專利名稱：采用具有鐵電相和/或反鐵電相液晶的液晶顯示器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用具有鐵電相(ferroelectricphase)和/或反鐵電相(antiferroelectric phase)液晶的液晶顯示(LCD)器件。
本發明還涉及一種采用具有鐵電相和/或反鐵電相液晶的LCD器件，該器件能在較少對準缺陷的情況下提供了一個穩定的對準狀態。
已經有建議使用一種鐵電液晶，其手性層列相(smectic phase)具有一小于顯示器件基片間間隙的螺距(Helical pitch)，而一個鐵電LCD器件能保證灰度顯示。這類鐵電液晶被歸類為一種具有記憶性質的SBF液晶和一種不具有記憶性質的DHF液晶(見“LIQUID CRYSTALS”，1989，Vol.5，No.4,1171頁至1177頁)。
DHF液晶被密封在基片之間，其螺旋結構保持原樣。當一個絕對值足夠大的電壓加到面對面的，中間有液晶層的電極上時，DHF液晶要么變成一個第一對準態(第一鐵電相)，其中液晶(LC)分子的導向子(director)的平均方向對準一個第一對準方向，要么變成一個第二對準態(第二鐵電相)，其中，LC分子的導向子的平均方向對準一個第二方向，與所加電壓的極性相對應。當所加電壓的絕對值小于一個將DHF液晶設置成第一對準態或第二對準態的值時，DHF液晶成為一個中間對準態，其中LC分子的導向子的平均方向介于第一和第二對準方向，這是由于分子對準的螺旋變形(helical deformation)。采用中間對準態可以顯示中等灰度。
在一種使用一種SBF液晶的LCD器件中，具有處于第一對準態的LC分子的區域與具有處于第二對準態的LC分子的區域之間的比率根據所加電壓的變化而變化。使用這種比率的變化，能夠顯示中等灰度。
目前，已經開始使用反鐵電液晶。反鐵電液晶具有二種鐵電相的三個穩定態和一種鐵電相，而且通過前體(precursor)等，還被對準在中間對準態。使用該中間對準態，能夠顯示中等灰度。
根據一種采用具有一種鐵電相和/或反鐵電相液晶的LCD器件，當加上
圖1A中所示的一個預先確定的正電壓時，LC分子相對于一個層列相層法線方向的角度(傾角)Θ1，與當加上圖1B中所示的一個預先確定的負電壓時，LC分子的傾角Θ2按要求應當是方向相反的，且兩個傾角的值是相同的。換句話說，所希望的是，所加的電壓相對于應用相反極性電壓的透射率(transmittance)特性應當互相相等的。
事實上，當加上相反極性的相等電壓時，鐵電液晶的傾角Θ1和Θ2相互是不同的。因此，LCD器件的透射率是根據所加電壓的極性而變化的，從而造成由于顯示灰度或不穩定顯示而產生的不規則圖像。
一種采用具有一種鐵電相的液晶的LCD器件使用一種具有一個高預傾(high pretilt)角的對準膜，從而防止液晶具有人字紋(chevron)結構。為了使對準穩定，使用了一種相對較厚的膜。
具有一個高預傾角的對準膜往往造成一種對準缺陷，降低顯示的質量。另外，厚的膜減小了加到液晶上的電壓，增加了驅動電壓，從而也增加了所消耗的功率。
進一步，在形成LCD器件時粘結兩塊基片的方法是用一種末硬化的密封件來粘結兩塊基片，而該密封件足在大約200℃的高溫下烘烤的。這種高溫處理降低了預先形成的對準膜的特性，會造成制成后的LCD器件的對準缺陷。采用熱固樹脂密封形成在密封件上的LC注入口時，呈現類似的問題。
在一種使用具有一種層列相液晶的LCD器件中，比如一種鐵電液晶和一種反鐵電液晶，液晶是位于具有一種層狀結構的基片之間的，其對準的方式使層的法線方向與對準處理的方向相一致。然而，如前面提及和那樣，當對準膜的特性在加工過程中由于熱處理而被降低時，對準本身就變得困難了。進一步，在一層中的缺陷擴散到其他層。因此，在采用一種具有層列相液晶的LCD器件中，如一種鐵電液晶和一種反鐵電液晶，由于熱而引起的對準膜退化是顯著的。
因此，本發明的一個目的是提供一種LCD器件，該器件采用一種具有一種鐵電相和/或反鐵電相的液晶，且能實現穩定的灰度顯示。
本發明的另一個目的是要提供一種LCD器件，該器件能以較少的對準缺陷保證穩定的對準。
本發明的再有一個目的是要提供一種采用具有一種鐵電相和/或反鐵電相液晶的LCD器件，該器件能在一個低的驅動電壓下操作。
為了達到上述目的，根據本發明的第一方面的一種LCD器件包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；
一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；一個對準膜18，形成在第一基片11和第一電極13上，且已經進行了在第一方向21D上的第一對準處理和在第二方向21C上的第二對準處理，第二對準處理的方向21C與第一方向21D相反且第二對準處理在第一對準處理之后；以及一種具有層列相的液晶21位于對準膜18和第二基片12之間。
根據具有上述結構的LCD器件，對準處理在對準膜上沿相反的方向進行了多次。這樣的處理使LC分子的傾角相對于所加的相反極性的電壓成為彼此相等。因此，加正電壓和負電壓能夠獲得大致相同的顯示特性。
