DE112004000608T5

DE112004000608T5 - Flüssigkristall-lösliche Teilchen, Verfahren zur Herstellung derselben und Flüssigkristallbauelement

Info

Publication number: DE112004000608T5
Application number: DE112004000608T
Authority: DE
Inventors: Jirakorn Thisayukta; Yukihide Shiraishi; Shigenobu Sano; Atsushi Baba
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2006-03-09
Also published as: KR20060014032A; JP4392186B2; JP2004347618A; US20050079296A1; WO2004092302A1; CN1774492A; KR100816570B1; US7771799B2; CN1774492B

Abstract

Flüssigkristall-lösliches Teilchen, umfassend einen Kern, umfassend ein oder eine Vielzahl von Nanoteilchen, und eine Schutzschicht, umfassend Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle, bereitgestellt an dessen Peripherie.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkristallbauelement mit hoher Ansprechgeschwindigkeit, das Frequenzabhängigkeit zusätzlich zu einer Amplitude der Steuerspannung aufweist, für ein elektrooptisches Ansprechvermögen und betrifft Flüssigkristall-lösliche Teilchen zur Dotierung in einem Flüssigkristall dieses Flüssigkristallbauelements und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Technischer Hintergrund
In einem elektrooptischen Bauelement oder einem Flüssigkristallanzeigebauelement wird ein Flüssigkristall in eine Flüssigkristallzelle gefüllt. Eine Flüssigkristallzelle unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls wird vielfach hauptsächlich als eine Matrixflüssigkristallanzeige (nachstehend in einigen Fällen als LCD bezeichnet) in Computermonitoren, Fernsehempfängern und mobilen Geräten, wie Mobiltelefonen und dergleichen, eingesetzt.
Ein LCD unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls (nachstehend in einigen Fällen als NLCD bezeichnet) weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass seine Zeitkonstante 12 ms bis 200 ms lang ist, was eine langsame Ansprechgeschwindigkeit ausweist und folglich können sich bewegende Videobilder nicht ausreichend angezeigt werden.
Als Verfahren zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Elektro-optischen Ansprechvermögens eines Flüssigkristallbauelements gibt es Versuche unter Verwendung von (1) ferroelektrischem Flüssigkristall, (2) nematischen Biegemodus, (3) flexoelektrischem Effekt, (4) Dualfrequenzsteuerung und anderen Modi (siehe M. Schadt, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 89 (1982), 77). Ferroelektrischer Flüssigkristall, nematischer Biegemodus, flexoelektrischer Effekt und dergleichen hängen nur von einer Amplitude der Steuerspannung oder von dem Mittelwert der Amplitude ab und hängen nicht von der Frequenz ab. Modi, wie Dualfrequenzsteuerung und dergleichen, hängen von der Frequenz ab.
Hinsichtlich eines ferroelektrischen Flüssigkristalls als LCD mit hoher Ansprechgeschwindigkeit wurde es augenscheinlich, dass ein defektfreies polymeres, stabiles, ferroelektrisches Flüssigkristallbauelement von Shunsuke KOBAYASHI et al. eine hohe Ansprechgeschwindigkeit zeigt und ausgezeichnete Anwendbarkeit aufweist, wie beschrieben in "Next generation liquid crystal display", Shunsuke KOBAYASHI Hrsg., KYORITSU SHUPPAN CO., LTD., Sep. 2002, Kapitel 4 and 8. Der nematische Biegemodus und flexoelektrische Effekt sind aber noch nicht in praktischer Anwendung.
Außerdem ist der Dualfrequenzsteuerungsmodus ein Modus der Verleihung von Frequenzabhängigkeit als eine elektrooptische Eigenschaft durch ein Gemisch von Flüssigkristallen. Da jedoch verwendbare Flüssigkristallsubstanzen begrenzt sind, ist dieser Modus noch nicht in praktischer Anwendung, weil der Frequenzbereich nicht zwanglos ausgewählt werden kann, die Betriebspannung hoch ist und die Frequenzabhängigkeit von Ein-Aus umgekehrt ist, d. h. dieser Modus hat keine praktische Anwendung erreicht.
Die Erfinder haben als ein Verfahren zur Lösung der vorstehend genannten Probleme bemerkt, dass, wenn Steuerung bzw. Regelung eines Frequenzmodulationsmodus ermöglicht wird, ein elektrooptisches Ansprechvermögen hoher Geschwindigkeit durch Schalten der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes (Spannung) erhalten werden kann. Gemäß diesem Verfahren kann das Kontrastverhältnis eines elektrooptischen Ansprechvermögens durch Änderung der Amplitude des angelegten elektrischen Feldes durch übliche Verfahren kontinuierlich geändert werden. Au ßerdem kann ein Flüssigkristallbauelement eines solchen Frequenzmodulationsmodus gleichzeitig durch einen aktiven Matrixmodus gesteuert werden.
Andererseits wurden bereits NLCD, die ein Frequenzmodulationsansprechvermögen zeigen, von Shunsuke KOBAYASHI (H. YOSHIKAWA et al., Jpn. J. Appl. Phys., 41 (2002) L1315 und Y. SHIRAISHI et al., Appl. Phys. Lett., 81 (2002) 2845) mitgeteilt. In diesen Druckschriften werden allerdings nur Palladiumnanoteilchen verwendet und in diesem System ist der Frequenzmodulationsbereich auf 10 Hz bis 100 Hz begrenzt. Deshalb sind der Anwendungsbereich und die praktische Verwendung begrenzt.
