專利名稱：液晶顯示器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器件，特別是彩色液晶顯示器件。本發(fā)明還涉及制造該液晶顯示器件的方法。
目前，液晶顯示器件已被廣泛使用在字處理器，筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)，便攜式電視接收器(所謂袖珍電視機(jī))上。
在液晶顯示器件中，通常使用扭曲向列(TN)模式或超扭曲向列(STN)模式。當(dāng)采用前者，即扭曲向列模式時(shí)，液晶顯示元件置于一組偏振片之間，利用液晶顯示元件的光學(xué)特性(也就是，在不加電壓時(shí)表現(xiàn)出旋光特性，而加上電壓時(shí)偏振消失)進(jìn)行單色顯示。
相反，后者即超扭曲向列模式是一種類似于扭曲模式的結(jié)構(gòu)并廣泛用在字處理器的顯示器件中。在超扭曲向列模式中，液晶顯示的液晶層的扭曲角被調(diào)整在180°～270°。超扭曲向列模式的特性在于液晶層的扭曲角增加90°或90°以下，和使偏振片的偏振軸的角優(yōu)化，從而使由于電壓加入引起分子取向的突然改變影響液晶層的雙折射的改變，借此實(shí)現(xiàn)具有陡的閾值的電一光特性。雖然，超扭曲向列型適合于簡單的矩陣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但是，超扭曲向列型具有由于液晶的雙折射的原因而使顯示為背景是帶黃綠或黑蘭色，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，人們推薦一種液晶顯示元件，在該元件中通過將一個(gè)超扭曲向列模式顯示板同一光學(xué)相位補(bǔ)償板或一個(gè)由聚合物例如聚碳酸鹽構(gòu)成的相差板相重疊進(jìn)行顏色補(bǔ)償，從而保證了單色顯示。目前，這種結(jié)構(gòu)的液晶顯示元件可以在市場買到(被稱為紙介白色液晶顯示器)。
當(dāng)制作彩色顯示器時(shí)，將例如蘭、紅和綠色微型濾色片對(duì)應(yīng)于TN模式或STN模式的液晶顯示元件的每個(gè)象素放置，其中TN模式液晶顯示元件可以按上述方式進(jìn)行單色顯示，而STN模式液晶顯示元件經(jīng)過顏色補(bǔ)償并根據(jù)利用光開關(guān)特性混合附加顏色而進(jìn)行多色或全色顯示。目前，可以進(jìn)行這樣彩色顯示的液晶顯示元件被用作便攜式裝置，例如所謂液晶顯示電視接收機(jī)或袖珍計(jì)算機(jī)的顯示器件，在上述裝置中是采用有源矩陣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或一個(gè)簡單矩陣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
作為用于超扭曲向列型液晶顯示器件的彩色系統(tǒng)，一種為了控制補(bǔ)償條件而把一個(gè)電壓加到雙層超扭曲向列型(DSTN)液晶補(bǔ)償層上的多色顯示方法已被公開(C.Iijima等人，JAPAN DISPLAY，89，P.300)。
另一些彩色顯示方法是根據(jù)相干顏色法和包括所謂(ECB)。(電控雙折射)模式，DAP(垂直校正相變形)模式和HAN(復(fù)合校準(zhǔn)向列)模式那些方法。這些模式利用液晶分子的雙折射。一種這類模式的液晶顯示器件的構(gòu)成如下偏振片分別放置在具有一個(gè)液晶層的液晶盒的兩側(cè)，在該液晶層中曲向分子沿相對(duì)襯底在一特定方向排列。當(dāng)將電壓加到該液晶層上時(shí)，由于這些分子的初始取向變化而引起折射率發(fā)生各向異性的變化，而使通過液晶層的光的顏色發(fā)生改變而進(jìn)行顏色顯示。
TN、STN、ECB、DAP和HAN的顯示模式是公知的技術(shù)，它們的工作原理在“HAND BOOK OF LIQUID CRYSTALS，142 nd committee of Japan Saciety for the promotion of Science(1989，PP 329-352)有介紹。
當(dāng)要在TN模式或STN模式的液晶顯示器件上進(jìn)行彩色顯示時(shí)，需要采用上述的顏色濾色片。這便會(huì)引起下述問題當(dāng)采用例如三個(gè)顏色濾色片時(shí)，至少有2/3可見光范圍內(nèi)的光被吸收以及有約一半的可見光被靠近液晶板放置的偏振片吸收，最后使整個(gè)板的總的反射減少到15%或更小，因而引起了顯示非常暗的問題。
在例如ECB或DAP彩色液晶顯示器件中，雖然通過利用相干顏色可以根據(jù)所加的電壓改變顯示的顏色，但是所加電壓的范圍是很窄的，會(huì)由于所加電壓很小的變化而引起色度的改變，另外，可以用在顯示中的顏色的數(shù)目也受到限制。
