ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ
LIQUID CRYSTAL PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к жидкокристаллической панели и к устройству жидкокристаллического дисплея, в частности, к панели жидкокристаллического дисплея и к устройству жидкокристаллического дисплея, каждое из которых управляет передачей света путем создания искажения изгиба в жидкокристаллическом слое посредством приложения напряжения.
Предшествующий уровень техники
Устройства жидкокристаллического дисплея имеют малую толщину, малый вес и малое потребление энергии и используются в различных областях. Характеристика отображения таких устройств жидкокристаллического дисплея значительно улучшается с каждым годом. В результате в последнее время рабочие характеристики отображения устройств жидкокристаллического дисплея стали гораздо лучше, чем и у CRT (электронно-лучевых трубок).
Режим отображения устройства жидкокристаллического дисплея определяется тем, как жидкий кристалл выровнен в жидкокристаллической ячейке. Обычно различные режимы отображения известны как режимы отображения устройств жидкокристаллического дисплея.
Примеры таких режимов отображения известны как TN (твист Нематический) режим, MVA (режим многодоменного вертикального выравнивания), режим IPS (переключение в плоскости) и режим OCB (оптически компенсированного двойного лучепреломления). Устройства жидкокристаллического дисплея, в которых используются такие способы отображения, обычно изготовляют серийно.
Список литературы
Патентная литература
Патентная литература 1
Tokukaishou
Публикация заявки на японский патент, , № 57-618 (опубликована 5 января 1982 г.).
Патентная литература 2
Tokukaihei
Публикация заявки на японский патент, , № 10-186351 (опубликована 14 июля 1998 г.).
Патентная литература 3
Tokukaihei
Публикация заявки на японский патент, , № 10-333171 (опубликована 18 декабря 1998 г.).
Патентная литература 4
Tokukaihei
Публикация заявки на японский патент, , № 11-24068 (опубликована 29 января 1999 г.).
Патентная литература 5
Tokukai
Публикация заявки на японский патент, , № 2000-275682 (опубликована 6 октября 2000 г.).
Патентная литература 6
Tokukai
Публикация заявки на японский патент, , № 2002-5357 (опубликована 20 февраля 2002 г.).
Непатентная литература
Непатентная литература 1
K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki, and Y. Koike, 'Development of Super-High-Image-Quality Vertical-Alignment-Mode LCD', SID 1997 Digest, No.33.3, p.845-848, 1997.
Непатентная литература 2
H. Yoshida, T. Kamada, K. Ueda, R. Tanaka, Y. Koike, K. Okamoto, P. L. Chen and J. Lin, 'Multi-domain Vertically Aligned LCDs with Super-wide Viewing Range for Gray-scale Images', Asia Display/IMID'04 Digest, No. 12.2 (2004).
Непатентная литература 3
"R. A. Soref, 'Field Effects in Nematic Liquid Crystals Obtained with Interdigital Electrodes', J. Appl. Phys., Vol. 45, No. 12, p.5466-5468, 1974.
Непатентная литература 4
R. Kiefer, B. Weber, F. Windschield, and G. Baur, 'In-Plane Switching of Nematic Liquid Crystals', Proc. The 12th Int'l Disp. Res. Conf. (Japan Display'92), No.P2-30, p.547-550, 1992.
Непатентная литература 5
"P. L. Bos and J. A. Rahman, 'An Optically "Self-Compensating" Electro-Optical Effect with Wide Angle of View', Technical Digest of SID Symp., p.273-276, 1993.
Непатентная литература 6
Y. Yamaguchi, T. Miyashita, and T. Uchida, 'Wide-Viewing-Angle Display Mode for the Active-Matrix LCD Using Bend-Alignment Liquid-Costal Cell', Technical Digest of SID Symp., p.277-280, 1993.
Среди устройств жидкокристаллического дисплея с такими различными режимами отображения, например, как описаны выше, в общем, широкое распространение получило устройство жидкокристаллического дисплея, в котором используется режим TN.
Однако устройство жидкокристаллического дисплея, в котором используется режим TN, имеет недостатки, такие как медленный отклик и узкий угол обзора.
Режим MVA (см., например, Непатентную литературу 1 и 2) представляет собой режим отображения, в соответствии с которым формируется поле окантовки в результате обеспечения прорези для каждого электрода пикселя на подложке активной матрицы и, кроме того, предусмотрено ребро для управления выравниванием молекулы жидкого кристалла к противоэлектроду на противоподложке, обеспечивая, таким образом, множество направлений выравнивания молекул жидкого кристалла.
В режиме MVA устройство жидкокристаллического дисплея достигает широкого угла обзора благодаря наличию множества направлений разделения (многодоменное), в каждом из которых молекулы жидкого кристалла наклоняются в то время, когда подают напряжение. Кроме того, используя режим вертикального выравнивания, устройство жидкокристаллического дисплея в режиме MVA позволяет получать более высокий контраст по сравнению с устройствами жидкокристаллического дисплея, работающими в других режимах, таких как режим TN, режим IPS и режим OCB. Однако устройство жидкокристаллического дисплея с режимом работы MVA имеет недостатки, например: (i) процесс производства является сложным, и (ii) скорость отклика в устройстве жидкокристаллического дисплея, работающего в режиме TN, является низкой.
Среди других режимов отображения, описанных выше, режим IPS (см., например, непатентную литературу 3 и 4) известен как режим отображения, в соответствии с которым достигается широкий угол обзора, при использовании более простой конфигурации. Переключение молекул жидкокристаллического дисплея в пределах плоскости в режиме IPS работы устройства жидкокристаллического дисплея обеспечивает очень широкий угол обзора. Однако режим IPS также имеет недостаток, такой как низкая скорость отклика, как и в режиме TN, так и в режиме MVA. Кроме того, режим IPS не пригоден для мобильных устройств или устройств, установленных на борту транспортного средства, для которых требуется высокая скорость при низкой температуре.
В то же время среди различных режимов отображения режим OCB (см., например, непатентную литературу 5 и 6) представляет собой единственный режим отображения, который позволяет достичь высокой скорости отклика при использовании простой конфигурации, в которой нематические жидкие кристаллы просто расположены между двумя подложками, которые были подвергнуты обработке выравнивания в параллельных направлениях. Поэтому режим OCB особенно рекомендован для применения на борту транспортного средства, в котором характеристика отклика при низкой температуре может стать проблемой.
Однако при проявлении такого высокоскоростного отклика режим OCB требует операцию перехода от выравнивания с перекосом, которое представляет собой исходное выравнивание, к выравниванию с изгибом с управлением, когда источник питания включен. В соответствии с этим режим OCB требует схемы управления исходным переходом в дополнение к обычным схемам управления. Поэтому режиму OCB присущ фактор, связанный с повышением затрат. Кроме того, режим OCB обладает худшими характеристиками угла обзора по сравнению с режимом MVA и режимом IPS.
Кроме режимов отображения, описанных выше, предложен другой режим отображения для решения задачи обработки режима MVA. В таком режиме отображения осуществляют управление посредством поперечного электрического поля в режиме вертикального выравнивания, используя нематический жидкий кристалл p-типа, в качестве жидкокристаллического материала (см., например, патентную литературу 1-6).
В этом режиме отображения, в то время как поддерживаются высокие характеристики контраста благодаря вертикальному выравниванию, управление осуществляют, используя поперечное электрическое поле таким образом, что определяется направление выравнивания молекул жидкого кристалла. В режиме отображения конфигурация пикселей является простой, поскольку управление выравниванием посредством ребра, такого как в режиме MVA, не требуется. Кроме того, режим отображения позволяет получить отличные характеристики угла обзора.
В патентной литературе 3 и 4 описано, что изогнутое электрическое поле формируется посредством электрического поля; формируются два домена, имеющих директоры жидких кристаллов в направлениях, отличающихся друг от друга на 180 градусов; и в результате получают широкий угол обзора.
Однако режим отображения, описанный выше, имеет серьезную проблему, связанную с тем, что напряжение управления является высоким, и обеспечивается низкая пропускная способность света, хотя он имеет высокий контраст и отличные характеристики угла обзора, как описано выше. Кроме того, как и в режиме MVA, характеристика отклика режима отображения не достаточна для отображения движущихся изображений. Поэтому такой режим отображения еще не был введен в практическое использование.
Поэтому к настоящему времени не известна жидкокристаллическая панель и устройство жидкокристаллического дисплея, каждый из которых позволил бы одновременно достичь характеристик высокоскоростного отклика, широкого угла обзора и высокого контраста.
Краткое изложение существа изобретения
Настоящее изобретение было разработано с учетом описанных выше недостатков.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить применимую на практике жидкокристаллическую панель и применимое на практике устройство жидкокристаллического дисплея, каждое из которых позволяет одновременно достичь характеристик высокоскоростного отклика, широкого угла обзора и высокого контраста.
В этих условиях в результате тщательных исследований заявители настоящей заявки определили, что: (i) степенью выравнивания с изгибом (степенью изгиба молекул жидких кристаллов p-типа при выравнивании с изгибом) можно управлять путем установки в соответствующие условия конфигурации панели и значений физического свойства жидкокристаллического материала и (ii) высокая степень пропускания света может быть получена при применимом на практике напряжении управления путем управления степенью выравнивания с изгибом. В результате заявители настоящей заявки разработали настоящее изобретение. В результате вначале может быть получена высокая степень пропускания света, используя применимое на практике напряжение управления.
Для решения задач, описанных выше, жидкокристаллическая панель в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: жидкокристаллический материал, расположенный между парой подложек, и электроды для приложения к жидкокристаллическому материалу электрического поля, параллельного поверхности подложки, жидкокристаллический материал включает в себя жидкокристаллический материал p-типа, жидкокристаллический материал p-типа вертикально выровнен относительно поверхности подложки, когда электрическое поле не приложено, электроды имеют ширину электрода 5 мкм или меньше, и промежуток между электродами составляет 15 мкм или меньше, жидкокристаллический материал p-типа имеет произведение (Δε · Δn) анизотропии Δε диэлектрической постоянной и анизотропии Δn коэффициента преломления в диапазоне от 1,3 до 3,1.
Следует отметить, что в настоящем изобретении выражение "приложение электрического поля параллельно поверхности подложки" означает "приложение электрического поля так, что оно, по меньшей мере, включает в себя компонент, параллельный поверхности подложки". Кроме того, выражение "жидкокристаллический материал p-типа вертикально выровнен относительно поверхности подложки" означает "жидкокристаллический материал p-типа, по меньшей мере, включающий в себя компонент выравнивания вертикальный относительно поверхности подложки". Другими словами, значения терминов "параллельный" и "вертикальный" включают в себя "по существу, параллельный" и "по существу, вертикальный".
Жидкокристаллической панелью управляют, используя так называемое поперечное электрическое поле, которое расположено параллельно поверхности подложки, в то время как поддерживается высокая характеристика контраста благодаря вертикальному выравниванию. Это позволяет достичь широкой характеристики угла обзора и высокой характеристики контраста с использованием простой конфигурации пикселей. Кроме того, поскольку операция перехода к исходному изгибу не нужна, может быть достигнуто применяемое на практике выравнивание с изгибом.
В жидкокристаллической панели, как и в случае режима OCB, когда молекулы жидких кристаллов должны передвигаться, потоки молекулы жидких кристаллов работают в направлении, которое способствует движению молекул жидких кристаллов. Поэтому становится возможным обеспечить высокоскоростной отклик. Характеристика такого высокоскоростного отклика соответствуют степени выравнивания с изгибом. В жидкокристаллической панели степень выравнивания с изгибом зависит от физических свойств (в частности, Δε · Δn) жидкокристаллического материала. Однако степень выравнивания с изгибом также изменяется в соответствии с шириной электрода и с промежутком между электродами. Путем установки значений ширины электрода и промежутка между электродами в пределах указанного выше диапазона становится возможным получить жидкокристаллическую панель, в которой степень деформации выравнивания жидких кристаллов будет большей, чем в обычной конфигурации.
