DE102010053368A1

DE102010053368A1 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Ansteuerungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102010053368A1
Application number: DE102010053368A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Aichi Kosuge
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Japan Display West Inc
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR20110081046A; US20110164072A1; JP2011141316A; US8519936B2; CN102163409A; JP5403553B2

Abstract

Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthält: erste und zweite Substrate, zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist und die einander gegenüberliegen; ein Elektrodenpaar mit einer und einer anderen Elektrode; eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer zwischen die Elektroden angelegten Spannung; und einen Temperaturdetektor. Die Steuerungseinrichtung legt eine Spannung zwischen die Elektroden an, durch die eine Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial auftritt, sofern eine Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials in einem isotropen Phasentemperaturbereich liegt, und die Steuerungseinrichtung legt eine Spannung zwischen die Elektroden an, durch die eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials auftritt, sofern die Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials in einem nematischen Phasentemperaturbereich liegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die in einem isotropen Phasentemperaturbereich und in einem nematischen Phasentemperaturbereich anzeigen kann als auch ein Ansteuerungsverfahren hierfür. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem breiten Temperaturbetriebsbereich, bei der in einem isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials eine Anzeige mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung eines Induktions- und Schwundphänomens einer nematischen Phase zum Zeitpunkt des Anlegens und Nicht-Anlegens eines elektrischen Feldes erfolgen kann, und bei der in einem nematischen Phasentemperaturbereich eine Anzeige unter Verwendung einer Änderung im Orientierungszustand der Direktoren zum Zeitpunkt des Anlegens und Nicht-Anlegens eines elektrischen Feldes erfolgen kann.
2. Beschreibung verwandter Technik
Da Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verglichen mit CRT (Cathode Ray Tube, Kathodenstrahlröhren) Merkmale wie geringes Gewicht, Flachheit und einen geringen Energieverbrauch aufweisen, werden diese häufig als Anzeigen in elektronischen Geräten verwendet. Falls bekannte Flüssigkristallanzeigevorrichtungen nach Verfahren des Anlegens eines elektrischen Feldes an eine Flüssigkristallschicht klassifiziert werden, sind ein vertikales elektrisches Feldsystem und ein laterales elektrisches Feldsystem bekannt. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung des vertikalen elektrischen Feldsystems legt an ein beidseitig der Flüssigkristallschicht angeordnetes Elektrodenpaar ein im Wesentlichen vertikales elektrisches Feld an die Flüssigkristallmoleküle an. Als Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom vertikalen elektrischen Feldsystem sind Vorrichtungen vom TN (Twisted Nematic, verdrillter nematischer) Modus, vom STN (Super Twisted Nematic, superverdrillter nematischer) Modus, vom VA(Vertical Alignment, Vertikalausrichtungs-)Modus, vom MVA(Multidomain Vertical Alignment, Mehrdomänenvertikalausrichtungs-)Modus, vom ECB(Electrically Controlled Birefringence, elektrisch gesteuerter Doppelbrechungs-)Modus oder ähnliche Vorrichtungen bekannt.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom lateralen elektrischen Feldsystem ist ein gegenseitig isoliertes Elektrodenpaar auf der Innenseite eines Substrats eines Paares von Substraten, das an beiden Seiten einer Flüssigkristallschicht positioniert ist, bereitgestellt und es wird ein im Wesentlichen laterales elektrisches Feld an die Flüssigkristallmoleküle angelegt. Als Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom lateralen elektrischen Feldsystem ist die Vorrichtung vom IPS(In-Plane Switching-)Modus bekannt, bei der sich das Elektrodenpaar bei Betrachtung in einer Ebene nicht gegenseitig überlappt, sowie die Vorrichtung vom FFS(Fringe Field-Switching-)Modus, bei dem die Elektroden einander überlappen.
In diesen bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ändert sich die Ausrichtung der in einer bestimmten Richtung liegenden Flüssigkristalldirektoren durch das elektrische Feld und es ändert sich die Größe der Lichtdurchlässigkeit, um ein Bild anzuzeigen. Das Funktionsprinzip der obigen bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird mit Bezug auf die 7A bis 7D beschrieben.
7A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom vertikalen elektrischen Feldsystem, die als optisches Element eine Änderung der optischen Phasendifferenz verwendet, die dann auftritt, falls ein elektrisches Feld (Spannung) an eine Flüssigkristallschicht angelegt wird. 7B zeigt einen Lichtdurchlässigkeitszustand in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Die 7C und 7D zeigen Orientierungszustände der Direktoren in der Flüssigkristallschicht der nematischen Flüssigkristallschicht mit positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante sowie einen Zustand ohne gelegte Spannung (7C) als auch einen Zustand mit angelegter Spannung (7D). Die meisten bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden als Anzeigevorrichtungen verwendet, bei denen sich die Ausrichtung der Direktoren eines Flüssigkristalls, wie etwa bei einem nematischen Flüssigkristall, bei einer Temperatur ändert, die geringer ist als die Übergangstemperatur zwischen nematischer Phase und isotroper Phase.
Wie in 7A gezeigt ist, ist in der bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung eine Flüssigkristallschicht zwischen einem Matrixsubstrat AR und einem Farbfiltersubstrat CF positioniert und eine transparente Elektrode ist auf der Seite der Flüssigkristallschicht sowohl zum Matrixsubstrat AR als auch zum Farbfiltersubstrat CF angeordnet. Eine Polarisationsplatte ist an der Außenseite (der der Flüssigkristallschicht gegenüberliegenden Seite) sowohl des Matrixsubstrats AR als auch des Farbfiltersubstrats CF angeordnet und eine Rückseitenlichtquelle ist an der Außenseite der Polarisationsplatte auf der Seite des Matrixsubstrats AR positioniert. Wie in 7B dargestellt ist, wird Licht, das auf die Polarisationsplatte auf der Seite des Matrixsubstrats AR von der Rückseitenlichtquelle einfällt, in linear polarisiertes Licht gewandelt und dieses linear polarisierte Licht erfährt eine Phasendifferenz, wenn es durch die Flüssigkristallschicht tritt. Zudem tritt lediglich Licht, das parallel zur Transmissionsachse der Polarisationsplatte auf der Seite des Farbfilters ist, hindurch und wird sichtbar wahrgenommen.
Die Direktoren in der Flüssigkristallschicht werden beispielsweise durch die Wirkung des auf der Oberfläche der transparenten Elektrode ausgebildeten Ausrichtungsfilms im Zustand eines nicht anliegenden elektrischen Feldes in einer horizontalen Richtung ausgerichtet (siehe 7C) und im Zustand eines anliegenden elektrischen Feldes in einer vertikalen Richtung ausgerichtet (siehe 7D). Da sich, wie oben erläutert, der Ausrichtungszustand der Direktoren der Flüssigkristallschicht zwischen den Zuständen eines nicht anliegenden elektrischen Feldes und eines anliegenden elektrischen Feldes ändert, ändert sich die Phase des durch die Flüssigkristallschicht durchtretenden Lichtes. Somit wird die Menge der Lichtdurchlässigkeit in bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen durch eine Wechselwirkung zwischen dem durch das Elektrodenpaar ausgebildeten elektrischen Feld und der Transmissionsachse der Polarisationsplatte gesteuert, wodurch ein bestimmtes Bild angezeigt werden kann.
Im Übrigen ist die Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom lateralen elektrischen Feldsystem trotz des auf dem Matrixsubstrat AR ausgebildeten Elektrodenpaares nicht dahingehend verschieden von der Flüssigkristallanzeigevorrichtung des vertikalen elektrischen Feldsystems, dass die Menge der Lichtdurchlässigkeit durch eine Wechselwirkung zwischen dem durch das Elektrodenpaar ausgebildeten elektrischen Feld und der Transmissionsachse der Polarisationsplatte gesteuert wird, um ein bestimmtes Bild anzuzeigen.
Andererseits sind verschiedenartige Verbindungen als Flüssigkristallbidungsmaterial bekannt. Beispielsweise weist das durch die folgende chemische Formel ausgedrückte 4-Cyano-4'-pentylbiphenyl (nachfolgend als ”5CB” bezeichnet) eine positive dielektrische Anisotropie auf, ist bei 24°C oder darunter fest, ist bei 35°C oder darüber flüssig und liegt bei Temperaturen zwischen 24°C bis 35°C in einem Flüssigkristallzustand vor. Somit durchläuft 5CB bei ungefähr 35°C einen Phasenübergang zwischen einer Flüssigkristallphase und einer festen Phase (isotroper Phasenübergangsbereich).
In der Flüssigkristallphase liegt 5CB in der nematischen Phase vor. Wird die nematische Phase erhitzt, erfolgt bei ungefähr 35°C diskontinuierlich ein Phasenübergang zur isotropen Phase und währenddessen tritt ein Zustand auf (nachfolgend als pseudo-isotrope Phase bezeichnet), der optisch und makroskopisch eine istrope Phase darstellt und mikroskopisch auf eine nematische Phaseneigenschaft hinweist.
Obwohl der Temperaturbereich, in dem die pseudo-isotrope Phase auftritt, lediglich ungefähr 1K beträgt und sehr schmal ist, offenbart das unten genannte Nicht-Patentdokument, dass ausgezeichnete elektro-optische Effekte wie folgt auftreten:

(1) wird ein Polymernetzwerk in der nematischen Phase, dem ein optisch aktiver Stoff zugesetzt ist, gestreckt, so wird die pseudo-isotrope Phase in dem Fall, in dem kein elektrisches Feld anliegt, in einem weiten Temperaturbereich durch das Polymernetzwerk mit zufälliger Struktur makroskopisch zur isotropen Phase,
(2) bei angelegtem elektrischem Feld tritt eine optische Anisotropie auf, da durch den elektro-optischen Kerr-Effekt eine dielektrische Anisotropie in der pseudo-isotropen Phase vorliegt, und falls das elektrische Feld entfernt wird, kehrt der Zustand schnell in den ursprünglichen Zustand zurück, und
(3) die Antwortzeit nach Entfernen des elektrischen Feldes liegt in der Größenordnung von 10 μs und ist sehr schnell bei Berücksichtigung der Tatsache, dass die Antwortgeschwindigkeit bei Änderung der Ausrichtung bekannter nematischer Phasen einige ms oder mehr beträgt.

