DE10111452B4

DE10111452B4 - Bistable electro-optical liquid crystal displays and methods of making the same

Info

Publication number: DE10111452B4
Application number: DE2001111452
Authority: DE
Inventors: Klaus-Uwe Badeke; Frank Prof. Dr. Kuschel; Horst Prof. Dr. Zaschke; Christine Dr. Boeffel; Monika Prof. Dr. Bauer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: DE10111452A1

Abstract

Bistabile Flüssigkristallanordnung mit einer cholesterisches Material enthaltenden Schicht in Sandwichbauweise zwischen zwei Elektroden, wobei das cholesterische Material an den gegenüberliegenden Elektroden mit unterschiedlicher Vorzugsorientierung und unterschiedlicher Wandkopplung vorliegt und die Winkel zwischen den Vorzugsorientierungsrichtungen und den Elektrodenflächen an den gegenüberliegenden Elektroden mindestens 30° voneinander verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das cholesterische Flüssigkristall-Material in einem der beiden stabilen Schaltzustände farbselektiv Licht reflektiert.bistable liquid crystal device with a cholesteric material-containing sandwich layer between two electrodes, with the cholesteric material attached to the opposite Electrodes with different preferred orientation and different Wall coupling is present and the angles between the preferred orientation directions and the electrode surfaces to the opposite Electrodes at least 30 ° apart are different, characterized in that the cholesteric Liquid crystal material in one the two stable switching states color-selectively reflected light.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bistabile elektrooptische Anzeigen unter Verwendung von Flüssigkristallen mit verbesserten Eigenschaften und Verfahren zu ihrer Herstellung. Mit diesen Flüssigkristallanzeigen können Informationen mittels display- oder kommunikationstechnischer Vorrichtungen visualisiert und gespeichert werden.The The present invention relates to bistable electro-optical displays using liquid crystals with improved properties and processes for their preparation. With these liquid crystal displays can Information by means of display or communication-technical devices visualized and stored become.

Die optischen und dielektrischen Eigenschaften von Flüssigkristallen sind richtungsabhängig. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Intensität und die Farbe von Licht mit Hilfe einer dünnen, orientierten Schicht aus flüssigkristallinen Stoffen durch ein schwaches elektrisches Feld zu steuern und damit Informationen darzustellen. Dabei haben die Schichtorientierung (Textur) und die Stärke der Wandkopplung einen wesentlichen Einfluß auf die elektrooptische Funktion. Die Texturen und die Wandkopplung können durch spezielle Zusätze oder durch eine gezielte Vorbehandlung der die Schicht einschließenden Elektroden beeinflußt werden.The optical and dielectric properties of liquid crystals are directional. This makes it possible the intensity and the color of light with the help of a thin, oriented layer from liquid crystalline Controlling substances through a weak electric field and thus To present information. Here are the layer orientation (Texture) and the strength the wall coupling a significant influence on the electro-optical function. The textures and the wall coupling can be through special additions or through a targeted pretreatment of the electrodes enclosing the layer affected become.

Monostabile Flüssigkristallanzeigen sind seit längerem Stand der Technik. Derartige Flüssigkristallanzeigen sind beispielsweise in der US 5,726,729 oder der WO 97/39382 A1 beschrieben. Sowohl bei eingeschaltetem elektrischen Feld als auch im feldfreien Zustand ist jeweils nur eine Schichtorientierung stabil. Dadurch ist es notwendig, die an der Schicht anliegende elektrische Spannung solange eingeschaltet zu lassen, wie die Information optisch dargestellt werden soll. Insbesondere zur Energieeinsparung bietet es sich jedoch an, bi- bzw. multistabile Flüssigkristallanzeigen zu verwenden. Sowohl bei anliegender Spannung als auch im feldfreien Schaltzustand sind in solchen Systemen jeweils mindestens zwei Texturen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften stabil. Dadurch können Informationsdarstellung und -speicherung unmittelbar miteinander kombiniert werden. Eine wesentliche Voraussetzung für die praktische Anwendung bi- oder multistabiler Flüssigkristallanzeigen besteht jedoch darin, die zeitliche Stabilität der jeweiligen Schaltzustände durch entsprechende Orientierungsverfahren zu gewährleisten.Monostable liquid crystal displays have long been state of the art. Such liquid crystal displays are for example in the US 5,726,729 or WO 97/39382 A1. Both when the electric field and in the field-free state only one layer orientation is stable. As a result, it is necessary to keep the electrical voltage applied to the layer switched on as long as the information is to be visually displayed. However, in particular for energy saving, it is advisable to use bi- or multi-stable liquid crystal displays. Both at applied voltage and in the field-free switching state, at least two textures with different optical properties are stable in such systems. As a result, information presentation and storage can be combined directly with each other. An essential prerequisite for the practical application of bi- or multi-stable liquid crystal displays, however, is to ensure the temporal stability of the respective switching states by appropriate orientation methods.

Man kennt bistabile Texturen von nematischen, cholesterischen und chiralen smektischen Flüssigkristallphasen. Diese Texturen lassen sich durch elektrische Felder ineinander umschalten, wodurch die permanente optische Darstellung von Zeichen und Bildern möglich wird. Es ist anerkannt, daß deren Einsatz in der Displaytechnik, z.B. für transportable Dokumenten-Sichtgeräte, den Vorteil bietet, daß neben dem gegenüber herkömmlichen Displays stark reduzierten elektrischen Leistungsbedarf und der Speicherfunktion auf Hinterleuchtung verzichtet werden kann.you knows bistable textures of nematic, cholesteric and chiral ones smectic liquid crystal phases. These textures can be switched by electric fields, resulting in the permanent visual representation of characters and images possible becomes. It is recognized that their Use in display technology, e.g. for portable document viewing devices, the Advantage offers that beside opposite usual Displays greatly reduced electrical power consumption and the Memory function can be dispensed with backlighting.

