液晶显示器及其改进方法 本发明涉及液晶显示器技术领域，特别是通过使用自装配的单层取向的垂直像素盒而有一个较宽的视角的液晶显示器的制作。
能够被配置成平板的液晶显示器在包括计算机工业在内的所有涉及信息显示的工业领域内变得越来越重要。这些类型的显示器具有能够使重量减轻，减小尺寸乃至降低信息显示成本等优点。
然而现有技术中存在的一个问题是显示器中的观察器所能够具有的移动范围。在显示器中，响应像素位置上的信号，每个像素上的光线在液晶分子本身方向的作用下被允许通过或者被禁止通过液晶。观察器的移动范围在仍保证原显示质量的前提下与装配的好坏相关，即当没有信号时每一液晶像素能够切断通过液晶的光线而当有信号时允许光线通过。
目前对称为垂面排列技术的垂直排列显示器组装设备的应用给予了一定的重视，象素中的液晶聚和物材料在基本平行的透明导体支承面之间不断增加，其中当没有施加信号时，聚合物分子垂直于表面平面，且给予了液晶令人满意的特定畴特征。
在所参考地已有技术-A.Lien和R.John的美国专利US5309264A中，描述了怎样利用由电极断流器产生的条纹场来给出多畴液晶显示器(LCD)，从而改进常规LCD的视角范围。在另一参考技术美国专利US5907380A中，A.Lien描述了为了改进常规LCD的视角范围，利用条纹场和聚合物壁(脊)来产生多畴液晶显示器(LCD)。在上述的每个多畴垂直液晶显示器中，垂直(垂直排列)聚合物被用作液晶层，当不施加电压时，该液晶层将使液晶分子垂直于表面平面排列。
然而现有技术中存在的问题是：这种聚合物取向层的沉积和提供令人满意的特定畴特征需要多个步骤，及复杂的处理加工过程如铸造、硬化和摩擦，因而简化取向层的沉积过程并降低其成本非常重要。
在涉及用作润滑剂和生物薄膜这样例子的分界面的完全不同的技术领域当中，形成具有有序结构的有机分子单层载体的工作已被报道过，其中的结构顺序是制作过程中自组装的结果。
在由R.G.Nuzzo和D.L.Allara在美国化学学会(第105，卷4481-3页，1983年)期刊中报道过的实例中，描述了基本上是有机分子单层的自装配单层具有能被固体表面有选择地吸收的端基。所述固体通常是无机材料或金属。
在其它实例当中，被黄金吸收的自装配硫醇类单分子层具有带有反式结构的亚甲基群的有序结构。在由J.Sagiv在美国化学学会的杂志上(102卷，92-98页，1980年)报道的论文当中，在玻璃表面上使用水解了的正十八烷基三氯甲硅烷制备出正十八烷基硅的自组装单分子层。在C.R.Kessel和S.Granick Langmuir在1991年第7卷，532-538页所报道的论文当中，通过水解正十八烷基三甲氧硅，可以在分解的云母上形成很好的有序单分子层。
在本发明中，在液晶型显示技术中，在垂直象素元件中提供垂直取向及令人满意的畴特征，所采用的是形成自装配单分子层的技术。当硅烷混合物如十八烷基适当涂覆在透明导体层如铟锡氧化物表面上并且通过干燥处理后，硅烷混合物基本上形成分子的单层，它一端粘合在铟锡氧化物的表面上，另一端能够影响液晶分子的方向。
图1为一个常规交叉型的有源矩阵液晶显示器形成时衬底的俯视图。
图2为图1中具有电极和液晶材料的液晶显示器沿A-A方向的放大局部截面图。
图3(A)和3(B)所示的是在垂直液晶盒中液晶分子的方向。
参照图1，所示的是在采用本发明的常规液晶显示设备中，在形成常规交叉型有源矩阵液晶显示装置时衬底的俯视图，其中最早形成的2行3列6个像素电极26位于显示器的象素之下。常规结构中象素形成在栅极线32和数据线31之间。有源矩阵元件如薄膜晶体管(TFT)如图2中所示。
