CN1215364C - 铁电液晶显示器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造铁电液晶显示装置的方法，包括步骤：在分别具有衬底、电极层和取向膜的下结构体和上结构体之间形成的盒中注入熔融铁电液晶，并将盒密封；冷却，以获得铁电液晶的与书架结构相应的相变；在一温度下向该电极层施加直流电势，该温度在高于相变温度的温度至低于相变温度的温度之间；停止施加直流电势，并冷却到低于一预定温度；以及向电极层施加一反向电势，并再次冷却。由这种制造方法制造的铁电液晶显示装置可显示清晰的黑白状态，此装置具有有书架结构的单畴的液晶层。

Description

铁电液晶显示器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种铁电(ferrodielectric)液晶显示器(FLCD)的制造方法，尤其涉及一种FLCD制造方法，该方法能在书架结构状(bookshelf-structured)结晶时形成呈均匀单畴的铁电晶体以提高图像质量。
本发明以2002年4月2日提交的第2002-18086号韩国专利申请为基础，其全部内容在此参考引用。
背景技术
LCD是一种用途广泛的平板型显示器。LCD主要用于便携式装置，且随着显示器大型化技术的发展，还在大尺寸显示器领域取代了传统阴极射线管(CRT)。
存在用以形成LCD的多种晶体材料。
在常规应用中大量采用的扭曲向列(以下称为“TN”)LCD利用了TN液晶分子的介电各向异性与电场之间的相互作用，从而将响应时间减缓到几十毫秒(ms)的范围，使得动画显示困难，视角窄，且在特定距离内产生了像素间的串扰，从而导致了难以将像素尺寸降低到特定尺寸以下的问题。
同时，FLCD利用了铁电液晶的自发极化与电场之间的相互作用，并具有低于1ms的快速响应特性。作为下一代显示器的这种FLCD在显示动画方面毫无困难，能提供宽的视角，且能通过更小的像素尺寸来实现高分辨率，该像素尺寸防止了串扰因分子间的强相互作用而发生，于是对FLCD的研究方兴未艾。
对于目前广泛采用的铁电液晶，有一种手征层列的C相(chiral smectic Cphase)(SmC*)液晶材料，其具有双稳态特性和V形结构(chevron structure)。
对于使用该种液晶材料的FLCD，在制造过程中，将保持在高于熔点的温度下的晶体注入到衬底间的盒(cell)内；当温度下降时，晶体经由手征向列(N*)相转变成其层列A相，该相具有垂直于摩擦方向(rubbing direction)的层状结构；然后转变成手征层列C相。在该过程中，液晶层中液晶分子的分子长轴相对于摩擦方向倾斜一特定角，以减小层列层间的距离，结果，在液晶层中导致了层列层的弯曲以弥补体积变化。这样的弯曲层结构被称为V形结构，且形成相对于弯曲方向具有不同的液晶长轴方向的畴，且在畴的界面上获得具有Z形缺陷、U形缺陷、山形缺陷等等的非均匀取向。
由于这样的取向特性，LCD的对比度明显降低，并且，如果将直流电压施加到其上，则液晶层中的离子累积起来，或在取向膜的表面上被吸收，从而导致问题，该问题在一个画面变化至另一个画面时，产生残留图像现象，该现象朦胧地显示出先前的图像。
此外，积极地对铁电液晶材料进行着研究，该材料提供了一种减小阈值限制的反铁电液晶(AFLC)模式，但是其自发极化大于100nC/cm2，使得残留图像也会因反极化电场导致的离子运动而出现。此外，在采用有源矩阵驱动方法的情形下，漏电流会因大的自发极化而发生，该方法是一种针对每个像素通过利用薄膜晶体管(TFT)来单独地驱动液晶的方法。电容在容量上应当非常大，以抑制AFLC的漏电流，该漏电流减小了孔径比，导致了将AFLC用作显示器的难题。
为了改善这种铁电液晶的不足，已经不间断地开发了铁电液态物质，该物质具有能改变电流驱动和抑制残留图像的书架结构。
作为当前受人关注的具有书架结构的铁电液晶物质，有一种晶体物质，该晶体物质在结晶过程中跳过了层列的A相。即，在结晶过程中，晶化的相转变经历了由各向同性液态到手征向列(N*)相，再到手征层列C(SmC*)相。在转变相从手征向列相转变到手征层列C相的多种液晶中，存在一种具有单稳特性的半V型液晶。
在该半V型液晶中，光轴在位于未施加任何电压时在相对取向膜的摩擦方向的平行方向上定位，如图1所示；且在施加正电压(+)时，液晶的长轴根据所加电压的大小最大偏转达45度。图1中，Vsat表示使液晶产生最大倾斜的饱和电压。
此外，通过施加负电压，液晶的长轴排列在与不加电压时的相同的方向上。这种液晶的光透射率具有如图2所示的关系，即相对于所加电压的单稳特性。具有这种特性的液晶具有若干名字，但是通常称为半V型液晶，尤其考虑到所加电压(V)-光透射率(T)特性。
具体地，这种液晶使得用于简单全色实现的交流驱动和模拟灰度等级显示成为可能，并且因单稳特性使得脉冲驱动成为可能，从而具有提供了接近现有CRT显示器的显示特性的优点。
然而，通过传统冷却制造的书架结构FLCD具有在液晶分子倾角增大的过程中发生的层收缩，当在液晶结晶过程中从手征向列相转变成手征层列C相的相变中时，导致在液晶中用于补偿层收缩的排列过程中形成非均匀畴的问题，使得在显示状态下出现亮度差。
发明内容
本发明的目的是解决以上问题，因此本发明的一个方面是提供一种制造FLCD的方法。
根据本发明的方法涉及一种制造FLCD的方法，其包括步骤：形成分别具有衬底、电极层和取向膜的下结构体和上结构体；形成下和上结构体之间的盒；在盒中注入预定的处于熔融状态的铁电液晶，并将盒密封；冷却，以获得铁电液晶的与书架结构相应的相变；在一温度下向该电极层施加预定的第一直流电压，该温度在高于相变温度的第一温度至低于相变温度的第二温度之间；停止施加第一直流电压，并冷却到低于第二温度的第三温度；以及向电极层施加第二直流电压，并冷却到低于第三温度的第四温度，该第二直流电压具有与第一直流电压相反的极性。
该铁电液晶是一种在冷却时其相从手征向列相转变成手征层列C相的物质。
优选地，但并非必需地，第一温度为比铁电液晶的相变温度高至少两摄氏度(℃)的温度，而第二温度是比相变温度低至少1摄氏度的温度。
第三温度比第二温度低至少1至2℃，而第四温度比第三温度低至少10℃。
附图说明
通过参照附图对本发明的说明性、非限制性实施例的详细描述，本发明的以上方面和其他特征将变得更清晰，其中：
图1是示出具有大致书架结构的半V型铁电液晶上施加电压导致的倾斜现象的视图；
图2是一曲线图，示出所加电压和图1的半V型介电液晶的光透射率之间的关系；
图3是示出根据本发明一示例性实施例的FLCD的横截面视图；
图4是示出在图3的液晶显示装置中形成液晶注入盒的工艺例子的透视图；
图5是一流程图，示出根据本发明一示例性实施例的FLCD器件制造工艺；
图6是一照片，用以说明通过传统铁电液晶制造方法进行冷却后形成的液晶显示装置上未施加电压时所呈现出的状态，该铁电液晶经历了由手征向列(N*)相到手征层列C相的多种相；
图7是一视图，示意性示出了用于说明图6的铁电液晶的结晶过程的液晶；以及
图8是一照片，用以说明通过根据本发明示例性实施例的液晶显示装置的制造工艺制成的液晶显示装置上未施加电压时所呈现出的状态。
具体实施方式
图3是用于显示根据本发明的说明性的、非限制性实施例的FLCD的横截面视图。
参照图3，FLCD 10具有下衬底11、下电极层12、下取向膜13、液晶层14、上取向膜15、上电极层16、上衬底17、密封元件或盒18、以及间隔壁19。设置在下衬底11底部和上衬底17顶部上的是极化板(未示出)，其布置用于使极化轴交叉一预定角。附图标记20表示一驱动器，该驱动器在液晶层14中注射的铁电液晶结晶的过程中通过改变极性施加直流电压。
诸如玻璃或透明合成树脂的透明物质用于下和上衬底11和17。
下和上电极层12和16用诸如氧化铟锡(ITO)材料的公知透明导电物质形成。优选地，但并非必需地，下电极层12和上电极层16设置有沿彼此垂直的方向并排形成的多个电极。
