CN1312515C - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种LCD器件。在入射面上准直光产生器由入射光产生准直光，并且第一偏振光控制器的第一偏振片由准直光产生第一偏振光。第一偏振光控制器的第一四分之一波片由第一偏振光产生第二偏振光。由此产生的第二偏振光通过液晶层到达出射面。在出射面上，第二偏振光通过第二偏振光控制器的第二四分之一波片和第二四分之一波片。因此，第二偏振光的偏振态返回到其初始态。

Description

液晶显示器件及其制造方法

发明领域

本发明总的涉及液晶显示器件(LCD)。尤其涉及一种能够实现宽视角和快速响应的LCD器件及其制造方法。

相关技术的描述

传统上LCD器件被广泛地用于所谓的办公自动化(OA)的电子设备以及便携式通讯和/或信息管理终端。这是因为LCD器件具有小巧、轻薄和低功耗的优点。

对于LCD器件，通过施加到液晶层上的电压改变液晶分子的排列或取向，由此利用液晶盒的各种光学特性、如双折射效应和旋转偏振控制光的穿行。根据液晶盒光学特性的使用方法或方式把LCD器件分为各种显示类型。在任何一种LCD器件中，存在的需要解决的重要问题是改善视角特性和增强响应特性，使得能够处理动态图像的显示。

例如，对于到目前为止还在广泛使用的扭曲向列相(TN)LCD器件，液晶分子的取向矢根据施加电压的大小从“平行”态或分子平行于基板的“白色”显示状态转变到“暗”显示态。但是，由于施加电压对液晶分子的特有作用，存在可得到的视角变窄的问题。这个问题在显示中间色调时从分子的上升方向上看得尤其明显。

为了解决此类窄视角的问题，研究并提出了各种措施。例如，1992年公开的日本待审查专利出版物4-261522、1994年公开的6-43461和1998年公开的10-333180揭示了所谓的“双畴”或“多畴”的措施。通过这些方法形成包含垂直校列排列的液晶分子的液晶盒。该液晶盒夹在两个偏振方向固定成彼此垂直的偏振片之间。通过利用带有敞开部分的公共电极在每个像素中产生斜电场。因而，每个像素通过两个或多个液晶畴形成，由此改善了视角特性。特别是，通过出版物4-261522中公开的技术，控制液晶分子在施加电压时的排列实现了高对比度。

在1994年公开的日本未审查专利出版物6-43461和1993年公开的5-113561中揭示了这些措施的另一个例子。这些例子利用光学元件如光学补偿片和四分之一波片补偿液晶的双折射效应，由此改善视角特性和/或扩展视角。对于出版物5-113561中揭示的措施，除了采用一个带有负轴的光学补偿片外，还使用四分之一波片。这些四分之一波片以第一个波片具有正各向异性、第二个波片具有负各向异性的方式组合到一起，以便消除它们各自的双折射效应，由此扩展视角。

而且，1993年公开的日本待审查专利出版物5-50524揭示了一种共面切换(IPS)型LCD器件。关于这种装置，电压施加到设置在同一基板上的一对相对电极之间，产生平行于基板的电场，由此在保持液晶分子平行于基板取向的同时旋转液晶分子。因为甚至在施加电压时也没有可能使液晶分子垂直于基板取向，所以基于视角变化的双折射变化被限制在一个很窄的范围内。结果视角增大。

上述现有技术是立志于改善LCD器件的视角特性。与此不同的是，1998年公开的日本待审查专利出版物10-142577和10-197844揭示了能够在宽窄视角之间进行切换的LCD器件。

关于出版物10-142577中公开的装置，在TN模式中为每个像素设置两个薄膜晶体管(TFT)，并且同时，每个像素分成两个区域，液晶分子在这些区域中以不同的角度旋转或倾斜，由此加宽视角，与所谓的“电容分隔”法类似。

关于出版物10-197844中公开的装置，在普通的TN元件上叠置包含二向色染料的宾主(GH)元件。在GH元件上施加电压以控制视角特性。

如上所述，利用上述技术改善LCD器件的视角特性。但是，在提高LCD器件的快速响应上仍有很多问题。一般来说，提高LCD器件的响应速度的一种已知措施是增大施加到液晶分子上的电压大小。但是，在这种情况下，如果盒间隙减小，则液晶分子的电容增大。由此很可能会出现问题。特别是，如果LCD板的尺寸增大，则会出现沿导线的信号传递延迟和/或对TFT的写入电压不足的问题。

提高LCD器件的响应速度的另一种已知措施是利用具有较大双折射或光学各向异性Δn的液晶增大液晶分子的透射率相对于分子倾斜的可变范围。但是，在此情况下，会出现由于液晶的双折射而使视角变窄的问题。例如，对于向列相液晶，晶体的偏振状态根据光的入射角而变化。结果，甚至在暗态显示时有光透射或对比度下降的问题。另外，如果光学各向异性Δn和盒厚度d的乘积(Δn·d)增大，则会出现视角变窄的问题。

为了即使各向异性Δn增大也不减弱视角特性，在2000年公开的日本未审查专利出版物2000-171617和1996年公开的日本未审查专利出版物4-369618中揭示了一种用微透镜准直入射光的方法。出版物2000-171617揭示的方法或技术示于图1。

在图1中，出版物2000-171617公开的现有LCD器件包括一个液晶部分101，分别位于部分101入射面和出射面上的偏振片104a和104b，位于部分101的入射面和出射面的微透镜阵列142a和142b，光导板105和光源106。阵列142a具有以特定的间隔分布在上表面上的微透镜142aa，窗口或开口142ab位于与平直下表面上的透镜142aa的对应的位置。阵列142b具有以特定的间隔分布在下表面上的微透镜142ba。阵列142b的上表面为平坦表面。

透过侧表面进入光导板105的入射光L_IN通过设置在其下表面上的窗口142ab进入微透镜阵列142a。光L_IN通过阵列142a的微透镜142aa准直，并再被偏振片104a转变成线性偏振光，进入液晶部分101。光L_IN的偏振方向在101部分中被改变。之后，由此被改变方向的光L_IN选择性地透过偏振片104b并被阵列104b的微透镜104ba会聚，导致经阵列142b的上平面出射的出射光L_OUT。

通过此方式，关于图1所示的现有LCD器件，液晶部分101夹在微透镜阵列142a和142b之间，并且因此，即使从光源106发出的光L_IN是发散光，也会使准直光进入101部分。结果，对比度依据观察角减弱的问题得到抑制。

但是，即使这样，偏振片104a在入射面产生的线性偏振光L_IN也进入液晶部分1，并且光L_IN再被出射面上的偏振片104b接通或断开。因此，需要微透镜142aa和142ba之间的布置、偏振片104a和104b之间的对齐以及液晶分子的取向高度精确。这导致LCD板的产量减小。而且，还出现部分像素中亮度下降的另一个问题。这是由于液晶分子的驱动方向和线性偏振光之间的关系所致。

特别是，如果把上述的将准直光导入液晶部分101的技术应用到易于得到高对比度的垂面校列取向模式中，则透射光将没有所需的强度，除非液晶分子的旋转取向或倾斜得到精确的控制。

发明概述

因此，本发明的主要目的在于提供一种能够提高快速响应特性的LCD器件及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种不仅能够改善视角特性、还能提高快速响应特性的LCD器件及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够有效减小组成元件或部件的布置和/或对准所需精确度的LCD器件及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种不会降低制造产量的LCD器件及其制造方法。