Bistabile Anzeigen mit nematischen Flüssigkristallen sind bisher durch Herstellung von Schichten mit unverdrillter oder verdrillter Struktur bzw. mit Hilfe mikroprofilierter transparenter Elektroden realisiert worden. Ein technisch noch nicht befriedigend gelöstes Problem besteht jedoch darin, stabile Schaltzustände ohne störende Texturdefekte zu erzeugen.bistable Displays with nematic liquid crystals have hitherto been by producing layers with untwisted or twisted structure or with the help of microprofiled transparent Electrodes have been realized. A technically not yet satisfactorily solved problem However, it is to produce stable switching states without disturbing texture defects.

Chirale Flüssigkristalle mit smektischen C-Phasen besitzen in speziellen Texturen eine permanente elektrische Nettopolarisation, deren Richtung umgeschaltet werden kann. Dieser Effekt ermöglicht die Herstellung bistabiler Anzeigen mit besonders kurzen Umschaltzeiten (N.A. Clark, S.T. Lagerwall; Appl. Phys. Lett. 36, L69 (1975)). Allerdings ist es zur Erzeugung stabiler Schaltzustände notwendig, sehr kleine Schichtdicken einzuhalten und aufwendige Orientierungsverfahren anzuwenden.chiral liquid Crystals with smectic C phases have a permanent in special textures net electric polarization whose direction is switched can. This effect allows the production of bistable displays with particularly short switching times (N.A. Clark, S.T. Lagerwall, Appl. Phys., Lett., 36, L69 (1975)). However, it is necessary to generate stable switching states, to comply with very small layer thicknesses and complex orientation procedures apply.

Es ist ferner bekannt, daß unterschiedliche stabile Texturen cholesterischer Flüssigkristalle durch elektrische Felder ineinander umgeschaltet werden können (W. Greubel, U. Wolff, H. Krüger; Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 103 (1973)). Im spannungslosen Zustand können sowohl die schwach lichtstreuende fokal-konische Textur als auch die selektiv reflektierende planare Textur (Grandjean Textur) stabil sein. Durch Wechselspannungsimpulse lassen sich diese Texturen ineinander umschalten. Wird eine der beiden transparenten Elektroden mit einer lichtabsorbierenden Schicht belegt, ist die Texturumwandlung mit einem kontrastreichen optischen Effekt verbunden.It is also known that different stable Textures of cholesteric liquid crystals electric fields can be switched into each other (W. Greubel, U. Wolff, H. Kruger; Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 103 (1973)). In a dead state can both the weakly light scattering focal conic texture as well the selectively reflecting planar texture (Grandjean texture) is stable be. By alternating voltage pulses, these textures can be switched into each other. Is one of the two transparent electrodes with a light-absorbing Layer occupies, the texture conversion is with a high contrast connected optical effect.

Für die technische Herstellung bistabiler cholesterischer Displays sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie sich eine zuverlässige Stabilisierung der verschiedenen Texturen erreichen läßt. Prinzipiell kann eine Texturstabilisierung der cholesterischen Schichten durch Dispergierung des LC-Materials in einer optisch isotropen Matrix, durch den Zusatz von elektrooptisch inaktiven Hilfsstoffen, durch die in situ-Erzeugung von Polymernetzwerken, durch spezielle Techniken der elektrischen Ansteuerung und insbesondere durch die gezielte Orientierungswirkung der einschließenden Elektrodenflächen erfolgen.For the technical Making bistable cholesteric displays have already made various suggestions been, how a reliable Stabilization of the different textures. in principle can be a texture stabilization of the cholesteric layers by Dispersion of the LC material in an optically isotropic matrix, by the addition of electro-optically inactive excipients through which in situ generation of polymer networks, through special techniques the electrical control and in particular by the targeted Orientation effect of the enclosing electrode surfaces done.

Ein Vorschlag für die Stabilisierung optisch verschiedener Orientierungszustände besteht darin, das cholesterische Material in einer kohärenten Polymermatrix zu dispergieren. Mit Hilfe elektrisch beschaltbarer Scheiben in Sandwich-Anordnung kann dann zwischen unterschiedlichen Reflexionsfarben und einem nahezu transparenten Zustand hin- und hergeschaltet werden (US-Patent 3,600,060). Lichtschalter, bei denen polymerdispergierte cholesterische Flüssigkristalle verwendet werden, haben den Vorteil, daß anstelle der üblichen Glassubstrate auch Polymerfolien für den Bau des Displays verwendet werden können. Allerdings sind für die Texturumschaltung in einer 10 μm dicken Schicht elektrische Spannungen von mehr als 100 V erforderlich, wodurch die praktische Anwendung stark eingeschränkt wird.One proposal for stabilizing optically different orientation states is to disperse the cholesteric material in a coherent polymer matrix. With the aid of electrically connectable panes in sandwich arrangement can then be switched back and forth between different reflection colors and a nearly transparent state (US Patent 3,600,060). Light switches in which polymer-dispersed cholesterol liquid crystals are used have the advantage that instead of the usual glass substrates and polymer films can be used for the construction of the display. However, for the texture switching in a 10 μm thick layer, electrical voltages of more than 100 V are required, which greatly restricts the practical application.

