CN102985872B - 具有包括聚合液晶的取向控制膜的液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供液晶显示装置及其制造方法。所述液晶显示装置包括相互面对的第一基板和第二基板。在所述第一和第二基板之间设置液晶层。在所述液晶层和第一基板之间设置第一取向层。在所述液晶层和第二基板之间设置第二取向层。所述第一取向层和第二取向层的至少一个包括取向基层和取向控制层的双层。所述取向基层被取向以具有预倾角，所述取向控制层包含聚合液晶。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种显示装置，更具体地涉及一种液晶显示装置。
[背景技术]
液晶显示装置作为平板显示装置的一种，由于相对于其它平板显示装置例如在厚度和重量方面的降低和更低的消耗，而已经得到的应用。
取向膜被引入到液晶显示装置中以使得液晶层里的液晶分子被排列以具有特定的预倾角。然而，目前使用的取向膜难于给液晶分子足够的锚定力，因而可能成为提高响应速度和显示质量的障碍因素。
[发明内容]
本发明致力于提供一种液晶显示装置，其可以提高响应速度和显示质量。
本发明的一方面提供一种液晶显示装置，其包括：相互面对的第一基板和第二基板；位于所述第一和第二基板之间的液晶层；位于所述液晶层和第一基板之间的第一取向膜；和位于所述液晶层和第二基板之间的第二取向膜。这里，所述第一取向膜和第二取向膜中的至少一个可包括被取向以具有预倾的取向基膜和具有聚合液晶的取向控制膜的双层膜。
所述取向控制膜的相位延迟值可以为所述液晶层的相位延迟值的不超过0.1倍。
所述取向控制膜可以具有比所述取向基膜更大的锚定能。
所述取向基膜可以是被光学取向的膜。
该液晶显示装置还可以包括位于第一取向膜和第一基板之间的第一电极和第二电极。这里，液晶层可以包括具有正介电各向异性的液晶。在这种情况下，液晶显示装置可以采用IPS模式或FFS模式。
取向基膜的预倾角的极角和取向控制膜的预倾角的极角可以相互不同。
该液晶显示装置还可以包括位于第一取向膜和第一基板之间的第一电极；和位于第二取向膜和第二基板之间的第二电极。这里，液晶层可以包括具有正介电各向异性的液晶。在这种情况下，该液晶显示装置可以采用TN模式、OCB模式或ECB模式。
取向控制膜的预倾角的极角可以大于取向基膜的预倾角的极角。
该液晶显示装置还可包括位于第一取向膜和第一基板之间的第一电极；和位于第二取向膜和第二基板之间的第二电极。这里，液晶层可以包括具有负介电各向异性的液晶。在这种情况下，该液晶显示装置可以采用VA模式。
取向控制膜的预倾角的极角可以小于取向基膜的预倾角的极角。
取向基膜可以包括具有第一取向方向的第一畴和具有第二取向方向的第二畴。
所述聚合液晶可以以聚合由下述化学式1表示的活性液晶的方式而得到。
[化学式1]
P1-A1-(Z1-A2)n-P2，
其中，P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基，A1和A2分别独立地选自1，4-亚苯基和萘-2，6-二基，Z1表示COO-、OCO-和单键之一，以及n表示0、1和2之一。
该活性液晶可以是由下述化学式2-4表示的任何一个：
[化学式2]
[化学式3]
和
[化学式4]
其中，P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基。
本发明的另一方面提供液晶显示装置的制造方法，其包括：形成在第一基板上取向以具有预倾角的第一取向基膜；在所述第一取向基膜上形成包含活性液晶的第一活性液晶膜；组合第二基板和在其上形成第一取向基膜和第一活性液晶膜的第一基板；在组合的第一和第二基板之间形成液晶层；和聚合第一活性液晶膜内的活性液晶，从而形成包括聚合液晶的第一取向控制膜。
所述聚合可以在在活性液晶膜上施加电场的状态下实施。
电场的施加可以在液晶形成后以在所述基板的至少一个上形成的第一电极和第二电极之间施加电场的方式实施。
该聚合可以用光照射活性液晶膜的方式实施。
该聚合可以在形成液晶层之后实施。
该聚合可以在结合第一基板和第二基板之前实施。
所述活性液晶膜可以使用包含所述活性液晶和溶剂的混合物来形成。
用于形成活性液晶膜的混合物还可以包含聚合引发剂。
活性液晶的含量，相对于用于形成活性液晶膜的混合物的总重量，可以为1wt％或更少。
当聚合活性液晶膜内的活性液晶时，所述溶剂可以保留在活性液晶膜里。
所述制造方法还可以包括，在结合第一基板和第二基板之前，形成在第二基板上取向以具有预倾角的第二取向基膜；在所述第二取向基膜上形成包含活性液晶的第二活性液晶膜；和聚合第二活性液晶膜内的活性液晶，从而形成包括聚合液晶的第二取向控制膜。
在根据本发明的示例性实施方案的液晶显示装置中，通过包含聚合液晶的取向控制膜将增强的锚定能施加在临近取向控制膜的液晶上，从而液晶的指向矢可以被稳定或固定。因此，该液晶显示装置的阈值电压可以得到降低，响应速度可以得到提高，且由于改善的黑可视性而使显示质量得到提高。
[附图说明]
图1-3是根据本发明的一个示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图；
图4-7是根据本发明的另一示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图；
图8和9是根据本发明的另一示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图；
图10是根据本发明的另一示例性实施方案的液晶显示装置的布置视图；
图11-14是根据本发明的另一示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图；
图15是显示根据制造实施例1-3和比较例1的每个样本中的取向控制膜的涂层特性的照片；
图16是显示根据制造实施例1-3和比较例1的黑可视性的照片；
图17是显示根据制造实施例4和比较例2的液晶显示装置的响应速度的曲线图；
图18是显示根据制造实施例5和比较例2的液晶显示装置的响应速度的曲线图；和
