DE69929040T2

DE69929040T2 - Flüssigkristall orientierungschicht

Info

Publication number: DE69929040T2
Application number: DE69929040T
Authority: DE
Inventors: Martin Schadt; Hubert Seiberle; Olivier Muller
Original assignee: Rolic AG
Current assignee: Rolic Technologies Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: WO1999049360A1; CN1167973C; JP2009025828A; JP2002507782A; DE69929040D1; EP1642953B1; EP1642953A1; EP1064583B1; US9321962B2; HK1030060A1; US20060194000A1; KR100660050B1; KR20010041931A; CN1294699A; EP1064583A1; JP4955633B2; JP4266516B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material, welches eine Substanz enthält, welche orientiert und vernetzt werden kann durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht, und welches zur Herstellung einer Orientierungsschicht für ein Flüssigkristall-Medium verwendet werden kann, und auf eine Orientierungsschicht für ein Flüssigkristall-Medium sowie auf ein optisches oder elektro-optisches Bauteil mit wenigstens einer solchen Orientierungsschicht.
Solche Orientierungsschichten werden insbesondere in Flüssigkristall-Displays verwendet, aber auch in vielen anderen optischen und elektro-optischen Elementen und Komponenten, wie beispielsweise Farbfilter, Polarisationsfilter, Verzögerungsschichten, Sicherheitselemente, etc., in welchen die Flüssigkristalle auch in polymerisierter oder vernetzter Form verwendet sein können.
Der elektro-optische Effekt in Flüssigkristall-Displays (LCD = liquid crystal displays) ist wesentlich durch den Verdrillungswinkel (angle of twist) bestimmt, durch welchen die Flüssigkristall-Moleküle von einer Seite des Substrats zur anderen laufen. Insbesondere der Kontrast, die Helligkeit, die Blickwinkel-Abhängigkeit und die Geschwindigkeit der Anzeige, sowie auch die Spannung, welche erforderlich ist, um das Flüssigkristalldisplay zu steuern, können auf ein Optimum abgestimmt werden unter Zuhilfenahme des Verdrillungswinkels. Die Eigenschaften des Flüssigkristalls, welche erforderlich sind, um den elektro-optischen Effekt, wie beispielsweise die optische oder die dielektrische Anisotropie, zu erreichen, sind bestimmt durch den Verdrillungswinkel.
Um einen gewünschten Verdrillungswinkel einzustellen, muss eine bevorzugte Richtung auf beiden mit dem Flüssigkristall in Kontakt befindlichen Substrat-Seiten auferlegt werden. Zu diesem Zweck ist es üblich, auf beiden Substrat-Seiten eine dünne Polymer-Schicht aufzutragen, welche dann in einer Richtung gerieben wird, beispielsweise mit einem Tuch. Flüssigkristalle, welche in Kontakt sind mit der Orientierungsschicht, werden entsprechend dieser bevorzugten Richtung orientiert. Die Flüssigkristall-Moleküle müssen genügend stark an der Orientierungsschicht verankert sein, damit die Moleküle auf der Oberfläche des Substrats in der gewünschten Richtung orientiert bleiben, obwohl die Richtungen der Orientierung an den beiden Substrat-Seiten generell unterschiedlich sind und, als Resultat, Rückstellungskräfte auftreten. In dieser Weise ist es möglich, links- oder rechtsrotierende Flüssigkristall-Schichten mit einem Verdrillungswinkel von bis zu 89° herzustellen.
Bei Winkeln von 90° und mehr zwischen den Orientierungsrichtungen der beiden Substrate tritt das Problem auf, dass die Verdrillung entweder nach rechts oder nach links auftreten kann, was, insbesondere in den kommerziell weit herum verfügbaren 90° verdrillten Flüssigkristall-Displays (90°-twisted liquid crystal displays) in hergestellten Bereichen resultieren kann, in welchen der Flüssigkristall in der falschen Richtung rotiert (reverse twist), was zu Lichtstreuung und einer gepunkteten Erscheinung des Displays Anlass gibt.
