DE69215565T2

DE69215565T2 - Flüssigkristallbildwiedergabeanordnung mit Orientierungsschicht

Info

Publication number: DE69215565T2
Application number: DE69215565T
Authority: DE
Inventors: Rifat Ata Mustafa Hikmet
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-03-18
Also published as: US5262882A; EP0506175A2; JPH0580341A; EP0506175A3; JP3121099B2; DE69215565D1; EP0506175B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Orientierungsschicht, wobei dieses Verfahren das Bilden dieser Orientierungsschicht in Berührung mit der Oberfläche einer Lehre mit nachfolgender Entfernung derselben umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Orientierungsschicht und mit schaltbarem flüssigkristallinem Material.
Eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung umfaßt eine Zelle mit schaltbarem flüssigkristallinem Material zwischen zwei flachen Trägern, auf denen sich elektrische Leiterspuren befinden, die dazu verwendbar sind, gemäß einem gewünschten Muster das flüssigkristalline Material zwischen einem "EIN"- und einem "AUS"- Zustand zu schalten. Dazu könne auf einem Träger oder auf beiden Trägern bei einer sog. aktiven Bildwiedergabeanordnung außerdem Schaltelemente, wie Transistoren, vorgesehen sein. Zwischen einem Träger mit Leiterspuren und dem schaltbaren flüssigkristallinen Material werden oft Orientierungsschichten verwendet, um den Molekülen des flüssigkristallinen Material eine parallele (homogene), senkrechte (homeotrope) oder schräge Vorzugsrichtung zu gewähren. Es ist möglich, auf nur einer Seite oder auf beiden Seiten der Zelle eine Orientierungsschicht vorzusehen, also auf einem Träger oder auf beiden trägern. Dazu werden oft Polymerschichten verwendet, beispielsweise aus Polyäthylen oder aus Polyimid, die in nur einer Richtung gerieben werden, beispielsweise mit einem Tuch. Dies hat jedoch den Nachteil, daß unterliegende elektrische Elemente, wie eine Verdrahtung oder Transistoren, beschädigt werden können, beispielsweise mechanisch oder durch statisch Ladung. Eine andere Art von Orientierungsschicht besteht aus einer in einem bestimmten Winkel aufgedampften Siliziumoxidschicht, aber solche Schichten lassen sich nicht auf einfache Weise in Masse anfertigen.
Eine alternative Orientierungsschicht für eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung ist in einem Auszug in bezug auf die veröffentlichte japanische Patentanmeldung JP 1-94318, in "Patents Abstracts of Japan", Heft 13, Nummer 329 (P-904) auf Seite 122 (1989) beschrieben. Dabei werden die Orientierungsschichten in Berührung mit der Oberfläche einer Lehre gebildet, die nachher wieder entfernt wird. Diejenige Oberfläche der Lehre, welche die zu bildenden Orientierungsschichten berührt, ist mit einer Sägezahnstruktur versehen, die auf die Oberfläche der Orientierungsschichten übertragen wird. Die Orientierungsschichten, die aus Polyimid bestehen, werden in den gewünschten Richtungen gerieben, wonach auf an sich bekannte Art und Weise die Zelle mit ferroelektrischem flüssigkristallinem Material und mit Distanzhalterungen gefüllt wird, wonach die Zelle abgeschlossen wird. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der Anforderung, eine Lehre mit einer mechanisch genau bearbeiteten Oberfläche zu verwenden. Das Verfahren eignet sich nur zum Erhalten einer Orientierung mit einem geringen neigungswinkel. Auch eine nicht glatte Zwischenfläche ist in der Bildwiedergabeanordnung weniger erwünscht, und zwar wegen der Folgen für die optischen Eigenschaften.
Eine andere alternative Orientierungsschicht für eine Flüssigkristall- Bildwiedergabeanordnung ist in JP-A-62/245.218 beschrieben. Diese Orientierungsschicht wird gebildet durch Mischung und Dispergierung flüssigkristalliner Moleküle in einem hochpolymeren Harz, durch Anordnug derselben in einer Richtung mit einem elektrischen oder Magnetfeld und durch Fixierung derselben. Bei diesem bekannten Verfahren wird keine Lehre verwendet.
