專利名稱:液晶顯示器件的制作方法
這項發(fā)明是關(guān)于液晶顯示器件的。它包括兩個平行支撐平板，這兩塊平板之間保持一定距離，為d長，兩板內(nèi)表面相對，其中一內(nèi)表面上排有O行電極，另一內(nèi)表面上電極排成列狀，行列電極交叉，交點構(gòu)成像素矩陣。支撐平板中間，有一層含有膽留醇添加物的向列型液晶。這種液晶具有正介電各向異性，其固有螺距為P，比值d/P為0.5到1。前述兩塊平板表面上都有一層取向?qū)?，在厚度d的距離上使液晶分子(定向子)產(chǎn)生漸進(jìn)的分子扭曲，角垂值是π到2π弧度。在一塊板的表面上分子(方向子)相對平面的傾斜角是0度到70度，在另一塊板的表面上，傾斜角是5度到70度。在加有電場的顯示器件上，當(dāng)有效電場強度在E1以下時，像素處于第一穩(wěn)態(tài)，當(dāng)有效電場強度在E2以上時，像素處于第二穩(wěn)態(tài)。由此兩態(tài)光學(xué)性質(zhì)不同，當(dāng)有效電場處于E1和E2之間的EH時，像素可以是第一穩(wěn)態(tài)，或是第二穩(wěn)態(tài)，取次于先前的狀態(tài)。
歐洲申請專利98070號已說明了這樣一種顯示器件。這種已知顯示器件，可用電壓進(jìn)行多路驅(qū)動，它依照稱為有效值(r·m·s·)模式工作。Alt和Pleshk。(在1974年國際電子和電氣工程師協(xié)會的電子器件學(xué)報21期(146頁-155頁)(在IEEE T Trans·ED 1974)到中描述了這種驅(qū)動方法，并且，認(rèn)為這種驅(qū)動方法用于液晶顯示器件已是很普遍的了。在可接受的對比度條件下，以這種方法所能驅(qū)動的最大行數(shù)由下公式確定
注原文分母為“+”號，按文意應(yīng)為“-”。
在這里V2是驅(qū)動顯示單元為“開”時跨在它上所需的V.m·S。電壓，V1是顯示單元處于“關(guān)”的狀態(tài)下的電壓r·m·s.值。因為V1，V2比較接近，能驅(qū)動的行數(shù)較大，但達(dá)到所期望的對比度的時間也增加，顯示單元的電壓特性中有一陡峭的國電壓，但它它并不說明關(guān)于光學(xué)響應(yīng)速度的任何問題。這種響應(yīng)使顯示器件由第一態(tài)轉(zhuǎn)換到光學(xué)性質(zhì)不同的第二狀態(tài)，在已知的顯示器件中一種染料加到液晶材料中，并在兩個有效的電平中直接地被轉(zhuǎn)換。其中低電壓造成的“關(guān)”態(tài)，即不透光狀態(tài)。高電壓造成“開”態(tài)，即透光狀態(tài)。這種顯示器件的電壓傳輸特性中呈現(xiàn)滯環(huán)，在前面提到過的驅(qū)動方法公式中的V1和V2，必須選在滯環(huán)的兩邊。這種已知的顯示器件，它的優(yōu)點是所顯示的信息可在一個大的視場角范圍中被觀測到，同時具有被接受的對比度。
83年日本神戶顯示器會議錄中(396頁-399頁)沃特·布頓米爾(Water，Brimmell)和雷內(nèi)斯(Kaynes)合著的題為“可多路的染料液晶顯示”的文章，證實了采用標(biāo)準(zhǔn)的有效值驅(qū)動技術(shù)。在理想條件下，能最多取得1∶500的多路比，(即nmax＝500)。然而，在這種條件下，電壓傳輸特性中的滯環(huán)特性是所能取得的最大時分多路行數(shù)的限制因素。液晶的參數(shù)如(K11，K22，K33)彈性系數(shù)影響滯環(huán)的寬度，為了能夠取得高的多路比，應(yīng)限制這影響，使之最小。另一重要因素是支持平板的距離之沿平面的均勻度。很小的距離誤差能極大地降低多路比。進(jìn)而，距離/螺距，即d/p，與在層距厚d的距離上方向子的扭曲相適應(yīng)。這意味著d/p等于比值φ/2π。φ是方向子跨層厚d的扭曲角以弧度表的值。
