DE69919451T2

DE69919451T2 - Flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69919451T2
Application number: DE69919451T
Authority: DE
Inventors: Shinjiro Okada; Koichi Sato; Akira Tsuboyama; Hidemasa Mizutani; Hirohide Munakata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: EP0964289A1; US6221444B1; KR100352413B1; EP0964289B1; DE69919451D1; KR20000006065A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung, die als Display für Personalcomputer etc. verwendet wird.
In den letzten Jahren sind häufig Flüssigkristallvorrichtungen verwendet werden, und die meisten davon sind Flüssigkristallvorrichtungen vom TN-Modus (verdreht-nematisch), wobei eine Flüssigkristallzelle verwendet wird, die ein Paar aus Substraten, die Ausrichtungsfilme mit Reibrichtungen, die um 90°C voneinander abweichen, aufweisen, und einen nematischen Flüssigkristall zwischen den Substraten angeordnet umfasst. Es ist ebenfalls eine Flüssigkristallvorrichtung bekannt, worin ein nematischer Flüssigkristall in gespreizter Ausrichtung zwischen einem Paar von Substraten, die Ausrichtungsfilme mit identischen Reibrichtungen aufweisen, angeordnet ist. Außerdem wurde ein Zelltyp (Π-Zelle), worin der oben erwähnte Flüssigkristall, der in gespreizter Ausrichtung angeordnet ist, wieder in eine gekrümmte Ausrichtung durch Anlegen einer Spannung daran ausgerichtet wird, um so eine bessere Antwortgeschwindigkeit zu erreichen, von P.J. Bos, et al 1983 beschrieben. Des weiteren wurde ein System (OCB-Zelle), worin diese Zelle mit gekrümmter Ausrichtung mit einer Phasenkompensation kombiniert ist, um eine verbesserte Sichtwinkeleigenschaft zu erreichen, von Uchida, et al., 1992 beschrieben.
Diese nematische Flüssigkristallvorrichtung vom Krümmungsausrichtungstyp hat zum Ziel, das Rückflussphänomen in Reaktion auf den Flüssigkristall zu unterdrücken, um ein verbessertes Hochgeschwindigkeitsreaktionsvermögen zu schaffen, allerdings gab es verschiedene Probleme bei der Kommerzialisierung.
Eines dieser Probleme besteht darin, dass eine Behandlung mit einem elektrischen Feld erforderlich ist, um die gespreizte Ausrichtung in die gekrümmte Ausrichtung umzuwandeln. Die gespreizt-gekrümmt-Ausrichtungstransformation ist nicht kontinuierlich, und es befindet sich eine Disklination zwischen den beiden Ausrichtungszuständen, so dass ein Verfahren mit einer Keimbildung und ihrem Wachstum notwendig ist. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, die Keimbildung in allen Bereichen zu bewirken, und die Steuerung der Keimbildungsschwelle ist schwierig, so dass die Anlegung einer hohen Spannung für die Behandlung mit dem elektrischen Feld erforderlich ist. Außerdem ist die Geschwindigkeit des Wachstums der Bereiche mit gekrümmter Ausrichtung, die durch Keimbildung gebildet werden, bei Anlegung einer höheren Spannung größer, und es ist ein Zeitraum von einigen Sekunden bis einigen Minuten bei niedriger Spannung erforderlich. Ein anderes Problem besteht darin, dass in einer gegebenen Matrix strukturierte Zellen der gekrümmte Bereich nicht ohne weiteres zwischen den Pixelelektroden wächst. Verschiedene Studien sind durchgeführt worden, im Hinblick auf die Art und Weise der Anlegung einer Spannung in aktiven Zellen vom Matrixtyp unter Verwendung von TFTs (Dünnfilmtransistoren). (z. B. IBM, IDW 1996, S. 133, "Initialization of Optically Compensated Bend-mode LCDs", und japanische veröffentlichte Patentanmeldung JP-A 9-185032). Ein weiteres Problem besteht darin, dass die gekrümmte Ausrichtung in die gespreizte Ausrichtung zurückgeht, wenn die Krümmungsspannung entfernt wird, so dass eine erneute Krümmungsbehandlung für die Wiederverwendung erforderlich ist.
Ein Typ einer Zelle (Π-Zelle) mit einem Pretiltwinkel von 50 bis 51 Grad wurde von P. J. Bos, et al., bei SID in 1998 als eine Zelle beschrieben, die vor der Verwendung keine Krümmungsbehandlung erfordert. Eine Zelle mit gekrümmter Ausrichtung mit einem großen Pretiltwinkel vom Anfangsstadium der Zellbildung wurde ebenfalls von einer Gruppe von Kogakuin Universität Japan, 5th Liquid Crystal Forum im Jahr 1979 (Vordruck S. 166-) und ebenfalls in der JP-A 55-142316 beschrieben.
Allerdings sind die Mittel zur Herstellung dieser hohen Pretiltwinkel außer für die obligatorische Verdampfung sehr instabil, so dass eine zufriedenstellende Realisierung bisher nicht erfolgreich war. Außerdem ist mindestens eine einmalige Spannungsanlegung nach der Injektion eines Flüssigkristalls in eine Flüssigkristallzelle erforderlich gewesen.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Flüssigkristallvorrichtung unter Anwendung einer gekrümmten Ausrichtung zur Verfügung zu stellen, die keine Behandlung mit einem elektrischen Feld zur Umwandlung der gespreizten Ausrichtung in die gekrümmte Ausrichtung, keine weitere Krümmungsbehandlung für die Wiederverwendung oder keine Haltespannung für die gekrümmte Ausrichtung erfordert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zellstruktur zur Verfügung zu stellen, mit der eine sta bile gekrümmte Ausrichtung bereitgestellt werden kann, eine gekrümmte Ausrichtung vom Anfangsstadium nach der Flüssigkristallinjektion realisiert werden kann oder eine Krümmungsbehandlung aus der gespreizten Ausrichtung nicht notwendig ist.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, die aufweist:
Ein Paar aus Substraten, die jeweils darauf eine Elektrode und einen Ausrichtungsfilm aufweisen und einen nematischen Flüssigkristall, der zwischen den Substraten angeordnet ist, worin der nematische Flüssigkristall ein Fluor enthaltender nematischer Flüssigkristall ist, und der Ausrichtungsfilm mit einer Ausrichtungskraft versehen ist, um die Flüssigkristallmoleküle des nematischen Flüssigkristalls in einen gekrümmten Ausrichtungszustand, ohne Anlegung einer Spannung, auszurichten, wobei eine Retardation R der Flüssigkristallvorrichtung, gemessen ohne Spannung, relativ zur inhärenten Brechungsindexanisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Zelldicke d der Flüssigkristallvorrichtung gebildet wird, was einen Retardationsfaktor R/Δn·d von höchstens 0,3 ergibt.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann der Flüssigkristall eine stabile gekrümmte Ausrichtung vom Anfangsstadium an sofort nach der Injektion des Flüssigkristalls in die Zelle annehmen, so dass es unnötig wird, eine Behandlung mit einem elektrischen Feld für die Krümmung durchzuführen oder eine Haltespannung zur Erhaltung der gekrümmten Ausrichtung anzulegen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den anliegenden Zeichnungen, ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A–1C sind schematische Querschnittsansichten, die eine Änderung des Ausrichtungszustands in einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung zeigen.
2A erläutert eine übereinander angeordnete Struktur einer Displayvorrichtung, die eine erfindungsgemäße Flüssigkristallrichtung, Phasenkompensationsplatten und Polarisatoren aufweist und
2B erläutert das Verhältnis zwischen der Reibrichtung und der Polarisationsachsen.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht für ein Pixel einer Flüssigkristallvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine schematische Aufsicht einer Displaytafel, die eine erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung und Antriebsschaltungen dafür aufweist.
5 ist ein Wellenformendiagramm, das einen Satz von Antriebswellenformen zum Betreiben der Flüssigkristallvorrichtung von 3 zeigt.
6 ist ein Graph, der die Änderung des Kontrasts in Abhängigkeit der Retardation einer Flüssigkristallvorrichtung im Dunkelzustand für eine konstante Retardation im hellen Zustand zeigt.
7 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Retardationsfaktor und dem Pretiltwinkel in einer Flüssigkristallvorrichtung im gekrümmten Ausrichtungszustand zeigt.
