TW296438B - - Google Patents

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206438 A7 經濟部中央標攀局員工消費合作社印裝 B7五、發明説明（1 ) 本申請案部份由政府支持•由國家科學基金會 (National Science Foundation)贊肋之合作契約號碼為 D M R 8 9 - 2 0 1 4 7及D M R 9 0 - 2 0 7 5 1。政府對此發明有—定之權 利。 平板液晶顯示器於顯示技術中為重要零件。因其成本較 . 低且清晰度較高，故已使杻轉向列型（Τ N )與超杻轉向列型 (S TN )晶管、锁電型液晶及液晶一聚合物分散體用於各種 顯示用途。已往之技術各有缺點。TN及STN二種晶管皆需 複雜之表面處理而增加製造困難及費用。因TN晶管於近晶 管表面固有殘留雙折射，故其暗態通常不夠暗。為得良好 之影像對比，T N及S T N晶管可能需要外加之延遲層或補償 層而更增加其製造之困難及費用。再者，STN及TN晶管於 其電壓開故狀態呈黑暗而於其電壓關閉狀態呈明亮，使多 像素顯示器中之尋址線路複雜化。鐵電液晶亦需要精细之 表面處理且易受機械沖擊而限制其應用。聚合物一液晶顯 示器因需聚合物而增加其成本且使其製造複雜化。本發明 提供一經濟之方法替代該等技術，其具有之優點為低成本 、極暗之關閉狀態、明亮之開啟狀態、絕佳之對比、固有 顔色可透性、Μ及對若干應用而言，有低臨限切換電壓。 發明之揭示交 -» 本發明係關於新穎液晶顯示技術，其使用具有負介電各 向異性之對掌向列型液晶。本發明提供一取代Τ Ν及S Τ Ν型 晶管之經濟装置，其具有許多優點。第一，依賴同向表面 n^— n^n m^i mf (m I nn I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消资合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 排列之裝置遠較Τ N晶餐所需之均一表面排列容易得到。其 減少製造步驟之數目，使此装置之製造更容易且更便宜。 第二、本發明装置之黑暗或不透光的"關閉"狀態具有絕 佳之消光性a對一法向入射光無殘留雙折射。因此，其不 透光狀態遠較τ n晶管所呈琨者為暗，而不需正延遲層。第 三、可調整此裝置而達到極小之臨限電壓，a可圼現灰度 . 。第四、準直光之對比率•表示於某一電場電壓之透射強 度對無電埸之透射強度之比率*其對法向入射光而=可超 過3 0 0 0 : 1，遠優於大部份之Τ N晶管。再者，此對比率於暗 視埸顯示器上圼現高視野。於暗货景上自高視野寫人遠較 過明視場顯示器，如TN晶管，自暗視妤寫入有利。最後， 對某坚姐合而言，隨外加電壓之顯色可望優先透過。調整 晶管參數可使該装置用於許多顯示用途上，且顯然其開銷 較目前琨有之技術更能收效》 如上述，本發明係基於具有負介電各向異性之對掌向列 型液晶物料。-足夠薄之晶管，其表面經處理Μ促使液晶 同向排列時 > 對掌型物料之螺距將解開，且幾乎於整個晶 管中，液晶圼現均一同向排列。若調整螺距使液晶導子横 跨晶管之横向進行近9 (Γ之方位旋轉，則此装置可用作高 對比率之光閘。零電壓下，各分子趨同取向因而在插置於 正交偏光鏡間時，法向人射光不會通過晶管。本發明晶管 >* 之電場-關閉狀態較一般於Τ Ν或S Τ Ν晶管中產生為暗，此 乃因於表面無面内雙折射層之故。 於足夠高之電壓下，液晶近乎隨導子螺旋扭轉幾乎平行 -----^--- -裝------—訂--^-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ2?·7公釐） 經濟部中央標孪局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 晶管壁捲繞過大部分晶管内部。通過液晶物料之偏極光歷 經一連續延遲，並Μ接近液晶之方位旋轉角度，約9 (Γ ， 再穿過正交偏光鏡後出琨。 根據前述，本發明之一具體實施例為提供液晶顯示装置 ，其a含晶管壁及配置於晶管壁間之對掌向列型液晶物料 。晶腎壁包括Μ電力尋找液晶物料位址之装置及平面偏極 - 光通過之装置。定位各偏光鏡以使通過之偏極光幾乎垂直 於通過另一偏光鏡之餳極光，意即，使該等偏光鏡Ε交。 晶管壁亦施予處理Μ促進液晶物料同向排列。此液晶物料 具有負介電各向異性且含有足夠低最之對掌型物料以使遍 及晶管之液晶導子在無電場下能同向排列。