DE69433785T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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Nobuaki Higashiosaka-shi Yamada
Nobukazu Tenri-shi Nagae
Noriaki Nara-shi Onishi
Shuichi Nara-shi Kozaki
Masayuki Tenri-shi Okamoto
Motohiro Osaka-shi Yamahara
Kondo Kitakatsuragi-gun Masahiko
Wataru Hashimoto-shi Horie
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Flüssigkristalldisplay mit einem Anzeigemedium mit einer Struktur, bei der Flüssigkristallbereiche durch ein Polymermaterial abgeteilt sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • 2. Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Als Anzeigevorrichtungen unter Verwendung eines elektrooptischen Effekts werden herkömmlicherweise Flüssigkristalldisplays unter Verwendung nematischer Flüssigkristalle verwendet. Zu Beispielen derartiger Flüssigkristalldisplays gehören verdrillt-nematische (TN) Flüssigkristalldisplays sowie superverdrillt-nematische (STN) Flüssigkristalldisplays. Es wurden auch Flüssigkristalldisplays unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls vorgeschlagen. Diese Flüssigkristalldisplays verfügen über ein Paar Glassubstrate, einen zwischen diesen vorhandenen nematischen oder smektischen Flüssigkristall sowie zwei die Substrate einbettende Polarisationsplatten.
  • Ferner sind als Anzeigevorrichtungen unter Verwendung eines elektrooptischen Effekts Flüssigkristalldisplays unter Ausnutzung eines Lichtstreueffekts eines Flüssigkristalls, an Stelle der Verwendung von Polarisationsplatten, bekannt. Derartige Flüssigkristalldisplays nutzen einen Modus dynamischer Streuung (DS) sowie einen Phasenänderungs(PC)modus.
  • In den letzten Jahren wurden Flüssigkristalldisplays vorgeschlagen, die keine Ausrichtungsbehandlung benötigen. Ein derartiges Ansteuerverfahren reguliert auf elektrische Weise einen transparenten und einen undurchsichtigen Zustand unter Ausnutzung der Doppelbrechung eines Flüssigkristalls.
  • Genauer gesagt, wird bei einem derartigen Flüssigkristalldisplay der Brechungsindex von Flüssigkristallmolekülen in Bezug auf ordentliches Licht mit dem Brechungsindex eines den Flüssigkristall tragenden Trägermediums angepasst. So werden Flüssigkristallmoleküle beim Anlegen einer Spannung ausgerichtet, und so wird ein transparenter Zustand angezeigt; dagegen ist die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle gestört, wenn keine Spannung anliegt, und demgemäß wird ein Lichtstreuzustand angezeigt. Die japanische nationale Veröffentlichung Nr. 61-502128 offenbart ein spezielles Verfahren: ein Flüssigkristall und ein fotopolymerisierbares oder wärmehärtendes Harz werden gemischt, und das Harz wird ausgehärtet, um Flüssigkristall abzulagern, wobei im Harz Flüssigkristalltröpfchen erzeugt werden.
  • Die japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichungen Nr. 4-338923 und 4-212928 offenbaren ein Flüssigkristalldisplay unter Verwendung von Polarisationspatten mit verbesserter Betrachtungswinkelcharakteristik d.h. eine Vorrichtung mit einem in einem Polymer dispergierten Flüssigkristall mit Einbettung zwischen Polarisationsplatten, die so angeordnet sind, dass die jeweiligen Polarisationsrichtungen einander rechtwinklig schneiden (nachfolgend als gekreuzte Polarisationsplatten bezeichnet). Diese herkömmlichen Flüssigkristalldisplays verfügen über verbesserte Betrachtungswinkelcharakteristik. Jedoch macht die Verwendung der Streuung von Licht zum Beseitigen der Polarisation die Helligkeit der Vorrichtung zu 1/2 derjenigen eines TN-Flüssigkristalldisplays. Demgemäß haben diese herkömmlichen Vorrichtungen keinen weiten Anwendungsbereich gefunden.
  • Ferner offenbart die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 5-27242 ein Verfahren zum Verbessern der Betrachtungswinkelcharakteristik durch Stören der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen durch Wände oder Vorsprünge eines Polymers in solcher Form, dass Zufallsdomänen gebildet werden. Jedoch werden gemäß diesem Verfahren Flüssigkristalldomänen zufallsmäßig gebildet, ein Polymermaterial dringt einen Pixelabschnitt ein, und eine Vielzahl von Disklinationslinien, die sich zufällig zwischen den Flüssigkristalldomänen bilden, werden selbst beim Anlegen einer Spannung nicht entfernt. Aus diesen Gründen zeigen die herkömmlichen Flüssigkristalldisplays den Nachteil eines geringen Konstrasts, und die Lichttransmission ohne angelegte Spannung ist niedrig, d.h., der Schwarzpegel ist beim Anlegen einer Spannung nicht zufriedenstellend.
  • Demgemäß zeigen Flüssigkristalldisplays unter Verwendung von Polarisationsplatten eine schlechte Betrachtungswinkelcharakteristik, und demgemäß sind sie zur Verwendung als Flüssigkristalldisplay für einen großen Betrachtungswinkel ungeeignet. Zum Beispiel erfährt ein TN-Flüssigkristalldisplay eine Ausrichtungsbehandlung in solcher Weise, dass Flüssigkristallmoleküle beim Anlegen einer Spannung in derselben Richtung angehoben werden. Das heißt, dass ein TN-Flüssigkristalldisplay eine Struktur aufweist, bei der Flüssigkristallmoleküle eine Anfangsausrichtung mit einer Verdrillung von 90° aufweisen, wobei sie in einer Richtung unter einem vorbestimmten Winkel, d.h. einem Vorkippwinkel, angehoben sind. Dies bewirkt, dass die Flüssigkristallmoleküle in derselben Richtung angehoben werden, wenn eine Grauskalaanzeige ausgeführt wird, wobei die Flüssigkristallmoleküle angehoben werden können, wie es in den 51(a) bis 51(c) dargestellt ist. Daher werden, wie es in der 51(b) dargestellt ist, wenn die Flüssigkristallmoleküle Ausrichtungen A und B betrachtet werden, scheinbare Brechungsindizes verschieden. Dies macht auch den Kontrastunterschied zwischen den Richtungen A und B groß, und es führt in manchen Fällen zu einer anormalen Anzeige wie einer Änderung des Farbtons und einer Umkehr der Farben Schwarz und Weiß.
  • Wie oben beschrieben, zeigen die herkömmlichen Flüssigkristalldisplays den Nachteil einer schlechten Betrachtungswinkelcharakteristik.
  • Es wurde ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays unter Verwendung von Polarisationsplatten vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird als Erstes ein Gemisch, das einen Flüssigkristall und ein fotopolymerisierbares Material enthält, zwischen einem Paar von Substraten angebracht. Dann wird Licht mit einem vorbestimmten Muster durch einen Fotomaske auf das Gemisch gestrahlt. Dabei wird der Flüssigkristall phasenmäßig auf regelmäßige Weise vom Polymermaterial getrennt. Wie es in den 52(a) bis 52(c) dargestellt ist, zeigen, wenn eine Spannung an die so hergestellte Vorrichtung angelegt wird, Flüssigkristallmoleküle eine Wechselwirkung mit dem Polymer, und demgemäß werden die Flüssigkristallmoleküle in jeder Richtung entlang Wänden angehoben. Daher werden die scheinbaren Brechungsindizes in den Richtungen A und B in der 52(b) nahezu gleich, wodurch die Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert ist.
  • Um die Betrachtungswinkelcharakteristik am effektivsten zu verbessern, sollten Flüssigkristallmoleküle in jedem Pixel so ausgerichtet werden, dass sie in Bezug auf eine Achse symmetrisch sind. Jedoch benötigt diese achsensymmetrische Ausrichtung Wände, Säulen oder dergleichen eines Polymers in der Mitte der Pixel. Dies führt zu Problemen beim praktischen Gebrauch, wie zu einer Verkleinerung der Flüssigkristallbereiche und verringerter Lichttransmission ohne angelegte Spannung. Ferner können in diesem Fall Disklinationslinien zwischen den Flüssigkristalldomänen nicht kontrolliert werden, was es unmöglich macht, dieselben selbst bei angelegter Spannung zu beseitigen. Im Ergebnis ist die Anzeigequalität beeinträchtigt. Alternativ beeinträchtigt eine Verringerung des Kontrasts auf Grund von Schwierigkeiten beim Beseitigen von Disklinationslinien die Anzeigequalität.
  • Das Dokument EP-A-0 568 355, das Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ für alle benannten Staaten bildet, offenbart ein mit hoher Polymerisationsrate hergestelltes Flüssigkristalldisplay, bei dem der einem Pixel entsprechende Flüssigkristallbereich mehrere durch Polymerwände abgeteilte diskrete Bereiche aufweist. Wenn die Vorrichtung mit niedriger Polymerisationsrate hergestellt wird, verfügt der einem Pixel entsprechende Flüssigkristallbereich über einen Einzelbereich, in dem die Moleküle zufällig ausgerichtet sind.
  • US 4 295 712 offenbart ein Flüssigkristalldisplay, bei dem ein oder mehrere Abstandshalter aus isolierendem Kunststoff oder Glasfaser zwischen den Substraten der Vorrichtung angeordnet sind, um einen konstanten Zellenzwischenraum aufrechtzuerhalten. Bei einer Ausführungsform verfügt der Abstandshalter über Bienenwabenstruktur.
  • Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Flüssigkristalldisplay mit Folgendem geschaffen: einem ersten und einem zweiten Substrat; Flüssigkristallmolekülen, die zwischen dem ersten und zweiten Substrat eingebettet sind und in mehreren diskreten Flüssigkristallbereichen angeordnet sind, von denen jeder formmäßig einem jeweiligen Pixelbereich der Anzeigevorrichtung entspricht, wobei die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristallbereich elektrisch steuerbar sind; wobei jeder Flüssigkristallbereich über eine oder mehrere Flüssigkristalldomänen verfügt, wobei benachbarte Flüssigkristalldomänen in einem Flüssigkristallbereich, der zwei oder mehr Flüssigkristalldomänen enthält, durch eine Disklination voneinander getrennt sind; und wobei die Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Flüssigkristalldomäne in einem Flüssigkristallbereich in einer imaginären Ebene nahezu parallel zu einer Fläche eines Substrats des Paars von Substraten axialsymmetrisch ausgerichtet sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Flüssigkristalldomäne alle entweder konzentrisch oder radial in einer imaginären Ebene nahezu parallel zu einer Fläche eines Substrats des Paars von Substraten ausgerichtet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in jedem Flüssigkristallbereich eine Flüssigkristalldomäne positioniert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist außerhalb jedes Flüssigkristallbereichs eine Haltewand aus einem Polymermaterial vorhanden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist auf Flächen der Substrate ein Dünnfilm aus einem Material vorhanden, das aus der aus einem organischen Material und einem anorganischen Material bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Substrate zwischen Polarisationsplatten eingebettet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 300 nm bis 650 nm.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat, wenn die Flüssigkristallmoleküle zwischen diese injiziert sind, im Bereich von 45° bis 150°.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Substraten ein Polymermaterial vorhanden, das jedes der Substrate erreicht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Mittelachse der Ausrichtung der mindestens einen Flüssigkristalldomäne senkrecht zu mindestens einem der Substrate.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Disklinationslinien beim Anlegen einer Spannung am Umfang jedes Flüssigkristallbereichs gebildet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Flüssigkristall bei 20°C eine Viskosität μ von 50 mPa·s und eine Anisotropie Δε der Dielektrizitätskonstanten von +3 oder mehr auf.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Flüssigkristall ein TN-Flüssigkristall und er ist so beschaffen, dass er der Bedingung genügt, dass eine Spannung V10 in einer Spannung-Lichttransmission-Charakteristik bei 25°C den Wert von 2 Volt oder weniger aufweist, wenn sich die Lichttransmission des Flüssigkristalls vom Anfangszustand auf 90 % ändert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 1000 nm bis 1400 nm, und ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat liegt im Bereich von 45° bis 150°.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 500 nm bis 800 nm, und ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat liegt im Bereich von 240° bis 300°.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Domäne innerhalb eines Flüssigkristallbereichs in einer Richtung senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, und die Vorrichtung verfügt ferner über ein Polymermaterial in einer den Flüssigkristallbereich begrenzenden Haltewand, das in Bezug auf die Mittelachse symmetrisch ausgerichtet ist, wobei sich beim Anlegen einer Spannung im Flüssigkristallbereich Disklinationslinien bilden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Domäne innerhalb eines Flüssigkristallbereichs in einer Richtung senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, und die Vorrichtung verfügt ferner über ein Polymermaterial in einer den Flüssigkristallbereich begrenzenden Haltewand, das in einer Richtung ausgerichtet ist, wobei beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien im Flüssigkristallbereich beseitigt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat ein Polymer vorhanden, und der Flüssigkristallbereich weist einen Vorkippwinkel auf, der axialsymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich ist, wobei beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien im Flüssigkristallbereich beseitigt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist auf einem der Substrate eine Schwarzmaske so vorhanden, dass sie einem zentralen Abschnitt der oder jeder Domäne in einem Flüssigkristallbereich entspricht.
  • Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays mit den folgenden Schritten geschaffen: Injizieren eines Gemischs, das eine flüssigkristalline Verbindung, eine photopolymerisierbare Verbindung und eine flüssigkristalline, photopolymerisierbare Verbindung enthält, zwischen Elektrodensubstraten in einer Zelle, wobei mindestens eines der Substrate transparent ist; und Bestrahlen des Gemischs mit Licht mit einer vorbestimmten Bestrahlungsintensitätsverteilung, um dadurch für eine Phasentrennung und Polymerisation zu sorgen, um mehrere durch Polymerwände abgetrennte Flüssigkristallbereiche zu erzeugen, während gleichzeitig ein elektrisches und/oder ein magnetisches Feld an das Gemisch angelegt wird, wodurch die in den Flüssigkristallbereichen enthaltenen Moleküle des Flüssigkristalls in einer Ebene parallel zu einem der Substrate axialsymmetrisch ausgerichtet werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Temperatur der Zelle während der Lichteinstrahlung so eingestellt, dass sie zumindest einer Temperatur entspricht, bei der der zu verwendende Flüssigkristall eine isotrope Phase zeigt, und dann wird die Zelle gekühlt.
  • Das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay verfügt über eine Struktur, bei der eine Anzeigemediumsschicht zwischen zwei Substrate eingebettet ist. Um ein derartiges Flüssigkristalldisplay herzustellen, wird, im ersten Schritt, ein Gemisch, das eine flüssigkristalline Verbindung, eine fotopolymerisierbare Verbindung und einen Fotopolymerisationsstarter enthält, zwischen den zwei Substraten angebracht. Im zweiten Schritt wird das Gemisch mit Licht mit vorbestimmter Bestrahlungsintensitätsverteilung bestrahlt, wodurch eine Phasentrennung bewirkt werden kann, wie sie bei der Polymerisation des Gemischs auftritt. Auf diese Weise wird die Anzeigemediumsschicht mit einer Struktur erhalten, in der aus dem Polymer (Harz) bestehende Haltewände und Flüssigkristall gleichmäßig verteilt sind.
  • Moleküle im Flüssigkristall, der in mehrere Flüssigkristallbereiche in der Anzeigemediumsschicht eingefüllt ist, sind in einer gedachten Ebene parallel zu einer Fläche der Substrate axialsymmetrisch ausgerichtet. Ferner ist in jedem der mehreren Flüssigkristallbereiche mindestens eine Flüssigkristalldomäne positioniert.
  • Wenn der Winkel und die Richtung, unter denen das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay von außen betrachtet wird, verändert werden, kann die Abhängigkeit des Anzeigekontrasts vom Betrachtungswinkel wegen der achsensymmetrischen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle beseitigt werden. Auch verhindert die achsensymmetrische Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle die Ausbildung von Disklinationslinien im Flüssigkristallbereich, wodurch die Anzeigequalität merklich verbessert ist.
  • Gemäß der Erfindung wird das Produkt Δn·d aus dem Brechungsindex Δn des Flüssigkristallmaterials und dem Zellenzwischenraum d (Abstand zwischen ein Anzeigemedium einbettenden Substraten) im Bereich von 300 bis 650 nm eingestellt, und der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls zwischen den Substraten wird so eingestellt, dass er im Bereich von 45° bis 150° liegt, wenn der Flüssigkristall dazwischen injiziert wurde. Daher kann die Lichttransmission des Displays optimiert werden, und die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays kann merklich verbessert werden.
  • So ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die folgenden Vorteile: (1) Bereitstellen eines Flüssigkristalldisplays mit merklich verbesserter Betrachtungswinkelcharakteristik und Anzeigequalität; und (2) vereinfachtes Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays.
  • Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht eines Flüssigkristalldisplays gemäß einem Beispiel 1 der Erfindung.
  • 2 ist eine Draufsicht einer Fotomaske, die zum Herstellen des in der 1 dargestellten Flüssigkristalldisplays verwendet wird.
  • 3 ist eine Draufsicht eines Pixels des in der 1 dargestellten Flüssigkristalldisplays, die durch ein Polarisationsmikroskop erhalten wurde.
  • 4 ist ein Zustand von Disklinationslinien, wie sie beim Anlegen einer Spannung in einem Pixel des in der 1 dargestellten Flüssigkristalldisplays erzeugt werden.
  • 5 ist eine Draufsicht eines Flüssigkristalldisplays gemäß einem modifizierten Beispiel der Erfindung, wie durch ein Polarisationsmikroskop betrachtet.
  • 6 ist eine Draufsicht, die einen Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen bei einem Beispiel gemäß der Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine Draufsicht, die einen anderen Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen bei einem Beispiel gemäß der Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Draufsicht eines Pixels des Flüssigkristalldisplays.
  • 9 zeigt Kurvenbilder zum Veranschaulichen der Betrachtungswinkelcharakteristik des erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays.
  • 10 zeigt Kurvenbilder zum Veranschaulichen der Betrachtungswinkelcharakteristik eines herkömmlichen TN-Flüssigkristalldisplays.
  • 11 ist eine Draufsicht eines Gegensubstrats mit einem Farbfilter, wie bei einem Beispiel gemäß der Erfindung verwendet.
  • 12 ist eine Draufsicht eines TFT-Substrats mit Schwarzmaske, wie beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung verwendet.
  • 13 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Lichttransmission und der Δn·d-Charakteristik des Flüssigkristalldisplays beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung zeigt.
  • 14 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Lichttransmission hinsichtlich Licht mit drei Wellenlängen von der Δn·d-Charakteristik beim Flüssigkristalldisplay beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung zeigt.
  • 15 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Lichttransmission vom Verdrillungswinkel des Flüssigkristalldisplays beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung zeigt.
  • 16 ist eine Draufsicht einer Fotomaske, wie sie beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung verwendet wird.
  • 17 ist eine Draufsicht von Pixelelektrodenbereichen des Flüssigkristalldisplays beim Beispiel 2 gemäß der Erfindung.
  • 18 ist eine Draufsicht einer bei einem Vergleichsbeispiel 2 verwendeten Fotomaske.
  • 19 ist eine Draufsicht von Pixelelektrodenbereichen des beim Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Flüssigkristalldisplays.
  • 20 ist eine Draufsicht einer bei einem Konstruktionsbeispiel 10 verwendeten Fotomaske.
  • 21 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Lichttransmission von der Δn·d-Charakteristik des Flüssigkristalldisplays gemäß einem Beispiel 4 der Erfindung zeigt.
  • 22 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Lichttransmission von der Δn·d-Charakteristik des Flüssigkristalldisplays beim Beispiel 4 der Erfindung zeigt.
  • 23 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Lichttransmission vom Verdrillungswinkel des Flüssigkristalldisplays beim Beispiel 4 der Erfindung zeigt.
  • 24 ist eine schematische Ansicht eines Gegensubstrats mit einem Farbfilter, wie bei einem Beispiel 5 gemäß der Erfindung verwendet.
  • 25 ist eine schematische Draufsicht eines beim Beispiel 5 verwendeten Substrats mit Schwarzmaske.
  • 26(a) und 26(b) sind Kurvenbilder, die die spektrale Transmissionscharakteristik eines beim Beispiel 5 gemäß der Erfindung verwendeten UV-Strahlen-Ausblendfilters zeigt.
  • 27(a) ist ein Blockdiagramm einer Messvorrichtung zum Messen eines Ladungshalteverhältnisses; und die 27(b) bis 27(d) sind Signale zeigende Diagramme.
  • 28 ist ein Kurvenbild, das eine optische Charakteristik eines bei einem Konstruktionsbeispiel 24 verwendeten Kunststoffsubstrats zeigt.
  • 29(a) ist ein Diagramm eines Pixelabschnitts des Flüssigkristalldisplays bei einem Beispiel 6 gemäß der Erfindung; und die 29(b) ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Struktur des Pixelabschnitts.
  • 30(a) bis 30(d) sind schematische Ansichten, die einen Ausrichtungszustand in jedem Teil des Flüssigkristallbereichs des Flüssigkristalldisplays gemäß dem Beispiel 6 der Erfindung zeigen.
  • 31(a) bis 31(d) sind schematische Ansichten, die einen Ausrichtungszustand in jedem Teil des Flüssigkristallbereichs des Flüssigkristalldisplays gemäß dem Beispiel 6 der Erfindung zeigen.
  • 32(a) bis 32(b) zeigen den Flüssigkristallbereich des Flüssigkristalldisplays des Beispiels 6 gemäß der Erfindung, wie durch ein Polarisationsmikroskop betrachtet.
  • 33(a) bis 33(c) sind Diagramme zum Veranschaulichen des Effekts eines externen Felds während eines Polymerisationsschrittes bei einem Verfahren gemäß der Erfindung.
  • 34 ist eine Draufsicht einer bei einem Konstruktionsbeispiel 25 verwendeten Fotomaske.
  • 35 ist ein Diagramm einer Schlierentextur bei einem gemäß dem Konstruktionsbeispiel 25 hergestellten Flüssigkristalldisplay.
  • 36 zeigt Kurvenbilder zur elektrooptischen Charakteristik des beim Konstruktionsbeispiel 25 hergestellten Flüssigkristalldisplays.
  • 37 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen des Prinzips der Unterdrückung von Disklinationslinien.
  • 38(a) und 38(b) sind Ansichten, die einen Zustand zeigen, in dem Dis klinationslinien gebildet sind.
  • 39 ist eine Draufsicht einer bei einem Konstruktionsbeispiel 27 verwendeten Fotomaske.
  • 40(a) und 40(b) sind Diagramme, die Betrachtungsergebnisse eines bei einem Konstruktionsbeispiel 27 hergestellten Flüssigkristalldisplays zeigt.
  • 41(a) bis 41(c) sind Diagramme, die hinsichtlich der Erwartung der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen eines Flüssigkristalldisplays verwendet werden.
  • 42(a) und 42(b) sind Diagramme, die Betrachtungsergebnisse eines bei einem Konstruktionsbeispiel 28 hergestellten Flüssigkristalldisplays zeigt.
  • 43(a) bis 43(c) sind Diagramme, die Betrachtungsergebnisse des bei einem Konstruktionsbeispiel 28 hergestellten Flüssigkristalldisplays zeigt.
