铁电液晶器件的液晶对准方法.pdf

提供一种铁电液晶(FLC)器件的液晶对准方法。通过在N*－到－SmC*相温度范围内给液晶施加交变电流(AC)电场来控制液晶分子的光轴方向。由于光轴方向随着所希望的温度改变，因此可以最优化面板的光学特性。

1、  一种铁电液晶(FLC)器件的液晶对准方法，其中当FLC器件的FLC被对准时，通过在N^*-到-SmC^*相温度范围内给液晶施加交变电流(AC)电场来控制液晶分子的光轴方向。

2、  根据权利要求1的对准方法，其中FLC是连续定向器旋转(CDR)FLC。

3、  根据权利要求1的对准方法，其中N^*-到-SmC^*相温度范围为相转变温度(Tc)的±2℃。

4、  根据权利要求3的对准方法，其中相转变温度(Tc)大约为72℃。

5、  根据权利要求1的对准方法，其中AC电场具有方波。

6、  根据权利要求5的对准方法，其中AC电场具有从1Hz到10Hz范围的频率。

7、  根据权利要求6的对准方法，其中AC电场具有从1V到10V范围的电压。

8、  根据权利要求1的对准方法，其中在驱动温度范围内，在相对于缓冲轴成2°角度内，光轴方向接近缓冲轴。

9、  根据权利要求1的对准方法，其中在驱动温度范围内光轴方向与面板的边缘一致。

10、  根据权利要求8的对准方法，其中驱动温度范围对应40℃。

11、  根据权利要求1的对准方法，其中FLC器件包括由氧化铟锡(ITO)形成的上基板。

12、  根据权利要求1的对准方法，其中FLC器件包括下基板，该下基板包括Al电极并由Si形成。

铁电液晶器件的液晶对准方法
技术领域
本发明涉及一种在铁电液晶(FLC)器件中控制光轴方向的方法，特别涉及使用连续定向器旋转(continuous director rotation)(CDR)FLC进行的FLC器件的液晶对准方法。
背景技术
与一般FLC相比，连续定向器旋转(CDR)铁电液晶(FLC)具有相转变，并且没有SmA^*(Smectic(距列相)A^*)相。换言之，随着温度升高，CDR FLC转变到晶体-SmC^*(Smectic C^*)-N^*(手征向列)—各向同性状态。由于CDR FLC具有不同于一般FLC的书架结构，因此它具有高光学效率和不呈现任何Z字形图形。而且，由于CDR FLC具有单稳态结构而不是双稳态结构，因此它具有能进行模拟灰度级显示的优点。
图1A-1C示出了用于介绍在文章“Unidirectional Layer Alignment inFerroelectric Liquid Crystal with N^*-SmC^*Phase Sequence”(由KatsunoriMyojin，Hiroshi Moritake，Masanori Ozaki，Katsumi Yoshino，Takeshi Tani和Koichi Fujisawa 发表的；Jpn，J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp5491-5493 Part1，No.9B，1994年9月)中公开的CDR FLC中的光轴方向的对准方法的示意图。
参见图1A，当没有电场施加于液晶分子时，液晶分子在两个方向而不是一个方向对准。层法线在研磨方向的左、右侧相对于研磨方向形成相对倾角。
参见图1B，当在相从N^*相转变到SmC^*相期间将10V直流电场施加于液晶分子时，液晶分子在研磨方向对准。但是，法线层相对于研磨方向形成预定倾角。
参见图1C，当在低于相转变温度的1.5℃的温度下将具有三角波形的电压施加于没有偏置电场的液晶分子时，液晶分子在固定方向对准，并且层法线平行于研磨方向。然而，液晶分子的光轴相对于研磨方向形成倾角。
根据液晶器件的常规对准方法，通过在N^*-SmC^*相温度范围施加AC电场和/或DC电场，使液晶分子的光轴与缓冲轴(研磨方向)一致。然而，随着液晶的温度降低，液晶分子的光轴变得相对于缓冲轴倾斜。结果是，光轴不与缓冲轴一致。由于光轴和缓冲轴的角度之间的差别，当在实际驱动温度下偏振光入射到液晶器件上时，对比率下降，导致显示在屏幕上的显示品质下降。
