CN85103239A - 液晶显示器件 - Google Patents

Abstract

一液晶显示器件，它含有其间距离为d的两支撑片，在其相对面上分别有行及列电极，构成一显示单元阵列。

该显示器件能以大的多路转换比率来表示快的开关时间，而且其反差对观察角依赖程度较小。

Description

技术领域

本发明是关于一具有液晶显示的显示器件，该液晶显示至少含有一种极化剂，并且含有两具有两表面的平行支撑片，此两支撑片彼此相距一距离d，在液晶显示的一面上提供了一行电极图案，在另一面上提供了一列电极图案，行电极与列电极相交叉，交叉部份构成一显示单元阵列，支撑片之间有一层含有胆留醇类添加剂的向列液晶，该液晶具有正介质各向异性与自然节距p。

这种显示器件是已知的，而且在传统上是根据所谓均方根方式（r·m·s·mode）而以电压作多路驱动的。该驱动方法已由阿尔特及普莱斯什科在1974年电气及电子工程师学会会刊的电气器件分册第ED21卷146-155页（Alt    and    Pleshko    in    IEEE    Trans·El·Dev·，Vol·ED    21，1974，pp.146-155）中作了描述，并视为最流行的驱动液晶显示器件的方法。利用这方法而成的装置，在一允许反差比率下可驱动的最大行数n可由以下关系来决定：

$n_{\mathrm{m\; a\; x}}\mathrm{=\; 〔}\frac{V^2{}_2{\mathrm{+\; V}}^2{}_1}{V^2{}_2{\mathrm{-\; V}}^2{}_1}{〕}^2$

其中V₂为显示单元两端所需的将显示单元转换成“开”状态的均方根电压，而V₁是使显示单元处于“关”状态的均方根电压。V₂与V₁越接近，可驱动行数目n越多。当然，这便需要在显视单元的传输/电压特性曲线中有一陡峭的阈值。然而，当n增加时，达到理想反差比率所需的时间亦增加。

光学（optical    speed）速度是指将一显示单元从“关”状态变为“开”状态所需的时间（即所谓上升时间），同样也指将一显示单元从“关”状态变为“开”状态的时间（即所谓袁减时间）。但是，光学速度与陡峭阈值无关。众所周知，根据均方根值方式工作的最新液晶显示器件中，所说光学效应的上升与下降时间甚大于完成写入一整幅画面（frame）所需的时间（帧象时间），使自显示单元从“关”状态至“开”状态的转换时间变长，反之亦然。因此，这种器件不适合显示迅速随时间变化的高信息密度的信息，例如，在电视及录像放像的情况中便是如此。现有扭曲向列型（twisted    nematic    type）显示器件的另一重大缺点是该器件显示画面的反差（contr-ast）极大地取决于所观察图像的角度。当观察角度增大时，反差会显著下降。在此需再次指出，当这种显示器件具有100以上条线时，亦即，具有比率多于1∶100的多路转换比率（multiplexing    ratio）时，反差本身便成了问题。

本发明的目的是提供一液晶显示器件，它可承受高速“开”“关”转换、高的多路转换比率以及在观察角度显著变化的情况下，仍保持在一可接受的水平的反差。

根据本发明，上述液晶显示器件，其特征为d/p比率值在0.5与1之间;所说平面表示了一取向层（orientation    layer），此取向层给出在夹层厚度d上的液晶分子（定向偶极子）纵轴平均方向一旋转增量，其数值在π与2π弧度之间;而且，此取向层在一面上提供倾斜角度介于0°与70°间的分子，而在另一面上提供倾斜角度介于5°与70°之间的分子;该器件还含有一行扫描电路，用于在帧象时间t_f内用行选择脉冲连续且定期地扫描行电极，该器件还含有一列选择电路，此电路在一行电极被扫描的期间内将数据脉冲输至列电极，以选择由第一状态转至第二状态的显示单元，第二状态在光学上与第一状态是不同的;行选择脉冲、数据脉冲及帧象时间的选择是使处于稳定“开”状态的显示单元在帧象时间内显示一由一背景电平T_b1与一具有峰值高度

₁的峰值响应叠加而成的传输，同样要使处于稳定“关”状态的显示单元在帧象时间内显示一由一背景电平T_b2与一具有峰值高度

₂的峰值响应叠加而成的传输;并且也能使由稳定“关”状态转换成稳定“开”状态的显示单元经一传输响应曲线后达到稳定的“开”状态，该转换响应曲线是由分别将背景电平终值T_b1与峰值响应终值

