液晶元件、液晶顯示裝置制造方法
【專利摘要】液晶元件、液晶顯示裝置,減少利用兩種取向狀態(tài)間的轉變的液晶元件中的液晶層的狀態(tài)轉變所需的時間。液晶元件包含第1基板、第2基板、設置于第1基板與第2基板之間的液晶層、用于向液晶層施加與基板面大致垂直方向的第1電場和與該基板面大致平行方向的第2電場的電極、和向該電極供給驅動電壓的驅動電路。第1基板和第2基板的取向處理的方向被設定成使液晶層的液晶分子產(chǎn)生朝第1方向扭轉的第1取向狀態(tài),液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手征材料,第2取向狀態(tài)是液晶分子朝向與第1方向相反的第2方向扭轉。從驅動電路供給的驅動電壓在向液晶層施加第1電場后施加第2電場,液晶層通過被施加第1電場和第2電場而從第1取向狀態(tài)轉變?yōu)榈?取向狀態(tài)。
【專利說明】液晶元件、液晶顯示裝置【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶元件和液晶顯示裝置中的光電特性的改良技術。
【背景技術】
[0002]在日本特開2011-203547號公報(專利文獻1)中,公開了利用兩種取向狀態(tài)間的轉變的新穎的液晶顯示元件(反向TN型液晶元件)。該現(xiàn)有例的液晶顯示元件具有進行了取向處理的第1基板、第2基板以及配置于這些基板之間并進行扭轉取向的液晶層,液晶層中含有手征材料。并且,在液晶層中不含有手征材料的情況下將液晶分子扭轉的旋轉方向設為第1旋轉方向時,手征材料向液晶分子賦予朝與第1旋轉方向相反的第2旋轉方向的旋轉性。此外,第1基板和第2基板取向處理成分別發(fā)現(xiàn)20°以上45°以下的預傾角。在第1基板和第2基板上,設置有能夠在液晶層的層厚方向和與其垂直的方向上分別產(chǎn)生電場的電極。根據(jù)上述結構,能夠得到具有可維持顯示狀態(tài)的存儲性、且可得到高對比度比的顯示品質(zhì)優(yōu)異的液晶顯示元件。
[0003]但是,上述現(xiàn)有例的液晶顯示元件在以下方面還有改良的余地,即在使液晶層的液晶分子的取向狀態(tài)從向第2旋轉方向扭轉的狀態(tài)轉變?yōu)橄虻?旋轉方向扭轉的狀態(tài)時所需的時間較長。特別在需要比較短時間地進行顯示的寫入和消除的多個用途(例如鐘表的顯示部、車輛用信息顯示面板等)方面期望改良這點。
[0004]【專利文獻1】日本特開2011-203547號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的具體方式的目的之一在于提供一種能夠減少利用兩種取向狀態(tài)間的轉變的液晶元件以及使用該液晶元件的液晶顯示裝置中的液晶層的狀態(tài)轉變所需的時間的技術。
[0006]本發(fā)明的一個方式的液晶元件的特征在于,該液晶元件包含:(a)相對配置的第1基板以及第2基板,它們各自的一個面被實施了取向處理;(b)液晶層,其設置在第1基板的一個面與第2基板的一個面之間;(c)用于向液晶層施加與第1基板以及第2基板的各一個面大致垂直方向的第1電場和與該各一個面大致平行方向的第2電場的電極;以及(d)驅動電路,其向電極供給驅動電壓,(e)第1基板和第2基板的取向處理的方向被設定成使液晶層的液晶分子產(chǎn)生朝第1方向扭轉的第1取向狀態(tài),(f)液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手征材料,第2取向狀態(tài)是液晶分子朝向與第1方向相反的第2方向扭轉的狀態(tài),(g)從驅動電路供給的驅動電壓至少在經(jīng)由電極向液晶層施加第1電場后施加第2電場,(h)液晶層通過被施加第1電場和第2電場而從第1取向狀態(tài)轉變?yōu)榈?取向狀態(tài)。
[0007]根據(jù)上述結構,能夠通過組合兩種電場并施加給液晶層,減少從第1取向狀態(tài)向第2取向狀態(tài)的轉變所需的時間。
[0008]在上述液晶元件中,可以在施加第1電場后接著施加第2電場。
[0009]由此,能夠在通過第1電場產(chǎn)生的取向狀態(tài)的轉變開始返回到原來前施加第2電場。
[0010]在上述液晶元件中,還優(yōu)選施加第1電場的期間與施加第2電場的期間至少一部分重合。此時,重合的期間能夠設為例如3秒以上。
[0011]由此,在重合期間中,同時施加第1電場和第2電場,從而能夠進一步減少取向狀態(tài)的轉變所需的時間。
