CN1637493A - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器件，其包括：彼此相对的第一和第二基板；在设置第一和第二基板之间的液晶层；设置在第一和第二基板上的第一定向层；以及至少设置在第一和第二基板中的一个上的第二定向层。第二定向层是基于CDR(指向矢连续旋转)型液晶。

Description

液晶显示器件及其制造方法
本申请要求享有2003年12月30日提交的韩国申请No.99506/2003的权益，在此将该文件结合进来作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件(LCD)及其制造方法。
背景技术
由于有源矩阵LCD(AD-LCD)在性能上迅速发展，其正广泛应用于平板电视，便携式计算机，大型信息监视器等。
众所周知，扭曲向列模式(TN)-LCD是一种AM-LCD。在扭曲向列模式中，在两基板上分别形成电极，液晶指向矢以扭曲90°的方式排列，然后向电极施加电压以驱动液晶指向矢。
然而，TN-LCD的根本问题是其视角窄并且在以灰度方式工作时响应速度慢。
因此，为了解决TN-LCD的上述问题进行了研究。
经过研究，开发出了一种共平面开关模式(IPS模式)LCD。在IPS-模式LCD中，两电极在同一基板上形成，并且通过在电极之间施加电压，产生相对于基板平行的电场，从而在与定向层平行的平面中旋转液晶指向矢。
下面参照图1至图3描述现有技术的IPS-模式LCD。
图1所示为IPS-模式LCD的平面图，图2所示为IPS-模式LCD的电压分布图，图3A所示为不施加电压时IPS-模式LCD的平面图，图3B所示为施加电压时IPS-模式LCD的平面图。
IPS-模式LCD的结构包括：彼此相对的第一和第二基板以及设置在两基板之间的液晶层；设置在第一基板上、用于防止漏光的黑矩阵；在黑矩阵上形成的、用于再现色彩的RGB滤色层；以及用于保持RGB滤色片层的涂覆层。
在图1中，第二基板包括：彼此交叉以限定像素区的栅线110和数据线111。每一像素区包括：与栅线110平行排列的公共线；设置在栅线110和数据线111交叉处附近的薄膜晶体管(TFT)；从公共线112延伸出并与数据线111平行的公共电极113；与TFT相连接、在公共电极113之间并与之平行设置的像素电极114。此外，在栅线上形成从像素电极114延伸出来的存储电极115，以及在包括数据线111的前表面上形成钝化层(未示出)，以保护第二基板上的图案。
栅线层和数据线层通过夹在其间、并且绝缘性极好的栅绝缘层(未示出)彼此分隔开。此外，公共线112和公共电极113与栅线110一起形成，以及像素电极114与数据线111一起形成。在这里，栅线110和数据线111由低阻抗金属构成。
另外，公共电极113和像素电极114可以如上所述在其间设置有绝缘层的不同平面上形成，或者如果公共电极113和像素电极114之间不发生短路也可以在同一平面上形成。
TFT的结构包括：从栅线110延伸出的栅极110a、栅绝缘层、具有沟道区的有源层119、以及从数据线111延伸出的源极111a和漏极111a。
在上述IPS-模式LCD中，如图2所示，如果向公共电极113施加5V电压，而向像素电极114施加0V电压，那么在电极113和114上方等势面平行分布而在电极113和114之间等势面近似垂直分布。
因此，由于电场的方向垂直于等势面，因此在电极113和114之间形成的是水平电场而不是垂直电场，在电极113和114上方形成的是垂直电场，在电极113和114边缘周围形成的是水平和垂直电场。
IPS-模式LCD通过采用这样的电场，调整液晶排列。
如图3A所示，如果对最初沿与偏振器的透射轴相同方向排列的液晶分子135施加足够的电压，那么如图3B所示，液晶分子135的主轴沿与所产生的电场平行的方向排列。
在这里，如果液晶的介电各向异性f是负的，那么液晶分子的短轴沿与所产生的电场平行的方向排列。
具体地说，如果分别粘接在第一和第二基板外表面上的第一和第二偏振器以其透射轴彼此垂直的方式排列，并且如果沿平行于两偏振器中一个的透射轴的方向摩擦在第一基板上形成的定向层，那么液晶为常黑(NB)模式。
即，如果不向相应的元件施加电压，那么液晶分子135就会如图3A所示排列，从而表现为黑状态。另外，如果向相应的元件施加电压，那么液晶分子135就会如图3B所示平行于所产生的电场排列，从而表现为白状态。
在图3A和3B中，参考标号113和114分别指公共电极和像素电极。
然而，上述现有技术的IPS-模式LCD响应慢而且透光率低。
发明内容
因此，本发明涉及一种液晶显示器件及其制造方法，其基本克服了由于现有技术的缺点和限制所产生的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供了一种图像质量佳和发光效率高的液晶显示器件及其制造方法。
本发明的附加优点和特征将在后面的描述中得以阐明，通过以下描述，将使它们在某种程度上显而易见，或者可通过实践本发明来认识它们。本发明的这些目的和优点可通过书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和得到。
为了实现这些和其它优点，按照本发明目的，作为具体和广义的描述，本发明提供了一种液晶显示器件，其包括：彼此相对的第一和第二基板；设置在第一和第二基板之间的液晶层；设置在第一和第二基板上的第一定向层；以及在第一和第二基板中的至少一个上设置的基于指向矢连续旋转型(continuous director rotation mode，以下简称CDR型)液晶的第二定向层。
本发明的另一方面，本发明提供了一种液晶显示器件，其包括：基板；在基板上形成的第一定向层；以及在第一定向层上形成的基于CDR型液晶的第二定向层。
本发明的另一方面，本发明提供了一种液晶显示器件的制造方法。该方法包括：在第一和第二基板上形成第一定向层；至少在第一和第二基板中的一个上形成基于CDR型液晶的第二定向层；以及在第一和第二基板之间形成液晶层。
应理解的是，前面概括的描述和以下的详细描述都是示例性和解释性的，其用于提供对所请求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所附的附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合构成说明书的一部分，示出本发明的各种实施方式，而且与下面的描述一起用来说明本发明的原理。在附图中：
图1所示为现有技术IPS-模式LCD的平面图；
图2所示为现有技术中IPS-模式LCD的电压分布图；
图3A所示为现有技术IPS-模式LCD在不施加电压时的平面图；
图3B所示为现有技术IPS-模式LCD在施加电压时的平面图；
图4所示出了根据本发明实施例当定向层由CDR型液晶构成时，LCD中排列后的CDR型液晶的特征；
图5A至图5C所示为根据本发明实施例的LCD中按照定向层的类型的液晶特征图；以及
图6所示为根据本发明实施例在LCD中的液晶的排列图。
具体实施方式
现在，详细说明本发明的各种优选实施方式，其实施例示出在附图中。如果可能，在整个附图中相同的参考数字指代相同或类似的部件。
本发明采用铁电液晶(FLC)的指向矢连续旋转(CDR)模式作为动态定向层。与常规的铁电液晶相反，CDR型液晶在不为SmA*(近晶A相)的单体状态下表现为SmC*(近晶C相)-N*(手性向列相)-各向同性相(isotropicphase)。
上述CDR型液晶不具有双稳态结构，但是具有单稳态结构，从而能够实现模拟灰度。
当CDR型液晶的铁电液晶分子通过负电压(-V)下排列的情况下，如果向排列后的铁电液晶分子施加正电压(+V)，那么CDR型液晶将入射的光的偏振方向改变90°，从而使入射光能够透射出去。另外，如果向排列后的铁电液晶分子施加负电压(-V)，那么CDR型液晶使入射的光的偏振方向保持不变，从而阻挡入射光。
CDR型液晶的透光率与所施加的正电压的强度成比例。其中，当正电压的强度大于等于阈值时，透光率保持最大值。
相反，在CDR型液晶的铁电液晶分子在正电压(+V)下排列的情况下，如果向排列后的铁电液晶分子施加负电压(-V)，那么CDR型液晶使入射的光的偏振方向改变90°，从而使入射光能够透射出去。另外，如果向排列后的铁电液晶分子施加正电压(+V)，那么CDR型液晶使入射的光的偏振方向保持不变，从而阻挡入射光。
通过用双键基团取代其端基，可以改变CDR型液晶的性质，使其能够发生光固化(photo-curing)反应。
上述改进后的CDR型液晶基本上保持了单体状态下的CDR型液晶的特性。因此，当使用改性的CDR型液晶作为动态表面定向层时，可重现不同的灰度并能提高光的效率。
图4所示为根据本发明实施例在LCD中当采用CDR型液晶形成定向层时，排列后的CDR型液晶的特征图。
在图4中，CDR型液晶201的光效率相当高，并且具有上述的单稳态结构，从而能够实现模拟灰度；因此可以显示不同灰度。
通过在定向层上形成CDR型液晶201，以及在N*(手性向列相)和SmC*(近晶C相)之间的相变温度下，向液晶201施加适当的电压可以形成单体(单稳态结构)的规则排列状态。
通过紫外线照射，所产生的CDR型液晶201的光固化形成聚合物网状物。
通过用双键基团取代CDR型液晶201的端基，可以对CDR型液晶201进行光固化，从而使CDR型液晶可以发生光固化反应。
在使用应用了CDR型液晶201的动态定向层的情况下，透光率T用下面的等式(1)表示：
     T＝sin2(πdΔn)/λ·sin22θ               ……(1)
这里，透光率T取决于由于施加第一极性电压而产生的倾角θ。
此时，CDR型液晶201最初位于由图4中点线所表示的锥体的末端。当倾(即旋转)角超过22.5°，而变为45°时，透光率T达到最大值。
此时，倾(旋转)角被限定在约为20°到25°。
此时，CDR型液晶201在单体状态下连续相变(晶相-SmC*-N*-各项同性相)，其中，最初在垂直电场作用下排列的液晶连续旋转其指向矢，从而可以显示中间的灰度。
即，根据本发明的LCD通过向上下电极(未示出)施加电压，驱动表面上的液晶230，从而使入射光发生改变。
当CDR型液晶201绕虚构的锥体旋转时，可以充分驱动表面上的CDR型液晶201，从而在表面上驱动相邻的液晶230。
当向CDR型液晶201施加电场时，CDR型液晶201被永久地(即自发地)极化，于是，由于电场和自发极化之间的相互作用(类似于磁体之间的相互作用)而迅速地旋转。
图5A至5C所示为根据本发明实施例的在LCD的动态定向层上的液晶的示意图。
在图5A中，LCD包括：基板200、在基板200上形成的第一定向层205和第二定向层210。这里，第一定向层205是无源定向层(passive alignmentlayer)，第二定向层210是动态定向层。
第二定向层210可以由改性后的CDR型液晶201形成，因此CDR型液晶201可以发生光固化反应。第二定向层210包括由高分子材料形成的主链204a和侧链204b。侧链204b从主链204a延伸出来，形成侧支。
根据施加的电场，侧链204b在与第二定向层210的表面基本平行的平面上变化。即，根据施加的电场的强度，侧链204b在与第二定向层210的表面基本平行的平面上移动。
本发明通过用双键取代CDR型液晶201的侧链204b来改性CDR型液晶201，然后在第一定向层205上形成改性的CDR型液晶201。例如，第一定向层可由聚酰亚胺构成。
然后，通过向CDR型液晶201照射紫外线，同时维持单体的正常排列状态，对CDR型液晶进行光固化。从而，形成第二定向层，其中第二定向层是形成聚合物网络的CDR型液晶定向层。
此时，如果液晶最初排列在第二定向层210上，那么CDR型液晶201排列在与基板基本平行的第二定向层210上。
在这里，当不施加电压时，通过从N*到SmC*(N*-＞SmC*)的相变，CDR型液晶201的排列状态形成最初排列。
即，在由温度变化所引起的从N*到SmC*的相变过程中，通过在上下基板之间施加直流(DC)电场，CDR型液晶201形成最初的排列。
具体地说，如果在从N*到SmC*的相变过程中向基板200施加负电场，CDR型液晶201就会自发地极化，并且这种自发极化(Ps)指向所施加的电场。因此，如图5A所示，CDR型液晶201的自发极化指向基板200，从而处于单稳态。
如图5B和5C所示，如果向基板200施加正向电场，那么第二定向层210上的CDR型液晶201绕锥体连续旋转，从而可以显示中间的灰度。
图6所示为根据在本发明实施例的LCD中液晶的排列图。
在图6中，当向第二定向层210的CDR型液晶201施加与从N*到SmC*的相变过程中所排列的极性不同的电场时，CDR型液晶201的自发极化Ps改变了其指向矢。于是，CDR型液晶201在一定表面中被驱动，从而使相邻的液晶230在一定表面中被驱动。
液晶230与FLC的CDR型液晶201是相分离的(phase-isolated)，由此在两液晶201和230之间形成界面。
如上所述，如果利用第二定向层210对液晶230进行排列，液晶230在与基板200基本平行的平面上转换，从而提高视角性能，以及由于自发极化Ps所引起的相反的转换，表现出从几微秒(μs)到几毫秒(ms)的快速响应时间。
液晶230可以是向列相液晶，并且由负型材料(介电各项异性为负)或正型材料形成。这时，当施加电场时，负型液晶受到的影响比正型液晶受到影响相对要小。
如上所述，根据本发明的LCD及其制造方法对CDR型液晶进行了改性，从而使其可以发生光固化反应，并且采用在单体状态下基本保持CDR型液晶的特性的改性后的CDR型液晶作为动态定向层，从而可以实现高透光率和大视角。
当然，在不脱离本发明精神及实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改进和变形。因此，本发明意欲覆盖所有落入本发明所附权利要求及其等效物范围内的本发明的改进和变形。

Claims (23)

1、一种液晶显示器件，包括：
彼此相对的第一和第二基板；
液晶层，其位于所述第一和第二基板之间；
第一定向层，其设置在所述第一和第二基板上；以及
基于指向矢连续旋转型液晶的第二定向层，其至少设置在所述第一和第二基板中的一个上。
2、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，在所述第一和第二基板上垂直施加电场。
3、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一定向层由聚酰亚胺构成。
4、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的指向矢在所施加电场的作用下连续旋转。
5、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，在最初排列过程中，对所述第二定向层进行光固化，以形成聚合物网络。
6、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶层是负型液晶。
7、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性近晶C相。
8、根据权利要求7所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变还包括各项同性相和手性近晶C相之间的手性向列相。
9、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性向列相的第一相变和从手性向列相到近晶C相的第二相变。
10、一种液晶显示器件的制造方法，其包括：
在第一和第二基板上形成第一定向层；
至少在所述第一和第二基板中的一个上形成基于指向矢连续旋转型液晶的第二定向层；以及
在所述第一和第二基板之间形成液晶层。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述形成第二定向层的步骤包括：
对指向矢连续旋转型液晶的分子进行取代，以及对指向矢连续旋转型液晶进行改性，从而使其成为可光固化的液晶；
至少在所述第一和第二基板中的一个上设置改性后的指向矢连续旋转型液晶；以及
对指向矢连续旋转型液晶进行光固化。
12、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一定向层由聚酰亚胺构成。
13、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述液晶层是负型液晶。
14、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性近晶C相。
15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变还包括各项同性相和手性近晶C相之间的手性向列相。
16、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性向列相的第一相变和从手性向列相到手性近晶C相的第二相变。
17、一种液晶显示器件，包括：
基板；
第一定向层，其形成于所述基板上；以及
基于指向矢连续旋转型液晶的第二定向层，其形成于所述第一定向层上。
18、根据权利要求17所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一定向层由聚酰亚胺构成。
19、根据权利要求17所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的指向矢根据所施加的电场连续旋转。
20、根据权利要求17所述的液晶显示器件，其特征在于，在最初的排列过程中，对所述第二定向层进行光固化，以形成聚合物网状物。
21、根据权利要求17所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性近晶C相。
22、根据权利要求21所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变还包括各项同性相和手性近晶C相之间的手性向列相。
23、根据权利要求17所述的液晶显示器件，其特征在于，所述指向矢连续旋转型液晶的相变包括从各项同性相到手性向列相的第一相变和从手性向列相到手性近晶C相的第二相变。
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