專利名稱：包括掃描窗口的顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，包括一個顯示窗口和在該顯示窗口區(qū)域發(fā)光的裝置，以及按時間順序有選擇地激活所述區(qū)域的裝置，所述顯示裝置包括位于顯示窗口前面或構成顯示窗口的一部分的，有選擇地使激活區(qū)域的光透過，并阻擋至少一部分非激活區(qū)域的光的裝置。
已知有許多不同類型的顯示裝置，如CRT(陰極射線管)，PDP(等離子顯示裝置)，LCD(液晶顯示裝置)和多種其它類型的顯示裝置。
通常，顯示裝置包括一個顯示窗口。在顯示窗口上顯示圖象。該顯示窗口包括在顯示窗口區(qū)域有選擇地發(fā)光的裝置。例如，在CRT中圖象是逐行建立的。
顯示裝置存在的一個主要問題是通過環(huán)境光在顯示窗口上或諸如熒光元件(如在CRT和PDP中)的顯示裝置元件處的反射而形成的。觀眾在顯示窗口上除了看到該裝置所產(chǎn)生的圖象以外，還看到其它光源諸如燈和/或太陽光的反射光。這種外部(即顯示裝置的外部)光源的反射光減小了所顯示圖象的對比度，特別是當明亮的陽光照射到顯示窗口上時甚至不能看見圖象。已經(jīng)提出了許多種解決方法，包括減小室內(nèi)光強，減小顯示窗口表面的反射系數(shù)(抗反射涂層)和窗口使用深色玻璃(后者減小了顯示窗口內(nèi)部的反射)。
從歐洲專利申請No.0000422中可知，通過使用一種裝置使被激活區(qū)域的光透過，并阻擋至少一部分來自非激活區(qū)域的光。從而被激活的區(qū)域(即發(fā)光)可以被看見，而非激活區(qū)域是黑色的。這種裝置極大地增加了對比度。該裝置擋住來自非激活區(qū)域的光，并透過來自激活區(qū)域的光。圖象本身的強度沒有減少或僅減小了一個非常小的量，而反射光的強度可以被極大地減小。
雖然這種想法存在一段時間，并且看似是該問題的簡單且精巧的解決方法，不過在實際中不可能實現(xiàn)這種解決方法。
實際中對比度的增加不足以使所付出的代價合理。本發(fā)明的一個目的是提供一種顯示裝置，該顯示裝置是本文開始部分所描述的具有增強特性的類型。
對于這個目的，使激活區(qū)域的光透過并阻擋至少一部分非激活區(qū)域的光的裝置包括一個LCD單元或多個LCD單元，該LCD單元(多個單元)包括一個取向的聚合物網(wǎng)絡，具有負Δε的LC材料和一種多色性染料分散在該取向基質(zhì)中，無源弛豫時間小于2毫秒。
本發(fā)明基于這種認識，即LC單元必須被快速地“開啟和關斷”，最好在2毫秒內(nèi)才真正是有效的。有兩種不同方式將LCD單元從一個狀態(tài)(透光或不透光)切換到另一種狀態(tài)(不透光或透光)，即施加電壓有源切換和從單元上去掉電壓時無源切換。通過使用一種取向基質(zhì)和一種具有負Δε的LC材料，當在小于2毫秒的時間內(nèi)去掉電壓時，可能得到快速無源弛豫(在開啟和關斷取向的中間點進行測量)。
該單元還包括一種多色性染料。具有取向聚合物網(wǎng)絡和具有負Δε的LC材料的LCD單元，處于非透射狀態(tài)時具有高到非常高的散射系數(shù)，將增加外界光源的反射而不是減小外界光源的反射，導致對比度的降低。但是，多色性染料吸收LCD單元內(nèi)部的光，減小了所散射的光強。
多色性染料的存在還降低了有效無源弛豫時間。
優(yōu)選單元厚度在6到25微米之間。
優(yōu)選取向聚合物基質(zhì)的含量在5％到15％之間。LCD單元所包含的取向聚合物基質(zhì)越多，無源弛豫越快，但是產(chǎn)生更多的散射，包括在透射狀態(tài)下。低于5％的含量則很難得到快速無源弛豫，高于15％的含量則散射會成為一個問題。該裝置可以包括一定數(shù)量的LCD單元，或具有多個電極的單個LCD單元。
