專利名稱：液晶顯示器和生產(chǎn)液晶顯示器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種利用具有自發(fā)極化的液晶的液晶顯示器，以及一種生產(chǎn)這種液晶顯示器的方法。
液晶顯示器具有低功耗、重量輕和超薄等特性，而且被廣泛地用于個人計算機和車載導航系統(tǒng)。然而與CRT相比，液晶顯示器具有響應速度慢、視角窄等缺點。隨著尺寸的增大和分辨率的提高，更要求液晶顯示器能快速響應和具有寬視角。
利用自發(fā)極化的液晶顯示器被廣泛視為能實現(xiàn)快速響應的一種顯示模式。自發(fā)極化是液晶中所固有的，或由于施加一個電場到液晶而感應的。這種液晶材料(顯示模式)的例子包括表面穩(wěn)定的鐵電體液晶(SS-FLC)、單穩(wěn)鐵電體液晶、變形的螺旋鐵電體液晶(DHF)、扭曲的鐵電體液晶(扭曲的FLC)、交錯極化域(APD)、聚合物穩(wěn)定的鐵電體液晶、反鐵電液晶(包括無門限的反鐵電液晶)以及電診斷(electro-clinic)效應。
為通過組合上述顯示模式與有源元件來實現(xiàn)全色顯示，希望液晶分子的切換不會產(chǎn)生域。在1999年8月于德國召開的國際鐵電體液晶會議(FLC-99)上提出了連續(xù)引導旋轉(zhuǎn)(CDR)模式。在這種模式中，由于液晶分子的光軸(長軸)根據(jù)所施加的電壓連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以能執(zhí)行全色的半色調(diào)顯示。
在CDR模式中，在液晶材料的相位從向列相或全向相轉(zhuǎn)換為手性層列C相期間，通過在像素電極和一個相對電極之間施加一個單極電場(dc電場)可形成層列相。此時，盡管可施加一個預期的單極電場到像素電極面向該相對電極的區(qū)域，但無法施加一個預期的電場到像素電極之外的區(qū)域。因此，在像素區(qū)域外無法得到均勻分布的液晶。本發(fā)明人經(jīng)過努力研究后發(fā)現(xiàn)，下面的問題是由于像素區(qū)域外的均勻排列引起的。
即，如果液晶在室溫下工作1000小時或更長時間，或在10℃或更低溫度下工作50小時或更長時間，那么像素區(qū)域周圍的紊亂排列將擴散到像素，這樣就產(chǎn)生光泄漏，以至對比度較低。
因此，本發(fā)明的一個目的是解決上面提到的問題，并提供一種能防止光從像素外圍部分泄漏且具有高顯示性能的液晶顯示器，以及提供一種生產(chǎn)該液晶顯示器器的方法。
為實現(xiàn)上述和其它目的，根據(jù)本發(fā)明一方面，這種液晶顯示器包括包含多條掃描線和多條信號線的一個陣列襯底，掃描線和信號線以矩陣形式在第一襯底形成；在掃描線和信號線之間的交叉點上形成的多個切換單元，每個切換單元的一端連接一條對應的信號線，而且每個切換單元響應于一條對應掃描線上的信號而執(zhí)行一個切換動作；多個像素電極，每個電極連接一個對應切換單元的另一端；以及在第一襯底上形成的用來覆蓋像素電極的第一調(diào)整層；一個相對襯底，包含在第二襯底上形成的一個相對電極以及在第二襯底上形成的用于覆蓋相對電極的第二調(diào)整層；夾在所述陣列襯底和所述相對襯底之間的一個光控制層，并且包括一種具有自發(fā)極化的液晶材料，而且液晶材料在手性層列C相的高溫一側(cè)具有向列相或全向相，當不向所述液晶材料施加電場或施加第一極性的第一電場時，所述光控制層上的液晶分子的光軸基本上保持不動，而當向該所述液晶材料施加所述第二電場時，所述液晶分子的所述光軸根據(jù)不同于所述第一極性的第二極性的第二電場強度響應，其中所述掃描線和所述相對電極之間的電場在所述切換單元工作時具有所述第一極性。
切換單元可配置于所述像素之下。
光控制層中的碟狀層方向最好具有10°或更小角度的分布。
如果每個切換單元有一個負的TFT，而且如果碟狀層是在不施加電壓的情況下通過冷卻該晶格(cell)形成的，那么第一調(diào)整層的調(diào)整特性為，液晶分子的自發(fā)極化在不向所述液晶材料施加電壓時指向第一襯底。
如果每個切換單元都有一個正的TFT，而且每個碟狀層是在不施加電壓的情況下通過冷卻該晶格形成的，那么第一調(diào)整層的調(diào)整特性為，液晶分子的自發(fā)極化在不向所述液晶材料施加電壓時指向第二襯底。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種生產(chǎn)液晶顯示器的方法，這種液晶顯示器包括包含多條掃描線和多條信號線的一個陣列襯底，掃描線和信號線以矩陣形式在第一襯底形成；在掃描線和信號線之間的交叉點上形成的多個切換單元，每個切換單元的一端連接一條對應的信號線，而且每個切換單元響應于一條對應掃描線上的信號而執(zhí)行一個切換動作；多個像素電極，每個電極連接一個對應切換單元的另一端；以及在第一襯底上形成的用來覆蓋像素電極的第一調(diào)整層；一個相對襯底，包含在第二襯底上形成的一個相對電極以及在第二襯底上形成的用于覆蓋相對電極的第二調(diào)整層；夾在陣列襯底和相對襯底之間的一個光控制層，它由一種具有自發(fā)極化的液晶材料構(gòu)成，液晶材料在手性層列C相的高溫一側(cè)具有向列相或全向相，該方法包括當液晶材料的相位從向列相或全向相轉(zhuǎn)換為手性層列C相時，通過在像素電極和相對電極之間施加一種極性的電場來形成一個手性層列C相，其中所述電場的所述極性等同于切換單元工作時相對電極和掃描線之間的電場極性。
