專利名稱：彩色顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用液晶的彩色顯示裝置，特別涉及一種用于，例如，辦公室的辦公設(shè)備或電視的液晶顯示器。
目前，液晶顯示在許多應(yīng)用領(lǐng)域中都廣泛采用，例如，用于辦公的辦公設(shè)備，如個(gè)人計(jì)算機(jī)，字處理器，用于袖珍辦公機(jī)，如計(jì)算器，電子筆記本，或用于袖珍電視或類似設(shè)備。然而，市場的需求趨向于更大的信息量，更高的分辨以及多重彩色顯示，因此，急需開發(fā)出先進(jìn)的顯示方法機(jī)其設(shè)備。
目前被廣泛采用的主要液晶顯示器包括一種TN模式顯示(扭曲向列)，它驅(qū)動(dòng)液晶的驅(qū)動(dòng)方法是用在一個(gè)矩陣內(nèi)形成的TFT(薄膜晶體管)或MIM(金屬-絕緣體-金屬)元件作為驅(qū)動(dòng)電路的有源矩陣尋址方式，以及一種STN顯示模式(超扭曲向列;見公開號(hào)為No.60-107020的日本專利)，其驅(qū)動(dòng)方法為簡單的矩陣尋址方式(見FlatPanelDisplay190，NikkeiBP，1970)。
上面第一類TN模式的初始取向狀態(tài)為液晶體的扭曲結(jié)構(gòu)，近似90°的扭曲分子排列在其顯示單元內(nèi)。由于這種扭曲結(jié)構(gòu)以及液態(tài)晶體的雙折射作用，入射到液晶的光束改變了其偏振狀態(tài)，并由此發(fā)射出去。當(dāng)在液晶層兩端施加電場時(shí)，液晶沿電場方向重新排列，因而不扭曲該扭曲結(jié)構(gòu)。此時(shí)，一束入射光被允許由此通過而不改變其偏振狀態(tài)，并由此發(fā)射出去。一種將上述液晶放入兩個(gè)偏振器之間的夾層式排列使入射光偏振狀態(tài)的不同轉(zhuǎn)化為由此發(fā)射出的光強(qiáng)度的不同，由此產(chǎn)生明、暗對(duì)比度。根據(jù)這一類型的顯示模式，由于發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)于施加電壓的特性曲線(I-V特性曲線)不夠陡，所以使用組合成條帶的電極的所謂簡單矩陣尋址法獲得的顯示行數(shù)受到限制。因此，通過在每個(gè)象素上形成一個(gè)驅(qū)動(dòng)元件，如晶體三極管，二極管，MIM元件或類似元件，即可實(shí)現(xiàn)更大顯示容量，更高分辨率的顯示。為實(shí)現(xiàn)多彩色顯示，在每個(gè)像素上，將三種基色的彩色濾光片排列成一個(gè)矩陣。這在理論上能夠獲得優(yōu)于CRT(陰極射線管)的高質(zhì)量的顯示。
在這種類型的液晶顯示中，由于獲得更大容量和更高分辨的有關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，上述裝配的驅(qū)動(dòng)元件的數(shù)目以及分辨能力將有所增加。此外，每組圖像元件必須配備有與在其上形成的三種基色有關(guān)的元件。至于彩色濾光片，情況是一樣的。即使在驅(qū)動(dòng)元件生產(chǎn)工藝或彩色濾光片生產(chǎn)工藝方面的改進(jìn)與上述趨勢同步，且能符合市場和技術(shù)方面的需求，但增加制造成本仍是不可避免的。而且，在技術(shù)領(lǐng)域中需要更大膽的努力。
在另一種類型的顯示模式，即STN模式中，其單元具有遠(yuǎn)大于TN型的扭曲結(jié)構(gòu)。就是說，它具有從240°到-260°的扭曲角，這一角度約三倍于TN型的扭曲角，因此其I-V特性曲線變得更陡以便對(duì)于簡單矩陣驅(qū)動(dòng)方法來說能夠?qū)崿F(xiàn)一百個(gè)或更多個(gè)顯示行。目前，正在開發(fā)具有約八百個(gè)顯示行的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，然而就性能而倫，這幾乎接近極限，且不能滿足進(jìn)一步改進(jìn)分辨率的要求。進(jìn)一步講，盡管在理論上要求灰度能實(shí)現(xiàn)多彩色顯示，但對(duì)于這種類型的顯示來說，滿足這樣的要求是困難的。
公開號(hào)為No.60-100120(1985年)的日本專利公開了一種包括一對(duì)夾在一對(duì)偏振濾光片之間的可變光學(xué)滯后裝置的電-光學(xué)裝置，它能夠在兩種光學(xué)傳輸狀態(tài)之間實(shí)現(xiàn)裝置高速轉(zhuǎn)換。
第No.4，583，825(1986年)號(hào)美國專利公開了一種幾乎與公開號(hào)為No.60-100120的日本專利相同的光學(xué)轉(zhuǎn)換系數(shù)。
公開號(hào)為No.63-170614(1988年)的日本專利公開了一種液晶投影裝置，其中包括一個(gè)光源，一個(gè)發(fā)射偏振光的光調(diào)制器，用來放大照相圖像的裝置，多個(gè)扭曲向列的液晶單元，每個(gè)單元具有不同的彩色特性，及多個(gè)客-主液晶單元，其中扭曲向列液晶單元及容-主液晶單元在同一光軸上排列，從而使投影裝置能通過附加彩色混合法顯示彩色圖像。
公開號(hào)為No.2-67893(1990年)的日本專利公開了一種彩色顯示裝置，其中包括一個(gè)黑白CRT，用于向CRT施加圖像信號(hào)的裝置，一個(gè)放在CRT前面的矩陣彩色液晶光柵，以及用于向彩色液晶光柵施加組成圖像信號(hào)的彩色信號(hào)的裝置。
