專利名稱：液晶面板、液晶顯示器、以及電子設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶面板、利用該液晶面板的液晶顯示器、以及采用該液晶顯示器的電子設備。
背景技術(shù)：
隨著多媒體時代的發(fā)展，其范圍從投影器、蜂窩式電話等等中所使用的小型設備到膝上型個人計算機、監(jiān)控器、電視等等中所使用的大型設備這樣的液晶顯示器快速的推廣。同時中型的液晶顯示器是諸如電視機或者個人數(shù)字助理(PDAs)這樣的電子設備以及諸如便攜式游戲機和彈子游戲機(日本的彈球機)這樣的娛樂設備所不可缺少的。另外，液晶顯示器可用在其包括有諸如電冰箱、微波爐等等這樣的家用電器的許多其他設備中。
現(xiàn)在，大多數(shù)液晶顯示元件采用扭曲排列的向列型(TN)顯示模式。TN顯示模式的液晶顯示元件使用向列液晶組成物，并且液晶的驅(qū)動方法被大致分成兩個方法。一個方法是簡單的矩陣驅(qū)動法。另一個方法是有源矩陣法，在該方法中每一個像素具有諸如薄膜晶體管(TFT)這樣的開關(guān)元件。目前，通常使用例如TN-TFT模式，該模式兼?zhèn)溆蠺N顯示模式以及其利用TFT的有源矩陣法。
除了TN顯示模式之外，液晶顯示元件的另一個模式被稱作超扭曲排列的向列型(STN)模式。盡管與利用TN模式的傳統(tǒng)簡單矩陣法相比該STN模式提高了對比度及視角相關(guān)性，但是STN模式不適于運動圖像顯示，這是由于較慢的響應速度所造成的。另外，STN模式具有另一個缺點，即與利用TFT的有源矩陣方法相比其顯示質(zhì)量很低。因此，其采用TN-TFT模式的液晶顯示器目前在市場上很流行。
同時，為了滿足對較高圖像質(zhì)量的需要，已開發(fā)了用于改善視角的各種方法并且已投入到實際用途。其結(jié)果是，采用下列三個模式中任何一個的TFT有源矩陣液晶顯示器現(xiàn)在變成高性能液晶顯示器的主流，這三個模式即就是將補償薄膜應用到TN模式的一模式、面上開關(guān)(IPS)模式、以及多域垂直定位(MVA)模式。
這些有源矩陣液晶顯示器通常采用以30Hz的周期來正負的寫入一圖像信號。因此，以60Hz的周期來重寫圖像并且一個場的時間大約為16.7ms(毫秒)。在這種情況下，兩個正負場的總時間被稱作一個幀，其大約為33.3ms。于此，當前液晶的響應速度差不多等于最短的幀時間。
對液晶顯示器存在兩個主要的需求，即較高的圖像清晰度以及提高圖像的響應速度。對提高響應速度的需求反映出液晶顯示屏幕的機會增加了以不但要顯示傳統(tǒng)的靜止圖像而且要顯示運動圖像。在那些運動圖像當中，尤其與高速圖像變化有關(guān)的諸如運動視頻以及游戲中的計算機圖形這樣的圖像需要比當前幀時間更高的響應速度。
同時，就更高的清晰度而言，100ppi(每英寸像素數(shù))是當前主流清晰度。存在兩種用于實現(xiàn)更高清晰度的方法。一個方法是提高處理精度并且降低像素元件的大小，另一個方法是使用于照亮顯示器的背光時分的在紅、綠、藍當中轉(zhuǎn)換，并且通過每個像素元件而實現(xiàn)了多色顯示。后一個方法被稱為場序制的(時分)方法并且目前在研究將其應用到彩色液晶顯示器之中。在這個方法中，不必將像素分成三組并且不必與彩色過濾器相對應的空間排列。因此，認為該方法可實現(xiàn)比傳統(tǒng)顯示器要高三倍的清晰度而且由于數(shù)值孔徑增加了而可提高光的使用率。另一方面，要求場序制的液晶顯示器在一個場的三分之一時間之內(nèi)顯示單色，其大約為5ms。因此，適用于其的液晶必須具有小于5ms的響應速度?？傊?，對實現(xiàn)更高的圖像清晰度來說提高響應速度也是必要的。
已在研究各種技術(shù)以滿足其可對上述高速圖像作出響應的液晶顯示器的需要，并且迄今為止已經(jīng)開發(fā)了與高速液晶顯示器模式有關(guān)的技術(shù)。將與高速液晶顯示器模式有關(guān)的這些技術(shù)分成兩個主要趨勢。一個趨勢是用于提高扭曲排列的向列液晶的響應速度的一技術(shù)。另一個趨勢是使用不同的其可提供高速響應的液晶的一技術(shù)。
通常，由下列兩個公式給出了液晶的響應時間(參見由信息科學有機材料第142委員會、日本科學促進會社、Baifukan有限公司這些液晶部門所編的“液晶詞典”第24-25頁)。具體地說，當使用比門限電壓要高的一電壓來建立接通狀態(tài)時，下列公式1適用于上升時間的響應。同時，當其比門限電壓要高的外加電壓突然減為0時，下列公式2適用于衰減時間的響應。在這種情況下，d表示液晶層的厚度，η表示轉(zhuǎn)動粘滯度，Δε表示介電各向異性，V表示外加電壓，Vc表示門限電壓，并且K表示弗蘭克彈性常數(shù)。
(公式1)τrise=d2×ηΔϵ(V2-Vc2)]]>(公式2)τdcay=d2×ηπ2×K]]>同時，下列公式3適用于TN模式。在這種情況下，K11表示傾斜彈性常數(shù)，k22表示扭曲彈性常數(shù)，并且K33表示彎曲彈性常數(shù)。
(公式3)K=K11+14(K33-2K22)]]>
從公式1可知，就上升時間的響應而言，液晶的響應時間與外加電壓的平方倒數(shù)成正比。換句話說，液晶的響應時間取決于與這樣的電壓值相對應的平方倒數(shù)，該電壓值在一個色調(diào)電平到另一個色調(diào)電平之間變化。為此，響應時間主要根據(jù)色調(diào)電平而變化。例如，10倍的電壓差動可造成響應時間100倍的差動。相反的，盡管其取決于色調(diào)電平的響應時間的差動仍存在于衰減時間的響應之中，但是差動落在了大約2倍這個范圍內(nèi)。
根據(jù)這些方面，通過施加非常高的電壓而獲得的過驅(qū)動效果可提高上升時間的響應速度。同時，實際圖象顯示所使用的響應總是與衰減時間的響應相對應。因此，對色調(diào)電平的依從性非常的小。其結(jié)果是，在所有的色調(diào)上都獲得了基本相等的響應時間。
根據(jù)公式1至3，可以想到用于提高向列液晶響應速度的方法，該方法是首要的技術(shù)趨勢，其主要包括(1)降低光電管間隙并且提高電場強度，同時保持恒壓；(2)通過將一高電壓施加到液晶上來提高電場強度以加速液晶的狀態(tài)變化(過驅(qū)動方法)；(3)提高電介質(zhì)各向異性以使響應對電場敏感；(4)降低粘滯度；以及(5)降低彈性常數(shù)當中的傾斜彈性常數(shù)(K11)以及彎曲彈性常數(shù)(K33)，同時提高扭曲彈性常數(shù)(K22)以提高衰減時間時的響應速度。
一般來說，當只是扭曲排列的向列液晶的驅(qū)動速度增加時，出現(xiàn)了下列問題。當提高了向列液晶的驅(qū)動速度時，液晶的容量主要根據(jù)介電各向異性以及液晶排列方向的差別而變化。例如，在為大家所熟知的其產(chǎn)品名稱為DLC-43002的液晶的情況下，平行方向上的介電常數(shù)等于11.8并且垂直方向上的介電常數(shù)等于3.7。因此，當驅(qū)動速度增加時容量的變化很大并且從而降低了寫入到液晶層中的且由液晶層所保持的保持電壓。因為存在不適當?shù)膶懭氩⑶乙壕匆苿拥剿蟮奈恢蒙希虼吮３蛛妷旱慕档突蛘哂行饧与妷旱慕档拖喾磿斐尚阅芙档?。此外，當如同在靜止圖像中重復相同的信號時，亮度不斷的波動，直到保持電壓停止降低并且需要若干幀以獲得穩(wěn)定的亮度。
為了避免其需要若干幀的響應，因此必需使所施加的信號電壓與所獲得的透光度建立一對一的相關(guān)性。在有源矩陣驅(qū)動中，所施加的信號電壓不能確定液晶響應之后的透光度，但是可由在其響應之后而聚集在液晶電容器中的電荷來確定。這是因為有源矩陣驅(qū)動采用了其基于恒定電荷的一驅(qū)動模式，在該模式中液晶通過利用所聚集的電荷而產(chǎn)生一響應。
有源元件所提供的電荷是由在寫入給定信號之前所聚集的電荷以及重新寫入的電荷來確定的，同時忽略不計少量的漏損等等。此外，液晶響應之后所聚集的電荷還根據(jù)諸如液晶的物理常數(shù)、電氣參數(shù)、或者存儲電容這樣的像素設計值而變化。
為此，要建立信號電壓與透光度之間固有的相關(guān)性需要下列條件，即(1)信號電壓與所寫入的電荷之間的相關(guān)性；(2)寫入之前所聚集的電荷；以及(3)為計算響應之后所聚集的電荷而所需的信息，以及根據(jù)該信息而定的實際計算等等。
