DE3107579A1

DE3107579A1 - Fluessigkristall-darstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3107579A1
Application number: DE19813107579
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Yutaka Ishii; Toshiaki Tenri Nara Takamatsu; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1982-03-18
Also published as: US4536060A; JPS56122011A; DE3107579C2

Description

V- -.V

B e s c h reibung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung und insbesondere eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einer Flüssigkristallzelle mit dynamischer Streuung, die aus einem nematischen oder langgeneigten cholesterinartigen Flüssigkristall gebildet ist, welcher in einem verdrehten Muster zwischen einem Paar von Substraten orientiert ist, die darauf transparente Elektroden und Polarisatoren tragen.

In neuerer Zeit hat eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung vom Matrixtyp, die dazu imstande ist, frei eine Anzahl von Informationsarten darzustellen, stärkere Aufmerksamkeit erlangt als eine herkömmliche Vorrichtung vom Segmenttyp. Eine Vorrichtung vom Matrixtyp hat jedoch ihre eigenen Probleme. Während sie ein Bild mit verbesserter Auflösung bei einer Erhöhung der Anzahl der Linien oder Elektroden darstellen kann, führt die Erhöhung der Anzahl der Elektroden, insbesondere der Abtastlinien, zu einer Verminderung der Arbeitsphase, d.h. der Zeitspanne, über die ein Signal pro Linie angelegt wird, und daher zu einem ÜberSprecheffekt. Wenn ein Flüssigkristall als Darstellungselement verwendet wird, ist wegen der tragen Übertragungseigenschaften und der langsamen Antwort ein zufriedenstellender Kontrast nicht verfügbar.

Zur Lösung dieser Probleme wurde schon folgendes vorgeschlagen:

(1) Ein Flüssigkristallmaterial mit einer scharfen Schwelle zu entwickeln und eine Art und Weise der Flüssigkristalleistung anzuwenden, die scharfe Übertragungs-Spannungs-Eigenschaften zeigt;

(2) ein Matrixadreßsystem anzuwenden, um einen Ansteuerung sspie!raum zu vergrößeren (α = V_e_/V_, ); und

cLZx et IJ S

(3) die Elektroden- und Plattenkonstruktion zu verbessern, um eine scheinbar höhere Auflösung zu erhalten.

Die Erfindung richtet sich auf die oben unter (1) angeführte Art und Weise der Leistung bzw. des Arbeitens. Die DTN~Art und -Weise, bei der das Lichtdepolarisationsmerkmal der DS-Art und -Weise mit einem Verdrehungswinkel von. 90° verwendet wird, hat neuerdings spezielle Aufmerksamkeit gefunden. Es ist berichtet worden, daß die DTN-Art und -Weise durch einen scharfen Anstieg in der Gegend des Schwellenwerts und durch einen breiten Gesichtswinkel charakterisiert ist und für eine Matrix-Darstellungsvorrichtung mit einer großen Anzahl von Abtastelektroden geeignet ist (Tatsuo Uchida, Yutaka Ishii und Masanobu Wadas "Properties of a Display Device Using Depolarization in a Twisted Nematic Liquid-Crystal Layer (DTN-cell)", Proceedings of the SID, Band 21/2, 1980, Seiten 55 bis 61).

Im Gegensatz zu anderen Arten von Darstellungen, z.B. von Buchstaben, erfordert jedoch die Darstellung eines Fernsehbildes einen Halbton und die Vorrichtung muß dazu imstande sein, in der richtigen Weise einer besonders hohen Frequenzkomponente eines Bildsignals zu antworten, welches von einer Impulsbreiten Modulation herrührt. Überdies ist es wichtig, daß die richtige Antwort über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.

Wegen dieser Probleme wurde festgestellt, daß es zweckmäßig ist, ein spezielles Dotierungsmittel in eine Flüssigkristallschicht einzuarbeiten und eine spezielle Dichtungsstruktur auf eine Flüssigkristallzelle aufzubringen. Als Ergebnis wurde

eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung erhalten, die für die Darstellung eines Bildsignals geeignet ist. Diese Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Durch die Erfindung wird somit eine neue und gewerblich anwendbare Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung zur Verfugung gestellt, die in der richtigen Weise Jedem beliebigen Bildsignal mit einer niedrigen bis hohen Frequenzverteilung während der Matrixansteuerung von Mehrfachlinien unter Verwendung der DTN-Art und -Weise, beispielsweise bei der Darstellung eines Fernsehbildes, antworten kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine verbesserte Dichtungsstruktur, durch die irgendwelche nachteiligen Effekte einer unrichtigen Dichtung auf das Arbeiten der Vorrichtung verbessert werden können.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einem Paar von transparenten Substraten, die ein Paar von sich gegenüberliegenden Oberflächen definieren, einer transparenten Elektrodenzusammenstellung, die auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen der Substrate vorgesehen ist, einer Isolierungsschicht, die jede Elektrodenzusammenstellung bedeckt, einer DTN-Flüssigkristallschicht, die zwischen den gegenüberliegenden Isolierungsschichten angeordnet ist, und einem Polarisator, der auf der der Flüssigkristallschicht entgegengesetzten Oberfläche jedes Substrats vorgesehen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht ein Dotierungsmittel bis zu einem Ausmaß enthält, daß die Grenzfrequenz f (Hz) der Flüssigkristallschicht gegen den dynamischen Streuungseffekt im Bereich von Umgebungstemperatur der folgenden Beziehung:

16.S-.N.F >f_ >8.N.F

genügt, worin N für die Anzahl der Multiplexansteuerung (so daß 1/N die Arbeitsphase ist) steht, P für die Kalbbildfrequenz (frame frequency) eines Bildsignals steht, C für die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolierungsschichten steht und C für die Kapazität pro Flächeneinheit der IsolierungssehJchten, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 S haben, steht, wobei die Substrate durch zwei Harzschichten miteinander verklebt und abgedichtet sind, wobei die äußere Schicht eine thermoplastische Polyamidschicht und die innere Schicht eine gesättigte Polyesterschicht mit einem höheren Schmelzpunkt als das Polyamid ist.

Die Erfindung wird anhand, der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung der DTN-Art und -¥eise zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der DS-Zelle, die in der Vorrichtung gemäß Figur 1 verwendet wird;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der DS-Zelle in der Vorrichtung der Figur 1, die teilweise abgebrochen gezeigt ist, um die Dichtungsstruktur zu zeigen; und

Fig. 4 ein Fließschema, das das Herstellungsverfahren der Flüssigkristallzelle veranschaulicht.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung allgemein durch das Bezugszeichen 11 dargestellt. Die Vorrichtung 11 enthält einen Dif-

fusor 1, ein Paar Polarisatoren 2 und eine Flüssigkristall zelle mit dynamischer Streuung mit verdreht-nenatischer Ausrichtung oder DS-Zelle 3. Wie in Figur 2 gezeigt ist, enthält die DS-Zelle 3 ein Paar transparenter Substrate 4, eine transparente Matrix-Elektrodenzusammenstellung 8 auf jeder Platte, ein Paar Isolierungsschichten 9, die mit einem Mittel zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle behandelt worden sind, eine Flüssigkristallschicht 10, die durch eine Flüssigkristallzusammensetzung, welche ein Dotierungsmittel enthält, gebildet worden ist, und ein Paar Dichtungsschichten 12 und 13· In Figur 1 bedeutet das Bezugszeichen 5 eine Beleuchtungsvorrichtung und das Bezugszeichen 6 zeigt einen Betrachter an.

Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist jedoch nicht auf die obenstehende Ausführungsform beschränkt. Vielmehr gestattet die Vorrichtung verschiedene Modifikationen, wenn sie im wesentlichen eine Flüssigkristallschicht des DTN-Typs, die zwischen ein Paar transparenter Substrate zwischengelegt ist, welche ein Paar von gegenüberliegenden Oberflächen definieren, die jeweils darauf eine transparente Elektrodenzusammenstellung und eine Isolierungsschicht, die zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle behandelt worden ist, tragen, und einen Polarisator, der auf der entgegengesetzten Seite jedes Substrats von der Flüssigkristallschicht vDrgesehen ist, enthält und wenn sie zur Verwendung bei der Matrixdarstellung, beispielsweise eines Fernsehbilds, geeignet ist.

Jedes transparente Substrat 4 kann gewöhnlich aus Glas, Kunststoff oder einer ähnlichen bekannten Platte bestehen. Jede transparente Elektrodenzusammenstellung 8 kann gewöhnlich von einem ITO-FiIm (bestehend hauptsächlich aus In₂O^) mit einer Dicke von 300 bis 500 $, einem NESA-FiIm (bestehend hauptsäch-

9 -

lieh aus GnO₂) oder einem ähnlichen bekannten Material bestehen. Jede der Isolierungsschichten 9 kann eine Schicht von PVA oder SiO₂ oder eine dünne Schicht von SiO₂, die mit einem Mittel zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle oder dergleichen beschichtet ist, umfassen. Es wird bevorzugt, eine so dünne wie mögliche Schicht zu verwenden, um die richtige Antwort der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung zu gewährleisten. Der Lichtdiffusor 1, die Plarisatoren 2 und die Beleuchtungsvorrichtung 5 können aus bekannten Vorrichtungen ausgewählt werden.

