高对比度液晶显示器的制作方法

专利名称：高对比度液晶显示器的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及液晶显示器(IXD)面板，并且更具体地说涉及高对比度IXD面板。
背景技术：
背景技术部分用于向读者介绍与下面说明和/或要求保护的本公开的各个方面 相关的现有技术的各个方面。相信下面的讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地 理解本公开的各个方面。因此，应该据此理解这些陈述，而不应理解成承认这些陈述为现有 技术。液晶显示器(LCD)通常用作各种电子设备的屏幕或显示器，所述各种电子设备包 括诸如电视机、计算机和手持设备(例如，蜂窝电话、音频和视频播放器、游戏系统等等)之 类的消费电子产品。这样的LCD设备一般在适合于用在各种电子产品的相对较薄封装中提 供平板显示器。另外，与可比较的显示器技术相比，这种IXD设备一般使用较少的电力，使 它们适合于用在电池供电的设备中或者用在希望使用电降至最小的其它环境中。IXD设备一般包括排列成矩阵以显示图像的多个像元(picture element)(像 素)。当向每个像素中的液晶材料施加电场时，LCD设备的各个像素可变地允许光线通过。 这种电场可由像素电极与公共电极之间的电压差产生。施加于使像素透过最小量的光线的 像素电极的电压可被称为灰度级(gray scale level)0电压(GO)。当灰度级电压增大到大 于GO时，液晶材料会逐渐允许更多的光通过像素。不过，在一些情况下，当灰度级电压增大 到大于GO时,在称为灰度级反转(gray scale inversion)或灰度反转(gray inversion) 的情况下，通过像素的光量可能首先降低。IXD面板中的灰度反转情况会降低对比度，并在 低灰度级电压下产生图像伪像(image artifact) 0

发明内容
下面陈述这里公开的一些实施例的概要。应明白介绍这些方面只是为了向读者提 供所述这些实施例的简明概要，并且所述这些方面并不意图限制本公开的范围。实际上，本 公开可包含未在下面陈述的各种方面。本公开的实施例涉及与高对比度液晶显示器(IXD)有关的设备和方法。例如， 这样的电子设备可以包括具有彼此不对称的两个液晶取向层(alignment layer)，和分别 在所述两个取向层之上和之下的上偏光层和下偏光层的IXD。多个像素的透光率(light transmittance)随着灰度级电压单调增大。显示器可利用比该显示器的最低灰度级0电 压能力高的灰度级0电压工作。另外或者可替换的，所述两个取向层的液晶分子取向轴 (alignment axis)可以被相互偏离除180°的倍数以外的角度。另外或者可替换的，上偏光层的第一偏光轴和/或下偏光层的第二偏光轴可以既不平行也不垂直于液晶分子取向 轴之一。


参考 附图，阅读下面的详细说明，可更好地理解本公开的各个方面，其中图1是按照本公开的各个方面的电子设备的示例组件的方框图；图2是按照本公开的各个方面的手持电子设备的正视图；图3是按照本公开的各个方面的计算机的视图；图4是按照本公开的各个方面的IXD像素的开关和显示电路的电路图；图5是按照本公开的各个方面的液晶显示器(LCD)面板的像素的示例各层的分解 图；图6是按照本公开的各个方面的IXD像素的一部分的示意图；图7是按照本公开的各个方面，模拟作为像素中离像素电极的深度的函数的液晶 指向矢形变(director distortion)的曲线图；图8是按照本公开的各个方面，模拟作为电压的函数的像素透射率的曲线图；图9和10是描述通过选择接近透射率最小值的灰度级0电压，实现高对比度IXD 面板的方法的实施例的流程图；图11是按照本公开的各个方面的具有偏离液晶分子取向轴的偏光器，以改善灰 度级电压的单调性的像素的示意图；图12是按照本公开的各个方面的具有偏移的上下液晶分子取向轴，以改善灰度 级电压的单调性的像素的示意图；以及图13是按照本公开的各个方面，模拟作为灰度级电压的函数的图11或12的像素 的透射率的曲线图。
具体实施例方式下面将说明一个或多个具体实施例。在致力于提供这些实施例的简明描述的过程 中，在说明书中未描述实际实现的所有特征。应意识到在任何这种实际实现的开发中，和任 何工程或设计项目中一样，为了实现开发人员的会因实现而异的特定目标，比如遵守与系 统相关的和与企业相关的约束条件，必须做出各种特定于实现的决策。此外，应意识到这样 的开发工作可能复杂和费时，不过对受益于本公开内容的普通技术人员来说，这样的开发 工作不过是常规的设计、加工和制造任务。本公开的实施例涉及高对比度液晶显示器(IXD)面板。具体地说，这种高对比度 LCD面板的开发、生产和/或使用可以包括把LCD面板的灰度级0电压(GO)设定为带来透 射率最小值的电压。另外或者可替换的，上偏光层或下偏光层的轴线可以偏离LCD面板的 一个或两个取向层的液晶分子取向轴，而不是平行或者垂直于液晶分子取向轴。术语“液晶 分子取向轴”也可被称为“摩擦轴”或“导轴(director axis) ”，这里通常用于表示在没有 电场的情况下，如果取向层是平面的，那么取向层会使液晶分子对准的角度。在一些实施例 中，液晶取向层的上下液晶分子取向轴甚至可以相互偏离，以使液晶指向矢(director)在 低灰度级电压下更有效地排斥光线。随着灰度级电压的增大，这些实施例可以单独地或者组合地使IXD面板的像素单调增大(例如，增大而不降低)透光率，从而降低灰度反转(例 如，当与更高的灰度级电压相比，较低的灰度级电压带来更大的透射率时)，以及增强同轴 对比度(on -axis contrast)0如 下所述，相信通过解决由某些现代LCD面板中的液晶取向层的非平面性引起的 形变，这些实施例能够实现高对比度。