Dispositivo reflector multiestable de cristal líquido.

Un dispositivo de cristal líquido multiestable reflector que tiene unas moléculas (10) de cristal líquido entre dossustratos en una o más cavidades (20) que tiene una forma poligonal en sección transversal,

cuyas moléculas decristal líquido están en contacto directo con cada cavidad, en donde se forma como mínimo una región (100, 110) decristal líquido de elevada distorsión en una esquina (120,130,140,150,160,170) en cada cavidad, teniendo la región(o regiones) de distorsión como mínimo dos estados estables de distorsión, cuyo dispositivo tiene un polarizador deentrada y el dispositivo está configurado con unos electrodos destinados a aplicar un campo eléctrico que tiene uncomponente sustancialmente paralelo a los sustratos, por lo cual la región de distorsión es conmutable entre loscomo mínimo dos estados estables, con un ángulo oblicuo de rotación entre la dirección de las moléculas de cristallíquido en la mayor parte de la moléculas de cristal líquido en los como mínimo dos estados estables.

Dispositivo reflector multiestable de cristal líquido.

La presente invención se refiere a un dispositivo reflector multiestable de cristal líquido y a una pantalla de presentación visual de cristal líquido que incluye a dicho dispositivo.

Antecedentes.

Los materiales de cristal líquido (en adelante LC) consisten en moléculas con aspecto de varillas que preferiblemente se alinean en direcciones paralelas entre sí y son capaces de alinearse mediante la aplicación de campos eléctricos. El orden de largo alcance causado por la alineación local de las moléculas permite que se defina el “director”, o dirección molecular media. Los ejes largo y corto de estas moléculas presentan diferentes propiedades ópticas y por tanto ciertas orientaciones moleculares pueden alterar la polarización y la intensidad de la luz incidente. Éstos efectos de reorientación y polarización se pueden utilizar en conjunción con elementos ópticos tales como estratos reflectores y de polarización para producir dispositivos ópticos tales como interruptores ópticos , gratículas de fase cambiable o pantallas de presentación visual.

Los dispositivos actuales de LC tienen comúnmente dos sustratos transparentes, con electrodos semitransparentes que se podrían modelar en píxels en la cara interior de cada sustrato, intercalando entre ellos un material de cristal líquido (LC) . Se podría colocar un revestimiento reflector en un sustrato si el dispositivo se va a usar para reflejar la luz incidente una vez que ha pasado a través del estrato de cristal líquido en lugar de en un modo de transmisión. Los polarizadores ópticos se colocan usualmente en la superficie exterior de uno o de ambos sustratos. Entre el estrato de cristal líquido y cada electrodo y/o sustrato se usa un estrato de alineación para especificar la orientación de las moléculas de LC muy próximas al sustrato. A cada pixel se le podría asignar una dirección, bien “pasivamente” usando una tensión aplicada a través de los electrodos de filas y columnas de pixel, o bien “activamente” usando delgados transistores peliculares para aplicar selectivamente un campo eléctrico a través de un solo pixel. Este campo eléctrico se podría usar para conmutar las moléculas de cristal líquido entre dos estados de orientación, cada uno con un efecto diferente sobre la luz que pasa a través del estrato de LC de tal manera que,

dependiendo del estado, la luz se pueda o bien transmitir a través del polarizador (o polarizadores) o bien bloquearse mediante éste (o éstos) .