依現(xiàn)代的概念，使液晶顯示器件具有所能驅(qū)動的線數(shù)非常大而同時在大視場角中保持高對比度，是本項發(fā)明的目的。根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示器件是由兩個平行的支撐被動平板構(gòu)成。這兩平行板保持相距d，在兩個相對的表面上分別有排成行的電極及成列的電極、行、列電極相互交叉，交點構(gòu)成像素矩陣。在兩極之間有一層向列型液晶，其中添加了膽留醇。所說的液晶具有正價電各向異性，螺距為P，比值d/P為0.5～1，在內(nèi)表面上有取向?qū)樱挂壕Х肿?定向子)跨層厚度d的漸增的扭曲φ值是在π到2π之間，并且在一個表面的分子相對于平面傾角為0～70度，在另一平面為5～70度。在加有電場的器件中，有效電場在E1以下，像素處于第一狀態(tài)，有效電場強度E2以上的，像素處于光學(xué)惰性質(zhì)不同的第二穩(wěn)態(tài)。當(dāng)有效場強EH處于E1和E2之間，可以是第一態(tài)或第二態(tài)，取決于先前的狀態(tài)。作為特性的比值d/P在0.6到0.9之間，方向子的扭曲角度φ值在1.2π到1.6π之間。d/p和φ/2π之間最多差10%。當(dāng)由第一態(tài)開始，像素上有效場強為EH時，液晶呈現(xiàn)出小的能量或值，于是，加一個具有超過上述伐值能量的脈沖，一個像素由第一態(tài)進(jìn)入第二態(tài)，反之，用一個具有低于閥能的脈，一個像素經(jīng)過一段松弛的時間的亞穩(wěn)態(tài)返回第一狀態(tài)，其條件是像素的驅(qū)動重復(fù)頻率不超過松弛期的倒數(shù)。
作為對比，過去所知的顯示器件，電壓傳輸特性的滯環(huán)，按照經(jīng)驗來講，它被看作是缺點。而本發(fā)明卻利用了滯環(huán)內(nèi)在同一電壓下，二種狀態(tài)可共同存在的特性。
本發(fā)明以這樣的事實為基礎(chǔ)，即當(dāng)顯示單元有效保持電場EH時，在第一與第二穩(wěn)態(tài)之間僅有一小的能量閥值，這一能量閥值是液晶分子取向在上述兩態(tài)之間過渡所需要的。在這種方式中，所選中的像素能被具有有效能能量的窄脈沖驅(qū)動到第二態(tài)。電場回到保持電場EH后，它們?nèi)蕴幱诘诙B(tài)，電場回到保持電場EH后，它們?nèi)蕴幱诘诙B(tài)，對沒選到的像素施加的窄脈沖分量不足以驅(qū)動它們克服值進(jìn)入第二態(tài)。它們也離開第一態(tài)，但經(jīng)過一般確定松弛時間，自己回到原態(tài)。留下一段松弛時間使之不受第二脈沖干擾，這些未選的像素就保留在第一態(tài)。事實上，如果這松弛過程受到第二態(tài)和順序而來的脈沖干擾，這些未選的像素會越來越遠(yuǎn)離第一態(tài)，最終克服閥值進(jìn)入第二態(tài)。當(dāng)然這不是所希望的。為防止這點，像素的驅(qū)動頻率必須不超過松弛期間的倒數(shù)。已經(jīng)得知，由保持電壓驅(qū)動到第二態(tài)所必要的電壓脈沖可以是短持續(xù)時間和低電壓。
夾專利申請2117157號透露，一種液晶顯示器件，它的顯示能由保持狀態(tài)被驅(qū)動到“開”態(tài)或“關(guān)”態(tài)是取決于它們先前的狀態(tài)。在這種已知的顯示器件中比值d/p近于1，φ近于2π。最小開關(guān)時向在這種情況下，接近20毫秒。作為對比，本文中的發(fā)明d/p小于0.9，φ小于1.7π，取得了較短的開關(guān)時間。具體化事實證明這項發(fā)明在這方面的最佳。其特點是d/p值在0.7到0.8之間，φ值在1.4π到1.6π之間。
