专利名称：液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用极化屏蔽的(Polarization Shielded)近晶型(以下称为“PSS”)液晶或PSS液晶材料的液晶显示器件，它特别适合于全动视频图像用的显示器件。
背景技术：
液晶显示器(LCD)应用领域最近的增加表现出许多种类，例如高级蜂窝电话显示器、网络个人数字助理(PDA)、计算机监视器和大屏幕直视型TV。这些应用领域中的新兴增加基于最近LCD在其性能及其可制造性方面的改进。
另一方面，新型平板显示技术、例如有机发光显示器(OLED)和等离子体显示板(PDP)已经在其开发和制造方面得以加速，从而与LCD展开竞争。此外，LCD向新的应用领域的引入需要新的和更高的性能以满足这些新的应用领域。特别地，大多数最近新兴的应用领域需要全色运动视频图像，就常规LCD慢的响应特性及其窄的视角特性而言，这对于常规LCD技术仍然是困难的。
在上述给定的环境下，要求LCD具有更高的性能，特别是更快的光学响应，以便扩展其与新型平板显示技术竞争的应用领域，后者比当前的LCD技术均具有更快的光学响应性能。以下是每个具体的应用领域对于新型LCD技术的具体需求的详细描述。
(当前LCD技术在各应用领域的技术问题) (高级蜂窝电话应用和相关应用) 由于最近宽带系统可用性中的基础设施改进，一些国家，例如韩国、日本和挪威已经拥有宽带对蜂窝电话的商业服务。传输容量的急剧增加使蜂窝电话能够处理全色运动视频图像。此外，连同图像捕捉器件如电荷耦合器件(CCD)、互补型金属氧化物半导体传感器(CMOS传感器)的广泛扩展，上述国家中最新的蜂窝电话正在从“通话”装置很快地转变为“视频”装置。高级蜂窝电话的这种“视频”功能并不局限于全动视频图像，而且可以用于要求蜂窝电话显示器表现出更高分辨率的互联网浏览。
对于这种特殊的需求，基于薄膜晶体管(TFT)技术的常规LCD(以下称为TFT-LCD)已经证实了其全动视频图像性能在例如6英寸对角线屏幕尺寸以上的相对大型平板显示器中的表现。与OLED在这一特定应用领域激烈的竞争下，常用LCD技术的优点之一是其在屏幕亮度和图像残留及寿命之间的高度平衡。
对于所有的显示技术，或多或少，这种屏幕亮度和图像残留、寿命之间的关系总有权衡。由于OLED中荧光体的发光性质，这种权衡比LCD中更加苛刻。常规TFT-LCD的优点之一是其在屏幕亮度和LCD本身的寿命之间没有关系。因为常规的LCD全都是光开关器件和非发光型器件，所以LCD与该权衡无关。当前TFT-LCD的寿命主要由背光本身来决定。因此，对于户外使用中需要的蜂窝电话和网络PDA而言，优选使用作为LCD基显示器的更长寿命更高亮度的显示器。
当前TFT-LCD为满足要求全色运动视频图像的那些高级显示器应用的技术问题在于，其在小的显示屏尺寸下的分辨率差以及其光学响应慢，这对于“视频”蜂窝电话和其它便携装置是关键的需求。通常，一般的TV屏幕图像最小的必要分辨率需要至少四分之一视频图形阵列(QVGA320×240像素)。基于在子像素上使用红、绿和蓝色(RGB)微型彩色滤光片(参见以下描述和
图1)的常规TFT-LCD技术，实际必需的像素单元数是(240×3)×320个像素。目前市售的高级蜂窝电话的显示器中，2英寸对角线的有限屏幕尺寸具有至多四分之一视频图形阵列格式(QVGA(240×3)×320像素)，其不足以在屏幕上显示TV图像。特别是，在用于蜂窝电话和网络PDA的纵向屏幕中，像素排列分辨率比使用横向屏幕的其它应用更加复杂。
图1表示目前TFT-LCD中的RGB子像素结构。每个子像素上的每个微型彩色滤光片用作TFT-LCD的一个原色单元(primary color elements)。由于这些物理上分开的原色单元非常细的间距图案，人眼可以认出混合的彩色图像。每个子像素开关使来自背光的光线穿过其自己的原色。空间上分开的原色需要保持矩形子像素形状，从而由RGB子像素的组合保持正方形的图像。下表1显示QVGA分辨率下取决于屏幕对角线尺寸的子像素和像素间距。
表1.QVGA分辨率下取决于屏幕尺寸的子像素间距 该表格清楚地显示QVGA分辨率下10英寸对角屏幕尺寸在TFT阵列基板上提供足够的设计宽度，然而，QVGA分辨率下2.5英寸对角线的屏幕仅有53μμm间距，与4μm TFT阵列的常规设计规则相比该间距不足。
这种极其紧密的设计宽度引起两个主要问题。其一在于宽高比的减小；另一问题在于由紧密的掩模精密对准(alignment registration)导致的mfg产出率降低。对于由电池驱动的蜂窝电话、网络PDA，宽高比减小是个关键问题。越小的宽高比意味着背光输出效率越低。
总之，要求更高分辨率下小的屏幕尺寸以及足够快的全动视频图像而没有牺牲能耗的高级蜂窝电话显示器和网络PDA应用，对于更高质量的全动视频图像再现性，除了足够快的光学响应以外，需要更高的分辨率连同足够高的宽高比。
(大屏幕直视型LCD TV应用) 现在公知平板显示技术如LCD和PDP被快速引入家用大屏幕TV市场，其过去在直视型和投影型显示器中都是由阴极射线管(CRT)技术主导。通常，与用于这一特殊应用领域的PDP相比，TFT-LCD的优点之一在于其更高的分辨率及其精细的图像质量。由于该优点，TFT-LCD基TV目前正在CRT主导的屏幕尺寸市场中开发其市场份额，该尺寸为20英寸至36英寸对角线之间。另一方面，在微细间距像素图案化方面存在一些困难却在生产比TFT-LCD更大平板尺寸方面具有优势的PDP正集中在60英寸以上对角线屏幕TV的工业应用。
TFT-LCD已经在膝上型和桌上型计算机用的计算机监视屏如12英寸至20英寸对角线监视屏领域建立起大的市场。但是，计算机监视器和TV对图像性能的要求极其不同。由于在近的目距内使用，计算机监控显示器需要的屏幕亮度有限，例如150cd/m2或更低。定位于文字的计算机监控显示器的图像显示量允许大量的32至64灰度彩色再现，而不是全色运动视频图像再现的256灰度或更大灰度。
对于大屏幕直视型TV应用、特别是20英寸以上对角线TV屏幕，屏幕亮度、对比度、全色灰度和视角对于提供足够好的图像质量作为TV图像是非常重要的。特别是，更大屏幕的TV，例如30英寸以上对角线的TV，期望其图像质量几乎像电影图像质量一样，这对于具有更深的灰度、例如512灰度或更大而不会表现出图像模糊是极其重要的。直视型TV必要的分辨率诸如对于国家电视标准代码(NTSC)为VGA(640×480像素)，对于宽屏延伸图形阵列(WXGA1,280×768像素)为更高的分辨率，以及对于高清晰度TV(HDTV1,920×1,080像素)为全部标准。在大屏幕直视型TV应用中，与小的高分辨率显示器应用存在明显的差异。该差异基于屏幕图像速度问题。
在都具有WXGA分辨率的20英寸和40英寸对角线屏幕之间比较两个屏幕图像时，20英寸屏幕的屏幕对角线距离是40英寸屏幕的一半。然而，20和40英寸屏幕之间TV图像的屏幕帧频率相同。这提供如图2所示的图像速度差异。屏幕图像速度简单地与对角线尺寸成比例。当总的分辨率与WXGA相同时，40英寸对角线屏幕的像素单元尺寸是20英寸对角线屏幕的四倍。较大的像素比较小的像素尺寸更易察觉。特别是，常规TFT-LCD相对较慢的光学响应在构成较大屏幕尺寸的较大像素尺寸中更易察觉得多。这需要与较小对角线屏幕面板中相比在较大对角线的屏幕面板中每个像素单元上更快的光学响应，从而避免可察觉的慢的光学响应，这在TV图像质量中是致命问题。
在CRT基TV图像中，与常规TFT-LCD相比，每个像素单元上荧光体的发射极快，例如几微秒，以至于不管屏幕对角线尺寸如何，取决于屏幕对角线尺寸的屏幕图像速度远大于人眼可感知的时间分辨率。然而，常规TFT-LCD的光学响应通常为几十毫秒，而且内在灰度级光学响应时间是几百毫秒。因为据说通常的人眼时间分辨率是上百毫秒，所以常规TFT-LCD慢的光学响应时间对于人眼而言是足以察觉的。因此，对于大多数人眼而言，使用常规TFT-LCD技术的大屏幕直视型TV再现CRT基TV图像中常见自然的TV图像具有相当大的问题。
