液晶器件及液晶器件的驱动方法

专利名称：液晶器件及液晶器件的驱动方法
技术领域：
本发明涉及能够实现优异的光学应答速度，并且具有优异的显示性能的液 晶器件。更详细地说，本发明涉及一种具有优异的光学应答速度，并且尤其是 能够消除低灰度时微小光学应答速度延迟的液晶器件。
背景技术：
近年来，随着以所谓"无所不在的网络社会"为目标的技术的进展，对整 个显示技术的高速化、小型化、高品质化的各种需求越来越高。 一方面，为了 应对这样的需求，具有在小型化及节电方面与无所不在网络相应的优越性的液 晶器件领域里，对具有优异光学应答速度、并且能够实现优异的显示性能的液 晶器件的需求也越来越高。
例如，如文南犬International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Display in Tokyo(1999). "Ferroelectric Liquid Crystal Display with Si Backplane";A.Mochizuki,pp.l81扁184(非专利文献1);同书(ibid)"AFull-color FLC Display Based on Field Sequential Color with TFT s，，，T.Yoshihara中pp. 185-188 (非
专利文献2)等所记载的关于时分彩色显示的论文所述，时分彩色是使用同一个 象素时间地顺序地表现红、绿、及蓝色。实现时分彩色的高速光学应答是在该 系统里最重要的。为了不发生色乱现象显示自然的彩色图像，(为了具有与历来 微型彩色滤色再生方式相比高三倍的帧频率)液晶转换开关通常需要至少3倍 的高速光学应答。
并且，通过使用采用TFT能够显示模拟灰度的向列液晶的时分彩色方式的 显示方式，能如文献"Denshi Gijyutsu(Electronics Technology)"，July,1998in Tokyo，，Liquid Crystal fast response technology and its
application，，:M.okita，pp.8-12(非专利文献4)所记载，使得高数值孔径及高分辨率两者成为可能。
但是，该方式由于如图25所示的TN光学应答分布的性质，不能充分利用
高数值孔径这一优点。具有白色连续发光背光光源的历来型滤色方式和分时色 方式之间，在背光光源处理能力上有极大的差别。历来型色彩显示方式，液晶 面板的数值孔径直接显示光处理能力及图像品质。
另一方面，在时分彩色方式中，光处理能力及对比度及色彩纯度等图像品 质，由液晶光学应答分布和背光光源发光时间的特性的组合所决定。由于
TN-LCD的下降的分布，大部分背光发光时间不能用作光学应答。并且，该"末 端下降"的分布，显示在达到下一帧背光光源发光时有发生混色的可能。再并 且，由于"黑"程度的光泄漏，对比度优势的下降与混色有同时发生的倾向， 因而，导致显示性能的劣化。
International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Display in Tokyo(1999). "Ferroelectric Liquid Crystal Display with Si Backplane"; A.Mochizuki，pp. 181 -184 International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Display in Tokyo(1999). "A Full-color FLC Display Based on Field Sequential Color with TFT s"，T.Yoshihara pp. 185-188 "Denshi Gijyutsu(Electronics Technology)",July, 1998in Tokyo,，Liquid Crystal fast response technology and its application，，:M.okita，pp.8画1
发明内容
本发明的目的是提供一种能够消除上述历来技术缺点的液晶器件。
本发明的其他目的是提供即使提高光学应答速度时，也能有效抑制对比度 下降(尤其是在低灰度等级时的对比度下降)的液晶器件。
本发明人潜心研究结果发现，在能高速工作的液晶器件中，作为该液晶器 件构成要素的液晶元件，由于施加电场方向间的取向能量差(TINT)，发生对比
度的下降。
本发明人进一步研究结果发现，为了消除该施加电场方向间的取向能量差异(TINT)而施加反方向的电场(S施加电场—TINT)，对于达成上述目的有积 极的效果。
本发明的液晶器件是基于上述发现而开发的，更为详细地说，是一种液晶 器件，其至少包含至少包含一对基板、配置在该一对基板间的液晶材料并能 高速工作的液晶元件，向该液晶元件施加电场的电场施加装置；
其特征是上述电场施加装置是在上述液晶元件上，为了消除施加电场方 向间的取向能量差异(TINT)而能够施加反方向电场(一T!NT)的电场施加装置。
根据本发明，进一步提供一种液晶器件驱动方法，该液晶器件至少包含 至少包含一对基板、配置在该一对基板间的液晶材料的液晶元件，向该液晶元 件施加电场的电场施加装置；
