DE3779600T2 - Anzeigeelement. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildwiedergabezelle mit zwei parallelen in geringem Abstand voneinander liegenden transparenten an ihrem Umfang mittels einer Abdichtung miteinander verbundenen Substratplatten, deren einander zugewandte Oberflächen mit je einer Elektrode und einer auf der Elektrode angebrachten Orientierungsschicht versehen sind, die einer in dem durch Platten und Abdichtung begrenzten Raum vorgesehenen flüssigkristallinen Verbindung eine abgewinkelte ("getiltete") Orientierung erteilt.
• Eine derartige Zelle ist beispieisweise aus der Deutschen Auslegeschrift 2,315,541 und aus einem Artikel von H.A. Sprang und R.G. Aartsen in J. Appl. Phys. 56 (2), 15 Juli 1984, Seiten 251-261 bekannt.
• In der bekannten Zelle wird eine getiltete Orientierung der Moleküle der flüssigkristallinen Verbindung dadurch erhalten, daß als Orientierungsschicht eine SiO- Schicht verwendet wird, die in einem Winkel von 80-86º gegenüber der Normalen auf der Substratoberfläche aufgedampft wird. Mit anderen Worten: eine schräge Aufdampfung. In der Grenzfläche des Zellenmediums, das die flüssigkristallinen Verbindung aufweist, mit der Orientierungsschicht werden die Moleküle der flüssigkristallinen Verbindung in einem Raumwinkel (Tiltwinkel) auf der Oberfläche der Orientierungsschicht orientiert.
• Eine SiO-Orientierungsschicht weist den Nachteil auf, daß das Auftragungsverfahren, d.h. das "Schrägaufdampfverfahren" ein aufwendiges Verfahren ist, wobei die Verfahrensparameter wie Gasdruck, Aufdampfrate, Definition des Gebietes, in dem der SiO-Niederschlag stattfinden soll, nicht einfach beherrschbar sind. Die Reproduzierbarkeit des Verfahrens ist nicht optimal. Es stellt sich heraus, daß die Größe des Tiltwinkels abhängig ist von den Aufdampfbedingungen, insbesondere von dem H&sub2;O/O&sub2;-Hintergrunddruck. Ein Aufdampfverfahren ist ein äußerst uninteressanter Verfahrensschritt bei der Massenfertigung von Bildwiedergabezellen.
• Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Bildwiedergabezelle zu schaffen, wobei die obengenannten Nachteile nicht auftreten.
• Insbesondere hat die Erfindung die Aufgabe, eine Zelle zu schaffen, deren eine getiltete Orientierung bewirkende Orientierungsschicht auf einfache, preisgünstige und insbesondere reproduzierbare Weise angebracht werden kann.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildwiedergabezelle zu schaffen, deren Tiltwinkel definierbar ist und weiterhin einen hohen Wert aufweist von etwa 8-50º und insbesondere von 15-30º.
• Diese Aufgaben werden erzielt mit einer Bildwiedergabezelle der eingangs beschriebenen Art, die das kennzeichen aufweist, daß die Orientierungsschicht eine polymere Schicht ist, die im wesentlichen einen cycloaliphatischen Polyäther aufweist.
• Polymere eines cycloaliphatischen Polyäthers sind an sich bekannt. In diesem Zusammenhang sei auf die US Patentschrift 27 64 559 verwiesen, die durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Auch eine Orientierungsschicht, die ein Polymer ist und ein Polyäther aufweist, ist aus FR-A- 2,240,763 bekannt. Aber diese Schicht liefert der flüssigkristallinen Verbindung keinen Tilt.
• Die Polymerschicht kann auf einfache, reproduzierbare Weise in einem Standardverfahren angebracht werden. Dazu wird das Polymer in einem geeigneten, organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Cresol oder einem Gemisch aus Cresol und Toluol in einer Konzentration, die nicht an engen Grenzen gebunden ist, wie 0, 1- 10 Gew. % und insbesondere 1 - 5 Gew. %, gelöst. Die lösung wird auf den mit Elektroden versehenen Substratplatten gesponnen. Nach dem Spinnen wird die Schicht dadurch ausgebacken, daß sie während einiger Zeit, beispielsweise eine Stunde lang, bei einer relativ hohen Temperatur von beispielsweise 300 - 350ºC erhitzt wird. Danach wird die Schicht auf eine an sich übliche Art und Weise mit einer Rolle gerieben und gewünschtenfalls abermals erhitzt. Der mit dieser Schicht erhaltene Tiltwinkel beträgt von 8 bis 50º, je nach den Reibebedingungen, dem verwendeten Polyäther und der verwendeten flüssigkristallinen Verbindung. Der Tiltwinkel ist ausgezeichnet definiert und ist in dem obengenannten Verfahren völlig reproduzierbar.