图19是显示根据用于形成活性液晶膜的混合物里的活性液晶的浓度的极向锚定能和方位锚定能的曲线图。
[具体实施方式]
本发明的示例性实施方案将在下面以足够的细节描述以使本领域技术人员能够体现和实现本发明。重要的是要理解，本发明可以以很多变型来实现而不应该被解释为限定于在此所述的实施方案。
图1-3是显示根据本发明的一个示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图。
参考图1，提供第一基板10。第一基板10可以是透光基板，例如玻璃基板。相互平行的第一电极12和第二电极(未示出)可以形成在第一基板10上。在液晶显示装置的操作程序中，在第一电极12和第二电极之间形成电场。在形成电极12之前，薄膜晶体管(未示出)可以形成在第一基板10上。在这个情况下，电极12可以分别与薄膜晶体管电连接。电极12可以是透明导电膜，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等。
第一取向基膜14可以形成在电极12上。第一取向基膜14可以用聚酰胺酸、聚酰亚胺、卵磷脂、尼龙或聚乙烯醇(PVA)形成。第一取向基膜14是通过物理摩擦方法、光学取向方法、或沟槽图案化方法而被取向的膜，是具有预倾角的膜，从而使得液晶被取向。
在本发明中，所述预倾角可以具有角度和方向，以下，所述角度和方向可以分别定义为极角(0-180)和方位角(0-360)。也就是说，该预倾角可以理解为包括方位角(0-360)和极角(0-180)二者。这里，方位角可以表示液晶的指向矢相对于平行于基板的平面上的任一参考方向倾斜的角度。与此同时，极角可以表示在平行于基板的平面和所述液晶的指向矢之间的角度。
第一取向基膜14可以是水平取向基膜、垂直取向基膜、或它们的双层。水平取向基膜可以是可以给液晶施加约4-5度的极角的膜，和垂直取向基膜可以是可以给液晶施加约89-90度的极角的膜。当第一取向基膜14是水平取向基膜和垂直取向基膜的双层时，通过该第一取向基膜施加给液晶的极角可以通过调整两个取向基膜的层叠顺序和每个基膜的厚度来控制。例如，当得到的第一取向基膜14中水平取向基膜和垂直取向基膜是顺序层叠的，并且垂直取向基膜的厚度大于水平取向基膜的厚度，则通过该第一取向基膜14施加给液晶的极角可增加；通过控制垂直取向基膜的厚度小于水平取向基膜的厚度，可以减小通过该第一取向基膜14施加给液晶的极角。
当形成多个畴时，每个畴中施加给液晶的预倾角的方位角可以不同，垂直取向基膜和水平取向基膜的组合在多个畴内设置为不同，因此每个畴中施加给液晶的预倾角的极角可以不同。在这个情况下，可以实现多畴结构。
例如，形成第一取向基膜14以使得施加给液晶的预倾角的极角小于2度。另一个例子，第一电极12和第二电极的配置可以对于每个畴是不同的，从而在第一电极12和第二电极之间产生的电场的方向对于每个畴可以不同。在这个情况下，在第一电极12和第二电极之间产生的电场方向和通过第一取向基膜14施加的预倾角的方位角之间形成的角度，对于每个畴是不同的，从而可以实现多畴结构。
第一活性液晶膜16可以形成在第一取向基膜14上。第一取向基膜14和第一活性液晶膜16可以形成第一取向膜(BA)。
第一活性液晶膜16可以通过在第一取向基膜14上施加活性液晶混合在溶剂中的混合物来形成。该活性液晶可以包含显示液晶性质的单体或低聚物、和分别在该液晶的两端结合的可聚合端基。该液晶可以是形成为棒形或板形的杆状液晶，或者可以是形成为盘形的碟状液晶。所述端基可以独立地是丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基或环氧基。
作为该活性液晶的一个例子，可以给出由下面化学式1表示的化合物。
[化学式1]
P1-A1-(Z1-A2)n-P2
这里，P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基，A1和A2分别独立地选自1，4-亚苯基和萘-2，6-二基，Z1表示COO-、OCO-和单键之一，以及n表示0、1和2之一。
具体地，可以给出由下面化学式之一表示的化合物。
[化学式2]
[化学公式3]
[化学式4]
这里，P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基。
另外，作为用于形成第一活性液晶膜16的溶剂的实例，可以给出丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或芳香族溶剂例如甲苯或二甲苯。
聚合引发剂也可以包括在用于形成第一活性液晶膜16的活性液晶和溶剂的混合物中。除了过氧化甲乙酮，聚合引发剂可以是，例如，过氧苯甲酰、过氧基异丙苯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯、过氧化二异丙苯、或苯甲酰基烷基醚、苯乙酮、二苯甲酮、呫吨酮、安息香醚、或苯甲基缩酮。
相对于用于形成第一活性液晶膜16的混合物的总重量，活性液晶的含量可以为1wt％或更少。另外，第一活性液晶膜16的厚度可以是几纳米或几十纳米。另一方面，第一取向基膜14的厚度可以是几百纳米。
第一活性液晶膜16内的液晶可以与施加给第一取向基膜14的预倾角一致地排列。具体地，对于第一活性液晶膜16内的液晶来说，该液晶的指向矢的方位角与施加给第一取向基膜14预倾角的方位角一致地排列，和液晶的指向矢的第一极角可以根据施加给第一取向基膜14的预倾角的极角来确定。
如上所述，当第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角小于2度的方式形成时，活性液晶膜16内的液晶的第一极角可以小于2度。
接着，对第一基板10进行热处理，从而去除第一活性液晶膜16内的溶剂。在这种情况下，所述热处理可以在60℃的温度下实施90秒。然而，也可以省略去除溶剂的工序。
参考图2，在第二基板20上，可以顺序形成第二取向基膜24和包含活性液晶的第二活性液晶膜26。第二取向基膜24和第二活性液晶膜26可以形成第二取向膜(UA)。形成第二取向基膜24和第二活性液晶膜26的材料或方法可以与图1的形成第一取向基膜14和第一活性液晶膜16的材料或方法相同。然而，本发明不限于此，可以省去第一活性液晶膜16和第二活性液晶膜26的任何一个。
