CN1653382A - 具有梳状结构图像电极的双稳态液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

在基于双稳态向列效应的液晶显示装置中，通过提供梳齿(23)之间距离改变的梳状结构，或者至少一个梳齿的宽度改变的梳状结构的图像电极(15)，可获得更多的稳定的灰度级。

Description

具有梳状结构图像电极的双稳态液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种在第一基板与第二基板之间包括向列液晶材料的液晶显示装置，至少一个基板设有定义图像元素(象素)的电极，该装置包括用于在两种稳定状态之间驱动图像元素的驱动装置，处于稳定状态的液晶分子从一个基板向另一基板观察时具有不同扭转角。
背景技术
基于向列液晶材料双稳定性的液晶显示效应是众所周知的。一个例子是呈现出两种稳定状态的超扭曲向列效应，其应用于从移动电话到膝上型电脑的众多显示应用中。例如，Dozov等已经描述了其他的双稳态电光效应(“Recent Improvement of Bistable nematic Displays Switchedby Anchoring Breaking”，SID 2001，第224-7页)。
如果更新频率较低的话，双稳态液晶显示器具有非常低的功耗。这样使其特别适用于移动装置如电子书籍中。不过在这些应用中，对于显示具有颜色、灰度级和视频内容的图像的可能性需求不断增长。
双稳态电光效应通常不太可能完全满足这些要求。Xie等人描述了对于所谓的π双稳态扭曲向列液晶显示器实现灰度级(Bistable TwistedNematic Liquid Crystal Displays with Permanent Grayscales andFast Switching)，SID 01 Digest，第228-231页(2001)，其中电极具有包括梳齿的梳形结构。在施加切换电压时，另一(象素)电极与梳形电极之间存在高电场。这就导致在梳齿的边缘处产生散射场(fringefield)，在该处场力线不垂直于电极平面。边缘场导致梳形电极处液晶的锚定破坏，并且取决于电压，可获得高扭曲或低扭曲状态。
尽管Xie等人已经证明通过用中间电压驱动可获得灰度级，不过在获得可复现的灰度级方面依然存在问题。在梳形电极的边缘附近，锚定破坏，一部分象素被切换到另一稳定态，而另一部份象素依然保持初始状态。通过这种驱动方法，难以获得可复现的灰度级，尤其是当从一个灰度级向另一灰度级驱动时更是如此。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种具有可复现灰度级的双稳态液晶显示装置而克服这些缺陷。
为此，在根据本发明的液晶显示装置中，电极至少部分地具有梳齿之间距离改变的梳状结构，或者至少一个梳齿的宽度改变的梳状结构。
“至少部分地具有梳状结构”表明，这种梳状结构的梳齿的端部可以例如通过公共电极条再次相互连接。
本发明基于以下认识，即图像元素(象素)中黑和白畴的相对大小，不是仅取决于成核(nucleation)和生长，而主要是受梳状结构的控制。象素的不同部分中出现的用于完全切换的阈值电压不同。在某些寻址电压中，部分图像元素(象素)将发生切换，而另一些象素将不发生切换。
一方面，通过相邻梳齿之间不同的齿间距离，可实现梳齿之间距离的改变。
另一方面，两个梳齿的相对侧可具有阶梯状边缘。
优选，两相邻梳齿的相对侧具有成核中心(例如锥形结构)。
更普遍而言，本发明基于以下认识，即图像元素(象素)中黑和白畴的相对大小主要由电场分布的(受控)改变来控制，也可由至少部分地具有开口结构、电极区域上开口的形状或面积不同的电极获得。
根据下面所述的实施例显然可得出本发明的这些和其他方面，并且参照下述实施例进行说明。
附图说明
图1为显示装置的电路图，
图2为根据本发明的装置的显示单元的剖面图，
图3、4、5、6和7为根据本发明的装置的显示单元中图像电极的平面图，以及
图8表示根据本发明的装置的显示单元中另一图像电极的平面图。
附图是示意性的，没有依照比例绘出；通常用相同附图标记表示相应部件。
具体实施方式
图1为可采用本发明的显示装置1的一部分的等效电路图。在一种可能的实施方式(一种驱动模式，称作“无源模式”)中包括由行或选择电极7与列或数据电极6的相交区域定义的象素8的矩阵。通过行驱动器4连续选择行电极，而通过数据寄存器5为列电极提供数据。为此，如果需要的话首先在处理器3中对输入数据2进行处理。通过驱动线9，在行驱动器4与数据寄存器5之间产生互同步。
在另一种可能的实施方式(另一种驱动模式，称作“有源模式”)中，来自行驱动器4的信号通过栅极与行电极7电连接且源极与列电极电连接的薄膜晶体管(TFT)10选择图像电极。列电极6处的信号经由TFT传输给像素8的图像电极，而该图像电极与漏极连接。其它图像电极例如与一个(或多个)公共反电极连接。在图1中，仅示意地表示出一个薄膜晶体管(TFT)10，作为例子。
图2为处于两基板13、14之间的液晶材料12的一部分的剖面图，其中基板为例如玻璃或(柔性)合成材料，分别设有(ITO或金属)图像电极15和反电极19。如Xie等人所述(Bistable Twisted Nematic LiquidCrystal Displays with Permanent Grayscales and Fast Switching，SID 01 Digest，第228-231页，2001)，双稳态装置还包括另一平面电极17，平面电极17通过介电层18与图像电极15电绝缘。该装置还包括取向层19、19’和偏振片20、21。图2中用双头箭头22表示一个图像元素(象素)的尺寸。
根据本发明，电极15具有梳齿间距离改变的梳状结构。如图3中所示，两相邻梳齿23之间的距离分别为4a，2a和1.5a。通过这种方法，象素的不同部分中存在用于完全切换的不同阈值电压。在某些寻址电压，一些部分象素将发生切换，而其它部份将不发生切换。由此，如Xie等人所述，象素中黑和白畴的相对大小由梳状电极的结构控制，而不是取决于畴的成核和生长。还采用梳齿23的宽度改变的梳状结构，如图4(a)，4(c)所示，或者两个相邻梳齿之间的距离24改变同时梳齿23的宽度基本恒定的结构，如图4(b)中所示。
在图5所示的实施例中，在黑和白畴看起来在象素上更加均匀地排列。
通过在已经定义的用于成核过程生长的点的位置处采用一种隔板，获得不连续阶的灰度级(和高复现性)。实现这一目的的一种方法，是采用图6的实施方式中所示的阶梯功能部件(step functions)。当然，增加台阶数会增加灰度级数。图7中表示出另一种解决方案，其中采用图4中所示的类似的梳状电极，不过增加了一个小的结构(在本例中为锥形结构)以阻止在已经明确定义的点上稳定状态成核。
本发明的保护范围不受所述实施例的限制。如引言部分所示，梳齿24可通过图3到7中用虚线表示的另一电极条26相互连接。
在图8中，示出了在电场分布的图像元素(象素)改变中黑和白畴的相对大小，通过具有开口29的结构的电极，可实现对图像元素(象素)中黑和白畴的相对大小的控制。通过改变电极区域上开口的形状或面积，在其他双稳态显示效应中可获得类似益处(更多稳定的灰度级)。
本发明存在于每一个新颖特征以及特征的每种组合中。权利要求中的附图标记不限制其保护范围。使用动词“包括”及其变形，不排除存在除权利要求中所述及以外的元件或步骤。元件前面的冠词“一个”不排除存在多个这种元件。

Claims (10)

1、一种液晶显示装置，包括处于第一基板和第二基板之间的向列液晶材料，至少一个基板设有定义图像元素的电极，该装置包括驱动装置，用于在两种稳定状态之间的范围中驱动图像元素，处于稳定状态的液晶分子从一个基板向另一基板观察时具有不同的扭转角，该电极至少部分地具有梳齿之间距离改变的梳状结构或者至少一个梳齿的宽度改变的梳状结构。
2、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中两梳齿的相对侧具有阶梯状边缘。
3、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中两个相邻梳齿之间的齿间距离不同。
4、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中沿电极的边缘形成成核中心。
5、如权利要求4所述的液晶显示装置，其中两相邻梳齿的相对侧具有成核中心。
6、如权利要求5所述的液晶显示装置，其中两梳齿的相对侧设有锥形结构。
7、一种液晶显示装置，包括处于第一基板与第二基板之间的向列液晶材料，至少一个基板设有定义图像元素的电极，该装置包括驱动装置，用于在两种稳定状态之间的范围中驱动图像元素，处于稳定状态的液晶分子在从一个基板向另一基板观察时具有不同扭转角，电极至少部分地具有开口结构，开口的形状或面积在电极区域上变化。
8、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中成核中心沿电极的边缘形成或者处于电极的开口内。
9、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中在第一基板上包括处于驱动电极与图像电极之间的开关元件。
10、如权利要求9所述的液晶显示装置，其中在第一基板上包括行电极和列电极，所述开关元件为薄膜晶体管。
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