其特征是从上述电场施加装置在上述液晶元件上，为消除施加电场方向 间的取向能量差异(TINT)施加反方向电场(一TINT)。
关于具有上述构成的本发明的液晶器件，将根据本发明者推定的工作机制 与其他液晶器件的工作相比较进行说明。
(界面电荷极化的内部电场)
液晶显示是将伴随着液晶分子取向变化的光学特性变化变换成视觉变化的 技术。因此，在液晶显示技术方面，取得所期望的初期分子取向是非常重要的。
历来，在液晶显示技术方面，作为关于液晶分子得到所期望的取向的方法， 提出了机械式摩擦法、SiO蒸镀法、化学处理法等涉及多方面的方法。
其中，例如，机械式摩擦方法，通过以无纺布直接摩擦液晶单元基板、或 设置在基板上的取向膜，对液晶取向膜，赋予液晶的取向能力。但是，该机械 式摩擦方法，使上下各个基板的表面状态达到完全相同在物理上是不可能的。
例如，在一侧基板上使用薄膜晶体管的LCD装置，上下基板上的取向膜状态，
随着基板的凹凸不平有所不同是能够容易理解的。
由一般的电介质理论所知，如图l的截面图所示，在不同的电介质接触界 面附近，发生随着时间推移表面电荷积聚的现象为界面极化是众所周知的。各 材料的电容率与导电率分别为4、 。。、 e" 01时，产生表面电荷密度能以下 述式(l)记述。厶C
(l )
iC 乂
上述式(1)中，J为流动在垂至于界面方向的电流密度的成分。从该式(l)， 能够理解产生的表面电荷(P)依赖于各材料的电容率与导电率之比的差异。
并且，实际的液晶显示，如图2的截面图所示，在上下基板界面附近，只 要液晶层与取向膜不是完全相同的电容率与导电率，消除各个发生的界面极化 差异是不可能的，作为宏观可见的内部电场，大多存在于基板内部是可以理解 的。尤其，从外部附加的电场强度，随着接近其内部电场强度，意图的电场强 度可能成为不施加到液晶的状态，可能影响以灰度控制为目的的光电学应答。
(现有技术和PSS-LCD的微小光学应答延迟的影响)
原本显示低速应答的扭曲向列液晶显示屏(以下简称TN-LCD)等，特别微 小的光学应答延迟不构成问题。据本发明人的发现，这可以考虑是由于以下的理。
艮口， TN-LCD，是一般按照如图3表所示的施加电压的有效值，光强度连续 变化的技术(即能显示模拟灰度的技术)。 一般所需的动画显示换写时间，通常 是60Hz、 16.7msec左右，但是TN-LCD的光电学应答速度有30 msec左右的较 大的延迟，由于适用范围被限定，将光电学应答的微小的延迟时间看作是问题 的，事实上没有。例如，如图4的图表所示，当对于帧率延迟时间充分小时， 累积的光泄漏也变得微小。另一方面，如图5的表所示，帧率在"较高速"的 用途中，作为该延迟的光漏则成为对比度下降的原因。
另外，如图6的表所示，TN-LCD由于Fredericks转移有IV左右的阈值， 因此关于尤其在低电压时的光学应答延迟，不成为实质性的问题。
另一方面，强介电性液晶显示屏(以下简称"FLCD")， 一般能够高速应答 是众所周知的。该FLCD，如图7的表所示， 一般，光强度不因施加电场的强度 发生变化，而只依赖于电场的极性有明暗的区别。FLCD的情况，如图8的侧面 图所示，由于存在自发极化，作为补偿自己持有的自发极化的作用之一是发生 退极化电场(Depolarization Field)。该退极化场，作为本说明书中讨论对象的"内 部电场"发挥作用。本申请人先前提出的极化屏蔽蝶状液晶显示(以下简称PSS-LCD,关于该 PSS-LCD的详细记载，例如，可以参照日本特表2006—515935号公报)技术， 能够得到上述没有自发极化的液晶元件，并且，该液晶元件能够实现150微秒 的光学应答，并且是能够按照施加电场实现连续灰度显示的技术。在该PSS-LCD 中，本发明的"反方向电场的施加"(例如，在低灰度时由于微小的光学应答延 迟引起的性能劣化的抑制方面)尤其有效果。


图1是表示表面极化的截面示意图。
图2是上下基板间的内部电场截面示意图。
图3是表示TN-LCD的光电学应答的一个示例的图表。
图4是表示占低速应答LCD的延迟时间的帧的时间的图表。
图5是表示占高速应答LCD的延迟时间的帧的时间的一个示例的图表。
图6是表示有IV阈值的LCD的光电学应答的一个示例的图表。
图7是FLCD的光电学应答的截面示意图。
图8是表示FLCD的取向和自发极化关系的一个示例的侧面示意图。 图9是表示四极子动量的侧面示意图。
图10是表示四极子动量与外部电场的偶合的一个示例的侧面示意图。
图11是表示内部电场方向与施加电场同方向时当外部电场变得不存在时的 液晶工作的截面示意图。
图12是表示内部电场方向与施加电场反方向时外部电场变得不存在时的液 晶工作的截面示意图。
图13是表示施加脉冲波时的光电学应答测定结果的一个示例的图表。
图14是说明根据内部电场取向能量消除方法的截面示意图。
图15是表示根据外部施加电压取向能量的消除方法的一个示例的图表。
图16是表示液晶分子取向位置变化和根据静电场模拟的dV/dt的变化的一 个示例的侧面示意图。图17是表示外部施加电压的时间变化根据通过dV/dt的控制的内部电场的取向能量的消除方法的一个示例的侧面示意图。
图18是表示光电学应答测定装置的一个示例的方框图。
图19是表示施加反方向脉冲波时的光电学应答的延迟改善的测定结果的一
