專利名稱：驅(qū)動液晶器件的方法以及由所述方法驅(qū)動的液晶器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動液晶器件的方法，這種液晶器件具有一對彼此相對的基片，液晶材料位于這一對基片之間。本發(fā)明特別涉及一種驅(qū)動液晶器件的方法，這種液晶器件具有一對彼此相對的基片，一種鐵電性液晶位于這一對基片之間，所述的基片彼此相距一段預(yù)定距離，每個(gè)基片上依次具有一個(gè)透明電極和一層取向薄膜。本發(fā)明還涉及一種由所述方法驅(qū)動的液晶器件。
目前可以購買到的一種扭曲排列的向列型(TN)液晶器件是由采用薄膜晶體管(TFTS)的有源矩陣尋址方式驅(qū)動的，并能產(chǎn)生灰度級圖象。然而，TFTs的產(chǎn)量低和造價(jià)高仍然是開發(fā)大面積顯示裝置所要解決的重要問題。
與前面所述的TN液晶器件相反，那些采用表面穩(wěn)定的雙穩(wěn)態(tài)(SSB)鐵電性液晶(后面有時(shí)將其簡稱為“FLCs”)的器件免除了對TFTs一類的外部有源矩陣尋址驅(qū)動器的需要。這類器件有可能應(yīng)用于生產(chǎn)低成本的大面積顯示裝置，因而引起了極大關(guān)注。
在最近十幾年中一直有人致力于把FLCs應(yīng)用于顯示裝置的研究和開發(fā)。FLC顯示器優(yōu)于其它的液晶顯示器，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)速度高。FLC顯示器的電光反應(yīng)非常快，其速度是常規(guī)向列型液晶顯示器的1，000倍;
(2)視角寬。FLC顯示器所產(chǎn)生的穩(wěn)定圖象較少受視角影響;以及(3)存儲效應(yīng)。FLC器件的雙穩(wěn)定性使得不再需要用電子的或其它類型的存儲器來保持圖象。
Clark等人的第4，367，924號美國專利公開了一種采用鐵電性液晶的常規(guī)顯示技術(shù)，其中的表面穩(wěn)定的FLC顯示裝置包括一個(gè)由兩塊平板構(gòu)成的屏，液晶分子位于這個(gè)屏中，這兩塊平板經(jīng)受過處理，迫使分子的排列平行于這兩塊板。這兩塊板之間的距離為2μm或更小，以確保液晶材料形成校正場的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。這種顯示器的微秒級快速反應(yīng)和保持圖象的存儲效應(yīng)已成為深入細(xì)致地研究和開發(fā)的課題。
如前所述，雙穩(wěn)態(tài)模式的FLC顯示器的特征在于(1)無閃爍。FLC的存儲效應(yīng)可以解決陰極射線管(CRTs)中的閃爍問題。(2)即使在一種直的X-Y矩陣驅(qū)動中采用1000條或更多條掃描線也具有優(yōu)越的驅(qū)動能力;FLC顯示器無需采用任何TFTs就可被驅(qū)動;(3)視角寬。由于分子排列均勻，并且采用了窄隙的液晶屏(相距的間隙相當(dāng)于常規(guī)的向列型液晶屏間隙的一半或更小)，所以同目前實(shí)際應(yīng)用中普遍采用的向列型液晶顯示器的窄視角問題相比，F(xiàn)LC顯示器可以有較寬的視角范圍。
下面將參照圖28中的結(jié)構(gòu)示意圖描述FLC顯示器。FLC顯示器包括一個(gè)疊層A和一個(gè)疊層B。疊層A包含一塊透明基片1a(如玻璃片)，在透明片1a上依次排列著一個(gè)由ITO(銦錫氧化物，一種含有銦的摻錫導(dǎo)電氧化物)制成的透明電極層2a和一塊由斜向汽相淀積的SiO層制成的液晶取向片3a;疊層B的結(jié)構(gòu)與疊層A相似，包括一塊基片1b，在基片1b上依次排列著一個(gè)透明電極層2b和一個(gè)斜向汽相淀積的SiO層3b。疊層A和疊層B彼此相對，在它們之間裝有隔離物4，用于維持預(yù)定的液晶盒間隙，并使液晶取向片(如斜向汽相淀積的SiO層3a和3b)彼此相對。將鐵電性液晶5注入疊層A和B之間的液晶盒間隙中。
由于具有上述特征，以這種方式制造出來的FLC顯示器自然是性能優(yōu)越的。但是，要實(shí)現(xiàn)具有足夠灰度級的顯示，仍存在一個(gè)需要克服的嚴(yán)重問題，即，常規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)FLC顯示是通過在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的，因此不適合用于如視頻顯示一類的多階灰度級顯示。
具體地說，在如圖29所示的常規(guī)FLC裝置(如表面穩(wěn)定的FLC裝置)中，分子M的分子排列取向在存儲如狀態(tài)1和狀態(tài)2這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是通過改變外加電場E的極性來實(shí)現(xiàn)的。通過將液晶屏放置在兩個(gè)交叉的偏振片之間，可以分辨出分子取向的變化，其表現(xiàn)為透射率的改變。圖30的圖表說明了這一問題，隨著外加電場的加大，在閾值電壓Vth處出現(xiàn)了透射率從0%至100%的陡增。這一突變通常出現(xiàn)在1伏或1伏以內(nèi)的電壓變化范圍內(nèi)。另外，閾值電壓Vth取決于液晶盒間隙的微小增減。因此，在常規(guī)液晶器件中，作為外加電壓的函數(shù)的透射率曲線在一個(gè)預(yù)定的電壓范圍內(nèi)不可能是穩(wěn)定的，并且憑著簡單地控制外加電壓極難甚至不可能實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。
因此，有人提出一種區(qū)域修正的多層次灰度級方法(后面簡稱為“區(qū)域多灰度級方法”)，通過用負(fù)象素調(diào)節(jié)象素區(qū)域或通過將象素電極分成幾個(gè)部分來設(shè)定灰度級層次。還有人提出一種時(shí)間積分多灰度級方法，借助鐵電性液晶的快速轉(zhuǎn)換特性，在一個(gè)場中反復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或線性尋址。但是，這些新提出的方法對于成功地實(shí)現(xiàn)多灰度級顯示仍然不能勝任。
具體地說，在區(qū)域多灰度級方法中，隨著灰度級層次的增加，負(fù)象素的量也增加。很容易理解，這樣的器件制造過程和驅(qū)動方法的價(jià)格性能比很高，這是該方法的一個(gè)缺點(diǎn)。另一方面，時(shí)間積分方法在單獨(dú)采用時(shí)很難行得通，即使與區(qū)域多灰度級方法聯(lián)合使用，實(shí)際效果也很差。
鑒于以上情況，又有人提出了一種方法，用象素來補(bǔ)充模擬多灰度級顯示象素。這一過程通過局部產(chǎn)生一個(gè)電場強(qiáng)度的梯度得以實(shí)現(xiàn);具體地講，可以通過改變一個(gè)象素中相對的兩個(gè)電極之間的距離或者通過改變在相對的兩個(gè)電極之間形成的絕緣層的厚度來實(shí)現(xiàn)這一方法中的灰度級顯示。另外，通過采用不同的材料制成相對的電極可獲得電壓梯度。
但是，具體地制作可以顯示出模擬多層次灰度級圖象的合適的液晶器件仍然要經(jīng)過復(fù)雜的工序，并且需要對制作條件進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因此會極大地增加制作成本。
日本專利JP-A-3-276126(此處的“JP-A-”表示“未經(jīng)審查的已
公開日本專利申請”)公開了另一種用于灰度級顯示的FLC顯示器件。這種FLC顯示器件包括一個(gè)取向片，有一種情況是，在該取向片上分布著由0.2μm至2μm的顆粒組成的精細(xì)的剛玉磨粒。通過調(diào)節(jié)施加到有精細(xì)顆粒的部分和無精細(xì)顆粒的部分上的電壓來控制鐵電性液晶的轉(zhuǎn)換。以這種方式實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。
但是，上述已有技術(shù)不實(shí)用，其原因一是所采用的精細(xì)磨粒的尺寸太大，二是所分布的磨粒的量不明確。因此，實(shí)際上根據(jù)以下公開技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的灰度級顯示。
具體地講，例如，在一個(gè)間隙為2μm的液晶盒中，僅僅通過分散尺寸為0.3至2μm的精細(xì)磨粒極難精確地改變在一個(gè)象素中的液晶分子。另外，由于FLC顯示器本身采用的是液晶的雙折射模式，因而極難控制FLC顯示器中的液晶盒間隙。由于不能嚴(yán)格控制液晶盒的間隙，因而產(chǎn)生出不均勻的色彩。因此，對上述液晶盒的技術(shù)要求與對一種超扭曲排列的向列型(STN)顯示器件的技術(shù)要求大體相同，即必須將液晶盒間隙的變化幅度控制在500A°之內(nèi)。
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的是要解決已有技術(shù)中的技術(shù)難題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種液晶器件，特別是一種鐵電性的液晶器件，用所述的器件能確保方便地實(shí)現(xiàn)無源矩陣尋址的模擬多層次灰度級顯示，并且成本較低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過一種驅(qū)動液晶器件的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的上述目的的一個(gè)方面，該方法是，以矩陣導(dǎo)址方式驅(qū)動(特別是直的X-Y矩陣尋址驅(qū)動)一種液晶器件，所述的液晶器件包括一種位于一對基片之間的液晶(特別是一種FLC液晶)和一些精密分布的區(qū)域，這些區(qū)域的用于轉(zhuǎn)換所述液晶的閾值電壓不同，所述方法的特征是，對數(shù)據(jù)電極施加數(shù)據(jù)信號，與對掃描電極施加尋址信號同步，所述的數(shù)據(jù)信號的脈沖電壓或脈沖寬度或者脈沖電壓和脈沖寬度是根據(jù)象素的灰度級來調(diào)制的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種驅(qū)動液晶器件的方法，該方法包括矩陣尋址驅(qū)動(特別是直的X-Y矩陣尋址驅(qū)動)上述的一種液晶器件，其中構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極被分成幾個(gè)部分，每個(gè)部分的面積都互不相同，并且使得向所述的被分割的幾個(gè)數(shù)據(jù)電極部分施加相應(yīng)于象素灰度級的數(shù)據(jù)信號(脈沖電壓)集合這一動作與向掃描電極施加尋址信號的動作同步。后面有時(shí)將這種驅(qū)動液晶器件的方法稱作“象素電極分割方法”或“區(qū)域多灰度級方法”。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種驅(qū)動液晶器件的方法，該方法包括以矩陣尋址的方法驅(qū)動上述液晶器件，其中，通過時(shí)間積分的方法實(shí)現(xiàn)對時(shí)間平均的灰度級顯示，所述的時(shí)間積分方法包括根據(jù)象素的灰度級，在一幀或一個(gè)電場中對每個(gè)象素重復(fù)幾次線性尋址。具體地說，是根據(jù)在一幀或一個(gè)電場中的閃爍頻率對時(shí)間的平均值來獲得灰度級顯示。有必要的話，可以根據(jù)灰度級來調(diào)制脈沖電壓和脈中寬度兩者之中的至少一個(gè)。
