CN1072806C - 液晶装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种液晶装置，包括：一对基衬；该对基衬中间的液晶层；至少一个偏振元件；多个像素，满足下列关系之一的液晶层之延迟(d×△n)：
d×△n＞λ/2及2d×△n＞λ/2；
以及将驱动电压施加到多个像素上去的驱动电压输入装置，该驱动电压包括一个比像素的电压—输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需的最大电压还要高的电压。

Description

液晶装置及其驱动方法
本发明涉及液晶装置及其驱动方法，尤其涉及具有高速响应的液晶装置及其驱动方法。
使用液晶装置的传统的投射型液晶显示装置通过将光发射到液晶显示上以致再将光投射到屏幕上，从而可以较为容易地获得尺寸很大的图形。获得彩色的显示有两种方法：一种方法是将投射的光束分成红色、绿色和兰色，同时对每一种颜色使用一个液晶显示装置(同时加以颜色的混合)；而另一种方法则是在液晶显示装置中提供红色，绿色和兰色三种像素作为一种直观型的(并列加以颜色的混合)。然而，这二种方法均存在问题。在第一种方法中，虽然可以方便地获得高分辨率但是实现这种液晶显示装置的成本较高。如图29中所示，作为光源的灯1发射出的光束通过了三个光通路，即通过红光束2的二色性镜、通过绿光束3的二色性镜及通过兰光束4的二色性镜，光束分别通过液晶板5、6和7并从镜头8输出。如上所述，由于使用了液晶显示面板5、6和7，这样的光学系统从整体系统上来看就显得十分复杂和庞大。另外，即使三个液晶显示面板中的一个发生了像素上的疵点，则图象中与此疵点相应的部位就会出现一个单色或混合色的亮点。另一方面，第二种方法虽然不大昂贵，但是它也有问题，即它所显示的图象的质量会产生失真，此外投射的图象中红、绿、兰色像素的大小小于人眼的空间分辨率。有一种方法可解决这个问题，称为视场序列彩色混合法。这是一种利用视场序列寻址的方法。在这种方法中用一个像素显示了红、绿和兰三种颜色。具有高精度和高亮度性能的现场序列彩色混合法有如下特点：
(1)用视场序列彩色混合法来显示彩色图象的原理与同时附加彩色混合法的原理相同。因而视场序列彩色混合法也可提供高精度图象。
(2)若在液晶显示板上有疵点像素时，则该疵点像素就显示成白点或黑点。白点或黑点不如彩点那样明显。因而，即使在液晶板上有疵点像素，所显示的图象也不至于失真。
(3)只使用单液晶板便可实现全色或多色显示，因此该光学系统就可选得很小并且很亮。由于它不必使用如同时附加彩色混合法中的那些遮光板，因而系统可以作得更小并且也降低了制造成本。
如上所述，使用了视场序列寻址法可以获得高亮度、高精度的优质显示的小型轻便的彩色液晶显示装置。
然而，在使用视场序列寻址法时，在一个视场中允许显示相应的红、绿和兰的时间是在5至6毫秒(ms)之间。当前，在一活性矩阵液晶显示装置中使用的翻转向列(TN)模式的响应时间一般约在几十毫秒。在图30中，上升及衰减时响应时间分别为39.1ms和35.1ms。现在考虑使用这样一种光学开关，即它在阀值电压附近呈开关状态，它的液晶显示模式是等于或大于UN模式，这样实际上是不可能用视场序列寻址法来实现彩色液晶显示装置的。
表面稳定化铁电体液晶(SSF-LC)模式是众所周知的一种传统的具有高速响应的液晶显示模式(N.A.Clark and S.T.Lager-well.Appl.Phys.Lett.,36,899；1980)、SST-LC的特点是铁电体液晶分子有自动偏振的性质，同时是利用液晶分子具有如下的性质来完成显示，这个性质是液晶分子能改变其方向性使得自动偏振的极性与加上磁场以后的极性相互平行。
与铁电体液晶模式有所不同，在日本公开专利刊物第56-51352号中有如下描述：若利用接近阀值的电压和接近液晶的光学特性为饱和的饱和电压则响应速度可以提高。
在一刊物(在室温下向列液晶模块响应时间不到100μs:Shin-Tson Wu；Appl.Phys.Lett.57(10),31990)中还描述了另一种利用向列液晶的高速向应显示模式。图31说明了上述刊物中所描述的驱动液晶显示的方法。电压(Voff)连结加在液晶分子上使得液晶分子的方向与原始方向相差最大。在这种情况，液晶显示之透射率或透射系数为零。然后，在液晶分子上加零电压(Vo)从而释放液晶分子的方向偏差。通过改变加零电压的时间长短可以改变透射率，于是也就达到了进行灰度级别显示的目的。液晶分子在方向发生偏差后的释放过程尤如弹簧运动的过程。由于液晶分子间的相互作用而产生的潜在能量随着液晶分子的方向发生偏差的程度而变化，即方向发生偏差程度越大则其潜在能量也就越高。因此方向偏差甚大的液晶分子在释放时具有极高的速度。
然而，在那些使用诸如SSF-LC模式的铁电体液晶(FLC模式)等的常规的液晶显示方式中存在着下面这些问题。除了难以控制铁电体液晶分子之方向外，该分子的方向性极易受机械震动的破坏。再者，由于铁电体液晶的方向是双稳状态的，因此也就难以获得灰度级别的显示。
在日本公开专利刊物第56-51352号中描述的驱动方法是不能显示灰度级别的。另外，液晶分子方向状态变化程度很大，因而就不易将响应速度提高得比TN模式中还要高。
上面提到的是使用向列液晶作高速响应的显示模式。这种模式为了获得灰度显示对不加电压的时间作一定的改变以调整液晶分子方向偏差的释放。这种方法还不能用在商品化的液晶显示设备及类似设备上作点阵驱动用。
本发明的液晶设备包括：
一对基底；
在基底对中插入的液晶层；
至少一种偏振元；
多个像素；
满足下列关系之一的液晶层的延迟(d×Δn):
d×Δnλ/2其中入射光是通过液晶层一次后即输出的；及
2d×Δn＞λ/2其中入射光是在通过液晶层二次后才输出的；这里d为液晶层的厚度，Δn为双折射，λ是射在液晶层上的入射光的波长；和
施加驱动电压到多个像素上去的一种驱动电压输入装置，该驱动电压包括一个比像素的电压输出光强度特性中提供输出光强度极值时的最大电压还要高的电压。
在本发明的一个实施例中，驱动电压是通过视场序列寻址方法由驱动电压输入装置输入的。
在本发明的一个实施例中，液晶装置中包括在液晶层和极化元子中的延迟补偿装置。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入装置施加的电压要高于在电压输出光强度特性中输出光强度最大时所需要的电压，同时还要提供一个电压，该电压处于一个高于最大的电压和最大的电压之间。因而可以控制像素的输出光强度。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入装置将每一帧中的驱动电压极值取反。
在本发明的另一实施例中，在将信号电压加到像素上去之前要预先确定其输出光强度，对应这个强度再定一个信号电压。而驱动电压输入装置要先预置一个其绝对值要大于上述信号电压的电压。
在本发明的另一实施例中，驱动电压输入装置再要预置一个电压，其绝对值要小于一个信号电压，该信号电压是对应于输出光强度而预先确定的并且是在第一初电压输入以后加上去的。
在本发明的另一实施例中，首次初电压的绝对值比提供像素电压输出光强度之极值所需的最大电压值还要大。
在本发明的另一实施例中，信号电压的最大值时的输出光强度等于或小于像素电压输出光强度特性的10％。
在本发明的另一实施例中，第二初电压的绝对值比提供像素电压输出光强度极值时所需的最大电压的绝对值要小。
在本发明的另一实施例中，施加第一初电压的时间长度不超过施加信号电压的时间长度的五分之一。
在本发明的另一实施例中，施加第一初电压和第二初电压的时间宽度总和不超过施加信号电压的时间宽度的五分之一。
在本发明的另一实施例中，驱动电压输入装置同时将首次初电压加到与各扫描线相连的像素上去。
在本发明的另一实施例中，驱动电压输入装置将首次初电压加到至少与一条扫描线相连的像素上去。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入装置将首次初电压和第二初电压加到至少与一条扫描线相连的像素上去以作显示用。
在本发明的另一实施例中，首次初电压值对各个像素来说都是相同的。
在本发明的另一实施例中，首次初电压和第二初电压的值中至少有一个对各个像素来说是相同的。
