專利名稱：具有改進(jìn)光罩的雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示領(lǐng)域，特別是雙穩(wěn)態(tài)錨固破壞型(anchoring-breaking)向列液晶顯示器，其兩種穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)之間扭轉(zhuǎn)180度。
背景技術(shù)：
液晶顯示器廣泛用于計(jì)算機(jī)、投影儀、電視、鐘表以及其它信息顯示設(shè)備來顯示符號(hào)、文字和圖像。它們的表面通常被分成很小的元素(像素)，其形成顯示管，該顯示這的狀態(tài)彼此獨(dú)立。
衡量液晶顯示器質(zhì)量的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)是光學(xué)對(duì)比度，其通常由一個(gè)被稱為對(duì)比度或?qū)Ρ嚷实牧縼矶x。液晶顯示器的對(duì)比度是指屏幕中處于接通狀態(tài)的區(qū)域所透射或反射光線的強(qiáng)度與屏幕中處于關(guān)斷狀態(tài)的區(qū)域所透射或反射光線的強(qiáng)度的比(是透射光線的強(qiáng)度還是反射光線的強(qiáng)度取決于顯示器的設(shè)計(jì)是透射型的還是反射型的)。在理想情況下，顯示器的接通狀態(tài)能透射或反射盡可能多的光線，而關(guān)斷狀態(tài)則透射或反射盡可能少的光線。對(duì)比度越高，信息或圖像的可讀性和質(zhì)量越好。例如，對(duì)比率小于10時(shí)圖像暗淡不夠明亮。當(dāng)對(duì)比度為20時(shí)，相同的圖像會(huì)顯得明亮和銳麗。如果顯示器的像素大小小于人眼正常條件下注視顯示器時(shí)的分辨極限，那么顯示器中用來測(cè)量對(duì)比度的區(qū)域可包括有許多像素。
如圖1至3所示，液晶顯示器通常包括有兩個(gè)平行的基板12、22，其內(nèi)表面分別與電極10、20相連，并且相對(duì)的電極10、20之間包含有液晶材料30。電極10、20的交叉區(qū)域形成像素40。使眾多這樣的像素處于所需的光學(xué)狀態(tài)就能形成被顯示的圖像。每一像素的光學(xué)狀態(tài)即是通還是斷，是由形成該像的電極10、20上通過地址選擇電路加上的電場(chǎng)來決定的。
大部分液晶顯示器為單穩(wěn)態(tài)的。在這些顯示器中，在沒有電場(chǎng)的情況下是一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)加上電場(chǎng)時(shí)，該結(jié)構(gòu)逐漸變化亮度逐漸增加(或減少)。
雙穩(wěn)態(tài)顯示器至少具有兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)在沒有電場(chǎng)時(shí)理論上均能在穩(wěn)態(tài)保持無限長(zhǎng)的時(shí)間。其中一種狀態(tài)為關(guān)斷狀態(tài)，另一種狀態(tài)為接通狀態(tài)。兩種狀態(tài)的穩(wěn)定性來源于下面的事實(shí)。即這兩種結(jié)構(gòu)的能量基本相同，并且兩者之間有一個(gè)勢(shì)壘使得一種結(jié)構(gòu)不能自發(fā)地轉(zhuǎn)換到另一種結(jié)構(gòu)。
相鄰像素之間并不是連續(xù)的，而是被一個(gè)非尋址區(qū)即所稱的像間區(qū)域分開(參見圖3)。圖3中所示有像素P和像間空隙I。例如當(dāng)顯示器采用無源陣列的形式布置時(shí)，行電極10與基板12相連，列電極20與另一個(gè)基板22相連，并且電極10和20彼此正交。此時(shí)，像素P對(duì)應(yīng)于行電極10和列電極20的交疊區(qū)域，像間空隙I對(duì)應(yīng)于正對(duì)行基板12和列基板22上的極間空區(qū)的區(qū)域。
該極間空區(qū)可使電極之間彼此分開，該空區(qū)的大小必須在某一限值之上，該限值的大小取決于電極材料的特性和厚度、所采用的蝕刻技術(shù)、所加的電場(chǎng)以及顯示器其它特性。
在沒有阻擋層的情況下，像間空隙的光學(xué)狀態(tài)很差，從這些區(qū)域透射或反射的光線可能會(huì)顯著地降低顯示器的對(duì)比度。例如，當(dāng)顯示器采用素距0.25mm、寬0.23mm的方形像素時(shí)，像間空隙的寬度為0.02mm，約相當(dāng)于屏幕整個(gè)工作區(qū)域中總無效區(qū)域的15％。在像間空隙始終為接通的不利情況下，幾個(gè)像素區(qū)域中所測(cè)的顯示器的對(duì)比度可降到7以下，盡管此時(shí)像素內(nèi)測(cè)得的微觀對(duì)比度很高。
