CN1092342C - 采用具有铁电相和/或反铁电相液晶的液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

通过密封件粘合其上形成有第一电极和第一对准膜的第一基片和其上形成有第二电极和第二对准膜的第二基片形成一种液晶池，并灌入液晶。对准膜的厚度为10-35nm。在相反的方向上对对准膜的每一个进行2次对准处理。第一对准处理是给予液晶5°的预倾角，第二对准处理是给予液晶6°的预倾角，结果实际上给予液晶1°的预倾角。对准膜的玻璃化温度为约250℃，从而使对准膜在烘烤密封件时不变性。

Description

采用具有铁电相和/或反铁电相液晶的液晶显示器件
本发明涉及一种采用具有铁电相(ferroelectricphase)和/或反铁电相(antiferroelectric phase)液晶的液晶显示(LCD)器件。
本发明还涉及一种采用具有铁电相和/或反铁电相液晶的LCD器件，该器件能在较少对准缺陷的情况下提供了一个稳定的对准状态。
已经有建议使用一种铁电液晶，其手性层列相(smectic phase)具有一小于显示器件基片间间隙的螺距(Helical pitch)，而一个铁电LCD器件能保证灰度显示。这类铁电液晶被归类为一种具有记忆性质的SBF液晶和一种不具有记忆性质的DHF液晶(见“LIQUID CRYSTALS”，1989，Vol.5，No.4，1171页至1177页)。
DHF液晶被密封在基片之间，其螺旋结构保持原样。当一个绝对值足够大的电压加到面对面的，中间有液晶层的电极上时，DHF液晶要么变成一个第一对准态(第一铁电相)，其中液晶(LC)分子的导向子(director)的平均方向对准一个第一对准方向，要么变成一个第二对准态(第二铁电相)，其中，LC分子的导向子的平均方向对准一个第二方向，与所加电压的极性相对应。当所加电压的绝对值小于一个将DHF液晶设置成第一对准态或第二对准态的值时，DHF液晶成为一个中间对准态，其中LC分子的导向子的平均方向介于第一和第二对准方向，这是由于分子对准的螺旋变形(helical deformation)。采用中间对准态可以显示中等灰度。
在一种使用一种SBF液晶的LCD器件中，具有处于第一对准态的LC分子的区域与具有处于第二对准态的LC分子的区域之间的比率根据所加电压的变化而变化。使用这种比率的变化，能够显示中等灰度。
目前，已经开始使用反铁电液晶。反铁电液晶具有二种铁电相的三个稳定态和一种铁电相，而且通过前体(precursor′)等，还被对准在中间对准态。使用该中间对准态，能够显示中等灰度。
根据一种采用具有一种铁电相和/或反铁电相液晶的LCD器件，当加上图1A中所示的一个预先确定的正电压时，LC分子相对于一个层列相层法线方向的角度(倾角)，与当加上图1B中所示的一个预先确定的负电压时，LC分子的倾角按要求应当是方向相反的，且两个倾角的值是相同的。换句话说，所希望的是，所加的电压相对于应用相反极性电压的透射率(transmittance)特性应当互相相等的。
事实上，当加上相反极性的相等电压时，铁电液晶的倾角和LC分子的倾角相互是不同的。因此，LCD器件的透射率是根据所加电压的极性而变化的，从而造成由于显示灰度或不稳定显示而产生的不规则图像。
一种采用具有一种铁电相的液晶的LCD器件使用一种具有一个高预倾(high pretilt)角的对准膜，从而防止液晶具有人字纹(chevron)结构。为了使对准稳定，使用了一种相对较厚的膜。
具有一个高预倾角的对准膜往往造成一种对准缺陷，降低显示的质量。另外，厚的膜减小了加到液晶上的电压，增加了驱动电压，从而也增加了所消耗的功率。
进一步，在形成LCD器件时粘结两块基片的方法是用一种未硬化的密封件来粘结两块基片，而该密封件足在大约200℃的高温下烘烤的。这种高温处理降低了预先形成的对准膜的特性，会造成制成后的LCD器件的对准缺陷。采用热固树脂密封形成在密封件上的LC注入口时，呈现类似的问题。
在一种使用具有一种层列相液晶的LCD器件中，比如一种铁电液晶和一种反铁电液晶，液晶是位于具有一种层状结构的基片之间的，其对准的方式使层的法线方向与对准处理的方向相一致。然而，如前面提及和那样，当对准膜的特性在加工过程中由于热处理而被降低时，对准本身就变得困难了。进一步，在一层中的缺陷扩散到其他层。因此，在采用一种具有层列相液晶的LCD器件中，如一种铁电液晶和一种反铁电液晶，由于热而引起的对准膜退化是显著的。
因此，本发明的一个目的是提供一种LCD器件，该器件采用一种具有一种铁电相和/或反铁电相的液晶，且能实现稳定的灰度显示。
本发明的另一个目的是要提供一种LCD器件，该器件能以较少的对准缺陷保证稳定的对准。
本发明的再有一个目的是要提供一种采用具有一种铁电相和/或反铁电相液晶的LCD器件，该器件能在一个低的驱动电压下操作。
为了达到上述目的，根据本发明的第一方面的一种LCD器件包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