参照图1和图2；图2所示的是具有电极和液晶材料的图1中的液晶显示装置沿A-A方向剖开的放大局部剖面图，给出了自排列单层技术的应用。图2的阵列所示的是透明材料如玻璃的衬底部件22和支承部件24。两个部件22和24高度平行地排列。特别地，构件22和24相互分离，距离大约为1到20微米，并且在边缘处密封(图中未示出)，使得它们之间具有一个封闭的内部空间。衬底部件22沉积在像素电极阵列的薄膜26上，像素电极阵列薄膜26用于限定液晶显示器的像素。同样形成在衬底部件22不具有沉积于其上的电极膜的选定区域上的是半导体器件30如二极管或薄膜晶体管(TFT)。在标准化实验中，每个像素有一个或者多个TFT30。每个TFT30由图1所示的导电栅极线32和图1与图2中所示的导电数据线31所控制，通常以不与电极26电气连接的方式沉积在衬底部件22上，除每个TFT30的源电极与相应的电极薄膜26电气连接以外。栅极线32(图2中未示出)和数据线31在交叉区域上相互之间是电气绝缘的。支承部件24沉积在彩色衬底层23上，彩色矩阵层23具有与RGB彩色衬底材料23-2间隔的黑色衬底材料23-1。为了使设备不受周围入射光的照射并防止光线泄露到象素区域外，黑色衬底材料23-1与TFT30、数据线31和栅极线32(只在图1可见)相对设置。彩色衬底材料23-2与像素电极26相对设置。另外，连续电极28形成在彩色矩阵层23上。连续电极28优选地由导电材料如铟锡氧化物(ITO)或者其他合适的材料制成的薄透明层形成。
液晶材料36填充在构件22和24之间的空间当中，在某些应用场合下，液晶材料的特性是随着液晶显示器20的操作模式而变化的。
依照本发明，与液晶材料36接触的内表面至少涂覆取向层38和40之一，取向层38和40具有有序分子结构，它能够使电极26和28之间液晶盒间隙当中的液晶材料36的液晶分子垂直排列并至少提供一个优先畴。
垂直液晶的分子方向如图3A和图3B中所示。
参照图3A，至少在构件26和28附近，液晶分子50的方向取为即当像素电极26和电极28之间不施加电场(^V＝0)时、液晶分子50的长轴应几乎垂直于相应构件26和28的表面。液晶分子具有一个较小的预倾斜角，一般是与衬底法线成1到15度的倾斜度。
参照图3B，当构件26和28表面之间施加电场(^V＝0)时，液晶分子层的至少一部分51沿基本垂直的方向取向。
依照本发明，在液晶显示技术的自组装单层技术的应用中，形成自组装材料的单层被选作用于液晶显示技术中透明层的材料，它满足了相互依赖准则，它可以悬挂在介质中，悬挂通过浸入或者旋转容易进行沉积操作，其中表面张力建立了一个厚度，接下来，介质能在规定时间和温度漂移窗口内排除。
铟锡氧化物材料是最常用的透明导电材料。
令人满意的介质是乙醇。
有一硅族化合物，当水解或者在乙醇介质中时，它会分离成两种化合物，一种易与透明导体材料反应，通过浸入和旋转能够提供一均匀薄层，而且将在大约100℃的温度循环时反应相当长的时间，从而在铟锡氧化物表面形成自组装单分子层。
硅族化合物包括R-Si X取代基，其中R是akyl基，X是包括CL，OCH和OCH的基团，akyl基一般包含12-20个双碳原子。
本发明采用以下实例来进行说明。参照图1-3，在使用铟锡氧化物的透明层28上制作取向层38和40；称作(OTMS)的正十八烷基三甲氧基烷硅材料，在异丙醇和水的混合物中或者在乙醇中水解成正十八烷基三羟基硅基，并且通过浸入到衬底上而涂覆一层铟锡氧化物。涂覆过的衬底在85℃下烘烤10到30分钟。在烘干过程中，正十八烷基三甲氧基烷硅的硅烷端基分子团键合到铟锡氧化物层表面上，而正十八烷基三甲氧基烷硅的甲端基分子团远离该表面，并且正十八烷基分子几乎垂直于该表面。在正十八烷基三甲氧基烷硅中的亚甲基的结构全是反式的。
可以对正十八烷基链进行密压或者疏松压缩。可以看到的是，经疏松压缩的自组装正十八烷基三甲氧基烷硅单层能够形成更好的垂直排列特别是向列液晶材料。
返回到图1，2和3，构件22和24的外表面上可分别有光补偿薄膜42和44。最后，当使用补偿膜时，可以在补偿薄膜42和44上分别涂覆极化薄膜46和48。当不用补偿膜时，可以将极化薄膜分别涂覆在构件22和24上。
图1和图2中所示的常规液晶显示器，在位于衬底22上阵列之下的光源(未示出)作用下发光并且能够从支撑构件24的上方看到。该发明适用于透射及反射光液晶显示技术中。
液晶盒的特征在于像素区和盒间隙。由图1和2中所示，给定盒的像素区域由盒像素电极膜26的宽度W和长度L来限定。如图2中所示，盒间隙由层38和和40之间的距离来限定。
