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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der japanischen Patentanmeldung Nr.
JP-P-2010-016705 , eingereicht am 28. Januar 2010, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, als ob sie hierin vollständig dargelegt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeelement, das ferroelektrische Flüssigkristalle mit hohem Molekulargewicht (bezeichnet als „hoch molekulare FLCs”) als Flüssigkristallmaterial enthält, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Erörterung der einschlägigen Technik
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In letzter Zeit wird weithin eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung („LCD”) als Bildanzeigevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften, wie beispielsweise mit geringer Dicke, leichtem Gewicht und reduziertem Energieverbrauch, verwendet. Die Mehrheit von in der herkömmlichen Technik bekannten LCD-Vorrichtungen verwendet nematische Flüssigkristalle („NLCs”).
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Wie in 8 gezeigt, besteht ein NLCs enthaltendes LCD-Element im Allgemeinen aus zwei einander gegenüberliegenden Substraten 51, jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der zugewandten Substrate 51 vorgesehenen transparenten Elektroden 52, Ausrichtungsfilmen 53, die durch ein Reibverfahren ausgerichtet und auf jeder der transparenten Elektroden 52 der Substrate 51 vorgesehen sind, und einer Flüssigkristallschicht 54, die durch Einbringen (oder Einfüllen) von nematischen Flüssigkristallen zwischen die Substrate 51 ausgebildet wird.
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Derzeit werden verschiedene LCD-Arten eingesetzt, die NLCs verwenden, wie beispielsweise TN (Twisted Nematic, verdrillt nematisch), ECB (Electrically Controlled Birefingence, elektrisch gesteuerte Doppelbrechung), STN (Super Twisted Nematic, superverdrillt-nematisch), IPS (In-Plane Switching, in der Ebene schaltend) und VA (Vertical Alignment, vertikale Ausrichtung), etc.. Jedoch weisen NCL-basierte LCD-Elemente keine inhärente Bistabilität (Speichereigenschaft) auf, obwohl sie eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglichen.
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Das NLC-basierte LCD-Element zeigt eine verbesserte Orientierungsgleichmäßigkeit, wodurch Anzeigen mit hohem Kontrastverhältnis ermöglicht werden. Um NLCs auszurichten, kann ein durch ein Reibverfahren ausgerichteter Ausrichtungsfilm verwendet werden, d. h. ein Reibverfahren kann zur Ausrichtung von NLCs eingesetzt werden. Obwohl ein NLC-basiertes LCD-Element geeignete Antwortzeiten für normale Haushaltsfernsehtechnik und ähnliches erreichen kann (geeignet für normale Wiedergabe von bewegten Bildern), erschweren inhärente Eigenschaften von NLCs, eine Hochgeschwindigkeitsantwort von weniger als 1 ms zu erreichen.
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Um die Antwortzeit eines LCD-Elements zu verbessern, wurde daher eine LCD-Element-Art mit oberflächenstabilisiertem ferroelektrischem Flüssigkristall (surface stabilized-ferroelectric liquid crystal, SS-FLC) vorgeschlagen, das an Stelle von NLCs ferroelektrische Flüssigkristalle mit niedrigem Molekulargewicht verwendet. Solche LCD-Elemente der SS-FLC-Art, die ferroelektrische Flüssigkristalle mit niedrigem Molekulargewicht (bezeichnet als „niedermolekulare FLCs”) einsetzen, weisen eine Struktur auf, bei der niedermolekulare FLCs auf eine in 8 gezeigte Flüssigkristallschicht 54 angewendet werden.
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Das LCD-Element der SS-FLC-Art mit niedermolekularen FLCs kann eine Antwortzeit im Vergleich zu den NLC-basierten LCD-Elementen verbessern. Aufgrund einer inhärenten Bistabilität des LCD-Elements der SS-FLC-Art kann dieses LCD-Element jedoch nicht leicht eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige realisieren. Eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige, die durch das LCD-Element der SS-FLC-Art unter Verwendung von niedermolekularen FLCs geliefert wird, bringt spezielle technologische Herausforderungen mit sich, beispielsweise Flächenbedeckungsabstufung, Domänenabstufung, Frame-Abstufung, etc. (siehe die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. S62-131225 ), komplizierte Strukturen, hohe Produktionskosten usw..