根據本發明的第二方面的一種LCD器件包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；一種液晶21，位于第一和第二基片11，12之間，且具有一種層列相的層狀結構，液晶21具有一個第一對準態，其中LC分子大致上對準在第一對準方向21A，一個第二對準態，其中LC分子大致上對準在第二對準方向21B，以及一個中間對準態，其中LC分子的導向子的平均方向對準在介于第一對準方向21A和第二對準方向21B之間的任意方向；一種對準膜18，形成在第一基片11和第一電極13上，相對于液晶21的層狀結構中的一層的法線向右傾斜的LC分子、和相對于法線向左傾斜的LC分子，對準膜給出了一個大致上相同的彈性系數，并且當同樣的值但相反極性的電壓加到液晶上時，給予分子大致相同的傾角；且第一和第二偏振板23、24，被安排成可以夾住第一和第二基片11，12，第一偏振板23具有一個光軸23A，其方向設置與液晶21的層狀結構的層的法線基本平行的方向，第二偏振板24具有一個光軸24A，其方向與第一偏振板23的光軸23A垂直或平行。
根據這樣一種結構的LCD器件，當相同值但相反極性的電壓加到液晶上時，對準膜給予LC分子基本上相同的傾角。即使所加的電壓具有不同的極性，當所加的電壓值彼此相同時，LC分子的傾角是相同的。因此，施加正的電壓和施加負的電壓可能獲得相同的顯示特性。
根據本發有第三方面的LCD器件，包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；一種液晶21，密封于第一和第二基片11、12之間，并具有層列相；以及一種對準膜18，形成在第一基片11和第二基片12的相對表面的至少一個上面，用來給予液晶1度或更小度數的預傾角。
具有這種結構的LCD器件能夠確保液晶21的穩定對準并具有較小的對準缺陷。通常，具有較小對準預傾角的對準膜具有大的表面能或與該LC液晶大的相互作用。然而，當對準膜的表面能較高時，不能得到穩定的對準，便引起對準缺陷。具有較小表面能以及較小預傾角的對準膜能夠通過例如，同本發明第一方面相同的在相反方向上對對準膜上進行數次的對準處理來形成。
根據本發明第四方面的LCD器件，包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；一種對準膜18，形成在第一基片11和第二基片12的相對表面的至少一個上面，且其厚度為70nm或更薄；以及一種液晶21，密封在第一和第二基板11，12之間，并具有一種具有至少一種電鐵相的層列相。
根據這種結構，對準膜只形成在一個基片上。具有鐵電相的液晶具有一種具有層列相的層狀結構，從而使得即使對準膜只位于一個基片上時，LC分子也能夠被對準。這種設計簡化了該器件的結構，并且便于制造過程。因為對準膜的厚度被設置成等于或小于70nm，該LCD器件能夠在低的電壓下被驅動。將對準膜的厚度設置在等于或大于10nm，能夠抑制對準膜上的表面能，因而導致較少的對準缺陷。
根據本發明第五方面的LCD器件，包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；多個對準膜18、19，形成在第一基片11和第二基片12的相對表面上，且具有35nm或更薄的厚度；以及一種液晶，密封于第一和第二基片11、12之間，并具有一種具有至少一種鐵電相的層列相。
根據這處結構，因為形成在相對基片上的對準膜的厚度被設置為等于或小于35nm，因此，該LCD設備能在低電壓下被驅動。將對準膜的厚度設置在等于或大于10nm，能夠抑制對準膜上的表面能，因而導致較小的對準缺陷。
根據本發明第六方面的LCD器件，包括一個第一基片11，其上形成有第一電極13；一個第二基片12，其上形成有面對第一電極13的第二電極17；一個密封件20，通過烘烤(baking)而形成，用于密封第一和第二基片11，12之間的空間；多個對準膜18，19，形成在第一基片11和第二基片12的相對表面的至少一個上，該對準膜由其玻璃化溫度高于密封件20的烘烤溫度的材料所形成；以及一種液晶顯21，位于由第一和第二基片11，12和密封件20所限定的區域。
由一種有機材料制成的對準膜是通過拉伸這種有機材料的薄膜的表面而形成的，也即通過揉搓并使表面具有各向異性。如果制成后的對準膜被加熱，由于在對準膜等中的主鏈移動，造成牽引軸移動，由此導致錯誤的對準。根據本發明的LCD器件，對準膜的玻璃化溫度被設置成高于密封件的烘烤溫度。因此，甚至熱處理(例如烘烤)是在LCD器件的制造過程中進行的，也可以防止對準膜的劣化(牽引軸的移動)等。由此，液晶被穩定地對準，并具有較少的對準缺陷，與在制造過程中進行熱處理無關。
