專利名稱：液晶電光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶器件，尤其是涉及鐵電液晶器件。
迄今所公知的是采用扭曲向列液晶來(lái)設(shè)計(jì)電光顯示器。所用的液晶材料呈層狀，借助鄰接液晶層的矩陣電極排列細(xì)分成許多象素。可是，在以時(shí)間多路傳輸方式進(jìn)行工作的過(guò)程中，由于毗鄰象素之間會(huì)發(fā)生串?dāng)_，象素?cái)?shù)量或密度受到實(shí)質(zhì)上的限制。
通過(guò)為每個(gè)象素配置薄膜晶體管而進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種驅(qū)動(dòng)型式被稱為有源矩陣系統(tǒng)。可是，由于制造過(guò)程復(fù)雜，如果想要降低成本，是很難生產(chǎn)出具有大面積的顯示器的。
克拉克(Clerk)等人企圖解決先有技術(shù)器件的上述不足之處，在4，367，924號(hào)美國(guó)專利中提出了一種鐵電液晶器件。

圖1是表示先有技術(shù)器件中的液晶分子作用的說(shuō)明性簡(jiǎn)圖。鐵電液晶被安插在一對(duì)玻璃襯11和11′之間，其內(nèi)側(cè)配有一個(gè)由In2O3，SnO2或ITO(氧化銦錫)組成的電極裝置。液晶被放置在襯底之間，因此各分子層12如圖所示，垂直于襯底而形成。液晶相是器件理想地在室溫下被驅(qū)動(dòng)的空間螺旋層列相C。液晶分子取兩個(gè)穩(wěn)定位置Ⅰ和Ⅱ，如圖2中所示，這兩個(gè)位置與該層的法線形成角θ和-θ。
分子的位置根據(jù)垂直于襯底的外加電場(chǎng)而在兩個(gè)穩(wěn)定位置之間轉(zhuǎn)換，于是可以根據(jù)各象素間的差分雙折射形成可見(jiàn)圖象。這種型式的顯示器件的一個(gè)特征是雙穩(wěn)定性，利用這種雙穩(wěn)定性，即使所加信號(hào)消失后，各液晶分子的位置仍被保持與以前狀態(tài)相同，直至重新以反向施加另一種信號(hào)。即它們可以起記憶元件的作用。
對(duì)于這種鐵電液晶器件，為了具有遍及整個(gè)顯示區(qū)的驅(qū)動(dòng)能力，需要在一對(duì)襯底之間的整個(gè)液晶層獲得無(wú)不完整性的液晶的均勻狀態(tài)。具備這種條件的液晶層下文稱為“單疇”。
不完整性和缺陷是由于取向控制膜的小瑕疵，在襯底上形成的電極排列的隔離層不均勻性，及其他原因而引起的。為了避免出現(xiàn)這種不完整性和缺陷，用溫度梯度法已經(jīng)研制出單疇，在單疇中，液晶的晶體結(jié)構(gòu)是從顯示區(qū)的一端向內(nèi)一維地展開的。
可是，在梯度溫度法的適當(dāng)溫度梯度應(yīng)用中，只有當(dāng)器件的顯示面積超過(guò)幾平方厘米時(shí)，層列相從隔離層邊緣的外延生長(zhǎng)才是有效的。此外，即使形成大面積的單疇，晶體的方向也并不排列成完全平行于襯底，而與襯底平面形成傾角。由于這個(gè)原因，液晶分子層往往會(huì)彎曲，引起曲折的結(jié)構(gòu)。在曲折結(jié)構(gòu)的折疊平面的兩側(cè)可能發(fā)生由外電場(chǎng)引起的相反方向的轉(zhuǎn)換。經(jīng)常觀測(cè)到，均勻的顯示和驅(qū)動(dòng)性能受阻于這種曲折結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明人用由空間螺旋層列相C液晶(鐵電液晶)組成的液晶顯示器已經(jīng)反射進(jìn)行了試驗(yàn)?？墒撬麄兾茨軡M意地驅(qū)動(dòng)顯示器及獲得清晰的圖象。這種故障據(jù)推測(cè)是由于象素之間的相互作用。引起相互作用的主要原因可能是橋接毗鄰象素的準(zhǔn)單晶(均勻有序無(wú)不連續(xù)性)區(qū)。換言之，一個(gè)象素的轉(zhuǎn)換通過(guò)橋接象素之間的單晶區(qū)可能影響相鄰象素。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在象素清晰情況下被驅(qū)動(dòng)的液晶器件。
為了達(dá)到上述和其他的目的，在由手信層列狀液晶層組成的各象素中形成微疇。微疇是一些幾微米寬和幾百微米長(zhǎng)的區(qū)域，其中的分子以單晶形式而取向，但微疇間的界面形成不連續(xù)性，這種不連續(xù)性阻止了一個(gè)微疇的有序性對(duì)于其他微疇的影響。各象素是由許多微疇組成的。各微疇中液晶分子的位置借助加于其上的電場(chǎng)而能個(gè)別地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。微疇之間的相互作用受到所加電場(chǎng)的影響，無(wú)電場(chǎng)的鄰近微疇則按照微疇之間的界面而受到抑制。
這種改良的結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法是在較高溫度下將一種合成液晶材料介于一對(duì)內(nèi)側(cè)配有取向控制表面的襯底之間，在該溫度下，液晶材料處于各向同性相，逐漸冷卻液晶材料，使得微疇發(fā)展成有序的排列。
與液晶分子沿一特定方向排列的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，根據(jù)本發(fā)明的腫郵茄馗鞲齜較蚺帕械?，磦蝤芯暽写夀\⒊搿Ｗ詈?，所述微畴对行份^虻鈉驕嘰綾人魷笏匭∫桓齷蚋嗟氖考丁 圖1是表示介于襯底之間的液晶分子狀況的說(shuō)明性簡(jiǎn)圖。
圖2是表示液晶分子的兩個(gè)穩(wěn)定位置的示意圖。
圖3是由手信層列狀結(jié)構(gòu)液晶材料組成的液晶器件剖視圖。
圖4是表示液晶層中的微疇晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5(A)和5(B)是利用彼此正交放置，且?jiàn)A入液晶結(jié)構(gòu)的起偏振光片，在根據(jù)本發(fā)明的層列狀結(jié)構(gòu)A相中20微米厚的液晶結(jié)構(gòu)的兩個(gè)部位上所拍攝的，放大200倍的微疇的顯微照片。
圖6(A)和6(B)是利用彼此正交設(shè)置，且?jiàn)A入液晶結(jié)構(gòu)的起偏振光片，在根據(jù)本發(fā)明的層列狀結(jié)構(gòu)C相20微米厚的液晶結(jié)構(gòu)的兩個(gè)部位上所拍攝的，放大200倍的微疇的顯微照片。
圖7(A)和7(B)是利用彼止正交放置，且?jiàn)A入液晶結(jié)構(gòu)的起偏振光片，在根據(jù)本發(fā)明的層列狀結(jié)構(gòu)C相3微米厚的液晶結(jié)構(gòu)的兩個(gè)部位上所拍攝的，放大200倍的微疇的顯微照片。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，用剖視圖來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器件。這種器件包括一對(duì)玻璃襯底2和2′，在襯底2上形成的沿橫向方向延伸的第一平行電極帶，在襯底2′上形成的沿圖紙平面的正交方向延伸的第二平行電極帶，由聚酰亞胺樹脂組成的第一取向控制膜4，由SiO組成的第二取向控制膜4′，以及酯鐵電液晶層5。這種鐵電液晶材料是一種合成手信層列狀結(jié)構(gòu)C相液晶。第一電極帶3和第二電極帶3′組合起來(lái)構(gòu)成一種由許多象素組成的矩陣形式電極布置。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇合適的樹脂，以形成取向控制膜，就可以相對(duì)地提高加到液晶層的轉(zhuǎn)換信號(hào)的閾值電平。第一取向控制膜4和第二取向控制膜4′被給以磨光處理。假定象素的掃描是沿平行于第一電極帶3的方向進(jìn)行的，那么磨光必須沿垂直于圖紙平面的方向進(jìn)行。換言之，在設(shè)計(jì)適合沿行掃描的情況下，磨光是沿列進(jìn)行的。為了防止液晶的損失，襯底的周邊配有密封件6。參考編號(hào)1和7表示以垂直方向布置的起偏振光片。圖中所示器件的各部分尺寸只是選作說(shuō)明之用，而不是依照實(shí)際設(shè)計(jì)。雖然圖中沒(méi)有示出隔離層，但是在組裝時(shí)，襯底之間插有隔離層，以使間距保持不變。實(shí)際上，襯底之間的間距為3微米每條電極帶的寬度為0.36毫米，且與毗鄰的電極帶相隔0.04毫米間距。
特別是，根據(jù)本發(fā)明制備的液晶材料是為了具有寬過(guò)渡范圍，在該過(guò)渡范圍內(nèi)，液晶相從其各向同性相逐漸變成準(zhǔn)晶相。為了獲得這種過(guò)渡特性，液晶材料是通過(guò)摻混若干種液晶而制備的。液晶的組分是從那些具有寬溫度范圍內(nèi)分布的不同過(guò)渡溫度的組分中選出的。本發(fā)明人通過(guò)摻混八種液晶酯而已經(jīng)獲得了具有寬過(guò)渡溫度范圍的合成液晶材料。
