CN1106930A - 一种液晶显示装置及制该装置的方法 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示装置包括:两个相互对置的基底;
众多的象素以实现显示;以及一个液晶层,插入该基
底之间并且包括对应于该每一个象素的一个液晶区
域,该液晶区域由一个聚合物壁包围。其中至少一个
基底是透明的并且在其上包括一个光学元件以调节
其光透射率。该光学元件对应于该第一个象素。该
光学元件对于至少一波长在250~400nm范围里的
光的透射率不大于50%,而对于一波长大于400nm
的光的最大透射率为至少20%。
Description
本发明涉及一种液晶显示装置及制造该装置的方法,特别地涉及一种具有改进的视角特性的液晶显示装置及制造该装置的方法。
通常,利用光电效应的液晶显示(下面称LCD)装置是众所周知的。已投入实际应用的不同类型的LCD装置包括,例如,扭曲向列LCD装置和超扭曲向列LCD装置,两种装置均使用向列液晶材料。下面扭曲向列LCD装置将称作"TN LCD装置",超扭曲向列LCD装置将称作"STN LCD装置"。利用铁电体液晶的LCD装置也已提出。
上述的LCD装置需要一个偏振板及一些取向处理。在最初的状态,当扭转90°的角度时,在液晶层里,液晶分子在相同的一直线方向上以一预倾斜(pre-tilt)角度倾斜。使用取向层或类似的处理液晶分子以使得当一指定的电压加到其上时,液晶分子以一相同的方向竖立。当施加这样的一个电压以显示一中间色调的图像时,液晶分子在一相同的方向上以一定的角度倾斜。由于此在一相同方向上的倾斜及液晶材料的双折射,当从不同的方向看时,液晶分子的折射率不同。由于此不同的折射率,图像的对比度依赖于图像被看的方向而明显地不同。在一极端的情形下,会出现有缺陷的显示,如其中的图像的对比度颠倒的显示颠倒。由此,通常的LCD装置存在视觉特性不好的缺陷。
不需要偏振动板的其他类型的LCD装置利用了液晶材料的动态散射(DS)效应或相变(PC)效应。
日本公开专利61-502128描述了另一类型的LCD装置,该LCD装置不包括一偏振板。该类型的LCD装置也不需要取向处理,而利用液晶的双折射以控制液晶处于透明或不透明状态。这样的一种LCD装置基本以下面的方式进行操作。该LCD装置中的液晶层包括液晶和聚合物。液晶分子的平常的折射率与用作围绕物的聚合物的折射率相匹配。从而,当施加一电压以取向该LCD装置的液晶分子的取向方向,使其在电场的方向上时,该液晶层处于一透明状态以透光。当不施加电压时,液晶分子的取向方向不一致,即,由于对光的散射,该液晶层处于一不透明状态。根据一已知的制造方法,通过将可光固化树脂或热固树脂与液晶材料混和并固化所得的混合物以将液晶相与聚合物相分开,从而在树脂中构成液晶层,可以制造这样的LCD装置。
日本公开专利4-338923和4-212928描述了改进具有一薄膜晶体管(下称"TFT")的TN LCD装置的视角特性的方法。根据这些公开,在透明状态下透光或在不透明状态下散射光的LCD装置包括插入两个偏振动板之间的一液晶层,该两个偏振板的偏振轴相互垂直。在上述公开描述的方法中,由一个偏振板偏振的光通过该液晶层在光的散射状态下去掉偏振。原则上,投射到该LCD装置上的光的亮度至少降低50%。实际上,透过此类LCD装置的光的亮度是透过一般TN LCD装置的光的亮度为1/3[H.Yoshida,M.Ohashi和M.Okabe,《日本显示》(Japan Display)1992,S-17,第631页]。
日本公开专利5-27242描述了改进TN LCD装置的视角特性的另一方法,在该方法中,一个液晶层包括众多由聚合物壁分开的液晶区域。每一液晶区域包括随机设置的众多液晶子域。液晶子域的相同设置被该聚合物壁打破,因此,该液晶子域处于一种随机的状态,从而改进了视角特性。然而,在此方法中,液晶区域不能在精确地相应于设置在一矩阵中的众多的象素的地方形成,由于此缺点,透过该LCD装置的光的透射性仍然受到影响。另外,当该液晶子域随机设置时,在视角特性中不出现极端恶化的情形如颠倒。然而,即使电压饱和,理论上没有光传输时,在与该LCD装置的基底相垂直的方向上,以一偏置的角度测量,该LCD装置中仍然有大量的光的泄漏。
为了解决上述问题,研究人员(包括本发明的一些发明人)在日本专利申请5-30996中提出了另一类LCD装置。在此专利申请中描述的LCD装置包括相对的一对基底,以及插入该基底之间的液晶、光固树脂和光引发剂的混和物。一个光掩模位于两个基底中的一个相对的基底上,以将对应于众多象素的该混和物的区域与光屏蔽。当紫外线从该光掩模的侧面照射到该混和物上时,在该混和物的对应于象素的区域形成液晶区域,该区域被强度很低的该紫外线曝光。聚合物在别的区域聚集,即,与象素不对应的和被高强度的该紫外线曝光的区域。在这样的LCD装置中,由于光掩模,液晶区域能够在对应于象素的部位形成。在如使用向列液晶以在液晶区域里辐射状或随机地设置液晶子域时,与一般的TN LCD装置相比,该LCD装置的视角特性明显地改进。
然而,在该相对基底也用一黑掩模覆盖,该黑掩模在相应于象素的位置具有透光孔时,紫外线不能透过该LCD装置的一足够大的部份以容易地固化该光固树脂。
在具有光掩模的该相对基底也用一彩色滤光器覆盖时,紫外线不能透过该彩色滤光器,因此固化该光固树脂更加困难。
为了避免此类问题,该光掩模位于与该相对基底相对的主基底上,紫外线通过该光掩模从主基底的侧面照射。然而,由于该主基底上备有的电源线和门线屏蔽了紫外线,液晶区域在电源线和门线以及相应于象素的部位的下面形成。液晶区域在电源线和门线的下面形成,实现液晶层中液晶材料和聚合物的合成。更详细是说,聚合物趋向于保持在相应于象素的部位,在电源线和门线下面形成的液晶区域与在相应于象素的部位形成的液晶区域相接触。从而,在相应于象素的部位中形成的液晶区域中的液晶子域的设置受到不利的影响,由此,降低了该LCD装置的视角特性。
根据本发明的液晶显示装置包括:一对相对的基底;众多的象素以实现显示;一个液晶层,该液晶层插入该对基底之间并包括相应于每一象素的一液晶区域,该液晶区域由一聚合物壁包围。至少该基底中的一个是透明的,并在其上包括一光学元件以调节光的透射率,该光学元件对应于每一象素。该光学元件上有的透射率(transmittance)对于波长在250~400nm范围里的至少一种光不大于50%,而对于波长大于400nm的光,其最大透射率为至少20%。
在本发明的一个实施例中,该液晶显示装置还包括包含在具有该光学元件的该透明基底中的另一光学元件。该另一光学元件包括一透光部位和一屏蔽光的部位,该屏蔽光的部位至少屏蔽除该象素以外的该液晶显示装置的一个区域的一部份。
在本发明的一个实施中,该光学元件是一彩色滤光器。
在本发明的一个实施例中,该液晶显示装置还包括,在该基底中的至少一个的一表面上有一偏振板,该表面与面向该液晶层的表面相对。
在本发明的一个实施例中,该液晶显示装置还包括,在该基底中的至少一个的一表面上有一取向胶片,该表面面对该液晶层。
在本发明的一个实施例中,该取向胶片包括一多晶体。
在本发明的一个实施例中,与具有该另一光学元件的该透明基底相对的基底包括一光屏蔽元件,以屏蔽透过该另一光学元件的透光部位的光。
在本发明的一个实施例中,该光屏蔽元件包括信号线和扫描线中的至少一种。
