DE19742202B4

DE19742202B4 - Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen unter Verwendung eines polymeren Films und durch das Verfahren hergestellte Flüssigkristallzelle

Info

Publication number: DE19742202B4
Application number: DE19742202A
Authority: DE
Inventors: Tong-Kun Lim; Sang-Un Choi; Hae-Sung Park
Original assignee: Boe Hydis Technology Co Ltd
Current assignee: Hydis Technologies Co Ltd
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JP3156178B2; GB2317963B; JPH10246889A; KR19980023082A; CN1180727A; KR100244705B1; CN1152115C; DE19742202A1; US6184958B1; TW470862B; GB9720227D0; GB2317963A

Abstract

Verfahren zur Ausrichtung eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films auf einem Substrat, das das Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den die optisch aktive Verbindung enthaltenden Polymerfilm und somit die schräge Ausrichtung der optisch aktiven Verbindung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung mit dem Einfallswinkel des zirkulär polarisierten Lichtes variiert, das auf den polymeren Film auftrifft.

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkristalle und insbesondere ein Verfahren zur Ausrichtung eines polymeren Filmes mit polarisiertem Licht, wobei die Substratoberfläche nicht mechanisch gerieben werden muß, und ein Verfahren zur Schrägausrichtung von Flüssigkristallen. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Flüssigkristallzelle mit einem optisch aktiven Polymerverbindungsfilm als Ausrichtungsschicht, der durch polarisiertes Licht schräg ausgerichtet ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Eine Flüssigkristall (= liquid crystal; LC)-Anzeigevorrichtung ist unter den Flachkonsolenanzeigevorrichtungen eine Anzeigevorrichtung, die eine optische Rotationseigenschaft gemäß der Richtung der Flüssigkristallmoleküle nutzt. Sie hat eine Struktur, bei welcher obere und untere Substrate voneinander durch einen Abstandshalter beabstandet und der Raum zwischen den Substraten mit Flüssigkristall gefüllt ist. Hierbei haben sowohl das obere als auch das untere Substrat eine darin ausgebildete Ausrichtungsschicht.
Um eine Flüssigkristallvorrichtung mit einheitlicher Helligkeit und einem hohen Kontrastverhältnis herzustellen, muß man die Flüssigkristallmoleküle in derselben Richtung ausrichten. Dies hat zum Grund, daß physikalische Konstanten des Flüssigkristalls sich mit der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verändern und somit ein Unterschied im Ansprechen auf äußere Kräfte, wie zum Beispiel ein elektrisches Feld, etc., auftritt. Deshalb sind weitläufige Studien über ein Verfahren zum Steuern der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in Vorrichtungen mit makroskopischen Abmessungen durchgeführt worden.
Was die grundsätzlichen Ausrichtungstypen betrifft, gibt es eine homogene Ausrichtung, eine schräge Ausrichtung und eine homeotropische Ausrichtung.
Bei der homogenen Ausrichtung ist hierbei die Längsachse des Flüssigkristallmoleküls parallel zur Substratoberfläche und ein Vorneigungswinkel θ ist somit 0°. Bei der schrägen Ausrichtung ist der Vorneigungswinkel θ 0° < θ < 90°. Bei der homeotropischen Ausrichtung ist der Vorneigungswinkel θ 90°. Der Vorneigungswinkel θ wird als der Winkel gemessen, den die Längsachse des Flüssigkristallmoleküls zur Oberfläche des Substrats einnimmt. In Hinsicht hierauf ist die Größe des Vorneigungswinkels θ eine wichtige Variable, welche einen Effekt auf eine Ansprechzeit des Flüssigkristalls auf äußere Kräfte hat. Im Falle einer nematischen Drehkristallzelle, wenn der Vorneigungswinkel 0° ist, gibt es zwei Domänen, nämlich eine rechtsdrehende Domäne und eine linksdrehende Domäne für den Flüssigkristall. Demnach tritt eine Disklination auf und das Kontrastrisiko wird aus diesem Grund verringert. Um den Flüssigkristall, der zwischen die oberen und unteren Substrate eingegossen wird in derselben Richtung auszurichten, werden im allgemeinen die Ausrichtungsschichten jeweils auf den Substraten ausgebildet. Das herkömmliche Verfahren zur Ausbildung der Ausrichtungsschicht eines Flüssigkristalls umfaßt ein SiO₂-Ablagerungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren und eine Reibtechnik unter Verwendung eines organischen Polymers, etc. Die Reibtechnik unter Verwendung eines Polyamid-Polymers als Ausrichtungsschicht ist am weitverbreitesteten angewandt worden.
Das Verfahren zur Ausrichtung des Flüssigkristalls gemäß der Reibtechnik umfaßt das Beschichten von Polyamidfilmen als Ausrichtungsschichten auf den Oberflächen jeweils des oberen und des unteren Substrates, wobei jeweils TFT-Anordnungen und Farbfilter ausgebildet werden; das Härten der beschichteten Polyamidfilme; das Reiben der Polyamidfilme mit Reibstoff, Kaninchenpelz, etc., um Rillen in derselben Richtung auszubilden, und das Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in derselben Richtung entlang der Rillen. Hier wird eine Ausrichtung des Flüssigkristalls gemäß der Aufbringung von LCD-Vorrichtungen oder der Richtung des Hauptansichtswinkels eingeregelt.
Diese Technik bringt jedoch Probleme dahingehend mit sich, daß das Reiben sowohl elektrischen Schaden als auch mechanischen Schaden an den TFT-Anordnungen verursacht, die unterhalb einer Ausrichtungsschicht in einer Flüssigkristallzelle angeordnet sind. Desweiteren wird wegen der statischen Aufladungen und Staubpartikeln die Lebensdauer der LCD-Vorrichtungen verkürzt.
Die DE 39 20 421 A zeigt ein Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten auf der Basis von polymeren Trägern, die mindestens einen Farbstoff enthalten, wobei man das optische Verhalten eines Systems S, bestehend aus dem nicht-cholesterischen und nicht twisted-nematischen polymeren organischen Träger T und mindestens einem Farbstoff F durch Einstrahlen monochromatischen, circular polarisierten Lichts, dahingehend verändert, daß das System S das optische Verhalten eines cholesterischen Materials annimmt, mit der Maßgabe, daß der Farbstoff F so ausgewählt wird, daß sein Absorptionsverhalten der Wellenlänge des verwendeten Lichtes angepaßt ist.