根據(jù)下面的詳細描述以及本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖，可更充分地理解本發(fā)明。然而這些附圖并不是為了暗示限制本發(fā)明到一個特定的實施例，而僅僅是為了說明和理解。
在附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個液晶顯示器優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2示出了在第一個優(yōu)選實施例中，所施加電壓和透光度之間的關(guān)系圖；圖3為說明第一個優(yōu)選實施例優(yōu)點的原理圖；圖4示出了本發(fā)明第二個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5示出了本發(fā)明第三個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖6為說明本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例優(yōu)點的原理圖；圖7示出了第四個優(yōu)選實施例的一個比較例子的原理圖；圖8示出了本發(fā)明第六個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；圖9為說明像素向上排列的結(jié)構(gòu)的原理圖；圖10示出了本發(fā)明第四個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(第一個實施例)下面將參考圖1到圖3，來描述根據(jù)本發(fā)明的第一個液晶顯示器優(yōu)選實施例。在這個優(yōu)選實施例中，液晶顯示器為一種有源矩陣激勵的液晶顯示器。
圖1(a)為這個優(yōu)選實施例中的有源矩陣激勵的液晶顯示器單元的原理圖，而圖1(b)是沿圖1(a)的線A-A′的截面視圖。
如圖1(a)和圖1(b)所示，這個優(yōu)選實施例中的液晶顯示器單元包括陣列襯底10、相對襯底30、以及夾在兩個襯底之間、由一種液晶材料構(gòu)成的光控制層40，以通過隔片45具有預定厚度。這種液晶材料在手性層列C相的高溫一側(cè)具有向列相或全向相，并且具有自發(fā)極化。
陣列襯底10有一個透明的絕緣襯底11。在襯底11的主表面上，形成向一個方向延伸的多條掃描線(柵極線)12和輔助電容線(未示出)。在襯底11的主表面上形成一個透明的絕緣層14以覆蓋掃描線12和電容線(見圖1(b))。在絕緣層14上形成多個ITO(銦氧化錫)的像素電極15，以及形成多條信號線16以便基本上垂直于掃描線12(見圖1(a)和圖1(b))。信號線16被絕緣薄膜17覆蓋(見圖1(b))。在掃描線12和信號線16之間的交叉點附近的襯底11的主表面上形成TFT的切換單元18。每個切換單元18的柵極連接一條對應的掃描線12。每個切換單元18的源極和漏極的一端通過設(shè)置在絕緣薄膜17的接點(未示出)來連接一條對應信號線18，而另一端則通過設(shè)置在絕緣薄膜17的接點(未示出)連接一個對應的像素電極15。
在襯底11的主表面上形成調(diào)整層19以覆蓋像素電極15和切換單元18。在襯底11的反向表面上形成極化器28。
另一方面，相對襯底30設(shè)有顏色濾波器部分32。顏色濾波器部分32包括在透明絕緣襯底31的主表面上的像素區(qū)域形成的顏色部分32a，用于發(fā)送具有特定波長的光束，以及包括在透明絕緣襯底31的主表面上的非像素區(qū)域形成的黑底32b。在顏色濾波器部分32的顯示區(qū)域上形成一個ITO的相對電極34。通過無機絕緣薄膜35在相對電極34上形成一個調(diào)整層36。最好提供無機絕緣薄膜35以維持絕緣特性。在襯底31的反向表面上形成極化器38。
排列陣列襯底10的極化器28的光軸28a以及相對襯底30的極化器38的光軸38a，以形成一個交叉的尼科耳配置(見圖1(a))。
在這個優(yōu)選實施例中，在調(diào)整層19和38上執(zhí)行諸如摩擦的調(diào)整處理。例如，如圖1(a)所示，在陣列襯底10的調(diào)整層19上以柵極線12方向執(zhí)行調(diào)整處理54。在圖1(a)中，附圖標記50表示液晶分子，而圖1(a)所示的錐體表示施加電壓時液晶分子50的運動軌跡。
組成TFT18的半導體薄膜可由非晶硅或多晶硅構(gòu)成。利用多晶硅的多晶硅TFT適合于切換具有自發(fā)極化的液晶，因為它具有高度的機動能力。多晶硅TFT很容易預備一種負的TFT。此外，負TFT指的是，當柵極的電位比源極和漏極的電位低時，柵極狀態(tài)為ON(低電阻)的TFT。非晶硅TFT由于生產(chǎn)原因通常為正的TFT。