对于本领域的技术人员，本发明的上述及其它目的通过下面的描述将变得更加清晰。

根据本发明的第一方面，提供的LCD器件包括：

(a)位于入射面的第一基板；

(b)与第一基板对面固定的第二基板；

第二基板位于出射面；

(c)夹在第一基板和第二基板之间的液晶层；

液晶层包含一种液晶；

液晶层和第一及第二基板构成液晶部分；

(d)用于准直入射光的准直器；

准直器位于入射面上；

(e)用于控制入射光偏振态的第一偏振控制器；

第一偏振控制器位于入射面；

第一偏振控制器包括第一偏振元件和第一四分之一波片；和

(g)用于控制入射光偏振态的第二偏振控制器；

第二偏振控制器位于出射面；

第二偏振控制器包括第二偏振元件和第二四分之一波片。

关于本发明第一方面的LCD器件，在液晶部分的入射面上设置准直器和第一偏振控制器。因此，通过准直器对入射光准直，并通过第一偏振控制器控制入射光的偏振态。之后，由此准直并偏振控制的入射光进入液晶部分。

在液晶部分的出射面，设置第二偏振控制器。因此，穿过液晶部分的入射光的偏振态受到第二偏振控制器的控制。

因此，例如入射光被第一偏振控制器转变成第一圆偏振入射光，在被准直器准直之前或之后进入液晶部分。在第一圆偏振入射光通过该部分之后，被第二偏振控制器转变成第二圆偏振入射光。

因此如果把具有较大的光学各向异性或双折射Δn的液晶用作液晶部分的液晶，则可以提高LCD器件的快速响应特性。

而且，因为不需要精确对齐位于入射面的第一偏振元件的轴与位于出射面的第二偏振元件的轴，所以可以有效降低组成元件或部件的布置和/或对准所需的精确度。这意味着所需的冗余度可以应用到制造过程中。结果，可以不降低产量地制造装置。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造LCD器件的方法，该方法可以用于制造第一和第二方面的LCD器件。该方法包括步骤：

(a)提供一个可以通过激光照射而使表面变形的第一基板；

(b)对第一基板的表面照射具有对应于各个像素的特定强度分布的激光，由此在第一基板上形成微透镜，以构成作为准直器的微透镜阵列；

(c)将第二基板固定在第一基板对面；

(d)在第一基板和第二基板之间设置液晶层；

(e)在第一基板上设置用于控制其入射光偏振态的第一偏振控制器；以及

(f)在第二基板上设置用于控制其入射光偏振态的第二偏振控制器。

关于根据本发明第三方面的制造LCD器件的方法，在步骤(a)中设置一个通过激光照射而变形的第一基板，然后，把具有对应于各个像素的特定强度分布的激光照射到第一基板的表面。因此，根据强度分布在第一基板的表面上形成凹凸。结果，在第一基板上形成微透镜。这意味着制成了第一或第二方面的LCD器件。

附图简述

为了能够更容易地实施本发明，下面将参考附图进行描述。

图1是表示在入射面和出射面上具有微透镜阵列的现有LCD器件的局部结构示意截面图；

图2是根据本发明第一实施例的LCD器件的局部结构示意截面图；

图3A和3B分别是根据图2所示第一实施例的器件的操作原理示意图；

图4A～4D分别是根据图2所示第一实施例的器件的操作原理示意图，与现有装置进行比较；

图5是根据本发明第二实施例的LCD器件的局部结构示意截面图；

图6A～6C分别是表示根据本发明第三实施例制造LCD器件的方法的局部示意截面图，其中在基板上形成一个凸微透镜阵列；

图7A～7C分别是表示根据本发明第四实施例制造LCD器件的方法的局部示意截面图，其中在基板上形成一个凹微透镜阵列；

图8是用于图7A～7C和图8A～8C所示第三和第四实施例的方法中的激光照射装置的结构示意图；

图9A～9B分别是表示用于本发明的LCD器件的视角控制器结构的局部示意截面图；

图10A是沿图10B中XA-XA线的局部示意截面图，表示根据本发明的LCD器件的结构，其中采用了液晶分子的排列划分；

图10B是图10A所示LCD器件的局部结构示意截面图；

图11是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图12是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图13是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图14是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图15A是沿图10B中XA-XA线的局部示意截面图，表示根据本发明的LCD器件的结构，其中采用了液晶分子的排列划分；

图15B是图15A所示LCD器件结构的局部示意截面图；

图16是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图17A是沿图17B中XVIIA-XVIIA线的局部示意截面图，表示根据本发明的LCD器件的结构，其中采用了液晶分子的排列划分；

图17B是图17A所示LCD器件的局部结构示意截面图；

图18是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图19是表示根据本发明LCD器件的像素电极的形状实例的局部示意平面图；

图20A是沿图20B中XXA-XXA线的局部示意截面图，表示根据本发明的LCD器件的结构，其中采用了液晶分子的排列划分；

图20B是图20A所示LCD器件结构的局部示意截面图；

图21是根据本发明第一实施例LCD器件的改型结构的局部示意截面图；

图22是根据本发明第一实施例LCD器件的另一改型结构的局部示意截面图。

发明的详细说明

接下来将详细描述本发明。

根据本发明第一和第二方面的LCD器件分别包括在发明概述中所述的组成元件的组合。但是，也可以以下列方式变化和改型。

视角控制元件最好是可拆卸地形成。在这种情况下，通过用另一个产生不同视角的元件替换控制元件而按照需要地调节视角。或者，控制元件可以包含一种聚合物扩散的液晶，其中通过施加电压改变液晶的透射率大小而调节视角。

可以在第一偏振元件和第一基板之间增加设置一个半波(λ/2)元件。还可以在第二偏振元件和第二基板之间增加设置另一个半波片。

最好由一个微透镜阵列形成准直器，其中该微透镜阵列具有以对应于各个像素的矩阵形式分布的微透镜。最好微透镜阵列由可通过照射激光而变形的材料(如片状)制成，并且该阵列与第一基板的表面结合成一体。

最好液晶层的液晶具有负的双折射或光学各向异性，其中当不施加电压时，液晶的分子与第一基板大致垂直的排列。或者，液晶层的液晶具有正的双折射或光学各向异性，其中当不施加电压时，液晶的分子与第一基板大致平行地排列。

在第一基板上设置扫描信号电极或导线、数据电极或数据总线以及薄膜晶体管(TFT)，其中TFT位于由扫描信号电极或导线以及数据电极或导线限定的各个像素区中。在第一基板上设置滤光片以进行各个像素的彩色显示。像素电极以外涂层的方式形成在滤光片上。在第二基板上与像素电极相对地设置公共的相对或相反电极。

最好形成在第一基板上的每个电极可以具有对称的形状。第二基板上形成的电极覆盖第一基板上的整个电极，并且比第一基板上的电极宽。

第一基板上的每个电极具有下列结构。具体地说，第一基板上的每个电极具有包括整个地或部分地形成在对称位置处的凹陷或凹进的结构。第二基板上的每个电极具有包括凸起的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，凸起整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。第二基板上的电极具有一种包括开口的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，开口整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。

最好由一种在特定的角度范围内具有光散射特性的薄膜、或具有将特定角分布的入射光透射为具有另一角分布的功能的薄膜，形成角控制元件。作为一种薄膜，可以是具有向前散射特性的散射膜或折射率根据位置变化的薄膜(如Sumitomo Chemical Co.，Ltd.制造的“Lumistry”)。

为了便于宽视角和窄视角之间的切换操作，最好形成易于拆卸的视角控制元件。而且，取代可拆卸的视角控制元件，可以通过利用聚合物扩散的液晶层20形成该元件，如图9A和9B所述。层20包含一种聚合物基质20a和散布在整个基质20a中的液晶颗粒或液晶滴20b。在此情况下，通过电压源21对层20施加一个适当的电压。当不施加电压时，层20处于其散射状态，如图9A所示，其中可获得较宽的视角。当施加电压时，层20处于其透射或准直状态，如图9B所示，其中可获得较窄的视角。因此，可以通过接通或断开电压而很容易地进行宽视角和窄视角之间的切换操作。

如果设置视角控制元件，则此元件给予加宽视角的功能。因此，液晶层不必具有较宽的视角。这意味着可以从较宽范围的现存操作模式中选择一种所需模式的液晶。但是，具有较大乘积值(Δn·d)(即，延迟)的液晶盒或液晶部分可以用于提高响应速度并降低驱动电压。这是因为视角控制元件提供加宽视角的功能。

液晶盒或液晶层的(Δn·d)值(即，延迟)可以依据液晶的模式轻微地改变。例如，可以用(Δn·d)值大到400nm～800nm的液晶盒代替(Δn·d)值大到300nm～400nm的液晶盒。在此情况下，最好盒厚度d尽可能地小。但是，如果盒厚度d太小，则会引起导线中的信号传递被延迟并且TFT的写入能力下降的缺点。因此，需要优化盒厚度d。在本发明包括视角控制元件的实施例中，盒本身的视角可以较窄，盒的厚度值可以根据Δn和驱动电压从2μm～15μm的范围中选取。这样扩大了选择范围。

在本发明的LCD器件中，通过第一偏振元件和第一四分之一波长元件的细合改变入射光的偏振态，然后将光引入液晶层。因此，不需要精确对齐位于液晶层两侧的两个偏振元件的轴，这给出了制造过程的冗余度。特别是，当在常黑模式中采用垂直排列模式时，可以得到下列优点。

具体地说，关于常黑模式中的垂直排列模式，如果不施加电压，液晶分子的取向垂直于基板。因而，相对于垂直于基板的入射光的延迟为零。这意味着即使液晶盒的厚度有涨落，暗态像素也不会转为亮态。在本发明的LCD器件中，只采用了垂直于第一基板入射的光，并且因此垂直排列模式非常有利。

在此方式中，本发明的LCD器件为高对比度，圆偏振光可以进入到液晶层中。因而，如果通过施加电压而简单地倾斜液晶分子，则显示屏或像素将独立于倾斜方向而明亮。结果具有不需要液晶分子的取向控制(如摩擦)这一额外的优点，提高了设计像素的自由度，并且扩大了液晶的可选择范围。另外，不需要负补偿膜来加宽视角，并且因此不必进行薄膜和液晶层之间的延迟调节，这样便于装置的制造。

在常白模式的垂直排列模式中，如果通过施加电压而简单地倾斜液晶分子，则显示屏将独立于倾斜方向而呈暗态。结果具有不需要液晶分子的取向控制(如摩擦)这一额外的优点，提高了设计像素的自由度，并且扩大了液晶的可选择范围。另外，不需要负补偿膜来加宽视角。这些与常黑模式相同。

如果将水平排列膜用于第一和第二基板，并且在均匀取向的液晶层上施加电压以倾斜液晶分子，则需要补偿剩余延迟，以便补偿暗态显示，这与采用常黑模式还是常白模式无关。因此，以剩余延迟为零的方式固定单轴正或负延迟补偿膜。在此阶段，降正延迟补偿膜置于补偿膜的光轴垂直于液晶的光轴的位置。将负延迟补偿膜置于补偿膜的光轴平行于液晶光轴的位置。结果，优选液晶分子的初始取向在同一方向排列。

这些可以应用到其它的水平模式，如用于快速响应的弯曲排列模式，和水平及垂直排列分别施加到第一和第二基板的HAN(水平排列的向列相)模式。

特别是关于通过开关元件如TFT驱动各个像素的有源矩阵寻址型，对于滤光片和像素电极之间的位置排列需要高度的位置精确度。但是，如果在同一基板上设置滤光层和开关元件，则不需要第一和第二基板之间的位置对齐，这对制造过程是有利的。

在本发明中，第一和/或第二四分之一波长元件可以接近于液晶部分放置。在此情况下，得不到关于视差的有利之处。但是也有其它的优点，即提高了抗气候变化性，并且可以将四分之一波长元件本身用作一层或多层准直层。

具体地说，关于抗气候变化性，将探讨中的四分之一波长元件置于液晶部分中，并且因此在组装之后一点儿也不受UV(紫外)光和湿度的影响。而且，因为UV光不仅由第一偏振元件吸收，而且由玻璃或塑料制成的厚基板吸收，所以可以防止几乎所有的UV光抵达四分之一波片。结果，与四分之一波长元件置于液晶部分以外的情形相比，可以显著地减小由于UV光所致的质量下降。另外，四分之一波长元件几乎不受湿度的影响。

而且，在偏振元件和四分之一波长元件之间的粘结不是必需的。因此，可以将粘结性能已知的适当的粘结剂用于偏振元件和制作基板的玻璃或塑料之间的粘结。换言之，偏振元件和四分之一波长元件之间的粘结剂很可能由于湿度而脱开或分离。但是，通过将四分之一波长元件置于该部分中，可以解决这个问题。因此，可以增大四分之一波长元件的材料的选择范围，并且可以很容易地提高其它性能(如透射率)。

关于排列，如果第一和第二四分之一波片置于液晶部分中，则四分之一波片本身可以由具有液晶特性的材料制成。因此，波片本身具有排列液晶分子的功能。如果采用水平排列，则至少对第一和第二基板中的一个不必进行取向处理(如取向材料或膜的涂覆、摩擦等)。

为了加宽波长色散，可以与四分之一波长元件一起采用半波元件。在此情况下，半波元件可以由具有液晶特性的材料制成。如果这样，可以获得与只将四分之一波长元件置于该部分的情形相同的优点。

如果采用两个四分之一波长元件消除波片本身的双折射特性，则最好其中一个波片具有正的光学各向异性(即双折射)，另外一个具有负的光学各向异性，如1993年公开的日本待定专利出版物5-113561所公开的。

关于本发明的LCD器件，不需要对液晶部分实行“排列划分”。但是，如果从板的亮度均匀性以及响应速度的观点看最好进行排列划分，则可以实行排列划分。如果这样，可以通过已知的方法实现排列划分，如形成凸起，在第一和第二基板的电极上形成缝隙以将垂直排列分成多个部分，或通过照射光束改变部分像素的预倾角，从而划分垂直或均匀的排列。但是，下面建立的、同时也关注了电极大小和形状的结构是有利的，因为它们没有增加制作过程的步骤。

具体地说，形成在第一基板上的电极具有良好的对称性，而形成在第二基板上的电极覆盖第一基板上的电极，其中第二基板上的电极比第一基板上的电极宽。此处，“良好的对称性”意味着圆形形状，或具有三个顶角或更多顶角、如三角、正方、五角、六角…等的规则多边形，如图11所示。如果这样，倾斜的电场具有良好的垂直对称性，如图10A和10B所示。因此，如果液晶垂直排列并具有负的介电各向异性，则液晶分子的倾斜方向多样化，导致液晶的排列划分。在这种情况下，在像素的中心通过自然产生的倾斜电场形成划分边界，分子从像素的边缘向其中心倾斜。如果形成的像素电极具有对称性，则分子从像素电极的边缘向其中心倾斜，结果，分子的排列由此被划分。上述的规则多边形不需要是精确的规则多边形，可以有某种程度的变形。

典型的LCD器件具有矩形像素电极。但是，如图12所示，最好在像素电极中形成一系列对称形状的切口。在此情况下，上述排列划分可以位于电极对应于每个对称形状的部分。因此，与所有像素电极对称形成的情形有相同的优点。如图13和14所示，可以对第一基板上的每个电极增加切口或凸起。在此情况下，可以加速排列划分。

为了确保排列划分的位置，如图15A和15B以及16所示，形成的电极可以有一个凹陷39。这些结构或形状可以合并到一起。最好形成的凹陷39进入到下面的外涂层24。在此情况下，凹陷39可以形成在所需的深度而不增加形成过程的复杂性。因此，排列划分的边界被稳定的固定。

关于液晶分子的垂直排列，稳定分子，以便在施加电压下形成一种螺旋排列。最好加入手性剂以更加稳定排列，由此提高响应速度。在每个像素中像素电极的切口或凹陷可以是螺旋形。

如图17A和17B以及图18和19所示，可以在具有良好对称性的像素电极的大致对称中心设置一个圆柱或支柱40作为间隔物。圆柱40用作取向划分的核或芯，使得划分平滑。如图20A和20B所示，为了相同的目的，可以在第二基板上的公共电极的划分边界处形成一个凸起41。如果凸起41在电极上对称地伸出，则凸起41的位置与图18和19中所示的圆柱40的位置一致。而且，出于相同的目的，可以在第二基板上的部分对称公共电极处形成一个开口，该开口大致对应于第一基板上像素电极的对称中心。

关于本发明的LCD器件，最好在像素电极和公共电极之间施加电压以控制液晶分子的初始取向，并且然后聚合以较小的量混合到液晶中的聚合单体或低聚物，由此提高初始排列的确定性或可靠性。控制初始排列时，加热液晶层以将液晶转变到其各向同性相。之后，降低温度，同时在公共电极和像素电极之间施加电压，或简单地在公共电极和像素电极之间施加电压。单体或低聚物的反应可以在加热过程之前或其间或冷却过程之后发生。如果通过在室温下在公共电极和像素电极之间施加电压而控制初始排列，则可以在施加电压之前或之后导致反应。在此阶段，可以通过普通的驱动方法进行排列划分，并且不需要象在1998年公开的日本待定专利出版物10-20323中揭示的那样向第二或控制电极施加电压的过程。

如前所述，根据本发明第三方面制造LCD器件的方法包括步骤；(a)提供第一基板，该基板的表面可以通过照射激光而变形；和(b)对第一基板的表面照射激光，该激光具有对应于各个像素的特定的强度分布，由此在第一基板上形成微透镜。

关于本发明的方法，可以根据所需的排列划分图案通过光学排列方法提前控制预倾角，由此提高初始排列控制的确定度。如果这样，可以协同地施加倾斜电场和预倾角的作用，与施加倾斜电场和预倾角之一的情形相比，可以更有效地实现排列划分。例如可以采用包含官能团(如肉桂酸官能团)的任何材料，其中该材料具有可通过应用偏振光控制液晶分子的排列划分的特性。或者，可以采用一种聚合物材料或具有这样一种特性的材料，即可以通过应用偏振光聚合光敏剂，这种材料公开在论文“AM-LCD‘96/IDW 96 Digest of TechnicalPapers，p337”中。在此情况下，可以使用一种这种材料形成校准层，并再通过掩膜对校准层倾斜地照射偏振光，其进行的方式使得根据排列划分形成所需的预倾角。如果顶角数或规则多边形的边数太多，则用于光学排列的必需操作数量增多。因此多边形的顶角数最好设置在8～4个(即八边形～正方形)。

这些排列划方法是已知的。即使利用这些方法，也可以通过少量混合到液晶中的聚合单体或低聚物的反应维持划分的排列。

可应用到本发明的单体或低聚物是光固化单体、热凝单体以及低聚物。如果一种材料包含这些单体或低聚物之一，则可以用于本发明，即使它包含其它的一种或多种成分。可用于本发明的“光学固化单体或低聚物”一词意味着不仅包括可以通过可见光固化的单体或低聚物，而且包括也可以通过UV光固化的单体或低聚物。优选后者(UV固化单体和低聚物)，因为处理较容易。

除了代表液晶特性的单体或低聚物以外，如果一种聚合物材料具有类似于液晶分子的结构，它就可以用于本发明。但是，聚合物材料不能用于使液晶取向。因此，可以应用具有柔韧性的任何聚合物材料(如包含亚烷基链的聚合物)。具有柔韧性的聚合物材料可以包含一个官能团、两个官能团或多个官能团(三个或更多的官能团)。

可用于本发明的光学或UV固化单体的举例如下，它们是带有单个官能团的丙烯酸酯化合物。

丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸丁基乙酯，丙烯酸丁氧基乙酯，丙烯酸2-氰基乙酯，丙烯酸苯甲酯，丙烯酸环己酯、丙烯酸2-羟丙酯，丙烯酸2-乙氧基乙酯，丙烯酸N，N-乙基氨基乙酯，丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，丙烯酸二环戊酯，丙烯酸二环戊烯酯，丙烯酸缩水甘油酯，丙烯酸四氢糠基酯，丙烯酸异冰片酯，丙烯酸异癸酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸吗啉酯，丙烯酸苯氧乙酯，苯氧基二乙二醇丙烯酸酯，丙烯酸2，2，2-三氟乙酯，丙烯酸2，2，3，3，3-五氟丙酯，丙烯酸2，2，3，3-四氟丙酯，丙烯酸2，2，3，4，4，4-六氟丁酯。

可用于本发明的光学或UV固化举体的举例如下，它们是带有单个官能团的甲基丙烯酸酯化合物。

甲基丙烯酸2-乙基己酯，甲基丙烯酸丁基乙酯，甲基丙烯酸丁氧基乙酯，甲基丙烯酸2-氰基乙酯，甲基丙烯酸苯甲酯，甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯，甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯，甲基丙烯酸N，N-乙基氨基乙酯，甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，甲基丙烯酸二环戊酯，甲基丙烯酸二环戊烯酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸四氢糠基酯，甲基丙烯酸异冰片酯，甲基丙烯酸异癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸吗啉酯，甲基丙烯酸苯氧乙酯，苯氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯，甲基丙烯酸2，2，3，3-四氟丙酯，甲基丙烯酸2，2，3，4，4，4-六氟丁酯。

可用于本发明的光学或UV固化单体的举例如下，它们是带有多个官能团的丙烯酸酯化合物。

4，4’-二苯基二丙烯酸酯，二乙基己烯雌酚二丙烯酸酯，1，4-二丙烯酰氧基苯，4，4’-二丙烯酰氧基二苯基乙烷(ethel)，4，4’-二丙烯酰氧基二苯基甲烷，3，9-二[1，1-二甲基-2-丙烯酰氧基乙基]-2，4，8，1 0-四螺[5，5]十一烷，α，α’-二[4-丙烯酰氧基苯基]-1，4-二异丙基苯，1，4-二丙烯酰氧基-四氟苯，4，4’二丙烯酰氧基八氟联苯，二乙二醇二丙烯酸酯，1，4-丁二醇二丙烯酸酯，1，3-丁二醇二丙烯酸酯，二环戊基二丙烯酸酯，丙三醇二丙烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯，新戊二醇二丙烯酸酯，四乙二醇二丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四酵四丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯，二季戊四醇六丙烯酸酯，二季戊四醇单羟基五丙烯酸酯，4，4’二丙烯酰氧基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二甲基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二乙基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二丙基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二戊基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二己基二苯乙烯，4，4’-二丙烯酰氧基二氟二苯乙烯，2，2，3，3，4，4-六氟戊烷二醇-1，5-二丙烯酸酯，1，1，2，2，3，3-六氟丙基-1，3-二丙烯酸酯，尿烷丙烯酸酯齐聚物。

可用于本发明的光学或UV固化单体的举例如下，它们是带有多个官能团的甲基丙烯酸酯化合物。

二乙二醇二甲基丙烯酸酯，1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯，1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯，二环戊基二甲基丙烯酸酯，丙三醇二甲基丙烯酸酯，1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯，新戊二醇二甲基丙烯酸酯，四乙二醇二甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，季戊四醇四甲基丙烯酸酯，季戊四醇三甲基丙烯酸酯，二(三羟甲基丙烷)四甲基丙烯酸酯，二季戊四醇单羟基五甲基丙烯酸酯，2，2，3，3，4，4-六氟戊烷二醇-1，5-二甲基丙烯酸酯，尿烷丙烯酸酯齐聚物。

另外，苯乙烯、氨基苯乙烯、醋酸乙烯酯也可以用于此目的。

本发明不限于此处列举的这些材料。

根据本发明的LCD器件的驱动电压受聚合物材料和液晶之间界面的相互作用的影响。因而，可以使用包含氟(F)的聚合物材料，举例如下。

2，2，3，3，4，4-六氟戊烷二醇-1，5-二甲基丙烯酸酯，尿烷甲基丙烯酸酯，1，1，2，2，3，3-六氟丙基-1，3-二丙烯酸酯，2，2，2-三氟乙基丙烯酸酯，2，2，3，3，3-五氟丙基丙烯酸酯，2，2，3，3-四氟丙基丙烯酸酯，2，2，3，4，4，4-六氟丁基丙烯酸酯，2，2，2-三氟乙基丙烯酸酯，甲基丙烯酸2，2，3，3-四氟丙酯，甲基丙烯酸2，2，3，4，4，4-六氟丁酯，尿烷丙烯酸酯齐聚物。

当把光学或UV固化单体用作本发明光学或UV固化聚合物材料时，可以采用光或UV的引发剂。下列任何试剂都可以用作引发剂。

[苯乙酮体系]

2，2，-二乙氧基苯乙酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-酮，1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2甲基-丙烷-1-酮，1-(4-十二烷基苯基)-2-羟基-2甲基-丙烷-1-酮。

[苯偶姻体系]

苯偶姻甲醚，苯偶姻乙醚，苯偶姻甲缩醛

[二苯甲酮体系]

二苯甲酮，O-苯甲酰基苯甲酸酯，4-苯基二苯甲酮，3，3-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮

[噻吨酮体系]

噻吨酮，2-氯噻吨酮，2-甲基噻吨酮，

偶氮盐，锍盐，碘  盐，硒盐，

如果像素以足够的间隔分布，则液晶分子的取向划分不会产生任何问题。但是，如果像素彼此紧密地分布，则最好采用点反转驱动法，电压以彼此相反极性(即，正或负)的方式施加到相邻的像素上。如果这样，则在更优选的方向产生倾斜电场，这样导致所需的取向划分。另外，为使显示动态图像中的清晰度更好，增加返回到暗态显示的重置操作。

在本发明的优选实施例中，LCD器件包括位于入射面的第一基板，位于出射面上与第一基板相对固定的第二基板，和夹在第一和第二基板之间的液晶层(即液晶盒)。液晶层或液晶盒包含一种液晶。液晶层和第一及第二基板构成一个液晶部分。

作为准直入射光的准直器，在入射面上设置一个微透镜阵列。作为入射光，采用从背光源发出的光。阵列与第一基板结合成一体。第一偏振控制器位于入射面上，它包括第一偏振元件和第一四分之一波长元件。第二偏振控制器位于出射面上，它包括一个第二偏振元件和一个第二四分之一波长元件。

结果，在入射光进入液晶盒之前被准直，并且其偏振态被转变成圆偏振。然后，圆偏振光通过液晶部分。之后，转变该光的偏振态以形成出射光。

因此，可以根据相位差控制光的透射量，这些与液晶分子的倾斜取向无关。因此，校准层及其摩擦操作不是必需的。与此同时，可以获得透射率各向异性较大的液晶，并且因此可以实现处理显示动态图像的高速响应。

优选实施例的详细描述

下面将参考附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。

第一实施例

图2表示根据本发明第一实施例的LCD器件的结构。图3A和3B以及图4A和～4D分别表示装置的操作原理。图2所示的LCD器件包括具有第一基板、第二基板和液晶层的液晶部分或液晶盒。第一和第二基板彼此平行地固定，液晶层夹在两基板之间。开关元件如TFT形成在第一基板上。因此，第一基板可以称作“TFT基板”，第二基板可以称作“相反或相对基板”。

LCD器件还包括一个微透镜阵列2a，四分之一波片(λ/4)3a和3b，偏振片4a和4b，光导板5，光源6和视角控制片8。微透镜阵列2a、四分之一波片3 a、偏振片4a、光导板5和光源6位于LCD器件的入射面。四分之一波片3b、偏振片4b和视角控制片8位于LCD器件的出射面。

微透镜2a与液晶部分1的入射面表面结合成一体。光源6产生并向光导板5发出背光L_IN。结合在一起作为偏振控制器工作的偏振片4a和四分之一波片3a将背光L_IN转变成圆偏振光，并将由此产生的圆偏振光引入微透镜阵列2a。

结合在一起作为偏振控制器工作的偏振片4b和四分之一波片3b选择性地通过已穿过液晶分布1的光到达外侧。视角控制片8散射已通过偏振片4b的光，从而改善视角特性，导致出射光L_out。

虽然图中没有示出液晶部分1的详细结构，但如果在第一基板的电极和第二基板的电极之间施加电压就能产生大致垂直于第一和第二基板的电场，则任何结构都可以采用，由此将液晶分子的取向改变到基板的法向。用于显示彩色图像的滤光片可以置于第二基板(即普通结构)上或第一基板(即CF-on-TFT结构)上。

CF-on-TFT结构的实例示于图10A和10B。如图所示，栅极线37和栅电极30形成在TFT基板28上。半导体层或岛34通过公共栅极介电层31以与对应的栅极30重叠的方式形成在基板28之上。漏极线36形成在对应的栅极32之上与栅极线37垂直。源极33和漏极32通过欧姆接触层(未示出)连结到半导体岛34，由此形成TFT。形成一个钝化层27以覆盖TFT。在层27上选择性地形成滤光片26以覆盖像素的显示区。

在滤光片26上形成一个外涂层24以使TFT基板组件的表面平整化。像素电极23通过穿过外涂层24和钝化层27的接触孔连结到对应的源极33。

另一方面，在相对基板46上以与像素电极23相对的方式形成一个公共的相反或相对电极47。在基板28和36的内表面上分别形成校准层7a和7b。对校准层7a和7b每个实施在特定方向上的特定的排列处理。液晶层22被层7a和7b夹置。

如图2所示，与TFT基板28的下表面结合在一起的微透镜阵列2a具有分布在与像素对应位置处的凸微透镜2aa。透镜2aa的形状和焦点以这样的方式确定，即从光导板5的窗口5a发出的光对于每个像素都能以准直光束的形式穿过液晶部分1。透镜2aa充当光的点光源。因此，替代光源6和光导板5的组合，可以形成以矩阵形式分布的发光二极管。

标号9和35分别表示液晶分子和遮光层。

在下面的第三实施例中将详细解释形成阵列2a的方法。因为阵列2a与TFT基板28集成在一起，所以有一个额外的优点，那就是便于器件的组成元件的位置校准。

具体地说，关于利用准直光的LCD器件，需要相对于像素的位置正确地校准入射光的入射位置和入射角。如果单独地形成液晶部分1和阵列2a，并且之后将它们合并在一起，则会产生光不辐照整个像素的缺点，和/或由于位置移动，光束相对于基板28的法线倾斜地辐照像素。与此不同，如果基板28和阵列2a结合到一起，则可正确地控制它们之间的位置关系(特别是角度)。结果，不会产生该缺陷。

可以通过拉制由聚碳酸酯或名称为JSR corp.制作的“Arthone”的降冰片二烯树脂制成的薄膜形成四分之一波片3a和3b。或者，可以通过利用具有液晶特性的光敏单体形成波片。具体地说，通过涂覆形成一个校准层，对于校准层在四分之一波片4a的光轴方向进行摩擦处理，并将带有光敏团的液晶材料涂覆到取向层上，其中该液晶材料在“Liquid Crystal，Vol.18，p.319，1995”中公布。由此形成的液晶材料层的厚度以光学各向异性(即双折射)Δn和液晶层22的厚度d之积(Δn·d)等于四分之一波长(λ/4)的方式决定。之后，对由此校准的液晶材料层辐照UV光，促使光敏团反应，产生一种交联结构，由此确保层上的排列图案。

取代涂覆普通的校准层和对由此涂覆的层进行摩擦处理，可以使用一种光敏材料，如[Japanese Journal of AppliedPhysics，Vol.31，p.2155，1992]中公开的那样。在此情况下，对该材料照射偏振光以形成一个取向图案。之后，以类似于制作交联结构的方式对材料辐照UV光，由此确保取向图案。在此情况下，可以采用偏振的UV光，以便提高取向度。

如前所述，通过一个薄膜形成视角控制片8，该薄膜在特定的角度内散射入射光，或者该薄膜具有以特定的角分布透射入射光并以不同的角分布出射光束的功能。为了选择性地加宽或变窄视角，最好形成可从器件组件拆卸的片8。或者，可以利用聚合物扩散的液晶层20形成片8，如图9A和9B所示。当不对液晶层20施加电压时，如图8A所示，光形成一个分布并且可获得较宽的视角。当对液晶层20施加电压时，如图8B所示，光透射并且可获得较窄的视角。以这种方式，通过简单地接通或断开电压而切换宽视角和窄视角。

接下来，参考图3A和3B以及图4A～4D解释第一实施例的LCD器件的操作。在下面的解释中，采用垂直校准模式。但是，在TFT和相反基板28及36上形成水平校准层、从而形成液晶分子的均匀排列的地方，可以采用任何其它的模式，并且相对于基板28和36对液晶施加一个法向电场，从而促使分子倾斜或旋转。例如，FN(扭曲向列相)模式，STN(超扭曲向列相)模式，弯曲取向模式(可以称作“π盒”)和非晶TN模式都可用于本发明。

在图3A和3B中，位于入射面(即图的下侧)上的偏振片4a和四分之一波片3a只允许右旋圆偏振光L_CIRR通过。位于出射面(即图的上侧)上的偏振片4b和四分之一波片3b只允许左旋圆偏振光通过。调节片4a和4b的偏振方向以及片3a和3b的光轴及厚度以执行这些功能。具体地说，偏振片4a和4b构成一个正交偏振器。四分之一波片3a和3b的共面折射率变化方向相反。片3a和3b以其光轴与片4a和4b的偏振轴相交45°的方式分布。

但是，本发明不局限于此。任何其它的结构都可以采用，只要在液晶部分1的每侧设置用于产生圆偏振光(通过偏振片和四分之一波片的组合而形成)的装置即可。任选地决定圆偏振光的偏振方向(右或左)。

图3A表示不以垂直排列的模式向液晶部分1施加电压的状态。背光L_IN通过微透镜阵列2a准直，并通过偏振片4a转变成线性偏振光L_LIN。通过四分之一波片3a，光L_LIN分成正常光分量和异常光分量，二者相移90°，导致右旋圆偏振光L_CIRR。由此产生的光L_CIRR进入液晶部分1中。在此状态下，液晶的每个细长分子9的长轴垂直于基板28取向，并且因此在光L_CIRR中不出现相移。然后，光L_CIRR进入到出射面上的四分之一波片3b中，在那儿光被转变成线性偏振光。但是，出射面上的偏振片4b的偏振方向设置为垂直于入射面上的片4a的偏振方向。因此，光不穿过片4b。这意味着像素处于暗态。

另一方面，在图3B所示的状态中，电压施加到液晶部分1。分子9由于施加的电压和分子9本身的弹力而向平行于基板28的方向倾斜。分子9的倾斜角随着位置接近液晶部分1的中心而增大。如果右旋圆偏振光L_CIRR进入层1，则由于分子9的双折射特性而在光L_CIRR中出现相位差，由此改变光L_CIRR的偏振态。因为以相位差等于π的方式调节部分1的厚度，所以光L_CIRR被转变成左旋圆偏振光L_CIRL。光L_CIRL通过四分之一波片3b和偏振片4b。这意味着像素处于亮态。

此处，参考图4A～4D解释第一实施例的LCD器件和除去了四分之一波片3a和3b的现有LCD器件之间的差别。

图4A表示不施加电压的现有器件的状态。入射光通过偏振片4a转变成线性偏振光，并且线性偏振光进入液晶层22。因为分子9在片28的法线方向排列，所以光不改变偏振方向地通过该部分或层22。光被片4b阻挡，所述的像素处于暗态。

图4B表示施加电压的现有器件的状态。入射光被偏振片4a转变成线性偏振光，并且线性偏振光进入液晶层22。由于施加电压，分子9向平行于基板28的方向倾斜。在此状态下，如果分子9相对于片4a和4b的偏振方向倾斜45°，则光通过层1和片4b。结果，像素处于亮态。

但是，如果分子9相对于片4a和4b的偏振方向的倾斜角不等于45°，如图4C所示，则入射光及片4b的偏振方向不相等。结果，所述的像素处于暗态。

具体地说，关于现有结构，透射光量在施加电压下发生变化，并且因此将降低对比度，除非提前确定分子9由于电压产生的倾斜方向。与此不同，关于本发明的结构，圆偏振光进入盒1，并且因此在层22中产生相同的相位差，这个相位差与分子9的倾斜方向无关，如图4D所示。因此，在施加电压时透射光量保持不变，这是一个显著的优点。这意味着不需要校准层并且可以省去摩擦过程。

只有当入射光被微透镜阵列2a准直时才能获得此项优点，并且四分之一波片4a和4b分别位于液晶层22的入射面和出射面。如果光倾斜入射，则即使只有四分之一波片4a利4b位于液晶层22的入射面和出射面，相位差也将依据于分子9的倾斜方向而改变。而且，即使不设置四分之一波片4a和4b，入射光被阵列2a准直，相位差也将依据于分子9的倾斜方向而改变。结果，在这两种情形下得不到本发明的优点。取向层的形成和摩擦过程在此是必不可少的。

通过形成与TFT基板28结合在一起的微透镜阵列2a，可以精确地控制阵列2a和基板28之间的位置关系。因为入射光通过偏振片4a和四分之一波片3a的组合而转变成圆偏振光并再进入液晶层1，因此片4a和4b的轴的精确校准不是必需的，并且同时，可以得到制作过程的冗余度。而且，如果采用具有较大折射率各向异性的液晶，则可以按照需要地获得高速响应。

特别是，如果对常黑模式实施垂直排列模式，则如果分子9通过施加电压而简单地倾斜，则像素与分子9倾斜方向无关地明亮。因而，有不需要取向处理如摩擦处理的优点，设计像素的自由度增加，选择液晶材料的范围加大。而且，不需要用于加宽视角的负补偿层，补偿层和液晶层1之间的延迟不是必需的，便于制作过程。

另外，四分之一波片3a和3b可以紧邻液晶部分1放置。可以在第一基板和第一偏振片之间额外地设置一个半波片50，在第二基板和第二偏振片之间额外地设置另一个半波片51，如图21所示。这样加宽了波长散射范围。

如前所述，可以把四分之一波片3a和3b放置在液晶部分1中，如图22所示。

为了进行排列划分，可以在基板中形成一个凹陷或多个凹陷，或者一个凸起或多个凸起。可以通过对部分像素照射光束而改变预倾角。电极的形状可以如图11～14地改变。这与前述地相同。

第二实施例

图5表示本发明第二实施例的LCD器件的结构。本装置具有与第一实施例相同的结构，只是微透镜阵列2a与光导板5结合成一体，其中没有部分1。

图5所示的本发明的LCD器件包括具有第一(TFT基板)、第二基板(相反或相对基板)和液晶层的液晶部分1。第一和第二基板彼此平行地固定，液晶层夹在这两个基板之间。在第一基板上形成开关元件如TFT。

图5所示的LCD器件还包括一个微透镜阵列2b，四分之一波片(λ/4)3a和3b，偏振片4a和4b，光导板5，光源6和视角控制片8。微透镜阵列2b、四分之一波片3a、偏振片4a、光导板5和光源6位于LCD器件的入射面上。四分之一波片3b、偏振片4b和视角控制片8位于出射面上。

与第一实施例的阵列2a不同，微透镜阵列2b与光导板5的出射面结合成一体。光源6产生背光L_IN并射向光导板5。背光L_IN通过阵列2b的窗口2bb从光导板5进入阵列2b。阵列2b准直光束L_IN。偏振片4a和四分之一波片3a联合操作，将准直的背光L_IN转变成圆偏振光，并将由此转变的光引入部分1。偏振片4b和四分之一波片3b联合操作，选择性地通过已穿过部分1的光束到达出射面。视角控制片8散射已通过片4b的光，从而改善视角特性，导致出射光L_OUT。

虽然图5中没有示出液晶部分1的详细结构，但可以采用任何结构，只要通过在第一基板上的电极和第二基板上的电极之间施加电压产生大致垂直于第一和第二基板的电场即可，由此将液晶分子的取向改变到第一和第二基板的法向。可以在第二基板(即普通结构)上设置用于显示彩色图像的滤光片，并且可以在第一基板(即CF-on-TFT结构)上设置滤光片。

与光导板5结合成一体的微透镜阵列2b具有分布在对应于像素位置的微透镜2ba。透镜2ba的形状和焦点以这样的方式确定，即已经经过窗口2bb进入的光以准直光的形式通过盒1。透镜2ba充当点光源。因此，取代透镜2ba，可以以矩阵阵列的形式形成发光二极管。

因为阵列2b与板5形成一体，其中没有第一基板，所以存在需要很好地控制所需元件的位置校准的缺点。但是，有一个额外的优点，即对第一基板的材料以及制造方法的限制放松。具体地说，如果阵列2a与第一基板结合成一体，如第一实施例中所述，需要选择用于第一基板的适当材料，同时要考虑作为阵列2b的材料。当阵列2a形成在第一基板的背面时，存在第一基板的表面被污染的可能性。与此不同，可以在第二实施例中用普通的已知方法形成液晶盒1。

当以垂直取向模式在液晶层22上不施加电压时，如图3A所示，通过微透镜阵列2a准直背光L_IN，并且再通过偏振片4a转变成线性偏振光L_LIN。通过四分之一波片3a，线性偏振光L_LIN被转变成右旋圆偏振光L_CIRR。光L_CIRR进入液晶层22。在此状态下，液晶的每个细长分子的长轴垂直于基板28取向，并且因此在光L_CIRR中不出现相移。然后，光L_CIRR进入到出射面上的四分之一波片3b中，在那儿光L_CIRR被转变成线性偏振光。但是，出射面上的偏振片4b的偏振方向设置为垂直于入射面上的片4a的偏振方向。因此，光不穿过片4b。这意味着所述的像素处于暗态。

另一方面，在图3B所示的状态中，电压施加到液晶层22。分子9由于施加的电压和分子9本身的弹力而向平行于基板28的方向倾斜。分子9的倾斜角随着位置接近液晶层22的中心而增大。如果右旋圆偏振光L_CIRR进入层1，则由于分子9的双折射特性而在光L_CIRR中出现相位差，由此改变光L_CIRR的偏振态。因为以相位差等于π的方式调节部分1的厚度，所以光L_CIRR被转变成左旋圆偏振光L_CIRL。光L_CIRL通过四分之一波片3b和偏振片4b。这意味着所述的像素处于亮态。

因此，关于第二实施例的本发明结构，圆偏振光进入部分1，并且因此在部分1中出现相同的相位差，与分子9的倾斜方向无关。因而，在施加电压下保持透射光量不变，这是一个显著的优点。这意味着不需要取向层并且可以省去摩擦过程。

因为通过微透镜阵列2b准直入射光L_IN并再通过偏振片4a和四分之一波片3a的组合而转变成圆偏振光。之后，圆偏振光进入液晶部分1。因此，类似于第一实施例，不需要精确地校准片4a和4b的轴，并且同时可以获得对于制造过程的冗余度。而且，如果采用具有较大折射率各向异性Δn的液晶，则可以按照需要地获得高速响应。

在第二实施例中，微透镜阵列2b紧邻光导板5放置，同时偏振片4a和四分之一波片3a紧邻部分1放置。但是，微透镜阵列2b可以紧邻部分1放置，而偏振片4a和四分之一波片3a可以紧邻光导板5放置。

第三实施例

本发明的第三实施例涉及制造LCD器件的方法。图6A～6C表示该方法的步骤，图7表示用于该方的激光设备的结构。

在下面的描述中，以已知的普通方法制造其实形成有TFT的TFT基板10，下面只解释形成微透镜阵列的加工步骤。

首先，如图6A所示，在TFT基板10的背面利用或不利用粘结剂连结一个厚度约为50μm的聚碳酸酯片或板11。

接下来，如图6B所示，例如以脉冲的形式对片11照射波长为248nm的KrF准分子激光13。照射以大约500个脉冲时进行，同时利用基板10上的金属导线、半导体层和/或校准标记将激光13与基板10对齐。

激光13的能力强度分布如图6b所示是圆形曲线。强度分布的周围(即相邻像素之间)的强度大约为1200mJ/cm²，强度分布的底部(即像素的中心)的强度大约为250mJ/cm²。由于照射激光13，聚碳酸酯片11分解并且蒸发，导致基板10上各个像素的凸微透镜15a，如图6C所示。微透镜15a的截面是激光13的强度分布的镜像图象。微透镜15a的位置精确度足够高。

图6B所示的激光束分布通过图8所示的激光设备实现。激光源6产生并发射脉冲激光。光被发射到包括蝇眼透镜(fry-eye lens)和回射镜的光学系统17，由此将光束整形成具有固定能量区的平坦的顶部分布。之后，平顶激光通过介电掩膜18照射到基板19。光束的形状通过掩膜按照需要调节。

通过在石英基板上沉积适当的介电层形成掩膜。如果沉积的介电层的材料和厚度变化，则透射率可按照需要变化。如果介电层的图案形成为岛状，则可以获得具有所需形状的所需透射率。

关于根据第三实施例制造LCD器件的方法，在基板10上形成一体的微透镜15。因此，确保了微透镜15a和基板10之间的位置精确度。由此可以容易且可靠地组装LCD器件。

第四实施例

本发明的第四实施例涉及制造LCD器件的方法。图7A～7C表示该方法的步骤。

首先，如图7A所示，利用或不利用粘结剂将丙烯酸树脂片或板14连结到TFT基板10的背面。

接下来，如图7B所示，例如，以脉冲的形式对片14照射波长为308nm的XeCl准分子激光13。光13为斑点状。以大约400个脉冲进行光13的照射，同时利用基板10上的金属导线、半导体层和/或校准标记相对于基板10校准光束13。

激光13的能量强度分布类似高斯分布地弯曲，如图7b所示。光13的直径大致等于像素的开口。在光束的底部(即，像素的中心)强度大致为800mJ/cm²。由于光13的照射，丙烯酸树脂片14分解并蒸发，导致基板10上各个像素的凹微透镜15b，如图7C所示。微透镜15b的位置精确度足够高。

在第三和第四实施例中，通过聚碳酸酯或丙烯酸片11或14形成微透镜阵列。但是，也可以将其它的材料如可通过照射激光变形的塑料用于此目的。TFT基板10本身可以由塑料材料形成，如由聚醚酚(PES)形成TFT基板10。在此情况下，微透镜阵列可以通过对基板的背面直接照射激光而形成。

改型

无须赘述，本发明不局限于上述实施例。在本发明实质的范围内可以增加各种变化和改型。

虽然以上对本发明的优选形式进行了描述，但应该理解，在不脱离本发明实质的前提下进行的各种改型对于本领域的技术人员都将是显而易见的。因此，本发明的范围由下面的权利要求唯一地限定。

Claims (32)

1.一种液晶显示器件，包括：

(a)位于入射面的第一基板；

(b)在第一基板对面固定的第二基板；

第二基板位于出射面；

(c)夹在第一基板和第二基板之间的液晶层；

液晶层包含液晶；

液晶层和第一及第二基板构成液晶部分；

(d)用于准直其入射光的准直器；

准直器位于入射面上；

(e)用于控制其入射光偏振态的第一偏振控制器；

第一偏振控制器位于入射面；

第一偏振控制器包括第一偏振元件和第一四分之一波片；和

(g)用于控制其入射光偏振态的第二偏振控制器；

第二偏振控制器位于出射面；

第二偏振控制器包括第二偏振元件和第二四分之一波片。

2.如权利要求1所述的器件，还包括在第一或第二偏振片和第一或第二基板之间放置的半波片。

3.如权利要求1所述的器件，其特征在于准直器是一个具有多个微透镜的微透镜阵列，微透镜分布成与各个像素对应的一个矩阵阵列。

4.如权利要求3所述的器件，其特征在于微透镜阵列由可通过照射激光而变形的材料制成，和

透镜阵列与第一基板的背面结合成一体。

5.如权利要求1所述的器件，其特征在于液晶层的液晶具有负的各向异性介电常数；和，

当不给液晶层施加电压时，液晶的分子与第一基板大致垂直的排列。

6.如权利要求5所述的器件，其特征在于液晶具有光学各向异性Δn，并且液晶层的厚度为d；和

各向异性Δn和厚度d的乘积(Δn·d)处于400～800nm的范围。

7.如权利要求1所述的器件，其特征在于液晶层的液晶具有正的各向异性介电常数；和，

当不向液晶层施加电压时，液晶分子的排列具有均匀的结构。

8.如权利要求1所述的器件，其特征在于第一基板上具有扫描信号电极、数据电极和像素电极；和

第二基板具有一个与像素电极相对的相反电极。

9.如权利要求8所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极具有对称的形状；和

第二基板上的相反电极覆盖第一基板上的整个电极，并且比第一基板上的电极宽。

10.如权利要求8所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极具有一系列对称的形状。

11.如权利要求9所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极在对应于对称轴的位置处有一个凹陷。

12.如权利要求9所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极在对应于对称中心的位置处有一个柱状间隔物。

13.如权利要求9所述的器件，其特征在于第二基板上的电极具有包括凸起的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，所述凸起整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。

14.如权利要求9所述的器件，其特征在于第二基板上的电极具有一种包括开口的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，开口整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。

15.如权利要求1所述的器件，其特征在于还包括：

(h)位于出射面的视角控制元件。

16.如权利要求15所述的器件，其特征在于视角控制元件是可拆卸的；和

视角通过用另外的视角控制元件取代本视角控制元件进行调节。

17.如权利要求15所述的器件，其特征在于视角控制元件包括聚合物扩散的液晶层；和

聚合物扩散的液晶层的透射率通过在聚合物扩散的液晶层上施加电压而改变，由此调节视角。

18.如权利要求15所述的器件，其特征在于还包括位于第一偏振片和第一基板之间放置的一个半波片。

19.如权利要求15所述的器件，其特征在于准直器是一个微透镜阵列，该阵列具有多个分布成与各个像素对应的矩阵阵列的微透镜。

20.如权利要求19所述的器件，其特征在于微透镜阵列由可通过照射激光而变形的材料制成，和

透镜阵列与第一基板的背面结合成一体。

21.如权利要求15所述的器件，其特征在于液晶层的液晶具有负的各向异性介电常数；和，

当不给液晶层施加电压时，液晶的分子与第一基板大致垂直地排列。

22.如权利要求21所述的器件，其特征在于液晶具有光学各向异性Δn，并且液晶层的厚度为d；和

各向异性Δn和厚度d的乘积(Δn·d)处于400～800nm的范围。

23.如权利要求15所述的器件，其特征在于液晶层的液晶具有正的各向异性介电常数；和，

当不向液晶层施加电压时，液晶分子的排列具有均匀的结构。

24.如权利要求15所述的器件，其特征在于第一基板上具有扫描信号电极、图象信号电极和像素电极；和

第二基板具有一个与像素电极相对的相反电极。

25.如权利要求24所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极具有对称的形状；和

第二基板上的相反电极覆盖第一基板上的整个电极，并且比第一基板上的电极宽。

26.如权利要求24所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极具有一系列对称的形状。

27.如权利要求25所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极在对应于对称轴的位置处有一个凹陷。

28.如权利要求25所述的器件，其特征在于第一基板上的每个电极在对应于对称中心的位置处有一个柱状间隔物。

29.如权利要求25所述的器件，其特征在于第二基板上的电极具有包括凸起的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，凸起整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。

30.如权利要求25所述的器件，其特征在于第二基板上的电极具有一种包括开口的结构，当沿第一基板的法线方向观察时，开口整个或部分地形成在与第一基板上的电极的对称轴重叠的位置处。

31.一种制造LCD器件的方法，包括步骤：

(a)提供可以通过照射激光而使表面变形的第一基板；和

(b)对第一基板的表面照射具有对应于各个像素的特定强度分布的激光，由此在第一基板上形成微透镜，以构成作为准直器的微透镜阵列；

(c)将第二基板固定在第一基板对面；

(d)在第一基板和第二基板之间设置液晶层；

(e)在第一基板上设置用于控制其入射光偏振态的第一偏振控制器；以及

(f)在第二基板上设置用于控制其入射光偏振态的第二偏振控制器。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于第一基板的表面由选自聚碳酸酯、丙烯酸树脂和聚醚砜的材料制成。

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