Andere Vorschläge sehen die Zumischung geringer Mengen feindisperser Kieselsäuren zu den cholesterischen Flüssigkristallen vor, wodurch vor allem eine Stabilisierung der fokal-konischen Textur erreicht werden soll. Solche Rezepturen haben jedoch den Nachteil, daß die Zuschlagstoffe sowohl beim Füllen der Displayzellen als auch beim späteren Betrieb agglomerieren können.Other proposals consider the addition of small amounts of finely dispersed silicic acids the cholesteric liquid crystals above all, thereby stabilizing the focal conical texture should be achieved. However, such formulations have the disadvantage that the Aggregates both in filling the display cells as well as during later operation agglomerate can.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, den flüssigkristallinen Wirtsmischungen oberflächenaktive Substanzen zur Beeinflussung der Grenzflächenspannung bzw. der Kopplungsstärke zwischen Elektroden und Steuerschicht beizumischen. Damit ist jedoch eine reproduzierbare Stabilisierungswirkung insbesondere unter technischen Fertigungsbedingungen nur bei strenger Konstanthaltung aller sonstiger Faktoren, wie Art und Zusammensetzung der Wirtsmischungen sowie Beschaffenheit der Elektrodenflächen, zu erzielen.It has also been proposed, the liquid crystalline host mixtures surface-active substances for influencing the interfacial tension or the coupling strength to mix between electrodes and control layer. But that is a reproducible stabilizing effect, especially under technical Production conditions only with strict constant maintenance of all other Factors such as nature and composition of the host mixtures as well Nature of the electrode surfaces, to achieve.

Mehrere Erfindungen betreffen die Stabilisierung von cholesterischen Texturen mit Hilfe von Polymernetzwerken (PSCT = Polymer Stabilized Cholesteric Texture). Dabei setzt man beispielsweise den flüssigkristallinen Wirtsmischungen geringe Mengen mesogener oder nichtmesogener Monomere sowie Phhotoinitiatoren zu, so daß nach Füllung der Displayzellen mit Hilfe von UV-Licht innerhalb der elektrooptisch aktiven Schicht (Steuerschicht) inkohärente polymere Netzstrukturen erzeugt werden können. Zugleich werden die Zellen einige Zeit bei Temperaturen oberhalb der Klärtemperatur belassen, wodurch unmittelbar an den beiden Elektrodeninnenflächen homöotrope Schichtorientierungen entstehen können. Diese Verfahren sind mit dem Risiko verbunden, daß in den Steuerschichten eine allmähliche Entmischung stattfindet, wodurch der Stabilisierungseffekt verloren geht.Several Inventions relate to the stabilization of cholesteric textures with the help of polymer networks (PSCT = Polymer Stabilized Cholesteric Texture). In this case, for example, the liquid-crystalline host mixtures are used small amounts of mesogenic or non-mesogenic monomers as well as photoinitiators to, so that after filling the display cells with the help of UV light within the electro-optical active layer (control layer) incoherent polymeric network structures can be generated. at the same time The cells are kept at temperatures above the clearing temperature for some time leave, whereby directly at the two electrode inner surfaces homeotropic layer orientations can arise. These procedures are associated with the risk that in the Control layers a gradual segregation takes place, whereby the stabilization effect is lost.

Andere Vorschläge zur Texturstabilisierung machen sich die Umkehrbarkeit der dielektrischen Anisotropie des cholesterischen Materials durch einen Wechsel der elektrischen Ansteuerfrequenzen zunutze. Die praktische Anwendbarkeit wird allerdings durch die starke Temperaturabhängigkeit der Isotropiefrequenzen eingeschränkt. Darüberhinaus bedingen höherfreqente Wechselfelder eine erhöhte Leistungsaufnahme der Displayzelle. Mit speziellen Beschaltungsverfahren sollen sich diese Nachteile vermeiden lassen.Other proposals For texture stabilization, the reversibility of the dielectric anisotropy of the cholesteric material by a change of electrical Drive frequencies advantage. However, the practicality will be due to the strong temperature dependence the isotropic frequencies restricted. In addition, higher frequency require Alternating fields an increased power consumption the display cell. With special wiring procedures should themselves to avoid these disadvantages.

