鐵電液晶器件的液晶對準方法

2023-08-01 13:56:16 2

專利名稱：鐵電液晶器件的液晶對準方法
技術領域：
本發明涉及一種在鐵電液晶(FLC)器件中控制光軸方向的方法，特別涉及使用連續定向器旋轉(continuous director rotation)(CDR)FLC進行的FLC器件的液晶對準方法。
背景技術：
與一般FLC相比，連續定向器旋轉(CDR)鐵電液晶(FLC)具有相轉變，並且沒有SmA*(Smectic(距列相)A*)相。換言之，隨著溫度升高，CDR FLC轉變到晶體-SmC*(Smectic C*)-N*(手徵向列)—各向同性狀態。由於CDR FLC具有不同於一般FLC的書架結構，因此它具有高光學效率和不呈現任何Z字形圖形。而且，由於CDR FLC具有單穩態結構而不是雙穩態結構，因此它具有能進行模擬灰度級顯示的優點。
圖1A-1C示出了用於介紹在文章「Unidirectional Layer Alignment inFerroelectric Liquid Crystal with N*-SmC*Phase Sequence」(由KatsunoriMyojin，Hiroshi Moritake，Masanori Ozaki，Katsumi Yoshino，Takeshi Tani和Koichi Fujisawa 發表的；Jpn，J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp5491-5493 Part1，No.9B，1994年9月)中公開的CDR FLC中的光軸方向的對準方法的示意圖。
參見圖1A，當沒有電場施加於液晶分子時，液晶分子在兩個方向而不是一個方向對準。層法線在研磨方向的左、右側相對於研磨方向形成相對傾角。
參見圖1B，當在相從N*相轉變到SmC*相期間將10V直流電場施加於液晶分子時，液晶分子在研磨方向對準。但是，法線層相對於研磨方向形成預定傾角。
參見圖1C，當在低於相轉變溫度的1.5℃的溫度下將具有三角波形的電壓施加於沒有偏置電場的液晶分子時，液晶分子在固定方向對準，並且層法線平行於研磨方向。然而，液晶分子的光軸相對於研磨方向形成傾角。
根據液晶器件的常規對準方法，通過在N*-SmC*相溫度範圍施加AC電場和/或DC電場，使液晶分子的光軸與緩衝軸(研磨方向)一致。然而，隨著液晶的溫度降低，液晶分子的光軸變得相對於緩衝軸傾斜。結果是，光軸不與緩衝軸一致。由於光軸和緩衝軸的角度之間的差別，當在實際驅動溫度下偏振光入射到液晶器件上時，對比率下降，導致顯示在屏幕上的顯示品質下降。
特別是，在投影TV中使用的大多數光學器件只採用特殊偏振光，如p-波或s-波光，並採用液晶顯示器(LCD)，其中該液晶顯示器的研磨方向朝向液晶面板的邊緣方向。在使用向列(N)模式的LCD的情況下，例如矽上液晶(LcoS)面板，由於緩衝軸與液晶分子的光軸一致，因此在選擇光學器件上沒有困難。然而，當使用FLC時，液晶分子的光軸相對於緩衝軸傾斜預定角度。結果是，必須精確控制光學器件的偏振光方向，以便提高對比率。然而，實際上，精確控制投影TV或LCD中使用的所有光學器件的偏振狀態是不容易的。因而，需要一種在驅動溫度下使液晶分子的光軸與緩衝軸一致的技術。

發明內容
本發明提供一種鐵電液晶(FLC)器件的液晶對準方法，其中在驅動溫度下液晶分子的光軸接近於研磨方向。
根據本發明的一個方案，提供一種鐵電液晶(FLC)器件的液晶對準方法，其中當FLC器件的FLC對準時，在N*-到-SmC*相轉變溫度範圍內通過給液晶施加交變電流(AC)電場來控制液晶分子的光軸方向。
優選地，FLC是連續定向器旋轉(CDR)FLC。
優選地，N*-到-SmC*相轉變溫度範圍是相轉變溫度(Tc)的±2℃。優選地，相轉變溫度(Tc)大約為72℃。
優選地，AC電場具有方波，具有在1Hz到10Hz範圍內的頻率，並具有從1V到10V範圍內的電壓。
優選地，在驅動溫度範圍內，在與緩衝軸成2°的角度中光軸方向接近緩衝軸。
優選地，在驅動溫度範圍內，光軸方向與面板邊緣一致。優選地，驅動溫度範圍對應40℃。
優選地，FLC器件包括由氧化銦錫(ITO)形成的上基板和包括Al電極並由Si形成的下基板。
在FLC中，液晶分子的光軸隨著溫度改變，並且不容易使液晶分子的光軸與研磨方向一致。本發明建議一種FLC器件的液晶對準方法，通過這種方法可以使液晶分子的光軸方向在驅動溫度範圍內指向所希望的方向。通過這種方式，根據本發明的對準方法可提高液晶面板的可靠性。


