CN1141682C - 彩色液晶显示器件及其制法 - Google Patents

Abstract

一种新型彩色液晶显示器件，其特点是它的显示屏由两个液晶屏构成。A型液晶屏是多色液晶显示屏，由两片偏振片和一只有两组滤光膜和液晶单元的液晶盒构成，可进行双色或三色或三基色显示。B型液晶屏由一片偏振片和一只液晶盒构成，具有色闸或光闸作用，通过两个液晶屏的共同作用进行全色显示。此种新型器件具有分辨率高、亮度高、对比度好和成本低等优点，与现有的彩色液晶显示器件相比，其分辨率显著提高，成本可显著降低。

Description

彩色液晶显示器件

本发明是关于一种新型彩色液晶显示器件。

目前液晶显示器件(即LCD)发展迅速，用途日益广泛，在各种平板显示器件中位居前茅。液晶显示器件的特点是功耗小，工作电压低，很薄，重量轻，可靠和寿命长。在黑白模式的基础上，采用背光源和彩色滤光膜，可以实现彩色显示。采用带有彩色滤光膜的有源矩阵液晶显示屏(TFT矩阵液晶显示屏)和增加矩阵结构精细度，可以获得高对比度和高分辨率的彩色图像显示。由于采用红、绿和蓝三色滤光膜和TFT矩阵结构，使TFT矩阵液晶显示屏的制造过程变得相当复杂，因此成品率低，成本很高。另外，要进一步提高分辨率也受到了很大限制。

本发明提出一种结构新颖、与现有的彩色液晶显示器件结构完全不同的新型彩色液晶显示器件，其液晶显示屏由两个液晶屏构成，通过彩色滤光膜和液晶色闸或光闸的共同作用进行彩色显示。在保持高亮度、高对比度和高分辨率的情况下，可使彩色液晶显示器件的成本显著降低，并使彩色液晶显示器件分辨率显著提高，从而彻底解决了上述问题。

下面进行详细说明。

为了获得彩色液晶显示，目前彩色液晶显示器件都采用彩色滤光膜方式，即采用专门的光源照射液晶盒，在液晶盒内有大量液晶单元，每个液晶单元上都有一个滤光膜，液晶单元起光闸作用，红、绿、蓝三基色滤光膜和对应的三个液晶单元组成一个像素。要显示某一单色时，该单色滤光膜下的液晶单元开通为透明态，另外两个滤光膜的液晶单元被遮断，当三个液晶单元都开通，但开断时间不同时，就可以显示各种颜色。为了提高图像对比度，增加响应时间，目前都采用TFT矩阵彩色液晶显示器件，其显示屏结构如下：先在一块玻璃基板上形成互相绝缘的行电极和列电极，再在其交点上采用薄膜技术和光刻技术制作TFT。TFT的栅极、源极和漏极分别引线，连接到行电极、列电极和显示单元。在另一块玻璃基板上形成为所有显示单元共有的公共电极，与下面显示单元相对应，还制作有红、绿、蓝三组滤光膜，液晶材料则嵌入两块玻璃基板之间，构成液晶盒(LCC)。在两块玻璃基板外侧各有一片中性偏振片(偏振片用P表示)。液晶盒为半波延迟器，当它处于“off”状态时，液晶呈现出双折射效应，具有半波延迟的作用，可以使入射偏振光从液晶盒中出射时旋转90°。当液晶盒处于“on”状态时，液晶不呈现双折射效应，入射的偏振光通过液晶盒而不受影响。通过控制液晶盒的工作状态和红、绿、蓝滤光膜的作用，就能进行彩色显示。

从以上分析可知：由于TFT矩阵彩色液晶显示屏制作过程很复杂，其玻璃基板上需要布满大量精细的TFT，因此成品率低，并且随着像素增加，成品率迅速下降。要进一步提高这种结构的液晶屏分辨率，将更加困难。

如果将上述TFT矩阵彩色液晶显示屏分成两个液晶屏：一个液晶屏(称为A型液晶屏)为多色液晶显示屏，它由两片偏振片和一只液晶盒构成，在液晶盒内基板上设置两组互为补色的滤光膜和液晶单元，可进行双色或非全基色性三色或三基色显示。另一个液晶屏(称为B型液晶屏)由一只液晶盒和一片偏振片构成，具有色闸(CS)或光闸作用，通过改变B型液晶屏工作状态，它能只让某种颜色的光通过或阻止光通过。这样通过A型液晶屏和B型液晶屏的共同作用，可将多色显示转变成全色显示。