Im Ergebnis der vorstehend beschriebenen Tatsachen ist es erwünscht, ein Flüssigkristallbauelement vom Frequenzmodulationsmodus bereitzustellen, das eine Steuerung bwz. Regelung von Ein-Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens bei hoher Geschwindigkeit durch Schalten der Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes bereitzustellen kann und außerdem in der Lage ist, einen Frequenzmodulationsbereich zwanglos von einigen Hz zu einigen kHz oder mehr zu ändern.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfinder haben ausgiebig Untersuchungen im Hinblick auf die vorstehend genannten Bedingungen unternommen. Im Ergebnis fanden sie, dass ohne Änderung verschiedener üblicherweise verwendeter Betriebsmodi eine Frequenzabhängigkeit über einen weiten Bereich einem elektrooptischen Ansprechvermögen durch Zugabe und Dispergieren von Nanoteilchen, geschützt mit Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen, zu einer Flüssigkristallschicht verliehen werden kann und dass ein elektrooptisches Ansprechvermögen hoher Geschwindigkeit durch Schalten der Frequenz eines angelegten Feldes erhalten werden kann, und somit zur Vervollständigung der Erfindung führte.
D.h. die vorliegende Erfindung stellt Flüssigkristall-lösliche Teilchen bereit, umfassend einen Kern, bestehend aus einem oder einer Vielzahl von Nanoteilchen bzw. -partikeln und eine Schutzschicht, bestehend aus Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen, bereitgestellt an dessen Peripherie.
Hinsichtlich des vorstehend genannten Flüssigkristall-löslichen Teilchens ist es bevorzugt, dass der Durchmesser des Kerns 1 nm bis 100 nm ist und es ist bevorzugt, dass die kurze Achsenbreite des Flüssigkristallmoleküls oder des Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls gleich oder geringer als der Durchmesser des Kerns ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-löslichen Teilchens bereit, wobei das Nanoteilchen ein Metallnanoteilchen aus Metall ist und eine Vielzahl von Metallionen in einer die Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküle enthaltenden Lösung reduziert werden, um den Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen zu ermöglichen, an der Peripherie des Metallnanoteilchen zur Bildung der Teilchen zu binden.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Metallnanoteilchen aus mindestens einer Art Metallatom, ausgewählt aus Ag, Pd, Au, Pt, Rh, Ru, Cu, Fe, Co, Ni, Sn und Pb, hergestellt werden. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Metallion aus mindestens einem Metallsalz unter Metallhalogeniden, Metallacetaten, Metallperhalogenaten, Metallsulfaten, Metallnitraten, Metallcarbonaten und Metalloxalaten als Rohstoff ausgewählt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Flüssigkristallbauelement bzw. -vorrichtungselement bereit, umfassend ein Paar von parallelen Substraten, leitfähige Schichten, bereitgestellt jeweils auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen Substraten, Flüssigkristallausrichtungsschichten, bereitgestellt jeweils mit Vorkippwinkel auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen leitfähigen Schichten, und eine Flüssigkristallschicht, gebildet zwischen diesem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, wobei die Flüssigkristall-löslichen Teilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Flüssigkristallschicht gelöst oder dispergiert sind.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass ein Steuerstrom- bzw. Regelkreis einer anzule genden Spannung, während mindestens die Frequenz unter Frequenz und Spannung moduliert wird, auf der leitfähigen Schicht zum Variieren der Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristallschicht bereitgestellt wird, und unter konstanter angelegter Spannung ein elektrooptisches Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz eingeschaltet wird und das elektrooptische Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz von einer hohen Frequenz zu einer niedrigen Frequenz ausgeschaltet wird.
In den erfindungsgemäßen Flüssigkristallbauelementen werden die Flüssigkristall-löslichen Teilchen, bestehend aus einem Kern aus Nanoteilchen und Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen bereitgestellt an seiner Peripherie, in einer Flüssigkristallschicht gelöst oder dispergiert. Daher kann Ein-Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens von hoher Geschwindigkeit durch Schalten der Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes gesteuert bzw. geregelt werden.
In dem vorstehend genannten Flüssigkristallbauelement ist es bevorzugt, dass eine Zeitkonstante des Ansprechvermögens hinsichtlich des Ein- und Ausschaltens des elektrooptischen Ansprechvermögens im Bereich von 0,1 ms bis 10 ms liegt und es ist bevorzugt, dass ein Frequenzmodulationsbereich von dem elektrooptischen Ansprechvermögen im Bereich von 20 Hz bis 100 kHz liegt. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Nanoteilchen, welches das Flüssigkristall-lösliche Teilchen ausmacht, mindestens einer Art von Metallatom, ausgewählt aus Ag, Pd, Au, Pt, Rh, Ru, Cu, Fe, Co, Ni, Sn und Pb, ist.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Flüssigkristallbauelements bereit, wobei das Flüssigkristallbauelement gemäß Anspruch 8 durch Verwendung eines aktiven Matrixmodus gesteuert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Ein-Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens eines Flüssigkristallbauelements nicht nur durch angelegte Spannung kontrolliert bzw. gesteuert bzw. geregelt werden, sondern auch durch seine Frequenz. Außerdem kann durch Änderung der Art, Kombination und Konzentration von Nanoteilchen ein steuer- bzw. regelbarer Frequenzbereich zwischen einigen Hz und einigen 100 Hz frei ausgewählt werden.
