[发明专利]液晶显示器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器及其制造方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)可以使用于例如是可携式装置、电脑显示器以及高画质电视等电子产品中。液晶显示器可具有液晶层以及两个交错的线性偏光板，以通过光电作用来调变光。施加在液晶层的外部电压可以改变液晶分子的方向以及液晶层的光相位延迟特性，进而改变通过交错的线性偏光板的光量。依据施加在液晶层的电压，显示器的各个像素可以显示一定范围的灰度色阶。彩色滤光片可以用来过滤光，以产生彩色。

液晶显示器的光学特性与液晶层未施加电压(称为“初始状态”)或施加电压(称为“操作状态”)时的液晶分子的分子排列有关。液晶分子初期的排列可由表面的边界条件来决定。两个基板之间的液晶层以及表面的边界条件可由覆在基板上的配向膜来控制。各配向膜可以例如是有机(如聚合物)或无机薄膜材料。

液晶分子初期是以垂直于或是平行于稍微倾斜(预倾斜)于一特定方向的配向膜表面的方式排列。倾斜的方向定义了在操作状态的分子再定位方向(reorientation direction)。倾斜量称为预倾斜角度(pretilt angle)。配向膜的表面结构定义表面的预倾斜角度，其可以经由摩擦定向有机配向膜、以一倾斜入射方向的偏振光或是无偏振光对有机配向膜进行曝光、或倾斜沉积无机配向膜的方式来获得的。在液晶层施加电压的操作状态时，由于液晶分子的介电各向异性，所施加的电场会在液晶分子上施加一扭矩。液晶层初期的结构以及分子的再定位结构共同界定了液晶的类型。液晶类型不同，其应用也会有所不同。

例如，不同尺寸的显示器可使用的液晶类型也并不相同，这是因为必须考虑元件制造的复杂度、制造的成本以及系统的效能等因素。对小型或是中型荧幕(例如用于移动电话以及电脑荧幕)而言，可以使用扭转向列(TwistedNematic，TN)型。M.Schadt在1971年的Applied Physics Letters的第18卷第127页篇名为“Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted NematicLiquid Crystal”中详细说明了TN显示器。TN显示器的操作可靠，且制造简易。在TN显示器中，使用了两个具有配向膜的基板，配向膜可使得液晶分子在初期状态与基板的表面平行。沿正交方向摩擦定向上、下配向膜。在此边界条件下，没有施加电压的液晶层会具有扭转结构。由于双折射(birefringence)以及波导作用(wave guiding effect)，此扭转结构会改变通过液晶层的光的偏振状态。相较于在亮的状态仅使用双折射作用的其他种类型的液晶，波导作用可在亮的状态提供具低色散的高透射效率。

“扭转结构”是指液晶层的一种状态，其在垂直方向上不同位置的液晶分子的指向矢(director)的方向不同。扭转结构与螺旋相似。顺时针扭转方向表示当液晶分子从接近显示器的背面的位置移动到接近显示器正面的位置时，液晶分子具有顺时针方向旋转的方向性(与左旋螺旋相似)。逆时针扭转方向表示当液晶分子从接近显示器的背面的位置移动到接近显示器正面的位置时，液晶分子具有逆时针方向旋转的方向性(与右旋螺旋相似)。

TN显示器可以透过施加一个操作电压给液晶层，使液晶分子排列成与基板表面垂直的方向，而转变为暗的状态。在暗的状态中，液晶层表面区域的光延迟会造成漏光，这是因为接近表面区域的液晶分子受到配向膜的束缚而并未转变成与基板垂直的状态所致。

另一种液晶显示类型称的为垂直配向(VA)类型，液晶分子在初期会在垂直方向(亦即，与基板表面垂直)排列。VA型液晶有两种。第一种是以双折射作用(birefringence effect)来控制亮度，其称的为电控双折射(ECB)VA型液晶，请参照M.Schadt在1971年的Applied Physics Letters的第19卷第391页篇名为“Deformation of Nematic Liquid Crystals with Vertical Orientation inElectrical Fields”的内容。ECB VA型液晶是使用配向膜使液晶分子垂直于基板的表面。上、下配向膜的摩擦定向方向彼此相对。为达到高亮度，上、下偏光板的光轴具有相对于配向膜的摩擦定向方向呈45度方向的透射轴。

值得注意的是“垂直”和“水平”是用来描述显示器的各构件的相对方向。各构件可具有不同的方向。