專利名稱：液晶顯示器件及液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器件的制作方法和液晶顯示器件，具體涉及采用具有自發(fā)極化的液晶制作液晶顯示器件的方法和液晶顯示器件。
背景技術(shù)：
隨著面向信息社會的發(fā)展，已經(jīng)使用小型電子裝置和移動電子裝置。為此就需要為這種電子裝置提供尺寸小，重量輕，低功耗的顯示單元，這樣，與其他顯示器件相比具有優(yōu)越特性的液晶顯示器件廣泛的使用。
液晶顯示器件主要分類為透射型和反射型。從視覺效果來看，使用背光的透射型液晶顯示器件更廣泛的采用，而使用濾色器的彩色液晶顯示器件是主流。
作為彩色液晶顯示器件，使用開關(guān)元件例如是TFT(薄膜晶體管)的TN(Twisted Nematic扭曲向列)型器件得到了廣泛應(yīng)用。盡管TFT驅(qū)動的TN-型彩色液晶顯示器件具有高顯示質(zhì)量，但是液晶顯示面板具有4％左右的低透射率。為了獲得高顯示屏幕亮度，需要有高亮度背光，因而功耗增大。此外，由于彩色顯示是用濾色器實(shí)現(xiàn)的，單個象素需要由三個子象素組成，因而難以實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示，并且顯示的彩色沒有足夠的純度。為了解決這些問題，提出了基于場順序彩色方案的彩色液晶顯示器件。
因?yàn)榛趫鲰樞虿噬桨傅牟噬壕э@示器件不需要子象素，與濾色器型彩色液晶顯示器件相比可易于實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示。另外，由于這種器件不使用濾色器，由光源發(fā)射的光的色彩可以照原樣用于顯示，并且顯示的色彩具有很好的純度。另外，由于光利用效率高，這種器件具有低功耗的特性。然而，為了實(shí)現(xiàn)基于場順序彩色方案的彩色液晶顯示器件，液晶必須具有高速響應(yīng)。
為了獲得高速響應(yīng)的彩色液晶顯示器件，本發(fā)明人等人對驅(qū)動具有由TFT自發(fā)極化液晶的方法進(jìn)行了研究，與常規(guī)方法相比能夠?qū)崿F(xiàn)100到1000倍的高響應(yīng)速度。具有自發(fā)極化的液晶特別是鐵電液晶所具有的特性是液晶分子的長軸方向是通過施加電場改變的。因此，如果將使用鐵電液晶的液晶平板夾在其極化軸線以直角彼此交叉的極化板之間，并且使用通過液晶分子長軸方向的變化造成的雙折射來改變透射光的強(qiáng)度，就能提供顯示。
由TFT驅(qū)動的液晶可以用雙穩(wěn)態(tài)型或單穩(wěn)態(tài)型鐵電液晶實(shí)現(xiàn)。在單穩(wěn)態(tài)型中，該液晶的液晶分子的導(dǎo)向(director)的平均分子軸(液晶分子的傾斜方向)在不施加電壓時是單方向?qū)?zhǔn)的，這對于獲得呈現(xiàn)液晶的一致取向的單穩(wěn)態(tài)是特別重要的。
圖8A，8B和8C表示單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶的傾斜狀態(tài)的概念圖。圖8A表示在對液晶施加的電場E等于零時的狀態(tài)，也就是在不施加電壓的狀態(tài)；圖8B表示在對液晶施加的電場E大于零時的狀態(tài)，也就是在施加第一極性電壓時的狀態(tài)；而圖8C表示在對液晶施加的電場E小于零時的狀態(tài)，也就是在施加與第一極性電壓相反的第二極性電壓時的狀態(tài)。箭頭Rub表示對準(zhǔn)薄膜(未示出)的摩擦方向，而液晶分子導(dǎo)向的平均分子軸LCMA是沿著在Rub方向具有基座的圓錐體C的脊線取向的。在圖8B和8C中，用箭頭表示了電場E方向的例子。
平均分子軸LCMA的一端被定位在圓錐體C的圓錐點(diǎn)Cp上，而平均分子軸LCMA的另一端沿著圓錐體C的脊線旋轉(zhuǎn)。換句話說，在不施加電壓時，液晶呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)(第一位置)，平均分子軸LCMA是單方向(例如是由圖8A中圓錐體C基座外圓周上的一點(diǎn)Ca和圓錐點(diǎn)Cp限定的方向)對準(zhǔn)的。在施加第一極性的電壓時，液晶呈現(xiàn)是平均分子軸LCMA從單穩(wěn)態(tài)位置向一側(cè)(例如是在圖8B中由圓錐體C基座外圓周上的一點(diǎn)Cb和圓錐點(diǎn)Cp限定的方向第二位置)按一個角度傾斜的狀態(tài)，該角度對應(yīng)于第一極性電壓的幅度。當(dāng)施加與第一極性相反的第二極性的電壓時，液晶呈現(xiàn)平均分子軸LCMA保持第一位置的狀態(tài)或是從單穩(wěn)態(tài)位置向那一側(cè)的相對側(cè)(例如是在圖8C中由圓錐體C基座外圓周上的一點(diǎn)Cc和圓錐點(diǎn)Cp限定的方向第三方向)傾斜的狀態(tài)。
對于單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶，一般來說，僅僅將液晶注入空的液晶平板，在顯示器中使用的手性層列C相不可能獲得液晶的均勻?qū)?zhǔn)。其原因是，在手性層列C相下，平均分子軸LCMA可具有不同方向的兩種狀態(tài)。因此，一般地，在包括從cholesteric相(或是手性向列相)到手性層列相的過渡點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)施加電場強(qiáng)度約為1.5V/μm左右的DC電壓，用電場對準(zhǔn)自發(fā)極化的方向和對準(zhǔn)平均分子軸LCMA的方向，從而實(shí)現(xiàn)均勻?qū)?zhǔn)。在從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相(在過渡溫度附近)的冷卻過程中對液晶施加電場而獲得單穩(wěn)態(tài)被稱作“對準(zhǔn)處理”。