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallbauelement kann, verglichen mit üblichen Bauelementen, durch Schalten der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes zehnmal bis hundertmal schneller Hochgeschwindigkeitsschalten leisten. Ein solches erfindungsgemäßes Flüssigkristallbauelement kann auf alle Arten von Betriebsmodi angewendet werden und kann Hochgeschwindigkeitsansprechvermögen verwirklichen. Dieser Hochgeschwindigkeitsansprechmodus kann auf nematische Flüssigkristallanzeigemodi angewendet werden. Auch im Fall einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeige kann außerdem, da normale dielektrische Eigenschaft und Ferroelektrizität beim Betrieb kombiniert werden, ein Hochgeschwindigkeitsansprechvermögen durch Anwenden des vorliegenden Modus verwirklicht werden. Diese Flüssigkristallbauelemente können alle durch einen aktiven Matrixmodus gesteuert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel des erfindungsgemäßen Flüssigkristallbauelements zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Flüssigkristall-löslichen Teilchens der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Ansicht, die eine relative Lichtdurchlässigkeit in Bezug auf eine angelegte Effektivwert-Spannung in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht, die eine elektrooptische Ansprechwellenform in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallbauelement wird nachstehend genauer beschrieben.
[1] Flüssigkristallbauelement
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallbauelement ist ein Flüssigkristallbauelement, umfassend ein Paar von parallelen Substraten; leitfähige Schichten, bereitgestellt jeweils auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen Substraten; Flüssigkristallausrichtungsschichten, bereitgestellt jeweils mit Vorkippwinkel auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen leitfähigen Schichten; und eine Flüssigkristallschicht, gebildet zwischen diesem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, wobei Flüssigkristall-lösliche Teilchen, umfassend einen Kern, bestehend aus Nanoteilchen und Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle, bereitgestellt an dessen Peripherie, in der vorstehend genannten Flüssigkristallschicht gelöst oder dispergiert sind. Und ein so hergestellter komplexer Körper (Mischsystem) ist ein Flüssigkristallbauelement, worin ein Steuerstromkreis bzw. Kontrollschaltkreis einer angelegten Spannung, während Modulation von mindestens der Frequenz unter Frequenz und Spannung, bereitgestellt ist zum Ändern der Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristallschicht und unter einer konstanten anzulegenden Spannung, ein elektrooptisches Ansprechvermögen, als ein Lichtmodulationsbauelement, durch Schalten der Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz eingeschaltet wird und das elektrooptische Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz von einer hohen Frequenz zu einer niedrigen Frequenz ausgeschaltet wird. Unter diesem Zustand kann ein elektrooptisches Ansprechvermögen auch durch Änderung der Spannung geändert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann durch Schützen dieser Nanoteilchen mit Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen, wenn Frequenzabhängigkeit einem elektrooptischen Ansprechvermögen eines Flüssigkristallbauelements verliehen wird, durch Lösen oder Dispergieren von Nanoteilchen in einer Flüssigkristallschicht, die Dispersion von Nanoteilchen in einer Flüssigkristallschicht verbessert werden und eine freie Auswahl eines steuer- bzw. regelbarem Frequenzbereich in einem Bereich von einigen Hz bis zu einigen kHz oder mehr wird möglich.
Der Grund, warum die Nanoteilchen so einem elektrooptischen Ansprechvermögen eines Flüssigkristallbauelements Frequenzabhängigkeit verleihen können, wird nachstehend beschrieben.
An der Grenzfläche zwischen einem Matrixflüssigkristall und Nanoteilchen werden oszillierende elektrische Dipole durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes gebildet. Folglich wird überschüssige dielektrische Dispersion vom Debye-Typ durch Nanoteilchen erzeugt. In diesem Fall wird überschüssige dielektrische Dispersion durch Nanoteilchen in einem Frequenzbereich nahe ωτ = 1 erzeugt und dessen Relaxationszeit wird durch die nachstehende Formel wiedergegeben, wobei die dielektrische Konstante eines Matrixflüssigkristall ε₁ ist, dessen Leitfähigkeit σ₁ ist, und die dielektrische Konstante eines Nanoteilchens ε₂ ist, dessen Leitfähigkeit σ₂ ist.
Dieses Phänomen ist als Maxwell-Wagner-Effekt in Bezug auf inhomogene dielektrische Materialien bekannt, und in der vorliegenden Erfindung wird eine Relaxationszeitkonstante von überschüssiger dielektrischer Dispersion in einer Flüssigkristallschicht durch die Art und Konzentration (Zahl der Teilchen pro Einheitsvolumen) von Nanoteilchen kontrolliert und dadurch kann einem elektrooptischen Ansprechvermögen von einem Flüssigkristallbauelement eine Frequenzabhängigkeit verliehen werden. In diesem Mechanismus kann in der vorliegenden Erfindung durch Schützen von Nanoteilchen mit einem Flüssigkristall-Molekül oder Flüssigkristall-ähnlichem Molekül die Dispersion von Nanoteilchen in einer Flüssigkristallschicht verbessert werden und eine Frequenzmodulation in einem breiteren Bereich wird möglich. Bei dieser Behandlung kann im Fall von Nanoteilchen eine solche Frequenzmodulationseigenschaft von Fotoleitfähigkeit durch Bestrahlung mit Licht geändert werden.
