[发明专利]双稳扭曲向列型液晶显示器

说明书

本发明涉及双稳扭曲向列型(bistable twisted nematic)LCD(液晶显示器)，尤其是涉及其操作模式的优化。

液晶扭曲盒(twist cell)的双稳性是由Berreman首先发现的。但直到1995年Tanaka等才演示了双稳扭曲向列型(BTN)盒的第一个样机。所演示的盒基于一种π型(180度)扭曲构型(twist configuration)。该盒具有高的对比度(contrast ratio)、快速响应特性、宽的视角(viewing angle)范围和高的抗串扰性(cross-talk immunity)。此后，已提出不同的盒的构型。在这些构型中，Xie等提出了带有90°和270°初始扭曲角的BTN盒。尽管所提出的这些非180°扭曲角的盒具有较差的光学性能，但它们却具有较大的操作延迟量(retardation)的其它优点。所提出的这些盒构型都采用为90°的倍数的扭曲角。因为在线性正交偏光镜假设的基础上，当扭曲角为90°的倍数时透射(transmission)在理论上是最优的。但是，在确定BTN盒的光学性能方面，显然黑暗状态下的穿透性(breed-through)也是重要的。事实上，在显示器的设计中，不是明亮状态的透射，而是对比度是需要优化的更重要的因素。此外，为了获得消色差(achromatic)显示器，需要考虑整个可见光谱。如果取消正交偏光镜的假设，可观察到BTN盒的性能能进一步提高。

采用两种清晰度(definition)的对比度(一种有利于高透射的盒、另一种有利于低穿透性的盒)作为目标函数(objective function)，则可提出覆盖两个范围的扭曲角度的优化的盒的构型。较低的扭曲组提供较高的延迟量，可降低对小盒间隙的要求。采用较大的盒间隙可易于制造并且较好地控制盒间隙。因此，可更好地控制盒间隙相对于螺距的比率(d/p)，该比率决定BTN选择状态的稳定性。较高的扭曲组优于已有的带有较低黑暗状态穿透性的BTN构型。制造出带有所提出的构型的盒。表现出极好的光学性能，具有高的对比度、宽的视角和消色差的外观。

本发明的目的是致力于提供具有性能增强的BTN盒。

根据本发明，提供了一种双稳扭曲向列型液晶显示器盒，包括前偏光镜和后偏光镜及液晶层，该液晶层具有一种初始扭曲角，其中该盒没有带有180°的扭曲角度和偏光镜之间成90°角度的构型。

该LCD盒可以具有不是90°的倍数的一初始扭曲角度，及或偏光镜之间可具有不是90°的角。

下面结合附图以示例的方式描述本发明具体的BTN液晶显示器操作和液晶盒的特征。

图1是不同状态的液晶控制器的构型的示意图；

图2是BTN盒的构型示意图；

图3～10表示明亮和黑暗亚稳状态下的波长-透射曲线图；

图11～28表示明亮和黑暗亚稳状态下的更多的波长-透射曲线图；

图29和30表示已知的BTN液晶显示器盒的波长-透射曲线图；和

图31表示根据本发明的液晶盒的分解透视图。

一种BTN盒的结构类似于传统的扭曲向列型(TN)或超级扭曲向列型

(STN)盒的结构，不同处只在于磨光基底以利于两个选择状态而不是初始扭曲状态(图1a)。如果φ是初始状态的扭曲角度，通过应用一合适的波形，可以将盒转换成两个亚稳扭曲状态，即φ-180°的状态和φ+180°的状态。通过对BTN的各种研究可知，在获得选择的亚稳态的实际记忆(memory)保持时间方面，d/p比率(d为盒间隙、p为螺距)起决定作用。

当0.8φ/360≤d/p≤1.4φ/360时，可获得实际的记忆保持时间。

如果将足够高的电压加到一BTN盒上，则出现Frederick转移，这导致中平面的液晶分子垂直定位(即图1b所示的复位状态)。根据在复位状态后所施加的电压值，可以将盒放松到两个亚稳态中的任一状态。如果电压电平低于某阈值，则获得φ+180°的扭曲状态(图1c)。另一方面，如果电压电平高于某饱和值，则获得φ-180°的扭曲状态(图1d)。这两个亚稳态分别对应于显示器的明亮和黑暗状态。通过优化盒的参数，可以获得光学性能极好的BTN。