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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einem in ein und derselben Ebene schaltbaren System (In-Plane
Switching: IPS), bei welcher das elektrische Feld an eine Flüssigkristallschicht
in einer zu einem Substrat im Wesentlichen parallelen Richtung angelegt
und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
betrieben wird; insbesondere ist sie auf eine Struktur mit großformatigem
Bildschirm und hohem Wirkungsgrad der Orientierungsschicht gerichtet.
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Stand der Technik für die Erfindung
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Der
große
Bedarf an einem großformatigen, aus
einem großen
Winkel betrachtbaren, mehrfarbigen Bildschirm für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hat sich weiter erhöht.
Was den Blickwinkel betrifft, der für das große Format erforderlich ist,
existieren viele Definitionen, die beispielsweise ein Bereich, in
welchem sich ein Halbtonwert nicht umkehrt, und ein Bereich sind,
in welchem Helligkeit, Kontrast und Farbton nicht variieren. Für eine mehrfarbige
Anzeige ist es erforderlich, die jeweilige Farbreproduktion zu erhöhen und
weiterhin den Blickwinkel entsprechend den zuvor gegebenen Definitionen
drastisch zu vergrößern. Da
die Flüssigkristallanzeige
mit einem großen
Blickwinkel und einem großen
Bildschirm kompatibel ist, ist ein Kombinationssystem (IPS-TFT-LCD)
aus flüssigen
IPS-Kristallen und Dünnschichttransistoren
(Thin layer transistor, TFT) (Oota et al., Proceedings of the Fifteenth
International Display Research Conference) (Asia Display 1995, 707)
vorgeschlagen worden und hat die praktische Verwendung eines Monitorsystems,
in welchem der Bildschirm eine Diagonale von 13,3 Zoll (entspricht
15-Zoll-CRT) hat, begonnen (Kondo et al., SID 1996 Digest Nr. 8.1).
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Es
ist jedoch für
die praktische Verwendung eines IPS-TFT-LCD, das einem Bildschirm
von mehr als 17 Zoll entspricht, der bei CRT der verbreitetste ist,
erforderlich, eine neue Struktur für einen großformatigen Bildschirm und
ein Verfahren zu entwickeln. Im herkömmlichen Verfahren wird kein
Verfahren angewendet, durch welches in einem Bildschirm mit abgeschrägten Stufen
eine homogene Ausrichtung bewirkt wird, welches ein erfindungsgemäßer Gegenstand
ist.
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Bei
einem IPS-TFT-LCD ist sie mit der Schwierigkeit einer ausrichtenden
Bearbeitung verbunden. Die Toleranzen dafür sind bemerkenswert eng, verglichen
mit einem herkömmlichen
TN-(Twisted Nematic)System, insbesondere bei einem normalerweise
offenen TN-System (bei niedriger Spannung helle Anzeige und bei
hoher Spannung dunkle Anzeige). Die Gründe für diese engen Toleranzen sind
folgende drei Punkte (1) bis (3).
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(1) Abgeschrägte Stufe
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Bei
einem IPS-TFT-LCD ist es prinzipiell erforderlich, viele lange und
schmale Elektroden (ist dies der Fall, können sie als interdigitale
Elektroden bezeichnet werden) in der Größenordnung von einigen Mikrometern
anzuordnen.
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Dementsprechend
wird eine fein abgeschrägte
Stufe gebildet. Dabei wird die Breite der abgeschrägten Stufe
von der Dicke der Elektroden und den Formen der verschiedenen Arten
von Schichten, die auf den Elektroden gebildet werden bestimmt, üblicherweise
beträgt
sie mehr als 0,1 Mikrometer. Auf der obersten Schicht dieser Schichten
wird eine hochmolekulare Schicht wie aus einem Polyimid als Ausrichtungsschicht
(sie wird als Orientierungsschicht bezeichnet) gebildet. In der
herkömmlichen Massenproduktion
wird die Oberfläche
dieser Orientierungsschicht gerieben und ein Vermögen zur
Ausrichtung der Flüssigkristalle
mitgeteilt. Weiterhin wird das zum Reiben verwendete Tuch durch
Bindung schmaler Fasern mit einer Dicke von in der Größenordnung
von 10 bis 30 Mikrometern gebildet, im Wesentlichen deshalb, da
jede einzelne schmale Faser die Schehrkraft in einer festgelegten
Richtung einem lokalen Teil der Orientierungsschicht mitteilt und
eine Bearbeitung für
das Hinzufügen
des Vermögens
zur Ausrichtung der Flüssigkristalle
durchgeführt
wird. Als Fasern gibt es extrem dünne Fasern mit einem Durchmesser
von einigen Mikrometern, jedoch werden diese Faser für das Reiben
nicht in der Praxis verwendet, da Steifigkeit für das Erzeugen einer gewissen
Reibungskraft erforderlich ist. Da die Elektrodenabstände im IPS-System
etwa 10 bis 30 Mikrometer betragen und damit dieselben sind wie
der Durchmesser der zuvor beschriebenen Fasern, wird der Reibvorgang
in der Nähe
der abgeschrägten
Stufe nicht vollständig
durchgeführt,
weshalb die Ausrichtung etwas gestört wird. Die Störung der
Ausrichtung verursacht eine Verschlechterung der Bildqualität wie einen
Anstieg der Schwärzung
und eine Verschlechterung des Kontrasts entsprechend dem zuvor festgestellten
Anstieg und eine ungleichmäßige Helligkeit.
