专利名称：显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器件，该器件包括在两个衬底之间的向列型液晶材料，其中一个衬底上设置有选择电极和数据电极的矩阵，在选择电极和数据电极的交叉区域处为一像素，和至少开关元件以及用于驱动该选择电极和数据电极的驱动装置。
这种有源矩阵显示器件的例子有膝上型计算机和管理器中使用的并基于向列效应的TFT-LCD或AM-LCD，向列效应例如扭曲向列效应，平面内开关效应，或者，例如垂直排列效应。
这种显示器件的问题在于像素的切换速度相对较慢；当切换电场时，液晶分子的典型切换周期为10-100msec。当电场切断时，由于切断次数基本上完全是由驰豫次数而确定的，因此该切换周期通常甚至会更长。当显示活动图像时这是非常不利的。
本发明的一个目的是提供一种如同开头段落描述的类型的更快速切换的显示器件。
根据本发明的显示器件，该像素包括至少三个电极，驱动装置提供有用于在运行时产生两个相互不同方向的电场的装置。
优选产生两个基本上相互垂直的电场。
本发明是基于这样的认知而作出的，像素的切换速度依赖于电场所施加在液晶分子(的指向器)上的转矩。通过激励，在驱动装置的作用下，电场在该时刻施加一个很大的转矩，通常可以实现高的切换速度，该速度高于每个像素两个电极情况下的切换速度。由于这种转矩也可以在电场切断期间被产生，因此该切断时间独立于或几乎不依赖于驰豫次数。
如果需要，该驱动装置可包括用于在两个驱动周期之间将像素设为规定状态(复位)的装置。
第一优选装置包括在两个衬底之间的像素，其中第一衬底包括处于像素位置的两个电极，这两个电极的纵向形成一定角度。本实施例适用于平面内开关效应，其中使用具有负介电各向异性的液晶材料。在此情况下该角度优选基本上为90度，在该像素位置处的第一衬底还设置有一个基本上呈L形的电极。
在适用于扭曲向列效应(正介电各向异性)的另一个实施例中，第一衬底包括在该像素位置处的两个电极，第二衬底还设置有至少一个另外的电极。
向第二电极提供电压的可能性有很多种(在不同的时刻或者以不同的值)。
例如，第一衬底包括在像素位置处的两个电极，每个电极都提供有各自的开关元件，该开关元件具有共同的选择电极。如果需要，开关元件具有不同的开关电压。
或者，第一衬底可以包括在像素位置处的两个电极，每个电极都被提供有各自的开关元件，该开关元件被连接到不同的选择电极。
通过以下对实施例的说明，本发明的这些和其他方面将变得更加明显。
在附图中，
图1和2表示本发明所基于的效应，图3是传统的显示器件和根据本发明的显示器件中的图像电极的平面图，图4表示在图3的装置中根据本发明的操作，同时图5表示根据本发明的显示器件的变型，图6是根据本发明的显示器件的一部分的等效电路，同时图7表示图6的详细电路，和图8到10表示图7的各种变型。
上述附图只是图示举例，而并非按实际比例绘制；相对应的部件通常由相同的参考标记表示。
在包括在两个衬底之间的向列材料的液晶显示器件中，由于液晶分子在电场的作用下旋转可以获得透射或反射的改变。该电场可以横向于衬底方向被施加，或者在平行于衬底的方向被施加(参见平面内开关In Plane Switching)。这种显示器件的开关周期尤其依赖于所使用的液晶材料的粘性和所使用的电场的强度。
看来影响很大的另一个因素是，由电场施加在液晶分子(的指向器)上的转矩。其值依赖于主要电场的方向2和液晶分子3的方向之间的角度θ(参见图1)。对于具有负介电各向异性的液晶材料Δε(Δε＝εц-ε⊥)，例如，在基于平面内开关效应的单元内，此转矩与sin(2θ)成比例。
当电场被接通且分子基本上都平行于此电场时，这些分子在此电场的作用下将自己取向到与此电场相垂直的方向。最初，角度θ很小则转矩也会小；电场几乎没有作用，而充满液晶材料的显示单元的透射(或反射)也仅缓慢改变(图2中的区域4，其中示出了对于这样一个单元透射相对于时间的变化)。在角度θ大约为45度时，电场的作用是最有效的，并且透射迅速改变(图2中的区域5)，当角度θ接近90度值时透射缓慢改变(图2中的区域6)。
图3a是在传统的平面内开关效应的显示器件中，衬底上的图像电极7，8的平面图，其中电极8被连接到一个固定电压，例如接地，其中通过被定向于基本平行于衬底的电场，开关发生在不同的光学状态之间，并因此被称为“水平电场显示”，其中会出现上面描述的效应。
图3b是在根据本发明的显示器件中，衬底上的图像电极8，9和10的平面图，其中电极8被再次连接到一个固定电压上，例如接地。在该例子中，图像电极8是L形，可通过图像电极9、10提供电压V1、V2。通过使电极9与电压V1＞0连接、电极10与地连接，产生由线11表示的电场。通过使电极10与电压V2＞0连接、电极9与地连接，产生由线11表示的电场。通过彼此不同的电压V1、V2，可以施加不同方向和大小的电场。
图4示出根据本发明分子3是如何以加速方式切换的。
当电场2被接通(在时刻t1为E1)时，分子3以角度α延伸，例如与X轴成135°的角度，此时以90°的角度施加电场E1(图3b中，V2＞0，V1＝0)。然后角度θ为45°，从而使上述转矩最大。这样分子3就可以快速地旋转到这样一个位置，其中θ≌30度(时刻t2)且α≌120度。随后，按照θ再次大约为45度且转矩最大的方式调整电压V1和V2(V2＞0，V1＞0)(时刻t3，电场2和X轴之间的角度大约为65度)。分子3现在继续快速旋转。通过按照转矩保持最大的方式适时调整V1和V2(时刻t4，电场2和X轴之间的角度大约为45度)，完成分子经过90度的旋转。
相反，当切换返回原始状态时，可以按照保持反向转矩最大的方式来调节V1和V2。因此该切换返回变为一个主动的驱动过程，该过程不再由液晶分子的驰豫时间来决定。
图3b示出第一衬底上的电极。液晶分子位于该衬底和第二衬底之间。如果需要，可以在该第二衬底上提供一个或多个(透明)电极。
所述的动态驱动并不局限于平面开关效应，还可以用于例如显示器件16上(图5)，其中该显示器件16基于扭转向列效应(Δε＞0)或基于垂直排列的向列效应(VAN)。该液晶材料15存在于两个衬底14、14’之间。衬底17上的电极8、9适于在平行于衬底14、14’的方向上产生电场11，同时可通过这些电极和衬底14’上的一个或更多反电极10施加电场12，该电场方向横向于这些衬底。通过对各种电极上电压的适当选择，可以如上所述那样加速(动态驱动)接通和断开。
图6示出可应用本发明的显示器件1一部分的等效电路。它包括处于行或选择电极17和列或数据电极18、19交叉区域处的像素矩阵20。行驱动器21连续选择行电极，同时通过数据寄存器22列电极提供有数据。如果需要，如果需要借助信号处理单元25，在处理器24中对输入数据23进行第一处理。通过驱动线26实现行驱动器21和数据寄存器22之间的彼此同步。
来自行驱动器21的驱动信号通过薄膜晶体管(TFT)30、31来选择图像电极9、10(图3b)，所述薄膜晶体管的源电极与列电极18、19电连接。列电极18、19上的信号通过TFT30、31传输到像素20中与漏电极耦合的图像电极9、10。在该例子中，像素20的第三电极(图3中的电极8)接地，但它们也可替换地与可变电压连接。对于多个像素20，通过圆圈30’、31’来图示出薄膜晶体管(TFT)30、31以及相关的连接。
图7示出对于与图3b对应的像素的一部分，如何通过利用行电极17经过栅电极32来选择相关的TFT30、31向图像电极9、10的列电极18、19施加电压V1和V2。由于在这种情况下每个电极必须提供有单独的电压，必须提供具有传统的基于TFT的有源矩阵驱动的两倍的大量列电极。
在图8中，通过栅电极32独立地选择与图3b对应的像素部分，例如彼此紧接在半个选择周期之后，同时在相应的选择期间再次向图像电极9、10的列电极18提供电压V1和V2时。在这种情况下，必须提供大量的行电极(17，17’)，该行电极的数目为基于TFT的传统有源矩阵驱动的两倍。由于显示器件中行的数目通常小于列的数目(通常系数为4)，因此在该情况下将比图7中的结构需要较少量的额外驱动电子线路。在这两种情况下，相同类型的晶体管，例如非晶硅TFT就足够了。
如图9和10所示，通过产生TFT30、31的阈值电压差，可以避免双倍数目行或列的缺陷。
在图9的例子中，通过薄膜晶体管(TFT)30、31选择每个图像电极9、10(图3b)，在这种情况下薄膜晶体管的栅电极32以导电方式与行电极17连接，其源极与列电极18连接。在该例子中，行选择信号是这样一个信号，它在线选择周期tsel期间被分为两个基本相等的部分tsel1和tsel2，这两个部分具有不同的选择电压Vb和Va。或者，可以将该行选择信号实现为例如斜坡电压。由于在不同行选择电压处的开关电压差，晶体管切换。这可以通过改变栅极氧化层的厚度或通过使TFT栅极具有不同的长宽比在技术上实现，这在非晶硅技术以及多晶硅技术中是可能的。在单晶硅技术中，例如对于用于投影LCD装置中的LCOS电路也是可能的，但是这里(而且在多晶技术中)也可利用CMOS电路替换地实现所需的功能。
