DE60219232T2

DE60219232T2 - Nematische Flüssigkristallvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60219232T2
Application number: DE60219232T
Authority: DE
Inventors: Elizabeth Jane Oxford Acosta; Michael John Oxford Towler
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: US20020126245A1; GB2373062A; KR20020071766A; JP2002311436A; DE60219232D1; EP1248142A2; TWI228185B; JP4107562B2; EP1248142B1; GB0105434D0; US7259818B2; EP1248142A3

Description

Die Erfindung betrifft nematische Flüssigkristallvorrichtungen, die mit anisotropen Vorsprüngen ausgebildet sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Die Erfindung kann dazu verwendet werden, eine Verbesserung beim Erzielen und, falls erforderlich, Isolieren des Betriebszustands einer Pi-Zelle-Flüssigkristallvorrichtung bei niedrigen Spannungen zu erzielen. Die Erfindung kann auch zu einer Keimbildung der Betriebszustände ausgehend von den global stabilen Zuständen bei einer BTN-Vorrichtung und zum Isolieren der Betriebszustände gegeneinander und gegen den global stabilen Zustand verwendet werden.
Die Erfindung ist insbesondere bei Flachtafeldisplays und Pi-Zellen, wie sie bei LCTV verwendet werden, anwendbar. Eine andere Anwendung besteht beim Einsatz von BTN-Displays in Mobilerzeugnissen.
Die Veröffentlichung 'Electro-optic Switching in Oriented Liquid Crystal Films' von P. D. Berezin, L. M. Blinov, I. N. Kompanets und V. V. Nikitin, Juli-August 1973, Sov. J. Quant. Electron Vol. 3, S. 78–79 beschreibt das Erzielen kurzer Ansprechzeiten bei einem nematischen Flüssigkristall, die in unverdrillten Zellen mit geringer Oberflächenverkippung erzielt werden. Aus der Veröffentlichung heraus ist es unklar, ob die Orientierungsrichtungen der zwei Flächen parallel oder antiparallel sind. Die kurzen Schaltzeiten werden dadurch erzielt, dass eine Vorspannung angelegt wird, so dass die optische Modulation hauptsächlich auf einer Umorientierung der Flüssigkristallmoleküle nahe dem Oberflächenbereich verursacht ist, während diejenigen im Volumen im Wesentlichen homöotrop verbleiben. (Siehe beispielsweise die Zeilen 11–19, Spalte 1, Seite 79, gemeinsam mit den Zeilen 14–17, Spalte 2, Seite 78.)
Durch die Veröffentlichung 'The pi-Cell: A Fast Liquid Crystal Optical Switching Device' von P. J. Bos und K. R. Koehler/Beran, 1984, Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 113, S. 329–339 wird eine Pi-Zelle als Flüssigkristalldisplaymo dus eingeführt, der grundsätzlich schnell ist, da die Symmetrie der Vorrichtung die nachteiligen Effekte eines strömungsinduzierten "Rückwärts"drehmoments beseitigt, das auf den Flüssigkristalldirektor zum Zellenzentrum hin ausgeübt wird. Diese Pi-Zelle verfügt über eine parallele Oberflächenverkippung (der Begriff "parallel" bezieht sich hier auf die Reiberichtungen an den zwei Zellenoberflächen statt auf die Direktoren), so dass bei niedrigen Spannungen der Splay(oder H-)zustand stabil ist (siehe die 3b, Seite 332). Bei höheren Spannungen tritt ein Umschalten zwischen einem Hoch- und einem Niederspannungsbiege(oder V-)zustand auf (siehe die 2B, Seite 331).
US 4,566,756 beschreibt eine für d/p < 0,25 dotierte Pi-Zelle. Als Ergebnis der Dotierung bildet diese Vorrichtung bei niedrigen Spannungen den H-Zustand nicht aus, und bei hohen Spannungen verbleibt sie im T-Zustand, nicht im V-Zustand. Jedoch verfügt der T-Zustand bei hohen Spannungen über ähnliche optische Eigenschaften wie der V-Zustand. Dieser Modus überwindet dann die Keimbildungsprobleme der herkömmlichen Pi-Zelle, und er zeigt bei hohen Spannungen ähnliche optische Eigenschaften. Unglücklicherweise führt bei niedrigeren Spannungen der Effekt der charakteristischen Verdrillung auf die optischen Eigenschaften zu schlechterem Funktionsvermögen als bei einer herkömmlichen Pi-Zelle.
EP-0,996,028 beschreibt die gattungsmäßige Verwendung von Keimbildungsbereichen zum Auslösen des Wachstums des V-Zustands ausgehend vom H-Zustand. Für eine Pi-Zelle-Vorrichtung und eine komplementäre, negative Pi-Zelle oder ein SBD sind spezielle Beispiele angegeben. Neben der Angabe einer strukturierten Oberflächenvorverkippung zum Erzeugen dieser Keimbildungsbereiche ist auch eine In-situ-Polymerisation eines Keimbildungsbereichs, beispielsweise in den Zwischenräumen zwischen Pixeln, angegeben. Eine beschriebene Technik zum Strukturieren der Oberflächenverkippung besteht darin, strukturierte, reaktive Mesogenschichten zu verwenden. Diese sind jedoch dünn, und sie stehen nicht beträchtlich in den Flüssigkristall hinein.
EP-0,965,876A2 beschreibt die Verwendung einer im Wesentlichen homöotropen Ausrichtung zum Umgeben des aktiven Pixelbereichs innerhalb eines herkömmlichen Displays auf Basis einer Pi-Zelle mit geringer Oberflächenvorverkippung. Bei null Volt isoliert die umgebende, im Wesentlichen homöotrope Ausrichtung die Pixel gegen eine Neuausbildung des H-Zustands; bei null Volt relaxiert das Pixel dann in den Verdrillungszustand (T-Zustand) (siehe die Zusammenfas sung, Spalte 2, Seite 3, Zeilen 39–44 und den Anspruch 1). Die Vorrichtung wird im V-Zustand bei höheren Spannungen betrieben.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-9 90432 (Toshiba) offenbart das Bereitstellen von Keimbildungsorten innerhalb einer Tafel mit Pi-Zelle. Die Keimbildungsorte werden dadurch bereitgestellt, dass Abstandshalterkugeln oder -säulen innerhalb der Pi-Zelle-Tafel eingeschlossen werden, und das Flüssigkristallmaterial von einer isotropen Phase in eine nematische Phase abgekühlt wird, während ein elektrisches Feld an die Tafel angelegt wird. Dies führt dazu, dass einige der Abstandshalterkugeln oder -säulen als Keimbildungsorte für das Wachstum des V-Zustands wirken. Jedoch kann das Positionieren der Abstandshalter nicht leicht kontrolliert werden.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-9 218411 (Sekisui) offenbart ein LCD mit einem Biegeausrichtungszustand, der, beim Fehlen eines angelegten Felds, durch das Vorliegen von Abstandshaltern in Form kugelförmiger Teilchen stabilisiert ist. Die Abstandshalter verfügen über eine solche Oberflächenenergie, dass Flüssigkristallmoleküle benachbart zu den Ausrichtungsschichten hauptsächlich parallel zu diesen ausgerichtet sind. Damit jedoch diese Technik funktioniert, muss während der anfänglichen Ausrichtung der Vorrichtung ein Feld angelegt werden. Auch können die Teilchen nicht so positioniert werden, dass sie außerhalb der Pixelaperturen liegen, so dass das Kontrastverhältnis des Displays durch das Vorliegen der Teilchen verringert wird.
EP-A-1,102,110 beschreibt die Verwendung doppelbrechender Abstandshalter (beispielsweise solcher aus polymerisierbaren, reaktiven Mesogenen) in einem Flüssigkristalldisplay, die über dieselbe optische Eigenschaft wie einer der Zustände der Schaltzustände des Flüssigkristalldisplays verfügen.
DE 2,849,402A1 beschreibt ein Display mit sowohl variablen als auch invariablen Teilen. Die variablen Teile bestehen aus Flüssigkristall, während die invariablen Teile aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sind, das zwischen der Ober- und der Unterseite verläuft. Diese invariablen Teile wirken auch als Abstandshalter.
