專利名稱:液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及采用極化屏蔽的(Polarization Shielded)近晶型(以下稱為“PSS”)液晶或PSS液晶材料的液晶顯示器件,它特別適合于全動視頻圖像用的顯示器件。
背景技術(shù):
液晶顯示器(LCD)應(yīng)用領(lǐng)域最近的增加表現(xiàn)出許多種類,例如高級蜂窩電話顯示器、網(wǎng)絡(luò)個人數(shù)字助理(PDA)、計算機監(jiān)視器和大屏幕直視型TV。這些應(yīng)用領(lǐng)域中的新興增加基于最近LCD在其性能及其可制造性方面的改進。
另一方面,新型平板顯示技術(shù)、例如有機發(fā)光顯示器(OLED)和等離子體顯示板(PDP)已經(jīng)在其開發(fā)和制造方面得以加速,從而與LCD展開競爭。此外,LCD向新的應(yīng)用領(lǐng)域的引入需要新的和更高的性能以滿足這些新的應(yīng)用領(lǐng)域。特別地,大多數(shù)最近新興的應(yīng)用領(lǐng)域需要全色運動視頻圖像,就常規(guī)LCD慢的響應(yīng)特性及其窄的視角特性而言,這對于常規(guī)LCD技術(shù)仍然是困難的。
在上述給定的環(huán)境下,要求LCD具有更高的性能,特別是更快的光學(xué)響應(yīng),以便擴展其與新型平板顯示技術(shù)競爭的應(yīng)用領(lǐng)域,后者比當(dāng)前的LCD技術(shù)均具有更快的光學(xué)響應(yīng)性能。以下是每個具體的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谛滦蚅CD技術(shù)的具體需求的詳細描述。
(當(dāng)前LCD技術(shù)在各應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)問題) (高級蜂窩電話應(yīng)用和相關(guān)應(yīng)用) 由于最近寬帶系統(tǒng)可用性中的基礎(chǔ)設(shè)施改進,一些國家,例如韓國、日本和挪威已經(jīng)擁有寬帶對蜂窩電話的商業(yè)服務(wù)。傳輸容量的急劇增加使蜂窩電話能夠處理全色運動視頻圖像。此外,連同圖像捕捉器件如電荷耦合器件(CCD)、互補型金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器(CMOS傳感器)的廣泛擴展,上述國家中最新的蜂窩電話正在從“通話”裝置很快地轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙曨l”裝置。高級蜂窩電話的這種“視頻”功能并不局限于全動視頻圖像,而且可以用于要求蜂窩電話顯示器表現(xiàn)出更高分辨率的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽。
對于這種特殊的需求,基于薄膜晶體管(TFT)技術(shù)的常規(guī)LCD(以下稱為TFT-LCD)已經(jīng)證實了其全動視頻圖像性能在例如6英寸對角線屏幕尺寸以上的相對大型平板顯示器中的表現(xiàn)。與OLED在這一特定應(yīng)用領(lǐng)域激烈的競爭下,常用LCD技術(shù)的優(yōu)點之一是其在屏幕亮度和圖像殘留及壽命之間的高度平衡。
對于所有的顯示技術(shù),或多或少,這種屏幕亮度和圖像殘留、壽命之間的關(guān)系總有權(quán)衡。由于OLED中熒光體的發(fā)光性質(zhì),這種權(quán)衡比LCD中更加苛刻。常規(guī)TFT-LCD的優(yōu)點之一是其在屏幕亮度和LCD本身的壽命之間沒有關(guān)系。因為常規(guī)的LCD全都是光開關(guān)器件和非發(fā)光型器件,所以LCD與該權(quán)衡無關(guān)。當(dāng)前TFT-LCD的壽命主要由背光本身來決定。因此,對于戶外使用中需要的蜂窩電話和網(wǎng)絡(luò)PDA而言,優(yōu)選使用作為LCD基顯示器的更長壽命更高亮度的顯示器。
當(dāng)前TFT-LCD為滿足要求全色運動視頻圖像的那些高級顯示器應(yīng)用的技術(shù)問題在于,其在小的顯示屏尺寸下的分辨率差以及其光學(xué)響應(yīng)慢,這對于“視頻”蜂窩電話和其它便攜裝置是關(guān)鍵的需求。通常,一般的TV屏幕圖像最小的必要分辨率需要至少四分之一視頻圖形陣列(QVGA320×240像素)。基于在子像素上使用紅、綠和藍色(RGB)微型彩色濾光片(參見以下描述和
圖1)的常規(guī)TFT-LCD技術(shù),實際必需的像素單元數(shù)是(240×3)×320個像素。目前市售的高級蜂窩電話的顯示器中,2英寸對角線的有限屏幕尺寸具有至多四分之一視頻圖形陣列格式(QVGA(240×3)×320像素),其不足以在屏幕上顯示TV圖像。特別是,在用于蜂窩電話和網(wǎng)絡(luò)PDA的縱向屏幕中,像素排列分辨率比使用橫向屏幕的其它應(yīng)用更加復(fù)雜。
圖1表示目前TFT-LCD中的RGB子像素結(jié)構(gòu)。每個子像素上的每個微型彩色濾光片用作TFT-LCD的一個原色單元(primary color elements)。由于這些物理上分開的原色單元非常細的間距圖案,人眼可以認(rèn)出混合的彩色圖像。每個子像素開關(guān)使來自背光的光線穿過其自己的原色??臻g上分開的原色需要保持矩形子像素形狀,從而由RGB子像素的組合保持正方形的圖像。下表1顯示QVGA分辨率下取決于屏幕對角線尺寸的子像素和像素間距。
表1.QVGA分辨率下取決于屏幕尺寸的子像素間距 該表格清楚地顯示QVGA分辨率下10英寸對角屏幕尺寸在TFT陣列基板上提供足夠的設(shè)計寬度,然而,QVGA分辨率下2.5英寸對角線的屏幕僅有53μμm間距,與4μm TFT陣列的常規(guī)設(shè)計規(guī)則相比該間距不足。
這種極其緊密的設(shè)計寬度引起兩個主要問題。其一在于寬高比的減?。涣硪粏栴}在于由緊密的掩模精密對準(zhǔn)(alignment registration)導(dǎo)致的mfg產(chǎn)出率降低。對于由電池驅(qū)動的蜂窩電話、網(wǎng)絡(luò)PDA,寬高比減小是個關(guān)鍵問題。越小的寬高比意味著背光輸出效率越低。
總之,要求更高分辨率下小的屏幕尺寸以及足夠快的全動視頻圖像而沒有犧牲能耗的高級蜂窩電話顯示器和網(wǎng)絡(luò)PDA應(yīng)用,對于更高質(zhì)量的全動視頻圖像再現(xiàn)性,除了足夠快的光學(xué)響應(yīng)以外,需要更高的分辨率連同足夠高的寬高比。
(大屏幕直視型LCD TV應(yīng)用) 現(xiàn)在公知平板顯示技術(shù)如LCD和PDP被快速引入家用大屏幕TV市場,其過去在直視型和投影型顯示器中都是由陰極射線管(CRT)技術(shù)主導(dǎo)。通常,與用于這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域的PDP相比,TFT-LCD的優(yōu)點之一在于其更高的分辨率及其精細的圖像質(zhì)量。由于該優(yōu)點,TFT-LCD基TV目前正在CRT主導(dǎo)的屏幕尺寸市場中開發(fā)其市場份額,該尺寸為20英寸至36英寸對角線之間。另一方面,在微細間距像素圖案化方面存在一些困難卻在生產(chǎn)比TFT-LCD更大平板尺寸方面具有優(yōu)勢的PDP正集中在60英寸以上對角線屏幕TV的工業(yè)應(yīng)用。
TFT-LCD已經(jīng)在膝上型和桌上型計算機用的計算機監(jiān)視屏如12英寸至20英寸對角線監(jiān)視屏領(lǐng)域建立起大的市場。但是,計算機監(jiān)視器和TV對圖像性能的要求極其不同。由于在近的目距內(nèi)使用,計算機監(jiān)控顯示器需要的屏幕亮度有限,例如150cd/m2或更低。定位于文字的計算機監(jiān)控顯示器的圖像顯示量允許大量的32至64灰度彩色再現(xiàn),而不是全色運動視頻圖像再現(xiàn)的256灰度或更大灰度。
對于大屏幕直視型TV應(yīng)用、特別是20英寸以上對角線TV屏幕,屏幕亮度、對比度、全色灰度和視角對于提供足夠好的圖像質(zhì)量作為TV圖像是非常重要的。特別是,更大屏幕的TV,例如30英寸以上對角線的TV,期望其圖像質(zhì)量幾乎像電影圖像質(zhì)量一樣,這對于具有更深的灰度、例如512灰度或更大而不會表現(xiàn)出圖像模糊是極其重要的。直視型TV必要的分辨率諸如對于國家電視標(biāo)準(zhǔn)代碼(NTSC)為VGA(640×480像素),對于寬屏延伸圖形陣列(WXGA1,280×768像素)為更高的分辨率,以及對于高清晰度TV(HDTV1,920×1,080像素)為全部標(biāo)準(zhǔn)。在大屏幕直視型TV應(yīng)用中,與小的高分辨率顯示器應(yīng)用存在明顯的差異。該差異基于屏幕圖像速度問題。
在都具有WXGA分辨率的20英寸和40英寸對角線屏幕之間比較兩個屏幕圖像時,20英寸屏幕的屏幕對角線距離是40英寸屏幕的一半。然而,20和40英寸屏幕之間TV圖像的屏幕幀頻率相同。這提供如圖2所示的圖像速度差異。屏幕圖像速度簡單地與對角線尺寸成比例。當(dāng)總的分辨率與WXGA相同時,40英寸對角線屏幕的像素單元尺寸是20英寸對角線屏幕的四倍。較大的像素比較小的像素尺寸更易察覺。特別是,常規(guī)TFT-LCD相對較慢的光學(xué)響應(yīng)在構(gòu)成較大屏幕尺寸的較大像素尺寸中更易察覺得多。這需要與較小對角線屏幕面板中相比在較大對角線的屏幕面板中每個像素單元上更快的光學(xué)響應(yīng),從而避免可察覺的慢的光學(xué)響應(yīng),這在TV圖像質(zhì)量中是致命問題。
在CRT基TV圖像中,與常規(guī)TFT-LCD相比,每個像素單元上熒光體的發(fā)射極快,例如幾微秒,以至于不管屏幕對角線尺寸如何,取決于屏幕對角線尺寸的屏幕圖像速度遠大于人眼可感知的時間分辨率。然而,常規(guī)TFT-LCD的光學(xué)響應(yīng)通常為幾十毫秒,而且內(nèi)在灰度級光學(xué)響應(yīng)時間是幾百毫秒。因為據(jù)說通常的人眼時間分辨率是上百毫秒,所以常規(guī)TFT-LCD慢的光學(xué)響應(yīng)時間對于人眼而言是足以察覺的。因此,對于大多數(shù)人眼而言,使用常規(guī)TFT-LCD技術(shù)的大屏幕直視型TV再現(xiàn)CRT基TV圖像中常見自然的TV圖像具有相當(dāng)大的問題。
常規(guī)TFT-LCD TV中的另一圖像質(zhì)量問題是其圖像模糊。這種圖像模糊不是由于TFT-LCD慢的光學(xué)響應(yīng),而是源于其幀響應(yīng)。CRT基TV在幀中使用非常短卻非常強的發(fā)射。這種來自熒光體的發(fā)射時間例如對于60Hz的幀速率而言為16.7毫秒幀時間中的幾個微秒。這種短卻極強的發(fā)射對人眼帶來某種沖擊,在人眼中形成整個幀圖像。相反,常規(guī)TFT-LCD圖像在整個幀周期中保持相同的亮度水平。在非??斓倪\動圖像中,這種在整個幀周期中保持型的亮度造成圖像模糊?;谀z片的電影圖像具有相同的圖像模糊問題。現(xiàn)在,為了避免這種圖像模糊,電影圖像使用機械快門進行消隱(blanking)。
(需要全色視頻圖像的其它應(yīng)用) 如上所述,大多數(shù)TFT-LCD的近期應(yīng)用需要全色視頻圖像。不僅TV應(yīng)用,而且數(shù)字多功能光盤(DVD)、游戲監(jiān)視器、計算機監(jiān)控顯示器都與TV圖像結(jié)合使用。盡管實際需要的圖像質(zhì)量高度取決于屏幕的對角線尺寸,特別是在TV圖像的情況下,但是對于所有全動視頻圖像應(yīng)用絕對需要與CRT相當(dāng)?shù)腡V圖像質(zhì)量。在這種非常明確的需求中,常規(guī)TFT-LCD在其光學(xué)響應(yīng)時間、特別是上述內(nèi)在灰度級響應(yīng)方面具有相當(dāng)大的問題。
此外,由幀周期中恒定亮度引起的圖像模糊使TFT-LCD難以應(yīng)用于TV圖像應(yīng)用。盡管通過以下所述的插入背光消隱International Display Workshop inKobe,“Consideration on Perceived MTF of Hold Type Display for MovingImage”;第823-826頁,(1998),T.Kurita等,嘗試減少TFT-LCD中這種致命的圖像模糊問題。但是該方法使背光壽命變短,而這是目前決定TFT-LCD壽命的主導(dǎo)因素。至于TV應(yīng)用,歸因于這種消隱的縮短背光壽命使TFT-LCD TV的價值顯著降低。
(技術(shù)問題) 有待由新技術(shù)解決的技術(shù)問題多少取決于實際應(yīng)用領(lǐng)域。對于每個特定的應(yīng)用領(lǐng)域,以下顯示在每個應(yīng)用中需要解決的具體技術(shù)問題。然而,解決上述需求的基本技術(shù)共同基于PSS-LCD中液晶分子配向的增強。所述PSS-LCD或極化屏蔽近晶型液晶顯示器已經(jīng)如美國專利申請“US-2004/0196428 A1”中所述那樣得以發(fā)明。該技術(shù)的觀念和目的在于提供最基本的方法從而在實現(xiàn)更高顯示器性能和/或更高的可制造性或更高生產(chǎn)率方面獲得PSS-LCD中的液晶分子配向。
(小屏幕高分辨率顯示器) 如上所述,由于顯著的低寬高比和基于更小像素間距的更低生產(chǎn)率,常規(guī)的微型彩色濾光片TFT-LCD在該具體應(yīng)用的適用性方面具有相當(dāng)大的困難。已知場序彩色方法作為在小屏幕尺寸的高分辨率顯示器中保持高的寬高比的有效方法。
幾篇關(guān)于場序彩色顯示器的論文詳細描述了場序彩色方法的優(yōu)點,例如International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Displays in Tokyo(1999),“Ferroelectric Liquid Crystal Display with Si Backplane”;A.Mochizuki,第181-184頁,同前;“A Full-color FLC Display Based on FieldSequential Color with TFTs”,T.Yoshihara等,第185-188頁。
如這些論文中所述,場序彩色使用同一個像素按時間順序表示紅、綠和藍色。實現(xiàn)場序彩色的快速光學(xué)響應(yīng)是該系統(tǒng)中最重要的。為了具有自然色圖像而不顯示彩色間斷(breaking),需要液晶開關(guān)中至少快三倍的光學(xué)響應(yīng)從而與常規(guī)的微型彩色濾光片彩色再現(xiàn)相比具有3倍幀速率。
最流行并且是目前主流驅(qū)動模式的常規(guī)扭曲向列型(TN)液晶驅(qū)動模式?jīng)]有足夠的光學(xué)開關(guān)響應(yīng)以滿足該3倍幀速率。因而,需要新型的快速光學(xué)響應(yīng)液晶驅(qū)動模式來實現(xiàn)場序彩色顯示器。只要我們能夠具有快速光學(xué)響應(yīng)驅(qū)動模式,場序彩色顯示器就可以實現(xiàn)如圖3所示的高的寬高比和高的分辨率,其對較低能耗的高級蜂窩電話顯示器提供亮度、高分辨率以及足夠快的光學(xué)響應(yīng)。
已經(jīng)引導(dǎo)場序彩色顯示系統(tǒng)使用向列型液晶、與硅底板結(jié)合的表面穩(wěn)定化的鐵電液晶(SSFLC)以及表現(xiàn)出模擬灰度級的TFT驅(qū)動的鐵電液晶。使用向列型液晶的場序彩色顯示器作為向列型LCD具有2μm的極薄的面板間距。這實現(xiàn)液晶的180Hz幀速率響應(yīng)。該系統(tǒng)能夠同時具有高的寬高比和高的分辨率,如以下文獻中所述那樣Denshi Gijyuts,1998年7月,Tokyo,“Liquid crystalfast response technology and its application”,M.Okita,第8-12頁(日文)。
然而,由于如圖4(a)所示的TN光學(xué)響應(yīng)曲線的特性,該系統(tǒng)不能完全利用高寬高比的優(yōu)勢。在連續(xù)發(fā)射白色背光的常規(guī)濾色器和場序彩色系統(tǒng)之間,背光通過效率有很大差異。在常規(guī)的彩色系統(tǒng)中,面板的寬高比直接表示光通過量和圖像質(zhì)量。然而,在場序彩色系統(tǒng)中,光通過量和圖像質(zhì)量如對比度、色純度作為液晶光學(xué)響應(yīng)曲線和背光發(fā)射定時之間的組合性能來確定。
圖4(a)和4(b)顯示在上升和下落中對稱和不對稱的光學(xué)響應(yīng)曲線之間的光通過量的最基本的差異。如同這些圖顯示該差異那樣,場序彩色顯示器的光通過量由液晶光學(xué)響應(yīng)曲線和背光發(fā)射定時兩者來確定。由于TN-LCD中下落曲線的長拖尾特性,下落邊緣的大多數(shù)背光發(fā)射沒有用作顯示。相反,采用上升和下落邊緣都對稱的響應(yīng)曲線的圖4(b)情況下,大多數(shù)背光發(fā)射完全用作顯示。因此,在場序彩色顯示器中,高的寬高比不足以保持低的能耗或者明亮的屏幕。使背光發(fā)射的利用最大化的對稱響應(yīng)曲線對于在低能耗下保持明亮的屏幕是必要的。
此外,圖4(a)和4(b)表明,如果拖尾達到下一幀背光發(fā)射的話,長拖尾的下降曲線可能會色彩污染(color contamination)。這種情況在較低溫度范圍下容易發(fā)生,其中由于液晶粘度的增加,TN表現(xiàn)出明顯慢的光學(xué)響應(yīng)。這種情況下,由于在“黑色”水平下的漏光,色彩污染的同時發(fā)生顯著的對比度降低。因此,為了獲得高性能的場序彩色顯示器,快的光學(xué)響應(yīng)和對稱的響應(yīng)曲線都是必要的。
這種性能實際上通過常規(guī)SSFLCD和能夠提供模擬灰度級的FLCD來實現(xiàn)。常規(guī)SSFLCD沒有模擬灰度級能力,以至于TFT陣列由于TFT有限的電子遷移率而不能提供全色視頻圖像。硅底板提供足夠的電子遷移率以驅(qū)動SSFLCD作為脈沖寬度調(diào)制,以至于可以提供全色視頻圖像。
然而,由于經(jīng)濟原因,硅底板難以應(yīng)用于直視型大屏幕顯示器,而且在前照光照明系統(tǒng)中難以提供足夠的亮度。能夠提供模擬灰度級的FLCD、如以下文獻所述的聚合物穩(wěn)定化的V-型鐵電液晶顯示器(PS-V-FLCD)顯示與TN-LCD相同的電-光響應(yīng)Japanese Journal of Applied Physics;“Preliminary Studyof Field Sequential Full color Liquid Crystal Display using PolymerStabilized Ferroelectric Liquid Crystal Display”;第38卷,(1999)L534-L536;T.Takahashi等。這里,將“V-型”指定為受施加電場的強度控制的模擬灰度級能力。在施加電壓(V)和透光度(T)的關(guān)系中,模擬灰度級LCD呈現(xiàn)“V-型”,因此在下文中,措辭“V-型”等同于受施加電場強度控制的模擬灰度級能力。
因而它將會適用于小屏幕的高分辨率顯示器應(yīng)用。然而,該系統(tǒng)要求經(jīng)由UV光的光聚合過程。UV曝光過程具有使液晶本身分解的風(fēng)險。為了避免UV曝光過程中液晶分解,加工中需要非常嚴(yán)格的控制。此外,V-型的物理意義是在其電壓-透光度曲線(V-T曲線)中沒有閾值,這在現(xiàn)實應(yīng)用中是不合實際的,特別是在其TFT具有閾值電壓變化的TFT驅(qū)動LCD中。對于實際應(yīng)用,當(dāng)前的常規(guī)TFT要求在液晶驅(qū)動模式下具有一定量的閾值電壓。因此,無閾值或V-型響應(yīng)實際上不適用于TFT驅(qū)動器件。
總之,理想的高級蜂窩電話用小型且高分辨率的顯示器能夠提供模擬灰度級以及具有PSS-LCD中所示的上升/下落兩者的快速光學(xué)響應(yīng)曲線,如美國專利申請“US-2004/0196428 A1”中所述的那樣。
(大屏幕直視型TV應(yīng)用) 在大屏幕直視型TV應(yīng)用中,已經(jīng)敘述了屏幕尺寸的增加要求圖像速率的增加。圖像速率的增加需要每個像素單元上液晶光學(xué)響應(yīng)時間的降低。從經(jīng)濟的觀點來看,不管液晶技術(shù)如何,使用當(dāng)前現(xiàn)有的大面板生產(chǎn)線而不需要引進整個新的生產(chǎn)設(shè)備是極其重要的。這也意味著不管液晶技術(shù)如何,大多數(shù)當(dāng)前現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝適用于穩(wěn)定且控制良好的生產(chǎn)工藝。因此,快速響應(yīng)的新型液晶驅(qū)動模式應(yīng)當(dāng)適合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的微型彩色濾光片TFT陣列工藝。常規(guī)的SSFLCD在極快的光學(xué)響應(yīng)方面是優(yōu)異的,然而,其沒有模擬灰度級響應(yīng)方面的能力。由于沒有模擬灰度級能力,常規(guī)SSFLCD不能由常規(guī)的微型彩色濾光片TFT陣列驅(qū)動。
具有模擬灰度級能力的聚合物穩(wěn)定化的V-型FLCD潛在地適合當(dāng)前現(xiàn)有的批量生產(chǎn)線及工藝。聚合物穩(wěn)定化的V-型FLCD在當(dāng)前批量生產(chǎn)線及工藝的可用性方面的一個限制在于通過TFT陣列的施加電壓。主要是經(jīng)濟上的原因,每個像素的最大施加電壓限于7V。在聚合物穩(wěn)定化的V-型FLCD下將聚合物與FLC材料一起使用時,飽和電壓控制在7V內(nèi)是不容易的。需要非常嚴(yán)格的材料質(zhì)量控制和工藝控制、特別是UV聚合工藝控制從而保持飽和電壓小于7V。對于大屏幕面板生產(chǎn),這種質(zhì)量和工藝控制就大屏幕區(qū)域內(nèi)保持均勻性而言是非常困難的。為了保持足夠?qū)挼墓に嚳刂拼翱?,降低液晶的飽和電壓是必要的。此外,作為無定形硅TFT的當(dāng)前最流行和最經(jīng)濟的液晶驅(qū)動陣列沒有足夠好的電子遷移率以向自發(fā)極化的液晶提供足夠好的電子電荷,所述液晶如SSFLCD、V-型FLCD和反鐵電液晶顯示器用的液晶。
為此,應(yīng)當(dāng)消除混合光聚合材料。在不增加額外的新工藝如UV聚合工藝的情況下,使當(dāng)前可用的穩(wěn)定生產(chǎn)工藝達到最大限度對于保持成本上有競爭力的表現(xiàn)是非常重要的。此外,來自美國專利申請“US-2004/0196428 A1”所述的近晶型液晶材料的任何自發(fā)極化的消除在經(jīng)由常規(guī)TFT陣列實際驅(qū)動方面是最關(guān)鍵的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問題的液晶顯示器件。
本發(fā)明的另一目的在于提供液晶顯示器件,其能夠提供比現(xiàn)有技術(shù)中的液晶顯示器件更好的顯示性能。
作為認(rèn)真研究的結(jié)果,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過使用包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑的特定液晶組合物,構(gòu)成液晶器件是極其有效的。
本發(fā)明的液晶器件基于上述發(fā)現(xiàn)。更具體地,本發(fā)明涉及液晶器件,其包含至少一對基板;和 布置在所述一對基板之間的液晶材料組合物, 其中所述液晶材料組合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑; 作為本體材料的所述近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢(director),以及所述近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向(即,由此使其分子長軸垂直于其層);和 作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及所述分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供液晶材料組合物,其至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑; 其中作為本體材料的所述近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢,以及所述近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向;和 作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及所述分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明人的知識和研究,推測近晶相液晶材料的分子長軸與預(yù)先設(shè)定的配向方向平行配向由此使其分子長軸垂直于其層的上述現(xiàn)象,可歸因于足夠強的方位角錨定能的提供,如下文所述的那樣。這種足夠強的方位角錨定能可以優(yōu)選例如通過如下所述的一定配向方法來提供。
本發(fā)明實用性的進一步范圍將從以下給出的詳細說明中變得明顯。然而,應(yīng)當(dāng)理解盡管詳細說明和具體實施例表明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案,但其只是為了舉例說明而給出,因為從該詳細說明中,本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種改變和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會變得明顯。
附圖簡要說明 圖1示意性地顯示當(dāng)前TFT-LCD中的RGB子像素結(jié)構(gòu)。
圖2示意性地顯示TV圖像中的圖像速度差異。
圖3示意性地顯示在快速光學(xué)響應(yīng)驅(qū)動模式中已經(jīng)實現(xiàn)的高的寬高比和高分辨率。
圖4示意性地顯示分別在向列型顯示器(a)和PSS型顯示器(b)中的場序彩色顯示器中慢的響應(yīng)和快速響應(yīng)。
圖5示意性地顯示平行于z-方向的PSS-LC分子。
圖6示意性地顯示PSS-LC分子位置的坐標(biāo)的實例。
圖7示意性地顯示配向?qū)由系膶訝罱Y(jié)構(gòu)堆疊的實例,其平行于基板形成。
圖8顯示在用于本發(fā)明的PSS-LCD面板(使用分子配向增強劑)情況下獲得的實際測量結(jié)果的實例。
圖9示意性地顯示沒有使用分子配向增強劑的近晶液晶混合物單元的實例。
圖10示意性地顯示層疊面板拋光(buffing)角度的實例。
圖11示意性地顯示PSS-LCD模擬灰度級響應(yīng)的實例。
圖12示意性地顯示斜向(oblique)蒸鍍配向?qū)用姘宓哪M灰度級響應(yīng)的實例。
圖13示意性地顯示斜向蒸鍍配向?qū)用姘宓哪M灰度級響應(yīng)的另一實例。
實施發(fā)明的最佳方式 下文中,將根據(jù)需要參照附圖詳細描述本發(fā)明。在以下的說明中,除非另作具體說明,表示數(shù)量比例或比率的“%”和“份”都是基于質(zhì)量。
(液晶器件) 本發(fā)明的液晶器件包含至少一對基板;和布置在所述一對基板之間的液晶材料組合物,其中所述液晶材料組合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑。
在本發(fā)明的液晶器件中,作為本體材料的所述近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢,以及所述近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向;以及作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及所述分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
(傾角的確定) 上述傾角可以通過以下方法確定。
(分子相對于層法向傾斜的測量方法) 采用將分析器和起偏器設(shè)置為交叉Nicole的偏振光顯微鏡,可測量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向為層法向,在交叉Nicole設(shè)置下,當(dāng)預(yù)先設(shè)定的分子配向方向符合分析器的吸收角度時,通過液晶面板的透光率為最小值或表現(xiàn)出消光角。如果n-指向矢沒有配向為層法向,其具有與層法向的傾角,在交叉Nicole設(shè)置下,通過液晶面板的透光率不是最小值或沒有表現(xiàn)出消光角。
(液晶材料配向的確定) 液晶材料的上述配向可以由以下方法確定。
采用將分析器和起偏器設(shè)置為交叉Nicole的偏振光顯微鏡,可測量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向為層法向,在交叉Nicole設(shè)置下,當(dāng)預(yù)先設(shè)定的分子配向方向符合分析器的吸收角度時,通過液晶面板的透光率為最小值或表現(xiàn)出消光角。如果n-指向矢沒有配向為層法向,其具有與層法向的傾角,在交叉Nicole設(shè)置下,通過液晶面板的透光率不是最小值或沒有表現(xiàn)出消光角。
(分子配向增強劑性能的確定) 獲得多大程度的所設(shè)計的分子配向方向可由以下方法確定。
采用將分析器和起偏器設(shè)置為交叉Nicole的偏振光顯微鏡,可測量液晶分子方向(n-指向矢)。該分子配向的一致性也可作為下述消光角下的光通過量定量測量。在消光角下更強配向或均一配向的液晶分子提供更小的光通過量。如果所述n-指向矢配向為層法向,在交叉Nicole設(shè)置下,當(dāng)預(yù)先設(shè)定的分子配向方向符合分析器的吸收角度時,通過液晶面板的透光率為最小值或表現(xiàn)出消光角。更小的透光率意味著更強或更均一的分子配向,這意味著分子配向上更多的增強。如果n-指向矢沒有配向為層法向,其具有與層法向的傾角,在交叉Nicole設(shè)置下,通過液晶面板的透光率不是最小值或沒有表現(xiàn)出消光角。
(消光角的確定) 液晶器件的上述消光角可以通過以下方法確定。
采用將分析器和起偏器設(shè)置為交叉Nicole的偏振光顯微鏡,可測量液晶分子方向(n-指向矢)。如果所述n-指向矢配向為層法向,在交叉Nicole設(shè)置下,當(dāng)預(yù)先設(shè)定的分子配向方向符合分析器的吸收角度時,通過液晶面板的透光率為最小值或表現(xiàn)出消光角。如果n-指向矢沒有配向為層法向,其具有與層法向的傾角,在交叉Nicole設(shè)置下,通過液晶面板的透光率不是最小值或沒有表現(xiàn)出消光角。
(優(yōu)選實施方案) 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中,所述液晶器件可以優(yōu)選包含至少一對基板;和布置在所述一對基板之間的近晶相液晶材料,作為本體材料的所述近晶相液晶材料使其分子長軸與其層法向有傾角地配向,其中所述基板表面具有足夠強的方位角錨定能以使所述近晶相液晶材料的分子長軸與預(yù)設(shè)配向方向平行配向,使得其分子長軸垂直于其層。
(足夠強的方位角錨定能的確定) 在本發(fā)明中,可以通過確定所述近晶相液晶材料的分子長軸與預(yù)設(shè)配向方向平行配向使得其分子長軸垂直于其層,從而確定上述足夠強的方位角錨定能。這種確定可以由以下方法實現(xiàn)。
通常,方位角錨定能可通過所謂的晶體旋轉(zhuǎn)法測定。該方法例如在以下得到描述“An improved Azimuthal Anchoring Energy Measurement Method UsingLiquid Crystals with Different Chiralities”Y.Saitoh和A.Lien,Journalof Japanese Applied Physics,第39卷,第1793頁(2000)。測量系統(tǒng)是由若干設(shè)備公司可購得的。這里,特別地所述足夠強的方位角錨定能非常清楚地如下進行確定。“足夠強的方位角錨定能”的意義對于采用n-指向矢通常相對層法向傾斜一定角度配向的液晶分子獲得沿著預(yù)設(shè)配向方向配向的液晶分子的n-指向矢而言是最為必要的。因此,如果制成的表面成功地使液晶的n-指向矢沿著預(yù)設(shè)配向方向配向的話,它意味著“足夠強的”錨定能。
(液晶材料) 在本發(fā)明中,使用一定類型的近晶相液晶材料。這里,“近晶相液晶材料”是指能夠顯示近晶相的液晶材料。因此,可以使用液晶材料而沒有特別限制,只要它能夠顯示近晶相即可。
(優(yōu)選的液晶材料) 在本發(fā)明中,優(yōu)選使用具有以下電容性能的液晶材料。
(分子配向增強劑) 在本發(fā)明中,使用分子配向增強劑。這里,“分子配向增強劑”是指能夠增強PSS-LCD分子配向連同提高四極子動量(quadra-pole momentum)的試劑。可以用以下方法從各種試劑中選擇分子配向增強劑的這一性能。
(分子配向增強劑的選擇) 為此特定目的,可用的分子配向增強材料的選擇如下。
該材料需要具有與近晶型液晶材料徹底的混合性以便獲得完全的混合物。為此,該材料必須具有與大多數(shù)向列型或近晶型液晶材料相似的分子結(jié)構(gòu)。還要求該分子提供足夠好的庫侖-庫侖相互作用。為此特定目的,該材料必須在其分子結(jié)構(gòu)中多少具有富電子結(jié)構(gòu)如雙鍵。
(優(yōu)選的分子配向增強劑) 為了提高PSS液晶混合物的四極子動量,可以優(yōu)選使用分子配向增強劑。該試劑可以優(yōu)選具有以下特征 (a)與近晶C相、近晶H相、近晶I相、手性近晶C相、手性近晶H相、手性近晶I相以及屬于最小不對稱的分子結(jié)構(gòu)的其它相的良好的混合性。
(b)提高該試劑與配向?qū)拥谋砻嬷g的庫侖-庫侖相互作用的分子結(jié)構(gòu)中的富π-電子結(jié)構(gòu)。
(1)所述試劑可以優(yōu)選具有以下的至少分子結(jié)構(gòu)(a)以及分子結(jié)構(gòu)(b)至(e)中的至少之一 (a)向列類分子結(jié)構(gòu),以便具有與近晶型液晶混合物的良好的混合性。
(b)分子中的碳-碳雙鍵結(jié)構(gòu) (c)分子中的碳-氮雙鍵結(jié)構(gòu) (d)分子中的碳-碳三鍵結(jié)構(gòu) (e)分子中的氮-氮雙鍵結(jié)構(gòu) 這些具體的特征用于PSS-LCD分子配向的增強連同四極子動量的提高。
(分子配向增強劑的具體實例) 分子配向增強劑的實例包括具有以下結(jié)構(gòu)的那些
(分子配向增強劑的用量) 本發(fā)明中,分子配向增強劑的用量沒有特別限制,只要可以提供上述期望的液晶盒(cell)性能即可。通常,分子配向增強劑的用量基于液晶材料的總量(100份)可以優(yōu)選是2份或更多,更優(yōu)選2-10份,進一步優(yōu)選2-8份(特別是6-8份)。
(電容性能) 盡管所述PSS-LCD使用近晶型液晶材料,但是由于其預(yù)期的由四極子動量產(chǎn)生的誘導(dǎo)極化源,每個LCD的像素電容與常規(guī)LCD相比足夠小。這種每個像素上的小的電容不會需要TFT設(shè)計的任何特別改變。TFT主要的設(shè)計問題在于保持高的寬高比情況下其需要的電子遷移率及其電容。因此,如果該新的LCD驅(qū)動模式要求更大的電容,則TFT必須具有重大的設(shè)計變化,這在技術(shù)上和經(jīng)濟上都不容易。所述PSS-LCD最重要的益處之一在于其作為本體液晶電容的較小電容。因此,如果將PSS-LC材料用作透射型LCD,則其像素電容與常規(guī)向列基LCD相比幾乎是一半至三分之一。如果將PSS-LCD用作反射型LCD如LCoS顯示器,則其像素電容與透射型向列型LCD幾乎相同,以及與反射型的常規(guī)向列型LCD相比幾乎是一半至三分之一。
(液晶面板的電容測量) LCD的像素電容一般通過以下所述的標(biāo)準(zhǔn)方法來測定。液晶器件手冊(Liquid Crystal Device Handbook)Nikkan Kogyo日文,第2章,第2.2節(jié)第70頁,液晶性能的測定方法(Measuring method of liquid crystalproperties)。
將進行檢驗的液晶面板插入以交叉Nicole關(guān)系布置的起偏器和分析器之間,將液晶面板旋轉(zhuǎn)的同時測定提供透射光最小光通量的角度。如此測定的角度是消光位置的角度。
(具有優(yōu)選性能的液晶材料) 本發(fā)明中,需要使用屬于最小對稱的組(group)的液晶材料。從液晶材料的觀點來看對于PSS-LCD性能的要求是液晶器件中四極子動量的提高。因此,所用的液晶分子必須具有最少的對稱分子結(jié)構(gòu)。確切的分子結(jié)構(gòu)取決于最終器件的所需性能。如果最終的器件用于移動顯示應(yīng)用,相比用于較大面板顯示器應(yīng)用而言,相當(dāng)?shù)偷恼扯葎t更為重要,導(dǎo)致優(yōu)選較小分子量的分子。然而,較低的粘度是該混合物的整體性能。有時,混合物的粘度不僅由每個分子組分來決定,而且由分子間的相互作用來決定。即使光學(xué)性能要求如雙折射也非常依賴于應(yīng)用。因此,這里液晶材料中最大的和唯一的要求為它在近晶型液晶分子中的最小對稱或最大不對稱的分子結(jié)構(gòu)。
(優(yōu)選液晶材料的具體實例) 本發(fā)明中,優(yōu)選使用選自以下液晶材料中的液晶材料。當(dāng)然,這些液晶材料可以單獨使用或根據(jù)需要作為其兩種或多種的組合或混合物使用。用于本發(fā)明中的近晶型液晶材料可以選自近晶C相材料、近晶I相材料、近晶H相材料、手性近晶C相材料、手性近晶I相材料、手性近晶H相材料。
用于本發(fā)明中的近晶型液晶材料的具體實例可以包括以下分子或材料。
(預(yù)傾斜角) 構(gòu)成本發(fā)明液晶器件的基板表面可以優(yōu)選具有不大于5度的與填充液晶材料的預(yù)傾斜角,更優(yōu)選不大于3度,進一步優(yōu)選不大于2度。與填充液晶材料的預(yù)傾斜角可以通過以下方法確定。
通常,LCD器件上預(yù)傾斜角的測量方法采用流行的所謂晶體旋轉(zhuǎn)法,測量系統(tǒng)是可購得的。然而,這里該所需的預(yù)傾斜不是對于向列型液晶材料,而是對于具有層狀結(jié)構(gòu)的近晶型液晶材料而言。因此,預(yù)傾斜角的科學(xué)定義與非層狀液晶材料的情況不同。
本發(fā)明預(yù)傾斜的要求在于穩(wěn)定方位角錨定能。該預(yù)傾斜最重要的要求實際上不是其角度,而是方位角錨定能的穩(wěn)定化。只要預(yù)傾斜角不會與方位角錨定能相抵觸,可以接受更高的預(yù)傾斜。迄今為止,在實驗上,當(dāng)前可用的取向?qū)咏ㄗh較低的預(yù)傾斜角以穩(wěn)定優(yōu)選的分子配向。然而,沒有具體的科學(xué)理論來否定更高的預(yù)傾斜角要求。預(yù)傾斜最重要的要求在于提供足夠穩(wěn)定的PSS-LCD分子配向。
大多數(shù)市售聚合物型取向材料以預(yù)傾斜角數(shù)據(jù)銷售。如果預(yù)傾斜角未知,則該值是可作為特定液晶盒條件的典型預(yù)傾斜角采用晶體旋轉(zhuǎn)法測得的。
(錨定能的提供) 提供錨定能的方法沒有特別限制,只要該方法可以提供足夠強的方位角錨定能以使近晶相液晶材料的分子長軸與使得其分子長軸垂直于其層的預(yù)設(shè)配向方向平行配向。該方法的具體實例可以包括例如聚合物層的機械拋光;頂面由偏振UV光曝光的聚合物層;金屬氧化物材料的斜向蒸鍍等等。提供錨定能的這些方法中,根據(jù)需要,可以參考以下文獻液晶器件手冊(Liquid CrystalDevice Handbook)Nikkan Kogyo日文,第2章,第2.1節(jié),2.1.4第40頁,和2.1.5,第47頁。
在金屬氧化物材料斜向蒸鍍的情況下,斜向蒸鍍角度可以優(yōu)選不小于70度,更優(yōu)選不小于75度,進一步優(yōu)選不小于80度。
<測量液晶分子的分子初始配向狀態(tài)的方法> 通常,液晶分子的主軸與光學(xué)軸正好一致。因此,當(dāng)以其中起偏器垂直于分析器設(shè)置的交叉Nicole布置中放置液晶面板時,當(dāng)液晶光學(xué)軸與分析器吸收軸正好一致時透射光的強度變得最小。初始配向軸的方向可以通過如下方法來確定其中使液晶面板在交叉Nicole布置中旋轉(zhuǎn),同時測量透射光的強度,由此可以確定提供最小透射光強度的角度。
<測量液晶分子主軸方向與配向處理方向的平行度的方法> 摩擦方向由設(shè)置的角度決定,已經(jīng)通過摩擦提供的聚合物配向膜最外層的慢光學(xué)軸由聚合物配向膜的種類、該膜的生產(chǎn)工藝、摩擦強度等決定。因此,與慢光學(xué)軸的方向平行提供消光位置時,證實分子主軸,即分子的光學(xué)軸與慢光學(xué)軸的方向平行。
(基板) 本發(fā)明中可用的基板沒有特別限制,只要它能夠提供上述特定的“分子初始配向狀態(tài)”即可。換句話說,在本發(fā)明中,考慮到LCD的用途或應(yīng)用、材料及其尺寸等,可以適當(dāng)?shù)剡x擇合適的基板。其在本發(fā)明中可用的具體實例如下。
上面圖案化有透明電極(例如ITO)的玻璃基板 無定形硅TFT陣列基板 低溫多晶硅TFT陣列基板 高溫多晶硅TFT陣列基板 單晶硅陣列基板。
(優(yōu)選的基板實例) 其中,在將本發(fā)明應(yīng)用于大規(guī)模液晶顯示器面板的情況下,優(yōu)選使用下列基板。
無定形硅TFT陣列基板 (配向膜) 本發(fā)明中可用的配向膜沒有特別限制,只要它能夠提供上述根據(jù)本發(fā)明的傾角等即可。換句話說,在本發(fā)明中,考慮到物理性質(zhì)、電學(xué)或顯示性能等,可以適當(dāng)?shù)剡x擇合適的配向膜。例如,通??梢詫⒐_出版物中舉例說明的各種配向膜用于本發(fā)明中。在本發(fā)明中可用的這些配向膜具體的優(yōu)選實例如下。
聚合物配向膜聚酰亞胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺 無機配向膜SiO2、SiO、Ta2O5、ZrO、Cr2O3等。
(優(yōu)選的配向膜實例) 其中,在將本發(fā)明應(yīng)用于投影型液晶顯示器的情況下,優(yōu)選使用下列配向膜。
無機配向膜 本發(fā)明中,作為上述基板、液晶材料和配向膜,可以根據(jù)需要使用如以下文獻中所述的對應(yīng)各項的那些材料、組件或構(gòu)件“液晶器件手冊(LiquidCrystal Device Handbook)”(1989),The Nikkan Kogyo Shimbun,Ltd.(Tokyo,Japan)出版。
(其它構(gòu)件) 用于構(gòu)成本發(fā)明液晶顯示器的其它材料、構(gòu)件或組件,例如透明電極、電極圖案、微型彩色濾光片、墊片和起偏器沒有特別限制,除非它們違背本發(fā)明的目的(即只要它們可以提供上述特定的分子初始配向狀態(tài)即可)。另外,除了應(yīng)當(dāng)構(gòu)成液晶顯示器件以便提供上述特定的“分子初始排列狀態(tài)”以外,生產(chǎn)可用于本發(fā)明中的液晶顯示器件的工藝沒有特別限制。就根據(jù)需要構(gòu)成液晶顯示器件的各種材料、構(gòu)件或組件的細節(jié)而言,可以參考“液晶器件手冊(LiquidCrystal Device Handbook)”(1989),The Nikkan Kogyo Shimbun,Ltd.(Tokyo,Japan)出版。
(實現(xiàn)特定初始配向的方法) 實現(xiàn)上述配向狀態(tài)的方法或措施沒有特別限制,只要它能夠?qū)崿F(xiàn)上述特定的“分子初始配向狀態(tài)”即可。換句話說,在本發(fā)明中,考慮到物理性質(zhì)、電學(xué)或顯示性能等,可以適當(dāng)?shù)剡x擇用于實現(xiàn)特定初始配向的合適方法或措施。
在將本發(fā)明應(yīng)用于大尺寸TV面板、小尺寸高清晰度顯示器面板和直視型顯示器的情況下,可以優(yōu)選使用以下方法。
(提供初始配向的優(yōu)選方法) 根據(jù)本發(fā)明人的研究和知識,通過使用下列配向膜(在烘焙膜的情況下,其厚度由烘焙后的厚度表示)和摩擦處理,可以容易地實現(xiàn)上述適合的初始配向。另一方面,在一般的鐵電液晶顯示器中,配向膜的厚度為
(埃)或更小,摩擦強度(即摩擦的接觸長度)為0.3mm或更小。
配向膜厚度優(yōu)選
或更大,更優(yōu)選
或更大(特別是
或更大)。
摩擦強度(即摩擦的接觸長度)優(yōu)選0.3mm或更大,更優(yōu)選0.4mm或更大(特別是0.45mm或更大),上述配向膜厚度和摩擦強度可以例如用下文中出現(xiàn)的實施例1中所述的方法測定。
(本發(fā)明與背景技術(shù)的比較) 這里,為了便于理解本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)和構(gòu)成,本發(fā)明液晶器件的一些特征將在與具有不同結(jié)構(gòu)的器件比較下進行描述。
(本發(fā)明的理論背景) 本發(fā)明基于PSS-LCD分子配向的詳細研究和分析,該分子配向被認(rèn)為對于小屏幕高分辨率LCD和大屏幕直視型LCD TV應(yīng)用以及大型的放大投影面板明顯有利。接下來,將會描述本發(fā)明的技術(shù)背景。
(極化屏蔽的近晶型液晶顯示器) 極化屏蔽的近晶型液晶顯示器(PSS-LCD)在美國專利申請US-2004/0196428 A1中得到描述,其使用最小對稱的分子結(jié)構(gòu)的液晶材料以便提高四極子動量。該專利申請論述了PSS-LCD的基礎(chǔ)機理。另外該專利描述了制造PSS-LCD的實際方法。
如上述專利申請中所述的那樣,PSS-LCD最為獨特的特點之一在于具有特定的液晶分子配向作為初始配向狀態(tài)。使用其固有的分子n-指向矢配向相對近晶層具有特定傾斜的一定種類的近晶型液晶材料連同表面上的強的定位角錨定能,迫使該分子n-指向矢對層法向配向。換句話說,n-指向矢相對層法向具有一定傾角的最小對稱的分子通過特定的人為配向力使其n-指向矢沿著層法向配向。
該初始配向在PSS-LCD上產(chǎn)生獨特的顯示性能。這種分子配向類似于其中n-指向矢垂直于層的近晶A相,然而,該特定的分子配向只有在液晶分子處于強的方位角錨定能表面以及較弱的極性錨定表面條件下才得以實現(xiàn)。因此,這些分子被稱作極化屏蔽的近晶相或PSS相。該專利申請?zhí)峁┗镜姆椒ㄒ越o出實現(xiàn)高性能PSS-LCD最必要的條件。為了實現(xiàn)PSS-LCD上這種人為的n-指向矢配向,強的方位角分子配向以及較弱的極性錨定是最必要的,如該專利申請中所述那樣。
常規(guī)的向列型LCD將基于范德華力的空間相互作用用于其初始分子配向。對于其分子錨定使n-指向矢有序(ordering)而不必人為改變n-指向矢的大多數(shù)向列型液晶分子,該空間相互作用產(chǎn)生足夠好的初始分子錨定能。由于向列型液晶分子的配向特性,在一定的有序參數(shù)下其n-指向矢總是在同一方向上配向。
與向列型液晶分子不同,近晶型液晶分子形成層結(jié)構(gòu)。這種層結(jié)構(gòu)不是真實的層,而是虛擬結(jié)構(gòu)。由于近晶型液晶比向列型液晶具有更高的有序參數(shù),近晶型液晶分子具有形成其質(zhì)量中心配向的更高有序的分子配向。與近晶型液晶的固有分子配向相比,向列型液晶從不將自身配向成像近晶型液晶那樣以一定順序保持其質(zhì)量中心。
本發(fā)明基于在某一配向表面上就最小對稱的近晶型液晶分子的近晶相中的初始分子n-指向矢而言方位的角錨定能和極性錨定能的基礎(chǔ)研究。作為眾所周知的現(xiàn)象之一,基于范德華力的空間相互作用比庫侖-庫侖相互作用所提供的空間相互作用弱得多。為了增強近晶型液晶分子與某一配向表面之間的庫侖-庫侖相互作用,已經(jīng)特別地研究了最小對稱的近晶型液晶分子與配向?qū)拥母邩O性表面之間的表面相互作用。
(PSS-LCD中的表面錨定的理論分析) 為了闡明初始PSS-LC構(gòu)造的必要條件,基于以下公式考慮PSS-LC液晶盒的自由能。三種主要的自由能如下表示 (a)彈性能量密度felas 方程(1) 其中B和D1分別是近晶層和粘彈性常數(shù), 坐標(biāo)系如圖6所示設(shè)置。
其中Φ是圖6中所示的方位角,x設(shè)定為液晶盒厚度方向。
(b)彈性互作用能felec 方程(2) 電場由靜電勢Ψ給出即 由和 表示的介電各向異性項用于表示四極子動量的貢獻。
(c)表面相互作用能密度Fsurf 根據(jù)Dahl和Lagerwall在Molecular Crystals and Liquid Crystals中的論文,第114卷,第151頁,1984年出版,表面相互作用能密度表示為 方程(3) 其中θ是圖6中所示的分子傾角,γp、γt、γd是表面相互作用系數(shù),αt是預(yù)傾斜角,以及αd是相對圖6中設(shè)定的相對z-方向的優(yōu)選方向角。
關(guān)于表面相互作用能密度,就PSS-LCD的初始分子配向條件而言必要的條件是圖6中θ=0以及f=3π/2??紤]到這些條件,方程(3)現(xiàn)在變?yōu)? 方程(4) 另外,PSS-LCD的優(yōu)選預(yù)傾斜角為零,則方程(4)變成 方程(5) 采用方程(1)、(2)和(5),每單位面積上的總的自由能F為 方程(6) 這里,將對稱表面錨定γd0=γd1,以及Φ→3p/2引入方程(6)中 方程(7) 作為初始狀態(tài),將E=0引入方程(7)中, 方程(8) 這里,優(yōu)選的方向角dd設(shè)定為z-方向,以及粘彈性常數(shù)D可以表示成 方程(9) 為使F最小化 方程(10) αd=0方程(11) 因此,顯然PSS-LC分子應(yīng)當(dāng)平行于圖5所示的z-方向。另外方程(10)產(chǎn)生PSS-LC分子需要的條件從而均勻地從底部堆疊至頂面以滿足特定的近晶層彈性常數(shù)和同一層中的液晶分子粘度。
如上所述,本發(fā)明的本質(zhì)概念基于促進相對近晶層法向具有傾角的近晶型液晶分子指向矢沿著設(shè)定的配向方向、例如拋光(buffing)方向。使用其分子指向矢相對近晶層法向具有傾角的某一類近晶型液晶分子作為本體形態(tài),分子指向矢配向的增強作用迫使該近晶型液晶分子指向矢沿著預(yù)設(shè)的配向方向。該增強作用使得近晶型液晶分子指向矢能夠垂直于近晶層配向。
由近晶型液晶分子的這種特定分子配向產(chǎn)生PSS-LCD獨特的電-光性能。PSS-LCD的這些獨特特性之一是其面板間隙與驅(qū)動電壓之間的關(guān)系。大多數(shù)已知的LCD隨著增加其面板間隙需要更高的驅(qū)動電壓。由于面板間隙的增加,需要提高必要的外加電壓以保持電場強度。
然而,在PSS-LCD中,當(dāng)面板間隙增加時,有時需要更小的電壓。由于在PSS-LCD面板上強的方位角錨定能的要求,面板間隙的增加提供面板中液晶分子錨定的弱化,導(dǎo)致更低的驅(qū)動電壓。這一事實也是PSS-LCD的上述說明的證據(jù)之一。
(增強庫侖-庫侖相互作用的實際方法) 由于近晶型液晶的層結(jié)構(gòu)的存在,就整齊(clean)的分子配向而言該層結(jié)構(gòu)與取向界面之間的特定平衡總是非常受關(guān)注的。特別是在需要強的方位角錨定能的PSS-LCD的情況下,如何給予液晶分子強的錨定能而不干擾其固有的層結(jié)構(gòu)是最重要的。
如前面部分在理論上論述的那樣,強的方位角錨定對于實現(xiàn)PSS-LCD構(gòu)造是最為必要的。本發(fā)明人進行實驗從而發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生強的錨定能而不干擾固有的液晶層結(jié)構(gòu)形成的實際方法。在實驗過程中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在整個PSS-LC混合物之外加強一些特定的液晶分子,是與形成層結(jié)構(gòu)一致地提供足夠強的錨定能的有效方法之一。由于近晶型液晶中強的層結(jié)構(gòu)自形成力,不容易產(chǎn)生足夠強的錨定能。如果表面錨定太強,近晶型液晶形成的層結(jié)構(gòu)被扭曲,或者在最糟的情況下受到破壞。優(yōu)先考慮整齊的層結(jié)構(gòu)總是導(dǎo)致PSS-LC分子配向的失敗,其無法形成垂直于層的近晶型液晶分子n-指向矢配向。對于在PSS-LCD中獲得整齊的分子配向最重要的是向液晶分子提供強的方位角錨定能以及弱的附著(adhesive)錨定能。
(本發(fā)明的理想實施方案) 本發(fā)明的核心觀念是加強初始分子n-指向矢垂直于近晶型液晶層。在使PSS液晶分子產(chǎn)生方位角錨定和保持相對弱的極性錨定方面,這種表面加強的作用在于提供PSS液晶分子與特定表面之間足夠強的庫侖-庫侖相互作用。
如上所述,本發(fā)明最本質(zhì)的要求如下 (2)使用特定的近晶型液晶材料,其分子n-指向矢相對圖6中所示的其近晶層法向具有一定傾角。
(3)那些近晶型液晶屬于近晶C、近晶H、近晶I相以及其它最小對稱分子結(jié)構(gòu)相組。手性近晶C、手性近晶H、手性近晶I相也滿足如美國專利申請US-2004/0196428 A1中所述的PSS-LCD性能的必要標(biāo)準(zhǔn)。
(4)施加強的方位角錨定以及較弱的極性錨定能,迫使固有的相對近晶層法向傾斜的n-指向矢成為層法向。由于該作用,PSS液晶材料必須顯示以下相位序列 各向同性-(向列)-近晶A-PSS相-(近晶x)-晶體。這里,括號“()”意味著并非總是必要的。
(5)由于上述作用,配向的PSS-LC液晶盒顯示小的介電常數(shù)各向異性,如小于10,更優(yōu)選小于5,最優(yōu)選小于2。介電常數(shù)的各向異性是PSS-LCD中測得的頻率的函數(shù)。由于采用與大多數(shù)常規(guī)LCD的偶極動量不同的四極子動量,介電常數(shù)的各向異性取決于檢驗電壓(prove voltage)的頻率。這里介電常數(shù)各向異性的優(yōu)選值應(yīng)當(dāng)在1kHz的矩形波形下測定。
(6)制成的滿足上述條件的PSS-LCD液晶盒顯示取決于外加電場方向的特定的分子傾斜方向。由于四極子耦合,PSS-LC分子反映出施加電場的方向的差異。這是PSS-LCD極不尋常的特性之一。采用雙折射模式的所有常規(guī)向列型LCD利用偶極動量耦合,因此它們無法反映出施加電場的方向差異。只有施加電壓的電勢差驅(qū)動那些LCD。所述PSS-LCD分子通過檢測施加電壓的方向改變其傾斜方向,然而它們沒有自發(fā)極化。這也是PSS-LCD基于四極子動量驅(qū)動的支持理論之一。
(分子配向增強劑的添加) 本發(fā)明特征的主要作用可以優(yōu)選如下。
如以上理論背景所述,該分子配向增強劑用作配向?qū)禹斆嫔系闹虚g介質(zhì)(go-between)。由于PSS分子的最小對稱的分子結(jié)構(gòu),不容易獲得整齊的分子配向,特別是取得方位角分子配向和近晶層形成之間的特定平衡。與這些近晶型液晶混合物良好混溶的介質(zhì)在本體混合物中保持單一的混合物。一旦將混合物填充入LCD液晶盒中并且遇到配向?qū)拥谋砻?,該介質(zhì)選擇性地錨定在配向?qū)拥捻斆嫔?。由于介質(zhì)試劑固有的容易錨定的分子結(jié)構(gòu),該容易錨定的分子促進近晶型液晶與介質(zhì)試劑一致的分子配向。因此介質(zhì)試劑的主要作用是某種配向指導(dǎo)劑。強的錨定劑促進近晶型液晶分子的有序配向。
這種情形可以通過仔細測量PSS-LCD液晶盒的比介電常數(shù)(ε)來證實。由于圖7中所示的平行于基板形成的在配向?qū)由隙询B的層狀結(jié)構(gòu),每個層對特定范圍的施加電場頻率顯示其獨特的介電響應(yīng)。圖8顯示本發(fā)明采用的PSS-LCD面板的實際測量結(jié)果。在低頻區(qū)域如較低的幾十Hz下,表面錨定的試劑可以部分響應(yīng)ε測量的檢驗電壓。該試劑分子上方的大多數(shù)近晶型液晶可以完全響應(yīng)。因而,該較低的幾十Hz頻率區(qū)域具有大的電容。隨著提高頻率如數(shù)百Hz,表面錨定的試劑分子逐漸變得難以響應(yīng)。然而大多數(shù)近晶型液晶分子可以完全響應(yīng),因此,與較低頻率區(qū)域相比液晶盒總的ε表現(xiàn)出些許減小。頻率的進一步增加提供近晶型液晶分子更為有限的響應(yīng),導(dǎo)致ε進一步減小。不用所述配向增強劑,我們?nèi)匀挥^察到類似的ε分布。然而,沒有該試劑的情況下,較低的幾十Hz和數(shù)百Hz之間的ε減小與采用該試劑時相比小得多而且不明顯。沒有該試劑時觀察到的ε減小由于液晶層中沒有明顯的錨定層存在而提供某種程度上連續(xù)的減小。另一方面,采用該試劑,由于明顯的錨定層的存在,作為頻率函數(shù)的這種ε的減小就像一階相變一樣,這意味著非常明顯的ε減小。圖8顯示PSS-LCD液晶盒的實際測量結(jié)果。如圖8所示,清楚地觀察到300Hz和700Hz之間急劇的減小。7 KHz和10 KHz之間的ε減小歸因于近晶型液晶在低檢驗電壓下的有限響應(yīng)。相反,圖9顯示不用所述試劑的近晶型液晶混合物液晶盒。其它液晶盒情況完全相同。這兩種液晶盒之間僅有的差異在于有或沒有該試劑。顯然圖9中所示的沒有該試劑的液晶盒相對對數(shù)標(biāo)度的頻率連續(xù)減小而在1KHz左右沒有表現(xiàn)出明顯的變化。圖8和9清楚地表明所述試劑用作增強液晶分子配向的試劑。因此,可以通過比介電常數(shù)(ε)的頻率依賴性證實本發(fā)明的效果,即通過所述試劑增強分子配向。在使用+/-1V矩形波形檢驗電壓的特定測量條件下由500Hz和1KHz之間明顯的ε減小的存在來檢測和證實本發(fā)明的明確標(biāo)準(zhǔn)。
在下文中,將參照具體實施例更詳細地描述本發(fā)明。
實施例 實施例1 (本發(fā)明) 制備自制的近晶C相液晶混合物材料。該混合物的主要分子結(jié)構(gòu)如下
用3wt%下列分子結(jié)構(gòu)的材料摻雜所制備的非自發(fā)極化近晶型液晶混合物。該整個混合物填充如下所述制成的試樣面板。
通過以下合成路線制成該特定的經(jīng)摻雜的材料。
混合后,通過使用InstecColorado corporation制造的“加熱臺(hotstage)”(型號HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振顯微鏡,測量作為本體材料的混合物的相序。該混合物在室溫下顯示近晶C相作為本體形態(tài)。近晶C相顯示分子指向矢相對于近晶層法向發(fā)生傾斜,以致于封閉Nicole下的消光角相對于層法向有一些傾斜。
各向同性至向列89℃,向列至近晶A79℃,近晶A至近晶C75℃,近晶C至晶體14℃。該混合物填充如下制成的試樣面板。
對于液晶分子配向材料,使用RN-1199(Nissan Chemicals Industries)作為分子預(yù)傾斜角小于1.5度的配向材料。作為固化層的配向?qū)雍穸仍O(shè)定為700A。通過人造絲布在與圖10所示的基板中心線成30度的方向上拋光該固化的配向?qū)颖砻?。頂部和底部兩個基板上拋光布的接觸長度設(shè)定為0.5mm。使用平均直徑1.6μm的二氧化硅間隔球,將兩個經(jīng)過拋光的基板在其拋光方向彼此平行地進行層疊。通過使用光學(xué)多次反射測定的所得面板間隙為1.9μm。將上述液晶混合物在105℃的各向同性相溫度下注入所制成的面板中。面板充滿該混合物后,控制環(huán)境溫度每分鐘降低2℃,直至混合物在靠近室溫時顯示PSS相為止,該溫度為38℃。接著,通過自然冷卻不加控制,在面板溫度達到室溫后,對該面板施加+/-10V,500Hz的三角形波形電壓5分鐘。施加5分鐘的電壓后,切下面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振顯微鏡(Nikon)和加熱臺(Instec型號HCS 206)下測量其相序。首先,通過加熱臺將面板溫度提高直至105℃,然后以每分鐘1.5℃的速率降低溫度。在89℃下該面板顯示從各向同性至向列相轉(zhuǎn)變;在77.2℃下從向到至近晶A;在71.1℃下從近晶A至PSS;以及在4℃下從PSS至晶體。本體與面板之間這些不同的相轉(zhuǎn)變溫度由過冷效應(yīng)來解釋,這是因緩慢的冷卻速率而廣泛觀察到的現(xiàn)象。突出的事實在于滿足所述PSS-LCD條件的該面板在近晶A和PSS相之間顯示相同的消光角。這是PSS-LCD特定的特性。
該面板另外在6V的DC偏壓下用精密LCR儀(Agilent型號4774)測定其介電常數(shù)的各向異性。使用的檢驗電壓為+/-1V;1kHz;矩形波形電壓。測得的介電常數(shù)各向異性為2.5。該值幾乎是常規(guī)LCD平均值的三分之一。因此,該PSS-LCD面板提供比常規(guī)LCD寬得多的驅(qū)動能力窗口。
該面板的電-光測量通過施加如圖11所示的三角形波形電壓顯示出模擬灰度級。就本發(fā)明對作為本體的近晶型液晶材料的作用而言,最重要事實在于本發(fā)明的液晶分子配向有效地防止在PSS相中分子指向矢相對拋光角度傾斜。作為本體的近晶C相中的這種防止分子傾斜是本發(fā)明的本質(zhì)作用。通過在一定的面板條件下防止分子傾斜,使得常規(guī)液晶驅(qū)動方法下的模擬灰度級能夠顯示其優(yōu)異的性能。
實施例2 (對照) 使用市售雙容器(two-bottle)體系FLC混合物材料(MerckZLI-4851-000和ZLI-4851-100)以及與那些FLC混合物相反的手性材料,制成幾乎沒有自發(fā)極化的混合物。制成的混合物包含75wt%ZLI-4851-000、20wt%ZLI-4851-100和5wt%相反的手性材料。對于液晶分子配向材料,使用RN-1199(NissanChemicals Industries)作為預(yù)傾斜角1-1.5度的配向材料。作為固化層的配向?qū)雍穸仍O(shè)定為1,000A-1,200A。通過人造絲布在與基板中心線成30度的方向上拋光該固化的配向?qū)颖砻妗蓚€基板上拋光的接觸長度設(shè)定為0.4mm。使用平均直徑1.6μm的二氧化硅球作為間隔物。測定的所得面板間隙為1.8μm。將上述混合材料在110℃的各向同性相溫度下注入面板中。填充混合材料之后,控制環(huán)境溫度每分鐘降低2℃,直至該混合材料顯示鐵電相(40℃)為止。接著通過自然冷卻,在面板溫度達到室溫后,對該面板施加+/-10V,500Hz的三角形波形電壓10分鐘。從該面板的頂部看去,該面板的初始分子配向方向部分傾斜向拋光方向的右方,部分傾斜向拋光方向的左方。相對拋光角度的傾角在兩側(cè)上相對于拋光方向為21.6度。
由于分子相對于拋光方向發(fā)生傾斜,該面板不能顯示在PSS-LCD面板中所測得的模擬灰度級。
實施例3 (對照) 制備自制的近晶C相液晶混合物材料。該混合物的主要分子結(jié)構(gòu)如下
通過使用InstecColorado corporation制造的“加熱臺(hot stage)”(型號HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振顯微鏡,測量作為本體材料的混合物的相序。該混合物在室溫下顯示近晶C相作為本體形態(tài)。近晶C相顯示分子指向矢相對于近晶層法向發(fā)生傾斜,以至于封閉Nicole下的消光角相對層法向有一些傾斜。
各向同性至向列92℃,向列至近晶A83℃,近晶A至近晶C79℃,近晶C至晶體13℃。該混合物填充如下制成的試樣面板。
對于液晶分子配向材料,使用RN-1199(Nissan Chemicals Industries)作為分子預(yù)傾斜角小于1.5度的配向材料。作為固化層的配向?qū)雍穸仍O(shè)定為700A。通過人造絲布在與圖10所示的基板中心線成30度的方向上拋光該固化的配向?qū)颖砻?。頂部和底部兩個基板上拋光布的接觸長度設(shè)定為0.5mm。使用平均直徑1.6μm的二氧化硅間隔球,將兩個經(jīng)過拋光的基板在其拋光方向彼此平行地進行層疊。通過使用光學(xué)多次反射測定的所得面板間隙為1.9μm。將上述液晶混合物在105℃的各向同性相溫度下注入所制成的面板中。面板充滿該混合物后,控制環(huán)境溫度每分鐘降低2℃,直至混合物在靠近室溫時顯示PSS相為止,該溫度為38℃。接著,通過自然冷卻不加控制,在面板溫度達到室溫后,對該面板施加+/-10V,500Hz的三角形波形電壓5分鐘。施加5分鐘的電壓后,切去面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振光顯微鏡(Nikon)和加熱臺(Instec型號HCS 206)下測量其相序。首先,通過加熱臺將面板溫度提高直至105℃,然后以每分鐘1.5℃的速率降低溫度。在90.5℃下該面板顯示從各向同性至向列的相轉(zhuǎn)變;在80.8℃下從向列至近晶A;在72.3℃下從近晶A至PSS;以及在4℃下從PSS至晶體。本體與面板之間這些不同的相轉(zhuǎn)變溫度由過冷效應(yīng)來解釋,這是因緩慢的冷卻速率而廣泛觀察到的現(xiàn)象。突出的事實在于滿足所述PSS-LCD條件的該面板在近晶A和PSS相之間顯示相同的消光角。這是PSS-LCD特征性特性。
該面板另外在6V的DC偏壓下用精密LCR儀(Agilent型號4774)測定其介電常數(shù)的各向異性。使用的檢驗電壓為+/-1V;1kHz;矩形波形電壓。測得的介電常數(shù)各向異性為2.5。該值幾乎是常規(guī)LCD平均值的三分之一。因此,該PSS-LCD面板提供比常規(guī)LCD寬得多的驅(qū)動能力窗口。
該面板的電-光測量通過施加如圖12所示的三角形波形電壓顯示出模擬灰度級與實施例1的結(jié)果相比,面板的對比度比實施例1差。表2比較面板的對比度。本實施例面板的對比度是190∶1,實施例1的對比度是360∶1。這種對比度的低劣是由于小的域面積(domain area)上消光角的變化。這種局部消光角的變化是由于本實施例不夠強的方位角錨定能。與本實施例不同,在采用配向增強劑的實施例1的情況下,有效地消除消光角的局部變化,產(chǎn)生更高的對比度。
表2.對比度的差異 實施例4 (本發(fā)明) 使用由下列主要結(jié)構(gòu)的液晶材料構(gòu)成的自制近晶C相液晶材料,研究本發(fā)明的效果。
所用的分子配向增強材料顯示其分子式如下。
以近晶C相液晶混合物的2wt%混入該分子配向增強材料。包含增強材料的整個混合物沒有表現(xiàn)出任何手性,因為該混合物不含任何手性材料。該混合物作為本體材料顯示各向同性、近晶A、近晶C和晶體的相序。
混合后,通過使用InstecColorado corporation制造的“加熱臺”(型號HCS 206)和NikonJapanese corporation制造的偏振顯微鏡,測量作為本體材料的該混合物的相序。該混合物在室溫下顯示近晶C相作為本體形態(tài)。近晶C相顯示分子指向矢相對于近晶層法向發(fā)生傾斜,以至于封閉Nicole下的消光角相對層法向有一些傾斜。
各向同性至近晶A77℃,近晶A至近晶C71℃,近晶C至晶體-10℃。該混合物填充如下制成的試樣面板。對于液晶分子配向材料,使用RN-1175(Nissan Chemicals Industries)作為分子預(yù)傾斜角小于1.0度的配向材料。作為固化層的配向?qū)雍穸仍O(shè)定為600A。通過人造絲布在與圖10所示的基板中心線成30度的方向上拋光該固化的配向?qū)颖砻妗m敳亢偷撞績蓚€基板上拋光布的接觸長度設(shè)定為0.4mm。使用平均直徑1.6μm的二氧化硅間隔球,將兩個經(jīng)過拋光的基板在其拋光方向彼此平行地進行層疊。通過使用光學(xué)多次反射測定的所得面板間隙為1.9μm。將上述液晶混合物在100℃的各向同性相溫度下注入所制成的面板中。面板充滿該混合物后,控制環(huán)境溫度每分鐘降低2℃,直至混合物在靠近室溫時顯示PSS相為止,該溫度為38℃。接著,通過自然冷卻不加控制,在面板溫度達到室溫后,對該面板施加+/-10V,500Hz的三角形波形電壓5分鐘。施加5分鐘的電壓后,切去面板的液晶填充口。
使完成的面板在偏振顯微鏡(Nikon)和加熱臺(Instec型號HCS 206)下測量其相序。首先,通過加熱臺將面板溫度提高直至100℃,然后以每分鐘1.5℃的速率降低溫度。在76℃下該面板顯示從各向同性至近晶A的相轉(zhuǎn)變;在67.2℃下從近晶A至PSS;以及在-14℃下從PSS至晶體。本體與面板之間這些不同的相變溫度由過冷效應(yīng)來解釋,這是因緩慢的冷卻速率而廣泛觀察到的現(xiàn)象。突出的事實在于滿足所述PSS-LCD條件的該面板在近晶A和PSS相之間顯示相同的消光角。這是PSS-LCD特征性特性。
該面板還在6V的DC偏壓下用精密LCR儀(Agilent型號4774)測定其介電常數(shù)的各向異性。使用的檢驗電壓為+/-1V;1kHz;矩形波形電壓。測得的介電常數(shù)各向異性為1.8。該值幾乎是常規(guī)LCD平均值的四分之一。因此,該PSS-LCD面板提供比常規(guī)LCD寬得多的驅(qū)動能力窗口。
該面板的電-光測量通過施加如圖13所示三角形波形電壓顯示出模擬灰度級。就本發(fā)明對作為本體的近晶型液晶材料的作用而言,最重要事實在于本發(fā)明的液晶分子配向有效地防止在PSS相中分子指向矢相對拋光角度傾斜。作為本體的近晶C相中的這種防止分子傾斜是本發(fā)明的本質(zhì)作用。通過在一定的面板條件下防止分子傾斜,使得常規(guī)液晶驅(qū)動方法下的模擬灰度級能夠顯示其優(yōu)異的性能。
(與常規(guī)技術(shù)比較) 從以上的論述和實施例,特別是第3和4部分的論述及實施例,基于極化屏蔽的近晶型液晶顯示器(PSS-LCD)的本發(fā)明使PSS液晶分子配向比常規(guī)PSS-LCD更加規(guī)則(cleaner),導(dǎo)致更高的生產(chǎn)率。
(本發(fā)明的效果) 本發(fā)明使得,采用大多數(shù)當(dāng)前現(xiàn)有的大型LCD面板生產(chǎn)設(shè)備以及經(jīng)過檢驗的生產(chǎn)工藝,在較少的由于自動快門(shuttering)效應(yīng)的透射光的強度圖像模糊下,以內(nèi)在灰度級水平下足夠快速的光學(xué)響應(yīng),能夠提供大屏幕直視型TV的高質(zhì)量圖像。這在生產(chǎn)中提供成本優(yōu)勢。本發(fā)明還能夠以合理的生產(chǎn)成本提供使用場序彩色方法的小屏幕高分辨率LCD,特別是用于高級蜂窩電話。通過使用場序彩色系統(tǒng)的RGB LED背光,更寬的色飽和度在其色彩再現(xiàn)方面產(chǎn)生更高的圖像質(zhì)量。這對于需要自然的色彩再現(xiàn)的數(shù)字照相機監(jiān)控顯示器是極其重要的。
此外,如上所述,通過詳細研究在先報道的本發(fā)明人的技術(shù)PSS-LCD,經(jīng)由分析機理結(jié)論以及合理的生產(chǎn)成本下制備高性能LCD的具體方法的研究,從而提供本發(fā)明。本發(fā)明的概念,即通過特定試劑材料的液晶分子配向增強,使得PSS-LCD更實際的批量生產(chǎn)以及面板電-光性能的改進成為可能。
從如此描述的本發(fā)明中,顯然可以使本發(fā)明以多種方式變化。這些變化不應(yīng)理解為背離本發(fā)明的精神和范圍,對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會是顯而易見的所有這些改進都意欲包括在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 液晶器件,其包含至少一對基板;和
布置在所述一對基板之間的液晶材料組合物,
其中所述液晶材料組合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑;
作為本體材料的所述近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢,以及所述近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向(即,由此使其分子長軸垂直于其層);和
作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及所述分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
2. 權(quán)利要求1的液晶器件,其中所述分子配向增強劑在其分子結(jié)構(gòu)中具有不飽和烴結(jié)構(gòu)。
3. 權(quán)利要求1的液晶器件,其中所述分子配向增強劑在其分子結(jié)構(gòu)中具有碳-氮雙鍵結(jié)構(gòu)。
4. 權(quán)利要求1的液晶器件,其中所述分子配向增強劑在其分子結(jié)構(gòu)中具有碳-碳三鍵結(jié)構(gòu)。
5. 權(quán)利要求1的液晶器件,其中所述分子配向增強劑在其分子結(jié)構(gòu)中具有氮-氮雙鍵結(jié)構(gòu)。
6. 液晶材料組合物,其至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑;
其中作為本體材料的所述近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢,以及所述近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向;和
作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及所述分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
全文摘要
液晶器件,其包含至少一對基板;和布置在所述一對基板之間的液晶材料組合物。所述液晶材料組合物至少包含近晶相液晶材料和分子配向增強劑。作為本體材料的該近晶相液晶材料具有與其層法向有傾角的分子長軸或n-指向矢,以及該近晶相液晶材料的分子長軸與形成其長軸層法向的預(yù)設(shè)配向方向平行配向。作為本體材料的所述分子配向增強劑具有與其層法向沒有傾角的分子軸或n-指向矢,以及該分子配向增強劑在其分子中具有雙鍵結(jié)構(gòu)。
文檔編號C09K19/56GK101253253SQ200680014488
公開日2008年8月27日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者望月昭宏, 武波重治 申請人:那諾洛阿公司