Ein lange bekanntes Verfahren zur Erzeugung bestimmter Schichttexturen von Flüssigkristallen besteht darin, die einschließenden Flächen in geeigneter Weise vorzubehandeln. Für bistabile Anzeigen mit cholesterischen Flüssigkristallen sind dafür spezielle Vorschläge gemacht worden. Im US-Patent 5,384,067 wird offenbart, daß die jeweilige Textur durch ein Polymernetzwerk stabilisiert und auf den Elektroden (transparenten, mit einer elektrisch leitfähigen Indium-Zinnoxidschicht (ITO-Schicht) versehenen Glasscheiben oder Polymerfolien) eine Polyimidschicht aufgebracht werden kann, worauf die Polyimidschichten anschließend gerieben werden, um eine homogene planare Anordnung der Flüssigkristalle an der Elektrodenoberfläche zu bewirken. Zur Erzeugung der Polyimidschichten werden auf die ITO-Elektroden in einem ersten Schritt Lösungen aufgeschleudert, die polyimidbildende Ausgangssubstanzen enthalten. Nach dem Verdampfen der Lösungsmittel entsteht anschließend durch Wärmebehandlung bei Temperaturen bis 200°C die Polyimidschicht. Diese Polyimidschicht bewirkt im Kontakt mit der cholesterischen Flüssigkristallschicht eine homogen-planare Orientierung, wenn sie mit textilen Geweben, mit Leder oder mit Papier uniaxial gerieben wird. Allerdings ist diese Methode nicht immer zuverlässig (W.D.St. John, Z.-J. Lu, J.W. Doane; J. Appl. Phys. 78, 5253 (1995)). Das Verfahren ist außerdem bei Verwendung von Polymerfolien mit der Gefahr verbunden, daß die beim Aufschleudern verwendeten Lösungsmittel und die nachfolgende Wärmebehandlung zu deren Zerstörung führen können.One long known method for the production of certain layer textures of liquid crystals is the inclusive surfaces to pretreat in a suitable manner. For bistable ads with cholesteric liquid crystals are special for that proposals been made. In U.S. Patent 5,384,067 it is disclosed that the respective Texture stabilized by a polymer network and on the electrodes (transparent, with an electrically conductive indium tin oxide layer (ITO layer) provided glass sheets or polymer films) a polyimide layer can be applied, whereupon the polyimide layers are subsequently rubbed become a homogeneous planar arrangement of the liquid crystals at the electrode surface to effect. To create the polyimide layers are applied to the ITO electrodes in a first step solutions spin-coated containing polyimide-forming starting materials. After evaporation of the solvents arises afterwards by heat treatment at temperatures up to 200 ° C the polyimide layer. This polyimide layer is in contact with the cholesteric liquid crystal layer a homogeneous planar orientation when used with textile fabrics, rubbed uniaxially with leather or paper. However, that is this method is not always reliable (W.D.St John, Z.-J.Lu, J.W. Doane, J. Appl. Phys., 78, 5253 (1995)). The method is also included Use of polymer films associated with the risk that the Spin-on solvents used and the subsequent heat treatment to their destruction to lead can.

In der US 5,437,811 wird vorgeschlagen, daß in Abhängigkeit von den geforderten elektrooptischen Eigenschaften der Displayzellen entweder ITO-Elektroden, die mit einer geriebenen Polyimidschicht versehen sind, oder solche, die lediglich gereinigt wurden, eingesetzt werden.In the US 5,437,811 It is proposed that, depending on the required electro-optical properties of the display cells, either ITO electrodes provided with a rubbed polyimide layer or those which have merely been cleaned are used.

Im US-Patent 5,453,863 werden multistabile Displays ohne Texturstabilisierung durch Polymernetzwerke beschrieben. Es wird vorgeschlagen, stattdessen geriebene oder ungeriebene ITO-Elektroden, die zusätzlich mit gleichartigen oder unterschiedlichen Polymerschichten belegt sein können, für den Zellenbau in der Weise zu verwenden, daß auch Elektroden mit unterschiedlichen Reiberichtungen miteinander kombiniert werden können. Die besten Ergebnisse wurden jedoch mit geriebenen ITO-Elektroden ohne zusätzliche Belegung erhalten.in the U.S. Patent 5,453,863 discloses multistable displays without texture stabilization described by polymer networks. It is suggested instead grated or unstretched ITO electrodes, the additional occupied with similar or different polymer layers can be for cell construction to use in the way that too Electrodes with different rubbing directions combined can be. The best results, however, were with rubbed ITO electrodes without additional Occupancy received.

Ein anderer Verfahrensvorschlag besteht darin, die ITO-Substrate mit orientierenden SiO₂-Schichten durch Aufsputtern unter schrägem Winkel zu versehen. Zusätzlich kann diese Sputterschicht mit einer organischen Si-Verbindung überzogen werden (R. Bunz, R. Buerkle, S. Becker, W. Sautter, T. Kallfass, E. Lueder; SID 97 Digest, 105 (1997)). Dieses Verfahren führt nach Aussage der Autoren zu einem besseren Kontrastverhältnis, verglichen mit Polyimidschichten.Another method proposal is to provide the ITO substrates with oriented SiO ₂ layers by sputtering at an oblique angle. In addition, this sputtering layer may be coated with an organic Si compound (R. Bunz, R. Buerkle, S. Becker, W. Sautter, T. Kallfass, E. Lueder, SID 97 Digest, 105 (1997)). This procedure leads, according to the authors a better contrast ratio compared to polyimide layers.

Bei all den vorgenannten Verfahren erhält man homogen texturierte cholesterische Schichten mit paralleler Vorzugsorientierung und mit gleicher Stärke der Wandkopplung an den gegenüberliegenden Elektrodenflächen. Diese Anordnung besitzt jedoch den Nachteil, daß entweder der planare oder der fokalkonische Schaltzustand keine ausreichende Stabilität aufweist.at All the above methods are homogeneously textured cholesteric layers with parallel preferential orientation and with equal strength the wall coupling to the opposite Electrode surfaces. However, this arrangement has the disadvantage that either the planar or the focal-conical switching state does not have sufficient stability.