其結(jié)果是，必需設置一幀存儲器和一計算單元。該幀存儲器根據(jù)整個屏幕來存儲與(2)有關(guān)的值。該計算單元執(zhí)行與(1)和(3)有關(guān)的計算。這種設置造成了系統(tǒng)中部件數(shù)目的增加，并且因此是不合要求的。
作為解決該問題的方法，經(jīng)常應用這樣一種復位脈沖方法，該方法在寫入新數(shù)據(jù)之前而施加了一復位電壓以將液晶復位到預定狀態(tài)。作為一示例，下面將對國際顯示研究會議(IDRC)1997、第L-66至L-99頁所公開的技術(shù)進行描述。
在這文獻中使用了這樣一種光學補償雙折射(OCB)模式，該模式將向列液晶排列成餡餅形并且增添了一補償薄膜。OCB模式是寬視角模式中的一個。該OCB模式采用了這樣一種光電管結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中為其具有前傾角的反向平行光電管提供了相位補償薄膜(雙軸延遲薄膜)。將一偏壓施加到均勻排列上以形成彎曲排列，并且通過施加另一個電壓而執(zhí)行轉(zhuǎn)換。OCB模式的優(yōu)點在于很寬的視角以及很短的響應時間。該液晶模式的響應速度在大約2ms至5ms這個范圍內(nèi)，與傳統(tǒng)的TN-TFT模式相比該響應速度顯著的變短了。因此，該響應應該是在一個幀內(nèi)結(jié)束。然而，如上所述，由于液晶的響應，因此通過介電常數(shù)的變化可顯著的降低保持電壓，并且與傳統(tǒng)的模式相類似為獲得穩(wěn)定的透光度而需要若干幀。因此，提出了這樣一種方法，即每次在將一白色顯示寫入一幀內(nèi)之后寫入一黑色顯示。
圖1給出了根據(jù)復位脈沖方法的亮度變化的曲線圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示亮度。在圖1中，虛線表示正常驅(qū)動情況下的亮度變化并且實線表示當使用復位脈沖方法時的亮度變化。如圖1所示，根據(jù)正常驅(qū)動方法，在最初兩幀時亮度很低并且其在第三幀達到穩(wěn)定水平。相反的，根據(jù)復位脈沖方法，在寫入新數(shù)據(jù)之前總是將亮度復位到給定狀態(tài)并且從中觀察到某一寫入信號電壓與某一透光度的一對一的相關(guān)性。由于一對一的相關(guān)性，因此驅(qū)動信號的產(chǎn)生顯著的簡單化了并且其不需要諸如幀存儲器這樣的用于對先前寫入的消息進行存儲的裝置。
接下來，對有效矩陣液晶顯示器中的像素結(jié)構(gòu)進行描述。圖2給出了與傳統(tǒng)有源矩陣液晶顯示器中的一個像素相等效的像素電路一示例的電路圖。如圖2所示，有源矩陣液晶顯示器中的像素包括一N型金屬氧化硅(MOS)晶體管(在下文中被簡稱為N型晶體管(Qn))904，該晶體管的柵極與掃描線901相連，其另一個電極與信號線902相連，并且又一個電極與像素電極903相連；一存儲電容器906，該存儲電容器形成于像素電極903與存儲電容器電極905之間；以及液晶908，該液晶插入到像素電極903與計數(shù)電極Vcom 907之間。
目前，其形成了液晶顯示器大規(guī)模應用市場的膝上型PCs和蜂窩式電話的液晶顯示器通常使用非晶硅薄膜晶體管(在下文中被簡稱為a-SiTFT)或者多晶硅薄膜晶體管(在下文中被簡稱為p-SiTFT)以作為晶體管(Qn)904。此外，扭曲排列的向列液晶(在下文中被簡稱為TN液晶)用作其中的液晶材料。
圖3給出了TN液晶的等效電路的電路圖。如圖3所示，由這樣的一電路來表示TN液晶的等效電路，在該電路中液晶的電容組件C3(其電容為Cpix)與阻值為Rr的電阻R1及電容器C1(其電容為Cr)并聯(lián)。在這種情況下，阻值Rr和電容Cr是用于確定液晶響應時間常數(shù)的組件。
圖4給出了當由如圖2所示的像素電路來驅(qū)動如圖3所示的TN液晶時柵極掃描電壓Vg、數(shù)據(jù)信號電壓Vd、以及像素電極903的電壓(在下文中簡稱為像素電壓)Vpix的變化的時間圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示電壓和透光率。如圖4所示，當選擇了水平掃描的像素時，將柵極掃描電壓Vg設置為一周期中的高電平VgH，由此將N型MOS晶體管(Qn)904設置為接通狀態(tài)并且通過n型晶體管(Qn)904而將輸入到信號線902的數(shù)據(jù)信號電壓Vd傳送到像素電極903。當未向其處施加電壓時，TN液晶通常在其可使光透射的模式下操作或者在所謂的共用白色模式下操作。
此時，在若干場的周期施加了這樣的一電壓以作為數(shù)據(jù)信號電壓Vd，該電壓可提高通過TN液晶所傳送的光的透光率。當水平掃描周期結(jié)束并且將柵極掃描電壓Vg設置為低電平時，將N型晶體管(Qn)904設置為斷開狀態(tài)并且存儲電容器906及液晶的電容Cpix保持其被傳送到像素電極903的數(shù)據(jù)信號電壓Vd。在這種情況下，當將N型晶體管(Qn)904設置為斷開狀態(tài)時，像素電壓Vpix造成了由通過N型晶體管(Qn)904的源柵電容的稱為饋通電壓的電壓漂移。該電壓漂移由圖4中的Vf1、Vf2、及Vf3來表示，并且通過將存儲電容器906設計成很大的值而降低了電壓漂移Vf1至Vf3的量。
在隨后的場周期中保持像素電壓Vpix，直到將柵極掃描電壓Vg再次設置為高電平并且選擇晶體管(Qn)904。為響應因此所保持的像素電壓Vpix，TN液晶執(zhí)行轉(zhuǎn)換并且通過液晶所傳送的光從黑暗狀態(tài)轉(zhuǎn)換為如透光率T1所示的明亮狀態(tài)。此時，如圖4所示，在保持期間各個場中的像素電壓Vpix僅漂移了ΔV1、ΔV2、以及ΔV3。這方面歸因于所存在的液晶電容根據(jù)液晶響應的變化。為了減少這種變化，通常將存儲電容器906的大小設計成比像素電容Cpix要大至少兩倍或三倍。按照這種方法，可通過利用如圖2所示的像素電路來驅(qū)動TN液晶。
同時，作為其具有過驅(qū)動方法和復位方法的綜合效果的一技術(shù)，公開號為No.2001-506376的日本專利申請公開了對這樣的共用電壓進行調(diào)制的一技術(shù)，該共用電壓即就是與像素電極相對的共用電極(諸如計數(shù)電極)處的電壓。參考圖5對該技術(shù)進行描述。圖5給出了對共用電壓進行調(diào)制的技術(shù)的操作曲線圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示電壓和電流。
傳統(tǒng)的在一幀周期(圖5中的從t0至t2的時段或者從t2至t4的時段被定義為一個幀周期)中的恒定值時驅(qū)動該共用電壓，或者該共用電壓受到了共用的反向驅(qū)動，其中將一幀周期進一步分成兩個子周期并且使這兩個子周期之間的電壓值反向。相反的，在用于對共用電壓進行調(diào)制的技術(shù)中，如圖5所示對這樣的共用電壓進行調(diào)制，該共用電壓即就是與像素電極相對的共用電極處的電壓。圖5的上半部給出了共用電壓隨時間的變化，并且其下半部給出了由液晶的響應所造成的透光率(I)隨時間的變化。具體的說，電壓波形151表示施加到共用電極上的電壓波形，光強波形152表示按照與波形151相對應的時標的光強波形，并且線153至156表示像素光強曲線。
將一個幀周期分成兩個子周期并且在從t1至t2的子周期中(或者從t2至t4的子周期中)施加其振幅與傳統(tǒng)的共用反向驅(qū)動中的振幅大致相同的一電壓。相反的，在從t0至t1的子周期中(或者從t2至t3的子周期中)施加其振幅比共用反向驅(qū)動中的振幅更高的一電壓(諸如其振幅比共用反向驅(qū)動中的振幅要高等于執(zhí)行黑色顯示這樣一數(shù)量的電壓)。根據(jù)該技術(shù)，當將高電壓施加到共用電極上時，通過在從t0至t1的子周期中使像素電極與共用電極之間的差動電壓增加這樣的效果可以很高的速度將整個顯示區(qū)改變?yōu)楹谏@示。換句話說，發(fā)生與復位驅(qū)動相對應的驅(qū)動操作。另外，因為與共用電極的電勢差十分的大(例如用于黑色顯示的電壓量)，因此即使當在從t0至t1的子周期中將圖像數(shù)據(jù)寫入到像素電極中時，也不會觀察到這種數(shù)據(jù)作為顯示圖像。在結(jié)束將圖像數(shù)據(jù)寫入整個顯示區(qū)之后，在時間t1將共用電極的電壓設置回共用反向的幅度。因此，液晶層根據(jù)存儲在像素電極中的電壓而啟動與這樣的透光度相等效的響應，該透光度與每個色調(diào)電平相對應。換句話說，當啟動該響應時，電壓差動總是從高電平變?yōu)榕c其表示每個色調(diào)的電壓值相對應的電平。于此，在從t0至t1這個子周期中發(fā)生一種過驅(qū)動操作。
