專利名稱：在其前方布置有光調(diào)制器元件的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有顯示屏的顯示裝置，該顯示屏具有圖像顯示在其上的工作部分，LC(液晶)光調(diào)制器元件的尺寸相當(dāng)于顯示屏工作部分的尺寸，該液晶光調(diào)制器元件布置在顯示屏的前方，該光調(diào)制器元件設(shè)置有向LC(液晶)光調(diào)制器元件供電的透明電極裝置。該光調(diào)制器元件以下大多數(shù)稱為L(zhǎng)C光閥，但是有時(shí)也稱作“光調(diào)制器”，或者稱作“開關(guān)”。
眾所周知，如CRT(陰極射線管)、等離子體顯示器(PDP)、LCD(液晶顯示器)的圖像顯示裝置在其不工作時(shí)具有與其周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)的外觀。JP-A4-132380中描述了解決此問題的方法。在此專利中，起LC光閥作用的LC元件的外周緣保持在固定框架內(nèi)，該組件裝接到電視接收機(jī)中的CRT(陰極射線管)的前表面上。在該元件中的LC材料配置在電極之間，該電極按照電視接收機(jī)電源的開/關(guān)操作變成供電狀態(tài)。該LC元件由此在電視接收機(jī)操作時(shí)變成透明狀態(tài)，而在不操作時(shí)變成吸光狀態(tài)。
LC光閥的特別實(shí)施例是掃描窗，其原理已在EP-A 0000422中進(jìn)行了描述。
一般來說，顯示裝置包括顯示窗。圖像顯示在顯示窗上。該顯示窗包括用于選擇性地在顯示窗的區(qū)域上產(chǎn)生光的裝置。在例如CRT中，圖像由逐條的線來構(gòu)建成。
顯示裝置的主要問題是在顯示窗上或者在顯示裝置的部件例如(在CRT和PDP中的)熒光體元件上反射周圍的光。除由顯示裝置產(chǎn)生的圖像外，觀看者還可看到其它光源的反射光，例如燈和/或者太陽(yáng)照在顯示窗上的反射光。這種外部光源(即顯示裝置外面的光源)的反射減小了顯示圖像的對(duì)比度，并且當(dāng)明亮的陽(yáng)光照在顯示窗上時(shí)，甚至?xí)床坏綀D像。已經(jīng)提出很多解決辦法，包括減少室內(nèi)光線強(qiáng)度，減少顯示窗表面的反射系數(shù)(加上抗反射涂層)和采用深色玻璃窗(這減少了顯示窗內(nèi)側(cè)的反射)。
從歐洲專利申請(qǐng)No.0000422中已知采用一種用于使光從激活區(qū)域透射過并擋住至少部分的來自非激活區(qū)域的光的裝置。因此，可以看到激活區(qū)域(即看到發(fā)射光)，而非激活區(qū)域是黑色的。這種裝置顯著地增加了對(duì)比度。這種裝置可以擋住從非激活區(qū)域的來的光，并使光透射過激活區(qū)域。圖像本身的強(qiáng)度不降低或者只稍微降低，但卻大大降低反射光強(qiáng)度。
然而，顯示屏面積很大，并且LC光閥必須具有相應(yīng)的大面積，這樣便使得顯示裝置很昂貴，另外，該組件所用的框架使得這種裝置特別昂貴，同時(shí)由于這種框架，導(dǎo)致LC光閥和顯示屏之間的光學(xué)耦合不是最佳的，引起一些不希望的反射。
現(xiàn)今制造的LC光閥由玻璃元件構(gòu)造成。為此在玻璃板上覆蓋有通常由ITO(銦錫氧化物)制成的(有一定結(jié)構(gòu)的)透明電極。這些電極板再涂上薄的聚酰亞胺膜或者其它薄膜，以建立液晶取向。該玻璃板可以選擇性地設(shè)置有濾色器、黑矩陣部分、平化層、鈍化層等。在特別的應(yīng)用中，在玻璃板上還可以引入邏輯線路。在完成所有這些涂層工藝和平板印刷工藝以施加這些薄膜之后，將玻璃板與準(zhǔn)確定位的粘接條粘接在一起。預(yù)先施加的例如玻璃或塑料球或者纖維的間隔件應(yīng)使常規(guī)LC光閥的元件間隙恒定保持在10-20微米之間。該粘接密封件留下一些開口，在真空處理中可用這些開口來向元件填充液晶。
元件的整個(gè)制造和填充工藝是費(fèi)力的、分批處理的、耗時(shí)的工藝，(僅填充較大的元件就要若干小時(shí))，因此這是一種相當(dāng)昂貴的工藝，很大程度上決定了LC光閥的成本價(jià)格。另外，因?yàn)榘瑑蓚€(gè)玻璃板的厚度，所以基于元件的結(jié)構(gòu)相當(dāng)厚。