在本发明的另一实施例中，延迟初偿装置至少有一对基底其中有第二液晶层。第二液晶层的光电特性与液晶层的光电特性是完全相同的。
在本发明的另一实施例中，延迟补偿装置是在相位片和相位膜中选出来的。
在本发明的另一实施例中，延迟补偿装置是从单轴向聚合薄膜和双轴向薄膜中选出来的。
在本发明的另一实施例中，二个基底之一是硅单晶衬底，硅单晶片有一晶体管用作电压开关将驱动电压输入装置施加的电压输入到诸多像素的每一个。
按本发明的另一方面，投射型液晶显示装置包括一个液晶元素，而液晶元素包括：
一对基底；
一对基底中的一个液晶层；
至少一个偏振元件；
诸多像素；
满足下列关系之一的液晶层的延迟(d×Δn):
d×Δn＞λ/2其中入射光是在通过液晶层一次后即输出的；
2d×Δn＞λ/2其中入射光是在通过液晶层二次后即输出的。这里d为液晶层之厚度，Δn为双折射，λ是射在液晶层上的入射光的波长；和
用来施加驱动电压的驱动电压输入装置，它输入驱动电压，该电压比在像素的电压输出光强度特性中为提供输出光强度极值时所需可的最大电压值要高。
本发明的另一实施例涉及了驱动一个液晶装置的方法。该方法包括：一对基底；一对基底中的液晶层；至少一个偏振元件；诸多像素以及满足下列条件之一的液晶层的延迟(d×Δn):
d×Δn＞λ/2其中入射光是在通过液晶层一次后即输出的；
2d×Δn＞λ/2若其中射光是在通过液晶层二次后即输出的。这里是液晶层的厚度，Δn为双析射，λ为射在液晶层上的入射光的波长；该方法包括施加驱动电压的步骤，其中电压要比在像素电压输出光强度特性中为提供输出光强度之极值而需要的最大电压高。
在本发明的一个实施例中，驱动电压输入步骤包括用视场序列寻址方法将驱动电压加到像素上去。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入步骤包括输入一个电压，该电压应高于在电压输出光强度特性中为提供输出光强度的极值而需要的最大电压；还包括一个高于最大电压与最大电压之间的电压。因而可以控制像素的输出光强度。
在本发明的另一个实施例中，在每一帧中将驱动电压的极性取反。
在本发明的另一实施例中，驱动电压输入步骤包括输入一个首次初电压。该电压的绝对值要大于将信号电压加到各像素前对应于予置输出光强度的信号电压的绝对值。
在本发明的另一实施例中，驱动电压输入步骤还包括输入一个第二初电压，该电压的绝对值要小于在它之前输入的相应于预定的输出光强度的信号电压和在它之后输入的首次初电压的绝对值。
在本发明的另一个实施例中，首次初电压的绝对值要大于在像素电压输出光强度特性中为提供极值而需要的最大电压的绝对值。
在本发明的另一个实施例中，第二次初电压的绝对值要小于在像素电压输出光强度特性中为提供极值而需要的最大电压的绝对值。
在本发明的另一个实施例中，首次初电压的施加时间宽度不超过信号电压施加时间的五分之一。
在本发明的另一个实施例中，首次初电压和第二初电初施加时间宽度的总和不超过施加信号电压的五分之一。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入步骤包括将首次初电压同时输入到与每一条扫描线相连的像素上去。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入步骤包括将首次初电压输入到至少同一条扫描线相连的各像素上去。
在本发明的另一个实施例中，驱动电压输入步骤包括将首次初电压和第二次初电压输入到至少与一条扫描线相连的像素上去以用作显示。
在本发明的另一个实施例中，首次初电压的值对所有像素来说是相同的。
在本发明的另一个实施例中，首次初电压和第二次初电压中至少有一个对各像素来说其值是相同的。
因而，至此可知所述之发明有如下二个优点：(1)提供了响应速度足够快的液晶装置，(2)提供了一种驱动方法。
参见下列有关的参考虑图例及详细的叙述，本领域内的技术人员便可深刻理解本发明之上述优点及其它上面未提及的优点。
图1为一框图，它描述了本发明第一个例子中之液晶装置的结构。
图2为一图，它说明了在d×Δn＞λ/2时图1的液晶装置的均质ECB模式的电压转换特性。
图3A到3C是框图，它偿说明了加了电压后均质ECB模式的液晶分子的情况。
图4A到4C是框图说明了对于折射光束在包含液晶分子时的双折射Δn。
图5为一框图，它显示了图1的液晶装置中均质ECB模式的液晶单元的结构。
图6画出了输出光强度Io与延迟(d×Δn)之间的关系。
图7画出了具有各种不同延迟(d×Δn)的液晶单元的电压传输特性。
图8画出了图1的液晶装置中均质ECB模式的液晶单元的结构。
图9画出了按本发明第二个例子的液晶显示装置。
图10A和10B分别显示了在第二个例子中将信号电压Von单独加到液晶单元时和驱动电压波形加到液晶单元时的驱动电压波形和光响应的波形。
图11A和11B分别显示了在第三个例子中第二初电压VL并不出现在第一初电压VH和第二个例子中的信号电压Von之间以及第二初电压VL正好在第一初电压VH和第二例的信号电压Von中出现的情况下的驱动电压波形和光响应波形。
图12显示了本发明第三个例子中的另一个驱动电压波形。
图13画出了本发明第四例子中液晶显示装置的液晶单元的结构。
图14为一截面图，它画出了本发明第四例中的液晶显示装置的液晶单元的结构。
图15画出了在图14中使用补偿液晶单元时所显示出来的液晶单元的电压透射特性。
图16A和16B分别显示了例三中不使用补偿液晶和本发明之例四中使用初偿液晶单元情况时的光响应应特性和驱动电压波形。
图17为一流程图，它画出按本发明例五的液晶显示装置组成TFT的过程。
图18是按本发明例子而构造的液晶显示装置的截面图。
图19是按本发明例子而构造的使用TFT基底的液晶显示装置的平面图。
图20为一设计框图，它画出了本发明例子使用TFT的AM-LCD结构。
图21A到21C是图20的AM-LCD的驱动电压波形时序图。
图22A和22B分别画出了利用本发明的驱动方法、按图17所示的TFT的构造过程构造液晶显示时的一条驱动波形和一条光向应波形。
图23画出了在将第一初电压VH和图22A中的信号电压Von取反时的驱动波形。
图24A和24B分别画出了按本发明之例六中彩色液晶显示器之单晶硅基底的像素区域中的平面图以及沿着线W-W’的图24A的截面图。
图25是图24的像素区中的电路结构的等效电路图。
图26A画出了一个投射型液晶显示器的结构，该装置包括了使用具有图24A和24B的电路构造的单晶硅基底的液晶元素，图26B画出了一个用作图26A中投射型液晶显示器的光选择元素的例子。
图27(a)到27(e)为驱动液晶显示器的时序图。
图28为本发明例六中单位像素区的电流结构例子的等效电路图。
图29画出了一光学系统的传统的三面板投射型液晶显示器的结构图。
图30画出了按传统的液晶显示器方式TN模式光传输响应特性。
图31画出了按传统的液晶显示器方式驱动输入电压和光传输之间的关系。
下面通过例子及有关的图例对本发明进行描述。
图1画出了按本发明例1而制造的透射液晶装置。图1中，液晶装置21包括一对基底22和23，在二片基底22和23之间的一个液晶层24，一个起偏镜25。一个检偏器26和一个向在基底22和23上组成的电极(未画出)提供驱动电压的驱动电压源部分27。由一对基底22和23以及液晶层24组成了液晶单元28。液晶单元28有许多像素(未画出)。像素是具液晶单元28中的最小的部分，它可以独立控制光的传输。驱动电压源部分27按视场序列寻址方法通过将电压加到像素的手段来驱动液晶单元28。
液晶单元28中的每一个像素都会显示出如图2所示之电压透射(V-T)特性。驱动电压源部分27提供具有图2中从点B到相应的点A的值的电压，这样在图2的V-T特性透射的最大值(B)和最小值(A)之间就可得到一个光学开关。
图2中的V-T特性是在延迟(d×Δn)时求得的，它是液晶层24的常规光线和非常光线之间光通路之差，满足下面关系：
                  d×Δn＞λ/2这里d是液晶层24的厚度，Δn是常规光线的折射率与非常光线的折射率(双折射)之差。而入则是作显示用的入射光的波长。更进一步，在图2中的V-T特性是在d×Δn＞3λ/2的情况求得的。