当像素电极占据一个或多个取向层之下的空间时，出 现这种非平面性(non-planarity)，导致取向层突出到被液晶材料占据的空间中。在某些 平面内切换/边缘场切换(IPS/FFS)LCD面板中，像素电极通常会占据这样的空间，在某些 LCD面板中，公共电极会占据这样的空间。通常，当取决于IXD面板的工作模式，在像素之上和之下的偏光层的轴线分别垂 直和平行于LCD面板的液晶分子取向轴，或者平行和垂直于LCD面板的液晶分子取向轴时， 可以获得高对比度。不过，认为当上下偏光层的轴线垂直或平行于LCD面板的液晶分子取 向轴时，某些LCD面板中的取向层的非平面性会在突出点附近产生液晶材料的形变。认为 这种形变引起沿着或者垂直于液晶分子取向轴方向被偏光的光线的延迟，对同轴光来说， 在暗态(dark state)下导致显著的漏光，如果不被校正的话，这会有效地降低LCD面板的 对比度。为了解决这些漏光伪像，一些实施例包括执行某种Y校正，以保证面板的透射率 随着灰度级电压单调增大。例如，这些实施例包括确定产生最小透射率的电压，以及把灰度 级O(GO)电压设定成等于该最小透射率电压。这些实施例还可以包括首先选择默认的Y设 置，并且关于灰度反转情况，测试某些低灰度级电压值(例如，G0、G3和G7)。如果检测到灰 度反转情况，那么可以选择新的Y设置，并且在所述低灰度级电压值再次关于灰度反转测 试LCD面板。重复这种模式，直到不再检测到灰度反转为止，这意味灰度级0电压(GO)接 近IXD面板的透射率最小值。当灰度级0电压(GO)接近IXD面板的透射率最小值时，IXD 显示器的对比度通常可达到最大值。另一方面或者除了选择LCD面板的γ设置的技术之外，LCD面板可被设计成使得 上偏光层轴线或下偏光层轴线偏离LCD面板的取向层的液晶分子取向轴。认为通过使偏光 层轴线偏离液晶分子取向轴，可以校正因像素电极或公共电极突出到液晶材料中而引起的 轻微形变。类似地，在一些实施例中，上取向层的液晶分子取向轴可以不同于下取向层的液 晶分子取向轴。认为通过偏离上下取向层各自的液晶分子取向轴，可导致LCD面板的形变 的相似校正。预期按照这里描述的方式偏移偏光层轴线和/或液晶分子取向轴会产生相对 于灰度级电压大体单调的透射率函数。考虑到上面所述，图1表示采用这种高对比度显示器18的电子设备10的方框图。 除了其它组件之外，电子设备10还可以包括一个或多个处理器12、存储器14、非易失性存 储器16、显示器18、输入结构20、输入/输出(1/0)接口 22、一个或多个网络接口 24、和/ 或电源26。在备选实施例中，电子设备10可以包括更多或更少的组件。图1中所示的各个 功能块可以包括硬件部件(包括电路)，软件部件(包括保存在计算机可读介质上的计算机 代码)，或者硬件部件和软件部件的组合。另外应注意，图1只是一个特定实现的例子，并且 用于举例说明可存在于电子设备8中的组件的类型。通常，一个或多个处理器12可以控制电子设备10的操作。在一些实施例中，基于 从非易失性存储器16载入存储器14中的指令，处理器12可响应经由显示器18输入的用户触摸手势。除了这些指令之外，非易失性存储器16还保存各种数据。例如，非易失性存 储器16可以包括硬盘驱动器和/或固态存储器，比如闪速存储器。显示器18可以是高对比度液晶显示器(IXD)，比如这里提供的高对比度液晶显示 器(LCD)。特别地，不管显示器18中的取向层的非平面性，显示器18在低灰度级电压下可 以不表 现出或者可以表现出较小的灰度反转，和/或基于这里提供的技术可表现出高的同 轴对比度。显示器18还可代表输入结构20之一。例如，其它输入结构20可以包括按键、 按钮和/或开关。电子设备10的I/O端口 22可以使电子设备10能够相对于其它电子设 备10和/或各种外设，比如外部键盘或鼠标，传送和接收数据。网络接口 24能够实现个域 网(PAN)集成(例如，蓝牙)，局域网(LAN)集成(例如，Wi-Fi)，和/或广域网(WAN)集成 (例如，蜂窝3G或4G)。电子设备10的电源26可以是任何适当的电源，比如可再充电的锂 聚合物(Li-poly)电池和/或交流电(AC)电力变换器。图2图解说明呈手持设备30 (这里是蜂窝电话)形式的电子设备10。应注意尽管 在蜂窝电话的语境中提供了手持设备30，不过作为电子设备10，也可适宜地提供其它类型 的手持设备(比如播放音乐和/或视频的媒体播放器、个人数据管理器、手持式游戏平台、 和/或这些设备的组合)。此外，手持设备30可以包括一种或多种设备，比如媒体播放器、 蜂窝电话、游戏平台、个人数据管理器等等的功能。例如，在所描述的实施例中，手持设备30呈可提供各种附加功能(比如拍摄照片、 记录音频和/或视频、听音乐、玩游戏等的能力)的蜂窝电话的形式。如同关于图1的普通 电子设备所述那样，手持设备30可以允许用户连接到因特网或者其它网络，比如局域网或 广域网，并通过因特网或者所述其它网络进行通信。手持设备30还可利用短程连接，比如 蓝牙和/或近场通信(NFC)，与其它设备通信。例如，手持设备30可以是可从加利福尼亚州 库珀蒂诺的苹果公司获得的一种型号的iPod 或者iPhone 。手持设备30可以包括外壳32或主体，所述外壳32保护内部组件免受物理损害， 和屏蔽内部组件免受电磁干扰。外壳32可由任何适当的材料形成，比如塑料、金属或者复 合材料，并且可以允许某些频率的电磁辐射经过而到达手持设备30内的无线通信电路，以 便于无线通信。外壳32还可以包括用户输入结构20，通过用户输入结构20，用户可与手持 设备30接口。每个用户输入结构20可以被配置成当被动作时帮助控制设备功能。例如， 在蜂窝电话实现中，一个或多个输入结构20可以被配置成调用要显示的“主(home)”屏幕 或菜单、在休眠模式和唤醒模式之间切换、使蜂窝电话应用的振铃器静音、增大或减小音量 输出等等。显示器18可以显示图形用户界面(⑶I)，图形用户界面(⑶I)允许用户与手持设 备30交互。