ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН Российский патент 1995 года по МПК G02F1/133 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах отображения информации с высокой информационной емкостью, в частности в телевидении, портативных персональных ЭВМ, контрольно-измерительной аппаратуре.

Известен жидкокристаллический (ЖК) экран, содержащий две параллельно расположенные прозрачные изолирующие пластины, образующие замкнутый объем, заполненный ЖК материалом, на внутренних сторонах изолирующих пластин, покрытых слоем диэлектрика, выполнены группы взаимно ортогональных прозрачных полосковых электродов с периферийными контактными площадками, пассивирующие и ориентирующие покрытия, на внешней стороне одной пластины сформировано поляризующее покрытие, на внешней стороне второй пластины - поляризующее и отражающее покрытия.

Недостатками известного ЖК экрана являются малое быстродействие и невысокий контраст изображения за счет использования ЖК материала на основе супер-твист эффекта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ЖК экран, содержащий две параллельно расположенные прозрачные изолирующие пластины, образующие замкнутый объем, заполненный ЖК материалом. На внутренней стороне первой прозрачной изолирующей пластины последовательно сформированы группа прозрачных полосковых электродов, пассивирующее и ориентирующее покрытия. На внутренней стороне второй прозрачной изолирующей пластины со слоем диэлектрика выполнены группа проводящих полосковых электродов, перпендикулярных группе прозрачных полосковых электродов на первой изолирующей пластине, матрица тонкопленочных управляющих элементов со структурой металл-диэлектрик-металл (МДМ), матрица прозрачных электродов элементов отображения, которые через управляющие элементы последовательно соединены с проводящими полосковыми электродами, пассивирующее и ориентирующее покрытия. На внешних сторонах первой и второй прозрачных изолирующих пластин выполнены поляризующие покрытия, и на одной из них сформировано отражающее покрытие в виде сплошной металлической пленки с высоким коэффициентом отражения.

Недостатком известного ЖК экрана является невысокий контраст изображения за счет частичного поглощения света поляроиднымии пленками и отражающим покрытием.

Целью изобретения является повышение качества изображения за счет увеличения контраста изображения.

Цель достигается тем, что в ЖК экране, содержащем две параллельно расположенные прозрачные изолирующие пластины, образующие замкнутый объем, заполненный жидкокристаллическим материалом, на внутренней стороне одной изолирующей пластины со слоем диэлектрика выполнены группа проводящих полосковых электродов с периферийными контактными площадками, матрица тонкопленочных управляющих элементов и матрица прозрачных проводящих электродов элементов отображения, которые последовательно соединены через управляющие тонкопленочные элементы с проводящими полосковыми электродами и образуют ряды, являющиеся шинами строк (или столбцов), пассивирующее и ориентирующее покрытие, на внутренней стороне второй изолирующей пластины со слоем диэлектрика выполнены группа прозрачных проводящих полосковых электродов с периферийными контактными площадками, являющиеся шинами столбцов, пассивирующее и ориентирующее покрытие, на внешней стороне одной изолирующей пластины сформировано поляризующее покрытие, на внешней стороне второй изолирующей пластины сформированы поляризующее и отражающее покрытия, поляризующее и отражающее покрытия выполнены в виде ориентированной пленки капсулированных полимером нематических жидких кристаллов.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается выполнением поляризующего и отражающего покрытий, которые выполнены за одно целое в виде ориентированной пленки капсулированных полимером нематических жидких кристаллов.

Таким образом, заявляемый ЖК экран соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предложенного технического решения с другими техническими решениями показывает, что ориентированные пленки капсулированных полимеров нематических жидких кристаллов (КПЖК) известны. Однако используется она для поляризации мощного лазерного излучения, так как в отличие от обычной поляроидной пленки ориентированная КПЖК пленка не поглощает "ненужную" компоненту, а рассеивает ее, следовательно, нагревается слабее. В предлагаемом устройстве замена поляроидной пленки на ориентированную КПЖК пленку приводит, во-первых, к уменьшению поглощения света, падающего на ЖК экран; во-вторых, не требуется использования отражающего покрытия, так как заключенные в полимере капельки ЖК вещества, имеющие размеры порядка 1 мкм, являются оптимальным диффузным рассеивателем света, в результате фон ЖК экрана имеет белую окраску, тогда как в состоянии "выключено" поглощение остается прежним; в-третьих, появляется возможность использования комбинированного режима работы ЖК экрана (просветно-отражательном), что значительно расширяет функциональные возможности экрана, так как его можно использовать в условиях сильной внешней освещенности.

