TW417032B - Bistable nematic liquid crystal device - Google Patents

Description

7 B 五 明説 明發 置 裝 晶 液 式 列 向 態 穩 雙 BE 種 1 於 關 有 景明 背發 明本 發 間造 板而 基層 晶該 液在 在加 納施 容場 料電 材使 晶構 液結 層搔 薄電 1 光 含透 包之 般上 一 板 置基 裝晶 晶液 液在 列知 排已 rT BE 新種 重三 之有 子料 分材 晶 晶 液液 成 式 列 向 列 排 子 分 同 不 有 具 各 於 朗 為 明 ，發 式本 型 〇 用 使 式料 碟材 式 列 向 常 通 器 示 顯 的 素 元 址 定 可 量 大 有 具 。供 置提 装為 之 及式 電 式列 使 在 極 (請先閱讀背面之注意事項再填本頁) 極X, 電 一 列成 Γ 形 串此 1 如 成 〇 形 J 上極 壁霉 1 行 置 裝 式 列 向 轉 扭 於 對 且 而 I 成或IDs 素(Γ 元根 址方 一 定均 另可用 在之利 而陣常 .矩通 形 上 壁 串 址 素定 像h 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 法來定址。 液晶装置之扭轉向列式及相改變型式，是以施加適當 電壓來切換到一開IS((OH)狀態；而且當所施加電壓降到 一低電壓位準下時，允許切换到一開閉（OFF)狀態。對 於扭轉向列式型式之裝置（如美國專利第US-4,596,446 號中之90度或270度杻轉），可以pbs定址之元件數受限 制於裝置透光對電壓曲線之陡度（steepness),詳如Alt 及Pleschko氏等在1974年美國電機電子工程師學會（IEEE) 會報之電子裝第ED 21卷146-155頁中所述。改菩像索数 之一方法，在併合鄰接各像素之薄膜電晶體；此顯示器 * 3 ' 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） A7 (417032 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 稱為有源矩陣顔示器（active matrix display)。向列式 型式之裝置的優點，在箱要很低的電壓。其機械性也穩 定，而且具有寬溫度作業範圍。如此允許具有小及可搛 式霣池驅動顯示器的構造。 定址大顯示器之另一方法，在使用雙穩態液晶裝置。 鐵霣液晶材料可裂成雙穩態裝置，配合碟式液晶材料及 適當液晶基板表面處理。此一裝置為一種表面穩定鑷 電液晶裝置（SSFELCDs),如 L.J.Yu,H.Lee, C.S.Bak及 Μ.M.Labes氏等在1976年物理檢討年報第36卷7期388頁 (Phys Rev Lett 36，7,388)所發表；R.B. Meyer* 氏在 1977年分子液晶結晶第40期33頁（Mol C「yst; Liq Cryst 40, 33)中所發表；N.A. Clark 及 S.T.Lagerwall 氏等， 在1980年應用物理年報第36卷11頁中所發表。鐵電裝置 之一缺點在需要很大電壓來切換狀態。高電壓使得小型 可嫌式電池動力顯示器昂貴。也且該願示器邇到另一問 題，在諸如缺少耐震，有限溫度範圍，以及諸如針之電 感不良。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 如果雙穩態表面錨定，可使用向列式來獲得，則顯示 器可裂成具有上述技術贗點，而没有缺點。

Durand氏等已證實，向列式可經使用對掌式離子（ C h i r a 1 i ο n s )或霉擦曲锅合（f i e X 〇 e 1 e c t r* i c c 〇 u p 1 i n g ), 在兩配向狀態間切換；A.Gharbi, R.Barberi.G.Durand -4- 本紙張尺度通用中國圉家樣準（CNS ) A4規格（210X297公酱） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 0 q p A7 B7 五、發明説明（） 及P. Martinot-Largarde氏等之1991年世界専利第WO 91/11747(1991)”雙穩態電對掌式控制液晶光装置"。 