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Dokumentenidentifikation DE69636766T2 18.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000750213
Titel Herstellungsverfahren einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
Anmelder Sharp K.K., Osaka, JP
Erfinder Miyazaki, Aya, Kashiwa-shi, Chiba-ken, JP;
Koden, Mitsuhiro, Kashiwa-shi, Chiba-ken, JP;
Gass, Paul Antony, Headington, Oxford OX3 7JR, GB
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 69636766
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.06.1996
EP-Aktenzeichen 963045778
EP-Offenlegungsdatum 27.12.1996
EP date of grant 20.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse G02F 1/141(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G02F 1/1333(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einen ferroelektrischen Flüssigkristall nutzende Anzeigevorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Anzeigevorrichtung, welche einen aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall und einem Polymermaterial hergestellten Komplex nutzt.

Im Allgemeinen nutzen ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen eine flüssigkristalline Phase wie eine chirale smektische C-Phase. In der chiralen smektischen C-Phase formen die Flüssigkristallmoleküle eine geschichtete Struktur und sind in einem Winkel zu einer Normalen der geschichteten Struktur gerichtet. In einem Hauptmengen (engl. bulk)-Zustand sind die Flüssigkristallmoleküle in einer Schraubenstruktur angeordnet; jedoch sind in einer flüssigkristallinen Zelle mit einer Dicke kleiner als der Ganghöhe der Moleküle diese nicht fertig und bistabil angeordnet, wie in 5 gezeigt ist. Der ferroelektrische Flüssigkristall zeigt eine spontane Polarisation (Ps) in einer Richtung senkrecht zur Normalen. Deshalb werden sie bei Anlegen einer Spannung neu ausgerichtet, so dass ihre spontane Polarisation längs des angelegten elektrischen Felds gerichtet ist. Wenn ein Paar Polarisatorplatten (d. h. ein Polarisator und ein Analysator) an einer solchen ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigetafel befestigt wird, können Anzeigen in einem durchlässigen Zustand oder in einem undurchlässigen Zustand erhalten werden (N. A. Clark und S.T. Lagerwall, Appl. Phys. Lett., 36, 899 (1980)).

Die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle werden, wie oben beschrieben ist, durch die Interaktion zwischen dem angelegten elektrischen Feld und der spontanen Polarisation der Moleküle neu angeordnet, was eine schnelle Antwort der Flüssigkristallmoleküle in der Größenordnung von Mikrosekunden ermöglicht. Die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle haben die Eigenschaft, dass sie einen Zustand unter dem Anlegen einer Spannung aufrecht erhalten, sogar nachdem die Spannungsquelle abgeschaltet wird. Dies ist eine so genannte Speichereigenschaft. Eine Anzeige pro Abtastzeile wird bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt, indem die Eigenschaften des ferroelektrischen Flüssigkristalls, wie eine schnelle Antwort und eine Speichereigenschaft ausgenutzt werden. Somit können einfache Matrix-Anzeigevorrichtungen mit einer großen Kapazität hergestellt werden.

6 zeigt eine Basiskonfiguration einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung 11. Die Anzeigevorrichtung 11 weist Substrate 9 und 10 auf, die über ein Dichtmittel 6 mit einem zwischen liegenden Flüssigkristallmaterial 7 aneinander befestigt sind, so dass sie eine Zelldicke von ca. 1,5 &mgr;m hat. Das Substrat 9 weist einen aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gefertigen Elektrodenfilm 2a, einen Isolierfilm 3a, einen Ausrichtungsfilm 4a und eine Polarisationsplatte 12a auf. Das Substrat 10 weist einen aus ITO gefertigen Elektrodenfilm 2b, einen Isolierfilm 3b, einen Ausrichtungsfilm 4b und eine Polarisationsplatte 12b auf. Die Ausrichtungsfilme 4a und 4b sind aus einem Polymerfilm wie Polyimid gefertigt und ihre Oberflächen werden einer Reibbehandlung unterzogen. Die Elektrodenfilme 2a und 2b sind mit Steuerkreisen verbunden.

Die Anzeigevorrichtung 11 hat die gleiche Konfiguration wie jene der herkömmlichen einfachen Matrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, mit Ausnahme, dass die Zelldicke 1,5 &mgr;m dünn ist und ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird.