GUI的图标可借助包括在显示器18中的触摸屏来选择，或者可以用一个或多个 输入结构20，比如滚轮或按钮来选择。手持设备30还可以包括允许手持设备30与外部设 备连接的各种I/O端口 22。例如，一个I/O端口 22可以是允许在手持设备30和另一个电 子设备比如计算机之间传输和接收数据或命令的端口。这种I/O端口 22可以是苹果公司 的专有端口，或者可以是开放标准I/O端口。另一个I/O端口 22可以包括允许头戴式耳机 34连接到手持设备30的耳机插孔。除了图2的手持设备30之外，电子设备10可以采取计算机或者其它类型的电 子设备的形式。这样的计算机可以包括通常是便携式的计算机(比如膝上型计算机、笔记本计算机和/或平板计算机)和/或通常在一个地方使用的计算机(比如常规的桌上 型计算机、工作站和/或服务器)。在一些实施例中，呈计算机形式的电子设备10可以 是可从苹果公司获得的一种型号的MacBook , MacBook Pro, MacBook Air , iMaC , Mac mini或者Mac Pro 。在另一个实施例中，电子设备10可以是平板计算 设备，比如可从苹果公司购得的iPad 。例如，图3中举例说明了膝上型计算机36，膝上型 计算机36代表按照本公开的一个实施例的电子设备10的一个实施例。除了其它组件之外， 计算机36包括壳体38、显示器18、输入结构20和1/0端口 22。在 一个实施例中，输入结构22 (比如键盘和/或触摸板)能够实现与计算机36的 交互，比如启动、控制或者操作GUI或者在计算机36上运行的应用。例如，键盘和/或触摸 板可以允许用户导航在显示器18上显示的用户界面或者应用界面。另外，如上所述，计算 机36还可以包括各种允许连接附加设备的1/0端口 22。例如，计算机36可以包括适合于 连接到另一个电子设备、投影仪、辅助显示器等的一个或多个1/0端口 22，比如USB端口或 者其它端口。另外，计算机36可以包括如参照图1描述的网络连接能力、记忆能力和存储 能力。如上简要所述，在图1-3的实施例中示出的显示器18可以是液晶显示器(IXD)。 图4示出按照实施例的这种显示器18的电路图。如图所示，显示器18可以包括LCD显示 面板40，IXD显示面板40包括布置成像素阵列或矩阵的单元像素42。在这样的阵列中，每 个单元像素42可以由这里分别用示出的栅极线44(也称为“扫描线”)和源极线46(也称 为“数据线”)表示的各行和各列的交叉点定义。为了简单起见，图中只示出了 6个单元像 素42a-42f。不过，应明白在实际的实现中，每个源极线46和栅极线44可以包括数千个这 样的单元像素42。如本实施例中所示，每个单元像素42包括开关保存在相应的像素电极50上的数 据信号的薄膜晶体管(TFT)48。在所描述的实施例中，每个TFT 48的源极52可与源极线 46电连接，并且每个TFT48的栅极54可与栅极线44电连接。每个TFT 48的漏极56可与 相应的像素电极50电连接。每个TFT 48充当可以基于在TFT 48的栅极54是否相应存在 或不存在扫描信号，而被启动和停用(例如，接通和断开)预定周期的开关部件。当被启动时，TFT 48可以把经由相应的源极线46接收的图像信号作为电荷保存 在其对应的像素电极50上。像素电极50保存的图像信号可被用于在相应的像素电极50 和公共电极(图5中未示出)之间产生电场。相应的像素电极50和公共电极之间的电场 可改变在单元像素42上方的液晶层的极性。该电场可使液晶分子对准液晶层，以调制光透 射。当电场变化时，光量可增大或减少。通常，光可以与(例如，从对应的源极线46)施加 的电压对应的强度通过单元像素42。不过，如下所述，上下液晶取向层之间的不对称被认为 会造成一定的形变，所述形变可能会不利地影响像素电极50的电压和像素42的透射率之 间的这种关系。显示器18还可以包括源极驱动器集成电路(IC) 58，源极驱动器集成电路(IC) 58 可以包括通过从处理器12接收图像数据60，和把对应的图像信号发送给面板40的单元像 素42，来控制显示面板40的芯片，比如处理器或者ASIC。源极驱动器IC 58还可以与栅极 驱动器IC 62耦接，栅极驱动器IC 62可以经由栅极线44启动或停用各行单元像素42。因 而，源极驱动器IC 58可以向栅极驱动器IC 62发送定时信息(由附图标记64表示)，以使各行像素42的启动/停用更容易。在其它实施例中，可以按照某些其它方式向栅极驱动器 IC 62提供定时信息。操作上，源极 驱动器IC 58从处理器12或者独立的显示控制器接收图像数据60， 并根据接收的数据输出控制像素42的信号。例如，为了显示图像数据60，源极驱动器IC 58 可以每次一行地调整像素电极50的电压。为了访问单独一行像素42，栅极驱动器IC 62可 以向与该行像素42关联的TFT 48发送启动信号(例如，启动电压)，使被寻址行的TFT 48 变成导通。源极驱动器IC 58可以经由相应的源极线46，向被寻址行的单元像素42传送一 定的数据信号。之后，通过应用停用信号(例如，小于启动电压的电压，比如接地电压)，栅 极驱动器IC 62可以停用被寻址行中的TFT 48，从而阻止该行中的像素42改变状态，直到 它们再次被寻址为止。可对面板40中的每行像素42重复上述处理，以把图像数据60再现 成显示器18上的可视图像。显示器18的像素42可以包括许多层，在图5的分解图中示意性示出它们中的许 多层。每个像素42可以包括使来自背光模组70或光反射面的光偏光的上偏光层66和下 偏光层68。下基板72可以被布置在偏光层68之上并通常由透光材料，比如玻璃、石英和/ 或塑料形成。薄膜晶体管(TFT)层74被描述成置于下基板72之上。为了举例说明的简便起见， 在图5中，TFT层74被描述成一般化的结构。