  • 44(a) und 44(b) sind Diagramme, die hinsichtlich der Erwartung der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen des gemäß dem Konstruktionsbeispiel 28 hergestelten Flüssigkristalldisplays.
  • 45 ist eine Draufsicht eines Pixelabschnitts eines gemäß einem Konstruktionsbeispiel 29 hergestellten Flüssigkristalldisplays.
  • 46 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Größe jedes Lichtabschirmungsabschnitts einer bei einem Beispiel 8 gemäß der Erfindung verwendeten Fotomaske.
  • 47 ist eine Draufsicht der beim Beispiel 8 gemäß der Erfindung verwendeten Fotomaske.
  • 48 ist eine Draufsicht eines Pixelabschnitts des gemäß dem Beispiel 8 der Erfindung hergestellten Flüssigkristalldisplays.
  • 49(a) und 49(b) sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel einer bei der Erfindung verwendbare Fotomaske und eines zu erhaltenden Flüssigkristallbereichs zeigen.
  • 50 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer bei der Erfindung verwend baren Fotomaske und eines zu erhaltenden Flüssigkristallbereichs zeigt.
  • 51(a) bis 51(c) sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Verhaltens von Flüssigkristallmolekülen bei einem herkömmlichen Flüssigkristalldisplay.
  • 52(a) bis 52(c) sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Verhaltens von Flüssigkristallmolekülen bei einem erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird die Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung hinsichtlich der Größe, des Materials und der Struktur nicht auf die folgenden Beispiele eingeschränkt ist.
  • Beispiel 1
  • Die 1 ist eine Schnittansicht eines Flüssigkristalldisplays 1 gemäß einem Beispiel 1 der Erfindung. Das Flüssigkristalldisplay 1 verfügt über ein Paar von Glassubstraten 2 und 3 mit jeweils einer Dicke von 1,1 mm. Auf den Glassubstraten 2 ist eine Vielzahl Segmentelektroden 4 und eine Vielzahl von Schaltbauteilen 5 vorhanden. Die Segmentelektroden 4 bestehen aus einem Indiumoxid und Zinnoxid enthaltenden Gemisch (ITO), und sie verfügen über eine Dicke von 50 nm. Die Schaltbauteile arbeiten so, dass sie eine Signalspannung an die Segmentelektroden 4 anlegen oder diese unterbrechen. Als Schaltbauteil wird z. B. ein Dünnschichttransistor (TFT) verwendet. Ein organischer Dünnfilm 6 bedeckt die Segmentelektroden 4 und die Schaltbauteile 5. Es wird darauf hingewiesen, dass der organische Dünnfilm 6 weggelassen werden kann. So ist ein TFT-Substrat 12 gebildet.
  • Auf dem anderen Glassubstrat 3 ist eine Gegenelektrode 7 aus ITO vorhanden. Außerdem ist auf der Gegenelektrode 7 eine Schwarzmaske 8 mit Lichtausblendabschnitten so positioniert, dass diese solchen Abschnitten entsprechen, wie sie zwischen den Segmentelektroden 4 auf dem Glassubstrat 2 vorhanden sind. Ein Glättungsfilm 9 bedeckt die Schwarzmaske 8. In den Glättungsfilm 9 ist ein Farbfilter 10 mit Filterelementen für Rot (R), Grün (G) und Blau (B), mit geeigneter Farbpixelanordnung, so eingebaut, dass jede Farbe einer jeweiligen Segmentelektrode 4 entspricht. Der Farbfilter 10 ist mit einem organischen Dünnfilm 11 bedeckt. Es ist zu beachten, dass der organische Dünnfilm 11 weggelassen werden kann. So ist ein Gegensubstrat 13 gebildet.
  • Zwischen das TFT-Substrat 12 und das Gegensubstrat 13 ist eine Anzeigemediumsschicht 14 eingebettet. Die Anzeigemediumsschicht 14 verfügt über Harzwände 16 (d.h. Polymerwände) und Flüssigkristallbereiche 17. Die Harzwände 16 sind in Bereichen der Anzeigemediumsschicht 14 mit Ausnahme solcher Bereiche ausgebildet, in denen die Segmentelektroden 4 ausgebildet sind, und die Flüssigkristallbereiche 17 sind zwischen den jeweiligen Harzwänden 16 in denjenigen Bereichen der Anzeigemediumsschicht 14 ausgebildet, in denen die Segmentelektroden 4 ausgebildet sind. An Grenzflächen zwischen den Harzwänden 16 und der Flüssigkristallbereiche 17 bilden sich Disklinationslinien 18. Im Flüssigkristalldisplay 1 sind Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallbereichen 17 symmetrisch zu eine Achse ausgerichtet, und in jedem Flüssigkristallbereich 17 ist mindestens eine Flüssigkristalldomäne ausgebildet.
  • Nun wird ein Prozess zum Herstellen des Flüssigkristalldisplays 1 mit dem oben genannten Aufbau beschrieben.
  • Als Erstes wurde aus dem TFT-Substrat 12, dem Gegensubstrat 13 und Abstandshaltern (nicht dargestellt) eine Displayzelle so hergestellt, dass ein Zellenzwischenraum mittels des Durchmessers der Abstandshalter auf einem konstanten Wert gehalten wurde. Es wurden kugelförmige oder zylindrische Abstandshalter mit einem Durchmesser von 6 μm verwendet.
  • Als Nächstes wurde eine Fotomaske 15, wie es in der 2 dargestellt ist, auf der so erhaltenen Displayzelle platziert. Die Fotomaske 15 verfügte über eine Vielzahl von in einer Matrix ausgebildeten Lichtausblendabschnitten 19 mit jeweils einer Größe von 100 μm × 100 μm, mit dazwischen angeordneten Lichttransmissionsabschnitten 20 mit einer Breite von 25 μm.
  • In die Displayzelle wurde bei 35°C ein Gemisch in transparentem Zustand injiziert. Das Gemisch wurde dadurch hergestellt, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,05 g Styrol, 0,85 g Isobornylmethacrylat, das Flüssigkristallmaterial ZLI-4729 (das 0,4% Gew.-% S-811 enthält; hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,0025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Im Zustand derselben Temperatur wurde die Displayzelle mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch ein Punktmuster der Fotomaske 15 für eine Sekunde belichtet, und die Displayzelle blieb dann für 30 Sekunden ohne Bestrahlung stehen. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Anzeigezelle für 10 Minuten mit UV-Strahlen bestrahlt, um das Harz auszuhärten. Nachdem das Harz ausgehärtet war, wurde die Displayzelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen gebildet worden waren, die dieselbe Größe und Anordnungsschrittweite wie das Punktmuster der Fotomaske 15 aufwiesen.
  • Als Nächstes wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um das in der 1 dargestellte Flüssigkristalldisplay 1 mit einer Vielzahl von Flüssigkristallbereichen 17, die durch die Harzwände 16 abgeteilt sind, herzustellen.
  • Das so hergestellte Flüssigkristalldisplay 1 mit der oben genannten Struktur verfügt über die durch die Harzwände 16 eingeteilten Flüssigkristallbereiche 17. Die Flüssigkristallbereiche 17 enthalten die geringste Anzahl von Flüssigkristalldomänen, und Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne sind symmetrisch zu einer Achse in einer gedachten Ebene parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet. Bei einer derartigen Struktur können die Disklinationslinien 18 in den Pixeln minimiert werden, und es kann eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik mit hohem Kontrast realisiert werden. Gemäß der Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays mit einer derartigen Struktur realisiert werden.
  • Nachfolgend werden die Eigenschaften des Flüssigkristalldisplays 1 mit der Struktur gemäß einem Beispiel 1 und ein Verfahren zum Herstellen desselben mit den Schritten bei einem Beispiel 1 beschrieben.
  • (Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in Domänen)
  • Wie es in der 3 dargestellt ist, sind in einer Flüssigkristalldomäne des erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays 1 ein Pixelbereich 22 mit derselben Form wie der der Segmentelektrode 4 sowie der Flüssigkristallbereich 17, der beinahe dieselbe Form wie der Pixelbereich 22 hat, ausgebildet, wobei eine Unterteilung durch die Harzwand 16 vorliegt. Im Flüssigkristallbereich 17 wird in den Richtungen der Polarisationsachsen der Pola risationsplatten ein kreuzförmiges Extinktionsmuster 21 beobachtet. Das Extinktionsmuster 21 zeigt, dass die Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich 17 axialsymmetrisch ausgerichtet sind, d.h. radial oder konzentrisch in Bezug auf einen zentralen Disklinationspunkt 23 im Flüssigkristallbereich 17.
  • Wie es in der 4 dargestellt ist, wird zwar in der Flüssigkristalldomäne mit einer derartigen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle eine Disklinationslinie 18 am Rand des Flüssigkristallbereichs (oder der Flüssigkristalldomäne) 17 gebildet, wenn eine Spannung angelegt wird, jedoch wird innerhalb des Flüssigkristallbereichs 17 keine Disklinationslinie 18 erzeugt. So ist es möglich, die Disklinationslinie 18 außerhalb des Pixelbereichs 22 auszubilden. Durch Ausbilden der Disklinationslinie 18 unterhalb von Lichtausblendabschnitten der Schwarzmaske 8 oder dergleichen, wie es in der 1 dargestellt ist, kann ein Flüssigkristalldisplay mit verbessertem Schwarzpegel und verbessertem Kontrast erhalten werden. Im Ergebnis kann die Anzeigequalität des erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays verbessert sein.
  • Wenn an das Flüssigkristalldisplay mit der oben genannten Ausrichtung eine Anzeigespannung angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle so angehoben, dass sie parallel zur Richtung orthogonal zu den Glassubstraten verlaufen. Dabei werden die Flüssigkristallmoleküle so angehoben, wie es in den 52(a) bis 52(c) dargestellt ist. Genauer gesagt, werden die Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch angehoben, was beim vorliegenden Beispiel eine Anfangsausrichtung bildet. Wegen dieser Ausrichtung wird der scheinbare Brechungsindex des Flüssigkristalldisplays 1 in jeder beliebigen Richtung gleich. So kann das Problem einer schlechten Betrachtungswinkelcharakteristik gelöst werden.
  • Durch Platzieren der Schwarzmaske 8 auf dem Gegensubstrat 3 in solcher Weise, dass die Lichtausblendabschnitte den zentralen Disklinationspunkten 23 entsprechen, wie sie im Zentrum des Pixelbereichs 22 positioniert sind, kann dafür gesorgt werden, dass die zentralen Disklinationspunkte 23 kaum erkennbar sind. Diesbezüglich kann die Anzeigequalität des erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays verbessert sein.
  • (Anzahl der Domänen in einem Pixel)
  • Es ist wünschenswert, dass die Anzahl von Domänen in jedem Pixel so gering wie möglich ist. Eine Anzahl von Domänen in einem Pixel bewirkt, dass zwischen den jeweiligen Domänen Disklinationslinien erzeugt werden und der Schwarzpegel einer Anzeige abnimmt. Es ist bevorzugt, dass jeder Flüssigkristallbereich 17, in dem die Flüssigkristallmoleküle radial ausrichtet sind, einen jeweiligen Pixelbereich 22 bedeckt, wie es in der 3 dargestellt ist. In diesem Fall wird, wie es in der 4 dargestellt ist, wenn eine Spannung an den Pixelbereich 22 angelegt wird, die Disklinationslinie 18 am Rand des Flüssigkristallbereichs 17 gebildet, so dass verhindert ist, dass sie innerhalb des Pixelbereichs 22 gebildet wird.
  • Wie es in der 5 dargestellt ist, wird das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay so hergestellt, dass es über einen rechteckigen Pixelbereich 22a verfügt. In diesem Fall werden mindestens zwei Domänen 25, wobei jede Domäne über radial ausgerichtete Flüssigkristallmoleküle verfügt, so kombiniert, dass der Flüssigkristallbereich 17 gebildet wird. Bei einem derartigen Flüssigkristalldisplay wurde geklärt, dass die Betrachtungswinkelcharakteristik hervorragend ist, da dasselbe Prinzip vorliegt, wie es beim Flüssigkristalldisplay 1 des vorliegenden Beispiels verwendet wird, bei dem jede Domäne einen jeweiligen Flüssigkristallbereich 17 bildet.
  • Ferner kann bei der Struktur der 5 dafür gesorgt werden, dass die Disklinationslinie 18 bei angelegter Spannung kaum erkennbar ist, wenn die Richtung, in der sich die Disklinationslinie 18 zwischen zwei Domänen 25 erstreckt, mit den Polarisationsachsen der Polarisationsplatten ausgerichtet wird. Alternativ kann der Flüssigkristallbereich 17 aus mehreren Pixelbereichen 22 gebildet werden. In diesem Fall können die Flüssigkristallmoleküle radiale oder konzentrische Ausrichtung aufweisen.
  • (Verfahren, das es ermöglicht, Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch auszurichten)
  • Um es zu ermöglichen, Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch auszurichten, wird das oben genannte Gemisch, das Flüssigkristall, ein fotopolymerisierbaresmaterial und einen Fotopolymerisationsstarter enthält, in einer Displayzelle untergebracht, und diese wird durch eine Fotomaske mit UV-Strahlen belichtet, die in einer Bestrahlungsebene eine unregelmäßige Lichtintensitätsverteilung zeigen. Auf das Bestrahlen mit UV-Strahlen hin erfolgt in Bereichen des Gemischs, die den Lichttransmissionsabschnitten der Fotomasken entsprechen, die nicht die Lichtausblendabschnitte sind, eine Fotopolymerisation. Dann wird das fotopolymerisierbare Material gehär tet, was für einen Konzentrationsgradienten in ihm sorgt. Im Ergebnis läuft eine Polymerisation ab, während sich das fotopolymerisierbare Material vom Zentrum der Fotomaske zu den Enden derselben bewegt.
  • In diesem Fall werden die Bedingungen zum Erzeugen eines Flüssigkristalldisplays so eingestellt, dass die Glasübergangstemperatur Tg des gehärteten fotopolymerisierbaren Materials (Harz) der Raumtemperatur oder höher, vorzugsweise 60°C oder höher, entspricht, wobei in den mit schwachem Licht bestrahlten Bereichen keine Wände, Säulen und dergleichen aus dem Polymermaterial erzeugt werden. So kann ein Flüssigkristalldisplay erhalten werden, in dem die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf die Nachbarschaft des Zentrums jedes mit schwachem Licht bestrahlten Bereichs axialsymmetrisch ausgerichtet sind.
  • Die Bedingung zum Verhindern der Ausbildung von Wänden, Säulen und dergleichen aus dem Polymer in den mit schwachem Licht bestrahlten Bereichen ist eine Polymerisationsgeschwindigkeit, die mit der Größe eines Pixels in Zusammenhang steht. Die Polymerisationsgeschwindigkeit wird durch Variieren der Zusammensetzung des fotopolymerisierbaren Materials abhängig von der Größe eines Pixels verändert. Dies verhindert die Erzeugung von Wänden oder Säulen aus dem Polymer in den mit schwachem Licht bestrahlten Bereichen. Zum Beispiel wird im Fall eines Pixels mit einer Größe von 100 μm oder weniger das fotopolymerisierbare Material aus einem Material mit relativ hoher Polymerisationsgeschwindigkeit, wie Acrylat, gebildet. Im Fall eines Pixels mit einer Größe von 100 μm oder mehr wird unter Verwendung eines Acrylats, das mit eine Doppelbindung mit Resonanzsystem enthaltenden Molekülen gemischt wird, wie Methacrylat und Styrol, mit dem Effekt einer Unterdrückung der Polymerisationsgeschwindigkeit, die Polymerisationsgeschwindigkeit abgesenkt, und die Phasentrenngeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymermaterial wird gesenkt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Polymermaterial in die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche eindringt.
  • Ferner beeinflusst die Anzahl der fotopolymerisierbaren funktionellen Gruppen die Phasentrenngeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Polymermaterial. Wenn ein multifunktionelles fotopolymerisierbares Material mit zwei oder drei funktionellen Gruppen in jedem Molekül verwendet wird, nehmen die Gelbildungsgeschwindigkeit eines Polymers und die Phasentrenngeschwindigkeit zu. Ein monofunktionelles Harzmaterial verringert die Phasentrenngeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Polymermaterial, und demgemäß ist es für große Pixel geeignet. Diese Verbindungen können in Kombination verwendet werden und abhängig von der Größe eines Pixels ausgewählt werden.
  • Ein verwendbares Polymermaterial ist ein fotopolymerisierbares Material und dergleichen. Zu Beispielen des fotopolymerisierbaren Materials gehören Acrylsäure und Acrylsäureester mit einer langkettigen Alkylgruppe mit drei oder mehr Kohlenstoffatomen oder einem Benzolring, wie Isobutylacrylat, Stearylacrylat, Laurylacrylat, Isoamylacrylat, n-butylmethacrylat, n-lauramethacrylat, Tridecylmethacrylat, 2-ethylhexylacrylat, n-stearylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Benzolmethacrylat, 2-phenoxyethylmethacrylat, Isobornylacrylat und Isobornylmethacrylat; ein multifunktionelles Materials mit zwei oder mehr funktionellen Gruppen zum Verbessern der physikalischen Festigkeit eines Polymers, wie Bisphenol-A-dimethacrylat, Bisphenol-A-diacrylat, 1,4-butandioldimethacrylat, 1,6-hexandioldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Tetramethylolmethantetraacrylat, Neopentyldiacrylat und R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.) und Materialien, die durch Halogenisierung erhalten werden, insbesondere Verbindungen, die durch Chlorieren und Fluorieren dieser Monomere erhalten werden, wie 2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylmethacrylat, 2,2,3,4,4,4-hexachlorbutylmethacrylat, 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat, 2,2,3,3-Tetrachlorpropylmethacrylat, Perfluoroctylethylmethacrylat, Perchloroctylethylmethacrylat, Perfluoroctylethylacrylat und Perchloroctylethylacrylat.
  • (Polymerisationshemmer)
  • Um die Größe eines Flüssigkristalltröpfchens (d.h. eines Flüssigkristallbereichs 17) zu vergrößern, wird zum oben genannten polymerisierbaren Material vorzugsweise eine Verbindung zum Hemmen der Polymerisation zugesetzt. Zu Beispielen des Hemmers gehören Monomere, Verbindungen und dergleichen, die ein Radikal mit Resonanzsystem nach der Ausbildung desselben stabilisieren, wie Styrol, p-chlorstyrol, p-methylstyrol, p-phenylstyrol, p-fluorstyrol und Nitrobenzol.
  • (Fotopolymerisationsstarter)
  • Als Fotopolymerisationsstarter können im Allgemeinen Fotopolymerisationsstarter wie Irgacure 651, Irgacure 184, Irgacure 907 (hergestellt von Ciba-Geigy Corporation) und Darocure 1173, Darocure 1116, Darocure 2956 (hergestellt von E. Merck) verwendet werden. Alternativ kann ein Sensitizer und dergleichen, der durch sichtbares Licht polymerisiert werden kann, zum Verbessern des Halteverhältnisses verwendet werden.
  • Die Zusatzmenge dieser Fotopolymerisationsstarter wird abhängig vom Reaktionsvermögen jeder Verbindung variiert. Gemäß der Erfindung besteht zwar keine spezielle Beschränkung, jedoch wird der Fotopolymerisationsstarter vorzugsweise mit einer Menge von 0,01 % bis 5 %, gewichtsbezogen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs, das den Flüssigkristall und das fotopolymerisierbare Material (einschließlich flüssigkristallinem fotopolymerisierbaren Materials) enthält, zugesetzt. Wenn die Zusatzmenge mehr als 5 Gew.-% beträgt, ist die Phasentrenngeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymer zu hoch, als dass sie kontrolliert werden könnte, was zu kleinen Flüssigkristalltröpfchen führt. Dies benötigt eine hohe Ansteuerspannung. Außerdem wird die Ausrichtungskraft in der homöotropen Richtung oder in der horizontalen Richtung eines Ausrichtungsfilms auf dem Substrat schwach, und die Größe des Flüssigkristallbereichs 16 in jedem Pixel nimmt ab. Das heißt, dass dann, wenn eine Fotomaske verwendet wird, Flüssigkristalltröpfchen in den Bereichen gebildet werden, die den Lichtausblendabschnitten der Fotomaske entsprechen, wodurch der Kontrast abnimmt. Wenn die Zusatzmenge weniger als 0,01 % beträgt, wird das Polymer nicht ausreichend gehärtet.
  • (Flüssigkristallmaterial)
  • Der bei der Erfindung zu verwendende Flüssigkristall ist ein organisches Gemisch, das in der Nähe der Raumtemperatur einen flüssigkristallinen Zustand zeigt. Zu Beispielen derartiger Flüssigkristalle gehören ein nematischer Flüssigkristall (einschließlich eines Flüssigkristalls für Doppelfrequenz-Ansteuerung, Δε < 0), ein cholesterischer Flüssigkristall (insbesondere eine Flüssigkristall mit selektiven Reflexionseigenschaften hinsichtlich sichtbaren Lichts), ein smektischer Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall und ein diskotischer Flüssigkristall. Diese Flüssigkristalle können gemischt werden, und insbesondere ist hinsichtlich der Eigenschaften ein nematischer Flüssigkristall oder ein nematischer Flüssigkristall mit zugesetztem cholesterischem Flüssigkristall (chirales Mittel) bevorzugt. Flüssigkristalle mit hervorragender chemischer Reaktionsbeständigkeit sind bevorzugter, da während der Verarbeitung eine Fotopolymerisation erfolgt.
  • Die Dielektrizitätskonstante Δε des Flüssigkristalls ist ein Faktor, der die Ansteuerspannung der Vorrichtung beeinflusst; Δε > 3 oder mehr ist bevorzugt. Wenn die Dielektrizitätskonstante Δε kleiner als drei ist, nimmt die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung beim Anlegen einer Ansteuerspannung ab. Um die Ansteuerspannung abzusenken, um ein TFT-Element anzusteuern, ist Δε ≥ 5 bevorzugter. Die Viskosität des Flüssigkristalls beeinflusst ebenfalls die Ansprechgeschwindigkeit. Zum Beispiel können Flüssigkristalle mit einer Viskosität von 30 cp (25°C) oder weniger, bevorzugter 20 cp oder weniger, verwendet werden. Genauer gesagt, können Flüssigkristalle mit einer funktionellen Gruppe wie einem Fluoratom verwendet werden. Zu Beispielen eines derartigen Flüssigkristalls gehören ZLI-4801-000, ZLI-4801-001 und ZLI-4792 (hergestellt von Merck & Co., Inc.).
  • (Polymerisierbares Flüssigkristallmaterial)
  • Um ein Gemisch bereitzustellen, das den Flüssigkristall und das fotopolymerisierbare Material mit Flüssigkristallinität enthält, und um das Gemisch in nematischem Zustand in eine Displayzelle zu injizieren, oder um es zu ermöglichen, dass in den Polymerwänden eine Ausrichtung hervorgerufen wird, wird vorzugsweise ein polymerisierbares Flüssigkristallmaterial mit diesen beiden Eigenschaften verwendet. Diese Verbindungen zeigen die Effekte einer Verringerung der Flüchtigkeit des fotopolymerisierbaren Materials bei Vakuuminjektion und eines Unterdrückens der Änderung der Zusammensetzung beim Injizieren des Gemischs, das den Flüssigkristall, das fotopolymerisierbare Material und den Fotopolymerisationsstarter enthält. Um diese Flüssigkristallmaterialien und flüssigkristallinen Verbindungen mit polymerisierbarer, funktioneller Gruppe in ihrem Molekül auszuwählen, ist es bevorzugt, aus dem Gesichtspunkt der Mischbarkeit heraus, dass die jeweiligen Abschnitte, die Flüssigkristallinität zeigen, einander ähnlich sind. Insbesondere ist die flüssigkristalline Verbindung mit polymerisierbarer, funktioneller Gruppe ebenfalls vorzugsweise ein Flüssigkristallmaterial vom Fluor- und Chlortyp mit speziellen chemischen Eigenschaften.
