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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine einen ferroelektrischen Flüssigkristall
nutzende Anzeigevorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine Anzeigevorrichtung, welche einen aus einem ferroelektrischen
Flüssigkristall
und einem Polymermaterial hergestellten Komplex nutzt.
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Im
Allgemeinen nutzen ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
eine flüssigkristalline
Phase wie eine chirale smektische C-Phase. In der chiralen smektischen
C-Phase formen die Flüssigkristallmoleküle eine
geschichtete Struktur und sind in einem Winkel zu einer Normalen
der geschichteten Struktur gerichtet. In einem Hauptmengen (engl.
bulk)-Zustand sind
die Flüssigkristallmoleküle in einer
Schraubenstruktur angeordnet; jedoch sind in einer flüssigkristallinen
Zelle mit einer Dicke kleiner als der Ganghöhe der Moleküle diese
nicht fertig und bistabil angeordnet, wie in 5 gezeigt
ist. Der ferroelektrische Flüssigkristall
zeigt eine spontane Polarisation (Ps) in einer Richtung senkrecht
zur Normalen. Deshalb werden sie bei Anlegen einer Spannung neu
ausgerichtet, so dass ihre spontane Polarisation längs des
angelegten elektrischen Felds gerichtet ist. Wenn ein Paar Polarisatorplatten
(d. h. ein Polarisator und ein Analysator) an einer solchen ferroelektrischen
Flüssigkristallanzeigetafel
befestigt wird, können
Anzeigen in einem durchlässigen
Zustand oder in einem undurchlässigen
Zustand erhalten werden (N. A. Clark und S.T. Lagerwall, Appl. Phys.
Lett., 36, 899 (1980)).
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Die
ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle werden,
wie oben beschrieben ist, durch die Interaktion zwischen dem angelegten
elektrischen Feld und der spontanen Polarisation der Moleküle neu angeordnet, was
eine schnelle Antwort der Flüssigkristallmoleküle in der
Größenordnung
von Mikrosekunden ermöglicht. Die
ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle haben
die Eigenschaft, dass sie einen Zustand unter dem Anlegen einer
Spannung aufrecht erhalten, sogar nachdem die Spannungsquelle abgeschaltet
wird. Dies ist eine so genannte Speichereigenschaft. Eine Anzeige
pro Abtastzeile wird bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt, indem
die Eigenschaften des ferroelektrischen Flüssigkristalls, wie eine schnelle
Antwort und eine Speichereigenschaft ausgenutzt werden. Somit können einfache
Matrix-Anzeigevorrichtungen mit einer großen Kapazität hergestellt werden.
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6 zeigt
eine Basiskonfiguration einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung 11.
Die Anzeigevorrichtung 11 weist Substrate 9 und 10 auf,
die über
ein Dichtmittel 6 mit einem zwischen liegenden Flüssigkristallmaterial 7 aneinander
befestigt sind, so dass sie eine Zelldicke von ca. 1,5 μm hat. Das
Substrat 9 weist einen aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gefertigen Elektrodenfilm 2a,
einen Isolierfilm 3a, einen Ausrichtungsfilm 4a und
eine Polarisationsplatte 12a auf. Das Substrat 10 weist
einen aus ITO gefertigen Elektrodenfilm 2b, einen Isolierfilm 3b,
einen Ausrichtungsfilm 4b und eine Polarisationsplatte 12b auf.
Die Ausrichtungsfilme 4a und 4b sind aus einem
Polymerfilm wie Polyimid gefertigt und ihre Oberflächen werden
einer Reibbehandlung unterzogen. Die Elektrodenfilme 2a und 2b sind
mit Steuerkreisen verbunden.
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Die
Anzeigevorrichtung 11 hat die gleiche Konfiguration wie
jene der herkömmlichen
einfachen Matrix-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen,
mit Ausnahme, dass die Zelldicke 1,5 μm dünn ist und ein ferroelektrischer
Flüssigkristall
verwendet wird.
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Die
ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
sind anfällig
in Bezug auf Stöße, Druck
usw., so dass sie ein kritisches Problem der Instabilität haben
(N. Wakita et al., Abstr. 4th International Conference on Ferroelectric
Liquid Crystals, 367 (1993)). Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich,
dass Flüssigkristallmoleküle in einer
Flüssigkristallzelle
nach dem Auferlegen von Stößen, Druck
usw. fließen.