如果在相對電極34和顏色濾波器32之間形成一層水準(leveling)膜，那么相對電極34被拉平，以便液晶的調(diào)整特性得到改善，而且相對電極34和陣列襯底10很難短路。
該水準膜最好由任何一種有機薄膜構(gòu)成，如丙烯、聚酰亞胺、尼龍、聚酰胺、聚碳酸酯、苯環(huán)丁烷聚合物、聚丙烯腈和聚硅烷薄膜等。從成本上應優(yōu)選丙烯薄膜，從極化特性上優(yōu)選苯環(huán)丁烷聚合物薄膜，而從化學穩(wěn)定性上應優(yōu)選聚酰亞胺薄膜。
如果切換單元18能切換相應的像素，那么它同樣可為一個薄膜二極管(TFD)單元或類似單元，而不是TFT單元。顏色濾波器也可在陣列襯底的這一側(cè)形成。
陣列襯底10和相對襯底30通過一種密封材料互相粘和在一起，它應用于非顯示區(qū)域，以便除填充口(未示出)外，調(diào)整層19和36相互面對。這時陣列襯底10和相對襯底30之間通過隔片45保持一個預定距離。
液晶材料40通過一個填充過程加入，該填充過程用于在清空該晶格內(nèi)部后，通過填充口加入液晶材料40。填充完液晶材料后，該填充口通過一種密封材料(未示出)被完全密封，而且與外界空氣隔絕。
在由此形成的液晶晶格中，液晶40被加熱至全向相或向列相。接著，液晶40被冷卻以使液晶40的相位從向列相轉(zhuǎn)換為手性層列C相。此時，根據(jù)相對電極34的電位在相對電極34和像素電極15之間施加一個單極電場。通過由此形成手性層列C相，就可能均勻地排列夾在相對電極34和像素電極15之間的液晶材料50。如圖1(b)所示，當未施加電壓時，液晶分子的方位基本上平行于摩擦方向。
如圖2所示，在電壓與透光度的特性關(guān)系中，當施加上述的單極電場時，液晶分子50的主光軸幾乎不變地排列在未施加電壓時的同一位置，而當施加與上述單極電場反向的電場時，液晶分子50的主光軸根據(jù)電場強度改變。
本發(fā)明人經(jīng)過努力研究后發(fā)現(xiàn)下述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
假定液晶40的手性間距為p，而陣列襯底10和相對襯底30之間的距離為d，最好d＜p。如果d＜p，就可能防止液晶具有扭曲結(jié)構(gòu)。如果液晶40具有扭曲結(jié)構(gòu)，那么不施加電壓時通過的光增加，而且液晶顯示器對比度降低。
在液晶顯示器的工作溫度范圍內(nèi)(通常0℃～50℃)，當液晶分子50的視在傾斜角(實際測量的傾斜角)為22.5°或更大時，如果自發(fā)極化被施加的電壓反向，液晶光軸和極化器發(fā)送角之間的角度為45°或更大，結(jié)果是透光率變?yōu)樽畲蟆Ｒ虼?，為獲得高對比度的液晶顯示器，液晶分子50的視在傾斜角最好為22.5°或更大。
就本優(yōu)選實施例中用于液晶顯示器的調(diào)整層材料來說，也可使用有機薄膜，如丙烯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚硅烷、聚酰胺酸、聚醚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、尼龍、苯環(huán)丁烷聚合物以及傾斜蒸發(fā)的氧化硅。從構(gòu)成方便和化學穩(wěn)定性上，尤其優(yōu)選聚酰亞胺和聚丙烯腈。
如果調(diào)整層是聚酰亞胺構(gòu)成的，那么聚酰亞胺最好具有相對低的極性(相對強的疏水性)。例如，這種聚酰亞胺包括酰亞胺比率為85％或更高的聚酰亞胺、包含氟原子(CF2族)的聚酰亞胺、在其酸酐部分有苯環(huán)的聚酰亞胺、在其雙胺部分無氧原子(乙醚鏈)的聚酰亞胺，以及在其雙胺部分有-CH4-鍵的聚酰亞胺。下面將描述具有相對低極性的聚酰亞胺為何適合本發(fā)明。
當出現(xiàn)層列相時，液晶分子50和調(diào)整層之間的極化表面相互施加力，以便液晶分子50的自發(fā)極化指向外部(或指向內(nèi)部)(指向外部還是內(nèi)部取決于調(diào)整層的電子親和力)。當施加的力與相對電極34和像素電極15之間施加的dc電壓發(fā)生沖突時(例如，盡管由于陣列襯底10的接口上的極化表面相互作用使自發(fā)極化方向指向外部，但自發(fā)極化被dc電壓作用而指向內(nèi)部時)，液晶的定位程度降低。為防止這種情況的發(fā)生，極化表面的相互作用應該很小。由于當聚酰亞胺調(diào)整層的極性很小時，聚酰亞胺調(diào)整層和液晶之間的極化表面相互作用很小，因此低極性的聚酰亞胺適合于根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器。
對于適合本發(fā)明的調(diào)整層來說，應優(yōu)選能施加相對小的預傾斜角(4°或更小)到液晶的材料和摩擦條件。這是因為隨著預傾斜角的減小，液晶分子和調(diào)整層表面之間的加固力增加，這樣液晶的排列更為均勻。陣列襯底10和相對襯底30的摩擦方向最好逆平行，而不是互相平行。逆平行摩擦能更容易形成一種書架結(jié)構(gòu)或一種傾斜的書架結(jié)構(gòu)。由此，不存在諸如鋸齒形缺陷的調(diào)整缺陷區(qū)域，這樣就能獲得良好的調(diào)整特性。
當形成碟狀層52時，施加到該晶格的dc電壓或偏置電壓最好在0.2-10V的范圍內(nèi)。由于存在電壓小于0.2V時自發(fā)極化不指向一個指定方向的情況，而且如果在電壓高于10V的情況下形成碟狀層52時，會使包含于液晶40中的離子雜質(zhì)被吸收到調(diào)整層表面，以引起熒光屏圖象保留等缺陷。
當形成碟狀層52時，優(yōu)選下面的施加dc電壓的方法。重新參考圖3，假定信號線的基準電位(Vsig中心)為0V，下面將描述這種方法。通常由于驅(qū)動器IC的耐壓限制，能施加到信號線16的最大電壓僅為+7V。盡管對施加到相對襯底34的電壓沒有限制，但該電壓最好為上述的10V或更低。在圖3中，采用在TFT18工作時向柵極線12施加柵壓的例子，而且假定在負TFT的情況下柵壓為-20V。在聚酰亞胺薄膜用作調(diào)整層的情況下，通過聚酰亞胺調(diào)整層與液晶材料40之間的極化表面相互作用(電診斷效應)，液晶分子的排列方向趨于使液晶分子50的自發(fā)極化56指向襯底外部，除非在形成層列C相時施加外部電場。如圖3(a)到3(d)所示，施加電壓到夾在信號線和相對電極之間的晶體以及夾在像素電極和相對電極之間的晶體。但由于柵極線和像素電極之間沒有電極，因此層列C相形成時，夾在不提供電極的柵極線和像素電極之間部分與相對電極之間的晶體不施加電場。因此，自發(fā)極化56如上所述指向陣列襯底。在圖3(a)和3(b)中，電場方向與此方向相同，而且與圖3(c)和3(d)所示的其它情況相比，像素外圍部分的光泄漏最小。因此在使用聚酰亞胺調(diào)整薄膜的情況下，最好使用負的TFT，而且最好根據(jù)圖3(a)或3(b)所示的電壓關(guān)系施加電壓。此外，當施加一個高電壓時，最好根據(jù)圖3(a)所示的關(guān)系施加電壓。另外，如果在這個實施例中TFT18為負的TFT，那么夾在不提供電極的柵極線和像素電極之間部分與相對電極之間的液晶自發(fā)極化56方向不同于該電場方向，這樣像素外圍部分的光泄漏高于本優(yōu)選實施例中的光泄漏。
如果激勵液晶顯示器時通過顯微鏡或類似設(shè)備觀察到全部的液晶顯示器，就能證實在柵極線12附近存在光泄漏。此外，如果驅(qū)動器IC的輸出通過一個探針或類似器件來監(jiān)視，就能確定切換單元18工作時，柵極線12和相對電極34之間引起的電場是否具有與液晶分子50的光軸幾乎不改變的一側(cè)處相同的電場極性。
如上所述，根據(jù)此優(yōu)選實施例，就能防止光從像素外圍部分泄漏，這樣就能獲得高顯示性能的液晶顯示器。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)第一個優(yōu)選實施例的液晶顯示器的方法。
首先，如下所述在玻璃襯底11上形成TFT單元18s。
在玻璃襯底11上形成鉻電容線(未示出)和柵極線12。電容線和柵極線12被一層疊層結(jié)構(gòu)的絕緣薄膜14覆蓋，絕緣薄膜14包括氧化鉻膜和氧化硅膜，而且在絕緣膜14上構(gòu)成一層非晶硅的半導體層(未示出)。在該半導體層上形成一層氮化硅的溝道保護層(未示出)。在該半導體層和溝道保護層上，源極通過一個電阻層電氣連接半導體層，并且形成與信號線16結(jié)合的漏極。此外，形成電氣連接源極的像素電極15。由此在玻璃襯底11上形成TFT單元18、信號線16、柵極線12以及像素電極15。
為防止相對電極34短路，TFT單元18、信號線16、柵極線12以及像素電極15被一層厚度為100nm的氧化硅薄膜(未示出)覆蓋。
如下所述在玻璃襯底31上形成顏色濾波器32a和相對電極34。
通過在玻璃襯底31上構(gòu)成一層鉻膜，可形成黑底32b。在此還形成一層由光敏的丙烯樹脂構(gòu)成顏色濾波器薄膜，其中混合了紅、綠和藍顏色。此外，在其上施加一層透明的丙烯樹脂用作水準膜(未示出)。在水準膜上通過濺射形成一個ITO的相對電極34。
清潔在其上形成TFT單元18的陣列襯底以及在其上形成相對電極34的相對襯底后，通過膠印在這些襯底上應用聚酰亞胺溶液(由尼桑化學有限公司生產(chǎn)的SE-5291,γP:6dyn/cm)。利用一個熱板將這種溶液在90℃加熱1分鐘，接著在180℃加熱10分鐘，以提供調(diào)整層19和36。
接著利用棉布在陣列襯底10和相對襯底30的調(diào)整層19和36上進行摩擦處理。摩擦方向如圖1(a)所示。使用的摩擦棉布的絨面直徑為0.1到10微米。摩擦條件為，摩擦滾軸的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm，襯底的移動速度為20mm/s，推進深度為0.7mm，而且摩擦次數(shù)為1。
摩擦后，利用一種包含中性表面活性劑作為主要成分的水溶液清潔陣列襯底10和相對襯底30上的調(diào)整層19和36，以清除從摩擦布附著在調(diào)整層上的污物。
接著，在陣列襯底10的調(diào)整層19上分布二氧化硅(Sio2)構(gòu)成的隔片微粒(直徑2.0μm)。另外，通過分散器在相對襯底30的外圍部分印上環(huán)氧樹脂構(gòu)成的密封材料。
形成調(diào)整層的陣列襯底10和相對襯底30的表面指向內(nèi)部或相互面對。調(diào)整陣列襯底10和相對襯底30，而且在一種受壓狀態(tài)下加熱密封材料到160℃以加工成一個晶格。此外，陣列襯底10和相對襯底30的摩擦方向相互逆平行。
將這個晶格放入真空室以處于真空狀態(tài)后，鐵電體的液晶成分40(相位變化過程固態(tài)相→30℃→手性層列C相→80℃→向列相→85℃→全向相，30℃時傾斜角22.5°，自發(fā)極化-7nc/cm2)通過一個填充口注入到該晶格。然而，當注入液晶時，該晶格和液晶40被加熱至100℃。此后，利用一種環(huán)氧樹脂粘合劑密封該填充口。
接著，填充有液晶40晶格的信號線16、柵極線12、電容線以及相對電極34的引出部分通過一層各向異性的導電膜連接要被施加電壓的終端。接下來，該晶格在一個電爐中被加熱至90℃。一個-20V的電壓施加到柵極線12以使TFT單元18總處于ON狀態(tài)，以及一個0V的電壓施加到信號線16以使像素電極15保持0V。另外，一個0V的電壓施加到電容線，以及一個+8V的電壓施加到相對電極34。當施加這些電壓時，該晶格以1℃/min的速度從90℃冷卻到25℃，以形成碟狀層52。
通過一個極化顯微鏡觀察到這個晶格后，碟狀層52與圖1(a)所示的碟狀層相同。
測量這個晶格的間距，該間距為2.0μm。在這個優(yōu)選實施例中使用的液晶手性間距為4.0μm，它比該晶格的間距要寬。因此液晶就不會有扭曲調(diào)整。
接著，在該晶格外部施加一組極化器28和38。此外當不施加電壓時，一個極化器38的透射軸平行于液晶分子50的光軸，而不施加電壓時其它極化器28的透射軸垂直于液晶分子50的光軸。在施加極化器的晶格上安裝一個驅(qū)動電路，如驅(qū)動器IC，并封裝一個黑光等，以完成這個優(yōu)選實施例的液晶顯示器。
在這種情況下，由于柵極線16和像素柵極15之間以及信號線16和像素柵極16之間部分的液晶自發(fā)極化方向，與夾在像素柵極和相對電極之間的液晶自發(fā)極化方向相同，因此，光幾乎不從非像素部分泄漏，這樣就能得到300∶1的對比度。另外，在垂直和水平方向上視角(對比度為10∶1或更大以及沒有灰度變換的區(qū)域)為70℃或更大，而且在0C、25℃和50℃下進行3000小時的驅(qū)動測試后，調(diào)整特性和對比度不會變壞。當已在這個優(yōu)選實施例中分布隔片時，可通過光刻法過程取代隔片，可在調(diào)整層上形成類似柱子或墻的空間分隔裝置。在這種情況下，最好在柵極線上形成該分隔裝置，這樣由摩擦引起的調(diào)整缺陷就可隱藏在柵極線下。
(第二個優(yōu)選實施例)下面參考圖4描述根據(jù)本發(fā)明的第二個液晶顯示器實施例。在第二個優(yōu)選實施例中，摩擦方向54以及極化器28的透射軸不同于圖1所示的第一個優(yōu)選實施例。其它結(jié)構(gòu)與第一個優(yōu)選實施例中的相同。在第二個優(yōu)選實施例中，摩擦方向54基本上逆平行于信號線16。極化器38的透射軸38a平行于信號線16。
在實際產(chǎn)生并性能測量這個優(yōu)選實施例中的液晶顯示器后，就能得到如同第一個優(yōu)選實施例的相同特性。
(第三個優(yōu)選實施例)根據(jù)本發(fā)明的第三個液晶顯示器的優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)如圖5所示。在這個優(yōu)選實施例中，摩擦方向54以及極化器28和38的透射軸28a和38a不同于圖1所示的第一個優(yōu)選實施例。其它結(jié)構(gòu)與第一個優(yōu)選在第三個優(yōu)選實施例中，摩擦方向54和柵極線12之間有一個預定角度θ(0＜θ＜90°)，而且極化器38的透射軸38a與柵極線12之間也有一個預定角度θ。在這個優(yōu)選實施例中，要確定摩擦方向以形成基本上平行于柵極線的一層膜。
在實際產(chǎn)生和性能測量這個優(yōu)選實施例的液晶顯示器后，就能獲得與第一個優(yōu)選實施例相同的性能。
(第四個優(yōu)選實施例)根據(jù)本發(fā)明的第四個液晶顯示器優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)如圖10所示。在第四個優(yōu)選實施例的液晶顯示器中，TFT構(gòu)成的切換單元18為正的TFT，以替代第一個優(yōu)選實施例的液晶顯示器中的負TFT。因此，由于之后將要描述的原因，調(diào)整層19和36由尼龍構(gòu)成。此外，可使用苯環(huán)丁烷聚合物替代尼龍。
第四個優(yōu)選實施例中的液晶顯示器的形成如下述。
上述的材料用于以如同第一個優(yōu)選實施例的方式形成填充液晶的晶格。
接著，填充有液晶40晶格的信號線16、柵極線12、電容線以及相對電極34的引出部分通過一層各向異性的導電膜連接要被施加電壓的終端。接著，在電爐中將該晶格加熱至90℃。如圖6(a)所示，一個+20V的電壓施加到柵極線12以使TFT18總處于ON狀態(tài)，而一個+7V的電壓施加到信號線16以使像素電極15保持+7V。另外，一個+7V的電壓施加到電容線，而一個0V的電壓施加到相對電極34。當施加這些電壓時，該晶格以1℃/min的速度從90℃冷卻到25℃以形成碟狀層52。
通過極化顯微鏡觀察到這個晶格后，碟狀層52與圖10所示的碟狀層相同。
測量這個晶格的間距，該間距為2.0μm。在這個優(yōu)選實施例中使用的液晶40的手性間距為4.0μm，它比該晶格的間距要寬。因此液晶就不會有扭曲調(diào)整。
接著，在該晶格外部施加一組極化器28和38。此外，不施加電壓時一個極化器38的透射軸38a平行于液晶分子50的光軸，而其它極化器28的透射軸28a垂直于極化器38。在施加極化器的晶格上，安裝一個驅(qū)動電路，如驅(qū)動器IC，并封裝一個黑光等，以完成這個優(yōu)選實施例的液晶顯示器。
這種液晶顯示器幾乎不從柵極線附近泄漏光，這樣就能得到300∶1的前端對比度。另外，在垂直和水平方向上的視角(對比度為10∶1或更大以及無灰度反向的區(qū)域)為70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下進行3000小時的驅(qū)動測試后，調(diào)整特性和對比度不會變壞。
在第四個優(yōu)選實施例中，由于調(diào)整層19和36由尼龍或苯環(huán)丁烷聚合物構(gòu)成，因此，調(diào)整層和液晶材料之間的極化表面相互作用趨于定位液晶分子50，以便液晶分子50的自發(fā)極化56指向內(nèi)部。因此，當形成碟狀層52時，如果+20V、+7V和0V的電壓分別施加到柵極12、像素電極和相對電極34，如同這個優(yōu)選實施例一樣，液晶分子50的自發(fā)極化56被定向為平行于圖6(a)所示的電場方向，這樣可盡可能減少從像素外圍部分泄漏的光。當形成該碟狀層時，即使+20V、0V和-10V的電壓如圖6(b)所示分別施加到柵極、像素電極和相對電極，那么液晶分子50的自發(fā)極化56定向為電場方向，這樣就可得到相同的優(yōu)點。
此外，當形成碟狀層時，如果施加電壓以便液晶分子50的自發(fā)極化方向56不同于圖6(c)和6(d)所示的電場方向，那么，從像素外圍部分泄漏的光將多于圖6(a)和6(b)所示的光。
如上所述，在這個優(yōu)選實施例中，能防止光從像素外圍部分泄漏，這樣就能得到高顯示性能的液晶顯示器。
此外，在這個優(yōu)選實施例中，如果TFT18為負的TFT，那么液晶分子50的自發(fā)極化方向56不同于電場方向，這樣從像素外圍部分泄漏的光將比這個優(yōu)選實施例的多。
(第五個優(yōu)選實施例)下面將描述根據(jù)本發(fā)明的第五個液晶顯示器優(yōu)選實施例。在第五個優(yōu)選實施例中的液晶顯示器具有與第四個液晶顯示器優(yōu)選實施例的相同結(jié)構(gòu)，只是液晶材料不同。
所有空的晶格以第四個優(yōu)選實施例的相同方式形成。將這個晶格放入真空室以處于真空狀態(tài)后，將鐵電體液晶成分40(相位變化過程固態(tài)相→30℃→手性層列C相→75℃→向列相→80℃→全向相，傾斜角22.5°，自發(fā)極化3nc/cm2)與防紫外(UV)液晶(由DAINIPONINK & CHEMICALS有限公司生產(chǎn)的UCL-001)以10∶1的比例混合，通過一個填充口注入到該晶格。這時，該晶格和液晶40被加熱至85℃。此后，利用一種環(huán)氧樹脂粘合劑密封填充口。
填充有液晶40晶格的信號線16、柵極線12、輔助電容線以及相對電極34的引出部分通過一層各向異性的導電膜連接要被施加電壓的終端。接著，在電爐中將該晶格加熱至77℃。一個+25V的電壓施加到柵極線12以使TFT單元18總處于ON狀態(tài)，而一個+7V的電壓施加到信號線16以使像素電極15保持+7V。另外，一個+7V的電壓施加到電容線，而一個0V的電壓施加到相對電極34。當施加這些電壓時，該晶格以1℃/min的速度從77℃冷卻到73℃以形成碟狀層52。在這種狀態(tài)下，該晶格被紫外光(365nm,10mJ/cm2)輻射以處理防紫外的液晶。此后，不施加電壓，而該晶格以10℃/min的速度被冷卻。
通過極化顯微鏡觀察到這個晶格后，碟狀層52與圖10所示的碟狀層相同。
測量這個晶格的間距，該間距為2.0μm。在這個優(yōu)選實施例中使用的液晶手性間距為4.0μm，它比該晶格的間距要寬。因此液晶就不會有扭曲調(diào)整。
接著，在該晶格外部施加一組極化器28和38。此外當不施加電壓時，一個極化器38的透射軸38a平行于液晶分子50的光軸，而不施加電壓時其它極化器28的透射軸28a垂直于透射軸38a。在施加極化器的液晶晶格上安裝一個驅(qū)動電路，如驅(qū)動器IC，并封裝一個黑光等，以完成這個優(yōu)選實施例的液晶顯示器。
這種液晶顯示器不會從柵極線12附近泄漏光，這樣就能得到200∶1的對比度。另外，在垂直和水平方向上的視角(對比度為10∶1或更大，以及無灰度反向的區(qū)域)為70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下進行3000小時的驅(qū)動測試后，調(diào)整特性和對比度不會變壞。
在第五個優(yōu)選實施例中，能得到與第四個優(yōu)選實施例相同的優(yōu)點。
(比較實例)下面將重新參考圖7描述一個與第四個液晶顯示器優(yōu)選實施例相比較的實例。
首先，以與第四個優(yōu)選實施例相同的方式形成一個晶格。
接著，填充有液晶40晶格的信號線16、柵極線12、電容線以及相對電極34的引出部分通過一層各向異性的導電膜連接要被施加電壓的終端。接著，在電爐中將該晶格加熱至90℃。一個+20V的電壓施加到柵極線12以使TFT單元18總處于ON狀態(tài)，而一個0V的電壓施加到信號線16以使像素電極15保持0V。另外，一個0V的電壓施加到電容線，而一個+7V的電壓施加到相對電極34。當施加這些電壓時，該晶格以1℃/min的速度從90℃冷卻到25℃以形成碟狀層52。
通過極化顯微鏡觀察到這個晶格后，碟狀層52與圖7所示的碟狀層相同。即，柵極線上的碟狀層方向遠不同于像素電極上的碟狀層方向，這樣碟狀層就被彎曲。
測量這個晶格的間距，該間距為2.0μm。在這個比較例子中使用的液晶手性間距為4.0μm，它比該晶格的間距要寬。因此液晶就不會有扭曲調(diào)整。
接著，在該晶格外部施加一組極化器28和38。此外，當不施加電壓時，一個極化器38的透射軸38a平行于液晶分子50的光軸，而其它極化器28的透射軸28a垂直于透射軸38a。在施加極化器的液晶晶格上安裝一個驅(qū)動電路，如驅(qū)動器IC，并封裝一個黑光等，以完成這個比較例子中的液晶顯示器。
這種液晶顯示器從柵極線12附近(在柵極線和像素電極之間)泄漏光，這樣對比度為50∶1。在0℃下驅(qū)動測試50小時后，調(diào)整就被擾亂，而對比度降為25∶1。
(第六個優(yōu)選實施例)下面參考圖8和圖9描述根據(jù)本發(fā)明的第六個液晶顯示器的優(yōu)選實施例。除了像素向上排列的切換單元18結(jié)構(gòu)中，顏色濾波器是在陣列襯底上形成，而且相對襯底上沒有黑底和顏色濾波器，第六個優(yōu)選實施例中的液晶顯示器具有與第四個液晶顯示器優(yōu)選實施例相同的結(jié)構(gòu)。
像素向上排列的結(jié)構(gòu)如圖9所示。在構(gòu)成陣列襯底的玻璃襯底上形成柵極61和電容線(未示出)。柵極12a和電容線被一層柵極絕緣薄膜62覆蓋(見圖9(b))。在柵極絕緣薄膜62上形成用作溝道的各向異性的硅半導體薄膜64，以覆蓋柵極61(見圖9(b))。在半導體薄膜64上形成一層溝道保護薄膜65。在溝道保護薄膜65兩側(cè)的半導體薄膜64上形成n-型各向異性的硅源區(qū)66a和漏區(qū)66b(見圖9(d))。源區(qū)66a和漏區(qū)66b分別連接一種金屬的源極68a和漏極68b。源極68a連接信號線16。在源極68a和漏極68b上形成顏色濾波器69。在顏色濾波器69上形成TFO的像素電極15。像素電極15通過顏色濾波器69的接觸70電氣連接漏極68b。
在這個優(yōu)選實施例中，相對襯底上未排列黑底，而且切換單元具有像素向上排列的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，像素電極在柵極線和信號線上相互重疊以便能得到高口徑比。與第四個優(yōu)選實施例類似，碟狀層也是通過圖6(a)所示的電壓關(guān)系形成的。由此在整個屏幕上不會出現(xiàn)調(diào)整缺陷，而且可得到300∶1的前端對比度。另外，在垂直和水平方向上的視角(對比度為10∶1或更大，以及無灰度反向的區(qū)域)為70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下進行3000小時的驅(qū)動測試后，液晶調(diào)整特性和對比度不會變壞。
雖然TFT18在第六個優(yōu)選實施例中為負TFT，但如果使用負TFT也可得到相同優(yōu)點。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可盡可能減少從像素外圍部分泄漏的光，并可得到高顯示性能的液晶顯示器。