  • Obwohl keine spezielle Einschränkung besteht, betrifft eine Verbindung mit flüssigkristalliner, funktioneller Gruppe in ihrem Molekül, wie sie bei der Erfindung zu verwenden ist, eine Verbindung, die durch die folgende Formel 1 repräsentiert ist, die die Flüssigkristallinität der Flüssigkristallmoleküle eines Wirts kaum stört. A-B-LC (monofunktionell), A'-B'-LC' (bifunktionell) (1)
  • In der Formel 1 sind A und A' polymerisierbare, funktionelle Gruppen mit einer ungesättigten Bindung wie CH2 = CH-, CH2 = CH-COO- und CH2 = CH-COO-, oder mit einer heterozyklischen Ringstruktur mit Verzerrung, wie
    Figure 00220001
  • B und B' sind Verbindungsgruppen, die die polymerisierbare, funktionelle Gruppe mit der flüssigkristallinen Verbindung verbinden, wie eine Alkylkette (-(CH2)n-), eine Esterbindung (-COO-), eine Etherbindung (-O-), eine Polyethylenglycolkette (-CH2CH2O-), sowie Verbindungsgruppen, die durch Kombination dieser Verbindungsgruppen erhalten werden. Diese Verbindungsgruppen zeigen vorzugsweise Flüssigkristallinität, wenn sie mit dem Flüssigkristallmaterial gemischt sind. Daher ist insbesondere eine Verbindungsgruppe mit einer Länge von sechs oder mehr Bindungen von der polymerisierbaren, funktionellen Gruppe zu einem starren Abschnitt des Flüssigkristallmoleküls bevorzugt. Ferner ist LC eine flüssigkristalline Verbindung, die eine durch die folgende Formel 2 repräsentierte Verbindung oder ein Cholesterolring, und die zugehörigen Derivate, ist: D-E-G (2)
  • Im Fall eines monofunktionellen Materials ist, in der obigen Formel, G eine polare Gruppe, die es ermöglicht, dass der Flüssigkristall Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten und dergleichen zeigt, wie ein Benzolring, ein Zyklohexanring, ein Paradiphenylring und ein Phenylcyclohexanring mit einer funktionellen Gruppe wie -CN-, -OCH3, -F, -Cl,-OCF3,-OCCl3, -H und -R (R-Alkylgruppe). E ist eine funktionelle Gruppe, die D mit G verbindet, wie eine Einfachbindung, -CH2-, -CH2CH2-, -O-, -C≡C- und -CH=CH-. D ist eine funktionelle Gruppe, die mit B in der Formel 1 verbunden ist, wobei es sich um einen Abschnitt handelt, der den Anisotropiegrad der Elektrizitätskonstanten und die Anisotropie des Brechungsindex beeinflusst. Zu Beispielen einer derartigen funktionellen Gruppe gehören ein Paraphenylring, ein 1,10-diphenylring, ein 1,4-cyclohexanring und ein 1,10-phenylcyclohexanring.
  • Im Fall eines multifunktionellen Flüssigkristallmaterials mit zwei oder mehr funktionellen Gruppen ist LC' in der Formel 1 vorzugsweise ein langgestrecktes, starres Material. Zu Beispielen des langgestreckten, starren Materials gehören Moleküle wie ein Diphenylring, ein Terphenylring und ein Phenylcyclohexanring. Diese Moleküle müssen nicht symmetrisch sein, und es kann eine durch Kombinieren dieser Ringe erhaltene Struktur verwendet werden.
  • (Mischungsverhältnis zwischen dem Flüssigkristall und dem polymerisierbaren Material)
  • Das Mischungsgewichtsverhältnis zwischen dem Flüssigkristall und der polymerisierbaren Verbindung wird abhängig von der Größe eines Pixels variiert. Das Gewichtsverhältnis zwischen dem Flüssigkristall und der polymerisierbaren Verbindung beträgt vorzugsweise 50:50 bis 97:3, bevorzugter 70:30 bis 90:10. Wenn der Anteil des Flüssigkristallmaterials weniger als 50 Gew.-% beträgt, ist der Effekt der Harzwände 16 verstärkt, was die Ansteuerspannung einer Displayzelle merklich erhöht. Im Ergebnis geht die praktische Anwendbarkeit verloren. Wenn der Anteil des Flüssigkristallmaterials 97 Gew.-% überschreitet, nimmt die körperliche Festigkeit der Polymerwände 16 ab, was es unmöglich macht, stabiles Funktionsvermögen zu erzielen. Ferner macht, hinsichtlich des Gewichtsverhältnisses zwischen der flüssigkristallinen Verbindung und der nicht-flüssigkristallinen polymerisierbaren Verbindung die flüssigkristalline Verbindung vorzugsweise 0,5 Gew.-% oder mehr aus, solange der obige Bereich des Gewichtsverhältnisses erhalten bleibt.
  • (Bestrahlungsverteilung der UV-Strahlen)
  • Um die Form einer Fotomaske genau auf das Gemisch aus dem Flüssigkristall und dem fotopolymerisierbaren Material zu übertragen, ist das Verfahren zum Bereitstellen der Bestrahlungsverteilung der UV-Strahlen wesentlich. Es ist wünschenswert, dass unter Verwendung einer Fotomaske, einer Mikrolinse, einer Zwischenplatte und dergleichen eine gleichmäßige Strahlungsverteilung der UV-Strahlen erzielt wird. Die Fotomaske kann entweder innerhalb oder außerhalb der Zelle positioniert werden, solange für eine gleichmäßige Bestrahlungsverteilung der UV-Strahlen gesorgt werden kann.
  • Die Fotomaske wird wünschenswerterweise näher am Gemisch aus dem Flüssigkristall und dem fotopolymerisierbaren Material platziert. Wenn die Fotomaske weit entfernt von der Zelle platziert wird, verschmiert das übertragene Bild der Fotomaske, was den Effekt der Erfindung verringert. Vorzugsweise verfügt eine Lichtquelle für UV-Strahlen über eine Struktur, die kollimierte Lichtstrahlen erzeugen kann.
  • Entsprechend Versuchsergebnissen durch die vorliegenden Erfinder wird, wenn eine Fotomaske verwendet wird, die schwaches Licht erzeugt, das in einen Bereich gestrahlt wird, der 30% oder weniger eines Pixels ausmacht, ein auszubildendes Flüssigkristalltröpfchen ebenfalls 30% oder weniger des Pixels, und innerhalb jedes Pixels wird eine Anzahl von Grenzflächen zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymer ausgebildet, was zu verringertem Kontrast auf Grund einer Lichtstreuung führt. Es ist eine Fotomaske bevorzugt, die einen mit schwachem Licht bestrahlten Bereich erzeugen kann, der größer als das Pixel ist, d.h., mit der sehr wenige Grenzflächen zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymer im Pixel erzeugt werden. Genauer gesagt, ist eine Fotomaske bevorzugt, die es ermöglicht, UV-Strahlen nur auf andere Abschnitte als die Pixel zu strahlen.
  • Bei einem Modus der Erfindung unter Verwendung keiner Lichtstreuung zwischen dem Polymer und dem Flüssigkristallmaterial überdecken die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche der Fotomaske vorzugsweise 30% oder mehr jedes Pixels, und die Intensität von UV-Strahlen wird lokal abgesenkt. Obwohl hinsichtlich der Erfindung keine spezielle Einschränkung besteht, gehören zu Beispielen der Konfiguration des mit schwachem Licht bestrahlten Bereichs ein Kreis, ein Quadrat, ein Trapez, ein Rechteck, ein Sechseck, eine Rautenform, eine Buchstabenform, eine Form, die unter Verwendung einer Kurve und/oder einer geraden Linie erhalten wird; Formen, die durch Löschen eines Teils dieser Konfigurationen erhalten werden; Formen, die durch Kombinieren dieser Konfigurationen erhalten werden; und eine Zusammensetzung dieser Konfigurationen.
  • Ferner ist eine Fotomaske oder dergleichen bevorzugt, die ein Pixel zu einem mit schwachem Licht bestrahlten Bereich macht, da eine derartige Fotomaske die Streuintensität im Pixel verringert und den Kontrast des Flüssigkristalldisplays erhöht.
  • Bei den Beispielen gemäß der Erfindung kann eine Art von Konfiguration oder mehrere, verwendet werden. Um die Gleichmäßigkeit der Größe eines Flüssigkristalltröpfchens zu verbessern, ist eine Art von Konfiguration bevorzugt.
  • Eines der Merkmale der Erfindung besteht darin, dass die Harzwände 16 in der horizontalen Richtung gleichmäßig angeordnet sind, d.h. entlang den Pixeln angeordnet sind. So spielt die Position der mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche der Fotomaske eine wesentliche Rolle. Die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche sind so positioniert, dass Anpassung an die Schrittweite der Pixel besteht, und sie sind wünschenswerterweise so positioniert, dass ein mit schwachem Licht bestrahlter Bereich einem Pixel ent spricht. Ein mit schwachem Licht bestrahlter Bereich kann über mehreren Pixeln positioniert werden. Die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche können pro Spalte oder über der gesamten Gruppe mehrerer Pixel positioniert werden.
  • Um die Konfiguration eines Flüssigkristalltröpfchens zu messen, wird ein Polarisationsmikroskop verwendet. Die Zelle wird durch Auseinanderziehen in zwei Substrate zerlegt, die Flüssigkristallmoleküle werden durch Lösungsmittel entfernt, und es wird die verbliebene Polymermatrix gemessen. Da während der Herstellung einer Probe einige Flüssigkristalltröpfchen beschädigt werden, werden zur Betrachtung die 20 Flüssigkristalltröpfchen ausgewählt, die die beste Konfiguration beibehalten haben. So ist für die Fotomaske dieselbe Gleichförmigkeit wie für die Flüssigkristalltröpfchen erforderlich.
  • Die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche der Fotomaske müssen nicht unabhängig ausgebildet sein, sondern sie können an ihren. Enden verbunden sein, solange die Bereiche UV-Strahlen mit der oben genannten Konfiguration und Anordnung am effektivsten ausblenden. Eine unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellte Zelle wird mit Polarisationsplatten kombiniert, um ein Flüssigkristalldisplay herzustellen, bei dem Flüssigkristallmoleküle durch Polymerwände eingegrenzt sind oder sie teilweise durch diese abgeteilt sind. Ein derartiges Flüssigkristalldisplay kann als großer Schirm, als Film und dergleichen verwendet werden. Außerdem können als Substratmaterial für das Flüssigkristalldisplay ein Film und ein Siliciumsubstrat sowie Glas verwendet werden.
  • (Disklinationslinie)
  • Im Allgemeinen sind bei einem Flüssigkristalldisplay, in dem Flüssigkristallmoleküle radial ausgerichtet sind, dieselben nicht in einer Richtung ausgerichtet, so dass es zwischen den Molekülen zu einer Verzerrung kommt. Insbesondere werden in der Nähe der Grenzflächen zwischen dem Polymerbereich und dem Flüssigkristallbereich beim Anlegen eines Spannung Disklinationslinien erzeugt, die Flüssigkristalldomänen umgeben. Gemäß der Erfindung werden Flüssigkristallbereiche ausgebildet, die größer als die Pixelbereiche sind, und die Grenzflächen zwischen den Polymerbereichen und den Flüssigkristallbereichen werden durch die Schwarzmaske 8 lichtmäßig ausgeblendet, wie es in der 1 dargestellt ist. Dies führt zu einem Flüssigkristalldisplay, bei dem in den Pixelbereichen keine Disklinationslinien vorhanden sind und die eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik zeigen.
  • (Ansteuerverfahren)
  • Die so hergestellte Zelle kann durch ein Einfachmatrix-Ansteuerverfahren oder ein Aktivmatrix-Ansteuerverfahren unter Verwendung eines Schaltbauteils wie eines TFT und eines MIM angesteuert werden. Gemäß der Erfindung besteht keine spezielle Einschränkung hinsichtlich des Ansteuerverfahrens.
  • Das auf die oben beschriebene Weise hergestellte Flüssigkristalldisplay 1 wird mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigt, dass in jedem Pixel beinahe eine Flüssigkristalldomäne 25 in jedem Pixel und eine Schlierentextur vorhanden sind, wie sie erkennbar ist, wenn die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne 25 radial oder konzentrisch ausgerichtet sind, wie es in den 6 und 7 dargestellt ist. In den 6 und 7 sind Flüssigkristallmoleküle mit der Bezugszahl 27 gekennzeichnet.
  • Die Zelle wird durch Abziehen in flüssigem Stickstoff in zwei Substrate zerlegt, das Flüssigkristallmaterial wird mit Aceton abgewaschen, und das auf dem Substrat nach dem Trocknen verbliebene Polymermaterial wird mit einem Lasermikroskop betrachtet. Wie es in der Fig. Polymermaterial dargestellt ist, zeigt diese Betrachtung, dass in Bezug auf das Zentrum konzentrische Linien 26 (Berg aus gestrichelten Linien) ausgebildet sind. Genauer gesagt, verfügt das Polymermaterial über eine kegelige, hügelige Struktur, bei der ein gegen das Licht abgeschirmter Abschnitt über dicke Enden verfügt, wobei seine Dicke zum Zentrum hin kleiner wird.
  • Diese kegelige, hügelige Struktur wird wie folgt erhalten.
  • Das fotopolymerisierbare Material wird in jedem Lichttransmissionsabschnitt gehärtet, die Konzentration des fotopolymerisierbaren Materials nimmt im Lichttransmissionsabschnitt ab, das fotopolymerisierbare Material bewegt sich entlang einem Konzentrationsgradienten vom Zentrum zu den Enden des Lichtausblendabschnitts, und das fotopolymerisierbare Material wird durch Licht, das in den Lichtabschirmungsabschnitt einleckt, teilweise polymerisiert, während sich das fotopolymerisierbare Material bewegt. Beim vorliegenden Beispiel wird durch die Lichteinstrahlung automatisch ein Dünnfilm mit einer derartigen Struktur erzeugt, und demgemäß sind die Schritte indu striell vereinfacht. Die so hergestellte Zelle wird bei angelegter Spannung mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigt, dass am Außenumfang der Flüssigkristalldomänen Disklinationslinien ausgebildet sind. Wenn die Spannung gesättigt ist, verschwinden die Disklinationslinien.
  • Die elektrooptischen Eigenschaften der so hergestellten Zelle sind in der Tabelle 1 und der 9 dargestellt. Wie es aus den in der 1 und der 9 dargestellten Eigenschaften und denen des Vergleichsbeispiels 1, das in der später beschriebenen 10 dargestellt ist, ersichtlich ist, wird, abweichend von einer TN-Zelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 1, bei der erfindungsgemäßen Zelle keine Betrachtung mit Kontrastumkehr beobachtet. Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Zelle keine Zunahme der Lichttransmission in einer hohen Betrachtungsrichtung bei Sättigung der Spannung beobachtet. Bei dieser Messung wird angenommen, dass die Lichttransmission im Fall der Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten (d.h. von Polarisationsplatten, die so angeordnet sind, dass die jeweiligen Polarisationsrichtungen parallel zueinander verlaufen) 100% beträgt.
  • In der Tabelle 1 ist ein Zustand, bei dem keine Betrachtung mit Kontrastumkehr beobachtet wird, mit o repräsentiert; ein Zustand, in dem eine Betrachtung mit Kontrastumkehr leicht beobachtet wird, ist mit x repräsentiert; und ein Zustand, bei dem Betrachtung mit Kontrastumkehr kaum beobachtet wird, ist mit Δ repräsentiert. In den anderen Tabellen sind dieselben Markierungen verwendet.
  • Tabelle 1
    Figure 00270001
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Es wurden dieselben Ausrichtungsfilme wie beim Beispiel 1 aus den Substra ten hergestellt. Beide Substrate wurden einer Reibebehandlung mit einem Nylontuch unterzogen. Dann wurden die Substrate so aneinander befestigt, dass die Orientierungsrichtungen orthogonal zueinander verliefen, als auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1. Das Flüssigkristallmaterial ZLI-4792 (das 0,4 Gew.-% S-811 enthält), das dasselbe wie das beim Beispiel 1 verwendete ist, wurde in die so hergestellte Zelle injiziert. Danach wurden gekreuzte Polarisationsplatten an den beiden Seiten der Zelle angebracht, um eine herkömmliche TN-Zelle herzustellen.
  • Die elektrooptischen Eigenschaften der TN-Zelle sind in der Tabelle 1 dargestellt, und die Betrachtungswinkelcharakteristik ist in der 10 dargestellt.
  • Beispiel 2
  • Nun wird ein anderes Beispiel der Erfindung beschrieben.
  • Eine Zelle wurde unter Verwendung eines Gegensubstrats mit einem Farbfilter 10, wie in der 11 dargestellt, und eines TFT-Substrats mit einer Schwarzmaske 24 mit Lichttransmissionsabschnitten 29 auf seiner Fläche, wie in der 12 dargestellt, mit einem Zellenzwischenraum von 5,0 μm hergestellt.
  • Es wurde dasselbe Gemisch wie das des Beispiels 1 in die so hergestellte Zelle injiziert, und die Zelle wurde unter Verwendung des Farbfilters in ihr als Maske mit UV-Strahlen auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 belichtet, so dass das Gemisch durch Selbstausrichtung härtete. Die Zelle wurde mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigte, dass jedes Pixel mit einer einzelnen Domäne belegt war und Flüssigkristallmoleküle in jeder Domäne konzentrisch ausgerichtet waren.
  • An den beiden Seiten der so hergestellten Zelle wurden zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein erfindungsgemäßes Flüssigkristalldisplay zu erhalten. Die Lichttransmission der Zelle ohne angelegte Spannung ist in der Tabelle 2 dargestellt. Bei dieser Messung ist angenommen, dass die Lichttransmission einer Zelle unter Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten (Zelle, in die kein Flüssigkristallmaterial injiziert ist) 100 beträgt.
  • Tabelle 2
    Figure 00290001
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Zelle wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt. Es wurde dasselbe Gemisch wie beim Beispiel 1 in die Zelle injiziert, und sie wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 ohne Verwendung einer Fotomaske mit UV-Strahlen bestrahlt. An den beiden Seiten der Zelle wurden Polarisationsplatten angebracht, um ein Display mit einem in einem Polymer dispergierten Flüssigkristall zu erhalten. Die elektrooptischen Effekte der so hergestellten Zelle sind in der Tabelle 2 dargestellt.
  • Beim Vergleichsbeispiel 2 wurden Flüssigkristallbereiche in Form von Teilchen erzeugt, was zu einer insgesamt groben Anzeige führte.
  • Die Erfinder der Erfindung haben herausgefunden, dass beim Flüssigkristalldisplay 1 mit der Struktur der oben genannten jeweiligen Beispiele, die durch das Verfahren zum Herstellen gemäß den oben genannten jeweiligen Beispielen hergestellt wurden, die Lichttransmission der Vorrichtung 1 dadurch merklich verbessert werden kann, dass der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls optimiert wird.
    • (1) Das Produkt Δn·d der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristallmaterials und des zugehörigen Zellenzwischenraums d liegt wünschenswerterweise im Bereich von 300 nm bis 650 nm.
    • (2) Wenn die Anzeigemediumsschicht 14 zwischen den Substraten 12 und 13 ausgebildet wird, liegt der Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich 17 in der Anzeigemediumsschicht 14 wünschenswerterweise im Bereich von 45° bis 150°.
  • Gemäß der Erfindung enthält im Flüssigkristalldisplay 1 mit durch die Harz wände 16 abgeteilten Flüssigkristallbereichen 17 jeder Flüssigkristallbereiche 17 die geringste Anzahl von Flüssigkristalldomänen, und die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne sind radial oder konzentrisch ausgerichtet. Demgemäß kann soweit wie möglich verhindert werden, dass in den Pixelbereichen 22 und 22a Disklinationslinien 18 erzeugt werden, und das Flüssigkristalldisplay 1 zeigt eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik mit hohem Kontrast.
  • Nachfolgend wird das Flüssigkristalldisplay 1 mit optimierter Δn·d-Charakteristik und verbessertem Verdrillungswinkel des Flüssigkristallbereichs 17 detailliert beschrieben.
  • (Optimale Bedingungen der Δn·d-Charakteristik)
  • Es zeigte sich durch Variieren der Δn·d-Charakteristik des Flüssigkristallbereichs 17 beim Flüssigkristalldisplay 1 jedes Beispiels, dass sich die Lichttransmission der Vorrichtung 1 ohne angelegte Spannung ändert und einen lokalen Maximalwert erreicht, wenn die Δn·d-Charakteristik in der Nähe von 450 nm liegt. Beim vorliegenden Beispiel verfügen die Flüssigkristallbereiche 17 über eine Struktur mit Einzeldomäne ohne Harzwände 16 aus Polymermaterial oder über mehrere Domänen ohne Abteilung durch die Harzwände 16 aus Polymermaterial.
  • Die 13 zeigt die Beziehung zwischen der Δn·d-Charakteristik und der Lichttransmission. Eine Kurve 31 repräsentiert die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays 1 des vorliegenden Beispiels. Eine Kurve 32 repräsentiert die Lichttransmission des herkömmlichen Flüssigkristalldisplays, bei dem die Pixelbereiche mehrere herkömmliche, durch Polymerwände abgeteilte Flüssigkristallbereiche beinhalten, wobei im Zentrum jedes Pixelbereichs eine Polymerinsel aus Polymerharz vorhanden ist und im Flüssigkristallabschnitt Flüssigkristalldomänen radial oder konzentrisch angeordnet sind.
  • Wie es in der 13 dargestellt ist, ist beim vorliegenden Beispiel die Lichttransmission merklich verbessert.
  • Aus diesem Grund kann beim Flüssigkristalldisplay 1 des vorliegenden Beispiels ein größerer Bereich der Δn·d-Charakteristik verwendet werden. Die Δn·d-Charakteristik liegt vorzugsweise im Bereich von 300 nm bis 650 nm, und bevorzugter im Bereich von 400 nm bis 500 nm. Wie es durch die Kurve 31 der 13 dargestellt ist, wird in diesem Bereich die Lichttransmission maximal, und die Kurve 31 wird relativ flach.