這些發(fā)現(xiàn)和實驗中的具體認(rèn)識及本發(fā)明中的液晶顯示器件的性質(zhì)，組成了如下想法的基礎(chǔ)，即這類顯示器件采用正確選擇的驅(qū)動方法特別適于實現(xiàn)以時分多路驅(qū)動，行數(shù)很多的液晶顯示器。
本發(fā)明所說明的器件另一特點是它包括一個行掃描電路，這個電路用電壓為Ve的脈沖，對行電極順序地進(jìn)行周期掃描。另外，還有列選擇電路，它選擇那些像素，將使它們從第一態(tài)進(jìn)入第二態(tài)。它對每一個列電極加±Vc的脈沖。脈沖施加方式是，當(dāng)某行電極在某瞬間被掃描，在與這行相聯(lián)結(jié)一些的像素中，被選中的像素帶有電壓Ve+Vc，未選中的像素帶電壓Ve-Vc。此時，其他所有像素帶電壓±Ve。Ve+Vc的電壓脈沖，具有超過閥能的能量，Ve-Vc的電壓脈沖的能量低于閥能。Vc的脈沖相應(yīng)于有效場強EH。顯示器件還包括這樣一個線路，即在顯示新的信息之前，對所有像素加一空白脈沖，使它們都回到第一態(tài)。
按照本發(fā)明，用如此驅(qū)動方法，可以驅(qū)動1000多行，而無任何問題。適當(dāng)選擇液晶材料，減少制造誤差，行數(shù)可達(dá)4000以上。這種種驅(qū)動方法不允許像素處于“開”態(tài)，即第二態(tài)被選擇地驅(qū)動進(jìn)入“關(guān)”態(tài)，即第一態(tài)。因此，將一空白脈沖加到所有像素上，使它們都回到第一穩(wěn)態(tài)。當(dāng)然，當(dāng)所顯示的信息要改變時，這僅是一瞬間完成的。
像素的“開”“關(guān)”態(tài)的光學(xué)性能差別是他們的透光性質(zhì)不同。這是通過采用二色性染料，偏光板或聯(lián)合使用它們得到的。如前述歐洲申請專利98070號所述的，二色性染料加到液晶材料中，得到賓主型液晶顯示器件。如果必要，為增加對比度，在前面，即入射光的表面，加上偏光板。進(jìn)而顯示器件可用在透光型或反光型上，是否與染料聯(lián)合采用，在前面加偏光板，在反光型應(yīng)用中，顯示器件后邊加一反光層。
另一種具體方案中，液晶材料中不加染料，利用另一種液晶性質(zhì)，如雙折射(Δn)，和采用一對定向的偏光板，在這種情況下，顯示器也可任意地用于通光型或反光型。在透光型情況中，顯示器置于偏光板之間，兩板的相互位置決定了，被選的像素相對未選像素是白點還是黑點，在反光型的情況下，偏光板在前邊，反光鏡在后邊或在后支撐板的里表面上。也可用兩個偏光板，使后邊的偏光板起反光作用。偏光板的相互位置決定了所選中的顯示單元是在黑背景中的黑點。
在采用兩個線性偏光板的情況下，液晶材料雙折射的性質(zhì)，以及偏光板的相互位置(即相對角度)使得到的色對比是最佳的。對于平行的或者垂直的偏光板來說，為取得最佳對比度，對于所說的偏光板，0°到45度的斜角是必要的。這取決于產(chǎn)品的d∶△h值。當(dāng)然在一個偏光板和一個反光鏡聯(lián)合使用的情況下，利用部分地基于雙折射的效應(yīng)也能觀察到反差。
此發(fā)明特別適用于顯示大量信息的顯示器件。這是因為它在一秒數(shù)量級的時間內(nèi)能驅(qū)動高于2000行。本發(fā)明所借助的方法，基本不同于普通的有效值方法。(r·m·s·)現(xiàn)在以例說明本發(fā)明。參見圖，其中圖一，本發(fā)明的顯示器的剖面圖。
圖二，說明本發(fā)明顯示器件的工作原理。
圖三，圖一示出的器件的電壓傳輸特性。
圖4a和4b分別示出高于或低于閥能的脈沖造成的顯示單元的透光響應(yīng)。
圖5，說了本發(fā)明的液晶顯示器件驅(qū)動方法的原理。
圖一中的顯示器件，由兩塊玻璃支撐板1和2構(gòu)成，在支撐板1上制有排成行的銦-錫條狀電極3，支撐板2上有條狀銦-錫電極4，它們排成列狀。電板3與4相交差，交點形成顯示單元，它們按矩陣排列。在支撐板1和2上有氣相沉積硅層復(fù)蓋電極。這硅層是相對法線80°-86°角沉積的，形成取向?qū)?和7。在兩支撐板中間有液晶材料8，它由E·Merck夫人的向列型液晶ZLI1132和膽留醇(氰基異丁基職二苯h-cyano-4′-(2-methyl)-isobuty(-biphenyl CB 15)添加物混合而成。板之間距離是6.9微米，由隔塊保持，它們在平板表面均勻分布，圖中未畫出。邊封9在器件周圍，把兩玻璃聯(lián)合起來。膽留醇的添加量使螺旋體的螺距P大約是9.2微米。在這個距離上向列型液晶分子旋轉(zhuǎn)2π弧度角，因此d/p大約為0.75。在取向?qū)?上的方向子對層7的向子旋轉(zhuǎn)角度等于3/2π。由于傾斜地氣相沉積的硅氧化層作用，方向子不平行于表面，因而有一角度稱之傾角θ大約是30度。雖然在目前的例中，液晶分子的扭曲角φ適應(yīng)于由板取向?qū)哟_定的邊界條件，但不是必要條件，換言之，比值不必精確等于φ/2π，進(jìn)而支撐玻璃32分別含有一個線性偏光板，記為10和11。
通過驅(qū)動電極3和4，以適當(dāng)?shù)姆绞?，顯示單元能被驅(qū)動由第一態(tài)進(jìn)入光學(xué)上不同的第二態(tài)。偏光板和檢偏板平行時，所選的單元在黑背景中是白的(透光的)，轉(zhuǎn)動偏光板相互角度，適當(dāng)乘積d·△n，借助所述器件能任選地實現(xiàn)，由深蘭對白，到淺蘭對黑的反差。
參考圖2，圖3，現(xiàn)在說明兩個相互不同的光學(xué)狀態(tài)之間的驅(qū)動方方法。圖2提出在像素厚度一半的位置上的方向子傾角Qm是像素上的電場E的函數(shù)。在電場E1以下，方向子基本平行于板1和2。在場強E2以上，方向子轉(zhuǎn)過大約90度，即方向子基本上垂直于板1和板2，當(dāng)偏光板平行時，在E1以下，顯示單元呈現(xiàn)第一態(tài)。在給定的偏光板位置上，它是不透光的，它表現(xiàn)“關(guān)”態(tài)。在E2以上場強顯示單元，呈現(xiàn)第二態(tài)，它在給定偏光板的位置條件下處于透光狀態(tài)，它表現(xiàn)“開”態(tài)。由于特性中的滯環(huán)存在，在處于E1和E2之間的場強上，兩態(tài)同時出現(xiàn)。
圖中用箭頭標(biāo)明場強滯環(huán)的變化方向，先增加后減少。由高場強而來時，在場強EH上“開”態(tài)將存在。反之，由低場強而來時在同一場強EH上，“關(guān)”態(tài)將存在。發(fā)明通過逐漸地認(rèn)識來利用這事實。由第一態(tài)開始加大場強，并保持在EH的“關(guān)”態(tài)和“開”態(tài)的Qm，分別是低于18度到高于70度，為了造成液晶的方向子，在這個保持電場上轉(zhuǎn)動由18度到多于70度，必須克服閥能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)脈沖電場(脈沖電壓)加上時，僅需要一個小轉(zhuǎn)動作為橋梁。在這個之后液晶自己進(jìn)入第二態(tài)，這意味著由第一態(tài)迅速進(jìn)入第二態(tài)，僅需要低能量窄脈沖就足夠了。在圖3中這些狀態(tài)示為T1和T2，各自相當(dāng)于像素的“關(guān)”和“開”狀態(tài)。圖3與圖2相似，表明顯示單元的電壓特性。