[0012]本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置具備多個像素部,該多個像素部分別用上述本發(fā)明的液晶元件構成。
[0013]根據(jù)上述結構,能夠通過利用液晶元件的兩種取向狀態(tài)的雙穩(wěn)定性(存儲性),得到除了顯示改寫時以外基本不需要功率、并且減少了液晶層的取向狀態(tài)的轉變所需的時間(即減少了顯示切換時間)的液晶顯示裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是概略地示出反向TN型液晶元件的動作的示意圖。
[0015]圖2是用于說明從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉(Spray Twist)狀態(tài)轉變時的液晶層的取向狀態(tài)與電場方向的關系的概念圖。
[0016]圖3是示出反向TN型液晶元件的結構例的截面圖。
[0017]圖4的(A)是以俯視圖表示第1?第4電極的配置的示意圖。圖4的(B)?圖4的(D)是以截面表示第1?第4電極的配置的示意圖。
[0018]圖5的(A)?圖5的(C)是示出在將液晶元件的液晶層設為反向扭轉狀態(tài)后施加縱向電場時的顯微鏡觀察像的圖。此外,圖5的(D)是示出用于該觀察的液晶元件的摩擦方向以及偏振片的透射軸的方向的圖。
[0019]圖6是示出使得產(chǎn)生暫時的取向狀態(tài)的轉變的縱向電場的大小與透射率之間的關系的圖。
[0020]圖7的(A)和圖7的(B )是用于說明從驅動電路供給的驅動電壓的波形圖。
[0021]圖8是示出使用驅動電壓驅動實施例的液晶元件時的透射率的經(jīng)時變化的圖。
[0022]圖9的(A)?圖9的(C)是示出實施例的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖,圖9的(D)是示出偏振片的透射軸以及摩擦方向的圖。
[0023]圖10的(A)?圖10的(D)是示出比較例的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖,圖10的(E)是示出偏振片的透射軸以及摩擦方向的圖。
[0024]圖11是示出驅動電壓的頻率與轉變時間之間的關系的圖。
[0025]圖12是示意性示出液晶顯示裝置的結構例的圖。
[0026]標號說明
[0027]1:上側基板
[0028]2:下側基板
[0029]3:液晶層
[0030]51:第 1 基板
[0031]52:第 1 電極
[0032]53、57:取向膜
[0033]54:第 2 基板[0034]55:第 2 電極
[0035]56:絕緣膜
[0036]58:第 3 電極
[0037]59:第 4 電極
[0038]60:液晶層
[0039]65:驅動電路
[0040]71、72、73:驅動器
[0041]74:像素部
[0042]A1 ?An、B1 ?Bm、Cl ?Cn、Dl ?Dn:控制線【具體實施方式】
[0043]以下,參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0044]圖1是概略地示出反向TN型液晶元件的動作的示意圖。在反向TN型液晶元件中,作為基本結構,具備相對配置的上側基板1和下側基板2以及設置于它們之間的液晶層
3。上側基板1與下側基板2各自的表面被實施了摩擦處理等取向處理。以它們的取向處理的方向(在圖中用箭頭表示)按照90°左右的角度彼此交叉的方式,相對地配置上側基板1與下側基板2。通過向上側基板1與下側基板2之間注入向列型液晶材料來形成液晶層
3。該液晶層3采用了添加有手征材料的液晶材料,該手征材料產(chǎn)生使液晶分子在其方位角方向上朝向特定的方向(在圖1的例子中為右旋轉方向)扭轉的作用。這樣的反向TN型液晶元件通過手征材料的作用而在初始狀態(tài)下成為液晶層3在延展取向的同時進行扭轉的延展扭轉狀態(tài)。當在其層厚方向上對該延展扭轉狀態(tài)的液晶層3施加超過飽和電壓的電壓時,液晶分子轉變?yōu)槌蜃笮D方向扭轉的反向扭轉狀態(tài)(均勻扭轉(Uniform Twist)狀態(tài))。在這種反向扭轉狀態(tài)的液晶層3中,主體中的液晶分子傾斜,所以表現(xiàn)出降低液晶元件的驅動電壓的效果。
