DE3107598A1

DE3107598A1 - Fluessigkristall-darstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3107598A1
Application number: DE3107598A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Yutaka Ishii; Toshiaki Takamatsu; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB2072400B; GB2072400A; US4553821A; DE3107598C2; JPS56122010A

Description

e s c h r e i b u η

Die Erfindung betrifft ei.ne Flüssigkristall-Darstellungsvorlrichtung und insbesondere eine Flüssigkristall-Darstellunrsvorrichtung mit einer Flüssigkristall?^]Ie mit dynamischer Strtuang die durch einen nematischen oder langgeneigten cholesterinr-.rtigen PCristall gebildet ist, der in einem verdrehten Huster zwischen einem Paar von Substraten, die darauf transparente Elektroden tragen, orientiert ist. Die Darstellungsvorrichtung enthält weiterhin Polarisatoren.

Darstellungsvorrichtungen mit Flüssigkristallen wurden in der Praxis erst spät eingesetzt. Vor allem werden Untersuchungsarbeiten über Matrix-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen durchgeführt, was auf die vielfältigen Möglichkeiten ihrer Anwendung zurückzuführen ist. Tragbare Elektronenrechner beginnen, auf dem Markt erhältlich zu werden.

Es ist eine Anzahl von Typen von Matrix-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen bekannt, beispielsweise vom TN- (verdreht-nematisch) Typ, vom DAP-Typ, bei dem eine Variierung der Rate der Doppelbrechung verwertet wird, vom DS- (dynamischer Streu-) Typ, bei dem der Effekt der Lichtstreuung verwertet wird, und vom Ch-N- (cholesterinartig-nematisch) Phasenübergangstyp. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen vom TN- und DAP-Typ, bei denen die Doppelbrechung eines Flüssigkristalls verwertet wird, ergeben jedoch einen unvorteilhafterweise engen Gesichtswinkel. Obgleich der Gesichtswinkel bei Vorrichtungen vom DS- oder Phasenübergangstyp nicht so eng begrenzt ist, kann bei diesen Anordnungen in nachteiliger Weise keine sichtbare Darstellung aufrechterhalten werden, wenn die Betrachtung entlang der Achse einer Lichtquelle geschieht. Keiner dieser'Typen kann daher als eine sehr zufriedenstellende Matrix-Darstel-

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lungsvorrichtung angesehen v/erden. In neuerer Zeit ist daher eine DTN- (Depolarisation in verdreht-neraatisch) Zellvorrichtung, die ein Paar von Polarisatoren enthält, eine DS-Zelle, bestehend aus einem nematischen oder langgeneigten cholesterinartigen Flüssigkristall, der mit einem w'inkel von 90° verdreht worden ist, und einem Diffusor vorgeschlagen -worden.

In einer Darstellungsvorrichtung mit einer DTN-Zelle wird die Depolarisation des Lichts durch eine DS-Zelle nach Anlegung einer Spannung ausgenützt. Es ist berichtet worden, daß diese Vorrichtung in der Nachbarschaft der Schwellenspannung einen schärferen Anstieg des Kontraste und einen erheblich breiteren Gesichtswinkel als eine Vorrichtung mit einer TN-Zelle ergeben kann und daß sie als Matrix-Darstellungsvorrichtung mit einer großen Anzahl von Scanning-Elektroden geeignet ist (Tatsuo Uchida, Yutaka Ishii und Masanobu Wada: "Porperties of a Display Device Using Depolarization in a Twisted Nematic Liquid-Crystal Layer", Proceedings of the SID, Band 21/2, 1980, Seiten 55 bis 61).

Wenn eine Matrix-Darstellungsvorrichtung mit einer DTN-Zelle zur Darstellung eines Bildsignals, z.B. eines Fernsehbildes, unter Verwendung einer Ansteuerungsspannung verwendet wird, deren Wellenform nicht nur eine niedrige Frequenz, sondern auch eine erheblich hohe Frequenzkomponente enthält, dann ist es erforderlich, die Grenzfrequenz der Flüssigkristallzusammensetzung zu einem erheblich höheren Niveau zu erhöhen als die Hochfrequenzkomponente in der Ansteuerungsspannung, ohne daß die Antwort der Niederfrequenzkomponente auf die Spannung verschlechtert wird.

Angesichts dieser Probleme wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, eine spezifische Menge eines Dotierungsmittels in eine

EPO COPY jCT

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bad na„.

tka,

Flüssigkristallschicht einzuarbeiten und ein spezifisches Mittel für die molekulare Orientierung auf eine Isolierungsschicht aufzubringen. Als Ergebnis wurde eä.ne Flü-ssigkristall-Darstellungsνorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entwickelt, die zu der Darstellung eines Bildsignals ge eignet ist.

