專利名稱：具有改進(jìn)的等反差性能的液晶顯示器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及液晶顯示器，更具體地說(shuō)，涉及具有改進(jìn)的等反差性能的液晶顯示器及其制造方法。
液晶顯示器(LCD)可用于顯示信息，已經(jīng)使用了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。雖然液晶顯示器對(duì)于用在功率消耗很重要的便攜式裝置中具有吸引力，但它通常也用于其它的顯示用途，例如試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)設(shè)備。有利的是，液晶顯示器一般消耗相對(duì)較小的功率。
LCD可以制成為反射式顯示器，其中光透過(guò)顯示器并反射穿過(guò)顯示器以便觀看；或者制成為透射式顯示器，其中光源位于顯示器背后，觀看者直接觀看顯示器。


圖1A是說(shuō)明常規(guī)的反射式LDC 10的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖。簡(jiǎn)言之，通過(guò)將液晶(LC)材料11置于玻璃基底元件16和17之間，并向其施加透明的氧化錫銦(ITO)電極線12和14，制成LCD。ITO線12和14是以形成交叉電極線陣列的形式施加到玻璃基底元件16和17上。ITO線12和14通常彼此正交取向，從而在各ITO線12和14的交會(huì)點(diǎn)處的液晶材料中形成圖象元素(象素)。
在玻璃基底元件16的與施加ITO線12的表面相對(duì)的表面上，施加一個(gè)偏振層18。類似地，在玻璃基底元件17的與施加ITO線14的表面相對(duì)的另一表面上，施加一個(gè)檢偏層19。在檢偏層上加上一個(gè)漫射層21，在漫射器上施加反射層22。在透射式顯示器的情形，光源位于反射層22處。偏振層18是施加在玻璃上的薄膜，起著將入射光偏振的濾光器作用，從而使入射光束沿一個(gè)方向偏振。檢偏層是在偏振過(guò)程中起輔助作用的薄膜。漫射層21也是薄膜，它將光束漫射或弄模糊，以便在觀看顯示器時(shí)不發(fā)生討厭的雙折射現(xiàn)象。雙折射可通過(guò)了解光的平面波在各向同性的介質(zhì)(如空氣)和各向異性介質(zhì)(如晶體)之間的邊界處的折射來(lái)解釋。入射波與折射波的波前應(yīng)當(dāng)在該邊界處匹配。因?yàn)楦飨虍愋越橘|(zhì)保持兩種明顯不同的相速模式，對(duì)于各入射光波都有兩個(gè)具有不同方向和不同偏振度的折射光波。此效應(yīng)稱作雙折射。
在ITO線12和ITO線14之間施加電勢(shì)時(shí)，在ITO線12和14之間形成了穿過(guò)液晶材料的電場(chǎng)。按照已知的原理，作為對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)，液晶內(nèi)的分子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并將根據(jù)LC材料的類型旋轉(zhuǎn)、扭曲或者改變狀態(tài)，從而通過(guò)行進(jìn)光波的正交偏振阻止光透過(guò)顯示器，視窗出現(xiàn)黑暗。顯示器通?？梢允前咨蚝谏８鶕?jù)施加的電場(chǎng)，液晶材料會(huì)改變狀態(tài)。換言之，如果該材料是“黑的”，它將變“白”，而如果該材料是“白的”，它將變“黑”。重要的是，液晶材料是響應(yīng)由ITO線12和14施加的電場(chǎng)而改變狀態(tài)。
圖1B是示意說(shuō)明在圖1A的LCD 10的ITO線12與14的交會(huì)點(diǎn)23(稱作“象素結(jié)點(diǎn)”)形成的常規(guī)象素15的平面圖。為清楚起見(jiàn)，略去了一些元件。象素15包括位于ITO線12和14的交會(huì)點(diǎn)并處于二者之間的LC材料11。
圖1C是常規(guī)的圖1B象素15的橫截面圖。作為對(duì)于在ITO線12和ITO線14之間的象素接點(diǎn)23的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)25的響應(yīng)，構(gòu)成LC材料11的分子將改變狀態(tài)或者旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)觀察者變成可見(jiàn)(圖1A的24)。
