專利名稱：驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法。尤其是，本發(fā)明涉 及這樣一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法，該裝置通常可應(yīng)用于液晶顯
示器(LCD)的各種高性能彩色再現(xiàn)方法或所謂的全色顯示方法(灰 度級(jí)顯示方法，例如，包括模擬灰度級(jí)方法和數(shù)字灰度級(jí)方法，和 彩色技術(shù)，例如，包括彩色濾波技術(shù)或空間彩色顯示技術(shù)，以及時(shí) 分彩色技術(shù)或時(shí)間彩色顯示技術(shù))。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字圖像顯示/處理技術(shù)的發(fā)展，電視圖像顯示代表的圖像 顯示技術(shù)的可應(yīng)用領(lǐng)域范圍已經(jīng)大大地?cái)U(kuò)展了。尤其是，平板顯示器 原則上提供固定數(shù)目的像素，并適合于液晶顯示電視或等離子體顯示 板(PDP)電視，它基本上適合于數(shù)字圖像處理。所以，各種專用的 數(shù)字圖像信號(hào)處理技術(shù)已投放市場(chǎng)。 一般地說，商品化電視顯示器對(duì) 每種彩色給出256個(gè)色調(diào)。然而，人們已提出對(duì)每種彩色顯示1024 個(gè)色調(diào)的方法，且其中一些方法已經(jīng)被付諸實(shí)施。人們要求高清晰度 電視廣播代表的高質(zhì)量圖像顯示器可以提供較高的圖像質(zhì)量。提供大 量灰度級(jí)或色調(diào)是實(shí)現(xiàn)較高圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 (關(guān)于液晶顯示器裝置的背景技術(shù)概述)
如圖1的曲線所示，普通液晶顯示器(LCD)采用的典型灰度級(jí) 顯示方法利用基于光強(qiáng)的液晶顯示器的特征，其中光強(qiáng)取決于有效的 所加電壓值(均方根(rms)電壓)。
理論上，若圖1所示所加電壓的有效值是被精細(xì)和嚴(yán)格地確定 (例如，以2mV為單位)，則在所加電壓達(dá)到4 V的飽和值之前， 可以實(shí)現(xiàn)2000個(gè)色調(diào)。對(duì)于每種彩色，可以再現(xiàn)10比特至11比特 色調(diào)，即，10億個(gè)至80億個(gè)色調(diào)。然而，在實(shí)際上，由于控制加到
薄膜晶體管(TFT)上電壓精度的限制，該晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)每個(gè)像素 的液晶(確定晶體管的電壓值或確定閾值變化的精確度)，并涉及介 電常數(shù)的液晶特征，控制每種彩色為8比特單位的電壓，即，對(duì)于每 種彩色，電壓值的單位是在15 mV至20 mV的范圍內(nèi)。按照控制有 效驅(qū)動(dòng)電壓的普通方法，不可能實(shí)現(xiàn)有足夠大數(shù)目色調(diào)的顯示，對(duì)于 每種彩色，它是用10比特或12比特代表。 (詳細(xì)的背景技術(shù)) 如上所述，僅僅控制有效的所加電壓值，實(shí)際上不能精確地控制
各種色調(diào)。
其他眾所周知的灰度級(jí)顯示方法包括(1 )調(diào)制所加電壓脈沖 的持續(xù)時(shí)間的脈沖寬度調(diào)制方法，(2)多光強(qiáng)分區(qū)控制方法，和(3) 基于誤差擴(kuò)散方法的高頻顫動(dòng)法。
在上述的方法中，脈沖寬度調(diào)制方法是一種有效調(diào)制光強(qiáng)的方 法，它是在每個(gè)子幀時(shí)間內(nèi)，改變接通或關(guān)斷顯示單元的次數(shù)。這種 方法可應(yīng)用于非?？焖夙憫?yīng)于所加電壓的裝置。然而，脈沖寬度調(diào)制 方法不能應(yīng)用于普通的LCD，因?yàn)樵谄胀ǖ腖CD中使用的液晶僅有 低的電光響應(yīng)速度。
此外，多光強(qiáng)分區(qū)控制方法被有效地應(yīng)用于印刷品。然而，在 LCD中采用多光強(qiáng)分區(qū)控制方法時(shí)，原則上，它提供固定數(shù)目的像素， 因此，圖像分辨率的退化是不可避免的。所以，多光強(qiáng)分區(qū)控制方法 與追求高質(zhì)量而增加色調(diào)數(shù)目的方法相抵觸，并使圖像質(zhì)量退化。
此外，高頻顫動(dòng)法是一種根據(jù)每個(gè)顯示幀圖像的內(nèi)容調(diào)制視頻信 號(hào)本身的方法。高頻顫動(dòng)法可以增加色調(diào)的數(shù)目，而不造成分辨率有 很大的退化。然而，當(dāng)高頻顫動(dòng)法應(yīng)用于主要是顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，必 須非?？焖俚赝瓿尚盘?hào)處理。實(shí)際上，利用高頻顫動(dòng)法顯示運(yùn)動(dòng)圖像 是困難的。
因此，必須采用脈沖寬度調(diào)制方法或任何其他類似的方法，但必 須大大提高液晶響應(yīng)所加信號(hào)的響應(yīng)速度，為的是顯示大量的色調(diào)， 對(duì)于LCD上的每種顏色，該色調(diào)是用10比特或大于10比特表示。
其他的可能性是非常小的。
(相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)狀況)
一般地說，適合于LCD的全色再現(xiàn)顯示器或所謂全色顯示器的 灰度級(jí)顯示方法包括模擬灰度級(jí)方法和數(shù)字灰度級(jí)方法。彩色技術(shù) 包括彩色濾波技術(shù)(或空間彩色顯示技術(shù))和時(shí)分彩色技術(shù)(時(shí)間 彩色顯示技術(shù))。以下描述這些方法和技術(shù)。 (灰度級(jí)顯示方法)
釆用扭轉(zhuǎn)向列模式的扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器(LCD)的電光響應(yīng) 是LCD廣泛采用的顯示器原理，以下基于光強(qiáng)與所加電壓的有效值 之間的關(guān)系進(jìn)行討論。如圖2中的曲線所示，光強(qiáng)隨所加電壓的有效 值的變化而連續(xù)地變化。
利用所加電壓的有效值的變化，可以確定光強(qiáng)的變化。若指定某 個(gè)電壓值，則可以唯一地確定其光強(qiáng)。換句話說，可以實(shí)現(xiàn)沒有造成 滯后現(xiàn)象的顯示。在扭轉(zhuǎn)向列型LCD中，通過改變加到LCD板上的 有效電壓值，可以實(shí)現(xiàn)任何半色調(diào)的顯示，即，模擬灰度級(jí)顯示。
另一方面，對(duì)于快速響應(yīng)所加電壓的鐵電液晶顯示器(LCD)而 言，如圖3中的曲線所示，光強(qiáng)與所加電壓的極性有關(guān)。在這種情況 下，光強(qiáng)的變化與所加電壓的強(qiáng)度無關(guān)。對(duì)比度完全取決于所加電壓 的極性。因此，在鐵電LCD中，與扭轉(zhuǎn)向列型LCD不同，基于所加 電壓的有效值，不能控制灰度級(jí)顯示，而采用所謂的脈沖寬度調(diào)制方 法，它可以使鐵電LCD具有最快速的響應(yīng)特征。
(彩色顯示技術(shù))
關(guān)于彩色顯示技術(shù)，通常廣泛采用的方法利用微彩色濾波器。按 照這個(gè)方法，從圖4的示意圖中可以看出，在LCD中的一個(gè)像素位 置至少被分成三個(gè)子像素位置，而每個(gè)子像素位置具有紅，藍(lán)，和綠 彩色濾波器。位于每個(gè)子像素位置上的液晶按照光學(xué)方式接通或關(guān)斷 發(fā)射白光的連續(xù)閃爍后照光，從而實(shí)現(xiàn)空分彩色顯示。此時(shí)，如上所 述，通過調(diào)節(jié)電壓或脈沖寬度，可以連續(xù)地控制被發(fā)射的光量。因此， 原則上可以顯示任何的彩色。
與此對(duì)比，時(shí)分彩色技術(shù)是一種時(shí)分彩色顯示方法，按照這種方
法，從圖5包含的曲線和示意圖中可以看出， 一個(gè)像素位置負(fù)責(zé)一個(gè) 像素，以及快速和按照光學(xué)方式交換像素位置以實(shí)現(xiàn)彩色顯示。 一般 地說，快速響應(yīng)的液晶顯示器裝置是與紅光，藍(lán)光，和綠光LED組 合使用的。快速響應(yīng)的液晶顯示器裝置控制這些作為光源的LED，并 與每個(gè)LED的光發(fā)射同步。
人們要求在上述LED中實(shí)現(xiàn)的所謂全色顯示能夠高保真地再現(xiàn) 彩色，以及最近快速普及的平板顯示。具體地說，為了顯示電視圖像 代表的圖像，人們要求高的圖像質(zhì)量和高的彩色保真度，如同凹版印 刷要求的那種高保真度。即，普通LCD實(shí)現(xiàn)的全色顯示是256個(gè)灰 度級(jí)的顯示或256個(gè)色調(diào)的顯示，而通過凹版印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)的全色顯 示可以顯示512， 1024或2048個(gè)色調(diào)。 (相關(guān)技術(shù)需要解決的問題)
以下描述上述彩色顯示方法試圖滿足高圖像質(zhì)量和高彩色再現(xiàn) 保真度的幾個(gè)問題。
(模擬灰度級(jí)方法)
包括扭轉(zhuǎn)向列型LCD的各種LCD與其他類型平板顯示器比較 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用較低的驅(qū)動(dòng)電壓。特別是對(duì)于要求實(shí)現(xiàn)高分辨率顯 示的電視或利用電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備顯示器，低電壓驅(qū)動(dòng)在降低驅(qū)動(dòng) 器成本或低功率消耗方面是有利的。
在通過控制所加電壓的有效值以實(shí)現(xiàn)模擬灰度級(jí)顯示時(shí)，由于驅(qū) 動(dòng)電壓是低電壓，必須高精度地控制所加的電壓，不管顯示多少個(gè)色 調(diào)。例如，假設(shè)電壓的飽和值是2.5 V，必須控制所加電壓的單位為 2.5 V/256=9.76 mV，為的是顯示256個(gè)色調(diào)中的每個(gè)色調(diào)。因此，在 采用1024個(gè)灰度級(jí)時(shí)，必須控制每個(gè)色調(diào)顯示的單位為2.44 mV。雖 然可以大大減輕驅(qū)動(dòng)器LSI所加電壓的漂移，但是，通常很難控制單 位為幾個(gè)毫伏的所加電壓。
此外，假設(shè)液晶顯示器板在整個(gè)表面上是均勻的，我們可以計(jì)算 控制所加電壓的單位。由于從生產(chǎn)率中得到的限制，實(shí)際上必須允許
在批量生產(chǎn)的各個(gè)LCD板之間存在某些差別。因此，實(shí)際上，我們 所說的可控模擬顯示被限制于至多顯示256個(gè)色調(diào)。 (數(shù)字灰度級(jí)方法)
包括脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的灰度級(jí)顯示方法原則上可以適合于在 鐵電液晶顯示器等中實(shí)施的快速響應(yīng)液晶顯示技術(shù)。在描述基于脈沖 寬度調(diào)制技術(shù)的灰度級(jí)顯示時(shí)，例如，釆用的典型幀頻是60Hz。