[0045]圖2是用于說明從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉(Spray Twist)狀態(tài)轉變時的液晶層的取向狀態(tài)與電場方向的關系的概念圖。如圖2 (A)所示,針對相對于基板面處于水平方向的電場(Electric f ie 1 d),將電場的施加方向設定為,使其與反向扭轉狀態(tài)下的液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子(圖中為附有圖樣的液晶分子)的長軸方向盡量不平行,而是成為垂直或接近垂直的狀態(tài)。由此,液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子沿著電場方向重新進行取向,所以如圖2 (B)所示,液晶層的取向狀態(tài)從反向扭轉狀態(tài)轉變至延展扭轉狀態(tài)。此外,當對反向扭轉狀態(tài)的液晶層施加了電場而使其成為與該層厚方向的大致中央的液晶分子的長軸方向平行或接近平行的狀態(tài)時,難以產(chǎn)生從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉狀態(tài)的轉變。這是因為,在液晶層的層厚方向的大致中央,幾乎不會因電場而產(chǎn)生液晶分子的重新取向。根據(jù)以上情況,為了在反向TN型液晶元件中在兩種取向狀態(tài)之間自如地轉變,基本需要產(chǎn)生與液晶層的層厚方向相應的電場(縱向電場)和與其垂直的方向的電場(橫向電場),而且對于橫向電場而言,優(yōu)選成為與反向扭轉狀態(tài)的液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子的長軸方向大致垂直或者接近于垂直的方向。關于具備用于自如地施加這些縱向電場和橫向電場的電極構造的反向TN型液晶元件,以下舉出具體例子進行說明。
[0046]圖3是示出反向TN型液晶元件的結構例的截面圖。圖3所示的液晶元件具有在第I基板(上側基板)51與第2基板(下側基板)54之間夾設有液晶層60的基本結構,并且具有用于向該液晶層60供給驅動電壓的驅動部65。下面進一步詳細說明液晶元件的構造。另外,對于密封液晶層60周圍的密封材料等部件省略圖示和說明。
[0047]第I基板51和第2基板54分別是例如玻璃基板、塑料基板等透明基板。如圖所示,第I基板51和第2基板54彼此的一個面相對,以預定間隙(例如幾μ m)貼合起來。另夕卜,雖然省略了特別的圖示,然而也可以在任意一個基板上形成薄膜晶體管等開關元件。
[0048]第I電極52設置于第I基板51的一面?zhèn)?。此外,?電極55設置于第2基板54的一面?zhèn)?。第I電極52和第2電極55分別通過對例如氧化銦錫(ITO)等透明導電膜進行適當圖形化來構成。
[0049]絕緣膜(絕緣層)56以覆蓋第2電極55的方式設置在第2基板54上。該絕緣膜56例如是二氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜或它們的層疊膜等無機絕緣膜,或者有機絕緣膜(例如丙烯類有機絕緣膜)。
[0050]第3電極58、第4電極59分別設置在第2基板54上的上述絕緣膜56上。本實施方式的第3電極58和第4電極59是分別具有多個電極指的梳齒狀電極,配置為各電極指交替排列(參照后述的圖4)。第3電極58和第4電極59分別通過對例如氧化銦錫(ITO)等透明導電膜進行適當圖形化來構成。第3電極58、第4電極59各自的電極指例如電極寬度為20?30 μ m左右,電極間隔為20?200 μ m左右。
[0051]取向膜53以覆蓋第I電極52的方式設置于第I基板51的一面?zhèn)?。此外,取向?7以覆蓋第3電極58和第4電極59的方式設置于第2基板54的一面?zhèn)?。對各取向?3、57實施預定的取向處理(例如摩擦處理)。通過各取向膜53、57在與液晶層60的界面處賦予給液晶層60的液晶分子的預傾角比較高,例如為20°以上。
[0052]液晶層60設置于第I基板51和第2基板54彼此之間。構成液晶層60的液晶材料的介電常數(shù)各向異性Λ ε為正(Λ ε >0)。在該液晶材料中添加了用于使液晶分子扭轉取向的手征材料。
[0053]驅動電路65與第I電極53、第2電極56、第3電極58以及第4電極59連接,向這些電極供給驅動電壓。
[0054]圖4 (A)是以俯視圖表示第I?第4電極的配置的示意圖。圖4 (B)?圖4 (D)是以截面表示第I?第4電極的配置的示意圖。參照這些圖說明使用各電極對液晶層施加的電場。
[0055]如圖4 (A)所示,第I電極52與第2電極55彼此相對配置,在兩者重疊的區(qū)域內(nèi)配置有第3電極58和第4電極59。此外,第3電極58的多個電極指和第4電極59的多個電極指以逐個交替重復的方式配置。