₁叠加而成的，

₁大于或等于0.5（T_b1-T_b2）。

本发明是基于所确认的事实，即适当地选择驱动电压、行时间（line    time）帧象时间等的参数，并将之组合于所说单元结构中，从而构成一具有相对短的转换时间的显示器。另外，根据本发明而成的显示器件还可用相对低的驱动电压驱动转换。另一优点是在反差对观察角度的依赖程度没有基于扭曲列向效应而成的显示器件那么强。所有这一切，特别是短的转换时间，可以使该显示器件应使于广泛的场合（字母数字及/或视频）。

根据本发明而成的显示器件的实施方案，其特征为一由稳定的“关”状态转换至稳定的“开”状态的显示单元显示一传输响应，该传输响应在第一出现的帧象时间内等于后续帧象时间内的传输响应。这样的优点是可以显示快速地变动的信息。每帧，亦即每次扫描全部行电极所需的时间周期是可以显示一完全改变的信息。此外，参数的选择还决定了单元结构，并尤其适合用于快速的转换时间，其d/p比率大约等于0.75，在夹层厚度d上的定向偶极子表示-3/2π弧度的旋转增量，而该夹层厚度d则小于8微米。

根据本发明而成的显示器件，可以传输方式或反射方式来操作，以上两情况中，使用了具有例如双折射（△n）的光学特性，并且特别是极化（polarisation）平面旋转的光学特性的液晶材料。在传输方式中，显示器件被置于两线性极化器间，而极化器的相互位置便决定了一对应于非选择显示单元的选择显示单元是否应为一亮单元或一暗单元。在反射方式中，显示器件的后支撑片上含有一反射器。极化器的相互位置同时便再次决定一选择显示单元是否是在暗背景上显示光亮或在亮背景上作暗的显示。由于液晶材料的双折射特性的缘故，便可通过极化器的相互位置，亦即相互角度旋转获得理想的彩色反差。对应极化器的平行或正交位置，可能需要将所说极化器置于45°偏移的位置上，以获最佳反差，此反差与乘积d·△n有关。当一极化器结合一反射器使用时，部份基于双折射的效应，当然可保持反差。显示器件的另一实施方案是以传输方式操作，其中显示器件是以双夹层结构制成，这种结构的特征包括有：第一液晶显示器及置于其后的第二液晶显示器;第一显示器的前支撑片及第二显示器的后支撑片，此后支撑片含有一极化器，一在两显示器之间的共同极化器。这种双夹层单元增加了显示图象的反差。图象的亮度可由置于显示器件后面的强光源来提高。

根据本发明而成的显示器件，其另一实施方案的特征是：行扫描电路提供行选择脉冲电压V₁，选择电路提供数据脉冲电压±V_c，并在行周期内，其显示单元是与瞬时扫描行电极连接，选择显示单元传送一电压V₁+V_c，非选择显示单元传送一电压V₁-V_c，而所有没有连接瞬时扫描行电极的单元则传送电压±V_c。

根据本发明而成的显示器件，其另一实施方案具有的特征是：图象信息构成脉冲持续时间内的脉冲-调制数据脉冲。在行脉冲持续期内，一数据的极性会产生变化。通过移动数据脉冲边缘，一传送电压V₁+V_c及V₁-V_c的单元可在时间宽度的比率上作出改变。这样，在显示图象中的“灰度”便可实现。除了可以用作字母数字显示外，这较后的实施方案还可特别提供扩大其应用的可能，以显示彩色的电视或视频信息。

现以例子将本发明更详细的描述，并参考附图。其中：

图1是根据本发明而成的显示器件的剖面图;

图2表示了驱动一液晶显示器件的可行方法的原理;

图3表示了一显示单元自稳定的“关”状态转换至稳定的“开”状态;