圖2和圖3是許多特性的統(tǒng)計曲線，其中保持電壓VH相當(dāng)于保持場強EH，高透光性T相當(dāng)于大傾角Qn。當(dāng)對顯示單元加一窄脈沖，其值不超過所說的閥能。Qn即T將在初始時增加，然后又在給定的松弛期以內(nèi)返回初始態(tài)。兩種效應(yīng)示在圖4a和圖4b中。兩圖示出示顯示單元對寬度為0.2毫秒的脈沖響應(yīng)。這脈沖相對于保持電壓VH大約是14伏，圖4a與4b僅是時間尺度不同。曲線A表明被選中的單元對0.2毫秒(14+1.6伏)的脈沖的響應(yīng)，這個電壓是以克服閥值，使顯示單元由T1態(tài)進(jìn)入T2態(tài)。曲線B表明未選中的單元的響應(yīng)，它已被加上0.2毫秒(14-1.6)伏的脈沖，這個脈沖不超過T1和T2中間閥值，透光率初始地增加，但經(jīng)過所說過的亞穩(wěn)態(tài)期向返回初始態(tài)T1，在這情況中大約200毫秒。為了不干擾這一現(xiàn)象，在這松弛期內(nèi)，第二個脈沖不要加到未選的像素上，如圖4b所顯示的那樣，否則還會超過閥值。為了防止這點，顯示單元的驅(qū)動頻率不超過松弛期的倒數(shù)。在目前情況，最大重復(fù)頻率大約為5Hz。這就是當(dāng)前的發(fā)明與標(biāo)準(zhǔn)的有效值驅(qū)動的區(qū)別。
圖5表明，這發(fā)明的驅(qū)動原理，三行電極K.L.M.及三列電極O.E.F.幅值為Ve的行選脈沖順序加到行電極K1.L1M上，同時幅值為±Vc的脈沖加到所有的列電極上，電壓±Vc相當(dāng)于圖3中的保持電壓VH且近似為1.6伏，行選脈沖幅值14伏脈寬0.2毫秒，和被行脈沖瞬時地掃到的行電極相聯(lián)的一些像素中，所選中的電壓Ve+Vc＝15.6伏，對于未選中的像素為Ve-Vc＝12.4，伏電壓。余下的像素上保持在1.6伏電壓上，在圖中未選中的像素相對于選中的像素是涂黑的。
當(dāng)顯示器件要顯示新的信息，不同于舊的信息時，首先借助于一短脈沖所有像素都被帶到“關(guān)”態(tài)，為了這一目的50ms的D伏脈沖是有效的。
由于窄脈沖寬為0.2ms，1秒周期能驅(qū)動5000行，顯示器件的像素厚度的誤差正負(fù)方向上不超2.5%，對器件工作沒有明顯影響，因為保持電壓VH取決于正常像素的厚度，所以較大的誤差使關(guān)于于驅(qū)動電壓的選擇則不再滿足了，對于厚度有誤差的像素，就滯環(huán)而言，前述的保持電壓因地而異了。
所描述的具體器件的數(shù)據(jù)綜述如下液晶材料 21I 1132加1.45%的CB 15 d＝6.9μφ＝270度 d/p＝0.75 θ＝30度在兩面上保持電壓VH＝1.6v其他滿足發(fā)明目的的具體實施是a)液晶材料ZLI 1132+0.68%的CB 15 d＝9μ φ＝270度 d/p＝0.5 θ＝30度在兩表面VH＝1.8伏b)液晶材料ZLI 1132+1.16%的CB15 d＝6.4μ φ＝270度 d/p＝0.6 θ＝1度和θ＝30度，保持電壓VH＝2.3伏c)液晶材料ZLI 1132+1.16% CB 15 d＝6.4μ φ＝247度 d/p＝0.6 θ＝30度在兩表面 VH＝1.6伏
d)液晶材料 E 1840+1.45% CB 15 d＝6.4μ φ＝270度 d/p＝0.75 θ＝30度在兩表面 VH＝1.6伏。
權(quán)利要求