在本发明的一个实施例中,该光学元件由允许可见光充分透过的聚合物材料构成。
在本发明的一个实施例中,该光学元件由一个薄胶片构成,该胶片包括一光学部件以充分地屏蔽波长范围为250-400nm的光。
在本发明的一个实施例中,该光学部件包括一光吸收器,以有选择地吸收波长范围为250-400nm的光。
或者,根据本发明的一液晶显示装置包括,一对相对的基底;众多的象素以实现显示;和一个液晶层,该液晶层插入该基底之间并且包括对应于每一象素的一液晶区域,该液晶区域由聚合物壁包围。该液晶区域包括至少一个液晶子域,该液晶子域中液晶分子呈辐射状设置。该基底中的一个在除象素以外的一范围里包括一光屏蔽元件,在另一基底上对应于象素的部位是透明的。
在本发明的一实施例中,该光屏蔽元件由包含隔离物混入其中的一树脂材料构成。
在本发明的一实施例中,该光屏蔽元件由其中混入有黑色填料的一种树脂材料构成。
在本发明的一实施例中,该液晶显示装置还包括一转换器件以控制由象素实现的显示。
在本发明的另一方面中,一种制造一液晶显示装置的方法,该装置包括两个相互对置的基底,其中至少一个是透明的;众多的象素用于实现显示;和一个液晶层,该液晶层插在基底之间并包括对应于每一象素的一液晶区域,该液晶区域由一聚合物壁包围。该方法包括以下步骤,在该透明基底的一表面上,形成一光学元件以调节通过它的光的透射率,该光学元件具有一个对于波长范围在250~400nm之间的至少一种光的不大于50%的透射率,而对于波长大于400nm的光,其最大透射率至少为20%;将该两个基底装配到一起,具有该光学元件的基底的一面向内;在该两个基底之间注入液晶材料与光固树脂的混和物以形成该液晶层;从具有该光学元件的该透明基底的一侧,向包括液晶层的两个基底的组件照射至少一种波长的光,从而在该液晶层中形成由该聚合物壁包围的对应于每一象素的一液晶区域。
在本发明的一实施例中,该光学元件包括一光吸收器。
另外还有,一种制造一液晶显示装置的方法,该装置包括两个相对置的基底,其中至少一个是透明的;众多的象素用于实现显示;一液晶层插入该基底之间并包括对应于每一象素的液晶区域,该液晶区域由一聚合物壁包围。该方法包括以下步骤,在该透明基底的一面上,形成一光学元件以一模式调节其上光的透射率,该光学元件对于波长在250~400nm范围之间的至少一种光其透射率不大于50%,对于波长大于400nm的光,其最大透射率至少为20%;在该基底的不包括该光学元件的一面上,形成一感光树脂层;将该两个基底装配到一起,具有光学元件的基底的一面和不包括感光树脂层的基底的一面向内;从包括该光学元件的基底的一侧,向该感光树脂层照射至少一种波长的光,使用该光学元件作为一光掩模,以使该感光树脂层形成一图案;在该两个基底之间注入液晶材料与光固树脂的混和物以形成该液晶层;从包括该感光树脂层的该基底的一侧,向包括该液晶层的该两个基底组件照射光,从而在该液晶层里形成由该聚合物壁包围的对应于每一象素的一液晶区域。
在根据本发明的一种液晶显示装置中,两个基底中的至少一个是透明的,该透明基底包括一光学元件,该光学元件对于波长在250~400nm范围里的至少一种光,其透射率不大于50%,对于波长大于400nm的光,其最大透射率至少为20%。该光学元件对应于象素而配备。该透明基底还包括另一光学元件,该另一光学元件具有一透光部位和一光的屏蔽部位,该光的屏蔽部位用于屏蔽除相应于象素的区域以外的区域的至少一部份。由于此结构,当包括有液晶材料和光固树脂的混和物注入该两个基底之间以形成一液晶层,并且具有例如400nm或较短波长的光从包括该光学元件的该透明基底的一侧照射时,该光透过该另一光学元件的透光部位而到达该混和物。从而,该光固树脂的光致聚合在相应于象素的区域以外的区域出现。因此,该液晶材料存在于对应于象素的区域,不或几乎不曝露于该光之下,而聚合物材料存在于其它区域,曝露于高强度的光之下。在此状态下,在该液晶层中该液晶区域由一聚合物壁包围。
由于对应于象素而配备的该光学元件很容易允许波长为400nm或更长的光透过,因而可得到满意的显示。
在根据本发明的一种制造一液晶显示装置的方法中,液晶材料和光固树脂的混和物注入两个基底之间,其中至少一个基底是透明的,然后,一光学元件用作光掩模以进行相的分隔,使得液晶相在对应于象素的区域形成,而聚合物相在别的区域形成。从而,当施加一电压时,该液晶分子呈辐射状地竖立。在此状态下,液晶分子的表观折射率无论从任何方向上看,几乎是一样的,从而,显著地改进该液晶显示装置的视角特性。
另外,在混和物注入之前,在不对应于象素的一区域,在该基底之一上配备一光学元件以调节光的透射率,并且在同一基底的一面上形成一感光树脂层,该基底不具有该光学元件。在此状态下,光从使用该光学元件作为光掩模的另一基底的一侧照射到液晶单元上,从而在该感光树脂层上形成图案。注入混和物以后,使用已形成图案的感光树脂层作为光掩模以曝光液晶单元。由此,通过自取向,相的分隔出现。因此,所得到的液晶显示装置具有很精确的取向性。虽然在包括TFT的一液晶显示装置中配备一由树脂形成的光屏蔽层在日本专利公开56-14032和H.Yamanaka、T.Fukunaga,T.Koseki、K.Nagayama与T.Ueodi,《SID1992 DIGEST》第789~792页中已有描述,但使用光屏蔽层以在基底的一外表面上形成的胶片上构成图案还没有描述过。
因此,这里描述的发明使得下述优点成为可能,提供一LCD装置,该装置在对应于象素的部位具有一液晶区域,提供一种可以容易地制造这样的LCD装置的方法,该方法不使用掩模,从一基底的一侧照射光,即使该基底备有一黑色掩模或一彩色滤光器。
通过结合附图阅读和理解下面的详细描述,对于本领域的技术人员而言,本发明的这些和其他优点将会更明显。
图1是根据本发明的第一个实施例的一LCD装置的截面图。
图2是第一实施例中的LCD装置中彩色滤光器与黑色掩模之间位置关系的平面图。
图3描述了第一实施例的LCD装置中使用的彩色滤光器的透射率与波长之间的关系的曲线图。
图4(a)-4(e)描述了从不同视角得到的,第一实施例中LCD装置的视角特性图,图4(f)是描述视角的几何图。
图5(a)显示了第一实施例中的LCD装置的制造过程的流程图,而图5(b)是通常的LCD装置的制造过程的流程图。
图6是第二实施例中使用的彩色滤光器和黑色掩模的平面图。
图7是第二实施例中使用的光掩模的平面图。
图8是一图解视图,描述了第二实施例中去掉液晶以后,通过扫描电子显微镜观察到的液晶层的一部份。
图9是第三实施例中得到的液晶层的一部份的平面图。
图10是一平面图,描述了根据本发明的第五实施例中LCD装置中的光掩模与象素电极之间的位置关系。
图11是一平面图,描述了第五实施例中的LCD装置中彩色滤光器与黑色掩模之间的位置关系。
图12是一图解视图,描述了通过一偏振显微镜得到的,第五实施例中LCD装置中的一液晶区域。
图13(a)~13(e)描述了从不同视角得到的,第五实施例中LCD装置的视角特性,图13(f)是视角的几何图。
图14是通过低速光致聚合得到的一液晶区域的图解视图。
图15是使用具有一透光孔的彩色滤光器通过光致聚合得到的一液晶区域的图解视图。
图16是根据本发明的一简单矩阵LCD装置的平面图。
图17是一图解平面图,描述了根据本发明的一个LCD装置中的液晶区域和聚合物壁。
图18是根据本发明的第六实施例中一个LCD装置的截面图。
