CN1148184A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示装置由一对相对设置的基片组成，其中包括一个具备单轴取向特性的第一基片和一个具备非单轴取向特性的第二基片并在第一和第二基片之间设有液晶。第一和第二基片在其与液晶接触的表面上受控具有彼此间绝对值至少为50mV的表面电位差。结果，使液晶显示装置在保留良好的液晶取向特性的同时，具备了改进的转换阈值的对称性。

Description

液晶显示装置
本发明涉及一种液晶显示装置，即一种采用液晶作为光调制材料的光调制器，它可以用于计算机、文字处理器及打字机的终端显示器，电视接收器，摄像机的取景器，投影机的光阀，液晶打印机的光阀等等，本发明尤其涉及一种采用由自发极化驱动的手性近晶相液晶(比如铁电液晶和反铁电液晶)并且能够表现出良好显示特性的液晶显示器。
人们已经知道CRT是最广泛使用的显示器，CRT广泛地用于输出TV和VTR的运动图象或者用作个人计算机的监视器。然而，CRT的图象不够稳定，比如由于闪烁或由分辨率不够而造成出现扫描条纹以及由于灼热使荧光管变差会导致可观察性差。近来，还发现从CRT发出的电磁波对人体有不利影响并且肯定会对VDT操作人员的健康有害。另外，从构造方面来说CRT在其后面需要大的空间，不利于节省空间。作为这样CRT的一种解决方法，已经知道有液晶显示器，比如包括使用一种如由M.Schadt和W.Helfrich在应用物理学报，第18卷，第4篇(1971年2月15日)，第127-128页提出的扭曲向列型(TN)液晶的液晶显示器。
作为一种采用TN型液晶的液晶显示器，从经济上考虑，简单的矩阵型显示器是便宜的。然而当由多路传输方式以高象素密度的矩阵电极结构驱动时，这种类型的显示器会出现造成交扰的麻烦，这就使象素的数目受限制。
近年来，与这种简单矩阵型装置相反，已经发展了一种在每一个象素处配备一个TFT(薄膜晶体管)的有源矩阵型液晶显示器。这种类型的显示器已经解决了交扰或响应速度的问题，但也伴随着一个问题，即由于显示器的区域尺寸较大，增加了商业性制造不带有缺陷的象素的液晶显示器的困难程度，如果有可能商业性制造这种液晶显示器，其制造成本会惊人的高。
作为一种已经解决了常规类型液晶显示器的这些问题的液晶显示器，Clark和Lagerwall(见美国专利No.4,367,924等等)提出了这样一种液晶显示器，该液晶显示器通过利用与一个偏振装置结合的铁电液晶分子的折射率的各向异性来控制光的传输。在一个特定温度范围内，该铁电液晶通常具有手性近晶型C相(SmC*)或H相(SmH*)，并且在此状态下响应于施加于其上的电场表现出呈或者第一种光学稳定状态或者第二种光学稳定状态而且在上面没有施加电场时维持最后的状态的特性，即光学双稳记忆特性，并且由于基于自发极化造成的反转转换，铁电液晶还具有快速的响应速度。另外，铁电液晶还具有优秀的视角特性，因而被认为适于提供高速、高分辨率和大屏幕显示器和光阀。
还知道一种可作为光调制材料的反铁电液晶，这种反铁电液晶通过利用液晶分子的折射率各向异性和自发极化也可提供显示器。这种反铁电液晶通常具有一个手性近晶CA相(SmCA*)，并且在此相下在没有电场时具有一个以近晶层法线方向取向的平均光稳分子轴，而在施加一个电场情况下具有一个倾离层法线方向的平均光稳分子轴。另外，根据自发极化与施加的电场之间的耦合这种反铁电液晶也造成转换，这就使其表现出非常快的响应速度并且有希望提供高速显示器和光阀。
由采用铁电液晶或反铁电液晶的液晶显示器构成的显示屏的一个问题是提供一个用于维持一个良好的对比度的无缺陷的取向状态。为了形成一个良好的液晶取向状态，比如由日本专利申请公开(JP-A)61-20930提出了一种包括一对具有不对称取向控制层(即不同材料或不同取向特性的取向控制层)的基片的装置(结构)。例如，使其中一个基片具有单轴取向特性，而另一个基片具有非单轴取向特性，借此从提供了单轴取向特性的基片的侧面可以以高控制度地取向液晶，以便于形成良好的液晶取向状态。
另一方面，在一对液晶边界被提供不同的取向特性情况下，取向状态可能明显地好，但转换特性易倾向于不对称并且可能损害铁电液晶的良好的双稳性，以导致不良的转换记忆特性。
为了解决这个问题，JP-A62-235928和JP-A63-228130已经提出了控制一对基片的表面的极性，但是为了稳定液晶的整体性能还有必要作进一步的改进。特别需要提供一种具有简单结构并且可以低成本制造的液晶装置。
特别地，为了提供较宽的驱动余量，转换特性的对称性也很重要。甚至在连续驱动很长时间时也有必要保持对称转换特性。
另外，在一个包括一个采用铁电液晶或反铁电液晶的液晶装置的显示屏中，尤其是为了进行半色调显示，由液晶自身的自发极化所诱发的反转电场是另一个要考虑的重要问题。更特别地，由于由对应于自发极化而固定的内部离子所造成的电场可使所需要的半色调不稳定，并且响应于外加电场会发生光学响应滞后。更特别地，对应于分别在″黑″状态或″白″状态的液晶分子的自发极化方向，使各离子固定在各方向上，以使各自的状态得以稳定，并且由于定位的极性的差别，在一小段重调(调成″黑″)过程之后，取决于前一状态是″白″或是″黑″，施加相同的电压Vw实际上可以向液晶施加不同的电压。
由上述反转电场造成的极不合适的现象会造成转换失败，使得比如当将一个象素重设成一个黑状态并且然后要写成一个白状态时，通过施加前面描述的电压电平并不能锁定所写的″白″状态而会返回到″黑″状态。这既使是在一个不需要在每一个象素上有半色调等级的显示屏中也是一个致命的缺陷。
作为对抗上述反转电场的措施，例如JP-A63-121020为了解决由于反转电场造成的转换失败提出了带有低阻抗取向控制膜的铁电液晶装置。另外，JP-A2-153321公开了包括各种形式有机导电膜的低阻抗取向控制膜。另外，JP-A64-49023提出在钝化膜上形成一个具有低阻抗可防短路的薄取向控制膜。然而，目前这些提议没有提供一个满意的解决方案。
由此可见，就取向状态的控制、由自发极化所造成的反转电场、阈值特性的改变和取决于先前持续的状态的光响应不稳定性而论采用手性近晶型液晶的液晶装置的电光特性还有进一步改进的余地。
鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种不对称取向处理过的液晶装置，该液晶装置可以低成本制造并且具有良好的抗长时间驱动的转换特性和取向特性。
本发明的一个更特别的目的是提供一种具有稳定的光响应特性的液晶显示装置，稳定的光响应特性包括良好的液晶取向状态、降低的转换不对称性和确保的液晶(尤其是铁电液晶或者反铁电液晶)的两个状态的稳定性。
本发明的另一个目的是提供一种能进行优异半色调显示的液晶显示装置，这种半色调显示特别是通过避免在采用铁电液晶或反铁电液晶进行半色调显示的情况下由液晶自身的自发极化造成的反转电场的不利影响而实现。
根据本发明，提供了一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括一对相对放置的第一基片和第二基片，第一基片具有单轴取向特性，第二基片具有非单轴取向特性，在第一和第二基片之间放有液晶，其中
所说的第一和第二基片具有表面电位，在它们的液晶接触表面电位的绝对值相差低于50mV。
根据本发明的另一方面提供了一种液晶显示器，该液晶显示器包括一对相对放置的第一基片和第二基片，第一基片具有单轴取向特性，第二基片具有非单轴取向特性，并且在第一和第二基片之间放置有液晶，其中
至少对具有非单轴取向特性的第二基片提供一层具有104-108欧·厘米的体电阻率的膜。
根据本发明的再一个方面，提供一种液晶显示器，该液晶显示器包括一对相对放置的第一基片和第二基片，第一基片具有单轴取向特性，第二基片具有非单向取向特性，并且在第一和第二基片之间放置有液晶，其中
所说的第一和第二基片在它们的液晶接触表面具有相同极性的表面电位。
根据本发明的再另一个方面，提供一种液晶显示器，该液晶显示器包括一对相对放置的第一和第二基片，第一基片具有单轴取向特性，第二基片具有非单轴取向特性，并且在第一和第二基片之间放置有液晶，其中
在所说的具有非单轴取向特性的第二基片上提供一层具有104-108欧姆·厘米范围的体电阻率的膜。
在结合附图参照对本发明优选实施例的描述之后本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更清楚。
图1是根据本发明液晶显示器一个实施例的剖视图。
图2是一个在本发明中采用的表面电位测量系统的示意图。
图3是一个解释本发明的液晶显示器中内部电位原理的示意图。
图4A-4D分别是本发明液晶显示器的内部电位状态。
图5是一个表示在根据本发明的液晶的一个实施例中液晶分子取向状态的示意剖视图。
图6A和6B是解释本发明的液晶显示器功能的局部剖开示意图。
图7是一个根据本发明的液晶显示器的等效电路图。
图8是一个常规液晶显示器的等效电路图。
图9是一个用于在根据本发明液晶显示器中的厚度方向上测量涂敷膜或钝化膜的体电阻率的系统的示意图。
图10A和10B分别是一个电极图案的示意平面图和一个用于测量在根据本发明的液晶显示器中片伸展方向上涂敷膜的体电阻率的剖面图。
图11和12是表示分别在实验性实例1和2中制备的液晶显示器中测量到的表面电位和转换阈值之间关系的图表。
图13是一个与一个用于以后出现的实验性实例中的表面电位测量系统的指示图结合在一起的液晶显示器的剖视图。
图14是一个表示在一个以后出现的实验性实例中液晶显示器的V(电压)-T(透射率)曲线中的滞后和转换不对称性的曲线图。
根据本发明，在采用表现出手性近晶相液晶(特别是铁电液晶或反铁电液晶)并且具有不对称性(即具有单轴取向特性的第一基片和具有非单轴取向特性的第二基片的组合)的液晶显示器中，在各自边界表面的液晶分子的自发极化的方向(所谓″向外″特性或″向内″特性)可以调整以保证转换特性的对称和稳定地平衡转换双稳电位。
其结果是，在上述装置中有可能抑制取向缺陷或在结构异样部分(比如在象素之间的隔离物或分段差异)造成的缺陷的出现，同时实现良好的记忆特性和余量特性。
在这里，术语″单轴取向特性″是指一个基片的单轴均匀取向特性，即一个基片或形成在基片上的取向膜使与之接触的液晶分子沿平行于其平面延伸方向取向的特性，同时有可能使液晶分子相对于基片表面有一些预倾。另外，非单轴取向特性是基片的一个特性，即基片或者形成在基片上的膜使与之接触的液晶分子的取向状态不是单轴均匀的取向状态的特性，非单轴取向包括类似回归线的取向状态和随机取向状态。
在根据本发明的液晶显示器中，最好首先在两个基本上建立相同极性的表面电位，然而在两个基片上设定表面电位值使其满足前面所述的关系，即表面电位差的绝对值至多为100mV，更优选至多为50mV(即在±100mV范围内，优选在±50mV范围内)。表面电位差也可优选为至多30mV。也可以优选在两个基片上的表面电位基本上相等，以使得稳定地保持更好的对称的转换特性。
更特别地，在根据本发明的液晶显示器中，固有地或作为在其上施加适当处理的结果，在一个基片上设置一层具有如上所述单轴取向特性的层(取向控制层)，并在另一基片上设置一个非单轴取向层(即一个具有非单轴取向特性的层)。在这些基片之间设置液晶。另外，通过优选在基片上的材料和在基片上形成这些取向控制层、非单轴取向层及其它部件(比如透明电极，防短路膜和其它功能膜)的条件，可以如上所述地控制在两个基片上的表面电位。
