專利名稱：鐵電液晶顯示器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵電(ferrodielectric)液晶顯示器(FLCD)的制造方法，尤其涉及一種FLCD制造方法，該方法能在書架結(jié)構(gòu)狀(bookshelf-structured)結(jié)晶時形成呈均勻單疇的鐵電晶體以提高圖像質(zhì)量。
本發(fā)明以2002年4月2日提交的第2002-18086號韓國專利申請為基礎(chǔ)，其全部內(nèi)容在此參考引用。
背景技術(shù)：
LCD是一種用途廣泛的平板型顯示器。LCD主要用于便攜式裝置，且隨著顯示器大型化技術(shù)的發(fā)展，還在大尺寸顯示器領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)陰極射線管(CRT)。
存在用以形成LCD的多種晶體材料。
在常規(guī)應(yīng)用中大量采用的扭曲向列(以下稱為“TN”)LCD利用了TN液晶分子的介電各向異性與電場之間的相互作用，從而將響應(yīng)時間減緩到幾十毫秒(ms)的范圍，使得動畫顯示困難，視角窄，且在特定距離內(nèi)產(chǎn)生了像素間的串?dāng)_，從而導(dǎo)致了難以將像素尺寸降低到特定尺寸以下的問題。
同時，F(xiàn)LCD利用了鐵電液晶的自發(fā)極化與電場之間的相互作用，并具有低于1ms的快速響應(yīng)特性。作為下一代顯示器的這種FLCD在顯示動畫方面毫無困難，能提供寬的視角，且能通過更小的像素尺寸來實(shí)現(xiàn)高分辨率，該像素尺寸防止了串?dāng)_因分子間的強(qiáng)相互作用而發(fā)生，于是對FLCD的研究方興未艾。
對于目前廣泛采用的鐵電液晶，有一種手征層列的C相(chiral smectic Cphase)(SmC*)液晶材料，其具有雙穩(wěn)態(tài)特性和V形結(jié)構(gòu)(chevron structure)。
對于使用該種液晶材料的FLCD，在制造過程中，將保持在高于熔點(diǎn)的溫度下的晶體注入到襯底間的盒(cell)內(nèi)；當(dāng)溫度下降時，晶體經(jīng)由手征向列(N*)相轉(zhuǎn)變成其層列A相，該相具有垂直于摩擦方向(rubbing direction)的層狀結(jié)構(gòu)；然后轉(zhuǎn)變成手征層列C相。在該過程中，液晶層中液晶分子的分子長軸相對于摩擦方向傾斜一特定角，以減小層列層間的距離，結(jié)果，在液晶層中導(dǎo)致了層列層的彎曲以彌補(bǔ)體積變化。這樣的彎曲層結(jié)構(gòu)被稱為V形結(jié)構(gòu)，且形成相對于彎曲方向具有不同的液晶長軸方向的疇，且在疇的界面上獲得具有Z形缺陷、U形缺陷、山形缺陷等等的非均勻取向。
由于這樣的取向特性，LCD的對比度明顯降低，并且，如果將直流電壓施加到其上，則液晶層中的離子累積起來，或在取向膜的表面上被吸收，從而導(dǎo)致問題，該問題在一個畫面變化至另一個畫面時，產(chǎn)生殘留圖像現(xiàn)象，該現(xiàn)象朦朧地顯示出先前的圖像。
此外，積極地對鐵電液晶材料進(jìn)行著研究，該材料提供了一種減小閾值限制的反鐵電液晶(AFLC)模式，但是其自發(fā)極化大于100nC/cm2，使得殘留圖像也會因反極化電場導(dǎo)致的離子運(yùn)動而出現(xiàn)。此外，在采用有源矩陣驅(qū)動方法的情形下，漏電流會因大的自發(fā)極化而發(fā)生，該方法是一種針對每個像素通過利用薄膜晶體管(TFT)來單獨(dú)地驅(qū)動液晶的方法。電容在容量上應(yīng)當(dāng)非常大，以抑制AFLC的漏電流，該漏電流減小了孔徑比，導(dǎo)致了將AFLC用作顯示器的難題。
為了改善這種鐵電液晶的不足，已經(jīng)不間斷地開發(fā)了鐵電液態(tài)物質(zhì)，該物質(zhì)具有能改變電流驅(qū)動和抑制殘留圖像的書架結(jié)構(gòu)。
作為當(dāng)前受人關(guān)注的具有書架結(jié)構(gòu)的鐵電液晶物質(zhì)，有一種晶體物質(zhì)，該晶體物質(zhì)在結(jié)晶過程中跳過了層列的A相。即，在結(jié)晶過程中，晶化的相轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了由各向同性液態(tài)到手征向列(N*)相，再到手征層列C(SmC*)相。在轉(zhuǎn)變相從手征向列相轉(zhuǎn)變到手征層列C相的多種液晶中，存在一種具有單穩(wěn)特性的半V型液晶。
在該半V型液晶中，光軸在位于未施加任何電勢時在相對取向膜的摩擦方向的平行方向上定位，如圖1所示；且在施加正電壓(+)時，液晶的長軸根據(jù)所加電勢的大小最大偏轉(zhuǎn)達(dá)45度。圖1中，Vsat表示使液晶產(chǎn)生最大傾斜的飽和電壓。
此外，通過施加負(fù)電壓，液晶的長軸排列在與不加電勢時的相同的方向上。這種液晶的光透射率具有如圖2所示的關(guān)系，即相對于所加電壓的單穩(wěn)特性。具有這種特性的液晶具有若干名字，但是通常稱為半V型液晶，尤其考慮到所加電勢(V)-光透射率(T)特性。
具體地，這種液晶使得用于簡單全色實(shí)現(xiàn)的交流驅(qū)動和模擬灰度等級顯示成為可能，并且因單穩(wěn)特性使得脈沖驅(qū)動成為可能，從而具有提供了接近現(xiàn)有CRT顯示器的顯示特性的優(yōu)點(diǎn)。
然而，通過傳統(tǒng)冷卻制造的書架結(jié)構(gòu)FLCD具有在液晶分子傾角增大的過程中發(fā)生的層收縮，當(dāng)在液晶結(jié)晶過程中從手征向列相轉(zhuǎn)變成手征層列C相的相變中時，導(dǎo)致在液晶中用于補(bǔ)償層收縮的排列過程中形成非均勻疇的問題，使得在顯示狀態(tài)下出現(xiàn)亮度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決以上問題，因此本發(fā)明的一個方面是提供一種制造FLCD的方法。
根據(jù)本發(fā)明的方法涉及一種制造FLCD的方法，其包括步驟形成分別具有襯底、電極層和取向膜的下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體；形成下和上結(jié)構(gòu)體之間的盒；在盒中注入預(yù)定的處于熔融狀態(tài)的鐵電液晶，并將盒密封；冷卻，以獲得鐵電液晶的與書架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的相變；在一溫度下向該電極層施加預(yù)定的第一直流電勢，該溫度在高于相變溫度的第一溫度至低于相變溫度的第二溫度之間；停止施加第一直流電勢，并冷卻到低于第二溫度的第三溫度；以及向電極層施加第二直流電勢，并冷卻到低于第三溫度的第四溫度，該第二直流電勢具有與第一直流電勢相反的極性。
該鐵電液晶是一種在冷卻時其相從手征向列相轉(zhuǎn)變成手征層列C相的物質(zhì)。
優(yōu)選地，但并非必需地，第一溫度為比鐵電液晶的相變溫度高至少兩攝氏度(℃)的溫度，而第二溫度是比相變溫度低至少1攝氏度的溫度。
第三溫度比第二溫度低至少1至2℃，而第四溫度比第三溫度低至少10℃。


通過參照附圖對本發(fā)明的說明性、非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上方面和其他特征將變得更清晰，其中圖1是示出具有大致書架結(jié)構(gòu)的半V型鐵電液晶上施加電壓導(dǎo)致的傾斜現(xiàn)象的視圖；圖2是一曲線圖，示出所加電壓和圖1的半V型介電液晶的光透射率之間的關(guān)系；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的FLCD的橫截面視圖；圖4是示出在圖3的液晶顯示裝置中形成液晶注入盒的工藝?yán)拥耐敢晥D；圖5是一流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的FLCD器件制造工藝；圖6是一照片，用以說明通過傳統(tǒng)鐵電液晶制造方法進(jìn)行冷卻后形成的液晶顯示裝置上未施加電勢時所呈現(xiàn)出的狀態(tài)，該鐵電液晶經(jīng)歷了由手征向列(N*)相到手征層列C相的多種相；圖7是一視圖，示意性示出了用于說明圖6的鐵電液晶的結(jié)晶過程的液晶；以及圖8是一照片，用以說明通過根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的液晶顯示裝置的制造工藝制成的液晶顯示裝置上未施加電勢時所呈現(xiàn)出的狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
圖3是用于顯示根據(jù)本發(fā)明的說明性的、非限制性實(shí)施例的FLCD的橫截面視圖。
參照圖3，F(xiàn)LCD10具有下襯底11、下電極層12、下取向膜13、液晶層14、上取向膜15、上電極層16、上襯底17、密封元件或盒18、以及間隔壁19。設(shè)置在下襯底11底部和上襯底17頂部上的是極化板(未示出)，其布置用于使極化軸交叉一預(yù)定角。附圖標(biāo)記20表示一驅(qū)動器，該驅(qū)動器在液晶層14中注射的鐵電液晶結(jié)晶的過程中通過改變極性施加直流電勢。
諸如玻璃或透明合成樹脂的透明物質(zhì)用于下和上襯底11和17。
下和上電極層12和16用諸如氧化銦錫(ITO)材料的公知透明導(dǎo)電物質(zhì)形成。優(yōu)選地，但并非必需地，下電極層12和上電極層16設(shè)置有沿彼此垂直的方向并排形成的多個電極。
下和上取向膜13和15由公知的不同取向材料形成。取向材料的一些例子可以是聚酰亞胺、聚乙烯醇(PVA)、尼龍、PVA系列等等。
取向膜13和15用諸如織物的摩擦材料以預(yù)定的角度摩擦加工。
安裝間隔壁19來均勻地維持液晶層14的間隙。
液晶層14填充有鐵電液晶物質(zhì)，該液晶物質(zhì)具有通過根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶工藝形成的書架結(jié)構(gòu)和單穩(wěn)特性。
具有書架結(jié)構(gòu)和單穩(wěn)特性的該鐵電液晶層14具有如下結(jié)構(gòu)，即其中層列層中排列成在通過結(jié)晶過程均勻形成的單疇上垂直的液晶分子無彎曲地并排成行。在以各向同性狀態(tài)注入液晶，且在冷卻的同時施加電勢的過程中，這種具有呈書架結(jié)構(gòu)的均勻單疇的FLCD獲得了一種具有均勻的單疇的結(jié)構(gòu)布置，這將在以下說明。
在日本專利特許公告平成6-122875，6-25060，6-40985，6-228057，美國專利4,585,575，韓國專利特許公告1997-1332等等中，各自公開了具有書架結(jié)構(gòu)的液態(tài)物質(zhì)，即其相從手征向列(N*)相轉(zhuǎn)變成手征層列C(SmC*)相的液體物質(zhì)。
以下，將參照圖3和圖5說明根據(jù)本發(fā)明的制造FLCD的方法。
首先，形成下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體(步驟10)。
下結(jié)構(gòu)體是指以下襯底11、下電極層12和下取向膜13的順序形成的結(jié)構(gòu)，上結(jié)構(gòu)體是指以上襯底17、上電極層16和上取向膜15的順序形成的結(jié)構(gòu)。下取向膜13和上取向膜15以諸如被覆有織物的輥的公知摩擦材料分別沿設(shè)定方向摩擦加工。
接著，用于液晶注入的盒18形成在摩擦加工后的下和上結(jié)構(gòu)體之間(步驟120)。
作為區(qū)格形成工藝的一個例子，在摩擦加工后的下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體中的任何一個中，盒18相應(yīng)于一圖案形成，該圖案用諸如密封劑的密封材料形成。即，如圖4所示，通過使用密封材料，盒18沿下襯底11的邊緣形成得具有注入口18b。此外，用于維持盒間距的間隔壁19安裝在襯底11和17之間。其后，結(jié)合下和上結(jié)構(gòu)體。
在形成盒之后，通過由密封材料18a形成的盒18的注入口18b，在各向同性液態(tài)的熔融狀態(tài)下注入結(jié)晶時其相從手征向列(N*)相轉(zhuǎn)變成手征層列C(SmC*)相的鐵電液晶，然后密封盒18的注入口18b(步驟130)。
其后，進(jìn)行用于獲得具有單疇和書架結(jié)構(gòu)的手征層列相的結(jié)晶過程。
在結(jié)晶過程中，進(jìn)行冷卻，使得加熱到熔點(diǎn)之上且經(jīng)過盒18的注入口18b注入的液晶能直接將相從手征向列(N*)相轉(zhuǎn)變成手征層列C(SmC*)相，且通過下和上電極層12和16施加第一直流電壓(步驟140)。
第一直流電壓自冷卻開始時，或者在比手征層列C(SmC*)相的轉(zhuǎn)變溫度高幾到幾十℃的液晶溫度下施加。此外，第一直流電壓連續(xù)施加至第二溫度，該溫度設(shè)定為比相變溫度低的溫度。優(yōu)選地，但并非必需地，第一溫度為比鐵電液晶的相變溫度高至少2℃的溫度，第二溫度為比該相變溫度低至少1℃的溫度。
當(dāng)達(dá)到第二溫度時，冷卻過程繼續(xù)，但是第一直流電勢的施加終止(步驟150)。即，在不施加電勢的狀態(tài)下，冷卻繼續(xù)以達(dá)到第三溫度。優(yōu)選地，但并非必需地，第三溫度為比第二溫度低至少1至2℃的溫度。
最后，當(dāng)達(dá)到第三溫度時，與第一直流電勢的極性相反極性的第二直流電壓，即反向電壓施加到電極層12和16上，直到達(dá)到第四溫度(步驟160)。優(yōu)選地，但并非必需地，第四溫度為比第三溫度低至少10℃的溫度。
通過這種結(jié)晶過程制造的LCD具有液晶層14，其具有書架結(jié)構(gòu)和均勻的單疇。
以下，通過示例性例子將根據(jù)本發(fā)明制造的LCD與通過傳統(tǒng)方法制造的液晶顯示裝置進(jìn)行比較，以進(jìn)行說明。
首先，與僅通過傳統(tǒng)方法的冷卻工藝進(jìn)行結(jié)晶的情形相對照，說明鐵電液晶物質(zhì)，該物質(zhì)通過手征向列(N*)相直接將相轉(zhuǎn)變成手征層列C(SmC*)相。
圖6示出了通過兩個極化板所呈現(xiàn)出的狀態(tài)，這兩個極化板設(shè)置在兩個襯底11和17外側(cè)，且相對于液晶顯示裝置具有彼此垂直的極化軸，該液晶顯示裝置完全通過以各向同性液態(tài)下2℃每分鐘的冷卻速度將鐵電液晶物質(zhì)冷卻到比手征層列C(SmC*)相的相變溫度(例如72℃)低的溫度而制備，該鐵電液晶物質(zhì)通過手征向列(N*)相直接將相轉(zhuǎn)變成手征層列C(SmC*)相。
如圖6所示，盡管在黑狀態(tài)顯示模式下，畫面局部仍示出明亮部分。圖6中顯示成圓圈的部分表示間隔壁。這來自液晶結(jié)晶過程中形成的非均勻疇。
參照圖7描述導(dǎo)致如此結(jié)果的傳統(tǒng)結(jié)晶過程，例如，位置A中的液晶分子24a傾向于在左(L)向或右(R)向上運(yùn)動，以補(bǔ)償冷卻同時的層收縮。此時，由于左(L)向接近摩擦方向，所以大多數(shù)液晶分子易于在左(L)向上移動。然而，實(shí)際上，當(dāng)經(jīng)歷結(jié)晶過程時，由于在左(L)向和右(R)向間的距離上相對于位置A處的液晶24a的能量差(ΔE)非常小，所以液晶分子24a沿左(L)和右(R)向均勻分布，從而形成非均勻疇。此時，能量差(ΔE)可以表示為γsin(2θ)，γ表示液晶取向膜的釘扎(anchoring)能，而θ表示在液晶分子旋轉(zhuǎn)圓錐中液晶分子的旋轉(zhuǎn)角。
液晶分子的圓錐軌跡可旋轉(zhuǎn)，且隨著這種非均勻疇的形成而在不同方向上傾斜。
同時，在結(jié)晶過程中與冷卻相結(jié)合順序進(jìn)行正向直流電勢施加、施加停止、以及反向直流電勢施加的情形下，制造出了具有均勻單疇的液晶顯示裝置。
圖8是一照片，顯示了相對于通過本發(fā)明的制造工藝制造的FLCD的黑顯示模式下，通過未施加電壓的極化板呈現(xiàn)出來的狀態(tài)。
由照片可清楚地看出，如圖6所示的具有亮度差的部分消失了。即，可以看出，根據(jù)本發(fā)明制造的液晶顯示裝置被改善成了一種具有純黑單疇的結(jié)構(gòu)。為了說明，圖8的照片中的液晶顯示裝置已經(jīng)通過一工藝得以制造，該工藝為在比手征層列C相的轉(zhuǎn)變溫度更高的、從74℃至70℃的溫度下(72℃)，施加8V的直流電壓；在不施加電勢的同時冷卻至自70到68℃的溫度；以及，在冷卻到從68至30℃的溫度的同時施加反向電壓-8V。此外，盒間隙為1.5μm。
例如，參照圖7描述具有這種均勻單疇的書架結(jié)構(gòu)的LCD的結(jié)晶過程，由于A位置處的液晶分子24a被強(qiáng)行移動到位置B，且因所施加的直流電勢而在冷卻時保持約45度的錐角，所以左(L’)和右(R’)方向之間相對于位置B處的液晶分子24b的能量差ΔE變得非常大，所以大多數(shù)液晶分子移動并取向?yàn)榭拷Σ练较虻挠?R’)向，結(jié)果可確定單疇形成了。
在此情形下，施加到液晶層14上的直流電壓的大小優(yōu)選地，但并非必需地確定在一適當(dāng)?shù)姆秶摲秶鄳?yīng)于液晶層的盒間隙和對施加到液晶分子上的電壓的響應(yīng)特性。
如當(dāng)前所述，根據(jù)本發(fā)明相應(yīng)制造方法的FLCD可顯示清晰的黑白狀態(tài)，F(xiàn)LCD具有有書架結(jié)構(gòu)的單疇的液晶層。
雖然已經(jīng)參照特定示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了顯示和說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種制造鐵電液晶顯示裝置的方法，包括形成分別具有襯底、電極層和取向膜的下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體；形成下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體之間的盒；在盒中注入預(yù)定的處于熔融狀態(tài)的鐵電液晶，并將盒密封；冷卻，以獲得鐵電液晶的與書架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的相變；在一溫度下向該電極層施加預(yù)定的第一直流電勢，該溫度在高于相變溫度的第一溫度至低于相變溫度的第二溫度之間；停止施加第一直流電勢，并冷卻到低于第二溫度的第三溫度；以及向電極層施加第二直流電勢，并冷卻到低于第三溫度的第四溫度，該第二直流電勢具有與第一直流電勢相反的極性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該鐵電液晶是一種冷卻時其相從手征向列相轉(zhuǎn)變成手征層列C相的物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一溫度為比鐵電液晶的相變溫度高至少兩攝氏度的溫度，而第二溫度是比相變溫度低至少1攝氏度的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第三溫度比第二溫度低至少1至2攝氏度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第四溫度比第三溫度低至少10攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造鐵電液晶顯示裝置的方法，包括步驟在分別具有襯底、電極層和取向膜的下結(jié)構(gòu)體和上結(jié)構(gòu)體之間形成的盒中注入熔融鐵電液晶，并將盒密封；冷卻，以獲得鐵電液晶的與書架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的相變；在一溫度下向該電極層施加直流電勢，該溫度在高于相變溫度的溫度至低于相變溫度的溫度之間；停止施加直流電勢，并冷卻到低于一預(yù)定溫度；以及向電極層施加一反向電勢，并再次冷卻。由這種制造方法制造的鐵電液晶顯示裝置可顯示清晰的黑白狀態(tài)，此裝置具有有書架結(jié)構(gòu)的單疇的液晶層。
文檔編號G02F1/1341GK1448769SQ0310900
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者王種敏, 金昌柱 申請人:三星電子株式會社