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Als
Verfahren zur Lösung
dieser Probleme ist ein Verfahren zur Abflachung der Oberfläche der
Orientierungsschicht vorgeschlagen worden, wobei jedoch das vollständige Abflachen
Störeffekte
mit sich bringt, weshalb dieses Verfahren in der Praxis nicht angewendet
wird. Das erste Problem wird von einem Phänomen verursacht, bei welchem
die Abstandshalter, die die Flüssigkristallschicht
konstant halten sollen, sich leicht bewegen. Durch Bewegung der
Abstandshalter wird die Abstandshalterverteilung homogen und die
Dicke der Flüssigkristallschicht
inhomogen, weshalb auch die Helligkeit inhomogen wird. Weiterhin
wird während
der Bewegung der Abstandshalter die Oberfläche der Orientierungsschicht
beschädigt
und eine kleine Undichtheit verursacht. Unter diesen Gesichtspunkten
ist es erforderlich, eine in einem gewissen Maße abgeschrägte Stufe zu erhalten. Weiterhin
ist es, um das Problem mit der Bewegung der Abstandshalter zu lösen, wünschenswert, die
abgeschrägte
Stufe auf einem Substrat von einem Paar davon zu bilden, wobei es
in dem Fall, in welchem die TFT-Seite abgeflacht ist, darauf zu
achten ist, dass die abgeschrägte
Stufe auf der anderen Substratseite gebildet wird. Bei einem IPS-System
ist es, um den Effekt der Schaltung in ein und derselben Ebene zu
nutzen, erforderlich, viele dünne
und schmale interdigitale Elektroden zu bilden, weshalb auf der
TFT-Seite des Substrats viele abgeschrägte Stufen gebildet werden.
Zum Ausgleichen der abgeschrägten
Stufen ist es effizient, eine hochmolekulare organische Schicht
dick aufzutragen, wenn sich jedoch die dicke Isolierschicht auf
der Elektrode gebildet hat, führt
dies zu einer Senkung der effektiven Spannung, die an die Flüssigkristalle
angelegt wird. Als Ergebnis wird die Grenzspannung hoch und verursacht
ein Problem, da es erforderlich wird, eine Steuerung mit einem hohen
Druckwiderstand zu verwenden, weshalb der Stromverbrauch hoch wird.
Es ist realistisch, die Isolationsschicht mit einer geeigneten Dicke
auf der TFT-Seite des Substrats zu bilden und eine ordnungsgemäß abgeschrägte Stufe
zu erhalten. Wie in 1 gezeigt, ist es erforderlich,
ein Verhältnis
a/d von Dicke der Flüssigkristallschicht
d zu abgeschrägter
Stufe a von mindestens mehr als 0,02 zu bilden. Insbesondere ist
es beispielsweise, um einen großformatigen
Bildschirm mit einer Diagonalen von über 18 Zoll zu steuern und
eine Verschlechterung der Spannungswellenform von einem Steuerungs-LSI zu verhindern,
erforderlich, den Widerstand der Elektrode zu senken, weshalb die
Elektrode notwendigerweise dick auszubilden ist. Bei dem großformatigen
Bildschirm bleibt notwendigerweise die abgeschrägte Stufe.
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(2) Ausrichtungswinkel
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In
einem IPS-TFT-LCD ist es im Prinzip erforderlich, eine ursprüngliche
Ausrichtungsrichtung zu realisieren, um die Richtung, in welche
sich die Elektrode erstreckt, oder durch Verschieben mit mehr als einem
konstanten Winkel von einer senkrechten Richtung der zuvor genannten
Richtung zu erzeugen. Dabei bedeutet die Elektrode eine Signaldrahtelektrode,
eine übliche
Elektrode und eine Pixelelektrode in einem Pixel. Um die ursprüngliche
Ausrichtungsrichtung durch das Reibeverfahren zu regulieren, wie
weiter oben beschrieben, ist es erforderlich, mit einer Winkelrichtung
zu reiben, die von den Fasern mit einem Durchmesser von etwa 10
bis 30 Mikrometern festgelegt wird, wobei die abgeschrägte Stufe
zwischen der Verdrahtung in der konstanten Richtung wie die Signalverdrahtungselektrode,
die übliche
Elektrode in dem Pixel und die Pixelelektrode in dem Pixel und deren
Endteile verlängert
und ein Problem verursacht wird, da die Fasern von dem Winkel der
Gestaltung in Richtung der abgeschrägten Stufe gezogen werden.
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(3) Tiefe des Schwärzungsgrades
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Als
eines der Charakteristika eines IPS-TFT-LCD lässt sich sagen, dass die Tiefe
des Schwärzungsgrades
(schwarze Anzeige) gut ist. Dementsprechend macht sich eine Störung der
Ausrichtung im Vergleich mit anderen Systemen mehr bemerkbar.
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In
dem herkömmlichen
normalerweise offenen TN-System wird die Schwärzung unter den Bedingungen
erhalten, unter welchen eine hohe Spannung angelegt worden ist.