Wenn ein geeignetes Material für die Orientierungsschicht verwendet wird, induziert das Reiben aber einen sogenannten Tilt-Winkel in dieser Schicht. Als Resultat werden die Flüssigkris talle leicht geneigt relativ zur Oberfläche der Substrate orientiert. Die Richtung des Tilt-Winkels auf beiden Substratseiten bestimmt die Rotationsrichtung, was die „reverse twist" Phänomene reduziert.
Um „reverse twist" zu vermeiden, können auch chirale Dotierungsmittel, welche eine intrinsische Verdrillung mit einer definierten Rotationsrichtung induzieren, dem Flüssigkristall beigefügt werden. Chirale Dotierungsmittel können aber das Problem von „reverse tilt", bei welchem individuelle Bereiche des Flüssig-Kristalls in der falschen Richtung geneigt sind, nicht vermeiden. Die einzige Lösung zu diesem Problem besteht darin, die Richtung des Tilt-Winkels in der Orientierungsschicht vorzugeben.
Es ist nicht nur die Richtung des Tilts, aber auch die Grösse des Tiltwinkels, welche von entscheidender Wichtigkeit ist für das Funktionieren des Flüssigkristall-Displays. Beispielsweise ist in „supertwisted nematic" (STN) LCD's in Abhängigkeit des Verdrillungswinkels ein Tilt-Winkel von mehreren Grad notwendig, um das Auftreten von sogenannten Fingerprint-Strukturen (störende Dislokationen) zu vermeiden. Zudem ist der Schwellenwert der Spannung, die Schaltgeschwindigkeit und der Kontrast von STN LCD's abhängig in einem hochgradig empfindlichen Masse von der Grösse des Tilt-Winkels.
Es wird im Wesentlichen Gebrauch gemacht von Polyimiden als Material für Orientierungsschichten in kommerziellen Flüssigkristall-Displays. Die grosse Zahl von unterschiedlichen Polyimiden, welche für Orientierungsschichten verwendet werden, unterscheiden sich voneinander im Wesentlichen durch den Tilt-Winkel, welcher durch das Reiben erhalten werden kann. Die grossen Tilt-Winkel von 15° oder mehr, welche für verschiedene Anwendungen erforderlich sind, können aber nicht erreicht werden bei Verwendung von geriebenen Polyimiden. Entsprechend decken kommerziell erhältliche Polyimide nur den Bereich von Tilt-Winkeln von ungefähr 0° bis 10° ab.
Abgesehen von deren Charakterisierung durch ihre Orientierungseigenschaften sind Polyimide dadurch gekennzeichnet, dass sie die Leitfähigkeit des Flüssigkristalls nicht sehr erhöhen. Dies ist wichtig insbesondere im Falle von LCD's des „thin-film transistor twisted nematic" (TFT-TN) Typs, in welchem ein Ladungsbetrag im Verlauf einer sehr kurzen Zeitspanne an die Elektroden eines Pixels angelegt wird und anschliessend nicht abfliessen darf aufgrund des Widerstands des Flüssigkristalls. Die Fähigkeit, diese Ladung zu halten und so den Spannungsabfall über dem Flüssigkristall zu halten, wird quantifiziert durch das, was als „Spannungshalte-Verhältnis" (volted holding ratio = VHR) bekannt ist.
Obwohl Polyimide sehr geeignet sind als Orientierungsschichten aufgrund ihrer guten Orientierungseigenschaften und deren TFT-Kompatibilität, so gibt es doch eine Anzahl von ernsthaften Nachteilen, welche weniger mit dem Material selber zu tun haben, als mit der Reibetechnik, welche verwendet wird, um die Orientierung zu erhalten. So wird beispielsweise in hochreinen Produktionsumgebungen Staub produziert durch den beim Reibeprozess abgetragenen Festkörper. Der Reibeprozess produziert zudem elektro-statische Ladungen auf der Oberfläche der Substrate, welche, auf der einen Seite, die Dünnfilm-Transistoren, welche unter jedem Pixel in TFT-LCD's integriert sind, zerstören kann, und welche auf der anderen Seite zusätzlichen Staub anziehen.