圖1A和1B說明了施加電壓與LC分子對準之間的關系，圖1A顯示當施加正電壓LC分子的對準、而圖1B是當施加負電壓時LC分子的對準；圖2為顯示根據本發明第一實施方案的一個LCD器件結構的剖面圖；圖3為顯示圖2所示LCD器件的較低基片結構的平面圖；圖4為顯示對準處理的方向，上、下片偏振板透射軸方向以及LC分子對準方向之間關系的平面圖；圖5為用于說明如何揉搓(rub)對準膜18的示意圖；圖6為顯示向根據本發明第一實施方案的LCD器件施加的電壓與透射率之間關系的圖；圖7A和7B為用于解釋驅動根據本發明第一實施方案的LCD器件的方法的一個實例的波形圖，圖7A顯示選通信號(gate signal)的波形，而圖7B顯示數據信號(data signal)的波形；圖8為顯示當根據本發明第一實施方案的LCD器件用圖7A和7B所示的驅動波形驅動時透射率變化的圖；圖9為顯示當根據本發明對比例的LCD器件用圖7A和7B的驅動波形驅動時透射率變化的圖；圖10為顯示向可使用在第一實施方案中的反鐵電體液晶施加的電壓與透射率之間關系的圖；圖11至13為顯示向可使用在第一實施方案中的反鐵電液晶施加的電壓與透射率之間關系的圖；圖14A和14B是用來解釋預傾角和液晶的對準態之間關系的圖，圖14A顯示當預傾角為10度時對準缺陷的出現，而圖14B顯示當預傾角是0.8度時對準缺陷的出現；圖15A和15B是用于解釋對準膜的表面能與液晶的對準態之間關系的圖，圖15A顯示當使用具有較大表面能的對準膜時對準缺陷的出現，而圖15B顯示當使用具有較小表面能的對準膜時對準缺陷的出現；圖16A是說明當每一個對準膜的厚度為60nm時，施加電壓與透射率之間關系的圖，圖16B是說明當每一個對準膜的厚度為30nm時，施加電壓與透射率之間關系的圖；圖17是說明對準膜與飽和電壓之間關系的圖；圖18是顯示涂覆在上基片上的密封件20平面圖；以及圖19是顯示當對準膜是由玻璃化點為200℃的聚酰亞胺形成的時，AFLC(反鐵電液晶)對準缺陷出現的圖，圖19B是顯示當對準膜是由玻璃化點為250℃的聚酰亞胺形成的時，AFLC對準缺陷出現的圖。
本發明的優選實施方案將參考附圖加以描述。
第一實施方案根據第一實施方案的LCD器件是作用矩陣型(active matrix type)的，它有一對透明的基片(如，玻璃基片)11和12。在圖2中，透明的像素電極13，以及與該像素電極13相連接的作用元件(active element)14以矩陣的形式排列在下透明基片(以后稱之為下基片)11上。
作用元件14是由例如薄膜晶體管(以下稱作為“TFTs”)所構成的。每個TFT14包括一個選通電極，該電極形成在下基片11上，一選通絕緣膜覆蓋該選通電極，一形成在該選通絕緣膜上的半導體層，一形成在半導體層上的源電極，及一漏電極。
如圖3所示，在下基片11上，選通線(gatelines)(掃描線(scan lines))15被排布在像素電極13之間，數據線(等級信號線)16被排布在像素電極13的列之間。各個TFTs14的選通電極與相關的選通線15相連接，TFTs14的漏電極與相關數據線16相連接。
選通線15通過端部15a與行驅動器31相連，數據線16通過端部16a與列驅動器32相連。該行驅動器31向選通線15施加一個選通脈沖(將在后面描述)來掃描該選通線15。當接收了顯示數據(灰度數據)后，該列驅動器32立即向數據線16施加對應于顯示數據的數據信號。
除了端部15a外，選通線15被一TFTs14的選通電極絕緣膜(透明膜)所覆蓋，且數據線16就形成在這個選通電極絕緣膜上。像素電極13形成在選通電極絕緣膜上，并在它們的一端與相對應的TFTs14的源電極相連。
在圖2中，與下基片11的各個像素電極13相對的透明的反向電極17形成在上透明基片(以下稱為上基片)12上。該反向電極17是由單個電極所構成的，該電極的區域覆蓋整個顯示區域，并被施加了一個參考電壓V0。
在下基片11和上基片12的電極形成的表面上提供有對準膜18。該對準膜18和19是由一種有機高分子化合物，如聚酰亞胺，形成的均質對準膜。該對準膜18的表面經受了圖4中由虛線所指方向21D的對準處理。接著，該相同的表面在方向21C(圖4中用實線表示)上進行揉搓。這就是說，兩種對準處理是在相的方向上進行的。其他對準膜19沒有經過任何對準處理。該對準膜19可以是保護膜等。或者，其結構可以被改進，從而使得該對準膜可以被略去，而使反向電極17直接接觸液晶21。
下基片11和上基片12在其周緣邊部通過框式密封件20粘合，由此形成液晶單元。形成在密封件20中的是液晶入口，通過該入口，采用真空注入等，液晶21被密封在LC單元中。液晶入口(圖18中的25)被密封劑26密封。
該液晶21是一處鐵電液晶，其手性層列C相中的螺矩小于基片11和12的距離，且不記憶該對準態(DHF液晶)。該液晶21是由鐵電液晶材料制成的，它的螺距(如400nm至300nm)等于或小于700nm至400nm的范圍，該范圍正是可見光帶的波長，且該液晶具有大的自極化(spontaneous polarization)以及一個約27°至45°的錐形角(cone angle)。液晶21的層厚，好間隙長度由間隙件22而保持均勻。
液晶21以如下方式形成均勻的層狀結構，即在手性層列C相中的層狀結構的層的法線指向對準膜18對準處理的方向21C。被注意到的是層狀結構的層的法線方向與對準處理的方向21C并不完全一致。
由于液晶21的螺距小于基片11和12之間的距離，液晶21被密封在基片11和12之間，其螺旋結構保持原樣。當在像素電極13和反向電極17之間施加其絕對值足夠大的電壓時，液晶21被設置成要么是第一對準狀態，大多數LC分子的對準方向變成如圖4中的第一對準方向21A，要么是第二對準狀態，大多數LC分子的對準方向變成如圖4中的第二對準方向21B。當在像素電極13和反向電極17之間施加電壓，其絕對值小于將LC分子設置成第一對準狀態或第二對準狀態的電壓時，在液晶21的分子對準中出現螺旋形變，且液晶21變成一個中間對準態，LC分子的平均方向在第一對準方向21A和第二對準方向21B之間。
