DE602004007772T2 - Elektrolumineszenz-vorrichtung sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenzvorrichtung, die ein Elektrolumineszenzmaterial enthält, das eine flüssigkristalline Mischung enthaltend mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Stand der Technik
  • Anorganische Leuchtdioden wurden bereits häufig als Lichtemittervorrichtungen verwendet. Zwei Klassen dieser anorganischen Materialien, von denen die einen, wie ZnS, ZnSe und ZnS:Mn, durch die Kollision beschleunigter Ladungsträger mit Emissionszentren glimmen und die anderen, wie GaN, SiC und GaAs, durch die Rekombination der durch die Elektroden injizierten Ladungsträger glimmen, werden als flache Elektrolumineszenzanzeigen und flache Lampen verwendet.
  • Tang et al. beschreiben eine Elektrolumineszenz-(im Folgenden zu EL abgekürzt) Vorrichtung, die aufgedampfte organische amorphe Filme verwendet (Applied Physics Letters, Bd. 51, S. 913 (1987)). Derartige organische EL-Materialien werden vielfältig entwickelt und nun in Anzeigen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen verwendet, obwohl sie nur monochromatisches Licht anzeigen können.
  • Weiterhin werden im japanischen Patent 1996-306954 Verfahren beschrieben, die zur Emission von polarisiertem Licht führen. Bei diesen Verfahren werden geriebene π-konjugierte Polymere oder π-konjugierte Polymere auf geriebenen Ausrichtungsschichten als Lichtemitterschichten verwendet. Andere Verfahren, die zur Emission von polarisiertem Licht führen, sind in der WO 97/07654 beschrieben. Diese Verfahren umfassen die Schritte des schichtförmigen Auftragens einer Mischung aus flüssigkristallinen (liquid crystalline – im Folgenden zu LC abgekürzt) Verbindungen und organischen EL-Materialien und nach dem Orientieren der Mischung wird mit UV-Licht bestrahlt, um die LC-Materialien zu polymerisieren und somit die Ausrichtung der Verbindungen zu fixieren, wobei die Mischung Emission von polarisiertem Licht zeigt. In der japanischen Patentanmeldung 1999-024069 ist auch beschrieben, dass Emission von polarisiertem Licht erreicht wird, indem man an eine smektische flüssigkristalline Phase von in Fluoreszenzfarbstoffmaterialien eingearbeiteten Naphthalin- oder Biphenylderivaten eine hohe Spannung anlegt.
  • Die DE 196 07 043 A1 offenbart ein flüssigkristallines Medium auf der Grundlage einer Mischung aus polaren Verbindungen mit negativer dielektrischer Anisotropie sowie eine elektrooptische Anzeige enthaltend ein solches flüssigkristallines Medium.
  • Eine flüssigkristalline Mischung, die eine negative dielektrische Anisotropie aufweist, wird auch in der EP 0 801 125 A1 offenbart.
  • Die Verwendung von Tolanen als eine Komponente einer flüssigkristallinen Mischung in elektrooptischen Anzeigen wird in der WO 88/07514 A1 offenbart.
  • Ein Flüssigkristallelement mit einem Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie wird in der JP 2002-148624 offenbart.
  • Fluoreszierende Zusammensetzungen für Flüssigkristallanzeigen und fluoreszierende Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden in den US-A-4 556 287 und US-A-4 337 999 offenbart.
  • Aufgabenstellung
  • Die anorganischen Materialien weisen jedoch Schwierigkeiten auf, da sie eine recht hohe Ansteuerspannung benötigen und da die Lichtausbeute für blau unzureichend ist. Außerdem ist es extrem schwierig, mit anorganischen Materialien eine Emission von polarisiertem Licht zu erzielen. Was die aufgedampften organischen Filme betrifft, so ist es schwierig, einen einheitlichen Film über eine große Fläche zu erhalten, und die Filmqualität ist so stark abhängig vom Fertigungsverfahren, dass das Verfahrensfenster sehr klein wird. Zudem ist es recht schwierig, Emission von polarisiertem Licht bei amorphen organischen Filmen zu erreichen.