Der Fluss der Flüssigkristallmoleküle stört die anfängliche
Anordnung der Flüssigkristallmoleküle. Die
Anfälligkeit
der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
in Bezug auf Stöße, Druck
usw. kann der Tatsache zugesprochen werden, dass einmal gestörte Flüssigkristallmoleküle nicht
freiwillig in ihre ursprüngliche
Anordnung zurückkehren.
Somit ist es zum Verbessern der Stoßstabilität der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
erforderlich, dass die Flüssigkristallmoleküle daran
gehindert werden, in der Flüssigkristallzelle
nach dem Auferlegen von Stößen, Druck
usw. fließen.
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Die
folgenden Verfahren sind vorgeschlagen worden, um die Flüssigkristallmoleküle beim
Auferlegen von Stößen, Druck
usw. am Fließen
zu hindern.
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Ein
Verfahren nutzt ein Polymer-dispergiertes, ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial
(H. Molsen, R. Bardon, H. S. Kitzerow, The 13th international display
research conference, Proc. of Euro Display '93 Strasburg, 1993, Seite 113). Jedoch
sind Anzeigevorrichtungen, die den Anforderungen an den praktischen
Gebrauch genügen,
wie Antwortgeschwindigkeit, Kontrast und verfügbarer Arbeitstemperaturbereich,
unter Verwendung dieses Verfahrens nicht hergestellt worden.
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Ein
weiteres Verfahren ist vorgeschlagen worden, bei dem ein Polymer-Flüssigkristall
zu einem ferroelektrischen Flüssigkristall
gegeben wird (G. Lester, H. Coles, A. Murayama, Ferroelectrics,
148, 389 (1993)). Dieses Verfahren hat auch den Nachteil, dass der
zugegebene Polymerflüssigkristall
die Orientierungseigenschaft der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle vermindert
und die Antwortgeschwindigkeit verringert.
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Kürzlich ist
ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem eine Mischung aus einem
ferroelektrischen Flüssigkristall
und einem lichthärtbaren
Vorpolymer mit UV-Strahlen bestrahlt wird, wodurch die Mischung
in einen ferroelektrischen Flüssigkristall
und ein durch Photopolymerisation geformtes Polymer phasensepariert wird
(Fujikake et al., Preprints No. 3, 1120 (1994) of The 41st Physics
related association lecture meeting). Gemäß diesem Verfahren erlaubt
die Kleinheit des geformten Polymers keine Lichtstreuung. Diese
Druckschrift offenbart weder die Verbesserung der Stoßstabilität noch schlägt sie diese
vor. Zudem wird gemäß diesem Verfahren
die Mischung aus dem ferroelektrischen Flüssigkristall und dem lichthärbaren Vorpolymer
erwärmt, um
eine nematische Phase zu bilden (d. h. auf 75°C erwärmt) und wird in ein Polymer
und einen ferroelektrischen Flüssigkristall
phasensepariert, während
die Flüssigkristallmoleküle mit einem
Polyimidfilm ausgerichtet werden. Auf diese Weise werden die Flüssigkristallmoleküle durch
das Polymer fixiert, ohne dass sie eine smektische C-Phase zeigen,
wobei aber angenommen wird, dass sie sie zeigen. Als eine Folge
tritt das Problem auf, dass die Flüssigkristallmoleküle nicht
ausreichend orientiert sind.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen,
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum
Verbessern der Stoßstabilität einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
untersucht, bei welchem ein Orientierungszustand des ferroelektrischen
Flüssigkristalls
erhalten bleibt. Als ein Ergebnis fanden sie das folgende: Durch
Formen einer isotropen Mischung aus dem flüssigkristallinen Material und
dem photopolymerisierbaren Monomermaterial, gefolgt von einem Kühlen der
Mischung hinab bis zu einer Temperatur, bei welcher das flüssigkristalline
Material einen bestimmten Orientierungszustand erlangt, können die
ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle am Fließen gehindert
werden, während
der Orientierungszustand beibehalten wird, wobei die Stoßstabilität der resultierenden
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verbessert werden kann. Weiterhin fanden sie, dass dann, wenn ein
ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial
eine bestimmte Struktur hat und ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle mit einer
negativen dielektrischen Anisotropie einen bestimmten Orientierungszustand
haben, ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
mit herausragenden Eigenschaften, wie einer hohen Schreibgeschwindigkeit,
einen hohen Kontrast und einen weiten Betriebstemperaturbereich
hergestellt werden können.
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"Informacije Midem" Vol 23, Seiten 38–42 offenbart
eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
bei welcher die Flüssigkristallschicht
eine Streifenschicht hat, wobei eine Chevron-Defektwand zwischen zwei
angrenzenden Streifen vorhanden ist.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen
Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welches die Schritte umfasst: Befestigen von Substraten aneinander,
wobei jedes Substrat einen Elektrodenfilm und einen Ausrichtungsfilm
aufweist; Bereitstellen einer Mischung aus einem ferroelektrischen
Flüssigkristallmaterial
und einem photopolymerisierbaren Monomermaterial zwischen den Substraten; Erwärmen der
Mischung auf eine Temperatur, bei welcher die Mischung isotrop flüssig wird,
gefolgt von einem Photopolymerisieren des photopolymerisierbaren
Monomermaterials in der Mischung bei der Temperatur um ein Polymer
zu formen, und Kühlen
eines durch das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial und das
geformte Polymer gebildeten Komplexes auf eine Temperatur, bei welcher
das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial
im Komplex eine chirale smektische C-Phase zeigt; wobei die Richtungen
von Pretilt-Winkeln von Molekülen
des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials,
welche sich an Grenzflächen
zwischen den Substraten und dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial
befinden, im Wesentlichen identisch sind, das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial
eine Chevron-Schichtstruktur hat, und eine Biegerichtung der Chevron-Schichtstruktur
im Wesentlichen identisch zur Richtung der Pretilt-Winkel der Moleküle an den
Grenzflächen
ist, wenn das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial in der
Mischung eine Temperatur hat, an der es eine chirale smektische
C-Phase zeigt.
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Der
Ausrichtungsfilm kann ein organischer Polymerfilm sein und kann
durch Reiben mit einem Pretilt-Winkel hergestellt werden.
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Das
ferroelektrische Flüssigkristallmaterial
kann eine negative dielektrische Anisotropie und einen lokalen Minimalwert
in einer Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve
zeigen.
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Ein
Gehalt des photopolymerisierbaren Monomermaterials kann 10 Gewichtsprozent
oder weniger des Gesamtgewichts der Mischung betragen.
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Die
Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem
photopolymerisierbaren Polymermaterial kann weiterhin ein polymerisierbares
polyfunktionales Monomer umfassen, wobei der Schritt des Photopolymerisierens
des photopolymerisierbaren Monomermaterials ein Copolymerisieren
des polyfunktionalen Monomers und des photopolymerisierbaren Monomermaterials
umfassen kann.
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Da
die durch die vorliegende Erfindung herstellbare, ferroelektrische
Flüssigkristallanzeigevorrichtung einen
Komplex nutzt, der ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial mit einer
C2U-Orientierung und ein Polymermaterial mit einer Netzwerkstruktur
enthält,
kann die Anzeigevorrichtung Daten mit einer hohen Geschwindigkeit
und einen hohen Kontrast schreiben und in einem weiten Bereich von
Temperaturen arbeiten.
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Ferner
wird erfindungsgemäß ein isotroper
Zustand in einer Mischung aus dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial
und dem photopolymerisierbaren Monomermaterial hergestellt und dann
das Monomermaterial photopolymerisiert. Als ein Ergebnis kann der
ferroelektrische Flüssigkristall
in einen zufrieden stellenden Orientierungszustand gebracht werden.
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Somit
ermöglicht
die hier beschriebene Erfindung den Vorteil, dass eine ferroelektrische
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer genügenden
Orientierungseigenschaft der Flüssigkristallmoleküle, einer
genügenden
Anzeigeeigenschaft und Stoßstabilität zur Verfügung gestellt
wird.
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Dieser
und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute
beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren erkennbar.
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1A zeigt
schematisch ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in einer
ferroelektrischen Flüssigkristallschicht.
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1B zeigt
molekulare Orientierungsmodelle von C1U- und C2U-Orientierungen der ferroelektrischen
Flüssigkristallschicht
in 1A.
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1C zeigt
ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle entsprechend
der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht
von 1A, welche längs
der Normalen der Flüssigkristallschicht
betrachtet wird.
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2 zeigt
eine Steuerwellenform, die in den erfindungsgemäßen Beispielen verwendet wird.
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3 ist
ein Graph, welcher Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurven von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Graph, welcher Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurven von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 zeigt.
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5 ist
ein Schaltansicht, die schematisch ein Funktionsprinzip des ferroelektrischen
Flüssigkristalls zeigt.