圖1D是圖1A的常規(guī)反射式LCD 10的橫截面圖，它說(shuō)明了“被尋址”象素和“未被尋址”象素之間的差別。在圖1D中，LC材料11被畫(huà)成由各個(gè)分子組成，它的一個(gè)實(shí)例用標(biāo)號(hào)13表示。與象素33相應(yīng)的電壓源“Vs”27表示象素33內(nèi)的液晶材料11被選擇或者被尋址。當(dāng)被尋址時(shí)，夾在準(zhǔn)直層28和準(zhǔn)直層29之間的LC材料11內(nèi)的各個(gè)分子13的取向改變狀態(tài)，或者扭曲，象是“被拉直”。準(zhǔn)直層28和29都是薄膜，它們已沿特定方向被物理磨擦，從而有助于和這些層相鄰的LC分子13沿有利的方向預(yù)轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，如果希望LCD具有優(yōu)選的視角，則這些受磨層提高了角度視野。排列好的分子13(與象素33相關(guān))使來(lái)自光源24的光能以特定的偏振度穿過(guò)LC材料11。光源24的光可以穿過(guò)玻璃基底16和偏振層18反射回到觀察者26處。
與電壓源“Vna”26連接的象素35內(nèi)的分子13未被尋址。這些分子13的無(wú)規(guī)的分子取向抑制了來(lái)自光源24的光，并阻止光穿過(guò)與象素35相關(guān)的LC材料11。因此，象素35是未被尋址的，對(duì)于觀察者26象是黑的。
圖1E是圖1B和1C的象素15的等反差曲線的圖示表示31。當(dāng)以垂直于，或接近垂直于LCD顯示器的表面的角度觀察LCD時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的液晶材料容易分辨。但是，當(dāng)以斜角觀看時(shí)，扭曲的液晶材料對(duì)行進(jìn)光波的偏振作用很快變得難以分辨。這是由液晶材料的晶態(tài)本質(zhì)造成的。這一情況圖示于圖1E中，該圖表示了常規(guī)象素15的反差曲線(稱作等反差曲線)。在曲線的每一點(diǎn)都具有相同的反差比率(由尋址象素返回的光/由未尋址象素返回的光)的反差曲線稱作等反差曲線。如圖1E中所示，象素15的區(qū)域內(nèi)的液晶材料顯然在某些角度比另一些角度有更好的反差。例如，等反差線34表明，象素在約180或360度觀看時(shí)比在90或270度觀看時(shí)反差要高。例如，箭頭37指示了觀察者在這些角度只能看到有限的反差。
因此，工業(yè)上需要這樣一種液晶顯示器，該顯示器中的液晶材料的反差可以控制并可根據(jù)所希望的視角增至最大。
本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的和可控的等反差的液晶顯示器及其制造方法。
在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明可以概念化為一種在一對(duì)透明板之間放置著液晶材料的液晶顯示器。該顯示器包括與液晶材料連接的第一導(dǎo)電體和第二導(dǎo)電體，并且在第一導(dǎo)電體和第二導(dǎo)電體重疊的區(qū)域中形成圖象元素。第一導(dǎo)電體和第二導(dǎo)電體被安置成向液晶材料施加電場(chǎng)。該電場(chǎng)使液晶材料內(nèi)的分子響應(yīng)與該象素有關(guān)的重疊區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)而改變狀態(tài)。選擇性地限定重疊區(qū)以改變電場(chǎng)，使得液晶分子響應(yīng)電場(chǎng)而改變狀態(tài)的程度受選擇性限定的重疊區(qū)的控制。
本發(fā)明還可以概念化為一種控制液晶顯示器內(nèi)反差的方法，該方法的步驟包括在一對(duì)透明板之間形成液晶材料并將第一導(dǎo)電體和第二導(dǎo)電體與該液晶材料連接。該方法的步驟還包括在第一導(dǎo)電體和第二導(dǎo)電體重疊的區(qū)域內(nèi)形成圖象元素。第一和第二導(dǎo)電體向該液晶材料施加電場(chǎng)。所施加的電場(chǎng)引起液晶材料內(nèi)的分子響應(yīng)與該圖象元素相關(guān)的區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)而改變狀態(tài)。該方法還包括選擇性限定重疊區(qū)以改變電場(chǎng)的步驟，從而使液晶分子響應(yīng)電場(chǎng)而改變狀態(tài)的程度受選擇性限定的重疊區(qū)的控制。本發(fā)明使得對(duì)電場(chǎng)形狀的控制成為可能，從而液晶材料的狀態(tài)變化或扭曲可以控制，結(jié)果從任何角度都能有利地觀看顯示器，由此減少并且可能消除了盲點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以控制液晶顯示器的反差。