專利名稱:聚合物分散的液晶顯示裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種聚合物分散的(polymerdispersed)液晶顯示裝置及其制造方法。
一種聚合物分散的液晶通過(guò)在透明的聚合物材料中分散向列型液晶而獲得。在使用該聚合物分散的液晶的液晶顯示裝置中,一聚合物分散的液晶層設(shè)置于一對(duì)透明基片之間,該透明基片上形成有電極。
一具有聚合物分散的液晶層的透射型液晶顯示裝置,當(dāng)一電場(chǎng)被加在其兩基片的電極間時(shí)被驅(qū)動(dòng),以完成顯示。在未施加電場(chǎng)時(shí),聚合物分散的液晶層中的液晶分子是指向各種不同方向的。在此狀態(tài)下,通過(guò)該聚合物分散的液晶層透射的光被由液晶引起的光散射作用及產(chǎn)生在液晶和聚合物材料的界面上的光散射作用散射。因此,顯示裝置的未加電場(chǎng)的部分被置為一接近黑色的黑色顯示狀態(tài)。
當(dāng)一高于液晶的閾值的電場(chǎng)被加于電極間時(shí),液晶的分子被一致地準(zhǔn)直在一個(gè)方向以使它們垂直于基片的表面。接著,透射光被透射通過(guò)該聚合物分散的液晶層而基本上未受到分散作用。因此,該顯示裝置的被施加電場(chǎng)的部分被置為一光亮顯示狀態(tài)。
由于該聚合物分散的液晶顯示裝置是通過(guò)控制透射光的量和散射光的量而實(shí)現(xiàn)顯示的,其不需要一偏振片因此,這種聚合物分散的液晶顯示裝置可以獲得比傳統(tǒng)的全數(shù)字(TN)液晶顯示裝置更亮的顯示。
近年來(lái),一般建議采用具有上述優(yōu)點(diǎn)的該聚合物分散的液晶顯示裝置用于有源矩陣型液晶顯示裝置,后者通過(guò)一薄膜晶體管(以后稱為TFT)驅(qū)動(dòng)。雖然該TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置可以被以一高時(shí)分方式驅(qū)動(dòng)并且可以獲得一亮的和高清晰度點(diǎn)陣顯示圖象,但其難以獲得一高的對(duì)比度。這是因?yàn)樵卩徑南笏刂形醇与妶?chǎng)的部分中,光總是被該聚合物分散的液晶散射,并且被散射的光向外泄漏。
該液晶顯示裝置是根據(jù)一種方法制造的,該方法中,該裝置是通過(guò)用一框形密封件將一對(duì)基片結(jié)合起來(lái)而組成的,通過(guò)混合一種光凝結(jié)的(photo-setting)聚合材料的單體和液晶得到的溶液被填入該裝置,之后,該聚合材料的單體通過(guò)光輻射被聚合,由此形成一聚合物分散的液晶層。然而,如果以此方式組成的該裝置的基片間的間隙是不一致的,則形成在基片間的聚合物分散的液晶層的厚度是一不致的,這將導(dǎo)致顯示的不均勻。為此,一般地將由球形基粒(grassparticles)?;蚨痰牟AЮw維制成的透明基片間隙整平隔離物分布在該一對(duì)基片之間。該基片間隙由這些隔離物整平,由此將該聚合物分散的液晶層的厚度在整個(gè)層上限定為基本一致。
然而,在該傳統(tǒng)的液晶顯示裝置中,穿過(guò)設(shè)置有該基片間隙整平隔離物處的光基本上未經(jīng)散射地透射過(guò)這些隔離物并射出。因此,對(duì)應(yīng)于這些隔離物的形狀的亮點(diǎn)即出現(xiàn)在黑色顯示區(qū)中,這些黑色顯示區(qū)是由在聚合物分散的液晶層內(nèi)的光散射而顯示出來(lái)的。由于這些亮點(diǎn),使得顯示質(zhì)量被降低。
特別地,在經(jīng)常被用作小象素高清晰度顯示如視頻顯示的TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置中,在小象素中上述的亮點(diǎn)的出現(xiàn)成為一嚴(yán)重的問(wèn)題。
另外,雖然該聚合物分散的液晶顯示裝置具有亮的屏幕,但是由于液晶被分散在樹(shù)脂中,其要求高的驅(qū)動(dòng)電壓,以致于阻礙了其作為顯示裝置的實(shí)際應(yīng)用。因此,一般建議增加在該聚合物分散的液晶層中液晶的比例。如果該聚合物分散的液晶層中液晶的比例被增加,則由于液晶比例的增加使因樹(shù)脂部分引起的電壓降被減少,由此降低驅(qū)動(dòng)電壓。然而,根據(jù)傳統(tǒng)的制造方法,如果增加在將被注入單元的溶液混合物中的液晶的比例,則無(wú)法得到液晶被均勻分散的聚合物分散的液晶層,引起該聚合物分散的液晶顯示裝置的顯示不均勻,這是由于以下原因。
即,即使當(dāng)該溶液混合物是由在飽合狀態(tài)溶解液晶組成的,當(dāng)該溶液混合物被根據(jù)真空注入注入到該單元中時(shí),在真空狀態(tài)中被注入到單元中的混合物的壓強(qiáng)降低,使液晶的可溶性降低。當(dāng)該混合物的液晶的可溶性降低時(shí),一定量的超出溶解度的液晶分離出來(lái),在混合物中形成僅由聚集在一起的液晶構(gòu)成的液晶團(tuán)。為了形成該聚合物分散的液晶層,該混合物被注入單元,之后該混合物中光凝結(jié)的樹(shù)脂被光聚合。因此,如果液晶團(tuán)出現(xiàn)在該混合物中,在該聚合物分散的液晶層中的液晶的分散狀態(tài)變得不均勻,且因此該聚合物分散的液晶層的光學(xué)特性(透射及散射特性)變得不均勻,引起顯示不均勻。
在上述的光聚合過(guò)程中,如果聚合物的平穩(wěn)的聚合反應(yīng)被液晶的分子干擾,則無(wú)法得到均勻的聚合物分散的液晶層的結(jié)構(gòu),并且其光學(xué)特性也變得不均勻,由此引起顯示的不均勻。
本發(fā)明的一個(gè)目的即在于提供一種TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置,其能通過(guò)在高對(duì)比度下高負(fù)載(duty)時(shí)分驅(qū)動(dòng)獲得亮的和高清晰度的顯示。
