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Die Erfindung betrifft eine superverdrillt-nematische
Flüssigkristallvorrichtung
und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung.
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Superverdrillt-nematische (STN) Flüssigkristallvorrichtungen
(LCDs) sind zur Verwendung bei Displays bekannt, und sie sind z.
B. von C. M. Waters et al. in Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 123,
S. 303 (1985) offenbart. Bei derartigen Vorrichtungen ist ein nematischer
Flüssigkristall
in einer Zelle angeordnet, und er ist so ausgerichtet, dass er über einen
Verdrillungswinkel typischerweise in der Größenordnung von 270° verfügt. Designregeln
für STN-Displays sind
von Waters et al. offenbart, und es ist der Einfluss verschiedener
Parameter, wie der Oberflächen-Vorverkippung,
des Verdrillungswinkels und elastischer Konstanten, untersucht.
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Bei derartigen STN-Vorrichtungen
ist jedes Bildelement (Pixel) individuell so steuerbar, dass es zwischen
einem hellen transmissiven oder reflektiven Zustand und einem dunklen
transmissiven oder reflektiven Zustand schaltbar ist. Abhängig vom
Aufbau der Vorrichtung entsprechen diese zwei Zustände im Wesentlichen
planarer Ausrichtung und feldinduzierter, homöotroper Ausrichtung des Flüssigkristalldirektors.
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Der Übergang von planarer auf homöotrope Ausrichtung
wird dadurch erzielt, dass ein elektrisches Feld entlang der Wendelachse
des Flüssigkristalls
angelegt wird. Dies kann zu einer von zwei konkurrierenden Verformungen
des Wendelmusters der Direktoren der Flüssigkristallmoleküle führen. Das erste
entspricht dem sogenannten Freedericksz-Übergang, bei dem sich die Ausrichtung
des lokalen Direktors nur entlang einer Raumkoordinate ändert, die
im Wesentlichen rechtwinklig zur Flüssigkristallschicht verläuft. Dies
ist der gewünschte Übergang.
Jedoch führt
der zweite Typ einer Verformung zu einer Streifentextur, bei der
die lokale optische Achse ihre Ausrichtung entlang zwei Raumkoordinaten ändert, von
denen die eine rechtwinklig zur Flüssigkristallschicht verläuft und
die andere parallel zu dieser verläuft. Dies ist von T. Scheffer
et al. in "Twisted
nematic and Supertwisted Nematic Mode LCDs" in "Liquid
Crystals – Applications
and Uses", Vol.
1, S. 232, veröffentlicht
von World Scientific Publishing Co. Pte Ltd. Singapore, 1990, offenbart.
Für Verdrillungswinkel
bis zu ungefähr
300° bei
typischen Flüssigkristallen
sind die Streifen im Wesentlichen rechtwinklig zum lokalen Direktor
in der Mitte der Flüssigkristallschicht
ausgerichtet. Dieser Übergang
führt zu
einer optischen Hysterese bei angelegten Felder relativ kleiner
Stärke,
zu Streuung und irreproduzierbaren Transmissionseigenschaften.
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Die 1 veranschaulicht
schematisch ein STNLCD mit drei Abschnitten oder Pixeln, die bei 1 in der
feldinduzierten homöotropen
Ausrichtung, bei 2 in der planaren Ausrichtung und bei 3 mit
der Streifentextur arbeiten. Bei der feldinduzierten homöotropen
Ausrichtung wird ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht des Pixels
angelegt, so dass die Flüssigkristallmolekül-Direktoren,
die durch kurze Linien, wie bei 4, gekennzeichnet sind, über das
ganze Volumen der Flüssigkristallschicht
im Wesentlichen rechtwinklig zur Schicht ausgerichtet sind. Bei der
bei 2 veranschaulichten planaren Ausrichtung drehen sich
die Flüssigkristallmolekül-Direktoren 4 über einen
Winkel von z. B. im Wesentlichen 270° ausgehend von einer Fläche des
Flüssigkristalls
zur anderen Fläche
desselben. Dies ist der Relaxationszustand des Flüssigkristalls
ohne an die Flüssigkristallschicht
des Pixels angelegtes elektrisches Feld.