1.一液晶顯示器件由兩平行的支撐板構(gòu)成它們之間保持相距離為d，且有相對的表面，在一個表面上置有行形式的電極，在另一表面上置有列形式的電極，它們排列形式使行電極與列電極交叉，交點形成像素矩陣，在兩支撐板之間有一層添加有膽留醇的向列形液晶，它有正介電各向異性，因有螺距為P比值d/p的值在0.5到1之間，在所有的表面上有一取向?qū)邮挂壕Х肿釉诤穸萪上的漸增扭曲φ值在π到2π之間，在一個表面分子的傾角在0度-70度之間，在另一表面傾角在5度-70度之間，傾角是相對自的表面而言。在加有電場的器件中，有效電場強在E1之下的像素是處于第一穩(wěn)態(tài)，有效場強在E2以上的像素是處于光學(xué)上不同的第二穩(wěn)態(tài)，在E1和E2之間的EH場強上，可以是第一態(tài)或是第二態(tài)，取決于先前的狀態(tài)。作為特征的d/p值在0.6到0.9之間，方向子的扭曲Φ值大1.2π到1.7π之間，d/p與Φ值之間最多相差10%。而且由第一穩(wěn)態(tài)開始，當(dāng)像素上跨的有效場強EH這時液晶呈現(xiàn)一小的能量閥值，使得加一個具有超過這閥值的能量脈沖，一個像素就從第一態(tài)變化(進(jìn)入)到第二穩(wěn)態(tài)，反之，用一個具有在這閥之下的能量之脈沖，一個像素就經(jīng)過一段松弛時間的亞穩(wěn)態(tài)返回第二態(tài)，其條件是一個像素的驅(qū)動重復(fù)頻率不超過松弛期的倒數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)項1中所述的液晶顯示器件的其特點在于d/p值在0.7到0.8之間，φ值在1.4π到1.6π之間。
3.根據(jù)權(quán)項1或權(quán)項2中申明的液晶顯示器件，它包含一行掃描電路為特點，掃描電路用值為Ve的行選脈沖順序地、周期地掃描行電極，也有列選線路，以選擇那些要由第一態(tài)被驅(qū)動到第二態(tài)的像素。列選線路對每列電極上供給一個值為±Vc的脈沖，其方式是這樣當(dāng)某行被瞬向地掃到使在與這行相聯(lián)的像素中，選中的像素上帶有電壓Ve+Vc，未選的像素帶有電壓Ve-Vc。而同時其他所有像素帶有電壓±Vc。Ve+Vc的電壓脈沖，有超過所說的閥值的能量。Ve+Vc的脈沖的能量低于閥值Vc的脈沖，電壓Vc造成有效場強Ez。顯示器件還包括一功能在顯示新技術(shù)信息之前，對所有像素加一空白脈沖，使它們都回到第二態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)項1，2或3中所述的顯示器件其特征是在液晶材料中加了二色性染料。
5.根據(jù)權(quán)項4中所述的顯示器件，其特征是在前支撐板裝有偏光板。
6.根據(jù)權(quán)項4或5中申明的顯示器件特點是在于后支撐板的一個表面上裝有反射層。
7.根據(jù)權(quán)項1，2或3中申明的顯示特點在于前支撐板裝有一個偏光板，后支撐板的一個表面上置有一層反射層。
8.根據(jù)權(quán)項1，2或3中的顯示器件，特點是前后支撐板上有偏光板。
9.根據(jù)權(quán)項8中所述的顯示器件，在后邊撐板上置有反射層，這是它的特征。
專利摘要
一種液晶顯示器件，由兩個支撐平板構(gòu)成，平板間保持一定距離d，相對的內(nèi)表面上分別排有行電極列電極。它們組成像素矩陣，在兩支持平析之間，有一種向列型液晶與膽留醇添加物的混合物，它具有正的介電各向異性，自然螺距P。顯示單元回到初始態(tài)在這中間要經(jīng)過一段松弛亞穩(wěn)態(tài)確定時期。當(dāng)像素的驅(qū)動頻率，不超過松弛期的倒數(shù)時，以這種方式在1秒鐘內(nèi)，可以順序?qū)?000多行。
文檔編號G02F1/13GK85101696SQ85101696
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者斯普拉琪維埃 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan