CN1154009C - 反射型液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示装置包括第一基板，第二基板，夹在第一基板与第二基板之间的液晶层，设置在第一基板液晶层一侧表面上的多个反射电极，每个反射电极都适合于被施加一个视频信号；设置在反射电极下面的多个第二遮光膜，在遮光膜与反射电极之间设置有一绝缘层。设置在所述多个第二遮光膜下面并制作成覆盖多个第二遮光膜之间的间隔的第一遮光膜，每个遮光膜与反射电极中相应的一个反射电极电连接，并被设计成可以覆盖相应的那个反射电极和与之相邻的反射电极之间间隙的至少一部分，多个所述第二遮光膜中的每一个与所述第一遮光膜形成电容，在规定的时间间隔施加到多个所述第二遮光膜中的每一个的视频电压的极性与施加在所述反电极的电压极性相反。

Description

反射型液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种用于液晶投影仪的液晶显示装置，光源所发出的光对液晶显示元件进行照明，并将液晶显示元件上的图象投影到屏幕上。

背景技术

近来，液晶显示装置已经广泛应用于小型显示设备、办公自动化设备中的显示终端以及类似装置中。基本上，液晶显示装置包括一个液晶显示面板(也被称作液晶显示元件或液晶盒)，该液晶显示面板由一对绝缘基板组成，其中至少一个基板是由透明板材、透明塑料板或类似材料制成的，在绝缘基板之间夹有一层液晶成分(液晶层)。

可以将液晶显示装置粗略地分为简单矩阵型和有源矩阵型。在简单矩阵型液晶显示装置中，通过有选择地向形成在液晶显示板两个绝缘基板上、用来形成像素的条形电极上施加电压，可以形成图象元素(在下文中称之为像素)，从而改变液晶成分中与像素相对应部分的液晶分子的取向。另一方面，在有源矩阵液晶显示装置中，液晶显示板上具有信号线，像素电极，参考电压电极和有源元件，形成在一个基板上的每个有源元件都与一个像素电极相连以进行像素选择，通过选择与像素有关的有源元件并从而改变从与有源元件相连的像素电极和与像素电极相连的参考电压电极之间液晶分子的取向而形成像素。

通常，有源矩阵型液晶显示装置采用所谓的垂直电场类型，其中用来改变液晶分子取向的电场被施加在设置于一对相对设置的基板其中一个基板上的电极与设置于另一个基板上的电极之间。并且，在实际中也使用所谓的水平电场类型(也被称为IPS(平面内开关)型)液晶显示装置，其中沿与相对基板的主表面近似平行的方向来施加可改变液晶分子取向的电场。

在使用液晶显示装置的显示设备中，液晶投影仪已经具有实际用途。液晶投影仪采用光源对液晶显示元件进行照明，并将液晶显示元件上的图象投影到屏幕上。在液晶投影仪中可使用两种类型的液晶显示元件：反射型和透射型。反射型液晶显示元件可以被设计成使几乎整个像素区成为有用的反射表面，因此与透射型液晶显示元件相比，反射型液晶显示元件具有尺寸小，高分辨率显示和高亮度的优点。

因此，通过采用反射型液晶显示元件可以得到小型高分辨率的液晶投影仪，而不减弱它的亮度。

例如，在1999年11月2日公布的美国专利No.5,978,056中披露了一种反射型液晶显示元件。美国专利No.5,978,056披露了一种多层遮光膜，但是没有公开两个遮光膜沿它们厚度方向彼此分开这样一种设置。

发明内容

液晶投影仪面临小型化，增加分辨率和亮度的问题。为了解决这些问题，用于液晶投影仪的液晶显示元件需要进一步减小尺寸，进一步增加分辨率和亮度。对于透射型液晶显示元件，在减小尺寸和增加分辨率与亮度过程中，不可避免地会使一个像素中透光面积与整个面积的比(在下文中称之为孔径比)被极大地减小。

本发明的一个目的是提供一种能够增加其亮度的反射型液晶显示装置，本发明的另一个目的是提供一种特征在于具有高图象质量的反射型液晶显示元件，本发明的又一个目的是提供一种通过防止不需要的光进入而获得高图象质量，并通过较高孔径比来获得较高的光利用效率的液晶显示元件，并提供一种采用该液晶显示元件的液晶投影仪。

根据本发明的一个实施例，一种液晶显示装置包括：一个第一基板；一个第二基板；夹在第一基板与第二基板之间的液晶层；设置于液晶层一侧第一基板表面上的多个反射电极，设置于液晶层一侧所述第二基板的表面上的反电极，每个反射电极都适合于被施加以视频信号；在多个反射电极下面设置有多个第二遮光膜，在多个第二遮光膜与多个反射电极之间设置有一个绝缘层，设置在所述多个第二遮光膜下面并制作成用来覆盖所述多个第二遮光膜之间的间隔的第一遮光膜；将多个第二遮光膜中的每一个电连接到多个反射电极中相应的一个反射电极，把多个第二遮光膜中的每一个设置成覆盖在多个反射电极中相应的一个和与相邻相应所述多个反射电极中的一个电极的多个反射电极之间的间隙的至少一部分，其中，所述多个第二遮光膜中的每一个与所述第一遮光膜形成电容，在规定的时间间隔使施加到所述多个第二遮光膜中的每一个的视频电压的极性与施加在所述反电极的电压极性相反。

根据本发明的另一个实施例，一种液晶显示装置包括：一个驱动电路基板；一个透明基板；一个液晶层夹在该驱动电路基板与该透明基板之间；设置于驱动电路基板液晶层一侧表面上的多个反射电极；设置于液晶层一侧所述透明基板的表面上的反电极，设置在多个反射电极下面的多个半导体开关元件，多个半导体元件中的每一个都被设计成可向多个反射电极中相应的一个反射电极施加视频信号；一个用来遮盖多个半导体开关元件的第一遮光膜；以及多个第二遮光膜，其中设置每一个第二遮光膜来覆盖至少一部分相邻多个反射电极之间的间隙，所述多个第二遮光膜中的每一个与所述多个反射电极中相应的一个电连接，其中，所述多个第二遮光膜中的每一个与所述第一遮光膜形成电容，通过改变施加到所述第一遮光膜上的电压，使施加到所述多个反射电极的每一个的视频信号的极性与施加到所述反电极上的电压极性相反。

根据本发明的又一个实施例，一种液晶显示装置包括：一个第一基板；一个第二基板；树脂制成的间隔物，用来在第一基板和第二基板之间形成间隙；插入第一基板与第二基板之间的树脂制成的外围框；填充在第一基板、第二基板和外围框所围成的空间内的一种液晶材料；设置于第一基板液晶层一侧的表面上的多个反射电极；设置在多个反射电极与外围框之间的多个假像素，所述多个假像素中的每一个都被施加假像素信号；设置于多个反射电极下面的多个半导体开关元件，多个半导体开关元件中的每一个都被设计成可向多个反射电极中相应的一个反射电极施加信号；一个用来遮盖多个半导体开关元件的第一遮光膜；多个第二遮光膜，其中每一个第二遮光膜都遮盖至少一部分相邻多个反射电极之间的间隙。

附图说明

在附图中，相同标号在整个附图中指代相似元件。其中：

图1给出了一种液晶显示元件的横截面示意图，周来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图2A和2B给出了一种电控双折射模式的液晶显示元件，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图3是一种液晶显示元件的示意性平面图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图4是一种液晶显示元件的示意性平面图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图5A-5C给出了根据本发明一个实施例的液晶显示装置的液晶显示元件的工作时序图；

图6A和6B给出了根据本发明一个实施例的液晶显示装置的液晶显示元件工作的等效电路的示意图，图6C给出了液晶显示元件电极之间的电压关系；

图7给出了一种液晶显示元件的横截面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图8给出了一种液晶显示元件的横截面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图9给出了一种液晶显示元件的横截面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置的

图10给出了一种液晶显示元件的平面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图11给出了一种液晶显示元件的平面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图12A给出了一种液晶显示元件的一个端部的平面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置，图12B是沿图12A中线XIIB-XIIB所做的该液晶显示元件的横截面图；

图13给出了一种装配好的液晶显示元件的透视示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图14给出了一种液晶显示元件的平面示意图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置；

图15给出了根据本发明一个实施例的液晶显示装置的分解透视图；

图16给出了根据本发明一个实施例的液晶显示装置的平面示意图；

图17给出了图16的液晶显示装置的示意性横截面图。

具体实施方式

现在将参照附图详细说明根据本发明的实施例。

图1给出了液晶显示元件的示意性横截面图，用来说明根据本发明一个实施例的液晶显示装置。

在图1中，标号100表示液晶显示元件，1为驱动电路基板，2为透明基板，3为液晶材料，4为间隔物。间隔物4在驱动电路基板1和透明基板2之间形成固定的单元间隙d，液晶材料3夹在单元间隙中。标号5表示形成在驱动电路基板1上的反射电极，6为反电极，反电极6与反射电极5一起将电压施加到液晶材料3上，7和8为使液晶材料的液晶分子沿特定方向取向的取向膜，30为有源元件，用来向反射电极5施加电压。

标号34为源区，35为漏区，36为栅电极，38为绝缘膜，39是使晶体管间彼此电绝缘的场氧化膜，41为第一层间绝缘膜，42为用做漏极信号线的第一导电膜，43为第二层间绝缘膜，44为第一遮光膜，45为第三层间绝缘膜，46为第二遮光膜，47为第四层间绝缘膜，48为构成反射电极5的第二导电膜。

导电膜42是由铝制成的金属薄膜。第二层间绝缘膜43使第一导电膜42与第一遮光膜44绝缘。第二层间绝缘膜43由用来平滑驱动电路基板1结构所引起的高度差的平滑膜和覆盖该平滑膜的绝缘膜组成，使用SOG(spin-on-glass)技术来涂覆平滑膜，绝缘膜由SiO₂制成，通过反应气体为TEOS(四乙基原硅酸盐)的CVD技术而得到。在沉积第二层间绝缘膜43之后，通过采用CMP(化学机械抛光)技术进行抛光，得到平整的第二层间绝缘膜43。

第一遮光膜44形成在平整的第二层间绝缘膜43上，如同第一导电膜42一样，第一遮光膜44由铝制成。

第三层间绝缘膜45和第四层间绝缘膜47由与第二层间绝缘膜43相同的材料制成，在第三和第四层间绝缘膜45，47分别沉积之后，通过采用CMP技术进行抛光而使之平整。

与第一导电膜42相同，第二遮光膜46和反射电极5是由铝制成的。第三层间绝缘膜45被用做介电膜，获得下面将要说明的静电电容，考虑到它们的耐压和通过减小厚度来增加它们的静电电容，它们的厚度最好在150nm到450nm的范围内，更好的情形是厚度大约为300nm。

首先将要说明反射型液晶显示元件，随后将介绍有源元件30和第一和第二遮光膜44，46。

在这个实施例中，液晶显示元件是反射型的。光从透明基板2进入到液晶显示元件100(在图1的顶部)，然后穿过液晶材料3，随后由反射电极5反射回去，接着再次通过液晶材料3，随后通过透明基板2，离开液晶显示元件100。

在反射型液晶显示元件中，当反射电极5被设置在驱动电路基板1液晶材料3一侧的表面上时，一种如石英基板的不透明基板可以用做驱动电路基板1。这种结构的优点是有源元件30和导线可以设置在反射电极5的下面，从而可以增加反射电极5的面积，因此可以实现较高的孔径比。这种结构的另一个优点是将光从驱动电路基板1的后表面入射到到液晶显示元件100时所产生的热散发掉。

其次，将要说明采用电控双折射模式的液晶显示元件的操作。通过偏振片形成的线偏振光进入液晶显示元件100。当在反射电极5与反电极6之间施加一电压时，由于介电各向异性，液晶材料3中液晶分子的取向被改变，结果改变了液晶材料层的双折射。通过将双折射的变化转变为光传输的变化，电控双折射模式就产生了图象。

下面，将参照附图2A和2B说明电控双折射模式中的一类单偏振片扭曲向列(SPTN)模式。

标号9指一个偏振束分束器，将来自于光源(图中没有给出)的入射光L1分成两束偏振光，其中L2是线偏振的。

在图2A和2B中，通过偏振束分束器9的光是p-偏振光，该束偏振光进入液晶显示元件100，但从偏振束分束器9反射的s-偏振光可以进入到液晶显示元件100中。

液晶材料103是一种具有正介电各向异性的向列液晶材料。液晶分子的长轴沿与驱动电路基板和透明基板2(参见图1)的主平面近似平行的方向取向，通过取向膜7，8液晶分子在液晶层中被扭曲(参见图1)。

图2A给出了没有电压施加到液晶材料层3上的情形。进入液晶显示元件100的光L2由于液晶材料3的双折射转变为椭圆偏振光，接着在反射电极5上变为近似的圆偏振光。被反射电极5所反射的光再次穿过液晶材料3，再次成为椭圆偏振光，然后当离开液晶显示元件100时再次转变为线性偏振光。射出的线偏振光L3为S-偏振，偏振方向相对于入射光L2旋转90°，再次进入偏振束分束器9，然后由偏振束分束器9的内部界面反射成为出射光L4，L4透射到屏幕或类似物上产生显示。这种结构就是所谓的正常白色(正常状态为开)型显示，当液晶材料层3上没有被施加电压时产生出射光。

图2B给出了电压施加到液晶材料层3上的情形。当一个电场被施加到液晶材料103层上时，液晶分子沿电场方向取向，因此不发生液晶分子的双折射。结果，进入液晶显示元件100的线偏振光L2被反射电极5无变化地反射，从液晶显示元件100所发出的光L5与入射光L2具有相同的偏振方向。出射光L5通过偏振束分束器9，返回到光源处，因而没有光透射到屏幕上，屏幕上呈现出黑色显示。

在单偏振片扭转向列模式中，液晶分子的取向方向平行于基板的主平面，从而可以采用常用的液晶分子取向方法，并且制造过程具有高度可靠性。正常的白色模式操作防止在低电压值处发生缺陷显示。原因在于，在正常的白色模式中，当液晶层上施加一个高电压时可以提供黑度(黑色显示)，在这种状态下，几乎所有的液晶分子都沿垂直于基板主平面的电场的方向取向，从而，黑色显示对施加以低电场的液晶分子的初始取向条件的依赖性不大。

人眼可以察觉以亮度比为基础的亮度的非均匀性，近似地与光通量的对数有关，从而对黑度的变化敏感。

因为上述原因，正常白色显示模式具有防止液晶分子的初始取向条件所产生的亮度非均匀性的优点。

电控双折射模式要求液晶显示元件的基板之间的单元间隙具有较高的精度。电控双折射模式利用了寻常光与非常光穿过液晶层时产生的相差，从而穿过液晶层的光强度依赖于寻常光与非常光之间的延迟Δnd，其中Δn为双折射，d为透明基板2与驱动电路基板1之间由隔离物4所确定的单元间隙(参见图1)。

在反射型液晶显示元件中，进入液晶层的光被反射电极反射，然后再次穿过液晶层，因此如果反射型液晶显示元件使用的液晶材料与透射型液晶显示元件所使用的液晶材料具有相同的双折射Δn，那么反射型液晶显示元件的单元间隙应该等于透射型液晶显示元件单元间隙的一半。通常，透射型液晶显示元件的单元间隙d在大约5微米到6微米的范围内，在这个实施例中单元间隙d大约为2微米。

在这个实施例中，为了保证与传统液晶显示元件相比具有较高精度的单元间隙和较小的单元间隙，在驱动电路基板1上构造柱状间隔物，而不采用分散珠粒的方法。

图3为液晶显示元件的平面示意图，说明了反射电极5与设置于驱动电路基板1上的间隔物4的排列。将大量间隔物4在驱动电路基板1的整个表面上排列为一个矩阵，使透明基板2与驱动电路基板1之间具有均匀间隔。每个反射电极5确定一个像素，作为液晶显示元件所形成的最小图象元素。为了简化，图3给出了一个5列4行的像素矩阵，最外面的列和行所限定的像素由标号5B表示，最外层列与行内部的像素由标号5A表示。

在图3中，5列4行的像素矩阵形成一个显示区域，在显示区中由液晶显示元件形成显示。假像素10设置于显示区域的周围，由与间隔物4相同的材料制成的外围框11设置在假像素10的周围，密封元件12被涂覆在驱动电路基板1上外围框11的周围。标号13表示用于外部连接的终端，用来将外部信号施加给液晶显示元件100

间隔物4和外围框11由树脂材料形成。液晶材料3设置在驱动电路基板1与透明基板2之间，当液晶显示元件100被装配完成后液晶材料被限定在外围框11所封闭的区域内(参见图1)。将密封元件12涂覆在驱动电路基板101上外围框11的周围，使液晶材料3密封在液晶显示元件100内。间隔物4和外围框可以由诸如JSR公司(Tokyo，日本)所制造的化学放大地负性光致抗蚀剂“BPR-113”(一种商标名)的树脂材料制成。使用旋转涂覆方法将光致抗蚀剂涂覆在其上具有反射电极5的驱动电路基板1上，然后通过具有间隔物4和外围框1形状的图案的掩膜进行曝光，并再通过脱膜剂显影形成间隔物4和外围框11。

密封元件12用来将驱动电路基板1与透明基板2固定在一起，还用来防止对液晶材料3有害的物质的进入。在涂覆液态的密封部分12时，外围框11用做挡块，阻挡密封部分12。外围框11用做阻挡密封材料12的挡块的这种设置，使得可以精确地限定液晶材料3和密封部分12的边界，从而使对显示没有贡献的诸如假像素和密封区域的不活跃区域最小化，减小液晶显示元件的尺寸。这种结构提供了一种宽幅度的设计，从而可能减小液晶显示元件100的显示区与外围之间的区域，也就是减小显示区域的外围边界。

假像素设置于外围框11与显示区域之间，使最外面像素5B产生的显示质量等于最外部像素5B内的像素5A所产生的显示质量。假像素对显示没有贡献，但是与显示区域的像素具有相似的结构，设置在显示区域周围的外部区域，可以防止在显示区域与显示区域周围的外围区域之间的边界处由于结构的非连续性所产生的缺陷显示。

假像素还可以防止在所谓的点—倒转驱动中发生缺陷显示，其中相邻像素被施加以彼此极性相反的驱动电压，并且极性被周期地反转。

在下文中，最外围像素5B内的像素5A被称为内部像素5A。参见图4说明假像素的作用。内部像素5A彼此相邻，从而当采用列—反转、线—反转或点—反转驱动方法时，在相邻的内部像素5A之间产生所不希望的电场。在另一方面，当不提供假像素10时，在最外围像素5B与内部像素5A的相对的侧边区域之间不会产生上面所提到的可使显示质量恶化的不希望的电场，从而最外围像素5B所提供的显示质量优于内部像素5A所提供的显示质量。某些像素之间显示质量的差别产生了显示的非均匀性。从而，为点—反转驱动方法所驱动的液晶显示元件提供假像素10，并被施加以与像素5A，5B相似的信号，使得最外围像素5B所提供的显示质量与内部像素5A所提供的显示质量相同。

在本实施例中，不采用列—反转、线—反转或点—反转驱动方法，从而不会产生列—反转、线—反转或点—反转驱动所产生的显示的非均匀性。然而，当根据本实施例的液晶显示元件由常白模式驱动时，如果液晶材料层3上没有施加电压，所发生的问题是假像素10会显示出来并使显示质量恶化。可以想到使用遮光框对假像素10进行遮光，但是很难精确定位显示区域边界处遮光框的位置。鉴于此，向假像素10施加一个电压，使假像素呈现暗显示，使得它们可被看作显示区域周围的黑色边界。设置于外围框11内的假像素10的宽度等于两个或多行标准像素。

图4给出了假像素10D构造为外围框的形式，假像素10D被施加一个可产生暗显示的电压。当假像素10以图4所示的外围框形式设定为单电极的形状时，可以很容易地实现显示区域周围外围框形式的暗显示。

不过，已经发现图4中所示的假像素10在假像素10与显示区域之间的边界处产生缺陷显示。

当液晶材料层3上所施加的电场在一个长时间周期内保持固定的方向时，液晶材料3发生变质，基于这种现象，已经知道可以采用所谓的AC驱动方法来周期性地反转施加给液晶材料层的电场的方向。在这个实施例中，采用帧—反转驱动方法，每帧时间将所有像素信号的极性反转一次，也就是具有两倍的帧时间。

在帧—反转驱动方法中，在一帧时间内具有相同极性的信号被写入到相应的像素中。在图4中，以从顶行到底行的扫描顺序完成信号向显示区域有效像素中的写入。在另一个方面，一次将信号写入到假像素10D中，因为假像素10D是单电极的形式。结果，对于依赖于扫描周期时间的一段时间，某些有效像素已经被施加了与施加给假像素10D的信号极性相反的信号，因而在假像素10D与有效像素之间有效的横向电场，依赖于有效像素的位置变为非均匀。现在将通过采用可在整个显示区域产生暗显示的情形解释这种现象的一个典型的例子。

在图4中，在一帧时间内将暗—显示信号(如果在常白模式中为高电压)相继写入到从显示区域从左上角到右下角的各个有效像素中。如果在将暗—显示信号写入到左上角有效像素的同时将暗—显示信号写入到假像素10D，写入到假像素10D和有效像素中的暗—显示信号具有相同极性，几乎在整个帧时间内在显示区域的右下角处的有效像素与假像素10D之间产生横向电场，在将信号写入到最外围有效像素与假像素10D的时间差的时间长度内，在最外围有效像素与假像素10D之间产生横向电场。在常白模式中，暗—显示信号所产生的不需要的横向电场在黑色背景中产生一个局部的白色区域，也就是，如果在整个显示区域是暗显示，在显示区域与假像素之间出现白色边框，在不同的地方外围边框的亮度不同。

图5A-5C给出了帧—反转驱动中视频信号的时序图，参照附图5A-5C介绍写入时间的差别。图5B中的信号SE代表一个视频信号被写入并存储在图4中第一行中的像素5E中，图5C中的信号SF表示施加给第四行的像素5F的视频信号，信号SD代表施加给假像素10D的暗—显示信号，图5A-5C中的Vcom代表施加给对面电极6的电压(参见图1)。为了利于理解，图5A-5C给出了将暗—信号施加给所有像素这样一种情形(全黑显示)。将视频信号写入相继像素的顺序是如图4所示的从显示区的左上角到右下角，另外首先将暗—显示信号相继写入第一行中的像素，然后以与第一行同样的方法将暗—显示视频信号相继写入到第二到第四行。另一方面，在将暗—显示信号写入到第一行的像素5E的同时将暗—显示信号写入到假像素10D。相对于电压Vcom而言，在第一帧中视频信号的极性是正的，相对于电压Vcom在第二帧中视频信号的极性是负的。

在图5A-5C中，在由箭头AE1所表示的时间将视频信号SE写入到像素5E，接着使信号SE保持在像素5E中直到箭头AE2所表示的时间为止。从顶行到底行一行接一行地将视频信号写入到像素中，从而在箭头AF1所表示的时间将视频信号写入到第四行的像素5F中。写入像素5F的视频信号SF相对于写入假像素10D的暗—显示信号SD的相位延迟大约为一帧时间。结果对于近似一帧的时间，暗—显示信号SD与视频信号SF的极性彼此相反，从而在像素5F与假像素10D之间产生所不希望的电场。这个所不希望的电场改变了液晶材料3的分子取向，使得常白模式中在暗显示区域出现部分白色区域，导致非均匀显示。

上面的解释是参照第四行中的像素5F做出的，不过第二和第三行中的像素被施加与假像素10D上所施加的电压极性相反的电压，从而第二和第三行像素产生相似的显示的非均匀性，不过非均匀的程度依赖于相应像素被施加相对于假像素10D所施加电压极性相反的电压的时间长短。

再回到图3，进一步解释本发明的实施例。为了防止参照图4所解释的假像素10D的结构所导致的非均匀性，本实施例采用一种具有多个假像素的结构，使得如图3所示相邻行的假像素彼此分隔开。在将信号写入到相应行的有效像素的同时，将暗—信号写入到每个假像素10中。也就是说，为每一行有效像素所提供的假像素10接受的信号与写入相应行像素中的信号具有相同的极性，因而可以防止产生不希望的电场，减小显示的非均匀性。

另外，图3所示的假像素10与有效像素5A和5B相比是横向延伸的。液晶显示元件100设置有一个遮光框，阻挡光照射到显示区域以外的其它部分，如下所述。横向延伸的假像素10允许液晶显示元件100中遮光框的位置精度具有较大的偏差。

下面介绍一种方法，通过使用在图1所示结构中第一和第二遮光膜44、46之间所形成的电容器，通过向第一遮光膜44施加电压，改变反射电极5相对于反电极6的电压，参照图6A-6C。图6A和6B给出了一个像素的等效电路，其中为了清楚起见，采用开关来代替有源元件30。标号52表示扫描信号线，施加信号使有源元件30处于ON或OFF的状态，51为视频信号线，施加写入像素的视频信号。如图6A和6B所示，反射电极5和反电极6形成了第一电容器53，第一遮光膜44和第二遮光膜46形成了第二电容器54。为了简化，忽略其它的寄生电容，第一电容器53和第二电容器54分别由CL和CC表示。