  • Bei π-konjugierten Polymeren richtet der Reibprozess nur eine sehr dünne Oberflächenschicht des Polymerfilms aus. Auf der geriebenen Ausrichtungsschicht richten die π-konjugierten Polymere sich oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur zur Reibrichtung aus; aufgrund ihrer hohen Viskosität läuft dieser Prozess jedoch sehr langsam ab und die daraus resultierende Ausrichtungsordnung ist meist sehr schlecht.
  • Flüssigkristalline Materialien verbessern die Schwierigkeiten bei der Ausrichtung, es bleibt jedoch das Problem, dass die Längsachse der flüssigkristallinen Moleküle beim Anlegen des elektrischen Feldes dazu neigt, sich entlang des elektrischen Feldes zu orientieren, was einem elektrischen Ladungssprungmechanismus zwischen π-konjugierten Systemen sehr abträglich ist und den elektronischen Ladungstransport durch das Medium einschränkt. Aufgrund dieses Phänomens kann man als Verfahren, in denen flüssigkristalline Materialien polymerisiert werden, um ihre Ausrichtung zu fixieren, kein elektrisches Feld verwenden, um eine bessere Molekülausrichtung zu erleichtern, und außerdem ist eine umfangreiche Polymerisation notwendig, was tatsächlich dazu führt, dass weniger funktionelle Verbindungen, wie Farbstoffe und elektronen- oder lochtransportierende Materialien zur Verfügung stehen. Was die Verfahren betrifft, in denen die smektische Phase der Naphthalin- oder der Biphenylderivate verwendet wird, so ist zur Unterdrückung einer Änderung der Molekülausrichtung durch das elektrische Feld eine hochviskose smektische Phase erforderlich, was die Art der Materialien, den Temperaturbereich und die Verfahrensfenster einschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrolumineszenzvorrichtung bereitgestellt, enthaltend ein erstes transparentes Substrat mit einer transparenten Elektrode auf seiner Innenfläche und ein zweites Substrat mit einer Elektrode auf seiner Innenfläche, wobei der Raum zwischen den beiden Substraten als Zelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle ein Elektrolumineszenzmaterial enthält, das eine flüssigkristalline Mischung enthaltend mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die flüssigkristalline Verbindung, die eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, in dem Elektrolumineszenzmaterial in einer Menge vor, die ausreicht, dass das gesamte Elektrolumineszenzmaterial eine dielektrische Anisotropie von ≤ 0 aufweist. Infolgedessen tritt der ungünstige Zustand, in dem sich die Längsachse der Moleküle entlang des elektrischen Feldes ausrichtet, nie ein. Selbst wenn der Inhalt an flüssigkristalliner Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie nicht ausreicht, um die positive dielektrische Anisotropie vollständig aufzuheben, so kann sie doch den positiven dielektrischen Effekt vermindern, und der Ausrichtungszustand verschiebt sich, so dass er viel bevorzugter ist. Das heißt, dass die Beschränkung der Vielfalt und Menge an flüssigkristallinen Verbindungen und einzuarbeitenden Verbindungen bemerkenswert vermindert wird, was es tatsächlich ermöglicht, stark unterschiedliche Verbindungsarten zu verwenden und das Verfahrensfenster recht breit macht. Beim erfindungsgemäßen Fixieren der Molekülausrichtung durch Polymerisation wird ein System mit niedriger Vernetzungsdichte verfügbar, da der ungünstige Zustand, in dem sich die Längsachse der Moleküle entlang des elektrischen Feldes ausrichtet, nicht eintritt, oder der positive dielektrische Effekt wird erheblich vermindert. Somit kann der Inhalt an Verbindungen ohne polymerisierbare funktionelle Gruppe erhöht werden und es kann eine größere Vielfalt an Verbindungen verwendet werden. Das Verfahrensfenster wird ebenfalls breiter, da die Steuerung der Vernetzungsdichte nicht sehr streng ist. Zudem wird die Orientierung besser, da beim System mit negativer dielektrischer Anisotropie neben der Orientierungsschicht das elektrische Feld Molekülen beim Orientieren in der Vorzugsrichtung hilft.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie jede beliebige Struktur annehmen, solange sie entlang der Richtung ihrer kurzen Achse eine starke elektronegative Gruppe, wie eine Cyangruppe und Halogen, aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie mindestens eine der folgenden Einheiten a bis f:
    Figure 00050001
    worin Hal Fluor, Chlor oder Brom, vorzugsweise Fluor bedeutet.
