專利名稱：光開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種光開(kāi)關(guān)，尤其是一種高解析度的彩色顯示器。這種具有彩色與偏振作用的光開(kāi)關(guān)不限於可見(jiàn)光的頻譜范圍。它也可用在紫外線及組外線范圍作光控制以及與可見(jiàn)光譜范圍的應(yīng)用組合。
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)長(zhǎng)時(shí)以來(lái)已為人們所熟知。其特點(diǎn)是，電力需求小，且構(gòu)造方式強(qiáng)固，實(shí)際應(yīng)用中，有多種類(lèi)型的液晶顯示器。其原理是一個(gè)扭曲的液晶層會(huì)根據(jù)是否有施加電場(chǎng)而使光的偏振(polarisation)面作不同程度的扭轉(zhuǎn)。因此，該光在一種情形可通過(guò)一第二偏振濾光器，在另一種情形則不然。
這種構(gòu)件由二玻璃板(即載板)構(gòu)成，液晶位於其間，二玻璃板內(nèi)側(cè)有導(dǎo)電之透光電極及取向?qū)?。在無(wú)電場(chǎng)狀態(tài)下，該液晶分子取平行于玻璃板的方向。二玻璃板內(nèi)側(cè)帶有超微構(gòu)造，它們互呈相對(duì)扭轉(zhuǎn)(一般扭轉(zhuǎn)90°或270°)。由于液晶分子在取向?qū)咏Y(jié)構(gòu)部分對(duì)齊，因此在液晶層中，分子互相扭轉(zhuǎn)。在對(duì)立的電極間施一電壓，使分子沿電場(chǎng)方向排列，一道透過(guò)之光束的偏振方向則不再扭轉(zhuǎn)。
一般與液晶顯示器的構(gòu)造有關(guān)的，除了其他元件外，還有二個(gè)偏振濾光器，它們各設(shè)在載板外側(cè)，而對(duì)于彩色LCD則有額外的濾色器。濾色器對(duì)較高溫度敏感，因?yàn)樗鼈兺捎袡C(jī)聚合物材料構(gòu)成。在傳統(tǒng)彩色LCD中，光輸出率較低。
德國(guó)專利DE4201281 A1中揭示了一種液晶顯示器的基質(zhì)板的設(shè)計(jì)，它適用于再生彩色影像。該專利中提到，當(dāng)液晶顯示器的基質(zhì)板利用一種點(diǎn)矩陣電極構(gòu)造控制且可顯示彩色影像時(shí)，一般將不同的原色的彩色象素(Pixel)直接形成在一載板上。但由于彩色象素不形成平坦的表面輪廓，因此它們?cè)O(shè)有一個(gè)蓋層。這方面一個(gè)進(jìn)一步的發(fā)明見(jiàn)DE 4201281 A1，其方法是將該由彩色象素構(gòu)成的濾色器層用一超薄的膜或玻璃層覆蓋。如果基質(zhì)板要使用在某些顯示器中，該顯示器的液晶分子間的扭轉(zhuǎn)角度90°或液晶格(Zellen)板之間的所容許距離很小，則這種措施被認(rèn)為是必要的。如今由于利用覆蓋實(shí)現(xiàn)平坦表面，故可實(shí)現(xiàn)液晶分子一致的切換比例。這種背景技術(shù)的例子顯示出要制造高值的彩色顯示器需要作那些措施。
另一德國(guó)專利申請(qǐng)19642116．0-33，其名稱為“用電子束形成能量傳輸?shù)姆椒ā?。根?jù)該方法，在短時(shí)內(nèi)用電子束將能量傳輸?shù)接山饘?、半?dǎo)體或介電材料或其組合構(gòu)成的物體(如板或帶子)的表面(宜為平面)上，進(jìn)入限定的表面元件中?？衫玫募庸ばЧ涤刹牧系奈锢砘蚧瘜W(xué)反應(yīng)配合利用電子束所做的能量傳輸。這種較佳的應(yīng)用領(lǐng)域是，在任意長(zhǎng)的條帶形物體的表面上，形成一種使有限數(shù)目的結(jié)構(gòu)元件重復(fù)呈矩陣排列成行與列的結(jié)構(gòu)。
前述專利申請(qǐng)的重要發(fā)明特點(diǎn)在于在能量傳輸之時(shí)，要加工的物體在一光罩下方以不與光罩接觸的方式移動(dòng)，使一道沿物體運(yùn)動(dòng)方向的電子束沿大約垂直于該物體運(yùn)動(dòng)方向高頻振動(dòng)，經(jīng)過(guò)位於光罩中的凹洞，利用一種高速度(此速度比起物體運(yùn)動(dòng)速度來(lái)高得多)導(dǎo)經(jīng)該光罩。
