液晶显示器及其制造方法

专利名称：液晶显示器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有包含固化材料的高分子(macromolecular )分散型液晶 层的液晶显示器，以及制造液晶显示器的方法。
背景技术：
近来，液晶显示器已经通常用作液晶电视、笔记本个人电脑、汽车导航 等的显示监视器。液晶显示器可以根据液晶显示器的面板之间的分子排列分 成不同模式。例如，众所周知的是由不施加电压时液晶分子的扭转配向所构 造的TN (twisted nematic，扭转向列)模式。在TN模式中，液晶分子具有 正各向异性的介电常数，即在长轴方向上的介电常数大于在短轴方向的介电 常数的特性。在TN模式的结构中，液晶分子在垂直于面板平面的方向上取 向，同时在平行于面板平面上依次旋转液晶分子的配向。
同时，更引人注意的是VA (垂直取向)模式，其中无电压施加其上的 液晶分子垂直于面板平面取向。在VA模式中，液晶分子具有负各向异性的 介电常数，即在分子长轴方向上的介电常数小于在分子短轴方向上的介电常 数的特性。这比TN模式实现更宽的视角。
在VA模式的液晶显示器中，响应所施加的电压，垂直于面板取向的液 晶分子将由于介电常数的负各向异性而在平行于面板的方向倒伏(lie)，通 过这样的构造来透过光。然而，因为垂直于面板取向的液晶分子位于任意方 向，所以液晶分子的取向方向是不稳定的，使得对电压的响应性能劣化。
考虑到前述的情况，日本未审查专利申请公开No. 2002-23199和No. 2002-357830揭示了制造高分子分散型液晶显示器的方法，其采用具有光固 化特性的单体，来响应电压调节取向方向。具体地讲，如图9所示，液晶层 300密封在板100A和200A之间，该两块板上有分別具有切口 400和401 的像素电极100B和对向电极200B。液晶层300曝光于对板200A的整个表 面的紫外光照射。因此，如图10所示，由于没有电压施加，液晶分子可以 保持在相对于面板法线微小倾斜的位置(预倾斜)。这能够改善对电压的响 应速度。

发明内容
就上述的方法而言，所谓预倾斜角度给予液晶层的几乎所有的液晶分 子，如图10所示，这是因为紫外光照射到板的整个表面。尽管遍及液晶层 整个表面提供的预倾斜可以改善对电压的响应速度，但是即使在未驱动(黑 显示)状态也可以透过微少的光。这增加了黑显示的亮度，导致对比度降低。
通常,在板之间设置的上下电极中具有切口 400和401的液晶显示器中， 当施加驱动电压时，电场倾斜地施加到液晶层。因此，液晶分子可能位于一 定的方向上，总体上增加了对液晶中的电压的响应速度。事实上，在液晶层 内的切口附近区域中倾斜施加电场，而在远离切口的区域中几乎垂直于板施 加电场。因此,对电压的响应速度的变化因液晶层中的不同区域而不同。具 体地讲，例如，在给予预倾斜区域的情况下，在响应所施加的电压时，首先， 接近于液晶层300的切口 400和401的区域中的液晶分子位于图11所示的 方向上。此后，如图12所示，响应接近切口的区域中的液晶分子的倒伏， 远离切口 400和401区域中的液晶分子将依次倒伏。因此，具有这样的特性， 接近切口区域的液晶分子具有足够高的对电压的响应速度，而远离切口的液 晶分子具有低的对电压的响应速度。因此，考虑到这一情况，为了有效改善 对电压的响应速度，似乎必须仅对存在于远离电极切口区域(在切口之间的 中间点附近的区域)中的液晶分子选择性地给予预倾斜角度。
然而，考虑到设置在上下电极中的切口之间的间隔，如上所述，通过选 择预倾斜区域来进行限制的曝光是极其困难的。这是因为使选择曝光的掩才莫 的开口位置与电极的切口位置精确对准是不容易的。因此，需要一种能够有