由于發(fā)明的方法驅(qū)動的液晶器件可以包括一對彼此相對的基片，在這對基片之間填有一種鐵電性液晶，在所述這對基片的每一個(gè)上順次具有一個(gè)透明電極和一片取向薄膜。在描述液晶時(shí)所說的“液晶包括一些閾值電壓互不相同的精細(xì)分布區(qū)”指的是液晶包括一些相反的區(qū)域(如黑矩陣中的白區(qū)或白矩陣中的黑區(qū))，在一個(gè)面積為1mm2的視區(qū)中，當(dāng)分布著300或更多(較為可取的是600或更多)個(gè)直徑為2μm或2μm以上的所述區(qū)域時(shí)，將產(chǎn)生25%的透射率，隨著透射率從10%變化到90%，每個(gè)區(qū)域的閾值電壓在2伏或2伏以上的范圍內(nèi)變化。
如

圖10所示，由本發(fā)明的方法驅(qū)動的液晶器件隨著外加電壓的增加并不產(chǎn)生透射率的劇變。這與圖30所示的透射率一電壓曲線形成鮮明對照，圖30的曲線是一種典型的常規(guī)驅(qū)動液晶器件方法的曲線，在該曲線上，隨著外加電壓的增加，在閾值電壓處可以看到透射率的劇增。從前面可知，本發(fā)明使得液晶器件的透射率逐漸改變的原因在于在一個(gè)象素中形成的具有不同閾值電壓(Vth)的每個(gè)精細(xì)區(qū)域(微小區(qū)域)內(nèi)透射率的變化。因此，用一些具有不同的閾值電壓、尺寸為微米級的區(qū)域構(gòu)成每個(gè)象素，再由這些象素構(gòu)成液晶器件，并給每個(gè)區(qū)域配備具有存儲功能因而能在該區(qū)域中產(chǎn)生無閃爍穩(wěn)定圖象的雙穩(wěn)態(tài)液晶分子，就能得到模擬多灰度級顯示。
參照圖10，把與10%的透射率對應(yīng)的域值電壓稱作Vth1，與90%的透射率對應(yīng)的閾值電壓稱作Vth2?？梢?，閾值電壓的差值(△Vth＝Vth2-Vth1)為2伏或2伏以上。
參照圖11(A)，在透射率為25%時(shí)，在每1mm2的液晶中必須有300或更多個(gè)直徑為2μm或2μm以上的微小區(qū)域MD。通過利用這些微小區(qū)域產(chǎn)生精細(xì)的透光部分可以獲得具有中間灰度級(透射率)的顯示。這些微小區(qū)域呈現(xiàn)出所謂的星空狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因此，后面把由這些微小區(qū)域形成的結(jié)構(gòu)簡稱作“星光結(jié)構(gòu)”。
在呈現(xiàn)出星光結(jié)構(gòu)的液晶中，隨著外加電壓的增大或減小，相當(dāng)于微小區(qū)域的透光部分MD可以擴(kuò)展或縮小，如圖11(A)中的虛線所示。這就是說，可以根據(jù)增大或減小透射率來增大或減小電壓，可隨意地改變透射率。和本發(fā)明的液晶器件相反，常規(guī)液晶器件的光透射率在閾值電壓的范圍內(nèi)發(fā)生劇變，如圖11(B)所示。這意味著在常規(guī)液晶器件結(jié)構(gòu)中的透光部分D隨著外加電壓的變化迅速增大或減小，這樣極難實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。
在本發(fā)明的液晶器件中，可以借助于在液晶當(dāng)中分布一些超精細(xì)的顆粒來形成前面所述的微小區(qū)域。圖10示出了一種包括分布于液晶材料中的超精細(xì)顆粒10的FLC顯示器件，其基本結(jié)構(gòu)與圖28所示的相同。
下面參照圖13解釋通過摻入超精細(xì)顆粒10能引起閾值電壓改變的原因。從原理上講，施加到這些超精細(xì)顆粒上的電場強(qiáng)度Eeff可由下式表示Eeff=(ϵ2(ϵ1a2+ϵ2a1))×Vgaj]]>其中，α2和ε2分別代表超精細(xì)顆粒10的顆粒直徑和介電常數(shù)，α1和ε1分別代表除超精細(xì)顆粒10以外的液晶的厚度和介電常數(shù)。
由此可見，如果摻入液晶層中的超精細(xì)顆粒的介電常數(shù)低于液晶的介電常數(shù)(ε2＜ε1)，就會導(dǎo)致Eeff小于EgapEeff＜Egap其中，Egap代表沒有摻入精細(xì)顆粒的液晶層的電場強(qiáng)度。這是由于摻入液晶層中的精細(xì)顆粒的直徑α2小于液晶層的總厚度αgap(＝α1+α2)。反之，如果精細(xì)顆粒的介電常數(shù)高于液晶的介電常數(shù)(ε2＞ε1)，則作用到含精細(xì)顆粒的液晶層上的電場強(qiáng)度大于作用到不含精細(xì)顆粒的液晶層上的電場強(qiáng)度Eeff＞Egap簡單地講，作用到液晶上的有效電場強(qiáng)度Eeff隨摻入到液晶層中的超精細(xì)顆粒的介電常數(shù)變化的情況如下(1)由于Egap可由下式表示Egap＝Vgap/αgap＝Vgap／(α1+α2);所以當(dāng)ε2等于ε1(ε2＞ε1)時(shí)，Eeff大于Egap(Eeff＞Egap);(2)當(dāng)ε2等于ε1(ε2＝ε1)時(shí)，Eeff也等于Egap(Eeff＝Egap);以及
(3)當(dāng)ε2小于ε1(ε2＜ε1)時(shí)，Eeff小于Egap(Eeff＜Egap)。
總之，施加到液晶上的有效電場強(qiáng)度Eeff本身由于摻入了超精細(xì)顆粒而改變。因此，施加到摻入了超精細(xì)顆粒的部分上的有效電場強(qiáng)度與施加到不含有超精細(xì)顆粒的部分上的有效電場強(qiáng)度不同。的確，即使向液晶層施加的電場強(qiáng)度Egap相同，由于隨著施加的電場會產(chǎn)生反區(qū)，也會產(chǎn)生如圖11(A)所示的星光結(jié)構(gòu)。
從前述內(nèi)容可知，具有本發(fā)明的星光結(jié)構(gòu)的液晶器件可以有效地實(shí)現(xiàn)具有連續(xù)灰度級的顯示。具體地講，通過控制外加電壓的強(qiáng)度、脈沖寬度和其它特征值可以改變加了超精細(xì)顆粒的液晶的透射率。即，通過施加兩種或兩種以上的電壓可以獲得兩個(gè)以上的灰度級。與本發(fā)明的具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件相反，只是含有精細(xì)顆粒的常規(guī)液晶器件會產(chǎn)生如圖11(B)所示的結(jié)構(gòu)。特別指出，僅僅通過在一個(gè)大約2μm的小間隙的液晶盒中分布直徑為0.3至2μm的精細(xì)顆粒顯然得不到理想的顯示效果。即使使液晶盒的間隙加大，由于含精細(xì)顆粒部分的出現(xiàn)，液晶盒也會出現(xiàn)不均勻的色彩。下面將對這一現(xiàn)象作進(jìn)一步的詳解。本發(fā)明的液晶器件絕對不會出現(xiàn)這種不理想的現(xiàn)象，并具有令人滿意的效果。
本發(fā)明提供了一種能夠產(chǎn)生前面所述的星光結(jié)構(gòu)的液晶器件。本發(fā)明特別是提供了一種適合于用無源尋址的方式驅(qū)動的液晶顯示器，能以低成本制造出大面積的顯示器件，并通過采用包括脈沖調(diào)制、象素電極分割和時(shí)間積分在內(nèi)的前述驅(qū)動方法中的任何一種可以進(jìn)一步改進(jìn)多層次灰度級顯示。并且，本發(fā)明的液晶顯示器件可以以全色視頻率驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動液晶器件的方法，通過根據(jù)象素的灰度級調(diào)制數(shù)據(jù)信號并將這樣調(diào)制好的信號加到數(shù)據(jù)電極上，絕對可以以多種方式實(shí)現(xiàn)如上所述的具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件的模擬灰度級。具體地講，可以通過將象素電極分割成一些面積比互不相同的部分，并借此根據(jù)象素的灰度級施加數(shù)據(jù)信號，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動液晶器件方法的一個(gè)方面。
通過在一個(gè)幀或一個(gè)場中根據(jù)每個(gè)象素的灰度級對這每一個(gè)象素重復(fù)進(jìn)行行尋址(寫數(shù)據(jù)信號)，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動液晶器件方法的另一方面。
用于本發(fā)明的液晶器件不需要采用如TFTs一類的任何電子器件就能以無源矩陣尋址的方式驅(qū)動，并可用于以低成本制造出大面積的顯示器件。
在如圖12所示的用于本發(fā)明的液晶器件中，加入到液晶中的精細(xì)顆粒不必受特別限制，只要它們能夠?qū)κ┘拥揭壕?上的有效電場進(jìn)行分配即可，所述的液晶5位于一對彼此相對的透明電極層2a和2b之間。例如，這些精細(xì)顆粒可以由各種材料和介電常數(shù)互不相同的顆?；旌隙?。采用這種方式，可以在每一個(gè)象素中建立起介電常數(shù)的分布。因此，如前所述，即使在某一象素的兩個(gè)透明電極層2a和2b之間施加均勻的外部電場，也能在位于象素內(nèi)部的液晶中產(chǎn)生具有強(qiáng)度分布的有效電場。這樣就能通過擴(kuò)展用于使液晶(特別是FLC)在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換的閾值電壓的范圍實(shí)現(xiàn)在一個(gè)象素中的模擬灰度級顯示。
當(dāng)這些精細(xì)顆粒是由具有相同介電常數(shù)的一種材料制成時(shí)，可使它們的尺寸具有一定分布。用尺寸不同的精細(xì)顆粒代替介電常數(shù)不同的精細(xì)顆粒，可以產(chǎn)生液晶層的厚度分布。與采用介電常數(shù)不同的精細(xì)顆粒的情況相似，即使在象素的兩個(gè)相對的透明電極層2a和2b之間施加均勻的外部電場，也能在該象素中實(shí)現(xiàn)施加到液晶層上的有效電場的強(qiáng)度分布?？梢砸赃@種方式實(shí)現(xiàn)模擬多層次灰度級顯示。精細(xì)顆粒的尺寸分布在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)更適合于獲得高質(zhì)量的模擬多層次灰度級顯示。
較為可取的是，在本發(fā)明的液晶器件中，加入到液晶中的精細(xì)顆粒的表面pH值為2.0或2.0以上。精細(xì)顆粒的pH值低于2.0則酸性太強(qiáng)，它們的氫核會導(dǎo)致液晶的質(zhì)量下降。
較為可取的是，加入到液晶中的精細(xì)顆粒的量占液晶重量的0.1%至50%。如果精細(xì)顆粒加入得過多，它們會聚集在一起，從而破壞星光結(jié)構(gòu)。這種聚集的形成還會防礙液晶的注入。
