專利名稱：基于液晶的灰度雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于液晶的顯示器裝置領(lǐng)域。
一般，基于液晶的顯示器裝置包括二塊保證將液晶封閉起來的平行平板或基片。一方面，這些平板或基片帶有控制液晶方向和固定液晶的裝置；另一方面，又帶有將電場(chǎng)加在液晶上，以改變液晶結(jié)構(gòu)的電極。
在構(gòu)成本發(fā)明主題的，基于向列液晶的裝置中，使用向列液晶。該液晶通過加入手性攙雜劑變成無手性或有手性的，其向列螺旋線節(jié)距大于幾微米。在表面附近的液晶的方向及其固定，由校準(zhǔn)層或加在基片上的處理確定。當(dāng)沒有電場(chǎng)時(shí)，這種處理可使組織均勻或稍微扭曲。
至今所提出和生產(chǎn)的大多數(shù)裝置為單穩(wěn)態(tài)的。在沒有電場(chǎng)的情況下，在裝置中只形成單一一種組織。這種組織相應(yīng)于晶胞的總能量為絕對(duì)的極小。在有電場(chǎng)的情況下，這個(gè)組織連續(xù)變形，并且，根據(jù)所加的電壓不同，其光學(xué)性質(zhì)改變，當(dāng)電場(chǎng)斷開時(shí)，單一的單穩(wěn)態(tài)組織又恢復(fù)向列性。
另一種向列式顯示器為雙穩(wěn)態(tài)向列式顯示器。在這種情況下，在晶胞中可以形成至少二種不同的組織。這些組織相應(yīng)于同一種表面固定狀態(tài)，并且在沒有電場(chǎng)時(shí)是穩(wěn)定或亞穩(wěn)定的。加入適當(dāng)?shù)碾姎庑盘?hào)，可以在二種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。然而，由于雙穩(wěn)態(tài)性(或亞穩(wěn)定性)的關(guān)系，一旦圖像出現(xiàn)，則在沒有電場(chǎng)的情況下，圖像仍然存貯下來。對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合，雙穩(wěn)態(tài)顯示器的這種記憶能力是非常有吸引力的。它可允許圖像刷新的速度較低。因此可減少便攜式電器的耗電量。


圖1示意性表示雙穩(wěn)態(tài)顯示器的一個(gè)典型例子。在文獻(xiàn)[1]和[2]中有這種裝置的說明。如圖1a和1b分別所示，二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織T0和T180彼此不相同，它們扭轉(zhuǎn)±180°，并且拓樸學(xué)上不兼容。為了使T0和T180的能量基本上相等，選擇向列性的自然間距大約等于晶胞厚度的1/4。當(dāng)不加電場(chǎng)時(shí)，不存在其他能量更低的狀態(tài)，即T0和T180是雙穩(wěn)態(tài)。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，可得到差不多相類似等變晶回歸(homeotropic)的組織H(圖1c)，但在基片(斷開)上至少有一個(gè)固定點(diǎn)即分子在平板或基片附近與該平板或基片垂直。當(dāng)斷開電場(chǎng)時(shí)，晶胞被引導(dǎo)至雙穩(wěn)態(tài)中的一個(gè)或另一個(gè)狀態(tài)，以便于二個(gè)表面固定點(diǎn)之間進(jìn)行彈性連接(T0)或流體動(dòng)力學(xué)連接(T180)。從光學(xué)性能上看，二個(gè)狀態(tài)T0和T180是非常不相同的，這使得可以以大于100的對(duì)比度顯示黑白圖像。
另一種記憶式液晶裝置為有序一無序式顯示器。這種裝置具有均勻或規(guī)則的組織和許多無序的組織，其缺陷密度高。這種裝置在文獻(xiàn)[3]和[4]中提到。在這種裝置中，光強(qiáng)烈地散射，并在缺陷上消除偏振。無序組織的光學(xué)性質(zhì)與缺陷密度成比例地改變；因此可以顯示灰度，這對(duì)于獲得高質(zhì)量的黑色、灰色和白色或彩色圖像是必不可少的。
然而，只帶有規(guī)則結(jié)構(gòu)的二個(gè)能量相等的狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)裝置，本質(zhì)上不適合于具有灰色色調(diào)的顯示器。這是因?yàn)樵谶@種裝置中，只能顯示二種不同的雙穩(wěn)態(tài)組織，并且在圖像的每一個(gè)像素中保留。
為了使雙穩(wěn)態(tài)裝置能適用于灰度顯示器，提出了各種方法。