一對偏振板23和24設置在該LCD器件的頂部和底部。如圖4所示，偏振板23的透射軸23A設置成基本上與對準處理的方向21C平行，而偏振板24的透射軸24A設置成基本上與透射軸23A垂直。
LCD器件的偏振板23和24具有如圖4所示的透射軸23A和24A，這樣的LCD設置在第一或第二對準狀態具有最高的透射率(最亮的顯示)，在所述的第一或第二對準狀態下，液晶21的定向子(LC分子的平均對準方向)設置在第一或第二對準方向21A或21B。當定向子設置在幾乎平行于具有層列相的層的法線方向的中間方向21C時，透射率變成最低(最暗的顯示)。
液晶2 1的定向子隨著所施加電壓的極性和值(絕對值)的變化而在方向21A和21B之間連續變化。因此，銑電LCD器件的透射率可以連續變化。
根據采用了上述光學構造的LCD設置，如果當施加了如圖1A所示的預定的正電壓時，相對于LC分子層列層法線方向的LC分子的角度(傾角)Θ1不同于當施加了如圖1B所示的預定的負電壓時LC分子的傾角Θ2，施加正電壓時的透射率就不同于施加負電壓時的透射率。這就劣化了顯示特性。
為克服這個缺陷，根據這個實施方案，就在每一個相反方向21C和21D上對對準膜18各進行一次揉搓。對通過第一次揉搓而右向傾斜的彈性系數KR和通過第二次揉搓而左向傾斜的彈性系數KR，取平均。對通過第一次揉搓而左向傾斜的彈性系數KL和通過第二次揉搓而右向傾斜的彈性系數KL，同樣也取平均而變得基本相同。結果，當施加所示的預定正電壓時LC分子的傾角Θ1與當施加預定負電壓時LC分子的傾角Θ2變得相等。因此，當施加絕對值相等的電壓時，不管所施加的電壓的極性如何，透射率相等。
如圖5所示，對準膜18上的對準處理是通過將圍繞在揉搓機揉搓鼓41上的揉搓布(rubbingcloth)42的下邊緣朝對準膜18方向下壓約0.55mm，在以500rpm滾動揉搓鼓41的同時以5mm/秒的速度移動該揉搓鼓41而產生在第一揉搓方向21D上的揉搓，然后通過將揉搓布42的下邊緣朝對準膜的方向下壓約0.45mm而使揉搓鼓41以相反的方向移動，由此而產生在第二揉搓方向21C上的揉搓。
根據具有這種結構的LCD器件，為穩定地顯示任意的灰度，要求使用當施加具有相對長周期(約0.1Hz的三角波時，其光學響應特性如圖6所示連續變化的液晶。要求不使用在其光學響應特性中具有特定閾值的液晶。還要求其光學響應特性的滯后量較小。
驅動如此構成的LCD器件的實際方法將參考圖7A和7B加以描述。
圖7A顯示一種選通信號的波形，其行驅動器31作用于連接TFTs14的第一行的選通線15，圖7B顯示一種數據信號的波形，其列驅動器32作用于數據線16。為便于理解，只說明作用于像素第一行的數據信號，而不說明作用于其他行的數據信號。
在圖7A和7B中，TF表示一幀周期(frame period)，TS表示像素第一行的選擇周期(selection period)，TO表示非選擇周期(Non-selection period)。每一段選擇周期TS例如約為60μs。
如圖7B所示，在這個實施方案中，按照顯示灰度驅動脈沖(寫脈沖)，該脈沖具有極性相反但絕對值相等的電壓值VD和-VD，為了連續的兩幀TFodd(奇數幀)和TF even(偶數幀)，在選擇周期TS內被施加到數據線6上。也就是說，兩個驅動脈沖，一個是正的、另一個是負的，且其電壓值具有相同的絕對值，為了兩幀TFodd和TFeven，被分別加到選擇周期。
在這個驅動方法中，寫電壓VD被控制在VO至Vmax的范圍內，其中VO是寫電壓VD的最小值，最大值Vmax被設置成稍低于出現透射率飽和的電壓(圖6中的Vsat)。
當該鐵電LCD器件是由具有上述波形的選通信號和數據信號驅動時，通過相應的TFT14，在每一行的選擇時間TS內，將驅動脈沖(寫電壓)的電壓VD和-VD加到了像素電極13上，該TFT14通過選通信號被打開。
當在非選擇時間TO內導致選擇信號不起作用時，TFTs14被關閉，從而使得相應于寫電壓VD或-VD的電壓保留在由像素電極13，反向電極17和兩者之間的液晶所形成的電容器(像素電容器)中。由此，在非選擇時間內，像素的透射率保持在由像素電容器保持的電壓相對應的值或相應于寫電壓VD或-VD的值。
在這個實施方案中，使用了這樣的液晶1，它的透射率如圖4所示，隨著所施加的電壓和光學結構的變化而連續地變化。因此，特別地對相應于寫電壓VD或-VD絕對值的透射率進行了測定，從而可以通過調節寫電壓VD或-VD的絕對值來控制透射率，從而實現來清晰的灰度顯示。
此外，揉搓可以在相反方向上在對準膜18上進行兩次。由此，當施加如圖1A所示的寫電壓VD時，LC分子的傾角Θ1，與當施加如圖1B所示的寫電壓-VD時，LC分子的傾角Θ2基本上相等的。因此，就有可能防止基于所加電壓極性變化而使透射率變化，從而保證所需要的顯示灰度而不必考慮所加電壓的極性。
進行了一個實驗來檢測根據本發明的LCD器件的運作。
圖8所示，當該LCD器件由如圖7A和7B的驅動方法被驅動時，這一實施方案的LCD器件的透射率的變化，其電壓VD的變化如圖所示。圖9所示為根據對比例的LCD器件的透射率變化，其對準膜18已在方向21C上進行了一次對準處理。
