DE69428474T2

DE69428474T2 - Flüssigkristall-Anzeige mit vielfachdomänen Struktur

Info

Publication number: DE69428474T2
Application number: DE69428474T
Authority: DE
Inventors: Takashi Sugiyama; Yasuo Toko
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: US5479282A; EP0610923B1; JPH06294959A; EP0610923A2; JP2572537B2; EP0610923A3; DE69428474D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige und ein Herstellungsverfahren hierfür, und im Detail auf eine Flüssigkristallanzeige und ein hierauf bezogenes Herstellungsverfahren, die in der Lage sind, den Sichtwinkel zu verbessern.
In einer Flüssigkristallanzeige oder einer Flüssigkristallzelle wird die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen von einem bestimmten Zustand zu anderen unterschiedlichen Zuständen durch externe Beeinflussungen verändert. Die Veränderung in den optischen Eigenschaften, bewirkt durch die Veränderung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, wird eingesetzt für eine visuelle Veränderung bzw. Sichtveränderung in der Anzeige. Normalerweise ist die externe Beeinflussung das Anlegen eines elektrischen Feldes. Zur Orientierung von Flüssigkristallmolekülen in einem bestimmten Zustand während der Abwesenheit eines elektrischen Feldes, werden die Oberflächen der Glassubstrate, die eine Flüssigkristallschicht "sandwichen" bzw. einbetten, normalerweise einer Orientierungsbehandlung ausgesetzt.
Bei herkömmlichen Flüssigkristallzellen des twist-nematischen Typs (twisted nematic type) (TN) wird die Orientierungsbehandlung durch Reiben (rubbing) der Glassubstrate, die eine Flüssigkristallschicht einschließen bzw. einbetten, erreicht und zwar mit einem Tuch oder ähnlichem in eine Richtung, d. h. die als Reib-Behandlung bezeichnet wird.
Ein Substratpaar wird so angeordnet daß die Reib-Richtungen der oberen und unteren Substrate senkrecht zueinander sind. Eine Flüssigkristallzelle, die mit Flüssigkristallmaterial gefüllt ist, wird zwischen ein Paar von linearen Polarisatoren ge-sandwicht. Wenn die Flüssigkristallzelle einen negativen Anzeigetyp hat, werden parallele Polarisatoren angeordnet, die die Flüssigkristallzelle auf solch einer Art und Weise zwischenschalten, daß eine der Reibrichtungen parallel zu der Polarisationsachse des benachbarten Polarisators ist. Im Falle einer positiven Anzeige, werden gekreuzte Polarisatoren angeordnet, die die Flüssigkristallzelle auf solch eine Art und Weise zwischenschalten bzw. positionieren, daß die Polarisationsachsen parallel zur Reib-Richtung des benachbarten Substrats sind.
Wenn die Orientierungsbehandlung wie oben beschrieben durch Reiben stattfindet, wird die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der Substratoberfläche einheitlich bzw. gleichförmig. Dann tritt dort eine Winkelabhängigkeit von der Anzeige auf, so daß wenn die Anzeige durch einen Betrachter betrachtet wird, ein bestimmter Winkelbereich existiert, in dem die Anzeige nicht einfach bzw. leicht beobachtet werden kann.
Die Fig. 4A zeigt ein Beispiel von kontrastgleichen Kurven, die die Sichtwinkelcharakteristiken von einer Flüssigkristallzelle des TN-Typs darstellen. In der Fig. 4A, wird die Normal-Richtung zu der Flüssigkristallzelle als θ = 0 angenommen, und der Polarwinkel 0 von der Normalen wird radial mit θ = 0 in der Mitte gezeigt. Die Richtung in der horizontalen Ebene (Substratoberfläche) wird durch den Azimutwinkel 1 dargestellt. Die Definitionen werden in Fig. 4B gezeigt.
In der Fig. 4A stellt jede dicke durchgezogene Kurve eine Kurve mit gleichem Kontrast (equi-contrast) dar. Ein Wert für das Kontrastverhältnis (contrast ratio) (CR) ist an jeder Kurve angehängt. Es kann in der Fig. 4A gesehen werden, daß der Sichtwinkelbereich mit hohem Kontrastverhältnis auf bestimmte Winkelbereiche beschränkt ist. Daher hat eine solche Flüssigkristallzelle eine Sichtwinkelabhängigkeit, in der Art, daß die Zelle aus bestimmten Richtungen leicht zu betrachten ist, aber von anderen Richtungen nicht so leicht zu sehen ist.
Wenn eine Flüssigkristallzelle mit einer solchen Sichtwinkelabhängigkeit in einer Anzeige eingesetzt wird, ist der Kontrast bei einem Winkel bezüglich der Anzeigenoberfläche extrem reduziert (im Fall der Fig. 4A um = 180º herum). In extremeren Fällen kann das Schwarz und das Weiß eine Umkehrung erfahren.
Die Sichtwinkelabhängigkeit, wie sie in der Fig. 4A dargestellt ist, kann der Vor-Neigung (pre-tilt) der Flüssigkristallmoleküle aufgrund des Reibens zugeschrieben werden. Die Richtungen der Vor-Neigung der Flüssigkristallmoleküle fällt mit der Vektorrichtung des Reibens zusammen.
