专利名称：避免旋转位移的液晶显示器件及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种用于避免旋转位移(disclination)的液晶显示器件。本发明还涉及一种利用这种液晶显示器件的方法。
液晶显示器(LCD)用于显示各种信息，目前属于最常用的平板显示器类型。在LCD中，电磁场用于旋转液晶(LC)分子，而液晶分子反过来影响光通过显示器的转播。通过这种方式可以在显示器上显示彩色的和非彩色的区域。通过向两个电极施加电压来产生所述电磁场，这两个电极各自具有单独的基板，它们之间具有液晶材料层。在
图1中示意性地示出工作原理，其中将第一和第二基板2和3分别与完全导电的第一和第二电极4和5设置在一起。当在所述电极4和5上施加电压差时，在它们之间产生电磁场E，液晶分子11由此可以在松弛状态(例如图1所示的水平取向)和受到影响的状态(具有不同的取向，图1中未示出)之间转换。
虽然图1中没有示出，但是将所谓的取向层设置在这些电极的顶部，以便使这些液晶分子11具有共同的初始取向(称作如上所述的“松弛状态”)。可以通过利用各种接触或非接触取向技术处理取向层来实现该层。而非接触取向技术(non-contact alignment technique)正变得越来越重要，因为更常规的接触取向技术(contact alignmenttechnique)存在几个缺点。
如果基板2和3表面附近的液晶分子11绝对是水平取向时，则施加电压就会导致液晶分子层6分成多个区域，这些区域相对于基板2和3具有不同的倾斜取向，并在它们间具有边界。这些边界区域也称作旋转位移。在零预倾斜(在本申请中将零预倾斜定义为如此低的预倾斜值，以至于在转换期间会出现旋转位移)LCD中出现这些旋转位移的结果是显示器的亮度和对比度减小，并且转换速度也下降。
这种情况显示在图2a和图2b中，其中示出对转换操作的模拟。基板2和3以及电极4和5设置在液晶层6的两侧。通过许多具有小、短线的行来显示液晶分子11的取向，通过沿水平方向延伸通过液晶层6的连续线L来表示等位线。图2a示出液晶分子11在转换之前的水平取向，而图2b示出在液晶层6上施加5V电压差之后20ms、在电极之间随后产生电磁场的情形。在这里，将分子层6划分成具有不同倾斜取向并由边界分开的区域。
这个问题可以通过故意使液晶分子11具有几度(1-2度)的预倾斜来解决，这将阻止旋转位移的发生。这种LCD的操作模拟显示在图3a和3b中，其中图3a示出转换之前具有2度(肉眼看不出这个角度)预倾斜值的液晶分子11，而图3b示出如何在液晶层上施加5V电压差20ms之后，该液晶层仍然保持为单个区域，并且没有任何旋转位移发生。这一特性令人非常喜欢，因为转换速度明显加快，没有任何旋转位移的扰动破坏LCD的视觉效果。
然而，结果发现预倾斜的产生却很难控制。特别是对于通过诸如光取向的非接触取向技术来取向的LCD，很难取得令人满意的预倾斜的产生。本发明解决如何在零预倾斜液晶显示器中避免旋转位移这个问题。
这些年来通过多种方式液晶显示器有了几项改进。在US 5608556中描述了解决旋转位移这个问题的尝试。该文件描述了一种液晶显示器，其目的在于减小视角依赖性，并且设有在任一基板上形成的取向控制电极，它们与显示器电极电磁绝缘。此外，将不同于显示器电极的电位施加到取向控制电极，用于控制液晶的取向。当通过这两个电极将电压施加到液晶层时，在液晶导向器的取向矢量和电磁场方向之间出现预定角。然而US 5608556所述的器件是一个既复杂又昂贵的旋转位移问题的解决方案，包括引入另一个电极和适当的转换装置，该转换装置用来控制所述电极，使其与产生电磁场的常规电极协调一致。
从WO 96/34312得知一种器件，该器件旨在解决旋转位移以外的另一个问题，是获得改进的显示图像，使其没有由于显示像素的矩形形状而产生的锯齿状的“阶梯”效应。该文献提出一种液晶显示器，在每个电极装置(像素)附近设有电极结构，它允许将非均匀电磁场施加在每个像素上，从而使光输出在横切于电-光层厚度的方向上改变。这只允许导通像素的一部分，或用于像素内的明暗处理(shading)。这一技术在离散电极装置(像素)阵列上施加所选择的电压分布(voltage profile)。实际上，每个像素由电-光层每一面上的一组导电迹线组成。为了在每条迹线上获得变化的电压分布，使用连接导电迹线的阻性焊盘(resistive pad)，在该阻性焊盘上施加电压斜升(voltageramp)。因此，不是电-光层两面上的迹线是电阻性的，而是迹线到输入电极的连接是电阻性的。