對(duì)于高速顯示器(例如視頻屏幕)，可以通過將圖像數(shù)字化和暫時(shí)將視頻的幀切割成幾個(gè)子幀，使子幀的持續(xù)時(shí)間比為1∶2∶4等，而得到灰度。在每一個(gè)子幀中，為了保證所希望強(qiáng)度的平均數(shù)字式電平，像素的狀態(tài)要變化。只適合于超高速裝置(例如鐵電體的液晶顯示器)的這種方法有許多缺點(diǎn)。它需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)器(幀存儲(chǔ)要求)。另外，多路傳輸有困難(需要形成非常短的子幀)。最后，這種方法犧牲了雙穩(wěn)態(tài)。這是因?yàn)榛叶炔皇窍袼氐囊粋€(gè)實(shí)際狀態(tài)，而是雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的一個(gè)暫時(shí)的平均狀態(tài)，并且當(dāng)圖像刷新截止時(shí)，圖像停止。它顯示像素的最后狀態(tài)。這是一個(gè)黑白圖像。
另一種方法是在空間細(xì)分每一個(gè)像素。因?yàn)閿?shù)字化圖像是作為在子像素中形成的黑白狀態(tài)的空間平均狀態(tài)顯示的。圖像的雙穩(wěn)態(tài)保留了，但裝置復(fù)雜(子像素尺寸非常小，對(duì)于同樣的空間分辨率要求的子像素?cái)?shù)目增加很多，多路傳輸困難)。
本發(fā)明的這個(gè)目的可利用一種向列雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置達(dá)到。該顯示器裝置包括·向列液晶層；該層放置在帶有電極和保證液晶的單穩(wěn)態(tài)表面固定狀態(tài)的固定裝置的二塊基片之間，多個(gè)固定狀態(tài)中的至少一個(gè)固定狀態(tài)的對(duì)稱性及力，可使固定在與基片垂直的電場(chǎng)中被破壞；·在二個(gè)基片之間的裝置；該裝置用于將電場(chǎng)加在液晶上，并用于破壞在至少一個(gè)表面上的固定；表面定向器的瞬態(tài)通道與電場(chǎng)平行，并且在電場(chǎng)被切斷后，該表面定向器向著二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)組織中的一個(gè)或另一個(gè)而弛豫，該二組織之間彼此扭轉(zhuǎn)差為180°，且都可與單穩(wěn)態(tài)的固定狀態(tài)相適應(yīng)；其特征在于，該裝置還包括·一個(gè)控制裝置，用于在固定破壞后，形成混合組織，在該混合組織中，所述的雙穩(wěn)態(tài)組織共同以可控制的比例存在于同一個(gè)像素中，所述的組織被180°的容積非傾斜線或在一個(gè)表面上的180°再定向壁分開；·和通過使容積線轉(zhuǎn)換為表面壁和使這些壁在表面上不動(dòng)，而使混合組織長期穩(wěn)定的裝置在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所用的液晶可以攙雜，以便成為手性的和可以與膽甾基(cholesteric)相適應(yīng)。
另外，本發(fā)明還涉及使用向列式雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置的一種顯示方法，該裝置還包括·一個(gè)向列液晶層；該層放置在帶有電極和保證液晶的單穩(wěn)態(tài)表面固定狀態(tài)的固定裝置的二塊基片之間，多個(gè)固定狀態(tài)中的至少一個(gè)固定狀態(tài)的對(duì)稱性及力，可使固定在與基片垂直的電場(chǎng)中被破壞；
·在二個(gè)基片之間的裝置；該裝置用于將電場(chǎng)加在液晶上，并用于破壞在至少一個(gè)表面上的固定；表面定向器的瞬態(tài)通道與電場(chǎng)平行，并且在電場(chǎng)被切斷后，該表面定向器向著二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)組織中的一個(gè)或另一個(gè)而弛豫，該二組織之間彼此扭轉(zhuǎn)差為180°，且都可與單穩(wěn)態(tài)的固定狀態(tài)相適應(yīng)；其特征在于，該方法包括下列步驟·在固定破壞前形成混合組織，在該混合組織中，所述雙穩(wěn)態(tài)組織以可控制的比例共同存在于同一個(gè)像素內(nèi)，所述組織由180°容積非傾斜線或在一個(gè)表面上的180°再定向壁分開；和通過將容積線轉(zhuǎn)換成表面壁和使這些壁在表面上不動(dòng)，來長期穩(wěn)定該混合組織。
在平板20(主板)上，校準(zhǔn)層為平的或傾斜的，其頂點(diǎn)的固定能量大，即在切換過程中，在大電場(chǎng)作用下，表面定向器n1的排列方向靠近易軸e1，而在電場(chǎng)斷開后，n1與e1平行。