在当前说明中，图2中在电压V1的最大点A称为模O，在这一点上V-T特性有最低值。在V-T特性的模O点上，液晶单元28的透射达到饱和。而V-T特性上的B称为第一极值，它处在最亮的状态(最大值点)，它是在从光特性为模O时的饱和电压V1开始电压逐渐下降时第一次得到的。当加载电压从B点逐渐升高时，透射率逐渐降低。因此，点A是由饱和电压V1的值来决定的。实际上，考虑到对比度和响应速度饱和电压V1的值可以选取高于为提供液晶单元的透射率的极值而需要的最大电压的值。例如，对于一个具有图2所示的V-T特性的显示装置，为了要获得其对比度大于等于10，则用作显示的加载信号电压应具有能提供小于等于V-T特性中最大值(即B点)的10％的输出光强度的最大电压。在这种情况下，将饱和电压V1的值取成高于信号电压的最大电压。
如后面将说明的那样，在本例中起偏镜及检偏器设置成交叉尼科耳棱镜状，因而在饱和电压V1(A点)上之透射率的值为最小。另一方面，当将起偏镜及检偏器设置成平行尼科耳棱镜状时，则饱和电压之透射率有最大值。在上述二种情况中，液晶单元之透射率都在饱和电压附近达到饱和。对B点来说，如图2所示，它在交叉尼科耳棱镜状时有最大的透射率。而当尼科耳镜在平行状时则其透射率为最小。在当前例子中我们使用极值这个字来表示最大值或最小值。在最大电压时获得的极值称为第一极值，而在第二大的电压时获得的极值则称为第二极值，依此类推。
图2所示为V-T特性，它是由常规光线与非常光线之间的干涉现象中产生的。一种称为电控双折射模式(以后称ECB)是众所周知的，它是一种典型的显示模式，它利用了入射光的常规光线与非常光线之间的干涉。下面则是均质ECB模式的功能原理。通过起偏镜的一束射入液晶单元28的入射光具有一定的偏振方向。当起偏后的光束通过液晶单元28时，在起偏光束的常规光线和非常光线之间产生一个延迟(d×Δn)。因此，起偏光束之偏振方向随着通过液晶单元28而发生改变。检器器26可以让一束具有特定偏振方向的光束通过。
因而，液晶层24的延迟及起偏镜25与检偏器26之间位置排列就可以决定入射光束之透射率。假定液晶层24的厚度为d；而Δn则是光规折射率(no)与非常折射率之差，它是由液晶层24的折射率的各向异性所产生的；而液晶层24的延迟则是乘积d×Δn。而光响应则是由于使用电子改变液晶层24之延迟(通过不同的光通路)而获得的。如图3A至3C所示，通过施加在液晶单元28上的电压E可以将处于相同方向状态的二块基底23之间的液晶分子29升高。由于在液晶分子29按某角度射入时液晶层的视双折射Δn改变了，于是延迟(d×Δn)也随之改变。
图3A,3B和3C是方案图，它们说明了液晶分子29的方向状态和在各个方向状态下液晶分子29改变方向的能量。它们就像弹簧的延伸那样。这三幅图分别表示了加载电压小于阀值的情况；加了一个中间电压时的情况；和加了一个接近饱和电压的电压时的情况。由于带有正电介质各向异性的液晶分子29具有一种性质，它可以将所加载的电压方向排成平行的，这样就如图3A至3C所示的那样液晶分子29的方向的变化是由加载在液晶单元28上之电压的强度而定的。而液晶层24的视双折射是随着液晶分子29对应于入射光的方向的改变而变化的。该现象可参考图4A至4C加以说明。
在图4A至4C中，一个椭球面表示了液晶分子的折射率椭球面，轴M是液晶分子的分子长轴。在液晶分子的分子长轴方向有电场振动的光的折射率表示成n∥，而在与液晶分子的分子长轴成垂直方向有电场振动的光的折射率表示成n⊥。在图4B中，Z轴表示入射光的传播方向而x轴和y轴则表示了入射光振动的电场方向。如图4B中所示，若入射光的传播方向与液晶分子之分子长轴M不平行，则具有电场振动的非常光线的折射率ne(θ)会在包括M轴在内的那个平面中从M轴出发方向倾斜θ(图4B中是x轴方向)，同时x轴依赖于θ由公式(1)给出。图4C画出了图4B的X-Z平面中ne(θ),n⊥和n∥之间的相互关系。另一方面，如公式(2)所表示的那样，在y轴向有电场振动的常规光线的折射率no(θ)与θ无关且等于n⊥。因而，如公式(3)所示视双折射Δn(θ)是依赖于θ的。所以，液晶层的双折射是因入射光与液晶分子之倾向的方向之间的关系而变化的。
Figure C9411326200191
                                  (1)no(θ)=no=n⊥            (2)
Figure C9411326200192
                                  (3)
n∥：分子长轴方向折射率
n⊥：分子短轴方向折射率
ne：非常折射率
no：常规折射率
在图5中，光线按Z轴方向传播并依次通过起偏镜25，液晶层24和检偏器26。一条通过起偏镜25同时又是射到液晶层24的光线Ii仅有一个与起偏镜25的偏振轴30平行方向发生振动的电场Ei。液晶层24中液晶分子的导向器方向与图5的X轴方向相同。液晶层24对于具有平行于X轴方向的电场的光线的折射率用ne来表示，而液晶层24对于与y轴方向平行的电场的光线的折射率则用no表示。在二个分量Le和Lo间会发生相位差Δn·d，这两个元件具有与入射光Ii的x轴和y轴相平行的电场，且Ii是透过厚度为d，双折射为Δn=ne-no的液晶层24的。换言之，光线的偏振方向发生了变化。具有平行于检偏器26的偏振轴的电场Eo的光分量通过了检偏器26。
进而，如果我们将起偏镜25的偏振轴30设置成与液晶分子29的导向器方向成45°角同时将检偏器26的检偏轴31设置成与起偏镜25(按交叉尼科耳棱镜状态)的偏振轴30相垂直，则下面关于延迟(d×Δn)和输出光强度Io之间的表达式成立：Io=Ii·Sin2(Δn·dπ/λ)             (4)其中Io：输出光强度
Ii：入射光强度
Δn·d：延迟
λ：入射光之波长
图6表示了由上述表达式求得的特性曲线，由图6可知，为了获取输出光强度Io的最大开/关比，入射光之波长λ至少需要λ/2的延迟。
在图7中，示出了三种V-T特性。即第一种情况：d×Δn＜λ/2；第二种情况：d×Δn=λ/2；第三种情况d×Δn＜λ/2。如图7所示，在第一种情况时，得不到充分的开/关比。而第二种情况，只能得到与利用接近阀值的电压，比如传统上使用的TN-型液晶装置，显示模式相同的V-T特性。因而，第三种情况是最为合适的。由此可见，即加载电压的变化甚小发射光强度的变化也可能很大。
如上所述，图2画出的便是有合适的延迟(d×Δn)的ECB模式液晶显示21的V-T特性。在这种情况下，如图8所示，起偏镜25的偏振轴30与液晶层24的液晶分子的导向器方向成45°角，同时检偏器26的检偏方向31被置成与起偏镜25(交叉尼科耳棱镜状态)的偏振轴30垂直。如果偏振轴30被置成与检偏轴31(平行尼科耳棱镜状态)相平行，则图2特性的透射率的变化正好相反。
下面介绍的是提高液晶显示响应速度的方法。如图3所示，提高液晶分子29相当于将弹簧伸展开来。正常的情况，拉长弹簧的速度与拉弹簧的拉力的大小有关。对弹簧的拉力就相当于液晶分子29的电场。因而，提高加载电压E而提高液晶分子29的提升的响应速度(提升速度)。然而要提高释放液晶分子29的速度(衰减速度)却不是件容易的事。方向发生改变的液晶分子29的释放时间相当于将拉长的弹簧恢复原样所需的时间。由于弹簧恢复的初始速度与被拉弹簧的潜在能量有关，则被拉得最足的(满程)弹簧当然可以获得最高的速度，因为它有最大的潜能。然而，弹簧被满拉足时，其距离自然也是最长的。因而，当衰减时被满拉的弹簧未必具有最高的响应速度。对方向发生改变的液晶分子也有相类似的情况，因此容易理解下面的情况。在上面提到的V-T特性的模O情况时，一且关掉加载电压便可获得最高的响应速度。然而，模O在液晶分子的方向与其初始方向相差的程度最大。因此，虽然我们可以使用诸如TN-型LCD接近阀值的电压的显示模式以达到最高初始衰减速度，但是衰减时的总体响应速度是很慢的。
另一方面，为了使用诸如ECB模装置的液晶分子双折射的液晶装置优先转换开/关状态，只须按至少半波长的液晶分子的方向改变在延迟上作修改(Δn·d:Δn=液晶折射率各向异性，d=单元间隙)。因而，若Δn·d/λ＞1/2满足，则就不必从模O开始释放至初态。即，释放至初始方向状态并不要求方向变化。尤其是在如图7的第三种情况所表示的曲线中所示，如果液晶层的Δn很大且满足Δn.d＞3λ/2，那么即使液晶分子的方向变化很小也可以在光学上得到足够的对比度。这就导致了最高的响应速度。