图1是根据本发明的液晶显示器的一个实施例的剖面图。参见图1，一个液晶显示器(盒)包括一对基片1和2，和设于基片之间的液晶9。在基片1的接触液晶的内表面上设置电极3和取向控制层4，以便提供一个具有液晶分子基本上平行于一个方向的单轴取向特性的表面。另一基片2上设置电极5和一层膜(最好是涂敷膜)6，比如包括一个氧化物或聚合物产物母体和分散于其中的氧化物或金属的超细颗粒。如果需要的话，在膜6上可以再涂敷另一层膜7，比如已知的硅烷偶合剂膜。其结果是基片表面具有了非单轴取向特性。
膜6最好具有300-5000的厚度。最好这样选择膜6的材料以便于调整膜6形成于其上的基片的表面电位的极性、电阻率和表面特性。例如，膜6最好是包含不同金属或金属氧化物的膜。另外，为了避免具有高Ps(自发极化)的手性近晶型液晶所固有的反转电场的不良影响，当如以后所描述的那样沿着层延展方向测量时，膜6优选具有104-108欧姆·厘米的体电阻率，更优选具有104-107欧姆·厘米的体电阻率。
电极3和5最好包含透明导体，比如氧化锡，氧化铟或者ITO(氧化铟锡)。然而，当不需要透光率时，电极3或5可以包含一种金属，比如铬、铝或钽。
取向控制层4可以适当地包含一种有机材料的单轴取向处理膜，这种有机材料比如是聚酰亚胺，尼龙或聚乙烯醇，或者是一种导电聚合物，比如聚苯胺(polyanyline)或聚吡咯。特别优选采用如上所述接受了由研磨而进行的单轴取向处理的已知材料的膜。另外，取向控制层4还可以包括一个无机材料的膜，比如是通过倾斜蒸汽淀积而形成的氧化硅膜。在这种情况下，通过适当控制倾斜蒸汽淀积的条件，可以在不影响上述研磨操作的情况下提供单轴取向特性。
另外，随意设置的具有非单轴取向特性的膜7除了上述的硅烷偶合剂涂敷膜以外可以包括一个可蒸发的硅烷偶合剂的蒸汽淀积膜或者非晶体无机物材料的蒸汽淀积或涂敷膜。膜7的厚度最好是至多为50。
如有必要可以如上所述设置膜7，或者膜6自身可以设置一个具有非单轴取向特性的表面。另外，除了均匀涂敷膜6以外，任选膜7最好涂敷膜7以便在许多点处可以频繁地曝光膜6。
液晶层8最好包括手性近晶型液晶(即呈现手性近晶相的液晶)，特别是包括铁电液晶和反铁电液晶在内的表现出自发极化的液晶以便具有伴随着本发明的装置结构特征的优良效果。然而也有可能采用另一种液晶材料，比如向列液晶。
在采用手性近晶型液晶(特别是铁电液晶或反铁电液晶)的情况下，在根据本发明的装置结构中，采用这样的液晶材料特别有效，从取向特性来看随着温度的降低该液晶材料表现出如下的相转移顺序，即Iso.(各向同性相)→SmA(近晶型A相)→SmC*(手性近晶相)→Cryst.(晶相)。
为了提供具有改进的显示亮度的液晶显示器，最好采用提供书架结构的手性近晶型液晶材料，在该书架结构中呈SmC*相的近晶液晶分子层垂直于基片或者与基片的法线稍微倾斜。这样的手性近晶型液晶材料的实例包括一种含有一种含氟介晶化合物并且表现出近晶相或者潜在近晶相的组合物，这其中的含氟介晶化合物具有一个中心层，碳氟化合物的末端部分和碳氢化合物的末端部分连接到该中心层上。这些含氟化合物的实例包括那些公开在美国专利5,082,587和5,262,082，PCT国际公开WO93/22936等中的含氟化合物。
更特别地，最好采用一种含有适当选择的含氟化合物并且在温度下降时表现出上述的相转变顺序(即Iso.→SmC→SmC**→Cryst.而不表现出Ch.(膜甾相))的液晶材料。
根据本发明的上述装置基本上具有非对称结构，其中只有一个基片表面具有单轴取向特性(已经单轴取向处理过)，并且随着从具有单轴取向特性的基片表面扩展的单轴分子的成长，液晶(特别是铁电液晶或反铁电液晶)特别是在SmA温度范围内取向，因而在SmC*相中提供了良好的取向状态。
特别地，在采用不表现出胆甾相的上述手性近晶液晶的情况下，优选根据本发明的非对称装置结构，使得当随着温度下降而发生Iso→SmA相转变时可进行良好的取向控制，因而实现均匀的取向状态。
下面将详细描述表面电位及其测量方法和基于在本发明中限定并利用的表面电位特性的功能。
在这里限定的表面电位是一个在膜表面诱发的复合电位，这种复合电位是由于表面形成膜自身的极性造成的电位、由于低层膜的载流子迁移造成的电双层电位、由于包含于膜中的离子性分子造成的电位等而导致的，并且可以根据下面的方法来测量。
关于如上所述的这样的表面电位的测量，Ito和Iwamoto(东京技术研究所)在静电学报，17，5，第352-358页(1993)；静电学报，33，第147-158(1994)等中已经报道了对在通常作为液晶取向膜的聚酰亚胺膜上进行的表面电位的测量。基于聚酰亚胺膜的表面电位会根据下面的金属膜的种类而明显地变化，变化的方向和大小与金属膜的逸出功有关，并且表面电位根据聚酰亚胺膜厚度而变化并在大约5nm(可能是载流子的隧道效应的极限)处饱和，Ito等人已经下结论：表面电位主要是由于载流子在膜与电极之间运动由电双层而造成的。
作为表面电位的测量装置，已知有振动电容型和根据这种电容型的分段式的，以及根据电阻型的热电式的。这里所指的表面电位值是采用振动电容式表面电位计(是可从Trek公司得到的″Model320B″)测得的。更特别地，在包括一个透明电极膜和一个下层的防短路膜等的盒结构中采用的下层结构上面分别形成各种单轴取向特性的液晶接触膜，并且测量各个膜的表面电位。其结果是取决于膜自身和下面的层的材料，表面电位的测量值明显地在大约+500至-500mV范围内变化。
另外，根据我们的实验，表面电位的测量值明显地改变取决于表面而吸附的极化分子。特别地，具有高吸湿性的膜材料在真空环境和大气环境之间可以提供明显不同的测量值。关于在液晶显示器中的液晶接触表面，经常在加热情况下在真空环境中将液晶注入液晶显示器。因而，在一些情况下，当通过蒸发驱出吸附在表面上的水分子之后，一些液晶材料中的分子可能被吸附并固定在表面上以产生一个新的表面电位。因此，表面电位的测量优选在与有关特定装置的液晶注入环境等同的环境中进行。
图2是在本发明中采用的适用于测量表面电位的装置的视图，该装置即是上述振动电容式表面电位仪(″Model 320B″，TreK公司)。参见图2，在一个与真空抽气系统32和一个用于供应干燥的氮气等的气体供应系统33相连的真空室35中进行测量。一个用于进行表面电位测量的试样膜21在下面的结构物上构成，该试样膜与包含在一个实际预期使用的装置中的膜基本上一样，该试样膜包括一样的基片23和一样的电极22(和如果有的话，一样的下层)，并且其处所的条件与在装置中一样，承载试样21的基片23放在加热台30上，由置于真空室35外的温度控制器31来控制加热台30的温度。
表面电位测量探测器24包括一个传感器电极25，一个前置放大器和一个用于振动电极22以调整试样膜21和电极23之间电容的振动部件26，并且该表面电位测量探测器24连接到一个置于真空室35之外的表面电位测量与控制装置27上。
采用的特定表面电位测量条件可以对应于标准的液晶注入条件。例如，可以在在降低的压力10-1至10-3托下以80-100℃温度加热试样15分钟至2小时并且然后冷却到室温之后进行测量。首先，由一个双轴位移装置34把电极22表面与传感器电极25之间的距离保持在大约0.5-5mm以便在一个邻近试样膜21的电极22的暴露处测量表面电位。然后，由双轴位移装置34把传感器电极25移到试样膜21的上方以测量那里的表面电位。通过从在试样表面上直接测得的表面电位中减去作为参考电位的在暴露的电极部分上测得的表面电位可以确定试样膜的表面电位。
在有些情况下，在液晶通过液晶注入步骤在表面上吸附液晶的状态下的表面电位被认为是可以控制施加到基片之间的内部电位。因此，在实际的情况下，最好在比较的条件下进行重复实验，并且采用在给出更好对比的条件下得到的测量值。为此目的可以把液晶28放在置于加热台30上用于加热蒸发的容器29中以便允许液晶28蒸发以形成含液晶蒸汽的环境，并且如有必要可使试样膜21的表面吸附液晶。
现在参照图3描述由在本发明的具有非对称结构的液晶显示器中在相对放置的两个基片的液晶接触边界的表面电位之间的差别造成内部电位或电压的原理。参见图3，基片(电极片)41和42上分别设置不同材料的单轴取向控制层(具有单轴取向特性的层)43和非单轴取向控制层(具有非单轴取向特性的层)44。这些电极片以一个预定的间隙彼此相对放置而形成一个盒。当电极片41和42之间短路而构成空白盒(即不含有液晶的盒)时，在层43和44上可分别形成表面电位45和表面电位46，从而在两者之间形成内部电压47。
根据上述测得的表面电位值，对应于表面电位差的内部电压至多为±1伏特。由于表面电位差而出现的这样的内部电压实际上等于在一对相对电极之间连续施加一个直流偏置电压。如下可以从实验上验证由表面电位差引起的内部电压对转换阈值的影响。制备一个包括一对具有相同材料的取向控制膜并经受相同的处理(即具有0表面电位差)的对称结构的盒，并且在相对电极之间的叠层上提供一个直流偏置电压以评估转换阈值的改变，因而可以确认在±50mV到一百几十毫伏的直流偏置电压水平下发生转换阈值的改变。
然后，根据对于不同取向控制膜测得的表面电位值组合不同取向控制膜来形成如上所述的非对称结构的液晶盒以比较表面电位差和转换阈值的非对称性，借此可以观察到表面电位差的极性基本上与非对称转换特性的方向一致，并且可以观察到表面电位差的绝对值和非对称转换阈值特性的程度之间的明显的关连作用。更特别地，在表面电位差小(特别是小于50mV)的装置中，在许多情况下，不管在两个基片上的表面电位的极性如何，基本上不表现出非对称转换特性。另外，在表面电位极性在两个基片上相同并且表面电位差在±100mV范围内的情况下，存在基本上不出现转换不对称性的趋势。在这些情况下，可以将作为转换非对称性量度的转换阈值的差别压缩至±1.0伏特的低电平范围内。另外，具有±100mV至±200mV的较大表面电位差的装置表现出影响驱动余量的非对称特性。还有，具有超过±250mV表面电位差的装置造成转换失败并且在许多情况下丧失双稳电位特性。
如上所述，根据本发明已经从实验上证实可以主要靠在取向控制膜上的表面电位来控制在一个具有非对称取向控制膜的非对称结构的盒中的非对称转换阈值特性，并且可以通过控制既使是在一个非对称结构的盒中两个基片的液晶接触表面的表面电位来抑制非对称转换阈值特性。
参照图4A-4D的对于跨过不同盒(显示器)的不同的电位特性的描述将描述本发明的几个特别优选的实施例。图4A表示一个显示器，其中电极片41和42上提供有不同材料的单轴取向控制层43和非单轴取向控制层44，因而相同极性的表面电位45和46提供低于50mV的内部电压47。图4B表示一个具有给出低于50mV的内部电压的不同极性的表面电位45和46的显示器。图4C表示通过在一个基片上的电极片41和取向控制层43之间放置一个附加膜48(比如一个防短路膜)而得到的显示器，因而提供了具有不同于图4B中的表面电位及提供了低于50mV的内部电压的取向控制层43。图4D表示提供了带有表面电位45和46的层43和44的显示器，这些表面电位的绝对值分别低于50mV。
