專利名稱：液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器件，其包括設(shè)置在第一和第二基板之間的液晶材料、多個(gè)單獨(dú)可控的圖像元素(picture element)，每個(gè)圖像元素包括用于在一個(gè)以上的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置，以便影響圖像元素中的液晶材料。
背景技術(shù)：
在WO,03/012537,A1中公開了使用兩個(gè)直的和一個(gè)L形電極的這種器件。這種結(jié)構(gòu)可用于提高像素中液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此提高LCD顯示器的切換速度，因?yàn)樵谇袚Q過程中平均可以給每個(gè)液晶分子提供更大的扭矩。然而，這種顯示器件可能受到對(duì)比度和亮度干擾的損害，尤其是在像素的角落中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有改善的對(duì)比度和/或亮度特性的上述類型的顯示器件。
通過依照權(quán)利要求1的顯示器件實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。
更具體地說，依照本發(fā)明一個(gè)方面的液晶顯示器件包括設(shè)置在第一和第二基板之間的液晶材料、多個(gè)單獨(dú)可控的圖像元素，每個(gè)圖像元素包括電場(chǎng)產(chǎn)生裝置，用于在一個(gè)以上的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，以便影響圖像元素中的液晶材料，其中所述電場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括電阻材料層通路，其設(shè)置在所述第一基板上并基本上包圍圖像元素的區(qū)域、和至少三個(gè)連接端子，用于給電阻材料層通路饋送電壓。
這就使電場(chǎng)在切換過程期間給液晶分子施加了強(qiáng)扭矩，這使得切換過程變快。與現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)電電極不同，電阻通路允許沿著它們的長(zhǎng)度的電位降低。因此，假定其不垂直于電場(chǎng)，電阻通路將比導(dǎo)電電極更少地干擾電場(chǎng)。這導(dǎo)致了更加均勻的電場(chǎng)，以及由此的在像素區(qū)域上的液晶材料的更加均勻的偏振。更加均勻的偏振給像素并由此給顯示器提供了改善的對(duì)比度和亮度特性。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，電阻材料層通路形成連續(xù)層，包圍由圖像元素限定的區(qū)域。這允許在基板平面內(nèi)實(shí)際上以任意角度并利用相對(duì)少的連接端子產(chǎn)生電場(chǎng)。
優(yōu)選地，電阻材料層通路包括形成矩形的條，且圖像元素包括附著于所述矩形的各角的四個(gè)連接端子。該實(shí)施方案與具有排列成行和列的像素陣列的大多數(shù)類型的顯示器兼容。
然而在替換實(shí)施方案中，電阻材料層通路包括條，其可以形成三角形，其中圖像元素包括附著于該三角形的各角的三個(gè)連接端子，或者六邊形，其具有附著于該六邊形的每隔一個(gè)角的三個(gè)連接端子。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，具有矩形像素的顯示器件包括驅(qū)動(dòng)裝置，其適于給第一角處的連接端子饋送相對(duì)于地的第一電壓，給與第一角正相反的第二角處的連接端子饋送第二電壓，以及給中間的第三和第四角處的接觸端子饋送所述第一和第二電壓之間的電壓。這允許產(chǎn)生場(chǎng)，其相對(duì)于像素幾何形狀是傾斜的且其仍是均勻的。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，顯示器件包括定向?qū)樱湓试S液晶材料的液晶分子自由旋轉(zhuǎn)，只要這些分子基本上在與所述第一和第二基板平行的平面內(nèi)延伸。具有這種電場(chǎng)產(chǎn)生裝置和這種定向?qū)拥娘@示器件可以是雙穩(wěn)態(tài)的，即液晶材料的分子可以在沒有任何施加的場(chǎng)的情況下任意地保持一個(gè)以上的狀態(tài)。
本發(fā)明的這些和其他方面將參照下文描述的實(shí)施方案變得顯而易見并得到闡述。


圖1以透視圖示意性地示出常規(guī)IPS液晶顯示器中像素的工作原理。
圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施方案中電場(chǎng)產(chǎn)生裝置的頂視圖。
