DE3605147C2

DE3605147C2 -

Info

Publication number: DE3605147C2
Application number: DE3605147A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Kawasaki Kanagawa Jp Nakura; Yasuo Yokohama Kanagawa Jp Kato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-02-19
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1991-05-29
Also published as: US4879144A; DE3605147A1; JPS61189519A; JPH0718995B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristall-Element gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem Flüssigkristall-Fernseh-Schaltfeld mit einem herkömmlichen Aktivmatrix-Treibsystem ist ein Dünnfilm-Transistor (TFT) an jedes Bildelement in einem Matrixzustand angeschlossen, der Tor-auf-Impuls wird an den TFT angelegt, um Source-Drain-Leitfähigkeit herzustellen, und zugleich werden Bildsignale von der Quelle zugeführt und in einer Kapazität gespeichert. Der Flüssigkristall (z. B. ein verdrillter, nematischer (TN) Flüssigkristall) wird entsprechend den gespeicherten Bildsignalen gesteuert. Dann wird eine an jedem Bildelement angebrachte Farbfilterschicht einer optischen Schaltung unterworfen, um die Farbanzeige zu bewirken.

Die US-Patentschrift Nr. 43 67 924 von Clark und Lagerwall beschreibt ein ferroelektrisches Flüssigkristall-Element (FLC), das bistabil ist. Es wurde versucht, das ferroelektrische Flüssigkristall-Element für die Farbdarstellung anzuwenden. Bisher konnte für ein Flüssigkristall-Element mit einem aus einer gefärbten Schicht an der Elektrodenoberflächenseite gebildeten Farbfilter kein färbendes Medium und kein Material mit genügender Wärmebeständigkeit für die Einfärbung ausgewählt werden. Demzufolge ist das Farbfilter thermisch nicht beständig, und die Temperatur der Wärmehärtung, bei welcher auf dem Farbfilter ein die Orientierung steuernder Film gebildet wird, ist begrenzt.

Eine Möglichkeit, das Problem zu lösen, besteht im Ergebnis darin, daß die Oberfläche des Farbfilters direkt einer Orientierungsbehandlung, wie etwa einer Reibungsbehandlung, unterworfen wird und der oben erwähnte, die Orientierung steuernde Film weggelassen wird. Die Erfinder fanden jedoch, daß dann andere Probleme auftreten, wie unten gezeigt wird.

Fig. 1A zeigt einen den Bildelementen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zugeführte Erregerwellenform.

Fig. 1B zeigt eine zur Echtzeit dem Flüssigkristall selbst aufgedrückte Spannungswellenform. Dies bedeutet, daß bei Zuführung eines Schreibimpulses V_ON von den gegenüberliegenden Kreuzelektroden zu dem ferroelektrischen Flüssigkristall die diesem Kristall im wesentlichen zugeführte Spannungswelle die in Fig. 1B gezeigte Form hat. Dies bedeutet, daß sich V_O bei Impulsaufgabe um ΔV_O mit einer Geschwindigkeit der Zeitkonstanten π=RC verringert (R: Widerstand des FLC, C: Kapazität des FLC). Je kleiner der Widerstand R ist, umso größer ist der Spannungsabfall ΔV_O, und bei Schaltung des Impulses (bei Impulsnacheilung) wird -ΔV_O der entgegengesetzten Polarität an den FLC angelegt. Wenn dieses |-ΔV_O| größer als die umgekehrte Schwellenspannung |-V_th| ist, erfolgt z. B. Schwarzschreibung entgegengesetzt zur Weißschreibung. Dies ist zurückzuführen auf ein elektrisches Feld entgegengesetzter Richtung (-ΔV_O), das bei Impulsnacheilung durch Entladung der Kapazität der Dielektrikumschicht, wie z. B. eines in Serie an den ferroelektrischen Flüssigkristall angeschlossenen, die Orientierung steuernden Films erzeugt wird.

Daher ergibt sich das folgende Problem. Wie oben erwähnt, enthält das Flüssigkristall-Element für die Farbanzeige in der Zelle Farbfilter, und der Farbstoff in dem Farbfilter ist in dem ferroelektrischen Flüssigkristall gelöst. Wenn ein solches Flüssigkristall-Element längere Zeit benutzt wird, vermindert sich im Laufe der Zeit der Widerstand R des ferroelektrischen Flüssigkristalls, und schließlich übersteigt der Wert des oben erwähnten elektrischen Felds entgegengesetzter Richtung (-ΔV_O) die umgekehrte Schwellenspannung mit dem Resultat, daß die gewünschte elektro-optische Schaltung nicht mehr betriebsfähig ist.

Wenn ein Zeilenfolge-Schreibsystem bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall-Element zur Anwendung kommt, gibt es z. B. ein System, bei dem ein einen ersten Anzeigezustand bildender Impuls, wobei dieser Anzeigezustand auf einem ersten Orientierungszustand des ferroelektrischen Flüssigkristalls bei der ersten Phase t₁ basiert, auf alle oder einige vorbestimmte Bildelemente in der Zeile aufgegeben wird, und dann ein Impuls, der einen ersten Anzeigezustand in einen auf einem zweiten Orientierungszustand basierenden zweiten Anzeigezustand umkehren kann, einem Bildelement zugeführt wird, das durch Phase t₂ gewählt wird, die eine zweite Phase wird.

Nach diesem System wird bei der Phase t₂ ein Impuls mit einer Spannung, die kleiner als die Schwellenspannung ist und eine dem bei der Phase t₁ zugeführten Impuls entgegengesetzte Polarität hat, einem Bildelement zugeführt, das wie in Fig. 2A gezeigt in einem ersten Anzeigezustand gehalten wird.

Bei einem Zeilenfolge-Schreibsystem ist es nötig, den an der Phase t₁ geschriebenen Anzeigezustand ohne Umkehrung an der Phase t₂ aufrecht zu erhalten. Daher darf eine Spannung, die größer als die umgekehrte Schwellenspannung ist, an der Phase t₂ nicht zugeführt werden. Als Ergebnis der vorliegenden Untersuchung der Erfinder wurde jedoch das folgende Problem festgestellt. Bei Wechsel der Impulspolarität von der Phase t₁ zur Phase t₂ wird eine Spannung von -(aV_O+ΔV_O), worin a<|V_th|/|V_ON| und V_th die Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls ist, im wesentlichen der Flüssigkristallschicht zugeführt, wie es in Fig. 2B dargestellt ist; wenn -(aV_O+ΔV_O) größer als die umgekehrte Schwellenspannung ist, wird das Bildelement, das den ersten Anzeigezustand behalten soll, bei der Phase t₂ in den zweiten Anzeigezustand umgekehrt, was dazu führt, das die gewünschte Anzeige nicht gebildet werden kann.

Wenn ein ferroelektrisches Flüssigkristall-Element hergestellt wird, ist es praktisch schwierig, eine Bistabilität zeigende Monodomäne zu bilden. Es wurde ein die Orientierung steuernder Film von hoher Leistung verlangt, der nicht zur Bildung einer Multidomäne oder einer einfach stabilen Domäne befähigt ist und ferner die Bildung einer Monodomäne steuert, die eine von Orientierungsmängeln freie Bistabilität zeigt.

Wenn jedoch ein die Orientierung steuernder Film für ferroelektrische Flüssigkristalle, soweit über diesen Berichte und Veröffentlichungen vorliegen, benutzt wird, besteht die Tendenz zur Bildung von Orientierungsdefekten, und es bestehen Teile von Multidomänen und Teile von einfach stabilen Domänen zusammen mit bistabilen Domänen nebeneinander, was nicht immer zufriedenstellen ist.

Aus der DE-OS 25 15 976 ist eine elektrisch-optische Anzeigevorrichtung bekannt, die zwischen den Zellwänden einen nematischen Flüssigkristall aufweist. Bei Vorrichtungen mit nematischen Flüssigkristallen besteht das Problem, daß aufgrund ihrer strukturellen Diskontinuität in der Zelle Doppelbrechungen auftreten und farbige Streifen entstehen können, wenn die Zelle zwischen gekreuzten Polarisatoren betrachtet wird. Zur Lösung dieses Problems ist im Stand der Technik vorgesehen, die Neigung der Flüssigkristallmoleküle an den jeweiligen Elektrodenoberflächen unterschiedlich zu machen. Hierzu werden die beiden Elektrodenoberflächen unterschiedlichen Behandlungen unterzogen, so daß die Winkel für die zwei Oberflächen verschieden sind, wobei beispielsweise eine Polymerbeschichtung auf einer Oberfläche mit einem Winkel von 5° und auf die andere Oberfläche dagegen mit einem Winkel von 30° aufgebracht wird. Auf diese Weise sind im wesentlichen alle in Kontakt mit einer Oberfläche stehenden Flüssigkristalle im gleichen Winkel zu der Oberfläche ausgerichtet. In diesem Stand der Technik wird keine Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung erläutert, bei der spezielle Vorkehrungen zum Schutz eines Farbfilters getroffen werden müssen.

Gemäß der DE-OS 34 04 646 ist ein Flüssigkristall-Element mit einem Paar von Substraten und einem zwischen den zwei Substraten angeordneten, ferroelektrischen Flüssigkristall bekannt. Bei diesem Element ist der aus einer gefärbten Schicht an den Elektroden gebildete Farbfilter überhaupt nicht von einer Schutzschicht abgedeckt. Demzufolge wird der Farbstoff des Farbfilters in den ferroelektrischen Flüssigkristall gelöst, so daß im Laufe der Zeit sich der Widerstand des Flüssigkristalls bis zu Betriebsunfähigkeit vermindern kann.

Aus der DE-OS 32 46 076 ist ein Flüssigkeitskristall-Element bekannt, welches zwei Substrate und einen zwischen diesen Substraten angeordneten chiralen, smektischen Flüssigkristall umfaßt, wobei das eine Substrat mit einem Farbfilter versehen ist. Auf den beiden Substraten des Flüssigkeitskristall-Elements ist als Orientierungssteuer- und Schutzschicht ein und dasselbe Orientierungsmaterial vorgesehen. Untersuchungen zeigen aber, daß die Anzeigeleistung und die Haltbarkeit solcher gleichartig beschichteter Substrate noch unbefriedigend sind.

Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Flüssigkristall-Elements für eine Farbanzeige unter Verwendung eines chiralen, smektischen Flüssigkristalls, mit dem eine verbesserte Bistabilität bei gutem Kontrast über lange Zeitspannen beibehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Demnach werden für die Orientierungssteuerschicht auf den jeweiligen Substraten jeweils unterschiedliche Materialien vorgesehen, die unter Polyvinylalkohol, Polyätheramid und Polyimid ausgewählt sind. Durch diese Maßnahme läßt sich ein größerer Tiltwinkel erzielen, als wenn für beide Substrate ein und dasselbe Harz verwendet wird. Aufgrund dieses größeren Winkels zwischen den Molekülachsen des Flüssigkristalls, der in Abhängigkeit von den angelegten Impulsen eingenommen wird, kann eine verbesserte Bistabilität bei gutem Kontrast über lange Zeitspannen beibehalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Darstellungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1A und Fig. 1B zeigen Spannungswellenformen beim Schreiben;

Fig. 2A und Fig. 2B zeigen Spannungswellenformen bei einem anderen Schreiben;

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt eines Flüssigkristall- Elements der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 ist eine Schaltung für die Widerstandsmessung.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung, die eine bei der vorliegenden Erfindung benutzte, gefärbte Filterschicht enthält.

Die Ausführungsform in Fig. 3 verwendet einen chiralen, smektischen Flüssigkristall. 1 ist eine polarisierende Platte, 2 ein durchsichtiges Substrat, 3d eine durchsichtige Elektrode, 4 eine die Orientierung steuernde Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung, 5 ein Abdichtungswerkstoff, der auch als Abstandshalter dient, 6 ein Flüssigkristall. 7a und 7b sind Farbfilterschichten, 3a, 3b und 3c sind segmentartige Elektroden, 10 ist ein die Orientierung steuernder Film gemäß der vorliegenden Erfindung, 8 ein durchsichtiges Substrat und 9 eine polarisierende Platte oder eine mit einer reflektierenden Platte versehene Polarisationsplatte.

Nach der vorliegenden Erfindung sind auf den durchsichtigen Elektroden 3a und 3b gefärbte Schichten 7a bzw. 7b vorgesehen, und auf den gefärbten Schichten liegt eine die Orientierung steuernde Schicht 10, die auch als Schutzschicht fungiert. Als Materialien für die Farbschichten und die die Orientierung steuernde Schicht müssen nicht notwendigerweise besondere Werkstoffe von hoher Wärmebeständigkeit eingesetzt werden, sondern es können Materialien Verwendung finden, die sich leicht verarbeiten lassen, und es können gefärbte Schichten nach Wunsch ausgewählt werden. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung. Nach der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Schicht verwendet, die dadurch hergestellt wird, daß man eine Orientierungsschicht-Lösung, die aus Polyvinylalkohol und organischem Titan in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 oder mehr zusammengesetzt ist, zwei Stunden oder weniger auf eine Temperatur erhitzt, die nicht höher als 220°C ist.

Die Schichtdicke ist vorzugsweise 60 bis 200 nm. Als organisches Titan kann Ti(OR)₄, worin R Alkyl, wie Äthyl, Methyl, Propyl, Butyl, Amyl und dergl. bedeutet, und ein als Chelat vorliegendes Titan, wie Ti(OH)₂[OCH(CH₃)COOH]₂, eingesetzt werden.

Als Polyvinylalkohol dient vorzugsweise Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 1000 bis 3000 und einem Verseifungsgrad von 98 bis 100%.

Als eine andere Schutzschicht kann ein Polyätheramid dienen, das bei einer Temperatur unter der thermischen Härtungstemperatur durch Dehydratisierungsringschluß formbar ist, eine gute Orientierungssteuerung für den Flüssigkristall hat und sich wiederholende Einheiten der folgenden Formel (1) aufweist

worin R₁, R₂, R₃ und R₄ unter Wasserstoff, geradem oder verzweigtem, niederem Alkyl, wie Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl, niederem Alkoxy, wie Methoxy, Äthoxy, Propoxy und Butoxy, und Halogen, wie Chlor und Brom, ausgewählt werden, R₅ und R₆ unter Wasserstoff und niederem Alkyl, wie Methyl, Äthyl und Propyl, ausgewählt werden und Ar Arylen, wie p-Phenylen oder m-Phenylen ist.

Als organisches Lösungsmittel für Polyätheramide können erwähnt werden Alkohole, wie Methanol, Äthanol, Isopropanol und dergl., Ketone, wie Aceton, Methyläthylketon, Cyclohexanon und dergl., Amide wie N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid und dergl., Sulfoxide, wie Dimethylsulfoxid und dergl., Äther, wie Tetrahydrofuran, Dioxan, Äthylenglykolmonomethyläther und dergl., Ester, wie Methylacetat, Äthylacetat und dergl., halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Methylenchlorid, Dichloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthylen und dergl., und aromatische Verbindungen, wie Benzol, Toluol, Xylol, Ligroin, Monochlorbenzol, Dichlorbenzol und dergl.

Als die für das Substrat dienende, die Orientierung steuernde Schicht 4 dient eine Schicht mit Polyimid-Bindung, die bei hoher Temperatur durch Dehydratisierungsringschluß gebildet wurde. Die Schicht kann in der Weise hergestellt werden, daß man eine Polyamidsäure bei einer Härtungstemperatur von 220°C oder höher einem Dehydratisierungsringschluß unterzieht und zu einer Schicht von gewöhnlich 60 bis 200 nm, vorzugsweise 80 bis 150 nm formt.

Als Polyimid können Polymere mit wiederkehrenden Einheiten der Formel (2) oder (3) eingesetzt werden:

Vor der Bildung der Polyimidschicht kann auf dem Elektrodensubstrat zunächst eine Organosiloxan-Schicht gebildet werden, die mit einem Silan-Kupplungsmittel, wie H₂NC₂H₄NHC₃H₆Si(CH₃)(OCH₃)₂, H₂NCH₂CH₂CH₂Si(OC₂H₅)₃, H₂NC₂H₄NHC₃H₆Si(OCH₃)₃ und dergl. hergestellt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können als Flüssigkristall 6 abweichend von dem oben erwähnten TN-Flüssigkristall ferroelektrische Flüssigkristalle solche eingesetzt werden, die in der US-PS 43 67 924 beschrieben sind. Insbesondere kann man bei Bildung einer Monodomäne einer chiralen, smektischen Phase von nichtspiraliger, Bistabilität ergebender Struktur eine Monodomäne mit guter Bistabilität erhalten, wenn die auf einem Elektrodensubstrat gebildete, die Orientierung steuernde Schicht aus einem gehärteten Polyvinylalkohol oder Polyetheramid und die auf dem anderen Elektrodensubstrat gebildete, die Orientierung steuernde Schicht aus einem gehärteten Polyimid gebildet wird.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung ein ferroelektrischer Flüssigkristall eingesetzt werden, der eine chirale, smektische I-, J-, K-, G- oder F-Phase sowie eine chirale, smektische C- oder H-Phase hat.

Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung angegeben.

Beispiel 1

Eine Elektrodenplatte mit einer durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Indiumoxid-Beschichtung in einem vorbestimmten Muster wurde unter Benutzung einer Schleuder mit einer 5%igen wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol beschichtet, der schichtartig aufgetragene Polyvinylalkohol wurde dann gehärtet, auf die Beschichtung wurde ein Resistmaterial aufgebracht, dann wurde ein vorbestimmtes Muster gebildet, und der unnötige Polyvinylalkohol wurde entfernt. Die Elektrodenplatte mit dem so hergestellten Muster der Polyvinylalkoholschicht wurde in einem Färbebad (einer 10gew.-%igen Lösung eines Kupfer enthaltenden Trisazo-Farbstoffs) einer Tränkbehandlung unterzogen, um die Polyvinylalkoholschicht einzufärben. Zu einem Liter einer 7gew.-%igen wäßrigen Polyvinylalkohol-Lösung wurden 14 g einer organischen Titan- Verbindung, Ti(OH)₂[OCH(CH₃)COOH]₂, zugesetzt, und die Lösung wurde mit 0,8 l Äthylenglykol genügend gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde als Orientierungsflüssigkeit benutzt, mit Hilfe einer Schleuder auf die die gefärbte Schicht aufweisende Elektrodenplatte aufgetragen und zur Härtung in einem sauberen Ofen bei 200°C stehen gelassen. Die Schichtdicke der entstehenden gehärteten Orientierungsschicht aus Polyvinylalkohol wurde durch ein Alpha- Stufen-Schichtdickenmeßgerät gemessen; sie betrug 120 nm.

Auf eine Elektrodenplatte mit einem Elektrodenmuster (gewöhnliches Muster), das mit dem oben genannten Elektrodenmuster (Segmentmuster) ein Paar bildete, wurde durch eine Schleuder eine 10gew.-%ige Lösung von H₂NC₂H₄NHC₃H₆Si(CH₃)(OCH₃)₂ in Isopropylalkohol aufgetragen und in einem Ofen gehärtet. Dann wurde unter Benutzung einer Schleuder eine 5gew.-%ige Lösung einer Polyamidsäure (ein Kondensat von Pyromellithsäuredianhydrid und 4,4′-Diphenyldiaminoäther) in N-Methylpyrrolidon unter Bildung einer Polyimid-Schicht der obigen Formel (2) aufgetragen und zur Härtung der Polyimid-Schicht durch Dehydratisierungsringschluß in einem sauberen Ofen bei 300°C stehen gelassen. Dann wurde jede Elektrodenplatte mit einem Filzblatt in einer Richtung gerieben, um eine Reibungsorientierungsbehandlung durchzuführen. Die Reibungsrichtungen auf den Elektrodenplatten standen senkrecht zueinander. Dann wurden die Elektrodenplatten mit einem Epoxyharz-Kleber verbunden, und es wurde isotrop erhitztes p-Desiloxybenzyliden- p′-amino-2-methylbutylcynnamat (DOBAMBC) in die auf diese Weise hergestellte Zelle gegossen, wobei der Abstand zwischen den Elektrodensubstraten 2 µm betrug und die Richtung der bei dem oberen und unteren Elektrodensubstrat angewandten Reibungsbehandlung parallel zu der entsprechenden Orientierungsbehandlungsachse war, worauf die Zelle abgedichtet wurde. Die Zelle wurde allmählich mit einer Geschwindigkeit von 2°C/Stunden abgekühlt, um in zunehmendem Maße einen Phasenübergang von der smektischen A-Phase zu der chiralen smektischen C-Phase durchzuführen, was bei 63°C zur Bildung einer chiralen smektischen Phase führte. Daraufhin erfolgte eine genügende Wäsche und Trocknung der Elektrodenplatte. Dann wurde auf die Außenseite der Elektrodenplatte eine Polarisationsplatte geklebt, um eine Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung herzustellen.

Die Beobachtung mit einem Polarisationsmikroskop ergab, daß sich in der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zelle eine gute, Bistabilität zeigende Monodomäne gebildet hatte.

Beispiel 2

Anstelle einer Orientierungsflüssigkeit mit einem Gemisch aus Polyvinylalkohol/organisches Titan wurde ein Polyätheramid- Material der obigen Formel (1) unter Benutzung einer Schleuder aufgebracht und dann 30 Minuten bei 100°C gehärtet. Nach Messung mit einem Alpha-Stufen-Schichtdickenmeßgerät war die gebildete Schicht 80 nm dick. Dann wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 eine Zelle hergestellt.

Beispiel 3

Es wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 gearbeitet, wobei jedoch die gefärbte Schicht auf der Seite des Elektrodensubstrats mit dem gewöhnlichen Muster gebildet wurde. Auf dem genannten Elektrodensubstrat wurde die in Beispiel 1 verwendete Schicht aus organischem Titan/Polyvinylalkohol gebildet, die in Beispiel 1 benutzte Polyimidschicht wurde auf dem Segmentmuster gebildet, und es wurde eine Zelle hergestellt.

Die Flüssigkristall-Zellen gemäß Beispiel 2 und 3 zeigten bei der Prüfung ähnliche Ergebnisse wie die Zelle im Beispiel 1.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 gearbeitet, wobei jedoch der in Beispiel 1 benutzte Film aus organischem Titan/Polyvinylalkohol auf beide Elektrodensubstrate aufgebracht wurde. Es wurde so eine Zelle unter Verwendung von DOBAMBC hergestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 1 befolgt, wobei jedoch wie in Beispiel 1 der bei 300°C härtende Polyimid- Film auf beide Elektrodensubstrate aufgebracht wurde. Es wurde eine Zelle unter Verwendung von DOBAMBC hergestellt.

Die Flüssigkristall-Zellen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 lieferten keine gute Mondomäne und die Domäne zeigte nur Monostabilität.

Beispiel 4

Es wurden zwei Scheiben eines quadratischen Glassubstrats hergestellt, die mit einer streifenartigen ITO-Schicht von 62,5 µm Breite und einem Abstand von 100 µm versehen war. Ein Glassubstrat wurde in einen Vakuum-Dampfabscheidungsapparat so eingesetzt, daß die Seite mit der ITO-Schicht nach unten gerichtet war, und es wurde ein Kupfer-Phthalocyanin-Pigment abgeschieden. Die als Farbfilter vorgesehene, entstandene Schicht aus abgeschiedenem Kupfer-Phthalocyanin-Pigment wurde durch ein bestimmtes photolithographisches Verfahren mit Muster versehen. Einem Liter einer 7gew.-%igen wäßrigen Polyvinylalkohol-Lösung wurden 14 g einer organischen Titan-Verbindung, Ti(OH)₂[OCH(CH₃)COOH]₂, zugesetzt, und die Lösung wurde mit 0,8 l Äthylenglykol gemischt. Das entstandene Gemisch diente als Orientierungsflüssigkeit und wurde durch eine Schleuder auf eine Elektrodenplatte mit Farbfilter aufgebracht und zur Härtung in einem sauberen Ofen bei 200°C stehen gelassen. Die Schichtdicke der resultierenden gehärteten Polyvinylalkohol-Schicht wurde durch ein Alpha-Stufen-Schichtdickenmeßgerät zu 120 nm gemessen.

Dann wurde die Oberfläche der Polyvinylalkohol-Schicht mit Samt in der Richtung parallel zur Richtung der Streifenelektrode einer Reibungsbehandlung unterworfen, und dieses Präparat diente als "A"-Elektrodeplatte.

Auf das andere Glassubstrat wurde mit einer Schleuder ein Aminosilan-Kupplungsmittel, eine 10gew.-%ige Lösung von H₂NC₂H₄NHC₃H₆Si(CH₃)(OCH₃)₂ (KBM 602, Handelsname, hergestellt von Shinetsu Kagaku K. K.) in Isopropylalkohol aufgebracht und in einem Ofen gehärtet. Dann wurde eine 5gew.-%ige Lösung von Polyamidsäure (ein Kondensat von Pyromellithsäuredianhydrid und 4,4′-Diphenyldiaminoäther) in N-Methylpyrrolidon unter Bildung einer Polyimid-Schicht der obigen Formel (2) aufgetragen und zur Härtung der Polyimid-Schicht durch Dehydratisierungsringschluß in einem sauberen Ofen bei 300°C stehen gelassen.

Die Oberfläche der Polyimid-Schicht wurde mit Samt in der Richtung senkrecht zur Richtung der Streifenelektrode einer Reibungsbehandlung unterworfen, und dieses Präparat wurde als "B"-Elektrodenplatte benutzt.

Ein wärmehärtender Epoxy-Kleber wurde durch ein Siebdruckverfahren auf den Umfangsteil der A-Elektrodenplatte mit Ausnahme des Teils für die Eingießöffnung aufgebracht. Dann wurde die A-Elektrodenplatte mit einem durch einen Abstandshalter eingehaltenen Abstand von 2 µm so über die B-Elektrode gelegt, daß ihre Streifenmuster-Elektroden sich unter rechten Winkeln kreuzten, d. h., die Orientierungsbehandlungsachsen entsprechend den jeweiligen Reibungsbehandlungsrichtungen waren parallel zueinander.

In die so hergestellte Zelle wurde durch die Eingießöffnung die folgende Flüssigkristall-Zusammensetzung A (die bei 20-78°C SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) aufwies) in der isotropen Phase eingegossen; dann wurde die Öffnung abgedichtet. Die Zelle wurde allmählich auf eine tiefe Temperatur abgekühlt und bei 40°C gehalten, während ein Paar Polarisatoren in der Anordnung gekreuzter Nicols vorgesehen wurde. Als diese Anordnung durch ein Mikroskop beobachtet wurde, stellte man fest, daß eine von Orientierungsfehlstellen freie, nicht-spiralige Struktur vorlag, und es wurde eine SmC*-Phase der Monodomäne gebildet.

Flüssigkristall-Zusammensetzung A

Vergleichsbeispiel

Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 4 wiederholt, wobei jedoch die Polyvinylalkohol-Schicht der für die Herstellung des Flüssigkristall-Elements des Beispiels 4 benutzten A-Elektrodenplatte weggelassen wurde. Es wurde eine Flüssigkristall-Zelle für den Vergleich hergestellt, und so erhielt man in ähnlicher Weise SmC*-Phase der Monodomäne.

Man ließ die Flüssigkristall-Zellen des oben erwähnten Beispiels 4 und des Vergleichsbeispiels 96 Stunden bei 80°C und 60% relativer Feuchtigkeit stehen, und es wurden die Widerstände der Flüssigkristalle gemessen. Die Ergebnisse sind unten aus der Tabelle ersichtlich.

Tabelle

Der oben erwähnte Widerstand Ohm · cm wurde dadurch gemessen, daß man unter Benutzung der Schaltung der Fig. 4 gemäß der Zwei-Frequenz-Methode einen rechteckigen Impuls zuführte und R_LC (Ohm · cm) nach der folgenden Formel berechnete. Im Folgenden sind f₁=32 Hz, f₂=64 Hz und V=10 Volt.

V: Spannung für die Messung
f: Frequenz der rechteckigen Welle
I_C: Wert des Stroms der Kapazitätskomponente
I_R: Wert des Stroms der R-Komponente
C_LC: Kapazität des Flüssigkristalls
R_LC: Widerstand (Ohm) des Flüssigkristalls
C_LC = R_LCS/d
d: Filmdicke des Flüssigkristalls (Zellenspalt)
S: Elektrodenfläche

Bei Änderung von f ergibt sich

Nach 96stündigem Stehen wurde jede Flüssigkristall- Anzeigezelle mit einem gekreuzten Nicol-Polarisator ausgestattet, und an die Elektroden wurde ein 20 Volt-Signal angelegt, um eine lineare Folgesteuerung zu bewirken. Als Ergebnis erhielt man bei der Flüssigkristall-Zelle des Beispiels der Erfindung eine Anzeigequalität mit einem Kontrast, der so gut wie zu Anfang war, während man bei der Flüssigkristall-Zelle des Vergleichsbeispiels keine normale Anzeige erreichte. Der Grund hierfür könnte darin liegen, daß das beim Nachlaufen des aufgegeben Impulses entstehende -ΔV_O dem Flüssigkristall zugeführt wird.

Beispiel 5

Anstelle der für die A-Elektrodenplatte des Beispiels 2 verwendeten Orientierungsflüssigkeit eines Gemisches von Polyvinylalkohol/ organisches Titan wurde ein durch die obige Formel (1) repräsentiertes Polyätheramid, durch eine Schleuder aufgebracht und dann 30 Minuten bei 100°C gehärtet. Durch Messung mit einem Alpha-Stufen-Schichtdickenmeßgerät wurde eine Schichtdicke von 80 nm gemessen. Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 wurde eine Zelle hergestellt.

Die so hergestellte Zelle wurde nach der in Beispiel 4 benutzten Methode vermessen, wobei das Ergebnis ähnlich dem des Beispiels 4 war.

Beispiel 6

Es wurde eine Wiederholung der Arbeitsweise nach Beispiel 4 eine Flüssigkristall-Zelle hergestellt, wobei jedoch anstelle der zur Herstellung der B-Elektrode nach Beispiel 4 benutzten Polyimid-Schicht eine Polyimid-Schicht der obigen Formel (3) eingesetzt wurde. Die Zelle wurde nach der in Beispiel 4 benutzten Methode vermessen; man erhielt ein ähnliches Ergebnis wie in Beispiel 4.

Nach dem erfindungsgemäßen Aufbau ist es auf der Seite der Farbfilterschicht leicht, das Filtermaterial und die Orientierungsschicht auszuwählen. Dagegen verwendet man an dem anderen Substrat eine Orientierungsschicht von hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit und hohem Isoliervermögen, die gleichzeitig als Schutzschicht dient, so daß ein Anzeigegerät mit der gewünschten gefärbten Schicht mit einer hohen Zuverlässigkeit hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist die Herstellung einfach.

Ferner ist es erwünscht, daß die Zelle bei einer 220°C nicht übersteigenden Temperatur zusammengesetzt wird, so daß der Farbstoff für eine beständige Farbgebung sorgt und demzufolge der gefärbte Teil eine lange Zeit beständig ist.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liefert die vorliegende Erfindung ein stabiles Farbbild selbst dann, wenn das Flüssigkristall-Element für einen Farbbildschirm, insbesondere einen Farbfernsehbildschirm, lange Zeit im Einsatz ist.

Claims

1. Flüssigkristall-Element für die Farbanzeige mit einem Paar von transparenten Substraten, umfassend ein erstes und ein zweites Substrat, auf das jeweils eine transparente Elektrode und eine Orientierungssteuerschicht aufgebracht ist, wobei zwischen dem Substratpaar ein chiraler, smektischer Flüssigkristall angeordnet ist, und mit wenigstens einem, auf einem Substrat befindlichen Farbfilter, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem wenigstens einen Farbfilter eine Schutzschicht aus einem Polyvinylalkohol oder einem Polyetheramid vorgesehen ist, die auch als Orientierungssteuerschicht dient und daß auf dem anderen Substrat eine Orientierungssteuerschicht aus einem Polyimid vorgesehen ist.

2. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall eine chirale, smektische Phase von nicht-spiraliger Struktur hat.

3. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyvinylalkoholschicht eine in Gegenwart eines Vernetzungsmittels gehärtete Schicht ist.

4. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel eine organische Titan-Verbindung ist.

5. Flüssigkristall-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsbehandlungsachse der einen, die Orientierung steuerenden Schicht und die Orientierungsbehandlungsachse der anderen, die Orientierung steuernde Schicht parallel zueinander angeordnet sind.

6. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsbehandlungsachsen Reibungsbehandlungsachsen sind.

7. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyetheramid wiederholende Einheiten mit der Formel aufweist, in der R₁, R₂, R₃ und R₄ Wasserstoff, gerad- oder verzweigtkettiges Niederalkyl, Niederalkoxy und/oder Halogen ist, R₅ und R₆ Wasserstoff und/oder Niederalkyl ist und Ar Arylen ist.

8. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid wiederholende Einheiten mit der Formel aufweist.

9. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid wiederholende Einheiten mit der Formel aufweist.

10. Flüssigkristall-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht 60 bis 200 nm dick ist.