在平板30(副板)上，校準(zhǔn)層為平的(易軸e2與晶胞平面平行)，并且其頂點(diǎn)固定能量弱或中等。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，在該平板上的固定破裂(圖1c)；表面定向器n2的排列方向與電場(chǎng)平行，并且與e2垂直。這個(gè)排列方向相應(yīng)于固定能量最大，而固定扭矩為零。在電場(chǎng)斷開后，定向器n2處在不穩(wěn)定的平穩(wěn)狀態(tài)中(沒有扭矩)，并且有二種不同的方法可以回復(fù)至平衡狀態(tài)使n2與e2平行(T0)，圖1a)或反向平行(T180，圖1b)。這是因?yàn)?，該二個(gè)狀態(tài)也與單穩(wěn)態(tài)的固定狀態(tài)兼容(向列性是一個(gè)四極的系統(tǒng)，并且n2與-n2是等價(jià)的)。這樣，在斷開固定進(jìn)行切換后，可以形成一個(gè)或另一個(gè)組織(T0或T180)。
利用向列液晶10的二個(gè)固定狀態(tài)之間的弱連接，選擇最終的組織。這種弱連接，在電場(chǎng)斷開時(shí)，可干擾副板30的不穩(wěn)定的平衡。電場(chǎng)突然斷開有利于流體動(dòng)力學(xué)連接(容積和表面回流效應(yīng))，且會(huì)形成扭轉(zhuǎn)的組織T180。電場(chǎng)逐漸斷開有利于靜態(tài)連接(通過彎曲彈性)，并形成準(zhǔn)均勻的最終狀態(tài)T0。
二種組織T0和T180拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)是不相同的；因此它們之間不可能連續(xù)地轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@需要破壞固定或向列次序。對(duì)于無手性的向列液晶，T180組織是亞穩(wěn)態(tài)的。即是說，它比T0組織有較大的能量，但高的能量壁壘在沒有電場(chǎng)的情況下，將阻止它自然地轉(zhuǎn)換為T0組織。盡管如此，從長期來看，由于成核作用和缺陷的傳播(180°非傾斜線)，T180組織可以轉(zhuǎn)換為T0組織。通過用手性攙雜物使向列液晶具有間距P接近P＝4d的空間螺旋特性，可以防止這種虛假的轉(zhuǎn)換。這樣，二種組織的能量相等，并可得到真正的雙穩(wěn)態(tài)，即可得到在黑白模式，或更精確地說在“開/關(guān)”模式下工作的雙穩(wěn)態(tài)向列式顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的灰度顯示器裝置的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示和以上所述的相同。
這是因?yàn)椋诒硎靖鶕?jù)本發(fā)明的晶胞的圖3等中，也具有按照上述的結(jié)構(gòu)的二個(gè)帶有電極22，32和校準(zhǔn)層24和34的平板20，30。圖3還示意性表示與電極22，32連接的裝置40。該裝置適用于將幅值和持續(xù)時(shí)間可控制的電氣驅(qū)動(dòng)脈沖加在電極之間，因而也是加上液晶材料10上。
發(fā)明人說明了在這種形式的裝置中，可以形成和穩(wěn)定可控制的模擬的中間灰色狀態(tài)，以便得到帶有灰色色調(diào)的雙穩(wěn)態(tài)顯示器。這些狀態(tài)相應(yīng)于“混合”組織，即是說，在同一個(gè)像素中同時(shí)存在二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織(圖2)。因此，混合狀態(tài)為二種形式的區(qū)域的隨機(jī)混合物—“寫”區(qū)域(在交叉的偏振鏡之間的黑色的組織T180)和“消除區(qū)域”(在交叉編振鏡之間的沿對(duì)角線方向的白色組織T0)。局部地可在每一個(gè)區(qū)域中形成一個(gè)狀態(tài)，該狀態(tài)在區(qū)域的整個(gè)面積上是均勻的。該區(qū)域的面積約為100×d2，與像素的總面積比較偏小。另外，在同一個(gè)像素內(nèi)，可形成許多微區(qū)域，改變這些微區(qū)域的平均密度，可以產(chǎn)生大量的灰色電平。像素的傳輸或反射強(qiáng)度為二種形式區(qū)域的強(qiáng)度的加權(quán)平均，并可在0％(黑色狀態(tài))和100％(白色狀態(tài))之間連續(xù)改變。
