专利名称：一种透射率控制装置和图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及透射率控制装置以及使用该装置的图像显示设备。
技术背景利用液晶显示(LCD)装置的LCD设备是一种公知的图像显示 设备。LCD设备具有外形薄、重量轻、能耗低等优点。为此，LCD设 备实际应用于多个领域，诸如办公自动化设备、视听设备以及便携终 端设备。图17示出了 LCD设备100的截面，图18示出了 LCD装置UO 的平面图。LCD设备IOO包括LCD装置IIO和背光装置120。LCD装置IIO包括一对透明基板111和112，以及夹于透明基板 111和112之间的液晶113。透明基板111设置有驱动线114和多个像 素电极，透明基板U2设置有公共电极(未示出)。驱动线114由扫描 线和数据线组成，将显示区域分为多个显示像素115。显示像素115的液晶分子根据由在像素电极和公共电极之间施加 的电压所产生的电场旋转。当来自背光装置120的光通过液晶113时， 光根据液晶分子的旋转状态而受到偏转。因为偏振器(未示出)被设置在透明基板112的光出射侧的位置， 只有具有与该偏振器相同的偏转方向的光出射。因此，与在像素电极 和公共电极之间施加的电压值对应的光从LCD装置110出射。当LCD设备100显示图像，通过根据图像数据，控制施加到显示像素U5的电压值，来改变LCD设备100的出射光的亮度分布。然而，需要指出，与自身发射光的图像显示设备，诸如阴极射线 管(CRT)显示器相比，LCD设备100的对比度是低对比度。公开号为2007-33813的日本专利申请提出了一种LCD设备100A 或100B，其通过如图19和图20所示安装透射率控制(TMC)装置 130，来改善对比度。图19所示的LCD设备100A，其按顺序由背光装置120、 LCD 装置110和TMC装置130堆叠组成。图20所示的LCD设备100B按 顺序由背光装置120、 TMC装置130和LCD装置IIO堆叠组成。TMC装置130包括入射侧透明基板131、出射侧透明基板132和 夹于入射侧透明基板131和出射侧透明基板132之间的液晶133。图21是LCD装置110和TMC装置130的解释图。入射侧透明 基板131设置有驱动线U4和多个像素电极(未示出)，并且出射侧透 明基板132设置有公共电极。驱动线134由扫描线和数据线组成，将 显示区域分为多个TMC像素135。TMC装置130的结构(例如，像素数、像素间隔以及驱动频率等) 基本与LCD装置110的结构相同。因此，在装配TMC装置130和LCD 装置110时，TMC像素135完全对准显示像素115。并且TMC装置 130与LCD装置110同步驱动，结果，TMC像素135与显示像素115 同步驱动。因此，在通过TMC像素135时，虽然来自显示像素115的强亮 度光通过TMC像素135而没有改变光亮度，但是来自显示像素115 的弱亮度光变为更弱亮度的光。结果，通过安装TMC装置130， LCD 设备100A或100B变得具有高对比度。发明内容本发明的一个示例目的是提供一种结构简单、成本低且对比度大 的透射率控制装置，以及利用该透射率控制装置的图像显示设备。一种透射率控制装置，用于控制透射率，包括像素电极和公共 电极夹持的液晶；控制线，输入预定控制信号；光学无源元件，其通过与控制线和像素电极相连接，并根据入射光的亮度改变控制线和像 素电极的导电状态，来控制像素电极和公共电极上的电势差。
结合附图，根据以下详细描述，本发明的示例性特点和优点将变 得清晰。
如下-图1是第一示例性实施例中的透射率控制装置的截面； 图2是第二示例性实施例中的图像显示设备的截面； 图3是第二示例性实施例中的液晶显示装置的平面图； 图4是第二示例性实施例中的透射率控制装置的平面图； 图5是第二示例性实施例中的透射率控制装置的详细平面图； 图6是第二示例性实施例中的透射率控制装置沿图5的X-X'线的 截面；图7是在第二示例性实施例中的光学无源元件中流动的电流的解 释图；图8是第二示例性实施例中具有不同结构的光学无源元件的透射 率控制装置的截面；图9是第二示例性实施例中的设置有使用半透明材料的控制线的 透射率控制装置的平面图；图10是第二示例性实施例中的透射率控制装置沿图9的Y-Y'线 的截面；图UA是第二示例性实施例中的控制信号的解释图；图IIB是第二示例性实施例中当弱亮度光入射到透射率控制像素 