常规TFT-LCD TV中的另一图像质量问题是其图像模糊。这种图像模糊不是由于TFT-LCD慢的光学响应，而是源于其帧响应。CRT基TV在帧中使用非常短却非常强的发射。这种来自荧光体的发射时间例如对于60Hz的帧速率而言为16.7毫秒帧时间中的几个微秒。这种短却极强的发射对人眼带来某种冲击，在人眼中形成整个帧图像。相反，常规TFT-LCD图像在整个帧周期中保持相同的亮度水平。在非常快的运动图像中，这种在整个帧周期中保持型的亮度造成图像模糊。基于胶片的电影图像具有相同的图像模糊问题。现在，为了避免这种图像模糊，电影图像使用机械快门进行消隐(blanking)。
(需要全色视频图像的其它应用) 如上所述，大多数TFT-LCD的近期应用需要全色视频图像。不仅TV应用，而且数字多功能光盘(DVD)、游戏监视器、计算机监控显示器都与TV图像结合使用。尽管实际需要的图像质量高度取决于屏幕的对角线尺寸，特别是在TV图像的情况下，但是对于所有全动视频图像应用绝对需要与CRT相当的TV图像质量。在这种非常明确的需求中，常规TFT-LCD在其光学响应时间、特别是上述内在灰度级响应方面具有相当大的问题。
此外，由帧周期中恒定亮度引起的图像模糊使TFT-LCD难以应用于TV图像应用。尽管通过以下所述的插入背光消隐International Display Workshop inKobe，“Consideration on Perceived MTF of Hold Type Display for MovingImage”；第823-826页，(1998)，T.Kurita等，尝试减少TFT-LCD中这种致命的图像模糊问题。但是该方法使背光寿命变短，而这是目前决定TFT-LCD寿命的主导因素。至于TV应用，归因于这种消隐的缩短背光寿命使TFT-LCD TV的价值显著降低。
(技术问题) 有待由新技术解决的技术问题多少取决于实际应用领域。对于每个特定的应用领域，以下显示在每个应用中需要解决的具体技术问题。然而，解决上述需求的基本技术共同基于PSS-LCD中液晶分子配向的增强。所述PSS-LCD或极化屏蔽近晶型液晶显示器已经如美国专利申请“US-2004/0196428 A1”中所述那样得以发明。该技术的观念和目的在于提供最基本的方法从而在实现更高显示器性能和/或更高的可制造性或更高生产率方面获得PSS-LCD中的液晶分子配向。
(小屏幕高分辨率显示器) 如上所述，由于显著的低宽高比和基于更小像素间距的更低生产率，常规的微型彩色滤光片TFT-LCD在该具体应用的适用性方面具有相当大的困难。已知场序彩色方法作为在小屏幕尺寸的高分辨率显示器中保持高的宽高比的有效方法。
几篇关于场序彩色显示器的论文详细描述了场序彩色方法的优点，例如International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Displays in Tokyo(1999)，“Ferroelectric Liquid Crystal Display with Si Backplane”；A.Mochizuki，第181-184页，同前；“A Full-color FLC Display Based on FieldSequential Color with TFTs”，T.Yoshihara等，第185-188页。
如这些论文中所述，场序彩色使用同一个像素按时间顺序表示红、绿和蓝色。实现场序彩色的快速光学响应是该系统中最重要的。为了具有自然色图像而不显示彩色间断(breaking)，需要液晶开关中至少快三倍的光学响应从而与常规的微型彩色滤光片彩色再现相比具有3倍帧速率。
最流行并且是目前主流驱动模式的常规扭曲向列型(TN)液晶驱动模式没有足够的光学开关响应以满足该3倍帧速率。因而，需要新型的快速光学响应液晶驱动模式来实现场序彩色显示器。只要我们能够具有快速光学响应驱动模式，场序彩色显示器就可以实现如图3所示的高的宽高比和高的分辨率，其对较低能耗的高级蜂窝电话显示器提供亮度、高分辨率以及足够快的光学响应。
已经引导场序彩色显示系统使用向列型液晶、与硅底板结合的表面稳定化的铁电液晶(SSFLC)以及表现出模拟灰度级的TFT驱动的铁电液晶。使用向列型液晶的场序彩色显示器作为向列型LCD具有2μm的极薄的面板间距。这实现液晶的180Hz帧速率响应。该系统能够同时具有高的宽高比和高的分辨率，如以下文献中所述那样Denshi Gijyuts，1998年7月，Tokyo，“Liquid crystalfast response technology and its application”，M.Okita，第8-12页(日文)。
然而，由于如图4(a)所示的TN光学响应曲线的特性，该系统不能完全利用高宽高比的优势。在连续发射白色背光的常规滤色器和场序彩色系统之间，背光通过效率有很大差异。在常规的彩色系统中，面板的宽高比直接表示光通过量和图像质量。然而，在场序彩色系统中，光通过量和图像质量如对比度、色纯度作为液晶光学响应曲线和背光发射定时之间的组合性能来确定。
图4(a)和4(b)显示在上升和下落中对称和不对称的光学响应曲线之间的光通过量的最基本的差异。如同这些图显示该差异那样，场序彩色显示器的光通过量由液晶光学响应曲线和背光发射定时两者来确定。由于TN-LCD中下落曲线的长拖尾特性，下落边缘的大多数背光发射没有用作显示。相反，采用上升和下落边缘都对称的响应曲线的图4(b)情况下，大多数背光发射完全用作显示。因此，在场序彩色显示器中，高的宽高比不足以保持低的能耗或者明亮的屏幕。使背光发射的利用最大化的对称响应曲线对于在低能耗下保持明亮的屏幕是必要的。
此外，图4(a)和4(b)表明，如果拖尾达到下一帧背光发射的话，长拖尾的下降曲线可能会色彩污染(color contamination)。这种情况在较低温度范围下容易发生，其中由于液晶粘度的增加，TN表现出明显慢的光学响应。这种情况下，由于在“黑色”水平下的漏光，色彩污染的同时发生显著的对比度降低。因此，为了获得高性能的场序彩色显示器，快的光学响应和对称的响应曲线都是必要的。
这种性能实际上通过常规SSFLCD和能够提供模拟灰度级的FLCD来实现。常规SSFLCD没有模拟灰度级能力，以至于TFT阵列由于TFT有限的电子迁移率而不能提供全色视频图像。硅底板提供足够的电子迁移率以驱动SSFLCD作为脉冲宽度调制，以至于可以提供全色视频图像。
然而，由于经济原因，硅底板难以应用于直视型大屏幕显示器，而且在前照光照明系统中难以提供足够的亮度。能够提供模拟灰度级的FLCD、如以下文献所述的聚合物稳定化的V-型铁电液晶显示器(PS-V-FLCD)显示与TN-LCD相同的电-光响应Japanese Journal of Applied Physics；“Preliminary Studyof Field Sequential Full color Liquid Crystal Display using PolymerStabilized Ferroelectric Liquid Crystal Display”；第38卷，(1999)L534-L536；T.Takahashi等。这里，将“V-型”指定为受施加电场的强度控制的模拟灰度级能力。在施加电压(V)和透光度(T)的关系中，模拟灰度级LCD呈现“V-型”，因此在下文中，措辞“V-型”等同于受施加电场强度控制的模拟灰度级能力。
因而它将会适用于小屏幕的高分辨率显示器应用。然而，该系统要求经由UV光的光聚合过程。UV曝光过程具有使液晶本身分解的风险。为了避免UV曝光过程中液晶分解，加工中需要非常严格的控制。此外，V-型的物理意义是在其电压-透光度曲线(V-T曲线)中没有阈值，这在现实应用中是不合实际的，特别是在其TFT具有阈值电压变化的TFT驱动LCD中。对于实际应用，当前的常规TFT要求在液晶驱动模式下具有一定量的阈值电压。因此，无阈值或V-型响应实际上不适用于TFT驱动器件。
总之，理想的高级蜂窝电话用小型且高分辨率的显示器能够提供模拟灰度级以及具有PSS-LCD中所示的上升/下落两者的快速光学响应曲线，如美国专利申请“US-2004/0196428 A1”中所述的那样。
(大屏幕直视型TV应用) 在大屏幕直视型TV应用中，已经叙述了屏幕尺寸的增加要求图像速率的增加。图像速率的增加需要每个像素单元上液晶光学响应时间的降低。从经济的观点来看，不管液晶技术如何，使用当前现有的大面板生产线而不需要引进整个新的生产设备是极其重要的。这也意味着不管液晶技术如何，大多数当前现有的生产工艺适用于稳定且控制良好的生产工艺。因此，快速响应的新型液晶驱动模式应当适合当前标准的微型彩色滤光片TFT阵列工艺。常规的SSFLCD在极快的光学响应方面是优异的，然而，其没有模拟灰度级响应方面的能力。由于没有模拟灰度级能力，常规SSFLCD不能由常规的微型彩色滤光片TFT阵列驱动。
具有模拟灰度级能力的聚合物稳定化的V-型FLCD潜在地适合当前现有的批量生产线及工艺。聚合物稳定化的V-型FLCD在当前批量生产线及工艺的可用性方面的一个限制在于通过TFT阵列的施加电压。主要是经济上的原因，每个像素的最大施加电压限于7V。在聚合物稳定化的V-型FLCD下将聚合物与FLC材料一起使用时，饱和电压控制在7V内是不容易的。需要非常严格的材料质量控制和工艺控制、特别是UV聚合工艺控制从而保持饱和电压小于7V。对于大屏幕面板生产，这种质量和工艺控制就大屏幕区域内保持均匀性而言是非常困难的。为了保持足够宽的工艺控制窗口，降低液晶的饱和电压是必要的。此外，作为无定形硅TFT的当前最流行和最经济的液晶驱动阵列没有足够好的电子迁移率以向自发极化的液晶提供足够好的电子电荷，所述液晶如SSFLCD、V-型FLCD和反铁电液晶显示器用的液晶。
为此，应当消除混合光聚合材料。在不增加额外的新工艺如UV聚合工艺的情况下，使当前可用的稳定生产工艺达到最大限度对于保持成本上有竞争力的表现是非常重要的。此外，来自美国专利申请“US-2004/0196428 A1”所述的近晶型液晶材料的任何自发极化的消除在经由常规TFT阵列实际驱动方面是最关键的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供能够解决现有技术中遇到的上述问题的液晶显示器件。
本发明的另一目的在于提供液晶显示器件，其能够提供比现有技术中的液晶显示器件更好的显示性能。
作为认真研究的结果，本发明人已经发现，通过使用包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂的特定液晶组合物，构成液晶器件是极其有效的。
本发明的液晶器件基于上述发现。更具体地，本发明涉及液晶器件，其包含至少一对基板；和 布置在所述一对基板之间的液晶材料组合物， 其中所述液晶材料组合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂； 作为本体材料的所述近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢(director)，以及所述近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向(即，由此使其分子长轴垂直于其层)；和 作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及所述分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
本发明还提供液晶材料组合物，其至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂； 其中作为本体材料的所述近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢，以及所述近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向；和 作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及所述分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
根据本发明人的知识和研究，推测近晶相液晶材料的分子长轴与预先设定的配向方向平行配向由此使其分子长轴垂直于其层的上述现象，可归因于足够强的方位角锚定能的提供，如下文所述的那样。这种足够强的方位角锚定能可以优选例如通过如下所述的一定配向方法来提供。
本发明实用性的进一步范围将从以下给出的详细说明中变得明显。然而，应当理解尽管详细说明和具体实施例表明了本发明的优选实施方案，但其只是为了举例说明而给出，因为从该详细说明中，本发明精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将会变得明显。
附图简要说明 图1示意性地显示当前TFT-LCD中的RGB子像素结构。
图2示意性地显示TV图像中的图像速度差异。
图3示意性地显示在快速光学响应驱动模式中已经实现的高的宽高比和高分辨率。
图4示意性地显示分别在向列型显示器(a)和PSS型显示器(b)中的场序彩色显示器中慢的响应和快速响应。
图5示意性地显示平行于z-方向的PSS-LC分子。
图6示意性地显示PSS-LC分子位置的坐标的实例。
图7示意性地显示配向层上的层状结构堆叠的实例，其平行于基板形成。
图8显示在用于本发明的PSS-LCD面板(使用分子配向增强剂)情况下获得的实际测量结果的实例。
图9示意性地显示没有使用分子配向增强剂的近晶液晶混合物单元的实例。
图10示意性地显示层叠面板抛光(buffing)角度的实例。
图11示意性地显示PSS-LCD模拟灰度级响应的实例。
图12示意性地显示斜向(oblique)蒸镀配向层面板的模拟灰度级响应的实例。
图13示意性地显示斜向蒸镀配向层面板的模拟灰度级响应的另一实例。
实施发明的最佳方式 下文中，将根据需要参照附图详细描述本发明。在以下的说明中，除非另作具体说明，表示数量比例或比率的“％”和“份”都是基于质量。
(液晶器件) 本发明的液晶器件包含至少一对基板；和布置在所述一对基板之间的液晶材料组合物，其中所述液晶材料组合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂。
在本发明的液晶器件中，作为本体材料的所述近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢，以及所述近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向；以及作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及所述分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
(倾角的确定) 上述倾角可以通过以下方法确定。
(分子相对于层法向倾斜的测量方法) 采用将分析器和起偏器设置为交叉Nicole的偏振光显微镜，可测量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向为层法向，在交叉Nicole设置下，当预先设定的分子配向方向符合分析器的吸收角度时，通过液晶面板的透光率为最小值或表现出消光角。如果n-指向矢没有配向为层法向，其具有与层法向的倾角，在交叉Nicole设置下，通过液晶面板的透光率不是最小值或没有表现出消光角。
(液晶材料配向的确定) 液晶材料的上述配向可以由以下方法确定。
采用将分析器和起偏器设置为交叉Nicole的偏振光显微镜，可测量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向为层法向，在交叉Nicole设置下，当预先设定的分子配向方向符合分析器的吸收角度时，通过液晶面板的透光率为最小值或表现出消光角。如果n-指向矢没有配向为层法向，其具有与层法向的倾角，在交叉Nicole设置下，通过液晶面板的透光率不是最小值或没有表现出消光角。
(分子配向增强剂性能的确定) 获得多大程度的所设计的分子配向方向可由以下方法确定。
采用将分析器和起偏器设置为交叉Nicole的偏振光显微镜，可测量液晶分子方向(n-指向矢)。该分子配向的一致性也可作为下述消光角下的光通过量定量测量。在消光角下更强配向或均一配向的液晶分子提供更小的光通过量。如果所述n-指向矢配向为层法向，在交叉Nicole设置下，当预先设定的分子配向方向符合分析器的吸收角度时，通过液晶面板的透光率为最小值或表现出消光角。更小的透光率意味着更强或更均一的分子配向，这意味着分子配向上更多的增强。如果n-指向矢没有配向为层法向，其具有与层法向的倾角，在交叉Nicole设置下，通过液晶面板的透光率不是最小值或没有表现出消光角。
(消光角的确定) 液晶器件的上述消光角可以通过以下方法确定。
采用将分析器和起偏器设置为交叉Nicole的偏振光显微镜，可测量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向为层法向，在交叉Nicole设置下，当预先设定的分子配向方向符合分析器的吸收角度时，通过液晶面板的透光率为最小值或表现出消光角。如果n-指向矢没有配向为层法向，其具有与层法向的倾角，在交叉Nicole设置下，通过液晶面板的透光率不是最小值或没有表现出消光角。
(优选实施方案) 在本发明的优选实施方案中，所述液晶器件可以优选包含至少一对基板；和布置在所述一对基板之间的近晶相液晶材料，作为本体材料的所述近晶相液晶材料使其分子长轴与其层法向有倾角地配向，其中所述基板表面具有足够强的方位角锚定能以使所述近晶相液晶材料的分子长轴与预设配向方向平行配向，使得其分子长轴垂直于其层。
(足够强的方位角锚定能的确定) 在本发明中，可以通过确定所述近晶相液晶材料的分子长轴与预设配向方向平行配向使得其分子长轴垂直于其层，从而确定上述足够强的方位角锚定能。这种确定可以由以下方法实现。
通常，方位角锚定能可通过所谓的晶体旋转法测定。该方法例如在以下得到描述“An improved Azimuthal Anchoring Energy Measurement Method UsingLiquid Crystals with Different Chiralities”Y.Saitoh和A.Lien，Journalof Japanese Applied Physics，第39卷，第1793页(2000)。测量系统是由若干设备公司可购得的。这里，特别地所述足够强的方位角锚定能非常清楚地如下进行确定。“足够强的方位角锚定能”的意义对于采用n-指向矢通常相对层法向倾斜一定角度配向的液晶分子获得沿着预设配向方向配向的液晶分子的n-指向矢而言是最为必要的。因此，如果制成的表面成功地使液晶的n-指向矢沿着预设配向方向配向的话，它意味着“足够强的”锚定能。
(液晶材料) 在本发明中，使用一定类型的近晶相液晶材料。这里，“近晶相液晶材料”是指能够显示近晶相的液晶材料。因此，可以使用液晶材料而没有特别限制，只要它能够显示近晶相即可。
(优选的液晶材料) 在本发明中，优选使用具有以下电容性能的液晶材料。
(分子配向增强剂) 在本发明中，使用分子配向增强剂。这里，“分子配向增强剂”是指能够增强PSS-LCD分子配向连同提高四极子动量(quadra-pole momentum)的试剂。可以用以下方法从各种试剂中选择分子配向增强剂的这一性能。
(分子配向增强剂的选择) 为此特定目的，可用的分子配向增强材料的选择如下。
该材料需要具有与近晶型液晶材料彻底的混合性以便获得完全的混合物。为此，该材料必须具有与大多数向列型或近晶型液晶材料相似的分子结构。还要求该分子提供足够好的库仑-库仑相互作用。为此特定目的，该材料必须在其分子结构中多少具有富电子结构如双键。
(优选的分子配向增强剂) 为了提高PSS液晶混合物的四极子动量，可以优选使用分子配向增强剂。该试剂可以优选具有以下特征 (a)与近晶C相、近晶H相、近晶I相、手性近晶C相、手性近晶H相、手性近晶I相以及属于最小不对称的分子结构的其它相的良好的混合性。
(b)提高该试剂与配向层的表面之间的库仑-库仑相互作用的分子结构中的富π-电子结构。
(1)所述试剂可以优选具有以下的至少分子结构(a)以及分子结构(b)至(e)中的至少之一 (a)向列类分子结构，以便具有与近晶型液晶混合物的良好的混合性。
(b)分子中的碳-碳双键结构 (c)分子中的碳-氮双键结构 (d)分子中的碳-碳三键结构 (e)分子中的氮-氮双键结构 这些具体的特征用于PSS-LCD分子配向的增强连同四极子动量的提高。
(分子配向增强剂的具体实例) 分子配向增强剂的实例包括具有以下结构的那些
(分子配向增强剂的用量) 本发明中，分子配向增强剂的用量没有特别限制，只要可以提供上述期望的液晶盒(cell)性能即可。通常，分子配向增强剂的用量基于液晶材料的总量(100份)可以优选是2份或更多，更优选2-10份，进一步优选2-8份(特别是6-8份)。
(电容性能) 尽管所述PSS-LCD使用近晶型液晶材料，但是由于其预期的由四极子动量产生的诱导极化源，每个LCD的像素电容与常规LCD相比足够小。这种每个像素上的小的电容不会需要TFT设计的任何特别改变。TFT主要的设计问题在于保持高的宽高比情况下其需要的电子迁移率及其电容。因此，如果该新的LCD驱动模式要求更大的电容，则TFT必须具有重大的设计变化，这在技术上和经济上都不容易。所述PSS-LCD最重要的益处之一在于其作为本体液晶电容的较小电容。因此，如果将PSS-LC材料用作透射型LCD，则其像素电容与常规向列基LCD相比几乎是一半至三分之一。如果将PSS-LCD用作反射型LCD如LCoS显示器，则其像素电容与透射型向列型LCD几乎相同，以及与反射型的常规向列型LCD相比几乎是一半至三分之一。
(液晶面板的电容测量) LCD的像素电容一般通过以下所述的标准方法来测定。液晶器件手册(Liquid Crystal Device Handbook)Nikkan Kogyo日文，第2章，第2.2节第70页，液晶性能的测定方法(Measuring method of liquid crystalproperties)。
将进行检验的液晶面板插入以交叉Nicole关系布置的起偏器和分析器之间，将液晶面板旋转的同时测定提供透射光最小光通量的角度。如此测定的角度是消光位置的角度。
(具有优选性能的液晶材料) 本发明中，需要使用属于最小对称的组(group)的液晶材料。从液晶材料的观点来看对于PSS-LCD性能的要求是液晶器件中四极子动量的提高。因此，所用的液晶分子必须具有最少的对称分子结构。确切的分子结构取决于最终器件的所需性能。如果最终的器件用于移动显示应用，相比用于较大面板显示器应用而言，相当低的粘度则更为重要，导致优选较小分子量的分子。然而，较低的粘度是该混合物的整体性能。有时，混合物的粘度不仅由每个分子组分来决定，而且由分子间的相互作用来决定。即使光学性能要求如双折射也非常依赖于应用。因此，这里液晶材料中最大的和唯一的要求为它在近晶型液晶分子中的最小对称或最大不对称的分子结构。
(优选液晶材料的具体实例) 本发明中，优选使用选自以下液晶材料中的液晶材料。当然，这些液晶材料可以单独使用或根据需要作为其两种或多种的组合或混合物使用。用于本发明中的近晶型液晶材料可以选自近晶C相材料、近晶I相材料、近晶H相材料、手性近晶C相材料、手性近晶I相材料、手性近晶H相材料。
用于本发明中的近晶型液晶材料的具体实例可以包括以下分子或材料。
(预倾斜角) 构成本发明液晶器件的基板表面可以优选具有不大于5度的与填充液晶材料的预倾斜角，更优选不大于3度，进一步优选不大于2度。与填充液晶材料的预倾斜角可以通过以下方法确定。
通常，LCD器件上预倾斜角的测量方法采用流行的所谓晶体旋转法，测量系统是可购得的。然而，这里该所需的预倾斜不是对于向列型液晶材料，而是对于具有层状结构的近晶型液晶材料而言。因此，预倾斜角的科学定义与非层状液晶材料的情况不同。
本发明预倾斜的要求在于稳定方位角锚定能。该预倾斜最重要的要求实际上不是其角度，而是方位角锚定能的稳定化。只要预倾斜角不会与方位角锚定能相抵触，可以接受更高的预倾斜。迄今为止，在实验上，当前可用的取向层建议较低的预倾斜角以稳定优选的分子配向。然而，没有具体的科学理论来否定更高的预倾斜角要求。预倾斜最重要的要求在于提供足够稳定的PSS-LCD分子配向。
大多数市售聚合物型取向材料以预倾斜角数据销售。如果预倾斜角未知，则该值是可作为特定液晶盒条件的典型预倾斜角采用晶体旋转法测得的。
(锚定能的提供) 提供锚定能的方法没有特别限制，只要该方法可以提供足够强的方位角锚定能以使近晶相液晶材料的分子长轴与使得其分子长轴垂直于其层的预设配向方向平行配向。该方法的具体实例可以包括例如聚合物层的机械抛光；顶面由偏振UV光曝光的聚合物层；金属氧化物材料的斜向蒸镀等等。提供锚定能的这些方法中，根据需要，可以参考以下文献液晶器件手册(Liquid CrystalDevice Handbook)Nikkan Kogyo日文，第2章，第2.1节，2.1.4第40页，和2.1.5，第47页。
在金属氧化物材料斜向蒸镀的情况下，斜向蒸镀角度可以优选不小于70度，更优选不小于75度，进一步优选不小于80度。
<测量液晶分子的分子初始配向状态的方法> 通常，液晶分子的主轴与光学轴正好一致。因此，当以其中起偏器垂直于分析器设置的交叉Nicole布置中放置液晶面板时，当液晶光学轴与分析器吸收轴正好一致时透射光的强度变得最小。初始配向轴的方向可以通过如下方法来确定其中使液晶面板在交叉Nicole布置中旋转，同时测量透射光的强度，由此可以确定提供最小透射光强度的角度。
<测量液晶分子主轴方向与配向处理方向的平行度的方法> 摩擦方向由设置的角度决定，已经通过摩擦提供的聚合物配向膜最外层的慢光学轴由聚合物配向膜的种类、该膜的生产工艺、摩擦强度等决定。因此，与慢光学轴的方向平行提供消光位置时，证实分子主轴，即分子的光学轴与慢光学轴的方向平行。
(基板) 本发明中可用的基板没有特别限制，只要它能够提供上述特定的“分子初始配向状态”即可。换句话说，在本发明中，考虑到LCD的用途或应用、材料及其尺寸等，可以适当地选择合适的基板。其在本发明中可用的具体实例如下。
上面图案化有透明电极(例如ITO)的玻璃基板 无定形硅TFT阵列基板 低温多晶硅TFT阵列基板 高温多晶硅TFT阵列基板 单晶硅阵列基板。
(优选的基板实例) 其中，在将本发明应用于大规模液晶显示器面板的情况下，优选使用下列基板。
无定形硅TFT阵列基板 (配向膜) 本发明中可用的配向膜没有特别限制，只要它能够提供上述根据本发明的倾角等即可。换句话说，在本发明中，考虑到物理性质、电学或显示性能等，可以适当地选择合适的配向膜。例如，通常可以将公开出版物中举例说明的各种配向膜用于本发明中。在本发明中可用的这些配向膜具体的优选实例如下。
聚合物配向膜聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺 无机配向膜SiO2、SiO、Ta2O5、ZrO、Cr2O3等。
(优选的配向膜实例) 其中，在将本发明应用于投影型液晶显示器的情况下，优选使用下列配向膜。
无机配向膜 本发明中，作为上述基板、液晶材料和配向膜，可以根据需要使用如以下文献中所述的对应各项的那些材料、组件或构件“液晶器件手册(LiquidCrystal Device Handbook)”(1989)，The Nikkan Kogyo Shimbun，Ltd.(Tokyo，Japan)出版。
(其它构件) 用于构成本发明液晶显示器的其它材料、构件或组件，例如透明电极、电极图案、微型彩色滤光片、垫片和起偏器没有特别限制，除非它们违背本发明的目的(即只要它们可以提供上述特定的分子初始配向状态即可)。另外，除了应当构成液晶显示器件以便提供上述特定的“分子初始排列状态”以外，生产可用于本发明中的液晶显示器件的工艺没有特别限制。就根据需要构成液晶显示器件的各种材料、构件或组件的细节而言，可以参考“液晶器件手册(LiquidCrystal Device Handbook)”(1989)，The Nikkan Kogyo Shimbun，Ltd.(Tokyo，Japan)出版。
(实现特定初始配向的方法) 实现上述配向状态的方法或措施没有特别限制，只要它能够实现上述特定的“分子初始配向状态”即可。换句话说，在本发明中，考虑到物理性质、电学或显示性能等，可以适当地选择用于实现特定初始配向的合适方法或措施。
在将本发明应用于大尺寸TV面板、小尺寸高清晰度显示器面板和直视型显示器的情况下，可以优选使用以下方法。
(提供初始配向的优选方法) 根据本发明人的研究和知识，通过使用下列配向膜(在烘焙膜的情况下，其厚度由烘焙后的厚度表示)和摩擦处理，可以容易地实现上述适合的初始配向。另一方面，在一般的铁电液晶显示器中，配向膜的厚度为
(埃)或更小，摩擦强度(即摩擦的接触长度)为0.3mm或更小。
配向膜厚度优选
或更大，更优选
或更大(特别是
或更大)。
摩擦强度(即摩擦的接触长度)优选0.3mm或更大，更优选0.4mm或更大(特别是0.45mm或更大)，上述配向膜厚度和摩擦强度可以例如用下文中出现的实施例1中所述的方法测定。
(本发明与背景技术的比较) 这里，为了便于理解本发明的上述结构和构成，本发明液晶器件的一些特征将在与具有不同结构的器件比较下进行描述。
(本发明的理论背景) 本发明基于PSS-LCD分子配向的详细研究和分析，该分子配向被认为对于小屏幕高分辨率LCD和大屏幕直视型LCD TV应用以及大型的放大投影面板明显有利。接下来，将会描述本发明的技术背景。
(极化屏蔽的近晶型液晶显示器) 极化屏蔽的近晶型液晶显示器(PSS-LCD)在美国专利申请US-2004/0196428 A1中得到描述，其使用最小对称的分子结构的液晶材料以便提高四极子动量。该专利申请论述了PSS-LCD的基础机理。另外该专利描述了制造PSS-LCD的实际方法。
如上述专利申请中所述的那样，PSS-LCD最为独特的特点之一在于具有特定的液晶分子配向作为初始配向状态。使用其固有的分子n-指向矢配向相对近晶层具有特定倾斜的一定种类的近晶型液晶材料连同表面上的强的定位角锚定能，迫使该分子n-指向矢对层法向配向。换句话说，n-指向矢相对层法向具有一定倾角的最小对称的分子通过特定的人为配向力使其n-指向矢沿着层法向配向。
该初始配向在PSS-LCD上产生独特的显示性能。这种分子配向类似于其中n-指向矢垂直于层的近晶A相，然而，该特定的分子配向只有在液晶分子处于强的方位角锚定能表面以及较弱的极性锚定表面条件下才得以实现。因此，这些分子被称作极化屏蔽的近晶相或PSS相。该专利申请提供基本的方法以给出实现高性能PSS-LCD最必要的条件。为了实现PSS-LCD上这种人为的n-指向矢配向，强的方位角分子配向以及较弱的极性锚定是最必要的，如该专利申请中所述那样。
常规的向列型LCD将基于范德华力的空间相互作用用于其初始分子配向。对于其分子锚定使n-指向矢有序(ordering)而不必人为改变n-指向矢的大多数向列型液晶分子，该空间相互作用产生足够好的初始分子锚定能。由于向列型液晶分子的配向特性，在一定的有序参数下其n-指向矢总是在同一方向上配向。
与向列型液晶分子不同，近晶型液晶分子形成层结构。这种层结构不是真实的层，而是虚拟结构。由于近晶型液晶比向列型液晶具有更高的有序参数，近晶型液晶分子具有形成其质量中心配向的更高有序的分子配向。与近晶型液晶的固有分子配向相比，向列型液晶从不将自身配向成像近晶型液晶那样以一定顺序保持其质量中心。
本发明基于在某一配向表面上就最小对称的近晶型液晶分子的近晶相中的初始分子n-指向矢而言方位的角锚定能和极性锚定能的基础研究。作为众所周知的现象之一，基于范德华力的空间相互作用比库仑-库仑相互作用所提供的空间相互作用弱得多。为了增强近晶型液晶分子与某一配向表面之间的库仑-库仑相互作用，已经特别地研究了最小对称的近晶型液晶分子与配向层的高极性表面之间的表面相互作用。
(PSS-LCD中的表面锚定的理论分析) 为了阐明初始PSS-LC构造的必要条件，基于以下公式考虑PSS-LC液晶盒的自由能。三种主要的自由能如下表示 (a)弹性能量密度felas 方程(1) 其中B和D1分别是近晶层和粘弹性常数， 坐标系如图6所示设置。
其中Φ是图6中所示的方位角，x设定为液晶盒厚度方向。
(b)弹性互作用能felec 方程(2) 电场由静电势Ψ给出即 由和 表示的介电各向异性项用于表示四极子动量的贡献。
(c)表面相互作用能密度Fsurf 根据Dahl和Lagerwall在Molecular Crystals and Liquid Crystals中的论文，第114卷，第151页，1984年出版，表面相互作用能密度表示为 方程(3) 其中θ是图6中所示的分子倾角，γp、γt、γd是表面相互作用系数，αt是预倾斜角，以及αd是相对图6中设定的相对z-方向的优选方向角。
关于表面相互作用能密度，就PSS-LCD的初始分子配向条件而言必要的条件是图6中θ＝0以及f＝3π/2。考虑到这些条件，方程(3)现在变为 方程(4) 另外，PSS-LCD的优选预倾斜角为零，则方程(4)变成 方程(5) 采用方程(1)、(2)和(5)，每单位面积上的总的自由能F为 方程(6) 这里，将对称表面锚定γd0＝γd1，以及Φ→3p/2引入方程(6)中 方程(7) 作为初始状态，将E＝0引入方程(7)中， 方程(8) 这里，优选的方向角dd设定为z-方向，以及粘弹性常数D可以表示成 方程(9) 为使F最小化 方程(10) αd＝0方程(11) 因此，显然PSS-LC分子应当平行于图5所示的z-方向。另外方程(10)产生PSS-LC分子需要的条件从而均匀地从底部堆叠至顶面以满足特定的近晶层弹性常数和同一层中的液晶分子粘度。
如上所述，本发明的本质概念基于促进相对近晶层法向具有倾角的近晶型液晶分子指向矢沿着设定的配向方向、例如抛光(buffing)方向。使用其分子指向矢相对近晶层法向具有倾角的某一类近晶型液晶分子作为本体形态，分子指向矢配向的增强作用迫使该近晶型液晶分子指向矢沿着预设的配向方向。该增强作用使得近晶型液晶分子指向矢能够垂直于近晶层配向。
由近晶型液晶分子的这种特定分子配向产生PSS-LCD独特的电-光性能。PSS-LCD的这些独特特性之一是其面板间隙与驱动电压之间的关系。大多数已知的LCD随着增加其面板间隙需要更高的驱动电压。由于面板间隙的增加，需要提高必要的外加电压以保持电场强度。
然而，在PSS-LCD中，当面板间隙增加时，有时需要更小的电压。由于在PSS-LCD面板上强的方位角锚定能的要求，面板间隙的增加提供面板中液晶分子锚定的弱化，导致更低的驱动电压。这一事实也是PSS-LCD的上述说明的证据之一。
(增强库仑-库仑相互作用的实际方法) 由于近晶型液晶的层结构的存在，就整齐(clean)的分子配向而言该层结构与取向界面之间的特定平衡总是非常受关注的。特别是在需要强的方位角锚定能的PSS-LCD的情况下，如何给予液晶分子强的锚定能而不干扰其固有的层结构是最重要的。
如前面部分在理论上论述的那样，强的方位角锚定对于实现PSS-LCD构造是最为必要的。本发明人进行实验从而发现产生强的锚定能而不干扰固有的液晶层结构形成的实际方法。在实验过程中，已经发现在整个PSS-LC混合物之外加强一些特定的液晶分子，是与形成层结构一致地提供足够强的锚定能的有效方法之一。由于近晶型液晶中强的层结构自形成力，不容易产生足够强的锚定能。如果表面锚定太强，近晶型液晶形成的层结构被扭曲，或者在最糟的情况下受到破坏。优先考虑整齐的层结构总是导致PSS-LC分子配向的失败，其无法形成垂直于层的近晶型液晶分子n-指向矢配向。对于在PSS-LCD中获得整齐的分子配向最重要的是向液晶分子提供强的方位角锚定能以及弱的附着(adhesive)锚定能。
(本发明的理想实施方案) 本发明的核心观念是加强初始分子n-指向矢垂直于近晶型液晶层。在使PSS液晶分子产生方位角锚定和保持相对弱的极性锚定方面，这种表面加强的作用在于提供PSS液晶分子与特定表面之间足够强的库仑-库仑相互作用。
如上所述，本发明最本质的要求如下 (2)使用特定的近晶型液晶材料，其分子n-指向矢相对图6中所示的其近晶层法向具有一定倾角。
(3)那些近晶型液晶属于近晶C、近晶H、近晶I相以及其它最小对称分子结构相组。手性近晶C、手性近晶H、手性近晶I相也满足如美国专利申请US-2004/0196428 A1中所述的PSS-LCD性能的必要标准。
(4)施加强的方位角锚定以及较弱的极性锚定能，迫使固有的相对近晶层法向倾斜的n-指向矢成为层法向。由于该作用，PSS液晶材料必须显示以下相位序列 各向同性-(向列)-近晶A-PSS相-(近晶x)-晶体。这里，括号“()”意味着并非总是必要的。
(5)由于上述作用，配向的PSS-LC液晶盒显示小的介电常数各向异性，如小于10，更优选小于5，最优选小于2。介电常数的各向异性是PSS-LCD中测得的频率的函数。由于采用与大多数常规LCD的偶极动量不同的四极子动量，介电常数的各向异性取决于检验电压(prove voltage)的频率。这里介电常数各向异性的优选值应当在1kHz的矩形波形下测定。
(6)制成的满足上述条件的PSS-LCD液晶盒显示取决于外加电场方向的特定的分子倾斜方向。由于四极子耦合，PSS-LC分子反映出施加电场的方向的差异。这是PSS-LCD极不寻常的特性之一。采用双折射模式的所有常规向列型LCD利用偶极动量耦合，因此它们无法反映出施加电场的方向差异。只有施加电压的电势差驱动那些LCD。所述PSS-LCD分子通过检测施加电压的方向改变其倾斜方向，然而它们没有自发极化。这也是PSS-LCD基于四极子动量驱动的支持理论之一。
(分子配向增强剂的添加) 本发明特征的主要作用可以优选如下。
如以上理论背景所述，该分子配向增强剂用作配向层顶面上的中间介质(go-between)。由于PSS分子的最小对称的分子结构，不容易获得整齐的分子配向，特别是取得方位角分子配向和近晶层形成之间的特定平衡。与这些近晶型液晶混合物良好混溶的介质在本体混合物中保持单一的混合物。一旦将混合物填充入LCD液晶盒中并且遇到配向层的表面，该介质选择性地锚定在配向层的顶面上。由于介质试剂固有的容易锚定的分子结构，该容易锚定的分子促进近晶型液晶与介质试剂一致的分子配向。因此介质试剂的主要作用是某种配向指导剂。强的锚定剂促进近晶型液晶分子的有序配向。
这种情形可以通过仔细测量PSS-LCD液晶盒的比介电常数(ε)来证实。由于图7中所示的平行于基板形成的在配向层上堆叠的层状结构，每个层对特定范围的施加电场频率显示其独特的介电响应。图8显示本发明采用的PSS-LCD面板的实际测量结果。在低频区域如较低的几十Hz下，表面锚定的试剂可以部分响应ε测量的检验电压。该试剂分子上方的大多数近晶型液晶可以完全响应。因而，该较低的几十Hz频率区域具有大的电容。随着提高频率如数百Hz，表面锚定的试剂分子逐渐变得难以响应。然而大多数近晶型液晶分子可以完全响应，因此，与较低频率区域相比液晶盒总的ε表现出些许减小。频率的进一步增加提供近晶型液晶分子更为有限的响应，导致ε进一步减小。不用所述配向增强剂，我们仍然观察到类似的ε分布。然而，没有该试剂的情况下，较低的几十Hz和数百Hz之间的ε减小与采用该试剂时相比小得多而且不明显。没有该试剂时观察到的ε减小由于液晶层中没有明显的锚定层存在而提供某种程度上连续的减小。另一方面，采用该试剂，由于明显的锚定层的存在，作为频率函数的这种ε的减小就像一阶相变一样，这意味着非常明显的ε减小。图8显示PSS-LCD液晶盒的实际测量结果。如图8所示，清楚地观察到300Hz和700Hz之间急剧的减小。7 KHz和10 KHz之间的ε减小归因于近晶型液晶在低检验电压下的有限响应。相反，图9显示不用所述试剂的近晶型液晶混合物液晶盒。其它液晶盒情况完全相同。这两种液晶盒之间仅有的差异在于有或没有该试剂。显然图9中所示的没有该试剂的液晶盒相对对数标度的频率连续减小而在1KHz左右没有表现出明显的变化。图8和9清楚地表明所述试剂用作增强液晶分子配向的试剂。因此，可以通过比介电常数(ε)的频率依赖性证实本发明的效果，即通过所述试剂增强分子配向。在使用+/-1V矩形波形检验电压的特定测量条件下由500Hz和1KHz之间明显的ε减小的存在来检测和证实本发明的明确标准。
在下文中，将参照具体实施例更详细地描述本发明。
实施例 实施例1 (本发明) 制备自制的近晶C相液晶混合物材料。该混合物的主要分子结构如下
用3wt％下列分子结构的材料掺杂所制备的非自发极化近晶型液晶混合物。该整个混合物填充如下所述制成的试样面板。
通过以下合成路线制成该特定的经掺杂的材料。
混合后，通过使用InstecColorado corporation制造的“加热台(hotstage)”(型号HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振显微镜，测量作为本体材料的混合物的相序。该混合物在室温下显示近晶C相作为本体形态。近晶C相显示分子指向矢相对于近晶层法向发生倾斜，以致于封闭Nicole下的消光角相对于层法向有一些倾斜。
各向同性至向列89℃，向列至近晶A79℃，近晶A至近晶C75℃，近晶C至晶体14℃。该混合物填充如下制成的试样面板。
对于液晶分子配向材料，使用RN-1199(Nissan Chemicals Industries)作为分子预倾斜角小于1.5度的配向材料。作为固化层的配向层厚度设定为700A。通过人造丝布在与图10所示的基板中心线成30度的方向上抛光该固化的配向层表面。顶部和底部两个基板上抛光布的接触长度设定为0.5mm。使用平均直径1.6μm的二氧化硅间隔球，将两个经过抛光的基板在其抛光方向彼此平行地进行层叠。通过使用光学多次反射测定的所得面板间隙为1.9μm。将上述液晶混合物在105℃的各向同性相温度下注入所制成的面板中。面板充满该混合物后，控制环境温度每分钟降低2℃，直至混合物在靠近室温时显示PSS相为止，该温度为38℃。接着，通过自然冷却不加控制，在面板温度达到室温后，对该面板施加+/-10V，500Hz的三角形波形电压5分钟。施加5分钟的电压后，切下面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振显微镜(Nikon)和加热台(Instec型号HCS 206)下测量其相序。首先，通过加热台将面板温度提高直至105℃，然后以每分钟1.5℃的速率降低温度。在89℃下该面板显示从各向同性至向列相转变；在77.2℃下从向到至近晶A；在71.1℃下从近晶A至PSS；以及在4℃下从PSS至晶体。本体与面板之间这些不同的相转变温度由过冷效应来解释，这是因缓慢的冷却速率而广泛观察到的现象。突出的事实在于满足所述PSS-LCD条件的该面板在近晶A和PSS相之间显示相同的消光角。这是PSS-LCD特定的特性。
该面板另外在6V的DC偏压下用精密LCR仪(Agilent型号4774)测定其介电常数的各向异性。使用的检验电压为+/-1V；1kHz；矩形波形电压。测得的介电常数各向异性为2.5。该值几乎是常规LCD平均值的三分之一。因此，该PSS-LCD面板提供比常规LCD宽得多的驱动能力窗口。
该面板的电-光测量通过施加如图11所示的三角形波形电压显示出模拟灰度级。就本发明对作为本体的近晶型液晶材料的作用而言，最重要事实在于本发明的液晶分子配向有效地防止在PSS相中分子指向矢相对抛光角度倾斜。作为本体的近晶C相中的这种防止分子倾斜是本发明的本质作用。通过在一定的面板条件下防止分子倾斜，使得常规液晶驱动方法下的模拟灰度级能够显示其优异的性能。
实施例2 (对照) 使用市售双容器(two-bottle)体系FLC混合物材料(MerckZLI-4851-000和ZLI-4851-100)以及与那些FLC混合物相反的手性材料，制成几乎没有自发极化的混合物。制成的混合物包含75wt％ZLI-4851-000、20wt％ZLI-4851-100和5wt％相反的手性材料。对于液晶分子配向材料，使用RN-1199(NissanChemicals Industries)作为预倾斜角1-1.5度的配向材料。作为固化层的配向层厚度设定为1,000A-1,200A。通过人造丝布在与基板中心线成30度的方向上抛光该固化的配向层表面。两个基板上抛光的接触长度设定为0.4mm。使用平均直径1.6μm的二氧化硅球作为间隔物。测定的所得面板间隙为1.8μm。将上述混合材料在110℃的各向同性相温度下注入面板中。填充混合材料之后，控制环境温度每分钟降低2℃，直至该混合材料显示铁电相(40℃)为止。接着通过自然冷却，在面板温度达到室温后，对该面板施加+/-10V，500Hz的三角形波形电压10分钟。从该面板的顶部看去，该面板的初始分子配向方向部分倾斜向抛光方向的右方，部分倾斜向抛光方向的左方。相对抛光角度的倾角在两侧上相对于抛光方向为21.6度。
由于分子相对于抛光方向发生倾斜，该面板不能显示在PSS-LCD面板中所测得的模拟灰度级。
实施例3 (对照) 制备自制的近晶C相液晶混合物材料。该混合物的主要分子结构如下
通过使用InstecColorado corporation制造的“加热台(hot stage)”(型号HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振显微镜，测量作为本体材料的混合物的相序。该混合物在室温下显示近晶C相作为本体形态。近晶C相显示分子指向矢相对于近晶层法向发生倾斜，以至于封闭Nicole下的消光角相对层法向有一些倾斜。
各向同性至向列92℃，向列至近晶A83℃，近晶A至近晶C79℃，近晶C至晶体13℃。该混合物填充如下制成的试样面板。
对于液晶分子配向材料，使用RN-1199(Nissan Chemicals Industries)作为分子预倾斜角小于1.5度的配向材料。作为固化层的配向层厚度设定为700A。通过人造丝布在与图10所示的基板中心线成30度的方向上抛光该固化的配向层表面。顶部和底部两个基板上抛光布的接触长度设定为0.5mm。使用平均直径1.6μm的二氧化硅间隔球，将两个经过抛光的基板在其抛光方向彼此平行地进行层叠。通过使用光学多次反射测定的所得面板间隙为1.9μm。将上述液晶混合物在105℃的各向同性相温度下注入所制成的面板中。面板充满该混合物后，控制环境温度每分钟降低2℃，直至混合物在靠近室温时显示PSS相为止，该温度为38℃。接着，通过自然冷却不加控制，在面板温度达到室温后，对该面板施加+/-10V，500Hz的三角形波形电压5分钟。施加5分钟的电压后，切去面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振光显微镜(Nikon)和加热台(Instec型号HCS 206)下测量其相序。首先，通过加热台将面板温度提高直至105℃，然后以每分钟1.5℃的速率降低温度。在90.5℃下该面板显示从各向同性至向列的相转变；在80.8℃下从向列至近晶A；在72.3℃下从近晶A至PSS；以及在4℃下从PSS至晶体。本体与面板之间这些不同的相转变温度由过冷效应来解释，这是因缓慢的冷却速率而广泛观察到的现象。突出的事实在于满足所述PSS-LCD条件的该面板在近晶A和PSS相之间显示相同的消光角。这是PSS-LCD特征性特性。
该面板另外在6V的DC偏压下用精密LCR仪(Agilent型号4774)测定其介电常数的各向异性。使用的检验电压为+/-1V；1kHz；矩形波形电压。测得的介电常数各向异性为2.5。该值几乎是常规LCD平均值的三分之一。因此，该PSS-LCD面板提供比常规LCD宽得多的驱动能力窗口。
该面板的电-光测量通过施加如图12所示的三角形波形电压显示出模拟灰度级与实施例1的结果相比，面板的对比度比实施例1差。表2比较面板的对比度。本实施例面板的对比度是190∶1，实施例1的对比度是360∶1。这种对比度的低劣是由于小的域面积(domain area)上消光角的变化。这种局部消光角的变化是由于本实施例不够强的方位角锚定能。与本实施例不同，在采用配向增强剂的实施例1的情况下，有效地消除消光角的局部变化，产生更高的对比度。
表2.对比度的差异 实施例4 (本发明) 使用由下列主要结构的液晶材料构成的自制近晶C相液晶材料，研究本发明的效果。
所用的分子配向增强材料显示其分子式如下。
以近晶C相液晶混合物的2wt％混入该分子配向增强材料。包含增强材料的整个混合物没有表现出任何手性，因为该混合物不含任何手性材料。该混合物作为本体材料显示各向同性、近晶A、近晶C和晶体的相序。
混合后，通过使用InstecColorado corporation制造的“加热台”(型号HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振显微镜，测量作为本体材料的该混合物的相序。该混合物在室温下显示近晶C相作为本体形态。近晶C相显示分子指向矢相对于近晶层法向发生倾斜，以至于封闭Nicole下的消光角相对层法向有一些倾斜。
各向同性至近晶A77℃，近晶A至近晶C71℃，近晶C至晶体-10℃。该混合物填充如下制成的试样面板。对于液晶分子配向材料，使用RN-1175(Nissan Chemicals Industries)作为分子预倾斜角小于1.0度的配向材料。作为固化层的配向层厚度设定为600A。通过人造丝布在与图10所示的基板中心线成30度的方向上抛光该固化的配向层表面。顶部和底部两个基板上抛光布的接触长度设定为0.4mm。使用平均直径1.6μm的二氧化硅间隔球，将两个经过抛光的基板在其抛光方向彼此平行地进行层叠。通过使用光学多次反射测定的所得面板间隙为1.9μm。将上述液晶混合物在100℃的各向同性相温度下注入所制成的面板中。面板充满该混合物后，控制环境温度每分钟降低2℃，直至混合物在靠近室温时显示PSS相为止，该温度为38℃。接着，通过自然冷却不加控制，在面板温度达到室温后，对该面板施加+/-10V，500Hz的三角形波形电压5分钟。施加5分钟的电压后，切去面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振显微镜(Nikon)和加热台(Instec型号HCS 206)下测量其相序。首先，通过加热台将面板温度提高直至100℃，然后以每分钟1.5℃的速率降低温度。在76℃下该面板显示从各向同性至近晶A的相转变；在67.2℃下从近晶A至PSS；以及在-14℃下从PSS至晶体。本体与面板之间这些不同的相变温度由过冷效应来解释，这是因缓慢的冷却速率而广泛观察到的现象。突出的事实在于满足所述PSS-LCD条件的该面板在近晶A和PSS相之间显示相同的消光角。这是PSS-LCD特征性特性。
该面板还在6V的DC偏压下用精密LCR仪(Agilent型号4774)测定其介电常数的各向异性。使用的检验电压为+/-1V；1kHz；矩形波形电压。测得的介电常数各向异性为1.8。该值几乎是常规LCD平均值的四分之一。因此，该PSS-LCD面板提供比常规LCD宽得多的驱动能力窗口。
该面板的电-光测量通过施加如图13所示三角形波形电压显示出模拟灰度级。就本发明对作为本体的近晶型液晶材料的作用而言，最重要事实在于本发明的液晶分子配向有效地防止在PSS相中分子指向矢相对抛光角度倾斜。作为本体的近晶C相中的这种防止分子倾斜是本发明的本质作用。通过在一定的面板条件下防止分子倾斜，使得常规液晶驱动方法下的模拟灰度级能够显示其优异的性能。
(与常规技术比较) 从以上的论述和实施例，特别是第3和4部分的论述及实施例，基于极化屏蔽的近晶型液晶显示器(PSS-LCD)的本发明使PSS液晶分子配向比常规PSS-LCD更加规则(cleaner)，导致更高的生产率。
(本发明的效果) 本发明使得，采用大多数当前现有的大型LCD面板生产设备以及经过检验的生产工艺，在较少的由于自动快门(shuttering)效应的透射光的强度图像模糊下，以内在灰度级水平下足够快速的光学响应，能够提供大屏幕直视型TV的高质量图像。这在生产中提供成本优势。本发明还能够以合理的生产成本提供使用场序彩色方法的小屏幕高分辨率LCD，特别是用于高级蜂窝电话。通过使用场序彩色系统的RGB LED背光，更宽的色饱和度在其色彩再现方面产生更高的图像质量。这对于需要自然的色彩再现的数字照相机监控显示器是极其重要的。
此外，如上所述，通过详细研究在先报道的本发明人的技术PSS-LCD，经由分析机理结论以及合理的生产成本下制备高性能LCD的具体方法的研究，从而提供本发明。本发明的概念，即通过特定试剂材料的液晶分子配向增强，使得PSS-LCD更实际的批量生产以及面板电-光性能的改进成为可能。
从如此描述的本发明中，显然可以使本发明以多种方式变化。这些变化不应理解为背离本发明的精神和范围，对于所属领域技术人员会是显而易见的所有这些改进都意欲包括在所附的权利要求的范围内。
权利要求
1. 液晶器件，其包含至少一对基板；和
布置在所述一对基板之间的液晶材料组合物，
其中所述液晶材料组合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂；
作为本体材料的所述近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢，以及所述近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向(即，由此使其分子长轴垂直于其层)；和
作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及所述分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
2. 权利要求1的液晶器件，其中所述分子配向增强剂在其分子结构中具有不饱和烃结构。
3. 权利要求1的液晶器件，其中所述分子配向增强剂在其分子结构中具有碳-氮双键结构。
4. 权利要求1的液晶器件，其中所述分子配向增强剂在其分子结构中具有碳-碳三键结构。
5. 权利要求1的液晶器件，其中所述分子配向增强剂在其分子结构中具有氮-氮双键结构。
6. 液晶材料组合物，其至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂；
其中作为本体材料的所述近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢，以及所述近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向；和
作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及所述分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
全文摘要
液晶器件，其包含至少一对基板；和布置在所述一对基板之间的液晶材料组合物。所述液晶材料组合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增强剂。作为本体材料的该近晶相液晶材料具有与其层法向有倾角的分子长轴或n-指向矢，以及该近晶相液晶材料的分子长轴与形成其长轴层法向的预设配向方向平行配向。作为本体材料的所述分子配向增强剂具有与其层法向没有倾角的分子轴或n-指向矢，以及该分子配向增强剂在其分子中具有双键结构。
文档编号C09K19/56GK101253253SQ200680014488
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年6月29日
发明者望月昭宏, 武波重治 申请人:那诺洛阿公司