作為有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)參考資料，有“AM-LCD”，Yoshihara等人的‘99 Digestof Technical Papers，p185(1999)’；和“SID”，Yoshihara等人的‘00 Digestof Technical Papers，p1176(2000)’。

發(fā)明內(nèi)容
常規(guī)的對準(zhǔn)處理存在的問題是，盡管施加了DC電壓，仍然不能獲得均勻的液晶對準(zhǔn)，而且不能獲得高對比度。認(rèn)為這一問題是由支配液晶對準(zhǔn)狀態(tài)的其他因素造成的。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的是提供使用具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)液晶特別是鐵電液晶制作液晶顯示器件的方法，以及這種液晶顯示器件，它能夠在對準(zhǔn)處理中施加的電壓(電場)的幅度中，在施加電壓期間的處理溫度、對準(zhǔn)薄膜的構(gòu)造以及液晶的相順序當(dāng)中規(guī)定相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)液晶的均勻?qū)?zhǔn)和高對比度。
本發(fā)明的另一個目的是提供使用具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)液晶特別是鐵電液晶制作液晶顯示器件的方法，在液晶顯示器件中使用有源矩陣驅(qū)動方案，為每一個象素提供一個開關(guān)元件，通過對象素(最好是所有象素)施加相同的電壓能夠?qū)崿F(xiàn)液晶的均勻?qū)?zhǔn)和高對比度。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種液晶顯示器件，通過驅(qū)動液晶顯示器件能夠提供高質(zhì)量的顯示，按照場順序彩色方案能夠?qū)崿F(xiàn)液晶的均勻?qū)?zhǔn)和高對比度。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法是一種液晶顯示器件的制作方法，它包括夾住具有自發(fā)極化的液晶的兩個襯底；以及在襯底上形成的、用來對液晶施加電壓的電極，其中在不施加電壓時液晶呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，液晶分子的導(dǎo)向的平均分子軸是單方向?qū)?zhǔn)的，該方法的特征是在執(zhí)行對準(zhǔn)處理中在從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近施加強(qiáng)度不小于2V/μm(最好是不小于3V/μm)的電場，在加熱該液晶之后執(zhí)行該對準(zhǔn)處理以獲得單穩(wěn)態(tài)。
按照本發(fā)明，在利用液晶制作液晶顯示器件的方法中，液晶分子的導(dǎo)向的平均分子軸在不施加電壓時呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，在加熱該液晶之后執(zhí)行的對準(zhǔn)處理中，在向手性層列C相的過渡溫度附近施加電場強(qiáng)度不小于2V/μm的電場，以便能夠提供制作液晶顯示器件的方法，在對準(zhǔn)處理期間能夠減少對準(zhǔn)缺陷并且實(shí)現(xiàn)均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)和高對比度。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法的特征在于過渡溫度附近的溫度范圍包括距過渡溫度±2℃的溫度范圍。在本發(fā)明中，由于在對準(zhǔn)處理中向手性層列C相的過渡溫度附近的溫度范圍包括距過渡溫度±2℃的溫度范圍，在對準(zhǔn)處理中可能對液晶的溫度變化提供富余量，因此使對準(zhǔn)處理更加穩(wěn)定。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法的特征在于液晶呈現(xiàn)相序，從高溫側(cè)到低溫側(cè)，或者是各向同性液相-cholesteric相(或是手性向列相)-手性層列C相，或是各向同性液相-cholesteric相-層列A相-手性層列C相。由于本發(fā)明使用具有以下相序的液晶各向同性液相-cholesteric相(或是手性向列相)-手性層列C相，或是各向同性液相-cholesteric相-層列A相-手性層列C相，可能易于用單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶制成液晶顯示器件。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件是以本發(fā)明的制作方法制成的液晶顯示器件，其特征是分別在兩個襯底上形成的對準(zhǔn)薄膜的摩擦方向是彼此相等的。本發(fā)明的液晶顯示器件的特征是對準(zhǔn)薄膜的預(yù)傾斜角不大于2°。按照本發(fā)明，在對準(zhǔn)薄膜的配置中，由于摩擦方向是按照平行摩擦形成的并且預(yù)傾斜角設(shè)置在不大于2°，因此可能實(shí)現(xiàn)均勻的對準(zhǔn)處理，與反向平行摩擦相比具有較小的對準(zhǔn)缺陷，并且提供具有高對比度的液晶顯示器件。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件是以本發(fā)明的制作方法制成的液晶顯示器件，其特征是進(jìn)一步包括以場順序彩色方案驅(qū)動的背光，其中數(shù)據(jù)寫入掃描電壓和數(shù)據(jù)擦除掃描電壓被施加在電極之間。由于液晶顯示器件是由場順序彩色方案驅(qū)動的，可能得到一種液晶顯示器件，它能夠提供具有高分辨率，高速響應(yīng)和高彩色純度的彩色顯示。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法是一種液晶顯示器件的制作方法，它包括具有象素電極的象素襯底；面對象素襯底放置的、具有公共電極的公共襯底；用來提供施加到象素電極的象素電壓的數(shù)據(jù)線；通過導(dǎo)通和關(guān)斷控制象素電極與數(shù)據(jù)線之間的連接和斷開的開關(guān)元件；用來提供為控制開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷的控制電壓的掃描線；以及夾在象素襯底和公共襯底之間的具有自發(fā)極化的液晶，其中在不施加電壓時液晶呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，液晶分子的導(dǎo)向的平均分子軸是單方向?qū)?zhǔn)的，該方法的特征是對掃描線施加使開關(guān)元件導(dǎo)通的控制電壓，并在所執(zhí)行的對準(zhǔn)處理中從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近對數(shù)據(jù)線施加DC電壓，在加熱該液晶之后執(zhí)行該對準(zhǔn)處理以獲得單穩(wěn)態(tài)。
在本發(fā)明中，由于用來導(dǎo)通開關(guān)元件的控制電壓施加在掃描線上，而DC電壓施加在數(shù)據(jù)線上，DC電壓也可作為象素電壓施加到象素上，并且在使用有源矩陣驅(qū)動方案的液晶顯示器件中能夠以簡單和均勻的方式對液晶執(zhí)行對準(zhǔn)處理。在這種情況下，如果對所有象素施加DC電壓，可能執(zhí)行更加有效和均勻的對準(zhǔn)處理。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法的特征在于由象素電壓施加到液晶上的電場強(qiáng)度不小于2V/μm。在本發(fā)明中，由于施加電場強(qiáng)度不小于2V/μm的電場，能夠提供液晶顯示器件的制作方法，它可能在對準(zhǔn)處理期間減少對準(zhǔn)缺陷并具有均勻的對準(zhǔn)。
按照本發(fā)明的液晶顯示器件的制作方法，由于用來導(dǎo)通開關(guān)元件的控制電壓和施加在象素上的DC電壓是等電位的，能夠提供液晶顯示器件的制作方法，該方法可能在對準(zhǔn)處理期間防止開關(guān)元件的特性惡化并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的對準(zhǔn)處理和均勻的對準(zhǔn)。
根據(jù)以下參照附圖的詳細(xì)說明能夠更加充分地理解本發(fā)明的上述及其他目的和特征。


圖1A是表示對準(zhǔn)處理中的電場與黑色透射比之間的關(guān)系的曲線；圖1B是表示對準(zhǔn)處理中的電場與對比度之間的關(guān)系的曲線；圖2是表示在對準(zhǔn)處理中施加低電場時的對準(zhǔn)狀態(tài)的顯微照片；圖3A和3B是表示在對準(zhǔn)處理中施加高電場時的對準(zhǔn)狀態(tài)的顯微照片；圖4A是表示在實(shí)施例1的比較中在對準(zhǔn)處理中施加的電壓與黑色透射比之間的關(guān)系的曲線；
圖4B是表示在實(shí)施例1的比較中在對準(zhǔn)處理中施加的電壓與對比度之間的關(guān)系的曲線；圖5是表示按照實(shí)施例2的液晶顯示器件的電壓-透射比特性的曲線；圖6是TFT-LCD的結(jié)構(gòu)示意圖，象素以矩陣形式安排；圖7是表示使用場順序彩色方案的液晶顯示器件的驅(qū)動順序的概念圖；圖8A，8B和8C是表示單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶的傾斜狀態(tài)的概念圖。
具體實(shí)施例方式
以下的描述將根據(jù)說明本發(fā)明的一些實(shí)施例的附圖來詳細(xì)地說明本發(fā)明。
在清洗具有由ITO(銦錫氧化物)形成的1cm2電極面積的透明電極的玻璃襯底之后，在已經(jīng)形成透明電極的玻璃襯底表面上施加聚酰亞胺，然后在200℃條件下烘焙一小時形成大約20nm的聚酰亞胺薄膜作為對準(zhǔn)薄膜。至于對準(zhǔn)薄膜的類型，聚酰亞胺薄膜相對于所使用的向列液晶具有1°，2°和6°的不同的預(yù)傾斜角。接著，用人造纖維織物摩擦聚酰亞胺薄膜的表面，然后將具有透明電極的兩個玻璃襯底彼此面對放置，使它們的摩擦方向是平行的(摩擦方向是彼此相等的所謂平行摩擦)。在彼此面對放置時兩個玻璃襯底之間的間隙用平均顆粒度為1.8μm的硅橡膠制成的墊片保持，從而產(chǎn)生用于測定的空白單元(測定空白單元)。注意，實(shí)際測量中該間隙大約2.0μm左右。
通過向測定空白單元注入液晶(具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶)產(chǎn)生測定單元，呈現(xiàn)的相序是從高溫側(cè)到低溫側(cè)各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相(手性向列(N*)相)-手性層列C(Sc*)相。在Iso相與N*相之間的過渡溫度是108℃，在N*相與Sc*相之間的過渡溫度是68℃，而自發(fā)極化的幅度是3.7nC/cm2。注意，液晶的相序也可以是各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相-層列A(SA)相-手性層列C(Sc*)相。
在Sc*相中，為了獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)(單穩(wěn)態(tài))，測定單元加熱到不低于68℃，也就是在N*相與Sc*相之間的過渡溫度，在包括68℃也就是在N*相(高于手性層列C相的溫度相)與Sc*相(在從高于手性層列C相的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近)之間的過渡溫度的70到66℃(68±2℃)溫度范圍內(nèi)施加DC電壓來執(zhí)行對準(zhǔn)處理，然后該測定單元冷卻到室溫(25℃)。在對準(zhǔn)處理中施加的DC電壓范圍是在3V和12V之間。在這種情況下，電場(電場強(qiáng)度)大約是1.5到6V/μm。注意，由于該施加電壓的上限是由液晶的擊穿電壓確定的，沒有必要將電場增加到等于或是大于該擊穿電壓。在普通的液晶中，用大約4到6V/μm的電場可實(shí)現(xiàn)足夠均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)。
圖1A是表示對準(zhǔn)處理中的電場與黑色透射比之間的關(guān)系的曲線。圖1B是表示對準(zhǔn)處理中的電場與對比度之間的關(guān)系的曲線。在圖1A中，橫坐標(biāo)代表對準(zhǔn)處理中的電場(V/μm)，縱坐標(biāo)代表黑色透射比(％)。在圖1B中，橫坐標(biāo)代表對準(zhǔn)處理中的電場(V/μm)，縱坐標(biāo)代表對比度。在各種情況下，以1°，2°和6°的預(yù)傾斜角作為參數(shù)。首先，將經(jīng)過對準(zhǔn)處理的測定單元夾在以交叉尼科爾(Nicol)狀態(tài)安排的兩個極化板之間，并且在25℃下測量黑色透射比(在施加0V時的透射比)和白色透射比(在施加10V時的透射比)。在圖1A中表示在這個測量中得到的黑色透射比，而在圖1B中表示用白色透射比除以黑色透射比(白色透射比/黑色透射比)獲得的值作為對比度。
在圖1A中，黑色透射比在對準(zhǔn)處理中隨著電場增加而下降。這表示，電場越大，對準(zhǔn)的均勻性就越高。另外，可以懂得，2°和1°的預(yù)傾斜角能夠獲得比6°預(yù)傾斜角下更低的黑色透射比。如下所述，由于黑色透射比變低，對比度增加，。
在圖1B中，可以懂得，為了實(shí)現(xiàn)100∶1的對比度，這認(rèn)為是顯示器件所需的最小對比度，在對準(zhǔn)處理中需要施加2V/μm(4V電壓)以上的電場?？梢远?，為了實(shí)現(xiàn)對于顯示器件比較理想的對比度150∶1以上，在對準(zhǔn)處理中需要施加3V/μm(6V電壓)以上的電場。進(jìn)而，為了實(shí)現(xiàn)對于顯示器件更加理想的對比度200∶1以上，在對準(zhǔn)處理中需要施加3.5V/μm以上的電場，并且預(yù)傾斜角要求在2°以下。還可以懂得，以1°的預(yù)傾斜角，可能獲得不低于300∶1的高對比度。因此，預(yù)傾斜角最好不超過2°，更好的不超過1°。注意，預(yù)傾斜角的下限需要在可控制的范圍內(nèi)，例如是0.5°或0.3°左右。
圖2是表示在對準(zhǔn)處理中施加低電場時的對準(zhǔn)狀態(tài)的顯微照片。以黑色狀態(tài)表示在預(yù)傾斜角為1°且對準(zhǔn)處理中的電場降低到1.5V/μm時獲得的對準(zhǔn)狀態(tài)。這被觀察為是在將測定單元夾在以交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化板之間并且將一個極化板的透射比軸與液晶的液晶分子長軸方向?qū)?zhǔn)的情況下獲得的狀態(tài)。黑白點(diǎn)一起出現(xiàn)，看見無數(shù)微小缺陷，而且不能獲得均勻的黑色狀態(tài)?？傊?，可以懂得，由于在對準(zhǔn)處理中施加低的電壓對準(zhǔn)處理是不充分的，并且不能獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)。
圖3A和3B是表示在對準(zhǔn)處理中施加高電場時的對準(zhǔn)狀態(tài)的顯微照片。圖3A表示在一個極化板的透射比軸與液晶分子長軸方向?qū)?zhǔn)時獲得的狀態(tài)，而為了參照圖3B表示在一個極化板的透射比軸與該液晶分子長軸方向彼此不對準(zhǔn)時獲得的狀態(tài)。用黑色狀態(tài)表示在預(yù)傾斜角為1°且對準(zhǔn)處理中的電場增加到5V/μm時獲得的對準(zhǔn)狀態(tài)。這觀察為在將測定單元夾在以交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化板之間并且將一個極化板的透射比軸對準(zhǔn)液晶的液晶分子長軸方向獲得的狀態(tài)。與圖2不同，觀測圖像的均勻性是高的，并且顯示基本上均勻的黑色背景狀態(tài)，因此顯示出該液晶具有均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)，即好的對準(zhǔn)。注意，在散布的點(diǎn)上略微可見的白色小點(diǎn)是由于墊片造成的對準(zhǔn)缺陷。另一方面，圖3B表示的狀態(tài)是在一個極化板的透射比軸與液晶的液晶分子長軸方向沒有對準(zhǔn)時的狀態(tài)，以便在明亮狀態(tài)下觀測該對準(zhǔn)狀態(tài)。彗星狀白色部份是由于墊片造成的，觀測的圖像與圖3A相比稍微清楚，因?yàn)檩S向沒有對準(zhǔn)。
以與實(shí)施例1的測定空白單元相同的方式制成一個比較的空白單元。條件上的差別僅僅是使用1°的預(yù)傾斜角，并且將具有透明電極的兩個玻璃襯底彼此面對放置，使其摩擦方向是反向平行(摩擦方向是以彼此相反的方向上取向所謂的反向平行摩擦)。以與實(shí)施例1的測定單元相同的方式，通過向比較的空白單元注入液晶產(chǎn)生一個比較單元，該液晶從高溫側(cè)到低溫側(cè)呈現(xiàn)的相序是各向同性液相(Iso)-手性向列(N*)相-手性層列C(Sc*)相。
圖4A是表示在實(shí)施例1的比較例中在對準(zhǔn)處理中施加的電壓與黑色透射比之間的關(guān)系的曲線。圖4B是表示在實(shí)施例1的比較例中在對準(zhǔn)處理中施加的電壓與對比度之間的關(guān)系的曲線。在圖4A中，橫坐標(biāo)代表對準(zhǔn)處理中的電場(V/μm)，縱坐標(biāo)代表對比度。首先，將經(jīng)過對準(zhǔn)處理的測定單元夾在交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化板之間，并且在25℃下測量黑色透射比(在施加0V時的透射比)和白色透射比(在施加10V時的透射比)。在圖4A中表示在這個測量中得到的黑色透射比，而在圖4B中表示用白色透射比除以黑色透射比(白色透射比/黑色透射比)獲得的值作為對比度。
在圖4A和4B中，隨著對準(zhǔn)處理中電場的增加出現(xiàn)黑色透射比稍有下降和對比度稍有改善的趨勢。然而，看不到象實(shí)施例1(圖1A和1B)中那樣明顯的改變。關(guān)于具體的數(shù)值，對于實(shí)施例1中4V/μm的電場，黑色透射比是0.04％，而在比較例中的黑色透射比高且稍小于0.2％。對于實(shí)施例1中4V/μm的電場，對比度是250，而在比較例中低達(dá)50左右。特性的如此惡化是由于反向平行摩擦方向，它造成對準(zhǔn)狀態(tài)均勻性的下降、對準(zhǔn)缺陷以及由缺陷引起光的泄漏。總之，在兩個襯底上形成的對準(zhǔn)薄膜的摩擦方向需要彼此相同。
以與實(shí)施例1相同的方法制成不同于實(shí)施例1的具有電極圖形的空白平板。電極圖形的基本規(guī)格是640×480象素，電極面積是6×10-5cm2，而面板的對角線尺寸是3.2英寸。同樣為各個象素形成作為開關(guān)元件的TFT，而預(yù)傾斜角僅設(shè)置在1°。
通過向空白平板中注入液晶制成測定面板(液晶顯示器件)，從高溫側(cè)到低溫側(cè)該液晶呈現(xiàn)相序各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相-手性層列C(Sc*)相。Iso相與Ch相之間的過渡溫度是108℃，Ch相與Sc*相之間的過渡溫度是68℃，而自發(fā)極化的幅度是3.7nC/cm2。
在加熱液晶達(dá)到Ch相(80℃)后，在通過以1℃/分固定該冷卻速率將液晶冷卻到室溫(25℃)的冷卻過程中，在包括68℃即Ch相與Sc*相之間的過渡溫度的73到63℃(68℃±5℃)的溫度范圍內(nèi)施加10V的DC電壓(5V/μm的電場)來執(zhí)行對準(zhǔn)處理。使執(zhí)行對準(zhǔn)處理的溫度范圍寬于實(shí)施例1的理由是消除溫度變化的影響，因?yàn)闇y定面板的面積(面板尺寸)比測定單元大。達(dá)到均勻?qū)?zhǔn)狀態(tài)的實(shí)施例2的測定面板呈現(xiàn)的300∶1對比度。測定面板被夾在以交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化薄膜之間，并且在不施加電壓時的平均分子軸LCMA基本上對準(zhǔn)極化薄膜的極化軸，形成黑暗狀態(tài)。
圖5是表示按照實(shí)施例2的液晶顯示器件的電壓-透射比特性的曲線。橫坐標(biāo)代表通過TFT施加的電壓，而縱坐標(biāo)代表對應(yīng)于透射比的發(fā)射光強(qiáng)度(任意單元中)。執(zhí)行測量使得在施加第一極性電壓(正電壓)時獲得高透射比(發(fā)射的光強(qiáng)度)。施加第二極性電壓(負(fù)電壓)的發(fā)射光強(qiáng)度基本上指示零，而施加第一極性的10V電壓的發(fā)射光強(qiáng)度是100，這樣液晶顯示器件能提供清晰的顯示。
以下的描述說明本發(fā)明應(yīng)用于使用有源矩陣驅(qū)動方案的液晶顯示器件(有源矩陣液晶顯示器件，以下稱為TFT-LCD)。由于作為液晶顯示器件的TFT～LCD的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1和實(shí)施例2是相同的，著重解釋其主要特征。注意，作為液晶(具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶)，可能使用呈現(xiàn)以下相序的液晶從高溫側(cè)到低溫側(cè)，各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相(手性向列N*相)-手性層列C(Sc*)相，或是呈現(xiàn)以下相序的液晶各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相-層列A(SA)相-手性層列C(Sc*)相。
圖6是一種TFT-LCD的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中表示以矩陣形式安排的象素。實(shí)施例3的TFT-LCD具有640×480象素，但是為了便于理解表示了以矩陣形式安排的2×2象素。在象素襯底(未示出)上形成對應(yīng)于各個象素的象素電極P11，P12，P21和P22。作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(以下稱為TFT)11，12，21和22分別連接到象素電極P11，P12，P21和P22。由于象素電極P11，P12，P21和P22以及TFT11，12，21和22是在象素襯底上形成的，象素襯底也稱為TFT襯底。放置在其上面形成公共電極Pc的公共襯底(未示出)面對于象素襯底。象素電極P11，P12，P21和P22及公共電極Pc被制成透明電極，并且彼此面對地安排，對液晶施加電壓(電場)。液晶是夾在公共襯底和象素襯底之間(在公共電極Pc與象素電極P11，P12，P21和P22之間)。
在象素襯底的行方向上形成掃描線(柵極線)Ls1和Ls2，并且將掃描線Ls1連接到TFT11和12的柵極電極，而掃描線Ls2連接到TFT21和22的柵極電極。掃描線Ls1對TFT11和12的柵極電極提供(施加)用于控制TFT11和12導(dǎo)通和關(guān)斷(開和關(guān))的控制電壓，而掃描線Ls2對TFT21和22的柵極電極提供(施加)用于控制TFT21和22導(dǎo)通和關(guān)斷(開和關(guān))的控制電壓?？傊琓FT11和12的導(dǎo)通和關(guān)斷是由掃描線Ls1控制的，而TFT21和22的導(dǎo)通和關(guān)斷是由掃描線Ls2控制的。
在象素襯底的列方向上形成數(shù)據(jù)線(源線)Ld1和Ld2，并且數(shù)據(jù)線Ld1連接到TFT11和21的源電極，而數(shù)據(jù)線Ld2連接到TFT12和22的源電極。因此，數(shù)據(jù)線Ld1可通過TFT11和21提供(施加)象素電壓給象素電極P11和P21，而數(shù)據(jù)線Ld2可通過TFT12和22提供(施加)象素電壓給象素電極P12和P22。總之，數(shù)據(jù)線(Ld1，Ld2)與象素電極(P11，P12，P21，P22)之間的連接和斷開是由TFT(11，12，21，22)的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的，使得在連接期間從數(shù)據(jù)線(Ld1，Ld2)施加象素電壓給象素電極(P11，P12，P21，P22)。
TFT-LCD具有0.1mm×0.1mm的象素間距，640×480象素，和64mm×48mm(對角線是3.2英寸)的顯示區(qū)域。在其上面形成公共電極(Pc)的公共襯底表面上以及在其上面形成象素電極(P11，P12，P21，P22)的象素襯底表面上施加聚酰亞胺，然后在200℃下烘焙1小時形成大約20nm的聚酰亞胺薄膜。使用相對于向列液晶具有1°的預(yù)傾斜角的聚酰亞胺薄膜作為對準(zhǔn)薄膜。通過用人造纖維織物摩擦對準(zhǔn)薄膜的表面，然后將兩個襯底即公共襯底和象素襯底彼此面對地上下放置，同時用平均顆粒度為1.8μm的硅橡膠制成的墊片保持兩個襯底之間的間隙，產(chǎn)生空白平板。產(chǎn)生的空白平板的間隙在實(shí)際測量中大約是2.0μm。
通過向產(chǎn)生的空白平板注入液晶(液晶材料)產(chǎn)生液晶平板，該液晶呈現(xiàn)的相序是從高溫側(cè)到低溫側(cè)，各向同性液相(Iso)-cholesteric(Ch)相-手性層列C(Sc*)相。Iso相與Ch相之間的過渡溫度是108℃，Ch相與Sc*相之間的過渡溫度是68℃，而自發(fā)極化的幅度是3.7nC/cm2。在Sc*相，為了獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)(單穩(wěn)態(tài))，在將已經(jīng)注入液晶的液晶平板加熱到呈現(xiàn)Ch相的溫度(例如是80℃)，即比Sc*相的高的溫度相之后，以1℃/分的冷卻速率使其冷卻。
在實(shí)施例3中，在冷卻過程中液晶具有73℃和63℃之間的溫度(以1℃/分的冷卻速率大約要10分鐘，在從比手性層列C相的高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近)的溫度范圍中，對所有掃描線施加5V的DC電壓(提供控制電壓)，對所有數(shù)據(jù)線施加4V的DC電壓(提供象素電壓)，并且對公共電極(公共電極線)施加0V的電壓。注意，用于連接掃描線和數(shù)據(jù)線的象素襯底電位均衡線(Lds)和用來連接象素襯底電位均衡線(Lds)與公共電極線(Lc)的襯底之間的電位均衡線(Ldsc)是事先斷開的。由于在安裝(連接)驅(qū)動器(液晶驅(qū)動電路)之前執(zhí)行作為對準(zhǔn)處理施加的電壓，完全不需要考慮對驅(qū)動器的影響和驅(qū)動器的特性。
在這個電壓施加狀態(tài)下，所有開關(guān)元件(TFT)都處在導(dǎo)通狀態(tài)，并且對所有象素電極施加象素電壓(由數(shù)據(jù)線通過開關(guān)元件給象素施加電壓)。另外，對夾在兩個襯底即公共襯底和象素襯底之間的液晶施加由象素電壓和該襯底之間的間隙所確定的幅度的電場。由于象素電壓是4V，而公共電極的電壓是0V，施加在夾層液晶是4V。由于間隙是2μm，施加在液晶上的電場強(qiáng)度大約是2V/μm。
TFT-LCD是夾在以交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化板之間，而在30℃下測量黑色透射比(在施加0V時)和在施加10V時測量白色透射比。結(jié)果，在整個顯示區(qū)域上獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)，但是在黑色顯示下看到一些不規(guī)則對準(zhǔn)。但是，可能保證0.08％的黑色透射比和8.80％的白色透射比，以及110的對比度。110的對比度對于作為液晶顯示器件的實(shí)際應(yīng)用是足夠的值。另外，可能在對準(zhǔn)處理之后檢查光學(xué)特性，然后僅僅為優(yōu)良產(chǎn)品連接極化板并安裝驅(qū)動器，這樣能降低制造成本。
在實(shí)施例1中的不規(guī)則對準(zhǔn)的原因可考慮如下。在對準(zhǔn)處理后TFT的Vg-Id特性(水平柵極電壓Vg對垂直漏極電流Id的特性)與對準(zhǔn)處理之前相比被移到了高電壓側(cè)(柵極門限電壓升高)，在TFT中產(chǎn)生電壓降，因此，施加在(象素電極和公共電極之間的)液晶上的電壓下降，并且不能對液晶施加對準(zhǔn)處理所需的足夠電壓?？梢哉J(rèn)為TFT的Vg-Id特性向高電壓側(cè)偏移是因?yàn)橛蓽囟纫约霸趯?zhǔn)處理中對TFT施加DC電壓所造成的TFT特性惡化。
總之，可以認(rèn)為，由于對準(zhǔn)處理中的加熱溫度是在從Ch相到Sc*相的過渡溫度附近并且高于室溫，并且由于長時間在高溫下在柵極(掃描線)和源極(數(shù)據(jù)線)之間提供電位差(在施加到掃描線的5V與施加到數(shù)據(jù)線的4V之間有1V之差)，電子被截留在TFT的柵極絕緣膜中，并且出現(xiàn)柵極門限電壓位移。
在實(shí)施例3中，在冷卻過程中液晶具有73℃到63℃之間的溫度(以1℃/分的冷卻速率大約要10分鐘，在從比手性層列C相高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近)的溫度范圍中，對所有掃描線(提供控制電壓)和所有數(shù)據(jù)線(提供象素電壓)同時施加4V的DC電壓，并且對公共電極(公共電極線)施加0V的電壓。由于所有掃描線和所有數(shù)據(jù)線是由象素襯底電位均衡線(Lds)彼此連接的，可能對數(shù)據(jù)線施加與控制電壓電位相同的象素電壓。因此，如果從象素襯底電位均衡線(Lds)和公共電極線(Lc)上斷開襯底間電位均衡線(Ldsc)，可能施加4V給象素電極側(cè)，而施加0V給公共電極側(cè)。由于在安裝(連接)驅(qū)動器(液晶驅(qū)動電路)之前執(zhí)行作為對準(zhǔn)處理的施加電壓，完全不需要考慮對驅(qū)動器的影響和驅(qū)動器的特性。
在這個電壓施加狀態(tài)下，所有開關(guān)元件(TFT)都處在導(dǎo)通狀態(tài)，并且對所有象素電極施加象素電壓(數(shù)據(jù)線通過開關(guān)元件對象素施加象素電壓)。另外，對夾在兩個襯底即公共襯底和象素襯底之間的液晶施加由象素電壓和襯底之間的間隙確定的幅度的電場。由于象素電壓是4V，而公共電極的電壓是0V，施加在夾層液晶是4V。由于間隙有2μm，施加在液晶上的電場強(qiáng)度大約是2V/μm。
TFT-LCD是夾在以交叉-Nicol狀態(tài)安排的兩個極化板之間，并在30℃測量黑色透射比(在施加0V時)，以及在施加10V時測量白色透射比。因此，在整個顯示區(qū)域上獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)，并且能夠獲得0.06％的黑色透射比和8.90％的白色透射比，以及148的對比度。特別是，與實(shí)施例1的對比度相比該對比度有明顯的改善。另外，可能在對準(zhǔn)處理之后檢查光學(xué)特性，然后僅僅給優(yōu)良產(chǎn)品連接極化板和安裝驅(qū)動器，這樣能降低制造成本。
與例2不同，改變在過渡溫度附近的電壓施加條件，使得所有掃描線和所有數(shù)據(jù)線同時處在0V，而給公共電極(公共電極線)施加4V的電壓作為DC電壓。換句話說，在例3中，控制電壓和象素電壓的電位為零并且低于公共電極的電位。注意，其他條件與例2相同。在與例2相同的條件下測量該特性。因此，在整個顯示區(qū)域獲得均勻的對準(zhǔn)狀態(tài)，并且獲得0.05％的黑色透射比，8.80％的白色透射比和176的對比度。與例2相比獲得更高的對比度。
在例3中，由于控制電壓和象素電壓(DC電壓)的電位被設(shè)置低于公共電極的電位，控制電壓和象素電壓的電位比公共電極的電位低，因此能穩(wěn)定對準(zhǔn)處理。另外，將控制電壓和象素電壓(DC電壓)的電位設(shè)置為零，能夠執(zhí)行更加穩(wěn)定的對準(zhǔn)處理。
圖7是表示使用場順序彩色方案的液晶顯示器件的驅(qū)動順序的概念圖。通過組合能夠以時分方式發(fā)射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)色光的背光BL和液晶顯示面板LCP制作能由場順序彩色方案驅(qū)動的液晶顯示器件。液晶顯示面板LCP與實(shí)施例2的測定面板相同。
由場順序彩色方案驅(qū)動的背光BL分別在周期T1，T2和T3中以時分方式接通紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)色。對應(yīng)于周期T1，T2和T3形成子場SFR，SFG和SFB。分別在子場SFR，SFG和SFB中顯示紅色屏、綠色屏和藍(lán)色屏，并且顯示在一場1F中通過組合各色的屏幕獲得的合成屏幕(認(rèn)為是由人類視覺的剩余圖像效應(yīng)獲得的合成屏幕)，能夠提供彩色顯示。在周期T4，T5和T6及其之后以相同的方式重復(fù)這種操作，從而提供彩色顯示。注意，每個周期T1，T2和T3大約是1/180秒以內(nèi)，而一場1F大約是1/60秒以內(nèi)。
給(在電極之間即公共電極與象素電極之間)的液晶顯示面板LCP施加的電壓設(shè)置在0V±7V的范圍內(nèi)，然后用正極性電壓執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入掃描，并且用具有負(fù)極性并且與數(shù)據(jù)寫入掃描中使用的基本相等的幅度的電壓執(zhí)行數(shù)據(jù)擦除掃描(擦除黑色寫入)。利用場順序彩色方案設(shè)計(jì)用于施加驅(qū)動電壓的液晶顯示器件，可能實(shí)現(xiàn)具有高質(zhì)量的液晶顯示器件，諸如具有高對比度，高亮度和高彩色純度顯示。至于背光BL的光源，使用易于調(diào)節(jié)亮度和切換的紅、綠和藍(lán)半導(dǎo)體發(fā)光二極管。不用說，本發(fā)明也能應(yīng)用于使用微型濾色器替代場順序彩色方案的彩色液晶顯示器件。