根據這個實施方案的LCD器件，如圖8所示，相應于施加正電壓VD的透射率與相應于施加負電壓-VD的透射率幾乎沒什么不同。相反，根據對比例的LCD器件，相應于施加正電壓VD的透射率與相應于施加負電壓-VD的透射率之間存在顯著差別。實驗結果顯示，該實施方案能提供一種LCD器件，其在對準膜與LC分子之間的彈性能量具有較小的各向異性，并具有優異的特性。
雖然將是鐵電液晶的DHF液晶在上述實施方案中作為液晶21來使用，也可以使用具有兩個鐵電相和一個反鐵電相的SBF液晶或反鐵電液晶(以下稱為“AFLC”)。所使用的ALFC應當具有隨所施加的電壓的變化而連續變化的透射率，并且應當沒有特定的閾值，如圖10至13所示。這個光學特性能夠通過單獨或組合使用下述四種類型的AFLC來獲得(1)由具有層列CA**相的液晶牽引的雙螺旋的AFLC，它根據所加電壓來變形。
(2)由于電壓的施加，LC分子沿長軸旋轉被抑制，以至于LC分子向著垂直于電場方向傾斜的AFLC。
(3)根據所施加的電壓，LC分子沿著錐體移動一個角度的AFLC。
(4)根據所施加的電壓，處于兩個對準狀態中的一個的LC分子以一個比例改變成另一個對準狀態，該比例隨所施加的電壓的變化而變化的AFLC。
具有特性(1)和(4)的AFLC可以通過例如將具有下述主結構(I)至(III)的液晶原料混合來獲得
RfC1或C2氟代烷基，R1C3-C20直鏈或支鏈烷基，R2，R3，R4互相獨立的氫基，C1-C15直鏈或支鏈的烷基，C2-C15直鏈或支鏈的烯基或C7-C10直鏈或支鏈的炔基，X1羰基，醚基或單鍵，X2羧基，醚基，甲氧基或單鍵，X3羧基，甲氧基，醚基或單鍵X4醚基，羰基或單鍵，A、B具有六元環的獨立的基團，該基團可以被取代，n0或1，R6C1-C15烷基或烷氧基，可以有取代，R7C1-C15烷基，可以有取代，Q醚基，羰基，尿烷(urethane)基或單鍵，以及E苯環或嘧啶環。
具有特性(3)的AFLC可以通過，例如混合具有如下主結構(IV)和(V)的兩種液晶原料來獲得。
具有特性(2)至(4)的AFLC可以通過，例如混合具有如下主結構(VI)和(VII)的兩種液晶原料來獲得。
具有特性(3)和(4)的AFLC可以通過，例如混合具有如下主結構(VIII)和(X)的三種液晶原料來獲得。
雖然在上述的實施方案中對對準膜18進行了兩次對準處理(揉搓)，但揉搓過程的次數可以更多一些。但是，要求在相反方向進行揉搓的次數為偶數。
當只對對準膜18進行對準處理時，也可以對對準膜19進行揉搓，在這種情況下，也要求在相反方向以偶數次對對準膜19進行揉搓。
根據圖7A和7B所說明的驅動方法，雖然對每一塊顯示數據要向液晶21施加兩個驅動脈沖，一個正的、另一個是負的，也可以向每塊顯示數據施加單個驅動脈沖。在有顯示數據I1、I2、I3、I4等存在的情況下，可以分別施加電壓VD1，-VD2，VD3，-VD4等。
在圖4中，一塊偏振板23的透射軸23A被設置成與介于第一對準方向21A和第二對準方向21B之間的中間方向21C相一致，另一塊偏振板24的透射軸24A被設置成與透射軸23A相垂直。但是，另一塊偏振板24的透射軸24A也可以被設置成與透射軸23A相平行。
進一步地，偏振板23的吸收軸(absorption axis)可被設置成與介于第一對準方向21A和第二對準方向21B之間的中間方向21C，另一塊偏振板24的吸收軸可被設置成與偏振板23的吸收軸相垂直。
雖然以上對第一實施方案的描述已給出作用矩陣型(active matrix type)的LCD器件，本發明同樣也可適用于簡單矩陣型(simple matrix type)的LCD器件。
第二實施例方案現在將對根據第二實施方案的LCD器件進行討論。
這種LCD器件的基本結構與圖2至4中所說明的實施方案的LCD器件是相同的。
在該實施方案中，液晶21是AFLC，其透射率隨著所施加的電壓的變化而連續變化，且沒有特定的閾值，正如圖10至13中所示的那樣。
首先，將對本實施方案LCD器件的對準膜18和19使液晶產生的傾角與液晶21的對準之間的關系進行描述。在本說明書中，“預傾角”(pretiltangle)”定義為設定在對準膜上的向列(nematic)液晶的預傾角。
圖14A顯示了當預傾角較大(等于或大于10°)時、無電壓施加下對準缺陷的出現。圖14B顯示了當預預角較小(等于或小于1°)時、無電壓施加下對準缺陷的出現。從圖14A和14B明顯可以看出，傾角大時，LC分子的對準被打亂，由此形成多個微小區域，雖沒有施加電壓，但有光線通過這些區域。
在圖14B中，對準是穩定的，并顯示出了黑色。
從上面的描述中應當理解的是，由對準膜給予液晶的預傾角要求等于或小于1°，優選0.8°或更小。
為減小預傾角，對準膜18和19應當由具有較大表面能(表面能的大極性組分)的材料來形成。或者，對準膜18和19應當形成為較薄的以至于該對準膜18和19的表面能受到高表面能材料(ITO等)的影響，這些高表面能材料是基底材料。但是，如果使用的對準膜18和19具有高表面能，對準膜18和19以及LC之間的相互作用變大，這將引起新的問題，即使得源于這種相互作用而產生對準缺陷變得更容易出現了。
圖15A顯示了當所使用的對準膜18和19具有高的表面能(8達因/cm)、偏振板23和24如圖4所示設置且無電壓施加時對準缺陷的出現。圖15B顯示了當所使用的對準膜18和19具有低的表面能(4達因/cm)、偏振板23和24如圖4所示設置且無電壓施加時對準缺陷的出現。
