TW420762B - Pressure-insensitive liquid crystal cell - Google Patents

Description

' 420762 A7 --___£ 五、發明説明（） 本發明大致上偽有關於一種液晶晶胞，包含兩痼以一 預定間距相互分隔來排列以形成一内空腔之裝備有電極的 板體、一個被密封於該空腔内的液晶層、及被分佈於該空 腔内且其之高度對應於該液晶層之厚度的分隔器。 更特別地，本發明傺有關於該一種實際上對外部壓力 無感覺的液晶晶胞。 本發明係尤其有用於需要該晶胞之大有效表面的應用 ，如顯示器、防眩裝置、焊工護目鏡等等般。本發明之背 景技術及優點因此將會主要地針對顯示器來怍描述，因此 ，顯示器不應該被視為本發明之使用之領域或在該等所附 申請專利範圍中所定義之發明範圍的限制。 經由序言所述之類型的液晶晶胞或顯示器偽習知技術 。其中一個或兩個板髏偽由一透明材料製造而成·如玻璃 ，而且該等被施加至該等板體之電極構造中的至少一値亦 偽透明的。此外，在該等板體之界面層中偽傳统地具有用 於對準該液晶之分子的定向層。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 ^^1 »1 I - I 1^1 1- I -i I ! I I - n^i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在一個被施加之電場的影響之下，該液晶材料能夠相 對於入射光線的方向來改變其之局部定向|以致於影響被 傳送或反射光線的偏振（polarisation)、吸收或散射。藉 由施加起偏振器（P〇larisers>在該晶胞的一或兩側上，偏 振的改變能夠被看見。 正常地，該光學效應係該液晶層之厚度的函數，為了 該厚度之局部改變最經常具有一個很不利的影響在該顯示 器之性能上的那一値原因，其在最壞的情況下可以偽由於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ! 420T62 A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 五、發明説明（） 該液晶層之厚度的變化而變成完全無用的。 最常被使用的筱晶顯示器包含具有正向電介質非等方 向性的向列或絲狀液晶。在這些顯示器中，該液晶材料的 光學軸最經常係舆該等板體平行而且*如果也想要的話， 傑被杻绞通過該層，最常偽通過一個90_的角度。在這値 通稱為波導模式（wave-guide mode)中，該入射光線的偏 振符合或者本質上符合該条统的其中一個局部本徵模式 (1 〇 c a丨e i g e n m 〇 d e s )。當施加一電場在該液晶層上時，該 材料的光軸沿箸該電場重新定向，結果就是該光線的徧振 不受該液晶影響， 此外•液晶顯示器能夠以各種類型之其他不以該波導 模式為基礎旦在那裡該光線的變化由於該入射光之偏振之 更一般改變而傜被取代的電光效應來蓮作。光學恃性傜以 該等效應為基礎的顯示器對該液晶靥的厚度變化涤通常極 度敏感的而且，因而，對在該等板體的相互空間（mutual spacing)中的改變偽敏感的 該液晶層的厚度通常不單止影響顔色並且亦影該晶 胞的電壓對比關偽，最大可取得對比Uaxiiinjra accessible contrast)及其它參數。

如在美國專利第4,653,865號一案中所述般，持別重 要的是在薄TN (扭絞向列（Twisted Nematic))顯瓜器及 STN (超扭絞向列（Super Twisted N e m a t i c))顯不器中 保持一固定液晶層厚度，而且尤其當在後者中之扭絞角度 相當於270°或者更多時。該液晶層的固定厚度偽變成TN 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） ------^---- 装-：---：----訂 (錆先聞讀背面之注意事項再填寫本貫) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 42DT62 A7 _B7_ __五、發明説明（） 及STN顯示器之越來越重要的必要條件，由於要增加該切 換速度，始終傜有一個向較薄液晶層的傾向’甚至在4μ» 之下。該等顯示器不會在波導模式中運作，而且光學傳送 對於小量的厚度變化係極之敏感的。 該問題的另一特激傜如何去保持該等板體在該整丨固顯 示器表面上平行，及如何去處理顯示穩定性的問題°在該 板體間隔上由於機槭應力及/或溫度的改變可以導致該液 晶材料的巨視流動，其依次可以損害在該等板體之内側上 的定向層。該板體間隔的縮減甚至可以引來該顯示器的局 部短路，而且這樣子發生的危險係隨著該液晶顯示器的初 始板體間隔下降而增加。 —ΤΝ晶胞在一画被施加之外部壓力 > 如一拇指壓力般 ，被移去之後往注可以返回其之正常光學狀態傜真的。正 常地，這亦施加至一 STN顯示，以該扭絞角度不是太大為 條件*比如說18CT _ 200°的扭绞角度，但不適於較大的 扭絞角度，例如27(Τ ，在那裡該壓力變形引致在該可以 容易變成不可逆轉之螺旋狀結構上的改變。 充其量，重新對準然後可以傣靠該顯示器之加熱及後 來的冷卻及/或靠施加一電場來獲得。 總而言之*具有一高扭絞角度的STN顯示器可以因此 容易地受損害如果遭遇到外部壓力的話。 對包含鐵電（FLC)或者反鐵電（AFC)液晶之蝶狀結晶 顯示器之由機械壓力所引起的損害在今日偽如由S.T, Lagemll，Ν·Α· Clark，J· Dijon 及 J.F，Clerc，於 -ί. ^^1 1^1 ,n n^— — - — I. - - 1^1 1^1 1^1 ^^1 >—^1 (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 ) A4規格（210X297公釐） 420T6 2 A7 B7 經濟部中夬榡隼局員工消費合作社印笨 五、發明説明（） 1989年3月第94期之Ferroelectrics中所探討的一主要問 題。