TWI280447B - OCB mode LCD and method for driving the same - Google Patents

Description

1280447 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於OCB型液晶顯示器及其驅動方 法，特別是低耗電且液晶分子可以快速由初期配向狀 態轉變成顯示影像配向狀態的〇CB型液晶顯示器及 其驅動方法。 【先前技術】 液晶顯示器具有輕、薄、短、小以及低電驅動壓 和低耗電的優點，因此逐漸取代陰極射線管（CRT)。 特別是具有相當於CRT的高晝質化、大型化和彩色 化的薄膜電晶體液晶顯示器，近來已經應用在很多區 域。這種液晶顯不具有溥膜電晶體和晝素電極的陣 列基板’和具有相對電極和彩色遽光片的彩色滤光片 基板。在陣列基板和彩色濾光片基板之間具有液晶 層。一般的來說，液晶顯示器所使用的液晶以扭轉向 列型（TN:TwisteD NemAtiC)液晶為主。 TN型液晶顯示器雖然具有高影像對比但是卻有 視角依存性的問題。為了改善TN型液晶顯示器的視 角特性，過去曾經提出各種晝素區域分割的技術，以 及形成雙區域液晶層技術和橫向電場驅動（IPS : in-plAne switching)型液晶顯示器。其中在液晶層 内形成雙區域的技術包括多重摩擦法、多重配向法、 邊緣條紋電場法（eDge fringe fielD methoD)和平行 1280447 條紋電場方法（pArAllel fringe fielD methoD)等。 然而這些傳統的液晶顯示器具有低響應頻率的 問題。也就是使用TN型液晶的液晶顯示器的響應頻 率很低，顯示色階之間的響應時間最快約l〇〇ms，無 法滿足高速動晝影像所需要的16.7 ms。因此為了顯 示高速動晝影像需要開發高響應頻率和廣視角的液 晶顯示器。為了得到均勻全向的視角特性及改善響應 頻率，提出一種光學補償彎曲型（〇CB : OptiCAl ® CompensAteD BenD)液晶顯示器。 以下，參考第1A〜1C圖來說明傳統〇CB型液 晶顯示器的結構和驅動方法。 傳統OCB型液晶顯示器在上部基板110上具有 彩色濾光片、上部驅動電極140和配向膜，在下部基 板120上具有TFT、下部驅動電極150和配向膜，而 在上部基板110和下部基板120間具有液晶分子 • 130。上部和下部基板110、120上的配向膜為同方向 的配向處理。在這種構造中，對上部和下部驅動電極 140，150施加電壓時，如第1A圖所示，液晶分子 130會根據配向膜的配向方向維持起始的斜面配向狀 態。 同時，在上部和下部驅動電極140、150間施加 預傾電壓時，如第1B圖，斜面配向狀態的液晶分子 130會轉變成彎曲的配向狀態。預傾電壓必須高於液 1280447 晶分子130由斜面配向狀態開始轉變成彎曲配向狀 態所需的轉移電壓，液晶分子130由斜面配向狀態到 開始轉變成彎曲配向狀態所需要的時間稱為“轉移 時間”。在上部和下部驅動電極140、150施加驅動 電壓時，如第1C圖所示，彎曲配向狀態的液晶分子 13 0會根據驅動電壓轉變成垂直配向狀態讓線形光穿 透。之後如果沒有施加電壓時，液晶分子13〇會再轉 變成斜面配向狀態。 如上述，在傳統的〇CB型液晶顯示器中，液晶 为子130的狀癌由於施加在上部和下部驅動電極 140、150上的電壓而反覆地在斜面配向狀態、彎曲 配向狀態和垂直配向狀態間轉變，形成影像。