Un método de conseguir lo anterior es mediante el uso de configuraciones nemáticas torcidas. En estos dispositivos, los estratos de alineación se usan para orientar a las moléculas de LC muy próximas a los sustratos opuestos en direcciones perpendiculares entre sí. En el estado en que no existe campo eléctrico aplicado a través de un pixel, la 30 alineación perpendicular del LC muy próximo a los sustratos resulta en un torcimiento de 90° en la orientación del LC a medida que uno se mueve de una a otra superficie. Esto tiene el efecto de rotar la polarización de la luz durante 90°. Cuando los polarizadores se colocan paralelos a las direcciones de alineación en cada sustrato, la luz incidente llega a polarizarse incremente por el primer polarizador en una dirección, luego la dirección de polarización de la luz se rota 90° mediante el LC para coincidir con el segundo polarizador en el otro sustrato, de tal manera que 35 la luz se descarga como salida del píxel. Se podrían colocar filtros coloreados sobre el píxel para producir píxels coloreados. Cuando se aplica una tensión entre los electrodos de un píxel, el LC se alinea con la dirección del campo, es decir, perpendicular al plano de ambos sustratos. En este estado, como las moléculas de LC se alinean paralelamente a la dirección de propagación de la luz, no tiene lugar cambio alguno en la polarización de la luz debido a la configuración del LC. De este modo, la luz polarizada del primer polarizador se bloquea por el segundo polarizador en la dirección perpendicular. Este tipo de dispositivo es “transmisivo”, dado que la luz incidente pasa a través del dispositivo desde una fuente luminosa (es decir, una luz posterior en un módulo de presentación visual) en un lado hasta el observador en el otro.

Existe un método alternativo de presentar visualmente la información usando un dispositivo de cristal líquido mediante la aplicación de un dispositivo “reflector” de LC. Un dispositivo reflector típico se construye de una manera 45 similar a un dispositivo transmisor, con la excepción de que el polarizador situado más lejos del observador se reemplaza por un elemento reflector. La luz incide desde el mismo lado del dispositivo que el observador e inicialmente se polariza mediante el polarizador en una dirección. Una de las posibles configuraciones del LC es tal que la dirección de polarización de la luz se rota en 45º por el LC, antes de que se refleje por el elemento reflector y luego se rota otra vez 45º mediante el LC. La rotación total de la polarización de la luz durante 90° significa que la 50 luz queda bloqueada por el polarizador. Cuando se aplica una tensión entre los electrodos de un píxel, se produce una reorientación del LC de tal manera que la configuración del LC no afecta a la polarización de la luz y la luz incidente se polariza, se transmite a través del LC, se refleja y se transmite otra vez a través del LC sin ningún cambio en la dirección de polarización, de tal manera que el polarizador permite que la luz se emita y se observe. Se podrían colocar filtros coloreados sobre el píxel para producir píxeles coloreados.

Las pantallas de presentación visual de LC tienen muchas ventajas tales como ser muy planas, livianas y robustas cuando se les compara con otros tipos de presentación visual como los tubos de rayos catódicos. Como tales resultan ideales para pequeños dispositivos portátiles tales como teléfonos móviles y asistentes personales digitales (en adelante PDA) . Sin embargo, tienen una elevada demanda de energía debido a la necesidad de aplicar una energía constante con el fin de mantener a un píxel en un estado. Además, las presentaciones visuales transmisoras requieren típicamente una iluminación posterior de una fuente luminosa para conseguir una imagen brillante con un elevado contraste, lo cual a su vez aumenta todavía más el consumo de energía, dando lugar a un acortamiento de la vida de la batería. Además, como estos sistemas emplean conmutación de plano, donde las moléculas de LC se alinean ellas mismas perpendicularmente al plano de los sustratos en la presencia del campo eléctrico, los efectos de la bi-refringencia pueden dar lugar a una pérdida de contraste cuando se ven desde el costado. La geometría resultante podría conducir también a una distorsión de color debido a los efectos de paralaje.

Algunos de los problemas en relación de asociación con los dispositivos descritos anteriormente se solucionan mediante la tecnología multiestable o, específicamente, tecnología biestable reflectora de cristal líquido. En un dispositivo multiestable de cristal líquido, el LC tiene más de una configuración de director estable. Como tal, una vez conmutado a un estado estable, el LC permanece en ese estado hasta que se aplique un campo eléctrico para cambiar la configuración. Este tipo de operación requiere menos energía, puesto que ésta solamente se suministra para cambiar estados y no se suministra continuamente para mantener un estado. El aspecto reflector de dicha tecnología elimina la necesidad de una iluminación posterior, reduciendo adicionalmente el consumo de energía.