作為其用于提高TN液晶響應速度的方法，還存在這樣一種方法，該方法通過利用向列液晶而應用不同的顯示模式來提高速度。該方法例如包括其通過運用雙折射來利用電控雙折射(ECB)模式的一方法以及其利用上述光補償雙折射(OCB)模式的一方法。
此外，作為第二趨勢，即可實現(xiàn)高速響應的其利用除扭曲排列的向列液晶之外的液晶的方法，存在其使用自發(fā)極化型近晶液晶的一技術(shù)。
然而，上述的傳統(tǒng)技術(shù)具有以下問題。首先，如先前所描述的，可以想到的其可提高扭曲排列的向列液晶的響應速度的措施包括(1)降低光電管間隙的措施；(2)將高電壓施加到液晶上的措施；(3)提高介電各向異性的措施，(4)降低粘滯度的措施，以及(5)降低斜面及彎曲彈性常數(shù)并且提高扭曲彈性常數(shù)的措施。
就這些措施而言，措施(1)中的光電管間隙(液晶層的厚度)只是在與折射指數(shù)各向異性Δn的某種關(guān)系之內(nèi)變化以便獲得充分的光學效果。同時，措施(2)中的粘滯度、措施(3)中的介電各向異性、以及措施(5)中的彈性常數(shù)都是物理值。因此，該值主要依賴于材料的特性，并且因此只改變每個材料的物理值這是非常難的。因此，很難實現(xiàn)根據(jù)公式所估算的高速效果。例如，盡管K11、K12、以及K13是互相獨立的彈性常數(shù)，但是在很多情況下根據(jù)實際材料的測量結(jié)果(Merck所口頭告知的)可滿足其被定義為K11∶K22∶K33＝10∶5∶14的相關(guān)性。因此將這些恒量視為獨立的恒量這并不總是適當?shù)?。例如，通過利用上述相關(guān)性及公式3可得到公式K＝11×K22/5。在這種情況下，只有K22被認為是獨立的。
同時，因為電壓的增加造成了功耗的增加以及驅(qū)動電路的成本增加，因此要對措施(4)中的外加電壓進行限制。此外，當顯示器中提供有諸如薄膜晶體管這樣的有源元件并且對其進行驅(qū)動時，由該元件的耐壓來限制外加電壓。因此，傳統(tǒng)的提高響應速度的效果幾乎是最微小的。
同時，上述IDRC 1997第L-66至L-69頁所公開的復位脈沖方法可使TN型顯示器的響應速度提高到某一程度上。然而，如圖1所示，復位脈沖方法只能實現(xiàn)這樣的顯示屏幕，該顯示屏幕幾乎不能實現(xiàn)為該設備所設計的原始的亮度級。其結(jié)果是，仍然存在光使用率很低的問題并且不能獲得充足的透光率。
這就是典型的向列液晶的響應速度很慢并且最廣泛使用的TN液晶的響應速度尤其很慢這個事實的原因。由于很低的響應速度，因此該顯示器不能在所要求的周期之內(nèi)從處于復位狀態(tài)的黑色顯示充分的達到圖像顯示模式，并且因此不能獲得所需的透光率。也就是說，當從黑色顯示轉(zhuǎn)換到白色顯示時，顯示器不能實現(xiàn)完全的白色顯示并且終止于灰色顯示。另一方面，當從白色顯示轉(zhuǎn)換到黑色顯示時，該顯示器不能實現(xiàn)完全的黑色顯示并且類似的終止于灰色顯示。此外，在色調(diào)顯示過程中，如先前所描述的響應速度甚至更慢。因此，當顯示運動圖像等等時，該設備不能實現(xiàn)所期望的色調(diào)電平。
此外，在復位方法中很低的響應速度還可造成以下問題。例如，存在這樣一種情況，即當復位時液晶不能充分的響應以實現(xiàn)完全的黑色顯示。在這種情況下，通過幾次寫入相同的數(shù)據(jù)段未必可獲得相同的透光度。因為復位操作不完美，因此這個方面歸因于未能建立完備的預定狀態(tài)的液晶排列。在這種情況下，液晶使透光度呈現(xiàn)為復位之后的響應，其反映出先前幀的滯后。因此，外加電壓與透光度之間不再滿足一對一的相關(guān)性。
此外，存在這樣的問題，即在復位之后液晶的光響應的起動很慢并且觀察到起動正常光響應之前的光響應不正常。這是由于當液晶從通過復位到正常響應所實現(xiàn)的排列的預定狀態(tài)進行轉(zhuǎn)變時，未限定液晶的作用方向，并且液晶反而執(zhí)行不均勻的或者不穩(wěn)定的響應。
人們認為TN液晶的響應時間等于幾十毫秒，這幾十毫秒即就是上升的響應時間與衰減的響應時間之和，并且作為色調(diào)顯示期間的響應，響應時間更長并且達到一百毫秒或者之上。如上述公式1所示，上升的響應時間通常與厚度的平方值成正比。因此，透射式顯示器需要比反光式顯示器多4倍的響應時間。其結(jié)果是，透射式顯示器中的光利用率顯著的降低了。
同時，對處于OCB模式等等中的TN液晶進行驅(qū)動的方法具有這樣的問題，即對制造精度和均勻度的要求很嚴格，并且最終產(chǎn)量下降了。這是因為液晶層的厚度需要更高的精度，或者因為必需使用諸如補償薄膜或者延滯薄膜這樣的其可滿足高度均勻性的光學元件。
例如，在其利用雙折射的電控雙折射(ECB)模式的情況下，要求液晶層厚度的精度大約是液晶層厚度的3％以便實現(xiàn)其為100的對比度。在這種情況下，當厚度等于或者小于3μm時，不均勻的厚度必須等于或者小于90nm。當需要諸如對比度這樣的更高的顯示條件時，要求厚度的精度更加精確。
同樣，OCB模式也具有這樣的問題，即難以獲得均勻的且穩(wěn)定的彎曲排列，并且此外，因為光電管間隙(液晶的厚度)及補償薄膜的特性必須非常均勻，因此在制造的過程中需要高度的穩(wěn)定性。
在任一種情況下，要求液晶層厚度的精度大約是液晶層厚度的3％以便實現(xiàn)其為100的對比度。在這種情況下，當厚度等于或者小于3μm時，不均勻的厚度必須等于或者小于90nm。當需要更高的諸如對比度這樣的顯示條件時，要求厚度的精度更加精確。
此外，利用自發(fā)極化型近晶液晶的其可實現(xiàn)高速響應的技術(shù)還具有下列問題。具體地說，自發(fā)極化型近晶液晶還與對制造精度及均勻度的嚴格要求有關(guān)，并且最終的產(chǎn)量下降了。這是因為當使用近晶液晶模式以代替TN模式以便提高響應速度時，液晶層的厚度需要更高的精度。另一個原因就是必需使用諸如補償薄膜或者延滯薄膜這樣的其可滿足高度均勻性的光學元件。同時，與TN型的向列液晶等等相比，自發(fā)極化型近晶液晶要求襯底表面的平坦性具有非常高的級別。在這種情況下，即使其即就是透明電極的銦化錫電極的表面稍微有點不均勻，這也是成問題的。
按照這種方法，上述所有的傳統(tǒng)方法很難在保持實際產(chǎn)量的同時又可進一步提高響應速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的就是提供一種其具有充足響應速度的液晶板、利用該液晶板的液晶顯示器、以及采用該液晶顯示器的電子設備。
根據(jù)本發(fā)明的液晶板包括一晶體管陣列襯底，該晶體管陣列襯底具有像素電極及用于驅(qū)動像素電極的薄膜晶體管，該像素電極和薄膜晶體管形成于襯底的表面上；一相對襯底，該相對襯底與晶體管陣列襯底的表面相對并且具有一共用電極，該共用電極形成于其與晶體管陣列襯底相對的表面上；以及一液晶層，該液晶層位于晶體管陣列襯底與相對襯底之間，并且其是由扭曲排列的向列液晶形成的。在這種情況下，假定扭曲排列的向列液晶的扭距是p并且液晶層的厚度為d，那么適用其被定義為p/d＜20的關(guān)系。
最好是扭曲排列的向列液晶的扭距p(μm)與液晶層的厚度d(μm)滿足其被定義為p/d＜8的關(guān)系。
最好是扭曲排列的向列液晶層受到過聚合物穩(wěn)定。通過將可光固化的單體添加到扭曲排列的向列液晶中并且使混合物暴露于光下即可實現(xiàn)該聚合物穩(wěn)定。
在這種情況下，最好是可光固化的單體是其具有液晶結(jié)構(gòu)的液晶單體，并且在這里雙丙烯酸酯用作液晶單體。
或者，最好是液晶單體是單丙烯酸酯，在該單丙烯酸酯中將可聚合官能團邦定到液晶結(jié)構(gòu)上而無需插入亞甲基間隔物。
此外，液晶板包括一驅(qū)動電路以驅(qū)動扭曲排列的向列液晶，并且該驅(qū)動電路形成于晶體管陣列的襯底之上。
在這種情況下，最好是驅(qū)動電路是這樣的過驅(qū)動電路，該過驅(qū)動電路通過對共用電壓進行調(diào)制而將一高電壓施加到液晶上，但不會使電源電壓升高。
最好是通過將存在于液晶層內(nèi)部的除位于像素電極與共用電極之間的電場之外的所有電場當中最大電場的方向投射到襯底表面上所獲得的方向與這樣的一方向相平行，該方向是當液晶層上未施加電壓時通過將位于液晶層中心的液晶的排列方向投射到襯底表面上而獲得的。
當相對于襯底表面而言的扭曲排列的向列液晶的前傾角等于或者小于其可使反向扭曲排列穩(wěn)定的一角度時，在液晶的衰減時間產(chǎn)生了用于恢復正常扭曲排列的扭矩。在這種情況下，最好是前傾角等于或者小于16度。
更好的是前傾角等于或者小于5度。按照這種方法，施加電場時的能量與未施加電場時的能量之間的差值增加了。
最好是扭曲排列的向列液晶的前傾角方向上的邦定強度是其不能使正常扭曲排列穩(wěn)定的邦定強度。在這種情況下，最好是邦定強度等于或者大于10-5[J/m2]。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器包括液晶板。此外，在該液晶顯示器中，液晶板是由場序制的方法來驅(qū)動的。在這種情況下，液晶顯示器包括一光源、一分割器、以及一同步器。該光源位于液晶板的背部以連續(xù)的發(fā)射出多種顏色的光。該分割器將一塊圖像數(shù)據(jù)分隔成多塊與多個顏色相對應的彩色圖像數(shù)據(jù)。該同步器使光源發(fā)射出多種顏色的光的時間與將多塊彩色圖像數(shù)據(jù)輸出到液晶板的時間相同步。在這種情況下，液晶板連續(xù)的顯示多塊彩色圖像。
根據(jù)本發(fā)明的電子設備包括該液晶顯示器。
本發(fā)明旨在通過在扭距p與扭曲排列的向列液晶層的厚度(襯底之間的間隙)d之間建立其被定義為p/d＜20的關(guān)系來提高扭曲排列的向列液晶在衰減時間的響應速度。
通過提高液晶在衰減時間的響應速度可防止出現(xiàn)諸如跳動這樣的不穩(wěn)定的排列狀態(tài)。因此，可實現(xiàn)一個幀內(nèi)的穩(wěn)定圖像并且從而可獲得很好的顯示圖象而沒有由于遲滯所造成的圖象質(zhì)量的下降(諸如不均勻的色調(diào)或者抖動)。此外還可獲得很好的顯示圖象而沒有模糊運動的情況，并且可在很低的溫度下執(zhí)行很好的圖像顯示而與環(huán)境溫度的變化無關(guān)，這是傳統(tǒng)方法所具有的另一個問題。
另外，液晶在衰減時間的響應速度增加了并且液晶更快的獲得了穩(wěn)定的透光度。按照這種方法，光使用率提高了。因此，可獲得低功耗的液晶顯示器。


圖1給出了根據(jù)復位脈沖方法的亮度變化的曲線圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示亮度；圖2給出了與傳統(tǒng)有源矩陣液晶顯示器中的一個像素相等效的像素電路一示例的電路圖；圖3給出了TN液晶的等效電路的電路圖；圖4給出了當圖3所示的TN液晶由圖2所示的像素電路來驅(qū)動時柵極掃描電壓Vg、數(shù)據(jù)信號電壓Vd、以及像素電壓Vpix的時間圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示電壓和透光率；圖5給出了其用于對共用電壓進行調(diào)制的一技術(shù)的操作曲線圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示電壓和電流；圖6給出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液晶板中TFT陣列的單元結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖7A至7H連續(xù)的給出了根據(jù)其步驟來制造(板狀構(gòu)造的)多晶硅TFT陣列的一方法的橫剖面圖；圖8給出了液晶在上升時間的響應速度的曲線圖，其中橫軸表示(p(扭距)/d(液晶層的厚度))值并且縱軸表示當透光度大約為50％時的透光度的傾斜變化；圖9給出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的可光固化的雙丙烯酸酯液晶單體的結(jié)構(gòu)式；圖10給出了可光固化的單丙烯酸酯液晶單體的結(jié)構(gòu)式，在該結(jié)構(gòu)中將可聚合官能團邦定到液晶結(jié)構(gòu)上而無需插入亞甲基間隔；圖11給出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液晶顯示器的方框圖；圖12給出了透光度隨時間變化的測量結(jié)果的曲線圖，其中橫軸表示時間并且縱軸表示透光度；圖13給出了透光度的響應速度的曲線圖，其中橫軸表示(p/d)值并且縱軸表示使透光率達到50％以及達到90％所花費的時間的曲線圖，圖14給出了液晶的上升速度的曲線圖，其中橫軸表示(p/d)值并且縱軸表示從復位操作至光響應開始上升所逝去的時間；圖15給出了值(p/d)對跳動的影響的曲線圖，其中橫軸表示(p/d)值并且縱軸表示跳動期間的平均透光率；圖16給出了溫度對液晶透光率的影響的曲線圖，其中橫軸表示溫度并且縱軸表示透光率；以及圖17給出了就前傾角對能量差的影響而言的模擬結(jié)果的曲線圖，其中橫軸表示液晶的前傾角并且縱軸表示相反扭曲排列與正常扭曲排列之間的能量差。
具體實施例方式
參考附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細的描述?，F(xiàn)在，對本發(fā)明的第一實施例描述。圖6給出了根據(jù)本發(fā)明實施例的液晶板中的TFT陣列的單元結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖6所示的TFT陣列是多晶硅TFT陣列，該陣列是通過將非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅而形成的。
如圖6所示，多晶硅TFT具有這樣的結(jié)構(gòu)，即氧化硅薄膜28形成于玻璃襯底29上并且多晶硅層局部的形成于其上。通過使非晶硅淀積在氧化硅層28上、此后通過利用準分子激光器來退火而將非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅、并且此后對多晶硅進行構(gòu)圖而形成了多晶硅層。在該多晶硅層表面上的10nm厚度處形成了柵氧化薄膜。在圖6中，柵氧化薄膜與氧化硅層31的較低部分(低于柵電極30的部分)相對應。
在該多晶硅層上形成了相互獨立的一對漏極區(qū)25和源極區(qū)26。此外，在漏極區(qū)25與源極區(qū)26之間的多晶硅層之上的一區(qū)域中，在與漏極區(qū)25相接觸的區(qū)域上形成了低摻雜漏極(LDD)區(qū)23，并且在與源極區(qū)26相接觸的區(qū)域上形成了另一個LDD區(qū)24。該LDD區(qū)23與LDD區(qū)24相互絕緣，并且LDD區(qū)23與LDD區(qū)24之間的區(qū)域被稱為溝道區(qū)。
在形成了多晶硅層之后，利用光致抗蝕劑作為掩模，通過將磷離子摻雜到多晶硅層的相關(guān)位置上而形成了漏極區(qū)25和源極區(qū)26。與柵極的尺寸相比，光致抗蝕劑在與漏極區(qū)25和源極區(qū)26相對應的位置上具有稍大的圖形(以便隨后形成LDD區(qū)23及24)。
同時，柵電極30緊接在柵氧化薄膜的溝道區(qū)之上。柵電極30是非晶硅層與硅化鎢(WSi)層的疊層。為了形成柵電極30，對其構(gòu)成柵氧化薄膜的氧化硅層31的較低部分進行淀積，并且此后將非晶硅層和硅化鎢(WSi)層淀積在其上。隨后，對光致抗蝕劑進行適當?shù)臉?gòu)圖，并且此后通過利用光致抗蝕劑作為掩模而將非晶硅層和硅化鎢層構(gòu)圖成柵電極。利用其用于對柵電極30進行構(gòu)圖的光致抗蝕劑作為掩模，通過將磷離子僅摻雜到多晶硅層的必要區(qū)域上而形成了LDD區(qū)23和24。
如上所述，雖然氧化硅薄膜31的較低部分位于柵極絕緣薄膜之中，但是氧化硅薄膜31還位于柵電極30周圍以及其之上。按照這種方法，形成了氧化硅薄膜31以便作為整體埋置柵電極30。此外，氮化硅薄膜21形成于氧化硅薄膜31上。同時，氧化硅薄膜和氮化硅薄膜21中具有接觸孔，并且由鋁和鈦所構(gòu)成的漏極塞32和源極塞33位于接觸孔之內(nèi)并且分別與漏極25和源極26相連。
此外，絕緣薄膜34形成于氮化硅薄膜21上，并且接觸孔35形成于絕緣薄膜34上。同時，由銦化錫(ITO)薄膜所構(gòu)成的像素電極22形成于絕緣薄膜34上。該像素電極22通過接觸孔35而與源極塞33相連。
如下所述形成了氧化硅薄膜31、氮化硅薄膜21、漏極塞32、源極塞33、像素電極22。具體地說，在連續(xù)的對氧化硅薄膜31和氮化硅薄膜21進行淀積之后，形成了接觸孔并且此后通過濺射而形成了鋁層和鈦層。此后，對鋁層和鈦層進行構(gòu)圖以形成源極塞33和漏極塞32。此后，在整個表面上形成了氮化硅薄膜21和絕緣薄膜34，并且此后在其中形成了接觸孔35。隨后，在整個表面上形成了ITO薄膜并且將其構(gòu)圖成透明像素電極22。
按照這種方法，通過形成如圖6所示的平面型TFT像素開關(guān)而在玻璃襯底上形成了這樣的TFT陣列，該TFT陣列包括有由TFT開關(guān)所構(gòu)成的一像素陣列以及作為驅(qū)動電路的一掃描電路。
在該實施例中，雖然通過將非晶硅轉(zhuǎn)化成多晶硅而形成了TFT，但是還可通過淀積多晶硅并且此后通過激光輻照來提高多晶硅的粒徑而形成TFT。除了激發(fā)物層之外，還可使用連續(xù)波(CW)激光。
或者，可省略通過激光輻射而將非晶硅轉(zhuǎn)化成多晶硅的處理而形成非晶硅TFT陣列。
圖7A至7H順序的給出了根據(jù)其步驟來制造多晶硅TFT(面狀結(jié)構(gòu))陣列的方法的橫剖面圖?，F(xiàn)在，通過利用圖7A至7H來對制造多晶硅TFT陣列的方法進行詳細的描述。
如圖7A所示，在玻璃襯底10上形成了氧化硅薄膜11，并且此后將非晶硅層淀積在其上。接下來，通過照射激發(fā)物層而使非晶硅層12退火，由此將非晶硅轉(zhuǎn)化成多晶硅。
此后，如圖7B所示，使氧化硅薄膜13淀積10nm的厚度并且對其進行構(gòu)圖。
隨后，如圖1C所示，涂敷光致抗蝕劑14并且對其進行構(gòu)圖(以對p溝道區(qū)進行掩模)，并且此后摻雜磷(P)離子以形成N溝道源極區(qū)和漏極區(qū)。
接下來，如圖7D所示，用于形成柵極絕緣薄膜的氧化硅薄膜15淀積90nm的厚度，并且此后使其構(gòu)成柵電極的非晶硅層16和硅化鎢(WSi)17淀積并將其構(gòu)圖成柵極形狀。按照這種方法，形成了柵電極。
此后，如圖7E所示，涂敷光致抗蝕劑18并且對其進行構(gòu)圖(對N溝道區(qū)進行掩模)，并且此后摻雜硼(B)以形成p溝道源極區(qū)和漏極區(qū)。源極區(qū)與漏極區(qū)之間的區(qū)域構(gòu)成了溝道區(qū)。按照這種方法，上述源極區(qū)和漏極區(qū)、溝道區(qū)、柵極絕緣薄膜、以及柵電極一起構(gòu)成了像素開關(guān)的TFT。
接下來，如圖7F所示，在連續(xù)的淀積氧化硅薄膜和氮化硅薄膜19之后，形成了接觸孔。
接下來，如圖7G所示，通過濺射而形成了鋁薄膜和鈦薄膜并且此后其受到構(gòu)圖。因此，形成了漏極塞和源極塞20。在構(gòu)圖處理過程中形成了外圍電路的CMOS晶體管(未給出)的源極和漏極、與像素開關(guān)TFT的漏極相連的數(shù)據(jù)布線(未給出)、以及與像素電極相接觸的觸點。
隨后，如圖7H所示，形成了氮化硅薄膜21以作為絕緣薄膜并且在其上形成了一接觸孔。此后在其上形成了ITO薄膜并且對其進行構(gòu)圖以形成其即就是透明電極的像素電極22。按照這種方法，串聯(lián)形成了面狀結(jié)構(gòu)的TFT像素開關(guān)以完成該TFT陣列襯底。
隨后，在由此所產(chǎn)生的TFT陣列襯底與其上包括有計數(shù)電極的相對襯底之間插入一液晶層。按照這種方法，形成了液晶板。在該實施例的液晶板中，形成于TFT陣列襯底上的各個像素電路的結(jié)構(gòu)與如圖2和圖3所示的傳統(tǒng)液晶板中的像素電路的結(jié)構(gòu)相似。
就計數(shù)電極而言，在用于相對襯底的玻璃襯底的整個表面上形成了ITO薄膜并且此后該ITO薄膜受到構(gòu)圖。此后，形成了鉻構(gòu)圖層以屏蔽光。或者，在整個表面上形成ITO薄膜之前形成了光屏鉻構(gòu)圖層。
此外，通過構(gòu)圖而在相對襯底上形成了其大小為2μm的柱狀物。這些柱狀物用作用于保持光電管間隙的間隔物并且還具有抗沖擊功能。
因為提供了這些柱狀物以保持光電管間隙，因此可根據(jù)液晶板的設計來適當?shù)恼{(diào)節(jié)柱狀物的大小。
配向薄膜印制在彼此相對的TFT陣列襯底和相對襯底的表面上，并且配向薄膜受到摩擦以便在裝配的過程中可實現(xiàn)互相垂直的定位方向。此后，將用于紫外線固化的密閉構(gòu)件涂敷在相對襯底上以便包住像素區(qū)。在使TFT陣列襯底和相對襯底對準并且將其邦定在一起之后，使液晶流入間隙中以形成液晶板。
雖然在這種情況下其構(gòu)成了光屏薄膜的鉻構(gòu)圖層位于相對的襯底上，但是也可使構(gòu)圖層位于TFT陣列襯底上。當然，可使用其他任何材料以代替鉻，只要這種材料可屏蔽光。例如，可以使用WSi(硅化鎢)、鋁等等。
當在TFT陣列襯底上形成了光屏鉻構(gòu)圖層時存在兩類結(jié)構(gòu)。第一類結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上形成了光屏鉻構(gòu)圖層。在形成了光屏構(gòu)圖層之后，可類似的制造第一實施例的液晶板。第二類結(jié)構(gòu)是在與第一實施例相類似的制成了TFT陣列襯底之后最后提供光屏鉻構(gòu)圖層。
當在TFT陣列襯底上形成了光屏鉻構(gòu)圖層時，并不總是必需在相對襯底上形成光屏鉻構(gòu)圖層。通過在玻璃襯底的整個表面上形成ITO薄膜并且此后使ITO薄膜受到構(gòu)圖而制成了相對襯底。
此外，在根據(jù)該實施例的液晶板中，向列型液晶用作液晶材料以形成位于TFT陣列襯底與相對襯底之間的液晶層。在這種情況下，假定扭距是p并且TFT陣列襯底與相對襯底之間的大小，即就是液晶層的厚度是d，那么向列型液晶滿足其被定義為(p/d)＜8這樣的關(guān)系。
同時，根據(jù)該實施例的液晶顯示器包括上述液晶板。此外，根據(jù)該實施例的電子設備是其包括有該液晶顯示器的電子設備。這種電子設備可以是例如投影儀、蜂窩式電話、膝上型個人計算機、監(jiān)控器、電視、或者PDA。
現(xiàn)在，下面對與根據(jù)該實施例的液晶板的特征有關(guān)的具體示例進行描述。首先，要制備具有彼此不同扭距的液晶材料并且通過利用各種液晶材料來制造液晶板。此外，一對偏振片位于面板之外以獲得一般的白色顯示。在這種情況下，將襯底之間的間隙(液晶層的厚度)設置為2μm并且這里所使用的液晶材料分別具有6μm、20μm、以及60μm的扭距。
該響應速度與液晶層厚度的平方值成反比。例如，當將液晶層的厚度設置為6μm(要厚3倍)，響應速度降低為1/9。為此，最好是將液晶層的厚度設置為等于或者小于4μm，或者更好的是等于或者小于3μm。雖然對薄厚沒有限制，但是鑒于液晶扭距的限度以及在制造其之間具有一定間隙的襯底的過程中的難度，因此最好是將液晶層的厚度設置為等于或者大于0.5μm，或者更好的是等于或者大于1μm。
此外，外部具有一過驅(qū)動電路。當需要高電壓時在上升時間施加過驅(qū)動，并且當外加電壓降低時在衰減時間不施加該過驅(qū)動。
