ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ
LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к жидкокристаллическому устройству отображения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к жидкокристаллическому устройству отображения, пригодному для режима отображения с регулируемым светопропусканием путем изгибной деформации жидкокристаллического слоя при приложении напряжения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Жидкокристаллическое устройство отображения характеризуется тонким профилем, малым весом и низким потреблением энергии и широко используется в разнообразных областях. Кроме того, его производительность в плане вывода изображения весьма повысилась с течением времени и достигла преимущества перед CRT (электронно-лучевой трубкой).
Режим отображения жидкокристаллического устройства отображения определяется тем, как жидкокристаллический материал выстроен в ячейках. В традиционных технологиях разнообразные режимы отображения известны как режимы отображения жидкокристаллического устройства отображения, такие как режим TN (Twisted Nematic, скрученный нематический жидкий кристалл), режим MVA (Multi-domain Vertical Alignment, изменение ориентации нескольких доменов относительно нормали к плоскости слоя), режим IPS (In-Plane Switching, плоскостная коммутация с изменением ориентации доменов в плоскости матричного слоя), режим OCB (Optically self-Compensated Birefringence, оптически самокомпенсированное двулучепреломление), и другие.
Огромное число жидкокристаллических устройств отображения с использованием такого режима отображения производится в массовом масштабе. В частности, в основном широко распространено, например, жидкокристаллическое устройство отображения, действующее согласно TN-режиму. Однако жидкокристаллическое устройство отображения, действующее согласно TN-режиму, должно быть усовершенствовано в плане медленного отклика, узкого угла обзора и прочего.
С другой стороны, в MVA-режиме в пиксельном электроде активно-матричной подложки создают щель, на противоэлектроде противоположной подложки создают выступы (ребра) для регулирования ориентации молекул жидкого кристалла, и эти элементы формируют краевое поле для выстраивания молекул жидкого кристалла по множественным траекториям. Кроме того, в MVA-режиме направление, вдоль которого молекулы жидкого кристалла наклоняются при приложении напряжения, подразделяется на многочисленные направления (мультидомены), тем самым достигая широкого угла обзора (например, смотри Патентный Документ 1). Кроме того, поскольку MVA-режим представляет собой режим гомеотропной ориентации, в нем достигают более высокого контраста, чем в режимах TN, IPS и ОСВ. Однако MVA-режим может быть улучшен в отношении усложненного процесса производства и медленного отклика, подобно TN-режиму.
В качестве режима отображения, иного, нежели вышеописанные режимы, был предложен режим отображения, в котором используют нематический жидкий кристалл р-типа в качестве жидкокристаллического материала, и поперечное электрическое поле, генерируемое гребнеобразным электродом, применяют для введения жидкого кристалла в режим гомеотропной ориентации (который также будет называться далее как режим ТВА (Transverse Bend Alignment, поперечная изогнутая ориентация), чтобы разрешить технологические проблемы, связанные с MVA-режимом (например, смотри Патентные Документы 2-7).
ТВА-Режим также имеет следующие характеристики по сравнению с MVA-режимом. Во-первых, возможен высокоскоростной отклик. Более того, на основе гомеотропной ориентации может быть достигнут высокий контраст. Дополнительно, может быть достигнут широкой угол обзора. Кроме того, в ТВА-режиме, поскольку нет необходимости в регулировании ориентации с использованием выступов, и конфигурация пикселей проста, может быть упрощено изготовление. То есть могут быть снижены расходы.
В качестве способа регулирования ориентации жидкого кристалла с использованием тонкой структуры был найден способ формирования множественных наклонных поверхностей, обращенных к предварительно заданному направлению на поверхности ориентирующей пленки (например, смотри Патентный Документ 8). Кроме того, был открыт способ формирования неоднородностей, высоты которых периодически варьируются на поверхности подложки (например, смотри Патентный Документ 9).
Более того, был найден метод оценки энергии сцепления на основе метода порога насыщения (например, смотри Непатентный литературный источник 1).
Патентный Документ 1: JP 11-242225 А
Патентный Документ 2: JP 57-618 А
Патентный Документ 3: JP 10-186351 А
Патентный Документ 4: JP 10-333171 А
Патентный Документ 5: JP 11-24068 А
Патентный Документ 6: JP 2000-275682 А
Патентный Документ 7: JP 2002-55357 А
Патентный Документ 8: JP 3-150530 А
Патентный Документ 9: JP 2005-331935 А
Непатентный источник информации 1: авторы Yoshikazu SASAKI и двое других, ”Surface anchoring energy of liquid crystal with negative dielectric anisotropy determined by saturation voltage method” («Поверхностная энергия сцепления жидкого кристалла с отрицательной диэлектрической анизотропией, определяемая методом напряжения насыщения»), Extended Abstracts (“Развернутые тезисы»); The 53rd Spring Meeting of The Japan Society of Applied Physics («53-я Весенняя Конференция Японского Общества Прикладной Физики»), (весна 2006 года, Технологический Институт Мусаши, 2006, стр.1365, №23а-Р-6
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее ТВА-режим будет взят в качестве примера для разъяснения проблем настоящего изобретения, но настоящее изобретение ТВА-режимом не ограничивается.
Авторы настоящего изобретения оказались первыми, кто обнаружил, что ориентация жидкого кристалла разрушается, и возникает дефект отображения, в особенности когда в ТВА-режиме подводят высокое напряжение, как показано на Фиг.10. На Фиг.10 ориентация жидкого кристалла разрушается в светлых участках. Когда напряжение не прилагают, получается черный экран, поскольку поляризаторы являются перпендикулярными друг другу, и яркое свечение в ответ на приложение напряжения начинается с положений, приближенных к электродам. Когда прилагают избыточное напряжение, ориентация жидкого кристалла разрушается в межэлектродной области, и происходит рассеяние светового потока (излучение хаотично поляризованного света). В это время нормально освещенные участки и участки, где ориентация нарушена и произошло рассеяние света, наблюдаются одновременно. Хотя наблюдение может быть удовлетворительно проведено вследствие разности в яркости, Фиг.10 показывает фотографию, сделанную, когда приложенное напряжение только что отключено, и в нормальных участках (то есть во время черного экрана) создана гомеотропная ориентация. В ТВА-режиме, как показано на Фиг.11, жидкий кристалл при приложении электрического поля выстраивается в ячейке в арочное (изогнутое) состояние. Кроме того, кривизна сформированного изгиба постепенно уменьшается по мере возрастания приложенного напряжения. Когда кривизна каждого изгиба чрезмерно уменьшается вследствие повышения приложенного электрического поля, увеличивается свободная энергия системы в ячейке. Поэтому считается, что система развивается по направлению, вдоль которого деформация изгиба устраняется, и тем самым разрушается изогнутая ориентация жидкого кристалла.
Настоящее изобретение разработано в плане вышеописанных существующих обстоятельств, и задачей настоящего изобретения является создание жидкокристаллического устройства отображения, которое может подавлять дефект отображения, возникающий вследствие нарушения ориентации жидкого кристалла.
-4
2
Авторы настоящего изобретения провели исследования жидкокристаллического устройства отображения, которое может подавлять дефект отображения, возникающий вследствие нарушения ориентации жидкого кристалла, и они сосредоточили внимание на деформации жидкого кристалла, то есть легкости изменения ориентации жидкого кристалла. Кроме того, они обнаружили, что деформация жидкого кристалла может облегчаться уменьшением силы, связывающей жидкий кристалл на поверхности раздела с выравнивающим слоем, облегчая деформацию жидкого кристалла тем, что получают жидкокристаллический материал, который легко деформируется, и/или регулируют поверхность раздела на подложке, чтобы стимулировать деформацию жидкого кристалла. Более конкретно, деформация может быть облегчена (1) структурой, в которой жидкокристаллический материал имеет модуль упругости k33 при изгибе на уровне k33≤14 пН (пиконьютонов); (2) структурой, в которой ориентирующий слой имеет энергию сцепления не более 1,5×10 Дж/м; (3) структурой, в которой ориентирующий слой включает в себя ориентирующую пленку, имеющую фторсодержащую группу; (4) структурой, в которой ориентирующий слой включает в себя хемосорбционную пленку; (5) структурой, в которой ориентирующий слой включает в себя неоднородности, конфигурированные для контроля ориентации жидкокристаллического материала р-типа; (6) структурой, в которой жидкокристаллический материал р-типа содержит молекулы жидкого кристалла, которые предварительно наклонены, когда напряжение не приложено, по направлению, вдоль которого они отклоняются, когда прилагают напряжение; и (7) структурой, в которой гребнеобразный электрод имеет наклонный участок на своей поверхности на стороне жидкокристаллического слоя, или комбинацией этих структур. Авторы настоящего изобретения посчитали, что они нашли совершенное решение вышеописанных проблем, и тем самым создали настоящее изобретение.
То есть настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и жидкокристаллический материал, который составляет жидкокристаллический слой, имеет модуль упругости k33 при изгибе, который удовлетворяет условию k33≤14 пН.
-4
2
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и первый ориентирующий слой имеет энергию сцепления не более 1,5×10 Дж/м.
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и первый ориентирующий слой включает в себя ориентирующую пленку, имеющую фторсодержащую группу.
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и первый ориентирующий слой включает в себя хемосорбционную пленку.
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и первый ориентирующий слой имеет неоднородности, конфигурированные для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа, на своей поверхности, которая находится в контакте с жидкокристаллическим слоем.
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и жидкокристаллический материал р-типа включает в себя молекулы жидкого кристалла, которые предварительно наклонены, когда напряжение не приложено, в направлении, вдоль которого они предназначены отклоняться при приложении напряжения.
Кроме того, настоящее изобретение представляет жидкокристаллическое устройство отображения, которое включает в себя жидкокристаллический элемент отображения, включающий в себя пару подложек и жидкокристаллический слой, герметично размещенный между парой подложек, причем жидкокристаллический слой включает в себя жидкокристаллический материал р-типа, который гомеотропно ориентирован относительно поверхностей пары подложек, когда напряжение не приложено; одна из пары подложек включает в себя гребнеобразный электрод и первый ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; другая из пары подложек включает в себя второй ориентирующий слой, конфигурированный для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа; и гребнеобразный электрод, имеющий наклонный участок на своей поверхности на стороне жидкокристаллического слоя.
Термины «гомеотропный», «вертикальный» и производные из них термины не означают точной вертикальности, и сюда входит состояние, которое может трактоваться как подобное вертикальному и главным образом вертикальное состояние в плане эффектов настоящего изобретения. Более того, могут быть включены погрешности, которые, возможно, могут быть допущены в процессе изготовления.
Конфигурация жидкокристаллического устройства отображения согласно настоящему изобретению не является в особенности ограниченной в такой мере, насколько оно в основном включает в себя такие компоненты. Жидкокристаллическое устройство отображения может включать или может не включать другие компоненты.
Соответствующие варианты исполнения жидкокристаллического устройства отображения согласно настоящему изобретению могут быть надлежащим образом скомбинированы друг с другом. То есть каждый из вышеуказанных вариантов исполнения может надлежащим образом иметь конфигурацию других вариантов исполнения жидкокристаллического устройства отображения согласно настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты исполнения жидкокристаллического устройства отображения согласно настоящему изобретению более подробно упомянуты ниже. Нижеследующие варианты исполнения могут быть скомбинированы между собой.
-4
2
В плане более надежного достижения эффектов настоящего изобретения второй ориентирующий слой предпочтительно имеет энергию сцепления не более 1,5×10 Дж/м.
-4
2
Из тех же соображений, энергия сцепления первого ориентирующего слоя предпочтительно является не большей, чем 1×10 Дж/м.
-4
2
По тем же соображениям, энергия сцепления второго ориентирующего слоя предпочтительно не превышает 1×10 Дж/м.
С той же точки зрения, второй ориентирующий слой предпочтительно включает в себя ориентирующую пленку, имеющую фторсодержащую группу.
С той же позиции, второй ориентирующий слой предпочтительно включает в себя хемосорбционную пленку.
Из тех же соображений, второй ориентирующий слой предпочтительно имеет неоднородности, конфигурированные для регулирования ориентации жидкокристаллического материала р-типа, на своей поверхности, которая находится в контакте с жидкокристаллическим слоем.
По тем же соображениям, модуль упругости k33 при изгибе предпочтительно удовлетворяет условию k33≤13 пН и более предпочтительно удовлетворяет условию k33≤12,5 пН.
С той же точки зрения, молекулы жидкого кристалла предпочтительно являются смежными с первым ориентирующим слоем.
С той же позиции, наклонный участок предпочтительно наклонен в направлении, вдоль которого молекулы жидкого кристалла, включенные в жидкокристаллический материал р-типа, предназначены быть отклоненными при приложении напряжения.
2
Фторсодержащая группа предпочтительно представляет собой CF-группу.
2
Введение фторсодержащей группы (функциональной группы на основе фтора) обусловливает снижение поверхностной энергии, тем самым обеспечивая возможность беспрепятственного вращения молекул жидкого кристалла. Кроме того, поскольку действие этой фторсодержащей группы усиливается по мере возрастания количества атомов фтора, введение CF-группы является очень эффективным.
А именно неоднородности предпочтительно выстроены двумерно в пикселе.
Более конкретно, неоднородности предпочтительно создают жидкокристаллический слой с предварительно заданным углом наклона. То есть жидкокристаллический слой предпочтительно имеет предварительный наклон, сформированный неоднородностями, когда напряжение не приложено.
Жидкокристаллический слой предпочтительно имеет предварительный наклон под углом, не меньшим 87° и меньшим 90°. Угол предварительного наклона, меньший, чем 87°, может обусловливать низкую степень контрастности.
Более конкретно, жидкокристаллический материал р-типа предпочтительно представляет собой нематический жидкокристаллический материал р-типа.
В соответствии с жидкокристаллическим устройством отображения согласно настоящему изобретению, может быть подавлен дефект отображения, возникающий вследствие разрушения ориентации жидкого кристалла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет перспективный схематический вид, показывающий базовую конфигурацию жидкокристаллического устройства отображения согласно Варианту 1 исполнения.
Фиг.2 представляет схематический вид поперечного сечения жидкокристаллического устройства отображения согласно Варианту 1 исполнения, показывающий один пример распределения потенциала в ячейке, когда приложено напряжение.
Фиг.3 представляет схематический вид поперечного сечения жидкокристаллического устройства отображения согласно Варианту 1 исполнения, показывающий один пример распределения ориентации жидкого кристалла в ячейке, когда приложено напряжение.
Фиг.4 представляет схематический вид поперечного сечения, показывающий базовую конфигурацию жидкокристаллического элемента отображения согласно Примеру 1.
Фиг.5 представляет вид сверху для разъяснения ориентации осей пропускания и направления приложения электрического поля в жидкокристаллическом устройстве отображения Примера 1.
Фиг.6 представляют схематические виды, показывающие тонкие структуры в жидкокристаллическом элементе отображения Примера 6, где Фиг.6(а) представляет вид сверху, Фиг.6(b) представляет вид с правой стороны, и Фиг.6(с) представляет вид с нижней стороны.
Фиг.7 представляют схематические виды поперечных сечений подложки согласно Примеру 7 для разъяснения, как две области формируют облучением поляризованными ультрафиолетовыми лучами в Примере 7, где Фиг.7(а) показывает первое облучение, и Фиг.7(b) показывает второе облучение.
Фиг.8 представляет перспективный концептуальный вид подложки в Примере 7 для разъяснения взаимосвязи между направлением облучения поляризованными ультрафиолетовыми лучами и ориентацией при создании угла предварительного наклона молекул жидкого кристалла.
Фиг.9 представляет микрофотографию жидкокристаллического элемента отображения согласно Примеру 1 для разъяснения стабильности изгиба в жидкокристаллическом элементе отображения Примера 1.
Фиг.10 представляет микрофотографию жидкокристаллического элемента отображения в традиционном ТВА-режиме для разъяснения стабильности изгиба в жидкокристаллическом элементе отображения в традиционном ТВА-режиме.
Фиг.11 представляет схематический вид поперечного сечения жидкокристаллического устройства отображения в ТВА-режиме, показывающий один пример ориентации жидкого кристалла, когда приложено напряжение.
Фиг.12 представляет схематический вид поперечного сечения, показывающий конфигурацию жидкокристаллического устройства отображения согласно Варианту исполнения 2.
Фиг.13 представляет схематический вид сверху, показывающий конфигурацию жидкокристаллического устройства отображения согласно Варианту 1 или 2 исполнения.
Фиг.14 представляет вид сверху поперечного сечения, показывающий еще одну конфигурацию жидкокристаллического устройства отображения согласно Примеру 7.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем описании энергию сцепления рассчитывают с использованием ячейки с параллельными пластинчатыми электродами путем измерения емкости ячейки при изменении приложенного напряжения, и затем наносят на график dC/dV относительно 1/V. Для подробностей смотри Непатентный литературный источник 1.
Ячейка с параллельными пластинчатыми электродами представляет собой стандартный испытательный элемент, имеющий две стеклянных подложки, каждая из которых имеет прозрачный электрод на всей своей поверхности, и жидкокристаллический слой, который размещен между подложками со вставленными между ними заполнителями. Кроме того, на поверхности каждой из двух стеклянных подложек на стороне жидкокристаллического слоя формируют ориентирующий слой, который должен быть измерен. Здесь на двух стеклянных подложках обычно формируют одинаковые ориентирующие слои.
Угол предварительного наклона измеряют с использованием прибора Optipro, который представляет собой эллипсометр, производимый фирмой Shintech Inc. Метод измерения был следующим: состояние поляризации (параметры Стокса) проходящего света измеряли при полярном угле от -30° до +30° в ориентации, в которой молекулы жидкого кристалла наклонены, и угол предварительного наклона в измеряемом образце определяли подбором кривой взаимозависимости между углом предварительного наклона, рассчитанного на основе оптического моделирования, и состояния поляризации.
Настоящее изобретение будет описано далее более подробно на основе вариантов исполнения с привлечением чертежей. Здесь настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами исполнения.
(Вариант 1 исполнения)
В жидкокристаллическом устройстве отображения согласно настоящему варианту исполнения распределение интенсивности электрического поля формируют в ячейке приложением электрического поля, тем самым достигая изогнутой ориентации жидкого кристалла. Дополнительно, жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему варианту исполнения представляет собой жидкокристаллическое устройство отображения, в котором электрическое поле прилагают к гомеотропно ориентированному нематическому жидкому кристаллу р-типа (нематическому жидкому кристаллу, имеющему положительную диэлектрическую анизотропию) в поперечном направлении относительно поверхности подложки, в которой приложением электрического поля формируют изогнутую упорядоченную последовательность. Кроме того, ориентация выстраивания молекул жидкого кристалла определяется электрическим полем. Электрическое поле может иметь компонент, параллельный поверхности подложки.
Далее, жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему варианту исполнения включает в себя жидкокристаллический элемент отображения (ячейку), схему задающего генератора и заднюю подсветку (осветительное устройство). Конфигурации схемы задающего генератора и задней подсветки являются такими же, как у этих компонентов в традиционных устройствах. Поэтому описание этих конфигураций здесь опущено.
