[发明专利]液晶装置和在其盒壁上提供表面排列及分子预倾角的方法

说明书

本发明涉及液晶装置排列。这种液晶装置通常由封闭在盒壁之间的一薄层液晶材料构成。形成在盒壁上的光学透明电极结构使得作用在这一层液晶上的电场将液晶分子重新取向在一种通导(ON)状态。一旦撤掉电场这些液晶分子就恢复到它们的关闭(OFF)状态。

有三种已知类型的液晶材料，即向列相、胆甾相和近晶相液晶，它们分别具有不同的分子取向。

本发明具体涉及采用向列相或长螺距胆甾相液晶材料的液晶装置和对盒壁的表面排列处理。这种表面排列处理使与盒壁接触的液晶分子沿着一定的排列方向进行排列。通过将这些排列方向设置为正交方向，可以迫使液晶在其电压关断状态下具有扭曲结构。这种液晶盒被称为扭曲向列相液晶盒。在向列相液晶材料中加入少量胆甾相液晶材料使之具有选定的扭曲方向以确保液晶盒中的液晶分子具有一致的扭曲。此外还可以制成具有大于90°的扭曲角的液晶盒；例如在US-4,596,446中描述的超扭曲向列相液晶盒，或270°扭曲向列相液晶盒。排列处理的另一个要求是使在液晶盒壁处的液晶分子还具有一定的表面倾角。这种表面倾角对于确保某些液晶盒，例如在GB-1,472,247和1,478,592中所描述的液晶盒的均匀显示是必要的。

有一种导致排列的方法称为摩擦方法，这种方法使用一块软布单向摩擦具有或不具有聚合物层的液晶盒壁。液晶分子沿摩擦方向排列，根据聚合物层的情况通常具有大约2°或者更大的表面倾角。

另一种已知的排列技术为斜蒸技术，如斜蒸SiO技术，根据蒸发方向的角度不同，这种方法可以产生零表面倾角，或较大的倾角如30°。这种技术在大量制造时是很麻烦的，但是更重要的问题是它在液晶盒壁的整个大面积上难于形成均匀的排列方向和表面倾角。

构成热色显示的短螺距胆甾相液晶材料是借助于在塑料液晶盒壁上形成压纹的光栅结构排列的，这在GB-2,143,323中给予了介绍(McDonnell，1983年)。过去利用光栅来实现预倾排列是采用一个炫耀光栅与一个正弦光栅交叉(E.S.Lee等，SID 93文摘，957页)。液晶定向分子沿着正弦光栅的沟槽排列，然后沿着炫耀光栅的沟槽排列，以形成倾角。在JP-A-60060624中介绍了一种利用两束干涉条纹对一层光敏层曝光来制造炫耀光栅的方法。

其它排列技术包括采用Langmuir Bloggett技术(H.Ikeno等人，日本应用物理杂志第27卷，第495页，1988年)；在基板上施加磁场(N.Koshida和S.Kikui，应用物理通信杂志，第40卷，第541页，1982年)；或者采用通过机械拉伸形成的具有光学各向异性的聚合物膜(H.Aoyama等，分子晶体与液晶，第72卷，127页，1981年)。并且已经制成了只有一个表面经过摩擦的扭曲向列相结构(Y.Toko等，日本显示杂志92期491页)。

M.Schadt，K.Schmitt，V.Kozinkov和V.Chigrinov在日本应用物理杂志31卷，2155页(1992)中介绍了一种改进的摩擦聚合物排列方法。当用偏振光照射时这种聚乙烯肉桂酸酯材料形成具有各向异性分布的交联结构。这种各向异性使得表面上的液晶排列处于选定的方位角方向。向列相偶极子的方向垂直于用于使表面发生交联的光的偏振方向，并且具有零表面倾角(预倾角)。

对于大多数液晶盒来说，分子表面倾角对显示器的正确工作是十分必要的。

本发明的目的在于在液晶显示装置中提供适宜的液晶分子排列和表面倾角。

根据本发明在有序聚合物排列层中零表面倾角的问题是通过采用炫耀(不对称)光栅结构对交联层的表面轮廓整形来解决的。

根据本发明提供表面排列和表面分子倾角的方法包括以下步骤：

形成一层能够在液晶盒壁表面上发生交联的材料，

用偏振光照射这层材料，使之发生各向异性交联反应，

在该交联层上形成一个不对称光栅，从而使与这一层材料接触的液晶分子在液晶盒壁的平面上发生排列和产生倾角。

这种材料可以是当用紫外光照射时其分子量增加的一种聚合物、低聚物、或单聚物，并且这种材料最好是与塑料或者玻璃盒壁兼容的。

构成光栅的沟槽可以沿着偏振光的偏振方向排列，或者沿着与偏振光方向成非零角度的方向排列。

偏振光的偏振特性可以从线性变化到含有一定量的椭圆偏振光。椭圆度改变了方向角锚定能量，即排列方向的强度。

根据本发明一种液晶盒包括：

两个分隔开的液晶盒壁，在其上相对的表面上具有电极结构以在电极交叉处形成象素，在其中至少一个相对表面上具有排列层，