如图6A和6C所示，第一遮光膜44作为第二电容器54的一个电极，被某种外部电源施加一个电压V1。当有源元件30被扫描信号改变为ON状态时，一个视频信号V2被施加到反射电极5与第二遮光膜46上。

然后，如图6B和6C所示，在有源元件30被设置为0FF态时，施加给第一遮光膜44的电压从电压V1改变为V3。结果，反射电极5和第二遮光膜46上的电压为V2-CC/(CL+CC)×(V1-V3)。

通过使用上述方法改变反射电极5的电压，例如通过施加给第一遮光膜44的电压与施加给反射电极5的正极性电压，产生一个负极性电压。这种产生负极性电压的方法消除了对提供负极性电压的需要，传统地用来提供正极性和负极性信号的外围设备电路可以被设计成只提供正极性或负极性信号，使低电压外围设备电路成为可能，从而可能通过使用低电压额定功率元件来构成外围设备电路。

下面，参照附图7-10解释第一和第二遮光膜44和46。

如图7所示，反射电极5以一定间距相互之间分隔开，限定各个像素。光穿过间隙进入有源元件30的半导体层，通过光电转换产生电荷(光载流子)。一部分光载流子流入源区，改变已经被写入并存储在反射电极5内的视频信号，这就是所谓的光泄露问题。

当光源所发出的光的强度较小时，大部分光被反射电极5所反射，反射电极具有反射光的功能并对反射电极5下面的电路进行遮光，因而通过间隙的光不会导致问题的发生。

然而，在液晶投影仪中，光源所发出的强光照明液晶显示元件100，增加液晶投影仪的亮度。并且当液晶投影仪的尺寸减小时，随着液晶显示元件尺寸的减小液晶显示元件的显示区域有减小的趋势，结果液晶显示元件的显示区域的照明强度被进一步减小。因此，反射电极5(48)不能防止光泄露，因而需要采用遮光膜。

当如图7所示在透明基板2上设置彩色滤光片21时，在滤光片21之间可以形成由遮光膜所形成的黑色矩阵20。黑色矩阵20环绕着每个像素，这意味着黑色矩阵20被构造成可以阻挡光照明反射电极5(48)之间的间隙。因此，在传统的液晶显示元件中，黑色矩阵20用做遮光。不过透明基板2与驱动电路基板1之间分隔开，从而当入射光的强度增加时，倾斜进入的光所导致的光泄露不能被忽略。

在液晶显示投影仪中，有一种类型的投影仪在液晶显示元件的外部完成颜色的分离和重新组合，这类液晶显示元件中不使用彩色滤波片，因而从制造阶段来看，仅仅为了遮光的目的而在透明基板2上制造黑色矩阵20是不经济的。另外，在反射型液晶显示元件中采用黑色矩阵20将会产生孔径比减小的问题。

对于上述问题，本发明的这个实施例给出了一种解决方法，通过使用与在液晶显示元件中制造其它金属层相似的制造过程在驱动电路基板1上制造遮光膜。图8给出了遮光膜形成在驱动电路基板1的结构。遮光膜44可以紧邻半导体层沉积，阻挡倾斜入射的光。每一个遮光膜44可以覆盖相应像素的整个区域，遮光膜44中的开口仅仅作为与反射电极5相电连接的接触孔42CH，入射到半导体层的光量被减小到一个非常小的值。

如上所述，这种液晶投影仪在增加亮度方面有了很大的进步，实际上需要液晶显示投影仪应用在一般的室内照明条件下，因而已经增加了光源照明液晶显示元件的光通量。

本发明者发现，由于增加的光量所产生的光的泄露，显示中会发生闪烁，甚至在图8所示的结构中也会发生显示的闪烁。可以看出，通过减小第一遮光层44中开口的尺寸可以防止光泄露，从而减小入射到半导体层上的光量，不过在这个实施例中，作为一种选择，第二遮光膜被设置在反射电极5中开口的下面。

图1和9给出了第一和第二遮光膜44、46的设置。在图9中，第二遮光膜46与第一导电膜42之间的连接部分具有这样一种结构，使得形成第二遮光膜46的金属膜和由与第一遮光膜44相同材料制成的金属膜44B是由薄片迭成的，但是第二遮光膜46可以直接与第一导电膜42相连。

图10是从液晶显示层一侧观察并且为了清楚将取向膜省略的反射电极5与第二遮光膜46配置的平面示意图。如图10所示，从液晶层一侧观察，第二遮光膜46设置在反射电极5的下面，光只能从没有覆盖反射电极5和第二遮光膜46的暴露区域49穿过，从而通过反射电极5中的开口入射到半导体层的光量被大大减少。每个第二遮光膜46的大小近似等于每个反射电极5的大小，从而第二遮光膜46能够覆盖反射电极5P中开口5P的大部分区域。作为单个反射电极5的与尺寸相关的例子，反射电极5的高大约为8微米，宽度大约为8微米，相邻反射电极5之间的间隙为0.5微米。