圖3a-3d示出圖2中的場(chǎng)產(chǎn)生裝置的工作原理。
圖4a-4c示出執(zhí)行的模擬，并分別對(duì)應(yīng)于圖3a-3c。
圖5示意性地示出IPS像素的驅(qū)動(dòng)電路。
圖6到8示出像素中的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置的替換布局。
具體實(shí)施例方式
液晶顯示器(LCD)可用作電視屏幕、個(gè)人計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、移動(dòng)電話顯示器等。LCD包括排列成陣列的很多個(gè)單獨(dú)可控的圖像元素，下文稱作像素。通過控制通過每個(gè)像素的光流，LCD顯示器可提供可被使用者觀看的圖像。
圖1示意性地示出常規(guī)IPS液晶顯示器中像素的工作原理。
在關(guān)斷狀態(tài)，入射光1穿過具有第一偏振方向的第一偏振器2并相應(yīng)地變?yōu)槠竦?。然后該偏振光穿過包含在第一和第二透明玻璃基板4，5之間的液晶材料3。在暗關(guān)斷狀態(tài)，液晶材料3的偏振方向是這樣的，即穿過其的光的偏振方向保持不變。因此，然后光被具有第二偏振方向的第二偏振器6阻擋，所述第二偏振方向與第一偏振器2的偏振方向成直角。
然而在亮接通狀態(tài)，液晶材料3的偏振方向是這樣的，即當(dāng)光穿過液晶材料3時(shí)光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。因此光可以基本上穿過第二偏振器6。因而可通過改變液晶材料3的偏振方向來調(diào)制通過像素的光流。這通過在第一基板4上的第一7和第二8導(dǎo)電電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在第一和第二電極7，8之間施加電壓V1-V2時(shí)，強(qiáng)迫液晶分子旋轉(zhuǎn)為接通狀態(tài)。當(dāng)解除電場(chǎng)時(shí)，定向?qū)?沒有示出)慢慢地使液晶分子旋轉(zhuǎn)回到關(guān)斷狀態(tài)。
在面內(nèi)切換(IPS)液晶顯示器中，液晶分子的偏振方向在平行于第一和第二基板4，5的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。因此，所施加的電場(chǎng)也平行于基板4，5。
施加在液晶分子上的扭矩依賴于電場(chǎng)的方向與被拉長(zhǎng)的液晶分子的方向之間的角度θ。對(duì)于具有負(fù)介電各向異性的液晶材料，扭矩與sin(2θ)成比例。因此，當(dāng)θ等于45°時(shí)施加最大扭矩。在常規(guī)的IPS液晶顯示器中，只有在很短的一部分接通-切換(on-switching)過程期間該角度才接近45°。這意味著接通-切換過程慢。此外，在關(guān)斷-切換(off-switching)過程期間常規(guī)的顯示器依賴于用于使分子旋轉(zhuǎn)回的定向?qū)?，這使得關(guān)斷-切換過程變得更加慢。
然而，如果電場(chǎng)可以以θ總是保持接近45°的方式在像素的整個(gè)切換過程中動(dòng)態(tài)地改變，則可顯著改善顯示器件的切換特性。此外，如果可以使用電場(chǎng)來至少部分地使分子從接通狀態(tài)旋轉(zhuǎn)回關(guān)斷狀態(tài)，則該過程也可顯著地變得更快。
圖2示出依照本發(fā)明的實(shí)施方案的面內(nèi)切換顯示器件像素中的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置。在該實(shí)施方案中，基板上的像素區(qū)域由設(shè)置在基板上、優(yōu)選采用條形元件10，11，12，13形式的電阻通路包圍。這些電阻元件10，11，12，13可以由此代替圖1中的導(dǎo)電電極7，8。條形元件10，11，12，13以矩形形式、或更具體地說是正方形形式設(shè)置。在該實(shí)施方案中，每個(gè)像素具有四個(gè)連接端子15，16，17，18或連接，每個(gè)能給兩個(gè)電阻條形元件的端點(diǎn)饋送電壓。例如，第一連接端子15能給第一電阻條形元件10的左端點(diǎn)(如圖中所看到的)和第四電阻條形元件13的頂端點(diǎn)饋送電壓。電阻條形元件10，11，12，13可用于在像素區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。因?yàn)殡娢惶荻瓤梢匝刂娮柙?，與如已知技術(shù)中沿著導(dǎo)電電極不同，所以與已知技術(shù)相比可以確定兩個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。首先，如下面將要說明的，可產(chǎn)生相對(duì)于電場(chǎng)產(chǎn)生裝置延伸的方向傾斜的電場(chǎng)。其次，設(shè)置在電場(chǎng)中的電阻條將不如相應(yīng)的導(dǎo)電條那樣多地干擾該電場(chǎng)。