[0056]如圖4 (B)所示,能夠通過由驅動電路65對第I電極52與第2電極55之間施加電壓,在兩個電極之間產(chǎn)生電場。這種情況下的電場如圖所示成為沿著第I基板51和第2基板54的厚度方向(單元厚度方向)的電場、即“縱向電場(第I電場)”。
[0057]此外,如圖4 (C)所示,能夠通過由驅動電路65對第3電極58與第4電極59之間施加電壓,在兩個電極之間產(chǎn)生電場。這種情況下的電場如圖所示成為與第I基板51和第2基板54的各一個面大致平行的方向的電場、即“橫向電場(第2電場)”。此后有時將使用這種電場的模式稱作“IPS模式”。[0058]此外,如圖4 (D)所示,能夠通過由驅動電路65向隔著絕緣膜56相對配置的第2電極55與第3電極58以及第4電極59之間施加電壓,由此在兩個電極之間產(chǎn)生電場。這種情況下的電場如圖所示成為沿著與第I基板51和第2基板54的各一個面大致平行的方向的電場、即“橫向電場(第2電場)”。此后有時將使用這種電場的模式稱作“FFS模式”。
[0059]本實施方式的液晶元件在初始狀態(tài)下將液晶層60的液晶分子取向為延展扭轉狀態(tài)。與此相對,在如上述那樣使用第I電極52和第2電極55產(chǎn)生縱向電場時,液晶層60的液晶分子的取向狀態(tài)轉變?yōu)榉聪蚺まD狀態(tài)。此后,若使用第3電極58和第4電極59產(chǎn)生橫向電場(IPS模式),則液晶層60的取向狀態(tài)轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài)。此外,在使用第2電極55、第3電極58、第4電極59產(chǎn)生橫向電場的情況下(FFS模式),液晶層60的取向狀態(tài)也同樣從反向扭轉狀態(tài)轉變到延展扭轉狀態(tài)。與IPS模式進行比較,處于FFS模式能使液晶層60的取向狀態(tài)更為均勻地轉變的趨勢。認為這是由于對第3電極58、第4電極59的各電極上也施加了橫向電場。因此可以說基于開口率(透射率、對比度比)的觀點FFS模式更合適。
[0060]關于液晶層60的取向狀態(tài)能夠在延展扭轉狀態(tài)與反向扭轉狀態(tài)之間切換的理由研究如下。在延展扭轉狀態(tài)下,液晶層60的層厚方向的大致中央處的液晶分子取向為大致水平,但在由于縱向電場而成為反向扭轉狀態(tài)后,層厚方向的大致中央處的液晶分子取向為接近垂直的狀態(tài)。此后,通過IPS模式或FFS模式的橫向電場對反向扭轉狀態(tài)的液晶層60的層厚方向的大致中央處的液晶分子施加橫向電場,由于處于延展扭轉狀態(tài)的液晶層60的該大致中央處的液晶分子朝向應有的指向矢方向,因此再次轉變到作為初始狀態(tài)的延展扭轉狀態(tài)。通過以上敘述,可認為有效應用了縱向電場和橫向電場來切換延展扭轉狀態(tài)和反向扭轉狀態(tài)。
[0061]接著詳細說明液晶元件的實施例。
[0062]通過對帶ITO膜的玻璃基板的ITO膜進行圖形化,制作具有第I電極52的第I基板51。這里可以通過通常的光刻技術進行ITO膜的圖形化。作為ITO蝕刻方法,使用濕蝕亥lj(氯化鐵)。此處的第I電極52的形狀圖形會在取出電極部分和相當于顯示像素的部分殘留ITO膜。同樣地,通過對帶ITO膜的玻璃基板的ITO膜進行圖形化,制作具有第2電極55的第2基板54。
[0063]然后在第2基板54的第2電極55上形成絕緣膜56。此時,需要采取在取出電極部分不形成絕緣膜56的措施。作為該方法,可舉出預先在取出電極部分形成抗蝕劑并在絕緣膜56形成后提離的方法、在通過金屬掩模等隱藏了取出電極部分的狀態(tài)下通過濺射法等形成絕緣膜56的方法等。此外,作為絕緣膜56可舉出有機絕緣膜、二氧化硅膜或氮化硅膜等無機絕緣膜以及它們的組合等。這里使用丙烯類有機絕緣膜和二氧化硅膜(SiO2膜)的層疊膜作為絕緣膜56。
[0064]在取出電極部分(端子部分)貼附耐熱性的薄膜(聚酰亞胺帶),在該狀態(tài)下旋涂有機絕緣膜的材料液。例如在以2000rpm旋轉30秒的條件下,獲得膜厚I μ m。對其進行潔凈烘烤使其燒結(例如220°C、1小時)。在貼附有耐熱性薄膜的情況下通過濺射法(交流放電)形成SiO2膜。例如將基板加熱至80°C,形成1000埃。這里,當剝離了耐熱性薄膜時,能夠將有機絕緣膜、SiO2膜一并良好剝離。此后進行潔凈烘烤使其燒結(例如220°C、1小時)。這是為了提高SiO2膜的絕緣性和透明性。雖然未必有形成SiO2膜的必要性,然而通過形成該膜能提高在其上形成的ITO膜的緊密貼合性和圖形化性能,因此優(yōu)選形成。還能提高絕緣性。另一方面,雖然也可以考慮不形成有機絕緣膜而僅由SiO2膜來獲取絕緣性的方法,然而此時SiO2膜易于變?yōu)槎嗫踪|(zhì),因而優(yōu)選確保4000埃?8000埃左右的膜厚。此外,還可以成為與SiNx的層疊膜。另外,作為無機絕緣膜的形成方法敘述的是濺射法,然而也可以使用真空蒸鍍法、離子束法、CVD法(化學氣相沉積法)等形成方法。