混合狀態(tài)的起源是在副板30上的固定被破壞后，表面定向器的不穩(wěn)定的平衡。在這個(gè)狀態(tài)下，非常微小的干擾都可使向列液晶表面定向器n2向著與e2平行或反向平行(圖1)的二個(gè)位置中的一個(gè)或另一個(gè)位置迅速地轉(zhuǎn)換，因而也是向著最終組織T0或T180迅速轉(zhuǎn)換。如果驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓大大超過固定破壞的閾值，則二個(gè)表面之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)連接牢固，而整個(gè)像素向著一個(gè)均勻的組織切換(白色狀態(tài)或黑色狀態(tài))。另一方面，接近破壞閾值的連接脆弱，局部的擾動(dòng)(可以認(rèn)為是疊加在驅(qū)動(dòng)信號(hào)上的局部“噪聲”)足以形成混合狀態(tài)。
發(fā)明人確認(rèn)，通過控制表面固定力的散布，可以產(chǎn)生局部擾動(dòng)。這是因?yàn)?，根?jù)校準(zhǔn)層的性質(zhì)和均勻性不同，局部固定能量可在一定范圍內(nèi)變化。這樣，均勻的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)可以或不可以局部地超過固定的破壞閾值。這會(huì)產(chǎn)生混合的最終組織，其灰色電平?jīng)Q定于脈沖電壓。
另外，發(fā)明人還示出，局部擾動(dòng)可以由表面的外形結(jié)構(gòu)(例如校準(zhǔn)層的厚度變化)引起。這種外形結(jié)構(gòu)可以是周期性的(一維或二維的表面格子結(jié)構(gòu))或隨機(jī)的(例如，一微結(jié)構(gòu)表面)。在這些情況下，由于電場(chǎng)不再是均勻的，因此使固定破壞的電壓隨著液晶薄膜的局部厚度而變化。固定層的介電性質(zhì)可以在較大或較小的程度上顯示出來。
發(fā)明人還確認(rèn)了，使用電阻或表面光潔度不均勻的電極，將稍微不均勻的電場(chǎng)加在一個(gè)像素上，可以得到混合組織。這就可得到一個(gè)表面強(qiáng)度或其方向改變的電場(chǎng)(稍微傾斜的電場(chǎng))。這或多或少地會(huì)干擾固定的破壞。
圖3示意性表示副板30上的電極32的表面上的凹凸不平處36周圍產(chǎn)生的不均勻電場(chǎng)和在電場(chǎng)中引起的對(duì)組織的擾動(dòng)(圖3a)。在斷開電場(chǎng)，使液晶表面定向器連接松弛以后(圖3b)，得到混合組織。在該組織的表面凹凸不平處的每一側(cè)形成二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織。
根據(jù)本發(fā)明的形成混合組織的一種方法是，在加驅(qū)動(dòng)脈沖的過程中，造成過渡組織的不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性本來就是流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)或受電場(chǎng)作用而撓曲的，或者是由于表面固有的極性引起的。所有這些本來是動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致向列液晶的定向器相對(duì)于其容積和表面上的平衡狀態(tài)產(chǎn)生周期性的偏離，其偏離周期與晶胞的厚度相差不大。在強(qiáng)電場(chǎng)下，這些不穩(wěn)定性的振幅非常小，但當(dāng)電場(chǎng)接近液晶固定的破壞閾值時(shí)，不穩(wěn)定性足以產(chǎn)生混合組織。
根據(jù)本發(fā)明形成混合組織的另一種方法是，在將電場(chǎng)(回流效應(yīng))加在表面上和容積中的過程中，造成液晶的瞬間剪切流動(dòng)。該流動(dòng)也可干擾定向器的定向。在不均勻或粗糙的表面上，這種流動(dòng)可造成表面定向器定向的微小的瞬態(tài)不均勻性。在固定破壞以后，但在流動(dòng)完全減弱之前斷開電場(chǎng)，也可以產(chǎn)生混合的像素組織。
然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在形成混合組織后，該組織可隨著時(shí)間而變化，并且通過將與二個(gè)主要的雙穩(wěn)態(tài)組織相應(yīng)的區(qū)域分開的缺陷線的擴(kuò)展，可使該組織向著黑色或白色的均勻狀態(tài)轉(zhuǎn)移。
更具體地說，在構(gòu)成本發(fā)明主題的顯示器幾何形狀中，可以存在二種形成的具有不同結(jié)構(gòu)和活動(dòng)性的缺陷線。