Hierdurch kann die Helligkeit einer Anzeige kontinuierlich durch die Frequenz des angelegten elektrischen Feldes geändert werden. Außerdem kann das elektrooptische Ansprechvermögen eines Flüssigkristallbauelements durch Schalten der Steuerfrequenz von niedriger Frequenz zu hoher Frequenz eingeschaltet werden und kann durch Schalten der Frequenz von hoher Frequenz auf niedrige Frequenz ausgeschaltet werden. Ein Hochgeschwindigkeitsansprechvermögen von zehnmal bis hundertmal, verglichen mit üblichen Bauelementen, kann verwirklicht werden.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Flüssigkristallbauelements, das durch einen aktiven Matrixmodus gesteuert wird, als ein Beispiel des Flüssigkristallbauelements der vorliegenden Erfindung. Ein Paar von parallelen Substraten 1a, 1b, und auf gegenüber liegenden Innenoberflächen davon, transparente leitfähigen Schichten 3a, 3b werden bereitgestellt. Auf den gegenüber liegenden Innenoberflächen der durchsichtigen leitfähigen Schichten werden Flüssigkristallausrichtungsschichten 4a, 4b bereitgestellt und eine Flüssigkristallschicht 2 wird zwischen diesen Flüssigkristallausrichtungsschichten 4a, 4b angeordnet. In der Flüssigkristallschicht 2 werden Flüssigkristall-lösliche Teilchen NP dispergiert. Auf dem Substrat 1a werden ein Dünnfilmtransistor (TFT) Q7 und eine Pixelelektrode PX (transparente leitfähige Schichten 3a), angeordnet. Auf dem oberen Substrat 1b wird ein schwarzer Streifen BS auf der Seite, die mit der Flüssigkristallschicht in Kontakt steht, angeordnet und eine transparente leitfähige Schicht 3b und eine Farbfilterschicht 5 werden zwischen dem Substrat 1b und der Flüssigkristallausrichtungsschicht 4b angeordnet. An der Außenseite von beiden Substraten werden zwei polarisierende Folien beziehungsweise Schichten 6a, 6b angeordnet. Nachstehend wird jede Komponente des erfindungsgemäßen Flüssigkristallbauelements mit besonderem Bezug auf die 1 beschrieben.
(1) Flüssigkristallschicht
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Flüssigkristallschicht 2 besteht aus Flüssigkristall-löslichen Teilchen NP, umfassend einen Kern bestehend aus Nanoteilchen und Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen, bereitgestellt an dessen Peripherie, wobei die Flüssigkristall-löslichen Teilchen in einem Matrixflüssigkristall gelöst oder dispergiert sind. Eine dielektrische Anisotropie des Matrixflüssigkristalls und des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls, bereitgestellt an der Peripherie von Nanoteilchen, kann positiv oder negativ sein und zum Ermöglichen einer breiteren Frequenzbereichsmodulation ist es bevorzugt, dass sie zueinander entgegengesetzte Eigenschaften aufweisen.
Beispiele des Matrixflüssigkristalls schließen Cyanobiphenyle, Cholesterylester, Carbonate bzw. Kohlensäureester, Phenylester, Schiffsche Basen, Benzidine, Azoxybenzole, ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen Gruppe, Flüssigkristallpolymere und dergleichen ein.
Das Flüssigkristall-lösliche Teilchen besteht, wie in 2 gezeigt, aus einem Kern 11, bestehend aus einem oder einer Vielzahl von Nanoteilchen und einer Schutzschicht 12, bestehend aus Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen 10, bereitgestellt an dessen Peripherie.
Hierin ist der Durchmesser d von dem aus Nanoteilchen bestehenden Kern 11 1 nm bis 100 nm.
Das schützende Flüssigkristallmolekül oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle 10 wird verschiedentlich ausgewählt wie nachstehend beschrieben und die kurze Achsenbreite des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls 10 wird gleich oder weniger als der Durchmesser des vorstehend genannten Kerns 11 eingestellt.