实际上，TFT层74本身可以包括通常形成驱 动像素42的操作的电子设备和通道的各种导电、不导电和半导电层和结构。例如，在其中 像素42是IPS/FFS IXD面板的一部分的实施例中，TFT层74可以包括像素42的相应数据 线、扫描线、像素电极和公共电极(以及其它导电迹线和结构)。在像素的透光部分中，这样 的导电结构可利用透明导电材料，比如氧化铟锡(ITO)来形成。另外，TFT层74可以包括 由适当的透明材料(比如氧化硅)形成的绝缘层(例如栅极绝缘膜)，和由适当的半导体材 料(比如非晶硅)形成的半导体层。通常，相应的导电结构和迹线、绝缘结构和半导体结构 可被适当布置，以形成用于操作像素42的相应的像素电极和公共电极、TFT、和相应的数据 线和扫描线，如上关于图4所述。在无电场的情况下，聚酰亚胺(PI)或者其它适宜材料的下取向层76和上取向层 82通常可以使液晶层78的分子对准它们的液晶分子取向轴。可按照任何适当的方式形成 下取向层76和上取向层82的液晶分子取向轴。例如，通过利用纤维布摩擦下取向层76和 /或上取向层82，利用偏振紫外(UV)光在下取向层76和/或上取向层82上形成光取向， 和/或可以利用倾斜沉积的无机材料，比如氧化硅(SiOx)或类金刚石碳的下取向层76和 /或上取向层82，形成液晶分子取向轴。当在像素电极50和公共电极之间存在电场时，液晶层78的液晶粒子可能沿不同 于液晶分子取向轴的方向定向或对准。液晶层78的液晶粒子的所述定向会按照允许通过 液晶层78的光经过上偏光层66的方式，使所述光变成偏振光。从而，调制对液晶层78施 加的电场可调制透过像素42的光量。下取向层76和上取向层82可能不是完美对称的。认为下取向层76和上取向层 82之间的不对称会产生液晶分子的一定形变，在低电压下这会导致灰度反转。考虑到这种 不对称，在一些实施例中，灰度级电压0 (GO)可被选为高于最低设备电压，这可防止灰度反 转和增大对比度。另外或者可替换的，在一些实施例中，偏光层66和68的轴线可能并不完全平行或垂直于下取向层76和上取向层82的液晶分子取向轴，相反可能偏移足以减小或 消除灰度反转和增大对比度的量。在一些实施例中，下取向层76和上取向层82的液晶分 子取向轴可能相互偏移足以减小或消除灰度反转和增大对比度的一定量。上覆的滤色片86可以是 红色、绿色或蓝色滤色片，使得当来自背光模组70的光透 过液晶层78时，像素42对应于原色。滤色片86可被不透光的掩模或矩阵，例如黑掩模88 围绕，所述不透光的掩模或矩阵可以围绕像素42的透光部分。例如，在一些实施例中，可以 确定黑掩模88的大小和形状，以定义在液晶层78上方并且环绕滤色片86的透光孔径，并 覆盖或遮蔽像素42的不透光部分，比如扫描线和数据线驱动电路、TFTJP /或像素42的外 围。在所描述的实施例中，上基板92可以被布置在黑掩模88及滤色片86和偏光层66之 间。在这样的实施例中，上基板92可以由透光玻璃、石英和/或塑料制成。如上所述，认为当下取向层76和上取向层82的表面都是平面的和/或对称的时， 在不存在电场的情况下和当上偏光层66和下偏光层68的轴线分别平行和垂直于，或者垂 直和平行于下取向层76和上取向层82的液晶分子取向轴(取决于显示器18的工作模式) 时，应出现像素42的最小透光率。不过，如图6的代表像素42的一部分的像素选择部分 100所示，下取向层76和/或上取向层82可能既不对称也不平坦。像素选择部分100可代表像素42的从TFT层74到黑掩模层88的片段。具体地 说，图6图解说明像素选择部分100的侧视图A和顶视图B。从图6的侧视图A中可看出， TFT层74可以包括玻璃基板102、公共电极104、和像素电极50的指状部分。像素电极50 的指状部分会导致下取向层76的进入液晶材料78的突出108。如下所述，认为这些突出 108和因而发生的下取向层76与上取向层82之间的不对称影响了使光透过像素42的方 式。下取向层76和/或上取向层82的液晶分子取向轴110通常可使液晶层78的某 些分子取向。在一些实施例中，下取向层76和上取向层82两者的液晶分子取向轴110可 以相同，或者彼此偏离180°。在其它实施例中，下取向层76的液晶分子取向轴110可以稍 微偏离上取向层82的液晶分子取向轴110。可以使用任何适当的方法来确定液晶分子取向 轴110，例如，液晶分子取向轴110可以被设定成83°的角度。取决于设计限制，液晶分子 取向轴110可以成不同的角度。液晶分子取向轴110(这里还称为取向轴)通常可使液晶 层78的液晶分子变成沿液晶分子取向轴110的方向排列。不过，认为这些液晶层78的分子的实际取向方向可能并不严格和非平面的取向 层，比如具有突出108的下取向层76的液晶分子取向轴110相匹配。特别地，认为进入液 晶材料78的突出108的存在会在像素电极106附近造成某些形变。如果因其它结构(例 如，在下取向层76或上取向层82之下的公共电极104和/或在上取向层82之下的像素电 极50)而造成在显示器18中存在其它突出108，那么可预期会出现类似的结果。如在图7的曲线图120中模拟的那样，认为当由于像素电极50的指状部分，下取 向层76包括突出108，而上取向层82仍然保持平面时，越接近突出108的地点，液晶层78 的液晶指向矢(单位矢量取向方向)可能稍微偏离液晶分子取向轴110。在曲线图120中， 纵坐标122表示液晶指向矢方位角(单位度)，横坐标124表示从下取向层76到上取向层 82的液晶材料的深度(单位微米(μπι))。从曲线图120可以看出在较低的深度(更接近 突出108的位置)，像素空腔内的液晶指向矢的方位角更偏离液晶分子取向轴110的角度，以及在更高的深度，更加按照液晶分子取向轴110取向。曲 线126表示沿着像素选择部分100的χ方向，在位于像素电极50指状部分或其 附近的位置，液晶层78的液晶指向矢的方位角。曲线128表示沿着像素选择部分100的χ 方向，在离开像素电极50指状部分的位置，液晶层78的液晶指向矢的方位角。在更接近由 于突出108的缘故而不平坦的下取向层76的深度，液晶指向矢方位角可增大到大于84°， 或者说比液晶分子取向轴110的角度(这里表示成83° )大1度。在更接近平坦的上取 向层82的深度，液晶指向矢方位角可以收敛于液晶分子取向轴110的角度(这里表示成 83° )。比较曲线126和曲线128进一步表明突出108是造成液晶指向矢方位角偏离液晶 分子取向轴110的角度的原因。特别地，应回想起曲线126代表液晶层78中沿X方向的 接近突出108的位置，以及曲线128代表液晶层78中沿χ方向的更远离突出108的位置。 表明模拟的液晶指向矢方位角在曲线126(更接近突出108)中比在曲线128(更远离突出 108)中偏离更大。液晶指向矢方位角的这些偏离被认为会引起沿着或者垂直于液晶分子取向轴110 方向偏振的光的延迟，对同轴光来说，在暗态下造成明显的漏光。不论什么原因，某些LCD 面板会表现出图8中图示方式的灰度反转。即，如图8的模拟作为灰度级电压的函数的像 素42的透光率的曲线图140所示，所述透射率最初可随着电压而降低，而不是单调增大。这 种灰度反转效应还导致对比度降低，因为最低的灰度级电压允许比像素42的真实的透射 率最小值更大的透射率。曲线图140包括表示透射率的纵坐标142 (单位吸光度单位(AU))，和表示灰度 级电压的横坐标144(单位伏(V))。在曲线图140中，横坐标144被模拟成开始于0V，因 为显示器18被模拟成能够向像素电极50供给0V。不过，应明白其它实施例可以具有它们 能够提供的其它最低电压。曲线146代表作为灰度级电压的函数的像素42的透射率。可以看出，当最初从显 示器18能够提供的最低电压开始增大电压时，发生灰度反转148。在点150，透射率达到真 实的透射率最小值，之后透射率开始单调增大。这种灰度反转148是成问题的，因为在特定 灰度级电压下的显示器18的像素42可能比在更高灰度级电压下的像素42更亮(例如，GO 可能比G3更亮)。灰度反转148还会影响显示器18的对比度，因为最低的灰度级电压可能不被设定 成显示器18的真实的透射率最小值150。因而，图9和10表示通过选择在真实的透射率最 小值150或其附近的灰度级0电压(GO)，产生高对比度显示器18的方法的实施例的流程 图。从而，显示器18的透射率可随着灰度级电压而单调增大。参见图9，流程图160表示选择导致显示器18的高对比度的灰度级0电压(GO)的 方法的实施例。当对显示器18的像素42的像素电极50施加初始电压时(方框162)，开始 流程图160。可利用任何适当的测光设备，测试得到的这些像素的透射率(方框164)。在再 一次测试像素42的透射率(方框168)之前，可以增大当前施加于像素电极50的电压(方 框 166)。随后，可以比较与初始电压和增大后的电压相关的透射率，如果透射率未随着电 压而增大(判定框170)，那么知道发生了灰度反转。从而，可再次增大施加于像素电极50的电压(方框166)，并再一次测试像素42的透射率(方框168)。重复该过程，直到透射率 不再增大为止(判定框170)，此时，知道前一电压可以接近真实的透射率最小值150。另外， 知道从该电压向前，作为施加于像素电极50的电压的函数的透射率将是单调的。从而，灰 度级0电压(GO)可被设定成等于所述前一电压。确定灰度级0电压(GO)的另一种方式可包括关于灰度反转，测试一个或多个定 义的Y设置。如图10的流程图180所示，通过使显示器18按照默认Y设置工作(方框 182)，可首先校准显示器18。所述默认Y设置可定义各种灰度级电压(例如，对8比特灰 度来说，G0-G255)。随后，可对显示器18的像素42的像素电极50施加某一低灰度级电压， 并测试作为结果获得的透射率。例如，可对显示器18的像素42的像素电极50施加G0、G3 和G7电压，并按照任何适当的方式测试得到的透射率(方框184-194)。如果与GO电压相比，G3电压产生更低的透射率，或者与GO或G3电压相比，G7电 压产生更低的透射率，那么大概由于上述原因，显示器18会表现出灰度反转。如果确定发 生这样的灰度反转(判定框196)，那么可改为选择显示器18的新的γ设置(方框198)。 这种新的Y设置一般涉及比先前的Y设置的GO更高的灰度级0电压(GO)的值。事实上， 增加的电压可以等于或超过0. 2V，并且在一些情况下，可能等于或超过0. 3V(例如，以便达 到如图7中的真实的透射率最小值150)。在选择了新的γ设置之后，可再次对显示器18的像素42的像素电极50施加某 一低的灰度级电压，并测试得到的透射率(方框184-194)。如果仍然出现灰度反转(判定 框196)，那么可选择另一个γ设置(方框198)。可重复该过程，直到不再出现灰度反转为 止(判定框196)，在这种情况下，可在200结束流程图180。当在200结束流程图180时， 选择的Y设置可产生无灰度反转的单调灰度。尽管上面关于图9和10讨论的技术可以校正在显示器18中出现的灰度反转，不 过下面公开的实施例可减小这样的灰度反转或者首先防止出现灰度反转，并且提高同轴对 比度。如上所述，作为传统知识，普遍接受的是偏光层66和68应分别平行或垂直于液晶分 子取向轴110(取决于显示器18的工作模式)。不过，发明人认为这种传统知识是不正确 的。事实上，如以下进一步所述，发明人提出通过使上偏光层66的轴线和/或下偏光层68 的轴线相对于下取向层76和上取向层82的液晶分子取向轴110偏移某一角度，可以提高 同轴对比度和/或减小或消除灰度反转。另外或者可替换的，一些实施例可涉及使下取向 层76的液晶分子取向轴110相对于上取向层82的液晶分子取向轴110偏移某一角度。偏 移偏光层66和/或68的轴线，和/或液晶分子取向轴110被认为可以解决由于(例如，由 突出108引起的)下取向层76的非平面性造成的形变。