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Bei der bei 3 veranschaulichten
Streifentextur sind die Flüssigkristallmolekül-Direktoren 4 um eine
Achse rechtwinklig zur Flüssigkristallschicht
verdrillt, jedoch sind sie auch in Ebenen verdreht, die diese Achse
enthalten.
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Das Kurvenbild über der in der 1 dargestellten Flüssigkristallvorrichtung veranschaulicht
die Lichttransmission für
eine Flüssigkristallzelle,
die zwischen linearen Polarisatoren mit orthogonalen Polarisationsrichtungen
angeordnet ist. Bei der bei 1 veranschaulichten homöotropen
Textur ist die Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht dergestalt, dass
sie wenig Einfluss auf die Polarisation von durch das Pixel laufendem
Licht hat. Dies entspricht im Wesentlichen dem Effekt gekreuzter
Polarisatoren, so dass das Lichttransmissionsvermögen des
Pixels relativ gering ist, wie es durch die Kurve bei 5 dargestellt
ist.
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Bei der bei 2 veranschaulichten
planaren Textur verfügt
die Flüssigkristallschicht
des Pixels über
solche Doppelbrechung, dass die Polarisation von durch die Schicht
laufendem Licht um 90° gedreht
wird. Demgemäß weist das
das Pixel verlassende Licht eine solche lineare Polarisation auf,
dass ein Ausgangspolarisator für
relativ kleine Abschwächung
sorgt und das Pixel hell erscheint, wie es durch die Kurve bei 6 dargestellt
ist.
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Die bei 3 dargestellte Streifentextur
sorgt für Doppelbrechung,
die über
das Pixel hinweg periodisch variiert. Dies führt zu hellen und dunklen Bändern, wie
es durch die gewellte Transmissionskurve bei 7 dargestellt
ist.
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Die Streifentextur wird durch Vergrößern des Verdrillungswinkels
und durch Verringern von Oberflächen-Vorkippwinkel
in der Flüssigkristallschicht gefördert. Zum
Beispiel offenbaren Waters et al., dass ein Erhöhen der Oberflächen-Vorverkippung
die Schwellenspannung für
den Freedericksz-Übergang absenkt,
um die Erzeugung einer Streifentextur zu vermeiden. Jedoch wird
durch Vergrößern der
Oberflächen-Vorverkippung
auch die Relaxationszeit für den Übergang
von der homöotropen
Ausrichtung auf die planare Ausrichtung verlängert, da die rückstellenden
Oberflächenkräfte kleiner
werden, wenn der Oberflächen-Vorkippwinkel
zunimmt. Demgemäß werden
STNLCDs als Kompromiss zwischen der maximalen Auffrischrate des
Displays und der Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Streifentextur
konzipiert.
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D. Fredley et al., Journal of the
SID, Vol. 4, S. 89 (1996) offenbaren ein herkömmliches STNLCD, bei dem ein
nicht chirales, nicht mesogenes Acrylat durch Ultraviolettstrahlung
ausgehärtet
wird, während
an die Flüssigkristallzelle
eine hohe Spannung angelegt wird, um ein Polymernetzwerk zu erzeugen, das
in der Zelle im Wesentlichen homöotrop
ausgerichtet ist. Die Technik wird dazu verwendet, den Kippwinkel
im Volumen der Flüssigkristallschicht selbst
im Zustand "ohne
Feld" zu vergrößern. Jedoch bildet
das Erfordernis, während
der Herstellung eine hohe Spannung an die Zelle anzulegen, auf Grund der
erhöhten
Komplexität
und Kosten einen beträchtlichen
Nachteil.