Die ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen sind anfällig in Bezug auf Stöße, Druck usw., so dass sie ein kritisches Problem der Instabilität haben (N. Wakita et al., Abstr. 4th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals, 367 (1993)). Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich, dass Flüssigkristallmoleküle in einer Flüssigkristallzelle nach dem Auferlegen von Stößen, Druck usw. fließen. Der Fluss der Flüssigkristallmoleküle stört die anfängliche Anordnung der Flüssigkristallmoleküle. Die Anfälligkeit der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen in Bezug auf Stöße, Druck usw. kann der Tatsache zugesprochen werden, dass einmal gestörte Flüssigkristallmoleküle nicht freiwillig in ihre ursprüngliche Anordnung zurückkehren. Somit ist es zum Verbessern der Stoßstabilität der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen erforderlich, dass die Flüssigkristallmoleküle daran gehindert werden, in der Flüssigkristallzelle nach dem Auferlegen von Stößen, Druck usw. fließen.

Die folgenden Verfahren sind vorgeschlagen worden, um die Flüssigkristallmoleküle beim Auferlegen von Stößen, Druck usw. am Fließen zu hindern.

Ein Verfahren nutzt ein Polymer-dispergiertes, ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial (H. Molsen, R. Bardon, H. S. Kitzerow, The 13th international display research conference, Proc. of Euro Display '93 Strasburg, 1993, Seite 113). Jedoch sind Anzeigevorrichtungen, die den Anforderungen an den praktischen Gebrauch genügen, wie Antwortgeschwindigkeit, Kontrast und verfügbarer Arbeitstemperaturbereich, unter Verwendung dieses Verfahrens nicht hergestellt worden.

Ein weiteres Verfahren ist vorgeschlagen worden, bei dem ein Polymer-Flüssigkristall zu einem ferroelektrischen Flüssigkristall gegeben wird (G. Lester, H. Coles, A. Murayama, Ferroelectrics, 148, 389 (1993)). Dieses Verfahren hat auch den Nachteil, dass der zugegebene Polymerflüssigkristall die Orientierungseigenschaft der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle vermindert und die Antwortgeschwindigkeit verringert.

Kürzlich ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem eine Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall und einem lichthärtbaren Vorpolymer mit UV-Strahlen bestrahlt wird, wodurch die Mischung in einen ferroelektrischen Flüssigkristall und ein durch Photopolymerisation geformtes Polymer phasensepariert wird (Fujikake et al., Preprints No. 3, 1120 (1994) of The 41st Physics related association lecture meeting). Gemäß diesem Verfahren erlaubt die Kleinheit des geformten Polymers keine Lichtstreuung. Diese Druckschrift offenbart weder die Verbesserung der Stoßstabilität noch schlägt sie diese vor. Zudem wird gemäß diesem Verfahren die Mischung aus dem ferroelektrischen Flüssigkristall und dem lichthärbaren Vorpolymer erwärmt, um eine nematische Phase zu bilden (d. h. auf 75°C erwärmt) und wird in ein Polymer und einen ferroelektrischen Flüssigkristall phasensepariert, während die Flüssigkristallmoleküle mit einem Polyimidfilm ausgerichtet werden. Auf diese Weise werden die Flüssigkristallmoleküle durch das Polymer fixiert, ohne dass sie eine smektische C-Phase zeigen, wobei aber angenommen wird, dass sie sie zeigen. Als eine Folge tritt das Problem auf, dass die Flüssigkristallmoleküle nicht ausreichend orientiert sind.

Um die oben genannten Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Stoßstabilität einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung untersucht, bei welchem ein Orientierungszustand des ferroelektrischen Flüssigkristalls erhalten bleibt. Als ein Ergebnis fanden sie das folgende: Durch Formen einer isotropen Mischung aus dem flüssigkristallinen Material und dem photopolymerisierbaren Monomermaterial, gefolgt von einem Kühlen der Mischung hinab bis zu einer Temperatur, bei welcher das flüssigkristalline Material einen bestimmten Orientierungszustand erlangt, können die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle am Fließen gehindert werden, während der Orientierungszustand beibehalten wird, wobei die Stoßstabilität der resultierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbessert werden kann. Weiterhin fanden sie, dass dann, wenn ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial eine bestimmte Struktur hat und ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle mit einer negativen dielektrischen Anisotropie einen bestimmten Orientierungszustand haben, ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit herausragenden Eigenschaften, wie einer hohen Schreibgeschwindigkeit, einen hohen Kontrast und einen weiten Betriebstemperaturbereich hergestellt werden können.

