CN1690783A - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示器件700包括一对衬底、设置在所述一对衬底间的垂直取向型液晶层490、以及用于给所述垂直取向型液晶层490施加电压的电极481和485。所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构。在其上形成有凹凸结构的所述表面具有一个区域，其中所述凹凸结构的高度沿第一方向以第一周期变化，并沿垂直于所述第一方向的第二方向以不同于第一周期的第二周期变化。第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，并且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm。由于所述凹凸结构，在没有在其上施加电压时，垂直取向型液晶层490具有一预倾。

Description

液晶显示器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件及其制造方法。
背景技术
液晶显示器件(LCD)广泛用作计算机或电视机的显示器件。到目前为止，水平取向型LCD已经普遍流行。水平取向型LCD使用正向列液晶以例如TN(扭曲向列)模式或STN(超扭曲向列)模式的液晶显示模式操作。
最近，为了提供改善的视角特性和显示对比度，使用VAN(垂直取向向列)模式的垂直取向型LCD已经投入实际使用。垂直取向型LCD是这样一种LCD，即其通过使用设置在一对电极之间的垂直取向型液晶层以常黑(NB)模式进行显示。
为了提高垂直取向型LCD的显示对比度，迫切需要控制垂直取向型液晶层的取向，以使其变得更加均匀。
获得液晶层取向控制的一个方法是这样一种方法，即其确保在没有跨过液晶层施加电压时液晶层具有一个预倾。例如，在TN型液晶显示器件(其是水平取向型的液晶显示器件)中，传统上液晶的取向控制已经通过使用已经过摩擦处理的水平取向膜来控制液晶分子的预倾(或更具体地说，预倾角和预倾方向)而获得。预倾角由液晶层和取向膜的材料等决定，而预倾方向由摩擦方向决定。在这种液晶显示器件中，在没有施加电压时，液晶层上的取向膜表面上的液晶分子(液晶指向矢(director))不是完全平行于衬底，而是在预定方向上(“预倾方向”)倾斜大约1°到6°(“预倾角”)。因此，一旦跨过液晶层施加电压，液晶分子就试图在预倾方向上竖起，从而导致光学响应中的均匀和平缓的变化。
然而，在垂直取向型液晶显示器件的情形中，液晶层的预倾方向甚至不能通过对为了取向控制而提供的垂直取向膜进行摩擦处理而被稳定地控制。而且，因为垂直取向型液晶显示器件具有比水平取向型液晶显示器件更高的对比度，所以在取向中甚至轻微的不均匀性都能被看到，因此导致显示不均匀。
因此，已经研究了对于垂直取向型液晶显示器件进行取向控制的各种方法。例如，已经提出了在像素内设置凸起的方法(“肋(rib)技术”)和在像素电极中设置切口的方法(“边缘场(fringe field)技术”)。根据这些方法，不必对取向膜进行摩擦处理就可通过肋结构或边缘场(即，倾斜电场)来限制液晶取向。
通过使用肋技术或边缘场技术，不仅可实现比摩擦处理情形中更加稳定的取向控制，而且还具有一个优点，即使得取向分割相对容易(MVA模式；多畴垂直取向)。在MVA模式中，允许具有不同取向方向(例如预倾方向)的多个区域(“畴”)存在于每个像素中，同时确保这些畴的面积被平衡。因此，可减小由于改变观察方向而导致的亮度或对比度的剧烈变化，由此可大大提高视角特性。
作为实现取向分割最简单的方法，已经公开了一种将一个像素分成四个部分的方法，如图1中所示(例如，日本专利No.2947350)。之后，将通过图1中示出的方法作为例子来描述取向分割。
在没有施加电压的情况下，如图2A中所示，在四个分割区域(“畴”)的每一个中，位于沿液晶层方向的中间平面上的液晶分子12(之后称作“中心分子”)在大致垂直于其上形成有垂直取向膜的每个衬底11的表面的方向上取向。假如如此设置一对偏振器11，即它们的透射轴彼此垂直(正交尼科尔(cross Nicol))，液晶层夹在它们之间，光就不会透射通过液晶层，因此产生“黑色”显示状态。
接下来，当跨过液晶层施加电压时，如图2B所示，中心分子12落在由肋或边缘场限制的方向上。结果，由于其双折射，光现在透射通过液晶层。如果每个像素被如图1所示那样取向分割，在每个畴中中心分子12下落的方向(由箭头13表示)在畴与畴之间不同，尽管每个畴的小于最佳的视角特性，只要四个畴的面积得被平衡，则就可获得出色的视角特性。
如果要在每个像素中不设置肋和切口来实现上述的取向分割，则必须形成例如能在单个像素中产生多个具有不同预倾方向的畴的垂直取向膜。然而，根据使用摩擦处理的任何常规技术，摩擦不得不在不同的方向上进行多次(例如四次)，每次对于不同的畴。因为用布来摩擦，所以分割精确度将变差，由此使得实际应用困难。
另一方面，肋技术和边缘场技术还具有一个问题，即，因为肋和切口设置在每个像素内，所以开口率下降，由此导致暗的显示。如这里所使用的，开口率是一个象素允许光透射通过的部分与该像素的面积比。此外，衬底、电极等元件的结构变得复杂，所以产率较低，且由于包含在生产工序中的步骤数量的增加，生产成本增加。
因此，当前正研究的一个方法是，不使用摩擦处理而形成具有预定表面构造的垂直取向膜，并通过利用这种垂直取向膜的表面构造控制垂直取向型液晶层的预倾方向。针对下面两种方法已经有很多提议，一种方法是在每个垂直取向膜的表面上形成具有微小间距的周期性起伏(凹凸(ruggedness))的方法，另一种方法是在具有预定表面构造的基底膜上设置垂直取向膜，以控制每个垂直取向膜的表面构造。
例如，已经提出了一种方法，其中将垂直取向膜涂敷到其表面上通过倾斜蒸镀而形成有SiO膜的衬底上(例如见T.UCHIDA，M.OHGAWARA，M.WADA，Jpn.J.Appl.Phys.，19，pp2127-2136(1980))。通过倾斜蒸镀获得的SiO膜具有以微小柱状物(column)(单元特征(unit feature))的排列为特征的表面构造。根据UCHIDA等的方法，通过SiO膜的表面构造来控制预倾方向。UCHIDA等还描述了可以通过改变蒸镀条件调整SiO膜的表面构造来控制预倾角。
在日本待审专利公开No.3-150530中，提出了一种方法，其通过使用具有衍射光栅形状的凹槽的玻璃衬底或表面上倾斜气相沉积有SiO的衬底作为压模来在垂直取向膜的表面进行压印。
前面UCHIDA等提出的方法和日本待审专利公开No.3-150530中提出的方法都涉及产生例如具有预定表面构造的衬底或压模的结构，和形成其表面构造反映了该结构的表面构造的垂直取向膜。然而因为利用倾斜蒸镀来产生这种结构，所以这些方法具有下述问题。
第一，用倾斜蒸镀高精度地控制结构的表面构造很困难。这个问题在垂直取向膜上形成具有微小间距(例如几μm或更小)的单元特征的情形中尤其突出。第二，不可能任意地规定该结构的每个单元特征的构造(就是说，凹槽倾斜面的角度、取向等)。因为通过倾斜蒸镀而在SiO膜表面上形成的单元特征的构造依赖于蒸镀条件，所以限制了可选择的单元特征的构造。因此，难以获得具有任意方向或角度的预倾，从而，限制了显示器件的应用。第三，在为了改善视角特性而进行取向分割的情形中(MVA模式)，必须形成允许在一个像素内存在多个具有不同预倾方向的区域(畴)的垂直取向膜。然而使用倾斜蒸镀来产生用于形成垂直取向膜的结构将使制造工序变得复杂。此外，为了确保相对于衬底表面的入射角度落在预定的范围内，利用倾斜蒸镀的任何方法都必须确保蒸发源和衬底表面之间有特定的或者更大的距离。因此需要庞大的设备，从而使得制造大尺寸显示器件变得困难。
另一方面，在M Y.KAWAI，I.IRIE，T.SHIMAMURA，T.KAGASHIRO，H.OKADA，和H.ONNAGAWA，“Control of nematic liquid crystalalignment using an ultra-fine periodical structures(使用超细微周期结构控制向列液晶取向)”(2002 liquid crystal symposium(液晶讨论会)的预印本第111-112页)中，提出了一种方法，其通过利用干涉曝光在衬底表面上形成由周期性精细凹槽组成的凹凸，从而产生液晶的垂直取向。
然而，KAWAI等完全没有提及使得垂直取向的液晶分子预倾。此外，在KAWAI等描述的凹凸是通过允许存在垂直交叉的正弦干涉条纹来获得的，因此，对可选择的精细凹槽的构造和排列有限制。此外，因为沿两个彼此垂直的方向(x方向，y方向)形成相似的特征，所以很难分开控制沿y方向的特征和沿x方向的特征。因此，当将该方法应用于例如MVA模式的显示器件时，可能会使制造工序复杂。
如上所述，为了执行垂直取向型液晶层的取向控制，尽管已经提出了在与液晶层接触的表面上设置微小起伏(凹凸)的方法，但在不降低开口率或不使制造工序复杂的情况下，其很难获得对液晶取向的任意和严格控制。
发明内容
为了克服上述问题，作出了本发明，首要目的是通过使用形成在与液晶层接触的表面上的微小的凹凸结构(凹凸)，赋予垂直取向型液晶层以预倾，来高精确度地控制液晶取向。
本发明的液晶显示器件是下面一种液晶显示器件，其包括一对衬底、设置在所述一对衬底间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；在其上形成有凹凸结构的所述表面具有其中所述凹凸结构的高度沿第一方向以第一周期变化、并沿垂直于所述第一方向的第二方向以不同于第一周期的第二周期变化的区域；第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；且由于所述凹凸结构，没有施加电压时，垂直取向型液晶层具有一预倾。
在一个优选的实施方案中，在没有施加电压时，位于沿所述垂直取向型液晶层厚度方向的中间平面(middle level)的液晶分子的取向从所述一对衬底的法线方向倾斜。
在一个优选的实施方案中，所述第一周期小于所述第二周期。
优选地，所述凹凸结构的高度等于或大于所述第一周期的0.2倍。更优选地，其中所述凹凸结构的高度等于或大于所述第一周期的0.5倍。
在一个优选的实施方案中，所述凹凸结构包括多个以二维阵列排列的单元特征，每个单元特征沿所述第一方向都具有不对称的横截面。
每个单元特征沿所述第一方向都具有大致三角形的横截面。
每个单元特征沿所述第一方向都具有大致四边形的横截面。
每个单元特征沿所述第一方向都具有大致梯形的横截面。
每个单元特征的大致梯形的横截面的一个底角等于或大于90°且小于180°。
所述单元特征沿第一方向有间隔地排列。
所述凹凸结构包括多个在第二方向上排列的凹槽。
每个凹槽都沿所述第一方向延伸。
每个凹槽沿所述第二方向都具有大致四边形且对称的横截面。
在一个优选的实施方案中，每个凹槽都具有不小于0.1μm且不大于10μm的宽度。
在一个优选的实施方案中，所述凹凸结构包括行A和行B，每个行A都具有在所述第一方向上排列的单元特征，每个行B都与行A相同且沿所述第一方向移动了小于单元特征平均周期的距离；且行A和行B在所述第二方向上交替。
本发明另一种液晶显示器件是下面一种液晶显示器件，其包括一对衬底、设置在所述一对衬底间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；在其上形成有凹凸结构的所述表面具有其中所述凹凸结构的高度沿第一方向以第一周期变化并沿垂直于所述第一方向的第二方向以等于或不同于第一周期的第二周期变化的区域；第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；所述凹凸结构包括多个凹槽，每个凹槽都具有大致四边形且对称的横截面，且每个凹槽都在不同于所述第二方向的方向上延伸；且由于所述凹凸结构，没有施加电压时，垂直取向型液晶层具有一预倾。
本发明另一种液晶显示器件是下面一种液晶显示器件，其包括一对衬底、设置在所述一对衬底间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；所述凹凸结构包括行A和行B，每个行A都具有沿第一方向以第一周期排列的单元特征，每个行B都与行A相同且沿所述第一方向移动了小于单元特征平均周期的距离，行A和行B在垂直于所述第一方向的第二方向上以等于或不同于所述第一周期的第二周期交替；第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；且由于所述凹凸结构，没有施加电压时，垂直取向型液晶层具有一预倾。
本发明另一种液晶显示器件是下面一种液晶显示器件，其包括一对衬底、设置在所述一对衬底间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；所述凹凸结构包括多个沿第一方向以不小于0.1μm且不大于10μm的周期排列的单元特征，每个单元特征都具有大致柱形的形状；被该多个单元特征中最相邻的那些包围的每个底面在衬底法线方向上都没有旋转对称轴；且由于所述凹凸结构，没有施加电压时的垂直取向型液晶层具有一预倾。
在一个优选的实施方案中，在没有跨过所述垂直取向型液晶层施加电压时，位于沿所述垂直取向型液晶层厚度方向的中间平面的液晶分子的取向从所述一对衬底的法线方向倾斜。
优选地，所述多个单元特征具有不小于0.1μm且不大于3μm的高度。
每个单元特征都是三角棱柱。
每个单元特征都是五角棱柱。
在一个优选的实施方案中，每个单元特征都具有根据该单元特征在衬底上的特定定位(位置)而确定的形状。
在一个优选的实施方案中，所述凹凸结构组成了分别引起不同预倾方向的多个子区域。
可以在所述一对衬底的两个衬底上都设置所述组成多个子区域的凹凸结构，以使所述一对衬底的一个上的每个子区域都与另一个衬底上相应的子区域以一对一的关系相对。
可以在所述一对衬底的两个衬底上都设置所述组成多个子区域的凹凸结构，以使所述一对衬底的一个上的每个子区域都与另一个衬底上相应的多个子区域相对。
可以仅在所述一对衬底的一个上设置所述组成多个子区域的凹凸结构。
在一个优选的实施方案中，所述液晶显示器件进一步包括以矩阵排列的多个像素，其中，在对应于每个像素的区域内，所述凹凸结构组成了一组分别引起不同预倾方向的子区域。
在一个优选的实施方案中，所述液晶显示器件进一步包括以矩阵排列的多个像素，其中，在对应于每个像素的区域内，所述凹凸结构组成了分别引起不同预倾方向的多组子区域，所述多组子区域排列成具有间距GP。
每个像素都包括允许光透射通过的大致矩形的开口，所述开口具有沿所述像素矩阵的列方向延伸的长边和沿所述像素矩阵的行方向延伸的短边；且所述凹凸结构可以被分割成条，从而组成所述多个子区域，每个子区域都在既不平行于所述开口的长边也不平行于其短边的方向上延伸。
每个开口的长边长度Hp大致等于短边长度Wp的整数倍；短边长度Wp大致等于所述多组子区域的间距GP的整数倍；且所述子区域在相对于所述开口短边大约成45°角的方向上延伸。
在一个优选的实施方案中，每个子区域都包括分别引起不同预倾角的多个微小区域。
在一个优选的实施方案中，所述凹凸结构具有被压印的(embossed)表面。
依照本发明制造所述液晶显示器件的方法包括下述步骤：制备其表面上形成有凹凸结构的衬底；以及在所述衬底和与所述衬底相对的另一个衬底之间设置垂直取向型液晶层。
在一个优选的实施方案中，制备在其表面上形成有凹凸结构的衬底的步骤包括下述步骤：制备具有对应于所述凹凸结构的表面构造的母版(master)；和将所述母版的表面构造压印(或者转印)到所述衬底的表面上。