本发明的一个目的是通过提供改进的液晶显示器件来克服上述缺点。
本发明的另一个目的是提供一种用于以克服上述缺点的方式驱动液晶显示器件的改进方法。
现在通过具有在附属权利要求1中限定的特征的液晶显示器件已经实现了这些和其他目的，这将从下面的说明中表现出来。在从属权利要求中列举了优选实施例。
通过施加展现出零预倾斜的液晶材料层，并且通过确保所述电极中的至少一个与至少第一和第二互不相同的电压连接并适合于展现出所连接的电压之间的电阻，可以显著地简化液晶器件。不需要任何额外的电极，也不需要任何额外的转换装置。LCD的生产也不必包括产生交替具有显示电极和取向控制窗的非常规层。此外，不必预倾斜液晶分子，因而明显地简化了无旋转位移的非接触取向LCD的制造。
电阻性电极实际上可以由现有技术中所公知的任何材料制成，只要它足够透明以允许充足的光线通过，以便用于显示器。此外，优选地该材料为高阻性的，以便使电流最小。术语“电阻性电极”是指以这样一种方式制成的电极，即在显示器的工作过程中可以保持施加在电极端部上的两个不同电压。电阻性电极中适当材料的例子为透明ITO层、富氧ITO层、SiCrN、TaN或者SnO2。测试结果表明，在存在过量氧的情况下，溅射ITO层达到20nm的厚度，然后在200℃的温度下进行热处理，会得到大约为1.8kΩ/sq的方块电阻。该电阻适用于本发明。
利用具有在附属权利要求15中所限定的特征的方法来实现本发明的另一方案。通过利用使用液晶显示器件的这种方法，可以提高LCD的性能，将扰动旋转位移的存在减小到最小程度。
本发明可以应用于包括液晶显示器的所有产品，尤其适合于那些通过诸如光取向、离子束取向和纳米槽取向的非接触取向技术取向的LCD。
通过参考下述实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并且对其进行说明。
下面将参考示出本发明优选实施例的附图，更加详细地说明本发明，在附图中图1是现有技术中常规LCD的工作原理的示意图，其具有各自具有完全导电电极的两个基板，其间具有液晶分子层和电磁场；图2a和2b示出具有零预倾斜的现有技术中常规LCD中的液晶分子取向在将电压差施加在电极上之前(图2a)和之后(图2b)的模拟操作；图3a和3b示出具有2度预倾斜的现有技术中常规LCD中的液晶分子取向在将电压差施加在电极上之前(图3a)和之后(图3b)的模拟操作；图4示意性示出本发明第一实施例的转换操作，图4a示出初始施加的电磁场，图4b示出随后施加以便使液晶分子取向完全垂直于基板的电磁场；图5a和5b示出根据图4a和4b的本发明实施例的液晶分子的取向针对初始施加的电磁场(图5a)和随后的电磁场(图5b)模拟操作；图6是具有一个电阻性的电极和一个完全导电的电极的第二实施例，以及在转换操作过程中初始施加的电磁场的示意图；图7a和7b示出根据图6的本发明实施例的液晶分子的取向针对初始施加的电磁场(图7a)和随后的电磁场(图7b)的模拟操作；图8是第三实施例的示意图，所述第三实施例具有一个由一组与电阻连接的常规导电电极所构成的电阻性电极和一个完全导电的电极。
现在更加详细地参考本发明的优选实施例，图4a和4b示出液晶显示器1在转换操作过程中的工作原理，该液晶显示器具有两个基板2和3，它们各自具有一个电阻性电极4和5，并且其间具有液晶材料层6以及所产生的电磁场E。将电压V1、V2、V3和V4施加到电极4和5的端部7、8、9和10。在图4a中，电极4和5在右边的端部9和10和左边的端部7和8之间存在电压降。由于电极4和5是电阻性的，对于下电极5，电位从V1到V3单调增大，对于上电极4，从V2到V4单调增大。这样就产生了倾斜取向并且均匀的电磁场E。在图4b中在改变可调电压之后，当将相同的电压(V1＝V3)施加到上电极4的两个端部7和9，将相同的电压(V2＝V4)施加到下电极5的两个端部8和10时，情况就变得不同了。这就意味着每个电极4和5上的所有位置都具有相同的电位，电磁场E是垂直的，而且是均匀的。
通过选择电压值，可以将电磁场E的角度θ设置成任意值。通常，对于电极4和5的左边端部7和8与右边端部9和10之间的相应小电压差可以获得小角度θ(大约2度)。
应该注意，与图4a相比，LCD器件1本身在图4b中没有变化。连接和电阻电极4和5的设置相同，唯一改变的是施加的电压，从而在电极4和5的端部7、8、9和10之间获得电压降。
成功的测试结果已经给出了许多个在用于图4a和4b中的本发明应用的转换操作期间的典型电压。在图4a中，在上电极4中，左边端部7上的电压V1是0V，右边端部9上的电压V3是1.25V，而在下电极5中，左边端部8上的电压V2是3.75V，右边端部10上的电压V4是5V。
对于图4b中的情形，在上电极中，电压V1＝V3＝0V，在下电极中，电压V2＝V4＝5V。
本发明这个实施例的操作显示在图5a和5b所示的模拟中。利用5μm的单元厚度、46μm的单元宽度，并且利用Merck ZLI-4792作为液晶材料来进行所有的模拟。出于模拟的目的，在这些附图中电极4和5显示为与不同电压连接的分立的导电电极元件，但是应该将它们看成两个连续的电阻性电极4和5。第一个图，图5a，示出转换操作的初始情况，箭头A和连续线L表示电磁场的倾斜度和单独晶体分子11的取向。此时上电极和下电极4和5都展现出电压降。图5b示出20ms之后在将相同电压施加到每个电极4和5的两个端部7、8、9和10，因此建立起常规垂直电磁场之后的情形。在液晶分子重新取向的过程中，或者在电压调整以后，没有出现旋转位移，但是所有LC分子都几乎垂直于电极的法线。液晶分子11小的局部取向紊乱是由于电阻性电极4和5的离散化而产生的模拟假象。在利用本发明的真实液晶显示器1中，不存在这些取向紊乱。
在图6所示的本发明的另一个实施例中，只有上电极4展现出电阻以及两个不同电压V1和V3之间的电压降，而下电极5是完全导电的。导致电磁场E的方向梯度。
该方向梯度的大小取决于电极4和5的左边端部7和8以及电极4和5的右边端部9和10之间的电压差。这一效果与在具有上述两个电阻性电极4和5的情况下用角度θ表示电磁场E的下降类似。这后一个实施例的优点是只需要一个具有电阻性电极4的基板2，而另一个基板3则可以具有常规的完全导电的电极5。
在图7a和7b中示出该实施例的模拟操作。在第一个序列中，图7a所示的箭头A和水平连续线L示出具有梯度的初始电磁场方向。于是其在最左边明显地倾斜，从左到右逐渐地变得不太倾斜。还可以看到液体的弹性行为如何保证将左侧的液晶分子11的取向转移给右侧的液晶分子11。图7b示出在转换并将同样大小的电压施加到每个电极4和5的两个端部7、8、9和10，建立起常规的垂直电磁场之后20ms的LCD。液晶分子11小的局部取向紊乱再一次是由于电阻性电极4的离散化造成的假象。
在图8所示的本发明的又一个实施例中，应用了与上述电磁场E的方向具有梯度的情况相同的原理。然而，电阻性电极4不是连续电阻性的，而是由一组每个都与电阻13连接的导电电极元件12构成，导致在电极4的端部7和9的连接电压之间的离散电压降。电磁场E相应地呈现出离散的方向梯度。
最后，应该指出，本发明的概念绝不局限于这里所述的实施例，而是几个修改在附属权利要求的范围内也是可行的。例如，可以设置具有两个基板2和3的LCD 1，所述两个基板2和3具有由一组每个都与电阻13连接的常规导电电极元件12构成的电阻性电极4和5。
权利要求
1.一种用于避免旋转位移的液晶显示器件(1)，包括第一和第二基板(2和3)，将所述第一和第二基板(2和3)设置成彼此相对，其间具有液晶材料层(6)；分别设置在所述第一和第二基板(2和3)上的第一和第二电极(4和5)，所述第一和第二电极(4和5)形成在所述第一和第二基板(2和3)的液晶面上，由此所述液晶材料层(6)展现出零预倾斜，并且所述电极(4和5)中的至少一个在其端部(7、9；8、10)与至少第一和第二互不相同且可调的电压连接，适用于在所述端部(7、9；8、10)之间展现出内阻。