具体地说，由于因像素电极50的指状部分引起的突出108，下取向层76的表面拓 扑形状不是平坦的，从而和上取向层82不对称。作为这种不对称取向状况的结果，认为液 晶层78的液晶指向矢未沿着贯穿像素42的液晶分子取向轴110均勻取向，而是随着它逼 近像素电极50，从上到下发生偏离(如图6中的模拟所示)。这些偏离被认为引起沿着或 者垂直于液晶分子取向轴110的方向偏振的光的延迟。例如，由于传播通过轻微扭曲的液 晶结构的线性偏振传播会经历相位延迟，并变成椭圆偏振的，因此通过未校正的像素42的 这种光会逸出上偏光层66。尽管这种影响可能很小，不过应注意灰度级0电压(GO)的暗态 透射率也很小，即使最小的变化也会显著降低对比度。在这种情况下，图9和10的技术仅仅可减小或消除灰度反转，不过不能使同轴对比度达到最大。因此，如 图11中所示，可以使上偏光层66的轴线和/或下偏光层68的轴线稍微 偏离它们与液晶分子取向轴110的常规垂直或平行结构。具体地说，可以利用任何适当的 方法，确定液晶分子取向轴110。这里，液晶分子取向轴110已被确定为83°。随后可以使 上偏光层66的轴线和/或下偏光层68的轴线偏离它们相对于液晶分子取向轴110的常规 结构。例如，图11表示0-模式结构，其中可以使下偏光层68的轴线204相对于平行于液 晶分子取向轴110偏移一定的量，可以通过实验和/或模拟来确定，可代表在显示器18能 够提供的最低的灰度级电压下，使最少量的光透过像素42的角度。在一些实施例中，下偏 光层68的轴线204可被偏移较小的量，比如介于0.3°和1°之间，不过该偏移量也可以更 小或更大(通过实验和模拟确定)。可沿朝着平行于像素电极50的指状部分的轴线偏移轴 线204的角度(例如，更接近90° )。如图所示，下偏光层68的轴线204可具有约83. 3° 的角度。在一些实施例中，胜于与液晶分子取向轴110垂直202，也可以使上偏光层66的 轴线206偏离与液晶分子取向轴110垂直202。轴线206的偏斜角可通过实验和/或模拟 来确定，并可代表在显示器18能够提供的最低的灰度级电压下，使最少量的光透过像素42 的角度。在一些实施例中，上偏光层66的轴线206可被偏移较小的量，比如介于0. 3°和 1°之间，不过该偏移量也可以更小或更大(通过实验和模拟确定)。可沿朝着垂直于像素 电极50的指状部分的轴线偏移轴线206的角度(例如，更接近0° )。如图所示，下偏光层 68的轴线204可具有约-16. 7°的角度。尽管轴线204和206的偏斜角被图示成相同，不 过在一些实施例中，基于实验和模拟，所述偏斜角可以不同。在图11的实施例中，可以使下偏光层68的轴线204和上偏光层66的轴线206都 偏离液晶分子取向轴110。在替换实施例中，取决于工作模式(例如0模式或E模式)，可 以只使轴线204和206之一偏离其默认结构。另外，尽管图11的实施例涉及关于0-模式 显示器18操作的结构，不过其它实施例可以涉及关于E-模式的结构。例如，可以使下偏光 层68的轴线204相对于与液晶分子取向轴110垂直202偏离某一角度，和/或可以使上偏 光层66的轴线206相对于与液晶分子取向轴110平行偏离某一角度。除了上面参考图9和10讨论的实施例和上面参考图11讨论的实施例之外，通过 偏移下取向层76和上取向层82的液晶分子取向轴110，也可减小或消除灰度反转，并可提 高同轴对比度。如图12中所示，可以使与下取向层76相关的下液晶分子取向轴IlOA偏离 与上取向层82相关的上液晶分子取向轴110B。特别地，可按照任何适当的方式确定离下 取向层76的突出108相对较远的上液晶分子取向轴110B。如图12中所示，上液晶分子取 向轴IlOB的角度约为83°。由于图12图解说明的是0-模式结构，因此下偏光层68的轴 线204平行于上液晶分子取向轴110B，而上偏光层66的轴线206垂直于上液晶分子取向轴 IlOB0与下取向层76相关的下液晶分子取向轴IlOA可以相对于与上取向层82相关的 上液晶分子取向轴IlOB偏离某一角度。换句话说，下液晶分子取向轴IlOA并不仅仅与上液 晶分子取向轴IlOB相差180°，而是可偏移某一角度，比如小于或大于180°的倍数。该偏 斜角可通过实验和/或模拟来确定，并可代表在显示器18能够提供的最低灰度级电压下，使最少量的光透过像素42的角度。在一些实施例中，下液晶分子取向轴IlOA可以相对于 上液晶分子取向轴IlOB偏离较小的量，比如介于0.3°和1°之间。该偏斜角可以更小或 更大，取决于实验和/或模拟的结果。在一些实施例中，如图12中所示，可以使下液晶分子 取向轴IlOA沿着朝向垂直于像素电极50的指状部分的轴线的方向，偏离上液晶分子取向 轴IlOB(例如，更接近于0° )。如图所示，下液晶分子取向轴IlOA可具有约82. 7°的角 度。尽 管图12的实施例涉及关于0-模型显示器18操作的结构，不过其它实施例可以 涉及关于E-模式操作的结构。例如，下偏光层68的轴线204可平行于上液晶分子取向轴 110B,以及上偏光层66的轴线206可垂直于上液晶分子取向轴110B。应明白可以结合上面参考图11和12说明的实施例。即，即使在使下液晶分子取 向轴IlOA相对于上液晶分子取向轴IlOB偏移某一角度的时候，也可使下偏光层68的轴线 204和/或上偏光层66的轴线206相对于它们与上液晶分子取向轴IlOB的默认结构偏移 某一角度。取决于突出108的大小和影响，与图11和12相关的实施例会产生由图13的曲线 图210表示的像素42透射率和灰度级电压的单调函数。在曲线图210中，纵坐标212表示 透射率(单位吸光度单位(AU))，横坐标214代表灰度级电压(单位伏(V))。横坐标210 被模拟成开始于0V，因为显示器18被模拟成能够向像素电极50提供0V。