可以用于本發(fā)明的液晶器件中的精細(xì)顆粒是從碳黑和氧化鈦中選擇出來的至少一種顆粒。經(jīng)爐內(nèi)處理制備出的碳黑尤為可取。同樣，不定形的氧化鈦也特別可取。經(jīng)爐內(nèi)處理制備出的碳黑精細(xì)顆粒特別可取的原因在于它們的顆粒尺寸分布在一個(gè)相當(dāng)寬的范圍內(nèi)。由不定形的氧化鈦制成的精細(xì)顆粒比較堅(jiān)固，并且具有優(yōu)越的表面特性。
可使用的精細(xì)顆粒最好是尺寸等于或小于液晶盒內(nèi)空間的一半的均勻分布的初級精細(xì)顆粒。具體地講。顆粒尺寸為0.4μm左右或0.4μm以下較為可取，0.1μm或0.1μm以下特別可取。這些精細(xì)顆粒的顆粒尺寸分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差最好為9.0nm或更大。通過這樣控制顆粒尺寸的分布，由于可以根據(jù)外加電壓來設(shè)定透射率的逐漸變化，因而能夠更有效地控制灰度級顯示的特性。這些精細(xì)顆粒的比重最好是液晶比重的0.1至10倍。通過采用比重控制在這一范圍內(nèi)的精細(xì)顆粒，可以使這些精細(xì)顆粒均勻地分布到液晶中而不會沉淀。最好用硅烷耦合劑一類物質(zhì)對精細(xì)顆粒進(jìn)行表面處理，使它們非常均勻地?cái)U(kuò)散開。
本發(fā)明的液晶器件包括摻在兩個(gè)相反電極之間的精細(xì)顆粒。但是，這些精細(xì)顆粒的位置不受特別限制。因此，可將這些精細(xì)顆粒摻入到液晶中或液晶取向片中，或?qū)⑺鼈冎糜谝壕∠蚱稀?br> 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出了一種結(jié)合了上述的幾種方法的驅(qū)動液晶器件的方法。在采用將前面所述的方法結(jié)合起來的方法來驅(qū)動液晶器件的情況下，最好采用具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件。但是，驅(qū)動液晶器件的方法并不僅限于此，不采用具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件也能實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。
具體地講，可以將時(shí)間積分的多層次灰度級方法與采用前面所述的區(qū)域多灰度級的驅(qū)動液晶器件的方法結(jié)合起來，前面所述的區(qū)域多灰度級方法包括將數(shù)據(jù)電極分成幾個(gè)特定部分的步驟。在由結(jié)合前面所述的區(qū)域多灰度級驅(qū)動方法產(chǎn)生的多層次灰度級驅(qū)動方法中，最好將數(shù)據(jù)電極分成例如具有1∶(m+1)∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1這樣的面積比的多個(gè)部分，其中，n代表通過分割單個(gè)象素得到的象素部分的個(gè)數(shù)，m代表在一幀或一個(gè)場中對每個(gè)象素重復(fù)進(jìn)行尋址的次數(shù)。根據(jù)上述的較佳實(shí)施例對數(shù)據(jù)電極進(jìn)行分割，可以獲得更為改進(jìn)的多層次灰度級顯示。
本發(fā)明的又一個(gè)驅(qū)動液晶器件的方法是，將前面所述的時(shí)間積分多層次灰度級驅(qū)動方法與在一個(gè)象素中產(chǎn)生灰度級的驅(qū)動方法結(jié)合起來，在后一個(gè)方法中，施加調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號的動作與向掃描電極施加尋址信號的動作同步，所述的調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號具有調(diào)制過的脈沖電壓或脈沖寬度或兩者兼有。
在結(jié)合上述的多灰度級驅(qū)動方法形成的多層次灰度級驅(qū)動方法中，整數(shù)n的最大值滿足以下條件;或者每個(gè)象素的線性灰度級的數(shù)量不小于[(m+1)n-1+1]，或者每個(gè)象素的非線性灰度級的數(shù)量不小于n+1，將滿足這樣條件的n與在一幀或一個(gè)場中對每個(gè)象素進(jìn)行行尋址的重復(fù)次數(shù)m結(jié)合起來，以便控制每個(gè)象素的透射率，使其產(chǎn)生1∶(m+1)1∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1這樣的比例。從而可以獲得更先進(jìn)的灰度級顯示。
本發(fā)明的又一個(gè)驅(qū)動液晶器件的方法是，將前面所述的在一個(gè)象素中產(chǎn)生一個(gè)灰度級的方法與區(qū)域多灰度級驅(qū)動方法結(jié)合起來。具體地講，通過使施加調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號的動作與向掃描電極施加尋址信號的動作同步來實(shí)現(xiàn)一個(gè)象素中的灰度級，所述調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號指的是脈沖電壓或脈沖寬度或兩者都被調(diào)制過的信號，進(jìn)而通過改變構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極的面積比，再通過在施加尋址信號的同時(shí)，同步地向同該象素的灰度級對應(yīng)的數(shù)據(jù)電極的集合施加脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)區(qū)域多灰度級驅(qū)動。
在通過結(jié)合上述的多灰度級驅(qū)動方法產(chǎn)生的多層次灰度級驅(qū)動方法中，由調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生的每個(gè)象素的灰度級的數(shù)量L和構(gòu)成單個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極被分割成的部分?jǐn)?shù)n最好能夠滿足這樣條件使數(shù)據(jù)電極被分割成面積比為1∶L1∶L2∶…∶Ln-2∶Ln-1的多個(gè)部分。借此可以獲得更為優(yōu)進(jìn)的灰度級顯示。
本發(fā)明的又一個(gè)驅(qū)動一種液晶器件的方法是，將前面所述的在單個(gè)象素中產(chǎn)生灰度級的方法與上述的時(shí)間積分多灰度級驅(qū)動和區(qū)域多灰度級驅(qū)動相結(jié)合。具體地講，通過在對掃描電極施加尋址信號時(shí)同步地施加一個(gè)調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號來實(shí)現(xiàn)在一個(gè)象素中的灰度級，所述的調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號指的是脈沖電壓或脈沖寬度或兩者都被調(diào)制過的信號;進(jìn)而通過改變構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極的面積比，然后再在施加尋址信號時(shí)同步地向與該象素的灰度級相應(yīng)的數(shù)據(jù)電極的集合施加一個(gè)脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)區(qū)域多灰度級驅(qū)動。
在通過將上述的三種灰度級驅(qū)動方法結(jié)合起來產(chǎn)生的多灰度級驅(qū)動方法中，通過將調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號與構(gòu)成單個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極被分割成的部分?jǐn)?shù)相結(jié)合，使得整數(shù)n的最大值滿足以下條件;或者每個(gè)象素的線性灰度級的數(shù)量不小于[(m+1)n-1+1]，或者每個(gè)象素的非線性灰度級的數(shù)量不小于n+1。將滿足這樣條件的整數(shù)n與在一幀或一個(gè)場中對每個(gè)象素重復(fù)進(jìn)行行尋址的次數(shù)m結(jié)合起來，其結(jié)合方式最好能夠使得對每個(gè)象素的透射率的控制得以實(shí)現(xiàn)，使這些透射率的比例為1∶(m+1)1∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1。從而可以獲得更為先進(jìn)的多灰度級顯示。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過將上述驅(qū)動方法中的任何一種與一個(gè)濾色器或一種色彩集合方法相結(jié)合，獲得了全色顯示。
具體地講，可以把紅(R)、綠(G)、蘭(B)濾色器同由上述任何一種方法驅(qū)動的無源矩陣尋址液晶顯示的象素結(jié)合起來。換句話說，結(jié)合由上述方法中的任何一種驅(qū)動的無源矩陣尋址液晶顯示器件(不配備濾色器)，在這一幀或一個(gè)場中至少能對相應(yīng)于每種色彩的背光，即紅、綠、蘭光進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換?？梢砸赃@種方式選擇相應(yīng)于每種色彩的灰度級。
本發(fā)明還提供了一種可由上述驅(qū)動方法中的任何一種驅(qū)動的液晶器件。這種液晶器件可以有如圖12或28所示的常規(guī)結(jié)構(gòu)。但是，圖12所示的結(jié)構(gòu)更適合于實(shí)現(xiàn)能呈現(xiàn)星光結(jié)構(gòu)的器件。
可以按照一般方法制造這種液晶器件。例如，該制造方法包括下列步驟先以噴涂的方式在一塊玻璃基片上沉積一層透明的ITO層，再用照相平版印刷的方法摹制該ITO層，最后將SiO斜向真空淀積在該基片上。在裝配好一個(gè)液晶盒后，將含有均勻混合的精細(xì)顆粒的液晶注入到盒隙中。可以用經(jīng)過摩擦處理的聚酰亞胺薄膜或斜向汽相淀積的SiO薄膜作為液晶取向片。
當(dāng)采用汽相淀積的氧化硅薄膜作取向片時(shí)，該汽相淀積的薄膜在沉積后最好再經(jīng)過逐漸冷卻的處理。從通過改善取向片的表面特性來獲得液晶的星光結(jié)構(gòu)的著眼點(diǎn)來看，這種處理是很可取的。
下面將參照圖14描述制造液晶器件的詳細(xì)過程。
首先描述制造液晶盒的過程。圖14中的液晶盒的構(gòu)成與圖12和圖28的一致。參照圖14，在透明的玻璃基片1a和1b上形成了由ITO薄膜制成的電阻率為100Ω/□的透明電極2a和2b。在透明電極上形成作為液晶取向片的斜向汽相淀積的SiO薄膜3a和3b。通過將一塊基片放置在一個(gè)真空淀積裝置中，使SiO蒸汽在從SiO蒸汽淀積源蒸發(fā)出來時(shí)，豎直地入射到該基片中來獲得斜向淀積的SiO薄膜。使基片的垂直線與鉛垂線成85度角。當(dāng)在170℃的溫度下在該基片上汽相淀積了SiO后，把其上汽相淀積了SiO的基片在300℃的空氣中存放1小時(shí)。除了斜向汽相淀積的SiO薄膜以外，還可以用經(jīng)過摩擦處理的以聚酰亞胺和尼龍一類物質(zhì)制成的有機(jī)薄膜作為取向薄膜。