[0065]然后,在絕緣膜56上形成第3電極58和第4電極59。具體而言,首先通過濺射法(交流放電)在絕緣膜56上形成ITO膜。例如將基板加熱至100°C,在整個表面形成大約1200埃左右的ITO膜。通過通常的光刻技術對該ITO膜進行圖形化。作為此時的光掩模,使用具有與上述圖4所示的梳齒狀電極對應的遮光部分的掩模。作為梳齒狀的電極,例如能夠設電極指的寬度為20 μ m?30 μ m、電極間隔20 μ m?200 μ m。另外,若上述取出電極部分不存在圖形則通過蝕刻一并除去下側的ITO膜,因此使用在取出電極部分也形成有圖形的光掩模。
[0066]清洗如上制作出的第I基板51和第2基板54。具體而言,首先進行水洗(刷洗或沖洗、純水清洗),在水干后進行UV清洗,最后進行IR干燥。
[0067]接著在第I基板51、第2基板54上分別形成取向膜53、57。作為取向膜53、57,例如使用將通常用作垂直取向膜的材料的側鏈密度降低后的聚酰亞胺膜。將取向膜的材料液(取向材料)涂覆于第I基板51、第2基板54的各自的一個面上,通過潔凈烘烤對其進行燒結(例如160?260°C、1小時)。作為取向膜的材料液的涂敷方法,可使用柔性印刷、噴墨印刷或旋涂。這里使用的是旋涂,而使用其他方式結果也相同。取向膜53、57的膜厚例如為500?800埃。接著對各取向膜53、57進行作為取向處理的摩擦處理。將摩擦時的推入量例如設定為0.8_。由此,各取向膜53、57相對于液晶分子可發(fā)現(xiàn)20°?60°左右的預傾角。關于摩擦方向,設定為初始狀態(tài)(延展扭轉狀態(tài))下的扭轉角Φ為例如70°。
[0068]接著將第I基板51與第2基板54貼合起來。用分配器在第I基板51上將密封材料涂覆為期望的圖形,該密封材料中混入有大致2wt%的粒徑大約4 μ m的柱狀玻璃間隔部件。此外,用干式分布法在第2基板54上分布粒徑大約4μπι的塑料間隔部件。在貼合兩基板后,通過熱壓接使密封材料固化。
[0069]進而,通過在第I基板51與第2基板54之間注入液晶材料來形成液晶層60。在液晶材料中添加例如CB15作為手征材料。手征材料的添加量被設定為使得d/p為0.25?
0.53。
[0070]最后,在第I基板51和第2基板54的各個外側貼合偏振片。偏振片設為正交尼科耳配置。此處,以各偏振片的透射軸與摩擦方向成10°角度的方式配置偏振片。
[0071]通過以上過程,實施例的液晶元件完成。該液晶元件在完成時刻將液晶層60取向成延展扭轉狀態(tài)。此時,成為透射率(或反射率)比較高的明亮狀態(tài)的外觀。并且,在對液晶層60施加縱向電場時,液晶層60的取向轉變成反向扭轉狀態(tài),即使在關閉電場后也維持該狀態(tài)。此時,成為透射率(或反射率)比較低的較暗狀態(tài)的外觀。并且,在對液晶層60施加橫向電場時,液晶層60的取向再次轉變成延展扭轉狀態(tài),即使在關閉電場后也維持該狀態(tài)。
[0072]接著詳細說明本實施方式的液晶元件的驅動方法。
[0073]圖5 (A)?圖5 (C)是示出在將液晶元件的液晶層設為反向扭轉狀態(tài)后施加縱向電場時的顯微鏡觀察像的圖。此外,圖5(D)是示出用于該觀察的液晶元件的摩擦方向以及偏振片的透射軸的方向的圖。如圖5 (D)所示,該液晶元件將各偏振片的透射軸分別設定為圖中沿順時針方向的45°方向和沿逆時針方向的45°方向,將第I基板51的摩擦方向RL設定為沿順時針方向的35°,第2基板54的摩擦方向RU設定為沿逆時針方向的35°。本申請的發(fā)明人研究后得到以下見解:在對圖5 (A)所示的反向扭轉狀態(tài)的液晶層施加縱向電場后關閉電場時,如圖5 (B)所示,液晶層的取向狀態(tài)從反向扭轉狀態(tài)暫時轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài),在幾秒后如圖5 (C)所示那樣開始再次返回到反向扭轉狀態(tài)。另外,這里作為縱向電場,在對第I電極52與第2電極55之間施加2.5V的電壓后設為了 0V。詳細觀察可知,從暫時的延展扭轉狀態(tài)向反向扭轉狀態(tài)的再次轉變以間隔部件(間隔材料)為起點開始產(chǎn)生。
