專利名稱：雙穩(wěn)態(tài)反射型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置。
過去提出或制作的大部分裝置都是單穩(wěn)態(tài)的。在沒有電場(chǎng)的情況下，裝置中只能獲得一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于液晶管總能量的絕對(duì)最小值。在加上電場(chǎng)的情況下，結(jié)構(gòu)連續(xù)變形并且其光學(xué)特性隨著電壓的變化而變化。電場(chǎng)中斷時(shí)，向列型液晶就回到其單穩(wěn)結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道此類系統(tǒng)包括有多種廣泛用于向列型液晶顯示裝置的操作模式如扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、電控雙折射型(ECB)、垂直對(duì)齊向列型(VAN)等。
另一類向列型顯示裝置是雙穩(wěn)態(tài)、多穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)型。此時(shí)，在沒有電場(chǎng)的情況下，在表面采用相同的錨定形式，單元中至少可以獲得兩種不同穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)。術(shù)語“雙穩(wěn)態(tài)”或“多穩(wěn)態(tài)”通常是指至少兩個(gè)能量相同或相近的能量狀態(tài)，在沒有外界指令的情況下，這種狀態(tài)幾乎能經(jīng)受所有的不確定因素。與之相比，術(shù)語“亞穩(wěn)態(tài)”是指具有不同能量水平的狀態(tài)，在較長的張馳時(shí)間后可能會(huì)在各能量水平之間變換。加上合適的電信號(hào)就能在兩上能量狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一旦寫入一個(gè)狀態(tài)，由于液晶的雙穩(wěn)態(tài)性，在沒有外加電場(chǎng)的情況下其也將保存下來。在許多應(yīng)用場(chǎng)合中，雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置的這種記憶功能非常吸引人。首先，其能使圖像以很低的速率進(jìn)行刷新，在便攜式裝置中由此帶來的最大優(yōu)點(diǎn)是省電。第二，在快速顯示裝置(如視頻裝置)中，這種記憶功能使多路傳輸達(dá)到很高的速率，從而顯示出高清晰度的圖像。
最近，已出現(xiàn)一種新的雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置[文獻(xiàn)1]，其采用膽甾型或手性向列型液晶。這兩種雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，U(均勻或稍微有些扭曲)和T通過扭曲±180°而彼此不同，并且它們?cè)谕負(fù)湫陨喜幌嗉嫒?

圖1)。向列型液晶的自身螺距p0在選擇上接近于液晶管厚度d的四倍(p0≈4d)，這樣U和T的能量基本相同。在沒有電場(chǎng)的情況下，不存在其它的低能量狀態(tài)，因此U和T是真正的雙穩(wěn)態(tài)。
由于這兩種雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫陨喜幌嗉嫒荩虼嗽趶囊环N狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)時(shí)，必然要出現(xiàn)連續(xù)的顯量變形。因此，U和T之間轉(zhuǎn)換需要很強(qiáng)的外部電場(chǎng)才能在表面產(chǎn)生錨定轉(zhuǎn)換。在閾值電場(chǎng)Ec(打破錨定的閾值)之上就能獲得幾乎同向彎曲式的結(jié)構(gòu)(見圖1中的標(biāo)記H)，其中至少一個(gè)基片的錨定被打破分子通常都伸展到所述表面附近的板。
當(dāng)電場(chǎng)中斷時(shí)，靠近不錨定表面的向列分子在沒有任何錨定扭矩的情況下處于不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，它們可回到其初始方向(從而回到加上電場(chǎng)之前相同的結(jié)構(gòu)狀態(tài))或者旋轉(zhuǎn)180°，并且在張馳時(shí)間后，形成扭曲180°的體積結(jié)構(gòu)。在指令脈沖的最后，液晶管根據(jù)靠近兩表面分子運(yùn)動(dòng)之間的連接是彈性的還是流體的而在兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間變化彈性連接的結(jié)果是回到U狀態(tài)，流體連接的結(jié)果是T狀態(tài)。