通過實施例和參照附圖將更加詳細地描述本發(fā)明這些和其它方面，其中

圖1示意性地給出了本發(fā)明的顯示裝置。
圖2A示意性地給出了透過來自激活區(qū)域的光并阻擋至少一部分來自非激活區(qū)域光的裝置。
圖2B和2C示意性地給出了用在圖2A所示裝置中的LCD單元。
圖3A說明了在LCD單元后面圖象的相對亮度作為施加在單元上電壓的函數(shù)。
圖3B說明了有源和無源切換的開關時間。
圖4示意性說明了開關時間與幀周期之間的關系。
圖5A和5B給出了開關電壓，亮度和開關時間作為取向聚合物基質(zhì)材料的重量百分比的函數(shù)的圖表數(shù)據(jù)。
圖6給出了可用作取向聚合物網(wǎng)絡的一些可聚合液晶的例子。
圖7給出了可聚合液晶的特殊例子。
圖8給出了一種光敏引發(fā)劑的例子。
圖9給出了多色性染料的幾個例子。
圖10說明了電極的某些形狀。
圖11給出了電壓—透射率曲線。
這些附圖沒有按比例畫出。通常，相同參考標號代表相同部件。
具有一個真空外殼2的一種彩色顯示裝置1(圖1)，包括一個顯示窗口3，一個錐體部分4和一個頸部5。在所述頸部5中設置一個用于產(chǎn)生三個電子束7，8和9的電子槍6。顯示屏10處于顯示窗口的內(nèi)部。所述顯示屏10包括一個發(fā)射紅，綠和蘭色熒光元素的熒光圖樣。在達到顯示屏的途中，電子束7，8和9被偏轉(zhuǎn)裝置單元11在顯示屏10橫向方向上偏轉(zhuǎn)，并穿過蔭罩12，蔭罩12設置在顯示窗口3的前面，并包括一個具有小孔13的薄板。通過懸掛裝置14將蔭罩懸掛在顯示窗口中。三個電子束會聚并穿過蔭罩的小孔，彼此之間具有很小的角度，從而每個電子束碰撞僅具有一種顏色的熒光元素。在圖1中，還給出了外殼的軸(z-軸)。在顯示窗口3的前面，設置了一個有選擇地通過和阻擋光線的裝置15。
圖2A更加詳細地示出了裝置15。該裝置包括若干LCD單元20和裝置21以控制LCD單元的傳輸特性。當激活單元后面的區(qū)域，也就是發(fā)光時，各個單元被開啟即使顯示窗口所發(fā)出的光透過。注意到圖2A中所給出的例子包括若干單元，使用具有大量相對設置的電極(例如許多對相對設置的電極)的單個單元也是可能的并且確實是有利的。施加適當?shù)碾妷簩⑹闺姌O對之間的區(qū)域在透光和阻擋狀態(tài)之間切換。具有單一單元的裝置易于制造，并且減小在顯示裝置上透射/阻擋特性存在差異的可能性。
圖2B示意性地給出了用于本發(fā)明中的LCD單元。該LCD單元包括一種LCD材料23，其包含在取向聚合物網(wǎng)絡中的一種具有負Δε值的LCD材料和一種多色性染料，透明電極(例如由ITO制成)26，阻擋層25，聚酰亞胺層24。一個諸如玻璃的基板27和任選的抗反射層28。
圖2B給出了半個結(jié)構，圖2C給出了單元的整個結(jié)構。
圖3A給出了相對亮度(在縱軸上用百分比表示L)作為施加給電極的電壓的函數(shù)(在橫軸上用伏特表示V)，當該單元處于透光狀態(tài)(L＝100％)時，施加一個高于大約80伏的電壓將關閉該單元，在本例中單元的厚度為18微米，包含有7％(重量)的取向聚合物網(wǎng)絡。通過施加一個有足夠大幅值的電壓，可以將LCD單元關閉。本文將“關閉”單元所需的時間稱為“有源開關時間”Δt2。不過，為了使該單元的正常工作，還必須在某些時刻使單元處于開啟狀態(tài)。這可以通過去掉電極上的電壓來實現(xiàn)。從而LCD材料將變?yōu)闊o源地，即不能被外部電壓所驅(qū)動，轉(zhuǎn)換回“透光狀態(tài)”。以這樣一種方式對取向聚合物網(wǎng)絡進行取向，使LCD材料受到一個內(nèi)力的作用，驅(qū)動LCD材料成為“透光狀態(tài)”。本文將開啟單元所需的時間稱為無源開關時間Δt1。
圖3B給出了單元的關閉(下降坡度)和單元的開啟(上升坡度)時間的函數(shù)。這些坡度線是根據(jù)多個不同電壓繪出的，例如對于60伏(坡度線A)，80伏(坡度線B)，100伏(坡度線C)和160伏(坡度線D)。用數(shù)字表示出了分別開啟和關閉一個單元的開關時間(即到達兩個狀態(tài)之間中點所需的時間)Δt1和Δt2。可以看出對于高于100伏的電壓(坡度線C)，開啟和關閉時間均小于1毫秒。
圖4示意性地給出了相應LCD單元所發(fā)射光的強度(實線)和透射率(虛線)作為時間的函數(shù)，開關LCD單元所需的時間Δt1和Δt2，以及處于單元“關斷”狀態(tài)的透射率T0。
在圖中示意性地給出了幀周期t0。對于LCD單元的效率很重要的參數(shù)為幀周期與Δt1(“開啟”LCD單元)和Δt2(“關斷”LCD單元)的比值，“關斷”狀態(tài)的透射率T0和LCD單元本身額外(圖3中沒有給出)的反射。Δt1和Δt2都應該基本上小于幀周期t0，T0應該小，并且LCD單元應該不反射很多的光。幀周期通常為20(50Hz)到10(100Hz)毫秒。尤其對于更短的幀周期(100Hz)，前面的設置看起來使LCD單元不能被使用。已知有多種不同類型的LCD單元。有些類型利用干涉濾光片和對偏振態(tài)進行扭轉(zhuǎn)的LCD材料。但是，顯示裝置所發(fā)出的光是非偏振的。從而，使用偏振濾光片將強度減小了一半，還沒有考慮LCD單元本身也吸收光，進一步減小了強度。有些LCD單元工作在賓主系統(tǒng)中。但是這種LCD單元通常具有幾毫秒數(shù)量級的Δt1和Δt2值，不能使LCD單元足夠快的被有效地開啟和關斷。有些LCD單元具有“清晰”的透光狀態(tài)和高度散光的“關斷”狀態(tài)。最不期望的就是高度散光的“關斷”狀態(tài)。這意味著入射光被強烈地散射，減小而不是增加了對比度。
因此沒有一個已知的LCD系統(tǒng)可以滿足需要。
但是，本發(fā)明者通過使用具有取向的聚合物基質(zhì)，負Δε的LC材料和一種多色性染料的LCD單元實現(xiàn)了這種目的，可以得到小于2，優(yōu)選小于1毫秒的Δt1(“開啟”LCD單元)和Δt2(“關斷”LCD單元)值。小于1毫秒特別適用于工作于50Hz以上的裝置。
使用具有取向聚合物網(wǎng)絡和負Δε的LC材料的LCD單元可以得到快速的開關時間。不過，當處于“關斷”狀態(tài)時，這類系統(tǒng)對光高度散射。從而，看起來這類系統(tǒng)是不合適的?；谄渲惺褂枚嗌匀玖系摹百e主”系統(tǒng)的LCD單元速度非常慢。然而，令人吃驚地是，這兩種的組合能夠得到快速的開關時間(同樣或甚至快于使用取向聚合物基質(zhì)和負Δε的LC材料的LCD單元)，高透射率和低反射率。圖5A中，作為取向聚合物網(wǎng)絡的重量百分比的函數(shù)，線51(單位為百分比)給出了相對亮度(即關斷狀態(tài)的透射光的百分比)，線53給出了無源開關時間(單位為0.1毫秒)，線52給出了所需開關電壓(單位為10伏)。顯然，隨著取向聚合物百分比的增加，多個參數(shù)受到了影響。開關電壓增加，無源開關時間減小，相對亮度增加。從而對于10％重量的聚合物，開關電壓為140伏，無源開關時間為0.25毫秒，相對亮度為4％。無源開關時間的減小具有積極的效果，不過相對亮度的增加不具有積極的效果。因此，優(yōu)選取向聚合物基質(zhì)的含量在5％到15％之間。更低的百分比產(chǎn)生相當大的無源開關時間，而更高的百分比即使在關斷狀態(tài)也會產(chǎn)生相當高的亮度。圖5A給出了厚度為18微米的LCD單元的數(shù)據(jù)。
圖5B給出了厚度為6微米的LCD單元的相同的數(shù)據(jù)。可以看出相對亮度(線54)，開關電壓(線55)和開關時間(線56)有同樣的一般變化趨勢，相對亮度近似為兩倍大小，開關電壓大約為圖5A所給出的數(shù)值的一半。開關時間相似。
取向網(wǎng)格由例如材料在UV光影響下的增鏈反應所形成，如圖6所示。液晶分子包括一個剛性中心核A，柔性間隔團B和可聚合端部基團C。圖6給出了剛性中心核和柔性間隔團的一些例子。顯然，可能進行多種變化，例如向中心核部分的一個或多個環(huán)增加烷基，或者使用附加環(huán)擴展中心核部分，或者通過更長的柔性間隔團B(即例如X大于12或基團-(CH2)-和-O-(CH2)-的混合，柔性團還可以不是線性的，而可能具有側(cè)鏈。柔性團處于中心核的某一側(cè)可能是有區(qū)別的，盡管優(yōu)選是相同的。可聚合的端部基團可以從諸如甲基(丙烯酸酯類)，乙烯醚類，環(huán)氧化物和硫醇—烯類中進行選擇。
圖7給出了可聚合液晶的一個特殊例子。在曲線(圖5A和5B)中所給出的測量就是使用這種材料進行的。
為了聚合如圖6和7所給出的液晶，可以使用圖8給出的光敏引發(fā)劑。
圖9給出了某些多色性染料的例子。
單元中的LC材料可以具有下述特性 εx＝10.2Δε＝-5.7no＝1.486ne＝1.650Δε是負的?？梢酝ㄟ^混合幾種LC成分來獲得這種LC材料，并可以ALC材料制造商處得到。
通過提供一個具有諸如圖2B和2C中所示由傳統(tǒng)方法制造的層狀的基板，如玻璃基板來制造對光進行有選擇地透過/阻擋的裝置，電極形成圖2A中所示的圖樣。用一種圖6或7所示的可聚合液晶材料的混合物填充該單元(即兩個基板之間的空間)，優(yōu)選是一種光敏引發(fā)劑(如圖8所示)和一種LC材料以及一種多色性染料(如圖9所示)。注入之后，將電壓施加給電極，對可聚合液晶材料進行取向。然后對單元照射UV光，聚合該可聚合液晶材料，形成一種取向的聚合物網(wǎng)絡。將LC材料和多色性染料在該排列取向聚合物網(wǎng)絡中分散。
顯然，在本發(fā)明的框架之內(nèi)可以有多種變通。
圖10給出了基板上電極的形狀。例如它們可以是直線形的(電極101)，但是特別是電極尺寸和形狀非常小時可以形成一種鋸齒形，來減小波紋感。當在寫入圖象的線間與開啟和關斷單元的交替發(fā)生拍頻時，產(chǎn)生了波紋感。優(yōu)選該裝置包括大量相繼開啟和關斷切換的單元(或在相對設置的電極所限定的單個單元內(nèi)的開關區(qū)域)，即首先是最高的單元，然后是下一個單元，然后再下一個等等，直到最后一個單元被開啟和關斷。當然，開啟和關斷必須與被寫入圖象的線同步進行。對于使用熒光物質(zhì)的裝置，當圖象中相應線已經(jīng)被激活時優(yōu)選是每個單元保持一段時間的開啟狀態(tài)。熒光物質(zhì)在熒光物質(zhì)實際的激勵之后以所謂的余輝方式發(fā)出大量的光。通過將單元或單元區(qū)域保持一段時間的開啟狀態(tài)，這種熒光也可以透過。在任一給定時間可以開啟多于一個單元或單元區(qū)域。這可以減小圖象中可以看到的運動現(xiàn)象的改變。單元或每個單元可以具有相對設置的電極對，或者優(yōu)選該單元在一個表面上包括有一個公共電極，在相對的表面上包括一個定義單元可開關子部分的單獨的和單獨驅(qū)動的電極。在一個最佳實施方案中，透過/阻擋光的裝置包括LCD材料處于其中的相對設置的表面，其中一個所述表面包括一個公共電極，相對表面包括一系列單獨的電極，該裝置包括為公共電極提供公共電極電壓和為該系列單獨電極有選擇地提供開關電壓的裝置。
圖11給出了電壓(橫坐標)一透射率(縱坐標)曲線。在閾值Vth以下，該單元是透光的，在最大值Vmax以上該單元阻擋光。用數(shù)字表示出驅(qū)動電壓范圍ΔV。驅(qū)動電壓不得超出Vmax和閾值電壓Vth之外。通過使用公共電極，減小了該裝置和驅(qū)動該裝置的復雜性，從而減小了成本并減小了制造風險?？梢圆捎貌煌?qū)動方式?？梢詫⒐搽姌O的電壓設置在Vmax和Vth之間，提供具有最大幅值的驅(qū)動信號(Vmax-Vth)來切換該單元。為了避免電荷積累，可以不時地切換公共電極電壓的極性。還可以選擇將公共電極設置為-Vth，用0V和(Vmax-Vth)的信號驅(qū)動，將公共電極設置為-(Vmax+Vth)/2，并用+(Vmax-Vth)/2和-(Vmax-Vth)的信號進行驅(qū)動。
對于厚度為18微米(參見圖5A)的LC單元，通常電壓為Vth＝30伏，Vmax＝60-80伏，從而可將公共電極設置在-30伏和-80伏之間，電壓波動為30-50伏。
優(yōu)選在同一時間同時驅(qū)動多于一個的單元(區(qū)域)。這可以提高圖象感(減少不穩(wěn)定圖象)，能夠使顏色特性最優(yōu)化，尤其是使用更慢的熒光物質(zhì)時。
簡而言之，本發(fā)明可以描述為一種顯示裝置(1)，具有一個有選擇地透射或阻擋來自圖象的特定區(qū)域的光的裝置(15)。用于阻擋的裝置包括一個LCD單元或若干LCD單元，該單元包括一種取向聚合物網(wǎng)絡，一種具有負Δε的LC材料和一種多色性染料。
權利要求
1.顯示裝置，包括一個顯示窗口和在顯示窗口區(qū)域產(chǎn)生光的裝置以及有選擇地按時間序列激活所述區(qū)域的裝置，所述顯示裝置包括設置在顯示窗口前面或形成顯示窗口的一部分的，一個使來自激活區(qū)域的光透過，并阻擋至少一部分來自非激活區(qū)域的光的裝置，其特征在于該使來自激活區(qū)域的光透過，并阻擋至少一部分來自非激活區(qū)域的光的裝置包括一個LCD單元或多個LCD單元，該LCD單元包括取向聚合物網(wǎng)絡，具有負Δε的LC材料和多色性染料，無源弛豫時間小于2毫秒，以及電極。
2.如權利要求1的顯示裝置，其特征在于取向聚合物基質(zhì)的含量在5％到15％之間。
3.如權利要求1的顯示裝置，其特征在于LCD材料的厚度在5到25微米之間。
4.如權利要求1的顯示裝置，其特征在于電極為非直線形的。
5.如權利要求1的顯示裝置，其特征在于該裝置包括一個具有相對設置表面的LCD單元，一個所述表面包括一個公共電極，相對設置的表面包括一系列單獨的電極，該顯示裝置包括為公共電極提供公共電極電壓并有選擇地為一系列單獨的電極提供開關電壓的裝置。
全文摘要
一種顯示裝置(1)具有一個用來有選擇地透過和阻擋來自圖象特定區(qū)域的光的裝置(15)。該用于阻擋的裝置包括一個LCD單元或若干LCD單元,該單元包括取向聚合物網(wǎng)絡,具有負Δε的LC材料和多色性染料。
文檔編號G02F1/1333GK1359480SQ00803974
公開日2002年7月17日 申請日期2000年12月12日 優(yōu)先權日1999年12月24日
發(fā)明者D·J·布雷爾, H·德科寧, G·C·德弗里斯, M·T·約翰森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司