DE3789817T2

DE3789817T2 - Farb-Flüssigkristallvorrichtung und ihr Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3789817T2
Application number: DE3789817T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kamamori; Mitsuru Suginoya; Yumiko Terada
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2007-01-28
Also published as: EP0238174B1; US4779957A; JPS62218931A; EP0238174A3; DE3789817D1; JP2640097B2; EP0238174A2

Description

Diese Erfindung betrifft elektrooptische Farbflüssigkristallvorrichtungen, z. B. Anzeigevorrichtungen und Verfahren zum Herstellen dieser.
Abbildung 2 zeigt ein Mehrfarbenflüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrolytisch abgeschiedenen Farbfiltern. Ein transparentes Substrat 10 wurde aus Glas hergestellt. Die Elektroden 11, welche aus einem transparenten leitenden Film bestehen, werden auf dem Substrat gebildet und in die Form von Zahlen oder Zeichen gebracht. Ein Farbfilter 12 wird durch elektrolytische Abscheidung eines elektrolytisch abscheidbaren Polymers und eines Pigments gebildet. Die Farbfilter 12 weisen dieselbe Form auf wie die Elektroden 11 auf welchen sie abgeschieden werden.
In Orientierungsfilm 13 wird durch Drucken, Spinnbeschichten (spin coating) oder Eintauchen in eine Polyimidlösung gebildet. Eine transparente zweite Elektrode 4 wird auf einem transparenten zweiten Substrat 15 gebildet. Das Flüssigkristallmaterial 16 wird zwischen den beiden Substraten 10, 15 angeordnet um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Wenn eine Spannung quer durch die Flüssigkristallzelle angelegt wird und die Zelle, wenn sie zwischen einem Polarisator und einem Analysator angeordnet ist beobachtet wird, kann man die Farben der Farbfilter in den Teilen der Flüssigkristallzelle sehen, welche in einem Transmissionsmodus sind, während der Rest der Flüssigkristallzelle schwarz erscheint, da er die Transmission von Licht nicht erlaubt. Daher erzeugt die Anzeigevorrichtung eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeige zum Anzeigen der Farben der Farbfilter unter Verwendung des Flüssigkristallmaterials als eine optische Blende (optical shutter).
Herkömmlicherweise wird der Orientierungsfilm durch eine Polyimidschicht gebildet, deren Oberfläche z. B. mit einem Stoff in einer vorbestimmten Richtung poliert (rubbed with) ist, so daß der Orientierungsfilm die Moleküle des Flüssigkristallmaterials in der vorbestimmten Richtung ausrichtet. Polyestermelaminharze, Acrylmelamin sind ebenfalls bekannt als Materialien für die elektrochemisch abgeschiedenen Farbfilter. Wenn der Polyimidorientierungsfilm auf einem Farbfilter eines synthetischen Polymers gebildet wird, so hat der Polyimidfilm selbst eine geringe Adhäsion für den Farbfilter. Zusätzlich ist das thermophysikalische Verhalten des Polyimidfilms verschieden von demjenigen des Filtermaterials. Aus diesen Gründen ist die an der Grenzfläche zwischen dem Polyimidfilm und dem Filter auferlegte Belastung eher relativ groß, so daß die Zuverlässigkeit der Orientierungskraft des Polyimidorientierungsfilms stark verringert ist und die Orientierungsenergie innerhalb von etwa 100 Stunden verlorengeht, wenn der Orientierungsfilm bei einer Temperatur von 80ºC belassen wird.
EP-A-0 122 168 offenbart eine elektrooptische Farbflüssigkristallvorrichtung, umfassend ein Paar von Substraten' welche im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordnet sind, Flüssigkristallmaterial, welches zwischen den Substraten eingeschlossen ist, Elektroden, welche auf den nach innen gerichteten Oberflächen des Substrats abgeschieden sind, einen Farbfilter, welcher auf einer der Elektroden abgeschieden ist, eine Polyimidschutzschicht, welche auf dem Farbfilter abgeschieden ist und eine Orientierungsschicht aus Silan, welche über der Polyimidschutzschicht gebildet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen von Farbfiltern durch elektrolytische Abscheidung ist in US-A-4,522,691 offenbart. Dieses Verfahren erfordert ein effektives Mittel, welches zum leichten Erzeugen von Hochpräzisionsfarbfiltern in der Lage ist.
Die vorliegende Erfindung versucht eine verbesserte elektrooptische Farbflüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, welche zuverlässige Orientierungscharakteristika, und elektrolytisch abgeschiedene Farbfilter mit hoher Adhäsion und hohen Orientierungscharakteristika aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine elektrooptische Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung transparente Elektroden, welche auf den nach innen gerichteten Oberflächen von zwei beabstandeten, im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordneten Substraten abgeschieden sind, einen Farbfilter, welcher auf mindestens einer Elektrode abgeschieden ist, eine Polymerschutzschicht, welche auf dem Farbfilter abgeschieden ist, eine Orientierungsschicht, welche über der Polymerschutzschicht gebildet ist und zwischen den Substraten eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschutzschicht eine Epoxygruppe enthält, wodurch eine starke Adhäsion zwischen dem Farbfilter und der Orientierungsschicht vorgesehen und die Orientierungsschicht vor an der dazwischen liegenden Grenzfläche wirkender Belastung geschützt ist.
Der Farbfilter kann ein elektrolytisch abgeschiedener Farbfilter sein. Der Farbfilter kann somit durch elektrolytische Abscheidung aus einer Lösung gebildet werden, welche ein elektrolytisch abscheidbares Polymer und darin dispergierte Pigmente enthält. Vorzugsweise enthält das elektrolytisch abscheidbare Polymer ein Polyesterharz und ein Melaminharz oder ein Acrylharz und ein Melaminharz.
Die Orientierungsschicht kann ausgewählt sein aus mindestens einem Polyimidpolymer, einem Polyamidpolymer und einem Cellulosepolymer.
In einer Ausführungsform sind Farbfilter verschiedener Farben auf verschiedenen Elektroden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen einer elektrooptischen Farbflüssigkristallvorrichtung, umfassend die Schritte des Abscheidens von mindestens einer Elektrode auf jedem von zwei Substraten, Abscheiden eines Farbfilters auf der Elektrode oder den Elektroden von mindestens einem Substrat, Abscheiden einer Polymerschutzschicht auf dem Farbfilter, Bilden einer Orientierungsschicht auf dem Farbfilter und Einschließen von Flüssigkristallmaterial zwischen den Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschutzschicht eine Epoxygruppe enthält, welche die Orientierungsschicht an den Farbfilter bindet und die Orientierungsschicht vor an der dazwischenliegenden Grenzfläche einwirkender Belastung schützt.
Die Erfindung wird beispielhaft durch die begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, worin:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung einer bekannten Mehrfarbenflüssigkristallanzeigenanzeigevorrichtung ist.
Obwohl der Mechanismus des Abbaus der Orientierungskraft eines Orientierungsfilms bisher nicht ausreichend aufgeklärt wurde kann der folgende Mechanismus angenommen werden. Ein Mechanismus ist das Ablösen des Orientierungsfilms von dem Substrat und der abgelöste Teil kann keine kontrollierende Kraft auf die Flüssigkristallmoleküle ausüben, so daß die Orientierungskraft gestört wird. Ein anderer Mechanismus ist derjenige, worin durch Polieren o. dgl. bereitgestellte Energie mit Ausrichtung auf die Oberfläche des Orientierungsfilms nicht aufrechterhalten werden kann aufgrund nachfolgender thermischer Energie o. dgl. und durch die letztere kompensiert wird. Im spezielleren geht die Richtwirkung verloren, wenn die Umordnung der Moleküle oder der Oberflächenform, wie etwa Phasenübergang oder Schmelzen aufgrund der thermischen Energie auftritt. Wenn ein derartiger Mechanismus auf den auf dem Farbfilter bereitgestellten Orientierungsfilm angewendet werden soll, ist eines der Probleme die Adhäsion zwischen dem Orientierungsfilm und dem Farbfilter und das andere ist die Belastung zwischen ihnen.
Obwohl es nicht klar ist, welcher dieser beiden Mechanismen des Abbaus der Orientierungskraft im eigentlichen elektrolytisch abgeschiedenen Filter zutrifft, wurde nun ein Verfahren zum Abscheiden eines Schutzfilms auf dem elektrolytisch abgeschiedenen Filter gefunden, welcher Schutzfilm eine hohe Adhäsion für beide, den Farbfilter und den Orientierungsfilm aufweist, als effektives Mittel zum Lösen dieser Probleme. Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen wurde nun ebenfalls gefunden, daß ein Polymer, welches eine Epoxygruppe enthält als ein Material für die Schutzschicht wirksam ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele detaillierter beschrieben.

