對壓力不敏感的液晶單元的製作方法

2023-04-29 18:09:46

專利名稱：對壓力不敏感的液晶單元的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及到一種液晶單元，它包含二個彼此以預定距離安置以確定一個內腔的裝備有電極的平板、一個密封在上述腔中的液晶層、以及分布於腔中且其高度對應於上述層的厚度的間隔棒。
更確切地說，本發明涉及到對外部壓力基本上不敏感的一種液晶單元。
在儲如顯示器、遮光器件、焊工護目鏡之類的要求單元的有效表面大的應用中，本發明是特別有用的。因此將主要參照顯示器來描述背景技術和本發明的優點，這不應被認為是對本發明的應用領域或所附權利要求所定義的發明範圍的限制。
在本技術中，作為引言所述的這類液晶單元或顯示器是眾所周知的。一個或二個平板由玻璃之類的透明材料製成，且加於二平板的電極結構中至少有一個也是透明的。而且有用來使界面層中的液晶分子對準於平板的傳統的定向層。
在外加電場的影響下，液晶材料可相對於入射光的方向改變其局部取向，以便影響透射或反射光的偏振、吸收或散射。藉助於將起偏器加於單元的一側或二側，可獲得偏振的改變。
通常，光學效果是液晶層厚度的函數，為此，厚度的局部改變對顯示器的性能常常有最強烈的不利影響，在最壞的情況下，由於液晶層厚度變化，顯示器可能變得完全不能使用。
最普通使用的液晶顯示器含有帶正的介電各向異性的向列或手性向列液晶。在這些顯示器中，液晶材料的光軸通常平行於平板，且如有需要，光軸在層中可扭曲，最普通是扭曲90°角。在這種所謂的波導模式中，入射光的偏振與系統局部本徵模中的一個重合或大體重合。當在液晶層上加一電場時，材料的光軸沿電場重新定向，其結果是光的偏振不受液晶的影響。
此外，液晶顯示器可藉助於其它的電光效應而工作，這些電光效應不是基于波導模式，且其中的光調製由於入射光偏振更一般的改變而更換。
其光學性質基於這種效應的顯示器通常對液晶層的厚度變化極為敏感，從而對平板的相互間距的變化極為敏感。
液晶層的厚度通常不僅影響彩色，而且還影響液晶單元的電壓-對比度依賴關係、最大可得到的對比度以及其它參數。
如美國專利申請US-A-4,653,865所述，在薄膜TN顯示器(扭曲向列式)和STN顯示器(超扭曲向列式)中，保持恆定的液晶層厚度是特別重要的，特別是在後一種情況下當扭曲角達到270°或更大時更是如此。由於為了提高開關速度而傾向於更薄的甚至小於4μm的液晶層，故對於TN和STN顯示器，液晶層的恆定厚度已變成一個越來越重要的要求。這種顯示器不在波導模式中工作，且光學發射對小的厚度變化高度敏感。
問題的另一方面是如何使平板在整個顯示表面上保持平行以及如何克服顯示穩定性問題。由機械應力和/或溫度造成的平板間距的改變可能導致液晶材料的宏觀流動，它反過來可能損傷平板內側上的取向層。平板間距的減小甚至可能引起顯示器的局部短路，且隨著液晶顯示器的起始平板間距減小，發生這種情況的危險增大。
確實，TN液晶單元在外加壓力(例如大拇指壓力)撤去之後，通常可返回至正常的光學狀態。通常，倘若扭曲角不太大，例如為180°-200°，這種情況也適用於STN顯示器，但不適用於更大的例如270°的扭曲角，其中壓力形變引起很容易變成不可逆轉的螺旋結構改變。
在最好的情況下，藉助於加熱並隨後冷卻顯示器和/或藉助於施加電場，可獲得重新對準。
總之，具有高的扭曲角的STN顯示器若承受外部壓力就可能很容易遭到損壞。
正如例如S.T.Lagerwall，N.A.Clark，J.Dijon和J.F.Clerc評論中所討論的(Ferroelectrics，94，3，1989)，由含有鐵電液晶(FLC)或反鐵電液晶(AFC)的近晶顯示器上的機械壓力所引起的損傷是當前的一個主要問題。不管具體的近晶材料的性質如何，所有其中的層不平行於單元平板的近晶顯示器都對平板的形變極為敏感，因而也對衝擊敏感。
