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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
und insbesondere eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche eine cholesterische Flüssigkristallfarbfilterschicht
verwendet.
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Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist dünn,
tragbar und weist ein niedriges Gewicht und einen geringen Stromverbrauch
auf. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist ein technologieintensives und hochwertiges Produkt, und die
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist die Anzeigevorrichtung der kommenden Generation.
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Unter den diversen Arten von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen,
die üblicherweise
verwendet werden, sind Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
(AM-LCD = „active
matrix liquid crystal display"), in welchen Dünnschichttransistoren (TFT
= „thin
film transistors") und an die TFTs angeschlossene Pixelelektroden
in einer Matrix angeordnet sind, infolge ihrer hohen Auflösung und überlegenen
Anzeige von Bewegt-Bildern entwickelt worden.
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Im allgemeinen beinhaltet der Prozess
des Ausbildens der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
das Ausbilden von Schaltvorrichtungen und Pixelelektroden auf einem
Matrixsubstrat, das Ausbilden eines Farbfiltersubstrats mit einer
Farbfilterschicht und einer gemeinsamen Elektrode, und einen Flüssigkristallzellenprozess, bei
dem ein Flüssigkristall
zwischen dem Matrixsubstrat und dem Farbfiltersubstrat eingefügt wird.
Ferner ist, da die Flüssigkristallanzeigevorrichtung
eine Anzeigevorrichtung vom lichtaufnehmenden Typ ist, eine Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung
erforderlich, um Licht zu liefern und Bilder anzuzeigen. Allerdings
können
nur etwa 7% des von der Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung erzeugten
Lichtes die Flüssigkristallzelle
passieren. Aus diesem Grunde erfordert die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung
eine hohe Ausgangshelligkeit, und der elektrische Stromverbrauch
durch die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung steigt an. Eine relativ
schwere Batterie ist erforderlich, um einen ausreichenden Strom
an die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung einer solchen LCD-Vorrichtung
zu liefern.
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Um diese Probleme zu lösen, wurde
eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
erforscht und entwickelt. Da die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
unter Verwendung von Umgebungslicht anstelle einer internen Lichtquelle
wie etwa einer Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung arbeitet, kann
die Batterielebensdauer verlängert
werden, was zu längeren
Nutzungszeiten führt.
Namentlich macht in den reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
nur die Treiberschaltung, welche den Flüssigkristall ansteuert, von
der Batterieleistung Gebrauch.
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Bei der reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
sind ein Reflektor und/oder eine reflektive Elektrode in einem Pixelbereich
dort angeordnet, wo die transparente Elektrode in einer transmissiven
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
unter Verwendung von Licht angesteuert, welches von der reflektiven
Elektrode oder/und dem Reflektor reflektiert wurde. Allerdings weist
die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
eine geringe Helligkeit auf, da die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
Umgebungslicht verwendet und die Helligkeit von dem Umgebungslicht der
Umgebung abhängig
ist. Einer der Gründe
für die
geringe Helligkeit besteht darin, dass das Umgebungslicht den Farbfilter
zweimal durchläuft.
Aufgrund der Reflexion an dem Reflektor tritt von außen einfallendes Licht
durch den Farbfilter und wird dann von dem Reflektor reflektiert.
Dann wird es erneut durch den Farbfilter gelenkt. Daher wird das
meiste Licht von dem Farbfilter absorbiert, wodurch die Helligkeit
verringert wird.
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Um das oben beschriebene Phänomen zu
vermeiden, ist es erforderlich, den Transmissionsgrad des Farbfilters
zu vergrößern. Ferner
sollte der Farbfilter zum Erreichen eines exzellenten Transmissionsgrades eine
geringe Farbreinheit aufweisen. Der Verringerung der Farbreinheit
sind jedoch Grenzen gesetzt.
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Dementsprechend wurde zur Verbesserung
der Betriebskennwerte (wie beispielsweise der Helligkeit) der reflektiven
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ein cholesterischer Flüssigkristall
(CLC = „cholesteric
liquid crystal") erforscht und entwickelt, welcher Licht einer spezifischen
Farbe selektiv durchlässt
oder reflektiert. Wenn der CLC-Farbfilter
in der reflektiven LCD-Vorrichtung verwendet wird, ist es möglich, auf
den Reflektor der reflektiven LCD-Vorrichtung zu verzichten, wodurch die
Herstellungsprozesse vereinfacht werden. Ferner hat dies auch den
Vorteil einer vergrößerten Farbreinheit
und eines erhöhten
Kontrastverhältnisses.
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Der CLC besitzt eine schraubenförmige Ausrichtung,
und die Ganghöhe
des CLC ist steuerbar. Daher kann der CLC-Farbfilter das Licht selektiv
durchlassen oder/und reflektieren. Mit anderen Worten weisen, wie wohlbekannt
ist, sämtliche
Objekte eine intrinsische Wellenlänge auf, und die Farbe, die
ein Beobachter wahrnimmt, entspricht der Wellenlänge des Lichtes, welches von
dem Objekt reflektiert oder durch dieses hindurchgelassen wurde.
Die Wellenlänge
(λ) des
reflektierten Lichtes kann mittels der Formel für die Ganghöhe und den mittleren Brechungsindex
des CLC: λ =
n(avg)*Ganghöhe
dargestellt werden, wobei n(avg) der mittlere Brechungsindex ist.
Wenn beispielsweise der mittlere Brechungsindex des CLC 1,5 beträgt, und
die Ganghöhe 430
nm beträgt,
beträgt
die Wellenlänge
des reflektierten Lichtes 650 nm, und das reflektierte Licht ist
rot. Auf diese Weise können
auch eine grüne
Farbe und eine blaue Farbe mittels Einstellen der Ganghöhe des CLC erhalten
werden.