一个对准膜18，形成在第一基片11和第一电极13上，且已经进行了在第一方向21D上的第一对准处理和在第二方向21C上的第二对准处理，第二对准处理的方向21C与第一方向21D相反且第二对准处理在第一对准处理之后；以及
一种具有层列相的液晶21位于对准膜18和第二基片12之间。
根据具有上述结构的LCD器件，对准处理在对准膜上沿相反的方向进行了多次。这样的处理使LC分子的倾角相对于所加的相反极性的电压成为彼此相等。因此，加正电压和负电压能够获得大致相同的显示特性。
根据本发明的第二方面的一种LCD器件包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
一种液晶21，位于第一和第二基片11，12之间，且具有一种层列相的层状结构，液晶21具有一个第一对准态，其中LC分子大致上对准在第一对准方向21A，一个第二对准态，其中LC分子大致上对准在第二对准方向21B，以及一个中间对准态，其中LC分子的导向子的平均方向对准在介于第一对准方向21A和第二对准方向21B之间的任意方向；
一种对准膜18，形成在第一基片11和第一电极13上，相对于液晶21的层状结构中的一层的法线向右倾斜的LC分子、和相对于法线向左倾斜的LC分子，对准膜给出了一个大致上相同的弹性系数，并且当同样的值但相反极性的电压加到液晶上时，给予分子大致相同的倾角；且
第一和第二偏振板23、24，被安排成可以夹住第一和第二基片11，12，第一偏振板23具有一个光轴23A，其方向设置与液晶21的层状结构的层的法线基本平行的方向，第二偏振板24具有一个光轴24A，其方向与第一偏振板23的光轴23A垂直或平行。
根据这样一种结构的LCD器件，当相同值但相反极性的电压加到液晶上时，对准膜给予LC分子基本上相同的倾角。即使所加的电压具有不同的极性，当所加的电压值彼此相同时，LC分子的倾角是相同的。因此，施加正的电压和施加负的电压可能获得相同的显示特性。
根据本发有第三方面的LCD器件，包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
一种液晶21，密封于第一和第二基片11、12之间，并具有层列相；以及
一种对准膜18，形成在第一基片11和第二基片12的相对表面的至少一个上面，用来给予液晶1度或更小度数的预倾角。
具有这种结构的LCD器件能够确保液晶21的稳定对准并具有较小的对准缺陷。通常，具有较小对准预倾角的对准膜具有大的表面能或与该LC液晶大的相互作用。然而，当对准膜的表面能较高时，不能得到稳定的对准，便引起对准缺陷。具有较小表面能以及较小预倾角的对准膜能够通过例如，同本发明第一方面相同的在相反方向上对对准膜上进行数次的对准处理来形成。
根据本发明第四方面的LCD器件，包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
一种对准膜18，形成在第一基片11和第二基片12的相对表面的至少一个上面，且其厚度为70nm或更薄；以及
一种液晶21，密封在第一和第二基板11，12之间，并具有一种具有至少一种电铁相的层列相。
根据这种结构，对准膜只形成在一个基片上。具有铁电相的液晶具有一种具有层列相的层状结构，从而使得即使对准膜只位于一个基片上时，LC分子也能够被对准。这种设计简化了该器件的结构，并且便于制造过程。因为对准膜的厚度被设置成等于或小于70nm，该LCD器件能够在低的电压下被驱动。将对准膜的厚度设置在等于或大于10nm，能够抑制对准膜上的表面能，因而导致较少的对准缺陷。
根据本发明第五方面的LCD器件，包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
多个对准膜18、19，形成在第一基片11和第二基片12的相对表面上，且具有35nm或更薄的厚度；以及
一种液晶，密封于第一和第二基片11、12之间，并具有一种具有至少一种铁电相的层列相。
根据这处结构，因为形成在相对基片上的对准膜的厚度被设置为等于或小于35nm，因此，该LCD设备能在低电压下被驱动。将对准膜的厚度设置在等于或大于10nm，能够抑制对准膜上的表面能，因而导致较小的对准缺陷。
根据本发明第六方面的LCD器件，包括：
一个第一基片11，其上形成有第一电极13；
一个第二基片12，其上形成有面对第一电极13的第二电极17；
一个密封件20，通过烘烤(baking)而形成，用于密封第一和第二基片11，12之间的空间；
多个对准膜18，19，形成在第一基片11和第二基片12的相对表面的至少一个上，该对准膜由其玻璃化温度高于密封件20的烘烤温度的材料所形成；以及
一种液晶显21，位于由第一和第二基片11，12和密封件20所限定的区域。
由一种有机材料制成的对准膜是通过拉伸这种有机材料的薄膜的表面而形成的，也即通过揉搓并使表面具有各向异性。如果制成后的对准膜被加热，由于在对准膜等中的主链移动，造成牵引轴移动，由此导致错误的对准。根据本发明的LCD器件，对准膜的玻璃化温度被设置成高于密封件的烘烤温度。因此，甚至热处理(例如烘烤)是在LCD器件的制造过程中进行的，也可以防止对准膜的劣化(牵引轴的移动)等。由此，液晶被稳定地对准，并具有较少的对准缺陷，与在制造过程中进行热处理无关。
