TW569063B - Liquid crystal device comprising improved anchoring means on at least one bordering plate for providing an orientation without any memory - Google Patents

Description

569063 A7 ____B7_ 五、發明説明（i ) 本發明係有關於液晶裝置之領域。 本發明係法國國家科學硏究中心、巴黎蘇德大學與居 禮硏究所的共同硏究成果。 熟習一般之分子向列相位（向列學）與液晶技藝者相 當習知的是其在形成與邊界表面接觸時，會因其與基底的 相互作用將其本身在一個以上的導向取向。 例如，在已於一導向被摩擦之固態表面上，內消旋屬 性分子一般會在接近於摩擦導向之方向自我取向。此取向 被稱爲「單調穩定的」且特徵在於就向列所用的單一「簡 易」方向，一般以角度0。與定義（見第1圖）··在簡易 軸f與法線ζ間對基底之方位角Θ。及在在簡易軸f與在該 基底平面上所選之固定方向間的方位角？>。。 簡易軸f對應於向列與邊界相位間相互的能量的P最 小値。 藉由施加外部場，其可能在該表面上再取向其向列。 此表面能量增加，且此因表面方向ns相對於簡易軸f之偏 斜的增加能量被稱爲錨定能量，且其爲定義ns之角度0 與P的函數： 在單調穩定之錨定中，該錨定具有單一的最小値對應 於單一簡易軸（一般而言，在方向ns與相反方向一 ns間並 不做區分，因向列相位爲非極性的）。大量的處理（見[1]) 給予此簡單的錨定，其在液晶顯示裝置有非常廣泛之使 用。 然而，其存在有錨定具有數個能量最小値w且因而具 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事项再填窝本頁)

569063 A7 £7_ 五、發明説明（） 2 有數個簡易方向。例如，在於某種狀況下在真空蒸發所得 的SiO層中，向列之取向爲雙穩定的，具有以00 01 與P〇2==Pcn所定義的二簡易方向（見第2圖）。數種裝置 已被提出並使用向列之雙穩定錨定。見文件[2 - 5]。 另一種錨定的習知類別包含退化錨定。在此情況下， 其存在有對應於同一方位角0。與任意方位角的整個連續 的簡易方向。此情形之錨定能量爲0之函數而不隨（/)而 變： W= W( 0 ) 在此情形中可說是方位角錨定不存在或說其爲無限 軟。 隨之値而定，其可能區別具有ns平行於其表面之 平面退化錨定（0。= 90°)或具有ns在隙孔角20。之圓錐上 自由旋轉的角錐退化錨定（0< 0。< 90°)。另一特殊情形對 應於0 〇 = 0 (類向性（homeotropic)錨定），其得到以分子垂 直於該表面的單調錨定效應（當0。=〇時9未定義）。 退化錨定在向列與等向相位間的平面表面上係爲典 型的。在此情況下，沒有東西要加諸於方位方向上，且錨 定能量最小値可因對稱性而在所有可能的角度P ( 0 S P S 360°)被達成。 就實驗而言，退化錨定在向列滴之自由表面或向列液 體介面上經常被觀察到。此型式的錨定曾就學術觀點被硏 究，但因其不穩定性質目前仍未在任何應用上被發現：液 體對液體或液體對氣體之介面很容易變形，此很容易出錯 一5 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 _B7_ 五、發明説明（3 ) 且難以施加電場通過該介面。 有關退化錨定之習知技藝的描述可在文件[6]中找到。 由發明者所實施的硏究中，其獲得的原理結果爲退化 錨定可在任何等向固態表面（如非有機或有機玻璃）上被 獲得，但在實務上此錨定因二個主要現象的干擾而稀於被 觀察到。 本發明者所找到的此第一現象爲對應在其表面上的 中間基因分子的吸附。 在向列與基底間的第一次接觸時（即格正被塡入時）， 沒有方位方向被施加且分子之取向隨機會或因流動而定 義。起始的取向因此通常是非同質性的，即0 = 0。及任 意的P，但隨著在基底的位置而變。很快地，與該表面 直接接觸的向列分子被吸附到該基底上。其結果爲其順序 與其取向在該表面被記憶化，且此被施加至維持於接近該 基底之容積內的向列分子。雖然吸附在理論上爲可逆的過 程，但在實務上於大氣溫度下吸附的特徵時間非常長（數 曰甚或數年）。因此，該取樣的取向仍維持爲定義不良、 不均勻且強烈地錨定於該基底。 本發明人所找到的第二現象對應於基底之向列導向。 以例如聚合物層之較軟的基底而言，此第二現象會發 生。就算吸附很低，基底與向列之相互作用會使其成爲不 等向性，例如因局部地導向聚合物鏈。在此情形中，不良 限定與非均勻起始狀態亦在該基底上被記憶化，此亦伴隨 著會摧毀退化錨定之方位角錨定能量。 一 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 ___ B7_ 五、發明説明（4 ) 由於此二取向記憶現象，在固態表面生產及使用退化 錨定將出現困難。此爲退化錨定未於任何應用中被發現的 原因。 本發明之一目標爲要改良液晶裝置以促使退化或幾 近退化的錨定被使用。 更精確地說，本發明之一目標爲要提出嶄新的設施促 使能在固態基底上獲得退化或幾近退化的錨定而不會有 液晶記憶，因此促使此錨定在顯示裝置中被使用。 在本發明之文義中，這些目標被一種液晶顯示裝置達 成，包含一液晶材料被夾於二邊板間，該裝置之特徵在於 至少一板被提供處理之事實，其限定退化的方位角錨定而 無方位角取向記憶0 依據本發明之另一特徵，該處理爲藉由抑制在該表面 上之吸附位置而使至少一板的表面鈍化的處理。 該處理可以是使吸附位置飽和產生效用的處理。 依據本發明的另一有益的特徵該處理包括一塗層，包 含一聚合物，其包括液態或非常機動的鏈，或實際上爲自 我潤滑的，即缺乏任何能吸附液晶之處所。 本發明之其他特徵、目標與益處出現於讀取下列以參 照附圖所做成的詳細描述，其以非限制性的例子被給予， 且其中： 第1圖顯示向列導向器之「簡易」方向相對於邊板的 方位角取向及該簡易方向相對於該板法線的方位角取向； 第2圖顯示雙穩定錨定情形之二簡易方向的取向； : 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 .........................#: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

•、可I t 569063 A7 _B7 _ 五、發明説明（5 ) 第3圖顯示圓錐形之錨定情形； 第4圖顯示就單調穩定之平面對齊的方位角錨定肯g 量； 第5圖顯示就對稱雙穩定錨定或退化角錐形錨定的方 位角錨定能量； 第6圖顯示該液晶在切換過程之六個連續步驟之際的 紋理； 第7圖顯示符合本發明之另一變化下該液晶在切換過 程之四個連續步驟之際的紋理； 第8圖顯示符合本發明之另一過程而無錨定被破壞下 的四個連續步驟； 第9圖顯示依據本發明之一格的交叉極化器間的光學 反應； 第10圖顯示能以在背板上的平面錨定所獲得之二扁 平紋理； 第11圖顯示在已受到聚異戊二烯處理之格上所測量 之以控制脈衝長度爲函數的寫出門檻； 第12圖顯示在已受到聚苯乙烯處理之格上所測量之 以控制脈衝長度爲函數的寫出門檻； 第13圖顯示以討論之格的厚度平方爲函數之該格的 自發抹除時間； 第14圖顯示各種曲線，說明本發明之格就固定長度 及不同振幅之電氣控制脈衝下的光學反應； 第15圖顯示就固定重覆頻率與各種脈衝振幅下以復 一 8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