Zudem offenbart das Nicht-Patentdokument 1, dass sich ausgezeichnete elektro-optische Effekte wie folgt erzielen lassen, falls das Polymernetzwerk in einer blauen Phase gestreckt wird, wobei die blaue Phase in einem schmalen Bereich zwischen der optisch aktiven nematischen Phase und der isotropen Phase auftritt:

(4) der Einsatztemperaturbereich der blauen Phase weitet sich auf 100 K oder mehr aus,
(5) wird ein elektrisches Feld an die blaue Phase angelegt, so tritt ein Doppelbrechungsphänomen durch den elektro-optischen Kerr-Effekt auf, das bei Entfernen des elektrischen Feldes verschwindet, und
(6) im Hinblick auf die Antwortgeschwindigkeit beim Entfernen des elektrischen Feldes betragen eine Anstiegszeit und Abfallzeit 10 bis 100 μs und diese Antwortgeschwindigkeit ist erheblich schneller als die Antwortgeschwindigkeit bei Änderung der Ausrichtung bekannter nematischer Phasen.

Beispiele bekannter Technik umfassen JP-A-11-183937 (Patentdokument 1), JP-A-2001-265298 (Patentdokument 2), JP-A-2007-323046 (Patentdokument 3) und Liquid Crystal, Vol. 9, Nr. 2 (2006), S. 83 bis 95 (Nicht-Patentdokument 1).
ZUSAMMENASSUNG DER ERFINDUNG
Werden der elektro-optische Effekt in der pseudo-isotropen Phase des stabilisierten Zustands des Polymers als auch die stabilisierte blaue Phase des Polymers verwendet, lässt sich ein elektro-optisches Element mit hoher Antwortgeschwindigkeit realisieren. Jedoch ist es beide Male erforderlich, das Polymernetzwerk im Flüssigkristallmaterial zu strecken. Das Polymernetzwerk kann erzeugt werden durch Hinzufügen eines ein Polymernetzwerk bildendes Monomer sowie eines Polymerisationsinitiators in ein bestimmtes Flüssigkristallbildungsmaterial, durch dessen Injektion zwischen das Matrixsubstrat und das Farbfiltersubstrat als auch durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen zur Durchführung der Polymerisation. Da jedoch der oben beschriebene Polymernetzwerkausbildungsvorgang nicht in den Herstellungsprozess bekannter Flüssigkristallanzeigevorrichtungen eingebunden wurde, ist dieser Prozess ein fremder Prozess und es ist schwierig, diesen unmittelbar umzusetzen.
In den meisten bekannten elektro-optischen Elementen, die den elektro-optischen Effekt in der pseudo-isotropen Phase des stabilisierten Zustands des Polymers und in der stabilisierten blauen Phase des Polymers verwenden, wird nicht berücksichtigt, dass sich die Eigenschaften durch die Intensität eines angelegten elektrischen Feldes ändern und es wird angenommen, dass lediglich die Ein- und Ausschalteigenschaften des elektro-optischen Elements verwendet werden. Beispielsweise offenbart das obige Patentdokument 1 ein optisches Schaltelement oder ein elektrooptisches Schaltelement wie ein Farbverschluss unter Ausnutzung des Induktionsphänomens des Kerr-Effekts bei Anlegen einer Spannung an ein Flüssigkristallbildungsmaterial in einem isotropen Phasenzustand, das in kleine Sektionen durch ein netzartiges Polymer oder ähnliches unterteilt ist.
Andererseits untersuchen die Erfinder eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der in der Anzeigevorrichtung, welche das Phasenübergangsphänomen zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase des Flüssigkristallbildungsmaterials gemäß obigen Ausführungen verwendet, die Menge des hindurchgelassenen Lichtes bei Halbtondarstellung beliebig extrahiert werden kann. Folglich ist es auch in einer Anzeigevorrichtung, die das Phasenübergangsphänomen zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase des Flüssigkristallmaterials verwendet, bestätigt, dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit Halbtondarstellung möglich ist und eine hohe Antwortgeschwindigkeit erzielt werden kann. Jedoch hat diese Flüssigkristallanzeigevorrichtung Probleme dahingehend, dass der Betriebstemperaturbereich schmal ist, die Ansteuersignalspannung hoch ist und die Antwortgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Halbtonanzeige niedrig ist. Deshalb ist es bei Flüssigkristallanzeigevorrichtungen unter Verwendung des Phasenübergangsphänomens zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase erforderlich, den Betriebstemperaturbereich zu erweitern, die Ansteuersignalspannung zu reduzieren und eine hohe Antwortgeschwindigkeit bei Halbtonanzeige zu erzielen.
Die Erfinder erkannten, dass der anzeigbare Temperaturbereich in der Anzeigevorrichtung unter Verwendung des Phasenübergangsphänomens zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase des Flüssigkristallmaterials aufgeweitet werden kann, indem dasselbe Ansteuerverfahren wie bei herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeelementen wenigstens im nematischen Phasentemperaturbereich verwendet wird und vervollständigten so die Erfindung.
Wünschenswert ist somit eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die einen breiten Temperaturbetriebsbereich aufweist als auch ein Ansteuerverfahren hierfür, mit welchem in einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung eines Phasenübergangsphänomens zwischen einer nematischen Phase und einer isotropen Phase eines Flüssigkristallmaterials eine Anzeige mit hoher Antwortgeschwindigkeit erzielt werden kann unter Verwendung eines Induktions- und Schwundphänomens der nematischen Phase bei Anlegen und Nicht-Anlegen eines elektrischen Feldes in einem isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials, und zudem eine Anzeige erfolgen kann unter Verwendung der Änderung eines Ausrichtungszustands der Direktoren zum Zeitpunkt des Anlegens und Nicht-Anlegens eines elektrischen Feldes in einem nematischen Phasentemperaturbereich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung angegeben, die umfasst
ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die sich gegenüberliegen und zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist,
ein Elektrodenpaar, das eine Elektrode und die andere Elektrode umfasst,
eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer zwischen das Elektrodenpaar angelegten Spannung, und
ein Temperaturdetektor, wobei
die Steuerungseinrichtung eine Spannung, durch die eine Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial auftritt, zwischen das Elektrodenpaar angelegt, sofern eine vom Temperaturdetektor detektierte Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials in einem isotropen Phasentemperaturbereich ist, und
die Steuerungseinrichtung eine Spannung, durch die eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials auftritt, zwischen das Elektrodenpaar anlegt, sofern die Temperatur des vom Temperaturdetektor detektierten Flüssigkristallmaterials in einem nematischen Phasentemperaturbereich ist.
Das Flüssigkristallbildungsmaterial wird bei einer, geringen Temperatur fest, bei einer hohen Temperatur flüssig (isotrope Phase) und bei einer Temperatur zwischen diesen beiden Temperaturen zum Flüssigkristall (nematische Phase). Ein Phasenübergang tritt zwischen der isotropen Phase und der nematischen Phase bei einer durch das Flüssigkristallbildungsmaterial festgelegten Temperatur (Phasenübergangstemperatur) auf. In dem isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials nutzt die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf dem Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial der isotropen Phase gemäß der zwischen dem Elektrodenpaar angelegten Spannung. Wird somit im isotropen Phasentemperaturbereich keine Spannung zwischen das Elektrodenpaar angelegt, verbleibt das Flüssigkristallbildungsmaterial in der isotropen Phase. Wird jedoch eine bestimmte Spannung (eine Spannung, die nicht kleiner ist als eine Schwellspannung zur Einleitung des Phasenübergangs zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase) zwischen das Elektrodenpaar angelegt, so geht das Flüssigkristallbildungsmaterial von der isotropen Phase in die nematische Phase über, und die nematische Phase verschwindet, falls die zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung entfernt wird und kehrt zur ursprünglichen isotropen Phase zurück.
Falls das Flüssigkristallbildungsmaterial in der istropen Phase ist, hängt die Durchlässigkeit von einer Bedingung ab, die von dem Paar Polarisationsplatten bestimmt wird, da die optische Phasenänderung nicht auftritt. Falls sich jedoch im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials die Phase des Flüssigkristallbildungsmaterials durch eine zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung von der iotropen Phase in die nematische Phase ändert, so tritt der elektro-optische Effekt auf. Somit tritt eine Phasenänderung in dem durch das Flüssigkristallbildungsmaterial tretenden Lichtes auf und die Durchlässigkeit ändert sich. Da die Induktions- und Schwundgeschwindigkeit der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials erheblich größer ist als die Rückausrichtungsgeschwindigkeit der Direktoren im nematischen Phasentemperaturbereich bekannter Flüssigkristallbildungsmaterialien, lässt sich eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hoher Antwortgeschwindigkeit erzielen.
Zudem wird im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Spannung, durch welche sich die Lichtdurchlässigkeit basierend auf der Änderung der Ausrichtung der Flüssigkristalldirektoren ändert, zwischen das Elektrodenpaar angelegt. Da der Betrieb zu diesem Zeitpunkt demjenigen bekannter Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ähnelt, lässt sich eine ausgezeichnete Bildanzeigequalität erzielen.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform setzt eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit zwei verschiedenen Eigenschaften in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung um, nämlich eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung des isotropen Phasentemperaturbereichs und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung des nematischen Phasentemperaturbereichs. Dies ermöglicht die Realisierung verschiedenartiger Anwendungen und beispielsweise wird die Flüssigkristallanzeigevorrichtung in geeigneter Weise entsprechend der Verwendung oder der Umgebung eingesetzt.
Da der in der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendete Temperaturdetektor der Detektion der Temperatur auf der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials dient, ist es wünschenswert, den Detektor auf der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials des ersten Substrats oder des zweiten Substrats auszubilden, und es ist weiter wünschenswert, einen solchen Detektor vom Dünnfilmtyp zu erzeugen. Der Temperaturdetektor kann unter Verwendung eines einen Thermistor ausbildenden Materials, eines Halbleitermaterials, eines metallischen Materials oder eines ähnlichen Materials hergestellt werden.
Zudem ist es in der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorzuziehen, dass die Steuereinrichtung die Spannung mit einer Amplitude an das Elektrodenpaar im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials anlegt, welche größer ist als die im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials angelegte Spannung.