通過下面參照附圖對典型實施例的詳細說明使本發明的上述和其它方案和優點更明顯，其中圖1A-1C是在文章「Unidirectional Layer Alignment in Ferroelectric LiquidCrystal with N*-SmC*Phase Sequence」(由Katsunori Myojin，Hiroshi Moritake，Masanori Ozaki，Katsumi Yoshino，Takeshi Tani和Koichi Fujisawa發表的；Jpn，J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp5491-5493 Partl，No.9B，1994年9月)中公開的連續定向器旋轉(CDR)鐵電液晶(FLC)中的對準方法的示意圖；圖2是用於說明根據本發明實施例的FLC器件的液晶對準方法的流程圖；圖3是用於實施圖2中所述的FLC器件的液晶對準方法的FLC器件的剖面圖；圖4是圖3的FLC器件的平面圖；圖5表示當通過實施根據本發明實施例的FLC器件的液晶對準方法而使光軸與緩衝軸一致時的屏幕和面板；圖6是表示對於不同電壓值的溫度相對於液晶分子的光軸的傾角的變化率的曲線；和圖7是表示對於不同頻率值的溫度相對於液晶分子的光軸的傾角的變化率的曲線。
具體實施例方式
下面將參照附圖更全面地介紹本發明，其中附圖中示出了本發明的優選實施例。在附圖中，相同參考標記用於表示文中相同的元件。
圖2是用於介紹根據本發明實施例的FLC器件的液晶對準方法的流程圖。圖3是用於實施圖2中所述的FLC器件的液晶對準方法的FLC器件的剖面圖。圖4是圖3的FLC器件的平面圖。
首先，參照圖3和4簡要介紹液晶顯示器(LCD)製造工藝。在下基板31上形成下部對準層36，並在上基板32上形成上部對準層35。這裡，聚醯亞胺、聚乙烯、尼龍或聚乙烯醇(PVA)化學材料用作上部對準層35和下部對準層36。形成下部對準層36和上部對準層35之後，為了在固定方向對準液晶，在特定方向利用研磨絲(velvet)對硬化聚醯亞胺進行研磨和在硬化聚醯亞胺上形成直凹槽的研磨工藝。進行研磨工藝之後，組裝上基板32和下基板31。此時，為了保證下基板31和上基板32之間的固定單元間隙，使用光刻等技術在預定位置形成間隔器(spacer)39。
形成間隔器39之後，使用密封劑38組裝上基板32和下基板31，並且將液晶37注入到單元間隙中。根據本發明的FLC器件的液晶對準方法建議組將施加具有預定波形的交變電流(AC)電場的工藝合併到注入液晶37的工藝中，其中所述交變電流電場根據液晶的類型在給定溫度下具有給定頻率和給定電壓。這樣，就可以精確地控制液晶37的分子的光軸方向為所希望的方向。
下面，將參照圖2詳細介紹液晶37的分子的光軸方向的控制。將上基板32和下基板31組裝在一起之後，採用真空泵將單元間隙的內部保持在低於1/1000乇的真空度。然後，將含有液晶的託盤的溫度升高到大約110℃。當將組裝後的基板單元浸漬在含有液晶的託盤中時，然後向真空室中緩慢注入氮(N2)氣，作為單元內部和外部之間的壓力差的結果，將液晶填充到單元的其餘空間中(步驟110)。此時，冷卻液晶，然後在大約95～97℃下將其轉變為N*相(步驟112)。
如果N*相中的液晶被繼續冷卻，在相轉變溫度範圍內液晶分子轉變為SmC*相。。假設液晶轉變為SmC*相的溫度為Tc( 72℃)，則優選在Tc的±2℃(Tc±2℃)的相轉變溫度範圍內給液晶施加AC電流(步驟114)。液晶分子的光軸方向平行於緩衝軸對準(步驟116)。而且，液晶分子的方向可以在所希望的方向對準，例如面板的邊緣方向。
這裡，優選地，AC電場具有方波波形，其具有1～10V的電壓和1～10Hz的頻率。參見圖4，在安裝在面板外部的控制盒30內感應AC電場，並通過導線將其施加於連接到下基板31的下電極33和上基板32的上電極34的盤狀焊盤40。通過這種方式，AC電場輸入給面板的每個像素。優選地，Si基板用作下基板31，Al電極用作下電極33，氧化銦錫(ITO)用作上電極32。這裡，在確定所希望的形狀之後，可以對下基板31下電極33和/或上基板32上電極34進行構圖。
圖5表示當通過實施根據本發明實施例的FLC器件的液晶對準方法而使光軸與緩衝軸一致時的屏幕和面板。參見圖5，屏幕51和面板53的每個對應邊彼此平行。液晶分子的光軸和表示研磨方向的緩衝軸彼此平行對準。這樣，從面板53發射的偏振光的發光效率提高了，從而提高了呈現在屏幕51上的顯示品質。