Gemäß der Erfindung wird eine neue und gewerblich verwertbare Matrix-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einer DTN-Zelle zur Verfügung gestellt, bei der die Technologie für eine Substratoberflächenbehandlung, welche die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle gewährleistet, verwendet worden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine hochverlässige und ausgezeichnete Darstellung von Fernsehbildern oder anderen Bildern mit einer weiten Frequenzverteilung von niedriger bis zu hoher Frequenz geeignet.

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

16.—-.N.F >~f > 8.N.F

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genügt, worin W für die Anzahl der Hultiplexansteuerung (so daß 1/N die Arbeitsphase ist) steht, F für die Halbbildfrequenz (frame frequency) eines Bildsignals sieht, C für die Kapazität pro Einheitsfläche der Isolierungsschichten steht und C für die Kapazität pro Einheitsfläche der Isolierungsschichten, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 S haben, steht, und daß die Isolierungsschichten mit einem Alkoxysilan-Kupplungsraittel, das eine Glycidoxygruppe enthält, behandelt worden sind.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung, in der ein DTN-System verwendet wird; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der DS-Zelle, die in Figur 1 gezeigt ist.

In der Figur 1 ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung durch das Bezugszeichen 11 dargestellt. Die Vorrichtung 11 enthält einen Lichtdiffusor 1, ein Paar von Polarisatoren 2 und eine Flüssigkristallzelle mit dynamischer Streuung (DS-Zelle) mit verdreht-nematischer Orientierung 3. Wie in Figur 2 gezeigt wird, enthält die DS-Zelle 3 ein Paar von transparenten Substraten 7, eine transparente Matrix-Elektrodenzusammenstellung 8, ein Paar von Isolierungsschichten 9, die mit einem Mittel zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle behandelt worden sind, und eine Flüssigkristallschicht 10, die durch eine Flüssigkristallzusammensetzung, die ein Dotierungsmittel enthält, gebildet worden ist. In Figur 1 bedeutet das Bezugszeichen 5 eine Beleuchtungsvorrichtung und das Bezugszeichen 6 zeigt den Betrachter.

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— σ —

Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Konstruktion beschränkt. Vielmehr gestattet die Vorrichtung verschiedene Modifikationen, wenn sie im wesentlichen eine Flüssigkristallschicht vom DTIi-Typ, die zwischen ein Paar transparente Substrate zwischengelegt ist, Vielehe ein Paar von sich gegenüberliegenden Oberflächen definieren, die jede darauf eine transparente Elektrodenzusammenstellung tragen, und eine Isolierungsschicht, die zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle behandelt worden ist, und einen Polarisator auf der gegenüberliegenden Oberfläche jedes Substrats von der Flüssigkristallschicht enthält und wenn sie zur Anwendung bei der Matrixdarstellung von beispielsweise einem Fernsehbild angepaßt ist.

Jedes transparente Substrat 7 kann gewöhnlich beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder einem ähnlichen plattenförmigen bekannten Material gebildet sein. Jede transparente Elektrodenzusammenstellung 8 kann aus einem ITO-FiIm (bestehend hauptsächlich aus In₂O,) mit einer Dicke von 300 bis 500 S, einem NESA-FiIm (bestehend hauptsächlich aus SnO₂) oder einem ähnlichen bekannten Material bestehen. Der Lichtdiffusor 1, die Polarisatoren 2 und die Beleuchtungsvorrichtung 5 können auch aus bekannten Vorrichtungen bzw. Einrichtungen ausgewählt sein.

Nachstehend werden die prinzipiellen Merkmale dieser Erfindung erläutert. Die Flüssigkristallschicht 10 ist durch die Menge des darin vorhandenen Dotierungsmittels charakterisiert. Die Flüssigkristallschicht 10 enthält eine größere Menge an Dotierungsmittel als die Flüssigkristallschicht in irgendeiner bekannten DS-Zelle. Dieses Merkmal ermöglicht eine verbesserte Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, die besonders gut für die Darstellung von Fernsehbildern oder dergleichen-geeignet ist.

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Bekanntlich darf die Ansteuerungsfrequenz f ■, für eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, in der der DS-Effekt verwertet wird, nicht höher sein als die Grenzfrequenz f , 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, für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 kann grundsätzlich wie folgt ausgedrückt werden:

f_d = F.N (2)

worin F für die Halbbildfrequenz (frame frequency) eines Bildsignals steht und N für die Anzahl der Multiplexansteuerung der Vorrichtung steht. Demgemäß kann der Ausdruck (1) wie folgt:

umformuliert werden.

Der Ausdruck (3) zeigt, daß die Grenzfrequenz f für die Flüs sigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 eine bestimmte Untergrenze hat.