將這樣制造出來的上面各自具有取向片的兩塊基片彼此相對組裝，以這樣一種方式，使帶有取向片的兩個(gè)表面彼此相向，并使它們的取向處理的方向彼此相反。在兩塊基片之間塞入玻璃珠4(例如由Catalysts & Chemicals Industries CO.，Ltd.生產(chǎn)的名稱為“Shinshi-Kyu”的產(chǎn)品，直徑在0.8至3.0μm之間)作為隔離物，使液晶盒中具有尺寸合適的間隙。根據(jù)透明基片的尺寸來放置隔離珠。當(dāng)采用了尺寸較小的基片時(shí)，將隔離珠分布到用于粘接基片周邊的封接劑中。在這種情況下，可將隔離珠以大約0.3%的重量百分比分布在例如一種可用紫外線(UV)清除的粘接劑6中，粘接劑6的商業(yè)名稱叫“Photorek”(Sekisui Chemical CO.，Ltd.的產(chǎn)品)，然后將這種粘接劑加入到兩塊基片的周圍以便控制兩塊基片之間的間隙。當(dāng)采用面積很大的基片時(shí)，將玻璃珠(“Shinshi-Kyu”)以100粒/mm2的平均密度擴(kuò)散到基片上以便在兩塊基片之間設(shè)置一個(gè)間隙，再用上述的粘接劑封接液晶盒的周圍，但事先要在盒上留一個(gè)孔，以便于將液晶通過該孔注入盒中。
然后制備含有精細(xì)顆粒的液晶組合物。例如，可以將10mg碳黑“Mogul”(Chabot Inc.生產(chǎn))加入到1g鐵電性液晶“CS-1014”(Chisso Corporation生產(chǎn))中，并用一個(gè)超聲均化器在一個(gè)使液晶呈均質(zhì)相的溫度下將碳黑的精細(xì)顆粒均勻地?cái)U(kuò)散到液晶組合物中，這樣制備出液晶組合物。其他可采用的鐵電性液晶包括Chisso Corporation、Merck & Co.，Inc.，和BDH Co.，Ltd的產(chǎn)品。其他已知的鐵電性液晶化合物和含非手性液晶的液晶也可采用。這樣，只要能在所采用的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)一種手性的層相，任何一種組合物都可以采用，而不必對組合物的類型和相列進(jìn)行特殊限定。
接著將產(chǎn)生的液晶組合物注入液晶盒中。在一個(gè)使液晶能保持其均質(zhì)相或手性層裂相并具有流動性的溫度下，以減小的壓力將含有摻了精細(xì)顆粒(即碳黑的精細(xì)顆粒)10的鐵電性液晶的組合物或者不摻顆粒的鐵電性液晶組合物填入液晶盒內(nèi)部。使所得到的填充了液晶的盒逐漸冷卻，并將圍繞填充液晶的孔殘留在玻璃片上的液晶清除，然后用環(huán)氧樹脂粘接劑封裝液晶盒。以這種方式完成鐵電性液晶器件的結(jié)構(gòu)。
如前所述，本發(fā)明的特征在于，采用了一種液晶器件，這種器件包括一對基片，液晶夾在這對基片之間，所述的液晶包括一些精細(xì)分布的區(qū)域，這些區(qū)域的用于轉(zhuǎn)換所述液晶的閾值電壓不同。這樣，由于隨著外加電壓的強(qiáng)度的變化，在一個(gè)象素中形成的具有不同閾值電壓(Vth)的每一個(gè)精細(xì)區(qū)域(微小區(qū)域)的透射率發(fā)生不同的變化，所以在所產(chǎn)生的液晶器件中，單個(gè)象素中的透射率變化得十分平緩。因此，具有雙穩(wěn)態(tài)液晶分子的單個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)存儲功能，從而獲得了無閃爍的穩(wěn)定圖象。進(jìn)一步，由于單個(gè)象素是由許多尺寸在微米級的區(qū)域形成的，因而可以獲得具有高對比度的模擬連續(xù)灰度級顯示。
通過將上述驅(qū)動方法中的任何一個(gè)，即調(diào)制脈沖電壓或脈沖寬度或兩者兼有的方法、分割象素電極的方法，以及時(shí)間積分的方法中的任何一個(gè)應(yīng)用到上述的液晶器件中，特別是應(yīng)用到能夠以無源矩陣尋址方法驅(qū)動的液晶顯示器中，可以獲得質(zhì)量更高的多層次灰度級顯示。也可以以較低的成本制成能夠以全色視頻率驅(qū)動的大面積液晶器件。需要指出，僅將上述的驅(qū)動方法結(jié)合起來，而不采用包括具有不同閾值電壓的微小區(qū)域的液晶器件，也能實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。
圖1(A)和圖1(B)分別是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的平面示意圖和橫截面示意圖;
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件在工作狀態(tài)下的橫截面示意圖;
圖3是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的偏振片上的液晶分子的排列情況示意圖;
圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的掃描波形和信號波形;
圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的透射率-外加電壓的特性曲線圖;
圖6是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的透射率-外加電壓的特性曲線圖;
圖7顯示了一種具體的掃描波形;
圖8顯示了一種具體的信號波形;
圖9顯示了通過施加圖7所示的掃描波形和圖8所示的信號波形產(chǎn)生的信號圖形;
圖10給出的透射率-外加電壓曲線表明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的閾值電壓特征;
圖11(A)和11(B)是為了解釋透射率隨轉(zhuǎn)換而改變示意性地畫出的液晶器件的組織結(jié)構(gòu)圖;其中，圖11(A)顯示的是具有灰度級顯示的圖形，圖11(B)顯示的是無灰度級顯示的圖形;
圖12是具有本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的液晶器件的橫截面示意圖;
圖13是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的液晶中的有效電場示意圖;
圖14是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液晶器件的橫截面示意圖，用于解釋這種器件的基本結(jié)構(gòu);
圖15是表明一個(gè)被分為幾部分的象素電極的放大了的平面示意圖;
圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方法，將一個(gè)象素電極分成幾部分后得到的一種灰度級的平面示意圖;
圖17是一個(gè)被分成幾部分的象素電極的平面示意圖;
圖18是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，利用時(shí)間積分方法獲得的一種灰度級的平面示意圖;
圖19是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，將時(shí)間積分方法用于具有星光結(jié)構(gòu)的液晶裝置獲得的一種灰度級的平面示意圖;
圖20是用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動一種液晶器件的方法中的具體掃描波形，所述的方法是將時(shí)間積分方法用于一種具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件;
圖21是用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動一種液晶器件的方法中的具體信號(數(shù)據(jù)電壓)波形，所述的方法是將時(shí)間積分方法用于一種具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件;
圖22是通過根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動一種液晶器件的方法得出的顯示圖形，所述的方法是將時(shí)間積分方法用于一種具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件;
圖23是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施方法，將一個(gè)象素電極分成幾個(gè)部分后得到的一種灰度級的示意圖;
圖24是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施方法，將一個(gè)象素電極分成幾個(gè)部分后得到的一種灰度級的平面示意圖;
圖25是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施方法，把將一個(gè)象素電極分面幾個(gè)部分的方法與時(shí)間積分方法結(jié)合起來獲得的一種灰度級的示意圖;
圖26是根據(jù)本發(fā)明的又一種具體實(shí)施方法，將對象素電極進(jìn)行象素調(diào)制(脈沖電壓調(diào)制)的方法與把一個(gè)象素電極分成幾個(gè)部分的方法結(jié)合起來獲得的灰度級的平面示意圖;
圖27是用于解釋一種可作比較的液晶器件的光透射狀態(tài)的示意圖;
圖28是一種常規(guī)液晶器件的橫截面示意圖;
圖29是一種鐵電性液晶的模型結(jié)構(gòu)示意圖;
圖30給出了一條表明一種常規(guī)液晶顯示器件的閾值電壓特性的透射率-外加電壓曲線。
下面將參照本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明并不受以下實(shí)施例限制。
實(shí)施例1下面描述制作一種直的X-Y矩陣尋址面板的過程。
參照圖1，利用一種電阻率為100Ω/□的ITO，在厚度為0.7mm的透明Corning 7059玻璃片1a和1b上形成透明電極2a和2b。以蝕刻的方式將形成的透明電極分成許多條。這就形成了數(shù)據(jù)電極2a和掃描電極2b。
把經(jīng)過斜向汽相淀積的SiO薄膜3a和3b制作在上面得到的結(jié)構(gòu)上，起液晶取向片的作用。所述的斜向汽相淀積的SiO薄膜是通過將一塊基片放置在一種真空淀積裝置中，使SiO蒸汽在從SiO汽相淀積源蒸發(fā)出來時(shí)豎直地入射到該基片上而形成的。將所述基片設(shè)置成使其垂直線與鉛垂線成85度角。當(dāng)在170℃的溫度下將SiO汽相淀積在基片上后，把上面帶有經(jīng)汽相淀積的SiO的基片在300℃的空氣中放置1小時(shí)。
將這樣制造出來的上面各自具有取向片的兩塊基片彼此相對組裝，使帶有取向片的兩個(gè)表面彼此相向，并使它們的取向處理的方向彼此相反。此外，使數(shù)據(jù)電極陣列和掃描電極陣列彼此之間相交成直角。在兩塊基片之間塞入一些玻璃珠4(由Catalysts & Chemicals Industries Co.，Ltd.生產(chǎn)的名稱為“Shinshi-Kyu”的產(chǎn)品，它們的直徑為0.8至3.0μm)作為隔離物，使液晶盒中具有尺寸適宜的間隙。盡管在此處是將上面帶有取向片的組裝成彼此相對形式的兩塊基片設(shè)置成彼此的取向處理的方向相反，但還可以將它們設(shè)置成彼此的取向方向互相并行的形式。
當(dāng)采用尺寸較小的基片時(shí)，將隔離珠分散到用于粘接墊片周邊的封接劑中。在這種情況下，可將隔離珠以大約0.3%的重量百分比分散到名稱為“Photorek”(Sekisui Chemical Co.，Ltd.的產(chǎn)品)的一種可用紫外線(UV)清除的粘接劑6中，然后將這種粘接劑加入到兩塊基片的周圍以便控制兩塊基片之間的間隙。當(dāng)采用面積較大的基片時(shí)，將玻璃珠(“Shinshi-Kyu”)以100粒/mm2的平均密度擴(kuò)散到基片上以便在基片之間設(shè)定一個(gè)間隙，再用上述的封接劑封接液晶盒的周圍，但事先要在盒上留一個(gè)孔，以便將液晶通過該孔注入盒中。
然后制備含有精細(xì)顆粒的液晶組合物。例如，可以將10mg碳黑“Mogul”(Chabot Inc.的產(chǎn)品)加入到1g鐵電性液晶“CS-104”(Chisso Corporation的產(chǎn)品)中，并用一個(gè)超聲均化器在一個(gè)使液晶呈均質(zhì)相的溫度下將碳黑的精細(xì)顆粒均勻地分散到液晶組合物中，這樣制備出液晶組合物。另一種方式是，僅采用鐵電性液晶，而不在其中加入精細(xì)顆粒?？筛鶕?jù)需要改變加入的碳黑的量。
接著將產(chǎn)生的液晶組合物注入液晶盒中。在一個(gè)使液晶能保持其均質(zhì)相或手性層裂相并具有流動性的溫度下，以減小的壓力將含有摻了精細(xì)顆粒(即碳黑的精細(xì)顆粒)的鐵電性液晶的組合物或者不摻顆粒的鐵電性液晶組合物填入液晶盒內(nèi)部。接著使所得到的填充了液晶的液晶盒逐漸冷卻，并將圍繞填充液晶的孔殘留在玻璃片上的液晶清除，然后用環(huán)氧樹脂粘接劑封裝液晶盒。以這種方式完成液晶器件的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，通過將背光12、偏振片13、液晶面板和偏振片14依次疊合起來，就能使以上述方法制作出來的面板11作為顯示器件使用。制作上述顯示器件的關(guān)鍵是，由偏振片偏振片的光的方向中取向和液晶的光軸。最好將它們配置成滿足這樣的條件，即可以通過液晶的轉(zhuǎn)換作用來切換來自背光的光，以便達(dá)到最高的對比度。
可以以下述方式實(shí)現(xiàn)較佳的配置。下面描述采用鐵電性液晶時(shí)的情形。參照圖3，使由偏振片13偏振的光的方向平行于兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之一的光程差的軸線，同時(shí)使由偏振片14偏振的光的方向與該光程差的軸線成直角。由于由偏振片13偏振的光平行于光程差的軸，由此可知由偏振片13線性偏振的光在透射過液晶面板時(shí)不受雙折射的影響，并能對偏振片14產(chǎn)生光入射。由于偏振片13和偏振片14彼此成十字形排列，由偏振片13傳出來的光成份將被偏振片14完全阻斷。這種狀態(tài)相當(dāng)于黑電平。
當(dāng)構(gòu)成液晶的CS-1014型液晶分子轉(zhuǎn)換成另一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)時(shí)，光程差的軸旋轉(zhuǎn)大約45度。由于透射過偏振片13的光的偏振方向與液晶的光程差軸線不一致，所以入射到液晶面板上的光由于受雙折射的影響而使其偏振面旋轉(zhuǎn)90度，其關(guān)系式如下I＝Io·sin2(2θ)·sin2(π·△n· (d)/(λ) )
△n＝ne-no其中，Io代表穿過偏振片13的光的強(qiáng)度;I代表穿過偏振片14的光的強(qiáng)度;θ代表錐角(狀態(tài)1的光程差軸與狀態(tài)2的光程差軸之間的夾角);ne代表異常光的折射率;no代表正常光的折射率;△n代表波長為入時(shí)的重折率;d代表液晶盒的間隙長度(液晶層的厚度)。
這樣，偏振面旋轉(zhuǎn)，順序地從線性偏振光變成橢園偏振光，再變成圓偏振光，最后由橢圓偏振光再變成線性偏振光。由于偏振光的方向最終與偏振片14中透射偏振光的軸向一致，所以最終光線穿過偏振片14和液晶池轉(zhuǎn)入白色狀色。
參照上面的關(guān)系式，可以通過連續(xù)地控制錐角θ來連續(xù)改變透射過偏振片14的光的強(qiáng)度I。換句話說，可以實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。這一方法在單穩(wěn)態(tài)鐵電性液晶中屬已有技術(shù)。但是，在Clark等人的第4，367，924號美國專利中公開的表面穩(wěn)定的雙穩(wěn)態(tài)鐵電性液晶器件(SSBFLC device)中，由于這種SSBFLC的雙穩(wěn)定性，角度θ只能有兩個(gè)取值。因此，這種器件只能提供兩階灰度的顯示，即只能有黑白兩種狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)多階灰度級顯示。
下面描述在一個(gè)象素中產(chǎn)生灰度級的方法(即脈沖電壓調(diào)制方法)。
根據(jù)本實(shí)施例，制作出如圖1(A)和1(B)或者圖2所示結(jié)構(gòu)的、填充了含前面所述的精細(xì)顆粒(碳黑)的鐵電性液晶組合物的面板。以下述方式驅(qū)動這樣制作出來的液晶面板。
參照圖4，將用于選擇象素顯示的電信號施加到沿Y方向排列的透明電極2b上，將相當(dāng)于白或黑或一中間階灰度級顯示信息的電信號施加到沿X方向排列的透明電極2a上。
沿Y方向施加的選擇性電信號的波形具有以下特征
(1)選擇脈沖由對稱的正負(fù)兩種脈沖組成。脈沖電壓的強(qiáng)度和高度由如圖10所示的液晶器件的閾值確定。脈沖寬度取決于液晶的響應(yīng)速度。脈沖高度與在正常的黑色單區(qū)中產(chǎn)生星光結(jié)構(gòu)時(shí)的電壓一致。這一電壓還與從Tr-V特征曲線得到的閾值電壓Vthlow一致，其中，Tr代表位于兩個(gè)交叉的偏振片之間的液晶盒的透射率的變化，V代表外加電壓。
(2)在選擇性脈沖之前先設(shè)定一個(gè)對稱的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖的寬度是選擇性脈沖的兩倍，復(fù)位脈沖的高度被設(shè)置在一個(gè)能夠完全轉(zhuǎn)換液晶的電壓值上。這一電壓還等于Vthhigh和△V之和，其中Vthhigh是從Tr-V特性曲線上獲得的閾值電壓，△V代表施加到沿基片1b的X方向放置的兩個(gè)電極上的最大信號電壓，后面將對此進(jìn)行描述。
沿Y方向施加的作為數(shù)據(jù)的電信號的波形具有以下特征(1)信號電脈沖由對稱的正負(fù)兩種脈沖組成。設(shè)置該脈沖的寬度與選擇性信號的脈沖寬度相同。隨著將要顯示的灰度級不同，信號電壓的高度Vs在0至Vthhigh-Vthlow范圍內(nèi)變化。
(2)信號電壓脈沖的極性與選擇性脈沖的極性相反。于是，施加到位于顯示的(n，m)點(diǎn)處的象素上的總電壓為Vs+Vthlow，這一電壓的變化范圍是Vthhigh-Vthlow。
圖5顯示了在把上述的電壓施加到一個(gè)液晶盒上時(shí)的透射率變化情況。此處采用的液晶盒具有1.6μm的盒隙，并包括經(jīng)斜向汽相淀積SiO獲得的取向片，分別淀積在兩塊相對的基片上的兩塊取向片的汽相淀積方向互相平行。用由Otsuka Denshi Co.，Ltd生產(chǎn)的MS-200型薄膜厚度測量裝置測量液晶盒的間隙。將含有1.3%重量百分比的精細(xì)顆粒碳“MogluL”(Chabot Inc.生產(chǎn))的液晶組合物注入液晶盒中。將制成的液晶盒插在兩塊十字交叉的偏振片之間，將液晶盒的方向設(shè)置成滿足這樣的條件，即在沒有外加電壓的存貯狀態(tài)下具有最小的透射率。
將信號脈沖的寬度設(shè)定成350μs，復(fù)位脈沖的寬度設(shè)定成700μs，即是信號脈沖的兩倍。因?yàn)樵撘壕Ш械拈撝惦妷菏?4V，所以將復(fù)位電壓設(shè)定成35V。信號電壓在18V至30V之間變化，在這個(gè)范圍內(nèi)可以觀察液晶盒透射率的改變。從圖5可明顯看出，隨著外加電壓從18V變?yōu)?8V，液晶盒的透射率連續(xù)地改變。由此可見，通過控制外加電壓的強(qiáng)度，可以控制液晶盒的透射率。
圖6示出了另一種液晶盒的透射率隨著外加電壓的增加而改變的情況，所述的液晶盒的間隙為1.8μm，并且以與上述同樣的方法制造，不同之處在于兩塊取向片的汽相淀積的淀積方向彼此相反。將液晶盒設(shè)置在兩個(gè)十字交叉的偏振片之間，并要滿足這樣的條件，即在沒有外加電場施加到該液晶盒上的狀態(tài)下，液晶盒具有最大的透射率。
將信號脈沖的寬度設(shè)定成350μs，將復(fù)位脈沖的寬度設(shè)定成700μs，即信號脈沖寬度的兩倍。將復(fù)位電壓設(shè)定為35V。信號電壓的變化范圍為25V至30V，在這一范圍內(nèi)可以觀察液晶盒透射率的變化。與上述情況相似，業(yè)已發(fā)現(xiàn)通過控制外加電壓的強(qiáng)度可以控制液晶盒的透射率。
以上述觀測結(jié)果為依據(jù)，用矩陣尋址驅(qū)動方法來驅(qū)動這種包括含精細(xì)碳顆粒的鐵電性液晶的液晶盒，以便得到灰度級顯示。
下面描述制造液晶盒的過程。將ITO電極用噴鍍的方式淀積在一塊52×52×0.7mm3的Corning7059玻璃基片上，其形狀如圖1所示。測得該ITO電極的電阻率為100Ω/cm2。在放置兩塊玻璃基片時(shí)，使分別沉積在兩塊基片上的電極彼此以直角交叉，這樣制得間隙為1.5μm的液晶盒。在兩塊基片上分別以斜向汽相淀積的方式制作出SiO薄膜作為液晶取向片。汽相淀積的方向彼此相反。將包括含2%重量百分比的精細(xì)碳顆?！癕ogul L”(Chabot Inc.生產(chǎn))的液晶組合物注入液晶盒中。
圖7和圖8分別示出了沿基片1b的X方向施加到兩個(gè)電極上的電壓波形和沿基片1a的Y方向施加到兩個(gè)電極上的電壓波形。沿Y方向施加到電極上的信號包括24伏的復(fù)位電壓和20V的選擇性電壓。信號脈沖的寬度為400μs，將復(fù)位脈沖的寬度設(shè)為800μs，即信號脈沖寬度的兩倍，沿X方向施加到電極上的電壓的脈沖寬度為300μs，電壓強(qiáng)度在2.5V至10V范圍內(nèi)變化，以及觀察液晶盒透射率的變化。
圖9示出了通過施加上述波形得到的顯示圖形?？梢?，所獲得的灰度級顯示是令人滿意的。
實(shí)施例2下面描述用包含了將一個(gè)象素電極分割成幾小部分這一步驟的方法(象素電極分割方法或區(qū)域多灰度級方法)驅(qū)動一種液晶器件的方法。