在相當(dāng)于60Hz周期內(nèi)確定8個(gè)顯示周期，即，16.7 ms。此時(shí)， 輝光的亮度(或在顯示周期內(nèi)達(dá)到的亮度)保持恒定。由于光的發(fā)射 時(shí)間是各不相同的，在1幀時(shí)間內(nèi)達(dá)到的累積亮度是變化的。圖6中 的曲線指出相當(dāng)于多個(gè)子幀的光發(fā)射時(shí)間的具體例子。從圖6中可以 看出，假設(shè)16.7 ms的顯示周期被分割成8個(gè)子幀的時(shí)間塊，當(dāng)組合 成l幀的多個(gè)時(shí)間塊變化時(shí)，即使輝光的亮度是恒定的，但累積的亮 度是變化的。因此，可以實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示。
為了組合各個(gè)子幀以實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示，必須清楚地區(qū)分在各自子 幀期間發(fā)生的輝光亮度等級(jí)。所以，液晶所要求的接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí) 間必須足夠地短。例如，我們假設(shè)16.7 ms的顯示周期被分割成8個(gè) 時(shí)間塊l， 2， 4， 8， 16， 32, 64，和128，并組合其他的一些時(shí)間塊 以產(chǎn)生256個(gè)色調(diào)(用8比特表示)。在這種情況下，在時(shí)間塊l內(nèi) 花費(fèi)的接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間之和必須等于或小于130 ns (=16.7 ms/128)。
對(duì)于鐵電液晶顯示器，在溫度等于或高于室溫環(huán)境的某些情況 下，據(jù)報(bào)道可以確保以上的響應(yīng)時(shí)間。然而，在溫度等于或低于室溫 的環(huán)境下，響應(yīng)時(shí)間大大地超過130 ns。因此，在實(shí)際溫度值的范圍 內(nèi)，驅(qū)動(dòng)鐵電液晶是非常困難的。
與此對(duì)比，在釆用數(shù)字灰度級(jí)以及在TFT-LCD中實(shí)施有源矩陣 顯示技術(shù)的條件下，人們提出在16.7ms的l幀時(shí)間內(nèi)連續(xù)控制接通 時(shí)間的技術(shù)，并付諸實(shí)施。具體地說，液晶顯示器中每
在采用圖7中曲線所示的技術(shù)時(shí)，只要液晶的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 16.7 ms，并可以在足夠短的時(shí)間內(nèi)控制有源薄膜晶體管的響應(yīng)時(shí)間， 就可以再現(xiàn)1024個(gè)色調(diào)。然而，對(duì)于采用向列型液晶的幾乎所有眾 所周知的LCD而言，典型液晶的響應(yīng)時(shí)間約為10ms。為了在剩余的 6.7 ms時(shí)間內(nèi)的1024個(gè)臺(tái)階上控制液晶的接通時(shí)間，必須在約6.5 ps 時(shí)間內(nèi)控制每種色調(diào)。
一般地說，液晶的響應(yīng)時(shí)間是隨環(huán)境溫度的下降而變得較長。當(dāng) 環(huán)境溫度約為10°C時(shí)，與每種色調(diào)相關(guān)的薄膜晶體管的接通時(shí)間是 幾十納秒。采用單晶硅的LCD或利用高溫多晶硅TFT的LCD可以 達(dá)到的接通時(shí)間為幾十納秒。然而，利用低溫多晶硅TFT或非晶態(tài) 硅TFT的LCD達(dá)到這種接通時(shí)間是困難的。
尤其是，在大規(guī)模直視式TFT-LCD中采用TFT而不是非晶態(tài) 硅TFT的情況下，從制造成本上考慮大概是很困難的。實(shí)際上，在l 幀內(nèi)連續(xù)控制接通時(shí)間的數(shù)字灰度級(jí)顯示方法適合于大規(guī)模直視式 LCD是困難的，特別是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量運(yùn)動(dòng)圖像的顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法，該方 法能夠解決在上述現(xiàn)有技術(shù)中遇到的問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法，該 方法能夠在短的時(shí)間周期內(nèi)(例如，約150微秒)作出電光響應(yīng)和能 夠根據(jù)所加的電壓連續(xù)地顯示各種色調(diào)。
按照本發(fā)明，提供一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法，該裝置包括 至少 一對(duì)基片和設(shè)置在該對(duì)基片之間的液晶材料。
驅(qū)動(dòng)方法是這樣的，改變?cè)诩拥揭壕э@示器裝置上的電壓脈沖的 持續(xù)時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的電壓增長率，為的是連續(xù)地控制該液晶顯示器裝 置透射的光量，因此，可以顯示各種色調(diào)。
在按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，例如，在釆用極化屏蔽的層列液晶 顯示器時(shí)，該顯示器能夠快速響應(yīng)所加的電壓，除了根據(jù)所加電壓的 有效值改變光強(qiáng)的常規(guī)方法以外，若采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)和根據(jù)極
化屏蔽的層列液晶顯示器的電光響應(yīng)特征改變光強(qiáng)的技術(shù)，則對(duì)于每
種彩色，可以顯示10比特或大于10比特代表的大量色調(diào)。
最好是，例如，本發(fā)明可以在本發(fā)明者等人建議的極化屏蔽的層
列(smectic)液晶顯示器裝置(PSS-LCD )中實(shí)施(關(guān)于PSS-LCD 的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參照US Patent No. 2004-196428 )。
按照在PSS-LCD中實(shí)施的本發(fā)明的一個(gè)特征，可以在150微秒 時(shí)間內(nèi)作出電光響應(yīng)，并可以才艮據(jù)所加的電壓連續(xù)地顯示各種色調(diào)。
如上所述，即使達(dá)到150 iis的響應(yīng)時(shí)間，僅僅利用樂^沖寬度調(diào) 制，對(duì)于每種彩色，不能再現(xiàn)10比特或大于10比特代表的色調(diào)。即 使在顯示每種彩色的8比特代表的色調(diào)時(shí)，要求在寬的溫度范圍內(nèi)， 在130 ps或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)作出快速響應(yīng)。因此，可以在約150ps 的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地作出快速響應(yīng)時(shí)，若要求每種彩色顯示10比特或大 于10比特代表的大量色調(diào)，則一些常規(guī)采用的技術(shù)不能滿足這種要 求。
與此對(duì)比，按照本發(fā)明，如上所述，可以在150 jis的時(shí)間內(nèi)作 出電光響應(yīng)，并可以根據(jù)所加餓電壓連續(xù)地顯示各種色調(diào)。
根據(jù)以下給出的詳細(xì)描述，可以理解本發(fā)明的更多應(yīng)用范圍。然 而，應(yīng)當(dāng)明白，詳細(xì)的描述和具體的例子是說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例， 它僅僅是通過舉例給予說明，根據(jù)這個(gè)詳細(xì)的描述，專業(yè)人員容易理 解在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所作的各種變化和改動(dòng)。


圖1是適合于普通液晶顯示器(LCD)的通用灰度級(jí)顯示方法的 曲線圖。
圖2是普通扭轉(zhuǎn)向列型LCD的電光響應(yīng)的曲線圖。 圖3是在普通鐵電液晶顯示器(FLCD)中觀察到所加電壓的極 性與光強(qiáng)之間關(guān)系的典型曲線圖。
圖4是利用普通的微彩色濾波器實(shí)現(xiàn)彩色顯示的說明圖。 圖5是用于解釋普通時(shí)分彩色顯示方法的曲線和說明圖。 圖6是基于普通脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的灰度級(jí)方法的曲線圖。
圖7是在1幀內(nèi)連續(xù)控制光發(fā)射時(shí)間的普通數(shù)字灰度級(jí)方法的曲線圖。
圖8是四極子動(dòng)量與響應(yīng)速度之間關(guān)系的示意圖。
圖9是適合于本發(fā)明的精確灰度級(jí)控制技術(shù)的原理曲線圖，它是 基于控制1幀內(nèi)的接通時(shí)間所發(fā)射的累積光量。
圖10是一種至少在兩個(gè)時(shí)刻使電壓加到接通狀態(tài)的方法的示意 曲線圖，該方法可以適合于本發(fā)明。
圖ll是釆用dV/dt控制方法的PSS-LCD所要求的光響應(yīng)時(shí)間的 概念解釋圖，該方法可以適合于本發(fā)明。
圖12是在本發(fā)明實(shí)施例中觀察到的一個(gè)典型現(xiàn)象的曲線圖，其 中響應(yīng)特征是隨dV/dt值的變化而連續(xù)地變化。
圖13是在本發(fā)明實(shí)施例中觀察到的另一個(gè)典型現(xiàn)象的曲線圖， 其中響應(yīng)特征是隨dV/dt值的變化而連續(xù)地變化。
圖14是在本發(fā)明實(shí)施例中觀察到的另一個(gè)典型現(xiàn)象的曲線圖， 其中響應(yīng)特征是隨dV/dt值的變化而連續(xù)地變化。
圖15是在本發(fā)明實(shí)施例中觀察到的另一個(gè)典型現(xiàn)象的曲線圖， 其中響應(yīng)特征是隨dV/dt值的變化而連續(xù)地變化。
圖16是總結(jié)圖12至15中所示曲線的曲線圖。
圖17是PSS-LCD板透射的光量與時(shí)間關(guān)系(響應(yīng)特征)的測(cè) 量結(jié)果曲線圖，它用于本發(fā)明的實(shí)施例。
圖18是PSS-LCD板透射的光量與時(shí)間關(guān)系(響應(yīng)特征)的測(cè) 量結(jié)果曲線圖，它用于本發(fā)明的實(shí)施例。
圖19是初始的分子構(gòu)型和PSS-LCD在所加電壓下的分子構(gòu)型 的示意圖。
圖20是PSS-LC分子設(shè)置的配位圖例子。 圖21是層列液晶相對(duì)于層列層的分子傾斜角例子。 圖22是SSFLCD和PSS-LCD的介電性質(zhì)的例子。 圖23是PSS-LCD的光響應(yīng)的例子。
圖2 4是在本發(fā)明中所用預(yù)設(shè)的液晶分子對(duì)準(zhǔn)方向的設(shè)計(jì)例子。