在這個 情形中，會先施加預傾電壓後再施加驅動電壓顯示影 像。 但是傳統的〇CB型液晶顯示器，預傾電壓需要 耗費大里龟力將液晶分子由斜面配向狀態轉變成彎 曲配向狀態，因此會增加電力消耗。而且傳統的〇cb 型液晶顯示器由斜面配向狀態變成彎曲配向狀態的 轉移速度較慢（實際上在顯示影像時，這兩個狀^態間 的轉換是非必要步驟），因此需要較高的驅動電；而 且很難形成彎曲配向。 ^了解決上述問題，有人提出將分子單體和^ 知與液晶分子混合以維持在高預傾狀態的方 1280447 =讓轉變成彎曲配向更容易。另一種解決的方法如 專利公開公報第咖2-_7G25號所揭露的 、^·Ι用纟晝素單元表面所形成的連續錐齒狀斜 、Λ斜面作為液晶分子轉變成彎曲配向狀態的形 成核心。 Μ然而，但是前一個方法中具有顯示均勻性的問 口此彳艮難貫際應用，後一個方法要在ΙΤ〇上形 鲁成傾斜面也很困難，因此也报難實際應用。 【發明内容】 β本發明的目的是解決先前〇CW液晶顯示器的 γ ’提出-種液晶分子可以快速由初期配向狀態轉 變成顯示影像所需的配向狀態，同時可以減少電力消 耗的〇CB型液晶顯示器及其驅動方法。 為了達成上述目的，本發明的〇CB型液晶顯示 φ器具有：對向的上部基板和下部基板上具有施加驅動 電壓的上部和下部驅動電極，上部基板和下部基板間 具有多個液晶分子的液晶層，和至少一對的上部和下 部，電極用來施加電壓轉變部份液晶分子的配向 狀態，上部和下部預傾電極分別與上部和下部驅動電 極部份重疊。 本發明的另一個實施態樣為一對的上部和下部 預傾電極平行配置在基板平面上，在垂直基板平面的 方向上彼此對向配置，上部和下部預傾電極間具有液 1280447 曰曰 層 本發明另—個實施態樣的 有：上部和下卹Α α 丄欣日日顯不态具 列，上部下部驅= 反上具有上部和下部驅動電極陣 和下部基板間且對向形成一對，上部基板 斜沾 ζ、有夕個液晶分子的液晶層，和至少一 驅動電極對應每—對對上部和下部 托刘八 。卩和下部預傾電極與上部和下部驅動電 配置，在上部和下部預傾電極以及上部和 電極重疊的部份之間具有絕緣層，上部和下 電極接受電壓改變部份液晶分子的配向狀態。 $月另個只施怨樣的〇CB型液晶顯示器具 ^ /對對向配置其間具有液晶層的基板，一個共同 私極开/成在其中的—個基板，另—個基板上形成施加 驅動電壓的晝素電極陣列，至少—個預傾電極與晝素 電極陣列中的每個晝素電極部分重疊配置以施加預 仴包£改熒液晶層中部分液晶分子的配向狀態。 +本發明另一個實施態樣的〇CB型液晶顯示器具 =γ藉由在每個晝素的上部基板和下部基板施加預傾 ^壓將液晶分子轉變成第α配向狀態轉變成後，在上 邛基板和下部基板施加驅動電壓將第2配向狀態的 液曰曰分子轉變成顯示影像的第2配向狀態的〇cb型 液晶顯不器驅動方法。這種〇Cb型液晶顯示器的驅 動方法’具有利用預傾電壓將部分配向狀態不同的第 10 1280447 1配向狀悲液晶分子轉變 曰分子赭微A入i 文的^驟和利用驅動電壓將液 日日 榦·父成王部顯示影像的相同配向狀離的第2 配向狀態步驟。 ）狀匕、的弟2 根據本發明的另一侗杂 A 仞卟薜-公a α 只鉍怨払的，預傾電壓的電 位比顯不衫像的驅動電壓高。 ，上可知，本發明的上部和下部驅動電極具 为重豐配置一對以JL 卜M 4 nr a 、 乂上的上部和下部預傾 下部預傾電極施加比轉移電壓高預傾電壓時，液= 子會轉·變成弟1配向狀態，也就是部分液晶分子彎 曲。當上部和下部驅動電極施加低驅動電壓時，可以 ㈣轉變成1晶分子顯示影像所需的第2配向狀態 (垂直配向狀態）。