第一種形成的缺陷線表示在圖4a中。這些缺陷線為180°非傾斜線。這些缺陷線(在圖4a中示意性地用區(qū)域V的形式表示)具有熔融的各向同性的或雙軸線的核心。這時(shí)，向列性有序參數(shù)變?yōu)榱慊蛏踔粮淖兎?hào)。在平衡狀態(tài)下，這些線位于晶胞的中間平面上，并形成包圍構(gòu)成混合組織的區(qū)域的封閉回路。這些線的活動(dòng)性很強(qiáng)，它們可以活動(dòng)，并且由于彈性力或流動(dòng)的作用，可以在裝置的平面上產(chǎn)生粘性摩擦。如果二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織第單位面積上的扭曲能量不同(例如，間距與晶胞厚度匹配得不好的無手性或膽甾基式向列性液晶)，則彈性力作用在該線上并使該線移動(dòng)。局部地在該線通過后，較高能量的組織(雙穩(wěn)態(tài)組織)被其他組織代替。亞穩(wěn)態(tài)組織所占據(jù)的面積逐漸減少，而長期來看，整個(gè)像素在穩(wěn)態(tài)下(白或黑色)變得均勻。對(duì)于能量相同的雙穩(wěn)態(tài)組織(在膽畄基液晶與晶胞的厚度很好匹配的情況下)，缺陷線中的拉力(每單位長度的能量)使非傾斜的回路收縮和長期消失，使灰度緩慢改變至0％或100％。
缺陷線的另一種可能的結(jié)構(gòu)示意性地表示在圖4b中。在這種情況下，這些缺陷線是180°表面定向器再定向壁(圖4b中的區(qū)域S)。該壁將存在二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織的分開。在整個(gè)壁上，表面定向器逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。位于表面上的這些缺陷線的活動(dòng)性，比容積線的活動(dòng)性小很多，這是因?yàn)樗鼈兊挠行д承暂^高，此外，由于該缺陷線附著在表面凹凸不平處和/或由于固定的局部記憶，使摩擦“強(qiáng)烈”。由于強(qiáng)烈的摩擦，加在缺陷線上的力有一個(gè)閾值，在該閾值以下，缺陷線保持“粘附”在表面上，而不運(yùn)動(dòng)。對(duì)于大多數(shù)表面，這個(gè)閾值非常高，甚至在無手性向列性情況下，二個(gè)組織之間的能量差都不超過這個(gè)閾值。由于缺陷線的“粘附”，對(duì)于任意的灰度狀態(tài)，可得到無限多的雙穩(wěn)態(tài)。
二種形成缺陷的每單位長度的能量非常不相同(圖5)。表面壁的總的容積扭曲能較低，并且核心能量為零(它們沒有熔融的核心，并在壁中，向列性次序沒有受到大的干擾)。相反，由于壁中的表面定向器相對(duì)于校準(zhǔn)層形成的易軸的方向不確定，因此固定能量較大。一般，在表面壁的情況下，總能量較低，因此有利于非傾斜線轉(zhuǎn)換成表面壁，為了進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，必需使缺陷線的核心接近表面(核心“通過”表面，并成為一個(gè)虛擬的核心)。圖5示意性地表示容積線V的能量，與其至表面的距離Z的函數(shù)關(guān)系。高的固定能量壁壘(B)將S狀態(tài)(表面壁)與V狀態(tài)(容積線)分開，并可防止非傾斜線與表面靠得太近。由于這個(gè)壁壘，在沒有電場(chǎng)的情況下，容積線V保持在晶胞中間，不轉(zhuǎn)換成表面壁。
在固定破壞后，當(dāng)形成混合組織時(shí)，有時(shí)在同一個(gè)回路的不同區(qū)域中，存在二種形式的缺陷線結(jié)構(gòu)。活動(dòng)性大的容積線在線的拉力作用下，并可能還有由于二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織的能量差造成的力作用下(如果空間的螺旋特性間距偏離其最優(yōu)值)運(yùn)動(dòng)。像素將長期向著與驅(qū)動(dòng)脈沖形成的灰度不同的另一個(gè)灰度轉(zhuǎn)換，因?yàn)橹挥型耆槐砻婢€包圍的區(qū)域才能存在。
為了得到長期穩(wěn)定的灰度，必需通過將非傾斜線轉(zhuǎn)換成180°再定向壁，而將所有的非傾斜線“粘附”在表面上。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過加上相應(yīng)電壓和持續(xù)時(shí)間的電脈沖，可以有效地達(dá)到這種轉(zhuǎn)換。在處于Fredericks閾值和固定破壞閾值之間的中等電場(chǎng)作用下，除了接近二個(gè)表面的區(qū)域中以外(圖6)，在容積中的向列性液晶的定向器的排列方向，與電場(chǎng)平行。在電場(chǎng)中，二個(gè)主要的雙穩(wěn)態(tài)組織用不同的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換T0組織在各處都以相同的方向傾斜，而在扭轉(zhuǎn)的T180組織中的“半轉(zhuǎn)”組織，保持其180°的拓樸學(xué)回轉(zhuǎn)約束，變成彎曲的“半轉(zhuǎn)”。