JP4155377B2 - LCD display device - Google Patents

LCD display device Download PDF

Info

Publication number
JP4155377B2
JP4155377B2 JP2000141695A JP2000141695A JP4155377B2 JP 4155377 B2 JP4155377 B2 JP 4155377B2 JP 2000141695 A JP2000141695 A JP 2000141695A JP 2000141695 A JP2000141695 A JP 2000141695A JP 4155377 B2 JP4155377 B2 JP 4155377B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
region
state
active
alignment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000141695A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000338494A (en
Inventor
ジェーン アコスタ エリザベス
ジョン タウラー マイケル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of JP2000338494A publication Critical patent/JP2000338494A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4155377B2 publication Critical patent/JP4155377B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1391Bistable or multi-stable liquid crystal cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1393Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extend the max. time for use with low power consumption by forming active liquid crystal regions each region of which can be switched between first and second liquid crystal states and forming a separation region containing a region having a stable third liquid crystal state. SOLUTION: The active region A is regulated by the overlapped row and column electrodes in the liquid crystal region, and when voltage pulses are applied, the liquid crystals in the active region A can be controlled to a 0 deg. twist state and 360 deg. twist state. A separation region I is formed between two active regions A to separate them and to stabilize the two metastable states in each active region. The separation region is formed as a stable twisted HAN liquid crystal state, and in order to obtain a stable separation region, the pretilt angle of one alignment film in the region corresponding to the separation region is controlled preferably to about 45 deg. or larger, and more preferably to 90 deg.. The active region A is preferably completely surrounded by the separation region I in order to effectively separate the active regions A by the separation region I.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイデバイスに関し、特に、双安定ツイストネマティック(BTN)液晶ディスプレイデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
本明細書中において用いられる用語「ツイスト」は、液晶セルの平面における角度を意味するように定義されており、この平面を介して液晶ダイレクターがセルの一方の表面から他方の表面へ回転する。
【0003】
BTN効果は、EP−A−O 018 180およびD.W.Berremanら、「Journal of Applied Physics」Vol52、No.4、3032頁(1981)に開示されている。
【0004】
双安定ツイストネマティック(BTN)液晶ディスプレイデバイスの概略構造を図1(a)に模式的に示す。このデバイスは、上側基板1および下側基板2、ならびにこれらの基板の各々の上に設けられた配向層3および4から構成される。コレステリック(ツイストネマティック)液晶の層5が、これらの基板間に設けられる。電極(図示せず)が上側基板1および下側基板2上に設けられ、液晶層に電圧が印加されることを可能にする。
【0005】
図1(a)から図1(d)は、BTN液晶ディスプレイデバイスの動作原理を示す。上側配向膜3のラビング方向が、下側配向膜4のラビング方向に対してアンチパラレルである場合、液晶層5に電圧が印加されていないとき、セルギャップの実質的に2倍のピッチを有するコレステリック(ツイストネマティック)液晶材料が180°ツイストを有する初期状態を採用する。2つの配向膜のラビング方向がアンチパラレルである場合、180°ツイスト状態は広がるという欠点を有する。
【0006】
初期安定180°ツイスト状態に加えて、広がりのない2つのさらなる準安定状態が存在し得るが、これらの状態はやや好ましくないツイストを有する(すなわち0°および360°)。これらの状態は図1(c)および図1(d)にそれぞれ示される。これらの準安定状態は、180°ツイスト状態よりもはるかに速く生成され得、これら2つの状態がBTN液晶ディスプレイデバイスにおいて用いられる。図1(a)のBTN液晶セルが交差する直線偏光子の間に設けられる場合、図1(d)の360°ツイスト状態は黒くみえ、逆に光軸が偏光子方向に対して45°に向けられるときに、図1(c)の0°ツイスト状態は白くみえる。
【0007】
図1(c)および図1(d)に示される準安定0°および360°ツイスト状態は、図2(a)および図2(b)に示される電圧パルスを用いて、図1(a)の安定180°ツイスト状態から生成される。液晶が180°ツイスト状態にあるとき、リセットパルス6がまず、上側基板および下側基板上に設けられた電極(図示せず)間に印加される。リセットパルス6は、180°ツイスト状態から図1(b)に示すホメオトロピック状態への転移を引き起こすために十分な振幅および持続時間を有する。ホメオトロピック状態において、液晶層5のバルク(配向膜3および4のすぐ近傍から離れた部分)における液晶分子は、例えば分子7により、図示されるように、基板1および2に対して垂直に配向される。
【0008】
2つのタイプの選択アドレシングパルス8のうちの1つが、その後電極に印加されてデバイスの所望の状態を選択する。選択アドレシングパルス8の1つのタイプは、液晶を図1(b)のホメオトロピック状態から、図1(c)の0°ツイスト状態に切り換える。この状態において、セルのラビング配向が偏光子の透過軸に対して45°に向けられた状態で、互いに直交する線形偏光子の間にセルが設けられるとき、セルは減衰が最小限であるように見える、すなわち白く見える。
【0009】
もう一方のタイプのアドレシングパルス8’は、図1(b)のホメオトロピック状態を図1(d)の準安定360°ツイスト状態に切り換える。これは、液晶セルが互いに直交する線形偏光子間に設けられる場合、減衰が最大限である状態、すなわち黒状態である。
【0010】
上記の記載では、上側および下側配向膜の配向方向間の角度が180°であるデバイスについて述べているが、BTNはこれに限定されない。上側および下側配向膜の配向方向間の角度は、他の値であり得る。上側および下側配向膜の配向方向間の角度がΦであるとき、3つの安定または準安定状態は、Φ−π、Φ、およびΦ+π(すなわち、Φ−180°、Φ、およびΦ+180°)のツイストを有する。
【0011】
1つの安定ツイスト状態および2つの準安定ツイスト状態のエネルギーは、液晶セルのセルギャップと液晶分子のピッチとの比率に依存する。概して、3つの状態は全て異なるエネルギーで存在し、安定ツイスト状態が最も低いエネルギー状態である。この状態は、通常、位相学的に2つの準安定ツイスト状態からは区別され、そしてこれはLCDの動作状態のいずれにも相当しない。この3つの状態間のエネルギーの差は、2つの問題を生む。第1に、液晶セルに電圧が印加されていないときに、エネルギー的に好ましい安定ツイスト状態が、ある一定の期間に、核生成して準安定動作状態に変化しがちである。さらに、液晶層5に電圧が印加されていないときに、たとえ所望でない安定ツイスト状態が核生成しないとしても、2つの準安定状態のうちのエネルギー的により好ましい方が、他方にゆっくりと変化する。これは、デバイスがオフに切り換えられたときに、BTNLCDが所望のディスプレイを保たず(すなわちBTN LCDは真の双安定デバイスではない)、ディスプレイは所望の画像を維持するために絶えずリフレッシュされなければならないことを意味する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
BTN LCDの1つの特定のアプリケーションは低電力LCDであり、例えば携帯用LCDである。このようなデバイスにとって、できる限り低い電力消費を有すること、ならびにデバイスが再充電せずに使用され得る最大時間を延ばすことは望ましい。従って、所望でない状態の核生成および変化を防ぐために、ディスプレイを頻繁に更新しなければならないことは、電力消費を増加させることから、望ましくない。本発明は、BTN LCD上で表示される画像をリフレッシュしなければならないという問題点に対処する。
【0013】
パッシブマトリクスアドレシング方法により駆動する双安定ツイストネマティック(BTN)LCDのさらなる例は、T.Tanakaら、「PROC.Asia Display」、259頁(1995)に開示されている。
【0014】
BTN液晶ディスプレイ内にアドレス領域を閉じ込める2つの方法が、D.W.Berremanら、「Journal of Applied Physics」、Vol.52、No.4、3032頁(1981)に開示されている。この文献に記載される両方法は、LCD内に非アドレス領域を設け、アドレス領域を分割する。非アドレス領域内の0°ツイスト状態を安定化するために、LCDの非アドレス領域の、ピッチに対する厚さの比率は下げられている。隣接したアドレス領域は、0°ツイスト状態と360°ツイスト状態との間で切り換えられ得、これらは非アドレス領域により互いに分離されている。非アドレス領域のピッチに対する厚さの比率を下げる1つの方法は、非アドレス領域の液晶層の厚さを低減することである。開示されたもう1つの方法は、非アドレス領域内の液晶層と配向膜との間の界面における液晶分子のダイレクターの傾きをアドレス領域内に比べて大きくし、液晶分子の有効ピッチを増すことである。
【0015】
しかし、非アドレス領域内のセルの厚さを低減することによる分離は、活性領域全体を壁で包囲することを必要とし、この壁の高さは効果的な分離を提供するためには、セルの厚みの少なくとも2/3である必要がある。このことは、空気が壁の角に閉じ込められる傾向にあることから、デバイスを液晶材料で充填する際に問題となり得る。
【0016】
さらなる問題が、セル厚の必要とされる均一性を得る際に生じる。スペーサボールが使用される場合、これらが壁上に配置されるならばセルの厚さの約1/3の直径を有し得るが、この場合、これらスペーサボールを位置決めすることが難しい。あるいは、セルの直径に等しい厚さを有するスペーサボールが使用され得るが、この場合、スペーサボールが活性領域内に配置され、かつ壁上に配置されないことを確実にするための大きな注意が必要とされる。これらの両方法は、正確に実施することが難しい。さらなる選択肢として、壁上にピラーを形成することができ、この壁およびピラーを組み合わせた高さを所望のセルの厚さに等しくする。ピラーは壁形成プロセスを繰り返すことにより設けられるが、壁ではなくピラーを設けるための別のマスクを要する。このことは、さらなるプロセス工程を必要とし、またピラー用のマスクの精密な位置決めをも必要とする。
【0017】
両基板上のプレチルトを修正することにより分離を行うには、マスクラビングプロセスが両基板に必要となり、これは2つの基板を配向する際に高い精度が要求されることを意味する。
【0018】
GB2096342Aは、HおよびV状態を安定化することにより、双安定デバイスを得る分離領域を記載している。これらの状態は、平行な配向を必要とする。H状態は、位相学的にV(またはT)状態と異なり、s=±1/2のディスクリネーションラインがH状態をV状態から分離する。分離領域がデバイスに組み込まれ、2つの状態間のドリフト(すなわち、ディスクリネーションラインの移動)を防ぐ。この分離領域は、一方の配向表面上の活性領域の間に配置された、不連続な表面(異なるチルトの領域)を導入することにより形成される。この分離領域は均一な平面配向を有し、ディスクリネーションラインは配向層の不連続な表面に固定される。状態間の切換えは、固定されたs=±1/2のディスクリネーションラインの取り外し、移動、および再固定を必要とする。
【0019】
対照的に、BTNは3つの状態のうちの1つのみが非ツイストであり得るツイストネマティックデバイスである。2つの動作状態(Φ−180°およびΦ+180°)は位相学的に互いに異ならず、それらの間にディスクリネーションラインは存在しないが、所望でない安定Φ状態は位相的にこれらとは異なる。BTNデバイスは、動作している間中、所望でない状態の除去および回避を必要とする。BTNの切換えメカニズムは、ディスクリネーションラインの取り外し、移動、および再固定を含まない。
【0020】
BTNが、必要とされるツイスト(ピッチに対する厚さの比率)のためにドープされた液晶を備えたツイストティッドデバイスであるように、両基板上にホメオトロピックな配向がないと、分離領域は必然的に、分離の挙動が不明瞭であるツイスティッド構成となる。実際、GB2096342Aにおいて提案されている、BTNに適用される分離エリアの構成は、現に所望でない安定状態を安定化し、ディスクリネーションラインを生成し、実際にBTNの長期的双安定性の可能性を低くする。BTNで、本発明において記載される分離領域は、ディスクリネーションを固定せず、代わりにこれは2つの動作状態を分離するために、それらの間にバリアを形成することを可能にするような不連続な表面を設ける。このバリアは2つの動作状態と整合(位相学的に同等であること)していなければならない。
【0021】
Hokeら、「SID 97 Digest」、29頁は、BTN LCDの高速性能のために、ディスプレイは180°ツイスト状態の核生成および変化を防ぐために十分頻繁にリフレッシュされるべきであると示唆している。上述のように、この方法は、LCDの電力消費を増加させることから、望ましくない。
【0022】
EP−A−0 579 247は、透過型BTN LCDにおける最大コントラストを提供するために、液晶セルがその間に配置される、偏光子の位置を選択する技術を開示している。
【0023】
HokeおよびBosは、「SID 98 Digest」、854頁において、180°ツイスト状態の変化を防ぐためにポリマー壁が各画素の周りに形成されるBTN LCDを開示している。この方法においては、光重合性モノマーの液晶材料が用いられ、これは電圧が液晶セルに印加される間、マスクを用いて選択的に照射される。この方法は、活性領域の面積を減少せずに明確な壁構造を得ることが難しいことから、不利である。さらに、インサイチュ重合プロセスは、イオンの混入を引き起こし得、焼き付き(すなわち、ある動作状態から他の動作状態へ画素を再書き込みする際の困難性)をもたらす。
【0024】
セルの厚さに等しい高さを有する物理バリアを個々のアドレスエリアの周りに配置することが、予期され得る。しかし、このことはLCDの製造を複雑にするという欠点を有する。特に、パネルを液晶材料で充填することが非常に難しくなる。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶ディスプレイデバイスは、第1および第2の基板と、該第1および第2の基板のそれぞれに配向方向がアンチパラレル状態で設けられた第1および第2の配向膜と、該第1および第2の配向膜の間に設けられたBTN液晶材料とを含む、双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスであって、前記BTN液晶材料は、電圧が印加されるように構成された第1の活性液晶領域および第2の活性液晶領域と、該第1の活性液晶領域と該第2の活性液晶領域との間に電圧が印加されない状態で設けられた分離領域とを含み、前記第1および第2の活性液晶領域の各々は、電圧の印加により第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切り換え可能であり、前記分離領域は、第3の液晶状態で安定している領域を含み、前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ(Φ−π)°ツイスト状態および(Φ+π)°ツイスト状態であり、前記第1および第2の配向膜の一方の配向条件が、前記分離領域と前記第1および第2の活性液晶領域との間で異なり、前記第3の液晶状態が、均一なツイスティッドへリックス状態である。
【0027】
また、本発明の液晶ディスプレイデバイスは、第1および第2の基板と、該第1および第2の基板のそれぞれに配向方向がアンチパラレル状態で設けられた第1および第2の配向膜と、該第1および第2の配向膜の間に設けられたBTN液晶材料とを含む、双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスであって、前記BTN液晶材料は、電圧が印加されるように構成された第1の活性液晶領域および第2の活性液晶領域と、該第1の活性液晶領域と該第2の活性液晶領域との間に電圧が印加されない状態で設けられた分離領域とを含み、前記第1および第2の活性液晶領域の各々は、電圧の印加により第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切り換え可能であり、前記分離領域は、第3の液晶状態で安定している領域を含み、前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ(Φ−π)°ツイスト状態および(Φ+π)°ツイスト状態であり、前記第1および第2の配向膜の一方の配向条件が、前記分離領域と前記第1および第2の活性液晶領域との間で異なり、前記第3の液晶状態が、焦円錐組織である。
【0030】
本発明の1つの実施形態によると、前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ0°ツイスト状態および360°ツイスト状態である。
【0031】
本発明の1つの実施形態によると、前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ−90°ツイスト状態および270°ツイスト状態である。
【0033】
本発明の1つの実施形態によると、前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、前記分離領域よりもより低いプレチルトを有する。
【0034】
本発明の1つの実施形態によると、前記一方の配向膜が、前記分離領域において、実質的に90°のプレチルトを生成する。
【0035】
本発明の1つの実施形態によると、前記一方の配向膜が、前記分離領域において、ランダムに方向付けられた、高プレチルトを生成する。
【0036】
本発明の1つの実施形態によると、前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、45°よりも小さいプレチルトを生成する。
【0037】
本発明の1つの実施形態によると、前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、2°から20°の範囲内のプレチルトを生成する。
【0038】
本発明の1つの実施形態によると、前記分離領域が、第1および第2の分離サブ領域を含み、該第1の分離サブ領域は前記一方の配向膜上の配向条件により生成され、該第2の分離サブ領域は他方の配向膜上の配向条件により生成される。
【0039】
本発明の1つの実施形態によると、前記第1の分離サブ領域が、前記一方の配向膜上の高プレチルト領域により生成され、前記第2の分離サブ領域が他方の配向膜上の高プレチルト領域により生成される。
【0040】
本発明の1つの実施形態によると、前記分離領域が、前記デバイスの第1の基板と該デバイスの第2の基板との間に延びる壁をさらに含む。
【0041】
本発明の1つの実施形態によると、前記壁が、前記第1の基板から前記第2の基板へ延びる。
【0042】
本発明の1つの実施形態によると、前記分離領域の、前記第1および第2の基板のうちの一方への投影が、前記第1および第2の活性領域の少なくとも1つの、該一方の基板への投影を完全に包囲する。
【0043】
本発明は、双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスを提供し、このデバイスは第1および第2の活性液晶層領域を含み、各活性液晶領域は第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切換え可能である。デバイスはさらに第1の活性液晶領域と第2の活性液晶領域との間に設けられた分離領域をも含み、この分離領域は、第1および第2の液晶状態とは異なる第3の液晶状態が安定である領域を備える。
【0044】
分離領域は、アドレス可能な液晶エリアを互いに分離し、180°ツイスト状態が一方の活性領域内で核生成すべきときに、他方の活性領域内で変化できないようにする。さらに、動作状態の長期的双安定が得られる。従って、分離領域を供給することは、ディスプレイが劣化する速度を低減し、よってディスプレイがリフレッシュされることを必要とする速度が下がり、ひいてはディスプレイの電力消費を低減する。
【0045】
上記のBerremanらにより提案された分離領域とは異なり、本発明の分離領域における安定液晶状態は、動作状態のうちのいずれでもない。分離領域における安定液晶状態は、ツイスト状態(ツイストは、分離領域に沿ってか、横切ってか、または分離領域の中を通って存在し得る)であるため、ディスクリネーションが液晶層の表面で(配向が変化する点において)固定されるようになり、結果的に液晶のバルクでディスクリネーションがなくなる。対照的に、分離状態が動作状態である場合には、分離状態と、これとは区別される方の動作状態との間に、明確なディスクリネーションができる。このことは、液晶のバルクにおけるディスクリネーションは、所望でない状態が核生成する可能性を引き上げることから、望ましくない。従って、本発明は所望でない状態が核生成する確率を引き下げる。
【0046】
第3の液晶状態は、ツイスティッドハイブリッド配列ネマティック(HAN)状態であり得る。ツイスティッドHAN状態は、その界面で動作状態と一致するため、ディスクリネーションは液晶層の表面においてのみ存在し、バルクの液晶層においては存在しない。このことは、上述のように、所望でない状態が核生成する確率を下げる。あるいは、第3の液晶状態は、均一なツイスティッドへリックス状態であり得る。
【0047】
第1および第2の安定液晶状態は、Φ−πツイスト状態およびΦ+πツイスト状態であり得る。第1および第2の安定状態は、0°ツイスト状態および360°ツイスト状態であり得るか、代わりに−90°ツイスト状態および270°ツイスト状態であり得る。液晶デバイスは、第1および第2の基板と、これらの基板のそれぞれの上に設けられた第1および第2の配向層と、これらの基板の間に設けられたBTN液晶材料とを含み得、一方の配向膜の配向方向は、分離領域と活性領域との間で異なり得る。このことにより、分離領域を規定する都合のよい方法が提供される。異なる配向条件の領域(例えば、異なるプレチルトの領域)をもつ配向膜を有する基板は、例えば、本願の優先権主張の基礎となる英国特許出願第9911730.1号と同時係属中の英国特許出願第9822762.2号において開示された方法により製造することができる。
【0048】
一方の配向膜は、活性領域内において分離領域内よりもより低いプレチルトを有し得る。一方の配向膜は、分離領域内で実質的に90°のプレチルトを生成し得る。あるいは、この一方の配向膜は、分離領域内にランダムに方向付けられた、高プレチルトを生成し得るため、分離領域内の安定状態は焦円錐状態である。一方の配向膜は、活性領域において45°よりも小さいプレチルトを生成し得、これは活性領域において2°から20°の範囲内のプレチルトを生成し得る。
【0049】
分離領域は、第1および第2の分離サブ領域を含み得、第1の分離サブ領域は一方の配向膜上の配向条件により生成され、第2の分離サブ領域は、他方の配向膜上の配向条件により生成される。両配向膜を互いに同様に処理することにより、それらの特性は同様に保たれる。このことは、配向膜間のバイアスを低減し、イオン保持のせいで起こる焼き付きのような問題を削減する。さらに、2つの基板のプレチルトは、これら2つの基板が同様のプロセスに曝される場合、高い可能性でほぼ等しくなる。さらに、両基板上の要素に対して平行にラビングを実施することにより、基板上の要素によるラビングのシャドウイングの問題が低減される。
【0050】
第1の分離サブ領域は、一方の配向膜上の高プレチルト領域により生成され得、第2の分離サブ領域は、他方の配向膜上の高プレチルトにより生成され得る。
【0051】
分離領域は、デバイスの第1の基板とデバイスの第2の基板との間に延びる壁をさらに含み得る。この壁は、第1の基板から他方の基板へ延びてもよい。
【0052】
活性領域の間に分離を設けることに加え、壁を使用することは、液晶セルにより大きな物理的な強度を与える。これはセルギャップの均一性をもまた向上させ、さらに、2つの基板を互いから離して間隔を空けるためのスペーサボールを供給する必要性をなくす。スペーサボールは所望でない安定状態にとっての核生成場所として機能し得ることから、これらを排除することは好ましい。なぜなら、スペーサボールの表面上の配向は、デバイスの充填が行われる条件により規定され、あるタイプの、スペーサボールの表面上の配向は、所望でない安定状態を核生成し得るからである。さらには、スペーサボールの形状により、セルが切り換えられるときか、あるいは物理的に圧縮されるときに、液晶材料はスペーサボールを通り過ぎて流され得る。この流れは、所望でない安定状態を核生成し得るバルクの液晶層において、ディスクリネーションを引き起こし得る。対照的に、壁は、壁断面と組み合わされた際に、バルクの液晶層においてディスクリネーションを生成せず、ひいては所望でない安定状態を核生成しない、明確に規定された配向を有する。
【0053】
分離領域の一方の基板への投影は、少なくとも1つの活性領域の、その基板への投影を完全に包囲し得る。このことは、2つの活性領域の間における分離をさらに改善する。
【0054】
【発明の実施の形態】
ここで本発明の好ましい実施形態を、例示を目的として添付の図面を参照しながら説明する。
【0055】
図3は、本発明の第1の実施形態の模式的な断面図である。これは、上側基板1および下側基板2を有するBTN液晶ディスプレイデバイスを示す。このデバイスは、パッシブアドレスデバイスであり、行電極9が上側基板上に設けられており、列電極10が行電極9と交差して下側基板2の上に設けられている。配向膜3および4は、上側および下側基板上に、電極を覆って設けられており、上側配向膜の配向方向は、下側配向膜4の配向方向に対してアンチパラレルである。
【0056】
活性領域Aは、液晶領域において行および列電極の重なりにより規定されている。活性領域Aにおける液晶を0°ツイスト状態および360°ツイスト状態にすることは、それぞれ図2(a)および図2(b)の電圧パルスを印加することにより可能である。
【0057】
本発明において、分離領域Iが図3に示すデバイスの2つの活性領域Aの間に設けられる。この分離領域Iは、2つの活性領域を互いから分離し、それらの活性領域内の2つの準安定状態を安定化する。
【0058】
分離領域Iにおける安定液晶状態は、両活性領域Aの動作状態のいずれでもない。図3の実施形態において、分離領域は、ツイスティッドHAN液晶状態が安定である領域で構成される。ツイスティッドHAN液晶状態が安定である分離領域を得るために、一方の配向膜の、分離領域に対応する領域上のプレチルトは高く、好ましくは45°よりも大きく、特に好ましくは実質的に90°である。上側配向膜3の、活性領域に対応する領域上のプレチルトは、分離領域内のプレチルトよりも低く、好ましくは45°よりも小さく、典型的には2°と20°との間である。下側配向膜4は、活性領域と分離領域との両方において一定のプレチルトを有し、このプレチルトは、好ましくは45°よりも小さく、典型的には2°と20°との間である。
【0059】
図3の実施形態において、上側配向膜3には高プレチルトの領域が設けられるが、逆に、下側配向膜4がツイスティッドHAN領域を規定する高プレチルトの領域を有することも可能である。この場合、上側配向膜は、好ましくは45°より小さく、典型的には2°と20°との間である、一定のプレチルトを有する。
【0060】
分離領域Iが両活性領域Aの間に有効分離を与えるためには、活性領域が分離領域により完全に包囲されることが好ましい。4つの活性領域を有するデバイスの場合について、好ましい分離領域を図4(a)の平面図に示す。
【0061】
図4(a)に示す分離領域は、上側および下側配向膜のうちの一方に、図4(a)に示す分離領域Iに対応する形状を有する高プレチルト領域と、活性領域に対応する低プレチルト領域とを設けることにより生成され得る。他方の配向膜は、分離領域および活性領域の両方において一定の低プレチルトを有する。
【0062】
分離領域Iを生成する別の方法は、両配向膜上のプレチルトを変化させることである。図4(b)はこの方法を用いて分離領域が規定される、本発明の改変された実施形態を示す。図4(b)の分離領域Iは、複数の分離「サブ領域」から構成されていると考慮され得る。分離サブ領域I1、I2およびI3は上側配向膜上の高プレチルトの領域および下側配向膜上の低プレチルトの領域により規定されるが、分離サブ領域I4からI9は下側配向膜上の高プレチルトの領域および上側配向膜上の低プレチルトの領域により規定される。同様に、図4(c)においては、分離サブ領域I1’、I2’およびI3’は上側基板上の高プレチルトの領域および下側基板上の低プレチルトの領域により規定されるが、分離サブ領域I4’からI9’は下側配向膜上の高プレチルトの領域および上側配向膜上の低プレチルトの領域により規定される。
【0063】
図4(a)から図4(c)において、配向膜3および4の配向方向は、活性領域Aの境界(これは平面図においては矩形である)に対して、実質的に平行であるか、もしくは垂直である。
【0064】
ここで、本発明におけるデバイスを生成する1つの方法を図5(a)から図5(f)を参照しながら説明する。この方法において、下側配向膜は、Nissan Chemical IndustryのポリイミドRN−715(タイプ0621)により形成される。この材料のラビングされていない層は、90°のプレチルトを与えるが、ラビングはこのプレチルトを低減する。ラビングおよび処理条件に依存して、プレチルトは4°までも低く低減され得る。
【0065】
NMP中で1対3の比率において溶解されたRN−715ポリイミドの層13を、ITO12でコーティングされた清浄なガラス基板11上に、スピンコーティングし、電極を形成した。このポリイミドを基板上に、5krpmにおいて30秒間スピンコーティングし、その後このポリイミドを2分間90°Cに加熱し、そして250°Cにおいて1時間硬化させた。
【0066】
その後、ポリイミド層13を、ポジティブフォトレジスト(Shipley,Europe LimitedからのフォトレジストMicropositTMS1805シリーズ)の層14により、4.5krpmにおいて40秒間スピンコーティングし、約500nmの厚さを有するフォトレジスト層を形成した。このフォトレジスト層を、その後95°Cで約2分間ソフトベークし、溶剤を蒸発させた(図5(b))。
【0067】
フォトレジスト層14を、その後フォトレジスト層の選択された部分を照射することによりパターン化した。照射工程は、6.9mW/cm2の強度において、3.5秒間UV光(365nmのピーク波長を有する)に露光することを含んだ。この照射工程は、マスクアライメントのハードコンタクトモードにおいて、UVクロムフォトマスクを通して実施した。フォトレジスト層を、その後現像液MicropositTM351 CD31を用いて1分間現像し、UV光に露光した領域からフォトレジストを除去した。これはフォトレジストに形成されたフォトマスクパターンをポジティブに再現した(図5(c))。この基板を、その後露光されたフォトレジストを完全に除去することを確実にするために、脱イオン化水中で2分間、充分にリンスした。少しでも残ったフォトレジストは配向膜の最終的な配向質に影響することから、リンス工程は好ましい。ハードベークは、最終的なフォトレジストの除去を損なう傾向にあることから、実施しなかった。
【0068】
低プレチルトの平面配向を、ポリイミド層13の非マスク領域において、配向層を3度ラビングすることにより引き出した。ラビングは、ラビング布(YA−20−R)を用いて、3krpmで回転する直径50mmのローラー上で、0.3の押し込み量において、毎秒20mmの前方向速度により行った(図5(d))。
【0069】
残ったフォトレジストを、その後5秒のUVフラッド露光により除去した。これは、マスクなしでマスクアライナを用い、6.9mW/cm2の強度において365nmの波長で実施した。基板を、その後現像液MicropositTM351 CD31中に60秒間浸漬した。基板を、その後2分間脱イオン化水中でリンスし、窒素ガス流中で乾燥した。得られた配向層は、実質的に90°のプレチルトを有するホメオトロピック領域15、および約10°のプレチルトを有する平面領域16を含んだ(図5(e))。
【0070】
分離領域が必要とする配向層のパターン化プレチルトを得るための他の方法は、適切な光アライメント層のマスク照射であり得る。
【0071】
その後第2の基板17を、ITO層18および均一にラビングされた、RN−715ポリイミドの非パターン化層19と共に作成した。これは、均一な低プレチルトを上に有する配向層を生成した。これは図5(e)の基板と組み合せ、図5(f)に示すような、2μmのセルギャップを有する液晶セルを形成した。これらの基板を、上側基板上の配向膜の配向方向が下側基板上の配向膜の配向方向に対してアンチパラレルになるように設けた。このように、形成されたセルは、ネマティック液晶E7(Merck)にカイラルドーパントR1011がドープされている、混合物で充填された。電圧が液晶層に印加されなかったとき、セルはツイスティッドHAN状態を有する分離領域により分離された、180°ツイスト状態を有する領域で構成された。
【0072】
上記の実施形態において、分離領域内の安定状態はツイスティッドHAN状態である。しかし、本発明は分離領域内の安定状態がツイスティッドHAN状態であるデバイスに限定されない。例えば、本発明のデバイスが等方性状態から冷却された場合、分離領域内の液晶は均一なツイスティッドヘリックス状態を採り得、ヘリックスの軸はデバイスの基板に対して平行であることが判明している。均一なツイスティッドヘリックス状態において、電界が液晶に印加される場合、これはツイスティッドHANに変化し、その電界が取り除かれた後においてもツイスティッドHAN状態のままとなる。分離領域が、(例えば、図13(a)に示すように)隣接した電極間のギャップと一致する場合、分離領域内の液晶層は、電界が液晶層の活性領域に印加されたとしても、均一なツイスティッドヘリックス状態のままとなる。均一なツイスティッドヘリックス状態が安定である分離領域は、十分な分離を与えることが判明している。
【0073】
分離領域として適したさらなる状態は、焦円錐状態である。いくつかの液晶材料は、配向層の非ラビング部分上にホメオトロピックに配向しない。代わりに、それらは高チルトを備えたランダムな平面配向を採用し、この平面配向は、他方の基板上の配向と組み合わさって、焦円錐液晶状態になる。この状態では、液晶は、液晶がツイストされた構成を採用するドメインを含み、隣接したドメイン間においてツイスト方向はランダムに変化する。焦円錐状態が、隣接した活性領域の間に十分な分離を与えることもまた、判明している。例として、Merckの液晶ZLI−4792が、RN715(Nissan)の非ラビング配向層と共に用いられる場合、ホメオトロピック配向ではなく焦円錐配向が観察される。
【0074】
分離領域のための上述の3つの液晶状態全てがツイストされた構造を有し、ツイストの軸は分離領域を横切ってか、通ってか、または分離領域に沿って方向付けられている。
【0075】
上述のデバイスにおいて、上側および下側基板上の配向膜の配向方向は、活性領域の境界に対して垂直もしくは平行である。しかし、配向方向は、必ずしも活性領域の境界に対して垂直もしくは平行である必要はない。図6(a)から図6(c)は、配向方向が活性領域の境界に対して実質的に平行でも実質的に垂直でもない実施形態を示す。
【0076】
図4(a)から図4(c)に示すデバイスの場合のように、図6(a)から図6(c)のデバイスの分離領域は、基板の一方または両方の上で配向膜をパターン化することにより設けられる。
【0077】
図6(a)に示すデバイスにおいて、分離領域は一方の配向膜上に高プレチルトを設けることにより得られ、より高いプレチルト領域の形状は、分離領域の所望の形状に対応する。この配向膜の、活性領域に対応する領域は、低プレチルトを有する。他方の配向膜は、その全体に亘って実質的に一定の低プレチルトを有する。
【0078】
図6(b)および図6(c)は、図6(a)の実施形態の改変を示し、ここで分離領域は両方の配向膜に高プレチルトの領域を設けることにより得られる。サブ分離領域I1およびI2(図6(b))、I5’、I6’およびI7’(図6(c))は、上側配向膜上に高プレチルト領域を設け、下側配向膜上に低プレチルト領域を設けることにより得られる。一方、分離領域I3、I4およびI5(図6(b))、ならびにI1’、I2’、I3’およびI4’(図6(c))は、下側配向膜上に高プレチルトの領域を設け、上側配向膜上に低プレチルトの領域を設けることにより得られる。
【0079】
本発明は、動作状態が0°ツイスト状態および360°ツイスト状態であるBTN液晶ディスプレイに限定されない。図7(a)から図7(c)は、本発明が動作状態が−90°ツイスト状態および270°ツイスト状態であるBTN液晶ディスプレイに適用される場合の本発明の実施形態を示す。図7(a)、図7(b)および図7(c)は、それぞれ図4(a)、図4(b)および図4(c)に示す実施形態にほぼ対応しているが、図7(a)、図7(b)および図7(c)の実施形態は活性領域を2つのみ有する。
【0080】
図7(a)の実施形態において、分離領域Iは上側および下側配向膜の一方に図7(a)に示す分離領域Iに対応する形状を有する高プレチルト領域と、活性領域Aに対応する低プレチルト領域とを設けることにより得られる。
【0081】
図7(b)および図7(c)の実施形態において、分離領域Iは複数の分離「サブ領域」から形成される。分離サブ領域のいくつかは一方の基板上の高プレチルト領域により規定され、他の分離サブ領域は他方の基板上の高プレチルト領域により規定される。分離サブ領域I1、I2(図7(b))、およびI5’からI7’(図7(c))は上側配向膜上の高プレチルトの領域により規定されるが、分離サブ領域I3からI5(図7(b))、およびI1’からI4’(図7(c))は下側配向膜上の高プレチルトの領域により規定される。
【0082】
図8(a)から図8(c)は、図7(a)から図7(c)に対応しているが、2つの準安定動作状態がツイスト角度Φ−πおよびΦ+πを有する概括的な場合を示す。分離領域は、図7(a)から図7(c)の対応する分離領域と同じ方法で規定され、従ってさらなる説明は省く。
【0083】
本発明の別の実施形態を図9(a)および図9(b)に示す。この実施形態において分離領域Iは、ツイスティッドHAN状態が安定である領域のみによって規定されているわけではない。この実施形態では、分離領域は、第1に、ツイスティッドHAN状態が安定化した領域と、第2に、物理壁またはバリアの領域との組み合わせにより規定されている。物理壁は上側基板と下側基板との間の方向において延び、従って壁の一側面上の液晶を壁の他側面上の液晶から分離する。好ましくは、物理壁は上側基板から下側基板に向けて延びる。なぜなら、このことは隣接した活性領域の間により効果的な分離を与え、かつこれらの壁が液晶層の厚さを規定するスペーサの役目を果たすことをもまた可能にするからである。
【0084】
壁の断面が非常に小さい勾配を有する場合、壁に沿ったある点における厚みにより隣接した液晶領域を核生成し得る所望でない状態を安定化させるかもしれないという可能性があり、ならびに壁により境界付けられた活性領域内の全ての液晶を所望の状態に切り換えることが難しいかもしれないという可能性もまたある。壁沿いに安定化した所望でない安定状態を有することのさらなる欠点は、光が所望でない安定状態の領域を通して漏れるかもしれないということである。例えば、360°ツイスト状態(黒状態)がアドレスされているとき、壁沿いに安定化した0°ツイスト状態の任意の領域が明るく見え、これはディスプレイのコントラストを低減する。壁沿いに安定化した所望でない安定状態の領域は、コントラストの低減を防ぐためにマスクアウトされ得るが、これはデバイスの開口率を下げる。従ってこれらの壁は、好ましくは鋭い、もしくは実質的に鋭い断面を有する。
【0085】
図9(a)の実施形態において、分離領域は2つの物理壁W1およびW2、ならびに3つのツイスティッドHAN分離サブ領域I1、I2およびI3により形成される。これらの分離サブ領域および壁は組み合わされて、図4(a)の分離領域と同じ形状を有する分離領域を形成する。図9(b)では、3つのツイスティッドHAN分離サブ領域が再び用いられているが、4つの物理壁W’1からW’4がある。(図9(b)の実施形態は4つの物理壁を有するが、代わりに壁W’1とW’2とが連続し、壁W’3とW’4とが連続していてもよい。)
分離領域の一部分を規定するために物理壁を用いることの利点は、物理壁が、隣接した活性領域間に分離を設けることに加えて、液晶セルに対してより大きな物理的な強度を与えることである。物理壁は、大きな面積に亘って均一なセルの厚さを与えることにより、セルの均一性をもまた改善する。物理壁はさらに、基板を互いから離して間隔を空けるためのスペーサボールを設ける必要性をも取り除く。これは望ましいことである。なぜなら第1に、活性領域内のスペーサボールは開口率を下げ、第2にスペーサボールが所望でない安定状態および/または他の動作状態にとっての核生成場所として機能することが観察されているためである。
【0086】
図9(a)および図9(b)に示す液晶ディスプレイデバイスにおいて、液晶領域のいかなる部分も物理壁により完全には包囲されていないことがわかる。このことは、本発明が、完全に液晶エリアを包囲する物理壁を有する液晶デバイスを充填する際に生じる、困難性を避けることを意味している。
【0087】
図9(a)の実施形態では、一方の基板上の配向膜は、高プレチルトの領域を形成するようにパターン化され、分離サブ領域I1、I2およびI3を生成する。物理壁W1およびW2は、このパターン化された配向膜と同じ基板上に形成され、パターン化された配向膜の上に位置決めされる。対照的に、図9(b)の実施形態では、物理壁W’1からW’4がまず一方の基板上に形成され、その後パターン化された配向膜が壁構造の上に形成される。これらの配置の利点は、用いられている特定の材料に依存する。例えば、いくつかの壁材料は、配向層を損傷するプロセスを必要とするため、壁の後に配向層を位置付けることは有益である。逆に、他のいくつかの壁材料は、配向層の後に位置付けられることが意図されている。さらに、いくつかの材料は、配向層および物理壁の両方を形成するために用いられ得る。
【0088】
壁を形成する1つの方法が、P.T.Kazlasら(SID 97 Digest、877頁)により説明されている。これはDow Chemical Companyにより開発された光感光性樹脂BCB(ベンゾシクロブテン)を用いる。この樹脂はネガティブ画像を与える(すなわち、UV光に曝された樹脂の領域が処理後に残る)。
【0089】
ポジティブフォトレジストを用いる方法により壁を形成することもまた可能である。その場合、露光された領域を現像後に除去する。2μmの高さを有する壁をこの方法により形成するために、MicropositTMS1828シリーズポジティブフォトレジストを容量においてEC溶媒の1部に対して5部で溶解した溶液(両方ともShipley、Europeから入手可能)を、4krpmにおいて40秒間、開放系スピナー内で基板上にスピンコーティングした(密閉系スピナーには、低減された速度が求められる)。これは約2.1μmの層厚さをもたらした。この層を95°Cで約2分間ソフトベークし、溶剤を蒸発させた。
【0090】
このフォトレジストを、その後365nmの波長および6.9mW/cm2の強度を有するUV光に、UVクロムフォトマスクを通して、Karl Sussマスクアライナの真空コンタクトモードにおいて曝した。露光工程の期間は6秒間であった。フォトレジストを、その後現像液MicropositTM351 CD31中で1分間現像し、露光工程で曝された領域からフォトレジストを除去した。その後基板を、脱イオン化水中で2分間充分にリンスした。
【0091】
その後基板に、Eprom Eraser中で60分の強いUV硬化を行い、その後250°Cで少なくとも1時間ハードベークした。このことは、残っているフォトレジスト要素の物理的かつ化学的耐性を高めた。あるフォトレジストのある程度の熱フローがこの工程中に起こり、これは約2μmまで壁の高さを小さくした。
【0092】
2μm以外の高さを有する壁を得るためには、フォトレジストのスピン条件、およびさらに、おそらくフォトレジストの濃度が、所望の壁の厚さを与えるために変更される。
【0093】
別の実施形態を図9(c)および図9(d)に示す。これらの実施形態では、物理壁は一方の基板上に設けられ、この基板には非パターン化配向膜が設けられる。他方の基板上の配向膜は、パターン化されて高プレチルトの領域を与え、分離サブ領域I1、I2およびI3(図9(c))、ならびにI1’、I2’およびI3’(図9(d))を生成する。(図9(d)の実施形態は4つの物理壁を有するが、代わりに壁W’1とW’2とが連続し、壁W’3とW’4とが連続していてもよい。)
図9(a)から図9(d)においては、上側および下側基板両方の配向膜の配向方向が、物理壁の方向に平行である。しかしこれは、必須の要素ではない。図10(a)から図10(d)は、本発明のさらに別の実施形態を示し、これらの実施形態は図9(a)から図9(d)の実施形態とほぼ対応しているが、ここでは配向膜の配向方向が物理壁ではなくツイスティッドHAN領域の方向に平行である。(図10(b)および図10(d)の実施形態は4つの物理壁を有するが、代わりに壁W’1とW’2とが連続し、壁W’3とW’4とが連続していてもよい。)
図11(a)から図11(c)は、図9(a)、図9(c)および9(d)の実施形態と、それぞれほぼ同様である実施形態を示すが、ここでは一方の基板上の配向膜の配向方向が他方の基板上の配向膜の配向方向に直交しているため、準安定動作状態は−90°および270°ツイスト状態である。図11(a)の実施形態では、ツイスティッドHAN分離サブ領域を規定する高プレチルトの領域および物理壁は同じ基板上に設けられる。逆に、図11(b)および図11(c)では、物理壁が一方の基板上に設けられ、高プレチルト領域を有するパターン化された配向膜が他方の基板上に設けられる。これらの実施形態は、図9(a)、図9(c)および図9(d)の実施形態とほぼ同様であることから、それらのさらなる説明は省く。(図11(c)の実施形態は4つの物理壁を有するが、代わりに壁W’1とW’2とが連続し、壁W’3とW’4とが連続していてもよい。)図12(a)から図12(c)は、それぞれ図11(a)から図11(c)に対応しているが、2つの準安定状態がΦ−π°およびΦ+π°のツイスト角度を有する概括的な場合に関する。(図12(c)の実施形態は4つの物理壁を有するが、代わりに壁W’1とW’2とが連続し、壁W’3とW’4とが連続していてもよい。)
図13(a)および図13(b)は、本発明による液晶デバイスにおける行電極9および列電極10と分離領域との可能な関係を示す。
【0094】
図13(a)の平面図で示すデバイスにおいて、分離領域Iは隣接した行電極間のギャップと、さらに隣接した列電極間のギャップとが、分離領域と対応するように配置されている。この配置は、デバイスの開口率を最大にする。
【0095】
図13(b)は別の実施形態を示す。この実施形態でも、隣接した行電極間のギャップが分離領域と対応している。しかし、隣接した列電極間のギャップは、分離領域と完全には対応していない。
【0096】
図13(b)において、行電極9は基板1(図13(b)の下側基板)上に設けられており、列電極10は基板2(図13(b)の上側基板)上に設けられている。液晶領域の活性領域は、行電極に実質的に平行に、行電極が設けられる基板のラビングの方向にずれている。液晶デバイスの活性領域の一部(すなわち、動作状態の間で切り換えができる領域)は、列電極間のギャップと対応しているため、切り換わらず、このことによりデバイスの開口率がわずかに下がる。しかし、活性領域のうちの、切り換わらない部分は、良好な分離領域として機能することが判明している。従って図13(b)に示すタイプの配置は、内部電極ギャップが分離領域と整合している図13(a)の配置よりもより大きな分離を与え得る。
【0097】
別の実施形態(図示せず)においては、隣接した列電極間のギャップは分離領域Iと対応するが、隣接した行電極間のギャップは分離領域Iと完全には対応しない。液晶領域の活性領域は、列電極に実質的に平行に、列電極が設けられる基板のラビングの方向にずれている。
【0098】
別の実施形態(図示せず)においては、隣接した行電極間のギャップおよび隣接した列電極間のギャップは、両方とも分離領域Iと完全には対応しない。液晶領域の活性領域は、列電極に実質的に平行に、列電極が設けられる基板のラビングの方向にずれており、また行電極に実質的に平行に、行電極が設けられる基板のラビングの方向にもずれている。
【0099】
図14は、本発明のさらなる実施形態におけるBTN LCDの基板の向きを示す模式図である。このデバイスにおいて、安定動作状態は−90°および270°ツイスト状態である。このデバイスは、上側および下側基板上の配向方向間の角度Φが90°であることを必要とする。図14において、分離領域は物理壁と分離サブ領域との組合せにより規定される。一方の基板上に物理壁、および他方の基板上に分離サブ領域を、図14に示すように位置付けることは、各基板上に設けられる要素が基板のラビング方向に平行となることを可能にする。この特徴は、これらの基板上に設けられる要素によるラビングのシャドウイングを低減し、このことは基板上でプレチルトを均一に保つことを補助することから、有益である。
【0100】
従って、図14の実施形態では、物理壁Wは下側基板2上に設けられ、下側基板のラビング方向にほぼ平行に延びる。分離領域は上側基板上に設けられ、上側基板のラビング方向にほぼ平行に延びる。上側基板が製造されるときに、フォトレジストマスクを構成するフォトレジストのストリップS(例えば、図5(c)の方法により生成されるようなもの)は、上側基板1のラビング方向にほぼ平行に延びる(フォトレジストのストリップSは、当然ながら上側基板をラビングする工程の後に除去され、最終的なデバイスには組み込まれない)。
【0101】
双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスは、第1および第2の活性液晶領域を備え、これらは第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切り換えられ得る。分離領域は、2つの活性液晶領域の間に設けられ、所望でない状態が活性領域内に核生成して変化することを防ぐか、あるいは一方の活性領域の状態が他方の活性領域に変化することを防ぐ。分離領域の安定液晶状態は、第1および第2の安定状態のいずれでもない状態である。例えば、ツイスティッドHAN状態が、分離領域内で安定であり得る。
【0102】
あるいは分離領域は、ツイスティッドHAN状態が安定液晶状態である分離サブ領域と、物理壁との組合せにより規定され得る。
【0103】
本発明を、いくつかの実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されない。本発明は2つまたは4つの活性領域を有するデバイスに限定されず、任意の数の活性領域を有するデバイスに適用され得る。
【0104】
上述の実施形態において、分離領域は各活性領域を完全に包囲しているため、1つの活性領域を他の活性領域から完全に分離する。しかし原理としては、分離領域が2つの活性領域を完全に分離しなくてもよい。このタイプの分離領域は、分離領域が全く設けられないデバイスに対しては、いくらかの利点を与える。しかし、分離領域が活性領域を完全に包囲することは、改良された分離をそれらの活性領域間に与えることから、望ましい。
【0105】
分離領域が、物理壁とツイスティッドHAN状態が安定している領域との組合せにより規定される場合、物理壁が常にツイスティッドHAN領域に対して垂直である必要はない。適切な分離領域を規定する、物理壁とツイスティッドHAN領域との任意の組合せが、用いられ得る。しかし、上記したように、活性領域は全体的に物理壁により包囲されない方が好ましい。なぜなら、活性領域が完全に物理壁により包囲されると、活性領域を液晶材料で充填することが困難であるからである。
【0106】
【発明の効果】
したがって、本発明により、できる限り低い電力消費を有し、ならびにデバイスが再充電せずに使用され得る最大時間を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)〜図1(d)は、4つの液晶状態における、それぞれのBTN LCDの模式図である。
【図2】図2(a)は、BTN LCDにおける0°ツイスト準安定状態を選択するために必要とされる電圧パルスを、図2(b)は、BTN LCDにおける360°ツイスト準安定状態を選択するために必要とされる電圧パルスを示す。
【図3】本発明の第1の実施形態におけるBTN LCDの模式的な断面図である。
【図4】図4(a)〜図4(c)は、図3のLCDの、可能な平面図でを示す。
【図5】図5(a)〜図5(f)は、図3のデバイスを製造する方法を示す。
【図6】図6(a)〜図6(c)は、配向方向が活性領域の端に対してある角度にある、図3のデバイスのさらに可能な平面図を示す。
【図7】図7(a)〜図7(c)は、上側基板の配向方向が下側基板の配向方向に直交する、図3のデバイスの他の平面図である。
【図8】図8(a)〜図8(c)は、上側基板の配向方向が下側基板の配向方向に対して角度Φである、図3のデバイスの他の平面図を示す。
【図9】図9(a)および図9(b)は、本発明の別の実施形態におけるBTN LCDの平面図であり、図9(c)および図9(d)は、本発明の別の実施形態におけるBTN LCDの平面図を示す。
【図10】図10(a)〜図10(d)は、本発明のさらなる実施形態におけるBTN LCDの平面図を示す。
【図11】図11(a)〜図11(c)は、本発明のさらなる実施形態におけるBTN LCDの平面図を示す。
【図12】図12(a)〜図12(c)は、本発明のさらなる実施形態におけるBTN LCDの模式的な平面図を示す。
【図13】図13(a)および図13(b)は、電極の位置を示す、図12(a)から12(c)のデバイスの部分的な平面図である。
【図14】本発明の別の実施形態におけるBTN LCDの部分的な斜視図である。
【符号の説明】
1 上側基板
2 下側基板
3 上側配向膜
4 下側配向膜
5 液晶層
9 行電極
10 列電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to liquid crystal display devices, and more particularly to bistable twisted nematic (BTN) liquid crystal display devices.
[0002]
[Prior art]
The term “twist” as used herein is defined to mean an angle in the plane of the liquid crystal cell through which the liquid crystal director rotates from one surface of the cell to the other. .
[0003]
The BTN effect is shown in EP-A-O 018 180 and D.E. W. Berreman et al., “Journal of Applied Physics”, Vol. 4, page 3032 (1981).
[0004]
A schematic structure of a bistable twisted nematic (BTN) liquid crystal display device is schematically shown in FIG. The device is composed of an upper substrate 1 and a lower substrate 2 and alignment layers 3 and 4 provided on each of these substrates. A layer 5 of cholesteric (twisted nematic) liquid crystal is provided between these substrates. Electrodes (not shown) are provided on the upper substrate 1 and the lower substrate 2 to allow a voltage to be applied to the liquid crystal layer.
[0005]
FIG. 1 (a) to FIG. 1 (d) show the operating principle of a BTN liquid crystal display device. When the rubbing direction of the upper alignment film 3 is anti-parallel to the rubbing direction of the lower alignment film 4, the pitch is substantially twice the cell gap when no voltage is applied to the liquid crystal layer 5. An initial state is adopted in which the cholesteric (twisted nematic) liquid crystal material has a 180 ° twist. When the rubbing directions of the two alignment films are anti-parallel, the 180 ° twist state has a drawback of spreading.
[0006]
In addition to the initial stable 180 ° twist state, there can be two additional metastable states that do not spread, but these states have a slightly unfavorable twist (ie, 0 ° and 360 °). These states are shown in FIG. 1 (c) and FIG. 1 (d), respectively. These metastable states can be generated much faster than the 180 ° twist state, and these two states are used in BTN liquid crystal display devices. When the BTN liquid crystal cell of FIG. 1 (a) is provided between intersecting linear polarizers, the 360 ° twisted state of FIG. 1 (d) appears black, and conversely the optical axis is 45 ° with respect to the polarizer direction. When directed, the 0 ° twisted state of FIG. 1 (c) appears white.
[0007]
The metastable 0 ° and 360 ° twist states shown in FIG. 1 (c) and FIG. 1 (d) use the voltage pulses shown in FIG. 2 (a) and FIG. Are generated from a stable 180 ° twist state. When the liquid crystal is in a 180 ° twist state, the reset pulse 6 is first applied between electrodes (not shown) provided on the upper substrate and the lower substrate. The reset pulse 6 has sufficient amplitude and duration to cause a transition from the 180 ° twist state to the homeotropic state shown in FIG. In the homeotropic state, the liquid crystal molecules in the bulk of the liquid crystal layer 5 (parts away from the immediate vicinity of the alignment films 3 and 4) are aligned perpendicular to the substrates 1 and 2, for example, by the molecules 7. Is done.
[0008]
One of two types of select addressing pulses 8 is then applied to the electrodes to select the desired state of the device. One type of selective addressing pulse 8 switches the liquid crystal from the homeotropic state of FIG. 1 (b) to the 0 ° twist state of FIG. 1 (c). In this state, when the cell is provided between linear polarizers orthogonal to each other with the rubbing orientation of the cell oriented at 45 ° with respect to the transmission axis of the polarizer, the cell appears to have minimal attenuation. Looks white, that is, it looks white.
[0009]
The other type of addressing pulse 8 'switches the homeotropic state of FIG. 1 (b) to the metastable 360 ° twist state of FIG. 1 (d). This is a state where the attenuation is maximum, that is, a black state when the liquid crystal cell is provided between linear polarizers orthogonal to each other.
[0010]
In the above description, the device in which the angle between the alignment directions of the upper and lower alignment films is 180 ° is described, but the BTN is not limited to this. The angle between the alignment directions of the upper and lower alignment films may be other values. When the angle between the alignment directions of the upper and lower alignment films is Φ, the three stable or metastable states are Φ−π, Φ, and Φ + π (ie, Φ−180 °, Φ, and Φ + 180 °). Has a twist.
[0011]
The energy of one stable twist state and two metastable twist states depends on the ratio between the cell gap of the liquid crystal cell and the pitch of the liquid crystal molecules. In general, all three states exist at different energies, with the stable twist state being the lowest energy state. This state is usually topologically distinct from the two metastable twist states, and this does not correspond to any of the LCD operating states. The energy difference between the three states creates two problems. First, when no voltage is applied to the liquid crystal cell, a stable twist state that is favorable in terms of energy tends to nucleate and change to a metastable operation state during a certain period. Furthermore, when no voltage is applied to the liquid crystal layer 5, even if an undesirable stable twist state does not nucleate, the more energetically preferred of the two metastable states changes slowly to the other. This means that when the device is switched off, the BTNLCD does not maintain the desired display (ie, the BTN LCD is not a true bistable device) and the display must be constantly refreshed to maintain the desired image. It means you have to.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
One particular application for BTN LCDs is low power LCDs, for example portable LCDs. For such devices, it is desirable to have as low a power consumption as possible and to extend the maximum time that the device can be used without recharging. Therefore, having to update the display frequently to prevent unwanted nucleation and changes is undesirable because it increases power consumption. The present invention addresses the problem of having to refresh the image displayed on the BTN LCD.
[0013]
A further example of a bistable twisted nematic (BTN) LCD driven by a passive matrix addressing method is described in T.W. Tanaka et al., “PROC. Asia Display”, page 259 (1995).
[0014]
Two methods for confining the address region within a BTN liquid crystal display are described in D.C. W. Berreman et al., “Journal of Applied Physics”, Vol. 52, no. 4, page 3032 (1981). Both methods described in this document provide a non-address area in the LCD and divide the address area. In order to stabilize the 0 ° twist state in the non-address area, the ratio of the thickness of the non-address area of the LCD to the pitch is lowered. Adjacent address regions can be switched between a 0 ° twist state and a 360 ° twist state, which are separated from each other by non-address regions. One way to reduce the ratio of the thickness to the pitch of the non-address area is to reduce the thickness of the liquid crystal layer in the non-address area. Another method disclosed is to increase the effective pitch of the liquid crystal molecules by increasing the inclination of the director of the liquid crystal molecules at the interface between the liquid crystal layer and the alignment film in the non-address region as compared to the address region. It is.
[0015]
However, isolation by reducing the thickness of the cell in the non-addressed region requires that the entire active region be surrounded by a wall, and this wall height is required to provide effective isolation. Must be at least 2/3 of the thickness. This can be a problem when filling the device with liquid crystal material because air tends to be trapped in the corners of the wall.
[0016]
A further problem arises in obtaining the required uniformity of cell thickness. If spacer balls are used, they can have a diameter of about 1/3 of the cell thickness if they are placed on the wall, but in this case it is difficult to position the spacer balls. Alternatively, spacer balls having a thickness equal to the cell diameter can be used, but this requires great care to ensure that the spacer balls are placed in the active area and not on the wall. Is done. Both of these methods are difficult to implement accurately. As a further option, pillars can be formed on the walls, and the combined height of the walls and pillars is equal to the desired cell thickness. The pillars are provided by repeating the wall forming process, but require a separate mask to provide the pillars rather than the walls. This requires additional process steps and also requires precise positioning of the pillar mask.
[0017]
To perform separation by correcting the pretilt on both substrates, a mask rubbing process is required on both substrates, which means that high accuracy is required when orienting the two substrates.
[0018]
GB 2096342A describes an isolation region that obtains a bistable device by stabilizing the H and V states. These states require parallel orientation. The H state is topologically different from the V (or T) state, and the s = ± 1/2 disclination line separates the H state from the V state. A separation region is built into the device to prevent drift between the two states (ie movement of the disclination line). This separation region is formed by introducing a discontinuous surface (region of different tilt) placed between the active regions on one orientation surface. This separation region has a uniform planar orientation, and the disclination line is fixed to the discontinuous surface of the orientation layer. Switching between states requires removal, movement, and re-fixation of the fixed s = ± 1/2 disclination line.
[0019]
In contrast, BTN is a twisted nematic device in which only one of the three states can be non-twisted. The two operating states (Φ-180 ° and Φ + 180 °) are not topologically different from each other and there is no disclination line between them, but the undesired stable Φ state is topologically different from these. BTN devices require removal and avoidance of undesired conditions throughout operation. The BTN switching mechanism does not include removal, movement, and re-fixation of disclination lines.
[0020]
If BTN is a twisted device with a liquid crystal doped for the required twist (ratio of thickness to pitch), the isolation region is necessarily present if there is no homeotropic alignment on both substrates. Thus, a twisted configuration in which the separation behavior is unclear is obtained. In fact, the separation area configuration applied to BTN, proposed in GB 2096342A, stabilizes the undesired stable state, generates the disclination line, and actually makes the possibility of long-term bistability of BTN. make low. With BTN, the separation region described in the present invention does not fix the disclination, but instead it allows to form a barrier between them in order to separate the two operating states Provide a discontinuous surface. This barrier must be consistent (topologically equivalent) with the two operating states.
[0021]
Hoke et al., “SID 97 Digest”, p. 29, suggests that due to the high speed performance of BTN LCDs, the display should be refreshed frequently enough to prevent nucleation and changes in the 180 ° twist state. . As mentioned above, this method is undesirable because it increases the power consumption of the LCD.
[0022]
EP-A-0 579 247 discloses a technique for selecting the position of a polarizer between which liquid crystal cells are arranged in order to provide maximum contrast in a transmissive BTN LCD.
[0023]
Hoke and Bos, in “SID 98 Digest”, page 854, disclose a BTN LCD in which polymer walls are formed around each pixel to prevent changes in the 180 ° twist state. In this method, a photopolymerizable monomer liquid crystal material is used, which is selectively irradiated using a mask while a voltage is applied to the liquid crystal cell. This method is disadvantageous because it is difficult to obtain a clear wall structure without reducing the area of the active region. Furthermore, the in situ polymerization process can cause ion contamination, resulting in burn-in (ie, difficulty in rewriting pixels from one operating state to another operating state).
[0024]
It can be expected that physical barriers having a height equal to the thickness of the cell are arranged around the individual address areas. However, this has the disadvantage of complicating LCD manufacturing. In particular, it becomes very difficult to fill the panel with a liquid crystal material.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
  The liquid crystal display device of the present invention includes first and second substrates, first and second alignment films provided with an alignment direction in an antiparallel state on each of the first and second substrates, and the first and second alignment films, A bistable twisted nematic liquid crystal display device including a BTN liquid crystal material provided between the first and second alignment films, wherein the BTN liquid crystal material is configured to be applied with a voltage. An active liquid crystal region, a second active liquid crystal region, and a separation region provided in a state where no voltage is applied between the first active liquid crystal region and the second active liquid crystal region, Each of the second active liquid crystal regions can be switched between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state by application of a voltage, and the separation region is a region that is stable in the third liquid crystal state. Including the first And the second liquid crystal state are a (Φ−π) ° twisted state and a (Φ + π) ° twisted state, respectively, and one alignment condition of the first and second alignment films is the separation region and the first liquid crystal state. And the second active liquid crystal region, wherein the third liquid crystal state isUniform twisted helixIt is.
[0027]
  In addition, the liquid crystal display device of the present invention includes first and second substrates, and first and second alignment films provided with an alignment direction in an antiparallel state on each of the first and second substrates, A bistable twisted nematic liquid crystal display device including a BTN liquid crystal material provided between the first and second alignment films, wherein the BTN liquid crystal material is configured to be applied with a voltage. A first active liquid crystal region, a second active liquid crystal region, and a separation region provided in a state where no voltage is applied between the first active liquid crystal region and the second active liquid crystal region, Each of the first and second active liquid crystal regions can be switched between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state by applying a voltage, and the separation region is stably in the third liquid crystal state. Including the area The first and second liquid crystal states are a (Φ−π) ° twist state and a (Φ + π) ° twist state, respectively, and one alignment condition of the first and second alignment films is that the separation region and the Unlike the first and second active liquid crystal regions, the third liquid crystal state is a focal cone structure.
[0030]
  According to an embodiment of the present invention, the first and secondliquid crystalThe states are a 0 ° twist state and a 360 ° twist state, respectively.
[0031]
  According to an embodiment of the present invention, the first and secondliquid crystalThe states are a −90 ° twist state and a 270 ° twist state, respectively.
[0033]
  According to one embodiment of the present invention, the one alignment film is theFirst and secondActivityliquid crystalThe region has a lower pretilt than the separation region.
[0034]
According to an embodiment of the present invention, the one alignment film generates a pretilt of substantially 90 ° in the separation region.
[0035]
According to one embodiment of the present invention, the one alignment film generates a high pretilt randomly oriented in the separation region.
[0036]
  According to one embodiment of the present invention, the one alignment film is theFirst and secondActivityliquid crystalIn the region, a pretilt smaller than 45 ° is generated.
[0037]
  According to one embodiment of the present invention, the one alignment film is theFirst and secondActivityliquid crystalIn the region, a pretilt in the range of 2 ° to 20 ° is generated.
[0038]
According to an embodiment of the present invention, the isolation region includes first and second isolation sub-regions, and the first isolation sub-region is generated according to an alignment condition on the one alignment film, and The two separation subregions are generated by the alignment conditions on the other alignment film.
[0039]
According to an embodiment of the present invention, the first separation subregion is generated by a high pretilt region on the one alignment film, and the second separation subregion is a high pretilt region on the other alignment film. Is generated by
[0040]
According to one embodiment of the invention, the isolation region further comprises a wall extending between the first substrate of the device and the second substrate of the device.
[0041]
According to one embodiment of the invention, the wall extends from the first substrate to the second substrate.
[0042]
According to one embodiment of the invention, the projection of the isolation region onto one of the first and second substrates is at least one of the first and second active regions. Fully envelop the projection to.
[0043]
The present invention provides a bistable twisted nematic liquid crystal display device that includes first and second active liquid crystal layer regions, each active liquid crystal region being between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state. It can be switched with. The device further includes an isolation region provided between the first active liquid crystal region and the second active liquid crystal region, wherein the isolation region is a third liquid crystal state different from the first and second liquid crystal states. Is provided with a stable region.
[0044]
The separation region separates the addressable liquid crystal areas from each other so that when the 180 ° twist state is to be nucleated in one active region, it cannot change in the other active region. Furthermore, long-term bistable operation is obtained. Thus, providing an isolation region reduces the rate at which the display degrades, thus reducing the rate at which the display needs to be refreshed and thus reducing the power consumption of the display.
[0045]
Unlike the isolation region proposed by Berreman et al. Above, the stable liquid crystal state in the isolation region of the present invention is not one of the operating states. The stable liquid crystal state in the separation region is a twisted state (twist may exist along, across, or through the separation region), so that the disclination is at the surface of the liquid crystal layer. It becomes fixed (at the point where the orientation changes), resulting in no disclination in the bulk of the liquid crystal. In contrast, when the separation state is an operation state, a clear disclination can be made between the separation state and a different operation state. This is undesirable because disclination in the bulk of the liquid crystal raises the possibility of nucleating undesired states. Thus, the present invention reduces the probability that an undesired state will nucleate.
[0046]
The third liquid crystal state may be a twisted hybrid alignment nematic (HAN) state. Since the twisted HAN state coincides with the operating state at the interface, the disclination exists only on the surface of the liquid crystal layer and does not exist in the bulk liquid crystal layer. This reduces the probability that an undesired state will nucleate, as described above. Alternatively, the third liquid crystal state can be a uniform twisted helix state.
[0047]
The first and second stable liquid crystal states can be a Φ-π twist state and a Φ + π twist state. The first and second stable states can be a 0 ° twist state and a 360 ° twist state, or alternatively can be a −90 ° twist state and a 270 ° twist state. The liquid crystal device may include first and second substrates, first and second alignment layers provided on each of these substrates, and a BTN liquid crystal material provided between the substrates. The alignment direction of one alignment film may be different between the isolation region and the active region. This provides a convenient way to define the separation region. Substrates having alignment films with regions of different alignment conditions (eg, regions of different pretilts) can be used, for example, in UK patent application No. 9911730.1, which is the basis of the priority claim of this application. It can be produced by the method disclosed in US9822762.2.
[0048]
One alignment film may have a lower pretilt in the active region than in the isolation region. One alignment film can produce a pretilt of substantially 90 ° in the separation region. Alternatively, this one alignment film can generate a high pretilt randomly oriented in the separation region, so that the stable state in the separation region is a focal cone state. One alignment film can produce a pretilt less than 45 ° in the active region, which can produce a pretilt in the range of 2 ° to 20 ° in the active region.
[0049]
The isolation region may include first and second isolation sub-regions, and the first isolation sub-region is generated by an alignment condition on one alignment film, and the second isolation sub-region is on the other alignment film. It is generated according to the alignment conditions. By treating both alignment films in the same way, their properties are kept the same. This reduces the bias between alignment films and reduces problems such as image sticking that occur due to ion retention. Furthermore, the pretilt of the two substrates is likely to be approximately equal if the two substrates are exposed to a similar process. Further, by performing the rubbing parallel to the elements on both substrates, the problem of rubbing shadowing by the elements on the substrate is reduced.
[0050]
The first separation subregion can be generated by a high pretilt region on one alignment film, and the second separation subregion can be generated by a high pretilt on the other alignment film.
[0051]
The isolation region may further include a wall extending between the first substrate of the device and the second substrate of the device. This wall may extend from the first substrate to the other substrate.
[0052]
In addition to providing separation between the active regions, the use of walls gives the liquid crystal cell greater physical strength. This also improves cell gap uniformity and eliminates the need to supply spacer balls to separate the two substrates away from each other. Since the spacer balls can serve as nucleation sites for undesired steady state, it is preferable to eliminate them. This is because the orientation on the surface of the spacer ball is defined by the conditions under which the device is filled, and certain types of orientation on the surface of the spacer ball can nucleate undesired stable states. Furthermore, the shape of the spacer ball allows the liquid crystal material to flow past the spacer ball when the cell is switched or physically compressed. This flow can cause disclination in the bulk liquid crystal layer that can nucleate undesired stable states. In contrast, the walls, when combined with the wall cross-section, have a well-defined orientation that does not produce disclinations in the bulk liquid crystal layer and thus does not nucleate undesired stable states.
[0053]
Projection of the isolation region onto one substrate may completely surround the projection of at least one active region onto that substrate. This further improves the separation between the two active regions.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
[0055]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first embodiment of the present invention. This shows a BTN liquid crystal display device having an upper substrate 1 and a lower substrate 2. This device is a passive address device, in which row electrodes 9 are provided on the upper substrate, and column electrodes 10 are provided on the lower substrate 2 so as to intersect the row electrodes 9. The alignment films 3 and 4 are provided on the upper and lower substrates so as to cover the electrodes, and the alignment direction of the upper alignment film is antiparallel to the alignment direction of the lower alignment film 4.
[0056]
The active region A is defined by the overlap of the row and column electrodes in the liquid crystal region. The liquid crystal in the active region A can be brought into the 0 ° twist state and the 360 ° twist state by applying the voltage pulses shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively.
[0057]
In the present invention, an isolation region I is provided between two active regions A of the device shown in FIG. This isolation region I separates the two active regions from each other and stabilizes the two metastable states in those active regions.
[0058]
The stable liquid crystal state in the isolation region I is neither of the operating states of both active regions A. In the embodiment of FIG. 3, the separation region is composed of a region where the twisted HAN liquid crystal state is stable. In order to obtain a separation region in which the twisted HAN liquid crystal state is stable, the pretilt of the one alignment film on the region corresponding to the separation region is high, preferably greater than 45 °, particularly preferably substantially 90 °. It is. The pretilt of the upper alignment film 3 on the region corresponding to the active region is lower than the pretilt in the separation region, preferably less than 45 °, typically between 2 ° and 20 °. The lower alignment film 4 has a constant pretilt both in the active region and in the separation region, and this pretilt is preferably less than 45 °, typically between 2 ° and 20 °.
[0059]
In the embodiment of FIG. 3, the upper alignment film 3 is provided with a high pretilt region, but conversely, the lower alignment film 4 may have a high pretilt region that defines a twisted HAN region. In this case, the upper alignment film has a constant pretilt, which is preferably less than 45 ° and typically between 2 ° and 20 °.
[0060]
In order for the isolation region I to provide effective isolation between the two active regions A, it is preferable that the active region is completely surrounded by the isolation region. For the case of a device with four active regions, a preferred isolation region is shown in the plan view of FIG.
[0061]
The separation region shown in FIG. 4A includes a high pretilt region having a shape corresponding to the separation region I shown in FIG. And a pretilt region. The other alignment film has a constant low pretilt in both the isolation region and the active region.
[0062]
Another method for generating the separation region I is to change the pretilt on both alignment films. FIG. 4 (b) shows a modified embodiment of the present invention in which the separation region is defined using this method. The separation region I in FIG. 4B can be considered to be composed of a plurality of separation “subregions”. Isolation subregion I1, I2And IThreeIs defined by the high pretilt region on the upper alignment film and the low pretilt region on the lower alignment film, but the separation subregion IFourTo I9Is defined by a high pretilt region on the lower alignment film and a low pretilt region on the upper alignment film. Similarly, in FIG. 4C, the isolation subregion I1’、 I2'And IThree′ Is defined by the high pretilt region on the upper substrate and the low pretilt region on the lower substrate, but the separation subregion IFour’To I9'Is defined by a high pretilt region on the lower alignment film and a low pretilt region on the upper alignment film.
[0063]
4 (a) to 4 (c), is the alignment direction of the alignment films 3 and 4 substantially parallel to the boundary of the active region A (which is rectangular in the plan view)? Or vertical.
[0064]
Here, one method for generating a device in the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (f). In this method, the lower alignment film is formed of a polyimide RN-715 (type 0621) from Nissan Chemical Industry. This unrubbed layer of material gives a 90 ° pretilt, but rubbing reduces this pretilt. Depending on the rubbing and processing conditions, the pretilt can be reduced as low as 4 °.
[0065]
An RN-715 polyimide layer 13 dissolved in NMP at a ratio of 1: 3 was spin coated onto a clean glass substrate 11 coated with ITO 12 to form an electrode. The polyimide was spin coated on the substrate at 5 krpm for 30 seconds, after which the polyimide was heated to 90 ° C. for 2 minutes and cured at 250 ° C. for 1 hour.
[0066]
Thereafter, the polyimide layer 13 was coated with a positive photoresist (Photoresist Microposit from Shipley, Europe Limited).TMS1805 series) layer 14 was spin coated at 4.5 krpm for 40 seconds to form a photoresist layer having a thickness of about 500 nm. The photoresist layer was then soft baked at 95 ° C. for about 2 minutes to evaporate the solvent (FIG. 5B).
[0067]
Photoresist layer 14 was then patterned by irradiating selected portions of the photoresist layer. The irradiation process is 6.9 mW / cm2Exposure to UV light (having a peak wavelength of 365 nm) for 3.5 seconds. This irradiation step was performed through a UV chrome photomask in the hard contact mode of mask alignment. Photoresist layer, then developer MicropositTMDevelopment was performed for 1 minute using 351 CD31, and the photoresist was removed from the areas exposed to UV light. This was a positive reproduction of the photomask pattern formed in the photoresist (FIG. 5C). The substrate was then thoroughly rinsed in deionized water for 2 minutes to ensure complete removal of the exposed photoresist. The rinsing process is preferable because any remaining photoresist affects the final alignment quality of the alignment film. Hard baking was not performed because it tends to impair final photoresist removal.
[0068]
A low pretilt planar alignment was derived by rubbing the alignment layer three times in the non-masked region of the polyimide layer 13. The rubbing was performed using a rubbing cloth (YA-20-R) on a roller having a diameter of 50 mm rotating at 3 krpm and a forward speed of 20 mm per second at a pushing amount of 0.3 (FIG. 5D). ).
[0069]
The remaining photoresist was then removed by 5 seconds UV flood exposure. This uses a mask aligner without a mask and is 6.9 mW / cm2At a wavelength of 365 nm. Substrate, then developer MicropositTMIt was immersed in 351 CD31 for 60 seconds. The substrate was then rinsed in deionized water for 2 minutes and dried in a stream of nitrogen gas. The resulting alignment layer included a homeotropic region 15 having a pretilt of substantially 90 ° and a planar region 16 having a pretilt of approximately 10 ° (FIG. 5 (e)).
[0070]
Another method for obtaining the alignment layer patterned pretilt required by the isolation region may be mask irradiation of a suitable optical alignment layer.
[0071]
A second substrate 17 was then created with an ITO layer 18 and a uniformly rubbed RN-715 polyimide unpatterned layer 19. This produced an alignment layer with a uniform low pretilt on top. This was combined with the substrate of FIG. 5 (e) to form a liquid crystal cell having a cell gap of 2 μm as shown in FIG. 5 (f). These substrates were provided so that the alignment direction of the alignment film on the upper substrate was antiparallel to the alignment direction of the alignment film on the lower substrate. Thus, the formed cell was filled with a mixture in which nematic liquid crystal E7 (Merck) was doped with a chiral dopant R1011. When no voltage was applied to the liquid crystal layer, the cell consisted of a region having a 180 ° twisted state separated by a separation region having a twisted HAN state.
[0072]
In the above embodiment, the stable state in the isolation region is a twisted HAN state. However, the present invention is not limited to devices in which the stable state in the isolation region is a twisted HAN state. For example, when the device of the present invention is cooled from an isotropic state, the liquid crystal in the isolation region can assume a uniform twisted helix state and the axis of the helix is found to be parallel to the device substrate. ing. In the uniform twisted helix state, if an electric field is applied to the liquid crystal, it changes to a twisted HAN and remains in the twisted HAN state after the electric field is removed. If the separation region coincides with the gap between adjacent electrodes (eg, as shown in FIG. 13 (a)), the liquid crystal layer in the separation region can be applied even if an electric field is applied to the active region of the liquid crystal layer. It remains in a uniform twisted helix state. It has been found that a separation region in which a uniform twisted helix state is stable provides sufficient separation.
[0073]
A further state suitable as a separation region is the focal cone state. Some liquid crystal materials do not align homeotropically on non-rubbed portions of the alignment layer. Instead, they employ a random planar orientation with a high tilt, and this planar orientation, combined with the orientation on the other substrate, results in a conical liquid crystal state. In this state, the liquid crystal includes a domain that adopts a configuration in which the liquid crystal is twisted, and the twist direction changes randomly between adjacent domains. It has also been found that the conical state provides sufficient separation between adjacent active areas. As an example, when a Merck liquid crystal ZLI-4792 is used with a non-rubbed alignment layer of RN715 (Nissan), a focal cone orientation is observed rather than a homeotropic orientation.
[0074]
All three liquid crystal states described above for the separation region have a twisted structure, with the axis of the twist being directed across, through, or along the separation region.
[0075]
In the device described above, the alignment direction of the alignment films on the upper and lower substrates is perpendicular or parallel to the boundary of the active region. However, the orientation direction is not necessarily perpendicular or parallel to the boundary of the active region. 6 (a) to 6 (c) show an embodiment in which the orientation direction is neither substantially parallel nor substantially perpendicular to the boundary of the active region.
[0076]
As in the case of the device shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c), the isolation region of the device of FIGS. 6 (a) to 6 (c) is patterned with an alignment film on one or both of the substrates. Provided.
[0077]
In the device shown in FIG. 6A, the separation region is obtained by providing a high pretilt on one alignment film, and the shape of the higher pretilt region corresponds to the desired shape of the separation region. The region of the alignment film corresponding to the active region has a low pretilt. The other alignment film has a substantially constant low pretilt throughout.
[0078]
6 (b) and 6 (c) show a modification of the embodiment of FIG. 6 (a), where the isolation region is obtained by providing regions of high pretilt in both alignment films. Sub-isolation region I1And I2(FIG. 6 (b)), IFive’、 I6'And I7′ (FIG. 6C) is obtained by providing a high pretilt region on the upper alignment film and providing a low pretilt region on the lower alignment film. On the other hand, the separation region IThree, IFourAnd IFive(FIG. 6 (b)), and I1’、 I2’、 IThree'And IFour′ (FIG. 6C) is obtained by providing a high pretilt region on the lower alignment film and a low pretilt region on the upper alignment film.
[0079]
The present invention is not limited to a BTN liquid crystal display whose operation state is a 0 ° twist state and a 360 ° twist state. 7 (a) to 7 (c) show an embodiment of the present invention when the present invention is applied to a BTN liquid crystal display in which the operating state is a −90 ° twist state and a 270 ° twist state. 7 (a), FIG. 7 (b) and FIG. 7 (c) substantially correspond to the embodiment shown in FIG. 4 (a), FIG. 4 (b) and FIG. 4 (c), respectively. The embodiments of 7 (a), FIG. 7 (b) and FIG. 7 (c) have only two active regions.
[0080]
In the embodiment of FIG. 7A, the isolation region I corresponds to the active region A and the high pretilt region having a shape corresponding to the isolation region I shown in FIG. It is obtained by providing a low pretilt region.
[0081]
In the embodiment of FIGS. 7B and 7C, the isolation region I is formed from a plurality of isolation “sub-regions”. Some of the separation subregions are defined by high pretilt regions on one substrate, and other separation subregions are defined by high pretilt regions on the other substrate. Isolation subregion I1, I2(FIG. 7 (b)) and IFive’To I7′ (FIG. 7C) is defined by the high pretilt region on the upper alignment film, but the separation subregion IThreeTo IFive(FIG. 7 (b)) and I1’To IFour′ (FIG. 7C) is defined by a high pretilt region on the lower alignment film.
[0082]
8 (a) to 8 (c) correspond to FIGS. 7 (a) to 7 (c), but the two metastable operating states are generalized with twist angles Φ-π and Φ + π. Show the case. The isolation region is defined in the same way as the corresponding isolation region of FIGS. 7 (a) to 7 (c) and is therefore not further described.
[0083]
Another embodiment of the present invention is shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). In this embodiment, the isolation region I is not defined only by the region where the twisted HAN state is stable. In this embodiment, the separation region is defined by a combination of a region where the twisted HAN state is stabilized first and a region of the physical wall or barrier. The physical wall extends in the direction between the upper substrate and the lower substrate, thus separating the liquid crystal on one side of the wall from the liquid crystal on the other side of the wall. Preferably, the physical wall extends from the upper substrate toward the lower substrate. This is because this provides a more effective separation between adjacent active regions and also allows these walls to serve as spacers that define the thickness of the liquid crystal layer.
[0084]
If the cross section of the wall has a very small gradient, the thickness at some point along the wall may stabilize the unwanted state that can nucleate adjacent liquid crystal regions, as well as the boundary by the wall There is also the possibility that it may be difficult to switch all the liquid crystals in the attached active region to the desired state. A further disadvantage of having an undesired steady state stabilized along the wall is that light may leak through regions of undesired steady state. For example, when a 360 ° twist state (black state) is addressed, any region of the 0 ° twist state stabilized along the wall appears bright, which reduces the display contrast. Undesired steady state regions stabilized along the walls can be masked out to prevent contrast reduction, but this reduces the aperture ratio of the device. These walls are therefore preferably sharp or have a substantially sharp cross section.
[0085]
In the embodiment of FIG. 9A, the separation region has two physical walls W.1And W2, And three twisted HAN isolation subregions I1, I2And IThreeIt is formed by. These isolation subregions and walls are combined to form an isolation region having the same shape as the isolation region of FIG. In FIG. 9B, three twisted HAN isolation subregions are used again, but four physical walls W '1To W ’FourThere is. (The embodiment of FIG. 9 (b) has four physical walls, but instead a wall W '.1And W ’2And the wall W ’ThreeAnd W ’FourAnd may be continuous. )
The advantage of using a physical wall to define a portion of the isolation region is that the physical wall provides greater physical strength to the liquid crystal cell in addition to providing isolation between adjacent active regions. It is. The physical wall also improves cell uniformity by providing a uniform cell thickness over a large area. The physical wall further eliminates the need to provide spacer balls to space the substrates away from each other. This is desirable. First, spacer balls in the active region have been observed to lower the aperture ratio and second, spacer balls have been observed to function as nucleation sites for undesired stable and / or other operating conditions. is there.
[0086]
In the liquid crystal display device shown in FIGS. 9A and 9B, it can be seen that any part of the liquid crystal region is not completely surrounded by the physical wall. This means that the present invention avoids the difficulties that arise when filling a liquid crystal device having a physical wall that completely surrounds the liquid crystal area.
[0087]
In the embodiment of FIG. 9A, the alignment film on one substrate is patterned so as to form a high pretilt region, and the separation subregion I1, I2And IThreeIs generated. Physical wall W1And W2Are formed on the same substrate as the patterned alignment film and positioned on the patterned alignment film. In contrast, in the embodiment of FIG. 9 (b), the physical wall W '1To W ’FourIs first formed on one substrate, and then a patterned alignment film is formed on the wall structure. The advantages of these arrangements depend on the specific material being used. For example, some wall materials require a process that damages the alignment layer, so it is beneficial to position the alignment layer after the wall. Conversely, some other wall material is intended to be positioned after the alignment layer. In addition, some materials can be used to form both the alignment layer and the physical wall.
[0088]
One method of forming the wall is described in P.I. T.A. Kazlas et al. (SID 97 Digest, page 877). This uses a photosensitive resin BCB (benzocyclobutene) developed by Dow Chemical Company. This resin gives a negative image (ie, the area of the resin exposed to UV light remains after processing).
[0089]
It is also possible to form the wall by a method using a positive photoresist. In that case, the exposed areas are removed after development. To form a wall with a height of 2 μm by this method, MicropositTMA solution of S1828 series positive photoresist dissolved in 5 parts to 1 part of EC solvent in volume (both available from Shipley, Europe) was spin coated onto the substrate in an open spinner for 40 seconds at 4 krpm. (Closed spinners require reduced speed). This resulted in a layer thickness of about 2.1 μm. This layer was soft baked at 95 ° C. for about 2 minutes to evaporate the solvent.
[0090]
This photoresist was then subjected to a wavelength of 365 nm and 6.9 mW / cm2Through a UV chrome photomask in the vacuum contact mode of a Karl Suss mask aligner. The duration of the exposure process was 6 seconds. Photoresist, then developer MicropositTMDevelopment was performed in 351 CD31 for 1 minute, and the photoresist was removed from the exposed areas in the exposure process. The substrate was then rinsed thoroughly for 2 minutes in deionized water.
[0091]
The substrate was then subjected to strong UV curing for 60 minutes in an Eprom Eraser and then hard baked at 250 ° C. for at least 1 hour. This increased the physical and chemical resistance of the remaining photoresist elements. Some thermal flow of some photoresist occurred during this process, which reduced the wall height to about 2 μm.
[0092]
In order to obtain walls with heights other than 2 μm, the spin conditions of the photoresist, and possibly also the concentration of the photoresist, are changed to give the desired wall thickness.
[0093]
Another embodiment is shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d). In these embodiments, the physical wall is provided on one substrate, which is provided with an unpatterned alignment film. The alignment film on the other substrate is patterned to give a high pretilt region and the separation subregion I1, I2And IThree(FIG. 9 (c)), and I1’、 I2'And IThree'(FIG. 9D) is generated. (The embodiment of FIG. 9 (d) has four physical walls, but instead a wall W '.1And W ’2And the wall W ’ThreeAnd W ’FourAnd may be continuous. )
In FIG. 9A to FIG. 9D, the alignment directions of the alignment films on both the upper and lower substrates are parallel to the direction of the physical wall. But this is not an essential element. FIGS. 10 (a) to 10 (d) show further embodiments of the present invention, which correspond substantially to the embodiments of FIGS. 9 (a) to 9 (d). Here, the alignment direction of the alignment film is parallel to the direction of the twisted HAN region, not the physical wall. (The embodiments of FIGS. 10 (b) and 10 (d) have four physical walls, but instead walls W ′.1And W ’2And the wall W ’ThreeAnd W ’FourAnd may be continuous. )
11 (a) to 11 (c) show an embodiment that is substantially similar to the embodiment of FIGS. 9 (a), 9 (c), and 9 (d), respectively, but here one substrate. Since the alignment direction of the upper alignment film is orthogonal to the alignment direction of the alignment film on the other substrate, the metastable operation states are −90 ° and 270 ° twist states. In the embodiment of FIG. 11 (a), the high pretilt region and physical wall defining the twisted HAN isolation subregion are provided on the same substrate. Conversely, in FIGS. 11B and 11C, the physical wall is provided on one substrate, and the patterned alignment film having a high pretilt region is provided on the other substrate. Since these embodiments are substantially the same as the embodiments of FIGS. 9 (a), 9 (c) and 9 (d), further description thereof is omitted. (The embodiment of FIG. 11 (c) has four physical walls, but instead a wall W '.1And W ’2And the wall W ’ThreeAnd W ’FourAnd may be continuous. FIGS. 12 (a) to 12 (c) correspond to FIGS. 11 (a) to 11 (c), respectively, but the two metastable states have twist angles of Φ−π ° and Φ + π °. Regarding the general case of having. (The embodiment of FIG. 12 (c) has four physical walls, but instead a wall W '.1And W ’2And the wall W ’ThreeAnd W ’FourAnd may be continuous. )
13 (a) and 13 (b) show possible relationships between the row electrodes 9 and the column electrodes 10 and the separation regions in the liquid crystal device according to the present invention.
[0094]
In the device shown in the plan view of FIG. 13A, the separation region I is arranged such that the gap between adjacent row electrodes and the gap between adjacent column electrodes correspond to the separation region. This arrangement maximizes the aperture ratio of the device.
[0095]
FIG. 13 (b) shows another embodiment. Also in this embodiment, the gap between adjacent row electrodes corresponds to the separation region. However, the gap between adjacent column electrodes does not completely correspond to the separation region.
[0096]
In FIG. 13B, the row electrode 9 is provided on the substrate 1 (lower substrate in FIG. 13B), and the column electrode 10 is provided on the substrate 2 (upper substrate in FIG. 13B). It has been. The active region of the liquid crystal region is shifted in the rubbing direction of the substrate on which the row electrode is provided, substantially parallel to the row electrode. Part of the active area of the liquid crystal device (ie, the area that can be switched between operating states) corresponds to the gap between the column electrodes and therefore does not switch, which slightly reduces the aperture ratio of the device . However, it has been found that the portion of the active region that does not switch functions as a good isolation region. Thus, an arrangement of the type shown in FIG. 13 (b) can provide greater separation than the arrangement of FIG. 13 (a) where the internal electrode gap is aligned with the isolation region.
[0097]
In another embodiment (not shown), the gap between adjacent column electrodes corresponds to isolation region I, but the gap between adjacent row electrodes does not completely correspond to isolation region I. The active region of the liquid crystal region is shifted substantially in parallel with the column electrode in the rubbing direction of the substrate on which the column electrode is provided.
[0098]
In another embodiment (not shown), the gap between adjacent row electrodes and the gap between adjacent column electrodes are not completely corresponding to the isolation region I. The active region of the liquid crystal region is shifted substantially in parallel with the column electrode in the rubbing direction of the substrate on which the column electrode is provided, and is substantially parallel to the row electrode in the rubbing of the substrate on which the row electrode is provided. It is also shifted in the direction.
[0099]
FIG. 14 is a schematic diagram showing the orientation of the substrate of a BTN LCD in a further embodiment of the present invention. In this device, the stable operating states are -90 ° and 270 ° twisted states. This device requires that the angle Φ between the orientation directions on the upper and lower substrates is 90 °. In FIG. 14, the separation area is defined by a combination of a physical wall and a separation sub-area. Positioning the physical wall on one substrate and the separation sub-region on the other substrate as shown in FIG. 14 allows the elements provided on each substrate to be parallel to the rubbing direction of the substrate. . This feature is beneficial because it reduces rubbing shadowing by elements provided on these substrates, which helps to keep the pretilt uniform on the substrates.
[0100]
Accordingly, in the embodiment of FIG. 14, the physical wall W is provided on the lower substrate 2 and extends substantially parallel to the rubbing direction of the lower substrate. The separation region is provided on the upper substrate and extends substantially parallel to the rubbing direction of the upper substrate. When the upper substrate is manufactured, the photoresist strip S constituting the photoresist mask (for example, as produced by the method of FIG. 5C) is substantially parallel to the rubbing direction of the upper substrate 1. (Photoresist strip S is of course removed after the step of rubbing the upper substrate and is not incorporated into the final device).
[0101]
The bistable twisted nematic liquid crystal display device comprises first and second active liquid crystal regions that can be switched between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state. The isolation region is provided between the two active liquid crystal regions, and prevents an undesired state from nucleating in the active region and changing, or changing the state of one active region to the other active region. prevent. The stable liquid crystal state of the separation region is a state that is neither the first nor the second stable state. For example, a twisted HAN state can be stable in the isolation region.
[0102]
Alternatively, the separation region can be defined by a combination of a separation subregion in which the twisted HAN state is a stable liquid crystal state and a physical wall.
[0103]
Although the present invention has been described with reference to several embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is not limited to devices having two or four active regions, but can be applied to devices having any number of active regions.
[0104]
In the embodiment described above, the isolation region completely surrounds each active region, so that one active region is completely isolated from the other active region. However, in principle, the separation region may not completely separate the two active regions. This type of isolation region offers some advantages for devices where no isolation region is provided. However, it is desirable for the isolation region to completely surround the active region because it provides improved isolation between the active regions.
[0105]
If the separation region is defined by a combination of a physical wall and a region where the twisted HAN state is stable, the physical wall need not always be perpendicular to the twisted HAN region. Any combination of physical walls and twisted HAN regions that define appropriate separation regions can be used. However, as described above, it is preferable that the active region is not entirely surrounded by the physical wall. This is because if the active region is completely surrounded by the physical wall, it is difficult to fill the active region with a liquid crystal material.
[0106]
【The invention's effect】
Thus, the present invention makes it possible to have the lowest possible power consumption and to extend the maximum time that the device can be used without recharging.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) to FIG. 1 (d) are schematic views of respective BTN LCDs in four liquid crystal states.
FIG. 2 (a) shows voltage pulses required to select a 0 ° twist metastable state in a BTN LCD, and FIG. 2 (b) shows a 360 ° twist metastable state in a BTN LCD. The voltage pulses required to select are shown.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the BTN LCD in the first embodiment of the present invention.
4 (a) -4 (c) show possible top views of the LCD of FIG.
FIGS. 5 (a) to 5 (f) illustrate a method of manufacturing the device of FIG.
6 (a) to 6 (c) show further possible top views of the device of FIG. 3 with the orientation direction at an angle with respect to the edge of the active region.
7 (a) to 7 (c) are other plan views of the device of FIG. 3 in which the orientation direction of the upper substrate is perpendicular to the orientation direction of the lower substrate.
8 (a) -8 (c) show other plan views of the device of FIG. 3 in which the orientation direction of the upper substrate is an angle Φ with respect to the orientation direction of the lower substrate.
9 (a) and 9 (b) are plan views of a BTN LCD in another embodiment of the present invention, and FIG. 9 (c) and FIG. 9 (d) illustrate another embodiment of the present invention. The top view of BTN LCD in embodiment of is shown.
FIGS. 10 (a) -10 (d) show plan views of a BTN LCD in a further embodiment of the present invention.
FIGS. 11 (a) -11 (c) show plan views of a BTN LCD in a further embodiment of the present invention.
FIGS. 12 (a) -12 (c) show schematic plan views of a BTN LCD in a further embodiment of the invention.
13 (a) and 13 (b) are partial plan views of the device of FIGS. 12 (a) to 12 (c) showing the position of the electrodes.
FIG. 14 is a partial perspective view of a BTN LCD according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Upper board
2 Lower board
3 Upper alignment film
4 Lower alignment film
5 Liquid crystal layer
9-row electrode
10 row electrode