公開號(hào)為No.2-28623(1990年)的日本專利公開了一種用來控制入射光的透射率以便提供輸出的彩色信號(hào)的彩色濾光片和一種提供已決定的光譜的輸出信號(hào)的方法。
美國專利No.4，770，500(1988年)和美國專利No.4，867，536(1989年)公開了一種包括液晶單元，能夠顯示兩種顏色及這兩種顏色的混合顏色的多彩色顯示裝置。
“InformatinDisplay”1/91，第11-15頁公開了一種RGB液晶光柵系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要目的是提供一種適用于包括辦公室自動(dòng)化設(shè)備在內(nèi)的多種顯示類型的彩色液晶顯示，且特別是這樣一種彩色顯示，即能夠顯示高分辨率圖像，且能夠延用已有方法進(jìn)行制造。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明第一個(gè)權(quán)利要求中，提出了一種彩色顯示裝置，包括一個(gè)白光光源，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)有源矩陣尋址液晶單元，一個(gè)第二彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，一個(gè)第三彩色偏振器及一個(gè)第三液晶單元，上述單元按以上次序順序地放置，其中所述第一，第二和第三彩色偏振器具有根據(jù)入射光的偏振方向改變由此通過的光的光譜的功能，其中所述在有源矩陣液晶單元中的有源矩陣元件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于待顯示信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二液晶單元改變由此通過的光束的偏振狀態(tài)，并具有一個(gè)控制所述變化量的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述第三液晶單元轉(zhuǎn)換由此發(fā)射的光束的偏振狀態(tài)并具有一個(gè)控制所述轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及其中所述第一、第二和第三液晶單元彼此同步被驅(qū)動(dòng)以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于光的三種基色的圖像。
以上描述的有源矩陣尋址的液晶單元，就顯示質(zhì)量來說是優(yōu)選的，一個(gè)液晶單元包括一個(gè)薄膜晶體管和一個(gè)透光電極，二者結(jié)合起來組成一個(gè)像素的一個(gè)單元部件。所述第二液晶元件，當(dāng)未施加電場時(shí)，具有將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)π/2的功能，而在施加電場時(shí)，具有使被發(fā)射光沒有受到多大變化的功能。適用于上述有源矩陣型液晶和所述第二液晶的液晶單元包括(1)那些放入具有扭曲結(jié)構(gòu)作為其初始取向狀態(tài)的向列液晶的液晶單元，(2)那些包括放入具有扭曲結(jié)構(gòu)作為其初始取向狀態(tài)的向列液晶、加入移相器、并且施加一個(gè)電場以便使通過該單元的光的相位滯后大約在π和零之間變化的液晶單元，(3)放入可使由此通過的光滯后約為π的、且具有約為π8/的光學(xué)分子傾角的鐵電液晶的那些液晶單元，以及(4)那些放入含二向色、并具有約為π/4的分子傾角的鐵電液晶的液晶單元。進(jìn)一步說，適用于第三液晶單元的液晶包括(1)放入具有扭曲結(jié)構(gòu)作為其初始取向狀態(tài)，在發(fā)射光一側(cè)放置一個(gè)偏振器的向列液晶的液晶單元，(2)那些包括下列元件的液晶單元放入具有非扭曲結(jié)構(gòu)作為其初始取向狀態(tài)的向列液晶、一個(gè)移相器，施加一個(gè)電場以便使通過該單元的光的滯后在約π和零之間變化，并在光發(fā)射出的一側(cè)放置一個(gè)偏振器，以及(4)放入含有二向色，且具有約π/4的鐵電液晶的分子傾角的鐵電液晶的液晶單元。以上提到的第一，第二和第三彩色偏振器不必具有單層結(jié)構(gòu)，但可以是每個(gè)偏振器對(duì)由此通過的光提供不同的光譜的多個(gè)彩色偏振器的組合?？紤]到人眼的視覺暫留以及閃爍效應(yīng)，一幀圖像的選擇間隔最好小于10毫秒。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出一種順序地顯示與光的三種基色對(duì)應(yīng)的圖像的彩色顯示裝置，其中該裝置包括一個(gè)白光光源，一個(gè)圖像形成元件，及兩個(gè)光學(xué)開關(guān)，其中所述圖像形成元件包括根據(jù)所施加的電場改變其光學(xué)特性的電光學(xué)材料，以及在該元件上形成的用于在所述電光學(xué)材料上施加對(duì)應(yīng)于待顯示的圖像信息的電信號(hào)的裝置，其中所述兩個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)換元件具有根據(jù)相應(yīng)轉(zhuǎn)換元件的通、斷狀態(tài)的組合，有選擇地發(fā)射三種基色的光的功能，且這兩個(gè)開關(guān)與上述圖像形成元件同步被驅(qū)動(dòng)以順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