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單并且容易進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在考察以下附圖和詳細(xì)敘述時(shí)，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)越性將變得顯而易見(jiàn)。這些另外的特點(diǎn)和優(yōu)越性都將包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如同權(quán)利要求中所定義的，本發(fā)明可以參照以下附圖更好地理解。附圖內(nèi)的組件不一定彼此成比例，強(qiáng)調(diào)的是清楚地說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1A是說(shuō)明常規(guī)的反射式LCD的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖；圖1B是示意說(shuō)明在圖1A的LCD的ITO線交會(huì)點(diǎn)形成的常規(guī)象素的平面圖；圖1C是圖1B的常規(guī)象素的橫截面圖；圖1D是圖1A的常規(guī)反射式LCD的橫截面圖，說(shuō)明了“尋址”象素和“未尋址”象素之間的區(qū)別；圖1E是圖1B和1C的象素的等反差曲線的圖形表示；圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)成的液晶顯示器的橫截面圖；圖3A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)成的象素的平面圖；圖3B是圖3A的象素的橫截面圖；圖4A是說(shuō)明圖3A和3B的象素的另一實(shí)施方案的平面圖；圖4B是說(shuō)明圖4A的象素的橫截面示意圖；圖5是圖3A和3B的象素的等反差曲線的圖形表示。
以下說(shuō)明適用于所有的液晶(LC)顯示器，并且還適用于其中的液晶材料的狀態(tài)藉助向LC材料施加電場(chǎng)來(lái)改變的所有體系和方法。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)成的液晶顯示器的橫截面圖。LCD100包括安置在玻璃基底元件16和17之間的LC材料11。ITO電極線112施加在玻璃基底16的面對(duì)LC材料11的表面上，ITO電極線114施加在玻璃基底1 7的面對(duì)LC材料11的表面上。ITO線112和114是以ITO線形成交叉線的陣列的方式施加到玻璃基底元件上。例如，ITO線112可以沿一個(gè)方向施加，而ITO線114可以沿與ITO線112正交的方向施加。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，ITO線112和114是選擇性地限定和構(gòu)建，以便選擇性地改變?cè)诰€112和114之間產(chǎn)生的電場(chǎng)，從而控制在它們之間的LC材料11的狀態(tài)變化。ITO線112和114也可以以彼此不正交的角度分別施加到玻璃基底元件16和17上。另外，還可以用其它的導(dǎo)電材料代替ITO。
偏振層18是施加到玻璃基底元件16的與施加ITO線112的一面相對(duì)的表面上。類似地，檢偏層19是施加到玻璃基底元件17的與施加ITO線114的一面相對(duì)的表面上。漫射層21是施加在檢偏層上，反射層22施加在漫射層上。
根據(jù)下面要說(shuō)明的本發(fā)明的一個(gè)方面，在ITO線112和ITO線114之間產(chǎn)生的電場(chǎng)在ITO線112與ITO線114交叉或重疊的部位穿過(guò)LC材料11。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該電場(chǎng)使位于ITO線112和ITO線114之間的LC材料以比先前可能的更大程度改變其狀態(tài)。以這種方式，就圖2所示的反射式顯示器而言，來(lái)自光源124的光穿過(guò)液晶材料11并反射回到觀察者126處，使得觀察者126可以從比先前能實(shí)現(xiàn)的更廣的視角觀看選定的象素。