Wenn die Grenzfrequenz f genügend höher ist als die Ansteue»· rungsfrequenz f,, dann kann die DS-Zelle 3 elektrisch als Rei henersatzstromkreis definiert werden, der die Kapazität C, ge bildet durch die Isolierungsschichten 9, und den Widerstand R, gebildet durch die Flüssigkristallschicht 10, umfaßt. Die tat

EPO COPY

130086/0^4 ,

■ sächlich an die Flüssigkristallschicht 10 angelegte Spannung ! ist:

ν =

■ *~l ^J"fJ~ C i~» T^

(4)

worin E für die Quellenspannung steht.

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

(5)

2trf_dCR

Bekanntlich ist i = k,.6 " (6)

und . f = k,.6 (7).

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

f_c ^L.F.N.C (8)

worin

Der Ausdruck (8) zeigt, daß die Grenzfrequenz f_c für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 ebenfalls eine bestimmte Obergrenze hat.

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Es wurde eine Anzahl von Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen hergestellt, die unterschiedliche Mengen Dotierungsmittel in den Flüssigkristallschichten enthielten. Damit wurde eine Anzahl von Versuchen zur Darstellung von Bildern durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß ein Bild mit zufriedenstellendem Kontrast und Halbton erhalten werden kann, wenn das Dotierungsmittel in einer Menge eingearbeitet wird, die der Grenzfrequenz f . welche der Beziehung (3)» wenn k^ gleich 8 ist, und der Beziehung (8), wenn k,- gleich 16/C_Q ist, genügt, wobei C für die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolierungsschichten steht, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 Ä haben.

Um eine zufriedenstellende Bilddarstellung zu erhalten, enthält daher die erfindungsgemäße Fltissigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 das Dotierungsmittel entsprechend der Grenzfrequenz f , welche der folgenden Beziehung:

—.C.F.N > f yr 8.N.F (9)

genügt.

Die so definierte Menge des Dotierungsmittels ist mindestens etwa zehnmal größer, als sie bislang verwendet wurde.

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

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EPOCQPY J)

(a) c_H o-( ο V-c=CH-^oy- oc_gH und andere Stilben-Flüs-CN sigkristalle

^TCN ^{= 65}°^{C T}NI ^{= 78}°^C

(b) CH₃0-^o>-N=N--^oy-C₄H₉ und andere Azoxy-Flüssig-

O kristalle

T,== 20⁰C T_v. = 80⁰C CN NI

(c) CH₃O-<Q>-CH=N-<2>-C₄H₉ und andere Schiff 'sche-

η, _ _9no_r m _ _ΔΊο_Γ ' Basen-Flüssigkristalle ^rCN~ ^Zü ^{C 1}NI" ^4/ ^

(d) ^C5^H ₁i'\o/\^o/"^0C2^H5 ^¹¹U- ^ar^dere Biphenyl-

m _ ₇₉o_r m _ ₈₁op Flüssigkristalle ^aCN~ ^ll ^{c 1}NI" ^ÖX ^

(e) CH,o-^o"Vcoh(oVc,-Η,, und andere Ester-Flüssig-

O kristalle

(f) C H₁₁-ZOyZo)-CO-(Oy-C₇H₁C und andere Biphenylester-

O Flüssigkristalle

T = 4ST T = 101⁰C ¹CN " ^ NI ^{XU U}

- 113-C

(g) ⁽-^:5^^i~\¹^/Λ °/ ir*-¹ \^/ ^3^H7 u¹¹^- andere Hienylcyclo-

⁰ hexanester-Flüssigkri-

stalle T_CN= 67°C T_NI= 154°C

J X / ν I ^

C₄H₉ und andere Phenylcyclohexanester-Flüssigkri- stalle

·· und andere Ehenylcyclo-

„ _ ₄₁o« _T _f37°c^ hexan-Flüssigkristalle

Vh" ni"¹ .-u^ ^" monotropisch

BAp

13 0 0 6 5/0674 %

(h) C₃H₇-(HV^oJ-CO

(j) C₄H₉-^h\co-^\-oc₂H₅ und andere Cyclohexan-O ester-Flüssigkristalle

T = 37°C T = 7^⁰P
CN ' ^{U 1}NI ^{b C}

Der Flüssigkristall kann entweder ein Gemisch aus Flüssigkristallen, das zu einer der vorgenannten Gruppen gehört, oder ein Gemisch von Flüssigkristallen aus zwei oder mehreren Gruppen sein.

Es ist auch möglich, ein anderes Gemisch von Flüssigkristallen, wie oben gezeigt, 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. ferner möglich, eine geringere Menge einer optisch aktiven Substanz, z.B. von Cholesterylnonanoat und

C,H, ,O-^ÖVcO-AoVcO-CH-iH CH„CH_ _AJJ-4..

.6 13 A / ji Vl/ π 2 j 2 3 , oder andere Additxve

O O- CH₃

zuzumischen, um verschiedene Eigenschaften der Flüssigkristallschicht zu verbessern.