如下面將要說明的，圖2中所示的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置可用于獲得非常均勻的場(chǎng)，其可以相對(duì)于像素在多個(gè)角度上被引導(dǎo)。這不僅允許像素的更快的接通-切換，而且可能更重要的是還允許像素的更快的關(guān)斷-切換。這給例如包含具有這種像素的LCD顯示器的電視機(jī)提供了改善的特性。
如圖2所示，優(yōu)選使電阻條形元件10，11，12，13以連續(xù)層完全包圍像素區(qū)域，但可以通過引入更多的連接端子而允許小的間隙。
圖3a-3d示出圖2中的場(chǎng)產(chǎn)生裝置的工作原理。假定在圖3a中液晶的定向及由此它們的偏振方向P與所示的x軸成45°角。偏振器(在基板之下和之上)相對(duì)于x軸成45°角，一個(gè)偏振方向垂直于另一個(gè)。在該情形中，像素的液晶材料不轉(zhuǎn)變?nèi)肷涔獾钠瘢蚨袼厥前档?。連接端子15，16，17，18剛接收到電壓，則其就開始將液晶分子旋轉(zhuǎn)出暗關(guān)斷狀態(tài)。通過以與x軸成45°引導(dǎo)電場(chǎng)，或使用定向?qū)?，將分子錨定在該方向上，可以獲得關(guān)斷狀態(tài)。
在第一和第二連接端子15，16上施加電位0V，而第三和第四連接端子17，18接收電位V+V(例如10V)。因此，第一電阻條形元件10總體上處于電位0V，而第三電阻條形元件12總體上處于電位V+V。第二和第四電阻元件11，13沿著它們的長(zhǎng)度經(jīng)歷了電位梯度，其是與液晶材料經(jīng)歷的梯度相同的梯度。因此，電場(chǎng)線沒有如同利用導(dǎo)電電極的情形那樣被干擾，結(jié)果得到像素的整個(gè)寬度上方的均勻電場(chǎng)和由此的液晶的均勻再定向。注意，電場(chǎng)與液晶的偏振方向成45°角，導(dǎo)致了最大的扭矩。
在圖3b中，液晶分子開始旋轉(zhuǎn)，并平行于y軸定向。如果電場(chǎng)現(xiàn)在與圖3a中的相同，則液晶分子將停止它們的旋轉(zhuǎn)。然而，現(xiàn)在第二和第三連接端子16，18的驅(qū)動(dòng)電位已經(jīng)改變，第二端子16從0V變到V+/2V，以及第四連接端子18從V+V變到V+/2V。第一和第三連接端子15，17接收與圖3a中相同的驅(qū)動(dòng)電位。在該情形中，所有的電阻條形元件10，11，12，13都經(jīng)歷電位梯度，并且施加在整個(gè)像素區(qū)域上的電場(chǎng)具有對(duì)應(yīng)于與x軸成135°的方向。因而，仍獲得了最大扭矩。
在圖3c中，液晶分子仍進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了一點(diǎn)。如果驅(qū)動(dòng)電位保持與圖3b中的相同，則液晶分子繼續(xù)向著與x軸成角135°旋轉(zhuǎn)(其中獲得明亮狀態(tài))，但速度降低了。因此在圖3c中，第二和第四連接端子的電位再次改變，第二端子16從V+/2V變到V+/V，以及第四連接端子18從V+/2V變到0V。第二和第四電阻元件11，13現(xiàn)在具有均勻的電位，而第一和第三電阻元件10，12具有電位梯度。電場(chǎng)與x軸平行，且扭矩接近最大。
當(dāng)液晶分子與x軸成135°角時(shí)，電位很快變回到圖3b的狀態(tài)，以阻止液晶分子旋轉(zhuǎn)得過遠(yuǎn)，如圖3d中所示。以類似的方式執(zhí)行關(guān)斷像素。然后可以將連接端子切換到圖3b中的狀態(tài)，以使分子開始它們的旋轉(zhuǎn)。使用以相應(yīng)的方式向著x軸引導(dǎo)的場(chǎng)，或者通過使用定向?qū)涌梢詫?shí)現(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)旋轉(zhuǎn)過程的后面部分?？墒褂枚鄠€(gè)不同的切換方案，以獲得液晶材料的所需的旋轉(zhuǎn)圖案。
可以不連續(xù)地改變連接端子的電壓，例如從圖3b的狀態(tài)變到圖3c的狀態(tài)。然而以較高的復(fù)雜性為代價(jià)可以獲得甚至更好的性能，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)從一個(gè)狀態(tài)平滑地變到下一個(gè)。作為折衷還可以以任意數(shù)量的子步驟改變電壓。
使用有效施加的電場(chǎng)和定向?qū)拥牟煌M合是可以的。
