專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
一般說來，本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置和用于制造這種液晶顯示裝置的方法，更具體地說，涉及一種具有包括一個聚合物區(qū)和一個液晶區(qū)的一種顯示介質(zhì)層的液晶顯示裝置及其制造方法。
各種顯示模式一直按照常規(guī)方式被用來通過使用液晶顯示裝置(LCD)進(jìn)行顯示。例如，作為一種利用電光效應(yīng)的LCD，一種使用向列相液晶的扭曲向列相(TN)模式的LCD和一種超扭曲向列相(STN)模式的LCD目前在實際上被使用著。一種使用鐵電液晶(FLC)的LCD和一種電控制雙折射(ECB)模式的LCD近來已投入實際使用。此外，為了按照動態(tài)散射(DS)模式或按照相變化(PC)模式工作而又不使用起偏器，業(yè)已研制出一種利用光散射現(xiàn)象的LCD。
在常規(guī)的LCD的生產(chǎn)中，使用了一種用于使晶盒間隙或基底間隙保持在某一值附近的基底間隙控制材料，例如隔離物。為了將所述晶盒間隙保持在某一值附近，必須應(yīng)用這樣的隔離物，使得可以在一平方毫米之內(nèi)設(shè)置50-100個隔離物。在這樣的一種常規(guī)結(jié)構(gòu)的LCD中，在所述LCD制成之后，不必要的隔離物及類似物仍保留在象素內(nèi)部。結(jié)果，該象素的顯示質(zhì)量就受到不利的影響并且由于存在這樣的物質(zhì)而使對比度降低。
例如，如果按照常白(normally White)方式使用一種帶有這樣的保留在象素內(nèi)部的隔離物的LCD，那么孔徑比由于穿過隔離物的光總是被阻斷而降低。另一方面，如果按照常黑(Normallyblack)方式使用同樣的LCD，那么由于穿過隔離物的光決不會被完全阻斷在黑色顯示時出現(xiàn)光泄漏。因此，所述隔離物在象素中的存在在兩種顯示方式中都使得對比度下降。所以，必須除去象素中的所有的那些隔離物，或者除去盡可能多的隔離物，以便獲得高顯示質(zhì)量和高對比度的LCD。為了減少象素中基底間隙控制材料的數(shù)量，推薦了以下一些方法。
(1)一種通過將基底間隙控制材料混合在密封介質(zhì)中、而后只對涂有該密封介質(zhì)的那部分基底加壓的方式將一對基底彼此固定在一起的方法(參見日本專利申請公開64-61729)。
(2)一種通過將基底間隙控制材料混合在密封介質(zhì)中、而后利用一個具有彈性體的定位模具對該基底加壓的方式將一對基底彼此固定在一起，使得該顯示板的中心部分不受強烈壓力的方法(參見日本專利申請公開2-139518)。
(3)一種摹制一種光刻膜薄壁，使得所述薄壁形成在所述象素以外的那些部分的方法(參見日本專利申請公開60-131521)。
(4)一種將液晶被注入到其中分散有所述基底間隙控制材料的晶盒中之后利用靜電感應(yīng)從象素中除去存留的隔離物的方法。
近年業(yè)已推薦了一種通過利用其雙折射特性電控液晶的透明狀態(tài)和白色不透明狀態(tài)的模式。在LCD根據(jù)這種模式工作時，一種在其中液晶微滴被分散在聚合物中的顯示介質(zhì)夾在一對彼此相對的基底之間，這種類型的LCD被稱為聚合物彌散液晶(PDLC)顯示裝置。在一種PDLC顯示裝置中，在理論上是按照以下方式進(jìn)行顯示的。當(dāng)將一電壓加到該液晶上時，該液晶分子的取向是朝向電場方向。結(jié)果該液晶分子的正常光折射率與用作支撐介質(zhì)的聚合物的折射率相匹配，借此，獲得了透明狀態(tài)。另一方面，當(dāng)該液晶上不加電壓時，液晶分子的隨機取向引起光散射，借此獲得了不透明狀態(tài)。
根據(jù)一種產(chǎn)生以上所述PDLC顯示裝置的方法，例如，液晶微滴是利用如日本專利申請公開58-501631中所公開的聚合物和液晶的相分離而形成的。因此，液晶微滴的形狀是不均勻的，并且需要在沿該基底的表面的方向上精確地控制液晶微滴的位置是困難的。這樣，就需要將不同的驅(qū)動電壓加到相應(yīng)的液晶微滴上，表示電光學(xué)特性的臨界值很不陡峭，因此，所述驅(qū)動電壓變得相當(dāng)高。
為了解決以上所述的常規(guī)的PDLC顯示裝置的這些問題，與本申請為同一個受讓人的日本專利申請5-30996公開了一種使用經(jīng)過改進(jìn)的PDLC顯示裝置的新的顯示模式。在這種LCD中，用紫外光照射液晶和可光固化的樹脂的混合物，使得某些區(qū)域受到相對強烈的光線的照射，而某些區(qū)域受到相對弱的光線的照射。結(jié)果，所述聚合物集中在受到相對強烈的光照射的那些區(qū)域，而液晶集中在受到相對弱的光照射的那些區(qū)域。根據(jù)這一方法，在進(jìn)行所述聚合物和所述液晶的相分離的同時選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，以便可以在象素部分形成液晶區(qū)，而在象素部分以外的區(qū)域形成聚合物區(qū)。此外，如果在象素部分以外的區(qū)域形成的聚合物區(qū)被固定在上基底和下基底上，那么該聚合物區(qū)可以用作隔離物(或基底間隙控制材料)。
在這種PDLC顯示裝置的產(chǎn)生過程中，將含有所述液晶和所述可光固化樹脂的混合物注入一對基底間的間隙中，然后用紫外線照射該混合物，于是，液晶微滴形成于象素部分。因此，當(dāng)所述混合物注入時，基底間隙控制材料(例如隔離物)需要置于一對基底之間。然而，在通過固化可光固化樹脂形成聚合物壁之后，該聚合物壁本身就用作所述基底間隙控制材料。結(jié)果，在形成所述聚合物壁之后，實際上不再需要基底間隙控制材料(例如隔離物)。
當(dāng)把以上所述的、用于減少存留在象素內(nèi)部的基底間隙控制材料的常規(guī)的方法應(yīng)用于這樣的一種PDLC顯示裝置時，又出現(xiàn)以下一些問題。
按將基底間隙控制材料混入密封介質(zhì)中的方法(1)和(2)，即使是在注入該混合物時，在象素內(nèi)部也不存在隔離物。結(jié)果，該LCD不能耐由紫外線照射所引起的混合物的微小的體積變化。
用于摹制光刻膠膜的薄壁，以便在象素部分之外形成這種薄膜的方法(3)由于所述光刻膠膜具有光敏性以及需要不同的產(chǎn)生方法不能應(yīng)用于所述的PDLC顯示裝置。
按利用靜電感應(yīng)移動存留在象素之內(nèi)的隔離物的方法(4)，所述隔離物不能除去，而是移動到所述液晶微滴的周邊部分。因此，所述隔離物存留在象素的周邊部分中并且孔徑比降低，結(jié)果該LCD的顯示質(zhì)量惡化。
由以上的說明，可以清楚地看出，按這些常規(guī)的方法，要減少PDLC顯示裝置的象素之中的隔離物的數(shù)量是困難的。
在常規(guī)的LCD中，用作隔離物的普通的隔離物或聚合物區(qū)可以被用作按一定的值保持基底間隙的基底間隙控制材料，該材料可以是球形、條形或圓柱形。然而，這樣的基底間隙控制材料的抗外加沖擊的性能很差。因此，在將這樣的材料應(yīng)用于便攜式液晶顯示板或用筆輸入數(shù)據(jù)的液晶顯示板時，所述液晶分子的取向狀態(tài)要隨所施加的外界壓力而變化，結(jié)果顯示變得不均勻并且顯示質(zhì)量很不利地出現(xiàn)惡化。此外，如果該顯示板出現(xiàn)變形或彎曲，該顯示板可能損壞。
為了消除這樣一些問題，業(yè)已使用了若干種方法來改善液晶顯示板的強度。根據(jù)這些方法，將一種保護(hù)板(例如透明玻璃板或塑料板)放置在液晶面板的上表面上。然而，根據(jù)所述這些方法，在筆端和顯示位置之間產(chǎn)生了視差。此外，當(dāng)這些方法應(yīng)用于反射式LCD時，整個顯示板變得出乎預(yù)料的暗。
另一方面，在日本專利申請公開56-99384中公開了一種涉及使用有機膜(例如光刻膠膜)改進(jìn)抗沖擊性能的技術(shù)，具體而論，根據(jù)這種技術(shù)，在將一對基底固定、以使它們彼此相對之前，形成一壁狀有機膜(例如光刻膠膜)并將它用作一種基底間隙控制材料。根據(jù)這種技術(shù)，在注入液晶之前形成準(zhǔn)備用作薄壁的光刻膠膜或類似物，這樣，該薄壁的強度預(yù)計在理論上將相當(dāng)大的。
根據(jù)通過形成一種薄壁狀有機膜(例如光刻膠膜)改善抗沖擊性能的方法，盡管有這樣一種優(yōu)點，但是形成所述光刻膠膜大大地限制了注入液晶的區(qū)域，并且填充液晶需要很長的時間，此外，根據(jù)這種方法，需要對光刻膠膜進(jìn)行摹制。摹制光刻膠膜很可能引起取向膜及類似物的磨損，并且反過來又使該生產(chǎn)過程復(fù)雜化。
本發(fā)明的液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底，以及一個置于這對基底之間的顯示介質(zhì)，該顯示介質(zhì)具有由一個或一系列象素構(gòu)成的液晶區(qū)，該液晶區(qū)被聚合物壁圍繞著，在其中，設(shè)置在這一對基底間的間隙中的基底間隙控制材料在所述聚合物薄壁中的數(shù)量大于在所述液晶區(qū)中的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還涉及一種用于產(chǎn)生以下一種液晶顯示裝置的方法。所述液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底，以及一個置于這對基底之間的顯示介質(zhì)，該顯示介質(zhì)具有由一個或一系列象素構(gòu)成的液晶區(qū)，而該液晶區(qū)被聚合物壁圍繞著。所述方法包括以下步驟設(shè)置一對基底，使它們彼此相對并將基底間隙控制材料放置在它們之間，所述基底間隙控制材料由如下一種材料構(gòu)成這種材料趨向存在于所述聚合物薄壁中而不是液晶區(qū)；將包括至少一種液晶材料和一種可光聚合的化合物的混合物注入所述這對基底之間的間隙內(nèi)；以及，選擇性地用紫外線照射所述混合物，借此形成由受所述聚合物薄壁圍繞的液晶區(qū)構(gòu)成的顯示介質(zhì)并使大部分的所述基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁中而不是液晶區(qū)中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了用于生產(chǎn)以下一種液晶顯示裝置的另一個方法，所述液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底，以及一個置于這對基底之間的顯示介質(zhì)，該顯示介質(zhì)具有由一個或一系列象素構(gòu)成的液晶區(qū)，而該液晶區(qū)被聚合物壁圍繞著。所述方法包括以下步驟通過在這對基底的至少一片基底上在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置基底間隙控制材料的方式設(shè)置這對基底，使它們彼此相對；將由至少一種液晶材料和可光聚合化合物構(gòu)成的混合物注入這對基底之間的間隙中；以及有選擇地用紫外線照射該混合物，借此形成由被聚合物壁包圍的液晶區(qū)構(gòu)成的顯示介質(zhì)并使絕大部分的基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁中而不是在所述液晶區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底，以及置于這對基底之間的顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有在適當(dāng)位置被聚合物壁包圍的液晶區(qū)，在其中所述聚合物壁是由在其固態(tài)具有10g/mm 或更大的抗壓縮值的聚合材料構(gòu)成的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了用于產(chǎn)生如下一種液晶顯示裝置的方法，所述液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底和置于這對基底之間的顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有在適當(dāng)位置被聚合物壁包圍的液晶區(qū)。所述方法包括如下步驟注入一種包括至少一種液晶材料和其固化態(tài)具有10g/mm 或更大的抗壓縮值的可聚合化合物的混合物；以及把熱能或光能施加到所述混合物上，以便使所述液晶材料和所述可聚合化合物相分離，借此在適當(dāng)位置選擇性地形成所述液晶區(qū)和聚合物壁。
在根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置中，由于設(shè)置在所述那對基底間的間隙中的基底間隙控制材料是由趨向于存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的，所以同存在于所述液晶區(qū)的材料的數(shù)量相比較，存在于所述聚合物壁中基底間隙控制材料的數(shù)量更大些。結(jié)果，從所述象素中除去了全部或大部分基底間隙控制材料，使得象素的顯示質(zhì)量和對比度得到改善。
根據(jù)產(chǎn)生本發(fā)明的液晶顯示裝置的方法，一對基底彼此相對設(shè)置，并將由趨向存在于所述聚合物壁之內(nèi)而不是存在于所述液晶區(qū)的物質(zhì)構(gòu)成的基底間隙控制材料夾在它們之間，以及將含有至少一種液晶材料、一種可光聚合材料和一種光引發(fā)劑的混合物注入這對基底之間的間隙之中。如果用紫外線對所述混合物進(jìn)行選擇性地照射，那么在用相對強烈的紫外線照射的區(qū)域的光聚合速度就高，而在用相對弱的紫外線照射的區(qū)域的光聚合速度就低。因此，液晶被分隔為若干用相對弱的紫外線照射的區(qū)域，于是形成了液晶微滴。在使用由諸如趨向于存在于所述聚合物薄壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的聚合物樹脂之類的材料構(gòu)成的基底間隙控制材料或球形隔離物時，所述液晶的表面張力在這個相分離過程中將所述基底間隙控制材料從所述液晶區(qū)排出來，使得所述基底間隙控制材料被吸收到由光固化的樹脂構(gòu)成的聚合物壁中。
此外，在所述混合物用紫外線照射，以便對于象素部分和象素以外的部分通過用光掩膜遮掩相應(yīng)于象素區(qū)混合物的那些部分選擇不同的照射強度的情況下，所述液晶區(qū)可以按照一種簡化的結(jié)構(gòu)很容易地形成了所述象素區(qū)，而聚合物壁形成于所述象素部分以外的部分。按照這種方式，所有的或大部分基底間隙控制材料可以從所述象素部分除去。此外，如果至少一種由有機膜、無機膜、或金屬膜形成的透明電極或類似部分形成于至少一個面對所述顯示介質(zhì)的基底上，那么可能會更為容易地有選擇地分配照射的光。
當(dāng)在至少一個面對所述顯示介質(zhì)的基底上形成至少一個由趨向于使絕大部分的基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁內(nèi)部的材料構(gòu)成的定向膜時，在所述定向膜中不會存留有基底間隙控制材料。結(jié)果，所有的或大部分隔離物從所述象素中被除去，使得該象素的顯示質(zhì)量和對比度可以得到進(jìn)一步的改善。
如果是使用含有一種可光聚合的化合物材料和具有相應(yīng)的不同的折射率的細(xì)微顆粒的混合物來相分離，那么所述細(xì)微顆粒也被吸收到所述聚合物壁中，借此提供了一種處于光散射狀態(tài)的聚合物壁。結(jié)果，可以抑制所述顯示板的亮度的減少。按照常規(guī)，當(dāng)選擇液晶顯示方式、使得兩個起偏器被放置得彼此垂直時，相應(yīng)于所述聚合物壁的那些部分就處于各向同性相，結(jié)果這些部分就變黑。結(jié)果，整個顯示板也很不利地變黑和變暗了。然而，根據(jù)本發(fā)明，所述聚合物壁處于光散射狀態(tài)，因此可以抑制所述顯示板的亮度的降低。
根據(jù)一個用于產(chǎn)生本發(fā)明的液晶顯示裝置的方法，在所述基底的至少一個基底之上在所述象素部分以外的部分設(shè)置較大數(shù)量的基底間隙控制材料；一對基底被設(shè)置得彼此相對；并且將含有至少一種液晶材料、一種可光聚合材料和一種光引發(fā)劑的混合物注入所述這對基底之間的間隙中。當(dāng)對所述混合物用紫外線進(jìn)行選擇性地照射時，如果相應(yīng)于象素部分的那些部分用一個光掩膜遮掩、以便有選擇地區(qū)分相應(yīng)于所述象素部分和所述象素以外的部分的照射強度，那么就產(chǎn)生一種相分離，所述聚合物壁就形成于在其中包括有較大數(shù)量的基底間隙控制材料的所述象素部分以外的那些部分中，而液晶區(qū)則形成于具有較少量基底間隙控制材料的象素部分中。結(jié)果，較大量的基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁之中而不是在所述液晶區(qū)。此外，利用形成在至少一個面對所述顯示介質(zhì)的所述基底之上的有機膜、無機膜、或金屬膜(例如一個透明電極)，可以很容易地有選擇地分配照射的光。
如果所述相分離是利用含有可光聚合的化合物材料和具有相應(yīng)的不同的折射率的細(xì)微顆粒的混合物來進(jìn)行的，那么所述細(xì)微顆粒也被吸收到所述聚合物壁之中，借此提供了呈光散射狀態(tài)的聚合物壁。結(jié)果，由于與以上所述相同的原因，可以抑制所述顯示板的亮度的減少。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，將含有至少一種液晶材料和一種可聚合的化合物的混合物注入一對基底之間的間隙中，并通過對該混合物進(jìn)行加熱或光照使其聚合，借此使所述液晶材料和所述可聚合的化合物發(fā)生相分離，結(jié)果，可以得到在其中在適合的位置上選擇性地形成了液晶區(qū)和聚合物區(qū)的顯示介質(zhì)。由于所述聚合物區(qū)主要是由具有10g/mm 或更大的抗壓值的聚合物材料構(gòu)成的，所以，即使是由于例如用筆或類似工具輸入數(shù)據(jù)使這種液晶顯示裝置受到外來的力或沖擊的影響，在這些區(qū)域的顯示質(zhì)量也不會降低。
在這種相分離過程中，如果對所述基底加一適當(dāng)?shù)恼駝樱蛘呷绻岩浑妷杭釉谶@對基底之間的間隙上，那么所述細(xì)微顆粒(例如所述基底間隙控制材料)就可以有效地被引入該聚合物區(qū)并因此使該聚合物區(qū)的抗沖擊性能和強度可以得到改善。此外，如果全部或大部分的基底間隙控制材料可以從所述象素區(qū)除去，那么所述象素的顯示質(zhì)量和對比度也可以得到改善。
此外，由于構(gòu)成所述聚合物區(qū)的聚合物材料是由一種熱固性樹脂或一種可光固化的樹脂構(gòu)成的，所以形成可固化樹脂，以便使其固化并附著在受到高強度能量的作用(例如加熱或光照)的所述聚合物區(qū)中的那對基底的兩片基底之上。結(jié)果，抗沖擊性能可以得到進(jìn)一步的改善。
因此，這里所描述的發(fā)明可以顯示出以下的優(yōu)點(1)通過除去全部或在部分由分散在液晶顯示裝置內(nèi)部的聚合物構(gòu)成的所述象素內(nèi)部的基底間隙控制材料(例如隔離物)提供一種可以改善對比度和顯示質(zhì)量的液晶顯示裝置和產(chǎn)生這種裝置的方法，以及(2)提供一種可以利用如下一種簡化的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的液晶顯示裝置以及用于產(chǎn)生這種裝置的方法，所述簡化的生產(chǎn)工藝通過在一對彼此相對的基底之間的間隙中按照適合的位置選擇性地形成一個聚合物區(qū)和一個液晶區(qū)可以改善抗沖擊性能以及筆端和顯示位置之間的視差。
本發(fā)明的這些以及其他的優(yōu)點在閱讀并理解了以下參考附圖所作的詳細(xì)說明之后對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得很清楚明白。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個例子的一個液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是表示圖1的液晶顯示裝置的平面圖。
圖3A-3E是一些說明在圖1的液晶顯示裝置的產(chǎn)生過程中所述隔離物是如何被導(dǎo)入所述聚合物壁中的剖面圖。
圖4是表示根據(jù)第一個比較例的液晶顯示裝置的平面圖。
圖5是表示根據(jù)第二個比較例的液晶顯示裝置的平面圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二個例子的、在其上設(shè)置有若干個起偏器的液晶顯示板的剖面圖。
圖7A-7D是一些表示根據(jù)本發(fā)明的第三個例子的、在使用網(wǎng)板印刷的情況下各種圖案的平面圖。
圖8是表示在使用圖7B所示的圖案印刷時的印刷情況的透視圖。
圖9是表示在例2和例3中所述顯示板的偏振軸和磨擦方向的平面圖。
圖10A是表示用于移動細(xì)微顆粒(例如隔離物)的振動發(fā)生器21和超聲波振動發(fā)生器22的示意圖。
圖10B是表示施加用于移動細(xì)微顆粒(例如隔離物)的電壓的方法的示意圖。
圖11是用于測量聚合物壁的抗壓縮值(硬度)的試驗機的示意圖。
圖12A和12B是表示在用筆輸入的情況下用于測量加到一個LCD上的抗壓縮值的裝置的視圖。
以下將參考附圖利用一些說明性的例子對本發(fā)明加以闡述。應(yīng)該注意，本發(fā)明并不局限于以下的一些例子和一些特殊的例子。
本文中的“由趨向存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的基底間隙控制材料”將被定義如下(1)通過將一種液晶材料和一種可光聚合的單體(可光固化樹脂)相混合，使得它們的摩爾比為1∶1而得到一份樣品(1g)。(2)將l份間隙控制材料(0.05g)同這份樣品相混合。而后，將該混合物加以攪拌并在100℃下加熱1小時，借此得到一份混合物溶液。(3)接下去，在將該混合物冷卻至室溫后，將該混合物溶液在一塊玻璃盤(約2cm )上干燥。而后，使用一個用于發(fā)射紫外線的高壓泵燈使該混合物溶液在強度為10mW/cm2的紫外線下暴露20分鐘，借此，對該混合物進(jìn)行相分離，使其分離為所述聚合物和所述液晶。(4)如果在所述聚合物壁中的基底間隙控制材料的數(shù)量與在所述液晶區(qū)中的基底間隙控制材料的數(shù)量之比滿足以下公式，那么這種基底間隙控制材料就被定義為一種由趨向存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的基底間隙控制材料。
(所述聚合物壁中的基底間隙控制材料的數(shù)量)/(在所述聚合物區(qū)中的基底間隙控制材料的數(shù)量)＞1.1“由趨向使較大數(shù)量的基底間隙控制材料存在于所述聚合物薄壁內(nèi)部的材料構(gòu)成的取向膜”在這里將被定義如下。(1)通過將所述液晶和一種用作定向膜的材料相混合，使得它們的摩爾比為1∶1，得到1份樣品(2g)。(2)將1份基底間隙控制材料(0.1g)同這份樣品相混合，將該混合物加以攪拌并在l00℃下加熱1個小時。(3)接下去，在將該混合物冷卻至室溫之后，將該混合物放置6小時，借此，將該混合物分離為一個上層(液晶區(qū))和一個下層(定向膜區(qū))。(4)而后，將在所述上層和所述下層中的一部分溶液用一根移液管或類似用具吸出來，將由相應(yīng)的層取得的滲液在一個玻璃盤(約1cm )中加以干燥。如果在所述定向膜部分中的基底間隙控制材料的數(shù)量與在所述液晶層部分中的基底間隙控制材料的數(shù)量之比滿足以下公式，那么，所述定向膜就被定義為一種由趨向使較大部分的基底間隙控制材料存在于所述聚合物薄壁內(nèi)部的材料構(gòu)成的定向膜。
(在所述定向膜部分中的基底間隙控制材料的數(shù)量/(在所述液晶層部分中的基底間隙控制材料的數(shù)量)＜1.0因此，在使用這樣一種定向膜的情況下，在一個復(fù)雜的液晶顯示裝置中，較大數(shù)量的基底間隙控制材料可以存在于所述聚合物壁之中而不是存在于所述液晶區(qū)。
例1圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個例子的一個液晶顯示裝置(LCD)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖1所示的LCD中，一對用玻璃或類似材料制的基底1a和1b被設(shè)置得彼此相對，而被聚合物壁7所包圍的液晶區(qū)6被夾在這對基底1a和1b之間，以便將該液晶區(qū)用作一種顯示介質(zhì)。在基底1a和1b面對所述顯示介質(zhì)的表面形成條形透明電極2a和2b。在電極2a和2b之上形成電絕緣薄膜3a和3b，在所述絕緣膜上形成定向膜4a和4b。由透明電極2a和2b的相對的部分確定了包括液晶區(qū)6的象素部分12。相對的基底1a和1b的外圍邊緣用密封劑5彼此附著在一起。此外，隔離物9在那對基底1a和1b之間的間隙中作為所述的基底間隙控制材料而存在。如圖2的平面圖所示，存在于聚合物壁7之中的隔離物9的數(shù)量大于存在于包括液晶區(qū)域6的象素部分12中的隔離物的數(shù)量。
這種LCD可以例如按照以下方式制造。
首先，利用濺射技術(shù)在基底1a和1b上沉積銦錫氧化物(ITO)膜，使其厚度為200nm，借此，形或條形透明電極2a和2b。其次，利用濺射技術(shù)形成電絕緣膜3a和3b，使其覆蓋住透明電極2a和2b。再其次在其上形成定向膜4a和4b并用尼龍布或類似物對定向膜進(jìn)行磨擦處理。在這種情況下，基底1a和1b之中至少有一個需要用透光的透明材料(例如玻璃或塑料)制造。因此，如果這兩個基底之中有一個是透明的，則金屬膜或類似物可以形成在另一個基底上。定向膜4a和4b是用趨向使較多量的隔離物9存在于所述聚合物壁內(nèi)部的材料制成的。
在這樣一種狀態(tài)下，隔離物9被分散到形成于那對基底1a和1b上的定向膜4a和4b的表面上。而后，設(shè)置基底1a和1b，使得透明電極2a和2b彼此垂直相對。最后，用密封劑5固定基底1a和1b的周圍邊緣，于是，一個液晶盒就形成了。這種隔離物9的材料最好是用一種趨向于存留在所述聚合物樹脂層中而不是液晶層中的材料(例如聚合物樹脂)制造的。因此，該隔離物可以用基于丁二烯樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂或蜜胺樹脂的材料制成，所以，使用由不可能存在于所述聚合物壁中的材料(例如硅石珠?；蜓趸X珠粒)制成的隔離物是不可取的。此外，所述隔離物最好是球形。不使用粘附在形成在基底1a和1b上的定向膜4a和4b上的固定型隔離物。
含有至少一種液晶材料和一種可光聚合的化合物的混合物被注入按這種方法產(chǎn)生的液晶盒的間隙(在基底1a和1b之間)。如有必要，還可以將一種光引發(fā)劑加到這種混合物中。
在這種情況下，可以使用任何可用于常規(guī)的LCD(TN型、STN型、ECD型、FLC型或光散射型)的液晶材料。例如，可以使用含有0.3％的手性試劑(S-811)的ZLI-4792(由Merck&Co.，Imc.制造)?？梢允褂酶鞣N材料，例如由Nippon kayaku Co.，LTD制造的R-684、對苯基苯乙烯、異冰片基異丁烯酸酯和全氟代異丁烯酸酯。可以使用一種光引發(fā)劑，例如由Ciba Geigy生產(chǎn)的Irgacure 651。在注入所述混合物后，注射孔用一種可用紫外線照射固化的樹脂密封。當(dāng)可用紫外線照射固化的樹脂固化時，必須十分小心，使所述顯示部分(或所述注射部分)不受紫外(UV)線的照射。
其次，所述混合物用由所述液晶元件外部的一個光源發(fā)出的UV光照射。在這種紫外線照射過程中，準(zhǔn)備用紫外線照射的一個基底的表面的某些部分用包括一個對應(yīng)于所述象素部分的遮光部分的光掩膜覆蓋住，然后透過所述光掩膜用紫外線照射所述基底。將一個用于發(fā)射準(zhǔn)直紫外線的高壓汞燈用作光源。在進(jìn)行光照射的位置所述高壓汞燈的發(fā)光強度為10mW/cm2。在這種紫外線照射過程中所述基底的溫度可以是環(huán)境溫度或是等于或高于所述液晶由向列相轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘囊合鄷r的溫度TNI。在溫度等于或高于TNI下進(jìn)行紫外線照射的情況下，所述液晶分子的取向可以被穩(wěn)定住。
在這個例子中，將所述紫外線按照以上所述的方式選擇性地通過所述光掩膜進(jìn)行照射，結(jié)果，用所述光掩膜覆蓋的象素部分受到相對弱的紫外線照射，而象素部分以外的部分受到相對強烈的紫外線的照射。在所述象素部分以外的用強烈的紫外線照射那些部分所述可光聚合的樹脂的聚合速度高于用弱的紫外線照射的象素部分的速度。結(jié)果，液晶集中在所述象素部分，而聚合物集中在所述象素部分之外的部分，于是，所述液晶和所述聚合物的相分離就完成了。接下去，在一對基底1a和1b之間的間隙中形成了顯示介質(zhì)，在該顯示介質(zhì)中，液晶微滴(或液晶區(qū))6被聚合物壁7包圍著。
因此，在這個相分離步驟進(jìn)行過程中，液晶的表面張力將趨向于存在于所述可光聚合的樹脂中的隔離物9從所述液晶區(qū)排出來并迫使它進(jìn)入所述聚合物樹脂中。結(jié)果，較大數(shù)量的隔離物9存在于聚合物薄壁7之中而不是存在于液晶微滴6中。換句話講，象素中隔離物9的數(shù)量減少了。
通過利用形成于所述液晶盒內(nèi)部的有機物膜、無機物膜、金屬膜或類似物(例如用ITO制造的透明電極)代替在根據(jù)這個例子的紫外線照射步驟中使用的光掩膜，就可以很容易地選擇用來照射的紫外線的分布(或強度)。當(dāng)進(jìn)行紫外線照射，同時將所述基底加熱到高溫，以便使液晶分子的取向穩(wěn)定時，所述基底在一個慢速冷卻烘箱內(nèi)被緩慢地冷卻至室溫。冷卻速度最好在3℃/h至20°C/h范圍，更為可取的是5℃/h至10°/h范圍。在聚合物壁7形成之后，可以再一次在弱強度下進(jìn)行短時間紫外線照射，以便通過使未反應(yīng)的材料固化將隔離物9封閉在聚合物壁7中或者可以使所述聚合物充分交聯(lián)。
以下，將參考圖3A至3E說明如何將隔離物9引入聚合物薄壁7的內(nèi)部。在這種情況下，使用的是由一種聚合物樹脂構(gòu)成的并趨向于保留在所述可光固化樹脂內(nèi)部的球形隔離物。在以下說明中，所述基底在所述照射階段的溫度被設(shè)定在所述液晶處于各向同性的液態(tài)的一個溫度。
圖3A示出了一個液晶顯示板，在該顯示板中，混合物13在進(jìn)行照射步驟之前注入該顯示板的一對基底1a和1b之間的間隙中。隔離物9被散布在所述基底的整個表面上作為基底間隙控制材料。在這種情況下，隔離物9與所述這對基底的兩片都接觸。
其次，圖3B示出了一個紫外線照射步驟。在紫外光入射側(cè)、在基底1a的整個表面上形成光掩膜14，以便將所述象素區(qū)覆蓋住，然后用紫外線8對其進(jìn)行照射。其上形成光掩膜14的那些部分(即遮光部分10)受較弱的紫外線照射，而其上沒有形成光掩膜14的那些部分(即透光部分11)受較強的紫外線照射。在受強紫外線照射的部分聚合速度高于在受弱紫外線照射的部分的聚合速度，結(jié)果形成了聚合物壁7(如圖3B中所示的斜線所表示的)。所述基底的溫度被設(shè)定在所述液晶處于各向同性的液態(tài)的一個溫度。如果將所述顯示板加熱到約為一個等于或高于TNI的溫度，那么包括有液晶的混合物的體積就要膨脹。結(jié)果，在所述基底和所述隔離物之間就形成了某種空隙，如以上所述，這種空隙與所述基底接觸。該空隙允許所述隔離物移動。在這種條件下，如下面將要說明的那樣，通過進(jìn)行紫外線照射和緩慢的冷卻，就可以將所述隔離物移動到所要求的位置。這種移動隔離物的原理可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的其它一些例子中。
圖3C表示出在利用紫外線照射后的一個緩慢冷卻階段。在這一階段，所述液晶和所述聚合物的相分離處在進(jìn)行過程之中，并且液晶區(qū)6正在逐漸形成。此時，趨向存在于可光固化的樹脂內(nèi)部的隔離物9由于所述液晶的表面張力的作用被移出液晶區(qū)6。
如圖3D所示，由于這種緩慢冷卻的結(jié)果，液晶區(qū)6膨脹，同時隔離物9進(jìn)一步移出，以便集中在聚合物壁7中。在這一階段，聚合物壁7尚未完全固化并仍然有柔性，結(jié)果，趨向存在于可光固化樹脂內(nèi)部的隔離物9被引入了聚合物壁7之中。
最后，如圖3E所示，再一次進(jìn)行用紫外線照射步驟，以便使未反應(yīng)的材料固化并使所述聚合物充分交聯(lián)。如該圖所示，基底1a的整個表面用紫外線照射，結(jié)果，隔離物9被封閉在用斜線表示的聚合物壁7中。
在這樣獲得的LCD中，存在于聚合物壁7中的隔離物9的數(shù)量大于存在于液晶區(qū)7中的數(shù)量。結(jié)果，所有的或大部分隔離物9可以從象素中除去。因此，就可以得到高顯示質(zhì)量和高對比度的LCD。
通過改變待注入液晶盒的液晶材料或改變定向膜，按以上所述方式得到的這種LCD可以被用作TN型、STN型、FLC型或ECB型LCD。此外，這種LCD可以被用作利用光散射模式的LCD，通過在該液晶盒的兩表面上設(shè)置起偏器或反射器這種LCD可以用作透過型或反射型LCD。
以下，將詳細(xì)地描述相對于第一個例子的第一個特例。
特例1-1首先，利用濺射技術(shù)在一對基底1a和1b上形成由厚度為200nm的ITO制成的透明電極2a和2b。其次，也利用濺射技術(shù)形成電絕緣膜3a和3b，以便覆蓋透明電極2a和2b。在其上形成定向膜4a和4b，然后，用尼龍布對定向膜作磨擦處理。使處于這種狀態(tài)下的那對基底1a和1b相面對，使得透明電極2a和2b彼此垂直相面對，然后，按照每平方毫米大約50個隔離物的密度將球形隔離物9(型號為Micropearl，由Sekisni Fine Chemical，Co.Ltd生產(chǎn))分散到它們之間。最后，這些基底的周邊邊緣用密封劑5(型號Strucbond XN-21S，烘烤溫度140-150℃/2h)彼此固定在一起，借此，制成一個液晶盒。
在大約30℃的環(huán)境溫度下，向這個液晶盒的基底1a和1b之間的間隙中注入一混合物，該混合物包括含有0.3％的手性試劑(S-811)的4gZLI-4792(由Merck & Co.，Inc.制造)(用作液晶材料)、0.1g R-684(由Nippon kayaku Co.，LTD制造)、0.07g對-苯基苯乙烯、0.8g異冰片基異丁烯酸酯(用作可光固化樹脂)、以及0.03gIrgacure 615(由(iba Geigy制造)(用作光引發(fā)劑)。
接下去，兩基底之一的表面用光掩膜14覆蓋，使得象素部分是遮光的部分，而后，利用發(fā)射強度為10mW/cm2的準(zhǔn)直的紫外線的高壓汞燈通過光掩膜照射紫外線。在完成這一照射過程之后，使該液晶盒在所述緩慢冷卻烘箱內(nèi)緩慢地冷卻。接下去，按照弱強度再次進(jìn)行短時間紫外線照射，使得未反應(yīng)的材料固化并使所述聚合物充分交聯(lián)。
最后，將起偏器裝在所述液晶元件的兩個外表面，借此，制成一種TN型的液晶顯示裝置。
用顯微鏡觀測這樣得到的LCD。結(jié)果，如圖2所示，表示出所述液晶區(qū)集中在象素部分12中并且設(shè)有隔離物9留在象素部分12之內(nèi)。根據(jù)這個特例，使用的是由一種趨向于使隔離物9存在于聚合物壁7之內(nèi)的材料構(gòu)成的定向膜，結(jié)果在所述液晶區(qū)和所述定向膜之間的界面中既沒有殘留聚合物，也沒有殘留隔離物，于是，所述液晶處于一種令人滿意的取向狀態(tài)。聚合物壁7基本上是對應(yīng)所述光掩膜圖形形成的，同時隔離物9被引入所述聚合物壁中，并且，沒有液晶被引入聚合物壁7之中，也沒有聚合物壁7侵入象素部分12中。這種液晶的對比度經(jīng)測量為30。該對比度是通過使光透過該LCD而得到的，并且用沒加電壓時的透光率和加有飽和電壓時的透光率之間的比來表示的。
對照例1-1在這個例子中，TN型的LCD是按照與實施例1和特例1中相同的方法制造的，只是使用粘性隔離物作為所述隔離物。
用顯微鏡觀測這樣得到的LCD，結(jié)果顯示出所述液晶區(qū)集中在象素部分12中并且在象素部分12中還殘存有一些隔離物9，如圖4所示那樣。此外，粘在所述隔離物上的聚合物殘留在所述液晶區(qū)和所述定向膜之間的界面中，因此，所述液晶并沒有處在令人滿意的取向狀態(tài)。一些聚合物壁7受到存留在該聚合物壁周圍的隔離物9的影響形成于與所述光掩膜圖形不一致的位置上。這種LCD的對比度經(jīng)測量為23。
對照例1-2在這個例子中，一種TN型LCD是按照與實施例1和特例1-1中相同的方法制作的，只是使用了硅石珠粒(實心球狀體由Catalysis Chemicals制造)作為所述隔離物。
用顯微鏡觀測這樣得到的LCD。結(jié)果表示出，所述液晶區(qū)集中在象素部分12中，一些隔離物9殘留在象素部分內(nèi)部并且在象素部分12中形成了一些隔離物9的團(tuán)塊，如圖5中所示那樣。此外，在象素部分12內(nèi)部，所述聚合物樹脂粘附在隔離物9上并且到處留下長形痕跡。因此，所述液晶并沒有處在令人滿意的取向狀態(tài)。這種LCD的對比度經(jīng)測量為20。
在利用氧化鋁(Alphaite由Showa Electric Industrial制造)作為所述隔離物制造TN型LCD的情況下，得到類似于使用硅石顆粒的情況的結(jié)果。
在以上所述的實施例和特例中，業(yè)已描述過通過簡單的矩陣驅(qū)動進(jìn)行顯示的LCD。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其他的一些利用有源矩陣驅(qū)動和使用薄膜晶體管(TFT)或金屬絕緣體金屬(MLM)的類似方式進(jìn)行幾種顯示的LCD。因此，驅(qū)動方法不限于在這些例子中所描述的那種方法。如果經(jīng)這種LCD提供彩色濾光片和黑掩膜，那么這些例子的LCD可以進(jìn)行彩色顯示。此外，本發(fā)明的方法還可以應(yīng)用于這樣一種LCD，在這種LCD中，除TN型的液晶外，還適用于STN型、FLC型、ECB型、光散射型等的液晶都由所述聚合物壁包圍著，本發(fā)明還可以應(yīng)用于透射型LCD或反射型LCD。
例2按照與圖1所示LCD相同的方式構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第二個例子的一種STN型LCD。
在圖1所示的LCD中，一對用玻璃或類似材料制成的基底1a和1b彼此相對設(shè)置，被聚合物壁7包圍的液晶區(qū)6被夾在這一對基底1a和1b之間以便被用作顯示介質(zhì)。在基底1a和1b面對所述顯示介質(zhì)的那二個表面上，形成了條形透明電極2a和2b。在透明電極2a和2b之上，形成了電絕緣膜3a和3b。電透明電極2a和2b的相對的部分確定了包括液晶區(qū)6的象素部分12。
相對的基底1a和1b的周邊邊緣用密封劑5彼此固定在一起。此外，隔離物9存在于一對基底1a和1b之間的間隙中作為所述基底間隙控制材料。如圖2的平面圖所示，存在于聚合物壁7中的隔離物9的數(shù)量大于存在于包括液晶區(qū)6的象素區(qū)12中的隔離物9的數(shù)量。
例如，可以按照以下方式制這種STN型LCD。
首先，利用濺射技術(shù)在基底1a和1b上沉積銦錫氧化物(ITO)膜，使其厚度為200nm，借此，通過濺射技術(shù)形成用SiO2制成的電絕緣膜3a和3b，使得膜3a和3b覆蓋條形透明電極2a和2b。
而后，通過在絕緣膜上旋涂聚酰胺(Sunever 150，NissanChemical Industries Ltd生產(chǎn))在絕緣膜上形成定向膜4a和4b，并沿著一個方向用尼龍布或類似材料對其進(jìn)行磨擦處理。透明電極2a和2b的數(shù)目被設(shè)定為在寬度方向上每毫米4條。相鄰電極間的間隙被設(shè)定為25μm。
其次，使一對經(jīng)過磨擦處理的基底1a和1b彼此相對設(shè)置，使得取向方向呈60°相交。按照每平方毫米50個隔離物的密度使球形隔離物(Haya Beads L11由Hayakawa Rubber生產(chǎn))散布到經(jīng)過磨擦處理的基底1a和1b之中的一個之上。
接下去，對基底1a和1b的周邊邊緣用密封劑5(StructbondXN-215；烘烤溫度140℃-150℃/2h)固定，借此，制成了一個液晶盒。
而后，將一種用作顯示介質(zhì)的混合物在30℃的環(huán)境溫度下注入這個液晶盒的基底1a和1b之間的間隙中。通過將4g液晶材料ZLI-4427(包括由Merck&Co.，Inc.制造的S-811)、0.1g R-684(由Nippon Kayakn Co.，LTD制造)、0.07g對-苯基苯乙烯、0.8g異冰片基異丁烯酸酯和0.1g全氟代異丁烯酸酯(以上成分用作可光固化樹脂材料)、和0.03gIrgacure 651(由Ciba Geigy生產(chǎn))(用作光引發(fā)劑)混合在一起，得到用作顯示介質(zhì)的混合物材料。其他種類的可固化樹脂也可以被用來形成聚合物壁7。注射孔用通常使用的可用紫外線固化的樹脂密封。在這個步驟中，對所述基底的顯示部分(或被注入的混合物)，不得用紫外線照射。
其次，把一個光掩膜被放置在按以上所述方法制造的液晶盒的兩片基底之一之上，使象素部分阻斷了紫外線。而后，從光掩膜一側(cè)用紫外線照射所述混合物材料，例如，可以使用一個用于發(fā)射準(zhǔn)直紫外線的高壓汞燈作為光源。紫外線照射是在所述高壓汞燈的強度為10mW/cm2的位置上進(jìn)行的。在這種用紫外線照射的過程中所述基底的溫度可以是一個等于或高于TNI(液晶由向列相轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘囊合嗟臏囟?的溫度。作為一種用于選擇性地照射紫外線的措施，一種形成在所述液晶盒上的有機膜、無機膜或金屬膜都可以用來代替所述光掩膜，以便選擇性地分配紫外線。
在進(jìn)行紫外線照射的同時為了穩(wěn)定液晶的取向而將所述基底在高溫(等于或高于TNI)下加熱的情況下，在紫外線照射步驟完成之后，要使所述基底在一個緩慢冷卻烘箱內(nèi)緩慢地冷卻至室溫。冷卻速度比較可取的是在3℃/h至20℃/h的范圍，更為可取的是在5℃/h至10℃/h的范圍。在聚合物壁7形成之后，可以再一次以弱強度進(jìn)行短時間紫外線照射，以便通過使未反應(yīng)的材料固化將隔離物9封閉在聚合物壁7之內(nèi)，或者使所述聚合物充分交聯(lián)。按照這種方式，形成了所述液晶部分和所述聚合物壁部分。所述液晶部分表示出一種具有240度扭曲角的STN取向。
如圖6所示，起偏器17被安裝在已經(jīng)按以上所述方式制成的圖1的顯示板上。如圖9所示，起偏器17的相應(yīng)的二個偏振方向P和A之間所形成的角被設(shè)定為60°，而在兩個偏振方向P和A和相應(yīng)的二個磨擦方向R1和R2之間形成的角分別被設(shè)定為45°，借此制出了一種黃色模式透明型的STN型LCD。
在這個例2中，本發(fā)明在不使用相位板的條件下應(yīng)用于STN型的透射型LCD。然而，本發(fā)明不限于此，而通過提供一些反射器還可應(yīng)用于STN型的反射LCD。在為所述LCD提供相位板的情況下，還可以利用單色顯示彩色等。如果為STM型的LCD提供為了對應(yīng)于相應(yīng)的象素而摹制的相位板，就可以實現(xiàn)一種具有高對比度的液晶顯示模式。在這個例子中，對用于基底的材料沒有特殊的限制，而是可以使用透光的透明體，例如玻璃板和塑料膜。此外，這對基底之中的一塊可以含有金屬。
此外，如果使用通過將可光聚合化合物材料和具有不同折射率的細(xì)微顆粒相混合而得到的基底間隙控制材料，那么所述的細(xì)微顆粒也可以被吸收到所述聚合物壁中，并且該聚合物壁可以使光散射。
使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)觀測對應(yīng)于所述液晶盒的四個象素(圖2中所示)的那些部分。結(jié)果表示出在液晶區(qū)6和定向膜4a和4b之間的界面中幾乎沒有殘留隔離物或聚合物，并且所述液晶是處在一種令人滿意的取向狀態(tài)。聚合物壁7基本上是對應(yīng)于所述光掩膜圖形形成的，隔離物9被引入其中，并且液晶沒有被引入聚合物壁7中，聚合物壁7也沒有擠入象素部分12。對比度(這樣制成的這種LCD的一種電光特性)經(jīng)測量為15。所述對比度是通過使光透過所述LCD來測量的，并且用未加電壓時的透光率與加有飽和電壓時的透光率之間的比來表示的。
用于以上所確定的趨向存在于所述聚合物壁內(nèi)部而不是所述液晶區(qū)內(nèi)部的基底間隙控制材料的比率是針對這個例子的LCD計算的。結(jié)果用下面公式表達(dá)。
(存在于所述聚合物壁內(nèi)部的基底間隙控制材料的數(shù)量)/(存在于所述液晶部分中的基底間隙控制材料的數(shù)量)＝1.32對照例2-1在這個對照例中，利用以下表1中所示的基底間隙控制材料代替例2中所使用的球形隔離物制造了具有以上所述結(jié)構(gòu)的五種LCD。相應(yīng)的LCD的對比度也示于表1中。
表1
在LCD(1)和(5)中，存在于所述象素內(nèi)的隔離物的數(shù)量少，并且所述聚合物幾乎不進(jìn)入所述象素區(qū)。所述聚合物壁在大多數(shù)區(qū)域基本上對應(yīng)于所述光掩膜圖案形成。
在液晶顯示器(2)、(3)和(4)中，存在于所述象素內(nèi)部的隔離物的數(shù)量大，受殘留在聚合物壁周圍的隔離物9的影響，所述聚合物樹脂粘附在隔離物9上并在離開所述光掩膜圖案的位置上留下長形的痕跡。
針對這個例子的LCD計算應(yīng)用于趨向存在于所述聚合物壁內(nèi)部而不是存在于以上所確定的液晶區(qū)的基底間隙控制材料的對比度。得到結(jié)果如下。
(存在于所述聚合物內(nèi)部的基底間隙控制材料的數(shù)量)/(存在于所述液晶部分的基底間隙控制材料的數(shù)量)分別等于1.14[對LCD(1)]；0.53[對于LCD(2)]；0.61[對于LCD(3)]；0.58[對于LCD(4)]和1.17[對于LCD(5)]。
因此，在使用由趨向存在于所述聚合物壁內(nèi)部而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的隔離物時，存在于所述象素內(nèi)部的隔離物變得很少；所述聚合物壁幾乎不會同所述象素區(qū)相混合；在大多數(shù)區(qū)域，聚合物壁基本上對應(yīng)于光掩膜圖案形成。從而，可以得到一個具有高對比度的LCD。
例3在這個第三個例子中，所述基底間隙控制材料被設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。這就是說，所述基底間隙控制材料是通過在此情況下的隔離物印刷技術(shù)設(shè)置的。在本例中也制造了一個STN型LCD。
按照與圖1所示LCD中同樣的方式構(gòu)制根據(jù)本發(fā)明的第三個例子的STN型LCD。
在圖1所示的LCD中，一對用玻璃或類似材料制成的基底1a和1b彼此相對設(shè)置，被聚合物壁9包圍的液晶區(qū)6被夾在這對電極1a和1b之間，以便被用作顯示介質(zhì)。在基底1a和1b面對所述顯示介質(zhì)的那兩個表面上形成條形透明電極2a和2b。在電極2a和2b上形成電絕緣膜3a和3b。由透明電極2a和2b的相對的部分確定了包括液晶區(qū)6的象素部分12。
相對的基底1a和1b的周邊邊緣用密封劑5彼此固定在一起。此外，隔離物9存在于這對基底1a和1b之間的間隙中作為所述基底間隙控制材料。如圖7的平面圖中所示，存在于聚合物壁7中的隔離物9的數(shù)量大于存在于包括液晶區(qū)6的象素部分12中的隔離物9的數(shù)量。
按照以下方式制造這種STN型LCD。
首先，利用濺射技術(shù)在基底1a和1b上沉積銦錫氧化物(ITO)膜，使其厚度為200nm，借此，利用濺射技術(shù)形成用SiO2制作的電絕緣膜3a和3b，使得膜3a和3b覆蓋條形透明電極2a和2b。
而后，通過旋涂聚酰胺(Sunever 150；由Nissan Chemicallndustries Ltd生產(chǎn))于絕緣膜上形成定向膜4a和4b，并用尼龍布或類似材料沿一個方向分別對其進(jìn)行磨擦處理。透明電極2a和2b的數(shù)目被設(shè)定為每毫米在寬度方向上為四個。相鄰電極之間的間隙被設(shè)定為25μm。
其次，將分散在一種通常使用的可用UV固化的樹脂(含所述隔離物30wt％)的球形隔離物(Micropearl，由Sekisui FineChemicals生產(chǎn))利用一種金屬網(wǎng)板按照在圖7A至7B中所示的那些圖案之一印刷到經(jīng)過磨擦處理的一對基底1a和1b之一之上。在這種情況，可以首先進(jìn)行磨擦處理步驟或隔離物印刷步驟。當(dāng)首先進(jìn)行隔離物印刷步驟時，含有所述隔離物的可用紫外線固化的樹脂通過對其進(jìn)行光照或加熱而被固化，然后進(jìn)行所述磨擦處理。在這個例子中，使用了一種隔離物定位劑(由IC-TECH制造)。圖8示出了在使用圖7B中所示的圖案時的印刷條件。如圖8所示，印刷是按照以下方式進(jìn)行的放置一個具有一系列孔104(直徑為10μm)、用于將所述隔離物引入到基底106上的金屬網(wǎng)板102；將一種包括隔離物108的可用UV固化的樹脂或熱固化樹脂放置到網(wǎng)板102上；以及用一個橡皮刻板110使所述樹脂按照印刷方向112移動。參考數(shù)字116表示對應(yīng)于基底106上的一個象素的一部分。
然后，進(jìn)行紫外線照射，借此，按照圖7A至7D所示的圖案之一將隔離物114固定到所述基底上。
在這個例子中，使用了圖7A和7D所示的印刷圖案。換句話講，可以使用任意的圖案，只要在所述聚合物壁部分的所述隔離物的數(shù)量大于在象素區(qū)中的數(shù)量。所述隔離物被印刷到這對基底之一上。然而，所述隔離物也可以印刷到兩片基底上。此外，待使用的隔離物的種類和材料不限于以上所述的那些。
其次，將一對經(jīng)過磨擦處理的基底1a和1b彼此相對設(shè)置，使得兩個磨擦取向方向可以相交成60°角。接下去，用密封劑5(Structbond XN-21S；烘烤溫度140℃至150℃/2h)，借此，制成一個液晶盒。
而后，將用作顯示介質(zhì)的混合物材料注入處于30℃環(huán)境溫度下的這種液晶盒的基底1a和1b之間的間隙中。用作所述顯示介質(zhì)的混合物材料是按照以下方式得到的將4g液晶材料ZLI-4427(包括由(Merck & Co.，Inc.生產(chǎn)的S-811)；0.1g R-684(由Nippon Kayaku Co.，LTD)、0.07g對-苯基苯乙烯、0.8g異冰片基異丁烯酸酯和0.1g全氟代異丁烯酸酯(用作光固化樹脂材料)；以及0.03g Irgacure 651(由Ciba Geigy生產(chǎn))相混合。在這個情況下，也可以使用其他種類的可固化樹脂來形成聚合物壁7。所述注入孔用一種通常使用的可通過紫外線照射固化的樹脂密封起來。在這一步驟中，對所述基底的顯示部分(或被注入的混合物)，不得用紫外線照射。
其次，將一光掩膜放置在按以上方式所制作的液晶盒的兩個基底之一上，使象素部分不受紫外線的照射。而后，從所述光掩膜一側(cè)用紫外線照射所述混合物材料。例如，可以使用一種用于發(fā)射準(zhǔn)直紫外線的高壓汞燈作為光源。紫外線照射是在一個由高壓汞燈發(fā)射的紫外線的強度為10mW/cm2的位置上進(jìn)行的。在用紫外線照射過程中，所述基底的溫度可以是一個等于或高于TNI(液晶由向列相轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘囊合嗟臏囟?的溫度。作為一種用于選擇性的照射紫外線的手段，可以使用一種有機膜、無機膜、或金屬膜代替所述光掩膜，以便選擇性地分配照射的光。
當(dāng)進(jìn)行紫外線照射的同時為了穩(wěn)定液晶的取向?qū)⒒自诟邷?等于或高于TNI)下加熱的情況下，在完成照射步驟后所述基底要在一個緩慢冷卻烘箱內(nèi)緩慢地冷卻至室溫。冷卻速度較為可取的是在3℃/h至20℃/h的范圍內(nèi)，更為可取的是在5℃/h至10℃/h的范圍內(nèi)。在形成聚合物壁7之后，可以再一次在弱強度下進(jìn)行短時間紫外線照射，以便使未反應(yīng)的材料固化，或使所述聚合物充分交聯(lián)。按照這種方式，形成了所述液晶部分和所述聚合物部分。所述液晶部分表示出一種具有240度扭曲角的STN取向。
將圖6所示的起偏器17安裝在按以上所述方法制造的圖1的液晶顯示板上。如圖9所示，起偏器17的相應(yīng)的兩個偏振方向P和A之間形成的角被設(shè)定為60度。偏振方向P和A相應(yīng)的二個磨擦方向之間形成的角分別被設(shè)定為45度，借此，制造出一種黃色模式透視型的STN型LCD。
用一臺顯微鏡和一臺SEM觀察對應(yīng)于所述液晶顯示板的四個象素的那些部分。結(jié)果表明隔離物9基本上對應(yīng)于所述網(wǎng)板的圖形而存在，并且聚合物壁7基本上對應(yīng)于光掩膜圖形形成。針對使用圖7A至7D所示的相應(yīng)的四個圖形制造的所有這些LCD，對比度(這樣制作的這種LCD的電光學(xué)特性之一)經(jīng)測量與例2的液晶顯示板的對比度相同，為15。所述對比度是通過使光透過所述LCD板的方式測量的，并且用不加電壓時的透光率和加有飽和電壓時的透光率之間的比率來表示。
在例3中，本發(fā)明被應(yīng)用于不使用相位板的STN模式的透射型LCD。然而，本發(fā)明不限于此，而是還可以通過提供一些反射器應(yīng)用于STN模式的反射型LCD。在為LCD提供相位板的情況下，還可以利用單色顯示彩色等。如果為STN模式的LCD提供了對應(yīng)于相應(yīng)的象素而摹制的相位板，那么就可以實現(xiàn)一種高質(zhì)量的液晶顯示模式。用作基底的材料并不限制于這個例子，而是還可以使用透光的透明體，例如，玻璃板和塑料膜。此外這對基底之一還可以含有金屬。
此外，如果使用通過將可光聚合化合物材料和具有不同折射率的細(xì)微顆?；旌显谝黄鸲玫降幕组g隙控制材料，那么所述細(xì)微顆粒就可以被吸收進(jìn)入所述聚合物壁，并且該聚合物壁可以散射光。
例4在這個第四個實施例中，所述聚合物壁含有具有與構(gòu)成聚合物壁的材料的折射率不同的折射率的細(xì)微顆粒。
在這個例子中，STN型的LCD是按照與例2相同的方法制成的，只是待注入包括一對基底的液晶盒之間的間隙中的混合物材料不同。
用于這個例子的混合物材料是通過如下方式得到的將4g液晶材料(ZLT-4427)(包括由Merck&Co.，Inc.生產(chǎn)的S-811)；用作可光固化樹脂材料的0.1g R-684(由Nippon kayaku Co.，LTD生產(chǎn))、0.07g對-苯基苯乙烯、0.1g異冰片基異丁烯酸酯和0.1g全氟代異丁烯酸酯； 0.03g Irgacure 651(由Ciba Geigy制造)(用作光引發(fā)劑)；以及0.6g氧化鈮溶膠(顆粒直徑0.5μm，折射率n1.432)相混合。該聚合物樹脂的折射率n為1.174。
在按以上所述方法生產(chǎn)的這個例子的LCD中，在所述顯示板內(nèi)部到處存在著所述細(xì)微顆粒。然而，由于所述細(xì)微顆粒的直徑甚小，所以在所述象素部分內(nèi)部存在這種細(xì)微顆粒并不影響該顯示板的顯示質(zhì)量和對比度。因此，在所述聚合物壁內(nèi)部也存在這種細(xì)微顆粒。用一臺分光光度計(CM-1000，由Minolta Camera K.K生產(chǎn))來測量這樣所得到的LCD的亮度L*。結(jié)果L*為41.3。另一方面，按照例2制造的顯示板的亮度L*也利用同樣的分光光度計測量。結(jié)果，L*為38.1。因此，在這個例子中。通過將大約8％的所述細(xì)微顆粒加入所述混合物中而提高了亮度值L*。因此，通過將所述聚合物樹脂用具有相應(yīng)的不同的折射率的細(xì)微顆粒相混合可以改善所述顯示板的亮度。
所述細(xì)微顆粒的材料不限于在這個例子中以上所述的那種材料，而是還可以使用任何材料，只要這種材料的折射率不同于所述聚合物樹脂的折射率，并且該材料的顆粒直徑小于所述隔離物的直徑。在這個例子中只使用了一種細(xì)微顆粒。然而本發(fā)明不限于此，而是即使在使用兩種或更多種細(xì)微顆粒時也可以獲得同樣的效果。
例5以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的第5個例子。
根據(jù)第五個例子的一種LCD是按照與例1所示的LCD相同的方法制作的。在圖1所示的LCD中，一對用玻璃或類似材料制成的基底1a和1b彼此相對設(shè)置，液晶區(qū)和聚合物壁區(qū)7被夾在這對基底1a和1b之間，以便用作顯示介質(zhì)。在基底1a和1b面對所述顯示介質(zhì)的兩表面上分別形成條形透明電極2a和2b。如果必要的話可在電極2a和2b上形成電絕緣膜3a和3b，分別在膜3a和3b上形成定向膜4a和4b。包括液晶區(qū)6的象素部分12由透明電極2a和2b的相對的部分確定。相對的基底1a和1b的周邊邊緣利用密封劑5彼此固定在一起。此外，存在于基底1a和1b之間的間隙中的隔離物9被用作所述基底間隙控制材料。
例如，這種LCD可以按照以下方式制造。
首先，利用濺射技術(shù)在基底1a和1b上沉積銦錫氧化物(ITO)膜，其厚度為200mm，借此在其上形成條形透明電極2a和2b。其次，還是利用濺射技術(shù)分別形成電絕緣膜3a和3b，使得膜3a和3b覆蓋透明電極2a和2b。隨后，在膜3a和3b上形成定向膜4a和4b并用尼龍布或類似材料對它們進(jìn)行磨擦處理。在這種情況下，基底1a和1b之中至少有一塊需要由透光的透明材料(例如玻璃或塑料)制成。因此，如果基底中有一塊是透明的，那么，在另一塊基底上就可以形成金屬膜或類似物。定向膜4a和4b可以隨意形成，也就是說，如果不必要的話，可以不形成定向膜4a和4b。
在這種狀態(tài)下，隔離物9被分散在一對基底1a和1b(或在基底之上的定向膜4a和4b)之上。而后設(shè)置基底1a和1b，使得透明電極2a和2b彼此垂直相對。最后，將基底1a和1b的周邊邊緣用密封劑5固定起來，借此，制成了一個液晶盒。
將含有至少一種液晶材料和一種可聚合的化合物的混合物注入按這種方式制造的液晶盒的(基底1a和1b之間的)間隙中。
在這種情況下，可以使用可用于常規(guī)的TN型、STN型、ECB型、FLC型以及光散射型的各種LCD中的任意的液晶材料。例如，可以使用含有0.3％手性試劑(S-811)的ZLI-4792(由Merek&Co.，Lnc.生產(chǎn))。
任何的可聚合的化合物都可以使用，只要這種化合物在混合態(tài)下固化時其抗壓縮值等于或大于10g/mm 就行。例如，可以使用由對-苯基苯乙烯、異冰片基異丁烯酸酯和全氟代異丁烯酸酯構(gòu)成的化合物或類似物作為可光聚合的化合物。可以使用這些可聚合的化合物中的一種化合物或者它們的合適的組合物。這種混合物材料也可以含有引發(fā)劑。例如，可以使用象Irgacure 651(由Ciba Geigy制造)這樣的光引發(fā)劑。在注入所述混合物材料之后，注入孔可以用一種可用紫外線固化的樹脂密封起來。當(dāng)用紫外線照射所述可用紫外線固化的樹脂時，必須小心不要使基底的顯示部分(或被注入的混合物)受到紫外線的照射。
其次，所述混合物要被加熱或用所述液晶盒外部的一個光源的光(例如紫外線)照射(在這個例子中，所述混合物用光照射)。在這種情況下，要對接受某種能量(例如熱和光)的基底作一種處理，以便減少能量強度，例如減少透過打算用作液晶區(qū)6的適宜部分的光量。
在用紫外線照射的過程中，通過利用光掩膜阻擋的方式或用金屬膜、有機物膜或無機物膜(例如ITO)吸收紫外線的方式，有選擇地分配透過的光量。可以使用于發(fā)射準(zhǔn)直紫外線的高壓汞燈作為光源。光照射是在高壓汞燈的強度為10mW/cm2的位置上進(jìn)行的。所述基底在紫外線照射過程中的溫度可以是環(huán)境溫度，或是一個液晶處于各向同性的液相的溫度。如果紫外線照射是在等于或高于TN1(由向列相向各向同性相轉(zhuǎn)變的溫度)的溫度下進(jìn)行，那么液晶分子的取向可以穩(wěn)定。
根據(jù)這個例子，待施加的能量的強度是有選擇地分布的，結(jié)果在施加相對高的能量的那些部分中的聚合速度高于在施加相對低的能量的那些部分中的聚合速度。結(jié)果，聚合物集中在加有高能量的那些部分中，而液晶集中在加有低能量的那些部分中，于是，產(chǎn)生了所述液晶和所述聚合物的相分離。結(jié)果，在一對基底1a和1b之間的間隙中形成了顯示介質(zhì)，在該顯示介質(zhì)中，在適宜的位置上有選擇地形成了液晶區(qū)6和聚合物壁7。
在進(jìn)行紫外線照射的同時將所述基底加熱至高溫以便穩(wěn)定液晶的取向的情況下，最好將該基底在一個緩慢冷卻烘箱內(nèi)緩慢地冷卻至室溫。冷卻速度較為可取的是在3℃/h至20℃/h的范圍內(nèi)，更為可取的是在5℃/h至10℃/h的范圍內(nèi)。
在這一緩慢冷卻步驟進(jìn)行過程中，如圖10A所示，利用一個振動發(fā)生器21或超聲波振動發(fā)生器22，將一種大致范圍為10Hz至10KHz的振動加到包括所述基底和所述混合物的顯示板上。在這種情況下，保持在顯示板23上的振動板24置于振動發(fā)生器21上，借此使顯示板23振動。在使用超聲波發(fā)生器22時，把顯示板23浸在業(yè)已注入超聲波發(fā)生器22中的液體(例如水)中，借此，將超聲波加到顯示板23上。結(jié)果，由于基底間隙的變化所引起的液晶分子的運動及類似現(xiàn)象變大，因此隔離物9的可移動性變高。
根據(jù)這種情況，如圖10B所示，可以將一個大致等于驅(qū)動電壓的電壓(即對于STN型是在大致為2至2.5伏的范圍內(nèi))由驅(qū)動電壓源25加到一對基底1a和1b上的透明電極2a和2b之間的間隙上，借此，使液晶分子在很大范圍內(nèi)運動。結(jié)果，隔離物9的可活動性變高，使得較大數(shù)量的細(xì)微顆粒(例如隔離物9)被引入聚合物壁7中。因此，聚合物壁7的強度可以增強，所述基底的抗沖擊性能可以進(jìn)一步得到改善。任何細(xì)微顆粒[例如基底間隙控制材料(如硅石隔離物)、鐵粉和樹脂粉末]都可以應(yīng)用，只要這些顆粒是剛性的并且細(xì)小到一定程度?？梢詫⑦m當(dāng)數(shù)量的隔離物9分散到聚合物壁7中，但其數(shù)量最好是在每平方毫米5至200個顆粒這樣的范圍內(nèi)。
在形成聚合物壁之后，如果必要，可以再一次用較弱強度進(jìn)行短時間紫外線照射，使得未反應(yīng)的材料被固化并且被包在聚合物壁7之中，并使所述聚合物充分交聯(lián)。
還是在這個例子中，把隔離物9按照與例1完全相同的方式引入聚合物壁7中，如圖3A至3E所示的那樣。
在圖3C和3D所示的緩慢冷卻的步驟進(jìn)行過程中，如果所述基底和混合物受到振動，或者利用圖10A和10B所示的方法將一個電壓加在所述這對基底之間的間隙上，那么隔離物9的可移動性可以增強并且隔離物9可以更容易地引入聚合物壁7中。換句話講，可以將更大量的隔離物9引入聚合物壁7中，或者可以以更高的速度將隔離物9引入聚合物壁7中。結(jié)果，殘留在象素部分中的隔離物的數(shù)量可以減少，并且這一數(shù)量甚至?xí)　?br> 如圖2所示，在這樣得到的LCD中，大量的隔離物9存在于聚合物壁7中，結(jié)果，使聚合物壁7的硬度增加了。此外，由于液晶區(qū)6和聚合物壁7是有選擇地在適宜的位置上形成的，所以，液晶區(qū)6形成在象素部分12中，而聚合物壁7形成在象素部分12以外的那些部分。因此，從象素部分除去了全部的或者甚至更多數(shù)量的隔離物9，并且獲得顯示質(zhì)量更高和對比度更高的LCD。
通過改變注入液晶盒中的液晶材料和/或改變所述定向膜，可以將按以上所述方式得到的LCD用作TN型LCD、STN型LCD、FLC型LCD或ECB型LCD。此外，這種LCD還可以用作利用光散射模式的LCD；并且通過提供所述的起偏器和反射器，還可以用作透射型LCD或反射型LCD。
在以上所述的這些例子中，業(yè)已描述了利用簡單矩陣驅(qū)動進(jìn)行顯示的LCD；然而，這個方法還可以應(yīng)用于通過具有薄膜晶體管(TET)和金屬-絕緣體-金屬(MIM)等的有源矩陣驅(qū)動以及類似的驅(qū)動方式進(jìn)行幾種顯示的其它的LCD。因此，任何驅(qū)動方法都可以用于這些例子中。通過為LCD提供彩色濾光片和黑色掩膜，根據(jù)這些例子的LCD可以進(jìn)行彩色顯示。
以下，將對根據(jù)第五個例子的一個特例進(jìn)行詳細(xì)地說明。
特例5-1首先，利用濺射技術(shù)在一對基底1a和1b上形成厚度為200nm的由ITO構(gòu)成的透明電極2a和2b。其次，還是利用濺射技術(shù)形成電絕緣膜3a和3b，以便覆蓋透明電極2a和2b。在絕緣膜上形成定向膜4a和4b并用尼龍布對其進(jìn)行磨擦處理。在這種情況下，這對基底1a和1b彼此垂直相對設(shè)置，而后將硅石隔離物9或類似材料按照每平方毫米50個顆粒的密度分散在基底之間。最后，這兩塊基底的周邊邊緣用密封劑5彼此固定在一起，借此，制成了所述液晶盒。
向這個液晶盒的一對基底1a和1b之間的間隙中注入以下一種混合物，該混合物包括含有0.3％的手性試劑(S-811)的4gZLI-4792(由Merck&Co.，Inc，生產(chǎn))(用作液晶材料)；對一苯基苯乙烯、異冰片基異丁烯酸酯和全氟代異丁烯酸酯的混合物(按照1∶6.5∶2.5的比例)(用作可光聚合化合物)以及Irgacure 651(由Ciba Geigy制造)(用作光引發(fā)劑)。
其次，用一光掩膜覆蓋所述基底的一個表面，使得對應(yīng)于液晶區(qū)6的那些部分是遮光部分，而后，用發(fā)射準(zhǔn)直光束的高壓汞燈從光掩膜一側(cè)照射紫外光。光照射是在紫外線強度為10mW/cm2的位置進(jìn)行的。在完成這種照射之后，將該液晶在一個緩慢冷卻烘箱內(nèi)緩慢冷卻。接下去用弱強度再一次進(jìn)行矩時間的紫外線照射，以使未反應(yīng)的材料固化并且使所述聚合物充分交聯(lián)。
測量在LCD內(nèi)部形成的聚合物壁的硬度要使用一種筆形簡化試驗器，該試驗器具有一個鋁制的、直徑為1mm 的、附著在該試驗器的頭部頂端51上的夾緊裝置，如圖11所示那樣。結(jié)果，硬度大約為10g/mm 。被引入聚合物壁7中的隔離物9的散布量大約為每平方毫米50個顆粒。如圖11所示，將處理成厚度為5至10μm的聚合物板53放置在鋁制的工作臺52上，然后，使用帶有壓力計54的壓力檢測器測量實際壓力。
在利用厚度為0.5mm的7059玻璃作基底來制造LCD時，如圖11所示那樣，利用設(shè)置在所述玻璃基底上方的試驗器所測得的壓力為1000g/mm 。另一方面，當(dāng)使用厚度為0.4mm的丙烯基塑料作基底時，壓力強度大約為750g/mm 。
對照例5-1按照與特例5-l相同的方法，將一雙帶有電極和定向膜的基底(使用厚度為0.4mm的塑料膜作為基底)用插入墊片中的密封劑彼此固定在一起。所述液晶和所述光固化的樹脂被夾在這一對基底之間的間隙中。在這個對照例5-1中，使用了ZLI-4792液晶(由Merck&Co.，Inc.生產(chǎn)，含有手性試劑S-811)和可光固化樹脂(硬脂酰丙烯酸酯)，并將所述液晶和所述可光固化樹脂混合，使得摩爾分?jǐn)?shù)比為8.2而不是1.8。而后，利用常規(guī)的真空注射法將該混合物注入所述間隙中。接下去，以10mW/cm2的強度從所述光掩膜的上方照射紫外線，借此，使所述液晶和可光固化樹脂發(fā)生相分離，以便與所述光掩膜圖案相一致。在所述相分離之后，再一次用紫外線照射，以便改善所述聚合物的交聯(lián)程度。對這樣制成的液晶盒進(jìn)行在例5中進(jìn)行過的壓力測試。結(jié)果，在壓力強度為120g/mm 時所述聚合物壁破裂。另一方面，在只用紫外線照射所述可光固化樹脂以便使其聚合、并且按照與圖11所示方法相同的方法、用具有一鋁制尖端、直徑為1mm 的筆測量其抗沖擊強度時，該固化樹脂的抗壓值大約為9g/mm 特例5-2在本發(fā)明的這個特例中，通過移動細(xì)微顆粒(例如用以控制所述間隙的隔離物9)使得在所述液晶和所述聚合物的相分離過程中大量這樣的顆粒引入聚合物壁7中，這樣，聚合物壁7的硬度得到了改善。按照與例5相同的方法制作基底，使用與例5相同的材料作為混合物材料，例如液晶材料和可聚合化合物。完成與例5相同的制造步驟直到使所述液晶和所述聚合物相分離的光照射步驟為止。此后，在緩慢冷卻步驟進(jìn)行過程中，所述基底受到由振動發(fā)生器21產(chǎn)生的1KHz振動的作用，如圖10A所示那樣。所述振動使所述基底間隙改變，使得隔離物9的可移動性變大。結(jié)果，較大數(shù)量的隔離物9引入聚合物7中，或者它們會按照比特例5-1更高的速度引入其中。
接下去，再一次周弱強度進(jìn)行短時間紫外線照射，以使未反應(yīng)的材料固化并使聚合物充分交聯(lián)。
用一個筆形簡化測試器測量在LCD內(nèi)部形成的聚合物壁的硬度，這個測試器在其頭部的頂端51帶有一個直徑為1mm 的鋁制夾緊裝置，如圖11所示那樣。測量結(jié)果大約為21g/mm 。另一方面，引入聚合物壁7中的隔離物9的數(shù)量大于特例5-1的相應(yīng)的量。
在利用厚度為0.5mm的7059玻璃作為基底來制作LCD的情況下，利用如圖11所示的、設(shè)置在所述玻璃基底之上的測試器測得的壓力強度為1250g/mm 。另一方面，如果使用厚度為0.4mm的丙烯基塑料作為基底，其壓力強度大約為920g/mm 根據(jù)以上所述的特例5-1和5-2的結(jié)果來推測，發(fā)現(xiàn)在所述聚合物壁7中含有大量的細(xì)微顆粒時，聚合物壁7的硬度增加，并且如果聚合物壁7的硬度比較高，那么該液晶裝置的抗沖擊強度將得到改善。
以下表2示出了在用筆輸入數(shù)據(jù)時對加到所述LCD上的壓力的測量結(jié)果。這個試驗是按照以下方式進(jìn)行的使用圖12A和12B所示的裝置；今十個男人和十個女人在所述基底的表面上書寫四個印刷符號“あ”、“お”、“8”和“4”；并且測量相應(yīng)的壓力值。如圖12A所示，利用一臺動態(tài)應(yīng)力檢測器122檢測在試驗板120上產(chǎn)生的應(yīng)力并用示波器124加以監(jiān)控。在試驗板120中，如圖12B所示那樣，隔離物35置于玻璃基底31上的透明電極32和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂33上的透明電極34之間的間隙中。壓力用筆加到PET樹脂33上。測量值(g/mm ) 最大值最小值 平均值男人(10個)740210450女人(10個)420180320(所有這些人的平均值為385g/mm )如表2所示，由10個男人之中的某一個人加到LCD上的壓力的最大值為740g/mm ，而由十個女人中的某一個女人加到LCD上的最大壓強為420g/mm 另一方面，這二十個人所加壓強的平均值為385g/mm 考慮到這個結(jié)果，對于帶有數(shù)據(jù)輸入筆的LCD來說，具有大約750g/mm 的強度就足夠了。因此，特例5-1和5-2的LCD適合用筆輸入數(shù)據(jù)。
另一方面，還可以使用以下方法來改善LCD的抗壓值。
1.一個方法是為LCD的輸入表面單獨提供一個用塑料、玻璃或類似材料制成的保護(hù)基底。
2.一個方法是使用一個具有足夠的厚度的基底作為輸入側(cè)的基底，以便用筆進(jìn)行輸入操作時不會出現(xiàn)彎曲或類似情況。
3.一個方法是分散大量隔離物。
4.一個方法是形成壁形有機物膜(例如感光性樹脂或類似物)，以便作為隔離物。
每一種方法都有其自身的問題。例如，根據(jù)方法1和2，在顯示部分和筆的頂端之間產(chǎn)生了視差。如果使用方法1至3，那么該裝置變得太重或太大，使得必要的成本變高，這是很不利的。根據(jù)方法4，對注入液晶的區(qū)域的體積要加以限制，使得注入液晶要花費多得多的時間并且LCD的生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜了，這是很不利的。
與這些方法相比較，只須對彌散有聚合物的LCD的生產(chǎn)工藝稍加改進(jìn)就可以更容易地生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的LCD，并且這種裝置不會產(chǎn)生視差，也不會變得太重和太大。此外，這種LCD還可以以合理的成本生產(chǎn)，因此，顯示出很大的實用性。
如上所述，在相對的基底之間的間隙中的適宜的位置上形成的聚合物壁可以具有一種抗外加壓力的強度，這個強度用等于或大于10g/mm 的壓強值來表示。這個值對于承受在用筆完成通常的輸入操作時所強加給LCD的壓力是充分的。因此，為了改善其抗外加壓力的強度而在所述基底上設(shè)置保護(hù)基底(例如玻璃基片或塑料膜)將不再是必要的了。結(jié)果，可以消除所述筆的頂端和所述顯示位置之間的視差，并且該裝置的重量可以進(jìn)一步減少。此外，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，所述基底間隙控制材料可以引入所述聚合物壁中，借此，改善了所述聚合物壁的硬度和整個基底的強度。更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以從所述液晶區(qū)除去全部或大部分基底間隙控制材料，使得所述象素的顯示質(zhì)量及其對比度可以得到很大的改善。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，絕大部分的基底間隙控制材料可以存在于所述聚合物壁中，結(jié)果，可以從所述象素中除去或大部分基底間隙控制材料，借此，改善了所述顯示象素的顯示質(zhì)量和對比度。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以使用一種這樣的方法，在該方法中使用了趨向存在于所述聚合物壁內(nèi)部而不是存在于液晶區(qū)的基底間隙控制材料；或者使用一種用于印刷和分配所述基底間隙控制材料的方法。
在使用這樣一種方法(在該方法中使用了趨向存在于所述聚合物壁內(nèi)部而不是存在于所述液晶區(qū)里的基底間隙控制材料)的情況下，所述基底間隙控制材料(無論這種材料是聚合物樹脂，還是球形隔離物)由于在所述液晶和所述聚合物的相分離過程中受到液晶的表面張力的作用而被排出液晶區(qū)，使得所述基底間隙控制材料可以被引入所述聚合物壁中。
更進(jìn)一步，如果在所述基底的至少一片上形成一種由趨向于使所述基底間隙控制材料更容易存在于所述聚合物壁內(nèi)部的材料構(gòu)成的定向膜，那么在所述定向膜中就不會殘留基底間隙控制材料。結(jié)果，可以從象素中除去全部或絕大多數(shù)的基底間隙控制材料，借此，進(jìn)一步改善了所述顯示象素的顯示質(zhì)量和對比度。
另一方面，在使用用于印刷和分配所述基底間隙控制材料的方法的情況下，所述基底間隙控制材料可以被分配在適宜的位置上，結(jié)果大多數(shù)基底間隙控制材料可能更容易存在于所述聚合物壁內(nèi)部。此外，和所述彌散法相比，可以更為有效地利用所述基底間隙控制材料。
此外，當(dāng)用紫外線照射包括所述液晶和所述可光聚合的樹脂的混合物時，如果通過用一個光掩膜覆蓋對應(yīng)于象素部分的那些部分的方式使所述照射強度在所述象素部分和所述象素以外的部分之間有選擇地加以區(qū)別，那么就可以很容易地按照簡單的結(jié)構(gòu)在所述象素部分內(nèi)部形成液晶區(qū)，并且很容易地在所述象素部分以外的部分形成所述聚合物壁。結(jié)果，可以從象素中除去全部或絕大部分基底間隙控制材料。另一方面，如果在至少一個面對所述顯示介質(zhì)的基底的表面上形成由有機物膜、無機物膜或金屬膜構(gòu)成的透明電極或類似物來代替所述光掩膜，那么可以更為容易地選擇性分配被照射的光。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在相對的基底之間的間隙中的適宜的位置上形成的聚合物壁的抗壓值為10g/mm 或更大，結(jié)果，這種LCD抗外加沖擊的強度可以提高，并且這種LCD可以令人滿意地耐受在使用筆進(jìn)行通常的輸入操作過程中所施加的壓力。另一方面，由于不必要為改善所述基底的強度而為這種LCD提供保護(hù)基體或類似物，所以不會在所述顯示位置和所述筆的頂端之間出現(xiàn)視差，并且這種裝置也不會變得太重或太大。