8A und 8B erläutern die Entwicklung einer gekrümmten Ausrichtung nach der Flüssigkristallinjektion in einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.
9 ist ein Graph, der die Änderung eines geeigneten Anteils eines Materials für einen homeotropischen Ausrichtungsfilm in einem Ausrichtungsfilmkomposit in Abhängigkeit der Dicke des Ausrichtungsfilmkomposits zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Als erstes werden einige Ausrichtungszustände in einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung mit Bezug auf die 1A–1C erklärt, die schematische Ansichten eines Bereichs in Richtung der Normalen zu den Substraten der Flüssigkristallvorrichtung sind und einen gespreizten Ausrichtungszustand (1A), einen gekrümmten Ausrichtungszustand (1B) und einen homeotropischen Ausrichtungszustand, der durch Anlegung einer Antriebsspannung V_ON an den Flüssigkristall in dem in 1B gezeigten gekrümmten Ausrichtungszustand gebildet worden ist (1C). Insbesondere erläutern die 1A–1C Änderungen der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle 2, die zwischen einem Paar von Substraten 1a und 1b, die durch Reiben in die Richtungen 3a und 3b behandelt worden sind, angeordnet sind.
Der Übergang zwischen den Zuständen der 1B und 1C ist viel schneller als der Übergang zwischen den Zuständen der 1A und 1C. Demzufolge ist ein Antrieb zwischen den Zuständen der 1B und 1C erwünscht. Bei einer konventionellen Vorrichtung nimmt der Flüssigkristall eine gespreizte Ausrichtung, wie in 1A gezeigt, im Anfangsstadium ein, und die Anlegung einer Krümmungsspannung ist erforderlich, um die in 1B gezeigte gekrümmte Ausrichtung zu erreichen. Wenn weiterhin die Krümmungsspannung, die zur Herstellung der gekrümmten Ausrichtung, wie in 1B gezeigt, angelegt wurde, entfernt wird, kommt der Flüssigkristall in die in 1A gezeigte gespreizte Ausrichtung zurück, so dass es notwendig ist, eine Haltespannung anzulegen, um die gekrümmte Ausrichtung während des Antriebs zu erhalten, und die Krümmungsbehandlung ist erneut vor der Wiederverwendung der Flüssigkristallvorrichtung erforderlich.
Mit der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung erreicht man die in 1B gezeigte gekrümmte Ausrichtung im Anfangsstadium, das heißt, ohne ein elektrisches Feld. Demzufolge kann der Antrieb ohne Krümmungsbehandlung gestartet werden, und es ist keine Haltespannung oder eine erneute Krümmungsbehandlung erforderlich.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann ein graduelles Display, das einen Halbtondisplay umfasst, zwischen den Zuständen der 1B und 1C durchgeführt werden. Die in der vorliegenden Erfindung angewandte gekrümmte Ausrichtungsform kann eine nicht-verdrehte Krümmung (nachfolgend manchmal als "NT-Krümmung" bezeichnet), worin die langen Achsen des Flüssigkristallmoleküls (Direktoren) parallel mit einer Ebene, die die Reibrichtungen 3a und 3b (oder eine Line, die einen Schnittpunktwinkel, der zwischen den Reibrichtungen, wenn dieser Schnittpunkt auftritt, gebildet ist, teilt) und eine Normale zu den Substraten umfasst, angeordnet sind, und eine verdrehte Krümmung (nachfolgend "T-Krümmung"), worin die Flüssigkristalldirektoren 2 aus der obigen NT-Krümmungsausrichtung verdreht sind und einen kleinen Winkel im Hinblick auf die oben erwähnte Ebene bilden, umfassen.
Als nächstes wird nun der Retardationsfaktor oder -verhältnis, der ebenfalls den Flüssigkristall in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung charakterisiert, beschrieben.
Konventionell bekannte Ausrichtungen eines nematischen Flüssigkristalls induzieren typischerweise eine planare Ausrichtung, die durch einen Pretiltwinkel von höchstens 7 Grad charakterisiert ist, und eine homeotropische Ausrichtung, die durch einen Pretiltwinkel von etwa 90 Grad charakterisiert ist.
Es ist berichtet worden, dass die obligatorische Verdampfung von Siliciummonoxid zu Säulen aus Siliciummonoxid bei einem Neigungswinkel von ca. 40 Grad auf einem Substrat führt, wobei eine Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle bei 30–40 Grad erfolgt. Allerdings ist es unmöglich gewesen, die nematischen Flüssigkristallmoleküle bei einem im Wesentlichen hohen Vortiltwinkel mit einer Ausrichtungstechnik unter Verwendung eines organischen Films, der einen großen Bereich effektiv behandeln kann, auszurichten. Man kann es als möglich ansehen, die gekrümmte Ausrichtung eines Flüssigkristalls zu stabilisieren, indem ein Pretiltwinkel vergrößert wird, um die elastische Energie des Flüssigkristalls in der gekrümmten Ausrichtung im Vergleich zur gespreizten Ausrichtung zu erniedrigen, während dieses von den Eigenschaften des Flüssigkristalls an sich abhängen kann, allerdings ist noch kein Verfahren entwickelt worden, um dieses zu realisieren. Des weiteren ist noch kein Verfahren entwickelt worden, um die gekrümmte Ausrichtung durch Steuerung von Parametern, die nicht dem Pretiltwinkel entsprechen, zu stabilisieren.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, eine stabile gekrümmte Ausrichtung vom Anfangsstadium der Zellherstellung durch Bereitstellung einer Zelle mit einem hohen Pretiltwinkel zu realisieren. Ein Pretiltwinkel des Flüssigkristalls in einer entsprechenden Flüssigkristallvorrichtung kann bestimmt werden, indem eine Testflüssigkristallvorrichtung mit einer Organisation, die identisch zu derjenigen der entsprechenden Flüssigkristallvorrichtung ist, hergestellt wird, mit der Ausnahme, dass die Reibrichtungen für das Paar der Substrate in antiparallele Richtungen, das heißt parallel, allerdings in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen, geändert werden, wobei dann die Retardation der Testflüssigkristallvorrichtung mit einem Berek-Kompensator gemessen wird.
Andererseits kann die Retardation der jeweiligen Flüssigkristallvorrichtung, deren Pretiltwinkel gemessen wird, gemessen werden, um einen Retardationsfaktor zu bestimmen, aus dem der Pretiltwinkel und die Frage, ob sich eine gekrümmte Ausrichtung bildet oder nicht, bestimmt werden kann. Demzufolge wird in der vorliegenden Erfindung die Organisation einer Flüssigkristallvorrichtung auf der Basis des Retardationsfaktors bestimmt. Der Retardationsfaktor wird als R/Δn·d bestimmt, worin R der Retardationswert (nm), gemessen unter Verwendung eines Berek-Kompensators in einem Ausrichtungszustand, der in einer Flüssigkristallvorrichtung hergestellt ist, ohne Spannung, bedeutet, Δn die Brechungsindexanisotropie, gemessen als inhärente Eigenschaft des verwendeten Flüssigkristalls bedeutet und d die Zelldicke (das heißt, die Flüssigkristallschichtdicke) in der Flüssigkristallvorrichtung bedeutet.
7 zeigt ein Beispiel für das Verhältnis zwischen der Retardation und dem Pretiltwinkel eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristalls, der sich in einem gekrümmten Ausrichtungszustand befindet. Der Retardationsfaktor einer Flüssigkristallvorrichtung in einem gekrümmten Ausrichtungszustand variiert in der Nähe der in 7 gezeigten Kurve, während er sich etwas in Abhängigkeit des verwendeten Flüssigkristallmaterials ändert. Andererseits ist der Retardationsfaktor in einem gespreizten Ausrichtungszustand viel größer als durch die in 7 gezeigte Kurve dargestellt ist. Demzufolge ist es möglich, anzunehmen, dass eine Flüssigkristallvorrichtung, die einen Retardationsfaktor von 0,3 oder kleiner zeigt, in einer gekrümmten Ausrichtung vorzufinden ist, während eine Flüssigkristallvorrichtung, die einen größeren Retardationsfaktor zeigt, wohl eine gespreizte Ausrichtung annehmen kann. Bei einem größeren Retardationsfaktor zeigt weiterhin eine Flüssigkristallvorrichtung nur einen kleinen Pretiltwinkel, selbst wenn sie in einer gekrümmten Ausrichtung vorliegt, so dass man keine ge krümmte Ausrichtung, ohne elektrisches Feld, angenommen werden kann. Bei einem Retardationsfaktor von 0,3 oder darunter kann ein hoher Pretiltwinkel von mindestens 25 Grad für einen Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristall angenommen werden, was eine gekrümmte Ausrichtung wie im Anfangsstadium ermöglicht.