本發(fā)明的液晶顯示器件包括第一襯底，第二襯底，夾在第一和第二襯底之間的液晶層，用于將電場加到液晶層以便控制液晶層光程差的電極，一些象素和至少一個(gè)位于第一襯底外面的偏振片，固定在偏振片和液晶層之間的第一襯底包括一個(gè)光學(xué)相位補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器包括具有第一光程差的第一區(qū)和具有第二光程差的第二區(qū)，從而根據(jù)光學(xué)相位補(bǔ)償器的光程差和液晶層的光程差選擇來自于每個(gè)第一和第二區(qū)的發(fā)射光的顏色作為一個(gè)指定顏色。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這些象素的每個(gè)包括第一和第二區(qū)之一的一部分。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，這些象素的每個(gè)包括第一和第二區(qū)的每個(gè)部分。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)相位補(bǔ)償器還包括具有第三光程差的第三區(qū)，以及這些象素的每個(gè)包括第一、第二和第三區(qū)中的至少之一的一部分。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二區(qū)被有規(guī)則地安排在二維空間內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，液晶層的光程差等于或小于1.0μm。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第二襯底包括一個(gè)位于液晶層一側(cè)的光反射器。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，光反射器起到將電場加到液晶層上的電極之一的作用。
本發(fā)明的另一內(nèi)容是提供一種制造液晶顯示器件的方法，該器件包括第一襯底，第二襯底，夾在第一和第二襯底之間的液晶層，用于將電場加到液晶層上以便控制液晶層光程差的電極，若干象素，以及至少一個(gè)位于第一襯底外面的偏振片，這個(gè)制造方法包括形成光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟，這個(gè)步驟包括利用傾斜蒸鍍法在第一襯底上形成具有第一光程差的第一區(qū)和具有第二光程差的第二區(qū)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述的形成光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟包括在第一襯底上的相對(duì)于這些象素的每個(gè)所要求部分形成第一光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟和在整個(gè)第一襯底上形成第二光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟。
因此，上述的本發(fā)明可以具有下述優(yōu)點(diǎn)(1)提供一種具有高顯示質(zhì)量和由于不用濾色片而可以進(jìn)行亮的顏色顯示的液晶顯示器件(2)提供一種制造這種液晶顯示器件的方法。
對(duì)于本專業(yè)的普通技術(shù)人員來說，在參考附圖閱讀和理解下面的說明書以后，本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。


圖1是例1的液晶顯示器件的剖視圖;
圖2是圖1所示的液晶顯示器件頂部襯底的平面視圖;
圖3是圖1所示的液晶顯示器件的反射襯底的平面視圖;
圖4A至圖4F是說明制造圖1所示的液晶顯示器件的頂部襯底工藝的剖視圖;
圖5A至圖5E是說明制造圖1所示的液晶顯示器件反射板工藝的剖視圖;
圖6是說明上述液晶顯示器件的光學(xué)布置的圖;
圖7是表示例1的液晶顯示器件的電壓-反射特性曲線;
圖8是表示例2的液晶顯示器件的電壓-反射特性曲線;
圖9是表示例2的液晶顯示器件的波長同反射光強(qiáng)度的關(guān)系曲線，在該例中顯示綠色和深紅色。
圖10是例2的液晶顯示器件的彩色圖，在該例中顯示綠色和深紅色;
圖11是例3的液晶顯示器件的剖視圖;
圖12是表示反射光強(qiáng)度同波長的關(guān)系曲線;
圖13是表示反射光強(qiáng)度同波長關(guān)系曲線;
圖14是表示反射光強(qiáng)度同波長關(guān)系曲線;
圖15是表示反射光強(qiáng)度同波長關(guān)系曲線;
圖16是例2的液晶顯示器件的反射有源矩陣襯底的平面圖;
圖17是沿圖16中的X-X線剖開的剖視圖。
下面通過例舉實(shí)施例說明本發(fā)明的液晶顯示器件的顯示原理。
例如使用具有各向異性折射率△n1的液晶和具有厚度d1的均勻液晶盒以及一個(gè)光學(xué)相位補(bǔ)償器(各向異性折射率△n2和d2)以下述方式配置在兩個(gè)偏振片之間，即使液晶分子的比較慢的那個(gè)光軸垂直于光學(xué)相位補(bǔ)償器的較慢光軸，在這種安排下，當(dāng)已經(jīng)通過一個(gè)偏振片的偏振光通過光學(xué)補(bǔ)償器和液晶層，其相位差為
δ＝(2π/λ)(△n1d1-△n2d2) (1)其中λ代表波長，△n1d1代表液晶層的光程差△n2d2代表光學(xué)相位補(bǔ)償板的光程差，△n1和△n2分別表示液晶層和光學(xué)相位補(bǔ)償板的折射率，d1和d2分別表示液晶層的厚度和光學(xué)相位補(bǔ)償板的厚度。
當(dāng)使液晶分子的方向子(主軸方向)和偏振片的偏振軸成45°角以及使兩個(gè)偏振片的偏振軸互相垂直時(shí)，透射光強(qiáng)度I⊥為I⊥＝A2sin2(δ/2)＝A2sin2{(π/λ)(△n1d1-△n2d2)} (2)從上式可以看出，當(dāng)采用白的單色光時(shí)，透射光率強(qiáng)度取決于光程差和它所包括顯示的各種色度。當(dāng)將一個(gè)電壓加到液晶盒上時(shí)，則這個(gè)液晶盒的有效的各向異性折射率同液晶的分子的取向一起變化。