Im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials kann die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Lichtdurchlässigkeit basierend auf der Änderung der Ausrichtung der Flüssigkristalldirektoren mit derselben wie in bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen an das Elektrodenpaar angelegten Spannung ändern. Um andererseits im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials die isotrope Phase in die nematische Phase zu ändern, ist es erforderlich, eine Spannung von nicht weniger als der Schwellspannung anzulegen, um den Phasenübergang zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase einzuleiten. Die Schwellspannung zum Einleiten des Phasenübergangs zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase ist wesentlich größer als die zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung.
Da in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die zwischen das Elektrodenpaar im isotropen Phasentemperaturbereich und im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials angelegte Spannung automatisch von der Steuerungseinrichtung geändert werden kann, ist es möglich, den Betriebsmodus im nematischen Phasentemperaturbereich und im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials auf einfache Weise zu ändern.
Zudem ist es in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorzuziehen, dass eine Polarisationsplatte an der Außenseite des ersten Substrats und des zweiten Substrats angeordnet ist.
Obwohl sich die Polarisationseigenschaft des durch das Flüssigkristallbildungsmaterial tretenden Lichtes im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials bei nicht angelegter Spannung nicht ändert, ändert sie sich zum Zeitpunkt des Anlegens einer Spannung. Zudem ändert sich die Polarisationseigenschaft des durch das Flüssigkristallbildungsmaterial tretenden Lichtes im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials sowohl bei nicht angelegter Spannung als auch bei angelegter Spannung. Wird die Polarisationsplatte somit an der Außenseite des ersten Substrats und des zweiten Substrats angeordnet, lässt sich durch Ausrichtung der optischen Transmissionsachsen der Polarisationsplatten sowohl im isotropen Phasentemperaturbereich als auch im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials der Betrieb beliebig in einem Normalschwarzmodus oder in einem Normalweißmodus durchführen.
Zudem ist es in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorzuziehen, dass ein Ausrichtungsfilm an einer Grenzfläche des ersten Substrats und des zweiten Substrats zum Flüssigkristallbildungsmaterial erzeugt wird.
Fehlt der Ausrichtungsfilm, so steigt die Schwellspannung zur Einleitung des Phasenübergangs zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials mit zunehmender Temperatur an. Ist der Ausrichtungsfilm jedoch vorhanden, wird eine große Spannungsverschiebung der Schwellspannung zur Einleitung des Phasenübergangs zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase aufgrund des Temperaturanstiegs unterdrückt und der Betriebstemperaturbereich aufgeweitet. Ist der Ausrichtungsfilm vorhanden, tritt ein anormales Ausrichtungsgebiet der Direktoren im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials kaum auf. Der Anstieg der angelegten Spannung wird in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials selbst bei auftretendem Temperaturanstieg unterdrückt, der Betriebstemperaturbereich wird aufgeweitet und die Bildanzeigequalität wird im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials ausgezeichnet, verglichen mit dem Fall, in dem der Ausrichtungsfilm fehlt.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die eine Elektrode des Elektrodenpaars auf dem ersten Substrat ausgebildet und die andere Elektrode ist aus dem zweiten Substrat ausgebildet.
In der bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung eines vertikalen elektrischen Feldsystems wie eines TN-Modus, eines STN-Modus, eines VA-Modus oder eines ECB-Modus ist das Elektrodenpaar auf dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet. Die erfindungsgemäße Ausführungsform lässt sich auf die Flüssigkristallanzeigevorrichtung des vertikalen elektrischen Feldsystems übertragen, sofern das System kein System darstellt, bei dem die Direktoren in der Flüssigkristallschicht verdrillt sind, wie beim TN-Modus oder beim STN-Modus. In diesem Fall sind verschiedenartige Kombinationen abhängig davon möglich, ob die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls positiv oder negativ ist, ob der Betrieb lediglich im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials ausgeführt wird, ob der Betrieb lediglich im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials ausgebildet wird oder ob ein Schaltvorgang im isotropen Phasentemperaturbereich und im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials erfolgt.
Zudem ist das Elektrodenpaar in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform auf dem ersten Substrat ausgebildet.
In der bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist das Elektrodenpaar lediglich auf einem Substrat aus erstem Substrat und zweitem Substrat in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom lateralen elektrischen Feldsystem wie dem IPS-Modus oder einem FFS-Modus ausgebildet. Die Erfindung kann ebenso auf Flüssigkristallanzeigevorrichtungen vom lateralen elektrischen Feldsystem übertragen werden.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst weiter eine Temperatursteuerungseinrichtung und die Steuerungseinrichtung steuert die Temperatursteuerungseinrichtung an und führt eine selektive Ansteuerung durch, um den isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials oder den nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials zu erzielen.
Falls die Flüssigkristallanzeigevorrichtung die Temperatursteuerungseinrichtung umfasst, kann die Temperatur der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unabhängig von der Außentemperatur im isotropen Phasentemperaturbereich oder im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials gehalten werden. Somit lässt sich die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform unabhängig von der Außentemperatur selektiv im isotropen Phasentemperaturbereich oder im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials betreiben. Als Temperatursteuerungseinrichtung lässt sich eine bekannte Einrichtung wie eine elektrische Heiz- und Abkühleinheit oder eine Einrichtung, in der ein Erhitzungs- und Abkühlungsmedium zirkuliert, in geeigneter Weise auswählen und verwenden.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Temperatursteuerungseinrichtung vorzugsweise ein Peltier-Element.
Das Peltier-Element kann über die Richtung des Stromflusses zwischen Heizen und Abkühlen umschalten. Somit lässt sich die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform unabhängig von der Außentemperatur auf einfache Weise selektiv im isotropen Phasentemperaturbereich oder im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials betreiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Ansteuerungsverfahren für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung angegeben, die ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die sich gegenüberliegen und zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist, umfasst, sowie ein Elektrodenpaar auf einer Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials von wenigstens dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat, wobei das Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung die Schritte umfasst:
Durchführen einer Anzeige unter Verwendung der Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial entsprechend einer an das Elektrodenpaar angelegten Spannung, sofern eine Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem isotropen Phasentemperaturbereicht ist, und
Durchführen einer Anzeige unter Verwendung der Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials entsprechend einer an das Elektrodenpaar angelegten Spannung, sofern eine Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem nematischen Phasentemperaturbereich ist.
Bei dem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann je nach Temperatur der Flüssigkristallanzeigevorrichtung zwischen dem Anzeigemodus unter Verwendung der Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf dem Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial entsprechend der zwischen dem Elektrodenpaar angelegten Spannung und dem Anzeigemodus unter Verwendung der Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf der Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristalls entsprechend der an das Elektrodenpaar angelegten Spannung umgeschaltet und der entsprechende Modus angesteuert werden.
Ist bei dem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im isotropen Phasentemperaturbereich, umfasst die angelegte Spannung wenigstens bei Halbtonanzeige unter Verwendung der Lichtdurchlässigkeit eine Pulsspannung, deren Amplitude größer ist als die Amplitude einer der Halbtonanzeige entsprechenden Spannung. Obwohl sich das Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform einfach gestaltet, lässt sich die Antwortgeschwindigkeit verbessern, selbst in einem Anzeigemodus unter Verwendung der Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf dem Induktions- und Schwundphänomen in der nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial der isotropen Phase, in der die Antwortgeschwindigkeit bei Halbtonanzeige gering ist.
Erfolgt bei dem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Halbtonanzeige unter Verwendung der Lichtdurchlässigkeit, ist die zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung binär gesteuert und die Anzahl der eingeschalteten Sub-Pixel einer bestimmten Farbe wird für jede Pixelmehrzahl mit Sub-Pixel mehrerer Farben gesteuert.
Auch ist es bei dem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform erforderlich, Opfer bei der Verbesserung im Detail zu erbringen. Obwohl das Ansteuerungsverfahren einfach gehalten ist, kann die Antwortgeschwindigkeit ebenso in einem Anzeigemodus verbessert werden, der die Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf dem Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial der isotropen Phase nutzt, in welcher die Antwortgeschwindigkeit bei Halbtonanzeige gering ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1A zeigt eine Draufsicht auf eine Skizzierung eines Matrixsubstrats für ein Pixel in einem Flüssigkristallanzeigeelement, das den jeweiligen Ausführungsformen gemeinsam ist, und 1B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1B-1B von 1A.
2A ist eine schematische Ansicht zu einem Zustand eines Flüssigkristallbildungsmaterials in einem isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallelements, welcher den entsprechenden Ausführungsformen gemeinsam ist, und 2B zeigt eine Querschnittsansicht zu einem Ausrichtungszustand von Direktoren, der durch Anlegen eines elektrischen Feldes herbeigeführt wird.
3A ist ein Diagramm zu einem Zusammenhang (V-T-Kurve) zwischen einer zwischen Elektroden angelegten Spannung und einer Durchlässigkeit bei einer jeweiligen Temperatur, und 3B zeigt ein Diagramm, in dem Messergebnisse der 3A mittels einer Spannung am Maximalwert Tmax der Durchlässigkeit normiert sind.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung einer ersten Ausführungsform.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