為了達(dá)到上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種聚合物分散的液晶顯示裝置,其包括一對(duì)平行地隔開(kāi)以一預(yù)定間隙相對(duì)的基片,其中之一是透明的;以一矩陣形式設(shè)置在該一對(duì)基片之一上的多數(shù)象素電極;一設(shè)置在基片中另一個(gè)上且對(duì)著該多數(shù)象素電極的相對(duì)電極;分別提供給該多數(shù)象素電極的多數(shù)薄膜晶體管;一位于該一對(duì)基片之間的聚合物分散的液晶顯示層,其由以分散狀態(tài)將液晶混合在聚合材料中而得到,該層具有對(duì)應(yīng)于象素電極的第一區(qū)域和在第一區(qū)域之間的第二區(qū)域;設(shè)置在該聚合物分散的液晶層中的第二區(qū)域處的光遮蔽裝置;以及基片間隙整平裝置,設(shè)于該聚合物分散的液晶層中,用于整平該一對(duì)基片間的間隙。
當(dāng)該聚合物分散的液晶顯示裝置被以上述方式設(shè)置時(shí),入射在該第二區(qū)域上的光及被聚合物分散的液晶散射的光被該光遮蔽裝置可靠地阻擋而無(wú)法向外射出。相應(yīng)地,由該TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置得到的顯示圖象的對(duì)比度增大,且可獲得一被高時(shí)分驅(qū)動(dòng)的明亮、高對(duì)比度、高清晰度的顯示圖象。
在如上描述的聚合物分散的液晶顯示裝置中,該基片間隙整平裝置最好被設(shè)置在一基片的第二區(qū)域中。在此情況,基粒(grassparticles)可最好地被用作基片間隙整平裝置。至少表面為黑的基??杀挥米鞴庹诒窝b置,同時(shí)被用作基片間隙整平裝置。另外,該基片間隙整平裝置可包括間隙整平件和用于固定該間隙整平件在基片上的固定件。在此情況,一由光凝結(jié)的聚合材料如光敏聚酰亞胺(polyidmide)或感光性樹(shù)脂(photoresist)制成的樹(shù)脂膜可被用作該于間隙整平件和基片之間的固定件。
該聚合物發(fā)散的液晶顯示裝置可以利用一具有光散射性能的部件作為基片間隙整平裝置。在此情況,具有粗糙表面的基粒適于用作該具有光散射性能的部件。
根據(jù)上述的聚合物分散的液晶顯示裝置,透射穿過(guò)該基片整平裝置的光可被可靠地阻擋而不會(huì)向外泄漏在黑色顯示區(qū)域中形成亮點(diǎn),使得顯示對(duì)比度可被進(jìn)一步改善。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種聚合物分散的液晶顯示裝置,其包括一對(duì)平行隔開(kāi)而以一預(yù)定間隙相對(duì)的基片,其中之一是透明的;以一矩陣形式設(shè)置在該對(duì)基片之一上的多數(shù)象素電極;一設(shè)置在另一基片上對(duì)著該多數(shù)象素電極的相對(duì)電極;分別設(shè)置給該多數(shù)象素電極的多數(shù)薄膜晶體管;一聚合物分散的液晶層,其設(shè)于該對(duì)基片之間且由以一分散狀態(tài)在一種聚合材料中混合液晶材料而獲得;以及基片間隙整平件,分布在該聚合物分散的液晶層中且具有光散射性能,用于整平該對(duì)基片間的間隙。
當(dāng)該聚合物分散的液晶顯示器被以如上方式設(shè)置時(shí),由于那些基片間隙整平件具有高的光散射性能,穿過(guò)設(shè)有該基片間隙整平件部分的光被以與發(fā)生在根據(jù)該聚合物分散的液晶層的TFT驅(qū)動(dòng)未加電場(chǎng)的部分的光散射一樣的方式散射。黑色顯示區(qū)在其整個(gè)區(qū)域上具有基本均勻的黑色,使得黑色顯示區(qū)中不會(huì)出現(xiàn)亮點(diǎn)。
在上述的聚合物分散的液晶顯示裝置中,具有粗糙表面的基粒適于用作該具有光散射性能的基片間隙整平件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法,該方法能夠形成一種即使當(dāng)液晶的組成比例增加時(shí)液晶也可均勻分散的聚合物分散的液晶層。
為了達(dá)到以上的目的,根據(jù)本發(fā)明,提供了一種制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法,其包括通過(guò)向一對(duì)相對(duì)的基片間填入一種溶液混合物形成一液晶單元的步驟,該溶液混合物包含一種光凝結(jié)的聚合材料及一種液晶材料,該溶液混合物具有不低于一可溶極限溫度的溫度,該可溶極限溫度是一較低極限溫度,在該溫度該兩種材料可在大氣壓下相互溶解;以及通過(guò)向該溶液混合物照射光凝結(jié)該光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
根據(jù)上述的制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法,一種聚合物分散的液晶顯示裝置被穩(wěn)定地形成,在該液晶顯示裝置中,當(dāng)大量液晶材料被溶于該光凝結(jié)的聚合材料中時(shí)該光凝結(jié)的聚合材料被凝結(jié)并且該大量的液晶被以均勻分散的狀態(tài)容存于該光凝結(jié)了的聚合材料層中如此,可被低電壓驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置可被可靠地獲得。