• Ein geeigneter Tiltwinkel ist insbesondere ein Tiltwinkel von 15 - 30º, der durch mehrmaliges Reiben mit einer Reibkraft von etwa 10 N erhalten wird. Ein äußerst großer Tiltwinkel von 40 - 50º kann durch einmaliges Reiben bei einer geringen Reibkraft von 5 N erhalten werden.
• In einer günstigen Ausführungsform weist die Orientierungsschicht ein Copolymer zweier oder mehrerer Monomere auf, wobei mindestens zwei Monomere eine cycloaliphatisehe Ätherverbindung sind.
• In einer weiteren günstigen Ausführungsform weist die Orientierungsschicht ein Copolymer der obengenannten Monomere und eine monomere Alkoxyverbindung auf.
• In der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle wird vorzugsweise eine Orientierungsschicht verwendet, die ein Polymer einer Epoxycycloalkanverbindung aufweist. Ein ausgezeichnetes Beispiel davon ist 1,4-Epoxycyclohexan.
• Weiterhin wird bevorzugt, die Verwendung einer 0rientierungsschicht, die aus einem Copolymer einer Epoxycycloalkanverbindung und Tetrahydrofan gebildet ist. Damit wird ein Tiltwinkel von etwa 20º erhalten.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Bildwiedergabezelle wird ein Terpolymer einer Epoxycycloalkanverbindung verwendet. Ein gutes Beispiel der Alkoxyverbindung ist Äthylenoxid.
• Von besonderer Bedeutung ist eine sog. 270º verdrillte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle, wobei das Steuerelement der flüssigkristallinen Moleküle über die Zellendicke, also von der einen Substratplatte zu der anderen Substratplatte gehend, über einen Winkel von 270º dreht.
• Diese äußerst interessante Ausführungsform läßt sich beschreiben mit dem Kennzeichen, daß die Moleküle der flüssigkristallinen Verbindung einen Tiltwinkel von 15-30º gegenüber der Oberfläche der Orientierungsschicht aufweisen, die aus einer Polymerschicht gebildet ist, die einen cycloaliphatischen Polyäther aufweist, und daß die Moleküle zwischen den Substratplatten um einen Winkel von 270º gedreht sind.
• Im Zusammenhang mit der letztgenannten Ausführungsform sei bemerkt, daß der heutige Trend sich auf die Entwicklung der 270º verdrillten Zellen richtet. In der bereits beschriebenen bekannten Wiedergabezelle, die eine SiO-Orientierungsschicht aufweist, ist eine derartige 270º Drall an sich möglich. Wie bereits erwähnt, weist eine derartige Zelle den Nachteil eines ungenügend definierten Tiltwinkels auf und ist für praktische Verwendung eigentlich prohibitiv. Bildwiedergabezellen, die sich zur Zeit wohl in Massenfertigung herstellen lassen, weisen eine Orientierungsschicht aus einem Polyimid auf. Mit dieser Orientierungsschicht kann jedoch nur ein Tiltwinkel von 4 - 5º erreicht werden und einen Drall von 180º. Eine derartige Zelle weist den Nachteil auf, daß die Kurve, die den Zusammenhang zwischen Übertragung und elektrischer Steuerspannung darstellt, einen weniger steilen Verlauf hat als dies eigentlich erwünscht ist. Dadurch weist die Zelle weniger Kontrast auf oder ist auf andere Art und Weise ein größerer Spannungsunterschied notwendig, was an sich wieder bedeutet, daß die Anzahl Abtastzeilen und folglich die Bildschärfe geringer ist. Diese Probleme werden gelöst durch die vorliegende Erfindung, die es ermöglicht, in einem auf einfache Weise zu standardisierenden Verfahren 270º verdrillte Zellen in Massenfertigung herzustellen.
• Die erfindungsgemäße Wiedergabezelle ist in allen Arten von Geräten oder Anordnungen, in denen elektronische Signale darstellende Informationen in Lichtsignale umgewandelt werden, so daß Bilder erhalten werden. Die erfindungsgemäße Wiedergabezelle ist also nützlich zum Gebrauch in Anzeigepulten, beispielsweise in Kraftwagen und Computern, in Uhren, Rechnern, Audio- und Video-Anordnungen wie Fernsehgeräten.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zelle nach der Erfindung,
• Fig. 2 eine graphische Darstellung der Spannung-Übertragungskennlinie der erfindungsgemäßen Zelle, in der vertical die Übertragung in % und horizontal die Spannung (in Volt) aufgetragen ist.
