JP2007504488A - 液晶ディスプレイ中の側方イオンポンピング - Google Patents

Abstract

本発明は、液晶ディスプレイ素子（９００）の液晶層（９０１）からのイオン（４２，４４，９０２）汚染物の除去に関する。イオン（４２，４４，９０２）は、いわゆるイオンポンピングにより除去され、かかるイオンポンピングは、液晶の異方性粘性率を利用する。イオン（４２，４４，９０２）を交番電界により液晶層中でポンプアップしたりポンプダウンする。交番電界は、液晶中のダイレクタ（４１）の整列状態を同時に変える。液晶の粘性率は、ダイレクタの方向と関連しており、イオン（４２，４４，９０２）は、それにより非閉軌道（４３，４５）をなして動く。本発明のイオンポンピングは、非対称又はバイアス交番電界を用いて一層改良できる。

Description

開示の内容

本発明は、液晶ディスプレイに関し、特にかかるディスプレイの液晶層中に存在するイオンの側方移送及び除去に関する。イオン性不純物が、あらゆる型式の液晶ディスプレイ中に存在する。これら不純物は、画像アーチファクト、例えば、フリッカ、クロストーク及び残像を招き、ディスプレイの寿命にも悪影響を及ぼす場合がある。

ＳＴＮ型（Super Twisted Nematic：スーパーツイストネマティック）液晶ディスプレイでは、状況は特に深刻である。最も高いイオン濃度は、１０^２０ｍ^−３のオーダであり、その結果、クロストーク及び残像と関連した深刻な問題が生じる。

ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon：液晶オンシリコン）投射型ディスプレイでは、当初のイオン濃度は、非常に低く、典型的には１０^１７ｍ^−３のオーダである。しかしながら、かかるディスプレイの寿命の間、液晶分子は、光化学的に解離され、それによりイオン濃度が数桁違いに増大する。最終的に、この高いイオン濃度（典型的には、Ｆ^ー及びＣｌ^ーにより構成される）により、液晶層中の整列状態が失われると共にディスプレイが寿命末期となってしまう。

液晶中のイオン汚染物は、他のＡＭＬＣＤ（アクティブマトリクス液晶ディスプレイ）でも残像を招く。ＡＭＬＣＤにおける像のちらつきの問題は、１５年以上も前から知られているが（これについては、例えば、Ｙ．ナンノ（Y.Nanno）他著，「Characterisation of the sticking effect of TFT-LCDs」， Proceedings of the SID，第３１／４巻，１９９０年を参照されたい）、問題は依然として完全には解決されていない。この理由のうちのひとつは、事実上予測不能なイオン濃度（ＬＣ分子１０億個当たりイオン数は１個に満たない）が液晶セル中の電界を乱すのに十分であるということにある。技術の現状における精製材料及びクリーンルーム内での状態調節されたセル処理にもかかわらず、液晶ディスプレイ内部のイオン濃度は、十分に低いレベルまで保つことはできない。

これら問題を緩和する公知の手段は主として、外部環境から液晶ディスプレイ領域内へのイオンの内部拡散を阻止することに関心が寄せられている。これは、ＤＣ電界を持つ周辺リング電極（これについては、例えば、米国特許出願公開第２００２−００６０７６８号明細書、欧州特許第１，０５５，９６０号明細書、日本国特許出願公開第２００２−１９６３５５号公報、日本国特許第５，３２３，３３６号明細書を参照されたい）か、ディスプレイ領域の境界部のところに設けられたイオン捕捉（吸収）物質（これについては、例えば、日本国特許出願公開第２０００−３３８５０５号公報、日本国特許第４，３２０，２１１号明細書、日本国特許第３，００５，７２３号明細書、日本国特許出願公開第２００１−２０１７３４号公報、日本国特開平第１０−１７７１７７号公報を参照されたい）か、ディスプレイ領域の境界部を包囲する二重壁（これについては、例えば、日本国特許第６，１７５，１４２号明細書を参照されたい）かのいずれかを用いて達成される。

