专利名称：在待机模式中具有减小的功率消耗的液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器件。
背景技术：
液晶显示器(LCD)越来越多地用在手持器件中，例如PDA，移动电话等。对于这些移动应用，由于低功率消耗，可靠性和低价格，LCD实际上已经成为了标准的显示器件。
LCD的操作基于在包含液晶材料的有源层的液晶(LC)单元中光的调制。通过施加电场，改变液晶层的光调制，来改变光穿过LC层的特性。
液晶显示器一般包括以行和列设置的多个图像元素(像素)。显示器的每个像素都可以单独寻址，为此驱动LC单元的驱动装置通常包括对于显示器每个图像元素的单独像素驱动器。
LCD一般以两种模式之一或两种模式操作，该两种模式即为透射模式和反射模式。在透射型LCD中，源于背光的光由LC层所调制。透射型LCD一般具有较好的对比度，然而当在外部环境中使用时，该显示器实际上很难看清。更重要的是，所述背光具有相对高的功率消耗，由此例如减小了移动器件的电池寿命。
因此，移动器件一般包括至少部分地以反射模式设置的LCD。反射模式中的LC层，调制入射到显示器上的外部光，并包括将所调制的外部光反射回观察者的反射器，由此所述光通常会再次穿过LC层。一般地，反射型LCD在室外是很好看清楚的，然而在室内，它们的反射亮度太低，以至于并不实用。
在一般设置有可充电电源例如电池的移动器件中，希望具有的LCD的功率消耗尽可能低，以便该移动器件可以在不必再充电的情况下使用的尽可能的长。
为此，驱动这种反射型LCD的驱动装置可在至少两个模式中的一种模式下操作，即主动模式，其中观察特性尽可能的好，使使用者可以正常地使用该移动器件，和待机模式，其中LCD的功率消耗减小了。然而，在所有以前的解决方案中，当驱动装置在待机模式中时，LCD的观察特性，最显著的是对比度，不可接受地低。这具有下述结果，即使用者很难读取待机模式中LCD上显示的信息。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种LCD，其具有减小的功率消耗，同时总是保持了良好的观察特性，尤其是相对高的对比度。
该目的通过依照本发明如独立权利要求1所限定的LCD和通过依照独立权利要求11的移动器件来实现。该LCD的进一步有利的实施方案在从属权利要求2-10中具体描述。
本发明基于下述认知，即在反射型LCD中，对比度主要由LCD在暗状态时产生的反射量来确定。如果该反射增加了相对有限的量，则这对于观察者就会感觉为对比度中相对大的变化。
在常黑液晶单元中，暗状态(黑颜色)对应于最小的驱动电压，其通常为0伏特，而亮状态(白颜色，或全色)对应于最大的驱动电压。为了减小LCD的功率消耗，应当减小所述最小和最大驱动电压之间的差值，同时所述最大驱动电压应尽可能的低。
如今，使用常黑液晶(LC)单元使LCD在操作驱动装置时具有节省功率的待机模式，在该待机模式中，通过改变由驱动装置产生的最大驱动电压来减小功率消耗，由此LCD的对比度恶化较小，因为该改变的最大驱动电压现在影响所述亮状态。因而，在所述待机模式中，使用者现在可以感觉到较好的显示对比。由于使用者现在基本上可以较容易地读取待机模式中所显示的信息了，故所述是有利的。
优选地，由待机模式中的驱动装置产生的最大驱动电压低于在主动模式中的驱动装置产生的最大驱动电压。
驱动电压的减小减小了像素驱动器中消耗的功率。尽管随后还减小了像素的亮度，但这对于观察者是相对不明显的，因为像素的亮状态已经被影响了。在待机模式中，所显示的图像仍旧具有相对高的对比度。
可选择地，由待机模式中的驱动装置产生的驱动信号的帧频低于主动模式中的驱动装置产生的驱动信号的帧频。如果LCD是所谓的有源矩阵型这是特别有用的，在所述有源矩阵型LCD中，每个像素都包括薄膜晶体管(TFT)，其在像素驱动器关闭后保持由像素驱动器供给的电压。
在供给像素驱动器的连续驱动脉冲之间，像素与显示器的其它像素隔离。由于液晶材料和TFT的缺陷性，在关闭掉像素之后电荷泄漏，由此像素压下降，且可感觉到的像素亮度变化。当帧频降低时这尤其值得注意。