於一具體實陁 例中，晶管壁之相隔距離約為對掌向列型液晶螺距長之 3 / 2倍，Μ使臨限電壓達最小。於一較佳具體筲陁例中， 液晶物料具有之有效螺距長可於雷場存在下使通過晶管之 光旋轉約9 (Γ 。於另一具體實施例中，可調整晶管厚度而 使得二個可能之偏振本徴模間之任何光延遲接近2 λ 之整 數倍，意即3 6 0 ° ，以使透光度最大。 於另一具體實施例中，至少一個晶管壁經處理而促使相 鄰之液晶分子作從伏取向之方位傾斜，較佳為平行於一偏 光鏡之取向。於一較佳具體實施例中，於跨越晶管壁表面 且相對於晶管法向一角度之方向吹入含玻璃隔片之氟氯烷 冷劑處理晶管壁Κ促進從優取向。其他從優取向之方位傾 斜方法可包括角向沉積S i 0接著界面活化劑，或接著塗膠 聚合物再接著界面活化劑。 —^1 ^i^i— a^i^i ^1.^1 > t ml n^i tit nn J / n n ml ^ϋ- . i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^06438 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 B7五、發明説明（4 ) 此對羣向列型液晶為一具有負介電各向異性之向列型液 晶及對掌型物料（其含最足Μ產生所需之螺距長）之混合 物。適用之向列型液晶及對掌型物料市面有售，且為一般 熟練本揭示文之技藝者所知。向列型液晶及對掌型物料之 量可改變，視選用之特定液晶及對掌型物料，以及所需之 操作模式與晶管厚度而定。一種本技藝常用技術可用以選 > 擇適合本發明之物料，其係根據對掌型摻雜液晶之一般原 理以得到最適螺距，例如，於霍夫曼一拉羅曲 (Hoffmann-La Roche)有限公司製作之手册中教示之方法 ，標題為"如何摻雜液晶混合物以確保得到最適螺距及補 償溫度關聯性，史卡特（S c h a d t)等人U 9 9 0 )，其併入本文 以玆參考。對高對比之光閘而言，通常選用對掌型物料之 百分比在使導子產生9 (T旋轉而橫跨晶管之厚度方向，唯 改變對掌型物料之量亦可達到特殊用途。 適合促進液晶同向排列之表面處理已為一般熟練此技藝 者所熟知，包括矽烷及界面活化劑。一種適用之界面活化 劑為溴化十六烷基三甲基銨（Η T A B )。 晶管可藉用該等熟練此技藝者所知之任何方法，如有源 矩陣、多路化電路及電極，尋址。適用之偏光鏡市面亦有 售，且為一般热練本揭示文技藝者所熟知。 於進行本發明中，製備晶管底材，然後用普通方法Μ例 如環氧樹脂或其他物料沿其邊緣局部封住。製備一含有所 需量之向列型液晶及對掌型物料之溶液，然後導入晶管底 材間。晶管可藉由一般熟練本技藝者所知之方法，填滿如 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7五、發明説明（5 ) 藉由毛细作用。較佳之技術偽以油真空填滿晶管。此法改 善晶管均勻度且除去晶管中之氣泡。對於Μ電力尋址之晶 管而言，於導入液晶之前，使晶管壁塗覆透明電極，如 氧化絪錫。 雖不想受限於理論，但根據本發明之晶管仍可由於改良 晶管#數而圼琨極小之臨限電壓。施加一電場垂直於一經 - 處理使具有負介電各向異性之對掌向列型液晶分子作同向 排列的晶管上時，有三項或三方面可定出晶管中之自由能 特性。總而言之，彎曲彈性使其制於同向排列，而負介電 慼率各向異性有利於平行於晶管表面之分子取向，二者造 成所謂弗里得瑞克氏（F「eedericksz)轉換，意即，於某臨 限電壓，傾向扭曲液晶分子之電場克服彈性能而發生轉換 。然而，對掌型物料亦有一基本杻轉態。若起初為同向排 列，降低液晶分子之眭蠆且完成报轉之唯一方法為先呈現 彆曲扭曲。因此，雷場及對掌型物料之傾向杻曲，此二者 與彎曲彈性競爭而降低臨限電壓。不像一般之扭轉向列型 晶管，其臨限雷壓（V t h )與試Η厚度無關，本装置之V t h 為基態螺距P b u i k試片厚度d及扭轉對彎曲彈性常數之比 的函數。當螺距為約1 . 5 X d時，可使此一晶管之V t h達 極小0 於另一具體實施例中，源自晶管之透光強度及均勻性可 藉調整晶管參數而達最大。當該螺距能有效旋轉通過晶管 之極化光約9 0 °且晶管之厚度可使任何介於偏振本微模間 之光延遲接近3 6 0 ° 之整數倍時，可由此晶管得到絕佳之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) -裝- 、\=° 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS).A4規格（210X297公釐） A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裳 B7五、發明説明（6 ) 透光性。