然后，通过在第一基板10和第二基板20的任何一个上施涂密封剂来限定液晶填充区域，在这种情况下，可以一起形成液晶注入口。接着，将第一基板10和第二基板20对齐，然后组合以使得第二取向基膜24面对第一基板10。接着，将液晶注入口在真空状态下浸入液晶池中，释放真空状态，液晶被注入到液晶填充区域中，从而形成液晶层30，然后密封液晶注入口。在这种情况下，活性液晶可以与液晶一起被注入到液晶填充区域。形成液晶层30的液晶可以是具有正介电各向异性的液晶，在这种情况下，液晶显示装置可以是平面切换(IPS)模式或边缘场切换模式的装置。在这样情况下，第一基板10和第二基板20可以组合以使得第一取向基膜14和第二取向基膜24的预倾角的方位角是相互平行的。
在形成液晶层30的液晶中临近取向膜BA和UA的液晶根据施加给取向膜BA和UA的预倾角，具体而言是施加给取向基膜14和24和/或活性液晶膜16和26内的液晶的预倾角来排列。如上所述，当施加给取向基膜14和24和/或活性液晶膜16和26内的活性液晶的预倾角的第一极角小于2度时，形成液晶层30的液晶中临近取向膜BA和UA的液晶的指向矢的极角相对于基板10和20可以近乎水平。
参考图3，用光例如UV等照射第一活性液晶膜16和/或第二活性液晶膜26，聚合，也就是光聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶，从而形成包含聚合液晶16a和26a的第一和第二取向控制膜16’和26’。光照射进行约30分钟。这种情况下，在取向控制膜16’和26’内形成的聚合液晶16a和26a可以具有相应于由取向基膜14和24施加的预倾角的排列。特别地，如上所述，在省略去除活性液晶16和26内的溶剂的工序的情况下，当光聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶时，溶剂可保留在活性液晶膜16和26里。在这种情况下，聚合液晶16a和26a可以被排列以进一步相应于由取向基膜14和24施加的预倾角。
在另一个实施方案中，可以在液晶层30内的液晶由施加在第一电极12和第二电极(未示出)之间的电场取向的状态下，实施光聚合。
取向控制膜16’和26’相较于取向基膜14和24可以具有增强的锚定能。特别地，当取向基膜14和24是显示出稍弱的锚定能的光学取向膜时，该锚定能可以通过取向控制膜16’和26’得到补充或增强。
以这样的方式，增强的锚定能通过取向控制膜16’和26’内的聚合液晶16a和26a而被施加在临近取向控制膜16’和26’的液晶上，从而可稳定或固定液晶的指向矢。因此，液晶显示装置的阈值电压可以得到降低，响应速度可以得到提高，且由于改善的黑可视性而使显示质量得到提高。
与此同时，取向控制膜16’和26’的任何一个的相位延迟值是小的，以便基本上避免对液晶层30的相位延迟值的影响。为此，取向控制膜16’和26’的任一个的相位延迟值可不大于液晶层30的相位延迟值的0.1倍。
这由下面的不等式表示。为此，取向控制膜16’和26’的每个的厚度可以是几纳米或几十纳米。
[不等式]
Δnd≤0.1Δn′d′
这里，n和d分别表示取向控制膜的折射率和厚度，而n’和d’分别表示液晶层的折射率和厚度。
图4-7是显示根据本发明的另一示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图。根据本实施方案的液晶显示装置包括具有正介电各向异性的液晶，根据本实施方案的液晶显示装置的制造方法可以类似于参考图1-3的制造方法，除了下面的内容。
参考图4，可以在第一基板10上形成第一电极12。在形成第一电极12之前，可以在第一基板10上另外形成薄膜晶体管(未示出)。在这种情况下，第一电极12可以与该薄膜晶体管电连接。
第一取向基膜14可以形成在第一电极12上。第一取向基膜14可以使用聚酰胺酸、聚酰亚胺、卵磷脂、尼龙或PVA形成。第一取向基膜14可以是由物理摩擦方法、光学取向方法、或沟槽图案化方法取向的膜，是具有预倾角从而能够使液晶取向的膜。
第一取向基膜14可以是水平取向基膜、垂直取向基膜、或包括它们的双层。当第一取向基膜14是水平取向基膜和垂直取向基膜的双层时，由第一取向基膜14施加给液晶的极角可以通过调整两个取向基膜的层叠顺序和它们的厚度来控制。当形成多个畴时，施加给液晶的预倾角的方位角对于每个畴是不同的。另外，垂直取向基膜和水平取向基膜的组合在多个畴里是不同的，从而施加给液晶的预倾角的极角对于每个畴可以不同。在这种情况下，可实现多畴结构。作为一个例子，在第一取向基膜14中，施加给液晶的预倾角的极角形成为2-10度。
第一活性液晶膜16可以形成在第一取向基膜14上。第一取向基膜14和第一活性液晶膜16可以形成第一取向膜BA。第一活性液晶膜16可以通过在第一取向基膜14上施涂活性液晶混合在溶剂中的混合物来形成。聚合引发剂也可包含在用于形成第一活性液晶膜16的活性液晶和溶剂的混合物中。相对于用于形成第一活性液晶膜16的混合物的总重量，活性液晶的含量可以为1wt％或更少。另外，第一活性液晶膜16的厚度可以是几纳米或几十纳米。
在第一活性液晶膜16内的液晶可以根据由第一取向基膜14施加的预倾角排列。具体地，对于第一活性液晶膜16内的液晶，液晶的指向矢的方位角根据由第一取向基膜14施加的预倾角的方位角来排列，以及液晶的指向矢的第一极角可以根据由第一取向基膜14施加的预倾角的极角来确定。
如上所述，当第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角为2-10度的方式形成时，活性液晶膜16内的液晶的第一极角可以是2-10度。
接着，对第一基板10进行热处理，从而去除第一活性液晶膜16内的溶剂。然而，去除溶剂的工序可以省略。
参考图5，在第二基板20上，第二电极22、第二取向基膜24、和包含活性液晶的第二活性液晶膜26可以顺序形成。第二取向基膜24和第二活性液晶膜26可以形成第二取向膜(UA)。形成第二电极22、第二取向基膜24、和第二活性液晶膜26的材料或方法可以与参考图4描述的形成第一电极12、第一取向基膜14、和第一活性液晶膜16的材料和方法相同。然而，本发明不限于此，第一活性液晶膜16和第二活性液晶膜26的任何一个可以省略。
