RU2393517C2 - Passive-matrix lcd and method of its control - Google Patents

Passive-matrix lcd and method of its control Download PDF

Info

Publication number
RU2393517C2
RU2393517C2 RU2008126621/28A RU2008126621A RU2393517C2 RU 2393517 C2 RU2393517 C2 RU 2393517C2 RU 2008126621/28 A RU2008126621/28 A RU 2008126621/28A RU 2008126621 A RU2008126621 A RU 2008126621A RU 2393517 C2 RU2393517 C2 RU 2393517C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
conductive layer
strips
substrate
voltage
Prior art date
Application number
RU2008126621/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008126621A (en
Inventor
Сергей Александрович Студенцов (RU)
Сергей Александрович Студенцов
Владимир Алексеевич Брежнев (RU)
Владимир Алексеевич Брежнев
Николай Дмитриевич Жуков (RU)
Николай Дмитриевич Жуков
Борис Исаакович Горфинкель (RU)
Борис Исаакович Горфинкель
Владимир Григорьевич Чигринов (RU)
Владимир Григорьевич Чигринов
Александр Анатольевич Муравский (BY)
Александр Анатольевич Муравский
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Научно-исследовательский институт "ВОЛГА" (ФГУП "НИИ "ВОЛГА")
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 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Научно-исследовательский институт "ВОЛГА" (ФГУП "НИИ "ВОЛГА") filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Научно-исследовательский институт "ВОЛГА" (ФГУП "НИИ "ВОЛГА")
Priority to RU2008126621/28A priority Critical patent/RU2393517C2/en
Publication of RU2008126621A publication Critical patent/RU2008126621A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2393517C2 publication Critical patent/RU2393517C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: passive-matrix LCD consisting of two substrates integrated into package has first isolating layer of first substrate accommodating strip-like second isolating layer. Second conducting layer and orienting layers are consecutively arranged at apices of second isolating layer. Note here that solely orienting layer is applied on second substrate. Besides first transparent conducting layer is orthogonal to strip-like second isolating layer and second conducting layer at apices of said strips. In compliance with control method, data signal is sent to strip-like electrodes formed by first conducting layer of first substrate electrode.
EFFECT: data display in real time, higher contrast of cut-in image relative to cut-out image.
3 cl, 8 dwg, 3 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к дисплейным технологиям и может быть применено к устройствам отображения информации в сотовых телефонах, МР-3 плейерах, электронных блокнотах, карманных и переносных компьютерах, играх, измерительной аппаратуре и т.д.The invention relates to display technologies and can be applied to information display devices in cell phones, MP-3 players, electronic notebooks, handheld and laptop computers, games, measuring equipment, etc.

Жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) широко используются в качестве различных устройств визуализации изображения. Наиболее часто ЖКД используют так называемый твист-эффект (или TN - ЖК-структура, закрученная на 90°) (например, M.Schadt, W. Helfrich, "Voltage Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal", Applied Phisics Letters, v. 18 (4), pp.127-128, 1971) и супертвист-эффект (или STN - ЖК-структура, закрученная на угол 160°…270°) (например, T.J. Scheffer, J. Nehring, "A New Highly Multiplexable Liquid Crystal Display", Applied Physics Letters, v. 45 (10), pp.1021-1023, Nov. 15, 1984). Эти дисплеи не имеют состояния памяти: на них должно непрерывно подаваться напряжение, среднеквадратичное значение которого на включенном элементе должно быть выше некоего порогового напряжения, а на выключенном - ниже этого значения.Liquid crystal displays (LCDs) are widely used as various image visualization devices. Most often, LCDs use the so-called twist effect (or TN - LCD structure rotated by 90 °) (for example, M. Schadt, W. Helfrich, "Voltage Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal", Applied Phisics Letters, v. 18 (4), pp.127-128, 1971) and the super-twist effect (or STN - LCD structure twisted through an angle of 160 ° ... 270 °) (for example, TJ Scheffer, J. Nehring, "A New Highly Multiplexable Liquid Crystal Display ", Applied Physics Letters, v. 45 (10), pp. 1021-1023, Nov. 15, 1984). These displays do not have a memory state: voltage must be continuously applied to them, the rms value of which on the switched on element should be higher than a certain threshold voltage, and on the switched off one, below this value.

Такой принцип управления вызывает много проблем. Во-первых, требуется максимальная крутизна вольт-контрастной характеристики. Это обеспечивается за счет интерференции (угол закрутки ЖК-спирали 240°, некоаксиальное расположение ЖК-слоя между поляроидами и т.д.). Реализация условий интерференции существенно снижает контраст и увеличивает времена отклика. Кроме того, накопление напряжения на элементах экрана приводит к росту среднеквадратичного напряжения на выключенных пикселях. В результате либо ограничивается число мультиплексируемых строк экрана, либо существенно ухудшается его контраст.This management principle causes a lot of problems. First, the maximum slope of the volt-contrast characteristic is required. This is ensured by interference (twist angle of the LCD spiral 240 °, non-coaxial arrangement of the LCD layer between polaroids, etc.). Implementation of interference conditions significantly reduces contrast and increases response times. In addition, the accumulation of voltage on the screen elements leads to an increase in the rms voltage on the off pixels. As a result, either the number of multiplexed lines of the screen is limited, or its contrast is significantly worsened.

Можно уверенно констатировать, что классический STN исчерпал свои возможности по контрасту, быстродействию и уровню мультиплексирования. Различные методы оптимизации за счет компенсаторов или управления не позволяют достичь высокого уровня контраста или увеличить уровень мультиплексирования в реальных образцах.It can be confidently stated that the classic STN has exhausted its capabilities in contrast, speed and multiplexing level. Various optimization methods due to compensators or control do not allow to achieve a high level of contrast or increase the level of multiplexing in real samples.

В настоящее время оптимизация пассивно-матричных ЖК-технологий идет за счет использования эффектов памяти (бистабильности). В этом случае записанная информация сохраняется длительное время в отсутствие напряжения. Если нет ограничения по времени кадра, это позволяет отобразить любое число строк. При этом главным становится различие в амплитудах и формах напряжения во время записи строки, а не среднеквадратичное (за несколько кадров) его значение. Контраст и времена переключения также улучшаются, поскольку определяются амплитудным напряжением, а не крутизной ВКХ (вольт-контрастной характеристики).Currently, the optimization of passive-matrix LCD technologies is due to the use of memory effects (bistability). In this case, the recorded information is stored for a long time in the absence of voltage. If there is no frame time limit, this allows you to display any number of lines. In this case, the main thing is the difference in the amplitudes and forms of voltage during the recording of the string, and not the root mean square (for several frames) its value. Contrast and switching times are also improved because they are determined by the amplitude voltage, and not by the steepness of the WSS (volt-contrast characteristic).

Для обеспечения бистабильности необходимо равновесие между упругостью жидкокристаллического слоя и поверхностной энергией сцепления. При определенных условиях одинаково стабильными будут структуры с закруткой 0° и 360° [D.W.Berreman, W.R.Heffner, J. Appl. Phys., 52 (1981), 3032: D.W.Berreman, J. Opt. Soc. Amer, 63 (1973), 1374]; ϕ и ϕ+2π при некоторых фиксированных значениях ϕ [H.S.Kwok, J. Appl. Phys., 80 (1996), 3687; T.Z.Qian, Z.L.Xie, H.S.Kwok, P.Sheng, Appl. Phys. Lett., 71 (1997), 596; Z.L.Xie, H.S.Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 37 (1998), 2572; Z.L.Xie, H.S.Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 84 (1998), 77]. Этот класс бистабильных дисплеев называется 2π-BTN [D.W.Berreman, W.R.Heffner, J. Appl. Phys., 52 (1981), 3032: D.W.Berreman, J. Opt. Soc. Amer., 63 (1973), 1374]. Применение таких дисплеев ограничивает существование в очень узком диапазоне зазоров, шага спирали, температуры.To ensure bistability, a balance is necessary between the elasticity of the liquid crystal layer and the surface adhesion energy. Under certain conditions, structures with a twist of 0 ° and 360 ° will be equally stable [D.W. Berreman, W.R. Heffner, J. Appl. Phys., 52 (1981), 3032: D. W. Berreman, J. Opt. Soc. Amer, 63 (1973), 1374]; ϕ and ϕ + 2π for some fixed values of ϕ [H.S. Kwok, J. Appl. Phys., 80 (1996), 3687; T.Z. Qian, Z.L. Xie, H.S. Kwok, P. Sheng, Appl. Phys. Lett., 71 (1997), 596; Z. L. Xie, H. S. Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 37 (1998), 2572; Z. L. Xie, H. S. Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 84 (1998), 77]. This class of bistable displays is called 2π-BTN [D.W. Berreman, W.R. Heffner, J. Appl. Phys., 52 (1981), 3032: D. W. Berreman, J. Opt. Soc. Amer., 63 (1973), 1374]. The use of such displays limits the existence of a very narrow range of gaps, spiral pitch, temperature.

Известен также вариант π-BTN, в котором бистабильными являются состояния с закруткой 0° и 180°, иначе называемые BiNem [I.Dozov, M.Nobili, G.Durand, Appl. Phys. Lett., 70 (1997), 1179]; ϕ и ϕ+π при некоторых фиксированных значениях ϕ [H.S.Kwok, J. Appl. Phys., 80 (1996), 3687; T.Z.Qian, Z.L.Xie, H.S.Kwok, P.Sheng, Appl. Phys. Lett., 71 (1997), 596; Z.L.Xie, H.S.Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 37 (1998), 2572; Z.L.Xie, H.S.Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 84 (1998), 77]. Этот вариант технологически более сложен, но возможен.The π-BTN variant is also known, in which states with a twist of 0 ° and 180 °, otherwise called BiNem [I.Dozov, M.Nobili, G. Durand, Appl. Phys. Lett., 70 (1997), 1179]; ϕ and ϕ + π for some fixed values of ϕ [H.S. Kwok, J. Appl. Phys., 80 (1996), 3687; T.Z. Qian, Z.L. Xie, H.S. Kwok, P. Sheng, Appl. Phys. Lett., 71 (1997), 596; Z. L. Xie, H. S. Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 37 (1998), 2572; Z. L. Xie, H. S. Kwok, Jap. J. Appl. Phys., 84 (1998), 77]. This option is technologically more complex, but possible.

Недостатком является сильная зависимость управляющих сигналов от толщины и шага спирали ЖК-слоя.The disadvantage is the strong dependence of the control signals on the thickness and pitch of the spiral of the LCD layer.

Общий недостаток бистабильных структур - большое время, необходимое для записи и стирания каждой строки. Длительность кадра становится слишком большой (0.18-2.5 сек) и препятствует отображению информации в реальном масштабе времени [С.Joubert, IMI Paper Like Display Conference Issue, April 2004]. Есть и технологические проблемы (большой угол преднаклона, сложный в изготовлении и нестабильный во времени), препятствующие широкому использованию этих структур.A common drawback of bistable structures is the long time required to write and erase each line. The frame length becomes too long (0.18-2.5 seconds) and prevents the display of information in real time [C.Joubert, IMI Paper Like Display Conference Issue, April 2004]. There are also technological problems (a large pre-incline angle, difficult to manufacture and unstable in time), which impede the widespread use of these structures.

Известны и другие технические решения для ускорения процесса релаксации в исходное состояние.Other technical solutions are known to accelerate the relaxation process to its original state.

В патенте США № 6522379 "Liquid Crystal Display Element with Zigzag Data or Scan Lines Adjacent Zigzag Edged Pixel Electrodes'" (он же японский патент JP №2002169160, он же европейский ЕР № 1091236), G02F 1/133; G02F 1/1337, опубл. 18 февраля 2003 г.) с этой целью предлагается формировать участки с отличающейся от остальной части экрана закруткой. Это могут быть затенения при натирании выступающих участков, или натирание по уже имеющейся микроструктуре, или объемные спейсеры. Однако в таком случае релаксация происходит спонтанно и зависит от случайных факторов (температуры, колебания зазора, плотности распределения дефектов и пр.). Аналогичный эффект получается под действием электрического поля, если электрод выполнен из трех частей: информационных боковых и узкого зигзагообразного центрального. Прикладывая напряжение разной полярности к центральному и поочередно к боковым электродам, формируются области с различными направлениями ориентации перпендикулярно ломаной линии зигзагообразного разрыва между частями электрода. Эти участки иной закрутки являются центрами возврата из полученной под напряжением splay-структуры (в данной области технике так обычно называют структуру с расположением жидкокристаллических молекул параллельно друг другу и с небольшим углом наклона относительно поверхности электродов) в исходную bend-конфигурацию (в данной области технике так обычно называют структуру с расположением жидкокристаллических молекул параллельно друг другу и с небольшим углом наклона относительно перпендикуляра к поверхности электродов) или наоборот. Такая конструкция позволяет сократить время релаксации практически на порядок, с 42 мс до 4-7 мс.In US patent No. 6522379 "Liquid Crystal Display Element with Zigzag Data or Scan Lines Adjacent Zigzag Edged Pixel Electrodes'" (aka Japanese patent JP No. 2002169160, aka European EP No. 1091236), G02F 1/133; G02F 1/1337, publ. February 18, 2003) for this purpose it is proposed to form sections with a twist different from the rest of the screen. This can be shading when rubbing the protruding sections, or rubbing on an existing microstructure, or volume spacers. However, in this case, relaxation occurs spontaneously and depends on random factors (temperature, gap fluctuations, defect density distribution, etc.). A similar effect is obtained under the influence of an electric field if the electrode is made of three parts: informational lateral and narrow central zigzag. Applying a voltage of different polarity to the central and alternately to the side electrodes, regions with different directions of orientation perpendicular to the broken line of the zigzag gap between the parts of the electrode are formed. These sections of another twist are the centers of return from the obtained splay structure (in this technical field, the structure with the liquid crystal molecules parallel to each other and with a small angle of inclination relative to the surface of the electrodes is usually called) to the initial bend configuration (in this technical field usually called a structure with the location of the liquid crystal molecules parallel to each other and with a small angle of inclination relative to the perpendicular to the surface of the electrodes) or vice versa. Such a design makes it possible to reduce the relaxation time by almost an order of magnitude, from 42 ms to 4-7 ms.