下和上取向膜13和15由公知的不同取向材料形成。取向材料的一些例子可以是聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、尼龙、PVA系列等等。
取向膜13和15用诸如织物的摩擦材料以预定的角度摩擦加工。
安装间隔壁19来均匀地维持液晶层14的间隙。
液晶层14填充有铁电液晶物质，该液晶物质具有通过根据本发明的结晶工艺形成的书架结构和单稳特性。
具有书架结构和单稳特性的该铁电液晶层14具有如下结构，即其中层列层中排列成在通过结晶过程均匀形成的单畴上垂直的液晶分子无弯曲地并排成行。在以各向同性状态注入液晶，且在冷却的同时施加电压的过程中，这种具有呈书架结构的均匀单畴的FLCD获得了一种具有均匀的单畴的结构布置，这将在以下说明。
在日本专利特许公告平成6-122875，6-25060，6-40985，6-228057，美国专利4,585,575，韩国专利特许公告1997-1332等等中，各自公开了具有书架结构的液态物质，即其相从手征向列(N*)相转变成手征层列C(SmC*)相的液体物质。
以下，将参照图3和图5说明根据本发明的制造FLCD的方法。
首先，形成下结构体和上结构体(步骤10)。
下结构体是指以下衬底11、下电极层12和下取向膜13的顺序形成的结构，上结构体是指以上衬底17、上电极层16和上取向膜15的顺序形成的结构。下取向膜13和上取向膜15以诸如被覆有织物的辊的公知摩擦材料分别沿设定方向摩擦加工。
接着，用于液晶注入的盒18形成在摩擦加工后的下和上结构体之间(步骤120)。
作为区格形成工艺的一个例子，在摩擦加工后的下结构体和上结构体中的任何一个中，盒18相应于一图案形成，该图案用诸如密封剂的密封材料形成。即，如图4所示，通过使用密封材料，盒18沿下衬底11的边缘形成得具有注入口18b。此外，用于维持盒间距的间隔壁19安装在衬底11和17之间。其后，结合下和上结构体。
在形成盒之后，通过由密封材料18a形成的盒18的注入口18b，在各向同性液态的熔融状态下注入结晶时其相从手征向列(N*)相转变成手征层列C(SmC*)相的铁电液晶，然后密封盒18的注入口18b(步骤130)。
其后，进行用于获得具有单畴和书架结构的手征层列相的结晶过程。
在结晶过程中，进行冷却，使得加热到熔点之上且经过盒18的注入口18b注入的液晶能直接将相从手征向列(N*)相转变成手征层列C(SmC*)相，且通过下和上电极层12和16施加第一直流电压(步骤140)。
第一直流电压自冷却开始时，或者在比手征层列C(SmC*)相的转变温度高几到几十℃的液晶温度下施加。此外，第一直流电压连续施加至第二温度，该温度设定为比相变温度低的温度。优选地，但并非必需地，第一温度为比铁电液晶的相变温度高至少2℃的温度，第二温度为比该相变温度低至少1℃的温度。
当达到第二温度时，冷却过程继续，但是第一直流电压的施加终止(步骤150)。即，在不施加电压的状态下，冷却继续以达到第三温度。优选地，但并非必需地，第三温度为比第二温度低至少1至2℃的温度。
最后，当达到第三温度时，与第一直流电压的极性相反极性的第二直流电压，即反向电压施加到电极层12和16上，直到达到第四温度(步骤160)。优选地，但并非必需地，第四温度为比第三温度低至少10℃的温度。
通过这种结晶过程制造的LCD具有液晶层14，其具有书架结构和均匀的单畴。
以下，通过示例性例子将根据本发明制造的LCD与通过传统方法制造的液晶显示装置进行比较，以进行说明。
首先，与仅通过传统方法的冷却工艺进行结晶的情形相对照，说明铁电液晶物质，该物质通过手征向列(N*)相直接将相转变成手征层列C(SmC*)相。
图6示出了通过两个极化板所呈现出的状态，这两个极化板设置在两个衬底11和17外侧，且相对于液晶显示装置具有彼此垂直的极化轴，该液晶显示装置完全通过以各向同性液态下2℃每分钟的冷却速度将铁电液晶物质冷却到比手征层列C(SmC*)相的相变温度(例如72℃)低的温度而制备，该铁电液晶物质通过手征向列(N*)相直接将相转变成手征层列C(SmC*)相。
如图6所示，尽管在黑状态显示模式下，画面局部仍示出明亮部分。图6中显示成圆圈的部分表示间隔壁。这来自液晶结晶过程中形成的非均匀畴。
参照图7描述导致如此结果的传统结晶过程，例如，位置A中的液晶分子24a倾向于在左(L)向或右(R)向上运动，以补偿冷却同时的层收缩。此时，由于左(L)向接近摩擦方向，所以大多数液晶分子易于在左(L)向上移动。然而，实际上，当经历结晶过程时，由于在左(L)向和右(R)向间的距离上相对于位置A处的液晶24a的能量差(ΔE)非常小，所以液晶分子24a沿左(L)和右(R)向均匀分布，从而形成非均匀畴。此时，能量差(ΔE)可以表示为γsin(2θ)，γ表示液晶取向膜的钉扎(anchoring)能，而θ表示在液晶分子旋转圆锥中液晶分子的旋转角。
液晶分子的圆锥轨迹可旋转，且随着这种非均匀畴的形成而在不同方向上倾斜。
同时，在结晶过程中与冷却相结合顺序进行正向直流电压施加、施加停止、以及反向直流电压施加的情形下，制造出了具有均匀单畴的液晶显示装置。
图8是一照片，显示了相对于通过本发明的制造工艺制造的FLCD的黑显示模式下，通过未施加电压的极化板呈现出来的状态。
由照片可清楚地看出，如图6所示的具有亮度差的部分消失了。即，可以看出，根据本发明制造的液晶显示装置被改善成了一种具有纯黑单畴的结构。为了说明，图8的照片中的液晶显示装置已经通过一工艺得以制造，该工艺为：在比手征层列C相的转变温度更高的、从74℃至70℃的温度下(72℃)，施加8V的直流电压；在不施加电压的同时冷却至自70到68℃的温度；以及，在冷却到从68至30℃的温度的同时施加反向电压-8V。此外，盒间隙为1.5μm。
例如，参照图7描述具有这种均匀单畴的书架结构的LCD的结晶过程，由于A位置处的液晶分子24a被强行移动到位置B，且因所施加的直流电压而在冷却时保持约45度的锥角，所以左(L’)和右(R’)方向之间相对于位置B处的液晶分子24b的能量差ΔE变得非常大，所以大多数液晶分子移动并取向为靠近摩擦方向的右(R’)向，结果可确定单畴形成了。
在此情形下，施加到液晶层14上的直流电压的大小优选地，但并非必需地确定在一适当的范围，该范围相应于液晶层的盒间隙和对施加到液晶分子上的电压的响应特性。
如当前所述，根据本发明相应制造方法的FLCD可显示清晰的黑白状态，FLCD具有有书架结构的单畴的液晶层。
虽然已经参照特定示例性实施例对本发明进行了显示和说明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可作各种形式和细节上的改变。

Claims (4)

1.一种制造铁电液晶显示装置的方法，包括：
形成分别具有衬底、电极层和取向膜的下结构体和上结构体；
形成下结构体和上结构体之间的盒；
在盒中注入预定的处于熔融状态的铁电液晶，并将盒密封；
冷却，以获得铁电液晶的与书架结构相应的相变；
在一温度下向该电极层施加预定的第一直流电压，该温度在高于相变温度的第一温度至低于相变温度的第二温度之间；
停止施加第一直流电压，并冷却到低于第二温度的第三温度；以及
向电极层施加第二直流电压，并冷却到低于第三温度的第四温度，该第二直流电压具有与第一直流电压相反的极性，
其中，该铁电液晶是一种冷却时其相从手征向列相转变成手征层列C相的物质。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一温度为比铁电液晶的相变温度高至少两摄氏度的温度，而第二温度是比相变温度低至少1摄氏度的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，第三温度比第二温度低至少1至2摄氏度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第四温度比第三温度低至少10摄氏度。
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