不論該特殊之蝶狀結晶材料的本質，所有該等蝶狀結 晶顔示器1在那裡該等層係不與該等晶胞板體平行，對板 體變形傑極之敏感而且，因此，對震動偽敏感的。 蝶狀結晶顯示器使用一完全不同的機構，與TN和STN 情況比較起來，其限制該可允許的變形：通常，蝶狀結晶 顯示器對震動比起對應的向列頴示器傜更敏感的。在一第 一概算中，該等層偽與該等玻璃板體垂直（理想的直立書 架幾何 > ，但在一更詳細的模型中，該等層最經常係以一 通稱為人字結構（chevron structure)來相對於該等玻璃 板體成一角度。該結構係以一 QBS结構（準書架結構（ Quasi Bookshe丨f Structure))知名當該等層與該等板體 之法線所形成的角度傣非常小時。該人字和QBS結構對壓 力皆條極之敏感的1而且就FLC及AFLC而言，該層結構的 順序偽由於拇指壓力的直接施加而被損害 通常，一人字結構茌沒有加熱之下係不能夠重新對準 的，然而一個沒有過度變形的QBS结構靠一適度之AC雷場 的施加而能夠被重新對準。然而’如在該人宇情況中，在 超出某變形極限，該層順序變成不可逆轉地毀壞。該顯示 器然後變成不可使用的。 為了獲得一個具有在一相當大表面之上之一界限分明 之層厚度的液晶晶胞，從美國專利第4 ,150,878號一案中 (由Barz i la丨等人於〗978年提出申請）傺已知使用具有數 痼被分佈於該空腔内之分隔器或支持點的預應力3-nim玻璃 -7 - ------_----装-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公嫠） 420762 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明说明（） 板體。該等分隔器的作用主要地傜來提供一個超過整個表 面的均勻層厚度*卽，良好的表面平行。在一第一例子中 ，傜使用以一 2M之相互間隔分佈之具有一直徑50μπι的圓 柱形分隔器，其據説是導致一個在一 IOcbi X 10cm表面上 具有一O.lmO.Wni容許誤差的表面平行。在同一文件中 的一第二例子中*偽使用以一 lmm之相互間隔之具有一直 徑0.1 mm的分隔器，其據説是産生一館具有一 0.2μη容許 誤差的表面平行。然而，這些誤差在今日的液晶顯示器（ 存在於1978年中的STN或FLC )中偽可足夠及不可被接受 的。此外，這種習知隔離物的該等分隔器不會導致，如將 於以下更詳細地說明1 —個耐壓顯示器。再者，該3-μ板 體厚度及該分隔器直徑在商業情況上係不可被接受的。 歐洲專利第0 407 993 (申請人為Hoechst AG且優先 權為1989年）描述一種用於製造一 LCD晶胞的方法。為了 獲得高一致性的層厚度，均勻地分佈的分隔器偽以一玻璃 板髏蝕刻。這文件除了 一饀不確定的文子敘述之外並沒有 包含任何有關於該晶胞之變形持性的表示，該不確定的文 字敍述為該晶胞偽"mechanisch sehr stabii”。然而，該 晶胞傺於1991年5月6日至10日在美國，Anaheim由 Rieger等人所主持之Pr〇c.,S ID會議中被描述。由於它已 於不同的會議上被顯示，其之機械持性傜眾所周知的。從 該最後所述的文章及從公眾的論證，很明顯的是該晶胞傣 容易由於拇指®力而變形。從該歐洲專利文件及該文章中 所顯露出來的是該板體厚度偽〇,5ram ，該等分隔器具有一 ^^1 —^^1 ^1— ^^^1 1^1 I m i^i 1^1 i— l. 1 -3 、-° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 420T6 〇 A7 B7 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 艏約2〇μιη的呎吋並且偽以600^的間隔分佈。 迄今被製造及論證的該等顯示器因此不是機械地穩定 或者偽抗震動的因為局部地施加在該保護玻璃上的一機械 壓力使其變形並且引致光學改變及在該晶胞中之材料的流 動t這是一個在一液晶晶胞中普遍的問題1而且特別傜在 蝶狀结晶的液晶晶胞，其之向技術性高壓FLC及AFLC顯示 器的發展因此偽受阻礙。 為獲得一耐壓顯示器的最直接方法-使用厚的板體’ 例如大約3nim或更多一就今日的薄LCD晶胞而言傜不切實 際的。現今所使用的最大厚度通常為1B!B ，而且較厚的板 體實際上偽已完全消失。目前，亦有〇 , 9h 、0 · 6rara 、 Ο . 及Ο . 3mm的厚度*該最後的呎吋迄今偽只用於非常 小的顯不器。 本發明的目的係來避免這些在目前被使用之液晶晶胞 中，尤其係具有一相當大有效表固的晶胞，所遇到的問題 ij 本發明之一主要目的因此偽來提供一種經由序言所述 之類型的液晶晶胞，其偽本質上對於正常地發生的機械影 響，例如在操作及蓮輸期間，偽不敏感的。 本發明之一特別的目的係來提供一種可用於向列（ TN/ ST)及蝶狀結晶（FLC/AFLC)之液晶的耐壓性晶胞° 本發明之另一目的係來提供一種亦能夠由一可靠且精 準之方法所製造的耐壓性晶胞。 本發明之又S —目的偽來提供一種能夠被舊施如一値 -9 ~ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 装_ 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） i 420762 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（） 具有至少VG A解析之顯示器般的耐壓性晶胞。 