Die WO 97/37273 A beschreibt ein Verfahren zur Indizierung eines Vorneigungswinkels zur Ausrichtung eines Flüßigkristallmediums, das zumindest eine optische Schicht aufweist. Hierbei wird polarisiertes Licht verwendet, das als eliptisch polarisiertes Licht definiert ist, das entlang einer Achse pola risiert wird bis hin zur bevorzugten Polarisierung, die eine lineare Polarisierung ist.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Ausrichtung eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films auf einem Substrat ohne Reiben mit polarisiertem Licht zur Verfügung zu stellen.
Die obige Aufgabe wird durch die nebengeordneten Ansprüche 1, 2, 3 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen unter Verwendung von zirkulär polarisiertem Licht bereitgestellt, bei dem die Oberfläche eines Substrats nicht mechanisch gerieben werden muß.
Vorteilhaft wird weiter ein Verfahren zur Ausrichtung der Flüssigkristalle durch das schräge Ausrichten einer optisch aktiven Verbindung, die im polymeren Film enthalten ist, der als Ausrichtungsschicht verwendet werden soll, gemäß einem Einfallswinkel von polarisiertem Licht, und dann durch das Einregeln eines Vorneigungswinkels gemäß einem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung, bereitgestellt.
Es wird weiter vorteilhaft ein Verfahren zur Ausbildung einer Flüssigkristallzelle bereitgestellt, das dazu in der Lage ist, zu verhindern, daß eine TFT-Anordnung, die unterhalb einer Ausrichtungsschicht angeordnet ist, elektrische und mechanische Schäden erleidet, und zwar durch Schrägausrichtung mit polarisiertem Licht.
Vorteilhaft umfaßt ein Verfahren zur Ausrichtung eines polymeren Filmes, der optisch aktive Verbindungen enthält, auf einem Substrat das Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den eine optische aktive Verbindung enthaltenden polymeren Film und somit das Schrägausrichten der optisch aktiven Verbindung. Der Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung variiert mit einem Einfallswinkel des zirkulär polarisiertem Lichtes, das auf den polymeren Film auftrifft. Der polymere Film umfaßt einen Entwicklungsfarbstoff bzw. einem Azo-Farbstoff als optisch aktive Verbindung. Der polymere Film umfaßt einen Polyvinyl-Alkoholfilm, welcher Methyl-Orange als optisch aktive Verbindung enthält.
Ein Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen umfaßt vorteilhaft die folgenden Schritte: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren Substrats und eines oberen Substrats; (b) Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den polymeren Film, um die enthaltene optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche zur Ausbildung der Ausrichtungsschicht schräg auszurichten; (c) Positionieren des unteren Substrats und des oberen Substrats gegeneinander, so daß der polymere Film auf dem unteren Substrat dem polymeren Film auf dem oberen Substrat gegenüberliegt; und (d) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate, wodurch Moleküle des Flüssigkristalls aufgrund der ausgerichteten optisch aktiven Verbindung schräg ausgerichtet werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen umfaßt die folgenden Schritte: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden Polymerfilms, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren Substrats und eines oberen Substrats; (b) Positionieren des unteren Substrats und des oberen Substrats gegeneinander, so daß der Polymerfilm auf dem unteren Substrat dem Polymerfilm auf dem oberen Substrat gegenüberliegt; (c) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate; (d) Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den Polymerfilm, um die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten, wodurch Moleküle des Flüssigkristalls gemäß der ausgerichteten optisch aktiven Verbindung schräg ausgerichtet werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle durch Ausrichten von Flüssigkristall umfaßt die folgenden Schritte: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren Substrats und eines oberen Substrats; (b) Aufstrahlen von polarisiertem Licht auf den polymeren Film, um die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten; (c) Anordnen der oberen und unteren Substrate auf eine solche Weise, daß die oberen und unteren Substrate sich mit einem gewählten Abstand gegenüberliegen; (d) Versiegeln der oberen und unteren Substrate mit einem Abstandshalter, der zwischen die Substrate eingebracht wird; und (e) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate, wodurch der Flüssigkristall auf eine solche Weise schräg ausge richtet wird, daß der Flüssigkristall einen bestimmten ausgewählten Vorneigungswinkel gemäß dem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle durch Ausrichten von Flüssigkristall umfaßt die folgenden Schritte: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren und eines oberen Substrats; (b) Anordnen des unteren und oberen Substrats auf eine solche Weise, daß die unteren und oberen Substrate einander mit einem gewählten Abstand gegenüberliegen; (c) Versiegeln der oberen und unteren Substrate mit einem Abstandshalter, der zwischen die Substrate eingebracht wird; (d) Aufstrahlen von polarisiertem Licht auf den Polyfilm, um die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche auszurichten; und (e) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate, um dadurch den Flüssigkristall so schräg auszurichten, daß der Flüssigkristall einen bestimmten gewählten Vorneigungswinkel gemäß Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle durch Ausrichten eines Flüssigkristalls umfaßt die folgenden Schritte: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden Polymerfilms, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche sowohl eines unteren Substrates als auch eines oberen Substrates; (b) Anordnen der oberen und unteren Substrate auf eine solche Weise, daß die oberen und unteren Substrate einander mit einem gewählten Abstand gegenüberliegen; (c) Versiegeln der unteren und oberen Substrate mit einem Abstandshalter, der zwischen die Substrate eingebracht wird; (d) Gießen des Flüssigkristalls zwischen die Substrate; und (e) Aufstrahlen von polarisiertem Licht auf den polymeren Film, um die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten, wodurch der Flüssigkristall so schräg ausgerichtet wird, daß der Flüssigkristall einen bestimmten gewählten Vorneigungswinkel gemäß Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat.
Bei der Erfindung wird ein Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls durch einen Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung eingeregelt, wobei deren Ausrichtungswinkel durch einen Einfallswinkel von zirkulär polarisiertem Licht eingeregelt wird. Die optisch aktive Verbindung umfaßt einen Entwicklungsfarbstoff (bzw. Azo-Farbstoff). Die Ausrichtungsschicht umfaßt ei nen Polyvinyl-Alkoholfilm, welcher Methyl-Orange als Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthält. Der Schritt des Ausbildens des Methyl-Orange enthaltenden polymeren Films auf den Substratoberflächen umfaßt die folgenden Schritte: Lösen eines Polyvinyl-Alkoholpulvers in destilliertem Wasser, um eine Lösung herzustellen; Zugabe einer gewählten Menge an Methyl-Orange in die Lösung; Gießen der Lösung, der das Methyl-Orange zugesetzt wurde, auf die Substratoberflächen, um die Substratoberflächen dadurch zu beschichten; und Backen der beschichteten Oberfläche zur Ausbildung der polymeren Filme. Der Vorneigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle variiert mit der Backzeit der Substrate beim Backschritt.