6A bis 6C sind Ansichten zu angelegten Spannungskurvenformen zum Zeitpunkt der Halbtonanzeige einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung einer dritten Ausführungsform, und 6D zeigt ein Anzeigebeispiel für den Fall, in dem eine Halbtonanzeige durch Flächenmodulation gemäß einem modifizierten Beispiel erfolgt.
7A ist eine schematische Schnittansicht einer bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom vertikalen elektrischen Feldsystem, 7B ist eine Ansicht zu ihrem Lichtdurchlässigkeitszustand, 7C ist eine schematische Ansicht zum Ausrichtungszustand der Direktoren in einem Zustand eines nicht angelegten elektrischen Feldes und 7D ist eine schematische Ansicht zu einem Ausrichtungszustand der Direktoren bei angelegtem elektrischen Feld.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen erläutert. Jedoch sollen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung nicht beschränken und diese kann verschiedenartigen Modifikationen unterwerfen werden ohne vom technischen Konzept der beigefügten Patentansprüche abzuweichen. Die zugehörigen Abbildungen zur Beschreibung, die entsprechenden Schichten und entsprechende Bestandteile werden in unterschiedlichen Maßstäben dargestellt, um die entsprechenden Schichten und Elemente in den Abbildungen erkennbar zu halten und diese sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt.
Da die Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der jeweils unten beschriebenen Ausführungsformen der Bestätigung des Wirkungsprinzips der Erfindung dienen, ist lediglich eine transparente Überzugsschicht als Farbfilterschicht eines Farbfiltersubstrats CF dargestellt. Ein in den Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der entsprechenden Ausführungsformen verwendetes Flüssigkristallbildungsmaterial ist 5CB, das durch folgende chemische Formel ausgedrückt wird. 5CB durchläuft bei ungefähr 35°C einen Phasenübergang zwischen einer Flüssigkristallphase (nematische Phase) und einer flüssigen Phase (isotrope Phase).
Der Aufbau eines Flüssigkristallanzeigeelements 10 einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A einer ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1A und 1B erläutert. 1A ist eine Draufsicht eines Abrisses eines Matrixsubstrats für ein Pixel im Flüssigkristallanzeigeelement 10 eines FFS-Modus gemäß der ersten Ausführungsform und 1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B von 1A. Wie in 1B gezeigt ist, weist das Flüssigkristallanzeigeelement 10 der ersten Ausführungsform einen Aufbau auf, bei dem ein Flüssigkristallbildungsmaterial LC zwischen einem Matrixsubstrat AR und einem Farbfiltersubstrat CF, die sich gegenüberliegen, eingeschlossen ist. Das Matrixsubstrat AR entspricht einem ersten Substrat in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und das Farbfiltersubstrat CF entspricht einem zweiten Substrat.
In dem Matrixsubstrat AR sind mehrere Abtastleitungen 12 aus Metall wie Aluminium oder Molybdän parallel zueinander und mit selben Abständen auf einer Oberfläche eines ersten transparenten Substrats 11 aus einem transparenten Glas oder ähnlichem, das eine Isolationseigenschaft aufweist, ausgebildet. Die Abtastleitung 12 ist an der Ausbildungsplanposition einer Gate-Elektrode G eines TFTs teilweise aufgeweitet. Zudem ist ein transparenter Gate-Isolationsfilm 14 aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid beschichtet und bedeckt einen freigelegten Bereich der Abtastleitungen 12 sowie das Glassubstrat 11. Eine Halbleiterschicht 15 aus amorphem Silizium oder polykristallinem Silizium ist auf dem Gate-Isolationsfilm 14 ausgebildet und überlappt mit der Gate-Elektrode G bei Betrachtung in einer Ebene. Zudem sind mehrere Signalleitungen 16 aus Metall wie Aluminium oder Molybdän auf dem Gate-Isolationsfilm 14 ausgebildet und kreuzen sich mit den Abtastleitungen 12. Eine Source-Elektrode S des TFTs erstreckt sich von der Signalleitung 16 und die Source-Elektrode S steht teilweise in Kontakt der Oberfläche der Halbleiterschicht 15.
Zudem wird eine Drain-Elektrode D, die aus demselben Material wie die Signalleitung 16 und die Source-Elektrode S besteht und gleichzeitig mit diesen ausgebildet wird, auf dem Gate-Isolationsfilm 14 bereitgestellt. Die Drain-Elektrode D ist in der Nähe der Source-Elektrode S positioniert und steht teilweise in Kontakt mit der Halbleiterschicht 15. Eine von der Abtastleitung 12 und der Signalleitung 16 umgebene Fläche entspricht einem Sub-Pixelgebiet. Der TFT als Schaltelement umfasst die Gate-Elektrode G, den Gate-Isolationsfilm 14, die Halbleiterschicht 15, die Source-Elektrode S und die Drain-Elektrode D und dieser TFT ist in jedem der Sub-Pixel ausgebildet.
Ein transparenter Passivierungsfilm 17, der beispielsweise aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid besteht, ist geschichtet und bedeckt einen freigelegten Bereich der Signalleitung 16, des TFTs und des Gate-Isolationsfilms 14. Ein Zwischenschichtfilm 18 aus einem transparenten Harzmaterial wie etwa Fotolack ist geschichtet und bedeckt den Passivierungsfilm 17. Eine untere Elektrode 26 aus einem transparenten leitfähigen Material wie ITO oder IZO bedeckt den Zwischenschichtfilm 18. Ein durch den Zwischenschichtfilm 18 und den Passivierungsfilm 17 tretendes Kontaktloch 19 reicht bis zur Drain-Elektrode D. Die untere Elektrode 26 und die Drain-Elektrode D sind elektrisch über das Kontaktloch 19 miteinander verbunden. Somit wird die untere Elektrode 26 in diesem Flüssigkristallelement 10 als Pixelelektrode betrieben.
Ein transparenter Zwischenelektrodenisolationsfilm 27, der beispielsweise aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid besteht, ist zur Bedeckung der unteren Elektrode 26 geschichtet. Eine obere Elektrode 28 aus einem transparenten leitfähigen Material wie ITO oder IZO ist zur Bedeckung des Zwischenelektrodenisolationsfilms 27 geschichtet. Wie in 1 gezeigt, sind in der oberen Elektrode 28 mehrere schlitzähnliche Öffnungen 29 ausgebildet. Die obere Elektrode 28 ist elektrisch an eine gemeinsame Leitung (nicht gezeigt) in einem Framegebiet eines Randbereichs eines Anzeigegebiets angeschlossen. Somit wird die obere Elektrode 28 in diesem Flüssigkristallanzeigeelement 10 als gemeinsame Elektrode betrieben.
Die schlitzähnliche Öffnung 29 weist beispielsweise eine längliche Form auf und ihre longitudinale Ausrichtung ist um ungefähr 5° nach rechts oben in Bezug auf die Erstreckungsrichtung der Abtastrichtung geneigt. Ein Ausrichtungsfilm 30 ist auf der Oberfläche der oberen Elektrode 28 und auf der Innenseite der schlitzähnlichen Öffnung 29 ausgebildet. Der Aufbau des Matrixsubstrats AR des Flüssigkristallanzeigeelements 10 der ersten Ausführungsform weist denselben Aufbau auf wie das Matrixsubstrat einer bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung eines FFS-Modus.
Im Farbfiltersubstrat CF ist eine Überzugsschicht 22 anstelle eines Farbfilters auf der Oberfläche eines zweiten transparenten Substrats 21, das aus einem transparenten Glas oder ähnlichem mit einer Isolationseigenschaft besteht, bereitgestellt. Ein Ausrichtungsfilm 31 ist auf der Oberfläche der Überzugsschicht 22 ausgebildet.
Das wie oben beschrieben ausgebildete Matrixsubstrat AR und das Farbfiltersubstrat CF liegen einander gegenüber, ein Abdichtmaterial ist um beide Substrate zur Verbindung derselben angeordnet und das vorherige Flüssigkristallbildungsmaterial ist zwischen beide Substrate injiziert. Danach wird eine erste Polarisationsplatte 24 an der Rückseite des Matrixsubstrats AR angeordnet und eine zweite Polarisationsplatte 25 wird an der Rückseite des Farbfiltersubstrats CF positioniert. Beide Polarisationsplatten sind in gekreuzter Nicol-Anordnung positioniert, sodass das Flüssigkristallanzeigeelement 10 vom lateralen elektrischen Feldsystem der ersten Ausführungsform, das im FFS-Modus arbeitet, erzielt wird. Ein Zellabstand im Flüssigkristallanzeigeelement 10 beträgt ungefähr 3 μm, und die Breite eines zwischen den schlitzähnlichen Öffnungen 29 der oberen Elektrode 28 eingelegten Bereichs als auch die Breite eines Bereichs der schlitzähnlichen Öffnung 29 entspricht jeweils ungefähr 2,5 μm.
Das Funktionsprinzip des Flüssigkristallbildungsmaterials des Flüssigkristallanzeigeelements 10 der ersten Ausführungsform im isotropen Phasentemperaturbereich wird mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben. 2A ist eine schematische Ansicht des Flüssigkristallbildungsmaterials des Flüssigkristallanzeigeelements 10 der ersten Ausführungsform im isotropen Phasentemperaturbereich und 2B ist eine schematische Ansicht eines durch Anlegen eines elektrischen Feldes induzierten Ausrichtungszustands der Direktoren.
Wie in 2A gezeigt ist, wird Licht, das im isotropen Phasentemperaturbereich durch das Flüssigkristallbildungsmaterial durchtritt, nicht beeinflusst, da das Flüssigkristallbildungsmaterial in der isotropen Phase (flüssig) vorliegt. Da das Polarisationsplattenpaar in gekreuzter Nicol-Anordnung vorliegt, kann Licht, das durch die eine Polarisationsplatte tritt und in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird, nicht durch die andere Polarisationsplatte treten. Falls jedoch eine Spannung zwischen das Elektrodenpaar angelegt wird und ein elektrisches Feld am Flüssigkristallbildungsmaterial anliegt, wie in 2B gezeigt ist, wird die nematische Phase eingeleitet. Da die Phase des Lichtes, das durch die nematische Phase tritt, durch den elektro-optischen Kerr-Effekt geändert wird, wird die Phase des durch die eine Polarisationsplatte tretenden und in linear polarisiertes Licht umgewandelten Lichtes beim Hindurchtreten durch die nematische Phase geändert. Somit kann das Licht die andere Polarisationsplatte passieren.
Wird die Phase des einfallenden Lichtes in diesem Fall nicht durch das Flüssigkristallbildungsmaterial geändert, lässt sich eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Normalschwarztyp erzielen, da das durch die Polarisationsplatte 24 tretende Licht nicht durch die zweite Polarisationsplatte 25 treten kann (siehe 1B).
Messung der V-T Kurve
Um die Funktionsweise des wie oben beschriebenen Flüssigkristallanzeigeelements 10 zu bestätigen, erfolgt die folgende Messung. Im Hinblick auf die Messapparatur wird ein LCD7000 von Otsuka Electronic Co., Ltd. als optisches Messgerät verwendet und ein AP529E von Anritsu Meter Co., Ltd. wird als Temperaturüberwachungsgerät verwendet. Im Hinblick auf die Lichtdurchlässigkeit bei gekreuzter Nicol-Anordnung wird einfallendes Licht, das um 45° relativ zur Normalen der Zellsubstratoberfläche geneigt ist, direkt in der Ausgangsrichtung gemessen. Im Folgenden wird die Übergangstemperatur (35°C) zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial mit T_N1 bezeichnet.
