CN100412674C - 基于液晶的灰度双稳态显示器装置 - Google Patents

基于液晶的灰度双稳态显示器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100412674C
CN100412674C CNB028014960A CN02801496A CN100412674C CN 100412674 C CN100412674 C CN 100412674C CN B028014960 A CNB028014960 A CN B028014960A CN 02801496 A CN02801496 A CN 02801496A CN 100412674 C CN100412674 C CN 100412674C
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid crystal
electric field
display equipment
added
tissue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028014960A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1462376A (zh
Inventor
J·安热勒
P·马蒂诺-拉加德
I·多佐夫
D·斯托埃内斯库
R·韦尔切莱托
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nemoptic SA
Original Assignee
Nemoptic SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nemoptic SA filed Critical Nemoptic SA
Publication of CN1462376A publication Critical patent/CN1462376A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100412674C publication Critical patent/CN100412674C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1391—Bistable or multi-stable liquid crystal cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/30—Gray scale

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Abstract

本发明涉及一种向列式双稳态显示器装置。其特征在于：它包括控制装置(40)，用于在固定破坏后形成混合组织，在该混合组织中，二个双稳态组织以可控制的比例共同存在于同一个像素内，所述组织由180°容积非倾斜线或在一个表面上的180°再定向壁分开；以及通过将容积线转换成表面壁和使这些壁在表面上不动，来长期稳定该混合组织的装置(40)。

Description

基于液晶的灰度双稳态显示器装置
技术领域
本发明涉及基于液晶的显示器装置领域。
背景技术
液晶广泛用于大量的显示器装置中，例如：字母数字显示器，平的屏幕、光阀等。
一般，基于液晶的显示器装置包括二块保证将液晶封闭起来的平行平板或基片。一方面，这些平板或基片带有控制液晶方向和固定液晶的装置；另一方面，又带有将电场加在液晶上，以改变液晶结构的电极。
在构成本发明主题的，基于向列液晶的装置中，使用向列液晶。该液晶通过加入手性搀杂剂变成无手性或有手性的，其向列螺旋线节距大于几微米。在表面附近的液晶的方向及其固定，由校准层或加在基片上的处理确定。当没有电场时，这种处理可使组织均匀或稍微扭曲。