Die Symbole ⊙ und
stellen
die Richtung der spontanen Polarisation dar, z ^ stellt eine Normale
auf eine geschichtete Struktur dar, n ^ stellt eine Längsachsenrichtung
der Flüssigkristallmoleküle dar und Θ stellt
einen Tilt-Winkel dar.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
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7A und 7B zeigen
eine Bücherregal
(engl. bookshelf)-Struktur bzw. eine Chevron-Struktur des ferroelektrischen
Flüssigkristalls.
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Im
Weiteren wird die vorliegende Erfindung mittels veranschaulichender
Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Definition:
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Der
hier verwendete Ausdruck "komplex" bezieht sich auf
ein Material, welches ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial und ein
durch Photopolymerisation geformtes Polymer umfasst. Das Polymer
kann ein lineares Polymer, ein vernetztes Polymer oder eine Mischung
hieraus sein. Zusätzlich
kann der Komplex ein nichtreagiertes, photopolymerisierbares Monomer
enthalten, welches ein Startmaterial für das Polymer ist.
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Der
Komplex hat eine Netzwerkstruktur, wobei die Orientierung der ferroelektrischen
Flüssigkristallmoleküle stabilisiert
wird. In dem Fall eines linearen Polymers formen die linearen Polymerketten
eine physikalische Netzwerkstruktur durch Verknäuelung. Andererseits wird die
Netzwerkstruktur in dem Fall des vernetzten Polymers durch chemische
Bindungen geformt.
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Bevorzugter
Orientierungszustand der Flüssigkristallmoleküle Als ferroelektrische
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
anfänglich
vorgeschlagen wurden, wurde angenommen, dass eine ferroelektrische
Flüssigkristallphase
eine "Bücherregal-Schichtstruktur" (7A)
in einer Richtung senkrecht zu den Substraten annimmt. Jedoch haben
weitere Untersuchungen gezeigt, dass die ferroelektrische Flüssigkristallphase
gewöhnlich
eine "Chevron-Schichtstruktur" hat, wie in 7B gezeigt
ist.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden, dass wenn die oberen
und unteren Substrate in einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
in der identischen Richtung mit einem Pretilt-Winkel versehen werden,
die Flüssigkristallmoleküle vier
Orientierungszustände
(C1U, C1T, C2U, C2T) abhängig
von der Differenz in der molekularen Anordnung in der Chevron-Schichtstruktur
annehmen. C1 und C2 sind jeweils auf Basis der Richtung eines Pretilt-Winkels
der Flüssigkristallmoleküle und der
Biegerichtung der Chevron-Struktur definiert. C1 stellt einen Zustand
dar, in dem die Richtung des Pretilt-Winkels der Flüssigkristallmoleküle zur Biegerichtung
der Chevron-Struktur entgegengesetzt ist. C2 stellt einen Zustand
dar, in dem die Richtung des Pretilt-Winkels der Flüssigkristallmoleküle zur Biegerichtung
der Chevron-Struktur gleich ist. 1A zeigt ein
Modell der C1U (C1-Uniform)-Orientierung C1 und C21U (C2-Uniform)-Orientierung
C2 von Flüssigkristallmolekülen 11 mit
einem Tiltwinkel θP, welche wichtig für die praktische Verwendung
bei diesen vier Orientierungszuständen sind. R in 1A stellt
die Reibrichtung dar. Zusätzlich
zeigt 1B ausführlichere molekulare Orientierungen
von C1U- und C2U-Orientierungen. 1C zeigt
ein Orientierungsmodell der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle entsprechend
der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht
von 1A, betrachtet entlang der Normalen der Flüssigkristallschicht.
Die Bezugszahlen 12 und 13 zeigen einen Blitz
(engl. lightning)-Defekt bzw. Haarnadel (engl. hairpin)-Defekt.
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Falls
die dielektrische Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials
positiv oder nahe 0 ist, werden die Flüssigkristallmoleküle in C2U-Orientierung
in einem großen
Ausmaß mit
einer Vorspannung geschwenkt. Somit können Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
mit einem hohen Kontrast bei Verwendung eines solchen Materials
nicht hergestellt werden. Jedoch in dem Fall, in dem die dielektrische
Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials negativ
ist (⎕ε < 0), zeigt das Flüssigkristallmaterial
eine spezifische ⎕-Vmin-Eigenschaft
(hier stellen ⎕ und V eine Antwortgeschwindigkeit bzw.
eine angelegte Spannung dar). Indem diese Eigenschaft vorteilhaft
ausgenutzt wird, ermöglicht
ein Wechselstrom (engl. AC)-Stabilisierungseffekt die Herstellung
von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
mit einem hohen Kontrast sogar wenn die Flüssigkristallmoleküle in C2U-Orientierung
sind. In herkömmlichen
ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien
nimmt eine Antwortgeschwindigkeit eines Flüssigkristallmaterials linear
mit der Zunahme der Spannung (V) zu. Jedoch in dem Fall, wo die
dielektrische Anisotropie eines ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials
negativ und eine spontane Polarisation nicht so groß ist, zeigt
die Antwortgeschwindigkeit (⎕) einen lokalen Minimalwert (⎕-V)
mit einer bestimmten Spannung (V). Der Wechselstrom-Stabilisierungseffekt
betrifft dieses Phänomen. Dieses
Phänomen
wird durch die Zunahme in dem Effekt der dielektrischen Anisotropie
zusammen mit der Zunahme einer quadratischen Mittelung einer Spannung
verursacht.
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Im
Allgemeinen wird eine C1-Orientierung auf der Seite höherer Temperatur
gezeigt und die C2-Orientierung wird mit einer Abnahme in der Temperatur
stabilisiert. Es ist wahrscheinlich, dass die C1U-Orientierung in
eine C2-Orientierung
oder C1T-Orientierung durch die Änderung
in der Temperatur oder durch die Steuerung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wechselt. Somit ist die C1-Orientierung bei einer Temperaturänderung
nicht stabil, so dass C2U vorteilhafter als C1 ist, um einen weiten
Bereich für
die Betriebstemperatur einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu gewährleisten.
Ferner hat ein Flüssigkristallmaterial
in C2U eine schnellere Antwortgeschwindigkeit und einen größeren Speichereigenschaftseffekt
als jene in C1U.
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Somit
ist ein ⎕-Vmin-Modus unter Verwendung
einer C2U-Orientierung des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials mit negativer
dielektrischer Anisotropie für
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
in Bezug auf ein schnelles Schreiben, einen hohen Kontrast und einen
weiten Bereich einer Betriebstemperatur vorzuziehen. Um ein Flüssigkristallmaterial
mit einheitlicher C2U-Orientierung zu erhalten, ist es erforderlich,
die Substrate mit einem Pretilt-Winkel zu versehen. Der Pretilt-Winkel
liegt typischer Weise im Bereich von ca. 0° bis ca. 20°, und stärker bevorzugt im Bereich von
ca. 3° bis
ca. 8°.
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Verfahren zum Kontrollieren
der Orientierung
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Um
die Substrate mit einem Pretilt-Winkel zu versehen, werden die folgenden
Verfahren verwendet: ein Reibverfahren, bei dem ein Polymermaterial
und ein anorganisches Material auf eine Flüssigkristallzelle formende
Substrate geschichtet werden und diese beschichteten Materialien
einer Reibbehandlung mit einem Stoff oder dergleichen unterzogen
werden; ein homöotropes
Ausrichtungsverfahren, in dem eine Verbindung mit einer niedrigen
Oberflächenspannung
auf Substrate beschichtet wird; schräge Verdampfung, bei welcher SiO2 auf Substrate schräg verdampft wird; und die Verwendung
eines horizontalen Ausrichtungsfilms ohne eine Reibbehandlung durchzuführen.
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Gemäß vorliegender
Erfindung ist das Reibverfahren bevorzugt. Insbesondere ist bevorzugt,
dass Substrate, die jeweils mit einem Ausrichtungsfilm versehen
sind, der einer Reibbehandlung unterzogen wird, um einen mittleren
Pretilt-Winkel zu erhalten, aneinander befestigt werden, so dass
die jeweiligen Reibrichtungen parallel zueinander sind. Dies deshalb,
weil das parallele Reiben in einfacher Weise eine C2-Orientierung eines
Flüssigkristallmaterials
realisiert. Als Ausrichtungsfilm sind organische Polymerfilme bevorzugt.
Beispiele von Polymeren, welche Ausrichtungsfilme formen, umfassen
Polyimid und Polyvinylalkohol. Zum Beispiel in dem Fall, wo Polyimid
verwendet wird, wie AL1054, AL3356, AL5357 (hergestellt von Japan
Synthetic Rubber Co.), kann ein mittlerer Pretilt-Winkel realisiert
werden.
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Verfahren
zum Herstellen einer bevorzugten ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun beschrieben.