Gemäß WO 99/34251 wird die Bistabiliät einer Flüssigkristallanordnung dadurch erreicht, dass die Flüssigkristall-Moleküle an der einen Wand zwei unterschiedlich geneigte Stellungen in derselben Azimut-Ebene einnehmen können, während sie an der anderen Wand nur eine Vorzugsrichtung besitzen, die entweder planar oder geneigt ist. Die Flüssigkristalle weisen einen relativ langen "pitch" auf, der in etwa dem Vierfachen der Steuerschichtdicke (d.h. ca. 10-20 μm) entspricht.According to WO 99/34251 becomes the Bistabiliät a liquid crystal device achieved in that the liquid crystal molecules at the a wall two differently inclined positions in the same Azimuth level, while they have only one preferred direction on the other wall, either is planar or inclined. The liquid crystals have a relatively long pitch, which is roughly four times the control layer thickness (i.e., about 10-20 μm).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bistabile Lichtsteuerungs- und Informationsanzeigesysteme, insbesondere elektrooptische Flüssigkristalldisplays, mit einer erhöhten Stabilität auch des zweiten stabilen Zustands bereitzustellen, um deren Einsatzmöglichkeiten zu verbreitern sowie die Farb- und Kontrasteigenschaften zu verbessern: Vorzugsweise sollen sich diese Systeme unter guten wirtschaftliche Eckdaten herstellen lassen.Of the Invention is based on the object, bistable light control and information display systems, in particular electro-optical liquid crystal displays, with an elevated stability also provide the second stable state to their applications to broaden and improve the color and contrast properties: Preferably, these systems should be under good economic Make basic data.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß diese Aufgabe durch die Bereitstellung von bistabilen Flüssigkristallanzeigen mit einer cholesterischen Schicht in Sandwichanordnung zwischen zwei Elektroden in der Weise gelöst werden kann, daß das cholesterische Material an den gegenüberliegenden Elektroden mit unterschiedlicher Vorzugsorientierung und unterschiedlicher Wandkopplung vorliegt, wobei die Winkel zwischen den Vorzugsorientierungsrichtungen des cholesterischen Materials und den Elektrodenflächen mindestens 30°, vorzugsweise 60° bis 90°, voneinander verschieden sind, und wobei das cholesterische Flüssigkristall-Material in einem der beiden stabilen Schaltzustände farbselektiv Licht reflektiert.It was surprisingly found that this Task by providing bistable liquid crystal displays sandwiched with a cholesteric layer sandwiched between two electrodes dissolved in the way that can be cholesteric Material on the opposite electrodes with different preference orientation and different Wall coupling is present, the angles between the preferred orientation directions of the cholesteric material and the electrode surfaces at least 30 °, preferably 60 ° to 90 °, from each other are different, and wherein the cholesteric liquid crystal material in one of the two stable switching states color-selectively reflects light.

Die Elektroden weisen ein geeignetes Substrat wie Glas oder Kunststoff auf, wobei mindestens eine der beiden Elektroden zumindest teilweise, vorzugsweise völlig transparent ist. Die Leitfähigkeit kann ihnen in geeigneter Weise durch eine ebenfalls zumindest auf der transparenten Elektrode lichtdurchlässige elektrisch leitende Beschichtung verliehen werden, vorzugsweise durch eine ITO-Beschichtung. Der Abstand der Elektroden sollte günstigerweise relativ klein sein; besonders bevorzugt liegt er im Bereich von etwa 3μm bis etwa 20 μm.The Electrodes have a suitable substrate such as glass or plastic on, wherein at least one of the two electrodes at least partially, preferably completely is transparent. The conductivity can Appropriate by a likewise at least on the transparent electrode transparent electrically conductive coating be awarded, preferably by an ITO coating. Of the Distance of the electrodes should be favorable be relatively small; it is particularly preferably in the range of about 3μm to about 20 microns.

Besonders bevorzugt sind Anordungen der cholesterischen Schicht, bei denen die Vorzugsorientierung an einer Elektrode homöotrop und an der gegenüberliegenden Elektrode planar ist (Hybridorientierung).Especially preferred are arrangements of the cholesteric layer in which the preferential orientation at one electrode homeotropic and at the opposite Electrode is planar (hybrid orientation).

Gut geeignet sind auch cholesterische Schichten mit geneigter Orientierung an beiden Elektroden, wobei sich die Winkel zwischen den Vorzugsorientierungsrichtungen und den Elektrodenflächen um mindestens 30° unterscheiden.Well Also suitable are cholesteric layers with inclined orientation at both electrodes, with the angles between the preferred orientation directions and the electrode surfaces differ by at least 30 °.

Bistabile Flüssigkristallanzeigen, bei denen die cholesterischen Schichten inhomogene Texturen und unterschiedliche Wandkopplungsstärken aufweisen, zeichnen sich im Vergleich zu herkömmlichen Anzeigen durch eine erhöhte Stabilität der optisch verschiedenen Schaltzustände, durch eine verringerte Sichtwinkelabhängigkeit der angezeigten Information und durch verringerte Schaltspannungen aus.bistable Liquid crystal displays, where the cholesteric layers are inhomogeneous textures and different wall coupling strengths have, in comparison to conventional displays by a increased stability the optically different switching states, by a reduced Viewing angle dependence the displayed information and reduced switching voltages out.