至今所提出和生产的大多数装置为单稳态的。在没有电场的情况下，在装置中只形成单一一种组织。这种组织相应于晶胞的总能量为绝对的极小。在有电场的情况下，这个组织连续变形，并且，根据所加的电压不同，其光学性质改变，当电场断开时，单一的单稳态组织又恢复向列性。
另一种向列式显示器为双稳态向列式显示器。在这种情况下，在晶胞中可以形成至少二种不同的组织。这些组织相应于同一种表面固定状态，并且在没有电场时是稳定或亚稳定的。加入适当的电气信号，可以在二种状态之间进行切换。然而，由于双稳态性(或亚稳定性)的关系，一旦图像出现，则在没有电场的情况下，图像仍然存贮下来。对于许多应用场合，双稳态显示器的这种记忆能力是非常有吸引力的。它可允许图像刷新的速度较低。因此可减少便携式电器的耗电量。
图1示意性表示双稳态显示器的一个典型例子。在文献[1]和[2]中有这种装置的说明。如图1a和1b分别所示，二个双稳态组织T0和T180彼此不相同，它们扭转±180°，并且拓朴学上不兼容。为了使T0和T180的能量基本上相等，选择向列性的自然间距大约等于晶胞厚度的1/4。当不加电场时，不存在其他能量更低的状态，即T0和T180是双稳态。在强电场作用下，可得到差不多相类似等变晶回归(homeotropic)的组织H(图1c)，但在基片(断开)上至少有一个固定点即：分子在平板或基片附近与该平板或基片垂直。当断开电场时，晶胞被引导至双稳态中的一个或另一个状态，以便于二个表面固定点之间进行弹性连接(T0)或流体动力学连接(T180)。从光学性能上看，二个状态T0和T180是非常不相同的，这使得可以以大于100的对比度显示黑自图像。
另一种记忆式液晶装置为有序-无序式显示器。这种装置具有均匀或规则的组织和许多无序的组织，其缺陷密度高。这种装置在文献[3]和[4]中提到。在这种装置中，光强烈地散射，并在缺陷上消除偏振。无序组织的光学性质与缺陷密度成比例地改变；因此可以显示灰度，这对于获得高质量的黑色、灰色和白色或彩色图像是必不可少的。
然而，只带有规则结构的二个能量相等的状态的双稳态装置，本质上不适合于具有灰色色调的显示器。这是因为在这种装置中，只能显示二种不同的双稳态组织，并且在图像的每一个像素中保留。
为了使双稳态装置能适用于灰度显示器，提出了各种方法。
对于高速显示器(例如视频屏幕)，可以通过将图像数字化和暂时将视频的帧切割成几个子帧，使子帧的持续时间比为1∶2∶4等，而得到灰度。在每一个子帧中，为了保证所希望强度的平均数字式电平，像素的状态要变化。只适合于超高速装置(例如铁电体的液晶显示器)的这种方法有许多缺点。它需要复杂的驱动器(帧存储要求)。另外，多路传输有困难(需要形成非常短的子帧)。最后，这种方法牺牲了双稳态。这是因为灰度不是像素的一个实际状态，而是双稳态状态的一个暂时的平均状态，并且当图像刷新截止时，图像停止。它显示像素的最后状态。这是一个黑白图像。
另一种方法是在空间细分每一个像素。因为数字化图像是作为在子像素中形成的黑白状态的空间平均状态显示的。图像的双稳态保留了，但装置复杂(子像素尺寸非常小，对于同样的空间分辨率要求的子像素数目增加很多，多路传输困难)。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用于形成可得到灰度的以液晶为基础的显示器的一种新型装置。
本发明的这个目的可利用一种向列双稳态显示器装置达到。该显示器装置包括：
·向列液晶层；该层放置在带有电极和保证液晶的单稳态表面固定状态的固定装置的二块基片之间，多个固定状态中的至少一个固定状态的对称性及力，可使固定在与基片垂直的电场中被破坏；
·在二个基片之间的装置；该装置用于将电场加在液晶上，并用于破坏在至少一个表面上的固定；表面定向器的瞬态通道与电场平行，并且在电场被切断后，该表面定向器向着二个双稳态或亚稳态组织中的一个或另一个而弛豫，该二组织之间彼此扭转差为180°，且都可与单稳态的固定状态相适应；
其特征在于，所述显示器装置还包括：
·一个控制装置，用于在固定破坏后，形成混合组织，在该混合组织中，所述的双稳态组织共同以可控制的比例存在于同一个像素中，所述的组织被180°的容积非倾斜线或在一个表面上的180°再定向壁分开；