根据本发明，通过使用形成在与液晶层接触的表面上的微小凹凸结构，可以赋予位于沿垂直取向型液晶层厚度方向的中间平面的液晶分子大致均匀的预倾。由此，可以高精度地控制液晶取向，从而获得了高对比度的显示。因为通过平面(二维)调整液晶层的取向，所以可以改善响应特性。此外，可以通过控制凹凸结构的形状和/或排列来实现取向分割，可以改善视角特性。
本发明其它特征、元件、工序、步骤、特性和优点将从下面参照附图对本发明优选实施方案的详细描述变得更加显而易见。
附图说明
图1是解释取向分割的图。
图2A和2B是解释VAN模式的图。
图3A和3B是解释基于凹凸结构的取向控制的原理图。
图4是显示液晶取向模拟结果的图。
图5是说明从模拟获得的单元特征形状和倾角之间关系的图。
图6A和6B是解释平行取向型液晶层的取向控制的图。
图7A是显示在没有引入向错(disclination)的情形中液晶取向的模拟结果的图。图7B是显示在引入向错的情形中液晶取向的模拟结果的图。
图8A和8B是分别显示取向控制元件示例结构的透视图和横截面图。图8C和8D是分别显示取向控制元件另一示例结构的透视图和横截面图。
图9A和9B是分别显示在图8C和8D中示出的取向控制元件表面处液晶分子取向的平面图和横截面图。
图10A和10B是说明本发明液晶显示器件示例结构的示意性横截面图。
图11A和11B是说明实施方案1的液晶显示器件示例结构的示意性横截面图。
图12A和12B是说明依照本发明实施方案1的取向控制元件示例结构的透视图。
图13A到13C是解释依照本发明实施方案1的取向控制结构的参数的图。
图14A和14B是解释本发明中倾角和预倾的定义的图。
图15A和15B是解释利用双光束干涉曝光的图形化方法的图。
图16A到16D中的每个都是说明依照本发明实施方案2的取向控制元件示例结构的透视图。
图17A和17B是解释取向控制元件中单位区域和子区域的图。
图18A和18B是显示依照本发明实施方案3的子区域构造的透视图。
图19A到19C中的每个都是说明将单位区域分成子区域的示例性方法的图。
图20A和20B是说明依照本发明实施方案4的复制技术的概要的图。
图21A到21D是解释在依照本发明实施方案4的形成取向控制元件的方法中的步骤的横截面图。
图22是用在依照本发明实施方案4的压印步骤中的装置的示意图。
图23是用在依照本发明实施方案4的压印步骤中的另一装置的示意图。
图24是用在依照本发明实施方案4的压印步骤中的再一装置的示意图。
图25是用在依照本发明实施方案4的压印步骤中的又一装置的示意图。
图26A到26C中的每个都是说明单位区域的示例性分割图案的图。
图27A和27B是分别显示在有源矩阵型液晶显示器件中像素构造的平面图和透视图。
图28是说明在依照本发明实施方案5的液晶显示器件中的示例性像素构造的平面图。
图29是显示当跨过液晶层施加电压V时光透射率Tr的曲线图。
图30A和30B中的每个都是说明依照本发明实施方案6的示例性子区域构造的透视图。
图31A是说明依照本发明实施方案6的示例性单位区域构造的图。图31B和31C是说明包含在图31A的单位区域中的微小区域中透射率测量结果的图。
图32A和32B是分别显示依照本发明实施方案7的取向控制元件结构的横截面图和平面图。
图33A到33E是解释依照本发明实施方案7的单元特征的间距，以及倾斜面或侧面的角度的图。
图34A到34E是解释制造依照本发明实施方案7的取向控制元件的方法的示意性横截面图。
图35A到35E是解释制造依照本发明实施方案7的取向控制元件的另一方法的示意性横截面图。
图36A到36D是解释制造依照本发明实施方案7的取向控制元件的再一方法的示意性横截面图。
图37A到37C是解释依照本发明实施方案8的取向控制元件结构的图。
具体实施方式
之后，将参照附图描述本发明优选的实施方案。
依照本发明，微小凹凸结构(或微小凹凸)被引入到与液晶层接触的表面，所述凹凸结构使液晶层处于垂直取向。在本说明书中，这种凹凸结构可以称作“取向控制结构”。
首先，将描述通过将凹凸引入与液晶层接触的表面来控制取向的原理。参照图3A的透视图和图3B的横截面图，将描述一个例子，其中液晶分子17通过其表面上设置有多个单元特征16的衬底15来取向。
每个单元特征16都由在不同方向上倾斜的两个面(面A，面B)构成，且具有大致三角形的横截面形状。在单元特征16的表面上，形成垂直取向膜(没有示出)。所述垂直取向膜具有反映单元特征16的表面构造的表面。当设置液晶层与该垂直取向膜接触时，液晶层中的液晶分子17被定向成垂直于所述垂直取向膜的表面。换句话说，位于单元特征16的面B上的任何液晶分子都被定向为垂直于面B，而位于面A上的任何液晶分子都被定向为垂直于面A。因此，通过向与液晶层接触的表面引入凹凸，就可以控制垂直取向型液晶层中液晶分子的倾斜方向和角度。
注意，用于实现平行取向型液晶层取向的基于起伏的(undulation-based)技术是公知的，例如在J.COGNARD，Mol.Cryst.Liq.Cryst.Suppl.1(1987)1中公开了该技术。在平行取向的情形中，如图6A和6B中所示，面A和面B都可用于控制液晶分子的方位角方向；然而，这些倾斜的面不能用于自由控制初始取向中的预倾。因此，应当理解，用于平行取向型液晶层取向控制的公知技术与前述的和下面所述的使用凹凸的垂直取向型液晶层的取向控制技术截然不同。
当基于起伏的取向控制应用于VAN模式的液晶显示器件时，会发生下面的问题。
回到图3A和3B，假设单元特征16具有大约与像素间距(例如100μm)相同的周期(间距)P，如果在面A被遮掩使得每个像素部分只由整个表面构造中的与面B对应的区域来确定，则只能通过面B来实现液晶分子17的取向。换句话说，液晶分子17在面B的法线方向上取向，因此相对于衬底15的法线倾斜。然而，在每个像素都具有宽100μm、厚3到5μm的尺寸的一般液晶显示器件中，为了获得对液晶层的好的取向控制，必须确保液晶分子17从衬底法线倾斜大约3°。如果要通过前述尺寸的单元特征16来提供这样的倾角，则单元特征16的脊(ridge)将不得不升高，以致超过了液晶层的厚度。在单元内形成这样的单元特征16在物理上是不可能的。
另一方面，如果单元特征16的重复周期P做的比像素间距小，则会在一个像素内形成多个单元特征16。结果，将会存在不同的取向，即归因于面A的取向和归因于面B的取向。尽管可以遮挡面A，以便只通过面B实现取向，但在那种情形中开口率会降低，因此导致暗显示并且使得必须调整面A与面B之间的面积比率。
然而，即使面A与面B之间的面积比率被最佳化，以致能够实现对液晶分子17的取向控制，但被引入到与液晶层接触的表面上的凹凸将引起有效单元厚度波动。因此，在每个像素内会有亮度分布，这会导致透射率减小。为了阻止有效单元厚度的这种波动，必须进一步减小单元特征16的重复周期P(例如减小到10μm或更小)。
另一方面，如果重复周期P为1μm或更小，则取向控制元件15将会充当可见光的衍射光栅，从而当其应用到液晶显示器件时会导致像素的着色。因此，为了实现满意的显示，希望周期P不小于1μm。
然而，如果通过使用具有大约1μm到大约10μm的重复周期P的微小单元特征16的取向控制元件15来将取向引入液晶层，则会因为归因于面A的取向和归因于面B的取向彼此抵消而发生问题，从而使得给液晶层内部赋予充分的预倾变得困难。
通过使用其中以10μm重复周期P排列单元特征16的衬底15，可以检查液晶层中液晶分子的取向。图4示出了该模拟的结果。用在该模拟中的液晶层具有20μm的厚度。
从图4可以看出，位于液晶层与每个单元特征16之间分界面处的液晶分子17(之后称作“界面液晶分子”)的取向由单元特征16的倾斜面A和B决定。然而，远离单元特征16的液晶分子不太可能受所述倾斜面的影响，所以位于沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子17c(之后称作“中心分子”)几乎相对于衬底15的法线方向不倾斜。
接着，在改变每个单元特征16的面A与面B之间的面积比率和每个单元特征16的高度H的同时进行类似的模拟；图5中示出了结果。图5图表的水平轴表示面A的宽度与单元特征16的重复周期P的比率A/P，而垂直轴表示不施加电压时中心分子的长轴与衬底表面之间的角度(倾角)。从图5中示出的结果可以看出，尽管改变了每个单元特征16的面A与面B之间的面积比率和高度H，但出现了与图4中示出的模拟结果类似的趋势。中心分子几乎不相对于衬底法线方向倾斜。
图4和5中示出的模拟结果显示出单元特征16不能给位于沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子赋予充分的预倾(例如大约87°或大约93°的倾角；就是说，液晶分子与衬底法线之间大约3°的角度)。可能的原因如下。
当取向控制要通过摩擦处理实现时，液晶层与衬底(取向膜)之间的界面处被确定的液晶取向将跨过液晶层的厚度方向保留。另一方面，当取向控制要通过形成在与液晶层接触的表面上的凹凸实现时(如图4所示)，液晶分子将根据所述凹凸取向，只要所述凹凸由微小(例如10μm或更小)图案组成就行。然而，在周围环境的影响下，液晶分子将会再取向，以便使得根据取向分布的应力最小化。从而，任何由凹凸赋予液晶分子17的局部变化(倾斜方向和倾斜角度)会沿着液晶层的厚度方向逐渐被平衡(averaged out)。
因此，仅仅缩小单元特征16的尺寸不能将基于起伏的(undulation-based)取向控制应用到液晶显示器件。为了能应用于液晶显示器件，单元特征的平均周期P必须保持不小于10μm，并且单元特征16的形状和尺寸也需要最佳化，以便能跨过液晶层的厚度方向控制液晶取向。
本发明的发明人做了仔细的研究发现，为了能跨过液晶层的厚度方向获得液晶取向，在用于液晶层的垂直取向膜的表面附近有意引入一种向错(也就是取向缺陷)是有效的，这将参照图7A和7B具体描述。图7A和7B说明了通过使用其表面上设置有单元特征31的衬底30进行液晶层取向控制的例子，每个单元特征31都具有平行四边形形式的横截面。
图7A是显示不存在向错的情形中的液晶取向。从图7可以看出，在单元特征31的表面附近，液晶分子32c和32d的取向分别被组成单元特征31的面C和面D限制。结果，位于面C上的液晶分子32c和位于面D上的液晶分子32d分别向不同的方向倾斜。然而，随着液晶分子的位置越远离单元特征31，这些倾斜方向变得越被平衡掉，以致位于沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子33大致垂直于衬底30取向。
另一方面，如图7B中所示，可以通过将单元特征31的形状和/或排列最佳化来有意产生向错。在图7B中，由单元特征31的倾斜侧面(面C)限制的液晶分子的取向和由衬底表面(底面)限制的液晶分子的取向不能在液晶层的厚度方向上保持连续性，因此在夹在面C和衬底表面之间的区域中产生向错。因为由于该向错打破了取向的连续性，所以来自面C的取向力不会传送到远离面C的任何液晶分子。结果，减小了面C施加在整个液晶层中液晶分子取向上的影响，而面D的取向力变得占统治地位。在该状态中，由侧面(面C)限制的液晶分子取向可以说是“限制在一个空间内”。
根据本发明，利用图7B中示出的向错来大致均匀地控制位于沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子33的取向。
可以在与液晶层接触的任何表面(例如液晶显示器件的TFT衬底或滤色器衬底)上设置前述的凹凸(取向控制结构)。在本说明书中，其表面上设置有取向控制结构的任何衬底(包括TFT衬底、滤色器衬底、玻璃衬底等)共同称作“取向控制元件”。
之后，将参照附图描述本发明取向控制元件的示例性结构。
图8A是包含单元特征31的取向控制元件20的透视图，每个单元特征31都具有四边形横截面。图8B是取向控制元件20的E-E’横截面图。
在取向控制元件20的表面上，单元特征31排列成二维阵列。每个单元特征31都具有沿X方向的不对称横截面。取向控制元件20具有形成在其中的多个凹槽35。每个凹槽35都在不垂直于X方向的方向上延伸，并且可以例如沿X方向延伸。
利用取向控制元件20可以在图8B中示出的阴影区域，即由相邻单元特征的侧壁和衬底表面包围的每个区域21中产生向错。为了将液晶取向限制在区域21内，必须通过例如，充分减小相邻单元特征之间的间隙来调整表面构造。单元特征的具体尺寸和间距将在以后讨论。单元特征可以具有任何不对称的横截面形状，例如三角形。
为了阻止液晶分子在施加高电压时在方位角方向上旋转，设置取向控制元件20中的凹槽35，其在下面描述。
如上参照图2A和2B所述，在VAN模式中，液晶分子在没有施加电压时垂直取向(图2A)。当跨过液晶层施加电压时，液晶分子变为平行于衬底取向(图2B)。如果在取向控制元件20中不形成凹槽35，当接近取向控制元件20表面的液晶分子在施加电压时采取接***行于衬底的姿态时，根据与图6A和6B中关于液晶分子17所作的描述相似的原理，液晶分子将设法在单元特征之间的间隙方向上取向。单元特征之间的间隙在垂直于没有施加电压时液晶分子取向方向的方向上延伸。从而，当电压升高时，液晶分子的运动将从极角方向的运动变为方位角方向上的运动。这就使得升高电压以用在白色显示状态中变得困难，从而阻碍了满意的显示。
另一方面，如果在取向控制元件20中设置凹槽35，如图8A中所示，施加电压时液晶分子将设法沿凹槽35取向，从而阻止了在方位角方向上的旋转。
每个单元特征31相对于垂直于X方向和衬底表面的平面都是不对称的。因此，取向控制元件20的表面相对于方位角方向不对称。换句话说，取向控制元件20表面的高度在沿X方向和垂直于X方向的Y方向上都是周期性变化的，使得沿X方向的高度变化周期与沿Y方向的高度变化周期不同。因此，通过设置取向控制元件20使得其表面与液晶层接触，不仅可以在没有施加电压时基于每个单元特征31的横截面形状(其沿X方向是不对称的)而赋予液晶层预倾，而且可以在施加高电压时基于沿Y方向上表面高度的变化(以周期性凹槽35为例)来限制液晶分子取向。
因此，取向控制元件20的凹凸不仅在横截面形状方面，而且在沿深度方向的形状方面被最佳化。因此，在黑色显示状态和白色显示状态中都可以控制液晶取向。结果可以获得高质量的显示。
使用图8A和8B中说明的示例性取向控制元件20，通过打破液晶层厚度方向上的连续性、利用来自单元特征31的倾斜面C的取向力和衬底表面的取向力，产生了向错，这已经参照图7A和7B进行了描述。或者，可以通过打破液晶层平面内的取向连续性产生向错。
如参照图9A和9B将在以后描述的，图8C和8D中示出的取向控制元件40起作用，使得由大致相对于衬底表面垂直延伸的单元特征41的侧面限制的液晶分子17w的取向和由衬底表面(底面)限制的液晶分子17g的取向在液晶层的平面内不能保持连续性，从而沿每个单元特征41的侧面产生向错。由于这种向错，由单元特征41的侧面限制的液晶分子的取向为“限制在平面区域内”，该平面区域由底面42确定，并大致被每个单元特征41的侧面包围。
将在下面描述在平面区域内产生向错的示例性取向控制元件结构。
图8C是显示本发明取向控制元件另一个示例性结构的透视图。图8C中示出的取向控制元件40包括多个三角棱柱状单元特征41。每个单元特征41的上表面例如为等腰三角形。图8D是取向控制元件40的平面图。从这些图可以看出，相邻单元特征41间的每个间隙(凹陷)都具有形状为等腰三角形的底面42。
当用取向控制元件40取向液晶时，可将液晶取向限制在由底面42确定的平面区域中。将在下面参照图9A和9B描述该原理。
图9A和9B是分别显示在取向控制元件40和液晶层之间界面处的界面液晶分子取向的平面图和Z-Z’横截面图。如图所示，接近每个单元特征41上表面的液晶分子17p取向成垂直于单元特征41的上表面。在单元特征41之间的每个间隙(凹陷)的底面42处，液晶分子17b被迫使在平行于底面42且大致垂直于限定底面42的等腰三角形的底边的方向上取向。由于在底面42处的液晶分子17b的影响，在每个单元特征41的间隙中的其它液晶分子17g的取向大致类似于液晶分子17b，只是位于接近每个单元特征41的每个侧壁处的液晶分子17w的取向垂直于每个单元特征41的侧壁。
因此，在液晶层和取向控制元件40间的界面处，主要有两种取向占主要地位：底面42处液晶分子17b的取向，和单元特征41上表面处液晶分子17p的取向。整个液晶层中的液晶分子在平均地结合这两种取向的方向上取向，从而导致在特定方向上倾斜的垂直取向。换句话说，在该液晶层内的取向控制可通过控制上面两种赋予界面液晶分子的取向来实现，而忽略任何其它取向(例如，接近单元特征41侧壁的液晶分子17w的取向)。
每个单元特征41的上表面的形状和底面42的形状并不限于图8C和8D中示出的形状。然而，必须注意到，如果底面42具有在衬底法线方向上具有旋转对称轴的形状(例如，正三角形、正方形、矩形)，则不可能使接近底面的界面液晶分子在特定方向上取向。因此，底面42必须在衬底法线方向上不具有对称旋转轴。
在平面区域内产生向错的结构(例如图8C和8D中示出的取向控制元件40)比产生空间向错的结构(例如图8A和8B中示出的取向控制元件20)更容易制造。在产生空间向错的结构的情形中，取向控制元件的表面需要具有沿液晶层厚度方向变化的凹凸(如通过取向控制元件20的单元特征31举例说明的)。然而，用常规的曝光装置难以制造沿厚度方向变化的凹凸。另一方面，在用于在平面区域中产生向错的结构的情形中，可以如此形成凹凸，即总是相对于衬底垂直(以三角棱柱状单元特征41为例)，因此可以用经常用于显示器件制造的曝光装置，例如分步投影光刻机(stepper)来制造。
通过使用前述的取向控制元件20或40，例如可以获得具有图10A或10B中示出的结构的液晶显示器件。
在图10A中示出的显示器件700中，取向控制元件483与衬底480相对，其中取向控制元件483具有依次形成在其表面上的导电膜485和垂直取向膜487，衬底480具有形成在其表面上的垂直取向膜488和电极481。液晶层490夹在取向控制元件483和衬底480之间。垂直取向膜487与液晶层490接触形成。液晶层490是垂直取向型液晶层。取向控制元件483具有参照图8A到8D描述的起伏表面，凹凸用于引起液晶层490中的液晶分子取向。
在不跨过液晶层490施加电压的状态下(OFF态)，包含在液晶层490中的液晶分子(中心分子)受取向控制元件483的表面构造影响，从而从衬底的法线方向倾斜。当通过导电膜485和电极481跨过液晶层490施加电压时，液晶分子进一步在它们在OFF态中倾斜的方向上倾斜。
代替衬底480，可以使用另一个取向控制元件来与取向控制元件483相对，以使液晶层490夹在两个取向控制元件之间。
图10B中示出的显示器件701具有与图10A中示出的显示器件700相似的结构。然而，在显示器件701中，在衬底和取向控制元件484之间形成导电膜482。
不考虑它们形状，取向控制元件483的单元特征可以由例如丙烯酸树脂或橡胶(例如光致抗蚀剂、UV固化树脂、热固树脂或环氧树脂)的有机物质形成，或由例如金属(例如，Al，Ta，或Cu)、半导体(例如Si或ITO)、或绝缘材料(例如SiO2或SiN)的无机物质形成。优选单元特征由具有使液晶产生垂直取向的特性的材料(例如氟塑料)形成，因为这样就不再必须在取向控制元件483的表面上施加垂直取向膜488，由此可以简化制造工序。
使用显示器件700和701，由于设置在取向控制元件483表面上的凹凸，因此可以大致均匀地控制液晶层490中中心分子的取向，所以可以获得高对比度的显示。通过控制取向控制元件483或484中单元特征的形状和/或排列，可以设置任何任意的液晶取向(即液晶分子从衬底法线的倾斜方向和倾斜角度)。此外，与装配有常规取向控制部件(例如肋或切口)的显示器件相比，可以获得改善的延迟和开口率。
优选地，显示器件700和701是MVA模式液晶显示器件。在将本发明应用于MVA模式液晶显示器件的情形中，可通过控制取向控制元件483的凹凸相对于其上形成有凹凸的衬底上的特定位置(坐标)来自由和容易地实现取向分割。就是说，凹凸变为定义MVA模式液晶显示器件的畴。因为不必形成如常规情形中的复杂的取向控制装置(例如肋或切口)，所以可简化制造工序。
此外，显示器件700和701的优点还在于与利用肋或切口的显示器件相比能实现更好的响应特性。下面将描述该优点。
对于每个像素，用在常规MVA模式液晶显示器件中的取向控制部件(如肋或切口)仅仅局部地(成一维阵列)配置在液晶层中。因此，在实际具有二维展开的每个像素内，接近取向控制元件的液晶分子可相对迅速地响应，而在不太可能接收到取向控制部件影响的位置处的任何液晶分子响应变慢。这种响应特性分布导致较差的显示特性。
在肋技术的情形中，由于肋形状的影响，所以存在于肋附近的液晶分子具有预定的预倾(预倾方向和预倾角)。另一方面，位于相邻肋中间的任何液晶分子不太可能受肋形状的影响，所以这种液晶分子的预倾角比肋附近的液晶分子的预倾角小。当跨过这样的液晶层施加电压时，液晶分子将在预倾方向上仅仅相继倾斜，首先是具有较大预倾角的那些液晶分子，从而减小了液晶层的响应速度。
类似地，在边缘场技术中，存在于切口附近的液晶分子将比存在于切口中间的液晶分子受到更大的边缘场的影响。结果，当施加电压时，液晶分子将仅仅一个接一个地响应，首先是更接近切口的那些液晶分子，从而导致液晶层响应时间延长。
另一方面，根据上述的显示器件700和701，可以在大致整个像素区域之上均匀地形成液晶层490的平面的(二维)取向控制装置，使得液晶分子将快速响应，而不管在液晶层490中的具***置。结果，液晶层490的响应速度可以从常规的水平大大提高。
应当注意到，也可以在双稳液晶模式中工作的ZBD(顶双稳器件(Zenithal Bistable Device))中进行基于起伏的液晶取向控制。例如在日本国家阶段公开No.2002-500383和2003-515788中描述了ZBD中的取向控制。在ZBD中，存在要由起伏的取向膜确定的多于两个的液晶取向状态(预倾)，这些取向状态通过施加不同极性的电压而互相转变。每个取向状态在没有施加电压时保持完好。另一方面，根据本发明，由取向控制元件的凹凸确定的取向状态(预倾角，预倾方向)不会响应不同极性电压(例如在从-5V到+5V的范围内)的施加而改变；换句话说，不会显示出双稳态。注意到双稳态液晶模式液晶显示器件一般受响应电压施加而产生的透射滞后的影响，而本发明的液晶显示器件没有这种透射滞后，所以可实现出色的灰度级显示。
(实施方案1)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案1的液晶显示器件的结构。
图11A和11B是说明本发明液晶显示器件示例性结构的示意性横截面图。图11A中示出的液晶显示器件包括：通过隔离物65(厚度：5μm)连接在一起的一对取向控制元件50，以及夹在其间的液晶层66。取向控制元件50包括玻璃衬底61和形成在玻璃衬底61上的电极62，在电极62上形成取向控制结构。取向控制结构包括多个单元特征51的排列。单元特征51例如由树脂材料形成。每个单元特征51都具有不对称的四边形横截面。在该取向控制结构中，在垂直于单元特征51排列方向的方向上形成有凹槽(没有示出)。在单元特征51的表面上形成有垂直取向膜64。垂直取向膜64与液晶层66接触。
图11B中示出的液晶显示器件包括取向控制元件50，反衬底(counter substrate)61’，和夹在其间的液晶层66。取向控制元件50具有与图11A中示出的样品器件的取向控制元件50相似的结构。反衬底61’包括电极62和形成在电极62表面上的垂直取向膜64。设置在反衬底61’上的垂直取向膜64的表面是平坦的。
在具有这两种结构中任一种的液晶显示器件中，可通过控制单元特征51的形状和/或排列来赋予液晶层66中液晶分子预倾。然而，注意到图11B中示出的液晶显示器件中的中心分子(即位于沿液晶层66厚度方向中间平面的液晶分子)的预倾角是图11A中示出的液晶显示器件中的中心分子的预倾角的大约1/2。
尽管用在本实施方案液晶显示器件中的取向控制元件50包括具有四边形横截面的单元特征51，单元特征51的横截面形状可以是三角形或任何其它形状，只要其是不对称的就行。
图12A是说明本实施方案取向控制元件另一个示例性结构的透视图。图12A中示出的取向控制元件70包括多行71c单元特征。每行71c单元特征都包括多个沿X方向排列具有间距P的单元特征71。每个单元特征71都具有大致三角形的横截面。单元特征的行71c沿Y方向以预定间隔(凹槽72)排列，间距为PG。凹槽72沿X方向延伸。这里，每个凹槽72沿Y方向的长度定义为宽度G。
当使用取向控制元件70构造液晶显示器件时，这已经参照图8A描述过，液晶分子在施加高电压时将设法沿凹槽72取向，由此阻止了液晶分子在方位角方向上旋转。优选地，凹槽72具有沿Y方向对称的横截面形状(例如矩形)。因此，在不影响预倾的情况下可以阻止施加高电压时液晶分子的旋转，所述预倾由沿X方向不对称的每个单元特征71的横截面形状确定。
本实施方案的取向控制元件70并不限于图12A中示出的结构，而是可以采用任何结构，只要不仅可以控制每个单元特征的横截面形状，而且可以控制沿深度方向的每个单元特征的形状，以阻止液晶分子在施加高电压时在方位角方向上旋转就行。例如，可以采用图12B中示出的结构，其中单元特征的行73c和单元特征的行73c’沿Y方向交替，其中单元特征的每行73c’与单元特征的每行73c沿X方向是一样的，单元特征的每行73c沿X方向平移了1/2间距P。
在图12A或12B中示出的结构中，取向控制元件70的表面高度沿X方向以间距P变化，沿Y方向以间距PG变化。沿X方向的高度变化与沿Y方向的高度变化不同。可以分别任意选择沿X方向的间距P和沿Y方向的间距PG，并且间距P和PG可以相等或不相等。即使沿Y方向的间距PG不像沿X方向的间距P那样的小，也可以获得阻止液晶分子在施加高电压时旋转的前述效果。例如，如果在P＝1μm、PG＝5μm和G＝1μm条件下制造取向控制元件70，并用于给液晶层赋予取向的话，当跨过液晶层施加高电压时就不会观察到方位角方向上的有问题的变化。注意，如果例如凹槽72的宽度G不小于0.5μm且不大于10μm，则可最有效地抑制方位角方向上的变化。
赋予给液晶层的预倾方向和预倾角主要根据沿X方向的每个单元特征71或73的横截面形状来确定。因此，即使仅改变沿单元特征71或73深度方向上的形状，同时保持它们的横截面形状，则预倾斜也不会发生显著改变。在题目为<取向控制结构的各个参数的讨论>的下面讨论部分中，研究了限定单元特征横截面形状的各个参数。注意，研究的结果将基本上是不受凹槽72的形状或间距、存在或不存在凹槽72的影响。然而，在使用具有图11B中示出的结构的取向控制元件的情形中，赋予给液晶层的实际预倾角趋向于比由单元特征71或72的横截面形状确定的预倾角小。因此在该情形中，必须调整单元特征71或73的横截面形状，以获得期望的预倾角。
通过使用例如电子束光刻装置可以制造本实施方案的任何取向控制元件。之后，作为一个例子将描述制造取向控制元件70的方法。
首先，通过旋涂在衬底表面上形成光致抗蚀剂层(厚度：例如1μm)。这里，具有形成在其表面上的导电膜的玻璃衬底用作衬底，THMR-IP3300用作光致抗蚀剂。
接下来，将光致抗蚀剂层加工成精细图案。这里，将要形成图12A中所示排列的单元特征71。更具体地说，通过使用电子束光刻装置，对光致抗蚀剂层进行曝光然后显影。通过在曝光时变化曝光装置的光束强度，可以形成单元特征71的倾斜面(侧壁)。
在图形化光致抗蚀剂层后，将垂直取向膜涂覆到衬底的暴露表面上。从而，获得了取向控制元件70。
制造本实施方案的取向控制元件的方法并不限于上面所述。例如，可以使用全息技术或双光束干涉曝光技术。在使用干涉曝光的情形中，通过干涉曝光形成凹凸的条纹之后，可以在垂直于条纹的方向上以间距PG形成凹槽72。可以通过蚀刻或激光烧蚀形成凹槽72。
可以使用例如通过上述方法制造的取向控制元件70制造本实施方案的液晶显示器件。具体地说，在制造具有图11A中所示结构的液晶显示器件的情形中，形成两个取向控制元件70，并通过具有5μm厚度的隔离物连接在一起。之后，将具有负Δε的液晶材料注入到取向控制元件70之间。作为液晶材料，使用MLC6609(MERCK&CO.，Inc.)。在制造具有图11B中所示结构的液晶显示器件的情形中，可以使用相似的方法，不同的是使用其上形成有电极62和垂直取向膜64的反衬底61’取向控制元件50中的一个。
在本实施方案中，通过取向控制元件表面上的凹凸实现液晶层的取向控制。此时，为了大致均匀地控制液晶层中的中心分子的取向，必须在接近取向控制元件表面附近的区域(空间)中产生向错，如图7B中所示。
发明人已经对用于产生向错的取向控制元件可能的表面构造(取向控制结构)做了特别的研究。下面讨论结果。
<取向控制结构的各个参数的讨论>
首先，将描述定义取向控制结构的各个参数。
图13A和13B分别是取向控制元件50的透视图和横截面图。在取向控制元件50表面上排列多个单元特征51。每个单元特征51的横截面形状大致为梯形。在图13B的横截面图中，单元特征51的间距用“P”表示；每个单元特征51的高度用“H”表示；每个单元特征51的上表面宽度用“W”表示；衬底表面与每个单元特征51的各个侧壁之间的角度(底角)用“A”和“B”表示；相邻单元特征51之间的间隙宽度用“F”表示。单元特征51的间距P如前面所述不小于1μm，且不大于10μm。应根据要赋予液晶层的具体预倾来适当选择这些参数P、H、W、A、B和F。
每个单元特征的横截面形状的侧壁之一与衬底表面之间的角度A可以为90°或更大；在该情形中，上述参量如图13C中所定义。每个单元特征的横截面形状可以选择为三角形；在该情形中，上表面的宽度W为零。
在本说明书中，“预倾方向”定义为不给液晶层施加电压时液晶分子投影到衬底表面的平面上的倾斜方向(液晶指向矢)。如图14A和14B中所示，液晶分子的倾斜方向和衬底表面之间的角度定义为“倾角θ”。此外，如图14A中所示，在水平取向型液晶层的情形中，液晶分子的倾斜方向和衬底表面之间的角度定义为“预倾角Ph”。另一方面，如图14B中所示，在垂直取向型液晶层的情形中，液晶分子长轴的倾斜方向和衬底法线之间的角度定义为“预倾角Pv”。因此，预倾角Ph等于倾角θ(Ph＝θ)，而预倾角Pv等于(90-θ)°。
为了研究取向控制结构的上述参数，发明人制造了具有图11A中所示结构的样品器件。下面将描述制造方法。
首先，制造要用于样品器件的取向控制元件50。
在透明衬底的表面上例如通过旋涂形成光致抗蚀剂层(厚度：1μm)。在本实施方案中，THMR-IP3300用作光致抗蚀剂。在本实施方案中，其表面上形成有导电层(ITO)62的玻璃衬底61用作透明衬底。
接下来，通过使用双光束干涉曝光图形化光致抗蚀剂层。具体地说，如图15A中所示，在干涉曝光装置中，衬底61放置在棱镜(棱镜角：φ)69上面，该棱柱设置在Al反射镜68上面。将衬底61暴露于具有407nm波长的Kr激光67。如图15B中所示，以入射角i入射到衬底上的光被引导通过衬底，在棱镜内折射，然后从Al反射镜反射，并且之后以出射角γ再次从衬底表面出射。结果，光致抗蚀剂层可以经历期望的强度分布。曝光后，进行显影，由此在衬底61的表面上形成了具有1μm或更小的高度并具有不对称四边形横截面的单元特征51。该构图方法是有利的，因为可以根据入射角i、棱镜角φ、棱镜折射率等自由设置单元特征51倾斜面的间距和角度等。
