2，當在像素電極pe之電壓VL為-2.5V時，此 TFT η’ 11必須被切斷（〇ff)。將式3如同在時點11 一般地使用 〇
Vgl2-Min(Vdl2?VL)<VthO-A 式 3 20 因為 Vgl2=-2.5+Vl ; Min(Vdl2，VL)=-2.5 ;以及 Vth0- △ =2，可以將以上值代入而將式3重新整理如下：
Vl<2 在時點t3，將正灰色色調電壓Vdll=Vdll(資料）=2.5V 寫入於像素電極Pe中。在此時灰色色調電壓Vdl2=〇V。當 21 1251194 玖、發明說明 在像素電極Pe之電壓VL為_2·5V時，在此時刻當在其正 極性側上之TFT n，n導通時，此在將灰色色調電壓 Vd 11 (資料）寫入於像素電極pe中立即之後，在像素電 極Pe之電壓VL = Vdll(資料）等於2·5ν。在此時，在其負 5極性側上之丁FT η，11必須保持切斷，一直到此寫入完 成為止。 特別是
Vgl2-Min(Vdl2,VL)<VthO+A 式 3 由於 Vgl2 = -V0 + VI-2.5 + Vi ; Min(Vdl2，VL) = 〇 ;且 10 Vth0-A=2，可以將以上值代入而將式3重新整理如下 VK4.5
在時點t4 ’當在像素電極pe之電壓VL為2.5V時，TFT η 11必須切斷。因此，可以使用式3如同在時點t丨所使用者 15 〇
Vgl2-Min(Vdl25VL)<Vth〇.A 式 3 由於 Vgl2=-2.5+Vl ; Min(Vdl2，VL)=0 ;以及 VthO-Λ =2，可以將以上值代入而將式3重新整理如下·· VK0.5 20 在時點t5，當在像素電極Pe之電壓VL為2.5V且電壓
Vgl2為0V時，TFTn’ll必須切斷。
Vgl2.Min(Vdl2?VL)<VthO-A 式 3 由於 Vgl2 = -2.5 + Vl ; Min(Vdl2，VL) = -2.5 ;以及
Vth0-Z\=2，可以將以上之值代入而將式3重新整理如 22 1251194 玖、發明說明 下：
Vl<2 在時點t6，灰色色調電壓Vdl2=Vdl2(資料）=-2.5V。 當在像素電電極Pe之電壓VL為2.5V在此時刻當TFT 5 ^11導通時，而在將最大灰色色調電壓Vdl2(資料）寫入 像素電極Pe立刻之後，在像素電極pe之電壓vL=Vdl2( 資料）= -2.5V。必須將TFT η’11保持導通一直到此寫入 完成為止。 特別是 !〇 Vgl2-Min(Vdl2?VL)<VthO+A 式 4 因為 Vgl2=V2 ; Min(Vdl2，VL)=-2.5 ;以及 Vth0+Z\=4 ，可以將以上值代入而將式4重新整理如下： V2>1.5 因此，對於閘極脈衝Vgm2(on)之將負電壓施加於在負 15 極性側上之η-通道TFT η’11之要求為：它滿足VI<2且 V2>1.5關係。 因此，用於施加正電壓之閘極脈‘衝Vgl 1 (on)具有 最小電壓振幅V0 + Vl+V2 = 2.5 + 0.5 + 4 = 7V，且用於施 加負電壓之閘極脈衝Vgl 2(on)具有最小電壓振幅 20 V0 + V1( = 0) +V2 = 2.5 + 1.5 = 4V，而臨界電壓 Vth0 = 3V且 變化波動△為IV。這即是，可以使用7V之電力供應 電壓用於正極性驅動電路系統與負極性驅動電路系 統。 通常，當TFT之切斷（off)電流是切斷不良時，在正極 23 1251194 坎、發明說明 性側上下TFT nmn之電壓V1提高，且在負極性側上之τρτ n’mn之電壓V1降低。當導通電流（〇ncurrent)為小時，由於 與保持累積電㈣資料寫入速率之特性有關之理由，必須 長：尚正的TFT nmn與負的TFT n’mn之電壓V2。反之在本實 5施例中，由於可以使用低的驅動電壓，而可以將TFT之閘 極氧化物薄膜製得薄，其使得可能改善上述有關特性。因 此可將電壓VI與V2最小化，所以允許進一步降低電力供 應電壓。 (第三實施例）