图19是一平面图,显示了第六实施例中LCD装置中的紫外线屏蔽层与黑色掩模之间的位置关系。
图20(a)-20(e)显示了从不同视角得到的,第六实施例中LCD装置的视角特性,图20(f)是视角的几何图。
图21是根据本发明的第七实施例中一个LCD装置的截面图。
图22是根据本发明的第八实施例中一个LCD装置的截面图。
图23是一图解图,显示了第八实施例中一个LCD装置的制造步骤。
图24是根据本发明的第九实施例中的一个LCD装置的截面图。
图25是一图解图,描述了第九实施例中的LCD装置的制造步骤。
下面,通过结合附图描述实施例来说明本发明。
实施例1
参看图1-4及17,描述根据本发明的第一实施例。
图1是依据第一实施例的一个LCD装置20的截面图。如图1所示,该LCD装置20包括一个TFT基底1和与该TFT基底1对置的一相对基底2。一液晶层13位于TFT基底1和相对基底2之间。在该液晶层13中,众多的液晶区域11由聚合物壁12包围。该TFT基底1包括一玻璃基板1a。众多的象素电极3在该基板1a的靠液晶层13的那一面上呈矩阵式地排列。在该基板1a的该面上,两个相邻的象素电极3之间备有众多成网格状态设置的总线4。该总线4用于屏蔽可见光和紫外线。该总线4包括相互平行伸展的电源总线和相互平行伸展并与该电源总线垂直的门总线。象素电极3通过为其配备的TFT(未显示)连接到对应的电源总线和门总线上。根据提供给与象素电极3相连的门总线的一个门控制信号,一外部信号通过源总线经TFT传送到象素电极3上。在该基板1a的该表面上备有一取向胶片5,该胶片5覆盖了象素电极3总线4以及TFT。该取向胶片5可省去。
相对基底2包括一玻璃基板2a。在该基板2a的靠近液晶层13的一面上,在不对应于象素电极3的部位上(即,与象素电极3之间的空间相对的部位上)备有一黑色掩模7。在没有备黑色掩模7的部位,备有彩色滤光器6。黑色掩模7可以不仅在与象素电极3不对应的部位配备,还可以在与每一象素电极3对应的部位的一部份上配备。虽然该黑色掩模7不是必需的,为了防止退化,还是把TFT覆盖起来更好。一个"象素",通过与彩色滤光器6对应的每一象素电极3的范围来定义。
图2是LCD装置20的相关部份的平面图,该图显示了黑色掩模7和彩色滤光器6。如图2所示,黑色掩模7包括众多的光屏蔽区域7a和在两个相邻的光屏蔽区域7a之间的透光区域7b。一光屏蔽区域7a包围一个彩色滤光器6。总线4和TFT根据透光区域7b来定位,以屏蔽透过该透光区域7b的光。该透光区域7b的大小和位置根据总线4和TFT的面积来适当地确定。透过该透光区域7b的光可以用其他元件而不是总线4和TFT来屏蔽。
再参看图1,在该基板2a的该表面上,备有一保护层8,覆盖着黑色掩模7和彩色滤光器6。该保护层8由一个对电极9覆盖,该对电极9由一取向胶片10覆盖。该取向胶片10可以省去。
具有上述结构的LCD装置20用下面的方式制造。
在厚度为1.1mm的基板2a上,形成彩色滤光器7和黑色掩模7。保护层8在基板2a的表面上形成以覆盖彩色滤光器6和黑色掩模7。铟锡氧化物(下称"ITO")构成的透明相对的电极9或50nm厚的薄片覆盖到保护层8上。这样制造了相对的基底2。在基板1a的一个表面上制造象素电极3、总线4和TFT以制作该TFT基底1,用于例如一个4英寸的显示面板。
其上具有上述元件的该TFT基底1的该表面通过旋涂覆盖一个聚酰亚胺材料的涂层,以形成取向胶片5。其上具有上述元件的该相对基底2的该表面也通过旋涂覆盖一个聚酰亚胺材料的涂层,以形成取向胶片10。该取向胶片5和10不进行摩擦或类似的处理。取向胶片5和10不是必需的。
然后,该TFT基底1和相对基底2相互对置,并通过插入一个直径为5.5um的隔离物而使其分开,从而形成一液晶单元。由于该隔离物的作用,液晶单元的厚度是完全均匀的。
在TFT基底1和相对基底2之间的间隔中,0.12g R-684(日本kayaku有限公司制造)、0.05g对苯基苯乙烯,0.75g异冰片基甲基丙烯酸酯,0.08g全氟辛基甲基丙烯酸酯,作为液晶材料的4g ZLI-4792(包括0.3%的S-811作为手性掺杂剂,E.Merck & Co.Inc制造)、作为光引发剂的0.0025g Irugacure 651(Ciba-Geigy Corporation制造)的混合物,在温度35℃真空地注入。R-684、对苯基苯乙烯、异冰片基甲基丙烯酸酯和全氟辛基甲基丙烯酸酯是光固树脂。是光固树脂。上述材料除液晶材料以外用于形成聚合物壁12。对于聚合物壁12,其他的光固材料也可以使用,以后会意识到这一点。
所得到的液晶单元在氮气的环境里以40℃的温度保持40分钟,在同样的温度下,用波长范围在250~400nm的紫外线照射该液晶单元。例如,使用发出平行光的高压水银灯作为光源以发射紫外线。该光从相对基底2的一侧以箭头L所示的方向照射液晶单元。液晶单元置于该水银灯下面的一位置处,在该位置处可得到光的强度为10mW/cm2(测得为365nm)。该光照射1秒,然后停30秒,这样的一个循环重复20次。然后,该紫外线连续地照射10分钟,停10分钟,接着再照射10分钟。采用这样的一个过程是为了与从开始就连续进行照射的情形相比,聚合物的光致聚合以一较低的速度进行。在此方式中,用于形成聚合物壁12的聚合物被固化。
彩色滤光器6具有一光学部份,该光学部份对于至少有一波长在250~400nm的范围里的光的透射率为50%或小于50%,而对于一波长大于400nm的光的最大透射率至少为20%。利用此彩色滤光器6,以及黑色掩模7的光屏蔽区域7a,具有一波长在400nm范围内的紫外线几乎被完全屏蔽。于是,主要透过黑色掩膜7的透光区域7b的光到达该混和物。
聚合物的光致聚合从远离与象素对应的区域开始,向靠近与象素对应的区域进行。由此,液晶区域11在对应于象素的区域形成,而聚合物壁12在别的区域形成以包围液晶区域11。从而得到液晶层13。图17显示了以此方式形成的液晶区域11和包围该液晶区域11的聚合物壁12。如上所述,由于通过重复光照射与停止的循环,光致聚合的速度降低,因此,每一液晶区域11中的液晶域11a随机地设置。虽然光引发剂不是绝对必需的,但使用它可促进光致聚合。
包括液晶层13的该液晶单元夹入两个偏振轴相互垂直的偏振板(未显示)之间,以制造该LCD装置20。
每一彩色滤光器具有红(R)、绿(G)或蓝(B)的区域。图3显示了通过彩色滤光器6的R、G和B区域的光透射率。从图3来看很明显,波长为365nm的光透过所有R、G和B区域的透射率为50%或小于50%。波长范围为400~800nm的光透过任一R、G和B区域的最大透射率为50%或大于50%。由于彩色滤光器6的此特性,在该LCD装置20的制造过程中,当紫外线照射时,彩色滤光器6屏蔽了固化树脂所需的波长范围的光(图3中的影线区域),因此,紫外线主要透过透光区域7b以固化树脂。由此,液晶区域11中对应于象素的区域形成,而聚合物壁12在其他区域形成。