Claims (14)

第1および第2の基板と、該第1および第2の基板のそれぞれに配向方向がアンチパラレル状態で設けられた第1および第2の配向膜と、該第1および第2の配向膜の間に設けられたBTN液晶材料とを含む、双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスであって、
前記BTN液晶材料は、電圧が印加されるように構成された第1の活性液晶領域および第2の活性液晶領域と、該第1の活性液晶領域と該第2の活性液晶領域との間に電圧が印加されない状態で設けられた分離領域とを含み、
前記第1および第2の活性液晶領域の各々は、電圧の印加により第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切り換え可能であり、前記分離領域は、第3の液晶状態で安定している領域を含み、
前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ(Φ−π)°ツイスト状態および(Φ+π)°ツイスト状態であり、
前記第1および第2の配向膜の一方の配向条件が、前記分離領域と前記第1および第2の活性液晶領域との間で異なり、
前記第3の液晶状態が、均一なツイスティッドへリックス状態である、液晶ディスプレイデバイス。
The first and second substrates, the first and second alignment films each having an anti-parallel alignment direction on each of the first and second substrates, and the first and second alignment films. A bistable twisted nematic liquid crystal display device comprising a BTN liquid crystal material provided therebetween,
The BTN liquid crystal material includes a first active liquid crystal region and a second active liquid crystal region configured to be applied with a voltage, and between the first active liquid crystal region and the second active liquid crystal region. A separation region provided in a state where no voltage is applied,
Each of the first and second active liquid crystal regions can be switched between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state by application of a voltage, and the separation region is stable in a third liquid crystal state. Including the area
The first and second liquid crystal states are a (Φ−π) ° twist state and a (Φ + π) ° twist state, respectively.
One alignment condition of the first and second alignment films is different between the separation region and the first and second active liquid crystal regions,
A liquid crystal display device, wherein the third liquid crystal state is a uniform twisted helix state.
第1および第2の基板と、該第1および第2の基板のそれぞれに配向方向がアンチパラレル状態で設けられた第1および第2の配向膜と、該第1および第2の配向膜の間に設けられたBTN液晶材料とを含む、双安定ツイストネマティック液晶ディスプレイデバイスであって、
前記BTN液晶材料は、電圧が印加されるように構成された第1の活性液晶領域および第2の活性液晶領域と、該第1の活性液晶領域と該第2の活性液晶領域との間に電圧が印加されない状態で設けられた分離領域とを含み、
前記第1および第2の活性液晶領域の各々は、電圧の印加により第1の液晶状態と第2の液晶状態との間で切り換え可能であり、前記分離領域は、第3の液晶状態で安定している領域を含み、
前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ(Φ−π)°ツイスト状態および(Φ+π)°ツイスト状態であり、
前記第1および第2の配向膜の一方の配向条件が、前記分離領域と前記第1および第2の活性液晶領域との間で異なり、
前記第3の液晶状態が、焦円錐組織である、液晶ディスプレイデバイス。
The first and second substrates, the first and second alignment films each having an anti-parallel alignment direction on each of the first and second substrates, and the first and second alignment films. A bistable twisted nematic liquid crystal display device comprising a BTN liquid crystal material provided therebetween,
The BTN liquid crystal material includes a first active liquid crystal region and a second active liquid crystal region configured to be applied with a voltage, and between the first active liquid crystal region and the second active liquid crystal region. A separation region provided in a state where no voltage is applied,
Each of the first and second active liquid crystal regions can be switched between a first liquid crystal state and a second liquid crystal state by application of a voltage, and the separation region is stable in a third liquid crystal state. Including the area
The first and second liquid crystal states are a (Φ−π) ° twist state and a (Φ + π) ° twist state, respectively.
One alignment condition of the first and second alignment films is different between the separation region and the first and second active liquid crystal regions,
A liquid crystal display device, wherein the third liquid crystal state is a focal cone structure.
前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ0°ツイスト状態および360°ツイスト状態である、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。Wherein the first and second liquid crystal state are each a 0 ° twist state and 360 ° twisted state, the liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記第1および第2の液晶状態が、それぞれ−90°ツイスト状態および270°ツイスト状態である、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。Wherein the first and second liquid crystal state is a -90 ° twist state and 270 ° twist state, respectively, the liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、前記分離領域よりもより低いプレチルトを有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The one alignment layer, in the above first and second active liquid crystal region, the isolation region having a lower pretilt than liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記一方の配向膜が、前記分離領域において、実質的に90°のプレチルトを生成する、請求項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The liquid crystal display device according to claim 5 , wherein the one alignment film generates a pretilt of substantially 90 ° in the separation region. 前記一方の配向膜が、前記分離領域において、ランダムに方向付けられた、高プレチルトを生成する、請求項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The one alignment layer, in the separation region, oriented randomly generates a high pretilt liquid crystal display device according to claim 5. 前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、45°よりも小さいプレチルトを生成する、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The one alignment layer, in the first and second active liquid crystal regions, generates a smaller pretilt than 45 °, the liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記一方の配向膜が、前記第1および第2の活性液晶領域において、2°から20°の範囲内のプレチルトを生成する、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The one alignment layer, in the above first and second active liquid crystal region, to produce a pretilt in the range of 20 ° from the 2 °, the liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記分離領域が、第1および第2の分離サブ領域を含み、該第1の分離サブ領域は前記一方の配向膜上の配向条件により生成され、該第2の分離サブ領域は他方の配向膜上の配向条件により生成される、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The isolation region includes first and second isolation subregions, and the first isolation subregion is generated according to an alignment condition on the one alignment film, and the second isolation subregion is the other alignment film. produced by the orientation of the above conditions, the liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記第1の分離サブ領域が、前記一方の配向膜上の高プレチルト領域により生成され、前記第2の分離サブ領域が他方の配向膜上の高プレチルト領域により生成される、請求項10に記載の液晶ディスプレイデバイス。Said first isolation sub region, said generated by the high pretilt region on one of the alignment film, the second isolation sub-regions are produced by the high pretilt region on the other orientation film, according to claim 10 LCD device. 前記分離領域が、前記デバイスの第1の基板と該デバイスの第2の基板との間に延びる壁をさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。The isolation region further comprises a liquid crystal display device according to any one of claim 1 to 2 a wall extending between the second substrate of the first substrate and the device of the device. 前記壁が、前記第1の基板から前記第2の基板へ延びる、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。It said wall, said a first substrate and extending to the second substrate, a liquid crystal display device according to any one of claims 1-2. 前記分離領域の、前記第1および第2の基板のうちの一方への投影が、前記第1および第2の活性液晶領域の少なくとも1つの、該一方の基板への投影を完全に包囲する、請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイデバイス。Projection of the isolation region onto one of the first and second substrates completely surrounds projection of at least one of the first and second active liquid crystal regions onto the one substrate; LCD device according to any one of claims 1-2.
JP2000141695A 1999-05-21 2000-05-15 LCD display device Expired - Fee Related JP4155377B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB9911730.1A GB9911730D0 (en) 1999-05-21 1999-05-21 A liquid crystal display device
GB9911730.1 1999-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000338494A JP2000338494A (en) 2000-12-08
JP4155377B2 true JP4155377B2 (en) 2008-09-24