特别是，在投影TV中使用的大多数光学器件只采用特殊偏振光，如p-波或s-波光，并采用液晶显示器(LCD)，其中该液晶显示器的研磨方向朝向液晶面板的边缘方向。在使用向列(N)模式的LCD的情况下，例如硅上液晶(LcoS)面板，由于缓冲轴与液晶分子的光轴一致，因此在选择光学器件上没有困难。然而，当使用FLC时，液晶分子的光轴相对于缓冲轴倾斜预定角度。结果是，必须精确控制光学器件的偏振光方向，以便提高对比率。然而，实际上，精确控制投影TV或LCD中使用的所有光学器件的偏振状态是不容易的。因而，需要一种在驱动温度下使液晶分子的光轴与缓冲轴一致的技术。
发明内容
本发明提供一种铁电液晶(FLC)器件的液晶对准方法，其中在驱动温度下液晶分子的光轴接近于研磨方向。
根据本发明的一个方案，提供一种铁电液晶(FLC)器件的液晶对准方法，其中当FLC器件的FLC对准时，在N^*-到-SmC^*相转变温度范围内通过给液晶施加交变电流(AC)电场来控制液晶分子的光轴方向。
优选地，FLC是连续定向器旋转(CDR)FLC。
优选地，N^*-到-SmC^*相转变温度范围是相转变温度(Tc)的±2℃。优选地，相转变温度(Tc)大约为72℃。
优选地，AC电场具有方波，具有在1Hz到10Hz范围内的频率，并具有从1V到10V范围内的电压。
优选地，在驱动温度范围内，在与缓冲轴成2°的角度中光轴方向接近缓冲轴。
优选地，在驱动温度范围内，光轴方向与面板边缘一致。优选地，驱动温度范围对应40℃。
优选地，FLC器件包括由氧化铟锡(ITO)形成的上基板和包括Al电极并由Si形成的下基板。
在FLC中，液晶分子的光轴随着温度改变，并且不容易使液晶分子的光轴与研磨方向一致。本发明建议一种FLC器件的液晶对准方法，通过这种方法可以使液晶分子的光轴方向在驱动温度范围内指向所希望的方向。通过这种方式，根据本发明的对准方法可提高液晶面板的可靠性。
附图说明
通过下面参照附图对典型实施例的详细说明使本发明的上述和其它方案和优点更明显，其中：
图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发表的；Jpn，J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp5491-5493 Partl，No.9B，1994年9月)中公开的连续定向器旋转(CDR)铁电液晶(FLC)中的对准方法的示意图；
图2是用于说明根据本发明实施例的FLC器件的液晶对准方法的流程图；
图3是用于实施图2中所述的FLC器件的液晶对准方法的FLC器件的剖面图；
图4是图3的FLC器件的平面图；
图5表示当通过实施根据本发明实施例的FLC器件的液晶对准方法而使光轴与缓冲轴一致时的屏幕和面板；
图6是表示对于不同电压值的温度相对于液晶分子的光轴的倾角的变化率地曲线；和
图7是表示对于不同频率值的温度相对于液晶分子的光轴的倾角的变化率的曲线。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地介绍本发明，其中附图中示出了本发明的优选实施例。在附图中，相同参考标记用于表示文中相同的元件。
图2是用于介绍根据本发明实施例的FLC器件的液晶对准方法的流程图。图3是用于实施图2中所述的FLC器件的液晶对准方法的FLC器件的剖面图。图4是图3的FLC器件的平面图。
首先，参照图3和4简要介绍液晶显示器(LCD)制造工艺。在下基板31上形成下部对准层36，并在上基板32上形成上部对准层35。这里，聚酰亚胺、聚乙烯、尼龙或聚乙烯醇(PVA)化学材料用作上部对准层35和下部对准层36。形成下部对准层36和上部对准层35之后，为了在固定方向对准液晶，在特定方向利用研磨丝(velvet)对硬化聚酰亚胺进行研磨和在硬化聚酰亚胺上形成直凹槽的研磨工艺。进行研磨工艺之后，组装上基板32和下基板31。此时，为了保证下基板31和上基板32之间的固定单元间隙，使用光刻等技术在预定位置形成间隔器(spacer)39。
形成间隔器39之后，使用密封剂38组装上基板32和下基板31，并且将液晶37注入到单元间隙中。根据本发明的FLC器件的液晶对准方法建议组将施加具有预定波形的交变电流(AC)电场的工艺合并到注入液晶37的工艺中，其中所述交变电流电场根据液晶的类型在给定温度下具有给定频率和给定电压。这样，就可以精确地控制液晶37的分子的光轴方向为所希望的方向。