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In LCD-Elementen der SS-FLC-Art, die niedermolekulare FLCs einsetzen, weisen die niedermolekularen FLCs eine geschichtete Struktur auf und zeigen im Vergleich zu einem NLC-basierten LCD-Element eine verringerte Ausrichtungsstabilität. Andere Probleme treten auf, wie beispielsweise eine erschwerte gleichmäßige Ausrichtung, ein verringertes Kontrastverhältnis im Vergleich zu NLC-basierten LCD-Elementen und ähnliches. Darüber hinaus kann ein durch ein Reibverfahren ausgerichteter Ausrichtungsfilm verwendet werden, um NLCs auszurichten, d. h. ein Reibverfahren kann bei der Ausrichtung von NLCs eingesetzt werden.
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Auf Kosten einer minderwertigen Bistabilität des niedermolekulare FLCs enthaltenden LCD-Elements der SS-FLC-Art wurden LCD-Elemente einer Halb-V(H-V)-Art oder der V-Art offenbart, um eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige zu liefern (siehe die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-86116 ).
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Das niedermolekulare FLCs einsetzende LCD-Element der H-V-Art oder der V-Art wurde als Version von NLC-basierten LCD-Elementen mit einer schnellen Antwortzeit vorgeschlagen.
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Insbesondere liefert ein solches niedermolekulare FLCs einsetzendes LCD-Element der H-V-Art oder der V-Art schnellere Antwortzeiten als NLC-basierte LCD-Elemente und kann darüber hinaus eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige auf Kosten einer reduzierten Bistabiliät ermöglichen.
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Bei dem niedermolekulare FLCs einsetzenden LCD-Element der H-V-Art oder der V-Art weisen die niedermolekularen FLCs eine geschichtete Struktur auf und zeigen eine schlechtere Ausrichtungsstabilität als NLC-basierte LCD-Elemente. Weitere Probleme wie beispielsweise eine erschwerte gleichmäßige Ausrichtung, ein verringertes Kontrastverhältnis im Vergleich zu NLC-basierten LCD-Elementen und ähnliches treten auf. Um NLCs auszurichten, kann darüber hinaus ein durch ein Reibverfahren ausgerichteter Ausrichtungsfilm verwendet werden, d. h. ein Reibverfahren kann zur Ausrichtung von NLCs eingesetzt werden.
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Um eine Ausrichtungsstabilität des niedermolekulare FLCs enthaltenden LCD-Elements der SS-FLC-Art zu verbessern, wurden verbesserte hochmolekulare FLCs enthaltende LCD-Elemente der SS-FLC-Art offenbart (beispielsweise in den ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichungen Nr. S56-107216 ;
H02-240192 ;
H02-271326 ;
H03-42622 ; und
H06-281966 ).
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Wie in 9 gezeigt, enthält ein solches hochmolekulare FLCs einsetzendes LCD-Element der SS-FLC-Art im Allgemeinen zwei einander gegenüberliegende Substrate 61, jeweils auf zugewandten Seiten der Substrate 61 vorgesehene transparente Elektroden 62 und eine Flüssigkristallschicht 63, die durch Einbringen von hochmolekularen FLCs zwischen die Substrate 61 ausgebildet wird. In dieser Hinsicht kann die Bereitstellung einer Scherspannung auf die Substrate 61 (Scherverfahren), während eine Spannung zwischen den zwei Substraten 61 angelegt wird, eine Ausrichtung der hochmolekularen FLCs erreichen, wodurch eine Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 63 erreicht wird.
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Das hochmolekulare FLCs einsetzende LCD-Element der SS-FLC-Art besitzt eine vergleichbare Antwortzeit wie die eines NLC-basierten LCD-Elements, obwohl aufgrund des hohen molekularen Gewichts und einer relativ hohen Viskosität der FLCs Nachteile auftreten, wie beispielsweise eine langsamere Antwort (d. h. eine längere Antwortzeit) als die eines auf niedermolekularen FLCs basierten LCD-Elements der SS-FLC-Art. Da das hochmolekulare FLCs einsetzende LCD-Element der SS-FLC-Art eine inhärente Bistabilität aufweist, ist eine einfache kontinuierliche Farbtiefenanzeige nicht möglich. Um eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige auszuführen, werden wie oben beschrieben, ferner spezielle Technologien wie beispielsweise Flächenbedeckungsabstufung, Domänenabstufung, Frame-Abstufung, etc. benötigt. In diesem Fall treten jedoch einige Probleme auf, wie beispielsweise die Notwendigkeit von komplizierten Strukturen, hohe Produktionskosten etc..