.訂| 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（< ) 6 新脈衝所用時間爲函數之光學信號； 第16圖顯示以rms電壓爲函數之平均光線強度； 第17圖顯示在同一板上被配置之二電極中的變異； 第18圖顯示就二種顯示，一種依據本發明，一種爲 其他慣用者的角度P (z); 第1 9圖顯示已被非對稱化之格中的扭轉； 第20圖顯示水平場格之光學反應； 第21圖顯示一非對稱化或螺旋性向列裝置； 第22圖顯示該裝置之光學反應； 第23圖顯示具有不同厚度與不同節距之類似裝置的 光學反應；以及 第24圖顯示一長節距格之光學反應。 就如上述者，在本發明之一第一處理方式中，邊板表 面之不想要的記憶被基底上適當的表面活性劑薄層所消 除。此表面活性劑的功能爲占據在表面上可用的吸附位 置，而使基底「鈍化」，防止其吸附液晶之本身。 此鈍化材料可由任何表面活性劑構成，其可與該邊板 強烈地作用且很容易地被吸附於其上（以確定的方式爲較 佳）。此表面活性劑亦被較佳地選擇，以避免與液晶之強烈 相互作用，例如不適於與中間基因分子之不等向相互作用 容易地被取向。 一旦邊板之表面已被覆蓋表面活性劑分子，其變成惰 性的：其不再吸附液晶分子，且進而言之其在被曝現於此 時不會變成非等向性的。 一 9一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 __ B7_ 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 就堅固且扁平的基底而言（例如爲礦物玻璃）表面活性 劑之單分子層足夠使得可用的吸附位置飽和及使該表面鈍 化。就粗糙且多孔的基底而言（例如蒸發過之SiO層），表 面活性劑以較厚爲較佳以確保鈍化作用。就軟的基底而言 (如聚合物），該鈍化材料以較厚層構成爲較佳，以提供基 底與液晶間相互作用的強力篩除，而防止聚合物被取向及 由此發生的滯後現象。 爲了藉由使吸附位置飽和而鈍化不同的基底，本發明 人已特別測試各種屬於有機功能的矽烷族類之表面活性 劑，包括氯矽群（Si-cl)，矽醇（Si-DH)或矽烷氧基 (Si-CnH2n〇H)。爲了黏結於此表面，這些物質呈現易於在玻 璃或其他基底被吸附之性質，且在熱處理後其呈現與此表 面起化學反應之性質。以此方式所得的表面活性劑層很強 且不會被中間基因分子穿透。 此有機功能族類被選擇，使得表面活性劑與中間基因 分子間的相互作用達到最小以避免記憶現象與滯後現象。 然而，本發明並不限於該有機功能的矽烷族類。 其欲於可使用任何等値的合成物，即能實施二個上面 特定功能的任何合成物：（a)黏於該基底，（b)不會與液晶材 料作用，此例如爲鉻合成物。文件[7]給予適用於界定類向 性錨定之鉻合成物的例子。 實驗結果已顯示大多數所測試的矽烷降低其所沉積乏 基底的記憶。 L 特別有益且可再製造的結果爲使用3-甘油基丙氧基三 一 10— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 _B7__ 五、發明説明（。） 8 甲氧基矽烷（GLYMO)所獲得。此物質已由異丙醇（0.01%至 0.5 % )的溶液在基底上沉積薄層（20埃至1,000埃厚度）。該 等層在120°C或200°C被烘焙1小時，使其在液晶中不會溶 解。爲了測試錨定，本發明人於大氣溫度使用戊基氰基聯 苯（5CB)向列。此測試格以使用二不同板被做成：測試板以 表面活性劑處理，及一「標準」板具有強力且單調錨定（蒸 發過之Si〇）。 在所有所使用的等向基底（玻璃、浮動玻璃與二氧化銦 錫）上，本發明人觀察到，沉積厚度大約大於100埃的 GLYMO層會得到退化平面錨定（0。《90°)而無任何取向記 憶：在測試格中向列之取向爲均一的，由標準板所界定， 且在外部的電或磁場的作用下，該取向均一變化且無記 憶。在提供有厚度大於1 00埃之鈍化層的基底上方位角錨 定能量嚴格地等於0。比100埃薄之層得到非常低的方位 角錨定能量、較不均勻的錨定及較不能再製的結果。 本發明人亦測試GLYMO鈍化層在非等向基底的作 用。被測試的基底爲具有透明ITO電極及以瞥角（75°)真空 蒸發之薄層（5埃至1，000埃）SiO的玻璃板。在沒有鈍化層 下，5CB向列在此基底上之取向爲單調穩定的平面、傾斜 的雙穩定或斜的單調穩定，視蒸發狀況而定。在所有情形 中，該等基底因中間基因分子在多孔且極性的SiO層的強 吸附而展示該向列在起始取向有非常強的記憶。 在薄的鈍化層（2 20埃）已施用後，取向記憶幾乎完全 消失。在所有基底上，5CB在韩化層上的對齊爲以與蒸發 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 ____ B7 _ 五、發明説明（9 ) 平面成垂直的分子成單調穩定的平面（無預先傾斜）。方位 角錨定能量就最薄層爲非常強的，其外插法長度L S 40 埃。此錨定能量隨GLYMO薄膜的厚度d增加而逐漸減小， 且就d >200埃，L會發散且錨定成爲退化且平面的。 依據本發明之一有利特徵，鈍化層之厚度以在20埃至 500埃的範圍內爲較佳。 類似的結果在對已藉由摩擦而做成非等向性的IT〇基 底或鈍化玻璃使用GLYMO而獲得。在無鈍化下，這些基 底以單調穩定平面方式對齊5CB，具有強的方位角錨定且 具有大程度的表面記億。藉由在該等基底沉積GLYMO層 下，本發明人觀察到記憶之完全消失與錨定力之降低。再 次言之，錨定能量隨著d之增加而逐漸減小，且在d> 200 埃，其變成〇:錨定變成退化且平面的，而只有可忽略的 記憶。 類似的結果亦由在等向基底上先前前沉積的GLYMO 層的單向摩擦被獲得。 這些結果確認邊板之取向記憶可被適當的表面活性劑 處理取除，其使基底上的可用吸附位置飽和。此處理達成 二項目標： (a) 等向基底上的表面記憶被大幅降低或完全消除。結 果形成之退化錐狀或平面錨定爲非常同質化、易於使用且 無取向滯後現象；以及 一 (b) 在非等向基底上，此處理亦使改變方位角錨定強度 成爲可能。此使得降低單調穩定或雙穩定錨定之強度成爲 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、可I 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（1〇) 可能，造成其幾乎爲退化的，而就方位角錨定具有非常低 的破壞門檻。 在本發明之另一變形中，其鈍化處理可藉由沉積一塗 層而形成，其具有足夠的厚度以防止液晶分子對形成於該 基底之吸附位置的搆及，而不須該塗層使每一該等處所爲 飽和的。 本發明亦藉由在基底上使用分子不僅用來如上述地禁 止基底上的吸附位置，且易於被再取向或變形使得以此方 法被處理之邊板失去以前的取向記憶，施用等向的玻璃態 或液態層而提出避免表面滯後的方法。此層作用成取向潤 滑劑：其使得在該表面上向列導向器ns的取向在基底上無 摩擦或滯後地滑動成爲可能。其須觀察到在此情形下，中 間基因分子是否在潤滑層上被吸附並無關係：當扭矩被施 加至ns，被吸附之分子可輕易地採取新的取向而不會被吸 附，因潤滑層之「軟」分子會變形並採取新的取向。 此一「錨定潤滑」可被聚合物構成，其在大氣溫度下 爲液態相位（或更精確地說是在所用的中間基因相位的整 個熱穩定範圍中）。在此情況下，其須於該基底上接植潤滑 層，使得其分子強力地黏著，以防止其在液晶內溶解或被 擴散。以此方法準備之層就巨觀觀點爲非常穩定且就分子 之程度而言爲非常機動性的。或者，其可能使用玻璃態的 固態聚合物作爲錨定潤滑，若其鏈足夠機動性且其似玻璃 之性質爲中度的即可。此條件在該聚合物於大氣溫度下若 接近其熔點便易於被滿足的。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、可| 569063 A7 _B7 五、發明説明（n) 特別是本發明人已測試在矽氧烷與玻璃態聚合物族類 中具有接近大氣溫度之熔點的液態聚合物（例如聚異戊二 烯與聚丁二烯）。這些物質具有高度機動的鏈。二向列在大 氣溫度下被使用於此硏究：5CB與向列混合物MLC6012 (Merck)。在於基底沉積薄層時，所有的物質在本硏究中對 二種向列給予退化錨定而無任何取向記憶。 典型的結果在下面被描述，此結果是以在大氣溫度爲 玻璃態的聚異戊二烯聚合物所獲得。均勻的薄層（< 300埃） 使用旋轉器被沉積，而以環己烷溶液（0.3%至3%)開始。 該層以無任何熱處理被使用以避免該聚合物轉變成液態相 位，因其可能破壞該薄膜之均勻度。在長期下（幾日內）， 本發明人觀察到聚異戊二烯由硏究下之板被運送到在測試 格中所使用之標準板的現象。此乃本發明人爲何使用具有 對聚異戊二烯分子移入不會敏感之錨定的標準板：摩擦過 之聚醯亞胺層，給予強力的、平面的或傾斜的單調穩定之 錨定。 沉積在等向基底（一般玻璃、浮動玻璃、在玻璃上的透 明ITO電極）上的聚異戊二烯層得到以所調查之向列的優 異退化錨定。在測試格中未偵測到錨定記憶：在聚異戊二 烯上的簡易軸取向總是如在標準板上地在同一平面內。在 外部場的作用下，調查中之板上的簡易軸以均一的方式採 取新的取向，而無滯後現象且無任何方飞立角錨定能量。 當聚異戊二烯被沉積在非等向基底（摩擦玻璃或ITO、 蒸發後的SiO)時，其一般會得到單調穩定的錨定，方位角 一 14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j

569063 A7 _ B7_ 五、發明説明（12 ) 錨定能量被降低。藉由改變沉積層的厚度下，本發明人觀 察到在基底之強單調穩定錨定與退化錨定間的逐漸演變， 尤其以聚異戊二烯層爲典型。此亦伴隨有取向記憶之完全 消失。 最後·，在聚異戊二烯上之退化錨定的方位角隨該基 底之性質與該向列的性質而定。就向列混合物MLC 6012(Merck)而言，錨定總是爲退化且平面的（0。= 90°)。就 5CB而言，錨定在沉積於蒸發後SiO的聚異戊二烯爲退化 且平面的，而若聚異戊二烯薄膜直接被沉積在玻璃上時， 其爲退化且錐狀的（0 ^接近55°，此爲「魔術角」）。 非常類似的結果可藉由在該基底上接植被氯矽族群所 截斷之聚苯乙烯獲得，其係爲本硏究所特別合成的。被用 於修飾該等表面的聚苯乙烯（以下稱之爲功能性PS)係使用 慣用的方法以陰離子被合成，以獲得被SiCh僅於一端部截 止之聚合物鏈。功能性PS之分子質量典型地爲40,000g/ mol，但其可在l，000g/mol至106g/mol的範圍內變化。 爲接植該聚合物，功能性PS溶液最初以大約5 %之容 積比例在無水甲苯中被準備。將被移植之表面在UV下以 氧氣流加以淸潔。此功能性PS溶液藉由使用旋轉器被沉積 在該淸潔的表面上。在甲苯被蒸發掉後，覆蓋在功能性PS 內之表面在真空內典型地以160°C被烘焙24小時。多餘的 功能性聚合物再以甲苯中之冷溶解被去除，此可能藉超音 波之助。被接植之PS的數量以橢圓幾何加以測量。 聚苯乙嫌_在聚合物基底（玻璃或IT0)上之移植結果造 一 15 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

.、可| 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（13 ) 成無記憶之退化錐形5CB錨定，此爲非常均一且可再製 的。此外，以接植聚苯乙烯處理係歷久穩定的：被接植之 分子不會溶解於液晶內且其持續地黏著於該表面，甚至在 例如以布作單向摩擦之機械或處理被施用於此時亦然。 在非聚合物基底（摩擦過玻璃或ITO，蒸發後SiO)上接 植聚苯乙烯可減小方位角錨定能量並消除錨定記憶。藉由 改變該基底之起始聚合物性或接植之密度，本發明人觀察 到在未處理基底之一般強値與接植後層之典型退化錨定間 方位角錨定能量的連續變化。在此方式下，本發明人能以 高度地可再製之方法獲得近乎退化的錨定。類似之結果亦 藉由機械式地摩擦已接植後之聚苯乙烯層而被獲得。 在一變化實施例中，其可能使用自我潤滑之材料，即 不具有處所能吸附液晶之材料，而不須就塗裝邊板或就以 無塗層直接製造該板包括液態或機動鏈。此沉積在該等板 之一不具有電極時特別適用。此沉積之一例在下面被描述。 大多數向列顯示裝置僅使用容積效應。在此類顯示中 紋理的改變因透過容積之連續變形發生，而無該等表面上 之任何重新取向。就其此真義而言，這類裝置需有強的單 調穩定以便操作。 最近，在表面上使用錨定中斷的向列顯示已被提出及 做成。見文件[2-5]，[8]，[9]。在這些裝置中，液晶在該表 面上的取向於顯示之操作中突1改變，使其可能使容積 紋理變形並在二個雙穩定紋理間切換（即能長期間保持穩 定而不需外部場的紋理被施用）。這類裝置的主要益處在於 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

•、可I t 569063 A7 __F7 __ 五、發明説明（14) 其雙穩定性質與其切換速度。然而，具有雙穩定表面之向 列顯示亦呈現某些缺失：錨定更難以達成及於其中控制。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 文件[2-5]中所提出之顯示需要較複雜之錨定：所使用 的二種狀態在方位角與天頂角（預先傾斜角）二者不同。目 前此一錨定仍難以達成。 在文件[8]與[9]中所提出之裝置使用較簡單的錨定（單 調穩定）。然而，爲縮短其期間及降低控制脈衝之電壓，其 需要中度或小的天頂錨定能量程度，且就此目的的製造技 術仍未完全精通。 本發明人現在提出嶄新的裝置促成退化的錨定被產生 (即無任何方位角錨定能量且無任何表面記憶）或幾近退化 之錨定（即無小的方位角錨定能量且無任何表面記憶）。此 錨定可易於產生並使用外部電場控制。其方位角錨定力爲 中度的，甚至爲很小，且此爲適用於顯示裝置之原因。 退化錨定顯示之切換可藉由中斷該退化錨定然後再控 制此中斷錨定而被控制。另一解決之道爲施用會轉動退化 錨定之方位扭矩。 爲瞭解在退化錨定情形中之表面破壞，吾人由回憶中 斷單調穩定之錨定的最簡單情形開始。第4圖顯示對應於 單調穩定平面對齊之方位角錨定能量。在沒有外部場下， 在表面上之導向器ns採取沿著W( 0 )之最小値的取向，其 對應於0 = ±90°(此二方向爲物理上等値的，且此亦爲該錨 定被視爲單調穩定之原因）。 奔電場E下，容積內之分子沿著該場本身取向（假定 一 17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（15 ) 液晶之介質等向性△ ε爲正的）。扭矩被施加於ns :向列 在該場之作用下於表面上本身再取向。一般而言，外部扭 矩越強，新取向ns越靠近該場之方向，但決不到達之（由 於表面錨定與之相抵的回復扭矩）。此法則的一個重要例 外爲場E以對應於表面能量最大値之方向（在第4圖中0 ==0之方向）被導向的情形。在此方向下，因該錨定所生之 回復扭矩變成0而不再與場E相抵：ns因此在該場夠強而 大於門檻値Ec時變成平行於：E。 現在若該場被切掉，該表面在Θ = 0之穩定均衡且回 到穩定均衡位置（0 =±90°)。此特定的位置依機會（因波動 所致）而定，否則其可藉由對該格施加小的控制效應而被 導出。 在實務上，易於施用強大場E之僅有方向爲該等板之 法線。上述的錨定中斷因而爲可能的，在對稱之下，僅就 平面錨定而言，或對其他錨定而言，其係對β = 0而爲對 稱的。 此錨定之方位能量，即對稱的雙穩定錨定顯示於第5 圖。此錨定可被對該格法線之場以二個不同方向被中斷： 若 Δε>Ο，0=Ο;若 Δε〈〇，0 = ±90°。第 5 圖亦可被 解釋爲退化錨定之天頂部分，其依限定具有〇方位能量（則 二分量0 >0與0 <0對應於同一個天頂角0，且二個方 位角爲相隔1 80°。與就-雙穩定錐狀錨定所獲者相同的結論 就此退化錐狀錨定仍爲有效的，其在Θ = 〇或0 =90°中斷 (而Ρ爲任意値）。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 __B7_ 五、發明説明（v ) 16 在本發明之文意中，雙穩定對稱錨定可被視爲非常接 近退化錨定：退化錨定W( 0 )具有圓筒狀之對稱性且其僅 爲0之函數；若有對9=0之小量的方位能量Wp((p)被 置於該能量上，則雙穩定對稱錨定被獲得。以此加置所獲 得之錨定在本專利申請案的文意中被稱之爲「幾近退化錨 定」。 幾近退化錨定之特殊情形在由退化平面錨定（0 = 90°) 開始時被獲得：此爲具有非常小方位能能量之平面錨定。 此方位角錨定能量在退化錨定（或幾近退化錨定）下爲 〇(或非常小，但天頂能量爲任意的且可很強。在實務上此 錨定比單調穩定爲較非等向性的，且就一般法則而言，天 頂錨定爲中度或弱的。 各種裝置可被用於控制中斷錨定。 在本發明之一較佳實施例中，此控制係藉由一液壓動 態表面流被提供。此被液壓動態表面效應之控制可符合在 文件[8]與[9]所描述之沉積，對其之參考可做爲對本發明 之良好的瞭解。 吾人以考慮顯示於第6a圖之格開始。板1具有以預先傾 斜（0 01 < 90°)的慣用型式之強單調穩定錨定。板2爲依照 本發明具有退化平面或錐狀（θ 02#0，p 02爲任意的）之 錨定。該容積之彈性能量如第6a圖顯示地就φ 2 = 180°之 平面紋理被最小化。 一 若電場Eel > E> Ec2垂直於板1與2被施用，則在退 . 化錨定板2上之錨定被中斷，且實務上類向性紋理如第6b -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、可| 569063 A7 __—_ B7_ 五、發明説明（i7 ) 圖顯示地被獲得。Eel與Ec2對應於在該二板上各別的中 斷門檻値。 若場E突然被關掉，則板2發現本身爲不穩定均衡， 無扭矩被施加於此。對照而言，板1爲不均衡，並有強的 回復扭矩因錨定作用於接近於此的分子上，因而限制其回 到其起始的取向。此回復創造質量流，其經由該格迅速地 擴散至板2(第6c圖）。板2上之分子藉由與此流相互作用 下向與其起始方向相反的方向上（# 2=0，第6c圖）發射。 一旦0#〇，因板2之天頂錨定的回復扭矩再出現並 朝0 2= 0 20，（p 2 = 0(第6d圖）之狀態加速板2之放鬆。 在控制脈衝結束後迅速（在幾個1 (Γ3秒內）被做成的紋理 (第6d圖）與起始紋理（顯示已被寫出）不同。 在第6d圖顯示之寫出紋理在01與02爲足夠大時， 因其呈現彎曲的高度彈性能量而爲不穩定的。自然地，在 大於數個百分之一秒後，其放鬆爲體的錐狀螺旋紋理而未 改變表面錨定（第6d圖）。此體的扭轉對板2之退化錨定施 用方位扭矩，而造成導向器繞著錨定錐轉動（第6f圖），最 後藉由不旋轉錐狀螺旋紋理（第6a圖）將之·帶回（p=180° 之均衡位置。在角錐上之動量被表面黏性減慢且持續好幾 十個百分之一秒。 對照之下，若0 1與0 2爲小的，第6d圖之紋理可爲 穩定的。此,ΙΤ果形成之裝置因而呈現雙穩定的性質。 一單調穩定之顯示因而被獲得，其可被寫出使用非常 短（r lS10#s)的脈衡，且其在較長的時間長度（reg -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂· · 569063 A7 ___B7_ 五、發明説明（18 ) 1 0ms)自然地地抹除。此外，依用途而定，r e可藉由修正 錨定與格之厚度而在大範圍內被調整。 自然地，其他的處理可被用於控制錨定之中斷。 必要時，第6圖之顯示可被轉變爲雙穩定顯示。首先， 若分子之平均傾斜角（Θ ! + Θ 2)/2小於一臨界値0 c，則彎 曲狀態（第6d圖）爲穩定的。由彎曲狀態進行到最小能量傾 斜均一狀態（第6a圖），此紋理必須通過180°之扭轉後狀 態（第6e圖）。此中間狀態形成一屏障，其只要在（0 1 + 0 2)/2< 0 c下會使彎曲狀態穩定。此臨界値0 c介於約45° (就具有非常低扭轉能量之合成物而言）至90°(就彎曲與扭 轉之彈性能量相等的合成物而言）間。其中90°即彎曲狀態 總是爲穩定的。 此外，其足以在板2以幾乎退化錨定取代錨定。在此 情況下，僅有P 2 = 〇與在0 2= 0 2。上之P 2 = 180°爲穩定 的，且因方位角錨定W p所致之小屏障將之分開。然後， 紋理6d轉變爲扭轉的錐狀紋理，其在錨定屏障Wp大於扭 轉體能量時維持穩定的。雙穩定顯示因而被獲得。爲抹除 被扭轉的紋理，其足以施用新的脈衝，並於此時逐漸關掉 該場。現在液壓動態相互作用不見，且小體彈性相互作用 喜於回復到第6a圖之「均一」狀態：該顯示被抹除。 自然地，本發明並不限於上面描述的特定實施例，而 是擴展到本發明之精神內的任何變化。 一 特別是在本發明之範圍內，其可能設想： ♦藉由體液壓動態效應控制錨定之中斷； 一 21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） .(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .#·