圖25是在各向同性相下的"黑暗"狀態(tài)的例子。
圖26是"黑暗"狀態(tài)的另一個(gè)例子，其中預(yù)設(shè)的液晶分子對(duì)準(zhǔn)方 向與偏振器方向平行。
圖27是"光泄漏"狀態(tài)的一個(gè)例子，其中液晶板被旋轉(zhuǎn)，和入射 的線偏振光改變它的偏振方向。
圖28是有層結(jié)構(gòu)的層列A相的液晶分子構(gòu)型的例子。
圖29是在旋轉(zhuǎn)液晶板時(shí)層列A相的"光泄漏"狀態(tài)的例子。
圖30表示具有層列C相或手征性層列C相的普通層列液晶的例 子，取決于它的非手征性或手征性。
圖31表示PSS相的光透射率情況的例子，它與層列A相的光透 射率大致相同。
圖32表示傾斜角隨環(huán)境溫度的減小而逐漸增大的狀態(tài)例子。 圖33是在普通層列C相與PSS-LC相之間n導(dǎo)向偶極子方向差
的一個(gè)例子，其中說明液晶板在正交尼科爾棱鏡下旋轉(zhuǎn)的光強(qiáng)與溫度
的關(guān)系。
圖34是在普通層列C相與PSS-LC相之間n導(dǎo)向偶極子方向差 的另 一個(gè)例子，其中說明液晶板在正交尼科爾棱鏡下旋轉(zhuǎn)的光強(qiáng)與溫 度的關(guān)系。
圖35是PSS-LCD的典型V-T(電壓與透射率關(guān)系)曲線，其中 與PSS-LCD所加電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系給出模擬響應(yīng)。
圖36是普通層列C相或手征性層列C相的典型V-T曲線的示 意圖，其中V-T曲線展示滯后現(xiàn)象。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。在以下的描述中，代表定量 比例或比率的"％"和"幾分之幾，，是基于質(zhì)量的比例或比率，除非另有 具體的說明。
(驅(qū)動(dòng)液晶顯示器裝置的方法)
本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)液晶裝置的方法，該裝置包括至少一對(duì)基 片和設(shè)置在該對(duì)基片之間的液晶材料。按照本發(fā)明，改變?cè)陔妷好}沖
加到液晶顯示器裝置上的持續(xù)時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的電壓增長率，為的是連 續(xù)地控制該液晶顯示器裝置透射的光量，因此，可以顯示各種色調(diào)。 (優(yōu)選的加脈沖方法) 按照本發(fā)明，最好是，例如，可以加以下描述的電壓脈沖到液晶 顯示器裝置。
(1) 優(yōu)選的波形梯形波。該波形說明，電壓是以可變 的時(shí)間導(dǎo)數(shù)上升的。
(2) 優(yōu)選的脈沖寬度范圍或脈沖持續(xù)時(shí)間它取決于幀 頻。假設(shè)幀頻是60 Hz，脈沖寬度的最大值是16.7 ms,而其最 小值相當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí)間(例如，100 |us)，液晶在此時(shí)間內(nèi) 可以響應(yīng)于所加的電壓。
(3) 脈沖持續(xù)時(shí)間的最大值是16.7 ms，而其最小值相 當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí)間(例如，100 |is)，液晶在此時(shí)間內(nèi)可以響 應(yīng)于所加的電壓。
(本發(fā)明的模式)
本發(fā)明可以在以下描述的各種模式下實(shí)現(xiàn)。 (第一模式)
在第一模式下，液晶顯示器裝置在1幀內(nèi)透射的最大光量保持恒 定，而改變?cè)诩拥揭壕э@示器裝置上的電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)所達(dá)到 的電壓增長率，為的是連續(xù)地控制該液晶顯示器裝置透射的累積光 量。因此，可以顯示各種色調(diào)。 (優(yōu)選的加脈沖方法)
在第一模式下，最好是，可以加以下描述的電壓脈沖到液晶顯示 器裝置。
(1) 優(yōu)選的波形梯形波。該波形表示，電壓是以可變 的時(shí)間導(dǎo)數(shù)上升的。
(2) 優(yōu)選的脈沖寬度范圍或脈沖持續(xù)時(shí)間它取決于幀 頻。假設(shè)幀頻是60 Hz,則脈沖寬度的最大值是16.7 ms,而其 最小值相當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí)間(例如，100 ns)，液晶在此時(shí)間
內(nèi)可以響應(yīng)于所加的電壓。
(3)脈沖持續(xù)時(shí)間的最大值是16.7 ms，而其最小值相 當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí)間(例如，100 |is),液晶在此時(shí)間內(nèi)可以響 應(yīng)于所加電壓。 (第二模式)
在第二模式下，改變?cè)陔妷好}沖加到液晶顯示器裝置的持續(xù)時(shí)間 內(nèi)達(dá)到的電壓峰值，為的是連續(xù)地控制該液晶顯示器裝置透射的光 量，因此，可以顯示各種色調(diào)。 (優(yōu)選的加脈沖方法)
在第二模式下，最好是，可以加以下描述的電壓脈沖到液晶顯示
器裝置。
(1)優(yōu)選的脈沖形狀它類似于在普通扭轉(zhuǎn)向列型 (TN)液晶顯示器(LCD)中采用的電壓波形。所加電壓的波 形表示電壓峰值的變化。改變電壓的峰值是為了改變液晶顯示板 透射的光量。
(2 ) 優(yōu)選的脈沖寬度范圍或脈沖持續(xù)時(shí)間 在此模式下，利用所加電壓的有效值確定液晶顯示板透射 的光量。通常，可以采用最簡單的矩形波。與包含扭轉(zhuǎn)向列型 LCD的普通LCD不同，在PSS-LCD中，液晶的光響應(yīng)是非常 慢。所以，脈沖持續(xù)時(shí)間可以等于或大于PSS-LCD正常響應(yīng)于 所加電壓的最短時(shí)間，即，100 ns，并可以落在由幀頻確定的時(shí) 間內(nèi)(例如，當(dāng)幀頻是60Hz時(shí)，它是16.7ms或更短) (3) 脈沖持續(xù)時(shí)間
在第二模式下，脈沖持續(xù)時(shí)間落在與(2)中所描述的優(yōu)選的脈 沖寬度范圍或脈沖持續(xù)時(shí)間相同的范圍內(nèi)。 (第三模式)
在第三模式下，改變?cè)诩拥揭壕э@示器裝置上的電壓脈沖的持續(xù) 時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的電壓峰值，為的是連續(xù)地控制該液晶顯示器裝置透射 的光量，因此，可以顯示各種色調(diào)。(優(yōu)選的加脈沖方法) 在第三模式下，最好是，可以加以下描述的電壓脈沖到液晶顯示 器裝置。
(1) 優(yōu)選的脈沖形狀至少有兩個(gè)臺(tái)階的梯形波。該波 形表示，電壓是以在兩個(gè)數(shù)值之間變化的時(shí)間導(dǎo)數(shù)逐步上升的。
(2) 優(yōu)選的脈沖寬度范圍或脈沖持續(xù)時(shí)間它取決于幀 頻。假設(shè)幀頻是60Hz，在第一臺(tái)階和第二臺(tái)階之后上升的電壓 脈沖寬度的最大值是16.7 ms，而其最小值相當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí) 間(例如，100 ps)，液晶在此最短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)可以響應(yīng)于所 加的電壓。若幀頻是高的，則脈沖寬度的最大值相當(dāng)于利用該幀 頻確定的全部幀間時(shí)間，而其最小值相當(dāng)于最短的響應(yīng)時(shí)間(例 如，100 ps)，液晶在此時(shí)間內(nèi)可以響應(yīng)于所加的電壓。
(3) 在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到的優(yōu)選電壓增長率的范圍 它取決于脈沖具有的臺(tái)階數(shù)目和幀頻。例如，假設(shè)脈沖具有三個(gè) 臺(tái)階和幀頻是60Hz,則電壓按時(shí)序增長率(dv/dt)的最大值在 理論上是無限大(如果電壓是逐步上升的)。最小的電壓增長率 是把最大的所加電壓值除以5.8 ms計(jì)算得到的電壓增長率
(dv/dt=Vmax/5.8 ms ),即，它是17.6 ms除以3的商。 (第四模式)
在第四模式下，改變?cè)陔妷好}沖加到液晶顯示器裝置的持續(xù)時(shí)間 內(nèi)達(dá)到的電壓增長率和電壓的峰值，為的是連續(xù)地控制被液晶顯示器 裝置透射的光量，因此，可以顯示各種色調(diào)。 (優(yōu)選的加脈沖方法)
在第四模式下，最好是，可以加以下描述的電壓脈沖到液晶顯示
器裝置。
(1)在第四模式下，可以采用在第一個(gè)實(shí)施例和第二個(gè) 實(shí)施例中所用波形組合的波。 (液晶顯示器裝置) 按照本發(fā)明驅(qū)動(dòng)方法適應(yīng)的液晶顯示器裝置不局限于任何具體
的顯示器裝置。從高彩色再現(xiàn)保真度的觀點(diǎn)考慮，最好是，液晶顯示
器裝置可以是PSS-LCD (極化屏蔽的層列液晶顯示器裝置)。 (PSS-LCD的細(xì)節(jié)) (液晶裝置)
按照本發(fā)明的液晶裝置包括至少一對(duì)基片；和設(shè)置在該對(duì)基片 之間的層列相液晶材料。 (第一個(gè)實(shí)施例)
在本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，最好是，液晶裝置可以包括 至少一對(duì)基片；和設(shè)置在該對(duì)基片之間的層列相液晶材料，其中層列 相液晶材料的分子長軸或n-導(dǎo)向偶極子作為體材料有相對(duì)于層法線 的傾斜角，和層列相液晶材料的分子長軸與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向平行對(duì) 準(zhǔn)，從而得到它的長軸層法線。 (與層法線的分子傾斜)
利用檢偏器和偏振器被設(shè)置成正交尼科爾棱鏡的偏振顯微鏡，可 以測(cè)量液晶分子方向(n-導(dǎo)向偶極子)。若n-導(dǎo)向偶極子與層法線對(duì) 準(zhǔn)，則在正交尼科爾棱鏡設(shè)置下，通過液晶板的光透射率是最小值或 具有消光角，如果預(yù)設(shè)的分子對(duì)準(zhǔn)方向與檢偏器的吸收角匹配。若n-導(dǎo)向偶極子沒有與層法線對(duì)準(zhǔn)，它有相對(duì)于層法線的傾斜角，則在正 交尼科爾棱鏡設(shè)置下，通過液晶板的光透射率不是最小值或沒有消光 角。
(第二個(gè)實(shí)施例)
在本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，最好是，液晶裝置可以包括 至少一對(duì)基片；和設(shè)置在該對(duì)基片之間的層列相液晶材料，其中層列 相液晶材料的分子長軸或n-導(dǎo)向偶極子作為體材料有相對(duì)于層法線 的傾斜角，且該液晶裝置具有消光角以及初始的預(yù)設(shè)對(duì)準(zhǔn)方向。 (消光角的確認(rèn))