在接近主板20處，定向器的是均勻的，但固定傾斜牢固。在副板30上，固定為平面形并很弱，由于電氣扭距作用，表面定向稍微傾斜。但二個(gè)組織的符號(hào)相反(±α)。這樣，與非傾斜線相反，形成一個(gè)2α的表面再定向壁。在表面壁和容積線之間，在拓樸學(xué)約束下，定向器保持與電場(chǎng)垂直，并且在這個(gè)區(qū)域存貯大量的電能。為了減小這個(gè)能量，利用相應(yīng)的電力將該缺陷線推向表面圖(7a)。如果電力足夠大，以致超過能量壁壘，則非傾斜線轉(zhuǎn)換成帶有虛擬核心的表面壁(圖7b)。
缺陷粘附的閾值電壓Us，即是說容積非傾斜轉(zhuǎn)換成表面壁的閾值取決于晶胞的厚度、表面固定力，脈沖的極性和脈沖持續(xù)時(shí)間τ(由于在缺陷線向著表面運(yùn)動(dòng)情況下的摩擦)。一般，Us的值為幾個(gè)伏。
圖8表示對(duì)上述根據(jù)本發(fā)明的晶胞實(shí)驗(yàn)測(cè)量的Uc(τ)的依賴關(guān)系。它表示較小和短的“圖像保留”信號(hào)可使缺陷線穩(wěn)定，和得到混合組織的無限多的雙穩(wěn)態(tài)。這些信號(hào)可以在被破壞的固定解除以后，與切換信號(hào)獨(dú)立地送出；或?qū)⑺鼈儼ㄔ隍?qū)動(dòng)信號(hào)的最后部分中。
示例下面的例子是相應(yīng)于發(fā)明人生產(chǎn)和研究的本發(fā)明的裝置的一個(gè)非限制性例子。
厚度為1.6微米(μm)的一個(gè)液晶晶胞10安裝在厚度為1.1mm的二塊玻璃板20、30之間。玻璃板20、30上涂敷導(dǎo)電的混合的錮錫氧化物的一個(gè)透明層。主板20在85°入射余角下接受一氧化硅的蒸發(fā)作用。液晶10固定牢固，并與主板20傾斜大約30°。副板30在75°傾角下接受蒸發(fā)作用。在這個(gè)副板30上得到的固定是弱的平面形固定。為了在實(shí)驗(yàn)室溫度下，在晶胞的厚度上得到90°的自然扭曲，使用的液晶為攙雜有S811(由Merck公司生產(chǎn))材料的戍基氰基聯(lián)二苯(5CB)。這樣，晶胞的二個(gè)狀態(tài)具有相同的能量。
利用裝有通常的圖像記錄裝置的顯微鏡，發(fā)明人觀察了在加上接近閾值的切換脈沖后的各個(gè)區(qū)域的性質(zhì)。
圖8的曲線給出了可以設(shè)定這個(gè)晶胞中的區(qū)域的二個(gè)極性的“圖像保留”脈沖的值。當(dāng)考慮由表面產(chǎn)生的局部電場(chǎng)時(shí)，二個(gè)極性之間的該脈沖有差別。
圖9的曲線表示帶有二個(gè)偏振鏡的晶胞的透光度與持續(xù)時(shí)間固定(800微秒(μs))的的切換脈沖的振幅的函數(shù)關(guān)系。圖9表示切換脈沖振幅小于10V時(shí)的白色狀態(tài)，切換脈沖在10V和14V之間變化時(shí)的從白色逐漸改變至黑色的灰色狀態(tài)，和切換電壓大于14V時(shí)的黑色狀態(tài)。在這些切換脈沖以后，加上5V和同樣的持續(xù)時(shí)間(800微秒)的圖像保留電壓，可以得到灰度的無窮大的穩(wěn)定性(由加上振幅在10V和14V之間的切換脈沖產(chǎn)生)。一般，該切換電壓在2V和10V之間。
圖10表示在這個(gè)晶胞中形成的6個(gè)不同的灰度(圖9中的狀態(tài)L2至L7)。
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明提供了一種灰度雙穩(wěn)態(tài)向列式顯示器裝置。該裝置的一般結(jié)構(gòu)中，使用已知的分別利用二個(gè)0°和180°的扭轉(zhuǎn)的雙穩(wěn)態(tài)組織的顯示器原理。在驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，通過破壞固定就可以進(jìn)行切換。當(dāng)信號(hào)接近破壞閾值時(shí)，在每一個(gè)像素中得到混合狀態(tài)，而二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織則分別在微區(qū)域中產(chǎn)生。二個(gè)狀態(tài)所占據(jù)的面積之比(因而也是相應(yīng)的灰度)由驅(qū)動(dòng)電壓控制。通過將在微區(qū)域之間的容積非傾斜線可控制地轉(zhuǎn)換成表面壁(該表面壁由于在表面上的強(qiáng)烈摩擦而無限穩(wěn)定)，可以維持像素的灰度，而長期不會(huì)改變。
當(dāng)然，本發(fā)明不是公限于上述的具體實(shí)施方案，可以擴(kuò)展至根據(jù)發(fā)明的精神的所有變型。
