CN1080892C - 对压力不敏感的液晶单元 - Google Patents

Abstract

本发明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所引起的间隔捧之间上述第一平板的最大相对偏移Δd/d满足条件(A)：≤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)。

Description

对压力不敏感的液晶单元

本发明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，本发明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，本发明是特别有用的。因此将主要参照显示器来描述背景技术和本发明的优点，这不应被认为是对本发明的应用领域或所附权利要求所定义的发明范围的限制。

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FIC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中击，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。

本发明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，本发明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。

本发明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(FLC/AFLC)液晶二者的对压力不敏感的液晶单元。

本发明的另一目的是提供一种也可用可靠而精确的方法制造的对压力不敏感的液晶单元。

本发明的又一个目的是提供一种可用作至少有VGA分辨率的显示器的对压力不敏感的液晶单元。

本发明的另一目的是提供一种能用作遮光器件、焊工防护面罩之类的对压力不敏感的液晶单元。

利用具有各独立的权利要求所指出特点的液晶单元，达到了这些和其它的目的和优点，在有关的权利要求中叙述了最佳实施例。

根据本发明，于是提供了引言所指出的类型的液晶单元，腔中提供的间隔棒的尺寸和相互间距根据单元的其它设计参数被选择成使单元对压力不敏感，同时限制平板的厚度并使间隔棒不为肉眼所见。

根据本发明，有可能提供用作显示器、遮光器件、焊工护目镜等的液晶单元，其机械稳定性和抗冲击性比之上述的现有技术有极大的惊人改进。例如，本发明可实现抗压性比当前显示器高100倍的STN显示器，基本上意味着可设计对机械影响来说表现为一个完全实心体的显示器(直至在由玻璃制成的情况下破碎为止)。

本发明是基于对为达到上述目的必须同时满足某些条件以及借助于恰当选择设计参数特别是对非常薄的液晶层以及用非常薄的平板，有可能同时达到这些条件的深入了解。

根据本发明的概念，为了在合理限度内的压力施加下液晶层不被压缩到不可允许的程度，亦即为了获得对压力不敏感的显示器，构成了下列二个必须同时满足的条件(i)和(ii)。条件(i)和(ii)必须独立地满足并且是同等重要的。

(i)由第一平板上的外部压力引起的间隔棒的相对压缩必须不超过某一最大值。

(ii)上述第一平板在间隔棒之间的最大偏移必须在同一限度之内。

在本发明的构思过程中，已建立对应于上述条件的二个公式(1)和(2)，且其中特别是公式(2)说明了为什么以非常薄的平板也获得了稳定性的惊人改进： $\left(1\right)\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=\frac{P}{\mathrm{sE}}\≤\frac{\mathrm{\Δh}}{h}\max$ 其中h表示间隔棒的高度，

Δh表示间隔棒高度的改变，

P表示液晶单元第一平板上的外部压力，

E表示间隔棒的弹性模量，

s表示间隔棒在第一平板上的表面覆盖程度。 $\left(2\right)\frac{\mathrm{\Δd}}{d}=\frac{{\mathrm{PL}}^4}{4E{b}^{3}d}\≤\frac{\mathrm{\Δd}}{d}\max$

其中d表示液晶层的厚度，

Δd表示平板的最大偏移，

I表示间隔棒的相互间距，

E表示平板的弹性模量(通常与间隔棒的相同)，

b表示平板的厚度。

公式(1)为矩形间隔棒而建立，如下面将要描述的那样，矩形间隔棒是最有优越性的。

然而，除上述条件外，还有有关间隔棒的宽度和平板厚度的重要的附属条件。这些附属的条件也必须满足。实际上，从上述(1)和(2)可见，若表面覆盖程度s选得足够大，例如选择很宽且排得很紧的间隔棒，则间隔棒的相对压缩Δh/h可以是无限小，而且若平板的厚度b选得足够大，则平板的相对偏移Δd/d也可以做到所需要的那样小。换言之，问题是提供具有足够小的支持点和足够小的平板厚度的对压力不敏感的显示器。实际上，这些附属条件是对于显示器的其它设计参数的可允许限度的高度限制。

