CN1315670A - 液晶显示器和生产液晶显示器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示器,它能防止光从像素***部分泄漏,而且具有高显示性能。该液晶显示器包括：包含多条扫描线和多条信号线的一种阵列衬底;多个切换单元;多个像素电极;以及在第一衬底上形成用来覆盖像素电极的第一调整层;包含相对电极和第二调整层的一个相对衬底,第二调整层是在第二衬底上形成的,用于覆盖相对电极;以及夹在阵列衬底和相对衬底之间的一个光控制层,该光控制层由具有自发极化的液晶材料构成。

Description

液晶显示器和生产液晶显示器的方法
本发明一般涉及一种利用具有自发极化的液晶的液晶显示器，以及一种生产这种液晶显示器的方法。
液晶显示器具有低功耗、重量轻和超薄等特性，而且被广泛地用于个人计算机和车载导航***。然而与CRT相比，液晶显示器具有响应速度慢、视角窄等缺点。随着尺寸的增大和分辨率的提高，更要求液晶显示器能快速响应和具有宽视角。
利用自发极化的液晶显示器被广泛视为能实现快速响应的一种显示模式。自发极化是液晶中所固有的，或由于施加一个电场到液晶而感应的。这种液晶材料(显示模式)的例子包括表面稳定的铁电体液晶(SS-FLC)、单稳铁电体液晶、变形的螺旋铁电体液晶(DHF)、扭曲的铁电体液晶(扭曲的FLC)、交错极化域(APD)、聚合物稳定的铁电体液晶、反铁电液晶(包括无门限的反铁电液晶)以及电诊断(electro-clinic)效应。
为通过组合上述显示模式与有源元件来实现全色显示，希望液晶分子的切换不会产生域。在1999年8月于德国召开的国际铁电体液晶会议(FLC-99)上提出了连续引导旋转(CDR)模式。在这种模式中，由于液晶分子的光轴(长轴)根据所施加的电压连续旋转，所以能执行全色的半色调显示。
在CDR模式中，在液晶材料的相位从向列相或全向相转换为手性层列C相期间，通过在像素电极和一个相对电极之间施加一个单极电场(dc电场)可形成层列相。此时，尽管可施加一个预期的单极电场到像素电极面向该相对电极的区域，但无法施加一个预期的电场到像素电极之外的区域。因此，在像素区域外无法得到均匀分布的液晶。本发明人经过努力研究后发现，下面的问题是由于像素区域外的均匀排列引起的。
即，如果液晶在室温下工作1000小时或更长时间，或在10℃或更低温度下工作50小时或更长时间，那么像素区域周围的紊乱排列将扩散到像素，这样就产生光泄漏，以至对比度较低。
因此，本发明的一个目的是解决上面提到的问题，并提供一种能防止光从像素***部分泄漏且具有高显示性能的液晶显示器，以及提供一种生产该液晶显示器器的方法。
为实现上述和其它目的，根据本发明一方面，这种液晶显示器包括：包含多条扫描线和多条信号线的一个阵列衬底，扫描线和信号线以矩阵形式在第一衬底形成；在扫描线和信号线之间的交叉点上形成的多个切换单元，每个切换单元的一端连接一条对应的信号线，而且每个切换单元响应于一条对应扫描线上的信号而执行一个切换动作；多个像素电极，每个电极连接一个对应切换单元的另一端；以及在第一衬底上形成的用来覆盖像素电极的第一调整层；一个相对衬底，包含在第二衬底上形成的一个相对电极以及在第二衬底上形成的用于覆盖相对电极的第二调整层；夹在所述阵列衬底和所述相对衬底之间的一个光控制层，并且包括一种具有自发极化的液晶材料，而且液晶材料在手性层列C相的高温一侧具有向列相或全向相，当不向所述液晶材料施加电场或施加第一极性的第一电场时，所述光控制层上的液晶分子的光轴基本上保持不动，而当向该所述液晶材料施加所述第二电场时，所述液晶分子的所述光轴根据不同于所述第一极性的第二极性的第二电场强度响应，其中所述扫描线和所述相对电极之间的电场在所述切换单元工作时具有所述第一极性。
切换单元可配置于所述像素之下。
光控制层中的碟状层方向最好具有10°或更小角度的分布。
如果每个切换单元有一个负的TFT，而且如果碟状层是在不施加电压的情况下通过冷却该晶格(cell)形成的，那么第一调整层的调整特性为，液晶分子的自发极化在不向所述液晶材料施加电压时指向第一衬底。
如果每个切换单元都有一个正的TFT，而且每个碟状层是在不施加电压的情况下通过冷却该晶格形成的，那么第一调整层的调整特性为，液晶分子的自发极化在不向所述液晶材料施加电压时指向第二衬底。