Die Nanoteilchen sind nicht besonders eingeschränkt, solange sie feine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser geringer als 100 nm sind und es werden Metallnanoteilchen, Halbmetallnanoteilchen, Halbleiternanoteilchen, anorganische Nanoteilchen und organische Nanoteilchen aufgezählt. Diese Nanoteilchen können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Das Halbmetall schließt Bi, Te und dergleichen ein, der Halbleiter schließt CdS, CdSe ein, die magnetischen Teilchen schließen FePt, CoPt, MPt, MPd ein, die anorganische Substanz schließt Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃, SiO₂ ein und die organische Substanz schließt C⁶⁰ Systeme, Kohlenstoffnanoröhrchen und dergleichen ein. Unter ihnen werden die Metallnanoteilchen bevorzugt verwendet, da ein elektrooptisches Ansprechvermögen bei einem breiteren Frequenzmodulationsbereich realisiert werden kann. Insbesondere wird mindestens ein Metallatom, ausgewählt aus Ag, Pd, Au, Pt, Rh, Ru, Cu, Fe, Co, Ni, Sn und Pb, erwähnt. Unter diesen Metallatomen werden Ag, Pd and Cu bevorzugt einzeln oder in Anmischung verwendet und insbesondere ist Ag bevorzugt, da sein Frequenzmodulationsbereich sehr bereit ist. Und ein Frequenzmodulationsbereich entsprechend der Verwendung kann frei ausgewählt werden durch Ändern einer Kombination von Ag mit anderen Metallatomen beispielsweise Pd und dergleichen und der Konzentration (Zahl der Teilchen pro Einheitsvolumen).
Insbesondere werden Pentylcyanobiphenyl als Schutzflüssigkristallmolekül, Ag als Metallnanoteilchen und ein Molverhältnis von Flüssigkristallmolekül zu Metall von 5 zu 50 und eine Additionskonzentration von 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% ausgewählt.
In dem vorstehend beschriebenen Fall wird der Kern 11 aus Metallionen, wie Pd und dergleichen, aufgebaut und um ihn aus Metallionen zu erhalten, können Halogenide der vorstehend genannten Metalle und Metallsalze von verschiedenen Säuren, wie die Metallacetate, Metallperhalogenate, Metallsulfate, Metallnitrate, Metallcarbonate, Metalloxalate und dergleichen, vorteilhaft als Ausgangsmaterial verwendet werden.
Im Fall von Nanoteilchen von anorganischen Substanzen (Oxide) oder Verbundhalbleiter, die von Metall verschieden sind, wird dies durch Ausführen einer Großsynthese derselben in Gegenwart von Polyvinylpyrrolidon synthetisiert.
Als Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle 10, die die Schutzschicht 12 ausmachen, kann auch mindestens eines von beispielsweise Cyanobiphenyl, wie 4-Cyano-4'-n-pentylbiphenyl, 4-Cyano-4'-n-heptyloxybiphenyl und dergleichen; Cholesterylestern, wie Cholesterylacetat, Cholesterylbenzoat und dergleichen; Carbonaten, wie 4-Carboxyphenylethylcarbonat, 4-Carboxyphenyl-n-butylcarbonat und dergleichen; Phenylestern, wie Phenylbenzoat, Biphenylphthalat und dergleichen; Schiffschen Basen, wie Benzyliden-2-naphthylamin, 4'-n-Butoxybenzylien-4-acetylanilin und dergleichen; Benzidinen, wie N,N'-Bisbenzylidenbenzidin, p-Dianisarbenzidin und dergleichen; Azoxybenzolen, wie 4,4'-Azoxydianisol, 4,4'-Di-n-butoxyazoxybenzol und dergleichen; Flüssigkristallpolymeren, wie Poly(p-phenylenterephthalamid) und dergleichen verwendet werden. Flüssigkristall-ähnliche Moleküle mit einer Struktur ähnlich Flüssigkristallmolekülen, wie 4-Mercapto-4'-n-biphenyl, 4-Cyano-4'-(ω-mercaptopentyl)biphenyl und dergleichen, können auch verwendet werden.
Unter diesen Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen, sind Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle 10, die eine starke gegenseitige Wirkung mit Metallen aufweisen, bevorzugt im Fall der Verwendung von Metallnanoteilchen und beispielsweise aromatische oder aliphatische Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle mit einer Cyanogruppe, Thiolgruppe, Aminogruppe, Carboxylgruppe und dergleichen werden erwähnt.
Ein Flüssigkristall-lösliches Teilchen wird durch Reduzieren einer Vielzahl von Metallionen in einer Lösung, enthaltend das Flüssigkristallmolekül oder Flüssigkristall-ähnliche Molekül 10 zum Binden des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls an die Peripherie des Kerns 11 gebildet.
Die zu verwendende Menge des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls 10 kann ein 1 Mol oder mehr, vorzugsweise ein bis 50 Mol pro einem Mol Metall, das den Kern 11 ausmacht, sein. Wenn das Flüssigkristallmolekül oder Flüssigkristall-ähnliche Molekül 10 ein Polymer ist, wird die zu verwendende Menge hin sichtlich der Molzahl pro Einheit Monomer bestimmt.
Als das Lösungsmittel zum Bilden einer Metallionen enthaltenden Flüssigkeit werden Wasser, Alkohole, Ethylenglycole und Ether aufgezählt.
Der Gehalt an vorstehend genannten Flüssigkristall-löslichen Teilchen in einer Flüssigkristallschicht kann in Abhängigkeit von der Verwendung geeignet ausgewählt werden und ist 10 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger, bevorzugter 1 Gew.-% oder weniger, bezogen auf ein Matrixflüssigkristall.
(2) Substrat
Es ist bevorzugt, dass mindestens eines der Substrate 1a und 1b durchsichtig ist und das Substrat aus Glas oder durchsichtigem Harz mit einer Dicke von etwa einem Millimeter besteht.