В частности, путем установки ширины электрода для электродов, равной 5 мкм или меньше, и промежутка между электродами для электродов, равного 15 мкм или меньше, можно получить высокую степень пропускания света при практически применимом управляющем напряжении. Кроме того, путем установки (Δε · Δn) в диапазоне от 1,3 до 3,1 можно на практике получить высокую степень пропускной способности и характеристики высокоскоростной обработки. Поэтому в соответствии с описанной выше конфигурацией становится возможным обеспечить жидкокристаллическую панель, применимую на практике, позволяющую одновременно достичь характеристик (i) широкого угла обзора, который эквивалентен режиму MVA и режиму IPS, (ii) высокоскоростного отклика, настолько же быстрого или быстрее, чем в режиме OCB, и (iii) высокого контраста.
В жидкокристаллической панели произведение (Δnd) толщины d слоя и анизотропии Δn коэффициента преломления жидкокристаллического материала предпочтительно составляет 0,3 мкм или больше и 0,7 мкм или меньше.
По мере того как Δnd становится больше, максимальная пропускания способность проявляет тенденцию становиться большей. Однако существует распределение разности фаз в пределах плоскости жидкокристаллической ячейки. В области, где Δnd превышает половину длины волны, пропускная способность проявляет тенденцию уменьшения, в то время как толщина d слоя жидкокристаллического материала увеличивается. Поэтому при установке Δnd в пределах диапазона, указанного выше, достигается высокая пропускная способность и может быть более надежно получен высокоскоростной отклик.
Кроме того, упругая константа k33 жидкокристаллического материала предпочтительно составляет 15 пН или больше.
Время для отклика затухания должно составлять приблизительно 10 мс или меньше таким образом, что затухание заканчивается в пределах одного кадра. Как описано выше, при использовании жидкокристаллического материала, имеющего упругую константу k33 15 пН или больше, затухание может быть закончено в пределах одного кадра. В результате как пропускная способность, так и скорость отклика затухания могут быть удовлетворительными.
Кроме того, жидкокристаллический материал предпочтительно включает в себя 10% или больше тетрациклического жидкокристаллического материала.
Упругая константа k33 становится больше при включении тетрациклического жидкокристаллического материала в жидкокристаллический материал. В частности, при включении 10% или больше тетрациклического жидкокристаллического материала в жидкокристаллический материал затухание может быть закончено в пределах одного кадра. Поэтому описанная выше конфигурация позволяет получить жидкокристаллическую панель, которая имеет очень высокое практическое значение.
Один конкретный пример жидкокристаллической панели, описанной выше, представляет собой жидкокристаллическую панель, в которой: жидкокристаллический материал p-типа представляет собой нематический жидкокристаллический материал p-типа; электроды представляют собой гребенчатые электроды, которые предусмотрены на, по меньшей мере, одной подложке из пары подложек; и нематический жидкокристаллический материал p-типа расположен в гомеотропическом выравнивании в момент времени, когда не приложено электрическое поле.
Жидкокристаллический материал предпочтительно включает в себя соединение, содержащее алкениловую группу.
Соединение, содержащие алкениловую группу, представляет собой материал, Δε которого, по существу, равна 0 и выполняет функции агента уменьшения вязкости. Поэтому при включении соединения, содержащего алкениловую группу, в жидкокристаллический материал вязкость жидкокристаллического материала может быть уменьшена и время отклика может быть существенно сокращено.
Жидкокристаллическая панель предпочтительно включает в себя пленку выравнивания, изготовленную из силоксанового неорганического материала на противоположной поверхности, по меньшей мере, одной подложки из пары подложек, при этом противоположная поверхность обращена к жидкокристаллическому слою, изготовленному из жидкокристаллического материала.
Пленка выравнивания, изготовленная из силоксанового неорганического материала, обладает низким сопротивлением пленки по сравнению с органической пленкой выравнивания, такой как полиимидная пленка выравнивания, и электрический заряд может быть легко высвобожден. Поэтому можно предотвратить формирование послеизображения даже в случае, когда используется жидкокристаллический материал, имеющий высокую анизотропию Δε диэлектрической постоянной, хотя такой жидкокристаллический материал имеет относительно высокое содержание ионных примесей и проявляет тенденцию формирования послеизображения.
Кроме того, предпочтительно, чтобы в жидкокристаллической панели электроды были предусмотрены на одной подложке из пары подложек, и электродная пленка, которая закрывает всю область дисплея, была предусмотрена на другой подложке.
Таким образом, электродная пленка, которая закрывает всю область дисплея, предусмотрена на подложке, противоположной подложке, на которой предусмотрен электрод для приложения к жидкокристаллическому материалу электрического поля, параллельного поверхности подложки. Это позволяет улучшить характеристику напряжение/пропускная способность по сравнению со случаем, когда электродная пленка не предусмотрена. Поэтому в соответствии с описанной выше конфигурацией такую же пропускную способность, что и пропускная способность в случае, когда электродная пленка не предусмотрена, можно получить при более низком напряжении, чем напряжение в случае, когда электродная пленка не предусмотрена.
Кроме того, для решения упомянутых выше задач устройство жидкокристаллического дисплея по настоящему изобретению включает в себя жидкокристаллическую панель по настоящему изобретению.
Поэтому настоящее изобретение позволяет обеспечить применяемое на практике устройство дисплея, позволяющее одновременно достичь характеристики высокоскоростного отклика, широкого угла обзора и высокого контраста.
Как описано выше, каждая из жидкокристаллической панели и устройства жидкокристаллического дисплея в соответствии с настоящим изобретением осуществляет управление, используя так называемое поперечное электрическое поле, которое расположено параллельно поверхности подложки при поддержании высокого контраста благодаря вертикальному выравниванию.
Это позволяет достичь характеристики широкого угла обзора и характеристики высокого контраста при простой конфигурации пикселей. Кроме того, поскольку исходная операция перехода к изгибу является ненужной, может быть достигнуто применяемое на практике выравнивание с изгибом.
В частности, когда жидкокристаллическая панель и устройство жидкокристаллического дисплея выполнены так, что имеют электроды, ширина электродов которых установлена равной 5 мкм или меньше, и промежуток между электродами установлен равным 15 мкм или меньше, может быть получена высокая степень пропускной способности при применяемом на практике напряжении управления. Кроме того, при установке Δε·Δn в диапазоне от 1,3 до 3,1 на практике может быть получена высокая пропускная способность и высокоскоростной отклик. Поэтому в соответствии с настоящим изобретением становится возможным обеспечить применяемую на практике жидкокристаллическую панель, позволяющую одновременно достичь характеристик (i) широкого угла обзора, эквивалентного режиму MVA или режима IPS, (ii) высокоскоростного отклика, настолько быстрого или быстрее, чем в режиме OCB, и (ii) высокого контраста.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
Фиг. 1 изображает общий вид с покомпонентным представлением деталей, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели, показанной на фиг. 1.
Фиг. 3 изображает вид в поперечном сечении с покомпонентным представлением деталей, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию устройства жидкокристаллического дисплея в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает схема, иллюстрирующая взаимосвязь между направлениями оси передачи поляризаторов и направлением приложения электрического поля в жидкокристаллической панели, показанной на фиг. 1.
Фиг. 5(а) и 5(b) изображают схемы, иллюстрирующие состояние поворота молекул жидких кристаллов p-типа в жидкокристаллической панели, показанной на фиг. 1, где Фиг. 5(а) изображает общий вид существенной части жидкокристаллической панели в то время, когда электрическое поле не приложено, и фиг. 5(b) изображает общий вид существенной части жидкого кристалла в то время, когда приложено электрическое поле.
Фиг. 6 изображает диаграмму, представляющую эквипотенциальные кривые жидкокристаллической ячейки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 изображает схему, иллюстрирующую распределение директора молекул жидкого кристалла p-типа в жидкокристаллической ячейке, показанной на фиг. 6.
Фиг. 8 изображает схему, иллюстрирующую распределение директора жидкого кристалла p-типа в жидкокристаллической ячейке в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение пропускной способности в жидкокристаллической ячейке, показанной на Фиг. 8.
Фиг. 10 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение пропускной способности и распределение разности фаз в жидкокристаллической ячейке в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 11 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение пропускной способности и распределение разности фаз в жидкокристаллической ячейке, которая имеет другой интервал между электродами, чем в жидкокристаллической ячейке, показанной на Фиг. 10.
Фиг. 12 изображает диаграмму, иллюстрирующую характеристику напряжения/пропускной способности жидкокристаллической панели, изготовленной в Примере 1.
Фиг. 13 изображает диаграмму, иллюстрирующую зависимость от температуры характеристики отклика жидкокристаллической панели, изготовленной в соответствии с Примером 1.
Фиг. 14 изображает схему, представляющую потоки молекул жидких кристаллов в слое жидких кристаллов в жидкокристаллической панели, изготовленной по Примеру 1.
Фиг. 15 изображает диаграмму, иллюстрирующую взаимозависимость между максимальной пропускной способностью и временем отклика затухания жидкокристаллической панели, изготовленной по Примеру 5.
Фиг. 16 изображает диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между временем отклика затухания и содержанием тетрациклического жидкокристаллического материала в жидкокристаллической панели, изготовленной по Примеру 6.
Фиг. 17(a) изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части испытуемой ячейки, используемой при оценке послеизображения, и фиг. 17(b) изображает вид сверху, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части испытуемой ячейки, показанной на фиг. 17(а).
Фиг. 18 изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической ячейки, используемой в устройстве жидкокристаллического дисплея в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 19 изображает диаграмму, иллюстрирующую характеристику напряжения/пропускной способности жидкокристаллической панели, изготовленной по Примеру 9.
Фиг. 20 изображает схему, иллюстрирующую распределение электрического поля и распределение директора жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке в то время, когда напряжение 7В прикладывают к жидкокристаллической панели, изготовленной по Примеру 9.
Фиг. 21 изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели в соответствии с еще одним другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже подробно поясняются варианты осуществления настоящего изобретения.
Вариант 1 осуществления
Один вариант осуществления настоящего изобретения поясняется ниже со ссылкой на фиг. 1 до фиг. 17 (a) и (b).
Фиг. 3 изображает вид в поперечном сечении с покомпонентным представлением деталей, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию устройства жидкокристаллического дисплея в соответствии с описываемым вариантом осуществления.
Как показано на фиг. 3, устройство 1 жидкокристаллического дисплея в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя жидкокристаллическую панель 2, схему 3 управления и заднюю подсветку 4 (устройство освещения). Конфигурации схемы 3 управления и задней подсветки 4 являются такими же, как и конфигурации обычной схемы управления и задней подсветки, и поэтому их пояснение здесь опущено.
Фиг. 1 и 2 изображают типичные конфигурации панели, как один пример жидкокристаллической панели 2, в соответствии с настоящим вариантом осуществления.
Фиг. 1 изображает общий вид с покомпонентным представлением деталей, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели 2. Фиг. 2 изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели 2.
В следующем пояснении предполагается, что подложка на стороне поверхности дисплея (подложка на стороне, где присутствует зритель) представляет собой верхнюю подложку, и другая подложка представляет собой нижнюю подложку.
Как показано на фиг. 1-3, жидкокристаллическая панель 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя пару подложек 10 и 20, предусмотренных как подложка электрода (подложка массива, подложка элемента) и противоположная подложка, которые расположены противоположно друг другу. Между парой подложек 10 и 20 расположен жидкокристаллический слой 30, который предусмотрен как средний слой для отображения и включает в себя жидкокристаллический материал p-типа.
По меньшей мере, одна из пары подложек 10 и 20 включает в себя прозрачную подложку, такую как стеклянная подложка. Кроме того, на одной поверхности подложки 10, поверхность которой противоположна подложке 20, снабжена выравнивающей пленкой 12, то есть так называемой пленкой вертикального выравнивания, и на одной поверхности подложки 20, поверхность которой противоположна подложке 10, снабжена выравнивающей пленкой 22, которая также представляет собой так называемую пленку вертикального выравнивания.
Пленка вертикального выравнивания представляет собой пленку выравнивания, которая выравнивает вертикально относительно поверхности подложки молекулы жидких кристаллов в жидкокристаллическом слое, когда электрическое поле не приложено. Следует отметить, что значение термина "вертикально" включает в себя "по существу, вертикально".