Das Flüssigkristallanzeigeelement 10 der ersten Ausführungsform wird in einem Bad konstanter Temperatur platziert, während die Temperatur T an den drei Punkten 34,7°C unter TN₁, TN₁ + 0,2°C und T_N1 + 0,3°C gehalten wird, und das im Hinblick auf den Zusammenhang (V-T Kurve) zwischen der an das Elektrodenpaar angelegten Spannung und der Lichtdurchlässigkeit bei jeder dieser Temperaturen erzielte Ergebnis ist in 3A gezeigt. 3B zeigt das Ergebnis nach Normalisieren des Messergebnisses von 3A mit der Spannung am Maximalwert Tmax der Lichtdurchlässigkeit.
Das hier verwendete Flüssigkristallbildungsmaterial 5CB liegt bei 34,7°C in der nematischen Phase vor, da die Temperatur geringer ist als die Phasenübergangstemperatur T_N1, zwischen der nematischen Phase und der isotropen Phase und der Temperatur entspricht, bei der das Material nicht fest geworden ist. Gemäß dem in 3A gezeigten Ergebnis wird bestätigt, dass das Material bei 34,7°C denselben elektrooptischen Effekt aufweist wie der Flüssigkristall nematischer Phase in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom lateralen elektrischen Feldsystem. Da der Zustand einer Lichtdurchlässigkeit = 0 bei T_N1 + 0,2°C und T_N1 + 0,3°C zum Zeitpunkt nicht angelegter Spannung beobachtet wird, ist bestätigt, dass das Material in der isotropen Phase vorliegt. Falls der Bereich der angelegten Spannung 40 V oder mehr beträgt, wird das Induktionsphänomen der nematischen Phase beobachtet, da die Lichtdurchlässigkeit ansteigt.
Gemäß dem Ergebnis nach Normalisierung unter Verwendung der Spannung beim maximalen Wert Tmax der Lichtdurchlässigkeit ist die Tendenz der T-V Kurve in den Fällen, in denen die Temperatur T geringer ist als T_N1 bzw. die Temperatur T_N1 übersteigt, übereinstimmend obwohl die erforderlichen Schwellspannungen verschieden sind und eine geringfügige Verschiebung in der Lichtdurchlässigkeit (Verschiebung in der Abstufung) vorliegt. Dies bedeutet, dass sich die Ansteuerung mit derselben Ansteuerungseinheit sowohl im Fall T < T_N1 als auch im Fall T > T_N1 durchführen lässt, da sich die zwischen der Pixelelektrode (untere Elektrode) und der gemeinsamen Elektrode (obere Elektrode) der Flüssigkristallanzeigevorrichtung angelegte Ansteuersignalspannung in geeigneter Weise in Anbetracht der digitalen Ansteuerungstechnologie oder Übersteuerungstechnologie ändern lässt.
[Erste Ausführungsform]
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform lässt sich durch Kombination des vorhergehenden Flüssigkristallanzeigeelements 10 und einer Ansteuerungseinheit 35 mit einem in 4 gezeigten Aufbau betreiben. 4 ist ein Blockdiagramm der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform. Zunächst wird ein Temperaturdetektor 36 auf dem Flüssigkristallanzeigeelement 10 bereitgestellt. Da der Temperaturdetektor 36 der Detektion der Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials dient, ist es vorzuziehen, den Temperaturdetektor vom Dünnfilmtyp auf der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials des Matrixsubstrats AR oder des Farbfiltersubstrats CF unter Verwendung eines einen Thermistor ausbildenden Materials, eines Halbleitermaterials, eines metallischen Materials oder einem ähnlichen Material herzustellen, um die Temperatur mit hoher Genauigkeit zu messen.
Obwohl der Temperaturdetektor 36 auf der Substratoberfläche positioniert ist, die der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials gegenüberliegt, kann der Detektor auf der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials ausgebildet werden. In diesem Fall kann der Temperaturdetektor beispielsweise auf der Oberfläche des Matrixsubstrats AR zusammen mit den den TFT darstellenden Komponenten ausgebildet werden. Wird der Temperaturdetektor auf der Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials ausgebildet, so wird es möglich, die Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials genauer zu detektieren.
Basierend auf der Ausgabe des Temperaturdetektors 36 wird eine Temperaturbestimmungseinheit 37 verwendet, um zu bestimmen, ob die Temperatur des Flüssigkristallanzeigeelements 10, genauer die Temperatur T des Flüssigkristallbildungsmaterials T < T_N1 oder T > T_N1 ist. Falls für die Temperatur beispielsweise T < T_N1 gilt, wird ein Ausgangssignal L erzeugt und falls für die Temperatur T > T_N1 gilt, wird ein Ausgangssignal H erzeugt. Als Temperaturbestimmungseinheit 37 kann eine bekannte Komparatorschaltung verwendet werden. Die Temperaturbestimmungseinheit 37 sendet das Temperatursignal T zusammen mit dem Ausgangssignal L oder H, das der Temperatur T von T < T_N1 oder T > T_N1 entspricht, an die Ansteuerungseinheit 35.
Falls das Flüssigkristallanzeigeelement 10 binär durch Hell und Dunkel angesteuert wird und das Ausgangssignal der Temperaturbestimmungseinheit 37 L beträgt, gibt die Ansteuerungseinheit 35 das Spannungssignal von z. B. VH = 10 V und VL = 0 V basierend auf 3A aus und legt dieses an die untere Elektrode 26 und die obere Elektrode 28 an, da die Temperatur T < T_N1 beträgt und das Flüssigkristallbildungsmaterial in der nematischen Phase vorliegt. Falls das Ausgangssignal von der Temperaturbestimmungseinheit 37 H beträgt, werden die gemäß der gemessenen Temperatur T bestimmten Spannungen, z. B. die Signale VH = 90 V und VL = 0 V im Falle von T = T_N1 + 0,2°C basierend auf 3A oder die Signale VH = 100 V und VL = 0 V im Falle von T = T_N1 + 0,3°C, an die untere Elektrode 26 und die obere Elektrode 28 angelegt, da die Temperatur T > T_N1, ist und das Flüssigkristallbildungsmaterial in der isotropen Phase vorliegt. Die Beziehung zwischen der Temperatur T und der angelegten Spannung kann in diesem Fall auf einfache Weise durch vorhergehendes Aufbereiten einer Nachschlagstabelle oder ähnlichem ausgewählt werden.
Wie oben beschrieben wurde, lässt sich mit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform eine Hochgeschwindigkeitsanzeige unter Verwendung des Phasenübergangs zwischen der isotropen Phase und der nematischen Phase ermöglichen durch Anlegen einer Spannung an das Flüssigkristallanzeigeelement 10, deren Amplitude größer ist als die Amplitude bekannter Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, falls für die Temperatur T des Flüssigkristallbildungsmaterials T > T_N1 gilt. Falls für die Temperatur T des Flüssigkristallbildungsmaterials T < T_N1 gilt, ist eine Ansteuerung unter Verwendung der erneuten Ausrichtung der Direktoren ähnlich zu bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen möglich. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform lässt sich als Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Normalschwarztyp im nematischen Phasentemperaturbereich basierend auf demselben Wirkungsprinzip wie in herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen vom FFS-Modus betreiben.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform ist das Beispiel, bei dem das Farbfiltersubstrat CF mit der Überzugsschicht 22 anstelle der Farbfilterschicht bereitgestellt ist, als Flüssigkristallanzeigeelement 10 beschrieben. Falls jedoch Farbfilterschichten verschiedener Farben wie bei einem herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeelement bereitgestellt werden, wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung erzielt, mit der sich verschiedene Farbanzeigen durchführen lassen während obiger Effekt erreicht wird.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform sind die Ausrichtungsfilme 30 und 31 nicht zwingend erforderlich, obwohl in dem beschriebenen Beispiel die Ausrichtungsfilme 30 und 31 als Ausrichtungssteuerungseinheit des Flüssigkristallanzeigeelements 10 vorliegen. Falls die Ausrichtungsfilme 30 und 31 ausgebildet werden, tritt im nematischen Phasentemperaturbereich ein Lichtverlust, der durch die Störung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zwischen der unteren Elektrode 26 und der oberen Elektrode 28 bei nicht angelegter Spannung verursacht wird, kaum auf. Zudem lässt sich im isotropen Phasentemperaturbereich die angelegte Spannung zur Ansteuerung reduzieren. Als Ausrichtungssteuerungseinheit lässt sich zusätzlich zum Ausrichtungsfilm beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen einer Rauhigkeit auf der Elektrodenoberfläche, ein Verfahren zum Herstellen eines makromolekularen Polymers auf der Elektrodenoberfläche und zum optischen Ausrichten des makromolekularen Polymers oder ein Verfahren zum Veranlassen, dass die Elektrodenoberfläche einem Reibungsprozess mit einem Reibestoff unterzogen wird, verwenden.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform sind die Polarisationsplatten 24 und 25 nicht unbedingt erforderlich, falls lediglich eine Hell- und Dunkelanzeige erfolgt, obwohl in dem beschriebenen Beispiel die Polarisationsplatten 24 und 25 auf dem Flüssigkristallanzeigeelement 10 vorgesehen sind. Werden die Polarisationsplatten 24 und 25 jedoch verwendet, lässt sich eine selektive Ansteuerung im Normalschwarzmodus oder im Normalweißmodus durch geeignete Auswahl des Flüssigkristallbildungsmaterials als auch durch geeignete Festlegung der Lichtdurchlässigkeitsachsen der Polarisationsplatten 24 und 25 sowohl im isotropen Phasentemperaturbereich als auch im nematischen Phasentemperaturbereich durchführen. Bei Bedarf lässt sich die Ansteuerung in verschiedenen Modi im isotropen Phasentemperaturbereich und im nematischen Phasentemperaturbereich durchführen.
Obwohl in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform beispielhaft das Flüssigkristallanzeigeelement 10 vom FFS-Modus beschrieben wurde, lässt sich derselbe Betrieb auch mit einem Flüssigkristallanzeigeelement vom IPS-Modus durchführen. Obwohl in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform als Flüssigkristallbildungsmaterial des Flüssigkristallanzeigeelements 10 ein Material mit positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante verwendet wurde, lässt sich auch ein Flüssigkristallbildungsmaterial mit negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante verwenden. In diesem Falle ist es vorzuziehen, dass die durch das elektrische Feld induzierte Ausrichtung der Direktoren der Flüssigkristallschicht der Ausrichtung des Oberflächenausrichtungsprozesses entspricht.
Wird in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Auführungsform ein System verschieden von einem System wie TN-Modus oder STN-Modus, bei denen die Direktoren in der Flüssigkristallschicht verdrillt sind, verwendet, lässt sich die Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom vertikalen elektrischen Feldsystem auch bei Kombination der Anisotropie der Dielektrizitätskonstante (positiv oder negativ) des Flüssigkristallbildungsmaterials betreiben. Die wie oben beschriebene Beschränkung tritt in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung des Induktions- und Schwundphänomens der nematischen Phase im isotrophen Phasentemperaturbereich auf.
Bekannte Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwenden eine Polarisationsbedingung, eine Kombination geordneter Strukturen in der Flüssigkristallschicht zum Zeitpunkt nicht angelegter Spannung, und eine Änderung der optischen Eigenschaften durch Anlegung einer Spannung. In diesem Fall wird das Verfahren unter Ausnutzung der Änderung der optischen Eigenschaften der Flüssigkristallanzeigevorrichtung grob in die folgenden drei Typen unterteilt:

(1) Ausnutzung einer Änderung eines Zustands mit finiter Phasendifferenz in einen Zustand mit einer anderen finiten Phasendifferenz,
(2) Ausnutzung einer Änderung von einem Zustand, bei dem keine Phasenänderung auftritt, in einen Zustand mit einer finiten Phasendifferenz, und
(3) Ausnutzung einer Änderung von einem Zustand mit einer finiten Phasendifferenz in einen Zustand, bei dem keine Phasendifferenz auftritt.

Obwohl dies nicht strikt gültig ist, umfassen typische Modi für obigen Typ (1) einen STN-Modus, einen TN-Modus und dergleichen, und die obigen Typen (2) und (3) umfassen einen ECB-Modus, einen VA-Modus, einen IPS-Modus und einen FFS-Modus. Die Beschaffenheit der Polarisationsplatte umfasst eine Kombination eines Normalschwarz (gekreuzte Nicol-Anordnung) Modus und eines Normalweiß (parallele Nicol-Anordnung) Modus.
Wird das Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich in der Anzeigevorrichtung verwendet, wird der Anzeigemodus durch die Bedingung (Normalschwarz (gekreuzte Nicol-Anordnung) Modus und Normalweiß (parallele Nicol-Anordnung) Modus) der Polarisationsplatte festgelegt, da der Zustand dergestalt ist, dass keine Phasendifferenz auftritt oder die Phasendifferenz in der Flüssigkristallschicht bei nicht angelegter Spannung nicht auftritt.
Erfolgt die Anzeige unter Verwendung der Änderung des Ausrichtungszustands der Direktoren im nematischen Phasentemperaturbereich, wird der Anzeigemodus durch die angelegte Spannung sowie die positive oder negative Anisotropie der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristallbildungsmaterials festgelegt, um im selben Modus zu sein wie im Falle, in dem das Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich verwendet wird, und der Anzeigemodus stell sich wie in den Kombinationen der Tabelle 1 angedeutet ein. Tabelle 1

isotroper Phasentemperaturbereich nematischer Phasentemperaturbereich

Anisotropie der Dielektrizitätskonstante positiv negativ positiv negativ

VA x O x O

ECB x O O x

IPS, FFS O O O O
[Zweite Ausführungsform]
Mit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem, wie in 4 gezeigt, der Ansteuerungsmodus im isotropen Phasentemperaturbereich und im nematischen Phasentemperaturbereich entsprechend der Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials des Flüssigkristallanzeigeelements 10 geändert wird. In einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B einer zweiten Ausführungsform kann der Ansteuerungsmodus im isotropen Phasentemperaturbereich und im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallanzeigeelements 10 durch eine externe Eingabe gesteuert werden. Der Aufbau der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 5 erläutert. 5 zeigt ein Blockdiagramm mit den Verbindungen zwischen einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung der zweiten Ausführungsform und einer Ansteuerungseinheit. Da das Flüssigkristallanzeigeelement 10 der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform denselben Aufbau wie das Flüssigkristallanzeigeelement 10 der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform aufweist, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Das Flüssigkristallanzeigeelement 10 der zweiten Ausführungsform umfasst einen Temperaturdetektor 36 sowie eine Erhitzungs- und Abkühlungseinheit, die beispielsweise aus einem Peltier-Element 38 besteht. Das Peltier-Element 38 ist ein Element, bei dem eine Oberfläche auf einer Seite mittels der Richtung eines fließenden Gleichstroms gesteuert in einen Wärmeerzeugungszustand oder einen Wärmeabsorptionszustand gebracht wird. In dem Flüssigkristallanzeigeelement 10 der zweiten Ausführungsform kann das Peltier-Element 38 so angeordnet werden, dass es in Kontakt mit der Rückseite einer Lichtführungsplatte einer nicht dargestellten Rückseitenlichtquelle vom Seitenlichttyp steht. Der Temperaturdetektor 36 kann ähnlich wie beim Flüssigkristallanzeigeelement 10 der ersten Ausführungsform ausgebildet sein.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform umfasst eine Eingabeeinheit 39, eine Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 und eine Ansteuerungseinheit 35. Die Eingabeeinheit 39 ist die Einheit, welche sich dazu eignet, von außerhalb auszuwählen, ob eine Hochgeschwindigkeitsanzeige im nematischen Phasentemperaturbereich durchgeführt wird oder ob dieselbe Anzeige wie bei bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen im nematischen Phasentemperaturbereich durchgeführt wird. Die Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 ist die Einheit, die sich dazu eignet, den Versorgungsstrom I zum Peltier-Element 38 mittels des Signals vom Temperaturdetektor 36 und der Eingabseeinheit 39 zu steuern als auch die Temperatur auf eine gewünschte konstante Temperatur zu steuern. Zudem ist die Ansteuerungseinheit 35 die Einheit, die sich dazu eignet, die an eine Pixelelektrode und an eine gemeinsame Elektrode der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B angelegten Spannungen VH und VL zu steuern.
Wird der Zustand, in dem die Anzeige im isotropen Phasentemperaturbereich erfolgt, von der Eingabeeinheit 39 ausgewählt, wird das Auswahlsignal der Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 eingespeist, und die Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 steuert den Versorgungsstrom I zum Peltier-Element 38 basierend auf dem Temperatursignal T vom Temperaturdetektor 36, sodass die Temperatur zu einer gewünschten Temperatur im isotropen Phasentemperaturbereich wird, z. B. T = T_N1 + 0,2°C. Gleichzeitig wird das Auswahlsignal von der Eingabeeinheit 39 und der Ansteuerungseinheit 35 bereitgestellt, und falls das Flüssigkristallanzeigeelement 10 binär durch Hell und Dunkel angesteuert wird, legt die Ansteuerungseinheit 35 das Signal von z. B. VH = 90 V und VL = 0 V an die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode an.
Falls die Eingabeeinheit 39 den Zustand wählt, in dem die Anzeige im nematischen Phasentemperaturbereich erfolgt, wird das Auswahlsignal der Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 zugeführt, und die Erhitzungs- und Abkühlungssteuerungseinheit 40 steuert den Versorgungsstrom I zum Peltier-Element 38 basierend auf dem Temperatursignal T vom Temperaturdetektor 36, sodass die Temperatur zu einer gewünschten Temperatur im nematischen Phasentemperaturbereich wird, z. B. T = 30°C. Gleichzeitig wird das Auswahlsignal von der Eingabeeinheit 39 der Ansteuerungseinheit 35 bereitgestellt, und falls das Flüssigkristallanzeigeelement 10 binär durch Hell und Dunkel angesteuert wird, legt die Ansteuerungseinheit 35 das Signal von z. B. VH = 10 V und VL = 0 V an die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode an.
Wie oben beschrieben, wird die Temperatur des Flüssigkristallanzeigeelements 10 gemäß der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform entsprechend dem über die Eingabeeinheit 39 ausgewählten Zustand gesteuert und die zugehörige spezifische Ansteuersignalspannung wird der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode zugeführt. Gemäß der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der zweiten Ausführungsform vereint die Flüssigkristallanzeigevorrichtung zwei verschiedene Eigenschaften, d. h. die Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche den isotropen Phasentemperaturbereich nutzt, und die Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die den nematischen Phasentemperaturbereich nutzt, und die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit den beiden verschiedenen Eigenschaften kann in geeigneter Weise positiv genutzt werden.
Erfolgt die Anzeige im ausgewählten isotropen Phasentemperaturbereich, so wird die Spannung mit einer Amplitude angelegt, die größer ist als die in bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen angelegte Spannung, sodass sich eine Hochgeschwindigkeitsanzeige unter Verwendung des Phasenübergangs zwischen der isotropen Phase und der nematischen Phase durchführen lässt. Erfolgt die Anzeige im nematischen Phasentemperaturbereich, lässt sich die Ansteuerung unter Verwendung der erneuten Ausrichtung der Direktoren ähnlich zu bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen durchführen.
Obwohl das Peltier-Element 38 in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform in dem beschriebenen Beispiel eine Erhitzungs- und Abkühlungseinheit ist, besteht keine Beschränkung hierauf. Beispielsweise lässt sich ein Verfahren zur Zirkulation eines bekannten Erhitzungs- und Abkühlungsmediums, ein Luftkühlungsverfahren durch Einblasen von bei einer bestimmten Temperatur enthaltenen Luft, oder ein Flüssigkeitskühlungsverfahren durch Zirkulation einer bei einer bestimmten Temperatur gehaltenen Flüssigkeit verwenden.
[Dritte Ausführungsform]
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform sowie der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform betrifft die Beschreibung den Fall, bei dem eine binäre Anzeige von Hell und Dunkel sowohl im isotropen Phasentemperaturbereich als auch im nematischen Phasentemperaturbereich erfolgt. In beiden Vorrichtungen ist eine ausgezeichnete Halbtonanzeige im nematischen Phasentemperaturbereich möglich, ähnlich wie bei bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen. Jedoch ist die Antwortgeschwindigkeit in beiden Vorrichtungen bei Durchführung der Anzeige unter Verwendung des Induktions- und Schwundphänomens der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich bei einer Halbtonanzeige eher gering, obwohl die Antwortgeschwindigkeit bei binärer Anzeige von Hell und Dunkel sehr hoch ist.
In einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung einer dritten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Durchführen einer Halbtonanzeige bei hoher Antwortgeschwindigkeit unter Verwendung des Induktions- und Schwundphänomens der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich mit Bezug auf die 6A bis 6D beschrieben. 6A bis 6C sind Darstellungen mit angelegten Spannungskurven zum Zeitpunkt einer Halbtonanzeige der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform und 6D zeigt ein Anzeigebeispiel für den Fall einer Halbtonanzeige durch Flächenmodulation gemäß einem modifizierten Beispiel. In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform wird die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10A der ersten Ausführungsform oder die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10B der zweiten Ausführungsform verwendet und die von der Ansteuerungseinheit 35 an die obere Elektrode sowie an die untere Elektrode angelegten Ansteuersignalspannungen werden geändert. Somit wird auf eine Beschreibung des spezifischen Aufbaus verzichtet.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform dient ein aus einer Pulsspannung bestehendes Signal als Ansteuerungssignalspannung, die von der Ansteuerungseinheit 35 an die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode angelegt wird, und diese wird so festgelegt, dass eine in einer entsprechenden Zeit pro Frame angelegte mittlere Spannung zu einer zur Erzielung eines bestimmten Halbtons erforderlichen angelegten Spannung wird. Hierdurch lässt sich eine Halbtonanzeige unter Verwendung der Lichtdurchlässigkeit schnell durchführen.
Erfolgt bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform eine Halbtonanzeige, wird eine Spannung, die größer ist als eine zur Erzielung eines Halbtons erforderliche Spannung, an ein Elektrodenpaar für eine kürzere Dauer im Vergleich zu einer ursprünglichen Anlegungszeit angelegt, und auf die Halbtonanzeigespannung zu dem Zeitpunkt geändert, an dem die bestimmte Halbtonanzeige erreicht ist, und die Spannung wird angelegt bis die ursprüngliche Anlegungsdauer vorüber ist. Obwohl die gewünschte Halbtonspannung allgemein in Einheiten einer konstanten Periode angelegt wird (z. B. 1 Frame oder 1 Feld), wird eine im Vergleich zur gewünschten Halbtonspannung höhere Spannung in der im Vergleich zur konstanten Periode kürzeren Periode angelegt. Als eine im Vergleich zu der für den Halbton erforderlichen anzulegenden Spannung vergleichsweise höhere Spannung kann eine Spannung dienen, die höher ist als die Spannung, bei der die Lichtdurchlässigkeit bei einer bestimmten Temperatur gesättigt ist.
Zum Zeitpunkt einer gewöhnlichen Halbtonanzeige wird, wie in 6A gezeigt ist, eine einem bestimmten konstanten Wert entsprechende Spannung V0 beispielsweise für 100 ms angelegt, jedoch kann ebenso eine wie in 6B gezeigte Spannung angelegt werden. Die Technik, bei der die für die kurze Dauer zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung im Vergleich zur bestimmten Spannung höher ist und dann zur bestimmten Spannung gemacht wird ist als Übersteuerung bekannt. Da in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform die Übersteuerungstechnik zur Durchführung einer Halbtonanzeige unter Verwendung des Induktions- und Schwundphänomens der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials angewandt wird, wird die Antwortgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Halbtonanzeige verbessert. Im Hinblick auf den Zeitpunkt, zu dem die bestimmte Halbtonanzeige bei Anlegen einer solchen Pulsspannung erzielt wird, wird vorhergehend experimentell eine Nachschlagtabelle erstellt und zum Zeitpunkt der bestimmten Halbtonanzeige wird Bezug auf die Nachschlagtabelle genommen und die zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung geändert.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform wird, wie in 6C gezeigt ist, eine Spannung in Zeitteilung angelegt, die höher ist als eine zur Erzielung einer Halbtonanzeige erforderliche Spannung, und hiermit wird eine bestimmte Halbtonanzeige erzielt. Dieses Verfahren stellt ein Verfahren dar, bei dem das Anlegen und Nicht-Anlegen einer Spannung zeitgeteilt ist, und die angelegte Spannung wird durch einen Mittelwert ausgedrückt. Dieses Verfahren ist das sogenannte digitale Ansteuern. Insbesondere erfolgt in diesem Fall eine Unterteilung pro Frame, z. B. erfolgt eine Unterteilung in 64 Teile und der Fall 64/64 lässt sich als Durchlässigkeit von 100% festlegen. Da sich die Steuerung mit diesem Verfahren auf einfache Weise zur Erzielung eines bestimmten Halbtons durch Änderung der Pulsanzahl einer Spannung mit bestimmter Kurvenform durchführen lässt, kann die Steuerung auf einen bestimmten Halbton mit hoher Genauigkeit von einer Steuerungseinheit einfacher Struktur vorgenommen werden. Die in 6B und 6C gezeigten Anzeigeverfahren lassen sich auch verwenden, falls die Halbtonanzeige im nematischen Phasentemperaturbereich erfolgt.
Bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der dritten Ausführungsform wird ein Verfahren eines modifizierten Beispiels, bei dem eine Halbtonanzeige durch Flächenmodulation erfolgt, mit Bezug auf 6D beschrieben. In diesem modifizierten Beispiel ist eine von der Ansteuerungseinheit 35 an die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode angelegte Ansteuerungssignalspannung binär getrieben, und die Halbtonanzeige erfolgt durch Steuerung der Anzahl der eingeschalteten Sub-Pixel einer bestimmten Farbe für jede Mehrfachpixel, die jeweils Sub-Pixel mehrerer Farben enthalten.
Werden beispielsweise drei Pixel (9 Sub-Pixel) als eine Einheit gewählt, und erfolgt eine Halbtonanzeige, bei der Blau (B) 1/3 eines Zustands entspricht, in dem alle Pixel eingeschaltet sind, wie in 6D gezeigt ist, so lässt sich dies durch Ausschalten zweier Pixel an beiden Seiten in drei blauen Sub-Pixel der drei Pixel und durch Einschalten lediglich des einen mittleren Pixel erzielen. Derselbe Effekt lässt sich durch Ausschalten der beiden benachbarten Pixel und durch Einschalten lediglich eines Pixels an einem Ende erzielen.
Als Pixel in einer Einheit lassen sich nicht nur drei Pixel, sondern ebenso zwei Pixel oder vier Pixel verwenden. Falls jedoch die Pixelanzahl in einer Einheit gering ist, wird die Anzahl anwendbarer Halbtöne niedrig, jedoch der Feinheitsgrad hoch. Falls andererseits die Pixelanzahl in einer Einheit groß wird, wird die Anzahl anwendbarer Halbtöne groß, jedoch der Feinheitsgrad gering.
Wird das wie oben beschriebene Verfahren umgesetzt, kann das einzuschaltende Sub-Pixel binär angesteuert werden und eine hohe Antwortgeschwindigkeit erzielt werden, selbst dann, wenn das Induktions- und Schwundphänomen der nematischen Phase im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials verwendet wird. Obwohl ein höherer Feinheitsgrad geopfert wird, lässt sich eine Erniedrigung der Antwortgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Halbtonanzeige unterdrücken. Ebenso lässt sich das Halbtonanzeigeverfahren anwenden, falls die Halbtonanzeige im nematischen Phasentemperaturbereich erfolgt.
Die Anmeldung enthält Gegenstände, die sich auf die Offenbarung der japanischen Prioritätsanmeldung JP 2010-000424 beziehen, welche am 5. Januar 2010 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei deren gesamter Inhalt hierin eingebunden sein soll.
Einem Fachmann ist verständlich, dass verschiedenartige Modifikationen, Kombinationen, Subkombinationen und Abänderungen je nach Designanforderungen und weiterer Faktoren erfolgen können, sofern diese innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche oder deren Äquivalente liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 11-183937 A [0013]
JP 2001-265298 A [0013]
JP 2007-323046 A [0013]
JP 2010-000424 [0101]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Liquid Crystal, Vol. 9, Nr. 2 (2006), S. 83 bis 95 [0013]