Как показано на Фиг.1, жидкокристаллический элемент отображения согласно настоящему варианту исполнения имеет две прозрачных подложки, то есть подложку (верхнюю подложку) 11 и подложку (нижнюю подложку) 12, и жидкокристаллический материал, содержащий нематический жидкий кристалл р-типа (который далее для простоты также будет называться как «молекулы жидкого кристалла») 15, герметично размещенный между двумя прозрачными подложками 11 и 12 с образованием жидкокристаллического слоя.
Более того, на подложках 11 и 12 размещают ориентирующие слои 13 и 14, которые представляют собой элементы, конфигурированные для регулирования ориентации жидкокристаллического материала, в особенности нематического жидкого кристалла 15 р-типа. Ориентирующие слои 13 и 14 ориентируют жидкокристаллический материал, в особенности нематический жидкий кристалл 15 р-типа, главным образом гомеотропно к основным поверхностям подложек 11 и 12, когда электрическое поле (напряжение) не приложено.
Поэтому нематический жидкий кристалл 15 р-типа гомеотропно ориентирован, когда напряжение не приложено. Более конкретно, длинная ось каждой молекулы 15 жидкого кристалла вблизи ориентирующих слоев 13 и 14 ориентирована главным образом гомеотропно обращенной к основным поверхностям подложек 11 и 12. Следует отметить, что в режиме отображения согласно настоящему варианту исполнения точное регулирование угла предварительного наклона не требуется.
Далее, на подложке 12 формируют гребнеобразный электрод 16. Гребнеобразный электрод 16 имеет такую конфигурацию, что гребнеобразная группа общих электродов и гребнеобразная группа пиксельных электродов размещены на противоположных сторонах обращенными друг к другу. Группа общих электродов включает в себя многочисленные общие электроды, параллельные между собой, и соответствующие общие электроды соединены друг с другом в краевой области пикселя (или субпикселя). Сигнал (общий сигнал), совместный для соответствующих пикселей (или субпикселей), подается на группу общих электродов. Группа пиксельных электродов также включает в себя многочисленные пиксельные электроды, параллельные между собой, и соответствующие пиксельные электроды соединены друг с другом в краевой области пикселя (или субпикселя). Группу пиксельных электродов создают в связи с каждым пикселем (или каждым субпикселем), и сигнал изображения подается на группу пиксельных электродов в соответствии с каждым пикселем (или каждым субпикселем) в предварительно заданное время.
Более того, на наружных основных поверхностях двух подложек 11 и 12, соответственно, размещают поляризаторы 17 и 18.
Такую конфигурацию ячейки раскрывает Патентный Документ 2. Кроме того, Патентные Документы 4 и 5 представляют конфигурацию, в которой формируют изогнутое электрическое поле приложением электрического поля, и образуются два домена, каждый из которых имеет на 180° различающиеся ориентации директора, тем самым достигая характеристик широкого угла обзора.
Дополнительно, авторы настоящего изобретения уже подали заявку, которая включает в себя достижение высокого коэффициента пропускания, широкого угла обзора и быстрого отклика оптимизацией ширины L электрода и межэлектродного расстояния S (зазора между электродами) в гребнеобразном электроде 16, и толщины жидкокристаллического слоя d (плоскопараллельного зазора между подложками в ячейке). Однако, как описано выше, существует проблема стабильности ориентации, когда прилагают высокое напряжение.
В режиме отображения согласно настоящему варианту исполнения производят градацию отображения между изогнутой ориентацией, когда прилагают высокое напряжение, и гомеотропной ориентацией, когда напряжение не прилагают. В этот момент максимальная кривизна зависит от приложенного напряжения, и она возрастает по мере увеличения интенсивности электрического поля. То есть максимальную кривизну, когда прилагают высокое напряжение, можно регулировать на основе ширины L электрода, межэлектродного расстояния S, толщины d жидкокристаллического слоя и прочих факторов. Поэтому максимальную кривизну, когда прилагают высокое напряжение, можно настроить на значение в ОСВ-режиме или на более высокое значение, благодаря чему может быть достигнут более быстрый отклик, чем в ОСВ-режиме. Используемая здесь кривизна означает «степень изгиба» и в физическом смысле не определяется.
Однако, если «степень изгиба» является более высокой, чем требуется, изогнутая ориентация разрушается, как если бы изгибали стержень. С другой стороны, в настоящем варианте исполнения стабильное состояние изогнутой ориентации может быть достигнуто, например, снижением энергии сцепления ориентирующих слоев 13 и 14. Это эквивалентно состоянию, в котором тонкая стеклянная пластинка немедленно ломается, когда ее изгибают, но пластиковая пластина для энтомологических экспонатов не ломается, даже если ее сильно изгибают.
Фиг.2 показывает эквипотенциальные кривые в ячейке, когда прилагают напряжение 7 В. В это время молекулы 15 жидкого кристалла выстраиваются в соответствии с этим распределением интенсивности электрического поля и изгибающей силой от поверхности раздела. Фиг.3 показывает состояние в этот момент. Молекулы 15 жидкого кристалла в ответ на приложение напряжения непрерывно переходят из гомеотропной ориентации в изогнутую ориентацию. Более подробно, линия напряженности электрического поля в зазоре гребнеобразного электрода 16 изгибается в виде полуокружности, когда прилагают электрическое поле, тем самым формируя изогнутое (арочное) электрическое поле. Поэтому, как показано на Фиг.3, молекулы 15 жидкого кристалла выстраиваются по дуге с образованием арочной картины в направлении толщины подложки. В результате показано двойное лучепреломление в отношении света, проходящего в направлении, вертикальном к поверхностям подложек.
Как описано выше, при обычном управлении жидкокристаллический слой всегда проявляет изогнутую ориентацию, и быстрый отклик может быть достигнут как отклик между различными тонами. Кроме того, поскольку сформированы два домена, которые имеют различающиеся на 180° ориентации директора, может быть достигнута характеристика широкого угла обзора.
В случае выполнения обычного управления изогнутая ориентация не разрушается. Однако в некоторых случаях ориентация жидкого кристалла может нарушаться, когда, например, нельзя пренебречь влиянием поперечного электрического поля при управлении TFT (с элементами на тонкопленочных транзисторах).
Дополнительно, авторы настоящего изобретения нашли, что изогнутая ориентация молекул жидкого кристалла разрушается в случае, когда ориентация жидкого кристалла чрезмерно изгибается. Они также обнаружили, что разрушение ориентации жидкого кристалла может быть эффективно подавлено приданием самому жидкокристаллическому материалу способности приспосабливаться к изгибающему напряжению, ослаблением энергии сцепления на поверхностях раздела между ориентирующими слоями 13 и 14 и жидкокристаллическим слоем, отклонением угла наклона ориентации жидкого кристалла на каждой из этих поверхностей раздела в направлении линии напряженности электрического поля или сочетанием этих способов.
Конкретные способы являются следующими:
(1) Применяют жидкокристаллический материал, модуль упругости k33 при изгибе которого удовлетворяет условию k33 ≤ 14 пН.
-4
2
(2) Регулируют энергию сцепления ориентирующих слоев 13 и 14 на значение не более 1,5×10 Дж/м.
(3) Применяют ориентирующую пленку, имеющую фторсодержащую группу, в качестве каждого из ориентирующих слоев 13 и 14.
(4) Применяют хемосорбционную пленку в качестве каждого из ориентирующих слоев 13 и 14.
(5) Применяют в качестве каждого из ориентирующих слоев 13 и 14 тонко-структурированный слой для регулирования ориентации.
(6) Предварительно наклоняют молекулы жидкого кристалла в направлении, вдоль которого они отклоняются при приложении напряжения.
(7) Наклоняют поверхность гребнеобразного электрода на стороне жидкокристаллического слоя.
Эти способы далее будут описаны более подробно.
Согласно способу (1) может быть облегчена деформация молекул жидкого кристалла. То есть применение деформируемого жидкокристаллического материала, имеющего относительно малое значение k33, позволяет легко изменять ориентацию жидкого кристалла. Поэтому дефект отображения, возникающий вследствие разрушения ориентации жидкого кристалла, может быть подавлен.
В плане подавления разрушения ориентации жидкого кристалла предпочтительно меньшее значение k33, и, более конкретно, более предпочтительна величина k33 на уровне 13 пН или ниже, более предпочтительно 12,5 пН или ниже, и в особенности предпочтительно 12 пН или ниже.
С другой стороны, нижний предел для k33 естественным образом ограничен структурой жидкого кристалла. Более подробно, жидкокристаллический материал, значение k33 которого является меньшим, чем от 6 пН до 8 пН, реализовать нельзя. Поэтому значение k33 предпочтительно составляет 6 пН или более, и более предпочтительно 8 пН или выше.
Кроме того, в случае, когда сохраняют физические свойства жидкого кристалла, за исключением k33, например, анизотропию показателя преломления Δn и анизотропию диэлектрической проницаемости Δε, жидкий кристалл склонен к упругой деформации по мере снижения k33. Поэтому при уменьшении величины k33 может быть снижено управляющее напряжение.
Для цели улучшения стабильности ориентации жидкого кристалла физические свойства жидкокристаллического материала, за исключением k33, не являются в особенности ограниченными, и они могут быть настроены надлежащим образом. Примеры жидкокристаллического материала, пригодного для используемого в настоящем варианте исполнения режима отображения, включают материалы, имеющие анизотропию показателя преломления Δn = от 0,1 до 0,3, и материалы, имеющие анизотропию диэлектрической проницаемости Δε=от 10 до 25. В особенности предпочтителен материал, который удовлетворяет условиям анизотропии показателя преломления Δn=от 0,1 до 0,3 и анизотропии диэлектрической проницаемости Δε=от 10 до 25. В плане надежности предпочтительно применение жидкокристаллического материала на основе F (фтора). В молекулы жидкого кристалла жидкокристаллического материала на F-основе вводят атомы фтора, фторсодержащие группы и прочие.