V < V t h時/進入晶光之偏極光圼趨同取向且既 未旋轉亦未延遲。因此，光未通過位於晶管對面之正交偏 光鏡，a此装置於雷場關閉狀況時為暗。因晶管中無殘留 之雙祈射，故對法向之入射光，電場關閉狀況為格外黑暗 而不需任何延遲層。 V 〉Vth時，發生導子相對該層法向之傾斜。並且，導 ， 子所具之螺旋軸平行於底材法向。偏極光同時受延遲及 旋轉，因而讓光通過正交偏光鏡。因分子具有負介電各向 異性•故對V > V t h而言，有2 71 之方位傾斜簡併角，意 即，導子可自晶管法向偏斜至任一方向。可知於較高電壓 時，其對自晶管所觀測之透光性幾乎無影響，因液晶分子 處於絕熱限時，使光學場繞螺旋軸旋轉而與表面之方位取 向無關。然而，於恰裔於V t h之較低雷壓時，光學絕熱限 尚未達到。於此情況，晶管呈琨似紋影之姐織。 於接近晶管表面處，分子導子並非恰平行於晶管表面， 導子之方位取向於跨越晶管表面時逐點點改變。當無從優 之方位取向時|導子可採取任一方向。當導子之方位取向 不平行亦不垂直於一偏光鏡時，出自偏光鏡之電場向量 可分成二個分量，作本徵模。各本徴模繞導子旋轉且出琨 於晶管之對面。再者，各本徵模可Μ其自己之速度通過晶 管而使二個本徵模間有一相位移，意即延遲，而於二本徵 -·* 模間造成橢圓極化光。然而，當其方位取向平行或垂直於 徧光鏡時，電場向量不會分成二個本徴橫。單一本徵模之 線性偏極光可跨過晶管旋轉約9 0°且自正交偏光鏡出現。 -------- -裝------丨訂----- 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 第8 3 1 Ο 6 2 3 3號專利申請系 中文說明書修正頁（δ5年4月）Α7 Β7五、發明説明（7 ) —一 —1 . 〆 ':」 若發生於導子既不平行亦不垂直於偏光鏡之區域中的二 個本徴分最間之缌相位移未仔细調整至36(Γ 之倍數時， 則於此區域中*光穿透晶管之量將會減少。於較低霉朦下 ，此區域與導子平行或垂直於偏光鏡之區域間有透光度言 ，其造成可觀之明與暗區（姐繊）*此乃因尚未達到絕熱 限之故。於較高雷壓下，已達到絕熱限，可使單一本徴模 能有效旋轉而自正交偏光鏡出現最大強度因而明暗組織幾 乎不可見。另外，對於一給定之晶管而言，可藉由調整晶 管厚度使透光強度及均勻性達而使二本徵模間之相位移為 360 ° 之整數倍。於此情形*線性偏極光旋轉90°而自正 交偏光鏡出現。因此*延遲角為3 60° 之倍數時》將使導 子既不垂直亦不平行於僑光鏡之區域有最大之透光度時， 與姐繊有闞之對比呈極小而使晶管近乎圼均勻明亮。 本發明者已發現對一給定之雙折射而言，可調整晶管厚 度Κ符合此條件且使透光強度最大。再者，若使一表面之 方位傾斜棑列平行於偏光鏡，所謂易生釉*則幾乎無表面 雙析射且僅一本徵模存在*而使二個本徵模之問題完全消 除。處理一表面Κ提供易生軸而藉以使分子沿一從儍方向 傾斜，其亦可用以減少或除去姐織之生成。將填有玻璃隔 片之液體氟氯烷Μ偏離晶管法向如約35°之角度*吹過界 面活化劑，可產生該易生袖。其他可行性包括機械擦塗、 沉積非常少最之聚合物，及使用其他表面處理法，如矽烷 〇 本發明之許多其他特性、優點及更完全之了解可參自Μ -裝 訂 ； \ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X__29li釐_) 9薄號專利申請案 中文說%霄修正頁（85年4月）A7 B7 五、發明説明（ 下較佳具體實例之詳述及附圈。 画示之簡蓉銳明 圖1為於電場闞閉狀態時，根據本發明晶管之横截面格 式圖。 圖2為於電場開啟狀態時，根據本發明晶管之横截面格 式圖。 圖3為於電場存在下，於跨越晶管厚度方向•液晶取向 之概念圖示。 圖4及5為根據本發明之晶管呈現之對比率相對於入射 晶管之光角度變化圖。 _6為根據本發明晶管之透光度對外加電壓之響懕圖。 圖7為根據本發明晶管之漫射入射光所圼現之對比率相 對於入射角度變化之圖。 圖8為根據本發明之另一晶管呈琨之對比率相對於入射 晶管之光角度變化圖。 圖9為圖8晶管之透光度對外加電壓之響懕圖。-圖10為圖8晶管之漫射入射光所呈現之對比率相對於人 射角度變化之圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 --------^裝------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖11為本發明之另一晶管圼現之對比率相對於人射角度 變化之圖。 圖12為根據本發明另一晶管之透光度對外加雷壓之響懕 圖0