例如第一液晶屏为双色液晶显示屏，其液晶盒中有蓝色和黄色两组滤光膜，在相应蓝色和黄色滤光膜位置上分别设置两组具有TFT结构的液晶单元。在液晶盒两外侧各有一中性偏振片(RGB-O，O表示吸收轴，前者为垂直偏振轴，后者为水平偏振轴，在下文中意义相同)，其吸收轴方向相同。第二液晶屏为B型液晶屏，由一只液晶盒和一片彩色偏振片(RB-GB)组成，具有红-绿双色CS作用，在相应第一液晶屏中蓝色和黄色滤光膜位置上设置一组具有TFT结构的液晶单元。当第一液晶屏中与蓝色滤光膜以及黄色滤光膜对应的液晶单元都处于“on”状态时，无论第二液晶屏处于何种状态，背光源发出的白光通过第一液晶屏、蓝色滤光膜和第二液晶屏后，成为蓝光。背光源发出的白光通过第一液晶屏和黄色滤光膜后，成为黄光，它在通过第二液晶屏时，由于其不同的状态，第二液晶屏可截止黄光中的红光或绿光，使黄光变成绿光或红光。这样通过第一液晶屏和第二液晶屏的共同作用，可将双色显示转变成全色显示。

第一液晶屏也可为非全基色性三色液晶显示屏，它与双色液晶显示屏的结构基本相同，例如在液晶盒中有蓝色和黄色两组滤光膜，在相应蓝色和黄色滤光膜位置上也设置两组具有TFT结构的液晶单元。不同的是液晶盒两外侧分别有一片彩色偏振片(RGB-R)和一片中性偏振片(RGB-O)。根据滤光膜和液晶盒的不同状态，第一液晶屏可显示蓝、黄和红三种颜色。第二液晶屏为B型液晶屏，由一只液晶盒和一片彩色偏振片(RGB-GB)构成，具有红色CS作用。根据液晶盒的不同状态，第二液晶屏可使蓝光和红光通过，并可阻止黄光中红光通过，使黄光变为绿光。这样通过第一液晶屏和第二液晶屏共同作用，可将非全基色性三色显示转变成全色显示。

第一液晶屏还可为三基色液晶显示屏，例如其液晶盒两外侧分别有一片彩色偏振片(RB-G)和一片中性偏振片(RGB-O)。根据滤光膜和液晶盒不同状态，第一液晶屏可以显示蓝、绿和红三种颜色。第二液晶屏为B型液晶屏，由一只液晶盒和一片彩色偏振片(RGB-B)构成，具有红-绿双色光闸作用。根据液晶盒的不同状态，第二液晶屏可让第一液晶屏发出的绿光或红光通过或截止。无论第二液晶屏处于何种状态，它都可让第一液晶屏发出的蓝光通过。这样通过第一液晶屏和第二液晶屏的共同作用，可将三基色显示转变成全色显示。

通过控制液晶单元3A-1、3A-2和3B的开关时间，上述三种彩色液晶显示器件中红、绿和蓝光的亮度都可以独立地改变。它们不仅可用于彩色显示，并且可用于彩色显像。

在上述三种多色液晶显示屏的液晶盒中，两组互为补色的滤光膜都选择蓝色和黄色滤光膜，除了这两种滤光膜外，还可以选择红色和青色滤光膜或绿色和品红色滤光膜。在上述三种彩色液晶显示器件中，除了选择上述排列组合的偏振片外，还可选择多种排列组合不同的偏振片和其它的偏振片。以上说明不仅对彩色TFT矩阵液晶显示器件适用，并且对非TFT有源彩色矩阵液晶显示器件和无源彩色矩阵液晶显示器件也适用。

另外，在上述三种彩色液晶显示器件中，都选择第一液晶屏为A型液晶屏，第二液晶屏为B型液晶屏，也可以选择第二液晶屏为A型液晶屏，第一液晶屏为B型液晶屏。需指出的是：为了易于说明起见，A型液晶屏都是以入射光为白光作为标准进行分类的，而B型液晶屏作用是相对于A型液晶屏而言的，即以A型液晶屏的出射光作为判断标准的。