Auf der Basis der obigen Feststellung ist es erfindungsgemäß möglich geworden, eine Flüssigkristallvorrichtung zu realisieren, die eine gekrümmte Ausrichtung wie im Anfangszustand durch Einschränkung des Retardationsfaktors auf höchstens 0,3 zeigt. In der vorliegenden Erfindung kann der Retardationsfaktor bevorzugt mindestens 0,12 betragen, wobei man einen Pretiltwinkel von höchstens 50 Grad erhält. Wünschenswerter Weise wird der Retardationsfaktor auf einen Wert von 0,17–0,27 eingestellt, um so eine stabilere gekrümmte Ausrichtung bei einem Pretiltwinkel von 30–45 Grad zu erhalten.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann der oben erwähnte hohe Pretiltwinkel beispielsweise gut realisiert werden, beispielsweise durch Kombinieren einer Ausrichtungsfilmkomponente für die homeotropische Ausrichtung eines Flüssigkristalls und einer Ausrichtungsfilmkomponente für die homogene Ausrichtung eines Flüssigkristalls. Weiterhin kann dieser Ausrichtungsfilm, der die beiden Typen von Ausrichtungsfilmkomponenten umfasst, beispielsweise aus einer Mischung aus einem homeotropischen Ausrichtungsfilmmaterial und einem homogenen Ausrichtungsfilmmaterial gebildet sein. Nachfolgend wird dieser Ausrichtungsfilm mit den beiden Typen von Ausrichtungsfilmkomponenten als Ausrichtungsfilmkomposit bezeichnet.
Eine bevorzugte Klasse eines homoetropischen Ausrichtungsfilmmaterials, das den in der vorliegenden Erfindung verwendete Ausrichtungsfilmkomposit bildet, kann eine Verbindung mit einer Molekülstruktur umfassen, die eine Fluoralkylkette enthält. Das ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass diese Verbindung die Einstellung des Oberflächenzustands im Vergleich mit einer Verbindung mit einer Alkylgruppe als einzige hydrophobe Gruppe erleichtert. In einem Mischsystem kann es wünschenswert sein, dass ein homeotropisches Ausrichtungsfilmmaterial eine hydrophobe Gruppe, die keine Kohlenwasserstoffgruppe ist, aufweist, um so eine bessere Verträglichkeit mit einem Polymer als homogenes Ausrichtungsfilmmaterial zu zeigen.
Eine insbesondere bevorzugte Klasse eines homeotropischen Ausrichtungsfilmmaterials kann eine polymere Verbindung umfassen, die eine Wiederholungseinheit aufweist, die durch die folgenden Formeln (I) oder (II) dargestellt ist:
worin X und Z jeweils eine Polyalkylenkette, Polyacrylsäurekette, Polymethacrylsäurekette, Phthalogenoacrylsäurekette, Polyalkylacrylsäurekette, Polyoxyalkylenkette, Polyimidkette, Polyamidkette, Polyetherkette, polyfluorierte Alkylkette oder Polycarbonatkette bedeuten;
Y eine nicht gerichtete Einfachbildung bedeutet,
worin R₁ und R₃ voneinander unabhängig Alkyl oder Wasserstoff bedeuten, R₂ Alkylen bedeutet und m, n, p, q, r, s und t voneinander unabhängig 0 oder 1 bedeuten;
M eine ganze Zahl von 0–20 bedeutet; und
N (Suffix) eine ganze Zahl von 0 bis 30 bedeutet.
Bevorzugte, allerdings nicht vollständig genannte Beispiele für die Wiederholungseinheiten können solche umfassen, die durch die folgenden Formeln (1)–(20) dargestellt sind:
Als homogenes Ausrichtungsfilmmaterial, das im Gemisch mit dem oben beschriebenen homeotropischen Ausrichtungsfilmmaterial verwendet wird, ist es möglich, ein Ausrichtungsfilmmaterial zu verwenden, das bisher für die homogene Ausrichtung von nematischen Flüssigkristallen verwendet worden ist. Beispiele dafür können umfassen: Harze, wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz und Acrylharz; lichtempfindliches Polyimid, lichtempfindliches Polyamid, cyclische Photoresists auf Kautschukbasis, ein Photoresist auf Phenolnovolakbasis und ein Elektronenstrahlphotoresist, wie Polymethylmethacrylat und epaxidiertes 1,4-Polybutadien.
In der vorliegenden Erfindung können das oben erwähnte homoetropische Ausrichtungsfilmmaterial und das homogene Ausrichtungsfilmmaterial miteinander in einem geeigneten Verhältnis vermischt werden, um einen bevorzugten Bereich eines hohen Pretiltwinkels zu erreichen.
Es ist in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Paar aus Substraten jeweils mit einem Ausrichtungsfilm versehen wird, der einen hohen Pretiltwinkel ergibt, wie der oben beschriebene Ausrichtungsfilmkomposit, und in eine Richtung gerieben und übereinandergelegt wird und so zueinander angeordnet wird, dass ihre geriebenen Richtungen im Wesentlichen parallel zu einander sind, wobei eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsvorrichtung kann jeder Ausrichtungsfilm bevorzugt eine Oberflächenenergie von höchstens 42,1 Dyn/cm, insbesondere 37,4–40,9 Dyn/cm aufweisen, wobei eine stabile gekrümmte Ausrichtung vorliegt. Ein Ausrichtungsfilm mit dieser Oberflächenenergie ist effektiv für die Ausrichtung eines Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristalls bei einem hohen Vortiltwinkel, er ist allerdings nicht so effektiv für die Ausrichtung eines nematischen Flüssigkristalls auf Cyanobasis oder Pyrimidinbasis, weil, falls überhaupt möglich, nur ein hoher Pretiltwinkel in einem sehr engen Oberflächenenergiebereich gebildet wird.
Die hier bezeichnete Oberflächenenergie basiert auf Werten, die auf folgende Weise unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts ("Modell CA-DT", erhältlich von Kyowa Kaimen Kagaku K.K.) gemessen werden.
Für die Oberflächenenergiemessung wird im Allgemeinen ein Probenfilm (Schicht) auf einem Glassubstrat gebildet, und es werden Tropfen aus a-Bromnaphthalin, Methylenjodid und reinem Wasser auf den Film getropft, um die Kontaktwinkel θ1, θ2 und θ3 bei dem Probenfilm zu messen. Die gemessenen Werte von θ1, θ2 und θ3 werden in die folgenden Formeln eingesetzt, um einen Dispersionsterminus γ_s, einen Polaritätsterminus γ_s ^p und einen Wasserstoffbindungsterminus γ_p ^h der Oberflächenenergie des Films zu berechnen.
worin 44,6 die Oberflächenenergie von α-Bromnaphthalin bedeutet; 46,8 der Dispersionsterminus der Oberflächenenergie von Methylenjodid bedeutet; 4,0 der Polaritätsterminus der Oberflächenenergie von Methylenjodid bedeutet; 29,1 der Dispersionsterminus der Oberflächenenergie der reinen Energie bedeutet; 1,3 der Polaritätsterminus der Oberflächenenergie von reinem Wasser bedeutet; und 44,2 der Wasserstoffbindungsterminus der Oberflächenenergie von reinem Wasser bedeutet.
Dann wird die Oberflächenenergie γ als Gesamtheit der oben erwähnten Termini berechnet, das heißt γ = γ_s ^d + γ_s ^p + γ₂ ^h.