根据本发明的构思，本发明人发现在STN显示器的情况下，以及在工作于所谓第一最小模的TN显示器的情况下，若要避免对显示器性能的干扰，则液晶层的相对厚度变化必须不超过2％。

当前，STN显示器以例如每mm中3个象素或更多的分辨率来制造，亦即最大象素表面约为300μm×300μm，相当于10英寸显示器的VGA图象。此时，尺寸为100μm×100μm的间隔棒将是不可接受的，原因是它们可能不仅占据显示器有效表面的难以接受地大的部分，而且甚至还可肉眼看到。

但为了达到本发明的目的，50μm×50μm的间隔棒是可用的，原因是已发现此尺寸是一个合理的上限，超过它就可能用肉眼看出显示器中的不均匀性。实际上，这一50μm的限度与液晶显示器中各象素周围的腐蚀隔离沟槽的宽度的通用标准上限是一致的，换言之，沿一个方向的最大宽度为50μm的间隔棒可以按这种间距置于显示器有源象素的外面。

至于与间隔棒尺寸有关的附属条件，值得进一步指出的是，在液晶单元不被分成象素的情况下，例如用作护目镜、遮光器件、焊工面罩之类的情况下，甚至更重要的是间隔棒不能被肉眼看到或被看出单元中的不均匀性。

而且，若间隔棒的光散射效应尽量小，亦即相应于液晶和透明覆盖平板的吸收和折射率尽量小，则是有利的。

至于与平板厚度有关的附属条件，本发明采用了其中至少一个应经得住外部压力的平板的厚度不超过1mm(这里LCD用商品玻璃的合理上限值)的液晶单元。对于诸如上面提到的美国专利申请US-A-4,150,878所述3mm的更大的玻璃厚度，由于玻璃无法充分形变以确保良好的配合，也不可能获得晶体层厚度的足够高的精度。

如上所述，比之已知的显示器，用本发明可获得机械稳定性的极大改善。这一改善不是勉强够格的而是很轰动的这一事实尤其可参照上述的公式(2)来解释，从中可见间隔棒之间的最大相对偏移Δd/d遵循L⁴b^-3形式的函数关系。L⁴依赖关系由原点附近非常平坦的曲线表示。

正如一个示例，可与上述欧洲专利EP 0,407,993所述的单元(其中I＝600μm，B＝0.5mm)进行比较。根据本发明，若另选I＝300μm(减小一半)且b＝1mm(增大一倍)，则比起已知的单元来，Δd减小为2⁷＝128分之一！

这一L⁴b^-3依赖关系还提供了显示器应用的另一极为重要的性质，亦即，分辨率越高(L越小)则显示器越稳定，而同时由于当L和b减小时L⁴比b^-3减小得更快，可选择更薄的平板而不偏离条件(2)，且同时如条件(1)可用象素之间无源表面宽度的可接受数值来满足。这意味着根据本发明的技术可用来生产小的极薄的重量轻的高分辨率的图象显示器，这在钟表及光学工业中，例如在包含许多级联液晶元件的光学仪表中，是尤其有兴趣的。在这些应用中，常常希望分立元件极薄，但它们是如此的薄，以致于如果用常规方式来设计，则即使正常的处置也可能使它们对冲击敏感。

外加压力P的合理上限可设定为50atm(≈50×10⁵N/m²)，相当于1cm²上50kg的重量。在测试时，发现根据本发明制作的液晶显示器经受得住这一压力甚至更高的压力而不出现任何光学或机械性质变化。

如上所述，在TN和STN单元中，晶层厚度的最大相对形变必须不超过2％。设P＝50atm，E＝50×10⁵N/m²(对不同的玻璃型号只稍许改变)，则从(1)发现，为避免间隔棒的过分压缩，要求表面覆盖率s＞P/(1％×E)＝1％。