В соответствии с этим, как показано на фиг. 1, молекулы 31 жидких кристаллов p-типа жидкокристаллического слоя 30 проявляют гомеотропическое выравнивание, когда напряжение не приложено.
Кроме того, одна из подложек 10 и 20 включает в себя средство приложения электрического поля, предназначенное для приложения к жидкокристаллическому слою 30 электрического поля, которое расположено параллельно поверхности подложки. Такое электрическое поле представляет собой так называемое поперечное электрическое поле. Следует отметить, что значение термина "параллельный", указанного выше, включает в себя "по существу, параллельный".
В настоящем варианте осуществления подложка 10 включает в себя стеклянную подложку 11, и подложка 20 включает в себя стеклянную подложку 21. На стеклянной подложке 11 подложки 10 предусмотрена пара гребенчатых электродов 13 и 14 (электрод пикселя и общий электрод) как средство приложения электрического поля.
Гребенчатые электроды 13 и 14 могут быть изготовлены из прозрачного электродного материала, такого как ITO (оксид индия и олова), или металла, такого как алюминий. Материал гребенчатых электродов 13 и 14 не ограничен чем-либо конкретным.
Пленка 12 выравнивания предусмотрена так, что она закрывает гребенчатые электроды 13 и 14. Следует отметить, что материал пленок 12 и 22 выравнивания и способ формирования пленок 12 и 22 выравнивания не ограничен чем-либо конкретным. Пленки 12 и 22 выравнивания могут быть сформированы, например, при наложении известного материала пленки выравнивания, имеющего функцию регулирования вертикального выравнивания, на гребенчатые электроды 13 и 14.
Электродная подложка и противоподложка могут быть изготовлены, например, из подложки матрицы, такой как подложка матрицы TFT и подложка цветного светофильтра. Однако в настоящем варианте осуществления электродная подложка и противоподложка не ограничены этим.
Как показано на фиг. 1-3, поляризатор 35 предусмотрен на противоположной поверхности подложки 10 относительно поверхности, которая обращена к жидкокристаллическому слою 30, и поляризатор 36 предусмотрен на противоположной поверхности подложки 20 относительно поверхности, которая обращена к жидкокристаллическому слою 30.
Кроме того, как показано на фиг. 3, в случае необходимости, волновая пластина 37 предусмотрена между подложкой 10 и поляризатором 35, и волновая пластина 38 предусмотрена между подложкой 20 и поляризатором 36. Следует отметить, что волновая пластина 37 или 38 может быть предусмотрена только на одной поверхности жидкокристаллической панели 2. В случае устройства дисплея, в котором используется только свет, пропускаемый из передней поверхности, волновыми пластинами 37 и 38 можно пренебречь.
Жидкокристаллическая ячейка 5 жидкокристаллической панели 2 сформирована, например, как показано на фиг. 2, (i) путем соединения подложки 10 с подложкой 20 через прокладку 33, используя уплотнительный агент 34, и (ii) путем заполнения и уплотнения среды, содержащей жидкокристаллический материал p-типа, в качестве жидкокристаллического материала в промежутке между подложками 10 и 20. Пример жидкокристаллического материала p-типа представляет собой материал из нематических жидких кристаллов p-типа.
Жидкокристаллическая панель 2 сформирована путем закрепления на жидкокристаллической ячейке 5 волнистых пластин 37 и 38 и поляризаторов 35 и 36, как описано выше.
Фиг. 4 изображает взаимосвязь направления оси пропускания поляризаторов 35 и 36 и направления приложения электрического поля. Как показано на фиг. 4, поляризаторы 35 и 36 предусмотрены таким образом, что направления осей передачи поляризаторов 35 и 36 являются ортогональными, и угол между каждым из направлений осей передачи и направлением приложения электрического поля составляет 45 градусов.
Далее поясняется режим отображения (ниже называется "настоящим режимом") жидкокристаллической панели 2.
Фиг. 5(а) и 5(b) изображают состояния поворота молекул 31 жидких кристаллов p-типа в результате приложения электрического поля по направлениям директоров жидких кристаллов. Фиг. 5(а) изображает общий вид существенной части жидкокристаллической панели 2 в то время, когда электрическое поле не приложено. Фиг. 5(b) изображает общий вид существенной части жидкого кристалла в то время, когда электрическое поле приложено.
Настоящий режим, как описано выше, представляет собой один тип режимов отображения, в соответствии с которым электрическое поле, параллельное поверхности подложки, приложено в результате использования гребенчатых электродов 13 и 14.
В настоящем режиме, как показано на фиг. 5(а), когда электрическое поле не приложено, молекулы 31 жидких кристаллов выравниваются вертикально относительно поверхности подложки. С другой стороны, когда приложено электрическое поле, линия электрического потока изгибается так, что формируется полукруг. В соответствии с этим, как показано на фиг. 5(b), молекулы 31 жидкого кристалла p-типа расположены с выравниванием с изгибом в виде дуги в направлении толщины подложки. В результате молекулы 31 жидких кристаллов p-типа проявляют двойное лучепреломление относительно света, пропускаемого в направлении, перпендикулярном поверхности подложки.
В этом режиме, хотя поддерживается высокий контраст, благодаря вертикальному выравниванию управление с использованием поперечного электрического поля осуществляется таким образом, что определяют направление, в котором выровнены молекулы 31 жидких кристаллов p-типа. В соответствии с этим нет необходимости управлять выравниванием, используя ребро, как в режиме MVA. Кроме того, настоящий режим обладает отличной характеристикой угла обзора при простой конфигурации пикселя.
Кроме того, поскольку управление с использованием поперечного электрического поля осуществляют путем использования жидкокристаллического материала p-типа в режиме вертикального выравнивания, как описано выше, изогнутое электрическое (дуговое электрическое поле) формируется в результате приложения электрического поля, и формируются два домена, имеющих направления директоров, отличные друг от друга на 180 градусов. В результате может быть получена характеристика широкого угла обзора.
Настоящее изобретение достигается на основе определения того, что степенью выравнивания с изгибом можно управлять без ограничений путем изменения конфигурации панели и физических свойств используемого жидкокристаллического материала. "Степень выравнивания с изгибом" означает, в какой степени молекулы 31 жидкого кристалла p-типа, расположенные с выравниванием с изгибом, как показано на фиг. 5(b), изогнуты (ниже называется "кривизной").
В соответствии с настоящим изобретением степень выравнивания с изгибом может быть увеличена таким образом, что может быть получена высокая степень пропускания света. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку, как описано выше, степенью выравнивания с изгибом можно управлять без ограничений, может быть достигнута характеристика высокоскоростного отклика при использовании эффекта потока, как в режиме OCB. В соответствии с этим настоящее изобретение имеет очень высокое практическое значение.
В режиме OCB переход от выравнивания с перекосом к выравниванию с изгибом возникает при несколько большем напряжении, чем критическое напряжение управления. Выравнивание с изгибом в это время проявляет максимальную кривизну. Поэтому в режиме OCB осуществляется отображение серой шкалы между выравниванием с изгибом, представляющим максимальную кривизну, и выравниванием с изгибом, имеющим меньший изгиб в момент времени, когда приложено высокое напряжение.
В то же время в настоящем режиме отображение серой шкалы осуществляют между (i) выравниванием с изгибом, имеющим большую кривизну в момент времени, когда приложено высокое напряжение, и (ii) вертикальным выравниванием в момент времени, когда напряжение не приложено. В этом случае максимальная кривизна зависит от приложенного напряжения. Чем больше становится напряженность электрического поля, тем большей становится максимальная кривизна. Таким образом, степенью выравнивания с изгибом и максимальной кривизной можно управлять без ограничений посредством ширины L электрода, промежутка S между электродами (расстояние между электродами) и зазора d между ячейками (толщина слоя жидкокристаллического материала, толщина жидкокристаллического слоя 30). В результате настоящий режим может иметь максимальную кривизну, равную или большую, чем в режиме OCB. Это позволяет достичь высокоскоростного отклика, который равен или быстрее, чем в режиме OCB.
Фиг. 6 изображает эквипотенциальные кривые жидкокристаллической ячейки 5 в момент времени, когда напряжение 7 В приложено к жидкокристаллической ячейке 5. Жидкокристаллическая ячейка 5 имеет ширину L электрода 3 мкм промежуток S между электродами 4 мкм гребенчатых электродов 13 и 14 и зазор d между ячейками 4 мкм. Таким образом, фиг. 6 изображает эквипотенциальные кривые жидкокристаллической ячейки 5 в момент времени, когда напряжение (прямоугольный импульс) 7 В приложен между гребенчатыми электродами 13 и 14.
В этом случае молекулы 31 жидких кристаллов p-типа выравниваются в соответствии с силой изгиба через интерфейс и с распределением интенсивности электрического поля, показанного эквипотенциальными кривыми. Фиг. 7 изображает распределение директора молекул 31 жидких кристаллов p-типа в жидкокристаллической ячейке 5 в данном случае. В результате приложения напряжения молекулы 31 жидких кристаллов плавно переходят из гомеотропического выравнивания к выравниванию с изгибом. Таким образом, при нормальном управлении жидкокристаллический слой 30 всегда проявляет выравнивание с изгибом, и может быть достигнут высокоскоростной отклик в отклике от уровня серой шкалы на другой уровень серой шкалы.
Кроме того, фиг. 7 изображает, что в области, где гребенчатые электроды 13 и 14 не присутствуют, в отличие от области над гребенчатыми электродами 13 и 14, степень искажения с изгибом выше и коэффициент оптической модуляции больше. Ниже это описано более подробно.
Фиг. 8 изображает распределение директора жидкокристаллической ячейки 5 в то время, когда напряжение 3,5 В прикладывают к жидкокристаллической ячейке 5. Жидкокристаллическая ячейка 5 имеет ширину L электрода 2,6 мкм, промежуток S между электродами 7,8 мкм гребенчатых электродов 13 и 14 и зазор d между ячейками 4 мкм. Следует отметить, что используемый жидкокристаллический материал p-типа имеет анизотропию (Δε) диэлектрической постоянной, составляющую 20,8, и анизотропию (Δn) коэффициента преломления 0,14.
Данный режим существенно отличается от других режимов отображения, таких как режим IPS и режим OCB, в соответствии с каждым из которых электрическое поле прикладывается параллельно поверхности подложки. Различие состоит в том, что, как показано на фиг. 8, в данном режиме жидкокристаллические молекулы 31 p-типа всегда выровнены вертикально в областях в центре каждого электрода и в центре между электродами.
Фиг. 9 изображает распределение пропускной способности в жидкокристаллической ячейке 5 в момент времени, когда напряжение 6 B прикладывают к жидкокристаллической ячейке 5, использовавшейся на фиг. 8. Фиг. 9 изображает распределение пропускной способности в области, соответствующей области, показанной на фиг. 8. Следует отметить, что в каждой из схем и таблиц, представленных ниже, показана пропускная способность на основе предположения, что пропускная способность в 100% представляет собой оптическую пропускную способность жидкокристаллической панели 2 в то время, когда напряжение не приложено, и что пропускная способность в 100% равна 1 (опорное значение).
Как показано на фиг. 9, пропускная способность в 90% или больше может быть получена в зависимости от положения в жидкокристаллической ячейке 5. Однако свет не проходит через области в центре каждого электрода и в центре между электродами. Поэтому жидкокристаллическая ячейка 5, в целом, обеспечивает пропускную способность только приблизительно в 65%.
Фиг. 10 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение пропускной способности и распределение разности фаз в пределах жидкокристаллической ячейки 5 в то время, когда электрическое поле приложено к жидкокристаллической ячейке 5, которая имеет ширину L электрода 4 мкм, промежуток S между электродами 4 мкм и зазор d ячейки 4 мкм и в которой используется в качестве жидкокристаллического материала p-типа "MLC-6262" (наименование продукта, произведенного компанией Merck Ltd., Δε=18,5 и Δn=0,1450). Фиг. 11 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение пропускной способности и распределение разности фаз в жидкокристаллической ячейке 5, которые измеряли в тех же условиях, как и в случае по фиг. 10, за исключением того, что промежуток S между электродами составлял 12 мкм.