Кроме того, ширина L электрода, межэлектродное расстояние S, плоскопараллельный зазор d в ячейке и прочие параметры не являются в особенности ограниченными и могут быть надлежащим образом отрегулированы. Ширина L электрода предпочтительно варьируется от 1 до 5 мкм (в особенности предпочтительно составляет 2,5 мкм), межэлектродное расстояние S предпочтительно варьируется от 3,5 до 8 мкм, и произведение dΔn плоскопараллельного зазора d в ячейке и анизотропии показателя преломления Δn жидкокристаллического материала предпочтительно составляет от 300 до 400 нм.
Согласно способу (2), может быть облегчено деформирование молекул жидкого кристалла. То есть в случае, когда энергию сцепления (поверхностную энергию сцепления, прочность сцепления) регулируют на относительно малое значение этим путем, может быть снижена сила связывания молекул жидкого кристалла на поверхностях подложек, то есть поверхностях ориентирующих слоев 13 и 14. Тем самым может легче изменяться ориентация жидкого кристалла. В результате может быть подавлен дефект отображения, возникающий вследствие разрушения ориентации жидкого кристалла.
С другой стороны, Патентный Документ 3 упоминает, что сцепление является малым, поскольку жидкий кристалл ориентирован гомеотропно; однако нет ясного описания конкретного значения энергии сцепления. Более того, совсем не обязательно, чтобы гомеотропная ориентация обеспечивала низкую энергию сцепления.
-4
2
В плане подавления разрушения ориентации жидкого кристалла, энергия сцепления предпочтительно является настолько малой, насколько возможно. Более конкретно, она предпочтительно составляет 1×10 Дж/м или ниже. Дополнительно, уменьшение энергии сцепления ведет к снижению порогового напряжения.
-6
2
-6
2
С другой стороны, нижний предел энергии сцепления не является особенно ограниченным, и он предпочтительно составляет 1×10 Дж/м или выше. Если энергия сцепления составляет менее 1×10 Дж/м, изогнутая ориентация, сформированная при приложении напряжения, не может возвратиться к ориентации до приложения напряжения даже после отключения напряжения, и в некоторых случаях ориентация может оставаться в других состояниях. То есть к сожалению, может проявляться эффект памяти.
В принципе, энергия сцепления ориентирующих слоев 13 и 14 на соответствующих подложках 11 и 12 оказывает влияние на ориентацию жидкого кристалла. Однако, поскольку интенсивность электрического поля является более высокой на стороне нижней подложки, где создан гребнеобразный электрод 16, можно полагать, что ориентация жидкого кристалла более значительно улучшается на нижней подложке. То есть даже если только ориентирующий слой 14 на стороне нижней подложки удовлетворяет численному диапазону значений энергии сцепления, можно ожидать в некоторой степени достижения эффекта.
Подобным образом, описываемые далее способы (3)-(5) могут быть применены только в отношении ориентирующего слоя 14 на стороне нижней подложки.
В плане более надежного подавления дефекта отображения, возникающий вследствие разрушения ориентации жидкого кристалла, способы (2)-(5) предпочтительно применяют не только в отношении ориентирующего слоя 14, но также в отношении ориентирующего слоя 13.
В случае, когда ориентирующий слой 13 на стороне верхней подложки и ориентирующий слой 14 на стороне нижней подложки имеют материалы, структуры и прочие, которые различаются между собой и сформированы различными способами, могут возникать такие затруднения, как инерционность (послесвечение) изображения. Поэтому в общем ориентирующий слой 13 и ориентирующий слой 14 предпочтительно включают одинаковые материалы и имеют одинаковые структуры, и их предпочтительно формируют одним и тем же способом.
Подобным образом, ориентирующий слой 13 и ориентирующий слой 14 предпочтительно имеют одинаковую энергию сцепления; предпочтительно они представляют собой одинаковые ориентирующие пленки, обе имеющие фторсодержащую группу в способе (3); предпочтительно они представляют собой одинаковые хемосорбционные пленки в способе (4); и предпочтительно они имеют одинаковый тонко-структурированный слой для регулирования ориентации в способе (5).
Конкретные подходы для настройки энергии сцепления ориентирующих слоев 13 и 14 на вышеописанный диапазон не являются в особенности ограниченными, и их примеры включают средства с использованием способов (3)-(5), или средства с использованием пленки (LB-пленки), сформированной методом Лэнгмюра-Блоджетт (LB). В особенности предпочтительным является подход с использованием способов (3)-(5).
Согласно способу (3), поверхности ориентирующих слоев 13 и 14, которые находятся в контакте с молекулами жидкого кристалла, могут быть подвергнуты фторированию. Поэтому поверхностная энергия поверхностей ориентирующих слоев 13 и 14 может быть значительно снижена, и может быть уменьшена также энергия сцепления ориентирующих слоев 13 и 14. В результате, подобно вышеупомянутому способу (2), можно подавить дефект отображения, обусловленный разрушением ориентации жидкого кристалла.
Кроме того, может быть сокращено сродство к ионным примесям, и тем самым с меньшей вероятностью на каждой из поверхностей ориентирующих слоев 13 и 14 может образоваться двойной электрический слой.
2
3
2
Фторсодержащая группа не является в особенности ограниченной в такой мере, насколько эта группа содержит фтор. Примеры ее включают CF-группу и CF-группу. В особенности предпочтительной является CF-группа.
Что касается способа (4), то ориентация жидкого кристалла благодаря хемосорбционным пленкам (в особенности в режиме гомеотропной ориентации) в общем обусловливает низкую поверхностную энергию сцепления, и этот способ пригоден для настоящего варианта исполнения.
Более того, любые другие хемосорбционные пленки могут быть введены в ориентирующие слои 13 и 14 с помощью химической реакции, и можно надлежащим образом регулировать их поверхностную энергию. То есть согласно способу (4) обеспечивают молекулам, составляющим соответствующие хемосорбционные пленки, возможность химически адсорбировать другие молекулы в условиях молекулярного конструирования. Таким образом, физические свойства поверхности каждой из хемосорбционных пленок можно надлежащим образом регулировать, даже если хемосорбционная пленка является супертонкой пленкой. Хемосорбционная пленка может быть модифицирована молекулами, содержащими атомы фтора, и тем самым можно регулировать поверхностную энергию хемосорбционной пленки. Поэтому энергия сцепления ориентирующих слоев 13 и 14 может быть снижена, благодаря чему может быть подавлен дефект отображения, обусловленный разрушением ориентации жидкого кристалла, таким же образом, как в вышеупомянутом способе (2).
Как описано выше, хемосорбционная пленка предпочтительно является фторированной. То есть способ (4) предпочтительно сочетают со способом (3).
С другой стороны, как правило, с использованием хемосорбционной пленки нельзя без труда точно контролировать угол предварительного наклона. Однако в режиме отображения согласно настоящему варианту исполнения точное регулирование угла предварительного наклона не требуется. Поэтому хемосорбционная пленка, которая может быть создана очень простым способом формирования пленки, может быть без проблем использована в качестве ориентирующих слоев 13 и 14.
Кроме того, поскольку хемосорбционная пленка представляет собой супертонкую на молекулярном уровне пленку, может быть сокращена потеря напряжения, обусловленная ориентирующими слоями 13 и 14.
Далее, хемосорбционная пленка может быть ковалентно связана с подложкой, и молекулы, составляющие хемосорбционную пленку, могут быть ковалентно соединены друг с другом, тем самым формируя прочную пленку.
Согласно способу (5), энергия сцепления может быть снижена до уровня, на один разряд меньшего, чем таковая для типичной ориентирующей пленки, включающей в себя полиимид. В результате, подобно способу (2), может быть подавлен дефект отображения, вызванный разрушением ориентации жидкого кристалла.
Тонко-структурированный слой для регулирования ориентации представляет собой слой, который регулирует (контролирует) выравнивание молекул жидкого кристалла (нематического жидкого кристалла р-типа) посредством формы поверхности, имеющей тонкие неоднородности (структуры). То есть тонко-структурированный слой для регулирования ориентации имеет тонкие структуры (неоднородности), конфигурированные для контроля ориентации молекул жидкого кристалла, на своей поверхности, которая находится в контакте с жидкокристаллическим слоем.
Более того, тонко-структурированный слой для регулирования ориентации конфигурируют для первоначальной ориентации (выстраивания) жидкого кристалла на основе теории упругости. Например, на подложке, имеющей форму поверхности, подобную гофрированному оцинкованному листу, жидкий кристалл с высокой вероятностью будет ориентироваться вдоль желобков оцинкованного листа.
Дополнительно, тонкие неоднородности являются двумерно и равномерно распределенными по существу по всей области в пикселе, чем отличаются от ребер, которые размещены в пикселе локально (одномерно) в режиме MVA.
Конкретная конформация тонко-структурированного слоя для регулирования ориентации не является в особенности ограниченной, и могут быть применены, например, конфигурации, описанные в Патентном Документе 8 или Патентном Документе 9.
Более конкретно, поверхность подложки, имеющей сформированные на ней неоднородности, включает в себя область, где высота варьируется вдоль первого направления в первом цикле, и высота варьируется вдоль второго направления, ортогонального первому направлению, во втором цикле, отличном от первого цикла. Первый цикл предпочтительно является не меньшим, чем 0,1 мкм, и не бóльшим, чем 10 мкм, и второй цикл предпочтительно является не меньшим, чем 0,1 мкм, и не бóльшим, чем 10 мкм. Кроме того, жидкокристаллический слой предпочтительно имеет предварительный наклон, образованный неоднородностями, когда напряжение не приложено. В результате можно с высокой точностью регулировать ориентацию жидкого кристалла.