下面，将参照图2详细介绍液晶37的分子的光轴方向的控制。将上基板32和下基板31组装在一起之后，采用真空泵将单元间隙的内部保持在低于1/1000乇的真空度。然后，将含有液晶的托盘的温度升高到大约110℃。当将组装后的基板单元浸渍在含有液晶的托盘中时，然后向真空室中缓慢注入氮(N₂)气，作为单元内部和外部之间的压力差的结果，将液晶填充到单元的其余空间中(步骤110)。此时，冷却液晶，然后在大约95～97℃下将其转变为N^*相(步骤112)。
如果N^*相中的液晶被继续冷却，在相转变温度范围内液晶分子转变为SmC^*相。。假设液晶转变为SmC^*相的温度为Tc(72℃)，则优选在Tc的±2℃(Tc±2℃)的相转变温度范围内给液晶施加AC电流(步骤114)。液晶分子的光轴方向平行于缓冲轴对准(步骤116)。而且，液晶分子的方向可以在所希望的方向对准，例如面板的边缘方向。
这里，优选地，AC电场具有方波波形，其具有1～10V的电压和1～10Hz的频率。参见图4，在安装在面板外部的控制盒30内感应AC电场，并通过导线将其施加于连接到下基板31的下电极33和上基板32的上电极34的盘状焊盘40。通过这种方式，AC电场输入给面板的每个像素。优选地，Si基板用作下基板31，Al电极用作下电极33，氧化铟锡(ITO)用作上电极32。这里，在确定所希望的形状之后，可以对下基板31&下电极33和/或上基板32&上电极34进行构图。
图5表示当通过实施根据本发明实施例的FLC器件的液晶对准方法而使光轴与缓冲轴一致时的屏幕和面板。参见图5，屏幕51和面板53的每个对应边彼此平行。液晶分子的光轴和表示研磨方向的缓冲轴彼此平行对准。这样，从面板53发射的偏振光的发光效率提高了，从而提高了呈现在屏幕51上的显示品质。
图6是表示对于不同电压值的液晶分子的光轴的倾角的温度的变化率的曲线。光轴的倾角表示N^*相(其中缓冲轴和光轴是相同的)的液晶分子的光轴和在每个不同温度的液晶分子的光轴之间的差别。
参见图6，当施加电压DC3V时，随着温度下降，光轴的倾角从缓冲轴(0°)连续偏移。在40℃的驱动温度，液晶分子的光轴相对于缓冲轴的倾角偏离-3.5°。然而，当4Vpp、5Vpp和6Vpp的电压依次施加于具有10Hz频率的AC电场时，液晶分子的光轴相对于缓冲轴的倾角连续减小并在40°的驱动温度、10Hz频率和5Vpp电压时接近±2°。
与施加具有5Vpp或6Vpp电压的电场时相比，具有4Vpp的电场施加于液晶时，不会在倾角中产生尖端。当具有10Hz频率和4Vpp电压的AC电场施加于液晶时，随着温度下降，倾角逐渐增加。当在N^*-SmC^*相温度范围左右给液晶施加外部DC电场时，在SmC^*相中形成液晶层，并且液晶分子设置成与液晶分子的缓冲轴形成倾角。即使在相同SmC^*相中，随着温度下降，倾角也逐渐增加。
另一方面，当具有10Hz频率和5Vpp电压的AC电场或具有10Hz频率和6Vpp电压的AC电场施加于液晶时，倾角增加到-2°或大于大约70℃，然后随着温度下降而下降，从而产生尖端。换言之，随着温度下降，液晶分子的光轴倾角朝向缓冲轴一侧增加。在尖端处，液晶分子的光轴倾斜方向向缓冲轴的另一侧改变。相应地，随着温度下降，液晶分子的光轴的倾角逐渐减小。特别是在相转变温度范围内，液晶分子相对于缓冲轴的倾角逐渐减小，从而施加具有5Vpp或6Vpp电压的AC电场时的液晶分子对准比施加具有4Vpp电压的AC电场时的液晶分子对准更好。
本发明采用光轴的倾角的减小和增加精确地控制光轴。
图7是表示对于不同频率值的液晶分子的光轴的倾角的温度变化率的曲线。参见图7，当施加DC3V电压时，在40℃的驱动温度下液晶分子的光轴的倾角偏离缓冲轴(0°)为-3.5°。当施加具有15Hz频率和4Vpp电压的AC电场时，在40℃的驱动温度下液晶分子的光轴相对于缓冲轴的倾角偏离缓冲轴(0°)为2.8°。然而，AC电压固定到5Vpp，并依次施加5Hz、8Hz和10Hz的频率，液晶分子的光轴相对于缓冲轴的倾角在70℃的温度到达尖端点，但是逐渐减小，然后在40℃的驱动温度时接近±1°。
因此，在FLC器件的液晶对准方法中，通过在温度范围内给液晶施加具有方波的AC电场，将液晶方向控制为接近缓冲轴，其中所述方波具有1～10V电压和1～10Hz频率，其中在所述温度范围内液晶从N^*相转变为SmC^*相，由此提高了采用偏振光的投影TV中的对比率。
前面已经参照典型实施例示出和介绍了本发明，本领域技术人员应该理解在不脱离由所需权利要求书及其等效形式限定的本发明的精神或范围的情况下可以在形式和细节上进行各种修改。