液晶參數與蓋板厚度間有優化關係的等離子體編址顯示屏的製作方法

2023-12-06 03:31:06 2

專利名稱：液晶參數與蓋板厚度間有優化關係的等離子體編址顯示屏的製作方法
本申請要求1996年7月12日提交的美國臨時申請60/021677的權利。
本發明涉及具有液晶參數與蓋板厚度之間優化關係的等離子體編址液晶顯示屏。
美國專利5077553公開了一種用於編址數據存儲元件的裝置。美國專利5077553所示裝置的實際操作如圖2所示。
圖2的顯示屏包括，從下面開始，偏振器2、溝道基片4、蓋板6(通常稱為微板)、扭轉向列(TN)液晶材料層10、平行透明數據驅動電極陣列(在圖2中只能看到其中之一，標為12)、承載數據驅動電極的上基片14、和上偏振器16。溝道基片2一般由玻璃製成並在其上主表面形成有多條平行溝道20。溝道20充填有可離子化氣體，例如氦。在每條溝道20設置地電極和選通電極(未示出)。溝道20與數據驅動電極正交，數據驅動電極與溝道交叉(垂直屏面觀看)的區域形成分離的屏面單元26。每個屏面單元可認為是包括層10和上下偏振器2和16的多個元件。在彩色顯示屏的情況下，屏面單元包括層10與上基片14之間的濾色器(未示出)。界定屏單元的顯示屏上表面區域構成顯示屏的單個象素28。
如美國專利5077553所述，在一條溝道內的選通和地電極之間建立起適合的電位差時，溝道內的氣體形成等離子體，在蓋板6的下表面提供導電通路。如果數據驅動電極為地電位，在TN液晶材料的體積單元中無明顯的電場，象素認為是截止，而如果數據驅動電極為實質不同於地的電位，則在液晶材料的體積單元中存在明顯的電場，象素被認為是導通。在屏面之下設置擴展光源(未示出)。象素截止時，上偏振器通過從液晶材料的體積單元接收的光，象素髮光，如果象素導通，上偏振器阻擋從液晶材料的體積單元接收的光，象素不發光。在相鄰屏面單元之間設置黑色環繞材料(未示出)，以便吸收散射光和使導通象素與截止象素與間保特最大的對比度。
圖3所示的簡單扭轉向列(TN)液晶顯示屏包括其上分別具有電極陣列44、46的上下基片40、42，分別按行和列相互垂直取向的兩個電極陣列；和在兩個基片之間的TN液晶材料層48。由行和列電極的交叉區域限定象素的矩形矩陣。在圖2所示PALC顯示屏的情形，在下基片40之下有下偏振器50，在上基片之上有上偏振器52。在屏面之下設置擴展光源(未示出)，象素截止時(在行與列電極之間無電位差)，上偏振器通過從液晶材料的體積單元接收的光，象素髮光，如果象素導通，上偏振器阻擋從液晶材料的體積單元接收的光，象素不發光。
TN液晶材料的製造者通常用三個電壓值V90、V50和V10來標誌其材料。V90是必須加在圖3所示類型的簡單TN單元的行電極與列電極之間的電壓，用於在正常的黑色模式，把位於行和列電極的交叉點的象素從截止態轉換為90％的透射。同樣，電壓V50和V10分別是為了在正常的黑色模式，把單元從截止態轉換為50％透射和10％透射所必須施加的電壓。V10、V50和V90的值一般是1.5伏、2.0伏和3.1伏。簡單TN單元工作所需電壓的動態範圍因此只有2伏左右。
圖2所示PALC顯示屏的屏元件在截止與導通態之間轉換的物理機制與圖3所示簡單TN液晶顯示屏的屏元件的相同。但是，在PALC顯示屏中，等離子體作為行電極，因而行電極與列電極之間的電位差分布在蓋板與液晶材料層之間。因此，電壓Vth(PALC顯示屏的屏元件實質通過所有光的最大電壓)與電壓Von(屏元件實質阻擋所有光的最大電壓)之間的動態範圍實際上大於簡單TN單元的對應電壓。
在許多已在文獻中公開的PALC顯示中，Vth與Von之間的差V動態是30伏以上。若V動態值降至25伏以下將是可取的，最好低至18伏，因為這將有利於降低數據驅動電極之間的串擾、降低功率損耗，和降低驅動數據驅動電極的電路成本。但是，涉及PALC顯示屏的文獻未給出V動態與屏的定量或可定量特徵之間的關係，例如使人們可設計V動態具有期望值的PALC顯示屏。
TN液晶材料的製造者可以在不影響PALC顯示屏的光學特性的條件下實施對該材料的垂直和平行介電常數的低度控制，在不影響顯示屏的光學特性的條件下可以改善蓋板的厚度和介電常數。但是，液晶層厚度影響屏的光學特性及電特性。
TN液晶顯示屏的對比度取決於視角。TNLC顯示屏的實際應用之一是膝上型計算機的監視器。通常認為膝上型計算機的監視器應能在法線左側45°、法線右側45°、法線上側30°和法線下側10°的角度範圍內提供10∶1的對比度。所得多面體限定出期望的視角實體。PALC顯示屏的實際應用與TNLC顯示屏的應用有某種程度的重疊，因此在某些情形，對PALC顯示屏的視角實體的要求類似於對TNLC顯示屏的要求。
根據本發明的第一方案，提供一種等離子體編址液晶顯示屏，包括溝道基片，蓋板，扭轉向列液晶材料層，上基片和位於上基片下表面的電極陣列，其中[2.43(V90-V50)+V50][1+dTDdLC1TD]-0.9V10[1+dTDdLCTD]25]]>這裡，VX是在正常黑色模式中將使簡單TN液晶單元從截止態轉換為X％透明度的電壓，dID是蓋板厚度，dLC是液晶層厚度，εTD是蓋板的介電常數，ε⊥是液晶材料的垂直介電常數，ε1是液晶材料的平行介電常數，dLCΔnLC在約0.4～0.5的範圍，ΔnLC是液晶材料的折射率差。
根據本發明的第二方案，提供一種等離子體編址液晶顯示屏的操縱方法，所述顯示屏包括溝道基片，蓋板，扭轉向列液晶材料層，上基片，位於上基片下表面的電極陣列，所述方法包括用動態範圍小於約25伏並由下式給出的電壓驅動數據驅動電極[2.43(V90-V50)+V50][1+dTDdLC1TD]-0.9V10[1+dTDdLCTD]]]>這裡，VX是在正常黑色模式將使簡單TN液晶單元從截止態轉換為X％透明度的電壓，dTD是蓋板厚度，dLC是液晶層厚度，εTD是蓋板的介電常數，ε⊥是液晶材料的垂直介電常數，ε1是液晶材料的平行介電常數，dLCΔnLC在約0.4～0.5的範圍，ΔnLC是液晶材料的折射率差。
為了更好地了解本發明，並展示本發明是如何實施的，以下結合附圖通過實施例進行說明，其中，

圖1是根據本發明的等離子體編址液晶顯示屏的部分剖面示意圖。
圖2是已有技術的等離子體編址液晶顯示屏的部分剖面示意圖。
圖3是已有技術的扭轉向列液晶顯示屏的部分剖面示意圖。
在幾幅圖中，相同參考標號代表對應部件。
在說明書和權利要求書中，取向和定位的詞，例如上側和下側，是用來建立一種與附圖相關的取向，並不是絕對含意的限制。
圖1展示了一種PALC彩色顯示屏，其中在澱積數據驅動電極12之前，在上基片14的下表面上設置濾色材料。因此，每個屏單元26包括位於數據驅動電極與上基片14之間的濾色器30。圖1還展示了相鄰濾色器間的黑色圍繞材料34。在屏單元26內，TN液晶材料層10由蓋板6和數據驅動電極12約束。所以，在屏單元26中，從溝道20至上基片14的部件序列由蓋板6、層10、數據驅動電極12和濾色器30按此順序組成。
通過實驗及分析發現，為了使屏單元從截止轉換至導通所必須在具有圖1所示構型的PALC顯示屏的數據驅動電極與地電極之間施加的電壓信號的動態範圍由下式給出
公式1這裡，VX(X＝10，50或90)是將使在正常黑色模式的簡單TN液晶單元從截止態轉換為X％透明度的電壓，dTD是蓋板厚度，dLC是液晶層厚度，εTD是蓋板的介電常數，ε⊥是液晶材料的垂直介電常數，ε1是液晶材料的平行介電常數。對於給定的V動態值，在公式1的關係保持正確的t維空間中存在一個表面。此外，對於具有商業上可接受的構型的視角實體，dLCΔnLC≈0.4-0.5公式2這裡ΔnLC是液晶材料的尋常與非尋常折射率之差。