作为对表面覆盖程度s的这一最小值1％的比较，我们发现例如对于线性象素宽度L＝300μm、平板厚度b＝1且矩形间隔棒宽度ΔL＝50μm、表面覆盖程度s＝(50/300)²＝2.8％的显示器，根据上述公式(1)保证间隔棒的压缩在可允许的限度以内。根据上述(2)，平板之间的相对偏移(Δd/d)在P＝50atm且d＝5μm情况下变成等于2×10^-4μm，这也完全在5μm的2％即0.1μm的允许限度之内。这里的5μm厚度相当于当前STN显示器的标准数值。

比起现有技术来，有可能如下计算上述欧洲专利申请EP-A2-0,407,993中液晶单元间隔棒的表面覆盖程度s的相应数值：s＝(20μm/600μm)²≈0.1％，这相当于在P＝50atm下间隔棒的相对压缩Δh/h为10％，因而远大于根据公式(1)的可允许数值，因此，若想使单元抗冲击且机械稳定，则显然是完全不能接受的。

同样，对于美国专利申请US-A-4,150,878中的单元也得到不可接受的s值，其中L＝400μm，间隔棒直径＝100μm，得到s＝(100/400)²≈0.06％，得到的显示器尽管玻璃厚达3mm仍然很易变形。

与这种已知技术相反，用本发明有可能生产用于例如完全新一代时钟显示器中的超薄、超轻、同时超强度的显示器。在这种显示器中，当前的目标是达到每mm高达20个象素。根据本发明，若选取I＝50μm、ΔL＝10μm(间隔棒的宽度)，则得到表面覆盖程度s＝(10/50)²＝4％，这是完全在允许极限值之上的。若同时选取小到0.1mm的平板厚度，则在50atm下得到等于10^-4的偏移Δd，这极好地满足了(2)。

如引言所示，近晶显示器(FLC或AFLC)对允许形变的限制机制与TN和STN显示器的完全不同。光学允许形变至少是STN情况的5倍，但机械允许形变是STN情况的约10％。因而后者是决定性的。从基于简化模型的计算(由于不考虑弛豫和流动而过高估计近晶单元的灵敏度且其中的偏移描述成表面半径为R的球形帽)发现，对于Δd/d＝4d/R，近晶液晶层应被不可逆地形变。对于FIC或AFIC单元所要求的R＝0.5～1cm(大约相当于拇指压力)、以及对应于更薄层的d＝2μm，上述表达式给出约为0.1％的相对形变Δd/d，相当于0.002μm的最大偏移Δd。这表明近晶单元比起相应的向列单元来，对冲击的敏感性明显强得多，导致上述公式(2)中的更低的极限值。当与向列情况比较时还得到了表面覆盖程度s的另一最小极限值。设FLC的“防冲击测式”的标准负载根据欧洲Fe-licita方案定为10atm(相当于1cm²上10kg)，得到s值为2％，若液晶单元要满足(1)因而机械稳定，这是间隔棒的最小允许表面覆盖程度。

现参照附图在一些非限制性实施例中更详细地描述本发明。

图1是液晶单元的不按比例的纵向示意剖面图，示出了施加外部压力时的偏移。

图2示出了不同类型的间隔棒的相对压缩与其表面覆盖程度s的关系。

图3A和3B是根据本发明一个实施例的液晶显示器的不按比例的示意剖面。

图4是图3A和3B中的显示器的俯视图。

图5是整个单元的示意俯视图，同时示出了周边间隔棒使用的一个例子。

图6示出了细长间隔棒的使用原理。

现首先参照下面的表，它总结了所进行的实验的结果，证实本发明提供了高度抗中击的液晶单元。表面密度s在约0.1％-4％之间变化，同时d、L和b的值使所有情况下都满足条件(2)。STN的液晶层厚度选为d＝5μm，而FLC的选为d＝2μm，STN单元的测试压力约为50atm，而FLC单元的约为10atm。