Die Reibemethode ist auch Einschränkungen ausgesetzt wegen der zunehmenden Miniaturisierung von LCD's, insbesondere bei deren Verwendung in Projektoren, und das Wachstum in der Zahl von Pixels für hochauflösende Displays resultiert in immer kleineren Elektroden-Strukturen, deren Dimensionen in gewissen Fällen wesentlich kleiner sind als der Durchmesser der Bürstenhaare, welche für das Reiben verwendet werden. Infolge der Topologie der Substrat-Oberflächen in TFT LCD's, welche bestimmt ist durch die Struktur des Dünnfilm-Transistors, gibt es beispielsweise Schattenbereiche, welche überhaupt nicht durch die groben Fasern gerieben werden können.
Schon seit einigen Jahren sind polarisations-empfindliche Photopolymere bekannt, in welchen die Orientierung ohne jeglichen Kontakt bewirkt wird, und zwar durch Einstrahlung mit linear polarisiertem Licht. Auf der einen Seite vermeidet dies die dem Reibeprozess inhärenten Probleme, und auf der anderen Seite, dies im Gegensatz zum Reibeprozess, ist es möglich, unterschiedliche Orientierungsrichtungen in unterschiedlichen Bereichen vorzugeben, beispielsweise unter Verwendung von Masken. In solchen photoorientierbaren Schichten, beispielsweise beschrieben in der Patentschrift US 5'389'698 , wird ein anisotropes Polymer-Netzwerk synthetisiert durch Einstrahlung mit linear polarisiertem Licht, wobei dieses Polymer-Netzwerk generell photostabil ist und seine Orientierung entsprechend nicht durch weitere Orientierung verändert werden kann. Solche Orientierungsschichten, bekannt als „linear photopolymerisierte" (LPP) Orientierungsschichten, und welche auch manchmal als „photoorientierte Polymernetzwerke" (PPN) bezeichnet werden, können hochgradig komplexe Orientierungsmuster aufweisen. Sie werden nicht nur in Flüssigkristall-Displays verwendet, sondern auch bei der Herstellung von anderen optischen Elementen, so beispielsweise als Polarisations-Interferenz-Filter, lineare und cholesterische Polarisations-Filter, optische Verzögerungsschichten, etc.. Um die Nomenklatur zu vereinfachen, werden solche Orientierungsschichten orientiert und vernetzt durch Einstrahlung mit linear polarisiertem Licht, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als LPP-Orientierungsschichten bezeichnet werden, und die Materialien, welche zur Herstellung der Schicht verwendet werden, werden als LPP-Material bezeichnet werden.
Der Tilt-Winkel, welcher für das Funktionieren des LCD's erforderlich ist, kann in LPP-Orientierungsschichten induziert werden durch eine Methode, welche beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP-A-756 193 beschrieben ist, wobei hiermit ausdrücklich auf den Inhalt dieser Schrift Bezug genommen wird. In diesem Verfahren wird das Licht, welches dazu verwendet wird, die LPP-Orientierungsschicht zu vernetzen, schräg auf die Oberfläche gerichtet. Im Gegensatz zur Reibemethode können dabei in Abhängigkeit des verwendeten LPP-Materials Tilt-Winkel von 0° bis 90° erzeugt werden. Selbstverständlich, wie dies bekannt ist für geriebene Orientierungsschichten, hängt auch in LPP-Orientierungsschichten der Tilt-Winkel, welcher auf die Flüssig-Kristalle übertragen wird, nicht nur von dem Orientierungsmaterial selber, sondern auch von der verwendeten Flüssigkristall-Mischung ab.
WO 97/38 349 offenbart Polymer-Komponenten zur Verwendung als Flüssigkristall-Orientierungs-Materialien. Der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert auf diesem Dokument.
Ein Nachteil der LPP-Materialien, welche bis jetzt bekannt sind, besteht darin, dass sie bisher noch nicht die hohen Spannungs-Halte-Verhältnisse der Polyimide, welche speziell für TFT-Displays optimiert worden sind, erreichen konnten.