个示例的图表。
图20是表示通过控制反方向脉冲波的dV/dt光电学应答延迟的测定结果的
一个示例的图表。
图21是表示通过控制反方向脉冲波的dV/dt光电学应答延迟改善的测定结
果的一个示例的图表。
图22是表示施加脉冲波时光电学应答的延迟测定结果的一个示例的图表。
图23是表示三角波电压施加下的分子取向转换间的极化转换电流的例子的图表。
图24是表示历来的SSFLCD板时转换间的极化转换峰形电流的例子的图
图25是表示TN光学应答分布的示意图表。图26是表示光电学应答的"向上""向下"的例子的示意图表。
具体实施例方式
以下，视需要参照附图对本发明进行更具体的说明。以下所记载的关于量比的"部"及"％"，除无特殊限定外均为质量基准。
(液晶器件)
本发明的液晶器件是至少包含至少包含一对基板、配置在该一对基板间的液晶材料的能高速工作的液晶元件，向该液晶元件施加电场的电压施加装置。在本发明中，该电压施加装置是能够施加消除施加电场方向间的取向能量差异
(TINT)的反方向电场(TINT)的电场施加装置。
(液晶元件)
能够适用于本发明的液晶元件是至少包含一对基板、配置在该一对基板间
9的液晶材料的能高速工作的液晶元件。此处，"能够高速工作的液晶元件"是指
光电学应答向下的时间能够在3msec以下的光电学应答的液晶元件。能够适用于本发明的液晶元件，进一步最好是同样的光电学应答能达lmsec以下的液晶元件。关于其理由说明如下。
(向下时间的定义)
理想情况如图26曲线a所示，光电学应答向上、向下如果陡峭的话，能够有充分时间的保持蔽光状态。但是，如曲线b所示的向下时间里需要时间时，在没有到达完全的蔽光时间之前发生下一个显示换写(用曲线c表示)，因此发生光泄漏对比度下降。因而，此处所说的向下时间定义为光量从100%到0%的时间。
(高速应答的定义)
作为更具体的说明，放送波或视频信号的一个画面的换写周期是16.7msec。在时分彩色方式中即使最低作为其3倍的切换周期也需要5.6 msec。本发明的高速应答时间意味着需要比到达目标灰度的时间5.6 msec更充分快速的应答速度，作为向下时间所需要的应答速度，最好为5.6msec的一半2.8msec以下，最好是比2.8msec更充分快速的速度更为适宜。在本发明中，所谓"比2.8msec更充分快速的速度"，例如lmsec (进一步0.5msec以下)以下的应答。
(电场施加装置)
能够适用于本发明的电场施加装置，只要是能够为消除施加电场方向间的取向能量差异而向液晶元件施加反方向电场的电场施加装置即可，无特殊限定。
(电场施加装置的具体例)
能够适用于本发明的电场施加装置，例如，最好至少包含利用透过液晶元件的透射光解析该液晶元件光电学应答速度的应答速度解析装置，按照从该应答速度解析装置发出的信号调节向上述液晶元件应施加电压的施加电场调整装置。
(应答速度解析装置)
上述应答速度解析装置，最好包含测定透过液晶元件的透射光的受光装 置(例如PMT-光电倍增管等)，解析从该受光装置发出的信号的解析装置(例如电子示波器、计算机等)。
(施加电场调整装置)
上述施加电场调整装置，最好包含能够产生向上述液晶元件应施加电压 的波形产生装置，控制该波形产生装置的控制装置(例如计算机等)。解析从上 述受光装置发出的信号的解析装置与此控制波形产生装置的控制装置，例如， 是同一计算机也可以。
(电场施加装置的较佳实施方式)
能够适用于本发明的电场施加装置的一个示例如后述图18的方框图所示。
(电场施加装置的较佳实施方式)
能够适用于本发明的电场施加装置的一个示例如后述图18方的框图所示。 将被测定对象的LCD板插入呈尼克尔十字关系配置的偏光镜与检光镜之间，为
了得到使透过光有最小光量的角度使e轴台面旋转，决定LCD板的配置角度。
从波形产生装置向LCD板施加任意波形。从电脑向波形产生装置传送根据 电脑及装配在该电脑内的波形产生软件所产生的波形数据，并且通过控制波形 产生装置，进行施加波形(例如，脉冲幅、峰值、波形形状、周期等)控制。 在显示光电学应答的电子示波器画面上，在低灰度显示附近测定末端向下的光 电学应答曲线，通过控制施加电场波形使其达最小，能够获得抵消取向能量差 异(TINT)的电场施加条件。关于达到末端向下的时间，可以按照上述向下时间 的定义，比较到达该灰度的时间进行定义。
(PSS-LCD的光电学应答延迟)
本发明尤其能够适宜使用的液晶元件是上述PSS-LCD。使用分子构造对称 性最低的蝶状C相液晶等的PSS-LCD,如图9的侧面示意图所示，因为分子内 各永久双极子动量有不同的方向而产生四极子动量。因为外部施加电场与四极 子动量耦合，如图IO的侧面示意图所示，在施加电场方向追踪四极子动量的矢 量方向，能够根据施加电场进行取向控制。
如上所述，使用分散的、没有自发极化状态下的液晶材料的PSS-LCD，也
在界面附近的液晶分子与取向膜材料间产生内部电场。该内部电场通过与四极 子动量耦合，获得有助于阻碍取向控制的能量。关于这些，根据本发明人的发现，能进行如下合理的说明。
(内部电场——四极子动量的耦合)
图11及图12的截面图是表示按照各电场施加方向液晶分子运动的示意图。 图ll表示在to时间点，外部电场E二+V与内部电场产生方向为相同方向的 施加状态。外部电场E二0时，通过回复到初期取向位置的能量To向ti发生取