Die erfindungsgemäßen bistabilen Flüssigkristallanzeigen werden so hergestellt, daß die cholesterische Flüssigkristallmischung zwischen zwei unterschiedlich vorbehandelte, sandwichartig angeordnete Elektroden wie Glasscheiben oder Polymerfolien, deren innere Oberflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht, vorzugsweise einer transparenten ITO-Schicht, versehen sind und die vorzugsweise einen Abstand von 3 μm bis 20 μm voneinander haben, eingefüllt und anschließend zwecks Beseitigung von Füllspuren einige Zeit auf Temperaturen oberhalb der Klärtemperatur erwärmt werden.The bistable according to the invention liquid crystal displays are made so that the cholesteric liquid crystal mixture between two differently pretreated, sandwiched electrodes such as glass sheets or polymer films whose inner surfaces with an electrically conductive layer, preferably a transparent ITO layer, are provided and preferably a distance of 3 microns to 20 microns from each other have filled and subsequently for the purpose of eliminating traces of contamination heated to temperatures above the clearing temperature for some time.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen bistabilen Anzeige mit cholesterischen Flüssigkristallen werden die einschließenden Glas- oder Polymersubstrate verschieden vorbehandelt und/oder weisen unterschiedliche Materialien auf. Diese Unterschiede bewirken eine inhomogene Schichttextur mit unterschiedlicher Wandkopplung.to Preparation of a bistable according to the invention Display with cholesteric liquid crystals become the inclusive Glass or polymer substrates differently pretreated and / or have different Materials on. These differences cause an inhomogeneous layer texture with different wall coupling.

Geeignete Substratkombinationen sind vorzugsweise solche, bei denen
eine der beiden Elektroden eine homogen-planare und die andere eine homöotrope Ausrichtung in der cholesterischen Schicht erzeugt, oder
eine Elektrode, die entweder eine homogen-planare oder eine homöotrope Ausrichtung bewirkt, mit einer Gegenelektrode kombiniert wird, die eine geneigte Orientierung hervorruft, oder
beide Elektroden geneigte Orientierungen induzieren können.Suitable substrate combinations are preferably those in which
one of the two electrodes produces a homogeneous planar and the other a homeotropic alignment in the cholesteric layer, or
an electrode which causes either a homogeneous-planar or a homeotropic alignment is combined with a counter electrode which causes a tilted orientation, or
Both electrodes can induce inclined orientations.

Insgesamt sind aber alle solchen Substratkombinationen mit unterschiedlicher Vorzugsorientierung und unterschiedlicher Wandkopplung möglich, bei denen an den gegenüberliegenden Elektroden die Winkel zwischen den Vorzugsorientierungsrichtungen und den Elektrodenflächen mindestens 30° voneinander abweichen, wobei es sowohl möglich ist, daß nur eine der Orientierungen eine Neigung gegenüber der Elektrodenfläche aufweist, als auch, daß beide Orientierungen einen Neigungswinkel gegenüber der Elektrode aufweisen.Overall, however, all such substrate combinations with different preferred orientation and different wall coupling are possible, in which the angles between the preferential orientation directions and the electrode surfaces at the opposite electrodes deviate from one another by at least 30 °, it being possible for only one of the orientations to have an inclination with respect to the electrode surface, and for both orientations to have an angle of inclination with respect to the electrode ,

Prinzipiell können die erfindungsgemäßen Stabilisierungswirkungen mit allen Verfahren, die sich zur Erzeugung homogen orientierter Schichten bewährt haben, erzielt werden. Im einfachsten Fall wird die homogen-planare Orientierungswirkung durch gerichtetes Reiben der elektrisch leitenden Beschichtung (z.B. der ITO-Schicht) einer Elektrode mit textilem Gewebe, Leder oder Papier erzielt. Demgegenüber läßt sich eine homöotrope Wandorientierung häufig durch sehr sorgfältige Reinigung der Elektrodenflächen, z.B. mittels Lösungsmitteldampfwäsche oder Ultraschall, hervorrufen.in principle can the stabilizing effects of the invention with all procedures, which are homogeneous for production Layers proven have to be achieved. In the simplest case, the homogeneous-planar Orientation effect by directed rubbing of the electrically conductive Coating (e.g., the ITO layer) of an electrode with textile Tissue, leather or paper scored. In contrast, a homeotropic wall orientation is often by very careful Cleaning the electrode surfaces, e.g. using solvent vapor wash or Ultrasound, cause.

Besonders bevorzugt, weil besonders gute Ergebnisse liefernd, sind jedoch Verfahren, bei denen die Elektrodenflächen mit speziellen Orientierungsschichten belegt werden. Gegebenenfalls werden diese Schichten anschließend mechanisch, thermisch oder optisch bearbeitet, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Von G. Lester, J.Hammer, H. Coles: PTFE drawn Films as Alignment Agents for Liquid Crystals, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 262, 149 (1995), wird ein neueres Orientierungsverfahren für schwach angekoppelte Flüssigkristallschichten beschrieben, bei dem dünne Filme aus Polytetrafluorethylen (PTFE) durch ein Ziehverfahren auf die Elektrode aufgebracht werden. W.M. Gibbons, B.P. McGinnis, P.J. Shannon, S.T. Sun, H. Zheng: Recent Progress in Optical Alignment for LCDs, Proc. Sixth Intern. Display Workshops 1999, Sendai (Japan), beschreiben neue Polyimidbasierte Materialien. Auch das bekannte Aufsputtern von Siliciumdioxid in schrägem Winkel ist möglich. Zusammenfassend sind solche Verfahren z.B. in T. Uchida, H. Seki: Surface Alignment of Liquid Crystals, in "Liquid Crystals Applications and Uses", edited by B. Bahadur, 1990 (World Scientific, Singapore), Vol. 3, beschrieben.Especially however, because they give particularly good results are preferred Process in which the electrode surfaces with special orientation layers be occupied. If necessary, these layers are then mechanically, thermally or optically processed to achieve the desired effect. By G. Lester, J.Hammer, H.Coles: PTFE drawn Films as Alignment Agents for Liquid Crystals, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 262, 149 (1995) a new orientation method for weakly coupled liquid crystal layers described in which thin Films of polytetrafluoroethylene (PTFE) by a drawing process on the electrode are applied. W. M. Gibbons, B.P. McGinnis, P.J. Shannon, S.T. Sun, H. Zheng: Recent Progress in Optical Alignment for LCDs, Proc. Sixth Intern. Display Workshops 1999, Sendai (Japan), describe new polyimide-based materials. Also the well-known Sputtering of silica at an oblique angle is possible. In summary such methods are e.g. in T. Uchida, H. Seki: Surface Alignment of Liquid Crystals, in "Liquid Crystals Applications and Uses ", edited by B. Bahadur, 1990 (World Scientific, Singapore), Vol. 3, described.