[0074]圖6是示出使得產(chǎn)生暫時的取向狀態(tài)轉變的縱向電場的大小與透射率之間的關系的圖。在圖6中橫軸與經(jīng)過時間對應,左側縱軸與從液晶元件的正面方向計測的透射率對應,右側縱軸與縱向電場的大小(施加電壓)對應,實線表透射率,柱狀圖的柱表不施加電壓。在經(jīng)過時間O?15秒的期間,液晶元件的液晶層處于初始狀態(tài)(延展扭轉狀態(tài)),此時的透射率比較高。在經(jīng)過時間15?30秒的期間,液晶元件的液晶層通過縱向電場的施加轉變成反向扭轉狀態(tài),此時的透射率比較低。在經(jīng)過時間30?50秒的期間,處于沒有液晶元件的液晶層施加電壓的狀態(tài),維持反向扭轉狀態(tài),因此透射率較低。在經(jīng)過時間50秒之后以10秒間隔分別向液晶層施加IOV (伏特)、9V、8V、7V、6V、5V、4V、3.5V、3V、2.5V、2V、IV的交流電壓。另外,施加的交流電壓的頻率是20Hz,施加的時間分別是大致I秒。如圖所示,可知在本實驗例中,在施加電壓2.5V?3.5V的情況下,電場關閉后,透射率瞬間變大為與初始狀態(tài)同等程度,該透射率上升的狀態(tài)大概維持3秒。但是,在施加電壓2V的條件和3.5V以上的條件下電場關閉后沒有出現(xiàn)透射率急劇上升的現(xiàn)象。即,能夠得到以下見解:通過向反向扭轉狀態(tài)的液晶層施加比較低的縱向電場,能夠瞬間轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài),而且該暫時的轉變所需的時間比較短。
[0075]本申請的發(fā)明人根據(jù)這種見解進行研究后得到以下構思:通過在對反向扭轉狀態(tài)的液晶層施加縱向電場而使其暫時轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài)后,進一步施加橫向電場,能夠使轉變?yōu)樵撗诱古まD狀態(tài)的狀態(tài)穩(wěn)定,并且與不向反向扭轉狀態(tài)的液晶層施加縱向電場而施加橫向電場的情況相比,能夠縮短轉變到延展扭轉狀態(tài)所需的時間。接著詳細說明用于使該構思具體化的驅動方法。
[0076]圖7 (A)和圖7 (B)是用于說明從驅動電路供給的驅動電壓的波形圖。本實施方式的驅動電路65中存在V1、V2、V3的電壓輸出,均為矩形波。在使液晶元件60的液晶層的取向狀態(tài)從延展扭轉狀態(tài)轉變?yōu)榉聪蚺まD狀態(tài)時,通過驅動電路65對第I電極52與第2電極55之間施加電壓Vl (縱向電場)。另一方面,在使液晶元件60的液晶層的取向狀態(tài)從反向扭轉狀態(tài)轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài)時,通過驅動電路65,首先對第I電極52與第2電極55之間施加電壓V2 (縱向電場),接著對第3電極58與第4電極59之間施加電壓V3 (橫向電場)。
[0077]詳細地說,首先如圖7 (A)所示那樣在時間tl的期間內(nèi)對第I電極52與第2電極55之間施加電壓V2。接著,如圖7 (B)所示,在從施加電壓V2起經(jīng)過時間t2后,在時間t3的期間內(nèi)對第3電極58與第4電極59之間施加電壓V3。此時,在將時間t2設定得比時間tl小的情況下,如圖示的例子那樣,電壓V2的施加期間與電壓V3的施加期間暫時重合。即,暫時向液晶層60同時施加縱向電場和橫向電場。另外,關于電壓Vl?V3的任意一個,都能適當調(diào)整頻率和電壓的大小。在電壓V3大于電壓V1、V2的情況下,為了防止電壓V3作為噪聲混入到第I電極52和第2電極55,相比接地驅動,優(yōu)選為高阻抗驅動。
[0078]對使用這種驅動電壓時的詳細驅動條件進行研究可知,為了進一步縮短從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉狀態(tài)的轉變時間,優(yōu)選滿足tl > t2的條件。即,可知優(yōu)選存在同時施加縱向電場和橫向電場的期間。另外,也可以設為tl=t2,該情況下在電壓V2的施加后接著施加電壓V3。由此,在向液晶層60施加縱向電場后,接著施加橫向電場。此外,也可以設為tl < t2,該情況下在電壓Vl的施加后隔著無電壓施加的期間施加電壓V2。由此,在向液晶層60施加縱向電場后,隔著電場O的期間施加橫向電場。該情況下,為了發(fā)現(xiàn)更大的利用縱向電場和橫向電場的組合來提高響應性的效果,需要滿足tl+3 (秒)3t2的條件。關于與該時間tl相加的“3秒”,如上述圖6所示,根據(jù)是在電場關閉后,透射率瞬間變大為與初始狀態(tài)同等程度的狀態(tài)維持的時間大概是3秒。