向变化。如日本特表平06 — 515935号(对应美国专利公报2004—l 96428号， 名称液晶显示装置(Liquid Crystal Display Device))所述的，PSS-LCD上液 晶分子取向的全自由能密度F，可以由下述式(2)表示。
F=<f(/eto+/e/ec)A + /,W(2)
上述式(2)中，fdas是分子间的弹性能量密度，fsuf是界面相互能量。根据 电场能量fe^变化时，为使F最小，进行fe^及f;uf相关的取向控制。
另一方面，有四极子动量的PSS-LCD，对于与TN-LCD同样的电场E的
取向控制能量T，可以用下述式(3)表示。
2
2
(3 )
上述式(3)中，A e表示液晶材料电容率各向异性，E表示电场强度。
PSS-LCD内部电场存在时，对于回到初期取向位置的能量，通过液晶分子 的四极子动量与内部电场耦合，内部电场强度En^及为矢量成分的液晶材料的 电容率各向异性用下述(4)式表示时，PSS-LCD的取向控制能量Twt，可以
用下式(5)表示。
S........(4)
■ ■—， 1 — 2
T"rr =AS E/yVT ■ ， ( 5 )
,2
因而，知道关于产生的取向控制能量TwT也是矢量成分。知道该取向控制 能量T^t，在图ll的情况时，产生在与外电场方向相反的方向。另外，知道从 反方向施加外部电场如图12时，由于内部电场产生的能量TwT产生在增强To 的方向。
12关于外部电场施加方向的各个取向控制的能量总和为T ( + )、 T (一)时， 可以用下述(6)及(7)式表示。
<formula>formula see original document page 13</formula>因而，下述(8)式的关系成立。
<formula>formula see original document page 13</formula>由上述式(8)所知，根据电场施加方向，在有助于光学应答的能量上产生 差异。该能量的差异，从一般运动规则观点来看，波及影响到图ll、 12上从to 到t,时间点的液晶分子移动时的加速度。
基于以上考虑，测定PSS-LCD的光电学应答时，如图13的表所示，能够 确认从正极性电场施加状态E二 + 10V到施加电场不存在状态E二OV变化时 的光学应答速度延迟。从上述确认确认了产生在PSS-LCD的内部电场对由外 部施加电场产生的分子取向控制没有不期望的影响。
(PSS-LCD内部电场消除方法的概念)
如上所述，在PSS-LCD产生的内部电场，尤其在临近外部电场强度时，与 四极子动量的耦合成为使光电学应答速度下降的原因。作为PSS-LCD工作的工 作方式的标准黑色方式，在低灰度时的光学应答速度可以通过使用下述装置进
行补偿。
本发明中，提供如图14的截面示意图所示，以对于内部电场与四极子动量 发生耦合的取向控制能量TwT，施加提供相当于反方向一TWr的外部电场为特征
的装置。
(提供能量的方法的一例)
图15的表是通过控制外部电场提供相当于反方向能量的方法的一例。施加 所期待的光电学应答电压士V后，外部施加电压不存在时，能够通过施加反 极性电压抵消能量。通过该方法能够补偿光学应答的速度差异。
施加波形的峰值、脉冲幅度、波形形状，能以如下的顺序决定。在显示光电学应答的电子示波器画面上，测定在低灰度附近末端向下的光 电学应答分布，为了使其最小而控制施加脉冲波。例如，在图26的为使光电学 应答波形末端向下达到最小，通过改变峰值、脉冲幅度、波形形状，抵消上述 能量，能够决定补偿光学应答速度差异的脉冲波形。
(消除内部电场方法概念的变形)
关于PSS-LCD的四极子动量，施加电场的时间变化dV/dt越大，越能有
效地与施加电场耦合。本发明的内部电场强度即使很微小，液晶分子运动急剧
的话，如图16的侧面示意图所示，产生四极子动量的增强。因此，更加助长了
内部电场为原因的光学应答延迟。
另外，关于上述的消除内部电场方法，通过施加dV/dt较大的外部电场，如 图17的表所示，能够提供大的能量以抵消内部电场与四极子动量发生耦合的能
(电场施加装置适宜的实施方式)
将电场施加装置一个适宜的实施方式，表示成如图18的表。在图18中， 装置体系的构成如下。
波形产生装置输出，至少分支成两个以上，连接到示波器的输入端子及作 为被测对象的LCD板电极部。将光电倍增管的输出连接至上述示波器的其他频 道输入。另外，控制波形产生装置的控制接口与计算机连接。光电倍增管进行 电源供给、温度控制，因此分别与电源、温度控制装置连接。因此，通过计算 机控制施加电场，能够将按照该电场的光电学应答显示在示波器的波形显示部。
(各装置的适宜的实施方式)
构成图18装置系统的各装置的具体例如下。
光电倍增管(温度控制装置、电源)滨松光学电子设备制造
电子示波器泰克制造TDS2014
波形产生装置NF电路设计集团制造WF1946A
光学显微镜奥林巴斯制造CX31
任意波形产生软件National instruments制造Lab view计算机惠普制造
(电场施加装置适宜的工作的实施方式) 在图18的装置体系中，其适宜的工作的实施方式如下。
将通过计算机及安装在计算机中的任意波形生成软件所生成的任意的电压 波形图案传送给任意波形产生装置，该任意波形产生装置对配置成90°尼克尔