图1A和1B说明了施加电压与LC分子对准之间的关系，图1A显示当施加正电压LC分子的对准、而图1B是当施加负电压时LC分子的对准；
图2为显示根据本发明第一实施方案的一个LCD器件结构的剖面图；
图3为显示图2所示LCD器件的较低基片结构的平面图；
图4为显示对准处理的方向，上、下片偏振板透射轴方向以及LC分子对准方向之间关系的平面图；
图5为用于说明如何揉搓(rub)对准膜18的示意图；
图6为显示向根据本发明第一实施方案的LCD器件施加的电压与透射率之间关系的图；
图7A和7B为用于解释驱动根据本发明第一实施方案的LCD器件的方法的一个实例的波形图，图7A显示选通信号(gate signal)的波形，而图7B显示数据信号(data signal)的波形；
图8为显示当根据本发明第一实施方案的LCD器件用图7A和7B所示的驱动波形驱动时透射率变化的图；
图9为显示当根据本发明对比例的LCD器件用图7A和7B的驱动波形驱动时透射率变化的图；
图10为显示向可使用在第一实施方案中的反铁电体液晶施加的电压与透射率之间关系的图；
图11至13为显示向可使用在第一实施方案中的反铁电液晶施加的电压与透射率之间关系的图；
图14A和14B是用来解释预倾角和液晶的对准态之间关系的图，图14A显示当预倾角为10度时对准缺陷的出现，而图14B显示当预倾角是0.8度时对准缺陷的出现；
图15A和15B是用于解释对准膜的表面能与液晶的对准态之间关系的图，图15A显示当使用具有较大表面能的对准膜时对准缺陷的出现，而图15B显示当使用具有较小表面能的对准膜时对准缺陷的出现；
图16A是说明当每一个对准膜的厚度为60nm时，施加电压与透射率之间关系的图，图16B是说明当每一个对准膜的厚度为30nm时，施加电压与透射率之间关系的图；
图17是说明对准膜与饱和电压之间关系的图；
图18是显示涂覆在上基片上的密封件20平面图；以及
图19是显示当对准膜是由玻璃化点为200℃的聚酰亚胺形成的时，AFLC(反铁电液晶)对准缺陷出现的图，图19B是显示当对准膜是由玻璃化点为250℃的聚酰亚胺形成的时，AFLC对准缺陷出现的图。
本发明的优选实施方案将参考附图加以描述。
第一实施方案
根据第一实施方案的LCD器件是有源矩阵型(active matrix type)的，它有一对透明的基片(如，玻璃基片)11和12。在图2中，透明的像素电极13，以及与该像素电极13相连接的有源元件(active element)14以矩阵的形式排列在下透明基片(以后称之为下基片)11上。
有源元件14是由例如薄膜晶体管(以下称作为“TFTs”)所构成的。每个TFT14包括一个栅电极，该电极形成在下基片11上，一选通绝缘膜覆盖该栅电极，一形成在该选通绝缘膜上的半导体层，一形成在半导体层上的源电极，及一漏电极。
如图3所示，在下基片11上，栅线(gate lines)(扫描线(scan lines))15被排布在像素电极13之间，数据线(等级信号线)16被排布在像素电极13的列之间。各个TFTs14的栅电极与相关的栅线15相连接，TFTs14的漏电极与相关数据线16相连接。
栅线15通过端部15a与行驱动器31相连，数据线16通过端部16a与列驱动器32相连。该行驱动器31向栅线15施加一个选通脉冲(将在后面描述)来扫描该栅线15。当接收了显示数据(灰度数据)后，该列驱动器32立即向数据线16施加对应于显示数据的数据信号。
除了端部15a外，栅线15被一TFTs14的栅电极绝缘膜(透明膜)所覆盖，且数据线16就形成在这个栅电极绝缘膜上。像素电极13形成在栅电极绝缘膜上，并在它们的一端与相对应的TFTs14的源电极相连。
在图2中，与下基片11的各个像素电极13相对的透明的反向电极17形成在上透明基片(以下称为上基片)12上。该反向电极17是由单个电极所构成的，该电极的区域覆盖整个显示区域，并被施加了一个参考电压VO。
在下基片11和上基片12的电极形成的表面上提供有对准膜18。该对准膜18和19是由一种有机高分子化合物，如聚酰亚胺，形成的均质对准膜。该对准膜18的表面经受了图4中由虚线所指方向21D的对准处理。接着，该相同的表面在方向21C(图4中用实线表示)上进行揉搓。这就是说，两种对准处理是在相的方向上进行的。其他对准膜19没有经过任何对准处理。该对准膜19可以是保护膜等。或者，其结构可以被改进，从而使得该对准膜可以被略去，而使反向电极17直接接触液晶21。
下基片11和上基片12在其周缘边部通过框式密封件20粘合，由此形成液晶单元。形成在密封件20中的是液晶入口，通过该入口，采用真空注入等，液晶21被密封在LC单元中。液晶入口(图18中的25)被密封剂26密封。
该液晶21是一处铁电液晶，其手性层列C相中的螺矩小于基片11和12的距离，且不记忆该对准态(DHF液晶)。该液晶21是由铁电液晶材料制成的，它的螺距(如400nm至300nm)等于或小于700nm至400nm的范围，该范围正是可见光带的波长，且该液晶具有大的自极化(spontaneous polarization)以及一个约27°至45°的锥形角(cone angle)。液晶21的层厚，好间隙长度由间隙件22而保持均匀。