总之，本发明的彩色液晶显示器件的液晶显示屏由两个液晶屏所构成：A型液晶屏为多色液晶显示屏，由两片偏振片和一只液晶盒构成，在液晶盒内基板上设置滤光膜和液晶单元，B型液晶屏由一只液晶盒和一片偏振片构成，通过两个液晶屏的共同作用进行彩色显示。多色液晶显示屏构成如下：在一对透明基板间有液晶层，在液晶盒内基板上设置两组互为补色的滤光膜，在相应滤光膜的位置上设置两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上各设置一片偏振片，根据电压“on”或“off”状态，液晶分子排列方向不变或改变，从而使入射光的偏振方向不变或旋转90°而通过液晶层。B型液晶屏构成如下：在一对透明基板之间有液晶层，在液晶盒内基板上设置一组液晶单元或一组具有TFT结构的液晶单元，在基板的外侧上只设置一片偏振片，根据电压“on”或“off”状态，液晶分子排列方向不变或改变，从而使入射光的偏振方向不变或旋转90°而通过液晶层，B型液晶屏具有色闸或光闸作用。根据A型和B型液晶屏的具体结构，可获得以下几类彩色液晶显示器件：

1.A型液晶屏为非全基色性三色液晶显示屏或非全基色性三色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜位置上设置两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有单色色闸作用。

2.A型液晶屏为双色液晶显示屏或双色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有双色色闸作用。

3.A型液晶屏为三基色液晶显示屏或三基色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜位置上设置两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有光闸作用。

上述彩色液晶显示器件中，A型液晶屏中两组滤光膜均为点状，或一组为点状，另一组为条状，在相应两组滤光膜位置上的两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元也均为点状，或一组为点状，另一组为条状，在B型液晶屏中液晶单元或具有TFT结构的液晶单元为点状或条状。

下面以实例具体说明。

实例1

图1为本发明的彩色液晶显示器件结构图。第一液晶屏为A型液晶屏——非全基色性三色液晶显示屏，其构成如下：在玻璃基板2A和玻璃基板7A之间为液晶层4A，在基板2A内表面上形成两组具有TFT结构的点状液晶单元3A-1和3A-2，在基板7A的内表面形成滤光膜6A，它分为蓝色滤光膜CF-1和黄色滤光膜CF-2，它们分别与3A-1和3A-2相对应，其上为公共透明电极5A，在基板2A和7A外表面分别贴附一片彩色偏振片1A(RGB-R)和一片中性偏振片8A(RGB-O)。第二液晶屏为B型液晶屏，具有红色色闸作用，其构成如下：在玻璃基板2B和玻璃基板6B间为液晶层4B，在基板2B的内表面对应蓝色滤光膜CF-1和黄色滤光膜CF-2的位置上形成一组具有TFT结构的点状液晶单元3B，在基板6B内表面形成公共透明电极5B，在基板6B外表面贴附一片彩色偏振片7B(RGB-GB)。

当A型液晶屏中与蓝色滤光膜CF-1对应的液晶单元3A-1处于“on”状态时，无论第二液晶屏处于何种状态，背光源发出的白光通过两个液晶屏和蓝色滤光膜CF-1后，成为蓝光。通过控制液晶单元3A-1的开关时间，可以改变蓝光亮度。当A型液晶屏中与蓝色滤光膜CF-1对应的液晶单元3A-1处于“off”状态、与黄色滤光膜CF-2对应的液晶单元3A-2处于“on”状态和液晶单元3B处于“off”状态时，背光源发出的白光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为绿光。通过控制液晶单元3A-2的开关时间，可改变绿光亮度。当A型液晶屏中与蓝色滤光膜CF-1以及与黄色滤光膜CF-2所对应的液晶单元都处于“off”状态、而液晶单元3B处于“on”状态时，背光源发出的白光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为红光。通过控制液晶单元3B的开关时间，可改变红光亮度。这种新型彩色液晶显示器件不仅可用于彩色显示，并且可用于彩色显像。

实例2-4

	例2	例3	例4
				A型液晶屏B型液晶屏P1P2P3CF-1CF-23A-13A-23B	P1+LCC1+P2LCC2+P3RGB-GRGB-ORGB-RB蓝色、点状黄色、点状点状点状点状	P2+LCC2+P3P1+LCC1RGB-GBRGB-ORGB-R蓝色、点状黄色、点状点状点状点状	P2+LCC2+P3P1+LCC1RGB-RBRGB-ORGB-G蓝色、点状黄色、点状点状点状点状

在实例2-4中彩色液晶显示器件的A型液晶屏均为非全基色性三色TFT液晶显示屏，其中在实例2中第一液晶屏为A型液晶屏，第二液晶屏为B型液晶屏，在实例3和4中第二液晶屏为A型液晶屏，第一液晶屏为B型液晶屏。按照实例1的类似说明，此类彩色液晶显示器件可用于彩色显示和彩色显像。