垂直液晶盒要求液晶材料具有负介电各向异性。这种材料为德国Darmstadt的Merck公司生产的ZLI-4788或者ZLI-2857，在美国可以通过EM购买到。
在现有技术当中，垂直盒的液晶分子取向是通过在与电极相邻的盒间隙中放置磨损性反应材料如聚酰亚胺取向层、然后在制作操作中通常用手工进行摩擦来实现的。摩擦的例子在微分子杂志的第29卷，编号27，页码为8894-8899，K-W.Lee等写的“Microscopic MolecularReorientation of Alignment Layer Polymer Surfaces Induced byRubbing and its Effects on LC Pretilt Angles”一文中进行了描述。
依照本发明，一个有价值且很重要的特点是取向层38和40允许自装配分子结构，并且不再需要任何摩擦。
很明显，本发明的自组装单层技术的应用比较实际，并能改进美国专利5309264和5907380中所述的边缘技术。
在任何生产过程中，除了结构有所变化以及需要有涂覆取向层的步骤之外，采用自组装单层技术当前技术几乎一致。
众所周知，垂直液晶盒主要是利用补偿薄膜来减弱黑暗状态下、沿垂直于衬底的方向以外的方向通过液晶显示面板时的漏光量。为了达到最好的结果，液晶显示盒中液晶材料层的厚度与液晶显示材料的非常折射率和寻常折射率之间的差值的乘积等于或接近于补偿薄膜总厚度与补偿薄膜非常折射率和寻常折射率之间差异的乘积。
从下面例子中可以明显看出，本发明原理可以有许多不同的应用。
第一个例子，将支承透明导体层如氧化铟锡的衬底浸入到自组装单层预用材料的乙醇溶液中。称作(OTMS)的正十八烷基三甲氧基烷硅和称作HTMS的正十六烷基三甲氧基烷硅材料，通过混合在异丙醇和水的溶液中或乙醇溶液中，分别水解成正十八烷基三甲氧基烷硅和正十六烷基三甲氧基烷硅。OTMS和HTMS的浓度范围为0.1-1.0％。通过浸入或旋转操作，部分或全部水解溶液可涂覆到衬底上的铟锡氧化物层上，然后对包含衬底在内的铟锡氧化物在85℃下烘烤10到30分钟。向列液晶材料需满足95-463型规格，然后将负介电各向异性材料放置在叠层配置的两个衬底之间，每个衬底上都涂有铟锡氧化物，铟锡氧化物层上放置有自组装取向层。通过观察透过两个偏振片的光线可以证实液晶垂直取向的质量，其中如果夹层结构具有垂直取向，则两个偏振片一个在下部，一个在上部，能够挡住光线。
另外一个例子，涂覆有铟锡氧化物的玻璃需要几个步骤来进行清洗，首先需在诸如氯仿的有机溶剂内进行脱脂。之后进行10分钟的UV-臭氧处理净化，以消除任何可能存在的有机污染物。然后用脱离子水彻底清洗衬底，它应当完全变湿，这表示表面上没有有机污染。玻璃衬底用纯净的氮气进行干燥，随后将它放在100℃的炉子上1个小时，经过这种处理后，将会在铟锡氧化物表面上有一个水键合单层。由此便制备出了乙醇中的OTMS溶液。
乙醇溶液中的先质的浓度为0.01到5.0％时，能够得到令人满意的结果。优选浓度为3.59％v/v。
不同的时间时利用旋涂和浸入沉积技术可获得满意的结果。
在铟锡氧化物表面上沉积OTMS之后，可选择浸入氯仿中和(或)用去离子水冲洗的清洗步骤。然后用纯净氮对衬底进行干燥。
采用旋涂时，当旋涂器头搁置在玻璃衬底上时，将大约2ml的溶液放置在涂覆铟锡氧化物的玻璃衬底上，在旋涂之前静置3.0分钟。
将具有铟锡氧化物和沉积溶液的衬底用纯净的氮进行干燥并在100℃下烘烤1小时。这一时间对在铟锡氧化物上形成一个自组装的单分子层是足够的，它将产生令人满意的垂直取向液晶分子。
在制作过程中，在浸入时间和浓度的均衡上会有一些机动性，溶液浓度在3.59％v/v附近将获得较高的质量。
垂直排列的程度和质量可通过观察放置在盒上下的两个交叉偏振片的光传输情况方便地进行估计。垂直排列很好的话，光将被挡住。如果分子排列混乱或错向，光就会通过交叉偏振片。
尽管已结合特定的实施例对本发明进行了描述，但应当理解，在不背离本发明实质或者不超出下述权利要求书范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对所公开的实施例作出改进。