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Mit anderen Worten beträgt der Wellenlängenbereich
des sichtbaren Lichtes etwa 400 nm bis 700 nm. Der Bereich sichtbaren
Lichtes kann grob in einen roten Bereich, einen grünen Bereich
und einen blauen Bereich aufgeteilt werden. Die Wellenlänge des
Bereichs roten sichtbaren Lichtes beträgt etwa 660 nm, die Wellenlänge des
Bereichs grünen
sichtbaren Lichtes beträgt
etwa 530 nm, und die Wellenlänge
des Bereichs blauen sichtbaren Lichtes beträgt etwa 470 nm. Aufgrund der
Ganghöhe
des cholesterischen Flüssigkristalls
kann der CLC-Farbfilter
das Licht selektiv durchlassen oder reflektieren, welches die intrinsische
Wellenlänge
der Farbe aufweist, die dem jeweiligen Pixel entspricht, wodurch
die Farben Rot (R), Grün
(G) und Blau (B) mit einer hohen Reinheit angezeigt werden. Um eine
präzise
Farbe zu implementieren, kann eine Mehrzahl von CLC-Farbfiltern
angeordnet werden, so dass der CLC-Farbfilter die vollständige Farbe
klarer als der herkömmlich
verwendete Farbfilter anzeigen kann. Der cholesterische Flüssigkristallfarbfilter
(CLC-Farbfilter) wird nachfolgend als CCF bezeichnet.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, in der ein Anzeigebereich
einer reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
(LCD-Vorrichtung) mit einer CCF-Schicht (cholesterische Flüssigkristallfarbfilterschicht)
gemäß dem Stand
der Technik gezeigt ist.
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Wie gezeigt ist, weist eine reflektive
LCD-Vorrichtung ein unteres Substrat 10 und ein oberes
Substrat 30 sowie eine dazwischen eingefügte Flüssigkristallschicht 50 auf.
Das untere Substrat 10 und das obere Substrat 30 weisen
jeweils ein transparentes Substrat 1, etwa aus Glas, auf.
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Auf der dem oberen Substrat 30 zugewandten
Oberfläche
weist das untere Substrat 10 eine lichtabsorbierende Schicht 12 auf.
Eine Ausrichtungsschicht 14 ist auf der lichtabsorbierenden
Schicht 12 aufgebracht. Eine CCF-Schicht 16 (cholesterische
Flüssigkristallfarbfilterschicht)
weist einen Rot (R)-CLC-Farbfilm 16a, einen Grün (G)-CLC-Farbfilm 16b und
einen Blau (B)-CLC-Farbfilm 16c in Subpixeln auf, die auf
der Ausrichtungsschicht 14 angeordnet sind. Eine gemeinsame
Elektrode 18 ist auf der gesamten CCF-Schicht 16 angeordnet.
Die lichtabsorbierende Schicht 12 absorbiert selektiv einige
Anteile des von der CCF-Schicht 16 einfallenden Lichtes,
und die Ausrichtungsschicht 14 richtet die cholesterischen
Flüssigkristalle,
die auf dieser ausgebildet sind, aus und orientiert sie.
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Weiter gemäß 1 weist das obere Substrat 30 auf
der dem unteren Substrat 10 zugewandten Oberfläche in jedem
Subpixel ein Schaltelement wie etwa einen Dünnschichttransistor T und eine
Pixelelektrode 32 auf. Die Pixelelektroden 32 legen
mit der gemeinsamen Elektrode 18 eine Spannung an die Flüssigkristallschicht 50 an.
Auf der anderen Oberfläche
weist das obere Substrat 30 hintereinander angeordnet eine
Retardationsschicht 34 und einen Polarisator 36 auf.
Die Retardationsschicht 34 ist eine Lambda-Viertel-Platte (QWP
= „quarter
wave plate"), welche eine Phasendifferenz von λ/4 (Lambda/4) erzeugt, und der
Polarisator 36 ist eine lineare Polarisatorplatte, die
lediglich Anteile des Lichtes parallel zu ihrer Polarisationsachse
durchlässt.
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In der reflektiven LCD-Vorrichtung,
wie sie in 1 gezeigt
ist, erzeugt die CCF-Schicht 16 Farben und dient als auch
als Reflektor, welcher Licht reflektiert. Daher hängt die
Helligkeit der reflektiven LCD-Vorrichtung aus 1 vollständig von den Reflexionseigenschaften
der CCF-Schicht 16 ab.
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2 zeigt
einen Graph, welcher Spektren des Lichtes darstellt, welches mittels
des Rot-CLC-Farbfilms, des Grün-CLC-Farbfilms bzw.
des Blau-CLC-Farbfilms aus 1 reflektiert
wurde.
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Gemäß 2 weist die reflektive LCD-Vorrichtung
vom CCF-Typ Peak-Wellenlängen
Ia, Ib und Ic auf, die dem Rot-CLC-Farbfilm, dem Grün-CLC-Farbfilm und dem Blau-CLC-Farbfilm
entsprechen, und die Peak-Wellenlängen Ia, Ib und Ic liegen bei
650 nm, 550 nm bzw. 450 nm. Das cholesterische Flüssigkristallmaterial
der CLC-Farbfilme weist einen Doppelbrechungsfaktor von etwa 0,15
auf, und somit beträgt die
maximale Breite jeder Wellenlänge,
insbesondere der Wellenlänge
von grünem
Licht, 50 nm, wie in 1 gezeigt ist.
Dies bedeutet, dass das Reflexionsvermögen der reflektiven LCD-Vorrichtung
abnimmt.
