对压力不敏感的液晶单元制造技术

本发明专利技术涉及到一种对压力基本上不敏感的液晶单元。配备有电极（５，６）的平板（１，２）按彼此预定距离排列并确定一个厚度为ｄ的液晶层。至少第一平板（１）是透明的且其厚度ｂ不超过１ｍｍ，而其弹性模量为Ｅ。固定在腔中且高度为ｈ的间隔棒（１１）以间距Ｌ分布并具有与上述第一平板基本相同的弹性模量Ｅ。间隔棒（１１）至少沿一个方向的宽度不超过５０μｍ。间隔棒（１１）的支持区域在上述第一平板（１）上的表面覆盖程度ｓ超过或等于依赖于液晶类型的一个最小值。Ｌ根据ｄ和ｂ的当前值选成当在第一平板（１）上施加压力Ｐ时，由压力Ｐ所引起的间隔棒之间上述第一平板的最大相对偏移△ｄ／ｄ满足条件（Ａ）：△ｄ／ｄ＝ＰＬ↑［４］／４Ｅｂ↑［３］ｄ≤Ｇ，其中Ｇ等于表式（Ｂ）的值，对于表面覆盖程度取上述最小值的情况，表示由同一压力Ｐ引起的间隔棒的相对压缩（Ｂ：△ｈ／ｈ＝Ｐ／ｓＥ。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及到一种液晶单元，它包含二个彼此以预定距离安置以确定一个内腔的装备有电极的平板、一个密封在上述腔中的液晶层、以及分布于腔中且其高度对应于上述层的厚度的间隔棒。更确切地说，本专利技术涉及到对外部压力基本上不敏感的一种液晶单元。在储如显示器、遮光器件、焊工护目镜之类的要求单元的有效表面大的应用中，本专利技术是特别有用的。因此将主要参照显示器来描述
技术介绍
和本专利技术的优点，这不应被认为是对本专利技术的应用领域或所附权利要求所定义的专利技术范围的限制。在本技术中，作为引言所述的这类液晶单元或显示器是众所周知的。一个或二个平板由玻璃之类的透明材料制成，且加于二平板的电极结构中至少有一个也是透明的。而且有用来使界面层中的液晶分子对准于平板的传统的定向层。在外加电场的影响下，液晶材料可相对于入射光的方向改变其局部取向，以便影响透射或反射光的偏振、吸收或散射。借助于将起偏器加于单元的一侧或二侧，可获得偏振的改变。通常，光学效果是液晶层厚度的函数，为此，厚度的局部改变对显示器的性能常常有最强烈的不利影响，在最坏的情况下，由于液晶层厚度变化，显示器可能变得完全不能使用。最普通使用的液晶显示器含有带正的介电各向异性的向列或手性向列液晶。在这些显示器中，液晶材料的光轴通常平行于平板，且如有需要，光轴在层中可扭曲，最普通是扭曲90°角。在这种所谓的波导模式中，入射光的偏振与系统局部本征模中的一个重合或大体重合。当在液晶层上加一电场时，材料的光轴沿电场重新定向，其结果是光的偏振不受液晶的影响。此外，液晶显示器可借助于其它的电光效应而工作，这些电光效应不是基于波导模式，且其中的光调制由于入射光偏振更一般的改变而更换。其光学性质基于这种效应的显示器通常对液晶层的厚度变化极为敏感，从而对平板的相互间距的变化极为敏感。液晶层的厚度通常不仅影响彩色，而且还影响液晶单元的电压-对比度依赖关系、最大可得到的对比度以及其它参数。如美国专利申请US-A-4,653,865所述，在薄膜TN显示器(扭曲向列式)和STN显示器(超扭曲向列式)中，保持恒定的液晶层厚度是特别重要的，特别是在后一种情况下当扭曲角达到270°或更大时更是如此。由于为了提高开关速度而倾向于更薄的甚至小于4μm的液晶层，故对于TN和STN显示器，液晶层的恒定厚度已变成一个越来越重要的要求。这种显示器不在波导模式中工作，且光学发射对小的厚度变化高度敏感。问题的另一方面是如何使平板在整个显示表面上保持平行以及如何克服显示稳定性问题。由机械应力和/或温度造成的平板间距的改变可能导致液晶材料的宏观流动，它反过来可能损伤平板内侧上的取向层。平板间距的减小甚至可能引起显示器的局部短路，且随着液晶显示器的起始平板间距减小，发生这种情况的危险增大。确实，TN液晶单元在外加压力(例如大拇指压力)撤去之后，通常可返回至正常的光学状态。通常，倘若扭曲角不太大，例如为180°-200°，这种情况也适用于STN显示器，但不适用于更大的例如270°的扭曲角，其中压力形变引起很容易变成不可逆转的螺旋结构改变。在最好的情况下，借助于加热并随后冷却显示器和/或借助于施加电场，可获得重新对准。总之，具有高的扭曲角的STN显示器若承受外部压力就可能很容易遭到损坏。正如例如S.T.Lagerwall，N.A.Clark，J.Dijon和J.F.Clerc评论中所讨论的(Ferroelectrics，94，3，1989)，由含有铁电液晶(FLC)或反铁电液晶(AFC)的近晶显示器上的机械压力所引起的损伤是当前的一个主要问题。不管具体的近晶材料的性质如何，所有其中的层不平行于单元平板的近晶显示器都对平板的形变极为敏感，因而也对冲击敏感。近晶显示器采用完全不同的机制，比起TN和STN情况来，这种机械限制了可允许的形变。通常，近晶显示器比相应的向列显示器，对冲击更敏感得多。