每一个反射电极5独立于与其它像素相关的反射电极被施加一个与相应像素相关的视频信号，从而通过开口5P，相邻的反射电极5相互彼此分离以电绝缘。如同反射电极5，第二遮光膜46中的每一个独立于第二遮光膜46中其它遮光膜，也被施加一个与相应像素相关的视频信号，从而相邻的第二遮光膜46通过开口46P被彼此分离。

光可以穿过提供电绝缘的开口5P和46P。反射电极5中的开口5P被第二遮光膜46所遮蔽，使得光不能直接进入半导体层。第二遮光膜46中的开口46P被反射电极5所遮蔽，使得光不能直接进入开口46P。在这种方法中，反射电极5和第二遮光膜46其中一个的开口被反射电极5和第二遮光膜46中的另一个所遮挡，使得遮光效果增强。

然而，开口5P没有被第二遮光膜46与开口5P之间的直接接触通道来阻挡。层间绝缘膜47设置在反射电极5与第二遮光膜46之间，将反射电极5与第二遮光膜46彼此相绝缘，从而，光可以在层间绝缘膜47中传播。鉴于此，通过提供第一遮光膜44来进一步防止光进入半导体层。光只能通过开口49进入半导体层，从而限制了入射到半导体层上的光量，不过设置第一遮光膜44能够更可靠地防止光进入半导体层。在每一个第一遮光膜44中所形成的开口是提供给每个像素的接触孔42CH。第一遮光膜44还遮挡了能导致光泄露的开口49，即使设置了第二遮光膜46这种光泄露也不能被忽略。

如图11所示，导致光泄露的开口49能够直接由绝缘材料来遮挡。例如，通过采用与间隔物4相同的树脂材料，可以在光泄露开口49上形成遮光膜。在图11中，间隔物4被设置在开口49上。另外，反射电极5中的开口5P可以由遮光树脂膜遮挡。

正如已经描述的，电容器可以形成在第一和第二遮光膜44、46之间。将与写入到反射电极5相同的视频信号施加给第二遮光膜46，从而当将一固定电压施加给第一遮光膜44时，该电容器可以被用做存储电容。被施加以视频信号的第二遮光膜46也可以作为第二反射电极。如图10所示，第二遮光膜46通过相邻反射电极5之间的开口5P来露光，从而第二遮光膜46可以经由第四层间绝缘膜47和取向膜7(参见图1)来向液晶材料3施加电场。第二遮光膜46以一种与反射电极相同的方式进行AC驱动，从而开口5P附近的液晶材料3通过第二遮光膜46可以被施加极性呈周期反转的电压，因此可以防止在开口5P附近的液晶材料3具有固定方向的施加电场，即DC场。

下面将参照附图12A和12B解释通过形成假图案来使芯片内图案密度具有均匀性。图12A和12B给出了形成在外部终端13附近的假图案14。在驱动电路基板1上相邻外部终端13之间没有其它的设置来防止连接外部终端与外部电路之间的电短路，从而设置外部终端13之处通常比驱动电路基板1其它地方具有更低的图案密度。在化学机械抛光中，抛光量依赖于将被抛光表面非均匀结构的密度(图案密度)，并且由于非均匀性而导致被抛光表面的平面度下降。通过在图案密度较低的外部终端13周围设置假图案14，可以使外部终端周围区域的图案密度均匀，从而随后的化学机械抛光可能得到一具有均匀平面度的薄膜。

图12B是沿图12A线XIIB-XIIB方向所做的驱动电路基板1的横截面图。外部终端13包括叠加在一起的第一导电膜42、第一遮光膜44、第二遮光膜46和反射电极5。为了增加连接部分导电膜的厚度，连接部分的导电膜包括三个叠加在一起的层：第一遮光膜44、第二遮光膜46和反射电极5。设置于驱动电路内的信号线由第一导电膜42组成，从而第一遮光膜44和第一导电膜42通过层间绝缘膜中的接触孔连接在一起。

图13是驱动电路基板1与透明基板2叠加在一起的透视图。在驱动电路基板1的周围形成外围框11，液晶材料103被限制在外围框11、驱动电路基板1和透明基板2所包围的空间内。在叠加在一起的驱动电路基板1与透明基板2之间的外围框11的外部涂覆有密封件12。驱动电路基板1和透明基板2通过密封件12被固定在一起，形成液晶显示元件(液晶显示板)100。

如图14所示，与外部终端13相连的是一个可弯曲的印刷电路板80，将外部信号施加给液晶显示元件100。可弯曲的印刷电路板80一端上的两个最远的接线头与其它接线头相比更长，形成与设置于透明基板2上的反电极6相连接的反电极终端81。用这种方法，可弯曲的印刷电路板80连接到驱动电路基板1和透明基板2。