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Da das hochmolekulare FLCs einsetzende LCD-Element der SS-FLC-Art eine geschichtete Struktur von hochmolekularen FLCs sowie ein relativ hohes Molekulargewicht aufweist, ist eine Ausrichtungsstabilität besser als die eines niedermolekulare FLCs enthaltenden LCD-Elements, während sie hingegen schlechter ist als die von NLC-basierten LCD-Elementen. Aufgrund einer solchen geschichteten Struktur, die hochmolekulare FLCs enthält, ist es schwierig, eine gleichmäßige Ausrichtung zu liefern. Daher ist das Kontrastverhältnis des vorhergehenden LCD-Elements nicht vergleichbar zu dem des NLC-basierten LCD-Elements. Da ihr hohes Molekulargewicht bedeutet, dass eine gleichmäßige Ausrichtung nicht einfach mit einem Reibverfahren erhalten wird, sollte ferner ein komplizierteres Scherverfahren verwendet werden, um eine gleichmäßige Ausrichtung zu liefern.
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Darüber hinaus ermöglichen herkömmliche NLC-basierte LCD-Elemente, auf niedermolekularen FLCs basierte LCD-Elemente (der SS-FLC-Art, der H-V-Art, der V-Art) und auf hochmolekularen FLCs basierte LCD-Elemente (SS-FLC (Scherverfahren)) alle eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige, während sie hingegen keine kontinuierlichen Abstufungsspeichereigenschaften aufweisen, um den aktuellen Abstufungszustand aufrecht zu erhalten (oder zu speichern), wenn die Spannung unterbrochen wird. Hierfür zeigt 10 eine Liste von verschiedenen Anzeigeeigenschaften von herkömmlichen LCD-Elementen.
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In 11 ist eine Beziehung (eine Potenzialkurve) zwischen Potenzialen und Ausrichtungswinkeln (variiert durch Spannungsanlegen) eines LCD-Elements zur Ermöglichung von kontinuierlicher Farbtiefenanzeige (beispielsweise NLCs, H-V-Art, V-Art) gezeigt. Wie aus 11 ersichtlich ist, hat die Verwendung eines mittels eines Reibverfahrens ausgerichteten Ausrichtungsfilms einen signifikanten Einfluss auf die Potenzialkurve.
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Bei dem LCD-Element der SS-FLC-Art mit niedermolekularen oder hochmolekularen FLCs, das eine Bistabilität aufweist, bewegen sich Flüssigkristallmoleküle nach Anlegen einer Spannung in eine bistabile Position. Eine Beziehung (eine Potenzialkurve) zwischen Potenzialen und Ausrichtungswinkeln des LCD-Elements der SS-FLC-Art, das niedermolekulare oder hochmolekulare FLCs enthält, ist in 12 gezeigt.
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Wie oben beschrieben, können herkömmliche LCD-Elemente eine bestimmte Abstufung nicht beibehalten, sobald keine Spannung mehr daran anliegt.
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Daher bringt das herkömmliche LCD-Element ein Problem mit sich, nämlich dass es keine Abstufungsspeichereigenschaft besitzt, um die aktuelle Abstufung bei einer kontinuierlichen Farbtiefenanzeige beizubehalten, wenn die Spannung unterbrochen wird, während die kontinuierliche Farbtiefenanzeige weiterhin durchgeführt wird.
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Unter derartigen Umständen wurde die Anwendung einer Domänenabstufung offenbart, um kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften zu liefern (siehe beispielsweise Hideo Fujikake et al. „Polymer-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Devices with grayscale Memory", Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 36, pp. 6449–6454, 1997).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Herkömmliche Technologien weisen die folgenden Probleme auf.
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Die Anwendung einer Domänenabstufung, um kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften bereitzustellen, bringt Probleme mit sich, wie beispielsweise einen komplizierten Aufbau oder Herstellungsprozess, erhöhte Herstellungskosten, verringerte Rentabilität und so weiter.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die vorausgehenden Probleme zu lösen, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Flüssigkristallanzeigeelement anzugeben, das eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglicht und kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften bietet, während es vorteilhafte Anzeigeeigenschaften aufweist, die im Wesentlichen vergleichbar mit allgemeinen NLC-basierten LCD-Elementen sind, ohne einen komplizierten Aufbau oder Herstellungsprozess zu erfordern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein LCD-Element angegeben, enthaltend: erste und zweite einander gegenüberliegende Substrate; erste und zweite Ausrichtungsfilme, die durch ein Reibverfahren ausgerichtet und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten und zweiten Substrats vorgesehen sind; und eine Flüssigkristallschicht, die durch Einbringen und Aufladen (charging) eines hochmolekulare ferroelektrische Flüssigkristalle („hochmolekulare FLCs”) enthaltenden Flüssigkristallmaterials zwischen das erste und zweite Substrat ausgebildet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines LCDs angegeben, umfassend: Vorbereiten eines ersten und zweiten Substrats, so dass sie einander gegenüberliegen; Bilden eines ersten und zweiten durch eine Reibverfahren ausgerichteten Ausrichtungsfilms jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten und zweiten Substrats; und Einbringen und Aufladen (charging) eines hochmolekulare FLCs enthaltenden Flüssigkristallmaterials zwischen das erste und zweiten Substrat, die jeweils den darauf ausgebildeten ersten und zweiten Ausrichtungsfilm aufweisen, um so eine Flüssigkristallschicht auszubilden.
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Bezüglich des LCD-Elements und des Verfahrens zur Herstellung desselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden der erste und zweite durch ein Reibverfahren ausgerichtete Ausrichtungsfilm jeweils an gegenüberliegenden Seiten des ersten und zweiten Substrats ausgebildet. Darüber hinaus wird ein Flüssigkristallmaterial, das hochmolekulare FLCs enthält, zwischen das erste und zweite Substrat eingeführt und aufgeladen, wodurch die Flüssigkristallschicht ausgebildet wird. Ein Aufbau und ein Vorgang zum Herstellen des vorausgehenden LCD-Elements sind im Wesentlichen ähnlich zu denen zur Anfertigung eines NLC-basierten LCD-Elements mit Ausnahme davon, dass hierbei verwendete Flüssigkristalle strukturell von denjenigen des NLC-basierten LCD-Elements verschieden sind.
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Da der durch das Reibverfahren ausgerichtete Ausrichtungsfilm mit den hochmolekularen FLCs kombiniert wird, kann eine Ausrichtungsgleichmäßigkeit in dieser Hinsicht verbessert werden und es können Kontrasteffekte erzielt werden, die im Wesentlichen mit denen von NLC-basierten LCD-Elementen vergleichbar sind. Darüber hinaus führt eine solche Kombination des durch das Reibverfahren ausgerichteten Ausrichtungsfilms mit den hochmolekularen FLCs zur Ausbildung eines Plateaubereichs in der Potenzialkurve des LCD-Elements.
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Folglich kann ein LCD-Element, das eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglicht, das vergleichbare Anzeigeeigenschaften wie die von typischen NLC-basierten LCD-Elementen aufweist und das einen kontinuierlichen Abstufungsspeicher realisieren kann, ohne komplizierten Aufbau oder Herstellungsprozess hergestellt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu liefern, und die hierin eingeschlossen sind und einen Teil dieser Anmeldung bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine Schnittansicht von technischen Anordnungen eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Potenzialkurve eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 Kurven einer Beziehung zwischen angelegter Spannung, die mit einer konstanten Spannungsanlegezeit variiert wird, und Abstufungsspeichereigenschaften eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 Kurven einer Beziehung zwischen einer Spannungsanlegezeit, die bei einer konstanten angelegten Spannung variiert wird, und Abstufungsspeichereigenschaften eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine polarisierte optische Mikrographie einer Flüssigkristallausrichtung in schwarzen, weißen und Graustufen-Anzeigezuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine weitere Potenzialkurve eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 eine Skizze von Unterschieden in Anzeigeeigenschaften eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen LCDs;
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8 eine Schnittansicht eines technischen Aufbaus eines NLCs enthaltenden LCD-Elements;
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9 eine Schnittansicht eines technischen Aufbaus eines hochmolekulare FLCs enthaltenden LCD-Elements der SS-FLC-Art;
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10 zeigt verschiedene Anzeigeeigenschaften von herkömmlichen LCD-Elementen;
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11 zeigt eine Potenzialkurve eines LCD-Elements, das eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglicht; und
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12 zeigt eine Potenzialkurve eines niedermolekularen oder hochmolekularen FLC.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines LCD-Elements gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder ähnliche Bestandteile in den Zeichnungen werden mit denselben Bezugszeichen angegeben.
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BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM 1
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1 ist eine Schnittansicht des technischen Aufbaus eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezug auf 1 umfasst das LCD-Element ein erstes Substrat 1, ein zweites Substrat 2, eine erste transparente Elektrode 3, eine zweite transparente Elektrode 4, einen ersten Ausrichtungsfilm 5, einen zweiten Ausrichtungsfilm 6 und eine Flüssigkristallschicht 7.