Способ формирования тонко-структурированного слоя для регулирования ориентации не является в особенности ограниченным. Примеры его включают фотолитографию, наноимпринт-литографию, тиснение и метод ионного пучка.
Далее, ориентирующие слои 13 и 14 могут по существу гомеотропно выравнивать молекулы жидкого кристалла, даже если только эти слои имеют тонкие неоднородности. Однако, в плане улучшения характеристик ориентации жидкого кристалла, предпочтительно каждый из ориентирующих слоев 13 и 14 дополнительно включает в себя гомеотропно ориентирующую пленку, сформированную на тонких неоднородностях.
Согласно способу (6), ориентация жидкого кристалла может быть легко изменена, и может быть облегчена деформация директора жидкого кристалла, обусловленная приложением напряжения к гребнеобразному электроду 16. В результате может быть подавлено возникновение разрушения изогнутой ориентации.
Из соображений подавления разрушения ориентации жидкого кристалла, предварительный наклон молекул жидкого кристалла, то есть угол предварительного наклона, предпочтительно является меньшим. В отношении достижения как подавления разрушения ориентации жидкого кристалла, так и высокой степени контрастности, угол предварительного наклона предпочтительно является не меньшим, чем 87°, и меньшим, чем 90°.
Конкретный способ придания молекулам жидкого кристалла предварительного наклона не является в особенности ограниченным. Предпочтителен способ с использованием фотоориентации или способа (7).
Как описано выше, способ (7) подобным образом позволяет без труда изменять ориентацию жидкого кристалла и смягчает деформацию директора жидкого кристалла вследствие приложения напряжения к гребнеобразному электроду 16. В результате можно подавить разрушение изогнутой ориентации.
В плане надежного подавления разрушения ориентации жидкого кристалла, наклоненная часть предпочтительно отклоняется в направлении предварительного наклона молекул жидкого кристалла. Кроме того, из тех же соображений, угол наклона гребнеобразного электрода 16 предпочтительно настраивают таким образом, чтобы направление предварительного наклона молекул жидкого кристалла было обращено по направлению линии напряженности электрического поля, возникающего при приложении напряжения.
С другой стороны, чтобы достигнуть как подавления разрушения ориентации жидкого кристалла, так и высокой степени контрастности, угол наклона гребнеобразного электрода 16 предпочтительно настраивают таким образом, чтобы угол предварительного наклона жидкокристаллического слоя находился в пределах диапазона от 87° или выше и менее 90°.
Как описано выше, в соответствии с жидкокристаллическим устройством отображения согласно настоящему варианту исполнения, дефект отображения, возникающий вследствие разрушения ориентации жидкого кристалла может быть подавлен.
В Варианте 1 исполнения описание было приведено как пример, где в качестве жидкокристаллического материала использовали нематический жидкокристаллический материал р-типа, содержащий нематический жидкий кристалл р-типа. Здесь жидкокристаллический материал согласно настоящему изобретению не является в особенности ограниченным в такой мере, насколько он содержит жидкокристаллический материал р-типа.
Более того, в жидкокристаллическом устройстве отображения согласно Варианту 1 исполнения распределение интенсивности электрического поля формируют в ячейке приложением электрического поля, и тем самым может быть достигнута изогнутая ориентация жидкого кристалла. В Варианте 1 исполнения предпочтительно применяют жидкокристаллический материал, имеющий высокую анизотропию показателя преломления Δn, или жидкий кристалл, имеющий высокую анизотропию диэлектрической проницаемости Δε. Примеры такого жидкокристаллического материала р-типа включают жидкокристаллические материалы на CN-основе (циановой) (хиральные жидкокристаллические материалы нематического типа) и жидкокристаллические материалы на F-основе (фторной).
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на основе примеров с привлечением чертежей.
Пример 1
Фиг.4 показывает базовую конфигурацию жидкокристаллического элемента отображения, применяемого в жидкокристаллическом устройстве отображения Примера 1. Во-первых, полиимидную гомеотропную ориентирующую пленку JALS-204 (фирма JSR Corp., 5% по весу, раствор в γ-бутиролактоне) нанесли на стеклянную подложку (нижнюю подложку) 42, которая имеет гребнеобразный электрод 41, включающий в себя ITO (оксид олова-индия), методом нанесения покрытия центрифугированием. Затем обрабатываемую деталь подвергли обжигу при температуре 200°С в течение двух часов. В этом случае толщина пленки ориентирующей пленки (выравнивающего слоя) 44 составляла 60 нм.
Не только в Примере 1, но и во всех примерах ширину электрода установили на 4 мкм, межэлектродное расстояние настроили на 4 мкм, и плоскопараллельный зазор в ячейке установили на величину 4 мкм. Разупорядочение выравнивания в жидком кристалле зависит от интенсивности электрического поля. Поскольку эффекты настоящего изобретения могут быть четко понятыми в экспериментах с более узким промежутком, во всех примерах применяли межэлектродное расстояние (4 мкм), которое является относительно узким среди обычно используемых межэлектродных расстояний.
Подобным образом, на стеклянной подложке 43 (верхней подложке) сформировали ориентирующую пленку (выравнивающий слой) 45, включающий в себя такой же материал, как материал ориентирующей пленки 44. Затем на подложке 42 диспергировали 4-микронные (4 мкм) полимерные гранулы 46 (микрогранулы SP, фирмы Sekisui Chemical Co., Ltd.). Затем на подложке 43 пропечатали уплотнение из эпоксидной смолы (фирмы Mitsui Chemicals, Inc.: Struct Bond XN-21-S) для связывания обеих подложек 42 и 43 между собой. Затем обрабатываемую деталь подвергли обжигу при температуре 250°С в течение трех часов, тем самым получив жидкокристаллическую ячейку.
После этого были герметично введены методом вакуумного впрыскивания разнообразные жидкокристаллические композиции, показанные в нижеследующей Таблице 1, и к полученным жидкокристаллическим элементам [1]-[5] отображения приклеили поляризаторы 49 и 50. Фиг.5 показывает взаимосвязь между направлением приложения электрического поля и аксиальными ориентациями поляризаторов 49 и 50 в этом случае. Ориентация оси 51 пропускания поляризатора 49 на стороне нижней подложки перпендикулярна ориентации оси 52 пропускания поляризатора 50 на стороне верхней подложки, и направление 53 приложения электрического поля проходит в срединной ориентации между ориентациями осей 51 и 52 пропускания.
Герметично введенный жидкокристаллический материал 48 представляет собой смешанную композицию из жидкокристаллического материала К15 (Δn=0,1816, Δε=13,2, модуль упругости при изгибе k33=8,4 пН, фирма Merck Ltd.) и жидкокристаллического материала ZLI-2293 (Δn=0,1322, Δε=10,0, k33=17,9 пН, фирма Merck Ltd.). Кроме того, между выводами приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц (приложенное к гребнеобразному электроду 41) в течение одной минуты, и затем, после удаления приложенного напряжения, оценивали состояние ориентации жидкого кристалла. Таблица 1 показывает результаты.
Фиг.10 показывает микрофотографию жидкокристаллического элемента отображения, в которой в качестве жидкокристаллического материала использовали только ZLI-2293. На Фиг.10 в области В сформировалась однородная изогнутая ориентация (дугообразная ориентация), тогда как в области А изогнутая ориентация разрушилась. С другой стороны, Фиг.9 представляет микрофотографию жидкокристаллического элемента [3] отображения. Как показано на Фиг.9, в случае, когда значение k33 жидкокристаллического материала составляет не больше 14 пН, такое разрушение ориентации жидкого кристалла не наблюдалось.
На основе вышеприведенного описания очевидно, что жидкокристаллические устройства отображения в Примере 1 согласно настоящему изобретению, в особенности жидкокристаллическое устройство отображения, в котором значение k33 жидкокристаллического материала не превышает 14 пН, являются превосходными по стабильности изогнутой ориентации. Таким образом, они имеют высокую практическую полезность.
Условия приложения напряжения к участкам между выводами были настроены следующим образом не только в Примере 1, но и во всех примерах: управляющее напряжение составляло 20 В; частота составляла 30 Гц; и форма импульсов составляла прямоугольную волну. Здесь 30 Гц представляет собой частоту, принятую в существующих жидкокристаллических устройствах отображения. Кроме того, что касается управляющего напряжения, в общем разупорядочение ориентации возникает с меньшей вероятностью при низком напряжении (например, 6 В или ниже), но разупорядочение ориентации имеет тенденцию проявляться при высоком напряжении (например, 10 В или выше), в зависимости от веществ в жидкокристаллическом материале. Кроме того, если управляющее напряжение составляет приблизительно 20 В или выше, разупорядочение ориентации происходит со 100%-ной вероятностью в жидкокристаллической ячейке, в которой не приняты меры против разупорядочения ориентации. По этой причине во всех примерах управляющее напряжение было настроено на 20 В.
Пример 2
Базовая конфигурация жидкокристаллического элемента отображения, используемого в жидкокристаллическом устройстве отображения Примера 2, является такой же, как показанная в Фиг.4. Жидкокристаллическую ячейку, имеющую ширину электрода 4 мкм, межэлектродное расстояние 4 мкм и плоскопараллельный зазор в ячейке 4 мкм, изготовили следующим способом.
Во-первых, стеклянную подложку 42, которая имеет гребнеобразный электрод 41, включающий в себя ITO (оксид олова-индия), погрузили в раствор смеси хлороформа и NMP (N-метил-2-пирролидона) с концентрацией 0,01 моль/л (смесевое соотношение (объемное отношение) «хлороформ:NMP=1:10»), содержащий силановый связующий материал формулы (1), в течение пяти минут. Затем эту подложку высушили в обезвоженном азоте при температуре 120°С в течение одного часа с образованием ориентирующей пленки (выравнивающего слоя) 44, включающей в себя хемосорбционную пленку.