G.Durand. R. Barberi, M. Giocondo, P. Martinot-Largarde氏等之1991年世界專利申請栗第V/0 92/ 00546 (1991)號”具有以霣撓曲作用控制表面雙穩態之向列式 液晶顯示器其等槪述如下： 專利申請案第W0 91/ 1 1747中，所述裝置具有下列待 性： 1. 利用具有適當厚度及蒸鍍角度之氣化矽（SiO)塗層的 兩表面來製成晶格，允許在各表面上存在兩種穩態。更 進一步，表面上之兩狀態所設計方位角相差45度，而且 表面定向使得各該兩合成範圍為非扭轉。 2. 格（具有6微米厚度）中煩谋以0.5%苄基錕溴化物（ benzyl quininium bromide)及 1.8%苯乳酸（phenyl lactic acid)所接雜之5CB。前者為具有左手杻轉之正 電對掌式離子（electrically positive chiral ion), 而後者具有右手杻轉之負對掌式離子。濃度保證最後混 合物具有長節距，使得晶格内之狀態均勻。 3. 施加110伏特直流脈衝40微秒，使得在狀態間可切換。 低臨限值需要較長脈衝，即，80伏待臨限值需要3ΘΘ撤 秒脈衝。 4. 附加適當定向偏光鏡，使得一狀態出現黑色，而另一 -5 - 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 1. - I. - - - I -I - - - - - - —*Δ^_ I —I D— nn I— ^^^1 I ^1« / ^ *-·-β /(· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消费合作社印裝 ' A7 B7 五、發明説明（） 出現具有約20之對比比例的白色。 5.也述及可變動装置，其在具有不同方位角錨定能量之 單穩表面間，利用矩節距對掌式離子混合物。在180度 杻轉狀態及均勻狀態間切換，是在4撤米晶格施加大於 50伏特之脈衝。 在專利申請案第W0 92/ 00 546號中，所說明装置具有 下列特性·· 利用具有適當厚度及蒸鍍角度之氧化矽塗層的兩表面 來製成晶格，其允許在各表面上存在兩種穩態。更進一 步，表面上之兩狀態所設計方位角相差45度，而且表面 定位使得各該兩合成範圍為非扭轉。 表面也定向，使得在一表面上前直傾斜度狀態配向另 一表面上之非前置傾斜度狀態，而反之亦然。因而，當 填谋5CB時，兩狀態如圖7B及7C所示。 施加14伏待直流眤衝在1微米厚晶格上100撤米，允 許在兩狀態間切換。最後狀態視脈衝正負性而定，因為 其锚合電撓曲極化作用。相同電壓臨限值在兩方向中施 加來切換。

Durand氏所使用來播得雙穩配向之表面.為一以精確 斜角度所蒸鍍之SiO(氧化矽）薄層。然而，本方法之問 題，在蒸鍍角度、層厚、或事實任何沈稹參數中任何偏 差，可導致僅具有單穩配向之表面。如此使得斜蒸鍍技 本紙乐尺度適用甲國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^^1 ml I— HI. i nn HI —^1 —^ϋ. * .In 一aJ (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费合作社印製 r A\1〇32 A7 B7 五、發明説明（） 術不適合，或困難用於大面積顯示器。 另一雙穩態向列式裝置說明在美國專利4333708中。 根據本發明，以利甩在一液晶基板上精確形成之光棚 來克服上述缺黏；此光柵允許向列式液晶分子採用兩均 勻配向方向中任一方向。該兩配向方向，可霣氣切換來 形成顯示器。 發明概述 根據本發明.雙穩態向列式液晶裝置包含： 兩液晶基板，其包圍一液晶材料層； 電極結構，其在兩基板上； 一表面配向層，其在兩液晶基板上，提供液晶分子之 配向方向； 切換狀態裝置，其用於區分液晶材料之切換狀態； 其待撳在： 在至少一液晶基板上之表面配向雙光柵，其在適當電 氣倍號施加到該電極時，允許液晶分子採用不同角度配 向方向。 兩配向方向間之角度，可變動或視雙光棚形狀而定。 雙光柵可以照像石販印刷法所形成之一聚合物外形層 ;邸，i*l.C,Hutley氏衍射光棚（倫敦1982年學術報導）第 95-125頁；及F.Horn氏（1993年3月）物理世界中所述。 