·和通过使容积线转换为表面壁和使这些壁在表面上不动，而使混合组织长期稳定的装置
在本发明的范围内，所用的液晶可以搀杂，以便成为手性的和可以与胆甾基(cholesteric)相适应。
另外，本发明还涉及使用向列式双稳态显示器装置的一种显示方法，该装置还包括：
·一个向列液晶层；该层放置在带有电极和保证液晶的单稳态表面固定状态的固定装置的二块基片之间，多个固定状态中的至少一个固定状态的对称性及力，可使固定在与基片垂直的电场中被破坏；
·在二个基片之间的装置；该装置用于将电场加在液晶上，并用于破坏在至少一个表面上的固定；表面定向器的瞬态通道与电场平行，并且在电场被切断后，该表面定向器向着二个双稳态或亚稳态组织中的一个或另一个而弛豫，该二组织之间彼此扭转差为180°，且都可与单稳态的固定状态相适应；
其特征在于，该方法包括下列步骤：
·在固定破坏前形成混合组织，在该混合组织中，所述双稳态组织以可控制的比例共同存在于同一个像素内，所述组织由180°容积非倾斜线或在一个表面上的180°再定向壁分开；和
通过将容积线转换成表面壁和使这些壁在表面上不动，来长期稳定该混合组织。
附图说明
本发明的其他特点、目的和优点，通过阅读下面结合附图进行的对非限制性例子的详细说明，将会清楚。其中：
图1示意性地表示根据先前技术的双稳态液晶显示；图1a和1b表示晶胞的二个稳定状态，而图1c则表示在电场作用下的过渡状态；
图2表示根据本发明的液晶显示器晶胞的一个像素的照片；
图3表示在一个限制平板上，由表面缺陷造成的根据本发明的组织；图3a表示在电场中的晶胞，图3b表示在电场断开后的晶胞；
图4a和4b表示可以在根据本发明的显示器装置中存在的二种形式的缺陷线；
图5示意性地表示容积缺陷线V的能量与其至表面的距离Z的函数关系；
图6表示在Fredericks阈值和固定的断开阈值之间的中间的中等电场作用下的向列液晶定向器的排列方向；
图7a和7b示意性地表示从容积的非倾斜线(disclinationline)至表面壁面的变化；
图8表示对于二个极性的，可以将容积非倾斜线转换为表面壁面的“图像保留”电压的幅值；
图9表示带有二个偏振镜的晶胞的透光度与持续时间固定的切换脉冲的振幅的函数关系；和
图10表示在根据本发明的晶胞上得到的6种不同的灰度。
具体实施方式
图1示意性地表示通断开固定进行切换的一个双稳态向列像素的典型结构。在二块基片20，30(由玻璃，塑料等制成)之间放置着厚度d＜5微米(μm)，最好为d＜2微米的一个向列液晶薄层10。这种基片20，30又称为平板。为了将与基片20，30垂直的电场加在液晶上，在基片20，30的内表面上分别设置二个电极22，32。该二个电极中至少有一个电极为透明的。校准层24和34在基片20，30上形成单稳态固定状态，即：在没有电场时，校准层24，34在每一个表面上形成向列定向器n的单一一个排列方向。这个方向又称为易轴e。
在平板20(主板)上，校准层为平的或倾斜的，其顶点的固定能量大，即：在切换过程中，在大电场作用下，表面定向器n1的排列方向靠近易轴e1，而在电场断开后，n1与e1平行。
在平板30(副板)上，校准层为平的(易轴e2与晶胞平面平行)，并且其顶点固定能量弱或中等。在强电场作用下，在该平板上的固定破裂(图1c)；表面定向器n2的排列方向与电场平行，并且与e2垂直。这个排列方向相应于固定能量最大，而固定扭矩为零。在电场断开后，定向器n2处在不稳定的平稳状态中(没有扭矩)，并且有二种不同的方法可以回复至平衡状态：使n2与e2平行(T0)，图1a)或反向平行(T180，图1b)。这是因为，该二个状态也与单稳态的固定状态兼容(向列性是一个四极的系统，并且n2与-n2是等价的)。这样，在断开固定进行切换后，可以形成一个或另一个组织(T0或T180)。
利用向列液晶10的二个固定状态之间的弱连接，选择最终的组织。这种弱连接，在电场断开时，可干扰副板30的不稳定的平衡。电场突然断开有利于流体动力学连接(容积和表面回流效应)，且会形成扭转的组织T180。电场逐渐断开有利于静态连接(通过弯曲弹性)，并形成准均匀的最终状态T0。