本發明之再一目的偽來提供一種能夠被簧施如一防眩 裝置、一焊接防護物及其類似般的耐壓性晶胞。 這些及其他目的和優點偽藉由一痼具有該等於申請專 利範圍中之獨立項中所述之特徵的液晶晶胞來獲得，較佳 實施例偽被描述於該等依附項中。 根據本發明 > —種經由序言所述之類型的液晶晶胞傺 被提供，被設於該空腔中之該等分隔器的呎吋及相互間隔 係相對於該晶胞之其他設計參數來選擇因此該晶胞的壓力 不敏感度傜被獲得’同時該等板髏的厚度係受到限制且該 等分隔器用肉眼傜看不見的。 根據本發明，傜有可能提供一種被實施如一顯示器、 一防眩裝置、焊工護目鏡等等之比以上所述之習知技術具 有機械穩定度及震動阻力之極端及驚人之高度進步的液晶 晶胞。例如，本發明能夠被實施如一個具有比現今之顯示 器之壓力阻力大100倍之壓力阻力的STN顯示器，該STH 顯示器的壓力阻力根本上的意義為該顯示器能夠被設計俾 可表現如一値在機槭影響上完全固態的本體，直到，假使 它傺由玻璃製造而成，它傺被毀壞為止。 本發明係以數鮪條件必須同時被滿足來獲得以上所述 之該等目的且像有可能藉由設計参數之適當選擇來同時地 獲得這些條件的洞察力為基礎*且尤其傜對於非常薄的液 晶層及藉由使用非常薄的板體。 與本發明的槪念結合，以下兩個主要條件（i >和（i Π -1.0 - ^^^1 n-^i i ^^1 Lfn — I— -L n·— ^-βί {請先閲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规格（210Χ297公釐） A7 B7 420782 五、發明说明（8 ) 係被陳述，該兩個條件必須都被滿足以致於該液晶層在合 理之極限内之壓力施加上不會被壓縮至一不被允許的程 度，即’俾可得到一個耐壓性顯示器。該等條件⑴和（ii)必 須獨自地被滿足而且係同樣地重要。⑴由一個在該等板體 中之第一個上之外部壓力所引起之該等分隔器的相對壓縮 必須不超過一最大值。（π)在該等分隔器之間之該第—個板 趙的最大偏向必須在相同的極限内β 在本發明的概念期間，下列兩個方程式（”和（2)係被建 立，其對應於該等以上所述的條件且尤其係方程式（2)說明 該驚人之穩定性的增進亦以非常薄的板體來獲得： ^ Ah P Ah ^ (1)丁 = —了max，其中 h sE h h·.·代表該等分隔器的高度， Δ h...代表該分隔器高度的改變， P..·代表一個在該晶胞之第一個板體上的外部壓力， E...代表該等分隔器之彈性模數， s…代表在該第一板體上該等分隔器的表面覆蓋率，且 141— II - - -- 1- I 水 ------—J - - - -I - - H (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 :2)手 AEb^d' d 其中 d...代表該液晶層的厚度， △ d...代表一板體的最大偏向， L...代表該等分隔器的相互間隔， E…代表該板體彈性模數（通常與該等分隔器相同），及 b 代表該板體的厚度。 -11 本紙張尺度適用t國國家榇準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準肩員工消費合作社印策 Γ 420762 Α7 V __ _____Β7 ·’’ 五、發明説明（9 ) 方程式（1)係被建立給矩形的分隔器，其係最有利的， 如將於以下所述般。 ㉟了該等上述條件外’係有有關於料分隔器之寬度 及該板體厚度之重要的第二條件。這些第二條件必須被滿 足'事實上，從以上方程式（1)和（2)得知該等分隔器的相對 壓縮Δ h/h可以係無限小如果表面覆蓋率5係被選擇成足夠 大的話，例如如果選擇非常寬且非常緊密地裝設的分隔器， 而且亦可得知該板體的相對偏向△ d/d能夠被造成如所想要 的小如果該板體的厚度b係被選擇成足夠大的話。換句話 說’該問題係來提供一種具有足夠小之支持點及足夠小之 板體厚度的耐廢性顯示器。事實上’這些第二條件係該顯 示器之其他設計參數之可允許之限制的極大限制。 結合本發明的概念’發明人發現在STN顯示器的情況 令，及在運作於一通稱為第一最小模式之TN顯示器的情況 中，該液晶層之相對厚度變化必須不超過2%如果對於該顯 示器之性能的干擾係被免除的話。 今曰，STN顯示器對應於一 1〇吋顯示器的VGA圖解法係 被製成’例如’具有每随三個像元（pixel)或更多的解析度， 即，具有一個約300jCimX30〇Mm的最大像元表面。在這情 況中，具有一個100//111\1〇〇仁111之吸叶的分隔器會不可被 接受的，因為它們不單止會佔用該顯示器之有效表面之不 可被接受的巨大部份並且甚至可由肉眼所看見a 為了獲得本發明的目的，50jumX50/zm的分隔器無論 如何係可使用的，因為該呎吋有一個合理的上限，超過該 -12 - 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐> "" ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 42ΛΤ6 2 Α7 Β7 五、發明説明（10 ) ' 上限的話係有可能由肉眼來識別在該顯示器中的不均勻 性。事實上，這個50 a m的限制係與在液晶顯示器中包圍每 個像元之蝕刻絕緣凹槽之寬度的一般標準上限制符合。換 句話說’在一個方向上之具有最大寬度5〇 A m的分隔器能夠 被置放於在該顯示器之_有效像元外側的這些間隙中。 就有關於該等分隔器之呎吋的第二條件而言，應要更 注意的疋在那些該液晶晶胞不被分割成像元的情況中，例 如用於一護面具、一防眩裝置、一焊接護目鏡及其類似， 甚至更重要的是該等分隔器用肉眼係看不見的或者能夠被 察覺到是在該晶胞中的不均勻性。 