1〇 現在芩考第5與第6圖說明本發明第三實施例之TFT LCD及其驅動方法。第5圖為類似於第丨與3圖用於第丨與二 貫施例之等效電路，且它顯示本實施例之TFT lcd之概要 結構。本實施例之TFT LCD具有與第二實施例相同的結構 ，所不同的是··此用於第二實施例之TFT LCD之正極性與 15負極性之η-通道TFT nmn與TFT n，mn各由p_通道TFT pmn 與TFT p’mn取代。此等元件其以類似於第二實施例中方式 作用與操作者是由相同的參考號碼代表，在此不再說明。 請參考像素pll作為例子，像素pll由兩個薄膜電晶體 所構成，即··卜通道TFT pi 1作為施加正電壓117丁，用於將 20具有正極性之資料電壓施加至像素電極Pe ;以及卜通道 TFT p’ll作為施加正電壓丁FT，用於將具有負極性之資料 電壓施加至像素電極pe。 TFT pll之汲極電極D是連接像素電極pe，且pn 之源極電極s連接至資料匯流線Ldn用於施加正電壓，以 24 1251194 玖、發明說明 及TFT pi 1閘極電極G是連接至閘極匯流線Lgl 1用於施加正 電壓。 TFT p’11之汲極電極D是連接至資料匯流線Ldl2用於 施加負電壓；TFT p’11之源極電極S是連接至像素電極pe 5 ;以及TFT p’11之閘極電極G是連接至閘極匯流線Lgl 1用 於施加負電壓。像素Pmn之其餘部份具有相同的結構。 第6圖說明在本實施例中用於施加正電壓之閘極脈衝 Vgml (on)之最適位準（電壓），以及用於施加負電壓之閘極 脈衝Vgm2(on)之最適位準（電壓）。第6圖顯示與第4圖中所 10 顯示用於第二實施例相同條件下在本實施例之TFT LCD之 框倒轉驅動期間，介於閘極電壓Vg，灰色色調電壓Vd， 與共同電壓Vcom之間之關係。 此在第二實施例中TFT η 11之說明絕對適用閘極脈衝 Vgll(on)之大小，用於藉由在第6圖中時間基軸1上所示之 15 正極性驅動電路系統，將正電壓施加於TFT p 11之閘極電 極G，其所不同的是將其極性反轉。此在第二實施例中 TFT η 11之§兒明絕對適用於閘極脈衝Vgi2(on)之大小，其 用於藉由在第6圖中時間基軸t下所示之負極性驅動電路系 統，將負電壓施加於TFT p，ll之閘極電極G，其所不同的 2〇 是將其極性反轉。 由以上的說明而為明顯，可以使用7¥之電力供應電壓 用於正極性驅動電路系統與負極性驅動電路系統，而臨界 電壓Vth0=3V且波動△為1V。可以達成在實施例2中相同 的效應。 25 1251194 玖、發明說明 如同以上說明，在實施本發明之模式中，由於可以降 低由閘極匯流線驅動電路所輸出用於驅動主動矩陣式lcd 像素之閘極脈衝之脈衝尚度’可以對閘極匯流線驅動電路 使用低電力供應電壓。由於這使得可以對資料匯流線驅動 5電路使用低電力供應電壓。可以達成功率消耗之降低。此 外’低的電力供應電壓使得能夠使用具有較小厚度之閘極 氧化物薄膜，其允許電晶體以高速操作（即，具有高的互 導）而具有較小的臨界電壓Vth波動。此臨界電壓vth波動 之減少允許驅動電壓進一步的降低。此外，亦可降低施加 10 介於汲極與源極之間之電壓，其使得可以形成具有電晶體 結構之TFT，其須要在汲極與源極之間小的承受電壓且其 容易製造。 由於用於實施本發明之模式中之像素結構導致每個像 素之電晶體與接線數量之增加，因此必須注意降低孔徑比 15例。然而，孔徑比例之降低可以藉由使用精細之接線樣式 而抑制。