一種較佳應(yīng)用領(lǐng)域是將較面積的物體做高產(chǎn)量的構(gòu)造化加工。在該熱電子束加工的區(qū)域中，可用此方法，以將適當(dāng)?shù)孛艋^(guò)(施過(guò)光敏材料)的玻璃表面作彩色式構(gòu)造化。舉例而言，可將一個(gè)玻璃制的基質(zhì)(它具有制備的薄表面層)利用電子束加工而在重復(fù)構(gòu)造(例如LCD技術(shù)中所習(xí)用者)中設(shè)以一彩色圖案。為了得到最希望要的光學(xué)效果，將四個(gè)排列在一直角矩陣中的象素施加不同的能量密度。在加工時(shí)，由于熱效應(yīng)，而使該制備之薄表面層在該象素的區(qū)域中經(jīng)歷不同溫度的周期循環(huán)，這些溫度的周期循環(huán)在象素區(qū)域中時(shí)間相同，但最大溫度不同，以得到依象素方式?jīng)Q定的光學(xué)性質(zhì)。
利用專利申請(qǐng)案19642116．0-33的方法，首先克服了已知方法中用電子束做能量傳輸來(lái)加工材料的限制。它可使構(gòu)造元件以及最小的面積區(qū)域(例如象素)能在表面上以一定的排列方式用電子束作一定的施加，以在此區(qū)域中得到一定的加工效果。
本發(fā)明的目的在于提供一種光開(kāi)關(guān)，它比起已知結(jié)構(gòu)解決方案來(lái)，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，這種構(gòu)造產(chǎn)生高的光輸出率及很小的視差(Parallaxe)。本發(fā)明的解決方案的直接結(jié)果為該光開(kāi)關(guān)對(duì)溫度作用較不敏感。如前述，標(biāo)題為“用電子束形成能量傳輸?shù)姆椒ā钡牡聡?guó)專利申請(qǐng)DE 19642116．0-33在目前是最進(jìn)步的背景技術(shù)，和此專利申請(qǐng)的目的有關(guān)的是根據(jù)DE 19642116．0-33作構(gòu)造化制成的特殊構(gòu)件，也配合該專利申請(qǐng)做應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中關(guān)于本發(fā)明的基本構(gòu)想可見(jiàn)權(quán)利要求1。其他有利的設(shè)計(jì)見(jiàn)權(quán)利要求2-7。
要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，需要其他實(shí)施例。
此光開(kāi)關(guān)(它特別是指一種高解析度的顯示器)的載板由玻璃構(gòu)成，二向色性濾色器嵌入該玻璃中。它系一種依DE 19642116．0-23的方法構(gòu)成的載板。此載板可設(shè)計(jì)成平坦或不平坦的方式。
可以只有一片載板或所有的載板都由玻璃構(gòu)成(這點(diǎn)下文還要說(shuō)明)以做光開(kāi)關(guān)的構(gòu)造，二向色性濾色器嵌入該玻璃中。
載板的二向色性濾色器層一般設(shè)在載板的一面。對(duì)於特別的應(yīng)用情形，二色濾色器層設(shè)在載板兩面。
當(dāng)濾色器層設(shè)在載板兩面時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相同或不同的吸收與偏振作用。
載板層中的各二向色性濾色器可構(gòu)成黑白(單色顯示器)或彩色(多色顯示器)方式。
二向色性濾過(guò)器層位於載板的玻璃母質(zhì)(矩陣)(Matrix)中，且它們對(duì)應(yīng)於制造方法呈矩陣形分布。在此情形中，彩色圖案具有重構(gòu)造，且使得一種具全彩色能力的顯示器能構(gòu)建。
載板的二向色性濾色器層從玻璃表面起一直達(dá)到幾微米的深度中。此處，深達(dá)最大10微米的深度方向可稱為“取向”(Orientierung)。此外，彩色區(qū)域的厚度也只有十分之幾微米。
此二向色性濾色器在可見(jiàn)及／或不可見(jiàn)光譜范圍(UV，IR范圍)內(nèi)具有彩色作用與偏振作用。