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器件(1)，其中所述电极(4和5)中的至少一个适用于在所述端部(7和9；8和10)之间展现出这样的电阻，从而在所述液晶显示器件(1)的工作期间可保持电压差。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中将所述电极(4和5)设置成在使用时产生相对于所述电极(4和5)的法线具有倾斜角度的电磁场(E)。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中所述电极(4和5)中的至少一个是由电阻性材料制成的，从而在所述液晶显示器件(1)的工作期间，可保持所述电极的所述端部(7和9；8和10)之间的电压差。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中两个电极(4和5)都适用于在所述电极的所述端部(7和9；8和10)之间展现出这样的电阻，从而在所述液晶显示器件(1)的工作期间可保持电压差。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中所述电极(4和5)中只有一个适用于在所述电极的所述端部(7和9；8和10)之间展现出这样的电阻，从而在所述液晶显示器件(1)的工作期间可保持电压差。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中所述电极(4和5)中的至少一个在所述端部(7、9；8、10)的连接电压之间展现出电压降。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中所述电极(4和5)中的至少一个包括一组每个都单独连接到电阻器(13)的电极段(12)。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的液晶显示器件(1)，其中所述液晶显示器件(1)已经通过非接触取向技术进行了取向。
10.根据权利要求4所述的液晶显示器件(1)，其中所述电阻性材料是ITO。
11.根据权利要求4所述的液晶显示器件(1)，其中所述电阻性材料是富氧ITO。
12.根据权利要求4所述的液晶显示器件(1)，其中所述电阻性材料是SiCrN。
13.根据权利要求4所述的液晶显示器件(1)，其中所述电阻性材料是TaN。
14.根据权利要求4所述的液晶显示器件(1)，其中所述电阻性材料是SnO2。
15.一种用于驱动液晶显示器件(1)的方法，包括在液晶分子的转换过程中改变所施加的电场(E)的方向的步骤。
16.根据权利要求15所述的用于驱动液晶显示器件(1)的方法，包括以下步骤提供至少两个电极(4和5)，其中所述电极(4和5)中的至少一个在其端部(7和9；8和10)之间展现出电阻，将至少第一和第二互不相同且可调的电压连接到所述电极(4和5)中的至少一个，随后在所述电极(4和5)之间首先施加倾斜的电磁场(E)，然后在晚些时候，在所述电极(4和5)之间施加垂直的电磁场(E)。
17.根据权利要求15所述的用于驱动液晶显示器件(1)的方法，其中通过与所述电极(4和5)的所述端部(7、9；8、10)连接的电压控制所述电磁场(E)的特征。
全文摘要
本发明涉及一种用于避免旋转位移的液晶显示器件(1)，包括第一和第二基板(2和3)，将所述第一和第二基板(2和3)设置成彼此相对，其间具有液晶材料层(6)，将第一和第二电极(4和5)分别设置在所述第一和第二基板(2和3)上，所述第一和第二电极(4和5)形成在所述第一和第二基板(2和3)的液晶面上，由此液晶材料层(6)展现出零预倾斜，并且电极(4和5)中的至少一个在其端部(7、9；8、10)与至少第一和第二互不相同且可调的电压源相连，从而在电极上形成电压梯度，并且适用于在端部(7、9；8、10)之间展现出电阻。
文档编号G02F1/133GK1833193SQ200480022210
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年8月6日
发明者赫拉尔杜斯·P·卡曼, 巴里·莫斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司