下面将更详细地讨论只对FLC显示器进行的测试No.8-11。但其中所用的细长间隔棒也可用于向列显示器。

1％附近的s值在实验结果中的变化相当大，为此我们感到s无论如何必然超过1％。最有利的选择余地看来是s＝2％－4％。至少对STN显示器可能不存在选取大于4％的s的理由。

测试  b    L    ΔL1*ΔL2    s  结果

序号 (mm)(μm)  (μm*μm)   (％)

1    1    1000   32×32    0.1  差

2    1    500    20×20    0.16 差

3    1    320    25×25    0.6  可疑

4    1    500    40×40    0.7  可疑

5    1    300    50×50    2.8  良好

6    1    100    20×20    4    良好

7    1    100    20×20    4    良好

8    1    500    40×100   1.6  良好

9    1    500    40×250   4    良好

10   1    500    40×500   8    良好

11   1    500    20×500   4    良好

上例中满足s条件(即条件(1))和条件(2)二者的测试于是证实可得到对压力不敏感的液晶单元。在已设计并充有近晶材料的测试单元中，FLC和AFLC之间未发现在不可逆形变压力阈值方面的明显差别。另一方面，在少量形变之后，二种情况下的直立书架结构比人字形结构更易于重新对准。

具体地说，但对于近晶单元并不排除，可能最好是使用截面不是方形、矩形或圆形而使用按照上述条件其与纵向横切的宽度必须不超过50μm的极细长的间隔棒以便看不出间隔棒。测试No.8-11在近晶单元上进行。除了其稳定功能外，若近晶层具有人字形结构且特别是如果分子在表面处具有大的预倾角时，这种细长的间隔棒有二个特别重要的功能。适用于向列和近晶单元二者的第一功能是当填充液晶单元时引导液流，使分子的总方向沿着支持线。在近晶单元中，近晶层于是横向于支持线而形成。适用于近晶单元的第二功能是在施加电场时防止材料在单元中输运。附图6不按比例地示出了这种细长间隔棒的原理和安排。

图1示意地示出了加有外部压力P的一个液晶单元的剖面，此单元包含二个平行的平板1和2(以下分别称之为上平板1和下平板2)，它们确定一个含有液晶层的内腔C。平板1的厚度由b标明，而C腔的未受影响的厚度用d标明。根据本发明，第二平板2的厚度可等于或大于第一平板1的厚度。任何偏移都发生在与下平板2连成一体且相互间隔L的间隔棒11之间。间隔棒11的宽度由ΔI标明，间隔棒11之间上平板1的最大偏移由Δd标明。

如上所述，为了获得对压力不敏感的液晶单元，必须满足二个条件。首先，根据条件(2)，压力P引起的最大偏移Δd必须不要太大。第二，根据条件(1)，间隔棒11本身必须不被压力P过分压缩。若间隔棒的高度示为h(等于图1中的液晶层厚度d)且其压力引致的压缩示为Δh，则根据条件1，对于小的形变有可能用下列表示式计算不同形状间隔棒的相对压缩，其中E是间隔棒的弹性模量(通常等于平板1和2的E)，s是支持件的表面即间隔棒在承受压力P的平板上的接触表面的覆盖程度：

$\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=[\frac{P}{\mathrm{\πsE}}{]}^{1/2}$ (对于球形间隔棒)

$\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=[\frac{3P}{\mathrm{sE}}{]}^{2/3}$ (对于圆柱形间隔棒)

$\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=\frac{P}{\mathrm{sE}}$ (对于矩形间隔棒)

从这些公式(在图2中已用各曲线示出)显见，对于给定的s、P和E值，在矩形间隔棒情况下获得了最小的压缩，因而矩形间隔棒较好。

现参照图3A、3B和4所示的显示器，其中采用了与图1相同的参考号。显示器包含一个透明的上平板即前平板1和一个下平板即后平板2。平板1和2最好由玻璃制成，但也可由诸如石英、聚合物等的其它材料制成。在平板1和2的周边之间安置一个边缘密封4，以便将平板1和2气密地连接并将液晶层3封在其间。在所示实施例中，平板1和2配备有用来在液晶3上施加电场的导电的交叉电极层5和6，至少上层5是透明的。下层6可以是透明的也可以是反射的。由于本技术领域熟练人员都知道，故对这些层的材料的可能设计与选择无需进一步解释。在图4的俯视图中，四个中心间隔棒11之间的阴影正方形15形成一个象素。