根据本发明的另一方面，提供一种生产液晶显示器的方法，这种液晶显示器包括：包含多条扫描线和多条信号线的一个阵列衬底，扫描线和信号线以矩阵形式在第一衬底形成；在扫描线和信号线之间的交叉点上形成的多个切换单元，每个切换单元的一端连接一条对应的信号线，而且每个切换单元响应于一条对应扫描线上的信号而执行一个切换动作；多个像素电极，每个电极连接一个对应切换单元的另一端；以及在第一衬底上形成的用来覆盖像素电极的第一调整层；一个相对衬底，包含在第二衬底上形成的一个相对电极以及在第二衬底上形成的用于覆盖相对电极的第二调整层；夹在阵列衬底和相对衬底之间的一个光控制层，它由一种具有自发极化的液晶材料构成，液晶材料在手性层列C相的高温一侧具有向列相或全向相，该方法包括：当液晶材料的相位从向列相或全向相转换为手性层列C相时，通过在像素电极和相对电极之间施加一种极性的电场来形成一个手性层列C相，其中所述电场的所述极性等同于切换单元工作时相对电极和扫描线之间的电场极性。
根据下面的详细描述以及本发明优选实施例的附图，可更充分地理解本发明。然而这些附图并不是为了暗示限制本发明到一个特定的实施例，而仅仅是为了说明和理解。
在附图中：
图1示出了根据本发明的第一个液晶显示器优选实施例的结构原理图；
图2示出了在第一个优选实施例中，所施加电压和透光度之间的关系图；
图3为说明第一个优选实施例优点的原理图；
图4示出了本发明第二个优选实施例的结构原理图；
图5示出了本发明第三个优选实施例的结构原理图；
图6为说明本发明第四个优选实施例优点的原理图；
图7示出了第四个优选实施例的一个比较例子的原理图；
图8示出了本发明第六个优选实施例的结构原理图；
图9为说明像素向上排列的结构的原理图；
图10示出了本发明第四个优选实施例的结构原理图；
现在参考附图描述本发明的优选实施例。
(第一个实施例)
下面将参考图1到图3，来描述根据本发明的第一个液晶显示器优选实施例。在这个优选实施例中，液晶显示器为一种有源矩阵激励的液晶显示器。
图1(a)为这个优选实施例中的有源矩阵激励的液晶显示器单元的原理图，而图1(b)是沿图1(a)的线A-A′的截面视图。
如图1(a)和图1(b)所示，这个优选实施例中的液晶显示器单元包括阵列衬底10、相对衬底30、以及夹在两个衬底之间、由一种液晶材料构成的光控制层40，以通过隔片45具有预定厚度。这种液晶材料在手性层列C相的高温一侧具有向列相或全向相，并且具有自发极化。
阵列衬底10有一个透明的绝缘衬底11。在衬底11的主表面上，形成向一个方向延伸的多条扫描线(栅极线)12和辅助电容线(未示出)。在衬底11的主表面上形成一个透明的绝缘层14以覆盖扫描线12和电容线(见图1(b))。在绝缘层14上形成多个ITO(铟氧化锡)的像素电极15，以及形成多条信号线16以便基本上垂直于扫描线12(见图1(a)和图1(b))。信号线16被绝缘薄膜17覆盖(见图1(b))。在扫描线12和信号线16之间的交叉点附近的衬底11的主表面上形成TFT的切换单元18。每个切换单元18的栅极连接一条对应的扫描线12。每个切换单元18的源极和漏极的一端通过设置在绝缘薄膜17的接点(未示出)来连接一条对应信号线18，而另一端则通过设置在绝缘薄膜17的接点(未示出)连接一个对应的像素电极15。
在衬底11的主表面上形成调整层19以覆盖像素电极15和切换单元18。在衬底11的反向表面上形成极化器28。
另一方面，相对衬底30设有颜色滤波器部分32。颜色滤波器部分32包括在透明绝缘衬底31的主表面上的像素区域形成的颜色部分32a，用于发送具有特定波长的光束，以及包括在透明绝缘衬底31的主表面上的非像素区域形成的黑底32b。在颜色滤波器部分32的显示区域上形成一个ITO的相对电极34。通过无机绝缘薄膜35在相对电极34上形成一个调整层36。最好提供无机绝缘薄膜35以维持绝缘特性。在衬底31的反向表面上形成极化器38。
排列阵列衬底10的极化器28的光轴28a以及相对衬底30的极化器38的光轴38a，以形成一个交叉的尼科耳配置(见图1(a))。
在这个优选实施例中，在调整层19和38上执行诸如摩擦的调整处理。例如，如图1(a)所示，在阵列衬底10的调整层19上以栅极线12方向执行调整处理54。在图1(a)中，附图标记50表示液晶分子，而图1(a)所示的锥体表示施加电压时液晶分子50的运动轨迹。