К недостаткам этой конструкции следует отнести значительное уменьшение световой апертуры при 3-полосной конструкции электрода.The disadvantages of this design include a significant reduction in light aperture with a 3-way electrode design.

Известно также устройство, предложенное в патенте США №6512569 "Liquid crystal display device and a method of manufacture thereof, and a substrate and a method of manufacture thereof (C09K 19/02), опубл. 28 января 2003 г. Согласно этому патенту, с целью уменьшения прилагаемых напряжений на электродах формируется splay-структура, а между ними -гибридная структура с высоким углом преднаклона на одной поверхности и низким - на другой. В этом случае гибридная структура инициирует более быстрый переход в bend-конфигурацию. Однако изготовить дисплей со столь резким изменением углов преднаклона достаточно сложно.Also, the device proposed in US patent No. 6512569 "Liquid crystal display device and a method of manufacture thereof, and a substrate and a method of manufacture thereof (C09K 19/02), publ. January 28, 2003. According to this patent, In order to reduce the applied voltage on the electrodes, a splay structure is formed, and between them a hybrid structure with a high angle of pretilt on one surface and a low angle on the other. In this case, the hybrid structure initiates a faster transition to the bend configuration. However, to make a display with such a sharp changing the angles of the pretilt is quite difficult.

Другой вариант описан в патенте США №6714276 "Liquid Crystal Display Device" (C09K 19/02). В центре каждого пикселя находится участок с углом закрутки, отличающимся от угла закрутки ЖК-спирали в остальной области. Это обеспечивается введением в состав ЖК-смеси оптически активной хиральной добавки, при которой шаг спирали Р удовлетворяет соотношению 2d2<P<2d1, где d1 - межэлектродное расстояние в рабочей части пикселя, a d2 - межэлектродное расстояние в нерабочей части пикселя. Зона d2 действует как центр дисклинации и уменьшает величину напряжения, при котором происходит образование bend-конфигурации. После прекращения подачи напряжения обе структуры возвращаются в исходное состояние.Another option is described in US patent No. 6714276 "Liquid Crystal Display Device" (C09K 19/02). At the center of each pixel is a portion with a twist angle different from the twist angle of the LCD spiral in the rest of the area. This is ensured by the introduction of an optically active chiral additive in the composition of the LC mixture, at which the pitch of the helix P satisfies the ratio 2d 2 <P <2d 1 , where d 1 is the interelectrode distance in the working part of the pixel, ad 2 is the interelectrode distance in the non-working part of the pixel. Zone d 2 acts as a disclination center and reduces the magnitude of the voltage at which the formation of the bend configuration occurs. After the power is cut off, both structures return to their original state.

Недостатком описанного патента является необходимость закрытия этой зоны черной маской для сохранения контраста и как следствие, уменьшение световой апертуры пикселя на величину зоны d2.The disadvantage of the described patent is the need to close this area with a black mask to maintain contrast and, as a result, reduce the light aperture of the pixel by the size of the zone d 2 .

Более перспективен вариант, в котором переключение бистабильных структур производится за счет приложения электрических полей различной направленности: вертикальных и горизонтальных.A more promising option is the one in which bistable structures are switched due to the application of electric fields of various directions: vertical and horizontal.

Такой принцип управления впервые был представлен работой [Boyd et al, J. Appl. Letters, 36 (1980), 556], в которой для эффекта гость-хозяин описано переключение из гомогенной структуры с нулевой закруткой (splay) в гомеотропную, перпендикулярную плоскости электродов (bend), за счет вертикального поля между электродами обоих пластин, а обратное переключение - за счет горизонтального поля между электродами одной пластины (splay-bend switching, SBS). Данный принцип позволяет производить запись и стирание изображения независимо, за счет чего уменьшаются времена переключения и длительность кадра. Однако этот дисплей характеризовался большой толщиной ЖК-слоя, поэтому напряжения были слишком велики для практического использования.This management principle was first introduced by [Boyd et al, J. Appl. Letters, 36 (1980), 556], in which, for the guest-host effect, switching from a homogeneous structure with zero twist (splay) to a homeotropic, perpendicular plane of the electrodes (bend) due to the vertical field between the electrodes of both plates, and the reverse switching are described - due to the horizontal field between the electrodes of the same plate (splay-bend switching, SBS). This principle allows you to record and erase the image independently, thereby reducing switching times and frame duration. However, this display was characterized by a large thickness of the LCD layer, so the voltage was too high for practical use.

Есть и другое решение. Е.J.Acosta, M.J.Towlerand, H.G.Walton, ["The Role of Surface Tilt in the Operation of Pi-Cell Liquid Crystal Devices", July 2000, Liquid Crystals, vol.27, pp.977-984] и патент US 6600537 "Liquid Crystal Device" (он же европейский патент ЕР № 1225473, он же японский JP № 2002287170 и английский GB №2371372; Int. Cl. G02F 1/133) этих же авторов, в котором предлагают использовать близость энергетических уровней для исключения образования конфигураций с ненулевым углом закрутки (в том числе, π-конфигураций). Согласно этому патенту, существует достаточно широкая область углов преднаклона в диапазоне от 30 до 60°, когда более высоким напряжением формируется bend-конфигурация, а более низким или нулевым - splay-конфигурация. Кадр при этом управлении состоит из двух частей - стирающего нулевого напряжения и записывающего высокого напряжения. Время переключения составляет от 3,5 до 14 мс. Однако высокий угол преднаклона является серьезной технологической проблемой. Кроме того, стабильность этого угла невысока, т.е. со временем он уменьшается и эффект пропадает.There is another solution. E.J. Acosta, MJTowlerand, HGWalton, ["The Role of Surface Tilt in the Operation of Pi-Cell Liquid Crystal Devices", July 2000, Liquid Crystals, vol. 27, pp. 977-984] and US patent 6600537 "Liquid Crystal Device" (aka European patent EP No. 1225473, aka Japanese JP No. 2002287170 and English GB No. 2371372; Int. Cl. G02F 1/133) of the same authors, in which they propose to use the proximity of energy levels to exclude the formation configurations with non-zero twist angle (including π-configurations). According to this patent, there is a fairly wide range of pre-tilt angles in the range from 30 to 60 °, when a bend configuration is formed with a higher voltage, and a splay configuration with a lower or zero voltage. The frame with this control consists of two parts - erasing zero voltage and recording high voltage. The switching time is from 3.5 to 14 ms. However, a high pre-incline angle is a serious technological problem. In addition, the stability of this angle is low, i.e. over time, it decreases and the effect disappears.

Патент США № 6437844 "Liquid Crystal display device and associated fabrication method" (G02F 1/1337; G02F 1/1335) предлагает вариант этого решения: на электродах, формирующих пиксель, создаются высокие углы преднаклона, а вне пикселя - более низкие углы преднаклона. Эти области вне пикселей со splay-конфигурацией являются центрами роста ЖК-структур с исходной закруткой сразу после снятия напряжения. Поскольку площадь каждого пикселя, окруженного областями исходной конфигурации, невелика, время релаксации значительно сокращается. Суммарное время переключения улучшено со стандартных 150 до 21- 43 мс.US Pat. No. 6,437,844, “Liquid Crystal display device and associated fabrication method” (G02F 1/1337; G02F 1/1335), provides a variant of this solution: high pre-tilt angles are created on the pixel-forming electrodes and lower pre-tilt angles outside the pixel. These areas outside the pixels with the splay configuration are the centers of growth of the LCD structures with the initial swirl immediately after stress relief. Since the area of each pixel surrounded by the regions of the initial configuration is small, the relaxation time is significantly reduced. Total switching time improved from standard 150 to 21-43 ms.

Одним из исполнений этого патента является вариант, в котором на краю каждого столбцового электрода создаются выступы высотой, сравнимой с толщиной ЖК-слоя. Ориентирующий слой, покрывающий эти выступы и обработанный со стороны пикселя по стандартной методике получения ориентации ЖК-молекул параллельно поверхности, формирует в центральной части слоя вертикальное расположение молекул. Это увеличивает угол преднаклона молекул вблизи поверхности электродов до необходимой для образования стабильной bend-конфигурации величины.One embodiment of this patent is an embodiment in which protrusions with a height comparable to the thickness of the LCD layer are created on the edge of each column electrode. The orientation layer covering these protrusions and processed on the pixel side by the standard method for obtaining the orientation of LC molecules parallel to the surface forms a vertical arrangement of molecules in the central part of the layer. This increases the angle of pretilt of the molecules near the surface of the electrodes to the value necessary for the formation of a stable bend configuration.

Недостатком этого варианта исполнения следует указать обработку с целью создания ориентации только одной стороны выступа. Сторона, обращенная к межпиксельному промежутку, будет создавать произвольную ориентацию молекул. Это приводит к неравномерной ориентации молекул на смежной с этим промежутком стороне соседнего пикселя и вызывает образование дефектов. Кроме того, стандартные методы ориентации натиранием в этом случае неприменимы, так как на большей части поверхности выступа и примыкающих к нему поверхностях ориентационные канавки будет отсутствовать из-за затенения, создавая хаотическую ориентацию молекул.The disadvantage of this embodiment should indicate the processing in order to create an orientation of only one side of the protrusion. The side facing the inter-pixel gap will create an arbitrary orientation of the molecules. This leads to an uneven orientation of the molecules on the side adjacent to this gap of the neighboring pixel and causes the formation of defects. In addition, standard methods of orientation by rubbing in this case are not applicable, since on most of the surface of the protrusion and adjacent surfaces, the orientation grooves will be absent due to shading, creating a chaotic orientation of the molecules.

Кроме того, недостатком описанного устройства является неконтролируемый процесс релаксации из формируемой под напряжением bend-конфигурации в splay-конфигурацию при отключении напряжения. Это создает значительные проблемы, поскольку это время зависит от множества случайных факторов - температуры, колебания шага и зазора, чистоты поверхности, степени очистки жидкого кристалла, и т.д.In addition, the disadvantage of the described device is an uncontrolled relaxation process from the bend configuration being energized to the splay configuration when the voltage is turned off. This creates significant problems, since this time depends on many random factors - temperature, pitch and gap fluctuations, surface cleanliness, degree of purification of the liquid crystal, etc.

Международная заявка (WO) № 2005/040899 "Bistable Liquid Crystal Display" (G02F 1/133), а также публикации [Fion S.Y. Yeung, H.S.Kwok, Truly bistable twisted nematic liquid crystal display using photoalignment technology, Applied Physics Letters, vol.83, No. 21, 24 November 2003, pp.4291-4293; X.J.Yu, H.S. Kwok, Bistable bend-splay liquid crystal display, Applied Physics Letters, vol.85. No. 17, 25 October 2004, pp.3711-3713; X.J.Yu, H.S. Kwok, Bistable bend-splay LCD, SID'04 Digest, pp.875-877] предлагают конструкцию дисплея с электрически управляемым bend-splay переключением. Указанный дисплей состоит из: первой подложки, на которую последовательно нанесены первый проводящий слой и первый ориентирующий слой; второй подложки, на которую последовательно нанесены второй проводящий слой и второй ориентирующий слой; и жидкокристаллического слоя, помещенного между первым и вторым ориентирующим слоями; которые ориентируют контактирующие с ними жидкокристаллические молекулы под углами θ от 20° до 65°; указанный жидкокристаллический слой способен формировать в отсутствие напряжения стабильную splay- или стабильную bend-конфигурацию, а когда к нему приложено переключающее напряжение -переключаться между указанными стабильной splay- и стабильной bend-конфигурациями. Конкретный угол преднаклона выбирается из названного диапазона таким образом, чтобы энергии splay- и bend-конфигураций в отсутствие напряжения были приблизительно равны. Ширина электродов в описанном примере составляет 4 мкм, а расстояние между ними - 6 мкм.International Application (WO) No. 2005/040899 "Bistable Liquid Crystal Display" (G02F 1/133), as well as publications [Fion S.Y. Yeung, H.S. Kwok, Truly bistable twisted nematic liquid crystal display using photoalignment technology, Applied Physics Letters, vol. 83, No. 21, 24 November 2003, pp. 4291-4293; X.J.Yu, H.S. Kwok, Bistable bend-splay liquid crystal display, Applied Physics Letters, vol. 85. No. October 17, 25, 2004, pp. 3711-3713; X.J.Yu, H.S. Kwok, Bistable bend-splay LCD, SID'04 Digest, pp.875-877] offer a display design with electrically controlled bend-splay switching. The specified display consists of: a first substrate on which the first conductive layer and the first orienting layer are sequentially applied; a second substrate on which a second conductive layer and a second orienting layer are sequentially applied; and a liquid crystal layer interposed between the first and second orienting layers; which orient the liquid crystal molecules in contact with them at angles θ from 20 ° to 65 °; said liquid crystal layer is capable of forming a stable splay or stable bend configuration in the absence of voltage, and when a switching voltage is applied to it, switch between said stable splay and stable bend configurations. The specific pre-incline angle is selected from the above range so that the energies of the splay and bend configurations in the absence of voltage are approximately equal. The width of the electrodes in the described example is 4 μm, and the distance between them is 6 μm.

Электрод одной из подложек (столбцовый или строчный) выполнен в виде полос, каждая из которых представляет собой два электрода в виде вставленных друг в друга гребенок. Подача на обе гребенки одинакового напряжения относительно противоположного электрода (вертикальное поле) обеспечивает переключение из splay-конфигурации в bend-структуру. Создавая между гребенками напряжение выше порогового (горизонтальное поле), а между обеими гребенками и электродом противоположной подложки напряжение ниже порогового (для вертикального поля), обеспечивают обратное переключение из bend- в splay-конфигурацию. Данная конструкция и способ управления обеспечивают возможность создания пассивно-матричного экрана с высокой скоростью переключения и контрастом, не имеющего ограничения по числу мультиплексируемых строк. Фактически реализованы времена переключения от 50 микросекунд при напряжении 85 В до 10 мс при напряжении 10 В и контраст 40:1. Указано, что значение контраста может достигать 200:1.The electrode of one of the substrates (columnar or lowercase) is made in the form of strips, each of which is two electrodes in the form of combs inserted into each other. Applying the same voltage to both combs with respect to the opposite electrode (vertical field) provides switching from the splay configuration to the bend structure. By creating a voltage above the threshold between the combs (horizontal field), and a voltage below the threshold (for a vertical field) between both combs and the electrode of the opposite substrate, they provide reverse switching from bend to splay configuration. This design and control method provide the ability to create a passive matrix screen with a high switching speed and contrast, which does not have a limit on the number of multiplexed lines. In fact, switching times from 50 microseconds at a voltage of 85 V to 10 ms at a voltage of 10 V and a contrast ratio of 40: 1 are realized. It is indicated that the contrast value can reach 200: 1.

