CN1165969A - 液晶显示器和制造该液晶显示器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括一对彼此相对的基板，以预定方式排列的聚合物壁，和至少一部分被聚合物壁包裹的液晶层，并且聚合物壁和液晶层放入在基板之间的液晶显示器，其中聚合物壁具有预定的相应于基板取向调整力的旋转偏振。

Description

液晶显示器和制造 该液晶显示器的方法
本发明涉及液晶显示器和制造该液晶显示器的方法。更具体地说，本发明涉及包括具有预定的相应于基板取向(alignment)调整力的旋转偏振的聚合物壁，和至少其部分被聚合物壁包裹的液晶层的液晶显示器，并涉及制造该液晶显示器的方法。
一般来说，利用液晶显示器的特性，例如薄、重量轻、和低能耗，它被用于便携式信息终端，包括笔记本型个人计算机和文字处理机，和电子信息器(organizer)，以及电子台式计算器。在很多情况下，将反射型液晶显示器用于这些用途。
通常，亮度和对比度是在液晶显示器的特性中的两个重要的因素。具有亮度和对比度两者的液晶显示器是理想的。然而，在很多情况下，对于反射型液晶显示器，亮度是更重要的，而对于透射型液晶显示器，对比度是更重要的。因此，在很多情况下，在适用于上述用途的液晶显示器的显示特性中亮度是更重要的因素。
在上述显示器中，便携的信息终端例如电子信息器主要用来查找已经输入其中的信息及输出和处理这样的信息。为了这一目的，没有必要在便携式信息终端上安装键盘以输入大量的文件数据，但它足以仅输入简单的字词信息例如备忘录(memo)。因此，这样的信息终端没有键盘。而代之以设置在液晶显示器上的压敏型输入装置，使得有可能直接在屏幕上输入信息。另一方面，个人计算机和文字处理机主要用于输入语句。因此，这种类型的装置具有一键盘作为输入工具。可是，近年来，为了改进工作能力例如块定义(block definitions)，在这样装置的屏幕上直接输入的场合的数量已经增加了。因此，在很多情况下，文字处理机和个人计算机除了键盘外还具有压敏型输入装置或电磁感应型输入装置。
对于这样的输入装置，可以通过用笔等直接按压屏幕进行输入。传统的液晶显示器包括仅夹放在基板之间的液晶层。因此，当进行输入时，由于用笔等的压力作用基板变形，使得液晶层的厚度改变。结果，产生了不能够维持均匀显示的问题。
为了解决这一问题，人们已经提出制造具有这样结构的装置，其中将具有高刚性的大约2mm厚的玻璃用于放置在液晶显示器上的输入装置，并在液晶显示器和输入装置之间提供有空间。可是，具有这样结构的装置具有彼此分开的液晶显示部分和按压输入部分，所以生成视差。结果，它难于在液晶显示屏幕上进行精确的输入。特别地，具有描述备忘录等功能的便携信息终端存在着严重的在输入部分的笔端和显示输入记号的液晶显示之间有一间隙的问题。
为了解决上述问题，日本专利公开6-301015提出了通过在基板之间由聚合物构成壁具有能够抵抗由压力作用引起变形的耐压液晶显示器。在这一液晶显示器中，可以不用将具有高刚性的厚玻璃(例如具有厚度约2mm的玻璃)提供给输入装置而防止由压力作用引起的基板的变形。结果不产生视差问题。
可是，在日本专利公开6-301015中描述的液晶显示器因为在非象素部分形成的聚合物壁从而具有严重地在整个液晶显示器变暗的问题。这一问题在以一般由无电压作用表示的白显示的白模式的反射型液晶显示器中是尤为严重的。
因此，需要有具有高亮度和低视差，并且具有极好的耐压性的液晶显示器。
本发明的液晶显示器包括彼此相对的基板，以预定方式排列的聚合物壁，和至少一部分被聚合物壁包裹的液晶层，并且聚合物壁和液晶层放入在基板之间，其中聚合物壁具有预定的相应于基板取向调整力的旋转偏振。
在本发明的另一个实施方案中，形成聚合物壁的旋转偏振单体包括取向调整部分和位于至少取向调整部分一端的可聚合部分。
在本发明的又一个实施方案中，形成取向调整部分的化合物是选自下面一组化合物的至少一种：环戊烷，环己烷，吡咯，吡啶，苯，联苯，三联苯，苯基环己烷，N-酰苯胺苯甲酸酯，N-环己烷基苯并酰胺，N-环己基环己烷羧基酰胺，苯甲酸苯酯，和苯基醚。
在本发明的又一个实施方案中，可聚合的部分选自乙烯基团，甲基丙烯酸基团，和丙烯酸基团。
在本发明的又一个实施方案中，形成取向调整部分的化合物是至少一种选自下面物质的化合物：环戊烷，环己烷，吡咯，吡啶，苯，联苯，三联苯，苯基环己烷，N-酰苯胺苯甲酸酯，N-环己烷基苯并酰胺，N-环己基环己烷，苯甲酸苯酯，和苯基醚；并且可聚合的部分选自乙烯基团，甲基丙烯酸基团，和丙烯酸基团。
在本发明的又一个实施方案中，旋转偏振单体进一步在取向调整部分和可聚合部分之间还含有隔离物部分。
在本发明的又一个实施方案中，形成液晶层的液晶材料和旋转偏振单体的混合物含有液晶材料的量等于液晶显示器的开孔比例。
在本发明的又一个实施方案中，聚合物壁的旋转偏振大于0和等于或小于π/2(弧度)。
在本发明的又一个实施方案中，液晶显示器还进一步含有压敏型输入装置。
