专利名称：液晶屏及其制造方法
技术领域：
本发明涉及液晶屏及其制造方法。具体地说，本发明涉及适于用作投影显示器(液晶投影器)的液晶光阀的液晶屏及其制造方法。
背景技术：
用做液晶显示装置的，并且甚至液晶投影器的液晶光阀的液晶屏具有密封于一对基片之间的液晶层，基片上设置了取向膜。在制造这种液晶屏时，通过摩擦聚酰胺或聚酰胺树脂膜形成取向膜。
但摩擦引起诸如在树脂膜(取向膜)表面上形成擦伤或外界物质之类的问题。此外，树脂膜在整个表面上可能摩擦不均匀。再有，树脂取向膜容易由于光照而变劣。对于液晶投影器来说，其液晶光阀(液晶屏)被强光(入射光)从光源处照射。因为现今入射光的强度不断增大，树脂取向膜很可能变劣到产生气泡的程度。
鉴于这种情况，制作无机材料如氧化硅的取向膜的方法被提出来并且现在已被实际使用。这个方法称作斜向沉积法，其中如氧化硅之类的一种无机材料的蒸汽以相对基片的法向成预定倾斜角来提供，以便在基片表面上形成由相同方向取向的沉积分子(无机材料的分子)构成的取向膜。用这种非摩擦斜向沉积的方法形成的取向膜没有外界物质、擦痕或变劣的取向性。斜向沉积的另一个优点是所用的无机材料的达到这样的抗光照程度，使膜的变劣可忽略不计。
但，当形成的取向膜以TN模式在液晶屏中使用时，斜向沉积的方法显示出下述的缺点。
当施加电压驱动液晶屏时，液晶分子必须以相对基片成预定的角度(预倾角)预先倾斜，以便取液晶分子上升的方向。
鉴于大约5°-12°的预倾角对于TN-模式的液晶屏是理想的角度，采用摩擦的方法形成的取向膜更有利，因为这种方法提供了约2°-7°的预倾角。另一方面，采用氧化硅的斜向沉积方法可以提供高达20°-30°或0°(没有倾斜)的预倾斜角，以沉积角而定。因此，含有采用无机材料的斜向沉积法形成的取向膜的TN-模式液晶屏，在施加电压时不能令人满意地取液晶分子上升的方向，因而导致显示缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的液晶屏具有密封在其上有取向膜的一对基片之间的液晶层。每一层取向膜由第一沉积层和第二沉积层构成，第二沉积层采用无机材料的斜向沉积法沉积在第一沉积层顶部上，第一沉积层的沉积分子被取向成基本上垂直于第二沉积层的沉积分子的方向。在这种液晶屏中，第一沉积层具有垂直于该液晶分子方向的沉积分子取向，并且可以采用按预定角度(沉积角)，例如相对基片表面法向约60°的角度，提供沉积分子的斜向沉积法形成。第二沉积层具有平行于液晶分子的方向的沉积分子取向，并且可以采用相对基片表面法向约85°的角度的预定角度(沉积角)提供沉积分子的斜向沉积法来形成。
根据本发明，制造这种液晶屏的方法包括采用斜向沉积法在基片上形成第一沉积层和也采用斜向沉积法在第一层顶面上形成第二层的步骤。在上述第二步骤中，沉积分子是从第一步骤中的斜向沉积的方向转动大约90°的方向沉积在基片表面上。
根据本发明，在液晶屏和制造液晶屏的方法中，每一个取向膜由其沉积分子的取向与液晶分子的方向成90°角的第一沉积层和叠放在第一沉积层的顶部上使得第一沉积层的沉积分子基本上垂直于第二沉积层的沉积分子的方向取向的第二沉积层构成。在这种取向膜中，液晶分子所要求的预倾角通过相对第一沉积层的厚度调整第二沉积层的厚度来获得。图1表示相对于大约40mm厚度的第一沉积层(60°的沉积角)，液晶分子的预倾角怎样随第二沉积层(85°的沉积角)的厚度而变化。如图1所示，液晶分子的预倾角基本上与第二沉积层的厚度成正比。基于图1所示的曲线，第二沉积层优选具有大约0.1nm到0.5nm的厚度以便获得大约5°～12°的预倾角，这个角度对于TN-模式的液晶屏是理想的。
因此，根据本发明的液晶屏和制造液晶屏的方法的优点在于，该液晶屏有抗光照无机材料的取向膜并且提供适合TN-模式液晶屏的预倾角，例如通过适当控制构成每一个取向膜的两个沉积层的厚度。
结果，根据本发明的液晶屏具有优良的长期可靠性、在施加电压时防止投影缺陷，并且具有快速的响应。
图1表示第二沉积层(沉积角85°)的厚度与液晶分子的预倾角的相互关系；图2是具体说明在基片W上斜向沉积的示意图；图3A和3B是具体说明液晶分子怎样通过各自的斜向沉积分别取向第一和第二层的分子的示意图；图4是具体说明在第一步的斜向沉积和第二步的斜向沉积之间的方向关系的示意图；图5是根据一个实施例的液晶屏的断面图；图6显示根据一个实施例的取向膜的光谱传输性；图7是包括根据一个实施例的液晶屏的液晶投影器的示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述根据本发明的液晶屏和制造该液晶屏的方法。为此将描述TN-模式的液晶屏的制造方法。
制备一对玻璃基片。然后，在这对基片之一的第一主面上形成薄膜晶体管。连接到该薄膜晶体管上的信号线、扫描线，以及象素电极也在同一基片(称之为TFT基片)的同一表面上制作。在另一基片(称之为对基片)的第一主面上制作公用电极。象素电极和公用电极必须透明。
然后，通过斜向沉积一种无机材料，如氧化硅(SiO2或SiOx)，在TFT基片和相对基片的第一主面(其上有电极的面)上形成取向膜。这种斜向沉积必须包括如图2所示的二个步骤，其中从沉积源1来的无机材料2的蒸汽，以相对基片W的主面的法线Lv成预定角度(无机材料蒸汽的入射角)θ1(第一步骤)和θ2(第二步骤)施加到基片W的一个主面上。
更详细地说，参看图3A，第一步骤包括以第一沉积角θ1进行的斜向沉积，以便在基片W上形成第一沉积层4a，使得液晶分子6如下所述垂直于第一沉积层4a的沉积分子4(斜向沉积列)的方向取向，即液晶分子6的主轴垂直于沉积分子4的主轴取向。这第一沉积角θ1可以是任何值，在这个实例中优选大约60°。大约60°的第一沉积角θ1提供了具有上述特征的沉积层，不论该沉积层的厚度如何。采用上述斜向沉积法形成10nm到320nm，特别是例如40nm厚度的第一沉积层4a。
下面参看图3B，第二步骤包括以第二沉积角θ2进行斜向沉积，用以在基片W上形成第二沉积层4b，使得液晶分子6平行取向沉积分子4的方向，即液晶分子6的主轴沿着沉积分子4的主轴取向。这第二沉积角θ2可以是任何值，在这个实例中优选大约85°。就大约85°的第二沉积角θ2而言，如下所述，通过调整叠放在已经以60°的第一沉积角度θ1形成的第一沉积层4a顶面的第二沉积层4b的厚度，可以获取广范围的预倾斜角。因此第二沉积层4b必须通过上述斜向沉积法来制造。第二沉积层4b的厚度必须根据第一沉积层4a的厚度控制在合适的范围内。在为制造TN-模式的液晶屏而设计的的这个实施例中，如果第一沉积层4a的厚度是40nm，第二沉积层4b的厚度优选的范围是从约0.1nm到0.5nm。在图3A和图3B中，第一沉积层4a和第二沉积层4b的每层被画成好像都是由单层的沉积分子4构成；实际上第一沉积层4a和第二沉积层4b的每层都是由多层的沉积分子4构成的。
现在参看图4，在第二步骤中以沉积角度θ2所进行的斜向沉积，必须在从第一步骤以沉积角θ1向基片W的表面上提供沉积分子所在的方向转动90°的方向上进行。换言之，回看图2，第一步骤中的斜向沉积是以沉积角θ1进行的，然后基片W在其平面内转动90°，而在第二步中最后的斜向向沉积是以沉积角θ2进行的。
斜向向沉积法中的这两个步骤将在下面的实例中详细描述。制备一对对角线长度90英寸的基片W。将作为无机材料2(用于沉积的原材料)的粉状SiO2(纯度99.9％)放入坩埚中作为沉积源1。从每一个基片W的中心到沉积源1的距离设定为600nm。在这种状态下，每一个基片W的位置都按照上述第一步骤中的角度和方向设置。沉积室的内压维持在8.5×10Pa以下。无机材料2用电子束辐射加热，以便将分子的蒸汽涂敷到位于沉积源1上方的基片W上，以便形成第一沉积层。然后，每一个基片W的位置都以第二步骤所要求的角度和方向设置并且重复上述的步骤以形成第二沉积层。将下文描述的一种密封剂涂覆到基片W表面的某些区域。因此，在上述斜向沉积期间，这些用于密封的区域必须用掩蔽膜盖住以阻止蒸汽分子沉积于其上。在这种两步骤斜向沉积之后，将基片W脱气，然后在200℃退火1小时以稳定积层的质量。