此外’如果該等分隔器具有一最小光線散射效應，即， 對應於該液晶及一透明覆蓋板體的吸收及折射指數，的話， 係有好處的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 就關於該板想厚度的第二條件而言，本發明利用—液 晶晶胞’在該液晶晶胞中至少一板體（可經得起外部壓力） 具有不超過1 _的厚度，其是一個作為以LCD為目的之任何 工業坡璃之上限的合理值。就更大的玻璃厚度而言，如在 以上所述之美國專利第4，1 50,878號一案令的3麵厚度而 言’獲得該液晶層厚度之足夠高的準確性係有可能的，因 為該玻璃不能被足夠地變形來保證良好的連接。 如上所述’本發明係有可能比習知顯示器獲得機械穩 定度的一極大改良。這並非極限但卻相當驚人的改良，藉 由方程式（2)能夠被說明不少，該方程式（2)顯示在該等分隔 器最大相對偏向遵循具有L4bf3形式的一函數關係。該l4的 -13 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS+) A4规格（210X297公嫠） !: 42076 2 A7 _ -r- ► ____B7 .. 五、發明説明（11 ) 函數關係變量係由接近原點時非常扁平的一曲線所代表。 如一個說明性例子，與在以上所述之歐洲專利第〇 407 993號一案中所描述之晶胞的一比較能夠被做成，在該歐 洲專利中’ L=600 a m而B = 0·5皿3。如果，根據本發明，選 擇L=300 /z m(減少一個因子V2)及b = l腿（減少一個因子2)， 那麼△ d比起習知的晶胞係被減少一個因子27=128。 這個L4b’3的函數關係變量亦提供另一個對於顯示器應 用而言極必要的特性’就是該解析度越高（低於L)，該顯示 器越穩定，而同時在不離開條件（2)之下較薄的板體仍然能 夠被選擇’因為當L和b皆降低時，L4比b-3降得更迅速，而 且這樣子同時該條件（1)能夠以在該等像元之間之被動表面 (passive surface)之寬度之可被接受的值來滿足。這意義著 根據本發明的技術容許小型、極薄且輕、高解析度之困形 顯示器的產生’係特別讓鐘錶及光學工業感興趣，例如在 包含很多成串聯之液晶組件的光學儀器中。在該等應用中， 經常係希望得到薄到如果它們係以習知形式設計的話甚至 正常的操作也會使它們不耐震動的單獨組件。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印^ 1^1 n^i I Id ^^^1 4f ^in In nn i ^aJ (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該被施加之外部壓力P之一合理的上限能夠被設定為5〇 atm(与50 X 105 N/m2)，對應於在1 cm2上50 kg的重量。當被 測試時，根據本發明所生產的液晶顯示器被發現在沒有展 現任何變樣的光學或機械特性之下係經得起這個且甚至更 高的壓力。 如上所述，該液晶層厚度的最大相對變形在TN和STN 晶胞中須不超過2%»假設p=50 atra且E=5xl05 N/m2(對於不 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 χ 297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 420762 A7 — :·. • -- * __B7 五、發明説明（12 ) 同的玻璃種類只稍微改變），從方程式（1)中發現表面覆蓋率 s>P/(l%XE)=l%係被要求來防止該等分隔器的過度壓縮。 當比較表面覆蓋率s之1%的這最小值時，我們將會發 現，例如’就一個具有一線性像元寬度L=300 # m、一板體 厚度b = l腿及具有寬度AL = 50从m之矩形分隔器的顯示器 而言’表面復蓋率s=(500/3〇0)2=2.8%，保證的是該等分隔 器的壓縮係在根據以上之方程式（1)而來的可允許限制内。 根據以上之方程式（2)而來之在該等分隔器之間的相對偏向 (Δ d/d)變成，以 P=50 atm及 d=5 以 m，相等於 2 X 1〇_4 y m， 其亦係在該5 a m之2% =0,1 # m的可允許限制内。在這裡該$ 仁m的厚度對應於在今日係一Stn顯示器標準值的值。 與該習知技術比較，係有可能計算在該以上所述之歐 洲專利第0 407 993號一案中之晶胞之該等分隔器之表面覆 蓋率的對應值如下：s=(20从m/600仁m)2% 0.1%，其對應於 該等分隔器於p=50 atm的10%相對壓縮△ h/h而且，因此， 係遠在根據方程（1)而來的可允許值之上並且因此顯而易知 地係完全地不可被接受的如果該晶胞係被考慮抗震動及機 械地穩定的話。 類似地’對於在美國專利第4，15〇,878號一案中之晶胞 的不可被接受S-值係可得到的，在那裡l=4〇〇仁m而且該分 隔器直徑=100μ m提供s=(l〇0/4〇〇)2与〇 〇6〇/〇，產生一個可容 易變形的顯示器儘管有3職的大玻璃厚度β 與這習知技術相對，本發明係有可能產生用在，例如， 完全係新一代之時鐘顯示器之超薄、超輕、但同時係超強 -15.- 本紙張尺度適用中國國家標準（CN'S ) Α4规格（210X297公楚) " ~~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 420762 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（13 ) 的顯示器。在該一種顯示器中’現今係有一目的要增加到 每賴20個像元。