替代性地，雯光柵可以壓印來形成；M.T. Gale,J.Kane 本紙張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) i-ί 裝---- A7 五、發明説明（） 及Κ.Κηορ氏等在（197 8年日本光學應用工程4,2,41中所 述.或尺割線法；E.G.Loewen及R.S.Wiley氏等SPIE年 報815,88中所述，或以載饈層來轉印。 一或兩液晶基板可以相當薄非撓性材料之諸如玻璃來 形成，或一或兩液晶基板可以撓性材料之諸如一薄層玻 璃，或聚丙烯（P〇丨y Dfopylene)之塑謬材料來形成。塑 繆液晶基板可以壓印：在其内表面上提供一光柵2此外 ，壓印可提供小支柱（Pillars)(卽，1-3撖米高及5-50 撤米寬或更寬）來輔肋液晶基板之正確間隔，而且當晶格 撓曲時，用於對液晶材料流動之障壁。替代性地，支柱 可以配向層材料來形成。 雙光榍可對稱或非對稱形；在後者情形中，獲得兩表 面配向及一表面傾斜度。兩雙光柵可排列，使得在一基 板上之高表面傾斜度和另一液晶基板上低表面傾斜度相 反，使得液晶分子在兩切換狀態間揉用喇叭狀組態（ Splayed configuration)〇 S光柵表面可以一表面來說明，其滿足下列表示式： 經濟部中央樣準局貝工消费合作杜印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ψ(^,}>) = Ψ(Λ： + /7ΐλΙ，7 + Λ^) 其中Β及η為整數•而kx及kr為週期性，而V是說明 表面振幅（surface amplitude)之函數。 考盧雙光柵表面能置之簡單理論說明，光柵表面說明 本紙張尺度適用中國國家標羋（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 五、發明説明（ 如下列表示式： A - aai; A7 B7 n|^x + bain^y 經濟部中夬標準局t貝工消費合作社印裝 其中，a,b為常數，U ,U為兩光檷之節距。 使得一向列式液晶接觸本表面，其導向器場（director field)如下列表示式： n (c〇3dc〇34t ς〇3θβϊηφ, sin9) 即，0為方位角（aenithal angle)而Φ為方位 (azimuthal)〇 令0 = 0(父，7,2),但假設含為一常數。 使得導向器位在光柵表面之切線（tangential)上，而 且起伏性（undulations)為淺幅型（shallow) (a,b<<Li , L 2 ) 則 9 {z-0) - 3^ο〇3φσ〇3·^χ + b~sin$c〇3^y 而且離開光柵表面 假設喇叭狀及彎曲彈性常教相互相等· K u = K 33 ,但是扭 轉常數Κώ不同：則琿性自由能量密度産生如下表示式： -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） i— ml ϋ^ϋ - > ./ 牙 古 /c (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 一 —__B7 五、發明説明（） - β3(ΐ3ί·η2φ + <：〇32φ) + <Uc〇34 + 31_η2φ) + ®* + ®x9y £1-1} 23ΐηφο〇3φ ，中，L=K22/K33，而Ox為0對X之導數，而Οχ及 〇 r也相同。 則尤勒朗哈格（Euler-Lanrange)方程式為： θχχ (l3in2<> + cos2*) + 0yy acos2^ + 3ΐη2φ) + + (1^1) 31η2φ 9xy - 0 滿足該較离邊界條件之解為：

a~^c〇3^c〇3~x βχρ {-"Ή la in2 Φ + coa3^) J + b^ain<(>c〇3^^y βχρ{-ν7ΐο〇32φ + 9ΐη2φ) 其定義： -----!----, i--- /1« (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 訂

A 叫ff) -2 (If) 卽，A為兩正交光柵之相對能量，而，毎單位面積之表 面能SFd表示如下： 、泉 經濟部中央樣準局員工消費合作社印*.