US-6,201,588 beschreibt eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der mindestens eine Ausrichtungsschicht aus einem Gemisch monofunktioneller und difunktioneller reaktiver Mesogene hergestellt ist, wobei das Verhältnis dieser Materialien so wirkt, dass die Oberflächenvorverkippung des zusammenhängenden Flüssigkristallmaterials kontrolliert wird. Es ist angegeben, dass dann, wenn der Prozentsatz des monofunktionellen reaktiven Mesogens erhöht wird, die Verkippung an der Grenzfläche RM/Luft erhöht ist.
US-5,995,184 beschreibt die Herstellung von Dünnschicht-Verzögerungsplatten aus polymerisierbaren reaktiven Mesogenen. Es ist der Zusatz eines Additivs angegeben, das zur Grenzfläche RM/Luft wandert, um die Oberflächenenergie zu modifizieren und dadurch die Verkippung der Moleküle des reaktiven Mesogens an dieser Oberfläche zu kontrollieren, und insbesondere ist eine Verringerung des Verkippungswinkels an der Grenzfläche RM/Luft angegeben.
EP 0,880,052 beschreibt die Herstellung von Flüssigkristallvorrichtungen mit mehreren Domänen unter Verwendung einer strukturierten, dünnen, verdrillten, reaktiven Mesogenschicht über einer herkömmlichen Ausrichtungsschicht. Obwohl die 5 der britischen Anmeldung (9710481.4) im nicht reaktiven Mesogenbereich eine parallele Ausrichtung und über diesem eine verdrillte Ausrichtung zeigt, werden die Bereiche über dem reaktiven Mesogen nicht zur Keimbildung eines Betriebszustands ausgehend von einem Nichtbetriebszustand bei der Spannung Null verwendet. Dies wird zusätzlich durch die Bereiche über dem RM unterstützt, die dieselbe Fläche wie Bereiche nicht über dem RM aufweisen, und dass die Anmeldung explizit angibt, die RM-Schicht so dünn wie möglich auszubilden.
EP 0,018,180 und Journal of Applied Physics Vol. 52, Nr. 4, S. 3032 (1981) offenbaren das Grundbetriebsprinzip einer bistabilen, verdrillt nematischen (BTN) Vorrichtung, d. h. das Umschalten zwischen zwei metastabilen Zuständen vom Verdrillungswinkel Φ ± 180°, wobei ein Zustand mit dem Winkel Φ° der globale, stabile Zustand ist, der nicht verwendet wird. Diese Dokumente offenbaren auch die Verwendung einer Isolierung durch Verringerung der Zellendicke in den nicht adressierten Bereichen. Eine BTN-Vorrichtung ist eine langsamere Vorrichtung als eine Pi-Zelle, jedoch ist sie in den zwei Zuständen Φ ± 180° stabil, wovon der Name bistabil herrührt. Es wird gesagt, dass eine typische BTN-Vorrichtung über antiparallele Ausrichtung verfügt, da die Reiberichtungen an den zwei Flüssigkristallflächen antiparallel sind. Dies führt tatsächlich dazu, dass die Direktoren an den zwei Flächen des Flüssigkristalls parallel zueinander ausgerichtet sind.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-2000-338494 beschreibt die Herstellung von BTN-Vorrichtungen mit einem Isolationsbereich zwischen benachbarten Pixeln, der einen HAN-Zustand, eine gleichmäßig liegende Helix oder eine fokalkonische Textur bildet. Die Ausbildung erfolgt durch Strukturieren der Oberflächenvorverkippung der Ausrichtungsschicht in solcher Weise, dass die Vorverkippung in Zwischenräumen zwischen Pixeln verschieden von der im Bereich innerhalb eines Pixels ist.
