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，其中顯示介質(zhì)包括由一種聚合物壁包圍的并且夾在一對相對基片之間的液晶區(qū)，該液晶顯示器件適用于平面顯示裝置，比如個人計算機，液晶電視機，包括一個膜基片的便攜式顯示式裝置，和其中顯示部分及輸入部分集成在一起以便采用筆輸入操作的顯示設(shè)備。
常規(guī)液晶顯示器件采用如下各種顯示方式作為利用電光效應(yīng)的液晶顯示器件，采用向列液晶的扭曲向列(TN)液晶顯示器件和超扭曲向列(STN)液晶顯示器件已經(jīng)投入使用(日本已公開專利出版物No.59-119320)。另外，作為可獲得較亮顯示的STN液晶顯示器件，已經(jīng)提出了一種包括有一個偏振片的反射型液晶顯示器件(日本公開專利出版物No.4-97121和4-289818)。
作為利用不使用偏振片的液晶的光散射的液晶顯示器件，已經(jīng)提出了那些利用動態(tài)散射(DS)效應(yīng)和相變(PC)效應(yīng)的液晶顯示器件。
目前，作為既不需要偏振片也不需要取向處理的液晶顯示器件，為了用電控制透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)，已經(jīng)提出了一種利用液晶雙折射的顯示器件。在這樣的液晶顯示器件中，相對于普通光的液晶分子折射率與支持液晶的聚合物材料的折射率基本上匹配。結(jié)果是，當施加電壓以使液晶分子整齊取向時，顯示透明狀態(tài)，并且當不施加電壓時由于由液晶分子的擾動所造成的光散射而顯示不透明狀態(tài)。已經(jīng)公開可以采用光敏或熱敏材料與液晶的混合物來制造這樣的液晶顯示器件，其中只通過聚合來沉積光敏或熱敏材料，借此形成由聚合物材料(樹脂)包圍的液晶微滴(日本國家出版物號61-502128)。
作為另一種類型的液晶顯示器件，還提出了一種通過采用偏振片改善視角特性的非散射型液晶顯示器件(日本已公開專利出版物No.5-27242)。通過造成有液晶和可光聚合物材料的混合物中的相分離以獲得用于液晶區(qū)和聚合物壁的合成材料來制造這種液晶顯示器件。這樣形成的聚合物壁造成最后得到的液晶區(qū)的隨機取向，并且因而在各個液晶區(qū)中的液晶分子沿不同的方向取向。其結(jié)果是無論從任何方向看，表面折射率都是常數(shù)，因而改善了中間色調(diào)的視角特性。
作為一個類似的液晶顯示器件，申請人提出了下面的器件(日本專利申請No.4-286487)在制造該液晶顯示器件中，在光照射時使用光控制裝置(比如光掩模)以造成在液晶、可光聚合物質(zhì)和類似物中的光聚合，借此在象素區(qū)中形成全方向(即徑向)取向的液晶區(qū)。因此，液晶分子以這樣的方式運動，即通過控制所施加的電壓，傘形物張開或關(guān)閉。這種液晶顯示器件進一步改善了視角特性。
在上述常規(guī)液晶顯示器件的液晶區(qū)中，通過使用在基片上的取向調(diào)節(jié)力來取向液晶。但由于聚合物壁是各向同性相，其顏色不同于液晶區(qū)的顏色，這就導致在顯示白色時亮度下降。由于下面的原因在反射型液晶顯示器件中這個問題尤其嚴重當反射型液晶顯示件包括一個由各向同性相物質(zhì)形成的非象素部分時，在偏振片之間的各向同性相處于與顯示黑顏色的狀態(tài)類似的狀態(tài)中。因此，由這樣一個反射型液晶顯示裝置得到的顯示通常較暗。
日本已公開專利出版物No.4-323616公開了一種用于制造液晶顯示器件的方法，其中事先在用來制造液晶盒的基片上形成多個分區(qū)，并且把液晶注入液晶盒。然而在該制造方法中，在分區(qū)與液晶之間的取向方向不同于由基片上的取向膜所確定的方向。因此，在分區(qū)的鄰近處液晶的取向方向是無序的，導致對片度下降。另外，由于分區(qū)形成在基片上并且把一個相對的基片固定到該基片上，在兩個基片之間沒有物質(zhì)把它們固定在一起，這就導致了液晶盒的物理強度的下降。另外，由于通過光刻法或類似技術(shù)在基片上形成分區(qū)之前要在基片的取向膜上進行取向處理，在基片上的取向調(diào)節(jié)力減弱，并且因此不可能獲得優(yōu)秀的顯示特性。另外，調(diào)整基片上的分區(qū)的高度(在垂直于基片表面的方向上)很困難，并且還要附加采用一個間隔物來得到所希望的液晶盒厚度。因此，依照是否在分區(qū)上放置間隔物，液晶盒的厚度會隨之變化，從而導致準確地控制液晶盒厚度方面的困難。
在這樣的常規(guī)液晶顯示器件中，液晶層厚度，即所謂液晶盒厚度，很容易隨外界壓力而變化。因而，當液晶顯示器件采用筆輸入操作時，筆輸入會造成局部顯示不規(guī)則。因此，為了避免這種不規(guī)則，有必要在液晶顯示器件的上面設(shè)置一個保護膜(一個保護片)或類似物。采用該保護膜或類似物致使在顯示部分和筆輸入部分之間的距離較大，并且該距離導致視差，造成操作困難。
在具有改進的寬視角特性的液晶顯示器件中，由于在電-光特性曲線中缺少銳度，不能得足夠的負載片。因此，必需使用昂貴的薄膜晶體管(TFT)，造成了高制造成本。
本發(fā)明的液晶顯示器件包括一對電極片;和夾在兩個電極之間并且具有聚合物壁以及至少部分地由聚合物壁包圍的液晶區(qū)的顯示介質(zhì)。在該器件中，該聚合物壁緊密地固定在兩個電極片上。
在一個實施例中，用于形成聚合物壁的材料包括聚合物液晶。
在一個實施例中，包含在液晶區(qū)中的液晶是向列液晶，該向列液晶具有正介電常數(shù)各向異性，并且包含一種具有光活性的材料，在鄰近于各個電極片處的液晶區(qū)中取向方向之間的角度是大于或等于220°并且小于或等于290°。
在一個實施例中，電極片中的一個在其不對著顯示介質(zhì)的外表面上設(shè)置一個偏振片，另一個電極片上設(shè)置一個反射片，并且在顯示介質(zhì)和偏振片之間的電極片有一個相差膜。
在一個實施例中，液晶區(qū)有500nm至800nm的相差。
在一個實施例中，具有相差膜的電極片的相差值是150nm至380nm。
在一個實施例中，液晶顯示器件還包括一個濾光片。
在一個實施例中，電極片中的一個有一個具有反射功能的膜，并且至少膜的一部分透射光。
在一個實施例中，液晶區(qū)具有近晶相和向列相。
本發(fā)明還提供了一種制造液晶顯示器件的方法，該液晶顯示器件包括一對電極片，至少其中一個電極片是透明的，和顯示介質(zhì)，該顯示介質(zhì)包括一個聚合物壁和至少部分地由聚合物壁包圍的液晶區(qū)，并且該顯示介質(zhì)夾在兩個電極片之間。該方法包括以下步驟把包含液晶和可光聚合材料的混合物注入到兩個電極片之間;并且用具有一室光強度分布的光照射該混合物以便造成液晶和可光聚合材料之間的相分離，因此在弱照射區(qū)中形成液晶區(qū)。
在一個實施例中，通過采用一個光掩模來提供光強分布。
在一個實施例中，當液晶處于各向同性相和向列相之中的一個狀態(tài)時，混合物則被光聚合，并且然后讓液晶處于近晶相和向列相之中的一個狀態(tài)，同時在混合物中再次造成光聚合。
在一個實施例中，當液晶處于各向同性相和向列相的狀態(tài)之一時進行注入混合物的步驟，并且加熱含有混合物的兩個基片以獲得液晶的各向同性相，并且然后在照射混合物步驟之前冷卻這兩個基片以獲得液晶的向列相。
在一個實施例中，在照射混合物的步驟中使用具有350nm或更長波長的光。
另外，本發(fā)明的液晶顯示器件包括形成在一對電極片之間并且至少部分地由按某一圖案形成的聚合物壁包圍的液晶區(qū)。在該器件中，在不施加電壓時，根據(jù)電極片上的取向調(diào)節(jié)力對液晶區(qū)和聚合物壁聚取向。
在一個實施例中，聚合物壁和液晶區(qū)包括一種手征試劑。
在一個實施例中，聚合物壁和手征間距PP和液晶區(qū)的手征間距PLC滿足下列關(guān)系式PP＜10×PLC在一個實施例中，聚合物壁的折射率各向異性△nP和液晶區(qū)的折射率各向異性△nLC滿足下列關(guān)系△nP＞(1/10)×△nLC在一個實施例中，液晶顯示器件還包括一個在其中一個電極片的內(nèi)表面上以某一圖案形成的光學部分。該光學部分對于具有大于或等于250nm且小于或等于400nm波長的光的透射率是小于或者等于50%，而對于超過400nm波長的光的透射率是至少20%或者更高，且具有光透射率的最大值。
另外，本發(fā)明提供了一種制造液晶顯示器件的方法，該液晶顯示器件包括一對至少其中之一是透明的電極片，按某一圖案在電極片之間形成的聚合物壁，和至少部分地由聚合物壁包圍的液晶區(qū)。該方法包括以下步驟在電極之間注入一種混合物，該混合物至少包括一種液晶，一種在其分子上帶有可聚合官能團的可光聚合液晶，和一種在其分子上帶有可聚合官能團的手征試劑;和用具有規(guī)則強度分布的光來照射透明電極片以通過光聚合反應(yīng)造成在液晶和可光聚合液晶之間的相分離，借此形成了至少包括部分手征試劑的聚合物壁和液晶區(qū)。
另外，本發(fā)明提供了一種包括一個液晶顯示器件的液晶顯示輸入/輸出裝置，該液晶顯示器件包括按某一圖案在一對電極片之間形成的聚合物壁和至少部分地由聚合物壁包圍的液晶區(qū);該液晶顯示輸入/輸出裝置還包括通過接觸所需要的點來檢測所需要的點的位置的輸入裝置。
在一個實施例中，在一個象素中形成多個液晶區(qū)，并且在每個液晶區(qū)中包括至少兩個具有彼此不同的取向方向的區(qū)。
在一個實施例中，液晶顯示器件是TN方式、STN方式和FLC方式中的一種。
在一個實施例中，聚合物壁緊密固定在電極片上。
在一個實施例中，在液晶顯示器件中的電極片上的電極用作一個在液晶顯示集成平板中的輸入檢測電極。
在一個實施例中，輸入裝置采用電磁感應(yīng)系統(tǒng)，靜電感應(yīng)系統(tǒng)及壓敏系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)。
在制造本發(fā)明的液晶顯示器件時，把液晶與可光聚合材料的混合物注入到一對電極片之間，并且用光照射該混合物，使得在要形成液晶區(qū)的混合物的那部分被弱照射。
因此，首先在受到強烈照射的可光聚合材料(即可光聚合液晶和可聚合化合物)，的組分中引起反應(yīng)以形成聚合物壁的芯。然后，由于在強射區(qū)中可聚合化合物的濃度下降而產(chǎn)生了濃度梯度，從而使存在于弱照射區(qū)中的可聚合化合物的未反應(yīng)部分根據(jù)該濃度梯度在強照射區(qū)中的可聚集并在那里聚合。因此，形成了聚合物壁以便與這對電極片接觸。液晶區(qū)在沒有聚合物壁形成的區(qū)域中形成。
由于以此方式把聚合壁緊密地固定到電極片上，即使當有外部壓力施加到電極片上時液晶盒厚度也不會變化。