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H. Takatsu et al., SID95, Digest
S. 579 (1995) offenbaren eine Gast-Wirt-Flüssigkristallvorrichtung
mit einer Zelle mit einem Gemisch aus einem nematischen Flüssigkristall,
einem chiralen Monoacrylat-Vorpolymer und einem schwarzen, dichroitischen
Farbstoffgemisch, das auf einer Ausrichtungsschicht ausgerichtet
ist, die einen niedrigen Vorkippwinkel in der Größenordnung von 1° ergibt. Das
Vorpolymer wird durch ultraviolettes Licht ausgehärtet, das
ein Polymer mit gewendelter Seitenkette erzeugt. Das Verhältnis der
Dicke der k Flüssigkristallzelle
zur Ganghöhe
des Wendelpoly mers ist größer oder
gleich 1,25 gemacht. Eine derartige Vorrichtung zeigt keine fokalkonische
Textur, und es wird angegeben, dass dies aus der verschwindenden
Verdrillungskraft des dotierten festen chiralen Polymers herrührt.
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Wenn eine Vorrichtung dieses Typs
mit einem Reflektor auf einer Seite der Flüssigkristallzelle verwendet
wird, wird ein Funktionsvermögen
vom Typ erzielt, wie es in der 2 der
beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht ist. Das Kurvenbild der 2 veranschaulicht das Reflexionsvermögen als Prozentsatz über der
angelegten Spannung für
eine typische Zelle dieses Typs. Wenn die Spannung über eine
Schwelle von ungefähr
2,5 Volt ansteigt, nimmt das Reflexionsvermögen schnell auf einen Wert oberhalb
von 30% zu, und dann steigt es schwächer auf ein maximales Reflexionsvermögen geringfügig über 40%.
Wenn dann die Spannung abgesenkt wird, fällt das Reflexionsvermögen zunächst relativ
langsam und dann relativ schnell bis auf einen relativ niedrigen
oder minimalen Wert bei 2 Volt.
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Wie es aus der 2 deutlich ist, verfügt das elektrooptische Verhalten
von Vorrichtungen dieses Typs über
Hysterese. Das Vorliegen von Hysterese ist ein wesentlicher Nachteil,
da dann, wenn ein gewünschter
Transmissionszustand, der einem gewünschten Graupegel entspricht,
adressiert wird, die Adressierungsvorrichtung von einem helleren
oder dunkleren Zustand aus geschaltet wird, als es dem gewünschten
Graupegel entspricht. Umgekehrt hängt, wenn dieselbe Adressierspannung
dazu verwendet wird, einen mittleren Graupegel von helleren und
dunkleren Zuständen
aus zu adressieren, der tatsächliche
mittlere erzielte Pegel davon ab, ob die Vorrichtung von einem helleren
oder einem dunkleren Zustand aus geschaltet wird. Um diese Probleme bei
Hysterese zeigenden Vorrichtungen zu vermeiden, ist es erforderlich,
dafür zu
sorgen, dass während
jedes Auffrischzyklus die Pixel als Erstes auf einen gemeinsamen,
im Allgemeinen dunklen Zustand zurückgestellt werden, bevor der
nächste
gewünschte
Zustand adressiert wird. Jedoch trägt dies zur Komplexität bei und
erhöht
die zum Auffrischen der Vorrichtung erforderliche Zeit.
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Gemäß einer ersten Erscheinungsform
der Erfindung ist eine superverdrilltnematische Flüssigkristallvorrichtung
mit einem ersten und einem zweiten Substrat geschaffen, die zwischen
sich eine Zelle bilden, die ein Gemisch eines nematichen Flüssigkristalls
mit einem Verdrillungswinkel von 180° und 360° und einem Wendelpolymer-Netzwerk
enthält, wobei
das Polymer des Netzwerks mindestens ein polymerisiertes, chirales
Vorpolymer enthält.
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Der Verdrillungswinkel kann größer als
240° sein.
Der Verdrillungswinkel kann im Wesentlichen 270° betragen.
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Der nematische Flüssigkristall in der Zelle kann
einen Vorkippwinkel unter 4° aufweisen.
Der Vorkippwinkel kann im Wesentlichen 2° entsprechen. Der Begriff "Vorkippwinkel" ist auf dem Flüssigkristallgebiet
gut bekannt, und er betrifft den Winkel, unter dem der Flüssigkristalldirektor
auf Grund einer Wechselwirkung mit einer Ausrichtungsschicht aus
der Substratebene herausgekippt ist.
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Vom ersten und zweiten Substrat kann
mindestens eines über
eine Ausrichtungsschicht zum Induzieren einer planaren Ausrichtung
verfügen.