圖3A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)建的象素115的平面圖。象素115包括位于ITO線112和114之間的LC材料11(為清楚起見(jiàn)畫(huà)成虛線)。其中ITO線112和114交叉或重疊的區(qū)域稱作象素結(jié)點(diǎn)123，在該區(qū)域內(nèi)形成象素115。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，ITO線112被結(jié)構(gòu)成在象素結(jié)點(diǎn)123的重疊區(qū)內(nèi)ITO線112的環(huán)形部分124與ITO線114交叉和重疊，從而增大了ITO線112和114在其中形成象素115的重疊區(qū)的面積。類似地，可以以這種環(huán)形方式形成ITO線114，而ITO線112保持為矩形。另外，也可以將ITO線112和114都用環(huán)形部分124構(gòu)成。重要的是，環(huán)形部分124增大了ITO線112和114的交叉面積，并有利地改變了ITO線112和114在上面交叉的“扭曲的”液晶材料11的形狀。
圖3B是圖3A中象素115的橫截面圖。如圖3B所示，ITO線112對(duì)LC材料11施加正電荷，而ITO線114對(duì)LC材料11施加負(fù)電荷。在向ITO線112和114施加電壓時(shí)，在ITO線112的環(huán)形部分124與ITO線114之間產(chǎn)生了電場(chǎng)125。電場(chǎng)125穿過(guò)LC材料11，造成LC材料中的分子改變狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，在區(qū)域127內(nèi)發(fā)生電場(chǎng)125的有利的聚束，其情形如圖3B的區(qū)域127中所示，這是由于選擇性施用具有環(huán)形部分124的ITO導(dǎo)線112造成的，從而在區(qū)域127內(nèi)施加了更有利和更大的電動(dòng)勢(shì)(emf)場(chǎng)。由于穿過(guò)LC材料11的電動(dòng)勢(shì)場(chǎng)更大，所以在LC材料11內(nèi)的液晶分子的狀態(tài)改變程度比常規(guī)方式形成ITO導(dǎo)線112時(shí)更高。用這種方式，形狀更有利的emf場(chǎng)造成LC材料11內(nèi)分子的更大扭曲，使等反差曲線具有所要求的形狀(下面參照?qǐng)D5說(shuō)明)。這一更大的扭曲最終形成在象素位點(diǎn)115有更高反差的LC材料。
圖4A是說(shuō)明圖3A和3B的象素的另一實(shí)施方案的平面圖。象素130的形成使ITO線132被選擇性限定，以便在ITO線132與ITO線134交叉的象素結(jié)點(diǎn)133處為方形136。用這種方式，ITO線132的選擇性形成增大了ITO線132和134覆蓋LC材料11的面積。
圖4B是說(shuō)明圖4A的象素130的橫截面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，ITO線132向LC材料11施加正電荷，而ITO線134向LC材料11施加負(fù)電荷。如圖所示，在ITO線132的方形部分136和ITO線134之間產(chǎn)生的電場(chǎng)135在箭頭137指示的區(qū)域內(nèi)發(fā)生電場(chǎng)135的“聚焦”。電場(chǎng)135在象素結(jié)點(diǎn)133處的聚焦造成了更大的反差比，從而形成了具有更廣視角的象素。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用對(duì)改進(jìn)等反差比和等反差曲線形狀有相同效力的各種各樣的ITO導(dǎo)線構(gòu)型。
圖5是圖3A和3B中象素115的等反差曲線的圖形表示150。如圖5所示，等反差曲線151的形狀比圖1E的等反差曲線34明顯地更接近圓形。用這種方式，與象素15(圖1E)的視角相比，在90和270度視角觀看由曲線151表示的象素的能力得到改進(jìn)。箭頭152表示，用圖1E中箭頭37表示的盲點(diǎn)在與圖5的等反差曲線151相應(yīng)的象素115中顯著減小。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以在基本上不偏離本發(fā)明原理的條件下對(duì)以上陳述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案作出許多修改和變動(dòng)。