十字的偏光镜与检光镜之间的LCD板施加电压。
在图18的装置体系中，其适宜的工作的实施方式如下。
将通过计算机及安装在计算机中的任意波形生成软件所生成的任意的电压
波形图案传送给任意波形产生装置，该任意波形产生装置对配置成90°尼克尔 十字的偏光镜与检光镜之间的LCD板施加电压。
任意波形生成软件，是能够再编辑(能够校正，变更)的软件，能将峰值、 周期、脉冲幅度等电压波形图案文档化，作成能够保存、读取的文件。电压波 形图案，作为ASCII文本形式，能够直接作成任意波形图案。在与计算机连接 的任意波形产生装置间，进行波形数据的输送以及控制任意波形产生装置的指 令收发信息，从而进行向LCD板施加的任意波形控制。
对该LCD板，从该任意波形产生装置，施加所期望的脉冲波(例如，脉冲 幅度lmSEC、周期16.7mSEC、外部施加电压士10V、电压条件)。此时，当从 + 10￥的电压施加状态变为0丫时，通过施加-10V、脉冲幅5(^SEC的反极性脉 冲电压，能够改善光电学应答的延迟。
这样的光电学应答延迟的改善，能够通过例如用PMT(光电倍增管)，检测 透过LCD板的透射光，用电子示波器解析该PMT发出的信号进行确认。以此 确认结果为基础，通过改变该计算机所生成的波形图案，反复进行操作，使光 电学应答延迟最小，能够确定最适宜的电压施加图案。
另外，通过将示波器所观测到的光电学应答延迟数据反馈给该计算机，能 够使光电学应答延迟最小的操作自动化。
对该LCD板，以任意波形产生装置施加所期望的脉冲波(例如，脉冲幅度 lmSEC、周期16.7mSEC、外部施加电压士10V、电压条件)。此时，当从+10V 的电压施加状态变为0V时，通过施加-10V、脉冲幅50|iSEC的反极性脉冲电压，能够改善光电学应答的延迟。
该光电学应答延迟的改善，能够通过例如用PMT(光电倍增管)，检测透过
LCD板的透射光，用电子示波器解析该PMT发出的信号进行确认。将PMT发 出的信号反馈给上述计算机，以计算机的解析结果为基础，能够控制上述任意 波形产生装置发出的脉冲波。
在图18中，温度控制装置是为了控制上述PMT的温度而配置的。 (液晶元件)
本发明的实施方式中的液晶元件，至少包含一对基板、配置在该一对基板 间的液晶材料。
(液晶材料)
在本发明中，只要是能构成适用于本发明的方式、以及能按照施加电场的 大小、与/或方向旋转光学轴方位的光电学元件的液晶材料，无特殊限制均能使 用。在本发明中， 一种液晶材料能否使用，可以通过以下的"光学轴方位旋转 确认方法"进行确认。另外，从能够达到本发明所定的高速应答观点出发，为 了能够适宜使用，某种液晶材料是否具有充分的应答速度，可以通过下述的"应 答时间确认方法"进行确认。
(光学轴方位旋转确认方法)
将被测对象LCD板插入呈尼克尔十字关系配置的偏光镜与检光镜之间，在
无电压施加时，为得到使透过光量达最小的角度而使e轴台面旋转，从而决定
LCD板的配置角度。为了检测透过光，可以用例如利用PMT检测通过LCD板 的透射光，将该PMT发出的信号通过电子示波器解析来确认。
(应答时间的确认方法)
将电压施加状态(例如+ 10V)的透过光量作为100%时，规定从施加电压 向无电压施加状态(OV)变化后，透过光量到0%为止的时间，可以确认应答
时间的改善。
(PSS-LC)
本发明能够适宜使用的液晶材料PSS-LC，即该液晶材料的初期分子取向具有与取向处理方向大致平行的方向，并且液晶材料实质上在外部施加电压不存 在下，至少完全不显示垂直于一对基板的自发极化。
(初期分子构型)
在本发明中，液晶材料的初期分子取向(或者方向)为，液晶分子长轴具 有与液晶分子取向处理方向大致平行的方向。液晶分子长轴具有与液晶分子取 向处理方向大致平行的方向这一事实可以例如由下面的方法确认。为了本发明 的液晶能达到期望的显示性能，通过以下方法测定的摩擦方向与液晶分子取向 间的角度(绝对值)，好的能达到3°以下，更好的是能达到2°以下，最好的 能到1°以下。严密地说，是聚亚酰胺等聚合物取向膜受到摩擦，在聚亚酰胺表 层引发双折射，因此给出滞相轴。还有， 一般的液晶分子长轴有与滞相轴相平 行的取向，这是已知的。与聚合物取向膜几乎完全有关，某种角度偏移发生在
摩擦方向与滞相轴之间，这也是已知的。 一般，偏移比较小，角度在1 7°是 可能的。但是，作为该角度的偏移，极端的例子，如聚苯乙烯能达到90度。因 此，在本发明中，摩擦方向与液晶分子长轴(即光轴)取向方向间的角度，最好情 况达到3。以下是可能的。此时，液晶分子的长轴，与由于摩擦等向聚合物(聚 酰亚胺)、聚合物取向膜提供的滞相轴的取向方向之间，好的能达到3°以下， 更好的能达到2。以下，最好的能达到l。以下。
如上所述，在本发明中，取向处理方向指向决定着液晶分子长轴的取向方 向的滞相轴(在聚合物最表层)的方向。
<测定对液晶分子的初期分子取向状态的方法〉
， 一般，液晶分子的长轴与光轴非常一致。因此，将液晶板置于偏光镜垂直 于检光镜配置的尼克尔十字配置中时，透过光线的强度在液晶光轴与检光镜的 吸收轴非常一致的情况下最小。初期取向轴的方向可以通过测定液晶板透过光 线的强度即在尼克尔十字配置中通过旋转方法测定，因此，能够测定使透过光 线强度最小的角度。