利用以下的方法，可以確認(rèn)液晶裝置的上述消光角。 在檢偏器和偏振器被設(shè)置成正交尼科爾棱鏡的偏振顯微鏡下，按 照以下的方法，可以容易地檢測(cè)液晶分子的n-導(dǎo)向偶極子的方向。在 偏振顯微鏡的e平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)液晶板。通過該液晶板的光是旋轉(zhuǎn)角的函 數(shù)。若光的輸出具有最小值，則給出最小光的角度是消光角。若光的 輸出沒有最小值，則非最小光輸出給出的角度不是消光角。 (第三個(gè)實(shí)施例)
在本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，最好是，液晶裝置可以包括 至少一對(duì)基片；和設(shè)置在該對(duì)基片之間的層列相液晶材料，對(duì)準(zhǔn)其分
子長軸的層列相液晶材料作為體材料有相對(duì)于層法線的傾斜角，其中 基片的表面有足夠強(qiáng)的方位錨定能，可以使層列相液晶材料的分子長 軸與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向平行對(duì)準(zhǔn)，從而使它的分子長軸與其層垂直。
(足夠強(qiáng)的方位錯(cuò)定能(anchoring energy )的確i人) 在本發(fā)明中，通過確認(rèn)層列相液晶材料的分子長軸與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn) 方向平行對(duì)準(zhǔn)，從而使它的分子長軸與其層垂直，可以確認(rèn)上述足夠 強(qiáng)的方位錨定能。利用以下的方法可以實(shí)現(xiàn)這種確認(rèn)。
一般地說，利用所謂的晶體旋轉(zhuǎn)方法，可以測(cè)量方位錨定能。這 種方法是在 Y. Saitoh and A. Lien:"An Improved Azimuthal Anchoring Energy Measurement Method Using Liquid Crystal with Different Chiralities", Journal of Japanese Applied Physics Vol.39 ， pp.1793 (2000)中描述的。從幾個(gè)設(shè)備公司中可以購買到這種測(cè)量系 統(tǒng)。此處，具體地說，按照以下所述可以非常容易地確認(rèn)足夠強(qiáng)的方 位錨定能。"足夠強(qiáng)的方位錨定能"的意義是，得到液晶分子的n導(dǎo)向 偶極子與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)是最必需的，其中利用這樣的液晶分 子，其n導(dǎo)向偶極子通常對(duì)準(zhǔn)與層法線形成的某個(gè)傾斜角。所以，若 制備的表面成功地對(duì)準(zhǔn)液晶的n導(dǎo)向偶極子與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向，則它 意味著"足夠強(qiáng)的"錨定能。 (液晶材料)
在本發(fā)明中我們利用層列相液晶材料。此處，"層列相液晶材料" 是指能夠具有層列相的液晶材料。因此，只要它可以具有層列相，可 以沒有限制地使用該液晶材料。 (優(yōu)選的液晶材料)
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是利用有以下電容性質(zhì)的液晶材料。 (電容性質(zhì))
雖然PSS-LCD利用層列相液晶材料，由于它是從四極子動(dòng)量建 立的預(yù)期感應(yīng)極化源，與普通LCD比較，每個(gè)LCD上的像素電容是 足夠地小。這種在每個(gè)像素上的小電容不要求TFT設(shè)計(jì)的任何具體 變化。在TFT中的主要設(shè)計(jì)問題是它所需的電子遷移率，和保持高 孔徑比的電容。所以，若新的LCD驅(qū)動(dòng)模式要求較大的電容，則要 求TFT有重要的設(shè)計(jì)變化，這從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上考慮都是不容易的。 PSS-LCD的一個(gè)最重要優(yōu)點(diǎn)是它作為體液晶電容有較小的電容。所 以，若PSS-LC材料用作透射型LCD,則它的像素電容幾乎是普通向 列基LCD電容的一半至三分之一。若PSS-LCD用作反射型LCD, 例如，LCoS顯示器，則它的像素電容幾乎與透射型向列基LCD電容 相同，而且，它幾乎是反射型普通向列基LCD電容的一半至三分之
(測(cè)量電容性質(zhì)的方法)
通常利用以下描述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量LCD的像素電容。
液晶裝置手冊(cè)隱kanKogyo，曰文，Chapter 2， Section 2.2: pp. 70，液晶性質(zhì)的測(cè)量方法。
在偏振器與檢偏器之間插入需要研究的液晶板，偏振器和檢偏器 被安排成正交尼科爾棱鏡的關(guān)系，在旋轉(zhuǎn)液晶板的同時(shí)，測(cè)定提供最 小光量的透射光的角度。如此測(cè)定的角度是消光位置的角度。 (有優(yōu)選性質(zhì)的液晶材料)
在本發(fā)明中，需要利用屬于最小對(duì)稱群的液晶材料。從液晶材料 觀點(diǎn)的PSS-LCD性能要求是增強(qiáng)液晶裝置中的四極子動(dòng)量。所以， 使用的液晶分子必須有最小對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)。正確的分子結(jié)構(gòu)取決于 作為最終裝置的所需性能。若最終裝置是用于移動(dòng)顯示設(shè)備，則與較 大的LC板顯示應(yīng)用比較，相當(dāng)?shù)偷恼扯仁歉又匾?，因此，?yōu)選的 是具有較小分子量的分子。然而，較低的粘度是混合物的總性質(zhì)。有 時(shí)，混合物的粘度不是由每種分子成分確定，而是由分子間的相互作用確定。甚至光學(xué)性能要求也是與應(yīng)用有關(guān)，例如，雙折射。所以，
液晶材料中最大和唯一的要求是它具有最小的對(duì)稱性或在層列液晶
分子中有最不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)。
(優(yōu)選液晶材料的具體例子) 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是利用選自以下液晶材料的液晶材料。當(dāng)然， 根據(jù)需要，這些液晶材料可以用作兩種或多種材料的組合或混合。在
本發(fā)明中使用的層列液晶材料可以選自以下材料構(gòu)成的組層列C相 材料，層列I相材料，層列H相材料，手征性層列C相材料，手征性 層列I相材料，手征性層列H相材料。
本發(fā)明中可以使用的層列液晶材料的具體例子可以包括以下的 化合物或材料
(預(yù)傾斜角)
最好是，構(gòu)成按照本發(fā)明液晶裝置的基片表面可以具有相對(duì)于被 填充液晶材料的預(yù)傾斜角，該角度不大于5度，更好的是不大于3度， 最好是不大于2度。利用以下的方法，可以確定相對(duì)于被填充液晶材 料的預(yù)傾斜角。
一般地說，在LCD裝置中使用的預(yù)傾斜角測(cè)量方法是流行的所 謂晶體旋轉(zhuǎn)法，且測(cè)量系統(tǒng)是商品化系統(tǒng)。然而，此處所需的預(yù)傾斜
角不是用于向列型液晶材料，而是用于具有層結(jié)構(gòu)的層列液晶材料。 所以，預(yù)傾斜角的科學(xué)定義不同于無層液晶材料的科學(xué)定義。
對(duì)本發(fā)明預(yù)傾斜角的要求是用于穩(wěn)定方位錨定能。預(yù)傾斜角的最 重要特征實(shí)際上不是它的角度，而是方位錨定能的穩(wěn)定。只要預(yù)傾斜 角不與方位錨定能發(fā)生沖突，則較高的預(yù)傾斜角是可接受的。至今， 在實(shí)驗(yàn)上，當(dāng)前的對(duì)準(zhǔn)層建議使用較低的預(yù)傾斜角以穩(wěn)定優(yōu)選的分子 對(duì)準(zhǔn)。然而，沒有具體的科學(xué)理論可以否定較高的預(yù)傾斜角要求。預(yù)
傾斜角的最重要特征是提供足夠穩(wěn)定的PSS-LCD分子對(duì)準(zhǔn)。
出售的大部分商品化聚合物基對(duì)準(zhǔn)材料具有預(yù)傾斜角的數(shù)據(jù)。若
預(yù)傾斜角是未知的，則利用晶體旋轉(zhuǎn)法可以測(cè)量該數(shù)值，它可以作為
特定單元條件的代表性預(yù)傾斜角。 (提供錨定能)
提供錨定能的方法沒有具體的限制，只要該方法可以提供足夠強(qiáng) 的方位錨定能，它使層列液晶材料的分子長軸與預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向平行 對(duì)準(zhǔn)，從而使它的分子長軸與其層垂直。例如，該方法的具體例子可 以包括聚合物層的機(jī)械拋光；聚合物層的上表面被偏振的UV光 曝光；金屬氧化物的斜向蒸鍍；等等。在提供錨定能的這些方法中， 可以參照文件液晶裝置手冊(cè)，Nikkan Kogyo，日文，Chapter 2， Section 2.1, 2.1.4: pp.40,和2.1.5: pp. 47。
在金屬氧化物的斜向蒸鍍的情況下，最好是，斜向蒸鍍角不小于 70度，更好的是不小于75度，最好是不小于80度。 (測(cè)量液晶分子的分子初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的方法)
一般地說，液晶分子的主軸與光軸是很好對(duì)準(zhǔn)的。所以，當(dāng)液晶 板放置在正交尼科爾棱鏡裝置中時(shí)，其中偏振器被設(shè)置成與檢偏器垂 直，若液晶的光軸與檢偏器的吸收軸是很好對(duì)準(zhǔn)的，則透射光的強(qiáng)度 變成最小?？梢源_定初始對(duì)準(zhǔn)軸的方向，其方法是，在正交尼科爾棱 鏡裝置中旋轉(zhuǎn)液晶板，與此同時(shí)，測(cè)量透射光的強(qiáng)度，從而可以確定 形成最小透射光強(qiáng)度的角度。
(測(cè)量液晶分子主軸方向與對(duì)準(zhǔn)處理方向的平行度的方法)
拋光方向是由被設(shè)定的角度確定，而拋光形成的聚合物對(duì)準(zhǔn)薄膜 最外層的慢光軸是由聚合物對(duì)準(zhǔn)薄膜的種類，制作薄膜的過程，拋光 強(qiáng)度等確定。所以，當(dāng)消光位置是與慢光軸的方向平行時(shí)，可以確認(rèn) 分子主軸(即，分子的光軸)是與慢光軸的方向平行。 (基片)
在本發(fā)明中可使用的基片沒有具體的限制，只要它可以提供上述 特定的"分子初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)"。換句話說，在本發(fā)明中，從LCD的使
用或應(yīng)用，其材料和尺寸等觀點(diǎn)考慮，可以正確地選取合適的基片。 在本發(fā)明中可使用的具體例子是以下所述。
玻璃基片，在該基片上有制成圖形的透明電極(例如，ITO)
非晶態(tài)硅TFT陣列基片
低溫多晶硅TFT陣列基片
高溫多晶硅TFT陣列基片
單晶硅TFT陣列基片。
(優(yōu)選基片的例子) 在這些例子中，在本發(fā)明應(yīng)用于大規(guī)模液晶顯示板的情況下，優(yōu) 選的是利用以下的基片。
非晶態(tài)硅TFT陣列基片
(對(duì)準(zhǔn)薄膜)