  • Entsprechend Versuchen durch die Erfinder der Erfindung nimmt, wenn die Δn·d-Charakteristik unter 300 nm liegt, die Lichttransmission ab, und es wird eine bläuliche Anzeige erzielt. Wenn die Δn·d-Charakteristik über 650 nm beträgt, nimmt die Lichttransmission ab und es wird eine rötliche Anzeige erzielt. Dies kann aus den Kurven 33, 34, 35 und 36 in der 14 verstanden werden. Die Kurven 33, 34 und 35 repräsentieren die Änderung der Lichttransmission für den Fall, dass die Δn·d-Charakteristik für jede Lichtwellenlänge (Rot: 650 nm, Grün: 550 nm, Blau: 450 nm) variiert wird. Die Kurve 36 repräsentiert den Mittelwert der Lichttransmission der Kurven 33 bis 35. Die 14 zeigt die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays 1, wie sie mit einem Lichtstrahl mit jeder Wellenlänge gemessen wird, für den Fall, dass Flüssigkristallmoleküle radial ausgerichtet sind.
  • Wie es aus der 14 ersichtlich ist, wird, wenn die Δn·d-Charakteristik abnimmt, die Lichttransmission der blauen Farbe hoch, und die Lichttransmission der grünen und der roten Farbe wird niedrig. Im Ergebnis wird eine insgesamt bläuliche, dunkle Anzeige erzielt. Wenn die Δn·d-Charakteristik größer als 650 nm ist, wird eine rötliche, dunkle Anzeige erzielt.
  • (Optimale Bedingungen für den Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls)
  • Wenn zum Flüssigkristallmaterial des Flüssigkristalldisplays 1 des vorliegenden Beispiels ein chirales Mittel oder dergleichen zugesetzt wird, um den Flüssigkristall zu verdrillen, kommt es zu Lichttransmission auf Grund des Doppelbrechungseffekts sowie zu Lichttransmission auf Grund der optischen Rotationskraft, was zu einer Verbesserung der Gesamt-Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays 1 führt.
  • Die 15 zeigt die Änderung der Lichttransmission zwischen dem oberen und dem unteren Substrat 12 und 13 mit dazwischen eingefügtem Flüssigkristallmaterial. Aus der 15 ist es erkennbar, dass die Lichttransmission bei einem Verdrillungswinkel von 90° ihren Maximalwert zeigt.
  • Beim vorliegenden Beispiel ist das Flüssigkristalldisplay 1 zwischen zwei als gekreuzte Nicols angeordneten Polarisationplatten eingebettet. Demgemäß ist ein Verdrillungswinkel von 90° für das Flüssigkristalldisplay 1 am geeignetsten, da die Polarisationsachsen der zwei Polarisationsplatten einan der unter einem Winkel von 90° schneiden. Der Verdrillungswinkel liegt vorzugsweise im Bereich von 45° bis 150°. Wenn der Verdrillungswinkel im Bereich von 70° bis 120° liegt, kann ein Flüssigkristalldisplay 1 mit heller Anzeige erzielt werden.
  • Nachfolgend werden Konstruktionsbeispiele gemäß der Erfindung beschrieben; jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konstruktionsbeispiele beschränkt.
  • Konstruktionsbeispiele 1, 2, 3 und 4 sowie Vergleichsbeispiele 2, 4 und 5
  • Die Beispiele 1 und 2 werden auf Grundlage von Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 gemeinsam mit Vergleichsbeispielen 3 bis 5 beschrieben.
  • Zellen wurden jeweils unter Verwendung zweier Glassubstrate (z. B. mit jeweils einer Dicke von 1,1 mm) mit jeweils einer transparenten-ITO-Elektrode (mit z. B. einer Dicke von 50 nm hergestellt). In die jeweiligen Zellen wurden Abstandshalter eingebracht, um einen Zellenzwischenraum d von 2,2 μm (Vergleichsbeispiel 3), 3,1 μm (Vergleichsbeispiel 4), 4,2 μm (Konstruktionsbeispiel 1), 3,8 μm (Konstruktionsbeispiel 2), 5,3 μm (Konstruktionsbeispiel 3), 6,4 μm (Konstruktionsbeispiel 4) und 7,5 μm (Vergleichsbeispiel 5) zu erhalten.
  • Auf jeder so hergestellten Zelle wurde eine in der 16 dargestellte Fotomaske 15a platziert, und das folgende Gemisch wurde in transparentem Zustand (35°C) in jede Zelle injiziert. Das Gemisch wurde dadurch hergestellt, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,05 g p-phenylstyrol, 0,425 g Isobornylmethacrylat, 0,25 g Isobornylacrylat, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (hergestellt von Merck & Co., Inc.; der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls wurde auf 90° eingestellt) und 0,025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Unter der Bedingung derselben Temperatur wurde jede Zelle mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch ein Punktmuster der Fotomaske 15a für eine Sekunde bestrahlt, und die Zelle konnte für 30 Sekunden ohne Bestrahlung stehen bleiben. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Zelle zum Aushärten des Harzes für 10 Minuten mit UV-Strahlen bestrahlt.
  • Nachdem das Harz ausgehärtet war, wurde jede Zelle mit einem Polarisations mikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen mit demselben gleichmäßigen Muster wie dem Punktmuster der Fotomaske 15a, d.h. demselben gleichmäßigen Muster wie dem Pixel, ausgebildet waren. Bei den Vergleichsbeispielen 3 und 4 kann sich, wenn der Zellenzwischenraum klein ist, wenn das Flüssigkristallmaterial und das Polymermaterial phasenmäßig voneinander getrennt werden, das Polymermaterial nicht zu den mit Licht bestrahlten Abschnitten bewegen. Daher verbleibt das Polymermaterial in den Pixelbereichen 22. Dies führt zu Problemen, wie sie im Hintergrundabschnitt dieser Beschreibung beschrieben sind.
  • Als Nächstes wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay mit mehreren Flüssigkristallbereichen 17 in jedem Pixelbereich 22, mit Abteilung durch die Harzwände 16, herzustellen. Das so hergestellte Flüssigkristalldisplay wurde mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigte, dass in jedem Pixel beinahe eine Flüssigkristalldomäne vorhanden sind, und es wurde ein Schlierenmuster gemäß der 17 ausgebildet, das dann erkennbar war, wenn die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne radial oder konzentrisch ausgerichtet waren. Die elektrooptischen Eigenschaften der Zelle sind in der 13 dargestellt. Bei dieser Messung ist angenommen, dass die Lichttransmission im Fall der Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten 100° beträgt.
  • Die oben genannten Zellen gemäß den Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 verfügen über eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik, und sie zeigen kein Problem einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie es bei einer TN-Zelle verursacht wird.
  • Konstruktionsbeispiele 5, 6, 7 und 8 sowie Vergleichsbeispiele 6, 7 und 8
  • Die Beispiele 1 und 2 werden nun auf Grundlage von Konstruktionsbeispielen 5 bis 8 gemeinsam mit Vergleichsbeispielen 6 bis 8 beschrieben.
  • Bei den Konstruktionsbeispielen 5, 6, 7 und 8 und den Vergleichsbeispielen 6, 7 und 8 wurden Zellen auf dieselbe Weise wie bei den oben genannten Beispielen hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass der Zellenzwischenraum zwischen den zwei Substraten 12 und 13 auf 4,8 μm eingestellt wurde. Wie es in der Tabelle 3 dargestellt ist, wurden die Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich 17 durch Variieren der Menge des chiralen Flüssigkristalls, wie er dem Flüssigkristallmaterial zuzuset zen ist, geändert.
  • Tabelle 3
    Figure 00340001
  • Flüssigkristalldisplays 1 wurden unter Verwendung desselben Materials und desselben Verfahrens zur Herstellung wie bei den Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 hergestellt. Die Lichttransmission der Flüssigkristalldisplays 1 wurde in der 15 in Bezug auf einen Verdrillungswinkel aufgetragen. Für praktischen Gebrauch des Flüssigkristalldisplays 1 muss die Lichttransmission ungefähr 40% oder mehr betragen, wobei die Fähigkeit einer Hintergrundbeleuchtung berücksichtigt sind. Wie es aus der 15 ersichtlich ist, beträgt die Lichttransmission bei den Vergleichsbeispielen 6 bis 8 weniger als 40%, während sie bei den Konstruktionsbeispielen 5 bis 8 40% oder mehr beträgt. Demgemäß zeigen die Flüssigkristalldisplays 1 gemäß den Konstruktionsbeispielen 5 bis 8 hervorragenden Kontrast.
  • Die oben genannten Flüssigkristalldisplays gemäß den Konstruktionsbeispielen 5 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 6 bis 8 zeigen eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik, und es existieren keine Probleme einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie sie bei einer TN-Zelle verursacht werden.
  • Gesondert davon wurden Flüssigkristalldisplays 1 auf dieselbe Weise wie bei den Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die in der 18 dargestellte Fotomaske 15b verwendet wurde. Die so hergestellten Flüssigkristalldisplays wurden zwischen gekreuzten Nicols mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigte, dass im Zentrum jedes Pixelbereichs 22 eine Polymerinsel 40 aus Polymermaterial verblieben war und dass jeder Pixelbereich 22 durch eine Harzwand 16 abgeteilt war, wie es in der 19 dargestellt ist.
  • Dann wurden an den beiden Seiten jedes Flüssigkristalldisplays zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht. Die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays ist in der 13 als Kurve 32 repräsentiert.
  • Wie es aus der 13 erkennbar ist, wird, wenn das Polymermaterial als Polymerinsel 14 oder dergleichen in jeden Pixelbereich 22 eindringt, der geeignete Bereich für Δn·d klein.
  • Beispiel 3
  • Das vorliegende Beispiel zeigt ein Flüssigkristalldisplay, das mit niedriger Spannung angesteuert werden kann. Bei einem Flüssigkristalldisplay ist es wünschenswert, dass das anzusteuernde Flüssigkristallmaterial geringe Viskosität und eine geringe Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten zeigt. Die Viskosität μ beträgt vorzugsweise 50 mPa·s oder weniger bei 20°C, bevorzugter 20 mPa·s oder weniger. Außerdem beträgt die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten Δε bei 20° vorzugsweise +3 (1 kHz), bevorzugter +5 (1 kHz) oder mehr.
  • Konstruktionsbeispiel 9
  • Das Beispiel 3 wird auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 9 beschrieben.
  • Als Erstes wurden 200 Elektrodenleitungen 3 und 4 aus ITO auf Substraten 1 und 2 aus Flintglas (hergestellt von Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) mit jeweils einer Dicke von 1,1 mm hergestellt. Die Elektrodenleitungen 3 und 4 wurden mit einer Dicke von 50 nm und einer Breite von 200 μm mit einem gegenseitigen Abstand von 50 μm hergestellt. Die Substrate 1 und 2 wurden so aneinander befestigt, dass die Elektrodenleitungen 2 und 4 einander zugewandt waren, wobei dazwischen ein Abstandshalter mit einer Teilchengröße von 6 μm eingefügt wurde.
  • Als fotopolymerisierbare Verbindung wurde ein Gemisch verwendet, das 0,1 g Trimethylolpropantrimethacrylat, 0,4 g 2-ethylhexylacrylat und 0,5 g Isobornylacrylat enthielt. Als Flüssigkristall wurde ein Gemisch verwendet, das dadurch erhalten worden war, dass 0,3% CN (cholesterisches Nonacrylat) zu ZLI-4792 (hergestellt von Merck & Co., Inc.) mit einer Viskosität μ von 15 mPa·s bei 20°C und einer Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten Δε von +5,2 zugesetzt wurde. Die fotopolymerisierbare Verbindung, der Flüssigkristall und 0,1 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 184) wurden in die Zelle injiziert.
  • Die in der 20 dargestellte Fotomaske 15c wurde auf der Zelle platziert, und diese wurde durch eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit 10 mW/cm2 für 10 Minuten durch kollimierte UV-Strahlen bestrahlt, um die fotopolymerisierbare Verbindung auszuhärten.
  • Abschließend wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, was zu einem Flüssigkristalldisplay mit hervorragender Betrachtungswinkelcharakteristik führte, das mit niedriger Spannung angesteuert werden konnte. Die Ansteuerspannung ist gemeinsam mit der des Vergleichsbeispiels 9 in der Tabelle 4 dargestellt.
  • Vergleichsbeispiel 9
  • Eine Zelle und eine fotopolymerisierbare Verbindung wurden auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 9 hergestellt. Als Betrachtungswinkelcharakteristik wurden 4 g eines Gemischs verwendet, das dadurch erhalten worden war, dass 0,4% CN zu ZLI-2244-100 (Merck & Co., Inc.) mit einer Viskosität μ von 31 mPa·s bei 20°C und einer Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten Δε von +2,4 zugesetzt wurde. Die fotopolymerisierbare Verbindung, der Flüssigkristall und 0,1 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 184) wurden vermischt und in die Zelle injiziert. Die so erhaltene Zelle wurde durch eine Fotomaske unter denselben Bedingungen wie oben mit UV-Strahlen bestrahlt. Danach wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht.
  • Tabelle 4 Ansteuerspannung einer Anzeigevorrichtung sowie Viskosität u, Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten Δε des zu verwendenden Flüssigkristalls.
    Figure 00360001
  • Die hierbei verwendete Ansteuerspannung betrifft eine Spannung, wie sie dazu erforderlich ist, dass die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays 10% derjenigen beträgt, wie sie ohne angelegte Spannung erzielt wird.
  • Konstruktionsbeispiel 10
  • Das Beispiel 3 wird nun auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 10 beschrieben. Ein Flüssigkristalldisplay wurde wie folgt hergestellt.
  • Eine Zelle und eine fotopolymerisierbare Verbindung wurden auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 9 hergestellt. Als Disklinationslinie wurden 4 g eines Gemischs verwendet, das dadurch erhalten worden war, dass 0,3% CN zu ZLI-5091 (Merck & Co., Inc.) mit V10 von 1,83 V zugesetzt wurde. Die fotopolymerisierbare Verbindung, der Flüssigkristall und 0,1 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) wurden gemischt und in die Zelle injiziert. Die so erhaltene Zelle wurde durch eine Fotomaske unter denselben Bedingungen wie oben mit UV-Strahlen bestrahlt. Danach wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht. Im Ergebnis war ein Flüssigkristalldisplay mit hervorragender Betrachtungswinkelcharakteristik erhalten, das mit niedriger Spannung angesteuert werden konnte. Die Ansteuerspannung ist gemeinsam mit dem Ergebnis eines Vergleichsbeispiels 10 in der Tabelle 5 dargestellt.
  • Vergleichsbeispiel 10
  • Eine Zelle und eine fotopolymerisierbare Verbindung wurden auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 9 hergestellt. Als Flüssigkristall wurden 4 g eines Gemischs verwendet, das dadurch erhalten worden war, dass 0,3% CN zu ZLI-4749 (hergestellt von Merck & Co., Inc.) zugesetzt wurde. die fotopolymerisierbare Verbindung, der Flüssigkristall und 0,1 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) wurden gemischt und die Zelle injiziert. Die Zelle wurde durch eine Fotomaske unter denselben Bedingungen wie oben mit UV-Strahlen bestrahlt. Danach wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht.
  • Tabelle 5 Ansteuerspannung eines Flüssigkristalldisplays sowie V10 des zu verwendenden Flüssigkristalls.
    Figure 00380001
  • Die hier verwendete Ansteuerspannung betrifft die Spannung, die dazu benötigt wird, dass die Lichttransmission des Flüssigkristalldisplays 10% derjenigen beträgt, wie sie ohne angelegte Spannung erhalten wird. In der Tabelle 5 bezeichnet V10 einen Wert, der durch eine Messung wie folgt erhalten wird.
  • Auf zwei Gläsern 7059 (hergestellt von Corning Co., Ltd.) wurde ein ITO-Film mit einer Dicke von 100 nm so hergestellt, dass der überlappende ITO-Filmabschnitt 1 cm × 1 cm betrug, wenn die zwei Gläser 7059 aneinander befestigt wurden. Dann wurde auf die Elektrodenseite der jeweiligen Substrate ein Ausrichtungsfilm-Optomer AL-1051 (hergestellt von Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) aufgetragen. Die so hergestellten Ausrichtungsfilme wurden einer Reibebehandlung mit einem Nylontuch unterzogen. Die Substrate wurden so aneinander befestigt, dass die geriebenen Flächen einander unter orthogonaler Beziehung gegenüberstanden. Dabei wurden die Substrate unter Einfügung von Kunststoffkügelchen aneinander befestigt, so dass der Zellenzwischenraum 5,5 μm betrug. Danach wurde eine Probe des Flüssigkristalls in die Zelle injiziert, und an den beiden Seiten derselben wurden gekreuzte Polarisationsplatten angebracht. Die so erhaltene Zelle wurde hinsichtlich der Spannungs-Lichttransmissions (V-T)-Charakteristik unter Verwendung eines von Ohtsuka Denshi Co., Ltd. hergestellten Geräts Photal (IMCU-7000) bei 25°C gemessen. Dabei wurde die Spannung, bei der die Lichttransmission 90% derjenigen im Anfangszustand einnahm, zu V10 angenommen.
  • Wie oben beschrieben, kann, wenn ein Flüssigkristalldisplay unter Verwendung von Polarisationsplatten unter Verwendung eines Flüssigkristalls hergestellt wird, der den beim vorliegenden Beispiel beschriebenen Bedingungen genügt, um den Flüssigkristall und das Polymermaterial gleichmäßig einer Phasentrennung zu unterziehen, das Flüssigkristalldisplay mit niedriger Ansteuerspannung angesteuert werden.
  • Derzeit beträgt die Spannung, wie sie an einen allgemein verwendeten IC zum Ansteuern eines TFT angelegt werden kann, bis zu 7 V. Unter diesen Umstän den kann in den Anzeigevorrichtungen gemäß den Vergleichsbeispielen 9 und 10 kein ausreichender Schwarzpegel erzielt werden, was zu niedrigem Kontrast führt. Wenn jedoch der beim vorliegenden Beispiel verwendete Flüssigkristall verwendet wird, kann ein relativ ausreichender Schwarzpegel mit einer Ansteuerspannung von 7 V erzielt werden, wodurch sich ein zufriedenstellender Kontrast ergibt.
  • Beispiel 4
  • Nun wird ein Flüssigkristalldisplay mit merklich verbesserter Lichttransmission beschrieben.
  • Beim vorliegenden Beispiel zeigte es sich, dass sich bei einem Variieren der Δn·d-Charakteristik im Bereich von 700 nm bis 1500 nm bei einem auf 90° gehaltenen Verdrillungswinkel des Flüssigkristallmaterials die Lichttransmission so änderte, dass bei 1250 nm ein lokaler Maximalwert erreicht wurde.
  • In ähnlicher Weise zeigte es sich, dass sich bei einem Variieren der Δn·d-Charakteristik im Bereich von 200 nm bis 1000 nm bei einem auf 270° gehaltenen Verdrillungswinkel des Flüssigkristallmaterials die Lichttransmission so änderte, dass bei 650 nm ein lokaler Maximalwert erreicht wurde.
  • In ähnlicher Weise zeigte es sich, dass sich durch Variieren des Verdrillungswinkels des Flüssigkristallmaterials im Bereich von 180° bis 360° bei auf 650 nm gehaltener Δn·d-Charakteristik die Lichttransmission so änderte, dass bei 270° ein lokaler Maximalwert erreicht wurde.
  • Konstruktionsbeispiele 11, 12, 13 und 14 sowie Vergleichsbeispiele 11, 12, 13 und 14
  • Nun wird das Beispiel 4 auf Grundlage von Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 beschrieben. Gemeinsam damit werden Vergleichsbeispiele 11 bis 14 beschrieben.
  • Zellen wurden jeweils unter Verwendung zweier Glassubstrate (z. B. mit jeweils einer Dicke von 1,1 mm) mit jeweils einer transparenten ITO-Elektrode (mit z. B. einer Dicke von 50 nm) hergestellt. In die jeweiligen Zellen wurden Abstandshalter eingebracht, um einen Zellenzwischenraum d von 7,4 μm (Vergleichsbeispiel 11), 9,5 μm (Vergleichsbeispiel 12), 10,6 μm (Konstruk tionsbeispiel 11), 11,7 μm (Konstruktionsbeispiel 12), 13,2 μm (Konstruktionsbeispiel 13), 14,6 μm (Konstruktionsbeispiel 14), 15,4 μm (Vergleichsbeispiel 13) und 14,9 μm (Vergleichsbeispiel 14) zu erhalten.
  • Dann wurden 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), × g p-phenystyrol, 0,425 g Isobornylmethacrylat, y g Isobornylacrylat, 4 g des Flüssigkristallmaterials, ZLI-4792 (mit zugesetztem S-811, so dass der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls zwischen den Substraten abhängig von den jeweiligen Zellen 90° beträgt), und 0,025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt. Diese Mischungen wurden in transparentem Zustand bei 35°C in die jeweiligen Zellen injiziert. Dann wurde die in der 16 dargestellte Fotomaske 15a auf jeder Zelle platziert.
  • Unter der Bedingung derselben Temperatur wurde jede Displayzelle unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch die Fotomaske 15a für eine Sekunde mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 bestrahlt, und die Displayzelle konnte für 30 Sekunden ohne Bestrahlung stehen bleiben. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Displayzelle für 10 Minuten mit UV-Strahlen bestrahlt, um das Harz auszuhärten. Die Mengen × und y wurden wie folgt bestimmt:
  • Tabelle 6
    Figure 00400001
  • Wie es in der Tabelle 6 dargestellt ist, läuft, wenn der Anteil von p-phenylstyrol verringert wird, wenn der Zellenzwischenraum größer wird, die Phasentrennung zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Polymer gleichmäßig ab, und es werden Flüssigkristallbereiche mit einer Gleichmäßigkeit nahe an der der Fotomaske gebildet.
  • Die so hergestellte Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Gleichmäßigkeit wie der der Fotomaske gebildet waren. Außerdem wurde dieselbe Schlierentextur beobachtet, wie sie in der 3 dargestellt ist. Bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 wurden Flüssigkristalldomänen mit zufriedenstellender Gleichmäßigkeit im Vergleich zu den Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 beobachtet, wenn die Δn·d-Charakteristik auf 300 bis 650 μm eingestellt war. Der Grund hierfür ist der Folgende.
  • Die Zellenzwischenräume bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 sind im Vergleich mit denen bei den Konstruktionsbeispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 größer. Daher dispergiert das Harz während der Phasentrennung zwischen dem Flüssigkristall und ihm, hervorgerufen durch die Härtung des Harzes durch UV-Strahlung, auf einfache Weise, und die Gleichmäßigkeit der Polymerwände stand in besserer Übereinstimmung mit der Gleichmäßigkeit der Fotomaske.
  • In der 21 ist die Lichttransmission jeder Zelle ohne angelegte Spannung dargestellt. In der 21 ist der Verdrillungswinkel jeder Zelle auf 90° eingestellt. Bei dieser Messung ist angenommen, dass die Lichttransmission im Fall zweier paralleler Polarisationsplatten 100% beträgt.
  • Jede Zelle bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 war hinsichtlich der Betrachtungswinkelcharakteristik hervorragend, und sie zeigte keine Probleme einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie bei einer TN-Zelle hervorgerufen.