效改善对电压的响应速度的液晶显示器，以及制造该液晶显示器的方法。
希望提供一种液晶显示器能够有效改善对电压的响应速度，而抑制对比 度的降低，并且提供一种制造液晶显示器的方法。
根据本发明的实施例，提供一种制造液晶显示器的方法，其步骤包括 在彼此面对的 一对基板的内表面上形成像素电极，每个像素电极具有切口 ； 在形成有像素电极的一对基板之间密封包含光固化材料的液晶层；并且在一 对基板上彼此面对的像素电极对之间施加电压的情况下，通过使用具有多个 开口的光屏蔽膜曝光液晶层。特别是，该切口交替设置，以形成在像素电极 对之间的交错排列，光屏蔽膜相邻开口之间的间距小于一个基板上的像素电
极的切口与另 一个基板上的像素电极的切口之间在基板表面方向上的间距。 根据本发明的另一个实施例，提供有液晶显示器，包括彼此面对的一
对基板；像素电极，形成在一对基板的内表面上，每个像素电极具有切口； 以及液晶层，密封在形成有像素电极的一对基板之间。特别是，该切口交替 设置，以在该像素电极对之间形成交错排列。液晶层具有预倾斜区域，其中 液晶分子被倾斜，相邻预倾斜区域之间的间距小于一个基板上的像素电极的 切口与另 一个基板上的像素电极的切口之间在基板表面方向上的间距。
在制造根据本发明的液晶显示器的方法中，将电压施加于具有预定切口 的像素电极对之间，通过具有在间距上小于该像素电极对各切口之间间距的 多个开口的光屏蔽膜，来曝光包含光固化材料的液晶层，可以保证在一个基 板上像素电极的切口与另 一个基板上像素电极的切口之间的具有低的对电 压的响应速度的区域的曝光。结果，倾斜取向层(倾斜取向液晶分子的光固 化层)可以形成在曝光部分中。由于倾斜取向层的存在，在具有低响应速度 的区域中，可以给予液晶分子以预倾斜角。就是说，在曝光掩模和像素电极 切口之间没有任何精确的对准，预倾斜角也可以有效地给予到具有低响应速 度的区域。这里，因为没有倾斜取向层形成在非曝光区域，所以没有预倾斜 角给予到液晶分子，并且液晶分子垂直于基板取向。然而，即使对应于接近 于切口的区域也不会产生问题，该区域自然具有高响应速度。在非曝光区域 中，液晶分子垂直于基板取向，并且这有利于黑显示。
在根据本发明的液晶显示器中，在相对设置的该对基板之间，液晶层用 其间具有预定切口的该像素电极对密封。液晶层以间距小于该像素电极对各 切口之间的间距设置在基板的平面方向上。液晶层具有倾斜取向液晶分子的 光固化层。这保证了在液晶层中具有低的对电压的响应速度的区域提供光固 化层。光固化层的存在保证了具有低响应速度的区域中的液晶分子保持在预 倾斜状态。在没有光固化层的区域中，液晶分子不能保持在预倾斜状态，并 且垂直于基板取向。然而，即使它对应于接近于切口的区域也没有问题，该 区域自然地具有高响应速度。在非曝光区域中，液晶分子垂直于基板取向， 并且这有利于黑显示。
制造本发明液晶显示器的方法包括如下步骤在彼此面对的 一对基板的 内表面上形成像素电极，每个像素电极具有切口；在形成有像素电极的一对 基板之间密封包含光固化材料的液晶层；以及在一对基板上彼此面对的像素
电极对之间施加电压的情况下，通过使用具有多个开口的光屏蔽膜来曝光液 晶层。特别是，该切口交替设置，以在该像素电极对之间形成交错排列，并 且光屏蔽膜的相邻开口之间的间距小于一个基板上的像素电极的切口与别 一个基板上的像素电极的切口之间在基板表面方向上的间距。这使得所制造 的液晶显示器能够有效地改善对电压的响应速度，而抑制对比度的下降。
