DE4340593C2 - Bistabiles Flüssigkristalldisplay - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bistabiles Flüssigkristalldis­ play nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zu bisherigen Anzeigeverfahren unter Verwendung eines Flüssigkeitskristalls gehören das Verfahren mit dynami­ scher Streuung (DS) zum Umsetzen eines an einen Flüssig­ kristall gelegten elektrischen Signals in optische Daten, das Verfahren mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung (ECB = Electrically Controlled Birefrigence), das Pha­ senänderungs(PC = Phase Change)-Verfahren, das Speicher­ musterverfahren, das GastWirt(GH = Guest-Host)-Verfahren und das Verfahren mit einem oberflächenstabilisierten Ferroelektrikum (SSF = Surface Stabilized Ferroelectric).

Unter den Verfahren, die für Anzeigevorrichtungen in Er­ zeugnissen wie Uhren, wissenschaftlichen Taschenrechnern, Wortprozessoren, PCs und Fernsehgeräten verwendet werden, sind vor allem das Verfahren mit verdrillt nematischem Flüssigkristall (TN = Twisted Nematic) und das Verfahren mit superverdrilltem nematischem Flüssigkristall (STN = Supertwisted Nematic), das eine Verbesserung des TN-Ver­ fahrens ist, von Bedeutung.

Diese Verfahren nutzen alle einfachstabile Flüssigkri­ stalle, wobei dieselben einer solchen Orientierungsbe­ handlung unterzogen werden, daß die Flüssigkristallmole­ küle parallel zum Substrat in einer Richtung ausgerichtet sind. Es gibt bereits Flüssigkristalldisplays mit einer Isolierschicht zwischen dem Glassubstrat und der Ausrich­ tungsbehandlungsschicht (JP-A-51 (1976)-124941). Ferner gibt es ein Verfahren, bei dem als Teil einer Ausrich­ tungsbehandlung Schrägabscheidung aus der Dampfphase er­ folgt oder ein isolierender, anorganischer Dünnfilm auf ein Substrat mit einer Elektrode aufgetragen wird (JP-A- 57 (1982)-112714).

Als bistabile Flüssigkristalldisplays, die einen nemati­ schen Flüssigkristall benutzen, wie dies bei der Erfin­ dung geschieht, hat G. Durand zwei verschiedene Arten vorgeschlagen.

Die eine dieser Arten verwendet ein chirales Ion zum Er­ zeugen einer Verdrehungskraft (WO-91/11747). Bei einer solchen Vorrichtung werden sowohl rechts- als auch links­ drehende chirale Ionen mit einem Flüssigkristall ver­ mischt, um eine Abweichung der Ionenverteilung durch eine Spannung zu bewirken, damit eine Verdrehkraft hervorgeru­ fen wird. Bei einem solchen verfahren ermöglicht es das Anlegen eines impulsförmigen elektrischen Feldes, wie dies aus einem Flüssigkristalldisplay mit oberflächensta­ bilisiertem Ferroelektrikum (SSFLCD) erkennbar ist, die Flüssigkristallmoleküle in eine Lage parallel zur Sub­ stratfläche umzuschalten. Jedoch hat dieses Verfahren ei­ nen wesentlichen Nachteil hinsichtlich seiner Zuverläs­ sigkeit, da es nicht reine Ionen zum Betreiben der Vor­ richtung verwendet.

Die andere Art Flüssigkristalldisplay verwendet eine Ver­ biegungspolarisation als antreibende Drehkraft. Als Aus­ richtungsfilm wird ein durch Schrägaufdampfung aus der Dampfphase hergestellter SiO-Film verwendet. Diese Vor­ richtung nutzt die Tatsache, daß es eine geeignete Aus­ wahl der Filmherstellbedingungen erlaubt, daß der nemati­ sche Flüssigkristall eine stabile Ausrichtung in zwei richtungen zeigt (WO-92/00546). Es wird angenommen, daß dort hohe Zuverlässigkeit ohne die Schwierigkeit von Ver­ unreinigungen erwartet werden kann, da die aus einer Aus­ richtungsverzerrung herrührende Verbiegungspolarisation als antreibende Verdrehkraft verwendet wird. Bei diesem Verfahren erlaubt es das Anlegen eines impulsförmigen elektrischen Feldes, wie dies auch beim SSFLCD erkennbar ist, das Umschalten der Flüssigkristallmoleküle in eine Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats. Die An­ sprechzeit beträgt ungefähr 100 µsec. Da der Flüssigkri­ stall in eine Richtung parallel zur Substratfläche umge­ schaltet wird, kann keine Abhängigkeit des Betrachtungs­ winkels erkannt werden. Daneben besteht bei dieser Vor­ richtung kein Ausrichtungsproblem wie bei einem SSFLCD, da diese Art von Flüssigkristalldisplay einen nematischen Flüssigkristall verwendet, und es ist ein ausreichend großer Bereich der Betriebstemperatur möglich. Das erfin­ dungsgemäße Flüssigkristalldisplay gehört zu letzteren Typ.