  • Wie es aus der 21 ersichtlich ist, zeigen die Flüssigkristalldisplays der Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 die folgende Beziehung zwischen der Lichttransmission und der Δn·d-Charakteristik. Wenn der Verdrillungswinkel des Flüssigkristallmaterials in der Zelle 90° beträgt, nimmt die Lichttransmission bei einer Δn·d-Charakteristik von über 650 nm ab, und sie nimmt bei einer Δn·d-Charakteristik im Bereich von 700 nm bis 1500 nm zu. Bei einer Optimierung des Werts von Δn·d in diesem Bereich nimmt, wenn die Δn·d-Charakteristik 1000 nm oder weniger oder 1400 nm oder mehr beträgt, ab, und es werden rötliche (700 nm bis 800 nm, 1400 nm bis 1500 nm), bläuliche (800 nm bis 900 nm) und grünliche (900 nm bis 1000 nm) Anzeigen er zielt. So ist dieser Bereich für ein Flüssigkristalldisplay nicht geeignet.
  • Aus den obigen Gründen liegt dann, wenn die Δn·d-Charakteristik im Bereich von 700 nm bis 1500 nm liegt, die für ein Flüssigkristalldisplay zu verwendende Δn·d-Charakteristik vorzugsweise im Bereich von 1000 nm bis 1400 nm, bevorzugter im Bereich von 1100 nm bis 1300 nm.
  • Demgemäß ist es bei einem Flüssigkristalldisplay mit durch die Harzwände unterteilten Flüssigkristallbereichen bevorzugt, dass das Produkt aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn und dem Zellenzwischenraum d im Bereich von 1000 nm bis 1400 nm eingestellt ist und der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls zwischen den Substraten, wenn das Flüssigkristallmaterial in die Zelle injiziert ist, im Bereich von 45° bis 150° eingestellt ist.
  • Konstruktionsbeispiele 15, 16, 17 und 18 sowie Vergleichsbeispiele 15, 16, 17 und 18
  • Nun wird das Beispiel 4 auf Grundlage von Konstruktionsbeispielen 15 bis 18 beschrieben.
  • Ein Gemisch, das Flüssigkristall und ein polymerisierbares Materials enthielt, wurde unter Verwendung der folgenden Zusammensetzung durch die Verfahren gemäß den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 hergestellt.
  • Tabelle 7
    Figure 00420001
  • Der Anteil eines chiralen Mittels (S811) im Flüssigkristall wurde entsprechend jedem Zellenzwischenraum so bestimmt, dass der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls 270° betrug.
  • Alle Zellen wurden auf dieselbe Weise wie die Konstruktionsbeispiele 11 bis 14 und die Vergleichsbeispiele 11 bis 14 hergestellt. Der Zellenzwischenraum jedes Beispiels wurde so bestimmt, wie es in der Tabelle 8 dargestellt ist. Im Ergebnis wurde die Δn·d-Charakteristik jeder Zelle erhalten, wie es in der Tabelle 8 dargestellt ist.
  • Tabelle 8
    Figure 00430001
  • Danach wurde das Gemisch in jede Zelle injiziert und durch eine Fotomaske UV-Strahlen ausgesetzt, um das polymerisierbare Material auf dieselbe Weise wie bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 auszuhärten.
  • Die so hergestellten jeweiligen Zellen wurden mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Gleichmäßigkeit wie der der Fotomaske gebildet waren. Außerdem wurde eine Schlierentextur beobachtet, wie sie in der 3 dargestellt ist. Beim Vergleichsbeispiel 15 bewegte sich, da der Zellenzwischenraum zu klein war, das polymerisierbare Material nicht aus den nicht bestrahlten Bereichen zu den bestrahlten Bereichen, und so verblieb Polymer in jedem Pixel.
  • Ferner wurde die Abhängigkeit der Lichttransmission von der Δn·d-Charakteristik, wie in der 22 dargestellt, durch dasselbe Verfahren wie dem bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 gemessen. Der Verdrillungswinkel jeder Zelle in der 14 wurde auf 270° eingestellt. Alle Zellen zeigten eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik und keine Probleme einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie bei einer TN-Zelle verursacht.
  • Wie es aus der 22 ersichtlich ist, nahm bei jedem der Flüssigkristalldisplays mit einem Verdrillungswinkel des Flüssigkristallmaterials von 270° in der Zelle, wenn die Δn·d-Charakteristik im Bereich von 200 nm bis 1000 nm variiert wurde, die Lichttransmission bei 550 nm oder weniger oder 800 nm oder mehr ab, und es wurden bläuliche (200 nm bis 550 nm) und rötliche (800 nm bis 1000 nm) Anzeigen erzielt. So ist dieser Bereich für ein Flüssigkristalldisplay nicht geeignet.
  • Aus diesem Grund liegt dann, wenn der Verdrillungswinkel in der Nähe von 270° liegt und die Δn·d-Charakteristik im Bereich von 200 nm bis 1000 nm liegt, die für ein Flüssigkristalldisplay zu verwendende Δn·d-Charakteristik vorzugsweise im Bereich von 500 nm bis 800 nm, bevorzugter im Bereich von 600 nm bis 750 nm.
  • Konstruktionsbeispiele 19, 20 und 21 sowie Vergleichsbeispiele 19, 20, 21 und 22
  • Ein Gemisch aus einem Flüssigkristall und einem polymerisierbaren Material wurde unter Verwendung der in der Tabelle 9 dargestellten Zusammensetzung durch die Verfahren gemäß den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 hergestellt.
  • Tabelle 9
    Figure 00450001
  • Der Anteil eines chiralen Mittels (S811) im Flüssigkristall wurde entsprechend jedem Zellenzwischenraum (6,9 μm) so bestimmt, dass der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls dergestalt war, wie es in der Tabelle 10 angegeben ist.
  • Tabelle 10
    Figure 00450002
  • Alle Zellen wurden auf dieselbe Weise wie bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 hergestellt. Der Zellenzwischenraum jeder Zelle wurde zu 6,9 μm bestimmt. Im Ergebnis wurde die Δn·d-Charakteristik jeder Zelle zu 650 nm bestimmt.
  • Danach wurde das Gemisch in jede Zelle injiziert und durch eine Fotomaske UV-Strahlen ausgesetzt, um das polymerisierbare Material auf dieselbe Weise wie bei dem Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 auszuhärten.
  • Die so hergestellten jeweiligen Zellen wurden mittels eines Polarisationsmikroskops betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Gleichmäßigkeit wie der der Fotomaske gebildet waren. Außerdem wurde eine Schlierentextur beobachtet, wie sie in der 3 dargestellt ist.
  • Ferner wurde die Abhängigkeit der Lichttransmission vom Verdrillungswinkel, wie in der 23 dargestellt, durch dasselbe Verfahren wie dem bei den Konstruktionsbeispielen 11 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 11 bis 14 gemessen. In der 23 ist die Δn·d-Charakteristik jeder Zelle auf 650 nm eingestellt. Alle Zellen zeigten eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik und keine Probleme einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie bei einer TN-Zelle verursacht.
  • Wie es aus der 23 erkennbar ist, nahm bei allen Flüssigkristalldisplays, wenn der Verdrillungswinkel im Bereich von 180° bis 360° unter der Bedingung, dass die Δn·d-Charakteristik 650 nm betrug, variiert wurde, die Lichttransmission bei 240° oder weniger oder 300° oder mehr ab, und es wurden gelbliche (180° bis 210°) und bläuliche (330° bis 360°) Anzeigen erhalten. So ist dieser Bereich für ein Flüssigkristalldisplay nicht geeignet.
  • Aus diesem Grund liegt dann, wenn der Verdrillungswinkel im Bereich von 180° bis 360° liegt und die Δn·d-Charakteristik in der Nähe von 650 nm liegt, der für ein Flüssigkristalldisplay zu verwendende Verdrillungswinkel vorzugsweise im Bereich von 240° bis 300°, bevorzugter im Bereich von 255° bis 285°.
  • Wie es aus den Konstruktionsbeispielen 15 bis 21 ersichtlich ist, ist es bevorzugt, dass das Produkt aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristallmaterials und dem Zellenzwischenraum d im Bereich von 550 nm bis 800 nm liegt und der Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls zwischen den Substraten, wenn das Flüssigkristallmaterial in die Zelle injiziert ist, im Bereich von 240° bis 200° liegt.
  • Beispiel 5
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird zum Verhindern einer Alterung einer Flüssigkristalltafel und zum Verbessern ihrer Zuverlässigkeit, falls erforderlich, ein Ausblendfilter oder dergleichen zum Ausblenden von UV-Strahlen mit einer kurzen Wellenlänge von 300 nm oder weniger auf der Seite der Lichtquelle platziert. Genauer gesagt, wird Licht ohne tiefe UV-Strahlung mit hoher Energie (Wellenlänge: 300 nm oder weniger) auf eine Flüssigkristallzelle gestrahlt, um eine Phasentrennung durch Licht zu bewirken.
  • Herkömmlicherweise wurde, wie oben beschrieben, bei einem Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung mit einem in einem Polymer dispergierten Flüssigkristall eine Phasentrennung durch Fotopolymerisation verwendet. Gemäß diesem Verfahren wird die Phasentrennung auf einfache Weise kontrolliert, was von großer Bedeutung ist, um eine vereinfachte Vorrichtung mit hoher Genauigkeit herzustellen. Jedoch geht mit diesem Verfahren eine Beeinträchtigung der Anzeigeeigenschaften hervorgerufen durch das Einstrahlen einer elektromagnetischen Welle wie UV-Strahlen, die eine Komponente hoher Energie mit kurzer Wellenlänge enthält, einher. Um dieses Problem zu lösen, offenbart die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 4-188105 die Verwendung von UV-Strahlen ohne Licht kurzer Wellenlänge.
  • Jedoch gelingt es in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 4-188105 nicht, deutliche Definitionen für Bereiche von UV-Strahlen kurzer Wellenlänge hinsichtlich Absorptionseigenschaften von UV-Strahlen, die abhängig von der Art von Flüssigkristallmaterialien variieren, anzugeben. Ferner gelingt es der in dieser Veröffentlichung offenbarten Erfindung nicht, Grenzen der Wellenlänge von UV-Strahlen hinsichtlich des Folgenden anzugeben: farbiges Flüssigkristalldisplay mit einem Farbfilter, bei dem es zu einer Beeinträchtigung auf Grund einer Farbabschwächung und Verfärbung hervorgerufen durch UV-Strahlen hoher Energie kommt; Film-Flüssigkristallvorrichtung mit Kunststoffsubstrat mit spektraler Transmissionscharakterstik, die von der eines Glassubstrats verschieden ist; und dergleichen. Demgemäß ist es entsprechend der in dieser Veröffentlichung offenbarten Erfindung schwierig, eine Flüssigkristallvorrichtung mit hervorragender Reproduzierbarkeit und zufriedenstellender Zuverlässigkeit herzustellen.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays gemäß der Erfindung verwendet Licht mit gleichmäßiger Verteilung des Bestrahlungsgrads ohne UV-Strahlungskomponente mit kurzer Wellenlänge wie 300 nm oder weniger. Daher kann Licht in einem Hochenergiebereich ausgeblendet werden, eine Nebenreaktion des Flüssigkristallmaterials und des Fotopolymerisationsstarters mit einem Absorptionsband in einem UV-Strahlungsbereich wird unterdrückt, und eine Beeinträchtigung wie eine Farbabschwächung und eine Verfärbung eines Farbfilters mit einem Absorptionsband in einem UV-Strahlungs bereich und einem Bereich sichtbaren Lichts merklich verringert werden. Insbesondere bildet bei der Herstellung eines Farb-Flüssigkristalldisplays die Beeinträchtigung eines Farbfilters ein schwerwiegendes Problem. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt hauptsächlich durch die Auswirkung von Energie wie Wärme und Licht in Bezug auf eine Radikalreaktion von Pigmentmolekülen im Farbfilter, Verunreinigungs- und Metallionen und Sauerstoff verursacht ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieser Effekt durch Ausblenden von UV-Strahlen mit kurzer Wellenlänge und hoher Energie beseitigt werden.
  • Außerdem kann, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, die oben genannte Nebenreaktion durch die Fotolyse und dergleichen des in das Flüssigkristallmaterial eingemischten Fotopolymerisationsstarters und des polymerisierbaren Materials unterdrückt werden. So kann eine Verringerung des Ladungshalteverhältnisses des Flüssigkristallmaterials verhindert werden, und es kann ein Flüssigkristalldisplay mit hervorragender Zuverlässigkeit hinsichtlich der Reproduzierbarkeit und der Anzeigeeigenschaften erhalten werden.
  • Konstruktionsbeispiel 22
  • Nachfolgend wird das Beispiel 5 auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 23 beschrieben.
  • Ein Gegensubstrat mit einem Farbfilter 10 und Lichttransmissionsabschnitten 28, wie es in der 24 dargestellt ist, und ein TFT-Substrat mit einer Schwarzmaske 24 mit transparenten Abschnitten 29, wie es in der 25 dargestellt ist, wurden aneinander befestigt, um eine Flüssigkristallzelle mit einem Zellenzwischenraum von 5,5 μm herzustellen.
  • In die so hergestellte Zelle wurde dasselbe Gemisch wie das des Beispiels 1 eingefüllt. Die Zelle wurde mit UV-Strahlen durch dieselbe Lichtquelle wie der des Beispiels 1 unter Verwendung des Farbfilters 10 als Maske bestrahlt. Dabei wurde ein UV-Strahlen-Ausblendfilter "UV-32" (hergestellt von HOYA Corporation) mit einer spektralen Transmissionscharakteristik, wie sie in der 26(a) dargestellt ist, an der Lichtquelle angebracht, um UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger auszublenden. So wurde die Zelle auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bestrahlt, damit das Harz optisch auf Selbstausrichtungsweise härtete. Wenn die Zelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet wurde, war jedes Pixel beinahe ganz mit einer Einzeldomäne belegt, und die Flüssigkristallmoleküle in jeder Domäne waren konzentrisch ausgerichtet.
  • Danach wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein erfindungsgemäßes Flüssigkristalldisplay herzustellen. Die Lichttransmission und das Ladungshalteverhältnis der Zelle ohne angelegte Spannung sind in der Tabelle 11 dargestellt. Hierbei ist das Ladungshalteverhältnis als CS/CT × 100 (%) definiert, wobei CS die für 16,7 ms in der Zelle gespeicherte Ladungsmenge ist und CT die Ladungsmenge für denjenigen Fall ist, dass die Ladung über 16,7 ms theoretisch nicht verschoben wird.
  • Tabelle 11
    Figure 00490001
  • Bei dieser Messung ist angenommen, dass die Lichttransmission im Fall der Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten 100% beträgt. Das Ladungshalteverhältnis wurde durch eine Ladungshalteverhältnis-Messvorrichtung gemessen, wie in der 27(a) dargestellt ist. Diese Messvorrichtung verfügt über einen Schalt-Feldeffekttransistor zum Anlegen einer Spannung VD an eine Flüssigkristallzelle bildende Elektrode, eine Treiberschaltung und ein Oszilloskop zum Messen der aus der Flüssigkristallschicht entladenen Ladung.
  • Die 27(b) zeigt ein durch die Messvorrichtung erzeugtes Gatesignal VG; die 27(c) zeigt ein durch die Messvorrichtung erzeugtes Sourcesignal VS; und die 27(d) zeigt eine an die Flüssigkristallzelle angelegte Spannung VD.
  • Vergleichsbeispiel 23
  • Es wurde dasselbe Gemisch wie das des Konstruktionsbeispiels 22 in die TFT-Flüssigkristallzelle eingefüllt, wie sie beim Konstruktionsbeispiel 22 verwendet wurde. Dann wurde die so erhaltene Zelle mit UV-Strahlung mit derselben Hochdruck-Quecksilberdampflampe wie der des Beispiels 1 unter Verwendung eines Farbfilters in der Zelle als Maske bestrahlt. Dabei kam es zu Fotopolymerisation auf selbstausgerichtete Weise unter denselben Bestrahlungsbedingungen wie denen beim Beispiel 1. Die Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass jedes Pixel beinahe ganz mit einer Einzeldomäne belegt war, auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 22, und dass Flüssigkristallmoleküle in jeder Domäne konzentrisch ausgerichtet waren. Die Lichttransmission und das Ladungshalteverhältnis der Zelle ohne angelegte Spannung sind in der Tabelle 11 angegeben. Wie es aus der Tabelle 11 ersichtlich ist, verfügt die Zelle beim Konstruktionsbeispiel 22 über ein hervorragenderes Ladungshalteverhältnis als die Zelle des Vergleichsbeispiels 23.
  • Konstruktionsbeispiel 23
  • Es wurde ein Paar von Acryl-Kunststoffsubstraten mit einer Dicke von 400 μm mit optischen Eigenschaften, wie sie in der 28 dargestellt sind, unter Verwendung eines Abstandshalters aneinander befestigt, um eine Flüssigkristallzelle mit einem Zellenzwischenraum von 5,5 μm herzustellen.
  • In die Zelle wurde ein homogenes Gemisch im Vakuum injiziert. Das Gemisch wurde durch homogenes Mischen von 0,10 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,05 g Styrol, 0,85 g Isobornylacrylat, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (das 0,4 Gew.-% S-811 enthält: hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Lucirin TPO (hergestellt von CIBA-GEIGY Corporation)), mit Absorptionsvermögen für sichtbares Licht im Bereich des nahen Ultraviolett, gemischt. Wenn das Injizieren im Vakuum ausgeführt wurden, wurden die Substrate und die Injektionsplatte unmittelbar nach Beginn der Injektion bei 100 Pa und 30°C auf 60°C erwärmt.
  • Als Nächstes wurde die beim Beispiel 1 verwendete Fotomaske 15 (2) auf der Zelle platziert, und diese wurde durch ein Punktmuster der Fotomaske auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit UV-Strahlen bestrahlt. Dabei wurde ein UV-Strahlen-Ausblendfilter "UV-34" (hergestellt von HOYA Corpora tion) mit einer spektralen Transmissionscharakteristik, wie sie in der 26(b) dargestellt ist, an der Lichtquelle angebracht, um UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von 320 nm oder weniger auszublenden.
  • Dann wurden gekreuzte Polarisationsplatten an den beiden Seiten der Zelle angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay eines Konstruktionsbeispiels 23 herzustellen.
  • Bei der beim Konstruktionsbeispiel 23 hergestellten Flüssigkristalldisplay-Zelle war jedes Pixel beinahe vollständig durch eine Einzeldomäne belegt, auf ähnliche Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 22, und Flüssigkristallmoleküle in jeder Domäne waren konzentrisch ausgerichtet. Außerdem zeigte die so hergestellte Zelle hervorragende elektrooptische Eigenschaften, d.h., es war verhindert, dass sich innerhalb der Pixelbereiche Disklinationslinien bildeten, und es wurde eine hervorragende Betrachtungswinkelcharakteristik bei hohem Kontrast erzielt. Die Lichttransmission und das Ladungshalteverhältnis der Zelle ohne angelegte Spannung sind in der Tabelle 12 dargestellt.
  • Tabelle 12
    Figure 00510001
  • Vergleichsbeispiel 24
  • Eine Zelle wurde auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 23 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Bestrahlung durch eine Reflexionsplatte ohne Ausblendung von UV-Strahlen ausgeführt wurde. Dann wurden an den beiden Seiten der Zelle gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um eine Flüssigkristallzelle herzustellen. Die Lichttransmission und das Ladungshalteverhältnis der Flüssigkristallzelle ohne angelegte Spannung sind in der Tabelle 12 angegeben.
  • Die Lichttransmission der Zelle gemäß dem Konstruktionsbeispiel 23 und dem Vergleichsbeispiel 24 ohne angelegte Spannung wurden 100 Stunden nach der Herstellung der Zelle gemessen. Bei der Flüssigkristallzelle des Konstruktionsbeispiels 23 ergab sich zwischen der Zelle unmittelbar nach der Herstellung und der Zelle 100 Stunden nach der Herstellung kein Unterschied der Lichttransmission. Andererseits war bei er Flüssigkristalltafel des Vergleichsbeispiels 24 die Lichttransmission 100 Stunden nach der Herstellung teilweise verändert, und es zeigte sich, dass der Kontrast verringert war. Darüber hinaus ist beim Konstruktionsbeispiel 23 die Lichttransmission ohne angelegte Spannung hervorragender als beim Vergleichsbeispiel 24.
  • Gemäß dem Konstruktionsbeispiel 23 wird die Wellenlänge der auf die Zelle zu strahlenden UV-Strahlen während der Herstellung eines Flüssigkristalldisplays kontrolliert. So wird eine durch Licht hervorgerufene Beeinträchtigung des Flüssigkristallmaterials verhindert. Außerdem kann Licht in einem Hochenergiebereich, der Elemente des Flüssigkristalldisplays wie einen Farbfilter und Substrate beeinflusst, ausgeblendet werden, um dadurch zu verhindern, dass eine Abschwächung und Verfärbung der Farbfilter Anzeigeeigenschaften nachteilig beeinflusst. Im Ergebnis kann ein Flüssigkristalldisplay mit hervorragender Zuverlässigkeit hinsichtlich der Reproduzierbarkeit und Anzeigeeigenschaften erhalten werden.
  • (Bestrahlung mit UV-Strahlen, wobei Licht kurzer Wellenlänge ausgeblendet wird)
  • Licht in einem Bereich kurzer Wellenlängen kann auf verschiedene Arten effektiv ausgeblendet werden. Zum Beispiel wird Licht durch ein UV-Strahlen-Ausblendfilter hindurchgestrahlt. Alternativ wird Licht durch ein anorganisches oder organisches Material gestrahlt, das die Transmission von Licht (300 nm) zu 10% oder weniger macht und die Transmission von Licht (350 nm) zu 40% oder mehr macht, wobei angenommen wird, dass Licht mit 100 durch Luft gestrahlt wird.
  • Wenn ein neutrales Borsilikatglas-Substrat wie Corning 7059F oder ein Borsilikatglas-Substrat, auf das ITO aufgetragen ist, verwendet wird, beträgt die Transmission von Licht (300 nm) in Bezug auf Luft ungefähr 20%, die Transmission von Licht (320 nm) in Bezug auf Luft ungefähr 40% und die Transmission von Licht (340 nm) in Bezug auf Luft ungefähr 50%. Aus diesem Grund beträgt, gemäß der Erfindung, der Bereich von Licht im nahen Ultra violett mit kurzer Wellenlänge, das auszublenden ist, vorzugsweise 300 nm oder weniger, bevorzugter 320 nm oder weniger. Es ist sehr effektiv, Licht mit einer Wellenlänge von 340 nm oder weniger auszublenden.
  • Genauer gesagt, kann, wenn der Bereich auszublendender UV-Strahlen vergrößert wird, eine Beeinträchtigung eines Flüssigkristalldisplays hervorgerufen durch UV-Strahlen mit kurzer Wellenlänge und hoher Energie effektiver verhindert werden. Um es jedoch zu ermöglichen, dass die Phasentrennung durch Fotopolymerisation unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens abläuft, ist es sehr wichtig, eine maximale lokale Wellenlänge von 365 nm einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, eines Metallhalogenids und dergleichen, wie als Lichtquelle zu verwenden, zu nutzen, so dass eine Lichttransmission von ungefähr 65% oder mehr bei einer Wellenlänge von mindestens 350 nm erwünscht ist. So wird der oben genannte Bereich von UV-Strahlen vorzugsweise ausgeblendet.