在圖15A中，對準被打亂了，以至于雖然沒有施加電壓，卻形成了光線通過的多個微小區域并顯示了灰色。在圖15B中，與此對照，對準是穩定的，并顯示出黑色。以那些圖中應當了解的是表面能應受到抑制。
為降低對準膜18和19的表面能，在第二實施方案中，對準膜18和19用具有相對較小表面能且它們的厚度被設置成等于或大于10nm的材料來形成，以降低基底膜的影響。對準膜18和19的表面按第一實施方案在兩個方向上揉搓。特別地是，如圖5所示，對準膜18和19在方向21D上揉搓，從而通過在滾動揉搓鼓41的同時移動包裹著揉搓布42的揉搓鼓而獲得5°的預傾角，然后以相反方向21C揉搓，從而獲得6°的預傾角。在對準處理是在方向21C上進行以提供1°預傾角的情況下，這種對準處理允許獲得1°的預傾角。在第二實施方案中，由于用于提供高預傾角的對準處理是在對準膜18和19兩者上都進行的，故對準膜18和19保持低表面能。
因此，就預傾角而言，要保證如圖14B所示的均勻對準狀態是可能的，而就表面能而言，要保證如圖15B所示的均勻對準狀態也是可能。由此，可以提供具有較少對準缺陷的LCD器件。
第一和第二揉搓處理不限于揉搓以產生5°的預傾角以及揉搓以產生6°的預傾角。在第一方向上的揉搓以產生任意的n°的預傾角，以及在第一方向的相反方向上揉搓以產生一個n°±(1°或更小)的預傾角也是可能的。
揉搓處理的次數不限于兩次，但揉搓可以進行三次或更多次。
第三實施方案現在將對根據第三實施方案的LCD器件進行討論。
這種LCD器件的基本結構與在圖2至4中第一實施方案的LCD器件相同。在這個實施方案中，液晶21，如同在第二實施方案中的一樣，是一種其特性顯示在圖10至13中的AFLC。
應注意到提供在下基片11和上基片12上的對準膜18和19是由含作為必要成分的聚酰亞胺的有機高分子化合物制成的。要求這種有機高分子化合物應具有小的偶極矩。如圖4所示的在方向21C上的揉搓是在對準膜18和19的表面進行的。在這個實施方案中，在方向21D的相反方向上，沒有進行對準處理。
所形成的對準膜18和19的厚度為10nm至35nm。
現在將給出由此構成LCD器件的對準膜18和19的厚度與施加在像素電極13和反向電極17之間的驅動電壓之間的關系。
圖16A顯示了當對準膜18和19的厚度為60nm時，以及當具有相對長周期(約0.1Hz)的三角波電壓施加在像素電極13和反向電極17之間時，施加電壓與透射率之間的關系。
圖16B顯示了當對準膜18和19的厚度為30nm時，以及當具有相對長周期的三角波電壓施加時，施加電壓與透射率之間的關系。
在圖16A和16B中，用來獲得基本上最大透射率的施加電壓(OV至Vsat)水平分別是20V和10V。也就是說，通過將對準膜18和19從厚度60nm變成30nm，驅動電壓能夠降低大約一半。液晶21的層厚大致為1.5μm，且驅動電壓下降比例顯著地大于希望通過使對準膜18和19變薄而使施加電壓降低的比例。
圖17顯示了對準膜18和19的厚度與驅動電壓(Vsat+|-Vsat|的關系。從圖中可以明顯地看出，在膜厚度范圍從40nm至50nm的區域內，驅動電壓急劇變化。因此，根據這個實施方案，對準膜18和19的厚度被設置成等于或小于35nm，例如，設置成30nm。
當對準膜18和19制得更薄一些的時候，每一片對準膜18和19的表觀表面能γ(表面能的極化組分)變得更多，這是因為受到了那些對準膜18和19下面的元件的影響，特別是，那些具有高表面能材料，例如ITO的影響。當表面能明顯增高時，對準膜和LC分子之間的相互作用增強，打亂了LC分子的對準。其結果是，易于出現對準缺陷。如圖15A所示，當對準膜的表面能較高(8達因/cm)進出現對準缺陷，而如圖15B所示的是當對準膜的表面能較低(4達因/cm)時所出現的對準缺陷。在圖15A中，對準被打亂，以至于雖然沒有施加電壓，卻出現了光線通過的多個微小區域。因此，顯示出了灰色。與此相反，在圖15B中，對準是穩定的，并顯示了黑色。
為了消除膜下部表面能的影響，以盡可能地抑制在每一片對準膜上的表面能的極化組分，在本發明中，對準膜18和19的厚度被設置成等于或大于10nm。
對于彩色的LCD器件，為了降低由彩色過濾器或黑屏(black mask)的起伏不平(表面粗糙度)，要求對準膜18和19的厚度等于或大于10nm。
根據這個實施方案的LCD器件，正如上面所描述的那樣，對準膜18和19的厚度被設置在10nm至35nm的范圍內，從而使LCD器件可被小驅動電壓所驅動。而且，均衡地對準液晶也有可能降低對準缺陷。
液晶21可以是鐵電液晶(DHF液晶，SBF液晶等)，向列(nematic)液晶等。
雖然在如圖2所示的結構中，對準膜18和19的是分別提供在基片11和12上的，但對準膜也可以僅提供在基片11和12中的一片上。鐵電液晶和反鐵電液晶具有層列相的層狀結構，且該液晶對準該LC層的法線方向，而該法線方向是與該對準膜的對準處理的方向是一致的。
在這種情況下，對準膜的厚度應當設置成10nm至70nm。具有如此選擇厚度的LCD器件能在較低的電壓下操作，并且僅有較少對準缺陷，這種LCD設備可作為第三實施方案提供。