然后，将第一基板10和第二基板20布置并组合，使得第二电极22面对第一基板10。接着，将液晶注入到第一基板10和第二基板20之间以形成液晶层30。这种情况下，活性液晶可以与液晶一起被注入到第一基板10和第二基板20之间。液晶层30内的液晶可以是具有正介电各向异性的液晶，例如可以是扭转向列(TN)模式、光学补偿弯曲(OCB)模式、或电控双折射(ECB)模式的液晶。在TN模式的液晶的情况下，第一基板10和第二基板20以第一取向基膜14和第二取向基膜24的预倾角的方位角相互交叉，例如相互正交的方式组合。
形成液晶层30的液晶中临近取向膜BA和UA的液晶可以与施加给取向膜BA和UA的预倾角，具体而言是施加给取向基膜14和25和/或活性液晶膜16和26内的活性液晶的预倾角一致地排列。例如，如上所述，当施加给取向基膜14和24和/或活性液晶膜16和26内的活性液晶的预倾角的第一极角是2-10度时，形成液晶层30的液晶中临近取向膜BA和UA的液晶的极角可以是2-10度。
参考图6，通过在第一电极12和第二电极22之间施加电场，可以取向液晶层30内的液晶。具体地，具有正介电各向异性的液晶的指向矢是在平行于电场方向的方向上旋转。因此，形成液晶层30的液晶中临近取向膜BA和UA的液晶的极角也可以增加，和活性液晶膜16和26内的活性液晶的极角可以相应地增加。然而，液晶的指向矢的旋转角度根据施加在第一电极12和第二电极22之间的电场的大小可以不同，活性液晶膜16和26内的活性液晶的极角的增加的度数可以不同。
在这个状态下，用光例如UV照射第一活性液晶膜16和/或第二活性液晶膜26，聚合，也就是光聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶，从而形成包含聚合液晶16a和26a的第一和第二取向控制膜16’和26’。光照射可以进行约30分钟。这种情况下，取向控制膜16’和26’可以包含具有预倾角的聚合液晶16a和26a，所述预倾角对应于液晶层30内的液晶的排列状态，具体而言是第二极角。这里，通过使施加在第一电极12和第二电极2之间的电场的大小和/或光照射量不同，可以控制聚合液晶16a和26a的第二极角。这里，第一取向控制膜16’内的聚合液晶16a的第二极角可以大于临近第一取向控制膜16’的第一取向基膜14的极角，第二取向控制膜26’内的聚合液晶26a的第二极角可以大于临近第二取向控制膜26’的第二取向基膜24的极角。
在另一个实施方案中，活性液晶膜16和26内的活性液晶在第一电极12和第二电极22之间没有施加电场的状态下进行光聚合，从而形成包含聚合液晶16a和26a的第一和第二取向控制膜16’和26’。在这个情况下，取向控制膜16’和26’内的液晶16a和26a可以展示出几乎与由取向基膜14和24施加的第一极角相同的第二极角。然而，由于在光聚合步骤期间光照射量，聚合液晶的第二极角可能稍微不同于第一极角。
与此同时，如上所述，在省略去除活性液晶膜16和26内的溶剂的工序的情况下，当光聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶时，溶剂可保留在活性液晶膜16和26里。在这个情况下，聚合液晶16a和26a可被排列以进一步对应于液晶层30(在施加电场的情况下)内的液晶的排列状态，或被排列以进一步对应于由取向基膜14和24(在没有施加电场的情况下)施加的预倾角。
参考图7，施加在第一电极12和第二电极22之间的电场被去除。即使在去除电场之后，取向控制膜16’和26’内的聚合液晶16a和26a仍可以维持第二极角，取向控制膜16’和26’相较于取向基膜14和24可以具有增强的锚定能。特别地，当取向基膜14和24是展示出稍弱的锚定能的光学取向膜时，锚定能可以通过取向控制膜16’和26’而得到补充或增强。
以这样的方式，增强的锚定能通过取向控制膜16’和26’内的聚合液晶16a和26a而施加在临近取向控制膜16’和26’的液晶上，从而可稳定或固定液晶的指向矢。因此，液晶显示装置的阈值电压可以得到降低，响应速度可以得到提高，和由于改善的黑可视性而使显示质量得到改善。
同时，取向控制膜16’和26’的任何一个的相位延迟值是小的，以基本上避免对液晶层30的相位延迟值的影响。为此，取向控制膜16’和26’的任一个的相位延迟值可不大于液晶层30的相位延迟值的0.1倍。
这由下面的不等式表示。为此，取向控制膜16’和26’的每个的厚度可以是几纳米或几十纳米。
[不等式]
Δnd≤0.1Δn′d′
这里，n和d分别表示取向控制膜的折射率和厚度，和n’和d’分别表示液晶层的折射率和厚度。
图8和9是显示根据本发明的再一个示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图。与参考图4-7描述的制造方法不同，根据本实施方案的制造方法的特征在于活性液晶是在基板没有组合的状态下聚合的，除了以下内容外，基本上与参考图4-7的制造方法相同：
首先，如参考图4所述，第一电极12形成在第一基板10上，第一取向基膜14形成在第一电极12上，接着第一取向基膜14被取向，从而施加预倾角。
作为一个例子，第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角是2-10度的方式形成。第一活性液晶膜形成在第一取向基膜14上。第一取向基膜14和第一活性液晶膜16可以形成第一取向膜。
第一活性液晶膜内的液晶可以根据施加给第一取向基膜14的预倾角来排列。具体地，对于第一活性液晶膜内的液晶，液晶的指向矢的方位角根据施加给第一取向基膜14的预倾角的方位角来排列，液晶的指向矢的第一极角可以根据施加给第一取向基膜14的预倾角的极角来确定。
如上所述，当第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角为2-10度的方式形成时，活性液晶膜16内的液晶的第一极角可以是2-10度。