二种组织T0和T180拓扑学结构是不相同的；因此它们之间不可能连续地转换，因为这需要破坏固定或向列次序。对于无手性的向列液晶，T180组织是亚稳态的。即是说，它比T0组织有较大的能量，但高的能量壁垒在没有电场的情况下，将阻止它自然地转换为T0组织。尽管如此，从长期来看，由于成核作用和缺陷的传播(180°非倾斜线)，T180组织可以转换为T0组织。通过用手性搀杂物使向列液晶具有间距P接近P＝4d的空间螺旋特性，可以防止这种虚假的转换。这样，二种组织的能量相等，并可得到真正的双稳态，即可得到在黑白模式，或更精确地说在“开/关”模式下工作的双稳态向列式显示器。
根据本发明的灰度显示器装置的基本结构与图1所示和以上所述的相同。
这是因为，在表示根据本发明的晶胞的图3等中，也具有按照上述的结构的二个带有电极22，32和校准层24和34的平板20，30。图3还示意性表示与电极22，32连接的装置40。该装置适用于将幅值和持续时间可控制的电气驱动脉冲加在电极之间，因而也是加上液晶材料10上。
发明人说明了在这种形式的装置中，可以形成和稳定可控制的模拟的中间灰色状态，以便得到带有灰色色调的双稳态显示器。这些状态相应于“混合”组织，即是说，在同一个像素中同时存在二个双稳态组织(图2)。因此，混合状态为二种形式的区域的随机混合物-“写”区域(在交叉的偏振镜之间的黑色的组织T180)和“消除区域”(在交叉编振镜之间的沿对角线方向的白色组织T0)。局部地可在每一个区域中形成一个状态，该状态在区域的整个面积上是均匀的。该区域的面积约为100×d2，与像素的总面积比较偏小。另外，在同一个像素内，可形成许多微区域，改变这些微区域的平均密度，可以产生大量的灰色电平。像素的传输或反射强度为二种形式区域的强度的加权平均，并可在0％(黑色状态)和100％(白色状态)之间连续改变。
混合状态的起源是在副板30上的固定被破坏后，表面定向器的不稳定的平衡。在这个状态下，非常微小的干扰都可使向列液晶表面定向器n2向着与e2平行或反向平行(图1)的二个位置中的一个或另一个位置迅速地转换，因而也是向着最终组织T0或T180迅速转换。如果驱动脉冲的电压大大超过固定破坏的阈值，则二个表面之间的静态和动态连接牢固，而整个像素向着一个均匀的组织切换(白色状态或黑色状态)。另一方面，接近破坏阈值的连接脆弱，局部的扰动(可以认为是叠加在驱动信号上的局部“噪声”)足以形成混合状态。
发明人确认，通过控制表面固定力的散布，可以产生局部扰动。这是因为，根据校准层的性质和均匀性不同，局部固定能量可在一定范围内变化。这样，均匀的驱动电场可以或不可以局部地超过固定的破坏阈值。这会产生混合的最终组织，其灰色电平决定于脉冲电压。
另外，发明人还示出，局部扰动可以由表面的外形结构(例如校准层的厚度变化)引起。这种外形结构可以是周期性的(一维或二维的表面格子结构)或随机的(例如，一微结构表面)。在这些情况下，由于电场不再是均匀的，因此使固定破坏的电压随着液晶薄膜的局部厚度而变化。固定层的介电性质可以在较大或较小的程度上显示出来。
发明人还确认了，使用电阻或表面光洁度不均匀的电极，将稍微不均匀的电场加在一个像素上，可以得到混合组织。这就可得到一个表面强度或其方向改变的电场(稍微倾斜的电场)。这或多或少地会干扰固定的破坏。
图3示意性表示副板30上的电极32的表面上的凹凸不平处36周围产生的不均匀电场和在电场中引起的对组织的扰动(图3a)。在断开电场，使液晶表面定向器连接松弛以后(图3b)，得到混合组织。在该组织的表面凹凸不平处的每一侧形成二个双稳态组织。
根据本发明的形成混合组织的一种方法是，在加驱动脉冲的过程中，造成过渡组织的不稳定性。这种不稳定性本来就是流体动力学性质或受电场作用而挠曲的，或者是由于表面固有的极性引起的。所有这些本来是动态或静态的不稳定性会导致向列液晶的定向器相对于其容积和表面上的平衡状态产生周期性的偏离，其偏离周期与晶胞的厚度相差不大。在强电场下，这些不稳定性的振幅非常小，但当电场接近液晶固定的破坏阈值时，不稳定性足以产生混合组织。