图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)和4(e)描述了该LCD装置20的视角特性,即,施加到LCD装置20上的电压与光的透射率关系。图4(a)-4(e)显示了从不同视角测量所得到的结果。图4(f)表示了图4(a)-4(e)中光电特性测量的对应方向。图4(a)显示了在与液晶单元的表面相垂直的方向测量到的光电特性。图4(b)显示了在从方向a向方向b倾斜40°的方向上测量到的光电特性,该方向b与上偏振器的偏振轴成45°角。图4(c)显示了在从方向a向方向c倾斜40°的方向上测量到的光电特性,该方向c与上偏振器的偏振轴成45°角。图4(d)显示了在从方向a向方向d倾斜40°的方向上测量到的光电特性,该方向d与上倾振器的偏振轴成45°角。图4(e)显示了在从方向a向方向e倾斜40°的方向上测量到的光电特性,该方向e与上偏振器的偏振轴成45°角。方向b、c、d和e依次成90°角。
为了比较,当偏振板的偏振轴调到同一方向上并且在LCD装置中没有液晶材料出现时,仅以相应于该LCD装置的彩色滤光器的区域上透过的光的强度作为100%的透射率。
从图4(a)-4(e)可以明显地看到,第一实施例中的LCD装置20具有很好的视角特性,随着不同的视角,反转或对比度的变化几乎不出现。
通过使用偏振显微镜观察,肯定了液晶区域11在对应于象素的区域形成,并且在每个液晶区域11中,液晶子域随机地设置。
图5(a)显示了制造第一实施例中的LCD装置20的过程,图5(b)显示了使用一光掩模以制造一个LCD装置的过程。通常,如图5(b)所示,在一个液晶单元制备好以后,把液晶材料与光固树脂的混和物注入该液晶单元中。然后,该液晶单元用一外部的光掩模覆盖,随后,照射紫外线。通过对比,根据本发明的第一个实施例,一个有很好的视角特性的LCD装置可以不使用光掩模而制造。因此,该制造过程明显地简化。另外,由于该彩色滤光器还作一个光掩模使用,屏蔽根据象素以自校准方式发射的紫外线,因此,不需要根据象素来定位该彩色滤光器。涉及该彩色滤光器的此类效果还在第三至第五实施例中达到。
在本说明书中,"在……上(On)"表示两个层面之间的直接或间接的接触。
实施例2
根据本发明第二实施例的一个LCD装置的制造方法如下。
一个与实施例1中使用的相同的TFT基底和一个包括黑色掩模17及彩色滤光器16(如图6所示)的相对基底采用与实施例1中相同的方式装配在一起,以构成一液晶单元。
然后,如图7中的显微图所示的光掩模18对应于彩色滤光器16配备在该TFT基底的外表面上。随后,与实施例1中使用的同样的混和物注入该液晶单元中,紫外线从TFT基底的该侧照射该液晶单元。
把所得到的液晶单元拆开,用丙酮将液晶材料洗掉。图8是通过扫描电子显微镜观察到的被聚合物壁22包围的液晶区域21。如图8所示,液晶区域21甚至在对应于包括电源总线和门总线的总线A的区域形成,而聚合物壁22侵入对应于象素B的区域。此现象的出现,是由于电源总线和门总线也起了一光掩模的作用,以屏蔽从该TFT基底的那侧照射的紫外线。
把包括通过紫外线固化的上述混和物的液晶单元夹入两个偏振轴相互垂直的偏振板之间,以制成该LCD装置。
表1显示了光电特性,即,光通过在第一和第二实施例以及还有第三至第六实施例(下面将要描述)中制造的LCD装置的透射率。该透射率在无电压施加到LCD装置上时测量。为了比较,当偏振板的偏振轴校准到同一方向上并且在LCD装置中不出现液晶材料时,仅从与LCD装置的彩色滤光器对应的区域上透过的光的强度作为100%的透射率。
表1
例1 例2 例3 例4 例5 例6
透射率(%) 40 22 20 39 37 38
从表1可看出,实施例2中的LCD装置的透射率为22%,比实施例1中得到的40%要低。
实施例3
在根据本发明的第三实施例中,一个LCD装置以与第一实施例中同样的方式制造,只是使用一足够薄的彩色滤光器,以使得通过彩色滤光器6的任一R、G和B区域所得到的一波长为365nm的光的最低透射率是54%。
图9是与第三实施例中制造的LCD装置的一象素对应的液晶层的一区域的平面图。由于该彩色滤光器足够薄以允许一波长为365nm的光通过,因此聚合物材料F侵入与象素对应的区域D以及液晶材料E。
从表1可看出,实施例3中的LCD装置的透射率明显低于实施例1。
实施例4
在根据本发明的第四实施例中,包括具有球晶(多晶体)的一取向胶片的一个LCD装置以下述方式制造。
一个与实施例1中所用的相同的TFT基底通过旋涂,用溶解在m-甲酚中的尼龙6覆盖,在170℃的温度保持1小时,然后以1℃/10分钟的速度逐渐冷却。由此,其一面上具有球晶的一取向胶片在该TFT基底上形成。
所得到的TFT基底与一同实施例1中所用的相同的相对基底装配到一起(以与实施例1中同样的方式),以制备一个液晶单元。与实施例1中所用的同样的混和物注入该液晶单元中,紫外线以与实施例1中同样的方式照射液晶单元以固化该树脂。
所得到的液晶单元夹入具有相互垂直的偏振轴的两个偏振板之间,以制造该LCD装置。如表1所示,当不施加电压时,得到一令人满意的透射率39%。
通过使用偏振显微镜观察发现,由于取向胶片中的球晶,与取向胶片相接触的液晶区域具有沿该球晶成辐射状设置的液晶子域。从而,不使用光掩模得到了很好的视角特性。
实施例5
在根据本发明的第五实施例中,用下述方式制造一个包括具有成辐射状设置的液晶子域的一个液晶区域的LCD装置。
一个与实施例1中所用的相同的TFT基底通过旋涂,用一光致抗蚀剂覆盖,该光致抗蚀剂包括3wt%的Gelol,该Gelol是一种有机的晶体成核剂。
如图10所示,具有一直径为15um的圆形透光孔23a的一光掩模23配备在TFT基底上,使得透光孔23a位于各象素电极3的中央。然后,该TFT基底经曝光和显影,从而形成一个取向胶片。该取向胶片通过使用尼龙织物摩擦其表面以进行处理,从而将有机成核剂淀积在取向胶片的表面上。所得到的取向胶片的取向方向是从位于与象素对应的区域中央的有机成核剂起成辐射状,该胶片曝露于透过透光孔23a的光。图11描述了光掩模23和也配备在该TFT基底上的黑色掩模24之间的位置关系。
该TFT基底和一与第一实施例中用的同样的相对基底以与第一实施例中相同的方式装配在一起形成一个液晶单元。
图12是通过一偏振显微镜得到的该液晶单元中的一液晶区域30及其邻近部位的图。该液晶区域30大约在对应于象素区域中央形成,并且由一聚合物壁31包围,如图12所示。根据该取向胶片的辐射状取向,液晶域33由旋错线32相互隔开成辐射状设置。
该液晶单元以与实施例1中同样的方式夹入两个偏振板之间以制造一个LCD装置。图13(a)、13(b)、13(c)、13(d)和13(e)显示了该LCD装置的视角特性,即,施加到该LCD装置上的电压与光的透射率的关系。图13(f)是每一视角的几何图。图13(a)显示了在与该液晶单元表面垂直的方向上测量到的光电特性。图13(b)显示了在从方向a向方向b倾斜40°角的方向上测量到的光电特性,该方向b与一个偏振器的偏振轴平行。图13(c)显示了在从方向a向方向c倾斜40°角的方向上测量到的光电特性,该方向c与一个偏振器的偏振轴平行。图13(d)显示了在从方向a向方向d倾斜40°角的方向上测量到的光电特性,该方向d与一偏振器的偏振轴平行。图13(e)显示了在从方向a向方向e倾斜40°角的方向上测量到的光电特性,该方向e与一偏振器的偏振轴平行。该方向b、c、d和e依次成90°角。以与实施例1中同样的方向设定100%的透射率。
从图13(a)-13(e)可明显地看出,在实施例5中液晶子域成辐射状设置的状态下,即使当一饱和电压施加到该LCD装置上,视角特性也不下降,从而在一个宽的视角范围中得到高的对比度。