Eine vorteilhafte Flüssigkristallzelle umfaßt: (a) Ein unteres Substrat, auf welchem eine untere polymere Ausrichtungsschicht mit einer optisch aktiven Verbindung ausgebildet ist, die schräg relativ zum unteren Substrat ausgerichtet ist; (b) ein oberes Substrat, auf welchem eine obere polymere Ausrichtungsschicht mit einer optisch aktiven Verbindung ausgebildet ist, die schräg relativ zum oberen Substrat ausgerichtet ist; (c) einen Abstandshalter, um die oberen und unteren Substrate so anzuordnen, daß die Substrate so voneinander getrennt sind, daß ein Abstand zwischen ihnen ist; und (d) einen Flüssigkristall, der in den Raum zwischen dem unteren Substrat und dem oberen Substrat eingegossen ist, wobei der Flüssigkristall so schräg ausgerichtet ist, daß er einen bestimmten gewählten Vorneigungswinkel relativ zu den Substratoberflächen gemäß dem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat. Die optisch aktive Verbindung umfaßt einen Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff). Die Ausrichtungsschicht ist ein Polyvinyl-Alkoholfilm, der Methyl-Orange als Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthält.
Bei der Erfindung sind die Flüssigkristallmoleküle schräg mit einem gewählten bestimmten Vorneigungswinkel ausgerichtet, und zwar durch Aufstrahlen von polarisiertem Licht auf einem Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthaltenden Polymerfilm, der als Ausrichtungsfilm verwendet wird, ohne daß die Substratoberflächen gerieben werden müssen. Zirkulär polarisiertes Licht umfaßt elliptisch polarisiertes Licht.
Bin vollständigeres Verständnis der Erfindung und vieler der mit ihr einhergehenden Vorteile wird ohne weiteres erreicht werden, wenn diese unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung unter Inbetrachtziehung der beiliegenden Zeichnungen besser verstanden wird. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Flüssigkristallzelle gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung;
2 einen Rückorientierungsprozeß eines Entwicklungsfarbstoffes (Azo-Farbstoffes), der in einem polymeren Film gemäß einer photoinduzierten Isomerisation in einer Flüssigkristallzelle dieser Erfindung enthalten ist;
3(A) u. 3(B) Ausrichtungsprozesse von Methyl-Orange als Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff), der in einem polymeren Film enthalten ist, welcher eine Ausrichtungsschicht in einer Flüssigkristallzelle dieser Erfindung nach 1 ist;
3(A) Ausrichtungsprozesse, wenn eine P-polarisierte Pumpwelle als Einfallslicht aufgestreut wird.
3(B) Ausrichtungsprozesse, wenn eine S-polarisierte Pumpwelle als Einfallslicht aufgestrahlt wird; und
4(A) u. 4(B) den Orientierungszustand des Flüssigkristalls und eines Entwicklungsfarbstoffes (Azo-Farbstoffes), der im polymeren Film enthalten ist, wenn eine P-polarisierte Pumpwelle aufgestrahlt wird, bei einer Flüssigkristallzelle gemäß der Erfindung nach 1.
In 4(A) wird eine P-polarisierte Pumpwelle als Einfallslicht senkrecht auf dem polymeren Film aufgestrahlt.
In 4(B) wird eine P-polarisierte Pumpwelle als Einfallslicht schräg auf den Polymerfilm aufgestrahlt.
5(A) u. 5(C) zeigen jeweils eine Transmittanz gemäß dem Einfallswinkel einer P-polarisierten Pumpwelle, um so einen Vorneigungswinkel eines Flüssigkristalls gemäß einer Ausrichtung des Entwicklungsfarbstoffes (Azo-Farbstoffes) bei einer Flüssigkristallzelle dieser Erfindung nach 1 zu messen.
5(A) zeigt die Transmittanz, wenn ein Einfallswinkel der Pumpwelle 0° ist.
5(B) zeigt die Transmittanz, wenn ein Einfallswinkel der Pumpwelle 3° ist.
5(C) zeigt die Transmittanz, wenn ein Einfallswinkel der Pumpwelle 60° ist.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Experimenteinrichtung zum Messen eines Orientierungszustandes von Methyl-Orange, das in einem polymeren Film enthalten ist, wenn zirkulär polarisiertes Licht auf den polymeren Film aufgestrahlt wird, und zwar bei einer Flüssigkristallzelle gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung.
7(A) u. 7(B) zeigen jeweils die Transmittanz gemäß eines Polarisierungswinkels eines Prüfstrahls, gemessen durch die Experimenteinrichtung aus 6.
7(A) zeigt die Transmittanz, wenn ein Prüfstrahl parallel zur Pumpwelle aufgestrahlt wird.
7(B) zeigt die Transmittanz, wenn ein Prüfstrahl senkrecht zur Pumpwelle aufgestrahlt wird.
8(A) u. 8(B) zeigen jeweils eine Transmittanzdifferenz sowohl vom Vorpumpen als auch vom Nachpumpen gemäß einen Einfallswinkel eines S-polarisier ten Prüfstrahls und eines P-polarisierten Prüfstrahls, jeweils gemessen durch die Experimenteinrichtung.
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Messung eines Vorneigungswinkels eines Flüssigkristallmoleküls gemäß der Schrägausrichtung von Methyl-Orangemoleküle enthaltendem Polyvinyl-Polymerfilm, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, relativ zu zirkulär polarisiertem Licht.
10 zeigt den Vorneigungswinkel (θ_LC) von dem Flüssigkristall benachbarten methylorangemolekülhaltigem Polyvinyl-Alkoholfilm als Funktion eines Einfallswinkels der zirkular polarisierten Pumpwelle, gemessen an der Flüssigkristallzelle der 9.
11 zeigt die Transmittanzkurve, die durch ein herkömmliches Kristallrotationsverfahren gemessen wird, welches verwendet wird, um den Vorneigungswinkel zu messen, unter Verwendung der Flüssigkristallzelle, die durch das Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den Methyl-Orangemoleküle enthaltenen Polyvinyl-Alkoholfilm hergestellt wurde, und dann durch das Aufbringen des obigen Polyvinyl-Alkoholfilms auf beide Oberflächen der Flüssigkristallsubstrate als Ausrichtungsschicht.
12 zeigt den Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls gemäß dem Aufstrahlungswinkel der zirkulär polarisierten Pumpwelle und gemäß der Backzeit des Methylorange-Moleküle enthaltenen polymeren Films.
Eine schematische Darstellung einer Flüssigkristallzelle nach der Ausführungsform dieser Erfindung ist in 1 gezeigt. In 1 umfaßt die Flüssigkristallzelle untere und obere Substrate 11 und 13. Ausrichtungsfilme 12 und 14 sind jeweils auf den unteren und oberen Substraten 11 und 13 ausgebildet. Die Substrate 11 und 13 sind durch einen Abstandshalter 15 in einem gewählten Abstand voneinander getrennt. Flüssigkristall 16 ist in einen Raum zwischen dem unteren und dem oberen Substrat 11 und 13 eingegossen.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthaltender polymerer Film als Ausrichtungsfilm 12 oder 14 verwendet. Ein Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) dient als optisch aktive Verbindung. Ein bevorzugtes Beispiel eines Entwicklungsfarbstoffes (Azo-Farbstoff) ist Methyl-Orange mit einem Rotationswinkel des Benzen-Rings von 90°. Polyvinyl-Alkoholfilm wird als Polymerfilm verwendet, der als Matrix dient.
Im weiteren wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Flüssigkristallzelle gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
Zuerst wird, als polymerer Film, ein Polyvinyl-Alkoholfilm, der Methyl-Orange als optisch aktive Verbindung enthält, auf jeder Oberfläche des unteren und oberen Substrats ausgebildet. Was dies betrifft, wurde der Methyl-Orange-enthaltende Polyvinyl-Alkoholfilm wie folgt ausgebildet: Das Polyvinyl-Alkohol-Pulver wurde in destilliertem Wasser gelöst, um eine Lösung auszubilden, und eine geeignete Menge Methyl-Orange wurde dieser Lösung beigegeben. Dann wurde die Methyl-Orange-enthaltende Lösung jeweils auf die Substrate 11 und 13 aufgegossen, um die Oberflächen der Substrate 11 und 13 zu beschichten. Die beschichteten Substrate 11 und 13 wurden für vier oder fünf Tage in einen Ofen gegeben und somit wurde ein Methyl-Orange-enthaltender Polyvinyl-Alkoholfilm als Ausrichtungsschicht ausgebildet.
Nach dem Schritt des Ausbildens der polymeren Ausrichtungsschichten auf den Oberflächen der unteren und oberen Substrate 11 und 13 wird Licht auf die polymeren Filme aufgestrahlt, um das darin enthaltene Methyl-Orange relativ zu den Substratoberflächen schräg auszurichten. Bei dieser Ausführungsform ist das Licht zum schrägen Ausrichten eines Flüssigkristalls in einem gewählten bestimmten Winkel zirkulär polarisiertes Licht und die unteren und oberen Substrate 11 und 13 sind transparente Gläser.
Die unteren und oberen Substrate 11 und 13 werden getrennt voneinander positioniert, mit einem Abstandshalter 15 dazwischen, und werden dann versiegelt. Ein Flüssigkristall wird in einen Raum zwischen den Substraten 11 und 13 eingegossen. Demgemäß wird eine Flüssigkristallzelle zur Verfügung gestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist der in den Raum zwischen den Substraten 11 und 13 eingegossene Flüssigkristall schräg ausgerichtet, mit einem gewählten Wert für den Vorneigungswinkel, der der schrägen Ausrichtung des Methyl-Orange entspricht, das im polymeren Film enthalten ist.
Bei dieser Ausführungsform werden Methyl-Orange enthaltende polymere Filme, die als Ausrichtungsfilme verwendet werden, auf den Oberflächen jeweils der unteren und oberen Substrate ausgebildet. In Abfolge auf die Ausbildung der polymeren Filme auf den Oberflächen der Substrate wird das zirkulär polarisierte Licht auf die polymeren Filme aufgestrahlt. Demgemäß sind die Methyl-Orangemoleküle, die in den polymeren Filmen enthalten sind, schräg ausgerichtet. Diese Methyl-Orangemoleküle richten wiederum die Flüssigkristallmoleküle schräg aus.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Methyl-Orange enthaltenden polymeren Filme, die als Ausrichtungsschichten verwendet werden, jeweils auf den Oberflächen der unteren und oberen Substrate ausgebildet. Nach dem Versiegeln der unteren und oberen Substrate mit einem Raum dazwischen, wird zirkulär polarisiertes Licht auf die polymeren Filme aufgestrahlt, um das in den polymeren Filmen enthaltene Methyl-Orange jeweils schräg auszurichten, und der Flüssigkristall wird dann in den Raum zwischen dem unteren und dem oberen Substrat eingegossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Flüssigkristall, der in den Raum zwischen den Substraten eingegossen wird, wegen der schrägen Ausrichtung der Methyl-Orangemoleküle schräg ausgerichtet.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden Methyl-Orange enthaltende Polymerfilme, die als Ausrichtungsschichten dienen, jeweils auf den Oberflächen der unteren und oberen Substrate ausgebildet. Nach dem Versiegeln der unteren und oberen Substrate mit einem Raum dazwischen, wird Flüssigkristall in den Raum zwischen den unteren und oberen Substraten eingegossen. In Abfolge auf das Gießen des Flüssigkristalls in den Raum, wird zirkulär polarisiertes Licht auf die polymeren Filme aufgestrahlt, um in den polymeren Filmen enthaltene Methyl-Orange-Moleküle schräg auszurichten. Diese Methyl-Orange-Moleküle richten den Flüssigkristall schräg aus.
Im weiteren werden die Photoeigenschaften des Methyl-Orange enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, beschrieben. Zuerst werden optische Eigenschaften des Methyl-Orange enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms bezüglich linear polarisiertem Licht unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Wenn es durch linear polarisiertes Licht bestrahlt wird, wird Methyl-Orange, welches als Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) verwendet wird, wie in 2 gezeigt, vom Trans-Zustand, in welchem Methyl-Orange-Moleküle stabil sind, zum Cis-Zustand transformiert, in welchem die Moleküle um 90° zur ursprünglichen Molekularachse geneigt sind, und zwar über das Malus'-Gesetz, und die Methyl-Orange-Moleküle im Cis-Zustand werden dann durch thermische Relaxation etc. wieder in den Trans-Zustand zurückgeführt. Dies bedeutet, daß die Methyl-Orange-Moleküle einer Foto-Isomerisation unterzogen werden.