如果，根據本發明，選擇L=5〇；im而且Δί=1〇 只m(該等分隔器的厚度），表面覆蓋率s = (1〇/5〇)2=4%係被 得到，其亦是在該可允許之限制值之上。如果同時係選擇 一個小到0.1職的板體厚度b的話，一個相等於1〇-4卩瓜的偏 向A d係在50 atm處得到，其很好地滿足方程式（2) β 如經由序言所述，蝶狀結晶顯示器（FLC；或AFLC)具有 一個與TN和STN顯示器比較起來完全不同的機構，該機構 限制該可允許的變形β該光學可允許的變形係至少比在該 STN情況中大五倍’但機械可允許的變形係大約小丨〇倍。這 後者的變形因此變成決定性的。從一個以一因為沒有考慮 鬆弛及流動而高估該蝶狀結晶晶胞之敏感度之簡化模形為 基礎，而且在其中該偏向係被描述成一個具有一表面半徑r 之球形罩蓋的計算，係發現該等蝶狀結晶液晶層係應不可 逆轉地變形△ d/d=4d/R。就R=〇,5-l cm而言，約對應於椅指 壓力，且d=2/z m’對應於一FLC或AFLC晶胞所需的較薄層， 該以上所述的表達式提供一個約〇· 1 %的相對變形△ d/d，對 應於一個0.002只m的最大偏向Ad。這樣子顯示該蝶狀結晶 晶胞係比對應的向列晶胞對震動更敏感，導致一個在以上 之方程式（2)中的下限制值。該表面覆蓋率3的另一個最小限 制值與該向列情況比較起來亦係得到。假設一 FLC之〃防震 動測試（shockproof test)” 的標準負載根據European Felicita 計劃係被設定為10 atm(對應於在一個cm 2上i〇kg )，一個2% 的s-值係得到，因此如果該晶胞滿足方程式（1)的話，其是 -16 - >-- LI I H ---- H In n^i Γ— ill (請先閱讀背面之注意事項再填涔本頁) ,?τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 29?公釐） Α7 Β7 42〇762 -五、發明説明（14 ) 該等分隔器之最小可允許表面覆蓋率，且因此機械地穩定。 本發明現在將配合附圖更詳細地以一些非限制性的實 施例來作描述。 囷式簡介： 第1圖係一晶胞之描缯在一外部壓力之施加時該偏向的 示意 '不依比例、縱向剖面圓》 第2圖係一個就不同類型之分隔器而言來描繪該等分隔 器之相對壓縮成一個它們之表面覆蓋率s之函數的圖示· 第3 A和3 B圖係本發明之一實施例之液晶顯示器之兩 個示意、不依比例的截面圖。 第4圖係在第3A和3B圖中之該顯示器的頂視平面圖。 第5圈係一整個晶胞之示意頂視平面圖，亦描繪周緣分 隔器之使用的例子β 第6圖顯示長形分隔器之使用的原理。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 元件標號對照表 b、d...厚度 c…内空腔 △ d...最大偏向 E…彈性模數 h...高度 L...相互間隔 △ L...寬度 P…外部壓力 1 —h板體 2…下板艘 3...液晶 4…邊緣密封體 5、6...電極層 8…偏振薄膜 9...第二偏振薄膜 10..·定向層 11、12...分隔器 13...絕緣層 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公釐） 420T62 A7 B7 -五、發明説明（15 ) 15 p.細線條方塊 首先參閱以下圓表，概述從所實施之實驗的結果’其 證實本發明提供高度防震動的液晶晶胞《該表面密度S在d,L, 和b的值係變化的同時係在約〇. j%與4%之間變化，因此條件 (2)係滿足所有的情況。該液晶層厚度係被選擇為就STn而 言d=5 // m而就FLC而言d=2/z m，而且該測試壓力Ρ係大約為 就STN晶胞而言50 atm，而就FLC晶胞而言10 atm « 測試號8-11，只實施於flC顯示器，將會更詳細地於以 下作描述。被使用在其卡的該等長形分隔器係亦可使用於 向列顯示器。 對於在1%四周的s-值而言，在實驗結果中的變化係相 當大的，為了那個理由我們認為s必須係在超過1%的任何比 率。最有利的選擇似乎為S在2%與4%之間。沒有理由係選 擇比4%大的s ’至少就STN顯示器而言。 (请先閲讀背面之注<^•項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 測試 b L Δ LI X Δ L2 s 號_(咖）(β m) (β mx μ, m) (%) 結果 1 1 1000 32X32 0.1 劣 2 1 500 20x20 0.16 劣 3 1 320 25X25 0.6 有疑問 4 1 500 40X40 0.7 有疑問 5 1 300 50X 50 2.8 優 6 1 100 20X20 4 優 7 1 100 20X20 4 優 8 1 500 40X 1〇〇 1.6 優 -18 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) Μ規格（210'X 297公着） 4 2^76? A7 B7 五、發明説明（) 9 1 10 11 500 500 500 40X 250 40 X 500 20X 500 4 8 4 優 優 優 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在以上例子中同時滿足s之條件（即條件（1))及條件的 該等測試因此證實一耐壓性晶胞能夠係獲得。在該等被設 計及被填以蝶狀結晶材料的測試晶胞中，關於不可逆轉之 變形的壓力臨界沒有實質的差別係被提到在？1^與AFLCi 間。另一方面，一直立書架結構在一較少的變形之後在兩 情況中皆係比一人字結構容易重新對準。 