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Das Polymer des Netzwerks kann ein
vernetztes Polymer sein. Der Begriff "vernetztes Polymer", wie hier verwendet, betrifft ein Polymer
in einer Flüssigkristallumgebung,
die aus einer Flüssigkristallphase
aus mesogenen Vorläufern
mit polymerisierbaren Spezies besteht, die mit mehr als zwei anderen
mesogenen Vorläufern
vernetzen können.
Das chirale Vorpolymer kann mindestens zwei polymerisierbare oder
vernetzbare Gruppen enthalten. Das Vorpolymer kann ein Diacrylat
enthalten.
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Das Polymernetzwerk kann mindestens
ein Gewichts ausmachen. Das Polymernetzwerk kann mindestens 1,5
Gewichts ausmachen.
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Das Polymernetzwerk kann weniger
als 20 Gewichts des Gemischs ausmachen.
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Das Polymernetzwerk kann weniger
als 10 Gewichts des Gemischs ausmachen.
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Das Polymernetzwerk kann weniger
als 5 Gewichts des Gemischs ausmachen.
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Die Zelle kann zwischen einem ersten
und einem zweiten Polarisator angeordnet sein. Der erste und der
zweite Polarisator können
lineare Polarisationsrichtungen aufweisen, die zwischen 0° und 90° zueinander
ausgerichtet sind.
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Die Zelle kann zwischen einem Polarisator und
einem Reflektor angeordnet sein.
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Zwischen dem Gemisch und dem Polarisator oder
zwischen dem Gemisch und dem Reflektor kann eine optische Verzögerungseinrichtung
angeordnet sein.
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Gemäß einer zweiten Erscheinungsform
der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer superverdrillt-nematischen
Flüssigkristallvorrichtung geschaffen,
bei dem ein erstes und ein zweites Substrat so benachbart zueinander
angeordnet werden, dass dadurch eine Zelle gebildet wird, die Zelle
mit einem Gemisch aus einem nematischen Flüssigkristall mit einem Verdrillungswinkel
zwischen 180° und
360° und
einem chiralen Vorpolymer gefüllt
wird und das Vorpolymer zum Herstellen eines Polymernetzwerks polymerisiert
oder vernetzt wird.
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Das Gemisch kann zusätzlich zum
chiralen Vorpolymer ein nicht-chirales Vorpolymer enthalten.
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Das Vorpolymer kann ein vernetzbares
Vorpolymer sein.
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Das chirale Vorpolymer kann mindestens zwei
polymerisierbare oder vernetzbare Gruppen aufweisen. Das Vorpolymer
kann ein Diacrylat enthalten.
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Der Verdrillungswinkel kann größer als
240° sein.
Der Verdrillungswinkel kann im Wesentlichen 270° entsprechen.
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Der nematische Flüssigkristall in der Zelle kann
einen Vorkippwinkel unter 4° aufweisen.
Der Vorkippwinkel kann im Wesentlichen 2° entsprechen.
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Zum Verfahren kann es gehören, auf
dem ersten und/oder zweiten Substrat, bevor sie einander gegenüberstehend
angeordnet werden, eine Ausrichtungs-schicht zum Induzieren einer planaren Ausrichtung
herzustellen.
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Das Vorpolymer kann mindestens 1
Gewichts des Gemischs ausmachen. Das Vorpolymer kann mindestens
1,5 Gewichts des Gemischs ausmachen.
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Das Vorpolymer kann weniger als 20
Gewichts des Gemischs ausmachen. Das Vorpolymer kann weniger als
10 Gewichts des Gemischs ausmachen. Das Vorpolymer kann weniger
als 5 Gewichts des Gemischs ausmachen.
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Der Flüssigkristall kann positive
dielektrische Anisotropie aufweisen, und die Polymerisation oder Vernetzung
kann beim Fehlen eines an die Zelle angelegten Felds ausgeführt werden.
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Der Flüssigkristall kann über negative
dielektrische Anisotropie verfügen,
und während
des Polymerisierens oder Vernetzens kann an die Zelle ein Feld angelegt
werden, das für
planare Ausrichtung des Flüssigkristalls
sorgt.