Следует отметить, что свет для измерения, используемый в описанных выше измерениях, имел длину волны 550 нм, и напряжение 12 В прикладывали между гребенчатыми электродами 13 и 14. Положение гребенчатых электродов 13 и 14 относительно положения для измерения показано штрихпунктирной линией с двумя точками.
Как показано на фиг. 10 и 11, в результате приложения напряжения разность фаз (Δnd) становится больше и пропускная способность также повышается. Однако пропускная способность уменьшается в части, где разность фаз больше чем λ/2 (соответствует 275 нм в данном измерении).
Этот результат показывает, что, хотя разность фаз должна увеличиваться при приложении напряжения для увеличения пропускной способности, разность фаз, увеличенная слишком сильно, превышает λ/2, что скорее снижает пропускную способность.
Разность фаз возникает в результате поворота молекул жидких кристаллов из-за приложения напряжения. Однако существует оптимальный диапазон для разности фаз, как описано выше. Это обозначает, что физические свойства (в частности, Δε и Δn) жидкого кристалла также имеют соответствующие оптимальные диапазоны.
В результате сравнения фиг. 10 и 11 можно видеть, что пропускная способность света улучшается в результате увеличения промежутка S между электродами. Однако, поскольку напряженность электрического поля уменьшается, характеристика отклика ухудшается. Поскольку сам настоящий режим представляет собой режим высокоскоростного отображения для практического использования, следует учитывать баланс между характеристикой отклика и пропускной способностью, когда определяют ширину L электрода и промежуток S между электродами. Следующее, в частности, проверялось в этих примерах.
Пример 1
Вначале применяют материал выравнивающей пленки "JALS-204" (наименование продукта, 5 мас.% (содержание твердого), раствор γ-бутиролактона, производства корпорации JSR), используя способ центрифугирования, на стеклянную подложку 11, на которой были предусмотрены гребенчатые электроды 13 и 14, изготовленные из ITO и которые имели ширину L электрода 4 мкм и промежуток S между электродами 4 мкм и толщину электрода 1000 Å. Затем стеклянную подложку 11 с материалом выравнивающей пленки прогревали при температуре 200°C в течение 2 часов для формирования подложки 10. Толщина полученной выравнивающей пленки 12 составила 600 Å (60 нм).
Затем выравнивающую пленку 22, которая была идентичной выравнивающей пленке 12, сформировали на стеклянной подложке 22 для формирования подложки 20 таким же образом, как подложку 10, за исключением того, что гребенчатые электроды 13 и 14 не были предусмотрены на стеклянной подложке 21.
После этого на подложке 10 распределили слой из шариков из полимерной смолы "Micropearl SP" (наименование продукта, изготовленного компанией Sekisui Chemical Co. Ltd.) в качестве прокладки 33, которые имели диаметр 4 мкм. Тем временем, на подложку 20 посредством печати нанесли уплотнительную полимерную смолу "Struct Bond XN-21-S" (наименование продукта производства Mitsui Toatsu Chemicals, Inc) в качестве уплотнительного агента 34.
Далее подложки 10 и 20 соединили и прогревали при 250°C в течение 3 часов для получения жидкокристаллической ячейки 5.
Затем жидкокристаллическую ячейку 5 заполнили материалом "ZLI-2293" (наименование продукта производства копании Merck Ltd., нематический жидкокристаллический материал p-типа Δε=10 и Δn=0,136) в качестве жидкокристаллического материала и герметизировали способом вакуумного заполнения для формирования жидкокристаллического слоя 30. После этого поляризаторы 35 и 36 соединили с передней и задней поверхностями жидкокристаллической ячейки 5 для изготовления жидкокристаллической панели 2, которая имела конфигурацию, показанную на фиг. 2. Соотношение между направлением приложения электрического поля и направлениями осей пропускания поляризаторов 35 и 36 в это время было таким, как показано на фиг. 4.
Фиг. 12 изображает характеристику напряжения/пропускной способности изготовленной таким образом жидкокристаллической панели 2 при комнатной температуре (25 °C).
На фиг. 12 ясно видно, что максимальная пропускная способность (Tmax) жидкокристаллической панели 2 была выше чем 0,5 (то есть 50%) и пропускную способность можно было существенно улучшить при использовании применяемого на практике управляющего напряжения, по сравнению с обычными технологиями (например, патентная литература 4).
Таким образом, технология, описанная в патентной литературе 4, позволяет обеспечить только определенную степень пропускной способности (пропускную способность), приблизительно в 14%, например, при 40 В (см. фиг. 10 патентной литературы 4). В то же время жидкокристаллическая панель 2 может обеспечить пропускную способность приблизительно в 50% при напряжении от приблизительно 6 В до 10 В и максимальную пропускную способность (Tmax) выше чем 50% при напряжении приблизительно от 7 В до 8 В.
Как описано выше, при управлении с использованием поперечного электрического поля в настоящее время типично используют напряжение управления от 6 В до 7  В. Когда напряжение управления становится больше чем 9 В, требуется задающий модуль, имеющий высокое напряжение пробоя. Поэтому для практического использования управляющее напряжение предпочтительно составляет меньше чем 9 В и более предпочтительно составляет 7 В или меньше. В настоящем варианте осуществления высокая способность пропускания света может быть получена при используемом на практике управляющем напряжении. В соответствии с этим управляющее напряжение предпочтительно составляет приблизительно от 6 В до 7 В в настоящем варианте осуществления.
Следует отметить, что до тех пор, пока температура не будет указана специально, следующее измерение выполняли при комнатной температуре (25°C). Когда показана максимальная пропускная способность Tmax, время отклика обозначает время отклика при управляющем напряжении (по существу, 7 В), в то время как возникала максимальная пропускная способность Tmax, как описано ниже; в противном случае, с учетом максимальной пропускной способности, прикладывали управляющее напряжение 7 В.
В жидкокристаллической панели 2, в принципе, управление выравниванием не требуется, и поэтому ребра, обычно используемые, например, в режиме MVA, который представляет собой такой же режим вертикального выравнивания, не требуются. Поэтому можно улучшить относительное отверстие.
Фиг. 13 изображает зависимость от температуры характеристики отклика в момент времени, когда напряжение 7В прикладывают к жидкокристаллической панели 2. Следует отметить, что на фиг. 13 τ подъем представляет собой подъем и τ затухания представляет собой затухание.
Как показано на фиг. 13, жидкокристаллическая панель 2 проявляет высокий скоростной отклик даже при низкой температуре. Поэтому жидкокристаллическая панель имеет очень высокое практическое значение.
Следующее поясняет, почему жидкокристаллическая панель 2 проявляет высокоскоростной отклик.
Когда прикладывают поперечное электрическое поле к жидкокристаллическому материалу с использованием гребенчатых электродов 13 и 14, возникает искажение поворота и изгиба в жидкокристаллическом материале. В это время, как показано на фиг. 14, потоки молекул жидкого кристалла происходят в жидкокристаллическом слое 30. В потоках возникают вращения, симметричные относительно линии дисклинации, и направление поворота с одной стороны линии дисклинации противоположно направлению поворота с другой стороны. В результате крутящий момент в идентичном направлении работает в непосредственной близости к линии дисклинации.
Таким образом, в отличие от режима TN и режима MVA, каждый поток в жидкокристаллическом слое не препятствует другому потоку. Скорее, как показано на фиг. 14, как и в режиме OCB, потоки молекул жидких кристаллов возникают в направлении, которое способствует движению молекул жидких кристаллов, когда молекулы жидких кристаллов должны двигаться. Это делает возможным достижение высокоскоростного отклика.
Такая характеристика высокоскоростного отклика соответствует степени изгиба (кривизны). Такая степень изгиба зависит от физических свойств (произведение анизотропии Δε диэлектрической постоянной и анизотропии Δm коэффициента преломления и упругой константы k33) жидкокристаллического материала. Кроме того, степень изгиба также изменяется в соответствии с шириной L электрода или промежутком S между электродами гребенчатых электродов 13 и 14 или зазором d ячейки.
Другими словами, в соответствии с жидкокристаллической панелью 2 степенью изгиба можно управлять без ограничений через распределение напряженности электрического поля в жидкокристаллической ячейке 5, и при этом может быть достигнут высокоскоростной отклик, такой же быстрый или быстрее, чем в режиме OCB. Кроме того, в соответствии с принципом отображения становится возможным достичь характеристики широкого угла обзора, эквивалентного получаемому в режиме IPS.
Пример 2
Сорок жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имеет такую конфигурацию, как показано в фиг. 2, изготовили так же, как и в Примере 1, за исключением того, что материал "MLC-6269-000" (наименование продукта, изготовленного компанией Merck Ltd., нематический жидкокристаллический материал p-типа Δε=17,7 и Δn=0,0984) использовали в качестве жидкокристаллического материала, и ширину L электрода, промежуток S между электродами и зазор d ячейки изменяли различным образом.
Затем при 25°C, в то время как приложенное напряжение изменяли от 0 до 20 В, измерили характеристику напряжения/пропускной способности каждой из жидкокристаллических панелей 2. Во время измерений прикладывали прямоугольную волну 30 Гц, и длина волны света для измерения составляла 550 нм. Соотношение направления приложения электричества и направлений осей пропускания поляризаторов 35 и 36 в это время было таким, как показано на фиг. 4. В Таблице 1 показаны все соотношения ширины L электрода, промежутка S между электродами и максимальной пропускной способности Tmax жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имела зазор d ячейки 4 мкм. В Таблице 2 показаны все соотношения ширины L электрода, промежутка S между электродами и максимальной пропускной способности Tmax жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имела зазор d ячейки 6 мкм.
Таблица 1
Зазор ячейки(4 мкм)
Промежуток электрода
5 мкм
10 мкм
15 мкм
20 мкм
2 мкм
0,573
0,647
0,611
0,490
Ширина электрода
3 мкм
0,542
0,633
0,588
0,486
5 мкм
0,512
0,576
0,537
0,487
6 мкм
0,478
0,533
0,488
0,447
8 мкм
0,456
0,515
0,431
0,422
Таблица 2
Зазор ячейки(6 мкм)
Промежуток электрода
5 мкм
10 мкм
15 мкм
20 мкм
Ширина электрода
2 мкм
0,537
0,576
0,566
0,491
3 мкм
0,519
0,563
0,603
0,481
5 мкм
0,501
0,527
0,571
0,495
6 мкм
0,500
0,511
0,556
0,474
8 мкм
0,457
0,481
0,428
0,396
По результатам, показанным в Таблицах 1 и 2, понятно, что, чем меньше ширина L электрода гребенчатых электродов 13 и 14 и чем больше становится промежуток S между электродами, тем большей становится максимальная пропускная способность Tmax. Кроме того, по мере того как зазор d между ячейками (более точно, разность Δnd фаз жидкокристаллической ячейки 5) становится больше, максимальная пропускная способность Tmax проявляет тенденцию становиться большей. Однако существует распределение разности фаз в плоскости жидкокристаллической ячейки 5, как описано выше, и пропускная способность скорее ухудшается по мере увеличения зазора d между ячейками в области, где Δnd превышает половину длины волны. Поэтому пропускная способность всей жидкокристаллической ячейки 5 не всегда взаимосвязана с толщиной жидкокристаллической ячейки.
Кроме того, из Таблиц 1 и 2 можно видеть, что может быть доступна высокая пропускная способность, когда ширина L электрода составляет 5 мкм или меньше, и промежуток S между электродами составляет 15 мкм или меньше. Следует отметить, что, с учетом производства панели, каждая из ширины L электрода и промежутка S электрода предпочтительно составляет, по меньшей мере, 2 мкм.