图4表示了当显示单元自稳定的“关”状态转换至稳定的“开”状态时，对显示单元的不同帧象时间所作的转换响应曲线;以及

图5是以图4所示的类似方法来表示当显示单元自稳定的“开”状态转换至稳定的“关”状态时，对显示单元的不同帧时间所作的转换响应曲线。

图1所示的显示器件包含两玻璃支撑片1与2。支撑片1含有一帧面的带状电极3，此电极由氧化锡组成。支撑片2亦含有一帧面的带状电极4，此电极由氧化锡组成。电极3与电极4相交，并在相交处构成显示单元，显示单元是根据一阵列方式来排列。在支撑片1的电极3和支撑片2的电极4的表面上均有一硅层，它是以与该表面法线成80°至86°的角度蒸汽沉积而得。该硅层构成取向层6与7。将一由E、默克以商品名称ZLI 1694销售的液晶及以商品名称S811销售的胆留醇类添加剂4-（4-己氧基苯甲酸基）-苯酸-d-2-辛酯置于支撑片之间。支撑片之间的空间为6.4微米，此空间是以规则分布于支撑片表面上的垫片来维持，图中并没有画出。有一密封边9在支撑片的周围将支撑片连接起来。将S811加至向列的液晶中，一直加到可使一液晶分子在其上作360°的旋转的螺旋线结构，节距p约为8.5微米为止。d/p比率因而约为0.75。在列向层6的定向偶极子对应于夹层7上的定向偶极子旋转，其角度超过一角度 φ 而等于3/2π。由于氧化硅层是以一角度来蒸汽沉积的结果，在支撑片表面上，所说定向偶极子并不平行于其表面，而是与其有一角度的，此所谓的倾斜角度θ约为30°。虽然在现有例子中，液晶的扭曲 φ是利用列向层未适应至墙壁状态（Wall condition），但此非必要条件。换言之，d/p比率不须精确地等于 φ/2π，而可作10%以内的变化。支撑片1及2每个均含有一线性极化器即极化器10，一分析器11。以适当的方法来驱动电极3与4，可将显示单元由第一状态转换成在光学上不同于第一状况的第二状态。当极化器与分析器处于相互平行的位置上时，在暗背景上的选择显示单元将为白色（光传输）。将其中一个极化器对应其它极化器旋转，并适当的选择乘积d·△n，便可实现白色上有深蓝以至在黑色上有淡黄的对比。

图2表示根据本发明来驱动一显示装置的可行方法的原理。三行电极K、L及M和三列电极D、E及F均在图中示出。行选择脉冲值V₁被逐次地接至行电极K、L、M，同时电压脉冲值±V_c接至所有列电极。显示单元被接至一瞬时扫描行电极时，一电压V₁+V_c接至被选择单元并一电压V₁-V_c被接至非选择单元。其余单元则保持在电压±V_c。图中非选择单元被画上暗线。

图3表示显示单元的开关如何由稳定的“关”状态达到稳定的“关”状态。一具有帧象时间t_f而在瞬时t＝t₀之前的帧周期及在瞬时t＝t₀之后的帧周期被画在水平时间轴t上。在稳定“关”状态中的显示单元，其跨越所说单元每帧的电压变化以瞬时t＝t₀之前的帧表示出来。它表示该单元在行时间t₁内以帧象时间t_f传送一电压｜V₂-V_c｜，而在时间t_f-t₁内传送电压｜V_c｜。在稳定“开”状态中的显示单元，其特征以瞬时t＝t₀之后的每帧周期电压变化表示出来。其中该单元在行时间t₁传送电压｜V₁+V_c｜而在时间t_f-t₁传送电压｜V_c｜。在瞬时t＝t₀，数据电压（V_c）的极性会改变，以使在其后续行时间t₁有一“开”脉冲电压｜V₁+V_c｜接至该单元。换言之，该单元在瞬时t＝t₀时会自稳定的“关”状态转换至稳定的“开”状态。图4所示为在t＝t₀时，该单元自稳定的“关”状态转换至稳定的“开”状态时的传输响应。与此相似，图5表示在t＝t₁时，该单元自稳定的“开”状态转换至稳定的“关”状态时的传输响应。

图4及5分别表示在对应帧时间10、17.5、25及60微秒的四种情况A、B、C、D下的传输响应曲线。在所有情况下曲线都是由一具有128行电极（多路转换比为128）的液晶显示器件产生的，而其构造可参考如图1中以图解法表示的显示器件。将该单元自一稳定状况带至另一稳定状况所需要的时间可由图4及5得出。下表所示为以微秒计算的开关时间，而开关时间在下类中被定义为介于稳定的“关”与“开”状态之间能达到最大传输变化的90%所需的时间。

该表亦表示了选择不同帧时间时，以伏特来计算的行选择电压（V₁）及数据电压（V_c）。

帧象时间 V₁V_c“开” “关”

（微秒）    （伏特）    （伏特）    （微秒）    （微秒）

A    10    19.5    1.36    130    135

B    17.5    17.5    1.34    100    110

C    25    16.5    1.39    70    100

D    60    15.2    1.33    在帧象时间内    在帧象时间内

现参考图4及5中的情况A描述一显示单元传输反应曲线的变化。图中所示为时间t的传输函数T，以t＝t₀时转换为“开”，在t＝t₁时转换为“关”。在瞬时t＝t₀以前，显示单元处于稳定的“关”状态（见图3）。在一帧时间内，单元所示的传输是由背景电平T_b2及一具有峰高度

₂的峰值响应叠加而成（见图5A）。由传输响应曲线可达“开”状态，该曲线是分别将以终值为T_b1及

₁背景电平及峰值响应叠加而成。在帧象时间内，这些终值能让处于稳定“开”状态的单元来表示该传输。所说传输因此便由背景电平T_b1及具有峰高度

₁的峰值响应叠加而成，峰值高度T₁大于等于0.5（T_b1-T_b2）。情况B、C及D是以相似方式表示具有较长帧象时间的显示单元的开关动作。当帧时间增加，比率 ₁/（T_b1-T_b2）亦增加。