Die Erfindung soll durch die nachfolgenden Beispiele detaillierter erläutert werden.The The invention will be explained in more detail by the following examples.

Beispiel 1example 1

Es wurde eine cholesterinische Flüssigkristallmischung hergestellt, die 67,9 Masse-% der nematischen Grundmischung OC-1002XX (Chisso Co., Tokyo) und 32,1 Masse-% des chiralen Dotanden ZLI 811 (Merck, Darmstadt) enthielt. Diese Mischung, die in homogen-planar orientierter Schicht grünes Licht selektiv reflektierte, wurde durch Kapillarwirkung in eine aus zwei ITO-beschichteten Glasscheiben bestehende Zelle mit einem Elektrodenabstand von 5 μm eingefüllt. Eine Elektrode wurde vorher 20 mal uniaxial auf Samt gerieben, die andere Elektrode blieb unbehandelt. Nach 30 minütigem Tempern der gefüllten Zelle bei 60°C konnte die cholesterische Schicht durch 50 Hz-Wechselspannungsimpulse in eine grünes Licht reflektierende Textur (50 V) oder in eine nahezu transparente Textur (20 V) umgeschaltet werden. Im Gegensatz zu einer baugleichen Zelle mit einer homogenen, planaren Schichtorientierung blieben diese Texturen im spannungslosen Zustand unverändert erhalten.It became a cholesteric liquid crystal mixture prepared containing 67.9 mass% of the nematic masterbatch OC-1002XX (Chisso Co., Tokyo) and 32.1% by mass of the chiral dopant ZLI 811 (Merck, Darmstadt) contained. This mixture, in homogeneous-planar oriented layer green The light was selectively reflected by capillary action made of two ITO-coated Glass panes existing cell filled with an electrode gap of 5 microns. A Electrode was rubbed uniaxially on velvet 20 times before, the other one Electrode was left untreated. After 30 minutes of tempering the filled cell at 60 ° C The cholesteric layer could be turned into a green light by 50 Hz AC pulses reflective texture (50 V) or in a nearly transparent texture (20 V) can be switched. In contrast to a structurally identical cell with a homogeneous, planar layer orientation these remained Textures in a de-energized state unchanged.

Beispiel 2Example 2

Der nematischen Grundmischung E63 (Merck Ltd., Poole) wurden 13,3 Masse-% des chiralen Dotanden R(–)-1-(9-Anthryl)-2,2,2-trifluorethanol (Fluka) zugemischt. Die erhaltene cholsterische Mischung reflektierte in homogen-planarer Schichtorientierung blau-grünes Licht. Zur Herstellung der Displayzelle wurde eine ITO-Elektrode zur Erzielung einer homöotropen Randorientierung mit einer Lösung von Octyltrimethylsilan in Methylenchlorid behandelt. Die andere Elektrode wurde zur Erzielung einer homogen-planaren Randorientierung mit PTFE-Spray besprüht und dann 20 mal uniaxial auf Samt gerieben. Nach dem Füllen der 5,5 μm dicken Zelle erfolgte eine 30 minütige Wärmebehandlung bei 75 °C. Mit Hilfe von Wechselspannungsimpulsen unterschiedlicher Amplitude war ein wechselseitiges Umschalten zwischen nahezu transparenter (15 V) und selektiv grün reflektierender (35 V) Textur möglich. Im Gegensatz zu einer baugleichen Zelle mit durchgehend homöotroper Schichtorientierung war der Sichtwinkeleinfluß auf die Ablesbarkeit der eingeschriebenen Zeichen deutlich verkleinert, und beide Texturen blieben nach Abschalten der jeweiligen Spannungen unverändert erhalten.Of the nematic base mixture E63 (Merck Ltd., Poole) was 13.3% by mass of the chiral dopant R (-) - 1- (9-anthryl) -2,2,2-trifluoroethanol (Fluka) admixed. The preserved cholsterische mixture reflected in homogeneous planar layer orientation blue-green light. For the production The display cell was an ITO electrode to achieve a homeotropic Edge orientation with a solution of Octyltrimethylsilane treated in methylene chloride. The other electrode was to achieve a homogeneous-planar edge orientation with Sprayed PTFE spray and then rubbed uniaxially on velvet 20 times. After filling the 5.5 μm thick Cell was done for 30 minutes heat treatment at 75 ° C. With the help of alternating voltage pulses of different amplitude was a mutual switch between almost transparent (15V) and selectively green reflective (35 V) texture possible. In contrast to a structurally identical cell with throughout homeotropic Layer orientation was the viewing angle influence on the readability of the inscribed characters significantly reduced, and both textures remained unchanged after switching off the respective voltages.