•、可I 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（19) ♦藉由加置二液壓動態效應，一體效應與一表面效 應，來控制錨定之中斷；以及 ♦藉由在退化錨定錐上轉動導向器以未完全中斷該 表面來切換。 在還有之一變形中，其可能在二板上設想中斷錨定 (就具有正介質非等向性之液晶而言，均一的類向性狀態 便在該場下被獲得，否則爲平面狀態就負非等向被獲 得）。在該場已被關掉之任何額外控制下，最後的狀態爲 隨機的。然而，若要如此，該結構之最後狀態可用額外的 命令被控制，諸如電場或適當導向（如水平）之流動。 上述的液壓動態效應（第6c圖）係由在板1上之分子於 對該表面之錨定扭矩作用下迅速回復到其起始導向所創 建。若在板1上的錨定很強，則在控制脈衝之際接近表面 之分子不會改變其取向導向，且其結果爲顯示於第7b圖 之紋理被獲得：除了在板1鄰近之薄體層外的整個類向性 紋理。在該場已被關掉後，在表面1之分子不會採取新的 取向，且其結果爲沒有表面液壓動態效應。不過，將高度 變形之體層放鬆爲更同質的紋理會創造習知爲「回流」效 應（見文件[10])之體液壓動態流（第7C圖）。此流朝向板2 擴散，並以與表面液壓動態效應之情形完全相同之方式控 制在該板上之錨定中斷。 ^第6d與7d圖顯示者等値之狀態便被獲得。即，若 0 i與0 2爲小的便爲穩定狀態，或進行至第7e與7f圖所 顯示之狀態。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)

569063 A7 _B7_ 五、發明説明（2()) 在第7圖中，板1之平面錨定被顯示。然而在一變化 形式中，在板1上之該錨定可爲傾斜的。 最後被二種液壓動態效應（表面效應與體效應）所創建 的流動在同一方向發生且因而被累積：在實務上，表面中 斷以重疊此效應被控制。 在第6圖所描述之切換須天頂錨定完全被中斷：在電 場E> Ec2下，在板2附近之分子被對齊以正確地平行於 其法線。不過，退化錨定爲高度非等向性的：天頂錨定之 中斷門檻値Ec2爲有限的，但方位角錨定爲無限的軟且對 應的中斷門檻値嚴格地爲〇(或就幾近退化錨定爲非常 低）。此非等向性使得將顯示於第6a圖之紋理切換爲顯示 於第6d圖之紋理爲容易的而不會經由該板之法線通過， 而是藉由將退化錨定錐對著其本身之軸轉動，或藉由更靠 近該法線（第8圖）在一角錐上被轉動。在使用低於中斷門 檻値之電場下（E< Ec2)，在板2上之分子維持相對於法線 之有限角（第8b圖）。當該場被關掉，被其他板與變形體層 所創造之液壓動態流朝0使該導向器成列。現在分子 對著法線（隨機地向左或向右）轉動（第8c圖），而維持實質 上相同之天頂角02。在加置該流動與天頂錨定（朝向02 = 0 20驅迫）的動作下，此系統朝向紋理（8d)放鬆，此係與第 6d與7d圖者相同。在退化錨定下，僅有小的彈性扭轉與 切換相反。在幾近退化錨定下，一小方位角錨定扭矩被 添加於此。不過在此二情形中，切換是比天頂方位被完全 中斷之事件更有效的。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 _B7_ 五、發明説明（21 ) 爲硏究所提裝置之操作，本發明人已做出數個具有退 化或幾近退化錨定之格。 第一種型式之格使用一板，其在透明ITO電極具有 GLYMO薄層（具有大約1〇〇埃之厚度），提供5CB向列之 退化平面錨定。此GLYMO以化學方式被移植到該表面 上，且以交叉連結而形成在液晶中穩定而不溶解之層。該 格之另一板以SiO蒸發加以經常處理（82°，105nm，強錨 定，單調穩定，0 1Q傾斜約550°)。該等格之厚度在1/zm 至之範圍內。 在被塡入後，該等格總是表現無扭轉之平面紋理。在 短暫的電氣脈衝被施用後，本發明人觀察到切換爲180°之 扭轉後紋理。此紋理爲過渡性的，且本身自然地在一抹除 時間r e後轉變回到其起始的紋理。此時間爲10ms至100ms 之程度，且與格之厚度的平方成正比。 這些格的天頂錨定能量比較起以單調蒸發SiO所獲 得者爲相當地強。Ec就r =lms爲約10V///m。第9圖爲 在交叉極化器間之格於施用控制脈衝30後之光線傳輸記 錄。在第9圖上亦有對應於參照第6圖所解釋之狀態的標 示點。其將被觀察到傳輸最大値在狀態6c被獲得。在此光 學反應未被最適化的格中，本發明人測量到優於1 00 : 1之 對比。 ^ 另一典型格之系列爲使用覆蓋聚異戊二烯得到5CB錨 定之錐狀錨定的板2做成。就如背板1者，本發明人使用 具有以摩擦聚醯亞胺（錨定爲強的、平面的且單調穩定的） — 24 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂— 569063 A7 ___B7 _ _ 五、發明説明（22 ) 或以蒸發SiO(82°，105nm，錨定爲強的、單調穩定的，且傾 斜約55°)覆蓋，具有透明電極之玻璃板。 在被塡入後，所有的樣本顯示平面紋理，以其導向器 在背板1之單調錨定所定義的平面內。就已以SiO處理的 背板U傾斜錨定）而言，單一傾斜且幾近均一的紋理被觀察 到，類似於第6a圖之紋理。就平面背板1(摩擦後聚醯亞胺） 而言，該二扁平的紋理共同存在並以障礙分開，而於第10 圖中被示意地顯示。 藉由施用短暫的電氣脈衝，本發明人觀察到該等格漸 變到「寫出」狀態，被扭轉1 80°。就該等格所測量之寫出 門檻値Ec(r )在第11圖被給予。表面中斷所用之靜態門檻 値以聚異戊二烯而言是非常低的（Ec大約1.5V//Z m，小於 聚醯亞胺之數値的程度）。就實務觀點而言，此性質是相當 重要的：該裝置可在低電壓被控制，就算使用短暫脈衝時 亦然（以=26V，就r爲約10/z s且2// m格而言）。雖然此 一低値，錨定能量在格之表面爲高度均一的，此在實務上 得到定義非常完備且在大區域上爲固定的寫出門檻値。 第12圖顯示5CB錨定之中斷門檻値爲在IT0上接植 後聚苯乙烯處理的脈衝長度之函數。以此塗層下，該門檻 値亦爲合理地低（就r = lms’ E»E伏特/ // m)且爲尚度地可 再製的。相同的門檻値就藉由機械式地摩擦接植後聚苯乙 烯層所獲得大多數退化錨定#亦可被獲得。 時間r e爲單調穩定顯示（其自然地抹除）之一重要的 特徵，且其必須視復新頻率而被採用。此時間隨數個參數 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)