在這種情形下，上述圖像形成元件包括形成一個(gè)其光學(xué)特性根據(jù)所施加的電場而改變的電光學(xué)材料，和向電光學(xué)材料施加對(duì)應(yīng)于待顯示圖像的信息的電信號(hào)的裝置，且上述兩個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)換元件包括具有根據(jù)相應(yīng)轉(zhuǎn)換元件的通、斷狀態(tài)的組合有選擇地發(fā)射三種基色的光的功能，該元件與上述圖像形成元件同步地被驅(qū)動(dòng)，并順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了一種順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像的彩色顯示裝置，其中該裝置包括順序放置的一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第一彩色偏振器，第二液晶單元，第二彩色偏振器，以及第三液晶單元，其中第一，第二和第三彩色偏振器使由此通過的光的光譜(色調(diào))依照其入射的偏振方向變化，其中所述有源矩陣液晶單元帶有產(chǎn)生施加于液晶上的對(duì)應(yīng)于待顯示圖像信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制系統(tǒng)，其中所述第二液晶單元備有一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)通過上述第二彩色偏振器的光改變其偏振狀態(tài)，并控制偏振狀態(tài)的的變化量，其中第三液晶單元具有讓由此通過的光在其偏振方向之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換功能，以及一個(gè)控制轉(zhuǎn)換操作的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，且其中上述第一，第二和第三液晶單元被相互同步地驅(qū)動(dòng)以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
在上述裝置中，試圖實(shí)現(xiàn)上述有源矩陣液晶單元產(chǎn)生待顯示的圖像信息，上述第二液晶單元具有改變通過上述第二彩色偏振器的光的偏振狀態(tài)的功能，上述第三液晶單元具有轉(zhuǎn)換由此通過的光的偏振方向的功能，并進(jìn)一步備有一個(gè)控制上述轉(zhuǎn)換操作的控制系統(tǒng)，并且對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像被順序地顯示出來。有源矩陣的第一液晶單元最好選自相對(duì)于在上述有驅(qū)動(dòng)方案中的有源矩陣液晶單元中的第(1)到(3)的液晶。
進(jìn)一步講，在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出一種順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像的彩色顯示裝置，其中該裝置包括順序放置的一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，一個(gè)第二彩色偏振器，和一個(gè)第三液晶單元，其中上述第一、第二和第三彩色偏振器根據(jù)其入射光的偏振方向改變由此通過的光的光譜(色調(diào))，其中有源矩陣液晶單元配備有一個(gè)產(chǎn)生施加于液晶單元的、對(duì)應(yīng)于待顯示信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制系統(tǒng)，其中上述第二液晶單元配備有一個(gè)使已通過上述第二彩色偏振器的光改變其偏振態(tài)、并隨著改變而發(fā)射、并可控制這種改變量的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中上述第三液晶單元具有讓由此通過的光在其偏振方向之間相互轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換功能，并配有控制上述轉(zhuǎn)換操作的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及其中上述第一，第二和第三液晶單元彼此之間被同步驅(qū)動(dòng)以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
在這種情況下，上述第一，第二和第三液晶單元的操作方法是這樣的，即它們彼此間被同步驅(qū)動(dòng)以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。適于用作有源矩陣方法中的第一液晶的液晶在施加電場的條件下必須具有改變光的透射率的功能，因此，最好采用，例如，分布在聚合物基質(zhì)中的向列液晶。
參照附圖，本發(fā)明的工作原理將在下面進(jìn)行描述。


圖1是表示本發(fā)明第一個(gè)基本光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖2a和圖2b是為說明本發(fā)明工作原理的發(fā)射光譜的示意圖。
圖3a和圖3b是表示用于本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中的液晶元件的排列的示意圖。
圖4a和圖4b是表示用于本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中的液晶元件的排列示意圖。
圖5a和圖5b是表示用于本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中的液晶元件的排列示意圖。
圖6a和圖6b是表示用于本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例中的液晶元件的排列示意圖。
圖7a和圖7b是表示用于本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例中的液晶元件的排列示意圖。
圖8是說明本發(fā)明第二個(gè)基本光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖9是說明本發(fā)明第三個(gè)基本光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第一種基本組成。由白光源5發(fā)出的光由彩色偏振器3A進(jìn)行濾波，使得只有垂直方向上的偏振分量的綠光G和藍(lán)光B以及水平方向上的偏振分量的紅光R被允許由此通過。在形成有源矩陣液晶單元1的圖像中，每一個(gè)偏振分量都根據(jù)由控制器41送來的圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，例如，當(dāng)在有源矩陣液晶單元1兩端未施加電場時(shí)，即處于關(guān)斷狀態(tài)，線性偏振方向旋轉(zhuǎn)90°(π/2)，而當(dāng)施加一個(gè)足夠大的電場時(shí)，即處于接通狀態(tài)，則認(rèn)為每個(gè)分量都可通過而不改變偏振狀態(tài)。假定第二彩色偏振器3B具有與第一彩色偏振器3A同樣的功能并按同樣方向放置(一般為黑色)。當(dāng)上面的有源矩陣尋址的液晶單元1的像素處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，則光不能夠通過第二彩色偏振器3B，好像光在這里被吸收了似的。另一方面，當(dāng)處于接通狀態(tài)時(shí)，光可由此通過，因此在明和暗之間產(chǎn)生對(duì)比度。即，顯示的圖像反映了根據(jù)來自控制元件41的圖像信號(hào)發(fā)射的光的強(qiáng)度。需要理解的是，第二彩色偏振器3B可以旋轉(zhuǎn)90°放置(一般為白色)。在這種情況下，明、暗狀態(tài)的關(guān)系和上述接通、關(guān)斷狀態(tài)的關(guān)系相反。
接下來，第二和第三液晶2A和2B最終選擇了能夠被允許通過該光學(xué)系統(tǒng)的光譜(色調(diào))。即，基本上處于已形成的電極的整個(gè)表面上的第二液晶單元通過選擇是否施加電場(即，接通或關(guān)斷)，來決定是否發(fā)射光線而不需改變偏振方向或是否將其旋轉(zhuǎn)90°。第三液晶單元2B具有根據(jù)其接通或關(guān)斷狀態(tài)選擇從此通過的光的偏振方向的功能。例如，在關(guān)斷狀態(tài)，只有垂直方向上的偏振分量被允許通過，而在接通狀態(tài)，只有水平方向上的偏振分量被允許通過。進(jìn)一步講，第三彩色偏振器3C原則上與第一和第二彩色偏振器3A和3B具有相同功能，但將不同于上述兩者的色調(diào)的組合賦予由此通過的光。第三彩色偏振器3C置于第二和第三液晶單元3A和3B之間。即，在垂直方向上只允許綠光G和紅光R的偏振分量通過，而在水平方向上只允許蘭光B的偏振分量通過。此時(shí)，對(duì)于第二和第三液晶單元2A和2B來說，通和關(guān)狀態(tài)的組合賦予由此通過的光以不同的色調(diào)，如在表1中所表示的。
表1第二液晶單元第三液晶單元發(fā)射光的色調(diào)2A2B關(guān)關(guān)紅光(R)關(guān)通蘭光(B)通關(guān)綠光(G)通通--圖2a(a)及圖2a(b)示意地表示了通過兩個(gè)不同的彩色偏振器的發(fā)射光的光譜，而圖2b(c)到圖2b(e)示意表示了當(dāng)液晶單元2A和2B工作時(shí)，得到的發(fā)射光光譜。進(jìn)一步講，至于利用彩色偏振器3A，3B和3C的有關(guān)色調(diào)選擇的組合，利用第二液晶單元2A的調(diào)制作用以及第三液晶單元2B的選擇作用，可以設(shè)想其它的組合以獲得與上面相同的效果，因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上面提到的組合的實(shí)例。
當(dāng)?shù)谝灰壕卧?與第二和第三液晶單元2A和2B被同步驅(qū)動(dòng)時(shí)，具有紅色、綠色和蘭色的圖像幀能夠被依次顯示出來。用于顯示電視和錄相機(jī)的一幀圖像的顯示時(shí)間是考慮了對(duì)于人的視神經(jīng)來說必要的響應(yīng)時(shí)間來設(shè)置的，且一般為每幀30毫秒，人眼能夠看到它在運(yùn)動(dòng)。也就是說，通過以30毫秒間隔顯示紅色，綠色和蘭色圖像的幀，使得全彩色或多彩色顯示得以實(shí)現(xiàn)。這樣最終提供了三倍于傳統(tǒng)型顯示器的像素，在傳統(tǒng)顯示器中紅色、綠色及蘭色的彩色濾光片被置于對(duì)應(yīng)于有源驅(qū)動(dòng)元件的矩陣中。相反，當(dāng)假設(shè)為顯示裝置提供同樣數(shù)量的像素時(shí)，只需用前面所述的有源驅(qū)動(dòng)元件的三分之一，因此，就制作方法來講，本方法具有更多的優(yōu)越性，因?yàn)樵摲椒▽?dǎo)致了制造成本的降低，以及產(chǎn)量上的改進(jìn)。