根据本发明形成混合组织的另一种方法是，在将电场(回流效应)加在表面上和容积中的过程中，造成液晶的瞬间剪切流动。该流动也可干扰定向器的定向。在不均匀或粗糙的表面上，这种流动可造成表面定向器定向的微小的瞬态不均匀性。在固定破坏以后，但在流动完全减弱之前断开电场，也可以产生混合的像素组织。
然而，发明人发现，在形成混合组织后，该组织可随着时间而变化，并且通过将与二个主要的双稳态组织相应的区域分开的缺陷线的扩展，可使该组织向着黑色或白色的均匀状态转移。
更具体地说，在构成本发明主题的显示器几何形状中，可以存在二种形成的具有不同结构和活动性的缺陷线。
第一种形成的缺陷线表示在图4a中。这些缺陷线为180°非倾斜线。这些缺陷线(在图4a中示意性地用区域V的形式表示)具有熔融的各向同性的或双轴线的核心。这时，向列性有序参数变为零或甚至改变符号。在平衡状态下，这些线位于晶胞的中间平面上，并形成包围构成混合组织的区域的封闭回路。这些线的活动性很强，它们可以活动，并且由于弹性力或流动的作用，可以在装置的平面上产生粘性摩擦。如果二个双稳态组织第单位面积上的扭曲能量不同(例如，间距与晶胞厚度匹配得不好的无手性或胆甾基式向列性液晶)，则弹性力作用在该线上并使该线移动。局部地在该线通过后，较高能量的组织(双稳态组织)被其他组织代替。亚稳态组织所占据的面积逐渐减少，而长期来看，整个像素在稳态下(白或黑色)变得均匀。对于能量相同的双稳态组织(在胆畄基液晶与晶胞的厚度很好匹配的情况下)，缺陷线中的拉力(每单位长度的能量)使非倾斜的回路收缩和长期消失，使灰度缓慢改变至0％或100％。
缺陷线的另一种可能的结构示意性地表示在图4b中。在这种情况下，这些缺陷线是180°表面定向器再定向壁(图4b中的区域S)。该壁将存在二个双稳态组织的分开。在整个壁上，表面定向器逐渐转动180°。位于表面上的这些缺陷线的活动性，比容积线的活动性小很多，这是因为它们的有效粘性较高，此外，由于该缺陷线附着在表面凹凸不平处和/或由于固定的局部记忆，使摩擦“强烈”。由于强烈的摩擦，加在缺陷线上的力有一个阈值，在该阈值以下，缺陷线保持“粘附”在表面上，而不运动。对于大多数表面，这个阈值非常高，甚至在无手性向列性情况下，二个组织之间的能量差都不超过这个阈值。由于缺陷线的“粘附”，对于任意的灰度状态，可得到无限多的双稳态。
二种形成缺陷的每单位长度的能量非常不相同(图5)。表面壁的总的容积扭曲能较低，并且核心能量为零(它们没有熔融的核心，并在壁中，向列性次序没有受到大的干扰)。相反，由于壁中的表面定向器相对于校准层形成的易轴的方向不确定，因此固定能量较大。一般，在表面壁的情况下，总能量较低，因此有利于非倾斜线转换成表面壁，为了进行这种转换，必需使缺陷线的核心接近表面(核心“通过”表面，并成为一个虚拟的核心)。图5示意性地表示容积线V的能量，与其至表面的距离Z的函数关系。高的固定能量壁垒(B)将S状态(表面壁)与V状态(容积线)分开，并可防止非倾斜线与表面靠得太近。由于这个壁垒，在没有电场的情况下，容积线V保持在晶胞中间，不转换成表面壁。
在固定破坏后，当形成混合组织时，有时在同一个回路的不同区域中，存在二种形式的缺陷线结构。活动性大的容积线在线的拉力作用下，并可能还有由于二个双稳态组织的能量差造成的力作用下(如果空间的螺旋特性间距偏离其最优值)运动。像素将长期向着与驱动脉冲形成的灰度不同的另一个灰度转换，因为只有完全被表面线包围的区域才能存在。