以下是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合液晶材料的八種液晶組分，括弧中是各自的比例，Cryst是晶狀結(jié)構(gòu)，Smc＊是層列狀結(jié)構(gòu)C，SmA是層列狀結(jié)構(gòu)A，ISO是各向同性結(jié)構(gòu)。
NO.1
(20.3%)Cryst<-(31.8℃)->＊C< -(32.5℃)->SmA< -(53.0℃)->ISONO.2
(15.3%)Cryst< -(42.6℃)->＊C< -(43.8℃)->SmA< -(54.2℃)->ISONO.3
(30.7%)Cryst< -(47.3℃)->SmC＊< -(47.8℃)->SmA< -(58.7℃)->ISONO.4
(4.1%)Cryst< -(75.9℃)->SmC＊< -(136.3℃)->SmA< -(162.2℃)->ISONO.5
(17.6%)Cryst< -(61.5℃)->SmC＊< -(140.7℃)->SmA< -(164.3℃)->ISONO.6
(0.5%)Cryst< -(83.3℃)->SmC＊< -(139.7℃)->SmA< -(152.4℃)->ISONO.7
(1.8%)Cryst< -(102.0℃)->SmC＊< -(112.0℃)->SmA< -(137.0℃)->ISONO.8
(9.7%)Cryst< -(27.0℃)->SmC＊< -(29.3℃)->SmA< -(55.0℃)->ISO
通過(guò)摻混以上各種組分，就得到了一種液晶材料，其過(guò)液特性是Cryst←(4.7℃-3.5℃)→Smc＊←(62.5℃-51.9℃)→SmA←(89.7℃-75.4℃)→ISO。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，制備具有適合各種用途的過(guò)渡特性的液晶材料是并不困難的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明人制備了另一種液晶材料，其相躍迂是這樣的各向同性的液體←(130℃-98℃)→層列狀結(jié)構(gòu)的液晶A←(73℃-60℃)→層列狀結(jié)構(gòu)的液晶＊C←(10℃-0℃)→層列狀結(jié)構(gòu)＊I←(-10℃)→晶體。
在復(fù)合液晶材料處于各向同性相的溫度下，將這種液晶材料插置在襯底2和2′上的取向控制膜之間以后，使結(jié)構(gòu)逐漸冷卻到該復(fù)合液晶材料的整體處于層列相的溫度。另外，液晶分子形成了隨著溫度升高而生長(zhǎng)的微疇。各微疇可被看作具有一種準(zhǔn)單晶的結(jié)構(gòu)。每種組分的比例為5%-20%，通常希望將各種組分的最高比例限制在20%的范圍內(nèi)，并且采用許多種各自幾乎相同比例的液晶。液晶層中微疇的形成是沿給予磨光處理的取向表面開始的，使得由微疇組成的準(zhǔn)多晶區(qū)隨著溫度的升高而逐漸生長(zhǎng)。圖4表示根據(jù)微疇的顯微照片按結(jié)構(gòu)所畫的示意圖。每個(gè)微疇8的寬度和長(zhǎng)度分別為約幾微米和幾百微米。由微疇組成的結(jié)構(gòu)的顯著特征是沒(méi)有曲折缺陷。盡管微疇8之間的界面9就是缺陷，但液晶的整體可近似地看作均勻的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)，只是微疇之間的界面是小缺陷。
當(dāng)具有±10V最大電壓的鋸齒形脈沖加于電極帶3和3′之間時(shí)，改變了正好被激勵(lì)的兩個(gè)電極夾層的象素的分子狀態(tài)。象素內(nèi)每個(gè)微疇8的狀態(tài)變化均勻地發(fā)生，以致象素的整體立刻改變。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有觀測(cè)到在象素的中心位置和周界位置之間的變化過(guò)程有差別。
圖5(A)和5(B)是顯微照片，表示利用彼此正交放置，其間支承液晶的起偏振光片，在根據(jù)本發(fā)明的層列狀結(jié)構(gòu)A的液晶層的兩個(gè)部位拍攝的，放大200倍的微疇。一對(duì)襯底之間的間距被選為20微米，而不是為了拍攝清晰顯現(xiàn)微疇結(jié)構(gòu)的照片而采用的3微米。如照片中所示，液晶被分成許多微疇。這意味著各微疇中的液晶分子已被一致地取向，但相鄰微疇卻沿不同的排列方向而被取向。微疇有幾微米寬和幾百微米長(zhǎng)。微疇是以近乎平行于給予取向控制膜的磨光較蚨緯傻摹 當(dāng)液晶相在下降溫度下被轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿袪罱Y(jié)構(gòu)C時(shí)，如從與圖5(A)和5(B)的相同條件下(除溫度外)所拍攝的圖6(A)和6(B)中所見(jiàn)到的，在各微疇中出現(xiàn)了一些條紋。各條紋的寬度約為3微米，對(duì)應(yīng)于手信層列狀結(jié)構(gòu)C液晶的一圈螺旋線。如在這些照片中所顯示的，相鄰微疇的條紋的界面處排成一行。圖7(A)和7(B)是襯底之間的間距約為3微米，其他條件與圖5(A)和5(B)相同的情況下的照片。與圖6(A)和6(B)中相比，各微疇的長(zhǎng)度變得短了。襯底之間的這樣狹的間距使液晶的螺旋線伸直，因而在與20微米情況相同的條件下測(cè)量時(shí)，響應(yīng)速度快達(dá)10微秒。
盡管已經(jīng)具體描述了若干個(gè)實(shí)施例，但是要知道，本發(fā)明并不限于所述的這些特定實(shí)例，在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的前提下，是可以作各種改進(jìn)和變化的。
權(quán)利要求
1.一種液晶器件，包括一對(duì)襯底一層介于所述襯底之間的手信層列狀結(jié)構(gòu)液晶層一個(gè)用來(lái)以陣列形式限定所述液晶層內(nèi)的多個(gè)晶胞區(qū)，和用來(lái)將一電場(chǎng)加于各晶胞區(qū)的電極排列，以及一個(gè)形成于所述襯底的至少一個(gè)內(nèi)表面上的取向控制表面，其特征在于；各晶胞區(qū)是由多個(gè)單獨(dú)的微疇組成的，各微疇中的液晶分子按一個(gè)方向排列，該方向是與鄰接該微疇的相鄰微疇的方向不同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于所述電極排列以矩陣形式限定象素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其特征在于所述取向控制表面適合于使所述液晶層的分子平行于列而取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于所述微疇對(duì)行方向的平均尺寸比所述象素的尺寸小一個(gè)或更高的數(shù)量級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其特征在于所述微疇對(duì)行方向的尺寸為幾微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其特征在于所述微疇對(duì)列方向的尺寸具有與所述象素的尺寸相同的量級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其特征在于所述微疇對(duì)行方向的尺寸為幾百微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于一些條紋是在對(duì)應(yīng)于層列狀結(jié)構(gòu)液晶的螺距的各微疇內(nèi)形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的器件，其特征在于所述條紋在相鄰微疇間的界面處排列成行。
全文摘要
一種液晶顯示器包括一對(duì)配有矩陣形式電極排列的襯底。一種手信層列狀結(jié)構(gòu)C相液晶材料介于襯底之間。在該液晶層中，各象素是由許多可與多晶結(jié)構(gòu)相比較的微疇組成的。借助磁疇可以抑制相鄰象素通過(guò)排列次序良好的液晶結(jié)構(gòu)之間的相互作用。
文檔編號(hào)G02F1/141GK1032592SQ88106809
公開日1989年4月26日 申請(qǐng)日期1988年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月18日
發(fā)明者山崎舜平, 佐藤正彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所