下面參照圖15描述將一個(gè)象素分成三個(gè)部分的情形。將一個(gè)象素分成面積比為1∶2∶4的三個(gè)部分，用三種象素電極構(gòu)成一個(gè)單個(gè)象素。選用與上述相同的雙穩(wěn)態(tài)鐵電性液晶。參照圖16，獲得了以下八種灰度級‘000’∶0，‘001’∶1，‘010’∶2，‘011’∶3，
‘100’∶4，‘101’∶5，‘110’∶6，‘111’∶7，其中，1代表“亮”，“0”代表“暗”。
可以根據(jù)例如JP-A-229430公開的具體分割方法來分割象素電極。例如，在驅(qū)動一個(gè)由一豎直掃描電極和一橫向掃描電極限定的象素時(shí)，在該初級象素的基礎(chǔ)上將該橫向掃描電極分割成面積比為1/2，1/4，……，1/2n的小電極，其中的n為整數(shù)。
在上述的象素電極分割方法中，一些信號線(盡管圖中未示出)分別與上述象素電極的每一個(gè)分割部分相連，以便根據(jù)該象素的灰度級施加數(shù)據(jù)信號，由此將預(yù)定的灰度信號提供給象素電極的每個(gè)被分割的部分。這些接受數(shù)據(jù)信號的電極部分根據(jù)外加電壓提供透射率(由星光結(jié)構(gòu)造成)。
由于在每一個(gè)被分割后的象素中都能得到灰度級顯示，并且這種顯示取決于施加到象素電極的每一個(gè)被分割后的部分上的寫電壓的強(qiáng)度，因而，將區(qū)域多階灰度級方法與呈現(xiàn)星光結(jié)構(gòu)的液晶結(jié)合起來，就能實(shí)現(xiàn)多階灰度級顯示。
下面描述選用圖15中左側(cè)那種電極結(jié)構(gòu)時(shí)的具體實(shí)施例。參照圖17，采用電極D1-a，D1-b和D1-c作為數(shù)據(jù)電極，這些電極是以將每個(gè)ITO透明數(shù)據(jù)電極分割成面積比為4∶2∶1的幾個(gè)部分的方式得到的。以同實(shí)施例1相同的方法制造液晶盒。將含有2%重量百分比的精細(xì)碳顆粒“Mogul L”(Chabot Inc.生產(chǎn))的液晶注入液晶盒。施加具有圖7所示波形的掃描電壓和本質(zhì)上具有圖8所示波形的數(shù)據(jù)電壓。
在將波形如圖8所示的電壓施加到如此分割的數(shù)據(jù)電極上時(shí)，由于不能將每個(gè)被分割的電極a、b、c彼此之間區(qū)分開來，因此會獲得如圖9所示的16個(gè)灰度級。可以根據(jù)灰度級選擇性地將數(shù)據(jù)信號施加到被分割的電極上，例如，僅選擇被分割的電極C。由于在沒有分割象素的情況下，每種灰度級有8級灰度，因此，最小象素區(qū)域的灰度給出的分辨率最低。
具體地說，在上述的具體情況下得到的分辨率為(1/7)×(1/15)＝1/105。因此在一個(gè)象素中產(chǎn)生出106級灰度。但是，也可以對每一個(gè)彼此獨(dú)立的被分割電極a、b和c施加電壓，不難理解，由于每個(gè)被分割電極的分辨率相同，所以最大灰度數(shù)為106。后面的實(shí)施例6將描述具有更多灰度級的顯示。
實(shí)施例3下面描述用時(shí)間積分方法驅(qū)動一種液晶器件的過程。時(shí)間積分方法包括對一幀或一個(gè)場中的每個(gè)象素重復(fù)多次行尋址的步驟。由此可以以時(shí)間平均的方式獲得取決于一幀或一個(gè)場中的閃爍頻率的灰度級顯示。當(dāng)重復(fù)m次行尋址時(shí)，根據(jù)亮暗比例可以確定(m+1)個(gè)灰度級。
考慮到掃描電極和數(shù)據(jù)電極的交叉部位夾在兩個(gè)電極之間的單個(gè)象素中的液晶的轉(zhuǎn)換，通過重復(fù)三次行尋址，可以獲得如圖8所示的4級灰度。通過采用呈現(xiàn)星光結(jié)構(gòu)的液晶，可以根據(jù)外加電壓進(jìn)一步控制灰度級。
在如前面的實(shí)施例1中所述的呈現(xiàn)星光結(jié)構(gòu)的16×16矩陣面板中，在每個(gè)象素上通過單行尋址可以獲得16個(gè)灰度級。這樣，參照圖19，通過三次行尋址，可產(chǎn)生(1/15)×(1/3)＝1/45的分辨率，或者說46級灰度。圖20和21顯示了在這種情況下采用的具體波形。圖22示出了在該16×16矩陣面板上采用上述波形獲得的顯示。由此可見，通過本實(shí)施例獲得了具有16個(gè)灰階以上的多階灰度級顯示。
實(shí)施例4下面描述采用將上述的象素電極分割方法和時(shí)間積分方法結(jié)合起來的灰度級控制方法驅(qū)動一種液晶器件的步驟。
上述的區(qū)域多階灰度級方法仍存在灰度級的階數(shù)不夠的問題。在時(shí)間積分方法中，由于該方法本身的時(shí)間平均特性，產(chǎn)生出的多重集合的灰階彼此區(qū)分不開。所以，在這種顯示中對于灰度級階數(shù)的增加不能有效地利用。另外，時(shí)間積分方法所需采用的液晶必須具有快速反應(yīng)特性，成本太高。
因此，本實(shí)施例提出一種驅(qū)動方法以下面的方式將前面提到的區(qū)域多灰度級方法同時(shí)間積分方法結(jié)合起來。通過一種最優(yōu)組合發(fā)現(xiàn)，可以將灰階數(shù)增至27。
已經(jīng)知道，通過將象素分為面積比為1∶2∶4∶……∶2n的多個(gè)部分，可以在對每個(gè)場進(jìn)行一次尋址(寫數(shù)據(jù))時(shí)得到灰度級顯示。但是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對每個(gè)場進(jìn)行兩次或多次尋址(寫數(shù)據(jù))時(shí)，不能有效地增加灰度級的階數(shù)。具體地說，參照圖23，亮度級的多重性增加，但得到的灰度級階數(shù)僅為15。
但是，當(dāng)把電極分為面積比為3n系列的多個(gè)部分時(shí)，可以獲得8階灰度級。盡管不能得到一種線性灰度級，但是可以通過減少以上所述的、如圖23所示的多重性來獲得一種例如3n＝27的線性灰階，如圖25所示?？梢酝ㄟ^采用時(shí)間積分方法和對每個(gè)場重寫兩次象素來實(shí)現(xiàn)這一目的。
一旦給定了電極分割數(shù)和時(shí)間積分方法的重復(fù)次數(shù)，就可將象素電極分割成具有最佳面積比的多個(gè)部分。下面的表1給出了將象素電極分為多個(gè)區(qū)域的最佳比例。在該表中給出了對每個(gè)場或每一幀重復(fù)尋址的次數(shù)。

從上述表1中可以看出，通過把區(qū)域多灰度級方法與時(shí)間積分方法結(jié)合起來，可以獲得最大的灰度級數(shù)。具體地說，在象素電極被分成幾個(gè)部分的情況下，如果對每個(gè)場或每一幀進(jìn)行m次尋址(寫數(shù)據(jù))，就可以將象素電極分為面積比為1∶(m+1)∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-1的n個(gè)部分。于是，通過將象素電極分割成面積比成(m+1)n-1系列(其中的n為正整數(shù))的n個(gè)部分，可以獲得(m+1)n個(gè)灰階?？梢詤⒖己竺婷枋龅膶?shí)施例7。
實(shí)施例5下面描述采用將上述的在一個(gè)象素中提供灰度級的方法和時(shí)間積分方法結(jié)合起來的灰度級控制方法來驅(qū)動液晶器件的過程。
在本實(shí)施例中，將前面所述的在一個(gè)象素中提供灰度級的方法(即脈沖電壓調(diào)制方法)與時(shí)間積分方法結(jié)合起來了。本發(fā)明適用于那種可以通過采用電壓調(diào)制精細(xì)地調(diào)節(jié)其黑白部分比例來控制其每個(gè)象素的透射率的液晶器件;具體地說，適用于呈現(xiàn)星光結(jié)構(gòu)的液晶器件。這樣，通過采用多個(gè)透射率等級可以實(shí)現(xiàn)如表2所示的多層次灰度級顯示，這里的多個(gè)透射率等級相應(yīng)于常規(guī)的區(qū)域多灰度級方法中的面積比。
具體地說，將表1中的每個(gè)象素電極被分割成的部分?jǐn)?shù)理解成每個(gè)象素的灰階數(shù)n，將表1中象素電極的面積比看作是透射率之比。這樣就能給本發(fā)明的結(jié)合方法下具體定義了。
換句話說，通過確定重復(fù)尋址的次數(shù)m和一個(gè)象素中的灰階數(shù)n，進(jìn)而控制透射率產(chǎn)生1∶(m+1)∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-1的比例，就能實(shí)現(xiàn)灰度級顯示。


如果在這個(gè)多灰度級顯示方法中采用一種常規(guī)的鐵電性液晶材料，這種材料具有如圖30所示的陡的透射率-電壓特性曲線，則每個(gè)象素表現(xiàn)出一種兩級灰度顯示。于是得到了表2(A)中n＝1時(shí)的情況。但是，可以得到一種恒定灰階的顯示;通過尋址一次產(chǎn)生兩極灰階，通過尋址兩次可得到三級灰階，通過尋址三次可以得到四級灰階。
實(shí)施例6下面描述用由上述的在一個(gè)象素中提供灰度級的方法和象素電極分割方法結(jié)合而成的灰度級控制方法驅(qū)動一種液晶器件的過程。本方法包括一些象素，這些象素被分割成面積不同的多個(gè)部分，每個(gè)部分具有在一個(gè)電極中通過電壓調(diào)制產(chǎn)生的多個(gè)灰度級。
具體地說，只需將表1中的重復(fù)尋址次數(shù)變成在一個(gè)電極中的灰階數(shù)，就能得到如表3所示的多灰階顯示。例如，如果在一種具有星光結(jié)構(gòu)的液晶器件的每個(gè)象素中實(shí)行16級灰度控制，那么顯然，通過將該象素分成兩個(gè)部分，就能得到256個(gè)灰度級;通過將該象素分成三個(gè)部分，就能得到4096個(gè)灰度級。即使在需考慮驅(qū)動控制的極限的情況下，對于某一單個(gè)象素的10級灰度控制，通過將該象素電極分成兩個(gè)部分，可以得到100個(gè)灰度級，如果將該象素電極，分成三個(gè)部分，可以得到1000個(gè)灰度級。
另外，在考慮到驅(qū)動極限的情況下，如果控制某一單個(gè)象素有8個(gè)灰度級，那么通過將該象素電極分成面積比為8∶1的兩個(gè)部分就能得到64個(gè)灰度級。甚至可以通過將該象素電極分成三個(gè)部分而得到512個(gè)灰度級。圖26示出了在前一情況下獲得的64個(gè)灰度級的一部分。在考慮到驅(qū)動極限的情況下，如果控制某一單個(gè)象素有6個(gè)灰度級，那么通過將該象素電極分成兩個(gè)部分就能獲得36級灰度，通過將該象素電極分成三個(gè)部分，就能獲得216級灰度。
總之，通過將象素電極分成面積比為Ln-1序列的n個(gè)部分(其中的L代表在一單個(gè)象素中的灰階數(shù)，n代表將一個(gè)電極分割成的部分?jǐn)?shù))，即使只進(jìn)行一次尋址，也能獲得Ln個(gè)灰度級。

如果在該多灰度級顯示方法中采用一種常規(guī)的鐵電性液晶材料，這種材料具有如圖30所示的陡的透射率-電壓特性曲線，由于采用常規(guī)鐵電性液晶就意味著在一個(gè)象素中有L＝2個(gè)灰度級，因此，通過將這些象素分成2，3和4個(gè)部分，將分別產(chǎn)生4，8和16個(gè)預(yù)定灰度級。