雖然為了便于更好理解已根據(jù)優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但應該理解的是，本發(fā)明可以各種方式體現(xiàn)而不偏離本發(fā)明的原理。因此，本發(fā)明應理解為包括所有可能的實施例以及對所示實施例的改進，這些改進不會偏離所附權(quán)利要求書所陳述的本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1．一種液晶顯示器，包括一個包含多條掃描線和多條信號線的陣列襯底，所述掃描線和所述信號線以矩陣形式在第一襯底形成；在所述掃描線和所述信號線之間的交叉點上形成的多個切換單元，每個切換單元的一端連接一條對應的所述信號線，而且每個切換單元響應于一條對應的所述掃描線上的信號而執(zhí)行一個切換動作；多個像素電極，每個電極連接到一個對應的所述切換單元的另一端；以及在所述第一襯底上形成的、用來覆蓋所述像素電極的第一調(diào)整層；一個相對襯底，包含在第二襯底上形成的一個相對電極以及在所述第二襯底上形成的、用于覆蓋所述相對電極的第二調(diào)整層；一個夾在所述陣列襯底和所述相對襯底之間的光控制層；其包括一種具有自發(fā)極化的液晶材料，而且該液晶材料在手性層列C相的高溫一側(cè)具有向列相或全向相，當不向所述液晶材料施加電場或施加第一極性的第一電場時，所述光控制層上的液晶分子的光軸基本上保持不動，而當向該所述液晶材料施加所述第二電場時，所述液晶分子的所述光軸根據(jù)不同于所述第一極性的第二極性的第二電場強度而響應，其中所述掃描線和所述相對電極之間的電場在所述切換單元工作時具有所述第一極性。
2．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中所述切換單元位于所述像素之下。
3．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中所述光控制層內(nèi)的碟狀層方向具有10℃或更小角度的分布。
4．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中每個所述切換單元具有一個負的TFT，而且當不向所述液晶材料施加電壓時，所述第一調(diào)整層具有液晶分子的自發(fā)極指向所述第一襯底的調(diào)整特性。
5．根據(jù)權(quán)利要求4陳述的液晶顯示器，其中所述第一調(diào)整層由聚丙烯腈或聚酰亞胺構(gòu)成。
6．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中每個切換器件都具有一個正的TFT，而且當不向所述液晶材料施加電壓時，所述第一調(diào)整層具有液晶分子的自發(fā)極化指向所述第二襯底的調(diào)整特性。
7．根據(jù)權(quán)利要求6陳述的液晶顯示器，其中所述第一調(diào)整層由尼龍或苯環(huán)丁烷聚合物構(gòu)成。
8．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中所述光控制層內(nèi)的液晶具有傾斜的書架結(jié)構(gòu)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中所述光控制層內(nèi)的所述液晶分子的視在傾斜角基本上為22.5°或更大。
10．根據(jù)權(quán)利要求1陳述的液晶顯示器，其中在所述第一調(diào)整層上的摩擦方向逆平行于所述第二調(diào)整層上的摩擦方向。
11．一種生產(chǎn)液晶顯示器的方法，這種液晶顯示器包括一個包含多條掃描線和多條信號線的陣列襯底，所述掃描線和所述信號線以矩陣形式在第一襯底形成；在所述掃描線和所述信號線之間的交叉點上形成的多個切換單元，每個切換單元的一端連接一條對應的所述信號線，而且每個切換單元響應一條對應的所述掃描線上的信號而執(zhí)行一個切換動作；多個像素電極，每個電極連接到一個對應的所述切換單元的另一端；以及在第一襯底上形成的、用來覆蓋所述像素電極的第一調(diào)整層；一個相對襯底，包含在第二襯底上形成的一個相對電極以及在所述第二襯底上形成的用于覆蓋所述相對電極的第二調(diào)整層；以及一個夾在所述陣列襯底和所述相對襯底之間的光控制層，它由一種具有自發(fā)極化的液晶材料構(gòu)成，該液晶材料在手性層列C相的高溫一側(cè)具有向列相或全向相，該方法包括當所述液晶材料的相位從向列相或全向相轉(zhuǎn)換為手性層列C相時，通過在所述像素電極和所述相對電極之間施加一種極性的電場來形成一個手性層列C相，其中所述電場的所述極性等同于所述切換單元工作時所述相對電極和所述掃描線之間的電場極性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示器,它能防止光從像素外圍部分泄漏,而且具有高顯示性能。該液晶顯示器包括包含多條掃描線和多條信號線的一種陣列襯底;多個切換單元;多個像素電極;以及在第一襯底上形成用來覆蓋像素電極的第一調(diào)整層;包含相對電極和第二調(diào)整層的一個相對襯底,第二調(diào)整層是在第二襯底上形成的,用于覆蓋相對電極;以及夾在陣列襯底和相對襯底之間的一個光控制層,該光控制層由具有自發(fā)極化的液晶材料構(gòu)成。
文檔編號G02F1/1335GK1315670SQ0111187
公開日2001年10月3日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者長谷川勵, 福島理惠子, 最首達夫, 山口 一, 高頭孝毅 申請人:株式會社東芝