與正對(duì)比度顯示模式相比，采用負(fù)對(duì)比度顯示模式(即，電場(chǎng)為零時(shí)的關(guān)斷狀態(tài)模式，例如在平行偏振片內(nèi)的TN模式)能夠限制對(duì)比度的損失。然而，這種方法并不適用于高精度顯示器，因?yàn)樵趯ぶ废袼貢r(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向電場(chǎng)會(huì)扭曲相鄰電極之間的液晶結(jié)構(gòu)并使它們轉(zhuǎn)變成光學(xué)接通的狀態(tài)[1]。選擇負(fù)對(duì)比度還可使用不利的光結(jié)構(gòu)(具有負(fù)對(duì)比度TN的關(guān)斷狀態(tài)例如在色差方面要比具有正對(duì)比度TN的關(guān)斷狀態(tài)相差)從而限制顯示器的對(duì)比度。
其它所有用來減少由屏幕非有效區(qū)域產(chǎn)生的對(duì)比度損失的方法都是在像素之間或者在極間空區(qū)內(nèi)加入一個(gè)不透明層以便阻擋透射或反射光線。
文獻(xiàn)[2]提出使用鋁制的光罩或鉻層。用金屬作光罩需要進(jìn)行費(fèi)用較高的真空沉積處理和隔離以防止像素間出現(xiàn)短路。這些層還會(huì)帶來不少于1.5％到3％的反射度從而限制反射的對(duì)比度。
文獻(xiàn)[3]用(有色或黑色的)聚合吸收體作為光罩。然而，有色聚合體相對(duì)較低的光學(xué)密度要求其厚度相對(duì)較厚(＞0.5mm)從而獲得足夠低的透射度(＜1％)。對(duì)這些層進(jìn)行蝕刻會(huì)在顯示器內(nèi)形成陡峭地內(nèi)部起伏并伴隨出現(xiàn)非均勻電場(chǎng)，這將產(chǎn)生取向缺陷如斜轉(zhuǎn)區(qū)或扭轉(zhuǎn)區(qū)。如果加大光罩部分蓋住電極的邊緣，這些缺陷會(huì)有所減少到損害接通狀態(tài)下透射或反射度的程度。此外，在這些厚聚合層上進(jìn)行蝕刻的精確度很差，這意味著光罩必須很寬從而在光罩和電極之間保持足夠的對(duì)齊誤差。因此這種方法雖然保持了對(duì)比度但損害了顯示器的另一個(gè)重要特性即照明狀態(tài)的亮度。
另一種方法是采用由一疊金屬和聚合吸收層做成的阻擋層來提供抗反射功能和隔離功能[4]從而使光罩在透射和反射方面的光學(xué)性能最優(yōu)，此時(shí)不必過分地加厚該層或者使用特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只需介質(zhì)材料中含有具有吸收特性的金屬或半導(dǎo)體精細(xì)顆粒即可。
所有這些方法都涉及貴重材料的使用或者高成本的加工工序。這是因?yàn)楸仨殞⒉煌该鞑牧铣练e在電極上并將其從有效區(qū)域上去掉。這些操作必須非常精細(xì)才能形成0.01mm到0.02mm寬的不透明帶同時(shí)又不侵占到像素區(qū)域或者留出非阻擋區(qū)。在無源陣列顯示器的情況下，不應(yīng)出現(xiàn)成本的增加，其參考價(jià)格是STN-LCD單色顯示器的價(jià)格，其加工過程不使用真空沉積技術(shù)。
本發(fā)明在雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示管的條件下通過改變或調(diào)整加工操作能夠在不增加材料的同時(shí)阻擋像間的空區(qū)。其利用了雙穩(wěn)態(tài)顯示器的特性，該特性將在下面作一簡(jiǎn)要地描述。
例如，文獻(xiàn)[6]就提出了一種雙穩(wěn)態(tài)顯示器，其狀態(tài)是由(單穩(wěn)態(tài)錨固)基體上分子的平位或近乎的平位來形成的。這些狀態(tài)由基體兩表面間的液晶結(jié)構(gòu)來區(qū)別。在其中的一種狀態(tài)，分子幾乎為平行的(該結(jié)構(gòu)是均勻的或者存在輕微的扭曲)。在另一種狀態(tài)，分子平轉(zhuǎn)半圈，從一個(gè)基體走到另一個(gè)基體(其結(jié)構(gòu)相對(duì)于原先的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)180度)。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下破壞至少一個(gè)表面上的單穩(wěn)態(tài)錨固并通過流動(dòng)效應(yīng)就能在兩種結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明中的像間空區(qū)通過雙穩(wěn)態(tài)液晶管的產(chǎn)生而阻擋，這樣像間空區(qū)內(nèi)的液晶就永久地處于關(guān)斷狀態(tài)。這可通過設(shè)定像間空區(qū)上液晶層的特定錨固和自發(fā)扭轉(zhuǎn)條件來實(shí)現(xiàn)，這些條件有利于結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)，與形成接通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)相比，這些條件的能量更低。