發(fā)明的基本原理本發(fā)明的目的在于按照完全不同于上述現(xiàn)今應(yīng)用的流程提供用于制造液晶光閥的結(jié)構(gòu)、工藝和材料。這種新技術(shù)因?yàn)檫^程時(shí)間短而基本上更經(jīng)濟(jì)。再一目的是提供一種方法，該方法對(duì)于新的結(jié)構(gòu)和新的材料具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。例如該方法可以應(yīng)用于玻璃底襯、塑料底襯以及結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的底襯。再一目的是提供一種方法，該方法通常使得光閥更薄。
根據(jù)以前的說明，本發(fā)明的第一目的是提供一種LC(液晶)光閥，該光閥可以用低成本方式來制造，并可以用低成本方式與顯示屏組裝在一起。
通過一種圖像顯示裝置可以達(dá)到上述目的，該裝置具有顯示屏，圖像顯示在該顯示屏的工作部分上；LC光閥布置在顯示屏的前方，其尺寸相當(dāng)于顯示屏工作部分的尺寸；電極裝置，其設(shè)置成用于向LC(液晶)光閥供電，其特征在于，LC光閥包括承載復(fù)合材料的透明底襯，該復(fù)合材料相分離成光調(diào)制層和頂層，該光調(diào)制層包含鄰接該底襯設(shè)置的液晶材料，該頂層由鄰接該顯示屏設(shè)置的有機(jī)材料、無機(jī)材料或者有機(jī)和無機(jī)材料的混合物制成，該LC光閥通過例如粘接劑固定到該顯示屏的表面上。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是液晶和聚合物形成材料的混合物，該混合物具有流變性，使得它可以作為厚度可控的薄膜涂在玻璃和塑料底襯上，該底襯最好設(shè)置有透明電極和取向?qū)?。在特定作用下例如用紫外暴光和加熱或者在適當(dāng)時(shí)刻自發(fā)作用下，該單層可以相分離成兩個(gè)有區(qū)別的層。最靠近底襯和電極形成的底層完全或者幾乎完全由液晶構(gòu)成。形成在與空氣相接的界面上的頂層是具有固體機(jī)械特性的聚合物頂涂層。該液晶層具有這樣的特性，即液晶分子排列成優(yōu)選的分子排列，使得可以獲得要求的光學(xué)特性。頂層在機(jī)械上是穩(wěn)定的，并且強(qiáng)度大，因而它可以取代例如現(xiàn)今的液晶元件的玻璃表面。
因?yàn)轫攲邮欠€(wěn)定的，所以可以將LC光閥粘接在顯示屏上，使得頂層位于該組件的外側(cè)。然而，按照優(yōu)選實(shí)施例，該頂層可用粘接劑固定在顯示屏的表面上，因此，作為玻璃板或者合成材料板的底襯可位于外側(cè)。以這樣的方式，可以最佳地保護(hù)已相分離的復(fù)合材料。在兩種情況下均可以實(shí)現(xiàn)最佳的光學(xué)耦合。
粘接劑可以是已固化的樹脂，例如環(huán)氧型材料、丙烯酸或者甲基丙烯酸型材料，或者它們的混合物、硅樹脂、或者凝膠，但本發(fā)明不限于這些材料。
在顯示屏表面是平的情況下，可以保證將LC光閥簡(jiǎn)單地粘接在顯示屏上的質(zhì)量，大多現(xiàn)今的圖像顯示裝置、PDP(等離子體顯示器)、LCD(液晶顯示器)以及甚至CRT(陰極射線管)(RF-純平型)均屬于這種情況。
如果將靠近頂層的邊緣或者表面的密封件配置在顯示屏和LC光閥的相對(duì)表面(該表面可以是頂層的表面或者是底襯的表面)之間，則可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化粘接步驟，使得顯示屏、密封件和底襯或頂層之間的空間可以用優(yōu)選為隨后固化的液體粘接劑來填充(例如通過紫外照射和加熱固化，或者利用兩種預(yù)先混合的可反應(yīng)成份的反應(yīng)進(jìn)行固化)。
按照另一方面，該LC光閥包括配置在底襯上的面向光調(diào)制層的電極層，在連接于上述電極層的電源的影響下，該光閥的光透射性可以在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換。這種開關(guān)切換(稱為面內(nèi)開關(guān)切換)只需要一個(gè)電極層，這有利于實(shí)施本發(fā)明單個(gè)底襯的構(gòu)思。一種替代方法是在頂層的表面上配置第二電極層，由此可以進(jìn)行常規(guī)(垂直)切換。