Da unter der hohen Spannung fast alle Flüssigkristallmoleküle in der
Richtung des elektrischen Feldes vorliegen, die eine vertikale Richtung
zu der Substratseite ist, mit einer Beziehung zwischen der Anordnung
der Flüssigkristallmoleküle und der
Anordnung einer Polarisierungsplatte, kann der Schwärzungsgrad
erreicht werden. Dementsprechend ist die Einheitlichkeit des Schwärzungsgrades
im Prinzip nicht von der ursprünglichen Ausrichtung
während
der Zeit der niedrigen Spannung abhängig. Weiterhin ist, da das
menschliche Auge die Rauhigkeit der Helligkeit als ein Verhältnis erkennt
und darauf in einem logarithmischen Maßstab reagiert, es gegenüber einer
Schwankung des Schwärzungsgrades
empfindlich. Unter diesen Gesichtspunkten ist bei einem herkömmlichen
normalerweise offenen TN-System, in welchem die Flüssigkristallmoleküle zwingend
in einer Richtung bei hoher Spannung angeordnet sind, es unempfindlich
gegenüber
der ursprünglichen
Ausrichtung und befindet sich dann in einer besseren Position. Andererseits
ist es bei einem In-Plane-Switching-System, das einen Schwärzungsgrad
bei niedriger Spannung oder wenn die Spannung gleich Null ist, anzeigt,
gegenüber
einer Störung
der ursprünglichen
Ausrichtung empfindlich. Insbesondere breitet in einer Anordnung
(die als Doppelbrechungsmodus bezeichnet wird), in welcher eine
einheitliche Anordnung, in welcher die Richtung der Ausrichtung
der Flüssigkristallmoleküle parallel zueinander
auf dem oberen Substrat und dem unteren Substrat ist, gebildet wird,
und die Lichttransmissionsachse einer Polarisationsplatte parallel
zur Richtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle gebildet
wird und die der anderen Polarisationsplatte orthogonal dazu gebildet
wird, ein polarisiertes Licht, das auf die Flüssigkristallschicht fällt, als
lineares polarisiertes Licht sich ohne Störung aus. Dies ist wirkungsvoll,
um eine Tiefe des Schwärzungsgrades
zu erzeugen.
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Der
Lichttransmissionsgrad T des Doppelbrechungsmodus wird von Formel
(1) angegeben.
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T = T0·sin2{2Θ(E)}·sin2{Π·deff·Δn/λ} (1).
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Dabei
bedeuten T0 einen Koeffizienten und eine
Zahl, die hauptsächlich
vom Transmissionsgrad der im Flüssigkristallbildschirm
verwendeten Polarisationsplatte bestimmt wird, Θ (E) einen Winkel, der von
der Richtung der Ausrichtung (effektive Lichtachse der Flüssigkristallschicht)
der Flüssigkristallmoleküle und der
Transmissionsachse des Polarisationslichts aufgespannt wird, E die
Stärke
des angelegten elektrischen Feldes, deff die effektive Dicke der
Flüssigkristallschicht, Δn die Differenz
der Brechungsindizes von zwei anisotropen Schichten und λ die Lichtwellenlänge. Weiterhin
wird hierin das Produkt aus effektiver Dicke deff der Flüssigkristallschicht
mal der Differenz der Brechungsindizes Δn von zwei anisotropen Schichten,
nämlich
(deff·Δn), als Retardation bezeichnet.
Außerdem
ist die Dicke deff der Flüssigkristallschicht
nicht die Gesamtdicke der Flüssigkristallschicht,
sondern, wenn die Spannung angelegt ist, bedeutet sie die Dicke
der Flüssigkristallschicht
bei der praktischen Veränderung
der Richtung der Ausrichtung. Die Flüssigkristallmoleküle ändern in
der Nähe
einer Grenzfläche
der Flüssigkristallschicht
die Richtung der Ausrichtung aufgrund eines Verankerungseffektes
an der Grenzfläche
nicht, wenn eine Spannung angelegt wird. Dementsprechend gibt es, wenn
die Dicke der gesamten Flüssigkristallschicht, die
zwischen den Substraten angeordnet ist, mit dLC bezeichnet wird,
zwischen dieser Dicke dLC und der Dicke deff die Beziehung deff < dLC, wobei sich
diese Differenz je nach dem Flüssigkristallmaterial,
das für den
Flüssigkristallbildschirm
verwendet wird, und der Grenzfläche
für den
Kontakt der Flüssigkristallschicht,
beispielsweise der Art der Orientierungsschichtmaterialien, ändert, und
im Allgemeinen in einer Größenordnung
von 20 bis 40 nm abgeschätzt werden
kann.
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Wie
der weiter oben mitgeteilten Formel (1) zu entnehmen, ist der Term
für die
Abhängigkeit
von der elektrischen Feldstärke sin2{2Θ(E)},
wobei durch die Veränderung
des Winkels Θ in
Abhängigkeit
von der elektrischen Feldstärke
E die Helligkeit eingestellt werden kann. Wenn der Typ gebildet
worden ist, der normalerweise bei nicht angelegter Spannung geschlossen
ist, ist er, da die Polarisationsplatte so gestaltet worden ist,
dass Θ =
0, empfindlich gegen eine Störung
der Richtung der ursprünglichen
Ausrichtung.
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(4) Probleme des Photoausrichtungsverfahrens
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Wie
weiter unten erläutert
werden wird, ist es möglich,
was die Probleme (1) bis (3) betrifft, diese durch das Photoausrichtungsverfahren
anstelle des herkömmlichen
Reibeverfahrens zu lösen.
Das Photoausrichtungsverfahren wird im Großen und Ganzen in einen Photoauflösungstyp
und einen Photoreaktionstyp unterteilt. In beiden Fällen treten
bei der praktischen Durchführung
folgende Probleme auf. Um eine Verbesserung der starken Haftung
zwischen dem Material der Orientierungsschicht und dem Substrat
zu erreichen, ist es erforderlich, dass eine gewisse Dicke vorhanden
ist, wobei es jedoch in diesem Fall schwierig ist, eine Verträglichkeit
zwischen der Photoreaktion und der Transparenz zu erhalten. In dem
einen Fall wird eine schlechte Färbung
verursacht, und die Ausnutzung des Lichts und die Bildqualität werden
verschlechtert. Es ist für
eine praktische Anwendung von Bedeutung, die starke Haftung zwischen
der Orientierungsschicht und dem Substrat sicherzustellen, wofür der Erfolg
oder der Misserfolg der Photoausrichtung wesentlich ist.