dLCΔnLC的值取決於期望的視角實體並取決於對準層相對於上基片的下表面的前傾角。通常，開始把dLCΔnLC設定為約0.45左右，然後反覆調節dLC值直到獲得期望的視角實體。
對於VX值已知的給定TN液晶材料，可簡化公式1。例如，對於市售TN液晶材料，V10、V50和V90的值一般是1.5伏、2.0伏3.1伏，因此V動態＝4.673R.ε1-1.35R.ε⊥+3.323這裡，R=dTDdLCTD]]>如果V動態的期望值是20伏，則R.ε⊥＝3.4615.R.ε1-12.353
ΔnLC的值在約0.04～0.16，對於給定的液晶材料，根據公式2，特定的ΔnLC值將設定dLC值的範圍。然後可以選取dTD、εTD、ε⊥和ε1各值，返回V動態的期望值。如果發現不可接受的視角實體的各值的具體選擇，可以改變dLC，但可調節dTD使R保持恆定。
由此可見，如果除了dTD、εTD和液晶材料的垂直，及平行介電常數之外的其餘常數根據光學要求預先確定，則可根據實際值的限制調節dTD和介電常數的值，達到V動態的特定值。
PALC顯示屏的蓋板厚度一般約為30μm，但可以製造厚度小於20μm的益板，甚至厚度可小至5μm，尤其是採用如共同未決的臨時申請60/018000所記載的就地減薄工藝。公式1為預測V動態的改變在蓋板厚度上的作用提供了合理及定量的基礎。例如，採用除dTD之外的可變的適當值時，公式1顯示通過減少蓋板厚度30μm～5μm，V動態可以減小至少50％。還可使人確定，為了提供與蓋板厚度的給定變化等效的作用，其它參數應如何改變，及改變到什麼程度。
應該了解，本發明並不限於已說明的具體實施例，在不脫離由權利要求書及其其同物所限定的本發明範圍的條件下可以做出各種變化。
權利要求
1.一種等離子體編址液晶顯示屏，包括溝道基片，蓋板，扭轉向列液晶材料層，上基片，和位於上基片的下表面的電極陣列，其中[2.43(V90-V50)+V50][1+dTDdLC1TD]-0.9V10[1+dTDdLCTD]25]]>這裡，VX是正常黑色模式中將使簡單TN液晶單元從截止態轉換為X％透明度的電壓，dID是蓋板厚度，dLC是液晶材料層厚度，εTD是蓋板的介電常數，ε⊥是液晶材料的垂直介電常數，ε1是液晶材料的平行介電常數，dLCΔnLC在約0.4～0.5的範圍，ΔnLC是液晶材料的折射率差。
2.一種等離子體編址液晶顯示屏的操縱方法，所述顯示屏包括溝道基片，蓋板，扭轉向列液晶材料層，上基片，位於上基片的下表面的電極陣列，所述方法包括，用動態範圍小於約25伏並由下式給出的電壓驅動數據驅動電極，[2.43(V90-V50)+V50][1+dTDdLC1TD]-0.9V10[1+dTDdLCTD]]]>這裡，VX是正常黑色模式中將使簡單TN液晶單元從截止態轉換為X％透明度的電壓，dIP是蓋板厚度，dLC是液晶材料層厚度，εTD是蓋板的介電常數，ε⊥是液晶材料的垂直介電常數，ε1是液晶材料的平行介電常數，dLCΔnLC在約0.4～0.5的範圍，ΔnLC是液晶材料的折射率之差。
全文摘要
一種等離子體編址液晶顯示屏,包括溝道基片、蓋板、扭轉向轉液晶材料層、上基片、位於上基片的下表面的電極陣列,這裡,V
文檔編號G09G3/36GK1195154SQ97117818
公開日1998年10月7日 申請日期1997年7月11日 優先權日1996年7月12日
發明者K·J·伊爾西辛, T·S·布澤克, P·C·馬丁 申請人:特克特朗尼克公司