Family

ID=10853811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000141695A Expired - Fee Related JP4155377B2 (en) 1999-05-21 2000-05-15 LCD display device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP4155377B2 (en)
KR (1) KR100367797B1 (en)
GB (1) GB9911730D0 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4817589B2 (en) * 2000-07-05 2011-11-16 ロリク アーゲー Nematic liquid crystal electro-optic element and device
KR100831305B1 (en) * 2001-12-29 2008-05-22 엘지디스플레이 주식회사 Multi-domain liquid crystal display device and Manufacturing Method using the same
KR100851630B1 (en) * 2007-02-28 2008-08-13 충남대학교산학협력단 Multi-stable nematic liquid-crystal display
CN114063337B (en) * 2020-08-07 2024-01-26 马耀东 Epitaxial alignment liquid crystal display

Also Published As

Publication number Publication date
GB9911730D0 (en) 1999-07-21
KR100367797B1 (en) 2003-01-10
KR20010020872A (en) 2001-03-15
JP2000338494A (en) 2000-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6512569B1 (en) Liquid crystal display device and a method of manufacture thereof, and a substrate and a method of manufacture thereof
JP3338025B2 (en) Liquid crystal display device
KR100281398B1 (en) Liquid crystal display
KR100804541B1 (en) Liquid Crystal Display Device
US6714276B2 (en) Liquid crystal display device
KR100811702B1 (en) Liquid crystal display device
US7113241B2 (en) Liquid crystal display and method of manufacturing the same
JP3771137B2 (en) Liquid crystal display device and manufacturing method thereof
JP2002277877A5 (en)
JPH0822023A (en) Liquid crystal display element and its production
KR100497449B1 (en) A Liquid Crystal Display Device
JP4155377B2 (en) LCD display device
JP2005003915A (en) Liquid crystal display device
JP2004302260A (en) Liquid crystal display and its manufacturing method
JP4484422B2 (en) Bistable nematic liquid crystal device
JP4737913B2 (en) Liquid crystal display element and method for driving liquid crystal display element
JP3860872B2 (en) Control method of alignment direction of liquid crystal cell
JP3983925B2 (en) Liquid crystal display
KR20020071766A (en) Nematic liquid crystal devices, and methods of production thereof
JPH10142604A (en) Liquid crystal display element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040721

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080304

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080325

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080428

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080603

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080702

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080702

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees