JP2006146256A - Oプレート補償器、その製造方法およびネマッチック液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】補償器は一軸性複屈折薄膜であり、その異常軸は膜の表面に関して斜めに配向される。膜の異常軸に対して平行である、液晶配向ベクトルの斜め配向は、機械的にラビングされた配向材である斜方蒸着されたSiOのような液晶材料を配向するために特別に用意された表面上に有機薄膜を置くことによって達成される。この膜は、液晶ポリマーの溶液からまたはネマチック相を有する反応性液晶モノマーから形成され得る。製造プロセス中に用いられ得るいかなる溶媒も蒸発され、有機薄膜はそのネマチック相の温度に保持される。反応性モノマーが用いられる場合、膜はその後光重合される。有機Oプレートの代替実施例は、スメクチックA材料およびスメクチックC材料の使用を含む。
【選択図】図 11
Description
しながら、典型的には、「偏光子」という言葉は光源に最も近い偏光子エレメントを指し、「検光子」という言葉はLCDを見る人に最も近い偏光子エレメントを指す。)電圧源335によって液晶層に電圧を印加することができるように、第1の透明電極325および第2の透明電極330は、それぞれ液晶層310の反対側の表面に隣接するガラスプレート340および345に置かれる。以下に説明するように、液晶層310に近接するガラスプレート340および345の内面を、バフ仕上げによるように所望の液晶配向に影響を及ぼすために物理的または化学的に処理することができる。
〈ノーマリーホワイト形ねじれネマチックLCDの特性〉
図4は、90°ねじれネマチックセルの液晶層(セルギャップが1に正規化されている)での位置の関数としての液晶配向ベクトルのティルトの計算プロットを示している。電圧を印加しない場合(曲線400)、典型的な選択状態の電圧を印加した場合(曲線405)、および線形的に間隔が開けられたグレーレベルを生じさせるために選択されたいくつかの中間電圧を印加した場合(曲線410、415、420、425、430、435)の分子ティルト角の典型的な分布を示している。
こるねじれのほとんどすべておよびティルトのかなりの部分はセルの中央領域で起こる。この現象のため、セル中の分子配向の連続的な変動を3つの領域に分けることができ、これらの3つの領域の各々はそれ自身の光学対称性によって特徴付けられる。したがって、中央領域440(図4)および510(図5)は、完全に選択された状態で公称上ホメオトロピックであり、Cプレートの特性に近いと考えることができる。セルの各表面付近の領域445、450(図4)および515、520(図5)はそれぞれ、その異常軸が近接する基板のラビング方向に配向されるAプレートとして動作する。領域445、450、515および520の分子には本質的にねじれがないため、分子は液晶層の各側でそれぞれのラビング方向に本質的に配向される。さらに、領域445および515における分子のねじれ角が領域450および520の分子のねじれ角に垂直になる傾向があるため、これらの2つの領域がセルを通過する光に与える影響は打消され、中央のCプレート領域が支配的な影響を及ぼすことになる。
〈Cプレート補償〉
当該技術分野で周知のように、負のCプレート補償器は、LCDセルの中央のほぼCプレートの領域を介する伝搬によってもたらされる角度依存性の位相シフトを補正するように設計される。そのような補償器は、中央領域の光学対称性が液晶セルの選択状態を支配する程度、すなわち、分子が与えられた場に配向する程度効果的である。このことは、強い場を活性化状態のために用いるとホメオトロピックへの近似をより正確に近くするため、このときに負のCプレート補償が最良に作用することを意味する。Cプレートを用いるとより広い視野に対して暗状態の漏れを大幅に低減し、これによりコントラストが向上しかつ色の非飽和が低減されることが証明されている。
〈グレースケールの安定性〉
コントラストを向上するためにCプレート補償器が用いられ得るが、これはグレースケールの安定性は向上しない。視野に対するコントラストグレースケールの輝度差を維持する際の問題は、実質的に、選択(ノーマリーホワイト形ディスプレイの黒)状態と非選択(ノーマリーホワイト形ディスプレイの白)状態との間で割当てられるレベルに対する明るさレベルの変化に関係する。この現象は一般に、レベル0(選択黒状態)からレベル7(非選択白状態)までの8つのグレーレベルが割当てられるディスプレイに関する透過または明るさ−電圧(BV)電気光学応答曲線を用いて示される。0〜7のグレーレベルは、これらのレベルに、選択電圧と非選択電圧との間でBV曲線に沿って明るさに線形的に間隔があけられた1組の電圧を割当てることによって選択される。
、法線で、および法線よりも下からディスプレイを見る際の遠近を考慮することによって説明できる。注目すべき重要な特徴は、セルにかかる電圧を増加したときのセルの中心での平均液晶配向ベクトルのティルトと見る人に向かって移動する光との関係である。
〈Oプレートによるグレースケールの補償〉