如上所述，在本发明的液晶显示器中，为了能够提供在取向之后用于铁电液晶或反铁电液晶转换的相同的双稳电位特性，很重要的一点就是保持在两个基片上在具有单轴取向特性的表面和具有非单轴取向特性的表面之间的关于表面特性的合适的关系。
另外，在包括铁电液晶和反铁电液晶在内的手性近晶型液晶的情况下，特别是在铁电液晶的情况下，注意自发极化的方向也很重要，即作为具有单轴取向特性的基片和具有非单轴取向特性的基片的液晶接触表面的特性，在SmA→SmC*转变时，自发极化是指向基片(向外的特性)或者指向液晶层(液晶层的中心)(向内的特性)。已经确认此方向与在每个基片的液晶接触表面上的表面电位极性有很大的相关作用。
据认为表面电位极性是由通过在有机或无机膜和一种金属之间接触充电所产生的表面电位及在膜中分布的带电粒子(比如离子)而造成的。
根据本发明的液晶显示器的基片(电极片)可以通过叠置上述取向膜、涂敷膜或蒸汽淀积膜以覆盖形成在基板上的透明电极(比如ITO透明电极)来形成。在这种情况下，包括铁电流晶和反铁电液晶在内的手性近晶液晶的偶极以及液晶的转换特性不可避免地受在有单轴取向特性和非单轴取向特性的基片上的表面电位的极性和大小影响。根据本发明的一个最佳实施例，适当地控制在两个基片上的表面电位的极性，最好使它们彼此相同，以改善液晶的取向状态和转换特性。
在根据本发明的液晶显示器中，除了如上所述控制在两个基片之间的表面电位差和表面电位极性之外，最好抑制在每个基片上表面电位的绝对值为一个较小的值，特别是至多为100mV，优选至多为50mV，这样做的目的是为了抑制基片表面对液晶分子的偶极的影响并且避免随时间的流逝双稳特性转变为单稳特性。
如上所述，为了在根据本发明的液晶显示器中提供良好的取向状态和相等的转换电位，合适地选择在两个基片上的表面材料很重要。在这方面，人们已经认识到除了应当注意两个基片的液晶接触表面上的极化率以外还应当注意由作为系固电位系数的表面能的扩散部分而特别测定的表面张力系数。
本发明的液晶显示器中具有非单轴取向特性的基片最好具有足够小的表面能的扩散部分，该表面能的扩散部分与所使用的液晶在SmA→SmC*转变温度左右的温度下的表面能基本上相等，提供至多为5达因/厘米的差别。换句话说，扩散能级最好至多为30达因/厘米。另外，扩散能级最好大于具有单轴取向特性基片的表面能或者扩散部分的值至少是40达因/厘米。由于在许多情况下在上述的范围内可得到良好的转换特性，所以优选上述范围。
由于以下原因而优选上述表面能(由扩散部分代表)范围。在上述低表面能(最好至多30达因/厘米)的情况下，液晶表现出对于非单轴取向表面的所谓的类似回归线湿态，借此在表面附近的液晶几乎固定并且总是由内侧(大量的液晶侧)控制转换电位。另外在大表面能(最好至少为40达因/厘米)的情况下，表面附近的液晶由所谓的均匀湿态固定，以使得转换电位也可以由内侧(大量液晶侧)控制。
通过适当地选择表面材料和形状可以调节具有非单轴取向特性的基片的表面特性。
另外，通过适当选择取向控制膜的材料使具有单轴取向特性的基片优选具有至少40达因/厘米的表面能的扩散部分，更优选至少为42达因/厘米，以便提供良好的均匀单轴取向特性和稳定的转换电位。
下面将描述在各个基片上表面能的宏观测量。用于提供用于测量接触角的液体微滴的试剂包括：例如A：a-溴萘，B：二碘甲烷，C：水等。在采用液体A，B和C测量接触角之后可用所描述的计算公式，比如北崎等人在日本粘胶学会报(Journal of JapanAdhesive Society)第8卷，第3篇(1972年)，第131-，″关于聚合物固体表面张力的Fowkes公式的扩展和求值″描述的公式，以便在注意到其扩展部分的同时计算表面能。另外，如上所述，表面能除了扩散部分之外还包括极化部分和氢键部分。然而这些部分与一个膜的表面极性紧密相关，并且与上述特性的良好的相关作用可以仅通过扩散部分的值来评估。
在具有如图1所示结构的液晶显示器中，包含在具有非单轴向取向特性基片中的膜6可以有效调节极性或表面状态(表面能)，以及在基片表面上测得的体电阻率。通过基于其特性合适地选择部件可以便于调节。
有可能采用包含特定材料的膜6以便更合适地控制表面电位。其实例可以包括包含以下物质的膜(最好是涂敷型的膜)，这些物质是：SiOx，TiOx，ZrOx，另一种可熔无机氧化硅石和一种聚合物(比如硅氧烷聚合物)的产物母体，和分散于其中的氧化物的超细颗粒，这些氧化物包括II族元素氧化物，比如ZnO，CdO和ZnCdOx；和IV族元素氧化物，比如GeO2，SnO2，GeSnOx，TiO2，ZrO2和TiZrOx；以及金属(比如钯)以便控制膜的特性和膜的电阻率。
上述氧化物可以包括加入其中的控制导电率的杂质。这样的控制导电率的杂质可以包括：包含III族元素(比如硼、铝、镓和铟)的n-型杂质(给体：增加电子导电率的杂质)，和包含分别用于II族元素氧化物的I族元素(比如铜、银、金和锂)的P-型杂质(受体：增加空穴导电率的杂质)；和包含V族元素(如磷、砷、锑和鉍)的n-型杂质及包含有用于IV族元素氧化物的III族元素(比如硼、铝、镓和铟)的P-型杂质。在采用膜6的情况下，如有必要可以涂敷一个比如硅烷偶合剂的附加膜7，以便如前所述对表面状态进行精细的控制。
下面将描述采用具有30-300(最好是30-150)颗粒尺寸的超精细颗粒的效果。
首先，当形成了含有超精细颗粒的相对较厚的膜(具有300-5000，最好1000-5000的厚度)时，在该膜中会堆积许多超精细颗粒。如上所述超精细颗粒通常具有高硬度，该堆积结构表现出强抗压能力以便有效地防止易于由液晶盒内的异物污染造成的基片之间的短路。这通过特定试验得以证实，在实验中1400A厚的硅石膜中散布有掺杂锑的SnOx，由我们进行的普通探测试验表现出25伏的耐压。
含有超精细颗粒的膜上提供有适度降低的电阻率以便避免过度的电荷积累。这也有利于增加耐压。
另外，可以在相对较大的厚度内形成含有超精细颗粒的膜。因此，由于形成了颜色过滤段、转换段(比如薄膜晶体管(TFT))、和用于提高导电率的金属电极而使低层结构包括有阶式高度差时，可以由该膜消除阶式高度差，以便抑制对由具有单轴取向特性的相对基片所发挥的取向控制功能的不良影响并且抑制在驱动期间发生取向缺陷。
另外，通过适当选择膜材料和厚度以及与膜有关的其它参数，含精细颗粒的膜可以增加控制表面电位的范围。
可以给含精细颗粒的膜提供一个具有合适硬度的细小凸起的表面。其结果是既使在具有非单轴取向特性的基片上进行了不同的处理，该表面也不会具有单轴取向特性，因而可以避免取向紊乱以提供改进的特性。
为了更准确地调节包括表面电位在内的各种特性，可以由两种或更多种用于产物母体和/或细小颗粒的材料结合地形成膜6。
特别地，为了构成膜6合适地选择聚合物种类并且以适当的比例混合聚合物可以有效地把两个基片之间的表面电位差降至最多为100mV，更优选低于50mV，并且为两个基片提供相同的表面电位极性。其结果是铁电液晶或反铁电液晶的偶极(Ps)可以更好地响应外部电场。
另外可以在根据本发明的液晶显示器中具有非单轴取向特性的基片上形成膜6，该膜6可以作为包含多个叠置层的钝化膜。
最好设计钝化膜以提供这样的表面电位，该表面电位是当在一个随机选择的电极上参照电极电位而分别独立测量时在组成单个层的表面电位中居中的一个值。
特别地，如果在具有非单轴取向特性的基片上的叠层钝化膜上提供有与具有单轴取向特性的相对基片上的表面电位相差较小的值，优选小于50mV，或者更优选基本上相同，则可以得到手性近晶液晶的更稳定的转换特性。
另外，在叠层钝化膜中的低层(即靠近基板的层)最好是由选择性地掺杂有导电率控制杂质的多晶金属氧化物膜或者多晶半导体膜组成。在这种情况下，最好把钝化膜中的下层设计成电阻率各向同性的，比如在膜厚度方向104-108欧姆·厘米的体电阻率和在膜延展方向106-109的体电阻率。
另外，在叠层钝化膜中的这样的低层可以由最好是通过湿涂敷形成的膜组成，该膜包括一个绝缘材料或其它材料的产物母体和分散在其中且可选择地掺杂有电导率控制杂质的精细颗粒。在这种情况下，钝化膜可以理想地具有104-108欧姆·厘米的体电阻率。
这些下层最好具有500-2000范围的厚度。
叠层膜可以包括至少一个设有防短路的高耐压的层和具有另一功能的另一个层，以使得叠层膜结合起来可以满足不同的功能。
尤其是如果控制叠层钝化膜上的表面电位使其为由构成钝化膜的各个层给出的表面电位之中居中的一个值时，则可以容易地把叠层膜上的表面电位调节为相对的单轴取向控制膜的表面电位，以保证液晶的双稳性。
如果叠层钝化膜中的下层是由多晶金属氧化物膜或者选择性地掺杂有导电率控制杂质的多晶半导体膜构成，则有可能把表面电位精细地调节到一个至多为100mV(绝对值)的值，最好低于50mV。可以同时降低膜的电阻率，使得有可能降低作为导致该显示器的延迟时间常数的因数的电阻与电容的乘积。另外，当体电阻率是各向异性的时，更优选在膜厚度方向为104-108欧姆·厘米以及在膜延伸方向为106-109欧姆·厘米，可以防止象素之间的交扰。
在叠层钝化膜中的下层为一个包括一种绝缘材料的产物母体并且包含掺杂有产生电导率的杂质的超细颗粒的膜时，有可能对表面电位进行象上面所述的那样的精细控制，因而便于实现至多为100mV的表面电位差。同时，可以降低膜的电阻率，使得有可能降低导致该装置的延迟时间常数的电阻和电容的乘积。为此目的将体电阻率调至104-108欧姆·厘米范围内是合适的。
附带说说，在本发明中，构成在具有非单轴取向特性的基片上的叠层膜中的一个层的多晶金属氧化物可以比如包括：II族元素氧化物，比如ZnO，CdO，或者ZnCdOx；或者IV族元素氧化物，比如GeO2，SnO2，GeSnOx，TiO2，ZrO2或TiZrOx；并且多晶半导体材料可以比如包括IV族半导体，如硅或SiC。另外，控制导电率的杂质的例子包括：包括分别用于II族元素氧化物的III族元素，比如硼、铝、镓和铟的n-型杂质(给体：增加电子导电率的杂质)，和包括分别用于II族元素氧化物的I族元素，比如铜、银、金和锂的P-型杂质(受体：提高空穴导电率的杂质)；和包括分别用于IV族元素氧化物或半导体的V族元素，比如磷、砷、锑和铋的n-型杂质，包括分别用于IV族元素氧化物或半导体的III族元素，比如硼、铝、镓和铟的P-型杂质。
另外，作为用于构成含有选择性地掺杂有导电率控制杂质的超精细颗粒的膜的材料，产物母体材料的实例可以包括SiOx，TiOx，ZrOx，另一种可熔无机氧化硅石，和一种聚合物，比如硅氧烷聚合物，并且超精细颗粒的实例可以包括氧化物，包括II族元素氧化物(比如ZnO，CdO和ZnCdOx)；和IV族元素氧化物(比如GeO2，SnO2，GeSnOx，TiO2，ZrO2和TiZrOx)在内。另外电导率控制杂质的实例可以包括：包括分别用于II族元素氧化物的III族元素，比如硼、铝、镓和铟的n-型杂质(给体：提高电子导电率的杂质)，和包含分别用于II族元素氧化物的I族元素，比如铜、银、金和锂的P-型杂质(受体：提高空穴导电率的杂质)；以及包含分别用于IV族元素氧化物的V族元素，比如磷、砷、锑和铋的n-型杂质，和包含分别用于IV族元素氧化物中的III族元素，比如硼、铝、镓和铟的P-型杂质。
