[发明专利]双稳向列相液晶装置

说明书

本发明涉及双稳向列相或手性向列相液晶装置，尤其涉及具有高信息含量的显示装置。

液晶装置一般包括一个包含于光学透明盒壁之间的液晶材料薄层。这些壁一般涂敷在具有透明导电层的内表面，使得能够施加外部电场，当然利用平面内电极的装置也可以采用金属带来实现施加电场。有一些液晶装置还包括沿电极设置的半导体区，以便形成诸如薄膜晶体管(TFTs)的非线性元件。电极通常被设计形成一种可寻址元件或象素的矩阵，包括分段或rθ显示，当然也可以有其他的布局。虽然可以用单个或多个电极驱动每个象素，但复杂的装置(即那些具有大量象素的装置)通常通过把基底布置成有一系列行电极而另一基片有一系列列电极来驱动，使得每个象素形成在行和列的叠加处。

其他包含在装置内侧的层包括滤色片、平面(planarisation)阻挡层。每个象素的最内层表面通常由一个给出液晶方向的所需取向的排列层组成。此表面层与包括液晶的分子相互作用，并且把排列方向经液晶材料的弹力传递给样品。

对于向列相液晶有多种可能的表面结构。某种表面活性剂导致液晶的方向主要垂直于被称作“匀质”排列的表面。或者，液晶的方向主要平行于“平面”排列的表面，或以一定的中间角(通常称作预倾角)“倾斜排列”。无论是采用平面内排列还是倾斜排列的装置通常都还需要消除排列方向关于表面法线的简并度，并且有一个单一的液晶分子取向。

在文献中已提出了各种实现平面内匀质和倾斜匀质的排列方法。例如，无机层如单氧化硅(SiOx)或氟化镁(MgF)的倾斜蒸发根据加工条件导致平面内匀质或倾斜匀质的排列。相对于表面法线成60°的SiO的蒸发导致在垂直于蒸发平面方向中的平面内排列，而85°的蒸发角导致在蒸发平面上的倾斜(一般在25°至30°之间)。

平面内或倾斜排列通常通过用适当的聚合物如聚酰亚胺涂敷并用布在理想的方向上对表面打磨来实现。这通常导致与表面平面成0.1°至8°的预倾角(虽然也可以用特定的聚合物达到0°至90°的预倾角)，具体角度根据聚合物、摩擦条件以及其他包括烘烤温度的处理条件而定。或者，可以利用平面表面中的周期性光栅结构产生平面内匀质排列。然后当分子方向平行于光栅轴时产生向列相液晶的最低弹性能量。也可以利用非对称或闪耀的叠加双光栅表面得到倾斜的匀质排列。

近来已对数个具有不止一个向列相方向的稳定取向的新颖表面做了介绍。关于双稳态表面的第一个例子记载在Durand等的国际专利WO91/11747(1991)和WO92/00546(1991)中。在这些装置中表现出对SiO涂层的厚度和蒸发的精确控制，导致两个稳态表面取向：第一个是平面，第二个是与第一取向成90°的方位角(即在表面的平面中)，但相对于表面平面倾斜大约30°。在英国专利GB2，286，467-A中描述了一种实现这种方位角双稳表面态的更实际的方法。它使用闪耀双光栅表面，其中局部的方向相对于表面是平面的，并通过对光栅间距、幅度和闪耀度的精确控制来稳定两个表面取向。

在英国专利申请PCT/GB96/0463中描绘了一个新颖的表面，其中具有匀质的局部方向取向的单光栅表面导致在相同的方位角平面但具不同倾角的两种稳态。该表面用于形成一个高射双稳态装置或ZBD。该表面也可以通过在导致液晶材料自发地匀质取向的层中产生光栅而实现，或更具体地说，通过在光栅表面涂敷一层适当的导致匀质的排列剂而实现。

对液晶装置施加电场可以有多个效应。很多装置依赖于液晶固有的介电各向异性(Δε)(Δε=ε_‖-ε_，此处‖和指平行于和垂直于液晶分子方向的方向)。如果Δε为正，则当液晶分子方向平行于施加的电场时，液晶的静电能最小，而如果Δε为负时，液晶分子方向趋于垂直于施加的电场。这些效应与电场的RMS值有关与电场极性无关。虽然某些材料设计成有两个频率特性，但多数材料在装置的整个工作频率范围内可正或是负，其中Δε在工作电频率范围内低频处为正，高频处为负。

近来介绍了一些采用许多液晶中发生的变电效应的装置。这些效应由液晶分子方向电场的某种弹性形变引发的液晶分子的极性顺序所导致。这些效应与DC电场有关并因而依赖于施加电场的极性。

利用前述原理的单稳态液晶装置的例子是(超)扭曲向列相(TN和STN)型液晶装置，并且是电控制的双折射(ECB)模式。