Wenn eine Spannung an eine Flüssigkristallzelle angelegt wird, beginnen die Flüssigkristallmoleküle entlang der Vor-Neigungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle "aufzustehen" (to stand up). Wenn die Anzeige aus dieser Richtung gesehen wird, wird die Polarisationsdrehung einfach aufgelöst. Daher ist die Schlußrichtung des Vektors die einfache Betrachtungsrichtung.
Weiterhin kann das Reiben des Substrats durch Reibung eine elektrostatische Ladung erzeugen, die einen dielektrischen Zusammenbruch des Orientierungsfilms, und damit einen Anzeigedefekt durch mangelnde Orientierung der hierdrin befindlichen Flüssigkristallmoleküle, bewirken. Weiterhin, kann das Reiben des Substrats in einer Flüssigkristallzelle, die einen aktiven Matrixantrieb (active matrix (AM) drive) einsetzt und wobei das Substrat Dünnfilmtransistoren (thin film transistors) (TFT) oder andere Antriebselemente und Verdrahtungen darauf geformt hat, dazu führen daß Elemente oder Verdrahtungen durch elektrostatische Ladung bewirkt durch das Reiben zerstört werden. In dem Fall eines Einfachmatrixanzeige, kann die elektrostatische Ladung, die durch das Reiben bewirkt wird, dünne Verdrahtungen brechen.
Außerdem kann einen große Anzahl von kleinen Partikeln erzeugt werden, wenn ein Orientierungs- bzw. Richtungsfilm auf einem Substrat geformt wird und auf diesem eine Reib-Behandlung ausgeführt wird. Diese Partikel können durch elektrostatische Kräfte an dem Substrat kleben und können der Grund für einen ungenauen Spalt bzw. Abstand der Flüssigkristallzelle und/oder von Anzeigedefekten, wie z. B. schwarzen Punkten oder weißen Punkten sein.
Weiterhin ist die EP-A-0 497 619 zu erwähnen, die eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt, die mit einer Flüssigkristallzelle gebildet durch Anordnung eines Paars von transparenten Substraten ausgestattet ist, wobei jede eine Antriebelektrode und eine darauf gebildete und laminierte Ausrichtungsschicht, die sich mit einem geringen Raum dazwischen gegenüber liegen, hat und wobei die Flüssigkristallzelle durch Laden und Abdichten von Flüssigkristallen in dem Raum gebildet wird. In dem Raum werden die Flüssigkristallmoleküle in einem gedrehten Zustand entlang der vertikalen Achse der Substratoberflächen und die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle innerhalb einer Ebene orientiert, die parallel zur Substratoberfläche und durch einen frei wählbaren Abstand von dem Substrat beabstandet ist, ist irregulär innerhalb dieser Ebene.
Weiterhin wird auf die EP-A-0589264 aufmerksam gemacht, (Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPC), die eine Flüssigkristallanzeige mit nicht-geriebenen Substraten offenbart. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkristallanzeige gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige gemäß Anspruch 8 offenbart. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung eine Flüssigkristallanzeige vorzusehen, die in der Lage ist die Sichtwinkelcharakteristiken zu verbessern.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige vorzusehen, die in der Lage ist, die Probleme, die sich im Zusammenhang mit der Reib-Behandlung bzw. der Reibe-Behandlung ergeben, zu lösen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige vorzusehen, das in der Lage ist, die Sichtwinkelcharakteristiken zu verbessern.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige vorzusehen, die in der Lage ist die Probleme, die sich im Zusammenhang mit der Reib-Behandlung ergeben zu lösen.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung, wird eine Flüssigkristallanzeige vorgesehen, die folgendes aufweist: Ein Paar von transparenten Substraten, die jeweils keine einheitliche Orientierungsrichtung haben, und zusammen Anzeigepixel, die eine Matrix formen, bilden mit einer Bezugs- bzw. Referenzrichtung, wobei die Bezugsrichtung durch die Richtung einer Zeile oder einer Spalte definiert ist; eine Flüssigkristallschicht, die aus einem chiralnematischen Flüssigkristall oder nematischen Flüssigkristall gebildet wird und zwischen dem Paar von transparenten Substraten eingeschlossen bzw. ge-sandwicht ist; ein Paar von Polarisatoren, die sich außerhalb des Paares von transparenten Substraten befinden und die Polarisationsachsen haben, angeordnet in einer vorbestimmten gegenseitigen Winkelbeziehung, wobei mindestens einer der Polarisatoren eine Übertragungsachse oder Absorbtionsachse ausgerichtet mit der Bezugsrichtung besitzt.