按照另一方面，光調(diào)制層包括可以在透光和不透光狀態(tài)之間切換的LC凝膠，更具體是該LC凝膠包括取向聚合物網(wǎng)絡(luò)，具有預(yù)定Δε的LC材料位于該網(wǎng)絡(luò)的空腔內(nèi)。在面內(nèi)開關(guān)電極結(jié)構(gòu)的情況下，該聚合物網(wǎng)絡(luò)可包括位于其空腔中的具有負(fù)Δε的LC材料，但是最好采用具有正Δε的材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種材料系統(tǒng)可以提供一種在透射和散射(奶白色)之間切換的光閥。不需要任何偏振元件來產(chǎn)生這種效應(yīng)，所以沒有光的損失，節(jié)省了偏振元件的成本。另外，在沒有電壓加在LC元件上時(shí)，該LC凝膠是透明的。因而，這些LC元件是具有失效保護(hù)的。
在垂直開關(guān)的電極結(jié)構(gòu)中，具有負(fù)Δε和(多向色性的)染料的LC材料可以包含在網(wǎng)絡(luò)的空腔中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，后一系統(tǒng)可以在透射狀態(tài)和吸收狀態(tài)之間切換。
除稱為永久LC凝膠的上述材料外，還可以采用物理凝膠或者聚合物分散的液晶，但是本發(fā)明不限于上述這些材料。
本發(fā)明通過將可切換的屏幕(LC光閥或開關(guān))粘接到顯示器的前面可特別提供一種遮掩CRT或者其它顯示屏如等離子體顯示屏或LCD的裝置。這種部件可以用來使得當(dāng)屏幕不接通時(shí)看不到電視屏幕，而在顯示屏透明狀態(tài)下可以不受干擾地觀看電視。該可切換的屏在打開狀態(tài)時(shí)應(yīng)是透明的，而在關(guān)閉的狀態(tài)下?lián)踝≡谄梁蟮奈矬w。因此關(guān)閉的狀態(tài)具有強(qiáng)的吸收性(例如黑色)或者散射性(例如奶白色表面)。對(duì)于設(shè)計(jì)來說，奶白色的外觀是最好的。在另一種應(yīng)用中，LC屏形成光調(diào)制器，該調(diào)制器可以被驅(qū)動(dòng)以便交替改變透射光的偏振方向。為此，可以在顯示器的前方和光閥的頂層之間加上偏振濾光器。以這樣的方式，可以設(shè)置用于例如CRT圖像的立體觀看的開關(guān)。
上述特別LC凝膠的再一個(gè)積極方面是快的切換時(shí)間(約1毫秒)，該切換速度充分大于已設(shè)想應(yīng)用的速度。另外，它的應(yīng)用是“失效保護(hù)的”在斷電的情況下光調(diào)制成變成透明的，因此可以觀看電視。在工作的散射狀態(tài)下，功率消耗較低(對(duì)于尺寸為32英寸WSRF(純平工作區(qū))小于1W)。
為了不影響在打開狀態(tài)下的圖像，該LC調(diào)制器元件應(yīng)當(dāng)與例如CRT、等離子體顯示屏或者LCD形成光學(xué)接觸。這樣便可以避免在調(diào)制器元件-空氣以及顯示屏幕-空氣界面處的鏡面反射。
因此需要采用層壓法將調(diào)制器元件和例如CRT結(jié)合起來。用注塑樹脂作調(diào)器制元件和CRT之間耦合介質(zhì)的層壓工藝是有利的。這種層壓工藝特別適合于將LC光閥光學(xué)耦合在純平CRT屏幕上。
下面通過舉例參照附圖更詳細(xì)說明本發(fā)明的這些和其它方面，這些附圖是

圖1是橫截面圖，其示意地示出具有LC光閥的顯示裝置；圖2A示意地示出應(yīng)用在掃描窗中的裝置的頂視圖；圖2B示意地示出LC元件；圖3A示出在LCD元件后方的圖像的相對(duì)亮度隨該元件上的電壓的變化；圖3B示出有源和無源切換的切換時(shí)間；圖4示出顯示器的簡(jiǎn)化方塊圖。
這些圖沒按比例畫出。相同的附圖標(biāo)記一般表示相同的部件。