若液晶单元要工作于反射状态，则可在显示器的后侧置一反射器7作为下平板2的替代物或者将下电极6做成反射性的。

在上平板1的外侧置一偏振膜8，并根据应用的需要，可在液晶3和反射器7之间置一第二偏振膜9。而且，在最靠近液晶3的二个平板1和2上提供定向层10，以便获得其起始取向。偏振器和定向层的材料选择和取向是本技术领域熟练人员已知的，并可用例如美国专利申请US-A-4,653,865所述的方法制造。

固定在腔中平板1和2之间的是多个间隔棒11，在此设计中，它们是用腐蚀下平板2的方法制作的。上述的参数表面覆盖度s则相当于间隔棒11在平板1上的接触表面总和与其上分布有间隔棒11的平板1的总表面的商。

若间隔棒11位于电极层5和6之间，则至少一个平板应带有例如氧化硅的隔离层13。

在所示实施例中，特定的周边间隔棒12被安排在显示器的外围部位，并用与中央间隔棒11相同的技术来制作。周边间隔棒12(也示于图5)具有细长的形状和取向，用来在制造过程中引导液晶流，以便确保均匀流动并避免液晶中的取向缺陷。

周边间隔棒12具有防止在低温下显示器中央有源部分形成腔即空洞的更重要功能。在填充液晶单元时常常形成这种空洞，它在真空下产生，但在实际中构成所有液晶显示器中的一个普遍问题。具体地说，在传输过程中它们可能暴露于很低的温度，在此情况下，液晶比玻璃更显著的体积收缩可容易地导致在液体中形成空洞。在加热到室温之后，这种空洞可在极长的时间内保持。

由于这种空洞的形成受到毛细力的抵制并需要表面能(表面能越大则空洞的曲率半径越小)，故有可能利用这种周边间隔棒来使空洞的形成局限于显示器有源区外侧的区域中。

如图5所示，周边间隔棒的宽度及其相互间距分别应当明显地大于中央间隔棒的宽度及其相互间距。周边间隔棒之间的这一相对较大的距离，有如上述的增大了的间隔棒高度，使空洞在周边区域可以具有比在一定距离以外的中央部位(其中各间隔棒彼此更靠得紧)更大的曲率半径。而且，考虑到为了形成这种空洞而要求一个成核表面，周边间隔棒的较大宽度意味着其间的间隙由较大的表面确定，此表面上于是倾向于发生成核。周边区域中增大了的间隔棒高度还有助于允许空洞的曲率半径比显示器有源区中的更大，从而降低空洞的能量。

周边间隔棒之间的大间隙的另一目的是在温度改变时局部地使材料流更容易。

从以低至-40℃的温度循环所进行的测试，我们发现可选地安排成外双行的周边间隔棒对于收集和提供无害的热形成空洞以及抑制其在显示器有源区形成是有效的。

我们的测试表明，间隔棒高度即使约为10％-20％的小的差别，与周边间隔棒之间的相对大的距离结合起来，如图5中，对于将空洞形成局限于准确的这一区域也是有效的。

根据本发明，为了获得稳定的显示，借助于例如约为0.1-0.5atm的负压将液晶单元即平板保持在一起是可取的，此负压在填充液晶单元时产生并确保成品单元中的平板保持与间隔棒的良好配合。用其它方法，例如在间隔棒上采用粘合剂或任何其它类型的连接也可产生这种连接力，这是可以想像的。

Claims (26)

1、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一0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： $\frac{\mathrm{\Δd}}{d}=\frac{P{L}^4}{4E{b}^{3}d}\≤G1---\left(A\right)$