按照本發(fā)明，在本發(fā)明中可使用的基片沒有具體的限制，只要它 可以提供上述的傾斜角等性質(zhì)。換句話說，在本發(fā)明中，可以從物理 性質(zhì)，電或顯示性能等觀點(diǎn)考慮，正確地選取合適的對(duì)準(zhǔn)薄膜。 一般 地說，例如，本發(fā)明可以利用在出版物中舉例說明的各種對(duì)準(zhǔn)薄膜。 在本發(fā)明中可以使用的這種對(duì)準(zhǔn)薄膜的具體優(yōu)選例子是以下所述。
聚合物對(duì)準(zhǔn)薄膜聚酰亞胺，聚酰胺，聚酰胺-聚酰亞胺
無機(jī)對(duì)準(zhǔn)薄膜Si02， SiO， Ta2Os， ZrO， 0203等。 (優(yōu)選的對(duì)準(zhǔn)薄膜的例子)
在這些例子中，在本發(fā)明可應(yīng)用于投射型液晶顯示器的情況下， 優(yōu)選的是利用以下的對(duì)準(zhǔn)薄膜。
無機(jī)對(duì)準(zhǔn)薄膜
在本發(fā)明中，如上所述的基片，液晶材料，和對(duì)準(zhǔn)薄膜，可以利 用在對(duì)應(yīng)于Nikkan Kogyo Shimbun， Ltd. (Tokyo, Japan)出版的 "Liquid Crystal Device Handbook，，( 1989 )中描述的各項(xiàng)的那些材料， 元件或組成部分。
(其他的組成部分)
構(gòu)成按照本發(fā)明液晶顯示器所使用的其他材料，組成部分或元
件，例如，透明電極，電極圖形，微彩色濾波器，襯墊，和偏振器沒 有具體的限制，除非它們不符合本發(fā)明的目的(即，只要它們可以提 供上述具體的分子初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài))。此外，制作本發(fā)明使用的液晶顯 示器裝置的過程沒有具體的限制，除了液晶顯示器裝置應(yīng)當(dāng)是這樣構(gòu) 成的，它可以提供上述具體的分子初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。有關(guān)構(gòu)成液晶顯示
器裝置的各種材料，組成部分或元件的細(xì)節(jié)，可以參照Nikkan Kogyo Shimbun ， Ltd. ( Tokyo ， Japan ) 出版的"Liquid Crystal Device Handbook" ( 1989 )。
(用于實(shí)現(xiàn)具體初始對(duì)準(zhǔn)的裝置)
用于實(shí)現(xiàn)這種對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的裝置或措施沒有具體的限制，只要它可 以實(shí)現(xiàn)上述具體的"分子初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)"。換句話說，在本發(fā)明中，從 物理性質(zhì)，電或顯示性能等觀點(diǎn)考慮，可以正確地選取合適用于實(shí)現(xiàn) 具體初始對(duì)準(zhǔn)的合適裝置或措施。
在本發(fā)明應(yīng)用于大尺寸TV板，小尺寸高分辨率顯示板，和直視 式類型顯示器的情況下，可以優(yōu)選地使用以下的裝置。 (提供初始對(duì)準(zhǔn)的優(yōu)選裝置)
根據(jù)本發(fā)明者的研究和知識(shí)，利用以下的對(duì)準(zhǔn)薄膜(在烘干薄膜 的情況下，其厚度是在烘干之后的厚度)和拋光處理，可以容易地實(shí) 現(xiàn)上述合適的初始對(duì)準(zhǔn)。另一方面，在普通的鐵電液晶顯示器中，對(duì) 準(zhǔn)薄膜的厚度是小于或等于3，000A (埃)，而拋光強(qiáng)度(即，拋光的 接觸長度)是小于或等于0.3 mm。
對(duì)準(zhǔn)薄膜的厚度最好是等于或大于4,000 A，更好的是等于或 大于5，000 A (特別是等于或大于6,000 A)。
拋光強(qiáng)度(即，拋光的接觸長度)最好是等于或大于0.3 mm， 更好的是等于或大于0.4mm(特別是等于或大于0.45mm)。可以測(cè) 量上述的對(duì)準(zhǔn)薄膜厚度和拋光強(qiáng)度，例如，按照在以下例l中所描述 的方法。
(本發(fā)明與背景技術(shù)的比較)
此處，為了便于理解本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，我們描述按照本
發(fā)明液晶裝置的一些特征，并與有不同結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行比較。 (本發(fā)明的理論背景)
本發(fā)明是基于詳細(xì)研究和分析PSS-LCD的分子對(duì)準(zhǔn)，我們認(rèn)為， 它在具有高分辨率LCD的小屏幕和大屏幕直視式LCD TV應(yīng)用以及 高放大倍數(shù)的投影板方面具有很大的優(yōu)點(diǎn)。以下，我們描述本發(fā)明的 技術(shù)背景。
(極化屏蔽的層列液晶顯示器)
在US Patent Application No. US-2004/0196428 Al中描述極化屏 蔽的層列液晶顯示器(PSS-LCD),它利用具有最小對(duì)稱分子結(jié)構(gòu)的液 晶材料，為的是增強(qiáng)四極子動(dòng)量。這個(gè)專利申請(qǐng)討論P(yáng)SS-LCD的基 本才幾構(gòu)。此外，這個(gè)專利還描述制造PSS-LCD的實(shí)際方法。
如在以上專利申請(qǐng)中所描述的，PSS-LCD的一個(gè)最獨(dú)特的點(diǎn)是 有特定的液晶分子對(duì)準(zhǔn)作為初始的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。利用某種層列液晶材 料，其自然分子的n導(dǎo)向偶極子對(duì)準(zhǔn)相對(duì)于層列層有特定的傾斜角以 及表面的強(qiáng)方位錨定能，從而迫使這個(gè)分子n導(dǎo)向偶極子與層法線對(duì) 準(zhǔn)。換句話說，利用圖19中所示的特定人為對(duì)準(zhǔn)力，最小對(duì)稱的分 子可以與有層法線的n導(dǎo)向偶極子對(duì)準(zhǔn)，該分子有相對(duì)于層法線的某
個(gè)傾斜角。
這種初始的對(duì)準(zhǔn)在PSS-LCD中建立獨(dú)特的顯示性能。這種分子 對(duì)準(zhǔn)類似于層列A相，它的n導(dǎo)向偶極子是與該層垂直，然而，只有 當(dāng)液晶分子是在強(qiáng)的方位錨定能表面下時(shí)，它具有較弱的極化錨定面 條件，可以實(shí)現(xiàn)這種特定的分子對(duì)準(zhǔn)。所以，這些分子稱之為極化屏 蔽的層列相或PSS相。這個(gè)專利給出實(shí)現(xiàn)高性能PSS-LCD的最必需 條件的基本方法。為了在PSS-LCD中實(shí)現(xiàn)這個(gè)人為的n導(dǎo)向偶極子 對(duì)準(zhǔn)，強(qiáng)的方位分子對(duì)準(zhǔn)以及較弱的極化錨定是最必需的，如本專利 申請(qǐng)中所描述的。
普通向列基LCD利用基于其初始分子對(duì)準(zhǔn)的范德瓦耳斯力的空 間相互作用。在大多數(shù)向列液晶分子中，其分子錨定是有序的n導(dǎo)向 偶極子，而不需要人為地改變n導(dǎo)向偶極子，空間相互作用可以給出 足夠大的初始分子錨定能。由于向列液晶分子的對(duì)準(zhǔn)性質(zhì)，它們的n 導(dǎo)向偶極子在某個(gè)有序參數(shù)下總是沿一個(gè)相同的方向被對(duì)準(zhǔn)。
與向列液晶分子不同，層列液晶分子形成層結(jié)構(gòu)。這種層結(jié)構(gòu)不 是真實(shí)的結(jié)構(gòu)，而是虛擬的結(jié)構(gòu)。由于層列液晶的有序參數(shù)高于向列 型液晶的有序參數(shù)，層列液晶分子具有較高的有序分子對(duì)準(zhǔn)，它可以 形成其質(zhì)量中心對(duì)準(zhǔn)。與層列液晶的自然分子對(duì)準(zhǔn)比較，向列型液晶 自身絕不會(huì)對(duì)準(zhǔn)，而保持它們的質(zhì)量中心是在如同層列液晶的某個(gè)順 序上。
本發(fā)明是基于方位錨定能和極化錨定能的基本研究，它涉及在在 某個(gè)對(duì)準(zhǔn)面上最小對(duì)稱層列液晶分子的層列相的初始分子n導(dǎo)向偶極
子。作為一個(gè)眾所周知的現(xiàn)象，基于范德瓦耳斯相互作用的空間相互 作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于庫侖-庫侖相互作用形成的空間相互作用。在本發(fā)明中， 基于表面相互作用(具體地說，在最小對(duì)稱層列液晶分子與對(duì)準(zhǔn)層的 高極化面之間的表面相互作用)的詳細(xì)研究，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)層列液晶 分子與某個(gè)對(duì)準(zhǔn)面之間庫侖-庫侖相互作用的增強(qiáng)。 (理論分析PSS-LCD中的表面錨定)
本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)受任何理論的限制。以下描述的某個(gè)理論是基于本 發(fā)明者的知識(shí)和各種研究(包括觀察和實(shí)驗(yàn))，且這種理論的描述僅 僅是為了更好地理解本發(fā)明的可能機(jī)構(gòu)。
為了說明初始PSS-LC配置的必要條件，基于以下的公式討論 PSS-LC單元的自由能。
以下是三個(gè)主要自由能的表達(dá)式 (a)彈性能量密度felas
<formula>formula see original document page 23</formula>其中B和Dl分別是層列層和粘彈性常數(shù)。在圖20中是設(shè)置的 坐標(biāo)系統(tǒng)，其中小是圖20中給出的方位角，x是單元厚度的方向。 (b)彈性相互作用能felec --As
<formula>formula see original document page 23</formula>公式(2 )
EX =
電場(chǎng)是由靜電勢(shì)平給出即， 一 一 i
介質(zhì)的各向異性項(xiàng)是由以下的公式給出
1 f卻、2 r,丫
2 uUxJ和2 "xj
它們表示四極子動(dòng)量的貢獻(xiàn)。 (c)表面相互作用能量密度Fsurf
根據(jù)Dahl和 Lagerwall在"Molecular Crystal and Liquid Crystals"中的文章，Vol. 114， p.151 ( 1984 )，表面相互作用能量密 度可以表示成以下的爿>式
fsurf = 0(—《cos (j)。 +力cos f)十(9sin小。一 <)2 +(9 sin小1 士 oc〗)2} + (Y"ec。s (j>。 — o^)2+ Y〗(9 cos小、a〗)2}
公式(3 )
其中e是在圖20中給出的分子傾斜角，yp， Yt, h是表面相互作
用系數(shù)，ott是預(yù)傾斜角，而otd是與圖20中設(shè)置的z方向偏離的優(yōu)選 方向角。
關(guān)于表面相互作用能量密度，PSS-LCD的初始分子對(duì)準(zhǔn)條件是 圖20中的e-0和f-3Ti/2。考慮到這些條件，公式(3)現(xiàn)在變成f.