Подобным образом, на стеклянной подложке 43 сформировали ориентирующую пленку (выравнивающий слой) 45, который состоит из хемосорбционной пленки, включающей в себя такой же материал, как в ориентирующей пленке 44. Затем на подложке 42 диспергировали 4-микронные (4 мкм) полимерные гранулы 46 (микрогранулы SP, фирмы Sekisui Chemical Co., Ltd.). Затем на подложке 43 пропечатали уплотнение из эпоксидной смолы (фирмы Mitsui Chemicals, Inc.: Struct Bond XN-21-S) для связывания обеих подложек 42 и 43 между собой. После этого обрабатываемую деталь подвергли обжигу при температуре 250ºС в течение трех часов, для изготовления тем самым жидкокристаллической ячейки.
Затем жидкокристаллический материал 48 (ZLI-2293, Δn=0,1322, Δε=10,0, k33=17,9 пН, фирма Merck Ltd.) герметично разместили методом вакуумного впрыскивания, и наклеили поляризаторы 49 и 50 для изготовления жидкокристаллического элемента [6] отображения.
После этого между выводами (к гребнеобразному электроду 41) приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц таким же образом, как в Примере 1, в результате чего получили однородную ориентацию, не имеющую дефекта выстраивания.
-5
2
-4
2
Дополнительно, измеренная энергия сцепления ориентирующих пленок 44 и 45, использованных в настоящем примере, составляла 5×10 Дж/м. В Примере 1 энергия сцепления в изготовленном жидкокристаллическом элементе [5] отображения была 4×10 Дж/м, и ориентация жидкого кристалла разрушалась при приложении прямоугольной волны напряжения 20 В с частотой 30 Гц.
Как очевидно из вышеприведенного описания, изогнутая ориентация жидкокристаллического устройства отображения Примера 2 согласно настоящему изобретению не разрушается, даже если прилагают высокое напряжение, и практическое значение его является высоким.
Причиной того, что жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему примеру проявляет стабильную изогнутую ориентацию, можно предположить следующее. То есть когда прилагают напряжение и формируют изогнутую ориентацию, запасается энергия деформации. С другой стороны, в случае пленки с низкой энергией сцепления, молекулы жидкого кристалла на поверхности раздела ориентирующей пленки могут двигаться относительно свободно. Поэтому можно рассматривать вероятность того, что энергия деформации может быть эффективно ослаблена в случае пленки с низкой энергией сцепления.
Кроме того, каждая из ориентирующих пленок (хемосорбционных пленок) 44 и 45 в настоящем примере представляет собой мономолекулярную адсорбционную пленку, и эта пленка может быть однородно сформирована простым погружением подложки в раствор. Поэтому, согласно мономолекулярной адсорбционной пленке, может быть получена однородная ориентирующая пленка, и процесс формирования пленки для ориентирующих пленок может быть предельно упрощен.
С другой стороны, в традиционных режимах отображения должен быть предусмотрен определенный предварительный наклон, но угол предварительного наклона нельзя легко контролировать с помощью мономолекулярной адсорбционной пленки. Однако в режиме отображения согласно настоящему изобретению может быть достаточным главным образом гомеотропное выравнивание молекул жидкого кристалла, и точное регулирование угла предварительного наклона не требуется. Поэтому мономолекулярная адсорбционная пленка весьма пригодна для режима отображения согласно настоящему изобретению.
Далее, мономолекулярная адсорбционная пленка представляет собой супертонкую на молекулярном уровне пленку, и потеря напряжения вследствие ориентирующей пленки является малым. Поэтому эта пленка пригодна для режима отображения согласно настоящему изобретению.
Пример 3
Жидкокристаллический элемент [7] отображения Примера 3 изготовили таким же образом, как в Примере 2, за исключением того, что в качестве силанового связующего материала использовали материал, имеющий строение формулы (2).
-4
2
Затем между выводами (к гребнеобразному электроду 41) приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц таким же образом, как в Примере 1, и состояние ориентации в это время наблюдали с использованием микроскопа, чем подтвердили однородную изогнутую ориентацию. Энергию сцепления жидкокристаллического элемента [7] отображения измеряли таким же образом, как в Примере 2, и она составляла 1×10 Дж/м.
Пример 4
Базовая конфигурация жидкокристаллического элемента отображения, использованного в жидкокристаллическом устройстве отображения Примера 4, является такой же, как показанная на Фиг.4. Дополнительно, жидкокристаллическую ячейку, имеющую ширину электрода 4 мкм, межэлектродное расстояние 4 мкм и плоскопараллельный зазор в ячейке 4 мкм, изготовили следующим способом.
Во-первых, таким же путем, как в Примере 2, стеклянную подложку 42, которая имеет гребнеобразный электрод 41, включающий в себя ITO, погрузили в раствор смеси хлороформа и NMP (N-метил-2-пирролидона) с концентрацией 0,01 моль/л (смесевое соотношение (объемное отношение) «хлороформ:NMP=1:10»), содержащий соединение формулы (3), в течение пяти минут. Затем эту подложку высушили в обезвоженном азоте при температуре 80ºС в течение одного часа с образованием ориентирующей пленки (выравнивающего слоя) 44, включающей в себя хемосорбционную пленку. На стеклянной подложке 43 сформировали ориентирующую пленку (выравнивающий слой) 45, включающий в себя такой же материал, как материал ориентирующей пленки 44.
После этого на подложке 42 диспергировали 4-микронные (4 мкм) полимерные гранулы 46 (микрогранулы SP, фирмы Sekisui Chemical Co., Ltd.). Затем на подложке 43 пропечатали уплотнение из эпоксидной смолы (фирмы Mitsui Chemicals, Inc.: Struct Bond XN-21-S) для связывания обеих подложек 42 и 43 между собой. Затем обрабатываемую деталь подвергли обжигу при температуре 250ºС в течение трех часов, тем самым изготовив жидкокристаллическую ячейку.
Затем жидкокристаллический материал 48 (ZLI-2293, Δn=0,1322, Δε=10,0, k33=17,9 пН, фирма Merck Ltd.) герметично разместили методом вакуумного впрыскивания, и наклеили поляризаторы 49 и 50 для изготовления жидкокристаллического элемента [8] отображения.
-5
2
Таким же образом, как в Примере 1, между выводами (к гребнеобразному электроду 41) приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц, и состояние ориентации в это время наблюдали с использованием микроскопа. Сформированная изогнутая ориентация была однородной. Кроме того, ориентация не разупорядочивалась, даже если повторяли приложение и отключение напряжения. Энергию сцепления ориентирующих пленок 44 и 45 измерили таким же образом, как в примере 2, и она составила 2×10 Дж/м.
Как описано выше, очевидно, что жидкокристаллическое устройство отображения Примера 4 согласно настоящему изобретению имеет превосходную стабильность изогнутой ориентации, и его практическая значимость является высокой.
Пример 5
Каждый из жидкокристаллических элементов [9]-[13] отображения Примера 5 изготовили точно таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что материал ориентирующих пленок и способ формирования ориентирующих пленок были иными. Использованный жидкокристаллический материал представлял собой ZLI-2293. В качестве материала ориентирующих пленок применяли материал, полученный смешением полиимидного материала, имеющего высокую энергию сцепления, и фторированного материала (материала, содержащего введенный в него фтор), имеющего низкую энергию сцепления, при предварительно заданном соотношении, и наслоенную пленку сформировали на каждой из подложек 42 и 43 LB-методом (Лэнгмюра-Блоджетт).
Далее будет описан способ получения полиимидного материала.
Сначала 5 ммол диангидрида тетракарбоновой кислоты формулы (4) и 5 ммол диамина формулы (5) перемешивали в 20 мл обезвоженного N,N-диметилацетамида при температуре 25ºС в течение трех часов для проведения конденсационной полимеризации, тем самым с образованием полиамида кислоты формулы (6). Затем ввели в реакцию полиамид кислоты формулы (6) и N,N-диметилгексадециламин формулы (7) в смешанном растворе «N,N-диметилацетамид:бензол» (смесевое соотношение (объемное отношение) «N,N-диметилацетамид:бензол=1:1»), получая тем самым алкиламмониевую соль полиамида кислоты формулы (8). Эту алкиламмониевую соль полиамида кислоты нанесли на каждую из подложек 42 и 42 LB-методом. Условия нанесения были следующими: поверхностное давление 15 мН/м; скорость вытягивания 15 мм/мин; и температура наслоения 20°С. Затем эти наслоенные пленки погрузили в смешанный раствор из уксусного ангидрида, пиридина и бензола (смесевое соотношение (объемное отношение) «уксусный ангидрид:пиридин:бензол = 1:1:3») вместе с подложками 42 и 43 в течение 12 часов, получая тем самым наслоенные пленки (ориентирующие пленки (выравнивающие слои) 44 и 45) из полиимида (который будет сокращенно называться как PI) формулы (9).
В качестве фторированной пленки использовали простой перфторполиэфир (PFPE) формулы (10), и ориентирующие пленки (выравнивающие слои) 44 и 45 подобным образом сформировали на подложках 42 и 43 LB-методом соответственно. Однако в настоящем примере использованный материал удовлетворял условиям m=6 и n=5.
В формуле индекс “m” представляет целое число от 0 до 30, и индекс “n” представляет целое число от 0 до 30.
В это время количества полиимидного материала (PI) и фторированного материала (PFPE) варьировали, как показано в нижеследующей Таблице 2, для регулирования энергии сцепления ориентирующих пленок. После этого, таким же образом, как в Примере 1, между выводами (к гребнеобразному электроду 41) приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц.
-4
2
-4
2
Как очевидно из Примера 3 и Таблицы 2, изогнутая ориентация не разрушалась, даже если прилагали напряжение 20 В, в случае, когда энергия сцепления составляла 1,5×10 Дж/м или ниже. С другой стороны, изогнутая ориентация разрушалась в случае, где энергия сцепления была выше, чем 1,5×10 Дж/м.
-6
2
Кроме того, в случае, где энергия сцепления была меньше 1×10 Дж/м, изогнутая ориентация, сформированная приложением напряжения, могла не возвращаться к ориентации до приложения напряжения даже после отключения напряжения, и в некоторых случаях могло создаваться еще одно состояние ориентации. То есть в таком случае мог проявляться эффект памяти, который не является предпочтительным из практических соображений.
В соответствующих примерах не было необходимости в точном регулировании угла предварительного наклона на стороне противоположной подложки, то есть стороне подложки 43, и могло быть достаточным в основном гомеотропное выравнивание.
Пример 6
Жидкокристаллический элемент [14] отображения Примера 6 изготовили совершенно таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что материал ориентирующих пленок и способ формирования ориентирующих пленок были иными. Использованный жидкокристаллический материал представлял собой ZLI-2293.
Во-первых, раствор пригодного к фотополимеризации мономера UCL-018 (фирма DIC Corp.) нанесли методом нанесения покрытий центрифугированием на стеклянную подложку 42, которая имеет гребнеобразный электрод 41, включающий в себя ITO (оксид олова-индия). После этого выполнили УФ-облучение через фотомаску, и на подложке 42 сформировали тонкие структуры (мелкие формы) 54, каждую в виде треугольной призмы. Тем самым получили ориентирующую пленку 44. Тонкие структуры 54 были двумерно и однородно сформированы на всей области отображения, включающей в себя соответствующие пиксели. Тонкие структуры 54 были распределены с величинами шага в продольном и поперечном направлениях, равными 2,0 мкм и 3,5 мкм соответственно. Кроме того, длины каждой из тонких структур 54 в продольном и поперечном направлениях были установлены с величиной 4 мкм и 2 мкм соответственно, и высота каждой тонкой структуры 54 составляла 2 мкм. Тонкие структуры, каждая из которых имела форму треугольной призмы подобно тонким структурам 54, также сформировали на стеклянной подложке 43. Тем самым получили ориентирующую пленку (выравнивающий слой) 45.
-5
2
К изготовленному жидкокристаллическому элементу [14] отображения приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц, но изогнутая ориентация не разрушалась. Более того, измерили энергию сцепления с использованием ячеек с параллельными пластинчатыми электродами (ячеек с верхним и нижним электродами), имеющих такие же тонкие структуры, сформированные на подложках, и значение измеренной энергии составило 1,7×10 Дж/м. Общеизвестно, что энергия сцепления является на один разряд меньшей, чем энергия сцепления ориентирующей пленки, включающей в себя полиимид, в случае, когда жидкий кристалл выстраивается в результате эффекта геометрического выравнивания. Таким образом, такой способ ориентации пригоден для режима отображения согласно настоящему изобретению.
В настоящем примере тонкие структуры 54 были сформированы на подложке 42 методом фотолитографии. Однако нет необходимости говорить, что метод выравнивающей обработки, используемый в настоящем примере, может быть любым другим методом выравнивающей обработки для регулирования ориентации, основанным, например, на наноимпринт-литографии, тиснении и методе ионного пучка.
Пример 7
Жидкокристаллический элемент [15] отображения Примера 5 изготовили точно таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что материал ориентирующих пленок и способ формирования ориентирующих пленок были иными. Следует отметить, что в качестве жидкокристаллического материала применяли LZI-2293.
Раствор фоточувствительного полиимида (4,8% по весу, растворенного в смешанном растворе (с объемным соотношением 1:1:1) NMP (N-метил-2-пирролидона), γ-бутиролактона и бутилцеллозольва), полиимидная молекулярная структура которого представлена нижеприведенной формулой (11), нанесли на подложку 42 с образованием ориентирующей пленки (выравнивающего слоя) 44. Кроме того, на подложке 43 сформировали ориентирующую пленку (выравнивающий слой) 45, включающий в себя такой же материал, как материал ориентирующей пленки 44 на стороне подложки 42. Как описано выше, в настоящем варианте исполнения в качестве ориентирующих пленок 44 и 45 сформировали фотоориентирующие пленки.
Затем, как показано на Фиг.7, подложку 42 дважды облучили поляризованными ультрафиолетовыми лучами 56 через фотомаску 59 для формирования двух областей (двух доменов), имеющих различные ориентации (направления) предварительного наклона, тем самым получив ориентирующую пленку 44. Проводили экспонирование подложек и ориентирующих пленок, и молекулы жидкого кристалла во время экспонирования не присутствовали; однако на Фиг.7 молекулы жидкого кристалла были иллюстрированы для разъяснения. Каждая из двух областей имеет угол предварительного наклона 88°, и поляризованные ультрафиолетовые лучи направляли так, чтобы ориентации наклона молекул жидкого кристалла в каждой из двух областей различались на 180°. Как показано на Фиг.8, молекула 48 жидкого кристалла (нематического жидкого кристалла р-типа) является предварительно наклоненной по направлению вдоль направления колебаний продольной (Р) волны 57 поляризованных ультрафиолетовых лучей 56, в результате чего возникает предварительный наклон с углом 58.
Более подробно, на маске 59 сформировали защищенные от света участки и щелевидные (лентообразные) открытые участки, которые соответствовали межэлектродным расстояниям гребнеобразного электрода 16. Маску 59 разместили таким образом, чтобы каждый из открытых участков маски 59 располагался вдоль центральной линии гребнеобразного электрода 41 в продольном направлении и центральной линии каждого зазора между соответствующими электродами в продольном направлении. В результате ориентация предварительно наклоненного выравнивания также варьируется в соответствии с шагом гребнеобразного электрода 16.
-5
2
К изготовленному жидкокристаллическому элементу [15] отображения приложили напряжение 20 В с последовательностью прямоугольных импульсов при частоте 30 Гц, но изогнутая ориентация не разрушалась. Дополнительно, измерили энергию сцепления с использованием ячеек с параллельными пластинчатыми электродами (ячеек с верхним и нижним электродами), которые были получены, как ориентирующие пленки, облучением дополнительно изготовленных фотоориентирующих пленок поляризованными ультрафиолетовыми лучами. Ее значение составило 8,8×10 Дж/м.
В жидкокристаллическом устройстве [15] отображения согласно настоящему изобретению молекулы жидкого кристалла (в частности, молекулы жидкого кристалла вблизи ориентирующей пленки 44) имели регулируемое выравнивание (подразделены по ориентации), и предварительный наклон заранее сформировали по направлению, вдоль которого молекулы жидкого кристалла (в частности, молекулы жидкого кристалла вблизи ориентирующей пленки 44) должны выстраиваться, когда прилагают электрическое поле. То есть молекулы жидкого кристалла (в частности, молекулы жидкого кристалла вблизи ориентирующей пленки 44) наклонены относительно поверхностей подложек по направлению, вдоль которого должна генерироваться линия напряженности электрического поля при приложении напряжения. Поэтому деформация директора жидкого кристалла вследствие приложения электрического поля предпочтительно ослаблялась, и тем самым разрушение изогнутой ориентации не происходило.
В режиме отображения согласно настоящему изобретению точное регулирование угла предварительного наклона не требуется. Для высокой степени контрастности угол предварительного наклона предпочтительно устанавливают на значение не меньше 87° и не больше 90°.
В настоящем примере ориентацию предварительного наклона сделали различной в каждой из двух областей. Альтернативно, наклонные поверхности могут быть сформированы внутри поверхности подложки 42 таким образом, что молекулы жидкого кристалла наклоняются по направлению электрического поля без регулирования ориентации предварительного наклона с использованием ориентирующих пленок. Более конкретно, как показано на Фиг.14, наклонные участки 63 могут быть созданы на поверхности (верхней поверхности) гребнеобразного электрода 41 на стороне жидкокристаллического слоя таким образом, что молекулы жидкого кристалла наклоняются в направлении электрического поля относительно поверхности подложки. В результате деформация директора жидкого кристалла вследствие приложения электрического поля может быть подобным образом ослаблена. Поверхность гребнеобразного электрода 41 на стороне жидкокристаллического отображения может быть наклонена, например, следующим образом: как показано на Фиг.14, на подложке 42 под участками, где должен быть создан гребнеобразный электрод 41, методом фотолитографии формируют полимерный слой 64, имеющий наклонные поверхности; и затем формируют гребнеобразный электрод 41. Чтобы сформировать полимерный слой 64, имеющий наклонные поверхности, может быть использована фотомаска, имеющая полутоновый участок или участок серого тона.
Вариант 2 исполнения
Жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему варианту исполнения отличается от Варианта 1 исполнения в следующих пунктах.
То есть жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему варианту исполнения имеет противоэлектрод на стороне верхней подложки. Более конкретно, как показано на Фиг.12, противоэлектрод 61, диэлектрический слой (изолирующий слой) 62 и ориентирующий слой 13 наслаивают на основную поверхность подложки (верхней подложки) 11 на стороне жидкокристаллического слоя в упомянутом порядке. Между противоэлектродом 61 и подложкой 11 могут быть предусмотрены цветной фильтр, включающий в себя красный, зеленый и синий светофильтры, черная матрица (ВМ) и прочие.
Противоэлектрод 61 включает в себя прозрачную электропроводную пленку, включающую в себя, например, ITO (оксид олова-индия) или IZO (оксид индия-цинка). Противоэлектрод 61 и диэлектрический слой 62 формируют так, чтобы покрывать по меньшей мере всю область отображения без стыков и швов. К противоэлектроду 61 подводят предварительно заданное напряжение, общее для соответствующих пикселей (или субпикселей).