文獻(xiàn)[1]“利用單穩(wěn)態(tài)式表面切換的快速雙穩(wěn)態(tài)向列顯示器”，I.Dozov，M.Nobili，G.Durand Appl.Phys.Lett.70，1179(1997). Wo-A-97 17632. “基于允許灰色色調(diào)的向列式液晶的雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置”，R.Barberi，G.Durand，R.Bartolino，M.Giocondo，I.Dozov，J Li，EP0773468，US 5995173，JP 9274205(1998). D.K.Yang，J.L.West，L.C.Chien and J.W.Doane J.Appl.Phys.76，1331(1994).
權(quán)利要求
1.一種向列式雙穩(wěn)態(tài)的顯示器裝置，它包括·向列液晶層(10)；該層放置在帶有電極(22，32)和保證液晶(10)的單穩(wěn)態(tài)表面固定狀態(tài)的固定裝置(24，34)的二塊基片(20，30)之間，多個(gè)固定狀態(tài)中的至少一個(gè)固定狀態(tài)的對(duì)稱性及力，可使固定在與基片(20，30)垂直的電場(chǎng)中被破壞；·在二個(gè)基片(20，30)之間的裝置(40)；該裝置用于將電場(chǎng)加在液晶上，并用于破壞在至少一個(gè)表面上的固定；表面定向器的瞬態(tài)通道與電場(chǎng)平行，并且在電場(chǎng)被切斷后，該表面定向器向著二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)組織中的一個(gè)或另一個(gè)而弛豫，該二組織之間彼此扭轉(zhuǎn)差為180°，且都可與單穩(wěn)態(tài)的固定狀態(tài)相適應(yīng)；其特征在于，該裝置還包括·控制裝置(40)，用于在固定破壞后，形成混合組織，在該混合組織中，所述的雙穩(wěn)態(tài)組織共同以可控制的比例存在于同一個(gè)像素中，所述的組織被180°的容積非傾斜線或在一個(gè)表面上的180°再定向壁分開；以及·通過使容積線轉(zhuǎn)換為表面壁和使這些壁在表面上不動(dòng)，而使混合組織長期穩(wěn)定的裝置(40)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于液晶(10)被攙雜，使它成為手性的，并與膽甾基相適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于用于將電場(chǎng)加在液晶上的裝置(40)設(shè)計(jì)為適合于將接近破壞液晶的固定的閾值的電場(chǎng)加在至少一個(gè)表面上。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置(40)包括至少一個(gè)校準(zhǔn)層，該校準(zhǔn)層的表面周期性地或隨機(jī)地作成波紋狀。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置(40)包括能使至少一個(gè)表面上的固定力分散的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于控制裝置(40)包括不均勻的校準(zhǔn)層。
7.如權(quán)利要求5和6中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置(40)適合于施加一個(gè)均勻的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置包括能夠?qū)⑸晕⒉痪鶆虻碾妶?chǎng)加在像素上的裝置(40)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于控制裝置(40)包括電阻或表面光潔度不均勻的電極(22，32)。
10.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置包括在加驅(qū)動(dòng)脈沖過程中，能造成過渡組織不穩(wěn)定的裝置(40)，這種不穩(wěn)定性本來是流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)或電致?lián)锨再|(zhì)的，或是由于表面固有的極性引起的。
11.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于控制裝置包括在加驅(qū)動(dòng)脈沖過程中能使液晶作瞬態(tài)剪切流動(dòng)的裝置(40)。