之后，将垂直取向膜64涂覆到其上形成有单元特征51的衬底61的表面上。从而获得了取向控制元件50。
通过使用上述方法形成两个取向控制元件50，并通过隔离物65将最终的取向控制元件50连接在一起。然后，将液晶材料注入到取向控制元件50之间。作为液晶材料，使用具有负Δε的液晶MLC6609(MERCK&CO.，Inc.)。因此，制造了具有图11A中所示结构的样品器件。
(A)单元特征的间距P的讨论
首先，将讨论单元特征的间距P与液晶取向之间的关系。这里，假定每个单元特征51的高度H为0.5μm；侧壁之一和衬底表面之间的角度B为75°；上表面的宽度W为0；相邻单元特征51间的间隙宽度为0。使用其单元特征51的间距P如表1所示变化的六个样品器件(No.1到6)。另一侧壁和衬底表面之间的角度A根据间距P变化。
测量了样品器件No.1到6的最初取向(即没有施加电压时的取向)中的倾角，结果显示在表1中。
表1
样品器件No.   1   2   3   4   5   6
间距P(μm)   20   10   5   1   0.8   0.5
倾角θ(°)   90   89.7   89   88   85   80
预倾角Pv(°)   0   0.3   1   2   5   10
从表1可以明白，当单元特征51的间距P大约为10μm或更小时可以赋予给液晶层预倾。然而，为了获得充分的预倾，必须减小间距P(例如1μm或更小)。可能的原因如下。
如果单元特征51的间距P大，如由图7A的模拟结果显示的，源于取向控制元件50表面的液晶取向将在沿液晶层厚度方向的中间平面被平衡，以致这些液晶分子几乎不从衬底法线方向倾斜。另一方面，如果减小间距P，如由图7B的模拟结果显示的，在相邻单元特征51之间产生限制液晶取向的部分(向错)，从而抑制液晶取向的平衡。结果，即使在沿液晶层厚度方向的中间平面，液晶分子仍可以取向成从衬底法线倾斜。
(B)每个单元特征的高度H的讨论
接下来，将讨论单元特征的高度H和液晶取向之间的关系。这里，假定每个单元特征51的间距P为1μm；单元特征51的侧壁之一和衬底表面之间的角度B为75°；上表面的宽度W为0；相邻单元特征51间的间隙宽度F为0。使用其单元特征51的高度H如表2所示变化的六个样品器件(No.7到12)。每个单元特征51的另一个侧壁和衬底表面之间的角度A根据高度H变化。因为W＝0，所以每个单元特征51都具有三角形的横截面形状。
当给样品器件No.7到12的液晶层施加低电压(2到3V)时通过视觉观察评价液晶层的取向均匀性。表2中示出了结果。在表2中，取向均匀性表示为“好”(○)、“稍微随机”(△)或“随机”(×)。
表2
样品器件No.   7   8   9   10   11   12
高度H(μm)   0.1   0.2   0.5   0.8   1   1.5
取向均匀性   ×   △   △   ○   ○   ○
从表2可以看出，如果单元特征具有足够大的高度H，则液晶取向可以被限制在由起伏特征包围的每个区域内，所以可以给整个液晶层中的中心分子赋予大致均匀的预倾。因此，施加电压时，中心分子可以在期望的方向上倾斜。
通过在改变单元特征51的间距P和高度H时检查施加电压时的取向，可以确定当H/P等于或大于0.1时可以获得基本良好的取向，并且当H/P等于或大于0.5时甚至可以获得更加均匀的取向控制。
(C)每个单元特征的上表面宽度W的讨论
将讨论每个单元特征上表面宽度W与液晶取向之间的关系。这里，假定单元特征51的间距P为1μm；每个单元特征51的高度H为0.5μm；侧壁之一与衬底表面之间的角度B为75°；相邻单元特征51间的间隙宽度F为0。使用其单元特征51的上表面(顶部分)宽度W如表3中所示而变化的四个样品器件(No.13到16)。另一侧壁和衬底表面之间的角度A根据宽度W变化。
注意，通过控制将要通过干涉曝光图形化的光致抗蚀剂层的厚度、以及曝光时间和显影时间改变上表面的宽度W。
测量了样品器件No.13到16在最初取向中的倾角θ。表3中示出了结果。
表3
样品器件No.   13   14   15   16
  上表面宽度W(μm)   0.8   0.5   0.2   0
倾角(°)   90   89   88.5   88
预倾角Pv(°)   0   1   1.5   2
从表3可以看出，随着每个单元特征51上表面宽度W的增加，倾角变得接近90°；就是说，预倾角Pv变得接近零。
(D)相邻单元特征间的间隙宽度F的讨论
将讨论相邻单元特征间的间隙宽度F与液晶取向之间的关系。这里，假定每个单元特征51的高度H为0.5μm；侧壁之一和衬底表面之间的角度B为75°；并且上表面的宽度W为0。使用其中相邻单元特征51间的间隙宽度F如表4所示变化的四个样品器件(No.17到20)。另一侧壁与衬底表面之间的角度A根据间隙宽度F变化。
测量了样品器件No.17到20在最初取向中的倾角θ。表4中示出了结果。
表4
  样品器件No.   17   18   19   20
  单元特征间隙宽度F(μm)   2   1   0.5   0
  倾角(°)   90   70   80   88
  预倾角Pv(°)   0   20   10   2
从表4可以看出，随着相邻单元特征51间的间隙宽度F的增加，越可能发生向错，且预倾角Pv将增加。然而，如果间隙宽度F太大(例如2μm或更大)，预倾角Pv会减小到0°。这可能是因为单元特征51的间距P随着间隙宽度F过分增加而增加，从而导致液晶取向被平衡掉。换句话说，当间隙宽度F增加时，一般能获得如由图7B的模拟结果显示的预倾；然而，一旦间隙宽度F等于2μm或更大，液晶取向将沿液晶层的厚度方向变得被平衡掉，如由图7A的模拟结果所示，所以在液晶层中不再能获得预倾。
(E)每个单元特征的侧壁角度A的讨论
将讨论每个单元特征的侧壁角度A和液晶取向之间的关系。这里，假定每个单元特征71的高度H为0.5μm；一个侧壁和衬底表面之间的角度B为60°；上表面的宽度W为0；相邻单元特征71间的间隙宽度F为0。使用其中每个单元特征71的另一个侧壁与衬底表面之间的角度A如表5所示变化的五个样品器件(No.21到25)。单元特征71的间距P根据角度A变化。因为W＝0，所以每个单元特征71都具有三角形的横截面形状。
注意到，不像在上面(A)到(D)的讨论中使用的样品器件No.1到20，样品器件No.21到25的取向控制结构通过使用电子束光刻装置而形成。
当给样品器件No.21到25的液晶层施加低电压(2到3V)时，通过视觉观察来评价液晶层的取向均匀性。表5中示出了结果。在表5中，与表2类似，取向均匀性表示为“好”(○)、“稍微随机”(△)或“随机”(×)。
表5
  样品器件No.   21   22   23   24   25
  侧壁角度A(°)   5   15   30   45   90
  间距P(μm)   6.0   2.2   1.2   0.79   0.29
  取向均匀性   ×   ×   ×   △   ○
从表5的结果可以看出，当一个侧壁的角度B固定在60°时，随着另一侧壁角度A的增加可以获得更好的取向。优选角度A等于或大于45°。
如上所述，通过将单元特征51的形状和/或排列最佳化，可以在液晶层中获得期望的预倾。通过变化单元特征51的形状(倾斜面的角度、面积等)、尺寸、间距等，可以稳定地获得任意的预倾(预倾角、预倾方向)。因为由每个单元特征51的侧壁的倾角等确定预倾方向，所以应理解，可通过根据衬底表面上的特定位置改变单元特征51的形状而很容易实现取向分割，例如MVA模式。
(实施方案2)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案2的液晶显示器件。本实施方案的液晶显示器件具有与参照图11A和11B描述的实施方案1类似的结构，除了以下区别。
实施方案1中使用的取向控制元件包括多个单元特征，每个单元特征都具有不对称的横截面形状。因此，在实施方案1中，通过利用由单元特征组成的凹凸而将液晶取向限制在特定区域或空间内来产生向错。另一方面，本实施方案的取向控制元件包括多个柱状单元特征，每一个都具有垂直于衬底表面的侧壁。通过使用这种取向控制元件(在上面已经参照图8C和8D以及图9A和9B进行描述)，可通过将液晶取向限制在由单元特征间的每个间隙(凹陷)中的底面定义的平面区域内而产生向错。
本实施方案是有利的，因为可通过使用具有常规分辨率(1μm或更小)的曝光装置(例如分步投影光刻机)很容易形成该取向控制元件的表面构造。
在本实施方案中，赋予液晶层的预倾(预倾角、预倾方向)依赖于取向控制元件的单元特征的形状。为了产生预倾，优选单元特征的形状和排列满足下面两个条件。
第一，由最接近的单元特征包围的每个底面必须在衬底法线方向上不具有旋转对称轴。因为预倾具有方向性，如果底面在衬底法线方向上具有旋转对称轴(如在圆或正三角形的情形中)，则正方向上的预倾和负方向上的预倾将对于任何给定的预倾角都相等。换句话说，不同预倾方向上的预倾彼此抵消和平衡掉，以致液晶层中的液晶分子总体上具有0°的预倾角。
每个柱形单元特征上表面的形状本身可以为在衬底法线方向上不具有旋转对称轴的形状(例如等腰三角形或梯形)。在该情形中，有一个优点，即可通过以相对简单的方式排列单元特征来获得满足前述条件的底面。
第二，取向控制元件每个单元特征的高度(凹陷深度)H必须是单元特征间距P的大约0.5倍或更大，如在其它实施方案的情形中一样。如果单元特征的高度H小于间距P的大约0.5倍，液晶取向会被平衡掉，如参照图7A描述的，从而使得很难获得预倾。
满足上面两个条件的优选的取向控制元件例如可以是基于三角棱柱的取向控制元件40，如图8C和8D中所示。或者，取向控制元件可以具有图16A到16D中列出的任意结构。在图16A示出的结构中，在衬底81的表面上排列有其间具有间隔的三角棱柱状单元特征82。在图16B示出的结构中，每个单元特征都是具有梯形上表面的四角柱。在图16C示出的结构中，以不同于图8C和图16A中示出的图案排列三角棱柱状单元特征。在图16D示出的结构中，每个单元特征都是五角棱柱。在这些结构的任何一个中，每个单元特征不必为轴对称的。
使用任一上述结构，都可通过控制单元特征的形状和/或排列来自由设置预倾角和预倾方向。可基于曝光时使用的掩模的形状很容易地改变单元特征的形状和/或排列，如下面所述。因此，有一个优点，即预倾角和预倾方向的选择不受制造工艺的限制。
之后，作为一个例子，将针对图16A中所示的取向控制元件80来描述制造本实施方案的取向控制元件的方法。
首先，通过旋涂在衬底81表面上形成光致抗蚀剂层(厚度：例如0.8μm)。这里，其表面上形成有导电膜的玻璃衬底用作衬底81。例如THMR-IP3300用作光致抗蚀剂。
接下来，通过使用通常用于制造液晶显示器件的曝光装置加工抗蚀剂层的形状，从而形成如图16A中所示排列的三角棱柱(单元特征)82。更具体地说，设置掩模以覆盖将要变成单元特征82上表面的抗蚀剂层表面的区域，并通过这种掩模曝光抗蚀剂层。之后进行抗蚀剂层的显影。
然后，将垂直取向膜涂敷到衬底曝光的表面上。从而完成了取向控制元件80。
通过改变要用于曝光步骤中掩模的形状，可通过与上面相似的方法形成任何其它的取向控制元件(例如图16B到16D中示出的取向控制元件)。
如上所述，本发明取向控制元件的表面构造必须具有二维各项异性性。具体地说，优选至少沿X和Y方向(假定这些方向彼此垂直)的周期不同，或沿这些方向发生相位变化。之后，将参照图16A和16C描述依照本发明的取向控制元件的各项异性性。
如图16A和16C中所示，平行于衬底81并且垂直于由于单元特征间的间隙(凹陷)中的向错而产生的预倾方向的方向定义为X方向，而平行于衬底81并且垂直于X方向的方向定义为Y方向。
在图16A所示的结构中，如果在Y方向上的各个点处获得沿X方向的取向控制元件80的横截面，则每个横截面形状将会出现以等于1/2周期Tx的间距沿X方向移动，单元特征82沿X方向以所述周期Tx设置。在X方向上的各个点处的沿Y方向的横截面形状也会出现移动。换句话说，单元特征82如此设置，即沿X和Y方向出现横截面形状的相位变化。在该情形中，沿X方向的单元特征82的周期Tx和沿Y方向的单元特征82的周期Ty可以相等或不同。图16B中示出的结构也是相同情况。
另一方面，在图16C示出的结构中，沿X方向横截面形状的相位不会在Y方向上的不同点处变化，并且沿Y方向横截面形状的相位不会在X方向上的不同点处变化。在该情形中，优选沿X方向的单元特征82的周期Tx不等于沿Y方向的单元特征82的周期Ty。图16D中示出的结构也是相同情况。
(实施方案3)
之后，将描述依照本发明实施方案3的液晶显示器件。本实施方案的液晶显示器件具有与参照图11A和11B描述的实施方案1相似的结构，不同的是本实施方案的器件是使用被分割为区域的取向控制元件的MVA模式液晶显示器件。
如前面所描述的，为了提高VAN模式中的视角，优选在每个像素中存在不同的预倾方向(MVA模式)。依照本发明，可以基于与液晶层接触的表面上的凹凸任意设置预倾方向，因此相对容易实现MVA模式。
将参照图17和18描述本发明取向控制元件的示例性结构。
如图17A中所示，在具有例如60mm×60mm的取向控制区域92的衬底(例如石英衬底)上形成取向控制元件。在取向控制区域92中，将每个都具有300μm×100μm尺寸的单位区域90排列成200×600的阵列。对应于显示器件的显示区域设置取向控制区域92，而对应于显示器件的每个像素设置每个单位区域90。
如图17B中所示，每个单位区域90在纵向和横向上都被二等分，从而形成四个“子”区域94。每个子区域94都对应于组成像素的一个子像素。在每个子区域94中，排列多个单元特征。这些单元特征可以具有在实施方案1和2中描述的任何单元特征的形状。在子区域94中的单元特征按这种方式排列，即给每个不同的子区域赋予不同方向上的预倾。
参照图18A和18B，将更具体地描述每个子区域94中单元特征的排列。
图18A中示出的单元特征96与例如参照图12描述的实施方案1的单元特征相似。尽管每个单元特征96显示为具有大致三角形的横截面(W＝0)，但其可选择具有四边形的横截面。排列每个子区域94中的单元特征96，以产生在箭头方向上的预倾。在该例子中，如此设计子区域94，即单元特征排列的方向(图12A中的X方向)与每个相邻子区域94的所述方向组成了90°的角。从而，可以给每个不同子区域赋予不同方向上的预倾。
图18B中示出的单元特征96’与例如实施方案2的单元特征相似。尽管每个单元特征96’举例为三角棱柱，但其可选择地为五角棱柱或任何其它形状。在该图中，也排列每个子区域94中的单元特征96’，以在箭头方向上产生预倾。
通过这样将每个单位区域90分为四个子区域94，可以实现四重取向分割。当通过使用取向控制元件90构造显示器件时，可以使用被分为相似区域的另一个取向控制元件作为与取向控制元件90相对的衬底，或可以使用其表面上涂覆有垂直取向膜的平坦反衬底。然而在使用平坦对向衬底的情形中，归因于取向控制元件90的预倾角大致被减半；因此必须设计取向控制元件90的凹凸，以产生相应的更大的预倾角。
通过掩模曝光装置(分步投影光刻机)使光致抗蚀剂层(厚度：大约1μm或更大)起伏来制造取向控制元件90。可选择地，如在前述的实施方案中，可以通过使用例如干涉曝光装置或电子束光刻装置任意使形成在衬底表面上的光致抗蚀剂层(厚度：大约1μm或更小)起伏来制造取向控制元件90。
本实施方案的取向控制元件并不限于图18A和18B中示出的结构，只要由凹凸的每个单元特征产生的预倾方向是根据该单元特征在衬底表面上的具***置来预定的就行。每个单位区域90可以被分为条状子区域。图19A、19B和19C中说明了分割单位区域90的其它方法。可选择地，不将每个单位区域90分为子区域，可通过根据在单位区域90上的具***置来改变单元特征96或96’的排列方向来实现取向分割。例如，可以如此排列单元特征96或96’，即每个单位区域90内的预倾方向的变化组成了所谓的连续转轮(pinwheel)取向。此外，单位区域90的尺寸、子区域的数量和形状等可以任意设置。优选单位区域90的尺寸对应于显示器件中每个像素的尺寸。单元特征96或96’的尺寸和间距以可以任意设置。
(实施方案4)
之后，将参照附图描述制造依照本发明实施方案4的取向控制元件的方法。本实施方案与实施方案1到3的不同之处在于取向控制元件具有通过压印形成的表面。
在实施方案1到3中，通过使树脂层(光致抗蚀剂层)起伏而形成了取向控制元件。按照该方法，要求树脂层具有足够高的光敏性以支持高分辨率，从而对热阻抗和耐溶解性提出限制。因为不能自由选择树脂层的材料，所以限制了树脂层材料的电学特性，例如介电常数、电导率和杂质浓度。这会导致制造工序中的一个问题，即例如当将垂直取向膜涂覆到其形状已经被处理过的树脂层表面时，必须选择垂直取向膜的溶剂和烘烤温度，以便不损害树脂层表面。此外，因为在树脂层表面上向着液晶层的内部形成大约1μm高度的凹凸，所以由凹凸会产生电压降或者杂质会从树脂层中洗提出。
在本实施方案中，通过压印工艺在取向控制元件上形成凹凸。在本说明书中，这种形成方法称作“复制技术”。
将参照图20A和20B描述该复制技术的概要。首先，如图20A中所示，制造其表面上形成有凹凸的母版101。另一方面，制备衬底102，其表面上已经涂覆或滴上用于复制的树脂材料103。接下来，将母版101压向衬底102的表面，以将母版101的表面构造压印到树脂材料103上。因此，如图20B中所示，获得了具有对应于母版101的凹凸的树脂层103’的取向控制元件105。
根据该复制技术，树脂层不必具有高光敏性，所以可以以更大的自由度选择树脂层材料。结果，可以获得高性能和高可靠性的显示器件。
之后，将参照附图更具体地描述依照本实施方案的制造取向控制元件的方法。
首先，如图21A中所示，制造具有起伏表面的母版101。可以通过在衬底上形成光致抗蚀剂层后，使用双光束干涉曝光装置、电子束光刻装置或掩模曝光装置(分步投影光刻机)图形化该光致抗蚀剂层以制造母版101。用于图形化光致抗蚀剂层的方法与例如实施方案1或2中描述的一样。可选择地，可通过机械研磨由Al或其它材料构成的衬底、或蚀刻诸如Si衬底的单晶衬底来制造母版101。母版101不必是光学透明的，而是可由允许显微机械加工的任何材料形成。作为允许显微机械加工的材料，例如可以使用高分辨率的抗蚀剂。
接下来，如图21B中所示，将树脂材料103涂覆到透明衬底102的表面上，并且之后将母版101以母版101的凹凸与树脂材料103接触的方式贴到透明衬底102上。作为透明衬底102，可以使用例如玻璃衬底或其表面上具有导电膜(ITO)的玻璃衬底。作为树脂材料103，这里使用UV(紫外线)固化树脂。可选择地，树脂材料103可由其它任何树脂材料(如热塑性树脂或热固树脂)组成。
例如可通过使用图22中示出的装置将透明衬底102贴到母版101。透明衬底102放置在低平台(由石英玻璃制成的样品台)107上，母版101放置在高平台(由石英玻璃制成的样品台)109上。通过降低高平台109，通过树脂材料103将母版101和透明衬底102连接在一起。
在母版101和透明衬底102连接在一起之后，如图21C中所示，在沿箭头方向施压的同时将其上贴有母版101的衬底102保持预定的时间段。之后，通过使用紫外线灯106用紫外线照射树脂材料103。从而，树脂材料103被固化，并变成为树脂层103’。在衬底102和母版101能透过紫外线的情形中，优选不仅从衬底102的表面而且从其背面照射紫外线。通过这样从衬底两侧进行紫外线照射，可以缩短固化时间，额外的优点在于即使衬底102上设置有TFT和/或金属布线，紫外线也不太可能投***影。
接下来，如图21D中所示，提升高平台109，以从衬底102拿开母版101。结果，可以获得具有起伏的树脂层103’的取向控制元件105。
依照本实施方案的制造取向控制元件的方法并不限于上面。例如可以制造辊状母版，将辊状母版侧面的构造压印到树脂层上。例如可通过使用图23中示出的装置进行该压印。将在下面解释该压印方法的具体例子。
首先，衬底102放置在图23中示出的平台108上。将树脂材料103涂覆到衬底102的表面上。这里，树脂材料103为UV固化树脂。接下来沿箭头111方向旋转的辊状母版110压衬底102，同时平台108沿箭头112的方向移动。结果，被母版110压的树脂材料103的部分可以用来自紫外线灯113的紫外线通过允许紫外辐射的开口114照射。从而通过以这种线性方式用紫外线照射树脂材料103，树脂材料103连续固化，由此形成了起伏的树脂层103’。
使用参照图21A到21D描述的方法，必须制备具有与取向控制元件105的衬底102大致相同的片状母版101。因此，在使用大面积衬底102的情形中--如在单个大衬底上同时制造多个面板的情形中(多衬底处理)--，制造母版101变得很困难。尽管可通过使用尺寸小于衬底102的母版101来压印多次，但在这种情形中的定位将会很困难。另一方面，使用辊状母版110的上述方法，一旦制造对应于单个面板的母版110，甚至在多衬底处理的情形中，也可以对整个衬底102进行连续压印。从而，有一个优点，即可以减小母版110的面积。
此外，通过使用辊状母版110，例如可对热塑性树脂(用于复制的树脂材料)103进行压印处理。具体地说，先将衬底102和热塑性树脂103加热，并将母版110压热塑性树脂103上。之后，使热塑性树脂103冷却固化。对于这种热塑性树脂103的压印工艺，可以使用其上添加有加热和冷却装置的图23中示出的装置。
通过使用作为树脂材料103的高粘性树脂，可以用与凹版印刷类似的方法压印(或者转印)辊状母版110的侧面构造。对于这种压印工艺，例如可以使用图24中示出的装置。下面将解释该压印方法的具体例子。
首先，将衬底102放置在平台123上。然后，将树脂材料103放置在容器120中。树脂材料103通过容器120底面中的开口不断地释放，以将涂敷到涂覆辊121的表面上，涂覆辊121在箭头124的方向上旋转。涂覆到涂覆辊121的树脂材料103均匀地被涂覆到母版110的表面，母版110在箭头125的方向上旋转。之后，其上涂覆有树脂材料103的母版110压向放置在平台123上的衬底102。平台123在箭头126方向上与母版110的旋转同步地移动。结果，涂覆到母版110的树脂材料103被压印到衬底102上，由此在衬底102上形成了由树脂材料103组成的所期望的精细构造。通过紫外线照射或加热使转印到衬底102上的树脂材料103固化，从而变为树脂层103’。
任一上述方法中，母版直接压到衬底102(如玻璃衬底)上，并可能多次再利用。因此，母版可能被擦伤。如果擦伤的母版用于继续压印，则擦痕本身也被压印。因此，一个可能的方法是先将母版的表面构造压印到一膜上，然后通过使用该膜作为母版将该构造进一步压印到树脂材料上。之后，所述膜将称作“压印母版”。对于这种压印工艺，例如可以使用图25中示出的装置。下面将解释该压印方法的具体例子。
首先，将衬底102放置在平台128的背面。接下来，由加热可变形的材料组成的膜(厚度：0.5μm或更大)127设置在母版110和压辊129之间，从而在膜127上形成精细凹凸。该膜127例如可以是PET。接下来，包含在容器120中的树脂材料103薄薄地涂覆到其上形成有凹凸的膜127上。通过剥落辊130，将这样涂覆的树脂材料103被转印(压印)到放置在平台128背面的衬底102上。通过紫外线照射或加热使已经转印到衬底102上的树脂材料103固化，从而变为树脂层103’。
从而，通过膜127压印母版110的表面构造，可以阻止母版110通过多个压印工序而损害。注意到，参照图24已经描述过的，通过涂覆辊的方式将树脂材料103涂覆到膜127。如果必要，可在将其转印到衬底102之前，通过紫外线照射或加热使已涂覆到膜127的树脂材料103固化到一定程度。
(实施方案5)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案5的液晶显示器件。本实施方案的液晶显示器件是具有被分为多个子区域的取向控制元件的MVA模式显示器件。
如在实施方案3中描述的，取向控制元件具有可对应于显示器件像素的多个单位区域。在采用MVA模式的情形中，每个单位区域都被分为多个子区域。每个子区域赋予每个子像素不同的预倾。
根据下述的优选图案之一，本实施方案的取向控制元件的每个单位区域被分为多个子区域。注意，取向控制元件的下述分割图案也可以用于实施方案4中的母版，或者实施方案1到3的取向控制元件。
第一，如已经参照图2B描述过的，在VAN模式中一旦施加电压，液晶分子就倾斜，从而由于它们的双折射实现白色显示状态。因为液晶单元夹在一对吸收轴彼此成90°角的偏振器10之间，所以优选液晶分子倾斜的方向(预倾方向)和每个偏振器10的吸收轴分别在衬底表面上成45°的角，以有效利用双折射。
第二，优选单个单位区域中子区域的数量(分割数量)为二或四，每个子区域面积相等。注意，仅仅优选每个指定像素中的子区域相等。一个像素内的子区域的面积可以不同于另一个像素内子区域的面积。
满足上面第一和第二条件的单位区域的可能分割图案是其中单位区域被分为例如图19A到19C中所示的四个子区域(I)到(IV)的图案。
任何这种分割图案可以应用于其间夹有液晶层的显示器件的一对相对衬底的一个或两个上。现在将参照图26A到26C描述这种分割图案的示例性应用。
图26A到26C每个都说明了对应于显示器件的单个象素的液晶层142的一部分和一对衬底141和143的一部分。第一衬底143和第二衬底141之间设置有垂直取向型液晶层142。一般而言，第一衬底143是滤色器衬底，第二衬底141是TFT衬底。然而，因为可以用相似的方法在每个衬底上形成凹凸，所以可选择第二衬底141为滤色器衬底且第一衬底143可以为TFT衬底。在面对液晶层的第一衬底143和第二衬底141中每一个的一个面上，以相同或不同的分割图案形成凹凸。或者，可仅在一个衬底的表面上形成具有特定图案分割的凹凸。
在图26A示出的例子中，在第一衬底143和第二衬底141中的每一个的表面上形成凹凸。这些衬底143和141的单位区域分别具有子区域(I)到(IV)和子区域(I’)到(IV’)，这是根据图19B中示出的图案分割的。因此，一个像素被分为由相对子区域(I)和(I’)；(II)和(II’)；(III)和(III’)；以及(IV)和(IV’)限定的四个子像素。从而通过向衬底141和143应用相同的分割图案，可以获得最稳定的取向。因为预倾角和凹凸的关系是清楚的，所以很容易设计起伏。
在图26B示出的例子中，仅在第二衬底141的表面上形成具有根据图19B中示出的图案分割的子区域(I)到(IV)的凹凸。第一衬底143的单位区域(V’)具有平坦的表面，该结构不能产生预倾。因此，每个像素被分为由子区域(I)到(IV)和单位区域(V’)限定的四个子像素。在该例子中，仅在一个衬底141上形成具有分割图案的凹凸，而在另一个衬底143上形成凹凸，所以缩短了制造工序。然而注意到，假定第二衬底141上的凹凸与图26A中示出的第一和第二衬底141和143上的凹凸一样，则赋予液晶层142中中心分子的预倾角将会是赋予图26A中示出的液晶层142中的中心分子的预倾角的一半。
在图26A和26B示出的例子中，在与液晶层接触的衬底的表面上形成根据图19B中示出的图案分割的凹凸。或者，可形成根据图19A或19C中示出的图案、或任何其它图案而分割的凹凸作为替代。
在图26C示出的例子中，在第一衬底143和第二衬底141中的每一个的表面上形成凹凸，其中衬底143和141的单位区域分别被分为两个子区域(III’)和(IV’)及两个子区域(I)和(II)。然而，第一衬底143的子区域从第二衬底141的子区域偏移1/2子区域间距，并且其间夹有液晶层142。例如，子区域(II)与两个子区域(III’)和(IV’)相对。在这种情形中，一个像素被分为由子区域(I)和(III’)；子区域(II)和(III’)；子区域(II)和(IV’)；以及子区域(I)和(IV’)限定的四个子像素。在该例子中，每个子区域(I)、(II)、(III’)和(IV’)的面积是图26A中示出的每个子区域面积的两倍。因此，甚至在只能以相对低的分辨率分割区域的情形中，在该例子中也能充分制造第一衬底143和第二衬底141。
在图26A到26C示出的任何例子中可实现取向分割。然而，考虑到制造工序，优选仅在一个衬底上设置凹凸，如图26B中所示。原因是，如上所述，微小凹凸的形成可能使显示器件的制造工序变得复杂。
在使用其边的测量值都高达一米或更大的大衬底制造液晶面板的情形中，实施方案4中描述的复制技术特别适合进行用于液晶取向控制的凹凸的形成，其中制造压印到衬底表面的母版。然而相对于衬底定位母版是非常困难的，因此期望不需要高精度定位的分割图案。
之后，将描述当将母版的表面构造压印到衬底表面时不需要相对于衬底高精度定位的分割图案。
用于MVA模式中单位区域的分割图案必须是这样的，即每个像素都被分割为面积精确相同的子区域，以使当观察方向在上/下/右/左方向中的任意方向上倾斜时将会产生相同量的亮度变化。然而，只要子区域面积相等，子区域的位置和它们的定位顺序就不会影响显示。因此，在母版上形成连续组的子区域(子区域组)是有利的，其中选择子区域和单位区域的尺寸使得一个单位区域包括多个子区域。优选地，一个子区域组的子区域的总面积大致等于另一个子区域组的子区域的总面积。由此，可以保证，即使在将母版构造压印到衬底上后，包含在衬底上每个单位区域(像素)中的子区域的总面积大致相等，而不需要高精度的定位。
之后，将描述通过使用其上排列有子区域组的母版来制造的示例性液晶显示器件的结构。每个液晶显示器件都包括多个排列成行和列的矩阵的像素。通常，栅极线和CS线设置在行方向上，且源极线设置在列方向上。在下面的例子中，液晶显示器件的TFT衬底具有使用前述母版形成的取向控制结构(凹凸)。
图27A是显示普通类型的有源矩阵型液晶显示器件三个像素的放大平面图。图27B是显示图27A中示出的液晶显示器件一个像素的透视图。为了简明，这里假定每个像素都具有在列方向上拉伸的矩形形状。
如图27B中所示，每个像素都包括下述部分：TFT衬底910；滤色器衬底911；和夹在衬底910和911之间的液晶层908。在滤色器衬底911面对液晶层的面上，形成透明电极905。在TFT衬底910面对液晶层的面上，为每个像素设置像素电极906和开关元件(TFT)903。开关元件903与栅极线901和源极线902相连。跨过每个像素的中部设置CS线904。如图27A中所示，通过其透射光的像素区域定义了开口，表示为“201”。因此，位于开口201中的凹凸最有效地展示了液晶取向控制元件的功能。在该例子中，开口是矩形的，并具有平行于行方向的短边和平行于列方向的长边。
首先，将描述这样的例子，其中在开口201中形成凹凸以组成类似垂直或水平条的裂口区域的例子。在该情形中，即使在母版和TFT衬底之间不进行高精度定位而执行压印步骤，也能确保实现取向分割，因为多个子区域组位于每个开口201内。然而，可能存在下面的问题。
每个裂口、条状子区域的纵向平行于开口201的短边或长边。因此，与开口201的周边交迭的子区域的有效面积(即对取向控制有贡献的面积)被CS线904和栅极线901减小。结果，各个子区域的总有效面积之间的比率可能变得不平衡。此外，子区域有效面积的减小量将依赖于相邻开口的间隙Ws。因此，为了减轻面积比率的不平衡，必须沿垂直于子区域纵向的方向，相对于平行于纵向延伸的每个子区域(开口中的)的边精确定位相邻子区域组之间的边界。尽管不平衡的程度将随着每个条状子区域宽度的减小而变小，但所述宽度不会做得无限的小；例如，为了形成具有大约1μm间距的凹凸，每个子区域的宽度将不得不为大约10μm或更大。
接下来，将描述图28中示出的示例性结构。在该例子中，形成取向控制结构，该取向控制结构被***为倾斜穿越开口201的条状区域。从而，可以显著改善各个子区域总有效面积之间的比率。
更优选地，确保由于相邻开口间的空隙而减小的子区域(I)到(IV)的有效面积基本上相等。结果，开口201中各个子区域的总有效面积可以基本上相等。描述了这种分割图案的一个具体例子。
如图28中所示，如此形成像素，即开口201的高度Hp是开口宽度Wp的整数倍(等式(1))。
Hp＝nWp(其中n是除0以外的整数)    ...等式(1)
假定每个子区域纵向与开口201短边之间的角度为α，并母版上每个子区域组的间距为GP，如果角度α和间距GP满足下面的等式(2)和等式(3)，则可以改善各个子区域总有效面积之间的不平衡。
Tanα＝Wp/(Hp/n)     ...等式(2)
GP＝Wp/m(其中m是除0以外的整数)    ...等式(3)
从上面的等式(2)，角度α为45°。假定等式(3)中的m是例如“1”，则可通过设定像素尺寸(Hp，Wp)和子像素组的间距GP满足等式(1’)和等式(3’)，并且压印使角度α为45°，则不管母版图案和其上将要压印凹凸的衬底之间的任何错定位，各个子区域的总面积可以总是相等的。此外，不管跨过像素中部的CS线904的定位和宽度Wcs，以及相邻像素开口间间隙Ws的尺寸如何，子区域有效面积之间的比率都可以保持相等。
Hp＝nWp(其中n是除0以外的整数)    ...等式(1’)
GP＝Wp                           ...等式(3’)
之后，将描述本实施方案显示器件的工作例子。
<例子1>
依照例子1的显示器件包括：第一和第二衬底，每一个都具有被分割为图26A中所示区域的取向控制结构；和夹在衬底之间的所述液晶层。通过已经参照图21A到21D描述过的复制技术形成第一和第二衬底表面上的取向控制结构。
之后，将更具体地描述制造例子1的显示器件的方法。
首先，制造具有由多个单元特征组成的凹凸的母版。通过使用已经涂覆到玻璃衬底上的抗蚀剂以下述方式形成母版上的凹凸：通过使用光掩模使树脂经过四次曝光，每次针对每个子区域，然后进行显影。对于每个子区域在将曝光方向改变90°的同时进行曝光。以下面两个步骤进行每个子区域的曝光。例如，可以使用双光束干涉曝光装置进行曝光(第一曝光)，之后可以进行常规掩模曝光(第二曝光)。为了在垂直于单元特征排列方向的方向上形成多个凹槽的目的，进行第二曝光。通过掩模曝光产生凹槽，因为它们的间距相对粗糙。在用小间距形成凹槽的情形中，可以在第二曝光中使用双光束干涉曝光装置来在不同于第一曝光方向的方向上进行干涉曝光。代替进行上面的第一和第二曝光，还可以使用其中没有装配有棱镜的干涉曝光装置，并用两束不同的激光束同时辐射玻璃衬底上的抗蚀剂。在该情形中，可以独立地控制由各个激光束产生的干涉条纹。
最终凹凸的单元特征与实施方案1中描述的那些相似。该单元特征具有0.5μm的间距P；相邻单元特征间间隙的宽度W为0；每个单元特征的高度H为0.5μm；侧壁角度A和B分别为105°和75°；上表面宽度F为0。沿垂直于单元特征排列方向的方向以5μm的间距PG形成凹槽，每个凹槽都具有1μm的宽度G。应当理解到，上述参量P，W，H，A，B，F，PG，G的值都是近似的。
接下来，将最终母版的表面构造压印到衬底表面。通过使用图22中所示的装置进行所述压印。具体地说，以35Kg/cm2的压力将母版压在具有UV固化树脂(1μm)的衬底上，保持压力60秒，所述UV固化树脂通过旋涂而涂覆到衬底上。在压着之后，用紫外线(0.7J/cm2)辐射UV固化树脂，由此UV固化树脂固化，并变为其表面上形成凹凸的树脂层。之后，将母版从衬底上移除。
然后，通过旋涂在树脂层表面上形成垂直取向膜。结果，获得了第一衬底。还通过类似的方法制造第二衬底。
由此获得的第一和第二衬底如此放置，即如图26A中所示彼此相对，垂直取向膜向内面对，并连接在一起，同时在其间留有3μm的间隙。在这些衬底之间，注入具有负Δε的液晶(MLC6609)。从而，完成了例子1的显示器件。
通过检查例子1的显示器件中的液晶取向，可以确定中心分子在跨过液晶层没有施加电压时垂直取向，从衬底法线方向有一倾斜(预倾)。还可以确定，当跨过液晶层施加电压时，液晶取向分为四个区域，其中液晶分子在各个不同的方向上倾斜，如图1中所示。
尽管例子1说明了通过利用双光束干涉曝光等来制造母版的情形，但还可以通过制造具有与实施方案1和2中通过使用电子束光刻装置、分步投影光刻机等形成的单元特征相似的单元特征的母版来获得与例子1中相似的效果。
<例子2>
依照例子2的显示器件包括：第一和第二衬底，每一个在其表面上都形成有取向控制结构；和夹在衬底之间的液晶层。如图28中所示，每个取向控制结构都被分为沿相对于每个开口倾斜(α＝45°)的方向上延伸的多个子区域组。每个子区域组都由四个子区域(I)、(II)、(III)和(IV)组成。在该显示器件中，设定像素尺寸(宽度Wp、高度Hp)和子区域组的间距GP满足上面的等式(1’)和等式(3’)。换句话说，每个像素的高度Hp是宽度Wp的三倍(n＝3)，子区域组的间距GP等于每个像素的宽度Wp(m＝1)。
通过参照图21A到21D描述过的复制技术形成第一和第二衬底表面上的凹凸。
之后，将具体描述制造例子2的显示器件的方法。
首先，制造具有由多个单元特征组成的凹凸的母版。通过使用双光束干涉曝光和掩模曝光，使用与例子1中使用的相似的方法形成母版上的凹凸。在本例子中，如图28中所示，以重复的排列设置由子区域(I)、(II)、(III)和(IV)组成的子区域组(间距GP：100μ)。每个子区域中单元特征的方向如此规定，使得由于每个子区域内的凹凸存在恒定预倾方向，且由相邻子区域中凹凸产生的预倾方向在衬底表面上差90°。每个子区域中的单元特征与实施方案1的相似。这些单元特征具有0.5μm的间距P；相邻单元特征间间隙的宽度W为0；每个单元特征的高度H为0.5μm；侧壁角度A和B分别为105°和75°；上表面宽度F为0。沿垂直于单元特征排列方向的方向以5μm的间距PG形成凹槽，每个凹槽都具有1μm的宽度G。
作为第二衬底，制备如图23中所示的TFT衬底。在TFT衬底上，每个像素的宽度Wp为100μm；每个像素的高度Hp为300μm；每条CS线的宽度Wcs为20μm；相邻开口间的空隙的宽度Ws为30μm。
接下来，将最终母版的表面构造压印到TFT衬底表面。通过使用图22中所示的装置进行所述压印。具体地说，以35Kg/cm2的压力将母版压到具有UV固化树脂(1μm)的衬底上，保持压力60秒，所述UV固化树脂通过旋涂而涂覆到衬底上。在压着之后，用紫外线(0.7J/cm2)辐射UV固化树脂，由此UV固化树脂固化，并变为其表面上形成具有凹凸的树脂层。之后，将母版从衬底上移除。
然后，通过旋转涂布在树脂层表面上形成垂直取向膜。结果，获得了其上形成有取向控制结构的TFT衬底。还通过类似的方法制造反衬底(第一衬底)。
由此获得的第一和第二衬底如此放置，使得垂直取向膜向内面对地彼此相对，并连接在一起，同时在其间留有3μm的空隙。在这些衬底之间，注入具有负Δε的液晶(MLC6609)。从而，完成了例子2的显示器件。
通过检查例子2的显示器件中的液晶取向，可以确定中心分子在没有跨过液晶层施加电压时垂直取向，从衬底法线方向有一倾斜(预倾)。还可以确定，当跨过液晶层施加电压时，液晶取向分为四个区域，其中液晶分子在各个不同的方向上倾斜。因为每个像素内的各个子区域(I)到(IV)的总面积基本相等，所以观察方向在上/下/右/左中的任意方向上倾斜时，产生了相同量的亮度变化，从而提供了出色的视角特性。
尽管例子2说明了通过利用双光束干涉曝光等来制造母版的情形，但还可以通过制造具有与实施方案1和2中通过使用电子束光刻装置、分步投影光刻机等形成的单元特征相似的单元特征的母版来获得与例子2中相似的效果。
(实施方案6)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案6的液晶显示器件。本实施方案的液晶显示器件是具有取向控制元件的MVA模式显示器件，其中取向控制元件被分为多个子区域。然而，本实施方案的液晶显示器件不同于上面任何其它实施方案的液晶显示器件，不同之处在于每个子区域进一步被分割为多个微小区域。
在实施方案5中，用于实现不同预倾方向的取向分割是通过将单位区域(对应于像素)分为子区域来进行的。另一方面，依照本实施方案，每个子区域都被分为多个微小区域，每个都在相同方向(预倾方向)但以不同角度(预倾角)产生预倾。从而，实现了一种取向分割，该取向分割导致了不仅在预倾方向上不同而且在预倾角上不同的区域。
将描述以前述方式进一步分割每个子区域的原因。
图29是显示当跨过液晶层施加电压V时光透射率Tr的图。从图29可以看出，随着预倾角的增加，透射率Tr向着低电压移动。这是因为，甚至假定倾斜方向(预倾方向)相同，响应施加的电压而在极性角方向上倾斜的趋势依赖于最初的预倾角变化。
因此，通过将MVA模式下的每个子像素进一步分为用于产生不同预倾角的多个微小区域，一旦施加电压，液晶层将不仅具有其中液晶分子在不同方向上倾斜的区域，而且还具有液晶分子(在相同的方向，但)以不同倾角(即在液晶分子将要升起的方向上的角度)倾斜的区域。这些区域被平衡掉，使得当观察方向改变时产生的亮度上和对比度上的任何变化都比常规的情形中轻微。通过这样实现高精度取向分割，可以实现高质量显示。
尽管传统上已经研究了在每个像素内用于产生不同取向方向的各种取向分割，但通过本实施方案实现的取向分割是前所未有的，是因为给位于接近沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子赋予了不同的预倾角。没有该先例的可能原因是通过用更高精度进行取向处理来形成取向控制结构很困难。
在本实施方案的取向控制元件中，每个子区域都被分为多个微小区域以致不同形状的单元特征在每个不同的微小区域中排列。
图30A和30B是说明依照本实施方案的示例性子区域构造的透视图。
图30A中示出的子区域210被分为两个微小区域220a和220b。在微小区域220a和220b中，分别以大致相同的间距P排列有具有三角形横截面的单元特征212a和212b。微小区域220a和220b实现了相同的预倾方向。然而，微小区域220a中每个单元特征212a的侧壁角度213a小于微小区域220b中每个单元特征212b的侧壁角度213b。因此，微小区域220a实现了不同于由微小区域220b实现的预倾角。
图30B中示出的子区域240被分为两个微小区域230a和230b。在微小区域230a和230b中，分别以大致相同的间距P排列有三角棱柱状的单元特征231a和231b。在微小区域230a中构成每个单元特征231a上表面的等腰三角形的高度不同于微小区域230b中构成每个单元特征231b上表面的等腰三角形的高度。因此尽管微小区域230a和230b都实现了相同的预倾方向，但微小区域230a实现了不同于由微小区域230b实现的预倾角。
本实施方案的取向控制元件由上述子区域组成。图31A是说明取向控制元件中单位区域示例性构造的图。
图31A中示出的单位区域250被分为四个子区域(I)、(II)、(III)和(IV)。例如，每个子区域都具有图30A或30B中示出的结构。换句话说，子区域(I)被分为两个微小区域Ia和Ib。其它子区域(II)到(IV)同样分别被分为两个微小区域IIa和IIb、IIIa和IIIb、以及IVa和IVb。
在图31A示出的例子中，包含在每个子区域中的两个微小区域间的面积比率表示为1∶1。然而注意，微小区域间的面积比率可根据视角特性优化，且包含在每个子区域中的微小区域面积不必相等。将单位区域分为子区域的图案和将每个子区域分为微小区域的图案并不限于图31A中列出的那些，而是可以任意选择。
可通过与其它实施方案中使用的相似的方法形成本实施方案的取向控制元件。优选地，通过复制技术形成本实施方案的取向控制元件。
之后，将描述本实施方案液晶显示器件的工作例子。
<例子3>
依照例子3的液晶显示器件包括第一和第二衬底，以及夹在这些衬底之间的液晶层。在第二衬底(TFT衬底)表面上设置用于限制液晶取向的凹凸。第一衬底(滤色器衬底)具有平坦的表面。第二衬底表面上的凹凸是这样的，如图31A中所示，每个单位区域被分为四个子区域(I)到(IV)，每个子区域被进一步分为两个微小区域Ia和Ib、IIa和IIb、IIIa和IIIb以及IVa和IVb。子区域(I)到(IV)面积相等。每个子区域中微小区域间的面积比率Ia∶Ib、IIa∶IIb、IIIa∶IIIb、IVa∶IVb全为1∶4。
在每个子区域中，如图30A中所示，排列有具有三角形横截面的单元特征。每个单元特征的间距P为0.5μm；相邻单元特征间的间隙的宽度W为0；上表面的宽度F为0。在微小区域Ia、IIa、IIIa和IVa中，每个单元特征的高度H和侧壁角A和B如此规定，即在衬底和液晶层界面处的液晶分子具有89°的倾角(即液晶分子将要升高的角度)。另一方面，在微小区域Ib、IIb、IIIb和IVb中，每个单元特征的高度H和侧壁角A和B如此规定，即在衬底和液晶层界面处的液晶分子具有85°的倾角。此外，以5μm的间距GP在垂直于单元特征排列方向的方向上设置凹槽。每个凹槽的宽度为1μm。
如下制造例子3的液晶显示器件。
首先，制造其表面上形成有预定凹凸的辊状母版，将所述母版的表面构造压印到已涂覆到衬底表面上的UV固化树脂上。结果，在TFT衬底上形成了具有对应于母版上凹凸的结构的树脂层。通过使用图25中所示的装置进行该压印。之后，通过旋涂在树脂层表面上形成垂直取向膜。
其上形成有树脂层的TFT衬底和其表面上形成有垂直取向膜的滤色器衬底如此放置，即垂直取向膜向内面对地彼此相对，并连接在一起，同时在其间留有3μm的空隙。在这些衬底之间，注入具有负Δε的液晶(MLC6609)。从而完成了例子3的显示器件。
下面描述了每个微小区域实际光透射率的测量。偏振器的透射轴在垂直和水平方向上。
图31B示出了正面透射率，图31C示出了当以方位角45°(在右上方向上45°)和视角60°(即从衬底法线方向60°)观察时获得的微小区域Ia到IVa、及Ib到IVb的透射率。从这些结果可以看出，通过实现如本例子的高精度取向分割，由各个微小区域产生的液晶取向被平衡掉，从而抑制了取决于观察方向的亮度的任何变化，由此获得了更好的视角特性。
(实施方案7)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案7的液晶显示器件。
本实施方案的液晶显示器件包括一对相对的衬底，和夹在它们之间的液晶层。通过使用图32A中示出的取向控制元件501来构造一对衬底中的一个或两个。
取向控制元件501包括衬底502和形成在衬底502表面上的多个单元特征503，该取向控制元件可以用作用于控制包含在液晶层510中的液晶分子取向的取向控制装置。液晶层510是其中使用负型向列液晶(Δε＜0)的垂直取向型液晶层。
形成在取向控制元件501表面上的每个单元特征503都由壁部分505和斜坡部分507组成。壁部分505包括两个侧面505a和505b以及由这些侧面形成的脊505r。形成斜坡部分507以便与壁部分505的一个侧面505a接触。斜坡部分507具有相对于衬底502的表面倾斜的斜面507a。壁部分505和斜坡部分507通常由不同材料构成。尽管图32A的壁部分505示出为具有大致三角形横截面的形状，但壁部分505可选择具有弯曲的横截面形状或任何其它(例如四边形)的横截面形状。
图32B是取向控制元件501的示例性平面图。取向控制元件501包括单元特征503，其表现为在脊505r的方向上(之后称作“Y”方向)排列的相对短的条，在条之间留有预定凹槽504。单元特征503沿平行于与Y方向垂直的方向(以后称作“X”方向)排列。尽管图32B示出了X方向垂直于Y方向，但X方向可以是不同于Y方向的任何方向。注意，在本实施方案中，单元特征503不必周期性排列。
之后，将通过例子的方式描述单元特征503的斜面507a给液晶层510中的液晶分子施加取向控制的方式。
在没有跨过液晶层510施加电压的状态中(之后称作“OFF”态)，位于斜面507a表面处的每个液晶分子的长轴大致垂直于取向控制元件501的每个斜面507a取向。因此，液晶层510中的液晶分子从衬底502表面的法线方向倾斜(预倾方向)。当跨过液晶层510在垂直于衬底502的方向上施加电压时，每个液晶分子将设法在所述预倾方向上倾斜。如果施加的电压足够高，则液晶分子将会大致平行于衬底502的表面平躺，液晶分子的长轴在凹槽504的方向上排列。
为了确保本实施方案的取向控制元件501具有足够的液晶取向控制能力，优选单元特征503具有0.1μm或更大的平均间距。另一方面，为了通过取向控制元件501的整个表面控制液晶取向方向，优选单元特征503具有10μm或更小的平均间距。
在本实施方案中，“单元特征的(平均)间距”定义为在衬底表面的平面内，在与相关斜坡部分接触的侧面顶点间获得的相邻侧壁部分间的距离。例如，图33A中示出的单元特征的间距为在衬底表面的平面内获得的任何两个相邻壁部分505的侧面505a的最高点505p(侧面505a与和它们相关的斜坡部分507接触)之间的距离Px。类似地，在每个侧壁部分具有大致矩形横截面的情形中，如图33B中所示，单元特征的间距是在衬底表面的平面内获得的任何两个相邻侧壁部分506的侧面506a的最高点506p间的距离Px。
沿脊505r方向的单元特征503的间距Py例如不小于0.1μm，且不大于10μm。每个凹槽都具有例如不小于10nm的宽度，其等于或小于沿X方向单元特征503的间距Px。
在本实施方案中，优选单元特征503具有不小于10nm且不大于10μm的高度(在这里是壁部分505的高度)。如果高度不小于10nm，则取向控制元件501的表面构造可可靠地限制液晶分子取向。另一方面，如果高度不大于10μm，则可抑制与由单元特征503的存在而改变的液晶层510的有效厚度相关的任何问题。
例如可以在大于0°且不大于45°的范围内任意选择每个单元特征503的斜面507a与衬底502表面间的角度。例如，如果每个斜面507a与衬底502表面间的角度不小于10°且不大于45°，则在取向控制元件501的斜面507a附近，液晶分子可以从衬底502的法线方向倾斜不小于10°且不大于45°而取向。
现在，参照图33C和33D，将描述“每个单元特征的斜面与衬底表面之间的角度(之后该角度可简单称作’斜面角’)”。由于与它们的制造方法等相关的原因，本实施方案的每个斜坡部分507的斜面507a可能不会变为平坦的，如图33C和33D中所示。在这种情形中，如图33C和33D中所示，在垂直于每个单元特征的脊505r获得的横截面视图内，在壁部分505侧面505a的最高点505p(侧面505a与斜坡部分507接触)与斜坡部分507的斜面507a和衬底表面接触的点507c之间画有线507A；并且在该线507A与衬底表面间的角度a1将称作“斜面角”。
在每个单元特征503的壁部分505的侧面中，不与斜坡部分507接触的侧面505b优选与衬底502的表面一起组成一个大于前述斜面507a与衬底502表面之间的角度a1的角度。壁部分505的侧面505b与衬底502的表面之间的角度通常大于45°且小于180°。如图33E中所示，“壁部分505的侧面505b与衬底502的表面之间的角度”定义为衬底表面和线505B之间的角度a2，并且线505B画在壁部分505侧面505b的最高点505p’与侧面505b和衬底表面接触的点505c之间。
位于取向控制元件501和液晶层之间界面处的液晶分子沿取向控制元件501表面的法线方向取向。换句话说，位于每个斜面上的液晶分子具有沿斜面507a法线方向的预倾(第一预倾)，而位于每个壁部分侧面上的液晶分子具有沿壁部分的侧面505b的法线方向的预倾(第二预倾)。在本实施方案中，每个单元特征503具有不对称的横截面，由斜面507a赋予的预倾比由壁部分的侧面505b赋予的预倾占优势。因此，位于接近沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子更易受由斜面507a赋予的第一预倾的影响，所以例如液晶分子将具有与第一预倾相同的预倾方向，并具有比第一预倾小的预倾角。注意，位于接近沿液晶层厚度方向中间平面的液晶分子不仅受取向控制元件501表面构造的影响，而且还受与液晶层510上表面接触的反衬底表面构造的影响。
尽管图32A中示出的取向控制元件501的单元特征503的暴露表面与液晶层510接触，但它们没有必要彼此接触。例如，在取向控制元件501与液晶层510之间，可以设置垂直取向膜和/或用作给液晶层510施加电压的电极功能的导电膜、或者具有按导电膜和取向膜顺序层叠的多层膜。优选设置在取向控制元件501和液晶层510之间的任何膜足够薄，以使所述膜可以获得反映单元特征503(例如具有1μm或更小的厚度)形状的表面构造。这样的薄膜可以使取向控制元件501的表面构造控制液晶层510的取向。
之后，将参照附图描述制造取向控制元件501的示例性方法。
图34A到34E是解释通过使用能热变形(热流)的材料制造取向控制元件501的示意性横截面图。
首先，如图34A中所示，在衬底520上形成壁部分形成层522(厚度：例如300μm)。尽管对衬底520和壁部分形成层522的材料没有限制，但本实施方案说明了将石英衬底用作衬底520，用氮化硅膜用作壁部分形成层522的情形。
接下来，如图34B中所示，抗蚀剂图案524包括通过使用例如负抗蚀剂形成在壁部分形成层522上的多个岛部分。沿X方向抗蚀剂图案524的岛部分的间距要根据将要形成的壁部分的间距，即单元特征间距Px选择。在本实施方案中，沿X方向抗蚀剂图案524的平均间距是1.6μm。沿垂直于X方向的Y方向，设置包括多个岛部分的抗蚀剂图案524，岛部分间的平均空隙为0.8μm。沿Y方向抗蚀剂图案524的平均间距是3.2μm。
之后，如图34C中所示，通过使用抗蚀剂图案524作为掩模蚀刻壁部分形成层522。例如，使用缓冲氢氟酸使壁部分形成层(氮化硅膜)522经历湿蚀刻60秒，之后用水很好地清洗。通过该蚀刻，形成了具有对应于壁部分形成层522厚度的高度的壁部分526。在图34C中，每个壁部分526的横截面都示出为底面与衬底520接触的大致三角形，壁部分526的横截面形状并不限于图34C中示出的形状。每个壁部分526的横截面可以是具有与衬底520接触的底边的梯形。可选择地，通过对壁部分形成层522进行各向异性蚀刻，可以形成每个都具有大致矩形横截面的壁部分526。
接下来，在通过使用丙酮等移除抗蚀剂图案524后，在衬底520上形成了多个斜坡部分形成层528(图34D)。斜坡部分形成层528是例如由正抗蚀剂组成的抗蚀剂图案的岛部分。抗蚀剂图案528的每个岛部分都如此形成，即与对应的壁部分526的一个侧面526a接触。在本实施方案中，通过使用光掩模形成抗蚀剂图案528，该光掩模具有从形成图34B中的抗蚀剂图案524时使用的光掩模(光刻版)的图案偏移0.4μm的图案。因此，沿X方向抗蚀剂图案528的相邻岛部分的平均间距是1.6μm，抗蚀剂图案528的相邻岛部分间的平均空隙是0.8μm。
之后，如图34E中所示，加热抗蚀剂图案528，以使抗蚀剂图案528变形，由此形成斜坡部分530。例如可通过在热烤箱(温度：135°)中加热衬底520 10分钟来实现斜坡部分530的形成。烤箱内的温度可以是不导致壁部分526和衬底520变形，但导致抗蚀剂图案528的热变形(热流)的任何温度，并且可以根据壁部分526和抗蚀剂图案528的材料来选择。
从而，获得了具有多个单元特征532的取向控制元件600，每个单元特征532都由壁部分526和斜坡部分530组成。在由此获得的取向控制元件600中，单元特征532具有1.6μm的平均间距，每个斜坡部分530的斜面530a与衬底502组成12°的角。本实施方案的每个单元特征532都具有如图4E中示出的大致三角形的横截面，该三角形具有112°的顶角(即每个壁部分暴露的侧面526b与每个斜坡部分530的斜面530a之间的角度)。
尽管上述方法通过热流导致了斜坡部分形成层(抗蚀剂图案)528的变形，但还可以通过曝光来使斜坡部分形成层变形。
之后，参照图35A到35E，将描述制造本实施方案取向控制元件的另一个方法。在该方法中，通过利用壁部分的倾斜曝光来使斜坡部分形成层变形而形成斜坡部分。
首先，如图35A中所示，例如通过压印在衬底540上形成多个壁部分542。在本实施方案中，通过使用树脂黑(resin black)(颜色镶嵌CK-2000；Fuji Hunt Electronics Technolgy K.K.)形成壁部分542。
接下来，如图35B中所示，形成斜坡部分形成层544以便填充在相邻壁部分542之间，并覆盖其上没有形成壁部分542的衬底540的任何表面部分。尽管图35B示出了斜坡部分形成层544具有与壁部分542的高度相同的厚度，但这两个值也可以不同。斜坡部分形成层544例如是由负抗蚀剂(OMR85；Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.)组成的层。
之后，如图35C中所示，斜坡部分形成层(负抗蚀剂层)544经过倾斜曝光。曝光方向可以根据将要形成斜面的方向选择。结果，仅仅没有被壁部分542遮住的负抗蚀剂层544的部分被曝光。
此时，如图35C中所示，除在该步骤中将要被曝光的区域以外的衬底540的任何表面区域用掩模覆盖。在该情形中，在图35C的步骤后，在图35C示出的步骤中已经被曝光的衬底540的任何表面区域用掩模覆盖，并且没有用掩模覆盖的负抗蚀剂层544的任何区域经历从不同于图35C中示出的曝光方向的方向的曝光(图35D)。这样，对于给定的期望的表面构造，可以进行多次(可以是三次或更多次)倾斜曝光，每次都具有不同的曝光方向。或者，通过使用光透射衬底540，可以从衬底540的背侧进行图35C和35D中说明的倾斜曝光。
通过在曝光后进行负抗蚀剂层544的显影，仅仅将已经曝光的负抗蚀剂层544的部分移除，所以未曝光部分形成了每个都具有斜面546a的斜坡部分546，如图35E中所示。从而，获得了具有多个单元特征548的取向控制元件601，每个单元特征548都由壁部分542和斜坡部分546组成。注意，在如图35C和35D中示出的在改变曝光方向的同时进行多次倾斜曝光的情形中，每个单元特征548的斜面都具有依赖于单元特征548经历的曝光方向的法线方向。
在已经参照图34A到34E和图35A到35E描述的方法中，通过使斜坡部分形成层变形而形成了斜坡部分。然而，斜坡部分可以不采用任何这种变形步骤来形成。
之后，参照图36A到36D，将描述制造本实施方案取向控制元件的另一个方法。在该方法中，用每个壁部分作为阻挡，通过喷墨技术给衬底涂覆溶液来形成斜坡部分。因此，不必进行图34A到34E和图35A到35E中说明的方法中使斜坡部分形成层变形的步骤。
首先，参照图36A，通过压印等在衬底550上形成多个壁部分552。壁部分552例如由正抗蚀剂(OFPR800，Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.)形成。壁部分552的材料可以是具有相对小的表面张力的任何材料，而不必是感光性的。
接下来，如图36B中所示，对其上形成壁部分552的衬底550进行倾斜曝光，仅仅允许每个壁部分552的一个侧面552a曝光。结果，仅给每个侧壁部分552的侧面552a赋予亲水性，而每个侧壁部分552的另一侧面552b保持其水排斥性。
此时，如图36B中所示，用掩模覆盖除了在该步骤中将要曝光的区域以外的衬底550的任何表面区域。在该情形中，在图36B的步骤后，在图36B中示出的步骤中已经被曝光的衬底550的任何表面区域现在用掩模覆盖，并且没有用掩模覆盖的任何区域中的壁部分552经历从不同于图36B中示出的曝光方向的方向的曝光(图36C)。通过这样进行多次(可以是三次或更多次)倾斜曝光，每次都具有不同的曝光方向，可以给每个壁部分552的任何侧面赋予亲水性。可选择地，可以从衬底550的背侧进行图36B和36C中说明的倾斜曝光。
之后，如图36D中所示，通过使用例如喷墨技术给衬底550的表面涂覆形成斜坡部分的溶液。此时，通过每个壁部分552的水排斥性侧面552b排斥所述溶液，以便附着到每个壁部分552的亲水性侧面552a和衬底550的表面。然后，干燥所涂覆的溶液，由此形成了每个都具有斜面554a的斜坡部分554。尽管对形成斜坡部分的溶液没有限制，但可以使用亲水性(水分散型)油墨，例如聚乙烯醇。
在图36D的步骤中，疏水性(有机溶剂型)油墨可替代地用作形成斜坡部分的溶液。在该情形中，必须给壁部分552的侧面552a赋予亲油性(oleophilicity)。为了提高用于形成斜坡部分的溶液的可湿性而采取的给壁部分552侧面552a赋予亲水性或亲油性可以表示为赋予或增强亲液性。
通过上面的方法，获得了具有多个单元特征556的取向控制元件602，每个单元特征556都由壁部分552和斜坡部分554组成。注意，在如图36B和36C中示出的改变曝光方向的同时进行多次倾斜曝光的情形中，每个单元特征556的斜面556a具有依赖于单元特征548经历的曝光方向的法线方向。
使用图34A到34E、图35A到35E、以及图36A到36D中说明的方法，可以很容易地制造能够用与液晶层接触的整个表面控制液晶层最初取向的取向控制元件600、601和602。通过利用取向控制元件600、601或602，提供了一个优点，即液晶层的取向可以更加均匀地控制。此外，用上面的方法，即使减小了取向控制元件的单元特征的平均间距Px(例如几μm或更小)，也能任意和精确地设置每个斜面和衬底表面之间的角度、每个壁部分的高度等。因为可以根据壁部分的间距、高度等很容易地调整每个斜面和衬底表面间的角度，所以可实现用常规方法很难获得的高预倾。
可选择地，通过压印(复制技术)形成图32A中示出的取向控制元件501。之后，将描述通过压印制造取向控制元件的方法。
首先，通过与例如参照附图34A到34E、35A到35E、以及36A到36D描述的任何方法相似的方法制造其表面上具有多个单元特征的母版。
接下来，通过使用该母版，将母版的表面构造压印到树脂材料的层(树脂层)等上，从而形成了取向控制元件501。例如可以在玻璃衬底上设置树脂层。尽管对树脂层的材料没有限制，但可使用与任何公知取向膜的材料相同的材料。或者，通过压印前述的母版来获得压印母版，压印母版通过进行进一步压印用于形成取向控制元件501。
(实施方案8)
之后，将参照附图描述依照本发明实施方案8的液晶显示器件。
本实施方案的液晶显示器件具有与实施方案7的液晶显示器件相似的结构。然而，在本实施方案的取向控制元件中，每个单元特征503的斜面507a的法线方向依赖于在衬底502表面上的具***置在不同方向(不同方位角)上倾斜。注意，在斜面507a不是平面的情形中，“斜面507a的法线方向”是指垂直于图33C和33D中示出的线507A的方向。