グレーレベルの反転を解消しグレースケールの安定性を向上するために、複屈折Oプレート補償器を用いることができる。米国特許出願第223,251号に記載されているようにOプレート補償器の原理は、その主光軸がディスプレイの面に関して実質的に斜めの角度で配向される(したがって「Oプレート」という名前である)正の複屈折材料を用いる。「実質的に斜めの」とは、0°よりもかなり大きくかつ90°よりもかなり小さい角度を意味している。Oプレートはたとえばディスプレイの面に関して30°〜60°の角度、典型的には45°の角度で用いられている。さらに、一軸または二軸性材料を用いたOプレートを用いることができる。Oプレート補償器は、LCDの偏光子層と検光子層との間の種々の場所に置くことができる。
って製造され得る。
電圧領域における大きなリバウンドをなくし、視野角が負から正に変わる際のBV曲線の左から右への移動を低減することである。
〈Oプレート技術〉
液晶層、補償器層、偏光子層および検光子層は、液晶ディスプレイにおいて互いに関して種々の配向を有し得る。米国特許出願第223,251号で考慮され説明されている可能な構成のうちのいくつかを以下の表1に繰返しており、ここで「A」はAプレートを示し、「C」はCプレートを示し、「O」はOプレートを示し、「LC」は液晶を示し、「OxO」は交差Oプレートを示している。交差Oプレートはそれらの方位角Φ235が公称上交差している隣接するOプレートであり、第1の方位角は0°〜90°で配向され、第2の方位角は90°〜180°で配向される。
〈序論〉
図11は、偏光子300と液晶層310との間に配置される1つのOプレート補償器1100を用いる本発明に従った液晶ディスプレイ(LCD)システムの例示的な実施例を示している。Oプレート層1100は、その光学対称軸が液晶ポリマー層310の表面に関して約20°〜約70°の角度に配向される正の複屈折性液晶ポリマー層を含む。代替的に、Oプレート補償器層は、液晶層310と検光子305との間に配置されてもよく、両方の場所に配置されてもよい。
〈ネマチック実施例〉
図12Aに示す別の例示的な実施例は、硬いガラス基板1200、配向層1205、ネマチック相を有する重合可能な高プレティルト液晶モノマー層1207、高プレティルト液晶/配向層界面1207/1205、ネマチック相を有する重合可能なOプレート液晶モノマー層1210、液晶Oプレート/高プレティルト液晶層界面1210/1207、空気層1215、および液晶/空気界面1210/1215を示している。液晶は重合可能なモノマー化合物からなり、光開始剤であるlrgacure-651を約0.5%含む。さらに、液晶は、液晶/空気界面1210/1215で約40°の温度依存性ティルト角を有する。
、lrgacure-651およびモノクロロベンゼンの代わりに他の材料を用いてもよい。上述の濃度は溶質の可溶性の範囲内で変わり得ると考えられる。
〈スメクチックC基板に配向される実施例〉
図13に代替実施例を示している。以前と同様に、補償器システムは、硬いガラス基板1300、配向層1305、重合可能な液晶Oプレートモノマー層1310、液晶Oプレート/配向層界面1310/1305、空気層1315、および液晶/空気界面1310/1315を含む。しかしながら、本実施例では、重合可能な液晶層1310は、スメクチックC相の温度範囲および約45°の最大スメクチックティルト角1320を有する。
〈スメクチックC電界配向の実施例〉
図14を参照して、別の例示的な液晶ディスプレイシステムは、硬いガラス基板1400、配向層1405、±2〜20nC/cm2の高い自発分極と約45°の最大スメクチックティルト角1420とを有する室温キラルスメクチックC相を有する重合可能な液晶モノマー層1410、液晶Oプレート/配向層界面1410/1405、空気層1415、液晶Oプレート/空気界面1410/1415、および与えられる電界の(図14の紙面に向かう)方向1440を含む。
〈可能な変形例〉
上述の例示的な実施例の各々に関して、多くの変形例が可能であり、これらの変形例は液晶ディスプレイデバイスの技術分野の当業者に自明であろう。たとえば、他の可能な基板材料はポリマー膜を含み得る。重合可能な液晶モノマー材料は、多数の反応性官能基を含みしたがって架橋剤として作用することができる分子を成分として含んでいてもよい。液晶/配向層界面の他の極ティルト角は、反応性液晶の適切な選択、配向材料の変更、ラビング状態、等によって達成され得る。さらに、非反応性液晶材料を重合可能な液晶と組合せることができる。結果として得られる液晶ポリマー膜はプラスチックまたはゲルの特性を有するであろう。液晶材料はまた液晶混合物の粘性を増加しかつその膜形成特性を向上するポリマー(たとえば、液晶ポリマー)またはオリゴマーを含有していてもよい。
Claims (27)
- 液晶ディスプレイのためのOプレート補償器であって、前記補償器は、反応性液晶モノマーから形成されかつ平均主光学軸がディスプレイの法線に関して斜めの角度で配向される正の複屈折性の重合される液晶材料を含み、さらにディレクタにおいて低プレティルト角から高プレティルト角の斜角を有する重合される液晶高プレティルト層と、重合される反応性液晶材料を含みかつ光学軸が前記高プレティルト層との界面および空気界面の間で実質的に均一なティルト配向で配向されるOプレート層とを含む、Oプレート補償器。