不过，应明白其 它实施例可以具有它们能够提供的其它最低电压。曲线216代表作为灰度级电压的函数的像素42的透光率。从曲线216可以看出， 作为灰度级电压的函数的透射率基本上是单调的。因而，真实的透射率最小值218可开始 于显示器18能够提供的最小电压。另一方面，如果在与图11和/或12相关的实施例中未 出现灰度反转，并且作为灰度级电压的函数的像素42的透光率不是单调的，那么可按照上 面参考图9和10讨论的方式，选择灰度级0电压(GO)。根据本公开的实施例，提供了一种液晶显示器的Y校正设备，包括用于为液晶 显示器选择第一 Y设置的装置；用于利用液晶显示器，测试第一 Y设置的多个灰度级电 压，以确定是否出现灰度反转的装置；用于当出现了灰度反转时，为液晶显示器选择第二 Y设置的装置，其中第二 Y设置的灰度级0电压高于第一 γ设置的灰度级0电压。根据本公开的实施例，用于测试第一 Y设置的多个灰度级电压的装置包括用于 确定分别与第一 Y设置的多个灰度级电压对应的像素的多个透射率的装置，和用于确定 所述多个透射率是否不随着第一 Y设置的多个灰度级电压单调增大的装置。根据本公开的实施例，用于测试第一 Y设置的多个灰度级电压的装置包括用 于使第一 Y设置的多个灰度级电压中的每一个被分别施加于液晶显示器的像素的装置， 用于测量当把第一 Y设置的多个灰度级电压中的每一个分别施加于该像素时所述像素的 透射率的装置，和用于确定与第一 Y设置的多个灰度级电压中的较低灰度级电压相关的 透射率是否大于与第一 Y设置的多个灰度级电压中的较高灰度级电压相关的透射率的装 置。根据本公开的实施例，第一、设置的多个灰度级电压包括比灰度级10电压低的 至少两个灰度级电压。根据本公开的实施例，第一 Y设置的多个灰度级电压包括灰度级0电压，和比灰度级10电压低的至少一个灰度级电压。根据本公开 的实施例，第一 Y设置的多个灰度级电压包括灰度级0电压，灰度级 3电压，和灰度级7电压。根据本公开的实施例，包括用于利用液晶显示器测试第二 Y设置的多个灰度级 电压以确定是否出现灰度反转的装置，以及用于当出现了灰度反转时，为液晶显示器选择 第三Y设置的装置，其中第三Y设置的灰度级0电压高于第二 Y设置的灰度级0电压。作为例子示出了上面说明的具体实施例，应明白这些实施例可容许各种修改和备 选形式。另外应明白权利要求并不打算局限于公开的特殊形式，相反，覆盖在本公开的精神 和范围内的所有修改、等同方案和备选方案。
权利要求
1.一种电子设备，包括具有多个像素的液晶显示器，具有置于彼此不对称的两个液晶取向层之间的液晶材 料，并且具有分别在所述两个液晶取向层之上和之下的上偏光层和下偏光层，其中所述多 个像素的透光率随着灰度级电压增大而单调增大，并且其中液晶显示器被配置成利用比该液晶显示器的最低灰度级0电压能力高的灰度级0电压 工作；或者所述两个液晶取向层的液晶分子取向轴被相互偏离除180°的倍数以外的偏斜角；或者与上偏光层相关的第一偏光轴和与下偏光层相关的第二偏光轴中的至少一个既不平 行也不垂直于所述两个液晶取向层的液晶分子取向轴之一；或者它们的任意组合。
2.按照权利要求1所述的电子设备，其中液晶显示器被配置成利用灰度级0电压工作， 使得当对液晶显示器的像素施加灰度级0电压时，像素的透光率处于最小值。
3.按照权利要求1所述的电子设备，其中液晶显示器的所述两个液晶取向层中的至少 一个是非平面的。
4.按照权利要求1所述的电子设备，其中液晶显示器的所述两个液晶取向层中的第一 液晶取向层是平面的，以及液晶显示器的所述两个液晶取向层中的第二液晶取向层是非平 面的，其中液晶材料的液晶指向矢方位角对准与所述两个液晶取向层中的第一液晶取向层 相关的第一液晶分子取向轴，但是不对准与所述两个液晶取向层中的第二液晶取向层相关 的第二液晶分子取向轴。
5.一种液晶显示器的Y校正方法，包括为液晶显示器选择第一 Y设置；利用液晶显示器，测试第一 Y设置的多个灰度级电压，以确定是否出现灰度反转；当出现了灰度反转时，为液晶显示器选择第二 Y设置，其中第二 Y设置的灰度级0电 压高于第一 Y设置的灰度级0电压。
6.按照权利要求5所述的方法，其中测试第一γ设置的多个灰度级电压包括确定分 别与第一 Y设置的多个灰度级电压对应的像素的多个透射率，和确定所述多个透射率是 否不随着第一 Y设置的多个灰度级电压单调增大。
7.按照权利要求5所述的方法，其中测试第一γ设置的多个灰度级电压包括使第一 Y设置的多个灰度级电压中的每一个被施加于液晶显示器的像素，测量当把第一 Y设置 的多个灰度级电压中的每一个施加于该像素时所述像素的透射率，和确定与第一 Y设置 的多个灰度级电压中的较低灰度级电压相关的透射率是否大于与第一 Y设置的多个灰度 级电压中的较高灰度级电压相关的透射率。
8.按照权利要求5所述的方法，其中第一γ设置的多个灰度级电压包括比灰度级10 电压低的至少两个灰度级电压。
9.按照权利要求5所述的方法，其中第一γ设置的多个灰度级电压包括灰度级0电 压，和比灰度级10电压低的至少一个灰度级电压。
10.按照权利要求5所述的方法，其中第一γ设置的多个灰度级电压包括灰度级0电 压、灰度级3电压、和灰度级7电压。
11.按照权利要求5所述的方法，包括利用液晶显示器测试第二γ设置的多个灰度级 电压以确定是否出现灰度反转，以及当已经出现了灰度反转时，为液晶显示器选择第三Y 设置，其中第三Y设置的灰度级0电压高于第二 γ设置的灰度级0电压。
12.一种电子显示器，包括像素，所述像素包括配置成在第一偏光轴上使光偏光的下偏光层；置于下偏光层之上并被配置成在没有电场的情况下通常使液晶分子沿着第一液晶分 子取向轴对准的下液晶取向层；置于下液晶取向层之上的包括液晶分子的液晶层；置于液晶层之上并被配置成在没有电场的情况下通常使液晶分子沿着第二液晶分子 取向轴对准的上液晶取向层，其中第二液晶分子取向轴与第一液晶分子取向轴相同或者相 差180° ；和置于上液晶取向层之上并被配置成在第二偏光轴上使光偏光的上偏光层；其中第一偏光轴和第二偏光轴中的至少一个既不平行也不垂直于第一液晶分子取向 轴或者第二液晶分子取向轴。