在考虑在钝化膜中添加这样的杂质的时候，在具有单轴取向特性的基片有正表面电位的情况下添加给体，而在负表面电位的情况下添加受体。杂质的浓度可以根据材料和晶体状态(晶体缺陷的密度)而变化，但可以大概地确定以使得提供大约1011-1014cm3的自由电子或自由空穴浓度。此时，表面电位也可以同时变到100mV的水平。
在采用多晶材料的情况下，实际上优选把杂质添加到1017-1020/cm3的数量(大约为产物母体材料的0.01-1％)，同时考虑杂质的添加效率。杂质每增加一位数表面电位大约改变50mV。根据构成一个多层结构的钝化膜的至少一层的规定的导电率可以省略添加这样的导电率控制杂质。
另外，在一个具有如图1所示结构的液晶显示器中，在具有单轴取向特性的基片1上的取向控制层4可以由多种聚合物材料构成，聚合物材料最好是有机聚合物材料，每种聚合物材料能够形成具有单轴取向特性的取向控制膜，以便精细地控制其表面电位值、极性和这对基片之间的取向控制特性。
这样的混合取向控制层4可以例如混合地包括至少两种选自有机聚合物材料的成分，这些有机聚合物材料比如是聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯胺、聚吡咯和尼龙。厚度最好为大约30-300。
为了提供单轴取向特性，最好研磨上面所述的混合物材料的膜。
关于图1所示液晶显示器结构所给出的液晶取向状态，假定在具有单轴取向特性的取向控制膜4和液晶层8之间的界面的附近会出现较高取向度的液晶分子取向，并且在具有非单轴取向特性的基片和液晶层之间的界面(7和8之间的界面)的附近会出现有些紊乱或固定(迟钝的液晶分子运动)的边界面状态(如图5所示)。
下面将从电学角度解释在分级显示中成问题的转换失败和光学响应滞后。
图6A和6B是用于解释处于图5所示液晶分子取向状态的根据本发明的显示器结构的功能和效果的示意图，图7和8分别是根据本发明的显示器结构和常规显示器的等效电路图，用于表示它们的差别。图6A和6B指示液晶分子取向紊乱的界面部分和弱绝缘界面。在图7和8中所示的等效电路图中，CLCB和NRLCB分别代表液晶主体部分的电容和电阻，而CLCS和RLCS分别代表在图6A和6B中所示的界面附近的液晶部分的电容和电阻。图7也表示作为本发明一个特性的低电阻率传导路径Rs。在图5和6中所示的″扰乱的取向界面″可以认为是在图8所示的等效电路中的部分阻抗或者甚至为几乎绝缘的部分(RLCS)。另外，假定根据前一个状态是″黑″或是″白″而造成电滞后的离子或其它电荷粒子的积累的中心可以处于来自上述″扰乱的取向界面″的在液晶主侧(液晶层的内部)中的自发极化(Ps)取向边缘。因此，如果象在常规情况(在非单轴取向基片侧的界面仅仅是绝缘的)那样液晶界面是绝缘的，则在界面部分处的CLC(电容)和RLC(电阻)确定前一个状态的过去电学状态的影响，从而不会因此除去滞后性，会造成转换失败。
与此对照，在如图6A和6B所示的根据本发明的显示器结构中，把一个在具有非单轴取向特性的基片上的膜(最好是湿涂敷的膜)6设定为具有104-108欧姆·厘米的较低的电阻率，则上面提到的绝缘液晶界面会明显地消失。
这种工作状况可以由比如这样一个现象得以证实，这种现象即是当在配置有这样膜6的本发明的显示器中观察到低频(1mHz-10Hz)阻抗时代表液晶部分的科尔一科尔曲线的实部下降。
更特别地，在本发明中，假定有可能借助于通过假定存在于″扰乱的取向界面(图6B)″上好几个部分的弱绝缘部分由在膜厚度方向或片延伸方向的电流来去除过去的电学状态。另外膜6可以直接降低界面层的电阻率。图7表示包括由低导电率传导路径(Rs)代表的膜6的显示器的等效电路图。
为了有效地实现本发明的上述功能和效果，最好用湿涂敷方法来形成低电阻率膜，使该膜具有包括至少200表面不平整度(比如通过借助于一个SEM(扫描电子显微镜)观察而测得)的表面状态。为了均匀地提供这样的不平整度，最好通过湿涂敷来形成含有颗粒尺寸为30-300的导电颗粒的产物母体(粘结剂)的涂敷膜。
涂敷膜的上述不平整范围是基于这样一种认识，即上述″扰乱取向的界面″的平均厚度的近似估计需要差不多10层或更多层的液晶分子，以及一个实验结果，即从实际自发极化的可观察的滞后而计算出来的绝缘层厚度为几乎200或更大。例如可以通过形成具有几个不同厚度的绝缘膜代替涂敷膜并且在采用在由外推至零膜厚度而获得的滞后数量和Ps之间的关连关系的时候测量滞后的数值来获得这样的实验结果。
在上面的描述中，上述的绝缘界面被认为是一个″扰动界面″的模式，也有可能绝缘界面象一个双电荷层，或者象一个捕获界面，该捕获界面被认为是直接与具有非单轴取向特性或高电阻率表面状态的基片的附近有关的。然而在这些情况之中的任何一种下，类似于上述现象的解释都是正确的，并且也可以改进低电阻率膜6的效果。
在本发明中的液晶显示器中，最好通过湿涂敷而在具有非单轴取向特性的基片上形成最好具有104-108欧姆·厘米体积电阻率的低电阻率膜。以后会详细一些地描述优选的范围。[上限：108欧姆·厘米]。
至于是否可以电去除以前的状态可以由一个时间常数条件来确定上限。当驱动具有双稳特性的铁电液晶时，在一个象素处在确定规定的象素状态之前，向象素施加一个重置信号(一般均匀地形成″黑″状态)。为了避免在矩阵驱动中对图象质量的不良影响，优选把重置周期设置为至多100μsec左右。为了在这样一个周期内进行电去除前一个状态，从如下的近似计算中需要至多108欧姆·厘米的电阻率。由(C1c+Ca)×R1c×Ra/(R1c+Ra)给出等效电路的时间常数，其中：Ca：涂敷膜电容，Rlc：液晶电阻，和Ra：涂敷膜电阻。现在假定液晶层厚度约为2μm，涂敷膜厚度约为1000，液晶介电常数约为6，以及涂敷膜介电常数约为10。另外，假定(C1c+Ca)Ca和Pa＜＜Rlc。则时间常数CaRa，和γεaεoρa＜100μsec(γ：时间常数，εa：涂敷膜的绝缘膜和ρa：涂敷膜的电阻率)，从而ρa＜108欧姆·厘米。[下限：104欧姆·厘米]
涂敷膜的电阻率下限是一个条件，用以避免由于在一个矩阵结构中流入另一个象素中的电流而导致的不必要的电压下降，以及在保证电去除以前的状态的同时避免线间的交扰。
例如，在1000×1000象素的矩阵的情况下，如果条电极具有大约1欧姆/□的表面电阻率，则从电供应点到第1000个象素点的条电极的电阻是大约1千欧姆。这与现在形成的实际制造的透明电极的值一致。另外，如果假定电极条之间的间隔大约是电极条宽度的1/10时，则相邻电极间的电阻是涂敷膜表面电阻率的1/10000。当一直到第1000个象素的电压下降被抑制到至多为1/100时，需要电极条间的表面电阻率为106倍。因此，涂敷膜的表面电阻率至少为109欧姆/□，这对应于用于500厚涂覆膜的至少5×103欧姆·厘米，最好至少为104欧姆·厘米的电阻率。
参照图9和10描述这里所说的膜体电阻率的测量方法。
图9是一个用于沿厚度方向测量一个目标膜的电阻的系统的厚度方向的示意剖面图。该系统包括一个目标膜71，通过该膜电流在玻璃基片70上形成的比如1mm直径的铝电极71和ITO电极73之间流动。图10B是一个用于沿表面伸展方向测量一个目标膜74的电阻的系统的示意剖面图，其中电流在形成于目标膜74上的电极75和76之间流动，电极图案见图10A。如图10A所示，电极75具有外径为18mm、内径为11mm的圆环形。电极76具有直径为6mm的圆形。
在根据本发明液晶显示器中具有非单轴取向特性的基片上设置具有104-108欧姆·厘米体电阻率的膜的情况下，通过在该膜下设置一个无机膜以便比如在该膜与ITO电极之间提供一个增加了的耐压则可以增大该显示器的持久性。
优选通过蒸汽沉积，更优选通过溅射来形成不同的无机材料(比如ZnO，SnO2和TaOx)的无机膜。优选形成具有大约1000-2000厚度的膜，通过调节环境气体(比如氧气或氩气)的气压或者通过调节RF功率可以把在厚度方向的电阻率控制在104-108欧姆·厘米的范围内。
用于增大耐压的这样一个无机膜的电阻率的优选的上限是大约108欧姆·厘米，这可作为与上层膜类似的去除转换的以前状态的条件。
下限也类似于上层膜的下限。例如，下限是这样确定的，即使当由于沾染外来的导电物质而造成液晶层短路时，通过抑制流过无机膜的电流，将有可能消除短路部分或周围部分处的显著的图象缺陷。作为一个示意性考虑的实例，假如通过混杂尺寸相当于盒厚度的异物而横跨液晶层厚度形成电通路，并将象素之间的电压下降限制在1/100的话，则该处的电阻要求是从电极条的电源端至相对端的1k.ohm电阻的100倍的一个电阻。如果短路面积为2μm×2μm，且无机膜厚度为1000，则ρmin×1×10-5/(2×10-4)2≥1×105(ohm)。其中*min：下限电阻，则ρmin≥4×102(ohm·cm)。如果多处出现短路，则希望体电阻率大约为104ohm.cm。
根据本发明的液晶显示装置中，如果为具有单轴取向特性的基片提供一种导电的取向控制膜，则可以进一步改善装置的特性。可以用一种传递电荷的复合物来形成这样一种导电取向膜，而所述复合物是通过在聚吡咯和聚苯胺等中掺杂，如TCNQ(四氰代二甲基苯醌)来获得的。分别在一种导电材料中掺杂硫酸等物质或者在普通绝缘取向膜材料(如聚酰亚胺)中掺杂一种有机酸或无机酸(如LiCF2SO3)，以产生大约104～108ohm.cm的电阻率。可以通过如研磨使得导电取向膜具备单轴取向特性。
在本发明中，如果在具有单轴取向特性的基片上形成这样一种无机膜或在具有单轴取向特性的基片上形成导电取向控制膜，要有选择地控制两个基片以满足两者之间的表面电位的相关关系。尤其是，在选择导电取向膜和无机膜的同时，在具有单轴取向特性的基片上形成导电取向膜并在具有非单轴取向特性的基片上形成无机膜以产生所需差值以及两者间表面电位的相同极性。
现在将描述图1所示的装置结构所需的各部件的具体实例。(1)基片(图1中的1和2)
具有一个700厚或1500厚的ITO膜(图1中的3和5相同)的一面抛光或两面抛光的兰片玻璃(与单轴基片1和非单轴基片2相同)。(2)取向控制层(图1中的4)
(i)通过旋涂一种聚酰胺酸(可从Toray K.K.获得的″LP-64″)并在270℃下烘焙并研磨来形成30厚的聚酰亚胺膜。
(ii)采用LB法将5层聚酰胺酸(″LP-64″)的单分子层叠置，接着再烘焙形成聚酰亚胺膜。
(iii)通过旋涂一种聚吡啶在甲酸中的分散液并在180℃下烘焙，再研磨来形成一个100厚的膜。
(3)在具备非单轴取向特性的基片2上的层
(a)覆盖膜(图1中的6)
(i)其中含有掺杂锑的SnO2超细颗粒(大小：约100)的硅氧烷(SiOx)聚合物的大约900厚的烘焙膜。
(ii)其中含掺杂锑的SnO2超细颗粒的氧化钛、氧化锆、氧化硅等物质的混合物膜。
(b)选择性表面处理膜(图1中的7)
(i)通过旋涂进行涂敷的硅烷偶合剂。
(ii)与上面(2)中的膜相同但没有进行取向处理的一个覆盖膜。
(iii)未进行表面取向处理。
(4)液晶(图1中的8)
一种铁电液晶，表现出随温度下降从ISO→SmA→SmC*→Cryst.的相转化系列，20nC/cm2的极化(Ps)以及大约22度的倾角。
特别制备的上述(3)(a)(i)和(ii)两种类型的覆盖膜在两者的延伸方向和厚度方向上表现出按照参考图9和图10描述的方法测得的大约104ohm.cm的体电阻率。