Das Substrat mit keiner gleichförmigen Orientierungsrichtung kann ohne Reib-Behandlung hergestellt werden. Das nicht einsetzen der Reib- Behandlung ermöglicht es verschiedene Probleme die sich aus der Reib- Behandlung ergeben zu lösen.
Durch Ausrichten einer Achse des Polarisators mit der Bezugsrichtung der Anzeige (z. B. der Betrachtungsrichtung) kann ein weiterer bzw. breiterer Sichtwinkel im gewöhnlichen Beobachtungszustand erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1F zeigen eine Flüssigkristallanzeige gemäß Ausführungsbeispielen dieser Erfindung, wobei. Fig. 1A eine schematische Querschnittsansicht einer Flüssigkristallanzeige ist, wobei Fig. 1B ein darstellendes Diagramm ist, dass die Neigung des Chiralflüssigkristalls zeigt, Fig. 1C eine Querschnittsansicht von transparenten Substraten ist, Fig. 1D eine schematische perspektivische Ansicht von transparenten Substraten ist, Fig. 1E eine schematische Aufsicht einer Flüssigkristallzelle ist, und Fig. 1F eine schematische Aufsicht auf eine Flüssigkristallzelle, die Polarisationsspeicherfilme einsetzt, ist.
Fig. 2A zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige gemäß einer weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2B ist ein Graph der ein Beispiel von Sichtwinkelcharakteristiken einer Flüssigkristallanzeige gemäß des Ausführungsbeispiels dieser Erfindung zeigt.
Fig. 3A bis 3C sind Diagramme die Beispiele von Multi-Domänstrukturen zeigen.
Fig. 4A und 4B zeigen Stand der Technik, wobei Fig. 4A ein Graph ist, der ein Beispiel der Sichtwinkelcharakteristiken einer Flüssigkristallanzeige ist und Fig. 4B ein Diagramm ist, das die Definitionen der Winkel θ und Φ zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bevor die Beschreibung der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, wird zunächst vorhergehende Arbeit der Erfinder und deren Kollegen beschrieben. Die Japanische Patentanmeldung 4-236652 (US Patentanmeldung, serial no. 8/115,441, Europäische Patentanmeldung Nr. 93114150.1), die hierbei durch Bezugnahme eingeschlossen wird, schlägt eine Flüssigkristallanzeige vor, die nicht ein Reiben (rubbing) benötigt und die Sichtwinkelabhängigkeit gleichförmig macht.
In dieser Flüssigkristallanzeige wird eine Flüssigkristallschicht zwischen einem Paar von Substraten, die keine Orientierungsstruktur haben, eingeschlossen bzw. gesandwicht. Da das Substrat keine Orientierungsstruktur hat, bilden die Flüssigkristallmoleküle in der Zelle Multi- Domänstrukturen zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Mikro- Domänen. Wenn z. B. ein Gebiet von mehreren hundert Quadratmikrometern angenommen wird, bildet sich eine Multi-Domänstruktur in diesem Gebiet.
Ein Beispiel für die Multi-Domänstruktur wird in der Fig. 3A dargestellt. Es gibt viele Mikro-Domänen 30, wobei in jeder die Flüssigkristallmoleküle 31 entlang einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind und eine parallele Ausrichtung aufzeigen.
Wenn die Multi-Domän jedoch von weitem als Ganzes gesehen wird, ist die Orientierung der Domänen 30 zufällig. Es kann angenommen werden, daß die Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle in jede Richtung auf der Substratoberfläche der Flüssigkristallzelle als Ganzes ausgerichtet sind. Wenn solch eine Flüssigkristallzelle eine Rechts- Winkelverdrehung (right angle twist) durch eine Chiralagent bzw. Mittel gegeben wird und sie zwischen einem Paar von linearen Polarisatoren mit sich kreuzenden oder parallelen Polarisationsachsen gegeben wird, kann eine Flüssigkristallanzeigenzelle des positiven oder negativen Typs erhalten werden.
In einer herkömmlichen getwisteten nematischen Flüssigkristallanzeige wird die Richtung der Polarisationsachsen der Polarisatoren automatisch durch die Richtung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle bestimmt. In der Flüssigkristallanzeige mit keiner Orientierungsstruktur, da Orientierungsstrukturen in der Flüssigkristallzelle als Ganzem zufällig sind (gleiche Wahrscheinlichkeit in jede Richtung), gibt es keinen Bedarf nach einer Ausrichtung der Orientierungsstrukturen und der Polarisationsachsen der Polarisatoren.
Dies heißt, daß vorausgesetzt daß die Polarisationsachsen eines Paares von Polarisatoren in einer senkrechten oder parallelen Beziehung gehalten werden, können die Polarisationsachsen der Polarisatoren in jede Richtung in der Ebene parallel zu dem Flüssigkristallzellensubstrat gerichtet werden.
In der Herstellung einer Flüssigkristallanzeige mit keinen positiven Orientierungsstrukturen, ist der Abstand zwischen den Substraten mit keinen Orientierungsstrukturen auf einen Wert gesetzt, der z. B. eine vorbestimmte Rotation der Polarisationsrichtung, z. B. 90º, ermöglicht und ein chiralnematischer Flüssigkristall wird zwischen den Substraten eingespritzt um die Flüssigkristallzelle zu bilden. Ein Paar von linearen Polarisatoren wird angeordnet um die Flüssigkristallzelle einzuschließen bzw. zu sandwichen ohne dabei eine bestimmte Beziehung zwischen der Richtung der Polarisationsachsen und den Substraten einzustellen, und werden dann fixiert. Auf diese Art und Weise kann eine Flüssigkristallanzeige ohne Reib-Behandlung gebildet werden.
Die Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Flüssigkristallanzeigenzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In der Figur wird eine Flüssigkristallschicht 3 des chiralnematischen Typs oder nematischen Typs zwischen einem Paar von transparenten Glassubstraten 1 und 2 sandwichartig eingeschlossen. Außerhalb der Substrate 1 und 2 werden ein Paar von linearen Polarisatorenplatten 11 und 12 parallel zu den Substraten angeordnet und haben ihre Polarisationsachsen P1 und P2 in einer vorbestimmten gegenseitigen Winkelbeziehung, z. B. einer senkrechten Beziehung angeordnet.
In dieser Flüssigkristallanzeigenzelle, sind die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle an der Schnittstelle zwischen der Flüssigkristallschicht und den Substraten gleichförmig in jede Richtung ausgerichtet wenn die Zelle als Ganzes angenommen bzw. gesehen wird. Wenn jede Mikro-Domäne betrachtet wird, sind die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle entlang einer bestimmten Richtung an der Schnittstelle ausgerichtet. Fig. 3A zeigt solch eine Orientierungskonfiguration.
Wie in der Fig. 1B gezeigt wird, nehmen die Flüssigkristallmoleküle eine verdrehte bzw. getwistete Struktur in Abhängigkeit mit dem Abstand von der Schnittstelle ein und zwar mit einer Chiralität definiert durch d/p, wobei d die Dicke der Flüssigkristallschicht und p die Chiralneigung des chiralnematischen oder des nematischen Flüssigkristalls darstellt. Hier wird der nematische Flüssigkristall durch p = ∞ dargestellt, und die Flüssigkristallmoleküle in jeder Mikro-Domän sind entlang der selben Richtung unabhängig von der Position entlang der Ausdehnung der Dicke ausgerichtet.
Die Orientierung und die Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle nehmen ähnliche Konfigurationen in jeder Mikro-Domäne der Multi-Domänstruktur an. Wie in den Fig. 1B und 3A gezeigt wird, unterscheidet sich die Orientierungsrichtung von Mikro-Domän zu Mikro-Domän. In dem Fall eines chiralnematischen Flüssigkristalls wird an der Schnittstelle an dem gegenüberliegenden Substrat eine ähnlichen Multi-Domänstruktur hergestellt, wobei jedoch jede Orientierungsrichtung um den Verdrehungswinkel (twist angle) gedreht ist.
Es wird bevorzugt einen Flüssigkristallanzeigenzelle mit einer Chiralneigung (chiral pitch) p des Flüssigkristalls und einer Dicke d der Flüssigkristallschicht herzustellen, bei der die Beziehung 0 &sim; oder < d/p < oder &sim; 0,75 erfüllt ist. Hier "A &sim; oder < B" bedeutet, daß A ungefähr gleich zu oder kleiner als B ist. Dies heißt, daß die Werte p und d so bestimmt werden, daß sie einen Polarisationsdreh- bzw. Rotationswinkel von ungefähr 0º bis ungefähr 270º haben (bei einer Darstellung in Grad).
Für den Fall des chiralnematischen Flüssigkristalls werden die Werte p und d so bestimmt, daß sie z. B. 0,15 < d/p < 0,75 erfüllen. Z. B. wird ein Flüssigkristall mit einer Chiralneigung p definiert durch d/p = 0,25 (entsprechend einer Verdrehung um 90º) zwischen einem Paar von parallelen transparenten Glassubstraten 1 und 2, die durch einen Spalt d getrennt sind eingespritzt und dann versiegelt.
Als Flüssigkristallmaterial können z. B. nematische Flüssigkristalle unbekannte cholesterische (cholesteric) Flüssigkristalle eingesetzt werden. Wenn eine Verdrehungsbeschaffenheit vorgesehen wird, kann ein Chiralagent einem nematischen Flüssigkristall zugegeben werden.