'surf
0 f 0
公式(4 )
此外，PSS-LCD的優(yōu)選預(yù)傾斜角是零，于是，公式(4)變成
公式(5 )
利用公式(1)， (2)，和(5)，單位面積的總自由能F是
Lsurf
2
外Y^ 3<}> .丄、 ~^ 一 D J sin <() +
一二 As
2 、3x
1
丄l
、i
--g ,
2
、3x
公式(6 )
此處，對(duì)稱的表面錨定ydO-ydl，而(j)—3p/2被引入到公式(6 ) <formula>formula see original document page 25</formula>公式(7)
作為初始態(tài)，E一被引入到公式(7)中，<formula>formula see original document page 25</formula>所以，可以看出，PSS-LC分子應(yīng)當(dāng)平行于圖20中所示的z方 向。此外，公式(10)導(dǎo)致這樣的條件，PSS-LC分子需要從均勻地 從下表面疊加到上表面，為的是滿足在相同層中特定的層列層彈性常 數(shù)和液晶分子粘度。
如上所述，本發(fā)明的基本概念是基于層列液晶分子導(dǎo)向偶極子的 增強(qiáng)，它有相對(duì)于層列層法線的傾斜角以及設(shè)定的對(duì)準(zhǔn)方向，例如， 拋光方向。利用某類層列液晶分子，它的分子導(dǎo)向偶極子作為體形狀 有相對(duì)于層列層法線的傾斜角，分子導(dǎo)向偶極子對(duì)準(zhǔn)的增強(qiáng)可以迫使 層列液晶分子導(dǎo)向偶極子沿預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向。這種增強(qiáng)能夠使層列液 晶分子導(dǎo)向偶極子是與圖29中所示的層列層垂直對(duì)準(zhǔn)。
利用層列液晶分子中這個(gè)特定的分子對(duì)準(zhǔn)，可以建立PSS-LCD 的唯一電光性能。PSS-LCD的這些唯一特征性質(zhì)之一可以是它的板間
隙與驅(qū)動(dòng)電壓之間的關(guān)系。
在大多數(shù)已知LCD的情況下，增大它們的板間隙，它們需要較 高的驅(qū)動(dòng)電壓。由于增大板間隙，需要增大所加的電壓以保持電場(chǎng)的 強(qiáng)度。
在按照本發(fā)明的PSS-LCD中，當(dāng)板間隙增大時(shí)，有時(shí)需要較低 的電壓。由于在PSS-LCD板上要求強(qiáng)的方位錨定能，增大板間隙可 以削弱PSS-LCD板上液晶分子的錨定，從而導(dǎo)致較低的驅(qū)動(dòng)電壓。 這個(gè)事實(shí)也是上述解釋PSS-LCD的一個(gè)證明。 (增強(qiáng)庫侖-庫侖相互作用的實(shí)際方法)
由于存在層列液晶的層結(jié)構(gòu)，在對(duì)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)與對(duì)準(zhǔn)界面之間的特 定平衡總是涉及整齊的分子對(duì)準(zhǔn)。特別是在要求強(qiáng)的方位錨定能的 PSS-LCD的情況下，如何使強(qiáng)的錨定能給予液晶分子而不千擾它們的 天然層結(jié)構(gòu)是最重要的。
如在上節(jié)中從理論上討論的，強(qiáng)的方位錨定對(duì)于實(shí)現(xiàn)PSS-LCD 配置是最必需的。本發(fā)明者在實(shí)驗(yàn)上做了很多工作，試圖找出一個(gè)實(shí) 際的方法，可以產(chǎn)生強(qiáng)的錨定能而不干擾天然液晶層結(jié)構(gòu)的形成。在 實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)從總的PSS-LC混合物中加強(qiáng)一些特定的液晶 分子是一個(gè)有效的方法，可以根據(jù)形成層結(jié)構(gòu)提供足夠強(qiáng)的錨定能。 由于層列液晶中層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大自形成本領(lǐng)，產(chǎn)生足夠強(qiáng)的錨定能不是 容易的。若表面錨定太強(qiáng)，則形成的層列液晶層結(jié)構(gòu)可以發(fā)生畸變， 或在最壞的情況下，它可以被破壞。優(yōu)先整齊的層結(jié)構(gòu)總是導(dǎo)致 PSS-LC分子對(duì)準(zhǔn)的失敗，它不能形成層列液晶分子n導(dǎo)向偶極子對(duì) 準(zhǔn)層法線。為了在PSS-LCD中得到整齊的分子對(duì)準(zhǔn)，最重要的是提 供強(qiáng)的方位錨定能，而有與液晶分子弱的粘合錨定能，該錨定能是極 化錨定能。
所以，PSS-LCD接受無機(jī)對(duì)準(zhǔn)材料，只要它們能夠提供足夠強(qiáng) 的方位錨定能和弱的極化錨定能。這種情況對(duì)于PSS-LCD在投影儀 板應(yīng)用中有很大的優(yōu)點(diǎn)。
由于強(qiáng)的光通量，大多數(shù)當(dāng)前的聚合物基對(duì)準(zhǔn)層存在壽命問題。
然而，對(duì)于大多數(shù)普通的向列型LCD,由于要求相當(dāng)強(qiáng)的極化錨定， 無機(jī)對(duì)準(zhǔn)層應(yīng)用于投影儀板是一直不容易的。與此相反，PSS-LCD 不要求特定的極化錨定能，而要求極化錨定能，PSS-LCD要求弱的極 化錨定能或甚至沒有極化錨定能，但要求強(qiáng)的方位錨定能。所以，大 多數(shù)無機(jī)基對(duì)準(zhǔn)層給PSS-LCD提供非常有效的分子對(duì)準(zhǔn)。換句話說， 在本發(fā)明中，可以利用沒有具體限制的任何無機(jī)基對(duì)準(zhǔn)層，只要它提 供足夠強(qiáng)的方位錨定能。
(按照本發(fā)明PSS-LCD的一些特征) (在每個(gè)顯示像素上的電容)
PSS-LCD的一個(gè)最顯著特征是它在每個(gè)顯示像素上有較小的電 容，如同在非晶態(tài)硅薄膜晶體管(以下稱之為"a-SiTFT")上的像素。 在a-Si TFT LCD中，較小的像素電容源于液晶材料的介電常數(shù)，它 是影響圖像性能的因素之一。若像素電容很大，則在該像素上的瞬態(tài) 電壓變化很快，從而導(dǎo)致不利的圖像性能，例如，閃爍，圖像殘留。 像素上的一些大電容是可以被精巧設(shè)計(jì)的a-Si電路吸收，然而，非常 復(fù)雜的像素設(shè)計(jì)可以極大地減小a-SiTFT的制造產(chǎn)量。所以，較小的 電容是提供高的圖像性能和低的制造成本的最重要因素之一。
基于偶極子動(dòng)量轉(zhuǎn)矩的向列液晶顯示器需要有足夠大的偶極子 動(dòng)量以減小驅(qū)動(dòng)電壓和得到較快的光響應(yīng)。因?yàn)樽銐虻偷尿?qū)動(dòng)電壓和 較快的光響應(yīng)是實(shí)際LCD最必需的要求，向列型LCD犧牲了 TFT 陣列的復(fù)雜設(shè)計(jì)和制造過程效率。與此相反，PSS-LCD與向列型LCD 比較具有較小的電容。 一般地說，PSS-LCD的像素電容至少是向列基 LCD的一半，有時(shí)是向列基LCD的1/4。由于四極子的動(dòng)量基轉(zhuǎn)矩 和在液晶分子運(yùn)動(dòng)中非常短的距離，如圖21中所示，PSS-LCD可以 由較小的像素電容驅(qū)動(dòng)，并具有足夠快的光響應(yīng)。圖22表示一個(gè)測(cè) 量電容的實(shí)際例子。
如圖22所示，PSS-LCD的介電常數(shù)小于向列型LCD的介電常 數(shù)。此外，PSS-LCD的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通SSFLCD的介電常數(shù)。 由于SSFLCD的自發(fā)極化，SSFLCD的有效介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于向列型 LCD的介電常數(shù)，從而導(dǎo)致a-Si TFT驅(qū)動(dòng)有太大的負(fù)擔(dān)。實(shí)際上， 由于SSFLCD的自發(fā)極化交換對(duì)電子電荷有太大的要求，普通a-Si TFT不能驅(qū)動(dòng)SSFLCD。所以，PSS-LCD的小電容是區(qū)分SSFLCD 和向列型LCD的意義的一個(gè)最顯著特征。 (在光交換之前和之后的電容變化)
PSS-LCD與普通SSFLCD和向列型LCD的其他區(qū)別特征是在 液晶的光交換之前和之后有較小的電容變化。類似于以上的討論，在 TFT陣列中像素板上的較小變化是TFT-LCD在穩(wěn)定圖像性能而沒有 閃爍和圖像殘留時(shí)一個(gè)最重要的要求。
在TFT上的瞬態(tài)電壓降是眾所周知的"饋通電壓"，它在 TFT-LCD中是不可避免的，只要液晶材料在光交換之前和之后有不 同的電容。這個(gè)饋通電壓是產(chǎn)生閃爍和圖像殘留的基本原因。然而， 在光交換之前和之后的不同電容是液晶的非常基本性質(zhì)，特別是對(duì)于 偶極子動(dòng)量基液晶和自發(fā)極化基液晶。
為了避免閃爍和圖像殘留，普通的TFT-LCD利用各種方法以使 該問題最小化。然而，最基本的方法是利用很小或幾乎沒有電容變化 的材料。盡管在減小這種電容變化方面作了很大的努力，如上所述， 在光交換之前和之后的電容變化是向列型液晶和鐵電液晶中普通液 晶材料的非?；拘再|(zhì)。
利用四極子動(dòng)量的PSS液晶材料不需要有大的電容變化，因?yàn)?它有非常小的介電常數(shù)和非常短的移動(dòng)距離，為了在LCD中建立足 夠大的雙折射以形成高對(duì)比度。圖22中說明PSS-LCD在光交換之前 和之后的實(shí)際電容變化與普通SSFLCD中的電容變化的比較。
在圖22中，為了誘發(fā)光交換，加直流偏置電壓到樣本單元上。 所加的直流電壓大于閾值電壓，從而產(chǎn)生光交換。在圖22中，PSS-LCD 板上的這個(gè)閾值電壓是在0.5 V左右，而SSFLCD的閾值電壓是在6 V 左右。如圖22所示，SSFLCD具有很大的電容變化。與此相反， PSS-LCD板沒有現(xiàn)4艮大的電容變化。在光交換之前和之后的這個(gè)很小 或幾乎沒有電容變化是PSS-LCD的非常顯著的特征性質(zhì)。據(jù)本發(fā)明
者到目前為止所知，除了 PSS-LCD以外，在任何的LCD中還不知這 種很小的電容變化或幾乎沒有電容變化。
在圖22中的測(cè)量電容方法是以下所述。 (測(cè)量電容的方法)
利用35平方毫米大小的非堿性玻璃基片，在該玻璃的表面上形 成對(duì)準(zhǔn)層。在玻璃基片的中心有直徑為15 mm的圓形ITO電極。形 成的對(duì)準(zhǔn)層對(duì)準(zhǔn)合適構(gòu)型的PSS液晶分子。 一種典型的對(duì)準(zhǔn)方法是利 用特定的聚酰亞胺層，在聚酰亞胺的上表面有機(jī)械拋光，它是熟知的 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)過程。PSS-LC板的典型板間隙是2微米。在圖22的測(cè)量中， 平均直徑為1.8微米的二氧化硅球用作襯墊球。在利用環(huán)氧膠密封周 邊區(qū)域之后，液晶材料被注入到PSS-LC板并得到液晶材料填充的板。 在測(cè)量被填充單元的電容或介電常數(shù)時(shí)，加l kHz的+AlV方波到樣 本單元上作為驗(yàn)證電壓。還加直流偏置電壓到樣本單元上。 一旦直流 偏置電壓足夠大，可以交換液晶分子的n導(dǎo)向偶極子，這個(gè)直流偏置 電壓就誘發(fā)樣本單元的光交換。 (本發(fā)明的理想實(shí)施例)