為了在裝置上顯示出信息，結(jié)構(gòu)必須具有不同的光學(xué)特性。大多數(shù)裝置都要形成偏振光并要使用其它的光學(xué)元件偏振片、濾光片、補(bǔ)償板等。這些元件以及它們相對(duì)于兩表面錨定的方法可根據(jù)顯示裝置的配置進(jìn)行選取從而使光學(xué)性能對(duì)比度、亮度、顏色、視角等達(dá)到最優(yōu)。
對(duì)于單穩(wěn)態(tài)顯示裝置來說，優(yōu)化工作要在大小電場(chǎng)的整個(gè)狀態(tài)上進(jìn)行，因?yàn)檫@些狀態(tài)在圖像的整個(gè)持續(xù)過程中都會(huì)出現(xiàn)?？紤]到每種顯示裝置的特殊性，現(xiàn)已為各種裝置(TN、STN等)提出并做出多種光學(xué)結(jié)構(gòu)。
打破錨定的雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)與單穩(wěn)態(tài)裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)存在很大區(qū)別。首先，在圖像保持的整個(gè)過程中，顯示裝置的每個(gè)液晶管僅有兩種結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)與這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。最好結(jié)構(gòu)必須能在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間達(dá)到最大的對(duì)比度，同時(shí)在電場(chǎng)作用下快速通過中間狀態(tài)使瞬時(shí)光學(xué)效應(yīng)在轉(zhuǎn)換過程中降到最低。此外，兩種穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)之間的主要區(qū)別附加扭曲180°并非優(yōu)化所能獲得的參數(shù)，這是由實(shí)現(xiàn)兩種穩(wěn)態(tài)所用的物理機(jī)理決定的。此外，雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換要求電場(chǎng)E＞Ec(其接近于每微米10伏特(V/μm))，這樣控制電壓U＝E·d就正比于液晶管的厚度d。因此液晶層必須非常薄(d≈2μm到3μm)從而能用合適的電壓進(jìn)行控制，因此在光學(xué)優(yōu)化中必須考慮到這些需要。
本發(fā)明的一個(gè)目的是一種反射型雙穩(wěn)態(tài)裝置，其特征在于其包括a)兩平行基片之間的一種液晶材料，其中這兩個(gè)基片的內(nèi)側(cè)面上帶有電極從而能將電場(chǎng)加到所述的液晶上，至少前基片和前電極是透光的；b)電極上的取向?qū)踊蛱幚韺?，其?duì)液晶進(jìn)行取向，并至少使兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)在沒有電場(chǎng)作用的情況處于穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)，其中的一種結(jié)構(gòu)是非扭曲的或扭曲的，其扭曲度在-90°到+90°之間，另一種結(jié)構(gòu)的附加扭曲度接近180°；c)液晶層的厚度d在選擇上應(yīng)使乘積d·Δn接近λ0/4，這里λ0是顯示裝置工作段波譜的中心波長，Δn是液晶在所述波長的雙折射值；d)用于向液晶施加電信號(hào)的裝置，該信號(hào)打破兩個(gè)基片中至少一個(gè)基片的錨定，使液晶在所述不同結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換，該裝置在電場(chǎng)取消后還能使晶體保持在其中一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)；e)一個(gè)偏振片，其布置在裝置中或裝置外，與該裝置的前面相連，其偏振角相對(duì)于裝置前表面上液晶的方位在15°到75°之間；f)鏡面反射或漫反射元件，其布置在裝置中或裝置外并布置在液晶的后面，使光線兩次穿過該裝置并反射回觀察者或射向其它的光學(xué)元件。
本發(fā)明提出的反射型雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)。