因此本發明〇 七> 4 ΛΛ _ + 士 ^ UeB型液晶顯示器具 有咼速的音應頻率，可以顯示高 到降低電力消耗的目的。 動⑽像’而且達 接下來將參考圖示說明本發明的較佳實施例。本 ^时施例僅作為解釋目的，對於任何熟悉 術的人貝都有可能在*偏離本專利申請範圍的條件 下進灯的各種修改、變更、取代或附加。 【實施方式】 接下來將參考附圖來說明本發明的較佳本施 下來的說明與附圖中，相同部份將二同的 付就來表示。 第2A〜2D圖是本發明0CB型液晶顯示器實施態 11 1280447 樣的構造和驅動方法說明圖面。 本發明的〇CB型液晶顯示器包括：具有彩色濾 光片、上部驅動電極240和配向膜的上部基板210， 具有TFT、下部驅動電極250和配向膜的下部基板 220，以及在上部基板210和下部基板220之間的液 晶分子230。上部基板210和下部基板220的上部和 下部驅動電極240、250上具有絕緣層260、261，在 平行基板210、220的平面方向上具有上部和下部預 _ 傾電極270、280形成在該絕緣層260、261上，該上 部和下部預傾電極270、280部份與上部和下部驅動 電極240、250重疊配置。上部和下部預傾電極270、 280在基板210、220平面的垂直方向上彼此對向配 置形成一對，每個上部和下部驅動電極240、250具 有至少一對以上的上部和下部預傾電極270、280。 上部和下部基板210、220配向膜的配向方向為同一 φ 方向或是互相垂直。 在上述的結構中，未施加電壓於上部驅動電極 240和下部驅動電極250以及上部預傾電極270和下 部預傾電極280時，如第2A圖所示，液晶分子230 會根據配向膜的配向方向維持初期斜面配向的狀 態。另一方面，當未施加電壓於上部和下部驅動電極 230、240上時，在上部預傾電極270和下部預傾電 極280施加高於轉移電壓（Vtr)的預傾電壓時，如第 12 1280447 2B圖和苐2C Η所示’存在於上部和下部預傾電極 270、280間的液晶分子會由初期配向狀態轉變成第1 配向狀態。 換言之，上部和下部驅動電極24〇、25〇未施加 電壓時’在上部和下部預傾電極270、280上印加第 1電壓，如第2Β圖，存在於上部和下部預傾電極27〇、 280間的液晶分子會由斜面配向狀態轉變成變曲配向 _ 狀態。上部和下部預傾電極270、280上施加比第α 電壓高電位的第2電壓時，如第2C圖所示，存在於 上部和下部預傾電極270、280間的液晶分子會由斜 面配向狀態轉變成垂直配向狀態，這時，上部和下部 預傾電極270、280間相鄰區域的液晶分子受到轉移 液晶分子的配向狀態和電場的影響也會由斜面配向 狀悲轉變成、幫曲配向狀態。 接下來在上部和下部驅動電極240、250上施加 籲=動電壓時，如第2D圖所示，全部的液晶分子23〇 會轉變成顯示影像的第2配向狀態讓線形光穿過。 本發明的OCB型液晶顧示器，在上部和下部驅 動電極240、250未施加驅動電壓時，如果在上部和 下邛預傾私極270、280上施加比轉移電壓（Vtr)高的 預傾電壓，存在於上部和下部預傾電極27〇、2⑽區 ，内的液晶分子為、管肖配向狀態或是垂直配向狀 也也就疋液晶分子部分成第1配向狀態。 13 1280447 如上述，本發明〇CB型液晶顯示器與傳統的不 同，由於上部和下部預傾電極270、280部份與上部 和下部驅動電極240、250重疊配置5因此可以在液 晶分子為第1配向狀態時不會影響顯示影像，藉此即 使在上部和下部驅動電極240、250上施加低電位的 驅動電壓也可以快速地將液晶分子230轉變成顯示 影像的第2配向狀態。 