为了得到长期稳定的灰度，必需通过将非倾斜线转换成180°再定向壁，而将所有的非倾斜线“粘附”在表面上。发明人发现，通过加上相应电压和持续时间的电脉冲，可以有效地达到这种转换。在处于Fredericks阈值和固定破坏阈值之间的中等电场作用下，除了接近二个表面的区域中以外(图6)，在容积中的向列性液晶的定向器的排列方向，与电场平行。在电场中，二个主要的双稳态组织用不同的方法进行转换：T0组织在各处都以相同的方向倾斜，而在扭转的T180组织中的“半转”组织，保持其180°的拓朴学回转约束，变成弯曲的“半转”。在接近主板20处，定向器的是均匀的，但固定倾斜牢固。在副板30上，固定为平面形并很弱，由于电气扭距作用，表面定向稍微倾斜。但二个组织的符号相反(±α)。这样，与非倾斜线相反，形成一个2α的表面再定向壁。在表面壁和容积线之间，在拓朴学约束下，定向器保持与电场垂直，并且在这个区域存贮大量的电能。为了减小这个能量，利用相应的电力将该缺陷线推向表面图(7a)。如果电力足够大，以致超过能量壁垒，则非倾斜线转换成带有虚拟核心的表面壁(图7b)。
缺陷粘附的阈值电压Us，即是说容积非倾斜转换成表面壁的阈值取决于晶胞的厚度、表面固定力，脉冲的极性和脉冲持续时间τ(由于在缺陷线向着表面运动情况下的摩擦)。一般，Us的值为几个伏。
图8表示对上述根据本发明的晶胞实验测量的UC(τ)的依赖关系。它表示较小和短的“图像保留”信号可使缺陷线稳定，和得到混合组织的无限多的双稳态。这些信号可以在被破坏的固定解除以后，与切换信号独立地送出；或将它们包括在驱动信号的最后部分中。
示例
下面的例子是相应于发明人生产和研究的本发明的装置的一个非限制性例子。
厚度为1.6微米(μm)的一个液晶晶胞10安装在厚度为1.1mm的二块玻璃板20、30之间。玻璃板20、30上涂敷导电的混合的锢锡氧化物的一个透明层。主板20在85°入射余角下接受一氧化硅的蒸发作用。液晶10固定牢固，并与主板20倾斜大约30°。副板30在75°倾角下接受蒸发作用。在这个副板30上得到的固定是弱的平面形固定。为了在实验室温度下，在晶胞的厚度上得到90°的自然扭曲，使用的液晶为搀杂有S811(由Merck公司生产)材料的戍基氰基联二苯(5CB)。这样，晶胞的二个状态具有相同的能量。
利用装有通常的图像记录装置的显微镜，发明人观察了在加上接近阈值的切换脉冲后的各个区域的性质。
图8的曲线给出了可以设定这个晶胞中的区域的二个极性的“图像保留”脉冲的值。当考虑由表面产生的局部电场时，二个极性之间的该脉冲有差别。
图9的曲线表示带有二个偏振镜的晶胞的透光度与持续时间固定(800微秒(μs))的的切换脉冲的振幅的函数关系。图9表示切换脉冲振幅小于10V时的白色状态，切换脉冲在10V和14V之间变化时的从白色逐渐改变至黑色的灰色状态，和切换电压大于14V时的黑色状态。在这些切换脉冲以后，加上5V和同样的持续时间(800微秒)的图像保留电压，可以得到灰度的无穷大的稳定性(由加上振幅在10V和14V之间的切换脉冲产生)。一般，该切换电压在2V和10V之间。
图10表示在这个晶胞中形成的6个不同的灰度(图9中的状态L2至L7)。
简而言之，本发明提供了一种灰度双稳态向列式显示器装置。该装置的一般结构中，使用已知的分别利用二个0°和180°的扭转的双稳态组织的显示器原理。在驱动脉冲作用下，通过破坏固定就可以进行切换。当信号接近破坏阈值时，在每一个像素中得到混合状态，而二个双稳态组织则分别在微区域中产生。二个状态所占据的面积之比(因而也是相应的灰度)由驱动电压控制。通过将在微区域之间的容积非倾斜线可控制地转换成表面壁(该表面壁由于在表面上的强烈摩擦而无限稳定)，可以维持像素的灰度，而长期不会改变。
当然，本发明不是公限于上述的具体实施方案，可以扩展至根据发明的精神的所有变型。
文献
[1]“利用单稳态式表面切换的快速双稳态向列显示器”，I.Dozov，M.Nobili，G.Durand Appl.Phys.Lett.70，1179(1997).
[2]Wo-A-97 17632.
[3]“基于允许灰色色调的向列式液晶的双稳态显示器装置”，R.Barberi，G.Durand，R.Bartolino，M.Giocondo，I.Dozov，J Li，EP0773468，US 5995173，JP 9274205(1998).
[4]D.K.Yang，J.L.West，L.C.Chien and J.W.Doane J.Appl.Phys.76，1331(1994).