569063 A7 _B7__ 五、發明説明（23 ) 而定：格之厚度、錨定之幾何性質、控制脈衝之長度與電 壓。 在第13圖中，τ e被顯示爲就各種包含5CB向列之樣 本爲格厚度> d〃之平方的函數。退化錨定板2總是被覆蓋 於聚異戊二烯（退化錐狀錨定且無記憶）內。二種型式之背 板1被使用：在摩擦後聚醯亞胺上的單調穩定平面錨定（曲 線a)與在蒸發後SiO上的單調穩定傾斜錨定（曲線b)。r e 隨d2而定的方式是熟習本技藝者所習知的：其可由強迫導 向器繞著錨定角錐轉動之扭轉中的體彈性扭矩與相反的黏 性扭矩間之均衡狀況被減小。其亦可被觀察到r e不再用於 在背板上之傾斜錨定：這些格具有較小的平均角0且因而 其彎曲紋理（第6d圖）與其扭轉紋理（第6e圖）之能量非常類 似。扭轉中之彈性扭矩變小且放鬆時間r e加長。 第14圖顯示一格（5CB，聚異戊二烯板2，傾斜SiO背 板1，厚度2.3// m)之光學反應，用於控制固定長度= 5〇#s)與各種電壓之脈衝。更精確地說，第14圖顯示四

條曲線a，b，c，d分別對應於13.4V，13.5V，14V與15V 之四種控制電壓。在第14圖中，在定義良好之約13.4伏 特門檻値Uc下方，無傳輸被觀察到。就U > Uc，傳輸隨著 控制脈衝所施加之電壓而增加。就U大於等於US = 1 5 V， 傳輸強度飽和於其最大値而不再進一步變化。此由本發明 人所發現之相依性可被解釋如下：在高電壓（U> US)時，在 聚異戊二烯板上之錨定被完全中斷，且在脈衝結束時液壓 動態爲高度有效的，造成導向器在天頂錨定協助下迅速回 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 B7 五、發明説明（24) 到0 = 0 Q，p = (Γ的位置（第6d圖）。以此方式達成之彎曲 紋理爲平面且光線傳輸爲低的。此時，無天頂扭矩被施用 且錨定未滑動。就如已解釋者，此紋理（第6d圖）爲不穩定 的且其轉變成第6e圖之扭轉紋理，其對表面2拉動且造成 錨定滑動，而在通過第6f圖之紋理後導至第6a圖之最後 紋理。在第6d圖紋理之後的轉變且進行到第6a圖的紋理 之際，該紋理被扭轉且被傳輸之強度爲大的。 當控制電壓爲小的時（U大約爲Uc)，板2之天頂錨定 未完全中斷，且導向器在脈衝結束時對著法線在小的孔角 錐0 2 < Θ 2。轉動。此時液壓動態效應與天頂錨定對分子以 二個不同方向拉動：分別朝向半平面¢) = 0°與朝向錨定錐 角02= 02〇。在流動結束時，第6d圖之平面紋理未被獲 得，代之的是顯示於第6f圖之扭轉紋理被獲得。此紋理迅 速地不扭轉而導致第6a圖之起始紋理。此外，所有的中間 紋理接近於類向性的，且通過交叉極化器之對應傳輸有變 小之結果。 此模型解釋第14圖中曲線I(t)之行爲，特別是放鬆時 間與最大強度隨著電壓之增加而增加。類似的曲線已由本 發明人使用固定的控制電壓（U= 25伏特）與變化長度的r 被獲得及解釋：就r =14#s，其無光學反應；就/zs< r < 1 6 μ s，被傳輸之強度逐漸增加；以及就r大於等於1 6 #s，光學信號飽且不再隨7：而變。被傳輸強度在脈衝後 隨τ與U而變的方式就實務觀點而言是非常重要的：其使 得以「灰尺度」模態之作業使用所提議之顯示成爲可能的， -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背