12.如權(quán)利1-11中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括能將電脈沖加在液晶上的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括能將振幅在Frericks閾值和固定破壞閾值之間的電脈沖加在液晶上的裝置。
14.如權(quán)利要求12和13中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括能將振幅為少許伏的電脈沖加在液晶上的裝置。
15.如權(quán)利要求12-14中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括能將振幅為2V-10V，最好為5V左右的電脈沖加在液晶上的裝置。
16.如權(quán)利要求12-15中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括可與切換信號(hào)獨(dú)立地將電脈沖加在液晶上的裝置，該切換信號(hào)可保證在被破壞的固定弛豫之后，固定是斷開的。
17.如權(quán)利要求12-15中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于穩(wěn)定裝置(40)包括能將包括在保證固定斷開的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最后部分中的電脈沖，加在液晶上的裝置。
18.如權(quán)利要求1-17中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于用于將電場(chǎng)加在液晶上的裝置(40)，適合于將接近使液晶的固定破壞的閾值的變化電場(chǎng)加在至少一個(gè)表面上，該電場(chǎng)的振幅可用于控制所得到的灰度。
19.一種使用向列雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置的方法，該裝置包括·一個(gè)向列液晶層(10)；該層放置在帶有電極(22，32)和保證液晶(10)的單穩(wěn)態(tài)表面固定狀態(tài)的固定裝置(24，34)的二塊基片(20，30)之間，多個(gè)固定狀態(tài)中的至少一個(gè)固定狀態(tài)的對(duì)稱性及力，可使固定在與基片(20，30)垂直的電場(chǎng)中被破壞；·在二個(gè)基片(20，30)之間的裝置(40)；該裝置用于將電場(chǎng)加在液晶上，并用于破壞在至少一個(gè)表面上的固定；表面定向器的瞬態(tài)通道與電場(chǎng)平行，并且在電場(chǎng)被切斷后，該表面定向器向著二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)組織中的一個(gè)或另一個(gè)而弛豫，該二組織之間彼此扭轉(zhuǎn)差為180°，且都可與單穩(wěn)態(tài)的固定狀態(tài)相適應(yīng)；其特征在于，該方法包括下列步驟·在固定破壞后形成混合組織，在該混合組織中，所述雙穩(wěn)態(tài)組織以可控制的比例共同存在于同一個(gè)像素內(nèi)，所述組織由180°容積非傾斜線或在一個(gè)表面上的180°再定向壁分開；以及·通過將容積線轉(zhuǎn)換成表面壁和使這些壁在表面上不動(dòng)，來長期穩(wěn)定該混合組織。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種向列式雙穩(wěn)態(tài)顯示器裝置。其特征在于它包括控制裝置(40)，用于在固定破壞后形成混合組織，在該混合組織中，二個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組織以可控制的比例共同存在于同一個(gè)像素內(nèi)，所述組織由180°容積非傾斜線或在一個(gè)表面上的180°再定向壁分開；以及通過將容積線轉(zhuǎn)換成表面壁和使這些壁在表面上不動(dòng)，來長期穩(wěn)定該混合組織的裝置(40)。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1462376SQ02801496
公開日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2002年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月4日
發(fā)明者J·安熱勒, P·馬蒂諾-拉加德, I·多佐夫, D·斯托埃內(nèi)斯庫, R·韋爾切萊托 申請(qǐng)人:內(nèi)莫普蒂克公司