由于本發(fā)明在不脫離其基本特征的精神下可以以多種形式實(shí)施，因此這些實(shí)施例是說明性的而并非限定性的，由于本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求書而不是以上的描述限定的，落入權(quán)利要求書界定范圍內(nèi)的所有變更或是在此范圍內(nèi)的等效物都屬于該權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件的制作方法，該液晶顯示器件包括夾住具有自發(fā)極化的液晶的兩個襯底；以及在襯底上形成的、用于施加電壓給液晶的電極，在不施加電壓時該液晶呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，其中在單穩(wěn)態(tài)中液晶分子的導(dǎo)向的平均分子軸單方向?qū)?zhǔn)，所述方法包括以下步驟加熱該液晶；并且在執(zhí)行對準(zhǔn)處理中在從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近施加電場強(qiáng)度不小于2V/μm的電場，在加熱液晶之后執(zhí)行該對準(zhǔn)處理以獲得單穩(wěn)態(tài)。
2.按照權(quán)利要求1的液晶顯示器件的制作方法，其特征是該電場的電場強(qiáng)度不小于3V/μm。
3.按照權(quán)利要求1的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于該過渡溫度附近的溫度范圍包括該過渡溫度±2℃的溫度范圍。
4.按照權(quán)利要求1的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于該液晶呈現(xiàn)相序，從高溫側(cè)到低溫側(cè)或是各向同性液相-cholesteric相-手性層列C相，各向同性液相-手性向列相-層列A相-手性層列C相，或是各向同性液相-cholesteric相-層列A相-手性層列C相。
5.利用權(quán)利要求1的液晶顯示器件的制作方法制作的一種液晶顯示器件，其特征是包括分別在兩個襯底上形成的對準(zhǔn)薄膜，其中所述對準(zhǔn)薄膜的摩擦方向彼此相同。
6.按照權(quán)利要求5的液晶顯示器件，其特征是所述對準(zhǔn)薄膜的預(yù)傾斜角不大于2°。
7.利用權(quán)利要求1的液晶顯示器件的制作方法制作的一種液晶顯示器件，其特征是包括由場順序彩色方案驅(qū)動的背光，其中數(shù)據(jù)寫入掃描電壓和數(shù)據(jù)擦除掃描電壓施加在該電極之間。
8.一種液晶顯示器件的制作方法，該液晶顯示器件包括具有象素電極的象素襯底；面對所述象素襯底放置的、具有公共電極的公共襯底；用于提供施加給所述象素電極的象素電壓的數(shù)據(jù)線；通過導(dǎo)通和關(guān)斷控制所述象素電極與所述數(shù)據(jù)線之間的連接和斷開的開關(guān)元件；用于提供控制開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷的控制電壓的掃描線；以及夾在所述象素襯底和所述公共襯底之間具有自發(fā)極化的液晶，其中在不施加電壓時所述液晶呈現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，在單穩(wěn)態(tài)中液晶分子的導(dǎo)向的平均分子軸單方向?qū)?zhǔn)，該方法包括以下步驟加熱該液晶；并且對所述掃描線施加用于導(dǎo)通所述開關(guān)元件的控制電壓，并在對準(zhǔn)處理中從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近對所述數(shù)據(jù)線施加DC電壓，在加熱該液晶之后執(zhí)行該對準(zhǔn)處理以獲得單穩(wěn)態(tài)。
9.按照權(quán)利要求8的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于以DC電壓施加給該液晶的電場強(qiáng)度不小于2V/μm。
10.按照權(quán)利要求8的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于用來導(dǎo)通開關(guān)元件的該控制電壓和該DC電壓是等電位的。
11.按照權(quán)利要求10的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于該控制電壓和該DC電壓的電位低于所述公共電極的電位。
12.按照權(quán)利要求10的液晶顯示器件的制作方法，其特征在于該控制電壓和該DC電壓的電位是零。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示器件的制作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶的均勻?qū)?zhǔn)，并且提供一種液晶顯示器件。從高溫側(cè)到低溫側(cè)，呈現(xiàn)的相序或者各向同性液相－cholesteric相－手性層列C相，各向同性液相－手性向列相－手性層列C相或者各向同性液相－cholesteric相－層列A相－手性層列C相的液晶(具有自發(fā)極化的單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶)是夾在具有透明電極和對準(zhǔn)薄膜的兩個玻璃襯底之間，對準(zhǔn)薄膜的預(yù)傾斜角不大于2°且摩擦方向是平行的。在加熱該液晶之后為獲得單穩(wěn)態(tài)而執(zhí)行的對準(zhǔn)處理中，在從比手性層列C相更高的溫度相到手性層列C相的過渡溫度附近施加電場，其電場強(qiáng)度不小于2V/μm。
文檔編號G02F1/1368GK1484082SQ0315239
公開日2004年3月24日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者吉原敏明, 只木進(jìn)二, 白戶博紀(jì), 清田芳則, 牧野哲也, 笠原滋雄, 別井圭一, 一, 也, 二, 則, 紀(jì), 雄 申請人:富士通株式會社