• In Fig. 1 sind die Bezugszeichen 1 und 2 zwei in einem Abstand voneinander liegende, parallele transparente Substratplatten. Die Platten sind aus Glas hergestellt. Der gegenseitige Abstand beträgt etwa 6 um, gewährleistet durch das Vorhandensein nicht dargestellter Glas-Distanzteile zwischen den Platten. Am Umfangsrand sind die Platten mittels eines Dichtungsrings 3 aus einem Polymerprodukt und insbesondere mittels eines Klebstoffs, miteinander verbunden. Auf den einander zugewandten Oberflächen sind die Platten 1 und 2 mit je einer transparenten Elektrode 4 bzw. 5 versehen, die beispielsweise aus einem ITO (Indium-Zinnoxid) hergestellt sind. Die Elektroden 4 und 5 sind mit einer Orientierungsschicht 6 bzw. 7 bedeckt, die aus einem Copolymer von 1,4-Epoxycyclohexan und Tetrahydrofüran hergestellt ist. Der von den Substraten 1, 2 und dem Ring 3 eingeschlossene Raum 8 ist mit einem Zellenmedium gefüllt, das ein flüssigkristallines Material 9 aufweist, wie beispielsweise ein Gemisch aus Phenylcyclohexanderivaten der nachstehenden Formel:
• Ein derartiges Gemisch wird von der Firma Merck unter der Bezeichnung ZLI 1132 auf den Markt gebracht. Die Moleküle des flüssigkristallinen Materials 9 sind unter dem Einfluß der Orientierungsschicht 6 bzw. 7 orientiert und stehen in einem Raumwinkel (Tiltwinkel) von etwa 20º auf der Oberfläche der Schichten 6 und 7. Der Tiltwinkel wird gegenüber der Normalen auf den Oberflächen 6 und 7 berechnet. Das Steuerelement der Moleküle des flüssigkristallinen Materials zwischen den Platten 1 und 2 dreht um einen Winkel von 270º von der einen Substratplatte, beispielsweise von der Platte 1, zu der anderen Substratplatte 2. Diese Drehung über die Zelle wird als Drall bezeichnet. Der 270º Drall ist dadurch möglich, daß der Tiltwinkel steil ist. Der Drall wird entsprechend einer an sich bekannten technik verwirklicht und zwar dadurch, daß die Orientierungsschichten 6 und 7 in verschiedenen senkrecht aufeinander stehenden Richtungen gerieben werden und daß dem Zellenmedium gleichzeitig ein chiraler Stoff hinzugefügt wird.
• Die obenstehend beschriebene Bildwiedergabezelle wird wie folgt hergestellt. Ein Copolymer von 70 Gew. % 7-Oxabicyclo-2,2,1 heptan (Epolycyclohexan) und 30 Gew. % Tetrahydrofüran wird in m-Cresol oder in einem Gemisch desselben mit Toluol zu einer 2,5%-igen Lösung gelöst. Die Lösung wird mittels eines Spinnverfahren auf den mit einer Elektrode 4, 5 versehenen Substratplatten 1, 2 angebracht, die vorher einwandfrei gereinigt wurden. Nach Trocknung, wobei das Lösungsmittel verdunstet, wird die angebrachte Copolymer-Schicht eine Stunde lang bei einer Temperatur von 330ºC gebacken. Danach wird die Oberfläche der Schicht mehrmalig gerieben mit einer Rolle, auf die eine Kraft von etwa 10 N ausgeübt wird. Die bei der auf diese Weise hergestellten Orientierungsschicht der Substratplatte 1 angewandten Reibrichtung ist gegenüber der der Schicht der Substratplatte 2 um 90º gedreht. Eine derartige Orientierungsschicht des Copolymers führt zu einem Tiltwinkel von etwa 20º eines auf der Schicht angebrachten flüssigkristallinen Materials. Dadurch daß das verwendete Copolymer, die verwendete flüssigkristallinen Verbindung und die Reibkraft geändert wird, kann eine Änderung des Tiltwinkels zwischen etwa 15 und 30º erreicht werden.
• Die auf diese Weise mit einer Orientierungsschicht versehenen Substrate 1, 2 mit den Elektroden 4, 5 werden unter Zwischenfügung eines Dichtungsrings 3 und unter Hinzufügung von Glasfasern als Distanzhalter, mittels eines Klebers miteinander verklebt. Danach wird der eingeschlossene Raum 8 über eine nicht dargestellte Öffnung in dem Ring 3 mit einem flüssigkristallinen Material, wie oben genannt, gefüllt.
• Zum Schluß wird die Füllöffhung geschlossen. Damit ist die Bildwiedergabezelle, wie in Fig. 1 angegeben, hergestellt. Die Zelle weist einen 270º Drall auf.
• Auf entsprechende Weise lassen sich Bildwiedergabezellen herstellen, bei denen die Zusammensetzung des Copolymers verschieden war. So sind beispielsweise Wiedergabezellen hergestellt worden unter Verwendung des Copolymers von 80 Gew. % 1 ,4-Epoxycyclohexan und 20 Gew. % Tetrahydrofuran und des Copolymers von 79 Gew. % 1 ,4-Epoxycoclohexan, 15 Gew. % Tetrahydrofuran und 6 Gew. % Äthylenoxid Je nach der Reibkraft wurden Tiltwinkel von etwa 15 bis 30º erhalten.
• Von der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle ist eine Übertragung- Spannungskurve bestimmt und in der graphischen Darstellung nach Fig. 2 dargestellt. Die Kurve ist sehr steil. Wenn eine Spannung von etwa 1,9 Volt angelegt wird, führt eine geringe Erhöhung der Spannung zu einer sehr starken Erhöhung der Übertragung. Bei einem geringen Spannungsintervall tritt also ein großer übertragungsunterschied auf, was zum Einwandfreien Funktionieren der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle wesentlich ist.