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Durch Sperren der Chiralität in einem
Polymernetzwerk wird die Möglichkeit
der Erzeugung einer Streifentextur verhindert oder wesentlich verringert.
So ist es möglich,
eine 270°-STN-Vorrichtung mit
einer Ausrichtungsschicht herzustellen, die zu einem Vorkippwinkel
von 2° führt, die
kommerziell hergestellt werden kann. Eine derartige Vorrichtung
ist im Vergleich mit bekannten STN-Vorrichtungen von Vorteil, bei
denen bei Ausrichtungsschichten, die zu einer relativ hohen Vorverkippung
von z. B. über
4° führen, die
Verdrillung auf 240° beschränkt ist.
Ferner ist es möglich,
die Verwendung kommerziell nichtkonkurrenzfähiger aufgedampfter Ausrichtungsschichten,
wie aus Siliciumoxid, zu vermeiden, die andernfalls erforderlich
wären,
um für
Ausrichtungsschichten mit hoher Vorverkippung zu sorgen, die eine
Verdrillung von 270° zulassen.
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Die Verwendung eines vernetzten Polymers an
Stelle eines Seitenkettenpolymers erlaubt eine stabilere Polymerausrichtung
und es wird eine Hysterese in der elektrooptischen Kurve vermieden.
Die Verwendung von Ausrichtungsschichten mit geringer Vorverkippung
verkürzt
die Schaltzeiten der Vorrichtung, so dass die erforderliche Zeit
zum Umschalten zwischen den zwei Zuständen einer typischen Vorrichtung
in der Größenordnung
von 40 Millisekunden liegen kann.
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Die Erfindung wird beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen weiter beschrieben.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht mit zugehörigen Transmissionskurven einer
bekannten STN-Vorrichtung;
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2 ist
ein Kurvenbild zum Reflexionsvermögen in Prozent über der
angelegten Spannung zum Veranschaulichen einer elektrooptischen
Kurve einer bekannten verdrillt-nematischen Flüssigkristallvorrichtung mit
einem schwarzen, dichroitischen Farbstoffgemisch;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht einer STN-Vorrichtung vor einer
Polymerisation oder Vernetzung;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung der 3 nach einer Polymerisation oder
Vernetzung zum Erzeugen eines STNLCD, das eine erste Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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5 ist
ein Kurvenbild des Transmissionsvermögens über der angelegten Spannung
für die
in den 3 und 4 dargestellten Vorrichtungen
mit gekreuzten Polarisatoren;
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6 ist
ein Kurvenbild zum Transmissionsvermögen mit beliebiger Einheit über der
angelegten Spannung für
eine Vorrichtung vom in der 4 dargestellten
Typ mit parallelen Polarisatoren;
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7 ist
eine schematische Schnittansicht eines STNLCD vom reflektiven Typ,
das eine zweite Ausführungsform
der Erfindung bildet; und
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8 ist
eine schematische Schnittansicht eines STNLCD, das eine dritte Ausführungsform
der Erfindung bildet.
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Gleiche Bezugszahlen kennzeichnen
in allen Zeichnungen gleiche Teile.
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Die in der 3 dargestellte Vorrichtung verfügt über eine
zwischen externen Polarisatoren 10 und 11 angeordnete
Flüssigkristallzelle.
Die Polarisatoren 10 und 11 sind lineare Polarisatoren,
und ihre Polarisationsrichtungen können zwischen 0° und 90° in Bezug
zueinander variieren.
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Die Flüssigkristallzelle verfügt über ein
oberes Substrat 12 und ein unteres Substrat 13.
Die Substrate 12 und 13 tragen Adressieranordnungen,
die als Elektroden 14 und 15 dargestellt sind.
Die Elektroden 14 und 15, die transparent sind
und aus Indiumzinnoxid (ITO) bestehen können, verfügen im Fall einer Passivmatrixadressierung über parallele
Streifen, die so ausgerichtet sind, dass die Längsrichtung der Elektroden 14 rechtwinklig
zur Längsrichtung
der Elektroden 15 verläuft.