Vorliegend bezieht sich der Ausdruck fluorenthaltender nematischer Flüssigkristall auf ein nematisches Flüssigkristallmaterial, das eine mesomorphe Verbindung, die ein Fluoratom in ihrer Molekülstruktur enthält, zum Beispiel als polare Gruppe, die ein Fluoratom in ihrem Kern oder in ihrem Endbereich enthält, oder eine Verbindung, die diese Fluor enthaltende mesomorphe Verbindung enthält, umfasst. Vorliegend umfasst die mesomorphe Verbindung sowohl eine Flüssigkristallverbindung, die selbst eine nematische Phase zeigt, als auch eine latente Flüssigkristallverbindung, die selbst keine nematische Phase zeigt, aber eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung stellt, die eine nematische Phase im Gemisch mit anderen mesomorphen Verbindungen zeigt. Der Fluor enthaltende nematische Flüssigkristall kann bevorzugt einen Volumenwiderstand von mindestens 3 × 10¹³ Ohm·cm zeigen.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, einen Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristall zu verwenden, der eine elastische Konstante K₃₃ für die gekrümmte Ausrichtung und eine elastische Konstante K₂₂ für die verdrehte Ausrichtung zeigt, wobei sich ein Verhältnis K₃₃/K₂₂ von höchstens 4,2 ergibt, um so einen größeren Bereich für die oben erwähnte NT-Krümmungsausrichtung zu erreichen. Weiterhin ist ein Verhältnis K₃₃/K₂₂ von 2,08 oder niedriger weiterhin bevorzugt, weil die NF-Krümmungsausrichtung über den gesamten Bereich gleichmäßig gemacht werden kann. Das ist darauf zurückzuführen, dass ihm Vergleich mit der NT-Krümmungsausrichtung, wobei die Flüssigkristallmoleküle parallel mit einer Ebene, die eine Normale zu den Substraten und eine durchschnittliche Reibungsrichtung umfasst, ausgerichtet sind, die T-Krümmungsausrichtung, die eine Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle aufweist, selbst wenn sie klein ist, aus der Ebene, einen Kontrast ergibt, der durch den Beitrag der Verdrehung erniedrigt ist.
Wenn eine erfindungsgemäße Flüssigkristallrichtung 11 als Transmissionsvorrichtung, wie in 2A gezeigt ist, verwendet wird, ist ein Paar aus Polarisatoren 13a und 13b außerhalb der Flüssigkristallvorrichtung 11 angeordnet. In diesem Fall sind die Polarisationsachsen 13aa und 13bb der Polarisatoren 13a und 13b, wie in 2b gezeigt, so angeordnet, dass sie einen Winkel von 45 Grad jeweils von der Reibungsrichtung 14 auf dem Paar von Substraten (die einen Durchschnitt der Reibungsrichtung repräsentieren, wenn die Reibungsrichtungen der Substrate jeweils die andere bei gleichem Winkel schneiden) bilden. Wenn die Flüssigkristallvorrichtung zur Herstellung einer Reflexionsvorrichtung verwendet wird, kann der Polarisator 13a, der an der gegenüberliegenden Seite vom Punkt des Betrachters aus angeordnet ist, weggelassen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung ist es bevorzugt, eine uniaxiale Phasenkompensationsplatte 12a (gebildet durch Laminierung einer Vielzahl von Retardationsfilmen) mit einer positiven Retardation anzuordnen, um eine Retardation des Lichts, das durch die Flüssigkristallschicht bei einer vorbeschriebenen Spannung geht, zu kompensieren, wobei eine optische Kompensation des schwarzen Displays bei dieser Spannung bewirkt wird. Da weiterhin die Flüssigkristallmoleküle im Mittelbereich der Flüssigkristallschicht reich an Komponenten sind, die normal zu den Substraten sind und dazu neigen, die Sichtwinkeleigenschaft unter Spannungsanlegung zu beeinträchtigen, ist es ebenfalls bevorzugt, eine Phasenkompensationsplatte 12b mit einer negativen Retardation (R < 0) einzusetzen, um die Komponente der Z-Richtung, wie in 1B gezeigt, relativ zu reduzieren und damit den Retardationsunterschied zwischen einer Komponente senkrecht zu den Substraten und einer Komponente parallel dazu in der Flüssigkristallschicht zu reduzieren, wobei die Sichtwinkeleigenschaft verbessert wird. Alternativ ist es ebenfalls möglich, anstelle der Verwendung der Phasenkompensationsplatten 12a und 12b, eine biaxiale Phasenkompensationsplatte mit den Funktionen daraus in Kombination zu verwenden.
Wenn in der vorliegenden Erfindung eine Zellstruktur so ausgestaltet wird, dass die Retardation der Flüssigkristallvorrichtung im dunklen Zustand auf höchstens 50 nm reduziert ist, kann die oben erwähnte Phasenkompensationsplatte 12a weggelassen werden.
Der Kontrast wird insbesondere nur durch die Retardation der Flüssigkristallschicht bestimmt, die Durchlässigkeit T (%), gesehen aus der Frontalposition, ist proportional sin² (Rπ/λ), worin R die Retardation (nm) der Flüssigkristallschicht bedeutet und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts (nm) bedeutet.
Für eine bessere Bewertung in der Praxis kann λ zu 550 nm genommen werden, was für das menschliche Auge am empfindlichsten ist. Dann wird T (%) proportional sin² (Rπ/550).
Im Ergebnis ist eine maximale Durchlässigkeit, die einem hellen Zustand entspricht, bei R = 275 nm (= 550/2) gegeben. Demzufolge, um einen ausreichenden Kontrast zu erreichen, ist eine kleinere Retardation in der Dunkelheit bevorzugt. 6 zeigt die Abhängigkeit des Kontrasts auf die Änderung der Retardation im dunklen Zustand für den Fall, wo die Retardation im hellen Zustand 275 nm (= R) entspricht. In 6 ist gezeigt, dass sich der Kontrast beträchtlich erhöht, wenn die Retardation im dunklen Zustand auf 50 nm oder darunter unterdrückt ist. Wenn demzufolge die Retardation im dunklen Zustand höchstens 50 nm beträgt, kann man in der Praxis einen Kontrast von mindestens 10, der für ein normales Display akzeptabel ist, ohne Verwendung einer Phasenkompensationsplatte 12a erreichen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Pixels einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung, und 4 ist eine schematische Aufsicht einer Displaytafel, die eine Flüssigkristallvorrichtung aufweist. Die Flüssigkristallvorrichtung ist eine aktive Flüssigkristallvorrichtung vom Matrixtyp 10, unter Anwendung von TFTs (Dünnfilmtransistoren) als Schaltelemente (Vorrichtungen). Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die Flüssigkristallvorrichtung 10 eine Vielzahl von Pixelelektroden 31, die in Form einer Matrix angeordnet sind, und jede Pixelelektrode 31 weist einen TFT 41 auf, dessen Gate-Elektrode mit einer Scansignalleitung 46 verbunden ist, und eine Quellenelektrode ist mit einer Datensignallinie 44 verbunden, um eine Verdrahtungsmatrix zu bilden. Die jeweiligen Scansignalleitungen 46 werden nacheinander mit einem Scanselektionssignal (An-Signal für die TFTs 41 auf einer gewählten Leitung) von einer Scansignalversorgungsschaltung 43 versorgt, und synchron mit dem Scanselektionssignal werden die jeweiligen Datensignalleitungen 44 mit den Datensignalen, die vorbeschriebene Gradationsdaten von einer Datensignalversorgungsschaltung 45 trägt, versorgt, um die Datensignale an die Pixelelektroden 41 auf den gewählten Leitungen zu geben, wobei in dem Flüssigkristall bei den jeweiligen Pixeln geschrieben wird, um vorbeschriebene Displayzustände zu schaffen.
In 3, die eine Querschnittsstruktur beschreibt, umfasst jeder Pixel der Flüssigkristallvorrichtung 10 ein Substrat 21, einen TFT41, der auf dem Substrat 21 angeordnet ist, das eine Gate-Elektrode 22 aufweist, einen Gate-Isolationsfilm 23, eine Halbleiterschicht 24, eine Ohmkontaktschicht 25, eine Isolationsschicht 26, eine Quellenelektrode 27, eine Drain-Elektrode 28 und einen Passivierungsfilm 29, eine Pixelelektrode 31, die der Drain-Elektrode 28 verbunden ist, eine Retentionskondensatorelektrode 30, einen Ausrichtungsfilm 33, der über den oben erwähnten Mitgliedern auf dem Substrat 21 angeordnet ist, ein Gegensubstrat 35 mit einer gemeinsamen Elektrode 36 darauf, eine Isolierungsschicht 37 und einen Ausrichtungsfilm 38 und einen Flüssigkristall, der zwischen den Ausrichtungsfilmen 33 und 38 angeordnet sind, die in die Richtungen 42b bzw. 42a gerieben worden sind.