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Verglichen mit der reflektiven LCD-Vorrichtung
vom CCF-Typ besitzt eine reflektive oder eine transmissive LCD-Vorrichtung vom lichtabsorbierenden
Typ einen Farbfilter, welcher nur den Teil des Lichtes durchlässt, welcher
mit der Farbfilterwellenlänge übereinstimmt,
und die übrigen
Teile des Lichtes absorbiert. Daher ist die Dicke des Farbfilters
vom lichtabsorbierenden Typ umgekehrt proportional zum Reflexionsvermögen und
proportional zur Farbreinheit. Dies bedeutet, dass die Helligkeit
und das Kontrastverhältnis
der reflektiven/transmissiven LCD-Vorrichtung vom lichtabsorbierenden
Typ dadurch einstellbar sind, dass die Dicke der Farbfilterschicht
vom lichtabsorbierenden Typ gesteuert wird. Da allerdings die CCF-Schicht
ihre eigene Ganghöhe
besitzt und diese Ganghöhe
bestimmt wird, wenn die LCD-Vorrichtung entworfen wird, ist es bei
der reflektiven LCD-Vorrichtung vom CCF-Typ sehr schwierig, die
Farbreinheit und das Reflexionsvermögen in gleicher Weise wie bei
der reflektiven/transmissiven LCD-Vorrichtung vom lichtabsorbierenden
Typ einzustellen und zu steuern.
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Die rote Farbe, die blaue Farbe und
die grüne
Farbe der CCF-Schicht
werden über
die Ganghöhe
und die Doppelbrechung des cholesterischen Flüssigkristalls jedes Subpixels
gesteuert und erreicht. Wenn die Doppelbrechung größer wird,
wird auch das Wellenlängenband
des reflektierten Lichtes breiter. Mittels Einstellung des Reflexionsvermögens in
dem Wellenlängenband
des reflektierten Lichtes können
die gewünschte Farbreinheit
und die gewünschte
Helligkeit erreicht werden. Allerdings ist es sehr schwierig, ein
cholesterisches Flüssigkristallmaterial
zu erzeugen und zu entwickeln, welches einen großen Doppelbrechungsfaktor aufweist,
da die Herstellungskosten mit zunehmendem Doppelbrechungsfaktor
anwachsen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vom CCF-Typ (cholesterischer Flüssigkristallfarbfilter)
geschaffen, bei welcher eines oder mehrere Probleme aufgrund der
Beschränkungen
und Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vom CCF-Typ geschaffen, welche eine hohe Helligkeit und eine verbesserte
Farbanzeige aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ferner eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vom CCF-Typ geschaffen, welche ein breiteres Wellenlängenband
des reflektierten Lichtes für
jeden cholesterischen Flüssigkristallfarbfilter
aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und
aus der Beschreibung oder der Ausführung der Erfindung deutlich.
Die Merkmale und weiteren Vorteile der Erfindung werden mittels
des Aufbaus realisiert und erreicht, wie er insbesondere in der
Beschreibung und den Ansprüchen
sowie den beigefügten
Abbildungen erläutert
ist.
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Um diese und weitere Vorteile zu
erreichen und gemäß dem Ziel
der vorliegenden Erfindung, wie sie umfangreich ausgeführt und
beschrieben ist, weist eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
auf: Ein erstes Substrat. und ein zweites Substrat, die mit Abstand
voneinander angeordnet sind, wobei das erste Substrat und das zweite
Substrat Subpixel aufweisen; eine zwischen dem ersten Substrat und
dem zweiten Substrat eingefügte
Flüssigkristallschicht;
ein Schaltelement und eine Pixelelektrode auf einer hinteren Oberfläche des
zweiten Substrats, wobei das Schaltelement und die Pixelelektrode
innerhalb eines Subpixels ausgebildet und elektrisch aneinander
angeschlossen sind; einen Retardationsfilm und einen Polarisator,
welche auf einer vorderen Oberfläche
des zweiten Substrates hintereinander angeordnet sind; eine zweischichtige CCF-Schicht
auf einer vorderen Oberfläche
des ersten Substrats, wobei die zweischichtige CCF-Schicht einen zweischichtigen
Rot-CLC-Farbfilm, einen zweischichtigen Grün-CLC-Farbfilm und einen zweischichtigen Blau-CLC-Farbfilm
in den Subpixeln aufweist, welche Licht roter Farbe, Licht grüner Farbe
bzw. Licht blauer Farbe reflektieren, so dass die Subpixel rote
Farbe, grüne
Farbe bzw. blaue Farbe erzeugen; und eine gemeinsame Elektrode auf
der zweischichtigen CCF-Schicht; wobei die zweischichtige CCF-Schicht eine erste CLC-Schicht
und eine zweite CLC-Schicht, eine erste Ausrichtungsschicht zwischen
der ersten CLC-Schicht und
dem ersten Substrat, und eine zweite Ausrichtungsschicht zwischen
der ersten CLC-Schicht und der zweiten CLC-Schicht aufweist; und
wobei eine Oberfläche
der ersten CLC-Schicht, auf der die zweite Ausrichtungsschicht gebildet
ist, Oberflächen-reformiert
ist, wobei die erste CLC-Schicht Licht erster Wellenlängenbänder reflektiert,
und wobei die zweite CLC-Schicht Licht zweiter Wellenlängenbänder reflektiert.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer zweischichtigen
CCF-Schicht zur Verwendung in einer reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
angegeben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Ausbilden
einer ersten Ausrichtungsschicht über einem Substrat, auf dem
Subpixel definiert sind; Ausbilden einer ersten CLC-Schicht auf
der ersten Ausrichtungsschicht, wobei die erste CLC-Schicht einen
ersten Rot-CLC-Farbfilm, einen ersten Grün-CLC-Farbfilm und einen ersten Blau-CLC-Farbfilm
aufweist, welche Licht erster Wellenlängenbänder reflektieren; Oberflächen-Reformieren einer
Oberfläche
der ersten CLC-Schicht; Ausbilden einer zweiten Ausrichtungsschicht
auf der ersten CLC-Schicht nach dem Oberflächen-Reformieren; und Ausbilden
einer zweiten CLC-Schicht
auf der zweiten Ausrichtungsschicht, wobei die zweite CLC-Schicht
einen zweiten Rot-CLC-Farbfilm, einen zweiten Grün-CLC-Farbfilm und einen zweiten
Blau-CLC-Farbfilm aufweist, welche Licht zweiter Wellenlängenbänder reflektieren;
wobei der zweite Rot-CLC-Farbfilm entsprechend dem ersten Rot-CLC-Farbfilm
in dem gleichen Subpixel angeordnet ist; wobei der zweite Grün-CLC-Farbfilm
entsprechend dem ersten Grün-CLC-Farbfilm
in dem gleichen Subpixel angeordnet ist; und wobei der zweite Blau-CLC-Farbfilm entsprechend
dem ersten Blau-CLC-Farbfilm in dem gleichen Subpixel angeordnet
ist.