特別是，但亦非僅限於蝶狀結晶晶胞，可以最好係使 用沒有一正方形、矩形或圓柱形截面的分隔器，而係代之 以極長形的分隔器’該等極長形之分隔器之橫向於該縱向 方向的寬度，依照該等以上所述的條件，必須不超過5〇只m 以便該等分隔器不會變形可看得見的。測試號S-〗丨係被執行 在蝶狀結晶晶胞上。除了它們的穩定功能之外，該等長形 分隔器具有兩個尤其重要的功能如果該等蝶狀結晶層具有 一人字結構的話，且尤其係如果該等分子具有_高的預傾 斜角度在該表面的話。該第一功能，其施加至向列及蝶狀 結晶晶胞’係來引導該液晶流動當填充該晶胞時，以致於 該等分子的一般方向係沿著該等支持線。在某些蝶狀結晶 晶胞中’該蝶狀結晶層將會橫向於該等支持線地形成。該 第二功能’其施加至蝶狀結晶晶胞，係來防止材料在該晶 胞内的運送當施加電場時。第6囷不依比例地顯示該等長形 分隔器的原理及配置- -19 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) A4現格{ 210X297公釐> ---------V II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 420762 A7 _ ___. _ B7 ·’，五、發明説明（17 ) 第1圊示意地以裁面圊描繪一個液晶晶胞，該液晶晶胞 係由一外部麼力P加以負載並且包含兩個平行的板體1和2， 該兩個平行的板體1和2於此後分別地被稱為上板體1和下板 想2’該上和下板體1和2形成一铜包含一液晶層的内空腔c。 該板體1的厚度以b表示而該空腔C之不變化的厚度係以d來 表示。通常’根據本發明，該第二板體2的厚度可以相等於 或者選擇地比該第一板體1的厚度大》任何偏向發生在分隔 器11之間，該等分隔器係與該下板想2—體地形成並且係以 一相互間隔L排列。該等分隔器11的寬度係以a l表示，而 該上板艘1在該等分隔器11之間的最大偏向係以Ad表示。 如上所述’兩個條件必須係被滿足俾可得到一耐壓性 晶胞。首先，根據條件（2)，由該壓力P所引起的最大偏向_d 必須不是太大。其次’根據條件（1) ’該等分隔器〗丨自己必 須不被該壓力P過分地壓縮。如果’根據條件1 ，該等分隔 器11的高度係以h表示（相等於在第1圖中之液晶層厚度句而 且它們之由壓力所引起的壓縮（pressure_induced compression) 係以’根據本發明h表示的話’那麼小量的變形係有可能使 用下列用於計算不同形狀之分隔器之相對壓縮的表達式， 在那裡E係該等分隔器的彈性模數，其通常係等於該等板 體1，2的E’而且在那裡s係在該遭受到該壓力P之板體上之該 等分隔器之支持或連接表面之表面覆蓋率： 對於球形分隔器，一 h -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4规格（210X297公楚）

P π s E 420762 Α7 Β7 五、發明説明（18 ) 對於圓柱形分隔器 ΔΑ

3P 2/3

E 及 對於矩形分隔器

Ah

P h

E 經濟部中夹標準局貝工消费合作社印聚 從這些方程式可知，其係以對應的曲線描繪於第2圖的 圖視中’很清楚地顯露的係對於s、P和E的約定值而言，矩 形分隔器係獲得最小麼縮1其是最理想的。 現在請i閱在第3A，3B及4圓中所顯示的顯示器，在 那裡係使用與在第1圓中相同的標號。該顯示器包含一個透 明的上或者前板體1及一個下或者後板體2。該等板體1，2最 好係由玻璃製造而成’但亦可以由其他材料製造而成，如 石英、聚合體等等。一個邊緣密封體4係被設置於該等板體 1,2的周緣之間來密封地連接該等板體ι，2及來包圍一液晶層 3在其之間。在該被描繪的實施例中，該等板體1，2係設有用 於施加電場在該液晶3上之導電性的相交電極層5,6，至少該 等較上的層5係透明的《該等較下的層6可以係透明的或者 係反射的《這些層之材料之可能的設計及選擇不需要多作 說明，因為它們對於熟知此項技術之人仕來說係習知的。 在第4圖的頂視囷中’在該四個中央分隔器^之間的細線條 方塊15形成一像元。 如果該晶胞係於該反射狀態中運作的話，一反射器7可 以被設於該顯示器的後側作為該下板體2或者該反射之下電 極層6的替代物β 一偏振薄膜8係被設於該上板體1的外側上，而且視該 -21 · — ---------^-- (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家掠準{ CNS ) Α4規格（210X297公釐）. 經濟部中央椟準局貝工消費合作杜印製 J 420762 ' Α7 -心 ---〜一 —_ Β7 …’ 五、發明説明（19 ) ' 應用而言，一第二偏振薄膜9可以被置放於該液晶3與該反 射器7之間。此外，定向層10係設於板體lt2上接近該液晶3 以達到其之一初始定向。偏振薄膜及定向層之材料的選擇 及定向對於熟知此項技術之人仕來說係習知的而且可以， 例如，如在美國專利第4,653,865號案中所描述般被產生. 被固定在該等板體1，2間之該空腔中的是數個分隔器 11，其在這設計中係由蝕刻該下板體2來產生。以上所述參 數’表面覆蓋率s，然後對應於在該板體1上之分隔器。之 上連接表面，與該等分隔器11係被分佈於其上之板體1整個 表面間總和的商數。 如果該等分隔器11係被置放於該等電極層5,6之間的 話’那麼*至少一個板體應該具有一絕緣層13，.例如梦土 β 在該被描繪的實施例中’特殊的周緣分隔器12係被設 置於該顯示器的該等周緣部份而且係由與該等中央分隔器 11相同的技術來製造而成β該等周緣分隔器12(亦被描績於 第5圖中）具有一長形形狀並且係定向在製造期間幫助引導該 液晶流動，以保證在該液晶中的一均勻流動及避免定向缺 陷為目的。 