In 3, ist, im Fall einer Flüssigkristallvorrichtung vom Transmissionstyp, das Substrat 21 transparent, das normalerweise Glas oder Kunststoff umfasst, und im Fall einer Vorrichtung vom Reflexionstyp kann das Substrat 21 ein trübes Substrat sein, das in einigen Fällen beispielsweise Silicium umfasst. Die Pixelelektroden 31 und die gemeinsame Elektrode 36 umfassen einen transparenten Leiter, wie ITO (Indium/Zinn-Oxid), im Fall des Transmissionstyps, allerdings können die Pixelelektroden 31 ein Metall mit hoher Reflexion umfassen, so dass dieses ebenfalls als Reflektor im Fall des Reflexionstyps funktioniert. Die Halbleiterschicht 24 kann im Allgemeinen amorphes (a-)Si umfassen, das beispielsweise in einer Dicke von ca. 200 nm auf einem auf etwa 300°C erhitzten Glassubstrat durch Glimmentladungszersetzung (Plasma-CVD) von Monosilan (SiH₄), verdünnt mit Wasserstoff, gebildet werden kann. Alternativ ist es ebenfalls möglich, bevorzugt polykristallines (p-)Si zu verwenden. Die Ohmkontaktschicht 25 kann beispielsweise durch Dotieren einer n⁺a-Si-Schicht mit Phosphor gebildet werden. Der Gate-Isolationsfilm 23 kann Siliciumnitrid (SiN_x) etc. durch Herstellung nahe der Glimmentladungszersetzung umfassen. Weiterhin können die Gate-Elektroden 22, die Quellenelektrode 27, die Drain-Elektrode 28, die Retentionskondensatorelektrode 30 und die Zuführungsleiter im Allgemeinen ein Metall, wie Al, umfassen. Die Retentionskondensatorelektrode 30 kann manchmal einen transparenten Leiter, wie ITO, umfassen. Die Isolationsschicht 37 kann Ta₂O₅ etc. umfassen, und die Isolationsschicht 26 und die Passivierungsschicht 9 können bevorzugt einen isolierenden Film aus beispielsweise Siliciumnitrid umfassen.
5 zeigt als Beispiel einen Satz von Antriebssignalwellenformen für den Antrieb der oben erwähnten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung. In 5 zeigen (a)–(c) Scansignalwellenformen, die an erste, zweite und n-te (als letzte) Scansignalleitungen angelegt sind. Bei (d) ist eine Datensignalwellenform gezeigt, die an eine erste Datensignalwellenform angelegt an einem Pixel auf der ersten und einer ersten Spalte als Ergebnis der Anlegung der Scansignalwellenform bei (a) und der Datenwellenform bei (d) angelegt ist.
Die Flüssigkristallvorrichtung dieser Ausführungsform kann mit einer Antriebsspannung an der unteren Seite von 0 Volt angetrieben werden, allerdings kann sie auch bei einer höheren Geschwindigkeit durch Anlegen eines bestimmten Werts einer an der unteren Seite betriebenen Spannung betrieben werden.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann ein spezifischer nematischer Flüssigkristall verwendet werden, um einen spezifischen Retardationsfaktor herzustellen, wobei eine gekrümmte Ausrichtung, ohne Anlegen einer Spannung, gebildet wird. Andere Strukturmitglieder und Materialien, Formen, Größen und Herstellungsverfahren unterliegen keinen besonderen Einschränkungen, und man kann bekannte Techniken für konventionelle Flüssigkristallvorrichtungen anwenden.
[Beispiele]
Nachfolgend wird nun die vorliegende Erfindung spezifischer anhand der Beispiele beschrieben. In den folgenden Beispielen wurden die Werte für die Retardationsfaktoren unter Anwendung eines Berek-Kompensators für die jeweiligen Flüssigkristallvorrichtungen gemessen. Andererseits wurden die Werte für den Pretiltwinkel gemessen, indem Testflüssigkristallvorrichtungen mit antiparallelen Reibungsrichtungen, im übrigen ähnlich wie die jeweilige Flüssigkeitsvorrichtung, hergestellt wurden und ein Berek-Kompensator für die Messung der Retardationswerte der Testflüssigkristallvorrichtungen verwendet wurde.
Beispiel 1
Eine TFT-angetriebene Flüssigkristallvorrichtung mit einer Flächengröße von 230 nm × 180 nm und einer Querschnittsstruktur wie in 3 wurde hergestellt. Die TFT-Substratstruktur wurde nach einer bekannten TFT-Herstellungstechnik hergestellt, und die Halbleiterschicht 24 eines TFT41 wurde aus a-Si gebildet.
In diesem Beispiel wurden die Ausrichtungsfilmkomposite aus verschiedenen Zusammensetzungen gebildet, die durch Vermischen eines homeotropischen Ausrichtungsfilmmaterial der oben erwähnten Formel (20) (Harz A) und ein homogenes Ausrichtungsfilmmaterial vom Polyimidtyp (Harz B) mit einer Wiederholungseinheit, die durch die folgende Formel dargestellt ist, hergestellt wurden, wobei man einen Gehalt des Harzes A in einem Bereich von 1–8 Gew-% erhält.
Für einen Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristall (z. B. "KN-5030" erhältlich von Chisso K.K., der nachfolgend in diesem Beispiel verwendet wird) ist für das Harz A festgestellt worden, dass die Flüssigkristallmoleküle homeotrop ausgerichtet werden, währenddessen das Harz B eine homogene Ausrichtung realisierte. Das Harz B allein lieferte einen Pretilitwinkel von unterhalb 5 Grad. Die Mischung aus den Harzen A und B, die 1–8 Gew-% Harz A enthielt, realisierte eine gekrümmte Ausrichtung, wobei eine mit einem Gehalt des Harzes A von 5 Gew-% einen Retardationsfaktor von 0,27 und einen Pretiltwinkel von 30 Grad ergab. In diesem Beispiel führte ein Gehalt des Harzes A von unterhalb 1 Gew-% zu einer homogenen Ausrichtung des Flüssigkristalls über den gesamten Bereich, und ein Gehalt des Harzes A über 8 Gew-% führte zu einer homeotropischen Ausrichtung des Flüssigkristalls über den ganzen Bereich.
In diesem Beispiel wurde ein 40 nm dicker Kompositfilm aus Harz A und Harz B gebildet, indem die jeweiligen Vorläuferlösungen vermischt wurden und das erhaltene Lösungsgemisch auf ein Substrat aufgetragen wurde, wonach dann gebacken wurde. Das Harz B vor dem Vermischen und Backen wurde in einem Lösungsmittel, das hauptsächlich NMP (N-Methylpyrrolidon) umfasste, gelöst, und das Harz A wurde vor dem Vermischen und Backen in einem Lösungsmittel, das hauptsächlich IPA (Isopropylalkohol) umfasste, gelöst. Das Harz A und das Harz B zeigten keine gute gegenseitige Mischbarkeit, so dass die Mischungsvorläuferlösungen aus diesen Harzen vor der Auftragung gut gerührt wurden, und dann erst auf ein Substrat, das vorher auf 100°C erhitzt war, aufgetragen wurden, und dann wurde die Beschichtung bei 200°C für 60 Minuten gebacken.
Der auf diese Weise aufgetragene Ausrichtungsfilm wurde unter Verwendung einer Reibwalze, die eine Walze mit einem Durchmesser von 80 mm umfasst, um die ein Tuch aus Baumwollgarn geschlungen war, bei Bedingungen einer Rotationsgeschwindigkeit von 1.000 Upm, einer Baumwollgarn gepressten Spitzenlänge von 0,3 mm, gepresst gegen das Substrat und einer Substratmaterialgeschwindigkeit von 50 mm/s gerieben.