然而，依照本发明的LCD影响较小，因为又是像素的亮状态已经被影响了。如果帧频降低，现有技术的LCD会遭受对比度显著的恶化，因为在连续的寻址脉冲之间，设为暗颜色的像素会显著变亮。结果，对比度会难以接受地下降，使观察者难以看清楚该器件。
依照本发明，帧频的下降确实会导致亮度的损失，但显示的图像仍旧具有相对高的对比度。作为实际结果，在待机模式中操作驱动装置的同时，观察者能更容易读取显示器上的图像信息。
一个更加优选的实施方案是两种方法的组合，即在待机模式中，驱动装置产生具有减小了的帧频的低驱动电压。
由于希望在户内和户外环境中都可以使用移动器件，所以现有技术现状下的移动器件一般使用所谓的透反射型LCD，其同时在反射和透射模式中操作。在透反射型LCD中，例如，LC单元的每个像素都包括透射和反射子像素。
优选地，LCD的液晶单元包括垂直配向的液晶(LC)材料层。这种LCD在下面的内容中还表示为垂直配向(VAN)LCD。
在VAN LCD中，具有负介电各向异性的液晶材料在低电压时垂直地(homeotropically)取向。如果施加比阈值电压高的电压，则液晶材料的取向开始向着平面配向转变。如果反射型VAN LCD与λ/4补偿层组合，则就获得了常黑的LCD。这种反射常黑VAN LCD本身从US专利6,108,064是公知的。
如果LCD是透反射型LCD，则发现该结构是特别有利的。优选地，随后将LCD的垂直配向液晶材料层设置在第一偏振器和第二偏振器之间，所述第二偏振器与第一偏振器成直角取向。
在该情形中，在最小电压时，源于背光的光由第一偏振器偏振，没有改变地穿过垂直配向LC层，并由具有垂直于第一偏振器取向的第二偏振器吸收。因而，LCD的透射子像素也是常黑型的。
如前面列出的，在反射型常黑VAN LCD的观察侧通常设置四分之一波长(λ/4)的补偿层。当使用常规的λ/4补偿层时，对于透射子像素，必须补偿该层的延迟。因而，在背光侧需要另一个λ/4补偿层。
然而，更优选地，观察侧上的补偿层是单元内构图的补偿层，如在本申请人的未公开的国际专利申请PCT/IB2002/02971(PHNL010603)中所描述的。这种层设置成在反射型子像素上具有λ/4的延迟，在透射型子像素上具有0的延迟。
在常黑透反射型LCD中，希望反射型子像素的最大驱动电压和透射型子像素的最大驱动电压大约相等。因而，所获得的反射型子像素的最大反射和所获得的透射型子像素的最大透射所需要的电压应当大约相同。
在该情形中，LCD的驱动装置相对简单，并进一步减小了LCD的功率消耗。
通过分别改变反射型和透射型子像素的单元间隙，可以调整反射型子像素的驱动电压-反射和透射型子像素的驱动电压-透射特性。所述单元间隙应当理解为子像素中液晶层的厚度。
优选地，透射型子像素的单元间隙在反射型子像素的单元间隙的1.6倍和2倍之间。更优选地，透射型子像素的单元间隙在反射型子像素的单元间隙的1.7倍到1.9倍之间，最优选地，透射型子像素的单元间隙是反射型子像素的单元间隙的大约1.8倍。
现在将参照
本发明的这些和其它的方面。其中图1示出了LCD中像素驱动器的示意图；图2示出了对于常白和常黑LCD的驱动电压-反射曲线；图3A和3B示出了分别在其亮状态和暗状态中的常规的反射型常白液晶单元；图4示出了透反射型常黑液晶单元的优选实施方案，以及图5示出了依照本发明的常黑透反射型LCD的驱动电压-反射和驱动电压-透射的曲线。
具体实施例方式
液晶器件包括设置有液晶材料有源层130的液晶(LC)单元，图1中表示了该单元的一个像素。液晶(LC)层130夹在两块玻璃板之间，包括上电极122和下电极124。LC层130能调制穿过其的光的特性。通过在电极122，124上施加电压差，在LC层130上产生电场，通过该层的光调制发生变化。
电场适用于像素方式(pixelwise)，即液晶显示器包括多个在行和列上排列的像素，对每个像素分别地产生驱动电压。为了该目的，驱动装置110包括行驱动器112和列驱动器114。
如果LCD是有源矩阵型的，则每个像素都包括薄膜晶体管(TFT)120。TFT的栅极例如与对应的行驱动器112相连，TFT的源极例如与对应的列驱动器114相连。TFT的漏极优选与LC单元的上电极122相连。