  • Wenn ein Kunststoffsubstrat mit einer optischen Charakteristik, wie sie in der 28 dargestellt ist, dazu verwendet wird, das Substrat leicht auszubilden und ein vielseitiges Substrat zu liefern, wird vorzugsweise eine Komponente von Licht im nahen Ultraviolett mit einer kurzen Wellenlänge von 320 nm oder weniger ausgeblendet. Bevorzugter wird Licht mit einer Wellenlänge von 340 nm oder weniger ausgeblendet. Auf diesen Fall kann der Sendegrund wie der für ein Glassubstrat angewandt werden.
  • Als bei der Erfindung verwendetes UV-Strahlen-Ausblendfilter werden anorganische Glasmaterialien oder organische Materialien verwendet. Zu Beispielen organischer Materialien gehören Kunststoffe mit hervorragenden optischen Eigenschaften, die dem oben genannten Wellenlängenbereich genügen, wobei Flexibilität und Biegeeigenschaften genutzt werden. Alternativ können anorganische Materialien oder organische Materialien, die den hier beschriebenen optischen Bedingungen genügen, alleine oder in Kombination in einem festen oder einem flüssigen Zustand verwendet werden. Insbesondere können kommerziell verfügbare UV-Strahlen-Ausblendfilter einschließlich des oben genannten "UV-32, UV-34, usw." (hergestellt von HOYA Corporation) verwendet werden.
  • Beispiel 6
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel besteht bei einem Flüssigkristalldisplay mit Flüssigkristallbereichen, von denen jeder eine oder mehrere Flüssig kristalldomänen enthält und durch eine Polymerwand abgeteilt ist, jeder Flüssigkristallbereich aus der kleinsten Anzahl von Flüssigkristalldomänen, Flüssigkristallmoleküle in jeder Domäne sind koaxial ausgerichtet, und der Ausrichtungspol von Flüssigkristallmolekülen ist einer Zellenfläche zugewandt. So kann ein Flüssigkristalldisplay mit der kleinsten Anzahl von Disklinationslinien, hohem Kontrast und hervorragender Betrachtungswinkelcharakteristik erhalten werden.
  • Um ein derartiges Flüssigkristalldisplay zu erhalten, werden ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld an das Gemisch in der Zelle angelegt, wenn dieses UV-Strahlen ausgesetzt wird. Alternativ enthält ein polymerisierbares Material zum Herstellen des Gemischs eine fluorierte Verbindung.
  • (Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen in Domänen)
  • In der Flüssigkristalldomäne des Flüssigkristalldisplays gemäß dem Beispiel 6 wird durch ein Polarisationsmikroskop in der Richtung der Polarisationsachse des Polarisators und eines Analysators ein kreuzförmiges Extinktionsmuster beobachtet, wie es in der 29(a) dargestellt ist. Im Extinktionsmuster sind die Orientierungsrichtungen von Flüssigkristallmolekülen in einem Abschnitt konzentriert, wie es in der 29(b) dargestellt ist. Hierbei ist dieser konzentrierte Abschnitt als Pol der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle definiert (nachfolgend als Orientierungspol bezeichnet). Die 29(b) zeigen die Grenzfläche zwischen dem oberen Substrat und dem Flüssigkristallbereich, gesehen in der Richtung der normalen Linie der Zelle.
  • Beim durch das Verfahren des Beispiels 6 hergestellten Flüssigkristalldisplay ist jeder Flüssigkristallbereich so angeordnet, dass der Orientierungspol mindestens einem der zwei Substrate zugewandt ist. Ferner ist jeder Orientierungspol so ausgebildet, dass er im Wesentlichen jedem Schwachlicht-Bestrahlungsbereich einer Fotomaske während eines später beschriebenen Herstellprozesses entspricht. Bei einer Flüssigkristalldomäne mit einer derartigen Anordnung werden am Umfang der Domäne ohne angelegte Spannung Disklinationslinien erzeugt, aber sie werden nicht innerhalb der Domäne erzeugt.
  • Demgemäß können durch Kontrollieren von Lichtbestrahlungsabschnitten der Fotomaske die Disklinationslinien willkürlich außerhalb jedes Pixels gebildet werden. Auch wird durch Ausbilden der Disklinationslinien unter den Lichtausblendabschnitten der Fotomaske der Schwarzpegel des Flüssigkristalldisplays verbessert, und demgemäß wird sein Kontrast verbessert. Ferner ist der Orientierungspol der Substratfläche zugewandt, so dass Flüssigkristallmoleküle in einem Flüssigkristalltröpfchen in einer einzelnen Richtung ausgerichtet sind. Dies führt zum selben Effekt wie dann, wenn die Flüssigkristallmoleküle in einem Pixel bei einer herkömmlichen TN-Zelle in einer einzelnen Richtung ausgerichtet sind. Demgemäß kann eine Betrachtung mit Kontrastumkehr, zu der es kommt, wenn der Betrachter eine herkömmliche TN-Zelle in nicht vertikaler Richtung bei angelegter Spannung betrachtet, beseitigt werden. Im Vergleich mit einer Zelle, die ohne Anlegen eines elektrischen Felds oder eines Magnetfelds erzeugt wird, ist die Variation der optischen Eigenschaften in jedem Pixel verringert, und die grobe Darstellung eines Displays kann verringert werden.
  • Die 30(a) bis 30(d) sowie 31(a) bis 31(d) zeigen schematische Ansichten dreidimensionaler Orientierungszustände jedes Abschnitts der Flüssigkristallbereiche. In diesen Figuren ist beispielhaft ein plattenförmiger Flüssigkristallbereich 17 dargestellt.
  • Die 30(a) bis 30(d) zeigen den Fall, dass die Flüssigkristallmoleküle in einem verdrillten Zustand ausgerichtet sind. Die 30(b) bis 30(d) zeigen jeweils die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in jedem runden, aus dem Flüssigkristallbereich ausgeschnittenen Stück. Genauer gesagt, zeigt die 30(b) einen Abschnitt in der Nähe der Fläche des oberen Substrats (z = d); die 30(c) zeigt einen mittleren Abschnitt (Z = d/2); und die 30(d) zeigt einen Abschnitt in der Nähe der Fläche des unteren Substrats (Z = 0).
  • Wie es aus diesen Figuren ersichtlich ist, sind die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf eine Achse des zentralen Abschnitts des Flüssigkristallbereichs 17 symmetrisch ausgerichtet. Wenn die Zelle von der Seite des oberen Substrats her betrachtet wird, wird erwartet, dass jeder Abschnitt wie in einem TN-Flüssigkristall ausgerichtet ist, wobei die TN-Orientierung rotiert, währen Axialsymmetrie beibehalten wird.
  • Die 31(a) bis 31(d) zeigen den Fall, dass die Flüssigkristallmoleküle ohne Verdrillung ausgerichtet sind. Die 31(b) bis 31(d) entsprechen den 30(b) bis 30(d). Wie es aus diesen Figuren ersichtlich ist, wird, da die Flüssigkristallmoleküle ohne Verdrillung ausgerichtet sind, in einem Abschnitt in der Nähe der Fläche des oberen Substrats (Z = d), einem mitt leren Abschnitt (Z = d/2) und einem Abschnitt in der Nähe des unteren Substrats (Z = 0) dieselbe Orientierung erhalten. Darüber hinaus ist es zu erwarten, dass die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf die zentrale Achse symmetrisch ausgerichtet sind, auf dieselbe Weise wie in den 30(b) bis 30(d).
  • (Verfahren, das es ermöglicht, Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch auszurichten und es ermöglicht, dass der Orientierungspol der Zellenfläche zugewandt ist)
  • Um es zu ermöglichen, Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch auszurichten, und um es zu ermöglichen, dass der Orientierungspol der Zellenfläche zugewandt ist, wird ein Gemisch, das einen Flüssigkristall, ein fotopolymerisierbares Material und, falls erforderlich, einen Fotopolymerisationsstarter enthält, in die Zelle injiziert, und das Gemisch wird unter Anlegung eines elektrischen Felds oder eines Magnetfelds UV-Strahlen durch eine Fotomaske ausgesetzt. Ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld können gleichzeitig angelegt werden.
  • Während der Bestrahlung mit UV-Strahlen wird in den Bereichen des Gemischs, die durch die Fotomaske nicht lichtmäßig ausgeblendet sind, eine Fotopolymerisation hervorgerufen. Dann wird das fotopolymerisierbare Material aufgebraucht, um einen Konzentrationsgradienten zu bilden; im Ergebnis kommt es zu Fotopolymerisation, während sich das fotopolymerisierbare Material vom Zentrum der Fotomaske zu deren Enden bewegt und es dispergiert. Andererseits wird es, wenn der Verbrauch des fotopolymerisierbaren Materials im Gemisch fortschreitet, für das Flüssigkristallmaterial schwierig, sich im Gemisch zu lösen. Dann beginnt in den schwach mit Licht bestrahlten Bereichen eine Phasentrennung des Flüssigkristallmaterials aus dem Gemisch, und es aggregiert.
  • Dabei ist die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallbereiche durch das Gleichgewicht dreier Energien bestimmt: (1) elastische Energie des Flüssigkristalls; (2) Orientierungsenergie an der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristallbereich und der isotropen Phase; und (3) Orientierungsenergie hervorgerufen durch ein elektrisches Feld und/oder ein Magnetfeld (nachfolgend als externes Feld bezeichnet).
  • Wenn kein externes Feld gemäß (3) angelegt wird, wechselt die die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle bestimmende Energie von (2) auf (1), wenn während der Phasentrennung die Größe des Flüssigkristalltröpfchens zunimmt. Dabei wird die Orientierung jedes Flüssigkristalltröpfchens nach seinem Wachstum bestimmt. Da kein externes Feld angelegt wird, nimmt die Gleichmäßigkeit der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in jedem Flüssigkristalltröpfchen ab. Im Ergebnis zeigt die Betrachtung mit einem Polarisationsmikroskop, dass Flüssigkristallbereiche gebildet werden, die Flüssigkristallmoleküle enthalten, deren Orientierungsachse nicht ausgerichtet ist, wie es in den 32(a) und 32(b) dargestellt ist.
  • (Effekte eines externen Felds während der Fotopolymerisation)
  • Beim Beispiel 6 wird während des Phasentrennungsschritts ein externes Feld wie ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld zum Kontrollieren der Orientierung angelegt. Nun wird der Fall betrachtet, dass ein elektrisches Feld angelegt wird und die dielektrische Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle positiv ist.
  • Wie es in der 33(a) dargestellt ist, werden, wenn ein elektrisches Feld E im Wesentlichen in vertikaler Richtung an die Substrate angelegt wird, die Flüssigkristallmoleküle in der vertikalen Richtung der Substrate ausgerichtet, und demgemäß ist der Orientierungspol der Substratfläche zugewandt. Die 33(b) zeigt den Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle an der Oberfläche des Flüssigkristallbereichs 17.
  • Wenn die Fotopolymerisation eines fotopolymerisierbaren Materials abläuft, werden die Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich 17 entsprechend der oben genannten Orientierung angeordnet. Dies führt zu einem Flüssigkristallbereich, in dem die Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet sind, dass sie symmetrisch in Bezug auf eine Mittelachse, d.h. den Orientierungspol des Flüssigkristalltröpfchens im Anfangsstadium der Phasentrennung, sind, wie es in der 33(c) dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass dieser Effekt selbst dann erzielt werden kann, wenn an Stelle eines elektrischen Feld ein Magnetfeld verwendet wird.
  • Wie oben beschrieben, wird, wenn während der Bestrahlung mit Licht ein elektrisches oder ein Magnetfeld angelegt wird, der Orientierungspol des Flüssigkristallbereichs so einreguliert, dass er vertikal zur Substratfläche verläuft. Aus diesem Grund kann das elektrische Feld leicht in einer Richtung vertikal zur Substratoberfläche an das Gemisch angelegt werden, wobei das Substrat verwendet wird, auf dem Segmentelektroden ausgebildet sind. Das elektrische Feld wird vorzugsweise mit V10 (Spannung, bei der die Lichttransmission in einem Modus mit im Normalzustand weißer Anzeige 10% wird) × 3 oder weniger in der elektrooptischen Charakteristik nach der Herstellung der Flüssigkristallzelle angelegt.
  • Es ist bevorzugt, die Frequenz des elektrischen Felds so zu bestimmen, dass die Flüssigkristallmoleküle beim Anlegen desselben leicht ausgerichtet werden. Genauer gesagt, sind ungefähr 0 (Gleichspannung) – 1 MHz bevorzugt. Wenn der Mittelwert vom Beginn der Fotopolymerisation bis zu deren Ende V 10 × 3 überschreitet, werden die Flüssigkristallmoleküle in einer homöotropen Richtung ohne Anlegung einer Spannung stark ausgerichtet. Dies führt zu einem schwarzen Zustand zwischen gekreuzten Nicols, so dass die Lichttransmission verringert ist. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, ist aus demselben Grund wie dem bei einem elektrischen Feld ein Mittelwert H10 × 3 oder weniger bevorzugt. Hierbei gilt H10 = V10 × (Δε / Δχ) 1/2/d , mit Δε = εe – εo: Differenz der Dielektrizitätskonstanten zwischen der Richtung der langen Achse und der Richtung der kurzen Achse der Flüssigkristallmoleküle, Δχ = χe – χo: Differenz der magnetischen Suszeptibilität zwischen der Richtung der langen Achse und der Richtung der kurzen Achse, und d: Zellenzwischenraum.
  • Das Verfahren zum Anlegen eines elektrischen Felds oder eines Magnetfelds an das Gemisch ist bereits in "Liquid Crystal Vol. 5, Nr. 5, S. 1477 – 1489 (1989)" erörtert. Jedoch betrifft die Erfindung einen Doppelbrechungsmodus und ein Verfahren zum Kontrollieren der Polarisation von durch den Flüssigkristallbereich gestrahltem Licht. Außerdem wird, gemäß der Erfindung, jeder Flüssigkristallbereich auf die Größe jedes Pixels reguliert, oder Licht mit einer Verteilung des Bestrahlungsgrads wird verwendet, um die Flüssigkristallbereiche mit derselben Gleichmäßigkeit wie der der Pixel zu bilden. Diese Strukturen, sowie für eine Anzeige verwendete physikalische Effekte, sind vollständig verschieden von denen, wie sie im obigen Buch beschrieben sind. Insbesondere ist die Größe jedes Flüssigkristallbereichs bei der Erfindung völlig verschieden von der in einem Lichtstreumodus. So ist der Einfluss des elektrischen Felds, wie es während der Polymerisation an die durch diese gebildeten Flüssigkristallbereiche angelegt wird, zwischen dem Transmissionsmodus und dem Lichtstreumodus verschieden. Genauer gesagt, ist im Lichtstreumodus der Wert, der durch Unterteilen der Fläche eines Flüssigkristallbereichs durch dessen Volumen erhalten wird, viel größer als der bei der Erfindung, und die Orientierung während der Polymerisation verbleibt auf starke Weise in jedem Flüssigkristallbereich. Jedoch ist gemäß der Erfindung die Größe des Flüssigkristallbereichs groß, so dass die elastische Energie des Flüssigkristalls stärker als die Orientierungsenergie der Oberfläche dominiert. Daher verbessert zwar das Anlegen eines externen Felds während der Polymerisation die Gleichmäßigkeit der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen, jedoch hat es keinen Effekt auf ein Fixieren der Orientierung.
  • (Physikalische Eigenschaften eines für das Beispiel 6 geeigneten Harzmaterials)
  • Beim Beispiel 6 wird das Flüssigkristalldisplay unter der Bedingung hergestellt, dass die Glasübergangstemperatur Tg des fotopolymerisierbaren Materials nach der Härtung (Harz) auf Raumtemperatur oder mehr (vorzugsweise 60°C oder mehr), bleibt und dass in schwach mit Licht bestrahlten Bereichen keine Polymerwände, Säulen und dergleichen gebildet werden. Beim so hergestellten Flüssigkristalldisplay sind Flüssigkristallmoleküle radial in Bezug auf die Nähe des Zentrums jedes schwach mit Licht bestrahlten Bereichs ausgerichtet.
  • Die Bedingungen zum Verhindern der Bildung von Polymerwänden, Säulen und dergleichen in den schwach mit Licht bestrahlten Bereichen sind durch die Fotopolymerisations-Geschwindigkeit, die Größe jedes Pixels und den Zellenzwischenraum bestimmt. Wenn der Zellenzwischenraum konstant ist, sind die Bedingungen durch Änderungen der Zusammensetzung des Harzes abhängig von der Größe jedes Pixels und die Polymerisationsgeschwindigkeit bestimmt.
  • Wenn die Größe jedes Pixels kleiner als 100 μm ist, besteht das Harz vorzugsweise aus einem Material mit relativ hoher Polymerisationsgeschwindigkeit, wie Acrylat. Wenn dagegen die Größe jedes Pixels über 100 μm beträgt, ist es bevorzugt, dass unter Verwendung eines Acrylats, das mit eine Doppelbingung mit Resonanzsystem enthaltenden Molekülen gemischt ist, wie Methacrylat und Styrol mit dem Effekt eines Unterdrückens der Polymerisationsgeschwindigkeit, diese verringert wird und die Phasentrennungsgeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymermaterial verringert wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Polymermaterial in die mit schwachem Licht bestrahlten Bereiche eindringt.
  • Ferner beeinflusst die Anzahl fotopolymerisierbarer, funktioneller Gruppen in einem Molekül die Phasentrennungsgeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Polymer. Bei einem fotopolymerisierbaren Material mit zwei bis drei funktionellen Gruppen in seinem Molekül sind sowohl die Gelbindungsgeschwindigkeit eines Polymers als auch die Phasentrennungsgeschwindigkeit hoch. Ein monofunktionelles Material verringert die Phasentrennungsgeschwindigkeit zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Polymer, so dass ein derartiges Material für große Pixel geeignet ist. Diese Verbindungen können abhängig von der Größe eines Pixels gemischt und ausgewählt werden.
  • Konstruktionsbeispiel 24
  • Nachfolgend wird das Beispiel 6 auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 24 beschrieben. Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
  • Glassubstrate (Dicke von 1,1 mm) mit einer transparenten Elektrode aus ITO (Dicke von 50 nm) wurden mit einem dazwischen eingefügten Abstandshalter (Durchmesser von 6 μm) aneinander befestigt, um eine Zelle herzustellen.
  • Auf der so hergestellten Zelle wurde eine in der 34 dargestellte Fotomaske 15d platziert, und in die Zelle wurde ein Gemisch in transparentem Zustand bei 35°C injiziert. Das Gemisch wurde dadurch erhalten, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,05 g Styrol, 0,81 g Isobornylmethacrylat, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (das 0,4 Gew.-% S-811 enthält: hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,0025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Unter der Bedingung derselben Temperatur wurde die Displayzelle mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch ein Punktmuster der Fotomaske 15d bestrahlt, während eine Wechselspannung von 60 Hz (Effektivwert von 3 V) für eine Sekunde angelegt wurde, und die Displayzelle blieb für 30 Sekunden ohne Bestrahlung stehen. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Displayzelle für 10 Minuten für UV-Strahlen bestrahlt, um das polymerisierbare Material zu härten. Nachdem das polymerisierbare Material gehärtet war, wurde die Displayzelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Größe und Anordnungsschrittweite wie denen des Punktsmusters der Fotomaske 15d gebildet waren.
  • Als Nächstes wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay herzustellen, bei dem die Flüssigkristallbereiche durch die Polymerwände abgeteilt sind.
  • Die so erhaltene Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wie es in der 35 dargestellt ist, wobei es sich zeigte, dass jedes Pixel mit beinahe einer Flüssigkristalldomäne belegt war, der Polar der Flüssigkristallorientierung vertikal auf der Substratfläche stand und eine Schlierentextur gebildet war, bei der die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne radial oder konzentrisch ausgerichtet waren. Auch wurde die Zelle mittels eines Polarisationsmikroskops unter Anlegung einer Spannung betrachtet, wobei es sich zeigte, dass am Umfang jeder Flüssigkristalldomäne bei angelegter Spannung Disklinationslinien gebildet wurden, die verschwanden, wenn die Spannung in Sättigung ging. Die elektrooptische Charakteristik der so erhaltenen Zelle sind in der Tabelle 13 und der 36 dargestellt.
  • Tabelle 13
    Figure 00610001
  • Wie es aus der Tabelle 13 und der 36 ersichtlich ist, besteht bei der Zelle des Konstruktionsbeispiels 24 kein Problem hinsichtlich einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, zu der es bei der TN-Zelle des Vergleichsbeispiels 1, wie in der 10 dargestellt, kommt. Außerdem wird in der Zelle des Konstruktionsbeispiels 24 kein Anstieg der Lichttransmission in einer Richtung mit hohem Betrachtungswinkel (Richtung, die weit von der Linie normal auf der Tafel ist) bei Sättigung einer Spannung beobachtet. Bei dieser Messung wird davon ausgegangen, dass die Lichttransmission im Fall der Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten 100% beträgt.
  • Konstruktionsbeispiel 25
  • Das Beispiel 6 wird nun auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 25 beschrieben.
  • Eine Zelle wurde auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 24 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass in der vertikalen Richtung der Zelle während der Bestrahlung mit UV-Strahlen ein Magnetfeld von 0,3 T angelegt wurde.
  • An den beiden Seiten der Zelle wurden gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein herkömmliches TN-Display herzustellen.
  • Die elektrooptische Charakteristik der so erhaltenen Zelle ist in der Tabelle 13 dargestellt. In diesem Fall werden dieselben Effekte wie beim Konstruktionsbeispiel 24 erhalten.
  • Wie oben beschrieben, sind, gemäß dem Beispiel 6, die Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch in einer einzelnen Richtung innerhalb eines Pixels ausgerichtet. Daher können Probleme überwunden werden, zu denen es bei einem herkömmlichen Flüssigkristalldisplay kommt, wie eine schlechte Betrachtungswinkelcharakteristik und Betrachtung mit Kontrastumkehr. Das heißt, dass eine umfassendere Betrachtungswinkelcharakteristik realisiert werden kann.
  • Insbesondere wird verhindert, dass das Polymer in die Pixel eindringt, wobei jedes Pixel die kleinste Anzahl von Flüssigkristalldomänen enthält und die Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch ausgerichtet sind, um die Ausbildung von Disklinationslinien zu unterdrücken. So sind die Betrachtungswinkelcharakteristik und auch die Lichttransmission ohne angelegte Spannung verbessert.
  • Beispiel 7
  • Beim Beispiel 7 werden Disklinationslinien zwischen jeweiligen Flüssigkristalldomänen unterdrückt. Beim vorliegenden Beispiel können selbst beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien beseitigt werden, was zu hohem Kontrast führt.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei einem Flüssigkristalldisplay, bei dem Flüssigkristallbereiche durch ein Polymer unterteilt sind, die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristallbereich radial ausgerichtet sind und jeder Flüssigkristallbereich im Wesentlichen durch eine einzelne Domäne (oder mehrere Domänen) belegt ist, der Kontrast verbessert werden kann. Ferner haben die Erfinder durch Kontrollieren des Orientierungszustands von Polymerwänden und durch Ausrichten der Orientierungsrichtung des Flüssigkristallmaterials bei angelegter Spannung mit der der Polymerwände ein Flüssigkristalldisplay mit hervorragender Betrachtungswinkelcharakteristik mit hohem Kontrast erhalten, in dem keinerlei Disklinationslinien erzeugt werden und die Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch ausgerichtet sind.