Вследствие отмеченных выше причин применение ориентированной КПЖК пленки приводит в конечном итоге к проявлению такого нового качества, как повышение контраста изображения.

Таким образом, все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия",
На чертеже схематично изображен фрагмент ЖК экрана в разрезе.

ЖК экран включает в себя прозрачную изолирующую пластину 1, на внутренней стороне которой нанесен слой диэлектрика 2, выполняющий функции стоп слоя, и выполнены группа проводящих полосковых электродов 3 с периферийными контактными площадками, тонкопленочные управляющие элементы и прозрачные проводящие электроды элементов 4 отображения, которые последовательно соединены через управляющие тонкопленочные элементы 5 с проводящими полосковыми электродами 3 и образуют ряды элементов отображения, являющиеся шинами строк (столбцов), пассивирующее и ориентирующее покрытие 7, прозрачную изолирующую пластину 8, на внутренней стороне которой нанесен слой диэлектрика 9 и выполнены прозрачные полосковые электроды 10 с периферийными контактными площадками, являющиеся шинами столбцов (строк), пассивирующее и ориентирующее покрытие 11, на внешних сторонах прозрачных изолирующих пластин выполнены поляризующее покрытие 6, поляризующее и отражающее покрытие 12, выполненное в виде ориентированной пленки капсулированных полимеров нематических жидких кристаллов, а пространство между прозрачными изолирующими пластинами 1 и 8 заполнено слоем ЖК материала 13.

В предлагаемой конструкции отражательного ЖК экрана отсутствует отдельный слой отражающего покрытия, так как его функции выполняет ориентированная пленка КПЖК. Это упрощает конструкцию ЖК экрана, поскольку вместо формирования двух слоев требуется только один, выполняющий функции двух.

ЖК экран работает следующим образом. Сканирующие импульсы напряжения определенной амплитуды и длительности последовательно прикладываются к шинам строк 3. Одновременно с каждым сканирующими импульсом отображаемая информация в виде ряда информационных импульсов напряжения противоположной полярности (также определенной амплитуды и длительности) прикладывается к соответствующим шинам столбцов 10. В результате в соответствующих пересечениях шин столбцов и строк управляющие элементы 5 переходят в низкоомное состояние и через них заряд емкости элементарных ЖК ячеек, образуемых на пересечении проводящих полосковых электродов 10, прозрачных электродов элементов 4 отображения, которые через управляющие элементы 5 соединены с проводящими полосковыми электродами 3, и выполняющих функции запоминающих конденсаторов, т.е. происходит запоминание информации, которая сохраняется в течение времени кадра (для предлагаемого устройства время кадра составляло 20 мс). Свет на выбранном элементе отображения поступает через поляризующее покрытие 6, прозрачную изолирующую пластину 1, прозрачный электрод элемента 4 отображения, ориентирующее и пассивирующее покрытие 7, слой ЖК материала 13, ориентирующее и пассивирующее покрытие 11, прозрачный полосковый электрод 10, вторую прозрачную изолирующую пластину 8 на ориентированную пленку КПЖК 12. Ориентация КПЖК такова, что на выбранном элементе свет проходит через пленку, имеющую прозрачность соответственно проходящему свету, и поэтому не может отразиться в обратном направлении. В результате информация на выбранном элементе отображается в виде черной точки. Невыбранная информация отображается в виде светлых точек, поскольку свет, рассеянный на капельках ЖК материала, диффузно отражается в обратном направлении, так как ориентация вектора поляризации пленки КПЖК в этом случае такова, что свет через пленку не проходит, а рассеивается на капельках ЖК материала.

Изготовление экрана включает в себя следующие основные операции.