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Es versteht sich, dass sowohl die
obige allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte
Beschreibung beispielhaft sind und zur Erläuterung dienen und eine weitere
Erläuterung
der Erfindung, wie sie beansprucht ist, geben sollen.
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Die beigefügten Abbildungen, welche ein
tieferes Verständnis
der Erfindung geben sollen und einen Teil der Beschreibung bilden,
zeigen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Anzeigebereichs einer reflektiven
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
(LCD) mit einer CCF-Schicht („cholesteric
liquid crystal color filter layer" = cholesterische Flüssigkristallfarbfilterschicht)
gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
Graph, welcher Spektren des mittels eines Rot-CCF, eines Grün-CCF und eines Blau-CCF aus 1 reflektierten Lichtes
zeigt;
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3 einen
Graph, welcher den Anteil des für
das menschliche Auge sichtbaren Lichtes an der Gesamtstrahlung zeigt;
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4 eine
schematische Querschnittsansicht einer reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung (LCD-Vorrichtung), welche
eine CCF-Schicht (cholesterische Flüssigkristallfarbfilterschicht)
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist;
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5 ein
Flussdiagramm, welches Prozessschritte zum Ausbilden der reflektiven
LCD-Vorrichtung aus 4 zeigt;
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6 einen
Graph, welcher Kontaktwinkel zwischen der Oberflächen-reformierten CLC-Schicht
und einer Lösung
für die
darüber
liegende Ausrichtungsschicht zeigt;
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7A einen
Graph, welcher den Transmissionsgrad der CCF-Schicht vor und nach der Oberflächenreformierung
mittels Wasserstoffplasma zeigt;
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7B einen
Graph, welcher den Transmissionsgrad der CCF-Schicht vor und nach der Oberflächenreformierung
mittels Sauerstoffplasma zeigt; und
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8 einen
Graph, welcher Reflexionsspektren der zweischichtigen CCF-Schicht
zeigt, welche gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet wird, und welche einen Rot-CLC-Farbfilm, einen Grün-CLC-Farbfilm und
einen Blau-CLC-Farbfilm
aufweist.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert, von der Beispiele in
den beigefügten
Abbildungen dargestellt sind.
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3 ist
ein Graph, welcher den Anteil des für das menschliche Auge sichtbaren
Lichtes an der Gesamtstrahlung zeigt. Aus dem in 3 gezeigten Graph ist genau ersichtlich,
dass für
das menschliche Auge das Licht sichtbar ist, dessen Wellenlängenband
von 400 nm bis 700 nm reicht. Insbesondere ist es aus dem Graph
in 3 klar erkennbar,
dass der für
das menschliche Auge sichtbare Anteil im Bereich von 500 nm bis 600
nm am größten ist.
Daher wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Wellenlänge
der Farbe innerhalb des Wellenlängenbandes
des Lichtes erweitert, welche in unmittelbarer Nähe zu dem höchsten Wert des sichtbaren
Anteils bei 500 bis 600 nm liegt.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, in der eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
(LCD-Vorrichtung)
mit einer CCF-Schicht (cholesterische Flüssigkristallfarbfilterschicht)
gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt ist.
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Wie gezeigt ist, weist eine reflektive
LCD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ein erstes Substrat 110 und ein zweites Substrat 130 auf,
sowie eine zwischen diesen eingefügte Flüssigkristallschicht 150.
Das erste Substrat 110 und das zweite Substrat 130 weisen
jeweils ein transparentes Substrat 100, beispielsweise
aus Glas auf.
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Auf der hinteren Oberfläche des
transparenten Substrats 100, welche dem ersten Substrat 110 zugewandt
ist, weist das zweite Substrat 130 in jedem Subpixel ein
Schaltelement, etwa einen Dünnschichttransistor
T, und eine Pixelelektrode 132 auf. Obwohl nicht in 4 gezeigt, weist jeder Dünnschichttransistor
T eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode
auf. Das zweite Substrat 130 weist ferner Gateleitungen
auf, die Gatesignalspannungen an die Gateelektroden anlegen, und
Datenleitungen, welche Datensignalspannungen an die Sourceelektroden
anlegen. Die Drainelektrode des Dünnschichttransistors T steht auch
mit der Pixelelektrode 132 in elektrischer Verbindung.
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Auf der anderen Oberfläche des
transparenten Substrates 100 weist das zweite Substrat 130 eine
Retardationsschicht 134 und einen Polarisator 136 hintereinander
angeordnet auf. Die Retardationsschicht 134 kann eine Lambda-Viertel-Platte
(QWP = „quarter
wave plate") sein, welche eine Phasendifferenz von λ/4 (Lambda/4)
erzeugt, und der Polarisator 136 kann eine Linearpolarisationsplatte
sein, welche nur Anteile des Lichtes durchlässt, welche zu ihrer Polarisationsachse
parallel sind.
