用于灰度显示的铁电液晶装置、灰度显示器及其使用方法

摘要

一种铁电液晶显示装置、灰度显示器和采用液晶显示器的方法。在铁电液晶显示装置中，象素区被划分成多个给定大小的子区，在子区的每个透明电极上方或下侧设置一个同厚度的绝缘层，各绝缘层的电容率相同，光学透明度不同，或者电容率和透明度都不同。由于采用了电阻使电压下降原理的电压分配方法，相应于特定子区的铁电液晶的状态被改变。结果，每个子区的透明度相对说可以不同，于是随着灰度等级进一步被分解，可实现灰度显示。

说明书

本发明涉及一种用于灰度显示并可提供完全连贯图象的铁电液晶装置，一种灰色显示器和一种应用铁电液晶装置的方法。

通常的铁电液晶显示装置只能显示黑和白(关和开)两种状态，不能进行灰度显示。

图1A表示用以解决此类问题的传统的铁电液晶显示装置一个实例的垂直剖面图。参照图1，铁电晶体显示装置包括一对玻璃基底1和11，透明电极2和12，一个铁电液晶层4和一个台形绝缘层3。如所周知，透明电极2和12是由氧化铟锡(ITO)电极组成的，而液晶层4是由不同类型的铁电液晶所组成。如图1A所示，可由聚酰胺树脂构成的台形绝缘层3位于透明电极12之上，该电极形成在下玻璃基底11之上。铁电液晶装置的每个象素区被划分成3个子区域X、Y和Z。在这里，台形绝缘层3各段的厚度在每一个子区域X，Y和Z是不相同的，因此，如图1B所示，子区域X，Y和Z分别提供了电容C₂¹，C₂²和C₂³。

同样地，如果相应于液晶层4每一个象素子区域的电容及电阻值表示为C₂¹，C₂²和C₂³，……及R₂¹，R₂²和R₂³，…，则铁电液晶装置可表示为一等效电路，如图1B所示。在这里，象素区域的数量概括为n。

同样，假设所有象素子区域具有相同的面积和铁电液晶层4远较台形绝缘层3为厚，则相应于铁电液晶装置每一个象素区域的电容和电阻值可近似为：C₂¹＝C₂²＝C₂³，和R₂¹＝R₂²＝R₂³。在这里，作用于液晶层4的电压为台形绝缘层3的电容C₂¹，C₁²和C₁³，…的函数。

如上所述，按照传统的意见，象素中上板和下板之间的绝缘层的厚度设置成具有任意值的不同的厚度，只有在相应于绝缘层中特殊区域的液晶可选择地进行驱动以形成灰度显示。这就是说，利用根据绝缘层厚度的不同所形成的光学透明度的不同，以达到灰度显示的目的。

无论如何，在上述的灰度显示中，由于在一个象素中绝缘层厚度的不同，液晶层的厚度是变化的，因此，在一个象素中，透过液晶层的光度是不均匀的。其结果，在一个象素中，图象(亮度)是不相同的。

为解决上述问题，本发明的一个目的是要提供一种用于灰度显示的铁电液晶显示装置，其中液晶层的厚度保持不变从而在一个象素中提供均匀的照度，和一个灰度显示器，以及采用铁电液晶显示装置的一种方法。

为达到上述目的，提供了一种铁电液晶显示装置，它包括：第一和第二基底，二者以给定的间距相互对置；一个在第一基底内表面上设置的第一透明电极；相对于每一个象素，在第二基底的内表面上设置的多个第二透明电极；在多个第二透明电极上设置的多个绝缘层，这些绝缘层具有相同的厚度和不同的光学透明度，和在其上设置绝缘层的第二基底和其上具有第一透明电极的第一基底之间设置的铁电液晶层。

此外，提供了一种铁电液晶显示装置，它包括：第一和第二基底，二者以给定的间距相互对置；一个在第一基底内表面上设置的第一透明电极；相对于每一个象素，在第二基底的内表面上设置的多个绝缘层，这些绝缘层具有相同的厚度和不同的光学透明度；在绝缘层上设置的多个第二透明电极；和在其上设置第二透明电极的第二基底和其上具有第一透明电极的第一基底之间设置的铁电液晶层。