Нанесение на прозрачную изолирующую пластину слоя диэлектрика (например, Та₂O₅, Al₂O₃, SiO₂ и др.) толщиной 50-200 нм. Нанесение слоя металла и формирование методом фотолитографии и травления проводящих полосковых электродов. Формирование слоя диэлектрика управляющих МДМ-структур. Нанесение прозрачного проводящего материала и формирование методом фотолитографии и травления матрицы прозрачных проводящих электродов элементов отображения. Формирование верхних электродов МДМ-структур. Нанесение на сформированную структуру слоя полимерного материала и ориентация последнего в определенном направлении. Нанесение на вторую прозрачную пластину со слоем диэлектрического материала прозрачного проводящего материала (например, оксида индия-олова) и формирование методом фотолитографии прозрачных проводящих полосковых электродов. Нанесение на сформированную структуру слоя полимерного материала и ориентация последнего в определенном направлении. Сборка ЖК экрана, включающая совмещение изолирующих пластин со сформированными структурами, проклейку экрана, заполнение ЖК материалом, герметизацию и наклейку поляроида на верхнюю прозрачную изолирующую пластину. Наклейка на внешнюю сторону второй изолирующей пластины ориентированной пленки КПЖК. Коэффициент растяжения пленки при ориентации составлял ΔL/L_o 0,7 (где L_o - начальная длина; ΔL - абсолютное удлинение, равное разности конечной длины пленки и начальной).

На основании предложенной конструкции был изготовлен отражательный ЖК экран информационной емкостью 320 x 200 элементов отображения при следующих управляющих напряжениях и характеристиках экрана: амплитуда импульсов, подаваемых на строки (импульсы сканирования) - не более ±18 В; амплитуда импульсов, подаваемых на столбцы (информационные импульсы) - не более ± 3 В; число мультиплексируемых строк - 200; время кадра - 20 мс; зазор в ЖК экране - 6 мкм; используемый эффект - твист; ЖК материал - ЖК 1289.

Экспериментальные ЖК экраны обеспечивали следующие светотехнические характеристики: контраст - не менее 25:1; угол обзора по горизонтали - не менее ± 80; угол обзора по вертикали - не менее ±65.

Исследования экспериментальных образцов показали, что отражательный ЖК экран предлагаемой конструкции по основным характеристикам (величинам управляющих напряжений, разрешающей способности, энергопотреблению и др.) не уступает устройству аналогичного назначения (прототипу). В то же время было достигнуто увеличение угла обзора, яркости и контрастности изображения.

Преимущества предлагаемой конструкции ЖК экрана следующие: повышенный контраст изображения, достигнутый за счет использования ориентированной пленки КПЖК взамен поляризующего покрытия и отражателя; возможность использования комбинированного режима работы (просветно-отражательного) в случае применения ориентированной пленки КПЖК одновременно с подсветкой, что немаловажно для работы в условиях сильной освещенности; при комбинированном режиме работы возможно использование светофильтров, что значительно расширяет функциональные возможности ЖК экрана.

Область применения: Устройство отображения информации с высокой информационной емкостью. Сущность: жидкокристаллический экран представляет собой образованную прозрачными изолирующими пластинами, разделенными прокладками, ячейку, которая заполнена жидкокристаллическим материалом. На внутренних сторонах пластин размещены адресные электроды, матрица тонкопленочных управляющих элементов и матрица прозрачных электродов элементов отображения. На внешней стороне второй изолирующей пластины размещена ориентированная пленка капсулированных полимером нематических жидких кристаллов, которая используется как полязирующее и отражающее покрытие. 1 ил.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН,содержащий ячейку, образованную двумя параллельно расположенными прозрачными изолирующими пластинами, разделенными прокладками, заполненную жидкокристаллическим материалом, на внутренней стороне одной изолирующей пластины со слоем диэлектрика выполнены группа проводящих полосковых электродов с периферийными контактными площадками, матрица тонкопленочных управляющих элементов и матрица прозрачных проводящих электродов элементов отображения, которые последовательно соединены через управляющие тонкопленочные элементы с проводящими полосковыми электродами и образуют ряды, являющиеся шинами строк, пассивирующее и ориентирующее покрытия, на внутренней стороне второй изолирующей пластины со слоев диэлектрика выполнены группа прозрачных проводящих полосковых электродов с периферийными контактными площадками, являющихся шинами столбцов, пассивирующее и ориентирующее покрытия, на внешней стороне одной изолирующей пластины сформировано поляризующее покрытие, на внешней стороне другой изолирующей пластины сформированы поляризующее и отражающее покрытия, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества изображения за счет увеличения контраста изображения, поляризующее и отражающее покрытия выполнены в виде ориентированной пленки капсулированных полимером нематических жидких кристаллов.