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Weiterhin
ist es, wie weiter oben erwähnt,
um die Photoausrichtung auf das Substrat mit einer abgeschrägten Stufe
anzuwenden, erforderlich, folgende Punkte zu beachten. Im Photoausrichtungsverfahren,
das eine gesamte Seite der Orientierungsschicht betrifft, hat das
Licht das Vermögen,
eine Oberfläche umzuformen,
beispielsweise, wenn mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, wobei
es in diesem Fall, da das Licht von der abgeschrägten Stufe reflektiert wird,
erforderlich ist, den Lichtweg zu beachten. Dabei ist es wünschenswert,
eine modulierte und geneigte, sich verjüngende Struktur als abgeschrägte Stufe
zu haben. Wenn das Verhältnis
von a/b des in 1 gezeigten Parameters kleiner
als 1 (der Neigungswinkel ist kleiner als 45 Grad) ist, erreicht
das an dem sich verjüngenden
Bereich reflektierte Licht keinen Pixelteil, weshalb es keinen Ausrichtungsfehler
verursacht.
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Entsprechend
Dokument
JP 09 101 538 wird ein
Flüssigkristalldisplay
mit aktiver Matrix bereitgestellt, in welchem die Bildqualität durch
eine derartige Bildung einer Flüssigkristallschicht
verbessert wird, dass diese Schicht die ursprünglichen Ausrichtungen der
Flüssigkristallmoleküle in zwei
Richtungen innerhalb eines Pixels besitzt.
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Beschreibung
der Erfindung
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Deshalb
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere eine großformatige
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
bereitzustellen, in welcher das Problem, dass die Herstellungstoleranzen
in einer Ausrichtungsbearbeitung eng sind, das ein weiter oben beschriebenes
spezifisches Problem bei IPS-TFT-LCDs ist, gelöst, eine hohe Bildqualität, bei welcher
der Kontrast erhöht
ist, erhalten und die Entstehung einer Anzeigestörung aufgrund der Schwankung
der ursprünglichen
Ausrichtungsrichtung verringert werden kann.
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Die
Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sind aus dem Dokument
JP 09 101 538 bekannt.
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Die
erfindungsgemäßen Merkmale
sind im Patentanspruch 1 definiert.
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Erfindungsgemäß können bei
Bildung der Orientierungsschicht des Bildschirms mit der abgeschrägten Stufenstruktur
die Herstellungstoleranzen erweitert werden, und als Ergebnis ist
es möglich, eine
großformatige
Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereitzustellen,
in welcher die ursprüngliche
Ausrichtungsrichtung homogen gebildet wird und ein Bild mit hoher
Qualität
erhalten werden kann. Im herkömmlichen
Reibeverfahren funktioniert der Endbereich der abgeschrägten Stufe
als Führung
für die
Fasern des zum Reiben verwendeten Tuchs, werden die Fasern in die
Verlaufsrichtung der abgeschrägten
Stufe gezogen und erreichen die Ecken der abgeschrägten Stufe
nicht, weshalb es unmöglich
ist, die Ausrichtung durchzuführen
und Ausrichtungsfehler auftreten. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß, da das
Vermögen
zur Ausrichtung von dem polarisierten Licht beigetragen wird, kann
unabhängig
von den Formen das polarisierte Licht mit der konstanten Richtung
die kleinsten Bereiche bestrahlen, als Ergebnis die Richtung der
Flüssigkristallausrichtung homogen
gebildet. Weiterhin kann die Struktur mit der abgeschrägten Stufe
auf der Substratseite mit der Elektrodengruppe oder auf der Seite
des anderen Substrats, auf welcher üblicherweise der Farbfilter gebildet
wird, gebildet werden. Insbesondere wird, wenn die schwarze Matrix,
die am Rand des Farbfilters aus einem Harz und schwarzen Anstrichstoffen gebildet
wird, um diesen schwarzen Matrixbereich dicker als den Pixelbereich
zu machen, in welchem das Licht hindurchgelassen wird, die abgeschrägte Stufe leicht
ausgebildet und kann die vorliegende Erfindung effizient realisiert
werden. Umgekehrt wird, wenn die schwarze Matrix aus einer dünnen Metallschicht
wie aus Chrom hergestellt wird, der schwarze Matrixbereich relativ
dünn. Auch
in diesem Fall kann die Erfindung effizient realisiert werden. Weiterhin kann
bei IPS-Flüssigkristallen,
wie aus Formel (1) ersichtlich ist, da die Dicke deff der Flüssigkristallschicht
bei gegebenem maximalem Transmissionsgrad bei jeder Wellenform λ des Lichts
anders ist, und da die abgeschrägte
Stufe in einem Fall gebildet wird, wenn die Flüssigkristalldicke deff bei
jeder Farbe des Farbfilters verändert
wird, die Erfindung effizient realisiert werden. Ferner kann, wenn
der dielektrische Anteil von zwei anisotropen Schichten positiv
ist, und der Winkel, der von der Richtung der Ausrichtung bei nicht
an die Orientierungsschicht angelegtem elektrischem Feld und der
Richtung des elektrischen Feldes aufgespannt wird, 45 bis 88 Grad
beträgt,
und wenn der dielektrische Anteil von zwei anisotropen Schichten
negativ ist und der Winkel, der von der Richtung der Ausrichtung
des nicht an die Orientierungsschicht angelegten elektrischen Feldes
und der Richtung des elektrischen Feldes 2 bis 45 Grad beträgt, die
Erfindung effizient realisiert werden.