為了以30毫秒間隔顯示具有三種基色的一幀圖像，有必要在幾個(gè)毫秒的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)三個(gè)液態(tài)晶體1，2A和2B，并在一毫秒之內(nèi)將信號(hào)加到整個(gè)第一單元的顯示區(qū)域。至于信號(hào)的施加時(shí)間，作為有源矩陣單元的TFT單元能夠滿足要求。然而目前在實(shí)際當(dāng)中使用的TN液晶單元或STN液晶單元不能滿足實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需要的響應(yīng)時(shí)間。因此，作為消除上述問題的第一個(gè)方法，提出當(dāng)采用與上面相同的TN顯示元件時(shí)，讓其扭曲角相對(duì)較小(例如，約60°)，并使液晶單元的厚度(即液晶層的厚度)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前面所述的液晶厚度，例如，約為普通液晶單元厚度的一半，取3微米。圖3表示了該顯示元件的示意圖。由于液晶單元的響應(yīng)時(shí)間與單元的厚度d的平方成正比，因此，上述響應(yīng)時(shí)間減少了約四分之一，這對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明是非常有好處的。作為第二種方法，提出采用一種具有其分子取向?yàn)榉桥でY(jié)構(gòu)的向列液晶，并使液晶折射率有向性△n及單元厚度d的乘積，即，△n×d為0.28微米(圖4)。如果被采用的液晶的△n給定為0.1，則d變?yōu)?.8微米，這就滿足了本發(fā)明響應(yīng)時(shí)間的要求。第三種方法試圖實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，并同時(shí)采用具有與第二種方法相同的取向，且具有與已有技術(shù)中的那些單元相差不多的單元厚度的向列液晶。在該方法中，分別施加不同的預(yù)定電壓以產(chǎn)生通或斷狀態(tài)(見圖5)。如已在J.Appl.phys.，第(65)期，第527頁(1988年)或SID83Digest第30-31頁(1983年)上描述的，眾所周知，當(dāng)被施加高電壓時(shí)，兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換可以非常高的速度更容易實(shí)現(xiàn)。有兩個(gè)原因可作為理由一是由于被轉(zhuǎn)換的兩種狀態(tài)之間的分子取向變得接近了，另一個(gè)是由于決定響應(yīng)時(shí)間的液晶層的大體厚度變得非常薄。而且，作為具有這種效果的第四和第五種方法，設(shè)想采用鐵電液晶的方法。例如，已經(jīng)在Jpn.J.Appl.phys.，第(24)期第1389-1393頁(1985年)，及Proc.6thInt.DisplayRes.Conf.(JapanDisplay′86)第472-474頁(1986年)上描述過的，鐵電液晶在少于1毫秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生響應(yīng)，因此，它們特別適合用于本發(fā)明的元件，尤其是，適用于第二和第三液晶元件。作為應(yīng)用，設(shè)想了利用雙折射的顯示模式(第四種方法，見圖6)，或采用雙色散的客-主晶體模式(第五種方法，見圖7)。而且，作為第六種方法，可以采用反鐵電液晶。
上面提到的在除了第五種方法的客-主晶體單元以外的第一到第六種方法中起作用的元件可配備一個(gè)所謂相板，該相板可引起發(fā)射光偏振狀態(tài)的改變。這樣做是為了獲得在實(shí)際當(dāng)中可得到的電場下最大的對(duì)比度，因?yàn)橐粋€(gè)使透射率變得最小的電場強(qiáng)度可以通過加入相板而被改變(例如，與第二種方法中的一種情況相比)，在第二種方法中在元件上施加了高電壓以獲得對(duì)于顯示來說足夠大的對(duì)比度。進(jìn)一步講，在對(duì)應(yīng)于上述第四種方法的鐵電液晶單元的情況下，單元的厚度可在普通單元結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)被控制。
當(dāng)采用根據(jù)上面六種方法的任何一種液晶時(shí)，需要依照所應(yīng)采用的第一、第二和第三液晶單元，在組成上作一些改變。如已經(jīng)就工作原理所作的解釋，可以說第一和第二液態(tài)晶體幾乎具有同樣的的功能。即，它們都是通過轉(zhuǎn)換來選擇是否將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)π/2。上面兩種液晶單元的差別僅僅在于是否在矩陣中建立與顯示像素有關(guān)的驅(qū)動(dòng)元件。將偏振方向旋轉(zhuǎn)π/2可以通過采用扭曲結(jié)構(gòu)，雙折射，或通過兩者結(jié)合作用來得到。然而，對(duì)于第三液晶單元來說不可避免地要具有從兩個(gè)偏振狀態(tài)中選擇一種偏振狀態(tài)的功能。因此，當(dāng)這樣一種具有基于扭曲結(jié)構(gòu)或雙折射功能的單元被作為第三液態(tài)晶體使用時(shí)，有必要在其裝置中加入偏振器。另一方面在第五種方法的情況下，如在這種工作模式下光相對(duì)于偏振方向被有選擇地吸收，則不需要偏振器。相反，當(dāng)這個(gè)元件用于第二液晶單元時(shí)，則有必要在發(fā)射一側(cè)提供一個(gè)相板(λ/4板)以獲得光的近似圓偏振。
圖8表示本發(fā)明的第二種基本組成。在第一種基本組成中的第一彩色偏振器3A被一個(gè)線性偏振器6所取代。在該組成中，有源矩陣液晶單元1的顯示圖像在與綠色(G)和蘭色(B)相關(guān)的明、暗對(duì)比度方面，與第一種基本組成相比較，就其通和關(guān)狀態(tài)來說，是顛倒的。因此，來自控制元件41的圖像信號(hào)必須考慮到上面的顛倒情況。
圖9表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的第三種基本組成。當(dāng)形成圖像的第一液晶單元是這樣一種類型，即它改變了光透射率本身(光強(qiáng)度調(diào)制法)而不是上述的入射光偏振態(tài)調(diào)制法，在這種情況下彩色顯示能夠通過如圖9所示的這樣一種布置得以實(shí)現(xiàn)。作為適合于光強(qiáng)度調(diào)制法的優(yōu)選的液晶單元，例如有聚合物色散液晶(PDLC)。在未加電場的關(guān)斷狀態(tài)下，由于液晶與聚合物基質(zhì)之間的光折射率的不匹配，光是分散的，而當(dāng)在接通狀態(tài)下，它們彼此之間得到了匹配，則在其中產(chǎn)生了透光狀態(tài)?？梢栽谙蛄幸壕е屑尤攵蛏旌衔镆哉T發(fā)已經(jīng)被增強(qiáng)的對(duì)比度。在這種顯示模式中，向列液晶單元在聚合物基質(zhì)中按微米量給分隔開，這樣就能夠獲得適于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選顯示模式的毫秒量級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。賦予兩個(gè)彩色偏振器3B和3C的功能以及賦予第二和第三液晶元件2A和2B的功能與賦予前面第一種基本組成中的元件的功能是相同的。
如以上所說明的，通過采用本發(fā)明的這種組成，就能夠?qū)崿F(xiàn)彩色顯示而不需要在相應(yīng)于基底上的有源矩陣驅(qū)動(dòng)元件的矩陣中建立彩色濾光片。而且，與已有技術(shù)相比，其顯示容量在理論上可提高三倍，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率顯示。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明將在下面提出。
已經(jīng)被使用證實(shí)的根據(jù)本發(fā)明的液晶元件的組合列在表2中。
表2序號(hào)基本組成第一液晶第二液晶第三液晶1TN(#1)TN(#1)TN(#1)2TN(#2)ECB(#2)ECB(#2)3第一種TN(#1)新型ECB(#3)新型ECB(#3)4TN(#1)FLCB(#4)FLCB(#4)5TN(#1)FLCB(#4)FLCG(#5)6-10第一種新型ECB(#3)與1-5號(hào)相同11-15第二種TN(#1)與1-5號(hào)相同16-20第三種PDLC與1-5號(hào)相同上述20種組合的顯示特性已經(jīng)被測試。然而，應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的組合并不局限于此，且只有本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的典型實(shí)例被測試。在下文中，將描述元件的更加具體的布置，接下去描述它們的顯示性能。
(第一液晶單元)制造三種不同類型的單元用作形成圖像的第一液晶單元。采用了用于5英吋對(duì)角線的袖珍液晶電視的TFT襯底。即，非晶硅晶體管(此后稱作a-SiTFT)在作為有源驅(qū)動(dòng)襯底的玻璃襯底上以這樣一種方式形成，即，在拋光的石英玻璃襯底上構(gòu)成門控電極之后，通過等離子體CVD構(gòu)成一個(gè)絕緣層(硅氧)和一個(gè)a-Si層，然后構(gòu)成像素電極(ITO電極)，最后構(gòu)成源漏電極以完成a-SiTFT。作為一種相對(duì)放置的襯底，采用了一種具有在整個(gè)顯示區(qū)域上構(gòu)成的ITO電極的玻璃襯底。通常在彩色顯示中，三種基色(RGB)的濾光片對(duì)應(yīng)于每個(gè)相對(duì)的TFT順序排列。但是，在本發(fā)明的這種排列中，無需設(shè)置象上面提到的這種濾光片，因此，產(chǎn)生了一種不含濾光片的顯示結(jié)構(gòu)。
在TN單元和新型ECB單元的情況下，為了使液晶在兩種襯底上對(duì)準(zhǔn)合適的取向，在聚酰亞胺薄膜被旋涂和烘干后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)帶有拋光布的滾輪均勻地進(jìn)行表面的拋光。在TN單元的情況下，兩種襯底組合起來，使得其拋光方向相交成60°角，并在新型ECB元件的情況下，它們的結(jié)合是相互不平行的。用于前一種情況的3微米直徑的玻璃纖維，和用于后一種情況的具有6微米直徑的玻璃纖維分別被放在一個(gè)研體中，且適當(dāng)數(shù)量的纖維在一種用作隔離層的密封層中混合。作為向列液態(tài)晶體，Merek公司型號(hào)為ZLI-4179的密封層被用于第一液晶單元。
對(duì)于PDLC單元的情況，BDH公司的型號(hào)為E7的向列液晶與聚乙烯醇(約500聚合度)的10%的水溶液混合，并通過在一個(gè)均勻混合器中旋轉(zhuǎn)將它們均勻地混合成乳液，將乳液用注射器取出，并用涂刷器薄薄地涂在TFT襯底上，然后放入兩個(gè)相對(duì)的襯底之間以形成液晶單元。
(第二和第三液晶單元)制造五種不同種類的液晶單元作為第二和第三液晶單元。在這些單元的任何一種中，采用了整個(gè)顯示區(qū)域覆蓋有ITO電極的兩種玻璃襯底。TN單元和新型ECB單元被安排成除襯底外，與第一液晶單元具有完全相同的結(jié)構(gòu)。作為ECB單元，采用的是Merck公司的MLC-1341型，其折射率有向性小于在第一液晶單元中采用的液晶折射率有向性。對(duì)于其隔離層，采用了具有3微米直徑的玻璃纖維。對(duì)于用作鐵電液晶的FLCB和FLCG單元來說，前者采用了ChissoPecroChemicalkk的CS-1026型，而對(duì)于后者，采用了具有下列組成的鐵電液晶與總重量百分?jǐn)?shù)約為3%的雙色顏料相混合適量的MitsubishiKaseiKK的LSY-116型，LSR-401型和LSB-335型。作為隔離層，在前者中采用了1.8微米直徑的硅石珠，而在后者的情況下，采用了6微米直徑的玻璃纖維。
色度圖表明，具有第1號(hào)至第20號(hào)結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置的每一種顯示性能都能通過采用本發(fā)明的組成實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的彩色顯示。
權(quán)利要求
1.一種彩色顯示裝置，包括順序放置的一個(gè)白光光源，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第二彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，一個(gè)第三彩色偏振器，和一個(gè)第三液晶單元，其中所說的第一，第二和第三彩色偏振器具有相對(duì)于入射光的偏振器方向來說改變由此通過的光譜的功能，其中在所說的有源矩陣液晶單元中的有源矩陣元件產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于待顯示信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二液晶單元改變由此通過的光的偏振狀態(tài)，并具有控制所述偏振改變量的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述第三液晶單元轉(zhuǎn)換由此發(fā)射的光的偏振方向，并具有控制所述轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。并且其中所述第一，第二和第三液晶單元相互同步地被驅(qū)動(dòng)以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述有源矩陣液晶單元包括一個(gè)薄膜晶體管及一個(gè)透光電極作為像素的一個(gè)單元部件。
3.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述第二液晶單元在未施加電場時(shí)，將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了π/2，而當(dāng)施加電場時(shí)，不產(chǎn)生任何本質(zhì)的改變即可發(fā)射光線。
4.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中至少所述有源矩陣液晶單元和第二液晶單元中的一個(gè)包括一個(gè)夾層式結(jié)構(gòu)的向列液晶，它具有扭曲的分子結(jié)構(gòu)作為其初始的取向狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中彩色顯示裝置包括用來施加電場的裝置，使得通過所述有源矩陣尋址的液晶單元的光的滯后在近似π和0之間變化。
6.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中至少所述有源矩陣液晶單元和第二液晶單元中的一個(gè)包括一個(gè)夾層式結(jié)構(gòu)的鐵電液晶，其中使通過所述單元之一的光滯后近似為π，并且其中所述鐵電液晶中的光學(xué)分子傾角近似為π/8。
7.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述有源矩陣尋址的液晶單元，所述第二液晶單元及所述第三液晶單元中的至少一個(gè)包括夾層式結(jié)構(gòu)的含雙色的鐵電液晶，且其中所述鐵電液晶中的光學(xué)分子傾角近似為π/4。
8.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述第三液晶單元包括一個(gè)夾層式結(jié)構(gòu)的向列液態(tài)晶體，該晶體具有作為其最初取向狀態(tài)的扭曲結(jié)構(gòu)，并且偏振器放在光射出的一側(cè)。
9.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述第三液晶單元包括一個(gè)夾層式結(jié)構(gòu)的向列液晶，該液晶沒有扭曲結(jié)構(gòu)作為最初取向狀態(tài)，還包括一個(gè)電場施加于此的移相器，以便在約π到0之間的范圍內(nèi)改變由此通過的光的滯后，并且包括一個(gè)放置在光射出一側(cè)的偏振器。
10.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述第三液晶單元包括一個(gè)夾層式結(jié)構(gòu)的鐵電液晶，且其中通過所述單元的光的滯后約為π，在所述鐵電液晶中的光分子傾角約為π/8，并且一個(gè)偏振器放在光射出一側(cè)。
11.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中所述第一，第二和第三彩色偏振器中的至少一個(gè)包一個(gè)由多個(gè)彩色偏振器組合而成的彩色偏振器，其中通過每個(gè)彩色偏振器的光都具有不同的光譜。
12.如權(quán)利要求1所述彩色顯示裝置，其中選擇一幀圖像的選擇時(shí)間小于10毫秒。
13.一種順序地顯示相對(duì)于三種基色的光的對(duì)應(yīng)圖像的彩色顯示裝置，包括一個(gè)白光光源，一個(gè)圖像形成元件，和兩個(gè)光學(xué)開關(guān)，其中所述圖像形成元件配備有可根據(jù)所施加的電場而改變自己的光學(xué)特性的電光學(xué)材料，及一個(gè)對(duì)所述電光學(xué)材料施加對(duì)應(yīng)于圖像信息的電信號(hào)的裝置，兩者均作用于圖像形成元件上，其中所述兩個(gè)光學(xué)開關(guān)具有根據(jù)其通和斷的特殊組合有選擇地發(fā)射由此通過的三種基色的光的功能，且兩個(gè)開關(guān)與所述圖像形成元件同步工作以便順序地顯示與光的三種基色分別對(duì)應(yīng)的圖像。
14.一種用來順序地顯示分別與光的三種基色對(duì)應(yīng)的圖像的彩色顯像裝置，包括一個(gè)白光光源，一個(gè)偏振器，一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，一個(gè)第二彩色偏振器，和一個(gè)第三液晶單元，它們按以上次序順序地放置，其中所述第一，第二和第三彩色偏振器具有對(duì)應(yīng)于每束入射光的偏振方向，改變由此發(fā)射的光的光譜(色調(diào))的功能，其中所述有源矩陣液晶單元配備有一個(gè)產(chǎn)生施加到液晶上的對(duì)應(yīng)于所顯示的顯示信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制系統(tǒng)，其中所述第二液晶單元具有改變已通過第二彩色偏振器的光束的偏振狀態(tài)的功能，其中所述第三液晶單元具有轉(zhuǎn)換由這里通過的光束的方向的轉(zhuǎn)換功能，及其中所述第一，第二和第三液晶單元同步工作以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的相應(yīng)的圖像。
15.如權(quán)利要求14所述彩色顯示裝置，其中具有一種有源矩陣類型的第一液晶單元包括如權(quán)利要求4至6中所述的液晶。
16.一種用于順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的相應(yīng)圖像的彩色顯示裝置，其中包括一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，以及一個(gè)第三液晶單元，每個(gè)元件都按以上次序順序地放置，其中所述第一，第二和第三彩色偏振器根據(jù)各自的偏振方向，改變由此通過的入射光的光譜(色調(diào))，其中所述有源矩陣液晶單元配備有一個(gè)產(chǎn)生施加到液晶上的對(duì)應(yīng)于待顯示的顯示信息的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制系統(tǒng)，其中所述第二液晶單元轉(zhuǎn)換已通過所說第二彩色偏振器的光束的偏振狀態(tài)并以一個(gè)被轉(zhuǎn)換的偏振狀態(tài)發(fā)射光束，其中所述第三液晶單元具有轉(zhuǎn)換由此通過的光束的偏振方向功能，而且有一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以控制所述轉(zhuǎn)換功能，以及其中所述第一，第二和第三液晶單元同步工作以便順序地顯示對(duì)應(yīng)于三種基色的光的圖像。
17.如權(quán)利要求16所述彩色顯示裝置，其中有源矩陣液晶單元具有根據(jù)施加的電場改變光的透射率的功能。
18.如權(quán)利要求17所述彩色裝置，其中有源矩陣液晶單元包括分布在聚合物基質(zhì)中的向列液晶。
全文摘要
一種彩色顯示裝置，包括一個(gè)白光光源，一個(gè)第一彩色偏振器，一個(gè)有源矩陣液晶單元，一個(gè)第二彩色偏振器，一個(gè)第二液晶單元，一個(gè)第三彩色偏振器，以及一個(gè)第三液晶單元，其中有源矩陣液晶單元起著圖像形成單元的作用，其中第二和第三液晶單元具有按照其通和斷的特定組合，有選擇地發(fā)射三種基色的光束的光學(xué)開關(guān)的功能，及其中通過相互同步地驅(qū)動(dòng)上述兩個(gè)單元，順序地顯示對(duì)應(yīng)于光的三種基色的圖像，以實(shí)現(xiàn)全彩色顯示。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1073267SQ92113770
公開日1993年6月16日 申請日期1992年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月7日
發(fā)明者磯貝正人, 阿部英俊, 北村輝夫, 大江昌人 申請人:株式會(huì)社日立制作所