[0079]圖8是示出使用上述驅動電壓驅動實施例的液晶元件時的透射率的經(jīng)時變化的圖。此處,將驅動電壓設定為電壓V1=10V、電壓V2=2.5V、電壓V3=10V、時間tl=l.0秒、時間t2=0.5秒、時間t3=l.0秒,計測從反向扭轉狀態(tài)轉變成延展扭轉狀態(tài)時的透射率的經(jīng)時變化。此外,作為比較例,還計測了僅使用橫向電場時的透射率的經(jīng)時變化。將此時的電壓V3設為了 10V。如圖所示,在僅施加橫向電場的比較例的液晶元件中,液晶層的取向狀態(tài)從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉狀態(tài)轉變,伴隨于此,到透射率發(fā)生變化為止需要大約25秒,與此相對,在實施例的液晶元件中,該時間被大幅度縮短為大約6秒。
[0080]圖9 (A)?圖9 (C)是示出實施例的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖,圖9 (D)是示出偏振片的透射軸以及摩擦方向的圖。在實施例的液晶元件中,如圖9 (A)所示,在向液晶層為反向扭轉狀態(tài)的液晶層供給了上述組合縱向電場和橫向電場而成的驅動電壓時,觀察到通過縱向電場而瞬間轉變?yōu)檠诱古まD狀態(tài)(圖9 (B)),之后,向延展扭轉狀態(tài)的轉變通過橫向電場而穩(wěn)定的情形(圖9 (C))。
[0081]圖10 (A)?圖10 (D)是示出比較例的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖,圖10 (E)是示出偏振片的透射軸以及摩擦方向的圖。在比較例的液晶元件中,如圖10 (A)所示,在向液晶層為反向扭轉狀態(tài)的液晶層供給了橫向電場的驅動電壓時,觀察到在梳齒狀的第3電極和第4電極的電極指之間隨機產(chǎn)生轉變成延展扭轉狀態(tài)的區(qū)域(圖10 (B)),之后轉變成延展扭轉狀態(tài)的區(qū)域逐漸擴大(圖10 (C):經(jīng)過5秒后),進而轉變成延展扭轉狀態(tài)的區(qū)域波及整體的情形(圖10 (D):經(jīng)過25秒后)。
[0082]與上述實施例的液晶元件相比,在比較例中,從反向扭轉狀態(tài)向延展扭轉狀態(tài)轉變時的情形不同。即,在實施例中,通過開始的縱向電場的施加大范圍產(chǎn)生轉變成延展扭轉狀態(tài)的區(qū)域,并通過之后的橫向電場的施加維持這些區(qū)域。因此,外觀上美觀性良好。與此相對,在比較例中轉變成延展扭轉狀態(tài)的區(qū)域在電極指間局部產(chǎn)生后其區(qū)域擴大。因此,夕卜觀上美觀性不佳。
[0083]圖11是示出驅動電壓的頻率與轉變時間之間的關系的圖。計測了分別在20Hz?IOOHz期間可變地設定電壓V2的頻率f2和電壓V3的頻率f3來對實施例的液晶元件供給驅動電壓時的從反向扭轉狀態(tài)轉變成延展扭轉狀態(tài)的轉變時間。另外,將轉變時間設為到透射率的變化飽和為止的時間。此外,關于頻率以外的條件,將電壓V2設定為2.5V和3.0V兩種,電壓V3在任意一個情況下均設定為10V,將時間tl設定為1.0秒,時間t2設定為0.5秒,時間t3設定為1.0秒。如圖所示,在頻率比較高的情況下,具體而言在50Hz~IOOHz的情況下,基本觀察不到轉變時間T對頻率的依存性,但在頻率比較低的情況下,具體而言在20Hz~40Hz的情況下,能觀察到頻率越低轉變時間T越縮短的趨勢。
[0084]接著說明使用了上述液晶元件具有的存儲性的能實現(xiàn)低功耗驅動的液晶顯示裝置的結構例。
[0085]圖12是示意性示出液晶顯示裝置的結構例的圖。圖12所示的液晶顯示裝置是矩陣狀地排列多個像素部74而構成的單純矩陣型的液晶顯示裝置,作為各像素部74,可采用上述液晶元件。具體而言,液晶顯示裝置構成為包含:在X方向延伸的m根控制線BI~Bm ;對這些控制線BI~Bm提供控制信號的驅動器71 ;分別與控制線BI~Bm交叉并在Y方向延伸的η根控制線Al~An ;對這些控制線Al~An提供控制信號的驅動器72 ;分別與控制線BI~Bm交叉并在Y方向延伸的η根控制線Cl~Cn和Dl~Dn ;對這些控制線Cl~Cn和Dl~Dn提供控制信號的驅動器73 ;設置于控制線BI~Bm與控制線Al~An的各交點處的像素部74。
[0086]各控制線BI~Bm、Al~An、Cl~Cn和Dl~Dn例如由ITO等透明導電膜構成。控制線BI~Bm與Al~An交叉的部分作為上述第I電極52和第2電極55發(fā)揮作用(參照圖4 (B))。另外,控制線Cl~Cn與設置于與各像素部74相當?shù)膮^(qū)域中且作為第3電極58的梳齒狀的電極指(圖12中省略了圖示)連接。同樣地,控制線Dl~Dn與設置于與各像素部74相當?shù)膮^(qū)域中且作為第4電極59的梳齒狀的電極指(圖12中省略了圖示)連接。