在使用彩色滤光器的情形下,透光区域7b可选择占有除对应于象素的区域以外的5~100%的区域。如果透光区域7b小于5%,则需要一较长的曝光时间,这会引起生产率下降之类的问题。
如实施例1中所述,在电源总线(或信号线)和门总线(或扫描线)或一个单独的光屏蔽元件配备在TFT基底的对应于该透光区域7b的一区域上时,阻止了光从与象素不对应的区域泄漏,从而改善了图像的对比度。最好配备黑色掩模7以保护TFT不受光的照射。在此情形下,该TFT不受高强度光的照射,从而该TFT的特性几乎不受损害。
为了改进该LCD装置的视角特性,如第四实施例和第五实施例中所述,参看图12,最好液晶子域成辐射状设置。通过以此实施例3中更低的速度进行光致聚合,不在取向胶片上进行特殊处理,形成如图14所示的一个液晶区域40。该液晶区域40包括一个内液晶区41和一个外液晶区42,相互之间由一个聚合物区43隔开。该外液晶区42由一个聚合物壁44包围。在该外液晶区42中,液晶域46用旋错线45相互隔离,该液晶域成辐射状设置。
除了在取向胶片上进行特殊处理和降低光致聚合的速度以外,该液晶子域可通过下述方法成辐射状地设置:在一个彩色滤光器的大约中央位置形成一个透光孔。光致聚合通过透过该透光孔和该黑色掩模的透光区域的光而进行。在此情形下,如图15中所示,一个聚合物区34位于一液晶区域30的中央。在该液晶区域30中,通过旋错线32相互隔离的液晶子域33成辐射状设置。
由于该彩色滤光器直接曝露于紫外线,因此其色彩会发生不合需要的改变。此现象可以通过在彩色滤光器和相对基底之间配备一个紫外线屏蔽层或通过为彩色滤光器增加一个紫外光吸收器而避免。
实施例6
参看图18-20,下面描述根据本发明的第六实施例。在实施例6中,使用紫外光屏蔽层60以取代实施例1、4和5中的彩色滤光器6。根据本发明,可以使用别的光学元件取代彩色滤光器6或紫外光屏蔽层60。与实施例1中同样的元件使用同样的参考标号。
图18是实施例6中的一个LCD装置25的截面图。如图18所示,该LCD装置25包括一个TFT基底1和与该TFT基底1相对的一相对基底2b。一个液晶层13位于该TFT基底1和该相对基底2b之间。在该液晶层13中,众多的液晶区域11由一个聚合物壁12包围。该TFT基底1包括一玻璃基板1a。众多的象素电极3以矩阵的形式配备在该基板1a的靠近液晶层13一侧的表面上。在基板1a的该表面上两个相邻的象素电极3之间,备有成网络状设置的众多总线4。该总线4用于屏蔽可见光和紫外线。在该总线4包括相互平行伸展的电源总线和相互平行伸展并与电源总线垂直的门总线。象素电极3通过为其配备的TFT(未显示)连接到对应的电源总线和门总线。根据传送到与象素电极3相连的门总线上的一个门控制信号,一个外部信号通过电源总线经TFT传送到该象素。一个取向胶片5配备在基板1a的该表面上,覆盖象素电极3、总线4以及TFT。
该相对基底2b包括一个玻璃基板2a。在该基板2a靠近液晶层13一侧的表面上,在不对应于象素电极3的区域里(例如,与象素电极3之间的空间相对的区域),配备一个黑色掩模7。紫外光屏蔽层60配备在不备有黑色掩模7的区域里。虽然黑色掩模7不是必需的,但TFT中的半导体层最好覆盖起来以防止光照引起损害。该黑色掩模7可以配备在与象素电极3不对应的区域里和与象素电极3的一部份对应的一个区域里。一个"象素"由一个象素电极3的与紫外光屏蔽层60对应的一个区域来限定。
图19是该LCD装置的有关部位的平面图,该图描述了黑色掩模7和紫外光屏蔽层60。如图19所示,黑色掩模7包括众多的光屏蔽区域7a和在两个相邻的光屏蔽区域7a之间的一个透光区域7b。一个光屏蔽区域7a包围一个紫外光屏蔽层60。总线和TFT根据透光区域7b来定位,以屏蔽透过该透光区域7b的光。
再参看图18,一个保护层8配备在该基板2a的该表面上,覆盖黑色掩模7和紫外光屏蔽层60。该保护层8用一个相对电极9覆盖,该相对电极9用一个取向胶片10覆盖。
具有上述结构的该LCD装置25以下述方式制造。
厚度为1.1mm的基板2a的一表面通过旋涂或类似方式用一光致抗蚀剂薄膜涂覆,该薄膜包含有3%的1-甲基蒽作为紫外线吸收剂(OMR 500,Tokyo Ohka Co.Ltd.制造)。如图19所示,该光致抗蚀剂薄膜模制成紫外光屏蔽层60。黑色掩模7也在基板2a的该表面上形成。保护层8在该表面上形成以覆盖紫外光屏蔽层60和黑色掩模7。透明对电极9由ITO在保护层8上形成,其厚度为50nm。这样,就制备了相对基底2b。
在基板1a的该表面上,配备ITO形成的象素电极3、总线4以及TFT以制备TFT基底1。
其上具有上述元件的该FTF基底1的该表面上以旋涂的方式涂覆一层聚酰亚胺材料形成取向胶片5。其上具有上述元件的该相对基底2b的该表面上也以旋涂的方式涂覆一层聚酰亚胺材料,形成取向胶片10。取向胶片5和10不进行摩擦或类似的处理。取向胶片5和10不是必需的。
然后,在TFT基底1和相对基底2b中的至少一个上,撒播直径为例如5.5um的隔离物(未显示)。TFT基底1和相对基底2b的边缘用密封材料覆盖,该两个基底装备到一起构成一个液晶单元。由于有隔离物,液晶单元的厚度是完全均匀的。
在TFT基底1和相对基底2b之间的间隔中,0.12g R-684(Nippon kayaku Co.Ltd.制造)、0.05g对苯基苯乙烯、0.75g异冰片基甲基丙烯酸酯、0.08g全氟辛基甲基丙烯酸酯、作为液晶材料的4gZLI-4792(包括0.3%的S-811作为手性掺杂剂,E.Merck & Co.,Inc.制造)、以及作为光引发剂的0.0025g Irugacure 651(由Cida-Geigy Corporation制造),在35℃温度真空地注入。
所得到的液晶单元在氮气环境里以40℃的温度保持40分钟,在同样的温度下,用紫外线照射该液晶单元。例如,用发出平行光的一个高压水银灯作为光源以发射紫外线。该紫外线从相对基底2b的一侧,以箭头L所示的方向照射到液晶单元上。该液晶单元置于该水银灯的下面一个光的强度为10mw/cm2(测量365nm的波长)的位置处。该紫外线照射1秒然后停30秒,这样循环重复20次。然后,紫外线连续地照射10分钟。此后,紫外线的照射从TFT基底1的一侧进行,并持续10分钟。在此方式中,用于形成聚合物壁12的聚合物被固化。
所得到的液晶单元夹入偏振轴相互垂直的两个偏振板之间。在此方式中,制成了包括具有由聚合物壁12包围的液晶区域11的液晶层13的LCD装置25。在每一个液晶区域11中,一个或多个液晶子域成辐射状地设置。
图20(a)、20(b)、20(c)、20(d)和20(e)显示了该LCD装置25的视角特性,即,施加到该LCD装置上的电压与光的透射率的关系。图20(f)是各视角的几何图。图20(a)-20(e)显示了从实施例5中描述的视角上测量到的结果,参见图13(a)-13(e)。在偏振板的偏振轴校准到同一方向上并且该LCD装置中没有液晶材料出现时,仅透过与该LCD装置的紫外光屏蔽层60对应的区域的光的强度作为100%的透射率。
表2显示了从四个视角得到的透光率的值的平均值。
表2
例6
透光率(%) 38
从图20(a)-20(e)可以明显地看到,实施例6中的该LCD装置25具有很好的视角特性,几乎不出现随着不同视角的反转或对比度变化。
通过使用一个偏振显微镜观察,肯定了在液晶区域11在对应于象素的区域形成,并且液晶子域33随机地设置在各液晶区域11中,如上面描述的实施例1,参看图17。