しかしながら、これら手段は確かに液晶のイオン汚染と関連した問題を軽減するが、プラスの効果は依然として制限されている。

周辺リング電極を用いるＤＣ電界は確かに、到来イオンを電極の方へ引き付ける。かかる場合、イオンの中には吸収されるものもあればＤＣ電界に平行に拡散するものもある。部分的側方ＤＣ電界の印加（日本国特許出願公開第２００２−１９６３５５号公報に記載されている）により、イオンがディスプレイ領域中へ拡散することは、幾分困難ではあるが、依然として不可能ではなく、これには比較的高い駆動電圧が必要である。この方式を利用した場合の一般的な欠点は、これがイオンの１つの極性についてのみ効き目があるということにある。事実、逆の極性を持つイオンは、常にディスプレイ領域中へ追いやられる。加うるに、ＤＣ電界の長期間にわたる印加は、液晶物質を劣化させる場合がある。

イオン捕捉物質は、偶発的にこれら物質に向かって拡散したイオンを捕捉するに過ぎず、イオンをイオン捕捉物質の方へ差し向ける仕組みは存在しない。

ディスプレイ領域を包囲する二重壁も又最終的には、イオンに対して透過性である。この方式の背後にある技術的思想は、液晶をディスプレイ中に詰め込んだときに、イオンが液晶中に拡散するのを阻止するということにある。二重壁も又、確かに、ディスプレイの寿命の間、イオン拡散を遅延させるという効果を有するが、それにもかかわらず、イオンは、最終的にはディスプレイ領域中へ拡散することになる。

さらに、上述したように、望ましくないイオン汚染は、周囲環境に起因するだけでなく、整列層材料（ディスプレイ領域の内部に位置する）からの拡散及び（又は）液晶物質の劣化（可視光への暴露又はＵＶ光への暴露、或いは電界に起因する解離による）に起因して液晶ディスプレイ装置それ自体からも生じる。したがって、上述の先行技術において提案された境界部のところにおけるイオン保護がたとえ全体としてイオンに対して不透過性であっても、依然として液晶中にイオンが見出されることになる。

日本国特許出願公開第２００１−０６６５８０号公報は、ディスプレイ領域の内部に設けられていて、イオンの側方運動を阻止するのに役立つ壁構造を利用した異なる方式を開示している。イオンがＬＣ層前後の電位差により側方に移動し、その結果非一様なイオン分布が得られることが記載されている。開示された内部壁システムは、確かに、より一様なイオン分布をもたらすが、全体として液晶の全体的イオン汚染に影響を及ぼすものではない。

かくして、ＬＣＤ中のイオン汚染と関連した問題を効果的に軽減する装置が要望されている。かかる装置は、液晶を周囲イオンから遮蔽するだけでなく、液晶中に見受けられるイオンを除去することが必要である。

この目的のため、現場精製技術が提案されている。現場精製を達成するためには、イオンは、ディスプレイの境界部まで側方に移送されることが必要である。この場合考えられる１つの技術的思想は、イオンを拡散移動（migration）により移送するために境界部のところに生じる側方電界を使用することである。しかしながら、ディスプレイのサイズが大きいので（ＳＴＮディスプレイの場合、少なくとも数センチメートル）、１ｃｍ／時の側方イオン速度を達成するためには数千ボルトが必要である。したがって、この方式は、達成不能である。

本発明者による新しい洞察に基づいて、市販の電極及び標準の駆動電圧（２．５Ｖで十分である）を用いて効率的な側方イオン移送（１ｃｍ／時の移送）を達成することが可能である。

本発明のイオン移送の基礎的原理は、横方向電界（即ち、頂部ガラス板上の電極と底部ガラス板上の電極との間の電界）により、異方性液晶物質中でのイオンの側方運動が生じる（即ち、ディスプレイの境界部に向かって差し向けられる）。これは、粘性率に異方性があることに起因しており、その結果、イオンは、液晶ダイレクタに垂直に動くよりも、液晶に沿って動く方が容易である（易動度が高い）。周期的なダイレクタの変動により、非閉鎖イオン軌道が生じることになる。これは、例えば、ＤＣ成分が駆動電圧中に存在しているとき、ダイレクタの角度は、イオンが上方に動いているときと下方に動いているときでは互いに異なるということを意味している。これにより、これに対応して右方向と左方向におけるイオン速度が、互いに異なることになり、その結果、正味の側方イオン変位が得られる。したがって、この効果は、イオンポンピング（ion pumping）と呼ばれる。