近晶顯示器採用完全不同的機制，比起TN和STN情況來，這種機械限制了可允許的形變。通常，近晶顯示器比相應的向列顯示器，對衝擊更敏感得多。在一次近似下，各層垂直於玻璃平板而立(理想的直立式書架形狀)，但在更詳細的模式中，各層通常相對於玻璃平板成一角度，所謂的人字形結構。當層對平板法線的角度很小時，這種結構稱為QBS結構(準書架結構)。人字形和QBS結構都對壓力極為敏感，而對於FLC和AFLC二者，直接施加大拇指壓力就損傷層結構的順序。
通常，如不加熱則人字形結構不能重新對準，而不過分地變形的QBS結構可藉助於施加一個中等強度的交流電場而重新對準。但如在人字形情況中那樣，超過某一形變極限，則層序被不可逆轉地毀壞。顯示器則變成不可使用。
為了獲得在相當大的表面上具有極為確定的層厚的液晶單元，從以Barzilai等人名義於1978年提出的美國專利申請US-A-4,150,878已知採用帶有多個分布於腔中的間隔棒或支持點的預應力3mm玻璃平板。間隔棒的功能是在整個表面上提供一個均勻的層厚，亦即良好的表面平行性。在一個第一例子中，採用了以相互間距為2mm的直徑為50μm的圓柱形間隔棒，據說在10cm×10cm的表面上得到了公差為0.1μm-0.6μm的表面平行度。在同一文件中的一個第二例子中，採用了相互間距為1mm的直徑為0.1mm的間隔棒，據說得到了公差為0.2μm的表面平行度。但這些公差對當前的液晶顯示器(既不是1978年的STN也不是FLC)來說是不夠且不可接受的。而且，正如下面要更詳細地解釋的那樣，用這種已知的顯示屏的間隔棒無法得到對壓力不敏感的顯示器。再者，3mm的平板厚度以及間隔棒直徑在商業意義上都是不可接受的。
歐洲專利申請EP-A2-0407993(優先權年份為1989，申請人為Hoechst AG)描述了一種製造LCD單元的方法。為了得到高的層厚均勻性，在一個玻璃平板中腐蝕了很多均勻分布的間隔棒。此文件除提出一個此液晶單元是「mechanisch sehr stabil」的未經證實的說法之外，沒有提供有關單元的形變性質的任何說明。但在Rieger等人的論文中(SID會議論文集，1991年5月6-10日，美國Anaheim)描述了此單元。由於在不同的會議上已展示過，故其機械性質是眾所周知的。從上述文章及公開表演中，看來此液晶單元很易被大拇指壓力變形。從歐洲文件及上述文章看來，平板厚度為0.5mm，間隔棒的尺寸約為20μm且以間距600μm分布。
於是，迄今所製造和演示過的顯示器都是機械上不穩定的即不能抗衝擊，以致例如拇指壓力的局部施加於保護玻璃上的機械壓力使其形變並在液晶單元中引起光學變化和材料流動。這是液晶單元中的一個普遍問題，而且特別是在近晶式液晶單元中更是如此，從而使後者的在技術上向潛力很大的FLC和AFLC的發展受到阻礙。
獲得對壓力不敏感的顯示器的最直接的方法—採用厚的例如約為3mm或更厚的平板—對當前的薄LCD單元來說是不現實的。當前所用的最大厚度通常為1mm，在實際中更厚的平板已完全不存在了。當前也有0.9mm、0.6mm、0.5mm和0.3mm的厚度，其中較後的尺寸迄今已只用於非常小的顯示器。
本發明的目的是避免在當前使用的液晶單元中特別是有效表面較大的液晶單元中所遇到的這些問題。
於是，本發明的一個主要目的是提供一種引言所指出的那種類型的液晶單元；它對例如處置及傳送過程中出現的機械影響基本上不敏感。
本發明的一個具體目的是提供一種可用於向列式(TN/ST)以及近晶式(FLC/AFLC)液晶二者的對壓力不敏感的液晶單元。
本發明的另一目的是提供一種也可用可靠而精確的方法製造的對壓力不敏感的液晶單元。
本發明的又一個目的是提供一種可用作至少有VGA解析度的顯示器的對壓力不敏感的液晶單元。