每个取向膜的两层都沉积在基片W上后，用这些基片组装液晶屏。
参看图5，上述基片之一是TET基片W1而另一种基片是相对的基片W2。为了组装本实施例的液晶屏15，在其上有象素电极7和上述取向膜10的TET基片W1的表面上，或其上有常规电极9或上述取向膜10的相对的基片W2的表面上，设置垫层。然后围绕该垫层涂覆密封剂形成一存储体(附图中未示)。随后，将TET基片W1和相对基片W2定位，使它们的取向膜10互相面对并且使它们的取向膜的方向彼此相对转动90°。
在这种情况下，TET基片W1和相对基片W2之间的空隙从密封层的进口用液晶填充，以形成含有液晶分子6的液晶层11(如图3A和3B所示)。液晶层11和所使用的垫层必须满足在工作温度下Δn和d的乘积(Δn×d)的预定值，其中d是TET基片W1和相对基片W2之间的垫层所容纳的液晶层11的厚度，而Δn是液晶层11的重折射率。例如，如果液晶屏15是TN-模式的屏幕，液晶层11和垫层的选择要满足Δn×d＝0.35～0.50的关系，以便表现出最大的透射率，在这种情况下，在基片W1和W2的取向膜11之间，液晶分子6(如图3A和3B所示)连续转动90°。具体说，所使用的液晶层11的厚度优选为2μm～4μm，重折射率Δn为0.1366，而介电常数Δε为10.4。密封剂可以含有纤维(直径3.2μm)用以控制厚度d。
最后，将密封层中的进口堵住制成TN-模式的液晶屏15。如上所述制成的液晶屏15具有如下特征的叠放的取向膜10。返回再看图3A和图3b，每一个膜10(如图5所示)包括第一沉积层4a和第二沉积层4b。在第一沉积层4a中，液晶分子6垂直于如图3a所示的沉积分子4的方向取向。在第二沉积层4b中，液晶分子6平行于如图3b所示的沉积分子4的方向取向。此外，第二沉积层4b叠放在第一沉积层4a的顶部，使得第一层4a的沉积分子4与第二层4b的沉积分子4以彼此相对转动大约90°的转动角取向。
根据这个实施例制造的液晶屏15(如图5所示)提供了具有如上所述特征的取向膜。当第二沉积层4b的厚度相对第一沉积层4a的厚度适当调整后，具有上述那样特征的取向膜允许液晶分子6具有所要求的预倾角。
这个情况再参看图1的详细描述，图1显示当第一沉积层(沉积角60°)的厚度是大约40nm时第二沉积层(沉积角85°)和液晶分子的预倾角之间的相互关系。基于这种关系，具有上述特征的取向膜允许液晶分子的预倾角与第二沉积层4b的厚度成正比；例如，第二沉积层优选的厚度是大约0.1nm-0.5nm以获得大约5°-12°的预倾角，后者对于TN-模式的液晶屏是理想的角度。在这一范围内的预倾角在施加电压时使液晶分子同步按顺时针或反时针方向进动上升。
因此，本发明的实施例制造的液晶屏具有抗光照的无机材料取向膜并且提供适合TN-模式液晶屏的预倾角，例如，当第二沉积层的厚度随着第一沉积层的厚度适当设置时。
因此，本发明实施方案的TN-模式的液晶屏具有优良的长期可靠性、在施加电压时防止显示缺陷，并且具有快速的响应。
图6是表示根据该实施例制成的取向膜的光谱透射率(图6中用带有三角的实线表示)与有机材料的传统的取向膜的光谱透射率(图6中用虚线表示)之间比较的曲线。如图6所示，该实施例的取向膜显示出与有机材料的取向膜同样良好的光谱透射率。对于波长大约460nm和大约560nm的光来说，甚至前者具有比后者更高的光谱透射率，表明在液晶屏上使用时抑制光损令人满意。对于这个试验，该实施例的取向膜具有基本上与作为单层的第一沉积层相同的光谱透射率。
下面参看图7，液晶投影器20包括液晶屏，即液晶光阀15R、15G和15B。这些液晶光阀15R、15G和15B具有不使光变劣的取向膜并且适合用作液晶投影器20中的液晶光阀。
该液晶投影器20包括光源21。该液晶投影器还包括第一全反射镜22、第一分光镜23，以及第二全反射镜24，通过它们从光源21发出的光按照该顺序通过。该投影器20还包括第二分光镜25、第三全反射镜26和第四全反射镜27，通过它们由第一分光镜23反射的光按该顺序通过。
红色液晶光阀15R接受由第二全反射镜24反射的光，绿色液晶光阀15G接受由第二分光镜25反射的光，而蓝色液晶光阀15B接受由第四全反射镜27反射的光。这些液晶光阀15R、15G和15B用相互垂直的二个偏转板固定。
该投影器20还包括分光棱镜28和投影镜头29，分光模镜28被液晶光阀15R、15G和15B包围而投影器镜头29设置成可以接受从分光棱镜28发射的光。
在上述液晶投影器20中，由光源21射出的光被镜22反射经过27并进行液晶光阀15R、15G和15B。已经通过光阀15R、15G和15B的各个光线R、G和B进入分光棱镜28产生一个光学映像，然后这个映像被投影镜头29放大并投影到一屏幕(图7中未示出)上。
如上所述，液晶光阀15R、15G和15B用从光源21来的强光(入射光)照射。包括根据该实施例的TN-模式的液晶屏，即图7中的液晶光阀15R、15G和15B，的这种液晶投影器20具有长期的可靠性。
权利要求
1.一种液晶屏，该液晶屏包括密封在一对有取向膜的基片之间的液晶分子的液晶层；取向膜形成在基片的表面上，每一个取向膜包括一第一沉积层，采用斜向沉积法由无机材料的沉积分子形成，液晶分子垂直于第一沉积层的沉积分子的方向取向；和一第二沉积层，采用斜向沉积法由无机材料的沉积分子形成，液晶分子平行于第二沉积层的沉积分子的方向取向，其中，所述的第二沉积层叠放在所述的第一沉积层的顶部，使得所述的第一沉积层的沉积分子基本上垂直于所述的第二沉积层的沉积分子的方向取向。
2.根据权利要求1所述的液晶屏，其特征在于所述的第一沉积层采用斜向沉积法形成，该斜向沉积法以与相应的基片的法线成大约60°的角度提供沉积分子，而所述的第二沉积层采用斜向沉积法形成，该斜向沉积法以与相应的基片的法线成大约85°的角度提供沉积分子。
3.一种制造液晶屏的方法，该液晶屏包括密封在具有形成于其上的取向膜的一对基片之间的液晶分子构成的液晶层，该方法包括一第一步骤，采用斜向沉积法在基片上形成沉积分子的一第一沉积层，液晶分子垂直于沉积分子的方向取向，和一第二步骤，采用斜向沉积法在第一沉积层上形成沉积分子的一第二沉积层，其中沉积分子沿着从第一步中的斜向沉积的方向转动大约90°的方向沉积在基片上，液晶分子平行于沉积分子的方向取向。其中，所述的第二沉积层叠放在所述的第一沉积层上以形成取向膜。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的第一步包括以相对于基片法向大约60°角度提供沉积分子的斜向沉积，而所述的第二步包括以相对于基片法向大约85°角度提供沉积分子的斜向沉积。
全文摘要
本发明公开了一种液晶屏，该液晶屏具有密封在其上有取向膜的一对基片之间的液晶分子构成的液晶层。每一个取向膜包括第一和第二沉积层，每一沉积层采用斜向沉积法由无机材料形成。第二沉积层叠放在第一层的顶部，使第一层的沉积分子基本上垂直于第二层的沉积分子的方向取向。第一层采用斜向沉积法以相对于基片表面法向成大约60°角度的斜向沉积法形成，使液晶分子垂直于沉积分子取向。第二层采用斜向沉积法以相对基片表面法向成大约85°角度的斜向沉积法形成，使液晶分子平行于沉积分子取向。
文档编号G02F1/1337GK1497315SQ0316486
公开日2004年5月19日 申请日期2003年7月12日 优先权日2002年7月12日
发明者赤木真, 仓田知己, 门田久志, 己, 志 申请人:索尼公司