Ein Paar von Substraten, die jeweils einen auf diese Weise hergestellten geriebenen Ausrichtungsfilm aufwiesen, wurden entgegengesetzt zueinander überlagert, so dass ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander waren, wobei sie zueinander über Abstandsperlen mit einem Durchmesser von 6 μm angeordnet waren, um eine leere Zelle zu bilden, in die der Fluor enthaltende nematische Flüssigkristall, der keine cholesterische Phase zeigte ("KN-5030", erhältlich von Chisso K.K. Volumenwiderstand V_R) = 1,2 × 10¹⁴ Ohm·cm), injiziert wurde, um eine Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Die Art der Flüssigkristallinjektion und die Entwicklung des Ausrichtungszustands in diesem Beispiel sind in den 8A und 8B gezeigt. Wie in 8A gezeigt ist, wurde der Flüssigkristall in die Zelle 81 injiziert und in eine Richtung 81 bewegt, während sich ein gespreizter Ausrichtungsbereich 83 aufgrund des Einflusses des Flüssigkristallflusses bildete. Allerdings wurden bei Vervollständigung der Injektion Bereiche 84 gekrümmter Ausrichtung gebildet und von einem Bereich benachbart zur innersten Wand und einem Bereich nahe der Injektionsöffnung, wie in 8B gezeigt, entwickelt, die sich über den gesamten Bereich ausbreiteten. Des Weiteren verbleib in einigen Fällen ein Bereich mit etwas gespreizter Ausrichtung, der allerdings durch die Anlegung der Antriebsspannung ohne weiteres entfernt wurde, wobei sich eine gekrümmte Ausrichtung über den gesamten Bereich bildete, weil die Flüssigkristallvorrichtung in diesem Beispiel so eingestellt wurde, dass die gekrümmte Ausrichtung stabiler als die gespreizte Ausrichtung war.
Wie in 2A gezeigt, wurde, außerhalb der in dieser Weise hergestellten Flüssigkristallvorrichtung 11 mit einem Ausrichtungsfilmkomposit mit einem Gehalt des Harzes A von 5 Gew-%, eine Phasenkompensationsplatte 12 mit einer Retardation von 36 nm für die optische Kompensation eines schwarzen Displays in einem normalerweise weißen Display angeordnet, und es wurde eine Phasenkompensationsplatte 12b mit einer negativen Retardation weiterhin angeordnet, um die Sichtwinkeleigenschaften zu verbessern. Insbesondere wurde die Phasenkompensationsplatte 12b so angeordnet, dass ein Indexellipsoid gebildet wurde, der einen Beugungsindex n_z' in Richtung normal zum Substrat und einem Brechungsindex n_x' senkrecht zur n_z'-Richtung (mit einem Brechungsindex n_y' (= n_x') in Richtung senkrecht zu den n_z'- und n_x' -Richtungen), wobei n_z' = n_x und n_x' = n_z erfüllt ist im Hinblick auf das Licht, das durch die Flüssigkristallvorrichtung und die Phasenkompensationsplatte 12a geht, ergibt, wobei ein Indexellipsoid, der einen Brechungsindex n_x in Richtung normal zu den Substraten und einen Brechungsindex n_x in Richtung senkrecht zur n_z-Richtung (mit einem Brechungsindex n_y (= n_x) in Richtung senkrecht zu den n_x- und n_z-Richtungen) gezeigt wird. Des Weiteren wurden gekreuzte Nicol-Polarisatoren 13a und 13b angeordnet, um eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem normalen weißen Display herzustellen.
Die auf diese Weise hergestellte Flüssigkristalldisplayvorrichtung wurde nach einem normalen weißen Displaymodus ange trieben, indem die in 5 gezeigten Wellenformen verwendet wurden, wobei die Parameter auf V_+g = 10 Volt, V_–g = –10 Volt, Gate-Selektionsdauer ΔT = 16 μs, Datensignalspannung = ± 1,9 Volt bis ± 6,6 Volt während des Displays und der Schwarzdisplay bei ± 6,6 Volt eingestellt wurden. Außerdem wurde in diesem Beispiel eine Spannung an der unteren Seite auf ± 1,9 Volt eingestellt, um die Antwortgeschwindigkeit zu erhöhen, während die Vorrichtung bei einer Datensignalspannung an der unteren Seite von 0 Volt betrieben werden konnte. Die gemeinsame Elektrode wurde auf ein Referenzpotential eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurden die Antwortzeiträume τ_an und τ_aus als Zeiträume einer 90 %igen Transmissionsänderung von einem niedrigeren Spannungszustand zu einem höheren Spannungszustand und einer 90 %igen Transmissionsänderung von einem höherem Spannungszustand zu einem niedrigeren Spannungszustand gemessen.
Im Ergebnis betrug τ_an (verursacht eine Transmissionsänderung von 100 % bis 10 %) 0,36 ms, und τ_aus (verursacht eine Transmissionsänderung von 0 % bis 90 %) betrug 4,72 ms in diesem Beispiel, gemessen bei Raumtemperaturen (ähnlich wie in anderen Beispielen).
Beispiel 2
Es wurden Flüssigkristallvorrichtungen hergestellt, indem das Harz C, das aus einem Monomer der Formel: n-c₈F₁₇SO₂N(C₃H₇)C₃H₆Si(OCH₃)₃ gebildet war, als homeotropisches Ausrichtungsfilmmaterial anstelle von Harz A und in Kombination mit Harz B als homogenes Ausrichtungsfilmmaterial, die in Beispiel 1 verwendet wurden, ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet wurde.
Ein Ausrichtungsfilm aus dem Harz C alleine zeigte einen Kontaktwinkel mit a-Bromnaphthalin von 73,7 Grad, einen Kontaktwinkel mit Methylenjodid von 94,3 Grad und einen Kontaktwinkel mit Wasser von 107,4 Grad, wobei sich eine Oberflächenenergie von 35,6 Dyn/cm zeigte, was wiederum zu einer homeotropischen Ausrichtung eines Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristalls führte.
Es wurden Ausrichtungsfilmkomposite hergestellt, indem eine Lösung aus dem Monomer für das Harz C und eine Lösung aus dem Harz B-Vorläufer (Polyaminsäure) in einem Lösungsmittel, das hauptsächlich NMP in verschiedenen Verhältnissen enthält, vermischt wurde, wobei man einen Gehalt des Harzes in einem Bereich von 1–10 Gew-% erhielt. Jedes Lösungsgemisch wurde gut gerührt und auf ein Substrat, das vorher auf 100°C erhitzt worden war, aufgetragen und bei 200°C für 60 Minuten gebacken. Dann wurde jedes Ausrichtungsfilmkomposit in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gerieben.
In diesem Beispiel ergab der Gehalt des Harzes C im oben erwähnten Bereich im Anfangsstadium eine stabile gekrümmte Ausrichtung. Eine Flüssigkristallvorrichtung, die ein Ausrichtungsfilmkomposit mit einem Gehalt an Harz C von 5 Gew-% aufwies, zeigte einen Retardationsfaktor von 0,2 und einen Pretiltwinkel von 40 Grad.
Außerhalb der Flüssigkristallvorrichtung wurden eine Phasenkompensationsplatte 12a mit einer Retardation von 41 nm, eine Phasenkompensationsplatte 12b mit einer negativen Retardation und ein Paar aus gekreuzten Nicol-Polarisatoren 13a und 13b angeordnet, wobei man die in 2 gezeigte Flüssigkristalldisplayvorrichtung erhielt. Es ist festgestellt worden, dass die Flüssigkristallvorrichtung im Anfangsstadium eine gekrümmte Ausrichtung ohne Anlegung einer Krümmungsspannung zeigte, und sie konnte mit Erfolg, ähnlich wie in Beispiel 1 angetrieben werden.
Außerdem ist festgestellt worden, dass das aus dem folgenden Monomer gebildete Harz D ähnlich wie das in diesem Beispiel verwendete Harz C funktionierte: [n-C₈F₁₇SO₂N(C₂H₅)CH₂COO]CrCl₂
Beispiel 3
Es wurden verschiedene Ausrichtungsfilmkomposite und Flüssigkristallvorrichtungen, die die Ausrichtungsfilme enthielten, unter Verwendung von Harz E ("SE-1211", erhältlich von Nissan Kagaku K.K.) als homeotropische Ausrichtungsfilmmaterialien und Harz F (Polyimidtyp "AL0656", erhältlich von Nippon Gosei Gomu K.K.) als homogenes Ausrichtungsfilmmaterial gebildet, um Ausrichtungsfilmkomposite mit verschiedenen Dicken und Gehalten an homeotropischem Ausrichtungsfilmmaterial im Bereich von 1–10 Gew-% herzustellen. Im Ergebnis variierte der Gehalt an geeignetem homoetropischen Ausrichtungsfilmmaterial für die stabile gekrümmte Ausrichtung im Anfangsstadium, was anhand des Graphs von 9 gezeigt ist. Wie in 9 gezeigt ist, erhielt man somit eine stabile gekrümmte Ausrichtung in einem Bereich des Gehalts von Harz E von 2,5–7,5 Gew-% bei einer Ausrichtungsfilmdicke von 30 nm und in einem Bereich des Ge halts von Harz E von 1–5 Gew-% bei einer Ausrichtungsfilmdicke von 80 nm.