Пример 3
Девять жидкокристаллических панелей 2, каждая имеющая конфигурацию, показанную на фиг. 2, были изготовлены так же, как и в Примере 1, за исключением того, что использовали (i) жидкокристаллические ячейки 5, каждая имеющая ширину L электрода 4 мкм, промежуток S между электродами 6 мкм и зазор d между ячейками 4 мкм, и (ii) различные жидкокристаллические материалы, каждый из которых имеет разную анизотропию Δε диэлектрической постоянной или анизотропию Δn коэффициента преломления, использовали в качестве жидкокристаллических материалов. Таблица 3 изображает все взаимоотношения максимальной пропускной способности Tmax, времени отклика затухания (τ затухания) и максимальной пропускной способности Tmax и произведения Δε · Δn анизотропии Δε диэлектрической постоянной и анизотропии Δn коэффициента преломления.
Таблица 3
Δε •Δn
Tmax
τ затухания (мс)
1,16
0,47
7,8
1,3
0,61
3,5
1,68
0,62
4,2
2,02
0,64
3,6
2,68
0,55
3,8
3,12
0,57
4
3,23
0,55
8,5
3,52
0,5
11,2
4,21
0,46
4,1
Из результатов, показанных в Таблице 3, очевидно, что высокая пропускная способность и высокоскоростной отклик могут быть получены на практике, когда Δε · Δn находится в диапазоне от 1,3 до 3,1. Также очевидно, что, когда Δε · Δn становится большим чем 3,1, разность фаз в области, в которой изменение разности фаз велико в жидкокристаллической ячейке 5, становится больше, чем половина длины волны, и, следовательно, пропускная способность становится меньше, что является отрицательным эффектом.
Пример 4
Десять жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имела конфигурацию, показанную на фиг. 2, изготовили так же, как и в Примере 1, за исключением (i) использования, в качестве жидкокристаллического материала 5CB (4'-циано-4-пентилбифенил, нематический жидкокристаллический материал p-типа Δε=13,2 и Δn=0,189) или смесь (ниже называется "смесью А"; нематического жидкокристаллического материала p-типа Δε= 17,6 и Δn=0,098), составлявшую 91,7 мас.части "MLC-6269-000" (наименование продукта, изготовленного компанией Merck Ltd.) и 8,3 мас.части "MLC-6267-000" (наименование продукта, изготовленного компанией Merck Ltd.) (ii), имеющего ширину L электрода 4 мкм, промежуток S между электродами 6 мкм и по-разному изменявшиеся зазоры d между ячейками. Таблица 4 изображает максимальную пропускную способность Tmax жидкокристаллических панелей 2 и время отклика затухания при максимальной пропускной способности Tmax. Следует отметить, что время отклика затухания определяли как время, требуемое для изменения переданной интенсивности света на 90%, в то время, когда приложенное напряжение изменяли так, чтобы состояние V50 (значение напряжения, обеспечивавшего пропускную способность в 50% в случае, когда минимум и максимум пропускной способности были стандартизованы как 0% и 100%), изменялось до состояния, в котором напряжение не прикладывали.
Таблица 4
Жидкокристаллический материал
Зазор между ячейками (мкм)
Δnd(мкм)
Tmax
τ затухания (мс)
Смесь A
2,5
0,245
0,38
3,2
3,1
0,304
0,51
3,3
3,2
0,315
0,536
3,3
4
0,392
0,67
3,6
5
0,49
0,63
3,5
5CB
3
0,567
0,61
3,8
3,5
0,662
0,55
3,9
3,7
0,699
0,51
3,9
3,8
0,718
0,48
3,9
4
0,756
0,46
4,1
Из Таблицы 4 понятно, что высокая степень пропускной способности и высокоскоростной отклик могут быть получены, когда произведение Δnd (разность фаз) анизотропии Δn коэффициента преломления жидкокристаллического используемого материала и зазора d ячейки находится в диапазоне от 0,3 до 0,7.
Также понятно по результатам, приведенным выше, что ширина электрода каждого из гребенчатых электродов 13 и 14 составляет предпочтительно 5 мкм или меньше и промежуток между электродами для гребенчатых электродов 13 и 14 предпочтительно составляет 15 мкм или меньше. Кроме того, жидкокристаллический материал предпочтительно имеет Δε · Δn в диапазоне от 1,3 до 3,1. Кроме того, из результатов понятно, что Δnd, более предпочтительно, находится в диапазоне от 0,3 мкм до 0,7 мкм.
Следует отметить, что обычный жидкий кристалл p-типа имеет Δε приблизительно 4-9 и Δn приблизительно от 0,07 до 0,12. Обычно анизотропия Δε диэлектрической постоянной и анизотропия Δn коэффициента преломления описаны отдельно, и поэтому произведение Δε · Δn не было описано. В настоящем изобретении определили, что произведение Δε · Δn относится к степени выравнивания с изгибом, и высокая степень пропускной способности и высокоскоростной отклик могут быть достигнуты в результате оптимизации произведения Δε · Δn.
Таким образом, в настоящем изобретении предусмотрена жидкокристаллическая панель 2 и устройство 1 жидкокристаллического дисплея, каждое из которых имеет более высокую степень изгиба при выравнивании жидких кристаллов по сравнению с обычными конфигурациями. Как показано в Примерах 1-4, степенью выравнивания с изгибом жидкокристаллической панели 2 можно управлять без ограничений путем изменения конфигурации панели и физических свойств используемого жидкокристаллического материала.
В соответствии с этим, как описано выше, высокая степень оптической пропускной способности может быть получена путем установки конфигурации панели и физических свойств используемого жидкокристаллического материала в пределах упомянутых выше диапазонов.
Жидкокристаллическая панель 2 может обеспечивать высокоскоростной отклик, настолько же быстрый или быстрее, чем в режиме OCB, в частности, благодаря использованию выравнивания с изгибом.
Следует отметить, что в устройстве жидкокристаллического дисплея, что касается переднего фронта, вероятно, высокоскоростной отклик может быть легко получен при приложении напряжения, большего, чем заданное напряжение, как и в других способах управления. Однако, поскольку затухание зависит только от конфигурации панели, жидкокристаллический материал низкой плотности или конфигурация панели, которая проявляет высокоскоростной отклик, являются важными для получения высокоскоростного отклика затухания.
Как описано выше, в жидкокристаллической панели 2 жидкокристаллический слой 30 проявляет выравнивание с изгибом, и характеристика отклика не препятствует потокам жидкого кристалла в ответ на электрическое поле. Поэтому может быть получен высокоскоростной отклик.
Следует отметить, что, хотя такое выравнивание с изгибом используется в устройстве жидкокристаллического дисплея в режиме OCB, операция перехода от выравнивания с перекосом, которое представляет собой исходное выравнивание для выравнивания с изгибом, требуется в устройстве жидкокристаллического дисплея, работающем в режиме OCB, каждый раз, когда включают источник питания. Поэтому требовались улучшения.
Однако, в соответствии с жидкокристаллической панелью 2, схема для перехода исходного выравнивания не нужна, и может быть достигнуто снижение затрат. Кроме того, во время работы при низкой температуре не возникает дефект при переходе.
Поэтому в соответствии с настоящим изобретением становится возможным одновременно достичь характеристики широкого угла обзора, эквивалентного режиму IPS, и характеристики высокоскоростного отклика, эквивалентного или лучше, чем в режиме OCB. Кроме того, становится возможным обеспечить жидкокристаллическую панель 2 и устройство 1 жидкокристаллического дисплея, для которых не требуется операция перехода к исходному изгибу.
Следует отметить, что в Примере 4, 5 CB используются исключительно как один жидкокристаллический материал. 5 CB представляет собой один вид нематических жидких кристаллов p-типа и материал, пригодный в смысле материала для измерения электрооптических характеристик. Однако 5 CB не является материалом для практического использования, поскольку 5 CB проявляет фазу жидких кристаллов только при температуре в диапазоне от 22,5°C до 35°C. На практике желательно использовать в качестве жидкокристаллического материала материал, который проявляет фазу жидких кристаллов при температуре, по меньшей мере, в диапазоне от 0°C до 60°C. Поэтому в случае когда 5 CB используют как жидкокристаллический материал, 5 CB предпочтительно используют в смеси с другим жидкокристаллическим материалом, для удовлетворения упомянутого выше условия в дополнение к условиям, описанным выше. Следует отметить, что все жидкокристаллические материалы, используемые в Примерах 1-4, описанных выше, и в Примерах 5 и 6, описанных ниже, за исключением 5CB, исключительно использовавшемся в Примере 4, показали жидкокристаллическую фазу при температуре, по меньшей мере, в диапазоне от 0°C до 60°C.
Кроме того, считалось, что упругая константа k33 предпочтительно должна быть настолько малой, насколько это возможно для выравнивания жидких кристаллов с изгибом (легко формируется выравнивание с изгибом) (см., например, патентную литературу 4).
Однако в результате тщательных исследований, проведенных автором настоящей заявки с целью увеличения степени кривизны при выравнивании с изгибом (увеличивающим скорость отклика), авторы обнаружили, что для достижения повышенной скорости отклика лучше, когда k33 является относительно большим. Следующее ниже конкретно подтверждает это при использовании Примеров.
Пример 5
Семь жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имеет конфигурацию, показанную на фиг. 2, изготовили так же, как и в Примере 1, за исключением (i), использовали жидкокристаллические ячейки 5, каждая из которых имела ширину L электрода 4 мкм, промежуток S между электродами 12 мкм и зазор d между ячейками 4 мкм, и (ii) заполнили и герметизировали жидкокристаллические ячейки 5 смесью жидких кристаллов "5CB" и "ZLI-4792" (наименование продукта, произведенного Merck Ltd), для которых пропорции жидкокристаллических материалов изменяли по-разному.
Таблица 5 и фиг. 15 изображают все взаимозависимости максимальной пропускной способности Tmax, времени τ затухания для отклика затухания при максимальной пропускной способности Tmax и упругой константы k33 смесей жидких кристаллов жидкокристаллических панелей 2 при комнатной температуре.
Таблица 5
k33 (пН)
Tmax
τ затухания (мс)
Δε · Δn
8,6
0,635
11,1
2,49
10,2
0,657
10,8
2,43
12,7
0,679
10,2
2,28
15
0,704
9,8
2,11
16,8
0,722
8,7
1,94
17,1
0,757
8,5
1,91
18,3
0,762
8
1,78
Предпочтительно установить время отклика затухания, равное приблизительно 10 мс или меньше, для того, чтобы затухание заканчивалось в пределах одного кадра (16,6 мс). На основе этого, очевидно из Таблицы 5, что жидкокристаллическая панель 2 имеет не только высокую максимальную пропускную способность Tmax, но также и высокая скорость отклика может быть получена при использовании жидкокристаллического материала, который имеет упругую константу k33, равную 15 пН или больше.
Причина этого не понятна, но очевидно, что жидкокристаллический материал, имеющий большее значение k33, имеет большую энергию для искажения жидкокристаллического материала при приложении электрического поля, и это увеличивает скорость отклика при затухании.
Другими словами, в том, что касается затухания τ, чем больше степень искажения (больше значение k33), тем выше становится скорость. Когда k33 мала, молекулярное искажение возникает при относительно низком напряжении. Однако учитываемая максимальная пропускная способность всего пикселя становится выше, когда k33 больше.
Обычно учитывается, что, когда k33 мала, молекулярное искажение велико, и пропускная способность становится выше. Однако в действительности соотношение противоположно описанному выше, как показано в Таблице 5 и на фиг. 15. Из результатов можно ясно видеть, что как пропускная способность, так и скорость отклика затухания могут быть удовлетворены при использовании жидкокристаллического материала, имеющего упругую константу k33, равную 15 пН или больше.
Следует отметить, что, как показано в Таблице 5 и на фиг. 15, если упругая константа k33 равна 15 пН или больше, затухание может быть закончено в пределах одного кадра. Кроме того, чем большей становится упругая константа k33, тем выше становится получаемая пропускная способность, и получаемая скорость отклика затухания становится выше. Поэтому верхний предел упругой константы k33 не ограничен чем-либо специальным для жидкокристаллического материала, составляющего жидкокристаллическую панель, в которой жидкокристаллический материал выравнивается вертикально относительно поверхности подложки в то время, когда электрическое поле не приложено. Однако если верхний предел будет смело определен, такое определение должно удовлетворять условию, состоящему в том, что "жидкокристаллический материал поддерживает фазу жидкого кристалла при комнатной температуре" (другими словами, жидкокристаллический материал имеет длину молекулы, которая позволяет поддерживать жидкокристаллическую фазу при комнатной температуре). Следует отметить, что само собой разумеется, что жидкокристаллическая панель в соответствии с настоящим изобретением исключает жидкокристаллическую панель, которая не удовлетворяет указанному выше условию.