本纸張尺度逋用中國國家橾準（CNS M4规格{ 210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 丄I芡 //, 417Q32 _ 五、發明説明（） 對於等節距，卽u = u之光柵，刖 A = (a / b ) 2 雙光棚具有相對能量斷面，其具0.5<A<2.0,較佳地 0.8<A<1.2,典型地0.9<A<1.1典型對稱正弦波形光柵具 有0.8檝米節距及0.1徹米振幅（峰對峰之一半）。非對稱 光柵具有相同節距及振幅，但是，可具有大致鋸齒形狀。 非對稱或炫光光柵可定義為一表面.其中不存在h值 ，使得： Ψχ(Λ-χ) = Ψλ(Λ + χ) 對全部X值，其中Ψ是描述表面之函數。相同表示方式 可寫成y如果炫光是沿著y方向。在正弦/炫光雙光柵 之情形中，各雙穩態具有相同前置傾斜度。然而，對稱 性可使用炫光/炫光雙光橺來進一步減少，邸，在兩主 要方向中之其調幅為非對稱性，卽，光柵之剖面為鋸齒 形。本情形中，發現雙穩態中之一是前置傾斜度，而另 一具有零前置傾斜度。 該装置進一步包括用於施加定址電歷到電極之裝置， 因而，該裝置可包夾在兩不同配向狀態内，用於顯示資 訊〇 液晶材料可包括對掌式離子（chiral ions),使得該 裝置在施加大交流電壓後，施加適當單向電壓脈衝來切 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------^ -笨-------ΪΤ /f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局負工消费合作社印製 B7 五、發明説明（） 換狀態。 液晶材料可具有適當高電撓曲值（hish.flexoelectric valve),使得該裝置可施加適當極性之脈衝來切換狀態。 晶格可配置在兩著色或中性偏光鏡之間，其兩者在液晶 材料中具有或不具有小量之多色染料（即，D82 Merck)。 偏光鏡之極化作用軸線、層厚度、材料雙反射，可配置 使得在開敢及闋閉兩狀態間之最佳顯示對比。例如.極 化器光軸可偏離平行數度、或垂直於郯接配向方向。 圖式簡述 本發明現將參照附圖，以實例來説明，其中： 圖1是矩陣多工定址液晶顯示器之平面圖； 圖2是圖1顯示器之橫剖面圖； 圖3是表示一組4列及一行之波形圖，合成電壓為每 單位像素之時間的函數； 圔4是用於産生一液晶基板之對稱雙光檷表面裝置的 匾示； 圍5是表面能量密度為一方位角之函數的理論圖表； 圖6a,b表示液晶基板之配向方向及傾斜度置的圃示； 圖7a,b,c表示兩相反喇叭狀狀態之圖示； 圖8是用於産生非對稱（炫光）光柵之裝置的圖示；及 圖9是以圖8裝置來處理之液晶基板的剖面圖。 發明詳述 -12- 本紙張尺度適用中國國家標华（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） n 1^1^1 111 n^i I - - - - - - TJ -f 秀-s (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ 4.170 32 at B7 五、發明説明（） 圖1,2之顯示器包含一液晶格1,其以一瞻固醇式液 晶材料層2容納在玻璃基板3,4之間來形成。典型地， 隔Η環5保持該基板分開2徹米。附加多數2撤米直徑 之聚合物間隔珠散播在液晶材料中，來保持精確基板間 隔。Sti〇2 (二氧化矽）之帶狀列電棰6形成一基板3上， 而相同之行電極7形成在另一基板4上。以π列及η行 電極瑕成可定址之元件或像素的b.η矩陣。各像素是以列 及行電極之交點來形成。 列驅動器8供暱電壓到各列電極6。同樣地，行驅動 器9供應電壓到各行電極7。所施加電壓由接收電壓源 11之功率及時鐘12之時序的控制邏輯器10來控制。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 晶格之任一倒為偏光鏡13-13^。在液晶基板3,4處具有 雙光柵配向之裝置，配向方向相互成4 5度，而偏光鏡配 置成其等之極化作用軸線柑對相互交叉，而具有一備光 鏡之軸線平行於在鄰接基板3或4上兩配向方向中之一 方向。在一基板壁3上具有一雙光柵而另一基板4上具 有單光檷（即，摩擦配向）的裝置，則偏光鏡13’具有其軸 線平行於基板4上之單光梱配向，而偏光鏡13具有其軸 線平行於基板3上之兩配向方向中的一方向。 一局部反射平面鏡16以及一光源15配置在晶格1之後。 