かくして、本発明の一特徴によれば、液晶層を有する液晶ディスプレイ装置が提案される。液晶層は、この液晶層中のダイレクタの整列状態に応じた異方性粘性率を有する。液晶ディスプレイ装置は、液晶層からのイオンの除去を可能にするためにイオン除去駆動ユニット（例えば、これは、画素駆動ユニットであってよい）を更に有する。この目的のため、イオン除去駆動ユニットは、一様な交番電圧を上述の電極に印加するよう動作し、その結果、一様な交番電界が上述の液晶層に印加される。それにより、ダイレクタは、次第に交番するダイレクタ方向に沿って整列し、イオンは、上述の電界及びダイレクタ方向に応じた次第に交番するイオン方向に沿って動く。その結果、イオンは、液晶層内をその境界部に向かって次第に側方に移動し、それにより液晶層から除去される。

もちろん、「一様な電界」という用語は、その方向が液晶層中の側方の方向を意味しており、必ずしも横断方向、即ち長手方向に直角な方向を意味するものではない。ＬＣＤは代表的には、別々の電極を有する複数個の画素を有する。本発明の目的上、一様な交番電圧は、イオンが除去されるべき領域に対応した多数個の画素に印加される電圧である。イオンをディスプレイ全体から除去しようとする場合、かくして、一様な電圧が全ての画素に印加される。それにより、一様な電界（側方に一様な電界）が、多数個の画素を含む側方延長部を備えた液晶層中に作られる。もちろん、電圧及び電界の僅かな変動が、互いに異なる画素相互間に存在する場合があり、重要な問題は、互いに異なる画素を横切るイオンの側方運動が容易になるということである。

好ましくは、交番電圧は、方形交番電圧である。液晶再配向は、極性独立性であり、方形波はかくして、純粋なＤＣ信号としてダイレクタに同じ効果をもたらす。しかしながら、イオン移動は、極性依存性である。したがって、基板のうちどれについてもイオンの蓄積を回避すると共に電気化学的効果を無くすためには、方形波形状の交番駆動電圧を用いることが好ましい。「方形波交番電圧」という用語は、電圧を正弦波電圧から区別することを意図しているに過ぎず、当然のことながら、方形波や重畳方形波、例えばアルト・アンド・プレシュコ（Alt & Pleshko）波に近い電圧をも含む。かくして、幾つかの駆動波形が可能である。アクティブマトリクス駆動方式では、本質的に対称の方形波が好ましい場合が多く。パッシブマトリクス駆動方式（例えば、ＳＴＮ）では、アルト・アンド・プレシュコ（Alt & Pleshko）波（又は、これから誘導される波）が好ましい選択肢である。比較すると、正弦波形の電圧は確かに、イオンの蓄積（及び電気化学的性質）を回避するが、結果的に画像のちらつきが生じる場合がある。

本発明の側方イオン移送方式は、イオン伝送周波数及び液晶スイッチング周波数により境界付けられる周波数範囲内で交番する電圧にとって最も有効である。イオン伝送周波数（ｆ_ｔ）は、イオンが交番半周期でセルギャップ全体ｄ（即ち、液晶層の厚さ）を横切ることができる最大周波数として定義され、これは、イオンの平均易動度μにより定められるμＶ／ｄ^２によって近似的に表すことができる。液晶スイッチング周波数ｆ_ｓは、液晶ダイレクタ再配向が印加された駆動電圧の変化に続いて起こることができる最大周波数として定義される。このｆ_ｓは、液晶物質の誘電体異方性Δε及び回転粘性率γによって定められるΔεＶ^２／γｄ^２によって近似的に表すことができる。好ましくは、極性交番頻度は、イオン伝送周波数（ｆ_ｔ）及び液晶スイッチング周波数（ｆ_ｓ）によって境界付けられた範囲内に収まるべきである。実用目的上、これは、駆動電圧周波数が好ましくは、１〜１０Ｈｚの範囲に収まるべきであることを意味している。画素への一様な交番電圧の印加を容易にする簡単な変形を行った後においては、従来型画素電極を用いてイオン除去交番電界を提供することができ、従来型画素駆動ユニットにより交番駆動電圧を供給することができる。