组成TFT18的半导体薄膜可由非晶硅或多晶硅构成。利用多晶硅的多晶硅TFT适合于切换具有自发极化的液晶，因为它具有高度的机动能力。多晶硅TFT很容易预备一种负的TFT。此外，负TFT指的是，当栅极的电位比源极和漏极的电位低时，栅极状态为ON(低电阻)的TFT。非晶硅TFT由于生产原因通常为正的TFT。
如果在相对电极34和颜色滤波器32之间形成一层水准(leveling)膜，那么相对电极34被拉平，以便液晶的调整特性得到改善，而且相对电极34和阵列衬底10很难短路。
该水准膜最好由任何一种有机薄膜构成，如丙烯、聚酰亚胺、尼龙、聚酰胺、聚碳酸酯、苯环丁烷聚合物、聚丙烯腈和聚硅烷薄膜等。从成本上应优选丙烯薄膜，从极化特性上优选苯环丁烷聚合物薄膜，而从化学稳定性上应优选聚酰亚胺薄膜。
如果切换单元18能切换相应的像素，那么它同样可为一个薄膜二极管(TFD)单元或类似单元，而不是TFT单元。颜色滤波器也可在阵列衬底的这一侧形成。
阵列衬底10和相对衬底30通过一种密封材料互相粘和在一起，它应用于非显示区域，以便除填充口(未示出)外，调整层19和36相互面对。这时阵列衬底10和相对衬底30之间通过隔片45保持一个预定距离。
液晶材料40通过一个填充过程加入，该填充过程用于在清空该晶格内部后，通过填充口加入液晶材料40。填充完液晶材料后，该填充口通过一种密封材料(未示出)被完全密封，而且与外界空气隔绝。
在由此形成的液晶晶格中，液晶40被加热至全向相或向列相。接着，液晶40被冷却以使液晶40的相位从向列相转换为手性层列C相。此时，根据相对电极34的电位在相对电极34和像素电极15之间施加一个单极电场。通过由此形成手性层列C相，就可能均匀地排列夹在相对电极34和像素电极15之间的液晶材料50。如图1(b)所示，当未施加电压时，液晶分子的方位基本上平行于摩擦方向。
如图2所示，在电压与透光度的特性关系中，当施加上述的单极电场时，液晶分子50的主光轴几乎不变地排列在未施加电压时的同一位置，而当施加与上述单极电场反向的电场时，液晶分子50的主光轴根据电场强度改变。
本发明人经过努力研究后发现下述实施例为本发明的优选实施例。
假定液晶40的手性间距为p，而阵列衬底10和相对衬底30之间的距离为d，最好d＜p。如果d＜p，就可能防止液晶具有扭曲结构。如果液晶40具有扭曲结构，那么不施加电压时通过的光增加，而且液晶显示器对比度降低。
在液晶显示器的工作温度范围内(通常0℃～50℃)，当液晶分子50的视在倾斜角(实际测量的倾斜角)为22.5°或更大时，如果自发极化被施加的电压反向，液晶光轴和极化器发送角之间的角度为45°或更大，结果是透光率变为最大。因此，为获得高对比度的液晶显示器，液晶分子50的视在倾斜角最好为22.5°或更大。
就本优选实施例中用于液晶显示器的调整层材料来说，也可使用有机薄膜，如丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚硅烷、聚酰胺酸、聚醚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、尼龙、苯环丁烷聚合物以及倾斜蒸发的氧化硅。从构成方便和化学稳定性上，尤其优选聚酰亚胺和聚丙烯腈。
如果调整层是聚酰亚胺构成的，那么聚酰亚胺最好具有相对低的极性(相对强的疏水性)。例如，这种聚酰亚胺包括酰亚胺比率为85％或更高的聚酰亚胺、包含氟原子(CF2族)的聚酰亚胺、在其酸酐部分有苯环的聚酰亚胺、在其双胺部分无氧原子(***链)的聚酰亚胺，以及在其双胺部分有-CH4-键的聚酰亚胺。下面将描述具有相对低极性的聚酰亚胺为何适合本发明。
当出现层列相时，液晶分子50和调整层之间的极化表面相互施加力，以便液晶分子50的自发极化指向外部(或指向内部)(指向外部还是内部取决于调整层的电子亲和力)。当施加的力与相对电极34和像素电极15之间施加的dc电压发生冲突时(例如，尽管由于阵列衬底10的接口上的极化表面相互作用使自发极化方向指向外部，但自发极化被dc电压作用而指向内部时)，液晶的定位程度降低。为防止这种情况的发生，极化表面的相互作用应该很小。由于当聚酰亚胺调整层的极性很小时，聚酰亚胺调整层和液晶之间的极化表面相互作用很小，因此低极性的聚酰亚胺适合于根据本发明的液晶显示器。