"Informacije Midem" Vol 23, Seiten 38–42 offenbart eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei welcher die Flüssigkristallschicht eine Streifenschicht hat, wobei eine Chevron-Defektwand zwischen zwei angrenzenden Streifen vorhanden ist.

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welches die Schritte umfasst: Befestigen von Substraten aneinander, wobei jedes Substrat einen Elektrodenfilm und einen Ausrichtungsfilm aufweist; Bereitstellen einer Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem photopolymerisierbaren Monomermaterial zwischen den Substraten; Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur, bei welcher die Mischung isotrop flüssig wird, gefolgt von einem Photopolymerisieren des photopolymerisierbaren Monomermaterials in der Mischung bei der Temperatur um ein Polymer zu formen, und Kühlen eines durch das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial und das geformte Polymer gebildeten Komplexes auf eine Temperatur, bei welcher das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial im Komplex eine chirale smektische C-Phase zeigt; wobei die Richtungen von Pretilt-Winkeln von Molekülen des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials, welche sich an Grenzflächen zwischen den Substraten und dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial befinden, im Wesentlichen identisch sind, das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial eine Chevron-Schichtstruktur hat, und eine Biegerichtung der Chevron-Schichtstruktur im Wesentlichen identisch zur Richtung der Pretilt-Winkel der Moleküle an den Grenzflächen ist, wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial in der Mischung eine Temperatur hat, an der es eine chirale smektische C-Phase zeigt.

Der Ausrichtungsfilm kann ein organischer Polymerfilm sein und kann durch Reiben mit einem Pretilt-Winkel hergestellt werden.

Das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial kann eine negative dielektrische Anisotropie und einen lokalen Minimalwert in einer Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve zeigen.

Ein Gehalt des photopolymerisierbaren Monomermaterials kann 10 Gewichtsprozent oder weniger des Gesamtgewichts der Mischung betragen.

Die Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem photopolymerisierbaren Polymermaterial kann weiterhin ein polymerisierbares polyfunktionales Monomer umfassen, wobei der Schritt des Photopolymerisierens des photopolymerisierbaren Monomermaterials ein Copolymerisieren des polyfunktionalen Monomers und des photopolymerisierbaren Monomermaterials umfassen kann.

Da die durch die vorliegende Erfindung herstellbare, ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung einen Komplex nutzt, der ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial mit einer C2U-Orientierung und ein Polymermaterial mit einer Netzwerkstruktur enthält, kann die Anzeigevorrichtung Daten mit einer hohen Geschwindigkeit und einen hohen Kontrast schreiben und in einem weiten Bereich von Temperaturen arbeiten.

Ferner wird erfindungsgemäß ein isotroper Zustand in einer Mischung aus dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und dem photopolymerisierbaren Monomermaterial hergestellt und dann das Monomermaterial photopolymerisiert. Als ein Ergebnis kann der ferroelektrische Flüssigkristall in einen zufrieden stellenden Orientierungszustand gebracht werden.

Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung den Vorteil, dass eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer genügenden Orientierungseigenschaft der Flüssigkristallmoleküle, einer genügenden Anzeigeeigenschaft und Stoßstabilität zur Verfügung gestellt wird.

Dieser und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erkennbar.

1A zeigt schematisch ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht.

1B zeigt molekulare Orientierungsmodelle von C1U- und C2U-Orientierungen der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht in 1A.

1C zeigt ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle entsprechend der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht von 1A, welche längs der Normalen der Flüssigkristallschicht betrachtet wird.

2 zeigt eine Steuerwellenform, die in den erfindungsgemäßen Beispielen verwendet wird.

3 ist ein Graph, welcher Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurven von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

4 ist ein Graph, welcher Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurven von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 zeigt.

5 ist ein Schaltansicht, die schematisch ein Funktionsprinzip des ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt. Die Symbole ⊙ und

stellen die Richtung der spontanen Polarisation dar, z^ stellt eine Normale auf eine geschichtete Struktur dar, n^ stellt eine Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle dar und &THgr; stellt einen Tilt-Winkel dar.

6 ist eine Querschnittsansicht einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

7A und 7B zeigen eine Bücherregal (engl. bookshelf)-Struktur bzw. eine Chevron-Struktur des ferroelektrischen Flüssigkristalls.

Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Definition:

Der hier verwendete Ausdruck "komplex" bezieht sich auf ein Material, welches ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial und ein durch Photopolymerisation geformtes Polymer umfasst. Das Polymer kann ein lineares Polymer, ein vernetztes Polymer oder eine Mischung hieraus sein. Zusätzlich kann der Komplex ein nichtreagiertes, photopolymerisierbares Monomer enthalten, welches ein Startmaterial für das Polymer ist.

Der Komplex hat eine Netzwerkstruktur, wobei die Orientierung der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle stabilisiert wird. In dem Fall eines linearen Polymers formen die linearen Polymerketten eine physikalische Netzwerkstruktur durch Verknäuelung. Andererseits wird die Netzwerkstruktur in dem Fall des vernetzten Polymers durch chemische Bindungen geformt.

Bevorzugter Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle Als ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen anfänglich vorgeschlagen wurden, wurde angenommen, dass eine ferroelektrische Flüssigkristallphase eine "Bücherregal-Schichtstruktur" (7A) in einer Richtung senkrecht zu den Substraten annimmt. Jedoch haben weitere Untersuchungen gezeigt, dass die ferroelektrische Flüssigkristallphase gewöhnlich eine "Chevron-Schichtstruktur" hat, wie in 7B gezeigt ist.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden, dass wenn die oberen und unteren Substrate in einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in der identischen Richtung mit einem Pretilt-Winkel versehen werden, die Flüssigkristallmoleküle vier Orientierungszustände (C1U, C1T, C2U, C2T) abhängig von der Differenz in der molekularen Anordnung in der Chevron-Schichtstruktur annehmen. C1 und C2 sind jeweils auf Basis der Richtung eines Pretilt-Winkels der Flüssigkristallmoleküle und der Biegerichtung der Chevron-Struktur definiert. C1 stellt einen Zustand dar, in dem die Richtung des Pretilt-Winkels der Flüssigkristallmoleküle zur Biegerichtung der Chevron-Struktur entgegengesetzt ist. C2 stellt einen Zustand dar, in dem die Richtung des Pretilt-Winkels der Flüssigkristallmoleküle zur Biegerichtung der Chevron-Struktur gleich ist. 1A zeigt ein Modell der C1U (C1-Uniform)-Orientierung C1 und C21U (C2-Uniform)-Orientierung C2 von Flüssigkristallmolekülen 11 mit einem Tiltwinkel &thgr;P, welche wichtig für die praktische Verwendung bei diesen vier Orientierungszuständen sind. R in 1A stellt die Reibrichtung dar. Zusätzlich zeigt 1B ausführlichere molekulare Orientierungen von C1U- und C2U-Orientierungen. 1C zeigt ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle entsprechend der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht von 1A, betrachtet entlang der Normalen der Flüssigkristallschicht. Die Bezugszahlen 12 und 13 zeigen einen Blitz (engl. lightning)-Defekt bzw. Haarnadel (engl. hairpin)-Defekt.

Falls die dielektrische Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials positiv oder nahe 0 ist, werden die Flüssigkristallmoleküle in C2U-Orientierung in einem großen Ausmaß mit einer Vorspannung geschwenkt. Somit können Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit einem hohen Kontrast bei Verwendung eines solchen Materials nicht hergestellt werden. Jedoch in dem Fall, in dem die dielektrische Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials negativ ist (⎕&egr; < 0), zeigt das Flüssigkristallmaterial eine spezifische ⎕-Vmin-Eigenschaft (hier stellen ⎕ und V eine Antwortgeschwindigkeit bzw. eine angelegte Spannung dar). Indem diese Eigenschaft vorteilhaft ausgenutzt wird, ermöglicht ein Wechselstrom (engl. AC)-Stabilisierungseffekt die Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mit einem hohen Kontrast sogar wenn die Flüssigkristallmoleküle in C2U-Orientierung sind. In herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien nimmt eine Antwortgeschwindigkeit eines Flüssigkristallmaterials linear mit der Zunahme der Spannung (V) zu. Jedoch in dem Fall, wo die dielektrische Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials negativ und eine spontane Polarisation nicht so groß ist, zeigt die Antwortgeschwindigkeit (⎕) einen lokalen Minimalwert (⎕-V) mit einer bestimmten Spannung (V). Der Wechselstrom-Stabilisierungseffekt betrifft dieses Phänomen. Dieses Phänomen wird durch die Zunahme in dem Effekt der dielektrischen Anisotropie zusammen mit der Zunahme einer quadratischen Mittelung einer Spannung verursacht.