在下面的說明中，我們假定用來觀察透射、反射或混合模式顯示器的光線偏振結(jié)構(gòu)最優(yōu)到了像素內(nèi)達(dá)到最佳關(guān)斷狀態(tài)的設(shè)計(jì)。該關(guān)斷狀態(tài)對(duì)于扭曲結(jié)構(gòu)或者均勻結(jié)構(gòu)。例如，反射模式偏振結(jié)構(gòu)的優(yōu)化優(yōu)選根據(jù)申請(qǐng)人于2000年5月12提出的00/06107的專利申請(qǐng)中的裝置進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
為了形成像間光罩，本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示設(shè)備包括a)一向列液晶材料，其包含在兩平行基片之間，兩基片的內(nèi)表面上帶有電極從而能使電場(chǎng)加到所述液晶上，至少前面的基片和前面的電極是透光的；b)電極上的排列層或處理體，其對(duì)液晶進(jìn)行定向并使液晶在電場(chǎng)下至少在兩種不同的結(jié)構(gòu)之間交替變化，這兩種結(jié)構(gòu)為穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)，其中的一種結(jié)構(gòu)要么沒有扭曲要么在-90度到和+90度之間扭曲，而另一種結(jié)構(gòu)則扭曲約180度角；c)電極上液晶層的厚度應(yīng)使乘積d.Δn要么接近λ0/4要么接近λ0/2，或者是在波長(zhǎng)的整數(shù)倍內(nèi)或者是在這兩個(gè)值之間，這取決于顯示器的操作模式是反射型的、透射型的還是透射反射型的，其中λ0為顯示器所用波段的中間波長(zhǎng)，Δn為液晶在該波長(zhǎng)時(shí)的雙折射系數(shù)；d)一裝置，其在設(shè)計(jì)上用來給電極上的液晶施加電信號(hào)從而破壞至少一個(gè)基片上的錨固在所述不同結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換，并且在去掉電場(chǎng)之后使液晶保持在其中的一個(gè)結(jié)構(gòu)中；以及e)一裝置，其在設(shè)計(jì)上促進(jìn)所述一個(gè)結(jié)構(gòu)在極間空區(qū)上的液晶內(nèi)形成關(guān)斷狀態(tài)。
顯然，偏振片的數(shù)目和布置最好根據(jù)顯示設(shè)備的光學(xué)操作模式(透射型、反射型或透射反射型)來確定。
本發(fā)明的其它優(yōu)選特征如下—至少有一個(gè)電極包含有幾個(gè)不同的區(qū)段從而能夠在同一設(shè)備的同一基片上形成幾個(gè)獨(dú)立的圖像元素(像素)；—該獨(dú)立的圖像元素(像素)帶有獨(dú)立的用來加上電場(chǎng)的裝置；—該獨(dú)立的圖像元素(像素)布置成一個(gè)多路的無源陣列；
—該獨(dú)立的圖像元素(像素)布置成一個(gè)多路的有源陣列。


結(jié)合附圖參考以下的說明，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚，這些附圖是以舉例形式來說明不具有限定意義。
上述的圖1示意地展示了傳統(tǒng)的兩相互正交的電極在交叉點(diǎn)所獲得像素；上述的圖2示意地展示了兩個(gè)交叉的電極陣列裝置所形成的多路像素陣列，其中的電極布置在液晶材料的兩側(cè)，用以形成像素和極間空區(qū)；上述的圖3示意地展示了這種多路像素的剖面結(jié)構(gòu)；圖4示意性地展示了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在液晶的厚度上隨自發(fā)扭曲的變化情況；圖5示意性地展示了本發(fā)明像間空隙內(nèi)的扭曲結(jié)構(gòu)在去除材料后的感應(yīng)情況，這種感應(yīng)導(dǎo)致像素內(nèi)形成穩(wěn)定的平行(PA)結(jié)構(gòu)或者是扭曲(TW)結(jié)構(gòu)(不穩(wěn)定)，并在像間空隙內(nèi)形成優(yōu)選的扭曲結(jié)構(gòu)；以及圖6示意性地展示了本發(fā)明像間空隙內(nèi)的扭曲結(jié)構(gòu)在加上材料后的感應(yīng)情況，這種感應(yīng)導(dǎo)致像素內(nèi)形成穩(wěn)定的平行(PA)結(jié)構(gòu)或者是扭曲(TW)結(jié)構(gòu)(不穩(wěn)定)，并在像間空隙內(nèi)形成優(yōu)選的平行結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明保護(hù)主體的顯示器在像素液晶層上存在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)。將手性摻雜劑加到液晶中可獲得雙穩(wěn)態(tài)特性。
在沒有手性摻雜劑的情況下，液晶在沒有扭矩時(shí)其取向均勻。其自由螺距(free pitch)無窮大。當(dāng)存在手性摻雜劑，如果液晶的取向橫穿其軸，那么液晶的取向會(huì)沿其螺旋旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，液晶就具有一個(gè)有限的自由螺距(其取向在澡軸移動(dòng)一個(gè)螺距后旋過360度)。該自由螺距會(huì)隨著摻雜劑濃度的增加而減少。