(圖1中的)彩色顯示裝置1包括已抽成真空的封殼2，該封殼2包括顯示窗3、錐形部分4和頸部5。該頸部5中容納有用于產(chǎn)生三個(gè)電子束7、8和9的電子槍6。顯示屏10位于顯示窗的內(nèi)側(cè)。該顯示屏10包括可以發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光的熒光體元件的熒光體圖案。在電子束7、8和9射到顯示屏的途中，該電子束由偏轉(zhuǎn)器11偏轉(zhuǎn)在顯示屏幕10上，并穿過配置在顯示窗3前方的陰罩12，該陰罩包括具有孔13的薄板。該陰罩運(yùn)用懸掛裝置14懸掛在顯示窗上。三個(gè)電子束匯聚并且彼此相對(duì)以小角度穿過陰罩的孔，隨后各個(gè)電子束撞擊在僅有一個(gè)顏色的熒光體元件上。在圖1中還示出封殼的軸線(Z軸)。用于透射、散射或者吸收光的光閥裝置15配置在顯示窗3的前方。
在圖1A中更詳細(xì)示出光閥裝置15的實(shí)施例。在這種情況下，光閥裝置是單底襯型的裝置，該裝置可以采用相分離工藝或者分層工藝制造。透明底襯17承載復(fù)合材料，該復(fù)合材料可以相分離成光調(diào)制層18和頂層19，該光調(diào)制層包含液晶材料，該頂層由例如聚合材料制成。
液晶(本身)分層工藝在分層的LCD(液晶顯示裝置)的制造中，重要的是各個(gè)層的形成。已經(jīng)開發(fā)出下列一般的方法。
1.由液晶材料、單體、光激發(fā)劑和吸收劑制成均勻的混合物。該混合物不一定是液晶本身；當(dāng)液晶材料與較大量的非液晶材料例如單體混合時(shí)，通常便失去LC相。這對(duì)于本工藝是不重要的。
2.液晶材料一般說來是多元混合物，以便優(yōu)化各種特性。為了證明本發(fā)明的有效性，迄今已經(jīng)采用E7(Merck)進(jìn)行大量試驗(yàn)，這種E7是三種所謂氰基聯(lián)苯和氰基三聯(lián)苯的較簡(jiǎn)單的混合物，這種混合物具有寬的液晶溫度范圍、高的雙折射性以及高的介電常數(shù)。
3.單體也可以由若干種材料構(gòu)成，例如各種丙烯酸酯、環(huán)氧化物、硫醇類烯(thiolene)和/或者乙烯醚。已經(jīng)采用單丙烯酸酯和雙丙烯酸酯進(jìn)行大多數(shù)試驗(yàn)，例如采用異冰片基甲基丙烯酸酯和三丙二醇二甲基丙烯酸酯。
4.(甲基)丙烯酸酯單體和液晶材料之間的代表性比例是重量比50/50。然而，為了控制LC層的厚度，也可以采用其它濃度例如液晶含量可以在重量百分比10％-90％之間變化。
5.光激發(fā)劑和吸收劑可以是很均衡的混合物。該光激發(fā)劑在受到紫外光或者接近紫外的可見光照射時(shí)可以產(chǎn)生反應(yīng)性粒子例如自由基。該吸收劑具有這樣的功能，即在薄膜頂部附近可以形成很多反應(yīng)粒子，使得在分相時(shí)可以在與空氣相接的界面附近(或者在用惰性氣體沖洗時(shí)與另一種氣體相接的界面附近)相分離出固體聚合物膜。
6.優(yōu)化液體混合物的粘度，以使得可以采用例如刮刀、刮刀涂布或者縫隙口模式涂布將穩(wěn)定的濕膜涂在玻璃底襯和其它底襯上。重要的是在整個(gè)表面區(qū)域上膜的厚度要恒定。典型的膜厚度在5-50微米之間，但是可以采用2-200微米之間的任何厚度，盡管雖然這樣會(huì)影響分層工藝并確定單體和液晶之間的原始比例。
7.將濕膜分成液晶底層和聚合物頂層，采用紫外線暴光和隨后使單體聚合可以增強(qiáng)實(shí)際的分層作用。染料可以在原始膜的厚度方向上使紫外光強(qiáng)度急劇衰減，從而在膜的頂部和底部之間造成很大的聚合速度差別。因此，聚合物主要形成在膜的上部分。所以在這一部分單體減少了。任然存在于下部分中的未反應(yīng)單體由于產(chǎn)生的濃度差驅(qū)動(dòng)而擴(kuò)散到上部分，在此上部分中它們附著到正在生長(zhǎng)的聚合物上。
用于增強(qiáng)分層工藝的特殊實(shí)施例1.在本發(fā)明的特殊實(shí)施例中，加入的染料在紫外暴光下是光致漂白劑。這樣便可以在紫外暴光的初期階段產(chǎn)生很高的吸收性和很陡的紫外光強(qiáng)度梯度。當(dāng)聚合作用在薄膜的真正的上層進(jìn)行時(shí)，染料被漂白，這還可以使在更深部分中發(fā)生聚合，最后單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物。
2.在另一個(gè)實(shí)施例中，完全不加入染料，但是選擇用于光致聚合反應(yīng)的波長(zhǎng)，使得混合物本身的吸收可以建立強(qiáng)度梯度。當(dāng)選擇低于320nm的波長(zhǎng)或者采用特殊的液晶(例如較高濃度的氰基三聯(lián)苯或者包含液晶的蒽并醌)或特殊單體(例如包含丙烯酸酯的蒽)時(shí)，正是這種情況。