Wenn in diesem Fall Methyl-Orange-Moleküle im Polyvinylalkoholfilm ausreichend durch parallel zur Molekularachse polarisiertes Licht bestrahlt werden, d.h. durch Licht einer P-Pumpwelle, die in y-Richtung polarisiert ist, liegen die Methyl-Orange-Moleküle 12 und 14, wie in 3(A) gezeigt, in der xz-Ebene, welche senkrecht zur y-Richtung liegt, was die Polarisationsrichtung des Lichtes ist, und zwar aufgrund der Wiederholung des Trans-Cis-Trans-Transformationsprozesses durch Photoisomerisation.
Wenn außerdem Methyl-Orange-Moleküle in Polyvinyl-Alkoholfilm ausreichend durch Licht bestrahlt werden, das rechtwinklig zu ihrer Molekularachse ist, d.h. durch das Licht einer S-Pumpwelle, die in x-Richtung polarisiert ist, liegen, wie in 3(B) gezeigt, die Methyl-Orange-Moleküle 12 und 14 in der yz-Ebene, die senkrecht zur x-Richtung liegt, die die Polarisationsrichtung des Lichtes ist, ebenso wie oben beschrieben wurde.
Dies bedeutet, wenn linear polarisiertes Licht auf den Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm aufgestrahlt wird, liegen die Methyl-Orange-Moleküle in der xz-Ebene, obwohl die S-Pumpwelle, deren elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene liegt, schräg bestrahlt wird. Darüber hinaus ist zu bemerken, daß, wenn eine P-Pumpwelle schräg aufgestrahlt wird, die Ebene, in welcher die Methyl-Orange-Moleküle liegen, bezüglich der Substratoberfläche schräg liegt.
Wenn die Flüssigkristallzelle zuerst durch das Aufstrahlen einer P-Pumpwelle auf den Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm hergestellt wird, und zwar schräg so, daß der Einfallswinkel θ, welcher durch die normale der Substratoberfläche und die Ausbreitungsrichtung des Lichtes gebildet wird, einen ausgewählten Wert hat, um dadurch die Methyl-Orange-Moleküle schräg zur Substratoberfläche auszurichten und wenn der Flüssigkristall dann in den Raum zwischen den Substraten eingegossen wird, wird der Flüssigkristall deshalb parallel zu der Ecke der Ebene ausgerichtet, und zwar auf dieselbe Weise, wie im Fall der 4(A), wo die Pumpwelle senkrecht auf die Substratoberfläche aufgestrahlt wird, obwohl die Ebene, in welcher die Methyl-Orange-Moleküle liegen, hinsichtlich der Substratoberfläche schräg liegt, wie in 4(B) gezeigt ist. Dies bedeutet, es ist anzumerken, daß Flüssigkristall homogen ohne Vorneigungswinkel ausgerichtet ist. In den 4(A) und 4(B) deutet ein Bezugszeichen 14b auf Methyl-Orange-Moleküle, ein Bezugszeichen 14c auf die Oberfläche des Polyvinyl-Alkoholfilms und ein Bezugszeichen 16 auf die Flüssigkristallmoleküle.
In dem Fall, wo, nachdem die Methyl-Orange-Moleküle durch das Aufstrahlen der P-Pumpwelle auf dem Methyl-Orange enthaltenen Polyvinyl-Alkoholfilm mit Einfallswinkeln von 0°, 30° und 60° jeweils ausgerichtet wurden, eine Flüssigkristallzelle hergestellt wird, zeigt die Messung des Vorneigungswinkels bei der weitverbreitet verwendeten Kristallrotationsmethode, daß die Symmetriewinkel aller Transmittanz-Kurven 0° sind, wie jeweils in den 5(A) und 5(B) gezeigt ist. Es ist klar, daß die Flüssigkristallmoleküle ohne Vorneigungswinkel homogen ausgerichtet sind. Wie oben beschrieben, ist es für die Ausrichtung des Flüssigkristalls kaum nützlich, die Flüssigkristallmoleküle homogen ohne Vorneigungswinkel auszurichten, weil der Vorneigungswinkel von Flüssigkristall der wichtige Faktor für das Kontrastverhältnis und die Ansprechzeit der Flüssigzelle ist.
Wir haben festgestellt, daß, wenn Flüssigkristall parallel zur Ecke der Ebene, in welcher die Methyl-Orange-Moleküle, die durch linear polarisiertes Licht ausgerichtet sind, liegen, ausgerichtet wird, Flüssigkristall schräg mit einem gewählten Wert des Vorneigungswinkels ausgerichtet wird, wenn die in der Ebene liegenden Moleküle anisotrop orientiert werden.
Auf der Basis der obigen Tatsache, ist zirkulär polarisiertes Licht als Pumpwelle verwendet worden. Dies bedeutet, wenn zirkulär polarisiertes Licht, welches sowohl einen S-Wellenanteil als auch einen P-Wellenanteil hat, aufgestrahlt wird, werden Methyl-Orange-Moleküle gemäß der Ausbreitungsrichtung des Lichtes orientiert. Wenn eine zirkular polarisierte Pumpwelle schräg mit einem gewählten Wert des Einfallswinkels auftrifft, werden Methyl-Orange-Moleküle schräg gegenüber der Substratoberfläche ausgerichtet. Schließlich werden Flüssigkristallmoleküle schräg mit einem gewählten Wert des Vorneigungswinkels wegen der Anisotropie der Orientierung der Methyl-Orange-Moleküle ausgerichtet. Anhand einer Ausführungsform dieser Erfindung werden die optischen Eigenschaften des Methyl-Orange-enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms unter Bezugnahme auf die 6 bis 12 beschrieben, wenn zirkulär polarisiertes Licht als Lichtquelle verwendet wird.