569063 A7 _B7_ 五、發明説明（25 ) 其比彩色顯示更爲重要。此乃藉由變化短暫控制脈衝之電 壓或長度而改變像素明亮度之能力。 在此方式下，爲了要定義灰尺度，其可能施用接近於 中斷門檻値之脈衝，即爲固定長度且振幅在Uc至Uc - 20 %之範圍的脈衝，或爲固定振幅且長度在r。一 re— 20 % 之範圍的脈衝（r。代表就特定振幅下中斷錨定所需之脈衝 長度，例如見第11與12圖）。 門檻値Uc與r。之高傳真度以及在這些參數（U或r) 中小變化之光度的迅速上升使得顯示所用之具有高多工性 成爲可能而又保持灰尺度。例如此顯示可以在活性列之電 壓 Urow= (Uc- Us)/2 及在行之電壓（Uc— Us)/2< UcenC (Us - Uc)/2下以逐列的基礎被寫出。在此方式下，活性列 上之像素的結果電壓在Uc至Us之範圍上變化。光線傳輸· 之明亮度因此可在〇與最大値間變化。在未被提及之列上 的電壓維持低於Fredericks不穩定電壓[10]。 爲避免影像之閃爍，其可能使用短於抹除時間r e之影 像復新期間。 第15圖顯示光學信號在固定重複頻率與各種脈衝振 幅之復新脈衝下爲時間之函數。在此情形中，本發明人已 顯示以rms模態操作之裝置：平均光學信號爲所施電壓之 均方的函數。 第16圖顯示平均光線強度爲rms電壓（均方根==電壓 平方平均數之平方根）的函數。其可看出電壓門檻値爲突然 轉變的。得到90 %光線強度之電壓與得到10 %光線強度之 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) % •訂丨 569063 A7 __B7_ 五、發明説明（^) 26 電壓間的比値Μ接近於1 ·〇25。此使得製作一螢幕成爲可 能，其列之數目由下列Alt與Pieshko公式[1 1]得到： N= [(M2+ 1)/(M2- 1)]2= 1,600 即具有1,600列之螢幕。 最後，本發明人亦已硏究藉由加置錐狀或平面退化錨 定（聚異戊二烯、聚苯乙烯或GLYMO層）所獲得之大多數退 化錨定，具有小的單調穩定對齊（在沉積退化錨定層前後被 摩擦之板、在蒸發後SiO沉積該層、或在某些其他等値非 等向性表面上）。就如已解釋者，此錨定構成對稱的、雙穩 定的錨定，且具有非常低的方位角錨定能量。 在還有之另一變化形式中，非等向性可使用在紫外線 或可見光內被極化光光束被照射引發。 在控制信號已被施用後大多數的退化錨定中斷且該格 被寫出至此，得到第6e圖顯示之紋理。該等中斷門檻値就 對應的退化錨定爲相同的。然而，被寫出之紋理未被錨定 滑動自然地抹除，且其在以秒爲尺度的時間下維持穩定 的。在較長的時間下，該格被障礙移動抹除。 在適當時，此自然的抹除可藉由添加非對稱摻雜劑至 液晶材料而被消除，就如文件[9]就單調穩定錨定之另一文 旨所提出者。 簡言之，本發明之文意所提出之顯示呈現下列的特徵： •製f上簡單之錨定； •非常快的寫出時間（就U約26V爲r < 10// s); ♦在可調整之經歷時間後20ms至100ms之程度內有 一 29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 _____B7 五、發明説明（27 ) 自然的抹除，即與視頻影像復新率爲可比較的； ♦灰尺度（就非最適化格爲約7至8個二元灰値）；以 及 ♦獲得雙穩定格之可能性。 其亦可能設想就退化錨定之天頂中斷門檻値Ec2大於 慣用天頂錨定之天頂中斷門檻値Eel的情形。就Ec2> E> Ec 1之場E而言，該退化錨定板變成主板，即其設立液壓 動態體與表面流，此在寫出或創造抹除時之第6a圖均一狀 態的彈性相互作用之際造成彎曲狀態。 其亦可能設想在二種板上消除所有方位角取向記憶之 處理。 此外，在本發明之文意中，其可能設想使用具有正介 質非等向性液晶或具有負介質非等向性液晶。 在上述之裝置中，所施用之場爲垂直於該板，且強的 電氣扭矩中斷該退化方位角錨定板之天頂表面。在控制脈 衝後，新的體紋理被達成，其在單調穩定之情形中被退化 錨定板上分子之天頂旋轉回復至起始的紋理。吾人在下面 描述其他的裝置，其中施用該格之方位扭矩產生方位旋 轉。在此例中未發生錨定中斷：該退化方位角錨定在此扭 矩下自由地將本身重新取向，且由於就中斷退化方位角錨 定的門檻値限定爲〇，該格之紋理逐漸且逆轉地改變。不 過，這些嶄新的裝置與慣用顯示不同之處的事實在於當切 換之時該導向器之取向在該退化錨定板上轉彎：取代傳統 的強錨定下，其使用「無限弱」之方位角錨定' -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 _B7 五、發明説明（28) 在水平場以退化錨定顯示之情形中，二個電極被配置 於同一板上，即第1 7圖之板1，此二電極平行於Y軸並以 L相隔。其電場在該格之平面中且平行於X軸。在板2上 沒有電極且其錨定爲錐狀或退化的平面，並無取向記憶。 在板1上，錨定爲傳統的、單調穩定的、平面的或相對於 X軸以方位角0 !傾斜（第1 7圖）。該等板間之距離爲d。在 無任何場下，第17a圖之平面圖紋理被達成：在整個格中， 分子平行於以（/> (z) = ¢) !所定義之垂直平面。此紋理僅由 板1上之錨定及由該向列之扭曲彈性所加置，原因在於板 2上無表面方位扭矩。 當電壓U被施用於該二電極間時，電場（E=U/L)將導 向器n(z)取向於平行於（若△ ε > 0)或垂直於（若△ ε < 0)X 軸。在板1上，方位角錨定爲強的，且導向器未轉動（P(〇) =(/M)。在板2上，方位角錨定爲自由的，且邊緣條件爲d p /dz/z= d = 〇所定。一般而言，被扭轉紋理在該場中如第 17b顯示地被獲得，而以該退化板上之分子具有取向P 2， 其依該場而定。此向列之取向在板2上取向隨該場之變化 使所提出之裝置與其他已知且赤使用水平控制場的裝置不 同，但其中板2上之錨定爲強的且單調穩定的（類向性的[文 件12與13]、平面的或傾斜的[見文件14所引述之參考資 料])。熟習本技藝者知道水平場顯示爲更難以製造’且因 ί比垂直場顯示（於該等板法線上之場）貴；其需有之控制 電壓L/d»l，在像素內沉積電極爲複雜的，且就多工性必 須有一活性矩陣。不過，水平場顯示亦具有重大的益處： -31 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 B7__ 五、發明説明（29) 因導向器在所有其狀態中維持平行於該等板’故其觀看角 非常的廣。 爲瞭解所提出之裝置的益處’其必須就二個非常類似 的顯示比較整個格的p (z)之變化（第18圖）··即第17a圖所 提出之裝置與相同型式但其在板2上之錨定爲強的且單調 的且因而強迫P (d) = (p 2 = ¢) i之顯示。在沒有場時（U = 0)，此二顯示具有φ(ζ)= pi之均一紋理（第18圖，曲線 a)。爲簡單起見，假定= 90°且△ ε >0，雖然本發明自 然不受限於此情形。直至就電壓Us之某門檻値而言，因該 錨定所致之表面扭矩優於體電氣扭矩，且該紋理維持均一 的。就傳統的單調錨定而言，此門檻値被定義爲U’s = LU2/d，其中U2爲在扭轉幾何中之Fredericks門檻値[文件 10]，其就5CB而言爲約0.5V。在吾人之於板2上有角錐 錨定的裝置中，其門檻値爲一半，U”s=LU2/2d，因在板2 上之自由錨定的狀況所致。在高於此門檻値下，該電氣扭 矩變成強得足以扭曲該紋理。在板上之傳統錨定的情形 中，P (z)在容積內變化（第1 8圖，曲線b)，但在該二表面 維持不改變。當在板2上使用退化方位角錨定時，該等分 子亦在此表面上轉彎（第1 8圖，曲線C)。在上情形中，該 紋理之扭轉更強。 爲觀察中斷之轉變，該格被置於交叉的極化器間，其 中之一平行於板1之導向器。就二種顯示而言，若U < Us， 該格爲一片雙折射板，其慢軸平行於入射光之極化，且穿 過該等顯示（格加上極化器）之傳輸爲〇:|fct顯示爲處於其黑 -32 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

569063 A7 _B7_ 五、發明説明（3Q) 狀態中。 以習知顯示具有在二板上之強錨定下，若U> Us但接 近於Us，則在該格中之扭轉對應於第18圖，曲線b，而 Mauguin條件被滿足（d p /dz<< △ η/ λ )。在此情況下，光線 極化符合分子之方向，高與低扭轉之效應消除，且其顯示 維持黑色的。在較高電壓下，格扭轉變強，Mauguin條件 於靠近該等表面不再被滿足，使得由該格被輸出變成強烈 的橢圓形。傳輸隨著電壓迅速地增加，但就不同顏色有不 同的方式。 在退化錨定下，若U> Us，但接近於Us，則該格維持 於波導狀況並作用成極化之轉子：在通過該格後，光線之 極化已經由角¢) 2 - P !被轉彎，其就所有波長爲相同的（或 幾近相同的）。因而，一旦該門檻門已被超過，傳輸便隨電 壓規律地增加，且被傳輸之光線維持爲白色的。 此持續爲真的，就算就退化錨定之P < 90°的一般情形 亦然，但在此情況下，其無淸楚的門檻値U S且紋理之扭 轉隨U逐漸地增加。因此，其灰値在更大範圍之電壓上被 擴充且因而易於控制，但因在格中總扭轉P - P 2變得小 於90°，對比稍微地被降低。爲避免此缺失，其足以藉由將 向列轉變成具有長節距2//m<P<10//m之螺旋使之對稱 化。在對稱化格中之扭轉在第19圖被示意地顯示，其中曲 線a爲無場’曲線b * c ^ d爲增加場之情形。 第17圖裝置比起其他場顯示之某些益處由上面的描 述而變成淸楚的。在板2上之退化錨定使得以2之因子降 -33 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