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Zunächst werden
Substrate, die jeweils eine transparente Elektrode und einen Ausrichtungsfilm
aufweisen, mit zwischen liegenden Abstandshaltern aneinander befestigt.
Die Substrate werden befestigt, so dass ein paralleles Reiben erfolgen
kann. Dann wird eine Mischung, welche ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial
und ein photopolymerisierbares Monomermaterial enthält, in die
so gewonnene Zelle eingebracht. Anschließend wird die Zelle auf eine
Temperatur erwärmt,
bei welcher die Mischung isotrop flüssig wird, und das photopolymerisierbare
Monomermaterial wird bei dieser Temperatur photopolymerisiert, zum
Beispiel durch Bestrahlen der Zelle mit UV-Strahlen, wobei das Polymer geformt
wird. Dann wird ein Komplex aus dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial
und dem erzeugten Polymer auf eine Temperatur gekühlt, bei
welcher das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial
in dem Komplex eine chirale smektische C-Phase zeigt.
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Die
Zelldicke liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1,0 μm bis ca.
2,0 μm.
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Das
oben genannte photopolymersierbare Monomermaterial wird gewöhnlich im
Bereich von ca. 1 bis ca. 20 Minuten photopolymerisiert.
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Ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial
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Beispiele
von kommerziell erhältlichen
ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen
SCE8 (hergestellt durch Hoechst Ltd.), ZLI-4237-000 (hergestellt von Merck & Co., Inc.), ZLI-5014-000
(hergestellt von Merck & Co.,
Inc.), CS-1014 (hergestellt von Chisso Petrochemical Corp.) und
dergleichen. Es kann auch eine Mischung dieser Materialien verwendet
werden. Es ist vorzuziehen, ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial
mit einer negativen dielektrischen Anisotropie zu verwenden, um
den ⎕-Vmin-Modus im C2U-Orientierungszustand zu
nutzen. Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Komplexes hängen von
der Kombination des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials und dem
Polymer (polymerisierbares Monomer), welche in dem Komplex enthalten
sind, ab. Deshalb kann in Einklang mit den gewünschten Eigenschaften des Komplexes
das ferroelektrische Flüssigkristallmaterial
mit einer geeigneten dielektrischen Konstanten und Menge an spontaner
Polarisationsladung ausgewählt
werden.
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Photopolymerisierbares
Monomer
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Beispiele
für das
in der vorliegenden Erfindung verwendete photopolymerisierbare Monomermaterial umfassen
Acrylester mit einer langkettigen Alkyl-Gruppe oder einer aromatischen
Gruppe mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen. Beispiele der Acrylester
umfassen Isobutylacrylat, Stearylacrylat, Laurylacrylat, Isoamylacrylat,
n-Butylacrylat, Tridecylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Cyclohexylacrylat,
Benzylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat,
Isobutylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Isoamylmethacrylat,
n-Butylmethacrylat, Tridecylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat,
Cyclohexylmethacrylat, Benzylmethacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat,
sowie Halide dieser Monomere (insbesondere chlorierte Monomere oder
fluorierte Monomere). Beispiele der Halide umfassen 2,2,3,4,4,4-Hexafluorobutylmethacrylat,
2,2,3,4,4-Hexachlorobutylmethacrylat,2,2,3,3-Tetrafluoropropylmethacrylat,
2,2,3,3-Tetrachloropropylmethacrylat, Perfluorooctylethylmethacrylat,
Perchlorooctylethylmethacrylat, Perfluorooctylethylacrylat und Perchlorooctylethylacrylat.
Diese Monomere können
allein oder in Kombination verwendet werden.
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Das
photopolymerisierbare Monomermaterial ist in der Mischung des ferroelektrischen
Flüssigkristallmaterials
enthalten und das photopolymerisierbare Monomermaterial ist vorzugsweise
in einer Menge von ca. 1 bis ca. 10 Gewichtsprozent und stärker bevorzugt
in einer Menge von ca. 2 bis ca. 5 Gewichtsprozent enthalten. Wenn
das Gewicht des photopolymerisierbaren Monomermaterials mehr als
ca. 10 Gewichtsprozent beträgt,
wird die Kraft, welche die Bewegung der Flüssigkristallmoleküle reguliert
zu stark, so dass die Antwortgeschwindigkeit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu langsam wird. Ferner wird der Ausrichtungszustand des Flüssigkristallmaterials
verschlechtert. Wenn das Gewicht des photopolymerisierbaren Monomermaterials weniger
als ca. 1 Gewichtsprozent beträgt,
kann kein Effekt einer Stoßstabilität erhalten
werden.