液晶的自由扭曲量q0由公式2π/p0來定義，其中p0為液晶的自由螺距，橫跨一厚度d的液晶樣本之后的自發(fā)扭曲定義為d·q0。因此，該自發(fā)扭曲是偶極子在沒有任何扭距條件下橫跨液晶層之后的旋轉(zhuǎn)角度。
將像素上液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲調(diào)整到90度就能獲得雙穩(wěn)態(tài)特性。在扭曲和均勻這兩種結(jié)構(gòu)中，在表面上進(jìn)行錨固的條件表明液晶相對(duì)于其平衡狀態(tài)扭曲了90度。并且兩種狀態(tài)的能量相同，兩種結(jié)構(gòu)形成雙穩(wěn)態(tài)。小于90度的自發(fā)扭曲有助于均勻結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)另一方面超過90度的自發(fā)扭曲有助于扭曲結(jié)構(gòu)的形成。此時(shí)，我們注意到在表面上錨固的細(xì)節(jié)特性還對(duì)結(jié)構(gòu)的能量有所貢獻(xiàn)。例如，液晶在液晶管厚度內(nèi)同樣是自發(fā)扭曲90度，具有足夠高平行預(yù)傾斜的錨固結(jié)構(gòu)將有助于扭曲結(jié)構(gòu)，而具有反平行預(yù)傾斜的同樣錨固結(jié)構(gòu)將有助于均勻結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，由于勢(shì)壘的存在能夠防止一種結(jié)構(gòu)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，因此能量的嚴(yán)格平衡并不是確保雙穩(wěn)態(tài)的絕對(duì)因素。例如，可在中點(diǎn)為90度的一定范圍內(nèi)調(diào)整自發(fā)扭曲而不會(huì)失去雙穩(wěn)態(tài)(扭曲和均勻結(jié)構(gòu)均保持為穩(wěn)態(tài))。然而，在該范圍之外，只有能量最小的結(jié)構(gòu)才是穩(wěn)定的(參見圖4)。
下面來描述本發(fā)明的裝置，該裝置用來使該結(jié)構(gòu)在像間空區(qū)上的液晶內(nèi)形成關(guān)斷狀態(tài)。
第一個(gè)裝置用來使有效部分(像素)和非有效部分(像間空隙)內(nèi)的液晶厚度彼此不同，這種厚度差是通過選擇性地去掉或加上一些材料來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。由于像素內(nèi)的自發(fā)扭曲必須接近90度，因此為了這里扭曲和均勻的結(jié)構(gòu)能量相同，在每一基片極間空區(qū)內(nèi)局部地加上或去掉一些材料可提高或降低像間空隙內(nèi)液晶厚度上的自發(fā)扭曲。扭曲的差正比于像素處液晶厚度與像間空隙處液晶厚度的差。當(dāng)某一點(diǎn)處的扭曲與90度的理想平衡扭曲相差很大時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)就不再存在，兩種結(jié)構(gòu)中只有一種結(jié)構(gòu)可以形成(例如5到10度的差就足以促進(jìn)一結(jié)構(gòu)的形成)。因此本發(fā)明的第一種裝置所需要的是通過加工將所述的厚度差設(shè)定到一個(gè)值，該值應(yīng)足以使形成接通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定(這種結(jié)構(gòu)可以是均勻結(jié)構(gòu)也可以是扭曲結(jié)構(gòu)，這取決于所采用的偏振結(jié)構(gòu))。
如果是形成關(guān)斷狀態(tài)的扭曲結(jié)構(gòu)，那么在至少一個(gè)基片上形成稍微凹入的極間空區(qū)將有利于該扭曲結(jié)構(gòu)的形成并在像間空隙內(nèi)形成該扭曲結(jié)構(gòu)，從而形成液晶光罩(參見圖5)。
如果是形成關(guān)斷狀態(tài)的均勻結(jié)構(gòu)，那么在至少一個(gè)基片上在極間空區(qū)內(nèi)局部沉積的材料能獲得同樣的結(jié)果(參見圖6)。
下面以反射型顯示器為例來進(jìn)行說明，該顯示器的前面帶有圓偏振片，后面帶有反射器，其內(nèi)填有雙折射系數(shù)Δn≈0.13的液晶。像素上液晶的厚度d接近1.1μm，該值類似于反射條件下公式d.Δn＝λ0/4所給出的最優(yōu)厚度，其中的λ0為波段工作區(qū)域的中間波長(zhǎng)。因此該扭曲結(jié)構(gòu)會(huì)形成關(guān)斷狀態(tài)?？赏ㄟ^加工將這個(gè)使像素形成雙穩(wěn)態(tài)的自發(fā)平衡扭曲角調(diào)整到90度。使每一基片上的極間空區(qū)凹入0.1μm，該自發(fā)扭曲角將在像間空隙的液晶厚度(其等于1.2μm--這里，我們忽略了兩個(gè)基片交叉的極間空區(qū)的很小區(qū)域)內(nèi)變?yōu)?8度。該扭曲角足以形成扭曲結(jié)構(gòu)。由此就形成一個(gè)關(guān)斷狀態(tài)光罩，該光罩在像素周圍的反射率很低。