實(shí)施例7下面描述采用將上述的在一個(gè)象素中提供灰度級的方法和時(shí)間積分方法以及象素電極分割方法結(jié)合起來的灰度級控制方法來驅(qū)動一種液晶器件的過程。根據(jù)本方法可以從兩方面得到灰度級階數(shù)的增加，一方面是如實(shí)施例6所述的灰階數(shù)增加，另一方面是如實(shí)施例4和5所述的由時(shí)間積分方法產(chǎn)生的灰階數(shù)增加(可以參考下面的表4)。
具體地講，通過將間積分方法與在一個(gè)象素中提供多灰度級的方法以及象素電極分割方法結(jié)合起來，有希望實(shí)現(xiàn)一種灰度級顯示的組合。例如，通過給一個(gè)象素提供8級灰度，同時(shí)將該電極分成3個(gè)部分，從前面的表3可知，能夠獲得具有512級的線性灰度級。于是發(fā)現(xiàn)，能夠滿足(線性灰階數(shù))≥[(m+1)n-1+1]這一關(guān)系式的整數(shù)n的最大值為6，因此，通過重復(fù)兩次尋址，可以獲得729(即36)個(gè)灰階。
從表3還可得知，通過將電極分為兩個(gè)部分，并為每個(gè)象素設(shè)定8個(gè)灰度級，就能獲得具有64個(gè)灰階的線性灰度級顯示。顯然，滿足(線性灰階數(shù))≥[(m+1)n-1+1]這一關(guān)系的最大整數(shù)n是4。因此，通過重復(fù)兩次尋址可以得到81(相當(dāng)于34)級灰階，通過重復(fù)三次尋址可以得到256(相當(dāng)于44)級灰階。

如果在該多灰度級顯示方法中采用一種常規(guī)的鐵電性液晶材料，這種材料具有如圖30所示的陡的透射率-電壓特性曲線，那么由于這種陡的閾值特性，將產(chǎn)生一種具有黑白兩個(gè)灰階的象素。表4中的整數(shù)n相當(dāng)于每個(gè)象素電極被分割的部分?jǐn)?shù)。這樣，通過將象素電極分割成3個(gè)部分(n＝3)，可以獲得固定的灰階數(shù);即，通過尋址一次、二次和三次，可分別得到8，27和64個(gè)預(yù)定的灰度級。
實(shí)施例8把前面所述的按照組合的多灰度級方法驅(qū)動的無源矩陣液晶顯示器的象素與紅、綠、和蘭彩色濾波器的每一個(gè)組合起來，可以獲得一種彩色顯示器件。
實(shí)施例9通過采用上述的按照前面提到過的組合的多灰度級方法驅(qū)動的無源矩陣尋址液晶顯示器，可以容易地獲得一種全色的顯示器件。具體地說，在不帶彩色濾波器的面板的一個(gè)場或一幀中，對紅、綠和蘭三種背光各進(jìn)行至少一次轉(zhuǎn)換，可以容易地獲得一種全色顯示器件。
比較實(shí)施例按照在前面引用過的日本專利JP-A-3-276126中公開的方法制作一種FLC顯示器件。
在一塊帶有一個(gè)ITO透明電極的、厚度為3mm的40×25mm2玻璃板上，用旋涂法涂上一層厚度為500A°為的聚酰亞胺JALS-246(由Japan Synthetic Rubber Co.，Ltd.生產(chǎn))。所述ITO透明電極的面積電阻率為100Ω/cm2，厚度為500A°。在300rpm的轉(zhuǎn)數(shù)下旋涂3秒鐘，再在3000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)下旋涂30秒鐘。用一種帶有滾輪(滾輪上纏繞了人造纖維布)的摩擦裝置對得到的涂有聚酰亞胺的玻璃基片進(jìn)行三次摩擦處理。摩擦的方式是，在涂有聚酰亞胺的玻璃基片上，用刷子將該基片壓下0.15mm深，再以94rrpm的速度轉(zhuǎn)動該滾輪，同時(shí)以5cm/min的速度進(jìn)刀。
用Sonocom Co.，Ltd.制造的隔離珠分布機(jī)將直徑為0.15μm的剛玉顆粒散布到基片上。使剛玉隔離珠以300顆/mm2的密度分布到該基片上。如果以更高的密度分布這些隔離珠，這些隔離珠就會聚結(jié)成塊，產(chǎn)生不良效果。此外，可用同一機(jī)器以25顆/mm2的密度散布直徑為2μm的隔離珠。
然后將Structbond(由Mitsui Toatsu Chemicals，Inc.生產(chǎn))作為封接劑施加到另一塊玻璃基片周圍。用網(wǎng)板印刷機(jī)進(jìn)行涂敷。然后將得到的兩塊基片對齊，并均勻地施加1kg/cm2的壓力，以便做出具有1.7μm固定間隙的液晶盒。制備出兩種液晶盒，一種是取向方向相互并行的液晶盒，另一種是取向方向彼此相反液晶盒。將這樣組裝好的液晶盒放入一個(gè)風(fēng)扇式加熱器中，以180℃的溫度加熱2小時(shí)，以便使所述封接劑固化。用Otsuka Denshi Co.，Ltd.制造的盒隙測量裝置測量該液晶盒的間隙，以便得知是否已將整個(gè)液晶盒的間隙控制在1.7μm±0.1μm范圍內(nèi)。
選用由Merck & Co.，Inc.生產(chǎn)的鐵電性液晶組合物ZLI-3775，在80℃下將其抽成真空，再將其加熱到110℃(均質(zhì)溫度范圍內(nèi)的溫度)，然后在真空條件下注入液晶盒中。處理鐵電性液晶組合物的整個(gè)過程花費(fèi)1.5小時(shí)。然后，將所得到的液晶盒冷卻室溫，再把它插在兩個(gè)交叉的偏振片之間。在顯微鏡下觀察液晶的分子取向，然后檢測其光電特性。
在一個(gè)具有并行取向排列的液晶盒中發(fā)現(xiàn)，即使在把整個(gè)液晶盒置于暗的狀態(tài)，也會在隔離珠周圍出現(xiàn)如圖27所示的液晶的分子取向引起的漏光現(xiàn)象。漏光導(dǎo)致黑色電平的降低，因而影響了液晶盒的總對比度。
在把使用鐵電性液晶的顯示器用于雙折射模式的情況下，必須嚴(yán)格控制液晶盒的間隙，使其保持均勻的最佳值。但是，在撒布了直徑為0.5μm的剛玉隔離珠的部位周圍，隔離珠大量地占據(jù)了基片的位置，使液晶盒的間隙偏離了最佳值。因而觀察到色彩不均。不用說，這種不均勻色彩導(dǎo)致顯示質(zhì)量低下。據(jù)信，出現(xiàn)不均勻色彩的原因在于隔離珠的尺寸明顯大于可見光的波長。另外，就出現(xiàn)在隔離珠周圍的漏光現(xiàn)象導(dǎo)致對比度下降而言，所散布的隔離珠的密度增加也是不可取的。
但是，正如前面所提到的，由于將精細(xì)顆粒散布在整個(gè)液晶盒上，而獲得本發(fā)明的星光結(jié)構(gòu)，于是，可以減少光泄漏，從而可在不影響液晶排列的前提下，借助于介電常數(shù)的分布來獲得有效的電場分布。
與上述的彼此平行取向的情況相反，在具有彼此相反取向的液晶盒中沿著取向處理方向產(chǎn)生了一些微米級的細(xì)帶。即使在正常的黑色狀態(tài)下也能觀察到出現(xiàn)在隔離珠周圍的光泄漏。因而發(fā)現(xiàn)液晶盒產(chǎn)生了不良的黑色電平，而這是影響液晶盒對比度的主要原因。另外，在此隔離珠周圍觀察到大量缺陷，這大概是光泄漏的主要原因。
觀察上面制作出的兩種液晶盒的光電效應(yīng)。對于具有互相并行取向的液晶盒，首先施加電壓幅度為30V、寬度為1msec的雙向復(fù)位脈沖。然后，在施加寬度為1msec的信號脈沖時(shí)，在1V至30V的范圍內(nèi)改變電壓，以便觀察液晶盒透射率的變化。以這種方式來研究是否這種液晶盒的光電效應(yīng)與常規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)鐵電性液晶有所不同。
隨著電壓的增高，在顯微鏡下沒有觀察到液晶分子開始從隔離珠的表層移開。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在隔離珠表層的液晶分子的取向一直不是均勻的，而是雜亂無序的。因此，在正常的黑色顯示中會觀察到亮點(diǎn)，在正常的白色顯示中同樣地會觀察到黑點(diǎn)?？傊玫降膱D象的對比度很差，如圖27所示。
下面論及“轉(zhuǎn)換”這一技術(shù)關(guān)鍵問題。有時(shí)在隔離珠部位(或其附近)觀察到轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)，在別的時(shí)候又能從其它部位觀察到轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)。簡言之，轉(zhuǎn)換不一定非得發(fā)生在隔離珠部位或其附近。
更重要的是，隨著轉(zhuǎn)換的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)U(kuò)大。如果這種擴(kuò)大會產(chǎn)生某一特定范圍內(nèi)的閾值電壓，轉(zhuǎn)換電壓也應(yīng)在一個(gè)特定幅度范圍內(nèi)變化。但事實(shí)上，同常規(guī)系統(tǒng)相比，并沒有觀察到閾值電壓范圍的顯著擴(kuò)大。即，已發(fā)現(xiàn)在本系統(tǒng)中的閾值電壓的變化范圍是1V。另外，為了研究轉(zhuǎn)換區(qū)域的改變，以直流式方式改變電壓。結(jié)果，觀察到典型的船形區(qū)域，在液晶盒邊緣偶爾出現(xiàn)鋸齒形缺陷。因而斷定該系統(tǒng)具有V形層狀結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換特性與常規(guī)液晶盒相似，所不同之處在于有的時(shí)候是從隔離珠部位或其附近出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。因此，所得到的產(chǎn)品遠(yuǎn)非一種包括許多各自能夠提供灰度級顯示的象素的液晶盒。
同樣，在一個(gè)具有彼此相反取向的液晶盒中，先施加一個(gè)幅度為30V、寬度為1msec的雙向復(fù)位脈沖，然后再施加寬度為1msec、幅度在1V至30V范圍內(nèi)改變的信號脈沖，以便觀察液晶盒透射率的改變。以這樣的方式來研究這種液晶盒的光電效應(yīng)是否與常規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)鐵電性液晶有所不同。
在這種情況下，在顯微鏡下也沒有觀察到隨著電壓的增高液晶分子開始從隔離珠的表層部位移開的現(xiàn)象。已發(fā)現(xiàn)在沿著摩擦處理的方向產(chǎn)生的微米級的細(xì)帶上發(fā)生了轉(zhuǎn)換，并觀察到位于隔離珠表層部位的液晶分子取向一直不均勻，而是雜亂無序的?？傊玫降娘@示的對比度很差，如圖27所示。
改變隔離珠的散布密度以便研究其對液晶盒特性的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在隔離珠的散布密度從0至500顆/mm2的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換特性始終與隔離珠的撒布密度為300顆/mm2時(shí)的情況相同。
另外，在那些取向方向互相并行的液晶盒的情況下發(fā)現(xiàn)，間隙中心值為1.5μm的液晶盒器件特征與間隙中心值為1.8μm的液晶盒的器件特征完全相同。在這兩種液晶盒中，都將盒隙控制在中心值±0.1μm的范圍內(nèi)。還對取向方向彼此相反并且盒隙中心值為1.5μm和1.8μm的液晶盒的器件特征進(jìn)行了研究。獲得的結(jié)果與取向方向彼此并行的液晶盒相同。