如上所述，对于透射液晶装置，通过将液晶层的延迟(d×Δn)设置成满足关系。
                     d×Δn＞λ/2则可得到高对比度和高响应速度。而对于一个反射液晶装置，入射光连续通过液晶层二次而不通过偏振元，则为了要获得高对比度及高响应速度其关系可表示成
                     2d×Δn＞λ/2
若将本例改为反射液晶显示装置，其入射光是在二次通过液晶层后从检偏光中输出。而由光路引起的延迟同在传递液晶装置时液晶单元之厚度加倍后引起的延迟是一样的。因而，下面关于延迟(d×Δn)和输出光强度Io之间的关系成立。
Io=IiSin2(Δn·2dπ/λ)               (5)
这里，输出光强度对透射装置来说便是传输光强度，而对反射装置来说便是反射光强度。在图2和图7中画出的电压-透射率特性也可称为是电压-输出光强度特性，因而也包括了光学等价电压-反射率特性。
对反射液晶装置，相应于图7的那些分别是：情况1:d×Δn＜λ/4；情况2:d×Δn=λ/4及情况3:d×Δn＞λ/4。
如上所述，可以按现场序列寻址的方法对像素施加电压来驱动具有足够延迟的液晶装置，这样就可以对相应于V-T特性中光透射率的极值(最大值或最小值)施加最大电压和高于最高电压的饱和电压以控制光学开/关状态。如若满足Δn·d＞λ，最好是Δn·d＞3λ/2并且在V-T特性中获得许多极值，则只须得到足够的响应速度，开/关控制便可在第一极值与第二极值之间完成。
利用方向大变化状态(模O)按本例液晶装置可以提供高响应速度和高对比度。总是希望光响应的上升时间和下降时间要小于显示时间的五分之一。
图9为一截面图，画出了按本发明第二例液晶显示装置40的结构图。液晶显示装置40包括一个具有一对基底45a和45b的液晶单元45，一个在基底45a和45b之间的液晶层44。在液晶单元45的二边有起偏镜47和检偏器48。一个驱动电压源46，它对液晶单元45提供驱动电压。
在本例中，驱动电压源46提供驱动电源波形，为了获得预定的输出光强度(透射或反射的)要将信号电压施加到液晶单元45；但在施加该电压之前须先将由驱动电压源46提供的驱动电压波形施加上去作为首次初电压，其绝对值要大于信号电压的绝对值。
下面将讨论液晶单元45的构造方法。在一块玻璃基衬上(商标名：7059，由Corning公司制造)使用崩解法制一ITO薄膜42a，该膜厚度在0.1至1.1μm之间。41a的厚度为1.1mm。用照相平版印刷技术将基衬47a上的ITO膜42a腐蚀出一个电极，其形状可自定(如文字，图象，方阵或其它等等)。在另一块玻璃基衬41b上按相同方法在整个表面上制作出另一膜42b以形成一个相反的电极。在基衬45a和45的表面形成校准膜43a和43b(商标名：OptomerAL4552，日本合成橡胶公司制造)。加热到230℃硬化成型后，校准膜43a和43b须经磨研处理，这样在将41a和41b二块基衬装上而制成液晶单元45的磨研方向是逆平行的。
校准处理后，通过掩膜印刷法使用粘胶材料制成液晶封装层(未画出)，在该材料中将直径为4.5μm的玻璃纤维混合起来。然后，用液晶封装层加上直径为4μm玻璃熔珠衬垫放在二层中间将基衬45a和45b相互胶起来。再用真空注入法将液晶材料注入到45a和45b之间的空隙中去这样就得到液晶层44。参考数字49表示了液晶层44中液晶分子的导向器方向。本例中采用的液晶材料是BLO35(由Merck&有限公司制造Δn=0.267)，其它液晶材料也可以使用的。
图10A和10B分别画出了仅施加信号电压Von时的光响应特性和施加驱动电压波形时的光响应特性。图10A画出了施加阶梯电压的信号电压：Von=3V，图10B画出了依次先加首次初电压VH再加信号电压Von。在本实验中，对光响应的测量是按下列条件进行的：首次初电压VH=20V；首次初电压的时间宽度TH为VH=0.25ms，信号电压时间宽度Ton为Von=4.75ms。于是，从图10A中可见，在单施加信号电压时液晶显示装置并未充分的响应。即，响应速度还不够快以致透射率未到达期望值(35％)。然而，若将首次电压VH和信号电压Von如图10B那样都加上去，则可以获得足够高的响应。
在这种情况下，施加首次初电压VH所需要的时间宽度TH要短于施加作为显示信号的信号电压所需的时间宽度。施加首次初电压的时间宽度最好能小于信号电压Von时间宽度的五分之一。
虽然本例中所采用的液晶显示模是均质ECB模，但是也可以使用诸如超热向列晶(STN)之类的双折射作为显示模式。也可以使用斜向蒸发沉淀法和磨研法作为校准控制法。在本例中二块基衬虽然都是用玻璃基材，但是事实上其中一块可以使用不透明的基衬如反射装置中的半导体基衬。
本例中，在施加信号电压Von和施加绝对值大于信号电压的首次初电压VH之间施加一个绝对值小于信号电压Von的第二初电压VL。
图11A和11B分别作了这样的比较，即在首次初电压VH和信号电压Von之间存在一个第二初电压时的光响应特性和首次初电压VH和信号电压Von之间不存在一个第二初电压时的光响应特性之间的比较，比较的方法是使用相似于按第二例实现的液晶单元45的液晶单元。图11A说明的是不加第二初电压VL的情况，而11B是说明加第二初电压VL时的情况。在本实验中，光响应特性的测量是按下列条件进行的：首次初电压VH=20V；第二初电压VL=0V；信号电压Von=3V；首次初电压的时间宽度TH为VH=0.25ms二次初电压的时间宽度TL为VL=0.25ms；以及信号电压时间宽度Ton为Von=4.5ms。于是，如图11A和11B所示，在施加首次初电压VH和信号电压Von的时间中留出一个空间施加第二初电压可以消除先响应特性波形中之失真。
如上所述，如果在为求得组成液晶显示的各像素的预定透射率及反射率而施加的信号电压Von之前先加一个绝对值至少大于信号电压Von的首次初电压，再加一个绝对值至少小于信号电压Von的第二初电压，这样可以提高光响应速度。
在此情况下，加首次初电压VH所需的时间宽度TH和加第二初电压VL所需的时间宽度TL必须分别均小于加显示信号用的信号电压Von时间需要的时间宽度Von，施加首次初电压VH和二次初电压VL所需用的时间宽度和即TH和TL最好是小于信号电压Von的时间宽度的五分之一。
在上述第三例中，显示是按下述方式完成的。如图12所示，利用具有满足条件d×Δn＜λ/2或2d×Δn＜λ/2的液晶在进行显示前首次初电压VH应该连续地施加以将分子方向改变为模O。然后通过第二初电压VL将液晶分子释放出来，这个第二初电压VL应小于施加首次初电压VH后在V-T特性中第一次遇到的峰值。再后，就通过施加信号电压Von来完成显示。此时，由于为了使液晶分子的方向状态处于模O作为光学响应就需要加首次初电压VH。电压V最好要高于V-T特性中的饱和电压V1。如前所述，考虑到液晶分子的方向改变速度是随着所加电压的提高而提高，因此当首次初电压VH≥V1时，液晶分子方向就会高速转向模O。由于液晶分子的电势差很大因此在第二初电压VL接近OV的释放速度就提高了。又由于首次和第二初电压VH和VL并非用来显示图象的，则如果TH+TL(这是施加初电压的时间总和)未必很长时显示质量就会下降。然而，通过实验发明者可以肯定以下的事实：鉴于响应特性及液晶显示装置的显示质量本身，如果施加电压时间宽度T\-H+TL的最大值在一场中小于显示信号用的时间宽度Ton的五分之一，那么就不会在观察上有明显的显示质量下降的问题。考虑到最小值，由于希望施加首次和第二初电压的时间应在如上所述的那样液晶分子中的方向改变能很快转换的时刻，因此最好对类似液晶材料之粘性、弹性等物理常数先作一些优化。
虽然在本例中所采用的液晶显示模式是均质ECB模式，但也可以使用诸如STN之类的双折射作为显示模式。也可以使用斜向蒸发沉淀法和磨研法作为校准控制法。在本例中虽然二块基衬都是使用玻璃的，但是其中一块可以使用不透明的基衬如反射装置中的半导体基衬。