In dem Fall von aktiven Antriebssystemen (active drive system), wie z. B. in der Fig. 1C gezeigt, werden ein Antriebselement Q, wie z. B. ein Dünnfilmtransistor (thin film transistor) (TFT), mittels amorphenm Silicium oder polykristallinem Silicium, Verdrahtungen W gebildet aus einem Metall wie z. B. Chrom Cr, transparente Pixelelektrode P gebildet aus Indium-Zinn- Oxid (ITO) usw. auf einem Glassubstrat 1 (2) gebildet. Vorzugsweise werden diese Oberflächen mit einem isolierenden Schutzfilm 13 abgedeckt.
Weitere Bestandteile, wie z. B. ein Schwarzstrich (black stripe) - und Farbfilter können außerdem gebildet werden. Auf dem gegenüberliegenden Substrat 2 (1), wird eine gemeinsame Elektrode C auf der gesamten Oberfläche gebildet.
In dem Fall eines einfach Matrixsystems (simple matrix system), wie z. B. in der Fig. 1 D gezeigt, werden parallele Elektroden 15 und 16 auf einem Paar von transparenten Substraten 1 und 2 gebildet, und kreuzsenkrecht angeordnet. Ein schützender isolierender Film und/oder Orientierungsfilm müssen nicht notwendigerweise auf den Substraten 1 und 2 aufgebracht werden, können aber auch gebildet werden. In jedem Fall wird ein Reiben nicht erreicht bzw. ausgeführt.
Die Fig. 1E zeigt eine schematische Darstellung einer Anzeige mit aktiver oder Einfachmatrix. Eine Matrixanzeige 20 hat eine Vielzahl von Pixeln 21, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Diese Pixel werden durch die transparente Elektrode P, wie es in der Fig. 1C dargestellt wird oder durch sich kreuzende Gebiete der gekreuzten Elektroden in der Fig. 1D definiert. In dieser Matrixanzeige bildet die Richtung der Spalte 22 oder die Richtung der Zeile 23 eine Referenz bzw. Bezugsrichtung. Die Anzeige ist so konstruiert, daß sie ein Bild liefert, wenn ein Beobachter die Anzeige aus der Richtung der Spalte oder Zeile betrachtet. Die Bezugsrichtung ist durch V in der Fig. 1A dargestellt.
Z. B. wenn d/p = 0,25 ist, wird ein chiralnematischer Flüssigkristall mit einer Chiralitätsneigung p, der den Wert d/p = 0,25 bezüglich des Spaltes d zwischen den Substraten erfüllt, zwischen den Substraten eingespritzt. In jeder Mikro-Domäne 30, wie in der Fig. 3A dargestellt, werden Flüssigkristallmoleküle eine Konfiguration von einer 90º Verdrehung zwischen zwei Substraten einnehmen. Es wird wiederum bemerkt, daß in einer Multi-Domänstruktur, eine Vielzahl von Domänen in jede Richtung an der Schnittstelle zwischen der Flüssigkristallschicht und einem Substrat ausgerichtet sind.
Hier, wenn ein Flüssigkristall eingespritzt wird, wird die Temperatur des Flüssigkristalls bevorzugterweise gleich zu oder über dem N-I Punkt gehalten, der die Phasenübergangstemperatur zwischen der nematischen (N) Phase und der isotropischen (I) Phase des Flüssigkristalls ist, und zwar um den Flüssigkristall in der isotropen Phase zu halten. Nach Einspritzen, wird die Temperatur der Flüssigkristallzelle graduell unterhalb des N-t Punktes gesenkt, um den Flüssigkristall in eine Flüssigkristallphase zu bringen. Dies Verfahren wird die Anzeige der resultierenden Flüssigkristallzelle verbessern, als wenn der Flüssigkristall in der Flüssigkristallphase eingespritzt wird.
Hier, wird es außerdem bevorzugt auch die Temperatur der Substrate vor dem Einspritzen des Flüssigkristalls gleich oder über den N-I Punkt zu halten und den Flüssigkristall zwischen den Substraten einzuspritzen. Dann, kann die Temperatur der Substrate graduell unter den N-I Punkt gesenkt werden. Die resultierende Flüssigkristallzelle wird in ihrer Anzeige durch dieses Verfahren besser. Es ist zu erwarten, daß der Flüssigkristall in einer Zelle ohne Orientierungskräfte eine Multi- Domänstruktur annimmt, wenn man bedenkt, daß der Flüssigkristall im Bulk-Zustand bzw. im großvolumigen Zustand (einen Zustand ohne externe Orientierungskräfte) einen Multi-Domänzustand einnimmt. Insbesondere ist zu bedenken, daß die Tendenz des Annehmens einer Multi- Domänstruktur stärker wird und daß die Größe der Mikro-Domän in einer Multi-Domänstruktur einheitlicher bzw. gleichförmiger wird, wenn der Flüssigkristall zwischen die Substrate eingespritzt wird, während die Temperatur des Flüssigkristalls gleich oder über dem N-I Punkt ist.
Im Falle der 90º verdrehten Flüssigkristallanzeigenzelle, ist die Orientierung der Polarisationsachsen der Polarisatoren senkrecht im Falle einer positiven Anzeige und parallel im Falle einer negativen Anzeige. IN dem Fall der 0º verdrehten Flüssigkristallanzeige ist diese Beziehung umgekehrt. Obwohl es keine Bezugsrichtung der Orientierung, wie eine Reibrichtung auf der Substratoberfläche, gibt. Für den Fall einer Anzeige des Matrix-Typs, wird die Richtung der Zeilen oder Spalten der Matrix die Bezugsrichtung.