BEISPIEL 1

Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel einer Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung, welche durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Transparente, aus Zinnoxid hergestellte Elektroden 2 wurden mit einem Muster versehen und auf einem transparenten Glassubstrat 7 gebildet. Dieses Substrat wurde in eine Lösung zur elektrolytischen Abscheidung eingetaucht, welche die folgende Zusammensetzung hatte:

LÖSUNG ZUR ELEKTROLYTISCHEN ABSCHEIDUNG

Polyesterharz 6,5 Teile
Melaminharz 1,5 Teile
Ethylcellusolve 2,0 Teile
Wasser 88,0 Teile
rotes Pigment 2,0 Teile
Zwischen den Elektroden, welche rot gefärbt werden sollten, wurde eine positive Spannung angelegt, während eine negative Spannung an eine gegenüberliegende Elektrode angelegt wurde. Das Substrat wurde aus der Lösung zur elektrolytischen Abscheidung entfernt, gewaschen mit Wasser und dann wärmebehandelt (oder gehärtet) bei 200ºC für etwa 30 Minuten um einen roten Filter zu bilden.
Es wurden Lösungen zur elektrolytischen Abscheidung vorbereitet durch Ersetzen des roten Pigments in der vorstehend beschriebenen Lösung zur elektrolytischen Abscheidung durch ein grünes Pigment bzw. ein blaues Pigment und es wurden nachfolgend gleichermaßen grüne und blaue Filter auf anderen ausgewählten Elektroden gebildet. Ein Mehrfarbenfilter 3 aus rot, grün und blau wurde erhalten. Auf diesem Filter wurde durch Spinnbeschichten einer Lösung mit der folgenden Zusammensetzung ein Film gebildet und erhitzt und gehärtet bei 200ºC für eine Stunde um eine Schutzschicht 4 zu erhalten:
Polyamidharz 2,5 Teile
Epoxyharz 2,5 Teile
("Shell Epikote" Nr. 1002) Xylenol 95,0 Teile
Diese Schutzschicht wurde mit einer Cyclohexanonlösung mit 10 Gew.-% eines Polyimids der folgenden Formel durch Spinnbeschichten beschichtet:
Bei 200ºC wurde für eine Stunde eine Wärmebehandlung durchgeführt und die Oberfläche wurde mit einem Baumwollstoff in einer vorbestimmten Richtung poliert, um eine Orientierungsschicht 5 zu erhalten. Darauf folgend wurde eine zweite transparente Elektrode 7 auf einem zweiten Glassubstrat 6 abgeschieden und ein weiterer Orientierungsfilm 8 wurde auf der Elektrode 7 gebildet und ähnlich poliert. Dieses Substrat wurde an das gegenüberliegende Substrat 1 gebunden und Flüssigkristallmaterial 9 wurde zwischen ihnen eingeschlossen um eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen. Wenn die Anzeigevorrichtung bei einer Temperatur von 80ºC stehengelassen wurde, blieb der Orientierungszustand der Orientierungsschicht sogar nach dem Ablauf von 1000 Stunden ausgezeichnet und ein Abbau des Orientierungszustands konnte kaum beobachtet werden.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen, daß die Zusammensetzung der Schutzschichtbeschichtungslösung wie folgt geändert wurde:
Polyamidharz 2,5 Teile
Benzoguanaminharz 2,5 Teile
Xylol 95,0 Teile
Wenn man die resultierende Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung bei einer Temperatur von 80ºC stehen ließ, verschwand der Orientierungszustand nahezu vollständig nach 300 Stunden.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen, daß die Schutzschicht von Beispiel 1 nicht verwendet wurde. Wenn man die resultierende Anzeigevorrichtung bei einer Temperatur von 80ºC stehen ließ, verschwand der Orientierungszustand nach dem Ablauf von 250 Stunden nahezu vollständig.