Im Allgemeinen wird eine C1-Orientierung auf der Seite höherer Temperatur gezeigt und die C2-Orientierung wird mit einer Abnahme in der Temperatur stabilisiert. Es ist wahrscheinlich, dass die C1U-Orientierung in eine C2-Orientierung oder C1T-Orientierung durch die Änderung in der Temperatur oder durch die Steuerung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung wechselt. Somit ist die C1-Orientierung bei einer Temperaturänderung nicht stabil, so dass C2U vorteilhafter als C1 ist, um einen weiten Bereich für die Betriebstemperatur einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu gewährleisten. Ferner hat ein Flüssigkristallmaterial in C2U eine schnellere Antwortgeschwindigkeit und einen größeren Speichereigenschaftseffekt als jene in C1U.

Somit ist ein ⎕-Vmin-Modus unter Verwendung einer C2U-Orientierung des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials mit negativer dielektrischer Anisotropie für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen in Bezug auf ein schnelles Schreiben, einen hohen Kontrast und einen weiten Bereich einer Betriebstemperatur vorzuziehen. Um ein Flüssigkristallmaterial mit einheitlicher C2U-Orientierung zu erhalten, ist es erforderlich, die Substrate mit einem Pretilt-Winkel zu versehen. Der Pretilt-Winkel liegt typischer Weise im Bereich von ca. 0° bis ca. 20°, und stärker bevorzugt im Bereich von ca. 3° bis ca. 8°.

Verfahren zum Kontrollieren der Orientierung

Um die Substrate mit einem Pretilt-Winkel zu versehen, werden die folgenden Verfahren verwendet: ein Reibverfahren, bei dem ein Polymermaterial und ein anorganisches Material auf eine Flüssigkristallzelle formende Substrate geschichtet werden und diese beschichteten Materialien einer Reibbehandlung mit einem Stoff oder dergleichen unterzogen werden; ein homöotropes Ausrichtungsverfahren, in dem eine Verbindung mit einer niedrigen Oberflächenspannung auf Substrate beschichtet wird; schräge Verdampfung, bei welcher SiO2 auf Substrate schräg verdampft wird; und die Verwendung eines horizontalen Ausrichtungsfilms ohne eine Reibbehandlung durchzuführen.

Gemäß vorliegender Erfindung ist das Reibverfahren bevorzugt. Insbesondere ist bevorzugt, dass Substrate, die jeweils mit einem Ausrichtungsfilm versehen sind, der einer Reibbehandlung unterzogen wird, um einen mittleren Pretilt-Winkel zu erhalten, aneinander befestigt werden, so dass die jeweiligen Reibrichtungen parallel zueinander sind. Dies deshalb, weil das parallele Reiben in einfacher Weise eine C2-Orientierung eines Flüssigkristallmaterials realisiert. Als Ausrichtungsfilm sind organische Polymerfilme bevorzugt. Beispiele von Polymeren, welche Ausrichtungsfilme formen, umfassen Polyimid und Polyvinylalkohol. Zum Beispiel in dem Fall, wo Polyimid verwendet wird, wie AL1054, AL3356, AL5357 (hergestellt von Japan Synthetic Rubber Co.), kann ein mittlerer Pretilt-Winkel realisiert werden.

Verfahren zum Herstellen einer bevorzugten ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.

Zunächst werden Substrate, die jeweils eine transparente Elektrode und einen Ausrichtungsfilm aufweisen, mit zwischen liegenden Abstandshaltern aneinander befestigt. Die Substrate werden befestigt, so dass ein paralleles Reiben erfolgen kann. Dann wird eine Mischung, welche ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial und ein photopolymerisierbares Monomermaterial enthält, in die so gewonnene Zelle eingebracht. Anschließend wird die Zelle auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher die Mischung isotrop flüssig wird, und das photopolymerisierbare Monomermaterial wird bei dieser Temperatur photopolymerisiert, zum Beispiel durch Bestrahlen der Zelle mit UV-Strahlen, wobei das Polymer geformt wird. Dann wird ein Komplex aus dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und dem erzeugten Polymer auf eine Temperatur gekühlt, bei welcher das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial in dem Komplex eine chirale smektische C-Phase zeigt.

