CN1103984C - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置，在其内有通过光电转换器获得的用于控制的辅助电压。

Description

显示装置
本发明涉及在第1支撑板和第2支撑板之间包括电-光介质的显示装置，在显示装置中设有按行和列排列的象素，在相互对置的支撑板表面上用图象电极限定象素，通过开关件各象素与列电极或行电极连接。
例如，利用无源电-光介质比如液晶、电泳材料和电化色(e1etrochromic)材料，这种显示装置可适用于显示字母数字信息和视频信息。
在美国专利USP5151691中披露了开篇中提到的那种类型的显示装置。在所述显示装置的第1支撑板上，通过第1非线性两极开关件，把图象电极与行电极连接，并通过第2非线性两极开关件，把图象电极与对同行象素加有公用辅助电压的电极连接。显示装置还包括分别对列电极和行电极提供数据电压和选择电压的驱动装置，以提供图象显示电压范围内横跨象素的电压，和在选择象素之前、使象素充电到图象显示电压范围界限内或超过图象显示电压范围的电压的装置。所述显示装置中，在选择象素之前、使象素充电到图象显示电压范围界限内或超过图象显示(也称为“复位”)电压范围的电压的装置包括在行电极和用于各行象素的公用电极之间的隔离电容。此外，各公用电极通过附加二极管连接参考电压，使所述电容周期性地再充电。具体来说，在带有较大尺寸的装置中(图象直径为40cm或更大)，为复位而在所述电容中存储的电荷必须足够大，以提供复位的必要电流。此外，如所述专利说明书所述，由于起开关作用，应使横跨象素的电压降最小。为此，在USP5151691中的行电极宽度约为象素高度的1/15。这是以孔隙(aperture)为代价的。
此外，电容的储备需要附加的处理步骤，同时电容再充电需要对各象素行附加二极管。
本发明的目的在于提供专门能够基本消除在开篇中提到的那种类型的显示装置中存在的一个或多个上述问题的显示装置。利用本发明的显示装置，可实现这个目的，其特征在于，在显示装置中，把光电转换器设置在列或行电极与加有辅助电压的电极之间。
这里所说的光电转换器是诸如光电管、光电二极管、或这些元件的组合，或当其暴露于光线下时可提供电流的其它部件。
本发明第1实施例的特征在于，在第1支撑板上几乎各个图象电极通过第1非线性两极开关件与行电极连接，并通过第2非线性两极开关件与加有对相同行象素是公用的辅助电压的电极连接。
本发明一般采用，例如，在背面(背景照明(backlight))上的光源，在LCD显示装置(也可在其他类型的显示器中)中的光源；用所述光源提供的光足以产生这样的光电效应，它提供充足的电流，使披露在USP5,151,196中的那类显示装置复位。
在公用电极和行电极之间的光电转换器的结构，与行电极上的电压及由所述光电转换器产生的电压结合，能够把辅助电压加在公用电极上，借助于公用电极，在不存在需要的电容(隔离)的情况下，可复位行中的象素。也就是说，能够选择更小的行电极宽度(象素的尺寸保持不变)，以便获得更大的孔隙。这样做的优点在于，尽管保持同样的光源功率，但能够获得更大的亮度。具体地说，这在显示装置带有高功率的光源，如显示装置具有40cm或更大的图象直径的情况下是有利的，而且在超过比如25cm图象直径的情况下，可获得改善。此外，在具有相当大的象素或带有很多列的显示装置中，必须提供用于复位的更大的电流，通过调节光电转换器，按简单的方法，就能够获得这种较大的电流(例如，利用扩大光电二极管的表面)。
本发明的第2实施例的特征在于，在第1支撑板上的几乎各个图象电极通过TFT开关件与行电极连接，开关件的栅电极与加有对相同行象素是公用的辅助电压的电极连接。当暴露在光源下时，该光源在行方向上，在工作期间周期性地照射与连续选择有关的光电转换器，电光转换器的正向电压发生变化，导致TFT晶体管在所述发光期间接通，在没有发光时保持关闭。依此，能够产生不带很多通常行电极的显示元件。
下面，通过实施例的说明，将进一步阐述本发明的这些和其他方面。
在附图中：
图1是表示本发明显示装置的局部等效电路图；
图2是表示本发明显示装置的局部剖视图；