传统地，可弯曲的印刷电路板被连接到设置于驱动电路基板1上的外部终端，因而可弯曲印刷电路板通过驱动电路基板1与对面电极6相连接。

在本实施例中，为透明基板2提供连接到可弯曲印刷电路板80的连接部分82，使得可弯曲印刷电路板80直接与反电极6相连。通过将透明基板102叠加在驱动电路基板101上来形成液晶显示板100。透明基板2被叠加到驱动电路基板1上，使得透明基板2的外围部分扩展到驱动电路基板1的外边缘之外，提供可弯曲印刷电路板80与反电极6的连接部分82。

图15，16和17给出了液晶显示装置200的一种结构。图15是液晶显示装置200主要元件的部件分解图，图16是液晶显示装置200的平面视图，图17是图16所示的液晶显示装置的横截面视图。在图17中，为了清楚，放大了各个元件的厚度。

如图15所示，将连接有可弯曲印刷电路板80的液晶显示板100设置在散热板62上，在液晶显示板100与散热板62之间设置一个衬层61。衬层61具有高度导热性，填充散热板62与液晶显示板100之间的间隙，使得液晶显示板100所发出的热更容易地传导到散热板62。标号63代表一个模制壳，通过粘合剂固定到散热板62。

如图17所示，可弯曲印刷电路板80在模制壳63与散热板62之间穿过，然后被引到模制壳63的外部。标号65表示一个遮光板，它可以防止光源所发出的光进入液晶显示装置200中的不期望被光照射的区域，66是由玻璃板所制成的遮光框，限定了液晶显示装置200的显示区。

如上所述，本发明能够实现用于希望具有减小的尺寸、增大的分辨率和亮度的液晶投影仪的液晶显示装置。另外，本发明实现了一种高显示质量的反射型液晶显示装置，通过防止不希望的入射光进入液晶显示元件，本发明实现了高显示质量的液晶显示装置和采用该种液晶显示装置的液晶投影仪。

Claims (5)

1、一种液晶显示装置，包括：

一个第一基板；

一个第二基板；

夹在第一基板与第二基板之间的液晶层；

设置于液晶层一侧所述第一基板表面上的大量反射电极，

设置于液晶层一侧所述第二基板的表面上的反电极，

所述多个反射电极每一个适合于施加以视频信号；以及

设置在所述多个反射电极下面的多个第二遮光膜，在所述多个第二遮光膜与所述多个反射电极之间插入一个绝缘层，

设置在所述多个第二遮光膜下面并制作成用于覆盖所述多个第二遮光膜之间的间隔的第一遮光膜，所述多个第二遮光膜中的每一个被电连接到所述多个反射电极中相应的一个反射电极，

把所述多个第二遮光膜中的每一个设置成覆盖在所述多个反射电极中相应的一个与相邻相应所述多个反射电极中的一个反射电极的多个反射电极之间的间隙的至少一部分，

其中，所述多个第二遮光膜中的每一个与所述第一遮光膜形成电容，在规定的时间间隔施加到所述多个第二遮光膜中的每一个的视频电压的极性与施加在所述反电极的电压极性相反。

2、一种液晶显示装置，包括：

一个驱动电路基板；

一个透明基板；

夹在所述驱动电路基板与所述透明基板之间的液晶层；

设置在液晶层一侧所述驱动电路基板表面上的多个反射电极；

设置于液晶层一侧所述透明基板的表面上的反电极，

设置在所述多个反射电极下面的多个半导体开关元件，所述多个半导体开关元件中的每一个被设计成可向所述多个反射电极中相应的一个反射电极施加视频信号；

一个第一遮光膜，用来覆盖所述多个半导体开关元件；以及

多个第二遮光膜，每一个第二遮光膜被设置来覆盖所述多个反射电极相邻电极之间间隙的至少一部分，

所述多个第二遮光膜中的每一个与所述多个反射电极中相应的一个电连接，

其中，所述多个第二遮光膜中的每一个与所述第一遮光膜形成电容，通过改变施加到所述第一遮光膜上的电压，使施加到所述多个反射电极的每一个的视频信号的极性与施加到所述反电极上的电压极性相反。

3、一种液晶显示装置，包括：

一个第一基板；

一个第二基板；

由树脂制成的间隔物，该间隔物用于在所述第一基板与所述第二基板之间形成间隔。

一个由所述树脂制成的外围框，设置在所述第一基板与所述第二基板之间；

一种液晶材料，填充在所述第一基板、所述第二基板与所述外围框所包围的空间内；

设置于液晶层一侧所述第一基板表面上的多个反射电极；

设置在所述多个反射电极与所述外围框之间的多个假像素，所述多个假像素中的每一个被施加一个假像素信号；

设置在所述多个反射电极下面的多个半导体开关元件，所述多个半导体开关元件中的每一个都被设计成可向所述多个反射电极中相应的一个反射电极施加信号；

一个第一遮光膜，用来覆盖所述多个半导体开关元件；以及

多个第二遮光膜，每一个所述第二遮光膜都覆盖所述多个反射电极中相邻反射电极之间间隙的至少一部分。

4、根据权利要求3所述的液晶显示装置，其中所述假像素信号是一种使假像素提供暗显示的信号。

5、根据权利要求3所述的液晶显示装置，其中施加给所述多个假像素中的一个假像素的所述假像素信号的极性与施加给与所述多个假像素中一个相邻的所述多个反射电极中的一个的信号的极性同步地反转。

Images