其能在不消耗能量的情況下在很長的時(shí)間范圍內(nèi)保持并顯示圖像，其間既不要對(duì)其進(jìn)行操作(因?yàn)槠涫请p穩(wěn)態(tài)的)，也不要照亮它(其不需內(nèi)部光源)。
這種反射型雙穩(wěn)態(tài)裝置可通過各種參數(shù)的選擇來進(jìn)行優(yōu)化。在一個(gè)偏振片的情況下可做出多種結(jié)構(gòu)，在白光下的對(duì)比度達(dá)50到60。在不損害光學(xué)性能的情況下，還能使用最小的液晶管厚度來優(yōu)化，從而使轉(zhuǎn)換更加快速，并降低轉(zhuǎn)換所需的控制電壓。
本發(fā)明的其它特征還有-液晶材料包括處于向列狀態(tài)的液晶或液晶混合物；-液晶材料包括膽甾型或摻有手性物質(zhì)的向列型液晶或液晶混合物從而使穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)中特定結(jié)構(gòu)的能量彼此接近或相等；-液晶的光延遲d·Δn在0.15λ0至0.35λ0之間，優(yōu)選在0.20λ0至0.32λ0之間，其中的λ0是工作波段的中心波長；-偏振片為線性偏振片或橢圓形偏振片；-在裝置內(nèi)或裝置的外部，在偏振片和反射片之間的光路布置一個(gè)補(bǔ)償板，從而提供小于λ0/12的光延遲ΔI，其中的λ0是工作波段的中心波長；-至少有一個(gè)具有多個(gè)不同的段的電極，從而在同一裝置的基片上形成多個(gè)獨(dú)立的像素；-這些獨(dú)立的像素都帶有施加電場(chǎng)的獨(dú)立裝置；-這些獨(dú)立的像素布置成多路無源陣列；-這些獨(dú)立的像素布置成多路有源陣列；-偏振片的方向相對(duì)于裝置前面液晶的方位接近45°；-第一結(jié)構(gòu)的扭曲角實(shí)際為零(Δφ≈0)；-對(duì)在低扭曲狀態(tài)的結(jié)構(gòu)扭曲角、兩個(gè)狀態(tài)之間相對(duì)扭曲、偏振片相對(duì)于前面液晶校正的方向、兩個(gè)基片之間液晶材料的厚度以及液晶的雙折射值進(jìn)行優(yōu)化從而獲得最佳的光學(xué)性能，特別是對(duì)比度、亮度和顏色；-補(bǔ)償板的光軸在方向上相對(duì)于偏振片基本為45°；
-液晶的光延遲在100納米(nm)到180nm之間；-補(bǔ)償板引入的光延遲小于50nm；-偏振片與補(bǔ)償板結(jié)合成一個(gè)元件從而構(gòu)成一個(gè)電偏振片；以及-液晶材料的厚度小于6μm。
圖2所示為本發(fā)明最簡(jiǎn)單的裝置配置，其僅在液晶層30的前面有一個(gè)偏振片10，在液晶層30的后面有一個(gè)鏡子50，其中液晶層30布置在基片20和40之間，并且基片20和40的內(nèi)側(cè)面帶有電極，此外再?zèng)]有其它的光學(xué)元件(例如沒有補(bǔ)償板)。
圖2中，偏振片10的方向由標(biāo)記12表示，每一個(gè)基片20和40所形成校正方向分別由標(biāo)記22和42(其給出扭曲角Δφ)，同時(shí)表示出來的還有液晶層30所能呈現(xiàn)的兩種狀態(tài)U和T。
為了對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)行優(yōu)化，可以改變顯示裝置光學(xué)特性的所有參數(shù)結(jié)構(gòu)在低扭曲狀態(tài)U(|Δφ0|≤180°)下的扭曲角Δφ0、在第二雙穩(wěn)態(tài)T下的附加扭曲度±180°、偏振片10相對(duì)于液晶層30在前面基片20處校正角的偏振方向P(-90°≤P≤+90°)、布置在基片20和40之間的液晶層30的厚度d以及液晶的雙折射值Δn。
這些參數(shù)在選擇上應(yīng)能使裝置獲得最佳的光學(xué)特性，特別是最佳的對(duì)比度、亮度、顏色等。
雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置的一個(gè)重要特征是在部分時(shí)間里只需要兩個(gè)狀態(tài)，因此僅需對(duì)這兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。
如圖所示，一般來說，對(duì)于偏振片10的任意一個(gè)方向P，都有多個(gè)結(jié)果使光學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。這些結(jié)果的選擇應(yīng)在不損失光學(xué)質(zhì)量的條件下來對(duì)液晶轉(zhuǎn)換進(jìn)行優(yōu)化，例如減少液晶層30的厚度d。
雙穩(wěn)態(tài)裝置需要非常強(qiáng)的電場(chǎng)E，其值接近10V/μm，該值是由打破錨定所需的高閾值電場(chǎng)確定的。因此，控制電壓U＝d·E相比于傳統(tǒng)的顯示裝置要高許多。厚度的減少可使U降低相應(yīng)的系數(shù)。