接着，对第一基板10进行热处理，从而去除第一活性液晶膜16内的溶剂。然而，去除溶剂的工序可以省略。
接着，用光例如UV等照射第一活性液晶膜，聚合第一活性液晶膜内的活性液晶，从而形成包含聚合液晶16a的第一取向控制膜16’。第一取向控制膜16’可以展示出几乎与由取向基膜14施加的第一极角相同的第二极角。然而，由于在光聚合步骤中的光照射量，聚合液晶16a的第二极角可能稍微不同于第一极角。以这样的方式，形成具有在多个畴里相互不同的第二极角的聚合液晶。光照射可以进行约30分钟。
在光照射期间，可以在第一活性液晶膜上施加电场。这可以用不同于第一电极12的外部电极(未示出)来实施。当电场被施加到第一活性液晶膜上时，第一活性液晶膜内的活性液晶的指向矢可以在电场方向上旋转。以这样的方式，当其指向矢在电场方向上旋转的活性液晶通过光照射而聚合时，第一取向控制膜16’内的聚合液晶16a的第二极角可以更精确地控制。例如，第一取向控制膜16’内的聚合液晶16a的第二极角可以大于临近第一取向控制膜16’的第一取向基膜14的预倾角的极角。
同时，如上所述，在省略去除第一活性液晶膜内的溶剂的工序的情况下，当光聚合第一活性液晶膜内的活性液晶时，溶剂可保留在第一活性液晶膜里。在这种情况下，聚合液晶16a可以被排列以进一步对应于由第一取向基膜14施加的预倾角(在没有施加电场的情况下)，或被排列以进一步对应于电场方向(在施加电场的情况下)。
参考图9，在第二基板20上，形成第二电极22、第二取向基膜24、和第二取向控制膜26’。第二取向控制膜26’包含聚合液晶26a，第二取向基膜24和第二取向控制膜26’可以形成第二取向膜UA。形成第二电极22、第二取向基膜24、和第二取向控制膜26’的材料和方法可与参考图4和8描述的形成第一电极12、第一取向基膜14、和第一取向控制膜16’的材料和方法相同。然而，本发明不限于此，第一取向控制膜16’和第二取向控制膜26’的任何一个可以省略。
然后，将第一基板10和该第二基板20布置并组合，使得第二电极22面对第一基板10。接着，将液晶注入到第一基板10和第二基板20之间以形成液晶层30。这种情况下，活性液晶可以与液晶一起注入到第一基板10和第二基板20之间。形成液晶层30的液晶可以是具有垂直旋转模式的液晶，其具有正介电各向异性，例如可以是扭转向列(TN)模式、或光补偿弯曲(OCB)模式、或电控双折射(ECB)模式的液晶。在液晶具有TN模式的情况下，第一基板10和第二基板20以第一取向基膜14和第二取向基膜24的预倾角的方位角相互交叉，例如是相互正交的方式组合。
增强的锚定能通过取向控制膜16’和26’中的聚合液晶16a、26a施加在邻近取向控制膜16’和26’的液晶上，从而可稳定或固定液晶的指向矢。因此，液晶显示装置的阈值电压可以得到降低，响应速度可以得到提高，和由于改善的黑可视性而使显示质量可以得到提高。
同时，取向控制膜16’和26’的任何一个的相位延迟值是小的，以基本上避免对液晶层30的相位延迟值的影响。为此，取向控制膜16’和26’的任何一个的相位延迟值可以不超过液晶层30的相位延迟值的0.1倍。
这可以由下面的不等式表示。为此，取向控制膜16’和26’的每个的厚度可以是几纳米或几十纳米。
[不等式]
Δnd≤0.1Δn′d′
这里，n和d分别表示取向控制膜的折射率和厚度，而n’和d’分别表示液晶层的折射率和厚度。
图10是显示根据本发明的另一个示例性实施方案的液晶显示装置的布局图，且是限定为第一基板的示意图。图11-14是显示根据本发明的另一个示例性实施方案的液晶显示装置的制造方法的横截面图。根据本实施方案的液晶显示装置包括具有负介电各向异性的液晶，根据本实施方案的制造方法与参考图1-3的制造方法基本上相同，除了下面内容。
参考图10和11，第一电极12可以形成在第一基板10上。在形成第一电极12之前，可以在第一基板10上形成薄膜晶体管(TFT)、栅极线(GL)、和数据线(DL)。具体地，在第一基板10上，可以形成栅极线(GL)和从该栅极线(GL)突出的栅极(G)。在该栅极(G)上形成栅极绝缘膜(未示出)，在该栅极绝缘膜上可以形成与栅极(G)的上部相交的半导体层(AL)。
接着，可以形成与栅极(G)的上部相交的数据线(DL)和分别连接半导体层(AL)的两端部的源极/漏极(SD1和SD2)。源极/漏极(SD1和SD2)中的一个从数据线(DL)突出。栅极(G)、半导体层(AL)、和源极/漏极(SD1和SD2)构成薄膜晶体管(TFT)。在薄膜晶体管(TFT)上形成层间绝缘膜(未示出)，然后在该层间绝缘膜内形成用于暴露源极/漏极(SD1和SD2)中的另一个的通孔。接着，在其上形成通孔(VH)的层间绝缘膜上形成第一电极12。因此，第一电极12与源极/漏极(SD1和SD2)的另一个，也就是，薄膜晶体管(TFT)电连接。
单元像素(UP)由栅极线(GL)和数据线(DL)的交叉点来限定，而薄膜晶体管(TFT)和第一电极12可设置在单元像素(UP)里。第一电极12可以不包括开口。
第一取向基膜14可以形成在第一电极12上。第一取向基膜14可以使用聚酰胺酸、聚酰亚胺、卵磷脂、尼龙、或PVA形成。接着，第一取向基膜14被取向以施加预倾角用于排列液晶。第一取向基膜14的一部分，也就是第一畴(DM1)，在第一方向(R1)上取向，而其另一部分在不同于第一方向(R1)的第二方向(R2)上取向。该第一取向方向(R1)和第二取向方向(R2)仅仅是个例子，本发明不限于此。这种取向可以通过物理摩擦方法、光学取向方法、或沟槽图案化方法来实施，第一畴(DM1)可以在第二畴(DM2)用掩膜遮盖的状态下在第一方向(R1)上取向，而第二畴(DM2)可以在第一畴(DM1)用掩膜遮盖的状态下在第二方向(R2)上取向。
第一取向基膜14可以是水平取向膜、垂直取向膜、或它们的双层。当第一取向基膜14是水平取向膜和垂直取向膜的双层时，通过第一取向基膜14施加给液晶的预倾角的极角可以通过调整这两个取向膜的层叠顺序和厚度来调整。当如上所述形成多个畴时，施加给液晶的预倾角的方位角对每个畴是不同的。另外，垂直取向膜和水平取向膜的组合在多个畴中不同，施加给液晶的预倾角的极角对每个畴是不同的。作为一个例子，第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角是80-90度的方式形成。