如上面参照一些实施例所述，按照本发明的液晶显示装置，有可能提供稳定特性，包括由于前面的状态而造成的最小滞后效应(例如，作为一种光学响应滞后现象的至多0.5V或低于0.5V的阈值差)，一种下降的两种稳定状态之间的转换的不对称性(第一和第二稳定状态之间的前后转换之间的至多1V的阈值差)，以及由于长时间的驱动和存储而造成的阈值下降的变化(例如，至多1V的阈值改变)。
下面，将在实验实例的基础上更详细地描述本发明。实验实例1
在这一系列的实例中，按下列方法制备每个具有如图1所示结构的液晶显示装置。
在此之后出现的表1表示了在实例中采用的单轴取向层(4)和非单轴取向层(6)的材料，厚度和测量的表面电位。表1所示的膜的材料和制备方法如下。[单轴取向层4]A：通过旋涂法涂敷一种聚酰胺酸(可从Toray K.K.得到的“LP-64)”并在200℃下烘焙以形成一种5nm厚的聚酰亚胺膜，然后研磨。
B：通过旋涂法涂敷一种聚酰胺酸(具有与LP-64主链中的一个亚胺环产物母体相接的辅助烷基链结构)并在200℃下烘焙以形成5nm厚的聚酰亚胺膜，然后研磨。[非单轴取向层6]
a1：将一种0.5％的乙醇中的硅烷偶合剂溶液(由Chisso K.K.生产的“ODS-E”)进行旋涂并在180℃下烘焙一小时以形成一个2.5nm厚的膜。
b1：涂敷一种含有掺杂锑的SnO2超细颗粒(大小：大约10nm)的聚硅氧烷(SiOx)并烘焙以形成一个70nm厚的膜。
b2：采用类似于上面b1的方法制备一种140nm厚的膜。
c1：涂敷一种含有经表面处理过的掺杂有锑的SnO2超细颗粒(大小：约10nm)的聚硅氧烷(由美国Techneglass有限公司生产的，通过Showa Denko K.K.提供的“GR 651L”)并烘焙以形成30nm厚的膜。
C2：采用类似于上面C1的方法制备一种70nm厚的膜。
d1：涂敷聚硅氧烷(“GR 651L”)并烘焙以形成3nm厚的膜。
              表1材料         厚度         表面电位
         ()          (mV)A            50           -220B            50             50a1           25           -110b1          700           -180b2         1400           -200c1          300           +100c2          700            +70d1           30            +30
A，B：单轴取向层材料
a1，b1，b2，c1，c2，d1：非单轴取向层材料(实验实例1-1)
在该实例中，制备出四种装置，每一种都包括表现出相对大的-220mW的负的表面电位的由A(表1中)构成的单轴取向层4的膜。
尤其是，为具有大约150nm厚的ITO电极的一块1.1nm厚的玻璃板提供一种50nm厚的“LP-64”膜(表1中的A)。然后，采用一个8mm直径的缠尼龙织物的研磨滚筒研磨该膜，研磨时滚筒转速1000rpm，压制深度3mm，相对于基片的10mm/sec的进给速度且进给四次，以使其具备单轴取向特性。
以此方式，制备四块基片，每个都具有单轴取向层。
通过分别形成由a1，b1，b2及c1构成的非单轴取向层(图1中的6)而制备具有非单轴取向特性的四块基片，并叠放在上面制备出的具备单轴取向层的4个基片中的每一个上，其间有2.0μm直径的隔离玻璃珠以制备出四种类型的空盒子，其中每个里面都填充有手性近晶液晶(铁电液晶)，这种液晶具有按照温度下降从Iso.→SmA→SmC*→Cryst.的相转变系列，30nc/cm2(30℃)的自发极化以及在加热和降低压力的条件下约24度的倾角，接着逐渐冷却(以2℃/分的速率)并恢复正常压力以制备出四种类型的液晶显示装置，每种都具有良好的取向状态。
分别为四种装置提供正、负矩形脉冲，每个矩形脉冲具有20μsec的脉宽，以测量两种稳定状态之间的二个转换方向之间的阈值电压差值。图11表示转换阈值差(纵轴)与具有非单轴取向特性的基片上测得的表面电位值(横轴)的曲线。在图11中，点O代表转换阈值对称性好而点△代表转换阈值对称性不充分，此外，图11中的箭头A所指的点代表测得的具有由A(“LP-64”)构成的单轴取向层的基片的表面电位。
如从图11中清楚看出，在转换阈值差与测得的表面电位之间观察到了密切相关。尤其是，一种具有不对称结构的装置具有由硅烷偶合剂a1的非单轴取向层，它具有-110mV的表面电位差(按照(单轴取向层的表面电位)-(非单轴取向层的表面电位)计算)并产生一个-0.8V的相对大的转换阈值差(“大”或“小”是以绝对值而言的)，但具有由b1构成的非单轴取向层的装置提供了一个导致-40mV转换阈值差的更小的-40mV的表面电位差而且一个具有b2层(其有两倍于b1层的厚度)的装置提供了一个更小的-20mV的表面电位差，它导致了由-0.1V的转换阈值差代表的一种基本上理想的对称性。另一方面，一种具有由c1构成的非单轴取向层的装置提供了一个-320mV的很大的表面电位差，它在不产生转换失败的同时，导致了一个-1.4V的相当大的阈值差。
图11所示的相关曲线表示，有可能将表面电位差适当地抑制在±100mV的较小值或更低并调整极性，进而将转换阈值差控制在±0.1V或更低的一个值上。
而且，除有关转换阈值的绝对值的相关外，转换阈值差值的极性也表现出一种相关性，即，较高转换阈值的方向与由表面电位差造成的从由一个内部电压给定的稳定状态的转换方向一致。因此，强调的是，转换阈值差是由表面电位差造成的。(实验实例1-2)
在该实例中，制备出六种装置，每个都包含表现出+50mW的正的表面电位的一种由B(表1)构成的单轴取向层4的膜。
更具体地，在具有约150nm厚的ITO电极的一块1.1nm厚的玻璃板上设有50nm厚的B膜。然后，用一个周围缠有尼龙的80mm直径的研磨滚筒在下列条件下对膜进行研磨：1000rpm的滚筒转速，0.3mm的压制深度，相对于基片的10mm/sec的进给速度并进给四次，以使膜具备单轴取向特性。
以此方式，制备出每个都具有单轴取向层的六块基片。
分别地，通过形成分别由a1，b1，b2，c1，c2和d1构成的非单轴取向层(图1中的6)来制备具有非单轴取向特性的六块基片，并将其叠置于上面制备的具有单轴取向层(4)的六块基片的每一块上，其间加入2.0μm直径的隔离玻璃珠以制备出六种类型的空盒，在加热、减压，逐渐冷却(以2℃/min的速率)和正常压力条件下向每个空盒中填充与实验实例1-1中采用的相同的液晶以制备出六种类型的具备良好的取向状态的液晶显示器。
分别为这六种显示器提供脉宽为20μsec的正、负矩形脉冲以测量两种稳态之间的两个转换方向之间的阈值电压差。图12表示转换阈差值(纵轴)与在具备非单轴取向特性的基片上测得的表面电位值(横轴)的曲线。在图12中，点O表示一个良好的转换阈值对称的值，而点△表示一个具有相当成问题的转换阈值不对称的值，而点X则表示一个造成转换失败的转换不对称的明显有问题的值，和点◎表示良好的转换阈值对称性，并且特别有效抑制了随时间的衰减。而且，图12中箭头B所指的点代表测得的具有由B构成的单轴取向层的基片的表面电位。
如从图12清楚地看出，类似于采用“LP-64”的一种单轴取向层的实验实例1-1的情况，在转换阈差值与测得的表面电位之间观察到了密切相关。尤其是，具有含由硅烷偶合剂a1构成的非单轴取向层的不对称结构的一种已知的代表性装置提供了不同于采用“LP-64”的单轴取向层的情形的一个+150mV的表面电位差并产生+1.1V的正向较大的转换阈值差。具有良好的转换阈值的b1和b2非单轴取向层与“LP-64”单轴取向层结合起来提供了分别为+230mV和+250mV的很大的表面电位差，并导致了转换失败，所以不能测出转换阈值差。另一方面，由表现出较小表面电位差的c1(表面电位差：-50mV)，c2(-20mV)和d1(+20mV)构成的非单轴取向层提供了表现出分别为0V，0.4V和0V的转换阈值差的装置。因此，特别是具有由c1和d1构成的非单轴取向层的装置提供了一种理想的转换阈值对称性。
图12还表示，通过将表面电位差限制在±100mV，能够将转换阈值差限制在±1.0V或更低的一个较低的值。
而且，发现含有d1非单轴取向层的装置有效地抑制了易于在具有不对称结构的装置中发生的转换阈值随时间的改变。在两基片之间的表面电位差低于100mV且每块基片上的表面电位绝对值至多为50mV的装置中同样观察到了这种趋势。我们知道，这些结果可以归结于一种相关性，即，发生在电极与取向膜之间的电位差是造成阈值随时间改变的一个因素。
如参照上面两个实验实例所述，已经从实验上肯定了存在下面的趋势，即，当具有非单轴取向特性的一个基片的表面电位接近具有单轴取向特性的一个相对的基片的表面电位时(即当两个基片之间的表面电位差接近零)，转换阈值差接近零；由于表面电位差而产生的内部电压的方向与转换阈值差所发生的方向一致；并且，在单轴和非单轴取向基片的表面电位都很小的情况下，最好两者最多为100mV，在不对称结构的盒中易于遇到的盒性能随时间的变化得到了非常有效的抑制。还肯定了，在两种基片的表面电位具有相同极性的情况下，可以更好地消除转换阈值差。
进一步，作为对上面的实施实例1-1和1-2的比较，具有实验实例1-2中的c1，c2和d非单轴取向层的装置在抑制出现随时间的单稳特性方面表现出比实验实例1-1中的相应装置更好的性能。这可以归功于以下特性，即，实验实例1-2中的装置具有相同的表面电位极性，更小的表面电位差(低于50mV)以及两基片上的表面电位的绝对值被限制在一个很小的值上，进而对表面电位或液晶分子的偶极产生更小的影响。实验实例2
在这一系列实例中，以下列方法制备出具有如图1所示结构的液晶显示装置。
对于图1所示装置结构，下面列举出在实例中所采用的相应部件的具体例子。(1)基片(图1中的1和2)
具有一个700或1500厚的ITO膜(同图1中的3和5)的一面或两面抛光的兰片玻璃(同单轴基片1和非单轴基片2)。(2)取向控制层(图1中的4)
(A)通过旋涂一种聚酰胺酸(可由Toray K.K.得到的“LP-64”)并在200℃下烘焙形成50厚的聚酰亚胺膜，然后研磨。
(B)采用LB法，将5个单分子聚酰胺酸(“LP-64”)层叠置形成一层聚酰亚胺膜，然后在200℃下烘焙。
(C)通过旋涂一种尼龙66在甲酸中的分散体并在180℃下烘焙来形成一种50厚的膜，然后再研磨。(3)在具有非单轴取向特性的基片2上的各层[非单轴取向层6]b1：涂敷含有掺锑的SnO2超细颗粒(大小：约100)的一种聚硅氧烷(SiOx)并烘焙以形成一个700厚的膜。
e1：含上述掺锑的SnO2超细颗粒的氧化钛和氧化硅的900厚的混合物膜。
c1：涂敷含经表面处理过的掺锑SnO2超细颗粒(大小：约10nm)的聚硅氧烷(由美国Techneglass有限公司生产，通过Showa Denko K.K.提供的“GR 651L”)并烘焙以形成一种300厚的膜。
上述由b1.e1和c1构成的膜均在约200℃下烘焙。(4)液晶(图1中的8)
一种根据温度下降表现为Iso.→SmA→SmC*→Cryst.的相转换系列的铁电液晶，并表现为30nC/cm2的自发极化作用(Ps)以及大约24度的倾角。
上述覆盖膜(3)b1.e1和c1均含有超细颗粒，以便赋予其导电性并调节极性。这些膜均表现出根据参考图9所述方法测得的沿厚度方向上106ohm.cm的体电阻率。
制备出四种具有图1所示结构的液晶显示装置(实例2-1至2-4)，它包含上述部件，并通过以非单轴取向基片2为基础，和向单轴取向基片1施加信号电压来对其V-T特性进行测量，并且还对不对称的转换阈值差及滞后性进行测量。
在下面的表2中总结出了相应装置的结构特征及估测值。
           表2
  装置实例             单轴取向基片                   非单轴取向基片             ** 阈值差 滞后性
取向层   表面电位       覆盖膜   表面电位   体电阻率
   2-1 A(聚酰亚胺)γDP＝43.9dyn/cm     -220(mV) b1(聚硅氧烷膜)γDP＝44.5dyn/cm     -180(mV)   ～105(ohm.cm)      -0.1(V)       0.9(V)
   2-2          同上     同上 e1(混合物膜)γDP＝44.6dyn/cm     -200(mV)   ～105(ohm.cm)      -0.1(V)       0.8(V)
   2-3 C(尼龙)γDP＝42.7dyn/cm     +270(mV) c1(聚硅氧烷膜)γDP＝26.5dyn/cm     +100(mV)   ～105(ohm.cm)      -1.0(V)       0.6(V)
   2-4 B(聚酰亚胺)γDP＝44.3dyn/cm     +50(mV)       同上     同上     同上      ±0(V)       0.5(V)
*rDP：表面能的扩散部分
**：未对非单轴取向基片进行表面处理
如上面表2所归纳的，在上述实例中制备的液晶显示器表现出两基片间下降的表面电位差和其相同的极性。因此，这些液晶显示器表现出被前面状态所影响的最小的滞后作用(例如1伏的光学响应滞后或低于该最大值)，以及下降的双稳态之间的转换不对称性(即，两个转换方向之间的阈值差为1.0V或更低)，进而导致了抑制有缺陷域的出现。而且，即使在长时间驱动或存储中，阈值特性的改变也被限制在最小范围内(即，至多1V的阈值变化)，进而提供了稳定性能。实验实例3
图13示意性地表示在该实验实例中制备并测试的液晶显示器结构的剖面图。该液晶显示器包括一对基片91和92，且液晶层98插在二者之间。一个基片91上设有电极93以及显示装置中单轴取向液晶98的取向控制层94。另一基片92上设有电极95及构成非单轴取向层的双层钝化膜96和97。显示器按下列方式制备。
首先，采用一种普通的DC溅射装置和一个ITO对电极，在1w/cm2的功率、以90SCCM喷涂氩气，以10SCCM喷涂氧气以及2.5分钟放电时间的条件下，分别在基片91和92上涂敷一层700厚的ITO膜。采用普通湿刻法使ITO膜形成图案以构成电极93和95。
然后，在2700rpm及20秒的条件下，在基片91上的电极93上旋涂一层聚酰胺酸(由Toray K.K.制造的“LP-64”)，接着在200℃下烘焙60分钟以形成一个50厚的聚酰亚胺膜，然后，在1000rpm的转速、0.4mm的压制深度、5mm/sec的进给速度以及沿一个方向研磨三次的条件下进行研磨处理以形成一种取向控制膜94。
另一方面，采用一种普通RF溅射装置和一个10％ZnO的对电极，在5W/cm2的功率、200℃下基片加热、以90SCCM喷涂氩气和10SCCM喷涂氧气、3mTorr的压力和1分钟的放电时间的条件下，对另一基片92上的电极95涂敷一层1000厚的ZnO膜以作为一种下面的钝化膜层96。然后，还在基片上旋涂一种分散在氧化的SiOx熔解母体溶液中的SnOx超细颗粒(大小：约100)的分散体，接着在200℃烘焙90分钟以形成一种1500厚的钝化膜上层95。
然后，将2.2μm直径的SiO2细颗粒的分散体施加在单轴取向基片上的取向控制膜94上面，并加热凝固，并施加一种粘结颗粒(大小：约5μm；可由Toray K.K.获得的“Toraypearl”)并加热凝固。
分别地，采用一种印制机在另一基片92上施加密封剂并在90℃下预焙5分钟。将经过处理的基片92放在上述处理过的基片91上并由压制机提供一个50g-f/cm2的压力。而且，在施加相同强度的气体压力条件下，将基片在110℃下加热90分钟以使密封剂凝固。
将按上述方式制备的空的显示器置于一种普通的加载锁紧型真空室中，然后，抽成10-5Torr的真空。然后，在10-2Torr的真空下，将显示器浸入加热至95℃的液晶储存器内，以使其喷口接触到液晶以便注入液晶98(与实验实例2中采用的液晶相同)，以制备出具有图13所示结构的液晶显示器。
预先分别测出基片91上的单轴取向控制层(94)和基片92上的钝化膜(96，97)的表面电位为-220mV和-120mV。
通过将非单轴取向基片的电极95与底部95电连接并为单轴取向基片上的电极92施加一信号电压(100)，来对按上述方式制备的液晶显示器就象素的性能进行检测。
图14表示通过边改变信号电压幅值(v)边测量装置的透射率(T)而获得的液晶显示器的V-T(电压-透射率)特性。由方向相反的箭头所指的两条曲线之间的差距代表理想状态下的零位的滞后效应，但这种不超过驱动电压大约5％的滞后在实际中是可接受的。
而且，实线与虚线之间的差距代表当液晶被重置为“黑色”状态时，由液晶分子的自发方向而引起的差异。例如，实线代表在自发极化Ps(假设为负的)指向非单轴取向基片一侧的情况下的特性而虚线表示在Ps指向单轴取向基片一侧的情况下的一种特性。实线与虚线之间的差距是所希望的一种完美对称的理想的零值。与之相反，阈值的偏差可以被视为一种不对称。±1伏左右的不对称是可以接受的，因为双稳电位没有受到明显的干扰而且诸如转换失败或饱和这类随时间的性能改变不太显著。
图14所示的该实验实例3的液晶显示装置的V-T特性表现出0.8伏的滞后，及大约0.5伏的不对称性，但这些滞后与不对称均在实际可接受的范围内。
而且，当对该实例中的液晶显示装置(屏)进行矩阵驱动时，该装置表现出包含以下特性在内的极好的性能：无视觉暂留，快速响应、无闪烁、无低质量的显示区域产生，极好的双稳性、对饱和及向单稳特性的进程的充分抑制以及高可靠性。即使在基片上的矩阵电极之间施加30伏电压的情况下，也没有观察到有象素发生短路。实验实例4
在该实例中，以下列方式制备具有类似于实验实例3(图13)中的断面结构的液晶显示装置。
首先，按照类似于实验实例3中所示方式分别在基片91和92上形成电极93和94。
然后，在2700rpm和20秒钟的条件下在基片91上的电极93上旋涂一种聚酰胺酸(由Toray K.K.生产的“LP-64”)，接着在200℃下烘焙60分钟以形成一个50A厚的聚酰亚胺膜，然后，在1000rpm转速，0.4mm压制深度、5mm/秒的进给速度以及沿一个方向研磨三次的条件下对该膜进行研磨处理以形成一种取向控制膜94。
另一方面，通过采用一种普通负载锁定型的平行板型RF等离子体CVD装置，在频率13.56MHZ、200℃的基片加热温度、300mW/cm2的功率、以40SCCM引入硅烷(SiH4)气、以300SCCM引入异丁烷(i-C4H10)、以10SCCM引入0.1％氢稀释的磷化氢(PH3/H2.0.1％)、0.2Torr的压力以及30分钟放电时间的条件下，在另一基片92上的电极95上旋涂一种2000厚的作为下面的钝化膜层96的n-型多晶体的SiC：H。
然后，在基片上还旋涂一种由分散在SiOx氧化熔化母体的溶液中的SnOx超细颗粒(大小：大约100)构成的分散体，然后在200℃下烘焙90分钟以形成一种1500厚的钝化膜上层95。
利用上面处理过的基片91和92，按照除相同于实验实例3的方式外还包括涂敷和注入液晶的方式制备液晶显示装置。
对基片91上的单轴取向控制层(94)和基片92上的钝化膜(96，97)进行测量，分别得出表面电位为-220mV和-130mV。
按照相同于实验实例3的方式，检测以上方式制备的液晶显示装置。
结果，液晶显示装置的V-T特性表现出0.6V的滞后和大约0.5V的不对称性，两者都在实际许可范围内。而且，当将该实例的液晶显示装置(屏)进行矩阵驱动时，该装置表现出包括下列特性在内的极好的性能：无视觉暂留、快速响应、无闪烁、无低质量显示区域产生、极好的双稳性、对于饱和及向单稳性的进程的有效抑制以及高可靠性。对于驱动电压以及两基片上的矩阵电极之间超过30伏的耐压来说，该装置表现出足够的余量。实验实例5
在该实例中，按照下列方式制备出具有类似于实验实例3(图13)的断面结构的一种液晶显示器。
首先，按照类似于实验实例3中的方式，分别在基片91和92上形成电极93和94。
然后，在2700rpm和20秒钟的条件下在基片91上的电极93上旋涂一种聚酰胺酸(由Toray K.K.生产的0.7重量百分比的“LP-64”)，接着在200℃下烘焙60分钟以形成一层50厚的聚酰亚胺膜，然后，在转速1000rpm，压制深度0.4mm、进给速度50mm/秒以及沿一个方向研磨三次的条件下对该膜进行研磨处理以形成一层取向控制膜94。
另一方面，在另一基片92上的电极95上涂敷一种通过以1500rpm的转速，旋涂一种含掺锑的SnO2超细颗粒(大小：大约100)的硅石溶液20秒钟而形成的1500厚的下面的钝化膜层96并接着在200℃下烘焙60分钟。
然后，在1500rpm，20秒的条件下，在基片92上还旋涂一种硅氧烷溶液，接着在200℃下烘焙60分钟以形成一层作为上面的钝化膜层97的50厚的聚硅氧烷膜。
除包括涂敷和注入液晶外，按照相同于实验实例3的方式，采用上述处理过的基片91和92来制备一种液晶装置。
分别测得基片91上的单轴取向控制层(94)和基片92上的钝化膜(96，97)的表面电位为-220mV和-100mV。
对于按上述方式制备的液晶显示器以相同于实验实例3的方式进行检测。
结果，该液晶显示器的V-T特性表现出0.4V的滞后以及大约0.5V的不对称，但这些都在实际允许范围内。而且，当将该实例中的液晶显示器(屏)加入到矩阵装置中时，装置表现出包括下列现象在内的极好的特性：无视觉暂留、快速响应、无闪烁、无低质显示区域产生、极好的双稳特性，对饱和及向单稳性的进程的抑制以及高可靠性。实验实例6
在这一系列实例中，采用以下结构元件，制备具有如图1所示结构的液晶显示器。
提供由一面或两面抛光的钠玻璃板构成的基片，每个基片上涂有700厚或1500厚的作为透明电极的ITO膜。
然后，一些上述基片要经过旋涂聚酰亚胺前体，所述前体是下面S1和S2的一种或两者的混合物，然后在200℃下烘焙并研磨以形成50厚的聚酰亚胺取向膜。
因此，制备出单轴取向基片。
S1：聚酰胺酸(由Toray K.K.生产的“LP-64”)
S2：聚酰胺酸，具有由在“LP-64”的主链中还含有一个烷基链的“LP-64”构成的结构。
随后，按照下列方式制备非单轴基片。
通过旋涂下列S3和S4之一或其混合物，并在200℃下烘焙来制备膜6以形成一层1500厚的膜。不必对膜进行研磨或进一步处理。
S3：含有分散在其中的掺锑的SnO2超细颗粒的一种聚硅氧烷矩阵源(由美国Techneglass有限公司生产的“GR 651L”)
S4：含有掺锑SnO2超细颗粒的硅石矩阵源。
提供一种按照Iso.→SmA→SmC*→Cryst.温度下降、30nC/cm2(30℃)的自发极化(Ps)以及大约24度的倾角的铁电手性近晶液晶的相转换系列。
使上述覆盖材料S3和S4含有超细颗粒是为了赋予其导电性并调节极性。得到的膜均表现出根据参照图9所描述的方法测得的沿厚度方向的105ohm.cm的体电阻率。
采用上述部件制备液晶显示器样本第1-5号。采用一个单轴取向基片和一个非单轴取向基片制备参照装置(样本第1号)，其中前者具有由100％的聚酰胺酸B形成的经研磨的聚酰亚胺取向膜，后者具有非研磨的由100％的材料S4(含有分散在其中的掺锑的SnO2颗粒的硅石母体)形成的膜。在这些基片之间，注入上述液晶以产生一种含手性近晶C相液晶的液晶显示器。
样本第2号装置的制备采用相同于第1号的单轴取向基片及具有由上述用于第1号的材料S3(含有掺锑的SnO2材料的聚硅氧烷母体(“GR 651L”))和S4的50∶50的混合物构成的非研磨的膜并具有105ohm.cm左右的体电阻率的非单轴取向基片。其它特性与第1号相同。
第3号样本装置的制备采用了具有由材料S1和S2的50∶50的混合物形成的经研磨的膜的单轴取向基片和具有由材料S3和S4的65∶35的混合物形成的非研磨的膜的非单轴取向基片。第4号样本装置的制备采用与第3号样本相同的单轴取向基片和与样本第2号相同的非单轴取向基片。
第5号样本的制备采用具有由100％的材料S1构成的经研磨的膜的单轴取向基片和具有由材料S3和S4的10∶90的混合物构成的非研磨的膜的非单轴取向基片。
每一个按照上述方式制备的液晶显示装置样本都要经过反复转换测试，其中在规定的环境条件下重复双稳态u1和u2之间的转换以反复测得从第一稳态u1到第二稳态u2转换的阈值V1以及从u2到u1转换的阈值V2，然后得到阈值差|V1-V2|。
通过确定参考样本第1号的阈值差为1.0以及其阈值改变也为1.0来使结果归一化。在阈值差的基础上估计相应装置的性能。根据下列标准：□：≥0.9，△：0.6-0.9，○：0.4-0.6以及◎：低于0.4。
结果归纳在下面的表3中。
             表3装置样本号          1       2       3       4       5单轴基片S1∶S2    0∶100  0∶100  50∶50  50∶50  100∶0非单轴基片S3∶S4  0∶100  50∶50  65∶35  50∶50  10∶90估计                -       □      ○      ◎      ◎实施例7
除下列改变外，通过重复实验实例6中制备样本第5号装置的步骤来制备液晶显示装置：采用含有不同比例的材料S3和S4的混合物材料制备非单轴取向基片上的非研磨的膜以便使膜上的表面电位在+100mV到-180mV的范围内变化。其它特征与样本第5号装置相同。
结果，在非单轴取向基片表现出与单轴取向基片的表面电位稍差异(优选地相差绝对值至多为50mV)和/或极性相同的表面取向情况下，肯定可以获得良好的结果。实验实例8
除下列改变外，通过重复实验实例6中制备样本第2号装置的步骤来制备液晶显示器：采用含不同比例的材料S3和S4的混合物材料制备非单轴取向基片上的非研磨的膜以便使膜上的表面电位在+100mV和-180mV范围内变化。其它特征与样本第2号装置相同。
结果，再次肯定了：在非单轴取向基片表现出与单轴取向基片的表面电位(+50mV)稍有差异(最好绝对值不超过50mV)和/或极性相同的表面取向的情况下，可以获得良好的结果。
上面的实验实例6-8的结果表明，可以通过简单的步骤，即采用不同材料的混合物构成非单轴取向膜，来控制非单轴取向基片的表面电位特性，进而提供一种即使在连续驱动中也表现出良好的转换特性的液晶显示器。实验实例9[实验实例9-1]
按照下列方式制备具有如图1所示结构的液晶显示器(样本第11-15号)
每个样本装置中的两玻璃基片中的每一个都具有1.1mm的厚度并设有由150nm厚的ITO膜构成的透明电极。
在单轴取向一侧上的5个基片分别设有由尼龙-6，6和聚嘧啶噻吩(PYPy)的混合物分别以100∶0，90∶10，75∶25，50∶50和0∶100的比例形成的5nm厚的经研磨的膜，其中尼龙-6，6具有下面所示的重复单元结构，而聚嘧啶噻吩具有下面所示的重复单元结构。单轴取向基片上的经研磨的膜测得的表面电位分别为+270mV，-50mV，-190mV，-210mV和-350mV。尼龙-6，6聚嘧啶噻吩
Figure A9511588400602
顺便说一下，研磨是通过采用一个周围缠有尼龙织物的80nm直径的研磨滚筒，在下列条件下进行的，即：1000rpm的滚筒转速、0.4mm的织物在基片上的压制深度、5mm/秒的基片进给速率以及基片进给三次。
通过在2000rpm以及20秒钟条件下进行旋涂，在上述涂有ITO的玻璃基片上涂敷0.5重量百分比的硅烷偶合剂的乙醇溶液(由Chisso K.K.生产的“ODS-E”)并在180℃下干燥1小时来制备非单轴取向基片。基片上的膜表现出-110mV的表面电位。
通过下列方法制备出5个空盒子：提供5对彼此间具有2.0μm直径的隔离玻璃球的单轴取向基片和非单轴取向基片，并填充表现出按温度下降从Iso.→SmA→SmC*→Cryst.的相转换系列、30nC/cm2(30℃下)的自发极化(Ps)以及约24度倾角的一种铁电液晶，并在降低压力条件下，利用一种毛细效应将其加热至均质相，然后恢复至正常压力，并以2℃/分的速率冷却以制备出5个样本装置，将它们分别称为样本第11-15号。[实验实例9-2]
按以下方式制备液晶显示器(样品第16-18号)。
每个样本装置中的两玻璃基片的每一个均具有1.1mm的厚度并设有由150nm厚的ITO膜构成的透明电极。
单轴取向一侧上的三个基片分别设有由聚酰胺酸(PI-A)(由Toray.K.K.生产的“LP-64”)和一种聚合酸(PI-B)(具有通过在“LP-64”的主链结构中的聚酰亚胺母体部分中加入一个烷基链来形成的结构)，分别以75∶25、50∶50和10∶90的混合比构成的混合物形成的5nm厚的膜。然后，在下列条件下，采用一个周围缠有尼龙织物的80nm直径的研磨滚筒分别对形成的膜进行研磨：1000rpm的滚筒转速、0.4mm的织物在基片上的压制深度、10mm/秒的基片进给速率以及基片进给4次。单轴取向基片上的经研磨的膜测得的表面电位分别为-160mV、-120mV和-30mV。
通过在2000rpm和20秒钟的条件下旋涂，在上述涂有ITO的玻璃基片上涂敷0.5重量百分比的硅烷偶合剂的乙醇溶液(由Chisso K.K.生产的“ODS-E”)并在180℃下干燥1小时来制备非单轴取向基片。基片上的膜表现出-110mV的表面电位。
利用下列方法制备出三个空盒：提供3对彼此间具有2.8μm直径的隔离玻璃球的单轴取向基片和非单轴取向基片，并按照与上述实验实例9-1中相同的方式填充相同的铁电液晶，以制备出三个样本装置，将它们分别称作样本第16-18号。[实验实例9-3]
按下列方式制备一种液晶显示装置(样本第19号)。
提供一对具有180nm厚的ITO电极的玻璃基片。
通过在一个玻璃基片上形成一层5nm厚的尼龙-6，6膜并采用一个周围缠有尼龙织物的80nm直径的研磨滚筒，在下列条件下对膜进行研磨来制备一种单轴取向基片：1000rpm的滚筒转速、0.4mm的织物在基片上的压制深度、5mm/秒的基片进给速率以及基片进给三次。具有经研磨的膜的单轴取向基片表现出+270mV的表面电位。
通过在上述涂有ITO的玻璃基片上涂敷一种5nm厚的聚硅氧烷覆盖层来制备非单轴取向基片。基片上的覆盖层表现出+50mV的表面电位。
通过提供一对彼此间具有2.0μm直径的隔离玻璃球的单轴取向基片和非单轴取向基片制备出一个空盒，并按照与上述实验实例9-1相同的方式填充相同的铁电液晶以制备一液晶显示器，并称之为样本第19号。
按照下列方式对上面制备的每一个样本装置第11-19号进行评估，向每个装置提供两种极性的脉冲以便产生第一和第二状态之间的双向转换，从而测出双向转换的阈值差。在不同的环境温度条件下进行测量，并得出平均阈值差。
通过将样本第11号的阈值差设定为1.0而将结果归一化。采用一个相对的阈值差幅值、代表更好的性能的一个更小的值以及表示在下表4中的根据□：≥0.9，△：0.6-0.8，○：0.3-0.5和◎：≤0.2的标准对其它样本装置进行评估。
           表4
装置样本号              单轴取向基片       非单轴取向基片    评价
        膜   表面电位(mV)      膜  表面电位(mV)
    11   (尼龙-6，6：PTPy)100∶0     +270     ODSE     -110 □
12 同上90∶10 -50 ODSE -110 ○
    13       同上75∶25     -190     ODSE     -110     ○
    14       同上50∶50     -210     ODSE     -110     ○
    15       同上0∶100     -350     ODSE     -110 △
    16       同上75∶25     -160     ODSE     -110     ○
    17       同上50∶50     -120     ODSE     -110     ◎
    18       同上10∶90     -30     ODSE     -110     ○
    19     尼龙-6，6100     +270   聚硅氧烷     +50     △
表4的结果表明，样本第12，13，14，16，17和18与参考样本第11号相比较，在阈值差方面产生了至少50％的下降。特别地，在两基片之间具有小的表面电位差的样本第16和17号产生了极好的转换阈值对称性。
表4的结果表明，可以通过一个简单步骤，即，采用不同的有机聚合物材料的混合物构成单轴取向膜，来控制单轴取向基片的表面电位特性，进而提供一种在各种不同的环境条件下表现出良好的转换特性以及较大的驱动范围的液晶显示装置。

Claims (58)

1.一种液晶显示装置，包括一对相对设置的基片，其中含有一个具有单轴取向特性的第一基片和一个具有非单轴取向特性的第二基片以及在第一和第二基片之间设有液晶，其中，
在其与液晶接触的表面，所述第一和第二基片之间具有绝对值小于50mV的表面电位差。
2.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，所述第一和第二基片之间的表面电位差至多为30mV。
3.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于第一和第二基片的表面电位基本上是彼此相同的。
4.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具有非单轴取向特性的第二基片上设有一层用于调节表面电位的膜。
5.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具有单轴取向特性的第一基片上设有一层体电阻率在104-108ohm.cm范围的膜。
6.根据权利要求4所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具有非单轴取向特性的第二基片上设有一层其中分散有细颗粒的覆盖膜。
7.根据权利要求6所述的一种液晶显示装置，其特征在于细颗粒的大小为30-150。
8.根据权利要求6所述的一种液晶显示装置，其特征在于细颗粒包含一种掺有导电率控制杂质的氧化物。
9.根据权利要求8所述的一种液晶显示装置，其特征在于细颗粒包含掺有锑的SnOx。
10.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具备单轴取向特性的第一基片上设有一层含有经过单轴取向处理的聚合物膜的取向控制膜。
11.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于第一和第二基片的表面电位具有相同的极性。
12.根据权利要求11所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述具有非单轴取向特性的第二基片在与液晶接触的边界处具有至多为30dynes/cm的表面能量。
13.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述具备非单轴取向特性的第二基片在其与液晶接触的边界处具有大于具备单轴取向特性的第一基片的表面能量。
14.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述具备非单轴取向特性的第二基片在其与液晶接触的边界处具有至少40dynes/cm的表面能量。
15.根据权利要求4所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述用于调节具备非单轴取向特性的第二基片上的表面电位的膜是包含多层单元膜的层叠膜。
16.根据权利要求15所述的一种液晶显示装置，其特征在于在层叠膜中的所述多层单元膜提供了互不相同的表面电位，且层叠膜表现出介于所述不同表面电位之间的表面电位。
17.根据权利要求15所述的一种液晶显示装置，其特征在于在多层单元膜中紧挨着基片的一个单元膜是一种包含多晶金属氧化物或多晶半导体的膜，其中每种物质中均掺有一种导电率控制杂质。
18.根据权利要求17所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述含有多晶金属氧化物或多晶半导体的膜具有沿其厚度方向上104-108ohm.cm的体电阻率和沿其膜延伸方向上106-109ohm.cm的体电阻。
19.根据权利要求15所述的一种液晶显示装置，其特征在于在多层单元膜当中紧靠基片的一层单元膜是一种包括含有分散在其中的掺有一种导电率控制杂质的细颗粒的产物母体的膜。
20.根据权利要求19所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述包括其中含有细颗粒的产物母体的膜具有104-108ohm.cm的体电阻率。
21.根据权利要求4所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述用于调节具备非单轴取向特性的第二基片上的表面电位的膜包括一种由多种不同材料构成的混合物。
22.根据权利要求21所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述膜具有104-108ohm.cm的体电阻率。
23.根据权利要求21所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述膜包括一种产物母体和分散在产物母体中的30-300颗粒大小的细小颗粒。
24.根据权利要求23所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述细小颗粒具有30-150的颗粒大小。
25.根据权利要求23所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述产物母体包含硅石或硅氧烷聚合物。
26.根据权利要求21所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述膜的厚度为300-500。
27.根据权利要求21所述的一种液晶显示装置，其特征在于在具备单轴取向特性的所述基片上具有一层经过单轴取向处理的取向膜，所述取向膜包括多种有机聚合物材料的混合物。
28.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具备单轴取向特性的第一基片上设有一层提供单轴取向特性的取向膜，所述取向膜包括由多种有机聚合物材料组成的混合物，其中每种材料都能够形成一层表现为单轴取向特性的取向膜。
29.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶是一种表现为手性近晶相的液晶。
30.根据权利要求29所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶不含胆甾相。
31.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶包括一种组合物，该组合物含有一种具有与碳氟化合物末端部分和碳氢化合物末端部分相连的中芯的含氟介晶化合物并且表现为近晶相或潜在近晶相。
32.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶是一种铁电液晶。
33.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶是一种反铁电液晶。
34.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于该装置表现出至多1.0V的转换阈值差。
35.根据权利要求1所述的一种液晶显示装置，其特征在于每一个所述第一和第二基片均具有绝对值至多为100mV的表面电位。
36.一种液晶显示装置，包括一对相对而置的基片，基片包括一个具备单轴取向特性的第一基片和一个具备非单轴取向特性的第二基片，并且在第一和第二基片之间设有液晶，其特征在于：所述第一和第二基片在其与液晶接触的表面具有极性相同的表面电位。
37.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具备非单轴取向特性的第二基片上设有一层用于调节表面电位的膜。
38.根据权利要求37所述的一种液晶显示装置，其特征在于设在第二基片上的所述膜具有在104-108ohm.cm范围内的体电阻率。
39.根据权利要求37所述的一种液晶显示装置，其特征在于设在所述第二基片上的所述膜包括一种产物母体及分散在产物母体中的细小颗粒。
40.根据权利要求37所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述设在第二基片上的膜是一种包含多层单元膜的层叠膜。
41.根据权利要求40所述的一种液晶显示装置，其特征在于在层叠膜中的所述多层单元膜提供了互不相同的表面电位，且层叠膜表现出介于所述不同的表面电位之间的一个表面电位。
42.根据权利要求40所述的一种液晶显示装置，其特征在于在多层单元膜当中的靠近基片的一层单元膜是包含一种多晶金属氧化物或一种多晶半导体的膜，每种物质均掺有导电率控制杂质。
43.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶是一种手性近晶相液晶。
44.根据权利要求43所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶导致在温度下降时以均质相，近晶A相和手性近晶相的顺序的依次相转换。
45.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，其特征在于在所述具备单轴取向特性的第一基片上设有一层含有经过单轴取向处理的聚合物膜的取向控制膜。
46.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，其特征在于第一和第二基片的表面电位具有彼此间绝对值至多为100mV的差异。
47.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，其特征在于第一和第二基片的每一个的表面电位的绝对值至多为100mV。
48.根据权利要求36所述的一种液晶显示装置，它表现出至多1.0V的转换阈差值。
49.一种液晶显示装置，包括一对相对而置的基片，其中具有一个具备单轴取向特性的第一基片和具备非单轴取向特性的第二基片并在第一和第二基片之间设有液晶，其特征在于：
所述具备非单轴取向特性的第二基片上设有一层体电阻率在104-108ohm.cm范围内的膜。
50.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述具备非单轴取向特性的第二基片具有大于具备单轴取向特性的第一基片的表面能量，所述两者的表面能量是分别按照液滴接触角测量法在其与液晶接触的边界处测得的。
51.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述设在第二基片上的膜是一层涂敷膜。
52.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述涂敷膜具有至少200的不均匀度。
53.根据权利要求51所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述涂敷膜包括一种产物母体和分散在产物母体中的30-300颗粒大小的导电颗粒。
54.根据权利要求53所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述产物母体包含一种硅氧烷聚合物。
55.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述具备非单轴取向特性的第二基片上还设有一层无机膜，该膜沿其厚度方向上具有104-108ohm.cm的体电阻率，紧挨着体电阻率为104-108ohm.cm范围的所述膜的下面。
56.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于，所述具备单轴取向特性的第一基片上设有一层体电阻率在104-108ohm.cm范围内的取向控制层。
57.根据权利要求49所述的一种液晶显示装置，其特征在于所述液晶是一种手性近晶相液晶。
58.根据权利要求57所述的一种液晶显示装置，其特征在于，所述液晶产生了在温度下降时以均质相、近晶A相和手性近晶相的顺序依次的相转换。
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