优选的情况是绝缘层和第二透明电极具有同样的宽度。

同样，为实现上述目的，提供了一种灰度显示器，它包括：一个液晶显示装置，对于每一个象素，它具有在第一和第二基底中的一个的内表面上设置的多个透明电极，两个基底以给定的间距相互对置；在透明电极上设置的多个绝缘层，绝缘层具有相同的厚度不同的光学透明度；和一个信号电压分配装置，用以分配施加于透明电极终端的信号电压，从而提供具有不同电压水平的信号。

优选地，信号电压分配装置对信号电压的分配，是通过在每个象素中的每个透明电极的终端上连接以给定数量的电阻器来实现的。

同样，为达到上述目的，这里提供了一种灰度显示器中的灰度显示方法，该显示器包括：对于每一个象素，在以给定的间距彼此相互对置的第一和第二基底中的一个的内表面上设置的多个透明电极；在透明电极上设置的、具有相同厚度和不同光学透明度的多个绝缘层；和对作用于透明电极终端的信号电压进行分配用以提供具有不同电压水平的信号的信号电压分配装置。所提供的灰度显示方法的步骤为：利用连接在透明电极上的信号电压分配装置对施加的信号电压进行分配；当由信号电压分配装置所分配出的电压不小于给定的阈值电压时，驱动透明电极进行灰度显示。

本发明的上述目的和优点，通过对优选实施例配合附图所进行的详细说明，将会更加明显，所附的图中：

图1A为用于灰度显示的一个传统的铁电液晶显示装置的垂直剖面图；

图1B为图1A中所示的铁电液晶显示装置的一个等效电路图；

图2A为根据本发明的一个优选实施例，用于灰度显示的一种铁电液晶显示装置的垂直剖面图；

图2B为根据本发明的另一个优选实施例，用于灰度显示的一种铁电液晶显示装置的垂直剖面图；

图3A是用以说明示于图2A和2B中的铁电液晶显示装置的第一象素分割方法的示图；

图3B是用以说明示于图2A和2B中的铁电液晶显示装置的第二象素分割方法的示意图；

图4为根据本发明采用铁电液晶显示装置的一个灰度显示器的线路图；

图5A-5D为用以说明根据本发明的灰度显示器中灰度显示方法的示意图。

在使液晶层保持等厚的情况下，为实现灰度显示，铁电液晶显示装置的每一个象素被划分成多个子区域，每个被划分的子区域在每个子区域上形成电极后被驱动，或者在电极上设置具有不同电容率的绝缘层，从而使每个子区域中有效电容变得不相同。其结果，在被划分的子区域中施加的信号电压被不同地识别，从而显示出灰度。另一种情况是，具有相同的电容率和不同的光学透明度的绝缘层可以在被划分的子区域上形成的每个电极上形成，从而达到了灰度显示。

无论如何，由于象素被划分成许多子区域，而每个子区域由电极驱动，驱动电路变得昂贵。此外，连贯地形成具有不同电容率的绝缘层，从而以不同的电容驱动每个象素的被划分的子区域，也是比较困难的，因此，根据本发明，利用铁电液晶显示装置即可进行灰度显示，其中，设置了每个具有相同电容率和不同的光学透明度的绝缘层。

根据本发明的铁电液晶显示装置的结构，将参照图2A进行说明。

如图2A所示，彼此对置的前部玻璃基底1和后部玻璃基底11被设置在给定的距离上，而第一和第二透明电极2和12分别在前部和后部基底的相对的表面上设置。在这里，第二透明电极12设置成，例如，在每个象素区域中具有三个分部和三个绝缘层3a，3b和3c，此三者具有相同的电容率和不同的光学透明度，并以相同的厚度在第二透明电极12被分解的三个部分上设置。其上设置有绝缘层3a，3b和3c的后部玻璃基底11和其下设置有第一透明电极2的前部玻璃基底之间为液晶4所充满。

在具有上述结构的铁电液晶显示装置中，如上所述，提供了3个具有相同的电容率和不同的光学透明度的绝缘层3a，3b和3c，从而通过3个绝缘层3a，3b和3c的线路组合可以显示出8(2³)种灰度。

图2B为根据本发明另一优选实施例的用于灰度显示的一种铁电液晶显示装置的垂直剖面图。在此实施例中，后部玻璃基底上第二透明电极12和绝缘层3a，3b和3c的放置的顺序与图2A中所示的铁电液晶显示装置中的放置顺序相反。其灰度显示的方法和线路组合的数量与图2A中所示的铁电液晶显示装置的情形也是相同的。