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Auf der vorderen Oberfläche des
transparenten Substrates 100, welche dem zweiten Substrat 130 zugewandt
ist, weist das erste Substrat 110 eine lichtabsorbierende
Schicht 112 und eine zweischichtige CCF-Schicht 125 (cholesterische
Flüssigkristallfarbfilterschicht)
hintereinander angeordnet auf. Die zweischichtige CCF-Schicht 125 weist
eine erste CLC-Schicht 116 (CLC
= „cholesteric
liquid crystal" = cholesterischer Flüssigkristall) und eine zweite
CLC-Schicht 120 auf. Das erste Substrat 110 gemäß der vorliegenden Erfindung
weist ferner eine erste Ausrichtungsschicht 114 zwischen
der lichtabsorbierenden Schicht 112 und der ersten CLC-Schicht 116 und
eine zweite Ausrichtungsschicht 118 zwischen der ersten
CLC-Schicht 116 und der zweiten CLC-Schicht 120 auf.
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Die erste CLC-Schicht 116 weist
einen ersten Rot (R)-CLC-Farbfilm 116a,
einen ersten Grün (G)-CLC-Farbfilm 116b und
einen ersten Blau (B)-CLC-Farbfilm 116c auf, die jeweils
einem Subpixel entsprechen. Jeder CLC-Farbfilm von dem ersten R-CLC-Farbfilm 116a,
dem ersten G-CLC-Farbfilm 116b und dem ersten B-CLC-Farbfilm 116c entspricht
einem Pixel. Die zweite CLC-Schicht 120 weist auch einen
zweiten Rot (R)-CLC-Farbfilm 120a, einen zweiten Grün (G)-CLC-Farbfilm 120b und
einen zweiten Blau (B)-CLC-Farbfilm 120c auf, von denen
jeder einem Subpixel entspricht. Der zweite R-CLC-Farbfilm 120a entspricht
dem ersten R-CLC-Farbfilm 116a, der zweite G-CLC-Farbfilm 120b entspricht
dem ersten G-CLC-Farbfilm 116b, und der zweite B-CLC-Farbfilm 120c entspricht
dem ersten B-CLC-Farbfilm 116c.
Folglich sind die gleichen CLC-Farbfilme in dem gleichen Subpixel
angeordnet. Zusätzlich
weist das erste Substrat 110 ferner eine transparente gemeinsame
Elektrode 122 auf der zweischichtigen CCF-Schicht 125 auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die lichtabsorbierende Schicht 112 je nach dem Material
der CCF-Schicht 125 und den Merkmalen der reflektiven LCD-Vorrichtung
weggelassen werden. Obwohl in 4 nicht
gezeigt, können
Flüssigkristall-Ausrichtungsschichten,
welche in Kontakt zu der Flüssigkristallschicht 150 angeordnet
sind, um diese auszurichten, auf inneren Oberflächen des ersten Substrats 110 und
des zweiten Substrats 130 angeordnet sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
weisen die erste CLC-Schicht 116 und die zweite CLC-Schicht 120 ein
unterschiedliches Wellenlängenband
auf, obwohl sie die gleiche Farbe erzeugen. Folglich vergrößern gemäß der vorliegenden
Erfindung die erste CLC-Schicht 116 und die zweite CLC-Schicht 120 das
Wellenlängenband
jeder Farbe auf etwa das Doppelte. Beispielsweise kann, wenn die
grüne Farbe
die Peak-Wellenlänge von
550 nm aufweist, der erste Grün-CLC-Farbfilm 116b so
ausgelegt sein, dass er ein Wellenlängenband von 500 bis 550 nm
aufweist, und der zweite Grün-CLC-Farbfilm 120b kann
dann so ausgelegt sein, dass er ein Wellenlängenband von 550 bis 600 nm
aufweist, wodurch das gesamte Wellenlängenband der grünen Farbe
im Bereich von 500 bis 600 nm liegt, so dass die Bandbreite 100
nm betragen kann. Verglichen zu der reflektiven LCD-Vorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik mit der Wellenlängenbandbreite
von 50 nm kann die reflektive LCD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine viel größere Wellenlängenbandbreite
aufweisen.
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Ferner wird die obere Oberfläche der
ersten CLC-Schicht 160 oberflächenbehandelt, beispielsweise mittels
Oberflächenreformierung,
um die Hafteigenschaften der ersten CLC-Schicht 116 zu
verbessern. Die Oberflächenreformierung
der ersten CLC-Schicht 116 kann unter Verwendung von Plasma
durchgeführt
werden. Wasserstoff (H2)-Gas wird als Reaktionsgas
vor und nach der Oberflächenreformierung
zum Zweck der Verbesserung der Kontakteigenschaften und des Transmissionsfaktors
des cholesterischen Flüssigkristallmaterials
angewendet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist die reflektive LCD-Vorrichtung
die zweischichtige CCF-Schicht und die Ausrichtungsschicht zwischen
der ersten CLC-Schicht und der zweiten CLC-Schicht auf. Ein Verfahren
zum Ausbilden der zweischichtigen CCF-Schicht 125 aus 4 wird unter Bezugnahme
auf 5 erläutert.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, in welchem Prozessschritte zum Ausbilden der
zweischichtigen CCF-Schicht aus 4 gezeigt
sind.
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In einem Anfangsschritt ST1 wird
die erste Ausrichtungsschicht 114 aus 4 ausgebildet. Während dieses Ausbildungsprozesses
wird ein wässriges
Ausrichtungsmaterial auf dem transparenten Substrat mit einer Dicke
von 500–2000
Angström
(Å) aufgeschichtet,
und dann wird das wässrige
Ausrichtungsmaterial ausgehärtet,
so dass sie zur ersten Ausrichtungsschicht wird. Ferner wird die
auf dem transparenten Substrat gebildete erste Ausrichtungsschicht
beispielsweise in einer gewünschten
Richtung gerieben, um eine Ausrichtungsrichtung auf ihrer Oberfläche zu erzeugen.
Beim Reiben der ersten Ausrichtungsschicht wird eine Walze, auf
deren Oberfläche
ein besonderes Gewebe angebracht ist, auf der Oberfläche der
Ausrichtungsschicht angeordnet, und die Walze wird dann umhergedreht
und in der gewünschten
Richtung bewegt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Reiberichtung einen
Verkippungswinkel von weniger als 10 Grad mit den cholesterischen Flüssigkristallmolekülen. Das
Material der ersten Ausrichtungsschicht kann beispielsweise aus
einer Gruppe ausgewählt
sein, welche aus Polyimid und einem Polyamicsäure-Material besteht.