时像素电压的解释图；图IIC是第二示例性实施例中当中等亮度光入射到透射率控制像 素时像素电压的解释图；图11D是第二示例性实施例中当强亮度光入射到透射率控制像 素时像素电压的解释图；图12A是第二示例性实施例中的液晶显示设备的截面图，该液晶显示设备的透射率控制装置的位置与液晶显示装置的位置一致；图12B是第二示例性实施例中的液晶显示设备的截面，该液晶显示设备的透射率控制装置的位置与液晶显示装置的位置不一致；图13是在其他示例性实施例中的具有六边形的透射率控制像素的透射率控制装置的平面图；图14是在其他示例性实施例中的具有不规则形状的透射率控制 像素的透射率控制装置的平面图；图15是在其他示例性实施例中的具有包括高杂质浓度的结合部 的光学无源元件的透射率控制装置的截面；图16是在其他示例性实施例中的横向电场系统的透射率控制装 置的平面图；图17是现有技术中的液晶显示设备的截面；图18是现有技术中的液晶显示装置的平面图；图19是现有技术中的按顺序堆叠背光装置、液晶显示装置和透 射率控制装置的液晶显示设备的截面；图20是现有技术中的按顺序堆叠背光装置、透射率控制装置和 液晶显示装置的液晶显示设备的截面；以及图21是现有技术中的诸如显示像素和透射控制像素的形状的解释图。
具体实施方式
现在，将根据附图对本发明的示例性实施例进行详细说明。 (I)现有技术的考虑如图21所示，背景技术中所述的专利文献(JP2007-33813)公幵 了图像显示设备，其由透射率控制(TMC)装置130和液晶显示(LCD) 装置110装配而成，并且很好地对准TMC像素135和显示像素115 的位置。然而，很难完美地对准这些位置，因此制造成本高。为了与LCD装置110同步地操作TMC装置130，需要专用的同 步信号产生电路和驱动电路。因为TMC装置130的结构几乎与LCD装置U0相同，TMC装置130的结构复杂。因此，由于这些因素制造成本高。因为驱动线134由扫描线和数据线组成，驱动线134占据面积较大，因此开口率(opening ratio)小。基于这种考虑，本发明提出了一种具有如结构简单、成本低、开口率大以及对比度高等特点的TMC装置，以及使用该TMC装置的图像显示设备。(n)第一示例性实施例以下将对本发明的第一示例性实施例进行描述。在如下说明中， LCD装置用于图像显示装置。然而，可以使用CRT、 PDP (等离子显 示面板)以及OLED (有机发光二极管)。作为LCD装置，有常黑型 和常白型两种。作为常黑型的示例，有IPS (面内切换)系统、FFS (边缘场切换)系统、以及VA (垂直对准)系统。以下图像显示设备设置有使用TN(扭曲向列)液晶的常黑型LCD 装置。图1示出了 TMC装置的截面。TMC装置10包括夹于入射侧透 明基板llb和出射侧透明基板lla之间的液晶13、光学无源元件15、 控制线14、像素电极12b以及公共电极12a。此后，"入射侧透明基板"被称为"INTS"，以及"出射侧透明基 板"被称为"EMTS"。而且，TMC装置10是常黑型，其在最小像素电压值具有最小透 射率，并根据像素电压值的增大，表现出较大的透射率。这里，"像素 电压值"是像素电极12b和公共电极12a之间的电势差。而且，"最小 像素电压值"表示像素电压值的绝对值是最小值，并且"像素电压值 的增大"表示像素电压值的绝对值增大。控制线14将显示区域分为多个TMC像素。并且预定周期电压的 控制信号被施加到控制线14上。光学无源元件15是根据入射光的亮度改变其电阻值的元件，并 且一侧终端连接到控制线14，另一侧终端连接到像素电极12b。因此，当光入射到光学无源元件15上，该光学无源元件15的电 阻值变小，因此控制线14的控制信号被施加到像素电极12b。也就是，当强亮度光入射到光学无源元件15时，光学无源元件IS的电阻值变小，并且像素电极12b的电压值变得几乎与控制信号的 电压值相同。另一方面，当弱光入射到光学无源元件15时，光学无源 元件15的电阻值变高，并且像素电极12b的电压值变成小于控制信号 的电压值。结果，像素电极12b和公共电极12a之间的电场强度根据入射光 的亮度改变。液晶分子由于电场而旋转。并且通过液晶13的光受到由液晶分 子的旋转状态导致的偏转。此外，液晶13位于两偏振器16a和16b之间。因此，与偏振器 16b相同偏转方向的光入射到液晶13，该光依据液晶分子的旋转状态 受到偏转。并且最终与偏振器16a相同偏转方向的光出射。