按照具有上述结构的铁电液晶显示装置，一个象素的区域被划分成许多每个具有任意大小的子区域，具有相同电容率和不同光学透明度的绝缘层以相同的厚度分别在第一和第二透明电极上相应于被分解的子区域的部分上设置。其后，相应于特定子区域的铁电液晶的状态，利用根据电阻使电压下降的原理的电压分配法，将发生改变，因此，每个被划分的子区域的透明度可以是相对来说不同的。结果，灰度的等级可以分出来。

例如，如图3A所示，当每个具有不同电容率的绝缘层是均匀地划分时，被划分的子区域间的灰度不能被区别开，因此只有四种灰度(所有的子区域全开，两个子区域开，一个子区域开和所有的子区域关)能够被表示出来。然而，如图3B所示，当绝缘层是非均匀地被划分时，被划分的子区域间的灰度是可以区别开的。因此，可以通过被划分的每个子区域的灰度的组合来表示8(2³)种灰度。

无论如何，如果图3A所示的每个被均匀划分的绝缘层的光学透明度是不同的话，则子区域间的光亮度是可以区别开的，因此，可以象图3B的情形一样表示出8种灰度。此外，均匀地划分绝缘层因而在制造过程中提供了优越性。在这里，假定a区的相对透明度为100％，b和c区的相对透明度值分别为50％和25％。

根据本发明的灰度显示器和采用铁电液晶显示装置的方法将参照图4和图5A-5D进行说明。

如图4所示，按照本发明的灰度显示器，铁电液晶显示装置的每个象素区被划分为9个子区域，在这里，提供给每个象素区三个列和三个行电极，其中，电阻器分别被连接在列和行电极的端部，从而分配了施加在电极上的信号电压。即，如图4所示，电阻R₁，R₂，R₃和R_G具有不同的电阻值并被连接在列电极的端部，电阻R₄，R₅，R₆和R_G具有不同的电阻值并被连接在行电极的端部。在这里，每个电阻的另一端被连接在一个主信号端。

另外，输入到每个主信号端的信号的电压被设置成四个级别，输入到每个电极的电压由于有电阻而降低，并被调节成超过影响液晶状态的阈值电压Vth。

例如，如图5A-5D所示，当主信号端的电压(总电压V_tot1-V_tot4)被分配，并在随后按如下施加给每个列电极，象素的每个子区域按照下表的条件是否被满足而部分地被驱动。其结果是实现了灰度显示。即，被施加的主信号的电压被连接在每个象素的三个透明电极上的电阻所分配。在这里，象素的每个子区域被驱动与否是根据分配的电压的值是否小于进行灰度显示的阈值电压。

  序号    条    件  所产生的灰度显示状态  图    1 V_tot4-I₁R₁＝V₁≥V_th V_tot4-I₂R₂＝V₂≥V_th V_tot4-I₃R₃＝V₃≥V_th    开-开-开  5A    2 V_tot3-I₁R₁＝V₁≥V_th V_tot3-I₂R₂＝V₂≥V_th V_tot3-I₃R₃＝V₃≥V_th    开-开-关  5B    3 V_tot2-I₁R₁＝V₁≥V_th V_tot2-I₂R₂＝V₂≥V_th V_tot2-I₃R₃＝V₃≥V_th    开-关-关  5C    4 V_tot1-I₁R₁＝V₁≥V_th V_tot1-I₂R₂＝V₂≥V_th V_tot1-I₃R₃＝V₃≥V_th    关-关-关  5D

同样，如果对施加在行电极的信号电压值按与如上相同的方式进行调整，就可以显示更多的灰度。

如上所述，在根据本发明的铁电液晶显示装置，灰度显示器和采用此装置的方法中，象素区域被划分成多个任意大小的子区域，在相应于被划分的子区域的每个透明电极上方或下方以相同的厚度分别设置绝缘层，其中，绝缘层的电容率是相同的，而其光学透明度是不相同的，或者绝缘层的电容率和光学透明度二者都不相同。于是，由于采用了电阻使电压下降的原理的电压分配方法，相应于每一子区域的铁电液晶的状态可选择地被改变。结果，每个被划分的子区域的亮度相对来讲可以是不相同的，于是，随着灰度等级的进一步被分解，即可实现灰度显示。因此，灰度可以进一步地有效地被显示，不会因在一个象素内铁电液晶层厚度的不同而导致显示屏幕上的不连贯。