活性液晶膜16可以形成在第一取向基膜14上。第一取向基膜14和活性液晶膜16可以形成第一取向膜(BA)。活性液晶膜16内的液晶可以根据施加给第一取向基膜14的预倾角来排列。具体地，对于活性液晶膜16内的液晶，液晶的指向矢的方位角根据施加给第一取向基膜14的预倾角的方位角来排列，液晶的指向矢的第一极角可以根据施加给第一取向基膜14的预倾角的极角来确定。
如上所述，在第一畴(DM1)里，活性液晶膜16内的液晶的方位角可以是第一方向(R1)，和在第二畴(DM2)里，活性液晶膜16内的液晶的方位角可以是第二方向(R2)。
另外，当第一取向基膜14以施加给液晶的预倾角的极角为80-90度的方式形成时，活性液晶膜16内的液晶的第一极角可以是80-90度。
参考图10和12，在第二基板20上，顺序形成第二电极22、第二取向基膜24、和第二活性液晶膜26。第二取向基膜24和第二活性液晶膜26可以形成第二取向膜(UA)。形成第二电极22、第二取向基膜24、和第二活性液晶膜26的材料和方法可以与参考图11描述的第一电极12、第一取向基膜14、和第一活性液晶膜16的材料和方法相同。然而，本发明不限于此，第一活性液晶膜16和第二活性液晶膜26的任何一个可以省略。
然后，布置并组合第一基板10和第二基板20，使得第二电极22面对第一基板10。接着，将液晶注入到第一基板10和第二基板20之间以形成液晶层30。这种情况下，活性液晶可以与液晶一起被注入到第一基板10和第二基板20之间。形成液晶层30的液晶可以具有负介电各向异性，根据本实施方案的液晶显示装置可以实施垂直取向(VA)模式。
形成液晶层30的液晶中临近取向膜(BA和UA)的液晶可以根据施加给取向膜(BA和UA)的预倾角，具体而言是施加给取向基膜14和24和/或活性液晶膜16和26内的活性液晶的预倾角来排列。例如，如上所述，在第一畴(DM1)里在形成液晶层30的液晶中临近第一取向膜(BA)的液晶的方位角可以是第一方向(R1)，在第二畴(DM2)里在形成液晶层30的液晶中临近第一取向膜(BA)的液晶的方位角可以是第二方向(R2)。
另外，当施加给取向基膜14和24和/或活性液晶膜16和26内的活性液晶的预倾角的极角是80-90度时，在形成液晶层30的液晶中临近取向膜(BA和UA)的液晶的极角可以是80-90度。
参考图10和13，通过在第一电极12和该第二电极22之间施加电场，液晶层30里的液晶可以被排列。具体地，当液晶具有负介电各向异性，液晶的指向矢在垂直于电场方向的方向上旋转。因而，在形成液晶层30的液晶中临近取向膜(BA和UA)的液晶的极角可以减小，活性液晶膜16和26内的活性液晶的极角可以相应减小。然而，液晶的指向矢的旋转角度可以根据施加在第一电极12和第二电极22之间的电场的大小而不同，活性液晶膜16和26内的活性液晶的极角减小的程度可以相应不同。
在这种状态下，用光如UV等照射第一活性液晶膜16和/或第二活性液晶膜26，聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶，从而形成第一和第二取向控制膜16’和26’。这种情况下，取向控制膜16’和26’可以包含具有对应于在施加电场的状态下液晶层30内的液晶的排列状态的预倾角，具体地，具有第二极角的聚合液晶16a1、16a2、26a1、和26a2。这里，施加在第一电极12和第二电极22之间的电场的大小和/或光照射量不同，因此聚合的活性液晶的第二极角可以被调整。在这种情况下，第一取向控制膜16’内的聚合液晶16a1和16a2的第二极角可以小于临近第一取向控制膜16’的第一取向基膜14的极角，第二取向控制膜26’内的聚合液晶26a1和26a2的第二极角可以小于临近第二取向控制膜26’的第二取向基膜24的极角。
在另一个实施方案中，活性液晶膜16和26内的活性液晶在第一电极12和第二电极22之间不施加电场的状态下进行光聚合，从而形成包含聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2的第一和第二取向控制膜16’和26’。在这种情况下，在取向控制膜16’和26’内的聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2可以展示出几乎与取向基膜14和24施加的第一极角相同的第二极角。然而，由于光聚合步骤中光照射量的变化，聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2的第二极角可能稍微不同于第一极角。
同时，在如上所述省略去除活性液晶膜16和26内的溶剂的工序的情况下，当光聚合活性液晶膜16和26内的活性液晶时，溶剂可保留在活性液晶膜16和26里。在这种情况下，聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2可以被排列以进一步对应于液晶层30(在施加电场的情况下)内的液晶的；排列状态，或被排列以进一步对应于由取向基膜14和24(在没有施加电场的状态下)施加的预倾角。
参考图10和14，去除施加在第一电极12和第二电极22之间的电场。即使在去除电场之后，第一和第二取向控制膜16’和26’内的聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2可以维持第二极角。另外，聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2可以维持施加给活性液晶膜16和26内的液晶的方位角，并在第一畴(DM1)里展示出第一方向(R1)的方位角，在第二畴(DM2)里展示出第二方向(R2)的方位角。
相较于取向基膜14和24的锚定能，取向控制膜16’和26’可以具有增强的锚定能。特别地，当取向基膜14和24是展示稍弱的锚定能的光学取向膜时，锚定能可以通过取向控制膜16’和26’得到补充或增强。用这样的方式，增强的锚定能通过取向控制膜16′和26’内的聚合液晶16a1、16a2、26a1和26a2而施加在临近取向控制膜16’和26’的液晶上，从而可稳定或固定液晶的指向矢。因此，液晶显示装置的阈值电压可以得到降低，响应速度可以得到提高，和由于改善的黑可视性使显示质量可以得到提高。
另外，为了达到具有VA模式的液晶显示装置的宽视角，对电极进行图案化，或在电极下形成突起，从而通过调整影响液晶的电场方向，使液晶的方位角对于每个畴是不同的，从而实现多畴。然而，在本实施方案中，在不实行电极图案化或形成电极下的突起的情况下，使液晶的方位角对于每个畴不同，从而实现多畴。因此，不需要在第一电极内形成开口例如狭缝等，也不需要在电极下形成突起。因此，不需要形成用于遮蔽所述开口或突起的周边的遮光膜。然而，本发明不限于此，作为用于进一步稳定液晶的指向矢的方法，可以进一步实施电极图案化或电极下突起的形成。
下面将描述用于对本发明更好的理解的实施例。然而，下面的实施例仅仅用于对本发明进行更好的理解，本发明不限于以下实施例。
制造实施例1
在玻璃基板上形成ITO层以形成电极，和在该电极上形成厚度为100nm的水平取向膜(AL-22620，由JSR制造)。在该水平取向膜上实施摩擦工序。混合PGMEA溶剂、聚合引发剂(IRGACURE 651，由Ciba chemical制造)和活性液晶(由BASF制造)的混合物，并将其以几纳米的厚度施涂在其上实施过摩擦工序的水平取向膜上，从而形成活性液晶膜。这种情况下，活性液晶在混合物中的含量为0.5wt％。该取向膜和活性液晶膜形成取向控制膜。
制造实施例2
使用与制造实施例1相同的方法制造样品，不同之处是用其中包含1wt％的活性液晶的混合物形成活性液晶膜。
制造实施例3
使用与制造实施例1相同的方法制造样品，不同之处是用其中包含2wt％的活性液晶的混合物形成活性液晶膜。
比较例3
使用与制造实施例1相同的方法制造样品，不同之处是没有形成活性液晶膜。
图15是显示根据制造实施例1-3和比较例1的每个样品中的取向控制膜的涂层特性的照片，图16是显示根据制造实施例1-3和比较例1的黑可视性的照片。
具体地，在图16中，根据制造实施例1-3和比较例1的每个样品(下基板)和上基板组合，将液晶注入到基板之间以制造液晶显示装置，然后测量黑可视性。
参考图15和16，当形成活性液晶膜的在PGMEA中混合活性液晶的混合物中活性液晶的浓度小于1wt％时，发现没有发生聚合液晶的团聚现象。因而，黑可视性进一步提高。因此，为了提高黑可视性，在形成活性液晶膜的混合物中活性液晶的浓度可以控制在1wt％或更少。
制造实施例4
在是玻璃基板的第一基板上形成ITO层，以形成第一电极，和在该第一电极上形成厚度为100nm的第一水平取向膜(RN-2174，由Nissan制造)。接着，对该第一水平取向膜进行光学取向。
混合PGMEA溶剂、聚合引发剂(IRGACURE 651，由Ciba Chemical制造)、和活性液晶(由BASF制造)的混合物，并将其以几纳米的厚度施涂在已经光学取向的第一水平取向膜上，从而形成第一活性液晶膜。这种情况下，活性液晶在混合物中的含量为0.7wt％或更少。同时，在是玻璃基板的第二基板上形成ITO层，以形成第二电极，在该第二电极上形成厚度为100nm的第二水平取向膜(RN-2174，由Nissan制造)。然后，对该第二水平取向膜进行光学取向。将所述混合物以几纳米厚度施涂在已经光学取向的该第二水平取向膜上，从而形成第二活性液晶膜。接着，组合这些基板，并注入具有TN模式的液晶。在第一电极和第二电极之间施加电场的状态下，用UV照射第一活性液晶膜和第二活性液晶膜，从而形成包含聚合液晶的取向控制膜。
制造实施例5
用与制造实施例4相同的方法制造液晶显示装置，不同之处是在第一电极和第二电极之间不施加电场的状态下通过UV照射聚合活性液晶，从而形成取向控制膜。
比较例2
用与制造实施例4相同的方法制造液晶显示装置，不同之处是省略形成第一和第二活性液晶膜的工序和通过聚合第一和第二活性液晶膜形成取向控制膜的工序。
图17是显示根据制造实施例4和比较例2的液晶显示装置的响应速度曲线图。
参考图17，发现根据制造实施例4的液晶显示装置的响应速度(b)快于根据比较例2的液晶显示装置的响应速度(a)，根据比较例2的液晶显示装置是具有通常的TN模式的液晶显示装置。
图18是显示根据制造实施例5和比较例2的液晶显示装置的响应速度曲线图。
参考图18，发现根据制造实施例5的液晶显示装置的响应速度(d)快于根据比较例2的液晶显示装置的响应速度(c)，根据比较例2的液晶显示装置是具有通常的TN模式的液晶显示装置。因此，发现当通过聚合活性液晶膜来形成取向控制膜时，即使在电极之间没有施加电场，响应速度也得到提高。
图19是显示根据用于形成活性液晶膜的混合物中活性液晶的浓度的极向锚定能和方位锚定能曲线图。
参考图19，发现相较于没有包含活性液晶时，当包含活性液晶时，极向锚定能和方位锚定能均有提高。
虽然参考特定示例性实施方案显示和描述了本发明，但本领域技术人员能够理解，在不偏离发明的精神和由所附权利要求限定的范围的情况下，可以进行形式上和细节上的各种改变。
Claims (30)
1.液晶显示装置，其包括：
相互面对的第一基板和第二基板；
位于所述第一和第二基板之间的液晶层；
位于所述液晶层和第一基板之间的第一取向膜；和
位于所述液晶层和第二基板之间的第二取向膜，
其中，所述第一取向膜和第二取向膜中的至少一个包括被取向以具有预倾角的取向基膜和具有聚合液晶的取向控制膜的双层膜，以及
其中所述取向控制膜具有的相位延迟值不大于所述液晶层的相位延迟值的0.1倍。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述取向控制膜具有比所述取向基膜更大的锚定能。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述取向基膜是光学取向的膜。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其还包括：
位于所述第一取向膜和第一基板之间的第一电极和第二电极，其中所述液晶层包括具有正介电各向异性的液晶。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述液晶显示装置实行IPS模式或FFS模式。