轉(zhuǎn)換之后的光學(xué)張馳時(shí)間正比于d2，因此最好使d值減小，這一點(diǎn)在高速顯示的場(chǎng)合如顯示視頻圖像時(shí)非常重要。
最后，雙穩(wěn)態(tài)向列在液壓切變流的控制下通過兩表面錨定之間很弱的彈性連接進(jìn)行轉(zhuǎn)換。薄層液晶可以強(qiáng)化液壓和彈性連接，因此有利于對(duì)顯示裝置進(jìn)行更有效地控制。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都明白本發(fā)明中最佳配置的重要性，這種最佳配置能夠同時(shí)提高光學(xué)質(zhì)量、速度、控制電壓以及裝置在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的性能。
對(duì)于均勻的、螺距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長的扭曲結(jié)構(gòu)來說，在光線平行穿過螺施軸線時(shí)，已有公知的非常近似的分析式[文獻(xiàn)2]來描述系統(tǒng)的光學(xué)特性。考慮到光線要沿著兩條路徑穿過裝置(如圖3所示)，假定偏振片10和鏡子50為理想情況，此時(shí)可用下式來表示顯示裝置的反射性(1) R＝1-cos2(ε)cos2(2P-α)其中(2.a)sin(ϵ2)=πξΔφ2+π2ξ2sin(Δφ2+π2ξ2)]]>(2.b)tan(ϵ2)=πξΔφ2+π2ξ2tan(Δφ2+π2ξ2)]]>(2.c)ξ=d·Δnλ]]>這里，ε和α隨液晶的雙折射的積值d·Δn、光波的波長λ、扭曲度Δφ以及偏振片的方向P而變化。
為了優(yōu)化單色光的對(duì)比度，兩個(gè)穩(wěn)態(tài)中必須有一個(gè)扭曲Δφ或Δφ±π而完全變黑(R＝0)。對(duì)于偏振片10的每一個(gè)方向，公式(1)都給出了一串滿足本條件的結(jié)果(ξk，Δφk)(見圖4和圖5)。第一組(k＝0，1，2或3)結(jié)果中的ξk(P)和Δφk(P)見圖4和圖5，這里為了前后一致，偏振片10的角度在-45°≤P≤+45°之間并且液晶管的扭曲Δφ＜0。Δφ＞0的結(jié)果對(duì)應(yīng)于45°≤P≤135°，并且通過下面的轉(zhuǎn)換就可由相同的附圖獲得(3) 所有這些結(jié)果都對(duì)應(yīng)于λ0＝d·Δn/ξk的單色光不確定的對(duì)比度。實(shí)際上，顯示裝置還要在白色光時(shí)具有良好的對(duì)比度，即當(dāng)λ在λk附近變化時(shí)(對(duì)于固定的P和Δφ)，R必須接近于零。
圖6所示第一組結(jié)果(ξk，Δφk)符合最佳條件，其對(duì)應(yīng)的白光對(duì)比度要好于其它各組的情況。下面僅考慮該結(jié)果。
圖7所示反射系統(tǒng)R是第一組結(jié)果由固定的d、Δn、Δφ和變量λ0/λ計(jì)算出來的。當(dāng)P在-10°到+45°(或者當(dāng)Δφ＜0，在45°到100°之間變化時(shí)，與該組結(jié)果低反射系數(shù)對(duì)應(yīng)的視窗很寬并且基本上與P無關(guān)。與顯示裝置在白光下處于黑色狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的區(qū)域具有最佳的光學(xué)質(zhì)量(這就意味著反射系數(shù)很低并且與λ基本無關(guān))。
顯然，這種使黑色狀態(tài)得以優(yōu)化的配置不必使偏振片10具有特定的方向，只要-10°≤P≤+100°即可。因而可利用該自由度來選擇P，給定的光學(xué)質(zhì)量，優(yōu)化液晶層30的厚度d，最小厚度有利于改善切換。
從圖5可以直接看出P＝45°時(shí)可得到最小的厚度d＝λ/(4Δn)，該厚度在+15°＜P＜+75°的范圍內(nèi)變化很慢。
該厚度在使用兩個(gè)偏振片時(shí)是最佳傳送值[文獻(xiàn)1]或最佳反射值的一半。
因此，本發(fā)明的裝置在P接近45°時(shí)能降低控制電壓，同時(shí)還能保持良好的光學(xué)質(zhì)量，其中降低的系數(shù)為2。電場(chǎng)關(guān)斷之后的張弛時(shí)間縮短4倍，并降到微秒級(jí)，這與高精度視頻顯示裝置相兼容。
對(duì)于“白色”雙穩(wěn)態(tài)裝置來說，其需要具有很高的反射系數(shù)，該值R優(yōu)選為1，同時(shí)沒有什么波長偏差。這兩個(gè)條件就能保證在白色狀態(tài)下具有最大的亮度以及良好的顏色。黑色狀態(tài)(已得到優(yōu)化)以及白色狀態(tài)(尚未優(yōu)化)之間的不同僅是附加扭曲±180°。