BEISPIEL 2

Die Schutzschicht in Beispiel 1 wurde durch Spinnbeschichten einer Lösung mit 10 Gew.-% Ethylcellusolveacetat eines Epoxymodifizierten Acrylharzes und Wärmebehandeln bei 200ºC für 1 Stunde hergestellt. Darauf folgend wurden dieselben Schritte wie diejenigen von Beispiel 1 angewendet um eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen und es wurden im wesentlichen ähnliche Effekte wie in Beispiel 1 erhalten.

BEISPIEL 3

Die Schutzschicht in Beispiel 1 wurde mit einer 10 Gew.-%igen Ethylcellusolvelösung eines Isocyanat-modifizierten Epoxyharzes und Wärmebehandeln bei 200ºC für eine Stunde hergestellt. Darauf folgend wurden dieselben Schritte wie in Beispiel 1 angewendet um eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen und es wurden im wesentlichen die gleichen Effekte wie in Beispiel 1 erhalten.

BEISPIEL 4

Die Schutzschicht in Beispiel 1 wurde durch Spinnbeschichten mit einer Lösung mit der folgenden Zusammensetzung und Wärmebehandeln bei 150ºC für eine Stunde hergestellt:
Epoxyharz (Shell Epikote Nr. 1002) 2,5 Teile
Phenolharz 2,5 Teile
Xylenol 95,0 Teile
Darauf folgend wurde eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und es wurden im wesentlichen ähnliche Effekte wie in Beispiel 1 erhalten.

BEISPIEL 5

Aus Zinnoxid hergestellte transparente Elektroden 2 wurden mit einem Muster versehen und auf einem transparenten Glassubstrat 1 gebildet. Dieses Substrat wurde in eine Lösung zur elektrolytischen Abscheidung der folgenden Zusammensetzung eingetaucht:

LÖSUNG ZUR ELEKTROLYTISCHEN ABSCHEIDUNG

Acrylharz 6,5 Teile
Melaminharz 1,5 Teile
Ethylcellusolve 2,0 Teile
Wasser 88,0 Teile
rotes Pigment 2,0 Teile
Zwischen den rot zu färbenden Elektroden wurde eine positive Spannung angelegt, während eine negative Spannung an eine gegenüberliegende Elektrode angelegt wurde. Das Substrat wurde aus der Lösung genommen, mit Wasser gewaschen und bei 200ºC für etwa 30 Minuten wärmebehandelt (oder gehärtet) um einen roten Filter zu bilden.
Es wurden Lösungen zur elektrolytischen Abscheidung vorbereitet durch Ersetzen des roten Pigments in der vorstehend beschriebenen Lösung zur elektrolytischen Abscheidung durch ein grünes Pigment bzw. ein blaues Pigment und grüne und blaue Filter wurden gleichermaßen sequentiell auf anderen ausgewählten Elektroden gebildet. Ein Mehrfarbenfilter 3 aus rot, grün und blau wurde erhalten. Auf diesem Filter wurde ein Film gebildet durch Spinnbeschichten von jeder der Lösungen mit den in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Zusammensetzungen und es wurde erhitzt und gehärtet bei 200ºC für eine Stunde um eine Schutzschicht 4 zu erhalten.
Darauf folgend wurden dieselben Schritte wie in Beispiel 1 angewendet, um eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen und es wurden im wesentlichen dieselben Effekte wie in den Beispielen 1 bis 4 erhalten.
Wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Schutzschicht auf elektrolytisch abgeschiedenen Farbfiltern bereit und weiterhin stellt sie die Orientierungsschicht auf der Schutzschicht bereit. Dies führt zu elektrooptischen Mehrfarbenflüssigkristallvorrichtungen mit extrem hoher Zuverlässigkeit und langer Arbeitszeit.
Wie vorstehend beschrieben, kann die vorliegende Erfindung derart ausgezeichnete Vorteile bereitstellen, aber es ist nicht möglich, eindeutig zu bestimmen, ob die Effekte aus einer guten Adhäsion zwischen dem Farbfilter und der Orientierungsschicht oder aus der Schutzschicht resultieren. In der Tat können die Effekte vermutlich aus dem kombinierten Effekt von beiden resultieren im Hinblick auf die Tatsache, daß die, das Epoxykopplungsmittel, welches einen guten Effekt in den Beispielen bereitstellt, enthaltende Schutzschicht eine relativ hohe Adhäsion für den Farbfilter oder das Polyamid aufweist und ausgezeichnete physikalisch chemische Beständigkeit zeigt.

Claims

1. Elektrooptische Farb-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, umfassend transparente Elektroden (2, 7), welche auf den nach innen gerichteten Oberflächen von zwei beabstandeten, im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordneten Substraten (1, 6) abgeschieden sind, einen auf mindestens einer Elektrode (2) abgeschiedenen Farbfilter (3), eine auf dem Farbfilter (3) abgeschiedene Polymerschutzschicht (4), eine über der Polymerschutzschicht (4) gebildete Orientierungsschicht (5) und zwischen den Substraten (1, 6) eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschutzschicht (4) eine Epoxygruppe enthält, wodurch eine starke Adhäsion zwischen dem Farbfilter (3) und der Orientierungsschicht (5) vorgesehen und die Orientierungsschicht (5) vor an der dazwischen liegenden Grenzfläche einwirkender Belastung geschützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbfilter (3) ein elektrolytisch abgeschiedener Farbfilter ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbfilter (3) durch die elektrolytische Abscheidung aus einer Lösung, welche ein elektrolytisch abscheidbares Polymer und darin dispergierte Pigmente enthält, gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolytisch abscheidbare Polymer ein Polyesterharz und ein Melaminharz oder ein Acrylharz und ein Melaminharz enthält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht (5) aus mindestens einem Polymidpolymer, einem Polyamidpolymer oder einem Cellulosepolymer ausgewählt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Farbfilter (3) verschiedener Farben auf verschiedenen Elektroden.

7. Verfahren zum Herstellen einer elektrooptischen Farb- Flüssigkristallvorrichtung, umfassend die Schritte des Abscheidens von wenigstens einer Elektrode (2, 7) auf jedem von zwei Substraten (1, 6), Abscheiden eines Farbfilters (3) auf der Elektrode oder den Elektroden (2) von mindestens einem Substrat (1), Abscheiden einer Polymerschutzschicht (4) auf dem Farbfilter (3), Bilden einer Orientierungsschicht (5) auf dem Farbfilter (3) und Einschließen von Flüssigkristallmaterial (9) zwischen den Substraten (1, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschutzschicht (4) eine Epoxygruppe enthält, welche die Orientierungsschicht (5) an den Farbfilter (3) bindet und die Orientierungsschicht (5) vor an der dazwischen liegenden Grenzfläche einwirkender Belastung schützt.