然而，像間空隙內(nèi)的液晶厚度必須與像素內(nèi)的液晶厚度足夠地接近，這樣才能使像間空隙的光學(xué)狀態(tài)保持在關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)像素處液晶厚度與像間空隙處液晶厚度的差不超過像素處液晶厚度的15％時(shí)，就能滿足這個(gè)條件。該條件決定了顯示器內(nèi)部起伏的最大幅度，特別是沉積在電極或極間空區(qū)上的對(duì)齊面的最大幅值，該起伏可以是凹陷也可以是突起。在極間空區(qū)凹掉或加上材料的選擇以及蝕刻或沉積方法的選擇可參考顯示器通常的加工流程考慮。例如，如果采用等離子蝕刻裝置來加工電極，那么極間空區(qū)的細(xì)微凹陷將不需要附加的光罩和新的操作(然而，必須采用合適的蝕刻參數(shù))。
本發(fā)明另一種用來形成液晶光罩的裝置適用于扭曲結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)的情況。本裝置在于加工厚度適于形成起伏的電極從而在像間空隙形成扭曲結(jié)構(gòu)。然而，本方法需要加工相對(duì)較厚的電極(例如厚度約為40nm或更多)。該方法有時(shí)與顯示器的光學(xué)或電學(xué)特性不相匹配，或者受到一定的加工限制。
另一種用來感應(yīng)形成液晶光罩的方法是調(diào)節(jié)液晶的手性摻雜劑的含量，直到像間空隙出現(xiàn)所需的結(jié)構(gòu)為止，該顯示器在設(shè)計(jì)上應(yīng)使像素處以及像間空隙液晶的厚度略有不同。扭曲和均勻結(jié)構(gòu)之間的勢(shì)壘使像素內(nèi)保持雙穩(wěn)態(tài)的自發(fā)扭曲范圍能到一定的擴(kuò)展。例如，可將手性摻雜劑的含量提高到像素內(nèi)雙穩(wěn)態(tài)的限值點(diǎn)處但不超過該點(diǎn)。與像素相比，像間空隙內(nèi)任何凹陷的起伏甚至是剛剛有所顯現(xiàn)的起伏都會(huì)使自發(fā)扭曲超過該限值，從而足以在那里有選擇地形成扭曲結(jié)構(gòu)。用同樣的方法將手性摻雜劑的含量減少到限值，可在具有突起起伏的像間空隙內(nèi)形成均勻結(jié)構(gòu)，另一種方法是用來形成錨固狀態(tài)，該錨固狀態(tài)特定于像間空區(qū)處的液晶層，有助于結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)。例如，可將對(duì)齊層以液態(tài)沉積，并使凹陷的極間空區(qū)內(nèi)對(duì)齊層的厚度比電極表面對(duì)齊層的厚度多一個(gè)厚度，從而可減少其定向錨固的能量。該作用與加在這些凹陷內(nèi)局部降低的沖刷力一起有助于在液晶層施加的定向扭矩的影響下通過定向滑動(dòng)形成扭曲結(jié)構(gòu)。這種作用可通過顯示器的熱處理而得到加強(qiáng)。還可以兩種方式進(jìn)行定向處理從而有選擇地改變極間空區(qū)內(nèi)的取向，這樣這些空區(qū)處液晶層的自發(fā)扭曲就不利于這里扭曲或均勻結(jié)構(gòu)的形成。同樣，有選擇地改變預(yù)傾斜條件也能獲得同樣的結(jié)果。
最后，采用臨時(shí)處理可使結(jié)構(gòu)在像間空隙內(nèi)形成關(guān)斷狀態(tài)，即使在內(nèi)部起伏很小時(shí)，也可暫時(shí)有助于所需的結(jié)構(gòu)。例如，如果顯示器中臨時(shí)填入的液晶在厚度上略大于最終的厚度，那么自發(fā)的扭曲將在短時(shí)間內(nèi)有助于像素內(nèi)以及像極空隙內(nèi)形成扭曲狀態(tài)。當(dāng)液晶層在加工操作后減到其額定厚度時(shí)，就在像素內(nèi)得到雙穩(wěn)態(tài)特性。如果像間空隙內(nèi)凹陷的起伏足夠的大，那么可以看到均勻結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，扭曲結(jié)構(gòu)易趨于形成。如果起伏太小(例如，蝕刻電極所產(chǎn)生的起伏小于40nm)，那么像間空隙也是雙穩(wěn)態(tài)的，并且最初是保持在臨時(shí)處理所形成的扭曲狀態(tài)。這種狀態(tài)不會(huì)受到顯示器后續(xù)操作的影響，并獲得最終的光罩。
另一種裝置是用來在填料后進(jìn)行顯示器的熱處理，其通常能獲得同樣的結(jié)果。
當(dāng)采用上述方法之一時(shí)，液晶自身會(huì)阻擋住顯示器的非尋址區(qū)域并形成液晶光罩，從而輕易地獲得大于幾十的對(duì)比度。
無論操作是在透射條件、反射條件還是透射反射條件下進(jìn)行，都能實(shí)現(xiàn)這種自校準(zhǔn)液晶光罩的優(yōu)良特性。與前述已知的、沉積和蝕刻不透明層的阻擋技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)—液晶光罩所固有的低透射度和反射度適于制造高對(duì)比度的透射型、反射型或者透射反射型顯示器；—加上一個(gè)光罩不會(huì)損害部分阻擋像素所形成的關(guān)斷狀態(tài)(具有最大的開孔率)；—不會(huì)損害顯示器內(nèi)電場(chǎng)的均勻性；—對(duì)圖像刷新周期外周的液晶排列沒有干擾，因此在觀察保存的圖像時(shí)不會(huì)影響對(duì)比度；以及