Bei der Herstellung einer Flüssigkristallzelle nach dieser Erfindung werden, wenn zirkulär polarisiertes Licht auf den Methyl-Orange enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm aufgestrahlt wird, die Methyl-Orange-Moleküle, die im Polyvinyl-Alkoholfilm enthalten sind, in einer Ausbreitungsrichtung des Lichts angeordnet, d. h. in der z-Richtung, welche eine gemeinsame Achse zwischen der yz-Ebene und der xz-Ebene ist. Hier sind die Methyl-Orange-Moleküle, die durch die S-Pumpwelle orientiert werden, auf der yz-Ebene und die Methyl-Orange-Moleküle, die durch die P-Pumpwelle orientiert werden, auf der xz-Ebene.
Die 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Experimenteinrichtung zum Herausfinden der Tatsache, daß Methyl-Orange-Moleküle in der Ausbreitungsrichtung des zirkulär polarisierten Lichtes orientiert werden, wenn zirkulär polarisiertes Licht auf den Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm aufgestrahlt wird. Was die 6 betrifft, werden die Probenfilme 10 zuerst in eine Hexanlösung (Brechungsindex n_D = 1,37) 21 eingetaucht, um bezüglich der Brechungsindizes mit den Methyl-Orange enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilmen übereinzustimmen. Hier wurden die Proben durch das Ausbilden eines Methyl-Orange enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf den Substraten 11 und 13 ausgebildet. Darüber hinaus wird ein Ar⁺-Laser (Wellenlänge 488 nm) mit einem Durchmesser von 4 mm als Pumpwelle 17 verwendet, sowie als Prüfstrahl 22 und 23. Es kann hier jedwedes Licht als zirkulär polarisiertes Licht verwendet werden, solange das Licht in einem Absorptionsbereich einer eine optisch aktive Verbindung enthaltenden Polymerausrichtungsschicht liegt, beispielsweise einem Methyl-Orange-enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm. Der Ar⁺-Laser, der als Pumpwelle 17 verwendet wird, hat eine Lichtintensität von 165 mW/cm². Ein Verhältnis der Prüfstrahlintensität zur Pumpstrahlintensität ist 1/1000.
Die zirkulär polarisierte Pumpwelle 17 wird auf die Proben 10 aufgestrahlt, welche in der Hexanlösung 21 untergetaucht sind, und zwar in –z-Richtung, wie in 6 gezeigt ist. Der Prüfstrahl 22, parallel zur Ausbreitungsrichtung der Pumpwelle 17 und der Prüfstrahl 23, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, werden jeweils auf die Probe 10 aufgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Einfallswinkel der Pumpwelle 60°. Die Polarisierungsrichtungen der Prüfstrahlen 22 und 23 sind jeweils in Pfeilrichtung gedreht. Die Transmittanz gemäß dem Polarisationswinkel wird durch Photodioden 25 und 26 detektiert, welche jeweils in x-Achsenrichtung und y-Achsenrichtung angeordnet sind. Das Resultat ist in den 7(A) und (B) gezeigt.
Wie in 7(A) gezeigt ist, ist in dem Fall, wo die Ausbreitungsrichtung der zirkulär polarisierten Pumpwelle dieselbe ist wie die des Prüfstrahls, die Transmittanz gemäß dem Polarisationswinkel des Prüfstrahls symmetrisch. Wie in 7(B) gezeigt ist, ist, in dem Fall, daß die Ausbreitungsrichtung der zirkulär polarisierten Pumpwelle senkrecht zu derjenigen des Prüfstrahls liegt, die Transmittanz gemäß dem Polarisationswinkel des Prüfstrahls asymmetrisch. Aus dieser Tatsache wird klar, daß Methyl-Orange-Moleküle, die in einem Polyvinyl-Alkoholfilm enthalten sind, auf zirkulär polarisiertes Licht ansprechen, wodurch sie sich parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes, d.h. zur z-Achse ausrichten.
Um den Orientierungszustand der Methyl-Orange-Moleküle zu bestätigen, wird, wie in 6 gezeigt ist, eine zirkulär polarisierte Pumpwelle schräg mit einem Einfallswinkel (θ_i, pump) von 60° aufgestrahlt. Zusätzlich wird der Prüfstrahl jeweils als P-Welle und S-Welle gewählt. Die Differenz der Transmittanzen vor und nach dem Pumpen gemäß einem Einfallswinkel des Prüfstrahls (θ_i prüf) wird gemessen. Aus der 8, die den Fall zeigt, daß der Prüfstrahl eine S-Welle ist, geht hervor, daß die Transmittanzdifferenz beim Einfallswinkel nicht variiert und Methyl-Orange-Moleküle deshalb senkrecht zum elektrischen Feld der S-Welle ausgerichtet sind. Aus der 8(B), die den Fall zeigt, daß der Prüfstrahl eine P-Welle ist, geht hervor, daß die Transmittanz-Differenz gemäß dem Einfallswinkel langsam bis zu einem Einfallswinkel von 30° angestiegen ist und nach diesem Punkt abgenommen hat, und zwar in einer anderen Weise als in dem Fall der S-Welle. Dies zeigt, daß Methyl-Orange-Moleküle parallel mit der Einfallsfläche ausgeordnet sind und die Absorption gemäß dem Gesetz von Malus stattfindet. Außerdem bedeutet es, daß, wenn die Differenz der Transmittanz beim Einfallswinkel von 30° maximal ist, die Methyl-Orange-Moleküle mit einem Neigungswinkel von 60° bezüglich einer normalen der Substratoberfläche orientiert sind.
Aus den obigen Tatsachen geht hervor, daß die Methyl-Orange-Moleküle parallel mit der Ausbreitungsrichtung von zirkulär polarisierten Pumpwellen in Hinblick auf dieses Licht orientiert sind.
Wegen der optischen Eigenschaften von Methyl-Orange enthaltendem Polyvinyl-Alkoholfilm, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, in Hinsicht auf linear polarisiertes Licht und zirkulär polarisiertes Licht, wird bei dieser Erfindung zirkulär polarisiertes Licht als Lichtquelle verwendet, um so Flüssigkristalle auszurichten, ohne daß die Substratoberfläche gerieben werden muß.
Dies bedeutet, beim Herstellen einer Flüssigkristallzelle gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung wird ein eine optisch aktive Verbindung enthaltender polymerer Film, wie ein Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthaltender Polyvinyl-Alkoholfilm verwendet. Zirkulär polarisiertes Licht als Lichtquelle wird bei der Ausrichtungsschicht verwendet. Es können jedoch als Ausrichtungsschicht der Flüssigkristallzelle andere optisch aktive Verbindungen enthaltende Polymerfilme anstatt Entwicklungsfarbstoff (Azo-Farbstoff) enthaltender Polymerfilm verwendet werden.