I 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（3i ) 低控制電壓U，或使用就固定U爲兩倍大的L/d比値而使 像素大小成爲兩倍，成爲可能的。被傳輸之光線爲白色的 而無任何顏色分散。自然地，其觀看角如所有其他水平場 顯示般地爲廣的。退化錨定亦在選擇該格之幾何參數以使 其行爲最適化上有大程度的自由。例如，該格之光學性質 可藉由使該向列對稱化及藉由在該二板上獨立於場E選擇 取向方向pi與而被最佳化。其亦可能以該場之極性來 控制該裝置：由於該二表面爲不同的，其可能在該格中創 造體或表面雙極密度（例如flexoeletric[文件13]，或 ordoelectric[文件15])。此極化耦合該場之極性，並隨其符 號而定地，該紋理被向左或向右扭轉，以因在E爲線性之 此耦合而使其能量達到最小。此效應在E丄η或該場爲弱時 會是大的，原因在於二種情形中之線性效應強於介質效應 (Ε之正交）。 本發明人已在具有強平面錨定之板1 (SiO之傾斜蒸發） 與具有退化錐狀錨定之板2(接植後聚苯乙烯）間製造數個 水平場格。二透明ITO電極被沉積於板2上，且其相隔100 //m。控制脈衝之長度被選擇爲40ms，其與視頻影像之長 度相容。 在第20a圖中，其顯示有此種格（d=2.0#m，^=70°， 向列=純5CB)對可變控制場E=U/L之光學反應。爲了比 較起見，第20b圖顯示以類似格所獲得之結果，但在板2 使用單調穩定平面錨定。在二種情形中，其對比良好（〜200) 且觀看角很大。就單調錨定（第20b圖）而言，其傳輸光線 -34 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 __ B7___ 五、發明説明（„ ) 更有彩色，且控制場如預期地爲約兩倍大。 就如已解釋過的，使用水平場的裝置之益處爲其廣的 觀看角。對照之下，具有「垂直」場（垂直於該等板，在沉 積於該二板之透明電極間被獲得）之顯示的益處在於其簡 單性與低的控制電壓。其在下面被顯示，藉由使用錐狀錨 定，其可能組合二種顯示型式之益處。 在此情形中（第2 1圖），該二電極分別被沉積在該二板 1與2上。電場E= U/d平行於該等板之法線。在板1上之 錨定爲單調穩定的（平面的或傾斜的）。在板2上，錨定爲 退化的、平面的或錐狀的，且其無記憶。在該等板間之液 晶爲對稱性或螺旋性之向列，具有比起可見光波長爲相當 大之節距。在板2上之錐狀或平面錨定將所提出之裝置與 已在文件[16]與[17]中所提出之類向性單調穩定錨定裝置 加以區別。 熟習本技藝者知曉在無外部限制，被場或被邊緣加置 下，該螺旋捲繞成螺線。若該螺線之軸平行於z，且分子 垂直於該軸（0 = 90°)且p 此處q〇=2;r/p爲 自然而生之螺鹿扭轉的波向量。在第21圖之格的錨定狀況 需有螺旋紋理，其螺線之軸垂直於該等板。不過，該等板 上之處理與所施用之電場加置一天頂角Θ = 0 (z)，其一般 不等於90 °。然後耦合因向列之彈性常數的非等向性 (kpkpk^)而出現在 0(z)與 d(z)/dz 間。假定 ki=k3=k> k2，且當方位角錨定在該等板之一爲自由的時下面的關係 成立： -35 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 面

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569063 A7 B7 五、發明説明（） 33 d ψ k ——=q〇/ [1 + [—一 1]COS20] dz k2 在此關係中： k!爲該液晶之扇形的彈性常數； k2 =扭轉之彈性常數； k3 =彎曲之彈性常數。 則耦合存在於天頂扭曲與方位扭曲間。若其結構幾近 於爲平面的（0 «90°，第21a圖），則該系統回復到dp /dz =q。。若該紋理接近於爲類向性的（θ <<90°)，則扭轉之減 小被獲得 d p /dz = q〇k2/k。 在本發明人所提出之裝置中，P與0間之耦合作用成 扭矩「轉換器」。其將垂直場所直接創造之天頂扭矩轉變 爲方位扭矩。因此，由於在板2上之自由方位角錨定，角 ¥>2在該場之作用下改變（第21b圖，圖中假設△ ε >0)。 在交叉極化器間，傳輸強度之改變被獲得。若Ρ與△ η爲 大的，該紋理幾乎爲平面的，且該系統在波導狀況下操作， 使得在該格之出口處，極化隨著所施用之場而定，被旋轉 到更大或更小的程度。此狀況以在二板上傾斜的錨定與△ ε <〇(無場時0 <90°，有場時0 »9 0°)被容易地達成。若Ρ 爲小的，且（或）該紋理接近於類向性的（Θ <<90°)，波導狀 況被干擾，且在該格出口之光線隨著該場定，以更大或更 小的程度成爲橢圓形的。此狀況以在二板上之平面錨定（或 幾近於平面之錨定及△ ε >0(在有場下紋理幾乎爲類向性 的）被容易地達成。 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再

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569063 A7 B7 五、發明説明（34 ) 所提出之裝置比起以傳統錨定爲基礎之裝置呈現數個 益處。在比起水平場顯示下，這些益處如下： ♦實施簡單； *使得像素有任意尺寸與形狀爲可能的； *小的控制電壓，有在被動狀況下（無活性矩陣）操作 的選擇性；以及 ♦在波導模態操作時有良好的色度性質。 在比起具有傳統錨定之垂直場顯示下，這些益處如下： *寬的觀看角； 鲁在波導模態操作時有良好的色度性質；以及 鲁紋理強烈變化之可能性且因而P無故障出現（這些 變化因而可爲非常快且可逆的）。 爲證明所提出之裝置就垂直場之績效，本發明人已在 該等板的內側表面使用透明ITO電極而製造在二玻璃板間 之各種格。在所有情形中，錨定於板1爲傳統的及單調穩定 的，於板2爲退化平面的或錐狀的。該向列爲5CB且其被 對稱化以獲得以波長大很多之節距Ρ的自然而生之扭轉。 第22圖顯示此種格對於長度爲r = 41ms之電氣脈衝 (與視頻頻率相容）與在1.0V至3.0V範圍之電壓U的光學 反應。此錨定在板1上爲單調穩定與傾斜的（SiO)，在板2 爲退化且錐狀的（移植後聚苯乙烯）。該格之厚度爲d= 4.0 且其螺旋節距爲P«2.6// m之另一格的光學反應。由於 厚度較小，此格中之放鬆時間較快，促成影像更頻繁地被 復新（如就NTSC標準爲16.6ms)。格對比非常良好，.爲約 — 37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 填

訂 I

569063 A7 __ _B7_ 五、發明説明（35 ) 140 ° 在二種格中，螺旋節距未足夠大以滿足Mauguin條件 △ ηρ>> λ。因此波導狀況被干擾且色彩擴散未被完全避 免。同時，本發明人觀察到如在混合式格所已觀察到[文件 1*7]具有紋理調變之格中有強的總扭轉。此連續調變而無障 礙線係因板2上的錐狀錨定所致，且就小的厚度而言（d «ρ) 其取代具有單調穩定之螺旋中所觀察到的真正障礙（「指 紋」）。本例中反應時間不受紋理調變影響：由於障礙既未 被創造亦未被傳送。 第24圖顯示在波導狀況與提供較佳色度性質下以長節 距（p»13/z m)操作的光學反應。此格的厚度爲d«3.7/z m， 在板1上爲單調穩定的平面錨定（SiO)，在板2上爲退化的 平面錨定（典型上使用GLYMO)。此格之總扭曲爲小的，且 其無紋理調變。 元件標號對照表 元件編號 譯 名 元件編號 譯 名 1 板 2 板 參考文獻： 1. J. Cognard, “Alignment of nematic liquid crystals and their mixtures” ，Mol. Cryst. Liq. Cryst. Suppl. 1，pp. 1-77(1982). 2. Durand et al., US patent 5 357 358. 3. R. Barberi,_ G. Durand, Appl. Phys. Lett. 58., 2907 (1991). 一 38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 569063 A7 B7 五、發明説明（％) 3〇 4. R. Barberi, M. Giocondo, ph. Martinot-Lagarde，G.