En el documento de Thrurston y colaboradores de las Transacciones sobre dispositivos electrónicos, Ed-27, nº 11,

páginas 2069-2080 de 1980, se describen dispositivos de LC que tienen una serie de posibles sistemas multiestables. En particular se describen dispositivos multiestable cenitales que producen distorsión fuera del plano del sustrato. Se definen también dispositivos multiestables en plano que se basan en regiones alineadas modeladas sobre los sustratos.

El documento US 4333.708 describe un ejemplo de un dispositivo biestable de LC que tiene una serie de modos multiestables que implican el movimiento de puntos singulares o “disinclinaciones” que están situadas paralelamente a los sustratos del dispositivo. Los documentos EP 0.517.715 y WO 92/00546 describen otros ejemplos de dispositivos biestables de LC, en los que se usan tratamientos superficiales (evaporación de SiO) para producir un estrato de alineación de superficie de estable. Esta superficie presenta dos posibles... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de cristal líquido multiestable reflector que tiene unas moléculas (10) de cristal líquido entre dos sustratos en una o más cavidades (20) que tiene una forma poligonal en sección transversal, cuyas moléculas de 5 cristal líquido están en contacto directo con cada cavidad, en donde se forma como mínimo una región (100, 110) de cristal líquido de elevada distorsión en una esquina (120, 130, 140, 150, 160, 170) en cada cavidad, teniendo la región (o regiones) de distorsión como mínimo dos estados estables de distorsión, cuyo dispositivo tiene un polarizador de entrada y el dispositivo está configurado con unos electrodos destinados a aplicar un campo eléctrico que tiene un componente sustancialmente paralelo a los sustratos, por lo cual la región de distorsión es conmutable entre los como mínimo dos estados estables, con un ángulo oblicuo de rotación entre la dirección de las moléculas de cristal líquido en la mayor parte de la moléculas de cristal líquido en los como mínimo dos estados estables.

Un dispositivo de cristal líquido multiestable según la reivindicación 1, en donde las moléculas de cristal líquido y las cavidades están entre un estrato transparente y un estrato reflector.

3. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la mayoría de las moléculas de cristal líquido en como mínimo un estado estable están alineadas en un ángulo oblicuo con respecto a la dirección de la mayoría de las moléculas de líquido en como mínimo el otro estado estable, en el que la mayoría de las moléculas de cristal líquido en como mínimo un estado estable están alineadas sustancialmente a 45º con respecto a la dirección de la mayoría de las moléculas de cristal líquido en como mínimo el otro estado estable.

4.Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las una o más cavidades tienen una sección transversal hexagonal.

5. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde existe una transición brusca entre ciertas paredes contiguas de cavidad.

6.Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las 25 paredes que definen las cavidades son sustancialmente perpendiculares a una base o sustrato.

7. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las regiones de gran distorsión están situadas en las esquinas de las cavidades.

8. Un dispositivo de cristal líquido biestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la

moléculas de cristal líquido en los estados estables están situadas en un plano sustancialmente paralelo a una base 30 de la cavidad.

9. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las moléculas de cristal líquido en cada cavidad están aisladas de las moléculas de cristal líquido en las cavidades vecinas.

10. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde como

mínimo dos cavidades están enlazadas por como mínimo un canal , opcionalmente en donde el canal (o canales) 180 tienen menos de 20 μm de ancho y preferiblemente menos de 5 μm de ancho.

11. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo de cristal líquido es un dispositivo de cristal líquido nemático.

12. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones referentes, en donde los 40 electrodos están situados en las paredes de la cavidad.

13. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la estructura de contención está formada de un material fotorresistente o de un material polimérico.

14. Un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos un electrodo está en relación de asociación con una o más cavidades, y fijado a un dispositivo de

conmutación, opcionalmente en donde el dispositivo de conmutación contiene uno o más transistores peliculares delgados.

15. Un interruptor óptico o unas gratículas de fase cambiable o un dispositivo de fase para telecomunicaciones o un dispositivo de pantalla de presentación visual que incluye un dispositivo de cristal líquido multiestable según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 16.

16. Un método de conmutar estados en un dispositivo de cristal líquido que contiene moléculas de cristal líquido dentro de una cavidad en una estructura de contención, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.