在一次近似下，各层垂直于玻璃平板而立(理想的直立式书架形状)，但在更详细的模式中，各层通常相对于玻璃平板成一角度，所谓的人字形结构。当层对平板法线的角度很小时，这种结构称为QBS结构(准书架结构)。人字形和QBS结构都对压力极为敏感，而对于FLC和AFLC二者，直接施加大拇指压力就损伤层结构的顺序。通常，如不加热则人字形结构不能重新对准，而不过分地变形的QBS结构可借助于施加一个中等强度的交流电场而重新对准。但如在人字形情况中那样，超过某一形变极限，则层序被不可逆转地毁坏。显示器则变成不可使用。为了获得在相当大的表面上具有极为确定的层厚的液晶单元，从以Barzilai等人名义于1978年提出的美国专利申请US-A-4,150,878已知采用带有多个分布于腔中的间隔棒或支持点的预应力3mm玻璃平板。间隔棒的功能是在整个表面上提供一个均匀的层厚，亦即良好的表面平行性。在一个第一例子中，采用了以相互间距为2mm的直径为50μm的圆柱形间隔棒，据说在10cm×10cm的表面上得到了公差为0.1μm-0.6μm的表面平行度。在同一文件中的一个第二例子中，采用了相互间距为1mm的直径为0.1mm的间隔棒，据说得到了公差为0.2μm的表面平行度。但这些公差对当前的液晶显示器(既不是1978年的STN也不是FLC)来说是不够且不可接受的。而且，正如下面要更详细地解释的那样，用这种已知的显示屏的间隔棒无法得到对压力不敏感的显示器。再者，3mm的平板厚度以及间隔棒直径在商业意义上都是不可接受的。欧洲专利申请EP-A2-0407993(优先权年份为1989，申请人为Hoechst AG)描述了一种制造LCD单元的方法。为了得到高的层厚均匀性，在一个玻璃平板中腐蚀了很多均匀分布的间隔棒。此文件除提出一个此液晶单元是“mechanisch sehr stabil”的未经证实的说法之外，没有提供有关单元的形变性质的任何说明。但在Rieger等人的论文中(SID会议论文集，1991年5月6-10日，美国Anaheim)描述了此单元。由于在不同的会议上已展示过，故其机械性质是众所周知的。从上述文章及公开表演中，看来此液晶单元很易被大拇指压力变形。从欧洲文件及上述文章看来，平板厚度为0.5mm，间隔棒的尺寸约为20μm且以间距600μm分布。于是，迄今所制造和演示过的显示器都是机械上不稳定的即不能抗冲击，以致例如拇指压力的局部施加于保护玻璃上的机械压力使其形变并在液晶单元中引起光学变化和材料流动。这是液晶单元中的一个普遍问题，而且特别是在近晶式液晶单元中更是如此，从而使后者的在技术上向潜力很大的FLC和AFLC的发展受到阻碍。获得对压力不敏感的显示器的最直接的方法—采用厚的例如约为3mm或更厚的平板—对当前的薄LCD单元来说是不现实的。当前所用的最大厚度通常为1mm，在实际中更厚的平板已完全不存在了。当前也有0.9mm、0.6mm、0.5mm和0.3mm的厚度，其中较后的尺寸迄今已只用于非常小的显示器。本专利技术的目的是避免在当前使用的液晶单元中特别是有效表面较大的液晶单元中所遇到的这些问题。于是，本专利技术的一个主要目的是提供一种引言所指出的那种类型的液晶单元；它对例如处置及传送过程中出现的机械影响基本上不敏感。本专利技术的一个具体目的是提供一种可用于向列式(TN/ST)以及近晶式(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向列式液晶单元，它包含二个配备有电极（５，６）的彼此按预定距离安置以确定一个内腔（Ｃ）的平板（１，２），其中至少第一平板（１）是透明的且其厚度ｂ不超过１ｍｍ而弹性模量为Ｅ；一个密封在上述腔中并含有向列式材料且厚度ｄ相当于腔的高度的液晶层（３）；以及固定在上述腔中且高度ｈ相当于上述层的厚度的间隔棒（１１），上述间隔棒以间距Ｌ分布于整个腔且其弹性模量Ｅ与上述第一平板基本相同，此液晶单元的特征是间隔棒至少沿一个方向的宽度不超过５０μｍ；上述第一平板（１）上上述间隔棒（１１）的支持区域的表面覆盖程度ｓ超过或等于１％；Ｌ的值根据ｄ和ｂ的当前值被选成当在上述第一平板（１）上施加压力Ｐ时，由上述压力Ｐ引起的间隔棒之间上述第一平板的最大相对偏移Δｄ／ｄ满足下列条件：Δｄ／ｄ＝ＰＬ↑［４］／４Ｅｂ↑［３］ｄ≤Ｇ１ （Ａ） 其中Ｇ１等于或小于下列表达式（Ｂ）的值，对于表面覆盖程度ｓ取其最小值（１％）的情况，Ｇ１表示由上述压力Ｐ引起的间隔棒（１１）的相对压缩：Δｈ／ｈ＝Ｐ／ｓＥ （Ｂ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯文T拉格沃尔，阿纳托李A穆拉维斯基，塞奇伊亚科文科，维克托A康奥瓦路，阿纳托李A明科，瓦莱瑞P艾伊，
申请(专利权)人：EMT公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]