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, die Salze von organischen Säuren, wie sie unten als Beispiele gezeigt werden, zu verwenden als Salze von starken Säuren, wie (CfHq)-N⁺Br", da es bei den erstgenannten Salzen weniger wahrscheinlich ist, daß die Zersetzung der Flüssigkristallmoleküle beeinflußt wird.

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Beispiele von besonders ßut geeigneten quaternären Ar.ronivzwb bindungen sind die folgenden Katern alien:

(a) TetrabutylanimoniuniGalz von Benzoesäure

(b) Tetrabutylairmioniumsalz von p-K^Titrobenzoescure

(c) Tetrabutylammoniuinsalz von p-Chlorbenzal-p'-amino

benzoesäure

(C₄H₉)

(d) Tetrabutylammoniumsalz von p-Carboxybenzolamino-p' chlorbenzol

(C₄H₉)

(e) Tetrabutylammoniumsalz von Terephthalsäure

(f) Tetrabutylammoniumsalz von 3,5-Dinitrobenzoesäure

H)

4 y

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BAD ORSGIiSSAL

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(g) Tetrsbutyl aj-^ioniuns^lz von p-Eutoxybenzoesäure

(h) Tetrahexyl.·! N-iOiiir ■■r.alz von Zr--

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 Dauerhaftigkeit und anderer Faktoren zufriedenstellend sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Isolierungsschichten 9 mit einem Alkoxysilan-Kupplungsmittel, das eine GIycidoxygruppe enthält_s zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle behandelt. Gemäß der Erfindung wird das Dotierungsmittel in die Flüssigkristallschicht in einer Menge eingearbeitet, die einem spezifischen Bereich der Grenzfrequenz f , wie vorstehend beschrieben, entspricht und die erheblich, gewöhnlich mindestens zehnmal größer ist als diejenige Menge, die bislang in tragbaren elektronischen Rechnern oder dergleichen verwendet wurde. Es ist notwendig, die Dicke der Isolierungsschichten so weit wie möglich zu vermindern, da, wenn sie zu dick sind, der Spannungsabfall so scharf ist, daß die Vorrichtung Spannungen im unteren Frequenzbereich nicht richtig antworten kann. Es ist daher zweckmäßig, dünne Isolierungsschichten zu verwenden, die mit einem Mittel zur Orientierung behandelt worden sind.

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Es wurde, experimentell festgestellt, daß, wenn eine große Menge Dotierungsmittel, wie vorstehend beschrieben, eingearbeitet worden ist, die Anwendung einer dünnen Isolierungsschicht, die mit einem bekannten Mittel zur Orientierung behandelt worden ist, möglicherweise einen nachteiligen Effekt auf die Orient? ftruiig eines flüssigen Kristalls haben kann. Entsprechende Versuchtergebnisse haben gezeigt, daß eine zufriedenstellende Orientierung der Flüssigkristalle erhalten werden kann, wenn ein Alkoxysilan-Kupplungsmittel mit einer GIyeidoxygruppe zur Behandlung der Isolierungsschichten verwendet wird.

Gemäß der Erfindung werden diejenigen Oberflächen der Isolierungsschichten, die mit der Flüssigkristallzusammensetzung in Kontakt sind, mit einem Alkoxysilan-Kupplungsmittel zur Orientierung der Flüssigkristalle behandelt. Als Kupplungsmittel können Verbindungen der allgemeinen Formel:

! ²

CH_CHCH_O -R₁ - Si - OR-. (I)

.\2/ 2 1, 3

V ^0R4

in der FL für' eine Alkylengruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen steht und Rp, R^ und R. jeweils für eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen stehen, verwendet werden. Spezielle Beispiele der Verbindungen der Formel I sind Glycidoxymethyltrimethoxysilan, Glycidoxyäthyltrimethoxysilan, Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Glycidoxybutyltrimethoxysilan, Glycidoxypentyltrimethoxysilan und die entsprechenden Äthoxysilan- und Eropoxysilanverbindungen. Es wird besonders bevorzugt, ,^-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu verwenden.

Die Orientierungsbehandlung der Isolierungsschichten kann durch ein Verfahren erzielt werden, bei dem man ein Alkoxysilan-Kupp-

ORiGJNAL

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lungsmittel mit einer Glycidoxygruppe in einem Lösungsmittel auflöst, die resultierende Lösung auf die Oberfläche jedes Elektrodensubstrats, das darauf eine Isolierungsschicht trägt, aufschichtet, die Lösung trocknet und die beschichtete Oberfläche reibt. Um die Bildung eines genügend dünnen behandelten Films zu gewähr lei st en, ist es ^vücknvißig, nach dem Reiben der beschichteten Oberfläche eine Stufe des Vaschens der Oberfläche mit einem leicht flüchtigen Lösungsmittel, wie Aceton, gefolgt von einem zusätzlichen Reiben, anzuschließen. Die Orientierungsbehandlung der Isolierungsschichten hat sich als zweckmäßiger erwiesen, wenn sie öfter als einmal durchgeführt wird, damit eine hochverläßliche und zufriedenstellende Orientierung über einen weiteren Oberflächenbereich erhalten wird.