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In einem Schritt ST2 wird die erste
CLC-Schicht 116 aus 4 auf
der ersten Ausrichtungsschicht ausgebildet. In diesem Schritt werden
ein nematischer Flüssigkristall
und chirale Dotanden in einem Verhältnis von "Eins zu Eins" bis
"Zehn zu Eins" (d.h. von 1:1 bis 10:1) gemischt. Der nematische
Flüssigkristall
ist ein monomeres Material oder ein polymeres Material. Die Mischung
des nematischen Flüssigkristalls
und der chiralen Dotanden wird auf die erste Ausrichtungsschicht
aufgebracht und dann auf eine reflektierte Wellenlänge von
200–400
nm eingestellt, wodurch die erste CLC-Schicht gebildet wird.
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Vor dem Aufbringen der Mischung auf
die erste Ausrichtungsschicht wird die Mischung in einem Lösungsmittel
zu einer 35–55%-igen
Lösung
aufgelöst.
Dann wird die Lösung
mittels eines Filters mit einer Öffnungsgröße von weniger
als 0,2 mm filtriert, um Teilchen, welche darin enthalten sein können, zu
entfernen. Das zur Auflösung
der Mischung verwendete Lösungsmittel
kann aus einer Gruppe ausgewählt
sein, welche aus Toluol, Xylol und NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidon) besteht.
Beim Aufbringen der Lösung
auf die erste Ausrichtungsschicht wird ein Spin-Coating-Verfahren
angewendet. Ferner wird die Lösung
auf der ersten Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von 2–5 mm ausgebildet.
Wenn die Mischung das monomere Material aufweist, weist die Lösung einen
0,2–5,0%-Photoinitiator
auf. Es wird empfohlen, dass die Lösung vorzugsweise einen 1,0–2,0%-Photoinitiator
aufweist.
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Die erste CLC-Schicht, welche mittels
des Schrittes ST2 gebildet wurde, absorbiert W-Licht (ultraviolettes
Licht) einer Wellenlänge
von 365 nm. Wie weithin bekannt ist, weist die CLC-Schicht eine
eigene Ganghöhe
auf, die durch die Schraubenperiode der CLC-Helixstruktur definiert
ist. Die Wellenlänge
des reflektierten Lichtes wird durch die Ganghöhe der CLC-Schicht definiert.
Daher wird beim Einstellen der Ganghöhe die Menge des W-Lichtes
gesteuert, und die Bestrahlungsmenge des UV-Lichtes auf die CLC-Schicht
wird eingestellt, um die Spiralsteigung der CLC-Schicht einzustellen.
Beispielsweise kann W-Licht mit einer Wellenlänge von 300–400 nm auf die CLC-Schicht
mit einer Energie von 100–700
mJ eingestrahlt werden, und folglich kann die erste CLC-Schicht 116 aus 4 den ersten Rot-Farbfilm,
den ersten Grün-Farbfilm
und den ersten Blau-Farbfilm in Abhängigkeit von der Bestrahlungsenergie
aufweisen. Insbesondere besitzt das W-Licht eine Wellenlänge von
365 nm. Die CLC-Schicht der vorliegenden Erfindung ändert ihre
Spiralsteigung gemäß der Menge
von W-Licht, welches bei der Wellenlänge von 300–400 nm, insbesondere 365 nm,
absorbiert wird, so dass die geänderte
Spiralsteigung die reflektierte Wellenlänge des Lichtes bestimmt.
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Nach dem Ausbilden der ersten CLC-Schicht,
welche den ersten Rot-CLC-Farbfilm, den ersten Grün-CLC-Farbfilm
und den ersten Blau-CLC-Farbfilm aufweist, kann die erste CLC-Schicht
mittels einer Bestrahlung mit W-Licht einer Wellenlänge von
400–450
nm mit einer Energie von 200–30.000
mJ ausgehärtet werden.
Genauer kann das W-Licht zum Aushärten die Wellenlänge von
405 nm und die Energie von 600–18.000
mJ haben. In diesem Falle wird empfohlen, dass der Photoinitiator
sensitiv für
W-Licht mit Wellenlängen
von 400–450
nm ist. Namentlich werden Typ und Konzentration des Photoinitiators
so eingestellt und gesteuert, dass sie für W-Licht mit Wellenlängen von
400–450
nm geeignet sind. Ferner wird zum Vermeiden einer Änderung
der Spiralsteigung der CLC-Schicht,
welche von dem W-Licht mit Wellenlängen von 300-400 nm bewirkt wird,
ein Filter verwendet, welcher W-Licht mit einer Wellenlänge von
weniger als 400 nm blockiert, wodurch das effektive Photo-Aushärten erreicht
wird. Zusätzlich
können
zur Verbesserung der Härte
der CLC-Schicht Stickstoff (N2)- und Argon
(Ar)-Gase während
des Aushärtungsprozesses
entfernt werden.
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Im Schritt ST3 wird eine Oberflächenreformierung
der Oberfläche
der ersten CLC-Schicht 116 aus 4 durchgeführt. Die Oberflächenreformierung
erhöht
die Haftung zwischen der CLC-Schicht und einer später geformten
zweiten Ausrichtungsschicht 118. Für die Oberflächenreformierung
kann eine Oberflächenrauhigkeit
der ersten CLC-Schicht mittels eines physikalischen Reibeprozesses
vergrößert werden.
Alternativ kann die Oberfläche
der ersten CLC-Schicht mittels Anwendung einer Alkalilösung einer
gewünschten
Konzentration polarisiert werden. Ferner können ein Plasmaprozess-Verfahren oder
ein Innenstrahl-Verfahren auf die Oberfläche der ersten CLC-Schicht
zur Oberflächenreformierung
angewendet werden.