Fig. 2B zeigt ein Beispiel von Sichtwinkelcharakteristiken, die von einer Flüssigkristallanzeigenzelle gemäß der Fig. 1A erhalten wurde. Die Richtung der Beobachtung durch einen Beobachter ist auf einen Winkel Φ = 0º eingestellt, wobei die Polarisationsachse des Polarisators auf der Beobachterseite auf 0º-180º ausgerichtet ist, und die Polarisationsachse des Polarisators auf der Rückseite auf 90º-270º (horizontale Richtung) eingestellt ist. Hier, in der Zeichnung, sind Konturen von kontrastgleichen Verhältnissen CR = 80, 40, 20, 10 und 5 durch durchgezogenen Kurven dargestellt.
Im Vergleich zu den Charakteristiken der Fig. 4A, ist es offensichtlich daß Sichtwinkelcharakteristiken mit einer sehr geringen Richtungsabhängigkeit erhalten wurden. Dies kann dem Merkmal des nicht Aufweisens von Orientierungsstrukturen auf den Substraten zugewiesen werden, was jeweilige Richtung gleichförmig macht.
Die kontrastgleichen Kurven CR, haben jedoch eine Richtungsabhängigkeit. Der Kontrast in Richtung der Polarisationsachsen der Polarisatoren (Richtung von 0º-180º und der Richtung von 90º-270º) ist höher, und ist geringer in den dazwischenliegenden Zwischenwinkelbereichen. Dies bedeutet, daß es Regionen mit weiten bzw. breiten Sichtwinkeln und Regionen mit engen Sichtwinkeln gibt.
Wenn die Flüssigkristallanzeige aus der unteren rechten Richtung (Richtung von 45º) der Fig. 2B gesehen wird, werden die senkrechten und horizontalen Sichtrichtungen eng und die Anzeige wird unter normalen Beobachtungen schlecht. Diese Tendenz wird wichtiger, wenn die Antriebsspannung höher wird.
Wenn die Azimutalrichtung um 45º in der Fig. 2B verändert wird, verändern sich die Positionen des minimalen Kontrastes zum maximalen Kontrast. Es ist zu erkennen, daß die Richtungen des breiten Sichtwinkels und des engen Sichtwinkels durch 45º getrennt sind und bei einer Neigung von 90º verteilt sind. Wenn eine Anzeige im normalen Zustand gesehen wird, wird gesagt, daß eine einfach zu betrachtende Anzeige erhalten werden kann, wenn die Sichtwinkel der vertikalen und horizontalen Richtungen weit bzw. breit sind. Der Kontrast in den vertikalen und horizontalen Richtungen (0º-180º und 0º-270º) wird für den Beobachter höher, wie in der Fig. 2B dargestellt, wenn eine der Polarisationsachsen (Übertragungsachse oder Absorbtionsachse des Polarisators) in Übereinstimmung mit der Bezugsrichtung der Anzeige gebracht wird.
Fig. 2A ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Die jeweiligen Schritte können gemäß dem herkömmlichen Verfahren erreicht werden.
Im Schritt S1 werden Elektrodenlinien, Antriebselemente, etc. auf einem Paar von Glassubstraten gebildet. Kein Orientierungsfilm wird auf den Substraten gebildet. Hier, ein Orientierungsfilm kann gebildet werden, aber keine Reib-Behandlung wird hierauf ausgeführt.
Im Schritt S2 wird ein Paar von Glassubstraten "face to face" bzw. sich gegenüberliegend angeordnet. Ein Spaltsteuerelement, wie z. B. Quarzkugeln werden zwischen den Substraten verteilt und die Substrate werden mit einem vorbestimmten Abstand bzw. Spalt fixiert. Peripherien der Substrate werden versiegelt bzw. umschlossen und das Flüssigkristallmaterial wird zwischen die Substrate eingespritzt. Der Spalt der Flüssigkristallzelle wird wie oben beschrieben ausgewählt.
In dem Schritt des Einspritzen des Flüssigkristallmaterials in einer Zelle wird der Flüssigkristall vorzugsweise bei einer Temperatur des N-I Punktes oder darüber gehalten. Das Heizen der Flüssigkristallzelle zu diesem Zeitpunkt ist wie oben beschrieben ebenfalls vorteilhaft.
In dem Schritt S3, wird der Flüssigkristalleinspritzanschluß verschlossen und ein Paar von Polarisatoren wird angeordnet um die Flüssigkristallzellensubstrate von beiden Seiten sandwichartig zu umgeben. Die Polarisatoren werden z. B. in einer senkrechten Beziehung gehalten, um die Polarisierungsachse oder Absorbtionsachse eines der Polarisatoren ist dann die Bezugsrichtung der Anzeige (die Richtung bei der die Möglichkeit des Beobachtens der Anzeige am höchsten ist, in diesem Fall 0º, 90º, 180º und 270º). Auf diese Art und Weise, wird eine Flüssigkristallanzeige mit Charakteristiken, wie es in der Fig. 2B gezeigt sind, gebildet.