Die Isolierungsschichten können beispielsweise aus einem Film von SiOg oder einem hochmolekularen Harz gebildet sein. Es wird bevorzugtj einen Film von SiOp mit einer Dicke von etwa 100 A auf der Oberfläche jedes Substrats durch Verdampfen zu bilden.

Die Lösung des Kupplungsmittels kann unter Verwendung eines beliebigen Lösungsmittels, das das Mittel auflösen kann und einen Siedepunkt unterhalb 80°C bei Atmosphärendruck hat, hergestellt werden. Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von oberhalb 80⁰C bei Atmosphärendrucks wie z.B. Wasser, sind nicht geeignet., da die Glassubstrate dazu neigen, naß zu bleiben, und leicht Staub und dergleichen von einem Poliertuch auffangen können_? das zum Reiben der mit dem Mittel behandelten Oberfläche verwendet wird. Methyl- und Äthylalkohole sind besonders gut als Lösungsmittel geeignet, da sie einen niedrigen Siedepunkt haben und rasch trocknen.

Um die richtige Orientierung zu gewährleisten, wird es bevorzugt, daß die Lösung, mit der die Isolierungsschichten überzo-

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BAD ORIGINAL **

- 13 -

gen werden, eine Konzentration hat, die gewöhnlich höher eis 0,01 Gev,-%, jedoch niedriger als 5 Gew.-$S ist.

Die Lösung kann durch verschiedene Kathoden aufgebracht werden, beispielsweise hauptsächlich dur-ch Cpivai^n, Tf.udien, Offsetdrucken, Walzenbp.schiohten und Firsteoho schichten v^A ϊ:..-~ι^.1·.·.-ρ.Ί. auch durch Ultraschallbehandlung. Oer Rc.^chichtun^sfUm kc-rji auf herkömmliche Weise getrocknet und gerieben verden.

Der Film des Kupplungsiaittels per se kann eine Dicke haben, die derjenigen einer Schicht, bestehend aus 1 bis 3 Molekülen des Mittels, gleich ist. Die Dicke ist im Vergleich zu der Dicke jeder Isolierungsschicht, die etwa 100 S. beträgt, praktisch vernachlässigbar.

Das Kupplungsmittel kann daher jede gewünschte Orientierungsbehandlung bewerkstelligen, ohne daß eine nennenswerte Erhöhung der Dicke der Isolierungsschichten hierdurch bewirkt wird.

Die so behandelten Substrate werden miteinander kombiniert, in üblicher Weise mit einem Dichtungsmittel und einer leitfähigen Paste bedruckt. Nach dem Härten des Dichtungsmittels wird der Flüssigkristall, der das Dotierungsinittel enthält, in den Raum zwischen den Substraten injiziert und der Raum wird geschlossen, wodurch eine Flüssigkristallzelle gebildet wird, die zu der Herstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung verwendet werden kann.

Die orientierungsbehandelten Isolierungsschichten in der erfindungsgemäiBsn Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung haben im Vergleich zu bekannten PVA- oder SiOp-Schichten, die . sowohl zur Isolierung als auch zur Orientierung dienen, eine extrem geringe Dicke und sie können daher die richtige Antwort gegenüber allen beliebigen Spannungen in einem niedrigeren Fre- ; quenzbereich zeigen. Die durch die beschriebene Behandlung er-

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BAD ORfQINAL

lialtene Orientierimg ist derjenigen überlegen, die durch Behandlung mit bekannten SU an-Kupplitngsmitteln ohne Glycidoxygruppen erhalten werden k<?nn.

Die Flüssigkristallschicht in dor err.Tndun^.o/j.-.naBen t'lüssigkristall-Darstellungsvorrichfcung .-ai;;..^:n.t urne dcivrr.i,--G spezifische Menge des Dotierungsiniitels, die für nie Darstellung eines Bildes geeignet ist. Die Erfindung ermöglicht daher die Gewährleistung einer hochverläßlichen und zufriedenstellenden Orientierung mit hoher Reproduzierbarkeit, ohne daß ein nachteiliger Effekt auf die Antwort einer DTN-Zelle gegenüber einer Spannung im niedrigeren Frequenzbereich ausgeübt wird, wenn ein Bildsignal mit einer weiten Frequenzverteilung von einem niedrigen zu einem hohen Bereich dargestellt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Bildung eines Bildes mit einem zufriedenstellenden Kontrast und Halbton geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut zur Darstellung von Fernsehbildern durch kommerzielles Fernsehen geeignet. Während die Halbbildfrequenz (frame frequency) (Fmy) von kommerziellem Fernsehen 30 Hz ist, ist die Halbbildfrequenz der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung gewöhnlich zweimal höher als F_TV oder 60 Hz, um zu gewährleisten, daß die Darstellung flimmerfrei ist.