—不必進(jìn)行液晶光罩的沉積或?qū)R操作。
盡管上述方法是以無源陣列型顯示器為例進(jìn)行的說明，但它們也可用于任何特定的布置，其中具有兩個(gè)基片的電極形成可導(dǎo)址區(qū)域(像素)或非導(dǎo)址區(qū)域(像間空隙)。
參考書目[1]A.Lien在IDRC Eurodisplay’90文摘上的“Two dimensionalSimulation of the Lateral Field Effect of a 90 degree TN-LCD cell”。
公開日為1993年3月17日的歐洲專利文獻(xiàn)EP0532311(Scheffer)。
公開日為1994年4月26日的美國專利文獻(xiàn)US5307189(Nishiki)。
公開日為1997年9月9日的美國專利文獻(xiàn)US5666177(HsiehTing-Chang)。
公開日為1997年11月11日的美國專利文獻(xiàn)US5686980(Kobayashi)。
法國專利文獻(xiàn)2770894(Durand)。
權(quán)利要求
1.一種帶有液晶光罩的雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示設(shè)備，其特征在于其包括a)一向列液晶材料，其包含在兩平行基片之間，兩基片的內(nèi)表面上帶有電極從而能使電場(chǎng)加到所述液晶上，至少前面的基片和前面的電極是透光的；b)電極上的排列層或處理體，其對(duì)液晶進(jìn)行定向并使液晶至少在兩種不同的結(jié)構(gòu)之間交替變化，這兩種結(jié)構(gòu)在電場(chǎng)下為穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)，其中的一種結(jié)構(gòu)要么沒有扭曲要么在-90度到和+90度之間扭曲，而另一種結(jié)構(gòu)則扭曲約180度角；c)電極上液晶層的厚度應(yīng)使乘積d·Δn要么接近λ0/4要么接近λ0/2，或者是在波長(zhǎng)的整數(shù)倍內(nèi)或者是在這兩個(gè)值之間，其中λ0為顯示器所用波段的中間波長(zhǎng)，Δn為液晶在該波長(zhǎng)時(shí)的雙折射系數(shù)；d)一裝置，其在設(shè)計(jì)上用來給電極上的液晶施加電信號(hào)從而破壞至少一個(gè)基片上的錨固使液晶在所述不同結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換，并且在去掉電場(chǎng)之后使液晶保持在其中的一個(gè)結(jié)構(gòu)中；以及e)一裝置，其在設(shè)計(jì)上有助于所述的一個(gè)結(jié)構(gòu)在極間空區(qū)處的液晶內(nèi)形成關(guān)斷狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于其進(jìn)一步有一種手性摻雜劑，其含量在調(diào)節(jié)上應(yīng)使極間空區(qū)處液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)，并且在該含量范圍內(nèi)，像素處液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲角落在能使這些結(jié)構(gòu)處于雙穩(wěn)態(tài)的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于對(duì)應(yīng)于像素的有效區(qū)域和對(duì)應(yīng)于像間空隙處非有效區(qū)域之間存在一個(gè)的液晶厚度差。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于在每一基片的極間空區(qū)內(nèi)局部地加上或去掉一些材料就形成液晶的厚度差，并使極間空區(qū)液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一所述的設(shè)備，其特征在于其包括有電極，該電極的厚度應(yīng)使極間空區(qū)液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一所述的設(shè)備，其特征在于有利于使結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)的裝置包括在極間空區(qū)內(nèi)對(duì)齊或者錨固的特性，調(diào)節(jié)該特性從而有助于結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一所述的設(shè)備，其特征在于有利于使結