(3) Leitfähige Schicht
Es ist bevorzugt, dass die leitfähige Schicht transparent ist, d. h. eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Insbesondere werden Materialien, wie ITO, ZnO, In₂O₃-ZnO und dergleichen, verwendet und eine Membran wird durch ein Sputter-Verfahren und dergleichen gebildet.
Die leitfähige Schicht dient als eine Elektrode eines Flüssigkristallbauelements und wenn das Flüssigkristallbauelement der vorliegenden Erfindung durch einen aktiven Matrixmodus gesteuert wird, macht eine leitfähige Schicht, bereitgestellt auf der Innenfläche des unteren Substrats, eine Pixelelektrode oder ein zweidimensionales Array von Schaltbauelementen, wie einen Dünnfilmtransistor (TFT) und dergleichen, aus.
Außerdem absorbiert ein schwarzer Streifen, angeordnet an der Seite, die eine Flüssigkristallschicht von dem oberen Substrat 1b kontaktiert, eine äußere Strahlung zur Verminderung des Reflexionslichts von einem Schirm (Verminderung des Einflusses von äußeren Licht) und erlaubt effiziente Lichtdurchlässigkeit von der Rückfläche zur Vorderfläche eines Schirms durch eine lentikuläre Linse. Der schwarze Streifen besteht beispielsweise aus einem schwarzen Harz bzw. Resinblack und Metall, wie Chrom und dergleichen, die ein relativ niedriges Reflexionsvermögen zeigen und wird bereitgestellt um jede Farbschicht von R, G, und B eines Farbfilters 5 abzutrennen (Begrenzung).
(4) Flüssigkristallausrichtungsschicht
Die Flüssigkristallausrichtungsschicht wird so behandelt, dass sich eine horizontale oder vertikale Ausrichtung mit (Vor)kippwinkel in Abhängigkeit vom Betriebsmodus eines Flüssigkristallbauelements ergibt, und kann auf mindestens einem der zwei Substrate bereitgestellt werden. Die Flüssigkristallausrichtungsschicht wird gewöhnlich durch bekannte Verfahren gebildet, wie beispielsweise Beschichtung und Calcinieren eines Polyamids und dergleichen.
(5) Polarisierungsschicht, Farbfilter und dergleichen
Polarisierungsplatten bzw. Polarisierungsbleche 6a, 6b werden an beiden Seiten eines Substrats bereitgestellt, wenn jedoch im Reflexionstyp verwendet, wird ein Licht reflektierendes Blech auf dem unteren Substrat 1a angeordnet und ein Polarisierungsblech kann verwendet werden.
Außerdem wird zwischen dem Substrat 1b und der leitfähigen Schicht 3b ein Farbfilter 5 zur Anzeige der Farben R, G, B (Rot, Grün, Blau) bereitgestellt.
Der Regelstromkreis, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Regelstromkreis, der das Anlegen einer Spannung ermöglicht, während mindestens die Frequenz unter Frequenz und Spannung moduliert wird.
Der Zellspalt zwischen den Flüssigkristallausrichtungsschichten 4a, 4b ist etwa 5 μm. In 1 werden ein Abstandshalter zum Bilden des Zellspalts und ein Abdichtungsmaterial zum Abdichten eines Flüssigkristalls in jeder Zelle nicht gezeigt.
[2] Eigenschaften des Flüssigkristallbauelements
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallbauelement hat den vorstehend genannten Aufbau und folglich wird unter einer konstanten angelegten Spannung das elektrooptische Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz eingeschaltet und das elektrooptische Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes von einer hohen Frequenz zu einer niedrigen Frequenz ausgeschaltet.
Der Grund, warum eine solche Steuerung von Ein-Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens möglich ist, besteht darin, dass durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an eine leitfähige Schicht und zwischen Pixelelektroden von einem Regelstromkreis sich die Ausrichtungsrichtung eines Flüssigkristallmoleküls eines Flüssigkristall-löslichen Teilchens, enthalten in einer Flüssigkristallschicht, ändert und der Ausrichtungswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes gleichzeitig eingestellt wird. Ein Flüssigkristallmolekül eines Matrixflüssigkristalls wird in einer Richtung senkrecht zu einem Flüssigkristall-ähnlichen Molekül von einem Flüssigkristall-löslichen Teilchen ausgerichtet und die Lichtstreuung, durchgelassen durch eine Flüssigkristallschicht, ändert sich. Somit wird die Lichtdurchlässigkeit von einem Flüssigkristallbauelement der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der Frequenz des angelegten Feldes moduliert.
In der vorliegenden Erfindung kann die Zeitkonstante eines Ansprechvermögens in Bezug auf Ein und Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens 0,02 ms bis 10 ms, vorzugsweise 0,1 ms bis 5 ms, besonders bevorzugt 0,1 ms bis 1 ms, sein und eine elektrooptische Ansprechzeitkonstante kann entsprechend einer Verwendung durch Steuerung der Art und Kombination von Nanoteilchen, die für ein Flüssigkristall-lösliches Teilchen verwendet werden, und im Fall der Verwendung von zwei oder mehr Arten von Nanoteilchen, durch Steuerung seiner Konzentration erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung kann der Frequenzmodulationsbereich eines elektrooptischen Ansprechvermögens 20 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise 20 Hz bis 50 kHz, besonders bevorzugt 20 Hz bis 10 kHz sein und Frequenzmodulation kann entsprechend einer Verwendung durch Steuerung der Art und Kombination von Nanoteilchen, die für ein Flüssigkristall-lösliches Teilchen verwendet werden und im Fall der Verwendung von zwei oder mehr Arten von Nanoteilchen durch Steuerung seiner Konzentration erhalten werden.