基于上述結(jié)構(gòu)，可以觀察到液晶在上升時間的“時間與透光率”的特性曲線(液晶在衰減時間的光響應(即在一般的白色顯示模式的情況下從黑暗狀態(tài)到明亮狀態(tài)的響應))。驅(qū)動每個液晶板以從黑色顯示模式到完全透明的白色狀態(tài)，并且從所觀察到的“時間與透光率”的特性曲線中可以獲得大約為50％的透光率的傾斜度變化。所選擇出的大約50％的范圍可反映出透光率的最大變化。圖8給出了傾斜度的曲線圖，其中縱軸表示由此所觀察到的傾斜度(％/ms)并且橫軸表示(p(扭距)/d(液晶層厚度)值。不用說液晶層厚度等于襯底之間的間隙大小。
根據(jù)圖8，很明顯得是當(扭距/液晶層厚度)的值降低時傾斜度增加了并且液晶在衰減時間的響應提高了。特別是，在第一實施例中，當(扭距/厚度)值大約為15時傾斜度急劇的上升，并且當(扭距/厚度)值大約為3時傾斜度大于50(％/ms)。換句話說，從概念上來說響應可能在2毫秒之內(nèi)。在曲線圖中的(扭距/厚度)值是30與3這兩種情況之間，在值為3時的傾斜度幾乎是在值為30時的傾斜度的兩倍。因此，很明顯得是液晶在衰減時間的光響應時間可以減少一半。同時，與(扭距/厚度)值為30的情況相比，值為10的響應速度增加了15％或者更高。
總之，通過很大的扭矩而實現(xiàn)了這樣一個效果以恢復未施加電壓的排列的初始狀態(tài)(換句話說，即液晶在襯底之間不均勻的扭曲這樣一種排列狀態(tài))。從公式1和公式2中不能直接獲得本發(fā)明的操作，該公式1和公式2是響應時間的等式。然而，通過考察能量即可知道該操作。下列公式4是用于自由能量密度的其利用液晶材料自身的物理效應的一等式(即不包括諸如電場這樣的外部效應)。
(公式4)fd=12×{K11×(V·‾n~)2+K22×[n~·(V‾·n~)+2πp]+K33×[n~·(V‾·n~)2]}]]>在這種情況下，第一、第二、以及第三項分別表示與傾斜畸變有關(guān)的項、與扭曲畸變有關(guān)的項、以及與彎曲畸變有關(guān)的項。從能量方程式中顯而易見的是，扭距p具有這樣一效果，即可改變與彈性常數(shù)K22有關(guān)的項的值。更確切地說，當扭距減小時，與常數(shù)K22有關(guān)的項增加了。當用于衰減時間的響應的公式2應用了該常數(shù)K22時，響應時間減少了常數(shù)K22所增加的量。
通過利用該效果，本發(fā)明可提高液晶在衰減時間的響應速度，該響應速度可達到視材料的物理值所限制的極限值。
雖然第一實施例中使用了過驅(qū)動操作，但是不用說即使當未施加過驅(qū)動操作時液晶在衰減時間的響應時間也提高了。
接下來，對本發(fā)明的第二實施例進行描述。與簡單的矩陣驅(qū)動所使用的襯底相比，位于表面上的其構(gòu)成了液晶板的TFT陣列襯底更不均勻，因為TFT(薄膜晶體管)形成于襯底上。襯底表面上的不均勻性防礙了液晶的排列。因此，最好是使液晶的排列相對于襯底上的不均勻性而言是穩(wěn)定的。本發(fā)明的第二實施例提供了對其進行了排列穩(wěn)定處理的液晶以避免由于襯底表面的不均勻性所造成的對液晶的擾動。在這個實施例中，即使當TFT陣列襯底不均勻時，也可使液晶的排列穩(wěn)定。
在這個實施例中，與第一實施例相似，液晶層位于TFT襯底與相對襯底之間。此外，在該實施例中也使用了與第一實施例所使用材料的相同液晶材料，即具有相同間距的扭曲排列的向列液晶。
就液晶而言，向扭曲排列的向列液晶中添加2％的其具有圖9所示結(jié)構(gòu)式的可光固化的雙丙烯酸酯液晶單體。通過使強度為1mW/cm2的紫外線照射600秒即可使扭曲排列的向列液晶聚合，而無需施加電壓。按照這種方法，獲得了一般白色顯示模式的TN型顯示器。
除了上述結(jié)構(gòu)之外，還可通過向扭曲排列的向列液晶添加2％的其具有圖10所示結(jié)構(gòu)式的可光固化的單丙烯酸酯液晶單體，其中將可聚合官能團邦定到液晶結(jié)構(gòu)上而無需插入亞甲基間隔，并且此后無需施加電壓即可通過照射光而使扭曲排列的向列液晶聚合而形成另一個顯示器。當單體不包含有亞甲基間隔時，液晶對電壓的響應受到所添加單體的限制很小。不用說也可使用其他類型的液晶單體，只要適當?shù)恼{(diào)節(jié)所添加單體的量。
雖然當所添加的單體量相對于液晶而言等于或者大于0.5％時，足以使液晶的排列相對于不均勻的襯底而穩(wěn)定，但是更好的是當所添加量等于或者大于1％時。根據(jù)液晶的響應，當添加量等于或者小于5％時單體不抑制響應。然而，更好的是當添加量等于或者小于3％時。
在第二實施例中，最好是在TFT襯底上形成了光屏薄膜。原因如下。當通過光照射來聚合時，從計數(shù)電極側(cè)發(fā)射出光。TFT襯底側(cè)上的光損失非常大，因為在其上形成有TFT、像素電極、布線等等，并且因此難以使光均勻的照射到單體上。按照這種方法，不從TFT陣列襯底側(cè)發(fā)射出光。當在相對襯底上形成了光屏薄膜時，在發(fā)射出光之后未反應的單體仍保持在光屏薄膜所屏蔽的部分中。當未反應的單體仍保持在那里時，未反應的單體可引起對液晶排列的干擾這樣的問題，這是由于隨后通過外部光來使未反應的單體聚合所造成的，同時液晶的排列狀態(tài)不確定。該問題最終導致了可靠性問題。
當在相對襯底上未形成用于屏蔽光的光屏鉻構(gòu)圖層時，不能屏蔽其可使液晶單體固化的照射光，但是完全屏蔽了照射在聚合單體上的光。因此，未反應的單體不會仍在那里。
該實施例也可實現(xiàn)與第一實施例類似的高速響應。聚合物穩(wěn)定等效于增加自由能量密度fstab。通過根據(jù)扭曲排列來執(zhí)行穩(wěn)定處理，聚合物穩(wěn)定提供了其具有這樣一效果的自由能量密度fstab，該效果與增加公式4中的常數(shù)K22的效果類似。尤其是，當所添加的可光固化的單體是其具有液晶結(jié)構(gòu)的液晶單體時，可實現(xiàn)穩(wěn)定作用而不會破壞液晶的特性及液晶的排列。
通過利用雙丙烯酸酯作為液晶單體，可提高三維交鏈結(jié)構(gòu)的密度并且因此可實現(xiàn)很好的聚合物穩(wěn)定效果。此外，通過利用單丙烯酸酯作為液晶單體，其中將可聚合官能團邦定到液晶結(jié)構(gòu)上而無需插入亞甲基間隔，可在聚合之后直接將液晶結(jié)構(gòu)邦定到聚合物主鏈上并且因此限制液晶結(jié)構(gòu)的運動。其結(jié)果是，液晶結(jié)構(gòu)有助于使排列穩(wěn)定。由于這些操作，可以想到的是可提高無需施加電壓即可增加用于恢復排列初始狀態(tài)的扭矩并且可實現(xiàn)使衰減時間的響應的響應速度更高。
同樣在第二實施例中，與第一實施例相類似，當(扭距/厚度)值大約為15時，液晶在衰減時間的光響應的傾斜度激增。此外，當(扭距/厚度)值大約為3時，傾斜度大于50。
作為第二實施例的修改示例，通過使用與第二實施例類似的其受到聚合物穩(wěn)定的液晶板、同時使光屏薄膜材料從鉻變?yōu)殇X、并且將與第一實施例類似的其具有各種扭距的液晶材料注入液晶板中來研究液晶的響應速度。其結(jié)果是，可以得知除了可實現(xiàn)第一和第二實施例所獲得的可改善液晶的響應速度之外還可實現(xiàn)最佳的對比度。這是由于由鋁所組成的光屏薄膜具有比鉻更高的反射率并且因此可顯著的降低漏光電流。
第一和第二實施例可改善液晶的光響應速度，尤其是，可改善液晶在衰減時間的光響應速度。通過執(zhí)行第一和第二實施例中的復位驅(qū)動，可解決傳統(tǒng)方法中的問題，即不需要通過幾次寫入相同的數(shù)據(jù)段來獲得相同的透光率。這是因為液晶在衰減時間的響應速度改善了并且液晶的排列狀態(tài)每次都通過復位回到預定狀態(tài)。按照這種方法，將響應時間適當?shù)亩x為復位狀態(tài)與所期望的色調(diào)狀態(tài)之間的時間。尤其是，當選擇黑色顯示模式作為復位狀態(tài)時，可改善剩余運動圖像的特性，這是由于保持型顯示元件是液晶所獨有的。換句話說，黑色復位圖像呈現(xiàn)出百葉窗效果(shutter effect)并且可使保持型響應更靠近脈沖型響應。當應用黑色復位圖像時，將色調(diào)顯示的響應定義為液晶在衰減時間的響應。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的液晶在衰減時間的響應速度的增加產(chǎn)生了重要的效果。
顯而易見的是第二實施例可比第一實施例更加有效的降低整個液晶板上的亮度波動。此外很明顯的是液晶受到襯底不均勻性的影響較小。