Ein antiparalleles BTN verfügt über drei mögliche stabile Verdrillungszustände, beispielsweise 0°, 180° und 360°, allgemeiner die Verdrillungszustände (Phi – Pi), Phi und (Phi + Pi). Bei geeigneter Adressierung kann auf zwei dieser Zustände zugegriffen werden, und sie können als Betriebszustände verwendet werden. Die Energie dieser drei stabilen Verdrillungszustände hängt vom Dicke-Ganghöhe(d/p)-Verhältnis ab, und sie differiert in solcher Weise, dass der Zustand mit niedrigster Energie, der normalerweise toplogisch von den beiden anderen stabilen Verdrillungszuständen verschieden ist, keinem Betriebszustand, beispielsweise Phi, entspricht. Dies führt zur Keimbildung und zum Wachstum des energetisch begünstigten (jedoch unerwünschten) Zustands über eine gewisse Zeitperiode, wenn einmal die Spannung eingeschaltet ist. Selbst wenn dieser unerwünschte Zustand keine Keimbildung erfährt, wenn die Spannung ausgeschaltet ist, ist Bistabilität und Isolierung nicht möglich, da der energetisch günstigere der Betriebszustände langsam in den anderen einwächst.
EP-A-1 070 981 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays, bei dem eine Resistschicht auf einem Elektrodensubstrat angeordnet wird und der Resist strukturiert wird, um mehrere diskrete Vorsprünge auszubilden. Über den Flüssigkristallvorrichtungen wird eine Ausrichtungsschicht angeordnet, und diese wird dann gerieben, um einen Vorverkippungswinkel von ungefähr 5° zu erzeugen.
EP-A-1 139 151 offenbart eine bistabile, nematische Flüssigkristallzelle mit einem Array hochstehender Strukturen, beispielsweise einem Array quadratischer Säulen, die an einer Wand der Zelle vorhanden sind. Die hochstehenden Strukturen verzerren örtlich die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen: eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen Flüs sigkristall, einer Spannungseinrichtung zum Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht sowie einem ersten und einem zweiten Substrat, die jeweils mit einer Ausrichtungsschicht versehen sind, wobei: die Flüssigkristallschicht zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat eingebettet ist; der nematische Flüssigkristall in mindestens einen Betriebszustand und mindestens einen Nichtbetriebszustand versetzt werden kann; und mindestens eine der Ausrichtungsschichten mit mehreren Oberflächenvorsprüngen versehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge aus einem polymerisierten, reaktiven Mesogen bestehen; und die Vorsprünge über eine Höhe verfügen, die mindestens 10% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallvorrichtung, wie sie in einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche definiert ist, das die folgenden Schritte beinhaltet: Herstellen einer polymerisierbaren, reaktiven Mesogenschicht auf einem ersten oder zweiten Substrat, Härten der reaktiven Mesogenschicht durch Bestrahlen derselben durch eine Maske hindurch, so dass eines der Substrate mit Vorsprüngen beschichtet verbleibt, und Herstellen einer Flüssigkristallzelle durch Einbetten einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat; wobei die Vorsprünge über eine Höhe verfügen, die mindestens 10% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.
Die Erfindung nutzt Oberflächenvorsprünge aus anisotropen Materialien (insbesondere aus polymerisierbaren, reaktiven Mesogenen) zur Keimbildung und/oder Isolation eines Betriebszustands einer Flüssigkristallvorrichtung gegenüber einem Nichtbetriebszustand.
Die Erfindung ist insbesondere (jedoch nicht ausschließlich) bei nematischen Vorrichtungen anwendbar, bei denen der Betriebszustand vom stabilen Zustand ohne angelegtes Feld topologisch verschieden ist. Eine derartige Vorrichtung ist eine Pi-Zelle, bei der der V-Betriebszustand durch Keimbildung aus dem H-Zustand bei niedriger Spannung entstehen muss. Eine andere derartige Vorrichtung ist eine BTN-Vorrichtung, die, wenn sie als Speichervorrichtung verwendet wird, die Isolierung der Betriebszustände gegen den globalen Minimumszustand und gegeneinander erfordert.