Fig. 3 zeigt den Aufbau eines nematischen, bistabilen Dis­ plays auf Grundlage der Verbiegungspolarisation, wie sie von G. Durand berichtet wurde (s. SID-Dokumente, S. 606-607, Appl. Phys. Lett. 60 (9), 2. März 1992, S. 1085-1086). In Fig. 3 sind Glassubstrate 1a, eine Flüssigkristallschicht 6, transparente Elektroden 2a, 2b, SiO-Ausrichtungsfilme 4a, 4b sowie Abstandshalter 5a, 5b dargestellt. Der Dampfabschei­ dungswinkel für den SiO-Ausrichtungsfilm ist auf ungefähr 74° gegen die Normale auf dem Substrat ausgerichtet, wobei die Dicke des Films ungefähr 3 nm beträgt und der Durchmes­ ser der Abstandshalter ungefähr 1 bis 3 µm ist. Unter diesen Umständen sind die Flüssigkristallmoleküle, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, um den Winkel Θ° gegen die Substratfläche geneigt. Darüber hinaus ist die auf die Substratfläche pro­ jizierte Richtung um α° bis -α° verdrillt, um Richtungen A und B zu erzeugen, in denen die Flüssigkristallmoleküle einen bistabilen Zustand zeigen. Darüber hinaus zeigen die Flüssigkristallmoleküle dann, wenn die Dicke der Zelle aus­ reichend auf 1 bis 3 µm verringert wird, einen stabilen Zu­ stand in der Richtung rechtwinklig zur Dampfabscheidungs­ richtung des SiO und in der Richtung C parallel zur Sub­ stratfläche auf.

Fig. 4 zeigt die SiO-Dampfabscheidungsrichtung und die Rich­ tung, in der die Flüssigkristallmolekül-Ausrichtung stabil sein kann. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen für das obere und untere Substrat werden so bestimmt, daß die Dampf­ abscheidungsrichtung für das SiO um 45° gegen die antiparal­ lele Richtung verdreht wird. Es wird ein Flüssigkristall­ material verwendet, das so mit einem chiralen Material do­ tiert ist, daß es zwischen dem oberen und unteren Substrat eine Verdrillung von 22,5° hervorruft. Übrigens ist die Ver­ drillrichtung der Flüssigkristallmoleküle so eingestellt, daß sie der Verdrillrichtung gemäß der SiO-Dampfabscheidung zwischen dem oberen und unteren Substrat entgegengesetzt ist.

In den Zeichnungen bezeichnet der gestrichelte Pfeil die SiO-Dampfabscheidungsrichtung. Bezugsziffern (1) bis (3) sowie (1)' bis (3)' bezeichnen Richtungen stabiler Ausrich­ tung, die die Flüssigkristallmoleküle an jeder Substratflä­ che einnehmen können. Auf diese Weise ist die Struktur des Flüssigkristalldisplays dadurch bedingt, daß die SiO-Dampf­ abscheidung um 45° gegen die antiparallele Ausrichtung ver­ dreht wird. Daher ist dann, wenn ein Flüssigkristallmaterial mit den obigen Bedingungen in eine Zelle eingebracht wird, die Orientierung, die im stabilen Zustand möglich ist, durch die Wirkung des chiralen Materials begrenzt. Die Flüssigkri­ stallmoleküle können in Kombinationen stabil sein, wie sie mit (2) bis (3)' sowie (3) bis (1)' dargestellt sind.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine Zelle. Das Symbol a entspricht der Ausrichtung (2) bis (3)', während das Symbol b der Ausrichtung (3) bis (1)' entspricht. Wenn ein Flüssig­ kristallmolekül Keilform aufweist, erzeugt die Ausrichtungs­ verzerrung auf dem aufgesprühten Material eine Verbiegungs­ polarisation. Der Pfeil in Fig. 6 bezeichnet die Richtung der Verbiegungspolarisation. Hierbei sind die vertikalen Komponenten der mit a und b bezeichneten Verbiegungspolari­ sationen in zueinander entgegengesetzten Richtungen ausge­ richtet. Dadurch ist es möglich, den bistabilen Zustand da­ durch zu ändern, daß die vertikale Komponente der Verbie­ gungspolarisation durch Anlegen eines impulsförmigen elek­ trischen Feldes umgekehrt wird.

Wenn jedoch der SiO-Ausrichtungsfilm direkt auf dem Substrat ausgebildet wird, wie dies beim obigen Verfahren der Fall ist, unterscheiden sich die Orientierungsrichtungen für den bistabilen Zustand auf der Glasoberfläche und der durchsich­ tigen Elektrode aufgrund der Stufe zwischen der Glasober­ fläche des Substrats und der darauf ausgebildeten durch­ sichtigen Elektrode voneinander. Darüber hinaus wird die bistabile Ausrichtung von der Glasoberfläche oder der durchsichtigen Elektrode beeinflußt, da die Dicke des SiO-Ausrichtungsfilms gering ist. Außerdem ist der Zu­ stand stabiler Ausrichtung in einen der folgenden stabi­ len Zustände abgeändert: einen Ausrichtungszustand I vor dem Anlegen eines elektrischen Feldes oder einen Ausrich­ tungszustand II nach dem Anlegen des elektrischen Feldes, bei dem das elektrische Feld verstärkt wird. So kann ein bistabiles Umschalten erzielt werden. Der Bericht von G. Durand beschreibt, daß Umschalten in einer Flüssigkri­ stalldomäne mit einer Größe von 1 mm realisiert wurde. Kern bistabiles Umschalten wird über die gesamte Fläche des Anzeigeschirms erzielt. Demgemäß ist es sehr schwie­ rig, einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand über einen großen Teil einer Fläche zu erzielen. Außerdem führt das Anlegen eines elektrischen Feldes zu Kurzschlüssen zwi­ schen dem oberen und unteren Substrat, da die Dicke der Flüssigkristalle mit 1,5 µm bis 3,0 µm sehr gering ist.