1L 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 第83106233號專利申請案 中文說明書修正頁（85年4月）A7 B7 „.V"WWW1Wi_ λ.,五、發明説明ί 符號 元 件 10 液 晶 管 11 液 晶 12 載 物 玻 片 14 氧 化 絪 錫 16 界 面 活 化 劑 17 交 流 電 壓 源 18 液 晶 分 子 20 正 交 偏 光 鏡 20 ' 正 交 偏 光 鏡 較佯县餺啻瓶例之詳湘銳明 圖1及2分別表低於及高於臨限電壓Vth時，根據本發 J 装 Ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29)if ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 明液晶晶管1 0之横截面簡圖。液晶1 1置於塗有氧化絪錫 U TO ) 1 4作為電極之載物玻Η丨2間。使一·層界面活化劑 1 6沉積於I Τ (〕上以誘發液晶分子1 8之同向排列；正交偏光 鏡2 0、2 0 ’置於晶菅壁1 2之外側，Μ交流電壓源1 7連接至 晶管Μ利用I TO電極跨越晶管施加電壓。 IM 1顯示晶管於電場關閉情況，其V < V t h 。於此情況 - ，分子導子於整個晶管中與晶管法向保持平行。沿晶管法 向人射之光受偏光鏡2 0或2 0 ’偏極化。因光傳播方向與液 晶導子保持平行，故無雙折射|亦無光延遲。當光離開晶 管時保持偏極化，而由對面之偏光鏡2 0或2 0 ’吸收•其與 第一偏光鏡正交而造成消光。對斜入射光而言，光Μ —相 對於分子導子之角度傳導過液晶，因此發生些許延遲。於 此情況，些許之光將以一斜射角通過正交偏光鏡而造成對 比率之下降。閫2顯示晶管於電場開啟情況，其V > V t h 。於此情況，分子傾向平行於晶管壁排列 '意即，垂直於 &晶菅法向所加之電場。^ 圖3為一概念圖示，於V > V t h時，分子取向為沿晶管 法向度置之、函數。如圖所示，於表面之分子平行於晶管法 向。極化傾斜角4於晶管本體内漸增，於中心達最大此時 —- *-~1 " 分子多少會平行於晶管壁。另外，分子繞著一平行於晶管 ,法向之嫘旋軸作運動，其稱作方位角Θ 。對足夠長之螺距 、足夠大之分子雙折射及足夠大之極化傾斜角而言，如電 壓V達大於V t h時，沿晶管法向傳播之光造成之有效雙祈 射較大。此為A絕熱限"，其光電場向量繞螺旋軸旋轉， -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^裝----^---訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 2964S8 A7 B7五、發明説明（1Q) 意即，其遵循分子導子方向。於此情形，接近表面之初始 方泣角隨晶管表面之位置混亂變化•而對測得之穿透光幾 乎無影響、 因光經晶管之傳播視折射率、導子之局部極化傾斜角. 螺距、試片厚度及觀察角而定，故顯然，晶管之性能將強 烈取決於一批可調整之參數。本發明者業已發琨關聯對箪 > 型液晶螺距之晶管厚度參數，而得到極高對比之光閘並使 臨限電極達最小。 臨限雷壓為螺距與厚度比之函數。當對掌向列型液晶之 負介電各向異性△ J 0且本體内之螺距pb u , k以pb u : k = 2 JZ / q。表示時》則自由能之公式（1 )如下表示： I-=/：Κη(ά X V X ή) η-(ή · V χ ή - q〇) -^：Δχ(Ε·ή), 其中Κ 2 2及Κ 3 3分別為扭轉及鹫曲彈性模數，η為導子· 且Ε為外加電場。對於經處理作同向排列之足夠薄的晶菅 而言，於晶管厚度稍小於螺距且無雷場作用時•螺旋體將 解開且導子於整個晶管中皆垂直於晶管表面。取垂直表面 之方向為Ζ ，而X及y方向於晶管平面上，則沿Ζ之電場 將傾向旋轉導子使E丄η 。此效應會與傾向維持均一導子 ,指向之彎曲彈性項競爭。