圖4a-4c示出執(zhí)行的模擬并分別對(duì)應(yīng)于3a-3c。使用2dimMOSTM軟件執(zhí)行模擬。電阻元件被步進(jìn)式模擬，即作為借助電阻器互連的多個(gè)導(dǎo)電元件段。圖4a-4c中示出了等勢(shì)線20(虛線，垂直于電場(chǎng))和液晶分子21的定向的表示。
如在圖4a-4c中可以看到的，等勢(shì)線在像素上方均勻分布?？梢钥吹降男「蓴_是由步進(jìn)式電阻元件模擬方法引起的，且不會(huì)出現(xiàn)在使用真實(shí)電阻元件的實(shí)際顯示器中。
電阻元件優(yōu)選可由薄膜電阻器形成。透明ITO(氧化銦錫)和不透明的鎳-鉻是優(yōu)選材料，因?yàn)樗鼈兪歉唠娮璧?。這最小化了功耗(低電流)和由此的熱量。當(dāng)然使用其他具有這些特性的材料是可以的。
如果電阻元件頂部上的液晶分子可以以與電阻元件之間的空間中的分子相同的方式定向，則ITO可能是優(yōu)選的。然而如果電阻元件頂部上的液晶材料被混亂并可能導(dǎo)致錯(cuò)誤偏振，則鎳-鉻可能是優(yōu)選的，以阻擋可以以錯(cuò)誤的方式被另外偏振的光。這提高了對(duì)比度，但是當(dāng)然孔徑變得稍微更小。電阻元件的寬度和厚度應(yīng)當(dāng)被選擇為小得足以產(chǎn)生高電阻，但小得不足以導(dǎo)致相當(dāng)大的RC切換時(shí)間。在例子中，當(dāng)使用富含氧的ITO時(shí)，電阻條的厚度可以為25nm，電阻條的寬度可以為12nm。
顯示器件的定向?qū)涌杀辉O(shè)置用于在不存在由場(chǎng)產(chǎn)生裝置發(fā)射的任何場(chǎng)時(shí)將液晶材料定向在圖2a中所示的方向上(與x軸成45°角)。在這種顯示器中，當(dāng)沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給連接端子時(shí)，像素被關(guān)斷。
然而在替換實(shí)施方案中，定向?qū)涌梢栽试S液晶材料在x-y平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，只要定向垂直于z軸。這允許提供雙穩(wěn)態(tài)顯示器，其中液晶材料保持在關(guān)斷狀態(tài)或接通狀態(tài)，直到給連接端子施加新的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為止。這允許較低的能量消耗，其在移動(dòng)的、電池操作的應(yīng)用中是所希望的。在該情形中，電場(chǎng)產(chǎn)生裝置必須在關(guān)斷狀態(tài)與接通狀態(tài)之間的整個(gè)角范圍內(nèi)產(chǎn)生場(chǎng)(如通過偏振層確定的)。為了提供最佳的切換速度，優(yōu)選也應(yīng)在該范圍之外產(chǎn)生高達(dá)45°的場(chǎng)。
當(dāng)然液晶材料也可被驅(qū)動(dòng)到任何中間的“灰度”狀態(tài)，形成n穩(wěn)態(tài)顯示器件。
包含具有圖2中所示的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置的像素的顯示器件可應(yīng)用在不同類型的LCD顯示器中，如有源矩陣顯示器，其中每個(gè)像素包括用于連續(xù)改變像素內(nèi)容的切換裝置，或無(wú)源矩陣顯示器，其中以規(guī)則的間隔更新像素內(nèi)容。
例如通過將圖2中的第三連接端子17連接到公共行線并將第二連接端子16連接到公共列線，可以尋址排列成矩陣的各個(gè)像素。然后僅當(dāng)公共行線和公共列線同時(shí)被激活時(shí)像素才被激活，因而允許尋址單個(gè)像素。
圖5示意性示出了允許這樣執(zhí)行的IPS像素的驅(qū)動(dòng)電路。在實(shí)施方案中，圖2中的第四連接端子18的電位V4來源于第二連接端子(V2)16的電位V4＝V3-V2。在圖3a-3d中，注意第三連接端子的V3總是保持在V+V，并且第一連接端子的V1總是保持在0V。
這可通過圖5中所示的電阻器和差分放大器的簡(jiǎn)單電路來實(shí)現(xiàn)。通過使用常規(guī)的光刻工藝可以制作該電路。該電路允許所有驅(qū)動(dòng)電壓的局部產(chǎn)生僅使用一個(gè)連接，即第二連接16的那個(gè)?？梢允褂秒妷篤+和0V作為差分放大器的電源?？墒褂眠@種驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)圖3a-3d中的所有電位組合，并可產(chǎn)生與x軸成90-180°之間的場(chǎng)。當(dāng)場(chǎng)關(guān)斷時(shí)，液晶材料使用定向?qū)幼優(yōu)榕cx軸成45°角。
圖6到8示出像素中的電場(chǎng)產(chǎn)生裝置的替換布局。圖6示出其中電阻材料層條形成六邊形且其中像素包括附著于該六邊形的每隔一個(gè)角的三個(gè)連接端子的情形。在圖7中，電阻材料層條形成三角形，且像素包括附著于該三角形的各角的三個(gè)連接端子。圖8示出盡管在許多情形中圖2中的正方形實(shí)施方案是優(yōu)選的，但其他矩形實(shí)施方案也是可以想到的。