在反射式LCD之情形中，其中對像素電極pe使用 例如是鋁之導電且高度反射金屬，因為TFT與匯流線是位 在像素電極Pe之背側，而不會產生孔徑比例之降低。 雖然，用於實施本發明之在本模式中TFT LCD具有用 20 於各匯流線之雙重驅動電路。如果使用低溫多晶石夕製造過 程，則任何可歸因於各匯流線之雙重驅動電路之製造成本 之增加，可以在與週邊電路形成一體的結構中避免。因為 各匯流線驅動電路可以與像素區同時形成於玻璃基板上。 本發明並不受限於上述之實施模式，且可以用各種方 26 1251194 玫、發明說明 法修正。 例如，雖然用於實施本發明之模式是針對透射式lcd 說明，然而本發明並不受限於此，且可應用於反射式[CD 與半透射式LCD。 5 雖然’用於實施本發明之模式是針對將使用p-Si之 T作為主動半¥體層而说明，本發明並不受限於此，且 可以明顯地應用至使用a_Si(非晶石夕）之TFT以作為主動半導 體層。 雖然，用於實施本發明之模式是針對與週邊電路（其 1〇藉由使用低溫多晶矽製造過程而提供）整合為一體之LCD 說明，但本發明並不受限於此。本發明顯然可以應用至 LCD，其中一些或所有的週邊電路是由玻璃基板各別地形 成，在此基板上使用TAB安裝法或C〇G安裝法形成像素 TFT且將它接線。 15 如同上述，本發明使得可以降低像素TFT之驅動電壓。 【圖式簡皁說明】 第1圖為根據本發明第一實.施例之TFT LCD之四個像 素之等效電路圖； 第2圖顯示根據在實施本發明模式甲第一實施例在框 2〇反轉驅動期間、閘極電壓Vg，灰色色調電壓Vd與共同電 壓VC0m之間之關係； 第3圖為根據在實施本發明模式中本發明第二實施例 之TFT LCD之四個像素之等效電路圖； 第4圖顯示根據在實施本發明模式中第二實施例在框 27 1251194 玖、發明說明 反轉驅動期間、閘極電壓Vg、灰色色調電壓Vd、與共同 電壓Vcom之間之關係； 第5圖為在根據在實施本發明模式中本發明第三實施 例之TFT LCD之四個像素之等效電路圖； 5 第6圖顯示根據在實施本發明模式中第三實施例在框 反轉驅動期間、閘極電壓V g、灰色色調電壓V d、與共同 電壓之間之關係； 第7圖為在相關技術中TFT LCD之像素之等效電路圖 ;以及 10 第8圖顯示根據相關技術在框反轉驅動期間，在閘極 電壓Vg、灰色色調電壓Vd、與共同電壓Vcom之間之關係； 【圖式之主要元件代表符號表】 fl-f4…框 tl-t6···時點 V0-V2···電壓 01〇11，12,21，22*"液晶電容 C e…共同電極 DD1，DD2···資料匯流線驅動電路 GDI，GD2…閘極匯流線驅動電路 Ldll，Ldl2, Ld21，Ld22， Ld31···資料匯流線 Lgll，Lgl2, Lg21，Lg22， Lg31，Lg32···閘極匯流線 D…;及極電極 S···源極電極 P e…像素電極 TFT nl …薄膜電晶體 1^^11加2枳1拉2—薄膜電晶體 P11，P12,P21，P22···像素 Vgl 1，12,21，22,31，32 …閘極脈衝 Vdll，12, 21，22, 31，32··· 灰色色調電壓 Vcom…共同電壓 VL…電壓 G…閘極電極 28

Claims (1)

1251194 拾、_請畢利_圍曰 第91:1334^^號申請案^專利範圍修正本94年6月16日 1. 