3.在另一種特殊情況下，單體在較高的波長(zhǎng)下是吸收性的，但是在紫外暴光下是光致漂白的。采用特殊的芪二丙烯酸脂便是這種情況，這種芪二丙烯酸脂利用吸收波長(zhǎng)中的相應(yīng)變動(dòng)可以進(jìn)行所謂的E-Z異構(gòu)化作用。實(shí)際上，這種方法到目前為止已證明是最有效的方法。
4.在再一個(gè)實(shí)施例中，光激發(fā)劑在初始狀態(tài)是強(qiáng)的吸收劑，而在暴光時(shí)是光致漂白劑。例子是基于馬來酰亞胺的光激發(fā)劑。
5.當(dāng)然，也可以將這些特殊實(shí)施例組合起來。
用于控制液晶取向的特殊實(shí)施例該工藝本來可以只從液晶底襯側(cè)來控制LC取向。為此，可以在底襯上涂一層薄的聚酰亞胺層，該聚酰亞胺層在施加LC/單體膜之前被摩擦。一般說來，這種一個(gè)表面強(qiáng)制定向完全足以形成單軸向定向。按照另一種方式，其它聚酰亞胺類表面活性劑或者特殊表面活性劑可以形成單軸同向性(＝垂直于底襯表面)取向。在混合物中，加入手性液晶摻雜物導(dǎo)致扭曲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在TN(扭曲向列)或者STN(超扭曲向列)式顯示裝置中的扭曲結(jié)構(gòu)。
有時(shí)需要從硬的頂涂層的一側(cè)采取特殊措施來增強(qiáng)對(duì)分子取向的控制1.可以在混合物中加入類似表面活性劑的單體。例子是其烷基部分少于4個(gè)單元的烷基丙烯酸酯(例如乙基己基丙烯酸酯)、氟化的烷基丙烯酸酯、烷基硫醇等。這些添加劑優(yōu)先使在此界面處的LC分子的同向性(垂直)取向。
2.特殊的單體組合物可以利用光致定向工藝形成平面取向。例如當(dāng)利用偏振紫外暴光強(qiáng)制特殊的含偶氮的單體組合物分層時(shí)，不僅可以發(fā)生光致聚合作用，而且還可以在聚合物中發(fā)生平均分子取向的再取向。這種優(yōu)先取向一般使得靠近該層的液晶排列成沿垂直于紫外光E-場(chǎng)的方向。
用于產(chǎn)生光調(diào)制器的特殊實(shí)施例利用分層工藝制造光調(diào)制器元件的原理適用于各種液晶效應(yīng)。一般說來，最好選擇可利用位于LC膜的僅一個(gè)側(cè)即位于玻璃底襯或塑料底襯的電極進(jìn)行操作的液晶效應(yīng)。在這種情況下可以制造非常經(jīng)濟(jì)的顯示器。在這些所謂面內(nèi)開關(guān)結(jié)構(gòu)中也有各種可能性。例子是-從同向性LC到平面定向的面內(nèi)開關(guān)。這種效應(yīng)需要在分層元件的兩側(cè)配置偏振器。
-同一種效應(yīng)，但將作為客體的二色性的染料加入到液晶主體中。此時(shí)可以省去一個(gè)偏振器或者兩個(gè)偏振器。
-在薄膜平面內(nèi)的平面LC的面內(nèi)開關(guān)。這種效應(yīng)需要在各個(gè)側(cè)配置偏振器，并且原則上幾乎完全與觀看角度無關(guān)。
-對(duì)此，還可以在液晶混合物中加入二色性的染料，由此可得到客體-主體開關(guān)效應(yīng)；-膽甾型液晶，其采用面內(nèi)開關(guān)以提供CTLC式LCD式效應(yīng)。此時(shí)還可以省去偏振器。
在另一種設(shè)計(jì)中，電極可以施加在液晶層的兩側(cè)。為此，聚合物頂涂層需要涂一層透明的導(dǎo)電層。ITO(銦錫氧化物)是最明顯的選擇，但是采用例如濺射涂布形成ITO層的工藝難于將有機(jī)的雙層結(jié)合起來。作為替代方法可以考慮有機(jī)導(dǎo)體例如聚苯胺或者PEDOT。
在電極位于兩側(cè)的情況下，可以產(chǎn)生和應(yīng)用所有LCD效應(yīng)，從TN、STN、ECB(電控雙折射)和OCB效應(yīng)到垂直定向效應(yīng)、多疇效應(yīng)等。然而因?yàn)榇嬖诰酆衔镯攲樱蚤_關(guān)電壓高于類似基于玻璃元件的配對(duì)件中用的電壓。為了減少開關(guān)電壓，必須使頂層厚度盡量薄。施加導(dǎo)電體之后，可以施加上附加的頂層。
在分層的聚合物膜上的附加層各種工藝步驟的順序使得可以另外施加其它的部件，例如-可以容易在已分層的聚合物膜的頂部上形成抗擦傷的頂層，以增強(qiáng)顯示器的機(jī)械特性。
-當(dāng)希望在較高溫度下使用顯示器時(shí)，為避免液晶蒸發(fā)可以使用阻擋涂層。
-可涂布的偏振器，例如現(xiàn)在正研究的基于Optiva技術(shù)的偏振器，其可以在分層后直列布置地進(jìn)行刮涂。將分層LC元件和可涂布的偏振器相結(jié)合將形成極為節(jié)省成本的顯示器。
圖2A是裝置15的掃描窗應(yīng)用的頂視圖。該裝置包括許多單底襯LC元件20(“子光閥”)和用于控制LC元件透射特性的裝置21。當(dāng)在元件后面的區(qū)域被激活(即發(fā)射光)時(shí)，各個(gè)元件被打開，即透過從顯示窗發(fā)射的光。應(yīng)當(dāng)注意到，圖2A中的例子包括許多元件，并且還可采用具有大量相對(duì)電極(例如許多對(duì)相反電極)的單個(gè)單元，這是有利的。因此，加上適當(dāng)?shù)碾妷罕憧墒钩蓪?duì)電極之間的區(qū)域在透射狀態(tài)和阻擋狀態(tài)之間切換。最好不用許多“子”光閥而應(yīng)用一個(gè)整體的分層光閥。在后一種情況下，可切換的材料配置在連續(xù)電極和圖案電極之間。
圖2B示意示出用在本發(fā)明中的LC光閥。該LC光閥包括聚合物頂層29、LC材料層23、透明電極層26(例如由ITO制成)、阻擋層25、聚酰亞胺層24、底襯27(例如玻璃底襯)和可選擇的抗反射層28，該LC材料層包括在取向聚合物網(wǎng)絡(luò)中的LC材料，該LC材料具有預(yù)定的Δε和“多向色性”的染料。根據(jù)電極結(jié)構(gòu)和定向?qū)拥慕Y(jié)合，Δε的符號(hào)可以選擇為正或者負(fù)。在許多情況下，例如電極位于LC材料的同一側(cè)時(shí)，最好選正的Δε。
圖3A示出了作為施加到電極上的電壓(在水平軸上的V表示伏特)的函數(shù)的相對(duì)亮度(在縱軸上L表示百分亮度)。當(dāng)光閥處于透光狀態(tài)時(shí)(在實(shí)際實(shí)施例中L＝95％)，加上約80伏的電壓將使光閥關(guān)閉，在此實(shí)施例中，該光閥的光調(diào)制層其厚度為18微米，并包括重量百分比7％的取向聚合物網(wǎng)絡(luò)。通過加上充分高的電壓可以關(guān)閉該LC光閥?！瓣P(guān)閉”所需的時(shí)間在本文中稱作“有源開關(guān)時(shí)間”Δt2。然而為了正確地運(yùn)行，該光閥也需要在某一個(gè)時(shí)間打開。通過除去電極上的電壓便可以打開光閥。隨后，LCD材料將無源地轉(zhuǎn)換回到“透射狀態(tài)”，即不由外電壓驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，該取向聚合物網(wǎng)絡(luò)這樣取向，即，使得LCD材料受到一個(gè)內(nèi)力作用，該內(nèi)力將LCD材料驅(qū)動(dòng)成“透射狀態(tài)”。打開元件所需的時(shí)間在本文中稱作無源開關(guān)時(shí)間Δt1。
圖3B示出光閥關(guān)閉(下降曲線B)和光閥打開(上升曲線B’)時(shí)相對(duì)亮度隨時(shí)間的變化曲線。這些曲線的斜率是對(duì)于80伏電壓繪制出來的。在圖中還示出打開或關(guān)閉光閥的開關(guān)時(shí)間Δt1或Δt2(即達(dá)到兩種狀態(tài)之間中點(diǎn)所需要的時(shí)間)。從圖中可以看出，打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間的數(shù)量級(jí)均約為1毫秒。
光調(diào)制層包含取向聚合物網(wǎng)絡(luò)聚合物母體和具有預(yù)定Δε和(多向色性)染料的LC材料，在分層的LC光閥中采用光調(diào)制層可以獲得小于2毫秒最好小于1毫秒的Δt1(“打開”光閥的時(shí)間)和Δt2(“關(guān)閉”光閥的時(shí)間)。小于1毫秒特別適合于以超過50Hz操作的裝置。
除了沒有(多向色性)染料之外，同一光閥在其“關(guān)閉”狀態(tài)下可以高效地散射光。因此，這種系統(tǒng)對(duì)于“整體”LC光閥是有吸引力的，這種系統(tǒng)能使電視屏幕被“遮掩”或者顯現(xiàn)出來。
取向聚合物母體的含量最好位于5％-15％之間。較低的含量產(chǎn)生較大的無源開關(guān)時(shí)間，而較高含量產(chǎn)生較高的亮度，甚至在關(guān)閉狀態(tài)下。
本發(fā)明還涉及如權(quán)利要求13所述的顯示器。圖4中，示出這種顯示器的簡(jiǎn)化方塊圖。輸入顯示信息41輸送到圖像檢測(cè)器31。該信息的聲音部分傳送到伴音信道35，該伴音信道35在揚(yáng)聲器36中重現(xiàn)聲音。該圖像檢測(cè)器31還將顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)42輸送到圖像顯示裝置34，并將同步信號(hào)43輸送到尋址裝置32。對(duì)于CRT，這些尋址裝置32包括用于行和禎偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)電路。對(duì)于其它顯示裝置例如LCD或者PDP裝置，這些尋址裝置可以提供行和列尋址的矩陣尋址電路。如果存在顏色信號(hào)，則提供特殊的顏色電路解調(diào)器33，如圖4中虛線所示。
圖4所示顯示器實(shí)施例還包括圖像顯示裝置34和LC光調(diào)制器元件37，該圖像顯示裝置34具有顯示屏，該顯示屏具有顯示圖像的工作部分，該LC光調(diào)制器元件37的尺寸等于配置在顯示屏的前面的顯示屏工作部分的尺寸，該LC光調(diào)制器元件具有透明電極裝置，使得可向LC光調(diào)制器元件37供電，這種供電取決于顯示裝置34的操作，其中，LC光調(diào)制器元件37包括上述類型的分層LC光調(diào)制器元件；其中該顯示裝置包括用于切換LC光調(diào)制器元件37的控制裝置38和用于向LC光調(diào)制器元件37供電的電源39。該電源39還用于向其它電路供電。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及一種顯示裝置，該顯示裝置具有顯示屏，圖像顯示在該顯示屏的工作部分上，布置在顯示屏的前方的分層的LC光調(diào)制器元件(例如光閥或者開關(guān))的尺寸相當(dāng)于顯示屏工作部分的尺寸，該光調(diào)制器元件設(shè)置有透明電極裝置，使得可向該LC光調(diào)制器元件供電。該分層的LC光調(diào)制器元件包括承載復(fù)合材料的透明底襯，該復(fù)合材料相分離成光調(diào)制層和頂層，該光調(diào)制層包含鄰接該底襯設(shè)置的液晶材料，該頂層由鄰接該顯示屏設(shè)置的有機(jī)材料、無機(jī)材料或者有機(jī)和無機(jī)材料的混合物制成，該光調(diào)制器元件可以層壓到該顯示屏的表面上。
權(quán)利要求
1.一種具有顯示屏的顯示裝置，該顯示屏具有用于顯示圖像的工作部分，液晶光調(diào)制器元件布置在該顯示屏的前方，該液晶光調(diào)制器元件的尺寸相當(dāng)于該顯示屏的工作部分的尺寸，該光調(diào)制器元件設(shè)置有透明電極裝置，使得可向該液晶光調(diào)制器元件供電，其特征在于，該元件包括承載復(fù)合材料的透明底襯，該復(fù)合材料相分離成光調(diào)制層和頂層，該光調(diào)制層包含鄰接該底襯設(shè)置的液晶材料，該頂層由鄰接該顯示屏設(shè)置的有機(jī)材料、無機(jī)材料或者有機(jī)和無機(jī)材料的混合物制成，該元件固定到該顯示屏的表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該元件的該頂層借助于粘接劑固定到該顯示屏的該表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，密封件布置在該顯示屏的該表面與該元件的該頂層和該底襯中的一個(gè)之間，以便鄰接頂層和底襯中的所述一個(gè)的周邊，用粘接劑填充由顯示屏、密封件和頂層與底襯中的所述一個(gè)包圍的空間。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該元件還包括布置在面對(duì)該光調(diào)制器元件的上述底襯上的電極層，在連接到上述電極層上的電源的影響下該元件的光透射性可以在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該元件可以設(shè)定成打開時(shí)的透明狀態(tài)或者關(guān)閉時(shí)的散射光的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該元件可以設(shè)定成打開時(shí)的透明狀態(tài)或者關(guān)閉時(shí)的吸收光的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示裝置，其特征在于，該元件形成掃描窗。
8.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，光調(diào)制器元件可以被驅(qū)動(dòng)，以改變成透射光的偏振方向。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，當(dāng)該元件供電時(shí)，該元件關(guān)閉(變?yōu)椴煌该?。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示裝置，其特征在于，該元件在出現(xiàn)故障的情況下打開(變?yōu)橥该?。
11.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該電極裝置適合于面內(nèi)開關(guān)，并且該光調(diào)制器元件包括聚合物網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有在其空腔中的Δε為正的液晶材料。
12.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該電極裝置適合于垂直開關(guān)，并且該光調(diào)制器元件包括聚合物網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有在其空腔中的Δε為負(fù)的液晶材料和染料。
13.一種包括顯示裝置的顯示設(shè)備，該顯示裝置具有顯示屏，該顯示屏帶有用于顯示圖像的工作部分，液晶光調(diào)制器元件布置在該顯示屏的前方，該液晶光調(diào)制器元件的尺寸相當(dāng)于該顯示屏的工作部分的尺寸，該光調(diào)制器元件包含透明電極裝置，使得可向該液晶光調(diào)制器元件供電，其中該液晶光調(diào)制器元件包含承載復(fù)合材料的透明底襯，該復(fù)合材料相分離成光調(diào)制層和頂層，該光調(diào)制層包含鄰接該底襯設(shè)置的液晶材料，該頂層由鄰接該顯示屏設(shè)置的有機(jī)材料、無機(jī)材料或者有機(jī)和無機(jī)材料的混合物制成，該元件固定到該顯示屏的表面上，并且該顯示設(shè)備包括用于切換該液晶光調(diào)制器元件的控制裝置以及用于向該液晶光調(diào)制器元件供電的電源。
全文摘要
一種具有顯示屏的顯示裝置，圖像顯示在該顯示屏的工作部分上，(例如光閥或者開關(guān)的)分層的(液晶)光調(diào)制器元件(15)布置在顯示屏前方，該光調(diào)制器元件尺寸相當(dāng)于顯示屏工作部分的尺寸，該光調(diào)制器元件，該光調(diào)制器元件設(shè)置有透明電極裝置(26)，以用于向LC光調(diào)制器元件供電。該分層的液晶光調(diào)制器元件包括承載復(fù)合材料的透明底襯，該復(fù)合材料相分離成光調(diào)制層和頂層(29)，該光調(diào)制層包含鄰接該底襯設(shè)置的液晶材料(23)，該頂層由鄰接該顯示屏設(shè)置的有機(jī)材料、無機(jī)材料或者有機(jī)和無機(jī)材料的混合物制成，該光調(diào)制器元件可以層壓到該顯示屏的表面上。
文檔編號(hào)H01J29/89GK1476547SQ02802990
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月24日
發(fā)明者D·J·布雷爾, R·彭特爾曼, D J 布雷爾, 囟 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司