所有這些修改和變動(dòng)都將包括在由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種液晶顯示器(100)，其中包括一種安置在一對(duì)透明板(16,17)之間的液晶材料(11)；與該液晶材料(11)連接的第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)，在該第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)重疊的區(qū)域(123)內(nèi)形成圖象元素(115)，第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)配置成對(duì)液晶材料(11)施加電場(chǎng)(125)，該電場(chǎng)(125)造成液晶材料(11)內(nèi)的分子(13)響應(yīng)與該圖象元素(115)相關(guān)的重疊區(qū)(123)內(nèi)的電場(chǎng)(125)而改變狀態(tài)；其中重疊區(qū)(123)被選擇性地限定改變電場(chǎng)(125)，使得液晶分子(1 3)響應(yīng)電場(chǎng)(125)而改變狀態(tài)的程度受選擇性限定的重疊區(qū)(123)的控制。
2．權(quán)利要求1的液晶顯示器(100)，其中該選擇性限定的重疊區(qū)(123)將電場(chǎng)(125)會(huì)聚在與圖象元素(115)相對(duì)應(yīng)的可控位置(127)處。
3．權(quán)利要求1的液晶顯示器(100)，其中該選擇性限定的重疊區(qū)(123)使液晶分子(13)的狀態(tài)變化達(dá)到最大。
4．權(quán)利要求1的液晶顯示器(100)，其中該選擇性限定的重疊區(qū)(123)使該區(qū)內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大。
5．權(quán)利要求1的液晶顯示器(100)，其中的第一導(dǎo)電體(112)在選擇性限定的重疊區(qū)(123)內(nèi)為環(huán)形(124)。
6．一種控制液晶顯示器(100)內(nèi)的反差的方法，該方法包括以下步驟將液晶材料(11)安置在一對(duì)透明板(16,17)之間；將第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)與該液晶材料(11)連接；在第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)于其中重疊的區(qū)域(123)內(nèi)形成圖象元素(115)，該第一導(dǎo)電體(112)和第二導(dǎo)電體(114)配置成對(duì)液晶材料(11)施加電場(chǎng)(125)，該電場(chǎng)(125)造成與圖象元素(115)相關(guān)的區(qū)域(123)內(nèi)的液晶材料(11)的分子(13)響應(yīng)電場(chǎng)(125)而改變狀態(tài)；和選擇性的限定區(qū)域(123)以改變電場(chǎng)(125)，使得分子(13)響應(yīng)電場(chǎng)(125)而改變狀態(tài)的程度受該選擇性限定的區(qū)域(123)的控制。
7．權(quán)利要求6的方法，其中還包括利用選擇性限定的區(qū)域(123)將電場(chǎng)(125)會(huì)聚在與該圖象元素(115)相應(yīng)的可控部位(127)的步驟。
8．權(quán)利要求6的方法，其中還包括利用選擇性限定的區(qū)域(123)將分子(13)的狀態(tài)變化增至最大的步驟。
9．權(quán)利要求6的方法，其中還包括利用選擇性限定的區(qū)域(123)使電場(chǎng)(125)具有某種形狀的步驟。
10．權(quán)利要求6的方法，其中還包括將第一導(dǎo)電體(112)在選擇性限定的區(qū)域(123)內(nèi)制成方形(136)的步驟。
全文摘要
一種改進(jìn)的液晶顯示器(100)，其中包括在液晶材料(11)的圖象元素(象素)區(qū)域(123)內(nèi)重疊的導(dǎo)電體(112,114)。選擇性地限定該導(dǎo)電體(112,114)，以便控制施加到與液晶材料(11)相關(guān)的區(qū)域(123)內(nèi)的液晶材料(11)上的電場(chǎng)(125)。通過(guò)控制區(qū)域(123)內(nèi)的電場(chǎng)(125)，可以控制液晶材料(11)內(nèi)的分子(13)響應(yīng)電場(chǎng)(125)而轉(zhuǎn)動(dòng)的程度。用這種方式，可以選擇性地控制區(qū)域(123)內(nèi)的液晶材料(11)的反差，從而改進(jìn)例如液晶顯示器(100)在多個(gè)軸向上的反差。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK1317712SQ0110301
公開(kāi)日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
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