对于适合本发明的调整层来说，应优选能施加相对小的预倾斜角(4°或更小)到液晶的材料和摩擦条件。这是因为随着预倾斜角的减小，液晶分子和调整层表面之间的加固力增加，这样液晶的排列更为均匀。阵列衬底10和相对衬底30的摩擦方向最好逆平行，而不是互相平行。逆平行摩擦能更容易形成一种书架结构或一种倾斜的书架结构。由此，不存在诸如锯齿形缺陷的调整缺陷区域，这样就能获得良好的调整特性。
当形成碟状层52时，施加到该晶格的dc电压或偏置电压最好在0.2-10V的范围内。由于存在电压小于0.2V时自发极化不指向一个指定方向的情况，而且如果在电压高于10V的情况下形成碟状层52时，会使包含于液晶40中的离子杂质被吸收到调整层表面，以引起荧光屏图象保留等缺陷。
当形成碟状层52时，优选下面的施加dc电压的方法。重新参考图3，假定信号线的基准电位(Vsig中心)为0V，下面将描述这种方法。通常由于驱动器IC的耐压限制，能施加到信号线16的最大电压仅为+7V。尽管对施加到相对衬底34的电压没有限制，但该电压最好为上述的10V或更低。在图3中，采用在TFT18工作时向栅极线12施加栅压的例子，而且假定在负TFT的情况下栅压为-20V。在聚酰亚胺薄膜用作调整层的情况下，通过聚酰亚胺调整层与液晶材料40之间的极化表面相互作用(电诊断效应)，液晶分子的排列方向趋于使液晶分子50的自发极化56指向衬底外部，除非在形成层列C相时施加外部电场。如图3(a)到3(d)所示，施加电压到夹在信号线和相对电极之间的晶体以及夹在像素电极和相对电极之间的晶体。但由于栅极线和像素电极之间没有电极，因此层列C相形成时，夹在不提供电极的栅极线和像素电极之间部分与相对电极之间的晶体不施加电场。因此，自发极化56如上所述指向阵列衬底。在图3(a)和3(b)中，电场方向与此方向相同，而且与图3(c)和3(d)所示的其它情况相比，像素***部分的光泄漏最小。因此在使用聚酰亚胺调整薄膜的情况下，最好使用负的TFT，而且最好根据图3(a)或3(b)所示的电压关系施加电压。此外，当施加一个高电压时，最好根据图3(a)所示的关系施加电压。另外，如果在这个实施例中TFT18为负的TFT，那么夹在不提供电极的栅极线和像素电极之间部分与相对电极之间的液晶自发极化56方向不同于该电场方向，这样像素***部分的光泄漏高于本优选实施例中的光泄漏。
如果激励液晶显示器时通过显微镜或类似设备观察到全部的液晶显示器，就能证实在栅极线12附近存在光泄漏。此外，如果驱动器IC的输出通过一个探针或类似器件来监视，就能确定切换单元18工作时，栅极线12和相对电极34之间引起的电场是否具有与液晶分子50的光轴几乎不改变的一侧处相同的电场极性。
如上所述，根据此优选实施例，就能防止光从像素***部分泄漏，这样就能获得高显示性能的液晶显示器。
下面将描述根据本发明生产第一个优选实施例的液晶显示器的方法。
首先，如下所述在玻璃衬底11上形成TFT单元18s。
在玻璃衬底11上形成铬电容线(未示出)和栅极线12。电容线和栅极线12被一层叠层结构的绝缘薄膜14覆盖，绝缘薄膜14包括氧化铬膜和氧化硅膜，而且在绝缘膜14上构成一层非晶硅的半导体层(未示出)。在该半导体层上形成一层氮化硅的沟道保护层(未示出)。在该半导体层和沟道保护层上，源极通过一个电阻层电气连接半导体层，并且形成与信号线16结合的漏极。此外，形成电气连接源极的像素电极15。由此在玻璃衬底11上形成TFT单元18、信号线16、栅极线12以及像素电极15。
为防止相对电极34短路，TFT单元18、信号线16、栅极线12以及像素电极15被一层厚度为100nm的氧化硅薄膜(未示出)覆盖。
如下所述在玻璃衬底31上形成颜色滤波器32a和相对电极34。
通过在玻璃衬底31上构成一层铬膜，可形成黑底32b。在此还形成一层由光敏的丙烯树脂构成颜色滤波器薄膜，其中混合了红、绿和蓝颜色。此外，在其上施加一层透明的丙烯树脂用作水准膜(未示出)。在水准膜上通过溅射形成一个ITO的相对电极34。
清洁在其上形成TFT单元18的阵列衬底以及在其上形成相对电极34的相对衬底后，通过胶印在这些衬底上应用聚酰亚胺溶液(由尼桑化学有限公司生产的SE-5291,γP:6dyn/cm)。利用一个热板将这种溶液在90℃加热1分钟，接着在180℃加热10分钟，以提供调整层19和36。
接着利用棉布在阵列衬底10和相对衬底30的调整层19和36上进行摩擦处理。摩擦方向如图1(a)所示。使用的摩擦棉布的绒面直径为0.1到10微米。摩擦条件为，摩擦滚轴的旋转速度为500rpm，衬底的移动速度为20mm/s，推进深度为0.7mm，而且摩擦次数为1。