設導子指向自Ζ偏離一微小偏差 ，則晶管中液晶導子之笛卡兒分量公式（2 )如下表示： ------- —裝------訂------線 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 第83106233號專利申請案 中文說明書修正頁（85年4月） A7 B7 五、發明説明（// :s:n ^smQ ϊ： φ si/iQ :j/" (ρ c/σΛ.Θ = φ crojQ = 1 (2) 其中0為自Ζ軸之極化角且0為x-y平面之方位角。自由 能K必及Θ表示成： F = ΆΚ, 無對掌 曲彈性 。高於 小*且 值物料 正比於 試片可 可能發 導子繞 對掌性 dz 性時， 項主控 臨限電 導子發 之一般 K 2 2之 藉杻轉 生，但 圓錐旋 在非零 K 2 2項 自由能 壓時， 生旋轉 弗里得 項。因 而降低 若引入 轉自晶 之Φ時 dz (φαλίθ) 门) 消失。低於一固定之臨限電壓時，彎 *其於0 =0為最小，且試片維持均一 電場項變得重要，4古0時F減至最 使其不再平行於電場。此為具負介電 瑞克氏轉換。然而，對掌性引出另一 對掌向列型於其基態時圼螺旋狀，故 其自由能。雖然對均一同向排列比不 少量之彎曲，則仍可達成扭轉。然後 管之一平面至另一面，如圖3所示。 有利。對式3中自由能之β使用尤拉 ^ ^裝 . 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 拉格朗氐方程式*則可知螺旋结構之 £ = 相當於螺距 2^,3K„q。 懕注意當式（2)之近似解成立 時，螺距與極化角0無關之假設僅適用於小4。將最低能 最之傅利葉分最0 =必qisinqiz代人式（3)，其中0)1 = 44-— 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 五、發明説明〇2 / d，則得 队Ml·.队, iiuiLκ„ A7 B7 K ,,(1^Τ'Γ ί· ^ΔχΕ! 注意各向異性為負且雷壓V = Ε d，可得弗里得瑞克氐臨限電 壓之表示式： νΊ ill -Δ·； K，d: κ, (S) 式（5 )表示對一足夠厚之晶管而言，臨限雷懕消失。其於 臨界厚度 d K, 時發生。因Κ33通常約為3Κ: 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 故臨界厚度d e約為液晶本體螺距P h u i k之3 / 2 。然而，此 條件通常無法提供最大之對比。對比之改善可藉由減少對 掌型摻雑劑，伴隨V t h增加而得。 因此，根據本發明，藉由提供具適當厚度且含足夠低量 之對掌型物料的晶管，以使液晶於無電場下呈同向排列， 可得到極佳之光閘。詳细言之，若採甩本晶管之幾何形狀 作平板顯示器，則於電場關閉狀況時，正交偏光鏡間呈極 暗。高於臨限電壓，其4夫0且導子具有一有限之螺距 d Θ / d z時，可得一般之雙折射，並同時使光電場向量旋轉 。於電場.開啟狀況，光可穿過偏光鏡且像素圼光亮。當電 15- 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) A4規格（210X297公釐 I · I批衣 訂 I. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（13 ) 壓恰高於v t h時，分子之極化傾斜角較小，且所見之有效 雙祈射光成比例減小。因此，此裝置主要作為光延遲之晶 管。無從優易生铀作方位取向時，θ可於跨越晶管面時逐 點漂移，造成不欲之姐绱。然而，對於高於臨限電壓之一 適當電壓而言，極化傾斜角4於晶管之大部份中皆接近；I / 2，'而此装置於絕熱限中運作可作為光延遲及旋轉姐合之 - 晶管。因為透光度視光電場向最的缌方位旋轉角Θ及光延 遲而定*故可得到接近均勻之亮度。據此· 0 ^ Τί / 2傾向 得到最大之透光度，然而· 3 / 2螺距之晶管厚度得到最小 之臨限電壓。再者，無從優之方位取向時，若滿足上述0 G 7Ζ / 2之條件且根據公式J' 2 π / λ Δ η „ f r ( z ) d ζ 2 2 7ί >其 中n為有效雙折射率巨2為晶管厚度，而調整晶管厚度使 二個本徽模間之相位移為3 6 (Γ ，意即2 之整數倍時， 可使晶管得到二個本微模及最大之透光度。 奩例1 製造一晶管，其包含覆有ITO及界面活化劑ΗΤΑ B之玻璃 Η ，並首先小心地於一玻璃Η之表面均勻沉積少量之7 wm直徑玻璃桿（通常長度近似20/im )。