Claims (7)

1.Bildwiedergabezelle mit zwei parallelen in geringem Abstand voneinander liegenden transparenten an ihrem Umfang mittels einer Abdichtung (3) miteinander verbundenen Substratplatten (1,2), deren einander zugewandte Oberflächen mit je einer Elektrode (4,5) und einer auf der Elektrode angebrachten Orientierungsschicht (6,7) versehen sind, die einer in dem durch Platten und Abdichtung begrenzten Raum (8) vorgesehenen flüssigkristallinen Verbindung (9) eine abgewinkelte ("getiltete") Orientierung erteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht (6,7) eine polymere Schicht ist, die im wesentlichen einen cycloaliphatischen Polyäther aufweist.

2. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht ein Mischpolymer aus zwei oder mehreren Monomeren aufweist, von denen mindestens zwei Monomere eine cycloaliphatische Ätherverbindung sind.

3. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Monomeren ebenfalls eine monomere Alkoxyverbindung aufweist.

4. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht ein Polymer einer Epoxycycloalkan-verbindung, insbesondere Epoxycyclohexan, aufweist.

5. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht ein Mischpolymer einer Epoxycycloakanverbindung und Tetrahydrofuran aufweist.

6. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht ein Mischpolymer einer Epoxycycloalkanverbindung, Tetrahydrofuran und einer Alkoxyverbindung, insbesondere Äthylenoxid, aufweist.

7. Bildwiedergabezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle der flüssigkristallinen Verbindung eine Abwinkelung von 15-30º gegenüber der Oberfläche der 0rientierungsschicht aufweisen, die aus einer Polymerschicht gebildet ist, die einen cycloaliphatischen Polyäther aufweist, und daß die Moleküle zwischen den Substratplatten um einen Winkel von 270º gedreht sind.