Недостатком данной конструкции является необходимость высокого угла преднаклона молекул. С одной стороны, это достаточно сложно технологически. С другой - существует проблема обеспечения стабильности высокого угла преднаклона. Со временем, а также при эксплуатации или хранении при высокой температуре (особенно, если эти температуры превышают температуру перехода в изотропное состояние), этот угол падает. Следовательно, управляющие напряжения со временем возрастают. Более того, при уменьшении угла преднаклона до 25-30° возникает промежуточная твист-конфигурация и переключение из splay- в bend-, а затем снова в splay-конфигурацию, становится невозможным.The disadvantage of this design is the need for a high angle of pre-incline of the molecules. On the one hand, it is quite difficult technologically. On the other hand, there is the problem of ensuring the stability of a high angle of the incline. Over time, as well as during operation or storage at high temperature (especially if these temperatures exceed the temperature of transition to an isotropic state), this angle decreases. Consequently, control voltages increase with time. Moreover, when the angle of pre-incline is reduced to 25-30 °, an intermediate twist configuration occurs and switching from splay- to bend- and then again to splay-configuration becomes impossible.

Конструкция жидкокристаллического дисплея с вертикально-горизонтальным переключением направления электрического поля согласно международной заявке WO № 2005/040899 заключается в следующем. На пластину последовательно нанесены полосчатые проводящие слои и ориентирующий слой. На пластину последовательно нанесены полосчатые токопроводящие слои и ориентирующий слой. Между ориентирующими слоями и расположен слой ЖК-материала. В исходном состоянии молекулы ориентированы под углом более 45° к поверхности, причем направления наклона у поверхностей пластин отличаются на 180°. В результате межмолекулярного взаимодействия в центральной части слоя молекулы находятся в равновесном состоянии параллельно поверхности. Такая исходная горизонтальная splay-конфигурация под действием напряжения, приложенного к электродам, переориентируется вдоль силовых линий поля вертикально, а после прекращения подачи напряжения преобразуется во второе стабильное состояние, в котором в центральной части молекулы сохраняют вертикальную ориентацию (bend). В bend-состоянии ЖК-материал не вращает плоскость поляризации проходящего света, в splay-состоянии максимально изменяет его. Для визуализации состояния поляризации на внешних поверхностях подложек расположены поляроидная пленка-поляризатор и анализатор.The design of a liquid crystal display with vertical-horizontal switching of the direction of the electric field according to the international application WO No. 2005/040899 is as follows. Striped conductive layers and an orientation layer are successively applied to the plate. Striped conductive layers and an orientation layer are successively applied to the plate. Between the orienting layers and is a layer of LCD material. In the initial state, the molecules are oriented at an angle of more than 45 ° to the surface, and the tilt directions at the surfaces of the plates differ by 180 °. As a result of intermolecular interaction in the central part of the layer, the molecules are in equilibrium parallel to the surface. This initial horizontal splay configuration, under the action of a voltage applied to the electrodes, is reoriented along the field lines of the field vertically, and after the cessation of the voltage supply, it is converted to a second stable state, in which the vertical orientation (bend) is maintained in the central part of the molecule. In the bend state, the LCD material does not rotate the plane of polarization of the transmitted light, in the splay state it changes it as much as possible. To visualize the polarization state, a polaroid polarizer film and an analyzer are located on the outer surfaces of the substrates.

Структура проводящих покрытий дисплея по заявке WO №2005/040899 показана более подробно. Каждый элемент матрицы формируется из строчных полос и столбцовых. Для перевода из исходной конфигурации splay во вторую стабильную конфигурацию bend напряжение прикладывается между электродом и электродом, состоящим из двух гребенчатых электродов, вставленных друг в друга. Ширина каждого гребенчатого электрода и расстояние между ними - 4…6 мкм. Для переключения из конфигурации bend в исходную структуру splay к электроду прикладывается нулевое напряжение, а к электродам - напряжение «+U» и «-U», выбираемое таким образом, чтобы напряжение U было ниже порога вертикальной деформации, а напряжение 2 U - выше порога горизонтальной деформации. На чертеже показан типичный оптический отклик дисплея по заявке WO №2005/040899, управляемого по указанному выше алгоритму. Время переключения из включенного состояния в выключенное и обратно на приведенной осциллограмме составляют несколько единиц миллисекунд, контраст - порядка 50:1.The structure of the conductive display coatings of WO No. 2005/040899 is shown in more detail. Each matrix element is formed from row bars and column bars. To transfer from the initial splay configuration to a second stable bend configuration, a voltage is applied between the electrode and the electrode consisting of two comb electrodes inserted into each other. The width of each comb electrode and the distance between them is 4 ... 6 microns. To switch from the bend configuration to the initial splay structure, zero voltage is applied to the electrode, and the voltage “+ U” and “-U” is applied to the electrodes, so that voltage U is below the threshold of vertical deformation and voltage 2 U is above the threshold horizontal deformation. The drawing shows a typical optical response of the display according to the application WO No. 2005/040899, controlled by the above algorithm. The switching time from the on state to the off state and back on the given oscillogram is several units of milliseconds, the contrast is of the order of 50: 1.

Как уже отмечалось выше, такая конструкция имеет ряд недостатков. Важнейшими из них являются: низкая световая эффективность (при используемой в примере 4 мкм ширине гребенчатого электрода и расстоянии 6 мкм между электродами снижается относительно стандартной на 40%); технологические проблемы изготовления дисплеев с такими мелкими деталями (для массовых матричных ЖК-дисплеев характерны ширина электрода в 30-40 мкм и интервалы между ними 10-20 мкм); технологические проблемы получения высокого угла преднаклона и его стабильности во времени. Последнее обстоятельство ограничивает срок службы дисплея.As noted above, this design has several disadvantages. The most important of them are: low light efficiency (when the width of the comb electrode used in the example is 4 μm and the distance of 6 μm between the electrodes is reduced by 40% relative to the standard); technological problems of manufacturing displays with such small details (mass matrix LCD displays are characterized by an electrode width of 30-40 microns and intervals between them 10-20 microns); technological problems of obtaining a high angle of pre-incline and its stability over time. The latter circumstance limits the life of the display.

Известны конструкция пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея и способ его управления, описанные в работе J.C.Kim et al. Bistable property in a splay cell with chiral additive, IMID'03 Digest, pp.555-558; J.C. Kim et al, A Novel Liquid Crystal Display Device for Memory Mode and Dynamic Mode, IMID'05 Digest, pp.567-570. J.C.Kim et al. Авторы предлагают конструкцию дисплея с переключением вертикальным электрическим полем исходной splay-конфигурации в вертикальную конфигурацию, которая после прекращения подачи напряжения релаксирует в закрученную на 180° (π) - структуру. Последняя переключается в исходную splay-конфигурацию наложением горизонтального поля.A known design of a passive matrix liquid crystal display and a method for controlling it are described in J.C. Kim et al. Bistable property in a splay cell with chiral additive, IMID'03 Digest, pp. 555-558; J.C. Kim et al, A Novel Liquid Crystal Display Device for Memory Mode and Dynamic Mode, IMID'05 Digest, pp. 567-570. J.C. Kim et al. The authors propose a display design with a vertical electric field switching the initial splay configuration to a vertical configuration, which, after the power supply is turned off, relaxes into a 180 ° (π) twisted structure. The latter switches to the original splay configuration by applying a horizontal field.

Дисплей, согласно этой конструкции, на одной из подложек содержит сеточный окисно-индиевый электрод (ITO), отделенный от лежащего под ним слоя ITO изолирующей пленкой SiO2, и ориентирующий слой, формирующий после натирания у контактирующих с ним молекул жидкого кристалла угол преднаклона 5°. На второй подложке последовательно формируются окисно-индиевый электрод и ориентирующий слой, формирующий после натирания у контактирующих с ним молекул жидкого кристалла угол преднаклона 5°. Ширина электрода и расстояние между ними составляет по 4 мкм. Между пластинами с указанными слоями находится ЖК-смесь с 0° углом закрутки и отношением толщины ЖК-слоя d к шагу спирали Р0, равным 0.2.The display, according to this design, on one of the substrates contains a grid Indium Indium Electrode (ITO), separated from the underlying ITO layer by an SiO 2 insulating film, and an orientation layer, which forms a pre-incline angle of 5 ° after rubbing the liquid crystal molecules in contact with it . An indium oxide electrode and an orienting layer are successively formed on the second substrate, which, after rubbing the liquid crystal molecules in contact with it, forms an angle of inclination of 5 °. The width of the electrode and the distance between them is 4 μm. Between the plates with the indicated layers there is an LC mixture with a 0 ° twist angle and the ratio of the thickness of the LCD layer d to the helix pitch P 0 equal to 0.2.

Исходная splay-конфигурация после приложения вертикального поля между нижним и верхним электродами 20 В в течение 0.5 сек преобразуется сначала в bend-конфигурацию, которая затем релаксирует в 180° π-конфигурацию. После приложения напряжения 20 В длительностью 0.7 сек 180° π-конфигурация переключается в исходную splay-конфигурацию с нулевым углом закрутки.The initial splay configuration after applying a vertical field between the lower and upper electrodes of 20 V for 0.5 s is first converted to a bend configuration, which then relaxes into a 180 ° π configuration. After applying a voltage of 20 V, duration 0.7 sec 180 °, the π configuration switches to the initial splay configuration with a zero swirl angle.

Недостатком этой конструкции является большая длительность (до 0.7 сек) прикладываемых напряжений, что не позволяет использовать ее для быстродействующих экранов. Кроме того, время возврата в промежуточную закрученную структуру зависит от множества неконтролируемых факторов, например температуры, однородности зазора, наличия дефектов ориентации и примесей в зазоре.The disadvantage of this design is the long duration (up to 0.7 sec) of the applied voltage, which does not allow its use for high-speed screens. In addition, the time of return to the intermediate twisted structure depends on many uncontrollable factors, for example, temperature, uniformity of the gap, the presence of orientation defects and impurities in the gap.

Еще одна проблема связана с малыми расстояниями (4-6 мкм) между горизонтальными электродами. Это технологически сложно (стандартный размер межпиксельного интервала равен 20…30 мкм). Кроме того, реализация описанных предложений на практике приведет к уменьшению световой апертуры: при 4 мкм ширине каждой полосы и расстоянии между полосами от 4 мкм в работе [J.C.Kim et al. Bistable property in a splay cell with chiral additive, IMTD'03 Digest, pp.555-558; J.C. Kirn et al, A Novel LCD Device for Memory Mode and Dynamic Mode, IMID'05 Digest, pp.567-570] и 6 мкм в [Международная заявка (WO) №2005/040899] апертуры (отношение изменяющей контраст части пикселя (в данном случае - 4×4 мкм) к общей площади пикселя (8×8 или 10×10 мкм) относительное пропускание составит 25 и 16% соответственно. Еще одним недостатком является то, что расположение электродов на двух подложках усложняет технологический процесс и повышает стоимость прибора.Another problem is associated with small distances (4-6 microns) between horizontal electrodes. This is technologically difficult (the standard size of the inter-pixel interval is 20 ... 30 microns). In addition, the implementation of the described proposals in practice will lead to a decrease in the light aperture: at 4 μm the width of each strip and the distance between the strips from 4 μm in the work [J.C. Kim et al. Bistable property in a splay cell with chiral additive, IMTD'03 Digest, pp. 555-558; J.C. Kirn et al, A Novel LCD Device for Memory Mode and Dynamic Mode, IMID'05 Digest, pp.567-570] and 6 μm in [International Application (WO) No. 2005/040899] of the aperture (ratio of the contrast-changing part of the pixel (in in this case, 4 × 4 μm) to the total pixel area (8 × 8 or 10 × 10 μm), the relative transmittance will be 25 and 16%, respectively. Another disadvantage is that the location of the electrodes on two substrates complicates the process and increases the cost of the device .

Наиболее близким аналогом-прототипом по техническому решению к изобретению является конструкция пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея и способ его управления, описанные в заявке № 2006131259, G02F 1/13, опубл. 10.03.2008, формула изобретения (2 страницы) - патент RU № 2335004, состоящая из двух соединенных в пакет подложек с нанесенными на внутренние поверхности каждой из них прозрачным проводящим слоем, изолирующим слоем и ориентирующим слоем, жидкокристаллического вещества, размещенного внутри пакета, элементов матриц, сформированных на ортогональном пересечении прозрачных проводящих слоев подложек, по крайней мере, на одной из подложек электрод имеет объемную структуру и выполнен в виде первого проводящего слоя полосчатой конфигурации, толстопленочного изолирующего слоя на нем другой конфигурации и второго проводящего слоя, по крайней мере, часть которого расположена на вершинах толстопленочного изолирующего слоя, при этом поверх указанных слоев нанесен ориентирующий слой. Кроме того, в пассивно-матричном жидкокристаллическом дисплее толстопленочный изолирующий слой со вторым проводящим слоем расположены в пространстве между элементами первого проводящего слоя с возможностью использования в качестве черной маски.The closest analogue prototype of the technical solution to the invention is the design of the passive-matrix liquid crystal display and the method for its control described in the application No. 2006131259, G02F 1/13, publ. 03/10/2008, claims (2 pages) - patent RU No. 2335004, consisting of two substrates connected in a package with a transparent conductive layer deposited on the inner surfaces of each of them, an insulating layer and an orientation layer, a liquid crystal substance placed inside the package, matrix elements formed at the orthogonal intersection of the transparent conductive layers of the substrates, at least on one of the substrates, the electrode has a three-dimensional structure and is made in the form of a first conductive layer of a banded configuration, thick a different insulating layer on it of a different configuration and a second conductive layer, at least a part of which is located at the tops of the thick-film insulating layer, with an orienting layer applied on top of these layers. In addition, in a passive matrix liquid crystal display, a thick film insulating layer with a second conductive layer is arranged in the space between the elements of the first conductive layer with the possibility of being used as a black mask.