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： $\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=\frac{P}{\mathrm{sE}}---\left(B\right)$

2、权利要求1所述的向列式液晶单元，其特征是上述形变上限G1等于或小于2％。

3、权利要求1或2所述的向列式液晶单元，其特征是液晶层(3)具有STN结构。

4、权利要求3所述的向列式液晶单元，其特征是上述STN结构具有超过200°的扭曲角。

5、权利要求1-4中任何一个所述的向列式液晶单元，其特征是间隔棒(11)的高度在0.5-20μm的范围内。

6、一种近晶式液晶单元，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)是透明的且其厚度不超过1mm而弹性模量为E；一个密封在上述腔中并含有近晶式材料且厚度d相当于上述腔的高度的液晶层(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2％；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引起的上述距离之间的上述第一平板的最大相对偏移Δd/d满足下列条件： $\frac{\mathrm{\Δd}}{d}=\frac{P{L}^4}{4E{b}^{3}d}\≤G2---\left(A\right)$

其中G2等于下列表达式(B)的值，对于表面覆盖程度s取其最小值2％的情况，G2表示由上述压力P引起的上述间隔棒的相对压缩： $\frac{\mathrm{\Δh}}{h}=\frac{P}{\mathrm{sE}}---\left(B\right)$

7、权利要求6所述的近晶式液晶单元，其特征是上述形变上限G2等于或小于0.1％。

8、权利要求6或7所述的近晶式液晶单元，其特征是液晶层(3)含有铁电液晶。

9、权利要求6或7所述的近晶式液晶单元，其特征是液晶层(3)含有反铁电液晶。

10、权利要求6-9中任何一个所述的近晶式液晶单元，其特征是间隔棒(11)的高度h在0.5-20μm的范围内。

11、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是间隔棒(11)支持区域在第一平板上的表面覆盖程度s为2-4％。

12、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是至少第一玻璃平板(1)的厚度b不超过0.5mm。

13、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是将上述平板(1，2)保持在一起的力存在于单元中其整个有源区域中。

14、权利要求13所述的液晶单元，其特征是在上述腔中，负压占优势以提供将上述平板保持在一起的上述的力。

15、权利要求13所述的液晶单元，其特征是间隔棒(11)被粘合连接于至少一个平板(1)，以提供上述将上述平板保持在一起的力。

16、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是沿一个方向的宽度不超过50μm的间隔棒中至少有一些间隔棒在与上述方向正交的方向有大得多的尺寸以形成细长的间隔棒。

17、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是除了分布在腔中整个单元有源区域上的上述间隔棒(11)之外，液晶单元还包含多个按隔开关系安排在单元的周边中的且具有比单元的有源区中的首次提到的间隔棒(11)更大得多的横向尺寸的周边间隔棒(12)。

18、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是除了分布在腔中整个单元有源区域上的上述间隔棒(11)之外，液晶单元还包含多个安置在单元的周边的且其高度超过首次提到的单元的有源区中的间隔棒的高度的周边间隔棒(12)。

19、权利要求17或18所述的液晶单元，其特征是周边间隔棒(12)是细长的且按隔开关系以其短边彼此相对而安排。

20、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是间隔棒(11)具有矩形截面。

21、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是平板(1，2)和间隔棒(11，12)都由玻璃制成。

22、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是间隔棒(11，12)借助于至少腐蚀上述平板(1，2)中的一个(2)来提供。

23、前述权利要求中任何一个所述的液晶单元，其特征是液晶单元被设计成包含多个按隔开关系排列的象素的显示器，间隔棒(11)被安排在上述象素之间。

24、权利要求2所述的向列式液晶单元，其特征是上述形变上限G1等于或小于1％。

25、权利要求5所述的向列式液晶单元，其特征是间隔棒(11)的高度在1-10μm的范围内。

26、权利要求10所述的近晶式液晶单元，其特征是间隔棒(11)的高度h在1-2μm的范围内。

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