在第四例中讨论了可以使用低电压驱动的液晶单元。在图2所示之图中，由于模O的透射率并未达到完全饱和，因而透射率也未达到最小值，这样也就无法获得足够高的对比度。又由于同厚层方向的液晶层中间的大量液晶分子相比，在基衬表面上的液晶分子受到了很强的固定作用的影响，因此除非使用极高的电压否则在基衬表面的液晶分子的方向是不会改变的。所以如图3c所示，虽有大量液晶分子上升了，但是基衬表面上的液晶分子始终保持其初始的方向状态。在此情况时，由于表面液晶分子的延迟保持不变因而发生了光泄漏。为了获得模O时的约为0％的透射率就需要一个极高的电压(几十伏以上的电压)。但是事实使用这样高的电压进行显示的方法是不可取的，这是因为这个驱动电压会使开/关控制的电压比提高。
图13展示了一个液晶装置结构的例子，它可以解决上述遇到的问题。下面就是解决该问题的方法。在显示图象驱动一面上的液晶单元51与补偿一面上的等效液晶单元52是相互重迭的，这样磨研方向(液晶分子导向器方向)在图13中的53a与53b就呈相互垂直的状态。在驱动面上的液晶单元51的延迟由补偿面上的液晶单元52的延迟所补偿。在本例中，参考数字54与56分别表示起偏镜55的偏振轴和检偏器57的检偏轴。
参考图14，下面来叙述采用衬偿方法的例4。驱动面上的液晶单元51是按下列方法获得的。基衬51a是用下面方法得到：即使用崩解法在一块厚度为1.1mm的玻璃基底61a(商标名：7059Corning公司制造)上形成一个厚度为0.1到1.1μm的ITO膜62a。利用平面照相印刷技术对玻璃基底61a上的ITO膜62a腐蚀出一条状电极。然后将液晶校准膜63a和63b(商标名：Optomer AL4552，日本合成橡胶公司生产)加上去以形成51a基衬，而且一块基衬51b也可以用相同方法形成不过它是在玻璃基衬61b上由ITO膜62b形成的条状电极。在加热硬化至230℃后，51a和51b二块基衬还须经磨研处理，这样在二块基衬51a和51b相互结合时磨研方向就成为逆平行的。
在作校准处理后，通过掩膜印刷法使用粘胶材料制成液晶封装层(未画出)。在该材料中将直径为4.5μm的玻璃纤维混合起来。然后通过液晶封装层并将直径为4μm的玻璃熔珠放在二层中间作为衬垫，再将基衬51a和51b胶起来。将基衬51a和51b按如下方式结合起来，即二者电极要相互垂直而二者磨研方向须相互逆平行。液晶单元51重迭部分起着像素件用。用真空注入的方法在基衬51a和51b中间注入液晶材料这样就得到了液晶层64。本例中使用的液晶材料是BL035(由Merck &有限公司生产，Δn=0.267)。
液晶单元52的制作方法与液晶单元51相同。然而，在玻璃基衬161a和161b上形成的ITO膜162a和162b并未腐蚀成条形电极。基衬52a和52b的表面分别由校准膜163a和163b复盖。三明治式的夹在二块基衬52a和52b中间的液晶层164要作调整，这样165的方向可与液晶层64的导向器65的方向垂直。
液晶单元51包括带有某种形状的电极ITO膜62a和62b一起称为驱动液晶单元51，同时其它部分称为补偿液晶单元52。液晶单元51与52相互重迭，这样液晶分子的导向器65和165就相互垂直。然后，使用与绝缘基衬161b和161a有相同折射率与光谱特性的粘性树脂66将液晶单元51和52胶合起来。在结合后的液晶单元的两边要安上起偏镜67和检偏器68。
图15显示了液晶装置60的电压一光透射率特性。加在补偿液晶单元52上的电压是电压V1c(以后用C表示伪模O)。在这个电压下在具有驱动液晶单元51和补偿液晶单元52的液晶装置60的V-T特性中透射率为最小。伪模O相应于模O，由于补偿液晶单元52的缘故它移到了低电压一边。D点表示透射率最大的第一峰值。
图16A和16B分别表示了使用补偿液晶单元52时光响应特性和驱动电压波形及不使用补偿液晶单元52时的光响应特性和驱动电压波形。在本例中，图16A中的透射率的测量按如下条件进行：首次初电压VH=20V；二次初电压VL=OV；信号电压为Von=3V。图16B中的透射率的测量按如下条件进行：首次初电压VH=6V；二次初电压VL=OV；以及信号电压Von=2.4V。再者，二个测量都须在如下条件下进行：首次初电压时间宽度TH为VH=0.25ms；二次初电压施加的时间宽度TL为VL=,25ms；信号电压的施加时间宽度Ton为Von=4.5ms。
因而，如图16A和16B所示用提供补偿液晶单元52作为延迟补偿的方法补偿液晶单元51的延迟。这样即使用较低的驱动电压也可获得同样的光响应。
在本例中，虽然驱动液晶单元51的二个基衬都作用玻璃基衬61a和61b，但是玻璃基衬61a也可以使用诸如反射装置的硅片之类的不透明的基衬。虽然在本例中液晶显示装置60的显示模式是均质ECB模，但是也可使用诸如STN模式的双折射作为显示模式。校准控制方法也可使用斜向蒸发沉淀法和磨研方法等。另外，本例中的衬偿液晶单元52的制作虽然使用与液晶单元51制作相同的条件，但是也可以使用单轴向膜或双轴向膜作为相位板。相位板之延迟最好是等于模式C时驱动液晶单元的延迟。
作为例5，参考图17,18和19，我们将描述一种特殊的驱动方法，这种方法是鉴于本发明的驱动电压波形在使用活性矩阵方法的均质EBL的情况下进行的。
图17表示了在本例中作为活性元素的TFT的制作过程，图18是本例中液晶显示单元180的截面图。图19则是本例中液晶显示单元180的一个活性矩阵基衬180a的平面图。从图17至19可知，在第S1步，在玻璃制成的绝缘基衬71上使用崩解法形成一个厚度为300nm的钽金属层。然后，采用平面照相印刷技术及腐蚀过程在金属层上画出图形以形成一个栅极总线72和栅极73。接着第S2步，采用等离子体化学蒸发沉淀方法形成一个厚度为400mm由SiNx制成的栅极绝缘膜74。在第S3步，同样采用等离子体化学蒸化沉淀法依次先形成一个厚度为100nm的a-硅层作为半导体层75，再形成一个厚度为40nm的a-硅层作为接触层76。于是n+-型a-硅层和a-硅层的图形就完成了，因而接触层76和半导体层75也形成了。在第S4步，采用崩解法形成一个厚度为200nm的钼金属层。接着在钼金属层上作为图形这样也就形成了源电极77，漏电极78和源总线79。漏电极78同一个像素电极88相连。作为信号线，源总线79连到源电极77，该电极作为TFT80的输入端。通过上述过程便可获得带有TFT80的活性矩阵基衬180a。
下面将描述使用活性矩阵180a制造液晶显示单元180的方法。在厚度为1.1mm的玻璃基衬81上采用崩解法(商标名：7059,Corning公司生产)形成一个厚度为0.1至1μm的ITO膜82从而获得了反基衬180b。对ITO膜82作图形以形成多个条状反电极。使用液晶校准膜83(商标名：Optomer AL4552，日本合成橡胶公司制造)以复盖基衬180a和180b。接着将基衬180a和180b加热硬化至230℃。基衬180a和180b还须经磨研处理，这样在将基衬180a和180b胶合时磨研方向就会成相互逆平行。用厚度为4.5μm由玻璃纤维混合而成的粘性封装材料经掩膜印刷方法形成液晶封装层(未画出)。用液晶封装层将二块基衬180a与180b相互胶合起来，在中间放入一厚度为4μm为玻璃珠垫片(未画出)。180a和180b二块基衬结合这样条状电极就与门总线72相平行并且与像素电极88相合迭。接着用真空注入法在二块基衬180a和180b中注入液晶材料。本例所用的液晶为BL035(由Merck & 公司制造，Δn=0.267)。
在按上述方法制造出的液晶显示单元180的受光面上形成起偏镜85。在液晶显示单元180的光输出面上依次提供相位极8b和检偏器87。
下面将说明使用本发明的中的驱动电压波形来驱动一个活性矩阵液晶显示装置190(下面称为AM-LCD)的驱动方法。图20是按本例设计的AM-LCD的整体结构。如图20所示，AM-LCD190包括活性矩阵液晶单元180，一个栅极驱动电路91，源驱动电路92和一个反电极驱动电路93。栅极驱动电路91和源驱动电路92使用线序寻址法来驱动活动矩阵液晶单元180。活性矩阵液晶单元180之反基衬180b有多个条状反电极94，它们排成与栅极总线72相平行。因而，就有可能通过用将门电压加到相应门总线72的时好的同步线把反电压加到反电极上去。反电压是由驱动电路93的反电极供给。