還有，通過采用上述結(jié)構(gòu)，以與在液晶區(qū)中相同的方式來取向非象素部分(非象素部分在常規(guī)器件中為各向同性相)，即讓聚合物壁中的組分在與液晶區(qū)的取向狀態(tài)相同的取向狀態(tài)下具有雙折射特性。因此，在液晶區(qū)和聚合物壁中的光透射率大約相同。其結(jié)果是，當不施加電壓時非象素部分明亮，并且尤其是在反射型液晶顯示器件中，通常顯示明亮。另外，由于是通過造成在兩個電極片之間的液晶和可聚合壁材料之間的相分離來形成用于包圍液晶區(qū)的聚合物壁的，聚合物壁與電極片的結(jié)合要比在常規(guī)液晶顯示器件中通過事先在其中一個基片上形成聚合物壁(分區(qū))而產(chǎn)生的結(jié)合更牢固。因此，有可能提供一個抵抗由筆輸入或類似操作所施加的外部壓力的支持力，從而避免由于外部壓力引起液晶盒厚度變化而導致的顯示不規(guī)則。因此，本發(fā)明的液晶顯示器件適用于具有筆式檢測鍵盤的筆輸入型顯示器件。
另外，當為了滿足下列關(guān)系之一而向聚合物壁和液晶區(qū)中提供手征試劑時，在不施加電壓的情況下有效地提高了亮度PP＜10×PLC，其中PP是聚合物壁的手征間距，且PLC是液晶區(qū)的手征間距;并且△nP＞(1/10)×△nLC，其中△nP是聚合物壁的折射率各向異性，且△nLC是液晶區(qū)的折射率各向異性。
另外，當在液晶顯示器件內(nèi)部設(shè)置一個光學部件(比如一個光掩膜)時，在顯示介質(zhì)與光學部件之間的距離比在基片外表面上具有掩膜的器件的該距離要小一個基片的厚度。其結(jié)果是，防止了由于光衍射而在象素中形成聚合物壁。這不僅導致在象素中更高的亮度，而且由于不需要設(shè)置光掩膜而導致制造步驟簡化。另外，當通過改變光學部件或其類似物的厚度而控制光學部件的光透射率時，液晶可以更好地與可聚合材料進行相分離，結(jié)果很好地形成了分離的液晶區(qū)和聚合物壁。
因此，這里描述的本發(fā)明可以提供具有在外界壓力下液晶盒厚度不發(fā)生變化這樣優(yōu)點的液晶顯示器件及其制造方法。
在參照附圖閱讀并理解了下面的詳細描述之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點。


圖1是一個根據(jù)本發(fā)明實例1的液晶顯示器件的剖面圖。
圖2是一個用于實例1的光掩膜的平面圖。
圖3表示在實例1中形成的液晶區(qū)和聚合物壁。
圖4一個用于本發(fā)明的反射型液晶顯示器件的剖面圖。
圖5是一個根據(jù)實例2的液晶顯示器件的剖面圖，該液晶顯示器件即是一種在其液晶盒中包含有一個光掩膜的自動取向型液晶顯示器件。
圖6是一種用于實例2的光聚合引發(fā)劑的吸收曲線圖。
圖7是一個用于實例2的塑料基片的吸收曲線圖。
圖8表示在一個反射型液晶顯示器件中的一個偏振片和一個相位片的光軸以及液晶的取向方向。
圖9是一個實例5中的典型液晶盒結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖10是特例1的塑料STN液晶顯示器件的剖面圖。
圖11是一個用于特例1中的光掩膜的平面圖。
圖12是特例1的液晶顯示器件的偏振顯微照相的示圖。
圖13A，13B和13C分別表示用于本發(fā)明的一些實例中的液晶顯示輸入/輸出裝置的電路布置，常規(guī)液晶顯示輸入/輸出裝置的示意圖，和用于本發(fā)明一個實例中的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的液晶顯示輸入/輸出裝置的示意圖。
圖14是特例2的反射型STN液晶顯示器件的剖面圖。
圖15是用于特例2中的反射片的平面圖。
圖16是用于特例2中的光聚合引發(fā)劑的吸收曲線圖。
圖17是特例3的液晶顯示器件的剖面圖。
圖18是用于特例3中的光掩膜的平面圖。
圖19是一個形成在特例3的液晶顯示器件中的液晶區(qū)的偏振顯微照相的示圖。
圖20是實例6的反射型STN液晶顯示器件的剖面圖。
圖21是特定實例5的液晶顯示器件的偏振顯微照相的示圖。
圖22是用于特定實例5中的光掩膜的平面圖。
圖23是一個表示在特例8中使用的基片中的反射片構(gòu)造的示意圖。
圖24表示在一個透射型液晶顯示器件中偏振片和相位片的光軸和液晶的取向方向。
現(xiàn)在借助于實施例來描述本發(fā)明。
實例1圖1是根據(jù)本發(fā)明實例1的STN型液晶顯示器件的剖面圖。該液晶顯示器件是透射型的，并且包括一個液晶盒1，該液晶盒1包括夾在兩個支持電極的基片2和6之間的顯示介質(zhì)10。在構(gòu)成液晶盒1的基片2和6的外表面上分別設(shè)置了偏振片14和14′。在基片2(基片2包括由玻璃或類似絕緣物質(zhì)制成的底基片3)的內(nèi)表面上，從底基片3按順序形成條狀下電極4和取向膜5。在基片6(基片6包括由絕緣的比如玻璃或類似物的基片制成的底基片7)內(nèi)表面上，從底基片7按順序形成條狀上電極8和取向膜9。
夾在基片2和6之間的顯示介質(zhì)10包括許多液晶區(qū)11，每個液晶區(qū)11呈微滴形狀并且由聚合物壁12包圍。液晶區(qū)11的取向狀態(tài)是STN取向。聚合物壁12緊緊地固定到或粘結(jié)到基片2和6上。
現(xiàn)在描述制造上述液晶顯示器件的方法。首先，按下列方法合成可光聚合液晶A，該可光聚合液晶A即是一種具有液態(tài)結(jié)晶性，(△ε＜0)在其分子中具有由下列結(jié)構(gòu)式1表示的可聚合官能團的可光聚合化合物結(jié)構(gòu)式1
首先，在有碳酸鈣的情況下用過量的1，10-二溴癸烷醚化4′-羥基-2，3-二氟聯(lián)苯基。通過柱色譜純化所得到的合成物，并且把所得純化的材料與等摩爾的四亞甲基羥胺五水合物混合。用丙烯酸酯化所得的混合物。這樣得到了可光聚合的液晶A。
在合成完可光聚合液晶A之后，如下制造基片2和6在每個具有例如1.1mm厚度的基片3和7的表面上涂覆ITO(氧化銦和氧化錫的混合物)，以便分別形成各具有500埃( )厚度的條狀下電極4和條狀上電極8。用聚酰亞胺(Sunever 150;由Nissan Chemical Industries公司制造)來旋涂得到的基片3和7以分別形成取向膜5和9，然后用尼龍布對取向膜5和9進行研磨處理。這樣就制造了基片2和6。每1mm上形成的下和上電極4和8的數(shù)目是8個，并且其間的間距是25μm。
在研磨處理之后，彼此固定基片2和6，使得在各個基片上的研磨處理方向相交成240°。此時，在兩者之間插入一個9μm直徑的間隔物以獲得一個恒定的液晶盒厚度。這樣就制成了液晶盒1。
在這樣制造的液晶盒1上放置如圖2所示的帶有遮掩部分120a和透明部分120b的光掩膜120，使得每個遮掩部分120a覆蓋在液晶盒1中的每個象素。在放置光掩膜120之后或之前，通過毛細管注入把下列混合物注入液晶盒1∶0.10g的R-684(由Nippon Kayaku有限公司制造)，0.05g的苯乙烯，0.10g的作為可聚合化合物的異冰片基丙烯酸酯，0.75g的可光聚合的液晶A，4g的液晶材料ZLI-4427(其中通過添加手性試劑S-811(由Merck有限公司制造)來預(yù)先調(diào)節(jié)扭曲角使之為240°)，和0.025g的光聚合引發(fā)劑Irgacure 651。為了獲得該混合物，在54℃的各向同性溫度下，均勻地混合各種組分。在混合物的組分之中，可聚合化合物和可光聚合液晶A共同作為可光聚合材料工作。
然后，采用發(fā)射10mW/cm2的準直光的高壓汞燈通過該掩膜用紫外線照射含有該混合物的液晶盒1，歷時90秒，同時保持溫度在60℃。在此條件下，紫外線以空間上規(guī)則的圖案照射該液晶盒1。
然后，把液晶盒1冷卻到25℃，這時液晶處于向列相，并且繼續(xù)對該液晶盒1用紫外線再照射3分鐘，使可光聚合材料聚合。接著把液晶盒1加熱到100℃，并在8小時內(nèi)逐漸冷卻25℃溫度。在此過程中，液晶分子按照在基片上的取向調(diào)節(jié)力取向，從而改善了顯示質(zhì)量。
如圖1所示把偏振片14和14′固定到這樣制造的液晶盒1上。此時，偏振片14和14′的定位位置使得與研磨方向相交成45°并且被此相交成105°。以此方式，制成了一個不采用相位片的黃色模式的透射型STN液晶顯示器件。
圖3表示由一個偏振顯微鏡觀察到的在液晶盒1中的顯示介質(zhì)10。如圖3所示，按照掩膜上的圖案形成液晶區(qū)11，該液晶區(qū)11具有與在下述對照例1中制造的常規(guī)STN液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)。進一步，可光聚合材料(樹脂)，即可光聚合液晶和可聚合化合物與要聚合的光聚合引發(fā)劑起反應(yīng)，因而聚合物壁12包括通過可光聚合液晶A的聚合而產(chǎn)生的液晶聚合物。
表1表示由實例1制造的以及由下述對照例1和2制造的液晶顯示器件的電-光特性。
表1實例1 對照例1 對照例2對比度 7 12 3對照例1通過采用與實例1中制造的相同類型的液晶盒并且向其中注入相同類型的液晶材料(即用于實例1中的液晶材料和手性試劑的混合物)來制造一個對照例1的STN液晶顯示器件。以與實例1相同的方式把偏振片固定到最后得到的液晶盒上。在表1中表示了液晶顯示器件的電-光特性。
對照例2通過采用與實例1中制造的相同類型的液晶盒并且向液晶盒中注入用于實例1中的混合物來制造對照例2的液晶顯示器件。除了不使用掩膜以外，以與實例1相同的方式對最后得到的液晶盒進行紫外線照射。液晶顯示器件的電-光特性如表1所示。
從表1中可以看出，實例1的液晶顯示器件的電光特性與對照例1的常規(guī)液晶顯示器件同樣好。在具有聚合物壁12的對比度降低了的液晶顯示器件上測定如圖1所示的實例1的液晶顯示器件的電-光特性。當用黑掩膜遮蓋聚合物壁12時，其對比度與對照例1的液晶顯示器件的對比度同樣高。另外，筆在液晶顯示器件上的壓力幾乎不改變，顯示的顏色也幾乎不變。
為了檢查在聚合物壁12和基片2及6之間的固定是否緊密，從液晶顯示器件中只切下具有聚合物壁12和液晶區(qū)11的20mm×20mm的呈正方形的一部分。拉開固定到聚合物壁12上的基片，但不能輕易地剝離。針對對照例1的液晶顯示器件進行相同的步驟，由于沒有聚合物壁，基片可以輕易地剝離。
對照例2的液晶顯示器件具有較低的對比度。通過一個偏振顯微鏡觀察，估計是因為在象素中部分地形成了聚合物壁造成了對比度的下降。
由于在實例1的液晶顯示器件中的聚合物緊緊地固定或粘結(jié)到基片2和6上，這就不同于在日本已公開專利出版物No.4-323616中公開的在基片固定之前預(yù)先形成的聚合物壁。另外，由于聚合物壁12緊緊地固定或粘結(jié)到基片2和6上，抑制了由外部壓力造成的液晶盒厚度的變化。因此，有可能避免了由于筆輸入造成的顯示顏色及其它變化。另外，極大地提高了在遇到掉下或類似情況時的抗沖擊能力。另外，在聚合物壁12中包含有具有與在基片上的取向調(diào)節(jié)力同樣作用的液態(tài)結(jié)晶相聚合物時，由于取向調(diào)節(jié)力作用在基片上的水平方向和聚合物壁12的垂直方向上，液晶的取向狀態(tài)極其穩(wěn)定。另外，由于幾乎聚合物壁12的所有部分都有意地形成在非象素部分，與隨意地形成聚合壁的情況相比可以抑制由于聚合材料引起的對比度下降。另外，有時在液晶區(qū)11和基片2或6之間的界面上形成一層聚合物薄膜。在這種情況下，由于通過聚合物薄膜可以把基片上的取向調(diào)節(jié)力轉(zhuǎn)移到液晶分子上，液晶分子均勻地取向。另外，在此情況下由于聚合物材料三維地包圍著液晶區(qū)11，液晶顯示器件獲得了較大的對外界壓力的抵抗力。
由于聚合物壁12可以接近各向同性地形成，當使用兩個偏振軸成直角的偏振片時，非象素部分中的聚合物壁可以作為黑掩膜工作。當向液晶顯示器件提供一個對每個象素都有一個圖案的相位片時，可以得到高對比度。
實例1的液晶顯示器件適用于透射型液晶顯示器件。然而本發(fā)明不限于透射型液晶顯示器件，也可以適用于反射型STN液晶顯示器件。圖4是應(yīng)用于本發(fā)明的反射型液晶顯示器件的剖面圖。該液晶顯示器件包括一個如日本已公開專利出版物No.4-289818和4-97121所公開的偏振片。在圖4的液晶顯示器件中，在液晶盒1和偏振片14之間設(shè)置相位片13。在對著顯示介質(zhì)10的內(nèi)表面上基片2包括一個具有凸起17的基片3。在基片3的幾乎整個表面上形成一個矯平膜16來覆蓋凸起17。在矯平膜16上形成由反射型金屬膜制成的條狀下電極15。
實例2圖5是按照實例2的液晶顯示器件的剖面圖。該液晶顯示器件除了包括如圖1所示實例1的器件的部件以外，還包括一個在基片2上的在對應(yīng)于每個象素的位置具有一個反射部分的反射片20，在基片6上的一個濾光片18和一個保護膜19。實例2的基片2和6是由丙烯酸類塑料制成的，其支持一個ITO膜，總厚度是400μm。
如下制成該液晶顯示器件首先制造上述的基片2和6，并且以與實例1相同的方式進行取向處理。
以與實例1中相同的方式用一個直徑為5.8μm的間隔物把基片2和6彼此固定在一起，并且把下列混合物注入這樣制造的液晶盒中0.1g的R-684(由Nippon Kayaku有限公司制造)，0.01g的苯乙烯，0.14g的作為可聚合化合物的異冰片基丙烯酸酯;0.75g的可光聚合液晶A，4g的液晶材料ZLI-4427(其中通過添加手性試劑S-811(由Merck有限公司制造)預(yù)先把扭曲角調(diào)節(jié)到240°)，和0.025g的可光聚合引發(fā)劑Lucirin TPO(由BASF制造;如在圖6中用陰影區(qū)所示那樣在400μm附過表現(xiàn)出最大的光吸收)。在100Pa的壓力、30℃的溫度下，通過采用例如真空注入法把混合物注入液晶盒中，在注入開始的同時把基片和所用的注入片的溫度升至60℃。可聚合化合物和可光聚合液晶A共同作為可光聚合材料工作。
然后，把液晶盒加熱至80℃溫度，并且通過反射片20以與實例1相同的紫外線強度對該液晶盒照射3分鐘。然后液晶盒冷卻至25℃，并且再用紫外線照射7分鐘。然后把液晶盒加熱至100℃，并且在8小時內(nèi)逐漸冷卻至25℃。這樣制造的液晶盒1的相位差(△n1·d1)是650nm。由丙烯酸類塑料基片形成的支持ITO膜的基片3和7有如圖7所示的吸收曲線，并且在350nm以下基本上不透光。
接著，以圖8所示的關(guān)系把偏振片14和相位片13(△n2·d2＝350nm)固定到液晶盒1上，該相位片13例如可以是一個相位差膜。這樣就制造了一個包括一個偏振片的反射型STN液晶顯示器件。下面詳述圖8。
這樣制造的液晶顯示器件表現(xiàn)出與實例1的液晶顯示器件相同的效果。另外，由于所用反射片20的透明部分對應(yīng)于用于實例1中的光掩膜，所以盡管在該液晶顯示器件中沒有使用光掩膜，該液晶顯示器件卻具有好象包括了一個光掩膜似的結(jié)構(gòu)。在該顯示器件中，液晶區(qū)和用作光掩膜的部分之間的距離比實例1中的距離小一個基片的厚度。因此，避免了由于光掩膜造成的衍射而在象素中形成聚合物壁，從而簡化了制造步驟。
表2表示實例2以及實例3與4，和對照例3和4的液晶顯示器件的電-光特性。通過使用以與液晶顯示器件的法線成30°角入射的光的反射率與沿法線方向的白光的反射率的比率來測定該特性。
表2實例2 實例3 實例4 對照例3 對照例4對比度 6 3.5 4.5 1.6 2.8d·△n(nm) 650 515 784 448 896實例3和4以及對照例3和4。
采用與實例2相同的方法，使用相同類型的基片來制造實例3和4以及對照例3和4的反射型液晶顯示器件，不同之處只是間隔物的直徑在實例3中為4.6μm，在實例4中為7.0μm，在對照例3中為4.0μm，在對照例4中8.0μm，而在實例2中為9μm。通過以此方式改變間隔物的直徑可以改變最后得到的液晶顯示器件的相差。通過添加S-811可以把所用的液晶的扭曲角預(yù)先調(diào)節(jié)到240°。
從表2中可以看出，與對照例3和4相比，實施例2，3和4的液晶顯示器件的對比度有所改善。
由實例1至4的液晶顯示器件代表的本發(fā)明的液晶顯示器件在電-光曲線中具有銳度。因此，有可能得到足夠大的負載比，而不需要TFT。從而降低了成本。另外，由于在液晶盒中形成了聚合物壁，由筆輸入或類似操作而施加的外部壓力幾乎不改變液晶盒厚度，因此幾乎不會造成顯示不規(guī)則。
實例5圖9是根據(jù)實例5的液晶顯示輸入/輸出裝置的剖面圖。該液晶顯示輸入/輸出裝置具有兩個(每個厚度為1.1mm)玻璃基片23。其中一個基片(上基片)具有以下的結(jié)構(gòu)在玻璃基片23中的一個上以矩陣形式形成多個由ITO制成的透明電極24。形成一個取向膜25以覆蓋透明電極24。該玻璃基片23的另一表面上設(shè)置一個偏振片22和輸入裝置21。
另一個基片(下基片)具有以下的結(jié)構(gòu)在另一個玻璃基片23上也形成多個由ITO制成的透明電極24。在透明電極24上也設(shè)置取向膜25。在該玻璃基片23的另一表面上設(shè)置另一個偏振片22。
上述的兩個玻璃基片23夾持一個顯示介質(zhì)層。在顯示介質(zhì)層中，在除了透明電極24以外的部分上形成聚合物壁26，并且通過下述的制造步驟在由聚合物壁26包圍的且對應(yīng)于每個透明電極24的部分上形成一個液晶部分27。使用設(shè)于兩個基片之間的呈比如球形或圓柱形的間隔物(未示出)而把其間夾有顯示介質(zhì)層的兩個基片23彼此固定在一起，因此可得到一個恒定的液晶盒厚度。
在實例5的上述液晶顯示輸入/輸出裝置中，如圖9所示，基本上由聚合物壁26包圍且夾在兩個支持透明電極24的玻璃基片23之間的液晶27具有一個微型的液晶盒結(jié)構(gòu)。另外，由于聚合物壁26粘結(jié)到玻璃基片23上，該器件的抗外界壓力的能力相當強。例如當該器件掉下時，就可以表現(xiàn)出這種高抗沖擊能力。另外，通過聚合物壁26抑制了由于外界壓力而導致的液晶盒厚度變化，并且即使當在進行筆輸入或類似操作而使該器件受壓時也可以防止顯示顏色發(fā)生改變。另外，當在聚合物壁26中包含具有與在基片上的取向調(diào)節(jié)力同樣效果的聚合物液晶時，由于取向調(diào)節(jié)力不僅作用于在基片23上的取向膜25的水平方向上而且作用于聚合物壁26的垂直方向上，液晶的取向狀態(tài)極其穩(wěn)定。另外，由于幾乎全部聚合物壁26都有意形成在非象素部分中，與隨機形成聚合壁的情況相比抑制了由聚合物材料引起的對比度下降。
現(xiàn)在將描述實例5的特例和對照例，但本發(fā)明并不限于這些特例。
特例11)在其分子中具有一個可聚合官能團的可聚合液晶的合成如下合成由下面的結(jié)構(gòu)式2表示的化合物B(具有△ε＜0)結(jié)構(gòu)式2 首先，在有碳酸鈣的情況下用過量的1，12-二溴癸烷醚化4′-羥基-2，3-二氟聯(lián)苯基。通過柱色譜純化合成物，并且把所得的純化的材料與等摩爾的四亞甲基羥胺五水化合物混合。用丙烯酸酯化所得的混合物。
2)液晶盒的制造下面參照圖10的剖面圖描述特例1的液晶顯示輸入/輸出裝置的結(jié)構(gòu)。作為上基片，在具有1.1mm厚度的玻璃基片23的表面上形成由ITO制成的條狀透明電極24以使得具有500 的厚度(每毫米有8條電極;間隔是25μm)。然后通過旋涂聚酰亞胺(Sunever 150;由Nissan化學工業(yè)有限公司制造)來涂覆得到的基片23，接著沿一個方向用尼龍布對其進行研磨處理，從而在基片23上形成了一個取向膜25。以與上基片同樣的方式形成下基片。把最后得到的兩個基片23彼此固定在一起，使得其上的取向方向相交成240°角，在兩基片之間夾有9μm直徑的間隔物(未示出)。這樣就制成了一個液晶盒。
液晶盒上設(shè)置一個帶有圓點圖案的光掩膜37。如圖11所示，所使用的光掩膜包括多個以矩陣形式排列的每個具有例如100μm×100μm尺寸的遮光部分28和一個包圍遮光部分28的寬度是25μm的透明部分29。在液晶盒上設(shè)置光掩膜37以遮掩液晶盒中的每個象素，并且向最后得到的液晶盒中液入下列混合物0.10g的R-684(由Nippon Kayaku Co.，Ltd制造)，0.05g的苯乙烯，0.75g的化合物B，0.10g的異冰片基丙烯酸酯，4g的液晶材料ZLI-4427(其中通過添加手性試劑S-811(由Merck & Co.，Ltd制造)預(yù)先把扭曲角調(diào)節(jié)到240°)，和0.025g和光聚合引發(fā)劑Irgacure 651。
在54℃的各向同性溫度下均勻地混合這些組分之后，通過毛細管注入法注入該混合物。然后，采用一個發(fā)射10mW/cm2準直光的高壓汞燈在60℃溫度下通過光掩膜上的圓點圖案對最后得到的液晶盒進行90分鐘的紫外光照射。然后，把該液晶盒冷卻到25℃溫度，然后再對液晶盒進行3分鐘的連續(xù)紫外線照射，從而使可聚合材料聚合。接著，把液晶盒加熱到100℃，并且在8小時內(nèi)把液晶盒逐漸冷卻到25℃。
用一個偏振顯微鏡觀察這樣制造的液晶盒發(fā)現(xiàn)液晶區(qū)30與圖12中所示的光掩膜和聚合物區(qū)31圖案相同。液晶區(qū)30具有與在如下所述對照例5中制造的常規(guī)STN液晶顯示器件相似的結(jié)構(gòu)。將一個相位片和偏振片22固定到這樣制造的液晶盒上以使得偏振方向與研磨方向成45°并且彼此成105°，這樣制造了一個透射型STN液晶顯示器件。
當用筆或類似物壓液晶顯示器件時，顯示顏色幾乎不變化。
把這樣制造的液晶顯示器件與一個如圖13A所示的靜電感應(yīng)型顯示集成片的電路連接，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置(不包括保護板)。筆輸入操作幾乎不改變顯示質(zhì)量。下面詳細說明在圖13A至13C中所示的液晶顯示輸入/輸出裝置。
對照例5只把液晶材料(用于特例1中的液晶與手性試劑的混合物)注入特例1中制造的相同類型的液晶盒中，從而制造了對照例5的液晶顯示器件。以與特例5相同的方式把偏振片固定到液晶顯示器件上，從而制造了一種常規(guī)的STN液晶顯示器件。該STN液晶顯示器件與如圖13A所示的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的顯示集成片的電路連接，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置。在筆輸入操作時，由于筆的壓力會造成諸如對比度顛倒的顯示不規(guī)則。在顯示黑色時顯示不規(guī)則性尤其明顯。
特例2下面參照圖14的剖面的圖描述按照特例2的一個液晶顯示輸入/輸出裝置。在每個具有400μm厚度的兩個丙烯酸類塑料基片23(其吸收曲線如圖7所示)之中的一個上設(shè)置一個如圖15所示具有與每個象素位置對應(yīng)的透明部分39的反射片32。另一個基片23有一個濾色片33和一個保護膜34。進行與特例1相同的取向處理，并且把兩個最后得到的基片23彼此固定在一起，兩者之間放置具有5.8μm直徑的間隔物，從而制造了如圖14所示的反射型液晶盒。
要注入液晶盒中的混合物與用于特例1中的相同，只是用KAYACURE DETX-S(由Nippon Kayaku Industries Co.，Ltd制造)代替了光聚合引發(fā)劑。該光聚合引發(fā)劑具有如圖16所示的吸收曲線，并且由350nm至400nm的可見光造成聚合。在100Pa壓力30℃溫度下用真空注入法把混合物注入液晶盒中，并且隨著注入的開始把基片和所用的注入板同時升溫到60℃。以與特例1相同的紫外線強度通過反射片32在80℃溫度下對最后得到的液晶盒進行10分鐘的紫外線照射。然后，在5小時內(nèi)把液晶盒逐漸冷卻到25℃。這樣制造的液晶顯示器件的相差(△n1·d1)是650nm。把一個偏振片22和一個相位片32(如一個相差膜，△n2·d2＝350nm)固定到液晶盒上，從而制造了如圖14所示的包括一個偏振片的反射型STN液晶顯示器件。
把這樣制造的液晶顯示器件與圖13所示的用于圖13A所示的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的顯示集成片的電路連接，從而制造了如圖14所示的一個液晶顯示輸入/輸出裝置(不包括保護板)。筆輸入操作幾乎不改變顯示質(zhì)量。
對照例6向與特例2制造的相同類型的液晶盒中，只注入相同類型的液晶(用于特例1中的液晶與手性試劑的混合物)，從而制造了一個液晶盒。以與特例2相同的方式把一個偏振片固定到這樣制造的液晶盒上，從而制造了一個常規(guī)STN液晶顯示器件(使用塑料基片)。把該STN液晶顯示器件與圖13A所示的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的顯示集成片的電路連接，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置。
在筆輸入操作過程中，由于筆的壓力造成了顯示不規(guī)則，比如顛倒的對比度圖象。另外，在顯示結(jié)束后，在施加了管壓力的部分的液晶取向處于紊亂狀態(tài)數(shù)秒鐘。在顯示黑色時這種顯示不規(guī)則尤其明顯。
特例3參照圖17的剖面圖描述特例3的液晶顯示輸出/輸出裝置。使用一個厚度為1.1mm、支持一個TFT裝置45和一個具有500 厚度的ITO透明電極43的玻璃基片23作為一個下基片。另一個厚度為1.1mm并且支持透明電極44的玻璃基片23用作上基片。這兩個基片23彼此固定在一起，具有6μm直徑的間隔物置于兩者之間，從而制造了一個液晶盒?？稍诨显O(shè)置一個濾色片。該液晶盒上設(shè)置一個如圖18所示的具有遮光部分36和透明部分35的帶有圓點圖案的光掩膜。
通過混合0.1g的R-684(由Nippon Kayaku Industries Co.，Ltd制造)，0.05g的苯乙烯，0.85g的異冰片基甲基丙烯酸酯，4g的包括0.4%(重量)的S-811的液晶材料ZLI-4792(由Merck & Co.，Ltd制造)，和0.0025g的光聚合引發(fā)劑Irgacure 651來得到要注入液晶盒中的混合物。在透明狀態(tài)(即在35℃溫度下)把該混合物注入到液晶盒中。在保持此溫度的同時，采用一個發(fā)射10mW2/cm2準直光的高壓汞燈通過光掩膜上的圓點圖案對該液晶盒進行1秒鐘的紫外線照射，并且照射停止30秒鐘。重復20次這種1秒鐘照射和30秒鐘不照射的循環(huán)。然后，再對該液晶盒進行另外10分鐘的紫外線照射，從而使可聚合材料聚合。
用一個偏振顯微鏡觀察這樣制造的液晶顯示器件發(fā)現(xiàn)形成的液晶區(qū)的圖案和在光掩膜上的圓點圖案(即電極43的圖案)同樣規(guī)則，即為電極43的圖案。
這樣獲得的液晶盒夾在一對偏振片22之間使得偏振軸成直角相交。在最后得到的液晶顯示器件中，液晶區(qū)41由聚合物壁40包圍。用偏振顯微鏡觀察該液晶顯示器件發(fā)現(xiàn)如圖19所示，每個象素幾乎包括有一個液晶區(qū)。另外，還觀察到紋影結(jié)構(gòu)42，當液晶分子徑向取向或同心取向時，通?？梢杂^察到這種紋影結(jié)構(gòu)42。
對照例7把包括0.4%(重量)的S-811的液晶材料ZLI-4792(由Merck & Co.，Ltd制造)注入到與特例3中制造的相同類型的液晶盒中。液晶盒上設(shè)置兩個偏振片，使得偏振軸彼此一致，從而制造了一個常規(guī)的TN液晶顯示器件。
把如圖13B所示的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的芯片連接到所制造的液晶顯示器件上，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置(在上表面上不設(shè)保護板)。通過管輸入操作，筆的壓力會造成顯示不規(guī)則，比如顛倒對比度的圖象。在受到筆壓力的部分的顯示質(zhì)量會下降。
特例4下面參照圖9的剖面圖描述按照特例4的液晶顯示輸入/輸出裝置。
在兩個玻璃基片23的表面上，通過蒸發(fā)一個厚度大約是100nm的ITO膜來形成透明電極，并且對最后得到的基片23進行濕蝕刻處理，從而形成具有某一圖案的多個平行電極線24。用聚酰亞胺對支持透明電極線24的每個玻璃基片23的表面進行旋涂，從而形成具有大約50nm厚度的聚酰亞胺取向膜。然后在190℃溫度下對基片23進行1小時的燒結(jié)，并且沿一個方向?qū)ζ溥M行研磨處理，從而形成一個取向膜25。
進行研磨處理，使得當兩個基片23彼此相對以使支持透明電極線24的表面彼此相對并且彼此固定到一起時在兩個基片23上的研磨方向相同，從而使其上的電極線24成直角相交。按上述方式把兩個基片23固定在一起，兩者之間置有作為間隔揚的直徑為2μm的硅石微珠(未示出)。這樣制造了特例4的液晶盒。
然后，均勻地混合0.80g的鐵電液晶材料ZLI-4003(由Merck & Co.，Ltd制造)，0.02g聚乙二醇丙烯酸酯(商標名NK酯A-200;由Shin Nakamura Chemical Industrial Co.，Ltd制造)作為可聚合材料(聚合物前身)，和0.18g的月桂基丙烯酸酯(商標名NK酯LA;由Shin Nakamura Chemical Industrial Co.，Ltd.制造)，并且把該混合物注入到液晶盒中。在常壓下該液晶-聚合物前身混合物處于向列相或各向同性液態(tài)相。該混合物的居里溫度如下SmC＜25℃＜SmA＜31℃＜Ch＜35℃＜Iso然后，如圖11所示，在液晶盒上設(shè)置一個光掩膜。在液晶聚合物前身混合物處于向列相或各向同性液態(tài)相的情況下，采用一個發(fā)射10mW/cm2/準直光的高壓汞燈通過這個光掩膜對該液晶盒進行2分鐘的紫外線照射。該紫外線照射使該混合物光聚合，從而造成了液晶與聚合物壁之間的相分離。這樣形成了液晶區(qū)27和聚合物壁26。
用偏振顯微鏡觀察相分離發(fā)現(xiàn)聚合物壁不是形成在由光掩膜遮掩的部分上，而是形成在紫外線照射的部分的附近。
當用一個具有相交的尼料耳棱鏡的偏振顯微鏡觀察時，在形成于遮掩紫外線部分處的液晶微滴的中央，在基片的研磨方向上發(fā)現(xiàn)了普通SSF(表面穩(wěn)定的鐵電性的)型取向，并且在豎直的聚合物壁附近取向變化很陡。
在制造的液晶顯示器件下面連接有如圖13B所示的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的芯片，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置(在上表面上不包括保護板)。在進行筆輸出操作時，不會由筆的壓力造成顯示不規(guī)則，比如顛倒對比度的圖象。
對照例8向與特例4制造的相同類型的液晶盒中注入鐵電液晶材料ZLI-4003(由Merck & Co.，Ltd.制造)。把液晶盒加熱到120℃，然后逐漸冷卻至室溫，從而制造了一個液晶盒。把偏振片固定到該液晶盒上使得其上的偏振軸與取向方向一致，從而制造了一個常規(guī)FLC(鐵電液晶)顯示器件。把這樣得到的液晶顯示器件連接到用于圖13A的靜電感應(yīng)系統(tǒng)的顯示集成芯片的電路上，從而制造了一個液晶顯示輸入/輸出裝置。在筆輸入操作過程中，筆的壓力造成了顯示的不規(guī)則，比如顛倒對比度圖象。另外，在顯示結(jié)束之后，在受到筆的壓力的部分的液晶的取向會紊亂數(shù)秒鐘。在顯示黑色時顯示不規(guī)則尤其明顯。
例6圖20是按本發(fā)明的反射型STN液晶顯示器件的剖面圖。如圖20所示，基片51上設(shè)有下電極52和取向膜53。上基片54上設(shè)有上電極55和取向膜56。從而構(gòu)成了一對電極片57和58。盒61包括大量的液晶區(qū)60(在基片表面上有取向調(diào)節(jié)力作用的區(qū)域)，液晶區(qū)60基本上由聚合物壁59包圍并夾在兩個電極片57和58之間。在基片54的另一個表面上(即和液晶區(qū)60不相對的表面上)設(shè)有一個偏振片62。
為了形成聚合物壁59，用紫外線照射透明的電極片57和58。由于電極52和55是透明的，它們作為具有吸收紫外線的特性的光學部件起作用，因此通過紫外線的照射就可得到一種光的強度分布，在液晶和聚合物壁之間引起相分離。因而，聚合物壁59和液晶區(qū)60就將按照光的強度分布形成。由于聚合物壁59緊緊地固定到和/或粘結(jié)到電極片57和58上并且以此方式夾在電極片57和58之間，所以盒的厚度在外部壓力作用下很少改變，防止顯示的顏色在筆的壓力作用下發(fā)生變化，極大地改善了抗沖擊性能。
但聚合物壁59的組分具有雙折射性，并且和液晶區(qū)60有相同的取向狀態(tài)。正是出于這種原因，在無電壓情況下聚合物壁59的取向大致和液晶區(qū)60的取向相同，從而使液晶區(qū)60和聚合物壁59的透光性也大致相同。特別是在反射型液晶顯示器件中，使無電壓作用時的亮度得以改善。
聚合物壁59的折射率各向異性△nP-與液晶區(qū)60的折射率各向異性△nLC最好滿足下列關(guān)系式△nP＞(1/10)×△nLC…(1)當聚合物壁的折射率各向異性小于(1/10)×△nLC時，因為透過聚合物壁的透光性降低了，所以不可能改善不加電壓時的亮度。液晶區(qū)60在不加電壓時的又折射率最佳值取決于液晶區(qū)60的形態(tài)，因此液晶區(qū)的雙折射率最好有一個由形成的液晶區(qū)的形態(tài)決定的最佳值。
另外，聚合物壁59的手征間距是影響透光性的因素之一，因此對改善不加電壓時的亮度是很重要的。聚合物壁59的手征間距PP和液晶區(qū)60的手征間距PLC最好滿足下述關(guān)系式PP＜10×PLC…(2)如果不滿足關(guān)系式(2)，則難以改善不加電壓時的亮度。
手征間距的最佳值取決于液晶區(qū)60的形態(tài)，液晶區(qū)的手征間距最好有一個由形成的液晶區(qū)的形態(tài)決定的最佳值。在采用不利用液晶扭曲的方式時(如ECB方式)，液晶區(qū)60在不加電壓時的手征間距是不確定的。
下面將要描述例6的特例和對照例。
特例5(透光型STN液晶顯示器件)在兩個厚度為1.1mm的玻璃基片的表面上形成厚度為2000 的ITO電極(8個電極/mm;電極間隔為25μm)。然后，通過旋涂工藝用聚酰亞胺(Sunever 150，由Nissan Chemical Industries Co.，Ltd.制造)涂敷所獲得的基片，接著用尼龍布沿一個方向進行研磨處理。研磨處理后，將獲得的基片相互固定，使基片上的取向方向交叉成240°，兩個基片之間留有直徑為9μm的間隔，以制備液晶盒。
接著，將0.012g由下述結(jié)構(gòu)式3表示的化合物C(可聚合的手征試劑)、0.10g的對苯基苯乙烯、0.85克用由下述結(jié)構(gòu)式4表示的化合物D、0.038克的1，4-丁二醇二異丁烯酸、5g的液晶ZLI-4427(由Merck & Co.，Ltd.制造;其中的扭曲角通過添加S-811預(yù)先調(diào)到240°)、以及0.025g的光聚合引發(fā)劑Irgacure 651均勻地混合。通過柱式注入法將獲得的混合物注入到盒中。使用發(fā)出10mW/cm2準直光的兩個高壓水銀燈，用紫外線從盒的兩側(cè)照射這樣得到的盒4分鐘，照射時的溫度為60℃。在這些條件下，由于在有ITO電極存在的部分和無ITO電極存在的部分之間有紫外線強度差產(chǎn)生，所以照射的紫外線有一個光的強度分布，該分布在空間上有一定的規(guī)律性。在盒中的液晶呈向列狀態(tài)的情況下將盒冷卻到20℃的溫度。再次用紫外線連續(xù)照射該盒3分鐘，讓可聚合材料發(fā)生聚合。然后，將盒加熱到100℃，并在8小時內(nèi)逐漸冷卻至25℃。借此使液晶分子按基片上的取向調(diào)節(jié)力取向，改善了最終液晶顯示器件的顯示質(zhì)量。
結(jié)構(gòu)式3 其中，＊表示一個非對稱的碳原子。
結(jié)構(gòu)式4 通過偏振顯微鏡觀察這樣得到的液晶盒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(見圖21)，液晶區(qū)71和聚合物壁72是按照上、下ITO電極的重疊部分(100μm×100μm)的圖案形成的，并且液晶區(qū)71的結(jié)構(gòu)類似于按下述對照例9制造的常規(guī)STN液晶顯示器件。這就是說，ITO電極起包括遮光部分74的裝置的作用，每個遮光部分74的形狀都是100μm×100μm的正方形，它們由寬度為25μm的透明部分75包圍，如圖22所示。
將偏振片固定到這樣產(chǎn)生的液晶盒上，使偏振方向與研磨方向交叉成45°并且兩個偏振方向被此之間交叉成105°，從而產(chǎn)生出一種透射型STN液晶顯示器件。由于可光聚合液晶是在聚合物壁中聚合的，聚合物壁中包含有液體結(jié)晶形的聚合物，因而可以看到聚物壁也是透光的。
將這樣得到的液晶顯示器件在不加電壓時的透光率表示成為相對于按下述對照例9產(chǎn)生的液晶顯示器件(其透光性取為100)的透光率的比例表示的，并列在以下的表3中表3在不加電壓時的透光率特例 特例 特例 對照例 對照例 對照例5 6 7 10 11 1289 86 81 24 70 71由表3可以看出，特例5的液晶顯示器件的電光特性和按對照例9制造的常規(guī)使用的液晶顯示器件的電光特性一樣地好。此外，當用筆按壓本液晶顯示器件時，顯示的色彩幾乎沒有變化。
為了檢查聚合物壁和基片之間的堅固程度，從該盒上切下一個20mm×20mm正方形形狀的部分，其中只包括聚合物壁和液晶區(qū)。拉開固定到聚合物壁上的基片，但剝落并不容易。對于對照例9的盒采用相同的步驟，但在切下正方形部分的同時就將基片剝離下來了。
通過使用可光聚合材料和光聚合引發(fā)劑的相同類型的混合物，并且通過使用楔形液晶盒，就可估算出從該混合物獲得的聚合材料的手征間距。另外，只有可光聚合材料在垂直取向膜之間、并且在水平取向膜之間發(fā)生聚合，因此使用Abbe折光儀就能估算出△n。以下表4中列出了估算的△n和手征間距(μm)，它們是聚合材料聚合后的特性。
表4△n 手征間距(μm)對照例11 0 0對照例12 0 0特殊實例5 0.052 22特殊實例6 0.044 22特殊實例7 0.017 22ZLI-4427 0.112 14對照例9將相同類型的液晶材料(即特例5中使用的液晶和手征試劑的混合物)注入特例5中制造的相同類型的盒中，從而制出一個液晶盒。采用和特例5中相同的方法將偏振片固定到盒上，制出常規(guī)的STN液晶顯示器件。將這種液晶顯示器件的電光特性取為100，以便用作列在上述表3中的特性的標準。
對照例10將和特例5中使用的相同類型的混合物注入按特例5制作的相同類型的盒中。和特例5的方式相同，但在不使用光掩膜的情況下讓這樣制出的盒經(jīng)受紫外線照射，得到一個液晶顯示器件。
該液晶顯示器件的電光特性列入上述表3中。對該液晶顯示器件進行觀察后發(fā)現(xiàn)，在一個象素內(nèi)形成一個聚合物壁，這被認為是對比度降低的理由。
對照例11和12，以及特例6和7這些實例的液晶顯示器件都是使用和特例5相同的盒、液晶和光聚合引發(fā)劑制造出來的，并且用和特例5相同的方式進行紫外照射。但要和液晶以及光聚合引發(fā)劑一起注入到相應(yīng)盒中的可光聚合材料的組分比卻和特例5不同，并列在下述的表5中。這些制成的液晶顯示器件的電光特性列入以上表3中。
表5可光聚合材料的組分比(%，按重量計)化合物 化合物 對苯基 R-684 月桂基丙C D 苯乙烯 烯酸酯對照例11 0 0 10 5 85對照例12 0 10 10 5 75特例5 1.2 85 10 3.8 0特例6 1.2 75 10 3.8 10特例7 1.2 65 10 3.8 20另外，每種光聚合材料在聚合后的△n和手征間距(μm)已列在上述的表4中了。
特例8(在反射型STN液晶顯示器件中使用塑料基片)對厚度為400μm的兩個丙烯塑料基片進行和特例5相同的取向處理，并以和特例5相同的方式將它們彼此固定，在兩個基片之間留有直徑為5.8μm的間隔。圖7中表示出這種塑料基片的吸收特性，并且這些基片基本上容易切割成350nm以下。在一個塑料片上設(shè)有反射片，反射片具有處于和象素對應(yīng)的矩陣形式中的反射部分81和包圍反射部分81的透明部分82，如圖23所示。在另一個基片上設(shè)有濾色片。這樣，就制成了一個反射型的盒。由于該盒包括位于反射部分81之間的透明部分82，所以在不使用真正光掩模的情況下就獲得了光掩膜的效果。在這個系統(tǒng)中，液晶層和用作光掩模的部分之間的距離小于特例5中的基片的厚度。因此能防止由于光掩模引起的折射的結(jié)果而在象素內(nèi)形成聚合物壁，同時還簡化了生成步驟。
接著，在壓力為100Pa、溫度為30℃時通過真空注入法在盒內(nèi)注入一種混合物，并且在注入開始的同時將基片的溫度和所用注入板的溫度升高到90℃，該混合物包括0.009g的化合物C(可聚合的手征試劑)、0.10g的對苯基苯乙烯、0.85g的化合物D、0.041g的1，4-丁二醇二異丁烯酸、5g的液晶材料ZLI-4427(由Merck & Co.，Ltd.制造;其中通過加入S-811預(yù)先將扭曲角調(diào)至240°)、以及0.025g光聚合引發(fā)劑Lucirin TPO(由BASF制造;在400nm附近有最大的吸收性)。讓所獲得的盒連續(xù)3分鐘經(jīng)受穿過反射片的并和特例5中90℃時的光強度相同的紫外線照射。然后把盒冷卻到25℃，并用這種紫外線再照射7分鐘。將盒加熱到100℃，并在8小時內(nèi)將其逐漸冷卻25℃。這樣產(chǎn)生的液晶盒的相差(△n1·d1)為650nm。將一個偏振片和一相相位片(△n2·d2＝350nm)，例如一個相差膜，按圖8所示的關(guān)系固定到盒上，從而產(chǎn)生一個反射型STN液晶顯示器件，該器件包括一個偏振片。按特例8制作的顯示器件是反射型的，不可能按和透射型顯示器件類似的方式對該反射型元件的顯示器件進行估算，因此這種反射型的顯示器件的電光特性沒有列在上述表4中，而是列在了下述的表6中。
表6反射率(%)對照例 對照例 對照例 特例9 11 12 8100 68 65 165注反射率用于相對于對照例9的顯示器件的反射率的比例表示之，對照例9的顯示器件的反射率取為100。
對照例11和12的顯示器件的反射率是在每個器件包括了和特例8中所用的相同類型的反射片的情況下測得的。由表6可知，特例8的顯示器件是明亮的，因為它只包含一個偏振片。在測量反射率時利用了進入相對于液晶顯示器件法線成30°角的光的折射率與沿法線方向的白光折射率的比例。對這樣產(chǎn)生的液晶顯示器件進行觀察后發(fā)現(xiàn)，和按對照例12制作的顯示器件的顯示相比較，這種顯示是光亮的，并且改善了聚合物壁中的亮度。
對照例13將液晶材料ZLI-4792(由Merck & Co.，Ltd制造;通過加入S-811將其中的扭曲角預(yù)先調(diào)至90°)注入按下述特例9制作的相同類型的盒中，制造出普通的TN液晶顯示器件。
當用筆壓迫該液晶顯示器件時，顯示的顏色要發(fā)生變化。
特例9(反射型TN液晶顯示器件)通過旋涂工藝用聚酰亞胺(AL 4552;由Nippon SyntheticChemical Industry，Co.，Ltd.制造)涂敷一對玻璃基片，每個基片的厚度為1.1mm并且支承著厚度為2000 的ITO條形透明電極(8個電極/mm;電極間隔為25μm)，并且用尼龍布沿一個方向?qū)@對基本進行研磨處理。使所得的基片彼此固定，讓它們的取向方向交叉成90°，在兩個基片之間留有直徑5μm的間隔，這樣就制成了一個液晶盒。然后，均勻地混合0.004g化合物C(可聚合的手征試劑)、0.10g對苯基苯乙烯、0.85g化合物D、0.046g1，4-丁二醇異丁烯酸酯、5g液晶材料ZLI-4792(由Merck & Co.，Ltd.制造，通過加入S-811將扭曲角預(yù)先調(diào)至90°)、以及0.025g光聚合引發(fā)劑Irgacure 651。通過柱狀注入法將所得混合物注入盒中。按照和特例5相同的方式，使用兩個發(fā)出準直光的高壓水銀燈，用紫外線穿過相應(yīng)的基片照射這樣得到的盒。
將偏振片固定到所獲得的盒上，使它們的偏振軸與研磨方向一致，從而即得到透射型TN液晶顯示器件。在表7中列出了該液晶顯示器件在不加電壓時的透光性以及按上述對照例13制作的普通TN液晶顯示器件的透光性。
表7特例9 對照例13透光性(%) 93 97由表7可知，盡管特例9的顯示器件包括有聚合物壁，但它的透光性和不包括聚合物壁的普通顯示器件的透光性同樣優(yōu)越。在每個這樣的顯示器件的背面提供一個反射片，就可以制作出反射型TN液晶顯示器件。我們發(fā)現(xiàn)，這些顯示器件在不加電壓時的反射性能同樣也是優(yōu)秀的。當用管壓迫特例9的顯示器件時，顯示的顏色幾乎沒有變化;而壓迫對照例13的顯示器件時，顯示的顏色要發(fā)生變化。
為了檢查聚合壁和基片間的緊密固定程度，從盒上切下一塊20mm×20mm正方形形狀的部分，該部分中只包括聚合物壁和液晶區(qū)。拉開固定到聚合物壁上的基片，但剝離并非容易。對于對照例13的盒進行同樣的步驟，但在切下正方形部分的同時基片就已剝落下來了。
下面描述本發(fā)明的特征和改進實例。
顯示方式本發(fā)明可應(yīng)用于各種方式的液晶顯示器件，例如透射型或反射型的TN、STN、ECB、FCL以及包括一種顏色的這些方式中的任何一個。作為在基片上不利用取向調(diào)節(jié)力的應(yīng)用，可隨機地或按輻射狀地形成液晶區(qū)。另外，本發(fā)明還可應(yīng)用于寬視角的顯示器件，其中在每個液晶區(qū)中的液晶分子的取向都是輻射狀的或同心的。雖然本發(fā)明可應(yīng)用于反射型和透射型兩種類型，但當被用作便攜式遠距離終端時最好采用反射型，這里因為反射型不需要背后光照明并且消耗能源極少的緣故。
制作方法按本發(fā)明，最好有效地利用基片上的取向調(diào)節(jié)力，并且最好基本上在非象素部分形成聚合物壁。為此，將包括液晶、可光聚合材料(即可光聚合液晶和可聚合的化合物)、以及聚合引發(fā)劑在內(nèi)的混合物注入到預(yù)先經(jīng)取向處理的兩個基片之間，然后用紫外線局部照射所得的基片以使象素基本上被遮住。對于要注入的混合物，不必一定要加入光聚合引發(fā)劑。
通過紫外線照射使可光聚合材料聚合成聚合材料，在用紫外線照射過的部分形成了聚合物壁。聚合材料將液晶推向沒有受到紫外線照射的部分。因此在照射部分形成聚合物壁，而在不受紫外線照射的部分形成了液晶區(qū)。為了有效地利用基片上的取向調(diào)節(jié)力，將具有液態(tài)結(jié)晶性的可光聚合材料用作可光聚合材料的一部分或其全體。因此，在不破壞混合物的液態(tài)結(jié)晶性的條件下就可引起光聚合。
然而為了在本發(fā)明中得到比較均勻一致的取向，最好在超過該混合物的各向同性溫度的溫度下將混合物注入基片之間，并且最好按以下所述引起光聚合最好有意地使紫外線輻射具有規(guī)則的強度以使光聚合按一個規(guī)則的圖案發(fā)生;并且為使混合物具有液態(tài)結(jié)晶性，要降低基片的溫度，從而可以獲得向列相或近晶相，然后再開始光聚合。為此，最好使用液態(tài)結(jié)晶性優(yōu)越的近晶相，這是因為這樣做可以通過使用近晶相的液晶從液晶區(qū)中除去可光聚合材料。
提供紫外線強度分布的方法在本發(fā)明中，重要的是如何提供紫外線的強度分布。最好通過使光強度調(diào)節(jié)裝置，如上述的光掩模、微透鏡、以及干擾片使紫外線強度分布有規(guī)律性。
當使用光掩模時，可將光掩膜放在盒的內(nèi)部或外部，使光掩?？梢鹱贤饩€的規(guī)則的強度分布。在將光掩模放在盒的外部時，若光掩模和盒間的距離過大，則不可能獲得期望的紫外線強度分布。因此最好將光掩模放在液晶和可光聚合材料的混合物的附近。將切斷紫外線的光掩模的主要部分放在盒內(nèi)則尤其可取，這是因為在這種情況下光掩模與盒中的混合物直接接觸的緣故。在盒內(nèi)提供光掩模的特例包括在反射型液晶顯示器件中，僅允許一部分和象素對應(yīng)的反射片具有反射功能，并且使和非象素部分相對應(yīng)的部分是透明的;在反射型和透射型這兩種液晶顯示器件中，在一個基片上按照期望的強度分布的規(guī)則圖案形成一個能透過可見光但能切斷紫外線的膜，例如濾色片和有機聚合物膜。另外，不必使照射部分具有100%的強度而其余部分的強度為0%。因此，通過使用可用作透明電極(如ITO)的材料就可能局部調(diào)節(jié)紫外線的透射量。在這種情況下還可有效地引起液晶和可光聚合材料之間的相分離。
按照本發(fā)明人的研究結(jié)果，最好使弱照射區(qū)(下面將要描述)大于一個象素，以便極大地減小該象素內(nèi)液晶區(qū)和聚合物壁之間的界面。因此，只允許紫外線照射非象素區(qū)的例如光掩模之類的光強度調(diào)節(jié)裝置是優(yōu)選采用的，其理由如下當因光掩模的遮光部分的屏蔽作用產(chǎn)生較弱照射的區(qū)域(即弱照射區(qū))的尺寸小于一個象素尺寸的30%時，將要形成的液晶區(qū)的尺寸也要小于該象素尺寸的30%。因此，在象素中液晶區(qū)和聚合物壁之間的界面過大，將要引起光散射，從而大大地降低了對比度。
弱照射區(qū)可取任何形狀，使其可覆蓋一個象素的面積的30%或更高，從而可局部降低紫外線強度。因此，形狀的不受限制的實例包括圓形、正方形、梯形、矩形、六邊形、菱形、字母形、用曲線或直線隔開的圖形、這些形狀的一部分、這些形狀的組合、都是小尺寸的這些形狀的集合。在實施本發(fā)明的過程中，可選擇一種或多種這些形狀，但為了提高液晶滴的均勻一致性最好只采用一種形狀。
按本發(fā)明，重要的是使液晶區(qū)按照象素的取向有規(guī)則地沿水平方向取向。因此，弱照射區(qū)的定位至關(guān)重要。弱照射區(qū)最好按象素的間距定位，使得在每個象素中有一個弱照射區(qū)。為幾個象素提供一個弱照射區(qū)也是可能的，例如可給每行象素或一組的幾個象素提供一個弱照射區(qū)。然而，弱照射區(qū)也不必彼此獨立無關(guān)，可在它們的端部彼此相接，使切斷紫外線最有效的區(qū)域具有上述的一種形狀并按上述方式進行取向。當象素較大時，可有意地在一個象素內(nèi)形成一個聚合物壁。在這種情況下，雖然降低了對比度，但加大了對外部壓力的支撐力。
此外，最好使用能發(fā)出盡可能準直的光的紫外線源。若光未經(jīng)準直，紫外線將進入非照射區(qū)，在象素內(nèi)引起可聚合材料的光聚合，降低了對比度。但當在盒內(nèi)加有光掩模或類似物時，光掩模或類似物與液晶和可光聚合材料的混合物直接接觸，光幾乎未經(jīng)準直。
顯示的粗糙程度在常規(guī)的聚合物彌散的液晶顯示器件中，在液晶區(qū)和聚合物壁之間的界面上由于存在折射率差將要產(chǎn)生光的散射。在非散射型液晶顯示器件中，由于這種器件的液晶區(qū)較大并且需要一個偏振片才能顯示，所以也要產(chǎn)生這種光散射。光散射帶來了顯示的粗糙程度問題。但在本發(fā)明中，可聚合材料的取向狀態(tài)和液態(tài)結(jié)晶態(tài)在聚合前以及聚合發(fā)生后都部分相同，并且液晶和可光聚合材料或可光聚合液晶的折射率都大致相同，因此降低了顯示的粗糙程度。為此，在液晶區(qū)內(nèi)的液晶的手征間距以及諸如△n、ne、no之類的光學特性都要和可聚合材料的這些量盡可能好地相互配合。
可光聚合液晶按本發(fā)明，在由液晶和可光聚合材料(可光聚合材料具有液態(tài)結(jié)晶性)組成的均勻混合物中引起聚合作用，把處于液態(tài)結(jié)晶狀態(tài)的可光聚合材料聚合在經(jīng)過取向處理的兩個基片之間，從而在液晶和聚合材料之間產(chǎn)生相分離。因此可形成固定可光聚合液晶的聚合物壁，故聚合物壁可獲得與基片上的取向調(diào)節(jié)力相類似的取向調(diào)節(jié)力。其結(jié)果是，液晶分子不僅從基片的表面，而且從聚合物壁的表面接受取向調(diào)節(jié)力。因而穩(wěn)定了液晶分子的取向，此外還可使聚合物壁附近的液晶分子的取向均勻一致。按預(yù)先形成聚合物壁的傳統(tǒng)方法(在日本已公開的專利出版物No.61-502128以及類似的出版物中已經(jīng)公開過)，聚合物壁附近的液晶分子取向是不規(guī)則的，難以獲得均勻一致的顯示。
按這種傳統(tǒng)的方法，如上所述不可獲得均勻一致的顯示。此外，由于在液晶區(qū)中液晶的手征間距以及諸如on、ne、no之類的光學特性與聚合材料的這些量不同，因此在聚合物壁中減小了不加電壓時的透光性。因而當這樣一種顯示器件用作反射型液晶顯示器件時，顯示通常是暗的。
在本發(fā)明中使用的可光聚液晶的分子中包括一個可聚合的官能團，例如由下述結(jié)構(gòu)式5表示的一種化合物結(jié)構(gòu)式5A-B-LC1或A-B-LC2-B-A其中，A表示具有一個未飽和鍵或諸如環(huán)氧的帶有扭曲的雜環(huán)結(jié)構(gòu)的可聚合官能團，例如CH2＝CH-，CH2＝CH-COO-，CH2＝CH-COO-， 和-N＝C＝O;
B表示一個偶合基團，用于連接可聚合官能團和液態(tài)結(jié)晶化合物，例如烷基鏈(-(CH2)n-)、酯鍵(-COO-)、醚鍵(-O-)、聚1，2-乙二醇鏈(-CH2CH2O-)、以及它們的組合;LC1表示一個液態(tài)結(jié)晶化合物，例如由下述結(jié)構(gòu)式6表示的化合物，膽固醇環(huán)，或者它的衍生物結(jié)構(gòu)式6D-E-G其中G表示一個極性基團，用于展示液晶的介電常數(shù)的各向異性或類似的特性，例如苯環(huán)、環(huán)己烷環(huán)、對二苯基環(huán)、苯基環(huán)己烷環(huán)、三聯(lián)苯環(huán)、以及具有諸如-CN-、-OCH3、-F、-Cl、-OCF3、-OCCl3之類的官能團的二苯基環(huán)己烷環(huán);E表示連接D和G的官能團，如-CH2-、-CH2CH2-、-O-、-C≡C-、-CH＝CH-;D表示將要和結(jié)構(gòu)式5中的B連接的官能團，例如對苯基環(huán)、1，10-二苯基環(huán)、1，4-環(huán)己烷環(huán)、以及1，10-苯基環(huán)己烷環(huán)。結(jié)構(gòu)式5中的LC2包括一個剛性基團，例如對苯環(huán)、1，10-二苯環(huán)、1，4-環(huán)己烷環(huán)、以及1，10-苯基環(huán)己烷環(huán)?？蓡为毷褂眠@樣一種官能團，或者通過諸如-CH2CH2-，-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-N＝CH-、-O-、-N＝N-、-COS-之類的偶合基團將多個這樣的官能團彼此鍵合起來。用D表示的基團影響液晶分子的介電常數(shù)各向異性和折射率各向異性。
當在本發(fā)明的液晶顯示器件中使用的液晶的介電常數(shù)各向異性是正值時，要確定在結(jié)構(gòu)式6中用G表示的極性基團的位置，以使介電常數(shù)各向異性△ε是負值。具體而論，LC1表示極性基團G中苯環(huán)的2-取代產(chǎn)物、3-取代產(chǎn)物、2，3-取代產(chǎn)物、以及類似的取代產(chǎn)物。當液晶的介電常數(shù)各向異性是負值時，就要確定極性基團G的位置，以使介電常數(shù)各向異性△ε是正值。具體而論，LC1包括基團G中苯環(huán)的4-取代產(chǎn)物、3，4，5-取代產(chǎn)物、3，4-取代產(chǎn)物、以及類似的取代產(chǎn)物。當極性基團的取代產(chǎn)物中的取代基的數(shù)目在一個分子多于一個時，不要求所有的取代基都是相同種類。在介電常數(shù)各向異性△ε為正值以及為負值的兩種情況下，不必只使用一種可聚合液晶。因此，多種可聚合液晶可一起使用，使其包括至少一種上述的化合物。
手征試劑為使聚合物壁的手征間距離和液晶區(qū)中的一樣，要求形成聚合物壁的材料，即可光聚合材料，包括一種具有光旋轉(zhuǎn)能力的材料。這樣的材料是一種化合物，在該化合物的分子中包括一個對光鈍性的非對稱的碳原子并且該化合物具有以前對可光聚合液晶描述過的可聚合部分。另外，這種材料最好具有剛性結(jié)構(gòu)，有大量類似于可光聚合液晶的形狀，這樣就不會破壞液態(tài)結(jié)晶性。加到液晶和可光聚合材料的混合物中的可聚合手征試劑的數(shù)量取決于與其一起使用的可光聚合材料的種類以及可光聚合手征試劑的種類。因此在本發(fā)明中沒有對這一數(shù)量作出規(guī)定。但加入的手征試劑最好能使它的手征間距與液晶區(qū)的液晶分子的手征間距盡可能好的匹配。
可聚合材料要通過光照射聚合的可光聚合材料的實例包括丙烯酸和具有長鏈烷基基團(帶有3個或多個碳原子或苯環(huán))的丙烯酸酯，例如異丁基丙烯酸酯、十八烷基丙烯酸酯、月桂基丙烯酸酯、異戊基丙烯酸酯、n-丁基異丁烯酸酯、n-月桂基異丁烯酸酯、十三(烷)基異丁烯酸酯、2-乙基、己基丙烯酸酯、n-十八烷酰異丁烯酸酯、環(huán)己基異丁烯酸酯、苯甲基異丁烯酸酯、2-苯氧基乙基異丁烯酸酯、異冰片基丙烯酸酯、以及異冰片基異丁烯酸酯。另外，為增加聚合物壁的物理強度可以使用下述有兩個或多個官能團的多官能團化合物R-684(由Nippon Kayaku Co.，Ltd制造)、雙酚A二異丁烯酸酯、雙酚A二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二異丁烯酸酯、1，6-己二醇二丁烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、四羥甲基甲烷四丙烯酸酯、以及新戊基二丙烯酸酯。更優(yōu)選，可使用下述的可光聚合的鹵代化合物，特別是氯化物或氟化物2，2，3，4，4，4-六氟代丁基異丁烯酸酯、2，2，3，4，4，4-六氯丁基異丁烯酸酯、2，2，3，3-四氟代丙基異丁烯酸酯、2，2，3，3，-四氯代丙基異丁烯酸酯、全氟代辛乙基異丁烯酸酯、全氟代辛乙基異丁烯酸酯、全氟代辛乙基異丁烯酸酯、以及全氯代辛乙基異丁烯酸酯。
按本發(fā)明，聚合物壁是在盒中形成的，因此能防止外部壓力引起的盒的厚度的變化。因此，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在選擇可光聚合材料中是一個重要的因素。當玻璃轉(zhuǎn)變溫度低于室溫，該材料處于類似于室溫下橡皮的狀態(tài)，因此在外部壓力作用下易于變形。因而這樣的不適用于本發(fā)明。所用的可光聚合材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度最好是0℃或更高些，等于或大于40℃則更好。
聚合抑制劑為了能按所用光掩模的圖案形成液晶區(qū)，聚合速率最好低些。當聚合速率較大時，由于在基片上產(chǎn)生的光的散射和折射作用可能會在被光掩模遮住的區(qū)域內(nèi)引起足夠大的聚合作用，使可聚合材料固定到象素內(nèi)，在象素內(nèi)也形成了聚合物壁。聚合抑制劑的特例包括苯乙烯、苯乙烯衍生物(如P-氟代苯乙烯、和對苯基苯乙烯)、以及硝基苯。
液晶材料在本發(fā)明中沒有對液晶作出具體規(guī)定，這是因為最佳的液晶大體上取決于顯示方式。例如按TN、STN和ECB方式，優(yōu)選的材料的實例包括能在室溫條件下展示液態(tài)結(jié)晶狀態(tài)的有機混合物，例如向列液晶(包括用于雙頻率驅(qū)動的液晶;包括介電常數(shù)各向異性△ε＜0的液晶)以及按其特性包含膽甾醇液晶的向列液晶。具體地說，要使用在抗化學反應(yīng)性能方面優(yōu)越的液晶，因為這種液晶在處理過程當中就實現(xiàn)了光聚合。這些液晶的特殊實例包括具有一個官能團(如一個氟原子)的液晶，例如ZLI-4801-000、ZLI-4801-001、ZLI-4792、和ZLI-4427(全由Merck & Co.，Ltd.制造)。在選擇分子中含有一個可聚合官能團的液態(tài)結(jié)晶化合物和液晶的過程中，從可摻混性的觀點出發(fā)，最好使要選擇的材料具有展示液態(tài)結(jié)晶特性的相似部分。特別是當使用具有特殊化學特性的含氟或含氯的液晶時，將要一起使用的可聚合液晶最好也是一種含氟或含氯的化合物。
液晶的折射率最好滿足｜(ne或no)-np｜＜0.1，其中np表示要一起使用的聚合材料的折射率。超出上述范圍的折射率將引起折射率不匹配，增加了顯示的粗糙程度。np值在ne和no之間則更為可取。當液晶的折射率在這個范圍當中時，聚合物壁和液晶區(qū)間的折射率的差即使加上了電壓也是很小的。因此，極大地減少了在液晶區(qū)和聚合物壁之間的界面上的光散射。特別是，液晶的折射率等于no的情況是可取的，因為在這種情況下改善了加電壓時的黑色電平。
材料的混合比加入的可光聚合材料(包括可光聚合的手征試劑在內(nèi))的數(shù)量必須能使由液晶材料、光聚合引發(fā)劑、和可光聚合材料組成的混合物處于液態(tài)結(jié)晶狀態(tài)。在本發(fā)明中，沒有對加入的數(shù)量作出具體規(guī)定，這是因為展示液態(tài)結(jié)晶性的這個數(shù)量取決于材料的種類。加到可光聚合材料的可光聚合液晶的數(shù)量按重量計最好大于等30%并小于等于90%。當可光聚合液晶的比例小于30%(按重量計)時，混合物處于液態(tài)結(jié)晶狀態(tài)的溫度范圍變小，因此不可能使基片間的STN液晶充分取向。當這個比例超過90%(按重計)，光聚合材料在聚合后的彈性模量太小，不能得到支撐該盒的足夠大的強度。
液晶與可光聚合材料的重量比最好在50∶50至97∶3;70∶30至90∶10則更為可取。當液晶的比例小于50%(按重量計)，則聚合物壁和液晶間的相互作用增強，因此需要極高的電壓來驅(qū)動該盒。另外，在基片上按取向調(diào)節(jié)力取向的液晶區(qū)的尺寸也減小了。因此，得到的顯示器件不適合于實際使用。當液晶區(qū)的比例超過97%(按重計)時，聚合物壁的物理強度降低，使顯示器件的性能不穩(wěn)定。
相差(d·△n)由于本發(fā)明的液晶顯示器件中液晶區(qū)的取向類似于普通的STN液晶顯示器中液晶區(qū)的取向，因此最佳相差和相位片的相差都和普通STN液晶顯示器件中的這些相差相同。
在反射型顯示器件中，盒厚度d1和液晶的△n1的乘積(d1·△n1)，根據(jù)對比度和色調(diào)的要求最好在500nm和800nm之間的范圍內(nèi)。按圖8所示方式提供一個帶有相差膜的基片，就可把只有彩色顯示的顯示器件變?yōu)楹诎罪@示的器件。為此目的，具有相差膜的基片的折射率各向?qū)浴鱪2與盒厚度d2的乘積(d2·△n2)就極為重要，并且最好在150nm和380nm之間的范圍內(nèi)。此外，(d1·△n1-d2·△n2)最好在450nm和550nm之間的范圍內(nèi)。另外，具有相差膜的那個基片的光軸和液晶在該基片上的取向方向也至關(guān)重要。如圖8所示，當液晶在上電極片(相當于圖4中的基片7)上的取向方向(研磨方向)n和相位板9如相差膜)(相當于圖4中的相位片13)的光軸)間的夾角取作角度β，并且液晶的扭曲角取為角度θ(＝240°)，則最好能滿足關(guān)系式β＝(θ-180)/2±10°。另外，液晶在上基片上的取向方向n和偏振片的偏振軸m間的夾角α最好為30±10°。還有，扭曲角θ是液晶在上電極片附近的取向方向n和液晶在具有反射功能的另一個基片附片的取向方向1之間的夾角，扭曲角θ最好在220°和290°之間的范圍內(nèi)。這個范圍還適用于下述的透射型顯示器件。
圖24表示在透射型顯示器件中液晶及類似物的優(yōu)選取向方向，這種器件包括夾持盒的兩個偏振片。在圖24中，用t表示液晶在下基片附近的取向方向，用u表示液晶在上基片附近的取向方向，用v表示上偏振片的偏振軸，并用w表示下偏振片的偏振軸。圖24所示的角度間的關(guān)系只是透射型顯示器件中的一個不受限制的實例。
光聚合引發(fā)劑并非總是要求將聚合引發(fā)劑加到要注入盒中的混合物內(nèi)，但最好加入，以便平滑地實現(xiàn)可光聚合材料的聚合。光聚合引發(fā)劑(或催化劑)的特殊實例包括Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure 907、Darocure 1173、Darocure 1116、以及Darocure 2959。加入的聚合引發(fā)劑的數(shù)量按重計最好占包括液晶和可聚合材料在內(nèi)的整個混合物的0.3%以上和5%以下，其理由如下當混合比小于0.3%，不可能充分實現(xiàn)光聚合反應(yīng)。當混合比超過5%，液晶和聚合材料之間的相分離太快，不能進行控制，因此形成的液晶區(qū)太小，需要較高的驅(qū)動電壓。
在使用塑料基片時，紫外線被基片吸收，因此聚合難以實現(xiàn)。因此在這種情況下最好使用能吸收可見光并能被可見光聚合的光聚合引發(fā)劑。這樣的聚合引發(fā)劑的特殊實例包括Lucrin TPO(由BASF制造)、KYACURE DETX-S(由Nippon Kayaku Co.，Ltd.制造)、以及CGI369(由Ciba-Geigy Corporation制造)。
驅(qū)動方法沒有對應(yīng)用于本發(fā)明的驅(qū)動方法作出具體規(guī)定，但可包括簡單的矩陣驅(qū)動以及使用TFT和MIM的有源矩陣驅(qū)動。但就STN液晶顯示器件而論，按其特性，優(yōu)選使用簡單的矩陣驅(qū)動。
基片的材料玻璃和聚合物膜(透明的固體的實例)、以及硅片(不透明的固體的實例)都可采用。另外，對于反射型顯示器件，也可使用支撐金屬膜的基片。
可以使用不吸收可見光的優(yōu)選材料(如PET、丙烯酸聚合物、苯乙烯、或聚碳酸酯)作成塑料基片。
另外，還可能使用從上述實例中選擇出來的兩種不同種類的基片形成一個盒。還可能將具有不同厚度的基片組合起來使用，而不管它們是否是相同種類的基片。
輸入/輸出裝置按本發(fā)明，可以將前述的液晶顯示器件與壓敏系統(tǒng)、靜電感應(yīng)系統(tǒng)、或者電磁感應(yīng)系統(tǒng)的輸入/輸出裝置組合起來。下面介紹這些系統(tǒng)。
(1)壓敏系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，將具有均勻表面電阻的透明塑料片疊置在玻璃上，二者之間留有小的距離。由于本發(fā)明的液晶顯示器件具有抵抗外界壓力的能力，因此有可能使用兩個薄塑料片，從而產(chǎn)生一個薄的輸入部分。因此，這樣產(chǎn)生的液晶顯示輸入/輸出裝置有一個小的視差并且易于操作。
(2)靜電感應(yīng)系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，如圖13B所示，通過利用加有檢測電壓的平板90的電極和在記錄筆93的筆尖上的電極之產(chǎn)的靜電偶合，就可以檢測出筆觸點的位置。在該系統(tǒng)中是通過液晶顯示器件的上表面進行輸入的，因此將外部壓力加到了液晶顯示器件上。當將本發(fā)明的液晶顯示器件用作該液晶顯示器件91時，在圖13B的平板90和液晶顯示器件91之間不需要設(shè)置保護板或類似物，這是因為本發(fā)明的顯示器件具有足夠大的抗外部壓力的能力。
當將本發(fā)明的液晶顯示器件加到一個如圖13C所示的顯示集成平板92(即具有檢測筆的位置的功能的液晶顯示板)上時，并且其中的液晶顯示板上的電極被一個分時系統(tǒng)用作顯示器和輸入端(在"Sharp Technical Journal"的No.56，PP15-18中報導過)，該液晶顯示板不需要保護板或類似物來緩解外部壓力，從而可以得到一個輕而薄的液晶顯示板。
在日本已公開的專利出版物No.56-77884和No.56-53729中可找到對該輸入/輸出裝置的詳細描述。本申請引用了這些文件。
(3)電磁感應(yīng)系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，將記錄筆中的線圈產(chǎn)生的交變場加到一個環(huán)路上以檢測在平板上形成的坐標，借此確定根據(jù)電壓產(chǎn)生的環(huán)路位置產(chǎn)生的坐標。在該系統(tǒng)中，可將平板定位在液晶顯示板的下方，因此在該液晶顯示器件的顯示中幾乎不會產(chǎn)生視差。但在常規(guī)的液晶顯示板中要求有一個保護板。本發(fā)明的液晶顯示器件有足夠大的抗外部壓力能力，因此不必提供保護板或類似物來緩解外部壓力。
如以上詳細描述的那樣，本發(fā)明的液晶顯示器件可采用各種各樣的常規(guī)使用的液晶顯示方式，如TN、STN、FLC、和寬角方式;在本發(fā)明的顯示器件中，構(gòu)成顯示介質(zhì)的聚合物壁緊緊地固定到基片上，因此能夠防止外界壓力引起的盒厚度的改變。這種液晶顯示器件在不使用保護膜或類似物的情況下就可用于筆式輸入操作。因此可能避免由于保護膜的厚度的存在而產(chǎn)生的顯示與點位之間的視差。另外，在使用膜式基片形成液晶盒時，可能提供一種輕型STN液晶顯示器件，這種器件的顯示質(zhì)量在外力作用下幾乎不發(fā)生變化，并且這種器件在外力作用下幾乎不會損壞或變形。
此外，本發(fā)明的液晶顯示器件的電光特性曲線上升很陡，因此能夠獲得足夠大的能量功率比。因而勿需使用TFT，降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的液晶顯示器件可用作適于便攜式遠距離終端的筆式檢測鍵盤的顯示器，這種顯示器的重量輕、功耗小。
各種其它的改進對本領(lǐng)域的技術(shù)人員都是顯而易見的，并且在不偏離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思的情況下本領(lǐng)域的技術(shù)人員能很容易作出各種其它的改進。因此不希望所附的權(quán)利要求書的范圍僅限于這里進行的描述，希望從廣義的角度解釋權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括一對電極片；以及一種夾在兩個電極片之間的顯示介質(zhì)，它包括聚合物壁和至少由聚合物壁部分包圍的液晶區(qū)，其中的聚合物壁是緊緊地固定到兩個電極片上的。
2.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其中用于形成聚合物壁的材料包括聚合物液晶。
3.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其中，在液晶區(qū)中包含的液晶是具有正的介電常數(shù)各向異性的向列液晶，并且該向列液晶包括具有光活性的材料，以及在對應(yīng)的電極片附近的液晶區(qū)的取向方向間的角度為大于或等于220°并且小于或等于290°。
4.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其中在一個電極片和顯示介質(zhì)不相對的外表面上設(shè)有一個偏振片，在另一個電極片上設(shè)有反射片，并且在顯示介質(zhì)和偏振片之間的電極片有一個相差膜。
5.如權(quán)利要求4的液晶顯示器件，其中的液晶區(qū)有一個500nm至800nm的相差。
6.如權(quán)利要求4的液晶顯示器件，其中具有相差膜的電極片具有150nm至380nm的相差。
7.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，進一步還包括一個濾色片。
8.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其中的一個電極片有一個具有反射功能的膜，該膜至少有一部分是透光的。
9.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其中的液晶區(qū)有一個近晶相和一個向列相。
10.一種產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，該器件包括一對電極片，兩個電極片中至少有一個是透明的，該器件還包括一種顯示介質(zhì)，該顯示介質(zhì)包括聚合物壁和由聚合物壁至少部分包圍的液晶區(qū)，液晶區(qū)夾在兩個電極片之間，該方法包括如下步驟在兩個電極片之間注入包括液晶和可光聚合材料的混合物;以及用具有一定光的強度分布的光照射該混合物，從而在液晶和可光聚合材料之間引起相分離，在弱照射區(qū)域形成液晶區(qū)。
11.如權(quán)利要求10的產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，其中的光強度分布是通過使用光掩模得到的。
12.如權(quán)利要求10的產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，其中當液晶處在各向同性相和向列相的一種狀態(tài)時混合物發(fā)生光聚合，然后讓液晶處在近晶相和向列相的一種狀態(tài)，同時在混合物中再次引起光聚合。
13.如權(quán)利要求10的產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，其中當液晶處在各向同性相和向列相的一種狀態(tài)時進行注入混合物的步驟，并且加熱包括該混合物的基片以獲得液晶各向同性相，然后進行冷卻以便在照射混合物的步驟之前獲得液晶的向列相。
14.如權(quán)利要求10的產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，其中在照射混合物的步驟中使用了波長等于或大于350nm的光。
15.一種包括液晶區(qū)的液晶顯示器件，液晶區(qū)在一對電極基片之間形成并且至少部分地被按一個圖案形成的聚合物壁包圍，其中的液晶區(qū)和聚合物壁是按照電極基片上不加電壓時的取向調(diào)節(jié)力進行取向的。
16.如權(quán)利要求15的液晶顯示器件，其中的聚合物壁和液晶區(qū)包括手征試劑。
17.如權(quán)利要求16的液晶顯示器件，其中聚合物壁的手征間距PP和液晶區(qū)的手征間距PLC滿足下列關(guān)系式PP＜10×PLC
18.如權(quán)利要求15的液晶顯示器件，其中聚合物的折射率各向異性△nP和液晶區(qū)的折射率各向異性△nLC滿足下列關(guān)系式△nP＞(1/10)×△nLC
19.如權(quán)利要求15的液晶顯示器件，進一步還包括一個光學部分，該光學部分按一個圖案在一個電極基片的內(nèi)表面上形成，該光學部分相對于波長等于或大于250nm并且等于或小于400nm的光具有等于或小于50%的光透射性，并且至少透過等于或大于20%的波長超過400nm的具有光透射性最大值的光。
20.一種產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，該器件包括一對電極基片，其中至少有一個基片是透明的，在兩個電極基片之間按一種圖案形成聚合物壁，液晶區(qū)至少部分地被聚合物壁包圍，該方法包括如下步驟在電極之間注入一種混合物，該混合物至少包含液晶、分子中包括可聚合官能團的可光聚合液晶、以及分子中包括可聚合官能團的手性試劑;以及用具有規(guī)則強度分布的光照射透明電極基片，從而通過光聚合反應(yīng)在液晶和可光聚合液晶之間引起相分離，形成至少包括部分手征試劑的聚合物壁和液晶區(qū)。
21.一種液晶顯示輸入/輸出裝置，包括一個包括在一對電極基片之間按一種圖案形成的聚合物壁和至少部分被聚合物壁包圍的液晶區(qū)的液晶顯示器件;以及通過接觸期望點檢測期望點位置的輸入裝置。
22.如權(quán)利要求21的液晶顯示輸入/輸出裝置，其中在一個象素內(nèi)形成多個液晶區(qū)，每個液晶區(qū)至少包括兩個彼此間有不同取向方向的區(qū)域。
23.如權(quán)利要求21的液晶顯示輸入/輸出裝置，其中的液晶顯示器件是TN方式、STN方式、和FLC方式中的一種。
24.如權(quán)利要求21的液晶顯示輸入/輸出裝置，其中的聚合物壁緊緊地固定到電極基片上。
25.如權(quán)利要求21的液晶顯示輸入/輸出裝置，其中在液晶顯示器件的電極基片上的電極是作為液晶顯示集成平板的輸入檢測電極工作的。
26.如權(quán)利要求21的液晶顯示輸入/輸出裝置，其中的輸入裝置采用電磁感應(yīng)系統(tǒng)、靜電感應(yīng)系統(tǒng)、以及壓敏系統(tǒng)中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示器件，它包括一對電極片和夾在電極片之間的顯示介質(zhì)，顯示介質(zhì)包括聚合合物壁和至少部分被聚合物壁包圍的液晶區(qū)。在該液晶顯示器件中，聚合物壁緊緊地固定到兩個電極片上。本發(fā)明還提供產(chǎn)生液晶顯示器件的方法，該器件包括一對電極片(至少其中一個是透明的)以及包括聚合物壁和液晶區(qū)的顯示介質(zhì)，液晶區(qū)至少部分被聚合物包圍，并且夾在電極片之間。該方法包括如下步驟在電極片之間注入包括液晶和可光聚合材料的混合物；用具有光的強度分布的光照射該混合物，使液晶和可光聚合材料間產(chǎn)生相分離，在弱照射區(qū)形成液晶區(qū)。
文檔編號G02F1/1333GK1112685SQ94119330
公開日1995年11月29日 申請日期1994年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月19日
發(fā)明者山田信明, 近藤正彥, 岡本正人, 神崎修一 申請人:夏普公司