Die Schnittstellen oder Überlappungsstellen
der Elektroden 14 und 15 definieren Bildelemente
(Pixel), die unabhängig
adressierbar sind.
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Alternativ kann eine Anordnung für Aktivmatrixadressierung
vorliegen. Bei einer derartigen Anordnung ist eine der Elektroden,
wie 15, eine ebene Elektrode, d. h., sie erstreckt sich
im Wesentlichen durchgehend über
die ganze Vorrichtung. Die andere Elektrode, wie 14, ist
in einzelne Pixelelektroden unterteilt, von denen jede durch ein
oder mehrere aktive Bauteile gesteuert wird, die auf dem Substrat 12z.
B. in Form von Dünnschichttransistoren,
die durch Silicium-auf-Glas-Techniken hergestellt wurden, vorhanden
sind.
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Die Elektroden 14 und 15 sind
durch Ausrichtungsschichten 16 bzw. 17 bedeckt.
Bei der in der 3 dargestellten
Ausführungsform
sind zwei Ausrichtungsschichten dargestellt, jedoch ist es bei alternativen
Anordnungen möglich,
eine der Ausrichtungsschichten wegzulassen. Die Ausrichtungsschichten 16 und 17 bestehen
z. B. aus geriebenen Polyimid, wie P12555, das von Dupont verfügbar ist, wobei
die Reiberichtungen zueinander rechtwinklig und dergestalt verlaufen,
dass für
eine linkshändige Flüssigkristallverdrillung
gesorgt ist. Die Ausrichtungsschichten sorgen für einen relativ kleinen Vorkippwinkel
von z. B. 2°.
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Während
der Herstellung wird die Flüssigkristallzelle
mit einem Gemisch 18 mit einem Flüssigkristall und einem Vorpolymer
gefüllt.
Zum Beispiel kann der Flüssigkristall
von nematischem Typ sein, und er kann von Merck, Deutschland erhältliches ZLI2293
enthalten. Das Vorpolymer kann ein chirales Diacrylat und ein nicht-chirales
Diacrylat enthalten. Das chirale Diacrylat macht 0,42 Gewichts des
Gemischs aus, und es kann sich um LC481 handeln, das von BASF in
Deutschland erhältlich
ist und das über
ein Schraubenverdrillungsvermögen
verfügt, das
im Wesentlichen 34,5 pro Mikrometer entspricht. Das nicht-chirale
Diacrylat kann 1,5 Gewichts% des Gemischs ausmachen, und es kann
das von Merck im VK erhältlichen
RM258 sein.
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Die Vorrichtung verfügt über eine
superverdrillt-nematische Vorrichtung, bei der der Flüssigkristall
im Gemisch 18 eine Verdrillung zeigt, die im Wesentlichen
270° beträgt, wobei
die Schraubenganghöhe
im Wesentlichen 6,7 Mikrometer entspricht.
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Die Diacrylate im Gemisch 18 sind
fotopolymerisierbar, und sie werden, nach dem Befüllen der Zelle,
Ultraviolettstrahlung vom Typ A mit einer Intensität von 14
Milliwatt pro Quadratzentimeter für 30 Sekunden ausgesetzt. Im
Ergebnis werden die Diacrylate vernetzt, um ein Polymernetzwerk
zu bilden, so dass die Zelle ein Gemisch aus dem Flüssigkristall und
dem Polymernetzwerk enthält,
wie es bei 19 in der 4 dargestellt
ist.
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Die 5 veranschaulicht
das Funktionsvermögen
der Vorrichtung vor der Fotopolymerisation, wie in der 3 dargestellt, sowie nach
der Fotopolymerisation, wie in der 4 dargestellt.
Insbesondere ist die elektrooptische Kurve für die Vorrichtung vor der Fotopolymerisation
bei 20 dargestellt, wohingegen diejenige für die Vorrichtung nach der
Fotopolymerisation bei 21 dargestellt ist. Die Vorrichtung ist vom
Typ mit Polarisatoren 10 und 11, die mit zueinander rechtwinkligen
Polarisationsrichtungen ausgerichtet sind, um für eine im Normalzustand weiße oder
im Normalzustand helle Vorrichtung zu sorgen. Die elektrooptische
Kurve 21 ist wesentlich steiler als die Kurve 20,
und dies beruht im Wesentlichen auf einer Verringerung oder Unterdrückung der
Erzeugung der Streifentextur während
des Schaltens.
