FR2792736A1 - Dispositif d'affichage a cristal liquide - Google Patents
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Abstract
Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la présente invention comprend des premier et second substrats, une première couche d'alignement sur le premier substrat, cette première couche d'alignement comprenant une polyéthylèneimine et une couche de cristal liquide entre les premier et second substrats.
Description
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DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAL LIQUIDE
La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristal liquide, et plus particulièrement un dispositif d'affichage à cristal liquide ayant une couche d'alignement comprenant des matériaux photosensibles.
La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristal liquide, et plus particulièrement un dispositif d'affichage à cristal liquide ayant une couche d'alignement comprenant des matériaux photosensibles.
On sait qu'un cristal liquide consiste de molécules anisotropes. La direction moyenne des axes longs des molécules cristal liquide est appelée le directeur du cristal liquide. La distribution du directeur dans un cristal liquide est déterminée par l'énergie d'ancrage sur un substrat et est caractérisée par un directeur correspondant à un minimum de l'énergie de surface du cristal liquide et de l'énergie d'ancrage. Le directeur est modifié par un champ électrique créé pendant le fonctionnement d'un dispositif d'affichage à cristal liquide (LCD). Un LCD comprend deux substrats opposés entre lesquels se trouve un cristal liquide.
En général, afin d'obtenir une luminosité uniforme et un taux de contraste élevé, il est nécessaire d'aligner les molécules de cristal liquide de manière uniforme dans la cellule de cristal liquide. Plusieurs techniques utilisant des polymères ont été proposées pour obtenir un alignement homogène mono-domaine ou à domaine unique de cristaux liquides. En particulier il est connu que des matériaux à base de polyimide ou de polysiloxane présentent une qualité élevée et une bonne thermostabilité.
La technique utilisée le plus souvent comme méthode d'alignement afin d'obtenir une cellule à cristal liquide mono-domaine implique la formation de microsillons sur la surface du polymère d'alignement, qui permet d'obtenir un alignement stable et un ancrage fort. Selon la technique mentionnée ci-dessus, appelée méthode de frottement, un substrat revêtu d'un polymère d'alignement est frotté avec un tissu.
La méthode de frottement est une bonne méthode qui peut être appliquée à des LCD de grande taille et qui est donc utilisée largement dans l'industrie.
La méthode de frottement présente cependant plusieurs inconvénients importants. Compte tenu du fait que la forme des micro-sillons formés sur la couche d'alignement dépend du tissu de frottement et de l'intensité de frottement, l'alignement résultant du cristal liquide est souvent hétérogène, entraînant une distorsion de phase et une diffusion de lumière. En outre, une décharge électrostatique (ESD - acronyme anglais pour electrostatic discharge ) provoquée par le frottement de la surface de polymère entraîne en outre une contamination par de la poussière dans un panneau LCD, diminuant le rendement de production et endommageant le substrat.
Afin de résoudre ces problèmes, on a proposé une méthode de photo-alignement utilisant une lumière ultraviolette polarisée envoyée sur un polymère photo-
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sensible afin de photo-polymériser le polymère (A. Dyadyusha, V. Kozenkov et al., Ukr. Fiz. Zhurn., 36 (1991) 1059 ; W. M. Gibbons et al., Nature, 351 (1991) 49 ; M.
Schadt et al., Jpn. J. Appl. Phys., 31 (1992) 2155 ; T. Ya. Marusii & Yu. A. Reznikov, Mol. Mal., 3 (1993) 161 ; EP 0525478 ; et brevet U.S. N 5 538 823 - un brevet concernant le polyvinyl-fluoro cinnamate). La capacité d'alignement du polymère photosensible est déterminée par l'anisotropie du polymère photosensible induite par l'exposition à la lumière ultraviolette.
Dans la méthode de photo-alignement, on confère à une couche d'alignement une direction d'alignement en exposant un substrat revêtu d'un matériau de photoalignement à une lumière ultraviolette polarisée linéairement. La couche de photoalignement comprend un polymère à base de polyvinyl-cinnamate (PVCN) et lorsque exposé à une lumière ultraviolette polarisée linéairement, le polymère polymérise par réticulation. La réticulation est provoquée dans le polymère par l'énergie de la lumière ultraviolette.
En termes de la direction du matériau photopolymérisé, la direction d'alignement de la couche de photo-alignement présente une direction spécifique par rapport à la direction de polymérisation de la lumière ultraviolette polarisée linéairement. La direction d'alignement de la couche de photo-alignement est déterminée par la direction du matériau photopolymérisé. L'angle de pré-inclinaison de la couche de photo-alignement est déterminé par la direction d'incidence et l'énergie d'irradiation de la lumière ultraviolette envoyée. Cela signifie que la direction de l'angle de pré-inclinaison et l'angle de pré-inclinaison de la couche de photo-alignement sont déterminés par la direction de polarisation et l'énergie d'irradiation de la lumière ultraviolette envoyée.
En ce qui concerne le photo-alignement, un polariseur est tourné à un angle arbitraire sur chaque domaine du LCD. Ensuite, après avoir envoyé la lumière ultraviolette, la direction de polarisation est changée, ce par quoi on obtient une cellule LCD multidomaines présentant des domaines multiples ayant des directions d'alignement différentes les uns par rapport aux autres.
La méthode de photo-alignement présente, cependant, plusieurs inconvénients.
Elle est par exemple impossible à appliquer à grande échelle. Plus important encore, la faible photo-sensibilité du matériau de photo-alignement conduit à une perte d'anisotropie et de thermostabilité.
En utilisant des techniques conventionnelles, l'exposition à la lumière ultraviolette prend longtemps, de 5 environ à aussi longtemps que 10 minutes. La faible photosensibilité et la faible anisotropie rendent l'énergie d'ancrage de la couche de photo-alignement finale faible. De plus, lorsque le cristal liquide est injecté dans le panneau à cristal liquide, il est nécessaire que l'injection se fasse à température
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élevée. Une faible thermostabilité induit un effet de fluage sur les substrats, qui peut être observée sous forme d'un motif en vaguelettes dans le cristal liquide lors de l'injection entre les substrats. Enfin, la désinclinaison due à l'alignement nonuniforme du cristal liquide reste un problème à résoudre.
La présente invention concerne donc un LCD qui permet de résoudre sensiblement un ou plusieurs des problèmes dus aux limitations et inconvénients de l'art antérieur.
Un des objets de la présente invention est de fournir un dispositif d'affichage à cristal liquide avec une couche d'alignement, comprenant des matériaux présentant une bonne thermostabilité et photosensibilité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront décrits dans la description qui suit et apparaîtront en partie à la lecture de la description ou à la mise en pratique de l'invention. Les buts et autres avantages de l'invention sont réalisés et atteints par la structure particulièrement expliquée dans la description écrite et les revendications.
Afin d'atteindre ces avantages et d'autres, selon le but de la présente invention, le dispositif d'affichage à cristal liquide de la présente invention comprend des premier et second substrats, une première couche d'alignement sur le premier substrat dans lequel la première couche d'alignement comprend une polyéthylèneimine et une couche de cristal liquide entre les premier et second substrats.
La polyéthylèneimine est
N##R, R2 R Il, #. (rn 10-10,000) --C-CH=CH Il Xi X2 (R, est (XI et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CH3. xFx(x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène,
fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCnH2n+i~xF, (n = 1-10, x = 0-
N##R, R2 R Il, #. (rn 10-10,000) --C-CH=CH Il Xi X2 (R, est (XI et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CH3. xFx(x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène,
fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCnH2n+i~xF, (n = 1-10, x = 0-
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2n+l), et R2, R3, R4, R5 sont choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor,
chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-,F" OClIH2ii+l-\F\ (ii = 1-10, x = 0-2n+1). En outre, la polyéthylèneimine est
(S (espaceur) est (CH2)mO, (CH2)mN. (CH2)m (m = 0-10), R, est
(X1 et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CF3-xFx. (x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano,
N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCnH2n+,.J\ (n = 1-10, x = 0-2n+l), et R2, R3, R4, R5 sont choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCIlH21l+1-,F, (n = I-10, x = 0-2n+l).
chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-,F" OClIH2ii+l-\F\ (ii = 1-10, x = 0-2n+1). En outre, la polyéthylèneimine est
(S (espaceur) est (CH2)mO, (CH2)mN. (CH2)m (m = 0-10), R, est
(X1 et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CF3-xFx. (x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano,
N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCnH2n+,.J\ (n = 1-10, x = 0-2n+l), et R2, R3, R4, R5 sont choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+i-xFx, OCIlH21l+1-,F, (n = I-10, x = 0-2n+l).
Le dispositif d'affichage à cristal liquide de la présente invention comprend de préférence une seconde couche d'alignement sur le second substrat. La seconde couche d'alignement comprend un matériau choisi dans le groupe constitué par un polymère pyranose, un polymère furanose, un polyvinylcinnamate, polysiloxane cinnamate, polyvinyle alcool, polyamide, polyimide, acide polyamique et dioxyde de silicium.
La première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux domaines pour piloter les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide de manière différente dans chaque domaine et la première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux parties pour aligner les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide de manière différente dans chaque partie.
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La couche de cristal liquide comprend des molécules de cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique positive ou négative.
Il est entendu que aussi bien la description générale ci-dessus que la description détaillée qui suit sont faits à titre d'exemple et à des fins d'explication et visent à fournir une explication supplémentaire de l'invention telle que revendiquée.
Selon un aspect de l'invention, la polyéthylèneimine comprend des constituants photosensibles.
Selon un autre aspect de l'invention, le constituant photosensible comprend un matériau choisi dans le groupe constitué par les dérivés de cinnamoyle.
Selon encore un aspect de l'invention, le dérivé cinnamoyle comprend au moins un membre choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano,
N02, CH3, Oui13, CF3, OCF3, CnHz"+i-.F, (Il= 1-10, x = 0-2n+l), OCnH2n+I-...F, (n = I-10, x = 0-2n+I ), C6H5-,F, (n = 1 - 10, x = 0-5), C(I-LOCnH2n+I-...F... (n = 1-10, x = 0-2n+1).
N02, CH3, Oui13, CF3, OCF3, CnHz"+i-.F, (Il= 1-10, x = 0-2n+l), OCnH2n+I-...F, (n = I-10, x = 0-2n+I ), C6H5-,F, (n = 1 - 10, x = 0-5), C(I-LOCnH2n+I-...F... (n = 1-10, x = 0-2n+1).
D'après un aspect de l'invention, la polyéthylèneimine est
N R1 Ri R Rry~R5 (rn 10-10,000) --C-CH=CH y Xi X2 Ri est et. X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, N02, CH3-xFx, (x = 0-3) ; est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor,
chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2,,.,-.F OCnH2n+l-xF... (n = 1-10, x = 0-2n+1), et R2, R3, R4, R5 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-...Fx, OCnH2n+I....F... (n = 1 -10, x = 0-2n+l).
N R1 Ri R Rry~R5 (rn 10-10,000) --C-CH=CH y Xi X2 Ri est et. X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, N02, CH3-xFx, (x = 0-3) ; est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor,
chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2,,.,-.F OCnH2n+l-xF... (n = 1-10, x = 0-2n+1), et R2, R3, R4, R5 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-...Fx, OCnH2n+I....F... (n = 1 -10, x = 0-2n+l).
Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend un groupe d'espacement entre la polyéthylèneimine et le constituant photosensible.
Selon un autre aspect de l'invention, le groupe d'espacement est choisi dans le groupe constitué par (CH2)mO, (CH2)mN, (CH2)m (m = 0-10).
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Le dispositif selon un autre aspect de l'invention comprend en outre une seconde couche d'alignement sur le second substrat.
Selon un aspect de l'invention, la seconde couche d'alignement comprend un matériau choisi dans le groupe constitué par le polymère pyranose, polymère furanose, polyvinyle cinnamate, polysiloxane cinnamate, polyvinyle alcool, polyamide, polyimide, acide polyamique, et dioxyde de silicium.
Selon un autre aspect de l'invention, la première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux domaines pour piloter les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide différemment dans chaque domaine.
Selon encore un autre aspect de l'invention, la première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux parties pour aligner les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide différemment dans chaque partie.
Selon un aspect de l'invention, la couche de cristal liquide comprend des molécules de cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique positive.
Selon un autre aspect de l'invention, la couche de cristal liquide comprend des molécules de cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique négative.
Selon un autre aspect, les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon planaire par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
Selon encore un aspect de l'invention, les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon homéotrope par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
Selon un autre aspect de l'invention, les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon inclinée par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
Selon un aspect de l'invention, les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon hélicoïdale par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
Selon encore un autre aspect, les molécules de cristal liquide.dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon planaire par rapport à la surface de l'un des substrats parmi les premier et second substrats, et sont alignées de façon homéotrope par rapport à la surface de l'autre substrat.
Les dessins en annexe illustrent des modes de réalisation de l'invention et visent à expliquer les principes de l'invention. Ils montrent :
Figure 1 : une courbe de la transmittance en fonction du voltage dans le dispositif d'affichage à cristal liquide à alignement homéotrope, selon un mode de réalisation de la présente invention ; et
Figure 1 : une courbe de la transmittance en fonction du voltage dans le dispositif d'affichage à cristal liquide à alignement homéotrope, selon un mode de réalisation de la présente invention ; et
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Figure 2 : courbe de la transmittance en fonction du voltage dans un dispo- sitif d'affichage à cristal liquide à alignement planaire selon un mode de réalisation de la présente invention.
Il sera fait dans ce qui suit référence en détail aux modes de réalisation préférés de la présente invention. Selon un mode de réalisation de la présente invention, on utilise un polyéthylène cinnamate (PECN) comme matériau de photoalignement afin d'améliorer la sensibilité d'une couche de photoalignement pour un dispositif à cristal liquide et afin d'obtenir un ancrage thermostable du cristal liquide. Plusieurs formes différentes de PECN appropriées pour l'utilisation de la présente invention, sont obtenues sous forme de dérivés du polyéthylèneimine et du chlorure de cinnamoyle ayant des taux de substitution variés.
On prépare d'abord de l'acide cinnamique en faisant réagir du benzaldéhyde avec de l'acide malonique dans la pyridine et la pipéridine. On fait réagir ensuite l'acide cinnamique avec le chlorure de thionyle pour obtenir un dérivé de chlorure de cinnamoyle. On synthétise enfin le PECN en faisant réagir le PECN avec le dérivé de chlorure de cinnamoyle dans un solvant inerte (par exemple chloroforme, nitrobenzène, chlorobenzène, ou similaires). On dilue le mélange réactionnel au méthanol, filtre, sèche, sous-vide et broie au broyeur vibrateur pour obtenir le PECN. Le PECN fournit un bon alignement planaire ou homéotrope du cristal liquide, en particulier l'alignement homéotrope présente une anisotropie dans l'angle azimutal lorsque l'on y applique un voltage.
Un procédé de formation d'une couche d'alignement avec du PECN selon un mode de réalisation selon la présente invention comprend les étapes suivantes : un substrat de verre revêtu par centrifugation séché et soumis à un traitement thermique en utilisant la solution PECN afin de former une couche d'alignement. La couche d'alignement est irradiée par une lumière ultraviolette polarisée afin d'induire une anisotropie dans le PECN. Les substrats de verre obtenus tel que décrit ci-dessus sont stratifiés de manière à être en face l'un de l'autre et ensuite on fabrique la cellule de cristal liquide en injectant le cristal liquide en phase nématique ou isotrope.
Formation d'un alignement homéotrope dans un dispositif d'affichage à cristal liquide en mode homéotrope 1. Formation d'une couche à cristal liquide PECN sur le substrat
On dissout du polyéthylèneimine 4-pentoxycinnamate dans du dichloroéthane à 50 g/1, la solution est déposée sur un substrat de verre et étalée par centrifugation à une vitesse de rotation de 2000 tours/minute pendant 10 à 30 secondes. On obtient un film ayant une épaisseur d'environ 0,1 m et le film obtenu est immédiatement séché pendant 1 heure afin d'éliminer le solvant sur le substrat.
On dissout du polyéthylèneimine 4-pentoxycinnamate dans du dichloroéthane à 50 g/1, la solution est déposée sur un substrat de verre et étalée par centrifugation à une vitesse de rotation de 2000 tours/minute pendant 10 à 30 secondes. On obtient un film ayant une épaisseur d'environ 0,1 m et le film obtenu est immédiatement séché pendant 1 heure afin d'éliminer le solvant sur le substrat.
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2. traitement de photoalignement
La couche PECN sur le substrat est irradiée avec de la lumière ultraviolette polarisée provenant d'une lampe HG à 250 à 500 watts. Une lumière polarisée linéairement est obtenue en faisant passer la lumière à travers une lentille de quartz et un prisme Glan-Thomson. L'intensité de la lumière (I0) de la lumière est de 10 mW/cm2 sur la couche d'alignement. L'irradiation par la lumière est réalisée deux fois. Lors de la première irradiation, la lumière ultraviolette est envoyée perpendiculairement sur le substrat et la direction de polarisation de la lumière ultraviolette est perpendiculaire à un côté du substrat. La durée d'irradiation est de 5 à 20 minutes. Lors de la seconde irradiation, la lumière ultraviolette est envoyée à 45 d'inclinaison sur le substrat et la direction de polarisation de la lumière ultraviolette est tournée par rapport à la direction de polarisation de la lumière ultraviolette lors de la première irradiation. La durée d'irradiation est de 10 à 30 secondes.
La couche PECN sur le substrat est irradiée avec de la lumière ultraviolette polarisée provenant d'une lampe HG à 250 à 500 watts. Une lumière polarisée linéairement est obtenue en faisant passer la lumière à travers une lentille de quartz et un prisme Glan-Thomson. L'intensité de la lumière (I0) de la lumière est de 10 mW/cm2 sur la couche d'alignement. L'irradiation par la lumière est réalisée deux fois. Lors de la première irradiation, la lumière ultraviolette est envoyée perpendiculairement sur le substrat et la direction de polarisation de la lumière ultraviolette est perpendiculaire à un côté du substrat. La durée d'irradiation est de 5 à 20 minutes. Lors de la seconde irradiation, la lumière ultraviolette est envoyée à 45 d'inclinaison sur le substrat et la direction de polarisation de la lumière ultraviolette est tournée par rapport à la direction de polarisation de la lumière ultraviolette lors de la première irradiation. La durée d'irradiation est de 10 à 30 secondes.
3. Stratification de la cellule et injection du cristal liquide
Les deux substrats obtenus suivant le procédé décrit ci-dessus sont stratifiés en maintenant une épaisseur de cellule à l'aide d'espaceurs de 5 à 6 m. Un cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique négative y est injecté par force capillaire à une température au-dessus de TNI (température de transition de phase négativeisotrope : point de clarification). Ensuite, l'état de la cellule passe à l'état d'équilibre en 10 minutes. En conséquence, la cellule de cristal liquide a un alignement homéo- trope et si un domaine n'est pas traité par photoalignement, l'alignement homéotrope est observé également dans ce domaine.
Les deux substrats obtenus suivant le procédé décrit ci-dessus sont stratifiés en maintenant une épaisseur de cellule à l'aide d'espaceurs de 5 à 6 m. Un cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique négative y est injecté par force capillaire à une température au-dessus de TNI (température de transition de phase négativeisotrope : point de clarification). Ensuite, l'état de la cellule passe à l'état d'équilibre en 10 minutes. En conséquence, la cellule de cristal liquide a un alignement homéo- trope et si un domaine n'est pas traité par photoalignement, l'alignement homéotrope est observé également dans ce domaine.
La couche PECN présente une anitropie sur sa surface qui pourrait être observée lorsqu'un voltage est appliqué. Autrement dit, lorsqu'un champ électrique est créé, les directeurs du cristal liquide sont inclinés de manière uniforme dans une direction opposée à la direction de l'irradiation inclinée. Les directeurs du cristal liquide sont modifiés par un champ électrique, dans une direction perpendiculaire à la direction de polarisation de la lumière d'irradiation. La figure 1 est une courbe de la transmittance en fonction du voltage d'un dispositif d'affichage,à cristal liquide à alignement homéotrope, selon un mode de réalisation de la présente invention. La cellule de cristal liquide est normalement en mode noir, le directeur est incliné dans une direction opposée à la direction d'inclinaison où la lumière d'irradiation lorsqu'on y applique un voltage et la lumière est transmise selon les directeurs. La courbe de la transmittance en fonction du voltage montre que la cellule est stable par rapport au temps et à la température.
Ainsi, le matériau de la couche d'alignement de la présente invention fournit un alignement uniforme et la direction incidente de la lumière ultraviolette détermine la direction d'inclinaison des directeurs. De ce qui précède, il suit qu'il est donc possible
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de former une structure multidomaine qui comprend des régions dont les directions d'alignement sont différentes, de manière à pouvoir fabriquer un dispositif d'affichage à cristal liquide ayant des caractéristiques de contraste élevé et un angle de vue large.
Formation d'un alignement planaire dans un dispositif d'affichage à cristal liquide en mode nématique en hélice 1. Formation d'une couche d'alignement PECN sur le substrat
On dissout de la polyéthylèneimine 4-fluorocinnamate dans un dichloroéthane à 50 g/l. on dépose la solution sur un substrat en verre et on étale par centrifugation à une vitesse de rotation de 2000 tours/minutes, pendant 10 à 30 secondes. On obtient un film ayant une épaisseur d'environ 0,1 m et le film obtenu est immédiatement séché à 100 pendant 1 heure, afin d'éliminer le solvant du substrat.
On dissout de la polyéthylèneimine 4-fluorocinnamate dans un dichloroéthane à 50 g/l. on dépose la solution sur un substrat en verre et on étale par centrifugation à une vitesse de rotation de 2000 tours/minutes, pendant 10 à 30 secondes. On obtient un film ayant une épaisseur d'environ 0,1 m et le film obtenu est immédiatement séché à 100 pendant 1 heure, afin d'éliminer le solvant du substrat.
2. Traitement de photoalignement
La couche PECN sur le substrat est irradiée avec une lumière ultraviolette polarisée provenant d'une lampe HG à 250 à 500 W. Une lumière polarisée linéairement est obtenue en faisant passer la lumière à travers une lentille de quartz et un prisme Gan-Thomson. L'intensité de la lumière (I0) est de 10 mw/cm2sur la couche d'alignement. Lors de l'irradiation par la lumière, la lumière ultraviolette est irradiée perpendiculairement sur le substrat et la direction de polarisation (Euv) de la lumière ultraviolette est perpendiculaire à un côté du substrat. La durée d'irradiation est de 5 à 15minutes.
La couche PECN sur le substrat est irradiée avec une lumière ultraviolette polarisée provenant d'une lampe HG à 250 à 500 W. Une lumière polarisée linéairement est obtenue en faisant passer la lumière à travers une lentille de quartz et un prisme Gan-Thomson. L'intensité de la lumière (I0) est de 10 mw/cm2sur la couche d'alignement. Lors de l'irradiation par la lumière, la lumière ultraviolette est irradiée perpendiculairement sur le substrat et la direction de polarisation (Euv) de la lumière ultraviolette est perpendiculaire à un côté du substrat. La durée d'irradiation est de 5 à 15minutes.
3. Stratification de la cellule et injection du cristal liquide
On compose une cellule avec le substrat obtenu selon le procédé décrit cidessus, et un autre substrat avec une couche polyimide traitée par frottement.
On compose une cellule avec le substrat obtenu selon le procédé décrit cidessus, et un autre substrat avec une couche polyimide traitée par frottement.
La direction de frottement de la couche de polyimide et la direction d'alignement des directeurs de cristal liquide à sa surface sont parallèles aux longs côtés du substrat. L'angle de préinclinaison (#P1) de la surface du substrat est d'environ 1 , ce qui fournit une énergie d'ancrage forte des directeurs du cristal liquide. Les deux substrats ci-dessus sont stratifiés, en maintenant une épaisseur de cellule à l'aide d'espaceurs de 5 à 6 m. Un cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique positive (cristal liquide ZLI 4801) est injecté dans la cellule à une température de 90 en phase isotrope.
La couche PECN dans la cellule à cristal liquide fournit une bon alignement homogène. Si la direction de polarisation de la lumière incidente est parallèle au long côté du substrat, on peut obtenir une bonne structure nématique en hélice à 90 .
D'autre part, si la direction de polarisation de la lumière incidente est perpendiculaire au long côté du substrat, on obtient une structure homogène. Ce fait signifie que l'axe d'alignement est perpendiculaire à la direction de polarisation de la lumière ultra-
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violette et que le matériau d'alignement fournit une énergie d'ancrage forte au cristal liquide.
La figure 2 est une courbe de la transmittance en fonction du voltage, dans un dispositif d'affichage à cristal liquide à alignement planaire, selon un mode de réalisation de la présente invention, et montre que la cellule est stable par rapport au temps et à la température.
A partir de ce qui a été décrit ci-dessus, on démontre que le matériau d'alignement de la présente invention peut être appliqué à tous les traitements de photoalignement. Par exemple, il est possible de réaliser le traitement d'alignement du PECN, non seulement deux fois par irradiation par lumière polarisée, mais également une fois par irradiation inclinée avec une lumière non polarisée. En outre, l'irradiation inclinée induit un alignement incliné du cristal liquide et la modification de la durée d'irradiation, du traitement thermique, des paramètres du dépôt par centrifugation contrôlent l'énergie d'ancrage et l'angle de préinclinaison.
Les modes de réalisation de la présente invention seront maintenant décrit plus en détail. Il bien entendu que ces exemples ne sont donnés qu'à titre illustratif et que la présente invention n'est pas limitée aux conditions, matériaux, ou dispositifs décrits ici.
EXEMPLE 1 Synthèse de l'acide 4-fluorocinnamique
On fait bouillir un mélange de 0,1 mole de 4-fluorobenzaldéhyde, 0,15 mole d'acide malonique et 0,1 ml de pipéridine dans 30 ml de pyridine pendant 10 heures, on refroidit et on traite par 150 ml de HCI à une concentration de 10 %. On filtre le précipité et on le recristallise dans l'éthanol. Le rendement en acide 4-fluorocinnamique est de 68 % et son point de fusion est de 211 C.
On fait bouillir un mélange de 0,1 mole de 4-fluorobenzaldéhyde, 0,15 mole d'acide malonique et 0,1 ml de pipéridine dans 30 ml de pyridine pendant 10 heures, on refroidit et on traite par 150 ml de HCI à une concentration de 10 %. On filtre le précipité et on le recristallise dans l'éthanol. Le rendement en acide 4-fluorocinnamique est de 68 % et son point de fusion est de 211 C.
On prépare les composés suivants d'une façon analogue : acide 2-fluoro cinnamique ; acide 3-fluoro cinnamique ; acide 3-chloro cinnamique ; acide 4-chloro cinnamique ; acide 2-méthyl cinnamique ; acide 4-phényl cinnamique ; acide 4-méthoxy cinnamique ; acide 4-pentoxy cinnamique ; acide 4-heptyloxy cinnamique ; acide 4-nonyloxy cinnamique ; acide 4-(4-pentoxyphényl)cinnamique ; acide 4-trifluorométhoxy cinnamique ;
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acide 4-trifluorométhyl cinnamique ; acide 4-pentyl cinnamique ; et acide 4-méthoxy-3-fluorocinnamique.
EXEMPLE 2 Synthèse de polyéthylèneimine cinnamate
On chauffe un mélange de 0,05 mole de chlorure de cinnamoyle (obtenu à partir de l'acide cinnamique préparé dans l'exemple 1), un excès de chlorure de thionyle et une quantité catalytique de diméthyl formamide), 0,04 mole de poly- éthylèneimine, et 0,06 mole de pyridine dans 40 ml de chloroforme, pendant 24 heures, à 20 C, on refroidit et on dilue au méthanol. Le produit réactionnel est filtré, lavé au méthanol et à l'eau, séché sous vide et ensuite broyé à l'aide d'un broyeur vibrant. Le rendement en cinnamate de polyéthylèneimine est d'environ 60 à 90%. La chromatographie en couche mince révèle qu'il n'y a plus d'acide cinnamique dans les produits réactionnels.
On chauffe un mélange de 0,05 mole de chlorure de cinnamoyle (obtenu à partir de l'acide cinnamique préparé dans l'exemple 1), un excès de chlorure de thionyle et une quantité catalytique de diméthyl formamide), 0,04 mole de poly- éthylèneimine, et 0,06 mole de pyridine dans 40 ml de chloroforme, pendant 24 heures, à 20 C, on refroidit et on dilue au méthanol. Le produit réactionnel est filtré, lavé au méthanol et à l'eau, séché sous vide et ensuite broyé à l'aide d'un broyeur vibrant. Le rendement en cinnamate de polyéthylèneimine est d'environ 60 à 90%. La chromatographie en couche mince révèle qu'il n'y a plus d'acide cinnamique dans les produits réactionnels.
EXEMPLE 3 Synthèse de polyéthylèneimine cinnamate hydroxyéthylée On chauffe un mélange de 0,05 mole de chlorure cinnamoyle (obtenu à partir de l'acide cinnamique préparé dans l'exemple 1), un excès de chlorure de thionyle et une quantité catalytique de diméthyl formamide), 0,01 mole de polyéthylèneimine hydroxyéthylée, et 0,06 mole de pyridine dans 20 ml de nitrobenzène, pendant 24 heures, à 80 C. On refroidit et on dilue au méthanol. Le produit réactionnel est filtré, lavé au méthanol et à l'eau, séché sous vide et broyé ensuite à l'aide d'un broyeur vibrant. Le rendement en cinnamate de polyéthylèneimine est d'environ 60 à 90%. La chromatographie en couche mince montre qu'il n'y a plus d'acide cinnamique dans le produit réactionnel. Le mécanisme de la synthèse selon un mode de réalisation de la présente invention est le suivant :
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m 10-10,000
X1 et X2 sont choisis chacun dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CH3, OCH3 K = 0-1
Y est l'hydrogène, fluor, chlore, CN, Cf j, OCf3, CnH2n+1, OCnIb+1 (n = 1-10) En outre, les dérivés cinnamoyles comprennent l'hydrogène, fluor, chlore, CN,
NO2, CH3, OCII3. CF3. OCF3. CnH2n+I-\f\ (n = 1-10, v = 0-2n+I), OC"H"+1~,F (n= 1-10, x-0-2n+)). C(,H5.,FN (n = 1-10, x = 0-5). C6HOCnIlln+J-\F\ (n = 1-10, x = 0-2n+1).
En outre, il est possible que la polyéthylèneimine soit
N-R R1 R3 pry" V- # - (m = 10-10,000) -C-CH=CH y Ri est Xi X2 XI et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CH3-xFx, (x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor,
chlore, cyano, NO2, CF3, OCF3, CnH2n+|.NFv OCiil-12,,,] -,I-, (n = 1-10, x = 0-2n+l), et R2, R3, R4. R5 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-,F" OCnH2n+I-,F, (n = 1 - 10, x = 0-2n+I).
N-R R1 R3 pry" V- # - (m = 10-10,000) -C-CH=CH y Ri est Xi X2 XI et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, NO2, CH3-xFx, (x = 0-3) ; k est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor,
chlore, cyano, NO2, CF3, OCF3, CnH2n+|.NFv OCiil-12,,,] -,I-, (n = 1-10, x = 0-2n+l), et R2, R3, R4. R5 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+I-,F" OCnH2n+I-,F, (n = 1 - 10, x = 0-2n+I).
Un groupe d'espacement est inséré entre le polyéthylèneimine et le constituant photosensible et choisi dans le groupe constitué par (CH2)mO, (CH2)mN, (CH2)m (m = 0-10).
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Le dispositif d'affichage à cristal liquide de la présente invention comprend des premier et seconds substrats, un transistor en couche mince (TFT, acronyme anglais pour "Thin Film Transistor") sur le premier substrat, une première couche d'alignement formée entièrement au-dessus du TFT et du premier substrat, une seconde couche d'alignement formée sur le second substrat et une couche de cristal liquide injectée entre les premier et second substrats.
Lorsque de la lumière ultraviolette est irradiée sur la première et/ou seconde couches d'alignement au moins une fois, la direction d'alignement et l'angle de préinclinaison sont déterminés et la stabilité d'alignement du cristal liquide est obtenue.
De la lumière dans la région ultraviolette est préférable comme lumière utilisée dans la méthode de photoalignement. Il n'est pas avantageux d'utiliser de la lumière non polarisée, de la lumière polarisée linéairement, de la lumière partiellement polarisée. En outre, il entre dans le cadre de la présente invention qu'un seul substrat des premier et second substrats sont photoalignés en utilisant la méthode décrite cidessus, alors que l'autre substrat n'est pas traité ainsi. Si les deux substrats sont photoalignés, il entre dans le cadre de la présente invention que l'autre substrat soit traité par un polyamide ou polyimide comme matériau d'alignement et que l'alignement soit obtenu par des méthodes de frottement. Il est également possible d'utiliser un matériau photosensible tel que le polyvinyl cinnamate (PVCN) ou le polysiloxane cinnamate (PSCN) en tant que matériau d'alignement pour l'autre substrat et d'accomplir l'alignement en utilisant des méthodes de photoalignement.
Quant à la nature de la couche de cristal liquide, il est possible d'aligner les axes longs des molécules de cristal liquide parallèlement aux premier et second substrats afin d'obtenir un alignement planaire. Il est également possible d'aligner les axes longs des molécules de cristal liquide perpendiculairement aux premier et second substrats, afin d'obtenir un alignement homéotrope. En outre, il est possible d'aligner les axes longs des molécules de cristal liquide avec un angle prédéterminé particulier par rapport au substrat, avec un alignement incliné par rapport au substrat, avec un alignement hélicoïdal par rapport au substrat, ou un alignement parallèle par rapport à un substrat et perpendiculaire par rapport à l'autre substrat, afin de fournir un alignement hybride (ou planaire-homoétrope). Il entre ainsi et sensiblement dans le cadre de la présente invention d'appliquer tout mode d'alignement de molécules de cristal liquide par rapport au substrat, qui pourrait être désiré, de tels choix étant à la portée de l'homme du métier.
Selon la présente invention, les premier et/ou seconde couches d'alignement peuvent être utilisés en deux ou plusieurs domaines, en créant différents alignements directionnels des molécules de cristal liquide sur chaque domaine, par rapport à la direction des substrats. Par conséquent, on peut obtenir un LCD multidomaine
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comme un LCD à deux domaines, un LCD à deux quatre domaines, etc., dans lequel, les molécules de cristal liquide de chaque domaine sont pilotées différemment.
Un LCD construit selon la présente invention se caractérise par une excellente thermostabilité. En outre, la couche de photoalignement de la présente invention a une excellente photosensibilité, capacité de photoalignement, adhésion, et présente une forte énergie d'ancrage. Il est ainsi possible d'aligner le cristal liquide de manière efficace et d'augmenter la stabilité d'alignement du cristal liquide. En outre, ceci est applicable de manière efficace à divers modes tels que l'alignement planaire, ou l'alignement homéotrope, ou similaires, ce qui facilite la formation de multidomaines. En particulier, dans le cas du PECN comprenant un groupe d'espacement entre la chaîne principale et le constituant photosensible, il est aisé de contrôler l'angle de préinclinaison de façon à ce qu'il présente une bonne capacité d'alignement dans l'alignement incliné et planaire.
II est évident pour les spécialistes que diverses modifications et variantes peuvent être introduites dans le dispositif d'affichage à cristal liquide de la présente invention, sans s'écarter de l'esprit ou de la portée de l'invention. Donc, on entend que la présente invention couvre les variantes et modifications de cette invention, pour autant qu'elles entrent dans la portée des revendications en annexe et de leurs équivalents.
Claims (17)
1.- Un dispositif d'affichage à cristal liquide comprenant : des premier et second substrats ; une première couche d'alignement sur le premier substrat, dans lequel la première couche d'alignement comprend une polyéthylèneimine ; et une couche de cristal liquide entre les premier et second substrats.
2. - Le dispositif selon la revendication 1, dans lequel la polyéthylèneimine comprend des constituants photosensibles.
3. - Le dispositif selon la revendication 2, dans lequel le constituant photosensible comprend un matériau choisi dans le groupe constitué par les dérivés de cinnamoyle.
4. - Le dispositif selon la revendication 3, dans lequel le dérivé cinnamoyle comprend au moins un membre choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, NO2, CI 13, OCH3. CF3, OCF3, CnH2n+1-xFx (n = 1-10, x = 0-
2n+ ! ), OCnH2n+ , ~XFN (n = 1-I0, x = 0-2n+1), C6HvNFx (n = 1 - 10, x = 0-5), C(,H4OCnH2n+ , .,FX (n = 1 - 10, x = 0-2n+ 1 ).
5. - Le dispositif selon l'une des revendications 1à 4, dans lequel la polyéthylèneimine est
N R1 R R4 4 P-5 (m = 10-10,000) -C-CH=CH Ri est Xi X2 XI et X2 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, CN, N02, CH3-xFx,
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(x = 0-3) ; est 0 à 1 ; Y est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3, OCF3, CnH2n+1-xFx, OCnH2n+1-xFx (n = 1-10, x = 0-2n+l), et R2, R3, R4, R5 sont chacun choisis dans le groupe constitué par l'hydrogène, fluor, chlore, cyano, N02, CF3,OCF3, CnH2n+1-xFx. OCnH2n+1-xFx(n = 1-10, x = 0-2n+l).
6.- Le dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, comprenant un groupe d'espacement entre la polyéthylèneimine et le constituant photosensible.
7. - Le dispositif selon la revendication 6, dans lequel le groupe d'espacement est choisi dans le groupe constitué par (CH2)mO, (CH2)mN, (CH2)m (m = 0-10).
8.- Le dispositif selon une des revendications 1 à 7, comprenant en outre une seconde couche d'alignement sur le second substrat.
9. - Le dispositif selon la revendication 8, dans lequel la seconde couche d'alignement comprend un matériau choisi dans le groupe constitué par le polymère pyranose, polymère furanose, polyvinyle cinnamate, polysiloxane cinnamate, polyvinyle alcool, polyamide, polyimide, acide polyamique, et dioxyde de silicium.
10.- Le dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux domaines pour piloter les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide différemment dans chaque domaine.
IL- Le dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel la première ou seconde couche d'alignement est divisée en au moins deux parties pour aligner les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide différemment dans chaque partie.
12.- Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 1, dans lequel la couche de cristal liquide comprend des molécules de cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique positive.
13.- Le dispositif selon la revendication 1 à 11, dans lequel la couche de cristal liquide comprend des molécules de cristal liquide ayant une anisotropie diélectrique négative.
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14.- Le dispositif selon l'une des revendications1 à 13, dans lequel les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon planaire par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
15.- Le dispositif selon l'une des revendications1 à 13, dans lequel les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon homéotrope par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
16.- Le dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon inclinée par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
17.- Le dispositif selon l'une des revendications1 à 13, dans lequel les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon hélicoïdale par rapport aux surfaces des premier et second substrats.
18.- Le dispositif selon l'une des revendications1 à 13, dans lequel les molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide sont alignées de façon planaire par rapport à la surface de l'un des substrats parmi les premier et second substrats, et sont alignées de façon homéotrope par rapport à la surface de l'autre substrat.
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