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Jedes der einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Substrate 1 und 2 ist eine Glasscheibe, wobei ein Flüssigkristallmaterial, das ferroelektrische Flüssigkristalle mit hohem Molekulargewicht („hochmolekulare FLCs”) umfasst, zwischen diese Substrate 1 und 2 eingeführt und eingefüllt wird. Ein solches Flüssigkristallmaterial ist eine Mischung von hochmolekularen FLCs und Flüssigkristallen mit niedrigem Molekulargewicht. Eine Hintergrundbeleuchtung (nicht gezeigt), die als Lichtquelle dient, ist gegenüber der Seite der Flüssigkristallschicht 7 auf dem ersten Substrat 1 angebracht, wobei Licht von der Hintergrundbeleuchtung auf das erste Substrat 1 fällt.
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Die erste transparente Elektrode 3 ist auf einer Seite des ersten Substrats 1 vorgesehen, die dem zweiten Substrat 2 gegenüberliegt. Ebenso ist die zweite transparente Elektrode 4 auf einer Seite des zweiten Substrats 2 ausgebildet, die dem ersten Substrat 1 gegenüberliegt. Die erste transparente Elektrode 3 und die zweite transparente Elektrode 4 können jeweils eine Pixelelektrode und eine Gegenelektrode sein und ein elektrisches Feld senkrecht zum ersten und zweiten Substrat 1 und 2 ausbilden.
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Der erste Ausrichtungsfilm 5 ist über der ersten transparenten Elektrode 3 des ersten Substrats 1 vorgesehen und durch ein Reibverfahren ausgerichtet. Ebenso ist der zweite Ausrichtungsfilm 6 über der zweiten transparenten Elektrode 4 des zweiten Substrats 2 ausgebildet und durch ein Reibverfahren ausgerichtet. Eine vertikale Richtung der Flüssigkristallschicht 7 ist in Richtung des Reibvorgangs ausgerichtet.
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Als nächstes wird die folgende Beschreibung gegeben, um einen schrittweisen Vorgang zum Herstellen eines LCD-Elements gemäß dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Reihe nach zu erklären.
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Zuerst werden die erste transparente Elektrode 3 und ein Dünnschichttransistor (TFT; nicht gezeigt) auf dem ersten Substrat 1 durch ein herkömmliches Verfahren wie beispielsweise Sputtering ausgebildet. Dann wird ein Farbfilter (nicht gezeigt) auf dem zweiten Substrat 2 ausgebildet und die zweite transparente Elektrode 4 wird auf dem Farbfilter des zweiten Substrats 2 ausgebildet.
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Nach Waschen des ersten und zweiten Substrats 1 und 2 wird Polyimid jeweils auf die erste transparente Elektrode und den TFT des ersten Substrats 1 und auf die zweite transparente Elektrode 4 des zweiten Substrats 2 aufgetragen. Anschließend wird das mit Polyimid beschichtete erste und zweite Substrat 1 und 2 einer Vorbackbehandlung (prebaking) und einem Hauptaushärtevorgang (”main curing”) unterzogen, wobei danach ein Reiben folgt, um eine Ausrichtung davon zu erzielen. Demzufolge sind auf den Substraten 1 und 2 jeweils ein erster und zweiter Ausrichtungsfilm 5 und 6 ausgebildet.
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Anschließend wird nach Waschen des ersten und zweiten Substrats
1 und
2 ein Abdichtungsmaterial auf einen Umfangsrand des ersten Substrats
1 aufgetragen und das erste Substrat
1 wird am zweiten Substrat
2 befestigt. Dann wird ein Flüssigkristallmaterial eingeführt, das eine Mischung von hochmolekularen FLCs, die durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt werden, und niedermolekularen FLCs umfasst, und zwischen die aneinander befestigten ersten und zweiten Substrate
1 und
2 eingefüllt, gefolgt von einem Auskühlen (”annealing”), um so eine Flüssigkristallschicht
7 auszubilden. In dieser Hinsicht kann ein Beimischen der hochmolekularen FLCs zu den niedermolekularen FLCs die Viskosität des Flüssigkristallmaterials verringern, wodurch eine Antwortzeit verbessert und der Betriebstemperaturbereich vergrößert wird, in dem das Flüssigkristallmaterial beweglich ist (oder eine Mobilität aufweist). Hierbei kann das Flüssigkristallmaterial lediglich hochmolekulare FLCs umfassen. Chemische Formel 1
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Alternativ zum Einbringen des Flüssigkristallmaterials zwischen die aneinander befestigten ersten und zweiten Substrate 1 und 2 kann das Flüssigkristallmaterial tropfenweise auf die Oberseite des mit einem Dichtungsmaterial beschichteten ersten Substrats 1 hinzugegeben werden, bevor die ersten und zweiten Substrate 1 und 2 aneinander befestigt werden. Direktes Auftropfen des Flüssigkristallmaterials auf das Substrat kann die Zeit, die zum Einfüllen der Flüssigkristalle zwischen die Substrate benötigt wird, drastisch reduzieren.