图21A到21C是本发明驱动电压波形的时间图。图21A、21B和21C显示了栅极电压191，反电压193和源电压192。图21C中所示是在图21A中所示的栅极电压191打开TFT的栅极时通过源电极将源电压192加到像素电极的情况。源电压192对应于信号电压Von。图21B所示乃是当TFT的栅极打开时施加反电压193的情况，反电压193是在通过源电极施加源电压192之前加到反电极上去的一个脉冲电压。反电压193对应于首次初电压VH。这里在加首次初电压VH(图21B中的193)与信号电压Von(在图21C中为192)之间有一段不加电压的空隙时间，这个时间宽度正好对应于二次初电压的的施加时间宽度。
图22A和22B说明了利用本发明的驱动方法来驱动活性矩阵液晶单元的情况，该液晶单元是按图17中所示的TFT的操作过程而获得的。图22A为驱动波形。驱动电压是加到一个像素上的电压，它是源电压(一个信号电压)和一个反电压之差。图22B为光响特性。在图22A中，按下面的条件信号电压改为6V、5V、4V、3V、2.4V：首次初电压VH=10V；二次初电压VL=0V；为防止液晶材料之质量变差在每一根中把所加的电压极性取反。如上所述，通过运用了本发明的驱动方法而获得液晶显示装置，该装置具有高速响应和半调显示之功能。
虽然在图22A和22B所显示的是应用帧逆反驱动法的显示特性，但是事实上上述方法并不限于帧逆反驱动法·只须加到液晶材料上的电压不以直流分量作为整个驱动电压。虽然首次初电压VH之极性在一视场中与信号电压Von的极性相同，但是首次初电压VH之极性也可取反。即首次初电压VH极性也可同前一次施加的信号电压的极性相同，这一点在图23已示出。
在本例中，虽然使用TFT为开关元件，但是金属-绝缘-金属(MIM)元素也是可以使用的。对于在其上面形成TFT的基衬来说，作为反射也可以使诸如硅基衬这样的不透明的基衬。虽然在本例中使用的液晶显示装置的显示模式是均质ECB模式，然而，我们也可以使用像STN模式那样的双折射。斜向蒸发沉淀方法和磨研也都可用作校准控制方法。另外，虽然将与驱动用的液晶单元相似的液晶单元用来作为补偿驱动液晶单元的延迟的双折射材料，但是也可以用有相位差或有相同效果的膜。
作为第六个例子，我们下面介绍一下用硅单晶基衬作为背面基衬的液晶显示装置。在本例中，在单晶硅中形成一个用作驱动像素电极的开关晶体管。由于单晶硅的渗透率很高(约1500cm*v-1·S-1，它的TFT比起非晶薄膜和多晶硅的TFT好得多。它们组成的各种晶体管的性能在表中示出：
                                表1
由表1可知，若使用单晶硅制成晶体管，则可以得到电流驱动能力高、电流开关比大的开关元件。
如上所述，在单晶硅层中制成的晶体管运算速度就很高。因而，本发明可以提供高速响应和灰度显示，且按本发明将向列液晶驱动法和在单晶硅中形成之TFT结合起来便可十分容易地实现由视场序列彩色混合法驱动的彩色显示。
下面要介绍在活性矩阵液晶显示装置中如何保持信号电压稳定性的问题。
在图24A和24B中，画出了彩色液晶显示的单元像素区的一个电路结构。图24A为平面图而图24B则是图24A中沿着直线W-W’而作出的截面剖视图。如图24A和24B中所示那样，在一个由P-型单晶硅制成的基衬101上形成一个NMOS开关电路。在此装置中，二个晶体管，即第一晶体管Q1和第二晶体管Q2都是在单元像素区中形成的。晶体管Q1和Q2分别有源Q1S和Q2S以及漏Q1d和Q2d作为在P-型单晶硅中的N-型扩散层102。晶体管Q1和Q2的栅极Q1g和Q2g完全由栅极绝缘层103所复盖。在本例中，栅极1g和Q2g是使用多晶硅而栅极绝缘层103则是使用硅氧化膜。晶体管Q1和Q2由视场硅氧化膜104和基衬101上的铝电极105将它们相互分隔开来。在单位像素区中还提供了一个存贮电容Cs。这个存贮电容Cs是这样形成的：即在第二晶体管Q2边上的视场氧化膜104中形成了铝电极115，与铝电极115位置相应的硅层中形成了N-型扩散层102，再在它们中间安置视场硅氧化膜104这样就形成电容Cs。
在基衬101的表面上还形成一保护层106，这样就复盖了栅极氧化膜(包括栅极)103，复盖了视场氧化膜104，复盖了铝电极105以及铝线。使用保护层106是为了保护基衬101上形成的NMOS电路。
保护层106在下面的位置上有一贯穿整个的直穿的孔110，这个位置是在视场氧化膜104上形成的处于晶体管Q2和在它旁边形成的视场硅氧化膜104之间所形成的铝电极105。
在每个像素电极区形成一个像素电极，这样可以复盖保护膜106上的预置的区域。像素电极111通过直穿孔110与下层的铝电极105相连通，同时，通过铝电极105与晶体管Q2的漏电极Q2d电气地相连。
第一晶体Q1之栅极Q1g与扫描线112相连，而它的源电极Q1S同与扫描线112相交的信号线113相通。第一晶体管Q1之漏电极Q1a，第二晶体管Q2之第二栅极和存贮电容Cs之铝电极115都与视场硅氧化膜104上形成的二用铝电极相接。
在一玻璃基衬107的全反面上形成一透明反电极108，这种玻璃基衬107放在这里是为与主基衬101相对。为了复盖电极108再形成一个校准膜(未画出)。
玻璃基衬107和主基衬101相对而立，在它们中用液晶层109封装。玻璃基衬107是用作接受入射光一面的。在本例中，是用真空注入法将液晶BL035(Merck &公司生产Δn=0.267)注入到二个基衬101和107之间的形成液晶层109的。磨研处理在图24A与24B中虽未曾画出，但是它们是在液晶校准膜上完成的，这样液晶分子的方向是一致的。液晶层延迟的优化程度按这种次序排列相位板和起偏镜。
虽然在本例中液晶显示模式是采用均质ECB模式，但也可使用像STN那样的双折射模式。也可使用斜向蒸发沉淀法和磨研方法作为校准控制的方法。进而，虽然这里是使用了类似驱动液晶单元的液晶单元作为补偿驱动液晶单元的延迟补偿，但是也可以使用有相位差或有相同效果的其它膜。
其次，下面要介绍按照例六和相同驱动方法的液晶显示的驱动电路。
在图25中画出了按例六在图24A和24B中所提出的用来驱动液晶单元的开关电路的等效电路。图25给出了一个单位像素区的电路结构图。正如在图25中所示的那样，第一晶体管Q1与扫描线112和信号线113分别在扫描线112和信号线113的交叉点近旁相连。存贮电容Cs的一端与第二晶体管Q2之栅极Q2g与第一晶体管Q1之漏极Q1d相连接，而它的漏Q2d与像素电极111相连。第二晶体管Q2有这样的性能，即栅极Q2g与漏极Q2d的电子势能主要呈线性关系。由于第一晶体管Q1将数据信号提供给第二晶体管Q2，因此在关闭状态时漏电量应相当小。存贮电容Cs是用来保持第一晶体管Q1上的数据信号的。第二晶体管Q2是用来向液晶层109提供电压的。由于电压是通过第二晶体管Q2而直接施加到液晶层100上去的，因而第二晶体管之耐压必须高于开关液晶层109时所需之电压。
由上述结构可见，当数据信号输入到信号线113、同时将扫描信号加到第一扫描线112、而打开了扫描线112上的像素电极区中的第一晶体Q1时，数据信号就连续地输入到与第一扫描线112相连接的各个晶体管Q1上去。同时，数据信号又被保持在相应的存贮电容Cs中。由于第二晶体管Q2的特性是能控制源电压与扫描信号电压呈线性关系，因此将与输入到Q2g的数据信号电压成正比的电压输入到液晶层109上去，该电压把扫描信号电压对应到Q2g。输入液晶层109的电压是受到保存在存贮电容Cs中的电压的控制的。因为保存在存贮电器Cs中之电压一直可维持到下一场，所以在一场中加在液晶层109上的电压是一个连续的常压。即使第一晶体管Q1在关闭时，第二晶体管Q2仍在开状态，它可以一直维持到下一次打开第一晶体管Q1的时刻。第二晶体管Q2不断地将与数据信号电压成正比的电压从存贮电容Cs加到液晶层109上去。
按本例，就可以快速地对所有与多条扫描线相连的第一晶体作扫描，于是可以显示整幅图象。因而也可能在几乎同时重写整幅图象。
如上所述，按照本例可以用硅基衬作为背面的基衬，而应用由此种基衬制成的液晶显示装置后便可用视场序列寻址方法来驱动液晶装置。因为入射光在通过偏振元件被输出之前是二次通过了液晶层的，因而有必要对液晶单元的间隙(d)和折射率各向异性(Δn)作一些调整以满足下列条件：Δn·d＞λ/4(最好是Δn·d＞3λ/4，这是高速响应时所需之条件)。
在图26A和26B中所示之光学系统中使用上述液晶装置的场序列寻址方法驱动使能造出投射型液晶显示装置。下面就来介绍投射型液晶显示装置的显示方法。