Überraschenderweise konnte nun gefunden werden, dass die Eigenschaften einer LPP-Orientierungsschicht, wie beispielsweise der Tilt-Winkel, welcher durch die Schicht erzeugt wird, die Oberflächenanfeuchtung, das Spannungshalte-Verhältnis, die Verankerungsenergie, verändert werden können und so angepasst und/oder verbessert werden können durch Einmischen von anderen Polymeren, Oligomeren, oder, wenn angezeigt, auch Monomeren in das Ausgangs-Material für die Herstellung der Orientierungsschicht.
Dies öffnet einen weiten Bereich zur Anpassung von LPP-Orientierungsschichten an einen extrem grossen Bereich von Anforderungen und Verwendungsbereichen.
Entsprechend der Erfindung können besonders interessante Eigenschaften in der Orientierungsschicht/dem Flüssigkristallmedium beeinflusst werden durch die Zugabe einer weiteren Substanz, insbesondere hinsichtlich des Tilt-Winkels, des Halteverhältnisses und der Verankerungs-Energie.
Es ist entsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Material für die Herstellung von Orientierungsschichten mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Material mit den technischen Merkmalen definiert in Anspruch 1. Entsprechende Verfahrensansprüche sind definiert in den Ansprüchen 12 und 13.
Insbesondere der Tilt-Winkel, welcher einer Flüssigkristall-Schicht durch die LPP-Orientierungsschicht auferlegt wird, kann angepasst werden durch die Verwendung einer Mischung von zwei (oder mehr) LPP-Materialien. Der Tilt-Winkel kann variiert werden innerhalb eines grossen Bereichs unter Zuhilfenahme des Mischverhältnisses der LPP-Materialien. Es wurde gezeigt, dass die Grenzwerte für die Tilt-Winkel, welche erhalten werden können, generell vorbestimmt sind durch die individuellen LPP- Materialien, wobei alle dazwischenliegenden Werte erhalten werden können durch Mischen des LPP-Materials. Entsprechend sind für jede gegebene Flüssigkristall-Mischung vorzugsweise zwei LPP-Materialien genügend, um den Tilt-Winkel für die in Frage sthende Verwendung anzupassen und/oder zu optimieren. In anderen Ausführungsbeispielen kann es aber gleichermassen vorteilhaft sein, drei oder mehr LPP-Materialien zu verwenden. Geeignet für die praktische Einstellung von Tilt-Winkeln sind insbesondere Kombinationen von LPP-Materialien, deren „intrinsischer Tilt-Winkel" untereinander vorzugsweise wenigstens ein Grad unterschiedlich sind, insbesondere wenigstens drei Grad unterschiedlich sind. Im vorliegenden Zusammenhand bedeutet „intrinsischer Tilt-Winkel" der Tilt-Winkel, welcher (in einem speziellen Flüssigkristall-Medium) induziert wird durch eine Orientierungsschicht, bestehend ausschliesslich aus dem in Frage stehenden LPP-Material.
Weiterhin, da der Tilt-Winkel, welcher der Flüssigkristall-Schicht auferlegt wird, auch vom Flüssigkristall-Material abhängig ist, ist es auch möglich, den gleichen Tilt-Winkel in unterschiedlichen Flüssigkristall-Mischungen zu induzieren durch Anpassung der Zusammensetzung der LPP-Orientierungsschicht an die in Frage stehende Flüssigkristall-Mischung.
Entsprechend der Erfindung kann die LPP-Orientierungsschicht durch Einmischen von anderen Polymeren, Oligomeren oder Monomeren auch verbessert werden, mit der Wirkung, dass weniger ionische Unreinheiten durch die Orientierungsschicht in die Flüssigkristall-Mischung abgegeben werden, und/oder dass ionische Unreinheiten, welche in der Flüssigkristall-Mischung vorhanden sind, durch die Orientierungsschicht aufgenommen werden, was das Halte-Verhältnis verbessert. Dies kann erreicht werden, beispielsweise vorteilhafterweise bei Verwendung einer Mischung von einem LPP-Material mit einem Polyimid oder einer Vielzahl von Polyimiden als Orientierungs-Material.