Außerdem wird bei der Herstellung einer Flüssigkristallzelle gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung zuerst ein eine optische aktive Verbindung enthaltender polymerer Film, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils des unteren Substrats und des oberen Substrats ausgebildet. Dann wird zirkulär polarisiertes Licht auf den polymeren Film aufgestrahlt, um dadurch die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten. Die unteren und oberen Substrate werden so angeordnet, daß die unteren und oberen Substrate einander gegenüberliegen, und zwar mit einem gewählten Abstand, und dann werden die unteren und oberen Substrate mit einem Abstandshalter versiegelt, der zwischen die Substrate eingebracht wird. Flüssigkristall wird in den Raum zwischen den Substraten eingegossen, um dadurch den Flüssigkristall schräg so auszurichten, daß der Flüssigkristall einen bestimmten gewählten Vorneigungswinkel gemäß dem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat. Jedoch kann nach dem Versiegeln der Substrate eine optisch aktive Verbindung, die in einer polymeren Ausrichtungsschicht enthalten ist, schräg mit zirkulär polarisiertem Licht ausgerichtet werden, und dann kann der Flüssigkristall in den Raum eingegossen werden. In Abfolge auf den Schritt des Eingießens des Flüssigkristalls kann der Flüssigkristall schräg ausgerichtet werden. Außerdem kann, nachdem die Substrate versiegelt und der Flüssigkristall eingegossen worden ist, der Flüssigkristall schräg durch ein schräges Ausrichten einer optisch aktiven Verbindung ausgerichtet werden, die in einer polymeren Ausrichtungsschicht enthalten ist, und zwar mit zirkulär polarisiertem Licht. Bei dieser Erfindung kann das zirkulär polarisierte Licht durch eliptisch polarisiertes Licht ersetzt werden.
Die 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung der Messung eines Vorneigungswinkels von Flüssigkristall gemäß der schrägen Ausrichtung von Methyl-Orange-Moleküle enthaltendem Polyvinyl-Polymerfilm, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, in Gegenüberstellung zu zirkulär polarisiertem Licht. Zuerst wird eine Bezugsprobe durch das Ausbilden einer Polyamidschicht 31 auf dem Substrat 30 durch die herkömmliche Reibmethode vorbereitet, während eine Testprobe durch das Ausbilden eines Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm 14 auf einem anderen Substrat (nicht gezeigt) vorbereitet wird. Zirkulär polarisiertes Licht 17 wird schräg auf einen Polymerfilm 14 aufgestrahlt, und dadurch werden die Methyl-Orange-Moleküle 14(B), die im polymeren Film 14 enthalten sind, schräg mit einem gewählten Wert (θ_MO) bezüglich der Substratoberfläche durch zirkulär polarisiertes Licht 17 ausgerichtet. Nach dem Bepumpen des Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms 14 wird eine Flüssigkristallzelle hergestellt und Flüssigkristall wird dann im isotropen Zustand eingegossen. Zu diesem Zeitpunkt werden aufgrund der schrägen Ausrichtung der Methyl-Orange-Moleküle Flüssigkristallmoleküle 16 neben dem Polymerfilm mit einem ausgewählten Vorneigungswinkel (θ_LC) bezüglich der Substratoberfläche ausgerichtet.
Wenn der Vorneigungswinkel des in die Flüssigkristallzelle, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wurde, eingegossenen Flüssigkristalls unter Verwendung der allgemeinen Kristalldrehmethode gemessen wird, wird das Verhältnis zwischen dem Vorneigungswinkel von Flüssigkristall neben dem Polyimid in Hinsicht auf zirkular polarisiertes Licht und der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls neben einem Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polymerfilm bezüglich des zirkulär polarisierten Lichts durch die folgende Gleichung (1) beschrieben:
wobei θ ein symmetrischer Winkel, ne und no ein außerordentlicher Brechindex und ein ordentlicher Brechindex für den Flüssigkristall sind.
Deshalb kann θ_Mo durch die obige Näherungsgleichung (1) gemessen werden.
Die 10 zeigt den Vorneigungswinkel (θ_LC) des Flüssigkristalls neben dem Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms als Funktion des Einfallswinkels der zirkular polarisierten Pumpwelle, gemessen an der Flüssigkristallzelle der 9.
Die 10 zeigt, daß der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls abnahm, wenn der Einfallswinkel der Pumpwelle bis zu 45° groß war, während er zunahm, wenn der Einfallswinkel der Pumpwelle im Bereich zwischen 45° und 60° lag. Demgemäß stellte sich heraus, daß der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls durch das Ändern des Einfallswinkels der zirkulär polarisierten Pumpwelle gesteuert werden kann.
Die 11 zeigt die Transmittanzkurve, die durch eine herkömmliche Kristallrotationsmethode gemessen wurde, welche verwendet wird, um den Vorneigungswinkel zu messen, unter Verwendung der Flüssigkristallzelle, die durch das Beleuchten des Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms mit zirkulär polarisiertem Licht und dann durch das Aufbringen des Polyvinyl-Alkoholfilms auf jede Oberfläche der Substrate als Ausrichtungsschicht hergestellt wurde.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der Symmetriewinkel 15°. Deshalb ist der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls als 3,6° bekannt.
Dies bedeutet, daß die Methylorange-Moleküle durch zirkulär polarisiertes Licht schräg relativ zur Substratoberfläche ausgerichtet werden, welches einen gewählten Einfallswinkel hat, und daß der Flüssigkristall somit schräg mit einem gewählten Vorneigungswinkel relativ zur Substratoberfläche ausgerichtet wird.