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Anschließend wird ein LCD, das die darauf ausgebildete Flüssigkristallschicht 7 umfasst, einem Reifevorgang (”aging”) unterzogen, um das LCD langsam auf Raumtemperatur auszukühlen, während eine Spannung daran angelegt ist, um dadurch FLCs in einer gewünschten bistabilen Position präzise auszurichten.
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Wie zuvor beschrieben, erfordert das herkömmliche LCD-Element der SS-FLC-Art mit hochmolekularen FLCs einen komplizierten Prozess, um die hochmolekularen FLCs durch Anlegen einer Scherspannung während des Reifens auszurichten, während eine Spannung an das LCD-Element angelegt ist. Das vorausgehende LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benötigt jedoch keinen derart komplizierten Prozess.
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Die folgende Beschreibung wird gegeben, um Bewertungsergebnisse von verschiedenen Anzeigeeigenschaften eines LCD-Elements zu erläutern, das gemäß dem vorausgehenden Herstellungsprozess angefertigt ist.
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(1) Bezüglich kontinuierlicher Farbtiefenanzeige, kontinuierlicher Abstufungsspeichereigenschaft und Bistabilität
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Wenn der erste und zweite durch ein Reibverfahren ausgerichtete Ausrichtungsfilm 5 und 6 mit dem hochmolekulare FLCs enthaltenden Flüssigkristallmaterial kombiniert werden, kann das LCD-Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Potenzialkurve aufweisen, die durch Kombination von einzelnen Potenzialkurven erhalten wird, wie in 11 und 12 gezeigt.
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2 zeigt die Potenzialkurve des LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine solche Potenzialkurve gibt einen Idealzustand des LCD an.
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Mit Bezug auf 2 weist die Potenzialkurve des LCD-Elements einen Plateaubereich auf. Daher kann im Plateaubereich der Potenzialkurve Spannung angelegt werden oder eine kontinuierliche Abstufungssteuerung kann abhängig von einer Spannungsanlegezeit realisiert werden und darüber hinaus ist es möglich, den aktuellen Abstufungszustand sogar dann zu speichern, wenn die Spannung unterbrochen ist.
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Nach Anlegen einer Spannung für eine konstante Zeit (1 ms) an das LCD-Element wurde eine Leuchtkraftänderung, wenn ein Schaltkreis ausgeschaltet wird, gemessen, während eine angelegte Spannung angepasst wird. Dadurch erhaltene Ergebnisse sind in 3 gezeigt. Alternativ wurde eine Leuchtkraftänderung, wenn ein Schaltkreis ausgeschaltet wird, nach Anlegen einer konstanten Spannung an das LCD-Element gemessen, während eine Zeit zum Anlegen der Spannung variiert wird. Dadurch erhaltene Ergebnisse sind in 4 gezeigt. Mit Bezug auf 3 und 4 wurde eine Zeit, wenn der Schaltkreis ausgeschaltet wird, als „0” definiert. Anhand der 3 und 4 wird es deutlich, dass eine Abstufung abhängig von einer Spannungsintensität oder Spannungsdauer gesteuert werden kann, und dass der aktuelle Abstufungszustand gespeichert werden kann (d. h. eine Abstufungsspeicherfunktion kann ausgeführt werden).
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5 ist eine polarisierte optische Mikrographie, die Flüssigkristallausrichtungen eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in schwarzen, weißen und Graustufen-Modi zeigt. Aus 5 ist ersichtlich, dass eine Ausrichtung sogar während einer Graustufenanzeige gleichmäßig ist und dass keine Domänen im LCD-Element vorliegen. Daher wird festgestellt, dass die kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung keine Domänenabstufungseigenschaft ist, sondern inhärente Abstufungsspeichereigenschaften insofern, dass eine Änderung in molekularer Ausrichtung gleichmäßig über alle Pixel ist.
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Mit anderen Worten kann das LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglichen, ohne spezielle Technologien, wie beispielsweise eine Flächenbedeckungsabstufung, eine Domänenabstufung, eine Frame-Abstufung, etc. zu erfordern, und es weist kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften auf, um den aktuellen Abstufungszustand aufrecht zu halten, wenn Spannung unterbrochen ist.