如图26A和26B所示，由棱镜122和123的斜面相合组成的分光棱镜121在其反斜面124上将非经偏振的光线分成一束S-偏振光120a和一束P-偏振光120b。S-偏振光束120a和P-偏振光束120b分别输出到反射型液晶显示元件125和反射型液晶显示元件126上。另外，分光棱镜121再将由反射型液晶显示元件125反射回来的光束120a和由反射型液晶显示元件126反射回来的光束120b传输出去。因此，偏振光束120a和120b结合起来输出成为120C光束。而输出光束120C通过投影镜127投射到显示屏幕128上去。
在图26A所示之光学系统中，在图26B的光源130前放置了光线选择元件129，紫外光滤波器131和一个配有红、绿、兰彩色滤波器的转盘132。参考数字133为镜头。
图27(a)和27(b)分别为将数据写入至二个液晶元件LC1和LC2(对应于图26A中的125和126)时的时标图。图中的红、绿和兰表示写入相应彩色数据信号所需的时间宽度以及相应于每一场的时间宽度。三场时间相应于一个帧的时间。每个数据信号是交替地写入LC1和LC2的。而从二个液晶元件LC1和LC2中的输出光线是由图27(C)中所示的时标来选取的。液晶元件LC1和LC2的输出光的强度随着由图27(d)所设计的时间的变化而变化。因而，在W2期间对应于R,G和B的输出光的强度分别达到了饱和强度，而在DR,DG和DB期间分别保持在饱和强度。因此，如图27(e)所示，在图26A中的120c的输出光的强度的改变就是这样的。输出光的色彩是由调节转盘132的滤色镜的施转时间而获得的，这样就可对应于前场期间写在LC1中或写在LC2中的数据信号。按此方式，便可以采用场序列寻址方法来驱动如图26(a)中所示的投射型液晶显示装置。
分光的光学元件并非限定在使用分光棱镜121。也可将多个二色性镜组合起来使用，它们只要能将一个非经偏振的光束分成S-偏振光和P-偏振光束，同时能输出包括图象信息在内的反射偏振光束，它们是在校准时由二个反射液晶显示元件125和126反射过来的。作为光源可以准备多个单色光源作为红光束、绿光束和兰光束同时选取光源使之与液晶显示装置的驱动时标同步。
作为第七个例子，我们给出了由图28所示的例6中具有单位像素区中结构的另一个等效电路的例子。如图28所示，数据信号是通过晶体管Tt1和Tt2分别加到第一保持电容CH11或第一保持电容CH12上。第一保持电容CH11的一个电极与第一保持电容CH12的一个电极同时与第二保持电容CH2的一个极相连，这个电容分别通过晶体管Tr3和Tr4后成二个第一电容的共用电容。按此方式；第一保持电容CH11和第一保持电容CH12在通过晶体管Tr3和Tr4分别直接连接到第二保持电容CH2时第一保持电容CH11和第一保持电容CH12的充电均分配到第二保持电容CH2上。因而，为了免受电压降低的影响，必须调整时间使得晶体管Tr1至Tr4不至于在同时开启并且还须使第二保持电容的容量比第一保持电容CH11和第一保持电容CH12的容量小。
第二保持电容CH2的一个电极和像素电容Cp的一个电极分别通过晶体管Tr6和Tr7与地线141相通。在图28所示之电路结构图中第一保持电容CH11和第一保持电容CH12以及第二保持电容CH12的另一电极都同地线141相连，因此它们的参考电压都是地电平。
第二电容CH2的一个电极同时又与晶体管Tr5的栅极相连，而晶体管Tr5的源端又与像素电容Cp的一电极相通。晶体管Tr5的漏极是与高压线142相连且像素电层Cp的另一公共电极连接到公共线143，因此组成了带电压跟随电路的缓冲放大电路。
由上述结构可见，考虑到像素，当第一个负扫描信号a1激活时，晶体管Tr1被打开，于是数据信号加到了第一保持电容CH11。接下来，激活了第二个负扫描信号A2，则晶体管Tr3打开于是充电分配到第二保持电容CH2上。当激活第一正扫描信号b1时，晶体管Tr2被打开同时数据信号加到了第一保持电容CH12上。再接下来，当第二个正扫描信号b2激活时，则晶体管Tr4就被打开且充电分配到第二保持电容CH2上。在激活第二个正扫描信号b2前，光激活一个刷新信号C1这样就打开了晶体管Tr6和TrT，同时第二保持电容CH2和像素电容Cp放电。然后晶体管Tr5从高压线142处向像素电容Cp供出电流，也即按第二保持电容CH2的电压对像素Cp进行充电。对像素电容Cp充电是由晶体管Trs的阀值电压决定充电进行到像素电容CP的电压小于第二保持电容CH2的电压时为止。因而，用补偿由于漏电流而造成的充电可以维持像素电容Cp的电压不变。在电路结构中可见，在晶体管Trs和Tr4激活时，为保持电平而向第一保持电容充的电向第二保持电容放电。同时按照信号(充电)将电压加到晶体管Tr5上，因此也就向液晶层提供了电压。在例六中所示的投射型液晶显示装置的液晶显示元件的背面基衬若使用硅基衬的话，那么场序列彩色混合法就更容易实现。
例2和例3中介绍的液晶显示驱动波形在输入刷新信号C1后加到液晶上。此刻，最好将第一初电压VH和第二初电压VL同时施加到各个像素电容上去以组成全幅画出。同时从施加第二初电压V2到施加显示信号的信号电压Von之间的时间间隔最好要小。在本例中，有可能将这个时间间隔做到接近为0，因而消除了显示图象的不平整之处。
虽然在本列中使用如图28的电路结构，事实上电路结构可以变化只要获得类似的功能即可。
如上所述，按照本发明是在场序列寻址方法中对各像素加上电压以驱动液晶显示装置，这样光开关就在d×Δn＞λ/2的情况下，在V-T特性中的相应于最大光透射率的电压和相应于最小光透射率的电压之间进行，这里d是液晶层的厚度，Δn是液晶层的双折射而入为显示光的波长。因而，虽然液晶分子的方向的改变较小。但是还是能获得具有足够高的响应速度和足够大的对比度的液晶显示。
如果驱动电压波形在将为获得预定透射率或反射率所需的信号电压加到像素上去之前，先将具有至少比信号电压的绝电值大的第一初电压加到像素上去，便可获得足够高的液晶显示响应。若在施加第一初电压和施加信号时间间隔中施加第二初电压，就可以消除光学响应特性中的波形的变形。因而也就提高了光的响应速度。
如果提供一个补偿延迟的延迟补偿装置。该延迟是由常规元件和非常元件之间的液晶层和二个基衬中光通路的差而引起的，那么即使用较低的驱动电压也会获的同样的光响应特性。
另外，如果将硅单晶基衬用来作为液晶装置的基衬且驱动像素的晶体管是在单晶硅上形成的话，那么由于单晶硅的渗透率很大故可获得极佳的TFT，它远比非晶态硅薄膜的TFT和多晶硅的TFT更好。
按上述的过程驱动的液晶装置，我们也可获得具有高速响应的光调元件。投射型液晶显示装置之类的空间光调元件以及使用场序列寻址方法驱动的算术部件。例如，将CCD与一高速光调元件组合起来就可获得一小型的高精度的CCD元件，这是因为红、绿和兰信号可以由CCD的一个像素检测出来。
如上所述，由于可以制成具有高速响应的液晶显示和能显示半调液晶显示，也就可以获得诸如能由场序列寻址法来驱动的彩色液晶显示装置的液晶装置。另外，按本发明制造的液晶装置也适用于将液晶装置作为空间光调元件(这种元件经常用在光计算系统中)的图象输入。
使用本发明所提供的思想和精神，本领域内的技术人员可以很容易也很明确可作各种修改以适合不同场合。因而，本发明并不仅限于上述描述之内，而包括在所附的权利要求书中。

Claims (38)

1．一种液晶装置，其特征在于，包括：
一对基衬；
在一对基衬中间的液晶层；
至少一个偏振元件；
多个像素；
满足下列关系的液晶层延迟(d×Δn)；
若入射光在通过液晶层一次以后即输出时关系为：
d×Δn＞λ/2
若入射光在通过液晶层二次后才输出的关系为：
2d×Δn＞λ/2
这里d为液晶层之厚度，Δn为双折射，而入则是液晶层上入射光的波长；
以及
将驱动电压施加到多个像素上去的驱动电压输入装置，该驱动电压包括一个比像素的电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需要的最大电压还要高的电压。
2．如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，其中驱动电压输入装置运用场序列寻址法将驱动电压输入到各个像素上去。
3．如权利要求2所述的液晶装置，其特征在于，它包括在液晶层和偏振元件之间的延迟补偿装置。