液晶21以如下方式形成均匀的层状结构，即在手性层列C相中的层状结构的层的法线指向对准膜18对准处理的方向21C。被注意到的是层状结构的层的法线方向与对准处理的方向21C并不完全一致。
由于液晶21的螺距小于基片11和12之间的距离，液晶21被密封在基片11和12之间，其螺旋结构保持原样。当在像素电极13和反向电极17之间施加其绝对值足够大的电压时，液晶21被设置成要么是第一对准状态，大多数LC分子的对准方向变成如图4中的第一对准方向21A，要么是第二对准状态，大多数LC分子的对准方向变成如图4中的第二对准方向21B。当在像素电极13和反向电极17之间施加电压，其绝对值小于将LC分子设置成第一对准状态或第二对准状态的电压时，在液晶21的分子对准中出现螺旋形变，且液晶21变成一个中间对准态，LC分子的平均方向在第一对准方向21A和第二对准方向21B之间。
一对偏振板23和24设置在该LCD器件的顶部和底部。如图4所示，偏振板23的透射轴23A设置成基本上与对准处理的方向21C平行，而偏振板24的透射轴24A设置成基本上与透射轴23A垂直。
LCD器件的偏振板23和24具有如图4所示的透射轴23A和24A，这样的LCD设置在第一或第二对准状态具有最高的透射率(最亮的显示)，在所述的第一或第二对准状态下，液晶21的定向子(LC分子的平均对准方向)设置在第一或第二对准方向21A或21B。当定向子设置在几乎平行于具有层列相的层的法线方向的中间方向21C时，透射率变成最低(最暗的显示)。
液晶21的定向子随着所施加电压的极性和值(绝对值)的变化而在方向21A和21B之间连续变化。因此，铣电LCD器件的透射率可以连续变化。
根据采用了上述光学构造的LCD设置，如果当施加了如图1A所示的预定的正电压时，相对于LC分子层列层法线方向的LC分子的角度(倾角)不同于当施加了如图1B所示的预定的负电压时LC分子的倾角，施加正电压时的透射率就不同于施加负电压时的透射率。这就劣化了显示特性。
为克服这个缺陷，根据这个实施方案，就在每一个相反方向21C和21D上对对准膜18各进行一次揉搓。对通过第一次揉搓而右向倾斜的弹性系数KR和通过第二次揉搓而左向倾斜的弹性系数KR’取平均。对通过第一次揉搓而左向倾斜的弹性系数KL和通过第二次揉搓而右向倾斜的弹性系数KL’同样也取平均而变得基本相同。结果，当施加所示的预定正电压时LC分子的倾角与当施加预定负电压时LC分子的倾角变得相等。因此，当施加绝对值相等的电压时，不管所施加的电压的极性如何，透射率相等。
如图5所示，对准膜18上的对准处理是通过将围绕在揉搓机揉搓鼓41上的揉搓布(rubbingcloth)42的下边缘朝对准膜18方向下压约0.55mm，在以500rpm滚动揉搓鼓41的同时以5mm/秒的速度移动该揉搓鼓41而产生在第一揉搓方向21D上的揉搓，然后通过将揉搓布42的下边缘朝对准膜的方向下压约0.45mm而使揉搓鼓41以相反的方向移动，由此而产生在第二揉搓方向21C上的揉搓。
根据具有这种结构的LCD器件，为稳定地显示任意的灰度，要求使用当施加具有相对长周期(约0.1Hz的三角波时，其光学响应特性如图6所示连续变化的液晶。要求不使用在其光学响应特性中具有特定阈值的液晶。还要求其光学响应特性的滞后量较小。
驱动如此构成的LCD器件的实际方法将参考图7A和7B加以描述。
图7A显示一种选通信号的波形，其行驱动器31作用于连接TFTs14的第一行的栅线15，图7B显示一种数据信号的波形，其列驱动器32作用于数据线16。为便于理解，只说明作用于像素第一行的数据信号，而不说明作用于其他行的数据信号。
在图7A和7B中，TF表示一帧周期(frame period)，TS表示像素第一行的选择周期(selection period)，TO表示非选择周期(Non-selection period)。每一段选择周期TS例如约为60μs。
如图7B所示，在这个实施方案中，按照显示灰度驱动脉冲(写脉冲)，该脉冲具有极性相反但绝对值相等的电压值VD和-VD，为了连续的两帧TFodd(奇数帧)和TFeven(偶数帧)，在选择周期TS内被施加到数据线6上。也就是说，两个驱动脉冲，一个是正的、另一个是负的，且其电压值具有相同的绝对值，为了两帧TFodd和TFeven，被分别加到选择周期。
在这个驱动方法中，写电压VD被控制在VO至Vmax的范围内，其中VO是写电压VD的最小值，最大值Vmax被设置成稍低于出现透射率饱和的电压(图6中的Vsat)。
当该铁电LCD器件是由具有上述波形的选通信号和数据信号驱动时，通过相应的TFT14，在每一行的选择时间TS内，将驱动脉冲(写电压)的电压VD和-VD加到了像素电极13上，该TFT14通过选通信号被打开。