第二玻璃Η面 朝下置於第一玻璃Η上，且於適當之地方以抽真空進行。 然後以可藉U . V .硬化之環氧樹脂將晶管封口。間距均勻度 、於2 c m X 2 c m之表面上測得為約7 土 0 . 5 u m 。自黏性 之二正交偏光鏡置於晶管壁之外表面上，然後於室溫將 C B 1 5對掌型物料及Z L I - 2 8 0 6向列型液晶之混合物填入晶管 « C B 1 5存在量Μ重量計為0 . 9 9 % ，其係基於對掌型物料及 n - 1- I I— I I I I- - - ! - . - - —*x/_ —i - I Di .1 - —In I τ. I i— 1 .1— -I I I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 本紙張度適用中國國家標準（CNS ) 格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7五、發明説明（14 ) 向列型液晶之總重。Z L I - 2 8 0 6具有介面感率各向異性為 約0 · 3 3且雙折射率為0 . 0 4 4 。二種物料可購自默-克（E . M e「c k )公 3] 於室溫之光學顯微鏡下覬察試Η ，可觀察到極佳、無缺 陷之同向排列。施加交流電壓6 Ο Η 2時，物料於1 . 7 5 V r m s'開始呈規似紋影之姐織，而自晶管之透光度不均一。 - 當電壓增加至近似3 V，晶管於二個正交偏光鏡下圼均勻光 亮 。 然後將晶管置於自操作波長λ = 6 3 2 8 A之H e - N e雷射射 出之光束路徑上。光束接連通過第一偏光鏡、試片、第二 正交偏光獍、截光器而進人光雷二極體偵測器。偵測器之 输出饋入一 I貞定放大器，其設定於3 1 7丨丨z之截光頻率。自 鎖定放大器之输出Μ數位伏持計量測，其正比於偵測器之 光強度。 先不加電壓至試片上而量測法向人射光之強度，然後施 加3 V r m s 、6 Ο Η z之電位至晶管再量測強度。對比率取 成I ( V = 3 V )/ I ( V = 0 )。在晶管處於3 V之電場開啟狀況時，藉 由量測一般H e - N e雷射入射光之透光強度而決定晶管之透 光度。Μ通過一片置於二平行偏光鏡間、覆有氧化絪錫之 玻璃片的光強度除該透光強度。後者之量測幾乎可代表晶 管中之理想透光度。對此實例而言，得到20¾之透光度。 然後使晶管繞一平行於偏光鏡及位於試片平面内之铀旋轉 ，而再最測其對比率。重覆此方法至6 (Γ之旋轉角，並將 结果繪圖而示於圖4 。如圖4所示，晶管呈琨之對比，至 m al^n fll mt nn ml ^lelf t^^i— 一 m^i n 1 * 0¾ 务 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 A7 B7五、發明説明（Ί5) 2 0。為高於2 0 0 0 : 1，至6 0 °為高於1 0 0 ·· 1 。 然後將晶管潰新取向使旋轉軸相對偏光鏡成4 5 °且位於 晶管平1Η1内。圖5顯不其對比率ϋ於觀察角大於2 5 時， 對比變得相當差，大部份係由於在電場關閉狀態斜向穿透 晶管之透光度增加的原因。於此，偏極光為尋常光與異常 光乏混合，因此於電場關閉狀態巨斜向入射時發生光延遲 ， 。此與圖4所示之结果成對比，於圖4中，對於斜向人射 ，偏極光為纯異常光或纯尋常光，且因此於電場關閉狀態 下，有一點或沒有光穿過正交偏光鏡。 然後使晶管旋轉回至法向人射，且穿透之雷射光強度經 測量為外加電壓之函數》測試之结果示於圖6 。由此可知 於6 0 H z < w < 1 Ο , Ο Ο Ο Η ζ之範圍，所有结果與驅動頻率 無闞。較低頻無測試。發琨臨限電壓h為1 . 7 5 V · a I ( 9 Ο ϋ； ) / I ( 1 0 :¾ )之電壓比約 1 . 4 5。 藉著Μ觸發開關切換交流電壓開或關且用數位貯存示波 器測量訊號而測定透光強度之上昇及下降倍數。開啟3 V r ms電位後，強度開始增加前有約200微秒之延遲，接著 1 5 0微秒上昇至最大強度之9 0 % 。關閉電壓，透光度立刻 開始衰退，於約7 0微秒掉至最大值之1 0 % 。對3 . 6 V之訊號 而言，上昇強度無延遲且上昇強度至其最大值之90¾的 ί 300微秒中幾乎呈線性。 然後將雷射於晶管上擴展至約2 c Π!直徑之點。於晶管前 置一片基玻璃使光漫射，接著置上0 . 8 c ra直徑之光罩。直 接於晶管後方，約0 . 