如此允許在暗環境光中自後侧點亮以反射可見顯示。用 於一透光裝置，平面鏡可省略。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 -AXlrQZZ-^-— 五、發明説明（） 在圖1,2之液晶基板組裝前，至少一液晶基板經表面處 理來提供一雙光柵；而另一基板可具有一雙光柵或一單 光柵，或一習用之研磨祀向處理。用於産生雙光柵之装 置如圃4所示。 圖4所示，S離子雷射21之光20,以第一透鏡22聚焦 在一固定第一擴散器23及一旋轉第二擴散器24上。第二 透鏡25重新平行配向己擴展之雷射光束到一半鍍鋁光分 束器26上。光自光分束器26反射到第一平面鏡27上，然 後，到挟持器29所支撑之基體28上。經光分束器26所傳 送之光，反射睡開第二平面鏡30,及第三平面鏡31到基 體上。如此，基體28接於兩光束20a,20b,其建立固定 干涉圖型。干涉圖型之節距視來自第一及第二平面鏡27 、31的兩光束28a,20b間角度而定。 正弦波型雯光柵可以圖4之装置裂造如下： 實例1 : 經濟部中央榡率局負工消#合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成液晶基板之一片ITO塗層玻璃28,在丙酮及異丙烷 中清潔，然後在每秒4000轉以光聚亞陲胺（Nissan RH901) 自旋塗層20秒，産生1.2撤米之塗層厚度。然後，在80¾ 買施30分鐘軟烤乾。然後，樣品29曝露在氬離子雪射21 ( 波長457.9微毫米）所産生光之干涉圖型。如圖4所示。 #品28在每平方公分1.5¾瓦之功率密度，給予90秒曝 ®。然後在樣品28自持夾器29移開、轉動90度而重新安 -14- 本紙張尺度適用中CNS > A4規格（210X297公嫠) 五、發明説明（） 置後，再《施90秒期間之二次曝露。然後浸泡在 nicroposit MF319顯影劑中60秒，隨後以去離子水沖洗 30秒來實施顯影。本情形中，所獲得樣品包含一表面釋 放雙光柵，其中兩主要調幅相互成90度。然而，其優點 可在如果調幅相互小於90度，即，45度的待定應用。 雙光栖之尺寸很重要，在很窄小範圍值外，光柵就不 會提供一雙方向配向= 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其參考圖5來說明。圖5表示在液晶/光柵介面處之 表面能童密度，為該介面處之向列式導向器方位角定向 凾數的理論圖示。所繪數條不同AC= (a/b)牛值之曲線， 及各情形中表面上之預潮向列定向，定位在函數極小值 處。本模式中，液晶材料常數k33 / k22設定在對典型向 列式為合理之1.25,對A = 0.8,在+/-90度處存在有兩 下降極小值（degenerate m丨nima),即，向列式導向器 位在沿箸y方向。同樣地，當A=l. 2時，向列式導向器位 在沿著）{方向。然而，當兩主要方向之槽深度具有相同 振幅（A接近1),在對槽方向中間之角度處存在有兩穩 態。對A<0.9或A>1.1,雙穩態喪失.因此，理論說明槽 深度要控制小於5%。本限定對於照像石販印刷或干涉 圃型之光柵製法沒有問題。 因而，對上述實例.雯穩態在兩方向間需要精確能量 平衡，其以光棚容易獲得，但徑斜向蒸鍍很難獲得，卽 -15- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（） ,0 · 9<Α<1 · 1 〇 實例2 利用以實例1所裂造而具有A=1.0之兩液晶基板，來 構造格内之10撤米厚向列式材料層，使得在一晶基板上 之槽和另一液晶基板上之槽在相同方向。本晶格内填滿 向列式液晶E7 (—種Merck材料）。顯微觀察顯示符合理論 之槽方向：在+/ -4 5度處的兩均勻配向方向。可見各狀 態之大致等面積。兩狀態中之任一狀態，可受在磁場中 溫度循環之促成。例如.晶格加熱成為E7之各方同性相 ，然後，在2.0T之磁場中冷卻而導向沿著+4 5度方向。 如此導致僅一狀態，其中該導向器指向沿著+4 5度方向。 同樣地，在磁場中冷卻沿著-45度方向促成-45度狀態。 最後，在無磁場中冷卻，使得晶格回到不規則結構，（ random structure),其中兩狀態共用格面積。本特定 組態也可以利用杜蘭德（durand)方法，用對掌式離子摻 雜向列式液晶來切換狀態。 實例3 正弦波型雙光柵，也可以下列方法來製成。