摩擦后，利用一种包含中性表面活性剂作为主要成分的水溶液清洁阵列衬底10和相对衬底30上的调整层19和36，以清除从摩擦布附着在调整层上的污物。
接着，在阵列衬底10的调整层19上分布二氧化硅(Sio2)构成的隔片微粒(直径：2.0μm)。另外，通过分散器在相对衬底30的***部分印上环氧树脂构成的密封材料。
形成调整层的阵列衬底10和相对衬底30的表面指向内部或相互面对。调整阵列衬底10和相对衬底30，而且在一种受压状态下加热密封材料到160℃以加工成一个晶格。此外，阵列衬底10和相对衬底30的摩擦方向相互逆平行。
将这个晶格放入真空室以处于真空状态后，铁电体的液晶成分40(相位变化过程：固态相→30℃→手性层列C相→80℃→向列相→85℃→全向相，30℃时倾斜角：22.5°，自发极化：-7nc/cm2)通过一个填充口注入到该晶格。然而，当注入液晶时，该晶格和液晶40被加热至100℃。此后，利用一种环氧树脂粘合剂密封该填充口。
接着，填充有液晶40晶格的信号线16、栅极线12、电容线以及相对电极34的引出部分通过一层各向异性的导电膜连接要被施加电压的终端。接下来，该晶格在一个电炉中被加热至90℃。一个-20V的电压施加到栅极线12以使TFT单元18总处于ON状态，以及一个0V的电压施加到信号线16以使像素电极15保持0V。另外，一个0V的电压施加到电容线，以及一个+8V的电压施加到相对电极34。当施加这些电压时，该晶格以1℃/min的速度从90℃冷却到25℃，以形成碟状层52。
通过一个极化显微镜观察到这个晶格后，碟状层52与图1(a)所示的碟状层相同。
测量这个晶格的间距，该间距为2.0μm。在这个优选实施例中使用的液晶手性间距为4.0μm，它比该晶格的间距要宽。因此液晶就不会有扭曲调整。
接着，在该晶格外部施加一组极化器28和38。此外当不施加电压时，一个极化器38的透射轴平行于液晶分子50的光轴，而不施加电压时其它极化器28的透射轴垂直于液晶分子50的光轴。在施加极化器的晶格上安装一个驱动电路，如驱动器IC，并封装一个黑光等，以完成这个优选实施例的液晶显示器。
在这种情况下，由于栅极线16和像素栅极15之间以及信号线16和像素栅极16之间部分的液晶自发极化方向，与夹在像素栅极和相对电极之间的液晶自发极化方向相同，因此，光几乎不从非像素部分泄漏，这样就能得到300∶1的对比度。另外，在垂直和水平方向上视角(对比度为10∶1或更大以及没有灰度变换的区域)为70℃或更大，而且在0C、25℃和50℃下进行3000小时的驱动测试后，调整特性和对比度不会变坏。当已在这个优选实施例中分布隔片时，可通过光刻法过程取代隔片，可在调整层上形成类似柱子或墙的空间分隔装置。在这种情况下，最好在栅极线上形成该分隔装置，这样由摩擦引起的调整缺陷就可隐藏在栅极线下。
(第二个优选实施例)
下面参考图4描述根据本发明的第二个液晶显示器实施例。在第二个优选实施例中，摩擦方向54以及极化器28的透射轴不同于图1所示的第一个优选实施例。其它结构与第一个优选实施例中的相同。在第二个优选实施例中，摩擦方向54基本上逆平行于信号线16。极化器38的透射轴38a平行于信号线16。
在实际产生并性能测量这个优选实施例中的液晶显示器后，就能得到如同第一个优选实施例的相同特性。
(第三个优选实施例)
根据本发明的第三个液晶显示器的优选实施例结构如图5所示。在这个优选实施例中，摩擦方向54以及极化器28和38的透射轴28a和38a不同于图1所示的第一个优选实施例。其它结构与第一个优选
实施例的相同。
在第三个优选实施例中，摩擦方向54和栅极线12之间有一个预定角度θ(0＜θ＜90°)，而且极化器38的透射轴38a与栅极线12之间也有一个预定角度θ。在这个优选实施例中，要确定摩擦方向以形成基本上平行于栅极线的一层膜。
在实际产生和性能测量这个优选实施例的液晶显示器后，就能获得与第一个优选实施例相同的性能。
(第四个优选实施例)
根据本发明的第四个液晶显示器优选实施例的结构如图10所示。在第四个优选实施例的液晶显示器中，TFT构成的切换单元18为正的TFT，以替代第一个优选实施例的液晶显示器中的负TFT。因此，由于之后将要描述的原因，调整层19和36由尼龙构成。此外，可使用苯环丁烷聚合物替代尼龙。
第四个优选实施例中的液晶显示器的形成如下述。
上述的材料用于以如同第一个优选实施例的方式形成填充液晶的晶格。
接着，填充有液晶40晶格的信号线16、栅极线12、电容线以及相对电极34的引出部分通过一层各向异性的导电膜连接要被施加电压的终端。接着，在电炉中将该晶格加热至90℃。如图6(a)所示，一个+20V的电压施加到栅极线12以使TFT18总处于ON状态，而一个+7V的电压施加到信号线16以使像素电极15保持+7V。另外，一个+7V的电压施加到电容线，而一个0V的电压施加到相对电极34。当施加这些电压时，该晶格以1℃/min的速度从90℃冷却到25℃以形成碟状层52。
通过极化显微镜观察到这个晶格后，碟状层52与图10所示的碟状层相同。
测量这个晶格的间距，该间距为2.0μm。在这个优选实施例中使用的液晶40的手性间距为4.0μm，它比该晶格的间距要宽。因此液晶就不会有扭曲调整。
接着，在该晶格外部施加一组极化器28和38。此外，不施加电压时一个极化器38的透射轴38a平行于液晶分子50的光轴，而其它极化器28的透射轴28a垂直于极化器38。在施加极化器的晶格上，安装一个驱动电路，如驱动器IC，并封装一个黑光等，以完成这个优选实施例的液晶显示器。
这种液晶显示器几乎不从栅极线附近泄漏光，这样就能得到300∶1的前端对比度。另外，在垂直和水平方向上的视角(对比度为10∶1或更大以及无灰度反向的区域)为70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下进行3000小时的驱动测试后，调整特性和对比度不会变坏。
在第四个优选实施例中，由于调整层19和36由尼龙或苯环丁烷聚合物构成，因此，调整层和液晶材料之间的极化表面相互作用趋于定位液晶分子50，以便液晶分子50的自发极化56指向内部。因此，当形成碟状层52时，如果+20V、+7V和0V的电压分别施加到栅极12、像素电极和相对电极34，如同这个优选实施例一样，液晶分子50的自发极化56被定向为平行于图6(a)所示的电场方向，这样可尽可能减少从像素***部分泄漏的光。当形成该碟状层时，即使+20V、0V和-10V的电压如图6(b)所示分别施加到栅极、像素电极和相对电极，那么液晶分子50的自发极化56定向为电场方向，这样就可得到相同的优点。
此外，当形成碟状层时，如果施加电压以便液晶分子50的自发极化方向56不同于图6(c)和6(d)所示的电场方向，那么，从像素***部分泄漏的光将多于图6(a)和6(b)所示的光。
如上所述，在这个优选实施例中，能防止光从像素***部分泄漏，这样就能得到高显示性能的液晶显示器。
此外，在这个优选实施例中，如果TFT18为负的TFT，那么液晶分子50的自发极化方向56不同于电场方向，这样从像素***部分泄漏的光将比这个优选实施例的多。
(第五个优选实施例)
下面将描述根据本发明的第五个液晶显示器优选实施例。在第五个优选实施例中的液晶显示器具有与第四个液晶显示器优选实施例的相同结构，只是液晶材料不同。
所有空的晶格以第四个优选实施例的相同方式形成。将这个晶格放入真空室以处于真空状态后，将铁电体液晶成分40(相位变化过程：固态相→30℃→手性层列C相→75℃→向列相→80℃→全向相，倾斜角：22.5°，自发极化：3nc/cm2)与防紫外(UV)液晶(由DAINIPONINK & CHEMICALS有限公司生产的UCL-001)以10∶1的比例混合，通过一个填充口注入到该晶格。这时，该晶格和液晶40被加热至85℃。此后，利用一种环氧树脂粘合剂密封填充口。
填充有液晶40晶格的信号线16、栅极线12、辅助电容线以及相对电极34的引出部分通过一层各向异性的导电膜连接要被施加电压的终端。接着，在电炉中将该晶格加热至77℃。一个+25V的电压施加到栅极线12以使TFT单元18总处于ON状态，而一个+7V的电压施加到信号线16以使像素电极15保持+7V。另外，一个+7V的电压施加到电容线，而一个0V的电压施加到相对电极34。当施加这些电压时，该晶格以1℃/min的速度从77℃冷却到73℃以形成碟状层52。在这种状态下，该晶格被紫外光(365nm,10mJ/cm2)辐射以处理防紫外的液晶。此后，不施加电压，而该晶格以10℃/min的速度被冷却。
通过极化显微镜观察到这个晶格后，碟状层52与图10所示的碟状层相同。
测量这个晶格的间距，该间距为2.0μm。在这个优选实施例中使用的液晶手性间距为4.0μm，它比该晶格的间距要宽。因此液晶就不会有扭曲调整。
接着，在该晶格外部施加一组极化器28和38。此外当不施加电压时，一个极化器38的透射轴38a平行于液晶分子50的光轴，而不施加电压时其它极化器28的透射轴28a垂直于透射轴38a。在施加极化器的液晶晶格上安装一个驱动电路，如驱动器IC，并封装一个黑光等，以完成这个优选实施例的液晶显示器。
这种液晶显示器不会从栅极线12附近泄漏光，这样就能得到200∶1的对比度。另外，在垂直和水平方向上的视角(对比度为10∶1或更大，以及无灰度反向的区域)为70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下进行3000小时的驱动测试后，调整特性和对比度不会变坏。
在第五个优选实施例中，能得到与第四个优选实施例相同的优点。
(比较实例)
下面将重新参考图7描述一个与第四个液晶显示器优选实施例相比较的实例。
首先，以与第四个优选实施例相同的方式形成一个晶格。
接着，填充有液晶40晶格的信号线16、栅极线12、电容线以及相对电极34的引出部分通过一层各向异性的导电膜连接要被施加电压的终端。接着，在电炉中将该晶格加热至90℃。一个+20V的电压施加到栅极线12以使TFT单元18总处于ON状态，而一个0V的电压施加到信号线16以使像素电极15保持0V。另外，一个0V的电压施加到电容线，而一个+7V的电压施加到相对电极34。当施加这些电压时，该晶格以1℃/min的速度从90℃冷却到25℃以形成碟状层52。
通过极化显微镜观察到这个晶格后，碟状层52与图7所示的碟状层相同。即，栅极线上的碟状层方向远不同于像素电极上的碟状层方向，这样碟状层就被弯曲。
测量这个晶格的间距，该间距为2.0μm。在这个比较例子中使用的液晶手性间距为4.0μm，它比该晶格的间距要宽。因此液晶就不会有扭曲调整。
接着，在该晶格外部施加一组极化器28和38。此外，当不施加电压时，一个极化器38的透射轴38a平行于液晶分子50的光轴，而其它极化器28的透射轴28a垂直于透射轴38a。在施加极化器的液晶晶格上安装一个驱动电路，如驱动器IC，并封装一个黑光等，以完成这个比较例子中的液晶显示器。
这种液晶显示器从栅极线12附近(在栅极线和像素电极之间)泄漏光，这样对比度为50∶1。在0℃下驱动测试50小时后，调整就被扰乱，而对比度降为25∶1。
(第六个优选实施例)
下面参考图8和图9描述根据本发明的第六个液晶显示器的优选实施例。除了像素向上排列的切换单元18结构中，颜色滤波器是在阵列衬底上形成，而且相对衬底上没有黑底和颜色滤波器，第六个优选实施例中的液晶显示器具有与第四个液晶显示器优选实施例相同的结构。
像素向上排列的结构如图9所示。在构成阵列衬底的玻璃衬底上形成栅极61和电容线(未示出)。栅极12a和电容线被一层栅极绝缘薄膜62覆盖(见图9(b))。在栅极绝缘薄膜62上形成用作沟道的各向异性的硅半导体薄膜64，以覆盖栅极61(见图9(b))。在半导体薄膜64上形成一层沟道保护薄膜65。在沟道保护薄膜65两侧的半导体薄膜64上形成n-型各向异性的硅源区66a和漏区66b(见图9(d))。源区66a和漏区66b分别连接一种金属的源极68a和漏极68b。源极68a连接信号线16。在源极68a和漏极68b上形成颜色滤波器69。在颜色滤波器69上形成TFO的像素电极15。像素电极15通过颜色滤波器69的接触70电气连接漏极68b。
在这个优选实施例中，相对衬底上未排列黑底，而且切换单元具有像素向上排列的结构。在这种结构中，像素电极在栅极线和信号线上相互重叠以便能得到高口径比。与第四个优选实施例类似，碟状层也是通过图6(a)所示的电压关系形成的。由此在整个屏幕上不会出现调整缺陷，而且可得到300∶1的前端对比度。另外，在垂直和水平方向上的视角(对比度为10∶1或更大，以及无灰度反向的区域)为70℃或更大，而且在0℃、25℃和50℃下进行3000小时的驱动测试后，液晶调整特性和对比度不会变坏。
虽然TFT18在第六个优选实施例中为负TFT，但如果使用负TFT也可得到相同优点。
如上所述，根据本发明，可尽可能减少从像素***部分泄漏的光，并可得到高显示性能的液晶显示器。