Durand, J. Appl. Phys. 62_, 3270 ( 1 993). 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 5. R. Barberi, M. Giocondo, G. Durand, Appl. Phys. Lett. 6^0 1 085 (1 992). 6. B . Jerome, Surface effects and anchoring in liquid crystals” , Rep. Prog. Phys. 5 4, 3 9 1 (1 9 9 1). 7. S. Matsumoto, M. Kawamoto, N. Kaneko, “ Surface-induced molecular orientation of liquid crystals by carboxylato-chromium complexes” ，Appl. Phys.Lett. 27., 26B ( 1 975). 8. Patent application PCT/FR 96/01771 dated November 8, 1 996. 9.1. Dozov, M. Nobili, G. Durand, “ Fast bistable nematic display using monostable surface switching” ，Applied Physics Letters 70，p.1 1 79 (1 997). 10. P. G. de Gennes, J. Prost, “ The physics of liquid crystals” ，Clarendon Press, Oxford, 1 9 9 3. 11. Alt. P.M. and Pleshko P. ； 1974 IEEE Trans. Elec. Dev. ED-21 : 146. 12. French patent FR 82/07309 to G. Durand, ph. Martinot-Lagarde, I.Dozov, entitled “ Perfectionnement aux cellules optiques utilisant les cristaux liquides ” [Improved optical cells using liquid crystals]. -39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） 569063 A7 _B7_ 五、發明説明（37) 13.1. Dozov, ph. Martinot-Lagarde, G. Durand, “ Flexo-electrically controlled twist of texture in a nematic liquid crystal” , J. Phys. Lett. 43, 366-369 (1 982). 14. MASAHITO OH-E et al. ^Dependence of viewing angle characteristics on pretilt angle in the in-plane switching mode liquid crystals” ,1 997, vol. 22, No. 4. 15. G. Durand, “ Order electricity in liquid crystals” , Physica A., 1 63, 94-100 (1 990). 16. US-A-41 14990. 17.1. Dozov, I. Penchev, “ Structure of a hybrid aligned cholesteric liquid crystal cell” , J. Physique 47 (1986). 一 40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 569063 、申請專利li凰1 〜 -—〜一 一… 第087107075號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正日期：92年06月 1. 一種液晶顯示裝置，其包含一液晶材料被夾於二邊板（1，2) 間，該裝置之特徵係在於，於該等板中至少一者（2)之上， 作一處理以界定一不為零的天頂錨定能量，並且退化該等 分子之方位角銷定，以使得經由錨定無方位角方向被加諸 至該液晶材料上，而該等液晶分子自由的相對於一該等板 之法線轉動，且無方位角取向記憶，以使得一在外部的電 或磁場不會產生任何的方位角取向記憶。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該退化方位角錨定藉由 選擇構成該等邊板或一覆蓋於該等邊板上的材料而被獲 传0 3·如申请專利範圍第2項之裝置，其中該退化方位角錨定係藉 由一該等邊板的處理而被獲得。 4.如申研專利範圍第3項之裝置，其中該處理藉由於該板面上

   (請先閱讀背面之注意事^^|^填寫本頁) 裝 填寫士 -------訂---r I ΙΓ i 抑制吸附位置，而使該等板（1，2)之至少一者的一個表面鈍 化0

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇 x 297公釐） 費 569063 六、申請專利範圍 子被非等向性相互作用而容易地而有所取向。 8·如申請專利範圍第2項之裝置，其中該材料係擇自具有有機 官能基的梦烧族類。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其中該材料係擇自具有有機 官能基的矽烷族類中，包括氯矽烷群（Si 一 C1)，矽烷醇（si —OH)或烷氧基矽烷（si — CnH2nOH)。 10·如申請專利範圍第9項之裝置，其中該材料係由3_甘油基 丙氧基三曱氧基矽烷（GLYMO)構成。 Π·如申請專利範圍第2項之裝置，其令該材料包含鉻錯合 物。 12.如申請專利範圍第2項之裝置，其中該材料包含聚合物， 其在所使用之中間基因相位的熱穩定範圍内均為液態相， 並且其中該等聚合物被接植至該表面上。 U·如申請專利範圍第4項之裝置’其中該材料包含聚合物， 其在玻璃態中於該液晶内為不可溶解的。 H.如申請專利範圍第5項之裝置，其中該材料包含液態的石夕 氧院族類聚合物，或在大氣溫度中為玻璃態的聚合物。 如申請專利範圍第5項之装置，其中該材料包含聚異戍二 烯、聚丁二烯或聚苯乙烯。 16·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該退化錯定係為-退 化的平面錨定。 17·如申請專利範圍第1項之梦 <褒置，其中該退化銷定係為一退 化的錐狀錨定。 18·如申請專利範圍第丨項之裝 直具中该裝置包含適用於藉 I -42 - ΐ紙張尺關家料 (請先閱讀背面之注意事 「裝 訂—i I. 寫本頁) # 569063 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 A8 B8 C8 D8 :、申請專利範圍 由表面液壓動態效應控制狀態之變化的構件。 19·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包含適用於藉 由容積壓動態效應控制狀態之變化的構件。 20.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包含一控制構 件以施加一脈衝至該液晶’其低於在該板上由該處理所提 供之中斷門檻值。 21·如申請專利範圍第20項之裝置，其中包含創造包括銷定 之方位角旋轉的容積或表面液壓動態效應的控制構件，該 錫定為退化或幾近退化的，而未中斷該天頂銷定。 22·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中包含一控制構件以施 加一脈衝至該液晶，其鬲於在該板上由該處理所提供之中 斷門檻值。 23·如申請專利範圍第2項之裝置，其令該材料被沉積於一等 向性基底上以限定錨定，其為退化的、錐狀的或平面的， 而無取向滯後現象。 24. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該材料被沉積於一非 等向性的基底上。 25. 如申請專利範圍第24項之裝置，其中該非等向性的基底 係為一被置於一邊板上之Si〇層。 26. 如申請專利範圍第丨項之裝置，其中包含加置非等向性於 f狀或平面蚊上，以產生幾近退化的，具有非零方位能 量，但無記憶或滯後現象之錨定的構件。 27. 如申請專利範圍第26項之裝置’其中用於加置非等向性 於錐狀或平面錯定上之構件係由下列群組中被選用：在沉 -43 297公釐）

   ί I, Μ------------------ (請先閱讀背面之注意事寫本頁)

   彳 絮· 請先閱讀背面之注意事寫本- 誉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 569063 六、申請專利範圍 積該塗層之刖或之後摩擦該邊板(2);在非等向性表面上沉 積該塗層；或藉由使用紫外線或可見光之極化光束照射該 鈍化塗層來引發非等向性。 28. 如申凊專利範圍第丨項之裝置，其中該顯示裝置為雙穩態 的，並且於場不存在時三種可能的紋理中至少二纹理為穩 疋的·平面/傾斜的（第6a，7ag| )、平面/變曲的（第Μ，^ 圖）以及扭轉的紋理（第6『圖）。 29. 如f請專㈣圍第28項之裝置，其巾在相對於該等邊板 法線為靜止之分子的傾斜（Θ )為小得足以穩定該平面/彎曲 的紋理。 3〇.如申請專利範圍第28或29項之裝置，其中包括對稱播雜 劑以穩定被扭轉紋理。 31·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該顯示裝置為單調穩 定的，在於該控制構件所引發之狀態為不穩定的、以及在 於該裝置以一連續的路徑自然而然地回復至其起始穩定狀 態。 32.如申請專利範g|第31項之裝置，其中在相對於該等邊板 法線為靜止之分子的傾斜（0)為大的。 33·如申請專利範圍第2〇項之裝置，其中該控制構件適用於 選擇性地施加由接近於該中斷門檻值的數個控制脈衝中選 出的脈衝至该液晶以定義所選擇之灰度值。 、 34. 如申請專利範圍第33項之裝置，其中該等控制脈衝為固 定長度的，且其振幅係接近該中斷門檻值且為可變的。 35. 如申請專利範圍第33項之裝置，其中該等控制脈衝為固 -44

   本紙張尺度刺巾關隨公益 六、申請專利範圍 定振幅的，且其長度為接近該中斷門根值且為可變的。 36. 如申請專利範圍第33或34項之裝置，其中被組織成一矩 陣，且在於該控制構件適用於施加一電壓价㈣=(…+ 叫/2至活性列及（Uc Us)/2 < Ue〇1 < (Us 一 Uc)/2至行，仉與 Us分別代表該裝置出現與飽和之狀態改變的門檻值。 37. 如f請專利範圍第28項之裝置，其中為了要抹除已被寫 出之紋理，該控制構件施加一脈衝，其相對於其液壓動態 相互作用偏喜在該二表面間之彈性相互作用。 38. ·如中請專利範圍第33項之裝置，其中使該影像復新之控 制脈衝的重覆期間小於該裝置之抹除時間，以及於灰度值 選擇因而被施用該像素的均方根值所給予。 39. 如申請專利範圍第丨項之裝置，其中使該控制構件適用以 於該二板上提供中斷錨定。 40. 如申請專利範圍第39項之裝置，其中設有一適用創造水 平流或場的辅助控制構件。 41. 如申請專利範圍第！項之裝置，其中在一板上被提供之退 化錯定的天頂中斷門檻值高於在另一板上被提供之慣用錯 定的天頂中斷門檻值，且設有一適用在以此方式被定義之 二錨定門檻值間施用一場之構件。 42. 如申請專利範圍第i項之裝置’其中處理該二板(ι，2)以 限定義退化方位角錨定而無方位角取向記憶。 43. 如申請專利範圍第〗項之裝置，其中該等板之一引發強的 方位角錨疋且另一板引發平面或錐狀退化方位角錨定。 44. 如申請專利範圍第43項之裝置，其中包含 於施 569063 A8 B8 C8 D8