6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述取向基膜的预倾角的极角和所述取向控制膜的预倾角的极角彼此不同。
7.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其还包括：
位于所述第一取向膜和第一基板之间的第一电极；和
位于所述第二取向膜和第二基板之间的第二电极，
其中，所述液晶层包括具有正介电各向异性的液晶。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其中所述取向控制膜的预倾角的极角大于所述取向基膜的预倾角的极角。
9.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其中所述液晶显示装置实行TN模式、OCB模式、或ECB模式。
10.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其还包括：
位于所述第一取向膜和第一基板之间的第一电极；和
位于所述第二取向膜和第二基板之间的第二电极，
其中，所述液晶层包括具有负介电各向异性的液晶。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其中所述取向控制膜的预倾角的极角小于所述取向基膜的预倾角的极角。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其中所述液晶显示装置实行VA模式。
13.根据权利要求1、7或10所述的液晶显示装置，其中所述取向基膜包括具有第一取向方向的第一畴和具有第二取向方向的第二畴。
14.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述聚合液晶以聚合由下述化学式1表示的活性液晶的方式得到：
[化学式1]
P1-A1-(Z1-A2)n-P2，
其中P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基，A1和A2分别独立地选自1,4-亚苯基和萘-2,6-二基，Z1表示COO-、OCO-和单键之一，以及n表示0、1和2之一。
15.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其中所述活性液晶由下述化学式2-4的任一个表示：
[化学式2]
[化学式3]
和
[化学式4]
其中P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基。
16.一种液晶显示装置的制造方法，其包括：
形成在第一基板上取向以具有预倾角的第一取向基膜；
在所述第一取向基膜上形成包含活性液晶的第一活性液晶膜；
组合第二基板和在其上形成所述第一取向基膜和第一活性液晶膜的第一基板；
在组合的第一和第二基板之间形成液晶层；和
聚合所述第一活性液晶膜内的活性液晶以形成包含聚合液晶的第一取向控制膜，
其中所述取向控制膜具有的相位延迟值不大于所述液晶层的相位延迟值的0.1倍。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述聚合是在所述活性液晶膜上施加电场的状态下实施的。
18.根据权利要求17所述的制造方法，其中所述电场的施加是在形成所述液晶层之后以在至少一个基板上形成的第一电极和第二电极之间施加电场的方式实施的。
19.根据权利要求16或18所述的制造方法，其中所述聚合是以用光照射所述活性液晶膜的方式实施的。
20.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述聚合是在形成所述液晶层之后实施的。
21.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述聚合是在组合第一基板和第二基板之前实施的。
22.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述活性液晶由下述化学式1表示：
[化学式1]
P1-A1-(Z1-A2)n-P2，
其中P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基，A1和A2分别独立地选自1,4-亚苯基和萘-2,6-二基，Z1表示COO-、OCO-和单键之一，以及n表示0、1和2之一。
23.根据权利要求22所述的制造方法，其中所述活性液晶由下述化学式2-4的任何一个表示：
[化学公式2]
[化学式3]
和
[化学式4]
其中P1和P2分别独立地选自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基和环氧基。
24.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述活性液晶膜使用包含所述活性液晶和溶剂的混合物形成。
25.根据权利要求24所述的制造方法，其中用于形成所述活性液晶膜的所述混合物还包含聚合引发剂。
26.根据权利要求24所述的制造方法，其中相对于用于形成所述活性液晶膜的所述混合物的总重量，所述活性液晶的含量为1wt％或更少。
27.根据权利要求24所述的制造方法，其中当聚合所述活性液晶膜内的活性液晶时，所述溶剂保留在该活性液晶膜内。
28.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述取向基膜是光学取向的膜。
29.根据权利要求16所述的制造方法，其中所述取向基膜包括具有第取向方向的第一畴和具有第二取向方向的第二畴。
30.根据权利要求16所述的制造方法，所述方法在组合第一基板和第二基板之前，还包括：
形成在所述第二基板上取向以具有预倾角的第二取向基膜；
在所述第二取向基膜上形成包含活性液晶的第二活性液晶膜；和
聚合所述第二活性液晶膜内的活性液晶以形成包含聚合液晶的第二取向控制膜。
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