接下來參考第3圖和第4圖說明本發明OCB型 ® 液晶顯示器的動作範例。 第3圖是在正常白（normal white)型OCB型液 晶顯示器的上部和下部預傾電極上施加不同預傾電 壓（Vset)以及在上部和下部驅動電極上施加驅動電 壓（Vp)時液晶分子的光穿透率圖。 如第3圖，在本發明OCB型液晶顯示器的上部 和下部預傾電極上分別施加0V(310)，2V(320)， 馨 4V(330)，6V(340)，8V(350)的預傾電壓（Vset)時，隨 著上部和下部的驅動電極造成液晶分子光穿透率的 改變。增加上部和下部預傾電極所施加的預傾電壓 (Vset)電位時，改變液晶分子配向狀態所需要的轉移 電壓會大幅降低，因此可以大幅減少將所有液晶分子 轉變成第2配向狀態所需的驅動電壓（Vp)。圖中驅動 電壓（Vp)曲線的轉折點為轉移電壓（Vtr)。 換言之，預傾電壓（Vset)為0V時，轉移電壓(Vtr) 1280447 約預傾電壓（Vset)為4¥時，轉移電壓卩⑺約 1.2V，預傾電壓（vset)為8V時，轉移電壓（Vtr)約〇v。 因此，在具有上述結構的〇CB型液晶顯示器的上部 和下部預傾電極施加0V的預傾電壓（Vset)時，液晶 分子的初期配向狀態為斜面配向狀態，當施加約2 8v 以上的驅動電壓(Vp)時，液晶分子的配向狀態開始改 變。當施加4V的預傾電壓（Vset)時，轉移電壓約 • 1.2V，施加8V的預傾電壓（Vset)時，轉移電壓變成 ον，施加ov以上的驅動電壓（Vp)時，液晶分子的配 向狀態會隨著驅動電壓（Vp)大小開始快速變化。 藉由這種方式，根據施加在〇CB型液晶顯示器 上部和下部預傾電極上的預傾電壓（Vset)的電位，可 以決定液晶分子的第1配向狀態。 第4圖是藉由上述方式，施加定電位預傾電壓 (Vset)於上部和下部預傾電極上時，〇CB型液晶顯示 φ 器操作的動作波形圖。 女圖示，在〇CB型液晶顯示器的上部和下部預 傾電極上施加大於轉移電壓（v t r)的預傾電壓 、 (Vset)。藉由預傾電塵卩㈣將部分的初期ς向狀態 $液晶分子轉變成第1配向狀態也就是彎曲配向狀 態或是垂直配向狀態。此外，在〇CB型液晶顯示器 中，施加一定電位的週期性閘極電壓（Vg)時，預傾電 磨（Vset)會與閘極電壓（Vg)蓋生相同週期的電極性反 15 1280447 轉。 這時，由於閘極電壓（Vg)供應給連接顯示的閘極 線的閘極電極，藉由打開對應的薄膜電晶體，表示影 像訊號的資料電壓則施加給源極電極，因此施加的資 料電壓可以經由汲極電極輸出。由汲極電極輸出的資 料電壓施加給一個驅動電極（畫素電極）作為驅動電 壓（或畫素電壓Vp)。利用施加給晝素電極的晝素電 壓（Vp)和施加給對應晝素電極的另一個驅動電極（共 春 同電極）的共同電壓（Vcom)之間的電位差形成電場。 以所形成的電場控制位於一對驅動電極間的液晶分 子使其變成第2配向狀態讓光穿過得到所要的影像 訊號。晝素電壓（Vp)在施加閘極電壓（Vg)時進行充 電，而在未施加閘極電壓（Vg)時維持一定的電位。 接下來當再次施加閘極電壓（Vg)時，薄膜電晶體 會打開，施加晝素電壓（Vp)給晝素電極並充電。這 φ 時，預傾電壓（Vset)和晝素電壓（Vp)的極性變成與先 前的晝面相反，預傾電壓（Vset)具有比畫素電壓（Vp) 高的電壓電位。