Es ist möglich, kommerziell erhältliche Polyimide, welche geeignet sind für TFT-LCD Anwendungen, zu verwenden, in einer Zugabe von wenigen Gewichts-Prozenten zu einem Nicht-Polyimid LPP-Material, um wesentlich das Spannungshalte-Verhältnis zu erhöhen. Infolge der Verdünnung des LPP-Materials durch solche Polyimide, welche nicht über vernetzbare Einheiten verfügen, nimmt die Wahrscheinlichkeit der Vernetzung ab, normalerweise quadratisch mit der Menge des LPP-Materials, und entsprechend nimmt die Einstrahlungs-Energie, welche erforderlich ist, um eine bestimmte Vernetzungs-Rate zu erhalten, zu.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden entsprechend Polyimide – oder deren analoge Polyamid Säuren – verwendet, welche ihrerseits LPP-Materialien sind, d.h. welche auch orientiert und vernetzt werden können durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht. Solche LPP-Polyimide (und Polyamid-Säuren) sind beispielsweise beschrieben in der internationalen Patentanmeldung PCT/IB98/01425 (WO 99/15 576 A) der Rolic AG. Blends von LPP-Materialien enthaltend LPP-Polyimide, welche ihrerseits vernetzbare Einheiten aufweisen, haben den Vorteil, dass der Gehalt an Polyimid erhöht werden kann, ohne dadurch die Vernetzungsrate zu reduzieren. Als eine Konsequenz des hohen Anteils von Polyimid kann das Spannungshalte-Verhältnis weiter erhöht werden. Ein anderer [Vorteil] von hauptsächlich der Vermischung von LPP-Materialien anstelle der Zugabe von Standard-Hauptketten-Polyimiden ist die Mischbarkeit, welche generell besser ist, wenn die molekularen Strukturen der Komponenten, welche miteinander vermischt werden, ähnlicher sind. Im einfachsten Fall enthält das LPP-Material nur zwei LPP-Substanzen, wobei eine davon eine davon eine Polyimid-Hauptkette aufweist.
Ganz besonders vorteilhafte Materialien enthalten wenigstens ein LPP-Polyacrylat und wenigstens ein LPP-Polyimid, weil häufig das Spannungshalte-Verhältnis verbessert werden kann durch ein LPP-Polyimid, während andere Eigenschaften, insbesondere der Tilt-Winkel, besser eingestellt werden kann bei Verwendung eines LPP-Polyacrylates.
Das Verhältnis der zusätzlichen Substanz hängt von den vorliegenden Umständen ab. Generell manifestiert sich der gewünschte Effekt nur, wenn das Verhältnis wenigstens ein halbes Gewichts-Prozent oder mehr ist. In vielen Fällen aber ist ein grösserer Anteil erforderlich oder, beispielsweise aus Sicht der Produktions-Technologie, erwünscht. Beispielsweise ist es so, dass je grösser das Verhältnis gewählt wird, es umso leichter ist, die Substanz und/oder genauer die Eigenschaft, welche dadurch beeinflusst wird, einzustellen durch diese Substanz. Vorzugsweise ist das Verhältnis wenigstens ein Gewichts-Prozent, insbesondere fünf Gewichts-Prozente.
Um jegliche Missverständnisse zu vermeiden, soll es spezifisch herausgestrichen werden, dass die Erfindung keineswegs limitiert ist auf Flüssigkristall-Zellen, in welchen eine Flüssigkristall-Schicht zwischen zwei Orientierungsschichten angeordnet ist; die Erfindung ist gleichermassen geeignet für Verwendungen, in welchen die Flüssigkristalle durch eine einzige Schicht orientiert werden.
Es wird auch verstanden werden, dass entsprechend der Erfindung es möglich ist, nicht nur eine weitere Substanz zu verwenden, sondern auch eine Vielzahl von weiteren Substanzen im LPP-Material, und jede gewünschte Kombination von Polymeren, Oligomeren und Monomeren kann in Betracht gezogen werden.
Die Erfindung wird weiter illustriert werden durch die folgenden Beispiele.
Beispiel 1: LPP-Orientierungsschicht aus einem Material, welches (in einer an sich bekannten Weise) nur eine Substanz aufweist.
In LPP-Materialien, welche die Eigenschaft haben, dass die LPP-Orientierung bewirkt wird durch UV-Einstrahlung parallel zur Polarisationsrichtung des UV-Lichtes, können Tilt-Winkel induziert werden in einem einzigen Einstrahlungs-Schritt. LPP A, dessen Struktur unten dargestellt wird, verfügt über diese Eigenschaft.
LPP A:
LPPA wurde synthetisiert entsprechend dem Verfahren, wie es unter Beispiel 1 in der internationalen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer WO96/10049 beschrieben ist.
Für seine Auftragung auf ein Substrat wurde LPP A als 3 Gew.-%ige Lösung in N-Methyl-Pyrrolidon (NMP) aufgelöst, und während einer halben Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung wurde dann durch Spincoating auf eine Glasplatte während einer Minute bei 2000 U/Min. aufgetragen. Die Schicht wurde anschliessend während 30 Min. auf einer Heizplatte bei 130°C getrocknet.
Für die Photo-Orientierung wurde eine 200 W Extra-Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe verwendet, welche, im Bereich von 300 nm bis 350 nm, eine Intensität von 2 mW/cm² an der Stelle der LPP-Schicht, welche angestrahlt werden sollte, zur Verfügung stellte. Um einen Tilt-Winkel zu induzieren, wurde die beschichtete Glasplatte unter einem Winkel von 40° relativ zur Richtung der Strahlung der UV-Lampe orientiert, und wurde während 25 Min. angestrahlt. Die Richtung der Polarisation des Lichtes lag in der Ebene definiert durch die Platten-Normale und durch die Richtung des UV-Einfalls.
Eine parallele Zelle wurde konstruiert unter Verwendung einer zweiten LPP-beschichteten Glasplatte, welche hergestellt worden war entsprechend der gleichen Methode wie die erste Platte. Die Beabstandung zwischen den Platten war auf 20 μm eingestellt unter Verwendung eines Glasfadens. Die Zelle wurde dann gefüllt mit der nematischen Flüssigkristall-Mischung 7415 von Rolic Research AG, dies bei einer Temperatur von gerade oberhalb des Klarpunktes der Mischung (T_c = 81.6°C) und dann langsam abgekühlt. Der Tilt-Winkel, welcher den Flüssigkristallen auferlegt wurde, wurde optisch unter Zuhilfenahme der Kristallrotations-Methode gemessen. Ein Tilt-Winkel von nur 0.2° wurde erzeugt.
Beispiel 2: LPP-Orientierungsschicht eines weiteren Materials, welches (in einer an sich bekannten Weise) nur eine Substanz aufweist.
Wie LPP A, kann LPP B, dessen Struktur unten dargestellt ist, ebenfalls orientiert werden parallel zur Richtung der Polarisation des UV-Lichtes.
LPP B:
Die Herstellung der Ausgans-Komponente von LPP B ist beschrieben in M. Petrzilka in Miol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 131 (1985). LPP B kann entsprechend hergestellt werden in analoger Weise zum Verfahren wie beschrieben unter Beispiel 6 in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 763 552.
Analog zum Beispiel 1 wurde eine 3%ige Lösung von LPP B in NMP hergestellt. Zwei Glasplatten wurden mit dieser Lösung beschichtet, wie in Beispiel 1 beschrieben, und die zwei LPP-beschichteten Platten wurden schräg mit linear polarisiertem Licht unter einem Winkel von 40% bestrahlt während einer Zeitspanne der Einstrahlung von 25 Min. Unter Verwendung dieser zwei Platten, analog zum Beispiel 1, wurde eine parallele Zelle konstruiert und diese gefüllt mit der Flüssigkristall-Mischung 7415. Ein sehr grosser Tilt-Winkel von 26° wurde anschliessend gemessen, unter Zuhilfenahme der Kristallrotations-Methode.
Beispiel 3: Einfluss einer zweiten Substanz auf den Tilt-Winkel der Orientierungs-Schicht.
Eine Mischung M1 wurde hergestellt, welche bestand aus 95 Gew.-% LPP A und, als weitere Substanz, 5 Gew.-% LPP B. Analog zum Beispiel 1 wurde eine Lösung von 3% M1 in NMP hergestellt. Wie in den oben angegebenen Beispielen wurden zwei Glasplatten damit beschichtet und schräg bestrahlt mit linear polarisiertem UV-Licht. Wiederum, unter Verwendung dieser zwei Platten, wurde eine parallele Zelle konstruiert und diese gefüllt mit der Flüssigkristall-Mischung 7415. Ein Tilt-Winkel von 4° wurde gemessen unter Zuhilfenahme der Kristallrotations-Methode.
Eine weitere Mischung, Mischung M2, welche aus 95 Gew.-% LPP A und 15 Gew.-% LPP B bestand, wurde hergestellt. Zwei Glasplatten wurden beschichtet mit einer Lösung von 3% M2 in NMP und wurden bestrahlt in schräger Weise mit linear polarisiertem UV-Licht. Wiederum wurde, unter Verwendung dieser zwei Platten, eine parallele Zelle konstruiert, und mit der Flüssigkristall-Mischung 7415 gefüllt. Die Messung, unter Zuhilfenahme der Kristallrotations-Methode, resultierte in einem Tilt-Winkel von 7°.
Die gemessenen Tilt-Winkel in den Beispielen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
Beispiel 4: Spannungshalte-Verhältnis (voltage holding ratio)
Der spezifische Widerstand eines Flüssigkristalls in einer Flüssigkristall-Zelle ist im Wesentlichen bestimmt durch die ionischen Unreinheiten, welche bereits im reinen Flüssigkristall vor seinem Einfüllen in die Zelle vorhanden sind und durch die Ionen, welche zusätzlich aus den Orientierungsschichten herausgelöst werden. Je kleiner der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls, umso schneller wird die Ladung, welche am Pixel nur während einer kurzen Zeitspanne von typischerweise 64 μs angelegt wird, abfliessen, das bedeutet, umso kleiner wird das Spannungshalte-Verhältnis sein.
Um das Spannungshalte-Verhältnis zu messen, wurde eine 90° Rotations-Zelle konstruiert in jedem Fall. Im vorliegenden Beispiel wurden zu diesem Zweck zwei ITO-beschichtete Glasplatten analog zum Beispiel 1 beschichtet durch Spincoating mit einer 3%-igen LPP A Lösung. Im Gegensatz zum Beispiel 1 wurden die Schichten aber während einer Std. bei 180°C getrocknet. Die zwei Platten wurden dann photoorientiert unter Zufhilfenahme von Einstrahlung mit linear polarisiertem UV-Licht. Die beiden Platten wurden dann zusammengesetzt unter Bildung einer Flüssigkristall-Zelle, derart, dass die zwei Orientierungsrichtungen unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet waren. Ein Befüllen der Zelle mit der nematischen Flüssigkristall-Mischung 8988 von Rolic Research AG produzierte eine 90° Rotations-Zelle. Die 90° Rotation wurde durch die Tatsache festgestellt, dass die Zelle hell zwischen gekreuzten Polarisatoren erschien und dunkel zwischen parallelen Polarisatoren.
Die Messung des ohmschen Widerstandes der Zelle zeigte den spezifischen Widerstand der Flüssigkristall-Zelle als 8.6 × 10¹⁰ Ωm. Bei einer Bildrate von 20 ms zwischen zwei anschliessenden Ladungspulsen war das Resultat ein Spannungshalte-Verhältnis von 99.7%.
Nach der Messung wurde die Zelle während drei Std. bei 120°C aufbewahrt. Nach dem Hitzetest war der spezifische Widerstand der Flüssigkristall-Zelle auf 2.8 × 10¹⁰ Ωm gefallen, d.h. er war ungefähr um einen Faktor drei kleiner, was einem Spannungshalte-Verhältnis von 99.2% entspricht.
Beispiel 5: Verbesserung des Spannungshalte-Verhältnisses durch eine zweite Substanz im Material der Orientierungsschicht.
In diesem Beispiel wurde eine Orientierungsschicht hergestellt aus einer Polymer-Mischung M3, welche aus 90 Gew.-% LPP A (vergleiche Beispiel 1) und 10 Gew.-% Polyimid SE5291, erhältlich von Nissan Chemical Industries, bestand. Das Polyimid SE5291 stand zur Verfügung in Form einer 6%-igen Lösung in einem Lösungsmitel L1, welches auch 14 Gew.-% Diglykol Monomethylether und 86 Gew.-% γ-Butyrolakton besteht. Um eine 3%-ige Polyimid-Lösung zu erhalten, wurde die kommerzielle Lösung entsprechend zunächst mit 50% der Lösungsmittel-Mischung L1 verdünnt. Eine zweite Lösung aus 3 Gew.-% LPP A in L1 wurde parallel dazu hergestellt. Die Polyimid-Lösung und die LPP A Lösung wurden dann zusammen gerührt in einem Verhältnis von 1:9.
Zwei ITO-beschichtete Glasplatten wurden analog zum Beispiel 4 beschichtet, dies mit der 3%-igen Lösung der Polymer-Mischung M3 in L1, die Platten wurden photoorientiert und am Ende wurde eine 90° TN-Zelle konstruiert daraus und wiederum gefüllt mit der Flüssigkristall-Mischung 8988.
Der spezifische widerstand des Flüssigkristalls wurde bestimmt als 17.6 × 10¹⁰ Ωm, was einem Spannungshalte-Verhältnis von 99.9% entspricht. Verglichen mit der Zelle mit einer reinen LPP A Orientierungsschicht im Beispiel 4 wurde entsprechend der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls in der Zelle mit der Orientierungsschicht aus der Polymermischung M3 also verdoppelt.
Wie in Beispiel 4 wurde dann die Zelle während 3 Std. bei 120°C gelagert. Nach dem Hitzetest fiel der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls auf 7.9 × 10¹⁰ Ωm, was einem Spannungshalte- Verhältnis von 99.7% entspricht. Der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls nach dem Hitzetest war entsprechend drei mal höher als im Beispiel 4, wo das reine LPP A als Orientierungsschicht verwendet wurde.
Die spezifischen Widerstands-Werte, welche in den Beispielen gemessen worden sind, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Claims

Material zur Herstellung einer Orientierungsschicht für ein Flüssigkristallmedium, wobei das Material eine erste Substanz enthält, welche orientiert und vernetzt werden kann durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht sowie wenigstens eine weitere Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Substanz ein Polyimid oder eine Polyamidsäure ist.
Material nach Anspruch 1, welches zwei oder mehr Polyimide oder Polyamidsäuren enthält.
Material nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Spannungshalteverhältnis von einer Orientierungsschicht erhalten ausgehend von einem solchen Material und einem daran grenzenden Flüssigkristallmedium verbessert ist im Vergleich zu einer Orientierungsschicht ohne die weitere Substanz oder die weiteren Substanzen.
Material nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die weitere Substanz oder die weiteren Substanzen anwesend sind/ist in einem Anteil von wenigstens einem halben Gew.-%.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die weitere Substanz oder die weiteren Substanzen anwesend sind/ist in einer Proportion von wenigstens 1 Gew.-%.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die weitere Substanz oder die weiteren Substanzen anwesend ist/sind in einer Proportion von wenigstens 5 Gew.-%.
Material nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die weitere Substanz orientiert und vernetzt werden kann durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht.
Material nach einem der voranstehenden Ansprüche, welches drei oder mehr Substanzen enthält, welche orientiert und vernetzt werden können durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht.
Material nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Substanzen ein Polyacrylat ist.
Orientierungsschicht für ein Flüssigkristallmedium, welches ein Material nach einem der voranstehenden Ansprüche enthält.
Optisches oder elektro-optisches Bauteil mit wenigstens einer Orientierungsschicht nach Anspruch 10.
Verfahren zur Herstellung einer Orientierungsschicht für ein Flüssigkristallmedium unter Verwendung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren der Zufügung einer Substanz in einer wirksamen Menge zu einem Material für die Herstellung einer Orientierungsschicht für ein Flüssigkristallmedium, wobei das Material eine erste Substanz aufweist, welche orientiert und vernetzt werden kann durch die Einwirkung von linear polarisiertem Licht, wobei die wenigstens eine zusätzliche Substanz ein Polyimid oder eine Polyamidsäure ist, um ein verbessertes Spannungshalteverhältnis der Orientierungsschicht und daran grenzendem Flüssigkristallmedium zu erhalten.