Techniken zur Keimbildung des V-Betriebszustands ausgehend vom H-Grundzustand sind in den Dokumenten EP 0,996,028 ; EP 0,965,876 ; JP-A-990432 zum Stand der Technik sowie im oben genannten Dokument JP-A-9218411 angegeben. EP 0,996,028 und EP 0,965,876 geben insbesondere ein Modifizieren der Oberflächenvorverkippung zum Erzielen einer Keimbildung bei niedriger Spannung an. Jedoch kann durch Strukturieren unmittelbar an einer Ausrichtungsschicht ein gelegentlicher Fehlschlag (und demgemäß verringerte Ausbeute) aufgrund des Einfangs einer Disklination an der Oberfläche auftreten. Bei in JP-A-990432 und JP-A-9218411 beschriebenen Verfahren bestehen diese Probleme nicht, jedoch wird für jeden Arbeitsvorgang die Vorrichtung idealerweise bei einem angelegten Feld effektiv aus der isotropen Phase abgekühlt (um die korrekte anisotrope Struktur um die Abstandshalterkugel oder -säule herum zu bilden); dies erweist sich als schwieriger Industrieprozess. Die in EP 0,996,028 offenbarte Alternative einer In-situ-Polymerisation bei angelegtem Feld zeigt denselben Industriemangel. Die vorliegende Erfindung bildet eine Lösung durch Bereitstellen eines vorgeformten, anisotropen Vorsprungs.
Der Fachmann erkennt die zusätzliche Anwendung dieser Technik zur Isolation in einer BTN-Vorrichtung.
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung, nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung zum Veranschaulichen des Betriebs einer Pi-Zelle;
2 ist eine schematische Darstellung zum Veranschaulichen des Betriebs einer BTN-Vorrichtung;
3a bis 3d sind schematische Darstellungen zur Herstelltechnik von Ausführungsformen der Erfindung;
4a bis 4c veranschaulichen eine Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;
5a bis 5c veranschaulichen eine Erläuterung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die 1 ist eine schematische Darstellung zum Veranschaulichen der Orientierung von Direktoren 2 zwischen Substraten 4 und 6 in verschiedenen Betriebszuständen einer Pi-Zelle, wie dies in den oben angegebenen Dokumenten aus dem Stand der Technik beschrieben ist.
Die 2 ist eine schematische Darstellung zum Veranschaulichen der Orientierung von Direktoren 8 zwischen Substraten 10 und 12 in verschiedenen Betriebszuständen einer BTN-Vorrichtung, wie es im oben angegebenen Stand der Technik beschrieben ist.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung verwendet verdrillte, anisotrope Vorsprünge für eine Keimbildung des V-Zustands aus dem H-Zustand.
Gemäß der 3a wurden zwei mit Indiumzinnoxid-Glas beschichtete Substrate 30 und 42 mit Ausrichtungsschichten 32 und 33 aus SE610 (Nissan Chemicals) beschichtet, wie es dem Fachmann bekannt ist. Jedes Substrat 30, 42 wurde dann unidirektional gerieben, wie es erneut dem Fachmann bekannt ist. Gemäß der 3b wurde auf einem dieser Substrate 30 ein Gemisch von 1:3 reaktivem Mesogen RM257 (Merck) zu Toluol bei 1200 U/Min. (bei 80°C) geschleudert, wobei das RM257 zuvor mit 1,2% CB15 (Merck) dotiert wurde, um eine Vorsprungsschicht 34 auszubilden. Bei 80°C wurde die Vorsprungsschicht 34 aus RM257/CB15 wiederum durch eine Maske 36 mittels UV-Strahlung 38 ausgehärtet, und sie wurde dann in Toluol gespült, um ein Substrat 30 zurückzulassen, das mit verdrillten, anisotropen Vorsprüngen 40 von ungefähr 2,5 μm Höhe beschichtet war, wie es in der 3c dargestellt ist. Dieses Substrat 30 wurde dann unter Verwendung des anderen Substrats 42 zu einer 5 μm dicken Pi-Zelle fertiggestellt, wie es in der 3d dargestellt ist. Beim Anlegen von 1,8 Volt und mehr war es erkennbar, dass der V-Zustand ausgehend von Gebieten mit anisotropen Vorsprüngen wuchs, um den Rest des Displays zu bedecken.