一実施形態によれば、交番電圧は、バイアスがかけられた交番電圧であり、交番電界は、その結果、バイアスがかけられた交番電界である。バイアス電圧の印加の結果として、ダイレクタの再配置は、極性が異なる場合には異なる。というのは、再配置は、印加された電界の絶対値で決まるからである。イオン濃度が低い場合の正味の側方移送を達成するためには、実際には、駆動電圧に或る程度のバイアス又は非対称を導入することが必要である。バイアスは、交番電圧に印加されるＤＣ成分の状態であってもよく、交番電圧中のデューティファクタの状態のいずれであってもよい。重要なことは、適切な時間尺度（イオン伝送周波数及び液晶スイッチング周波数で決まる）において非対称性があり、イオン軌道が閉鎖されないようになっているということである。これは、時間尺度が長い場合（例えば、数周期後）、ＤＣ成分を確かに交番させることができるということを意味している。

一実施形態では、ディスプレイ装置は、液晶層を加熱する手段を更に有している。これは、液晶を加熱すると、イオンの側方移動が促進されることが分かっており、かくして、かかる加熱が液晶からのイオンの除去を促進するので有利である。

一実施形態によれば、液晶層は、２つのラビング層相互間に封入され、各ラビング層は、イオンに所望の側方の方向を与えるようになったラビング方向を有している。適当なラビング方向を選択することにより、側方イオン移送方向に影響を及ぼすことができる。一般に、イオン運動は、中間平面（半セルギャップ）ダイレクタに垂直な方向であろう。逆のねじれ方向に変更することにより、イオン運動は、ちょうど逆の方向に差し向けられることになる。かくして、この実施形態は、イオンを任意所望の方向、例えば液晶層の一方の側部に沿って設けられたイオン吸収物質に差し向けることができるので有利である。

一実施形態によれば、液晶ディスプレイ装置は、アドレス指定可能なディスプレイ領域を有し、この液晶ディスプレイ装置は、イオンをこのアドレス指定可能ディスプレイ領域の外部に保持する手段を更に有する。

例えば、イオン保持手段をこのアドレス指定ディスプレイ領域の少なくとも一部を包囲する周辺リング電極として提供することができる。かかる場合、イオン除去駆動ユニットは、バイアス交番電圧を周辺リング電極に印加するよう動作し、その結果、イオンがアドレス指定可能ディスプレイ領域の外部で周辺リング電極相互間に保持されるようになっている。周辺リング電極の代替手段として、ディスプレイ装置は、かかるアドレス指定ディスプレイ領域の外部にイオン捕捉物質を備えてもよい。これが、イオンが外部に効果的に捕捉され、かくしてアドレス指定可能ディスプレイ領域に入るのが阻止されるので有利である。

本発明の別の特徴によれば、液晶ディスプレイ装置の液晶の層からイオンを除去する方法が提供される。本発明の方法の上首尾の作用のためには、液晶層は、液晶中のダイレクタの整列状態に応じた異方性粘性率をそなえなければならず、この方法は、
バイアスがかけられた交番電界を液晶層に横断方向に印加する段階を有し、この交番電界は、ダイレクタを交番ダイレクタ方向に沿って整列させる効果と、イオンを電界及びダイレクタ方向で決まる交番イオン方向に沿って移動させる効果を同時に発揮する。それにより、イオンを液晶層中で側方に次第に動かす。かくして、本発明の方法は、イオンを液晶ディスプレイの液晶層から除去する有利な手法を提供する。

一実施形態によれば、交番電界は、バイアスがかけられた交番電界である。バイアス電界を用いた場合の利点については上述してある。

一実施形態によれば、この方法は、スクリーンセーバモードで実施される。スクリーンセーバモードは、例えばディスプレイが待機モードにあるとき、ディスプレイの通常の動作期間相互間で起動されると有利である。拡散プロセスは代表的には、イオンポンピングプロセスの約１００倍遅い。したがって、過酷な使用中であっても、ディスプレイは、所定時間のほんの何分の１かの間だけスクリーンのセーバモードでいることが必要なだけである。例えば、５９分間ディスプレイを通常の動作で動作させ、しかる後、これを１分間だけスクリーンセーバモードで動作させることを繰り返すことは、液晶中に見受けられるイオンを補償し、かくしてイオンの総数を完全に合格レベルに保つ。