一种制造包括彼此相对的基板，以预定方式排列的聚合物壁，和至少一部分被聚合物壁包裹的液晶层，聚合物壁和液晶层放入在基板之间的液晶显示器方法，包括这些步骤：在连接的基板之间注入形成聚合物壁的旋转偏振单体和形成液晶层的液晶材料的混合物以得到液晶盒；在液晶材料呈现各向同性的温度下用紫外射线选择性地辐射液晶盒的预定部分和旋转偏振单体的取向调整部分受到基板的取向调整，从而在预定的部分聚合旋转偏振单体以形成聚合物壁，并在非辐射部分形成液晶层。
在本发明的一个实施方案中，辐射部分对应于非象素部分。
在本发明的又一个实施方案中，选择性地辐射紫外线的方法是使用光掩模的方法。
在本发明的又一个实施方案中，选择性地辐射紫外线的方法是自取向的方法。
在本发明的又一个实施方案中，制造液晶显示器的方法还进一步包括这些步骤，在辐射之后将液晶盒冷却至室温，和在室温下再用紫外线辐射液晶盒。
因此，本文中描述的本发明可以有这些优点：(1)提供具有高亮度和极好耐压性的液晶显示器；(2)提供具有较小视差的不费眼睛的液晶显示器；(3)提供具有上述特性的低成本的液晶显示器；和(4)提供制造这样的液晶显示器的简单方法。
本发明的这些和其它的优点对于参考附图阅读和理解了下面详细描述的本领域普通技术人员来说将变得很显然。
图1是说明本发明优选的液晶显示器实施例的横截面示意图。
图2是说明示于图1中的液晶显示器的平面示意图。
图3A和3B是说明旋转偏振单体的示意图。
图4是说明旋转偏振单体可聚合部分聚合的示意图。
图5是说明在本发明的液晶显示器中在取向膜的取向处理方向，和液晶分子扭曲角和旋转偏振单体的取向调整扭曲角之间关系的示意图。
图6A和6B是说明在本发明的液晶显示器中构成聚合物壁的旋转偏振聚合物分子结构的示意图。
图7是说明本发明的另一个说明性的液晶显示器的横截面示意图。
图8A-8H是说明制造本发明液晶显示器方法的优选实施例的示意图。
图9是说明液晶材料显示各向同性相和旋转偏振单体的取向调整部分受到取向膜取向调整的温度范围的示意图。
图10是说明由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁扭曲偏振振动平面的示意图。
图11是说明由各向同性聚合物构成的聚合物壁不扭曲偏振振动平面的示意图。
图12是比较旋转偏振聚合物和各向同性聚合物对于偏振振动平面的扭曲的曲线图，换言之，是说明光探测器对于偏振器的旋转角和光透射之间关系的曲线图。
图13A和13B是从单体和取向膜材料之间分子相互作用的观点说明用于本发明的旋转偏振单体的优点的示意图。
在本发明的说明书中，“旋转偏振聚合物”是指具有旋转偏振性(也就是旋转线性偏振光的偏振振动平面的性质)的聚合物。“旋转偏振单体”是指能够通过聚合形成旋转偏振聚合物的单体。“取向调整力”是指能够取向存在于基板之间物质的分子(例如，在液晶层中的液晶分子，高聚合物壁的聚合物分子，等等)使得在期望的位置处于期望的状态的力。通过在基板(或在基板上形成的取向膜)上按照期望的位置和期望的状态进行表面处理能够得到取向调整力。
图1是说明根据本发明优选的液晶显示器实施例的横截面示意图。图2是说明液晶显示器的平面示意图。液晶显示器100包括：液晶盒10；放置在液晶盒外面的偏振片21；放置在偏振片21外面的反射片20；放置在液晶盒其它外面的相差片22；和放置在相差片22外面的偏振片23。液晶盒10包括一对基板1a和1b，它们是彼此相对放置的。在基板1a和1b上，放置上以预定方式排列的象素电极。其中象素电极2a和2b重叠的部分是象素部分5。如果需要，提供电绝缘膜3a和3b以便覆盖象素电极2a和2b。在电绝缘膜3a和3b上，提供取向膜4a和4b。基板1a和1b间夹入以预定方式排列的聚合物壁7，至少一部分被聚合物壁7包裹并用作显示介质的液晶层6，和隔离物8。基板1a和1b在其周边用密封胶9粘结。
基板1a和1b是由已知的刚性材料例如玻璃和/或塑料组成的。基板的厚度优选是在约0.2-约2.0mm的范围。如果厚度小于0.2mm，基板的加工会困难。如果厚度大于2.0mm，会生成表面反射，另外，液晶显示器重量变重。因此，对于实际应用来说，大于约2.0mm的厚度是不优选的。
象素电极2a和2b是由诸如ITO(氧化铟钛)和SnO组成的。通过诸如沉积和溅射的方法在基板1a和1b上形成希望的厚度的象素电极2a和2b，并通过人们熟知的诸如刻蚀和光刻方法以期望的方式排列。一个形成象素电极2a和2b的方法的例子如下：首先，沉积ITO以便通过刻蚀在预定的间隔形成有具有预定宽度的条纹状的电极2a和2b。形成象素电极2a和2b以便在从垂直于基板1a和1b的轴线方向看过来彼此垂直的角度相交。其中象素电极2a和2b重叠的部分作为有助于显示的象素部分5起作用。象素电极的宽度优选在约30-约400μm的范围。象素电极之间的间隔优选在约10-约30μm的范围。象素电极的厚度优选在约300-约2000A范围。
电绝缘膜3a和3b是用人们熟知的材料例如SiO2和SiNx构成的。通过诸如沉积和溅射的方法形成预定厚度的电绝缘膜3a和3b。电绝缘膜3a和3b的厚度优选是在约500-约10000的范围。
取向膜4a和4b是由诸如聚酰亚胺树脂和聚酰胺树脂构成的。通过诸如苯胺印刷术的方法形成取向膜4a和4b。取向膜的厚度优选是在约300-约1000的范围。优选地，取向膜受到取向处理。取向处理的一般例子包括摩擦法，斜线沉积法，Langmuir-Blodgett膜法，压膜法等等。例如，进行取向处理以便使液晶具有期望的取向条件(例如，在条纹状象素电极2a和2b彼此相交的条件下扭曲向列(TN)取向或超扭曲向列(STN)取向)。此外，为了调整下面将要叙述的聚合物壁的旋转偏振也要进行取向处理。
构成液晶层6的液晶材料是在室温附近(通常20-25℃)显示液晶状态的有机混合物，可以选自人们熟知的材料。液晶材料的例子包括向列液晶，胆甾液晶，近晶液晶，铁电液晶，discotic液晶等等。这些液晶可以单独使用或混合使用。液晶可以用任何操作方式例如扭曲向列，超扭曲向列，电控双折射，和利用双折射和偏振两者的铁电的方式驱动。如果需要，将手性试剂等加入到液晶材料中。
聚合物壁7具有相对于基板取向调整力的旋转偏振。聚合物壁7是由通过聚合旋转偏振聚合物单体得到的旋转偏振聚合物构成的。旋转偏振单体和其聚合将在下面叙述。
图3A和3B是说明旋转偏振单体的示意图。如图3A所示，旋转偏振单体包括一取向调整部分γ，至少放置在取向调整部分γ一端的可聚合部分α。此外，如图3B所示，如果希望或需要，旋转偏振单体在取向调整部分γ和可聚合部分α之间有隔离物部分β。
如图4所示，可聚合部分α含有具有可光聚合的C＝C(π键)化学结构。一般来说，用光辐射可聚合部分α从而从C＝C键(π键)生成自由基。结果可以进行自由基加成聚合。这样的可聚合部分的例子包括用式(I)表示的乙烯基团，用式(II)表示的甲基丙烯酸基团，用式(III)表示的丙烯酸基团：
Figure A9610898200131
在优选的实施方案中，可聚合部分α是丙烯酸基团，因为由于光丙烯酸基团更可能反应。
隔离物部分β具有通过隔离物部分β自身让取向调整部分γ键联到可聚合部分α上的化学结构。一般来说，隔离物部分β具有通过σ键键联的直链化学结构。这样的隔离物部分β的例子包括链烯基基团，例如用式(IV)表示的亚甲基基团，用式(V)表示的醚基团，和用式(VI)表示的羧基基团。在优选的实施方案中，隔离物部分β是亚甲基基团，因为亚甲基基团具有非偏振的结构。
取向调整部分γ具有刚性环状部分的化学结构。形成这样取向调整部分γ的化合物的例子包括：5或6员环的脂族烃，例如由式(VII)表示的环戊烷和由式(VIII)表示的环己烷；5或6员环的含氮的环状烃，例如由式(IX)表示的吡咯和由式(X)表示的吡啶；芳香烃，例如由式(XI)表示的苯；其中芳香烃通过σ键键联的烃，例如由式(XII)表示的联苯和由式(XIII)表示的三联苯；其中脂族烃和芳香烃通过σ键彼此键联的烃，例如由式(XIV)表示的苯基环己烷；其中环部分通过酰胺键彼此键联的环酰胺，例如由式(XV)表示的N-酰苯胺苯甲酸酯，由式(XVI)表示的N-环己基苯甲酰胺，和由式(XVII)表示的N-环己基环己烷羧基酰胺；其中环部分是通过酯键彼此键联的环酯，例如由式(XVIII)表示的苯甲酸苯酯。此外，这些化学结构的环部分的至少部分氢可以被卤素例如氯或氟，或氰基取代。在优选的实施方案中，形成取向调整部分γ的化合物是苯基环己烷，因为苯基环己烷的分子结构类似于液晶分子的结构，并且可能以与液晶分子同样的方式被取向膜取向。
Figure A9610898200171
通过液晶材料和旋转偏振单体的混合物的相分离形成液晶层6和聚合物壁7。液晶材料和旋转偏振单体的混合物的相分离是通过旋转偏振单体的聚合实现的。例如，通过选择性地将紫外线辐射到在彼此连接的基板之间包括液晶材料和旋转偏振单体混合物的液晶盒的期望的部分，通过紫外线的作用在被辐射部分聚合旋转偏振单体。结果，在辐射部分形成由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁，并在非辐射部分聚集液晶材料从而形成液晶层6。一般来说，在非象素部分辐射紫外线。也就是说，在优选的实施方案中，在象素部分形成液晶层，而在非象素部分形成聚合物壁。
优选的是，旋转偏振单体在液晶材料和旋转偏振单体混合物中的含量等于液晶显示器的开孔比例。例如，当象素电极的宽度是0.30mm并且电极之间的间隔是0.02mm时，液晶显示器的开孔比例是87.1％。因此，液晶材料和旋转偏振单体的混合比例优选是87.1∶12.9。通过在这一比例混合液晶材料和旋转偏振单体，保留在液晶层中的非聚合的旋转偏振单体的可能性显著地降低。结果，可以得到具有极好显示特性的液晶显示器。
优选地，将聚合引发剂加入到旋转偏振单体中。通过加入聚合引发剂，通过用紫外线辐射可以容易地聚合可聚合部分α。对于100份(重量)的旋转偏振单体可以加入0.1-1份(重量)的聚合引发剂。聚合引发剂的一般例子包括由式(XX)表示的偶氮二异丁腈(AIBN)，由式(XXI)表示的2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯(例如，Irugacure：产品名，由Ciba-Geigy Ltd.生产)：
其次，将叙述旋转偏振单体的聚合。为了简便起见，将仅叙述在取向调整部分γ的两端有隔离物部分β和可聚合部分α的旋转偏振单体的情况(在图3B中从上数第三个单体)，和在取向调整部分γ的一端有隔离物部分β和可聚合部分α的旋转偏振单体的情况(在图3B中从上数第二个单体)。
在对取向膜4a和4b进行取向处理的调整下旋转偏振单体存在于取向膜4a和4b之间。也就是说，在液晶显示器的厚度方向在一预定扭曲角度取向调整部分γ被取向的条件下旋转偏振单体存在于取向膜4a和4b之间。例如，参考图5，当取向膜4a的取向调整方向调整到X并且取向膜4b的取向调整方向调整到Y使得液晶层6的液晶分子在液晶显示器的厚度方向的扭曲角θ1被取向时，旋转偏振单体的取向调整部分γ在显示器的厚度方向在扭曲角θ2(θ2-θ1-π)(弧度)被取向。角θ2表明了被旋转偏振聚合物旋转的偏振振动平面的旋转角度。角θ2变化取决于所需液晶的取向状态，然而，它优选是大于0并且是π/2(弧度)或更小。取向调整部分γ的扭曲方向(即取向调整方向的旋转方向)从相对于基板的垂直轴线的方向看可以是顺时钟方向或逆时钟方向。
如图6A和6B所示，如果旋转偏振单体在取向调整部分γ在如上所述的扭曲状态下取向的状态下用紫外线辐射，可聚合部分α被聚合形成主链P。结果，可以得到由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁7。如上所述，紫外线一般在非象素部分辐射，以便使得旋转偏振单体仅在非象素部分聚合。因此，聚合物壁7一般在非象素部分形成。
如图6A所示，在其两端具有可聚合部分α的旋转偏振单体的情况下，得到具有扭曲的梯状分子结构的旋转偏振聚合物。如图6B所示，仅在其一端具有可聚合部分α的旋转偏振单体的情况下，得到具有扭曲的梳状分子结构的旋转偏振聚合物。在两种情况下，均可以得到具有高亮度和极好耐压性的液晶显示器。然而，由具有如图6A所示分子结构的旋转偏振聚合物构成聚合物壁的液晶显示器具有更好的耐压性。这是因为得到的旋转偏振聚合物具有三维交联结构，在这一结构中主链P通过侧链S彼此键联，从而形成更刚性的聚合物壁。
偏振片21，相差片22，和反射片20是任何有效使用的偏振片，相差片和反射片，并且没有特殊的限制。例如，通过在基板上沉积铝，银等形成的常规反射片可以用作反射片20。
如图7所示，在另一个优选的实施方案中，本发明的液晶显示器100可以进一步含有在基板1b和相差片22之间具有透明电极72c和72d的压敏型输入装置74。
接下来，将参考图8A-8H叙述制造本发明液晶显示器方法的优选实施例。
首先，如图8A所示，分别在预定的宽度，间隔，和厚度下在基板1a和1b上形成象素电极2a和2b。其次，如图8B所示，在预定厚度下形成电绝缘膜3a和3b以覆盖象素电极2a和2b。然后，如图8C所示，在预定厚度下形成取向膜4a和4b以覆盖电绝缘膜3a和3b。取向膜进行取向处理使得液晶层6的液晶具有需要的取向条件。然后，如图8D所示，在取向膜4a上放置适当量的隔离物8，使得通过密封胶9以这样的方式，即象素电极2a和2b在从相对于基板1a和1b垂直轴线的方向看彼此垂直的角度相交的方式，将基板1a和1b彼此粘结起来。此外，如图8E所示，通过人们熟知的方法将液晶材料和旋转偏振单体的混合物85注入粘结的基板1a和1b之间的空隙。结果，得到液晶盒10。
将得到的液晶盒10加热到液晶材料显示各向同性相(即等于或高于液晶材料的相转移温度(Tni))并且旋转偏振单体的取向调整部分γ不受到取向膜4a和4b的取向调整(即等于或低于临界温度Tpi)的温度(在下文中该温度称之为加热温度)。如图9所示，加热温度定义为在Tni和Tpi之间的温度区域D。加热温度可以根据液晶材料和旋转偏振单体的类型，液晶材料和旋转偏振单体的混合比例，和取向处理的类型而变化；然而，它优选是在约70-约130℃的范围，更优选在约80-约100℃的范围。例如，在其中液晶材料是由Rodick制造的RDP-157的情况下，Tni是74℃。在其中形成旋转偏振单体的取向调整部分γ化合物是N-酰苯胺苯甲酸酯的情况下，Tpi是130℃或更高。因此，加热温度可以选自约74-约130℃的温度范围，例如，加热温度可以选90℃。
在液晶盒维持在加热温度的同时，用紫外线辐射液晶盒(一般是非象素部分)。选择性地辐射紫外线的方法包括使用光掩模的方法，使用象素电极自身作为掩模的自取向方法，等等。当使用光掩模时，例如，如图8F所示，通过光掩模86用紫外线87辐射液晶盒10，在光掩模中光阻断部分86a具有相应于象素的矩阵模式。辐射的强度优选是在约5-约12mW/cm2的范围，辐射时间优选是在约120-约240秒的范围。例如，当进行自取向时，优选的是在象素电极2a和2b的紫外线(波长：365nm)透射率在约20-约50％的范围，而在非象素部分的紫外线透射率为在象素电极2a和2b的两倍(即约40-约100％的范围)。
如上所述，通过用紫外线在加热温度辐射液晶盒，旋转偏振单体的可聚合部分α在这样的状态下加成聚合，在该状态下液晶材料和旋转偏振单体的分子迁移率非常大，以及在该状态下旋转偏振单体的取向调整部分γ受到取向膜的取向调整。也就是说，非常容易地实现液晶材料和由旋转偏振单体构成的旋转偏振聚合物之间的相分离。此外，可聚合部分α仅在用紫外线辐射的部分(即除了光掩模86的光阻断部分86a的部分)聚合。结果，如图8G所示，在用紫外线辐射的部分形成由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁7，并且液晶材料在非辐射部分聚集，从而形成液晶层6。
优选地，辐射过的液晶盒逐渐地冷却到室温(约25℃)，然后液晶盒在室温下再用紫外线辐射，使得剩余的可聚合部分α基本上完全聚合。用这一方法，可以得到具有液晶材料和旋转偏振聚合物彼此极好地相分离了的液晶层和聚合物壁。
最后，如图8H所示，以这样的方式将具有反射片20的偏振片21层压到基板1a的外面，反射片20位于外面，和相差片22和偏振片23以这一顺序层压到基板1a的外面。结果，可以得到液晶显示器100。
接下来，参考图10和11，将叙述聚合物壁的旋转偏振(即通过旋转偏振聚合物进行的偏振振动平面的旋转)。图10是说明由于由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁使偏振振动平面旋转从而可以得到具有高亮度的液晶显示器的示意图。图11是说明由于由各向同性聚合物构成的聚合物壁不使偏振振动平面旋转所以不能得到具有高亮度的液晶显示器的示意图。
如图10所示，在一对具有液晶驱动电极的相对的表面上提供受到取向处理的取向膜4a和4b。在取向膜4a和4b之间，形成以预定的方式(例如相应于非象素部分的格子状的方式)排列的聚合物壁7，和由聚合物壁7包裹的液晶层6。此外，将偏振片21和23提供到基板的外面。聚合物壁7是由旋转偏振聚合物构成的。聚合物壁7具有预定的相对于取向膜4a和4b的取向调整力的、与作用于电极的电压存在与否无关的旋转偏振。聚合物壁7的旋转偏振基本上等于液晶层6的旋转偏振。
没有电压作用时，液晶层6的液晶分子受到取向膜4a和4b的取向调整，使得在取向膜4a和4b在预定的扭曲角取向。入射到液晶显示器的环状偏振光通过偏振片21被改变成线性偏振光。当该线性偏振光通过液晶层6时，其偏振振动平面(电场振动平面)被液晶扭曲。因此，通过液晶显示器的线性偏振光的偏振振动平面在偏振片21和23之间连续地扭曲。结果，在无电压作用时液晶显示器呈现白显示。
在本发明的液晶显示器中，聚合物壁7是由旋转偏振聚合物构成的。通过在这样的状态下聚合旋转偏振单体得到旋转偏振聚合物，在该状态下旋转偏振单体的取向调整部分受到取向膜4a和4b的取向调整(即在该状态下，旋转取向单体的取向调整部分在取向膜4a和4b之间的扭曲角为0-2/π(弧度)的范围取向)。结果，聚合物壁7的旋转偏振聚合物具有这样的分子结构(例如，扭曲的梯状或梳状分子结构)，在该结构中，取向膜4a和4b之间的扭曲角在0-π/2(弧度)的范围取向。因此，在本发明的液晶显示器中，当线性偏振光在非象素部分通过聚合物壁7时，其偏振振动平面21b被扭曲为偏振振动平面23b，如通过液晶层6的情况一样。例如，当在入射面的取向膜4a的取向处理方向设置成X时，其它取向膜4b的取向处理方向设置成Y，并且取向处理方向X和取向处理方向Y在彼此为θ1的角度扭曲，使在入射面上的偏振片21的偏振轴P平行于取向膜4a的取向处理方向X，使得具有偏振振动平面21b的线性偏振光在偏振轴P的方向改变成具有在扭曲角θ2(θ1-π)(弧度)扭曲的偏振振动平面23b的偏振光21b。如上所述，由于聚合物壁具有旋转偏振(即旋转了的线性偏振光的偏振振动平面)，所以降低了由聚合物壁7引起的变色。结果，可以得到具有在象素部分和非象素部分在变色方面之间很小差异的明亮白显示的液晶装置。不需要液晶层6的偏振振动平面的扭曲与聚合物壁7的偏振振动平面相一致。
另一方面，如图11所示，在由传统的各向同性聚合物(例如，PMMA)构成的聚合物壁7′的情况下，入射的线性偏振光的偏振振动平面不被扭曲。例如，当在入射面的取向膜4a的取向处理方向设置成X时，其它取向膜4b的取向处理方向设置成Y，取向处理方向X和取向处理方向Y设置成彼此为θ1，和在入射面上的偏振片21的偏振轴P与取向膜4a的取向处理方向X是彼此平行的，在偏振轴P方向的具有偏振振动平面21b的线性偏振光21成为具有与偏振振动平面21b的偏振光一致方向的偏振振动平面23b的偏振光，甚至在其通过聚合物壁7′之后。因此，没有消除在象素部分和非象素部分之间变色的差异，并且仅得到具有暗显示的液晶显示器。例如，在STN模式液晶显示器的情况下，由液晶的旋转光形成相差引起的变色主要通过相差片补偿。可是，在聚合物壁是各向同性的情况下，由于偏振片和相差片的补充聚合物壁被变色。在不使用相差片的STN模式的液晶显示器或在TN模式的液晶显示器情况下，根据偏振片的扭曲角，各向同性的聚合物壁变成黑色或灰色。
在下文中，参考图12，将进一步把旋转偏振聚合物和各向同性聚合物在偏振振动平面的扭曲方面彼此进行比较。图12是说明光检测器对于偏振器的角度(即图10和11中偏振片21的偏振轴和偏振片23的偏振轴之间的角度)和波长为532nm的YAG激光二次谐波的透射率之间关系的曲线图。当偏振片21的偏振轴和偏振片23的偏振轴是彼此平行时形成的角度定义为0度。此外，在图12中，用实线和黑圈表示的曲线表明用于本发明中的旋转偏振聚合物的情况，而用虚线和黑方块表示的曲线表明常规的各向同性聚合物PMMA的情况。
在图12中用实线表示的旋转偏振聚合物具有通过将取向膜4a的取向处理方向和取向膜4b的取向处理方向之间的角度设置到4π/3(弧度)而扭曲π/3(弧度)的取向调整部分γ。如从图12明显看出的，当偏振片21的偏振轴和偏振片23的偏振轴之间的角度是π/3(弧度)时，由这样的旋转偏振聚合物构成的聚合物壁具有最大的透射率。也就是说，图12表明了聚合物壁具有π/3(弧度)的旋转偏振。在这种情况下，为什么最大透射率不是100％和最小透射率不是0％的原因是取向调整部分γ的取向被局部地扰乱了。
另一方面，在图12中用虚线表示的各向同性聚合物PMMA的情况下，线性偏振平面的偏振振动平面不扭曲。因此，在横截(crossnichol)状态(即当偏振片21的偏振轴和偏振片23的偏振轴在彼此垂直的角度相交时)透射率是0。当偏振片21的偏振轴和偏振片23的偏振轴是彼此平行时，透射率是100％。也就是说，在图12中，在90度(π/2(弧度))和-90度(-π/2(弧度))时，透射率是0％，而在0度时，透射率是100％。这意味着PMMA是各向同性的并且旋转偏振是0。
按照本发明，聚合物壁7是由从旋转偏振单体的聚合得到的旋转偏振聚合物构成的。另外，聚合物壁7具有预定的相对于基板的取向调整力的、与电压作用存在与否无关的旋转偏振聚合。旋转偏振单体具有至少一个取向调整部分和一个可聚合部分。可聚合部分在这样的状态下聚合，在该状态取向调整部分受到基板(基本上是取向膜)的取向调整。因此，用其取向调整部分在液晶显示器的厚度方向的预定范围的扭曲角取向可以得到该聚合物。由于这样得到的聚合物具有旋转偏振，所以该聚合物壁具有旋转偏振。当通过偏振片入射到液晶显示器的线性偏振光穿过聚合物壁时，线性偏振光的偏振振动平面被聚合物壁扭曲，如同穿过液晶层的情况一样。因此，降低了聚合物壁的变色。结果，整个液晶显示器呈现出接近于纸一样显示的明亮显示。基于液晶电光特性的象素部分的暗度是恒定的，并且不取决于背底。因此，较亮的背底提供了改进的显示图象(例如字符)和背底之间的表观对比度。结果，可以得到提供清晰显示字符的不费眼睛的液晶显示器。特别地，在对于亮度是特别重要因素的用一般白显示(没有电压作用的白显示)的反射型液晶显示器中效果是很显著的。
另一方面，由于用各向同性聚合物构成的聚合物壁没有旋转偏振，入射的线性偏振光的偏振振动平面不被扭曲。结果，在象素部分和非象素部分之间的变色差异没有被消除。因此，不可能得到具有明亮显示的液晶显示器。换言之，液晶显示器的背底是暗的。如上所述，象素部分具有恒定的暗度。因此，如果背底是暗的，那么显示图象(例如字符)和背底之间的表观对比度就降低，正象如果用于书写的笔的暗度是不变的，那么较亮的纸(具有较高白度的纸)提供较清晰的对比度的情况一样。
此外，旋转偏振单体的调整部分不受取向膜调整的温度是比液晶材料显示各向同性温度(即液晶材料的相转移温度)更高的温度。原因如下：旋转偏振单体的取向调整部分具有类似于用于取向膜4a和4b的聚酰亚胺树脂(XXIX)和聚酰胺树脂(XXX)单体单元的化学结构。因此，取向膜4a和4b的单体单元和取向调整部分之间的分子相互作用(例如示于图13A中的苯基之间的π电子相互作用；示于图13B中的酰胺基团之间的氢键，等等)比液晶材料和取向膜4a和4b的单体单元之间的相互作用更强。因此，旋转偏振单体的取向调整部分不受到取向膜调整，甚至在液晶材料显示各向同性的温度下。
Figure A9610898200281
通过用紫外线在上述温度下辐射预定的位置，旋转偏振单体的可聚合部分在这样的状态下加成聚合，在该状态下液晶材料和旋转偏振单体的分子迁移率非常大，以及在该状态下旋转偏振单体的取向调整部分受到取向膜的取向调整。也就是说，非常容易地实现液晶材料和由旋转偏振单体构成的旋转偏振聚合物之间的相分离。此外，可聚合部分仅在用紫外线辐射的部分聚合。因此，在用紫外线辐射的部分形成由旋转偏振聚合物构成的聚合物壁，并且液晶材料在非辐射的部分聚集，从而形成液晶层。一般来说，辐射部分是相应于液晶显示器的非象素部分的格子形状的。所以，在本发明的液晶显示器中，液晶被格子状的聚合物壁包裹，就象植物细胞的细胞质被细胞壁包裹一样。另外，构成聚合物壁的旋转偏振聚合物具有这样的分子结构(例如扭曲的梯状和梳状分子结构)，在该结构中，取向调整部分在取向膜之间的预定范围(优选0-π/2(弧度))的扭曲角被取向。也就是说，取向被设置在一预定的扭曲角度。因此，得到的聚合物壁具有预定的旋转偏振。结果，在根据本发明的液晶显示器中，基板不由于通过用笔等施加压力进行输入而变形。也就是说，根据本发明的液晶显示器具有极好的耐压性。另外，根据本发明的液晶显示器具有非常亮的显示。因此，在具有整体化输入装置的液晶显示器或具有其上直接安装有输入装置的液晶显示器中，基板不由于通过用笔等施加压力进行输入而变形。结果，没有必要使用如在常规显示器情况下的厚玻璃，并且能够得到具有输入功能的不费眼睛的液晶显示器。
另外，在本发明的液晶显示器中，构成聚合物壁的旋转偏振聚合物的主链彼此被键联从而形成三维网络结构。因此，通过由于摩擦等的静电的作用不搅乱在旋转偏振聚合物中取向调整部分的取向。结果，根据本发明的液晶显示器的聚合物壁在整个聚合物壁中(即非象素部分)具有恒定的旋转偏振，并且不形成部分变色。
另外，根据本发明，没有必要使用用于形成含有具有手性功能基团单体的聚合物壁材料。事实上，在一个实施方案中，本发明的液晶显示器含有由不含手性功能基团的单体构成的聚合物壁。因此，可以减少所用的单体的种类，导致成本方面的益处。
本发明的液晶显示器优选用于便携式信息终端，例如个人计算机，文字处理机，电子信息器，等等；和，诸如电子台式计算器显示，尤其是能够在屏幕上直接输入信息的便携式信息终端的显示。
实施例
在下文中，将以说明性的实施例的方式描述本发明。然而，本发明并不限于这些实施例。
实施例1
使用一对基板(在此实施例中是玻璃基板)。在玻璃基板上，通过溅射形成厚度为2000的ITO膜，然后，通过光刻法加工该ITO膜，以形成宽度为300μm和其间间隔为20μm的条状象素电极。其次，通过溅射形成厚度为500的由SiO2构成的电绝缘膜以覆盖象素电极。然后，通过苯胺印刷术形成厚度为700的由聚酰亚胺树脂构成的取向膜。取向膜以这样的方式受到取向处理，当基板彼此连接使得各自的象素电极彼此垂直相交时，取向膜的取向调整方向是顺时钟方向4π/3(弧度)。具有象素电极，电绝缘膜和其上形成的取向膜的基板通过一直径5μm的隔离物以各自的象素电极彼此在垂直的角度相交的方式彼此连接。在连接的基板之间，注入比例为87.1∶12.9(重量比例)的液晶材料(RDP-157；由Rodeck制造)和由式(XXII)表示的旋转偏振单体的混合物。然后，基板的四周用密封胶密封。结果，得到液晶盒。
Figure A9610898200301
接下来，在液晶盒被加热到90℃的状态下，用强度40mW/cm2的紫外光通过一具有相应于象素部分的光阻断部分的光掩模辐射60秒。然后，将液晶盒冷却到室温(大约25℃)，冷却速率为1℃/分钟。之后，用强度为50mW/cm2的紫外光辐射液晶盒60秒。结果，形成液晶层和包裹液晶层的聚合物壁。最后，在液晶盒的外面配置上偏振片和反射器，和在液晶盒的其它外面配置上相差片和偏振片。结果，得到具有一般白显示的STN模式的反射型液晶显示器。
这样得到的液晶显示器包括具有π/3(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶，就象植物的细胞质被细胞壁包裹一样。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例2
用与在实施例1中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例3
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是取向膜以这样的方式受到取向处理，当基板彼此连接使得各自的象素电极在彼此垂直的角度相交时取向膜的取向调整方向是顺时钟方向的13π/9(弧度)。这样得到的液晶显示器包括具有4π/9(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例4
用与在实施例3中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例5
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是取向膜以这样的方式受到取向处理，当基板彼此连接使得象素电极在彼此垂直的角度相交时取向膜的取向调整方向是顺时钟方向的π/2(弧度)。这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例6
用与在实施例5中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例7
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXIII)表示的旋转偏振单体(Tpi＝120℃)：
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例8
用与在实施例7中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例9
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXIV)表示的旋转偏振单体(Tpi＝110℃)：
Figure A9610898200341
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例10
用与在实施例9中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例11
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXV)表示的旋转偏振单体：
Figure A9610898200351
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例12
用与在实施例11中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例13
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXVI)表示的旋转偏振单体：
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例14
用与在实施例13中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例15
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXVII)表示的旋转偏振单体(Tpi＝100℃)：
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例16
用与在实施例15中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
实施例17
用与在实施例1中所述的同样方法制造液晶显示器，只是使用由式(XXVIII)表示的旋转偏振单体(Tpi＝105℃)：
Figure A9610898200371
这样得到的液晶显示器包括具有π/2(弧度)旋转偏振的聚合物壁。该聚合物壁允许光穿过聚合物壁以及液晶层。结果，液晶显示器具有显著亮的显示。此外，液晶显示器具有被格子状聚合物壁包裹的液晶。因此，液晶显示器的基板不被通过用笔等施加压力进行的输入变形，并且显示出极好的耐压性。
实施例18
用与在实施例17中所述的同样方法制造具有输入功能的液晶显示器，只是在基板和相差片之间提供具有透明电极的压敏型输入装置。测定液晶显示器的亮度，耐压性，和视差。结果，这样得到的液晶显示器具有非常亮的显示和极好的耐压性。另外，液晶显示器是不费眼睛的，具有输入功能和较小的视差。
正如从这些实施例可以明显看出的，根据本发明，提供了具有明亮显示的，极好的耐压性的，和较小视差的液晶显示器。
显然，本领域普通技术人员在不脱离本发明精神和范围下可以容易地进行各种其它的改动。因此，不打算将所附的权利要求书的范围限于本文中所述的描述，而宁愿宽范围地解释权利要求书。

Claims (14)

1.一种液晶显示器，包括一对彼此相对的基板，以预定方式排列的聚合物壁，和至少一部分被该聚合物壁包裹的液晶层，该聚合物壁和液晶层放入在基板之间，其中，聚合物壁具有预定的相对于基板取向调整力的旋转偏振。
2.按照权利要求1的液晶显示器，其中形成旋转偏振聚合物壁的旋转偏振单体包括取向调整部分和位于至少取向调整部分一端的可聚合部分。
3.按照权利要求2的液晶显示器，其中形成取向调整部分的化合物是选自下面一组化合物的至少一种：环戊烷，环己烷，吡咯，吡啶，苯，联苯，三联苯，苯基环己烷，N-酰苯胺苯甲酸酯，N-环己烷基苯并酰胺，N-环己基环己烷羧基酰胺，苯甲酸苯酯，和苯基醚。
4.按照权利要求2的液晶显示器，其中可聚合的部分选自乙烯基团，甲基丙烯酸基团，和丙烯酸基团。
5.按照权利要求2的液晶显示器，其中形成取向调整部分的化合物是选自下面一组化合物的至少一种：环戊烷，环己烷，吡咯，吡啶，苯，联苯，三联苯，苯基环己烷，N-酰苯胺苯甲酸酯，N-环己烷基苯并酰胺，N-环己基环己烷，苯甲酸苯酯，和苯基醚；并且可聚合的部分选自乙烯基团，甲基丙烯酸基团，和丙烯酸基团。
6.按照权利要求2的液晶显示器，其中在取向调整部分和可聚合部分之间还含有隔离物部分。
7.按照权利要求2的液晶显示器，其中形成液晶层的液晶材料和旋转偏振单体的混合物含有液晶材料的量等于液晶显示器的开孔比例。
8.按照权利要求1的液晶显示器，其中聚合物壁的旋转偏振大于0和等于或小于π/2(弧度)。
9.按照权利要求1的液晶显示器，其中还进一步含有压敏型输入装置。
10.一种制造包括彼此相对的基板，以预定方式排列的聚合物壁，和至少一部分被聚合物壁包裹的液晶层，聚合物壁和液晶层放入在基板之间的液晶显示器的方法，该方法包括这些步骤：
在连接的基板之间注入形成聚合物壁的旋转偏振单体和形成液晶层的液晶材料的混合物以得到液晶盒；和
在液晶材料呈现各向同性的温度下用紫外射线选择性地辐射液晶盒的预定部分和旋转偏振单体的取向调整部分受到基板的取向调整，从而在预定的部分聚合旋转偏振单体以形成聚合物壁，并在非辐射部分形成液晶层。
11.一种按照权利要求10的制造液晶显示器的方法，其中辐射部分对应于非象素部分。
12.一种按照权利要求10的制造液晶显示器的方法，其中选择性地辐射紫外线的方法是使用光掩模的方法。
13.一种按照权利要求10的制造液晶显示器的方法，其中选择性地辐射紫外线的方法是自取向的方法。
14.一种按照权利要求10的制造液晶显示器的方法，其中还进一步包括这些步骤，在辐射之后将液晶盒冷却至室温和在室温下再用紫外线辐射液晶盒。
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