Claims (20)

1. 一利向列式双稳态的显示器装置，它包括：
·向列液晶层(10)；该层放置在带有电极(22，32)和保证液晶(10)的单稳态表面固定状态的固定装置(24，34)的二块基片(20，30)之间，多个固定状态中的至少一个固定状态的对称性及力，可使固定在与基片(20，30)垂直的电场中被破坏；
·在二个基片(20，30)之间的装置(40)；该装置(40)用于将电场加在液晶上，并用于破坏在至少一个表面上的固定；表面定向器的瞬态通道与电场平行，并且在电场被切断后，该表面定向器向着二个双稳态或亚稳态组织中的一个或另一个而弛豫，该二组织之间彼此扭转差为180°，且都可与单稳态的固定状态相适应；
其特征在于，所述显示器装置还包括：
·控制装置，用于在固定破坏后，形成混合组织，在该混合组织中，所述的双稳态组织共同以可控制的比例存在于同一个像素中，所述的组织被180°的容积非倾斜线或在一个表面上的180°再定向壁分开；以及
·稳定装置，通过使容积线转换为表面壁和使这些壁在表面上不动，而使混合组织长期稳定。
2. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：液晶(10)被搀杂，使它成为手性的，并与胆甾基相适应。
3. 如权利要求1和2中任何一项所述的显示器装置，其特征在于：用于将电场加在液晶上的装置(40)设计为适合于将接近破坏液晶的固定的阈值的电场加在至少一个表面上。
4. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括至少一个校准层，该校准层的表面具有周期性地或随机地变化的厚度。
5. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括能使至少一个表面上的固定力分散的装置。
6. 如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括不均匀的校准层。
7. 如权利要求5所述的显示器装置，其特征在于：控制装置适合于施加一个均匀的驱动电场。
8. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括能够将稍微不均匀的电场加在像素上的装置。
9. 如权利要求8所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括电阻或表面光洁度不均匀的电极(22，32)。
10. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括在加驱动脉冲过程中，能造成过渡组织不稳定的装置，这种不稳定性本来是流体动力学性质或电致挠曲性质的，或是由于表面固有的极性引起的。
11. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：控制装置包括在加驱动脉冲过程中能使液晶作瞬态剪切流动的装置。
12. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将电脉冲加在液晶上的装置。
13. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将振幅在Frericks阈值和固定破坏阈值之间的电脉冲加在液晶上的装置。
14. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将振幅为少许伏的电脉冲加在液晶上的装置。
15. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将振幅为2V-10V。
16. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将振幅为5V的电脉冲加在液晶上的装置。
17. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括可与切换信号独立地将电脉冲加在液晶上的装置，该切换信号可保证在被破坏的固定弛豫之后，固定是断开的。
18. 如权利要求12所述的显示器装置，其特征在于：稳定装置包括能将包括在保证固定断开的驱动信号的最后部分中的电脉冲，加在液晶上的装置。
19. 如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于：用于将电场加在液晶上的装置(40)，适合于将接近使液晶的固定破坏的阈值的变化电场加在至少一个表面上，该电场的振幅可用于控制所得到的灰度。
20. 一种使用向列双稳态显示器装置的方法，该装置包括：
·一个向列液晶层(10)；该层放置在带有电极(22，32)和保证液晶(10)的单稳态表面固定状态的固定装置(24，34)的二块基片(20，30)之间，多个固定状态中的至少一个固定状态的对称性及力，可使固定在与基片(20，30)垂直的电场中被破坏；
·在二个基片(20，30)之间的装置(40)；该装置用于将电场加在液晶上，并用于破坏在至少一个表面上的固定；表面定向器的瞬态通道与电场平行，并且在电场被切断后，该表面定向器向着二个双稳态或亚稳态组织中的一个或另一个而弛豫，该二组织之间彼此扭转差为180°，且都可与单稳态的固定状态相适应；
其特征在于，该方法包括下列步骤：
·在固定破坏后形成混合组织，在该混合组织中，所述双稳态组织以可控制的比例共同存在于同一个像素内，所述组织由180°容积非倾斜线或在一个表面上的180°再定向壁分开；以及
·通过将容积线转换成表面壁和使这些壁在表面上不动，来长期稳定该混合组织。
CNB028014960A 2001-05-04 2002-05-02 基于液晶的灰度双稳态显示器装置 Expired - Fee Related CN100412674C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0106045A FR2824400B1 (fr) 2001-05-04 2001-05-04 Dispositif d'affichage bistable a niveau de gris a base de cristaux liquides
FR01/06045 2001-05-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1462376A CN1462376A (zh) 2003-12-17
CN100412674C true CN100412674C (zh) 2008-08-20

Family

ID=8863025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028014960A Expired - Fee Related CN100412674C (zh) 2001-05-04 2002-05-02 基于液晶的灰度双稳态显示器装置

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP1384111B9 (zh)
JP (1) JP2004525428A (zh)
KR (1) KR100870789B1 (zh)
CN (1) CN100412674C (zh)
AT (1) ATE463758T1 (zh)
CA (1) CA2446286C (zh)
DE (1) DE60235882D1 (zh)
FR (1) FR2824400B1 (zh)
TW (1) TWI305582B (zh)
WO (1) WO2002091073A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2854980B1 (fr) * 2003-05-16 2005-07-15 Nemoptic Procede et dispositif perfectionnes d'affichage a cristal liquide nematique bistable
FR2863062B1 (fr) * 2003-11-28 2006-03-17 Nemoptic Dispositif d'affichage a ecran de type nematique bistable optimisant le noir et procede de definition de ce dispositif