本發明的另一目的是提供一種能用作遮光器件、焊工防護面罩之類的對壓力不敏感的液晶單元。
利用具有各獨立的權利要求所指出特點的液晶單元，達到了這些和其它的目的和優點，在有關的權利要求中敘述了最佳實施例。
根據本發明，於是提供了引言所指出的類型的液晶單元，腔中提供的間隔棒的尺寸和相互間距根據單元的其它設計參數被選擇成使單元對壓力不敏感，同時限制平板的厚度並使間隔棒不為肉眼所見。
根據本發明，有可能提供用作顯示器、遮光器件、焊工護目鏡等的液晶單元，其機械穩定性和抗衝擊性比之上述的現有技術有極大的驚人改進。例如，本發明可實現抗壓性比當前顯示器高100倍的STN顯示器，基本上意味著可設計對機械影響來說表現為一個完全實心體的顯示器(直至在由玻璃製成的情況下破碎為止)。
本發明是基於對為達到上述目的必須同時滿足某些條件以及藉助於恰當選擇設計參數特別是對非常薄的液晶層以及用非常薄的平板，有可能同時達到這些條件的深入了解。
根據本發明的概念，為了在合理限度內的壓力施加下液晶層不被壓縮到不可允許的程度，亦即為了獲得對壓力不敏感的顯示器，構成了下列二個必須同時滿足的條件(i)和(ii)。條件(i)和(ii)必須獨立地滿足並且是同等重要的。
(i)由第一平板上的外部壓力引起的間隔棒的相對壓縮必須不超過某一最大值。
(ii)上述第一平板在間隔棒之間的最大偏移必須在同一限度之內。
在本發明的構思過程中，已建立對應於上述條件的二個公式(1)和(2)，且其中特別是公式(2)說明了為什麼以非常薄的平板也獲得了穩定性的驚人改進(1)hh=PsEhhmax]]>其中h表示間隔棒的高度，Δh表示間隔棒高度的改變，P表示液晶單元第一平板上的外部壓力，
E表示間隔棒的彈性模量，s表示間隔棒在第一平板上的表面覆蓋程度。(2)dd=PL44Eb3dddmax]]>其中d表示液晶層的厚度，Δd表示平板的最大偏移，L表示間隔棒的相互間距，E表示平板的彈性模量(通常與間隔棒的相同)，b表示平板的厚度。
公式(1)為矩形間隔棒而建立，如下面將要描述的那樣，矩形間隔棒是最有優越性的。
然而，除上述條件外，還有有關間隔棒的寬度和平板厚度的重要的附屬條件。這些附屬的條件也必須滿足。實際上，從上述(1)和(2)可見，若表面覆蓋程度s選得足夠大，例如選擇很寬且排得很緊的間隔棒，則間隔棒的相對壓縮Δh/h可以是無限小，而且若平板的厚度b選得足夠大，則平板的相對偏移Δd/d也可以做到所需要的那樣小。換言之，問題是提供具有足夠小的支持點和足夠小的平板厚度的對壓力不敏感的顯示器。實際上，這些附屬條件是對於顯示器的其它設計參數的可允許限度的高度限制。
根據本發明的構思，本發明人發現在STN顯示器的情況下，以及在工作於所謂第一最小模的TN顯示器的情況下，若要避免對顯示器性能的幹擾，則液晶層的相對厚度變化必須不超過2％。
當前，STN顯示器以例如每mm中3個象素或更多的解析度來製造，亦即最大象素表面約為300μm×300μm，相當於10英寸顯示器的VGA圖象。此時，尺寸為100μm×100μm的間隔棒將是不可接受的，原因是它們可能不僅佔據顯示器有效表面的難以接受地大的部分，而且甚至還可肉眼看到。
但為了達到本發明的目的，50μm×50μm的間隔棒是可用的，原因是已發現此尺寸是一個合理的上限，超過它就可能用肉眼看出顯示器中的不均勻性。實際上，這一50μm的限度與液晶顯示器中各象素周圍的腐蝕隔離溝槽的寬度的通用標準上限是一致的，換言之，沿一個方向的最大寬度為50μm的間隔棒可以按這種間距置於顯示器有源象素的外面。
至於與間隔棒尺寸有關的附屬條件，值得進一步指出的是，在液晶單元不被分成象素的情況下，例如用作護目鏡、遮光器件、焊工面罩之類的情況下，甚至更重要的是間隔棒不能被肉眼看到或被看出單元中的不均勻性。
而且，若間隔棒的光散射效應儘量小，亦即相應於液晶和透明覆蓋平板的吸收和折射率儘量小，則是有利的。