本發(fā)明的核心概念是加強(qiáng)與層列液晶層垂直的初始分子n導(dǎo)向 偶極子。這種表面加強(qiáng)的作用是在PSS液晶分子與特定表面之間提供 足夠強(qiáng)的庫侖-庫侖相互作用，用于造成方位錨定并保持相對(duì)弱的極化 錨定PSS液晶分子。
如上所述，本發(fā)明的一些理想實(shí)施例是以下所述
(1) 利用特定的層列液晶材料，其分子n導(dǎo)向偶極子相對(duì)于 圖21所示的層列層法線有某個(gè)傾斜角。
(2) 那些層列液晶屬于層列C相，層列H相，層列C相和其 他至少對(duì)稱分子結(jié)構(gòu)相組。手征性層列C相，手征性層列H相，手 征性層列I相還滿足PSS-LCD性能的必要準(zhǔn)則，如在US Patent Application US-2004/0196428 Al中所描述的。
(3 ) 施加強(qiáng)的方位錨定以及較弱的極化錨定能，迫使與層列層 法線傾斜的自然n導(dǎo)向偶極子是在層法線上。由于這個(gè)功能的結(jié)果，
PSS液晶材料一般展示以下的相序列
各向同性-(向列型)-層列A相-PSS相-(層列X相)-晶體。此 處，括號(hào)"()"的意思是不總是必需的
(4) PSS-LCD的一個(gè)顯著特征性質(zhì)是在層列A相中的消光角 與PSS相中的消光角之間保持相同的消光角。層列C相的消光角總 是不同于層列A相的消光角，這是因?yàn)樗c層列C相的層法線有分 子傾斜角。所以，在層列A相與PSS相之間相同的消光角是PSS相 的唯一性質(zhì)。
(5) 由于以上的功能，對(duì)準(zhǔn)的PSS-LC單元的介電常數(shù)具有很 小的各向異性，例如，小于IO，更好的是小于5，最好是小于2。介 電常數(shù)的各向異性是PSS-LCD中被測(cè)得頻率的函數(shù)。由于利用四極 子動(dòng)量，與大多數(shù)普通LCD的偶極子動(dòng)量不同，介電常數(shù)的各向異 性取決于驗(yàn)證電壓的頻率。此處，介電常數(shù)的各向異性的優(yōu)選值應(yīng)當(dāng) 是在1 kHz矩形波下的測(cè)量值。與普通LCD的偶極子動(dòng)量耦合不同， 由于四極子動(dòng)量的增強(qiáng)，PSS-LCD需要的介電常數(shù)有相對(duì)小的各向異 性。這種小的介電常數(shù)各向異性對(duì)于驅(qū)動(dòng)TFT是非常有利的。與普 通LCD比較，由于TFT有較小的介質(zhì)負(fù)載，PSS-LCD有相對(duì)小的并 聯(lián)電容的影響，該電容可以對(duì)TFT產(chǎn)生電壓位移。所以，PSS-LCD 在普通TFT陣列上有較寬的驅(qū)動(dòng)窗口 。
例如，利用以上的測(cè)量條件， 一種典型的PSS-LC材料的介電常 數(shù)為1.5的各向異性。與普通TN-LCD板比較，這在LCD板中提供 小于l/4的電容。這意味著，PSS-LCD在TFT-LCD中實(shí)現(xiàn)較小的饋 通電壓，與普通向列型TFT-LCD比較，可以得到穩(wěn)定和較好的圖像 性能。圖22直接地證明在PSS-LCD的光交換之前和之后不涉及自發(fā) 極化和介電常數(shù)的極小變化。從圖22的結(jié)果中可以看出，PSS-LCD 在它的驅(qū)動(dòng)力方面利用非常小的介電常數(shù)各向異性。這也是在 PSS-LCD中直接涉及四極子動(dòng)量的證明之一。
(6 )滿足以上條件制備的PSS-LCD單元具有分子傾斜的特定 方向，它取決于外加電場(chǎng)的方向。由于四極子耦合，PSS-LC分子展
示所加電場(chǎng)方向的差別。這是PSS-LCD的一個(gè)非常不同的特征性質(zhì)。 利用雙折射模式的所有普通向列型LCD利用偶極子動(dòng)量耦合，所以， 它們不能說明所加電場(chǎng)方向的差別。只有所加電壓的電勢(shì)差驅(qū)動(dòng)這些 LCD。雖然它們沒有自發(fā)極化，通過檢測(cè)所加電壓的方向，PSS-LCD 分子改變它們的傾斜方向。這也是PSS-LCD的四極子動(dòng)量基驅(qū)動(dòng)的 支持理論之一。
基于四極子動(dòng)量，盡管利用非常小的介電常數(shù)各向異性， PSS-LCD可以展示極快的光響應(yīng)，例如，亞毫秒的上升時(shí)間和衰減時(shí) 間。極快光響應(yīng)的主要原因是沿錐形邊緣的分子傾斜有很小的距離， 可以建立足夠大的雙折射，如圖29所示。與所有的向列型LCD不同， PSS-LCD的分子位置變化要求非常小的距離，可以建立足夠大的雙折 射。這種沿圖29所示錐形邊緣的非常均勻的分子傾斜還可以實(shí)現(xiàn)極 快的光響應(yīng)，如圖23所示。
(相位序列和光透射率情況)
在每個(gè)相上的相位序列和光透射率情況是以下所述。
在正交尼科爾棱鏡下，液晶板在每個(gè)相上給出它特定的光透射 率。在這種情況下，設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)的液晶分子對(duì)準(zhǔn)方向，如圖24中所示。
在各向同性相，液晶分子的方向是隨機(jī)的，因此，入射的線偏振
光直接地傳輸通過液晶板，從而導(dǎo)致圖25中所示的"黑暗"狀態(tài)，它 與液晶板相對(duì)于入射光的角度無關(guān)。通過降低環(huán)境溫度，液晶進(jìn)入向 列相或手征性向列相，取決于該液晶的非手征性和手征性。在向列相， 所有的液晶對(duì)準(zhǔn)它們的n導(dǎo)向偶極子到預(yù)設(shè)的對(duì)準(zhǔn)方向。在這種情況 下，由于液晶層沒有偏振方向旋轉(zhuǎn)，液晶板不允許線偏振光傳輸通過 檢偏器。所以，只要預(yù)設(shè)的液晶分子對(duì)準(zhǔn)方向平行于偏振器方向，如 圖26中所示，這就出現(xiàn)"黑暗"狀態(tài)。 一旦旋轉(zhuǎn)液晶板，入射的線偏 振光改變它的偏振方向，從而導(dǎo)致光泄漏，如圖27中所示。
進(jìn)一步降低環(huán)境溫度使液晶板進(jìn)入下一個(gè)相。隨后的液晶相是層 列A相。層列A相在它的液晶分子構(gòu)型中有層結(jié)構(gòu)，如圖28中所示。 這個(gè)層列A相也允許入射的線偏振光直接地傳輸通過層列液晶層，從
而導(dǎo)致"黑暗"狀態(tài)。與向列相類似，當(dāng)液晶板旋轉(zhuǎn)時(shí)，層列A相也具 有一些光泄漏，如圖29中所示。
這種隨后的相序列對(duì)于普通的層列液晶和PSS液晶是共同的。 然而，在層列A相下，從相序列和環(huán)境溫度方面考慮，光透射率性能 在層列液晶與PSS液晶之間是不同的。
在普通的層列液晶中，下一個(gè)相是層列C相或手征性層列C相， 取決于它的非手征性和手征性，如圖30中所示。在層列C相中，液 晶分子的n導(dǎo)向偶極子相對(duì)于層法線發(fā)生傾斜，從而形成"光泄漏"狀 態(tài)。傾斜角是環(huán)境溫度以及二級(jí)相變的函數(shù)，這意味著，傾斜角是隨 環(huán)境溫度的減小而逐漸增大，如圖32中所示。所以，從液晶板中泄 漏的光強(qiáng)是與環(huán)境溫度有關(guān)。在分子傾斜角飽和之前，泄漏光強(qiáng)的增 大具有與圖32所示相同的分布，即，光強(qiáng)是隨環(huán)境溫度的減小而增 大。這種在層列C相中的光泄漏是分子相對(duì)于層法線傾斜的結(jié)果，它 在普通層列C相中是相當(dāng)普遍的。
與此相反，在本發(fā)明中，層列A相之后的PSS-LCD相沒有展示 相對(duì)于層法線的分子傾斜。在PSS相中，液晶的n導(dǎo)向偶極子仍然保 持與該層垂直的方向。所以，PSS相沒有在層列C相中所展示的光泄 漏。由于PSS-LC的特定分子方向，它的光透射率情況是與層列A相 中的大致相同，如圖31中所示。
由于普通層列C相與PSS-LC相之間的n導(dǎo)向偶極子方向的不 同，在正交尼科爾棱鏡下，旋轉(zhuǎn)液晶板形成的光強(qiáng)與溫度的關(guān)系分別 在圖23和24中進(jìn)行比較。由于普通層列C相的溫度有關(guān)的傾斜角， 液晶板的消光角是隨溫度變化而發(fā)生位移，如圖33中所示。與普通 LCD板不同，PSS-LCD的消光角沒有發(fā)生溫度位移。在"明亮"狀態(tài) 下的光強(qiáng)是與環(huán)境溫度有關(guān)，然而，消光角沒有展示與其原始角之間 的任何位移，如圖34中所示。
這些圖清楚地說明普通層列C相液晶與PSS-LC之間在其光學(xué) 性能方面的差別。
(層列C相與PSS-LC相之間的差別) 有另一個(gè)可以區(qū)分普通層列C相與PSS-LC相的明顯視覺差別。
由于PSS-LCD的性能，PSS-LCD的電壓與透射率之間關(guān)系曲線 (V-T曲線)與普通層列C相或手征性層列C相的V-T曲線是非常 不同的。在PSS-LCD上所加電壓強(qiáng)度的關(guān)系給出模擬響應(yīng)V-T曲線， 如圖35中所示。與此對(duì)比，普通手征性層列C相的液晶顯示在它的 V-T曲線上具有滯后現(xiàn)象，如圖36中所示。由于普通手征性層列C 相液晶顯示板的自發(fā)極化，它的電光響應(yīng)是與所加電壓的極性有關(guān)， 而不是與它的電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。簡而言之，普通手征性層列C相顯示板 的電光響應(yīng)不是所加電場(chǎng)響應(yīng)，而是極性響應(yīng)。在電光響應(yīng)方面， PSS-LCD具有與向列型LCD相同的電光響應(yīng)，而向列型LCD的電 光響應(yīng)是基于所加的電場(chǎng)與液晶的誘發(fā)極化之間的耦合。 (適合于PSS-LCD的新穎灰度級(jí)顯示方法)
從本發(fā)明者提出的理論的觀點(diǎn)上考慮，我們描述適合于 PSS-LCD的本發(fā)明模式。
按照本發(fā)明者完成的理論討論P(yáng)SS-LCD的電光響應(yīng)特征的結(jié) 果，液晶分子的取向是隨加到液晶顯示板的電壓脈沖上升的梯度變化 而變化，即，隨dv/dt值的變化。因此，在討論極化屏蔽的層列液晶 顯示器(PSS-LCD)時(shí)，原則上，表示成dv/dt值的所加電壓的上升 特征是受控的，為的是改變加到液晶顯示器板上的電壓與透射率之間 關(guān)系的特征曲線(V-T曲線)。必須進(jìn)行相當(dāng)精確的測(cè)量，為的是直 接地檢測(cè)在液晶顯示器板上誘發(fā)的四極子動(dòng)量。直接檢測(cè)四極子動(dòng)量 是不容易進(jìn)行的。然而，可以合理地推測(cè)液晶基于四極子動(dòng)量所產(chǎn)生 的電光響應(yīng)。
在采用諸如層列C相的液晶的PSS-LCD時(shí)，其中分子結(jié)構(gòu)的對(duì) 稱性是最低水平，而每個(gè)液晶分子所具有的四極子動(dòng)量是與外加電場(chǎng) 耦合。這可以限制圍繞分子主軸的旋轉(zhuǎn)。由于加到圍繞主軸旋轉(zhuǎn)的限 制，分子的四極子動(dòng)量就增大。增大的四極子動(dòng)量與外電場(chǎng)之間有更 強(qiáng)的耦合。因此，可以加速改變分子取向的速度，即，響應(yīng)速度。此 時(shí)，若dv/dt值是小的，則四極子動(dòng)量的增大就受到限制，因此，響
應(yīng)速度是低的。與此對(duì)比，若dv/dt值是大的，則四極子動(dòng)量的增大
就:l皮加強(qiáng)，因此，響應(yīng)速度是高的。圖8定性地說明以上的現(xiàn)象。
與普通的LCD比較，在快速響應(yīng)所加電場(chǎng)的PSS-LCD中，當(dāng) 對(duì)應(yīng)于所加電壓的梯度的dv/dt值受到控制時(shí)，若采用一種控制在1 幀內(nèi)的相繼接通時(shí)間透射的累積光量的方法，則可以實(shí)現(xiàn)精確的灰度 級(jí)控制，在圖9中說明它的概念。
參照?qǐng)D9，采用要求150 ps作為上升時(shí)間的PSS-LCD，且?guī)l 是60 Hz的。在這種情況下，1幀時(shí)間是16.7 ms，并在剩余的16.55 ms 內(nèi)控制dv/dt值，為的是控制PSS-LCD的上升特征。因此，可以連續(xù) 地控制在1幀內(nèi)透射的累積光量。
更具體地說，在1024個(gè)步驟中確定dv/dt值，并把最短的可控 制時(shí)間規(guī)定為約16^s。加到薄膜晶體管(TFT)上的典型驅(qū)動(dòng)電壓為 5V，在16 ps內(nèi)可以容易地控制該驅(qū)動(dòng)電壓。由于dv/dt值是連續(xù)地 受到控制的，PSS-LCD所要求的響應(yīng)時(shí)間或上升時(shí)間是隨dv/dt值的 變化而唯一地變化。在1024個(gè)步驟中可以控制在1幀內(nèi)透射的光量 積分值。按照這種方法，由于可以在1幀內(nèi)的8 ns期間控制dv/dt值， 因此，能夠再現(xiàn)2048個(gè)色調(diào)，即，等于或大于80億個(gè)色調(diào)。 (在PSS-LCD中實(shí)施的新穎灰度級(jí)顯示方法的擴(kuò)展)
如上所述，在采用PSS-LCD和dv/dt控制方法時(shí)，可以顯示等 于或大于80億個(gè)色調(diào)。還采用在1幀內(nèi)連續(xù)控制接通時(shí)間的數(shù)字灰 度級(jí)顯示方法，每種彩色是由12比特代表的色調(diào)，即，可以顯示6800 億個(gè)色調(diào)。
該顯示方法的具體例子是這樣的，除了圖9中指出的dv/dt控制 方法以外，還采用至少在兩個(gè)時(shí)刻把電壓加到接通狀態(tài)上的方法，如 圖10中所示。原則上，dv/dt控制方法是與在1幀內(nèi)連續(xù)控制接通時(shí) 間的數(shù)字灰度級(jí)顯示方法組合使用，因此，可以再現(xiàn)每種彩色有等于 或大于12比特代表的色調(diào)。
圖11是PSS-LCD的光響應(yīng)時(shí)間的概念圖，其中實(shí)施dv/dt控制 方法。從圖11中可以看出，PSS-LCD板的電光響應(yīng)特征是隨dv/dt值的連續(xù)變化而連續(xù)變化。這說明在由累積時(shí)間構(gòu)成的1幀內(nèi)透射光 的累積量是連續(xù)變化的。
(在PSS-LCD中實(shí)施的新穎灰度級(jí)顯示方法的變型)
按照基于相同的概念但釆用加電壓到LCD板的不同方法的變 型，在1幀內(nèi)組合地加多個(gè)不同的電壓，為的是顯示相繼的色調(diào)。即， 假設(shè)LCD足夠快速地響應(yīng)于1幀時(shí)間內(nèi)所加的電壓，組合地施加具 有不同峰值的多個(gè)電壓，為的是實(shí)現(xiàn)理想數(shù)目的色調(diào)或灰度級(jí)。
灰度級(jí)顯示方法的概念是，只要LCD對(duì)應(yīng)于在指定的1幀時(shí)間 內(nèi)足夠快速地響應(yīng)于所加的電壓，基本上就可以利用在1幀時(shí)間內(nèi)連 續(xù)地控制接通時(shí)間的數(shù)字灰度級(jí)顯示方法。此外，所加電壓按時(shí)序增 大的速率是連續(xù)地變化的，所加電壓的峰值是變化的，或組合地利用 具有不同峰值的多個(gè)電壓。因此，對(duì)于每種彩色，可以顯示等于或大 于10比特代表的多個(gè)色調(diào)。所以，本顯示方法可適合于PSS-LCD以 外的任何LCD，只要該LCD具有滿意的響應(yīng)時(shí)間和光響應(yīng)特征，該 特征滿足于所加電壓按時(shí)序增大的速率。
以下。參照具體的例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
例子
例1
厚度為0.7 mm和面積為25 mmx25 mm并有利用氧化錮錫 (ITO)薄膜制成透明電極的玻璃基片用于形成PSS-LCD板，ITO 薄膜的面積是l cm2。加脈沖寬度為1 ms的5V電壓到PSS-LCD板 上。dv/dt值的變化是在5V/ms至20V/ms的范圍內(nèi)。
測(cè)量與每個(gè)dv/dt值相關(guān)的PSS-LCD板透射光量的時(shí)間關(guān)系(響 應(yīng)特征)。所以，從圖12至15中可以看出，響應(yīng)特征(響應(yīng)曲線所 指出的)是隨dv/dt值的變化而連續(xù)地變化。此外，從圖16中可以看 出，概括圖12至15中的曲線，在控制dv/dt值時(shí)達(dá)到的響應(yīng)時(shí)間是 隨透射光的累積量的比率從27%變化至50%而連續(xù)地變化。這說明 對(duì)于每種彩色，可以再現(xiàn)10比特代表的色調(diào)。
以下列出圖12至15中所示測(cè)量結(jié)果的測(cè)量條件。
<表1>圖12中的測(cè)量條件等
04年6月24日
14:17:58
4: Average (1) 0.5 ms 5.0 V 0 mV 77 swps
旦Average ( 2 ) 0.5 ms 1.00 V
0 mV 77 swps
TRIGGER SETUP Edge SMART Trigger on
1 2 Ext ExtlO Line
Coupling 1 DC AC LFREJ HFRE J HF Slope 1 Pos Neg Window holdoff 30.0 ms Off Time Evts
<表2>圖13中的測(cè)量條件等 04年6月24日14:18:44
A: Average ( 1) 0.5 ms 5.0 V 0 mV 73 swps
絲Average ( 2 ) 0.5 ms 1.00 V
0 mV 77 swps
TRIGGER SETUP Edge SMART Trigger on
1 2 Ext ExtlO Line
Coupling 1 DC AC LFREJ HFREJ HF Slope 1 Pos Neg Window holdoff 30.0 ms Off Time Evts
<表3>圖14中的測(cè)量條件等
04年6月24日
14:19:27
A: Average ( 1)
0.5 ms 5.0 V 0 mV 74 swps
旦Average ( 2 ) 0.5 ms 1.00 V
0 mV 74 swps
TRIGGER SETUP Edge SMART Trigger on
1 2 Ext ExtlO Une
Coupling 1 DC AC LFREJ HFREJ HF Slope 1 Pos Neg Window holdoff 30.0 ms Off Time Evts
<表4>圖15中的測(cè)量條件等
04年6月24日
14:20:24
A: Average (1) 0.5 ms 5.0 V
0 mV
120 swps
旦Average ( 2 )
0.5 ms
1.00 V
0 mV
120 swps
TRIGGER SETUP Edge SMART Trigger on J_2 Ext ExtlO Une
Coupling 1
DC AC LFREJ
HFREJ HF
Slope 1
Pos Neg
Window
Holdoff
30.0 ms
Off Time Evts
例2
厚度為0.7 mm和面積為25 mmx25 mm并有利用ITO薄膜制成 透明電極的玻璃基片用于形成PSS-LCD板，ITO薄膜的面積是1 cm2。 組合地加圖17和圖18中所示脈沖寬度為0.5 ms的2.5V電壓和脈沖 寬度為0.5 ms的5V電壓到PSS-LCD板上。
組合地測(cè)量由PSS-LCD板透射光量的時(shí)間關(guān)系(響應(yīng)特征)。 所以，如圖17和18中所示，PSS-LCD板的響應(yīng)特征是隨電壓峰值組 合的變化而連續(xù)地變化。此外，PSS-LCD板的響應(yīng)時(shí)間是隨所加電壓
峰值組合的變化而變化，并與透射光累積量的比率相關(guān)，它允許再現(xiàn)
每種彩色由10比特代表的色調(diào)。
根據(jù)以上描述的本發(fā)明，本發(fā)明顯然可以有各種變化的形式。這 種變化不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是偏離本發(fā)明的精神和范圍，而且，專業(yè)人員應(yīng) 當(dāng)知道，所有這種改動(dòng)都應(yīng)當(dāng)包含在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)液晶裝置的方法，該裝置包括至少一對(duì)基片和設(shè)置在該對(duì)基片之間的液晶材料，其中通過改變加到液晶裝置上的電壓脈沖相對(duì)于時(shí)間的電壓增長率，連續(xù)地控制該液晶裝置透射的光量，從而實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示。
2，按照權(quán)利要求1的驅(qū)動(dòng)方法，其中液晶裝置在1幀內(nèi)透射的 最大光量保持恒定，而通過改變加到液晶裝置上的電壓脈沖相對(duì)于時(shí) 間的電壓增長率，連續(xù)地控制該液晶裝置透射的累積光量，從而實(shí)現(xiàn) 灰度級(jí)顯示。
3. 按照權(quán)利要求1的驅(qū)動(dòng)方法，其中通過改變加到液晶裝置上 的電壓脈沖相對(duì)于時(shí)間的峰值電壓值，連續(xù)地控制該液晶裝置透射的 光，從而實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示。
4. 按照權(quán)利要求1的驅(qū)動(dòng)方法，其中通過改變加到液晶裝置上 的電壓脈沖相對(duì)于時(shí)間的峰值電壓值的組合，連續(xù)地控制該液晶裝置 透射的光，從而實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示。
5. 按照權(quán)利要求1的驅(qū)動(dòng)方法，其中通過改變電壓增長率和加 到液晶裝置上的電壓脈沖相對(duì)于時(shí)間的峰值電壓值的組合，可以連續(xù) 地控制該液晶裝置透射的光，從而實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)顯示。
6. 按照權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)的驅(qū)動(dòng)方法，其中液晶裝置 是PSS-LCD。
全文摘要
一種驅(qū)動(dòng)液晶裝置的方法，該裝置包括至少一對(duì)基片和設(shè)置在該對(duì)基片之間的液晶材料。改變?cè)陔妷好}沖加到液晶裝置的持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到的電壓增長率，為的是連續(xù)地控制該液晶裝置透射的光量，從而可以顯示各個(gè)灰度級(jí)。
文檔編號(hào)G09G3/36GK101189653SQ20068001983
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者望月昭宏, 池田肇 申請(qǐng)人:那諾洛阿公司