根据实施例6,一个光掩模不是必需的,从而显著地简化了制造过程。另外,紫外光照射的定位的精确性能得到改善。
在实施例1-6中,液晶单元的两个外表面均配备有一个偏振板。然而,在一不同的例子中,该液晶单元也许只配备一个偏振板。例如,在包括加入二向色性的染料的一个铁电液晶材料的LCD装置中,仅使用一个偏振板。在此情形下,在初始状态,该偏振板的偏振轴与液晶分子的取向方向垂直,由此液晶层处于不透明状态。通过施加一个反转电压,液晶分子进入透明状态。
在实施例6中,为了进行单色显示,可以使用一个部份地屏蔽紫外线并允许所有可见光透过的薄膜作为一个光掩模。这样的一个薄膜可由一种透明聚合物形成,例如,感光树脂如一种光致抗蚀剂材料,苯乙烯,PMMA,尼龙,聚酯,或聚乙烯乙醇。对于这些材料,可增加一个紫外线吸收剂,如蒽衍生物、萘衍生物、二苯基衍生物,或三苯基衍生物。通过使用照相平版印刷技术,形成感光树脂的一个薄膜。这样的一个薄膜更密闭地屏蔽紫外线,并允许可见光以高透射率透过。
实施例1-5中所用的彩色滤光器对每一象素具有一个光学部份,该光学部份对于至少有一波长在250~400nm范围里的光的透射率不大于50%而对于波长大于400nm的光的最大透射率至少为20%。更详细地,彩色滤光器的该光学部份对于至少一波长在400-800nm的范围里的所见光的透射率至少为20%。使用这样的滤光器是基于下述的原因:
(1)由于这样的彩色滤光器在红、绿和蓝光的波长范围里具有最大的透射率,因此可得到充分的彩色显示。
(2)由于这样的彩色滤光器倾向于阻碍波长在400nm范围里的紫外线,因此液晶区域在对应于象素的区域的形成及聚合物壁在别的区域的形成可容易的进行。
(3)如果彩色滤光器对于整个250~400nm波长范围的光的透射率为50%或大于50%,则透过该透光区域的光的强度与透过彩色滤光器的光的强度相互间没有多少差别。从而,聚合物壁甚至在对应于象素的区域形成,导致低的图像对比度。更可取地,该滤光器对于至少一波长在250~400nm的范围里的光的透射率不大于10%。在此情形下,在对应于象素的区域中形成的液晶区域和在别的区域中形成的聚合物壁之间可以更清楚地相互分开。
(4)如果在整个400-800nm波长范围里的可见光透过彩色滤光器的透射率小于20%,则显示将是所不希望的暗。可见光的透射率最好为50%或大于50%。
另外,为了尽可能地清楚地分开液晶区域和聚合物壁,彩色滤光器最好有一个光学部份,该光学部份对于至少一波长在365nm范围里的光的透射率不大于50%。365nm是该水银灯的发射谱线。也在此情形下,彩色滤光器的该光学部份对于波长为400nm或大于400nm的光的最大透射率,最好至少为20%。
实施例7
参看图21,描述根据本发明的第七实施例。
图21是实施例7的一个LCD装置70的截面图。如图21中所示,该LCD装置70包括一个TFT基底71和与该基底71对置的一个相对基底72。一个液晶层83位于TFT基底71和相对基底72之间。在液晶层83中,众多的液晶区域81由聚合物壁82包围。TFT基底71包括一个玻璃基板71a。众多的象素电极73以矩阵的形式配备在基板71a的靠近液晶层83一侧的表面上。众多的总线74在基板71a的该表面上两个相邻的象素电极73之间成网络状设置。该总线74用于屏蔽可见光和紫外线。总线74包括相互平行伸展的电源总线和相互平行伸展并与电源总线垂直的门总线。通过为各象电极73配备的TFT(未显示),象素电极73连接到对应的电源总线和门总线。根据传送到与象素电极73相连的门总线上的一个门控制信号,一个外部信号通过电源总线经TFT到达象素。在基板71a的该表面上,在总线74和与总线74及象素电极73相连的TFT之间,配备有一个光屏蔽层85。该光屏蔽层85由非导体材料如混入染料的聚合物形成。在基板71a的该表面上配备有一个取向胶片75,覆盖象素电极73,总线74、TFT以及光屏蔽层85。
相对基底72包括一个玻璃基板72a。在基板72a靠近液晶层83一侧的表面上,配备有与象素电极73对应的众多彩色滤光器76。在基板72a的该表面上,没有被彩色滤光器76所覆盖的区域是透光区域77。光屏蔽层85位于与透光区域77对应的位置,以防止光从与象素电极73对应的区域以外的区域泄漏。一个"象素"由与彩色滤光器76对应的一个象素电极73的区域来限定。
一个保护层78配备在基板72a的该表面上,覆盖彩色滤光器76和透光区域77。该保护层78由一个对电极79覆盖,该对电极79由一个取向胶片80覆盖。
在光屏蔽层85与总线74及TFT之间配备有一个绝缘层的情形下,光屏蔽层85可以用金属如钼、钽、铝或类似物以代替聚合物材料而形成。
实施例7中的LCD装置70具有与实施例1、4、5及6中的LCD装置同样的效果。
实施例8
参看图22-23,描述根据本发明的第八实施例。
图22是根据第八实施例的包括TFT的一个LCD装置100的截面图。图23描述了该LCD装置100的制造过程。
参看图22和23,该LCD装置100以下面的方式制造。
在一个电绝缘的TFT基底101上,通过低压化学蒸发沉淀(下称"LPCVD")及组成图案,形成一个由例如P-Si构成的半导体层102,该半导体层的厚度在25-200nm之间,最好在大约70-100nm之间。在半导体层102上,通过等离子体化学蒸发沉淀(下称"PCVD")或类似方法形成具有厚度200-500nm,最好在大约200nm的一个SiO2层,并通过组成图案以形成一个门绝缘层103。该门绝缘层103的两端区域用抗蚀剂涂覆,而其中间区域腐蚀成最好约100nm的厚度。然后,剥去该抗蚀剂。由此,在门绝缘层103的中间区域形成一个凹进部分。
在门绝缘层103上形成厚度为200-400nm的一个金属层以构成一个门电极104。第五族元素如磷,包括一第五族元素的化合物,第三族元素如硼,或包括一个第三族元素的化合物的离子以50-100Kev的加速电压注入沟道区域作为夹杂物以构成一个接触层105。然后,一个SiNx层或SiO2层通过PCVD或类似方法形成,其厚度为300~500nm。该层在一个特定的位置处腐蚀以形成一个接触孔,从而构成一个间层绝缘层106。通过喷涂或类似方法在间层绝缘层106上形成厚度为50-100nm的一个ITO层,以构成象素电极107。通过喷涂或类似方法在象素电极107上形成一个厚度为200-700nm的导电层,以构成一个电源电极108和一个漏电极109,从而构成一个TFT。
在该TFT上,一层底涂料如氨基硅烷连接剂层通过旋涂形成,并且以100℃的温度固化5分钟。在该底涂料层上,用例如含有黑色颜料扩散在其中的感光树脂通过旋涂形成厚度为1-2um,最好为1um的一个黑色树脂层,并且以90℃的温度预焙15分钟。在该黑色树脂层上,通过旋涂,形成一个氧屏蔽层,并且在90℃的温度固化5分钟。该氧屏蔽层用一个掩模覆盖,该掩模在对应于象素电极107的位置处具有孔,并对所得到的层制品曝光。该所得到的层制品经冲洗去掉该氧屏蔽层,并进行显影,然后再冲洗。该所得到的层制品以200℃的温度进行后焙烘30分钟。由此,制备了一个黑色原模110。
在另一个电绝缘的相对基底111上,通过印刷、电镀或旋涂,形成含有染料扩散在其中的一个彩色滤光器材料层,并且通过形成一个特定的图案以构成彩色滤光器112。在该相对基底111上,通过喷涂或类似方式,用ITO形成一个厚度为50~100nm的透明导电层,覆盖该彩色滤光器112,以构成一个相对电极113。