圖8所示的“白色”狀態(tài)的反射情況R(P，λ0/λ)對(duì)應(yīng)于優(yōu)化的零組黑色狀態(tài)。從中可以看出，R在所有情況下都接近于1并且在+15°＜P＜+75°的范圍內(nèi)基本與λ0/λ無關(guān)。
這就確證了本發(fā)明雙穩(wěn)態(tài)反射型顯示裝置最優(yōu)配置在P≈±45°、λ≈λ0/4·Δn(這里λ0在選取上接近顯示裝置傳輸頻段的中段)并且Δφ≈0時(shí)低扭曲狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。這種配置不僅優(yōu)化了兩個(gè)雙穩(wěn)狀態(tài)的光學(xué)性能，還能使用厚度最小的液晶層30從而提高提高兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換性能。
圖9所示為最佳配置的反射裝置在P＝45°時(shí)，其兩種狀態(tài)反射系數(shù)隨λ/λ0的變化情況。
白態(tài)或T結(jié)構(gòu)(Δφ＝180°)的反射系數(shù)在λ＝λ0的附近變化很慢。與之相比，黑態(tài)或U結(jié)構(gòu)(Δφ＝0°)的分布情況R(λ)很重要，其降低了白光的對(duì)比度并給出彩色的黑態(tài)。
圖10所示色譜曲線是D65標(biāo)準(zhǔn)光源隨d·Δn的變化曲線。該淺態(tài)(Δφ＝180°)非常接近理想的白態(tài)，但暗態(tài)(Δφ＝0°)是彩色的。
由此計(jì)算出的白光對(duì)比度(見圖11)在d·Δn＝137nm時(shí)很好(≈57)，對(duì)應(yīng)于深藍(lán)色的黑態(tài)Δφ＝0°。
圖12所示為另一種變化型式，其中對(duì)本發(fā)明反射型雙穩(wěn)態(tài)顯示裝置的改進(jìn)包括一個(gè)光學(xué)厚度很薄的補(bǔ)償板60，其布置在裝置內(nèi)或裝置外并在偏振片10和鏡子50之間。該單軸補(bǔ)償板60的光軸相對(duì)于偏振片10基本處于45°角。
引入補(bǔ)償板60后單程光路的長度變化為dc·Δnc，這里dc是其厚度，Δnc是其雙折射系數(shù)(正數(shù)或負(fù)數(shù))。對(duì)應(yīng)的相位變化為δc＝2πdc·Δnc/λ0，其中的λ0是裝置優(yōu)選波段中心的光波波長。
定性來說，補(bǔ)償板60小相移的作用如下。從上可以看出，裝置最優(yōu)光學(xué)配置對(duì)于U態(tài)光學(xué)厚度接近于d·Δn＝λ0/4的情況。然而，對(duì)于裝置轉(zhuǎn)換來說，向列液晶層30的厚度d優(yōu)選為越薄越好。通過引入補(bǔ)償板60，使補(bǔ)償板60引入的相移來代替液晶層30所形成的一部分相移就能使這兩個(gè)條件同時(shí)得到滿足，其中的補(bǔ)償板60滿足如下條件d’·Δn+δc＝λ0/4其中的d’＜λ0/(4·Δn)是很小的一個(gè)厚度。在這種情況下，黑態(tài)將保持其光學(xué)性能不變。白態(tài)的色度和亮度將有些變差，但這一方面可在相移δc＝2πdcΔnc/λ0很小(＜＜1弧度)時(shí)由參數(shù)P和Δφ的優(yōu)化來彌補(bǔ)。
圖13和圖14是在R(Δφ)＝0并且δ＝-10°、0°、+10°和+20°時(shí)計(jì)算出的第一組結(jié)果ξ(P，δ)和Δφ(P，δ)。
圖15所示反射系數(shù)對(duì)應(yīng)于扭曲狀態(tài)R(Δφ-π)的情況(Δφ+π的結(jié)構(gòu)類似)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上圖可知引入很小的相移(δ≈15°)能夠進(jìn)一步減小液晶層30的厚度。
對(duì)于更大的相移來說，淺態(tài)Δφ±π的亮度有所降低，但顏色更加強(qiáng)，從而降低了顯示裝置的光學(xué)質(zhì)量。
圖16所示是在Δφ＝-25.4°、P＝30°、δ＝15°、λ0＝560nm并且ξ(λ0)＝0.217時(shí)計(jì)算出來的兩個(gè)狀態(tài)反射系數(shù)Δφ和Δφ-π隨λ0/λ的變化情況。這種優(yōu)化配置的光學(xué)質(zhì)量相當(dāng)于沒有補(bǔ)償板60的情況(δc＝0)，然而這樣可使液晶層30的厚度減小約15％。
在上述的計(jì)算式中，均假定補(bǔ)償板60的差度dΔnc/dλ類似于液晶層30自身的dΔn/dλ。實(shí)際上，選擇合適差度的補(bǔ)償板60(如反信號(hào))可以帶來許多好處，其中最重要的是裝置黑態(tài)的差度更小，白光的對(duì)比度更大。