該等周緣分隔器12具有防止於低溫度時在該顯示器之 有源（active)、中央部份中空腔或空隙形成的更重要功能^ 該等空隙通常當填充液晶晶胞時形成，其在真空下發生， 但事實上建立一個在所有液晶顯示器中普遍的問題。特别 是，這些可以在運送期間被暴露於非常低的溫度，在那個 情況中，舆玻璃的比較起來該液晶之相當大的收縮導致在 -22 - i紙張尺度適用中國國家標準( CNS > Μ規格{ 210X297公釐) ~ -- —---------..表-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本瓦) .丁 - -° I 420762 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明（20 ) 該液體中空隙的形成。該等空隙在加熱至室溫之後可以保 持一段極長時間。 因為該空隙的形成係由毛細管作用的力量來反動而因 此需要一個比該空隙之最小之曲率半徑大的表面能量，藉 由該等周緣分隔器係有可能來限制該空隙的形成於該顯示 器之有源面積外的區域。 周緣分隔器的寬度及它們的相互間隔應該分別比該等 中央分隔器之寬度及它們的相互間隔大，如在第5圖中所 示《在該等周緣分隔器之間之該相當大的距離容許，像以 上所述之増加的分隔器高度’該等空隙有一個與該距離之 中央部份比較起來較大的曲率半徑在該周緣面積，在那裡， 該等.分隔器被互相靠近地定位。此外，就要被形成而論， 該等空隙需要一個晶核的表面，該等周緣分隔器之寬度越 大意味著在其之間的間隙係由相當大的表面來定界限，該 晶核因此係傾向於置放在該表面上。在該周緣面積上之一 增加的分隔器高度更幫助容許該等空隙的曲率半徑比在該 顯示器的有源面積之内更大，藉此降低該空隙的能量。 在該等分隔器之間的大間隙亦旨於局部地方便在溫度 改變時材料的流動。 藉由溫度循轉低至-40°c所實施的測試，我們發現該等 周緣分隔器，選擇地以雙外排來排列，係有效於收集及分 裂無害之熱形成的空隙並且有效於抑制其在該顯示器之有 源面積上的形成》 我們的測試係顯示，即使在分隔器高度中之一個大約 -23 ·- 本紙張尺度適用中國·國家橾準（CNS ) A4規格（2丨0X2耵公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i k.

*'5T A7 B7 420762 五、發明説明（21 ) 10%至20%的小差別，與在該等周緣分隔器之間之—相當大 的距離結合’如在第5圖中所示，係有效於限制空間的形成 恰好於這面積。 根據本發明’為獲得一穩定的顯示器，通常希望藉由 一負壓力，例如大約〇_ 1-0.5 atm來保持該等晶胞在一起，即， 該等板體，這負壓力係當填充該晶胞時被產生並保證在該 完成晶胞中的該等板體係與該等分隔器維持一良妤連接。 以其他方法產生該一種連結力亦係想得到，例如，藉由施 加一接合料或者任何其他類型的接合法在該等分隔器上。 n» I —m ^^^^1 in --- nn ij n^t ^11 I I ϊ Ψ c请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社印繁 • 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2! 0 X 29?公釐）

Claims (1)

1. 所 偏 1，一種向列液晶晶胞，包含： 兩裝設有電極（5,6)的板體（1，2)，該兩板體係互相分 隔一預定距離來設置以形成一内空腔（c)，該兩板體中 之至少一第一板想（1)係透明的而且具有一個不超過丄 麵的厚度b及一彈性模數e; 一液晶層（3) ’該液晶層被密封在該空腔内且包含 向列材料及具有一個對應於該空腔高度的厚度d;及 數個被固定於該空腔内的分隔器（11)，該等分隔器 具有對應於該液晶層之厚度d的高度h，該等分隔器以 一間隔L分佈於該空腔之上並且實質上具有與該第一板 趙相同的彈性模數E’其土_該等分隔器（u)’至少在一 個方向上，具有一個不超過50#m&寬度； 在該第一板體（1)上之該等分隔器（11)之支持面積附 近之該表面覆蓋率S超過或者係相等於1%;及 該L的值係視d和b的現時值如此被選擇以致於， 當施加一壓力P在該第一板體（1)上時，由該壓力p 引起之在該等分隔器之間之該第—板體之最大的相對 向Δ d/d滿足以下的條件： Ad Ρϋ d 4Eb3d 在那裡G1就一個該表面覆蓋率s假設為其之1 %的 最小值的情況而言’係等於或者比下列之表達式（B)的 值低’代表著由該壓力P所引起之該等分隔器（n)的相 對壓縮： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 29"7公釐） ---------參-------ST-------0 (請先閲讀背面之注意事項再4-寫本頁) 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 SGI- 420762 申請專利範圍 Ah _ p — = . h sE 2·如申請專利範圍第1項所述之向列液晶晶胞，其^^該 上變形限制G1係等於或少於2%，最好係1 %。 3·如申凊專利範圍第1或2項所述之向列液晶晶胞，其中， 該液晶層（3)具有STN結構. •如申.η專利範圍第3項所述之向列液晶晶胞，其該 STN結構具有一個超過2〇〇。的扭絞角度人 5 ·如申清專利範圍第1 項所述之向列液晶晶抱，其中， 該等分隔器的高度h係在〇·5_2〇" m的範圍，最好係1 10 W m的範圍。 