4．如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，其中驱动电压输入装置输入一个比电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需之最大电压还要高的电压，同时输入一个介于比最大电压还要高的电压和最大电压之间的电压，因而可控制像素的输出光强度。
5．如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，其中在每一帧中，驱动电压输入装置将驱动电压取反。
6．如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，其中在对像素施加信号电压之前，先由驱动电压输入装置输入一个第一初电压，该初电压的绝对值大于相应于予定的输出光强度时所需的那个电压的值。
7．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中由驱动电压输入装置在输入一个相应于予定的输出光强度时的信号电压之前且在输入第一初电压之后再输入一个第二初电压，该第二初电压之绝对值要小于信号电压的绝对值。
8．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中第一初电压的绝对值是大于像素的电压一输出光强度特性中提供极值时所需的电压的绝对值。
9．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中在信号电压取最大值时输出光强度是小于等于像素的电压一输出光强度特性中最大值的10％。
10．如权利要求7所述的液晶装置，其特征在于，其中第二初电压的绝对值是小于像素的电压一输出光强度特性中提供极值时所需要的电压的绝对值。
11．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中施加第一初电压的时间宽度小于等于施加信号电压的时间宽度的五分之一。
12．如权利要求7所述的液晶装置，其特征在于，其中施加第一初电压的时间宽度和施加第二初电压的时间宽度之总和小于等于施加信号电压时间宽度的五分之一。
13．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中驱动电压输入装置将第一初电压同时施加在与每条扫描线相连的各像素上去。
14．如权利要求6所述的液晶装置，其特征在于，其中驱动电压输入装置将第一初电压输入到至少与一条扫描线相连的各像素上去。
15．如权利要求7所述的液晶装置，其特征在于，其中驱动电压输入装置将第一初电压和第二初电压输入到与至少一条扫描线相连的各像素上去以作显示用。
16．如权利要求6所述液晶装置，其特征在于，其中第一初电压之值对所有像素来说崐应是相同的。
17．如权利要求7所述的液晶装置，其特征在于，其中第一初电压和第二初电压中至少有一个值对各像素是相同的。
18．如权利要求3所述的液晶装置，其特征在于，其中延迟补偿装置至少有一对基衬和在这对基衬中的第二液晶层，并且这第二液晶层的光电特性与液晶层的特性是完全相同的。
19．如权利要求3所述的液晶装置，其特征在于，其中延迟补偿装置是从相位板和相位膜中选取出来的。
20．如权利要求19所述的液晶装置，其特征在于，其中延迟补偿装置是从单轴向聚合膜和双轴向膜中选取出来的。
21．如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，其中二块基衬之一是用硅单晶基衬，并且硅单晶基衬有一个晶体管，它控制将电压从驱动电压输入装置输入到多个像素上去。
22．一种投射型液晶显示装置，包括一个液晶元件，其特征在于，其中液晶元件包括：
一对基衬；
在这对基衬中的液晶层；
至少一个偏振元件；
多个像素；
满足下列关系之一的液晶层延迟(d×Δn)；
若入射光在通过液晶层一次后输出时关系式为：
d×Δn＞λ/2
如果入射光在通过液晶层二次后再输出的其关系式为：
2d×Δn＞λ/2
这里d是液晶层的厚度，Δn是双折射，λ是液晶层上入射光的波长；以及
将驱动电压施加到多个像素上去的驱动电压输入装置，该驱动电压包括一个比像素的电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需要的最大电压要高的电压。
23．一种驱动如权利要求1所述的液晶装置的方法，其特征在于，所述方法包含将驱动电压施加到多个像素上去的步骤，该驱动电压包括一个比像素的电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需要的最大电压更高的电压。
24．如权利要求23所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括用场序列寻址法将驱动电压输入到各像素上去。
25．如权利要求23所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括输入一个比电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需之最大电压值还要高的电压，并输入一个介于比最大电压还要高的电压和最大电压之间的电压，因而控制像素的输出光强度。
26．如权利要求23所述的方法，其特征在于，其中每一帧驱动电压的极性取反。
27．如权利要求23所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括驱动电压输入装置在对像素施加信号电压之前先输入一个第一初电压，该初电压的绝电值大于相应于予定的输出光强度时所需的那个电压值。
28．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括在输入一个相应于予定的输出光强度时的信号电压之前及输入一第一初电压之后再输入一第二初电压，该电压之绝对值小于信号电压的绝对值。
29．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中第一初电压的绝对值是大于像素的电压一输出光强度特征中提供极值时所需要的电压的绝对值。
30．如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中第二初电压的绝对值是小于像素的电压-输出光强度特性中提供极值时所需要的电压的绝对值。
31．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中施加第一初电压的时间宽度小于等于施加信号电压时间宽度的五分之一。
32．如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中施加第一初电压的时间宽度和施加第二初电压的时间宽度之总和小于等于施加信号电压时间宽度的五分之一。
33．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括将第一初电压同时加到与各条扫描线相连接的像素上去。
34．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括将第一初电压加到至少与一条扫描线相连接的各像素上去。
35．如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中驱动电压输入步骤包括将第一初电压和第二初电压加至至少与一条扫描线相连接的各像素上去以作显示用。
36．如权利要求27所述的方法，其特征在于，其中第一初电压之值对各像素点来说是相同的。
37．如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中第一初电压和第二初电压中至少有一个电压的值对各像素点来说应是相同的。
38．一种驱动如权利要求22所述的投对型液晶显示装置的方法，其特征在于，所述方法包含将驱动电压施加到多个像素上去的步骤，该驱动电压包括一个比像素的电压一输出光强度特性中输出光强度达到极值时所需要的最大电压更高的电压。
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