因為不必設置大功率的電壓，因此當利用用于對共用電壓進行調(diào)制的其兼?zhèn)溆羞^驅(qū)動操作和復位操作的驅(qū)動電路時，本發(fā)明尤其有效。
接下來，對本發(fā)明的第三實施例進行描述。同樣這里使用與第一實施例相類似的液晶板。圖11給出了根據(jù)該實施例的液晶顯示器的方框圖。如圖11所示，該實施例的液晶顯示器構(gòu)成了場序制的顯示系統(tǒng)。更確切的說，其包括有一控制器105、一脈沖產(chǎn)生器104、以及一高速幀存儲器106的控制器集成電路(IC)103對從外部所輸入的標準圖像數(shù)據(jù)110執(zhí)行圖像處理并且將圖像數(shù)據(jù)110轉(zhuǎn)換成紅、藍、綠的各個彩色數(shù)據(jù)。然后，控制器IC 103根據(jù)同步器109所輸入的同步信號107而將彩色圖像數(shù)據(jù)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(以下簡稱為DAC)102。
DAC 102將數(shù)字信號所組成的彩色圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，并且將模擬信號輸出到液晶板(LCD)100。由從控制器IC 103中的脈沖產(chǎn)生器104所輸入的驅(qū)動脈沖來控制LCD 100之內(nèi)的掃描電路。同時，三原色的發(fā)光二極管(LED)101位于LCD 100的背部以作為光源?？刂破鱅C 103根據(jù)同步信號107而將LED控制信號108輸出到LEDs101。由LED控制信號108所控制，LED 101順序的發(fā)射出紅、藍、綠這三原色的光以便根據(jù)LCD 100的彩色圖像數(shù)據(jù)而使顯示同步。按照這種方法，時分的顯示紅、藍、綠這三原色的彩色圖像。
該實施例使用驅(qū)動操作以對如圖5所示的共用電壓進行調(diào)制。在這種情況下，將一個子幀(即如圖5所示的從t0至t2段時間)設置為5.56ms。將從t0到t1的其用于將與復位和過驅(qū)動相對應的共用電壓變?yōu)楦唠妷旱臅r間段設置為0.8ms。圖12給出了在該狀態(tài)下的透光率隨時間變化的測量結(jié)果。圖12給出了與第一實施例相類似的在(p/d)值為30、10、以及3這三個情況之下的結(jié)果。在(p/d)值為30和10這個情況之下，透光率暫時提高了。當出現(xiàn)了這種透光率增加時，響應時間變得更長(以下簡稱為跳動(bounce))。當p/d＝3時幾乎觀察不到該跳動。另一方面，當p/d＝30時透光率的傾斜度變化不急劇，但是當p/d＝3時變化很急劇。在子幀的結(jié)束點時，當p/d＝30時透光率未到達90％。相反，當p/d＝10時透光率稍大于90％，以及當p/d＝3時幾乎為100％。
圖13給出了從圖12的結(jié)果中所獲得的使透光率到達90％和50％所花費的時間的曲線圖。在圖13中，橫軸表示(p/d)值并且縱軸表示時間。從圖13中顯而易見的是，如果(p/d)值小于20，那么透光率在5.56ms這段子幀時間之內(nèi)可達到90％的響應。此外，當(p/d)值小于20時，透光率在其等于2.78ms的半子幀時間之內(nèi)可達到50％的響應。因此，顯而易見的是當滿足p/d＜20時可實現(xiàn)充足的透光率。
同時，從圖12的結(jié)果中可獲得從復位操作到光響應開始上升所逝去的時間。具體地說，對復位之后的各個曲線圖進行外推以使透光率隨著透光率為10％的點處的傾斜度而為0％。此后，獲得了其表示外推圖與透光率為0％的交叉點的時間與復位的結(jié)束時間之間的差值(這里等于0.8ms)。該結(jié)果如圖14所示。從圖14中可知，在p/d值小于8的情況下，復位之后直到開始響應的時間低于1ms。當時間低于1ms時，可有效的利用子幀之內(nèi)的時間。
此外，獲得了在下述這段時間所產(chǎn)生的跳動的平均透光率，這段時間即就是自圖12中的復位之后的時間起的時間以及自圖14中所獲得的光響應的上升時間起的時間。具體地說，使跳動時的透光率的總數(shù)除以圖14所示的開始響應所花費的時間以獲得平均透光率。該結(jié)果如圖15所示。從圖15中可知，就跳動過程中的平均透光率而言，在p/d＝8這點傾斜度變化了，并且此后平均透光率突然下降。按照這種方法，可以觀察到彎曲。通過其被定義為p/d＜8這樣一種情況來實現(xiàn)跳動的突然下降。這種跳動的降低表示通過消除與先前子幀的數(shù)據(jù)的關(guān)系來實現(xiàn)一對一的相關(guān)性，并且可實現(xiàn)長時間的精美顯示而不會造成不穩(wěn)定的排列狀態(tài)。
如上所述，為了獲得充足的扭曲排列的向列液晶的響應速度，必需滿足p/d＜20，其中液晶的扭距是p并且液晶層的厚度是d。更好的是滿足關(guān)系p/d＜8。這些關(guān)系同樣也可適用于第一和第二實施例。
雖然已為大家所熟知的是，可將與一般的共用反向驅(qū)動相對應的驅(qū)動操作應用到用于對共用電壓進行調(diào)制的驅(qū)動操作。其結(jié)果是，假定傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號與例如其范圍為±4.5v的共用電壓有一差值，那么從前需要通過利用9v的幅度范圍來執(zhí)行驅(qū)動。相反的，共用的反向驅(qū)動可使幅度范圍降低一半為4.5V。此外，在用于對共用電壓進行調(diào)制的結(jié)構(gòu)中，總是將液晶顯示器復位到黑色顯示模式。因此，色調(diào)顯示實際所需的電壓等于與用于黑色顯示的電壓的差值。
具體地說，當液晶的門限值是1.5V時，與用于黑色顯示的4.5v電壓的差值3V等于實際上所需的電壓。因此，通過對其對共用電壓進行調(diào)制的處理進行排列而使必要的數(shù)據(jù)幅度降低為3V，這只是先前必要條件的1/3。其結(jié)果是，與傳統(tǒng)的過驅(qū)動方法或者復位方法不同，通過驅(qū)動其要求極其低電耗的操作可實現(xiàn)高速響應。尤其是，通過本發(fā)明可使響應速度幾乎加快了50％。因此，即使利用TN液晶，也可實現(xiàn)具有低電耗的高亮度的場序制顯示。在該場序制的驅(qū)動中，可實現(xiàn)最佳的運動圖像顯示性能以及最佳的色澤復現(xiàn)性，這是因為恒定的復位操作。
通過利用其兼?zhèn)溆羞^驅(qū)動操作、復位脈沖操作、以及共用電壓調(diào)制的本發(fā)明，可提高低電耗的響應速度。
如上所述，因為通過利用TN液晶可實現(xiàn)很好的場序制驅(qū)動，因此不必像OCB方法那樣高度注意光電管間隙的均勻性或者補償薄膜的均勻性。此外，這里使用諸如鐵電液晶這樣的特定材料。因為可使用普通材料，因此本發(fā)明的產(chǎn)品具有長期的可靠性。
此外，下面給出了在各種溫度條件下的測量結(jié)果。這里使用兩類液晶材料，即一類的p/d值為30并且一類的p/d值為3。作為溫度條件，選擇室溫(25℃)以及低溫(3℃)。此外，選擇白色顯示、黑色顯示、以及灰色顯示這三個顯示條件以作為室溫時的條件。結(jié)果如圖16所示。在圖16中，橫軸表示溫度并且縱軸表示透光率。在p/d＝30的條件下，在3℃的溫度時白色顯示的透光率微乎其微。相反的，在p/d＝3的條件下，在3℃的溫度時透光率等于或者大于60％。因此，很明顯的是本發(fā)明還可改善液晶響應的溫度相關(guān)性。
溫度相關(guān)性的改善被認為是歸因于下列兩個效果。第一個效果是液晶響應的增加。因此，在低溫時可實現(xiàn)充足的響應速度。第二個效果是消除了跳動。因此，可防止不穩(wěn)定的排列狀態(tài)并且可消除對先前幀的影響。因此，可以想像得到即使環(huán)境溫度變化了也可實現(xiàn)很好的色調(diào)顯示。
此外，已經(jīng)證明了溫度相關(guān)性還與扭曲排列的向列液晶材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很顯然的知道所選材料的類型。從下述觀點來看可尤其有效的形成一組成物該組成物的扭距的較小溫度相關(guān)性；與室溫下的間距基本相等的定間距，這是在較寬溫度范圍下所獲得的；或者其在較低溫度下呈現(xiàn)出較短間距的溫度相關(guān)性。