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Ein solcher Plasmaprozess oder Ionenstrahlprozess
beschädigt
kaum die Oberfläche
der ersten CLC-Schicht. Das Plasmaprozess-Verfahren und das Ionenstrahlprozess-Verfahren
minimieren auch die Dispersion von Licht, welche proportional zur
Zunahme der Oberflächenrauhigkeit
zunehmen kann. Ferner können
das Plasmaprozess- oder das Ionenstrahlprozess-Verfahren der bessere Weg sein, die
Beschichtungs- und Haftcharakteristiken der CLC-Schicht zu steuern.
Das Plasmaprozess-Verfahren verwendet Sauerstoff-, Argon- und Wasserstoffgase
als Reaktionsgas für
das Plasma. In dem Plasmaprozess-Verfahren treffen Plasmagase mit
einer hohen Energiedichte auf die Oberfläche der ersten CLC-Schicht
gemäß dem angelegten elektrischen
Feld und reagieren dann mit den Molekülen der CLC-Oberfläche, wodurch
sie die Oberflächencharakteristika
der ersten CLC-Schicht reformieren.
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Das Ionenstrahlprozess-Verfahren
ist ähnlich
zu dem Plasmaprozess-Verfahren, weist jedoch zusätzlich einen Unterprozess des
Filterns von Partikeln mit dem gleichen Energieniveau nach Ausbilden
des Plasmas auf. Zu diesem Zeitpunkt kann die reformierte Oberfläche der
ersten CLC-Schicht
ihr Energieniveau ändern,
d.h. die Oberflächenspannung
der ersten CLC-Schicht ändert
sich, und die reformierte Oberfläche
kann dann eine verbesserte Anziehungskraft zu der darüberliegenden
Ausrichtungsschicht aufweisen. Daher werden die Beschichtungs- und
Haftungscharakteristika verbessert. Das Anziehungsbarometer („barometer
of attraction") kann durch einen Kontaktwinkel zwischen der ersten
CLC-Schicht und der Beschichtungslösung für die darüber liegende Ausrichtungsschicht
repräsentiert
werden. Die Oberflächenreformierung
verringert den Kontaktwinkel zwischen der ersten CLC-Schicht und
der darüber
liegenden zweiten Ausrichtungsschicht. Wenn der Kontaktwinkel minimiert
wird, nimmt die Beschichtungsbenetzbarkeit zu, wodurch die Kontaktanziehungskraft
zwischen der ersten CLC-Schicht
und dem darüber
liegenden Ausrichtungsmaterial vergrößert wird.
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6 zeigt
einen Graph, welcher Kontaktwinkel zwischen der Oberflächen-reformierten
CLC-Schicht und einem wässrigen
Material für
die darüberliegende
Ausrichtungsschicht zeigt. Wie in 6 gezeigt
ist, weist die Oberfläche
der ersten CLC-Schicht vor der Oberflächenreformierung einen Kontaktwinkel
von mehr als 45 Grad mit dem wässrigen
Ausrichtungsmaterial auf. Es ist jedoch gezeigt, dass der Kontaktwinkel
nach dem Wasserstoffplasmaprozess und nach dem Sauerstoffplasmaprozess
einen Wert von weniger als 15 Grad aufweist. Der Grad der Oberflächenreformierung
ist in Abhängigkeit
von dem verwendeten Reaktionsgas variabel. Ferner hängt der
Grad der Oberflächenreformierung
von den Bedingungen in der Plasmakammer und der Prozesszeit ab.
Es kann wichtig sein, unter den diversen Faktoren für die Oberflächenreformierung
die beste Bedingung für
hervorragende Beschichtungs- und Haftungseigenschaften zu finden.
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Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt
die gemessenen Daten, welche die Plasmaprozessbedingungen der Reaktionsgase
für die
Oberflächenreformierung
einer CLC-Schicht zeigen und auch die Variation der Wellenlänge des
reflektierten Lichtes darstellen. Tabelle
1
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7A zeigt
einen Graph, in dem der Transmissionsfaktor der CCF-Schicht vor
und nach der Oberflächenreformierung
mittels Wasserstoffplasma gezeigt ist, und 7B zeigt einen Graph, in dem der Transmissionsfaktor
der CCF-Schicht vor und nach der Oberflächenreformierung mittels Sauerstoffplasma
gezeigt ist. Wie in Tabelle 1 und 7A und 7B gezeigt ist, ändert dann,
wenn die Plasmaoberflächenreformierung mittels
Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung der gleichen Leistung,
des gleichen Druckes und der gleichen Zeit durchgeführt wird,
das Wasserstoffplasma kaum die Wellenlängenvariation (Δλ) der CCF-Schicht zwischen
den Zuständen
vor und nach der Oberflächenreformierung,
wobei jedoch das Sauerstoffplasma die Wellenlängenvariation (Δλ) der CCF-Schicht
zwischen den Zuständen
vor und nach der Oberflächenreformierung
deutlich ändert.
Dies bedeutet, dass die Wasserstoffplasma-Oberflächenreformierung der beste
Weg ist, welcher die Haftung zwischen der CLC-Schicht und der Ausrichtungsschicht
verbessert und den Transmissionsfaktor der CLC-Schicht nicht beeinflusst.
Die Sauerstoffplasma-Oberflächenreformierung
kann die Oberfläche
der CLC-Schicht beschädigen,
und folglich ändert
sich das Transmissionsspektrum der CLC-Schicht zwischen den Zuständen vor
und nach der Oberflächenreformierung,
und die Wellenlänge
des reflektierten Lichtes, welche zuvor gewünscht und festgelegt wurde,
verschiebt sich zu einem anderen Punkt. Dementsprechend ist es,
da die Reformierung der Oberfläche
der CLC-Schicht in Abhängigkeit
von dem Reaktionsgas und der Prozessbedingung variiert, ratsam,
sorgfältig
herauszufinden, welche Art von Material verwendet wird und wie die
Oberfläche
des Materials reformiert wird.