在該制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法中,所述單元形成步驟最好包括在真空狀態(tài)向該一對(duì)基片間填充包含不低于在常溫常壓下的溶解度的比例的該兩種材料的溶液混合物的步驟,以及提高該溶液混合物的溫度至一不低于該可溶極限溫度的溫度的步驟。在此情況,該溫度提高步驟可在該填充步驟后被執(zhí)行,或者該溫度提高步驟可分別在該填充步驟之前及之后被執(zhí)行。所述凝結(jié)步驟最好包括一在不低于該可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低該溶液混合物的溫度的步驟及一通過(guò)向該溫度已降低的溶液混合物輻射光而聚合該光凝結(jié)的聚合材料的步驟。當(dāng)該溫度升高步驟是在該填充步驟之前及之后執(zhí)行時(shí),在前一溫度升高步驟中,該溶液混合物的溫度最好可被升高至該可溶極限溫度,且在后一溫度升高步驟中,該溶液混合物的溫度最好可被升高至一不低于該液晶的N-I點(diǎn)(向列相-無(wú)向相點(diǎn))的溫度。在此情況,該光聚合步驟最好可在通過(guò)在不高于該溶液混合物的N-I點(diǎn)及不低于該可溶極限溫度的范圍內(nèi)設(shè)定溶液混合物的溫度的設(shè)定步驟中的設(shè)定已被執(zhí)行之后被執(zhí)行。
在上述的制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法中,在該單元形成過(guò)程中在該填充步驟之后,該溶液混合物的溫度可被升高至不低于該N-I點(diǎn),或者在該填充步驟之前該溶液混合物的溫度可被升高至不低于該N-I點(diǎn)且在填充步驟之后再升高該溶液混合物的溫度。在任一情況中,該溶液混合物可在已被升至不低于N-I點(diǎn)的該溶液混合物的溫度在不低于N-I點(diǎn)的范圍內(nèi)被降低之后被聚合?;蛘?,該溶液混合物也可在其溫度被降低至不高于該N-I點(diǎn)且不低于該可溶極限溫度之后被聚合。
另外,在上述的制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法中,該聚合材料最好在通過(guò)將光照射在該溶液混合物的同時(shí)分散地?cái)噭?dòng)它的凝結(jié)步驟中被聚合。此情況中,該溶液混合物最好被超聲波振動(dòng)分散地?cái)噭?dòng)。
本發(fā)明其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下的描述中給出,且部分地將從該說(shuō)明中顯示出來(lái)或者通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而被理解。本發(fā)明的這些目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)在所附權(quán)利要求書中特別指出的手段或組合被認(rèn)識(shí)和獲得。
與說(shuō)明書相結(jié)合并構(gòu)成其一部分的附圖顯示了本發(fā)明目前的較佳實(shí)施例,且和以上的一般性描述及以下的對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一種聚合物分散的液晶顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例的部分的剖視圖;
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的該實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的該實(shí)施例的部分的平面視圖;
圖4是顯示用于根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的該實(shí)施例中設(shè)置隔離物的方法的流程框圖;
圖5A、5B、5C及5D是分別顯示在根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的該實(shí)施例中設(shè)置隔離物的各步驟的示意圖;
圖6A、6B、6C及6D是分別顯示一種制造根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的方法的一個(gè)實(shí)施例的各步驟的示意圖;
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置中的一聚合物分散的液晶層的示意性剖視圖;
圖8A和8B是分別顯示制造根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的方法的另一實(shí)施例的各步驟的示意圖;
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的另一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
以下將參照?qǐng)D1至圖9描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置具有如圖1至圖3所示的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D2,一對(duì)由玻璃或類似材料制成的透明基片1和2以一預(yù)定間隙相對(duì),它們被一框形密封件3在其周邊部分結(jié)合在一起。如圖3所示,多數(shù)象素電極4以一矩陣形式被設(shè)置在基片1的對(duì)著另一基片2的相對(duì)表面上,一TFT5提供給各象素電極4。這些TFT在圖2中被省略。
如圖1所示,用于將基片1和2之間的間隙整平為一預(yù)定尺寸的基片間隙整平裝置設(shè)置于保留區(qū)B,該保留區(qū)B是通過(guò)從框形密封件3內(nèi)部區(qū)域移走對(duì)應(yīng)于象素電極4的象素區(qū)A而得到的。即,該基片間隙整平裝置是設(shè)置在區(qū)域B的,該區(qū)域B是在定位在框形密封件內(nèi)部的象素電極處的區(qū)域A之間的。
本實(shí)施例中的這些基片間隙整平裝置包括多數(shù)的用作間隙整平件的隔離物6及用作將該等隔離物6固定在基片1的表面上的固定件的樹(shù)脂膜7。該多數(shù)隔離物6通過(guò)該樹(shù)脂膜7被固定在透明基片1的保留區(qū)B內(nèi)且在基本相同的高度,而基片1和2之間的間隙由該隔離物6被保持在基本相同的尺寸。球形基?;蚨痰牟AЮw維適于用作該隔離物6的材料,而如光敏聚酰亞胺等的光凝結(jié)的聚合材料適于用作該樹(shù)脂膜7的材料。
用作光遮蔽裝置的黑色遮蔽層8以柵格方式設(shè)置在對(duì)著基片1的另一基片2的相對(duì)表面隔開(kāi)對(duì)應(yīng)于象素電極的象素區(qū)A的保留區(qū)B內(nèi)。一絕緣層9形成在基片2的相對(duì)表面的幾乎整個(gè)部分上以覆蓋該黑色遮蔽層8,一平面相對(duì)電極10形成并覆蓋幾乎該絕緣層9的全部一聚合物分散的液晶層11形成在由基片1和2以及密封件3限定的區(qū)域內(nèi)。該聚合物分散的液晶層11是通過(guò)在一種液晶材料被均勻地分散在一種光凝的聚合材料內(nèi)之后光凝結(jié)該聚合材料得到的。該液晶因它被均勻地分散在該聚合材料內(nèi)而被容存在該透明的聚合層內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的聚合物分散的液晶顯示裝置中,對(duì)應(yīng)于顯示數(shù)據(jù)的信號(hào)電壓通過(guò)用作開(kāi)關(guān)元件的TFT5被加在象素電極4上,且電場(chǎng)被加在象素電極4和相對(duì)電極10之間以對(duì)應(yīng)于顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)未加電場(chǎng)時(shí),該聚合物分散的液晶層11內(nèi)的液晶分子是指向各方向的在此未加電場(chǎng)的狀態(tài),入射在該聚合物分散的液晶層11上的光被由液晶引起的光散射作用及出現(xiàn)在液晶和該聚合層界面間的光散射作用所散射。因此,其光透射性減弱,并且如果該液晶顯示裝置是透射型的,其被設(shè)置為黑色顯示狀態(tài)。
當(dāng)一等于或大于該液晶的閾值電壓的電場(chǎng)被加在象素電極4和相對(duì)電極10之間時(shí),液晶的分子被一致性排列以垂直于基片1和2的表面,且透射的光基本未受光散射作用地透射穿過(guò)該聚合物分散的液晶層11。因此,在施加了電場(chǎng)的部分的光透射性增強(qiáng),且如果該液晶顯示裝置是透射型的,其被設(shè)置為光亮狀態(tài)。
該隔離物6僅設(shè)置于保留區(qū)B中而不出現(xiàn)在象素區(qū)A中。因此,當(dāng)光入射在未加電場(chǎng)的象素區(qū)A上時(shí),其完全被該聚合物分散的液晶層11散射且其射出被降低。相應(yīng)地,與傳統(tǒng)的顯示裝置不同,對(duì)應(yīng)于隔離物6的形狀的亮點(diǎn)不會(huì)形成在黑色顯示區(qū)內(nèi),且黑色顯示區(qū)全部被設(shè)置為均勻的黑色,由此可可靠地提高顯示質(zhì)量。在入射在保留區(qū)B的光中,那些入射在隔離物6上的光未經(jīng)散射地透射過(guò)隔離物6。然而,由于這些光被黑色遮蔽層8所遮蔽,它們不會(huì)射出引起問(wèn)題。雖然入射在保留區(qū)B上的其它部分光被聚合物分散的液晶層11所散射,它們的散射光也被黑色遮蔽層所遮蔽使它們不能射出。以此方式,由于入射在保留區(qū)B上的光全部被黑色遮蔽層8可靠地阻擋而無(wú)法射出,顯示的對(duì)比度被改善,進(jìn)一步改善了TFT驅(qū)動(dòng)的聚合物分散的液晶顯示裝置的顯示質(zhì)量。
該隔離物6可由如黑色材料的非透射材料形成,或者采用具有以黑色膜包覆的表面的隔離物在此情況,隔離物6也可用作黑色遮蔽物,使得無(wú)需單獨(dú)設(shè)置黑色遮蔽層8。
在前述的制造該聚合物分散的液晶顯示裝置的方法中,一種制造基片1的方法將參照?qǐng)D4及圖5A至5D描述。在圖5A至5D中,象素電極4被省略。
首先,其上形成有象素電極的透明基片1被洗清大量的隔離物6被注入如光敏聚酰亞胺(polyimide)母體的樹(shù)脂液中并混合。
之后,如圖5A所示,該混合有隔離物6的光敏聚酰亞胺母體的樹(shù)脂液被涂覆在其上形成有象素電極4的透明基片1的整個(gè)表面上,且使該樹(shù)脂液變干,以使大量的隔離物6通過(guò)樹(shù)脂層7與透明基片1接觸。
接著,如圖5B所示,一光掩膜M被設(shè)置在該透明基片1的上方或上面以使之覆蓋住象素區(qū)A,而保留區(qū)B則通過(guò)被光(紫外線)照射而曝光。作為樹(shù)脂膜7的光敏聚酰亞胺母體由此曝光被光交聯(lián)(photo-crosslinked)。
接著,如圖5C所示,樹(shù)脂膜7的那些未曝光的部分和在這些部分的隔離物6一起通過(guò)顯影被去掉而只留下在曝光部分的樹(shù)脂膜7和隔離物6。如圖5D所示,該經(jīng)顯影的樹(shù)脂層7被鍛燒以將該光敏聚酰亞胺母體轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺凡⑸傻木埘啺纺Y(jié)。這樣,隔離物6由樹(shù)脂膜7被固定在透明基片1上。以此方式,隔離物6被固定在透明基片1的特定部分,即,隔離開(kāi)象素區(qū)A的保留區(qū)B內(nèi)。感光性樹(shù)脂或類似材料可被用作樹(shù)脂膜7的材料。
利用以如上方式制造的透明基片1制造聚合物分散的液晶顯示裝置的步驟將參照?qǐng)D6A至6D被描述,在圖6A至6D中,象素電極4和相對(duì)電極10被省略。
首先,如圖6A所示,該一對(duì)透明基片1和2被以密封件3相互結(jié)合起來(lái),由此組成單元C,通過(guò)去掉密封件3的一部分而形成的混合物注入口3a設(shè)置在該單元C的一側(cè)部上。
如圖6B所示,液晶和光凝結(jié)的聚合材料的溶液混合物S被根據(jù)真空注入注入到單元C中。該溶液混合物S是通過(guò)在該光凝結(jié)的聚合材料中以等于或超過(guò)其在常溫常壓下的溶解度的比例混合液晶材料并加熱該混合物至一等于或超過(guò)一可溶極限溫度的溫度而獲得的,該可溶極限溫度是一在環(huán)境壓強(qiáng)下兩種材料可互溶的較低極限溫度。注意一用于該光凝結(jié)的聚合材料的自由基形成的自由基引發(fā)劑被加入該溶液混合物S。
該溶液混合物S是通過(guò)將單元C置于一真空箱(未示)內(nèi)、排空該箱內(nèi)部至一真空狀態(tài),將單元C的注入口3a浸入一混合物槽12內(nèi)的該溶液混合物S中、及之后將箱內(nèi)的壓強(qiáng)減至一大氣壓(常壓)或一稍高于常壓的壓強(qiáng)而被注入的。
在此情況,該混合物槽12中的溶液混合物S是一液晶被充分地溶解在其中的混合物。當(dāng)此溶液混合物S根據(jù)上述真空注入過(guò)程被注入單元C中時(shí),注入到真空狀態(tài)的單元C中的該溶液混合物S的壓強(qiáng)降低,使得其液晶溶解度降低。接著,超出該降低的溶解度的相當(dāng)量的液晶析出,且這些多出的液晶形成液晶團(tuán)a以分散的形式出現(xiàn)在混合物S中。
注入了溶液混合物S的單元C被從真空箱分離,且該單元C被加熱以提高其中的溶液混合物S的溫度直到析出的液晶被溶解。圖6C顯示了這一狀態(tài)。當(dāng)該溶液混合物S的溫度被提高,其液晶溶解度也隨著該溫度的提高而增大,并且由于當(dāng)在向單元C注入溶液混合物S過(guò)程中壓強(qiáng)降低時(shí)出現(xiàn)的溶解度下降而析出的液晶又被溶解。因此,該單元C中的溶液混合物S變?yōu)橐灰壕Ь鶆虻厝芙庠诠饽Y(jié)的聚合材料中的混合物。
此時(shí),如果該溶液混合物S的溫度等于或超出析出的液晶被再溶于混合物S的溫度,則其是足夠的。如果該液晶的N-I點(diǎn)溫度高于此再溶解溫度,該溶液混合物S的溫度最好被提高至等于或超出此N-I點(diǎn)溫度的溫度,這是因?yàn)橐韵略颉?br>
即,在N相(nematicphase,向列相),一個(gè)使分子的主軸指向一預(yù)定方向的力在液晶的分子間產(chǎn)生,而在I相(isotropicphase,無(wú)向相),一使液晶各分子保持有序的力不作用在其間。因此,當(dāng)該溶液混合物S的溫度被提高至等于或超過(guò)該N-I點(diǎn)溫度時(shí),該析出的液晶可被更均勻地溶解。
在該析出的液晶被以此方式溶解之后,該溶液混合物S被保持在等于或高于該可溶極限溫度的溫度以使液晶將不會(huì)再析出。在此狀態(tài),如圖6D所示,紫外線被從一光源13射向單元C以光聚合該單元C中的溶液混合物S的光凝結(jié)的聚合材料,由此形成如圖7所示的聚合物分散的液晶層11。
此光聚合過(guò)程是通過(guò)在液晶L可充分溶解的范圍內(nèi)盡可能地降低該溶液混合物S的溫度來(lái)完成的。這是因?yàn)樵撊芤夯旌衔颯的溫度越高,用于光聚合該光凝結(jié)的聚合材料P的紫外線的量越大。如果紫外線以過(guò)度的量照射,液晶的老化將被加快。因此,該光凝結(jié)的聚合材料P的光聚合最好通過(guò)盡可能降低溫度而以少量的紫外線完成。
當(dāng)該光凝結(jié)的聚合材料P在液晶在I相時(shí)被光聚合由此形成聚合物分散的液晶層11時(shí),因?yàn)樵撘壕匀蝗苡谠摼酆喜牧现?,其被部分地光聚合,而引起相分離使作為向列型液晶的液晶的比例降低,由此增大了該液晶顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電壓。因此,該光凝結(jié)的聚合材料P的光聚合最好在該溶液混合物S的溫度被降至一液晶已恢復(fù)到N相的溫度之后再進(jìn)行。
如果該液晶的N-I點(diǎn)溫度低于該溶液混合物S的該液晶可溶極限溫度,當(dāng)該單元的溫度降至一等于或低于該N-I點(diǎn)溫度時(shí),該溶液混合物S中的液晶再次析出。在此情況,該溶液混合物S的溫度被在該液晶和該光凝結(jié)的聚合材料能彼此相溶的范圍內(nèi)設(shè)定,且光聚合過(guò)程在液晶在I相時(shí)被完成。
在該聚合物分散的液晶層11被以此方式形成后,單元C的注入口3a被以一光凝結(jié)的樹(shù)脂或類似材料密封,由此完成圖2所示的聚合物分散的液晶顯示裝置。
更具體地,根據(jù)該制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法,在通過(guò)將液晶充分溶解在光凝結(jié)的樹(shù)脂中獲得的溶液混合物S被根據(jù)真空注入注入到單元C中之后,該溶液混合物S的溫度被升高以增加其液晶溶解度,以使在注入過(guò)程中析出的液晶溶解,之后該光凝結(jié)的聚材料被光聚合。
以此方式,當(dāng)溶液混合物S的溫度被升高以增大液晶的溶解度時(shí),由于在向單元C注入該溶液混合物S時(shí)壓強(qiáng)的降低而出現(xiàn)的溶解度降低而析出的液晶再次被溶解。如果該光凝結(jié)的聚合材料在此溶解狀態(tài)被光聚合,則如圖7所示的注晶L均勻分散在聚合材料P中的聚合物分散的液晶層11可被獲得。因此,根據(jù)此制造方法,即使增大液晶L的比例,該液晶被均勻分散的聚合物分散的液晶層也可被形成。
這樣,根據(jù)此制造方法,一驅(qū)動(dòng)電壓低而具有均勻光學(xué)特性及好的顯示質(zhì)量又不存在顯示不均勻問(wèn)題的聚合物分散的液晶顯示裝置可被獲得。
表1顯示了根據(jù)上述方法制造的聚合物分散的液晶顯示裝置和未經(jīng)上述方法中實(shí)施的升溫處理而制造的聚合物分散的液晶顯示裝置的聚合物分散的液晶層的聚合狀態(tài)的比較。
在表1中,比較例是未經(jīng)升溫處理的情況,例1至例3是做了升溫處理的情況。在各情況中,該液晶和光凝結(jié)的聚合材料的溶液混合物都是以同樣的液晶和同樣的聚合材料準(zhǔn)備的。
如表1所示,在未經(jīng)升溫處理的比較例中,即使當(dāng)該溶液混合物的液晶比例與常溫常壓下的液晶溶解度(此例中70wt%,重量百分比70%)相同時(shí),其聚合物分散的液晶層的液晶分散狀態(tài)已變得不均勻,該液晶顯示裝置的光學(xué)特性(透射及散射特性)變得不均勻,使得顯示不均勻。
與此相反,在例1中,雖然該溶液混合物的液晶比例被設(shè)定為與該液晶在常溫常壓下的溶解度相同,其液晶分散狀態(tài)是均勻的。因此該液晶顯示裝置的光學(xué)特性是均勻的,由此得到?jīng)]有顯示不均勻的好的顯示。
在例2,該溶注混合物的液晶比例被設(shè)定為高于(本例中為80wt%)該液晶在常溫常壓下的溶解度,而在例3,該溶液混合物的液晶比例被設(shè)定為更高于(本例中為90wt%)該溶解度。然而,在例2和例3中該液晶的分散狀態(tài)都是均勻的。因此,該液晶顯示裝置的光學(xué)特性都是均勻的,由此都可得到?jīng)]有顯示不均勻的好的顯示。
另外,在例2和例3中,由于該溶液混合物的液晶比例都設(shè)定得高于常溫常壓下的該液晶的溶解度,所形成的聚合物擴(kuò)散的液晶層的液晶比例大,使得該液晶顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定為一較低值。
在上述的制造方法中,該注入前的溶液混合物S的升溫處理可被省略,且該溶液混合物S的溫度可在該溶液混合物S被注入真空壓強(qiáng)的液晶單元C之后被升高,直到該光凝結(jié)的聚合材料和該液晶材料彼此溶解為止。
以下將結(jié)合圖8A及8B描述根據(jù)本發(fā)明的制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法的另一實(shí)施例。在圖8A及8B中,象素電極及相對(duì)電極被省略。
本實(shí)施例的制造方法從組裝單元的步驟到向該單元注入液晶及光凝結(jié)的聚合材料的溶液混合物及升溫的步驟都與上述制造方法相同。在該注入到單元中的溶液混合物的溫度被升高至等于或高于該液晶可溶極限溫度以便使該光凝結(jié)的聚合材料和該液晶相互溶解之后,該液晶注入口3a被以一由一種可熱聚合的樹(shù)脂制成的密封件密封,如圖8A所示。之后,該光凝結(jié)的聚合材料在分散地混合該密封在單元C中的溶液混合物S的同時(shí)被光聚合。
如圖8B所示,這一光聚合過(guò)程是通過(guò)將單元C浸入一裝有一超聲波振動(dòng)器14的振動(dòng)槽15中的振動(dòng)介質(zhì)16,并從該振動(dòng)槽15的上方用紫外線UV照射單元C,同時(shí)振動(dòng)該超聲波振動(dòng)器14以通過(guò)在振動(dòng)介質(zhì)16中傳播的超聲波振動(dòng)單元C而實(shí)現(xiàn)的。作為該振動(dòng)槽15中的振動(dòng)介質(zhì)16,使用了一種對(duì)紫外線不反應(yīng)的透明液體,如IPA(isopropylalcohol,異丙醇)。
當(dāng)該紫外線UV以此方式被照射到單元C中的溶液混合物S上時(shí),在單體或低聚體狀態(tài)的該聚合物的雙鍵被破壞而形成自由基。接著,該聚合物的分子通過(guò)鄰近的聚合物的分子的自由基相互結(jié)合的自由基聚合過(guò)程被聚合,以致該聚合材料P和該液晶L引起相分離(phaseseperation),如圖7所示,由此形成液晶L被分散在聚合材料P中的聚合物分散的液晶層11。
在此情況中,該聚合物的分子間相互的自由基聚合過(guò)程被液晶干擾。然而當(dāng)光聚合過(guò)程是在通過(guò)超聲波振動(dòng)單元C時(shí)被執(zhí)行的時(shí),該聚合物分子間相互的自由基結(jié)合被由超聲波引起的混合物S的攪拌效應(yīng)增強(qiáng)。這樣,該液晶干擾聚合物分子間相互的自由基聚合的作用被反向地減弱,使得鄰近的聚合物的分子可得到好的自由基結(jié)合。另外,由加到該混合物S中的自由基引發(fā)劑引起促進(jìn)自由基形成的作用被該超聲波振動(dòng)作用進(jìn)一步增強(qiáng)。
其結(jié)果,鄰近的聚合物的分子間相互的自由基結(jié)合較少被破壞而同一聚合物分子的自由基較少再結(jié)合,使得該聚合物的分子在混合物S的整個(gè)部分內(nèi)受到均勻的自由基聚合,由此得到具有均勻結(jié)構(gòu)的聚合物擴(kuò)散的液晶層11。
因此,根據(jù)該制造方法,可以得到一聚合物分散的液晶顯示裝置,其具有一聚合物分散的液晶層11,該層中液晶以均勻分布的狀態(tài)容存在凝結(jié)的聚合材料層中,該顯示裝置提供一均勻的光電效應(yīng)和沒(méi)有顯示不均勻的高顯示質(zhì)量。
在上述實(shí)施例中,該溶液混合物S被根據(jù)真空注入密封在單元C中。然而,該溶液混合物S可通過(guò)在當(dāng)一對(duì)基片1和2被用密封件3相互結(jié)合以組成單元C時(shí)將其滴(dropping)在一基片上而密封在單元C內(nèi)。
以下將結(jié)合圖9描述根據(jù)本發(fā)明的聚合物分散的液晶顯示裝置的另一實(shí)施例。
一對(duì)由玻璃或類似材料制成的且彼此相對(duì)的透明基片17和18被在其邊緣部分以一框形密封件19相結(jié)合。多數(shù)電極20以矩陣形式設(shè)置在一基片17對(duì)著另一基片18的相對(duì)表面上,且給各象素電極20設(shè)置了一TFT21。一平面相對(duì)電極22形成在另一基片18的對(duì)著基片17的幾乎整個(gè)相對(duì)表面上。
一聚合物分散的液晶層23設(shè)置于由該透明基片17、18及密封件19圍成的區(qū)域內(nèi),且用作基片間隙整平件的隔離物24分布在透明基片17和18之間。一具有高的光散射性能的材料如具有粗糙表面的球形基粒被用于形成該隔離物24。
一聚合物分散的液晶層23通過(guò)在液晶材料被均勻地分散地混合在光凝結(jié)的聚合材料中時(shí)光凝結(jié)該聚合材料而得到。該液晶被以均勻分散的分布狀態(tài)容存在該透明的聚合層中。
在該液晶顯示裝置中,因?yàn)樵摶g隙整平隔離物24具有高的光散射性能,穿過(guò)設(shè)有隔離物24的部分的光被以與出現(xiàn)在該聚合物分散的液晶層23的未加電場(chǎng)的部分的光散射一樣的方式散射。這樣,黑色顯示區(qū)的全部都具有一基本均勻的黑色。
因此,根據(jù)該液晶顯示裝置,雖然該透明基片間隙整平隔離物24被分布在該對(duì)基片17和18之間,當(dāng)該顯示裝置被TFT驅(qū)動(dòng)時(shí),黑色顯示區(qū)中的亮點(diǎn)可以被去除以改善顯示質(zhì)量。
在該聚合物分散的液晶層23的施加了電場(chǎng)的部分中,經(jīng)過(guò)不存在隔離物24不存在的部分的光基本上未受光散射作用地透過(guò)該聚合物分散的液晶層23,而經(jīng)過(guò)有隔離物24的部分的光以上述方式被散射。雖然對(duì)應(yīng)于隔離物24的形狀的陰影形成在光亮顯示區(qū)中,但當(dāng)與產(chǎn)生在傳統(tǒng)的液晶顯示裝置中的黑色顯示區(qū)中的亮點(diǎn)相比時(shí),這些光亮顯示區(qū)中的陰影基本上不明顯。因此,這些光亮顯示區(qū)中的陰影并不會(huì)反向地影響顯示質(zhì)量。
特別地,當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的該聚合物分散的液晶顯示裝置被用于一投影型顯示系統(tǒng)時(shí),由于顯示圖象被放大并投影在屏幕表面上,這些光亮顯示區(qū)中的陰影變得模糊因此更不明顯,這是有利的。
本發(fā)明可類似地應(yīng)用于一種聚合物分散的液晶顯示裝置中,該裝置中,包含有液晶的囊(capsules)以均勻分布的狀態(tài)被容存于一聚合材料中。
其它的優(yōu)點(diǎn)和變形對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是容易想到的。因此,本發(fā)明在于較寬的方面不限于這里顯示和描述的特定細(xì)節(jié)、代表性裝置及說(shuō)明性的例子。因此,不脫離如所附權(quán)利要求及其等同物限定的總的發(fā)明概念的精神或范圍,可以做出各種變形,它們也屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種聚合物分散的液晶顯示裝置,包括一對(duì)平行隔開(kāi)以一預(yù)定產(chǎn)隙相對(duì)的基片,所述一對(duì)基片之一是透明的;多數(shù)以矩陣形式設(shè)置在所述一對(duì)基片之-上的象素電極;-設(shè)置在所述基片中另一個(gè)上對(duì)著所述多數(shù)象素電極的相對(duì)電極;多數(shù)分別設(shè)置給所述多數(shù)象素電極的薄膜晶體管;-存在于所述一對(duì)基片之間的聚合物分散的液晶層,其通過(guò)以一分散的狀態(tài)在一聚合材料中混合一液晶而得到,該層具有對(duì)應(yīng)于所述象素電極的多數(shù)第一區(qū)域及在第一區(qū)域之間的多數(shù)第二區(qū)域;在所述聚合物分散的液晶層的第二區(qū)域的光遮蔽裝置;及基片間隙整平裝置,設(shè)于所述聚合物分散的液晶層中,用于整平所述一對(duì)基片間的間隙。
2.如權(quán)利要求1的顯示裝置,其特征在于,所述基片間隙整平裝置設(shè)置在所述第二區(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2的顯示裝置,其特征在于,所述基片間隙整平裝置具有大量的基粒(grass particles)。
4.如權(quán)利要求2的顯示裝置,其特征在于,所述光遮蔽裝置包括具有至少黑色表面的基粒。
5.如權(quán)利要求2的顯示裝置,其特征在于,所述基片間隙整平裝置包括用于整平所述一對(duì)基片間的間隙的間隙整平件及用于固定該間隙整平件在所述基片上的固定件。
6.如權(quán)利要求5的顯示裝置,其特征在于,各所述固定件是一設(shè)置在所述間隙整平件及所述基片之間的樹(shù)脂膜。
7.如權(quán)利要求6的顯示裝置,其特征在于,所述樹(shù)脂膜是由一光敏聚合材料制成的。
8.如權(quán)利要求1的顯示裝置,其特征在于,所述基片間隙整平裝置包括多數(shù)具有光散射性能的部件。
9.如權(quán)利要求8的顯示裝置,其特征在于,所述具有光散射性能的部件包括具有粗糙表面的基粒。
10.一種聚合物分散的液晶顯示裝置,包括一對(duì)平行隔開(kāi)以一預(yù)定間隙相對(duì)的基片,所述基片之一是透明的;多數(shù)以矩陣形式設(shè)置在所述一對(duì)基片之一上的象素電極;一設(shè)置在所述基片中另一個(gè)上以對(duì)著所述多數(shù)象素電極的相對(duì)電極;多數(shù)分別設(shè)置給所述多數(shù)象素電極的薄膜晶體管;一存在于所述一對(duì)基片之間的聚合物分散的液晶層,其通過(guò)以一分散的狀態(tài)在一聚合材料中混合一液晶而得到;基片間隙整平件,分布在所述聚合物分散的液晶層中且各具有光散射性能,用于整平所述一對(duì)基片間的間隙。
11.如權(quán)利要求10的顯示裝置,其特征在于,各基片間隙整平件包括具有粗糙表面的基粒。
12.一種制造聚合物分散的液晶顯示裝置的方法,該顯示裝置中的一具有以分散的狀態(tài)容存于一聚合層中的液晶的聚合物分散的液晶層設(shè)置于一對(duì)其上具有電極并相對(duì)的基片之間,該方法包括一通過(guò)向所述一對(duì)相對(duì)的基片間填充一溶液混合物而形成一液晶單元的單元形成步驟,該溶液混合物中一光凝結(jié)的聚合材料和一液晶材料相互溶解,該溶液混合物具有一不低于一可溶極限溫度的溫度,該可溶極限溫度是一較低極限溫度,在該溫度所述兩種材料可在環(huán)境壓強(qiáng)下相互溶解;以及一通過(guò)向所述溶液混合物上照射光而凝結(jié)所述光凝結(jié)的聚合材料的凝結(jié)步驟。