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)的裝置包括與錨固特性相關(guān)的臨時(shí)性電氣、機(jī)械或熱處理，這樣這種臨時(shí)處理將不利于結(jié)構(gòu)在極間空區(qū)形成接通狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一所述的設(shè)備，其特征在于至少有一個(gè)電極包含有幾個(gè)不同的區(qū)段從而能夠在相同設(shè)備的相同基片上形成幾個(gè)獨(dú)立的圖像元素(像素)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元素(像素)帶有獨(dú)立的用來加上電場(chǎng)的裝置。
10.如權(quán)利要求1至9中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元件(像素)布置成一個(gè)多路的無源陣列。
11.如權(quán)利要求1至9中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元件(像素)布置成一個(gè)多路的有源陣列。
12.一種用來加工帶有液晶光罩的雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示設(shè)備的方法，其特征在于其包括以下步驟a)在兩平行基片之間布置一向列液晶材料，兩基片的內(nèi)表面上帶有電極從而能使電場(chǎng)加到所述液晶上，至少前面的基片和前面的電極是透光的；b)在電極上形成排列層或處理體，其對(duì)液晶進(jìn)行定向并使液晶至少在兩種不同的結(jié)構(gòu)之間交替變化，這兩種結(jié)構(gòu)在電場(chǎng)下為穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)，其中的一種結(jié)構(gòu)要么沒有扭曲要么在-90度到和+90度之間扭曲，而另一種結(jié)構(gòu)則扭曲約180度角；c)控制電極上液晶層的厚度d并使乘積d.Δn要么接近λ0/4要么接近λ0/2，或者是在波長(zhǎng)的整數(shù)倍內(nèi)或者是在這兩個(gè)值之間，其中λ0為顯示器所用波段的中間波長(zhǎng)，Δn為液晶在該波長(zhǎng)時(shí)的雙折射系數(shù)；d)提供一裝置，該裝置在設(shè)計(jì)上用來給電極上的液晶施加電信號(hào)從而破壞至少一個(gè)基片上的錨固使液晶在所述不同結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換，并且在去掉電場(chǎng)之后使液晶保持在其中的一個(gè)結(jié)構(gòu)中；以及e)提供一裝置，其在設(shè)計(jì)上有助于所述的一個(gè)結(jié)構(gòu)在極間空區(qū)處的液晶內(nèi)形成關(guān)斷狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于其包括以下步驟對(duì)應(yīng)于像素的有效區(qū)域和像間非有效區(qū)域之間形成一個(gè)的液晶厚度差。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于有效部分和非有效部分之間的厚度的差不超過有效部分處液晶厚度的15％。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于該液晶的厚度差在有效部分處液晶厚度的5％到10％之間。
16.如權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其特征在于通過去掉有效部分之間的材料來形成液晶的該厚度差。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于對(duì)材料的去除進(jìn)行控制從而形成與關(guān)斷狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的扭曲結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于通過濕法蝕刻或等離子增強(qiáng)蝕刻方法來在每一基片的極間空區(qū)內(nèi)局部地去掉一些材料，同時(shí)對(duì)電極進(jìn)行相同的操作。
19.如權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其特征在于通過在非有效區(qū)域內(nèi)加入一些材料來形成液晶的該厚度差。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于對(duì)材料的加入進(jìn)行控制從而在極間空區(qū)獲得與關(guān)斷狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的均勻結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其特征在于控制電極的厚度，由此獲得的液晶厚度差使極間空區(qū)處液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)。
