[发明专利]液晶显示器

说明书

本发明涉及一种反射显示器件，特别涉及基于有源矩阵控制的一类器件或者诸如液晶等电光材料的显示器。显示器可以制作在基于单晶硅大圆片的集成电路上。

市售的有源矩阵显示器通常基于光的透射。它们是由电压来控制其中每个单独象素的透光的矩阵器件。通常这些有源矩阵液晶显示器在透光的控制方面基于液晶的扭曲向列(TN)效应，而在单个象素的透光状态控制方面则基于薄膜晶体管(TFT)。TFT可以用诸如多晶硅、非晶硅或硒化镉一类材料制成。

这些有源矩阵显示器件的原理如下：首先将入射光通过一偏振器而成为偏振光，然后送入由许多个象素构成的液晶单元。当没有电压施加在象素上时，入射光的偏振矢量由于TN效应而被液晶分子所转动。可用放在液晶单元输出端处的偏振器来使光透过(常通)或阻断(常断)。当把一适当的电压施加于象素时，TN效应消失，而光的偏振不变。因此，输出偏振器将根据器件分别是常通还是常断而把光阻断(断)或透过(通)。每个象素可通过对跨接其二端电压的有源控制而得以独立地通或断。借助提供中间大小的电压还能达到改变灰度的目的。所有这样一些有源矩阵显示器都必定基于玻璃衬底以及透射方式的功能。把偏振器放在液晶板的前面和后面。一些显示器依靠放在液晶板后面的镜子来观察从镜子的反射。然而液晶的工作方式仍然是透射而非反射。

通过控制每个象素上晶体管的电信号，可以对显示器矩阵作有源控制。此外，为控制对每个象素上电脉冲的定时和扫描，还需要电子驱动电路。虽然TFT适于控制象素的透光状态，但却不合于有源矩阵显示器的驱动器部分的需要。最重要的原因是，TFT乃基于制作在玻璃衬底上的半导体薄膜，而为了在制作时有较高的成品率，需要特殊的加工工艺。TFT集成电路也不易采用标准的超大规模集成(VLSI)电路设计工具来设计，原因在于TFT的电流一电压特性不同于制作中单晶硅上的那些晶体管的电流—电压特性。

为在单晶硅大圆片上制作高质量的晶体管和电路来取代在玻璃衬底上制作的TFT，已经做了许多尝试。Lipton等人在1978年描述了基于晶状硅的有源矩阵液晶显示器。利用来自液晶中的动态光散射作为它的显示机制。当象素上没有电压时，光能透过。当加上电压时，液晶变混浊而使入射光散射。令人遗憾的是，这种器件的反差和透光效率都很差。Yamasaki等人描述了一种以单晶硅为基片的器件，其中显示乃基于掺染料液晶中的客-主效应(guest-host effect)。在这种显示器中，染料的吸收系数取决于染料分子的取向。这些客分子倾向于使它们的排列调整到与液晶主分子的取向相同。因此，客/主组合物的吸收可由所施加的电压来加以控制。

由于聚合物分散液晶的发明，近来又再度提出了显示器的动态散射概念。分散在聚合物薄膜中的液晶微滴可具有很高的散射效率，而在通(无散射)和断(有散射)两个状态之间有很高的反差比(con-trast ratio)。因而这是在晶状硅上提供有源矩阵显示器的一种有潜在重要性的工艺。1990年Drzaic等人描述了一种基于这种聚合物分散液晶的反射式有源矩阵液晶显示器。然而，这种工艺也有一些缺点，诸如液晶聚合物的稳定性问题以及需要用较高的电压来使这种显示器工作等。后一要求的原因仅在于不能把聚合物膜做得如同有源矩阵液晶显示器中的液晶膜一样厚(数个微米)。而对液晶分子排列的调整，重要的正是电场(电压除以厚度)。

按照本发明的第一个方面，提供一图象显示用电—光装置，它由一具有多个象素的可调双折射显示单元组成，而这些象素是以反射方式工作，并可进行有源矩阵控制的显示元件，由此入射电磁能量通过单元多次，而单元中每个象素的通/断状态需一非零的驱动电压。

可以提供使光二次通过单元的手段。这是一种对于入射光的有效利用，当该手段可能包含有例如铝制金属电极的反射器时尤其如此。铝是相对便宜但却有效的材料。

单元可以包含一硅芯片，相适应的是单晶硅单元。

按照本发明的第二个方面，提供一包括上述装置在内的有源液晶显示器件。

该器件可以包含有多个偏振器，每个偏振器适于在多个波长上产生多个线偏振的入射光束。

可以有一种适于产生线偏振入射光束的偏振器；相应地该偏振器可以包含有一个或多个棱镜，特别是构成立方体的二个棱镜。

另一种做法是偏振器可以包含有一片状或薄膜偏振器。

一种更可取的做法是，把电压加至显示单元，而使装置适于在非双折射状态下工作。

可以具有提供彩色显示器的手段，特别是包含有一个或多个滤色器的手段。

为调整液晶分子排列，可以具有一聚合物涂层。