Пример 6
Шесть жидкокристаллических панелей 2, каждая из которых имеет конфигурацию, показанную на фиг. 2, были изготовлены так же, как и в Примере 1, за исключением следующего: (i) использовали жидкокристаллическую ячейку 5, имеющую ширину L электрода 3 мкм, промежуток S между электродами 8 мкм и зазор d между ячейками 3,2 мкм; (ii) заполнили и герметизировали такую жидкокристаллическую ячейку 5 смесью жидких кристаллов, состоящей из "тетрациклического жидкокристаллического материала", как представлено структурной формулой (1):
и материала "Е-7" (производства BDH Chemicals Inc., нематического жидкокристаллического материала p-типа); и (iii) различным образом изменяли содержание (мас.%) тетрациклического жидкокристаллического материала. Таблица 6 и фиг. 16 изображают все варианты содержания тетрациклических жидкокристаллических материалов для шести жидкокристаллических панелей 2 и время τ затухания для отклика затухания при комнатной температуре в момент времени, когда напряжение 7 В прикладывали к жидкокристаллическим панелям 2.
Таблица 6
Содержание (%)
τ затухания (мс)
Δε ·Δn
E-7
Тетрациклический жидкокристалли-ческий материал
100
0
12,5
3,18
95
5
11,7
2,90
90
10
10,1
2,63
85
15
9,4
2,38
80
20
9,3
2,14
75
25
9,3
1,91
Из результатов, показанных в Таблице 6 и на фиг. 16, понятно, что содержание тетрациклического жидкокристаллического материала в жидкокристаллическом материале предпочтительно составляет 5 мас.% или более предпочтительно 10 мас.% или больше для улучшения скорости отклика затухания.
Следует отметить, что, как описано выше, желательно устанавливать время отклика затухания приблизительно равным 10 мс или меньше для завершения затухания в пределах одного кадра. В соответствии с этим содержание тетрациклического жидкокристаллического материала предпочтительно составляет 10 мас.% или больше для получения упомянутого выше эффекта.
Таким образом, жидкокристаллический материал, содержащий 10 мас.% или больше тетрациклического жидкокристаллического материала, проявляет отличную характеристику отклика и имеет очень высокое практическое значение. Следует понимать, что это связано с тем, что k33 становится большой при смешивании с тетрациклическими жидкими кристаллами.
Верхний предел содержания тетрациклического жидкокристаллического материала не ограничен конкретно, если только жидкокристаллический материал (смесь жидких кристаллов) включает в себя жидкокристаллический материал p-типа и способен поддерживать фазу жидкого кристалла.
Когда велико соотношение, при котором добавляют тетрациклический жидкокристаллический материал, повышается вязкость жидкого кристалла. В соответствии с этим обычно тетрациклический жидкокристаллический материал следует использовать в минимальных количествах. Однако, в отличие от режима VA и режима TN, в режиме настоящего отображения потоки жидких кристаллов не препятствуют отклику. Поэтому по сравнению с режимом VA и режимом TN можно использовать относительно большое количество тетрациклического жидкого кристалла.
Однако понятно, что, когда велико отношение, при котором добавляют тетрациклический жидкокристаллический материал, вязкость жидкого кристалла увеличивается и, как показано на фиг. 16, упомянутый выше эффект, по существу, насыщается при содержании от 15 мас.% до 25 мас.% тетрациклического жидкокристаллического материала в жидкокристаллическом материале.
Поэтому, учитывая этот момент, отношение, в котором добавляют тетрациклический жидкокристаллический материал, может составлять 25 мас.% или меньше, 20 мас.% или меньше или 15 мас.% или меньше. Это позволяет предотвратить увеличение вязкости жидких кристаллов и улучшить скорость отклика затухания.
В настоящем примере химическое соединение, представленное структурной формулой (1), использовали как тетрациклический жидкокристаллический материал. Однако настоящее изобретение не ограничено этим.
В тетрациклическом жидкокристаллическом материале все кольца могут представлять собой фенильную группу или могут содержать гетероатомы, или, в качестве альтернативы, их можно рассматривать как нафталиновое кольцо.
Другие примеры тетрациклического жидкокристаллического материала представляют собой соединения, представленные следующими структурными формулами (2)-(7):
В настоящем варианте осуществления поясняется нематический жидкокристаллический материал p-типа как пример жидкокристаллического материал p-типа. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим.
Как описано выше, жидкокристаллическая панель 2 и устройство 1 жидкокристаллического дисплея формируют распределение напряженности электрического поля в жидкокристаллической ячейке 5 под действием электрического поля, приложенного так, чтобы достичь выравнивания с изгибом жидкокристаллического материала. В настоящем варианте осуществления соответствующим образом используется жидкокристаллический материал, имеющий большую анизотропию Δn коэффициента преломления, или жидкокристаллический материал, имеющий большую анизотропию Δε диэлектрической постоянной. Примеры такого типа жидкокристаллических материалов представляют собой жидкокристаллические материалы, в которых F (фтор) дополняет CN (цианидные) жидкокристаллические материалы (хиральные нематические жидкокристаллические материалы).
Следует отметить, что на практике желательно увеличить значение Δε в диапазоне, где надежность не ухудшается, вместо увеличения Δn, поскольку большая разность фаз в панели Δnd ухудшает характеристики угла обзора.
Когда как анизотропия Δε диэлектрической постоянной, так и анизотропия Δn коэффициента преломления становятся большими, вязкость жидкого кристалла повышается. Это приводит к ухудшению характеристики отклика. Поэтому, когда как анизотропия Δε диэлектрической постоянной, так и анизотропия Δn коэффициента преломления становятся слишком большими, ухудшается надежность.
В соответствии с этим, в соответствии с результатами примеров, приведенных выше, произведение анизотропии Δε диэлектрической постоянной и анизотропии Δn коэффициента преломления жидкокристаллического материала p-типа предпочтительно находится в диапазоне от 1,3 до 3,1 и более предпочтительно в диапазоне от 1,3 до меньше чем 2,4. В частности, при установке произведения в диапазоне от 1,3 до меньше чем 2,4 увеличение вязкости жидкого кристалла можно предотвратить, и затухание может быть закончено в пределах, по существу, одного кадра, даже когда жидкокристаллический материал p-типа по-разному изменяется, как описано в Примерах. Поэтому может быть надежно достигнут высокоскоростной отклик.
В Примерах 1-6, как описано выше, приведены пояснения со ссылкой на примеры, то есть результаты проверок при приложении к жидкокристаллическим панелям 2 напряжения от 6 до 7 В (в частности, 7 В), при котором может быть получена максимальная пропускная способность Tmax. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим.
Например, даже в случае, когда выполняют управление при низком напряжении по сравнению со случаем, используемым как эталонный случай, когда прикладывают напряжение от 6 до 7 В к жидкокристаллическим панелям 2, как описано выше, или в случае, когда используется другой жидкокристаллический материал, соотношение параметров, используемых в Примерах 1-6, приведенных выше, и максимальной пропускной способностью Tmax или временем τ отклика затухания приводит к той же тенденции, что и результаты Примеров 1-6, приведенных выше, хотя конкретные значения могут изменяться.
Однако, когда требуется осуществлять управление с низким напряжением (то есть, например, когда напряжение ниже чем 6 В требуется применить к жидкокристаллической панели 2), анизотропия Δε диэлектрической постоянной неизбежно становится больше в соответствии с пониженным напряжением.
Когда анизотропия Δε диэлектрической постоянной становится высокой, обычно повышается вязкость жидкокристаллического материала.
В соответствии с этим, хотя режим отображения, предполагаемый в настоящем изобретении, отличается высокоскоростным откликом, как описано выше, отклик занимает больше времени в случае такого низковольтного управления, по сравнению со случаем, когда управление осуществляют, например, при напряжении от 6 до 7 В. В результате это мешает достичь присущего высокоскоростного отклика.
Далее, в частности, проверяются, при использовании Примеров, предпочтительные условия для получения высокоскоростного отклика в случае управления с низким напряжением.
Пример 7
В настоящем примере поясняется результат проверки состава предпочтительного жидкокристаллического материала в случае управления с низким напряжением.
В настоящем примере две жидкокристаллические панели 2, каждая из которых имела ячейку (1) или ячейку (2), в качестве жидкокристаллической ячейки 5, и имела конфигурацию, как показано на фиг. 2, изготовили так же, как и в Примере 1, за исключением (i), использовали жидкокристаллические ячейки 5, имеющие ширину L электрода 3 мкм, промежуток S между электродами 8,0 мкм и зазор d между ячейками 3,4 мкм; и (ii) заполнили и герметизировали в жидкокристаллические ячейки 5 жидкокристаллический материал, имеющий композицию, показанную в Таблице 7.
В настоящем Примере, так же, как и в Примере 1, применяли материал выравнивающей пленки "JALS-204" (наименование продукта, 5 мас.% (содержимое твердого), раствор γ-бутиролактона, производства корпорации JSR), используя способ центрифугирования для нанесения покрытия на стеклянных подложках 11 и 12, и выдерживали с нагревом до 200°C в течение 2 часов для формирования выравнивающих пленок 12 и 22. Толщина высушенной пленки, полученных таким образом выравнивающих пленок 12 и 22 составляла 60 нм, как в Примере 1.
Таблица 7 изображает всю композицию, Δε ·Δn и вязкость (γ1) поворота жидкокристаллического материала в каждой из ячеек (1) и (2), использовавшихся в этих двух жидкокристаллических панелях 2, и время τ отклика для нарастания, и время τ отклика затухания для затухания при комнатной температуре в момент времени, когда напряжение 4,5 В прикладывали к этим жидкокристаллическим панелям 2.
Таблица 7
Ячейка (1)
Ячейка (2)
Композиция жидкокристаллического материала
"SD-5674"100 мас.%
"SD-5674"95 мас.% алкениловое соединение 5 мас.%
Анизотропия Δε диэлектрической постоянной
23,6
23,0
Анизотропия Δn коэффициента преломления
0,10
0,10
Вязкость γ1 при повороте
350 мПа·с
210 мПа·с
Время отклика (τ нарастания)
28 мс
14 мс
Время отклика (τ затухания)
17 мс
8 мс
Следует отметить, что алкениловое соединение, представленное следующей структурной формулой (8), использовали в качестве алкенилового соединения, показанного в Таблице 7:
В качестве основного компонента жидкокристаллического материала использовали "SD-5674" (наименование продукта, производства Chisso Petrochemical Corporation, жидкокристаллический материал p-типа).
Когда напряжение от 0 до 7 В прикладывали к ячейке (2), максимальная пропускная способность Tmax имела высокое значение 68%. При максимальной пропускной способности Tmax приложенное напряжение (то есть напряжение управления, при котором наблюдали максимальную пропускную способность Tmax) составляло 7 В.
В то же время, когда напряжение 7В прикладывали к жидкокристаллической панели 2, используя ячейку (1), пропускная способность жидкокристаллической панели 2 составляла 65,2%.
Из результатов, показанных в Таблице 7, понятно, что время отклика может быть значительно уменьшено в случае, когда жидкокристаллический материал содержит алкениловое соединение, как описано выше.
Алкениловое соединение представляет собой нейтральный материал (Δε которого, по существу, равно 0) и выполнял функции агента уменьшения вязкости. В соответствии с этим жидкокристаллическая композиция, содержащая алкениловое соединение, как описано выше, имеет низкую вязкость и может иметь высокоскоростной отклик.
Следует отметить, что алкениловое соединение не ограничено чем-либо специальным, если только оно содержит алкениловую группу. Алкениловое соединение может представлять собой, например, любое коммерчески доступное алкениловое соединение. Кроме того, в качестве алкенилового соединения можно использовать только один вид алкенилового соединения или можно использовать смесь из двух или больше видов соответственно.
В конкретных примерах алкениловое соединение, используемое в настоящем изобретении в качестве соответствующего материала, представляет собой алкениловые соединения, представленные следующими общими формулами (9) и (10):
1
2
3
4
2
В общей формуле (9) R представляет алкиловую группу или алкоксигруппу и Rпредставляет алкиловую группу, алкоксигруппу или атом водорода. Кроме того, в общей формуле (10) R представляет -(CH)n-группу; n представляет 0 или целое число, по меньшей мере 1; и R представляет алкиловую группу или алкоксигруппу.
1
4
2
Алкениловое соединение предпочтительно представляет собой соединение, в котором (i) R и Rпредставляют собой алкиловую группу с количеством атомов углерода 1-8 или алкоксигруппу с количеством атомов углерода 1-7 и (ii) R представляет собой алкиловую группу с количеством атомов углерода 1-8, алкокси группу с количеством атомов углерода 1-7 или атом водорода, поскольку такое соединение можно легко получить и т.п. Следует отметить, что конкретный пример алкенилового соединения, представленного общей формулой (10), представляет собой алкениловое соединение, представленное структурной формулой (8).
Содержание алкенилового соединения может быть установлено соответствующим образом в соответствии с Δε или управляющим напряжением таким образом, чтобы получить требуемый эффект. Содержание не ограничено чем-либо конкретным.
Однако алкениловое соединение как агент, понижающий вязкость, представляет собой нейтральный материал (Δε которого, по существу, равна 0), так же, как и соединение, представленное структурной формулой (8), и Δε всей системы понижается в соответствии с содержанием. Поэтому когда содержание алкенилового соединения велико, управляющее напряжение для жидкокристаллического элемента становится высоким. В частности, когда содержание алкенилового соединения составляет больше чем 30 мас.%, Δε значительно понижается и алкениловое соединение, имеющее такое содержание, не приемлемо на практике.
В то же время в случае когда содержание алкенилового соединения слишком мало, не может быть получен эффект агента снижения вязкости. Поэтому содержание алкенилового соединения предпочтительно устанавливают в диапазоне от 3 до 30 мас.%.
В настоящем Примере, как показано в Таблице 7, в случае когда содержание алкенилового соединения, представленного структурной формулой (8), составляло 5 мас.%, Δε составляла 23,0. Однако в случае смеси жидких кристаллов, содержащей 30 мас.% того же алкенилового соединения, Δε составляла 16,5 и управляющее напряжение составляло 7,0 В, что представляло собой верхний предел устойчивости к напряжению задающей ток микросхемы.
Следует отметить, что алкениловое соединение было добавлено с целью уменьшения вязкости жидкого кристалла. Очевидно, что эффект настоящего изобретения, как описано выше, может быть достигнут посредством другого соединения, кроме жидкокристаллического соединения, представленного структурной формулой (8).
Пример 8
В случае управления с низким напряжением, как описано выше, по мере того как анизотропия Δε диэлектрической постоянной жидкокристаллического материала повышается, проявляется тенденция возникновения проблемы послеизображения в результате увеличения отношения ионных примесей в дополнение к такой проблеме, как ухудшение высокоскоростного отклика. В соответствии с этим в настоящем примере ниже поясняется результат подтверждения условий, в которых с трудом возникают послеизображения.
Фиг. 17(а) и 17(b) изображают испытуемую ячейку (жидкокристаллическая ячейка), используемую для оценки послеизображения. Фиг. 17(а) изображает вид в поперечном сечении, схематично представляющий общую конфигурацию существенной части испытуемой ячейки, используемой при оценке послеизображения. Фиг. 17(b) изображает вид сверху, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части испытуемой ячейки, показанной на фиг. 17(а) и (b).
На фиг. 17(а) и (b) элементы, которые имеют идентичные функции с элементами жидкокристаллической ячейки 5 в жидкокристаллической панели 2, показанной на фиг. 2, обозначены теми же ссылочными позициями, и их пояснения исключены.
Как показано на фиг. 17(а) и (b), испытуемые ячейки 5A, используемые при оценке послесвечения изображения в настоящем примере, имели такую же конфигурацию, что и жидкокристаллические ячейки 5, показанные на фиг. 2, за исключением того, что можно было независимо управлять каждой из правой и левой половин области дисплея, окруженной герметизирующим агентом 34, предусмотренным на внешних кромках подложек 10 и 20.
В настоящем примере, как описано выше, две жидкокристаллические панели, каждая из которых имела такую же конфигурацию, что и на фиг. 2, и имела ячейку (3) или ячейку (4), в качестве испытуемых ячеек 5A вместо жидкокристаллической ячейки 5, были изготовлены так же, как и в Примере 1, за исключением того, что каждая испытуемая ячейка 5A была изготовлена так, чтобы иметь состояния ячейки, описанные ниже, и была сформирована так, чтобы можно было независимо управлять каждой из правой и левой половин области дисплея, как описано выше.
Ячейки (3) и (4), изготовленные в настоящем Примере, были расположены так, чтобы они имели ширину L электрода 3,0 мкм, промежутки S между электродами 8,0 мкм и зазор d между ячейками 3,4 мкм. В качестве жидкокристаллических слоев 30 ячеек (3) и (4) использовали материал "SD-5674" (наименование продукта, жидкокристаллический материал p-типа, производства компании Chisso Petrochemical Corporation).
Что касается ячейки (3), как и в Примере 1, материал выравнивающей пленки "JALS-204" (наименование продукта, 5 мас.% (содержание твердого), раствор γ-бутиролацетона, производства корпорации JSR) применяли, используя способ нанесения покрытия центрифугированием на стеклянные подложки 11 и 21, и подвергали нагреву при температуре 200°C в течение 2 часов так, чтобы сформировать полиимидные пленки 12 и 22 выравнивания. Толщина высушенной пленки, полученных таким образом пленок 12 и 22 выравнивания составляла 60 нм, как и в Примере 1.
В то же время, что касается ячейки (4), материал выравнивающей пленки "OA-044" (наименование продукта, 4 мас.% (содержание твердого), раствор NMP (N-метилпирролидон), производства компании Nissan Chemical Industries Inc), нанесли посредством способа нанесения покрытия центрифугированием на стеклянные подложки 11 и 21 со скоростью вращения 1000 об/мин в течение 10 секунд и затем со скоростью вращения 3500 об/мин в течение 30 секунд. После этого стеклянные подложки 11 и 21 высушивали при температуре 90°C в течение 5 минут на горячей пластине и затем нагревали при температуре 200°C в течение 90 минут для формирования силоксановых неорганических выравнивающих пленок, в качестве выравнивающих пленок 12 и 22. Высушенная толщина полученных, таким образом, выравнивающих пленок 12 и 22 составила 60 нм, как и в ячейке (3).
Оценку послеизображения осуществляли следующим образом. Вначале напряжение не прикладывали к области, которая представляла собой левую половину области дисплея испытуемой ячейки 5A, показанной в позиции (b) на фиг. 17 таким образом, что черное отображение осуществляли в области A, и напряжение 8В прикладывали к области B, которая составляла правую половину области дисплея так, что выполняли белое отображение в течение заданного периода в области B. Затем во всей области дисплея (то есть в области A дисплея и в области B дисплея) выполняли отображение с промежуточной яркостью при 4 В в течение 3 часов. После этого проверяли, происходит или нет послеизображение в центре области дисплея так, что определяли, возникало ли послеизображение. Таблица 8 изображает результат определения вместе с условиями ячейки и периодами отображения белого.
Таблица 8
Ячейка (3)
Ячейка (4)
Условия ячейки
Ширина электрода L
3 мкм
3 мкм
Промежуток S между электродами
8 мкм
8 мкм
Зазор d между ячейками
3,4 мкм
3,4 мкм
Выравнивающая пленка
Полиамидная выравнивающая пленка"JALS-204"
Силоксановая неорганическая выравнивающая пленка "OA-044"
Жидкокристаллический материал
"SD-5674"
"SD-5674"
Возникнове-ние после изображения
Через 1 час
Не возникло
Не возникло
Через 3 часа
Возникло
Не возникло
Через 10 часов
Возникло
Не возникло
Через 100 часов
Возникло
Не возникло
В жидком кристалле, имеющем высокое значение Δε (жидкий кристалл с высокой Δε), как используется в настоящем Примере, содержание ионных примесей относительно высокое, и проявляется тенденция к возникновению послеизображения. Однако, как показано в Таблице 8, возникновение послеизображения можно предотвратить путем использования в качестве выравнивающих пленок 11 и 22, неорганической выравнивающей пленки, в частности, силоксановой выравнивающей пленки. Это связано с тем, что силоксановая выравнивающая пленка имеет низкое сопротивление пленки по сравнению с полиамидной выравнивающей пленкой. Это позволяет легко высвободить электрический заряд, и послеизображение проявляется с трудом.
Вариант 2 осуществления
Вариант 2 осуществления поясняется ниже со ссылкой на фиг. 18-20. Следует отметить, что только разница между Вариантом 1 осуществления поясняется в настоящем варианте осуществления. Элементы, которые имеют идентичные функции с элементами, описанными в Варианте 1 осуществления, обозначены теми же ссылочными позициями, и их пояснения опущены.
Фиг. 18 изображает вид в поперечном сечении, схематично иллюстрирующий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления.
Жидкокристаллическая панель 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет такую же конфигурацию, как и жидкокристаллическая панель 2, показанная на фиг. 2, за исключением того, что жидкокристаллическая панель 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя в качестве противоподложки, которая расположена противоположно подложке 10 (подложка с матрицей, электродная подложка), на которой предусмотрены гребенчатые электроды 13 и 14, подложку 40, на которой предусмотрен электрод 41 (общий электрод, электродная пленка) и диэлектрический слой 42, как показано на фиг. 18, вместо подложки 20, показанной на фиг. 2.
Таким образом, в настоящем варианте осуществления подложка 10 также имеет такую конфигурацию, что гребенчатые электроды 13 и 14 (электрод пикселя и общий электрод), для приложения электрического поля параллельно поверхности подложки, предусмотрены на стеклянной подложке 11, и выравнивающая пленка 12 предусмотрена так, что она покрывает эти гребенчатые электроды 13 и 14.
В то же время электрод 41 представляет собой общий электрод и он сформирован на стеклянной подложке 21 так, что он покрывает область отображения (то есть область, окруженную герметизирующим агентом 34) подложки 40 и должен быть сформирован, по существу, по всей протяженности стеклянной подложки 21 (то есть, по существу, по всей площади одной основной поверхности стеклянной подложки 21).
Материал электрода 41 не ограничен чем-либо специальным. Материал, предназначенный для использования, может представлять собой материал электрода, то есть такой же, как и материал электрода, показанный как пример гребенчатых электродов 13 и 14 в Варианте 1 осуществления. В жидкокристаллической панели 2, показанной на фиг. 18, подложка 40 используется как верхняя подложка. В этом случае прозрачную электродную пленку, такую как ITO, можно использовать как электрод 41.
Подложка 40, показанная на фиг. 18, имеет конфигурацию, в которой электрод 41, диэлектрический слой 42 и выравнивающая пленка 22 предусмотрены в указанном порядке на стеклянной подложке 21.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления уменьшение управляющего напряжения может быть достигнуто путем предоставления общего электрода 41, который закрывает, по существу, всю верхнюю поверхность (в частности, всю область отображения) подложки 40, которая противоположна подложке 10, на которой предусмотрены гребенчатые электроды 13 и 14, как описано выше. В следующем, в частности, это проверяется, используя Пример.
Пример 9
Прежде всего, акриловую резистивную пленку, имеющую диэлектрическую постоянную ε 3,7 и пленку толщиной 3,2 мкм сформировали на стеклянной подложке 21, на которой был предусмотрен прозрачный электрод 41, изготовленный из ITO по всей одной основной поверхности стеклянной подложки 21. Таким образом, сформировали диэлектрический слой 42, который закрывает электрод 41.