In dem Flüssigkristallbauelement der vorliegenden Erfindung kann somit Frequenzmodulation in einem breiteren Bereich eingestellt werden. Folglich kann, wenn der Wert der angelegten Spannung geeignet ausgewählt wird, das Kontrastverhältnis eines elektrooptischen Ansprechvermögens auch kontinuierlich variiert werden. Daher kann auch ein elektrooptisches Ansprechvermögen von einem Halbton erhalten werden. In diesem Fall wird die Halbtonanzeige durch Frequenzmodulation selbst oder durch eine Kombination von dieser mit Spannungsamplitudenmodulation realisiert, da der Bereich von Frequenzmodulation verbreitert ist und der Freiheitsgrad seiner Auswahl erhöht ist.
Der Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Flüssigkristallbauelements ist nicht besonders eingeschränkt. In einem Betriebsmodus unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls, wie twisted nematisches (TN) LCD, STN-LCD, VAN-LCD und dergleichen oder in einem Betriebsmodus unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, wie eines chiralen smektischen Flüssigkristalls, wie FLCD und dergleichen, kann ein System, worin die dielektrische Konstante oder ihre Anisotropie, eines Matrixflüssigkristalls von der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes abhängt, die Ansprechgeschwindigkeit durch Schalten der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes verbessern.
[3] Verfahren zur Steuerung von Flüssigkristallbauelementen
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Flüssigkristallbauelements durch Verwendung eines aktiven Matrixmodus beschrieben.
Als das Flüssigkristallbauelement, gesteuert durch einen aktiven Matrixmodus, wird jenes, worin ein Dünnfilmtransistor (TFT) Q7 und eine Pixelelektrode PX (transparente leitfähige Schicht 3a) auf dem unteren Substrat angeordnet sind, unter den vorstehend genannten Flüssigkristallbauelementen verwendet.
Bei dem aktiven Matrixmodus wird ein Flüssigkristallbauelement durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an jede von einer Vielzahl von Drainelektroden und Gateelektroden, bereitgestellt für jedes Pixel und eine leitfähige Schicht, angeordnet auf der zur Flüssigkristallschicht weisenden Seite, gesteuert.
Beispielsweise wird ein Gatesignal an eine X_i-Elektrode von einer X-Y-Matrixanzeige verliehen und eine Signalspannung wird an eine Y_j-Elektrode angelegt. In diesem Fall wird eine Signalspannung v_ij (t_i, Δ_t, f_j ^k) verliehen. In der vorliegenden Erfindung kann durch Schalten der Frequenz f_j ^k zwischen f_j ¹ und f_j ² in diesem Verfahren das Ein-Aus eines elektrooptischen Ansprechvermögens eines Flüssigkristallbauelements verwirklicht werden.
Außerdem kann durch Ändern der Amplitude einer Signalspannung v_ij (t_i, Δ_t, f_j ^k) bei diesem Verfahren ein elektrooptisches Ansprechvermögen von einem Halbton erhalten werden. Bei dieser Signalspannung ist die Zeit t_i + Δ_t, die Amplitude ist v_ij und deren Frequenz ist f_j ^k.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen eingeschränkt. Die vorstehend genannten Ausführungsformen sind nur Beispiele und beliebige Ausführungsformen, die im Wesentlichen denselben Aufbau und ähnliche Funktionen und einen ähnlichen Effekt als technologische Idee, die in den Beispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, aufweisen, sind in den technologischen Umfang der Erfindung eingeschlossen.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird weiter insbesondere unter Verwendung der nachstehenden Beispiele beschrieben.
(Beispiel 1)
Eine Wirkung der Erfindung wurde bestätigt durch TN-LCD, ECB(TB)-LCD, die GH-LCD als LCDs unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls. Nachstehend wird ein Beispiel unter Verwendung von TN-LCD erläutert.
Pentylcyanobiphenyl (nachstehend in einigen Fällen als „5CB„ bezeichnet) wurde als Matrixflüssigkristall verwendet und ein Flüssigkristallbauelement, worin eine Dicke vom Flüssigkristall 5 μm ist, wurde unter Verwendung von Silber (Ag) als Nanoteilchen und 5CB als Flüssigkristall zum Schutz der Nanoteilchen hergestellt.
Gemäß dem nachstehenden Verfahren wurden die relative Lichtdurchlässigkeit in Bezug auf die angelegte Effektivwert-Spannung und eine elektrooptische Ansprechvermögen-Wellenform gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 und 4 dargestellt.
[1] Relative Lichtdurchlässigkeit in Bezug auf den Effektivwert von angelegter Spannung
Relative Lichtdurchlässigkeit in Bezug auf den Effektivwert von angelegter Spannung wurde unter Verwendung der Frequenz gemessen, wenn die Menge von einem Ag-Nanoteilchen 1 Gew.-% als ein Parameter ist.
