專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有提高的半色調(diào)視角(half-tone viewing angle)特性的液晶顯示裝置。更具體地，本發(fā)明特別涉及一種具有提高的半色調(diào)視角特性的垂直排列液晶顯示裝置，例如MVA(多區(qū)域垂直排列)模式液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于使用有源矩陣的液晶顯示器(LCDs)，TN模式的液晶顯示裝置被廣泛使用，其中具有正介電常數(shù)各向異性的液晶材料以在兩個(gè)彼此相對(duì)的基板之間扭曲90°的方式，水平地排列到基板的表面。但是，這種TN模式具有視角特性低的問(wèn)題。因此，現(xiàn)已進(jìn)行各種可提高視角特性的研究。
MVA模式作為一個(gè)可選擇的模式被開(kāi)發(fā)出來(lái)，在該MVA模式中，具有負(fù)介電常數(shù)各向異性的液晶材料垂直排列，并且在施加電壓時(shí)液晶分子的傾斜方向由在基板表面上形成的突起物和開(kāi)口(狹縫)來(lái)調(diào)節(jié)。該模式可顯著提高視角特性。
使用圖1A、圖1B和圖2來(lái)說(shuō)明MVA模式液晶顯示裝置。圖1A和圖1B是表示MVA模式液晶顯示裝置的示意圖。圖2是表示在MVA模式液晶顯示裝置中液晶分子排列方向的示意圖。
在MVA模式液晶顯示裝置中，具有負(fù)介電常數(shù)各向異性的液晶材料在兩個(gè)玻璃基板之間垂直排列。在上述玻璃基板中的一個(gè)玻璃基板上形成有連接到薄膜晶體管(TFT)的像素電極，在另一個(gè)玻璃基板上形成有對(duì)電極(counter electrode)。在該像素電極和該對(duì)電極上分別以交替方式形成有突起物8。
當(dāng)TFT斷電時(shí)，如圖1A所示，液晶分子4在垂直于基板1的界面的方向上排列。當(dāng)TFT通電時(shí)，電場(chǎng)施加到液晶，液晶分子4的傾斜方向由突起物8的構(gòu)形來(lái)調(diào)節(jié)。由此，如圖1B所示，在一個(gè)像素中液晶分子4在多個(gè)方向上排列。例如，當(dāng)突起物8如圖2所示形成時(shí)，液晶分子分別在方向A、B、C、D上排列。由于在TFT處于通電狀態(tài)時(shí)，MVA模式液晶顯示裝置中的液晶分子在如上所示的多個(gè)方向上排列，因此可以實(shí)現(xiàn)較好的視角特性。
在上述的MVA模式中，液晶分子的傾斜方向不是由排列控制膜來(lái)控制的，因此不需要使用以研磨過(guò)程為代表的排列處理過(guò)程，然而在以TN模式為代表的水平排列模式中，該排列處理過(guò)程幾乎是不可避免的。因此，由于該過(guò)程，可以避免與靜電相關(guān)的問(wèn)題以及由研磨所產(chǎn)生的碎屑，而且不需要該排列處理過(guò)程之后的清洗步驟。此外，由于該排列，該MVA模式具有以下優(yōu)點(diǎn)，即不存在預(yù)傾斜(pretilting)中由于波動(dòng)所產(chǎn)生的顯示不規(guī)則的問(wèn)題，并且可以簡(jiǎn)化過(guò)程、提高生產(chǎn)量、并實(shí)現(xiàn)低成本。
另外，作為用于調(diào)節(jié)液晶分子排列的技術(shù)，還公知一種液晶顯示裝置，其具有在基板之間通過(guò)使聚合物前驅(qū)體(polymer precursor)聚合而形成的第一排列控制層和第二排列控制層，該第一排列控制層和該第二排列控制層之間夾有液晶層(見(jiàn)日本專利No.3520376，權(quán)利要求書(shū))。
但是，在該MVA模式液晶顯示裝置中還具有一些待解決的重要問(wèn)題。其中一個(gè)問(wèn)題是如圖3所示，具有這樣一種半色調(diào)區(qū)域，其中在相對(duì)于液晶分子的傾斜方向的極角(polar angle)為60°、方向角為45°的狀態(tài)下，透光度電壓特性(T-V特性)中的透光度比在面對(duì)液晶分子傾斜方向的方向(即，極角為0°)上T-V特性中的透光度高；還具有另一種半色調(diào)區(qū)域，其中上述的前一種透光度比后一種透光度低，因此從正面觀看的色調(diào)和從對(duì)角線觀看的色調(diào)有時(shí)會(huì)不相同。應(yīng)該注意到，在圖3的下面部分示意性地示出了極角和方向角相對(duì)于液晶分子傾斜方向的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)良好的半色調(diào)視角特性。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將從以下說(shuō)明中變得更加清晰。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種液晶顯示裝置，包括電極，其形成于一對(duì)基板中的至少一個(gè)基板上，并用于給液晶分子施加電壓；第一排列控制層，其夾在所述基板之間，并使該液晶分子垂直排列；液晶層，其通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在所述兩個(gè)基板之間且隨后進(jìn)行紫外線照射而形成；以及第二排列控制層，其由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成，從而在一個(gè)像素中出現(xiàn)至少兩個(gè)具有不同閾值電壓的區(qū)域，并且所述區(qū)域中至少一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比該第一排列控制層中的閾值電壓高。
通過(guò)本發(fā)明的這個(gè)方案，可以實(shí)現(xiàn)具有良好半色調(diào)視角特性的液晶顯示裝置。
優(yōu)選地，所述區(qū)域之間的共有邊界近似平行于該液晶分子的傾斜方向；形成于基板上的突起物或電極中的狹縫構(gòu)成所述區(qū)域之間的共有邊界；上述不同閾值電壓的最大值與最小值之間的差值不小于0.3V；具有所述不同閾值電壓的兩個(gè)區(qū)域形成于一個(gè)像素中，并且在一個(gè)像素中具有較低閾值電壓的區(qū)域∶具有較高閾值電壓的區(qū)域的分區(qū)比在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)；所述光聚化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述光聚化合物包括由下述式(1)表示的雙官能光聚化合物，α-Y-A-X-B-Z-α……(1)其中A和B彼此獨(dú)立，為環(huán)狀基；兩個(gè)α彼此獨(dú)立，是丙烯酸脂基或異丁烯酸酯基；以及X、Y和Z彼此獨(dú)立，是基或連接所述基的直接鍵合)；所述光聚化合物包括兩種類型根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X是直接鍵合，根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X不是直接鍵合；在式(1)中，Y和Z彼此獨(dú)立，并由下述式(2)表示，-(CH2)a- (2)其中a為0或1；在所述液晶合成物中，所述光聚化合物的添加量不小于1.0wt％，并且不大于3.0wt％；所述區(qū)域的任一延遲值(Δn·d)在350nm±70nm范圍內(nèi)；在一個(gè)像素中形成至少兩個(gè)具有不同液晶層厚度的區(qū)域；該液晶顯示裝置中的液晶分子的預(yù)傾斜角度不小于88°；具有最高閾值電壓的區(qū)域中的預(yù)傾斜角度近似為90°；以及所述液晶分子具有這種結(jié)構(gòu)在施加電壓時(shí)，所述液晶分子傾斜且傾斜方向由在基板上形成的突起物或在電極中的狹縫來(lái)調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方案中，提供一種用于制造液晶顯示裝置的方法，包括在一對(duì)基板中的至少一個(gè)基板上形成電極，所述電極用于給液晶分子施加電壓；將第一排列控制層夾在所述兩個(gè)基板之間，該第一排列控制層使該液晶分子垂直排列；通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在所述基板之間，且隨后進(jìn)行紫外線照射，從而形成液晶層；以及形成由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成的第二排列控制層，從而在一個(gè)像素中出現(xiàn)至少兩個(gè)具有不同閾值電壓的區(qū)域，并且所述區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比該第一排列控制層的閾值電壓高，其中進(jìn)行紫外線照射，在像素的一部分上紫外線強(qiáng)度減弱或降低的情況下形成所述第二排列控制層。
通過(guò)本發(fā)明的這個(gè)方案，可以制造具有良好半色調(diào)視角特性的液晶顯示裝置。
優(yōu)選地，所述第二排列控制層是通過(guò)在所述第一次紫外線照射之后，接著進(jìn)行第二次紫外線照射而形成的，其中所述第二次紫外線照射以弱于所述第一次紫外線照射的強(qiáng)度照射整個(gè)液晶面板；所述第二次紫外線照射在施加電壓的同時(shí)進(jìn)行；所述施加的電壓不大于由所述第一次紫外線照射產(chǎn)生的具有較高閾值電壓的區(qū)域中的最高閾值電壓；在所述第二次紫外線照射之前進(jìn)行加熱處理；所述區(qū)域之間的共有邊界構(gòu)造為近似平行于該液晶分子的傾斜方向；所述區(qū)域之間的所述共有邊界設(shè)置在形成于基板上的突起物或電極中的狹縫之上；所述不同閾值電壓的最大值與最小值之間的差值不小于0.3V；具有所述不同閾值電壓的兩個(gè)區(qū)域形成于一個(gè)像素中，并且在一個(gè)像素中具有較低閾值電壓的區(qū)域∶具有較高閾值電壓的區(qū)域的分區(qū)比在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)；所述光聚化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述光聚化合物包括由下述式(1)表示的雙官能光聚化合物，α-Y-A-X-B-Z-α……(1)其中A和B彼此獨(dú)立，為環(huán)狀基；兩個(gè)α彼此獨(dú)立，是丙烯酸脂基或異丁烯酸酯基；以及X、Y和Z彼此獨(dú)立，是基或連接所述基的直接鍵合；所述光聚化合物包含兩種類型根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X是直接鍵合，根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X不是直接鍵合；在式(1)中，Y和Z彼此獨(dú)立，并由下述式(2)表示，
-(CH2)a- (2)其中a為0或1；在所述液晶合成物中，所述光聚化合物的添加量不小于1.0wt％，并且不大于3.0wt％。
通過(guò)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)具有良好半色調(diào)視角特性的液晶顯示裝置。


圖1A是表示MVA模式液晶顯示裝置的示意圖；圖1B是表示MVA模式液晶顯示裝置的另一示意圖；圖2是表示在MVA模式液晶顯示裝置中液晶分子排列方向的示意圖；圖3是表示傳統(tǒng)MVA模式液晶顯示裝置的T-V特性曲線圖；圖4A是具有閾值電壓互不相同的兩個(gè)區(qū)域A、B的像素的示意圖；圖4B是表示液晶顯示面板的顯示區(qū)域的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4C是表示閾值電壓互不相同的兩個(gè)區(qū)域的T-V特性曲線圖；圖5是表示具有閾值電壓互不相同的兩個(gè)區(qū)域的所有像素的平均T-V特性曲線圖；圖6是表示掩模的遮光部與突起物和電極狹縫之間位置關(guān)系的液晶顯示面板的側(cè)剖示意圖；圖7是表示具有與掩模的遮光部重疊、并呈折線形的電極狹縫和突起物的像素的示意圖；圖8A是表示實(shí)例1中像素的T-V特性曲線圖；圖8B是圖8A的部分放大圖；圖9A是表示實(shí)例1中透光度與灰度級(jí)之間關(guān)系的曲線圖；圖9B是表示實(shí)例1中透光度與灰度級(jí)之間關(guān)系的另一曲線圖；圖9C是表示實(shí)例1中透光度與灰度級(jí)之間關(guān)系的又一曲線圖；圖9D是表示實(shí)例1中透光度與灰度級(jí)之間關(guān)系的再一曲線圖；圖10A是為了獲得各自小范圍內(nèi)的γ值，通過(guò)對(duì)圖9A中的γ曲線在每個(gè)灰度級(jí)上求微分所得到的曲線圖；圖10B是為了獲得各自小范圍內(nèi)的γ值，通過(guò)對(duì)圖9B中的γ曲線在每個(gè)灰度級(jí)上求微分所得到的曲線圖；圖10C是為了獲得各自小范圍內(nèi)的γ值，通過(guò)對(duì)圖9C中的γ曲線在每個(gè)灰度級(jí)上求微分所得到的曲線圖；圖10D是為了獲得各自小范圍內(nèi)的γ值，通過(guò)對(duì)圖9D中的γ曲線在每個(gè)灰度級(jí)上求微分所得到的曲線圖；圖11是表示實(shí)例3的T-V特性曲線圖；圖12是表示實(shí)例3中顯示響應(yīng)速度與施加的電壓之間的關(guān)系的曲線圖；圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的液晶實(shí)例的分子結(jié)構(gòu)式；圖14是示出實(shí)例5中測(cè)量閾值電壓的所在位置的液晶顯示面板的示意圖；圖15是表示在實(shí)例5中各測(cè)量點(diǎn)上閾值電壓變化量的曲線圖；圖16A是表示在紫外線照射時(shí)遮光部位置的示意圖；圖16B是表示在紫外線照射時(shí)遮光部位置的另一示意圖；圖16C是表示由紫外線照射產(chǎn)生的較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界的示意圖；圖16D是表示由紫外線照射產(chǎn)生的較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界的另一示意圖；圖17是表示在紫外線照射時(shí)，折線形的突起物與掩模的遮光部之間位置關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考以下的附圖、表格、結(jié)構(gòu)式、實(shí)例等描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)理解的是，這些附圖、表格、結(jié)構(gòu)式、實(shí)例等以及下文的說(shuō)明的目的是為了闡述本發(fā)明，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。顯然只要符合本發(fā)明要點(diǎn)的其它實(shí)施例也應(yīng)該包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。在附圖中，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的元件。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置配備有液晶顯示面板，該液晶顯示面板包括電極，其形成于一對(duì)基板中的至少一個(gè)基板上，并用于給液晶分子施加電壓；第一排列控制層，其夾在兩個(gè)基板之間，并使液晶分子垂直排列；液晶層，其通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在基板之間，隨后再進(jìn)行紫外線照射而形成；第二排列控制層，由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成，該第二排列控制層形成為在一個(gè)像素中可出現(xiàn)具有不同閾值電壓的至少兩個(gè)區(qū)域，并且至少其中一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比第一排列控制層的閾值電壓高。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)具有良好半色調(diào)視角特性的液晶顯示裝置。
在圖4A到圖4C中示出了本發(fā)明的基本原理。每個(gè)像素可具有兩個(gè)或更多區(qū)域，所述區(qū)域具有閾值電壓不同的T-V特性。圖4A是像素的平面圖，以及圖4B是在X-X上像素的剖視圖。在圖4A和圖4B中，具有面積比為1∶1且閾值電壓互不相同的兩個(gè)區(qū)域A和B。在本實(shí)例中，如圖4B所示，液晶顯示面板的顯示區(qū)域包括基板1、透明電極2、對(duì)電極3、包含液晶分子4的液晶層5、第一排列控制層6、第二排列控制層7、將稍后說(shuō)明的突起物8以及電極狹縫9。
當(dāng)如圖4A所示形成具有不同閾值電壓的兩個(gè)區(qū)域時(shí)，可以得到各自區(qū)域的T-V特性(如圖4C所示)，以及所有像素的平均T-V特性(如圖5所示)。當(dāng)將它們與圖3中通常的T-V特性進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)理解的是，相對(duì)于正面(極角為0°)的T-V曲線，對(duì)角線方向(極角為60°)上的T-V曲線的增加和減小更為緩和，從而可以得到從正面觀看的顯示圖像與從對(duì)角線方向觀看的顯示圖像之間差異更小的良好半色調(diào)視角特性。
可通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在兩個(gè)基板之間，隨后由紫外線照射形成第二排列控制層或由紫外線固化物制成的層以及液晶層，從而實(shí)現(xiàn)這種劃分(partitioning)。通過(guò)紫外線照射將液晶合成物中的光聚化合物聚合為紫外線固化物，該紫外線固化物形成為一層或多層，以接觸由已失去光聚化合物的液晶合成物所組成的液晶層(即，基本上由液晶組成)。因此，當(dāng)形成一層或多層紫外線固化物時(shí)，則形成具有不同閾值電壓的區(qū)域以抑制液晶分子的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)?shù)玫揭粚踊蚨鄬拥诙帕锌刂茖訒r(shí)，可以通過(guò)僅在液晶分子傾斜角度較小的指定區(qū)域照射紫外線以形成紫外線固化物，穩(wěn)定液晶分子的狀態(tài)，并降低區(qū)域中的閾值電壓，從而形成具有不同閾值電壓的區(qū)域。但是，應(yīng)考慮到，為了確保通常所需的反差(contrast)，預(yù)傾斜角度必須不小于88°，而通常難以通過(guò)將預(yù)傾斜角度減小2°這樣小的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠的閾值電壓差值。因此，為了實(shí)現(xiàn)足夠的閾值電壓差值，必須使該預(yù)傾斜角度足夠小以致?tīng)奚摲床睢?br> 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述閾值電壓差值可以不通過(guò)降低閾值電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)利用紫外線固化物使特定區(qū)域中的液晶分子運(yùn)動(dòng)難以處于垂直排列狀態(tài)以提高閾值電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)在遮擋光線的像素中的特定區(qū)域上進(jìn)行紫外線照射，并改變紫外線照射的條件，可以在一個(gè)像素中實(shí)現(xiàn)具有不同閾值電壓的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域。通過(guò)改變紫外線照射的條件，來(lái)改變紫外線固化物限制液晶分子的狀態(tài)，從而可改變閾值電壓。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的具有不同閾值電壓的兩個(gè)或更多區(qū)域，優(yōu)選為至少其中一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比第一排列控制層的閾值電壓高。這樣，可以實(shí)現(xiàn)較大的閾值電壓差，并從而實(shí)現(xiàn)良好的半色調(diào)視角特性。
只要是不與本發(fā)明的要點(diǎn)相抵觸，對(duì)像素中根據(jù)本發(fā)明具有不同閾值電壓的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域的布置沒(méi)有限制。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)液晶分子具有特定傾斜方向，且上述區(qū)域之間的共有邊界(mutual border)設(shè)置為垂直于傾斜方向時(shí)，具有較低閾值電壓的區(qū)域的一部分往往獲得顯示較高閾值電壓的特性，而且根據(jù)施加電壓在這部分上將出現(xiàn)無(wú)序排列，從而導(dǎo)致液晶顯示面板中的顯示不規(guī)則。
這種問(wèn)題可以通過(guò)在上述區(qū)域之間設(shè)置與液晶分子的傾斜方向近似平行的共有邊界來(lái)解決。例如，當(dāng)液晶分子的傾斜方向由形成在基板或電極狹縫上的突起物來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)，由于液晶分子的傾斜方向垂直于突起物或電極狹縫的長(zhǎng)度方向，因此足以將上述邊界設(shè)置為垂直于該突起物或電極狹縫的長(zhǎng)度方向。應(yīng)該注意到，“近似平行”意味著不需要精確平行。通常目視的平行關(guān)系已足夠。更具體地，如果可以抑制或避免液晶顯示面板中的顯示不規(guī)則，則可以認(rèn)為是近似平行。
同樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使在上述邊界垂直于液晶分子的傾斜方向時(shí)，也可以通過(guò)在區(qū)域之間形成邊界，以使具有較低閾值電壓的區(qū)域中的一部分(傾向于獲得顯示高閾值電壓的特性)出現(xiàn)在液晶顯示面板中對(duì)顯示幾乎沒(méi)有影響的部分上，從而抑制液晶顯示面板中的顯示不規(guī)則(irregularity)。
具體地，當(dāng)在基板上形成有用于調(diào)節(jié)液晶分子傾斜方向的突起物和電極狹縫時(shí)，優(yōu)選為將邊界設(shè)置在該突起物和該電極狹縫之上，以使該突起物和該電極狹縫構(gòu)成區(qū)域之間的共有邊界。
如圖6所示，在由突起物和電極狹縫來(lái)實(shí)現(xiàn)排列控制的模式中，例如在MVA模式或PVA(圖形垂直排列)模式中，突起物與電極狹縫之間的寬度L小到在大約15μm到大約30μm。如果試圖形成具有較高閾值電壓的區(qū)域，以使較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界在這種較窄的寬度內(nèi)與突起物或電極狹縫平行，則可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，例如，其中一個(gè)問(wèn)題是由于紫外線在邊界上的衍射，所以寬度與L值相比不能忽略(例如5μm)且應(yīng)該包含在較低閾值電壓區(qū)域中的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)更高的閾值電壓；還有一個(gè)問(wèn)題是，即使在紫外線照射時(shí)掩模的排列發(fā)生微小的漂移(drift)(例如，在應(yīng)屬于較高閾值電壓區(qū)域的區(qū)域的向左或向右方向上)，在每個(gè)傾斜方向上較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域的面積比變化也很大。圖6示出了已發(fā)生向左漂移的狀態(tài)。
在這些情況中，可以通過(guò)將較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界重疊在形成于基板上的突起物或電極狹縫上，來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的區(qū)域劃分。特別是，當(dāng)將像素設(shè)計(jì)為具有如圖7所示的“折線形(dogleg)”形狀的電極狹縫7和突起物8時(shí)，如果將較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界71形成為重疊在“折線形”形狀間隔單元(unit)上，則可以實(shí)現(xiàn)極精細(xì)的區(qū)域劃分。該“折線形”形狀間隔單元不是必須由鄰接的突起物決定，也可以由適當(dāng)選擇的電極狹縫和突起物來(lái)決定。
關(guān)于半色調(diào)視角特性的提高(即本發(fā)明的目的)，如果存在具有不同閾值電壓的區(qū)域，則能觀察到較大程度的改善。為了獲得一定的效果，優(yōu)選地，具有最小閾值電壓的區(qū)域與具有最大閾值電壓的區(qū)域之間的閾值電壓差值最小為大約0.3V。更優(yōu)選地，該閾值電壓差值在大約0.5到大約0.7V的范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)更好的效果。
另一方面，由于在閾值電壓差值過(guò)大時(shí)液晶面板的亮度顯著下降，因此并不總是閾值電壓差值越大效果就越好。因此，優(yōu)選為要考慮液晶面板的亮度來(lái)決定閾值電壓差值。因此應(yīng)該注意到，在本發(fā)明中閾值電壓表示在T-V曲線中透光度為1％時(shí)的電壓。
可以通過(guò)下述方法來(lái)獲得紫外線固化物將可通過(guò)紫外線聚合的光聚化合物以及預(yù)先準(zhǔn)備的液晶引入到基板之間，并用紫外線照射該光聚化合物以使其聚合。該光聚化合物在聚合時(shí)交聯(lián)(crosslink)以成為固化物。紫外線照射可以在室溫下進(jìn)行?；蛘?，當(dāng)光聚化合物的聚合可以通過(guò)加熱而加速時(shí)，可在加熱的同時(shí)進(jìn)行紫外線照射。
半色調(diào)視角特性的提高程度取決于閾值電壓差值的大小。半色調(diào)視角特性的提高程度還根據(jù)具有不同閾值電壓差值的區(qū)域的面積比而變化。較高閾值電壓的面積比越大，半色調(diào)視角特性提高的程度越大，同時(shí)透光度變小。透光度與提高程度之間的平衡是一個(gè)重要因素，因此，在像素中具有較低閾值電壓區(qū)域∶具有較高閾值電壓區(qū)域的分區(qū)比(divisional ratio)優(yōu)選為在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)。更具體地，在6∶4到4∶6范圍內(nèi)的比例往往可以提供更好的平衡效果。當(dāng)著重于透光度而試圖提高半色調(diào)視角特性時(shí)，選擇8∶2作為具有較低閾值電壓區(qū)域∶具有較高閾值電壓區(qū)域的分區(qū)比是有效的。反之，當(dāng)希望盡可能地提高半色調(diào)視角特性，即使在一定程度上可能犧牲透光度時(shí)，選擇2∶8作為具有較低閾值電壓區(qū)域∶具有較高閾值電壓區(qū)域的分區(qū)比是有效的。而且，當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域的比例過(guò)大(例如90％)時(shí)，可能出現(xiàn)透光度變低，同時(shí)半色調(diào)視角特性的提高程度變小的情況。
在此應(yīng)該注意到，在VA(垂直排列)模式液晶顯示面板的結(jié)構(gòu)中，從正面和從對(duì)角線觀看的畫(huà)面具有基本上不相同的延遲值(retardation value)。補(bǔ)償膜用于補(bǔ)償該延遲變化，并提高反差特性。但是，由于這種補(bǔ)償膜在整個(gè)液晶面板上都提供光學(xué)補(bǔ)償，因此當(dāng)液晶層中的延遲差值過(guò)大時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生某些區(qū)域過(guò)補(bǔ)償而其它區(qū)域欠補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。
因此，優(yōu)選為形成具有不同閾值電壓的區(qū)域，同時(shí)將具有不同閾值電壓的各區(qū)域的延遲值(Δn·d)保持在一定范圍內(nèi)。具體地，優(yōu)選將各區(qū)域的延遲值保持在允許范圍內(nèi)，即在為補(bǔ)償膜設(shè)定的延遲值的±20％內(nèi)。當(dāng)液晶的折射率各向異性為0.10，且單元(cell)厚度為0.35μm時(shí)，通常將延遲值設(shè)為大約350nm。因此，優(yōu)選條件是在350nm±70nm范圍內(nèi)。
當(dāng)在第二排列控制層形成之后出現(xiàn)延遲值偏離上述設(shè)定范圍的區(qū)域時(shí)，可以通過(guò)部分改變像素中液晶層的厚度，來(lái)將該延遲調(diào)整至上述設(shè)定范圍內(nèi)。例如，可以通過(guò)部分改變彩色濾光片的厚度，或通過(guò)改變液晶合成物中光聚化合物濃度來(lái)部分改變第二排列控制層的厚度，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)像素中液晶層厚度的部分改變。
從確保足夠的反差的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選每個(gè)區(qū)域中液晶分子的預(yù)傾斜角度不小于88°。更優(yōu)選地，具有最高閾值電壓的區(qū)域中預(yù)傾斜角度為大約90°，因?yàn)殡S著液晶分子的預(yù)傾斜角度變小，閾值電壓往往會(huì)降低。也就是說(shuō)，優(yōu)選為液晶分子的預(yù)傾斜角度不小于88°，并盡可能接近90°。更具體地，優(yōu)選為89.5°或更高值。
只要是能用在液晶顯示面板中的基板材料，都可以用在根據(jù)本發(fā)明的基板中。只要是用于垂直排列使用的液晶顯示面板的基板材料，都可以用于根據(jù)本發(fā)明的第一排列控制層。第一排列控制層可以僅設(shè)置在液晶層的一側(cè)。但是，優(yōu)選在液晶層的兩側(cè)都設(shè)置第一排列控制層。根據(jù)本發(fā)明的液晶可選自具有負(fù)介電各向異性的公知液晶材料。根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示面板優(yōu)選具有如上所述設(shè)置在基板表面上的突起物和/或電極狹縫，以具有這樣的結(jié)構(gòu)在施加電壓時(shí)液晶分子傾斜，而傾斜方向由形成在基板上的突起物和/或電極狹縫來(lái)調(diào)節(jié)。
關(guān)于上述液晶顯示面板，下面將描述用于在像素中形成具有不同閾值電壓區(qū)域的方法的實(shí)例。首先，遮掩液晶顯示面板的部分像素，并通過(guò)對(duì)包含有液晶和光聚化合物、并夾在液晶顯示面板的基板之間的液晶合成物照射紫外線來(lái)進(jìn)行第一次紫外線照射，以有選擇地在沒(méi)有被遮掩的區(qū)域中形成紫外線固化物。從而可以形成具有較高閾值電壓的區(qū)域。也可以在紫外線被完全遮擋或紫外線強(qiáng)度降低的位置進(jìn)行遮掩。
盡管不可以將由這種狀態(tài)的紫外線固化物形成的層作為第二排列控制層，但是由于在第一次紫外線照射后，在掩模區(qū)域內(nèi)的液晶中仍殘存光聚化合物和/或未固化物，因此優(yōu)選可以通過(guò)使用比第一次紫外線照射的紫外線更弱的紫外線照射液晶顯示面板的整個(gè)表面來(lái)進(jìn)行第二次紫外線照射，以在整個(gè)區(qū)域(先前已被遮掩的區(qū)域以及未被遮掩的區(qū)域)中形成紫外線固化物。
這樣，甚至在沒(méi)有被遮掩的區(qū)域內(nèi)也能形成紫外線固化物，從而完成第二排列控制層，同時(shí)可避免被遮掩的區(qū)域中的閾值電壓變化到更高的電壓。
可以通過(guò)施加電壓來(lái)進(jìn)行第二次紫外線照射。當(dāng)通過(guò)施加電壓來(lái)進(jìn)行第二次紫外線照射時(shí)，液晶分子從垂直排列狀態(tài)到水平排列狀態(tài)的響應(yīng)速度可以通過(guò)預(yù)傾斜作用而加快。在這種情況下，不僅可以抑制由第二次紫外線照射導(dǎo)致的閾值電壓差值的降低，還可以通過(guò)以電壓施加方式進(jìn)行第二次紫外線照射來(lái)增加閾值電壓差值，上述施加的電壓不超過(guò)由第一次紫外線照射所形成區(qū)域的閾值電壓。而且，還可以期望半色調(diào)視角特性的提高。
盡管也可以使用掩模來(lái)進(jìn)行第二次紫外線照射以僅照射沒(méi)有被紫外線照射的區(qū)域，但考慮到排列的邊緣(margin)，因此優(yōu)選為照射整個(gè)表面。第二次紫外線照射之前進(jìn)行熱處理可以有效地防止閾值電壓差值進(jìn)一步地降低，因此該熱處理是優(yōu)選的。這是因?yàn)檫@樣能使殘余未反應(yīng)的光聚化合物和/或未完全固化的聚合物均勻地散布在整個(gè)液晶面板上，通過(guò)在紫外線沒(méi)有照射到的區(qū)域進(jìn)行第二次紫外線照射所產(chǎn)生的紫外線固化物可減小對(duì)液晶分子運(yùn)動(dòng)抑制的作用。
應(yīng)該注意到，當(dāng)形成有三個(gè)或更多具有不同閾值電壓的區(qū)域時(shí)，可以考慮使用改變待遮掩區(qū)域的方法，或改變第一次和/或第二次紫外線照射條件的方法，來(lái)形成這些區(qū)域。當(dāng)在改變待遮掩的區(qū)域和用于紫外線照射的條件的同時(shí)進(jìn)行了一段時(shí)間的第一次紫外線照射，且在第二次照射或隨后的照射期間施加電壓時(shí)，可使用“不超過(guò)由第一次紫外線照射得到的具有較高閾值電壓區(qū)域中的最高閾值電壓的電壓”來(lái)代替“不超過(guò)在第一次紫外線照射下被照射區(qū)域中的閾值電壓的電壓”。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了總是能通過(guò)紫外線固化物實(shí)現(xiàn)閾值電壓差值，使用具有能與液晶分子強(qiáng)烈互相作用的光聚化合物是非常重要的。當(dāng)通過(guò)使夾在基板之間的、包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物中的光聚化合物聚合來(lái)獲得紫外線固化物時(shí)，只要是不與本發(fā)明的要點(diǎn)相抵觸，且能通過(guò)紫外線聚合而形成固化物的任意公知化合物都可用作本發(fā)明中的光聚化合物。
通常，該化合物可以選自所謂的單體或低聚體。其實(shí)例是具有光反應(yīng)基的化合物，該光反應(yīng)基例如是用于例如丙烯酸酯和異丁烯酸酯的丙烯酸酯基和/或異丁烯酸酯基、以及環(huán)氧基、乙烯基和烯丙基。
光聚化合物可由一種成分或多種成分組成。優(yōu)選為該光聚化合物由用于固化的可交聯(lián)的成分組成，或包含上述用于固化的可交聯(lián)的成分。作為可交聯(lián)的成分，例如是具有下述結(jié)構(gòu)部分的化合物，該結(jié)構(gòu)部分是在一個(gè)分子中具有作為光反應(yīng)基的多個(gè)可聚合的雙鍵，例如丙烯酸酯基、異丁烯酸酯基、環(huán)氧基、乙烯基或烯丙基，并且可通過(guò)紫外線照射而與其它分子聚合。
而且，優(yōu)選在分子中主要使用具有兩個(gè)或更多個(gè)光反應(yīng)基的光聚化合物，這樣可使第二排列控制層中液晶分子的錨定能(anchoring energy)不隨時(shí)間而改變。
光聚化合物優(yōu)選為具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。該環(huán)狀結(jié)構(gòu)包括包括熔融環(huán)(fusedring)的芳香環(huán)、雜環(huán)以及脂環(huán)。該環(huán)狀結(jié)構(gòu)還可以包含取代基。例如，當(dāng)主要使用單官能且不具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯時(shí)，其改變閾值電壓的作用很小，并且如果提高添加量，則光通常在液晶層中明顯地散射。不具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的雙官能光聚化合物材料例如1，6-己二醇二丙烯酸酯具有類似的結(jié)果在閾值電壓差值達(dá)不到所需值期間，有時(shí)光在液晶層中散射。
盡管具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光聚化合物甚至單官能的光聚化合物對(duì)改變閾值電壓有很大作用時(shí)，但隨時(shí)間或由于熱所導(dǎo)致的降解變大，從而難以長(zhǎng)時(shí)間地保持一致特性。因此，常常更優(yōu)選具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和多個(gè)光反應(yīng)基的光聚化合物。
在本發(fā)明中，閾值電壓的改變不是依靠所謂的PDLC(聚合物分散液晶)，而是依靠由紫外線固化物制成的一層或多層排列控制層。因此，可以形成具有較高閾值電壓的區(qū)域，同時(shí)保持“沒(méi)有光散射的排列狀態(tài)”。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光聚化合物包含如下述式(1)所示的具有雙官能的光聚化合物時(shí)，可易于高效地實(shí)現(xiàn)閾值電壓差值。
α-Y-A-X-B-Z-α ……(1)在這里，A和B彼此獨(dú)立，是由苯環(huán)或環(huán)己胺環(huán)為代表的環(huán)狀基，兩個(gè)α彼此獨(dú)立，是光反應(yīng)基。丙烯酸酯基和異丁烯酸酯基是光反應(yīng)基的實(shí)例。
X、Y和Z彼此獨(dú)立，是使A、B和兩個(gè)α彼此連接的基。它們可以是直接鍵合(direct linkage)。在直接鍵合的情況中，包括環(huán)狀基彼此直接連接的結(jié)構(gòu)，以及環(huán)狀基和光反應(yīng)基彼此直接連接的結(jié)構(gòu)。盡管當(dāng)使用具有三個(gè)或更多環(huán)狀基的光聚化合物來(lái)代替式(1)中的兩個(gè)環(huán)狀基時(shí)可以達(dá)到本發(fā)明的目的，但是這不合需要，因?yàn)樵摴饩刍衔锱c液晶的相溶性較差，從而在液晶面板中會(huì)產(chǎn)生光聚化合物的濃度分布不均勻的新問(wèn)題。
在由式(1)表示的這些結(jié)構(gòu)中，具有較高剛性(rigidity)的化合物形成了能更有力地抑制液晶分子的排列控制層。也就是說(shuō)，當(dāng)與環(huán)狀基連接的X是直接鍵合時(shí)，排列控制層抑制液晶分子運(yùn)動(dòng)的能力比出現(xiàn)某種類型的基的情況下抑制液晶分子運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng)。但是，該化合物剛性越高，其在液晶材料中的溶解度越低，從而，當(dāng)僅使用一種類型的光聚化合物時(shí)，常常難以將液晶合成物中光聚化合物的濃度提高到可獲得期望閾值電壓差值的水平。
另一方面，當(dāng)X不是直接鍵合時(shí)，盡管一些光聚化合物可能顯示出抑制液晶分子運(yùn)動(dòng)能力稍差的趨勢(shì)，但光聚化合物仍表現(xiàn)出突出的溶解度。由于這個(gè)原因，所以即使使用一種類型的光聚化合物也可以獲得期望的閾值電壓差值，同時(shí)能夠避免光散射。
應(yīng)該注意到，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用少量的X是直接鍵合的光聚化合物和X不是直接鍵合的光聚化合物的混合物，就可以實(shí)現(xiàn)與僅使用X不是直接鍵合的一種光聚化合物的情況相同的閾值電壓差值。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以擴(kuò)展紫外線照射強(qiáng)度的極限(margin)。例如，當(dāng)添加X(jué)是直接鍵合的光聚化合物時(shí)，紫外線強(qiáng)度在±10％的范圍內(nèi)變化時(shí)閾值電壓差值的波動(dòng)可以變得更小。
從光聚化合物的反應(yīng)角度來(lái)說(shuō)，關(guān)于與光反應(yīng)基和環(huán)狀基連接的Y和Z優(yōu)選為直接鍵合或-CH2-。這是因?yàn)殡S著光反應(yīng)基與環(huán)狀基之間的距離的增加反應(yīng)會(huì)降低，從而即使-(CH2)2-也可能使反應(yīng)極度降低。同樣從上述剛性的觀點(diǎn)來(lái)看，與光反應(yīng)基和環(huán)狀基連接的Y和Z優(yōu)選是直接鍵合或-CH2-。更優(yōu)選為直接鍵合。
通過(guò)使用例如上述的光聚化合物可以實(shí)現(xiàn)期望的閾值電壓差值。在液晶合成物中大約0.5wt.％的添加量就可以改變閾值電壓。但是，優(yōu)選使用1.0wt％或更高的濃度的具有根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的光聚化合物，以實(shí)現(xiàn)足夠的閾值電壓差值，例如比通過(guò)第一排列控制層所獲得的閾值電壓高大約0.5到大約0.7V的閾值電壓。
另一方面，添加量較大有時(shí)可能不僅導(dǎo)致光的散射，而且導(dǎo)致最大透光度降低過(guò)大。這會(huì)產(chǎn)生亮度降低的缺點(diǎn)，這個(gè)缺點(diǎn)比本發(fā)明的目的即提高半色調(diào)視角特性的優(yōu)點(diǎn)更大。因此，添加量的上限通常優(yōu)選為在大約3.0wt.％。
實(shí)例以下將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)例。但本發(fā)明不受限于這些實(shí)例。
實(shí)例1將2.0wt％的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的雙官能光聚化合物溶解在具有折射率各向異性為0.08的負(fù)型液晶中，并且加入相對(duì)于光聚化合物2.0mol％的光反應(yīng)引發(fā)劑，以形成液晶合成物。
兩個(gè)作為電極的具有ITO(氧化錫銦)的玻璃基體被用作評(píng)估單元(evaluation cell)。使用抗蝕材料，在每個(gè)電極上形成長(zhǎng)條形、高為1.5μm、寬為10μm、間隔35μm的多個(gè)突起物。
接著，通過(guò)涂布形成聚酰胺酸的垂直排列控制膜，作為根據(jù)本發(fā)明的第一排列控制層；將所述基體以4.25μm的單元厚度(cell thickness)彼此粘住，以使該突起物能彼此平行并等間距分布。然后將上述液晶合成物注入該單元中。
用掩模遮蔽ITO電極的一半，非偏振紫外線以5mW/cm2、10J/cm2照射，然后測(cè)量T-V特性。其結(jié)果在圖8A和圖8B中示出。圖8B是圖8A的部分放大圖。紫外線照射區(qū)域中的閾值電壓可以從大約0.55V變化到更高的電壓。
然后，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓的最大值設(shè)置為5.4V，將正面的γ特性設(shè)置為2.4，并改變紫外線已照射區(qū)域的透光度與紫外線沒(méi)有照射區(qū)域的透光度之間的合成比(synthesis ratio)，從而可測(cè)量相對(duì)于液晶分子的傾斜方向的方向角為45°、極角為60°狀態(tài)下的γ特性。其結(jié)果在圖9A到圖9D中示出。在圖9A到圖9D中，“參考”示出了傳統(tǒng)MVA單元(具有相同的單元結(jié)構(gòu))的特性，該MVA單元中包含沒(méi)有添加任何光聚化合物的普通液晶。
在γ值小于1的灰度級(jí)區(qū)域(曲線向上凸起)中，色彩(color)的差異通常非常明顯。因此，優(yōu)選在圖9A到圖9D中灰度級(jí)的更寬廣的范圍內(nèi)γ≥1。而且，由于在顯示中非常頻繁地使用不小于128/256的灰度級(jí)區(qū)域，因此色偏往往非常明顯，可通過(guò)使γ值盡可能地接近2.4而提高對(duì)角線方向上的視覺(jué)質(zhì)量。
在圖9A到圖9D中，當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域的面積比從A增長(zhǎng)到D并達(dá)到占據(jù)20％時(shí)，可以觀察到提高的效果。當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域?yàn)?0％時(shí)，在γ曲線中灰度值接近128處出現(xiàn)凸起的部分。當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域達(dá)到60％時(shí)，透光度值顯示出在灰度級(jí)128及其附近處最接近γ＝2.4的狀態(tài)。然后，該曲線逐漸地變化到在灰度值160及其附近處具有向上凸起的區(qū)域的狀態(tài)。
圖10A到圖10D是為了獲得小范圍(Δγ)內(nèi)的γ值，對(duì)圖9A到圖9D的γ曲線在每個(gè)灰度級(jí)處求微分所得到的結(jié)果。應(yīng)理解的是，當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域占據(jù)40％時(shí)，在中心處的Δγ值最小且在許多灰度級(jí)值中超過(guò)γ＝1的區(qū)域中可看出有所改進(jìn)。當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域占據(jù)60％時(shí)，不僅γ＜1的區(qū)域進(jìn)一步減小，而且可在更寬廣的范圍內(nèi)得到γ≥1.5的區(qū)域。但是，當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域進(jìn)一步增大時(shí)，高灰度級(jí)區(qū)域中的γ值降低，從而顯示質(zhì)量也降低。當(dāng)較高閾值電壓區(qū)域達(dá)到占據(jù)80％時(shí)，高灰度級(jí)區(qū)域中的γ值降低到γ＝1。
從上述結(jié)果中，可理解的是，從平衡透光度和γ值的增長(zhǎng)角度來(lái)看，較低閾值電壓區(qū)域與較高閾值電壓區(qū)域的分區(qū)比優(yōu)選為在4∶6到6∶4范圍內(nèi)。但是，如果考慮到在使透光度達(dá)到較高值的前提下提高半色調(diào)視角特性的情況，以及考慮到與上述情況相反的情況即期望盡可能地提高半色調(diào)視角特性，盡管可能在一定程度上會(huì)犧牲透光度時(shí)，使較低閾值電壓區(qū)域與較高閾值電壓區(qū)域的分區(qū)比在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)變化是有利的。
實(shí)例2紫外線以0.5mW/cm2、10J/cm2照射在實(shí)例1中制備的單元的、包括沒(méi)有被紫外線照射的區(qū)域整個(gè)表面上，并觀察閾值電壓的改變。結(jié)果是，在僅執(zhí)行0.5mW/cm2紫外線照射的區(qū)域中閾值電壓從大約0.15V變化到更高閾值電壓，而在執(zhí)行5mW/cm2的紫外線照射的區(qū)域中沒(méi)有觀察到較大的閾值電壓變化。
接著，使與實(shí)例1中制備的單元類似的單元在90℃退火30分鐘，隨后將0.5mW/cm2、10J/cm2的紫外線照射在整個(gè)表面上以觀察閾值電壓的變化。結(jié)果是，在僅執(zhí)行0.5mW/cm2紫外線照射的區(qū)域中閾值電壓的改變減小到小于0.05V。
實(shí)例3除了單體的添加量為1.8wt％以外，按照與實(shí)例1相同的條件形成單元。
然后，在包括沒(méi)有被照射到的表面的整個(gè)表面上以0.5mW/cm2、10J/cm2進(jìn)行另外的紫外線照射(第二次照射)，同時(shí)在液晶層上施加2.5V直流電以觀察閾值電壓的變化。結(jié)果是，在僅經(jīng)受0.5mW/cm2紫外線照射(第二次照射)的區(qū)域中閾值電壓將進(jìn)一步降低，而在經(jīng)受5mW/cm2紫外線照射(第一次照射)的區(qū)域上沒(méi)有觀察到閾值電壓值的相當(dāng)大的變化，如圖11所示。
更詳細(xì)地，可以使僅經(jīng)受第二次照射的區(qū)域的閾值電壓降低0.25V，同時(shí)使經(jīng)受第一次紫外線照射的閾值電壓保持在2.7V，從而可以在不增加黑暗狀態(tài)下透光度的情況下，將閾值電壓的差值從0.40V擴(kuò)大到0.65V。
此外，當(dāng)測(cè)量在第一次照射中紫外線未照射的區(qū)域上進(jìn)行第二次照射過(guò)程之前和之后的顯示響應(yīng)速度時(shí)，可以通過(guò)第二次照射形成的紫外線固化物顯著地提高顯示響應(yīng)速度，如圖12所示。
按照下述步驟測(cè)量顯示響應(yīng)速度將偏光器粘到正交尼科耳排列的液晶面板上，使用亮度計(jì)來(lái)測(cè)量在施加的電壓從0V變化到一特定值的情況下面板的透光度從10％變化到90％所需時(shí)間τr的值。此外，還測(cè)量在施加的電壓從一特定值變化到0V的情況下面板的透光度從90％變化到10％所需時(shí)間τf的值，將τr+τf作為顯示響應(yīng)速度。
實(shí)例4采用兩個(gè)具有ITO(氧化錫銦)的玻璃基板作為評(píng)估單元。利用抗蝕材料，在每個(gè)電極上形成長(zhǎng)條形狀、高為1.5μm、寬為10μm、并間隔35μm的多個(gè)突起物。
接著，通過(guò)在基板的整個(gè)表面上涂布形成JSR公司的垂直排列控制膜，作為根據(jù)本發(fā)明的第一排列控制層，所述基板彼此粘住以使單元厚度為4.25μm，并且該突起物以等間距分布方式彼此平行地排列，然后引入包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物。
制備在一個(gè)分子中具有不同數(shù)量的光反應(yīng)基和不同數(shù)量的環(huán)狀基的材料作為光聚化合物。觀察閾值電壓的變化以及排列狀態(tài)，同時(shí)基于液晶和作為上限的最大可溶解量，使用的添加量也不相同，但任何添加量都小于3.0wt％。對(duì)于具有0.5V或更大閾值電壓變化量(在這里，“閾值電壓變化量”表示與沒(méi)有紫外線照射情況下的閾值電壓的差值)的光聚化合物，通過(guò)使它們?cè)?0°保持恒溫200小時(shí)，可觀察到閾值電壓的變化。液晶使用Merck& Co.公司的負(fù)型液晶。除了光聚化合物以外，還添加相對(duì)于光聚化合物0.2mol％的光反應(yīng)引發(fā)劑。
用掩模遮蔽ITO電極的一半，非偏振紫外線以3-20mW/cm2范圍內(nèi)的強(qiáng)度照射以產(chǎn)生10J/cm2。其結(jié)果在表1中示出。在表1中，RMM-34是Merck& Co.公司的光聚化合物，其使在一個(gè)分子中具有一個(gè)光反應(yīng)基的化合物與一個(gè)分子中具有兩個(gè)光反應(yīng)基的化合物的混合物。
光反應(yīng)基的數(shù)目和環(huán)狀基的數(shù)目顯示了光聚化合物的分子中的這些數(shù)目。關(guān)于閾值電壓變化到較高值，標(biāo)記○表示不小于0.5V的閾值電壓變化量，標(biāo)記×表示小于0.3V的閾值電壓變化量，以及標(biāo)記△表示不小于0.3V并小于0.5V的閾值電壓變化量。關(guān)于時(shí)間的變化，標(biāo)記○表示在60°保持恒溫200小時(shí)后的閾值電壓不小于初始閾值電壓的80％，以及標(biāo)記×表示在60°保持恒溫200小時(shí)后的閾值電壓不大于初始閾值電壓的50％。關(guān)于光散射，標(biāo)記×表示在黑屏顯示時(shí)能觀察到白色亮斑，而標(biāo)記○表示在黑屏顯示時(shí)觀察不到白色亮斑。
表1

如表1所示，不管光反應(yīng)基的數(shù)目是多少，沒(méi)有環(huán)狀基的這些化合物往往顯示出光散射，而在沒(méi)有光散射出現(xiàn)時(shí)不能提供較高的閾值電壓差值。具有一個(gè)環(huán)狀基的化合物能夠?qū)㈤撝惦妷涸黾硬畈欢?.3V且沒(méi)有光散射。不管光反應(yīng)基的數(shù)目是多少，具有兩個(gè)環(huán)狀基的化合物能夠?qū)㈤撝惦妷涸黾硬畈欢?.5V且沒(méi)有光散射。但是，當(dāng)采用單官能光聚化合物時(shí)，可觀察到這樣的現(xiàn)象在保持恒定溫度一段時(shí)間之后，閾值電壓降低并變成接近初始狀態(tài)。
相比較地，當(dāng)使用雙官能光聚化合物時(shí)，閾值電壓變化量幾乎沒(méi)有顯示出變化，可獲得穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)采用具有三個(gè)環(huán)狀基的化合物時(shí)，基于添加量的閾值電壓變化量與具有兩個(gè)環(huán)狀基的化合物的閾值電壓變化量屬于同一等級(jí)。但是，在溶解度上有限度，且變化量的上限為大約0.3V。同樣關(guān)于RMM-34，盡管可以實(shí)現(xiàn)較高閾值電壓，但不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高閾值電壓和沒(méi)有光散射的排列狀態(tài)。
實(shí)例5在兩個(gè)基板上都印制(print)JSR公司的垂直排列控制膜，并且通過(guò)使用真空注入方法填充包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物，來(lái)制備MVA模式、17英寸寬(1280×768點(diǎn))TFT液晶面板。液晶使用Merck & Co.公司的負(fù)型液晶，光聚化合物使用在圖13中示出的光聚化合物。基于光聚化合物，添加0.2mol％的光反應(yīng)引發(fā)劑。在這里，X1和X2均表示連接環(huán)狀基的基。
紫外線從TFT基板側(cè)，以8mW/cm2、14J/cm2分別照射添加了0.2wt％的光聚化合物(I)(條件1)的液晶面板、以及添加了1.6wt％的光聚化合物(I)和0.4wt％的光聚化合物(III)(條件2)的液晶面板的整個(gè)表面，并且在圖14中的位置A到位置E觀察閾值電壓的變化量。
其結(jié)果在圖15中示出。在任何情況下，都可以獲得能夠有效提高半色調(diào)視角特性的足夠大的閾值電壓變化量，而沒(méi)有在排列中觀察到光散射的問(wèn)題。還應(yīng)用具有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的光聚化合物(III)的條件2具有基于添加量的更大閾值電壓變化量，并能在整個(gè)液晶面板上提供統(tǒng)一值。
當(dāng)在相同的實(shí)驗(yàn)中添加光聚化合物(II)來(lái)代替光聚化合物(I)時(shí)，可觀察到完全相同的趨勢(shì)。
實(shí)例6在兩個(gè)基板上都印制JSR公司的垂直排列控制膜，并且通過(guò)使用滴注(dropping injection)方法填充包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物，來(lái)制備MVA模式、17英寸寬(1280×768點(diǎn))TFT液晶面板。液晶使用Merck &Co.公司的負(fù)型液晶，光聚化合物使用在圖13中示出的1.6wt％光聚化合物(I)與0.4wt％光聚化合物(III)的混合物。添加相對(duì)于光聚化合物0.2mol％的光反應(yīng)引發(fā)劑。
在液晶面板的TFT基板一側(cè)設(shè)置掩模，以使遮光部相對(duì)于像素中的突起物和電極狹縫設(shè)置成如圖16A或圖16B所示。紫外線穿過(guò)掩模以8mW/cm2、14J/cm2照射在整個(gè)表面上，并且觀察照射之后的液晶面板的排列狀態(tài)。
因此，當(dāng)用掩模進(jìn)行遮蔽以使較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界與如圖16A所示(遮蔽1)的突起物和電極狹縫平行時(shí)，在遮光區(qū)域中進(jìn)行光聚化合物的反應(yīng)，從而如圖16C所示可觀察到閾值電壓變化到大約40％的較低閾值電壓區(qū)域中的較高電壓側(cè)，并在2.4到2.5V的施加電壓下出現(xiàn)顯示不規(guī)則。
另一方面，當(dāng)進(jìn)行用掩模進(jìn)行遮蔽以使較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界與如圖16B所示(遮蔽2)的突起物和電極狹縫垂直時(shí)，在遮光區(qū)域中進(jìn)行光聚化合物的反應(yīng)，從而如圖16D所示可觀察到，閾值電壓以與屏蔽1中相同的方式變化到較低閾值電壓區(qū)域的一些部分中的較高電壓側(cè)，但該部分相對(duì)于整個(gè)較低閾值電壓區(qū)域的比例較小，從而液晶面板可以實(shí)現(xiàn)均勻顯示，并且半色調(diào)視角特性可顯著提高。
應(yīng)該注意到，當(dāng)突起物或電極狹縫為如圖7所示的折線形狀時(shí)，如圖16B所示的較高閾值電壓區(qū)域與較低閾值電壓區(qū)域之間的邊界可以通過(guò)使用如圖17所示的三角形掩模圖案171容易地制備而成。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，包括電極，其形成于一對(duì)基板中的至少一個(gè)基板上，并用于給液晶分子施加電壓；第一排列控制層，其夾在所述基板之間，并使所述液晶分子垂直排列；液晶層，其通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在所述基板之間，且隨后進(jìn)行紫外線照射而形成；以及第二排列控制層，其由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成，該第二排列控制層形成為在一個(gè)像素中出現(xiàn)至少兩個(gè)具有不同閾值電壓的區(qū)域，并且所述區(qū)域中至少一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比該第一排列控制層的閾值電壓高。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述區(qū)域之間的共有邊界近似平行于所述液晶分子的傾斜方向。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述區(qū)域之間的共有邊界設(shè)置在形成于基板上的突起物或電極中的狹縫上。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中所述不同閾值電壓的最大值與最小值之間的差值不小于0.3V。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中具有所述不同閾值電壓的兩個(gè)區(qū)域形成于一個(gè)像素中，并且在一個(gè)像素中具有較低閾值電壓的區(qū)域具有較高閾值電壓的區(qū)域的分區(qū)比在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中所述光聚化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的液晶顯示裝置，其中所述光聚化合物包括由下述式(1)表示的雙官能光聚化合物，α-Y-A-X-B-Z-α …… (1)其中A和B彼此獨(dú)立，為環(huán)狀基；兩個(gè)α彼此獨(dú)立，是丙烯酸脂基或異丁烯酸酯基；以及X、Y和Z彼此獨(dú)立，是基或連接所述基的直接鍵合。
8.如權(quán)利要求7所述的液晶顯示裝置，其中所述光聚化合物包括兩種類型根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X是直接鍵合；根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X不是直接鍵合。
9.如權(quán)利要求7或8所述的液晶顯示裝置，其中在式(1)中，Y和Z彼此獨(dú)立，并由下述式(2)表示，-(CH2)a- (2)其中a為0或1。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中在所述液晶合成物中，所述光聚化合物的添加量不小于1.0wt％，并且不大于3.0wt％。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中所述區(qū)域的任一延遲值(Δn·d)在350nm±70nm范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中在一個(gè)像素中形成至少兩個(gè)具有不同液晶層厚度的區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中該液晶顯示裝置中的液晶分子的預(yù)傾斜角度不小于88°。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中在具有最高閾值電壓的區(qū)域中的預(yù)傾斜角度為大約90°。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的液晶顯示裝置，其中所述液晶分子具有這種結(jié)構(gòu)，即在施加電壓時(shí)，所述液晶分子傾斜且傾斜方向由形成于基板上的突起物或電極中的狹縫來(lái)調(diào)節(jié)。
16.一種用于制造液晶顯示裝置的方法，包括在一對(duì)基板中的至少一個(gè)基板上形成電極，所述電極用于給液晶分子施加電壓；將第一排列控制層夾在所述兩個(gè)基板之間，該第一排列控制層使該液晶分子垂直排列；通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在所述基板之間，并且隨后進(jìn)行紫外線照射，從而形成液晶層；以及形成由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成的第二排列控制層，從而在一個(gè)像素中出現(xiàn)至少兩個(gè)具有不同閾值電壓的區(qū)域，并且所述區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比該第一排列控制層的閾值電壓高；其中進(jìn)行紫外線照射，以在像素的一部分上紫外線被遮擋或強(qiáng)度降低的情況下形成所述第二排列控制層。
17.如權(quán)利要求16所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述第二排列控制層是通過(guò)在所述第一次紫外線照射之后接著進(jìn)行第二次紫外線照射而形成的，其中所述第二次紫外線照射以弱于所述第一次紫外線照射的強(qiáng)度照射整個(gè)液晶面板。
18.如權(quán)利要求16或17所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述第二次紫外線照射在施加電壓的同時(shí)進(jìn)行。
19.如權(quán)利要求18所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述施加的電壓不大于由所述第一次紫外線照射產(chǎn)生的具有較高閾值電壓的區(qū)域中的最高閾值電壓。
20.如權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中在所述第二次紫外線照射之前進(jìn)行加熱處理。
21.如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述區(qū)域之間的共有邊界構(gòu)造為近似平行于所述液晶分子的傾斜方向。
22.如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述區(qū)域之間的所述共有邊界設(shè)置在形成于基板上的突起物或電極中的狹縫上。
23.如權(quán)利要求16至22中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述不同閾值電壓的最大值與最小值之間的差值不小于0.3V。
24.如權(quán)利要求16至23中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中具有所述不同閾值電壓的兩個(gè)區(qū)域形成于一個(gè)像素中，并且在一個(gè)像素中具有較低閾值電壓的區(qū)域具有較高閾值電壓的區(qū)域的分區(qū)比在2∶8到8∶2的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述光聚化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求25所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述光聚化合物包括由下述式(1)表示的雙官能光聚化合物，α-Y-A-X-B-Z-α …… (1)其中A和B彼此獨(dú)立，為環(huán)狀基；兩個(gè)α彼此獨(dú)立，是丙烯酸脂基或異丁烯酸酯基；以及X、Y和Z彼此獨(dú)立，是基或連接所述基的直接鍵合。
27.如權(quán)利要求26所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中所述光聚化合物包含兩種類型根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X是直接鍵合；根據(jù)式(1)的雙官能光聚化合物，其中X不是直接鍵合。
28.如權(quán)利要求26或27所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中在式(1)中，Y和Z彼此獨(dú)立，并由下述式(2)表示，-(CH2)a- (2)其中a為0或1。
29.如權(quán)利要求16至28中任一項(xiàng)所述的用于制造液晶顯示裝置的方法，其中在所述液晶合成物中，所述光聚化合物的添加量不小于1.0wt％，并且不大于3.0wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置，包括電極，其形成于一對(duì)基板的至少一個(gè)基板上，并用于給液晶分子施加電壓；第一排列控制層，其夾在所述兩個(gè)基板之間，并使所述液晶分子垂直排列；液晶層，其通過(guò)將包含有液晶和光聚化合物的液晶合成物夾在所述兩個(gè)基板之間且隨后進(jìn)行紫外線照射而形成；以及第二排列控制層，其由通過(guò)紫外線照射形成的紫外線固化物組成，該第二排列控制層形成為在一個(gè)像素中出現(xiàn)至少兩個(gè)具有不同閾值電壓的區(qū)域，并且所述區(qū)域中至少一個(gè)區(qū)域的閾值電壓比該第一排列控制層中的閾值電壓高。該液晶顯示裝置具有良好的半色調(diào)視角特性。
文檔編號(hào)G02F1/1337GK1773337SQ20051012006
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者片岡真吾, 小池善郎 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社