实例5

图2为本发明的彩色液晶显示器件结构图。第一液晶屏为A型液晶屏——双色液晶显示屏，其构成如下：在玻璃基板2A和玻璃基板之7A间为液晶层4A，在基板2A内表面上形成两组具有TFT结构的点状液晶单元3A-1和3A-2，在基板7A内表面形成滤光膜6A，包括蓝色滤光膜CF-1和黄色滤光膜CF-2，它们分别与3A-1和3A-2对应，其上为公共透明电极5A，在基板2A和7A外表面各贴附一片中性偏振片1A(RGB-O)和8A(RGB-O)。第二液晶屏为B型液晶屏，具有红-绿双色色闸作用，其构成如下：在玻璃基板2B和玻璃基板6B之间为液晶层4B，在基板2B内表面对应蓝色滤光膜CF-1和黄色滤光膜CF-2位置上形成一组具有TFT结构的条状液晶单元3B，在基板6B内表面形成公共透明电极5B，在基板6B外表面贴附一片彩色偏振片7B(KB-GB)。

当A型液晶屏中液晶单元3A-1处于on”状态时，无论第二液晶屏处于何种状态，背光源发出的白光通过两个液晶屏和蓝色滤光膜CF-1后，成为蓝光。通过控制液晶单元3A-1的开关时间，可改变蓝光亮度。当A型液晶屏中液晶单元3A-1处于“off”状态、液晶单元3A-2处于“on”状态和液晶单元3B处于“off”状态时，背光源发出的白光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为绿光。通过控制液晶单元3A-2开关时间，可以改变绿光亮度。当A型液晶屏中液晶单元3A-1处于“off”状态、液晶单元3A-2和液晶单元3B都处于“on”状态时，背光源发出的白色光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为红光。通过控制液晶单元3A-2的开关时间，可改变红光亮度。这种新型彩色液晶显示器件不仅可以用于彩色显示，并且可用于彩色显像。

实例6-9

	例6	例7	例8	例9
					A型液晶屏B型液晶屏P1P2P3CF-1CF-23A-13A-23B	P1+LCC1+P2LCC2+P3RGB-ORG-BRB-GB蓝色、点状黄色、点状点状点状条状	P1+LCC1+P2LCC2+P3RG-BRG-BRB-GB蓝色、点状黄色、点状点状点状条状	P1+LCC1+P2LCC2+P3G-RBG-RBRGB-B蓝色、点状黄色、点状点状点状条状	P2+LCC2+P3P1+LCC1RB-GBRGB-ORGB-O蓝色、点状黄色、点状点状点状条状

在实例6-9中，彩色液晶显示器件的A型液晶屏均为双色TFT液晶显示屏，其中在实例6、7和8中第一液晶屏为A型液晶屏，第二液晶屏为B型液晶屏，具有红-绿双色色闸作用，在实例9中第二液晶屏为A型液晶屏，第一液晶屏为B型液晶屏，具有红-绿双色色闸作用。按照实例5的类似说明，此类彩色液晶显示器件均可用于彩色显示和彩色显像。

实例10

图3为本发明的彩色液晶显示器件结构图。第一液晶屏为A型液晶屏——三基色液晶显示屏，其构成是：在玻璃基板2A和玻璃基板7A间为液晶层4A，在基板2A内表面上形成一组具有TFT结构的点状液晶单元3A-1和一组具有TFT结构的条状液晶单元3A-2，在基板7A内表面形成滤光膜6A，分为点状蓝色滤光膜CF-1和条状黄色滤光膜CF-2，它们分别与3A-1和3A-2对应，其上为公共透明电极5A，在基板2A和基板7A外表面各贴附一片彩色偏振片1A(RB-G)和一片中性偏振片8A(RGB-O)。第二液晶屏为B型液晶屏，具有红-绿双色光闸作用，其构成是：在玻璃基板2B和基板6B间为液晶层4B，在基板2B内表面相应于蓝色滤光膜CF-1和黄色滤光膜CF-2位置上形成一组具有T F T结构的点状液晶单元3B，在基板6B内表面形成公共透明电极5B，在基板6B外表面贴附一片彩色偏振片7B(RGB-B)。

当A型液晶屏中液晶单元3A-1处于“on”状态时，无论第二液晶屏处于何种状态，背光源发出的白光通过两个液晶屏和蓝色滤光膜CF-1后，成为蓝光。通过控制液晶单元3A-1开关时间，可改变蓝光亮度。当A型液晶屏中液晶单元3A-1处于“off”状态、液晶单元3A-2和液晶单元3B都处于“on”状态时，背光源发出的白光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为红光。通过控制液晶单元3B的开关时间，可以改变红光亮度。当A型液晶屏中液晶单元3A-1和液晶单元3A-2都处于“off”状态以及液晶单元3B处于“on”状态时，背光源发出的白光通过两个液晶屏和黄色滤光膜后，成为绿光。通过控制液晶单元3B的开关时间，可改变绿光亮度。这种新型彩色液晶显示器件可用于彩色显示和彩色显像。