本发明的液晶显示器包括 一对彼此面对的基板；像素电极，形成在一 对基板的内表面上，每个像素电极具有切口；以及液晶层，密封在形成有像 素电极的一对基板之间。该切口交替设置，以在该像素电极对之间交错排列。 液晶层具有预倾斜区域，其中液晶分子被倾斜，相邻倾斜区域之间的间距小 于 一 个基板上的像素电极的切口与另 一个基板上的像素电极的切口之间在 基板表面的方向上的间距。这能有效地改善对电压的响应速度，而抑制对比 度的下降。
通过下面的描述，本发明的其它和进一步的目的、特征及优点将更加明
显易懂。


图1是说明根据本发明优选实施例的液晶面板的制造步骤的示意性截面
图2是说明图1的后续步骤的示意性截面图； 图3是说明图2的后续步骤的示意性截面图； 图4是优选实施例中液晶面板的示意性截面图； 图5是优选实施例中液晶面板的电极的平面图； 图6是具有条形图案的电极的平面图7A至7C分别是具有V形图案的电极的平面图、分割配向的状态实 例的示意图及展示液晶分子的配向的方向的示意图8A至8H是分别图解优选实施例中液晶面板的掩模的开口图案实例 的平面图9是说明相关技术的液晶面板的制造方法的示意性截面图； 图IO是由图8所示的方法制造的液晶面板的示意性截面图； 图11和12是说明液晶分子对电压的响应速度的示意性截面图。
具体实施例方式
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1至4是示意性图解根据本发明优选实施例的液晶面板制造步骤的截 面图。制造液晶显示器的方法包括在一对板的表面上分别形成具有预定切口 部分的电极的步骤，然后将液晶层密封于该一对板之间；以及在施加电压下 通过预定的光屏蔽膜曝光液晶层的步骤。该方法用于制造液晶面板，其中在
该一对面板之间形成有多个像素，如图1所示。为了简单起见，图2和3仅 展示了图1中的区域I (像素)。在图1至4中，省略了每个板的具体构造。
首先，如图1所示，TFT (thin film transistor,薄膜晶体管)板10和CF (color filter,滤色片)板20分别通过在玻璃板10A和玻璃板20A的对应表 面上布置像素电极10B和对向电极20B来形成。液晶层30密封在TFT板 10和CF板20之间。
具体地讲，TFT板10可以通过在玻璃板10A的表面上例如以矩阵形式 布置多个像素电极10B、每个具有栅极、源极和漏极分别用于驱动像素电极 10B的多个TFT开关元件、以及分别连接到多个TFT开关元件的多条信号 线和扫描线(未示出)而形成。另一方面，CF板20可以通过在玻璃板20A 的表面上布置滤色片(未示出)和几乎在有效显示区的整个表面上的对向电 极20B来形成，其中，例如为红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色片设置成条 形。
在此情况下，像素电极10B和对向电极20B形成为在像素内具有预定 的切口部分40和41。切口部分40和41是没有电极形成的部分，并且用于 分隔电极表面的区域。图5展示了从CF板20的侧面观察对向电极20B和 像素电极10B的平面构造(像素)的实例。如图5所示，切口部分40和41 交替设置，从而它们在板10和20之间彼此不相对。稍后描述的聚合物层30C 将形成在切口部分40和切口部分41之间的区域中。图1的区域I对应于沿 着图5中的II-II线剖取的由箭头指示的截面图。对向电极20B提供为各像 素公共的电极，并且像素电极10B在TFT板上由像素分隔部分50分开，以 便提供给每个像素。电极材料可以具有透明性，例如ITO (铟锡氧化物)。
或者，如图6所示，像素电极10B和对向电极20B可以由在像素内具 有多个切口部分40和41的条形图案形成。或者，如图7A所示，它们可以 由V形条状图案形成。无需限制于这些图案，可以采用任何电极形状图案，
只要切口部分40和41不彼此相对。
随后，垂直取向膜11和21用于对板垂直取向稍候将描述的液晶分子
30A,分别形成在所形成的像素电极10B和所形成的对向电极20B的表面上。 该工艺包括涂敷垂直取向剂、在板上印刷垂直取向膜和加热。
另一方面，液晶层30通过在具有负各向异性介电常数的液晶(负向列 液晶)分子30A中加入和构成单体30B而形成。液晶分子30A具有在分子 长轴方向上的介电常数小于在分子短轴方向的介电常数的特性。由此，在没 有驱动电压时，液晶分子30A的长轴垂直指向板，而当施加驱动电压时，液 晶分子30A的长轴以倾斜的位置指向平行于板。单体30B具有光固化特性， 即在紫外光等的照射下聚合为聚合物且由此固化的特性。例如，单体30B由 4,4，-二丙烯酰氧基二苯(4，4，-diacryloyloxybiphenyl)组成。单体30B的含量 约为0.01至10wt%。
接下来，保证单元间隙的间隔物如塑料珠分布在TFT板10或者CF板 20的整个表面(形成有垂直取向膜11和21的表面)中。随后,密封部分通 过例如丝网印刷法采用环氧粘合剂等印刷。此后，TFT板10和CF板20用 其间的间隔物和密封件彼此粘合，从而分别形成在这些板上的垂直取向膜11 和12可以彼此相对。随后输入液晶层30。然后密封件通过加热等固化。从 而液晶层30可以密封在TFT板10和CF板20之间。
如图2所示，电压V施加在像素电极10B和对向电极20B之间。例如， 施加10V至20V的电压约10至60秒。因此，电场倾斜地施加给液晶分子 30A的长轴，引起液晶分子30A指向并且倾斜在一个方向上。
然后，如图3所示，在液晶层30中的单体30B通过施加上述的电压V 在紫外光UV的照射下聚合(为后面描述的聚合物层30C)到液晶层30。此 时，液晶层30通过具有多个开口 60A的掩模60选择性曝光。开口 60A这 样设置，使得相邻开口 60A的间距(开口节距)Db小于像素电极10B的切 口部分40与对向电极20B的切口部分41之间的间距(切口间距)Da，优 选地，使得开口节距Db小于切口间距Da的一半。更优选地，设定开口节 距Db与切口间距Da的长度比为无理数。
开口 60A可以具有例如图8A至8H所示的形状和取向图案。它们的形 状的实例为圆、椭圆、正方形和矩形。取向图案的实例为如图8C和8D所 示的具有取向角度的V形图案、如图8E和8F所示的丝网状图案和如图8G和8H所示的条形图案。
优选地，开口 60A的取向图案考虑到液晶显示器的规范和电极切口部分 的布置图案等而定。例如，当使用图5和6所示的条状切口部分图案时，如 图8G和8H所示的条形图案是优选的。在此情况下，布置成切口部分40和 41的纵向方向平行于开口 60A的条方向。或者，当使用的电极具有图7A所 示的切口部分的V形图案时，如图8C和8D所示的图案是优选的。更优选 的是以恒定间距具有重复周期的网状图案。
在前述步骤后，去除掩模60,产生如图4所示的根据本发明优选实施例 的液晶面板。在该液晶面板中，液晶层30密封在TFT板10和CF板20之 间，其间具有垂直取向膜11和21。分别形成在板10和20上的像素电极10B 和对向电极20B具有在像素内彼此不相对的切口部分40和41。具有聚合物 层30C的区域之间的间距小于切口间距Da。在液晶层30的区域中，特别是 在切口部分40和切口部分41的中间(切口间区域M ),液晶分子30A,特 别是相邻于取向膜11和21之间界面的液晶分子被固定并且稍微倾斜于板的 法线，即由聚合物层30C保持在预倾斜状态。聚合物层30C对应于本发明 的光固化层，并且用于倾斜取向液晶分子30A。或者，多个聚合物层30C可 以形成在切口间区域M。
接下来将描述制造上迷液晶面板的方法的效果。