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Des
Weiteren ist es erfindungsgemäß bei einer
in ein und derselben Ebene schaltbaren Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit aktiver Matrix, in welcher zwischen einem Paar aus Substraten,
wovon mindestens eines transparent ist, eine Flüssigkristallschicht eingeschlossen
ist, effizient, wenn Abstandshalter mit regelmäßigen Eigenschaften an dem
nicht transparenten Bereich der Pixel anstelle dispergierter Abstandshalter
gebildet werden. Diese Abstandshalter mit regelmäßigen Eigenschaften können beispielsweise
gemäß einem
photolithographischen Verfahren gebildet werden. Natürlich ist
es, da Abstandshalter vorhanden sind, erforderlich, eine abgeschrägte Stufe
mit den größeren Abmessungen
in der Größenordnung
von 2 bis 5 Mikrometer zu bilden, weshalb es schwierig ist, das
Reibeverfahren anzuwenden.
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Weiterhin
ist es insbesondere erforderlich, die Probleme der starken Haftung
zwischen der Photoreaktionsorientierungsschicht und dem Substrat und
die Farbkennwerte zu beachten. Diese Probleme lassen sich lösen durch
eine transparente, hochmolekulare organische Schicht mit einer Dicke,
die größer als
diejenige der Orientierungsschicht ist, zwischen dieser und dem
Substrat. Dabei ist es wün schenswert,
0,2 bis 3 Mikrometer als Dicke der transparenten, hochmolekularen
organischen Schicht und 0,01 bis 0,1 Mikrometer als Dicke der Orientierungsschicht
zu haben. Die starke Haftung wird weiter verstärkt durch Hinzufügen eines
Haftungsverstärkers zur
Verstärkung
der starken Haftung der Substratseite und der Orientierungsschicht
an der hochmolekularen organischen Schicht. Da die hochmolekulare organische
Schicht eine gewisse Dicke hat, wird eine Verschlechterung verringert,
die beispielsweise von einer Temperaturänderung verursacht wird. Darüber hinaus
ist es wünschenswert,
wenn sowohl die Orientierungsschicht als auch die transparente,
hochmolekulare organische Schicht aus Polyimid hergestellt wird,
da, wenn sie dieselben Materialien sind, die starke Haftung weiter
erhöht
werden kann. Wenn die transparente, hochmolekulare organische Schicht aus
einem amorphen Material hergestellt wird, können, da die gesamte Schichtseite
homogen ist, eine Verschlechterung verringert und die starke Haftung erhöht werden.
Außerdem
wird, um die transparente, hochmolekulare organische Schicht dick
auszubilden, Polyamidsäure
mit einer Konzentration von mehr als 8 aufgetragen, wonach es wünschenswert ist,
die Temperatur zu erhöhen,
wobei die Imidisierung in gewissem Umfang stattfindet, und die Orientierungsschicht
dünn auszubilden,
und nachdem lösliches
Polyimid oder lösliche
Polyamidsäure
aufgebracht worden ist, ist es wünschenswert,
die Temperatur zu erhöhen,
wobei das Lösungsmittel
verdampft. Bei Polyamidsäure
ist es wünschenswert,
die Temperatur zu erhöhen,
wobei die Imidisierung stattfindet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, die eine Isolationsschicht, eine transparente, hochmolekulare
organische Schicht und eine Orientierungsschicht zeigt, in welcher
ein Teil des schematischen Querschnitts von 2 vergrößert worden
ist.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch eine Zelle einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
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3 zeigt
einen Winkel, der von der jeweiligen Ausrichtung der Längsachse
eines Flüssigkristallmoleküls nach
der Richtung des elektrischen Feldes und einer jeweiligen Lichttransmissionsachse der
Polarisationsplatte aufgespannt wird.
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4 ist eine schematische Ansicht, die das Betriebsprinzip
der Flüssigkristall
in einer In-Plane-Switching-Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zeigt.
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5 ist eine schematische Ansicht, die eine Draufsicht
und einen Querschnitt einer Anordnung einer Elektrodengruppe eines
in Ausführungsform
1 veranschaulichten Pixeleinheitbereichs, eine Isolationsschicht
und eine Orientierungsschicht zeigt.
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6 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für eine
Schaltung in einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zeigt.
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7 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel einer optischen Struktur einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zeigt.
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8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur,
in welcher eine erfindungsgemäße abgeschrägte Stufe
auf der Farbfilterseite vorgesehen ist, zeigt.
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9 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel
einer Struktur zeigt, in welcher eine erfindungsgemäße abgeschrägte Stufe
auf der Farbfilterseite vorgesehen ist.
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10 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, in welcher
Abstandshalter ausgebildet worden sind, um Regelmäßigkeit
an einem nicht-transparenten Teil eines Pixels zu erreichen.
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Beste Ausführungsformen
der Erfindung
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Anschließend wird
die konkrete Konstruktion von Ausführungsformen erläutert.
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[Ausführungsform 1]
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In 2 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine Zelle einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
dieser Ausführungsform
gezeigt. Zwischen einem Paar transparenter Substrate 1, 1' ist eine Flüssigkristallschicht 32 eingeschlossen,
die aus mehreren Verbindungen besteht. In 2 ist sie
durch stäbchenförmige Flüssigkristallmoleküle 5 schematisch
dargestellt. Auf den Außenseiten
des Paars aus Substraten 1, 1' sind Polarisationsplatten 9, 9' angeordnet.
Auf einer Seite der Zelleninnenseite des Substrates 1 sind
streifenförmige
Elektroden 2, 3 ausgebildet, auf welchen eine
Isolationsschicht 4 ausgebildet ist, auf welcher die Orientierungsschicht 8 gebildet
ist. Die Elektrode 2 ist eine übliche Elektrode, an welche
eine Spannung mit konstanter Wellenform angelegt wird, die nicht
von einem Bildsignal abhängig
ist, und Elektrode 3 ist eine Pixelelektrode, bei welcher
sich die Wellenform in Abhängigkeit
vom Bildsignal ändert.