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Um
die physikalische Stärke
des Polymermaterials weiter zu verbessern, kann ein polyfunktionelles Monomer
mit 2 oder mehr funktionellen Gruppen copolymerisiert werden. Beispiele
des polyfunktionellen Monomers umfassen Bisphenol A-Dimethacrylat,
Bisphenol A-Diacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat,
1,6-Hexandioldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat
und Tetramethylomethantetraacrylat.
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Falls
erforderlich kann ein chloriertes oder fluoriertes Polymer oder
Oligomer mit dem oben genannten Monomer gemischt werden. Zusätzlich können Monomere
mit einer Struktur ähnlich
zu jener des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials copolymerisiert
werden.
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Photopolymerisationsinitiator
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Das
photopolymerisierbare Monomermaterial der vorliegenden Erfindung
kann, falls erforderlich, einen Photopolymerisationsinitiator enthalten.
Beispiele des Photopolymerisationsinitiators umfassen Irgacure 651,
Irgacure 184 (hergestellt von Ciba-Geigy Corporation), und Darocure
1137 (hergestellt von Merck & Co., Inc.).
Es ist bevorzugt, dass der Photopolymerisationsinitiator, falls
erforderlich, in einer Menge von ca. 0 bis ca. 1 Gewichtsprozent
basierend auf dem Gesamtgewicht der Mischung des Flüssigkristallmaterials
und der photopolymerisierbaren Harzmaterialzusammensetzung zugegeben
wird. Wenn die zugefügte
Menge des Photopolymerisationsinitiator mehr als ca. 1 Gewichtprozent
beträgt,
ist die Polymerisationsrate zu schnell um Seitenreaktionen zu kontrollieren.
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Beispiel 1
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Wieder
Bezug nehmend auf 6 wurden ITO-Filme 2a und 2b jeweils
auf aus Glas oder dergleichen gefertigten Substraten 1a und 1b geformt,
und wurden durch Photolithographie oder dergleichen in ein Streifenmuster
gebracht. SiO2-Isolierfilme 3a und 3b wurden
jeweils auf den ITO-Filmen 2a und 2b geformt.
Dann wurden Polyimid-Ausrichtungsfilme 4a und 4b (Pretilt-Winkel:
5°) auf
die Isolierfilme 3a und 3b geschichtet und einer
Reibbehandlung unterzogen.
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Dann
wurden die Substrate 1a und 1b aneinander befestigt,
so dass die jeweiligen Reibrichtungen parallel zueinander waren.
Die resultierende Zelldicke betrug 1,5 μm. Eine Mischung A, welche 99,0
Gewichtsprozent an ferroelektrischem Flüssigkristall (FLC1) mit negativer
dielektrischer Anisotropie, gezeigt in Tabelle 1, und 1,0 Gewichtsprozent
eines photopolymerisierbaren Monomermaterials enthielt, wurde zwischen
die Substrate 1a und 1b eingebracht. Die so erhaltene
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wurde auf 100°C
erwärmt, um
die Mischung A in einen isotropen Flüssigzustand zu bringen, und
wurde dann mit UV-Strahlen bei 14 mW/cm2 bestrahlt.
Die Vorrichtung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einem Polarisationsmikroskop
beobachtet, was angab, dass das Flüssigkristallmaterial in einer
zufrieden stellenden C2-Orientierung war.
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Ein
Steuerexperiment wurde durchgeführt,
indem die in 2 gezeigte Steuerwellenform
auf den ferroelektrischen Flüssigkristall
angelegt wurde. Eine minimale Pulsbreite, die bistabil geschaltet
wurde, wurde in 3 aufgetragen (O), indem eine
von einer Pulsbreite ⎕ von Vs, unter der Bedingung, dass
Vd auf 5 Volt eingestellt ist, verschiedene Pulsbreite angelegt
wurde. 3 zeigt, dass die Anzeigevorrichtung von Beispiel
1 einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve
und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigt.
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Ferner
wurde die Anzeigevorrichtung auf eine Metallplatte gegeben und ein
metallischer Zylinder mit einem Durchmesser von 1 cm wurde mit 0,5
mm/min auf die Anzeigevorrichtung abgesenkt, indem AGA-100A, hergestellt
von Shimadzu Corporation verwendet wurde. Auf diese Weise wurde
die Anzeigevorrichtung von Beispiel 1 hinsichtlich Stoßstabilität bewertet.