In der DE 40 15 869 A1 ist eine Flüssigkristall-Anzeige­ vorrichtung beschrieben, bei der zwei Substrate, deren Oberflächen selektiv mit transparenten Elektroden belegt sind, einander gegenüber und im wesentlichen parallel zu­ einander angeordnet sind, wobei ein Ausrichtungsfilm auf jeder der transparenten Elektroden vorgesehen ist. Ein Flüssigkristall liegt zwischen den beiden Substraten, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Außerdem ist ein Isolierfilm zwischen dem Substrat und dem Ausrichtungs­ film vorgesehen.

Weiterhin beschreibt die DE 40 12 750 A1 eine ferroelek­ trische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit transpa­ renten Trägerplatten, Elektroden, einem Polarisator, ei­ nem ferroelektrischen Flüssigkristallmedium, wenigstens einer Ausrichtungsschicht und einer dünnen isolierenden Zwischenschicht, die zwischen der Ausrichtungsschicht und dem ferroelektrischen Flüssigkristallmedium vorgesehen ist.

In der DE 39 04 029 C2 ist eine Flüssigkristall-Anzeige­ vorrichtung offenbart, bei der zwei Substrate, deren Oberflächen selektiv mit transparenten Elektroden belegt sind, einander im wesentlichen parallel gegenüberliegen, wobei ein Ausrichtungsfilm auf jeder der transparenten Elektroden gebildet ist. Ein Flüssigkristall liegt zwi­ schen den beiden Substraten, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Außerdem ist ein Isolierfilm zwischen dem je­ weiligen substrat und dem zugehörigen Ausrichtungsfilm vorgesehen.

Weiterhin beschreibt die DE 29 34 386 C2 eine Flüssigkri­ stall-Anzeigevorrichtung mit zwei Substraten, Schutz­ schichten, transparenten Elektroden, Verbindungsschichten aus einem organischen transparenten Material, Ausrich­ tungsfilmen und einem Flüssigkristall.

In der DE 29 16 670 A1 ist eine nematische Flüssigkri­ stall-Anzeigevorrichtung beschrieben, die Substrate, Elektroden, Deckschichten und ein Flüssigkristallmedium aufweist. Die Deckschichten werden gebildet, indem "Elektrodenplatten" in spezielle organische Lösungen oder eine anorganische Säure eingetaucht werden. Oberflächen- Ausrichtungen werden vorgenommen, indem spezifische Reib­ behandlungen der getrockneten Elektrodenplatten ausge­ führt werden.

Schließlich ist in der DE 28 52 395 A1 eine Flüssigkri­ stall-Anzeigevorrichtung mit Substraten, Elektroden, Deckschichten aus Oxiden und Hydroxiden und einem Flüs­ sigkristall beschrieben. Die Deckschichten haben dabei eine Dicke von 500 bis 2000 Å.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bistabiles Flüssigkristalldisplay anzugeben, das über große Anzeige­ flächen zuverlässig vom einen bistabilen Zustand in den anderen umgeschaltet werden kann.

Das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 gegeben. Dieses Display weist u. a. einen Isolierfilm zwischen dem Substrat und dem Ausrichtungsfilm auf. Dieser Isolierfilm wird einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen. Außerdem liegt die Dicke des Isolierfilms im Bereich von 0,01 bis 1 µm oder beim 0,5- bis 3,0-fachen der Dicke der Elektrode.

Auch ist es bevorzugt, den Isolierfilm entweder aus einem anorganischen Dünnfilm, der materialmäßig aus der aus SiO₂, SiN_x, Al₂O₃ bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder aus einem organischen Dünnfilm herzustellen, der mate­ rialmäßig aus der ein Polyimid, einen Photoresistharz oder einen polymeren Flüssigkristall enthaltenden Gruppe ausgewählt ist.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den beige­ fügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein schematischer Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Flüssigkristalldisplay ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung für den Zusammenhang zwischen der Dampfabscheidungsrichtung und der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen ist;

Fig. 3 ein schematischer Querschnitt durch ein herkömmliches Flüssigkristalldisplay ist;

Fig. 4 eine allgemeine Darstellung zum Veranschaulichen des bistabilen Zustands eines Flüssigkristalls ist;

Fig. 5 eine Darstellung zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Dampfabscheidungsrichtung und der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen ist; und

Fig. 6 eine Darstellung zum Veranschaulichen der Ausrichtung von Flüssigkristallen über den Querschnitt einer Flüssig­ kristallzelle ist.

Die Erfindung schafft ein Flüssigkristalldisplay unter Ver­ wendung eines nematischen Flüssigkristalls mit gleichmäßigem bistabilem Zustand über die gesamte Anzeigefläche sowohl in einem ersten Ausrichtungszustand vor dem Anlegen eines elek­ trischen Feldes als auch in einem zweiten Ausrichtungszu­ stand nach dem Anlegen des elektrischen Feldes, wobei das­ selbe abgetrennt wird.

Bei der Erfindung wird ein lichtdurchlässiges, isolierendes Substrat, z. B. Glas, verwendet. Auf diesem isolierenden Substrat wird eine durchsichtige Elektrode mit einem vorge­ gebenen Muster aus einem elektrisch leitenden Dünnfilm wie einem solchen aus InO₃, SnO₂ oder Indium-Zinn-Oxid (ITO = Indium Tin Oxide) ausgebildet.

Auf dieser durchsichtigen Elektrode wird ein Isolierfilm ausgebildet. Als Isolierfilmmaterial kann ein anorganisches Material wie SiO₂, SiN_x oder Al₂O₃ verwendet werden oder ein organisches Material wie Polyimid, ein Photoresistharz oder ein polymerer Flüssigkristall. Wenn der Isolierfilm aus einem anorganischen Material hergestellt wird, kann er durch Dampfabscheidung, Sputtern, chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) oder Lösungsbeschichtung ausgebildet wer­ den. Insbesondere wird der Isolierfilm am besten durch Elek­ tronenstrahl(EB = Electron Beam)-Dampfabscheidung ausgebil­ det. Wenn für den Isolierfilm ein organisches Material ver­ wendet wird, wird z. B. eine Lösung verwendet, in der ein organisches Material oder ein Vorläufer desselben gelöst ist, um den vorstehend genannten Dünnfilm durch ein Verfah­ ren wie das Schleuderbeschichtungsverfahren, das Tauchbe­ schichtungsverfahren, das Siebdruckverfahren, das Walzbe­ schichtungsverfahren oder ein Verfahren aufzubringen, bei dem das Material unter vorgegebenen Aushärtbedingungen (wie der Anwendung von Wärme- oder Lichtstrahlung) gehärtet wird, um den Isolierfilm auszubilden. Ferner ist es möglich, Ver­ fahren wie Abscheidung aus der Dampfphase, Sputtern, CVD oder das Langmuir-Blodgett(LB)-Verfahren anzuwenden.

Zu Ausrichtungsbehandlungsverfahren für den Isolierfilm ge­ hören das Reibeverfahren und das Verfahren mit Schrägab­ scheidung aus der Dampfphase. Das Reibeverfahren ist in dem Fall bevorzugt, daß Flüssigkristalldisplays mit großer Flä­ che hergestellt werden. Beim Reibeverfahren wird der Iso­ lierfilm nach seiner Herstellung einer Reibebehandlung un­ terzogen. Dabei wird z. B. parallel gerieben (wobei beide Seiten eines Substratpaars der Reibebehandlung unterzogen werden und sie so aufeinandergeschichtet werden, daß die Reiberichtungen in derselben Richtung ausgerichtet sind), das Antiparallel-Reibeverfahren (bei dem beide Seiten der Substrate der Reibebehandlung unterzogen werden und so auf­ einandergeschichtet werden, daß die Reiberichtungen in ent­ gegengesetzten Richtungen zeigen), und das einseitige Reibe­ verfahren, bei dem eine Seite der Substrate der Reibbehand­ lung unterzogen wird).

Vorzugsweise verfügt der Isolierfilm über eine Dicke von 0,01 bis 1 µm, vorzugsweise 0,02 bis 0,5 µm. Wenn die Dicke des Isolierfilms geringer als 0,01 µm ist, unterliegt er einem ungünstigen Einfluß von der Oberfläche des Glases oder der Oberfläche der durchsichtigen Elektrode. Wenn die Dicke größer als 1 µm ist, kann dies der Grund für die Erzeugung einer Stufe zwischen dem Substrat und dem Isolierfilm sein, was sehr unerwünscht ist. Darüber hinaus hat der Isolierfilm das 0,5- bis 3-fache der Dicke der durchsichtigen Elektrode. Wenn der Isolierfilm weniger als das 0,5-fache der Dicke der durchsichtigen Elektrode hat, neigt er dazu, von Aussparun­ gen und Vorsprüngen der durchsichtigen Elektrode beeinflußt zu werden. Dann wird die Ausrichtungseinstellung schwierig. Wenn der Isolierfilm mehr als das 3-fache der Dicke der durchsichtigen Elektrode hat, muß die Ansteuerspannung er­ höht werden. Darüber hinaus sammelt sich elektrische Ladung im Isolierfilm an, wodurch ein elektrisches Feld in Umkehr­ richtung erzeugt wird.

Auf dem Isolierfilm wird ein Ausrichtungsfilm ausgebildet. Für den Ausrichtungsfilm kann entweder ein anorganisches oder ein organisches Material verwendet werden. Wenn ein an­ organisches Material verwendet wird, ist Schrägabscheidung von Siliciumoxid aus der Dampfphase bevorzugt. Darüber hin­ aus kann ein Verfahren wie Dampfabscheidung unter Rotation verwendet werden. Wenn ein organisches Material verwendet wird, können Materialien wie Nylon, Polyvinyle, Polyimide oder dergleichen verwendet werden. Normalerweise erfolgt eine Ausrichtungsbehandlung des Ausrichtungsfilms durch Rei­ ben desselben. Darüber hinaus kann Ausrichtungsbehandlung dadurch ausgeführt werden, daß ein Material wie ein polyme­ rer Flüssigkristall, ein LB-Film oder ein magnetischer Film verwendet wird oder ein Verfahren wie das Abstandshalter- Kanten-Verfahren (Spacer Edge Method) oder dergleichen ver­ wendet wird. Darüber hinaus können SiO₂ und SiNx aus dem Dampf abgeschieden werden, gefolgt von einem Reiben des Films zum Erzielen einer Ausrichtung.

Der Vorabneigungswinkel ist als Neigungswinkel der Flüssig­ kristallmoleküle gegen die Richtung rechtwinklig zum Sub­ strat definiert. Der Vorabneigungswinkel kann dadurch geän­ dert werden, daß ein Ausrichtungsfilm vom Polyimidtyp mit einem Mittel zum Ändern der vertikalen Ausrichtung behandelt wird wie N, N-Octadecyl-3-Amino-Propyltrimethoxysilylchlorid (DMOAP), nachdem dieser Film gerieben wurde oder Silicium­ oxid durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase aufgebracht wurde. Bei der Reibebehandlung kann der Vorabneigungswinkel durch Ändern des zum Reiben verwendeten Tuchs, der Länge eines Felds und die Anzahl von Umdrehungen einer Walze geändert werden. Darüber hinaus können die Dampfabschei­ dungsbedingungen abhängig vom Abscheidungswinkel für das Siliciumoxid und der gewünschten Filmdicke geändert werden.

Erfindungsgemäß sind der Ausrichtungsfilm auf dem einen Sub­ strat und der auf dem anderen vorzugsweise so ausgebildet, daß sich ihre Ausrichtungsrichtungen voneinander unterschei­ den, insbesondere um 0 bis 90°. Bevorzugter wird der Winkel auf 15 bis 60° eingestellt.

Genauer gesagt, wird ein durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase hergestellter SiO-Film als Ausrichtungsfilm so verwendet, daß die Abscheidungsrichtung auf den beiden Sub­ straten auf ein kleineres Maß gegen die parallele Stellung eingestellt wird, d. h. auf weniger als die Verdrillrichtung von 90°, oder vorzugsweise auf ungefähr 45° (s. Fig. 2).

Zum erfindungsgemäßen Flüssigkristall gehören nematische Flüssigkristalle vom Schiff-Chlor-Typ, vom Azotyp, vom Azoxytyp, vom Benzoattyp, vom Biphenyltyp, vom Pyrimidintyp und vom Dioxantyp sowie Mischungen derselben, insbesondere Mehrkomponenten-Flüssigkristalle. Zu konkreten Flüssigkris­ tallmischungen, wie sie käuflich erhältlich sind, gehören die folgenden: von Merck hergestellte Reihe Z wie Z-1625, Z-1565, Z-1780, Z-1800, Z-1840, Z-1825 und 5CB, von BDH hergestellte Reihe E wie E-7, E-37, E-31LV, E-80, E-44, die von Roche hergestellte Reihe R wie R-200, R-623, R-701, R-619, R-627C, die von Chisso hergestellte Reihe L wie L-GR45, L-9106, L-EN24, L-P23NN23 und die von Dai Nippon Ink hergestellte Reihe D wie D-601T, D-X01A und D-800. Außerdem können diese Flüssigkristalle geeignet gemischt werden.

Dann wird dem vorstehend genannten Flüssigkristall ein chi­ rales Hilfsmaterial (optisch aktive Verbindung) zugegeben. Durch diese Vorgehensweise wird die Schraubenganghöhe der Flüssigkristallphase eingestellt. Konkret verwendbare chira­ le Hilfsstoffe sind die folgenden: Chloesterylbromid, Chole­ steryl-n-Hexylether, Chlesterylbenzoat, Cholesteryl-n-Hepta­ noat, Cholesterylnunanoat, 4,4-(2-methylbutyl)-phenylbenzoe­ säure-4'-cyanophenylester, 4-n-Hexyloxybenzoesäure-4'-(2- butoxycarbonyl)-phenylester, t-4-(2-Methylbutyl)cyclohexyl­ carboxylsäure-cyanobiphenyl, 4-(4-Methylbutyl)-4'-cyano-p­ terphenyl, N-(4-Ethoxybenzyliden)-4-(2-methylbutyl)anilin, 4-(2-Methylbutyl)benzoesäure-4'-n-hexyloxyphenylester, 4-n- Heptoxy-4'-(methylbutyloxycarbonyl)biphenyl, 4-(2-Methyl­ butyl)-4'-carbonylphenyl und 4-4-(2-Methylbutyl)phenylben­ zoesäure-4'-butylphenylester.