Für diese Zellendicke und Vorsprungshöhe wurde herausgefunden, dass die Keimbildung erfolgreich war, wenn zwischen ungefähr 1% und 3% C315 in das RM257 gemischt wurde.
Die 4a bis 4c bieten eine mögliche Erläuterung dazu, wie die Keimbildung des V-Zustands abläuft, jedoch nur zum Verständnis. Die 4a zeigt den angenommenen Zellenquerschnitt bei null Volt. Der Hauptteil der Zelle befindet sich im H-Zustand. Jedoch wird der Flüssigkristall nahe dem anisotropen Vor sprung 40 im verdrillten Zustand gehalten, wobei der Zustand innerhalb des Vorsprungs 40 fixiert ist. Bei ungefähr 1,8 V oder mehr entwickelt sich der Verdrillungszustand nahe dem anisotropen Vorsprung 40 in den V-Zustand, wie es in der 4b dargestellt ist, und er wächst dann, um den Rest des Zellengebiets zu bedecken, wie es in der 4c dargestellt ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet verkippte, anisotrope Vorsprünge zur Keimbildung des V-Zustands aus dem H-Zustand.
Gemäß erneuter Bezugnahme auf die 3a bis 3d, und wobei der Einfachheit dieselben Bezugszahlen verwendet sind, wurden zwei mit Indiumzinnoxidglas beschichtete Substrate 30 und 40 mit aus SE610 (Nissan Chemicals) hergestellten Ausrichtungsschichten 32 und 33 beschichtet, wie es dem Fachmann bekannt ist. Dann wurde jedes Substrat 30, 42 unidirektional gerieben, wie es wiederum dem Fachmann bekannt ist (3a). Auf einem dieser Substrate 30 wurde ein Gemisch von 4:1:15 Diacrylat RM257 (Merck) zu Monoacrylat RM308 (Merck) zu Toluol bei 1200 U/Min. (bei 80°C) geschleudert, um eine Vorsprungsschicht 34 auszubilden. Wiederum bei 80°C wurde die RM257/RM308-Vorsprungsschicht 34 durch eine Maske hindurch (3b) UV-gehärtet, und sie wurde dann in Toluol gespült, wodurch ein Substrat 30 verblieb, das mit verkippten, anisotropen Vorsprüngen 40 (3c) einer Höhe von ungefähr 2,5 μm (2,5 Mikron) beschichtet war. Dieses Substrat 30 wurde dann unter Verwendung des anderen Substrats 42 zu einer 5 μm (5 Mikron) dicken Pi-Zelle fertiggestellt, wie es in der 3d dargestellt ist. Beim Anlegen von 1,8 Volt und mehr war es erkennbar, wie der V-Zustand aus den Gebieten der anisotropen Vorsprünge wuchs, um den Rest des Displays zu bedecken.
Bei den obigen beiden Ausführungsformen beträgt die Vorsprungshöhe im Wesentlichen 50% der Zellendicke, wobei es sich um die Dicke des Flüssigkristalls handelt. Der Fachmann erkennt, dass die Vorsprünge eine Höhe aufweisen können, die kleiner oder größer als dies ist, jedoch sollte die Vorsprungshöhe größer als 10% der Zellendicke sein.
Die 5a bis 5c bieten eine mögliche Erläuterung dazu, wie die Keimbildung des V-Zustands abläuft, jedoch nur zum Verständnis. Die 5a zeigt den angenommenen Zellenquerschnitt bei null Volt. Der Hauptteil der Zelle befindet sich im H-Zustand. Jedoch wird der Flüssigkristall nahe dem anisotropen Vorsprung 40 im V- oder T-Zustand gehalten. Bei ungefähr 1,8 V und mehr beginnt der V-Zustand nahe dem anisotropen Vorsprung 40 zu wachsen (5b), und dann wächst er so, dass er den Rest der Zellenfläche bedeckt (5c). In der Praxis zeigt der hergestellte anisotrope Vorsprung 40 keinen rechteckigen Querschnitt, sondern einen eher trapezförmigen, dreieckigen oder gehrungsförmigen Querschnitt, was von den genauen Bearbeitungsbedingungen abhängt.
Der Fachmann erkennt, dass ein mit hoher Verkippung an der Ausrichtungsgrenzfläche und geringer Verkippung an der Grenzfläche reaktives Mesogen/Luft (d. h. der schließlichen Grenzfläche reaktives Mesogen/LC) hergestellter anisotroper Vorsprung für eine Keimbildung des H-Zustands ausgehend vom V-Zustand verwendet werden könnte. Dies könnte unter Verwendung der Lehre des oben genannten Dokuments US 5,995,184 bewerkstelligt werden.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung verwendet verdrillte und verkippte, anisotrope Vorsprünge zur Keimbildung des V-Zustands ausgehend vom H-Zustand. Dies ist dasselbe wie die zweite Ausführungsform unter Hinzufügung eines kleinen Prozentsatzes eines chiralen Dotiermittels in das bifunktionelle, monofunktionelle RM-Gemisch.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung verwendet verkippte, anisotrope Vorsprünge zur Isolierung von Zuständen in einer BTN-Vorrichtung. Es hat sich herausgestellt, dass verkippte, anisotrope Vorsprünge auch als Isolationsbereiche in BTN-Vorrichtungen wirken. In diesem Fall ist jedes Pixel einer Anzeigetafel vollständig von einem derartigen Vorsprung umgeben.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung verwendet verdrillte, anisotrope Vorsprünge zur Isolierung von Zuständen in einer BTN-Vorrichtung. Es hat sich herausgestellt, dass verdrillte, anisotrope Vorsprünge auch als Isolationsbereiche in BTN-Vorrichtungen wirken. In diesem Fall ist jedes Pixel einer Anzeigetafel vollständig von einem derartigen Vorsprung umgeben.
Eine sechste Ausführungsform der Erfindung verwendet verkippte und verdrillte, anisotrope Vorsprünge zur Isolierung von Zuständen in einer BTN-Vorrichtung. Es hat sich herausgestellt, dass verkippte und verdrillte, anisotrope Vorsprünge auch als Isolationsbereiche in BTN-Vorrichtungen wirken. In diesem Fall ist jedes Pixel einer Anzeigetafel vollständig von einem derartigen Vorsprung umgeben.
Die Positionierung der Vorsprünge hängt davon ab, ob sie zur Keimbildung, zur Isolation oder zu beidem dienen sollen, wie es unten beschrieben ist.
Zur Keimbildung muss ein Vorsprung ein Pixel nicht umgeben. Jedoch ist er vorzugsweise in jedem Pixel vorhanden, um die Keimbildung innerhalb jedes Pixels zu gewährleisten. Auch sollte jeder Vorsprung teilweise mit dem aktiven Bereich des Pixels überlappen oder sich benachbart oder dicht zum aktiven Bereich befinden, damit das angelegte Feld dafür sorgen kann, dass der gewünschte Zustand in den aktiven Bereich wächst. Zur Keimbildung muss der Vorsprung ausreichend nahe am aktiven Bereich liegen, um aus einem angelegten Feld ausreichenden Einfluss auszuüben. Wenn das Aperturverhältnis und Kontrastverhältnisse nicht ausschlaggebend sind, können die Vorsprünge vollständig innerhalb des aktiven Bereichs liegen.
Zur Isolierung muss der Vorsprung jedes Pixel umgeben, um zu verhindern, dass der unerwünschte Zustand in es wächst. Jedoch muss sich der Vorsprung nicht innerhalb des aktiven Bereichs befinden (er könnte sich im Zwischenraum zwischen Pixeln befinden, da die Isolierung kein Feld benötigt, so dass das Aperturverhältnis und der Kontrast maximiert werden können.
Zur Keimbildung und Isolierung sollte der Vorsprung sowohl jedes Pixel (zur Isolierung) umgeben als auch teilweise mit ihm überlappen, oder er sollte benachbart oder dicht zum aktiven Gebiet liegen, damit das Feld zum Wachstum des gewünschten Zustands führen kann.
Zum Maskieren des Vorsprungs kann eine Schwarzmaske verwendet werden.