在一有利的實(shí)施例中，為了使視差很小，將載板的構(gòu)造化過(guò)的濾色器層設(shè)在與液晶物質(zhì)接觸的那一面上，亦即為了使構(gòu)造化之面的間隔盡量小，因此這些面位在內(nèi)部。此處，基本上系根據(jù)已知的設(shè)置，其中與已知之背景技術(shù)不同的，系使用依DE 196421160．33的方法構(gòu)成的載板。
如果不要求視差盡量地小，則一個(gè)或二個(gè)濾色器層可位在載板外側(cè)，一如在已知的構(gòu)造化的面或?yàn)V色器構(gòu)造的原理。
有一點(diǎn)很重要如果載板由玻璃制成，則在構(gòu)成載板後，彩色圖案直到550℃／600℃都保持穩(wěn)定。此處，也不能完全排除采用其他材料的可能性。
如下文將說(shuō)明，光開(kāi)關(guān)也可以是透過(guò)式(背照光式transmissive)、反射式(reflective)及透過(guò)反射式(transflektive)的。
采用構(gòu)成二向色性的載板來(lái)制成光開(kāi)關(guān)(例如LCD型)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這是因?yàn)橹辽偈∪チ艘粚悠駷V光器。這種形成二向色性的濾色器所在的那一層中，可以省卻用于將象素高度作補(bǔ)償?shù)念~外成本。此濾色器的特色為很高的光輸出率，因?yàn)樵摱蛏詾V色器比起傳統(tǒng)濾色器來(lái)，基本吸收較少。
下面利用實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
圖中

圖1是具有混合色(紅、黃、藍(lán)、黑)的透過(guò)式彩色LCD，圖2是具有混合色(紅、黃、藍(lán)、白)的透過(guò)式彩色LCD，圖3是具有混合色(紅、黃、藍(lán)、白)的反射式彩色LCD，圖4是具有混合色(紅、黃、藍(lán))的透過(guò)式彩色LCD，圖5是具有混合色(紅、綠、藍(lán)、白)的透過(guò)式彩色LCD，圖6是A型紫外線的光開(kāi)關(guān)〔透過(guò)式，在狹小范圍中消光(Ausloschung)〕，圖7是狹帶式A型紫外線的光開(kāi)關(guān)(透過(guò)式)，圖8是寬帶式A型紫外線的光開(kāi)關(guān)(透過(guò)式)。
〔標(biāo)號(hào)說(shuō)明〕(1)彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(2)透明片段電極(3)取向?qū)?4)透明主電極(5)玻璃載體(6)前偏振器(7)偏振濾光器(8)入射光(9)出射光-至觀看者(10)液晶分子(11)反射器(12)彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(13)二向色性紫外線前偏振玻璃(14)二向色性紫外線偏振玻璃(15)彩色結(jié)構(gòu)的紫外線前偏振玻璃(16)彩色結(jié)構(gòu)的紫外線偏振玻璃Dr二向色性紅DG二向色性黃DB二向色性藍(lán)R紅
G黃B藍(lán)W白UV Pol 1-紫外線偏振玻璃UV Pol 2-紫外線偏振玻璃UV Pol 3-紫外線偏振玻璃λ1，λ2，λ3不同波長(zhǎng)之出射A型紫外光圖1是具有混合的透過(guò)式彩色LCD，它由一彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(1)構(gòu)成。此光活性層設(shè)在一面上，且在內(nèi)面，此層是根據(jù)前面說(shuō)明的用電子束形成能量傳輸?shù)姆椒ㄖ圃欤渲?，該偏振玻璃具有雙色式紅(dR)、雙色式黃(dG)、雙色式藍(lán)(dB)。在偏振玻璃(1)上內(nèi)側(cè)有透明的片段電極(2)與第一取向?qū)?3)。在第二玻璃載體〔用圖號(hào)(5)表示〕上，在內(nèi)側(cè)設(shè)有一透明主電極(4)及第二取向?qū)?3)〔它相對(duì)於第一取向?qū)?3)扭轉(zhuǎn)了90°〕。在玻璃載體(5)下方(在外側(cè))放一偏振濾色器(7)，而在該彩色結(jié)構(gòu)的雙色偏振玻璃(1)上方(同樣在外側(cè))放一前偏振器(6)。該二偏振濾色器設(shè)成互相扭轉(zhuǎn)了90°。