<液晶分子长轴方向与取向处理方向平行度的测定方法〉
摩擦方向由设定角所决定，由摩擦所提供的聚合物取向膜最表层的滞相轴， 由聚合物取向膜的种类、膜的制造方法、摩擦强度等所决定。因此，消光位与滞相轴方向平行提供时，能够确认分子长轴即分子光轴与滞相轴的方向平行。 (自发极化)
在本发明中，初期分子取向，自发极化(与强介电性液晶的自发极化类似) 至少在垂至于基板方向不发生。在本发明中，"不提供实质上自发极化的初期分 子取向是不发生自发极化的初期分子取向"可以通过如下的方法进行确认。
<测定存在垂直于基板的自发极化的方法>
液晶单元中的液晶有自发极化时，尤其是自发极化在初期状态的基板方向， 即发生在垂直于初期状态的电场方向(即无外部电场时)时，向液晶单元施加 低频率三角波电压(约0.1Hz)，与施加电压从正向负或从负向正极性变化的同 时，自发极化的方向从上方向下方或从下方向上方发生反转。与此反转同时， 输送实际电荷(即产生电流)。自发极化只在施加电场极性反转时发生反转。因
此，呈现图23所示的峰形电流。峰形电流的积分值是要运输电荷的总量，即对
应自发极化的强度。以此测定观察到非峰形电流时，没有发生自发极化的反转
能以此现象直接证明。并且，观察到图24所示电流直线增加的情况，能够看到 液晶分子的长轴对应电场强度的增加分子取向方向发生连续不断的变化。换句 话说，如图24所示的本例，能够看出对应施加电场强度，由于诱导极化等引起 分子取向方向的变化。
(基板)
适宜本发明使用的基板，只要能够给出如上所述的特定"初期分子取向状 态"即可，无其他特殊限定。换句话说，在本发明中，适宜的基板可以从LCD 的用法及其用途、其材料及尺寸等角度出发进行合适的选择。作为适宜本发明 使用的特定例子，举例如下。
其上带有图形化透明电极(ITO等)的玻璃基板。
非晶硅TFT阵列基板
低温多硅TFT阵列基板
高温多硅TFT阵列基板
单晶硅TFT阵列基板
18(较佳基板举例)
其中，本发明适用于大型液晶显示面板时，尤其适宜使用以下基板。 非晶硅TFT阵列基板
(PSS-LC材料)
适宜本发明使用的PSS-LC材料，只要能够给出上述的特定"初期分子取向 状态"即可，无其他特殊限定。换句话说，本发明适宜的液晶材料，可以从其 物理性质、电学性能及其显示性能等角度进行选择。例如文献上列举的各种液 晶材料(包含各种强介电性及非介电性液晶) 一般都能适用于本发明。能适用 于本发明较佳液晶材料，举例如下。
(较佳液晶材料的例子)
其中，将本发明用于投影型液晶显示器时，适宜使用以下的液晶材料-
C12H250
9n19
C9H19O
，
CH2 —CH—C2H5
(取向膜)
适宜本发明使用的取向膜，只要能给出上述特定的"初期分子取向状态" 即可，无其他特殊限定。换句话说，适宜本发明的取向膜，可以从其物理性质、 电学性能及其显示性能等角度进行选择。例如文献列举的各种取向膜一般的都 能适用于本发明。关于本发明可用的较佳取向膜举例如下。
CH3
C—0一CH —C6H13
II *
0聚合物取向膜聚乙胺、聚甲胺、聚甲亚胺 无机取向膜Si02、 SiO、 Ta20s等
(较佳取向膜的例子)
其中，本发明适用于投影型液晶显示器时，适宜使用如下取向膜。 无机取向膜
在本发明中，上述基板、液晶材料、以及取向膜，视需要可以采用与日刊
工业新闻社(日本、东京)发行的"Liquid Crystal Device Handbook"(1989)所记
载的各项对应的材料、成分及构成要素等。
(其他构成要素)
构成本发明的液晶显示器所用的透明电极、电极图案、微滤色器、衬垫、 以及偏光镜等其他的材料、构成要素或者成分等，只要其不违背本发明的目的 (即只要能给出上述特定的"初期分子取向状态"即可)，均无特殊限定。并且， 制造本发明所用液晶显示元件的方法，除了液晶显示元件应该有能给出上述特 定的"初期分子取向状态"的构成以外，无特殊限定。关于构成液晶显示元件 的各种材料、构成要素及成分的详细情况，视需要可以参照日刊工业新闻社(曰 本、东京)发行的"Liquid Crystal Device Handbook，，(1989)。
(实现特定初期取向的方案)
实现该取向状态所用的方法或方案，只要能实现上述特定的"初期分子取 向状态"即可，无特定限制。换句话说，实现本发明特定的初期分子取向的适 宜的方法或方案，可以从物理特性、电学性质及表示性能等角度出发进行适宜 的选择。
以下方法，最好是在本发明用于大型电视机显示屏、小型高清晰度显示面 板、以及直视型显示装置等时可以使用。
(能给出初期取向的较佳方案)
按照本发明人等的发现，上述合适的初期取向，通过以下取向膜(通过烧 成形成的取向膜，其厚度表示烧成后的厚度)以及摩擦处理能够容易实现。另 一方面，通常的强介电性液晶显示器，取向膜的厚度在3000A (埃)以下，摩擦强度在0.3mm (即摩擦施入量)以下。
取向膜的厚度较好情况在4000A以上，更好的情况在5000A以上(最好 情况在6000A以上)
摩擦强度(即摩擦施入量)较好的情况在0.3mm以上，更好的情况在0.4mm 以上(最好在0.45mm以上)
上述取向膜的厚度以及强度，可以从后述制造例1中所记载的方法进行测定。
(能够使用的PSS-LCD—一其他实施方式1)
在本发明中，具有下述构造的PSS-LCD也能够合适地使用.