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Kehrt man nun zu 5 zurück,
so ist ST4 ein Schritt, in welchem die zweite Ausrichtungsschicht
(siehe Bezugszeichen 118 in 4)
auf der reformierten ersten CLC-Schicht erzeugt wird. Der Schritt
ST4 des Bildens der zweiten Ausrichtungsschicht ähnelt dem Schritt ST1, in welchem
die erste Ausrichtungsschicht gebildet wird. Während des Ausbildungsprozessschrittes
ST4 wird ein wässriges
Ausrichtungsmaterial auf der ersten CLC-Schicht schichtweise aufgebracht
und das wässrige
Ausrichtungsmaterial wird dann ausgehärtet, so dass es zu der zweiten
Ausrichtungsschicht wird. Ferner wird die Oberfläche der zweiten Ausrichtungsschicht
beispielsweise in einer gewünschten
Richtung gerieben, um auf dieser eine Ausrichtungsrichtung zu erzeugen.
Wenn dann gemäß der vorliegenden
Erfindung die erste CLC-Schicht während des Schrittes ST3 oberflächenreformiert
wird, weist die zweite Ausrichtungsschicht eine starke Haftkraft
an die erste CLC-Schicht auf.
Namentlich wächst
die Haftung zwischen der ersten CLC-Schicht und der zweiten Ausrichtungsschicht aufgrund
der zuvor durchgeführten
Oberflächenreformierung
an.
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Nunmehr wird im Schritt ST5 die zweite
CLC-Schicht 120 aus 4 auf
der zweiten Ausrichtungsschicht ausgebildet, so dass die CCF-Schicht 125 vollständig ist,
wobei sie die erste CLC-Schicht 116 und die zweite CLC-Schicht 120 aufweist.
Zu diesem Zeitpunkt kann der vorherige Schritt ST2, in welchem die
erste CLC-Schicht ausgebildet wird, auf den zweiten Schritt ST5
angewendet werden, in welchem die zweite CLC-Schicht ausgebildet wird. Namentlich
ist der Schritt ST5 sehr ähnlich
zu dem Schritt ST2.
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Während
des Schrittes ST5 ist es sehr wichtig, dass jeder der CLC-Farbfilme
der zweiten CLC-Schicht dem CLC-Farbfilm gleicher Farbe der ersten
CLC-Schicht entspricht, wie in 4 gezeigt
ist. Der Schritt ST5 beinhaltet einen Aushärtungsprozess, um die zweischichtige
CCF-Schicht weiter zu festigen. Beispielsweise wird das Substrat
mit der oben erwähnten
zweischichtigen CCF-Schicht in einem Ofen bei einer Temperatur von
150–250
Grad Celsius für
etwa 1–2
Stunden ausgehärtet.
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8 zeigt
einen Graph, in dem das Reflexionsvermögen der zweischichtigen CCF-Schicht
dargestellt ist, welche gemäß der Erfindung
ausgebildet ist und welche den Rot-CLC-Farbfilm, den Grün-CLC-Farbfilm
und den Blau-CLC-Farbfilm aufweist.
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Wie gezeigt ist, weisen der Rot-CLC-Farbfilm,
der Grün-CLC-Farbfilm und der
Blau-CLC-Farbfilm jeweils eine Peak-Wellenlänge IIa, IIb und IIc von 660
nm, 550 nm bzw. 450 nm auf. Die Wellenlängenbandbreite von jedem CLC-Farbfilm
des Rot-CLC-Farbfilms,
des Grün-CLC-Farbfilms
und des Blau-CLC-Farbfilms
beträgt
etwa 100 nm, wie in 8 gezeigt
ist.
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Da jeder CLC-Farbfilm eine Wellenlängenbandbreite
aufweist, die etwa doppelt so groß wie die des herkömmlichen
CLC aus 1 ist, wird
die Helligkeit verbessert. Bei der vorliegenden Erfindung bildet
die erste CLC-Schicht erste Reflexionswellenlängenbänder rings um die Peak-Wellenlängenbänder, und
die zweite CLC-Schicht bildet zweite Reflexionswellenlängenbänder rings
um die Peak-Wellenlängenbänder IIa,
IIb und IIc. Die Summe des ersten Reflexionswellenlängenbandes
und des zweiten Reflexionswellenlängenbandes entspricht der gesamten
Wellenlängenbandbreite
in der reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die CCF-Schicht mit der Stapelstruktur aus der ersten
CLC-Schicht und der zweiten CLC-Schicht kann ein verbessertes Reflexionsvermögen aufweisen,
welches etwa doppelt so groß wie
das der herkömmlichen
CLC ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
liefert die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit der zweischichtigen CCF-Schicht eine höhere Farbreinheit im Vergleich
zu der herkömmlichen
reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit den lichtabsorbierenden Farbfiltern und verbessert die Doppelbrechung
der CLC-Schicht im Vergleich zu der herkömmlichen reflektiven Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer einschichtigen CCF-Schicht, wodurch ihre Helligkeit und
ihre Auflösung
vergrößert werden.
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Die reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit der CCF-Schicht
und das Verfahren zu deren Herstellung weist die folgenden Vorteile
auf. Als erstes ist es einfach, die Wellenlängenbereiche des reflektierten Lichtes
der CCF-Schicht
zu steuern. Als zweites ist es aufgrund der Oberflächenreformierung
der CLC-Schicht einfach, die darüber
liegende Ausrichtungsschicht auf der CLC-Schicht auszubilden, wodurch
die Produktionsausbeute vergrößert wird.
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Es versteht sich für den Fachmann,
dass diverse Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
werden können,
ohne deren Schutzbereich zu verlassen. Folglich versteht es sich, dass
die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen der Erfindung
abdeckt, solange diese innerhalb der Reichweite der beigefügten Ansprüche und
ihren Äquivalenten
liegen.