Die Zelldicke liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1,0 &mgr;m bis ca. 2,0 &mgr;m.

Das oben genannte photopolymersierbare Monomermaterial wird gewöhnlich im Bereich von ca. 1 bis ca. 20 Minuten photopolymerisiert.

Ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial

Beispiele von kommerziell erhältlichen ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen SCE8 (hergestellt durch Hoechst Ltd.), ZLI-4237-000 (hergestellt von Merck & Co., Inc.), ZLI-5014-000 (hergestellt von Merck & Co., Inc.), CS-1014 (hergestellt von Chisso Petrochemical Corp.) und dergleichen. Es kann auch eine Mischung dieser Materialien verwendet werden. Es ist vorzuziehen, ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial mit einer negativen dielektrischen Anisotropie zu verwenden, um den ⎕-Vmin-Modus im C2U-Orientierungszustand zu nutzen. Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Komplexes hängen von der Kombination des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials und dem Polymer (polymerisierbares Monomer), welche in dem Komplex enthalten sind, ab. Deshalb kann in Einklang mit den gewünschten Eigenschaften des Komplexes das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial mit einer geeigneten dielektrischen Konstanten und Menge an spontaner Polarisationsladung ausgewählt werden.

Photopolymerisierbares Monomer

Beispiele für das in der vorliegenden Erfindung verwendete photopolymerisierbare Monomermaterial umfassen Acrylester mit einer langkettigen Alkyl-Gruppe oder einer aromatischen Gruppe mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen. Beispiele der Acrylester umfassen Isobutylacrylat, Stearylacrylat, Laurylacrylat, Isoamylacrylat, n-Butylacrylat, Tridecylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Cyclohexylacrylat, Benzylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat, Isobutylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Isoamylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Tridecylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Benzylmethacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat, sowie Halide dieser Monomere (insbesondere chlorierte Monomere oder fluorierte Monomere). Beispiele der Halide umfassen 2,2,3,4,4,4-Hexafluorobutylmethacrylat, 2,2,3,4,4-Hexachlorobutylmethacrylat,2,2,3,3-Tetrafluoropropylmethacrylat, 2,2,3,3-Tetrachloropropylmethacrylat, Perfluorooctylethylmethacrylat, Perchlorooctylethylmethacrylat, Perfluorooctylethylacrylat und Perchlorooctylethylacrylat. Diese Monomere können allein oder in Kombination verwendet werden.

Das photopolymerisierbare Monomermaterial ist in der Mischung des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials enthalten und das photopolymerisierbare Monomermaterial ist vorzugsweise in einer Menge von ca. 1 bis ca. 10 Gewichtsprozent und stärker bevorzugt in einer Menge von ca. 2 bis ca. 5 Gewichtsprozent enthalten. Wenn das Gewicht des photopolymerisierbaren Monomermaterials mehr als ca. 10 Gewichtsprozent beträgt, wird die Kraft, welche die Bewegung der Flüssigkristallmoleküle reguliert zu stark, so dass die Antwortgeschwindigkeit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu langsam wird. Ferner wird der Ausrichtungszustand des Flüssigkristallmaterials verschlechtert. Wenn das Gewicht des photopolymerisierbaren Monomermaterials weniger als ca. 1 Gewichtsprozent beträgt, kann kein Effekt einer Stoßstabilität erhalten werden.

Um die physikalische Stärke des Polymermaterials weiter zu verbessern, kann ein polyfunktionelles Monomer mit 2 oder mehr funktionellen Gruppen copolymerisiert werden. Beispiele des polyfunktionellen Monomers umfassen Bisphenol A-Dimethacrylat, Bisphenol A-Diacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat und Tetramethylomethantetraacrylat.

Falls erforderlich kann ein chloriertes oder fluoriertes Polymer oder Oligomer mit dem oben genannten Monomer gemischt werden. Zusätzlich können Monomere mit einer Struktur ähnlich zu jener des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials copolymerisiert werden.