Weiterhin ist auf derselben Höhe wie
die Pixelelektrode 3 eine Bildsignalelektrode 10 angeordnet.
Die Dicke von Pixelelektrode 3 und Bildsignalelektrode 10 beträgt jeweils
0,2 Mikrometer. Die Isolationsschicht 4 umfasst zwei Schichten,
wobei jede der Schichten aus einer Siliconnitridschicht besteht,
deren Dicke jeweils 0,4 Mikrometer beträgt. Auf dem anderen Substrat
ist ein Farbfilter 5 für
die Farbanzeige ausgebildet.
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1 ist
eine schematische Ansicht, in welcher die Schichtgestaltung am Rand
der in 2 dargestellten Elektrodengruppe im Detail gezeigt
ist. Auf der Isolationsschicht 4, welche die Elektroden 3, 10 bedeckt,
ist eine transparente, hochmolekulare organische Schicht 7 aufgebracht
und auf dieser ist die Orientierungsschicht 8 aufgebracht
worden. Die Dicke der transparenten, hochmolekularen organischen
Schicht und der Orientierungsschicht beträgt 0,2 Mikrometer bzw. 0,03
Mikrometer. Die Höhe
der abgeschrägten
Stufe a beträgt
0,25 Mikrometer. Weiterhin beträgt
die Breite des sich verjüngenden
Teils 0.35 Mikrometer und das Verhältnis von a/b 0,71. Die Dicke
d der Flüssigkristallschicht
beträgt
4,0 Mikrometer und das Verhältnis
von a/d 0,0625.
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Als
transparente, hochmolekulare organische Schicht wurde die Polyamidsäure-Lösung PIQ-1800,
hergestellt von Hitachi Chemical Company Ltd., welche die amorphe
Schicht mit der Konzentration von 8,5% ist, aufgebracht, wonach
das Lösungsmittel
durch 10 Minuten langes Erhitzen auf eine Temperatur auf 150°C verdampft
und die Polyamidsäure-Lösung, die
eine Vorstufe der Orientierungsschicht 8 war und eine Konzentration
von 3% hatte, aufgebracht wurde. Der von der Hitachi Chemical Company
Ltd. hergestellten Polyamidsäure-Lösung wurde
als Haftverstärkungsmittel
2 Gew.-% γ-Aminopropyltriethoxysilan
zugesetzt. Das Haftverstärkungsmittel
zur Verstärkung
der guten Haftung ist nicht darauf beschränkt, es können auch folgende Materialien
verwendet werden. Beispielsweise können 4-Aminophenoxydimethyldimarthyvinylsilan, Aminomethyltrimethylsilan,
2-Aminopropyldimethylethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylethoxysilan, Methyltris(2-aminoethoxy)silan
und 3-Aminopropyldiethoxymethylsilan verwendet werden. Danach wurde eine
30-minütige
Aushärtung
bei 200°C
und die Imidisierung durchgeführt.
Die Vorstufe der Orientierungsschicht 8 war Polyamidsäure, die
der Polyimidvorläufer
ist, und als Monomerkomponente wurde eine Diaminverbindung mit der
chemischen Formel 1, einschließlich
beispielsweise Diazobenzolgruppen und 4,4'-Diaminodiphenylmethan, mit gleichem
Molverhältnis
und als Dianhydridverbindungen Pyromellinsäuredianhydrid und 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäuredianhydride
verwendet, aus welchen Polyamidsäure
besteht.
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Weiterhin
wurden in dieser Ausführungsform Azobenzolgruppen,
wie im US-Patent Nr. 4 974 941 beschrieben, eingeführt und
ein Photoisomerisationsvermögen
verliehen, wobei dies jedoch nicht darauf beschränkt ist, sondern auch eine
Substanz mit Photoisomerisationsvermögen verwendet werden kann und
die Flüssigkristallausrichtung
gesteuert wird. Beispielsweise kann die Stilbengruppe verwendet
werden. In dieser Ausführungsform
wurde, nachdem die zwei Polyimidvorläuferschichten gebildet worden
waren, die Imidisierung während
des Aushärtens
in der Wärme
durchgeführt.
Danach wurden hochmolekulare Kügelchen,
die in Methanol dispergiert waren und einen Durchmesser von 4,2
Mikrometer hatten, in der Lösung
dispergiert. Da das Dispersionsmittel Alkohol war, konnte er innerhalb
einer Minute verdampft werden, wonach ausschließlich die Abstandshalterkügelchen
zurückblieben.
Die Dispersionsdichte betrug etwa 100 Stück pro 1 mm2.
Danach wurden das obere und das untere Substrat übereinander angeordnet und
zu einer leeren Zelle am Umfang durch eine Dichtung miteinander
verbunden.
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Danach
wurde von einer Hochdruckquecksilberlampe mit einem Wellenlängenpeak
von 436 nm als Lichtquelle polarisiertes Licht von außen auf
die Zelle durch eine Polarisationsfolie geschickt, die Licht mit
einer Wellenlänge
von 400 nm hindurchließ. Die
Energiefluenz betrug etwa 2 J/cm2. Danach
wurde die Flüssigkristallzusammensetzung
unter Raumtemperatur eingekapselt, und nachdem ein 10-minütiges Aushärten bei
100°C durchgeführt worden
war, wurde die Ausrichtung der Flüssigkristalle in einer im Wesentlichen
vertikalen Richtung zur Polarisationsrichtung der Lichtstrahlung
erhalten. Zur Längsachse der
Flüssigkristallmoleküle bei der
erhaltenen Ausrichtung beträgt
der in 3 definierte Winkel ΦLC 75 Grad. Wie weiter oben
festgestellt, kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer Dicke d der Flüssigkristallschicht
von 4,0 μm
erhalten werden. Die Flüssigkristalle
bestehen aus nematischen Flüssigkristallen,
bei welchen der dielektrische Kennwert von zwei anisotropen Schichten
positiv ist. Der Wert von ΔE
beträgt
10,2 und das aeolotrope Brechungsverhältnis Δn 0,073.