Диэлектрический слой 62 включает в себя прозрачный изоляционный материал. Более конкретно, этот слой включает в себя, например, неорганическую изоляционную пленку, включающую в себя нитрид кремния или тому подобный, или органическую изоляционную пленку, включающую в себя акриловый полимер или тому подобный.
С другой стороны, таким же образом, как в Варианте 1 исполнения, на подложке (нижней подложке) 12 создают гребнеобразный электрод, включающий в себя группу 20 пиксельных электродов и группу 30 общих электродов, и ориентирующий слой 14. Более того, на наружных основных поверхностях двух подложек 11 и 12 размещают поляризаторы 17 и 18.
Между группой 20 пиксельных электродов и группой 30 общих электродов и противоэлектродом 61 прилагают различные напряжения, пока не появится черный экран. Группа 30 общих электродов и противоэлектрод 61 могут быть заземлены; группа 30 общих электродов и противоэлектрод 61 могут получать питание с напряжениями, имеющими одинаковую величину и одинаковую полярность, или могут получать питание с напряжениями, имеющими различные величины и различные полярности.
Жидкокристаллическое устройство отображения согласно настоящему варианту исполнения может подобным образом подавлять дефект отображения, обусловленный разрушением ориентации жидкого кристалла. Кроме того, формирование противоэлектрода 61 может повышать скорость отклика.
Фиг.13 показывает конкретный пример конфигурации пикселя в Вариантах 1 и 2 исполнения. Пиксель может состоять из субпикселей с множественными цветами. В этом случае нижеприведенная структура представляет субпиксель. Если жидкокристаллический элемент отображения рассматривать с передней стороны, то есть когда пара поверхностей подложек видна с передней стороны, то направление на 3 часа часового циферблата, направление на 12 часов циферблата, направление на 9 часов циферблата и направление на 6 часов циферблата определяют как 0°-направление (азимут), 90°-направление (азимут), 180°-направление (азимут) и 270°-направление (азимут) соответственно; направление, проходящее через положения 3 часов циферблата и 9 часов циферблата, определяют как горизонтальное направление, и направление, проходящее через положения 12 часов циферблата и 6 часов циферблата, определяют как вертикальное направление.
На основной поверхности подложки 12 на стороне жидкокристаллического слоя создают сигнальные линии 23, линии 25 сканирования, общую шину 31, тонкопленочные транзисторы (TFT) 27, которые представляют собой переключающие элементы (активные элементы) и индивидуально созданы для каждого пикселя, и группы 20 пиксельных электродов, индивидуально предусмотренные для каждого пикселя, и группу 30 общих электродов, сформированную совместной для многочисленных пикселей (например, всех пикселей).
Линии 25 сканирования, общую шину 31 и группы 30 общих электродов создают на подложке 12. На линиях 25 сканирования, общей линии 31 шины и группах 30 общих электродов создают затворную изолирующую пленку (не показана). Сигнальные линии 23 и группы 20 пиксельных электродов создают на затворной изолирующей пленке. На сигнальных линиях 23 и группах 20 пиксельных электродов создают ориентирующий слой 14.
Схемы общей шины 31, групп 30 общих электродов и групп 20 пиксельных электродов могут быть нанесены фотолитографическим способом с использованием одинаковой пленки в таком же процессе и могут быть размещены на одном и том же слое (той же изолирующей пленке).
Сигнальные линии 23 проложены линейно параллельными друг другу и протяженными в вертикальном направлении между соседствующими друг с другом пикселями. Линии 25 сканирования проложены линейно параллельными между собой и протяженными в горизонтальном направлении между соседствующими друг с другом пикселями. Каждая сигнальная линия 23 и каждая линия 25 сканирования перпендикулярны друг другу, и область, определяемая сигнальными линиями 23 и линиями 25 сканирования, служит в качестве по существу одной пиксельной области. Линия 25 сканирования также действует как затвор тонкопленочного транзистора (TFT) 27 в области отображения.
Тонкопленочный транзистор (TFT) 27 создают вблизи участка пересечения сигнальной линии 23 и линии 25 сканирования, и он включает в себя полупроводниковый слой 28, сформированный в виде изолированного участка на линии 25 сканирования. Кроме того, TFT 27 имеет электрод 24 истока, который действует как исток, и электрод 26 стока, который действует как сток. Электрод 24 истока соединяет TFT 27 с сигнальной линией 23, и электрод 26 стока соединяет TFT 27 с группой 20 пиксельных электродов. Электрод 24 истока и сигнальную линию 23 формируют в виде схемы из той же пленки, вследствие чего эти элементы соединены друг с другом. Электрод 26 стока и группу 20 пиксельных электродов формируют в виде схемы из одной и той же пленки, вследствие чего эти элементы соединены друг с другом.
Сигнальная линия 23 подает пиксельный сигнал на группу 20 пиксельных электродов в предварительно заданный момент времени, когда тонкопленочный транзистор (TFT) 27 находится в состоянии «открыто». С другой стороны, предварительно заданное напряжение (общий сигнал), совместное для соответствующих пикселей, прилагают к общей линии шины 31 и группе 30 общих электродов.
Группа 20 пиксельных электродов имеет гребнеобразную форму в горизонтальной проекции, и группа 20 пиксельных электродов имеет линейную базовую часть (пиксельную базовую часть 21) и многочисленные линейные пиксельные электроды (пиксельные участки 22 в виде зубцов гребня). Пиксельная базовая часть 21 проложена вдоль короткой стороны (нижней стороны) пикселя. Соответствующие пиксельные участки 22 в виде зубцов гребня соединены с пиксельной базовой частью 21 так, что они соединяются друг с другом. Более того, соответствующие пиксельные участки 22 в виде зубцов гребня являются протяженными в сторону противоположной короткой стороны (верхней стороны) от пиксельной базовой части 21, то есть по существу в 90°-направлении.
Группа 30 общих электродов имеет форму гребня в горизонтальной проекции, и она имеет многочисленные линейные общие электроды (общие участки 32 в виде зубцов гребня). Схема общих участков 32 в виде зубцов гребня и общей шины 31 может быть сформирована из одной и той же пленки, ввиду чего эти элементы соединены между собой. То есть общая шина 31 также служит в качестве базовой части (общей базовой части) группы 30 общих электродов, которая соединяет общие участки 32 в виде зубцов гребня друг с другом. Общая шина 31 линейно проложена в горизонтальном направлении между пикселями, смежными между собой. Общие участки 32 в виде зубцов гребня проходят в сторону противоположной нижней стороны пикселя от общей шины 31, то есть по существу в 270°-направлении.
Как описано выше, группу 20 пиксельных электродов и группу 30 общих электродов размещают напротив друг друга так, что зубцы их гребнеобразных форм (пиксельные участки 22 в виде зубцов гребня и общие участки 32 в виде зубцов гребня) входят в зацепление между собой. Дополнительно, пиксельные участки 22 в виде зубцов гребня и общие участки 32 в виде зубцов гребня располагают параллельно друг другу, и они также размещены попеременно через интервалы.
Кроме того, в примере, показанном в Фиг.13, единичный пиксель имеет два домена, имеющих противоположные направления ориентации молекул жидкого кристалла. Число доменов не является в особенности ограниченным, и может быть настроено надлежащим образом. По соображениям получения хороших характеристик угла обзора в одном пикселе формируют четыре домена.
Далее, в примере, показанном в Фиг.13, единичный пиксель имеет две или более областей, имеющих различные межэлектродные расстояния. Более подробно, каждый пиксель имеет области, имеющие относительно узкое межэлектродное расстояние (области с зазором Sn), и области, имеющие относительно широкое межэлектродное расстояние (области с зазором Sw). Таким образом, соответствующие области могут иметь различные пороговые значения VT-характеристик («напряжение-время»), и градиент VT-характеристик по всему пикселю, в особенности при низких уровнях тона, может быть сделан умеренным. В результате может быть подавлено возникновение белой заливки, и могут быть улучшены характеристики угла обзора. Белая заливка означает явление, когда изображение, которое должно высвечиваться темным, делается более светлым, когда направление наблюдения отклоняется от передней стороны до скошенного направления в состоянии, в котором высвечивается относительно темное изображение при низком уровне тонов.
Настоящая заявка испрашивает приоритет Патентной Заявки № 2009-127932, поданной в Японии 27 мая 2009 года, и Патентной Заявки № 2010-6689, поданной в Японии 15 января 2010 года, согласно Парижской Конвенции и положениям национального законодательства в указанном Государстве, полное содержание которых включено сюда ссылкой.
ПОЯСНЕНИЕ СИМВОЛОВ
11, 12, 42, 43: подложка
13, 14, 44, 45: ориентирующий слой (выравнивающая пленка)
15, 48: жидкий кристалл (нематический жидкий кристалл р-типа)
16, 41: электрод (гребнеобразный электрод)
20: группа пиксельных электродов
21: пиксельная базовая часть
22: пиксельный участок в виде зубцов гребня (пиксельный электрод)
23: сигнальная линия
24: электрод истока
25: линия сканирования
26: электрод стока
27: тонкопленочный транзистор (TFT)
28: полупроводниковый слой
30: группа общих электродов
31: общая шина (общая базовая часть)
32: общий участок 32 в виде зубцов гребня (общий электрод)
17, 18, 49, 50: поляризатор
46: сферический заполнитель
47: уплотнение
51: ориентация оси пропускания поляризатора на стороне нижней подложки
52: ориентация оси пропускания поляризатора на стороне верхней подложки
53: направление приложения электрического поля
54: тонкая структура (неоднородности)
55: фотоориентирующая пленка
56: луч поляризованного ультрафиолетового света
57: Р-волна
58: угол предварительного наклона
59: фотомаска
61: противоэлектрод
62: диэлектрический слой
63: наклонный участок
64: полимерный слой