6 c m之距離，置一具有約1 c m2接收 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝---- '訂 —-.it 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐.) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（16 ) 面積之大面積偵測器/不用截光器。於此量得之對比率 I ( V = 3 V ) / I ( V = 0 )為角度之函數。结果示於圖7 。對法向入 射光而言，達到之對比率大於約5 0 : 1。於6 0 °人射時，對 比率大於約1 0 : 1。 如前述貫例之方法製備晶管，其中液晶物料為一含有以 * 重最計1 . 6 5 % C B 1 5之Z L I - 2 8 0 6混合物。對此晶管進行如前 述宵例中對比率及強度對電壓之實驗。雖然示於圖8之 H e - N e雷射光之對比率少於實例1中使用較低對掌性之物 料，但此晶管於高至5 5 °角度仍圼現對比率高於1 0 0 : 1 。 晶管圼現對比率之減少係由於較緊密之螺距造成光旋轉略 大於；I / 2，使得許多光不能通過正交偏光獍。應注意，當 偏離法向之入射角為約4 0°時，對比率顯示一尖峰。量测 法向人射光之強度對電壓，且结果示於圖9 。如所預測， 較高對箪性物料之臨限電壓小於實例1之物料，其約為 1 . 2 5 V 。雖然前述實例之物料在高於V t h時強度緩慢上昇 ，但此物料之姐織即使低於約3 V之電壓，仍可測得。此乃 因晶管尚未到達其絕熱極限之故。画1 0顯示此晶管對漫射 之H e - N e光的對比率。此較高對掌性之對比率明顯小於圖 7所示之實例1物料。 , 富例3 除將1 . 0 S； C B 1 5之Z L I - 4 3 3 0向列型液晶（摩克）混合物 填入晶管外，如實例1所述之方法製備一晶管，此物料具 有較高雙折射（Δ η = 0 . 1 4 7 )、略小之介電各向異性（Δ - i j - i I . s 1^1 - i 1 士^〆 1-- I 1 _ -Iry - i I I..... I I 0¾ i 务 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS〉A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裳 20C4S8 A7 B7五、發明説明（17 ) X = - 0 . 1 5 )，及小於實冽1 Z L [ - 2 8 0 6三分之一黏度。因此 ，較小之極化傾斜角可達到絕熱限，巨可有較大之光延遲 由於較低之介電各向異性·故此晶管之臨限電壓為約 3 . 1 V ° 使用電埸開啟雷壓4 V，對H e - N e雷射光之法向入射對比 率為約8 0 0 : 1 ，如圖1 1所示。由於其雙折射較大，故對斜 > 向人射光言其暗狀態之穿透光多於茛例1之物料。於4 0 ° 角之對比率約4 ，於2 (Γ之對比率為1 . 3 。然而，對比率 隨角度之快速下降，可藉使用負光延遲層成使用稍可降低 雙折射之物料而減媛。 法向人射之11 e - N e雷射光的透光度至少為8 5 % ，大部份 由於更完全之絕熱旋轉及較大之雙射。隨著黏度大幅降低 ，響應時間大幅增快。儘管於装置反應出電壓前有一少最 延遲，敗動時間仍為約3 0毫秒，其視外加電壓而定。關閉 時間約為50毫秒。 於顯微鏡下用白光觀察晶管。於4 V時，穿透光顯琨白色 。於較高之電壓可觀察到顔色，隨外加電壓之增加，自黃 色至橘色，再至紅色。顔色效應約來自一部份光譜對其他 部份之從優光延遲。為使組織減至最少，於表面之導子方 位取向理想上應相對偏光鏡成約45° ，而造成二個等振幅 ,之本徵模。此外，旋光度為9 0 ° 。因此，结合準直光之高 透光度及顔色 > 可用至彩色投影装置。 窖例4 除使用氟氣烷冷劑斜向噴塗於經界面活化劑處理之表面沈 I,------ —裝-------訂-----，線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製