液晶元件，其至少含有一对基板，以及配置在该一对基板间的液晶材料， 及配置在一对基板外侧的一对偏光薄膜；该对偏光薄膜中的一个具有与对液晶 材料进行取向处理的方向平行或大致平行的初期分子取向，这对偏光薄膜中的 另一个，具有与对液晶材料进行取向处理相垂直的偏光吸收方向；并且，
液晶元件是在外部施加电压不存在的情况下显示消光角的PSS-LCD。
该实施方式的液晶显示器，除上述特点外，具有其消光位实质上不依赖于 温度的优点。因此，在该实施方式中，对比度的温度依赖性也能达到较小。
在偏光薄膜的偏光吸收轴方向实质上与液晶材料的取向处理方向相平行的 上述关系中，偏光薄膜的偏光吸收轴与液晶材料的取向处理方向间的夹角，较 好的情况能达到2°以下，更好的情况能达到1°以下，最好的能达到0.5°以下。
另外，液晶元件在外部施加电压不存在的情况下表示消光位的现象，例如， 可以通过以下方法进行确认。
<消光位的确认方法>
将要试验的液晶板插入以尼克尔十字关系配置的偏光镜与检光镜之间，在 液晶板旋转同时测定使透过光的光量最小的角度。以此测得的角度即消光位的角度。
(能够使用的PSS-LCD— —其他实施方式2)在本发明中，具有下述构成的PSS-LCD也能适宜使用。
PSS-LCD的液晶元件至少含有一对基板以及配置在该一对基板间的液晶材 料；通过该一对基板的电流，当向液晶元件施加实质的、连续的、线性变化的 波形电压时，完全不显示峰形电流。
通过这对基板的电流，实质上在强度成连续、线性变化的电压波形施加下 不显示峰形电流的事实，例如可以通过以下方法进行确认。在该实施方式中，"电 流实质上不显示峰形电流"的意思是在液晶分子取向变化时，自发极化至少不 以直接的方式干预液晶分子取向变化。该实施方式的液晶显示器，除上述特点 外，即使在有源驱动元件中像非晶硅TFT阵列元件等有最低的电子移动度的元 件，也有能够进行充分液晶驱动的优点。
即便液晶自身有相当高的显示性能，在其能力较大的情况下，将该液晶用 于具有与电子移动度相关限定的非晶硅TFT阵列元件，驱动还是困难的。结果，
提供高品质的显示性能实际上是不可能的。在这种情况下，从驱动能力的观点 出发，通过使用具有比非晶硅大的电子移动度的低温聚硅以及高温聚硅TFT阵 列元件及能够提供最大电子移动度的单晶硅(硅晶片)，提供充分的显示性能是 可能的。另一方面，非晶硅TFT阵列，从制造成本的观点来看是经济有利的。 并且，面板尺寸增大时，非晶硅TFT阵列的经济优点与其他类型的能动元件相 比更大。
<确认峰形电流的方法>
向试验液晶板施加有约0.1Hz的极低频率的三角波电压。液晶板施加该电 压，感觉到DC电压是大致线性增加、减小的。面板中的液晶显示强介电性液晶 相时，光学响应以及电荷移动状态，按照三角波电压的极性所决定，但是，实 质上不依赖于三角波电压的峰值(即p-p值)。换句话说，因为自发极化的存在， 液晶的自发极化只是在施加电压的极性从负到正或者从正到负变化时，与外部 施加电压相关联。自发极化反转时，电荷在面板内部，生成峰状电流，暂时移 动。相反，不发生自发极化反转时，完全看不见峰状电流，电流单调增加、减 少或者显示一定值。因此，面板的极化，可以通过向面板施加低频率的三角波 电压正确测定得到电流从而得到的电流波形图来决定。
(能够使用的PSS-LCD—一其他实施方式3)在本发明中，具有下述构造的PSS-LCD也能适宜使用。
液晶材料用的液晶分子取向处理与能够提供低表面预倾角的液晶分子取向
膜相关联的PSS-LCD。
在该实施方式中，预倾角较好情况能达1.5°以下，更好情况有能达1.0°(最好情况0.5。)以下的可能。该实施方式的液晶显示器，除有上述项目之外，还有在宽广面上取向均一以及能够提供宽阔视野角的优点。为什么能提供宽视野角的理由如下。
在本发明的液晶分子取向方面，液晶分子能在圆锥形领域内运动，其光电学响应不停留在同样的平面内。 一般说来，发生离开平面这样的分子举动情况下，发生双折射的入射角依存，视野角变狭窄。但是，本发明的液晶分子取向，液晶分子的分子光轴始终如图22所示，能围绕圆锥上部，呈顺时针或逆时针对称并高速运动。因为高速对称的运动，能够以平均时间取得极对称的画像。因此，从视野角的观点出发，该实施方式能够给出高度对称以及小的角度依赖性的画像。
(能够使用的PSS-LCD—一其他实施方式4)
在本发明中，具有下述构造的PSS-LCD也适宜使用。
液晶材料对强介电性液晶相变系列显示蝶状A相的液晶元件。
在该实施方式中，液晶材料有"蝶状A相一强介电性液晶相转变系列"现象，能够通过例如以下的方法进行确认。该实施方式的液晶显示器，除上述项目以外，其还具有能够提供保存温度更高的上限值的特点。更详细地说，在决定液晶显示用保存温度上限值时，就算温度超过从强介电性液晶相向蝶状A相的转变温度，但只要不超过从蝶状A相向胆淄相的转移温度，也能够为恢复初期分子取向而回复到强介电性液晶相。
<确认相转变系列的方法>
蝶状液晶的相转变系列能够通过如下方法确认。
在尼克尔十字关系下，液晶板的温度从各向同性相温度开始下降。此时，让摩擦方向与检光镜平行。据偏光显微镜观察的结果，最初可以看到从烟火形向圆形变化的双折射变化。温度继续下降时，消光方向与摩擦方向发生平行。温度继续下降时，相转变为所谓的强介电性液晶相。在该相下，面板在消光位的附近3 4°的角度旋转时，能够看到温度下降的同时位置从消光位脱离时透光强度增大。