的確，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果如實(shí)地遵照J(rèn)P-A-3-276126的實(shí)施例所公開的方法來獲得顯示，不可能得到本文所述的多灰度級顯示。因而發(fā)現(xiàn)，JP-A-3-276126所述的技術(shù)沒有實(shí)用價(jià)值。
上面已參照幾個(gè)實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明。然而上述實(shí)施例不是對本發(fā)明的限制，只要不背離本發(fā)明的精神和范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)。
例如，可以提出其它的驅(qū)動液晶器件的方法。用脈沖寬度調(diào)制代替脈沖電壓調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)每一象素的灰度級顯示。因此可以設(shè)計(jì)出以脈沖寬度調(diào)制方法為基礎(chǔ)的各種組合方法。在時(shí)間積分方法情況下，可以象改變象素電極的分割數(shù)和分割形狀一樣，以多種方式改變尋址時(shí)間的分配。
另外，不但可以對液晶的類型進(jìn)行各種改進(jìn)，還可以對液晶器件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、組合方法等進(jìn)行改進(jìn)。另外，為了改進(jìn)液晶中的細(xì)致區(qū)域，可以以各種方式對超細(xì)顆粒的物理特性、類型等進(jìn)行改進(jìn)。還可以從同上述不同的方式加入超細(xì)顆粒，并且不但可以將超細(xì)顆粒分布到液晶中，還可以分布到取向薄膜上或取向薄膜中。另外，可以將如四硫富瓦烯-四氰醌二甲烷一類的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物制成薄層來形成微小區(qū)域。
由于本發(fā)明的液晶器件能提供多灰度級顯示，因此參照適用于顯示器件的液晶器件詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明的器件的應(yīng)用領(lǐng)域并不局限于顯示器件，該器件還可用于濾波器和光閥，辦公室自動化設(shè)備的圖象顯示表面，屏幕，以及用于擺動設(shè)備的相位控制裝置。本發(fā)明的液晶器件可隨著外加電壓產(chǎn)生可變的透射率或?qū)Ρ榷认禂?shù)，因而可以呈現(xiàn)出高性能。
盡管已參照具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，還可對本發(fā)明做各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動一種液晶器件的方法，包括以矩陣尋址的方式驅(qū)動一種液晶器件，所述的液晶器件具有位于一對基片之間的液晶，所述的液晶具有一些精細(xì)分布的區(qū)域，所述這些區(qū)域的用于轉(zhuǎn)換所述液晶的閾值電壓不同，其特征在于，向數(shù)據(jù)電極施加調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號的動作與向掃描電極施加尋址信號的動作同步，根據(jù)象素的灰度級對所述數(shù)據(jù)信號的脈沖電壓或脈沖寬度或脈沖電壓和脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。
2.如權(quán)利要求1所述的包括以矩陣尋址方式驅(qū)動一種液晶器件的驅(qū)動液晶器件方法，其特征在于，將構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極分成面積不等的幾個(gè)部分，并且在向掃描電極施加尋址信號的同時(shí)，根據(jù)該象素的灰度級同步地向所述的數(shù)據(jù)電極的幾個(gè)分割部分施加數(shù)據(jù)信號的集合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包括以矩陣尋址方式驅(qū)動一種液晶器件的驅(qū)動液晶器件方法，其特征在于，在一幀或一個(gè)場中，根據(jù)每個(gè)象素的灰度級，對該象素重復(fù)進(jìn)行幾次行尋址。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，把權(quán)利要求2所述的方法與權(quán)利要求3所述的方法結(jié)合起來。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將所述的數(shù)據(jù)電極分割成面積比為1∶(m+1)∶(m+1)2∶…∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1的幾個(gè)部分，其中n代表通過分割一個(gè)象素獲得的象素部分的個(gè)數(shù)，m代表在一幀或一個(gè)場中對每個(gè)象素重復(fù)行尋址的次數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將權(quán)利要求3所述的方法與權(quán)利要求1所述的方法結(jié)合起來。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，最大整數(shù)n滿足以下條件或者使每個(gè)象素的線性灰階數(shù)不小于[(m+1)n-1+1]，或者使每個(gè)象素的非線性灰階數(shù)不小于n+1，將這樣的最大整數(shù)n與在每一幀或每個(gè)場中對每個(gè)象素重復(fù)進(jìn)行行尋址的次數(shù)m結(jié)合起來，以便控制每個(gè)象素的透射率，使其產(chǎn)生1∶(m+1)1∶(m+1)2∶……∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1的比例。
8.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將權(quán)利要求2所述的方法與權(quán)利要求1所述的方法結(jié)合起來。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，把由調(diào)制數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生的每個(gè)象素的灰度階數(shù)L和構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極被分割的部分?jǐn)?shù)n組合起來，將數(shù)據(jù)電極分割成面積比為1∶L1∶L2∶……∶Ln-2∶Ln-1的n個(gè)部分。
10.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將權(quán)利要求2和3所述的方法與權(quán)利要求1所述的方法結(jié)合起來。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將調(diào)制過的數(shù)據(jù)信號和構(gòu)成一個(gè)象素的數(shù)據(jù)電極的分割數(shù)組合起來，使最大整數(shù)n滿足以下關(guān)系或者使每個(gè)象素的線性灰度級數(shù)不小于[(m+1)n-1+1]，或者使每個(gè)象素的非線性灰度級數(shù)不小于n+1，將滿足這樣的條件的整數(shù)n與在每一幀或每一個(gè)場中對每個(gè)象素重復(fù)進(jìn)行行尋址的次數(shù)m結(jié)合起來，借此控制每個(gè)象素的透射率，使其產(chǎn)生1∶(m+1)1∶(m+1)2∶……∶(m+1)n-2∶(m+1)n-1的比例。
12.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，將一彩色濾波器和一個(gè)通過無源矩陣尋址的液晶顯示器的象素結(jié)合起來使用。
13.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，在一種無源矩陣尋址的液晶器件中，在一幀或一個(gè)場中對相當(dāng)于各種顏色的每一種背光至少進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換。
14.如權(quán)利要求1所述的一種包括以矩陣尋址方式驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，所述的能夠提供灰度級顯示的所述液晶器件包括一對彼此相對設(shè)置的基片，在這次基片之間填有一種鐵電性液晶，在所述這對基片的每一個(gè)之上依次具有一個(gè)電極和一片取向薄膜，如果需要這些相反的區(qū)域產(chǎn)生25%的的透射率，則在所述液晶器件的每1mm2視區(qū)中要包含300個(gè)或更多個(gè)直徑為2μm或2μm以上的區(qū)域，并且要使透射率從0變至90%，在一個(gè)區(qū)域中的閾值電壓要改變2伏以上。
15.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動一種液晶器件的方法，其特征在于，采用一種與權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)不同的液晶器件。
16.一種液晶器件，其結(jié)構(gòu)特征使其能夠通過一種方法驅(qū)動，這種方法包括以矩陣尋址的方式驅(qū)動某種液晶器件的步驟，所述的某種液晶器件具有一對基片，基片之間填有液晶，液晶內(nèi)包括許多精細(xì)分布的小區(qū)，這些小區(qū)彼此之間的用于轉(zhuǎn)換液晶的閾值電壓不同，其特征在于，在向掃描電極施加尋址信號的同時(shí)，同步地向數(shù)據(jù)電極施加數(shù)據(jù)信號，根據(jù)象素的灰度級對所述數(shù)據(jù)信號的脈沖電壓或脈沖寬度或脈沖電壓和脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。
全文摘要
一種驅(qū)動液晶器件的方法，包括以矩陣尋址方式驅(qū)動一種液晶器件的步驟，所述液晶器件包括位于一對基片之間的液晶，特別是鐵電性液晶，所述液晶中具有一些精細(xì)分布的小區(qū)，這些小區(qū)的用于轉(zhuǎn)換所述液晶的閾值電壓各不相同，所述的方法是包括至少調(diào)制脈沖電壓和脈沖寬度兩者之一的脈沖調(diào)制方法、象素電極分割方法、或時(shí)間積分方法。還要求保護(hù)一種由所述方法中的任何一種驅(qū)動的液晶器件。
文檔編號G02F1/133GK1111757SQ9412018
公開日1995年11月15日 申請日期1994年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月30日
發(fā)明者仁藤散一, 高梨英彥, 安田章夫, 楊映保 申請人:索尼公司