依照本发明，驱动装置110以至少两种模式操作，也就是使LCD正常使用的主动模式和减小LCD功率消耗的待机模式。
在待机模式中，与主动模式相比可以减小最大驱动电压。例如，在主动模式中，最大驱动电压为4.5伏特，而在待机模式中为3伏特，或3.5伏特。如前面所解释的，因为依照本发明，LC层130是部分常黑LC单元，减小最大驱动电压影响了LCD的亮状态，所以待机模式中的对比度仍相对较高。
这在图2的曲线中示出，其示出了常白(NW)LCD和常黑(NB)LCD的驱动电压-反射(Vdrive-R)曲线。这些曲线通过实例的方式给出，且实际上依赖于所使用的实际显示器的特性。假定在亮状态中发生最高反射，其设为100％。在暗状态中反射的光总计为亮状态中反射的2％。将对比度定义为亮状态中反射和暗状态中反射的商，因而该对比度主要由后者确定，本发明人已经认识到了这一点。
在该例子中，最大对比度，即主动模式中的对比度为50。主动模式中的最大驱动电压为4.5伏特。
在待机模式中，最大驱动电压例如降低到3.5伏特。在该情形中，常白LCD中暗状态的反射为大约19％，所以对比度减为(100/19)＝5.3。常黑LCD中亮状态的反射为大约82％，所以该情形中的对比度仅减小到(82/2)＝41。
类似地，当最大驱动电压降低到3伏特时，常白LCD具有(100/42)＝2.4的对比度，而常黑LCD仍旧具有(58/2)＝29的对比度。
在反射型LCD中，需要至少10的对比度，这样观察者才能相对容易地读取LCD上显示的信息。因而，可以清楚地了解，在常白LCD中不可能或几乎不可能使用利用较低的最大驱动电压的待机模式，因为这使得显示不可读取。然而，依照本发明，在常黑LCD中实现这种待机模式，同时在待机模式中仍旧获得足够高的对比度，允许较好的观察LCD。
可选择地，在待机模式中，与主动模式相比，驱动信号的帧频在待机模式中较低。理想地，像素通过TFT 120与驱动装置110隔离，并保持在驱动脉冲过程中施加的电荷。然而，由于TFT 120不是理想的晶体管，且LC层130具有特定的电导值，所以电荷实际上在连续驱动脉冲之间泄漏掉了。这具有以下影响，即像素电压下降且影响了像素的颜色。
在依照本发明的常黑LCD中，缓解了该问题。当电荷泄漏时，在该情形中电压的减小再一次使亮状态受到影响，所以对比度仍相对较高。因而，尽管电荷泄漏仍在发生，但这对对比度的影响相对小。
可有利地利用该启发。常黑LCD使得驱动脉冲之间的时间增加，因而驱动信号的帧频可以较低。甚至最终增加的电荷泄漏仍对LCD的对比度具有相对有限的影响。
还可以组合两个特征，也就是使用施加给LCD的较低幅度驱动脉冲的减小的频率驱动。例如，使用具有3.5伏特最大驱动电压的驱动脉冲。电荷泄漏影响随后减小了像素电压，以致恰好在随后的驱动脉冲到来之前，像素电压为大约3伏特。
在图1中，仅仅示出了LC层130的单个像素，其具有对应的TFT120和驱动器112，114。应当理解实际的液晶显示器具有很多像素，例如720×576。此外，在彩色LCD中，每个像素一般都包括三种颜色的子像素，每个都设置有单独的像素驱动器和TFT。
如上所列出的，施加在LC层上的电场使得层的光调制特性变化。
例如，在基于扭曲向列(TN)效应的LCD中，液晶分子由所施加的电场进行配向，该电场垂直于LC层取向。现在参照图3说明常规的反射型常白TN液晶单元的操作。在该图中仅示出了功能层，为了清楚的原因，没有示出玻璃板，滤色器，电极和TFT。
在常规的反射型TN液晶单元300中，在零电压或最小驱动电压时，未偏振的环境光在进入LC层330之前穿过线性偏振器340和λ/4补偿层342。由此，在进入该LC层330之前，该入射的环境光被圆偏振。在LC层330的另一侧上，设置有反射器354，其将穿过LC层330的入射环境光向观察者反射回去。
液晶分子的最初扭曲角例如为90度。在没有任何电压时，LC层的双折射使得光在穿过LC层330后被线性偏振。然后所述光被反射回去，当到达λ/4补偿层342时具有其最初的圆偏振。由此，光能向回穿过偏振器340，因而，环境光能穿过LC单元300。在零电压或最小驱动电压时，常白LC单元300因而处于其亮状态。