圖6是表示對於不同電壓值的液晶分子的光軸的傾角的溫度的變化率的曲線。光軸的傾角表示N*相(其中緩衝軸和光軸是相同的)的液晶分子的光軸和在每個不同溫度的液晶分子的光軸之間的差別。
參見圖6，當施加電壓DC3V時，隨著溫度下降，光軸的傾角從緩衝軸(0°)連續偏移。在40℃的驅動溫度，液晶分子的光軸相對於緩衝軸的傾角偏離-3.5°。然而，當4Vpp、5Vpp和6Vpp的電壓依次施加於具有10Hz頻率的AC電場時，液晶分子的光軸相對於緩衝軸的傾角連續減小並在40°的驅動溫度、10Hz頻率和5Vpp電壓時接近±2°。
與施加具有5Vpp或6Vpp電壓的電場時相比，具有4Vpp的電場施加於液晶時，不會在傾角中產生尖端。當具有10Hz頻率和4Vpp電壓的AC電場施加於液晶時，隨著溫度下降，傾角逐漸增加。當在N*-SmC*相溫度範圍左右給液晶施加外部DC電場時，在SmC*相中形成液晶層，並且液晶分子設置成與液晶分子的緩衝軸形成傾角。即使在相同SmC*相中，隨著溫度下降，傾角也逐漸增加。
另一方面，當具有10Hz頻率和5Vpp電壓的AC電場或具有10Hz頻率和6Vpp電壓的AC電場施加於液晶時，傾角增加到-2°或大於大約70℃，然後隨著溫度下降而下降，從而產生尖端。換言之，隨著溫度下降，液晶分子的光軸傾角朝向緩衝軸一側增加。在尖端處，液晶分子的光軸傾斜方向向緩衝軸的另一側改變。相應地，隨著溫度下降，液晶分子的光軸的傾角逐漸減小。特別是在相轉變溫度範圍內，液晶分子相對於緩衝軸的傾角逐漸減小，從而施加具有5Vpp或6Vpp電壓的AC電場時的液晶分子對準比施加具有4Vpp電壓的AC電場時的液晶分子對準更好。
本發明採用光軸的傾角的減小和增加精確地控制光軸。
圖7是表示對於不同頻率值的液晶分子的光軸的傾角的溫度變化率的曲線。參見圖7，當施加DC3V電壓時，在40℃的驅動溫度下液晶分子的光軸的傾角偏離緩衝軸(0°)為-3.5°。當施加具有15Hz頻率和4Vpp電壓的AC電場時，在40℃的驅動溫度下液晶分子的光軸相對於緩衝軸的傾角偏離緩衝軸(0°)為2.8°。然而，AC電壓固定到5Vpp，並依次施加5Hz、8Hz和10Hz的頻率，液晶分子的光軸相對於緩衝軸的傾角在70℃的溫度到達尖端點，但是逐漸減小，然後在40℃的驅動溫度時接近±1°。
因此，在FLC器件的液晶對準方法中，通過在溫度範圍內給液晶施加具有方波的AC電場，將液晶方向控制為接近緩衝軸，其中所述方波具有1～10V電壓和1～10Hz頻率，其中在所述溫度範圍內液晶從N*相轉變為SmC*相，由此提高了採用偏振光的投影TV中的對比率。
前面已經參照典型實施例示出和介紹了本發明，本領域技術人員應該理解在不脫離由所需權利要求書及其等效形式限定的本發明的精神或範圍的情況下可以在形式和細節上進行各種修改。
權利要求
1.一種鐵電液晶(FLC)器件的液晶對準方法，其中當FLC器件的FLC被對準時，通過在N*-到-SmC*相溫度範圍內給液晶施加交變電流(AC)電場來控制液晶分子的光軸方向。
2.根據權利要求1的對準方法，其中FLC是連續定向器旋轉(CDR)FLC。
3.根據權利要求1的對準方法，其中N*-到-SmC*相溫度範圍為相轉變溫度(Tc)的±2℃。
4.根據權利要求3的對準方法，其中相轉變溫度(Tc)大約為72℃。
5.根據權利要求1的對準方法，其中AC電場具有方波。
6.根據權利要求5的對準方法，其中AC電場具有從1Hz到10Hz範圍的頻率。
7.根據權利要求6的對準方法，其中AC電場具有從1V到10V範圍的電壓。
8.根據權利要求1的對準方法，其中在驅動溫度範圍內，在相對於緩衝軸成2°角度內，光軸方向接近緩衝軸。
9.根據權利要求1的對準方法，其中在驅動溫度範圍內光軸方向與面板的邊緣一致。
10.根據權利要求8的對準方法，其中驅動溫度範圍對應40℃。
11.根據權利要求1的對準方法，其中FLC器件包括由氧化銦錫(ITO)形成的上基板。
12.根據權利要求1的對準方法，其中FLC器件包括下基板，該下基板包括Al電極並由Si形成。
全文摘要
提供一種鐵電液晶(FLC)器件的液晶對準方法。通過在N
文檔編號G02F1/1337GK1576981SQ20041006344
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月6日 優先權日2003年7月9日
發明者金昌柱, 王鍾敏 申請人:三星電子株式會社