另一方面，當施加閘極電壓(Vg)時， 薄膜電晶體會關閉，畫素電壓（Vp)會維持在預定電 位。藉由施加在晝素電極上的晝素電麈（Vp)和印加在 共同電極上的共同電壓（Vcom)所形成的電位差來控 制一對驅動電極間的液晶分子使其變成第2配向狀 態讓光穿過得到影像訊號。 16 1280447 由於閘極電壓（Vg)和預傾電壓（Vset)是週期性地 =加在〇cb液晶顯示器上，因此根據施加的晝素電 歷（VP)，可以得到連續的影像訊號。 、 本發明的〇CB型液晶顯示器至少具有一對以上 的預傾i極，其與上部基板和下部基板上的上部和下 部驅動電極部份重疊。當在預傾電極上施加等於或大 =轉：電壓以上的預傾電壓時，部分的液晶分子會轉 •變成第1配向狀態，之後，根據施加在上部和下部驅 動電極上的驅動電壓，液晶分子可以快速地轉變成第 2配向狀up使在上下驅動電極間施加低驅動電界 時液晶分子也可以轉變成第2配向狀態。因此本發= 的〇CB型液晶顯示器具有快速的響應頻率而且可以 用低電力進行驅動。 本舍明的坪細説明中，上部和下部基板間只有舉

例一對驅動電極，—對驅動電極對應-個晝素，對於 習於此技術的人，可以麵总； 1、> i易地在上部和下部基板間形 成夕對的驅動電極，形成驅動電極陣列。 17 1280447 【圖式簡單說明】 第1A〜1C圖是傳統OCB型液晶顯示器的結構和驅 動方法的説明圖。 第2A〜2D圖是本發明〇CB型液晶顯示器實施態樣 的結構和動作説明圖。 第3圖是本發明實施態樣改變預傾電壓和驅動電壓 時液晶分子光穿透率的變化圖。 第4圖是本發明OCB型液晶顯示器實施態樣的動 • 作波形圖。 【圖式中元件名稱與符號對照】 110、210 :上部基板 120、220 :下部基板 130、230 :液晶分子 140、240 ··上部驅動電極 0 150、250 :下部驅動電極 260、261 :絕緣層 270 :上部預傾電極 280 :下部預傾電極 18

Claims (1)

1280447 預傾電極根據施加的電壓改變液晶分子的配向狀 態。 4.如申請專利範圍第3項的〇CB型液晶顯示器，其 中成對的上部和下部預傾電極彼此相對平行配置 在基板平面上，預傾電極之間，垂直基板的平面 方向上，具有液晶層。 5· —種〇CB型液晶顯示器，具有·· Φ 一對彼此相對，其間具有液晶層的基板； 其中一個基板具有共同電極； 另一個基板具有施加驅動電壓的晝素電極陣列； 以及 ^ 至少一個預傾電極’分別與每個晝素電極陣列的 • *素電極部份重疊配置，並根據預傾電極來改變 液晶層中部份液晶分子的配向狀態。 6. 如申請專利範圍第5項的⑽型液晶顯示器，其 # 中每-個平行晝素電極於平行基板平面的方向延 伸，而液晶層位於預傾電極和共同電極之間。 7. —種驅動〇CB型液晶顯示器的方法，具有下列牛 驟： ^ 藉由施加預傾電極給每個晝素的上下基板，將液 晶分子排列成部份具有不同配向狀態的第1配向 狀態； 藉由施加驅動電壓給上下基板，將由第一配向狀 1280447 您轉變成顯示影像顯示的第2配向狀態，在顯示 影像的第2配向狀態時，所有的液晶分子排列成 相同的配向。 8·如申請專利範圍第7項的〇CB型液晶顯示器的驅 動方法，其中施加的預傾電壓高於未施加預傾電 壓時的轉移電壓。 9·如申請專利範圍第7項的〇CB型液晶顯示器的驅 動方法，其中施加的預傾電壓高於顯示影像的驅 動電壓。 10.如申請專利範圍第7項的〇CB型液晶顯示器的驅 動方法，其中施加的預傾電壓極性與閘極電壓相 反，反向的重複性週期與閘極電壓相同。 21