Claims

Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die aufweist: ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die sich gegenüberliegen und zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist; ein Elektrodenpaar, das eine Elektrode und die andere Elektrode umfasst; eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer zwischen das Elektrodenpaar angelegten Spannung; und ein Temperaturdetektor, wobei die Steuerungseinrichtung eine Spannung, durch die eine Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial auftritt, zwischen das Elektrodenpaar angelegt, sofern eine von dem Temperaturdetektor detektierte Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials in einem isotropen Phasentemperaturbereich ist, und die Steuerungseinrichtung eine Spannung, durch die eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials auftritt, zwischen das Elektrodenpaar anlegt, sofern die Temperatur des von dem Temperaturdetektor detektierten Flüssigkristallbildungsmaterials in einem nematischen Phasentemperaturbereich ist.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung die Spannung mit einer Amplitude zwischen das Elektrodenpaar im isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials anlegt, die größer ist als die Amplitude der im nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials angelegten Spannung.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Polarisationsplatte auf einer äußeren Oberflächenseite des ersten und zweiten Substrats angeordnet ist.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Ausrichtungsfilm des ersten Substrats zum Flüssigkristallbildungsmaterial und an einer Grenzfläche des zweiten Substrats zum Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die eine Elektrode des Elektrodenpaars auf dem ersten Substrat ausgebildet ist und die andere Elektrode auf dem zweiten Substrat ausgebildet ist.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Elektrodenpaar auf dem ersten Substrat ausgebildet ist.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zusätzlich umfassend eine Temperatursteuerungseinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung die Temperatursteuerungseinrichtung ansteuert und eine selektive Ansteuerung durchführt, um den isotropen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials oder den nematischen Phasentemperaturbereich des Flüssigkristallbildungsmaterials zu erwirken.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Temperatursteuerungseinrichtung ein Peltier-Element ist.
Ein Ansteuerungsverfahren für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung umfassend ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die sich gegenüberliegen und zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist, sowie ein Elektrodenpaar auf einer Seite des Flüssigkristallbildungsmaterials zu wenigstens einem Substrat aus erstem Substrat und zweitem Substrat, wobei das Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung die Schritte umfasst: Durchführen einer Anzeige unter Verwendung der Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial entsprechend einer an das Elektrodenpaar angelegten Spannung, sofern eine Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem isotropen Phasentemperaturbereicht ist, und Durchführen einer Anzeige unter Verwendung der Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials entsprechend einer an das Elektrodenpaar angelegten Spannung, sofern eine Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem nematischen Phasentemperaturbereich ist.
Das Ansteuerungsverfahren für die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die angelegte Spannung wenigstens bei Halbtonanzeige unter Verwendung der Lichtdurchlässigkeit eine Pulsspannung umfasst, deren Amplitude größer ist als die einer Halbtonanzeige entsprechende Spannung samplitude, sofern die Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im isotropen Phasentemperaturbereich ist.
Das Ansteuerungsverfahren für die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei bei Halbtonanzeige unter Verwendung der Lichtdurchlässigkeit die zwischen das Elektrodenpaar angelegte Spannung binär angesteuert wird und die Anzahl der eingeschalteten Subpixel einer bestimmten Farbe für jede Mehrfachpixel, die jeweils Subpixel verschiedener Farben enthalten, gesteuert wird.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die aufweist: ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die sich gegenüberliegen und zwischen denen ein Flüssigkristallbildungsmaterial angeordnet ist; ein Elektrodenpaar, das eine Elektrode und die andere Elektrode umfasst; eine Steuerungseinheit zum Steuern einer zwischen das Elektrodenpaar angelegten Spannung; und ein Temperaturdetektor, wobei die Steuerungseinheit eine Spannung, durch die eine Änderung in der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einem Induktions- und Schwundphänomen einer nematischen Phase im Flüssigkristallbildungsmaterial auftritt, zwischen das Elektrodenpaar angelegt, sofern eine von dem Temperaturdetektor detektierte Temperatur des Flüssigkristallbildungsmaterials in einem isotropen Phasentemperaturbereich ist, und die Steuerungseinheit eine Spannung, durch die eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit basierend auf einer Änderung der Ausrichtung der Direktoren des Flüssigkristallbildungsmaterials auftritt, zwischen das Elektrodenpaar anlegt, sofern die Temperatur des von dem Temperaturdetektor detektierten Flüssigkristallbildungsmaterials in einem nematischen Phasentemperaturbereich ist.