Des Weiteren zeigte eine Flüssigkristallvorrichtung mit Ausrichtungsfilme mit einer Dicke von 30 nm und einem Gehalt an Harz E von 5 Gew-% einen Retardationsfaktor von 0,22 und einen Pretiltwinkel von 36 Grad, und eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung von Ausrichtungsfilmen mit einer Dicke von 30 nm und einem Gehalt an Harz E von 7 Gew-% zeigte einen Retardationsfaktor von 0,17 und einen Vortiltwinkel von 45 Grad.
Für eine Flüssigkristallvorrichtung 11 unter Verwendung von Ausrichtungsfilmen mit einer Dicke von 30 nm und einem Gehalt an Harz E von 6 Gew-%; wurde eine Phasenkompensationsplatte 12a mit einer Retardation von 50 nm für das optische Kompensieren eines schwarzen Displays, eine Phasenkompensationsplatte 12b mit einer negativen Retardation und ein Paar aus gekreuzten Nicol-Polarisatoren 13a und 13b außerhalb, wie in 2 gezeigt ist, angeordnet, um eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung, ähnlich wie in Beispiel 1 herzustellen.
Die in dieser Weise hergestellte Flüssigkristallvorrichtung wurde nach einem normalen weißen Displaymodus angetrieben, indem die in 5 gezeigten Wellenformen angewendet wurden, worin die Parameter auf V_+g = 10 Volt, V_–g = –10 Volt, ΔT = 16 μs, Datensignalspannungen = 0,0 Volt bis ± 0,5 Volt während des Displays eingestellt wurden, und das Potential der gemeinsamen Elektrode wurde auf ein Referenzpotential eingestellt, während eine DC-Spannung in einem Rahmen angelegt wurde. Die Flüssigkristallvorrichtung von diesem Beispiel zeigt eine Antwortdauer τ_an (verursacht eine Transmissionsänderung von 100 % bis 10 bei einer Spannungsänderung von 0 Volt bis ± 5,0 Volt) von 0,76 ms und τ_aus(verursacht eine Transmissionsänderung von 0 auf 90 %) bei einer Spannungsänderung von ± 5,0 Volt bis 0 Volt) von 9,9 ms.
Für Vergleichszwecke wurde eine Flüssigkristallvorrichtung in der gleichen Weise wie oben hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Ausrichtungsfilmkomposite mit einem Ausrichtungsfilm aus Harz F allein (ergibt einen Pretiltwinkel von 6 Grad) ersetzt wurde. Die Flüssigkristallvorrichtung zeigte eine gespreizte Ausrichtung im Anfangszustand, so dass eine Krümmungsausrichtungsbehandlung mit 7 Volt durchgeführt wurde. Danach wurde die Vorrichtung nach einem normalen weißen Displaymodus angetrieben, indem die in 5 gezeigten Wellenformen angewendet wurden, worin die Parameter auf V_+g = 10 Volt, V_–g = –10 Volt, ΔT = 16 μs, Datensignalspannungen = ± 2,0 Volt bis ± 5,2 Volt während des Displays eingestellt wurden, und das allgemeine Elektrodenpotential wurde auf ein Referenzpotential eingestellt. Die Flüssigkristallvorrichtung aus diesem Beispiel zeigte eine Antwortdauer τ_an (versacht eine Transmissionsänderung von 100 % auf 10 % bei einer Spannungsänderung von ± 2,0 Volt bis ± 5,0 Volt) von 1,36 ms und τ_aus (verursacht eine Transmissionsänderung von 0 % auf 90 % bei einer Spannungsänderung von ± 5,0 Volt bis ± 2,0 Volt) von 15,08 ms. Im Vergleich mit diesen Ergebnissen ist festgestellt worden, dass die Flüssigkristallvorrichtung dieses Beispiels (zeigt τ_an = 0,76 ms und τ_aus = 9,9 ms) eine beträchtlich bessere Ansprechempfindlichkeit zeigt.
Beispiel 4
Es wurden verschiedene Flüssigkristallvorrichtungen unter Verwendung von 30 nm dicken und 80 nm dicken verschiedenen Ausrichtungsfilmkompositen hergestellt, die durch Vermischen des Harzes E und des Harzes F in verschiedenen Verhältnissen hergestellt wurden, wobei entweder gleiche Flour enthaltende nematische Flüssigkristall oder ein nicht-Fluor enthaltender nematischer Flüssigkristall auf Pyrimidinbasis ("KN-5027", erhältlich von Chisso, K.K.) verwendet wurde. Die anderen Strukturen sind identisch mit denjenigen von Beispiel 3. Die Einzelheiten der Ausrichtungsfilme und die Anfangsstadien der jeweiligen Flüssigkristallvorrichtungen sind in Tabelle 1 unten zusammengefasst.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 oben gezeigt ist, wurde eine stabile gekrümmte Ausrichtung in einem Oberflächenenergiebereich von 37,7– 42,1 Dyn/cm, insbesondere über im wesentlichen den gesamten Bereich in einem Oberflächenenergiebereich von 37,4–40,9 Dyn/cm hergestellt. Außerdem zeigte eine Flüssigkristallvorrichtung mit 80 nm dicken Ausrichtungsfilmen, die 3 Gew-% des Harzes E enthielten, einen Retardationsfaktor von 0,22 und einen Pretiltwinkel von 36 Grad.
Von den obigen wurde eine Flüssigkristallvorrichtung, die 80 nm dicke Ausrichtungsfilme, die 3 Gew-% des Harzes E enthielten, aufwies, zu einer Flüssigkristallvorrichtung angeordnet, die eine Phasenkompensationsplatte 12a mit einer positiven Retardation von 145 nm für den schwarzen Display bei 0,0 Volt und ein Paar aus gekreuzten Nicol-Polarisatoren für den normalen schwarzen Display, in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1, aufwies. Die Vorrichtung wurde nach einem normalen schwarzen Displaymodus betrieben, indem die in 5 gezeigten Antriebswellenformen angewendet wurden, worin die Parameter auf V_+g = 10 Volt, V_–g = –10 Volt, ΔT = 16 μs, Datensignalspannungen = 0,0 V bis ± 5,3 Volt während des Displays eingestellt wurden, und das allgemeine Elektrodenpotential wurde auf ein Referenzpotential eingestellt. Im Ergebnis konnte ein flackern freies Display mit hohem Kontrast nach dem normalen Schwarzmodus durchgeführt werden, indem eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung verwendet wurde, worin die gekrümmte Ausrichtung ohne elektrisches Feld stabil war, so dass keine Abschwächung der Pixelspannung während der Rahmendauer auftrat. Die Flüssigkristallvorrichtung zeigte einen Antwortdauer τ_an (verursacht eine Transmissionsänderung von 0–90 % als Reaktion auf eine Spannungsänderung von 0 Volt bis ± 5,3 Volt) von 0,76 ms und τ_aus(verursacht eine Transmissionsänderung von 100 % auf 10 als Antwort auf eine Spannungsänderung von ± 5,3 Volt bis 0 Volt) von 9,9 ms.
Die Transmission beim weißen Display wird durch die Differenz zwischen den Retardationen bei den angelegten Spannungen von 0 Volt und ± 5,3 Volt bewirkt. Die Optimierung der Retardationswerte im Hinblick auf diesen Faktor kann durchgeführt werden, indem (1) die Zelldicke erhöht wird oder (2) ein Flüssigkristall mit einem größeren Wert von Δn, wie ein Flüssigkristall auf Pyrimidinbasis (der ein größeres Δn von 0,16 im Vergleich mit Δn = 0,13 des in diesem Beispiel verwendeten Flüssigkristalls aufweisen kann) verwendet wird.