特定實(shí)施方案本發(fā)明這里提出一例非限定性的實(shí)施方案。為了展示其優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在打破錨定方面和傳輸中顯示優(yōu)化方面比較了雙穩(wěn)態(tài)液晶管的操作。
在這兩種情況下，基片20和40中一個(gè)表面的錨定在傾斜30°時(shí)非常強(qiáng)(以85°擦蒸SiO)。在另一表面上，以75°蒸發(fā)SiO而獲得較弱的平面錨定。加入S811手性摻雜劑(Merck)可將從Merck買到的5CB的向列型液晶手性化。這兩種液晶管在使用濃度上能使混合物的自身螺距P0＝4·d(其中對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的透射液晶管d＝1.5μm，對(duì)于本發(fā)明的反射型液晶管d＝0.85μm)。
在兩個(gè)液晶管弱錨定板上測(cè)得的打破錨定的靜態(tài)閾值相當(dāng)(Ec＝7V/μm)。這兩個(gè)裝置可采用相同的電信號(hào)來在兩個(gè)雙穩(wěn)態(tài)U和T之間進(jìn)行反復(fù)轉(zhuǎn)換，只是電壓有所不同對(duì)于現(xiàn)有的透射型液晶管(d＝1.5μm)的狀態(tài)，U＝18V；對(duì)于本發(fā)明反射型液晶管(d＝0.85μm)的狀態(tài)，U＝8V。轉(zhuǎn)換后，由本發(fā)明反射型液晶管測(cè)得的光學(xué)張弛時(shí)間(τ＝2ms)大大短于現(xiàn)有技術(shù)透射型液晶管的張馳時(shí)間(τ＝6ms)。這些結(jié)果說明本發(fā)明的反射型配置具有更大優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施例，其可延伸到其發(fā)明范圍內(nèi)的所有變化情況。
FRA-2750894。
H.L.Ong在Appl.Phys.Lett.51(18)11月.1987發(fā)表的“Opticalproperties of general twisted nematic liquid crystal displays”(一般扭曲向列型液晶顯示裝置的光學(xué)特性)。
權(quán)利要求
1.一種反射型雙穩(wěn)態(tài)裝置，其特征在于包括a)一液晶材料(30)，其布置在兩平行基片之間(20，40)，其中這兩個(gè)基片的內(nèi)側(cè)面上帶有電極從而能將電場(chǎng)加到所述的液晶上，至少前基片(20)和前電極是透光的；b)電極上的取向?qū)踊蛱幚韺樱鋵?duì)液晶進(jìn)行取向，能夠在沒有場(chǎng)時(shí)交替地形成至少兩種不同的穩(wěn)定或亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其中的一種結(jié)構(gòu)是非扭曲的或是扭曲的，其扭曲度在-90°到+90°之間，另一種結(jié)構(gòu)的附加扭曲度接近180°；c)液晶層(30)的厚度d在選擇上應(yīng)使乘積d·Δn接近λ0/4，這里λ0是顯示裝置工作波段的中心波長，Δn是液晶在所述波長的雙折射率；d)用于向液晶施加電信號(hào)的裝置，該信號(hào)打破兩個(gè)基片中至少一個(gè)基片的錨定，使液晶在所述不同結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換，該裝置在電場(chǎng)取消后還能使晶體保持在其中一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)；e)一個(gè)偏振片(10)，其布置在裝置中或裝置外，與該裝置的前面相連，其偏振角相對(duì)于裝置前表面上液晶的方位在15°到75°之間；f)一個(gè)鏡面反射或漫反射元件(50)，其布置在裝置中或裝置外并布置在液晶的后面，使光線兩次穿過該裝置并反射到觀察者或射向其它的光學(xué)元件。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于液晶材料(30)包括處于向列狀態(tài)的液晶或液晶混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于液晶材料(30)包括膽甾型或摻有手性物質(zhì)的向列型液晶或液晶混合物從而使穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)中特定結(jié)構(gòu)的能量彼此接近或相等。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于液晶(30)的光延遲d·Δn在0.15λ0至0.35λ0之間，優(yōu)選在0.20λ0至0.32λ0之間，其中的λ0是工作波段的中心波長。