至於與平板厚度有關的附屬條件，本發明採用了其中至少一個應經得住外部壓力的平板的厚度不超過1mm(這裡LCD用商品玻璃的合理上限值)的液晶單元。對於諸如上面提到的美國專利申請US-A-4,150,878所述3mm的更大的玻璃厚度，由於玻璃無法充分形變以確保良好的配合，也不可能獲得晶體層厚度的足夠高的精度。
如上所述，比之已知的顯示器，用本發明可獲得機械穩定性的極大改善。這一改善不是勉強夠格的而是很轟動的這一事實尤其可參照上述的公式(2)來解釋，從中可見間隔棒之間的最大相對偏移Δd/d遵循L4b-3形式的函數關係。L4依賴關係由原點附近非常平坦的曲線表示。
正如一個示例，可與上述歐洲專利EP 0,407,993所述的單元(其中L＝600μm，B＝0.5mm)進行比較。根據本發明，若另選L＝300μm(減小一半)且b＝1mm(增大一倍)，則比起已知的單元來，Δd減小為27＝128分之一！這一L4b-3依賴關係還提供了顯示器應用的另一極為重要的性質，亦即，解析度越高(L越小)則顯示器越穩定，而同時由於當L和b減小時L4比b-3減小得更快，可選擇更薄的平板而不偏離條件(2)，且同時如條件(1)可用象素之間無源表面寬度的可接受數值來滿足。這意味著根據本發明的技術可用來生產小的極薄的重量輕的高解析度的圖象顯示器，這在鐘錶及光學工業中，例如在包含許多級聯液晶元件的光學儀表中，是尤其有興趣的。在這些應用中，常常希望分立元件極薄，但它們是如此的薄，以致於如果用常規方式來設計，則即使正常的處置也可能使它們對衝擊敏感。
外加壓力P的合理上限可設定為50atm(≈50×105N/m2)，相當於1cm2上50kg的重量。在測試時，發現根據本發明製作的液晶顯示器經受得住這一壓力甚至更高的壓力而不出現任何光學或機械性質變化。
如上所述，在TN和STN單元中，晶層厚度的最大相對形變必須不超過2％。設P＝50atm，E＝50×105N/m2(對不同的玻璃型號只稍許改變)，則從(1)發現，為避免間隔棒的過分壓縮，要求表面覆蓋率s＞P/(1％×E)＝1％。
作為對表面覆蓋程度s的這一最小值1％的比較，我們發現例如對於線性象素寬度L＝300μm、平板厚度b＝1且矩形間隔棒寬度ΔL＝50μm、表面覆蓋程度s＝(50/300)2＝2.8％的顯示器，根據上述公式(1)保證間隔棒的壓縮在可允許的限度以內。根據上述(2)，平板之間的相對偏移(Δd/d)在P＝50atm且d＝5μm情況下變成等於2×10-4μm，這也完全在5μm的2％即0.1μm的允許限度之內。這裡的5μm厚度相當於當前STN顯示器的標準數值。
比起現有技術來，有可能如下計算上述歐洲專利申請EP-A2-0,407,993中液晶單元間隔棒的表面覆蓋程度s的相應數值s＝(20μm/600μm)2≈0.1％，這相當於在P＝50atm下間隔棒的相對壓縮Δh/h為10％，因而遠大於根據公式(1)的可允許數值，因此，若想使單元抗衝擊且機械穩定，則顯然是完全不能接受的。
同樣，對於美國專利申請US-A-4,150,878中的單元也得到不可接受的s值，其中L＝400μm，間隔棒直徑＝100μm，得到s＝(100/400)2≈0.06％，得到的顯示器儘管玻璃厚達3mm仍然很易變形。
與這種已知技術相反，用本發明有可能生產用於例如完全新一代時鐘顯示器中的超薄、超輕、同時超強度的顯示器。在這種顯示器中，當前的目標是達到每mm高達20個象素。根據本發明，若選取L＝50μm、ΔL＝10μm(間隔棒的寬度)，則得到表面覆蓋程度s＝(10/50)2＝4％，這是完全在允許極限值之上的。若同時選取小到0.1mm的平板厚度，則在50atm下得到等於10-4的偏移Δd，這極好地滿足了(2)。