A7 B7五、發明説明（1 8 ) 積於玻璃隔片上外如前述各實例製造另一 7 u in厚之晶管 。距雜玻璃Η 4 0 c m且K相對底材法向約5 5 °角度哏塗氣 氯烷冷劑。 將C B 1 5之Z L I - 2 8 0 6混合物經數次稀釋後填人晶管。因此 精確之濃度未知，但基於C B 1 5及Z L I - 2 8 0 6之總重，其似乎 為約1 . 9 %之C B 1 5，Μ重黾計。此濃度僅自V t h為0 . 3 5 V估 • 算而得。使用光學顯微鏡可觀察到無電場時之均一同向組 織，但仍有些許缺陷存在，其可假設大滴之氣氮烷冷劑打 擊表面而使Η T A B界面活化劑破裂。對V > V t h而言，恰高 於臨限電壓時僅觀察到少量姐織。另外，一些多少互相平 行、約1 00 u πι長之钊條暗區可於均勻之光亮背最中沿試 片畏度方向觀測到。較暗之條紋與較亮之背景間的對比隨 雷壓增加而減少。可確信氟氯烷冷劑處理會造成均勻之背 景，而條紋則可能由於較大滴之氣氯烷冷劑或玻瑀桿滑過 表面之故。基本上可證實此效應而使用一作為方位取向之 易生軸，藉Μ除去電壓恰高於V h時之分域结構或姐織， 且可作灰度之應用。圖1 2顯示對準直之法向入射H e - N e光 而言，強度對電壓之圖。最大之對比率約50:1，當之 強度趨近於零時，對比連績下降。 對一般热練有關前述揭示文之技藝者而言，本發明之許 、多修改及變化可顯而易見。例如，可使用減薄之晶管、降 低黏性之物料及調整彈性常數對黏性之比率，如將適當之 聚合型液晶加至混合物，而改菩其開啟時間並使其達最適 。關閉時間亦可藉由類似方法，及藉由使用頻率關聯性E (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝 ,.

-1T —線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 五、發明説明（19 A7 B7 曲¾及。 彎壓述良 0電詳改 改限已他 由臨書其 藉整明作 可調說可 ,M除明 理，解發 同物了本 。合 應’ 善聚，内 改M此圍 > M慘因範 予如。利 料，質專 物比性請 性之學申 異數光之 向常之帶 各性壓附 電彈雷在 介轉此外 號.扭於示 負對高圖 n ml I ----1 I - - I I I I— - - I 士 II - - - I - --1 I -I i I : -: - I - 11 -. I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X：297公釐·)

Claims (1)

1. 第83106233號專利申請案 Ag B8 中文申請專利範爾修正本（85年4月） L)o 六、一轉料綱 f V 士 I ^ , /：- -Φ-! ] *' i -- ~ 棟晶顯示裝置，其包含晶管壁及插置於該晶管壁間 之對掌向列型液晶物料，該晶管壁包括μ電場專找液晶 物料位址之装置及平面偏極光通過之装置，定位上述各 偏光装置Μ使通過之偏極光幾乎垂直於通過上述另一偏 光裝置之偏極光，其中該晶管矍經處理以促進該液晶物 料同向排列，且其中該液晶物料具負介電各向異性且含 有足夠低量之對掌型物料，Μ使液晶導子於無霉場下能 同向排列。 2. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示装置，其中該晶管 壁相隔之距難約為對掌向列型液晶嫘距長之3/2倍。 3. 根據申請專利範圍第1項之液晶顙示裝置*其中該液晶 物料包括一足夠量之對掌型物料，Κ產生—有效螺距， 使其於電場存在下可旋轉通過晶管之光約90° 。 4. 根據申請專利範圍第3項之液晶顯示装置，其中一份進 入該液晶之光分成二個本徴模，且該晶管壁相隔之距雛 能於該二本徵横間有效產生一約360°整數倍之相位移 Ο _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示装置，其中該晶管 壁至少有一經處理以促進相鄰之液晶分子具從儍之方位 取向。 6-根據申請專利範圍第5項之液晶顯示装置，其中該液晶 具有之從儍方位取向近似平行於該儸光装置之一之取向 〇 7.根撺申請專利範圍第5項之液晶顯示装置，其中該液晶 具有之從優方位取向相對於該僑光装置之一之取向約成 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X2l·/公釐） ABCD 申請專利範圍 45° 。 8. 根據申請專利範圍第5項之液晶顯示裝置，其中於跨越 該晶管壁表面且相對於晶管法向一角度之方向吹入含有 玻璃隔片之氟氯烷冷劑而使該晶管壁有一從優取向。 . —- 衣 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4说格（210X297公釐）