第四實施方案即使當具有所需特性的對準膜18和19是在第一至第三實施方案中形成的，如果對準膜18和19在形成LCD器件的后續階層中暴露在高溫之下，其特性會被劣化。在這種情況下，制作完成的LCD器件不再具有所需的特性。
以下將討論能夠避免這一問題的LCD器件以及制作方法。
根據本實施方案的LCD器件除了用于對準膜18和19材料的聚酰亞胺的玻璃化點等于或大于250℃以外，其基本結構與第一至第三實施方案的LCD器件相同。
密封件10及密封劑26都是由熱固性樹脂等制成的，如環氧樹脂，并且在大約220℃可借助烘烤硬化。
根據這種結構，對準膜18和19的玻璃化點被設置在等于或高于250℃，這樣，即使是在烘烤密封件20和密封劑26的時候，對準膜的劣化(構成對準膜的聚酰亞胺的主鏈移動或傾斜)也不會發生。因此，有可能減少對準缺陷并且顯示具有較少顯示缺陷的高質量圖象。
以下將討論具有上述結構的LCD器件的制作方法。
首先，將TFTs14矩陣和像素電極13形成在下基片11上。
接下來，例如，用一種polyamic acid溶液或諸如此類的溶液涂覆所得到的結構，再對該結構進行熱處理以形成聚酰亞胺的對準膜18。該聚酰亞胺的玻璃化點是250℃或更高。然后，如圖15所示，對準膜18進行表面處理。這樣完成了在下基片11-側的制作過程。
ITO的反向電極17形成在上基片12上。然后，如同對準膜18一樣，形成聚酰亞胺對準膜19。對準膜19的玻璃化點也等于或高于250℃。同樣，在對準膜19的表面上進行所需的對準處理，如揉搓。
接下來，如圖18所示，采用絲網印刷等在對準膜18上形成隔片22，并在基片12的邊緣以框的形狀涂覆由熱固性環氧樹脂等制成的密封件20。液晶入口25應當預先形成在密封件20中。
接著，粘合下基片11和上基片12，所得到的結構預烘烤后，在220℃的溫度下維持15分鐘用于烘烤并硬化密封件20。然后，用真空注射器等將液晶21注入液晶入口25。注射后，用與密封件20相同樹脂制成的密封劑26密封液晶入口25，在200℃溫度下維持10分鐘，以硬化密封劑26。這樣完成了LC池的制作。
然后，安裝上偏振板23和24以完成LCD器件的制造。
根據這個結構，由于對準膜18和19的玻璃化點遠高于烘烤溫度，該對準膜18和19不會在烘烤密封件20和密封劑26時受到負面影響。換句話說，構成每一片對準膜18和19的高分子樹脂的主鏈不會移動而使牽引軸偏移。由此，可以制成具有較少對準缺陷的LCD器件。
圖19A所示是在對準膜18和19是由聚酰亞胺形成的、其玻璃化點是200℃，并且對準處理和偏振板是按圖3所示設置的情況下，無電壓施加時對準缺陷的出現。
圖19B所示是在對準膜18和19是由聚酰亞胺形成的、其玻璃化點是250℃，并且對準處理和偏振板是按圖4所示設置的情況下，無電壓施加時對準缺陷的出現。但注意到的是在方向21D未進行過對準處理。
還注意到的是，所使用的液晶是反鐵電液晶，且密封件是在這樣的條件下烘烤的，即90℃下預烘烤5分鐘，主烘烤在170℃下進行1小時。
從圖19A和19B中可以明顯地看出，當使用了玻璃化點為200℃的對準膜時，出現柵格狀的對準缺陷，而當使用了玻璃化點為250℃的對準膜時，幾乎不出現對準缺陷。
從圖19A和19B還可以確定，本實施方案能夠減少對準缺陷的出現。
本實施方案對于具有層狀結構的液晶，特別是對于具有層列相的鐵電液晶和非鐵電液晶是有效的。這個實施方案還能適用于普通的向列液晶等。
在本實施方案中，密封件20和密封劑26的烘烤溫度可以作為決定對準膜18和19的玻璃化點的因素。但是，在制造LCD器件的過程中包括其他加熱步驟的情況下，還需要考慮它們的加熱溫度。例如，如果是采用熱處理來形成彩色過濾器(color filter)，對準膜18和19就應由具有高于在形成彩色過濾器時加熱溫度的高分子材料來形成。
密封件20，密封劑26，彩色過濾器等的烘烤溫度可以是任意選擇的，只要對準膜18和19的玻璃化點高于烘烤溫度就行了。
雖然采用了真空注射法將液晶21注入LC池，但也可以使用另一種方法。例如，可以采用分配器(dispenser)等將液晶灌入LC池中。
本發明不僅限于第一至第四實施方案，可以改進并適用于其他形式。第一至第四實施方案中的單個或組合都可以是有效的。例如在250℃的烘烤溫度下在基片11和12上形成厚度為10nm至35nm的對準膜18和19，以及在對準膜18和19兩者都進行兩次對準處理以產生1℃或更小的預傾角。
權利要求
1.一種液晶顯示器件，包括一個第一基片(11)，其上形成有第一電極(13)；一個第二基片(12)，其上形成有面對第一電極(13)的第二電極(17)；一個對準膜(18)，形成在所述的第一基片(13)和所述的第一電極(13)上，并且已進行了在第一方向(21D)上的第一對準處理和在第二方向(21C)上的第二對準處理，第二對準處理的方向(21C)與所述的第一方向(21D)相反，且第二對準處理在第一對準處理之后；以及一種具有層列相的液晶(21)位于所述第一對準膜(18)和第二基片(12)之間。
2.如權利要求1的液晶顯示器件，其特征在于所述的對準膜(18)在所述的第一方向(21D)上進行所述的第一對準處理，該第一方向(21D)基本上平行于具有所述層列相的所述液晶(21)的層狀結構的層的法線，接著，在與所述第一方向(21D)相反的所述第二方向(21C)上進行第二對準處理。