Затем на диэлектрический слой 42 нанесли материал выравнивающей пленки "JALS-204" (наименование продукта, 5 мас.% (содержание твердого), раствор γ-бутиролактона, производства компании JSR Corporation), используя способ нанесения покрытия центрифугированием, и затем нагревали и сушили при 180°C в течение 2 часов. В результате была сформирована подложка 40, на которой выравнивающая пленка 22 была предусмотрена на диэлектрическом слое 42. Толщина высушенной пленки полученной таким образом выравнивающей пленки 22 составляла 60 нм.
В то же время на стеклянной подложке 11, на которой были предусмотрены гребенчатые электроды 13 и 14 ITO, имеющие ширину L электрода 3 мкм и промежуток S между электродами 8 мкм, сформировали выравнивающую пленку 12, которая была такой же, как и выравнивающая пленка 22, таким же образом, как и выравнивающую пленку 22. В результате сформировали выравнивающую подложку 10. Следует отметить, что толщина электрода 41 и гребенчатых электродов 13 и 14 была установлена 1000 Å.
Затем подложку 10 соединили с подложкой 40 через прокладки в виде шариков, в качестве прокладки 33, так же, как и в Примере 1, таким образом, что была изготовлена жидкокристаллическая ячейка 5, имеющая зазор d ячейки 3,4 мкм.
После этого жидкокристаллическую ячейку 5 заполнили материалом "SD-5674" (наименование продукта Δε=23,6 и Δn= 0,10, производства Chisso Petrochemical Corporation), в качестве жидкокристаллического материала, и герметизировали таким образом, что был сформирован жидкокристаллический слой 30. После этого поляризаторы 35 и 36 закрепили на передней и задней поверхностях жидкокристаллической ячейки 5 так же, как и на фиг. 4, так, что оси пропускания соответствующих поляризаторов 35 и 36 были ортогональны. В результате изготовили жидкокристаллическую панель 2, имеющую конфигурацию, показанную на фиг. 18.
Характеристику напряжения/пропускной способности жидкокристаллической панели 2 при комнатной температуре (25°C) измеряли путем изменения напряжений (прямоугольные колебания), прикладываемых между (i) гребенчатым электродом 13, который представлял собой электрод пикселя, и (ii) гребенчатым электродом 14, который представлял собой общий электрод (V=0 B) и электродом 41 в жидкокристаллической панели 2, изготовленной, как описано выше. На фиг. 19 показан результат измерений.
Как показано на фиг. 19, когда напряжение 7 В прикладывали к жидкокристаллической панели 2 (то есть потенциал гребенчатого электрода 13 был установлен 7 В и потенциалы гребенчатых электродов 14 и электрода 41 были установлены 0 В), пропускная способность жидкокристаллической панели 2 составляла 70,9%.
В то же время, когда напряжение 7В прикладывали к жидкокристаллической панели 2, показанной на фиг. 2, в которой используется ячейка (1) по Примеру 7, как показано в Примере 7 (то есть потенциал гребенчатого электрода 13 был установлен 7 В, и потенциал гребенчатого электрода 14 и электрода 41 был установлен 0 В), пропускная способность жидкокристаллической панели 2 составила 65,2%.
В результате этого стало очевидно, что в результате предоставления электрода 41 на подложке 40 характеристика напряжения/пропускной способности может быть улучшена по сравнению со случаем, когда электрод 41 не предусмотрен.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления, как описано выше, благодаря предоставлению электрода 41 на подложке 40 становится возможным получить такую же пропускную способность, как и в случае, когда электрод 41 не предусмотрен, при более низком напряжении по сравнению со случаем, когда электрод 41 не предусмотрен. Поэтому можно достичь уменьшения управляющего напряжения.
Фиг. 20 изображает результат расчетов на основе физических свойств материала и конфигурации ячейки, которые использовали в настоящем Примере 9, распределение электрического поля в жидкокристаллической ячейке 5 и распределение директора жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке 5 в случае, когда напряжение 7В прикладывали к жидкокристаллической панели 2, изготовленной в Примере 9. Следует отметить, что на фиг. 20 гребенчатые электроды 13 и 14, электрод 41 и выравнивающие пленки 12 и 22 исключены.
По результатам, показанным на фиг. 20, можно видеть, что в жидкокристаллической панели 2, изготовленной в настоящем Примере 9, поворот молекул жидких кристаллов p-типа возникает в непосредственной близости к поверхности подложки 40, которая представляет собой противоподложку.
Другими словами, причина, по которой пропускная способность жидкокристаллической панели 2, изготовленной в соответствии с настоящим Примером 9, высока, состоит в том, что линия электрического потока деформируется в результате влияния диэлектрического слоя 42 и электрод 41 (V=0 В), который предусмотрен на подложке 40, которая представляет собой противоэлектрод, и жидкий кристалл в непосредственной близости к подложке 40, которая представляет собой верхнюю подложку, в большей степени наклонен в направлении (горизонтальном направлении) параллельно подложке.
В настоящем варианте осуществления пояснение приведено со ссылкой на случай, в качестве примера, в котором электрод 41, диэлектрический слой 42 и выравнивающая пленка 22 предусмотрены в указанном порядке на стеклянной подложке 21, как показано на фиг. 18. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим.
Электрод 41 может быть предусмотрен в любом случае, если только, как показано в фиг. 20, электрод 41 может изменять распределение электрода (линию электрического потока) внутри жидкокристаллической ячейки 5 таким образом, что молекулы 31 жидких кристаллов p-типа в непосредственной близости к подложке 40, которая представляет собой противоподложку, наклонены в большей степени в горизонтальном направлении, чем молекулы 31 жидких кристаллов p-типа в непосредственной близости к центру жидкокристаллического слоя 30.
В соответствии с этим требуется предоставить только электрод 41 на подложке 40, на противоположной стороне подложки 10, на которой предусмотрены гребенчатые электроды 13 и 14. Кроме того, электрод 41 должен быть предусмотрен только на, по меньшей мере, одной поверхности стеклянной подложки 21 на подложке 40.
Например, подложка 40 может иметь такую конфигурацию, что (i) диэлектрический слой 42 и выравнивающая пленка 22 предусмотрены в указанном порядке на поверхности стеклянной подложки 21, поверхность которой противоположна жидкокристаллическому слою 30 и (ii) электрод 41 предусмотрен на другой поверхности стеклянной подложки 21, противоположной поверхности, противоположной жидкокристаллическому слою 30.
Следует отметить, что, как описано выше, диэлектрический слой 42 в любом случае предусмотрен между стеклянной подложкой 21 и выравнивающим слоем 22. Это позволяет сформировать линию электрического потока в жидкокристаллической ячейке 5 в виде широкой кривой, как дуга в диэлектрическом слое 42 в непосредственной близости к стеклянной подложке 21 (не достигая стеклянной подложки 21, когда диэлектрический слой 42 просматривают со стороны, на которой предусмотрен жидкокристаллический слой 30), как показано на фиг. 20. В результате молекулы 31 жидких кристаллов 31 p-типа, в непосредственной близости к подложке 40, могут быть в большей степени наклонены в горизонтальном направлении, чем молекулы 31 жидких кристаллов p-типа в непосредственной близости к центру жидкокристаллического слоя 30.
Вариант 3 осуществления
Ниже поясняется настоящий вариант осуществления, со ссылкой на фиг. 21. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления поясняется только отличие от Вариантов 1 и 2 осуществления. Элементы, которые имеют функции, идентичные функциям элементов, описанным в Вариантах 1 и 2 осуществления, обозначены те же ссылочными позициями, и их пояснение здесь опущено.
В Вариантах 1 и 2 осуществления пояснение приведено со ссылкой на случай, в качестве примера, в котором гребенчатые электроды 13 и 14 (то есть электроды пикселя и общий электрод) предусмотрены в том же слое на стеклянной подложке 11 одной подложки 10. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим.
Фиг. 21 изображает вид в поперечном сечении, схематично поясняющий общую конфигурацию существенной части жидкокристаллической панели 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления.
Жидкокристаллическая панель 2 в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет ту же конфигурацию, что и жидкокристаллическая панель 2, показанная на фиг. 2, за исключением того, что гребенчатые электроды 13 и 14, каждый из которых представляет собой средство приложения электрического поля для приложения электрического поля к жидкокристаллическому слою 30, предусмотрены на поверхности подложки 10, и эта поверхность противоположна жидкокристаллическому слою 30 так, что диэлектрический слой 51 предусмотрен между гребенчатыми электродами 13 и 14.
Таким образом, подложка 10 имеет такую конфигурацию, что гребенчатый электрод 14, изготовленный из ITO или тому подобного, предусмотрен как общий электрод на стеклянной подложке 11; диэлектрический слой 51 предусмотрен на стеклянной подложке 11 так, что он покрывает гребенчатый электрод 14; кроме того, на диэлектрическом слое 51 гребенчатый электрод 13, изготовленный из ITO или тому подобного, предусмотрен как электрод пикселя; и выравнивающая пленка 12 предусмотрена на диэлектрическом слое 51 так, что она покрывает гребенчатый электрод 13.
Как показано на фиг. 21, гребенчатые электроды 13 и 14 предусмотрены посредством диэлектрического слоя 51, предусмотренного между гребенчатыми электродами 13 и 14 таким образом, что зубья участков гребенки гребенчатых электродов 13 и 14 расположены параллельно друг другу и предоставлены поочередно в виде плоскости (то есть когда подложку 10 просматривают из направления, перпендикулярного подложке).
В настоящем варианте осуществления промежутки S между электродами гребенчатых электродов 13 и 14 установлены более короткими, чем зазор d между ячейками так, что электрическое поле в виде окантовки формируется между гребенчатыми электродами 13 и 14.
Фиг. 21 изображает, в качестве примера, случай, в котором подложка 20, показанная на фиг. 2, предусмотрена как противоположная подложка, которая противоположна подложке 10. Однако настоящий вариант осуществления не ограничивается этим. Нет необходимости отмечать, что подложка 40, показанная на фиг. 18, может использоваться как противоподложка.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления производительность во время производства может быть улучшена по сравнению с Вариантами 1 и 2 осуществления. Поэтому, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, становится возможным изготавливать при низких затратах и с постоянным выходом жидкокристаллическую панель 2, которая позволяет одновременно достичь характеристик высокоскоростного отклика, широкого угла обзора и высокого контраста, и устройство жидкокристаллического дисплея 1, включающего в себя жидкокристаллическую панель 2.
Следует отметить, что гребенчатые электроды 13 и 14 могут быть изготовлены в форме буквы V или в зигзагообразной форме.
Настоящее изобретение не ограничивается описанием приведенных выше вариантов осуществления, но может быть изменено специалистом в данной области техники в пределах формулы изобретения. Вариант осуществления на основе правильной комбинации технических средств, раскрытых в разных вариантах осуществления, охвачен в техническом объеме настоящего изобретения.
Промышленная применимость
В каждой из жидкокристаллической панели и устройства жидкокристаллического дисплея в соответствии с настоящим изобретением исходная операция перехода к изгибу становится ненужной, и может быть получена высокая пропускная способность при используемом на практике управляющем напряжении. Кроме того, становится возможным одновременно достичь характеристик (i) широкого угла обзора, эквивалентного режиму MVA или режиму IPS (ii) высокоскоростного отклика, настолько же быстрого или быстрее, чем в режиме OCB, и (iii) высокого контраста. Поэтому настоящее изобретение можно соответствующим образом применять, в частности, для общественных досок объявлений, для использования вне помещения, в качестве мобильных устройств, таких как мобильные телефоны и КПК и т.п.
Список номеров ссылочных позиций
1 устройство жидкокристаллического дисплея
2 жидкокристаллическая панель
3 схема управления
4 задняя подсветка
5 жидкокристаллическая ячейка
5A испытуемая ячейка
10 подложка
11 стеклянная подложка
12 выравнивающая пленка
13 гребенчатый электрод (электрод)
14 гребенчатый электрод (электрод)
20 подложка
21 стеклянная подложка
22 выравнивающая пленка
30 жидкокристаллический слой
31 молекула жидкого кристалла p-типа
33 прокладка
34 уплотнительный агент
35 поляризатор
36 поляризатор
37 волновая пластина
38 волновая пластина
40 подложка
41 электрод
42 диэлектрический слой
51 диэлектрический слой