当在非选择时间TO内导致选择信号不起作用时，TFTs14被关闭，从而使得相应于写电压VD或-VD的电压保留在由像素电极13，反向电极17和两者之间的液晶所形成的电容器(像素电容器)中。由此，在非选择时间内，像素的透射率保持在由像素电容器保持的电压相对应的值或相应于写电压VD或-VD的值。
在这个实施方案中，使用了这样的液晶1，它的透射率如图4所示，随着所施加的电压和光学结构的变化而连续地变化。因此，特别地对相应于写电压VD或-VD绝对值的透射率进行了测定，从而可以通过调节写电压VD或-VD的绝对值来控制透射率，从而实现来清晰的灰度显示。
此外，揉搓可以在相反方向上在对准膜18上进行两次。由此，当施加如图1A所示的写电压VD时，LC分子的倾角，与当施加如图1B所示的写电压-VD时，LC分子的倾角基本上相等的。因此，就有可能防止基于所加电压极性变化而使透射率变化，从而保证所需要的显示灰度而不必考虑所加电压的极性。
进行了一个实验来检测根据本发明的LCD器件的运作。
图8所示，当该LCD器件由如图7A和7B的驱动方法被驱动时，这一实施方案的LCD器件的透射率的变化，其电压VD的变化如图所示。图9所示为根据对比例的LCD器件的透射率变化，其对准膜18已在方向21C上进行了一次对准处理。
根据这个实施方案的LCD器件，如图8所示，相应于施加正电压VD的透射率与相应于施加负电压-VD的透射率几乎没什么不同。相反，根据对比例的LCD器件，相应于施加正电压VD的透射率与相应于施加负电压-VD的透射率之间存在显著差别。实验结果显示，该实施方案能提供一种LCD器件，其在对准膜与LC分子之间的弹性能量具有较小的各向异性，并具有优异的特性。
虽然将是铁电液晶的DHF液晶在上述实施方案中作为液晶21来使用，也可以使用具有两个铁电相和一个反铁电相的SBF液晶或反铁电液晶(以下称为“AFLC”)。所使用的ALFC应当具有随所施加的电压的变化而连续变化的透射率，并且应当没有特定的阈值，如图10至13所示。这个光学特性能够通过单独或组合使用下述四种类型的AFLC来获得：
(1)由具有层列CA攩*攪相的液晶牵引的双螺旋的AFLC，它根据所加电压来变形。
(2)由于电压的施加，LC分子沿长轴旋转被抑制，以至于LC分子向着垂直于电场方向倾斜的AFLC。
(3)根据所施加的电压，LC分子沿着锥体移动一个角度的AFLC。
(4)根据所施加的电压，处于两个对准状态中的一个的LC分子以一个比例改变成另一个对准状态，该比例随所施加的电压的变化而变化的AFLC。
具有特性(1)和(4)的AFLC可以通过例如将具有下述主结构(I)至(III)的液晶原料混合来获得：
Figure C9610539200191
Rf：C1或C2氟代烷基，
R1：C3-C20直链或支链烷基，
R2，R3，R4：互相独立的氢基，C1-C15直链或支链的烷基，C2-C15直链或支链的烯基或C7-C10直链或支链的炔基，
X1：羰基，醚基或单键，
X2：羧基，醚基，甲氧基或单键，
X3：羧基，甲氧基，醚基或单键
X4：醚基，羰基或单键，
A、B：具有六元环的独立的基团，该基团可以被取代，
n：0或1，
R6：C1-C15烷基或烷氧基，可以有取代，
R7：C1-C15烷基，可以有取代，
Q：醚基，羰基，尿烷(urethane)基或单键，以及
E：苯环或嘧啶环。
具有特性(3)的AFLC可以通过，例如混合具有如下主结构(IV)和(V)的两种液晶原料来获得。
具有特性(2)至(4)的AFLC可以通过，例如混合具有如下主结构(VI)和(VII)的两种液晶原料来获得。
Figure C9610539200202
具有特性(3)和(4)的AFLC可以通过，例如混合具有如下主结构(VIII)和(X)的三种液晶原料来获得。
Figure C9610539200203
Figure C9610539200211
虽然在上述的实施方案中对对准膜18进行了两次对准处理(揉搓)，但揉搓过程的次数可以更多一些。但是，要求在相反方向进行揉搓的次数为偶数。
当只对对准膜18进行对准处理时，也可以对对准膜19进行揉搓，在这种情况下，也要求在相反方向以偶数次对对准膜19进行揉搓。
根据图7A和7B所说明的驱动方法，虽然对每一块显示数据要向液晶21施加两个驱动脉冲，一个正的、另一个是负的，也可以向每块显示数据施加单个驱动脉冲。在有显示数据I1、I2、I3、I4等存在的情况下，可以分别施加电压VD1，-VD2，VD3，-VD4等。
在图4中，一块偏振板23的透射轴23A被设置成与介于第一对准方向21A和第二对准方向21B之间的中间方向21C相一致，另一块偏振板24的透射轴24A被设置成与透射轴23A相垂直。但是，另一块偏振板24的透射轴24A也可以被设置成与透射轴23A相平行。
进一步地，偏振板23的吸收轴(absorption axis)可被设置成与介于第一对准方向21A和第二对准方向21B之间的中间方向21C，另一块偏振板24的吸收轴可被设置成与偏振板23的吸收轴相垂直。
虽然以上对第一实施方案的描述已给出有源矩阵型(active matrix type)的LCD器件，本发明同样也可适用于简单矩阵型(simple matrix type)的LCD器件。