以下是消除跳動的原因。在傳統(tǒng)的方法中，當將高電壓施加到其上時，使液晶分子完全受激。當在該狀態(tài)下斷開該電壓時，液晶分子設法躺倒。然而，當分子完全受激時不能調(diào)節(jié)躺倒方向。因此，排列變得不穩(wěn)定并且出現(xiàn)了跳動。同時，如果分子未完全受激，那么將這樣一個方面存為滯后現(xiàn)象，其可引起不穩(wěn)定的顯示。相反的，根據(jù)該發(fā)明，當施加一高電壓時，應用未施加電壓時的穩(wěn)定效果，并且借助于高電壓的受激效果建立了一定的平衡。按照這種方法，可防止液晶分子完全受激。因此，當斷開電壓時分子總是躺倒在特定的方向上。此外，通過大扭矩而建立了平衡，因此在大多數(shù)的相同狀態(tài)下液晶分子總是穩(wěn)定的。因此，總是可實現(xiàn)很好的復位效果而無需存儲滯后現(xiàn)象。
如上所述，存在兩種扭曲排列，即其扭曲方向與該扭距相符的正常扭曲排列以及與該扭距相對應的扭曲方向不同于實際排列的扭曲方向的反向扭曲排列。通過滿足其被定義為(扭距/液晶層厚度)＜8的關(guān)系來增加用于恢復正常扭曲排列的扭矩。按照這種方法，本發(fā)明可防止由于反向扭曲排列所造成的缺點，同時可提高響應速度。
除了像素電極與共用電極之間的電場之外，液晶還產(chǎn)生了由于排列在像素外圍中的布線(諸如掃描線)所造成的電場。當通過將存在于液晶層內(nèi)部的除位于像素電極與共用電極之間的電場之外的所有電場當中最大電場的方向投射到襯底表面上所獲得的方向與這樣的一方向相基本平行，該方向是當液晶層上未施加電壓時通過將位于扭曲排列的向列型液晶層中心的液晶的排列方向投射到襯底表面上而獲得的時，可提高其用于恢復正常扭曲排列的扭矩(這是當未施加電壓時所實現(xiàn)的)。相反的，如果這些投射方向彼此垂直，那么反向扭曲排列將頻繁的出現(xiàn)。
此外，可通過為襯底表面上的液晶的排列角度建立特定的條件(諸如上升角或者前傾角)而使正常的扭曲排列穩(wěn)定。圖17給出了根據(jù)可變前傾角的反向扭曲排列與正常扭曲排列之間的能差的模擬結(jié)果的曲線圖。隨著前傾角增加到大約16度，能差增加了。換句話說，隨著前傾角的增加正常扭曲排列在該范圍內(nèi)更加穩(wěn)定。然而，當前傾角大于16度時能差降低了，并且反而反向扭曲排列變得穩(wěn)定了。此外，通過當通過施加電壓而使液晶的排列提高時的狀態(tài)與當其上未時間電壓時液晶排列的狀態(tài)之間的能差可獲得衰減時間時的響應的扭矩差。根據(jù)該模擬結(jié)果，因為前傾角更小，因此能差更大。尤其是，當前傾角等于或者小于5％時，可實現(xiàn)非常大的能差。
同時，其表示襯底與襯底表面上的液晶之間的交互作用的幅度的錨定強度造成了能差，這是由于液晶的前傾角的差值所造成的。因此，扭矩的幅度也與其成正比。從模擬結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)當錨定強度低于10-5[J/m2]時，正常的扭曲排列突然變得不穩(wěn)定。
通過與光源相同步的對根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器執(zhí)行場序制的驅(qū)動，可實現(xiàn)TN-TFT場序制的顯示器，這曾被認為是很難的。
在本發(fā)明中，應當注意到扭角不必是大約90度，唯一必要的是液晶要具有扭曲的結(jié)構(gòu)，并且尤其是不必對其扭絞角進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明可改善透射顯示器的響應，并且本發(fā)明可有效的用于與快速運動圖像相關(guān)的諸如電視或者游戲機這樣的電子設備。在本發(fā)明中，扭絞角不必是大約90度。唯一必要的是液晶要具有扭曲的結(jié)構(gòu)，并且尤其是不必對其扭絞角進行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種液晶板，包括一晶體管陣列襯底，該晶體管陣列襯底具有像素電極以及用于驅(qū)動所述像素電極的薄膜晶體管，所述像素電極和所述薄膜晶體管形成于所述襯底的表面上；一相對襯底，該相對襯底與所述晶體管陣列襯底的所述表面相對并且具有一共用電極，該共用電極形成于相對襯底的與所述晶體管陣列襯底相對的表面上；以及一液晶層，該液晶層位于所述晶體管陣列襯底與所述相對襯底之間，并且其是由扭曲排列的向列液晶形成的，其中適用其被定義為p/d＜20的關(guān)系，其中p是所述扭曲排列的向列液晶的扭距并且所述扭曲排列的向列液晶層的厚度為d。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶板，其中滿足其被定義為p/d＜8的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶板，其中所述扭曲排列的向列液晶層受到過聚合物穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的液晶板，其中通過將可光固化的單體添加到所述扭曲排列的向列液晶中并且使混合物暴露于光下即可實現(xiàn)所述聚合物穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的液晶板，其中所述可光固化的單體是具有液晶結(jié)構(gòu)的液晶單體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的液晶板，其中所述液晶單體是雙丙烯酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的液晶板，其中所述液晶單體是單丙烯酸酯，在該單丙烯酸酯中將可聚合官能團邦定到液晶結(jié)構(gòu)上而無需插入亞甲基間隔。
8.一種液晶顯示器，該液晶顯示器包括根據(jù)權(quán)利要求1至7任一個權(quán)利要求的液晶板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的液晶顯示器，其中所述液晶顯示器是由場序制的方法來驅(qū)動的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的液晶顯示器，進一步包括一光源，該光源位于所述液晶板的背部，用于連續(xù)的發(fā)射出多種顏色的光；一分割器，該分割器將一塊圖像數(shù)據(jù)分隔成分別與所述多種顏色相對應的多塊彩色圖像數(shù)據(jù)；以及一同步器，該同步器使所述光源發(fā)射出所述多種顏色的光的時間與將所述多塊彩色圖像數(shù)據(jù)輸出到所述液晶板的時間相同步，其中所述液晶板用于連續(xù)的顯示所述多塊彩色圖像數(shù)據(jù)。
11.一種電子設備，該電子設備包括有根據(jù)權(quán)利要求8的液晶顯示器。
12.一種電子設備，該電子設備包括有根據(jù)權(quán)利要求9的液晶顯示器。
13.一種電子設備，該電子設備包括有根據(jù)權(quán)利要求10的液晶顯示器。
全文摘要
將扭曲排列的向列液晶的扭距p與液晶層的厚度d之間的關(guān)系設置為p/d＜8，并且執(zhí)行聚合物穩(wěn)定。按照這種方法，可提高這樣的扭矩，該扭矩用于將施加電壓時的排列恢復為未施加電壓時的排列，并且因此可提高液晶在衰減時間時的響應速度。即使當使用扭曲排列的向列液晶時，也可通過將現(xiàn)有技術(shù)應用到其由復位操作、過驅(qū)動操作、或者共用調(diào)制所驅(qū)動的液晶顯示器上而獲得很高的響應速度。其結(jié)果是，液晶顯示器可對其要求更高響應速度的場序制顯示模式進行處理。
文檔編號G02F1/133GK1991552SQ20061014392
公開日2007年7月4日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者高取憲一, 斯維特拉娜·A·克什克哈娜 申請人:日本電氣株式會社