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4601542A (en) * 1982-10-15 1986-07-22 At&T Bell Laboratories Nematic liquid crystal storage display device
CN1149921A (zh) * 1994-04-11 1997-05-14 英国国防部 具有灰度显示的铁电液晶显示器
US5995173A (en) * 1995-11-10 1999-11-30 Instituto Nationale Per La Fisica Della Materia Bistable display device based on nematic liquid crystals allowing grey tones
CN1237754A (zh) * 1998-05-12 1999-12-08 肯特州大学 双稳态的胆甾醇型反射显示器的灰度驱动方法
EP1094103A1 (en) * 1999-10-19 2001-04-25 Rolic AG Topologically structured polymer coating
EP1139151A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-04 Hewlett-Packard Company, A Delaware Corporation Bistable nematic liquid crystal device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4601542A (en) * 1982-10-15 1986-07-22 At&T Bell Laboratories Nematic liquid crystal storage display device
CN1149921A (zh) * 1994-04-11 1997-05-14 英国国防部 具有灰度显示的铁电液晶显示器
US5995173A (en) * 1995-11-10 1999-11-30 Instituto Nationale Per La Fisica Della Materia Bistable display device based on nematic liquid crystals allowing grey tones
CN1237754A (zh) * 1998-05-12 1999-12-08 肯特州大学 双稳态的胆甾醇型反射显示器的灰度驱动方法
EP1094103A1 (en) * 1999-10-19 2001-04-25 Rolic AG Topologically structured polymer coating
EP1139151A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-04 Hewlett-Packard Company, A Delaware Corporation Bistable nematic liquid crystal device

Also Published As

Publication number Publication date
EP1384111A1 (fr) 2004-01-28
ATE463758T1 (de) 2010-04-15
TWI305582B (en) 2009-01-21
EP1384111B9 (fr) 2010-09-22
FR2824400B1 (fr) 2003-12-19
KR20030023690A (ko) 2003-03-19
WO2002091073A1 (fr) 2002-11-14
FR2824400A1 (fr) 2002-11-08
KR100870789B1 (ko) 2008-11-27
CA2446286C (fr) 2008-01-08
CA2446286A1 (fr) 2002-11-14
DE60235882D1 (de) 2010-05-20
CN1462376A (zh) 2003-12-17
EP1384111B1 (fr) 2010-04-07
JP2004525428A (ja) 2004-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6327017B2 (en) Bistable liquid crystal display device in which nematic liquid crystal has monostable anchorings
US7019795B2 (en) Liquid crystal device operable in two modes and method of operating the same
US7430030B2 (en) Bistable nematic liquid crystal display device
US7264851B2 (en) Bistable nematic liquid crystal display device
US7791706B2 (en) Bistable nematic liquid crystal display device
US5436743A (en) Method for driving optical modulation device
JP4740860B2 (ja) 双安定ネマティック液晶表示を有する先進的方法および装置
CN100412674C (zh) 基于液晶的灰度双稳态显示器装置
US7224417B2 (en) Nematic liquid crystal bistable display device with grey level
US5943112A (en) Liquid crystal display device and its fabricating method
JP2507784B2 (ja) 液晶装置及びその駆動法
Dozov et al. 16.1: Recent Improvements of Bistable Nematic Displays Switched By Anchoring Breaking (BiNem®)
JPS6031121A (ja) 液晶装置
Yu et al. 22.1: Bistable Bend‐Splay LCD
Wyatt et al. P‐206: Late‐news poster: a grating‐aligned ferroelectric liquid crystal electro‐optic shutter for fast‐switching and shock‐resistant applications
KR19980024333A (ko) 액정소자의 구동방법
KR100298275B1 (ko) 액정표시소자와그구동방법
US20070222932A1 (en) Bistable liquid crystal display device
JP3219709B2 (ja) 液晶素子、液晶装置、及び液晶素子の駆動方法
JPS6249608B2 (zh)
Dozov et al. Surface controlled nematic bistability
Lagerwall et al. Liquid Crystals: Electro-Optical Modes and Applications
Bowry The alignment of ferroelectric liquid crystals and its affect of device characterisitics
JPH06118417A (ja) 光学変調素子及びその製造法
JPH1144871A (ja) 液晶素子の駆動方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080820

Termination date: 20140502