在制造本实施例的液晶面板的方法中，如下形成相对于液晶分子30A长 轴具有角度的电场(下文称为倾斜电场)液晶层30包含具有光固化特性的 单体30B,将其密封在分别设有像素电极10B和对向电极20B的TFT板10 和CF板20之间，像素电极10B和对向电极20B分别具有预定切口部分40 和41,然后施加预定电压V。这使得液晶分子30A以倾斜位置指向某一方 向。
通过具有多个开口 60A的掩模60,经紫外光UV照射施加有电压V的 液晶层30,由倾斜电场调整的液晶分子30A的配向状态可以仅在选择区域 由聚合物层30C确定，导致预倾斜状态。特别是，通过设置开口间距Db小 于切口间距Da,与具有高的对电压的响应速度的接近切口区域相比，具有 低的对电压的响应速度的切口间区域M可以被高概率曝光。这总体上使得 有效改善液晶板对电压的响应速度。另一方面，预倾斜角仅给予其中形成有 聚合体层30C的液晶层30中的区域，而在其它区域中，液晶分子30A垂直
指向板10和20。因此，在黑显示(驱动电压为零的情况下)中亮度的增加 可以总体上在液晶板中得到抑制。因此，可以制造能够对电压的响应速度改 善的液晶面板，而抑制对比度的下降。
特别是，该液晶板可以以简单的步骤制造，而没有制备对应于各电极的 切口部分的图案形状的掩模的步骤，以及使用这样制备的掩模进行精确对准
的步骤。例如，对于包括对准步骤和曝光步骤的方法，要求约5pm的位置 精度，来对准所形成的掩模开口，以便对应于在切口间区域中的切口图案。 就是说，对准是极为困难的。稍微错位就限制了对相邻切口区域的曝光，不 能满意地获得预倾斜效果。另一方面，在本实施例中，具有一定的精确度， 总体上可以在液晶板中增加对电压的响应速度，而不进行任何精确的对准。 这有利于降低制造成本和改善产量。
通过设定开口间距Db小于切口间距Da的一半，可以获得切口间区域 选择曝光的高概率。通过设定使得开口间距Db和切口间距Da的长度比变 为无理数，则开口 60A在切口部分40和41正上方对准的概率可以消失。如 果开口 60A在切口部分40和41上立即对准，则聚合体层30C可以形成在 具有高响应速度的区域中(即不需要形成聚合物层30C用于给予预倾斜的区 域)。这种情况的避免则允许等效增加聚合物层30C形成在具有低响应速度 区域的扭克率。如上所述，在开口 60A与切口部分40和41之间对准的零扭克率 使得聚合物层能以有效分配形成，而避免任何无用的情况。这导致整体上在 面板中有效均 一 的响应速度的改善。
此外，在图7A所示的图案中，切口部分40和41的布置能使得像素内 具有不同配向方向的a、 b、 c和d四个区域共存(取向的畴分割)，如图7B 所示。在此情况下，在a、 b、 c和d的这些区域中，具有预倾斜角的液晶分 子30A的取向方向如图7C所示。这使得所制造的液晶板能有优秀的视角特 性。应当注意的是，不是每个区域的所有液晶分子30A都指向图7C所示的 方向上，并且每个区域的至少部分液晶分子垂直指向面板。
或者，对于具有重复周期的丝网状图案中的掩模60的开口 60A的布置， 预倾斜角可以均匀地提供在切口间区域M中，与电极的切口图案无关，在 面板内平面方向上无需进行任何精确对准。这使得更有效地改善对电压的响 应速度。
在本发明的液晶板中，当驱动电压施加到设有具有预定图案的切口部分
40和41的^象素电极10B和对向电极20B时，电场倾斜地施加在液晶层30 上。在对此的响应中，液晶分子30A倒伏在一定的方向上。此时，通过布置 用于将液晶分子30A保持在预定的倾斜状态的聚合物层30C (光固化层)之 间的间距小于切口间距Da，聚合物层30C可以可靠地提供给液晶层中对电 压的响应速度低的区域。聚合物层30C的存在保证了具有低响应速度区域中 的液晶分子保持在预定倾斜状态。在没有聚合物层30C的区域中，液晶分子 不能保持在预定倾斜状态，并且垂直指向面板。因为如果这个区域是接近切 口区域，则该区域自然具有高响应速度，所以没有问题。同样，在没有聚合 物层30C的区域中，液晶分子垂直地指向板，并且这有利于黑显示。因此， 能够有效地改善对电压的响应速度，而抑制对比度的下降。