Die Erfindung wird in den Beispielen näher erläutert.

Es wurden die Flüssigkristallmaterialien gemäß Tabelle I verwendet. Die Zusammensetzung genügt vollständig der Grenzfrequenz von mindestens 30 kHz, die erforderlich ist, wenn eine Matrix-Darstellungsvorrichtung mit einer Halbbildfrequenz von 60 Hz, die Reihenelektroden, die zentral in eine obere und eine untere Gruppe durch 120 Abtastlinien aufgeteilt ist, einschließt, nach der Spannungsegalisierungsmethode angesteuert wird, wenn die Ansteuerungsspannung einen Frequenzbereich von hauptsächlich 60 Hz bis 7,2 kHz hat.

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Tabelle I

Flüssigkristallzusarnmensetzung:

Flüssigkristall- p-Methoxybenzyliden-p'-materialien n-butylanilin

(Additive)

Dotierungsmittel

45

pyyp n-butylanilin 45

1-Cyano-1~(p-äthoxyphenyl)-* ' 2-(p-hexyloxyphenyl;-äthylen

Cholesterylnonanoat

Tetrabutylaminonium-3,5-^ ' dinitrobenzoat

9,82 Gew.-^ 0,18 Gev.-%

0,75 Gew.-?i der Flüssigkristallmate rialien

Fußnotes (i) C₂H₅O-ZoV-C=CH-Z^VoC₆H₁₃ und

CN

(2) (C₄II₉) ₄N⁺0--C-{o}

O ^V

¥enn eine aus dieser Flüssigkristallzusammensetzung hergestellte BTN-Zelle mit einem bekannten Orientierungsmittel behandelt wird, dann treten die obengenannten Probleme hinsichtlich der Flüssigkristallorientierung und der Antwort auf die Spannung im niedrigeren Frequenzbereich auf. Tabelle II zeigt Beispiele von Mitteln, die üblicherweise zur Orientierung von Azoxy-, Biphenyl- und Schiff?sehen-Basen-Flüssigkristallen verwendet werden, sowie die Ergebnisse der Orientierung, die in herkömmlicher Weise erhalten worden ist. Die Schichten von PVA und SiO₀ dienten auch als Isolationsschichten, während die anderen Mittel jeweils auf eine Isolationsschicht von SiOp mit einer Dicke von etwa 100 α aufgebracht wurden.

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Tabelle_II

Orieiitierungs- Molekular- Konzentra- Film- Orien- j mittel struktur tion (in dicke tierung i

tfnsser)

PVA--(Tokyo Che- -(CH - CIL.) 1 r,ex;.-% l.n s >:u 1000 ο

inical Industrial L·, ^ Ά (furch I

Co.₉ Ltd.) ^l Tauchen auf- j

gebracht) '

SiO *(durch Elek- - - bis zu 1000 '

tronenbündel- . Ά

abscheidung aufgebracht)

SH6020 (Toray H₂WCH₂CH₂NHCH₂- 0,01 Gew.-Jfi - χ

Silicone Co., _{rw rn q}./_nrH ^ (durch Tau-

Ltd.) CH₂CH₂SiCOCH₃)_{3 chen aufge}_

bracht)

SH6O7O (Toray CH^Si(OCH,)^ 0,1 Gew.-⁰/ - χ Silicone Co., ^ ° ° (durch Tau-

Ltd.) chen aufga-

bracht)

Fußnote: * Die Schwellenspannung bei 60 Hz ist mindestens zweimal höher als eine Frequenz von 1 kHz₉ die von der Grenzfrequenz nicht beeinflußt wird.

Die Konzentration jedes Mittels und die hierdurch erhaltene Filmdicke wurden auf diejenigen Werte eingestellt, bei densa im Stand der Technik eine zufriedenstellende Orientierung der Flüssigkristalle erhalten wor'.en war. Die Beurteilung der Orientierung erfolgte durch Beobachtung unter einem parallelen Nicol-Mikroskop der Zellen,, bei denen die Oberflächen der Schichten mit dem Mittel gerieben worden waren₀ Die in Tabelle II verwendeten Symbole haben die folgende Bedeutung:

ο (gut) - vollständige Extinktion; -

(mälig) - teilweise Extinktion (teilweise beliebige Orientierung);

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0^g

χ (schlecht) - überhaupt keine Extinktion (vol3ständige beliebige Orientierung).