图3是表示图2所示显示装置的另一部分的剖视图；和
图4是表示本发明另一显示装置的局部等效电路图。
未按比例绘制这些附图，相同的参考序号通常表示相同的部件。
图1是表示本发明显示装置1的局部等效电路图。该装置包括按n行k列排列的象素2的矩阵。此例中，象素2通过在此例中为二极管3的非线性两极开关件与行电极5连接。通过行电极5选择象素的行，行电极可选择适当的行。利用多路复用电路16，可连续选择行电极。
接收(视频)信息7存储在数据寄存器9中，在进行处理之后，如果需要，可把其存储在处理/控制单元8中。由数据寄存器9对列电极6提供的电压覆盖足以调整期望的灰度等级范围的电压范围。结果，在选择期间，象素2依靠图象电极13、14之间的电压差和确定信息的脉冲持续时间充电。此例中，图象电极14形成公用列电极6。在行中的象素2通过此例中为二极管23的非线性两极开关件与公用电极25连接。依据本发明，在此情况下，包括各种光敏二极管27的光电转换器位于各行电极5和与相关图象电极连接的公用电极25之间。
图2是表示本发明的液晶显示装置1的局部剖视图，该显示装置包括扭转向列型液晶材料10，该材料插入在比如是玻璃的两个基片4、4’之间，该两基片上设有图象电极13和14。一方面，所述图象电极通过二极管3与提供选择信号的行电极5连接。为提供数据信号，图象电极14与列电极6连接，在此例中，该电极为公用的条形电极。
另一方面，此例中，第1支撑板4上的图象电极通过二极管23与多个串联连接的光敏二极管27连接，这些光敏二极管一起形成光电发生器26。所述二极管由非晶硅制成，例如，可以是pin二极管或肖特基二极管。在这两种情况下，可把这种二极管构成横向二极管。起开关作用的二极管(二极管3，23)和起光电发生器作用的二极管(二极管27)是用相同工艺制造的。
在此情况下作为发射(transmissive)类型的装置还包括在图2中未示出的光源(背景光或侧光)和两个带有互相垂直的偏振方向的偏振器17，18。该装置还包括定向层11、12，定向层使基片内表面上的液晶材料定向，此例中，定向在偏振器的偏振轴方向上，使光电元件有扭转角，比如扭转90度。在此情况下，液晶材料有正的光学各向异向性和正的介电各向异向性。
在该装置的另一部分中，一起构成光电转换器(光电发生器)的一些(本例中为4个)串联连接的光敏二极管27位于各行电极5和连接相关图象电极的公用电极25之间。如果把二极管27暴露在光源28(背景光)下，在此例中，光源位于所述装置内，那么在光电发生器26中就产生光电压VF。为使观察者看不到包括发生器的部分，可把装置覆盖在观测者一侧，在该发生器的位置上，用覆盖边缘29覆盖。为此目的，光电发生器26最好位于显示装置的边缘。
光电压VF由多个(m)光电二极管27确定，光电二极管的平均光电压VF约为0.5至0.7伏。在未选择期间，象素2上的电压必须保持相同，也就是说，比如，如果横跨象素的电压范围在阈值电压Vth和饱和电压Vsat之间，数据电压范围在-1/2(Vsat-Vth)和+1/2(Vsat-Vth)之间，那么在行5和行25之间的电压至少为2.(Vsat-Vth)。在此情况下，不会出现通过二极管3、23的导通。在通常的液晶材料的情况下，2.(Vsat-Vth)约为6伏，所以m约为10。
可选择光电二极管的表面使之作为待提供光电流的函数。例如，对于有大约25cm或40cm或更大直径的图象幅度来说，为确保象素开关足够快，光电二极管的表面可适于提供这种量的电流。
在选择期间，例如，象素通过二极管3(如果必要，在有按串联或并联排列二极管的情况下，该二极管呈冗余开关状态)首先正向充电(电极14向电极13)。为减小由于横跨液晶材料的DC电压引起的下降，最好由横跨象素的AC电压控制该装置。为此目的，在各连续的图象周期内相反地出现数据电压。在连续选择期间象素负充电前，在后续选择之前的行周期内把行连接5设置为正电压，以便象素2通过光电发生器26负充电，达到供图象显示的界限范围或超过所述范围的电压。在后续选择周期内，适当选择的选择电压用于对象素充电，使之达到施加的列电压的相应值。
图4是说明本发明实施例的显示装置的图，在该装置中，用薄膜晶体管40(TFT)作为开关件。为简化起见，仅示出四个象素2。再次通过选择相关行的行电极5选择象素行。行电极通过电阻45接地，并利用把相关的光电转换器27暴露在比如由光源42产生的扫描光束41下，连续设置有选择电压。光电转换器27排列在行电极5和提供辅助电压Vaux的电极25之间，因此，依靠暴露或不暴露在光下，TFT晶体管栅电极43上的电压就在Vaux+VF和0伏之间变化(VF是光电转换器的正向电压。通过选择Vaux，可以确定光电转换器中光电二极管26的数量，可只有一个光电二极管)。在导通期间(选择晶体管)，与象素2相关的电容充电。为此目的，各晶体管40与图象电极14连接。此例中，图象电极13形成一个公用反向电极44，该反向电极连接固定电位，在此例中为Vcom。然后，随着有选择地照射光电转换器，可从实际照射中屏蔽光电转换器，例如，对显示装置背照光。采用扫描光源一般能够省去大量的行连接。
当然，本发明并不限于上述实例。例如，在第1实例中，可使用反射显示装置，在该装置中，为显示图象而调制入射光。在这种情况下，除覆盖边缘29外，还可省略光源28(背景光)。
在图4所示的装置中，如USP4976515中所披露的，不仅数据信号能够出现在列电极中，而且，在一个或多个(部分)选择周期期间，例如基于铁电液晶材料的显示装置内用于复位的信号也可以出现在列电极中。
对于复位多个连续的象素行来说，还可就采用一个光电转换器。
利用第2光电转换器(替代电阻45)，还可以使图4所示的晶体管40不导通，第2光电转换器与适当的电压源连接，并在不选择期间进行照射。
如果选择周期脉冲状电压Vaux，那么能够完全省略电阻45(或光电转换器)，在Vaux达到使TFT40不导通的那样低的值后，就关闭与某行有关的转换器的照射。
总之，本发明涉及这样的显示装置，在该显示装置中，通过光电转换器，可获得内部的辅助控制电压。

Claims (9)

1.一种显示装置，包括在第1支撑板和第2支撑板之间设置的电-光介质，该显示装置设有按行和列排列的象素，象素由在互相面对的支撑板表面上的图象电极限定，每个象素通过开关件与列电极或行电极连接，其特征在于，光电转换器设置在行电极与提供辅助电压的电极之间，所述显示装置包括光源，在使用过程中光电转换器将来自光源的光转换为辅助电压。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在第1支撑板上的各图象电极通过第1非线性两极开关件与行电极连接，并通过第2非线性两极开关件与提供辅助电压的电极连接，对相同行的象素该辅助电压是公用的。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括驱动装置，分别对列电极和行电极提供数据电压和选择电压，以提供在图象显示电压范围内横跨象素的电压，及在选择象素之前，对象素充电到图象显示电压范围界限内或超过该范围的电压的装置。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在第1支撑板上的各图象电极通过TFT开关件与行电极连接，开关件的栅电极与对同行象素提供公用辅助电压的电极连接。
5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括光源，该光源在工作期间照射与待选择的象素行有关的光电转换器。
6.如上述任何一项权利要求所述的显示装置，其特征在于，所述光电转换器包括多个串联排列的光敏二极管。
7.如上述任何一项权利要求所述的显示装置，其特征在于，所述光电发生器位于显示装置的边缘。
8.如上述任何一项权利要求所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括有对角线至少为25cm的图象区域。
9.如上述任何一项权利要求所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括有对角线至少为40cm的图象区域。
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