[2] Elektrooptische Ansprechvermögen-Wellenform
Elektrooptische Ansprechvermögen-Wellenformen von f₁ → f₂ (ansteigend, hell → dunkel) und f₂ → f₁, (abfallend, dunkel → hell) werden gezeigt, wenn der Effektivwert von angelegter Spannung 4 Volt ist und die Frequenz f₁ = 10 Hz und f₂ = 12 kHz. Die ansteigende Ansprechzeit ist 2,6 ms und die abfallende Ansprechzeit ist 9,2 ms.
Zusammenfassung
Bereitgestellt werden Flüssigkristall-lösliche Teilchen, umfassend einen Kern, umfassend ein oder eine Vielzahl von Nanoteilchen, und eine Schutzschicht, umfassend Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle, bereitgestellt an dessen Peripherie, wobei der Durchmesser des Kerns vorzugsweise 1 nm bis 100 nm ist, die kurze Achsenbreite des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls vorzugsweise gleich oder geringer als der Durchmesser des Kerns ist und ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-löslichen Teilchen, wobei das Nanoteilchen vorzugsweise ein Metallnanoteilchen, hergestellt aus Metall, ist, und eine Vielzahl von Metallionen in einer Lösung, enthaltend die Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküle reduziert werden, damit die Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle an die Peripherie der Metallnanoteilchen zur Bildung eines Teilchens gebunden werden.

Claims

Flüssigkristall-lösliches Teilchen, umfassend einen Kern, umfassend ein oder eine Vielzahl von Nanoteilchen, und eine Schutzschicht, umfassend Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnliche Moleküle, bereitgestellt an dessen Peripherie.
Flüssigkristall-lösliches Teilchen nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des Kerns 1 nm bis 100 nm ist.
Flüssigkristall-lösliches Teilchen nach Anspruch 1, wobei die kurze Achsenbreite des Flüssigkristallmoleküls oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküls gleich oder geringer als der Durchmesser des Kerns ist.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-löslichen Teilchens, wobei das Nanoteilchen ein Metallnanoteilchen, hergestellt aus Metall, ist und eine Vielzahl von Metallionen in einer Lösung, enthaltend die Flüssigkristallmoleküle oder Flüssigkristall-ähnlichen Moleküle, reduziert wird, um den Flüssigkristallmolekülen oder Flüssigkristall-ähnlichen Molekülen zu ermöglichen, an die Peripherie des Metallnanoteilchens zur Bildung eines Teilchens zu binden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-löslichen Teilchens nach Anspruch 4, wobei die Metallnanoteilchen aus mindestens einer Art von Metallatomen, ausgewählt aus Ag, Pd, Au, Pt, Rh, Ru, Cu, Fe, Co, Ni, Sn und Pb, hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-löslichen Teilchens nach Anspruch 4, wobei das Metallion aus mindestens einem Metallsalz unter Metallhalogeniden, Metallacetaten, Metallperhalogenaten, Metallsulfaten, Metallnitraten, Metallcarbonaten und Metalloxalaten, als Ausgangsmaterial ausgewählt wird.
Flüssigkristallbauelement, umfassend ein Paar paralleler Substrate; leitfähige Schichten, bereitgestellt jeweils auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen Substraten; Flüssigkristallausrichtungsschichten, bereitgestellt jeweils mit Vorkippwinkel auf gegenüber liegenden Innenoberflächen von diesen leitfähigen Schichten; und eine Flüssigkristallschicht, gebildet zwischen diesem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, wobei die Flüssigkristall-löslichen Teilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Flüssigkristallschicht gelöst oder dispergiert sind.
Flüssigkristallbauelement nach Anspruch 7, wobei ein Steuerstromkreis einer anzulegenden Spannung, während Modulieren mindestens der Frequenz unter Frequenz und Spannung, auf der leitfähigen Schicht zum Variieren der Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristallschicht bereitgestellt ist und unter einer konstanten angelegten Spannung ein elektrooptisches Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz eingeschaltet wird und das elektrooptische Ansprechvermögen durch Schalten der Frequenz von einer hohen Frequenz zu einer niedrigen Frequenz ausgeschaltet wird.
Flüssigkristallbauelement nach Anspruch 8, wobei eine Zeitkonstante des Ansprechvermögens hinsichtlich des Ein- und Aus-Schaltens des elektrooptischen Ansprechvermögens im Bereich von 0,1 ms bis 10 ms liegt.
Flüssigkristallbauelement nach Anspruch 8, wobei ein Frequenzmodulationsbereich des elektrooptischen Ansprechvermögens im Bereich von 20 Hz bis 100 kHz liegt.
Flüssigkristallbauelement nach Anspruch 8, wobei das Nanoteilchen, das das Flüssigkristall-lösliche Teilchen aufbaut, mindestens eine Art von Me tallatom, ausgewählt aus Ag, Pd, Au, Pt, Rh, Ru, Cu, Fe, Co, Ni, Sn und Pb, ist.
Verfahren zum Steuern eines Flüssigkristallbauelements, wobei das Flüssigkristallbauelement nach Anspruch 8 unter Verwendung eines aktiven Matrixmodus gesteuert wird.