Beispiel 5
Flüssigkristalle mit verschiedenen elastischen Konstanten K₁₁ (für das Streuen oder Spreizen), K₂₂ (für die Verdrehung), K₃₃ (für die Krümmung) und einem Verhältnis K₃₃/K₂₂ wurden hergestellt, und die Anfangsauskrümmungszustände davon wurden bewertet. Insbesondere umfassten die hergestellten Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristalle: "RDP-50892" (V_R = 9 × 10¹³ Ohm.cm) und "RDP-30864" (V_R = 9 × 10¹³ Ohm·cm), erhältlich von Rodic Co., "KN-5028" (V_R = 1,1 × 10¹⁴ Ohm·cm) und „KN-5031" (V_R = 1,3 × 10¹⁴ Ohm·cm), erhältlich von Chisso K.K., und die Flüssigkristallgemische LC-1 bis LC-3, deren Verhältnisse eingestellt wurden. Diese Flüssigkristalle waren frei von chiralen Komponenten, und es wurde festgestellt, dass sie die in der folgenden Tabelle 2 gezeigten elastischen Konstanten aufwiesen, die nach den Methoden, die auf Seite 216, ff. von "Ekisho: Kisohen (Liquid Crystals: Basics)" (in japanisch), beschrieben sind, veröffentlicht von Baihuukan K.K. (15. Juli 1985), gemessen wurden.
Tabelle 2
Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden hergestellt, indem die obigen Flüssigkristalle in Kombination mit einem 30 nm dicken Ausrichtungsfilmkomposit, der das Harz E und das Harz F (wie in Beispiel 3 verwendet) umfasste, bei einem Gehalt des Harzes E von 5 Gew-% und ein 30 nm dicker Ausrichtungsfilm des Harzes F allein mit anderen Organisationen, die identisch zu denjenigen in Beispiel 3 sind, verwndet wurden, und die Ausrichtungszustände darin wurden unter Anlegung von 0 Volt und 2,0 Volt bewertet. Eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung des Ausrichtungsfilmkomposits zeigte einen Retardationsfaktor von 0,22 und einen Pretiltwinkel von 36 Grad, und eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung des Ausrichtungsfilms des Harzes F allein zeigte einen Retardationsfaktor von 1,0 und einen Pretiltwinkel von 6 Grad bei der Verwendung in Kombination mit dem oben beschriebenen Fluor enthaltenden nematischen Flüssigkristalls. Die Ergebnisse der Bewertung der Ausrichtungszustände sind in Tabelle 3 unten gezeigt.
Tabelle 3
Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, zeigten alle Flüssigkristallvorrichtungen unter Verwendung des Ausrichtungsfilms aus dem Harz F allein keine gekrümmte Ausrichtung, sie zeigten allerdings eine gespreizte Ausrichtung. In diesem Falle war es notwendig, dazwischen eine Spannung von 5,0 Volt oder höher anzulegen, um die gespreizte Ausrichtung in eine gekrümmte Ausrichtung umzuwandeln und kontinuierlich eine Spannung von 2,0 Volt anzulegen, um den gekrümmten Ausrichtungszustand beizubehalten.
Andererseits war bei den Flüssigkristallvorrichtungen unter Verwendung des Ausrichtungsfilmskomposits die gekrümmte Ausrichtung stabil im Gegensatz zur gespreizten Ausrichtung, selbst ohne Anlegung einer Spannung, außer für den Fall, bei der Verwendung von Flüssigkristallen, die ein Verhältnis der elastischen Konstante K₃₃/K₂₂ über 4,12 zeigten. Darüber hinaus wurde bei den Flüssigkristallvorrichtungen unter Verwendung von Flüssigkristallen, die ein Verhältnis der elastischen Konstante von 2,08 oder weniger zeigten, eine NT-Krümmungsausrichtung, die einen hohen Kontrast ergab, über den gesamten Bereich entwickelt, was zeigt, dass eine Flüssigkristallvorrichtung mit hohem Kontrast erhalten werden kann, indem ein Flüssigkristall, der dieses niedrige Verhältnis der elastischen Konstante zeigt, verwendet wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, bei der eine stabile gekrümmte Ausrichtung im Anfangsstadium gebildet wird, so dass es unnötig ist, eine Krümmungsausrichtungsbehandlung durchzuführen, wie eine Spannungsanlegung, und ebenfalls eine Behandlung zur Ausbildung der Krümmung vor der Wiederverwendung der Flüssigkristallvorrichtung, wobei weiterhin die Anlegung einer Haltespannung während des Antriebs unnötig wird. Demzufolge ist es möglich, eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen stabilen Antrieb hoher Geschwindigkeit immer in der gekrümmten Ausrichtung ermöglicht, wobei ausgezeichnete Displayeigenschaften und eine hohe Verlässlichkeit vorliegen.

Claims

Flüssigkristallvorrichtung, die aufweist: ein Paar aus Substraten, die jeweils darauf eine Elektrode und einen Ausrichtungsfilm aufweisen, und einen nematischen Flüssigkristall, der zwischen den Substraten angeordnet ist, worin der nematische Flüssigkristall ein Fluor enthaltender nematischer Flüssigkristall ist und der Ausrichtungsfilm ein Ausrichtungsvermögen aufweist, das die Flüssigkristallmoleküle des nematischen Flüssigkristalls in einem gekrümmten Ausrichtungszustand, ohne Anlegung einer Spannung, ausrichtet, wobei eine Retardation R der Flüssigkristallvorrichtung, gemessen ohne Spannung, relativ zur inhärenten Brechungsindexanisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Zelldicke d der Flüssigkristallvorrichtung gebildet wird, was einen Retardationsfaktor R/Δn·d von höchstens 0,3 ergibt.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Ausrichtungsfilm eine homeotropische Ausrichtungsfilmkomponente, die einen Flüssigkristall homeotrop ausrichtet und eine homogene Ausrichtungsfilmkomponente, die einen Flüssigkristall homogen ausrichtet, aufweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 2, worin der Ausrichtungsfilm eine Mischung aus einem homeotropischen Ausrichtungsfilmmaterial für die homeotropische Ausrichtung eines Flüssigkristalls und ein homogenes Ausrichtungsfilmmaterial für die homogene Ausrichtung eines Flüssigkristalls umfaßt.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 3, worin das homeotropische Ausrichtungsfilmmaterial eine Verbindung mit einer Molekülstruktur, die eine Fluoralkylkette einschließt, umfaßt.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 4, worin das homeotropische Ausrichtungsfilmmaterial eine Polymerverbindung umfaßt, die eine Wiederholungseinheit aufweist, die durch die folgende Formel (I) oder (II) dargestellt ist:
worin X und Z jeweils eine Polyalkylenkette, Polyacrylsäurekette, Polymethacrylsäurekette, Phtalogenacrylsäurekette, Polyalkylacrylsäurekette, Polyoxyalkylenkette, Polyemidkette, Polyamidkette, Polyetherkette, eine polyfluorierte Alkylkette oder Polycarbonatkette bedeuten; Y eine Einfachbindung bedeutet, Y eine nicht gerichtete Einfachbindung,
bedeutet, worin R₁ und R₃ voneinander unabhängig Alkyl oder Wasserstoff bedeuten, R₂ Alkylen bedeutet und m, n, p, q, r, s und t voneinander unabhängig 0 oder 1 bedeuten; M eine ganze Zahl von 0–20 bedeutet und N (Suffix) eine ganze Zahl von 0–30 bedeutet.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, worin der Ausrichtungsfilm eine Oberflächenenergie von höchstens 42,1 Dyn/cm aufweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, worin der Ausrichtungsfilm eine Oberflächenenergie von 37,4–40,9 Dyn/cm aufweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, worin der nematische Flüssigkristall ein Fluor enthaltender nematischer Flüssigkristall ist, der ein Verhältnis K₃₃/K₂₂ von höchstens 4,12 zwischen einer elastischen Konstante K₃₃ für die Krümmung und einer elastischen Konstante K₂₂ für die Verdrehung aufweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, worin der nematische Flüssigkristall ein Fluor enthaltender nematischer Flüssigkristall ist, der ein Verhältnis K₃₃/K₂₂ von höchstens 2,08 zwischen einer elastischen Konstante K₃₃ für die Krümmung und einer elastischen Konstante K₂₂ für die Verdrehung ausweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Flüssigkristall im dunklen Displayzustand so eingestellt ist, daß er eine Retardation von höchstens 50 nm aufweist.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Retardationsfaktor auf mindestens 0,12 eingestellt ist.
Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Retardationsfaktor in einem Bereich von 0,17–0,27 eingestellt ist.