第二实施例方案
现在将对根据第二实施方案的LCD器件进行讨论。
这种LCD器件的基本结构与图2至4中所说明的实施方案的LCD器件是相同的。
在该实施方案中，液晶21是AFLC，其透射率随着所施加的电压的变化而连续变化，且没有特定的阈值，正如图10至13中所示的那样。
首先，将对本实施方案LCD器件的对准膜18和19使液晶产生的倾角与液晶21的对准之间的关系进行描述。在本说明书中，“预倾角”(pretiltangle)”定义为设定在对准膜上的向列(nematic)液晶的预倾角。
图14A显示了当预倾角较大(等于或大于10°)时、无电压施加下对准缺陷的出现。图14B显示了当预预角较小(等于或小于1°)时、无电压施加下对准缺陷的出现。从图14A和14B明显可以看出，倾角大时，LC分子的对准被打乱，由此形成多个微小区域，虽没有施加电压，但有光线通过这些区域。
在图14B中，对准是稳定的，并显示出了黑色。
从上面的描述中应当理解的是，由对准膜给予液晶的预倾角要求等于或小于1°，优选0.8°或更小。
为减小预倾角，对准膜18和19应当由具有较大表面能(表面能的大极性组分)的材料来形成。或者，对准膜18和19应当形成为较薄的以至于该对准膜18和19的表面能受到高表面能材料(ITO等)的影响，这些高表面能材料是基底材料。但是，如果使用的对准膜18和19具有高表面能，对准膜18和19以及LC之间的相互作用变大，这将引起新的问题，即使得源于这种相互作用而产生对准缺陷变得更容易出现了。
图15A显示了当所使用的对准膜18和19具有高的表面能(8达因/cm)、偏振板23和24如图4所示设置且无电压施加时对准缺陷的出现。图15B显示了当所使用的对准膜18和19具有低的表面能(4达因/cm)、偏振板23和24如图4所示设置且无电压施加时对准缺陷的出现。
在图15A中，对准被打乱了，以至于虽然没有施加电压，却形成了光线通过的多个微小区域并显示了灰色。在图15B中，与此对照，对准是稳定的，并显示出黑色。以那些图中应当了解的是表面能应受到抑制。
为降低对准膜18和19的表面能，在第二实施方案中，对准膜18和19用具有相对较小表面能且它们的厚度被设置成等于或大于10nm的材料来形成，以降低基底膜的影响。对准膜18和19的表面按第一实施方案在两个方向上揉搓。特别地是，如图5所示，对准膜18和19在方向21D上揉搓，从而通过在滚动揉搓鼓41的同时移动包裹着揉搓布42的揉搓鼓而获得5°的预倾角，然后以相反方向21C揉搓，从而获得6°的预倾角。在对准处理是在方向21C上进行以提供1°预倾角的情况下，这种对准处理允许获得1°的预倾角。在第二实施方案中，由于用于提供高预倾角的对准处理是在对准膜18和19两者上都进行的，故对准膜18和19保持低表面能。
因此，就预倾角而言，要保证如图14B所示的均匀对准状态是可能的，而就表面能而言，要保证如图15B所示的均匀对准状态也是可能。由此，可以提供具有较少对准缺陷的LCD器件。
第一和第二揉搓处理不限于揉搓以产生5°的预倾角以及揉搓以产生6°的预倾角。在第一方向上的揉搓以产生任意的n°的预倾角，以及在第一方向的相反方向上揉搓以产生一个n°±(1°或更小)的预倾角也是可能的。
揉搓处理的次数不限于两次，但揉搓可以进行三次或更多次。
第三实施方案
现在将对根据第三实施方案的LCD器件进行讨论。
这种LCD器件的基本结构与在图2至4中第一实施方案的LCD器件相同。在这个实施方案中，液晶21，如同在第二实施方案中的一样，是一种其特性显示在图10至13中的AFLC。
应注意到提供在下基片11和上基片12上的对准膜18和19是由含作为必要成分的聚酰亚胺的有机高分子化合物制成的。要求这种有机高分子化合物应具有小的偶极矩。如图4所示的在方向21C上的揉搓是在对准膜18和19的表面进行的。在这个实施方案中，在方向21D的相反方向上，没有进行对准处理。
所形成的对准膜18和19的厚度为10nm至35nm。
现在将给出由此构成LCD器件的对准膜18和19的厚度与施加在像素电极13和反向电极17之间的驱动电压之间的关系。
图16A显示了当对准膜18和19的厚度为60nm时，以及当具有相对长周期(约0.1Hz)的三角波电压施加在像素电极13和反向电极17之间时，施加电压与透射率之间的关系。
图16B显示了当对准膜18和19的厚度为30nm时，以及当具有相对长周期的三角波电压施加时，施加电压与透射率之间的关系。
在图16A和16B中，用来获得基本上最大透射率的施加电压(OV至Vsat)水平分别是20V和10V。也就是说，通过将对准膜18和19从厚度60nm变成30nm，驱动电压能够降低大约一半。液晶21的层厚大致为1.5μm，且驱动电压下降比例显著地大于希望通过使对准膜18和19变薄而使施加电压降低的比例。
图17显示了对准膜18和19的厚度与驱动电压(Vsat+｜-Vsat｜的关系。从图中可以明显地看出，在膜厚度范围从40nm至50nm的区域内，驱动电压急剧变化。因此，根据这个实施方案，对准膜18和19的厚度被设置成等于或小于35nm，例如，设置成30nm。