  • Nachfolgend wird das Beispiel 7 detailliert beschrieben.
  • (Prinzip des Unterdrückens von Disklinationslinien)
  • Ein Flüssigkristalldisplay mit durch Polymerwände unterteilten Flüssigkristallbereichen zeigt die folgenden Merkmale.
    • (1) In einer Zelle mit mehreren Flüssigkristalldomänen in jedem Flüssigkristallbereich kommt es zwischen den jeweiligen Domänen zu einer diskontinuierlichen Orientierung von Flüssigkristallmolekülen, wodurch Disklinationslinien 18 (linienförmige Orientierungsdefekte) gebildet werden, wie es in der 37 dargestellt ist. Die Disklinationslinien 18 verbleiben beim Anlegen einer Spannung als helle Linien, anstatt dass sie beseitigt würden, was zu geringem Kontrast führt.
    • (2) In einer Zelle mit axialsymmetrischen Flüssigkristallmolekülen (einschließlich spiralförmigen Flüssigkristallmolekülen) in jedem Flüssigkristallbereich 17 werden in einem Flüssigkristallbereich 17 keine anderen Flüssigkristalle als die zentralen Disklinsationspunkte erzeugt. Jedoch werden, wie es in der 38(a) dargestellt ist, Disklinationslinien 18 in der Nähe der Grenzflächen zwischen den Flüssigkristallbereichen 17 und den Harzwänden 16 gebildet, wenn eine Spannung angelegt wird. Genauer gesagt, sind die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristallbereich 17 ohne angelegte Spannung in einem Verdrillungszustand ausgerichtet, während die horizontale Beziehung zum Substrat erhalten bleibt. Wenn eine Spannung angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in der Richtung vertikal zur Zelle angehoben. Während dieses Schritts werden die Anheberichtung der stark durch die Ausrichtungsregulierkraft der die Flüssigkristallbereiche 17 umgebenden Harzwände 16 beeinflussten Flüssigkristallmoleküle und die Anheberichtung der Flüssigkristallmoleküle im Zentrum der Flüssigkristallbereiche 17 verschieden. Dies führt zur Ausbildung von Umkehrverkippungs-Disklinationslinien, d.h. diskontinuierlichen Linien. Auf dieselbe Weise wie beim Punkt (1) werden die Umkehrverkippungs-Disklinationslinien beim Anlegen einer Spannung zu hellen Linien, was zu niedrigem Kontrast führt.
    • (3) Wenn die Flüssigkristallmoleküle an den Grenzflächen zwischen den Flüssigkristallbereichen und den Harzwänden so ausgerichtet sind, dass die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallbereichen beim Anlegen einer Spannung stabilisiert wird, werden gemäß dem Punkt (2) gebildete Disklinationslinien, wie die, die am Umfang der Flüssigkristallbereiche beim Anlegen einer Spannung gebildet werden, nicht gebildet. Dies, da die Anheberichtung der Flüssigkristallmoleküle im Zentrum der Flüssigkristallbereiche beim Anlegen einer Spannung identisch mit der Orientierungsrichtung der durch die Harzwände gehaltenen Flüssigkristallmoleküle ist. Jedoch werden in diesem Fall immer noch Diskontinuitätspunkte im Zentrum der Flüssigkristallbereiche auf dieselbe Weise wie beim Punkt (2) erzeugt.
  • Um eine Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an den Grenzflächen zwischen ihnen und dem Polymer zu realisieren, wird das Folgende ausgeführt.
  • Wenn ein monofunktionelles, polymerisierbares Flüssigkristallmaterial verwendet wird, wird dafür gesorgt, dass das Polymer in den Polymerwänden axialsymmetrisch in Bezug auf das Zentrum der Flüssigkristallbereiche ausgerichtet wird. Alternativ wird dafür gesorgt, dass das Polymer am oberen und unteren Substrat im Zentrum der Flüssigkristallbereiche so ausgerichtet wird, dass es eine Vorabkippung axialsymmetrisch in Bezug auf das Zentrum des Flüssigkristalltröpfchens aufweist.
  • Ferner existiert dann, wenn ein bifunktionelles, polymerisierbares Flüssigkristallmaterial verwendet wird, eine geringe Möglichkeit dafür, dass eine flüssigkristalline Stelle die Polymerfläche verlässt, wie im Fall des Verwendens eines monofunktionellen Flüssigkristallmaterials. Daher kann ein Vorabverkippen an den Grenzflächen zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymer unterdrückt werden, und die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an den Polymerwänden kann auf dieselbe Weise wie bei Verwendung des monofunktionellen Materials kontrolliert werden. So kann verhindert werden, dass beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien erzeugt werden. Da ein bifunktionelles, polymerisierbares Flüssigkristallmaterial eine Vorverkippung kontrollieren kann, ist es nicht erforderlich, die Δn·d-Charakteristik über einen optimalen Wert hinaus zu erhöhen. Außerdem kann dieses Material die Beeinträchtigung der Betrachtungswinkelcharakteristik in der Richtung eines Winkels von 45° gegen die Polarisationsachse bei anliegender Spannung (insbesondere bei Sättigung einer Spannung) verhindern. Ferner können diese polymerisierbaren Flüssigkristallmaterialien alleine verwendet werden, oder es kann eine Kombination aus einem monofunktionellen Material und einem bifunktionellen Material verwendet werden.
  • (Verfahren zum Kontrollieren der Orientierung eines Polymermaterials)
  • Um das Polymer in den Polymerwänden effektiv in der Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle auszurichten, wenn eine Spannung anliegt, ist es bevorzugt, zu einem Gemisch aus einem Flüssigkristall und einem fotopolymerisierbaren Material ein flüssigkristallines, fotopolymerisierbares Material zuzusetzen, das in seinem Molekül eine Flüssigkristallinität zeigende funktionelle Gruppe enthält. Ferner kann durch Einstrahlen von UV-Strahlen auf das Gemisch durch ein gleichmäßiges Muster einer Fotomaske beim Anliegen eines elektrischen Felds oder eines Magnetfelds das Polymer in den Polymerwänden partiell in der Richtung vertikal zu den Substraten ausgerichtet werden, während die Orientierungsachsen der Flüssigkristallbereiche in der Richtung vertikal zu den Substraten ausgerichtet werden.
  • Wenn beim obigen Verfahren die Bestrahlung nicht unter der Temperatur ausgeführt wird, bei der das Flüssigkristallmaterial eine isotrope Phase zeigt, erfährt der Flüssigkristall eine perfekte Phasentrennung vom Polymer, und die Orientierung des Flüssigkristalls und des Polymers sind gleichmäßig gemacht. In diesem Fall befindet sich der Flüssigkristall während der Bestrahlung in einem gleichmäßigen Zustand ohne Phasentrennung. Danach wird die Zelle abgekühlt, damit der Flüssigkristall eine allmählich Phasentrennung vom Polymer erfahren kann. In diesem Zustand wird ein elektrisches Feld und/oder ein Magnetfeld angelegt. Auf diese Weise wird die Mittelachse der Orientierung von Flüssigkristalltröpfchen in der Richtung des elektrischen oder magnetischen Felds ausgerichtet, und die Flüssigkristallmoleküle werden symmetrisch in Bezug auf die Mittelachse der Orientierung der Flüssigkristallbereiche ausgerichtet. Wenn die Bestrahlung erneut nach dem Abkühlen ausgeführt wird, wird effektiver für die Polymerisation gesorgt. (UV-Strahlen können entweder durch eine Fotomaske oder ohne Fotomaske eingestrahlt werden.) Wie oben beschrieben, kann dann, wenn die Bestrahlung mit Licht nicht unter der Temperatur ausgeführt wird, bei der das Flüssigkristallmaterial eine isotropie Phase zeigt, wie es in der 38(b) dargestellt ist, das Vorliegen von Flüssigkristalltröpfchen 41, wozu es kommt, wenn die Bestrahlung bei einer Temperatur unter dieser Temperatur ausgeführt wird, verhindert werden, was zu hervorragendem Kontrast führt.
  • Im obigen Fall ist ein Flüssigkristallmaterial mit Δε>0 verwendet. Jedoch wird bei Verwendung eines Flüssigkristallmaterials mit Δε<0 das Polymermaterial in der Richtung horizontal zu den Substraten entlang der Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet.
  • Konstruktionsbeispiel 26
  • Nachfolgend wird das Beispiel 7 auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 26 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
  • Glassubstrate (Dicke von 1,1 mm) mit einer transparenten Elektrode aus ITO (Dicke von 50 nm) wurden mittels eines eingefügten Abstandshalters (Durchmesser von 5,5 μm) aneinander befestigt, um eine Zelle herzustellen.
  • Auf der so hergestellten Zelle wurde eine Fotomaske 15e, wie in der 39 dargestellt, platziert, und in die Zelle wurde ein Gemisch in einem transparenten Zustand bei 35°C injiziert. Das Gemisch wurde dadurch erhalten, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,5 g Styrol, 0,65 g Isobornylmethacrylat, 0,15 g Perfluoroxylacrylat (0,1 g eines flüssigkristallinen, fotopolymerisierbaren Materials, das durch die folgende Formel 3 repräsentiert ist:
  • Figure 00660001
  • 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (das 0,4 Gew.% S-811 enthält: hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,0025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Im Zustand derselben Temperatur wurde die Displayzelle unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 durch ein Punktmuster der Fotomaske 15e unter Anlegen einer Wechselspannung von 60 Hz (Effektivwert von 3 V) für eine Sekunde bestrahlt, und die Displayzelle blieb für 30 Sekunden ohne Bestrahlung stehen. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Displayzelle für 10 Minuten mit UV-Strahlen bestrahlt, um das polymerisierbare Material zu härten. Nachdem das polymerisierbare Material gehärtet war, wurde die Displayzelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass Flüssigkristalldomänen derselben Größe und derselben Anordnungsschrittweite wie denen beim Punktmuster der Fotomaske 15e ausgebildet waren.
  • Als Nächstes wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay herzustellen, bei dem die Flüssigkristallbereiche durch die Polymerwände unterteilt waren.
  • Die so erhaltene Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass jedes Pixel mit beinahe einer Flüssigkristalldomäne belegt war, der Polar der Flüssigkristallorientierung vertikal zur Zellenfläche verlief und eine Schlierentextur ausgebildet war, bei der die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne radial oder konzentrisch ausgerichtet waren. Auch wurde die Zelle mit einem Polarisationsmikroskop bei angelegter Spannung betrachtet, wobei es sich zeigte, dass die Flüssigkristalltröpfchen beim Anlegen einer Spannung dunkel wurden, jedoch keine Disklinationslinien erzeugt wurden. Die elektrooptischen Eigenschaften der so erhaltenen Zelle sind in der Tabelle 14 angegeben.
  • Tabelle 14
    Figure 00680001
  • Wie es aus der Tabelle 14 ersichtlich ist, besteht bei der Zelle des Konstruktionsbeispiels 26 kein Problem einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wozu es bei der in der 10 dargestellten herkömmlichen TN-Zelle des Vergleichsbeispiels 1 kommt. Außerdem wird bei der Zelle des Konstruktionsbeispiels 26 keine Zunahme der Lichttransmission in einer Richtung weit entfernt von der Linie normal auf der Tafel beobachtet, wenn die Spannung in Sättigung ist. Bei dieser Messung wird davon ausgegangen, dass die Lichttransmission im Fall der Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten 100% beträgt.
  • Ferner wurde die Zelle unter Verkippung mit einem Polarisationsmikroskop ohne angelegte Spannung betrachtet, wobei eine Orientierung der Flüssigkristallmoleküle erwartet wurde. Dies ermöglicht es, eine Verteilung der Verkippung der Flüssigkristallmoleküle in der Richtung des Zellenzwischenraums zu erwarten.
  • Die Betrachtungsergebnisse sind in den 40(a) und 40(b) dargestellt. Die 40(a) zeigt betrachtete Bereiche A, B, C und D. Die 40(b) zeigt die Helligkeit in den jeweiligen Bereichen A, B, C und D. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verzerrung eines Bilds und die Defokussierung, zu der es durch Betrachten der Zelle unter 40° in der Richtung von 6 Uhr kommt, korrigiert sind. Während die Zelle unter 40° in der Richtung von 6 Uhr betrachtet wurde, wurde sie in ihrer Ebene in Bezug auf das Zentrum der betrachteten Bereiche verdreht, wobei sich das Extinktionsmuster nicht drehte. Dies zeigt, dass die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristalltröpfchen symmetrisch in Bezug auf dessen Achse ausgerichtet waren.
  • Die jeweiligen Bereiche A, B, C und D, die durch die Transmissionsachsen des Polarisators und des Analysators der 40 umgeben sind, erfahren einer Änderung ihrer Helligkeit abhängig von der Verkippung der Zelle. Die Verteilung der Helligkeit änderte sich durch die obige Rotation nicht. Dies zeigt, dass die Zelle eine axialsymmetrische Vorverkippung in der Flüssigkristallorientierung zeigt. Die Flüssigkristallorientierung wurde unter Verwendung einer Beobachtung mit einem Polarisationsmikroskop erwartet. Die Ergebnisse sind in den 41(a) bis 41(c) dargestellt.
  • (Ergebnisse zur erwarteten Orientierung)
  • Die 41(b) und 41(c) sind Querschnitte entlang einer Ebene A–A' in der 41(a). Die Ebene A–A' läuft durch die Mittelachse der Orientierung des Flüssigkristallbereichs 17, und sie enthält die Linien normal auf der Ebene. Da die Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich 17 axialsymmetrisch ausgerichtet sind, sind Querschnitte des Flüssigkristallbereichs 17 entlang der Mittellinie in jeder Richtung gleich. Hierbei ist die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch die Markierung – repräsentiert; und andere Flüssigkristallmoleküle als diejenigen, die in der Richtung vertikal oder parallel zur Zeichnungsfläche ausgerichtet sind, sind durch eine nagelförmige Markierung repräsentiert, wobei der Kopf derselben die Vorderseite der Zeichnungsfläche repräsentiert. Die Größe der Flüssigkristallmoleküle, wie in den 41(b) und 41(c) dargestellt, ist zum Vereinfachen der Beschreibung vergrößert oder weggelassen.
  • Die 41(b) und 41(c) zeigen den Orientierungszustand bei einer Spannung von 0 V bzw. V90. Auf Grundlage dieser Orientierungszustände werden die oben genannten Betrachtungsergebnisse beschrieben. Zum Beispiel wird davon ausgegangen, dass ein Bereich, dessen Lichttransmission abnimmt, wenn er unter eine Vorverkippung ohne angelegte Spannung betrachtet wird (d.h. der Bereich D in der 40) dem Fall entspricht, bei dem die Flüssigkristallorientierung in der TN-Zelle in der Richtung von 6 Uhr beim Anlegen einer Spannung betrachtet wird. Genauer gesagt, ist die Vorderseite der Fläche Z = d/2 in Bezug auf die Richtung der Zeichnungsfläche in der positiven Richtung einer Z-Achse verkippt. Dies entspricht einem Teil des Querschnitts A- A' ausschließlich der Nähe einer Wandfläche auf der linken Seite und der Nähe des zentralen Abschnitts. Die Orientierung dieses Abschnitts ist mit den Betrachtungsergebnissen identisch. So kann auf Grundlage der Betrachtungsergebnisse und der Axialsymmetrie der Orientierung die Orientierung eines Teils des Querschnitts A–A' in der 41(b) ausschließlich der Umgebung der Wandflächen auf der rechten und der linken Seite und der Umgebung des zentralen Abschnitts erwartet werden.
  • Ferner kann die Orientierung des zentralen Abschnitts auf Grundlage der Tatsache erwartet werden, dass die Verkippung des Querschnitts A–A', wie in der 41(c) dargestellt, beim Anlegen einer Spannung auf jeden Fall erhalten wird. Die Orientierung der Umgebung der Wandflächen auf der rechten und der linken Seite wird auf Grundlage der Tatsache erwartet, dass darin keinerlei Disklinationslinien erzeugt werden. Hierbei wird erwartet, dass an Flächen vertikal zur Z-Achse, die durch die Flächen 0 und d auf der z-Achse in der Umgebung der Wandflächen auf der rechten und der linken Seite verlaufen, diskontinuierliche Linien ausgebildet werden. Jedoch werden, wie es aus der 41(c) ersichtlich ist, innerhalb der Flüssigkristalltröpfchen keine Disklinationslinien ausgebildet, und demgemäß zeigen sich Lichtstreuung, Polarisationsrotation und dergleichen nicht in starker Weise.
  • Ein Merkmal der oben genannten Orientierung besteht darin, dass zwischen der Orientierung beim Anlegen einer Spannung und derjenigen bei keiner angelegten Spannung mit Ausnahme des Anstiegs in der Richtung der z-Achse kein wesentlicher Unterschied besteht. So bleibt die Orientierung beim Anlegen einer Spannung teilweise ohne angelegte Spannung erhalten, so dass ein große Verzerrung der Orientierung auf Grund des Anlegens einer Spannung verhindert werden kann. Dies ist ein wesentlicher Mechanismus, bei dem keine Disklinationslinien gebildet werden.
  • Konstruktionsbeispiel 27
  • Nachfolgend wird das Beispiel 7 auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 27 beschrieben.
  • Es wurden dieselben Substrate wie diejenigen beim Konstruktionsbeispiel 26 hergestellt, und darauf wurde die in der 39 dargestellte Fotomaske 15e platziert. Dann wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 ein Gemisch in die Zelle injiziert. Das Gemisch wurde dadurch erhalten, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,05 g Styrol, 0,70 g Isobornyl methacrylat, 0,15 g Perfluoroctylacrylat, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (das 0,4 Gew.-% S-811 enthält: hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,0025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Die Zelle wurde UV-Strahlung derselben Intensität durch dasselbe Muster der Fotomaske bei denselben Spannungsanlegebedingungen wie denen des Konstruktionsbeispiels 26 ausgesetzt.
  • Die so erhaltene Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 26 betrachtet, wobei es sich ergab, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Größe und derselben Anordnungsschrittweite wie denen des Punktmusters der Fotomaske 15e gebildet worden waren.
  • Dann wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay herzustellen, in dem die Flüssigkristallbereiche durch die Polymerwände abgeteilt waren.
  • (Betrachtung der Zelle und Verfahren zum Erwarten des Orientierungszustands)
  • Die so hergestellte Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich ergab, dass jedes Pixel mit beinahe einer Flüssigkristalldomäne belegt war, der Polar der Flüssigkristallorientierung vertikal zur Zellenoberfläche verlief und eine Schlierentextur ausgebildet war, in der die Flüssigkristallmoleküle in jeder Flüssigkristalldomäne radial oder konzentrisch ausgerichtet waren. Die elektrooptischen Eigenschaften der Zelle und die Beobachtungsergebnisse sind in der Tabelle 14 angegeben. Auch wurde die Zelle bei angelegter Spannung mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich ergab, dass die Flüssigkristalltröpfchen beim Anlegen einer Spannung dunkel wurden und am Umfang jedes Flüssigkristalltröpfchens Disklinationslinien gebildet wurden.
  • Wie es aus der Tabelle 14 ersichtlich ist, besteht bei der Zelle des Konstruktionsbeispiels 27 kein Problem einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wozu es bei der herkömmlichen TN-Zelle kommt. Außerdem wird bei der Zelle des Konstruktionsbeispiels 27 kein Anstieg der Lichttransmission in einer Richtung weit entfernt von der Linie normal auf der Tafel bei Sättigung einer Spannung beobachtet. Bei dieser Messung wird davon ausgegangen, dass die Lichttransmission bei Verwendung zweier paralleler Polarisationsplatten 100 beträgt.
  • Ferner wurde die Zelle, während sie verkippt wurde, ohne angelegtes elektrisches Feld auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 26 mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle erwartet wurde.
  • Die Betrachtungsergebnisse sind in den 42(a) und 42(b) dargestellt. Die 42(a) und 42(b) wurden auf dieselbe Weise wie die 40(a) und 40(b) erhalten.
  • Die Zelle wurde, während sie verkippt wurde, in ihrer Ebene in Bezug auf das Zentrum der betrachteten Bereiche verdreht, wobei sich das Extinktionsmuster nicht drehte. Dies zeigt, dass die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristallbereich symmetrisch in Bezug auf ihre Achse ausgerichtet waren, auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 26.
  • Jedoch änderte sich, abweichend vom Konstruktionsbeispiel 26, die Helligkeit der jeweiligen Bereiche A, B, C und D, wie sie von den Transmissionsachsen des Polarisators und des Analysators umgeben sind, nicht abhängig von der Verkippung der Zelle. Dies zeigt, dass die Zelle keine axialsymmetrische Vorverkippung in der Flüssigkristallorientierung aufwies.
  • Die Zelle wurde beim Anlegen einer Rechteckspannung von 60 Hz und 3 Vp-p betrachtet. Die Ergebnisse sind in den 43(a) bis 43(c) dargestellt. Die 43(a) zeigt betrachtete Bereiche A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1 und D2; die 43(b) zeigt die Helligkeit der Bereiche A1, B1, C1 und D1; und die 43(c) zeigt die Helligkeit der Bereiche A2, B2, C2 und D2. Die Betrachtungsergebnisse ermöglichen es, die Verkippungsverteilung der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristalltröpfchen bei angelegter Spannung zu erwarten.
  • Die jeweiligen Bereiche A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1 und D2, die durch die Transmissionsachsen des Polarisators und des Analysators der 43(a) umgeben sind, erfahren abhängig von der Verkippung der Zelle eine Änderung ihrer Helligkeit. Durch die obige Rotation wurde die Verteilung der Helligkeit nicht verändert. Dies zeigt, dass die Zelle bei angelegter Spannung eine axialsymmetrische Vorverkippung innerhalb der Flüssigkristallorientierung zeigte. Die Verteilung der Helligkeit innerhalb und außerhalb der Dis klinationslinie ist auf der rechten und der linken Seite des Flüssigkristallbereichs invertiert. Dies zeigt, dass die Disklinationslinie Bereiche mit verschiedenen Vorverkippungen trennt, d.h., dass diese Disklinationslinie eine Umkehrverkippungs-Disklinationslinie oder eine Helfrichwand ist. Die Flüssigkristallorientierung wurde unter Verwendung diese Betrachtung mit einem Polarisationsmikroskop erwartet. Die Ergebnisse sind in den 44(a) und 44(b) dargestellt.
  • (Ergebnisse zur erwarteten Orientierung)
  • Die 44(a) und 44(b) entsprechen den 41(b) bzw. 41(c) unter Verwendung derselben Markierungen.