22.如權(quán)利要求12至21之一所述的方法，其特征在于包括以下步驟調(diào)節(jié)液晶中手性摻雜劑的含量從而使極間空區(qū)處液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)，并且在該含量范圍內(nèi)，像素處液晶厚度內(nèi)的自發(fā)扭曲角落在能使扭曲和均勻結(jié)構(gòu)處于雙穩(wěn)態(tài)的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于該設(shè)備具有一個(gè)凹陷的像間起伏，其中調(diào)節(jié)手性摻雜劑含量的步驟包括提高摻雜劑的含量直到其達(dá)到雙穩(wěn)態(tài)極限。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于該設(shè)備具有一個(gè)突起的像間起伏，其中調(diào)節(jié)手性摻雜劑含量的步驟包括減少摻雜劑的含量直到其達(dá)到雙穩(wěn)態(tài)極限。
25.如權(quán)利要求12至24之一所述的方法，其特征在于包括以下步驟極間空區(qū)內(nèi)的錨固和對(duì)齊特性從而有助于結(jié)構(gòu)形成關(guān)斷狀態(tài)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于包括以下步驟將對(duì)齊層以液態(tài)沉積，并使凹陷的極間空區(qū)內(nèi)對(duì)齊層的厚度比電極表面對(duì)齊層的厚度多一個(gè)厚度，從而減少其定向錨固的能量。
27.如權(quán)利要求25或26所述的方法，其特征在于以兩種方式進(jìn)行定向處理從而有選擇地改變極間空區(qū)內(nèi)的取向，這樣這些空區(qū)處液晶層的自發(fā)扭曲就不利于這里扭曲或均勻結(jié)構(gòu)的形成。
28.如權(quán)利要求12至27之一所述的方法，其特征在于對(duì)設(shè)備進(jìn)行電氣、機(jī)械或熱處理從而臨時(shí)改變自發(fā)扭曲角并控制極間空區(qū)處液晶的錨固特性，這樣該臨時(shí)處理將不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)。
29.如權(quán)利要求12至28之一所述的方法，其特征在于進(jìn)行填充液晶的操作，使液晶厚度不利于結(jié)構(gòu)形成接通狀態(tài)，加工操作之后，填充設(shè)備的液晶層達(dá)到其額定厚度。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于對(duì)設(shè)備進(jìn)行填充使液晶的厚度大于最終的額定厚度，然后在加工的最后將液晶層減少到其額定厚度，從而在像素內(nèi)獲得雙穩(wěn)態(tài)特性同時(shí)使像素之間保持不利于接通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
31.如權(quán)利要求12至30之一所述的方法，其特征在于至少有一個(gè)電極包含有幾個(gè)不同的區(qū)段從而能夠在相同設(shè)備的相同基片上形成幾個(gè)獨(dú)立的圖像元素(像素)。
32.如權(quán)利要求12至31中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元素(像素)帶有獨(dú)立的用來加上電場(chǎng)的裝置。
33.如權(quán)利要求12至32中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元件(像素)布置成一個(gè)多路的無源陣列。
34.如權(quán)利要求12至32中任一所述的設(shè)備，其特征在于該獨(dú)立的圖像元件(像素)布置成一個(gè)多路的有源陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示設(shè)備，其包括對(duì)齊裝置，其用來確保液晶的取向；一裝置，其在設(shè)計(jì)上用來加上電信號(hào)從而能通過錨固破壞來至少在兩個(gè)基片上在兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；一裝置，其用來在極間空區(qū)的液晶內(nèi)促使所述提供關(guān)斷狀態(tài)的結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G02F1/139GK1473281SQ0280279
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者P·馬蒂諾-拉加德, A·布瓦西耶, J·安熱勒, B·佩庫, I·多佐夫, P 馬蒂諾-拉加德, 呶饕, 壤, 舴 申請(qǐng)人:內(nèi)莫普蒂公司