Aus Tabelle II wird ersichtlich, daß die Behandlung Cer /ein en mit einem Silan-KuppHun^snittel, wie iVroOP.O und inldO'/'O, η reut dazu imstande ist, ircimdeine zufri^o^nstoO 3 e.-^e C, v.-.-iLj -i ■ --·ι% zu ergeben. Die Vervendung von FVA vv.d -->iOp ist ,'i'lej<>hfplls nicht zufriedenstellend, da die große Filrndicke zu einem Verlust der richtigen Antwort gegenüber einer Spannung in eir,«n niedrigeren Frequenzbereich wegen eines scharfen r.p&ir-^ungüabfall s führt. Es wird daher festgestellt, daß keines dieser Mittel zur Orientierungsbehandlung von DTN-Zellen geeignet ist.

Nachstehend wird das Mittel und die Methode, die erfindungsgemäß zur Orientierung angewendet werden₉ beschrieben. Das Silan-Kupplungsmittel, das als Orientierungsmittel verwendet wurde, bestand aus K^-Glycidox3'propyltriKiethoxysilan mit folgender Molekularstruktur: CHnCHCH₂OCH₂CH₂CH₂Si(OCH,)^. ¥asser und Alko-

hole wurden als Lösungsmittel verwendet. Die Ergebnisse der erhaltenen Orientierung sind in den Tabellen III und IV zusammengestellt.

Tabelle III

Orientierungsmittel Konzentration Orientie-

{Lösungsmittels rung WassesO

SH6040 (Toray Silicone" ■ Co., Ltd.) 0,01 Gew.-?a χ Molekular struktur; 1 Gevr»-5o* £^

CH₂CHpSi(OCH₅)₃ 5 Gew.-?6 x

(auf eine Isolationsschicht von SiO₂ Kit einer Dicke von etwa 100 % aufgebracht)

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Fußnote: * Die Scirv.-ein.*..·".·splittung bei 60 Kz ist derjenigen Lei einer Frequenz von 1 kllz, die durch die Gre-pzfrequenz nicht beeinflußt wird, gleich.

Täte! le IV

Orientierungsmittel und Kon- Lög

zentration C H₀ .0H

η ^n+1

SH6O4O (Toray Silicone Co., η = 1 ο

Ltd.) (Methylalkohol)

1 Gew.~% η = 2 ο

Molekularstruktur.· (Äthylalkohol)

CH₀CHCH₀OCh₀CH₀CH₀SI(OCH,), η = 3 χ

₀ ^{22222 3 3} η = 4 χ

Aus diesen Tabellen wird ersichtlich₉ daß die Verwendung eines Silan-Kupplungsmittels mit einer Konzentration, die höher als 0,01 Gew.-%, jedoch niedriger als 5 Gew„-?o war, eine bessere Orientierung verlieh, als sie durch Verwendung der in Tabelle

II gezeigten Silan-Kupplungsinittel erhalten wurde. Da die Dicke des Films ₉ der durch das SIlan-Kupplungsmittel gemäß Tabellen

III und IV gebildet worden war, im Vergleich zu der Dicke der PVA- und SiOp-Filme extrem gering war_s konnte selbst bei jeder Spannung in einem niedrigeren Frequenzbereich eine zufriedenstellende Antwort erhalten werden. Die Tabellen III und IV zeigen auch, daß es zweckmäßiger ist, Methyl- oder Äthylalkohol mit einem Siedepunkt von unterhalb 80⁰C anstelle von Wasser als Lösungsmittel zu verwenden.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle gemäß der Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben.

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BAD ORIGINAL

'■'.in ?..;.f ί^η- cl.e U] ru;r>l ,j ί.ί.ί.η uit oil ^r Dicke von 2 um, auf <?-α~ r:c-ι f.-ii-e iνO-KT ektiOfk-Ti/i'.'>.·-?-v-onsteilung in einem spezifi.v-cliün I'u-ri-er und eine Isolierimgsschi cht von SiOp mit einer Dicke von 100 S gebildet worden v.-aren, wurden 5 min in eine 1 ly.v.-^i i^e Kathyl! alkohol lösung von i.:>l~60!<-Q (Toray i>.iljconß Co., T. M.) • •i..,.^.',1..J-UOiJt, ',,'."¹JiT-; >d die Lösung Li it 1Π -U-vyrhai Iv ell «..-η ^·^:Λ· · -i-ol '..TU'de. I7fich e.iijstündigem Trocknen der G-Ias:;uboträte bei oO°C v/urdeii die Oberflächen mit einem Poliertuch gerieben und danach vrurden die Glassubstrate in einer Acetonlösung gev.'cischen und sodann getrocknet. Diese Haßnahiaen v/urden v.'iederliolt. i3odann \-aarden Glasfasern mit einem Durchmesser von 6 um auf einem der Glassubstrate zerstreut und ein Hitzedichtungsmittel Diamide Film 7000 von Dicel Chemical Industries Ltd. wurde darauf aufgebracht, wodurch eine Flüssigkristallzelle gebildet v/urde. Hierauf wurde die Zelle mit der hergestellten Flüssigkristallzusammensetzung durch Vakuuminjektion so gefüllt, daß den Ansteuerungsbedingungen genügt wurde. Danach wurde die Injektionsöffnung mit In verschlossen, wodurch eine DTN-Zelle hergestellt wurde.