Die Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, ein einfaches Verfahren zu schaffen zum Herstellen einer Orientierungsschicht in einer Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung. Die Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das sich dazu eignet, zum Herstellen einer aktiven Bildwiedergabeanordnung angewandt zu werden. Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung zu schaffen mit einer Orientierungsschicht mit einer besonders effektiven orientierenden Wirkung. Die Erfindung hat dabei zur Aufgabe, eine Bildwiedergabeanordnung mit einer flachen und glatten Orientierungsschicht zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung erfüllt durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, wobei diejenige Oberfläche der Lehre, welche die zu bildende Orientierungsschicht berührt und eine orientierende Wirkung hat, und wobei die Orientierungsschicht aus einem Gemisch aus mindestens einem polymerisierbaren flüssigkristallinen Material und mindestens einem nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Material gebildet wird, wobei das polymerisierbare flüssigkristalline Material im orientierten Zustand zum Aushärten gebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Oberfläche der Lehre mit orientierender Wirkung aus einer geriebenen Polymerschicht. Dazu können übliche Polymerschichten, wie Schichten aus Polyäthylen oder polyimid durchaus verwendet werden, wobei diese Schichten zum Gebrauch in nur einer Richtung gerieben werden, beispielsweise mit einem flauschfesten Baumwolltuch.
Um die Orientierung der Moleküle in der Orientierungsschicht auf effektive und schnelle Art und Weise festzulegen, ist es nach der Erfindung vorteilhaft, das polymerisierbare flüssigkristalline Material durch aktinische Strahlung zum Aushärten zu bringen. Unter aktinischer Strahlung wird beispielsweise Bestrahlung mit UV- Licht, Elektronen, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung oder mit hochenergetischen Teilchen verstanden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Aushärten der Orientierungsschicht vorzugsweise UV-Licht angewandt, damit Beschädigung unterliegender elektrischer Elemente vermieden wird. Bei Anwendung von UV-Licht wird im allgemeinen nach einem an sich bekannten Verfahren dem polymerisierbaren Material eine geringe Menge eines lichtempfindlichen Initiators hinzugefügt.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das polymerisierbare flüssigkristalline Material unter Bildung eines Polymernetzwerkes, in dem das nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Material dispergiert ist, zum Aushärten gebracht. Ein Netzwerk läßt sich durch Verwendung eines monomeren polymerisierbare Materials mit wenigstens zwei polymerisierbare Gruppen je Molekül herstellen. Durch die Verwendung eines Netzwerkes wird ein stabiles Material erhalten, dessen Eigenschaften beispielsweise nur in geringem Maße von der Temperatur abhängig sind. Durch Verwendung eines Netzwerkes kann eine relativ geringe Menge reaktiven Materials gegenüber dem nicht-reaktiven Material ausreichen. Durch die Wahl des nicht-reaktiven Materials können die Eigenschaften des Materials der Orientierungsschicht innerhalb von weiten Grenzen an die gewünschten Anforderungen angepaßt werden.
Die Aufgabe, eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung zu schaffen mit einer Orientierungsschicht und mit schaltbarem flüssigkristallinem Material wird nach der Erfindung erfüllt durch eine Bildwiedergabeanordnung, in der die Orientierungsschicht aus einem orientierten Polymernetzwerk besteht, in dem ein nicht-reaktives flüssigkristallines Material dispergiert ist. Ein anisotropes Gel, das aus einem Netzwerk aus einem uniaxial orientierten Polymer und einem darin dispergierten flüssigkristallinen Material besteht, ist an sich in der nicht vorveröffentlichten Niederländischen Patentanmeldung NL 9000808 der Anmelderin beschrieben worden.
Eine besonders starke Interaktion zwischen der Orientierungsschicht und dem schaltbaren flüssigkristallinen Material und dadurch eine besonders effektive orientierende Wirkung werden erzielt, wenn das nicht-reaktive flüssigkristalline Material in der Orientierungsschicht dieselbe Zusammensetzung hat wie das schaltbare flüssigkristalline Material.
Die Erfindung läßt sich anwenden zum Herstellen einer passiven Bildwiedergabeanordnung, wobei sich auf dem Träger elektrische Leiterspuren befinden können, beispielsweise aus transparentem Indiumoxid/Zinnoxid. Die Erfindung eignet sich insbesondere zum herstellen einer aktiven Bildwiedergabeanordnung, wobei die Orientierungsschicht auf einem Träger mit elektrischen Schaltelementen vorgesehen ist. Derartige Schaltelemente werden auf bekannte Weise als Halbleiterschaltung mit u.a. Transistoren ausgebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung,
Fig. 2 die Strukturformel eines polymerisierbaren flüssigkristallinen Materials, und
Fig. 3 die Strukturformeln der Bestandteile eines Gemisches aus nichtpolymerisierbaren flüssigkristallinen Werkstoffen.