- 前記高プレティルト層の厚さは約50nmから200nmの範囲である、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 光学的に厚い前記Oプレート層の厚さは約800nmから2ミクロンである、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 前記高プレティルト層の低プレティルト角は約2−10度の範囲であり、高プレティルト角は約20−70度の範囲である、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 前記高プレティルト層は重合されるネマチック液晶材料で構成される、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 前記Oプレート層は重合されるネマチック液晶材料で構成される、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 前記Oプレート層は重合されるスメクチック液晶材料で構成される、請求項1に記載のOプレート補償器。
- 光学的に厚い前記Oプレート層は約25度から75度の実質的に均一なティルト配向を有する、請求項1に記載のOプレート補償器。
- ディスプレイに垂直な軸に関して種々の角度で見るためのねじれネマチック液晶ディスプレイであって、
(a) 偏光子層と、
(b) 検光子層と、
(c) 液晶ディレクタの配向において約90度のねじれを有するネマチック液晶材料を含む、偏光子層と検光子層との間に配置される液晶層と、
(d) 前記液晶層の第1の主表面に近接する第1の電極と、
(e) 液晶層の第2の主表面に近接する第2の電極とを備え、第1および第2の電極は、電位源に接続されると液晶層に電圧を印加するように適合され、前記ねじれネマチック液晶ディスプレイはさらに
(f) 偏光子層と検光子層との間に配置され、重合される液晶モノマーを含む正の複屈折性Oプレート補償器層を含む補償器を備え、前記重合される液晶モノマーは液晶ディスプレイの表面に関して約20度から約70度のティルト角で配向される平均光学対称軸を有し、前記補償器は光学的に薄い高プレティルト層と、液晶ディスプレイの面に関して実質的に均一な光学軸のティルト配向を有する光学的に厚いOプレート層とをさらに含む、ねじれネマチック液晶ディスプレイ。 - 前記高プレティルト層の厚さは約50nmから200nmの範囲である、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記Oプレート層の厚さは約800nmから2ミクロンである、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記高プレティルト層の低プレティルト角は約2−10度の範囲であり、高プレティルト角は約20−70度の範囲である、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記高プレティルト層は重合されるネマチック液晶材料で構成される、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記Oプレート層は重合されるネマチック液晶材料で構成される、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記光学的に厚いOプレート層は重合されるスメクチック液晶材料で構成される、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- 前記Oプレート層は約25度から75度の実質的に均一なティルト配向を有する、請求項9に記載のねじれネマチック液晶ディスプレイ。
- Oプレート補償器を製造する方法であって、
(a) 基板を設けるステップと、
(b) 液晶材料を配向できる材料の層を与えるステップと、
(c) 配向膜に重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜を与えるステップと、
(d) 前記重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜の温度を前記液晶モノマーの等方性透明点温度および凝固点温度の間の温度に調節して配向液晶膜を生成するステップと、
(e) 前記重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜に化学放射を照射して前記高プレティルト膜を重合するステップと、
(f) 重合された前記高プレティルト膜に重合可能な液晶モノマーOプレート膜を与えるステップと、
(g) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜の温度を前記液晶モノマーの等方性透明点温度および凝固点温度の間の温度に調節して配向液晶膜を生成するステップと、