Zu käuflich erwerbbaren Erzeugnissen gehört S-8100 (von Merck hergestellt).

Darüber hinaus können andere Verbindungen als die vorstehend genannten nematischen Flüssigkristallverbindungen geeignet gemischt werden. Solche Verbindungen müssen keine Flüssig­ kristallphase aufweisen. Hierzu gehören:

• (a) Verbindungen zum Einstellen des Temperaturbereichs der Flüssigkristallphase;
• (b) optisch aktive Verbindungen, die eine große Spontanpola­ risation in der ferroelektrischen Flüssigkristallphase zei­ gen oder hervorrufen.

Nachdem der Flüssigkristall in die Zelle eingebracht ist, wird eine Einfüllöffnung mit einem UV-härtbaren Acrylharz gefüllt.

Darüber hinaus kann ein Flüssigkristalldisplay dadurch her­ gestellt werden, daß ein Polarisator so angeordnet wird, daß seine Polarisationsachse ungefähr rechtwinklig zur vertika­ len Richtung der Flüssigkristallzelle verläuft und ein Pola­ risator ungefähr einer der optischen Achsen der Flüssigkri­ stalle in der Zelle entspricht.

Beispiel 1

Fig. 1 ist ein Hauptschnitt durch ein erfindungsgemäßes Flüssigkristalldisplay.

Auf Glassubstraten 1a und 1b werden durchsichtige Elektroden 2a, 2b mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Auf dem Glas­ substrat wird als Isolierfilm ein SiO₂-Film 3a, 3b durch Ab­ scheidung aus der Dampfphase mit einer Dicke von 100 nm auf­ gebracht. Danach werden darauf SiO-Ausrichtungsfilme durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase abgeschieden. Die Be­ dingungen hierfür werden wie folgt vorgegeben: Dampfabschei­ dungswinkel von 74° gegen die Normale auf dem Substrat, bei einer Filmdicke von 7 nm. Das obere und untere Substrat wer­ den so aufeinandergeschichtet, daß sie um 45° gegen die Antiparallelrichtungen hinsichtlich der Dampfabscheidungs­ richtung verdrillt werden. Die Zellendicke beträgt 1,5 µm. In die so hergestellte Zelle wird ein nematischer Flüssig­ kristall eingefüllt (bei dem 0,36 Gew.-% des chiralen Mate­ rials S-811 zum Wirtsflüssigkristall 5CB zugemischt sind). Es ergibt sich eine gleichmäßige und stabile Ausrichtung frei von Abweichungen im bistabilen Zustand. Der Kontrast beträgt 20 zu 1.

Beispiel 2

Das Beispiel 2 eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldis­ plays weist denselben Grundaufbau wie dasjenige des Bei­ spiels 1 auf. Auf Glassubstraten werden durchsichtige Elek­ troden mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Nach Dampf­ abscheidung von SiO₂ mit einer Dicke von 100 nm als Isolier­ film auf den Substraten folgt ein Reiben in derselben Rich­ tung. Dann wird SiO durch Schrägaufdampfung aus der Dampf­ phase abgeschieden, um einen Ausrichtungsfilm herzustellen. Die Aufdampfbedingungen sind dieselben wie oben genannt. Das obere und untere Substrat werden so aufeinandergeschichtet, daß sie gegenüber der antiparallelen Richtung in bezug auf die Dampfabscheidungsrichtung verdrillt werden. Die Dicke der Flüssigkristallzelle beträgt wieder 1,5 µm. Es wird der­ selbe Flüssigkristall wie beim Beispiel 1 angegeben einge­ füllt. Es ergibt sich wieder ein gleichmäßiger und stabiler Ausrichtungszustand ohne Abweichung vom bistabilen Zustand.

Beispiel 3

Das Beispiel 3 eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldis­ plays weist denselben Grundaufbau wie dasjenige des Bei­ spiels 1 auf. Auf Glassubstraten werden durchsichtige Elek­ troden mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Nach dem Auf­ tragen und Ausrichten eines Photoresistharzes (OCD P-59310; hergestellt von Tokyo Applied Chemistry) durch eine Schleu­ dereinrichtung als Isolierfilm folgt ein Sintern bei 350°C. Auf dem Isolierfilm wird SiO durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase aufgebracht, um einen Ausrichtungsfilm herzustel­ len. Die so hergestellten beiden Substrate werden so aufein­ andergeschichtet, daß sie um 45° gegenüber der zur Dampfab­ scheidungsrichtung antiparallelen Richtung verdrillt werden. Die Zellendicke und das Flüssigkristallmaterial sind diesel­ ben wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen. Es ergibt sich eine gleichmäßige und stabile Ausrichtung frei von Ab­ weichungen aus dem bistabilen Zustand.

Beispiel 4

Das Beispiel 4 eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldis­ plays entspricht im wesentlichen dem Beispiel 1. Auf Glas­ substraten wird ein SiO₂-Film durch Schrägaufdampfung aus der Dampfphase abgeschieden und ausgerichtet, um einen Aus­ richtungsfilm zu bilden. Der Dampfabscheidungswinkel beträgt 74° gegenüber der Normalen auf dem Substrat; die Filmdicke ist 7 nm. Die Substrate werden wie beim Beispiel 1 aufeinan­ dergeschichtet (s. Fig. 2). Die Zelldicke beträgt wieder 1,5 µm. In die fertiggestellte Zelle wird ein nematischer Flüssigkristall eingefüllt (in dem 0,36 Gew.-% des chiralen Materials 9 s zum Wirtsflüssigkristall 5CB zugemischt sind). Es kann ein gleichmäßiger und stabiler Ausrichtungszustand erhalten werden. Wenn ein impulsförmiges elektrisches Feld von 20 V an das Flüssigkristallpaneel angelegt wird, zeigt sich ein stabiler Zustand. Der Kontrast beträgt 20 zu 1.

Beispiel 5

Der Grundaufbau beim Beispiel 5 eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays ist derselbe wie beim Beispiel 1. Auf Glassubstraten werden durchsichtige Elektroden mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Auf dem Substrat wird SiO₂ aus der Dampfphase mit einer Dicke von 50 nm als Grundfilm abge­ schieden. Dann wird auf diesem SiO aus der Dampfphase abge­ schieden, um einen Ausrichtungsfilm zu bilden. Dabei wird ein Dampfabscheidungswinkel von 74° verwendet; die Filmdicke beträgt 7 nm. Die beiden Substrate werden wie beim Beispiel 1 aufeinandergeschichtet. Die Zellendicke beträgt wieder 1,5 µm. In die so fertiggestellte Zelle wird ein nematischer Flüssigkristall eingefüllt (in dem 0,36 Gew.-% eines chira­ len Materials zum Wirtsflüssigkristall 5CB zugemischt sind. Es wird ein gleichmäßiger und stabiler Ausrichtungszustand erhalten. Wenn ein impulsförmiges elektrisches Feld durch Anlegen von 20 V an das wie vorstehend beschrieben herge­ stellte Paneel hergestellt wird, ergibt sich ein stabiler bistabiler Zustand; der Kontrast beträgt 20 zu 1.

Beispiel 6

Beispiel 6 hat denselben Grundaufbau wie die Flüssigkri­ stallzelle beim Beispiel 1. Auf Glassubstraten werden durch­ sichtige Elektroden mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Auf den Substraten wird SiO₂ als Grundfilm mit einer Dicke von 300 nm aus der Dampfphase abgeschieden. Dann wird darauf SiO durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase ausgebildet, um einen Ausrichtungsfilm zu erzeugen. Der Dampfabschei­ dungswinkel beträgt 74° gegen die Normale auf dem Substrat; die Filmdicke ist 70°. Die Substrate werden wie beim Bei­ spiel 1 aufeinandergeschichtet, wobei die Zelldicke wieder 1,5 µm beträgt. In die so fertiggestellte Zelle wird ein ne­ matischer Flüssigkristall eingefüllt (bei dem 0,36 Gew.-% eines chiralen Materials zum Wirtsflüssigkristall 5CB zuge­ mischt sind). Es wird eine gleichmäßige und stabile Ausrich­ tung ohne Abweichung im bistabilen Zustand erhalten.

Vergleichsbeispiel 1

Der Grundaufbau des Flüssigkristalldisplays gemäß dem Ver­ gleichsbeispiel 1 stimmt mit dem beim Beispiel 1 überein. Auf dem Substrat wird SiO₂ als Grundfilm mit einer Dicke von 30 nm aus der Dampfphase abgeschieden, um einen Ausrich­ tungsfilm zu erzeugen. Der Dampfabscheidungswinkel beträgt wieder 74°, die Dicke des Films 7 nm. Die Substrate werden wie beim Beispiel 1 mit einer Zelldicke von 1,5 µm zusammen­ gesetzt. In die so hergestellte Zelle wird ein nematischer Flüssigkristall eingefüllt (bei dem 0,36 Gew.-% eines chira­ len Materials in den Wirtsflüssigkristall 5CB gemischt sind). Eine Auswertung des Ausrichtungszustandes zeigt, daß dieser auf der durchsichtigen Elektrode instabil ist. Das Anlegen einer Spannung führt nicht zu einem bistabilen Zu­ stand. Nach einiger Zeit entsteht ein Kurzschluß zwischen dem oberen und unteren Substrat.

Vergleichsbeispiel 2

Das Vergleichsbeispiel 2 eines Flüssigkristalldisplays weist denselben Grundaufbau auf wie das Beispiel 1 der Erfindung. Auf dem Substrat werden durchsichtige Elektroden mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Dann wird ein SiO₂-Grundfilm mit einer Dicke von 500 nm aus der Dampfphase abgeschieden. Darauf wird SiO als Ausrichtungsfilm aus der Dampfphase ab­ geschieden. Der Dampfabscheidungswinkel beträgt 74° gegen die Normale auf dem Substrat; die Filmdicke beträgt 7 nm. Die Substrate werden wie beim Beispiel 1 aufeinanderge­ schichtet, bei einer Zelldicke von 1,5 µm. Auch wird dersel­ be Flüssigkristall wie beim Beispiel 1 eingefüllt. Die Orientierung war relativ stabil. Beim Anlegen eines impuls­ förmigen elektrischen Feldes durch eine Spannung von 20 V wird die Vorrichtung nicht geschaltet. Dagegen wird sie teilweise geschaltet, wenn durch Anlegen von 30 V ein im­ pulsförmiges elektrisches Feld erzeugt wird.

Mit demselben Verfahren wird die Dicke der durchsichtigen Elektrode auf 100 nm (festgelegt) eingestellt. Dann wird die Dicke des Isolierfilms gemäß Beispielen zu 75, 100, 150, 200, 250 nm geändert. Als Vergleichsbeispiel wird eine An­ zeigevorrichtung hergestellt, bei der die Dicke des Isolier­ films 40 nm beträgt, um die Flüssigkristall-Ausrichtung aus­ zuwerten. Tabelle 1 zeigt die Auswertung für den Ausrich­ tungszustand im nematischen Flüssigkristall, wenn sich die Dicke des Isolierfilms im Bereich von 30 bis 500 nm ändert. Wie in Tabelle 1 dargestellt, zeigt der Flüssigkristall dann, wenn die Dicke des Isolierfilms zwischen 60 und 300 nm liegt, einen stabilen Ausrichtungszustand, und das Schalten erfolgt stabil.

Tabelle 1

Beziehung zwischen der Dicke des Isolierfilms und dem Ausrichtungszustand

Das Symbol o zeigt günstige Stabilität im Ausrichtungszu­ stand an.

Das Symbol Δ zeigt stabilen Ausrichtungszustand, jedoch in­ stabiles Schalten an.

Das Symbol x zeigt an, daß die Orientierung instabil ist.

Bei diesem Beispiel wurde SiO₂ oder ein Photoresistharz (OCD P-59310; hergestellt von Tokyo Appl. Chem.) verwendet. Bei der Erfindung muß nur das ganze Substrat gleichförmig beschichtet werden, um für bistabile Ausrichtung zu sorgen. Als Isolierfilm können Materialien wie Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Polyimid oder dergleichen verwen­ det werden. Darüber hinaus kann zum Ausbilden des Isolier­ films jedes Verfahren verwendet werden wie Sputtern, Ab­ scheidung aus der Dampfphase, CVD oder Beschichten durch Schleudern. Die Erfindung ist nicht auf die vorigen Beispie­ le beschränkt. Die Dicke des Isolierfilms kann im Bereich von 0,02 bis 0,5 µm, bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,2 µm, eingestellt werden.

Die Erfindung ermöglicht das Herstellen eines Flüssigkri­ stalldisplays mit großer Fläche, das mit erhöhter Geschwin­ digkeit betrieben werden kann. Es zeigt einen gleichmäßigen Orientierungszustand über eine größere Fläche als bei her­ kömmlichen Displays. Das Display wird von Vertiefungen und Vorsprüngen an der Oberfläche der durchsichtigen Elektroden nicht beeinflußt, und es ist ein stabiler Zustand bei bista­ bilen Schaltvorgängen möglich.

Claims (4)

1. Bistabiles Flüssigkristalldisplay, bei dem ein Paar Substrate (1a, 1b), auf deren Oberflächen selektiv Elektroden (2a, 2b) ausgebildet sind, von denen we­ nigstens eine durchsichtig ist, ungefähr parallel zueinander einander gegenüberliegen, wobei ein Aus­ richtungsfilm (4a, 4b) auf jeder der Elektroden (2a, 2b) ausgebildet ist und ein nematischer Flüs­ sigkristall (6) zwischen das Paar Substrate einge­ füllt ist, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden, bei dem eine Umschaltvorrichtung angebracht ist, um die optische Achse des Flüssigkristalls (6) durch wahlweises Anlegen einer Spannung an die Elektroden umzuschalten, und bei dem ein Isolierfilm (3a, 3b) zwischen dem Substrat (1a, 1b) und dem Ausrich­ tungsfilm (4a, 4b) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (3a, 3b) eine Ausrichtbehandlung, zu der ein Reibeverfahren und ein Schrägabscheide­ verfahren aus der Dampfphase gehören, erfahren hat und eine Dicke aufweist, die das 0,5- bis 3,0-fache der Dicke der Elektroden (2a, 2b) ist.

2. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (3a, 3b) eine Dicke von 0,01 bis 1 µm aufweist.

3. Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolierfilm (3a, 3b) ein Film aus einem anorganischen Material ist, das aus der SiO₂, SiN_x und Al₂O₃ umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (3a, 3b) aus einem organischen Material besteht, das aus der aus Polyimid, einem Photoresistharz und einem polymeren Flüssigkristall bestehenden Gruppe ausgewählt ist.