Ausführungsbeispiel

Eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung wurde aus zwei flachen Trägern 1, 2 aus Glas hergestellt, die nach einem gewünschten Muster mit elektrischen Leiterspuren 3, 4 aus Indiumoxid/Zinnoxid versehen wurden, siehe Fig. 1. Gewünschtenfalls können die Träger mit Schaltelementen, wie Transistoren, beispielsweise ausgebildet in dünnen Schichten aus amorphem Silizium, hergestellt werden.
Ein Gemisch aus flüssigkristallinen Materialien wurde aus 10 Gew. % eines nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen material, 88 Gew. % eines nichtpolymerisierbaren flüssigkristallinen Material und 2 Gew. % des lichtempfindlichen Initiators 2,2-Dimethoxy-2-Phenylacetophenon hergestellt. Als polymerisierbares flüssigkristallines Material wurde die Diacrylatverbindung C6M verwendet, deren Strukturformel in Fig. 2 dargestellt ist. Als nicht-polymerisierbares flüssigkristallines Material wurde ein Gemisch E7 der Firma BDH Chemicals Ltd. verwendet, dessen Zusammensetzung in Gew. % in Fig. 3 angegeben ist.
Das gemisch wurde in Form dünner Schichten mit einer Stärke von 10 µm auf den Trägern 1, 2 angebracht und mit der Oberfläche der geriebenen Polyäthylenfolien in Berührung gebracht. Die Moleküle des Gemisches wurden dadurch gemäß der Reibrichtung der Folien orientiert. Die Diacrylatverbindung C6M wurde durch Bestrahlung mit UV-Licht unter Bildung der Orientierungsschichten 5, 6 zum Aushärten gebracht. Die Intensität des UV-Lichtes betrug 0,2 mW/cm² an der Stelle der Schichten 5, 6. Durch die Aushärtung wurde ein Polymernetzwerk gebildet, in dem das nichtpolymerisierbare Material dispergiert war. Nach dem Aushärten wurden die Polyäthylenfolien entfernt.
Nach einem an sich bekannten Verfahren wurde eine Zelle dadurch hergestellt, daß die Träger 1 und 2 mit den darauf angebrachten Schichten einander gegenüber gestellt wurden und daß zwischen denselben ein schaltbares flüssigkristallines Material eingegeben wurde, wobei nach dem Beispiel das Gemisch E7 verwendet wurde. Zwischen den Trägern wurden Glasfasern 8 mit einem Durchmesser von 10 µm vorgesehen, die als Distanzhalterungen wirksam waren. Die Zelle wurde auf übliche Weise mit Hilfe in der Figur nicht dargestellten Epoxyklebers an den Rändern der Zelle abgeschlossen.
Es wurde nun gefunden, daß die Orientierungsschichten 5 und 6 besonders effektiv sind beim Induzieren der gewünschten Orientierung in dem schaltbaren flüssigkristallinen Material 7. Durch Anpassung der Zusammensetzung der Orientierungsschichten namentlich durch die Wahl des nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Materials ist es innerhalb weiter Grenzen möglich, den gewünschten Neigungswinkel zu erzielen. Außerdem haben die Orientierungsschichten günstige Eigenschaften wie Transparenz und Flachheit.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Orientierungsschicht, wobei dieses Verfahren das Bilden dieser Orientierungsschicht in Berührung mit der Oberfläche einer Lehre mit nachfolgender Entfernung derselben umfaßt, wobei diejenige Oberfläche der Lehre, welche die zu bildende Orientierungsschicht berührt und eine orientierende Wirkung hat, und wobei die Orientierungsschicht aus einem Gemisch aus mindestens einem polymerisierbaren flüssigkristallinen Material und mindestens einem nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Material gebildet wird, wobei das polymerisierbare flüssigkristalline Material im orientierten Zustand zum Aushärten gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Lehre mit orientierender Wirkung aus einer geriebenen Polymerschicht besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymerisierbare flüssigkristalline Material durch aktinische Strahlung zum Aushärten gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das polymerisierbare flüssigkristalline Material unter Bildung eines Polymernetzwerkes, in dem das nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Material dispergiert ist, zum Aushärten gebracht wird.

5. Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Orientierungsschicht und mit schaltbarem flüssigkristallinem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht aus einem Polymer besteht, dessen Moleküle in einem netzwerk orientiert sind, in dem ein nicht-polymerisierbares flüssigkristallines Material dispergiert ist.

6. Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Material in der Orientierungsschicht dieselbe Zusammensetzung hat wie das schaltbare flüssigkristalline Material.

7. Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht auf einem Träger mit elektrischen Schaltelementen vorgesehen ist.