6·一種蝶狀結晶的液晶晶胞，包含 兩裝設有電極（5i6)的板體（1，2)，該兩板體係互相 經濟部中央搮準局貝工消费合作社印東 分 中 隔一預定距離來設置以形成一内空腔（c)，該兩板體 之至少一第一板體（〖）係透明的而且具有一個不超過 mm的厚度b及一彈性模數e; 一液晶層（3)，該液晶層被密封在該空腔内並包 蝶狀結晶材料及具有一個對應於該空腔高度的厚度 及 d ; 數個被固定於該空腔内的分隔器（11)，該等分隔器 具有對應於該液晶層厚度d的高度h，該等分隔器以— 間隔L分佈於該空腔之上並且實質上具有與該第一拽艘 相同的彈性模數E，其土_該等分隔器（u)，至少在—個 方向上，具有一個不超過50jtim的寬度； 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 42076? A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 在該第一板體（1)上之該等分隔器（11)之支持面積附 近之該表面覆蓋率s超過或者係相等於2%;及 該L的值係視d和b的現時值如此被選擇以致於， 當施加一壓力P在該第一板體（1)上時，由該壓力p所 引起之在該等分隔器之間之該第一板體之最大的相對偏 向Δ d/d滿足下列的條件： M PL* d AEb^d <G2- (Λ) 在那裡G2就一個該表面覆蓋率s假設為其之2%的 最小值的情況而言，係等於下列之表達式（B)的值，代 表著由該壓力p所引起之該等分隔器（11)的相對壓縮： Ah P ' —=， h sE -⑻。 (請先閲讀背面之注^'項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 7 如申請專利範圍第6項所述之蝶狀結晶的液晶晶胞，其 -ί~~L該上變形限制G2係相等於或者係少於〇.1%。 8. 如申請專利範圍第6或7項所述之蝶狀結晶的液晶晶 胞’其土」_該液晶層（3)包含一鐵電液晶（FLC)。 9. 如申請專利範圍第6或7項所述之蝶狀結晶的液晶晶 胞’其-中-，該液晶層（3)包含一反鐵電液晶（AFLC) » 10. 如申請專利範圍第6或7項所述之蝶狀結晶的液晶晶 胞，其土該等分隔器（11)的高度h係在0.5-20仁 的範圍，最好係1 -2只m。 11. 如方請專利範圍第1、2、6或7項所述的液晶晶胞， 其土二_在該第一板體上之該等分隔器（11)之支持面積 m 本紙張尺度速用中囷國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ί 420T62 Λ8 B$ C8 D8 經濟部中央橾準局貝工消费合作杜印策 六、申請專利範圍 附近之該表面覆蓋率s的程度係2-4%。 12.如申請.多利範圍_第1、2、6蛊7 J§所述的液晶晶胞， 其土二至少該第一玻璃板體（1)，最好係兩個板體（12)， 具有一個不超過0.5 mm的厚度 1 3 .如申缝_專_利範圍第_1'茎、6或7箱所述的液晶晶胞’ 其中一個保持該等板體（1，2)在一起的力量存在於該 晶胞中於其之有源面積之上。 14.如申請專利範圍第13項所述之液晶晶胞，其中，一負 壓力佔據在該空腔内俾可提供該保持該等板體在一起 的力量。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之液晶晶胞，其中，該等 分隔器（11)係有黏性地連接到至少一個板體（1)俾可提 供該保持該等板體在一起的力量。 16,如申請專利範圍第1、2、6或7頂所述之液晶晶胞， 其中二至少一些該等分隔器（U)，其在一個方向上具 有一個不超過50/zm的厚度，具有一個橫向於該方向 的較大長度以形成長形分隔器《 1 7·如申請專利範園第1、2、6或7項所述之液晶晶胞， 其t .，該液晶晶胞，除了該等被分佈在該空腔内於該 晶胞有源面積上的分隔器（11)外，包含數個周緣分隔 器（12)，該等周緣分隔器以分隔的關係被設於該晶胞 的周緣並且具有一個比在該晶胞之有源面積中之該等 首先被描述之分隔器（1丨）之長度更大的橫向長度》 1 8.如請專利範圍第1、2、6或7項所述之液晶晶胞， 本紙乐尺度逋用t國國家楯準（CNS ) A4规格（21〇X297公釐j (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) % 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 42076 2 A8 B8 - CS 二 _ D8六、申請專利範圍 其±_ι_該液晶晶胞’除了該等被分佈在該空腔内於該 晶胞之有源面積之上的分隔器（11)之外，包含數個周 緣分隔器（12)’該等周緣分隔器係被設於該晶胞的周 緣並且具有一個超過在該晶胞之有源面積中之該等首 先被描述之分隔器（11)之高度h的高度度。 19. 如申請專利範圍第17項所述之液晶晶胞，其中，該等 周緣分隔器（12)係長形的，且係以其短侧互相面對並 以相互分隔的關係來排列。 20. 如申諳專利範圍第18項所述之液晶晶胞，其中，钕耸 周緣分隔器（_12)係長形的，且係以其短侧互相面對扣 以相互分隔的關係來拂列。 2 1 *如申請專利-範圍第1、2、6或7頂所述之液晶晶胞， 其中，該等分隔器（Π)具有矩形的橫截面。 22. 如申諳專利範圍第1、2、6或7項所述之液晶晶胞’ 其中，該等板體U，2)及該等分隔器（11)係由玻璃製造 而成。 23. 如申諳專利範ΐ第1、2、6或7項所述之液晶晶胞， 其中，該等分隔器（I1，12)係藉由蝕刻至少一個（2)該等 板體（1，2)來被提供》 24. 如申請專利範圍第1、2、6或7項所述之液晶晶胞’ 其中，該晶胞係被設計成一個顯示器，該顯示器包含 數個以分隔之關係來排列的像素，該等分隔器（11)係 被設置於該等像素之間。 本紙張尺度逋用中國囷家揉丰（CNS ) M规格（210X297公釐） I— I I I I 裝！ II 訂 絲 (請先閲讀背面之注$項再填寫本页)