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于偏振片(10)為線性偏振片或橢圓形偏振片。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于在裝置內(nèi)或裝置的外部，在偏振片(10)和反射片(50)之間的光路布置一個(gè)補(bǔ)償板(60)，從而提供小于λ0/12的光延遲ΔI，其中的λ0是工作波段的中心波長。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于至少有一個(gè)電極具有多個(gè)不同的段，從而在同一裝置的相同基片上形成多個(gè)獨(dú)立的像素。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于這些獨(dú)立的像素都帶有施加電場(chǎng)的獨(dú)立裝置。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于這些獨(dú)立的像素布置成多路無源陣列。
10.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于這些獨(dú)立的像素布置成多路有源陳列。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于偏振片(10)的方向相對(duì)于裝置前面液晶的方位接近45°。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于第一結(jié)構(gòu)的扭曲角實(shí)際為零(Δφ≈0)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于對(duì)結(jié)構(gòu)在低扭曲狀態(tài)的扭曲角(Δφ0)、兩個(gè)狀態(tài)之間相對(duì)扭曲(±180°)、偏振片(10)相對(duì)于前面(20)液晶(30)校正的方向(P)、兩個(gè)基片(20，40)之間液晶材料(30)的厚度(d)以及液晶的雙折射值(Δn)進(jìn)行優(yōu)化從而獲得最佳的光學(xué)性能，特別是對(duì)比度、亮度和顏色。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的裝置，結(jié)合權(quán)利要求6，其特征在于補(bǔ)償板(60)的光軸(62)在方向上相對(duì)于偏振片(10)基本為45°。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的裝置，結(jié)合權(quán)利要求6，其特征在于液晶(30)引入的光延遲在100nm到180nm之間。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的裝置，結(jié)合權(quán)利要求6，其特征在于補(bǔ)償板(60)引入的光延遲小于50nm。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的裝置，結(jié)合權(quán)利要求6，其特征在于偏振片(10)與補(bǔ)償板(60)結(jié)合成一個(gè)元件從而構(gòu)成一個(gè)電偏振片。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于液晶材料(30)的厚度小于6μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反射型雙穩(wěn)態(tài)裝置，其包括一液晶材料(30)，其布置在兩平行基片(20、40)之間，其中這兩個(gè)基片上帶有電極校正裝置從而對(duì)液晶進(jìn)行定向并至少使兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)在沒有電場(chǎng)作用的情況處于穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)；一個(gè)將電信號(hào)加到液晶上的裝置，其進(jìn)行轉(zhuǎn)換使至少一個(gè)基片的錨定被打破；一個(gè)偏振片(10)，其與該裝置的前面相連，其偏振角相對(duì)于裝置前表面上液晶的方位在15°到75°之間；一個(gè)鏡面反射或漫反射元件(50)，其布置在液晶的后面。
文檔編號(hào)G02F1/1337GK1429383SQ01809349
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月12日
發(fā)明者I·N·多佐夫, P·R·馬蒂諾-拉加德, D·N·斯托埃內(nèi)斯庫 申請(qǐng)人:內(nèi)莫普蒂克公司