情况D中，第一帧时间出现于t＝t₀之后，此时该单元所示的传输响应曲线与每个后继的帧时间所示者相等。然而，60微秒的帧时间会因太长而出现图象闪烁，因为每60微秒内，传输会达到最大值并再返回一低传输电平。为了避免这种情况，应选择约30微秒（情况C）作为帧象时间。根据本发明而成的这种显象器件，在此情况下作电视显视是可行的。

配合所述的方法而成的显示器件，可由图4及5导致有快速的开关时间。

关系于所述实施方案的液晶混合物为ZLI    1694及1.19%    S811。满足本发明目标的液晶混合物的其他无限制性例子可自一群含有：

ZLI1694及1.79%    CB15;ZLI2293及1.69%    CB15;

ZLI2293及1.32%    S811;ZLI2222-100及1.75    CB15;

ZLI1557及1.69%    CB15;ZLI1840及1.5%    CB15;以及

ZLI1957/5及1.76%    CB15的混合物选择而得。添加剂CB15是由BHD氏化学制品厂以这个商品名称销售，根据其报告书，它由正氰基-4′-（2-甲基）-异丁基联苯组成。

Claims (9)

1、一包含液晶显示的显示器件，该液晶显示至少具有一极化器，并包括含两面对的平行支撑片，而且彼此保持一距离d，并于支撑片的一面提供一帧面的行电极，于另一支撑片的一面提供一帧面的列电极，行电极跨越列电极并于相交，交点形成一显示阵列，在支撑片之间置有一层含有胆留醇类添加剂的向列液晶，此液晶具有正介质各向导性及自然节距p，该显示器件的特征是d/p比率具有介于0.5与1之间的值，所说平面显示了一取向层，它在厚度为d的夹层上为液晶分子的纵轴平均方向(定向偶极子)提供一介于π与2π之间的旋转增量，并为一平面上的分子提供介乎0°与70°之间的倾斜角度，以及为上述另一平面上的分子提供介乎5°与70°之间的倾斜角度，该器件还含有一用来扫描的行扫描电路，此电路在一帧象时间tf内逐次且周期地将一选择脉冲接至行电极；该器件并含有一列选择电路，此电路在一行电极被扫描的时间内将数据脉冲接至列电极，以选择由第一状态转至与第一状态从光学上说是不同的第二状态的单元，行选择脉冲、数据脉冲及帧象时间tf的选择需使帧象时间内处于稳定状态的一显示单元表示一传输，此传输是将背景电平Tb₁及具有一峰高度为

的峰值响应叠加而成。同样也需在帧时间内，使处于稳定“关”状态的一显示单元表示一传输，此传输是将背景电平Tb₂及具有一峰高度为 的峰值响应叠加而成；并且也能使从稳定“关”状态转换成稳定“开”状态的一显示单元通过一传输响应曲线达到所说“开”状态，该传输响应曲线是分别将背景电平Tb₁及峰值响应所具有的终值

叠加，

大于或等于0.5(Tb₁-Tb₂)。

2、权项1中所述的显示器件，其特征是在第一帧时间内自稳定“关”状态转至稳定“开”状态的一显示单元所表示的传输响应，与每个后继帧时间所表示者相等。

3、权项1或2中所述的显示器件，其特征是d/p比率约等于0.75，在厚度为d的夹层上的定向偶极子表示了一至3/2π弧度的旋转增量，而夹层厚度d则小于8微米。

4、权项1、2或3中所述的显示器件，其特征是该前支撑片及后支撑片包含一极化器。

5、权项1、2或3中所述的显示器件，其特征是含有第一液晶显示及置于其后的第二液晶显示，第一显示的前支撑片与第二显示的后支撑片包含一极化器，在两显示之间有一共用的极化器。

6、权项4中所述的显示器件，其特征是在后支撑片的极化器上有一反射器。

7、上述任一权项中所述的显示器件，其特征是行扫描电路提供电压为V₁的行选择脉冲，列选择电路提供电压为±V_c的数据脉冲，而且，在行时间内，显示单元接至一瞬时扫描行电极，选择显示单元传送一电压V₁+V_c，非选择显示单元传送电压V₁-V_c，而没有接至瞬时扫描行电极的所有单元则传送电压±V_c。

8、上述任一权项中所述的显示器件，其特征是数据脉冲由图象信息在脉冲周期内调制的脉冲。

9、上述任一权项中所述的显示器件，其特征是该器件与字母数字或电视显示装置有关。

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