[发明专利]液晶元件及其制备方法

说明书

本发明涉及在光学通信、立体影象显示，图象处理、光学控制和平面图象处理等各种领域中进行光学调制所用的液晶元件，及制备该元件的方法。本发明更特别地涉及应用液晶近晶相电光效应的液晶元件及制备该元件的方法。

为了减轻各种光学调制元件和显示元件或降低这些元件所需能耗，这些元件使用液晶元件的倾向近来有所增加。在各种液晶元件中，应用液晶近晶相电光效应的铁电或反铁电液晶元件(下文称作“近晶液晶元件”)受到人们重视，因为它们与TN液晶元件相比具有较宽的视角范围和较高的响应速度，尤其因为反铁电晶体元件耐冲击性极好，几乎没有在液晶盒内表面印上液晶材料的问题，它们近年来更为受到重视。

近晶液晶元件包括液晶盒，其中，在一对基片上所安置的电极间充填厚度不大于几微米的能显示液晶近晶相的液晶材料(下文称作“近晶液晶材料”)，如果需要的话，还包括各种极化控制器。为了用此元件进行有足够高对比度的光学调制，液晶盒中的近晶液晶材料层最好是取向一致的，以使图3-A、3-B和3-C中所示的近晶液晶的层法线方向(垂直于近晶液晶层的方向)几乎互相一致。这些图中，液晶分子的取向方式是每一液晶分子有一倾角θ以形成液晶层，⊙表示自发极化向上，表示自发极化向下。图3所示层法线平行于液晶盒的电极表面。在图3-A中，由每一自发极化方向都向上的液晶分子形成的液晶层和由每一自发极化方向都向下的液晶分子形成的液晶层一层迭加在另一层上。图3-B中，全部都是由每一自发极化方向都向上的液晶分子形成的液晶层一层迭加在另一层上。图3-C中，全部都是由每一自发极化方向都向下的液晶分子形成的液晶层一层迭加在另一层上。

特别在光学通信上的光开关、立体影象显示上的快门和用于图象显示、图象处理和光学控制的光学空间调制器等情况下，至少约100的对比度是必需的，这样，不但要求在元件整个表面上近晶液晶层取向一致，而且要求近晶液晶层内不出现各种缺陷。

为使近晶液晶的层法线方向互相一致，有一个常规的已知方法是先在基片和液晶材料之间的界面上形成由聚酰亚胺之类聚合物薄膜制的定向膜，然后对将与液晶材料接触的定向膜表面作摩擦处理。此处所用的术语“摩擦处理”指用布等以一定的方向磨擦基片上的定向膜表面。

然而，在摩擦方向互相平行的定向膜之间充填液晶材料时，常常形成近晶液晶的层法线方向不同于邻近电畴的许多电畴。尤其在近晶液晶的层法线方向随电畴而显著不同的情况下，如果在液晶盒上施加电压以改变液晶盒内近晶液晶层的取向状态，则会发生光泄漏，因为近晶液晶层的消光位置因电畴而异。因此，装有上述这种液晶盒的液晶元件具有这样的问题，即与用液晶盒内存在的近晶液晶的层法线方向互相一致的液晶元件的情况相比，在用这种液晶元件进行光学调制前后输出光明暗之间的对比度变小。也就是说，用在这种摩擦方向互相平行的定向膜之间充填液晶材料的液晶盒制得的铁电或反铁电液晶元件不能得到足够高的对比度。

为了解决这一问题，提出了改变对上下基片上形成的定向膜的摩擦方向的方法。例如，日本专利公开公报№.371925/1992提出了使二个摩擦方向偏移的角θ₁和θ₂之和(θ₁+θ₂)的方法，角θ₁是由上基片定向膜表面近晶A相液晶的层法线与摩擦方向构成的，角θ₂是由下基片定向膜表面近晶A相液晶的层法线与摩擦方向构成的。日本专利公开公报№.3676/1994提出使摩擦方向偏移某一给定角度的方法。

但是，日本专利公开公报№.371925/1992提出的方法是不能应用的，因为对于层法线相对于摩擦方向不能单一地确定的液晶材料或不能处于近晶A相的液晶材料这样的情况下，上下基片上形成的定向膜的表面上的摩擦方向之间的角不能确定。

在日本专利公开公报№.3676/1994上提出的方法中也有获得足够一致取向的角的较佳范围并不总是清楚的问题。

而且，在上述常规方法中不能防止施加电场所引起的条纹缺陷，因此施加电压于反铁电液晶元件引起铁电状态间转换以进行光学调制时，仅使上下基片上形成的定向膜表面的摩擦方向偏移，很难通过施加电场获得足够高的对比度。

本发明旨在解决上述现有技术所伴有的这些问题，本发明的一个目的是提供可应用液晶近晶相的电光效应进行具有高对比度的光学调制的液晶元件，并提供制备所述元件的方法。

本发明的另一个目的是提供可阻止在驱动液晶元件的过程中出现条纹缺陷，从而在进行光学调制时保持高对比度状态的液晶元件，并提供制备所述元件的方法。