实例11-14

	例11	例12	例13	例14
					A型液晶屏B型液晶屏P1P2P3CF-1CF-23A-13A-23B	P1+LCC1+P2LCC2+P3RB-GRG-BRGB-B蓝色、点状黄色、条状点状条状点状	P2+LCC2+P3P1+LCC1RGB-ORG-BRB-GB蓝色、点状黄色、条状点状条状点状	P1+LCC1+P2LCC2+P3RB-GRG-BRB-GB蓝色、点状黄色、条状点状条状点状	P2+LCC2+P3P1+LCC1RB-GRG-BRB-GB蓝色、点状黄色、点状点状点状条状

在实例11-14中，彩色液晶显示器件中的A型液晶屏均为三基色TFT液晶显示屏，其中在实例11和13中第一液晶屏为A型液晶屏，第二液晶屏为B型液晶屏，在实例12和14中第二液晶屏为A型液晶屏，第一液晶屏为B型液晶屏，B型液晶屏具有红-绿双色光闸作用。按照实例10的类似说明，此类彩色液晶显示器件均可用于彩色显示和彩色显像。

实例15

图4为本发明的彩色液晶显示器件结构图，其基本结构与实例10中的器件结构很相似。A型液晶屏结构完全一样，B型液晶屏的区别仅仅在于彩色偏振片1B(RGB-B)的位置不同，在本例中，彩色偏振片在液晶盒前面。按照实例10的类似说明，此类彩色液晶显示器件可用于彩色显示和彩色显像。

图1-图4为本发明的各种彩色液晶显示器件的结构图。

A、B分别表示A型液晶屏和B型液晶屏。1A、8A、7B和1B表示偏振片，2A、7A、2B和6B表示玻璃基板，3A-1、3A-2和3B表示液晶单元，4A和4B表示液晶层，5A和5B表示公共透明电极，6A表示滤光膜，CF1和CF2分别表示蓝色滤光膜和黄色滤光膜。在各图中最左边的图形分别表示与之对应的偏振片1A、8A、7B和1B的垂直、水平偏振轴，R、G、B分别表示红、绿和蓝色，O表示中性偏振片的吸收轴。

Claims (9)

1.一种彩色液晶显示器件，其特征是它的液晶显示屏由两个液晶屏所构成，其中A型液晶屏为多色液晶显示屏，由两片偏振片和一只液晶盒构成，在液晶盒内基板上设置滤光膜和液晶单元，B型液晶屏由一片偏振片和一只液晶盒构成，通过A型液晶屏和B型液晶屏的共同作用进行彩色显示。

2.根据权利要求1的彩色液晶显示器件，其特征是它的A型液晶屏构成是：在一对透明基板之间有液晶层，在液晶盒内基板上设置两组互为补色的滤光膜和两组液晶单元，在基板两外侧上各设置一片偏振片，根据电压“开”或“关”状态，液晶分子排列方向不变或改变，从而使入射光的偏振方向不变或旋转90°而通过液晶层，B型液晶屏的构成是：在一对透明基板之间有液晶层，根据电压“开”或者“关”状态，液晶分子排列方向不变或改变，从而使入射光的偏振方向不变或旋转90°而通过液晶层，B型液晶屏具有色闸或光闸作用。

3.根据权利要求2的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为双色液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有双色色闸作用。

4.根据权利要求3的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为双色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有双色色闸作用。

5.根据权利要求2的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为非全基色性三色液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有单色色闸作用。

6.根据权利要求5的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为非全基色性三色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上各设置一片偏振片，B型液晶屏具有单色色闸作用。

7.根据权利要求2的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为三基色液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有双色光闸作用。

8.按权利要求7的彩色液晶显示器件，其特征是A型液晶屏为三基色TFT液晶显示屏，在相应两组滤光膜的位置上设置两组具有TFT结构的液晶单元，在基板两外侧上分别设置一片偏振片，B型液晶屏具有双色光闸作用。

9.根据权利要求3-8中任一项的彩色液晶显示器件，其特征是在A型液晶屏中两组滤光膜均为点状，或一组为点状，另一组为条状，在相应两组滤光膜位置上的两组液晶单元或两组具有TFT结构的液晶单元也均为点状，或一组为点状，另一组为条状，在B型液晶屏中液晶单元或具有TFT结构的液晶单元为点状或条状。

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