入射之未偏振光(8)通過(guò)前偏振器(6)，受到線性偏振，通過(guò)該彩色結(jié)構(gòu)的雙色式偏振玻璃(1)〔在其中當(dāng)未施電壓時(shí)(亦即在未受控制的狀態(tài))，其偏振方向扭轉(zhuǎn)90°〕，通過(guò)具有偏振濾光器(7)的玻璃載體(5)。由於偏振濾光器(7)的方向性之故，因此不發(fā)生吸收情況。線偏振光(9)(具有成份紅、黃、藍(lán))從該偏振濾色器(7)出來(lái)。
在受控制的狀態(tài)，液晶分子沿電場(chǎng)方向?qū)R，光的偏振方向不再被扭轉(zhuǎn)。光在偏振濾光器(7)中完全地(在可見(jiàn)光譜的所有波長(zhǎng)范圍中)被吸收，受控制的片段呈黑暗。
圖2中，入射光(未被偏振)直接穿過(guò)該彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(1)。電場(chǎng)矢量的一分量保持幾乎不受影響，而在扭轉(zhuǎn)了90°的第二平面，則在狹窄波長(zhǎng)范圍中有吸收。在離開(kāi)該彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(1)後，得到白光(在偏振平面中)及有彩色成份紅、黃、藍(lán)(在該相對(duì)于第一偏振面扭轉(zhuǎn)了90°的第二偏振面中)。前偏振器可省略。
在未受控制的狀態(tài)，偏振方向旋轉(zhuǎn)了90°。此光在通過(guò)偏振濾過(guò)器(7)(它的朝向使向光成份完全被吸收，而扭轉(zhuǎn)90°的彩色成份則通過(guò)去而幾乎完全無(wú)減弱)之後仍有彩色部分紅、黃、藍(lán)，且呈線偏振。
在受控制的狀態(tài)，光的偏振方向不扭轉(zhuǎn)，因此彩色成份被偏振濾光器(7)吸收，而該旋轉(zhuǎn)了90°的白色成份可穿過(guò)去。出來(lái)的光為白色且呈線偏振〔見(jiàn)圖1之標(biāo)號(hào)(9)〕。
圖3顯示一種具有混合色的反射式彩色LCD，其中在偏振器(7)(後側(cè)偏振器)之外面有一反射器(11)。關(guān)於吸收與色混合方面，系發(fā)生相同的作用，如圖2所示。只是在光從偏振濾光器(7)出來(lái)時(shí)，反射器(11)呈附加構(gòu)件的形式，使光反射。
在圖2及圖3中，光學(xué)活性層如圖1的情形，系設(shè)在一面且在內(nèi)側(cè)。
與圖1、2、3比較，圖4有些變更此處，彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃(1)(12)設(shè)在液晶層的兩面上(光活性層在內(nèi)側(cè)，亦即在與液晶物質(zhì)接觸的那面上)。在受控制的狀態(tài)下，從偏振玻璃出射部分呈線偏振的白光，它在旋轉(zhuǎn)了90°的偏振方向具有彩色成份。此出射光〔見(jiàn)標(biāo)號(hào)(9)-出射光〕由觀察者看來(lái)呈淡彩色狀。在不受控制的狀態(tài)，此出射光為全彩色且未受偏振者。
圖5中，前偏振玻璃和圖4比較，具有彩色順序紅、藍(lán)(1)、藍(lán)(2)，而彩色結(jié)構(gòu)的偏振玻璃(12)順序?yàn)樗{(lán)、黃、紅。藉著將藍(lán)與黃在光束途徑中重疊，而產(chǎn)生綠。藉使用一偏振濾光器(7)(後側(cè)偏振器)可在各狀態(tài)之間切換成彩色(紅、綠、藍(lán))與白色。
圖6顯示紫外線A的一種光開(kāi)關(guān)(透過(guò)式)。
入射光(8)(紫外光A，未偏振)穿過(guò)該彩色結(jié)構(gòu)的二向色性紫外線前偏振玻璃(15)(它在一內(nèi)側(cè)具有光學(xué)活性層)，再經(jīng)過(guò)液晶層，最後經(jīng)過(guò)一個(gè)彩色結(jié)構(gòu)的二向色性紫外線偏振玻璃(16)。二偏振玻璃(15)(16)一面內(nèi)側(cè)有一光學(xué)活性層。在受控制的狀態(tài)，造成最大50％的消光(Ausloschung)。在不受控制的狀態(tài)，在給定的紫外線波長(zhǎng)范圍造成近乎完全的消光。