一実施形態によれば、この方法は、液晶ディスプレイ装置の製造中に実施される。それにより、イオン不純物に関する要件を、液晶層からのイオンのアクティブな除去を行わない従来製造方法と比べて、実質的に緩和できる。この方法を製造中にのみ実施することは、別個の電極及び駆動手段が交番電界を印加できるので別途有利である。それにより、従来設計のディスプレイを本発明の方法を利用して製造できる。この方法を製造中に実施しようとする場合、液晶層のアドレス指定可能な部分を包囲してこれを封入するＵＶ重合可能壁を設け、イオンの除去の次のＵＶ照射により重合し、かくしてイオンを液晶層の適切な部分の外部に捕捉する。

一実施形態によれば、本発明の方法は、液晶層を加熱する段階を更に有し、それによりイオンの側方移動を促進する。液晶の加熱は、非常に効果的であり、側方移動は代表的には、１０℃の温度上昇につき約２倍となる。

一実施形態によれば、バイアス交番電界は、次々に極性が変化する直流電圧成分を含む。それにより、液晶層への直接的な電界の長時間にわたる印加と関連した問題が無くなる。正の成分と負の成分は、例えば分単位で交番可能である（例えば、２分間正、２分間負）。

かくして、従来のオーバーラップした状態の電極を用いて純粋に横断方向の電界を発生させることができ、この電界は、両方の極性のイオンに対し側方寸法方向において同一の正味の直接的効果を有する。ＡＣ方形波の頂部のＤＣ成分は、従来型ＡＣ駆動電圧に代えて駆動の際に用いられる。用いられるＤＣ成分の極性を、イオンポンピングの方向性に影響を及ぼさないで、変えることもできる。イオンに加わる正味の力は、印加電界に垂直であり、かくして、イオンは、ポンピングの結果として側方の方向に移動する。

本発明の構成を用いると、製造中の加工要件を緩和することができると共に高い処理後イオン汚染を許容することができる。というのは、過剰なイオンは最終的には、ディスプレイ領域から送り出されるからである。この効果は実質的に、製造プロセスからの歩留まりを向上させる。

一般的な見解によれば、例えば日本国特許出願公開第２００１−０６６５８０号公報に開示されているように、液晶内部のイオンの側方移動は、側方電界を作る平均電位差により説明されることに注目することは興味のあることである。これとは異なり、本発明は、液晶がイオン易動度の異方性をもたらすという発見に基づいている。事実、イオンは、液晶中で或る特定の方向に移動する傾向がある。

次に、添付の例示の図面を参照して本発明について一層詳細に説明する。

イオン汚染に関する問題を説明するため、ＳＴＮ液晶ディスプレイの特定の場合が、図１及び図２に示されている。図１は、低レベルのイオン汚染（５Ｅ１９イオン／ｍ^−３）があるＳＴＮ−ＬＣＤにおける透過率の制限された周波数依存性を示すグラフ図である。これとの比較の上で、図２は、イオン汚染された（５Ｅ２０イオン／ｍ^−３）ＳＴＮ−ＬＣＤにおける透過率の概略的な周波数依存性を示す対応のグラフ図である。かくして、図１及び図２から観察できることとして、イオン濃度が高すぎると、透過率−電圧曲線の周波数依存性が生じる。すると、周波数依存性のある透過率−電圧曲線は、目に見えるクロストーク及び残像というアーチファクトを招く。

図３では、イオン濃度と周波数依存性との間の関係に関する最近の実験データがプロットされている。この曲線は、例えば図１及び図２に示す測定値から導き出されている。所与の透過率レベルｄＶ（１０％）及びｄＶ（９０％）では、これに対応して６０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚの電圧シフトが見受けられる。互いに異なるイオン濃度を持つ種々のサンプルについてこれらシフトを集めた後、図３の相関関係を求めた。これらの結果から得ることができる結論として、典型的なＳＴＮディスプレイにおける可視クロストークアーチファクトを回避するためには、イオン濃度は約５×１０^１９・ｍ^−３以下である必要がある。従来型の製造方法は、たとえクリーンな処理条件及び精製した液晶物質が用いられたとしてもこれを達成することはできない。

一例として、図４では、ねじれたダイレクタ４１、正イオン４２及び負イオン４４を示すＳＴＮディスプレイについてダイレクタプロフィールの典型的な断面がプロットされている。図４のダイレクタ角度が与えられているとすれば、方形波電圧（交番極性を持つ）で駆動することにより、正イオンは、上下にスイープされるだけでなく左右にもスイープされることになる。全体として、正イオンは、矢印４３で指示されたジグザグ経路に沿って移動し、負イオン４４は、経路４５に沿って移動することになる。

この作用効果が本当にＳＴＮセル中で生じることを証明するため、９個の画素から成るディスプレイ用途に対して行われた幾つかの実験結果が、図５に概略的に示されている。かくして、ディスプレイユニットは、画素１１，１２，１３，２１，２２，２３，３１，３２，３３を有している。まず最初に、ポンピングを画素２２だけに適用した（２．５Ｖ−ＡＣ、０．５Ｖ−ＤＣ及び２０ｍｓフレーム時間）。結果が、図６に示されており、ここでは、相当多くの量のイオンが画素２２から右側の隣りの画素に（主として２３に、しかしながら僅かに１３及び３３にも）再配置されていることが明らかである。

この最初の実験は、イオンをイオンポンピングにより側方に再配置できるということを証明している。全ての画素上におけるイオンの平均濃度は、一定のままであった。イオンは、電極上で再結合されず又は吸収されず、側方に移動した。

イオンポンピングの有効性を証明するため、ポンピングを全ての画素に対して実施したが（２．５Ｖ−ＡＣ、０．５Ｖ−ＤＣ及び１０ｍｓフレーム時間）、その結果が図７に示されている。観察されるように、ディスプレイ全体のアドレス指定可能領域中のイオン濃度は、数時間以内に１／５に減少している。明らかなこととして、当初仕様の範囲内に無かった（その結果、クロストークを示した）このＳＴＮディスプレイは、イオンポンピング後には臨界イオン濃度を十分に下回っている。

図７では、イオンが、アドレス指定可能領域の境界に向かってポンピングされている。イオンポンピングの速度は、図８に示されている。交番電圧を２．５Ｖに設定し、フレーム時間を１０ｍｓに設定した。最初の４時間では、ＤＣ成分は印加されず、次の４時間で、０．５Ｖ−ＤＣを印加した。図７から明らかなこととして、ＤＣ成分が印加されるとポンピングは確かに早く進行する。ここで注意すべきこととして、図４の特定のダイレクタ配向に関し、正のＤＣ成分を印加するか、負のＤＣ成分を印加するか、どちらを印加するかはたいしたことではない。両方のＤＣ極性に関し、全てのイオンは、右側に動いてゆく。平均で、１ｃｍ／時の側方イオン速度を得ることができる。

これと比較のために、再拡散プロセスの速度が、図９にプロットされている。再拡散はイオン拡散により引き起こされるので、これは、非常にゆっくりと起こることになる（約１ｃｍ／週）。かくして、再拡散は、ポンピングよりも約１００倍遅く進行し、したがって、本発明のイオンポンピングは、時間制約が無い。

側方イオンポンピングをより有効にするため、イオンをアドレス指定可能領域の境界の外部に保つことを目的として幾つかの実施形態を想到できる。

一実施形態によれば、イオンポンピング駆動モードは、スクリーンセーバとして用いられる。例えば、携帯電話では、これは、最も需要が高いユーザにとっても役に立つ。というのは、たとえスクリーンセーバが１時間当たりほんの１分間オンの場合であっても、その５９分間の間、最悪のケースのイオン拡散は、１分間のイオンポンピングにより容易に相殺されるからである（これについては、図８及び図９参照）。

別の実施形態が、図１０に示されている。かくして、図１０は、本発明のディスプレイユニット９００の断面を示している。ディスプレイユニット９００は、イオン９０２によって汚染されていて、２つの基板９０４，９０５相互間にサンドイッチされた液晶層９０１を有している。電極９０３が、液晶層の互いに反対側の側部に且つディスプレイユニットのアドレス指定可能領域９００の外部に配置されている。この実施形態によれば、周辺リング電極は、イオンをアドレス指定可能領域９０６の外部に保つためにイオンを連続的にポンピングするために用いられる。

周辺リング電極の代替手段として、図１１は、これに代えてイオン捕捉物質をアドレス指定可能領域の外部に用いる実施形態を示している。かくして、図１１は、イオン１００２によって汚染された液晶層１００１を有するＬＣＤユニット１０００の断面を示している。液晶は、基板１００４，１００５相互間にサンドイッチされると共にイオン捕捉物質１００３により封止されている。アドレス指定可能領域１００６からポンピングされたイオンはかくして、イオン捕捉物質１００３中に捕捉される。

本発明のＬＣＤの製造方法も又、考えられ、これは図１２に示されている。かくして、図１２は、図１０及び図１１に示す断面に一致した断面を示しているが、これとは異なり、アドレス指定可能領域の境界部のところにＵＶ重合可能な壁１１０１が設けられている。セルを液晶で充填した後、電極を或る特定の時間駆動する。その目的は、イオンアドレス指定可能領域の外部にポンピングすることにある。次に、ＵＶ照明により、壁の重合が可能であり、その後、イオンは、アドレス指定可能領域の外部に捕捉されたままになる。ＵＶ重合可能物質以外の重合可能物質も当然のことながら計画される。

また、イオンポンピングを行っている間、液晶を加熱することも可能である。判明するように、ポンピング速度は、温度が１０℃上がる毎に約２倍になる。これは、電流をパネルの内側か外側かのいずれかに設けられた追加のＩＴＯ（インジウム錫酸化物）導電路に流すことにより実現できる。

上述したように、ポンピング効果は、バイアス交番ポンピング電圧を用いるとかなり顕著である。液晶層中へのＤＣ電圧の長時間にわたる印加と関連した問題を軽減するため、ＤＣは好ましくは交番極性で印加される。これは例えば、分単位で行われるのがよく、ポンピングが極性独立性なのでポンピングに悪影響を及ぼすことはない。

ポンピング中におけるイオン変位の側方方向は、ラビング方向及びねじれ方向により制御できる。これらパラメータによりポンピングの方向を制御することができる（３６０゜のフルレンジの範囲内で）。これらパラメータに応じて、全てのイオンを右側又は左側に移動させることができる。変形例として、全ての正イオンを一方向に移動させ、負イオンを逆方向に移動させてもよい。後者は、１８０゜よりも小さなねじれ角の場合に達成される。一般に、イオンの運動は、中央平面（半セルギャップ）ダイレクタに垂直な方向であろう。逆のねじれ方向に変更することにより、イオン運動は、ちょうど逆の方向に差し向けられることになる。図１３では、種々の駆動電圧が示されている。符号１２０１は、方形ＡＣ電圧及び連続ＤＣ電圧から成るバイアス又は非対称電圧を示している。符号１２０２は、同様な電圧を示しているが、この場合、ＤＣ電圧は、経時的に極性が変化する。しかしながら、ＤＣは、方形ＡＣ電圧の場合（例えば、１秒毎に１０回）よりも非常に大きな時間尺度（例えば、毎分１回）で極性が変化する。符号１２０３は、ＤＣ成分の無い非対称方形波を示している。それどころか、方形ＡＣ成分の正の部分は、負の部分よりも実質的に長い。最後に、符号１２０４は、重畳ＤＣ成分を持つアルト−アンド−プレシュコ（Alt & Pleshko）波成分を示している。

要するに、本発明は、液晶ディスプレイ素子の液晶層からのイオン４２，４４汚染物の除去に関する。イオンは、いわゆるイオンポンピングにより除去され、かかるイオンポンピングは、液晶の異方性粘性率を利用する。イオンを交番電界により液晶層中でポンプアップしたりポンプダウンする。交番電界は、液晶中のダイレクタ４１の整列状態を同時に変える。液晶の粘性率は、ダイレクタの方向と関連しており、イオンは、それにより非閉軌道４３，４５をなして動く。本発明のイオンポンピングは、非対称又はバイアス交番電界を用いて一層改良できる。

良好なセルと不良のセルについての種々の駆動周波数に関する透過率−電圧曲線を示すグラフである。 良好なセルと不良のセルについての種々の駆動周波数に関する透過率−電圧曲線を示すグラフである。 イオン濃度とＴ−Ｖ曲線の周波数依存性との間に成り立つ実験による相関関係を示すグラフである。 典型的なＳＴＮダイレクタプロフィールの断面図である。 ９個の列挙した画素を有するディスプレイを示す図である。 図５に示す画素中のイオン濃度を示すグラフである。 図６に類似したグラフ図であるが、イオンポンピングが９個全ての画素について同時に採用された場合についてのグラフである。 ポンピング（左側）及び再拡散中におけるアドレス指定可能な領域のイオン濃度を示す図である。 ポンピング（左側）及び再拡散中におけるアドレス指定可能な領域のイオン濃度を示す図である。 イオンが周辺リング電極による能動ポンピングによりアドレス指定可能な領域の外部に保たれる本発明のディスプレイの断面図である。 イオンがイオン捕捉物質によってアドレス指定可能な領域の外部に保たれる本発明のディスプレイの断面図である。 イオンが製造工程中重合可能な壁によりアドレス指定可能な領域の外部に保たれる本発明のディスプレイの断面図である。 本発明のイオンポンピングに適した種々の駆動電圧を示す図である。

Claims (11)

1. 液晶層を有する液晶ディスプレイ装置であって、前記液晶層は、前記液晶層中のダイレクタの整列状態に応じた異方性粘性率を有し、前記液晶ディスプレイ装置は、一様な交番電界を前記液晶層に印加する手段を更に有し、前記ダイレクタは、交番ダイレクタ方向に沿って整列し、イオンが、前記電界及び前記ダイレクタ方向で決まる交番イオン方向に沿って前記電界によって駆動され、前記イオンは、前記液晶層中で側方に次第に駆動される、液晶ディスプレイ装置。
2. 前記交番電界は、バイアスがかけられた交番電界であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
3. 前記液晶ディスプレイ装置は、前記液晶層を加熱し、かくして前記イオンの側方運動を促進する手段を更に有する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
4. 前記液晶ディスプレイ装置は、イオンをアドレス指定可能なディスプレイ領域の外部に保持する手段を更に有する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
5. 一様な交番電界を印加する前記手段は、前記液晶層の互いに反対側の側部に設けられた画素電極及び画素を駆動するよう動作する画素駆動ユニットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
6. 液晶ディスプレイ装置の液晶の層からイオンを除去する方法であって、前記層は、前記液晶中のダイレクタの整列状態に応じた異方性粘性率を有し、前記方法は、
   一様な交番電界を前記液晶層に横断方向に印加する段階を有し、前記電界は、前記ダイレクタを交番ダイレクタ方向に沿って整列させる効果と、前記イオンを前記電界及び前記ダイレクタ方向で決まる交番イオン方向に沿って移動させてイオンを前記液晶層中で側方に次第に動かすようにする効果を同時に発揮する、方法。
7. 前記交番電界は、バイアスがかけられた交番電界であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記バイアスがかけられた交番電界は、直流成分を有し、前記方法は、前記直流成分の極性を変化させる段階を更に有する、請求項７に記載の方法。
9. 一様な交番電界を印加する前記段階は、専用スクリーンセーバモードで実施されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
10. 一様な交番電界を印加する前記段階は、前記液晶ディスプレイ装置の製造中に実施されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
11. 前記方法は、前記液晶層のアドレス指定可能な部分を包囲してこれを封入したＵＶ重合可能壁をＵＶ照明によって重合し、かくしてイオンを前記液晶層の前記アドレス指定可能部分の外部に捕捉する段階を更に有する、請求項１０に記載の方法。

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