专利名称：使用偏振存储膜作为取向膜的液晶显示器的制造技术
本申请是以1996年5月27日申请的日本专利申请平08-132039为基础的，该文献的全部内容引入本文作为参考。
本发明涉及一种制造其液晶分子被定向到预定倾斜角的液晶显示器的方法。
作为一种常规的取向方法已经使用了所谓的摩擦方法，在该方法中，用棉布或类似物在一个方向上摩擦固定其间液晶分子的玻璃基片。因为在基片上生成静电或灰尘附着于该基片上，所以该摩擦方法可以引起取向缺陷或显示缺陷。
作为一种摩擦方法的替代方法，也使用了用偏振存储膜的取向方法。用该取向方法，在基片表面上形成偏振存储膜后，将偏振光用于该偏振存储膜从而在所需要的方向使液晶分子定向。与偏振光一起使用的该偏振存储膜可以使液晶分子的取向与所用光的偏振方向相同。下面使用偏振存储膜的取向方法是已经存在的。
(1)使用用重氮胺染料掺杂的硅聚酰亚胺(Wayne M，Gibbons等人，NATURE Vol.351(1991)p.49)。
(2)使用用偶氮染料掺杂的PVA(聚乙烯醇)(Harfumi IIMURA等人，18th liuquid Crystal Panel，The Chemical Socciety of Japan，64th AutumnAnnual Meeting，p.34，issued on September 11，1992 by a corporatejuridical person，The Chemical Society of Japan，and Jpn J.Appl.Phys.Vol.32(1993)，pp.L93-L96)。
(3)使用光聚合的光聚合物(Martin Schacdt等人，Jpn J.Appl.Phys.Vol.31(1992)，pp.2155-2164)。
(4)将偏振光应用于聚乙烯基4-甲氧基肉桂酸盐(PVC)膜从而使液晶分子在与该偏振方向正交的水平方向取向(例如，JP-A-5-326990)。
(5)将偏振光沿着与基片正交的方向应用于PVC膜并且在此之后将偏振光沿着与该偏振方向正交的方向(方位方向)和在相对于与正交的该基片成一恒定角的方向使用偏振光以得到预倾斜角(例如，JP-A-5-203184)。
一些扭曲向列型液晶显示器含有预先相对于基片表面倾斜的液晶分子。即，在基片界面上的每个液晶分子处于这样的状态当在液晶池之间没有施加电压时，通过相对于基片表面的一特定角升高该液晶分子的一端。当在基片之间施加电压时，所有在升高状态下的液晶分子开始在一个方向上倾斜。这种状态称为预倾斜，该角度称之为预倾斜角。
当在基片之间施加电压时，具有预倾斜角的液晶分子开始从由该基片升高的一端升高。如果所有液晶分子具有相同的预倾斜角，那么它们都在相同的方向开始升高。
对于没有预倾斜角的液晶分子，每个液晶分子的哪个端开始升高是不确定的。如果所有的液晶分子都不具有预倾斜角或者具有较小的预倾斜角，则形成两个区域，在一个区域中每个液晶分子的一端升高而在另一个区域其另一端升高。在两个区域的边缘，线缺陷(反转倾斜区别线)可能出现在液晶显示屏上。
该反转倾斜区别线常常在特别靠近施加电压的阈值电压处形成。反转倾斜区别线的位置随施加电压和时间而改变以致使用眼睛很容易辨认线缺陷的存在。也伴随有光散射和低对比度致使液晶显示的显示质量大大地降低。
上面的取向方法(1)-(4)不能得到预倾斜并且与上述问题有关。
取向方法(5)通过使用两次偏振光可以得到预倾斜角。当第一次使用偏振光时，它沿着正交于基片的方向作用于偏振存储膜从而形成一个平行于该基片表面和正交于该偏振轴方向的平缓(easy)轴。当第二次使用偏振光时，它沿着相对于基片表面以给定预倾斜角的倾斜方向作用于偏振存储膜。用这种方法，如果使用两次偏振光仅可以实现在所需方向具有预倾斜角的液晶分子的取向。
取向方法(5)仅形成小的预倾斜角。例如，如果使用PVC膜作为偏振存储膜和使用芴型混合液晶作为液晶材料，得到的预倾斜角是约0.1-0.3度。这样小的预倾斜角在施加电压之后立即形成很多的反转倾斜区别线，类似于没有给出预倾斜角的情况。尽管这些反转倾斜区别线随着时间的推移而消失，但这样的液晶分子不能用于运动图象显示，因为需要时间(约几十秒钟)来消除缺陷线。
使用偏振光的方法不能用非偏振光(自然光)。由于使用透射过偏振片或类似物的偏振光，所以光能量的使用效率低并且光强度降低约起始光强度的一半。更重要的是，取向方法(5)需要两种使用偏振光的方法致使被工作时间和劳动力降低了制造生产量且制造成本升高。
本发明的目的是提供一种制造液晶显示器的方法，该方法能够容易地和用短时间进行取向工艺，同时得到足够大的预倾斜角并且不使用可以引起产品缺陷的摩擦工艺。
按照本发明的一个方面，提供了一种制造液晶显示器的方法，包括制备具有在其上形成偏振存储膜的基片的制备步骤，当吸收偏振光时该偏振存储膜具有使液晶分子在与该偏振光偏振方向有关的一个方向取向的能力；将非偏振光沿着倾斜于该基片的方向作用于该偏振存储膜和在该偏振存储膜中吸收该非偏振光的取向步骤；和使包括至少基片进行了取向步骤的一对基片对面放置从而形成液晶池和将液晶材料注射进该液晶池的注射步骤。
能够得到足够大的预倾斜角的该取向方法可以仅通过将非偏振光沿着相对于该基片表面倾斜方向一次作用于具有偏振存储膜的基片而容易地短时间进行。由于形成预倾斜方向不是通过偏振光而是通过非偏振光形成的，所以可以改进光源能量的使用效率并且可以降低制造成本。
当施加电压时，液晶分子的升高方向可以通过预倾斜沿着一个方向调整。因此可以实现没有诸如反转倾斜区别线取向的显示。这种光学取向方法不需要摩擦工艺使得可以解决静电和灰尘附着的问题。
如果使用光掩模，那么可以容易地将本发明应用于多区域取向(分区取向)。
图1A是说明光定向工艺的侧视图，图1B是基片的正视图，图1C是在使用非偏振紫外线之前的聚酰亚胺偏振存储膜的放大横截面侧视图，和图1D是在使用非偏振紫外线之后的该膜的放大横截面侧视图。
图2是说明在制造的液晶池上各种倾斜角θ下形成的反转倾斜区别线的生成状态(消除时间)特性的曲线图。
图3是使用光掩模来形成分区取向的横截面图。
图4是使用光掩模来形成光学取向工艺的平面图。
图5是在基片上形成细图案的显微照片的示意图，它说明了使用光掩模进行光学取向工艺的液晶池的取向状态。
图6是在基片上形成细图案的显微照片的示意图，它说明了使用光掩模进行光学取向工艺的另一个液晶池的取向状态。
图7是说明通过使用光掩模的光学取向工艺形成的具有4个分区取向(多区域)的扭曲向列液晶池在各种施加电压下透射率的视角特性的曲线图。
参考图1A-1D描述按照一个实施方案的液晶显示器制造方法的光学取向工艺。图1A是说明取向体系的示意性的侧视图，图1B是当图1中沿着由箭头B所指方向看时的正视图。在图1A和1B中，X，Y和Z表明了彼此正交的方向。通过仅一次使用自然光或非偏振光，此实施方案的光学取向工艺可以得到足够大的预倾斜角。
放在台架3上的是具有在其表面上形成聚酰亚胺偏振存储膜2的玻璃基片1。在偏振存储膜2下面的玻璃基片1中形成通常用于液晶显示板的电极和驱动器元件。将在紫外线波长范围生成光线(非偏振光)5的光源4放在合适的位置致使它可以将非偏振光作用于在基片1上形成的偏振存储膜2。将干涉滤波器10放置在光源4和台架3之间致使可以去掉不需要波长范围的光。如在图1A中所示的，台架3在X-方向相对于X-Y水平平面的倾斜成角度θ。类似地，基片1相对于X-Y水平平面的倾斜成角度θ。
从光源4发射出的光5的透射方向平行于与X-Y水平平面正交的Z-方向。因此，光线5相对于基片1的法向L的倾斜角是θ。换言之，紫外线5以入射角θ倾斜地作用于该偏振存储膜。该紫外线是非偏振的射线并且可以分成含有X-方向偏振光分量51和Y方向偏振光分量52的射线。
如图1B所示，在偏振存储膜表面上的光线辐射区域在X-方向扩展。假定偏振存储膜2的表面是平面并且与辐射光的偏振光分量51和52相互作用。与倾斜角θ无关，Y-方向偏振的分量52总是平行于偏振存储膜2的表面，这些Y-方向偏振光分量的总强度对该相互作用产生影响。另一方面，X-方向偏振光分量51相对于偏振存储膜2表面的角度θ随着该倾斜角θ变大而变大，并且X-方向偏振光分量51的在平面中的分量降低系数是cosθ。即，X-方向偏振光分量的有效强度随着倾斜角的增加而降低。
当光线作用于在如图1A和1B所示的X-方向倾斜的基片时，使用的Y-方向偏振光分量的有效量最大，并且使用的X-方向偏振光分量的有效量比Y-方向偏振光分量小。结果，在该偏振存储膜的平面中的方向中形成定向性。
如果该偏振存储膜2是具有侧链的聚酰亚胺膜并且倾向于使液晶分子在正交于该偏振方向的方向取向，那么可以认为液晶分子的定向是通过紫外线吸收侧链减少引起的。换言之，甚至在使用紫外线后剩余的侧链使得液晶分子的定向。可以假设，紫外线增强了聚酰亚胺的溶解反应致使暴露光量越少，定向液晶分子的力越小。
图1C和1D是聚酰亚胺偏振存储膜2的放大的横截面侧视图。图1C说明在使用非偏振的紫外线之前的聚酰亚胺偏振存储膜2，图1D说明在使用非偏振的紫外线之后的聚酰亚胺偏振存储膜2。在图1C和1D中画成象锯齿线的侧链6起将预倾斜角赋予聚酰亚胺分子的作用。如前所述，随着有效量的所用光变得更大，聚酰亚胺材料在一个方向上取向的液晶分子的力降低得更多。即，侧链的溶解反应进行得更多。因此可以假设，在图1D中相对于紫外线5的辐射方向倾斜约90度大的具有交叉符号的侧链更容易溶解，而一般在与该辐射方向相同方向用圆圈符号表示的侧链甚至在显著辐射条件下也是难溶解的。结果，大部分在一般与紫外线5的辐射方向相同方向指向的侧链仍是未溶解的，和这些侧链引起液晶分子被定向在倾斜方向致使可以实现在光线辐射方向上的预倾斜。
用非偏振光一次使用的没有侧链的聚酰亚胺有均匀一致的具有预倾斜的取向。可是，需要使用比用于具有侧链的聚酰亚胺时更大的倾斜角θ。
制备两个进行了上述光学定向工艺的基片，或者另一个方法制备一个上述基片和一个进行了常规定向工艺的基片。每套的两个基片彼此相对其间有一预定的间隙，基片的定向方向被设置成垂直，以便形成一个空的液晶池。将向列液晶材料注射进该空的液晶池，以交叉偏光镜形式在该池的两个面上装上偏振片完成90度扭曲向列液晶显示器。
第一实施方案在基片上形成具有侧链的聚酰亚胺膜。可以使用熟知的涂覆技术形成该膜。该聚酰亚胺膜的材料可从那些销售用于液晶显示器的聚酰亚胺材料购得并且不是特定的一种。当使用偏振光时，该膜具有在正交于该偏振轴的方向取向液晶分子的性质。
以如在图1A中所示的30度倾斜角θ布置具有聚酰亚胺膜的该基片，沿着Z-方向使用能量密度为500mJ/cm2的非偏振光。在这种情况下，将中心波长为254nm的干涉滤波器10放置在紫外线光源和基片之间以除去所用光在210-300nm范围之外波长的光分量。
以上述方式形成的两个基片彼此相向具有90度扭曲取向工艺关系，通过将一个间隙控制元件插放在其间以便调整间隙为5μm，从而形成空的液晶池。可以使用已知的制造技术制造空液晶池和接着(进行)液晶注射方法。
通过真空注射将加入手性材料(S-811)的含氟混合液晶材料注射进空的液晶池中。注射之后，密封注射孔和将该液晶池加热至NI(向列-各向同性)相转移温度(98℃)或更高以消除流体取向。在此之后，将该液晶池冷却以便再将液晶分子调整到向列相。
用偏振显微镜观察施加电压的液晶池的显示表面，没有观察到反转倾斜区别线。
通过与上述方法相同的方法以各种倾斜角θ在相同的条件下，即使用254nm附近的紫外线100秒钟，制造几个液晶池。观察在施加电压的这些液晶池的显示表面上反转倾斜区别线的生成状态。结果示于图2的曲线图中。
如从图2的曲线图中明显看出的，在所有最大到倾斜角θ为25-50度没有生成反转倾斜区别线。在20-60度，生成非常小(短)的反转倾斜区别线，但它们在0.5秒或更短的时间内瞬间消失了。在10度的小倾斜角时，在3秒或更短的时间内反转倾斜区别线消失了。用两次使用偏振光的常规方法，甚至在最佳条件下达到的相同聚酰亚胺材料的预倾斜角是0.3度或更小并且使反转倾斜区别线完全消失所需的时间是几十秒。与这一事实相比，示于图2中的结果表明此实施方案的效果是非常好的。
第二实施方案类似于第一实施方案，在基片上形成聚酰亚胺膜。在倾斜角为45度条件下布置具有聚酰亚胺膜的该基片。不使用如在第一实施方案中的干涉滤波器，在Z-方向使用范围在254-365nm的具有所有波长的非偏振光50秒钟。类似于第一实施方案，两个进行了上述光学定向工艺的基片彼此相向，其间隙是5μm并注射液晶材料以形成液晶池。在此实施方案中，也没有观察到反转倾斜区别线。具有上述宽波长范围的紫外线的倾斜角和反转倾斜区别线之间的关系一般与示于图2中的曲线图的特性相同。
第三实施方案参考图3和图4描述另一个实施方案，其中通过光学定向方法的分区定向将象素分成许多小区域。类似于第一实施方案，在基片1上形成聚酰亚胺膜，和将该基片放在倾斜的台架上。在光源和基片1之间放置一光掩模7和如在图3中所示的光掩模平行于基片1。图4是该光掩模7的平面图。在石英板上形成金属图案。该金属图案为只有紫外线可以通过其的开孔8字形。
如果当通过光掩模7将紫外线5作用于该基片时倾斜角θ太大或者光辐射时间短，那么可以想象，足够量的光变得难于作用于该基片上，因为在光掩模7的表面或内部光被反射或吸收。例如，当倾斜角θ为60度下使用光时，即使相当长时间使用光也不能得到常规的定向。
在不同的条件下，即在倾斜角θ为45度下放置基片1和通过中心波长为254nm的干涉滤波器及通过光掩模7将紫外线5沿着Z-方向作用于基片1时间为200秒条件下进行定向工艺。图5是说明该基片定向状态的显微镜照片的示意图。如所表明的，在使用通过光掩模7的8字形开孔的紫外线的区域中液晶分子被充分定向。然而，在用光掩模屏蔽的和没有用紫外线作用的一些区域，液晶分子仅很弱地定向。
这些弱定向的区域仅位于在图3中所示的偏振存储膜2的辐射区域的较低部分9处，并且在该辐射区域的上边部分，左、右部分均没有发现它们。这种现象可以认为是由于紫外线倾斜地穿过光掩模7的8字形开孔或者在聚酰亚胺膜2中多次反射和照射在聚酰亚胺膜2辐射区域的外周边区域上所引起的。
也可以以较小的35度基片倾斜角θ，在相同的条件下，即通过中心波长为254nm的干涉滤波器及通过光掩模7将紫外线5沿着Z-方向作用于基片1时间为200秒条件下进行定向工艺。图6是说明该基片定向状态的显微镜照片的示意图。如所表明的，液晶分子被精细地定向为具有与光掩模7的8字形开孔辐射区域相同形状和尺寸的矩形图案。
在倾斜角θ为35度条件下，通过改变光掩模7的位置和辐射方向将紫外线作用于偏振存储膜4次。得到的定向具有被分成4个区域的非常精细的图案。进行了上述4分区定向的基片被用于形成扭曲向列液晶池(超多区域液晶池)。测定这些液晶池半色调的视角特性。结果示于图7的曲线图中。当通过用光掩模倾斜使用光线时，优选将倾斜角θ设置在最大为25-40度的范围。
图7的纵坐标以(％)表示透射率，其中100％是当没有施加电压时视角为0度下的透射率。横坐标表示对称于0度从-60度到+60度曲线表示的视角(度)。在施加电压增加下得到在图7中从上到下的曲线。图7的特性表明在宽的视角范围具有一般平缓透射率的极好的视角特性。
上述实施方案使用偏振存储膜用于在正交于该偏振轴方向定向液晶分子。通过使用偏振存储膜用于在平行于该偏振轴方向定向液晶分子可以得到相同的效果。注射液晶的方法不限于真空注射方法，而是可以使用各种其它方法，例如利用毛细现象。可以在各向同性相注射液晶材料，在其逐渐冷却后再进行定向。
作为偏振存储膜，可以使用没有侧链的表面能约为40dyn/cm的聚酰亚胺膜。为了通过用这样的聚酰亚胺膜得到均匀一致的预倾斜角，优选通过将基片倾斜角θ设置到45度或更大进行光取向工艺。可以使用其它膜，例如光取向PVC膜。如前所述，通过将象素分成许多区域和改变辐射方向和对于每个区域的基片倾斜角，本发明可以用于多区域取向。
参考优选的实施方案已经描述了本发明。本发明并不仅限于上述实施方案。显然，本领域技术人员可以进行各种调整，改进，组合等。
权利要求
1.一种制造液晶显示器的方法，包括制备具有在其上形成的偏振存储膜基片的制备步骤，当吸收偏振光时该偏振存储膜具有使液晶分子在与该偏振光偏振方向有关的一个方向取向的能力；将非偏振光沿着倾斜于该基片作用于该偏振存储膜和在该偏振存储膜中吸收该非偏振光的取向步骤；和使包括至少基片进行了取向步骤的一对基片对面放置从而形成液晶池和将液晶材料注射进该液晶池的注射步骤。
2.按照权利要求1的方法，其中所述的制备步骤使用由具有使液晶分子在正交于线性偏振光的偏振方向或椭圆偏振光的纵向方向的方向上定向性质的材料构成的偏振存储膜。
3.按照权利要求1的方法，其中所述的制备步骤使用由具有使液晶分子在平行于线性偏振光的偏振方向或椭圆偏振光的纵向方向的方向上定向性质的材料构成的偏振存储膜。
4.按照权利要求1的方法，其中该偏振存储膜是由具有侧链的聚酰亚胺构成的。
5.按照权利要求1的方法，其中该偏振存储膜的表面能为约40dyn/cm。
6.按照权利要求1的方法，其中该偏振存储膜是由可溶的聚乙烯基肉桂酸盐构成的。
7.按照权利要求1的方法，其中以相对于该基片表面法线为10-60度的角度将非偏振光应用于在该基片上形成的偏振存储膜上。
8.按照权利要求1的方法，其中以相对于该基片表面法线为25-50度的角度将非偏振光应用于在该基片上形成的偏振存储膜上。
9.按照权利要求1的方法，其中以相对于该基片表面法线为25-40度的角度，通过形成的具有光透射图的光掩模将非偏振光应用于在该基片上形成的偏振存储膜上。
10.按照权利要求1的方法，其中在所述的取向步骤中，两次或多次将非偏振光使用于该偏振存储膜上以便通过改变辐射方向和同时改变非偏振光的位置形成具有不同的平缓轴的区域。
11.按照权利要求1的方法，其中非偏振光含有波长为254nm的光。
12.按照权利要求1的方法，其中非偏振光含有波长范围为254nm-365nm的光。
全文摘要
制备具有在其上形成偏振存储膜的基片,当吸收偏振光时,偏振存储膜具有使液晶分子在一个与偏振光的偏振方向有关的方向上定向的能力。通过将非偏振光沿着倾斜于该基片的方向作用于该偏振存储膜和在偏振存储膜中吸收非偏振光进行定向工艺。将一对包括至少进行了取向工艺的基片彼此相对放置以便形成液晶池,和将液晶材料注射进该液晶池。该取向工艺能短时间和容易地进行,该工艺可以得到足够大的预倾斜角。
文档编号G02F1/13GK1188901SQ9711328
公开日1998年7月29日 申请日期1997年5月27日 优先权日1997年5月27日
发明者都甲康夫, 杉山贵, 安藤洁 申请人:斯坦利电气株式会社