總之，本發(fā)明涉及一種面內(nèi)切換液晶顯示器件。為了提高顯示器的切換特性以及改善所顯示的圖像的對(duì)比度，顯示器中基板上的每個(gè)像素區(qū)域被電阻材料條包圍。通過給在不同位置處連接到電阻材料條的至少三個(gè)連接端子施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可獲得下述電場(chǎng)，該電場(chǎng)在像素區(qū)域上是均勻的并在切換過程期間可動(dòng)態(tài)地改變，以便在整個(gè)切換過程中給像素中的液晶分子施加最大的扭矩。
本發(fā)明不限于所述的實(shí)施方案。在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以以不同的方式改變。例如，場(chǎng)產(chǎn)生裝置可設(shè)置在任一基板上。
結(jié)合背光顯示器描述了上面的實(shí)施方案。然而具有這種電場(chǎng)產(chǎn)生裝置的反射型顯示器同樣是可以的。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括設(shè)置在第一和第二基板(4，5)之間的液晶材料(3)、多個(gè)單獨(dú)可控的圖像元素，每個(gè)圖像元素包括電場(chǎng)產(chǎn)生裝置，用于在一個(gè)以上的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，以便影響圖像元素中的液晶材料(3)，其中所述電場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括電阻材料層通路(10，11，12，13)，其設(shè)置在所述第一基板(4)上并基本上包圍圖像元素的區(qū)域、和至少三個(gè)連接端子(15，16，17，18)，用于給電阻層材料通路(10，11，12，13)饋送電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中電阻材料層通路形成連續(xù)層(10，11，12，13)，包圍由圖像元素限定的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液晶顯示器件，其中電阻材料層通路包括形成矩形的條(10，11，12，13)，并且圖像元素包括附著于所述矩形的各角的四個(gè)連接端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液晶顯示器件，其中電阻材料層通路包括形成三角形的條，并且圖像元素包括附著于所述三角形的各角的三個(gè)連接端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液晶顯示器件，其中電阻材料層通路包括形成六邊形的條，并且圖像元素包括附著于所述六邊形的每隔一個(gè)角的三個(gè)連接端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液晶顯示器件，包括驅(qū)動(dòng)裝置，其適于給第一角處的連接端子(15)饋送第一電壓，給與第一角正相反的第二角處的連接端子(17)饋送第二電壓，以及給中間的第三和第四角處的接觸端子(16，18)饋送所述第一和第二電壓之間的電壓。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的液晶顯示器件，包括定向?qū)?，允許液晶材料的液晶分子自由旋轉(zhuǎn)，只要這些分子基本上在與所述第一和第二基板(4，5)平行的平面內(nèi)延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面內(nèi)切換液晶顯示器件。為了提高顯示器的切換特性以及改善所顯示的圖像的對(duì)比度，顯示器中基板上的每個(gè)像素區(qū)域被電阻材料條包圍。通過給在不同位置處連接到電阻材料條的至少三個(gè)連接端子施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可獲得下述電場(chǎng)，該電場(chǎng)在像素區(qū)域上是均勻的并在切換過程期間可動(dòng)態(tài)地改變，以便在整個(gè)切換過程中給像素中的液晶分子施加最大的扭矩。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK1942816SQ200580011080
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者B·莫斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司