Das Ergebnis war, dass die Anzeigevorrichtung eine zufrieden stellende
Stoßstabilität von ca.
0,6 bis ca. 1,3 kgf/cm
2 zeigte. Tabelle
1
- Phasenübergangstemperatur
von FLC 1: Sc54SA74N82I
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Beispiel 2
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Eine
ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bewertet,
mit Ausnahme, dass Mischung B, welche 97,0 Gew.-% an ferroelektrischem
Flüssigkristall
(FLC1) und 3,0 Gew.-% an photopolymerisierbarem Monomermaterial
enthielt, anstelle von Mischung A von Beispiel 1 verwendet wurde.
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Eine
minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde,
wurde in 3 aufgetragen (⎕). 3 zeigt,
dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung
von Beispiel 2 einen Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve
und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.
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Ferner
zeigte die Anzeigevorrichtung von Beispiel 2 eine zufrieden stellende
Stoßstabilität von ca.
1,9 bis ca. 2,5 kgf/cm2.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine
ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme,
dass ein photopolymerisierbares Monomer nicht verwendet und eine
UV-Bestrahlung nicht durchgeführt
wurde. Eine minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet
wurde, wurde in den 3 und 4 dargestellt
(•). Die
Anzeigevorrichtung zeigte einen lokalen Minimalwert in der Spannungs-Speicherulsbreiten-Kurve,
und die Flüssigkristallmoleküle in der
Anzeigevorrichtung waren bei Raumtemperatur in C2-Orientierung;
jedoch hatte die Anzeigevorrichtung eine nicht zufrieden stellende
Stoßstabilität von 0,6
kgf/cm2.
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Vergleichsbeispiel 2
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Eine
ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bewertet,
mit den folgenden Änderungen:
Mischung A wurde in einen isotropen Flüssigzustand gebracht und auf
Raumtemperatur abgekühlt,
um das Flüssigkristallmaterial
in C2-Orientierung
zu bringen, die Flüssigkristallmoleküle wurden
in einer Auf- und
Abwärtsrichtung
angeordnet, und Mischung A wurde mit UV-Strahlen bestrahlt.
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Eine
minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde,
wurde in 4 aufgetragen (O). 4 zeigt,
dass die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 2 einen lokalen
Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve
und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.
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Ferner
zeigte die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 2 eine zufrieden
stellende Stoßstabilität von ca.
1,3 bis ca. 1,9 kgf/cm2.
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Vergleichsbeispiel 3
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Eine
ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und bewertet,
mit den folgenden Änderungen:
Mischung B wurde in einen isotropen Flüssigzustand gebracht und auf
Raumtemperatur abgekühlt,
um das Flüssigkristallmaterial
in C2-Orientierung
zu bringen, die Flüssigkristallmoleküle wurden
in einer Auf- und
Abwärtsrichtung
angeordnet, und Mischung B wurde mit UV-Strahlen bestrahlt.
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Eine
minimale Pulsbreite, die in Bezug auf Vs bistabil geschaltet wurde,
wurde in 4 aufgetragen (⎕). 4 zeigt,
dass die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 3 einen lokalen
Minimalwert in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve
und ein zufrieden stellendes bistabiles Schaltverhalten zeigte.
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Ferner
zeigte die Anzeigevorrichtung von Vergleichsbeispiel 3 eine zufrieden
stellende Stoßstabilität von ca.
1,9 bis ca. 2,0 kgf/cm2.
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zur Verfügung
gestellt, die eine zufrieden stellende Stoßstabilität hat und einen lokalen Minimalwert
in der Spannungs-Speicherpulsbreiten-Kurve und ein zufrieden stellendes
bistabiles Schaltverhalten zeigt.
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Ferner
wird der ferroelektrische Flüssigkristall
in einer Mischung aus einem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial und einem
photopolymerisierbaren Monomermaterial in einen bestimmten Orientierungszustand
gebracht und das Monomermaterial wird photopolymerisiert, wobei
eine zufrieden stellende Orientierung des ferroelektrischen Flüssigkristalls
erhalten werden kann.
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Verschiedene
weitere Modifikationen sind den Fachleuten klar und können in
einfacher Weise von diesen ausgeführt werden, ohne aus dem Umfang
dieser Erfindung zu gelangen. Dementsprechend ist beabsichtigt,
dass der Umfang der Erfindung nicht durch die hier augeführte Beschreibung
sondern vielmehr durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.