3.如權利要求1的液晶顯示器件，其特征在于進一步包括形成在所述第二電極(17)和所述第二基片(12)上的第二對準膜(19)。
4.一種液晶顯示器件，包括一個第一基片(11)，其上形成有第一電極(13)；一個第二基片(12)，其上形成有面對第一電極(13)的第二電極(17)；一種液晶，位于所述的第一和第二基片(11、12)之間，且具有一種層列相的層狀結構，所述的液晶(21)具有一個第一對準狀態，其中液晶分子大致上對準在第一對準方向(21A)，一個第二對準狀態，其中液晶分子大致對準第二對準方向(21B)，以及一個中間態，其中所述液晶分子的方向子的平均方向對準在介于所述第一對準方向(21A)和所述第二對準方向(21B)之間的任意方向；一種對準膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述的第一電極(13)上，相對于所述液晶(21)的所述層狀結構中的一層的法線向右傾斜的液晶分子和相對于法線向左傾斜的液晶分子，對準膜給出了一個大致上相同的彈性系數，并且當同樣的值但相反極性的電壓加到所述液晶上時，給予分子大致相同的傾角；以及第一和第二偏振板(23、24)，被安排成可以夾住所述的第一和第二基片(11、12)，所述的第一偏振板(23)具有一個光軸(23A)，其方向設置在與所述液晶(21)的所述層狀結構的所述層的法線基本平行的方向，所述第二偏振板(24)具有一個光軸(24A)，其方向與所述第一偏振板(23)的所述光軸(23A)垂直或平行。
5.如權利要求4的液晶顯示器件，其特征在于所述的對準膜(18)在所述的第一方向(21D)進行所述的第一對準處理，該第一方向(21D)與具有所述層列相的所述層狀結構的一層的法線大致上平行，接著，在與所述第一方向(21D)相反的所述第二方向(21C)進行所述的第二對準處理。
6.如權利要求5的液晶顯示器件，進一步包括形成在所述第二電極(17)上的第二對準膜(19)。
7.一種液晶顯示器件，包括一個第一基片(11)，其上形成有第一電極(13)；一個第二基片(12)，其上形成有面對所述第一電極(13)的第二電極(17)；一種液晶(21)，密封于所述第一和第二基片(11、12)之間，并具有層列相；以及一種對準膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)和相對表面的至少一個上面，用來給予液晶1或更小度數的預傾角。
8.如權利要求7的液晶顯示器件，其特征在于所述的對準處理是以偶數的次數、交替相反的方向在所述的對準膜(18)上進行，由此給出所述液晶(21)1℃或更小的預傾角。
9.一種液晶顯示器件，包括一個第一基片(11)，其上形成有第一電極(13)；一個第二基片(12)，其上形成有面對第一電極(13)的第二電極(17)；一種對準膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)的相對表面的至少一個上面，且其厚度為70nm或更薄；以及一種液晶(21)，密封在第一和第二基片(11、12)之間，并具有一種具有至少一種電鐵相的層列相。
10.如權利要求9的液晶顯示器件，其特征在于所述的對準膜(18)的厚度為10nm或更薄。
11.如權利要求9的液晶顯示器件，其特征在于所述的液晶(21)包括具有一種鐵電相和一種非電相的液晶。
12.如權利要求10的液晶顯示器件，其特征在于所述的對準膜形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)的相對表面的至少一個上面，且其厚度為35nm或更小。
13.如權利要求12的液晶顯示器件，其特征在于每一個對準膜具有的厚度為10nm或更薄。
14.如權利要求12的液晶顯示器件，其特征在于所述的液晶(21)包括具有一種鐵電相和一種非鐵電相的反鐵電液晶。
15.如權利要求1的液晶顯示器件，其特征在于所述的液晶包括一個通過烘烤形成在所述第一和第二基片(11、12)上的密封件(20)；以及形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)的相對表面中至少一個上的一種材料(21)，所述材料(21)具有高于所述密封件(20)烘烤溫度的玻璃化溫度。
16.如權利要求15的液晶顯示器件，其特征在于所述的密封件(20)具有一個用于注射液晶的開口(25)，所述開口通過在低于所述玻璃比溫度的溫度下烘烤形成的所述密封件(20)而被密封。
17.如權利要求15的液晶顯示器件，其特征在于所述的液晶(21)包含具有一種鐵電相和/或一種反鐵電相的液晶。
全文摘要
通過密封件粘合其上形成有第一電極和第一對準膜的第一基片和其上形成有第二電極和第二對準膜的第二基片形成一種液晶池，并灌入液晶。對準膜的厚度為10-35nm。在相反的方向上對準膜的每一個進行二次對準處理。第一對準處理是給予液晶5°的預傾角，第二對準處理是給予液晶6°的預傾角，結果實際上給予液晶1°的預傾角。對準膜的玻璃化溫度為約250℃，從而使對準膜在烘烤密封件時不變性。
文檔編號G02F1/141GK1164666SQ9610539
公開日1997年11月12日 申請日期1996年5月31日 優先權日1995年5月31日
發明者田中富雄, 小倉潤, 吉田哲志 申請人:卡西歐計算機公司