结果，因为来自偏振器16a的出射光的亮度依据液晶13的旋转 状态改变，因此可控制对比度。因此，因为光学无源元件根据入射光的亮度工作，该TMC装置 不需要与LCD装置同步。因此，TMC像素135的结构可以与显示像素115不同，并且TMC 像素135的位置可以偏离显示像素115。而且，TMC装置不需要专用信号产生电路和驱动电路，因此制造 过程变得简单并且制造成本变得便宜。 (III)第二实施例将说明第二实施例。图像显示设备20包括LCD装置30、 TMC 装置40和背光装置25。图2示出了图像显示设备20的截面，图3示出了 LCD装置30 的平面图，图4示出TMC装置40的平面图。 (A) LCD装置图2所示的LCD装置30包括一对透明基板31和32、液晶33、 以及偏振器36a和36b。透明基板32具有公共电极(未示出)和偏振 器36b。透明基板31设置有驱动线34，诸如扫描线(未示出)和数据线(未示出)；像素电极(未示出)；以及偏振器36a。透明基板32设 置有公共电极(未示出)和偏振器36b。驱动线34将显示区域分为多个显示像素35。只有特定偏转方向 的光分别通过偏振器36a和36b。因此，液晶33的入射光是由偏振器 36a选择的光，该选择的光被液晶33偏转，并且只有与偏振器36b的 偏转方向匹配的光出射。 (B) TMC装置图5示出了 TMC装置40的详细平面图，图6示出沿图5的X-X' 线的截面。如图5和图6所示，TMC装置40包括INTS (入射侧透明 基板)41、 EMTS (出射侧透明基板)42和液晶43。取向膜(未示出)形成在INTS41和EMTS42上，作为取向层。 对取向层执行摩檫处理。并且IN丁S 41和EMTS 42的间隔由间隔物(未示出)维持，液晶 43被填充入它们之间的间隙。偏振器44a位于INTS 41的入射侧位置，并且偏振器44b位于 EMTS 42的出射侧位置。偏振器36b或偏振器44a可省略。EMTS 42包括遮光层49和公共电极50。公共电极50由透明导电 材料如ITO(氧化铟锡)形成，并且形成在EMTS "的一侧位置。INTS 41包括控制线46、像素电极47、光学无源元件48和钝化层52。控制线46由导电材料如铝形成，并将显示区域分为多个TMC像 素45。不需要使TMC像素45与显示像素为相同结构(例如，形状、 区域、所处位置等)。像素电极47和光学无源元件48形成在各个TMC像素45中。光 学无源元件48包括有源部51c和在两端作为连接端子的结合部51a， 并且由半导体如非晶硅和多晶硅形成。一结合部51a与控制线46连接， 并且另一结合部51a与像素电极47连接。此后，控制线46和像素电 极47与光学无源元件的结合部51a连接的各连接区域，被描述为结合 部51b。当光入射到光学无源元件48时，在光学无源元件48中发生自由 载流子的光激发。被激发的载流子量与入射光的亮度成比例。因此，光学无源元件48的电阻值依据入射光的亮度而改变，并且控制线46 和像素电极47之间的导电状态改变。与导电状态的改变对应，流入像素电极47的电流I (参见图7) 的值也改变。因为遮光层49遮蔽从EMTS 42的方向进入光学无源元 件48的环境光，光学无源元件48仅通过来自LCD装置30的光起作 用。如图5所示，控制信号从外部电源28提供到控制线46。控制信 号是几KHz-几百KHz的矩形脉冲，并且峰值电压是2-20伏特，并且 每半个周期极性改变。另一方面，DC电压被提供到公共电极50。在 该实施例中，该DC电压为O伏特。当控制线46由不透光材料如铝形成，并且结合部51b的位置与 结合部51a的位置相比，是入射光侧位置时，光不入射到结合部51a， 因为它被结合部51b遮蔽。这样，因为光不入射到结合部51a，结合部51a的电阻值不变小-, 因此电流不从控制线46流入像素电极47。因此如图6所示，与缚合 部51b相比，结合部51a更靠近入射光侧位置。因此，来自LCD装 置30的光入射到结合部51a和有源部51c,并且电流从控制线46流 入像素电极47。然而，本发明不排除如图8所示的结构，其中与结合部51a相比， 结合部51b位于入射光侧。如图9和图10所示，控制线46由半透明材料形成，因此光可以 入射到结合部51a。图9是设置有由半透明材料如ITO形成的控制线 46的TMC装置40的平面图。图10是沿图9的Y-Y'线的截面。上述结构更具有控制线46和像素电极47可以同时形成的优点，因此制造过程可以简化，制造时间可以缩短，并且制造成本变得便宜。 因为TMC装置不必与LCD装置同步操作，控制信号产生电路变得简单。因此，TMC装置的成本变得便宜。而且，因为控制线不包括扫描线和数据线，所占面积变小，因此开口率变大。(C)图像显示设备图像显示设备20通过在LCD装置30上堆叠TMC装置40而形成。这样，因为TMC装置40不必与LCD装置30同步操作，TMC 装置40和LCD装置30的对准不需要高精度。结果，TMC装置和使 用该TMC装置的图像显示设备可以容易地以低成本制造。 (D)图像显示设备的操作通过启动LCD装置30、 TMC装置40和背光装置25，图像显示 设备20工作。来自LCD装置30各个显示像素、具有根据图像数据的 亮度的光，入射到TMC装置40的光学无源元件48上，并且光学无 源元件48的电阻值改变。图11A示出了控制线46的控制信号的电压波形，并且图IIB至 I1D示出了根据光学无源元件48的电阻值施加到像素电极47上的各 电压波形。图IIB示出了弱亮度入射光的情况，图11C示出了中等亮 度入射光的情况，图IID示出了强亮度入射光的情况。在这些附图中，虛线波形示出了控制信号的电压波形。当控制信 号的电压波形是矩形时，像素电极47上的电压波形是曲线波形。像素电压的电压波形变成曲线波形的原因在于因为光学无源元 件48存在时间常数，所以当电阻变小时，时间常数将变小。当控制信 号的脉宽比时间常数足够长时，像素电极47上的电压值达到与光学无 源元件48的电阻值无关的恒定电压值，因此，通过在与时间常数相比不足够长的时间间隔内设置控制信 号的脉宽，像素电极47上的电压值将成为与电阻值相对应的电压值。而且，因为控制信号的极性每半个周期改变，在像素电极47中 积累的电荷在每半个周期放电。因此，像素电极47的电压值将成为与 入射光亮度对应的电压值，而不受前一周期积累的电荷的影响。如图12A和图12B中所示，亮度与图像数据对应的光从各个显示 像素35入射到TMC装置40。图12A示出了图像显示设备20的截面， 其中TMC装置40对准LCD装置30，并且图12B示出了图像显示设 备20的截面，其中TMC装置40不与LCD装置30对准。图12A和图12B中所示的LCD装置30的点密度表示从显示像素35出射的光亮度，并且当点密度变大，从显示像素35出射的光的亮 度变小。图12A和图12B中所示的TMC装置40的点密度表示TMC 像素45的透射率，并且当点密度变大，透射率变小。图12A和图12B 中的箭头L1表示从LCD装置30出射的光，图12A和图12B中的箭 头L2表示从TMC装置40出射的光。这些箭头L和L2的长度对应 光的亮度。因为来自显示像素35的光进入TMC像素45,光学无源元件48 的电阻值根据光的亮度改变。因此，强亮度光所进入的光学无源元件 48的电阻值变小，而弱亮度光所进入的光学无源元件48的电阻值较 大。这样，因为像素电极47上的电压值将成为根据入射光亮度的电 压值，像素电极47和公共电极50之间的电场也将成为根据入射光的亮度的值。液晶分子由于电场旋转，并且它{|']的旋转状态根据电场强度改 变。通过液晶的光根据液晶分子的旋转状态受到偏转。如图6所示，因为偏振器44b设置在TMC装置40上，偏转方向 与偏振器44b的偏转方向相同的透射光出射。假设该实施例的TMC装置40是常黑型。也就是，当像素电极47 上的电压值最小时，透射率变得最小，并且当像素电极47上的电压值 变大时，透射率也变大。因此，当强亮度光进入TMC像素，强亮度光从TMC像素出射， 并且当弱亮度光进入TMC像素，比入射光弱的亮度光从TMC像素出 射。因此，对比度改善。 (IV)其他实施例以下将对其他几个实施例进行说明。在上述实施例中，显示像素 35和TMC像素45的形状是相似图形。然而，本发明不需要显示像素35和TMC像素45的形状为相似 形状。光学无源元件48通过来自LCD装置30的出射光操作。也就是， TMC像素45自动响应入射光，并操作。为此，TMC像素45不需要从外部单独控制。也就是，不需对TMC像素45和显示像素35同步操作。结果，TMC像素45的像素形状等 限制不是必须的。作为TMC像素45的形状，例如为图13中所示的六边形和图14 中所示的不规则形状。因此，因为不需要形状相似，可以减小来自各 TMC像素45的光的干涉条纹等。在上述实施例中，当光学无源元件48与控制线46和像素电极47 连接时，不使结合部51a的电阻值小于有源部51c。然而，因为光学 无源元件48是半导体，在与金属等的连接面中产生肖特基势垒。