在寻址期间，行电压首先得到一高值(在该例中)，从而使两个晶体管全部导通。在该例子中，假设在行电极17处于最高选择电压Vb时电极10仍然导通，然后两个电极都为电压V1。经过非常短的时间后(图9的半个线选择周期tsel1，实际上大约为10微秒)，行电极17并因此栅电极32上的电压降低到一个值，与电极10相关的晶体管31在该电压值关闭或者很难导通。此时电极10为绝缘并传送电压V1。
在只保持晶体管30仍然导通的同时将数据电压变为V2(在tsel2期间，行电极17的选择电压Va)。经过tsel之后，电极9也绝缘并传送电压V2。在随后的(子)寻址周期，向电极9、10提供不同的电压，从而完成图4所述的过程。因为由于使用了额外的电极，分子旋转比通常驱动模式下快得多，一选择周期可以包括多个子选择周期或者一帧周期可以包括多个子帧，从而例如在传统的选择周期或帧周期范围内，可以经过图4描述的过程中的多个或所有阶段。
在本发明的范围内当然可能有多种不同的变化。除了使用薄膜晶体管(TFT)30，31的阈值电压差之外，或者可以使用电阻或电容分配法，如图10的框图中通过网络33所示的那样。
有时像素的灰度值的微小改变也足够在一个帧周期内仅执行一次开关；这样可以减少消耗。将被用于电极9，10的电压特别依赖于，像素先前的透射值和新的透射值，所使用的液晶效应，温度及其它系统特性。根据这些因素，可以通过处理器24中的信号处理而确定将使用的电压，例如，利用帧存储器，查找表，微处理器等等。应用允许，信号处理可仅加速接通或切断。
本发明当然还可应用于反射和透反射(transflective)显示器件，同时还可以使用多种驱动模式变型。
在该效应的例子和说明是基于基本上相互垂直的电场的情况下，也可替换地产生并以不同的角度弯曲驱动电场。
本发明包含每个新颖的特定特征以及这些特定特征的每一种组合。在权利要求中的参考标记并不限制它们的保护范围。动词“包括”的使用及其结合并不排除权利要求叙述之外的其他元件的存在。本文中在元件之前使用的冠词“一”或“一个”并不排除多个同类元件的出现。
权利要求
1.一种液晶显示器件，包括在两个衬底之间的向列型液晶材料，其中一个衬底上设置有选择电极和数据电极的矩阵，在选择电极和数据电极的交叉区域处为一像素，和至少一开关元件以及用于驱动该选择电极和数据电极的驱动装置，该像素至少包括三个电极，该驱动装置被提供有用于在运行时产生两个相互不同方向的电场的装置。
2.如权利要求1所述的液晶显示器件，其中产生两个基本上相互垂直的电场。
3.如权利要求1所述的液晶显示器件，其中该驱动装置包括将两个驱动周期之间的像素设为规定状态的装置。
4.如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其在两个衬底之间具有像素，其中第一衬底包括在该像素位置处的纵向成一角度的两个电极。
5.如权利要求4所述的液晶显示器件，其中该角度基本上为90度，并且在该像素位置处的第一衬底还设置有一个基本上呈L型的电极。
6.如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其在两个衬底之间具有像素，其中第一衬底包括在该像素位置处的两个电极，该第二衬底还至少设置有另外的电极。
7.如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其中第一衬底包括在该像素位置处的两个电极，每个电极都被提供有相应的开关元件，该开关元件具有共同的选择电极。
8.如权利要求7所述的液晶显示器件，其中该开关元件具有不同的开关电压。
9.如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其中第一衬底包括在该像素位置处的两个电极，每个电极都被提供有相应的开关元件，该开关元件被连接到不同的选择电极。
全文摘要
在每个像素中使用三个电极(8，9，10)而不使用传统上的两个电极。通过这种方式，可以随意地调整LC分子(3)的取向改变，从而获得快速的切换。
文档编号G02F1/1368GK1537255SQ02815083
公开日2004年10月13日 申请日期2002年7月2日 优先权日2001年8月1日
发明者G·P·卡尔曼, G P 卡尔曼, M·T·约翰逊, 约翰逊, S·斯塔林加, 旨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司