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In 4 ist das Schaltprinzip der Flüssigkristallmoleküle in dem
mit den zuvor beschriebenen erhaltenen Bildschirm gezeigt. In dieser
Ausführungsform
beträgt
für die
Flüssigkristallmoleküle 6 in
der Zeit, in welcher kein elektrisches Feld angelegt ist, der Winkel
zu der vertikalen Richtung zur Längsrichtung
der streifenförmigen
Elektrode ΦLC
= 75 Grad, wenn jedoch der dielektrische Anteil der zwei anisotropen
Schichten positiv ist, kann er 45 Grad ≤ ΦLC < 90 Grad betragen. Die in 4 gezeigte Flüssigkristallzusammensetzung
kann gebildet werden, wenn der dielektrische Anteil der zwei anisotropen Schichten
negativ ist. In diesem Fall beträgt
die ursprüngliche
Ausrichtung 0 Grad ≤ ΦLC < 45 Grad zur vertikalen
Richtung der streifenförmigen
Elektrode. In 4 ist die Richtung 11 der
Ausrichtung durch einen Pfeil dargestellt. Als Nächstes wurde, wie in 4(b), (d) gezeigt, an die Elektroden 2, 3 das
elektrische Feld 13 angelegt, um die Richtung des elektrischen
Feldes 13 zur molekularen Längsachse parallel zu den Flüssigkristallmolekülen 6 auszurichten, welche
die Richtung ändern.
Innerhalb dieses Zeitraums änderte
sich Θ in
Formel (1) als Reaktion auf die elektrische Feldstärke E, wonach
sich auch der Transmissionsgrad änderte.
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In
dieser Ausführungsform,
da ein Anzeigesystem mit Doppelbrechungsmodus verwendet wurde, waren
die Flüssigkristalle
zwischen den orthogonalen Polarisationsplatten eingeschlossen. Um
den normalerweise offenen Typ zu erhalten, der eine dunkle Anzeige
bei niedriger Spannung aufweist, wurde die Polarisationstransmissionsachse
einer Polarisationsplatte orthogonal zu der ursprünglichen Richtung
der Ausrichtung ausgebildet. Die beobachtete Transmissionslichtstärke wird
von Formel (1) bestimmt.
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In 5 ist eine erfindungsgemäße Anordnung
von Elektrodengruppe, Isolationsschicht und Orientierungsschicht
in der Pixeleinheit gezeigt. 5(a) ist
eine Vorderansicht von der vertikalen Richtung auf die Bildschirmvorderseite, 5(b), (c) sind Ansichten, die einen Querschnitt
durch die Seitenansicht zeigen.
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In 6 ist
eine Schaltung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
gezeigt. Die Vorrichtung besteht aus einem vertikalen Abtastsignalstromkreis 17,
einem Bildsignalstromkreis 18, einem üblichen Elektrodensteuerstromkreis 19,
einer Stromquelle und einer Steuerung 20, wobei jedoch
die Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist.
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In 7 ist
eine optische Struktur in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
gezeigt. Auf der Rückseite
des Flüssigkristallbildschirms 27 ist
eine Rücklichteinheit 26 vorgesehen,
die aus einer Lichtquelle 21, einer Lichtabdeckung 22,
einem lichtleitenden Körper 23 und
einem Diffuser 24 besteht. Zur Erhöhung der Helligkeit auf der
Vorderseite ist eine Prismenschicht 25 vorgesehen, wobei
jedoch diese Schicht nicht weiter erläutert zu werden braucht. Vorzugsweise
kann diese Schicht durch Verringerung der Abhängigkeit der Helligkeit vom
Blickwinkel weggelassen werden.
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Mit
der bisher beschriebenen Struktur wurde ein IPS-TFT-LCD mit einer
Diagonale von 13,3 Zoll und einer Pixelzahl von 1024 × RGB × 768 zu
Versuchszwecken hergestellt, dessen Kontrast mehr als 300 betrug
und sich über
die gesamte Seite erstreckte, wodurch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit
einer guten Anzeigehomogenität
erhalten werden konnte.
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[Vergleichsbeispiel]
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Dieses
Beispiel unterscheidet sich lediglich dadurch, dass anstelle des
Photoausrichtungsverfahrens als Photoausrichtungssteuerverfahren
in der Ausführungsform
1 das Reibeverfahren angewendet wurde. Als Monomerkomponente wurde
die Diaminverbindung 4,4,-Diamindiphenylmethan
verwendet, wobei jedoch das Material mit dem Photoreaktionsvermögen nicht
verwendet wurde.
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Bei
dieser Struktur wurde, wenn ein IPS-TFT-LCD mit derselben Größe wie für Ausführungsform
1 hergestellt wurde, ein Lichtverlust, der mit der Störung der
Ausrichtung einherging, an der abgeschrägten Stufe beobachtet. Als
Ergebnis wurde eine Inhomogenität
des Kontrasts beobachtet, unten betrug er 80 und oben blieb er bei
etwa 180.