而當(dāng)兩個(gè)偏振片的偏振軸彼此平行時(shí)，透射光強(qiáng)度I〃為I〃＝A2cos2(δ/2)＝A2cos2{(π/λ)(△n1d1-△n2d2)} (3)從方程(2)和(3)可以看出，在橫交叉尼柯爾狀態(tài)下顯示的顏色和平行尼克爾狀態(tài)下顯示的顏色是彼此互補(bǔ)的。
將液晶盒背面用一個(gè)反射板代替以便構(gòu)成一個(gè)反射式液晶盒，其反射光強(qiáng)度R為R＝A2{(cosδ/2)2-(sinδ/2)2}2＝A2-{cosπ(△n1d1-△n2d2)/λ}2-A2{sinπ(△n1d1-△n2d2)/λ}2(4)在方程(4)中，假設(shè)反射板產(chǎn)生全反射，在下述條件下可以由方程(4)求出反射光強(qiáng)度同波長的關(guān)系，例如假設(shè)△n1d1-△n2d2為330nm，360nm，470nm和530nm。其結(jié)果示在圖12至15中，在進(jìn)行這些計(jì)算時(shí)，假設(shè)了△n1d1-△n2d2的值與波長無關(guān)。
從圖12至圖15可以看出，在330nm時(shí)顯示紅色，在360nm時(shí)顯示紫色，在470nm時(shí)顯示蘭色，在530nm時(shí)顯示綠色。由此可見，當(dāng)使用白光光源時(shí)，反射光強(qiáng)度取決于與透射式液晶顯示器件的原理相同的原理為基礎(chǔ)光程差。因此，通過反射式液晶顯示可以顯示各種色度。當(dāng)加入一個(gè)電壓后，液晶層的光程差發(fā)生變化，這樣通過電壓可以控制反射光的顏色。
當(dāng)將一顯示象素分成具有上述方程(1)的不同相位差的兩個(gè)或三個(gè)區(qū)域時(shí)，通過根據(jù)由上述方程(2)至(4)表示的顯示原理的輔助混合相關(guān)顏色，可以顯示進(jìn)一步增加類型的顏色數(shù)目。
下面將具體描述本發(fā)明的例子。
例1圖1是例1的液晶顯示器件的剖視圖，圖2是頂部襯底的平面視圖，圖3是該液晶顯示器件的底部襯底，液晶顯示器件包括一對(duì)底部襯底8的頂部襯底16，這兩個(gè)襯底彼此同液晶層17相對(duì)將液晶層17夾在它們之間。在底部襯底8上一些由后面將描述的合成樹脂材料制成的大凸起4和小凸起5形成在玻璃襯底2上。如圖3所示，大凸直4和小凸起5的底部直徑D1，D2將被調(diào)整為，例如分別為10μm和5μm，在這兩個(gè)凸起之間的間隙被調(diào)整到例如至少為2μm或大于2μm。形成偏振膜6以便覆蓋住凸起4和5以及充滿凸起4和5之間的凹槽。由金屬材料(例如，鋁、鎳、鉻、銀或金等)構(gòu)成的反射膜7形成在偏振膜6上，反射膜7還起到反射象素電極作用。如圖3所示，反射膜7形成若干條狀并在圖3中的平行方向和橫方向伸長，形成在玻璃襯底上的凸起4、5，偏振膜6和反射膜7構(gòu)成一個(gè)作為反射光部件的反射板。調(diào)整膜9形成在反射膜7上。
頂部襯底16包括一個(gè)同玻璃襯底2相對(duì)的玻璃襯底3。幾個(gè)由ITO(銦、錫氧化物)或類似物質(zhì)構(gòu)成的透明電極10在液晶層17那側(cè)的玻璃襯底3的表面上形成，以便形成若干個(gè)在垂直于反射膜7方向變長的條，調(diào)整膜11形成在覆蓋有透明電極10的玻璃襯底3上。如圖1所示，第一和第二光學(xué)相位補(bǔ)償器13和14形成在玻璃襯底3同液晶層17相接觸的那個(gè)表面相對(duì)的表面上。借助如圖2所示的第一和第二光學(xué)相位補(bǔ)償器13和14至少形成具有不同光程差的兩類區(qū)A和B，區(qū)A和B以有規(guī)則地重復(fù)方式排列而形成象素。每個(gè)區(qū)的大小同象素電極或反射膜7相對(duì)應(yīng)。作為一個(gè)例子類的條狀區(qū)A和B包括在一個(gè)象素內(nèi)。在圖2中用虛線表示的區(qū)域分別相應(yīng)于這些象素。此外，偏振片15配置在這樣布置的頂部襯底16上。
將在后面說明的密封劑12涂在如上所述的彼此相對(duì)的玻璃襯底2和3的周邊部分上，借此，使在這些襯底之間的間隙密封。如果采用密封在那些調(diào)整膜9和11[例用由Merck & Co.Inc生產(chǎn)的ZLI4427(商品名)]，則本例的這樣構(gòu)成的液晶顯示器件可以用于多路驅(qū)動(dòng)。
圖4A至4F是舉例說明生產(chǎn)圖1中所示的頂部襯底16的方法。
在如圖4A中所示的例子中，將由Corning Inc生產(chǎn)的厚度t1為1.1mm的玻璃襯底(商品名7059)用作玻璃襯底3，將Tokyo Ohka Kogyo Co.Ltd生產(chǎn)的光敏材料(例如OFPR800(商品名))以500至3000轉(zhuǎn)/分旋涂到玻璃襯底上而形成一個(gè)樹脂層41。在這個(gè)例子中，旋涂光敏材料的工藝是在2500轉(zhuǎn)/分下旋涂30秒鐘完成的，借此形成厚度為t5的例如1.5μm的樹脂膜41。
接著使上面形成有樹脂膜41的襯底在90℃的一個(gè)大氣壓下，烘烤30分鐘。然后如圖4B所示，將上面形成的后面要描述的一些對(duì)應(yīng)象素尺寸的條狀圖形的光掩模42放在樹脂層41的上方并進(jìn)行曝光工藝。利用由例如由Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd生產(chǎn)的2.38%NMD-3(商品名)溶液組成的顯影液顯影，以便在玻璃襯底3上形成如圖4C所示的條狀樹脂層(樹脂膜)41′。光掩模42有寬度為a1的若干個(gè)透明部分，寬度為a2的遮光部分。透明部分用來形成如圖2中所示的那樣排列的區(qū)A，而遮光部分用來形成區(qū)B。最好是使光掩模42的圖形可以根據(jù)象素尺寸改變，其圖形也不限于上述的圖形。在本例中寬度a1和a2被調(diào)整到105μm，但不限于這個(gè)數(shù)值。
接著按圖4D所示利用傾斜蒸鍍?cè)跇渲瑢?1′形成涂層，在本例中例如采用根據(jù)在“Kogaku”Vol.19.p93(1990)和在表1中所列的條件下進(jìn)行傾斜蒸鍍五氧化二鉭(Ta2O5)。在本例中蒸鍍的是五氧化二鉭，也可采用其它的氧化物例如氧化錫、氧化鈰、氧化鋯、氧化鉍、氧化鈦、氧化硅或氧化鉬。
表1材料 Ta2O5蒸發(fā)角 70°△nd 140nm厚度 2μm
接著，如圖4E所示，將這個(gè)起保護(hù)膜作用的樹脂層41′撕掉，以便使第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13形成條狀，在這個(gè)成形過程中采用所謂拆下法。
接著如圖4F所示，在這個(gè)襯底上形成由一個(gè)可伸展的聚碳酸酯膜構(gòu)成的和起光學(xué)相位補(bǔ)償板作用的第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14。然后在這個(gè)襯底上沉積具有透明度例如在采用單個(gè)偏振片時(shí)測量值48%的偏振片15。用這種方式制備頂部襯底16。
圖5A至圖5E是說明制備在圖1中所示的底部襯底8的工藝。
在本例中如圖5A所示，將一個(gè)厚度t1例如為1.1mm的玻璃襯底(商品名7059，由Corning Inc生產(chǎn)的)用作玻璃襯底2。將一種光敏材料[例如OFPR800(商品名)由Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd生產(chǎn)的]以500至3000轉(zhuǎn)/分旋涂到玻璃襯底2上面形成一層樹脂層21。在本例中旋涂沉積光敏材料是在2500轉(zhuǎn)/分下進(jìn)行沉積30秒，借此形成厚度t2的例如1.5μm的樹脂膜21。
接著使這個(gè)上面形成有樹脂膜的襯底在90℃下烘烤30分鐘。然后，如圖5B所示，將上面形成有一些具有兩種大圓形圖形和小圓形圖形(將在后面說明)的光掩模放上并進(jìn)行曝光。然后利用由例如由Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd生產(chǎn)的2.38%NMD-3(商品名)溶液組成的顯影液進(jìn)行顯影，以便在玻璃襯底2表面上形成具有不同高度的大小凸起23和24?？梢酝ㄟ^控制曝光時(shí)間和顯影時(shí)間來制備這些具有不同高度的大和小凸起23和24。光掩模22上有按隨機(jī)方式形成的圓形遮光部分以便獲得如圖3所示的大凸起23和小凸起24的圖形的布置。為了形成大凸起23遮光部分的直徑D1可以選為例如10μm，為了形成小凸起24的遮光部分的直徑D2可以選為例如5μm，在這些圓形間的間隙D3至少為2μm或更大一些。
接著，使上面形成有大凸起23和小凸起24的玻璃襯底2加熱200℃持續(xù)1小時(shí)，以便使大凸起23和小凸起24的頂部熔融到形成圖5D中所示的弓形，借此形成大凸起23和小凸起24。
然后，如圖5E所示，把同上述光敏材料相同的材料以1000至3000轉(zhuǎn)/分旋涂到玻璃襯底2上。在本例中，旋轉(zhuǎn)沉積最好是在2000轉(zhuǎn)/分下進(jìn)行。這樣就使偏振膜6充滿形成在凸起24和24之間的凹槽內(nèi)并形成一個(gè)相當(dāng)和緩和光滑的彎曲表面形狀。在本實(shí)施例中涂上同上述光敏材料相同的樹脂，也可以涂其它類型的樹脂。由大凸起23在偏振膜6上形成的大光滑凸起的厚度t4為0.7μm，而由小凸起24形成的小光滑凸起的厚度t5為0.5μm。
接著在偏振膜6上形成金屬例如鋁、鎳、鉻、銀或金等薄膜，以便使厚度t3例如為約0.01至1.0μm。在本例中是通過噴射鋁而形成反射膜7。關(guān)于為什么在反射膜7下面按上述方式形成大和小凸起23和24的理由如下當(dāng)大和小凸起23和24隨機(jī)地在一個(gè)平面上形成時(shí)，凸起23和24的高度也發(fā)生變化。可以使反射膜7的表面成形為沒有一點(diǎn)扁平的部分。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以防止來自反射膜7的反射光產(chǎn)生一個(gè)干擾色，從而獲得一個(gè)優(yōu)良的白色顯示，光掩膜的圖形不限于上述的圖形。
這樣制備出的頂和底部襯底16和8經(jīng)受下述工藝的處理首先在頂部和底部襯底上分別沉積由聚酰胺樹脂膜組成的調(diào)整膜9和11，然后對(duì)這兩個(gè)襯底在220℃下烘烤一小時(shí)，在本例中采用由NissanKagaku Kogyo生產(chǎn)的SUNEVER150(商品名)作為聚酰胺樹脂膜的材料。
接著進(jìn)行研磨工藝，以便使液晶層17中的液晶分子找平，借此完成調(diào)整膜9和11的成形。
然后通過絲網(wǎng)印刷例如將一種粘接密封劑作為用于密封玻璃襯底2和3之間間隙的密封劑12涂到分散的直徑6μm的那些調(diào)整塊上。
當(dāng)使這樣形成的頂部和底部襯底8和16彼此粘牢時(shí)，在玻璃襯底上噴成若干個(gè)直徑為5.5μm的調(diào)整塊。以便調(diào)整液晶層的厚度。然后用密封劑12使頂部和底部的襯底8和16彼此相對(duì)地相互粘接起來。將液晶在真空條件下注入到頂部和底部襯底8和16的間隙中，經(jīng)密封后獲得液晶層17。在本例中是把一種向列液晶[例如ZLI4427(商品名)，由Merck & Co.Inc生產(chǎn))在玻璃襯底2和3之間在240℃下扭曲后而形成液晶層17的。
圖6說明了這樣制備液晶顯示器件的，這里給出了偏振片15，第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13和第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14，以及液晶層17的光學(xué)構(gòu)造圖。用R1表示在頂部襯底16側(cè)液晶層中的液晶分子的指向。偏振片15的吸收軸和透射軸的方向Po同上述液晶分子的指向和沿反時(shí)針方向夾角用β表示，沿反時(shí)針方向第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13的較慢光軸的方向L1同上述液晶分子的指向之間的夾角用γ1表示，沿反時(shí)針方向第二光學(xué)相位補(bǔ)償器的較慢光軸的方向L2同上述液晶分子的指向的夾角用γ2代表;在頂部襯底16中的液晶分子R1和底部襯底8的液晶分子R2之間的扭曲角用φ表示(以上將順時(shí)針方向作為正方向)。
在由傾斜蒸鍍到140nm而調(diào)整第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13的光程差和由于使第二光學(xué)相位補(bǔ)償板傾斜蒸鍍到500nm而調(diào)整第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14的光程差的同時(shí)，制備出頂部襯底16，這些角度調(diào)整值如下β＝-30°，γ1＝-75°，γ2＝15°于是獲得不同區(qū)的△nd的值，其中區(qū)A的△nd是360nm，區(qū)B的△nd是500nm。角度φ被調(diào)整為240°。
圖7是表示本例中的液晶顯示器件的電壓-反射特性的曲線，從圖中可以看出，根據(jù)如上所述布置的液晶顯示器件，蘭色在區(qū)A中滿意地看到，黃色在區(qū)B中被滿意地顯示，按照本發(fā)明人所進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果，可以在沒有視差的條件下獲得蘭、黃、白和黑四種顏色的滿意地顯示。也已證實(shí)還可以滿意地顯示出兩種顏色(例如，深紅和綠，蘭綠和紅色)的不同組合。然而在這些不同的組合中，第一和第二光學(xué)相位補(bǔ)償器13和14調(diào)整角β、γ1和γ2必需是最佳化的。此外，業(yè)已證實(shí)，當(dāng)形成具有不同光程差的三類區(qū)時(shí)并調(diào)整這些區(qū)以便分別顯示出紅、綠、蘭色，可以獲得多色顯示。如果改進(jìn)光學(xué)相位補(bǔ)償器以使它們具有不同的光程差，則可以顯示各種顏色。
根據(jù)發(fā)明人對(duì)本例中的液晶顯示器件所進(jìn)行的試驗(yàn)，相對(duì)于以同法線方向成30°入射到液晶顯示器件的光線，沿法線方向的白色反射約45%，在本實(shí)驗(yàn)中將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氧化鎂白板作為測量反射光的標(biāo)準(zhǔn)板。
在這個(gè)例子中，將一個(gè)具有扭曲角為240°的盒用作液晶層17。本發(fā)明不限于此，任何扭曲角的或非扭曲角的液晶層都可以用在本發(fā)明中，只要通過電場能控制光程差即可。
在圖4所示的例子中，頂部襯底16經(jīng)過保護(hù)圖形處理后進(jìn)行傾斜蒸鍍。此外，這個(gè)蒸鍍也可以首先在該襯底的整個(gè)面積上進(jìn)行，然后再利用傳統(tǒng)的光刻工藝刻蝕圖形。任何其它的方法(例如只要通過進(jìn)行蒸鍍或只采用一個(gè)膜)都可以用在這個(gè)例中，只要可以形成或具有不同光程差的區(qū)即可。
例2這個(gè)例中的液晶顯示器件是一種有源矩陣式的顯示器件。
圖16是表示帶有一個(gè)反射有效矩陣襯底120例子的平面圖。圖17是沿圖16的X-X線剖開的剖視圖。反射有源矩陣襯底120用來代替例1中的底部襯底8。在這個(gè)有源矩陣襯底120中，一些控制總線122(即掃描線)和一些電源總線124(即信號(hào)線)配置在絕緣玻璃襯底111(即主襯底)上以便彼此相交叉。在由每根控制線122和每根電源線124所構(gòu)成的矩形區(qū)中配置有具有光學(xué)反射功能的象素電極119。在上面形成有每個(gè)象素電極119的這個(gè)矩形的一個(gè)角上從每根控制總線122分支出一個(gè)控制電極123，在每個(gè)控制電極123的末端部分形成一個(gè)作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT)121，控制電極123的末端部分形成一個(gè)作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT)121，控制電極123構(gòu)成TFT121的一部分。
此外，在所形成的每個(gè)象素電極119中矩形區(qū)的一個(gè)角上，一個(gè)源電極125從每根電源總線124中分出，源電極125的末端部分同控制電極123在絕緣狀態(tài)相搭接。源電極125構(gòu)成TFT121的一部分。一個(gè)TFT121的漏電極126遠(yuǎn)離源電極125配置并在絕緣狀下跨過控制電極123。每個(gè)漏電極126同每個(gè)象素電極119保持電連接。
如圖17所示，TFT121配置在玻璃襯底111上形成的控制電極123的上方?？刂齐姌O123由形成在玻璃襯底111的整個(gè)表面上的絕緣膜所覆蓋。一個(gè)半導(dǎo)體層127形成在一部分絕緣膜111a上以便覆蓋住控制電極123上方的區(qū)。所形成的一對(duì)接觸層128覆蓋住半導(dǎo)體層127的兩端。所形成的源電極125覆蓋住一對(duì)接觸層128之一，所形成的漏電極126是為了覆蓋住一對(duì)接觸層128中的另一個(gè)。
在具有上述光學(xué)反射功能的象素電極119的下方，凸起114a和114b交錯(cuò)地形成在玻璃襯底111上。凸起114a的高度比凸起114b的高度高。形成聚合物樹脂膜115以便覆蓋凸起114a和114b。聚合物樹脂膜115的頂表面由于凸起114a和114b的存在而成波浪形。聚合物樹脂膜115在玻璃襯底111的幾乎整個(gè)表面上以及在象素電極119的下方形成。象素電極119形成在具有連續(xù)波浪形表面的聚合物樹脂膜115上并且由例如具有光學(xué)反射功能的鋁組成。象素電極119經(jīng)過接觸孔119同漏電極126保持電連接。
這個(gè)例子中的液晶顯示器件按下述方式構(gòu)成采用由Merck & Co.Inc生產(chǎn)的ZLI2459(商品名)液晶作為在例1中的液晶層17，這個(gè)液晶盒的厚度為5.5μm，光程差被調(diào)整到605nm。用例1中相同的方法，由于要傾斜蒸鍍，所以第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13的光程差被調(diào)整到130nm。另外，采用由聚碳酸酯構(gòu)成的伸展膜作為第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14，并將伸展膜的光程差調(diào)整到130nm，將圖6中所指出的角度按下述值調(diào)整β＝45°，γ1＝-45°，γ2＝-45°。
另外，第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13的較慢光軸L1重疊在用作第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14的伸展膜較慢光軸L2上，以及形成一個(gè)具有光程差為260nm的區(qū)。圖2的區(qū)A是光程差260nm的一段，區(qū)B是光程差130nm的一段。扭曲角φ被調(diào)整到0°。
用作開關(guān)元件的薄膜晶體管或具有金屬-絕緣器-金屬結(jié)構(gòu)的非線性元件同反射膜7連接。除此之外，其它結(jié)構(gòu)同圖1中所示的結(jié)構(gòu)相同。采用由Japan Synthetic Rubber Inc.，生產(chǎn)的AL2061(商品名)形成調(diào)整膜9和11，并進(jìn)行研磨工藝以便獲得平行的排列。
圖8是表示例2的液晶顯示器件的電壓-反射特性曲線。這個(gè)測量是采用同例1中方法相同的方法進(jìn)行的。圖9是表示在綠和深紅顯示出情況下獲得的反射同波長關(guān)系的曲線。圖10示出這個(gè)器件的CIE色度圖，在圖10中，點(diǎn)W1表示白光源的光，點(diǎn)M和G分別表示深紅色反射光和綠色反射光。業(yè)已證明，按照顏色的純度的觀點(diǎn)看來在實(shí)際使用中沒有障礙。
作為一個(gè)例子，可以按下述要求調(diào)整器件，當(dāng)不加電壓時(shí)區(qū)A顯示深紅色，區(qū)B顯示綠色。在這種布置下，通過根據(jù)所加的電壓使區(qū)A和B適當(dāng)組合，例如使列在表2中的顏色顯示成為有效的。
表2區(qū)A 白深紅深紅白 黑深紅黑區(qū)B 白白 黑綠 綠綠 黑顯示白 亮晴 亮暗 光亮黑深紅深紅綠 綠黑在這個(gè)例子中，將一個(gè)象素分為深紅和綠兩個(gè)區(qū)，劃分的方式不限于這種，也可以采用黃和蘭或青和紅的組合。業(yè)已證實(shí)，如將象素分為蘭、紅和綠三個(gè)區(qū)，可以獲得進(jìn)一步增加反射光顯示顏色的數(shù)目，在這些調(diào)整中，通過調(diào)整液晶層的光程差和光學(xué)相位補(bǔ)償板的光程差可以顯示任意的顏色。
在本例子的液晶顯示器件中，借助一個(gè)電壓用二個(gè)象素可以調(diào)制顯示色度。因此通過使紅、綠和蘭色濾光片組合實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)系統(tǒng)中所觀察的分辨率的降低是很小的，其結(jié)果亮度幾乎是雙倍增加。
例3下面描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。圖11表示這個(gè)實(shí)施例的液晶顯示器件的剖視圖。采用在玻璃襯底2上面形成有透明電極10和調(diào)整膜9的透明襯底91代替結(jié)合例1描述的反射式液晶顯示器件的底部襯底8。偏振片15配置在透明襯底91的背面。液晶層17被密封在調(diào)整層9和11之間。
在這個(gè)液晶顯示器件中，當(dāng)位于在后面(圖11的下側(cè))的偏振片15的偏振軸垂直位于在前面(圖11的上側(cè))偏振片15的偏振軸時(shí)，則顯示出同例1中所獲得的相同的顏色。當(dāng)這兩個(gè)偏振片15的偏振軸彼此平行時(shí)，則顯示出例1中所獲得顏色的互補(bǔ)色。業(yè)已證實(shí)，在這種情況下，不采用以上述原理為基礎(chǔ)的濾色器也可以獲得滿意的顏色顯示。
例4下面再描述本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，本例的液晶顯示器件按如下方式構(gòu)成將聚碳酸酯制成的可伸展膜用作例1中所描述的反射式液晶顯示器件的第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13，并通過采用通用光刻工藝的干刻技術(shù)形成圖形，然后將由聚碳酸酯形成的并起第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14的可伸展的聚碳酸酯薄膜放置在第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13上。其它的結(jié)構(gòu)同例1中的相同。
業(yè)已證實(shí)，不采用根據(jù)上述原理的濾色片，這個(gè)液晶顯示器件也可以產(chǎn)生滿意地顏色顯示。
在這個(gè)例子中采用的是由聚碳酸酯制作的可伸展膜，本發(fā)明不限于此，也可以采用由聚乙烯醇(PVA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制作的可伸展膜并對(duì)其進(jìn)行圖形成型加工。
也可以采用具有光敏特性的可伸展膜。在這種情況下，具有使工藝簡化的優(yōu)點(diǎn)。業(yè)已證實(shí)，不用根據(jù)上述原理的濾色片也可以獲得滿意的顏色顯示。此外也已證實(shí)，可以用同樣的方式進(jìn)行成圖形制作，也可以用濕刻技術(shù)代替干刻技術(shù)。
在上述的例1至4中，采用的是液晶分子的取向平行于襯底或被扭曲240°的液晶層。本發(fā)明不限于液晶分子的這些取向。本發(fā)明的液晶顯示器件可以用扭曲角為0至360°的液晶層，也可以采用上面的液晶分子的取向基本上垂直于襯底的液晶層。如果本發(fā)明采用具有負(fù)的各向異性的介電常數(shù)的向列液晶時(shí)，例如可以采用在兩個(gè)襯底附近的液晶分子的取向是互相垂直的液晶層。就液晶層的光程差可以通過電場控制這點(diǎn)來說，本發(fā)明可以采用具有任何取向的液晶層。
本發(fā)明可以采用光程差為1.0μm或小于1.0μm的液晶層。業(yè)已證實(shí)，在這種情況下，視角寬而顏色純度高。
在上述的例1至4中，采用由聚碳酸酯制作的可伸展膜作為第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14。本發(fā)明不限于此，也可以采用聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯等制備的可伸展膜。第二光學(xué)相位補(bǔ)償器14可以通過傾斜蒸發(fā)沉積制備出來。
在上述的例1至4中，光學(xué)相位補(bǔ)償器具有兩類光程差。本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明中可以采用具有三種或三種以上光程差的光學(xué)補(bǔ)償器。本發(fā)明的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)可以使三個(gè)或三個(gè)以上不同光程差的區(qū)存在于一個(gè)象素中。此外，本發(fā)明的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)也可以使兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同光程差的區(qū)中某些區(qū)在一個(gè)象素內(nèi)，而其它一些區(qū)在另一象素內(nèi)。
在上述的例1至3中，第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13放置在液晶盒的外側(cè)，第一光學(xué)相位補(bǔ)償器13也可以放置在液晶盒的內(nèi)側(cè)，在這種情況下可以獲得相同的效果。
可以用不透明的襯底例如硅襯底代替用在實(shí)施例1至4中玻璃襯底2。業(yè)已證實(shí)，在這種情況下，可以獲得相同的效果。在這種情況下，還具有可以將電路元件集成在這個(gè)襯底上的優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方案，將通過偏振片、光學(xué)相位補(bǔ)償器和液晶層的光作為待顯示特定顏色的橢圓偏振光發(fā)射出，這個(gè)發(fā)射光的色度可以利用加到液晶層上的電場調(diào)整在方程(2)-(4)中的(△n1d1-△n2d2)/λ而被控制。因此使發(fā)射光可以形成具有同象素有關(guān)的兩個(gè)或兩個(gè)以上類型色度的光，從而可以在不用濾色片的情況下獲得多色顯示。