一種液晶顯示器，其包含有： 藉由將液晶夾在彼此面對電極之間所形成之液晶電 容； 正極性驅動電路系統，用於藉由在電極之間施加具 5 有正極性之電壓，而以正電荷將液晶電容充電；以及 與正極性驅動電路系統分別設置之負極性驅動電路 系、、先，其藉由在電極之間施加具有負極性之電壓，而以 負電荷將液晶電容充電； 其中此等彼此面對之電極具有： 10 在具有液晶電容之各多個像素所設之像素電極；以 及 面對各像素電極之共同電極，而以液晶置於像素電 極之間以施加共同電壓； 其中此等像素具有： 15 施加正電壓薄膜電晶體（TFT)，用於將具有正極性 之電壓施加於像素電極；以及 軛加負包壓TFT，用於將具有負極性之電壓施加於 像素電極； 其中此正極性驅動電路系統具有： 20 ^ _ ^加正迅壓閘極匯流線，用於將施加正電壓閘極脈 衝輸出至施加正電壓TFT之閘極電極；以及 施加正電壓之資料匯流線，用於將具有正極性之資 料電極輸出至施加正電壓丁打之源極電極或汲極電極，· 其中此負極性驅動電路系統具有： 29 施加負電壓閘極匯流線，用於將施加負電壓問極脈 衝輸出至施加負電壓TFT之閘極電極；以及 施加負電壓資料匯流線’用於將具有負極性之資料 電壓輸出至施加負電壓TFT之源極電極或汲極電極； 其中此正極性驅動電路系統具有： 用於正極性驅動之閘極匯流線驅動電路，用於將施 加正電壓閘極脈衝輸出至施加正電壓閘極匯流線；以及 用於正極性驅動之資料匯流線驅動電路，用於將具 有正極性之資料電壓輸出至施加正電壓資料匯流線； 其中負極性驅動電路系統具有： 用於負極性驅動之閘極匯流線驅動電路，用於將施 加負電壓閘極脈衝輸出至施加負電壓閘極電極匯流線； 以及 用於負極性驅動之資料匯流線驅動電路，用於將具 有負極性之資料電壓輸出至施加負電壓資料匯流線； 其中此施加正電壓TFT與施加負電壓TFT之通道之 傳導型式為η型。 一種液晶顯示器，其包含有： 稭由將液晶夾在彼此面對電極之間所形成之液晶電 容； 正極性驅動電路系統，用於藉由在電極之間施加具 有正極性之電壓’而以正電荷將液晶電容充電；以及 <與正極性驅動電路“”設置之負極性驅動電路 系、先其藉由在電極之間施加具有負極性之電壓，而以 負電街將液晶電容充電； 其中此荨彼此面對之電極具有. 在具有液晶f容之各多個像素所設之像素電極；以 而以液晶置於像素電 面對各像素電極之共同電極 極之間以施加共同電壓； 其中此等像素具有： 用於將具有正極性之電壓施加於 施加正電壓TFT 像素電極；以及 10 施加負電壓TFT， 像素電極； 用於將具有負極性之電壓施加於 其中此正極性驅動電路系統具有： 施加正電壓閘極匯流線，用於將施加正電壓閘極脈 衝輸出至施加正電壓TFT之閘極電極；以及 施加正電壓之資料匯流線，用於將具有正極性之資 料電極輸出至施加正電壓TFT之源極電極或汲極電極； 其中此負極性驅動電路系統具有： 施加負電壓閘極匯流線，用於將施加負電壓閘極脈 衝輸出至施加負電壓TFT之閘極電極；以及 施加負電壓資料匯流線，用於將具有負極性之資料 黾壓輸出至施加負電麼TFT之源極電極或沒極電極； 其中此正極性驅動電路系統具有·· 用於正極性驅動之閘極匯流線驅動電路，用於將施 加正電壓閘極脈衝輸出至施加正電壓閘極匯流線；以及 31
1251194 , 拾、申, 用於正極性驅動之資料匯流線驅動電路，用於將具 有正極性之資料電壓輸出至施加正電壓資料匯流線； 其中負極性驅動電路系統具有： 用於負極性驅動之閘極匯流線驅動電路，用於將施 5 加負電壓閘極脈衝輸出至施加負電壓閘極電極匯流線； 以及 用於負極性驅動之資料匯流線驅動電路，用於將具 有負極性之資料電壓輸出至施加負電壓資料匯流線； 其中此施加正電壓TFT與施加負電壓TFT之通道之 10 傳導型式為p型。 3·如申胡專利範圍第旧之液晶顯示器，其中此正極性驅 動電路系統與負極性驅動電路系統是整體地形成於一 絕緣基板上，在此基板上形成該等電極之一。 4·如申w月專利範圍第2項之液晶顯示器，其中此正極性驅 15 ㈣路系統與負極性驅動電路系統是整體地形成於一 絕緣基板上，在此基板上形成該等電極之一。 32
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