形成一液 晶基板之一 HIT 0塗層玻瑰28,在丙酮及異丙烷中淸潔， 然後，在每秒4000轉自旋塗層抗蝕劑（Shipley 1 805 ) 30 秒，産生0.5撤米塗層厚度。然後，在90C實施30分鐘 軟烤乾。然後，樣品29經含1.5微米節距的雙光柵的 -16- 本紙張尺度適用中园國家標準（CNS ) A4说格（210 X 297公釐） _*__ ____Γ ____ ___I_ n —i n 丁 I n,.. I 來 I— . ,i _ . ,:. Te /\ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 417032 B7 五、發明説明（） 接觸照像石版印刷面罩，而曝露在水錕燈之光。 哦露在每平方公分1.· 5毫瓦簧施25秒，随後在MF319中 顯影10秒。在105 υ之10小時硬烤乾後，構造成晶格。 液晶材料厚度為5撤米。切換行為經發現和實例2相同。 對於一液晶基板上雙光柵及一單光柵（即，摩擦配向處 理）所構造之晶格，則觀察兩杻轉狀態，其中液晶材料導 向器跟隨單光權表面上之槽方向，而旦位在在雙光柵表 面上之槽方向的中間角處。如此假設和液晶之彈性常數 相同振幅大小之光柵的錨定強度。本組態也可以對掌式 離子來切換。 已發現可以製造一雙光柵來增加雙穩態之前置傾斜度 ，該雯光柵沿著其主要槽方向炫光（非對稱）。其可以利 甩H.K. Sheri don氏1 968年所發表在應用物理會報12期 316頁中之修改干涉圖法來貢施。 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8表示裂造一炫光光柵之裝置。如所示，氬離子雷 射41(波長457.9撤毫米）之光，以第一透鏡42聚焦在固 定擴散器43及一旋轉擴散器44上。第二透鏡45平行調整 現已攮散之雷射光束40,然後，以半鍍鋁光分束器46來 振幅分束到兩平面鏡47.48。要形成光柵之基體49,組 裝在該兩平面鏡47,48間所定位樣品挾持器50。在兩平 面鏡47.48間之相反傳播光束建立一光駐波，邸，干涉 條紋，具有雷射波長一半之遇期。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） 五、發明説明（） 在铟錫氣化物（ITO)塗層玻璃基體49,組装在樣品挾 持器50前，在丙酮及異丙烷中清潔，然後，在毎秒4Θ00 轉自旋塗層光聚亞睡胺（Ciba Geigy 343)3 0秒，産生一 3.5撖毫米塗層41。在8010«施軟烤乾15分鐘，隨後進 一步在100 C再15分瘙。然後，基體組裝在樣品挟持器 50中，如圖4所示，然後，以一斜角度曝露在氬離子雷 射41之光的駐波圖型。此乃M.C. Hutley氏發表在（1982 年倫敦學術報）第95-125頁之衍射光柵的干涉圖型光柵 製造方法待定實例^ 干涉條紋記錄在光聚合物層51内，如圖9所示。光柵之 節距視基體49及駐波間之角度而定β典型地，樣品曝露 在具毎平方公分1.5毫瓦之功率密度300秒。在後曝霹烤 乾（1 0 5勺，5分鐘）後，樣品在Q Ζ 3 3 0 1 ( C i b a s e i g y )中 自旋顯影15秒，然後，在QZ3312中沖洗15秒。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用兩炫光光柵在一雙穗態中産生一零前置傾斜度， 參照圖6a,b來說明。圖6表示一麂格之頂部表面（所圖示 面向下）。炫光方向以箭頭表示，黄際上該方向可對應 鋸齒調幅之長斜邊（所示沿著各主要光柵方向之剖面）。 然後，表面對稱性指定.該位在炫光方向A1間之象限中 的狀態將前置傾斜，同時另一狀態81不前置傾斜（如果 兩主要調幅具有不同幅度或不同對稱量，則兩狀態將以 不同量來前置傾斜）。圖6b表示底部液晶基板，其所示 -18- 本紙浪尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210 X 297公釐） Α7 4 Π Ο 32 Β7 五、發明説明（） 面向上而具有以箭頭所示之炫光方向。如果圖6之晶板 頂部表面（所示面向下），以具有底部表面所示定向來構 造。則圜6b (所示面向上）表示所獲得兩液晶狀態；

Ai B3及Bi 如圓7a,b,c所示。該荆叭狀組態重要， 因為兩狀態具有相反符號之琍叭狀，而因此直流（DC)锅 接到，在液晶基板上電極間所施加場之電撓曲極化作用 (如所示P),允許以專利由請案第W0 9 2/ 00546號所逑相 同方法，在兩狀態間切換。 一種使用和上述相同之液晶基板的顯示器，但是所感 應兩雙光柵間具有45度角度，液晶配向方向可以如圖3 所示電壓來定址。