13.按照权利要求12所述的电子显示器，其中既不平行也不垂直于第一液晶分子取向 轴或者第二液晶分子取向轴的第一偏光轴和第二偏光轴中的至少一个，相对于平行或者垂 直于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移一角度，所述角度被配置成使像 素在没有电场的情况下透过的光量少于在没有电场的情况下如果第一偏光轴和第二偏光 轴平行或垂直于第一液晶分子取向轴和第二液晶分子取向轴时该像素会透过的光量。
14.按照权利要求12所述的电子显示器，其中既不平行也不垂直于第一液晶分子取向 轴或者第二液晶分子取向轴的第一偏光轴和第二偏光轴中的至少一个，相对于平行或者垂 直于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移小于5°的角度。
15.按照权利要求12所述的电子显示器，其中既不平行也不垂直于第一液晶分子取向 轴或者第二液晶分子取向轴的第一偏光轴和第二偏光轴中的至少一个，相对于平行或者垂 直于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移大于0.3°但小于1°的角度。
16.按照权利要求12所述的电子显示器，其中下液晶取向层包括进入液晶层的突出， 并且其中当液晶显示器被配置成按照0-模式工作时，第一偏光轴在朝着更平行于所述突 出的方向，相对于平行于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移。
17.按照权利要求12所述的电子显示器，其中下液晶取向层包括进入液晶层的突出， 并且其中当液晶显示器被配置成按照0-模式工作时，第二偏光轴在朝着更垂直于所述突 出的方向，相对于垂直于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移。
18.按照权利要求12所述的电子显示器，其中下液晶取向层包括进入液晶层的突出， 并且其中当液晶显示器被配置成按照E-模式工作时，第一偏光轴在朝着更垂直于所述突 出的方向，相对于垂直于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移。
19.按照权利要求12所述的电子显示器，其中下液晶取向层包括进入液晶层的突出， 并且其中当液晶显示器被配置成按照E-模式工作时，第二偏光轴在朝着更平行于所述突 出的方向，相对于平行于第一液晶分子取向轴或者第二液晶分子取向轴被偏移。
20.按照权利要求12所述的电子显示器，其中下液晶取向层和上液晶取向层是不对称的。
21.一种液晶显示器的Y校正设备，包括用于为液晶显示器选择第一 Y设置的装置；用于利用液晶显示器，测试第一 Y设置的多个灰度级电压，以确定是否出现灰度反转 的装置；用于当已经出现了灰度反转时，为液晶显示器选择第二 Y设置的装置，其中第二 Y设 置的灰度级0电压高于第一 γ设置的灰度级0电压。
22.按照权利要求21所述的γ校正设备，其中用于测试第一Y设置的多个灰度级电 压的装置包括用于确定分别与第一 Y设置的多个灰度级电压对应的像素的多个透射率 的装置，和用于确定所述多个透射率是否不随着第一 Y设置的多个灰度级电压单调增大 的装置。
23.按照权利要求21所述的γ校正设备，其中用于测试第一Y设置的多个灰度级电 压的装置包括用于使第一 Y设置的多个灰度级电压中的每一个被施加于液晶显示器的 像素的装置，用于测量当把第一 Y设置的多个灰度级电压中的每一个施加于该像素时所 述像素的透射率的装置，和用于确定与第一 Y设置的多个灰度级电压中的较低灰度级电 压相关的透射率是否大于与第一 Y设置的多个灰度级电压中的较高灰度级电压相关的透 射率的装置。
24.按照权利要求21所述的γ校正设备，其中第一Y设置的多个灰度级电压包括比 灰度级10电压低的至少两个灰度级电压。
25.按照权利要求21所述的γ校正设备，其中第一Y设置的多个灰度级电压包括灰 度级0电压，和比灰度级10电压低的至少一个灰度级电压。
26.按照权利要求21所述的γ校正设备，其中第一Y设置的多个灰度级电压包括灰 度级0电压、灰度级3电压、和灰度级7电压。
27.按照权利要求21所述的γ校正设备，包括用于利用液晶显示器测试第二Y设置 的多个灰度级电压以确定是否出现灰度反转的装置，以及用于当已经出现了灰度反转时， 为液晶显示器选择第三Y设置的装置，其中第三Y设置的灰度级0电压高于第二 γ设置 的灰度级0电压。
全文摘要
本发明涉及高对比度液晶显示器。提供与高对比度液晶显示器(LCD)有关的设备和方法。例如，这样的电子设备(10)可以包括具有彼此不对称的两个液晶取向层(76，82)，和分别在所述两个取向层(76，78)之上和之下的上下偏光层(66，68)的LCD(18)。多个像素(42)的透光率可以随着灰度电压单调增大。显示器(18)可利用比该显示器的最低灰度级0电压能力高的灰度级0电压工作。另外或可替换的，所述两个取向层(76，82)的液晶分子取向轴(110)可以相互偏离除180°的倍数以外的角度。另外或可替换的，上偏光层(66)的第一偏光轴和/或下偏光层(68)的第二偏光轴可以既不平行也不垂直于液晶分子取向轴(110)之一。
文档编号G02F1/133GK102135679SQ20101055237
公开日2011年7月27日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年6月4日
发明者E·多基戈托夫, S·R·格特麦, Y·B·帕克, 仲正中, 徐 明, 葛志兵, 陈宬, 陈巍 申请人:苹果公司