Beispiel 3Example 3

Der nematischen Grundmischung OC-1002XX werden 4,47 Masse-% (4R-trans)-2,2-Dimethyl-α,α,α',α'-tetra(1-naphthyl)-1,3-dioxolan-4.5-dimethanol (Aldrich) als chiraler Dotierstoff zugemischt. In homogen-planarer Schichtorientierung reflektiert diese Mischung grün-oranges Licht. Eine Displayzelle mit einem Elektrodenabstand von 5,3 μm wurde in der Weise hergestellt, daß zwei mit ITO-Schichten versehene und unter einem Winkel von 80° schräg mit Siliziumoxid bedampfte Glasscheiben mit antiparallelen Aufdampfrichtungen zusammengefügt wurden. Dem Füllen der Zelle unter Vakuum schloß sich eine 30 minütige Wärmebehandlung bei 80°C an. Für die elektrische Texturumschaltung waren Spannungsimpulse von 10 V (in die nahezu transparente Textur) bzw. von 25 V (in die selektiv reflektierende Textur) ausreichend. Im Vergleich zu einer baugleichen Zelle, in der jedoch die cholesterische Schicht durch Reiben beider Elektroden in gleicher Richtung eine homogen-planare Orientierung aufwies, war eine deutlich verringerte Sichtwinkelabhängigkeit der Reflexionsfarbe und des Kontrastes zu beobachten.4.47% by mass of (4R-trans) -2,2-dimethyl-α, α, α ', α'-tetra (1-naphthyl) -1,3-dioxolane-4.5 are added to the nematic base mixture OC-1002XX. dimethanol (Aldrich) mixed as a chiral dopant. In homogeneous-planar layer orientation, this mixture reflects green-orange light. A display cell with an electrode spacing of 5.3 microns was prepared in such a way that two with ITO layers and at an angle of 80 ° obliquely coated with silica glass was assembled with antiparallel vapor deposition directions. The filling of the cell under vacuum was followed by a 30 minute heat treatment at 80 ° C. For the electrical texture switching were voltage pulses of 10 V (in the almost transparent texture) or of 25V (into the selectively reflecting texture) is sufficient. In comparison to a structurally identical cell in which, however, the cholesteric layer had a homogeneously planar orientation by rubbing both electrodes in the same direction, a significantly reduced viewing angle dependence of the reflection color and the contrast was observed.

Beispiel 4Example 4

Zellenherstellung analog Beispiel 1, jedoch wurden anstelle der Glasscheiben ITO-bedampfte Folien aus Polyethylenterephthalat eingesetzt.cell manufacturing analogously to Example 1, but instead of the glass panes ITO-vapor-deposited films used in polyethylene terephthalate.

Claims

Bistable liquid crystal device comprising a cholesteric material-containing layer sandwiched between two electrodes, wherein the cholesteric material is present on the opposite electrodes with different preferential orientation and different wall coupling and the angle between the preferred orientation directions, and the electrode surfaces of the opposing electrodes are different at least 30 ° from each other, characterized characterized in that the cholesteric liquid crystal material in one of the two stable switching states color-selectively reflects light.

liquid crystal device according to claim 1, wherein the angles between the preferred orientation directions and the electrode surfaces to the opposite Electrodes 60 ° to 90 ° from each other are different.

liquid crystal device according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes have a Distance of 3μm up to 20 μm exhibit.

liquid crystal device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that each of the electrodes is a non-conductive Substrate and arranged thereon, an electrically conductive layer wherein at least one of the substrates is at least partially is transparent and one at least in the transparent areas transparent, electrically conductive layer.

liquid crystal device according to claim 4, characterized in that at least one of the substrates Completely is transparent.

liquid crystal device according to one of the preceding claims, characterized in that the preferred orientation of the cholesteric material on one of the two electrodes homeotropic Orientation is while the preferred orientation of this layer on the other electrode is a planar orientation.

liquid crystal device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the preferred orientation of the cholesteric material on both electrodes an inclined orientation is.

A method for producing a liquid crystal device according to Claim 6, characterized in that the electrodes of a made with ITO coated glass or plastic substrate and only one of these two electrodes are uniaxial several times Velvet is rubbed, whereupon the electrodes are mounted parallel to each other and the resulting gap with a cholesteric Material-containing composition is filled, after which the arrangement heated to a temperature above the clearing temperature and subsequently is cooled back to an underlying temperature.

A method for producing a liquid crystal device according to Claim 6, characterized in that the first electrode a having an electrically conductive layer of ITO and with a solution of an alkylsilane in a suitable solvent is treated and sprayed the second electrode with PTFE spray and then several times uniaxial rubbed on velvet, whereupon the electrodes are parallel to each other be mounted and the resulting gap with a containing composition containing cholesteric material, whereupon the assembly is heated to a temperature above the clearing temperature and subsequently is cooled back to an underlying temperature.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized that this Rubbing on velvet takes about 15 to 25 times.

Method according to claim 10, characterized in that that the rubbing on velvet is done 20 times.

Method for producing a liquid crystal device according to claim 7, characterized in that both electrodes under a Angle from 30 ° to 90 ° with Silica vaporized and then with antiparallel vapor deposition be mounted parallel to each other and the resulting gap is filled with a composition containing cholesteric material, whereupon the assembly is at a temperature above the clearing temperature heated and subsequently is cooled back to an underlying temperature.

The method of claim 12, wherein both electrodes at an angle of 50 ° to 80 ° C with silica be steamed.

Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that the two electrodes with a distance of 3 microns to 20 microns are mounted parallel to each other.