Photopolymerisationsinitiator

Das photopolymerisierbare Monomermaterial der vorliegenden Erfindung kann, falls erforderlich, einen Photopolymerisationsinitiator enthalten. Beispiele des Photopolymerisationsinitiators umfassen Irgacure 651, Irgacure 184 (hergestellt von Ciba-Geigy Corporation), und Darocure 1137 (hergestellt von Merck & Co., Inc.). Es ist bevorzugt, dass der Photopolymerisationsinitiator, falls erforderlich, in einer Menge von ca. 0 bis ca. 1 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Mischung des Flüssigkristallmaterials und der photopolymerisierbaren Harzmaterialzusammensetzung zugegeben wird. Wenn die zugefügte Menge des Photopolymerisationsinitiator mehr als ca. 1 Gewichtprozent beträgt, ist die Polymerisationsrate zu schnell um Seitenreaktionen zu kontrollieren.

Beispiel 1

Wieder Bezug nehmend auf 6 wurden ITO-Filme 2a und 2b jeweils auf aus Glas oder dergleichen gefertigten Substraten 1a und 1b geformt, und wurden durch Photolithographie oder dergleichen in ein Streifenmuster gebracht. SiO2-Isolierfilme 3a und 3b wurden jeweils auf den ITO-Filmen 2a und 2b geformt. Dann wurden Polyimid-Ausrichtungsfilme 4a und 4b (Pretilt-Winkel: 5°) auf die Isolierfilme 3a und 3b geschichtet und einer Reibbehandlung unterzogen.

Dann wurden die Substrate 1a und 1b aneinander befestigt, so dass die jeweiligen Reibrichtungen parallel zueinander waren. Die resultierende Zelldicke betrug 1,5 &mgr;m. Eine Mischung A, welche 99,0 Gewichtsprozent an ferroelektrischem Flüssigkristall (FLC1) mit negativer dielektrischer Anisotropie, gezeigt in Tabelle 1, und 1,0 Gewichtsprozent eines photopolymerisierbaren Monomermaterials enthielt, wurde zwischen die Substrate 1a und 1b eingebracht. Die so erhaltene Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf 100°C erwärmt, um die Mischung A in einen isotropen Flüssigzustand zu bringen, und wurde dann mit UV-Strahlen bei 14 mW/cm2 bestrahlt. Die Vorrichtung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet, was angab, dass das Flüssigkristallmaterial in einer zufrieden stellenden C2-Orientierung war.

Ein Steuerexperiment wurde durchgeführt, indem die in 2 gezeigte Steuerwellenform auf den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt wurde. Eine minimale Pulsbreite, die bistabil geschaltet wurde, wurde in 3 aufgetragen (O), indem eine von einer Pulsbreite ⎕ von Vs, unter der Bedingung, dass Vd auf 5 Volt eingestellt ist, verschiedene Pulsbreite angelegt wurde. 3 zeigt, dass die Anzeigevorrichtung von Beispiel 1 einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigt.

Ferner wurde die Anzeigevorrichtung auf eine Metallplatte gegeben und ein metallischer Zylinder mit einem Durchmesser von 1 cm wurde mit 0,5 mm/min auf die Anzeigevorrichtung abgesenkt, indem AGA-100A, hergestellt von Shimadzu Corporation verwendet wurde. Auf diese Weise wurde die Anzeigevorrichtung von Beispiel 1 hinsichtlich Stoßstabilität bewertet. Das Ergebnis war, dass die Anzeigevorrichtung eine zufrieden stellende Stoßstabilität von ca. 0,6 bis ca. 1,3 kgf/cm2 zeigte.

Tabelle 1
  • Phasenübergangstemperatur von FLC 1: Sc54SA74N82I

Beispiel 2

Eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bewertet, mit Ausnahme, dass Mischung B, welche 97,0 Gew.-% an ferroelektrischem Flüssigkristall (FLC1) und 3,0 Gew.-% an photopolymerisierbarem Monomermaterial enthielt, anstelle von Mischung A von Beispiel 1 verwendet wurde.

Eine minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde, wurde in 3 aufgetragen (⎕). 3 zeigt, dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung von Beispiel 2 einen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.

Ferner zeigte die Anzeigevorrichtung von Beispiel 2 eine zufrieden stellende Stoßstabilität von ca. 1,9 bis ca. 2,5 kgf/cm2.

Vergleichsbeispiel 1

Eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme, dass ein photopolymerisierbares Monomer nicht verwendet und eine UV-Bestrahlung nicht durchgeführt wurde. Eine minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde, wurde in den 3 und 4 dargestellt (•). Die Anzeigevorrichtung zeigte einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherulsbreiten-Kurve, und die Flüssigkristallmoleküle in der Anzeigevorrichtung waren bei Raumtemperatur in C2-Orientierung; jedoch hatte die Anzeigevorrichtung eine nicht zufrieden stellende Stoßstabilität von 0,6 kgf/cm2.

Vergleichsbeispiel 2

Eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bewertet, mit den folgenden Änderungen: Mischung A wurde in einen isotropen Flüssigzustand gebracht und auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Flüssigkristallmaterial in C2-Orientierung zu bringen, die Flüssigkristallmoleküle wurden in einer Auf- und Abwärtsrichtung angeordnet, und Mischung A wurde mit UV-Strahlen bestrahlt.

Eine minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde, wurde in 4 aufgetragen (O). 4 zeigt, dass die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 2 einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.

Ferner zeigte die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 2 eine zufrieden stellende Stoßstabilität von ca. 1,3 bis ca. 1,9 kgf/cm2.

Vergleichsbeispiel 3

Eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und bewertet, mit den folgenden Änderungen: Mischung B wurde in einen isotropen Flüssigzustand gebracht und auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Flüssigkristallmaterial in C2-Orientierung zu bringen, die Flüssigkristallmoleküle wurden in einer Auf- und Abwärtsrichtung angeordnet, und Mischung B wurde mit UV-Strahlen bestrahlt.

Eine minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde, wurde in 4 aufgetragen (⎕). 4 zeigt, dass die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 3 einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.

Ferner zeigte die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 3 eine zufrieden stellende Stoßstabilität von ca. 1,9 bis ca. 2,0 kgf/cm2.

Gemäß vorliegender Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine zufrieden stellende Stoßstabilität hat und einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigt.

Ferner wird der ferroelektrische Flüssigkristall in einer Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem photopolymerisierbaren Monomermaterial in einen bestimmten Orientierungszustand gebracht und das Monomermaterial wird photopolymerisiert, wobei eine zufrieden stellende Orientierung des ferroelektrischen Flüssigkristalls erhalten werden kann.

Verschiedene weitere Modifikationen sind den Fachleuten klar und können in einfacher Weise von diesen ausgeführt werden, ohne aus dem Umfang dieser Erfindung zu gelangen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung nicht durch die hier augeführte Beschreibung sondern vielmehr durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung, mit den folgenden Schritten:

Befestigen von Substraten (1a, 1b) aneinander, wobei jedes Substrat (1a, 1b) einen Elektrodenfilm (2a, 2b) und einen Ausrichtungsfilm (4a, 4b) aufweist;

Anordnen einer Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem photopolymerisierbaren Monomermaterial zwischen den Substraten (1a, 1b);

Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur, bei welcher die Mischung isotrop flüssig wird, gefolgt von einem Photopolymerisieren des photopolymerisierbaren Monomermaterials in der Mischung bei der Temperatur um ein Polymer zu formen, und

Kühlen eines durch das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial und das geformte Polymer gebildeten Komplexes auf eine Temperatur, bei welcher das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial im Komplex eine chirale smektische C-Phase zeigt;

wobei die Richtungen von Pretilt-Winkeln von Molekülen des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials, welche sich an Grenzflächen zwischen den Substraten und dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial befinden, im Wesentlichen identisch sind, das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial eine Chevron-Schichtstruktur hat, und eine Biegerichtung der Chevron-Schichtstruktur im Wesentlichen identisch zur Richtung der Pretilt-Winkel der Moleküle an den Grenzflächen ist, wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial in der Mischung eine Temperatur hat, an der es eine chirale smektische C-Phase zeigt.
Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem der Ausrichtungsfilm ein organischer Polymerfilm ist und durch Reiben mit einem Pretilt-Winkel angeordnet ist. Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial negative dielektrische Anisotropie und einen lokalen Minimalwert in einer Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve zeigt. Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein Gehalt des photopolymerisierbaren Monomermaterials 10 Gewichtsprozent oder weniger des Gesamtgewichts der Mischung beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Mischung aus ferroelektrischem Flüssigkristallmaterial und photopolymerisierbarem Polymermaterial weiterhin ein polyfunktionales Monomer umfasst, wobei der Schritt des Photopolymerisierens des photopolymerisierbaren Monomermaterials ein Copolymerisieren des polyfunktionalen Monomers und des photopolymerisierbaren Monomermaterials umfasst.






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