之后，将描述本实施方案取向控制元件更详细的结构。如参照图17A已经描述过的，本实施方案的取向控制元件包括200×600的单位区域(300μm×100μm)。
如图37A中所示，每个单位区域574都在纵向和横向上二等分，从而产生四个子区域580。图37B是图37A的A-A’或B-B’横截面图。如图所示，每个子区域580都具有多个排列在其中的单元特征576。在每个子区域580中，单元特征576的斜面576a具有大致相同的法线方向。在每个子区域中，斜面576a如此形成，即从该子区域所属的单位区域574的中心面向外。
参照图37C，将更具体地描述每个子区域中的单元特征576的排列。单元特征576在垂直于它们自身脊的方向上以1.6μm的平均间距Px排列。在这些脊的方向上，单元特征576以3.2μm的平均间距Py排列，在其间形成有0.8μm的凹槽。
在本实施方案的取向控制元件中，每个单元特征斜面的法线方向在根据衬底表面上的单元特征的具***置预定的方向上倾斜。因此，实现了所谓的取向分割，其中相对于每个预定区域控制液晶层中的预倾方向。结果，提高了液晶显示器件的视角特性。
本实施方案取向控制元件的结构不限于图37A到37C中示出的那些。例如，可以任意设置单位区域574的尺寸、子区域的数量和形状等。在将本实施方案的取向控制元件应用到显示器件的情形中，优选每个单位区域574都具有与应用所述元件的显示器件的每个像素尺寸对应的尺寸。可以任意设置单元特征576的尺寸和间距。此外，取向控制元件可以在其表面上具有取向膜和/或导电膜。在该情形中，可以有利地放置液晶层，以与取向膜接触。
接下来，将描述制造本实施方案的允许取向分割的取向控制元件的方法。
首先，将描述通过使用能热变形的材料制造取向控制元件的方法。
通过与参照图34A到34C描述的方法相似的方法，在衬底520上形成壁部分526，不同的是根据图37A中示出的单元特征排列来形成图34B中示出的抗蚀剂图案524。
接下来，如图341中所示，通过使用下面的方式通过光掩膜形成抗蚀剂图案528，即在每个子区域中，所述图案与其上将要形成斜面的壁部分526的侧面526a接触。在本实施方案中，使用光掩膜，使得分别在图37A中示出的单位区域的右上、左上、右下或左下子区域中形成从用于形成壁部分526的抗蚀剂图案524的右上、左上、右下或左下方向上移动0.4μm的图案。
随后的步骤与参照图34E描述的步骤相似。
使用上面的方法，可以很容易形成每一个的斜面都取决于在衬底表面上的特定位置而在不同方向上取向的单元特征。
或者，可通过下述方法制造本实施方案的取向控制元件，所述方法与参照图35A到35E描述的方法相似，利用斜坡部分形成层的基于曝光的变形。
首先，在如图35A中所示的形成壁部分542的步骤中，根据图37A中示出的单元特征排列来在衬底540上形成壁部分542。接下来，如下面所述进行如图35C和35D中示出的对负抗蚀剂层544的倾斜曝光步骤。首先，通过使用掩膜进行第一倾斜曝光，所述掩膜覆盖了除右上子区域以外的每个单位区域的任何部分。类似地，通过使用掩膜进行第二、第三和第四倾斜曝光，所述掩膜覆盖了除右下、左下或左上子区域以外的每个单位区域的任何部分。用分别不同的曝光方向进行第一到第四倾斜曝光。之后，显影负抗蚀剂层544(图35E)，由此获得了其斜面在不同子区域之间的取向方向不同的取向控制元件。
还可以通过与参照图36描述的基于喷墨技术的方法类似的方法制造本实施方案的取向控制元件。
首先，在图36A中示出的形成壁部分552的步骤中，根据图37中示出的单元特征排列在衬底550上形成壁部分552。
接下来，如下执行图36B和36C中示出的对壁部分552的倾斜曝光步骤。首先，通过使用掩膜进行第一倾斜曝光，所述掩膜覆盖了除右上子区域以外的每个单位区域的任何部分。类似地，通过使用掩膜进行第二、第三和第四倾斜曝光，所述掩膜覆盖了除右下、左下、或左上子区域以外的每个单位区域的任何部分。用分别不同的曝光方向进行第一到第四倾斜曝光。然后，通过喷墨技术等将用于形成斜坡部分的溶液涂敷到衬底550，之后将所涂敷的溶液干燥(图36D)，由此获得了其斜面在不同子区域之间的取向方向不同的取向控制元件。
使用上述方法，可以很容易地制造其中单元特征的间距、高度、斜面角度等可以任意和精确地控制、且允许取向分割的取向控制元件。
本实施方案的取向控制元件可以具有由压印形成的表面。可以通过与如实施方案7中所述的用于形成取向控制元件的压印方法相似的方法形成这种取向控制元件。此外，通过参照图34A到34E、图35A到35E、以及36A到36D描述的方法，可以制造对应于例如右上子区域的母版，并且对不同的区域压印该母版的表面构造四次，每次都在不同的方向，由此获得了其中斜面的法线方向在不同子区域之间不同的取向控制元件。
依照本发明，形成在与液晶层接触的表面上的凹凸给位于沿垂直取向型液晶层厚度方向中间平面的液晶分子赋予了大致均匀的预倾。由此可以高精度地控制液晶取向。因此可以提供明亮和高对比度的液晶显示器件。通过将在与液晶层接触的表面上优化以二维阵列排列的单元特征的形状、尺寸、排列等，可以自由设置预倾角和预倾方向。
因为可以通过二维面板调整液晶层的取向，所以可以比任何常规显示器件获得更好的响应特性，所述常规显示器件利用其中线性(一维)施加取向控制力的肋技术或倾斜电场技术。
通过根据衬底表面上的具***置形成不同构造的单元特征，可实现取向分割，使得每个像素都被分为多个具有不同预倾方向的区域。此外，可以将单个像素内的预倾方向相同的区域进一步分为具有不同预倾角的多个区域。从而，可以提供具有出色视角特性的液晶显示器件。
依照本发明的取向控制结构(凹凸)具有一个优点，即其可通过比制造任何常规取向控制部件所需要的更容易的步骤以高精度形成。
本发明应用于各种类型的垂直取向型液晶显示器件。本发明尤其适用于MVA模式的液晶显示器件。
尽管已经针对其优选的实施方案描述了本发明，但对于本领域熟练技术人员应当清楚，可以以各种方式修改所披露的发明，并可以采取除上述具体描述的那些以外的许多实施方案。因此，通过所附的权利要求意在覆盖落入本发明实际精神和范围内的本发明所有的修改。

Claims (36)

1.一种液晶显示器件，包括一对衬底、设置在所述一对衬底之间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，
所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；
在其上形成有凹凸结构的表面具有一区域，其中所述凹凸结构的高度沿第一方向以第一周期变化，并沿垂直于所述第一方向的第二方向以不同于第一周期的第二周期变化；
第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，并且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；且
由于所述凹凸结构，没有跨过其施加电压时垂直取向型液晶层具有一预倾。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中，在跨过所述垂直取向型液晶层没有施加电压时，位于沿所述垂直取向型液晶层厚度方向的中间平面的液晶分子如此取向，即从所述一对衬底的法线方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述第一周期小于所述第二周期。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构的高度等于或大于所述第一周期的0.2倍。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构的高度等于或大于所述第一周期的0.5倍。
6.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构包括排列成二维阵列的多个单元特征，每个单元特征沿所述第一方向都具有不对称的横截面。
7.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中每个单元特征沿所述第一方向都具有大致三角形的横截面。
8.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中每个单元特征沿所述第一方向都具有大致四边形的横截面。
9.根据权利要求8所述的液晶显示器件，其中每个单元特征沿所述第一方向都具有大致梯形的横截面。
10.根据权利要求9所述的液晶显示器件，其中每个单元特征的大致梯形的横截面的一个底角等于或大于90°且小于180°。
11.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中所述单元特征沿第一方向有间隙地排列。
12.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构包括多个在第二方向上排列的凹槽。
13.根据权利要求12所述的液晶显示器件，其中每个凹槽都沿所述第一方向延伸。
14.根据权利要求12所述的液晶显示器件，其中每个凹槽沿所述第二方向都具有大致四边形且对称的横截面。
15.根据权利要求14所述的液晶显示器件，其中每个凹槽都具有不小于0.1μm且不大于10μm的宽度。
16.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构包括行A和行B，每个行A都具有在所述第一方向上排列的单元特征，每个行B都与行A相同，且沿所述第一方向移动了小于单元特征平均周期的距离；且
行A和行B在所述第二方向上交替。
17.一种液晶显示器件，包括一对衬底、设置在所述一对衬底之间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，
所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；
在其上形成有凹凸结构的表面具有一区域，其中所述凹凸结构的高度沿第一方向以第一周期变化，并沿垂直于所述第一方向的第二方向以等于或不同于第一周期的第二周期变化；
第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，并且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；
所述凹凸结构包括多个凹槽，每个凹槽都具有大致四边形且对称的横截面，并且在不同于所述第二方向的方向上延伸；且
由于所述凹凸结构，没有跨过其施加电压时垂直取向型液晶层具有一预倾。
18.一种液晶显示器件，包括一对衬底、设置在所述一对衬底之间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，
所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；
所述凹凸结构包括行A和行B，每个行A都具有沿第一方向以第一周期排列的多个单元特征，每个行B都与行A相同，且沿所述第一方向移动了小于单元特征平均周期的距离，行A和行B在垂直于所述第一方向的第二方向上以等于或不同于所述第一周期的第二周期交替；
第一周期不小于0.1μm且不大于10μm，并且第二周期不小于0.1μm且不大于10μm；且
由于所述凹凸结构，没有跨过其施加电压时垂直取向型液晶层具有一预倾。
19.一种液晶显示器件，包括一对衬底、设置在所述一对衬底之间的垂直取向型液晶层、以及用于给所述垂直取向型液晶层施加电压的电极，其中，
所述一对衬底中的至少一个在与所述垂直取向型液晶层接触的表面上具有凹凸结构；
所述凹凸结构包括多个沿第一方向以不小于0.1μm且不大于10μm的周期排列的单元特征，每个单元特征都具有大致柱状的形状；
被所述多个单元特征中最相邻的那些包围的每个底面在衬底法线方向上都没有旋转对称轴；且
由于所述凹凸结构，没有跨过其施加电压时垂直取向型液晶层具有一预倾。
20.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中，在没有跨过所述垂直取向型液晶层施加电压时，位于沿所述垂直取向型液晶层厚度方向的中间平面的液晶分子如此取向，即从所述一对衬底的法线方向倾斜。
21.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中所述多个单元特征具有不小于0.1μm且不大于3μm的高度。
22.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中每个单元特征都是三角棱柱。
23.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其中每个单元特征都是五角棱柱。
24.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中每个单元特征都具有根据该单元特征在衬底上的特定位置而确定的形状。
25.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构构成了分别引起不同预倾方向的多个子区域。
26.根据权利要求25所述的液晶显示器件，其中在所述一对衬底的两个上都设置组成所述多个子区域的凹凸结构，使得在所述一对衬底的一个上的每个子区域都与另一个衬底上相应的子区域以一对一的关系相对。
27.根据权利要求25所述的液晶显示器件，其中在所述一对衬底的两个上都设置组成所述多个子区域的凹凸结构，使得在所述一对衬底的一个上的每个子区域都与另一个衬底上相应的多个子区域相对。
28.根据权利要求25所述的液晶显示器件，其中仅在所述一对衬底的一个上设置构成所述多个子区域的凹凸结构。
29.根据权利要求24所述的液晶显示器件，进一步包括以矩阵排列的多个像素，
其中，在对应于每个像素的区域内，所述凹凸结构构成一组分别引起不同预倾方向的子区域。
30.根据权利要求24所述的液晶显示器件，进一步包括以矩阵排列的多个像素，
其中，在对应于每个像素的区域内，所述凹凸结构构成了多个分别引起不同预倾方向的子区域组，所述多组子区域以间距GP排列。
31.根据权利要求30所述的液晶显示器件，其中
每个像素都包括允许光透射通过的大致矩形的开口，所述开口具有沿所述像素矩阵的列方向延伸的长边和沿所述像素矩阵的行方向延伸的短边；且
所述凹凸结构被分割成条以构成所述多个子区域，每个子区域都在既不平行于所述开口的长边也不平行于其短边的方向上延伸。
32.根据权利要求31所述的液晶显示器件，其中，
每个开口长边的长度Hp大致等于短边的长度Wp的整数倍；
短边的长度Wp大致等于所述子区域组的间距GP的整数倍；且
所述子区域在相对于所述开口短边大约45°角的方向上延伸。
33.根据权利要求24所述的液晶显示器件，其中每个子区域都包括分别引起不同预倾角的多个微小区域。
34.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其中所述凹凸结构具有压印的表面。
35.一种制造权利要求1所述的液晶显示器件的方法，包括下述步骤：
制备其表面上形成有凹凸结构的衬底；和
在所述衬底和与所述衬底相对的另一个衬底之间设置垂直取向型液晶层。
36.根据权利要求35所述的制造液晶显示器件的方法，其中制备在其表面上形成有凹凸结构的衬底的步骤包括下述步骤：
制备具有对应于所述凹凸结构的表面构造的母版；
将所述母版的表面构造压印到所述衬底的表面上。
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