Способ управления пассивно-матричным жидкокристаллическим дисплеем, заключающийся в последовательной подаче стробирующего сигнала с амплитудой US1 на полосчатые электроды, составляющие первый проводящий слой первой подложки, и информационного сигнала ±UD на электроды, сформированные проводящим слоем второй подложки, первый проводящий слой первой подложки и, по крайней мере, часть второго проводящего слоя первой подложки, расположенная на вершинах толстопленочного изолирующего слоя, управляются раздельно, при этом на примыкающие к стробируемой полосе электроды, сформированные полосами второго проводящего слоя первой подложки, расположенные на пьедесталах, подают напряжение |UD|, а на остальные электроды первой подложки, включая расположенные на вершинах толстопленочного изолирующего слоя, подают напряжение US2=0.A method for controlling a passive matrix liquid crystal display, which consists in sequentially supplying a gating signal with an amplitude U S1 to the strip electrodes constituting the first conductive layer of the first substrate, and an information signal ± U D to the electrodes formed by the conductive layer of the second substrate, the first conductive layer of the first substrate and at least part of the second conductive layer of the first substrate, located at the vertices of the thick-film insulating layer, are controlled separately, while adjacent to the the electrodes formed by the strips of the second conductive layer of the first substrate located on the pedestals supply voltage | U D |, and the voltage U S2 = 0 is applied to the remaining electrodes of the first substrate, including those located at the tops of the thick-film insulating layer.

Недостатками данных устройства и способа являются невозможность отображения информации в реальном масштабе времени, пониженная световая апертура и повышенная стоимость прибора.The disadvantages of the data of the device and method are the inability to display information in real time, reduced light aperture and increased cost of the device.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлены заявляемые технические решения (устройство и способ), заключается в возможности отображения информации в реальном масштабе времени при существенном увеличении световой апертуры и снижении стоимости, а также в повышении контраста включенного изображения относительно выключенного.The invention consists in the following. The problem to which the claimed technical solutions (device and method) are directed is to display information in real time with a significant increase in light aperture and lower cost, as well as to increase the contrast of the on image relative to the off.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в пассивно-матричном жидкокристаллическом дисплее, состоящем из двух соединенных в пакет подложек с нанесенными на внутреннюю поверхность первой подложки первым прозрачным проводящим слоем, первым изолирующим слоем и ориентирующим слоем, при этом на вторую подложку нанесен только ориентирующий слой, размещенного внутри пакета жидкокристаллического вещества и элементов матрицы, на первом изолирующем слое первой подложки расположен в виде полос второй изолирующий слой, а на полосах второго изолирующего слоя расположены последовательно второй проводящий слой и ориентирующий слой, при этом каждый элемент матрицы формируется на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя.These technical results are achieved in that in a passive-matrix liquid crystal display, consisting of two substrates connected in a package with the first transparent conductive layer deposited on the inner surface of the first substrate, the first insulating layer and the orienting layer, while only the orienting layer is applied to the second substrate, placed inside the package of liquid crystal material and matrix elements, on the first insulating layer of the first substrate, a second insulating layer is arranged in the form of strips, and on the strip x of the second insulating layer, a second conductive layer and an orientation layer are arranged in series, wherein each matrix element is formed at the orthogonal intersection of the first transparent conductive layer and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer.

Кроме того, в пассивно-матричном жидкокристаллическом дисплее первый прозрачный проводящий слой ортогонален выполненному в виде полос второму изолирующему слою и второму проводящему слою, расположенному на полосах второго изолирующего слоя.In addition, in a passive matrix liquid crystal display, the first transparent conductive layer is orthogonal to the second insulating layer and the second conductive layer arranged in strips of the second insulating layer.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе управления пассивно-матричным жидкокристаллическим дисплеем, включающем последовательную подачу напряжения на полосчатые электроды, составляющие первый проводящий слой первой подложки, и информационного сигнала, подают напряжение US одновременно ко всем полосам первого проводящего слоя первой подложки, информационный сигнал ±UD подают на полосчатые электроды, сформированные первым проводящим слоем первой подложки, и для включения элемента матрицы, сформированного на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя, подают напряжение «-UD» ко всем полосам второго проводящего слоя первой подложки, а для выключения указанного элемента матрицы подают напряжением «-UD» к нечетным полосам второго проводящего слоя и напряжение «+UD» к четным полосам второго проводящего слоя первой подложки.These technical results are achieved in that in a method for controlling a passive-matrix liquid crystal display, which includes sequentially supplying voltage to the strip electrodes constituting the first conductive layer of the first substrate, and an information signal, voltage U S is simultaneously applied to all strips of the first conductive layer of the first substrate, information the signal ± U D is applied to the banded electrodes formed by the first conductive layer of the first substrate, and to include a matrix element formed on about at the horizontal intersection of the first transparent conductive layer and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer, the voltage “-U D ” is applied to all the strips of the second conductive layer of the first substrate, and to turn off the indicated element of the matrix, the voltage “-U D ” is applied to the odd bands of the second conductive layer and voltage “+ U D ” to even strips of the second conductive layer of the first substrate.

Таким образом, пассивно-матричный жидкокристаллический дисплей состоит:Thus, the passive matrix liquid crystal display consists of:

- из двух соединенных в пакет подложек,- of two substrates connected in a package,

- на внутреннюю поверхность первой подложки нанесены первый прозрачный слой, первый изолирующий слой и ориентирующий слой,- on the inner surface of the first substrate deposited the first transparent layer, the first insulating layer and the orientation layer,

- на вторую подложку нанесен только ориентирующий слой,- only the orienting layer is applied to the second substrate,

- жидкокристаллическое вещество, размещенное внутри пакета,- a liquid crystal substance placed inside the package,

- элементы матрицы,- matrix elements,

- на первом изолирующем слое первой подложки расположен в виде полос второй изолирующий слой;- on the first insulating layer of the first substrate, a second insulating layer is arranged in stripes;

- на полосах второго изолирующего слоя расположены последовательно второй проводящий слой и ориентирующий слой;- on the strips of the second insulating layer, a second conductive layer and an orienting layer are arranged in series;

- каждый элемент матрицы сформирован на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя;- each matrix element is formed at the orthogonal intersection of the first transparent conductive layer and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer;

- первый прозрачный проводящий слой ортогонален выполненному в виде полос второму изолирующему слою и второму проводящему слою, расположенному на полосах второго изолирующего слоя.the first transparent conductive layer is orthogonal to the second insulating layer made in the form of strips and the second conductive layer located on the strips of the second insulating layer.

Согласно способу управления пассивно-матричным жидкокристаллическим дисплеем включает:According to a method for controlling a passive matrix liquid crystal display, it includes:

- последовательную подачу напряжения на полосчатые электроды, составляющие первый проводящий слой первой подложки, и информационного сигнала,- sequential supply of voltage to the strip electrodes that make up the first conductive layer of the first substrate, and the information signal,

- подают напряжение US одновременно ко всем полосам первого проводящего слоя первой подложки,- apply voltage U S simultaneously to all strips of the first conductive layer of the first substrate,

- информационный сигнал ±UD подают на полосчатые электроды, сформированные первым проводящим слоем первой подложки,- the information signal ± U D is applied to the banded electrodes formed by the first conductive layer of the first substrate,

- подают напряжение «-UD» ко всем полосам второго проводящего слоя первой подложки для включения элемента матрицы, сформированного на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя,- apply voltage "-U D " to all strips of the second conductive layer of the first substrate to include a matrix element formed at the orthogonal intersection of the first transparent conductive layer,

- для выключения элемента матрицы подают напряжение «-UD» к нечетным полосам второго проводящего слоя первой подложки,- to turn off the matrix element, the voltage “-U D ” is applied to the odd bands of the second conductive layer of the first substrate,

- для выключения элемента матрицы подают напряжение «+UD» к четным полосам второго проводящего слоя первой подложки.- to turn off the matrix element, the voltage “+ U D ” is applied to the even bands of the second conductive layer of the first substrate.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, описанием и примерами конкретного исполнения.The invention is illustrated by graphic materials, description and examples of specific performance.

На фиг.1 показана фронтальная проекция структуры пассивно - матричного жидкокристаллического дисплея с электродами на одной подложке.Figure 1 shows a frontal projection of the structure of a passive-matrix liquid crystal display with electrodes on one substrate.

На фиг.2 изображена конструкция электродов пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея с электродами на одной подложке в проекции сверху.Figure 2 shows the design of the electrodes of a passive-matrix liquid crystal display with electrodes on one substrate in a projection from above.

На фиг.3 конструкция электродов пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея изображена в боковой проекции.In Fig.3, the design of the electrodes of the passive-matrix liquid crystal display is shown in side view.

На фиг.4 изображены структурные переключения дисплея с объемными электродами при исходной закрученной на 180° структуре ЖК-молекул. При наложении электрического поля на каждый второй электрод структура практически не изменяется. При наложении электрического поля между вершинами и основаниями объемных электродов создается незакрученная конфигурация.Figure 4 shows the structural switching of the display with volumetric electrodes with the initial structure of LCD molecules twisted through 180 °. When an electric field is applied to every second electrode, the structure practically does not change. When an electric field is applied between the tops and bases of the volume electrodes, an untwisted configuration is created.

На фиг.5 изображена принципиальная схема формирования ориентации на боковых гранях толстопленочных поверхностных структур при стандартном технологическом процессе (фиг.5а) и в три стадии облучения (фиг.5b).Figure 5 shows a schematic diagram of the formation of the orientation on the side faces of thick-film surface structures in a standard process (figa) and in three stages of irradiation (fig.5b).

На фиг.6а, 6b, 6с изображены фотографии пассивно-матричного ЖК-дисплея при стандартном процессе фотоориентации. Из-за затенения боковых граней пьедесталов, прилегающие к ним ЖК-молекулы ориентируются произвольным образом. Упорядоченная в нужном направлении ЖК-структура наблюдается только в одной трети зазора между пьедесталами, в остальной части наблюдается дефект ориентации. На фиг.6d, 6e, 6f изображены фотографии ЖК-дисплея при усовершенствованном процессе фотоориентации согласно фиг.5b. Видно, что зона разориентации отсутствует.On figa, 6b, 6C shows photographs of a passive-matrix LCD display with a standard photo-orientation process. Due to the shading of the side faces of the pedestals, the adjacent LC molecules are oriented in an arbitrary manner. An LCD structure ordered in the right direction is observed in only one third of the gap between the pedestals; in the rest, a defect in orientation is observed. Figures 6d, 6e, 6f show photographs of an LCD display during the advanced photo-orientation process of Figure 5b. It is seen that the disorientation zone is absent.

На фиг.7 дан пример практического исполнения дисплея. Фиг.7а: оптический отклик образца при подаче напряжения US=20В одновременно ко всем полосам строчного электрода (первого проводящего слоя), напряжения UD=-20В к нечетным полосам второго проводящего слоя (знак «-» означает, что сигнал находится в противофазе с напряжением US), к четным полосам второго проводящего слоя - напряжения UD=+20 В (образец выключен). Фиг.7b: оптический отклик образца при подаче напряжения US=20 В одновременно ко всем полосам строчного электрода (первого проводящего слоя), напряжения UD=-20 В ко всем полосам второго проводящего слоя (образец включен).7 shows an example of a practical implementation of the display. Figa: the optical response of the sample when applying voltage U S = 20V simultaneously to all bands of the line electrode (first conductive layer), voltage U D = -20V to the odd bands of the second conductive layer (the sign “-” means that the signal is in antiphase with voltage U S ), to even strips of the second conductive layer - voltage U D = + 20 V (the sample is off). Fig.7b: the optical response of the sample when applying a voltage of U S = 20 V simultaneously to all bands of the line electrode (first conductive layer), voltage U D = -20 V to all the bands of the second conductive layer (sample included).

На фиг.8 дан пример практического исполнения дисплея. Оптический отклик дисплея при мультиплексном управлении 1/44 (1 кадр «включено» + 1 кадр «выключено»),On Fig given an example of a practical implementation of the display. Optical display response with 1/44 multiplex control (1 frame “on” + 1 frame “off”),

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

1 - подложка первая;1 - the first substrate;

2 - первый проводящий слой;2 - the first conductive layer;

3 - первый изолирующий слой;3 - the first insulating layer;

4 - второй изолирующий слой;4 - the second insulating layer;

5 - второй проводящий слой на вершине толстопленочного изолирующего слоя;5 - a second conductive layer on top of a thick film insulating layer;

6 - ориентирующий слой на первой подложке;6 - orientation layer on the first substrate;

7 - подложка вторая;7 - the second substrate;

8 - ориентирующий слой на второй подложке;8 - orienting layer on the second substrate;

9 - жидкокристаллическое вещество;9 - liquid crystal substance;

10 - поляроид на внешней поверхности первой подложки;10 - polaroid on the outer surface of the first substrate;

11 - поляроид на внешней поверхности второй подложки;11 - polaroid on the outer surface of the second substrate;

12 - элемент матрицы.12 - matrix element.

Предлагается жидкокристаллический дисплей с расположением строчного и столбцового электродов на одной из подложек.A liquid crystal display with the location of the row and column electrodes on one of the substrates is proposed.