Multi-Domänstrukturen in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können schematisch dargestellt werden, wie in der Fig. 3A. Die Fig. 3A ist eine vergrößerte Aufsicht der Zelle. Eine Vielzahl von winzigen Bereichen, d. h. Mikro-Domänen 30, werden gebildet, und Flüssigkristallmoleküle 31 in jeder Mikro-Domän 30 sind im Wesentlichen parallel in einen bestimmte Richtung, wie durch die Pfeile dargestellt ausgerichtet. Hier jedoch, wenn die Zelle als Ganzes oder makroskopisch gesehen wird, sind die Flüssigkristallmoleküle 31 zufällig in alle Richtungen ausgerichtet. Es ist zu verstehen, daß die Sichtwinkelcharakteristiken fiktiv isotropisch sind.
Durch variieren der Herstellungsbedingungen auf verschiedenen Arten und Weisen in dem Herstellungsprozeß einer Flüssigkristallanzeigenzelle der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele, können auch Orientierungsstrukturen unterschiedlich von der Multi-Domänstruktur der Fig. 3A erhalten werden.
Z. B., kann einen Struktur, wie sie in Fig. 3B dargestellt ist, gebildet werden, wobei Flüssigkristallmoleküle 31 nicht bestimmte Domänen bilden, sondern die Orientierungsrichtungen kontinuierlich ändern. In der Zelle als Ganzem, sind die Orientierungsrichtungen zufällig und die Flüssigkristallmoleküle 31 sind in jede Richtung mit gleicher Wahrscheinlichkeit orientiert.
Außerdem, könnte eine Struktur, die als eine Kombination der Fig. 3A und 3B betrachtet werden kann, gebildet werden, wie es in der Fig. 3C dargestellt ist. Dies bedeutet, das Mikro-Domänen 30 diskret verteilt sind, wobei in jeder Flüssigkristallmoleküle in eine gleichförmige Richtung orientiert sind. Zwischen den Mikro-Domänen 30, sind Flüssigkristallmoleküle 31 verteilt, und variieren die Orientierungsrichtungen kontinuierlich. Auch in diesem Fall sind die Orientierungsrichtungen als Ganzes in der Zelle zufällig.
Der oben erwähnte Effekt des verbesserten Sichtwinkels kann mit jeder der Strukturen, wie sie in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt sind, erreicht werden.
Die oben erwähnten Ausführungsbeispiele beinhalten keine positive Orientierungsbehandlung. In den letzten Jahren, wurde jedoch herausgefunden, daß eine Orientierungsbehandlung möglich ist ohne eine Reibe- Behandlung auszuführen. Z. B., kann einen Orientierungsbehandlung von winzigen Bereichen durchgeführt werden durch Bestrahlen mit einem Lichtstrahl und unter Einsatz von einem Polarisierungsspeicherfilm.
Die Fig. 1F zeigt ein Beispiel für solche eine positive Orientierungsstruktur. Die Anzeigenoberfläche ist in eine Vielzahl von kleinen Bereichen eingeteilt. Ein Polarisierungsspeicherfilm wird auf einem Substrat aufbeschichtet und die Polarisierungsachse des Belichtungslichtes (exposing light) wird von Bereich zu Bereich variiert. Eine Orientierungsstruktur wird durch solch einen polarisierten Lichtstrahl gebildet. Eine Anzeigenzelle wird durch Einsatz von zumindest einem solchen Substrat gebildet. Die Anzeigenzelle umfaßt eine ausreichende Anzahl von solchen kleinen Bereichen um im Endeffekt Orientierungsrichtungen in allen Richtungen bei jedem Pixel auftreten zu lassen. Es ist nötig Orientierungsrichtungen von verschiedenen Richtungen zu umfassen, so daß jeder Pixel angesehen werden kann, als habe er eine zufällige Orientierungsrichtung, und zwar durch Einsatz eines Substrates oder von Substraten die solch einer Orientierungsbehandlung ausgesetzt waren. Eine Multi-Domänstruktur ähnlich zu denen, wie sie oben beschrieben wurden, kann gebildet werden. Da keine Reibe-Behandlung ausgeführt wird, können ähnliche Effekte durch nicht Ausführen einer Reibe-Behandlung erlangt werden. Hier kann der Polarisierungsspeicherfilm hergestellt werden durch
1) Silicium Polymid dotiert mit Diazoaminfarbstoff (diazo amine dye) (Wayne M. Gibbons et al. NATURE Vol. 351(1991) Seite 49,
2) Polyvenylalkohol (polyvinyle alcohol) (PVA) dotiert mit einem auf azobasierenden Farbstoff (Yasufumi Limuya et al. 18th Liquid Crystal Conference - The Chemical Society of Japan, 64th Automn jährliches Treffen, Seite 34, 11. September 1992, oder Jpn. J. Appln. Phys. Vol. 32 (1993) Seiten 93 bis 96),
3) Photopolymerisierter Photopolymer (Martin Schadt et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 31 (1992), Seiten 2155 bis 2164), etc.
Obwohl diese Erfindung bezüglich ihrer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Für den Fachmann wird es ersichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen, Veränderungen und Kombinationen, etc. innerhalb des Rahmens dieser Erfindung ausgeführt werden können, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind.