然而，当在电极之间施加最大驱动电压时，液晶单元变为其暗状态301，如图3B中所示。
液晶分子通过由电场线325表示的施加电场来配向，分子的最初扭曲角消失。因而，穿过所改变的LC层331的光有效地经历低双折射，因而当光到达反射器352时其仍是圆偏振的。依靠反射，圆偏振被反转，使得光到达λ/4补偿层342时具有相反的圆偏振。在这种情况下，该光被偏振器340吸收。
上述实例中的反射型TN LCD是常白LCD，因为当没有施加电压时，最大量的光能穿过LC单元，且显示器处于其亮状态中。
另一方面本发明依靠使用常黑液晶单元，该液晶单元优选具有所谓的垂直配向(VAN)液晶层。其中所施加的液晶材料具有负介电各向异性(Δε＜0)，所以在电场存在时，所述材料具有与电场线成直角配向的趋势。通过对其间夹有LC层的玻璃板的适当处理，该液晶材料最初垂直于所述板取向。由此，获得了VAN液晶层。
图4示出了透反射型的常黑液晶单元400，其具有垂直配向的液晶材料层。示出了该单元的单个像素，包括反射型子像素400R和透射型子像素400T。在实际设计中，反射型子像素通常包围反射型子像素，然而这里没有示出。
垂直配向液晶材料层430对于透射型和反射型子像素具有不同的厚度。因而，反射型子像素的单元间隙dR与透射型子像素的单元间隙dT不同。
液晶材料夹在前玻璃板426和后玻璃板428之间，该玻璃板包括在液晶层430上施加电场的电极(未示出)。为此，在LCD中，所述电极与驱动装置110相连，依照本发明，所述驱动装置至少以主动模式和省电的待机模式来操作。
在没有施加任何电压时，液晶分子基本垂直配向，即垂直于显示器的层取向。用于穿过光的液晶层430的有效双折射现在大致为零。
在每个玻璃板外侧设置有偏振器440，450，所述偏振器的取向相互垂直。因而，液晶层430设置在交叉的偏振器之间。
在前玻璃板426的液晶侧上设置有单元内构图的补偿层442。该补偿层的延迟对于透射型子像素400T基本为零，对于反射型子像素400R为大约λ/4。在本申请人的未公开的国际专利申请PCT/IB2002/02971(PHNL010603)中描述了这种单元内构图的补偿层，及其制造方法。在该实例中，所述补偿层包括对于透射型子像素400T基本各向同性的材料，导致延迟值为零。
对于反射型子像素400R，在液晶材料侧上，后玻璃板428涂覆有内部扩散反射器454。
在后玻璃板428的外侧，设置有背光460，其为透射型子像素400T提供光。
液晶单元为常黑型的，所以基本没有光从单元出射。对于反射型子像素400R，光吸收机理依赖于反射器454处圆偏振的反转，如在前面图3的描述中所解释的。对于透射型子像素400T，通过交叉的偏振器440，450产生源于背光460的光的吸收。所述光通过后偏振器450被线偏振，且没有改变地穿过LC层430。因而，线偏振的光到达垂直于后偏振器450取向的前偏振器440，并被有效吸收。
另一方面，如果在前板426和后板428上的电极之间施加最大驱动电压，则液晶单元就处于其亮状态中。液晶分子现在大致在显示表面的平面内配向，即大致平行于板426，428。在该平面内，分子沿指向矢(director)配向，所述指向矢一般与两个偏振器440，450成45度取向。由此，穿过LC层430的光经历了有效的双折射，并被调制为能穿过前偏振器440，并从LC单元出射。
因而，零电压时获得了暗状态，在最大驱动电压时获得了亮状态。上述的LC单元是在依照本发明的LCD中应用的常黑型LC单元的优选实施例。特别地，反射型子像素在暗状态中具有低反射，其能使对比度在待机模式和主动模式中特别高，尤其在户外环境中。
从上述LC单元获得了驱动电压-反射/透射曲线，由LC单元的几个特性如下选择LC材料的各向异性(Δε) -6.7LC材料的双折射(Δn)0.1反射型子像素的单元间隙(dR) 2μm透射型子像素的单元间隙(dT) 变化的顶偏振器的取向 0度底偏振器的取向 90度LC指向矢的取向 45度λ/4补偿层的取向 -45度λ/4补偿层的延迟 138nm使用上述的LC单元，获得了图5中所示的曲线。