Указанная структура схематически изображена на фиг.1. На подложке 1 (например, стеклянной или пластиковой) последовательно нанесены первый проводящий слой 2 (например, ITO - окисно-индиевая пленка с примесью окиси олова) требуемой конфигурации (например, в виде полос строчного электрода), первый изолирующий слой 3 (например, SiO2 - пленка окиси кремния). Поверх первого изолирующего слоя 3 расположен второй изолирующий слой 4 - толстопленочный изолирующий слой 4 толщиной 1…3 мкм (например, фоторезист или полиимид). На вершинах второго толстопленочного изолирующего слоя 4 располагаются полосы второго проводящего слоя 5 (например, из алюминия Al, никеля Ni или окиси индия In2O3). Часть второго проводящего слоя 5а расположена вне второго изолирующего толстопленочного слоя 4, непосредственно на поверхности первой подложки 1, и служит для контактирования с выводами управляющей микросхемы. Для удобства рассмотрения в дальнейшем рассматриваются отдельно четные полосы второго проводящего слоя 5в и нечетные - 5с. Поверх указанных слоев наносится ориентирующий слой 6. В качестве ориентирующего слоя 6 может использоваться, например, фотоориентант SD-1 на базе азосоединений [V.G.Chigrinov, H.S.Kwok, W.C.Yip, E.K.Prudnikova, V.M.Kozenkov, H.Akiyama, M.Fukuda, H.Takada, H.Takatsu, SID'01 Digest, 1170-1173; V.G.Chigrinov, H.S.Kwok, E.K.Prudnikova, V.M.Kozenkov, Z.Ling, H.Akiyama, M.Fukuda, T.Kawara, H.Takada, H.Takatsu, SID'02 Digest, 1106-1109 V.G.Chigrinov, H.S.Kwok, V. M.Kozenkov, E.K.Prudnikova, H.Akiyama, H.Takada, H.Takatsu, SfD'03 Digest, 620-623], химическая формула которого приведена ниже:The specified structure is schematically depicted in figure 1. On the substrate 1 (for example, glass or plastic), the first conductive layer 2 (for example, ITO - indium oxide film mixed with tin oxide) is sequentially deposited with the desired configuration (for example, in the form of strips of a lower electrode), the first insulating layer 3 (for example, SiO 2 - silicon oxide film). On top of the first insulating layer 3 is a second insulating layer 4 - a thick-film insulating layer 4 with a thickness of 1 ... 3 μm (for example, photoresist or polyimide). At the tops of the second thick-film insulating layer 4 are strips of the second conductive layer 5 (for example, from aluminum Al, nickel Ni or indium oxide In 2 O 3 ). Part of the second conductive layer 5a is located outside the second insulating thick-film layer 4, directly on the surface of the first substrate 1, and serves to contact the terminals of the control chip. For convenience of consideration, in the sequel, we consider separately even bands of the second conducting layer 5c and odd bands 5c. An orientation layer 6 is applied on top of these layers. As an orientation layer 6, for example, an SD-1 photo-orientant based on azo compounds [VGChigrinov, HSKwok, WCYip, EKPrudnikova, VMKozenkov, H. Akiyama, M. Fukuda, H. Takada, H. can be used. Takatsu, SID'01 Digest, 1170-1173; VGChigrinov, HSKwok, EKPrudnikova, VMKozenkov, Z. Ling, H. Akiyama, M. Fukuda, T. Kawara, H. Takada, H. Takatsu, SID'02 Digest, 1106-1109 VGChigrinov, HSKwok, VMKozenkov, EKPrudnikova Akiyama, H. Takada, H. Takatsu, SfD'03 Digest, 620-623], the chemical formula of which is given below:

Figure 00000001
Figure 00000001

Направление ориентации контактирующих со слоем SD-1 молекул жидкого кристалла определяется направлением поляризации падающего света ультрафиолетовой части спектра (длина волны 365 нм) в процессе полимеризации ориентирующего слоя 6. На второй подложке 7 (стеклянной или пластиковой) нанесен только ориентирующий слой 8 (например, полиимид или, упомянутый выше, фотоориентант SD-1). Молекулы жидкокристаллического вещества 9, расположенные между подложками 1 и 7, ориентируются в направлении, задаваемом ориентирующими слоями 6 и 8. Направление ориентации может быть любым. При этом, если направления ориентации ЖК-молекул жидкокристаллического вещества 9, контактирующих с ориентирующими слоями 6 и 8, не совпадают друг с другом, формируется закрученная структура, в которой обеспечивается плавный поворот от одного направления к другому. В состав жидкокристаллического вещества 9 может входить оптически активная добавка, обеспечивающая дополнительный угол закрутки. В результате молекулы жидкокристаллического вещества могут быть закручены на любой угол от 0° до 360° и более.The orientation direction of the liquid crystal molecules in contact with the SD-1 layer is determined by the direction of polarization of the incident light of the ultraviolet part of the spectrum (wavelength 365 nm) during the polymerization of the orientating layer 6. On the second substrate 7 (glass or plastic), only the orientational layer 8 is applied (for example, polyimide or, as mentioned above, photo-orientation SD-1). Molecules of liquid crystal material 9 located between the substrates 1 and 7 are oriented in the direction defined by the orienting layers 6 and 8. The orientation direction can be any. Moreover, if the orientation directions of the LCD molecules of the liquid crystal substance 9 in contact with the orienting layers 6 and 8 do not coincide with each other, a twisted structure is formed in which a smooth rotation from one direction to another is ensured. The composition of the liquid crystal material 9 may include an optically active additive, providing an additional angle of twist. As a result, the liquid crystal molecules can be twisted at any angle from 0 ° to 360 ° or more.

На внешних поверхностях первой и второй подложек 1 и 7 расположены поляроиды 10 и 11. Один из них служит для поляризации падающего на жидкокристаллические молекулы света, а второй - является анализатором прошедшего через слой жидкокристаллических молекул (и преобразованного ими) света.Polaroids 10 and 11 are located on the outer surfaces of the first and second substrates 1 and 7. One of them serves to polarize the light incident on the liquid crystal molecules, and the second is an analyzer of light transmitted through the layer of liquid crystal molecules (and converted by them).

На фиг.2 конструкция электродов пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея с электродами на одной подложке изображена в проекции сверху. Первый проводящий слой 2 формируется на первой подложке 1 и представляет собой строчный электрод заданной конфигурации (например, полос). Перпендикулярно им располагаются полосы первого толстопленочного изолирующего слоя 3, на вершинах которого находятся полосы второго проводящего слоя 5 заданной конфигурации (например, в виде полос) - столбцовый электрод. Каждый элемент матрицы 12 формируется на пересечении полосы первого проводящего слоя 2 (например, строчного электрода) и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя 5b и 5с (например, столбцового электрода).In Fig.2, the design of the electrodes of a passive-matrix liquid crystal display with electrodes on one substrate is shown in a projection from above. The first conductive layer 2 is formed on the first substrate 1 and is a line electrode of a given configuration (for example, strips). Perpendicular to it are the strips of the first thick-film insulating layer 3, on the tops of which there are strips of the second conductive layer 5 of a given configuration (for example, in the form of strips) - a column electrode. Each element of the matrix 12 is formed at the intersection of the strip of the first conductive layer 2 (for example, the horizontal electrode) and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer 5b and 5c (for example, the column electrode).

На фиг.3 конструкция электродов пассивно-матричного жидкокристаллического дисплея изображена в боковой проекции. На первой подложке 1 расположены полосы первого проводящего слоя (строчного электрода) 2, первый тонкопленочный изолирующий слой 3, а перпендикулярно полосам строчного электрода - второй толстопленочный изолирующий слой 4. На вершинах второго изолирующего слоя 4 расположены полосы второго проводящего слоя (столбцового электрода) 5 (четные 5b и нечетные 5с. По крайней мере, с одного края толщина второго изолирующего слоя 4 плавно уменьшается и в зоне 5а второй проводящий слой 5 находится уже непосредственно на поверхности первой подложки 1 или первого изолирующего слоя 3. Это необходимо для прочности второго проводящего слоя 5 в зоне соединения (склейки) первой и второй подложек 1 и 7 в пакет и в зоне контактирования с выводами управляющей микросхемы. Поверх слоя 5 наносится ориентирующий слой 6.In Fig.3, the design of the electrodes of the passive-matrix liquid crystal display is shown in side view. On the first substrate 1, there are strips of the first conductive layer (line electrode) 2, the first thin-film insulating layer 3, and perpendicular to the lines of the line electrode is the second thick-film insulating layer 4. At the tops of the second insulating layer 4 there are strips of the second conductive layer (column electrode) 5 ( even 5b and odd 5c. At least from one edge the thickness of the second insulating layer 4 gradually decreases and in zone 5a the second conductive layer 5 is already directly on the surface of the first substrate 1 or p the first- insulating layer 3. This is necessary for the strength of the second conductive layer 5 in the junction zone (splicing) the first and second substrates 1 and 7 in the package and in the contacting zone with the control terminals of the chip. Atop layer 5 is applied to the alignment layer 6.

Как уже отмечалось выше, угол закрутки жидкокристаллических молекул между подложками 1 и 7 может быть любым.As noted above, the swirl angle of liquid crystal molecules between substrates 1 and 7 can be any.

На фиг.4 изображены структурные переключения дисплея с объемными электродами при исходной закрученной на 180° структуре ЖК-молекул. При наложении электрического поля между электродом 2 и только четными электродами 5b (или только нечетными электродами 5с), расположенными на вершинах второго изолирующего толстопленочного слоя 4, конфигурация расположения жидкокристаллических молекул практически не изменится: молекулы рядом с электродами 5b (или 5с) будут переориентироваться вдоль силовых линий поля. По мере удаления от электрода угол переориентации будет уменьшаться, а на расстоянии 4…7 мкм изменение вообще не происходит. Поскольку большая часть слоя в пространстве между четными 5в и нечетными 5с полосами второго проводящего слоя 5 не переориентируется, структура молекул между подложками сохраняется в исходном состоянии (фиг.4а).Figure 4 shows the structural switching of the display with volumetric electrodes with the initial structure of LCD molecules twisted through 180 °. When an electric field is applied between the electrode 2 and only even electrodes 5b (or only odd electrodes 5c) located on the tops of the second insulating thick-film layer 4, the arrangement of the liquid crystal molecules remains almost unchanged: the molecules next to the electrodes 5b (or 5c) will reorient along the force field lines. As you move away from the electrode, the reorientation angle will decrease, but at a distance of 4 ... 7 μm, the change does not occur at all. Since most of the layer in the space between the even 5c and odd 5c bands of the second conductive layer 5 is not reoriented, the structure of the molecules between the substrates is preserved in the initial state (Fig. 4a).

Если поле приложено между первым проводящим слоем 2 четными полосами 5b и нечетными полосами 5с, то молекулы вблизи четных полос 5b и нечетных полос 5с на вершинах второго изолирующего толстопленочного слоя 4 симметрично переориентируются вдоль силовых линий поля. В результате взаимодействия переориентированных приэлектродных молекул с остальными, находящимися в пространстве между первым проводящим слоем 2 с одной стороны, и вторым проводящим слоем 5, все молекулы в указанном пространстве ориентируются перпендикулярно поверхности подложки. Между первой 1 и второй 7 подложками формируется структура, характеризующаяся близким к 90° углом наклона молекул вблизи первой подложки 1 и близким к 0° углом наклона молекул вблизи второй подложки 7. Такая конфигурация известна под названием «гибридной». Если исходная конфигурация с углом закрутки молекул 180° в скрещенных поляроидах выглядит как светлая, то гибридная в них наблюдается, как темная. Тем самым, обеспечивается высококонтрастное переключение между двумя оптическими состояниями.If the field is applied between the first conducting layer 2 even strips 5b and odd strips 5c, then the molecules near the even strips 5b and odd strips 5c at the vertices of the second insulating thick-film layer 4 are symmetrically reoriented along the field lines of the field. As a result of the interaction of reoriented near-electrode molecules with the rest located in the space between the first conductive layer 2 on the one hand and the second conductive layer 5, all molecules in this space are oriented perpendicular to the surface of the substrate. A structure is formed between the first 1 and second 7 substrates, characterized by an angle of inclination of molecules close to 90 ° near the first substrate 1 and close to 0 ° by the angle of inclination of molecules near second substrate 7. This configuration is known as “hybrid”. If the initial configuration with a twist angle of 180 ° molecules in crossed polaroids looks like light, then the hybrid in them is observed as dark. This provides a high-contrast switching between two optical states.

Важным моментом при реализации данной конструкции является метод формирования ориентирующего слоя. Стандартные методы ориентации плохо подходят для толстопленочных объектов сложной конфигурации: из-за их большой толщины при ориентации методом натирания или косого напыления возникают зоны затенения или разориентации. По этой причине целесообразно при формировании ориентации в предлагаемом дисплее использовать методы бесконтактной фотоориентации (для некоторых материалов облучение поляризованным светом УФ-диапазона, 340…370 нм, вызывает ориентацию молекул, при последующем контакте с этим материалом, в направлении поляризации падающего света).An important point in the implementation of this design is the method of forming the orientation layer. Standard orientation methods are poorly suited for thick-film objects of complex configuration: because of their large thickness, orientation by rubbing or oblique spraying results in shading or disorientation zones. For this reason, it is advisable to use non-contact photo-orientation methods when forming the orientation in the proposed display (for some materials, irradiation with polarized UV light, 340 ... 370 nm, causes the orientation of the molecules, upon subsequent contact with this material, in the direction of polarization of the incident light).

На фиг.5 изображена принципиальная схема формирования ориентации на боковых гранях толстопленочных поверхностных структур при стандартном технологическом процессе (фиг.5а) и в три стадии облучения (фиг.5b). На фиг.6а, 6b, 6с изображены фотографии пассивно-матричного ЖК-дисплея при стандартном процессе фотоориентации. Из-за затенения боковых граней пьедесталов, прилегающие к ним ЖК-молекулы ориентируются произвольным образом. Упорядоченная в нужном направлении ЖК-структура наблюдается только в одной трети зазора между пьедесталами, в остальной части наблюдается дефект ориентации.Figure 5 shows a schematic diagram of the formation of the orientation on the side faces of thick-film surface structures in a standard process (figa) and in three stages of irradiation (fig.5b). On figa, 6b, 6C shows photographs of a passive-matrix LCD display with a standard photo-orientation process. Due to the shading of the side faces of the pedestals, the adjacent LC molecules are oriented in an arbitrary manner. An LCD structure ordered in the right direction is observed in only one third of the gap between the pedestals; in the rest, a defect in orientation is observed.

На фиг.6d, 6e, 6f изображены фотографии ЖК-дисплея при усовершенствованном процессе фотоориентации согласно фиг.5b. Видно, что зона разориентации отсутствует.Figures 6d, 6e, 6f show photographs of an LCD display during the advanced photo-orientation process of Figure 5b. It is seen that the disorientation zone is absent.

На фиг.7 дан пример практического исполнения дисплея.7 shows an example of a practical implementation of the display.

На фиг.7а показан оптический отклик образца при подаче напряжения US=20 В одновременно ко всем полосам строчного электрода (первого проводящего слоя), напряжения UD=-20 В к нечетным полосам второго проводящего слоя (знак «-» означает, что сигнал находится в противофазе с напряжением Us), к четным полосам второго проводящего слоя - напряжения UD=+20 В (образец выключен).On figa shows the optical response of the sample when applying a voltage of U S = 20 V simultaneously to all bands of the line electrode (first conductive layer), voltage U D = -20 V to the odd bands of the second conductive layer (the sign “-” means that the signal is in antiphase with voltage Us), to even bands of the second conductive layer - voltage U D = + 20 V (the sample is off).

На фиг.7b показан оптический отклик образца при подаче напряжения US=+20 В одновременно ко всем полосам строчного электрода (первого проводящего слоя), напряжения UD=-20 В ко всем полосам второго проводящего слоя (образец включен).On fig.7b shows the optical response of the sample when applying a voltage of U S = + 20 V simultaneously to all the strips of the line electrode (the first conductive layer), voltage U D = -20 V to all the strips of the second conductive layer (the sample is included).

На фиг.7с показан оптический отклик образца в режиме «один такт - включено, 1 такт - выключено». Напряжение US=+20 В подается одновременно ко всем полосам строчного электрода (первого проводящего слоя), напряжение UD=-20 В к нечетным полосам второго проводящего слоя. К четным полосам второго проводящего слоя поочередно подаются сигналы UD амплитудой «-20 В» и «+20 В». Длительность каждого импульса 5 мс, период повторения импульсов - 45 мс.). Время реакции составляет 1.1…1.3 мс, время релаксации - 18.0…18.7 мс.On figs shows the optical response of the sample in the mode of "one cycle - on, 1 cycle - off." The voltage U S = + 20 V is supplied simultaneously to all the strips of the horizontal electrode (the first conductive layer), the voltage U D = -20 V to the odd strips of the second conductive layer. The even bands of the second conductive layer are alternately supplied with signals U D with an amplitude of “−20 V” and “+20 V”. The duration of each pulse is 5 ms, the pulse repetition period is 45 ms.). The reaction time is 1.1 ... 1.3 ms, the relaxation time is 18.0 ... 18.7 ms.

На фиг.8 дан пример практического исполнения дисплея - оптический отклик дисплея при мультиплексном управлении (32 строки; 1 кадр «включено» + 1 кадр «выключено»). Время реакции составляет чуть более 9 мс, а время релаксации - примерно 21.5 мс. Контраст равен примерно (160…170):1.On Fig given an example of a practical implementation of the display - the optical response of the display with multiplex control (32 lines; 1 frame "on" + 1 frame "off"). The reaction time is just over 9 ms, and the relaxation time is approximately 21.5 ms. Contrast is approximately (160 ... 170): 1.

Изобретение поясняется следующим примером реальной конструкции.The invention is illustrated by the following example of a real design.

Пример 1Example 1

Первый проводящий слой на одной из стеклянных подложек представляет собой полосы строчного электрода матрицы, выполненные из стандартной окисноиндиевой пленки, легированной окисью олова (ITO). Толщина пленки 0.12 мкм. Ширина полосы 0.10 мм, интервал между полосами: 0.025 мм. На пленку ITO нанесено изолирующее покрытие SiO2 толщиной 0.08 мкм. Перпендикулярно полосам строчного электрода сформированы полосы фоторезиста ФП-383 шириной 0.025 мкм и толщиной 1.7…1.9 мкм. На верхней части полос фоторезиста находится второй проводящий слой из алюминия, толщина 0.5…0.7 мкм. Таким образом, общая высота полос толстопленочного изолирующего слоя с электродом на вершине составляет 2.2…2.6 мкм. Ширина алюминиевых полос равна ширине полос фоторезиста (это обеспечивается технологией изготовления - сформированные алюминиевые полосы являются маской при плазмохимическом травлении фоторезиста) и составляет 0.025 мкм. Поверх этих полос наносится ориентирующий слой фотоориентанта SD-1 толщиной 20…50 нм. На второй подложке имеется только ориентирующий слой фотоориентанта SD-1 той же толщины.The first conductive layer on one of the glass substrates is a strip of the line electrode of the matrix, made of a standard oxide-indium film doped with tin oxide (ITO). Film thickness 0.12 microns. Strip width 0.10 mm, spacing between stripes: 0.025 mm. An ITO film was coated with an SiO 2 insulating coating 0.08 μm thick. Perpendicular to the strips of the line electrode, bands of the FP-383 photoresist are formed with a width of 0.025 μm and a thickness of 1.7 ... 1.9 μm. On the upper part of the bands of the photoresist is a second conductive layer of aluminum, a thickness of 0.5 ... 0.7 μm. Thus, the total height of the strips of a thick-film insulating layer with an electrode at the apex is 2.2 ... 2.6 μm. The width of the aluminum strips is equal to the width of the bands of the photoresist (this is ensured by the manufacturing technology - the formed aluminum strips are the mask during plasma-chemical etching of the photoresist) and is 0.025 μm. An orientation layer of SD-1 photoorientant 20 ... 50 nm thick is applied on top of these bands. On the second substrate there is only an orientation layer of the photo-orientation SD-1 of the same thickness.

Пластины собраны в пакет, пространство между пластинами заполнено жидкокристаллическим материалом MLC-6295+0,5% ZLI-811 фирмы Merck (Германия) с равновесным шагом спирали Р0=14 мкм. Толщина жидкокристаллического слоя - 6.5 мкм. Угол закрутки молекул жидкокристаллического вещества равнялся 180°. На наружных поверхностях дисплея находились скрещенные поляризаторы, ось поляризации входного поляроида составляла 0° с направлением ориентации входных молекул.The plates are packaged, the space between the plates is filled with liquid crystal material MLC-6295 + 0.5% ZLI-811 from Merck (Germany) with an equilibrium helix pitch of P 0 = 14 μm. The thickness of the liquid crystal layer is 6.5 microns. The swirl angle of the liquid crystal molecules was 180 °. Crossed polarizers were located on the outer surfaces of the display, the polarization axis of the input polaroid was 0 ° with the direction of orientation of the input molecules.

Дисплей данной конструкции работает следующим образом (см. фиг.4). Поскольку исходно ориентированные параллельно поверхности молекулы жидкокристаллического вещества закручены на 180°, молекулы в центре слоя повернуты относительно прилегающих к подложкам молекул на угол 90°. (при этом, из-за малой толщины жидкокристаллического слоя над толстопленочным покрытием молекулы над ним имеют нулевую закрутку - это известный в данной отрасли факт зависимости угла закрутки от толщины ЖК-слоя; к существу данного предложения он отношения не имеет). Если напряжение U1 приложено между токопроводящим слоем 2 и одним (например, 5b) из пары расположенных на вершинах первого толстопленочного изолирующего слоя 4, вторых проводящих слоев 5b и 5с, искажение структуры будет незначительным (фиг.4а). Если напряжение U2 приложено между первым проводящим слоем 2 и обоими расположенными на вершинах второго толстопленочного изолирующего слоя 4, вторыми проводящими слоями 5b и 5с, то близкие к вершинам второго толстопленочного изолирующего слоя 4 молекулы жидкокристаллического вещества 9 (за исключением непосредственно контактирующих с поверхностью) переориентируются вдоль силовых линий поля. Угол наклона молекул рядом с вершинами второго изолирующего слоя 4 будет максимален. По мере удаления от вершин второго изолирующего слоя 4 угол наклона ЖК-молекул будет уменьшаться. При этом углы наклона с разных сторон вершины второго изолирующего слоя 4 будут изменяться симметрично, но противоположно по знаку. Иными словами, в пространстве между вершинами второго изолирующего слоя 4 закручивающая способность одной части ЖК-молекул будет уравновешиваться закручивающей способностью противоположного знака в другой части. В результате, ЖК-структура раскрутится до 0° (фиг.4b). Таким образом, в скрещенных поляризаторах происходит переключение из светлого состояния со 180° закруткой в темное, с 0°.The display of this design works as follows (see figure 4). Since the molecules of the liquid crystal substance, which were initially oriented parallel to the surface, are twisted through 180 °, the molecules in the center of the layer are rotated by an angle of 90 ° relative to the molecules adjacent to the substrates. (in this case, due to the small thickness of the liquid crystal layer above the thick-film coating, the molecules above it have zero twist - this is a well-known fact in the industry that the twist angle depends on the thickness of the LCD layer; it has no relation to the essence of this proposal). If voltage U 1 is applied between the conductive layer 2 and one (for example, 5b) of a pair of second conductive layers 5b and 5c located on the tops of the first thick-film insulating layer 4, the distortion of the structure will be negligible (Fig. 4a). If a voltage U 2 is applied between the first conductive layer 2 and both second conductive layers 5b and 5c located on the vertices of the second thick film insulating layer 4, then the molecules of the liquid crystal substance 9 (except for those directly contacting the surface) are reoriented to the vertices of the second thick film insulating layer 4 along the field lines. The angle of inclination of the molecules near the vertices of the second insulating layer 4 will be maximum. As you move away from the vertices of the second insulating layer 4, the angle of inclination of the LCD molecules will decrease. In this case, the tilt angles from different sides of the apex of the second insulating layer 4 will change symmetrically, but opposite in sign. In other words, in the space between the vertices of the second insulating layer 4, the twisting ability of one part of the LCD molecules will be balanced by the twisting ability of the opposite sign in the other part. As a result, the LCD structure will spin up to 0 ° (Fig. 4b). Thus, in crossed polarizers there is a switch from a light state with a 180 ° swirl to a dark state, from 0 °.

Возможны и другие варианты изменения структуры, например, из 270° исходной в 90°. Для этого достаточно, чтобы направление ориентации на подложке 7 составляло угол 90°, а оптически активная добавка обеспечивала равновесный шаг ЖК-спирали Р0, удовлетворяющий неравенству:There are other possible variations in the structure, for example, from 270 ° of the original to 90 °. For this, it is enough that the orientation direction on the substrate 7 is an angle of 90 °, and the optically active additive provides the equilibrium pitch of the LCD spiral P 0 , satisfying the inequality:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где d - толщина слоя жидкокристаллического вещества 11 между первой и второй подложками 1 и 7.where d is the thickness of the layer of liquid crystal substance 11 between the first and second substrates 1 and 7.

Для сравнения был изготовлен дисплей стандартной конструкции (на одной из подложек формировались полосы строчного электрода из ITO шириной 0.10 мм, промежутки между полосами - 0.025 мм. На второй подложке 7 формировались (перпендикулярно строчным полосам) полосы столбцового электрода из ITO шириной 0.09 мм, промежутки между полосами - 0.025 мм. Ориентант - фотоориентант SD-1 толщиной 20…50 нм. Толщина ЖК-слоя и его материал - аналогичны используемым выше.For comparison, a standard design display was made (on one of the substrates, ITO line electrode strips 0.10 mm wide were formed, the intervals between the strips were 0.025 mm. On the second substrate 7, ITO column electrode strips 0.09 mm wide were formed (perpendicular to the line strips), the gaps between stripes - 0.025 mm. Orientant - SD-1 photo-orientation 20–50 nm thick. The thickness of the LCD layer and its material are similar to those used above.

Таблица 1Table 1 Контраст знака относительно фона, о.е.The contrast of the sign relative to the background, p.u. Уровень мультиплексированияMultiplexing level Стандартный образецStandard sample Экспериментальный образецExperimental sample статическийstatic 6.3:16.3: 1 20.8:120.8: 1 1:81: 8 5.1:15.1: 1 17.1:117.1: 1 1:161:16 3.0:13.0: 1 12.4:112.4: 1

Таблица 2table 2 Перечень основных технологических операций по стандартной и предлагаемой конструкцииThe list of basic technological operations for standard and proposed designs № п/пNo. p / p Наименование операцииthe name of the operation Стандартная технология с электродами на обоих пластинахStandard technology with electrodes on both plates Предлагаемая технология с электродами на одной пластинеProposed technology with electrodes on one plate 1one Химическая обработкаChemical treatment 2 пластины2 plates 2 пластины2 plates 22 Напыление ITOITO spraying 2 пластины2 plates 1 пластина1 plate 33 Формирование заданной топологии ITO (например, полос)Formation of a given ITO topology (for example, bands) 2 пластины2 plates 1 пластина1 plate 4four Нанесение изолирующего слояInsulating layer 2 пластины2 plates 1 пластина (при необходимости)1 plate (if necessary) 55 Нанесение толстопленочного слоя (фоторезиста)Application of a thick film layer (photoresist) -- 1 пластина1 plate 66 Напыление второго проводящего слоя (например, алюминия)Spraying a second conductive layer (e.g. aluminum) -- 1 пластина1 plate 77 Формирование заданной топологии по второму проводящему слою (например, полос) с одновременным травлением толстопленочного слоя фоторезистаThe formation of a given topology on the second conductive layer (for example, strips) with the simultaneous etching of the thick film layer of the photoresist -- 1 пластина1 plate 88 Химическая очистка перед нанесением ориентантаChemical cleaning before applying orientant 2 пластины2 plates -- 99 Нанесение ориентантаDrawing a orientant 2 пластины2 plates 2 пластины2 plates ИТОГО, операцийTOTAL OPERATIONS 1212 9…109 ... 10

Пороговое напряжение в образце, изготовленном по стандартной технологии, составило 2.8 В, напряжение насыщения - 3.6 В. Соответственно, крутизна вольт-контрастной характеристики составляет 1.29, а ожидаемый уровень мультиплексирования равняется 1:16. Как видно из таблицы 1, контраст изображения экспериментального образца превышает контраст стандартного в 3…4 раза. Кроме того, световая апертура составляет (100 мкм × 100 мкм) /(125 мкм × 125 мкм) × 100% = 39%. Таким образом, она в 1.5…2.4 раза выше, чем у описанных ранее конструкций-аналогов.The threshold voltage in the sample manufactured by standard technology was 2.8 V, the saturation voltage was 3.6 V. Accordingly, the slope of the voltage-contrast characteristic is 1.29, and the expected level of multiplexing is 1:16. As can be seen from table 1, the image contrast of the experimental sample exceeds the standard contrast by 3 ... 4 times. In addition, the light aperture is (100 μm × 100 μm) / (125 μm × 125 μm) × 100% = 39%. Thus, it is 1.5 ... 2.4 times higher than that of the previously described analog structures.

Снижение трудоемкости изготовления и цены пассивно-матричного экрана с электродами на одной пластине по сравнению со стандартной конструкцией с электродами на обеих подложках определяется в первую очередь тем, что в стандартной конструкции число важнейших операций - 12, а в предлагаемой конструкции - на 17…25% меньше (см. таблицу 2).The decrease in the complexity of manufacturing and the price of a passive matrix screen with electrodes on one plate compared to the standard design with electrodes on both substrates is determined primarily by the fact that in the standard design the number of critical operations is 12, and in the proposed design by 17 ... 25% less (see table 2).

Технологически наиболее сложным моментом является создание бездефектной ориентации на поверхности элемента матрицы, в пространстве между соседними вершинами изолирующего слоя.Technologically, the most difficult moment is the creation of a defect-free orientation on the surface of the matrix element, in the space between adjacent vertices of the insulating layer.

В стандартном процессе ориентации может быть использовано либо натирание полимерного слоя на подложке, либо наклонное напыление материала типа SiO2, либо фотоориентация - облучением фоточувствительного полимерного материала типа SD-1 поляризованным светом.In the standard orientation process, either rubbing the polymer layer on the substrate, or oblique deposition of a material of the type SiO 2 , or photo orientation by irradiation of a photosensitive polymer material of the type SD-1 with polarized light can be used.

Первые два процесса на объемных элементах матрицы дают ориентационные дефекты, связанные с затенением. Например, при натирании структуры подложки, аналогичной показанной на фиг.1, перпендикулярно направлению вершин второго толстопленочного изолирующего слоя пьедесталов, ширина неориентированной области достигала 4 мм. Единственно возможным направлением ориентации при натирании или наклонном напылении является направление вдоль вершин второго толстопленочного изолирующего слоя - пьедесталов. Любое отклонение от этого направления приведет к появлению дефектных по однородности областей. Однако направление движения волокна при натирании (наиболее распространенном и дешевом способе ориентации) всегда имеет некоторый разброс порядка ±5…20°, не позволяющий получить однородную ориентацию на объемных поверхностях. Есть и другие проблемы, например, ограничения по диаметру волокна натирающего материала: оно должно иметь диаметр, в несколько раз меньший, чем размер элемента матрицы - пикселя, и т.д.The first two processes on the bulk elements of the matrix give orientation defects associated with shading. For example, when rubbing a substrate structure similar to that shown in Fig. 1, perpendicular to the direction of the vertices of the second thick-film insulating layer of pedestals, the width of the non-oriented region reached 4 mm. The only possible direction of orientation during rubbing or inclined spraying is the direction along the vertices of the second thick-film insulating layer - pedestals. Any deviation from this direction will lead to the appearance of defective homogeneity regions. However, the direction of movement of the fiber during rubbing (the most common and cheapest method of orientation) always has a certain spread of the order of ± 5 ... 20 °, which does not allow to obtain a uniform orientation on bulk surfaces. There are other problems, for example, restrictions on the diameter of the fiber of the rubbing material: it should have a diameter several times smaller than the size of the matrix element - pixel, etc.

Наиболее перспективны при ориентации на поверхностях с объемными элементами матрицы на подложке фотоориентанты, например, уже упоминавшийся SD-1. В нашем случае подложка с объемными электродами 12 и слоем ориентанта SD-1 облучалась вертикально падающим линейно поляризованным светом от обычного источника ультрафиолетового излучения длиной волны 365 нм мощностью 10…20 мДж/см2 (фиг.9а). Если направление поляризации параллельно направлению полос толстопленочного изолирующего слоя, прилегающие к SD-1 молекулы жидкокристаллического вещества, ориентируются параллельно поверхности и перпендикулярно направлению полос толстопленочного изолирующего слоя. Если направление поляризации перпендикулярно направлению полос толстопленочного изолирующего слоя, молекулы жидкокристаллического вещества ориентируются параллельно поверхности подложки и параллельно направлению полос толстопленочного изолирующего слоя. Однако в этом случае боковые грани полос толстопленочного изолирующего слоя оказываются неориентированными, в результате чего молекулы жидкокристаллического вещества на значительной части элемента матрицы имеют хаотическое расположение.The most promising for orientation on surfaces with volumetric elements of the matrix on the substrate are photoorientants, for example, the already mentioned SD-1. In our case, the substrate with volume electrodes 12 and the SD-1 orientation layer was irradiated with vertically incident linearly polarized light from a conventional 365 nm wavelength power of 10 ... 20 mJ / cm 2 (Fig. 9a). If the direction of polarization is parallel to the direction of the strips of the thick-film insulating layer, the molecules of the liquid crystal adjacent to SD-1 are oriented parallel to the surface and perpendicular to the direction of the strips of the thick-film insulating layer. If the polarization direction is perpendicular to the direction of the strips of the thick-film insulating layer, the liquid crystal molecules are oriented parallel to the surface of the substrate and parallel to the direction of the strips of the thick-film insulating layer. However, in this case, the lateral faces of the strips of the thick-film insulating layer turn out to be non-oriented, as a result of which the molecules of the liquid crystal substance on a significant part of the matrix element have a chaotic arrangement.

Пример 2Example 2

Пассивно-матричный жидкокристаллический дисплей, изготовленный из двух стеклянных подложек, одна из которых представляет собой последовательно нанесенные слои: окисно-индиевой проводящей пленки (ITO) толщиной 120 нм, изолирующего слоя SiO2 (100 нм толщиной); толстопленочные полосы фоторезиста ФП-383 толщиной 1.5…1.7 мкм с блокирующими свет алюминиевыми электродами (толщина 0,9 мкм) поверх указанных толстопленочных изолирующих слоев. Ширина полос толстопленочных изолирующих слоев с Al-пленкой сверху составляла 20…25 мкм, а расстояние между соседними полосами толстопленочных изолирующих слоев равнялось 90…95 мкм. Внутренняя поверхность обоих подложек была покрыта фотоориентирующим материалом на базе азокрасителя SD-1 (толщиной 20-50 нм). Ориентирующий слой наносился центрифугированием 1% раствора SD-1 в диметилформамиде и отжигался при температуре 140°С.A passive matrix liquid crystal display made of two glass substrates, one of which is a successively deposited layer: an indium oxide conductive film (ITO) 120 nm thick, an insulating layer of SiO 2 (100 nm thick); thick film strips of photoresist FP-383 with a thickness of 1.5 ... 1.7 μm with light-blocking aluminum electrodes (thickness 0.9 μm) over these thick-film insulating layers. The width of the strips of thick-film insulating layers with an Al-film on top was 20 ... 25 microns, and the distance between adjacent strips of thick-film insulating layers was 90 ... 95 microns. The inner surface of both substrates was coated with a photoorienting material based on SD-1 azo dye (20-50 nm thick). The orienting layer was applied by centrifugation of a 1% solution of SD-1 in dimethylformamide and annealed at a temperature of 140 ° C.

Оптическая схема экспонирования (длина волны 360…365 нм) показана на фиг.5а. Подложки освещались таким образом, чтобы сформировать в ячейке параллельную ориентацию вдоль направления толстопленочного изолирующего слоя. В качестве жидкокристаллического вещества использовался материал MLC-6295 (Merck, Германия) с оптически активной добавкой ZLI-811 (Merck, Германия) для получения равновесного шага ЖК-спирали Р0=100-140 мкм. Толщина ЖК-слоя составляла 6…7 мкм.The optical exposure scheme (wavelength 360 ... 365 nm) is shown in figa. The substrates were illuminated so as to form a parallel orientation in the cell along the direction of the thick-film insulating layer. The material MLC-6295 (Merck, Germany) with an optically active additive ZLI-811 (Merck, Germany) was used as a liquid-crystalline substance to obtain the equilibrium pitch of the LCD helix P 0 = 100-140 μm. The thickness of the LCD layer was 6 ... 7 μm.

На фиг.6 показаны фотографии сформированных структур в микроскопе Olympus ВИЗ с видеокамерой JVC-TK-128L Фотографии сделаны при скрещенном (фиг.6а), параллельном (фиг.6b) расположении поляроидов и в параллельных поляроидах при расположении ячейки под углом 45° (фиг.6с). Видно, что разориентирующее действие боковых стенок сказывается на расстоянии до 30 мкм от них (до 1/3 интервала вершинами толстопленочного изолирующего слоя) с каждой стороны. Контраст такого дисплея даже в идеальном случае не превысит (1.5…2.0):1.Figure 6 shows photographs of the formed structures in an Olympus VIZ microscope with a JVC-TK-128L video camera. Photos were taken with the polaroids arranged in the crossed (Fig.6a), parallel (Fig.6b) and in the polaroids at a 45 ° angle (Fig. .6s). It is seen that the misorientation effect of the side walls affects a distance of up to 30 μm from them (up to 1/3 of the interval by the vertices of the thick-film insulating layer) on each side. The contrast of such a display, even in the ideal case, will not exceed (1.5 ... 2.0): 1.

На фиг.5b показана оптическая схема используемого в данном изобретении процесса фотоориентации. На I этапе пластина с объемными электродами освещается под углом 45° светом, поляризованным в плоскости рисунка. При этом обеспечивается ориентация вдоль направления полос толстопленочного изолирующего слоя на одной из боковых граней объемного электрода. На II этапе пластина с объемными электродами поворачивается на 180° и освещается под утлом 45° светом, поляризованным в плоскости рисунка. При этом обеспечивается ориентация вдоль направления полос толстопленочного изолирующего слоя на других боковых гранях объемного электрода. На III этапе пластина освещается вертикально падающим линейно поляризованным светом, поляризованным в плоскости рисунка. При этом обеспечивается ориентация на поверхности элемента матрицы. Таким образом, формируется структура, равномерно ориентированная параллельно поверхности вдоль направления полос толстопленочного изолирующего слоя.Fig. 5b shows an optical diagram of the photo-orientation process used in the present invention. At stage I, a plate with volumetric electrodes is illuminated at an angle of 45 ° with light polarized in the plane of the figure. This ensures orientation along the direction of the strips of the thick-film insulating layer on one of the side faces of the bulk electrode. At stage II, a plate with volumetric electrodes rotates 180 ° and is illuminated under the angle of 45 ° with light polarized in the plane of the figure. This ensures orientation along the direction of the strips of the thick-film insulating layer on other side faces of the bulk electrode. At stage III, the plate is illuminated by vertically incident linearly polarized light polarized in the plane of the picture. This ensures orientation on the surface of the matrix element. Thus, a structure is formed that is uniformly oriented parallel to the surface along the direction of the strips of the thick-film insulating layer.

Пример 3Example 3

Подложка конструкции дисплея согласно Примеру 2 облучается в три этапа, как описано выше. Вторая подложка изготавливается при вертикальном облучении поляризованным светом. Ориентация и тип ЖК соответствуют указанным в примере 2. На фиг.6d-6f показаны фотографии сформированных структур в микроскопе Olympus BH3 с видеокамерой JVC-ТК-1281. Фотографии сделаны при скрещенном (фиг.6d), параллельном (фиг.6е) расположении поляроидов и в параллельных поляроидах при расположении элемента матрицы под углом 45° (фиг.6f). Видно, что при таком способе изготовления дисплея с объемными электродами разориентация отсутствует.The substrate of the display structure according to Example 2 is irradiated in three stages, as described above. The second substrate is made by vertical irradiation with polarized light. The orientation and type of LCD correspond to those indicated in Example 2. Figs. 6d-6f show photographs of the formed structures in an Olympus BH3 microscope with a JVC-TK-1281 video camera. The photographs were taken with the crossed (Fig.6d), parallel (Fig.6e) arrangement of polaroids and in parallel polaroids with the arrangement of the matrix element at an angle of 45 ° (Fig.6f). It can be seen that with this method of manufacturing a display with volumetric electrodes, misorientation is absent.

При указанном способе ориентации можно регулировать угол преднаклона молекул жидкокристаллического вещества. С этой целью подложка при облучении на первых двух этапах ориентируется дополнительно под небольшим (от 2…5° до 20…22°) азимутальным углом. В результате при необходимости молекулы во всем объеме жидкокристаллического вещества между полосами толстопленочных изолирующих слоев могут иметь ненулевой угол преднаклона.With this orientation method, the angle of the pre-incline of the liquid crystal molecules can be adjusted. To this end, the substrate during irradiation in the first two stages is further oriented at a small (from 2 ... 5 ° to 20 ... 22 °) azimuthal angle. As a result, if necessary, the molecules in the entire volume of the liquid crystalline substance between the strips of thick-film insulating layers can have a nonzero pretilt angle.

Ниже приведены примеры практического исполнения дисплея согласно данному изобретению.The following are examples of the practical implementation of the display according to this invention.