在本说明书中，强介电性液晶相的螺距及板间距，例如，能够通过以下的方法进行确认。
<确认螺距的方法〉
为了提供相互平行的取向处理，在有摩擦的基板的单元上，将液晶材料注
入有至少5倍期待螺距的单元间距的板之间。结果，与螺距相对应的衍射条文
显示在显示器表面。
<确认板间距的方法>
在液晶材料注入前，使用采用光干涉的液晶板间距测定装置，能够测定板间距。
下面通过实施例对本发明进行更具体的说明。实施例
使用具有直径为15mm圆形透明电极ITO厚度为0.7mm的玻璃基板，做成PSS-LCD板。对该板，使用如图18方框图所示的测定环境，测定施加任意波形
时的光电学应答。
将通过任意波形生成软件生成的任意电压波形图案传送给任意波形产生装置，任意波形产生装置对LCD板进行电压施加。在成90°十字尼克尔配置的偏光镜与检光镜之间配置LCD板，施加脉冲波(脉冲幅度lmSEC、周期16.7mSEC、外部施加电压士10V、电压)。此时，当从+10￥的电压施加状态变为0￥时，通过施加-10V、脉冲幅50pSEC的反极性脉冲电压，光学应答延迟的改善，确认为图19的表所示的测定结果的内容。
实施例2
使用具有直径为15mm圆形透明电极ITO厚度为0.7mm的玻璃基板，做成PSS-LCD板。对该板，使用与实施例l相同的环境测定光 学应答。如图20所示，相对于电压时间变化dV/dt变小峰值为-10V的反脉冲电压 的光电学应答是延迟的，但是如图21所示，能够确认dV/dt变大的话光学应答
延迟有所改善。
比较例1
使用具有直径为15mm圆形透明电极ITO厚度为0.7mm的玻璃基板，做成 PSS-LCD板。
对该板，使用与实施例1相同的测定环境，只施加不适宜本发明使用的脉 冲波(脉冲幅度lmSEC、周期16.7mSEC、外部施加电压士10V、电压)。此时， 确认在低灰度光电学应答延迟。
工业上的利用可能性
如上所述的本发明，能够提供即使光学应答速度提高时，也能有效抑制对 比度下降(尤其是低灰度时的对比度下降)的液晶器件。
权利要求
1.一种液晶器件，其至少包含至少包含一对基板、配置在该一对基板间的液晶材料并能高速工作的液晶元件，向该液晶元件施加电场的电场施加装置；其特征是上述电场施加装置是，在上述液晶元件上，为了消除施加电场方向间的取向能量差异(TINT)而能够施加反方向电场(-TINT)的电场施加装置。
2. 根据权利要求1所述的液晶器件，其特征是上述电压施加装置是在 外部电压不存在的初期分子取向附近能够施加反方向电场的电场施加装置。
3. 根据权利要求1或2所述的液晶器件，其特征是上述电场施加装置 是能够控制对于反方向电场时间的增长率(dV/dt)的电场施加装置。
4. 根据权利要求1 3所述的液晶器件，其特征是上述液晶元件是该 液晶元件中的初期分子取向具有与对液晶材料取向处理方向平行或大致 平行的方向，且液晶材料在外部施加电压不存在下几乎不显示垂直于一对 基板的自发极化的液晶元件PSS-LCD。
5. 根据权利要求4所述的液晶器件，其特征是施加电场方向间的取向 能量差异(TINT)是由于上述液晶元件内的内部电场与四极子动量的耦合产生的取向能量差异。
6. 根据权利要求1 5所述的液晶器件，其特征是上述电场施加装置 至少包含利用透过上述液晶元件的透射光解析该液晶元件光电学应答速 度的应答速度解析装置，按照该应答速度解析装置发出的信号调整向上述液晶元件应施加电 压的施加电场调整装置。
7. 根据权利要求1 6所述的液晶器件，其特征是上述应答速度解析 装置至少包含测定透过液晶元件透射光的受光装置。
8. 根据权利要求1 7所述的液晶器件，其特征是上述施加电场调整 装置至少包含能产生向上述液晶元件应施加电压的波形产生装置。
9. 根据权利要求7或8所述的液晶器件，其特征是包含控制上述受光 装置温度的温度控制装置。
10. —种液晶器件驱动方法，该液晶器件至少包含至少包含一对基 板、配置在该一对基板间的液晶材料的液晶元件，向该液晶元件施加电场 的电场施加装置；其特征是上述电压施加装置，在上述液晶元件上，为了消除施加电 场方向间的取向能量差异(TINT)而施加反方向电场(_TINT)。
11. 根据权利要求io所述的驱动方法，其特征是在外部电场不存在的初期取向附近，以上述电压施加装置，通过施加反方向电场消除取向能量关巳 左升。
12. 根据权利要求10或11所述的驱动方法，其特征是在以上述电场 施加装置施加电场中，通过控制对于反方向电场时间的增长率(Dv/dt)，
全文摘要
一种液晶器件，至少包含至少包含一对基板、配置在该一对基板间的液晶材料的液晶元件，向该液晶元件施加电场的电场施加装置。该电场施加装置，在上述液晶元件上，为了消除施加电场方向间的取向能量差异(T_INT)而施加反方向电场(-T_INT)。能够提供即使提高光电学应答速度时，也能有效抑制对比度下降的液晶器件。
文档编号G02F1/133GK101641632SQ20088000839
公开日2010年2月3日 申请日期2008年4月3日 优先权日2007年4月6日
发明者堀哲朗 申请人:那诺洛阿公司