13.如權(quán)利要求12的方法,其特征在于,所述單元形成步驟包括一向?yàn)檎婵諣顟B(tài)的所述一對(duì)基片之間填充所述溶液混合物的填充步驟,該溶液混合物以一不低于一常溫常壓下的溶解度的比例包含所述兩種物質(zhì);以及一升高所述溶液混合物的溫度至一不低于所述可溶極限溫度的溫度的升溫步驟。
14.如權(quán)利要求13的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不低于所述可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及一通過(guò)向所述溫度已被降低的溶液混合物上照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
15.如權(quán)利要求13的方法,其特征在于,所述單元形成步驟具有所述填充步驟及在該填充步驟之后執(zhí)行的該升溫步驟。
16.如權(quán)利要求13的方法,其特征在于,所述單元形成步驟具有所述填充步驟,在該填充步驟之前執(zhí)行的該升溫步驟及在該填充步驟之后執(zhí)行的另一升溫步驟。
17.如權(quán)利要求16的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不低于所述可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及一通過(guò)向所述溶液混合物照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
18.如權(quán)利要求16的方法,其特征在于,所述單元形成步驟包括一在所述填充步驟之前執(zhí)行的升溫步驟中將所述溶液混合物的溫度升高至一不低于所述可溶極限溫度的溫度的步驟的以及在所述填充步驟之后執(zhí)行的升溫步驟中將所述溶液混合物的溫度升高至一不低于所述液晶材料的N-I點(diǎn)的溫度的步驟。
19.如權(quán)利要求18的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不高于該N-I點(diǎn)及不低于該可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及一通過(guò)向所述溶液混合物照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
20.如權(quán)利要求13的方法,其特征在于,所述升溫步驟具有一升高所述溶液混合物的溫度至一不低于所述液晶材料的N-I點(diǎn)的溫度的步驟。
21.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不低于該N-I點(diǎn)的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及通過(guò)向所述溶液混合物照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
22.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不高于所述N-I點(diǎn)及不低于所述可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及一通過(guò)向所述溶液混合物照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
23.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述單元形成步驟具有所述填充步驟和在該填充步驟之后執(zhí)行的該升溫步驟。
24.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述單元形成步驟具有所述填充步驟,在該填充步驟之前執(zhí)行的該升溫步驟以及在該填充步驟之后執(zhí)行的另一升溫步驟。
25.如權(quán)利要求24的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟包括一在不高于所述N-I點(diǎn)及不低于所述可溶極限溫度的范圍內(nèi)降低所述溶液混合物的溫度的步驟以及一通過(guò)向所述溶液混合物照射光而聚合所述光凝結(jié)的聚合材料的步驟。
26.如權(quán)利要求12的方法,其特征在于,所述凝結(jié)步驟具有一通過(guò)在分散地混合所述溶液混合物的同時(shí)向該溶液混合物照射光而聚合所述聚合材料的步驟。
27.如權(quán)利要求26的方法,其特征在于,所述分散混合是依據(jù)超聲波振動(dòng)進(jìn)行的。
全文摘要
液晶顯示裝置,包括由一密封件結(jié)合的兩相對(duì)的透明基片,其間設(shè)有聚合物分散的液晶層及隔離物,一基片上設(shè)有象素電極,用于整平基片間間隙的隔離物通過(guò)樹(shù)脂膜固定在該基片上隔開(kāi)象素區(qū)的保留區(qū)內(nèi)。一光遮蔽層形成在另一基片的保留區(qū)內(nèi),而一平面電極形成在該光遮蔽層之上。該液晶裝置通過(guò)向一單元中注入一光凝結(jié)的聚合材料和液晶材料的比例不低于常溫常壓下的溶解度的溶液混合物、升高該混合物的溫度至不低于該液晶的可溶極限溫度及光凝結(jié)該聚合材料而得到。
文檔編號(hào)G02F1/1339GK1086908SQ93114210
公開(kāi)日1994年5月18日 申請(qǐng)日期1993年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月9日
發(fā)明者吉田哲志, 武井壽郎 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)公司