Sowohl Isolierung als auch Keimbildung können bei einer Pi-Zelle, einer SBD-, einer BTN- einer TN-Vorrichtung mit umgekehrter Verdrillung sowie anderen derartigen Vorrichtungen verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass, bei jeder Ausführungsform, nicht alle Vorsprünge dieselben Eigenschaften aufweisen müssen oder dass sie an der Keimbildung oder Isolierung teilhaben müssen.

Claims

Flüssigkristallvorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristall, einer Spannungseinrichtung zum Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht sowie einem ersten und einem zweiten Substrat (30, 42), die jeweils mit einer Ausrichtungsschicht (32, 33) versehen sind, wobei: die Flüssigkristallschicht zwischen das erste Substrat (30) und das zweite Substrat (42) eingebettet ist; der nematische Flüssigkristall in mindestens einen Betriebszustand und mindestens einen Nichtbetriebszustand versetzt werden kann; und mindestens eine der Ausrichtungsschichten (32) mit mehreren Oberflächenvorsprüngen (40) versehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (40) aus einem polymerisierten, reaktiven Mesogen bestehen; und die Vorsprünge (40) über eine Höhe verfügen, die mindestens 10% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vorsprünge (40) auf einer Fläche oder jeweiligen Fläche in der mindestens einen (32) der Ausrichtungsschichten, die der Flüssigkristallschicht zugewandt sind, angeordnet sind.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vorsprünge (40) über eine Höhe verfügen, die mindestens 20% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Vorsprünge (40) über eine Höhe verfügen, die im Wesentlichen 50% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mindestens einige der Vorsprünge für eine Keimbildung der Flüssigkristallschicht vom Nichtbetriebszustand in den Betriebszustand sorgen, wenn die Spannung einen Schwellenwert übersteigt.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mindestens einige der Vorsprünge den Betriebszustand gegen den Nichtbetriebszustand oder gegen einen anderen Betriebszustand isolieren.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Flüssigkristallschicht in eine Vielzahl von Pixeln mit jeweils einem aktiven Bereich unterteilt ist, wobei der aktive Bereich jedes der Pixel mindestens einen der Vorsprünge enthält oder mit ihm überlappt oder benachbart oder dicht zu ihm liegt, so dass innerhalb des aktiven Bereichs Keimbildung auftritt.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Flüssigkristallschicht in eine Vielzahl von Pixeln unterteilt ist, wobei jedes der Pixel durch mindestens einen der Vorsprünge umgeben ist, so dass es isoliert ist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die nematische Flüssigkristallvorrichtung eine Pi-Zelle ist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die nematische Flüssigkristallvorrichtung eine negative Pi-Zelle oder eine Splaybend-Vorrichtung (SBD) ist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die nematische Flüssigkristallschicht über einen bistabilen, verdrillt nematischen (BTN) Flüssigkristall verfügt.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Betriebszustand und der Nichtbetriebszustand topologisch voneinander verschieden sind.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der dann, wenn die Spannung im Wesentlichen Null beträgt, verschiedene Bereiche der Flüssigkristallschicht in einem ersten und einem zweiten Nichtbetriebszustand existieren, wobei der erste Nichtbetriebszustand durch die anisotropen Vorsprünge stabilisiert ist.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 13, bei der der erste und der zweite Nichtbetriebszustand der T- bzw. der H-Zustand sind.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der der erste Nichtbetriebszustand derselbe Zustand wie der Betriebszustand ist.
Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallvorrichtung, wie sie in einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche definiert ist, das die folgenden Schritte beinhaltet: Herstellen einer polymerisierbaren, reaktiven Mesogenschicht (34) auf einem ersten oder zweiten Substrat (30, 42), Härten der reaktiven Mesogenschicht (34) durch Bestrahlen derselben durch eine Maske (36) hindurch, so dass eines der Substrate mit Vorsprüngen (40) beschichtet verbleibt, und Herstellen einer Flüssigkristallzelle durch Einbetten einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial zwischen dem ersten Substrat (30) und dem zweiten Substrat (42); wobei die Vorsprünge (40) über eine Höhe verfügen, die mindestens 10% der Dicke der Flüssigkristallschicht entspricht.