DE69431701T2

DE69431701T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69431701T2
Application number: DE69431701T
Authority: DE
Inventors: Shinnya Kosako; Hideaki Mochizuki; Tsuyoshi Uemura; Masao Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2014-08-20
Also published as: US5636043A; KR950006512A; DE69431701D1; KR0161550B1; EP0640863B1; EP0640863A3; EP0640863A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay-Panel und insbesondere ein Flüssigkristalldisplay- Panel mit großem Sichtwinkel, für das keine Reibbehandlung erforderlich ist.
In jüngster Zeit wurden Anstrengungen unternommen, um ein sogenanntes Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplay-Panel zu entwickeln, das für jedes Bildelement einen Dünnschichttransistor als Schaltelement aufweist, um ein Bild mit hoher Qualität zu erhalten. Im Vergleich zu einem einfachen Matrixtyp weist dieser Typ eines Flüssigkristalldisplay-Panels unabhängig von einer zunehmenden Anzahl von Abtast- oder Bildzeilen ein hohes Kontrastverhältnis auf, so daß es schon bald z. B. zur Bilddarstellung für Labor- oder Entwicklungs-Arbeitsplatzrechner (EWS) verwendet wurde, für die eine hohe Kapazität erforderlich ist, und für andere Anwendungsbereiche, in denen eine hohe Bildhelligkeit erforderlich ist.
Für Flüssigkristalldisplays des Aktivmatrixtyps wird das TN- (Twisted Nematic) System weit verbreitet verwendet. Bei diesem System ist zwischen zwei gegenüberliegenden Substraten ein Flüssigkristalldisplay-Panel angeordnet, das so konstruiert ist, daß Flüssigkristallmoleküle durch zwei Polarisationsplatten vertikal um 90º verdreht werden. Das TN- System weist zwei Modi auf. Der erste ist der NW- (normal weiß) Modus, in dem die beiden vorstehend erwähnten Polarisationsachsen senkrecht zueinander angeordnet sind und die Richtung der Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle in der Grenzfläche jedes der Substrate parallel oder senkrecht zur Polarisationsachse der Polarisationsplatte auf der gleichen Seite ausgerichtet ist. Der zweite Modus ist der NB- (normal schwarz) Modus, in dem die vorstehend erwähnten Polarisationsachsen parallel zueinander angeordnet sind und die Richtung der Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle parallel oder senkrecht zu den Polarisationsachsen der Polarisationsplatten auf der gleichen Seite ausgerichtet ist.
Für ein solches Flüssigkristalldisplay-Panel war eine sogenannte Reibbehandlung erforderlich. Eine Reibbehandlung ist eine Behandlung, in der ein dünner Polymerfilm, z. B. Polyimid, auf einem Substrat eines Flüssigkristalldisplay- Panels ausgebildet und durch ein Nylonstoffstück, ein Polyesterstoffstück oder ein ähnliches Material in einer vorgegebenen Richtung gerieben wird, um eine gleichmäßige Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu erhalten. Dadurch kann über das gesamte Panel eine Monodomäne erhalten werden.
Weil durch diese Reibbehandlung jedoch möglicherweise eine elektrostatische Zerstörung, eine Verschmutzung oder Färbung des Films oder eine ähnliche Beeinträchtigung verursacht wird, ist ein Verfahren entwickelt, worden, in dem keine Reibbehandlung vorgesehen ist, z. B. ein Verfahren zum Ausrichten nematischer Flüssigkristalle durch Ausbilden von Mikrogruppen über ein Substrat durch Anwenden eines Photolithographieverfahrens (vergl. Kawada et al.: Preliminaries for the 17th Forum on Liquid Crystals, 2F108).
In Verbindung mit dem immer umfangreicheren Anwendungsbereich für Flüssigkristalldisplay-Panels und auch mit den Bemühungen, größere Füll Color-Bildschirme zu entwickeln, sind die Probleme der Verengung des Sichtwinkels auch bei Flüssigkristalldisplay-Panels des Aktivmatrixtyps mit ihren hohen Displayqualitäten untersucht worden.
In einem Flüssigkristalldisplay-Panel versuchen Flüssigkristallmoleküle sich in Richtung des elektrischen Feldes auszurichten, wobei ihre verdrehte Konstruktion aufgelöst wird, wenn eine Spannung zwischen den Substraten angelegt wird, die Polarisation (der Zustand) des das Panel durchlaufenden Lichts ändert sich jedoch aufgrund der dann erhaltenen räumlichen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, so daß das durchgelassene Licht gedämpft ist. Im NW-Modus wird beispielsweise ein weißes Display erhalten, wenn keine Spannung angelegt ist, und ein schwarzes Display, wenn eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird. Auch wenn die Flüssigkristallmoleküle sich im gleichen räumlichen Zustand befinden, wenn die angelegte Spannung konstant ist, ändern sich die Polarisationszustände des Lichts gemäß der Einfallrichtung des Lichts in die Flüssigkristallschicht. Dadurch ändert sich die Intensität des durchgelassenen Lichts im Vergleich zu dem Fall, wenn Licht senkrecht zum Display-Panel auf trifft. Außerdem ist die Intensität des durchgelassenen Lichts durch die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle bestimmt, die in einer in der Mitte der Substrate liegenden Ebene (Mittelebene) angeordnet sind. D. h., die Lichtintensität ist durch den Neigungswinkel der Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle in der Mittelebene und die Position bestimmt, von der das das Flüssigkristalldisplay-Panel durchlaufende Licht beobachtet wird.
Sowohl beim vorstehend erwähnten Reibverfahren als auch beim Photolithographieverfahren ist die Richtung, entlang der die Flüssigkristallmoleküle in der Mittelebene durch das elektrische Feld geneigt werden, bezüglich der Panel-Ebene fixiert. Dadurch ergibt sich gemäß dem Sichtwinkel (Betrachtungswinkel) eine gewisse Differenz in der Doppelbrechung, d. h. eine Änderung des Polarisationszustands des durchgelassenen Lichts und damit ein mit dem Sichtwinkel in Beziehung stehendes Problem. Dadurch wird gemäß dem Sichtwinkel eine große Kontraständerung oder ein Farbton erhalten.
In den letzten Jahren sind daher große Anstrengungen unternommen worden, um Techniken zum Vergrößern des Sichtwinkels in einem Flüssigkristalldisplay-Panel des Aktivmatrixtyps zu entwickeln. Beispielsweise wurde ein Verfahren zum Vergrößern des Sichtwinkels durch Teilen jedes Bildelements des TN-Flüssigkristalldisplay-Panels in zwei Domänen mit verschiedenem Orientierungszustand vorgeschlagen (vergl. z. B. T. Takatori et al.: JAPAN DISPLAY '92, Seite 591 (1992)). In diesem Verfahren wird beispielsweise ein Bildelement in zwei Teile geteilt, so daß in jedem Bildelement zwei in der Mittelebene angeordnete Flüssigkristallmolekülarten erzeugt werden, die durch ein elektrisches Feld geneigt werden. Dadurch wird der Sichtwinkel durch wechselseitiges Kompensieren der durch den Sichtwinkel bestimmten Doppelbrechungsdifferenz vergrößert. Dieses Verfahren wird als wechselseitiges Kompensationsverfahren bezeichnet, in dem die Sichtwinkelkompensation in zwei Domänen erfolgt.
Weil in den vorstehenden Verfahren die Orientierungsdomäne eines Bildelements in zwei Teile geteilt werden muß, muß ein erneuter Belichtungsprozeß ausgeführt werden, oder die Reibbehandlung muß zweimal ausgeführt werden. Infolgedessen ist der gesamte Prozeß kompliziert.
Ein noch weiter entwickeltes Verfahren, in dem keine Reibbehandlung erforderlich ist, und das dazu geeignet ist, gleichzeitig den Sichtwinkel zu vergrößern, wurde von Y. Toko et al.: SID '93 DIGEST, S. 622 (1993) vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird ein Flüssigkristallmaterial zwischen Substraten eingefüllt, die beschichtet sind, um einen ausgerichteten Polyamidfilm ohne Reibbehandlung bei einer Temperatur, die nicht niedriger ist als die Übergangs temperatur von der nematischen zur isotropen Phase, und anschlie ßendem Abkühlen herzustellen. Dadurch werden mehrere Domänen mit verschiedener Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch zufälliges (statistisches) Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle gebildet, was ein effektives Verfahren zum Vergrößern des Sichtwinkels darstellt.
Dieses Herstellungsverfahren für ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit statistisch ausgerichteten Kristallmolekülen ohne Reibbehandlung wird nachstehend unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der statistischen Orientierung von Flüssigkristallmolekülen ohne elektrisches Feld im Flüssigkristalldisplay- Panel. Zwischen einem oberen Substrat 701 und einem unteren Substrat 702, auf denen ein Paar ausgerichtete Polyimidschichten ausgebildet sind, ist ein vorgegebener Zwischenraum vorgesehen. Ein chiraler, nematischer Flüssigkristall, der einen spontanen Verdrehungswinkel von etwa 90º aufweist, wird bei einer Temperatur über der Übergangstemperatur von der nematischen zur isotropen Phase eingefüllt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Die sich dann in der Grenzfläche der Substrate in den einzelnen Domänen ausbildenden Richtungen der Flüssigkristallmoleküle sind mit der exakt gleichen Wahrscheinlichkeit statistisch verteilt, in einer vorgegebenen Flüssigkristalldomäne 706 bilden sich jedoch mehrere Unterdomänen, weil dort eine wechselseitige Verdrehung der Konstruktion von 90º zwischen den Flüssigkristallmolekülen in der Grenzfläche des oberen und des unteren Substrats vorhanden ist.
In diesem Display-Panel sind die Flüssigkristallmoleküle 705 in der Mittelebene anfangs im wesentlichen horizontal ausgerichtet, sie werden jedoch mit einer Minimierung dielektrisch freier Energie (Dielektrizitätskonstantenanisotropie > 0) bei Anlegen einer Spannung zunehmend zu einer senkrechten Orientierung hin geneigt, wenn die angelegte Spannung zunimmt. Weil die Flüssigkristallmoleküle 705 in der Mittelebene in der senkrechten Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Substrat angeordnet sind, sind sie, wenn der Verdrehungswinkel 90º beträgt, unter der Hälfte des Winkelunterschieds zwischen den Flüssigkristallmolekülen 703 des oberen Substrats und den Flüssigkristallmolekülen 704 des unteren Substrats, d. h. unter 45º, angeordnet. Weil der Sichtwinkel (Richtung) durch die spannungsinduzierte Neigungsrichtung der Kristallmoleküle 705 in dieser Mittelebene bestimmt ist, ist der Sichtwinkel in einer vorgegebenen Flüssigkristalldomäne konstant. Daher wird diese Richtung mikroskopisch einheitlich, wenn eine ausreichend Anzahl dieser Flüssigkristalldomänen mit statistischen Orientierungen existieren, wobei die durch Beobachtung von verschiedenen Richtungen bestimmten Intensitäten des durchgelassenen Lichts im wesentlichen symmetrisch und vom Sichtwinkel unabhängig sind.
Wie gemäß der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann, falls die Anzahl von Flüssigkristalldomänen in einem einzelnen Bildelement nicht ausreichend ist, oder falls die Orientierungsrichtung in jeder Flüssigkristalldomäne nicht exakt statistisch ist, jedoch keine perfekte Kompensation erreicht werden, so daß eine Restabhängigkeit vom Sichtwinkel vorhanden ist. Im vorstehend beschriebenen Verfahren erfolgt die Kompensation durch das Vorhandensein mehrerer Flüssigkristalldomänen 706 in einem einzelnen Bildelement. Daher kann dieses Verfahren als Mehrfachkompensationsverfahren bezeichnet werden.
Im vorstehenden Verfahren zum Vergrößern des Sichtwinkels durch statistische Orientierung traten jedoch folgende Probleme auf:
(1) Es ist eine spezifische Vorrichtung zum Einfüllen eines Flüssigkristallmaterials mit einer Temperatur, die höher ist als die Übergangs temperatur von der nematischen zur isotropen Phase, erforderlich, um zu gewährleisten, daß infolge des Flüssigkristallflusses kein Flußorientierungsdefekt auftritt. Ein weiteres Problem besteht in der Verminderung der Displayqualität und der Displayzuverlässigkeit, wenn das normalerweise praktizierte Verfahren zum Einfüllen eines Flüssigkristalls in Vakuum ausgeführt wird, wobei das Flüssigkristallmaterial einem Vakuumzustand bei einer hohen Temperatur und damit der Gefahr ausgesetzt ist, daß die im Flüssigkristallmaterial enthaltenen, flüchtigen Substanzen (mit niedrigem Siedepunkt) entweichen.
(2) Flüssigkristalldisplay-Panels für Miniatur-Videodisplayvorrichtungen und Miniatur-Informationsendgeräte können RGB- (Rot, Grün, Blau) Elektrodenabstände von weniger als beispielsweise 50 um aufweisen, und in einem solchen sehr kleinen Bildelement ist es schwierig, eine große Anzahl von noch kleineren Flüssigkristalldomänen stabil zu halten. Lineare Orientierungsdefekte (Trennungslinien), die durch Anlegen einer Spannung entstehen, sind hinsichtlich der Energie instabil und haben die Tendenz, durch Vereinigung mit benachbarten Flüssigkristalldomänen zu noch größeren Flüssigkristalldomänen anzuwachsen. Dies führt zu wesentlichen Orientierungsdefekten, die die Displayqualität eines Flüssigkristalldisplay-Panels beeinträchtigen.
Außerdem tritt, wenn die einzelnen Flüssigkristalldomänen nicht ausreichend klein sind, das Problem auf, daß die Displayqualität des Flüssigkristalldisplays abnimmt. Weil die Domänen groß sind, führt dies zu dem Problem, daß die Lichtdurchlaßgrade der einzelnen Domänen verschieden sind. Dies führt zu dem Problem, daß geneigte oder schräge Wege oder Bahnen (nachstehend als "optische Rauheit" bezeichnet) entstehen.
(3) Außerdem waren die durch Anlegen eines elektrischen Feldes erzeugten Trennungslinien während eines durch Anlegen einer hohen Spannung erhaltenen schwarzen Displays schwierig zu eliminieren oder zu reduzieren, und durch das dadurch entweichende Licht wurde veranlaßt, daß der Kontrast abnahm.
(4) Es war notwendig, das Display so anzuordnen, daß die Sichtwinkelkenngrößen des Polarisationselements selbst optimal waren, wenn der Schnittwinkel der Polarisationselemente 90º betrug (d. h. wenn der sogenannte "Cross-Nicol- Zustand" eingestellt war).
In der EP-A-0497619 wird ein Flüssigkristalldisplay mit einer Flüssigkristallzelle beschrieben, die gebildet wird: durch Anordnen eines Paars transparenter Substrate, die jeweils eine Steuerelektrode und eine darauf auf laminierte Orientierungsschicht aufweisen, wobei die Orientierungsschichten so ausgebildet sind, daß sie einander zugewandt sind und ein Zwischenraum dazwischen gebildet wird, und durch Einfüllen eines Flüssigkristall in den Zwischenraum und Versiegeln des Zwischenraums. Die Flüssigkristallmoleküle werden einer einachsigen Orientierungsbehandlung unterzogen oder sind homöotrop oder homogen ausgerichtet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Sichtwinkel ohne Reibbehandlung zu vergrößern, während gleichzeitig in einem Flüssigkristalldisplay-Panel sehr kleine Bildelemente noch kleinerer Flüssigkristalldomänen stabilisiert werden.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkristalldisplay-Panel bereitzustellen, bei dem während des Anlegens einer hohen Spannung erzeugte, orientierungsbezogene Defekte eliminiert sind, bei dem sich keine optische Rauheit zeigt, das eine verbesserte Display- Qualität aufweist und bei dem die Anordnung von Polarisationselementen optimiert ist.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit einer hohen Displayqualität und einem großen Sichtwinkel bereitzustellen, bei dem die darin verteilten, sehr kleinen Domänen ohne Reibbehandlung stabil sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit hoher Displayqualität bereitzustellen, bei dem orientierungsbezogene Defekte leicht eliminiert werden können, das keine optische Rauheit aufweist und bei dem keine Reibbehandlung erforderlich ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit einer optimierten Anordnung von Polarisationselementen, einem größeren Sichtwinkel und einer verbesserten Displayqualität bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit einer zwischen einem Paar transparenten Elektroden angeordneten Flüssigkristallschicht bereitgestellt, die Flüssigkristallzelleneinheiten aufweist, die durch eine Stufenstruktur oder eine Wand getrennt sind, wobei Flüssigkristallmoleküle horizontal zum Substrat angeordnet sind, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, und Flüssigkristalldomänen bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes nicht ausgerichtet sind, und wobei mindestens eine Polarisationsplatte außerhalb der transparenten Elektroden angeordnet ist.
Vorzugsweise bestehen die durch eine Stufenstruktur oder eine Wand getrennten Flüssigkristallzelleneinheiten aus mindestens einem Verbundmaterial, das aus Polymer-Flüssigkristall-Verbundmaterialien und Polymergel-Flüssigkristall- Verbundmaterialien ausgewählt wird.
Vorzugsweise weist das Flüssigkristalldisplay-Panel im wesentlichen sehr kleine runde Flüssigkristallzelleneinheiten auf, die mindestens in der Umgebung des Substrats von einer Polymerwand umgeben sind, wobei die Flüssigkristallmoleküle in einer parallel zum Substrat jenseits der Mitte der Dicke der Flüssigkristallschicht der Flüssigkristallzelleneinheiten angeordneten Ebene gleichmäßig in statistischen Richtungen ausgerichtet sind, und die Flüssigkristallmoleküle in der Substratgrenzfläche parallel zum Substrat ausgerichtet sind und die Flüssigkristallmaterialien nematisch sind und eine positive Dielektrizitätskonstantenanisotropie aufweisen. Der vorstehend erwähnte Ausdruck "im wesentlichen rund" bezeichnet eine Kreis form, eine ovale Form, eine Kombination von Hyperbeln, usw., mit Ausnahme einer quadratischen oder Rechteckform.
Vorzugsweise beträgt der Verdrehungswinkel der Flüssigkristallschicht etwa 90º.
Vorzugsweise sind die Domänen ohne eine Orientierungbehandlung mit statistischen Orientierungen ausgebildet.
Vorzugsweise ist der mittlere Durchmesser der Flüssigkristallzelleneinheiten nicht kleiner als die Dicke der Flüssigkristallschicht und nicht größer als der Bildelementabstand.
Vorzugsweise beträgt der Schnittwinkel der Polarisationsplatten etwa 90º.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der spontanen Ganghöhe P des Flüssigkristallmaterials zur Dicke d der Flüssigkristallschicht (d/P-Verhältnis) etwa 0,25.
Vorzugsweise ist die von einer Stufenstruktur oder einer Wand umgebene Flüssigkristallzelleneinheit kleiner als ein Bildelement.
Vorzugsweise ist die Höhe der Stufenstruktur kleiner als die Dicke der Zelle.
Vorzugsweise ist die Höhe der Stufenstruktur nicht kleiner als 1 um.
Vorzugsweise besteht das Flüssigkristalldisplay-Panel aus Flüssigkristalldomänen mit statistischer Orientierung, schneiden sich mindestens zwei Polarisationsplatten und stimmt mindestens eine Polarisationsachse der sich schneidenden Polarisationsplatten mit der Sichtwinkelrichtung überein.
Für das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay-Panel ist kein Orientierungsfilm und keine Reibbehandlung erforderlich. Das Display-Panel kann hergestellt werden, ohne daß das Flüssigkristallmaterial, bevor es eingefüllt wird, auf eine Temperatur erwärmt werden muß, die nicht niedriger ist als die Übergangstemperatur von der nematischen zur isotropen Phase. Das Display-Panel weist einen für ein geeignetes schwarzes Display erforderlichen hohen Kontrast auf, indem die Zunahme der Trennung gesteuert wird. Das Display-Panel weist keine optische Rauheit oder Gradationsinversion, eine hohe Displayqualität und einen großen Sichtwinkel auf. Außerdem kann ein Flüssigkristalldisplay-Panel mit einem noch größeren Sichtwinkel bereitgestellt werden, indem eine der Polarisationsachsen der sich schneidenden Polarisationsplatten auf etwa 90º eingestellt wird.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen einer Flüssigkristallzelleneinheit, deren Konstruktion um 90º ver dreht ist, für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels;
Fig. 3(a) und 3(b) zeigen perspektivische Ansichten zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen einer Flüssigkristallzelleneinheit, deren Konstruktion um 90º verdreht ist, für eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels;
Fig. 4(a)-4(c) zeigen perspektivische Ansichten zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen einer Flüssigkristallzelleneinheit, deren Konstruktion nicht verdreht ist, für eine noch andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen auf der Mittelebene einer Flüssigkristallzelleneinheit mit mehreren spezifischen Punkten für eine noch andere Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6(a) und 6(b) zeigen Kennlinien der Displayhelligkeit als Funktion des Winkels für ein Flüssigkristalldisplay-Panel in der vertikalen bzw. in der horizontalen Richtung für eine Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in jeder Domäne eines herkömmlichen Flüssigkristalldisplay-Panels mit statistischer Kristallorientierung;
Fig. 8 zeigt Sichtwinkelkennlinien einer Polarisationsplatte im Cross-Nicol-Zustand;
Fig. 9 zeigt die Stufenstruktur eines Beispiels 1 der Erfindung;
Fig. 10 zeigt Sichtwinkelkennlinien eines Flüssigkristalldisplay-Panels mit statistischer Kristallorientierung in einer Polarisationsplatte im Cross-Nicol-Zustand, deren Po larisationsachse gemäß Beispiel 3 der Erfindung mit dem Sichtwinkel übereinstimmt; und
Fig. 11 zeigt ein weiteres Diagramm zum Darstellen von Sichtwinkelkennlinien eines Flüssigkristalldisplay-Panels mit statistischer Kristallorientierung für den Fall, daß der Sichtwinkel (Richtung) gemäß einem Vergleichsbeispiel der Erfindung mit der Mitte der Polarisationsplatte übereinstimmt (45º).
Wie vorstehend unter Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, besteht ein Problem bei einem Flüssigkristalldisplay-Panel mit statistischer Kristallmolekülorientierung, bei dem keine Orientierungsbehandlung ausgeführt wird, darin, daß durch Anlegen einer Spannung eine Trennung induziert wird, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein anderes Problem besteht darin, daß eine optische Rauheit nicht verhindert werden kann, wenn die Flüssigkristallzelleneinheit nicht etwas kleiner gemacht wird. Daher ist es zum Vermindern der optischen Rauheit erforderlich, die Zunahme von Orientierungsdefekten der Flüssigkristallzelleneinheit durch Erzeugen einer Trennung durch Stufenstrukturen oder Wände zu verhindern.
Die Wirkung der Verwendung von Polymerwänden wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels. Wie in der Figur ersichtlich ist, besteht das Flüssigkristalldisplay-Panel aus von der Vorderseite des Panels betrachtet im wesentlichen runden Flüssigkristallzelleneinheiten, die mindestens auf der Oberfläche von Elektrodensubstraten 103, 104 von Polymerwänden 110 umgeben sind. Bezugszeichen 109 zeigt Flüssigkristallzelleneinheiten mit Domänen eines chiralen, nematischen Flüssigkristalls.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der vorstehend erwähnten Flüssigkristallzelleneinheit.
Zwischen einem oberen Substrat 201 und einem gegenüberliegenden unteren Substrat 202 ist ein nematischer Flüssigkristall angeordnet, dessen Orientierung sich von derjenigen der durch eine Polymerwand 203 getrennten, benachbarten Flüssigkristallzelle unterscheidet. Die vorstehend erwähnte Polymerwand 203 kann durch Photophasentrennung eines nematischen Flüssigkristallmaterials und ein durch UV-Bestrahlung aushärtendes Harzmonomer erhalten werden. Außerdem wird, weil das durch Photophasentrennung erhaltene Polymer kaum Doppelbrechung aufweist und das Licht, das die Polymerwand durchlaufen hat, blockiert oder abgeschirmt wird, wenn es durch zwei unter einem Schnittwinkel von 90º angeordnete Polarisationsplatten aufgenommen wird, die Kontrastabnahme des Flüssigkristalldisplay-Panels nicht beeinflußt. Bezugszeichen 208 zeigt die Flüssigkristallzelleneinheit.
In der vorstehend erwähnten Flüssigkristallzelleneinheit, die unter geeigneten Bedingungen erhalten wurde, sind die Flüssigkristallmoleküle 207 auf einer Mittelebene 206 punktsymmetrisch und typischerweise radial, wirbelähnlich oder konzentrisch mit dem spezifischen Punkt 209 (Orientierungsdefekt) als Mittelpunkt angeordnet.
Die Flüssigkristallmoleküle 207 in der Mittelebene 206 sind zunächst im wesentlichen horizontal angeordnet. Wenn eine Spannung angelegt wird, werden die Moleküle aufgrund einer Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten jedoch zunehmend geneigt und wenn eine sehr hohe Spannung angelegt wird im wesentlichen senkrecht ausgerichtet. Weil der Sichtwinkel durch den Neigungswinkel der Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle 207 bestimmt ist, sind die einzelnen Flüssigkristallmoleküle auf der Mittelebene 206 jeweils in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet. Auf der gesamten Oberflä che der Mittelebene 206 sind die Flüssigkristallmoleküle jedoch symmetrisch angeordnet, so daß die Differenz der Intensität des durchgelassenen Lichts vollständig eliminiert ist, was zu einer Unabhängigkeit vom Sichtwinkel führt.
Der Unterschied zu einem herkömmlichen sichtwinkelvergrößernden System besteht darin, daß, während im vorstehend erwähnten System, in dem eine Mehrfachunterteilung der Domänen vorgesehen ist, mehrere Domänen erforderlich sind, durch das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay-Panel eine Sichtwinkelkompensation mit einer einzigen Flüssigkristallzelleneinheit ermöglicht wird, so daß dieser Displaytyp im Vergleich zu einem herkömmlichen Displaytyp mit Mehrfachkompensation oder wechselseitiger Kompensation als Display mit Einfachkompensation bezeichnet werden kann.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel, in dem ein chiraler, nematischer Flüssigkristall verwendet wird, der grob im Gegenuhrzeigersinn und zwischen dem oberen Substrat 201 und dem unteren Substrat 202 spontan um 90º verdreht wird, nachdem ihm ein chirales Material hinzugefügt wurde. Die spezifischen Flüssigkristallmoleküle 204 des oberen Substrats 201 und die Flüssigkristallmoleküle 205 des unteren Substrats 202 unmitelbar darunter werden als Ergebnis der Zugabe des chiralen Materials um 90º verdreht. Weil die Flüssigkristallmoleküle 207 auf der Mittelebene 206 in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Substrat vertikal angeordnet sind, beträgt ihr Verdrehungswinkel nur 45º, d. h. die Hälfte von 90º.
Wenn die Flüssigkristallmoleküle 204 des oberen Substrats radial angeordnet sind, wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Flüssigkristallmoleküle 207 auf der Mittelebene 206 spiralförmig und die Flüssigkristallmoleküle 205 des unteren Substrats 202 konzentrisch angeordnet.
Wenn der um 90º verdrehte, chirale, nematische Flüssigkristall verwendet wird, können die nematischen Flüssigkris tallmoleküle jedes Substrats in einem Muster ausgerichtet werden, das sich von dem in Fig. 2 dargestellten Muster unterscheidet.
Fig. 3(a) zeigt einen Fall, in dem Flüssigkristallmoleküle 305 auf einer Mittelebene 304 radial ausgerichtet sind, und Fig. 3(b) zeigt einen Fall, in dem Flüssigkristallmoleküle 310 einer Mittelebene 309 konzentrisch ausgerichtet sind. In beiden Fällen sind die Flüssigkristallmoleküle des oberen Substrats und diejenigen des unteren Substrats unmittelbar darunter bezüglich den Molekülen in der Mittelebene wechselseitig um 45º verdreht. Die Bezugszeichen 301 und 306 bezeichnen Polymerwände. Die Bezugszeichen 302, 303, 307 und 308 bezeichnen Flüssigkristallmoleküle.
Die Fig. 4(a)-4(c) zeigen die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in der Flüssigkristallzelleneinheit, wenn ein nematischer Flüssigkristall ohne Zugabe eines chiralen Materials als Flüssigkristallmaterial verwendet wird. Weil das Flüssigkristallmaterial in diesem Fall keine Verdrehungskraft erfährt, sind die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle des oberen Substrats, der Flüssigkristallmoleküle in der Mittelebene unmittelbar darunter und diejenigen des unteren Substrats im wesentlichen in die gleichen Richtungen ausgerichtet.
Auch wenn ein nematischer Flüssigkristall ohne Zugabe eines chiralen Materials verwendet wird, können Änderungen der Doppelbrechung innerhalb einer vorgegebenen Flüssigkristallzelleneinheit, die vom Lichtauftreffwinkel abhängen, gleichmäßig gemacht werden, wie in den Fig. 4(a)-4(c) dargestellt, wodurch eine Sichtwinkelkompensation erhalten werden kann. Wenn die in den Fig. 4(a)-4(c) dargesteltle Orientierung von Flüssigkristallmolekülen vorliegt, wird jedoch das Licht, das die Flüssigkristallmoleküle durchläuft, deren Hauptachsen parallel oder senkrecht zur Polari sationsachse ausgerichtet sind, blockiert, weil keine Änderung des Polarisationszustands auftritt, so daß der Lichtdurchlaßgrad der Flüssigkristallzelleneinheit insgesamt kleiner wird als im Fall einer Verdrehung um 90º. Die Bezugs zeichen 401, 406 und 411 bezeichnen Polymerwände. Die Bezugszeichen 401, 403, 407, 408, 411 und 413 bezeichnen Flüssigkristallmoleküle. Die Bezugszeichen 404, 406 und 414 bezeichnen Mittelebenen. Die Bezugszeichen 405, 410 und 415 bezeichnen Flüssigkristallmoleküle in den Mittelebenen.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht von der Vorderseite des Display-Panels zum Darstellen der Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in der Mittelebene der Flüssigkristallzelleneinheit, wenn mehr als ein Orientierungsdefekt oder spezifische Punkte vorhanden sind. Bezugszeichen 501 bezeichnet eine Polymerwand. Bezugszeichen 502 bezeichnet eine Mittelebene. Bezugszeichen 503 bezeichnet Flüssigkristallmoleküle. Bezugszeichen 504 bezeichnet spezifische Punkte.
Die Fig. 2-4(c) zeigen Fälle, in denen Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen radial, wirbelförmig oder konzentrisch mit einem spezifischen Punkt als Mittelpunkt ausgerichtet sind, wobei sogar in einer in Fig. 5 dargestellten besonderen Orientierung von Flüssigkristallmolekülen der Sichtwinkel vergrößert werden kann, weil die Neigungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle mit der Mittelebene als Ganzes grob gleichförmig sind.
Außerdem kann in einer von der in den Fig. 2-5 dargestellten Orientierung verschiedenen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Sichtwinkel mit einer einzigen Flüssigkristallzelle kompensiert werden, wenn die Richtung der in der Mittelebene der Flüssigkristallzelleneinheit angeordneten Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen einheitlich mit der Flüssigkristallzelleneinheit als Ganzes ist.
Nachstehend wird unter Bezug auf die Figuren die Bedeutung der Position des Polarisators erläutert.
Wenn Polarisationsplatten sich unter einem Winkel von etwa 90º schneiden, sind die Sichtwinkelkennlinien beim halben Schnittwinkel (φ = 45º, 135º, 225º, 315º) schlechter. D. h. der Lichtverlust nimmt zu und der Kontrast ab. Dies ist der Fall, weil, wenn zwei Polarisationsplatten sich unter 90º schneiden, der scheinbare Schnittwinkel, betrachtet von einem diagonalen Punkt, größer ist, was zu einem erhöhten Lichtverlust führt.
In Fig. 8 bezeichnen Bezugszeichen 81 die Polarisationsachse der oberen Polarisationsplatte und Bezugszeichen 82 die Polarisationsachse der unteren Polarisationsplatte, und die durchgezogenen Kurven stellen Äquikontrastlinien dar, wobei der Kontrast umso schärfer wird, je näher die Kurve am Mittelpunkt liegt. Bezugszeichen 83 zeigt eine Sichtwinkelrichtung.
Im Fall eines Display-Panels mit einem verdrehten nematischen Flüssigkristall, der für eine normale Monoachsenorientierung behandelt wurde, sind die Flüssigkristallmoleküle in der Mittelebene (nachstehend als Mittelebenenmoleküle bezeichnet) unter dem halben Verdrehungswinkel angeordnet (d. h. unter 45º, wenn der Verdrehungswinkel 90º beträgt). Der Verdrehungswinkel muß 90º betragen, damit der Neigungswinkel der Mittelebenenmoleküle mit dem Sichtwinkel übereinstimmt. Wenn die Polarisationsplatte sich im Cross-Nicol- Zustand befindet und als Lichtwellenleiter verwendet wird, muß die Polarisationsachse oder die Absorptionsachse für die auftreffenden Lichtstrahlen mit der Achse der Moleküle auf dem Substrat übereinstimmen, so daß in der Flüssigkristallschicht keine Doppelbrechung auftritt. Daher muß im Fall eines Display-Panels mit einem nematischen Flüssigkristall bei einem Verdrehungswinkel von 90º der Abschnitt, der im Sicht winkel der sich schneidenden Polarisationsplatten schmal ist, mit dem Sichtwinkel übereinstimmen (vergl. Fig. 8). Im Fall eines in Fig. 7 dargestellten Display-Panels mit einem statistisch ausgerichteten Flüssigkristall muß der Polarisationswinkel des auf treffenden Lichts jedoch nicht mit der Molekülachse des statistisch ausgerichteten Flüssigkristalls des Display-Panels übereinstimmen, wie in Fig. 7 dargestellt, um eine Übereinstimmung mit dem bestmöglichen Sichtwinkel der sich schneidenden Polarisationsachsen zu erreichen.

Beispiel 1

Nachstehend wird ein Flüssigkristalldisplay-Panel als bevorzugtes Beispiel der Erfindung unter Bezug auf die Figuren beschrieben.
Auf jedem von zwei Glassubstraten mit darauf ausgebildeten transparenten Elektroden wurde ein Orientierungsfilm für eine horizontale Orientierung (Polyimidorientierungsfilm Optomer AL-2061 von Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) durch ein Druckverfahren aufgebracht, woraufhin für 30 Minuten bei 190ºC ein Aushärteprozeß in einem Reinofen augeführt wurde.
Durch Siebdruck eines Epoxidklebstoffs auf diesem Substrat und anschließendes gleichmäßiges Aufsprühen von Mikropearl-Material (mittlere Partikelgröße 5 um), erhältlich von Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., wurden Dichtungen oder Versiegelungen hergestellt. Bezüglich des Orientierungsfilms wurde keine Orientierungsbehandlung, z. B. eine Reibbehandlung, ausgeführt.
Das andere Substrat mit darauf ausgebildeten transparenten Elektroden wurde mit einem Negativ-Photoresist ONNR- 20 (Tokyo Oukasha, Ltd.) durch Verwendung einer Schleuder zum Herstellen von Stufenstrukturen beschichtet, woraufhin ein Vortrocknungsprozeß ausgeführt wurde, so daß eine hin dernisförmige Stufenstruktur mit einer Höhendifferenz von 2,5 um erhalten wurde. Die Größe eines stufenförmigen Hindernisses entsprach 1/4 der Größe eines Bildelements. In Fig. 9 bezeichnen Bezugszeichen 92 ein Bildelement, 91 eine hindernisförmige Stufenstruktur, 93 ein Substrat und 94 einen Schlitz zum Erleichtern der Flüssigkristallzufuhr. Mit einer schlitzlosen geschlossenen Schleifenstruktur war es schwierig. Flüssigkristallmaterial zuzuführen. Der Orientierungsfilm wurde auf ähnliche Weise auf dem derart vorbereiteten Substrat mit der Stufenstruktur ausgebildet.
Nachdem beide Substrate miteinander verbunden oder verklebt wurden, wurde durch einen Wärmeaushärteprozeß für eine Stunde bei einer Temperatur von 150ºC unter einem gleichmäßigen Preßdruck von etwa 1 kg/cm² eine Rohzelle hergestellt.
Zunächst wurde ein Flüssigkristallmaterial unter Zugabe von "Kairal" S811 von Meruec AG für eine Ganghöhe von 20 um vorbereitet, um es in die Rohzelle einzufüllen. Der Verdrehungswinkel wurde dann auf 90º eingestellt, und das Flüssigkristallmaterial wurde durch ein Vakuumeinfüllverfahren in die vorstehend erwähnte Rohzelle eingefüllt. Nach Abschluß des Einfüllvorgangs wurde die Einfüllöffnung durch eine auf Epoxid basierende Dichtungsmasse versiegelt.
Das derart hergestellte Flüssigkristalldisplay-Panel wies gute Sichtwinkelkenngrößen auf, und es zeigten sich keinerlei Anzeichen einer winkelinduzierten Inversion.
Obwohl in diesem Display-Panel bei Anlegen einer Spannung bei einem Halbtonpegel eine Trennung auftrat, endete diese am Stufenabschnitt, so daß sie kaum signifikant war.
Bei einer Vergleichsausführungsform wurde ein Experiment mit einem stufenlosen Display-Panel durchgeführt, wobei in diesem Fall die Trennung jedoch wesentlich zunahm, bis die Domäne sichtbar wurde, und bei einem Halbtonpegel wurde eine optische Rauheit erhalten.
Der Höhenunterschied der Stufe ist vorzugsweise kleiner als die Zellendicke, er beträgt jedoch vorzugsweise mehr als 1 um.

Beispiel 2

Nachstehend wird ein aus einem Polymer oder einem Polymergel und einem Flüssigkristall bestehendes Verbund- Flüssigkristalldisplay-Panel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Ein Rohdisplay-Panel mit einem darauf ausgebildeten Orientierungsfilm wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie Beispiel 1, außer daß keine Stufenstruktur ausgebildet wurde.
Ein chiraler nematischer Flüssigkristall mit der gleichen Ganghöhe wie in Beispiel 1 wurde hergestellt, 5 Gew.-% eines durch UV-Bestrahlung aushärtenden Monomers (2-Ethyl Huxley Acrylate von Nippon Yuki Kagaku) wurden hinzugefügt, und das Gemisch wurde auf die gleiche Weise eingefüllt wie in Beispiel 1. Daraufhin wurde das Material für 1 Minuten mit 200 mW/cm² UV-bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und auszuhärten.
Das derart hergestellte Flüssigkristalldisplay-Panel hatte einen großen Sichtwinkel und die Trennung zeigte auch im Fall eines Halbtondisplays bei Anlegen einer Spannung keine Zunahme über den Polymerabschnitt hinaus, so daß ein guter Displayartikel erhalten wurde.
Wenn ein multifunktionales Monomer (Kayarad R-604 von Nippon Kayaku) verwendet wurde, wurde ein Flüssigkristalldisplay-Panel auf die gleiche Weise hergestellt wie vorstehend beschrieben und anschließend UV-bestrahlt, um das Material auszuhärten, zu polymerisieren und zu gelieren. Dadurch wurden gute Sichtwinkelkenngrößen und ein gutes Halbtondisplay erhalten.

Beispiel 3

Am gemäß Beispiel 1 hergestellten Flüssigkristalldisplay-Panel wurden Polarisationsplatten (NPF-G1229DU von Nitto Denko) in einer Cross-Nicol-Anordnung befestigt, um eine Vergleichsausführungsform herzustellen.
Zu diesem Zweck wurden die Polarisationsplatten so angeordnet, daß sie sich schneiden, so daß, wie in Fig. 10 dargestellt, die Polarisationsachse 1010 einer der Platten mit der Sichtwinkelrichtung 1030 übereinstimmt. Die Winkelabhängigkeit ist ebenfalls in Fig. 10 dargestellt. Diese kann als Sichtwinkelkennlinie der Polarisatorplatte bezeichnet werden, wobei die beste Sichtwinkelabhängigkeit entlang der Polarisationsachse (Sichtwinkelrichtung) erhalten wird. In Fig. 10 bezeichnet Bezugszeichen 1020 die Polarisationsachse der anderen Polarisationsplatte.
Für den Fall einer Vergleichsausführungsform eines nematischen Flüssigkristalldisplay-Panels mit einer normalen 90º-Verdrehung zeigt Fig. 11 die Sichtwinkelabhängigkeitskennlinie, wenn der halbe Schnittwinkel mit dem Sichtwinkel 1130 übereinstimmt. (In Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen 1110, 1120 die jeweiligen Polarisationsachsen.) Ein Vergleich zwischen Fig. 10 und Fig. 11 zeigt eine deutliche Vergrößerung des Sichtwinkels entlang der Sichtwinkelrichtung. Hierbei beträgt die Sichtwinkelrichtung φ = 0º.
Ein solcher Effekt war mit dem Flüssigkristalldisplay- Panel mit der Stufenstruktur von Beispiel 1 und mit dem Verbunddisplay-Panel von Beispiel 2 erreichbar. In den Fig. 10 und 11 bezeichnen in der Äquikontrastkurve die Symbole O einen Kontrast von nicht weniger als 100, x einen Kontrast von nicht weniger als 50 und Δ einen Kontrast von nicht weniger als 20.

Beispiel 4

Gemäß Fig. 1 wurden ein Paar transparente Glassubstrate 101, 102 mit darauf angeordneten transparenten Elektroden 103, 104, die aus einem Indium-Zinnoxidfilm hergestellt wurden, mit Kunststoff-Abstandsstücken 106 (Micropearl: Sekisui Fine Co., Ltd.) mit einem Durchmesser von 5 um dazwischen unter Verwendung eines Klebstoffs 105 ("Structbond": Mitsui Toatsu Chemicals Inc.) miteinander verbunden, wobei eine Flüssigkristalleinlaßöffnung bereitgestellt wurde, so daß eine Rohzelle erhalten wurde, nachdem dem Klebstoff 105 durch Erwärmen für 4 Stunden bei 150ºC ermöglicht wurde, auszuhärten.
Daraufhin wurden 8,20 g eines nematischen Flüssigkristalls ZLI-4792 des Fluortyps (Meruec AG) mit einer Brechungsindexanisotropie von 0,09 und 1,80 g eines durch UV- Bestrahlung polymerisierenden Materials PN393 (Meruec AG) als Flüssigkristallmaterialien verwendet (wobei das Verhältnis der Flüssigkristallmaterialien zum Polymer-Flüssigkristallgemisch 82 Gew.-% betrug), und diese Materialien wurden bei 40ºC sorgfältig vermischt, so daß eine gleichmäßig vermischte Polymer-Flüssigkristall-Lösung erhalten wurde.
Diese gleichmäßig vermischte Lösung wurde durch die Flüssigkristalleinlaßöffnung in die vorstehend erwähnte Rohzelle eingefüllt, vorgewärmt, indem sie auf einer auf 40º erwärmten Platte angeordnet wurde, und nach dem Versiegeln der Einlaßöffnung wurde das Gemisch für 180 Sekunden bei einer Temperatur von 40º UV-Bestrahlung mit einer Leistungsdichte von 30 mW/cm² ausgesetzt, wodurch ein von Polymerwänden umgebenes Flüssigkristalldisplay-Panel erhalten wurde.
Dieses Flüssigkristalldisplay-Panel wurde durch ein Polarisationsmikroskop in einem Cross-Nicol-Zustand beobachtet, wobei die Ausbildung von im wesentlichen runden Flüs sigkristalldomänen (Kristallzelleneinheiten) mit Durchmessern von 10-30 um bestätigt wurde. Es wurde außerdem bestätigt, daß ein Orientierungsdefekt in der Nähe der Mitte jeder Flüssigkristalldomäne vorhanden war, und mit diesem als Mittelpunkt waren 4 schwarze Streifen radial ausgebildet. Das Flüssigkristalldisplay-Panel wurde fixiert, und der Polarisator und ein Analysator wurden gedreht, wobei die 4 schwarzen Streifen sich unter dem gleichen Winkel und in die gleiche Richtung wie der Polarisator drehten. Obwohl jede Flüssigkristalldomäne durch Polymerwände 110, die nicht dicker als 2 um sind, perfekt getrennt ist, wurden die Polamerwände selbst als schwarze Rahmen beobachtet, weil sie nicht lichtdurchlässig sind.
Diesem Display-Panel wurden Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz mit verschiedener Spannung zugeführt, und die Flüssigkristalldomänen wurden beobachtet, wobei Trennungslinien begannen, Ringe auf der Flüssigkristalldomänenseite auszubilden, als die Spannung auf etwa 1,5 V erhöht wurde, wobei, als die Spannung weiter erhöht wurde, der Ringdurchmesser jedoch allmählich auf null (bei etwa 4 V) abnahm.
Dann wurden Polarisationsplatten 107, 108 mit der Außenseite dieses Flüssigkristalldisplay-Panels verbunden, so daß ihre Polarisationsachsen sich unter 90º kreuzten, und das Display-Panel wurde dann auf einem Lichtkasten angeordnet, um es zu fotografieren, und Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz und mit verschiedenen Spannungen (0-16 V) wurden zugeführt, und der Leuchtzustand des Flüssigkristalldisplay-Panels wurde beobachtet. Das Flüssigkristalldisplay-Panel begann bei etwa 1 V zu leuchten, und ein nahezu perfektes schwarzes Display wurde bei 5 V erreicht. Dieses Display-Panel wurde aus verschiedenen Richtungen beobachtet, während Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz und ei ner Spannung von 5 V zugeführt wurden, ein gutes schwarzes Display war jedoch ohne erkennbare optische Rauheit konstant sichtbar.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zum Darstellen von Kennlinien der relativen Helligkeit als Funktion des Winkels für ein Flüssigkristalldisplay-Panel, wenn ihm Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz und einer Spannung von 0 V bzw. 5 V zugeführt wurden. Die Helligkeit des Display-Panels wurde durch einen Luminanz- oder Leuchtdichtemesser BM-7 mit einem Sichtwinkelbereich von 0,2º (Topcon Co., Ltd.) gemessen. In Fig. 5 ist die in der Ordinate dargestellte relative Helligkeit für den Fall, daß der Vorderseite des Display-Panels keine Spannung zugeführt wird, als 100% definiert. Wenn das Verhältnis der Helligkeit des Display-Panels, wenn ihm keine Spannung zugeführt wird, zur Helligkeit des Display-Panels, wenn ihm eine 5V-Rechteckwelle mit einer Frequenz von 30 Hz zugeführt wird, als Kontrastverhältnis bezeichnet wird, ist das Kontrastverhältnis auf der Vorderseite des Panels = (Helligkeit des Display-Panels, wenn ihm keine Spannung zugeführt wird)/(Helligkeit des Display-Panels, wenn ihm eine 5V-Rechteckwelle mit einer Frequenz von 30 MHz zugeführt wird) nicht kleiner als 50. Der Winkelbereich, in dem das Kontrastverhältnis nicht kleiner ist als 5, wurde untersucht und war nicht kleiner als ±70º bezüglich der vertikalen und horizontalen Richtung. Die Kennlinie der Helligkeit des Display-Panels als Funktion der Spannung wurde von verschiedenen Beobachtungsrichtungen gemessen, wobei die Helligkeit des Display-Panels konstant abnahm, wenn ihm Spannung zugeführt wurde. D. h., daß das ausgewählte Display-Panel ausgezeichnete Displaykenngrößen als Full Color-Display und keine Kontrastinversion aufwies.
Dann wurde dieses Flüssigkristalldisplay bei 40ºC in einem Thermostat angeordnet, und alternierende Impulse einer Rechteckwelle mit einer Pulsbreite von 60 fs und einer Amplitude von 5 V wurden in Intervallen von 33 ms zugeführt, und die Spannungsdämpfung wurde durch Integration über die Zeit bestimmt, wodurch ein Spanungserhaltungsverhältnis von etwa 80% erhalten wurde.

Beispiel 5

Ein nematischer Flüssigkristall ZL-4792 des Fluortyps (Meruec AG) mit einer Brechungsindexanisotropie von 0,09 und ein durch UV-Bestrahlung polymerisierendes Material PN393 (Meruec AG) wurden vorbereitet, wobei ermöglicht wurde, daß das Verhältnis des Flüssigkristallmaterials zum Polymer- Flüssigkristallgemisch sich in einem Bereich von 70-95% ändern konnte, und nach sorgfältigem Rühren und der Herstellung einer gleichmäßig vermischten Lösung wurde ein Flüssigkristalldisplay-Panel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die Polarisationsplatten wurden mit der Außenseite dieses Flüssigkristalldisplay-Panels verbunden, so daß ihre Polarisationsachsen sich unter 90º kreuzten, und dann wurde die Helligkeit des Display-Panels beobachtet, als das Panel in keinem elektrischen Feld angeordnet war bzw. als dem Panel 5V-Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz zugeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß bei einem Display-Panel, in dem das Verhältnis des Flüssigkristallmaterials zum Polymer-Flüssigkristallgemisch kleiner war als 80 Gew.-%, die Helligkeit des Display-Panels bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes kleiner war als in Beispiel 1, und wenn dem Display-Panel 5V-Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz zugeführt wurden, war die Helligkeit des Display-Panels größer als in Beispiel 1, und das schwarze Display war nicht perfekt. Dann wurde ein Flüssigkristalldisplay-Panel, in dem das Verhältnis des Flüssigkristallmaterials zum Polymer- Flüssigkristallgemisch 75 Gew.-% betrug, durch ein Mikroskop in einem Cross-Nicol-Zustand beobachtet, wobei sich zeigte, daß bei diesem Display-Panel bei Abwesenheit eines elektrischen Einflusses der Durchmesser der Flüssigkristalldomäne kleiner war als die Zellendicke von 5 um, und ihre Form war sphärisch und streute aufgrund der Brechungsindexdifferenz in der Grenzfläche des Flüssigkristalls und des Polymers Licht. Wenn dem Display-Panel 5V-Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz zugeführt wurden, nahm seine Helligkeit aufgrund des durch Lichtstreuung induzierten Lichtverlusts zu. Daher ist es im erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panel bevorzugt, daß der mittlere Durchmesser der Flüssigkristallzelleneinheiten größer ist als die Zellenbreite, so daß keine Gefahr einer Lichtstreuung besteht.

Beispiel 6

Ein nematischer Flüssigkristall ZL-4792 des Fluortyps (Meruec AG) mit einer Brechungsindexanisotropie von 0,09, in dem chirales Material CN (Chisso Sekiyu Kagaku, Ltd.) angeordnet war, dessen Konzentration bezüglich des Zellenabstands "d" so eingestellt war, daß die durch seine spontane Verdrehung erhaltene Ganghöhe P der Beziehung d/P = 0,05-0,5 genügt, und ein durch UV-Bestrahlung polymerisierendes Material PN393 (Meruec AG) wurden so vorbereitet, daß das Verhältnis des Flüssigkristallmaterials zum Polymer- Flüssigkristallgemisch sich in einem Bereich von 70-95% ändern konnte, und nach sorgfältigem Rühren und der Herstellung einer gleichmäßig gemischten Lösung wurde ein Flüssigkristalldisplay-Panel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die Polarisationsplatten wurden mit der Außenseite dieses Flüssigkristalldisplay-Panels verbunden, so daß ihre Polarisationsachsen sich unter 90º kreuzten, und dann wurde die Helligkeit des Display-Panels beobachtet, als das Display-Panel in keinem elektrischen Feld angeordnet war bzw. als dem Display-Panel 5V-Rechteckwellen mit einer Frequenz von 30 Hz zugeführt wurden.
Die Ergebnisse zeigten, daß bei Display-Panels, bei denen d/P kleiner oder größer ist als 0,25 der Lichtdurchlaßgrad bzw. die Helligkeit des Display-Panels kleiner war als in dem Fall, wenn d/P = 0,25 betrug, und wenn d/P größer als 0,25 war, war das Display-Panel nicht nur dunkel sondern darüber hinaus auch intensiv gelblich grün, so daß die Displayqualität nicht vorteilhaft war. Display-Panels, bei denen d/P etwa 0,25 betrug, waren hell und außerdem ausgezeichnet im Farbton.
Vorstehend wurden Beispiele der erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay-Panels ausschließlich bezüglich der Ausbildung von im wesentlich runden Flüssigkristallzelleneinheiten beschrieben, die von einer Polymerwand umgeben sind, es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, ein optisches Phasentrennungsverfahren zu verwenden, sondern ähnliche Ergebnisse können auch erhalten werden, wenn die Polymerwand z. B. durch einen Photolithographieprozeß hergestellt wird. Die Polymerwand dient zum Trennen der Flüssigkristallorientierung, daher ist es nicht erforderlich, die Substrate zu verbinden, und es ist ausreichend, wenn die Polymerwand in der Nähe der Substrate angeordnet ist.

Claims

1. Flüssigkristalldisplay-Panel, das zwischen einem Paar transparenten Elektroden (103, 104) eine Flüssigkristallschicht aufweist, die Flüssigkristallzelleneinheiten (109) aufweist, wobei jede Zelle eine Flüssigkristalldomäne (706) bildet, in der Flüssigkristallmoleküle (204, 205, 207) parallel zu den transparenten Elektroden (103, 104) angeordnet und bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes statistisch verteilt ausgerichtet sind, wobei das Display-Panel ferner mindestens eine Polarisationsplatte (107 oder 108) außerhalb der transparenten Elektrode (103, 104) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelleneinheiten (109) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen, wobei die Zylinderachse senkrecht zur Oberfläche der Elektroden (103, 104) angeordnet ist, und durch eine Stufenstruktur oder eine Wand (110, 203) getrennt sind, deren Höhe kleiner ist als die Dicke der Zelle.

2. Flüssigkristalldisplay-Panel nach Anspruch 1, wobei die durch eine Stufenstruktur oder eine Wand (110) getrennten Flüssigkristallzelleneinheiten (109) aus mindestens einem Verbundmaterial hergestellt sind, das aus einer Gruppe bestehend aus einem Polymer-Flüssigkristall- Verbundmaterial und einem Polymergel-Flüssigkristall- Verbundmaterial ausgewählt ist.

3. Flüssigkristalldisplay-Panel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkristallzelleneinheiten (109) mindestens in der Nähe der Elektroden (103, 104) von einer Polymerwand (203) umgeben sind, wobei die Flüssigkristallmoleküle (207) in einer parallel zu den Elektroden im wesentlichen in der Mitte der Dicke der Flüssigkristallschicht der Flüssigkristallzelleneinheiten (109) angeordneten Ebene gleichmäßig statistisch verteilt ausgerichtet sind, wobei die Flüssigkristallmoleküle in der Grenzfläche eines Substrats (201, 202) der Elektroden parallel zum Substrat ausgerichtet sind und die Flüssigkristallmaterialien nematisch sind und eine positive Dielektrizitätskonstantenanisotropie aufweisen.

4. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Mittelabschnitt der Flüssigkristallzelleneinheit (109) ein Orientierungsdefekt vorhanden ist.

5. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Orientierung der Moleküle in der Flüssigkristallschicht einen Verdrehungswinkel von im wesentlichen 90º aufweist.

6. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Domänen (706) ohne Orientierungsbehandlung mit statistisch verteilten Richtungen ausgebildet sind.

7. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Flüssigkristallzelleneinheiten (109) einen mittleren Durchmesser aufweisen, der nicht kleiner ist als eine Dicke der Flüssigkristallschicht und nicht größer als der Abstand eines im Flüssigkristalldisplay-Panel gebildeten Bildelements (92).

8. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeweils eine Polarisationsplatte (107, 108) außerhalb jeder der transparenten Elektroden (103, 104) angeordnet ist, und wobei die Polarisationsachsen der Platten einen Schnittwinkel von etwa 90º bilden, so daß mindestens eine Polarisationsachse mit einer Sichtwinkelrichtung übereinstimmt, in der ein maximaler Kontrast erhalten wird.

9. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Verhältnis einer Dicke d der Flüssigkristallschicht zu einer spontanen Ganghöhe P des Flüssigkristallmaterials (d/P-Verhältnis) etwa 0,25 beträgt.

10. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Display-Panel mehrere Bildelemente (92) aufweist und die Flüssigkristallzelle (109), die von einer Stufenstruktur oder einer Wand (110, 203) umgeben ist, kleiner ist als ein Bildelement (92).

11. Flüssigkristalldisplay-Panel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Stufenstruktur oder Wand (110, 203) eine Höhe von nicht weniger als 1 um aufweist.