如引言所示，近晶顯示器(FLC或AFLC)對允許形變的限制機制與TN和STN顯示器的完全不同。光學允許形變至少是STN情況的5倍，但機械允許形變是STN情況的約10％。因而後者是決定性的。從基於簡化模型的計算(由於不考慮弛豫和流動而過高估計近晶單元的靈敏度且其中的偏移描述成表面半徑為R的球形帽)發現，對於Δd/d＝4d/R，近晶液晶層應被不可逆地形變。對於FLC或AFLC單元所要求的R＝0.5～1cm(大約相當於拇指壓力)、以及對應於更薄層的d＝2μm，上述表達式給出約為0.1％的相對形變Δd/d，相當於0.002μm的最大偏移Δd。這表明近晶單元比起相應的向列單元來，對衝擊的敏感性明顯強得多，導致上述公式(2)中的更低的極限值。當與向列情況比較時還得到了表面覆蓋程度s的另一最小極限值。設FLC的「防衝擊測式」的標準負載根據歐洲Fe-licita方案定為10atm(相當於1cm2上10kg)，得到s值為2％，若液晶單元要滿足(1)因而機械穩定，這是間隔棒的最小允許表面覆蓋程度。
現參照附圖在一些非限制性實施例中更詳細地描述本發明。


圖1是液晶單元的不按比例的縱向示意剖面圖，示出了施加外部壓力時的偏移。
圖2示出了不同類型的間隔棒的相對壓縮與其表面覆蓋程度s的關係。
圖3A和3B是根據本發明一個實施例的液晶顯示器的不按比例的示意剖面。
圖4是圖3A和3B中的顯示器的俯視圖。
圖5是整個單元的示意俯視圖，同時示出了周邊間隔棒使用的一個例子。
圖6示出了細長間隔棒的使用原理。
現首先參照下面的表，它總結了所進行的實驗的結果，證實本發明提供了高度抗衝擊的液晶單元。表面密度s在約0.1％-4％之間變化，同時d、L和b的值使所有情況下都滿足條件(2)。STN的液晶層厚度選為d＝5μm，而FLC的選為d＝2μm，STN單元的測試壓力約為50atm，而FLC單元的約為10atm。
下面將更詳細地討論只對FLC顯示器進行的測試No.8-11。但其中所用的細長間隔棒也可用於向列顯示器。
1％附近的s值在實驗結果中的變化相當大，為此我們感到s無論如何必然超過1％。最有利的選擇餘地看來是s＝2％-4％。至少對STN顯示器可能不存在選取大於4％的s的理由。
測試 b LΔL1*ΔL2 s 結果序號 (mm) (μm) (μm*μm) (％)111000 32×320.1 差2150020×200.16 差3132025×250.6 可疑4150040×400.7 可疑5130050×502.8 良好6110020×204良好7110020×204良好8150040×100 1.6 良好9150040×250 4良好10 150040×500 8良好11 150020×500 4良好上例中滿足s條件(即條件(1))和條件(2)二者的測試於是證實可得到對壓力不敏感的液晶單元。在已設計並充有近晶材料的測試單元中，FLC和AFLC之間未發現在不可逆形變壓力閾值方面的明顯差別。另一方面，在少量形變之後，二種情況下的直立書架結構比人字形結構更易於重新對準。
具體地說，但對於近晶單元並不排除，可能最好是使用截面不是方形、矩形或圓形而使用按照上述條件其與縱向橫切的寬度必須不超過50μm的極細長的間隔棒以便看不出間隔棒。測試No.8-11在近晶單元上進行。除了其穩定功能外，若近晶層具有人字形結構且特別是如果分子在表面處具有大的預傾角時，這種細長的間隔棒有二個特別重要的功能。適用於向列和近晶單元二者的第一功能是當填充液晶單元時引導液流，使分子的總方向沿著支持線。在近晶單元中，近晶層於是橫向於支持線而形成。適用於近晶單元的第二功能是在施加電場時防止材料在單元中輸運。附圖6不按比例地示出了這種細長間隔棒的原理和安排。
圖1示意地示出了加有外部壓力P的一個液晶單元的剖面，此單元包含二個平行的平板1和2(以下分別稱之為上平板1和下平板2)，它們確定一個含有液晶層的內腔C。平板1的厚度由b標明，而C腔的未受影響的厚度用d標明。根據本發明，第二平板2的厚度可等於或大於第一平板1的厚度。任何偏移都發生在與下平板2連成一體且相互間隔L的間隔棒11之間。間隔棒11的寬度由ΔL標明，間隔棒11之間上平板1的最大偏移由Δd標明。
如上所述，為了獲得對壓力不敏感的液晶單元，必須滿足二個條件。首先，根據條件(2)，壓力P引起的最大偏移Δd必須不要太大。第二，根據條件(1)，間隔棒11本身必須不被壓力P過分壓縮。若間隔棒的高度示為h(等於圖1中的液晶層厚度d)且其壓力引致的壓縮示為Δh，則根據條件1，對於小的形變有可能用下列表示式計算不同形狀間隔棒的相對壓縮，其中E是間隔棒的彈性模量(通常等於平板1和2的E)，s是支持件的表面即間隔棒在承受壓力P的平板上的接觸表面的覆蓋程度
(對於球形間隔棒)
(對於圓柱形間隔棒)
(對於矩形間隔棒)從這些公式(在圖2中已用各曲線示出)顯見，對於給定的s、P和E值，在矩形間隔棒情況下獲得了最小的壓縮，因而矩形間隔棒較好。
現參照圖3A、3B和4所示的顯示器，其中採用了與圖1相同的參考號。顯示器包含一個透明的上平板即前平板1和一個下平板即後平板2。平板1和2最好由玻璃製成，但也可由諸如石英、聚合物等的其它材料製成。在平板1和2的周邊之間安置一個邊緣密封4，以便將平板1和2氣密地連接並將液晶層3封在其間。在所示實施例中，平板1和2配備有用來在液晶3上施加電場的導電的交叉電極層5和6，至少上層5是透明的。下層6可以是透明的也可以是反射的。由於本技術領域熟練人員都知道，故對這些層的材料的可能設計與選擇無需進一步解釋。在圖4的俯視圖中，四個中心間隔棒11之間的陰影正方形15形成一個象素。
若液晶單元要工作於反射狀態，則可在顯示器的後側置一反射器7作為下平板2的替代物或者將下電極6做成反射性的。
在上平板1的外側置一偏振膜8，並根據應用的需要，可在液晶3和反射器7之間置一第二偏振膜9。而且，在最靠近液晶3的二個平板1和2上提供定向層10，以便獲得其起始取向。偏振器和定向層的材料選擇和取向是本技術領域熟練人員已知的，並可用例如美國專利申請US-A-4,653,865所述的方法製造。
固定在腔中平板1和2之間的是多個間隔棒11，在此設計中，它們是用腐蝕下平板2的方法製作的。上述的參數表面覆蓋度s則相當於間隔棒11在平板1上的接觸表面總和與其上分布有間隔棒11的平板1的總表面的商。
若間隔棒11位於電極層5和6之間，則至少一個平板應帶有例如氧化矽的隔離層13。
在所示實施例中，特定的周邊間隔棒12被安排在顯示器的外圍部位，並用與中央間隔棒11相同的技術來製作。周邊間隔棒12(也示於圖5)具有細長的形狀和取向，用來在製造過程中引導液晶流，以便確保均勻流動並避免液晶中的取向缺陷。
周邊間隔棒12具有防止在低溫下顯示器中央有源部分形成腔即空洞的更重要功能。在填充液晶單元時常常形成這種空洞，它在真空下產生，但在實際中構成所有液晶顯示器中的一個普遍問題。具體地說，在傳輸過程中它們可能暴露於很低的溫度，在此情況下，液晶比玻璃更顯著的體積收縮可容易地導致在液體中形成空洞。在加熱到室溫之後，這種空洞可在極長的時間內保持。
由於這種空洞的形成受到毛細力的抵制並需要表面能(表面能越大則空洞的曲率半徑越小)，故有可能利用這種周邊間隔棒來使空洞的形成局限於顯示器有源區外側的區域中。
如圖5所示，周邊間隔棒的寬度及其相互間距分別應當明顯地大於中央間隔棒的寬度及其相互間距。周邊間隔棒之間的這一相對較大的距離，有如上述的增大了的間隔棒高度，使空洞在周邊區域可以具有比在一定距離以外的中央部位(其中各間隔棒彼此更靠得緊)更大的曲率半徑。而且，考慮到為了形成這種空洞而要求一個成核表面，周邊間隔棒的較大寬度意味著其間的間隙由較大的表面確定，此表面上於是傾向於發生成核。周邊區域中增大了的間隔棒高度還有助於允許空洞的曲率半徑比顯示器有源區中的更大，從而降低空洞的能量。
周邊間隔棒之間的大間隙的另一目的是在溫度改變時局部地使材料流更容易。
從以低至-40℃的溫度循環所進行的測試，我們發現可選地安排成外雙行的周邊間隔棒對於收集和提供無害的熱形成空洞以及抑制其在顯示器有源區形成是有效的。
我們的測試表明，間隔棒高度即使約為10％-20％的小的差別，與周邊間隔棒之間的相對大的距離結合起來，如圖5中，對於將空洞形成局限於準確的這一區域也是有效的。
根據本發明，為了獲得穩定的顯示，藉助於例如約為0.1-0.5atm的負壓將液晶單元即平板保持在一起是可取的，此負壓在填充液晶單元時產生並確保成品單元中的平板保持與間隔棒的良好配合。用其它方法，例如在間隔棒上採用粘合劑或任何其它類型的連接也可產生這種連接力，這是可以想像的。
權利要求
1.一種向列式液晶單元，它包含二個配備有電極(5，6)的彼此按預定距離安置以確定一個內腔(C)的平板(1，2)，其中至少第一平板(1)是透明的且其厚度b不超過1mm而彈性模量為E；一個密封在上述腔中並含有向列式材料且厚度d相當於腔的高度的液晶層(3)；以及固定在上述腔中且高度h相當於上述層的厚度的間隔棒(11)，上述間隔棒以間距L分布於整個腔且其彈性模量E與上述第一平板基本相同，此液晶單元的特徵是間隔棒至少沿一個方向的寬度不超過50μm；上述第一平板(1)上上述間隔棒(11)的支持區域的表面覆蓋程度s超過或等於1％；L的值根據d和b的當前值被選成當在上述第一平板(1)上施加壓力P時，由上述壓力P引起的間隔棒之間上述第一平板的最大相對偏移Δd/d滿足下列條件dd=PL44Eb3dG1---(A)]]>其中G1等於或小於下列表達式(B)的值，對於表面覆蓋程度s取其最小值(1％)的情況，G1表示由上述壓力P引起的間隔棒(11)的相對壓縮hh=PsE---(B)]]>
2.權利要求1所述的向列式液晶單元，其特徵是上述形變上限G1等於或小於2％，最好是1％。
3.權利要求1或2所述的向列式液晶單元，其特徵是液晶層(3)具有STN結構。
4.權利要求3所述的向列式液晶單元，其特徵是上述STN結構具有超過200°的扭曲角。
5.權利要求1-4中任何一個所述的向列式液晶單元，其特徵是間隔棒(11)的高度在0.5-20μm的範圍內，最好是在1-10μm的範圍內。
6.一種近晶式液晶單元，它包含二個配備有電極(5，6)的彼此按預定距離安置以確定一個內腔(C)的平板(1，2)，其中至少第一平板(1)是透明的且其厚度不超過1mm而彈性模量為E；一個密封在上述腔中並含有近晶式材料且厚度d相當於上述腔的高度的液晶層(3)；以及固定在上述腔中且高度h相當於上述層的厚度的間隔棒(11)，上述間隔棒以間距L分布於整個腔且其彈性模量E與上述第一平板基本相同，此液晶單元的特徵是間隔棒至少沿一個方向的寬度不超過50μm；上述第一平板(1)上上述間隔棒(11)的支持區域的表面覆蓋程度s超過或等於2％；L的值根據d和b的當前值被選成當在上述第一平板(1)上施加壓力P時，由上述壓力P引起的上述距離之間的上述第一平板的最大相對偏移Δd/d滿足下列條件dd=PL44Eb3dG2---(A)]]>其中G2等於下列表達式(B)的值，對於表面覆蓋程度s取其最小值(2％)的情況，G2表示由上述壓力P引起的上述間隔棒的相對壓縮hh=PsE---(B)]]>
7.權利要求6所述的近晶式液晶單元，其特徵是上述形變上限G2等於或小於0.1％。
8.權利要求6或7所述的近晶式液晶單元，其特徵是液晶層(3)含有鐵電液晶(FLC)。
9.權利要求6或7所述的近晶式液晶單元，其特徵是液晶層(3)含有反鐵電液晶(AFLC)。
10.權利要求6-9中任何一個所述的近晶式液晶單元，其特徵是間隔棒(11)的高度h在0.5-20μm的範圍內，最好在1-2μm的範圍內。
11.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是間隔棒(11)支持區域在第一平板上的表面覆蓋程度s為2-4％。
12.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是至少第一玻璃平板(1)，最好是二個平板(1，2)的厚度b都不超過0.5mm。
13.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是將上述平板(1，2)保持在一起的力存在於單元中其整個有源區域中。
14.權利要求13所述的液晶單元，其特徵是在上述腔中，負壓佔優勢以提供將上述平板保持在一起的上述的力。
15.權利要求13所述的液晶單元，其特徵是間隔棒(11)被粘合連接於至少一個平板(1)，以提供上述將上述平板保持在一起的力。
16.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是沿一個方向的寬度不超過50μm的間隔棒中至少有一些間隔棒在與上述方向正交的方向有大得多的尺寸以形成細長的間隔棒。
17.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是除了分布在腔中整個單元有源區域上的上述間隔棒(11)之外，液晶單元還包含多個按隔開關係安排在單元的周邊中的且具有比單元的有源區中的首次提到的間隔棒(11)更大得多的橫向尺寸的周邊間隔棒(12)。
18.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是除了分布在腔中整個單元有源區域上的上述間隔棒(11)之外，液晶單元還包含多個安置在單元的周邊的且其高度超過首次提到的單元的有源區中的間隔棒的高度的周邊間隔棒(12)。
19.權利要求17或18所述的液晶單元，其特徵是周邊間隔棒(12)是細長的且按隔開關係以其短邊彼此相對而安排。
20.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是間隔棒(11)具有矩形截面。
21.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是平板(1，2)和間隔棒(11，12)都由玻璃製成。
22.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是間隔棒(11，12)藉助於至少腐蝕上述平板(1，2)中的一個(2)來提供。
23.前述權利要求中任何一個所述的液晶單元，其特徵是液晶單元被設計成包含多個按隔開關係排列的象素的顯示器，間隔棒(11)被安排在上述象素之間。
全文摘要
本發明涉及到一種對壓力基本上不敏感的液晶單元。配備有電極(5,6)的平板(1,2)按彼此預定距離排列並確定一個厚度為d的液晶層。至少第一平板(1)是透明的且其厚度b不超過1mm,而其彈性模量為E。固定在腔中且高度為h的間隔棒(11)以間距L分布並具有與上述第一平板基本相同的彈性模量E。間隔棒(11)至少沿一個方向的寬度不超過50μm。間隔棒(11)的支持區域在上述第一平板(1)上的表面覆蓋程度s超過或等於依賴於液晶類型的一個最小值。L根據d和b的當前值選成當在第一平板(1)上施加壓力P時,由壓力P所引起的間隔棒之間上述第一平板的最大相對偏移△d/d滿足條件(A):
文檔編號G02F1/1333GK1171845SQ9519728
公開日1998年1月28日 申請日期1995年12月7日 優先權日1994年12月9日
發明者斯文·T·拉格沃爾, 阿納託李·A·穆拉維斯基, 塞奇·伊·亞科文科, 維克託·A·康奧瓦路, 阿納託李·A·明科, 瓦萊瑞·P·艾伊 申請人:Emt公司