如圔示，一行中將要切換之四連鑲列Ri ,R3 ,R3 ,1U 的像素。兩種可能配向方向，可任意定義為開歆及關閉 狀態。列,IU將要切換成開歆狀態，列,R3在關 閉狀態中。 + Vs遘通脈衝（st「obe pu丨se)3個時間週期ts,隨後 -V s 3個t s ,施加到逹同樣如圖所示之列。資料波形施 加到如所示之行，而且包括-Vd 1個ts,而随後+ Vd 1個 ts用於開改像素，而-Vd 1個ts随後+Vd 1個ts用於醑 閉像素《 合成電壓為大電壓，正開始而然後為負的電位。如此 配向向列式液晶材料分子（更正確地，該導向器）垂直於 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格{ 210 X 2W公釐） ---:---1---^女衣-------ir (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策 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 ί1 417032_B7_ 五、發明説明（） 液晶基板，邸，異方性相之情況。其隨後一正電位之小 選擇脈衝來切換到一開飲狀態。本小正脈衝足夠造成液 晶材料之對掌式列移動到一健液晶基板，促成切換到開 改狀態配向方向，因為液晶分子鬆放回到沒有施加電壓 之均質狀態。随後之小負電位脈衝提供直流（dc)平衡， 而且振幅不足來造成進一步切換。 在一切換狀態中，金部分子沿著一偏光鏡13之光軸諏 齊。因為偏光鏡13-13’之光軸交叉，偏光鏡13之極化光 通過晶格將為另一偏光鏡13'所阻塞；如此，最小光通過 該裝置。當液晶基板切換時，使得全部分子配向在對偏 光鏡13-13’成45度角的一傾方向，則最大光通過，因為 液晶雙折射（bi-「ef「ingence)及偏光鏡13-13'之相對定 位。 同樣地，對具有有用之大電撓曲常數的向列式，邸約 10- + css或更大，則向列式切換在參照圖7所述之兩斜 交狀態間。 注意在具有兩雙光柵之晶格的兩切換狀態中，向列式 液晶材料在該層没有扭轉。其對照具有扭轉向列式装置 ，其中典型地該材料具有90度杻轉〇對具有在一液晶基 板上一單光柵及在另一液晶基板上一雙光柵的晶格，在 兩切換狀態中之杻轉量，將為+45度及-45度。 上述實例之光柵具有0.8撤米之節距，然而，可使 -2 0 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格{ 210X297公釐} —-- . - I -- - - - - - . - - f Ή^ν -- -I - - - --f J / --a /t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 \r -- •五、發明説明（） 用寬範圍之節距。圔4之布置可使得光檷節距大於0.25 微米，但是更小節距可以紫外線雷射來裂成。單一正 弦波型光檷之每單位面稹的方位角配向能置，己計箄為 tj=2;r3 K1Jt(a2 /L3 )(1972年 D.W.Berrenaii氏發表在 物理檢討會報（Phys Rev Lett)28期1683頁中）·其中a 為光柵振幅（峰到溝槽深度之一半.而L為節距。由於 液晶配向i有用之光柵必需具有一外形（profile),使得 U大於熱雜现能量（t h e r n a 1 r a n d 〇 b i z e d e n e r g y)，而且 大於蘭連任何其他表面不規則性或材料非均質性的能量 。進一步，小節距較佳於獾得足夠能最.因為，如果a 大大，則當霣場施加到格時，在光柵會發生大霄壓降。 有效雙棰態切換也需要破鹿在表面處之錨定。如此處 理所需之電®，視形成光檷之聚合物的方位錨定能量而 定。本聚合物材料之小心選擇或處理，允許本電壓降低 «^替代性或附加地，光柵可塗層諸如卵磷脂（lecithin) 之表面活化劑。 -----1---^ >衣----^----tT (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杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規《格（210X297公釐） 經濟部中央橾孪局貝工消费合作社印袈 417032 A7 B7 五、發明説明（） 元件符號說明 1 液晶格 24 第二擴散器 2 膽固醇式液晶材料層 25 第二透鏡 3，4 基板 26 光分束器 5 隔片壤 27 第一平面鏡 6 帶狀列電極 28 基體 7 行電極 29 挾持器 8 列驅動器 30 第二平面鏡 9 行驅動器 31 第三平面鏡 10 控制邏輯器 41 氬離子雷射 11 電壓源 42 第一透鏡 12 時鐘 43 固定擴散器 13， 13_偏光鏡 44 旋轉擴散器 15 光源 45 第二透鏡 16 反射平面鏡 46 半鍍鋁光分束器 20 ^ ：： 47 * 48 平面鏡 20a， 20b 光束 49 基體 21 氬離子雷射 50 樣品挾持器 22 第一透鏡 51 光聚合物層 23 第一擴散器 O:\52伽rM.DOC - 22 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙伕尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4说格（210X29"?公釐）

Claims (1)

1. A\T〇

   1〇25〇9號專利申請案 锰 請專利範圍修正本(87年5月)E5 六、申請專利範圍

   公告彖 ，種雙穩態向列式液晶裝置，其包含兩個包封一層液晶 材料之液晶基板；在兩基板上之電極結構；在兩液晶基 板上之表面配向，以提供對液晶分子之配向方向； 用以區分液晶材料切換狀態之裝置； 其中該表面配向係由形成於至少一晶格壁上之一雙光柵 所組成； 該光柵大+以液晶物質之彈性及扭轉常數形成雙光柵， 當該等電極施以適當電信號時，能使該液晶分子採用兩 個不同角度之配向方向。 2.如申請專利範圍第1項之裝置，其中各雙光柵具有一外 形，其中0.8<A<1.2，A爲在該液晶物質及形成該雙光 柵之兩個光柵之間交互作用之表面能量比。 3，如申請專利範圍第1項之裝置，其中兩液晶基板承載雙 光柵表面，而且在兩液晶基板上之兩配向方向相互一致 〇 4. 如申請專利範園第1項之裝置，其中一液晶基板提供一 雙光柵配向，而另一液晶基板提供一單穩之單一配向方 經濟部中央棋準局®:工消費合作社印製 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 向處理，其單一配向方向位在該雙光栅之兩容許之配向 方向間。 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一雙光柵具有 至少一非對稱之光柵外形。 6-如申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一雙光柵具有 至少一對稱之光栅外形。 L;\EXr\52^2627CLM.DOC — 1 — 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4说格（210X297公釐） r 4 f 7〇32 A8 B8 C8 D8 六 '申請專利範圍 7_如申請專利範圍第5項之裝置，其中在該液晶基板上之 非對稱配向方向，在同一方向中互相對立。 8-如申請專利範圍第5項之裝置，其中在該液晶基板上之 非對稱配向方向，在相反方向中互相對立。 9·如申請專利範圍第〗項之裝置，其中該雙光柵是由干涉 圖法，照像石版印刷法，浮花壓印法，尺劃線法，或载 體轉印法形成。 10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該液晶基板是以破 璃材料形成。 11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該液晶基板是以挽 性塑膠材料形成。 12‘如申請專利範圍第1項之裝置，其中該隔片支柱形成於 —或兩液晶基板上。 13.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該隔片支柱是以在 一或兩液晶基板上形成該光柵的材料所形成。 鲤濟部中央樣準局工消费合作社印装 14如申請專利範圍第1項之裝置，其中該雙光栅提供—低 或零表面之液晶分子傾斜度以用於一配向方向’以及— 高表面傾斜度於另一配向方向中。 15·如申請專利範圍第！項之裝置，其中該雙光柵係塗層— 表面活化劑以降低錨定能量。 L\EJO\52\S2627CLM.DOC 本紙張尺度逋用中國圃家揉準（CNS >八4规格{ 210 X 297公釐）