Bei den Ausführungsformen dieser Erfindung, in den Fällen, wo die Flüssigkristall zelle durch das Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilm hergestellt wurde, hatte der Flüssigkristall einen gewählten Wert des Vorneigungswinkels. Als eine der Methoden, die den Vorneigungswinkel steuern, wurde die Methode des Veränderns des Einfallslichtswinkels der Pumpwelle erforscht. Wie in 12 gezeigt ist, variierte der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls mit dem Einfallswinkel der zirkulär polarisierten Pumpwelle, und er variierte ebenfalls mit der Backzeit des Methyl-Orange-Moleküle enthaltenden Polyvinyl-Alkoholfilms. Obwohl die Verwendung von zirkulär polarisiertem Licht zur Ausrichtung des eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films hierin offenbart wird, stellt elliptisch polarisiertes Licht außerdem fast denselben Effekt wie zirkulär polarisiertes Licht beim Ausrichten des polymeren Films zur Verfügung. Deshalb soll wohlverstanden sein, daß der Ausdruck "zirkulär polarisiertes Licht", wie er hier verwendet wird, ebenfalls die Bedeutung "elliptisch polarisiertes Licht" umfaßt. Darüber hinaus kann die Ausrichtungsschicht, die auf dem Substrat gemäß der Erfindung ausgebildet wird, ebenfalls bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, einem Phasenmodulator, einer nicht-linearen optischen Vorrichtung, einem räumlichen Lichtmodulator etc. verwendet werden.
Demgemäß sind bei den Flüssigkristallzellen gemäß den Ausführungsformen dieser Erfindung, die Flüssigkristalle schräg mit einem bestimmten Wert des Vorneigungswinkels ausgerichtet, und zwar unter Verwendung von zirkulär polarisiertem Licht als Lichtquelle, ohne daß die Substratoberfläche mechanisch gerieben werden muß.
Bei den Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach den Ausführungsformen dieser Erfindung kann eine Beschädigung des TFT, der unterhalb einer Ausrichtungsschicht liegt, durch Verwendung zirkulär polarisierten Lichtes vermieden werden, das auf den einen Entwicklungsfarbstoff enthaltenden Polymerfilm auftrifft, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, um Flüssigkristallmoleküle auszurichten. Außerdem können Staubpartikel, die von der Reib-Baumwolle herstammen, nicht auftreten, da die Substratoberfläche nicht gerieben werden muß. Demgemäß wird der Ertrag an Flüssigkristallzellen verbessert und die Lebensdauer der LCD kann verlängert werden.

Claims

Verfahren zur Ausrichtung eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films auf einem Substrat, das das Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den die optisch aktive Verbindung enthaltenden Polymerfilm und somit die schräge Ausrichtung der optisch aktiven Verbindung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung mit dem Einfallswinkel des zirkulär polarisierten Lichtes variiert, das auf den polymeren Film auftrifft.
Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallen mit den folgenden Schritten: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren Substrats und eines oberen Substrats; (b) Aufstrahlen von zirkulär polarisiertem Licht auf den polymeren Film, um die enthaltene optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten und so die Ausrichtungsschicht auszubilden; (c) Gegenüberpositionieren des unteren Substrats und des oberen Substrats, so dass der polymere Film auf dem unteren Substrat dem polymeren Film auf dem oberen Substrat gegenüberliegt; und (d) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate, wodurch die Moleküle des Flüssigkristalls aufgrund der ausgerichteten optisch aktiven Verbindung schräg ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls durch den Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung eingeregelt wird, welcher durch einen Einfallswinkel des zirkulär polarisierten Lichts eingeregelt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle durch Ausrichten von Flüssigkristall mit den folgenden Schritten: (a) Ausbilden eines eine optisch aktive Verbindung enthaltenden polymeren Films, der als Ausrichtungsschicht verwendet wird, auf einer Oberfläche jeweils eines unteren Substrats und eines oberen Substrats; (b) Aufstrahlen von polarisiertem Licht auf den polymeren Film, um die optisch aktive Verbindung relativ zur Substratoberfläche schräg auszurichten; (c) Anordnen des unteren und des oberen Substrats mit einem Abstandshalter dazwischen auf eine solche Weise, dass das untere und das obere Substrat einander mit einem gewählten Abstand gegenüberliegen; (d) Versiegeln des Raums zwischen dem oberen und unteren Substrat; und (e) Gießen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate, wodurch der Flüssigkristall auf eine solche Weise schräg ausgerichtet wird, dass er einen ausgewählten Vorneigungswinkel gemäß dem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls durch den Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung eingeregelt wird, welcher durch einen Einfallswinkel des zirkulär polarisierten Lichtes eingeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt des Ausbildens des polymeren Films auf den Substratoberflächen die folgenden Schritte umfasst: Lösen eines Polyvinyl-Alkoholpulvers in destilliertem Wasser zur Herstellung einer Lösung; Hinzugeben einer gewählten Menge an Methyl-Orange zur Lösung; Gießen der Lösung, zu welcher das Methyl-Orange hinzugegeben wurde, auf die Substratoberflächen, um die Substratoberflächen zu beschichten; und Backen der beschichteten Substrate, um den polymeren Film auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls mit der Backzeit des Substrats beim Backschritt variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der polymere Film einen Azo-Farbstoff als optisch aktive Verbindung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der polymere Film ein Polyvinyl-Alkoholfilm ist, welcher Methyl-Orange als optisch aktive Verbindung enthält.
Flüssigkristallzelle mit: einem unteren Substrat, auf welchem eine untere polymere Ausrichtungsschicht mit einer optisch aktiven Verbindung, die relativ zum unteren Substrat schräg ausgerichtet ist, ausgebildet ist; einem oberen Substrat, auf welchem eine obere polymere Ausrichtungsschicht mit einer optisch aktiven Verbindung, die relativ zum oberen Substrat schräg ausgerichtet ist, ausgebildet ist, wobei das obere Substrat dem unteren Substrat gegenüber so angeordnet ist, dass die polymeren Schichten des oberen Substrats und des unteren Substrats einander gegenüberliegen; einem Abstandshalter zur Anordnung des unteren und des oberen Substrates auf eine solche Weise, dass die Substrate voneinander getrennt sind und einen Raum zwischen sich ausbilden; und einem Flüssigkristall, der in den Raum zwischen dem unteren Substrat und dem oberen Substrat eingebracht ist, wobei der Flüssigkristall auf eine solche Weise schräg ausgerichtet ist, dass er einen ausgewählten Vorneigungswinkel relativ zu den Substratoberflächen gemäß dem Ausrichtungswinkel der optisch aktiven Verbindung hat.
Flüssigkristallzelle nach Anspruch 8, bei der die optisch aktive Verbindung ein Azo-Farbstoff ist.
Flüssigkristallzelle nach Anspruch 9, bei der die Ausrichtungsschicht ein Polyvinyl-Alkoholfilm ist, welcher Methylorange als Azo-Farbstoff enthält.
Substrat mit einer Ausrichtungsschicht, die auf dem Substrat nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.