Nachstehend werden die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Flüssigkristallschicht 10 ist durch die Menge des darin enthaltenen Dotierungsmittels charakterisiert. Die Flüssigkristallschicht 10 enthält eine größere Menge an Dotierungsmittel als die Flüssigkristallschicht in irgendeiner bekannten DS-Zelle. Dieses Merkmal ermöglicht es, eine verbesserte Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu erhalten, was besonders gut für die Darstellung von Fernsehbildern oder dergleichen geeignet ist.

Wie es allgemein bekannt ist, darf die Ansteuerungsfrequenz f_d für eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung unter Verwendung des DS-Effekts nicht höher sein als die Grenzfrequenz f_c, bei der die Schwellenspannung für den DS-Effekt unendlich hoch wird. Diese Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:

worin k* größer als 1 ist.

Die Ansteuerungsfrequenz f_d für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 kann grundsätzlich wie folgt ausgedrückt

υ *·«· ft« w» «·

werden:

f_d = F.N (2)

worin F für die Halbbildfrequenz (frame frequency) eines Bild signals steht und N für die Anzahl der Multiplexierung der Vorrichtung steht. Demgemäß kann die Beziehung (1) wie folgt umgeschrieben werden:

Die Beziehung (3) zeigt, daß die Grenzfrequenz f für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 eine bestimmte untere Grenze hat.

Wenn die Grenzfrequenz f_ genügend höher ist als die Ansteuerungsfrequenz f_d, dann kann die DS-Zelle 3 elektrisch als Serienersatzstromkreis definiert werden, der eine Kapazität C, gebildet von den Isolierungsschichten 9, und einen Widerstand R, gebildet von der Flüssigkristallschicht 10, enthält. Die tatsächlich an die Flüssigkristallschicht 10 angelegte Spannung V ist:

ν = —— (4)

/ττί

worin E für die Quellenspannung steht.

Um die Spannung V zu erhalten, die für die Anlegung an die Flüssigkristallschicht erforderlich ist, wenn die Quellenspannung E konstant gehalten wird, muß der folgenden Beziehung:

2 tff_dCR ^ ^k2

genügt werden. Bekanntlich ist 77 = k-,. <$ (6)

und f _c = k₄.6 (7)

Im Hinblick auf die Beziehung (2), zusammengenommen mit den Beziehungen (6) und (7), kann die Beziehung (5) wie folgt umgeschrieben werden:

Die Beziehung (8) zeigt, daß auch die Grenzfrequenz f„ für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 eine bestimmte Obergrenze hat.

Es wurde eine Anzahl von Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen mit verschiedenen Mengen Dotierungsmittel in den Flüssigkristallschichten hergestellt und es wurde eine Anzahl von Experimenten über die Darstellung von Bildern durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß ein Bild mit zufriedenstellendem Kontrast und Halbton erzeugt werden kann, wenn das Do-= tierungsmittel in einer Menge eingearbeitet wird, welche der Grenzfrequenz f_c entspricht, welche der Beziehung (3)» wenn k^ gleich 8, und der Beziehung (8), wenn k^ gleich 16/C_Q, genügt, wobei C für die Kapazität pro Einheitsfläche der Isolierungsschichten steht, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 % haben.

Um eine zufriedenstellende Bilddarstellung zu ergeben, enthält daher die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 das Dotierungsmittel in einer Menge, die der Grenzfrequenz f_c entspricht, welche der Beziehung:

7-.C.F.N > f„ > 8.N.F

(9)

genügt.

Die so definierte Menge des Dotierungsmittels ist mindestens
etwa zehnmal größer als diejenige, die bislang angewendet worden ist.

Die Flüssigkristallschicht, in die das Dotierungsmittel eingearbeitet wird, kann aus einem nematischen oder langgeneigten
cholesterinartigen Flüssigkristall bestehen, der gewöhnlich in einer DS-Zelle verwendet wird. Es ist besonders zweckmäßig,
einen nematischen Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie zu verwenden. Beispiele für solche Flüssigkristallmaterialien sind die folgenden Materialien:

(a)

T = CN

(b)

I CN

T — TR⁰ ¹NI ^/b

und andere Stilben-^Flüssigkristalle

und andere Azoxy-Flüssigkristalle

¹CN

(c) (d) (e)

= 20⁰C

= 72°C

_P= 47⁰C

_P= 81°C

und andere Schiff'sche-Basen-Flüssigkristalle

und andere Biphenyl-Flüssigkristalle

und andere Ester-Flüssigkristalle

¹CN

T — ¹NI

- 13 "

andere Biphenylester-Flüssigkristalle

land andere Phenylcyclohexanester-Flüssigkristalle

- 1540c

(h) ^C3^H ₇-^HA/cO-CO-^oy-c₄H_Q und andere Phenylcy clone-

T = 56° CN °

O / xanester-Flüssigkristalle

und andere Ehenylcyclohexan-Flüssigkristalle

monotropi

(j) ^C4^Hs"YY"|^<j^:o'\^/^OC2^H5 .. ·- und andere Cyclohexan-⁰ ' ester-Flüssigkristalle

T = 37°P ¹T =r ¹CN ^{J/ C 1}NI

Der Flüssigkristall kann entweder ein Gemisch aus Flüssigkristallen, die zu einer der vorgenannten Gruppen gehören, oder ein Gemisch von Flüssigkristallen, die aus zwei oder mehreren Gruppen ausgewählt sind, sein. Es ist auch möglich, ein anderes als oben angegebenes Gemisch von Flüssigkristallen zu verwenden, wenn es eine negative dielektrische Anisotropie hat. Unter anderem wird es bevorzugt, einen gemischten Flüssigkristall zu verwenden, der hauptsächlich aus Schiff'sehen-Basen-Flüssigkristallmaterialien besteht.

Es ist weiterhin möglich, eine geringere Kenge einer optisch aktiven Substanz, z.B. von Cholesterylnonanoat und

C H O-Zg^-CO-ToVCO-CH CH CH₀CH, «jj-j-t

6 13 \__/ η \_/ II ²I ^{2 3} » oder andere Addxtive, um D 0 CH₃

verschiedene Eigenschaften der Flüssigkristallschicht zu verbessern, zuzusetzen.

Eine Vielzahl von bekannten quaternären Ammoniumverbindungen kann zur Verwendung als Dotierungsmittel in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung geeignet sein. Da erfindungsgemäß das Dotierungsmittel in einer größeren Menge als beim Stand der Technik eingearbeitet wird, ist es besser, Salze von organischen Säuren, wie sie unten beispielhaft gezeigt sind, als Salze von starken Säuren, wie (C^Hq)^N⁺Br", zu verwenden, da es bei den erstgenannten Salzen weniger wahrscheinlich ist, daß sie die Zersetzung der Flüssigkristallmoleküle beeinflussen.

Beispiele für besonders gut geeignete quaternäre Ammoniumverbindungen sind die folgenden Verbindungen:

(a) Tetrabutylammoniumsalz von Benzoesäure

(b) Tetrabutylammoniumsalz von p-Nitrobenzoesäure

^{N+ (C}4^H9) 4

(c) Tetrabutylammoniumsalz von p-Chlorbenzal-p'-amino benzoesäure

- 15

(d) Tetrabutylammonltomsalz von p-Carboxybenzalamino-p¹· chlorbenzol

(e) Tetrabutylairanoniumsalz von Terephthalsäure

(f) Tetrabutylammoniumsalz von 3»5-Dinitrobenzoesäure

-COO^-N⁺(C-H₀) . NO₂ -^- 4 9 4

(g) Tetrabutylaranonlumsalz von p-Butoxybenzoesäure

(h) Tetrahexylanmionlumsalz von Benzoesäure

Verschiedene andere Verbindungen können als Dotierungsmittel verwendet werden, wenn sie hinsichtlich der Löslichkeit, der elektrischen und elektrochemischen Stabilität, der Freiheit von irgendwelchen Beschädigungen der Flüssigkristalle, der Haltbarkeit und anderer Faktoren zufriedenstellend sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Flüssigkristallzelle eine Doppeidichtungsstruktur, bestehend aus einer Dichtungsschicht 13 aus einem thermoplastischen Polyamid und einer Hilfsdichtungsschicht 12 aus gesättigtem Polyester, die einwärts der Polyamidschicht vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß wird das Dotierungsmittel in die Flüssigkristallschicht in einer Menge eingearbeitet, die der oben beschriebenen Grenzfrequenz f entspricht und die erheblich, gewöhnlich mindestens zehnmal, größer ist als diejenige, die bislang in tragbaren elektronischen Rechnern und dergleichen angewendet wurde.

Zum Dichten der Flüssigkristallzelle ist es zweckmäßig, ein solches Material zu verwenden, das dazu imstande ist, die Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallschicht gegenüber einem Aussetzen an die Atmosphärenluft so weit wie möglich zu schützen. Eine Flüssigkristallschicht, die hauptsächlich aus einem Schiff'sehen-Basen-Flüssigkristall besteht, ist bei einer elektrochemischen Reaktion oder in Gegenwart von Feuchtigkeit instabil und sie kann sehr leicht von Atmosphärenluft beeinträchtigt werden. Es ist daher die übliche Praxis gewesen, ein thermoplastisches Polyamid, ein Epoxyharz oder dergleichen allein zum Zwecke des Abdichtens zu verwenden. Von den Erfindern durchgeführte Versuche haben jedoch ergeben, daß diese Dichtungsmaterialien den Einfluß der Atmosphärenluft im Falle del* Einarbeitung einer großen Menge von Dotier^ungsmittel, wie oben erwähnt, nicht zufriedenstellend verhindern, sondern daß es sein kann, daß der Flüssigkristall durch die Atmosphärenluft beeinträchtigt wird, und zwar insbesondere dann, wenn die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung über eine lange Betriebszeit verwendet wird, was zu einem Abfall des Übergangspunkts des Flüssigkristalls und gegebenenfalls zum Unvermögen, den Flüssig-

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kristallzustand aufrechtzuerhalten, führt. Erfindungsgemäß wurde daher als Ergebnis von wiederholten Versuchen ein Verfahren zur Abdichtung einer Flüssigkristallzelle entwickelt, bei der der Flüssigkristall eine große Menge Dotierungsmittel enthält. Insbesondere handelt es sich um ein Flüssigkristallsystem, das hauptsächlich aus einem Schiff'sehen-Basen-Flüssigkristall besteht.

Geeignete Beispiele von thermoplastischen Polyamiden für die Dichtungsschicht 13 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Nylon 4, Nylon 6, Nylon 66, Nylon 69, Nylon 610, Nylon 612, Nylon 7, Nylon 8, Nylon 9, Nylon 11 und Nylon 12 und Copolymere aus zwei oder mehreren dieser Materialien, wie Nylon 6/66/12, 6/69/12, 6/610/12, 6/612/12, 6/66/11, 6/66/69/12, 6/66/610/12, 6/66/612/12, 6/66/11/12 und 6/69/II/12. Es ist zweckmäßig, ein Polyamid oder ein Copolymeres mit einem möglichst hohen Schmelzpunkt zu verwenden, um eine verläßliche Dichtung zu erhalten.

Geeignete Beispiele für gesättigte Polyester für die Dichtungsschicht 12 sind Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Poly-1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat und Copolymere aus zwei oder mehreren dieser Materialien. Polyäthylenterephthalat wird besonders bevorzugt.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Anheften und Abdichten der Substrate der Flüssigkristallzelle gemäß der Erfindung anhand eines Beispiels näher beschrieben. Nachdem ein Pulver von Glasfasern auf jedes Glassubstrat aufgebracht worden ist, das eine gewünschte Elektrode und eine Isolierungsschicht besitzt, um ein Abstandsstück zwischen den Substraten zu bilden, wird ein Film aus einem thermoplastischen Polyamid, der in Form eines Rahmens gebildet worden ist, welcher sich über die gesamte Peripherie des Substrats erstreckt, auf eines der Substrate auf-

• ·

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gebracht. Sodann wird einwärts des Polyamidrahmens, d.h. auf die Oberfläche, die dem Flüssigkristall gegenüberliegt (Figur 3), ein Film aus einem gesättigten Polyester in Form eines Rahmens aufgebracht. Hierauf wird das andere Glassubstrat auf den Polyamid- und gesättigten Polyesterrahmen aufgebracht und die Glas substrate werden durch ein Kornprimierungsinstrument unter Druck gehalten und erhitzt, um mit den Rahmen verschmolzen zu werden.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf das oben erwähnte Verfahren oder die haftende Struktur beschränkt.

Der Film aus dem thermoplastischen Polyamid sollte eine Dicke, die gewöhnlich 20 bis 50 um und vorzugsweise etwa 40 um ist, haben.

Der Film aus dem gesättigten Polyester sollte eine Dicke, die gewöhnlich 6 bis 20 um und vorzugsweise etwa 10 um ist, haben.

Es ist möglich, alle beliebigen Erhitzungsbedingungen anzuwenden, wenn der Film des thermoplastischen Polyamids richtig geschmolzen werden kann.

Somit ist es möglich, eine Doppeldichtungsstruktur zu erhalten, die eine Schicht aus einem thermoplastischen Polyamid und eine Schicht aus gesättigtem Polyester enthält.

Sodann wird ein Flüssigkristall, der eine spezielle Menge Dotierungsmittel enthält, eingearbeitet und die Inöektionsöffnung wird verschlossen, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Diese Zelle kann zur Bildung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung verwendet werden.

Die Dichtung mit einer speziellen Doppelstruktur in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist in ihrer Kapazität Atmosphärenluft abzuschließen, Jeder -herkömmlichen Dichtung, bestehend aus einer einzigen Schicht eines thermoplastischen Polyamids, Epoxyharzes oder dergleichen überlegen. Selbst wenn daher ein Flüssigkristall (insbesondere ein Schiff'scher-Basen-Flüssigkristall), der eine große Ilenge Dotierungsmittel enthält, über einen langen Betriebszeitraum verwendet wird, ist es äußerst unwahrscheinlich, daß der Flüssigkristall durch die Atmosphärenluft (insbesondere durch die darin enthaltene Feuchtigkeit) beeinträchtigt wird, und der Flüssigkristall behält einen zufriedenstellenden Flüssigkristallzustand bei.

Die Flüssigkristallschicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält eine spezielle Menge Dotierungsmittel, die für die Darstellung eines Bildes geeignet ist. Gemäß der Erfindung ist es möglich, nachteilige Effekte einer schlechten Abdichtung auf das Verhalten der Darstellungsvorrichtung zu verbessern und ein Bild zu erhalten, das im Kontrast und im Halbton bei der Darstellung eines Bildsignals unter Verwendung einer DTN-Art und -Weise mit einer niedrigen bis hohen Frequenzverteilung zufriedenstellend ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut zur Darstellung eines Fernsehbildes durch kommerzielles Fernsehen geeignet. Während die Halbbildfrequenz F_TV für kommerzielles Fernsehen 30 Hz ist, verwendet die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung gewöhnlich eine Halbbildfrequenz, die zweimal höher ist als F^„ oder 60 Hz, um irgendwelches Flimmern zu eliminieren.

Die Erfindung wird in den Beispielen näher erläutert.

Die Tabelle I zeigt Beispiele für Flüssigkristallmaterxalien und ein Orientierungsmittel. Die Flüssigkristallzusammensetzung

genügt vollständig der Grenzfrequenz (geht über 30 kHz hinaus), wenn eine Hatrix-Darstellungsvorrichtung mit 120 Abtastlinien, eine Elektrodenstruktur mit Reihenelektroden, die zentral in eine obere und eine untere Gruppe aufgeteilt ist, und eine Halbbildfrequenz von 60 Hz durch eine optimierte Amplitudenselektionsiiietliode mit einer Ansteucrungsspannung mit einer Frequenzverteilung hauptsächlich im Bereich von 60 Hz bis 7,2 kHz verwendet wird.

Tabelle I

Flüssigkristallzusammensetzung:

Flüssigkristall- p-Methoxybenzyliden-p'-nmaterialien: butylanilin 45 Gew.-%

p-Äthoxybenzyliden-p'-n-

butylanilin 45 Gew.-%

(Additive) 1-Cyano-1-(p-äthoxyphenyl)-

2-(p-hexyloxyphenyl)-äthylen 9,82 Gew.-%

Cholesterylnonanoat 0,18 Ge\r.-%

Dotierungsmittel: Tetrabutylammonium-3,5- 0,75 Gew.-%

dinitrobenzoat der Flüssig

kristallmaterialien

Orientierungsmittel: y'-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (Toray

Silicone Co., Ltd.) wurde auf eine Isolierungsschicht von SiOg mit einer Dicke von etwa 100 S aufgebracht.

Es wurden Tests unter Verwendung der Flüssigkristallzusammensetzung und Dichtungsmaterial, das gemäß dem Stand der Technik verwendet wurde, durchgeführt. Die Figur 4 zeigt ein Fließschema für das Herstellungsverfahren einer Flüssigkristallzelle. Ein Isolierungsfilm aus SiO₂ oder dergleichen wird durch Aufdampfen auf jedem Glassubstrat mit dem darauf gebildeten ge-

wünschten lilektrodenmuster gebildet und die Tsolierunfjsfilme werden zum Zwecke der Orientierung behandelt (Stufen S₁₁ bis S, oder S^¹ bis S*'). Ab stands stücke, beispielsweise aus pulvdtr förmigen Glasfasern, werden auf die gesamte Oberfläche der % strate aufgebracht, um einen gleichförmig breiten Spalt zwischen den Platten zu definieren (Stufe S^). Nachdem die Substrate miteinander verklebt worden sind, wird die Flüssigkristallzusammensetzung in den Raum injiziert, der zwischen den Substraten definiert ist (Stufen S₅ bis Sy).

Verschiedene bekannte Materialien, die für das Siebdrucken geeignet waren, wurden für das Abdichten verwendet, wie in Tabel le II gezeigt wird, d.h. eine Kombination aus einem Epoxyharz (SOMAL manufacturing Co., Ltd., R-2401) und einem Härtungsmittel (SOML manufacturing Co,, Ltd., HC-11), eine Kombination davon mit einem Silan-Kupplungsmittel als Hilfsbindungsmittel (Toray Silicone Co., Ltd., SH6040), ein Einkomponenten-Epoxyharz (Amicon Far East Ltd., Uniset A316-8) und thermoplastische Polyamide der Nylon-12~Reihe (Daicel Chemical Industries Ltd., Diamide 2000, 3OOO und 7000).

Die auf die oben beschriebene Weise hergestellten Flüssigkristailzellen wurden bei Raumtemperatur in einem Exsikkator stehen gelassen, der Wasser enthielt. Dies wurde als Schnelltest durchgeführt, um die Verläßlichkeit des Dichtungsmaterials gegenüber Feuchtigkeit, zu ermitteln. Die Verschlechterung des Flüssigkristalls wurde zur Bewertung des Dichtungsmaterials untersucht. Die Flüssigkristallzellen, bei denen die vorgenann ten bekannten Dichtungsmaterialien verwendet worden waren, wur v den leicht durch die Atmosphärenluft angegriffen, sie zeigten einen Abfall des Übergangspunkts und sie waren nicht dazu imstande, ihren Flüssigkristallzustand aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle II gezeigt. Die verschiedenen Symbole zeigen die folgenden Ergebnisse an:

- 22 -

- keine Verschlechterung des Flüssigkristallmaterials (praktisch keine Veränderung des Übergangspunkts);

- teilweise Verschlechterung (geringfügige Veränderung des Gbergangspunkts);

χ - praktisch vollständige Verschlechterung (erhebliche Veränderung des Übergaugspunkts).

Tabelle II

Dichtungsmaterial Testzeit (h)

100 150 200 250

Epoxyharze:

R-2401 & HC-11 (10 :, 3), Dichtungse: 7 jam (Dichtungsbedingungen:
, 1 h/und 120⁰C, 1h)

dicke

R-2401 & HC-11 (10 : 3) + SH6040
(Kupplungsmittel), Dichtungsdicke:
7 um (Dichtungsbedingungen: wie
oben) χ

Uniset A316-8, Dichtungsdicke: 7 um (bei 150⁰C 30 min lang gedichtet)⁷ χ

Thermoplastische Filme:

Diamide-Film 2000 (Fp 95 bis 1O5°C;

Dicke 40 um) . /\ χ

Diamide-Film 3000 (Fp 95 bis 120⁰C;

Dicke 40 um) Λ, χ

Diamide-Film 7000 (Fp 175°C; Dicke
4 )

7 (p 75;
um) ο Δ

Die Diamide-Filme wurden 30 min lang bei 180⁰C gedichtet.

Ähnliche Tests wurden mit FlUssigkristallzellen durchgeführt, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials, d.h. einer Kombination aus einem thermoplastischen Polyamid- und gesättigten Polyesterfilm, hergestellt worden waren. Die Dichtung erfolgte 30 min lang bei etwa 180⁰C. Ein Film von Poly-

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ethylenterephthalat mit einem Molekulargewicht von 15000 bis 20000, einem Schmelzpunkt von 260⁰C - 1°C und einer Filmdicke von etwa 10 um (Mitsubishi Plastic Industries Ltd., DIAFOIL) wurde zur Bildung einer gesättigten Polyesterschicht verwendet. Die Testergebnisse sind in Tabßlle III zusammengestellt.

Tabelle III

Dichtungsmaterial Testzeit (h)

100 150 200 250

Diamide-Film 2000 (40 um dick) + gesättigter Polyesterfilm ' ο Λ Λ χ

Diamide-Film 3000 (40 um dick) + gesättigter Polyesterfilm ' ο ο ο A /\

Diamide-Film 7000 (40 um dick) + gesättigter Polyesterfilm) ' ο ο ο ο ο

Aus Tabelle III wird ersichtlich, daß die Dichtungsstruktur, bestehend aus einer Kombination aus einem thermoplastischen Polyamid- und gesättigten Polyesterfilm, eine bessere Abschirmung gegenüber Feuchtigkeit ergibt und daß sie den Flüssigkristall von jedem möglichen Effekt der Atmosphärenluft über einen längeren Zeitraum schützen kann als eine herkömmliche Dichtung, die durch ein thermoplastisches Polyamid oder ein Epoxyharz allein gebildet worden ist. Es ist besonders erwähnenswert, daß unter verschiedenen thermoplastischen Polyamiden die Verwendung eines Films mit einem hohen Schmelzpunkt, wie von Diamide 7000 (Fp 175⁰C), der mit einem gesättigten Polyesterfilm ausgekleidet ist, eine hochverläßliche Flüssigkristallzelle ergeben kann. Eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einer solchen Flüssigkristallzelle ist dazu imstande, ein Fernsehbild mit einem zufriedenstellenden Kontrast und Halbton darzustellen.

Claims

KRAUS & WE*SERT-*-s- '··* ··

PATENTANWÄLTE

DH. WAITER KRAUS DIPLOMCHL-MIKER · DR. ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG Cl U:MIE IRMGARDS ff<ASüE 15 ■ D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON OÖ9/797O77-797O78 · TELEX 05 212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2810 WK/rm

SHARP KABUSHIKI KAISHA Osaka / Japan

Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung

Patentansprüche

Flüssigkristall-Darstellungsvorrichttxag mit einem Paar von transparenten Substraten, die ein Paar von sich gegenüberliegenden Oberflächen definieren, einer transparenten Elektrodenzusammenstellung, die auf jeder der sich gegenüberliegenden Oberflächen vorgesehen ist, einer Isolationsschicht, die die Elektrodenzusammenstellung bedeckt, einer DTN-Flüssigkristallschicht, die zwischen den sich gegenüberliegenden Isolationsschichten angeordnet ist, und einem Polarisator, der auf der von der Flüssigkristall-

schicht entgegengesetzten Oberfläche jedes der genannten Substrate vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht ein Dotierungsmittel bis zu einem Ausmaß enthält, daß die Grenzfrequenz f (Hz) der Flüssigkristallschicht gegenüber dem dynamischen Streuungseffekt im Bereich von Umgebungstemperaturen der folgenden Beziehung:

16.£-.N.F > f ">■ 8.N.F ο

genügt, in der N für die Anzahl der Multiplexansteuerung (so daß 1/N die Arbeitsphase ist) steht, F für die Halbbildfrequenz (Rahmenfrequenz) eines Bildsignals steht, C für die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolationsschichten steht und C für die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolationsschichten, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 % haben, steht, wobei die Substrate durch zwei Harzschichten miteinander verklebt und abgedichtet sind, wobei die äußere Schicht eine thermoplastische Polyamidschicht ist und die innere Schicht eine gesättigte Polyesterschicht mit einem höheren Schmelzpunkt als das Polyamid ist.
2. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbildfrequenz (Rahmenfrequenz) F 60 Hz ist, so daß die Vorrichtung zur Darstellung eines Fernsehbildes durch kommerzielles Fernsehen mit einer Halbbildfrequenz (frame frequency) ?„„ von 30 Hz verwendet werden kann.
3. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das thermoplastische Polyamid eine Substanz aus der Gruppe Nylon 4,

a n μ » ft

Nylon 6, Nylon 66, Nylon 69, Nylon 610, Nylon 612, Nylon 7, Nylon 8, Nylon 9, Nylon 11 und Nylon 12 und Copolymere von zwei oder mehreren dieser Materialien ausgewählt ist.
4. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der .Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Polyester eine Substanz aus der Gruppe Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Poly-1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat und Copolymere aus zwei oder mehreren dieser Materialien ausgewählt ist.
5. Flüssigkristall-Darstellimgsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Polyester Polyäthylenterephthalat ist.
6. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht eine Schiff»sche-Basen-Flüssigkristallzusammensetzung ist.