(h) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜に化学放射を照射して前記Oプレート膜を重合するステップとを含む、方法。 - 前記配向膜に重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜を与える前記ステップ(c)は、
(1) 前記重合可能な液晶モノマー材料を溶媒に溶解して溶液を形成するステップと、
(2) 前記溶液を前記配向膜に与えるステップと、
(3) 前記溶媒を蒸発させて前記重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜を形成するステップとを含む、請求項17に記載の方法。 - 前記重合された高プレティルト膜に前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜を与える前記ステップ(f)は、
(1) 前記重合可能な液晶モノマー材料を溶媒に溶解して溶液を形成するステップと、
(2) 前記溶液を前記重合された高プレティルト膜に与えるステップと、
(3) 前記溶媒を蒸発させて前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜を形成するステップとを含む、請求項17に記載の方法。 - (1) 前記重合可能な液晶モノマー材料はネマチック液晶相を有し、
(2) 前記重合可能な液晶モノマー高プレティルト膜は配向膜界面において2度から10度の低プレティルト角を有し、かつ第1の空気界面を有し、前記第1の空気界面において約20−70度の実質的に傾いた液晶配向を有し、
(3) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜は高プレティルト層界面において前記高プレティルト空気界面配向の配向と実質的に等しい傾いた液晶配向を有し、かつ約20−70度の実質的に傾いた液晶配向を有する空気界面を有する、請求項19に記載の方法。 - (1) 前記液晶はネマチック液晶相を有し、
(2) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜は実質的にプレティルトされた液晶配向を与える高プレティルト層界面と、前記高プレティルト層界面ティルト配向と実質的に同じティルト方向を有する空気界面とを有する、請求項17に記載の方法。 - Oプレート補償器を製造する方法であって、
(a) 基板を設けるステップと、
(b) 液晶材料を配向できる材料の層を与えるステップと、
(c) 配向膜層に重合可能な液晶モノマーOプレート膜を与えるステップと、
(d) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜の温度を前記液晶モノマーの等方性透明点温度および凝固点温度の間の温度に調節して配向液晶膜を生成するステップと、
(e) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜に化学放射を照射して前記Oプレート膜を重合するステップとを含む、方法。 - (1) 前記液晶材料はスメクチックC相を有し、
(2) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜は
(a) 複数のスメクチック層を含み、かつ
(b) 傾いたホメオトロピック液晶配向を与える配向層を有する、請求項22に記載の方法。 - (1) 前記液晶材料はスメクチックA相を有し、
(2) 前記重合可能な液晶モノマーOプレート膜は
(a) 複数のスメクチック層を含み、かつ
(b) 実質的にプレティルトされた液晶配向を与える配向層界面を有する、請求項22に記載の方法。 - 正の複屈折性Oプレート補償器を製造する方法であって、
(a) 基板を設けるステップと、
(b) 前記基板に配向層を与えるステップとを含み、前記配向層はホメオトロピック液晶配向を与え、前記方法はさらに
(c) 前記配向層に重合可能な液晶モノマー材料の薄膜を与えるステップを含み、前記液晶材料は高い自発分極値を有するスメクチックC相を有し、こうした層は複数のスメクチック層を含み、前記方法はさらに
(d) 前記基板の面に電界を印加することによって、前記配向層と平行な前記スメクチック層の配向および前記膜の均一な特定の液晶ディレクタ配向を得るステップと、
(e) 前記薄膜に化学放射を照射して前記薄膜を重合するステップとを含む、方法。 - 薄膜を与える前記ステップ(c)は、
(1) 前記液晶モノマー材料を溶媒に溶解して溶液を形成するステップと、
(2) 前記溶液を前記配向層に与えるステップと、
(3) 前記溶媒を蒸発させて前記膜を形成するステップとを含む、請求項25に記載の方法。 - 前記液晶モノマー材料は、前記液晶材料に関して結果として得られるピッチが前記膜の厚さよりもかなり大きくなるように選択される割合の左まわりのピッチのスメクチックC材料と右まわりのピッチのスメクチックC材料とからなる、請求項25に記載の方法。
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