更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，大量基底間隙控制材料(例如隔離物)在所述液晶和所述聚合物的相分離過程中可以引入所述聚合物壁中，借此，更進(jìn)一步提高了所述LCD的強度。這種把大量的基底間隙控制材料引入所述聚合物壁中的方式使得有可能從所述象素中除去全部或者至少是絕大多數(shù)隔離物，借此，進(jìn)一步改善了所示顯示象素的顯示質(zhì)量和對比度。
然而，根據(jù)本發(fā)明，所述聚合物壁可以同時固定在所述基底的兩片之上，所以所述LCD的強度可以進(jìn)一步增加。
通過對一種聚合物彌散型LCD的生產(chǎn)工藝稍加改進(jìn)，可以很容易地形成根據(jù)本發(fā)明的LCD。因此，本發(fā)明的方法不會使所述生產(chǎn)工藝復(fù)雜化并且不需要更高的成本。
例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于一種平板式顯示裝置，例如個人計算機、液晶電視以及便攜式顯示裝置(包括薄膜基底)。本發(fā)明還可以應(yīng)用于以下幾種類型的LCD，這些類型包括扭曲向列(TN)型、超扭曲向列(STN)型、電控制雙折射(ECB)型、鐵電液晶(FLC)顯示型以及光散射型，其中，通過在相對的基底之間的間隙中的相分離，在適宜的位置上有選擇地形成所述液晶區(qū)和所述聚合物壁；本發(fā)明還可以應(yīng)用于制造這些類型的LCD的方法。具體講，本發(fā)明可以有效地應(yīng)用于那種用作便攜式信息處理裝置的終端(這種終端是用于用筆輸入數(shù)據(jù)，并且其中的顯示部分和輸入部分是以整體方式形成的)的LCD、需要廣視角的電視、以及辦公自動化裝置(例如顯示器)；并且本發(fā)明還可以應(yīng)用于制造這些裝置的方法。
在不脫離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思的條件下，各種其他的改進(jìn)對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，并且可以很容易地進(jìn)行這些改進(jìn)。因此，本申請的權(quán)利要求的范圍不限于以上所作的說明，而是要使本申請的權(quán)利要求書所要求保護(hù)的范圍更寬。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，包括一對彼此相對設(shè)置的基底和夾在這對基底之間的顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有若干包括一個或一系列象素的液晶區(qū)，所述液晶區(qū)被聚合物壁包圍，其中設(shè)置在這對基底之間的間隙中的基底間隙控制材料的數(shù)量在所述聚合物壁中大于在所述液晶區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述基底間隙控制材料是由一種趨向存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于在所述那對基底的至少一片之上包括一個定向膜，該定向膜是由一種趨向于使所述基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁中的材料構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述的基底間隙控制材料是球形隔離物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述的基底間隙控制材料是聚合物樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述聚合物壁包括至少一種具有不同于所述聚合物壁的折射率的折射率的細(xì)微顆粒的混合物。
7.一種用于制造液晶顯示裝置的方法，所述的液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底和夾在這對在底之間的一種顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有若干包括一個或一系列象素的液晶區(qū)，所述液晶區(qū)被聚合物壁包圍，所述方法包括以下步驟設(shè)置所述那對基底，使其彼此相對并在它們之間夾置由一種趨向存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)的材料構(gòu)成的基底間隙控制材料；將一種包括至少一種液晶材料和一種可光聚合的化合物的混合物注入所述這對基底之間的間隙中；以及用紫外線對所述混合物進(jìn)行有選擇的照射，借此形成由被所述聚合物壁包圍的液晶區(qū)構(gòu)成的顯示介質(zhì)，并使大部分所述基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在所述的有選擇地用紫外線照射所述的混合物的步驟中，所述混合物對應(yīng)于象素部分的那些部分用一個光掩膜覆蓋，借此，有選擇地區(qū)分開所述象素部分和象素部分以外的部分之間的強度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在所述的有選擇地用紫外線照射所述的混合物的步驟中，通過在至少一個面對所說顯示介質(zhì)的基底上形成一種有機膜、一種無機膜或者一種金屬膜對被照射的紫外線進(jìn)行有選擇的分配。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于所述的照射步驟是在一個等于或大于所述液晶的向列相—各向同性相轉(zhuǎn)化溫度(TNI)下進(jìn)行的。
11.一種用于制造液晶顯示裝置的方法，所述的液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底；以及夾在這對基底之間的一種顯示介質(zhì)，所說顯示介質(zhì)具有若干包括一個或一系列象素的液晶區(qū)，所述液晶區(qū)被聚合物包圍，所述方法包括以下步驟通過在所述這對基底的至少一片上的適宜的位置設(shè)置基底間隙控制材料將這對基底設(shè)置得彼此相對；將一種包括至少一種液晶材料和一種可光聚合化合物的混合物注入所述這對基底之間的間隙中；以及用紫外線有選擇地照射所述混合物，借此形成包括被所述聚合物壁包圍的液晶區(qū)的顯示介質(zhì)并且使大部分基底間隙控制材料存在于所述聚合物壁中而不是存在于所述液晶區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于還包括一個用于在適宜的位置上設(shè)置所述基底間隙控制材料的印刷步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在所述的用紫外線有選擇地照射所述混合物的步驟中，用一個光掩膜覆蓋所述混合物的對應(yīng)于象素部分的那些部分，借此，有選擇地區(qū)分開所述象素部分和所述象素部分以外的部分之間的光強度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在所述的用紫外線有選擇地照射所述混合物的步驟中，通過在至少一個面對所述顯示介質(zhì)的基底上形成一種有機膜、一種無機膜或一種金屬膜的方式有選擇地分配被照射的紫外線。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于所述照射步驟是在一個等于或大于所述液晶的向列相—各向同性相轉(zhuǎn)化溫度(TNI)的溫度下進(jìn)行的。
16.一種液晶顯示裝置，包括一對彼此相對設(shè)置的基底和被夾在所述這對基底之間的顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有若干處于適宜位置的被所述聚合物壁包圍的液晶區(qū)其中所述聚合物壁是由具有在固化態(tài)等于或大于10g/mm 的抗壓值的聚合物材料構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述聚合物壁包含有細(xì)微顆粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述聚合物壁包括至少一種熱固樹脂和一種可光固化樹脂，并且所述聚合物壁被固定在所述這對基底的二片之上。
19.一種用于制造液晶顯示裝置的方法，所述液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底和被夾在這對基底之間的顯示價質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有若干處在適宜位置的被所述聚合物壁包圍的液晶區(qū)，所述方法包括以下步驟注入一種包括至少一種液晶材料和一種在其固化態(tài)具有等于或大于10g/mm 的抗壓值的可聚合化合物的混合物；以及將熱能或光能加到所述的混合物上，以便使所述液晶材料和所述可聚合化合物發(fā)生相分離，借此，在適宜的位置上形成所述液晶區(qū)和所述聚合物壁。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在將熱和光能加到所述混合物上以便使所述液晶材料和可聚合化合物發(fā)生相分離的過程中，至少要向所述的混合施加適宜的振動。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其特征在于在將熱和光能加到所述混合物上以便使所述液晶材料和可聚合化合物發(fā)生相分離的過程中，在被夾在所述這對基底之間的混合物的兩端加上適宜的電壓。
全文摘要
本發(fā)明的液晶顯示裝置包括一對彼此相對設(shè)置的基底和被夾在這對基底間的顯示介質(zhì)，所述顯示介質(zhì)具有包括一個或一系列像素的液晶區(qū)，所述液晶區(qū)被聚合物壁包圍著，其中被設(shè)置在所述這對基底之間的間隙中的基底間隙控制材料在聚合物壁中的數(shù)量大于所述液晶區(qū)中的該控制材料數(shù)量。
文檔編號G02F1/13GK1120177SQ9510452
公開日1996年4月10日 申請日期1995年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月18日
發(fā)明者山岸慎治, 四宮時彥, 藤森孝一, 西口憲治 申請人:夏普公司