[0087]作為圖12所示結構的液晶顯示裝置的驅動法,可考慮各種方法。例如說明按照每個控制線B1、B2、B3…Bm和行進行顯示改寫的方法(線依次驅動法)。這種情況下,對希望進行相對明亮顯示(反向扭轉狀態(tài))的像素部74施加縱向電場的驅動電壓,對希望進行相對較暗顯示(延展扭轉狀態(tài))的像素部74施加組合縱向電場和橫向電場而成的驅動電壓即可。
[0088]依次選擇控制線B2、B3...,將這種驅動電壓施加到對應的像素部74,從而能進行點矩陣顯示。通過這種驅動而改寫的顯示狀態(tài)能夠半永久性地保持。為了改寫該顯示只要再次從控制線BI起執(zhí)行上述控制即可。另外,此處示出將本發(fā)明用于所謂的單純矩陣型液晶顯示裝置的例子,然而本發(fā)明還能應用于使用了薄膜晶體管等的有源矩陣型液晶顯示裝置。在有源矩陣型液晶顯示裝置的情況下無需對控制線BI等的每行進行改寫,因此能縮短改寫時間。此外,還能施加閾值2倍以上的電壓,因此能更高速地進行改寫。其中,單側基板具有橫向電場用和縱向電場用的電極,因此每個像素需要2個薄膜晶體管等。
[0089]如上所述,根據(jù)本實施方式以及各實施例,能夠減少利用兩種取向狀態(tài)間的轉變的液晶元件中的液晶層的狀態(tài)轉變所需的時間。
[0090]此外,液晶元件的制造工序基本上與通常的液晶元件的制造工序大致相同,從而成本增高的原因較少。即,能夠以與通常的液晶元件相同的制造技術價廉地制造。
[0091]此外,本實施方式等的液晶元件在改寫顯示時以外不需要功率,因此能夠進行超低功耗驅動,在透射型顯示器、反射型顯示器的任意一個情況下均能夠實現(xiàn)合適的顯示器。尤其在應用于反射型顯示器的情況下有較大優(yōu)點。[0092]此外,能夠應用利用了取向狀態(tài)的存儲性的驅動方法(線依次改寫法等),因此能夠在不使用薄膜晶體管等開關元件的情況下利用單純矩陣顯示進行大容量的點矩陣顯示。因此,能夠以低成本進行大容量顯示。
[0093]另外,本發(fā)明不限于上述實施方式的內(nèi)容,能夠在本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)進行各種變形并實施。例如,在上述實施方式等中列舉摩擦處理作為取向處理的具體例子,但還能夠使用除此以外的取向處理(例如光取向法、斜角蒸鍍法等)。此外,關于在說明中列舉的數(shù)值條件等,只不過是恰當?shù)囊粋€例子,不一定限定于這些數(shù)值條件。
【權利要求】
1.一種液晶兀件,其包含:相對配置的第1基板以及第2基板,它們各自的一個面被實施了取向處理;液晶層,其設置在所述第1基板的一個面與所述第2基板的一個面之間;用于向所述液晶層施加與所述第1基板以及所述第2基板的各一個面大致垂直方向的第1電場和與該各一個面大致平行方向的第2電場的電極;以及驅動電路,其向所述電極供給驅動電壓,所述第1基板和所述第2基板的所述取向處理的方向被設定成使所述液晶層的液晶分子產(chǎn)生朝第1方向扭轉的第1取向狀態(tài),所述液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手征材料,所述第2取向狀態(tài)是所述液晶分子朝向與所述第1方向相反的第2方向扭轉的狀態(tài),從所述驅動電路供給的所述驅動電壓至少在經(jīng)由所述電極向所述液晶層施加所述第1電場后施加所述第2電場,所述液晶層通過被施加所述第1電場和所述第2電場而從所述第1取向狀態(tài)轉變?yōu)樗龅?取向狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的液晶元件,其中,在施加所述第1電場后接著施加所述第2電場。
3.根據(jù)權利要求2所述的液晶元件,其中,施加所述第1電場的期間與施加所述第2電場的期間至少一部分重合。
4.根據(jù)權利要求3所述的液晶元件,其中,所述重合的期間為3秒以上。
5.一種液晶顯示裝置,該液晶顯示裝置具備多個像素部,該多個像素部分別用權利要求1?4中的任意1項所述的液晶元件構成。
【文檔編號】G02F1/1337GK103631057SQ201310346565
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權日:2012年8月22日
【發(fā)明者】加藤惠介, 都甲康夫 申請人:斯坦雷電氣株式會社