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Als Ergebnis der Fixierung der Chiralität des Polymernetzwerks
ist die Möglichkeit
einer Ausbildung der Streifentextur verhindert oder wesentlich verringert.
So ist es möglich,
eine 270°-STN-Vorrichtung
mit einer Ausrichtungsschicht herzustellen, die zu einer Vorverkippung
von 2° führt, die
kommerziell hergestellt werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist
im Vergleich mit herkömmlichen
STN-Vorrichtungen von Vorteil, bei denen durch Ausrichtungsschichten,
die zu einer relativ hohen Vorverkippung von z. B. über 4° führen, die
Verdrillung auf 240° begrenzt ist.
Darüber
hinaus ist es möglich,
die Verwendung kommerziell nicht konkurrenzfähiger aufgedampfter Ausrichtungsschichten,
wie aus Siliciumoxid, zu vermeiden, die andernfalls erforderlich
wären,
um für Ausrichtungsschichten
für hohe
Vorverkippung, die eine Verdrillung von 270° erlauben, zu sorgen.
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Die 6 ist
eine elektrooptische Kurve für eine
Vorrichtung vom in der 4 dargestellten
Typ, wobei jedoch die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren 10 und 11 parallel
zueinander verlaufen, um für
ein Display mit im Normalzustand Schwarz oder Dunkel zu sorgen.
Die Kurven 21 und 22 werden für Schaltvorgänge in beiden
Richtungen zwischen den Zuständen
Dunkel und Hell erhalten, und sie veranschaulichen, dass Vorrichtungen
des in der 4 dargestellten
Typs im Wesentlichen frei von Hysterese sind.
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Die Verwendung eines vernetzten Polymers im
Vergleich zu einem Seitenkettenpolymer sorgt für stabilere Polymerausrichtung
und vermeidet Hysterese in der elektrooptischen Kurve. Außerdem verringert
die Verwendung von Ausrichtungsschichten für niedrige Vorverkippung die
Vorrichtung-Schaltzeiten in solcher Weise, dass die erforderliche
Zeit zum Umschalten zwischen zwei Zuständen einer typischen Vorrichtung
in der Größenordnung
von 40 Millisekunden liegen kann.
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Die in der 4 dargestellte Vorrichtung ist vom transmissiven
Typ, wohingegen die 7 eine Vorrichtung
vom reflektiven Typ veranschaulicht. In diesem Fall ist der Polarisator 11 weggelassen,
und die Elektrode 15 ist durch eine Kombination aus einer Elektrode
und einem Spiegel 25 ersetzt.
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Ansonsten kann die Vorrichtung vom
selben Typ, wie er in der 4 dargestellt
ist, sein, und sie kann auf dieselbe Weise hergestellt werden.
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Die Flüssigkristalle der in den 4 und 7 dargestellten Gemische 19 sind
vom Typ mit positiver dielektrischer Anisotropie, und die Fotopolymerisation
des chiralen und des nicht-chiralen Vorpolymers mit mindestens zwei
Polymerisationsgruppen (Diacrylate bei den hier speziell oben beschriebenen Beispielen)
erfolgt ohne an die Flüssigkristallzelle
angelegtes Feld. Jedoch ist es auch möglich, einen nematischen Flüssigkristall
mit negativer dielektrischer Anisotropie zu verwenden. In diesem
Fall legt ein Signalgenerator 16, wie es in der 8 dargestellt ist, während der
Fotopolymersation ein ausreichend hohes elektrisches Feld an das
Gemisch in der Zelle an, damit der Flüssigkristall während der
Polymerisation im Wesentlichen planar ist. Dies führt zu einem
Gemisch 27, das, wenn das Feld weggenommen ist, ein planares
Polymernetzwerk mit einem homöotropen Flüssigkristall
enthält.