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Wenn eine Potenzialkurve anders als die in 2 gezeigte ideale Potenzialkurve einen konvexen Bereich in der Mitte aufweist, wie in 6 gezeigt, besitzt das basierend auf dieser Potenzialkurve angesteuerte LCD-Element alternativ eine Bistabilität. Das vorausgehende LCD-Element ermöglicht ebenfalls eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige aufgrund eines Einflusses von viskoelastischen Eigenschaften der hochmolekularen FLCs und es kann einen kontinuierlichen Abstufungsspeicher aufweisen. Das bedeutet, dass Bistabilität sowie eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige gleichzeitig erzielt werden können.
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(2) Bezüglich Antwortzeit
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Eine Antwortzeit des LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde unter Verwendung eines LCD-Element-Testgeräts (LCD-5200; hergestellt durch Otsuka Electronics Co. Ltd.) gemessen.
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Als Ergebnis des Tests wurde gefunden, dass wenn die angelegte Spannung 10 V beträgt, eine Zeit „tr”, die das LCD-Element benötigt, um von Schwarz (Transmissionsgrad 10%) zu Weiß (Transmissionsgrad 90%) zu schalten, 1,90 ms beträgt, während eine Zeit „tf”, die das LCD-Element benötigt, um von Weiß (Transmissionsgrad 90%) zu Schwarz (Transmissionsgrad 10%) zu schalten, 1,67 ms beträgt. Wenn die angelegte Spannung 20 V beträgt, betrug „tr” des LCD-Elements von Schwarz (Transmissionsgrad 10%) zu Weiß (Transmissionsgrad 90%) ferner 0,79 ms, während „tf” des LCD-Elements von Weiß (Transmissionsgrad 90%) zu Schwarz (Transmissionsgrad 10%) 0,73 ms betrug.
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Aus den Ergebnissen des vorausgehenden Tests ist ersichtlich, dass das LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf Merkmalen von hochmolekularen FLCs eine gleiche oder bessere Antwortzeit als ein NLC-basiertes LCD-Element aufweist. Darüber hinaus können Hochgeschwindigkeitsantwortzeiten im Submillisekundenbereich von weniger als 1 ms erreicht werden, wenn die angelegte Spannung 20 V beträgt.
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(3) Bezüglich Kontrastverhältnis
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Ein Kontrastverhältnis des LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde mittels eines LCD-Element-Testgeräts (LCD-5200; hergestellt von Otsuka Electronics Co. Ltd.) bestimmt. Als Messergebnis wurde gefunden, dass ein Transmissionskontrastverhältnis ungefähr 140 beträgt, wenn die angelegte Spannung 10 V beträgt.
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Die Ergebnisse der vorausgehenden Tests zeigten endgültig, dass das LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Kontrastverhältnisse vergleichbar zu LCD-Elementen der IPS-Art mit NLCs bereitstellt. Der Grund für die vorausgehenden Ergebnisse wird in einer Kombination gesehen von: Ausrichtung des ersten und zweiten Ausrichtungsfilms 5 und 6 durch ein Reibverfahren; und Verwendung des hochmolekulare FLCs enthaltenden Flüssigkristallmaterials, wodurch eine Ausrichtungsgleichmäßigkeit verbessert wird.
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(4) Bezüglich Ausrichtungsstabilität (Stoßfestigkeit)
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FLCs des LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen eine geschichtete Struktur auf, sodass sie über eine Ausrichtungsstabilität im Wesentlichen ähnlich wie die eines NLC-basierten LCD-Elements verfügen. Da hochmolekulare FLCs ein relativ hohes Molekulargewicht aufweisen, zeigen jedoch LCD-Elemente, die solche hochmolekularen FLCs verwenden, eine merklich bessere Ausrichtungsstabilität als ein LCD-Element, das niedermolekulare FLCs enthält. Das bedeutet, dass das erfindungsgemäße LCD-Element im Wesentlichen dieselbe Ausrichtungsstabilität wie das oben beschriebene auf hochmolekulare FLCs basierte LCD-Element (SS-FLC (Scherverfahren)) aufweisen kann.
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(5) Bezüglich Anwendung eines Reibverfahrens
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Wie oben hinsichtlich des Prozesses zum Herstellen eines LCD-Elements beschrieben, kann das LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem LCD-Element mit hochmolekularen FLCs (SS-FLC (Scherverfahren)) einem Reibverfahren unterzogen werden. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße LCD-Element in einer herkömmlichen Fertigungsstraße zum Herstellen von LCD-Elementen angefertigt werden.