  • Die 44(a) und 44(b) zeigen den Orientierungszustand bei einer Spannung von 0 V bzw. V90. Auf Grundlage dieser Orientierungszustände werden nun die oben genannten Betrachtungsergebnisse beschrieben. Zum Beispiel wird davon ausgegangen, dass Bereiche, deren Lichttransmission abnimmt, wenn sie bei einer Verkippung bei angelegter Spannung betrachtet werden (d.h. die Bereiche D1 und B2 in der 43(a)), dem Fall entsprechen, bei dem die Flüssigkristallorientierung in der TN-Zelle in der Richtung von 6 Uhr bei angelegter Spannung betrachtet wird. Genauer gesagt, ist die Vorderseite der Fläche Z = d/2 in Bezug auf die Richtung der Zeichnungsfläche in der positiven Richtung einer z-Achse verkippt. Dies entspricht einem Abschnitt des Querschnitts A–A' ausschließlich eines durch die Wandfläche auf der linken Seite und die Umkehrverkippungs-Disklinationslinie umgebenen Bereichs sowie einem Abschnitt des Querschnitts A–A' ausschließlich eines durch eine Wandfläche auf der rechten Seite und die Umkehrverkippung-Disklinationslinie umgebenen Bereichs. Die Orientierung dieser Abschnitte ist mit den Betrachtungsergebnissen identisch. So kann auf Grundlage der Betrachtungsergebnisse und der Axialsymmetrie der Orientierung die Orientierung eines Abschnitts des Querschnitts A–A' in der 44(b) mit Ausnahme der Umgebung der Wandflächen auf der rechten und der linken Seite und der Umgebung des zentralen Abschnitts erwartet werden.
  • Ferner wird davon ausgegangen, dass in der Fläche Z = d/2 beinahe keine Verkippung existiert, wenn unter diesen Bedingungen die Spannung auf 0 verringert wird, da in den Bereichen B und D der 42(a) dieselbe Lichttransmission erzielt wird. Daher kann die Orientierung in den Abschnitten erwartet werden, die nicht dem zentralen Abschnitt und der Umgebung der Wandfläche auf der rechten und der linken Seite in der 44(a) entspre chen. Ferner kann auf Grundlage der Tatsache, dass die Verkippung der Querschnitts A–A', wie in der 44(b) dargestellt, beim Anlegen einer Spannung sicher erhalten wird, die Orientierung des zentralen Abschnitts erwartet werden. Die Orientierung in der Umgebung der Wandflächen auf der rechten und der linken Seite wird auf Grundlage der Kontinuität an den Grenzflächen während der Ausbildung der Flüssigkristalltröpfchen sowie der Tatsache erwartet, dass Umkehrverkippungs-Disklinationslinien ausgebildet werden.
  • Ein Merkmal der oben genannten Orientierung besteht darin, dass ohne Anlegen einer Spannung die Anheberichtung der Flüssigkristallmoleküle in der Richtung der z-Achse im zentralen Abschnitt und diejenige in der Umgebung der Wandflächen invertiert sind. Wegen dieser Orientierung sorgt die Grenze von Bereichen, in denen die Anheberichtungen der Flüssigkristallmoleküle ohne angelegte Spannung verschieden sind, für eine schnelle Änderung der räumlichen Verteilung des Brechungsindex. Im Ergebnis kommt es zu einer Streuung durchgelassenen Lichts oder einer Depolarisation, wodurch eine Polarisationskomponente gebildet wird, die von der des einfallenden Lichts verschieden ist. Diese Komponente wird als helle Linie beobachtet.
  • Konstruktionsbeispiel 28
  • Nachfolgend wird das Beispiel 7 auf Grundlage eines Konstruktionsbeispiels 28 beschrieben.
  • Es wurde eine Zelle auf dieselbe Weise wie beim Konstruktionsbeispiel 26 hergestellt und UV-Strahlen bei 95°C (Temperatur, bei der ZLI-4792 eine Änderung auf eine isotrope Phase erfährt: 91°C) ausgesetzt.
  • Die Orientierung der Zelle war derjenigen beim Konstruktionsbeispiel 26 ähnlich. Jedoch lief das Phasentrennung zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymermaterial allmählich ab, was zu einer verringerten Menge von im Polymermaterial enthaltenem Flüssigkristall führte. Ferner erfuhr der Flüssigkristall eine vollständige Phasentrennung vom Polymermaterial, so dass die Flüssigkristallmoleküle in einem geringfügig deformierten konzentrischen Kreis, d.h. ein Quadratform mit leicht abgrundeten Ecken, orientiert wurden, wenn ein quadratisches Pixel verwendet wurde, wie es in der 45 dargestellt ist.
  • Bei einer derartigen Zelle, die Anisotropie in vier Richtungen zeigt, kann die Betrachtungawinkelcharakteristik bei Graustufenanzeige dadurch verbessert werden, dass die Polarisationsplatten so angeordnet werden, dass ihre Polarisationsachsen in der vertikalen bzw. horizontalen Richtung positioniert sind, oder sie so angeordnet werden, dass sie unter einem Winkel von 45° zur vertikalen Richtung jeweils nach rechts bzw. links verkippt sind.
  • Beim Beispiel 7 sind die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf das Zentrum jedes Pixels in allen Richtungen radial ausgerichtet. So können die herkömmlichen Probleme überwunden werden, wie ein enger Bereich der Betrachtungsrichtung und eine Betrachtung mit Kontrastumkehr. Es kann eine weite Betrachtungsrichtung ohne Betrachtung mit Kontrastumkehr realisiert werden.
  • Insbesondere ist beim vorliegenden Beispiel ein Eindringen des Polymers in die Pixel verhindert, wobei jedes Pixel die kleinste Anzahl von Flüssigkristalldomänen enthält und Flüssigkristallmoleküle axialsymmetrisch ausgerichtet sind, wobei Disklinationslinien vollständig unterdrückt sind. Daher sind die Betrachtungswinkelcharakteristik und die Lichttransmission ohne angelegte Spannung verbessert, was zu einem zufriedenstellenden Schwarzpegel bei angelegter Spannung und zu hohem Kontrast führt.
  • Konstruktionsbeispiel 29
  • Es wurde dieselbe Zelle wie die des Konstruktionsbeispiels 26 hergestellt, und in die Zelle wurde ein Gemisch injiziert. Das Gemisch wurde dadurch erhalten, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0.05 g p-fluorstyrol, 0,60 g Isobornylmethacrylat, 0,15 g Perfluoroctylacrylat, 0,01 g des durch die folgende Formel 4 repräsentierten bifunktionellen, polarisierbaren Flüssigkristallmaterials, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (der Verdrillungswinkel wurde durch S-811 so eingestellt, dass in der Zelle 90° betrug: hergestellt von Merck & Co., Inc. und 0,025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Figure 00750001
  • Es wurde dieselbe Fotomaske wie die beim Konstruktionsbeispiel 26 auf der Zelle platziert, und die Zelle wurde bei angelegter Spannung mit UV-Strah len bestrahlt, um das fotopolymerisierbare Harz zu härten. An den beiden Seiten der Zelle wurden gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Polarisationdisplay herzustellen, bei dem die Flüssigkristallbereiche durch die Polymerwände abgeteilt waren.
  • Die so erhaltene Zelle wurde mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich zeigte, dass derselbe Phasentrennungszustand und derselben Orientierungszustand des Flüssigkristalls wie diejenigen beim Konstruktionsbeispiel 26 erzielt waren. Dann wurde die Zelle bei angelegter Spannung betrachtet, wobei es sich ergab, dass keine Disklinationslinien erzeugt wurden. Getrennt davon wurde eine keilförmige Zelle hergestellt und in diese wurde ein Gemisch injiziert, das durch Mischen der oben genannten Materialien außer S-811 erhalten worden war. Hierbei ist eine keilförmige Zelle eine solche, die dadurch erhalten wird, dass zwei Substrate unter irgendeinem Winkel aneinander befestigt werden. In einer keilförmigen Zelle kann der Abstand zwischen den Substraten (Zellenzwischenraum) sukzessive variiert werden. Die so erhaltene Zelle wurde mit monochromatischem Licht bestrahlt und sie wurde hinsichtlich ihres scheinbaren Werts Δn ausgemessen. Im Ergebnis ergab sich der ausgemessene Wert Δn als kaum verschieden vom Wert Δn, wie er für das Flüssigkristallmaterial spezifisch ist. Wenn die Zelle unter Verkippung betrachtet wurde, wurde kaum eine Änderung der Färbung, die angenommenerweise durch eine große Änderung des Brechungsindex hervorgerufen wird, im Vergleich zum Fall beobachtet, bei dem ein monofunktionelles, polymerisierbares Flüssigkristallmaterial verwendet wurde. Aus diesen Tatsachen ist es zu erwarten, dass die Zelle des vorliegenden Beispiels eine kleine Vorverkippung aufweist.
  • Beispiel 8
  • Das Beispiel 8 ist durch die Struktur einer Fotomaske gekennzeichnet. Die Größe jedes Lichtausblendabschnitts der Fotomaske ist kleiner als die jeder Segmentelektrode, so dass jedem einzelnen Pixel mehrere Lichtausblendabschnitte entsprechen.
  • Dadurch, dass es ermöglicht wird, dass die Phasentrennung zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymermaterial bei angelegter Spannung unter Verwendung einer derartigen Fotomaske erfolgt, kann ein Flüssigkristalldisplay erhalten werden, bei dem mehrere Flüssigkristallbereiche in jedem Pixel vorhanden sind. Auch ist es beim vorliegenden Beispiel nicht erforderlich, die Lichtausblendabschnitte mit den Pixeln auszurichten, solange sie mit gleichmäßigem gegenseitigem Abstand über dem gesamten Anzeigebereich der Zelle ausgebildet sind. So ist kein präziser Anbringungsschritt erforderlich. Ferner kann durch Hinzufügen einer fotopolymerisierbaren Flüssigkristallverbindung zum in die Zelle zu injizierenden Gemisch die Ausbildung von Disklinationslinien bei angelegter Spannung verhindert werden, und so kann ein Anzeigemodus mit großem Betrachtungswinkel und hervorragendem Kontrast geschaffen werden.
  • (Anzahl der Lichtausblendabschnitte pro Pixel)
  • Wenn die Anzahl der Lichtausblendabschnitte der Fotomaske pro Pixel zu groß ist, tritt eine Anzahl von Polymerwänden in die Pixelbereiche ein, was zu einer dunklen Anzeige führt. So sind 16 oder weniger Lichtausblendabschnitte pro Pixel bevorzugt.
  • (Größe jedes Lichtausblendabschnitts)
  • sWenn jeder Flüssigkristallbereich mit Einzeldomänenstruktur groß ist und wenn die Flüssigkristallmoleküle in jeder Einzeldomäne radial oder konzentrisch ausgerichtet sind, tritt das Folgende auf, wenn die Orientierungsachse gegenüber dem zentralen Abschnitt verschoben ist. Eine Anzahl Bereichen fällt in blinde (dunkle) Richtungen, wenn die Zelle aus einer bestimmten Richtung betrachtet wird (wenn die Zelle in einer verkippten Richtung gesehen wird), wie es in der 46 dargestellt ist. Im Ergebnis gelangt das gesamte Pixel in einen dunklen Zustand, wodurch eine Variation einer dunklen Anzeige erzeugt wird (wie durch die Schraffierung in der Figur repräsentiert). Dieser Effekt kann beim vorliegenden Beispiel dadurch verhindert werden, dass jeder Pixelbereich mit mehreren Flüssigkristallbereichen ausgebildet wird, um die Achsenverschiebung in jedem Pixel zu mitteln.
  • Zum effektiven Mitteln der Achsenverschiebung in jedem Pixel wird die Größe jedes Lichtausblendabschnitts so eingestellt, dass sie im Bereich von 10 bis 100 μm liegt. Wenn die Größe über 100 μm beträgt, kann eine Anzeigevariation erkannt werden, und es können keine ausreichenden Effekte erzielt werden. Wenn die Größe unter 10 μm beträgt, wird eine Anzahl von Polymerabschnitten gebildet, wodurch die Lichttransmission abnimmt.
  • Nachfolgend wird das Beispiel 8 detaillierter beschrieben.
  • Zwei Glassubstrate (Dicke von 1,1 mm) mit einer transparenten Elektrode aus ITO (Dicke von 50 nm) wurden mit einem dazwischen eingefügten Abstandshalter (Durchmesser von 6,0 μm) aneinander befestigt, um eine Zelle herzustellen.
  • In die Zelle wurde ein Gemisch in einem transparenten Zustand injiziert. Das Gemisch wurde dadurch erhalten, dass 0,1 g R-684 (hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0,1 g Styrol, 0,4 g Isobornylmethacrylat, 0,2 g Perfluoroctylacrylat, 0,3 g der durch die Formel 3 repräsentierten Verbindung, 4 g des Flüssigkristallmaterials ZLI-4792 (durch S-811 so eingestellt, dass die chirale Ganghöhe in der Zelle 90° beträgt: hergestellt von Merck & Co., Inc.) und 0,0025 g eines Fotopolymerisationsstarters (Irgacure 651) gemischt wurden.
  • Die Injektionsöffnung der so hergestellten Zelle wurde gegen Licht abgeschirmt, damit das polymerisierbare Material innerhalb der Zelle nicht härtete, sondern es nur in Abschnitten außerhalb der Zelle härtete, und dann wurde die Zelle abgedichtet.
  • Danach wurde eine in der 47 dargestellte Fotomaske 15f auf der Zelle platziert. Die Zelle wurde unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit kollimierten Lichtstrahlen von 10 mW/cm2 durch ein Punktmuster der Fotomaske 15f unter Anlegen einer Rechteckspannung (Effektivwert von ±5 V) für eine Sekunde belichtet, und die Zelle konnte ohne Bestrahlung für 30 Sekunden stehenbleiben. Dieser Zyklus wurde 20 mal wiederholt. Dann wurde die Displayzelle für 10 Minuten mit UV-Strahlen bestrahlt, um das polymerisierbare Material zu härten. Nachdem das polymerisierbare Material gehärtet wurde, wurde die Displayzelle mit einem Polarisationsmikroskop betrachtet, wobei es sich ergab, dass Flüssigkristalldomänen mit derselben Größe und derselben Anordnungsschrittweite wie denen des Punktmusters der Fotomaske 15f (d.h. mit einer Struktur, bei der im Mittel neun Flüssigkristallbereiche 17 pro Pixel ausgebildet waren) erzeugt worden waren. Ferner war, wie es in der 48 dargestellt ist, beinahe eine Flüssigkristalldomäne pro Flüssigkristallbereich 17 vorhanden, und die Flüssigkristallmoleküle waren symmetrisch in Bezug auf das Zentrum jedes Flüssigkristallbereichs 17 orientiert.
  • Als Nächstes wurden an den beiden Seiten der Displayzelle zwei gekreuzte Polarisationsplatten angebracht, um ein Flüssigkristalldisplay herzustellen, bei dem die Flüssigkristallbereiche durch die Polymerwände abgeteilt waren. Bei der Zelle des vorliegenden Beispiels bestand kein Problem einer Betrachtung mit Kontrastumkehr, wie bei der herkömmlichen TN-Zelle hervorgerufen, und es wurde keine Zunahme der Lichttransmission in einer Richtung weit entfernt von der Linie normal auf der Tafel bei Sättigung einer Spannung beobachtet. Ferner war kaum eine Erzeugung von Disklinationslinien bei angelegter Spannung erkennbar.
  • Wie oben beschrieben, ist beim Beispiel 8 die Größe jedes Lichtausblendabschnitts kleiner als die jedes Pixels. Daher ist keine genaue Ausrichtung der Lichtausblendabschnitte mit den Pixeln erforderlich, wodurch die Herstellschritte und die Vorrichtung vereinfacht sind.
  • Gemäß der Erfindung können Fotomasken mit anderen Formen als den oben genannten verwendet werden. Die Beziehung zwischen dem herzustellenden Flüssigkristallbereich und der Fotomaske ist hier beispielhaft angegeben. Wenn eine Fotomaske 15g mit Lichtausblendabschnitten 19 in Form eines Sechsecks, wie in der 49(a) dargestellt, verwendet wird, werden Flüssigkristallbereiche 17 ausgebildet, wie sie in der 49(b) dargestellt sind. In der 49(b) repräsentiert eine gestrichelte Linie den Verlauf jedes Lichtausblendabschnitts 19 der Fotomaske 15g. Die 50 zeigt die Größenbeziehung zwischen der Fotomaske 15g und den Flüssigkristallbereichen 17 für den Fall, dass die Fotomaske 15g (deren Verlauf durch eine durchgezogene Linie repräsentiert ist) in Form eines Quadrats mit ausgeschnittener Ecke verwendet wird.
  • Unter Verwendung des Flüssigkristalldisplays und des Verfahrens zu seiner Herstellung gemäß der Erfindung können die folgenden Effekte erzielt werden.
  • Ein in mehrere Flüssigkristallbereiche in einer Anzeigemediumsschicht eingefüllter Flüssigkristall kann in einer gedachten Ebene parallel zur Substratfläche radial oder konzentrisch ausgerichtet sein. Mindestens eine Flüssigkristalldomäne kann in jedem von mehreren Flüssigkristallbereichen ausgebildet sein. So kann, wenn der Winkel und die Richtung, unter denen das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay von außen betrachtet wird, verändert werden, die Abhängigkeit des Anzeigekontrasts vom Betrachtungswinkel wegen der radialen oder konzentrischen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle beseitigt werden. Darüber hinaus verhindert die radiale Orientierung der Flüssigkristallmoleküle die Ausbildung von Disklinationslinien in den Flüssigkristallbereichen, wodurch sich eine merklich verbesserte Anzeigequalität ergibt. Ferner ist die Lichttransmission ohne angelegte Spannung verbessert, und so kann ein helles Bild mit zufriedenstellender Anzeigequalität selbst ohne angelegte Spannung angezeigt werden.
  • Dem Fachmann sind verschiedene Modifizierungen ersichtlich, und sie können von ihm leicht ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hier dargelegte Beschreibung, sondern durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims (21)

  1. Flüssigkristalldisplay mit: – einem ersten und einem zweiten Substrat (12, 13); – Flüssigkristallmolekülen, die zwischen dem ersten und zweiten Substrat (12, 13) eingebettet sind und in mehreren diskreten Flüssigkristallbereichen (17) angeordnet sind, von denen jeder formmäßig einem jeweiligen Pixelbereich (22) der Anzeigevorrichtung entspricht, wobei die Flüssigkristallmoleküle in jedem Flüssigkristallbereich (17) elektrisch steuerbar sind; – wobei jeder Flüssigkristallbereich (17) über eine oder mehrere Flüssigkristalldomänen (25) verfügt, wobei benachbarte Flüssigkristalldomänen (25) in einem Flüssigkristallbereich (17), der zwei oder mehr Flüssigkristalldomänen (25) enthält, durch eine Disklination voneinander getrennt sind; – und wobei die Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Flüssigkristalldomäne (25) in einem Flüssigkristallbereich (17) in einer imaginären Ebene nahezu parallel zu einer Fläche eines Substrats des Paars von Substraten achsensymmetrisch ausgerichtet sind.
  2. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1, bei dem die Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Flüssigkristalldomäne (25) alle entweder konzentrisch oder radial in einer imaginären Ebene nahezu parallel zu einer Fläche eines Substrats des Paars von Substraten ausgerichtet sind.
  3. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem in jedem Flüssigkristallbereich eine Flüssigkristalldomäne (25) positioniert ist.
  4. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem außerhalb jedes Flüssigkristallbereichs (17) eine Haltewand (16) aus einem Polymermaterial vorhanden ist.
  5. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem auf Flächen der Substrate ein Dünnfilm aus einem Material vorhanden ist, das aus der aus einem organischen Material und einem anorganischen Material bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  6. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Substrate zwischen Polarisationsplatten eingebettet sind.
  7. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 300 nm bis 650 nm liegt.
  8. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat, wenn die Flüssigkristallmoleküle zwischen diese injiziert sind, im Bereich von 45° bis 150° liegt.
  9. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem zwischen den Substraten ein Polymermaterial vorhanden ist, das jedes der Substrate erreicht.
  10. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Mittelachse der Ausrichtung der mindestens einen Flüssigkristalldomäne senkrecht zu mindestens einem der Substrate verläuft.
  11. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Disklinationslinien beim Anlegen einer Spannung am Umfang jedes Flüssigkristallbereichs gebildet werden.
  12. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Flüssigkristall bei 20°C eine Viskosität μ von 50 mPa·s und eine Anisotropie Δε der Dielektrizitätskonstanten von +3 (1 kHz) oder mehr aufweist.
  13. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Flüssigkristall ein TN-Flüssigkristall ist und er so beschaffen ist, dass er der Bedingung genügt, dass eine Spannung V10 in einer Spannung-Lichttransmission-Charakteristik bei 25°C den Wert von 2 Volt oder weniger aufweist, wenn sich die Lichttransmission des Flüssigkristalls vom Anfangszustand auf 90 % ändert.
  14. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 1000 nm bis 1400 nm liegt und ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat im Bereich von 45° bis 150° liegt.
  15. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Produkt Δn·d aus der Anisotropie des Brechungsindex Δn des Flüssigkristalls und dem Zellenabstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im Bereich von 500 nm bis 800 nm liegt und ein Verdrillungswinkel zwischen Flüssigkristallmolekülen benachbart zum ersten Substrat und Flüssigkristallmolekülen benachbart zum zweiten Substrat im Bereich von 240° bis 300° liegt.
  16. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Domäne innerhalb eines Flüssigkristallbereichs in einer Richtung senkrecht zu den Substraten ausgerichtet ist und die Vorrichtung ferner über ein Polymermaterial in einer den Flüssigkristallbereich begrenzenden Haltewand verfügt, das in Bezug auf die Mittelachse symmetrisch ausgerichtet ist, wobei sich beim Anlegen einer Spannung im Flüssigkristallbereich Disklinationslinien bilden.
  17. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der oder jeder Domäne innerhalb eines Flüssigkristallbereichs in einer Richtung senkrecht zu den Substraten ausgerichtet ist und die Vorrichtung ferner über ein Polymermaterial in einer den Flüssigkristallbereich begrenzenden Haltewand verfügt, das in einer Richtung ausgerichtet ist, wobei beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien im Flüssigkristallbereich beseitigt werden.
  18. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat ein Polymer vorhanden ist und der Flüssigkristallbereich einen Vorkippwinkel aufweist, der achsensymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristallbereich ist, wobei beim Anlegen einer Spannung Disklinationslinien im Flüssigkristallbereich beseitigt werden.
  19. Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem auf einem der Substrate eine Schwarzmaske so vorhanden ist, dass sie einem zentralen Abschnitt der oder jeder Domäne in einem Flüssigkristallbereich entspricht.
  20. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays nach Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: – Injizieren eines Gemischs, das eine flüssigkristalline Verbindung, eine photopolymerisierbare Verbindung und eine flüssigkristalline, photopolymerisierbare Verbindung enthält, zwischen Elektrodensubstraten (12, 13) in einer Zelle, wobei mindestens eines der Substrate transparent ist; und – Bestrahlen des Gemischs mit Licht mit einer vorbestimmten Bestrahlungsintensitätsverteilung, um dadurch für eine Phasentrennung und Polymerisation zu sorgen, um mehrere durch Polymerwände (16) abgetrennte Flüssigkristallbereiche (17) zu erzeugen, während gleichzeitig ein elektrisches und/oder ein magnetisches Feld an das Gemisch angelegt wird, wodurch die in den Flüssigkristallbereichen (17) enthaltenen Moleküle des Flüssigkristalls in einer Ebene parallel zu einem der Substrate (12, 13) achsensymmetrisch ausgerichtet werden.
  21. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristalldisplays nach Anspruch 20, bei dem eine Temperatur der Zelle während der Lichteinstrahlung so eingestellt wird, dass sie zumindest einer Temperatur entspricht, bei der der zu verwendende Flüssigkristall eine isotrope Phase zeigt, und dann die Zelle gekühlt wird.
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