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[Ausführungsform 2]
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Gegenüber Ausführungsform
1 unterscheidet sie sich durch folgende Punkte.
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Dem
Substrat, das gegenüber
dem Substrat mit der Elektrodengruppe angeordnet wurde, wurde eine
Struktur mit abgeschrägten
Stufen verliehen. Weiterhin wurde auf diesem gegenüberliegenden Substrat
der Farbfilter ausgebildet, und an den Grenzen der drei Grundfarben
Rot (R), Gelb (Y) und Blau (B) wurde die schwarze Matrix gebildet,
die ein Gemisch aus Harz und einem schwarzen Anstrichstoff war.
Die Struktur ist in 8 gezeigt. Die
Dicke der schwarzen Matrix ist größer als alle des Bereichs des Grundfarbenfilters.
Auf der schwarzen Matrix und dem Grundfarbenfilterbereich wurden, ähnlich wie auf
der Seite des Substrats mit den Elektroden in Ausführungsform
1, die Orientierungsschicht 8, die den Flüssigkristallen
das Ausrichtungsvermögen
verleiht, und die transparente, hochmolekulare organische Schicht 7 für die Bestrahlung
mit dem polarisierten Licht aufgebracht. Weiterhin wurde, wie in
Formel (1) erläutert,
da die Dicke der Flüssigkristallschicht für einen
gegebenen maximalen Transmissionsgrad sich bei jeder Farbe unterscheidet,
in dieser Ausführungsform,
um die Flüssigkristallschicht
des blauen Pixels dünn
zu machen, welcher Licht mit einer kurzen Wellenlänge nutzt,
die Dicke des Farbfilters mit 0,02 Mikrometern dick ausgebildet.
In diesem Fall beträgt
die Höhe
der abgeschrägten
Stufe a an der Oberfläche
der Orientierungsschicht 8 höchstens 0,5 Mikrometer. Die
Breite b des sich verjüngenden
Teils beträgt
0,6 Mikrometer und das Verhältnis
von a/b 0,83. Die Dicke d der Flüssigkristallschicht
beträgt 3,3
Mikrometer und das Verhältnis
von a/d 0,15.
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Mit
dieser Struktur wurde ähnlich
wie weiter oben ein IPS-TFT-LCD mit einer Diagonale von 13,3 Zoll
und einer Pixelanzahl von 1024 × RGB × 768 für Versuchszwecke
hergestellt, wobei der Kontrast mehr als 300 über der gesamten Seite betrug
und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer guten Anzeigehomogenität
erhalten werden konnte.
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[Ausführungsform 3]
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In
Ausführungsform
2 war die schwarze Matrix dicker als der Grundfarbenfilterteil,
in dieser Ausführungsform
wurde jedoch der schwarze Matrixteil so ausgebildet, dass er am
dünnsten
war. Alle anderen Punkte waren wie in Ausführungsform 2. Als Material
für die
schwarze Matrix wurde eine dreischichtige Chrombeschichtung mit
geringer Reflexion verwendet. Die Höhe der abgeschrägten Stufe
a an der Oberfläche
der Orientierungsschicht 8 betrug maximal 0,15. Die Breite
b des sich verjüngenden
Teils betrug 0,8 und das Verhältnis
von a/b 0,19. Die Dicke d der Flüssigkristallschicht
betrug 4,2 Mikrometer und das Verhältnis von a/d 0,036.
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Mit
dieser Struktur wurde ähnlich
wie weiter oben ein IPS-TFT-LCD mit einer Diagonale von 13,3 Zoll
und einer Pixelanzahl von 1024 × RGB × 768 für Versuchszwecke
hergestellt, wobei der Kontrast mehr als 300 über der gesamten Seite betrug
und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer guten Anzeigehomogenität
erhalten werden konnte.
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[Ausführungsform 4]
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In
den Ausführungsformen
1 bis 3 wurden als Abstandshalter hochmolekulare Kügelchen
durch Dispergieren erhalten, in dieser Ausführungsform jedoch entsprechend
dem photolithographischen Verfahren auf der schwarzen Matrix regelmäßige Säulen mit
einer Höhe
von 2,9 Mikrometern. Die maximale Höhe der abgeschrägten Stufe
a des Pixelbereichs betrug 0,15 Mikrometer. Die Breite b des sich
verjüngenden
Teils betrug 0,20 Mikrometer und das Verhältnis von a/b 0,75. Die Dicke
d der Flüssigkristallschicht
betrug 2,9, was dasselbe wie die Höhe der Säulen war, und das Verhältnis von
a/b 0,052.
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Mit
dieser Struktur wurde ähnlich
wie weiter oben ein IPS-TFT-LCD mit einer Diagonalen von 13,3 Zoll
und einer Pixelanzahl von 1024 × RGB × 768 für Versuchszwecke
hergestellt, wobei das Kontrast mehr als 300 über der gesamten Seite betrug
und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer guten Anzeigehomogenität
erhalten werden konnte.
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Erfindungsgemäß wurde
das Problem der engen Herstellungstoleranzen der Ausrichtungsbearbeitung,
die ein spezifisches Problem von IPS-TFT-LCD sind, bei welchen das
elektrische Feld in einer zum Substrat im Wesentlichen parallelen Richtung
angelegt wird und die Flüssigkristalle
betätigt
werden, gelöst.
Weiterhin ist es möglich,
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit hoher Bildqualität
bereitzustellen, in welcher das Auftreten von Anzeigefehlern aufgrund
der Schwankung der ursprünglichen
Ausrichtungsrichtung verringert werden kann. Dementsprechend ist
es insbesondere möglich,
eine großformatige
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit hoher Bildqualität
für praktische
Verwendungen bereitzustellen.