Claims

1. Flüssigkristallanzeige, die folgendes aufweist:

ein Paar von transparenten Substraten (1, 2), die ein jedes keine gleichförmige Orientierungsrichtung besitzen, wobei die Substrate so angeordnet sind, daß sie entgegengesetzt zueinander mit einem Raum dazwischen liegen, wobei die Substrate gemeinsam Anzeigepixel (21) bilden, die eine Matrix formen und eine Bezugs- oder Referenzrichtung (v) besitzen, wobei die Bezugsrichtung durch die Richtung einer Spalte (22) oder einer Zeile (23) definiert ist;

eine Flüssigkristallschicht (3) aus chiralem nematischen Flüssigkristall oder nematischem Flüssigkristall, sandwichartig angeordnet zwischen dem Paar von transparenten Substraten (1, 2); wobei

eine Orientierung der Flüssigkristallmoleküle (31) der Flüssigkristallschicht makroskopisch in einer Richtung bzw. omnidirektional verläuft, und zwar bezüglich der Richtungen in einer Ebene parallel zu dem Paar von Substraten (1, 2), so daß sich eine gleiche Wahrscheinlichkeit des Auftretens irgendeiner Orientierung eines Moleküls (31) in jeder einer Vielzahl von Richtungen in der Ebene ergibt, wobei

die Flüssigkristallmoleküle eine Vielzahl von kontinuierlichen Mikrodomänen (30) vorsehen, die eine jede einen konstanten Twist oder Verdrehungswinkel und keinen Twist oder Verdrehungswinkel aufweist, und zwar in eine Richtung senkrecht zu der erwähnten Ebene parallel zu dem erwähnten Paar von Substraten (1, 2), und wobei jede der erwähnten Mikrodomänen (30) des Flüssigkristalls sich von einem Substrat (1, 2) zu dem anderen Substrat (2, 1) erstreckt; und

ein Paar von Polarisierern (11, 12), angeordnet auf beiden Seiten des erwähnten Paares von transparenten Substraten (1, 2) und die Polarisationsachsen haben, angeordnet in einer vorbestimmten gegenseitigen Winkelbeziehung, wobei mindestens einer der Polarisatoren (11, 12) eine Übertragungsachse oder Absorbtionsachse ausgerichtet mit der Bezugsrichtung (v) besitzt.

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei das erwähnte Paar von transparenten Substraten (1, 2) keine positive Orientierungsstruktur besitzt.

3. Flüsssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei das Paar von transparenten Substraten (1, 2) eine positive Orientierungsstruktur besitzt.

4. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 3, wobei die positive Orientierungsstruktur eine Polarisationsspeicherschicht (Polarisationsspeicherfilm) aufweist, und zwar mit Orientierungsrichtungen verteilt auf effektiv sämtliche Richtungen in der Ebene parallel zu dem Paar der Substrate (1, 2).

5. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Polarisationsachsen des Paares von Polarisatoren (11, 12) gegenseitig bzw. zueinander orthogonal oder parallel verlaufen.

6. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallschicht (3) des chiralen nematischen Flüssigkristalls oder des nematischen Flüssigkristalls eine chirale Steigung (pitch = p) besitzt und eine Dicke d entlang einer Dickenrichtung, sandwichartig angeordnet durch die erwähnten transparenten Substrate (1, 2) und wobei die Werte von p und d derart ausgewählt sind, daß sie folgendem genügen:

0 or < d/p < or 0.75.

7. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, wobei die Flüssigkristallschicht 3 einen chiralen nematischen Flüssigkristall aufweist, und wobei der Spalt d und die erwähnte chirale Steigung p des chiralen nematischen Flüssigkristalls folgendem genügen:

0.15 < d/p < 0.75

8. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige mit einer pixelbildenden Matrix, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

die Herstellung eines Paares von transparenten Substraten (1, 2) mit keiner gleichförmigen Orientierungsrichtung, und einen chiralen nematischen oder nematischen Flüssigkristall, wobei der Flüssigkristall eine Chiralsteigung p aufweist, die endlich ist im Fall des chiralen nematischen Flüssigkristalls und unendlich ist im Fall des nematischen Flüssigkristalls;

Anordnen der Substrate entgegengesetzt zueinander mit einem Spalt dazwischen;

Injizieren des erwähnten chiralen nematischen oder nematischen Flüssigkristalls zwischen das Paar von transparenten Substraten (1, 2), die mit einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß eine Flüssigkristallzelle gebildet wird, die eine Mehrfachdomänstruktur aufweist, mit einer Vielzahl von Mikrodomänen (30), wobei jede der Mikrodomänen (30) sich von einem Substrat zu dem anderen Substrat erstreckt, und zwar mit einem Twist oder einer Verdrehung von d/p, wobei die Mehrfachdomänstruktur makroskopisch omnidirektional ist bezüglich der Richtungen in einer Ebene parallel zu dem erwähnten Paar von Substraten;

Anordnen der erwähnten Flüssigkristallzelle zwischen einem Paar von Polarisatoren (11, 12);

Anordnen von mindestens einem des erwähnten Paares von Polarisateren (11, 12) mit einer Übertragungsachse oder einer Absorbtionsachse ausgerichtet mit einer Bezugsrichtung (v), wobei die Bezugsrichtung durch die Richtung der Spalte 22 oder Reihe 23 der Matrix definiert wird, wobei die Richtungen der Polarisationsachsen des Paares von Polarisatoren (11, 12) in einer vorbestimmten gegenseitigen Beziehung gehalten wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt des Injizierens des Flüssigkristalls zwischen das Paar von transparenten Substraten (1, 2) erreicht wird, während die Temperatur des Flüssigkristalls auf mindestens gleich oder höher als der N-I-Punkt des Flüssigkristalls gehalten wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 9, wobei der Schritt des injizierens des Flüssigkristalls zwischen das Paar von transparenten Substraten erreicht wird, während die Temperatur der transparenten Substrate (1, 2) zumindest gleich oder höher als der N-I-Punkt des Flüssigkristalls gehalten wird.