如图23的(a)部份所示,其上具有上述元件的该TFT基底101和相对基底111均用一个取向胶片114覆盖。在相对基底111上的取向胶片114上,撒上直径为3.5μm塑料珠作为隔离物。然后,该TFT基底101和相对基底111用密封树脂装配到一起以制备一个液晶单元。
如图23的(b)部份所示,相对基底111的外表面用负性感光树脂层115涂覆。用该黑色原模110作为掩模,从TFT基底101的一侧,曝光所得到的液晶单元,以在该负性感光树脂层115上形成图案。
然后,以35℃的温度,在透明的状态下,将0.1g R-684(Nippon kayaku Co.,Ltd.制造)、0.05g苯乙烯、0.85g异冰片基甲基丙烯酸酯、4g液晶材料ZLI-4792(包括0.4%重量的S-811;E.Merck & Co.1Inc.制造)、以及作为光引发剂的0.0025g Irugacure 651的混合形成由例如P-Si组成的厚117注入所得到的液晶单元中
如图23的(c)部分所示,在同样的温度下,一紫外线照射到该液晶单元上。更详细地,发出平行光的一个高压水银灯用作光源以发射紫外线。该光从感光树脂层115的一侧照射到该液晶单元上。该液晶单元置于该水银灯的下面光强度为10MW/cm2的位置处。该光照射1秒,停30秒,这样的一个循环重复20次。然后,该紫外线连续照射10分钟以固化该树脂。由此,混和物117分为聚合物相118和液晶相119,如图23的(d)部分所示。该感光树脂层115用脱涂料剂去掉,以形成该LCD装置100,如图23的部分(e)所示。通过用偏振显微镜进行检查,肯定了在液晶相119中对应于象素电极107的区域,形成液晶子域。
在实施例8中,通过该液晶单元的自校准,聚合物相118与液晶相119分开。因此,通过自校准,在对应于象素电极107的区域中具有液晶相119的该液晶层容易形成。
实施例9
参考图24-25,描述根据本发明的第九实施例。
图24是实施例9中一个LCD装置130的截面图。图25描述了该LCD装置130的制造过程。与实施例8中同样的元件使用同样的参考标号。
参看图24-25,该LCD130以下面方式制造。
在一个电绝缘TFT基底101上,通过LPCVD形成由例如P-Si组成的厚度为25-200nm,最好在大约70-100nm的一个半导体层,通过形成图案以构成半导体层102。在该半导体层102上,通过PCVD或类似方法形成厚度为200-500nm,最好为大约200nm的SiO2层。通过形成图案而构成门绝缘层103。门绝缘层103的两端区域涂有抗蚀剂,它的中央区域则受到刻蚀,使其厚度最好为约100nm。然后,剥去抗蚀剂。从而,在门绝缘层103的中央区域形成一个凹进部位。
在门绝缘层103上形成一个厚度为200-400nm的金属层以构成一个门电极104。第五族元素如磷、包含第五族元素的化合物。第三族元素如硼、或包含第三族元素的化合物的离子以50-100KeV的加速电压注入沟道区域作为夹杂物以形成一个接触层105。然后,通过PCVD或类似方法,形成一个SiNx层或SiO2层,其厚度为300~500nm。该层在一个特定位置处腐蚀以形成一上接触孔,从而构成一个间层绝缘层106。通过喷涂或类似方法,在间层绝缘层106上形成厚度为50~100nm的一个ITO层以构成象素电极107。在象素电极107上,通过喷涂或类似方法,形成厚度为200-700nm的一个导电层,以构成一个电源电极108和一个漏电极109,从而构成一个TFT。
在该TFT上,通过旋涂形成一层底涂料如氨基烷连接剂层,并在100℃的温度固化5分钟。在上述的底涂料层上,用含有黑色颜料和塑料珠扩散其中的一种感光树脂通过旋涂形成一个黑色树脂层,并且以90℃的温度固化5分钟。该氧屏蔽层用一个掩模覆盖,该掩模在对应于象素电极107的位置处具有孔,并对所得到的层制品曝光。该层制品经冲洗去掉该氧屏蔽层,并进行显影,然后冲洗。所得的层制品以200℃的温度后焙烘30分钟。由此,制备一个黑色原模110。所要制备的一个液晶单元的厚度通过调节塑料珠121的直径可以改变。由于塑料珠121仅位于对应于象素电极107的黑色原模110上,因此,该LCD装置130的显示特性能够得到改进。
在另一个电绝缘相对基底111上,通过印刷、电淀积或旋涂,形成一个含有颜料撒播在其中的彩色滤光器材料层,并通过在其上形成特定图案以构成彩色滤光器112。在该相对基底111上,通过喷涂或类似方法,由ITO形成厚度为50-100nm的一个透明导电层,覆盖该彩色滤光器112,以构成一个对电极113。
如图25中的部分(a)所示,取向胶片114在TFT基底101上的象素电极107(图24)上以及在相对基底111上的彩色滤光器112(图24)上形成。TFT基底101和相对基底111用密封树脂装配到一起以制备一个液晶单元。
如图25中的部分(b)所示,相对基底111的外表面用一个负性感光树脂层115涂覆。用黑色原模110作为掩模,以TFT基底101的一侧曝光所得到的液晶单元,以使负性感光树脂层115形成图案。
然后,以35℃的温度,在透明的状态下,将0.1g R-684(Nippon kayaku Co.Lta.制造)、0.05g苯乙烯、0.85g异冰片基甲基丙烯酸酯、4g液晶材料ZLI-4792(包括0.4%重量的S-811;E.Merck & Co.,Inc.制造)、以及作为光引发剂的0.0025g Irugacure 651的混和物117注入所得到的液晶单元中。
如图25中的部分(c)所示,在同样的温度下,一紫外线照射到该液晶单元上。更详细地,发出平行光的一个高压水银灯用作光源以发射紫外线。该光从感光树脂层115的一侧照射到该液晶单元上。该液晶单元置于该水银灯的下面光强度为10MW/cm2的一个位置处。该光照射1秒,停30秒,这样的一个循环重复20次。然后,该紫外线连续地照射10分钟以固化该树脂。由此,混和物117分开为聚合物相118和液晶相119,如图25中的部分(d)所示。感光树脂层115由脱涂料剂去掉,以形成该LCD装置130,如图25中的部分(e)所示。通过使用一个偏振显微镜检查,肯定了在对应于象素电极107的区域形成了包含于液晶相119中的液晶子域。
在实施例9中,通过液晶分子的自取向,聚合物相118与液晶相119分开。从而,通过自取向,在对应于象素电板107的区域中可容易地形成具有液晶相119的该液晶层。
根据该LCD装置的用途,可使用不同类型的取向胶片。取向胶片甚至能省去。为了辐射状或随机地设置该液晶子域以改进该LCD装置的视角特性,主要使用下面的方法。
(1)取向胶片由含有球晶的聚合物薄型材料如尼龙、聚乙烯对酞盐或聚甲醛形成。
(2)在该液晶区域中产生旋错线的晶核位于对应于该象素的区域的中央。
通过使用这些方法,液晶子域能够成辐射状或随机地设置,而没有聚合物材料设置在与象素对应的区域的中央,并且能够制造一个实现高图像对比度的LCD装置。
本发明适用一个LCD装置,该装置包括几乎所有能在有源驱动模式中使用的液晶,如TN、STN、TLC(铁电体液晶)、ECB(电控双折射)并且在该液晶子域成辐射状或随机设置的模式中,由聚合物壁包围。本发明适用于透射型LCD装置及反射型LCD装置。本发明还适用于彩色LCD装置及单色显示LCD装置。对于单色显示,例如,暗的状态通过利用偏振轴相互垂直的两个偏振板来实现。
本发明适用于含有一个有源装置如TFT或MIM(金属-绝缘体-金属)的有源驱动LCD装置,以及简单矩阵驱动的LCD装置。由简单矩阵驱动的一个LCD装置如图16所示。该LCD装置包括相互对置的两个基底。在其中的一个基底上形成有透明电极51,如图16所示。另一个基底上具有透明电极52与电极51正交。透明电极51和52相互叠加的区域是象素。
根据本发明,该基底由例如允许光透过的一个透明固体形成。例如,两个基底之一可以由玻璃或塑料薄膜形成。另一个基底可以由反光材料例如铝、钽或钼之类的金属,或一种半导体材料如硅或Ga、As来形成。
如上所述,根据本发明,通过从备有彩色滤光器或黑色掩膜的基底的一侧进行光照射,能容易形成一个液晶区域或液晶相。
在液晶单元中,包含有一个紫外线屏蔽层。从而,在LCD装置的外表面上不需要一个光掩膜。另外,光的照射的定位精度得到改善,并且制造过程明显简化。
在该LCD装置中一部件还作为光掩膜使用,这进一步简化了制造过程。
还是根据本发明,在其中一个基底上形成一个由树脂构成的黑色原模,并且使用该黑色原模在另一个基底上形成感光树脂的掩模图案。通过使用该掩模图案发射光,注入液晶单元中的液晶材料与聚合物的混合物经自取向,容易地分开为液晶相和聚合物相。
本领域的技术人员可以容易地做出各种其他的修改而不脱离本发明的范围和实质。因此,所附的权利要求的范围不限于上面的描述,而是做扩大的解释。
Claims (18)
1、一个液晶显示装置,包括:
两个相互对置的基底;
众多的象素以实现显示;以及
一个液晶层,该液晶层插入该基底之间,并包括对应于该每一个象素的一个液晶区域,该液晶区域由一个聚合物壁包围,
其特征在于:至少一个基底是透明的并且在其上包括光学部件以调节其光透射率,该光学部件对应于该每一个象素,以及
该光学部件对至少一波长在250-400nm范围里的光的透射率不大于50%,而对于波长大于400nm的光的最大透射率至少为20%。
2、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,还包括另一个光学部件,该另一个光学部件包含在具有该光学部件的该透明基底中,其特征在于:该另一个光学部件包括一个透光区域和一个光屏蔽区域,并且该光屏蔽区域屏蔽除该象素以外的该液晶显示装置的一个区域的至少一部分。
3、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光学部件是一个彩色滤光器。
4、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,其特征在于:在至少一个该基底的一个表面上,还包括一个偏振板,该表面与面对该液晶层的表面相反。
5、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,其特征在于:在至少一个该基底的一表面上,还包括一取向胶片,该表面面对该液晶层。
6、根据权利要求5所述的一个液晶显示装置,其特征在于:取向胶片包括一个多晶体。
7、根据权利要求2所述的一个液晶显示装置,其特征在于:与具有访该另一个光学部件的该透明基底相对的基底包括光屏蔽部件,以屏蔽透过该另一个光学部件的该透光区域的光。
8、根据权利要求7所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光屏蔽部件包括一个信号线和一个扫描线中的至少一个。
9、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光学部件由充分地允许可见光透过的一个聚合物材料构成。
10、根据权利要求1所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光学部件由一个薄胶片构成,该薄胶片包括一个光学部份以充分地屏蔽波长在250-400nm范围里的光。
11、根据权利要求10所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光学部份包括一个光吸收器以有选择地吸收波长在250-400nm范围里的光。
12、一个液晶显示装置,包括:
两个相互对置的基底;
众多的象素以实现显示;以及
一个液晶层,该液晶层插入该基底之间,并且包括对应于该每一个象素的一个液晶区域,该液晶区域由一个聚合物壁包围,
其特征在于:该液晶区域包括至少一个液晶子域,该液晶子域中液晶分子成辐射状设置,以及
该基基底中的一个在除该象素以外的一个区域中包括光屏蔽部件,对应于该象素的该另一个基底上的区域是透明的。
13、根据权利要求12所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光屏蔽部件由包含一个隔离物混在其中的一种树脂材料构成。
14、根据权利要求12所述的一个液晶显示装置,其特征在于:该光屏蔽部件由包含一种黑色填料混入其中的树脂材料构成。
15、根据权利要求12所述的一个液晶显示装置,还包括一个转换装置以调节通过该象素实现的显示。
16、一种液晶显示装置的制造方法,该装置包括:
两个相互对置的基底,其中至少一个是透明的;
众多象素以实现显示;以及
一个液晶层插入该基底之间,并且包括对应于该每一个象素的一个液晶区域,该液晶区域由一个聚合物壁包围,该方法包括步骤;
在该透明基底的一个表面上,形成光学部件以调节其光透射率,该光学部件对于至少一波长在250~400nm的光的透射率不大于50%而对于波长大于400nm的光的最大透射率至少为20%;
将该两个基底装配到一起,配备有该光学部件的该基底的该表面向内;
在该两个基底之间注入液晶材料与光固树脂的混和物,以形成该液晶层;以及
从配备有该光学部件的该透明基底的一侧,以该至少一种波长的光照射该两个基底的组件,包括该液晶层,从而在该液晶层中形成对应于该每一个象素的由该聚合物壁包围的一个液晶区域。
17、根据权利要求16所述的一种液晶显示装置的制造方法,其特征在于:该光学部件包括一个光吸收器。
18、一种液晶显示装置的制造方法,该装置包括:
两个相互对置的基底,其中至少一个是透明的;
众多的象素以实现显示;以及
一个液晶层插入该基底之间,并且包括对应于该每一个象素的一个液晶区域,该液晶区域由一个聚合物壁包围,该方法包括步骤:
在该透明基底的一表面上,形成光学部件以调节其在一个图案中的光透射率,该光学部件对于至少一波长在250-400nm范围里的光的透射率不大于50%,而对于波长大于400nm的光的最大透射率至少为20%;
在不包括该光学部件的该基底的一个表面上形成一个感光树脂层;
将该两个基底装配到一起,配备有该光学部件的该基底的该表面和除该感光树脂层以外的该基底的该表面向内;
从包括该光学部件的该基底的一侧,以该至少一种波长的光照射该感光树脂层,用该光学部件作为一个光掩模以使该感光树脂层形成一个图案;
在该两个基底之间注入液晶材料与光固树脂的混和物,以形成该液晶层;以及
从包括该感光树脂层的该基底的一侧,照射该两个基底的组件,包括该液晶层,从而在该液晶层中,形成对应于该每一个象素的由该聚合物壁包围的一个液晶区域。
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