这样，如图15所示，通过增加结合部51a的杂质浓度，结合部 51a成为n+硅。在上述实施例中，虽然一个TMC像素配置一个光学无源元件， 但是一个TMC像素可以具有多个光学无源元件p并且光学无源元件 的沟道宽度可以依据像素面积改变。在上述实施例中，TMC装置40是垂直电场系统，其中在INTS 41 的像素电极47和EMTS 42的公共电极50之间产生电场。然而，TMC 装置40可以是水平电场系统，诸如图16中所示的IPS系统。图16 中所示的INTS41包括控制线46、像素电极47和公共电极50，并且 液晶分子通过形成在像素电极47和公共电极50之间的水平电场，沿 水平方向旋转。通过这种配置，TMC装置40的视角特性显著改善。本发明的根据来自LCD装置的光强度改变透射率的TMC装置40具有以下效果。因为TMC装置的操作与LCD装置的操作不同步，TMC装置的 结构变得比LCD装置简单，并且不需要专用信号产生电路和驱动电路 来产生同步信号。因为TMC像素的形状不需要与显示像素的形状相同，改善了显 示特性。而且，不需要TMC装置和LCD装置的高精度对准。因此，TMC 装置和LCD装置的装配变得容易，也可减少生产成本。虽然参考示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本发明不 限于这些实施例。本领域普通技术人员可以理解，可以在形式上和细节上进行多种 改变而不脱离权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种透射率控制装置，用于控制透射率，包括像素电极和公共电极夹持的液晶；输入预定控制信号的控制线；以及光学无源元件，其通过与控制线和像素电极相连接，并根据入射光的亮度改变控制线和像素电极的导电状态，来控制像素电极和公共电极上的电势差。
2. 根据权利要求1的透射率控制装置，进一步包括-仅使预定偏转方向的光通过的偏振器。
3. 根据权利要求2的透射率控制装置，其中， 光学无源元件根据入射光的亮度改变电阻值。
4. 根据权利要求3的透射率控制装置，其中，控制线、像素电极和光学无源元件形成在一个透明基板上；以及 公共电极形成在另一透明基板上。
5. 根据权利要求3的透射率控制装置，其中，控制线、像素电极、光学无源元件和公共电极形成在一个透明基 板上。
6. 根据权利要求2的透射率控制装置，其中， 光学无源元件的结合部设置在比控制线更靠近入射光侧的位置。
7. 根据权利要求2的透射率控制装置，进一步包括-遮蔽杂散光进入光学无源元件的遮光层。
8. 根据权利要求7的透射率控制装置，其中，光学无源元件是非晶硅半导体。
9. 根据权利要求8的透射率控制装置，其中，光学无源元件是多晶硅半导体。
10. 根据权利要求7的透射率控制装置，其中，控制线、像素电极和公共电极中至少之一是半透明导电材料。
11.根据权利要求2的透射率控制装置，其中， 控制信号是具有预定脉宽的脉冲信号，其极性每半个周期反转。
12. —种显示图像数据的图像显示设备，包括 根据图像数据出射光的液晶显示装置；以及根据从液晶显示装置出射的光的亮度改变透射率的透射率控制 装置。
13. 根据权利要求12的图像显示设备，进--步包括； 液晶显示装置的入射光源的背光装置。
14. 根据权利要求13的图像显示设备，其中，透射率控制装置包括光学无源元件，其根据入射光的亮度改变电阻； 控制线，从所述控制线输入预定控制信号；像素电极，根据光学无源元件的电阻值，从控制线输入控制信号；以及公共电极，通过像素电极夹持液晶。
15. 根据权利要求13的图像显示设备，进一步包括偏振器，使预定偏转方向的光通过。
16. 根据权利要求14的图像显示设备，其中， 液晶显示装置通过多个显示像素划分，并且透射率控制装置通过多个透射率控制像素划分，并且显示像素和透射率控制像素的形状和 面积中至少之一不同。
全文摘要
一种透射率控制装置，用于控制透射率，包括像素电极和公共电极夹持的液晶；控制线，输入预定控制信号；以及光学无源元件，其通过与控制线和像素电极相连接，并根据入射光的亮度改变控制线和像素电极的导电状态，来控制像素电极和公共电极上的电势差。
文档编号G02F1/13GK101334545SQ200810214718
公开日2008年12月31日 申请日期2008年5月14日 优先权日2007年5月22日
发明者佐佐木健 申请人:Nec液晶技术株式会社