向列型液晶电光元件和器件制造技术

一液晶电光元件包括位于一对偏振板之间的一对衬底（２０，２１），确定象素区域（１）的电极，和在所述衬底（２０，２１）的各自相对的内表面上的排列层，并且在所述一对表面之间夹有手性向列型液晶。至少一个排列层是以这样一种方式图形化使得方位角或前倾或两个排列方向（１４到１７，１６到１８）在衬底界面上是不同的，抑制了液晶基态的生长。当应用一初始电脉冲时，至少达到两双稳态中的一个，其中所述双稳态之间的对比率是２或者更大。只要显示信息不改变，具有这些元件的器件是长期双稳的并且不需要电更新。因此，该双稳器件的功耗最小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及向列型液晶电光元件和使用所述元件的一种显示器器件。
技术介绍
1980年Berreman证明了扭曲向列型LC单元中短暂的双稳态。15年后Tanaka指出了一种新型的寻址方案，它缩短了显示器寻址和响应时间。在EP 0 579 247中公开了一种相应的短暂的双稳扭曲向列型(BTN)元件。当被夹在具有合适排列层的两衬底之间时，Berreman的单元基于手性掺杂向列型LC分子的电压，以排列成不同的扭曲组态。这样的单元显示了三个有关的组态用扭曲角Φ0表示的一高能基态Φ0；扭曲Φ1＝Φ0-180°的第一亚稳态Φ1；和扭曲Φ2＝Φ0+180°的第二亚稳态Φ2。Berreman的工作集中在基态中扭曲Φ0＝180°的单元上，其中两衬底的取向层平行排列并显示平行的前倾角(pretilt angle)。由于两单轴排列衬底上的平行前倾角，基态Φ0变形地张开。随着一适当的电重置脉冲应用于该单元，正介电各向异性液晶分子平行于电场排列，这导致一个几乎同向(homeotropic)的队列。一旦应用一额外的电脉冲或通过适当地切断重置脉冲(快速或慢速的切断)，该显示弛豫或者进入高扭曲态(快速的切断)，或者进入低扭曲态(慢速的切断)。依赖于手性掺杂的符号，低扭曲态可以为Φ1或Φ2。接下来我们将因此用Φ-标记低扭曲态而用Φ+标记高扭曲态。在适当排列的两个偏光器之间能够光学地区分这两个亚稳态Φ-和Φ+。图1显示了根据现有技术的一短暂双稳扭曲向列型(BTN)单元的原理。有一象素区1，它由透明电极3确定。象素1外的区域无象素区域称作框架或边界区2。在两个区域1和2中都存在相同的基态组态Φ0，即数字4。当一强重置脉冲应用于该单元时，液晶弛豫为两个亚稳态Φ+(5)和Φ-(6)中的一个。作为相邻不同分子组态的结果，在开关区域周围形成一旋错线(disclination line)7。旋错线7是被选的亚稳态5或6与基态4之间的拓扑差异的结果。在一亚稳态的形成之后，基态Φ0(4)慢慢移入象素区1而且亚稳态再次弛豫还原成基态4，如同能够在沿着时轴8的不同表示中看到的一样。基态4返回的速度的量级通常是每秒数个微米。对于不需要长期双稳态的应用系统，这样的BTN单元的亚稳态5，6存在足够长的时间以允许具有足够的驱动脉冲的BTN单元的时间多路转换技术(见T.Tanaka，Y.Sato，A.Inoue，Y.Momose，H.Nomura和S.Tino，Asia Display 259(1995))。在WO 97/14990中公开了一顶点(zenithal)双稳显示(ZBD)。通过把一向列型液晶层夹在两透明，导电的衬底之间，其中一个通过使用同向表面活性剂以一通常的方式同向排列，而另一个显示出被一同向表面活性剂覆盖的一表面光栅，制造了ZBD。表面光栅的间隔的量级是1微米并且光栅振幅是光栅间隔的2到3倍。ZBD使得单元中的液晶能够在一同向和一同向/平面混合态中转换。ZBD显示了好的机械稳定性。这样制造薄的表面光栅以致可重复和无缺陷的排列结果仍然是一个挑战。WO 97/17632公开了在0°到180°的扭曲组态之间转换的双稳液晶显示器。一典型的显示器包括两个具有相同方位角排列方向但是独特而不同的前倾角和结合能量的相对的排列层。通过使用适当的电脉冲有可能使显示器在一平行的(0°)和一180°的扭曲态之间转换。双稳态需要两个态的弹性能的适当的平衡。这通过用一手性添加剂掺杂液晶完成。由于显示器的转换主要依赖两排列层各自的碇系强度(anchoring strength)，并且因为该碇系强度在热和光应力下改变，显示器的该双稳性能是很敏感的。向列型分子组态的使用具有的优点是它们能够可靠地排列在显示边界。