由R表示的曲线是反射型子像素的驱动电压-反射曲线，其具有2微米的(固定)单元间隙dR。其它曲线T1-T5是透射型子像素的驱动电压-透射曲线，由此对于透射型子像素，使用变化的单元间隙dT曲线 单元间隙T1 3.5μmT2 3.6μmT3 3.7μmT4 3.8μmT5 4.0μm在图中可以发现，相对于曲线陡度和获得的最大反射和透射需要的电压，T2表示的曲线与反射曲线R最匹配。因而，优选地，当反射型子像素的单元间隙dR为2微米时，透射型子像素的单元间隙dT为3.6微米。这使得LCD的驱动较简单，需要相对简单的驱动装置，其具有相对有限的功率消耗。
附图是示意性的，并没有画出比例。尽管联系优选的实施方案描述了本发明，但应当理解到本发明不应限定于所优选的。更合适地，在所附的权利要求的范围内，其包括熟练技术人员对其所作的所有变化，可容易地将液晶显示器件其它公知的省电技术用于依照本发明的液晶显示器件。
概括地讲，反射型或透反射型液晶显示(LCD)器件(100)设置有以至少两种模式操作的驱动装置(110)，所述两种模式即主动模式和省电待机模式。依照本发明，LCD是常黑型的，其中最小驱动电压对应于暗状态，最大驱动电压对应于亮状态。由于此，在待机模式中，改变最大驱动电压，因此影响亮状态。因而，LCD的对比度在待机模式中保持相对较高。优选地，LCD包括垂直配向液晶材料层(130)。
权利要求
1.一种液晶显示(LCD)器件，具有至少部分地设置为反射型液晶单元的常黑液晶单元，所述液晶显示器件包括用于驱动液晶单元的驱动装置，该驱动装置可操作用于-使所述器件正常使用的主动模式，和-减小该器件功率消耗的待机模式。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中在待机模式中由驱动装置产生的最大驱动电压低于在主动模式中由驱动装置产生的最大驱动电压。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中在待机模式中由驱动装置产生的驱动信号的帧频低于在主动模式中由驱动装置产生的驱动信号的帧频。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述液晶单元包括垂直配向液晶材料层。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述液晶单元是透反射型液晶单元。
6.根据权利要求5所述的液晶显示器件，其中所述液晶单元包括垂直配向液晶材料层。
7.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中所述垂直配向液晶材料层设置在第一偏振器和第二偏振器之间，所述第二偏振器与第一偏振器成直角取向。
8.根据权利要求1或5所述的液晶显示器件，其中邻近所述液晶单元的至少反射部分设置λ/4补偿层。
9.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中所述液晶单元的透射型子像素的单元间隙在所述液晶单元的反射型子像素的单元间隙的1.6倍和2倍之间。
10.根据权利要求9所述的液晶显示器件，其中透射型子像素的单元间隙是反射型子像素的单元间隙的1.8倍。
全文摘要
反射型或透反射型液晶显示(LCD)器件(100)设置有至少可以以两种模式操作的驱动装置(110)，所述两种模式即主动模式和省电待机模式。依照本发明，所述LCD是常黑型的，其中最小驱动电压对应于暗状态，而最大驱动电压对应于亮状态。由于此，在待机模式中，可以改变最大驱动电压，来由此影响亮度状态。因而，LCD的对比度在待机模式中保持相对较高。优选地，该LCD包括垂直配向液晶材料层(130)。
文档编号G09G3/20GK1729505SQ200380106859
公开日2006年2月1日 申请日期2003年11月20日 优先权日2002年12月19日
发明者S·J·鲁森达亚 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司