当对准膜18和19制得更薄一些的时候，每一片对准膜18和19的表观表面能γ(表面能的极化组分)变得更多，这是因为受到了那些对准膜18和19下面的元件的影响，特别是，那些具有高表面能材料，例如ITO的影响。当表面能明显增高时，对准膜和LC分子之间的相互作用增强，打乱了LC分子的对准。其结果是，易于出现对准缺陷。如图15A所示，当对准膜的表面能较高(8达因/cm)进出现对准缺陷，而如图15B所示的是当对准膜的表面能较低(4达因/cm)时所出现的对准缺陷。在图15A中，对准被打乱，以至于虽然没有施加电压，却出现了光线通过的多个微小区域。因此，显示出了灰色。与此相反，在图15B中，对准是稳定的，并显示了黑色。
为了消除膜下部表面能的影响，以尽可能地抑制在每一片对准膜上的表面能的极化组分，在本发明中，对准膜18和19的厚度被设置成等于或大于10nm。
对于彩色的LCD器件，为了降低由彩色过滤器或黑色掩膜(black mask)的起伏不平(表面粗糙度)，要求对准膜18和19的厚度等于或大于10nm。
根据这个实施方案的LCD器件，正如上面所描述的那样，对准膜18和19的厚度被设置在10nm至35nm的范围内，从而使LCD器件可被小驱动电压所驱动。而且，均衡地对准液晶也有可能降低对准缺陷。
液晶21可以是铁电液晶(DHF液晶，SBF液晶等)，向列(nematic)液晶等。
虽然在如图2所示的结构中，对准膜18和19的是分别提供在基片11和12上的，但对准膜也可以仅提供在基片11和12中的一片上。铁电液晶和反铁电液晶具有层列相的层状结构，且该液晶对准该LC层的法线方向，而该法线方向是与该对准膜的对准处理的方向是一致的。
在这种情况下，对准膜的厚度应当设置成10nm至70nm。具有如此选择厚度的LCD器件能在较低的电压下操作，并且仅有较少对准缺陷，这种LCD设备可作为第三实施方案提供。
第四实施方案
即使当具有所需特性的对准膜18和19是在第一至第三实施方案中形成的，如果对准膜18和19在形成LCD器件的后续阶层中暴露在高温之下，其特性会被劣化。在这种情况下，制作完成的LCD器件不再具有所需的特性。
以下将讨讼能够避免这一问题的LCD器件以及制作方法。
根据本实施方案的LCD器件除了用于对准膜18和19材料的聚酰亚胺的玻璃化点等于或大于250℃以外，其基本结构与第一至第三实施方案的LCD器件相同。
密封件10及密封剂26都是由热固性树脂等制成的，如环氧树脂，并且在大约220℃可借助烘烤硬化。
根据这种结构，对准膜18和19的玻璃化点被设置在等于或高于250℃，这样，即使是在烘烤密封件20和密封剂26的时候，对准膜的劣化(构成对准膜的聚酰亚胺的主链移动或倾斜)也不会发生。因此，有可能减少对准缺陷并且显示具有较少显示缺陷的高质量图象。
以下将讨论具有上述结构的LCD器件的制作方法。
首先，将TFTs14矩阵和像素电极13形成在下基片11上。
接下来，例如，用一种polyamic acid溶液或诸如此类的溶液涂覆所得到的结构，再对该结构进行热处理以形成聚酰亚胺的对准膜18。该聚酰亚胺的玻璃化点是250℃或更高。然后，如图15所示，对准膜18进行表面处理。这样完成了在下基片11一侧的制作过程。
ITO的反向电极17形成在上基片12上。然后，如同对准膜18一样，形成聚酰亚胺对准膜19。对准膜19的玻璃化点也等于或高于250℃。同样，在对准膜19的表面上进行所需的对准处理。如揉搓。
接下来，如图18所示，采用丝网印刷等在对准膜18上形成隔片22，并在基片12的边缘以框的形状涂覆由热固性环氧树脂等制成的密封件20。液晶入口25应当预先形成在密封件20中。
接着，粘合下基片11和上基片12，所得到的结构预烘烤后，在220℃的温度下维持15分钟用于烘烤并硬化密封件20。然后，用真空注射器等将液晶21注入液晶入口25。注射后，用与密封件20相同树脂制成的密封剂26密封液晶入口25，在200℃温度下维持10分钟，以硬化密封剂26。这样完成了LC池的制作。
然后，安装上偏振板23和24以完成LCD器件的制造。
根据这个结构，由于对准膜18和19的玻璃化点远高于烘烤温度，该对准膜18和19不会在烘烤密封件20和密封剂26时受到负面影响。换句话说，构成每一片对准膜18和19的高分子树脂的主链不会移动而使牵引轴偏移。由此，可以制成具有较少对准缺陷的LCD器件。
图19A所示是在对准膜18和19是由聚酰亚胺形成的、其玻璃化点是200℃，并且对准处理和偏振板是按图3所示设置的情况下，无电压施加时对准缺陷的出现。
图19B所示是在对准膜18和19是由聚酰亚胺形成的、其玻璃化点是250℃，并且对准处理和偏振板是按图4所示设置的情况下，无电压施加时对准缺陷的出现。但注意到的是在方向21D未进行过对准处理。
还注意到的是，所使用的液晶是反铁电液晶，且密封件是在这样的条件下烘烤的，即90℃下预烘烤5分钟，主烘烤在170℃下进行1小时。
从图19A和19B中可以明显地看出，当使用了玻璃化点为200℃的对准膜时，出现栅格状的对准缺陷，而当使用了玻璃化点为250℃的对准膜时，几乎不出现对准缺陷。
从图19A和19B还可以确定，本实施方案能够减少对准缺陷的出现。
本实施方案对于具有层状结构的液晶，特别是对于具有层列相的铁电液晶和非铁电液晶是有效的。这个实施方案还能适用于普通的向列液晶等。
在本实施方案中，密封件20和密封剂26的烘烤温度可以作为决定对准膜18和19的玻璃化点的因素。但是，在制造LCD器件的过程中包括其他加热步骤的情况下，还需要考虑它们的加热温度。例如，如果是采用热处理来形成彩色过滤器(color filter)，对准膜18和19就应由具有高于在形成彩色过滤器时加热温度的高分子材料来形成。
密封件20，密封剂26，彩色过滤器等的烘烤温度可以是任意选择的，只要对准膜18和19的玻璃化点高于烘烤温度就行了。
虽然采用了真空注射法将液晶21注入LC池，但也可以使用另一种方法。例如，可以采用分配器(dispenser)等将液晶灌入LC池中。
本发明不仅限于第一至第四实施方案，可以改进并适用于其他形式。第一至第四实施方案中的单个或组合都可以是有效的。例如在250℃的烘烤温度下在基片11和12上形成厚度为10nm至35nm的对准膜18和19，以及在对准膜18和19两者都进行两次对准处理以产生1℃或更小的预倾角。

Claims (11)

1、一种液晶显示器件，包括：
一个第一基片(11)，其上形成有第一电极(13)；
一个第二基片(12)，其上形成有面对第一电极(13)的第二电极(17)；
一种液晶，位于所述的第一和第二基片(11、12)之间，且具有一种层列相的层状结构，所述的液晶(21)具有一个第一对准状态，其中液晶分子大致上对准在第一对准方向(21A)，一个第二对准状态，其中液晶分子大致对准第二对准方向(21B)，以及一个中间态，其中所述液晶分子的方向子的平均方向对准在介于所述第一对准方向(21A)和所述第二对准方向(21B)之间的任意方向；
一种对准膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述的第一电极(13)上，相对于所述液晶(21)的所述层状结构中的一层的法线向右倾斜的液晶分子和相对于法线向左倾斜的液晶分子，对准膜给出了一个大致上相同的弹性系数，并且当同样的值但相反极性的电压加到所述液晶上时，给予分子大致相同的倾角；以及
第一和第二偏振板(23、24)，被安排成可以夹住所述的第一和第二基片(11、12)，所述的第一偏振板(23)具有一个光轴(23A)，其方向设置在与所述液晶(21)的所述层状结构的所述层的法线基本平行的方向，所述第二偏振板(24)具有一个光轴(24A)，其方向与所述第一偏振板(23)的所述光轴(23A)垂直或平行。
2、如权利要求1的液晶显示器件，其特征在于：所述的对准膜(18)在所述的第一方向(21D)进行所述的第一对准处理，该第一方向(21D)与具有所述层列相的所述层状结构的一层的法线大致上平行，接着，在与所述第一方向(21D)相反的所述第二方向(21C)进行所述的第二对准处理。
3、如权利要求2的液晶显示器件，进一步包括形成在所述第二电极(17)上的第二对准膜(19)。
4、如权利要求1的液晶显示器件，其中，所述对准膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)和相对表面的至少一个上面，用来给予液晶1度或更小度数的预倾角。
5、一种液晶显示器件，包括：
一个第一基片(11)，其上形成有第一电极(13)；
一个第二基片(12)，其上形成有面对第一电极(13)的第二电极(17)；
一种对准膜(18)，形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)的相对表面的至少一个上面，且其厚度为30nm-60nm之间；以及
一种液晶(21)，密封在第一和第二基片(11、12)之间，并具有一种具有至少一种电铁相的层列相。
6、如权利要求5的液晶显示器件，其特征在于：所述的液晶(21)包括具有一种铁电相和一种非电相的液晶。
7、如权利要求5的液晶显示器件，其特征在于：所述的对准膜形成在所述第一基片(11)和所述第二基片(12)的相对表面的至少一个上面，且其厚度为35nm或更小。
8、如权利要求6的液晶显示器件，其特征在于：所述的液晶(21)包括具有一种铁电相和一种非铁电相的反铁电液晶。
9、如权利要求6的液晶显示器件，其特征在于：所述的液晶包括：
一个通过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)的相对表面中至少一个上的一种材料(21)，所述材料(21)具有高于所述密封件(20)烘烤温度的玻璃化温度。
10、如权利要求9的液晶显示器件，其特征在于：所述的密封件(20)具有一个用于注射液晶的开口(25)，所述开口通过在低于所述玻璃比温度的温度下烘烤形成的所述密封件(20)而被密封。
11、如权利要求9的液晶显示器件，其特征在于：所述的液晶(21)包含具有一种铁电相和/或一种反铁电相的液晶。
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