Auf diese Weise v/urde somit eine Flüssigkristallzelle erhalten, welche extrem dünne Isolationsschichten hatte, die orientierungsbehandelt worden waren. Die Zelle hatte eine ausgezeichnete Antwort und Orientierung. Es wurde eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einer solchen Flüssigkristallzelle erhalten. Die so erhaltene Darstellungsvorrichtung konnte ein Fernsehbild darstellen, das einen zufriedenstellenden Kontrast und Halbton hatte. ·

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Claims

[ Λ Il N1 A! j VVAI 1 [I i< .,--!l: ■ ■> >\!-;Μ !S L)IPi OVlOI i, !vV,!.H Πι? !.NO / '.^--KAn-. V.'i 1.'",!".!VT DIPL. ING. FACHRICHIUNG (.; !-'.'.If-; Ι!·ν·:Λί-;)',;κΑ;/;ΐ: 15 ■ D-H J·.-U Iv'.i ;j!Hi.N 71 ■ UII I-IjN t:.J-J//M /O ί 7 -797078 -TKI L;X Ob -.-15T-C U1 .ild K I 1 1"--./.MW KKAU.'.,!''ATLNT SHARP KABUSHIKI KAISHA Osaka / Japan Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung Patentansprüche

1.) Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einem Paar transparenter Substrate, die ein Paar von sich gegenüberliegenden Oberflächen definieren, einer transparenten Elektrodenzusammenstellung, die auf jeder der sich gegenüberliegenden Oberflächen vorgesehen ist, einer Isolierungsschicht, die jede transparente Elektrodenzusanimenstellung bedeckt, einer DTN-Flüssigkristallschicht, die zwischen den sich gegenüberliegenden Isolierungsschichten angeordnet ist, und einem Polarisator, der auf der von der Flüssigkristallschicht entgegengesetzten Oberfläche jedes der genannten

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Substrate vor^osuhen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht ein Dotierungsmittel bis zu einem Ausmaß enthält, daß die Grenzfrequenz f (Kz) der B'lüssigkristellschicht gegenüber dem dynamischen Streuungseffekt im Bereich von UngeLunrstenpc-raturen de-r folgenden Beziehung :

16.~~ .N.F >f_c>3.N,F

genügt, in der N für die Anzahl der Multiplexansteuerung (so daß 1/N die Arbeitsphase ist) steht, F für die Halbbildfrequenz (frame frequency) eines Bildsignals steht, C für die Kapazität pro Flächeneinheit der isolierenden Schichten steht und C für die Kapazität pro Flächeneinheit der isolierenden Schichten, wenn diese eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 100 S. haben, steht, wobei die Isolierungsschichten mit einem Alkoxysilan-Kupplungsmittel, das eine Glycidoxygruppe enthält, behandelt worden sind.

2. FlOssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbildfrequenz (frame frequency) F 60 Hz ist, so daß die Vorrichtung zur Darstellung eines Fernsehbildes durch kommerzielles Fernsehen mit einer Halbbildfrequenz (frame frequency) F^-y von Hz verwendet v/erden kann.

3. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2·, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkoxysilan-Kupplungsmittel eine Verbindung der allgemeinen Formel:

OR₉

CH₉CHCH₉O - R₁ - Si - OR-, (I) O OR₄

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in der R₁ für eine Alkylengruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen steht und FL,, FU und R/ jeweils für eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen stehen, ist.

4. Flüssigkristall-Dai\stelli:n£svori\ichtuiig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d>?ß die Verb.iriuun -Glycidoxypropyltrimethoxysilan ist.

5. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Alkoxysilan-Rupplungsmittel in Form einer Lösung in einem Lösungsmittel aufgebracht worden ist, welches einen Siedepunkt von unterhalb 80⁰C bei Atmosphärendruck hat.

6. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Lösung mehr als 0,01 Ge\r.-%, jedoch weniger als 5 Ge\v.-% Kupplungsmittel enthält.

7. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus der Gruppe, Methylalkohol und Äthylalkohol ausgewählt worden ist.

8. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht eine Schiff'sche-Base-FlüssigkriStallzusammensetzung umfaßt.

9. ' Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8_S dadurch gekennzeichnet ,

daß jede der Isolierungsschichten ein Film von SiOp mit einer· Dicke von etwa 100 £ ist.

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