切断一向列型显示器的驱动电压之后，电场诱导开态(on-state)分子组态可靠地变回断态(off-state)排列状态-甚至是在使液晶显示器(LCD)暴露于温度或机械冲击后。然而，这也是它们的光学单一稳定性的原因，导致一旦切断驱动电压显示画面就被抹去。在需要很低功耗，和/或高信息容量图象的再现不需要使用显示器衬底中的薄膜晶体管的应用系统中，单一稳定性是向列型LCD的一个严重的缺点。切断一单稳LCD的显示器电压导致开态分子组态通过弹性恢复力松弛到无场断态。因此对显示图象必要的是需要在观看期间(帧时间)保持一个跨越一单稳显示器的每个图象元件(象素)的电场。因此，显示器必须经常被驱动电压访问，驱动电压使电光效应的断态分子组态变形，而LCD基于电光效应以产生所需要的图象。为了解决这个问题，精致的TFT在高信息容量向列型LCD中被结合成一显示器的两玻璃衬底的一片上的每一个象素。TFT担当电存储和寻址元件的作用，使得显示器的象素至少暂时是光学上双稳的。结合每个象素的存储容量，TFT开关在帧时间期间保持跨越每个象素的适当的电压并阻止分子驰豫回它们的断态。由于TFT的制造是很精细的，高信息容量LCD，例如用于计算机监控器，是很昂贵的并且限于最精细的显示应用系统。此外，TFT的制造需要与塑料衬底不兼容的高温处理过程。因此，TFT集成进入塑料LCD以启动由滚动处理制成的高信息容量塑料LCD不太可能发生。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的是提供一种向列型液晶电光元件，它是长时间双稳的，即，把向列型元件的可靠排列与双稳态元件的低功耗结合。根据本专利技术的向列型液晶电光元件使用权利要求1的特征特点。该元件使用一新的电光效应，同时基于向列型分子组态的固有光学双稳态继承了这些液晶有利的特点。因为只要显示的信息没有改变，光学信息就存储在一双稳LCD的两光学态的一个中而不需要电子更新，所以双稳LCD的功耗是最小的。根据本专利技术的区域稳定双稳扭曲向列型(D-BTN)液晶元件不仅仅显示一大大加强的双稳性并且显示更好的电光性能和多路复用性能。D-BTN-LCD中被提议的区域稳定性由于新型的排列几何组态，有效地抑制了不需要的基态和允许长期的双稳性并且导致极好的电光性能，可重复性和双稳向列型显示器的寿命。无源矩阵寻址D-BTN-LCD可能呈现短的响应时间，快的寻址速度和大的多路技术速率。由于没有旋错线必须当开关D-BTN-LCD时被变位，仅仅需要相对弱的重置脉冲。两个提到的有利特性的结合允许了具有快的更新速率(视频帧速率)的高信息容量显示器的制造。因为D-BTN显示器的内在双稳性，仅仅显示图象在图象改变了的地方的那部分需要被更新。该部分显示器图象更新导致更高的更新速率。尤其是在慢慢移动的图象的情况下，导致很低的功耗，因为更新速率不是一个固定的，周期性的过程而是能够在任何秒，分，小时或天一旦要求时进行。在这些更新周期期间没有功耗。最新更新的显示图象总是呈现的，并且不需要任何进一步的电功率。根据本专利技术的液晶显示器器件使用权利要求24和25的特征特点。附图说明根据它的具体实施方式的详细描述，本专利技术的这些和其它目标，特点和优势将变得更加明显，如在附图中所示的，其中图1根据现有技术的一暂时双稳扭曲向列型单元的示意图；图2根据本专利技术具有一图形化衬底的一区域稳定向列型液晶器件的图示；图3根据本专利技术的具有一图形化衬底的一区域稳定向列型液晶器件的底部和顶部排列层的一个例子和作为结果的具有界面LC分子取向的单元；图4根据本专利技术的具有两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一液晶电光元件（１２）包括一对衬底（１０，１１；２０，２１；３０，３１；６０，６１），给它们各自的相对的内表面提供各排列表面或层，和夹在所述排列表面或层对之间的向列型液晶，其特征在于至少一个排列表面或层以这样一种方式图形化以致方位角或前倾或两个排列方向（１４到１５，１４到１７，１６到１８，１４到１９，１６到１９）在该图形的相邻区域中是不同的，因此至少在液晶的某些区域中定义了一基态（Φ↓［０］）和至少两个双稳或多稳态（Φ↓［＋］，Φ↓［－］）并且抑制了液晶中基态的生长。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马丁斯塔尔德，马丁沙德，
申请(专利权)人：罗利克有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]