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7 zeigt eine Liste von verschiedenen Anzeigeeigenschaften eines LCD-Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen LCD-Elementen.
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7 zeigt, dass das LCD-Element gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hervorragende Anzeigeeigenschaften aufweist und hinsichtlich aller in 7 gelisteten Punkten mit „O” dargestellt werden kann. Außerdem wird ein verbesserter LCD-Modus erreicht, der eine kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaft und sowohl Bistabilität als auch kontinuierliche Farbtiefenanzeige aufweist.
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Wie oben beschrieben, können gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erste und zweite durch ein Reibverfahren ausgerichtete Ausrichtungsfilme jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten und zweiten Substrats ausgebildet sein.
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Auch kann eine Flüssigkristallschicht durch Einbringen eines hochmolekulare FLCs enthaltenden Flüssigkristallmaterials zwischen das erste und zweite Substrat ausgebildet werden. Ein Aufbau und ein Prozess zum Herstellen des LCD-Elements der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen ähnlich zu denen, die für NLC-basierte LCD-Elemente verwendet werden, mit Ausnahme davon, dass die hierbei verwendeten Flüssigkristalle von denen der NLC-basierten LCD-Elemente verschieden sind.
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In dieser Hinsicht kann eine Kombination des durch ein Reibverfahren ausgerichteten Ausrichtungsfilms mit den hochmolekularen FLCs eine Ausrichtungsgleichmäßigkeit verbessern und vergleichbare Kontrastverhältnisse wie NLC-basierte LCD-Elemente liefern. Darüber hinaus kann eine solche Kombination des durch ein Reibverfahren ausgerichteten Ausrichtungsfilms mit den hochmolekularen FLCs einen Plateaubereich in einer Potenzialkurve des LCD-Elements bewirken.
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Folglich kann ein verbessertes LCD-Element ohne einen komplizierten Aufbau und/oder Herstellungsprozess angefertigt werden, das eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ermöglicht und den aktuellen Abstufungszustand speichern kann, nachdem eine Spannung unterbrochen ist, während es Anzeigeeigenschaften vergleichbar zu denen von in der herkömmlichen Technik allgemein verwendeten NLC-basierten LCD-Elementen aufweist.
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Da das erfindungsgemäße LCD-Element kontinuierliche Abstufungsspeichereigenschaften aufweist, während es eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ausführt, kann darüber hinaus ein elektronisches Papier realisiert werden, das eine Spielfilm-Antwort ermöglicht und den aktuellen Abstufungszustand speichern kann, nachdem eine Spannung während einer Standbildanzeige (freeze-frame oder still-image display) unterbrochen worden ist. Alternativ können sowohl Bistabilität als auch kontinuierliche Farbtiefenanzeige bereitgestellt werden, wodurch eine vollständige Standbildanzeige in 2D-Graustufen ermöglicht wird. Während einer Standbildanzeige wird eine Spannung unterbrochen und die aktuelle Abstufung wird beibehalten, wodurch ein Energieverbrauch effektiv verringert wird.
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Da eine kontinuierliche Farbtiefenanzeige ohne andere Technologien ausgeführt werden kann, wie beispielsweise Flächenbedeckungsabstufung, Domänenabstufung, Frame-Abstufung, etc., erfordert die vorliegende Erfindung weder eine komplizierte Struktur noch hohe Produktionskosten. Darüber hinaus können hohe Kontrastverhältnisse erzielt werden, weil die Domänenabstufung nicht angewendet wird. Ferner kann die vorliegende Erfindung ein Reibverfahren verwenden, wodurch ein Einsatz von herkömmlichen Fertigungsstraßen zum Herstellen von LCD-Elementen ermöglicht wird.
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Obwohl technische Ausführungen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf beispielhafte Ausführungsformen und oben beschriebene begleitende Zeichnungen eingeschränkt ist, sondern dass sie Ersetzungen, Variationen und/oder Abwandlungen davon abdecken kann, ohne vom in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-016705 [0001]
- JP 62-131225 [0008]
- JP 2004-86116 [0010]
- JP 56-107216 [0014]
- JP 02-240192 [0014]
- JP 02-271326 [0014]
- JP 03-42622 [0014]
- JP 06-281966 [0014]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Hideo Fujikake et al. „Polymer-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Devices with grayscale Memory”, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 36, pp. 6449–6454, 1997 [0023]