虽然为了便于更好理解已根据优选实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明可以各种方式体现而不偏离本发明的原理。因此，本发明应理解为包括所有可能的实施例以及对所示实施例的改进，这些改进不会偏离所附权利要求书所陈述的本发明的原理。

Claims (11)

1．一种液晶显示器，包括：
一个包含多条扫描线和多条信号线的阵列衬底，所述扫描线和所述信号线以矩阵形式在第一衬底形成；在所述扫描线和所述信号线之间的交叉点上形成的多个切换单元，每个切换单元的一端连接一条对应的所述信号线，而且每个切换单元响应于一条对应的所述扫描线上的信号而执行一个切换动作；多个像素电极，每个电极连接到一个对应的所述切换单元的另一端；以及在所述第一衬底上形成的、用来覆盖所述像素电极的第一调整层；
一个相对衬底，包含在第二衬底上形成的一个相对电极以及在所述第二衬底上形成的、用于覆盖所述相对电极的第二调整层；
一个夹在所述阵列衬底和所述相对衬底之间的光控制层；其包括一种具有自发极化的液晶材料，而且该液晶材料在手性层列C相的高温一侧具有向列相或全向相，当不向所述液晶材料施加电场或施加第一极性的第一电场时，所述光控制层上的液晶分子的光轴基本上保持不动，而当向该所述液晶材料施加所述第二电场时，所述液晶分子的所述光轴根据不同于所述第一极性的第二极性的第二电场强度而响应，
其中所述扫描线和所述相对电极之间的电场在所述切换单元工作时具有所述第一极性。
2．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中所述切换单元位于所述像素之下。
3．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中所述光控制层内的碟状层方向具有10℃或更小角度的分布。
4．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中每个所述切换单元具有一个负的TFT，而且
当不向所述液晶材料施加电压时，所述第一调整层具有液晶分子的自发极指向所述第一衬底的调整特性。
5．根据权利要求4陈述的液晶显示器，其中所述第一调整层由聚丙烯腈或聚酰亚胺构成。
6．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中每个切换器件都具有一个正的TFT，而且
当不向所述液晶材料施加电压时，所述第一调整层具有液晶分子的自发极化指向所述第二衬底的调整特性。
7．根据权利要求6陈述的液晶显示器，其中所述第一调整层由尼龙或苯环丁烷聚合物构成。
8．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中所述光控制层内的液晶具有倾斜的书架结构。
9．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中所述光控制层内的所述液晶分子的视在倾斜角基本上为22.5°或更大。
10．根据权利要求1陈述的液晶显示器，其中在所述第一调整层上的摩擦方向逆平行于所述第二调整层上的摩擦方向。
11．一种生产液晶显示器的方法，这种液晶显示器包括：一个包含多条扫描线和多条信号线的阵列衬底，所述扫描线和所述信号线以矩阵形式在第一衬底形成；在所述扫描线和所述信号线之间的交叉点上形成的多个切换单元，每个切换单元的一端连接一条对应的所述信号线，而且每个切换单元响应一条对应的所述扫描线上的信号而执行一个切换动作；多个像素电极，每个电极连接到一个对应的所述切换单元的另一端；以及在第一衬底上形成的、用来覆盖所述像素电极的第一调整层；一个相对衬底，包含在第二衬底上形成的一个相对电极以及在所述第二衬底上形成的用于覆盖所述相对电极的第二调整层；以及一个夹在所述阵列衬底和所述相对衬底之间的光控制层，它由一种具有自发极化的液晶材料构成，该液晶材料在手性层列C相的高温一侧具有向列相或全向相，
该方法包括：
当所述液晶材料的相位从向列相或全向相转换为手性层列C相时，通过在所述像素电极和所述相对电极之间施加一种极性的电场来形成一个手性层列C相，
其中所述电场的所述极性等同于所述切换单元工作时所述相对电极和所述扫描线之间的电场极性。
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