將本發(fā)明應(yīng)用到一種反射式顯示器件上，特別是可以使一種光反射器件形成在液晶元件的內(nèi)側(cè)，以便限制視差，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)高清晰度和高顯示質(zhì)量的反射式彩色液晶顯示器件。當(dāng)采用本發(fā)明的這個(gè)液晶顯示模式時(shí)，在液晶層內(nèi)側(cè)上形成有反射膜，以便減少視差并獲得滿意的顯示圖象。
顯然在不脫離本發(fā)明的范圍和發(fā)明點(diǎn)的情況下，本專業(yè)的普通技術(shù)人員可以作出各種改型，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由權(quán)利要求書限定的，而不限于說明書中的具體描述。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括一個(gè)第一襯底，一個(gè)第二襯底，一個(gè)夾在所述第一和第二襯底之間的液晶層，用于將電場加到所述液晶層上以便控制所述液晶層的光程差的電極，一些象素和至少一個(gè)配置在所述第一襯底外側(cè)的偏振片，其特征在于，定位在所述偏振片和所述液晶層之間的第一襯底包括一個(gè)光學(xué)相位補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器包括一個(gè)具有第一光程差的第一區(qū)和具有第二光程差的第二區(qū)，借此，根據(jù)所述的光學(xué)相位補(bǔ)償器的所述二個(gè)光程差和所述液晶層的光程差選擇來自每個(gè)所述第一和所述第二區(qū)的發(fā)射光的顏色作為特定的一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于每個(gè)所述的象素包括所述的第一區(qū)和所述的第二區(qū)之一的一部分。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于所述的這些象素的每個(gè)包括所述的第一和第二區(qū)的每部分。
4.如權(quán)利要求3所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述的光學(xué)相位補(bǔ)償器還包括一個(gè)具有第三光程差的第三區(qū)，以及所述的這些象素的每個(gè)包括所述第一，所述第二和所述第三區(qū)的至少之一的一部分。
5.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述的第一和第二區(qū)被有規(guī)則地排列在二維空間內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述液晶層的光程差等于或小于1.0μm。
7.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述的第二襯底包括一個(gè)在所述液晶層上的光反射裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述的光反射裝置起到一個(gè)將電場加到液晶層上的所述的電極之一的作用。
9.一種制造液晶顯示器件的方法，該器件包括第一襯底，第二襯底，夾在所述第一和所述第二襯底之間的液晶層，用于將電場加到所述液晶層上以便控制所述液晶層的光程差的電極，一些象素和至少一個(gè)配置在所述第一襯底外面的偏振片;該方法包括利用傾斜蒸鍍法在所述第一襯底上形成一個(gè)包括一個(gè)具有第一光程差的第一區(qū)和具有第二光程差的第二區(qū)的光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的形成所述光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟包括在相應(yīng)于每個(gè)象素的所要求部分的所述第一襯底上形成第一光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟;以及在所述的整個(gè)每一襯底上形成所述第二光學(xué)相位補(bǔ)償器的步驟。
全文摘要
一種液晶顯示器件包括第一襯底，第二襯底，夾在第一和第二襯底之間的液晶層，用于將電場加到所述液晶層上以便控制液晶層的光程差的電極，一些象素和至少一個(gè)配置在第一襯底外面的偏振片，其特征在于固定在偏振片和液晶層之間的第一襯底包括一個(gè)光學(xué)相位襯償器，它包括具有第一光程差的第一區(qū)和具有第二光程差的第二區(qū)，借此，根據(jù)這兩個(gè)光程差和液晶層的光程差將來自每個(gè)區(qū)的發(fā)射光的顏色選作為特定的一個(gè)。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1108392SQ9410862
公開日1995年9月13日 申請(qǐng)日期1994年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月30日
發(fā)明者三井精一, 中村浩三 申請(qǐng)人:夏普公司