圖7顯示狹帶式紫外線A的光開(kāi)關(guān)，它未受偏振。入射光(8)經(jīng)過(guò)該二向色性紫外線前偏振玻璃(13)(狹頻帶式)(它的一面內(nèi)側(cè)有光學(xué)活性層)。此二向色性紫外線偏振玻璃(14)設(shè)有一光學(xué)活性層，設(shè)在一面內(nèi)側(cè)。在未受控制的狀態(tài)，造成完全消光。而在受控制的狀態(tài)，則有紫外線A(9)出射，它受線偏振，在受控制狀態(tài)光透過(guò)率約50％。
圖8顯示寬頻帶式紫外線A的光開(kāi)關(guān)，它與圖6相比，其不同處在於該二向色性紫外線前偏振玻璃(13)兩面具有光學(xué)活性層，但其光譜中最大吸收值的頻率不同(寬頻帶加大)。二向色性紫外線偏振玻璃(14)同樣地兩面具有光學(xué)活性層，其光譜中最大吸收值頻率亦不同。與圖6的情形一樣，在未控制的狀態(tài)，造成消光，而在受控制的狀態(tài)，該活化的紫外線A呈線偏振，其中透射率約50％。
權(quán)利要求
1．一種光開(kāi)關(guān)，由玻璃制的載板構(gòu)成，所述載板之間有液晶物質(zhì)，所述載板設(shè)有透明電極，所述載板外側(cè)有偏振器，其特徵在于至少有一載板由彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃構(gòu)成，二向色性濾色器嵌入該偏振玻璃中，該二向色性濾色器系位在濾色層的一矩陣的方向，而該載板的二向色性濾色層從載板層表面起一直延伸到幾微米的深度處。
2．如權(quán)利請(qǐng)求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特徵在于所述載板由平玻璃構(gòu)成。
3．如權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特徵在于至少在一載板兩面嵌入二向色性濾色器。
4．如權(quán)利要求1和3所述的光開(kāi)關(guān)，其特徵在于一種單色濾色層嵌入至少一載板中。
5．如權(quán)利要求1，3，4所述的光開(kāi)關(guān)，其特徵在于至少一載板的濾色層設(shè)置方式使它與該液晶物質(zhì)接觸。
6．如權(quán)利要求1到5所述的光開(kāi)關(guān)，其特徵在于該光開(kāi)關(guān)在偏振濾光器的數(shù)目方面由不多於一個(gè)的偏振濾光器構(gòu)成。
7．如權(quán)利請(qǐng)求1與6所述的光開(kāi)關(guān)，與權(quán)利要求6不同的是，其系用於特殊應(yīng)用情形，亦即只有在需要“黑”的情形，其特徵在于，將第二偏振濾光器放入該結(jié)構(gòu)中。
全文摘要
本發(fā)明總的涉及一種光開(kāi)關(guān),尤其涉及一種高解析度的彩色顯示器。本發(fā)明的目的在提供一種光開(kāi)關(guān),它比起已知結(jié)構(gòu)的解決方案來(lái)構(gòu)造較簡(jiǎn)單,且有高度的光輸出率,且視差很小。要保證在高達(dá)約550℃仍有作用能力。本發(fā)明的光開(kāi)關(guān)(例如LCD型)的特征在于:至少有一載板由彩色結(jié)構(gòu)的二色性偏振玻璃構(gòu)成,該二色性偏振玻璃中嵌入二向色性濾色器,該二向色性濾色器位于一直角矩陣內(nèi)沿濾色器層的方向,且該載板的濾色器層從載板表面開(kāi)始一直到達(dá)幾微米深度進(jìn)去。彩色圖案在構(gòu)成該玻璃載板后一直到約550℃仍保持穩(wěn)定。利用這種彩色結(jié)構(gòu)的二向色性偏振玻璃,使本發(fā)明比起傳統(tǒng)LCD來(lái),至少可省略一個(gè)偏振濾光器(結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單)。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1291297SQ99803164
公開(kāi)日2001年4月11日 申請(qǐng)日期1999年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者W·G·多洛斯, K·伯德特, A·貝格 申請(qǐng)人:F·O·B·有限公司制造彩色光電構(gòu)成元件公司