Пример 4Example 4

На данном примере демонстрируется возможность управления дисплеем с помощью объемных электродов, выполненных на одной пластине. Дисплей состоит из двух стеклянных пластин толщиной по 1.0 мм. На внутренней поверхности одной из них последовательно нанесены прозрачный окисно-индиевый слой толщиной 120 нм и изолирующий слой SiO2 толщиной 80 нм. На изолирующем слое в промежутках между полосами прозрачного токопроводящего слоя расположены полосы из фоторезиста ФП-383 высотой 1.7…1.9 мкм. Ширина каждой полосы 20…25 мкм, расстояние между полосами - 90…95 мкм. На вершинах полос находится слой алюминия толщиной 0.5…0.7 мкм. Таким образом, общая высота полос толстопленочных изолирующих слоев с токопроводящим слоем составляет 2.2…2.6 мкм. Окисно-индиевый и алюминиевый слои управляются раздельно. Алюминиевый проводящий слой на вершинах толстопленочного изолирующего слоя выполнен в виде двух вставленных друг в друга гребенок, управляемых независимо. Поверх указанной структуры нанесен слой фотоориентанта SD-1 толщиной 20…50 нм, обработанный таким образом, чтобы ориентировать молекулы жидкокристаллического вещества вдоль полос. На внутренней поверхности второй подложки нанесен слой фотоориентанта SD-1 толщиной 20…50 нм, обработанный таким образом, чтобы ориентировать молекулы жидкокристаллического вещества вдоль полос. Угол преднаклона составлял 2…5°. Зазор между пластинами обеспечивался калибраторами в виде стекловолокна и равен 4,5 мкм. В качестве жидкокристаллического вещества использовался материал MLC-6096+1,0% ZLI-811 фирмы Merck (Германия) с равновесным шагом спирали 10 мкм. Угол закрутки молекул жидкокристаллического вещества равнялся 180°. На наружных поверхностях дисплея находились скрещенные поляризаторы, ось поляризации входного поляроида составляла 0° с направлением ориентации входных молекул.This example demonstrates the ability to control the display using volumetric electrodes made on one plate. The display consists of two glass plates with a thickness of 1.0 mm. A transparent indium oxide layer 120 nm thick and an 80 nm thick SiO 2 insulating layer are successively deposited on the inner surface of one of them. On the insulating layer in the intervals between the strips of the transparent conductive layer are strips of photoresist FP-383 1.7-1.9 microns high. The width of each strip is 20 ... 25 microns, the distance between the strips is 90 ... 95 microns. At the tops of the strips is a layer of aluminum with a thickness of 0.5 ... 0.7 μm. Thus, the total height of the strips of thick-film insulating layers with a conductive layer is 2.2 ... 2.6 μm. The indium oxide and aluminum layers are controlled separately. The aluminum conductive layer at the tops of the thick-film insulating layer is made in the form of two combs inserted into each other, controlled independently. On top of this structure, a layer of SD-1 photoorientant 20 ... 50 nm thick was deposited, processed in such a way as to orient the liquid crystal molecules along the bands. On the inner surface of the second substrate, a layer of SD-1 photoorientant 20 ... 50 nm thick is applied, processed in such a way as to orient the liquid crystal molecules along the bands. The pre-incline angle was 2 ... 5 °. The gap between the plates was provided by calibrators in the form of fiberglass and is 4.5 microns. The material MLC-6096 + 1.0% ZLI-811 from Merck (Germany) with an equilibrium helix pitch of 10 μm was used as a liquid crystal substance. The swirl angle of the liquid crystal molecules was 180 °. Crossed polarizers were located on the outer surfaces of the display, the polarization axis of the input polaroid was 0 ° with the direction of orientation of the input molecules.

Управление дисплеем осуществлялось подачей напряжения между окисно-индиевым и алюминиевым токопроводящими слоями. При этом один из токопроводящих слоев, выполненный в виде алюминиевой гребенки постоянно находился под напряжением U=20 B, на второй токопроводящий слой, выполненный в виде алюминиевой гребенки подавалось или нулевое напряжение - выключенное состояние (фиг.7а) или такое же напряжение U=20B (фиг.7b). На Фиг.7 с представлен оптический отклик дисплея при переключении между включенным и выключенным состояниями, характеризующий динамические свойства конструкции. Длительность импульса - 5 мс, период повторения импульсов - 45 мс. Контраст между включенным и выключенным состояниями равен 168:1; время реакции - 1,1 мс; время релаксации - 18,7 мс.The display was controlled by supplying voltage between the indium oxide and aluminum conductive layers. In this case, one of the conductive layers made in the form of an aluminum comb was constantly under voltage U = 20 V, the second conductive layer made in the form of an aluminum comb was supplied with either zero voltage - off state (Fig. 7a) or the same voltage U = 20B (Fig.7b). 7 c shows the optical response of the display when switching between on and off states, characterizing the dynamic properties of the structure. The pulse duration is 5 ms, the pulse repetition period is 45 ms. The contrast between on and off is 168: 1; reaction time - 1.1 ms; relaxation time - 18.7 ms.

Таблица 3Table 3 V, °V ° В направлении гребенок (Н), °In the direction of the combs (N), ° -60-60 -45-45 -30-thirty -20-twenty -10-10 00 1010 20twenty 30thirty 4545 6060 4545 18:118: 1 30thirty 28:128: 1 20twenty 125:1125: 1 1010 78:178: 1 00 8:18: 1 20:120: 1 63:163: 1 72:172: 1 80:180: 1 130:1130: 1 125:1125: 1 115:1115: 1 85:185: 1 28:128: 1 11:111: 1 -10-10 73:173: 1 -20-twenty 17:117: 1 -30-thirty 7:17: 1 -45-45 5:15: 1

Угловые характеристики дисплея согласно данному изобретению в горизонтальном (Н) и вертикальном (V) направлениях представлены в таблице 3. При отклонении в горизонтальном направлении более чем на ±50° пропускание резко падает из-за эффекта затенения. Однако, как видно из таблицы 2, угол обзора по критерию CR≥5:1 превышает ±60° по горизонтали и ±45° по вертикали. По этим показателям дисплей по данному изобретению превышает стандартные активно-матричные дисплеи на твист-эффекте.The angular characteristics of the display according to this invention in the horizontal (H) and vertical (V) directions are presented in Table 3. When the deviation in the horizontal direction is more than ± 50 °, the transmittance drops sharply due to the shading effect. However, as can be seen from table 2, the viewing angle according to the criterion CR≥5: 1 exceeds ± 60 ° horizontally and ± 45 ° vertically. According to these indicators, the display according to this invention exceeds the standard active-matrix displays on a twist effect.

На фиг.8 показан оптический отклик дисплея при мультиплексном управлении (32 строки; 1 кадр «включено» + 1 кадр «выключено»). Время реакции составляет чуть более 9 мс, а время релаксации - примерно 21.5 мс. Контраст превышает 150:1.On Fig shows the optical response of the display with multiplex control (32 lines; 1 frame "on" + 1 frame "off"). The reaction time is just over 9 ms, and the relaxation time is approximately 21.5 ms. Contrast exceeds 150: 1.

Следует отметить, что расположение второго слоя объемного электрода в пространстве между элементами матрицы позволяет использовать его в качестве черной маски, закрывающей межэлектродные промежутки. Это упрощает технологию и позволяет использовать в качестве проводящего покрытия на вершинах толстопленочного изолирующего слоя непрозрачные материалы, например, алюминий или никель.It should be noted that the location of the second layer of the volume electrode in the space between the matrix elements allows you to use it as a black mask that closes the interelectrode gaps. This simplifies the technology and allows the use of opaque materials, such as aluminum or nickel, as a conductive coating on the tops of a thick film insulating layer.

В качестве материала толстопленочного изолирующего слоя могут использоваться различные фоторезисты, полиимиды и другие изолирующие материалы.As the material of the thick-film insulating layer, various photoresists, polyimides, and other insulating materials can be used.

В качестве ориентирующего слоя на пластине, не имеющей объемного электрода, могут использоваться стандартные материалы - полиимиды при натирании или окись кремния при наклонном напылении.As an orienting layer on a plate that does not have a volume electrode, standard materials can be used - polyimides during rubbing or silicon oxide with inclined spraying.

В качестве фотоориентанта могут быть использованы любые составы, содержащие адсорберы, имеющие стабильный дихроичный диапазон в области длин волн 200…450 нм.Any composition containing adsorbers having a stable dichroic range in the wavelength range of 200 ... 450 nm can be used as a photo-orientation.

Нет никаких специальных требований для жидкокристаллического материала, используемого в данном изобретении. Любой жидкий кристалл может использоваться в этом устройстве.There are no special requirements for the liquid crystal material used in this invention. Any liquid crystal can be used in this device.

Возможны и другие варианты управления.Other control options are possible.

Методы формирования серой шкалы в данной конструкции и способах управления ею аналогичны используемым в стандартных пассивно-матричных экранах. Это - амплитудная или широтно-импульсная модуляция. Возможно также использование для формирования полутонов нескольких элементов матрицы (пространственная модуляция) или формирование среднего за несколько кадров уровня пропускания (полукадровая модуляция).The gray scale formation methods in this design and its control methods are similar to those used in standard passive-matrix screens. This is amplitude or pulse width modulation. It is also possible to use several matrix elements for spatial halftone formation (spatial modulation) or to generate a transmission level average over several frames (half-frame modulation).

Настоящее изобретение предлагает конструкцию и метод управления пассивно-матричным ЖК-экраном с вертикально-горизонтальным переключением, увеличенной световой апертурой и уменьшенным накоплением заряда на элементах изображения. Изобретение базируется на нематических ЖК-структурах и технологии фотоориентации. Могут быть использованы любые материалы подложек, включая стеклянные и пластиковые.The present invention provides a design and a method for controlling a passive matrix LCD screen with vertical-horizontal switching, increased light aperture and reduced charge accumulation on image elements. The invention is based on nematic LCD structures and photo orientation technology. Any substrate materials may be used, including glass and plastic.

Claims (3)

1. Пассивно-матричный жидкокристаллический дисплей, состоящий из двух соединенных в пакет подложек с нанесенными на внутреннюю поверхность первой подложки первым прозрачным проводящим слоем, первым изолирующим слоем и ориентирующим слоем, при этом на вторую подложку нанесен только ориентирующий слой размещенного внутри пакета жидкокристаллического вещества и элементов матрицы, отличающийся тем, что на первом изолирующем слое первой подложки расположен в виде полос второй изолирующий слой, а на полосах второго изолирующего слоя расположены последовательно второй проводящий слой и ориентирующий слой, при этом каждый элемент матрицы формируется на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя.1. A passive matrix liquid crystal display consisting of two stacked substrates with the first transparent conductive layer deposited on the inner surface of the first substrate, the first insulating layer and the orienting layer, while only the orienting layer of the liquid crystal substance and elements placed inside the packet is deposited on the second substrate matrix, characterized in that on the first insulating layer of the first substrate there is a second insulating layer in the form of strips, and on the strips of the second insulating layer the second conductive layer and the orienting layer are sequentially laid, wherein each matrix element is formed at the orthogonal intersection of the first transparent conductive layer and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer. 2. Пассивно-матричный жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что первый прозрачный проводящий слой ортогонален выполненному в виде полос второму изолирующему слою и второму проводящему слою, расположенному на полосах второго изолирующего слоя.2. The passive matrix liquid crystal display according to claim 1, characterized in that the first transparent conductive layer is orthogonal to the second insulating layer made in the form of strips and the second conductive layer located on the strips of the second insulating layer. 3. Способ управления пассивно-матричным жидкокристаллическим дисплеем, включающий последовательную подачу напряжания на полосчатые электроды, составляющие первый проводящий слой первой подложки, и информационного сигнала, отличающийся тем, что подают напряжение US одновременно ко всем полосам первого проводящего слоя первой подложки, информационный сигнал ±UD подают на полосчатые электроды, сформированные первым проводящим слоем первой подложки, и для включения элемента матрицы, сформированного на ортогональном пересечении первого прозрачного проводящего слоя и промежутка между двумя соседними полосами второго проводящего слоя, подают напряжение
«-UD» ко всем полосам второго проводящего слоя первой подложки, а для выключения указанного элемента матрицы подают напряжение «-UD» к нечетным полосам второго проводящего слоя и напряжение «+UD» к четным полосам второго проводящего слоя первой подложки.
3. A method for controlling a passive matrix liquid crystal display, which includes sequentially supplying voltage to the strip electrodes constituting the first conductive layer of the first substrate, and an information signal, characterized in that voltage U S is applied simultaneously to all the strips of the first conductive layer of the first substrate, the information signal ± U D is supplied to the banded electrodes formed by the first conductive layer of the first substrate, and to include a matrix element formed at the orthogonal intersection of the first transparent conductive layer and the gap between two adjacent strips of the second conductive layer, apply voltage
“-U D ” to all the strips of the second conductive layer of the first substrate, and to turn off the indicated matrix element, the voltage “-U D ” is applied to the odd bands of the second conductive layer and the voltage “+ U D ” to even strips of the second conductive layer of the first substrate.
RU2008126621/28A 2008-06-30 2008-06-30 Passive-matrix lcd and method of its control RU2393517C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008126621/28A RU2393517C2 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Passive-matrix lcd and method of its control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008126621/28A RU2393517C2 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Passive-matrix lcd and method of its control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008126621A RU2008126621A (en) 2010-01-10
RU2393517C2 true RU2393517C2 (en) 2010-06-27

Family

ID=41643698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008126621/28A RU2393517C2 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Passive-matrix lcd and method of its control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2393517C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008126621A (en) 2010-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9280018B2 (en) Multistable reflective liquid crystal device
JP3338025B2 (en) Liquid crystal display device
JP5767687B2 (en) Liquid crystal display device and manufacturing method thereof
JP5007771B2 (en) Liquid crystal display element
KR0125785B1 (en) Liquid crystal device
JP2994814B2 (en) Liquid crystal device
JP2002357851A (en) Liquid crystal display device
KR100372279B1 (en) Liquid crystal device and manufacturing method thereof
US20030067566A1 (en) Reflective type ferroelectric liquid crystal display and driving method thereof
JP2004302260A (en) Liquid crystal display and its manufacturing method
RU2335004C2 (en) Passive-matrix liquid crystal display and method of its control
KR20190004685A (en) Liquid crystal device and Liquid crystal display device
RU2393517C2 (en) Passive-matrix lcd and method of its control
JP2002214646A (en) Liquid crystal display element
JPH09146097A (en) Liquid crystal display device
US20080106662A1 (en) Bistable Liquid Crystal Device
KR20010065035A (en) Method for fabrication a liquid crystal display device
JP4220729B2 (en) Liquid crystal light modulator and liquid crystal display device using the same
JP2001255524A (en) Liquid crystal display element
TWI281996B (en) Nematic liquid crystal electro-optical element and device
JP4252202B2 (en) Liquid crystal light modulator using ferroelectric liquid crystal and manufacturing method thereof
JP2000075308A (en) Liquid crystal display device and preparation thereof
US20040131798A1 (en) Liquid crystal display device and method of producing the same
EP0271344A2 (en) Liquid crystal display element and method for driving same
KR20020028518A (en) Method for manufacturing liquid crystal display of using feroelectric liquid crystal material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120701

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150227

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20150303

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160701