尽管已经通过前述的实施例描述了本发明，但是这些并非限制，可以对 其进行变化和修改。例如，虽然在前述的实施例中已经描述了 TFT液晶显示 器，但是本发明也可应用于等离子体寻址液晶显示器或者筒单矩阵液晶显示 器。尽管上面已经描述了具有负各向异性介电常数的VA模式液晶显示器， 但是这些并非限制，通过给密封在板之间的液晶施加电压，本发明可应用于 任何进行显示的设备。
本领域的技术人员应当理解的是，根据设计要求和其他因素可以进行各 种修改、组合、子组合和替换，只要它们在权利或者其等同物的范围内。
本发明包含与2006年11月15日在日本专利局提交的日本专利申请 JP2006-309515相关的主题，在此将其全部内容引用结合于此。
权利要求
1、一种制造液晶显示器的方法，其步骤包括在彼此面对的一对基板的内表面上形成像素电极，每个该像素电极具有切口；在形成有该像素电极的该一对基板之间，密封包含光固化材料的液晶层；以及在该一对基板上彼此面对的像素电极对之间施加电压下，通过使用具有多个开口的光屏蔽膜曝光该液晶层，其中该切口交替设置，以在该像素电极对之间形成交错排列，并且该光屏蔽膜的相邻开口之间的间距小于一个基板上的像素电极的该切口与另一个基板上的像素电极的该切口之间在基板表面方向上的间距。
2、 根据权利要求1所述的制造液晶显示器的方法，其中 该光屏蔽膜的该多个开口布置成丝网图案、格子图案或者条形图案。
3、 根据权利要求1所述的制造液晶显示器的方法，其中 该切口形成为沿着该基板表面的条形图案，并且 该光屏蔽膜的该多个开口形成为平行于该切口的纵向方向的条形图案。
4、 根据权利要求1所述的制造液晶显示器的方法，其中 该切口形成为沿着该基板表面的V形条状图案，并且 该光屏蔽膜的该多个开口形成为沿着该切口的形状的V形图案。
5、 根据权利要求1所述的制造液晶显示器的方法，其中该光屏蔽膜的相邻开口之间的该间距相对一个基板上的像素电极的该 切口与另 一 个基板上的像素电极的该切口之间在基板表面方向上的该间距之比为无理数。
6、 一种液晶显示器，包括 4皮此面对的 一对基斧反；像素电4^，形成在该一对基板的内表面上，每个该像素电极具有切口；和液晶层，密封在形成有该像素电极的该一对基板之间，其中 该切口交替设置，以在该像素电极对之间形成交错排列，并且 该液晶层具有液晶分子倾斜的预倾斜区域，相邻预倾斜区域之间的间距 小于一个基板上的像素电极的该切口与另一个基板上的像素电极的该切口 之间在基板表面方向上的间距。
全文摘要
一种制造液晶显示器的方法，其步骤包括在彼此面对的一对基板的内表面上形成像素电极，每个像素电极具有切口；在形成有像素电极的一对基板之间密封包含光固化材料的液晶层；以及在该一对基板上彼此面对的像素电极对之间施加电压下，通过使用具有多个开口的光屏蔽膜曝光液晶层，其中切口交替设置，以在该对像素电极之间形成交错排列，并且该光屏蔽膜的相邻开口之间的间距小于一个基板上的像素电极的该切口与另一个基板上的像素电极的该切口之间在基板表面方向上的间距。
文档编号G02F1/1333GK101183189SQ20071018697
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月15日 优先权日2006年11月15日
发明者水木雅彦, 田豪 申请人:索尼株式会社