  • Die Verbindungen mit der Struktur a, vorzugsweise mit Hal gleich Fluor, sind aufgrund ihrer Stabilität und Kompatibilität besonders bevorzugt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung bieten flüssigkristalline Mischungen, die mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthalten, ausgezeichnete Leistung wie oben angegeben.
  • Weiterhin erniedrigen Verbindungen, deren Ionisationsspotential kleiner als 6,1 eV ist, die Ansteuerspannung bemerkenswert. Als derartige Verbindungen sind diejenigen mit einer Tolaneinheit bevorzugt, da eine Tolaneinheit einfach in eine flüssigkristalline Verbindung eingeführt werden kann.
  • Bevorzugt sind Tolane der Formel I R1(-A1-Z1)m-A3-C≡C-A4(-Z2-A2)n-R2 Iin der
    R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander H, Halogen (F, Cl, Br oder I) oder einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls chiralen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, der unsubstituiert oder ein- oder mehrfach durch Halogen substituiert ist und in dem eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander so durch -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- oder
    Figure 00060001
    ersetzt sein können, dass Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, -CN, -SCN, -NCS, -SF5, -SCF3, -CF3, -CF=CF2, -CF2CF2CF3, -OCF3, -OCHF2, -CF2CH2CF3 oder -OCH2CF2CHFCF3 bedeuten,
    A1, A2, A3 und A4 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander
    • a) trans-1,4-Cyclohexylen, in dem zusätzlich eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können,
    • b) 1,4-Phenylen, in dem eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch Halogen (F, Cl, Br oder I), -CN, -CH3, -CHF2, -CH2F, -OCH3, -OCHF2 oder -OCF3 ersetzt sein können,
    • c) einen Rest aus der Gruppe bestehend aus Bicyclo[1.1.1 ]pentan-1,3-diyl, Bicyclo[2.2.2]octan-1,4-diyl, Spiro[3.3]heptan-2,6-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl und Piperidin-1,4-diyl oder
    • d) 1,4-Cyclohexenylen
    bedeuten,
    Z1 und Z2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander -O-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH2CF2-, -CF2CH2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CF=CF-COO-, -O-CO-CF=CF-, -C≡C- oder eine Einfachbindung bedeuten und
    m und n gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeuten,
    mit der Maßgabe, dass mindestens eine der Gruppen A1, A2, A3 und A4 aus den Einheiten a bis f ausgewählt ist.
  • Bevorzugte Verbindungen der Formel I sind Verbindungen der Teilformeln Ia (mit zwei Ringen), Ib bis Ie (mit drei Ringen) und If bis Ii (mit vier Ringen): R1-A3-C≡C-A4-R2 Ia R1-A1-A3-C≡C-A4-R2 Ib R1-A1-Z1-A3-C≡C-A4-R2 Ic R1-A3-C≡C-A4-A2-R2 Id R1-A3-C≡C-A4-Z2-A2-R2 Ie R1-A1-A3-C≡C-A4-A2-R2 If R1-A1-Z1-A3-C≡C-A4-A2-R2 Ig R1-A1-A3-C≡C-A4-Z2-A2-R2 Ih R1-A1-Z1-A3-C≡C-A4-Z2-A2-R2 Iiin denen R1, R2, A1, A2, A3, A4, Z1 und Z2 wie oben definiert sind und worin mindestens eine der Gruppen A1, A2, A3 und A4 aus den Einheiten a bis f ausgewählt ist.
  • Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel I und Formeln Ia bis Ii sind diejenigen, in denen mindestens eine der Gruppen A1, A2, A3 und A4 eine 2,3-Dihalogen-1,4-phenylen-Gruppe (Einheit a) ist. In dieser Gruppe bedeutet Halogen Fluor, Chlor oder Brom, vorzugsweise Fluor.
  • Speziell bevorzugt sind Verbindungen der Formel I und Formeln Ia bis Ii, worin A3 oder A4 eine 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe ist.
  • Beispiele der speziell bevorzugten Vertreter der Verbindungen der Formel I und Formeln Ia bis Ii mit einer 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe sind im Folgenden dargestellt:
    Figure 00080001
    Figure 00090001
  • Den Vorzug genießen Verbindungen der Formel I, Formeln Ia bis Ii sowie Formeln IIa bis IIi, in denen R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander einen linearen oder verzweigten, vorzugsweise linearen, gegebenenfalls chiralen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, der unsubstituiert oder ein- oder mehrfach durch Halogen substituiert ist.
  • Bedeutet R1 und/oder R2 in den vor- und nachstehenden Formeln einen Alkylrest, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Er ist besonders bevorzugt geradkettig, weist 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 Kohlenstoffatome auf und steht dementsprechend für Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl oder Heptyl, weiterhin Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl oder Pentadecyl.
  • Bedeutet R1 und/oder R2 einen Alkylrest, in dem eine CH2-Gruppe durch -O- ersetzt ist, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und weist 1 bis 7 Kohlenstoffatomen auf. Besonders bevorzugt ist die erste CH2-Gruppe dieses Alkylrestes durch -O- ersetzt, so dass der Rest R1 und/oder R2 die Bedeutung Alkoxy besitzt und insbesondere Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentyloxy, Hexyloxy oder Heptyloxy, weiterhin Octyloxy, Nonyloxy, Decyloxy, Undecyloxy, Dodecyloxy, Tridecyloxy, Tetradecyloxy oder Pentadecyloxy bedeutet.
  • A1, A2, A3 und A4 in Formel I, Formeln Ia bis Ii und IIa bis IIi sind vorzugsweise gleich oder verschieden und bedeuten jeweils unabhängig voneinander ein trans-1,4-Cyclohexylen, in dem zusätzlich eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können, oder ein 1,4-Phenylen, in dem eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch Halogen (F, Cl oder I), -CN, -CH3, -CHF2, -CH2F, -OCH3, -OCHF2 oder -OCF3, ersetzt sein können, jedoch mit der Maßgabe, dass mindestens eine der Gruppen A1, A2, A3 und A4 aus den Einheiten a bis f ausgewählt ist.
  • Vorzugsweise sind Z1 und Z2 gleich oder verschieden und bedeuten jeweils unabhängig voneinander -O-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2- oder eine Einfachbindung, besonders bevorzugt eine Einfachbindung.
  • Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IIa und IIb, worin R1 eine Alkylgruppe bedeutet, deren Kohlenstoffanzahl m 1 bis 7 beträgt, worin R2 eine Alkoxygruppe bedeutet, deren Kohlenstoffanzahl n 1 bis 7 beträgt, und worin Z1 eine Einfachbindung bedeutet:
    Figure 00100001
    da sie gleichzeitig eine negative dielektrische Anisotropie, ein Ionisationspotential kleiner als 6,1 eV und Kompatibilität mit anderen flüssigkristallinen Verbindungen besitzen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die flüssigkristallinen Mischungen mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie der Formel III R1(-A1-Z1)m-A3-(Z2-A2)n-R2 IIIin der
    R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander H, Halogen (F, Cl, Br oder I) oder einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls chiralen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, der unsubstituiert oder ein- oder mehrfach durch Halogen substituiert ist und in dem eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander so durch -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH-, CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- oder
    Figure 00110001
    ersetzt sein können, dass Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, -CN, -SCN, -NCS, -SF5, -SCF3, -CF3, -CF=CF2, -CF2CF2CF3, -OCF3, -OCHF2, -CF2CH2CF3 oder -OCH2CF2CHFCF3 bedeuten,
    A1 und A2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander
    • a) trans-1,4-Cyclohexylen, in dem zusätzlich eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können,
    • b) 1,4-Phenylen, in dem eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch Halogen (F, Cl, Br oder I), -CN, -CH3, -CHF2, -CH2F, -OCH3, -OCHF2 oder -OCF3, ersetzt sein können,
    • c) einen Rest aus der Gruppe bestehend aus Bicyclo[1.1.1 ]pentan-1,3-diyl, Bicyclo[2.2.2]octan-1,4-diyl, Spiro[3.3]heptan-2,6-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl und Piperidin-1,4-diyl oder
    • d) 1,4-Cyclohexenylen
    bedeuten,
    A3 ausgewählt ist aus den Einheiten a bis f,
    Figure 00120001
    Hal Fluor, Chlor oder Brom, vorzugsweise Fluor bedeutet,
    Z1 und Z2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander -O-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH2CF2-, -CF2CH2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CF=CF-COO-, -O-CO-CF=CF-, -C≡C- oder eine Einfachbindung bedeuten und
    m und n gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander 0, 1, 2 oder 3 bedeuten, worin die Summe (m + n) 1, 2 oder 3 beträgt.
  • Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel III sind diejenigen, in denen mindestens Gruppe A3 eine 2,3-Dihalogen-1,4-phenylen-Gruppe (Einheit a) ist. In dieser Gruppe steht Halogen für Fluor, Chlor oder Brom, vorzugsweise Fluor. Besonders bevorzugt sind daher Verbindungen der Formel I, worin A3 eine 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe bedeutet.
  • Beispiele der besonders bevorzugten Vertreter der Verbindungen der Formel III mit einer 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe sind im Folgenden dargestellt:
    Figure 00130001
  • Den Vorzug genießen Verbindungen der Formel III sowie Formeln IIIa bis IIIi, in denen R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils unabhängig voneinander einen linearen oder verzweigten, vorzugsweise linearen, gegebenenfalls chiralen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, der unsubstituiert oder ein- oder mehrfach durch Halogen substituiert ist.
  • A1 und A2 in Formel III und IIIa bis IIIi sind vorzugsweise gleich oder verschieden und bedeuten jeweils unabhängig voneinander ein trans-1,4-Cyclohexylen, in dem zusätzlich eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können, oder ein 1,4-Phenylen, in dem eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und in dem zusätzlich ein oder mehrere H-Atome durch Halogen (F, Cl, Br oder I), -CN, -CH3, -CHF2, -CH2F, -OCH3, -OCHF2 oder -OCF3 ersetzt sein können.
  • Vorzugsweise sind Z1 und Z2 gleich oder verschieden und bedeuten jeweils unabhängig voneinander -O-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2- oder eine Einfachbindung, besonders bevorzugt eine Einfachbindung.
  • Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IIIa und IIIc, worin R1 eine Alkylgruppe bedeutet, deren Kohlenstoffanzahl m 1 bis 7 beträgt und worin R2 eine Alkyl- oder Alkoxygruppe bedeutet, deren Kohlenstoffanzahl n 1 bis 7 beträgt:
    Figure 00140001
  • Um durch Anlegen einer Spannung eine Lichtemission zu erhalten, ist es nicht notwendig, die Molekülachse entlang einer bestimmten Richtung zu orientieren. Auch in einem solchen Fall ist es jedoch wichtig, dass die flüssigkristalline Mischung mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält. Im Gegensatz zu amorphen Materialien besitzen flüssigkristalline Materialien die folgenden Vorteile: Sie können aufgrund ihrer Fluidität einen großflächigen, einheitlichen Film bilden, sie kristallisieren während des Betriebs nicht durch Joulesche Wärme, und ihre Lichtemissionseigenschaften sind gegenüber Fehlern wie Domänengrenzen unempfindlich. Um den bestmöglichen Nutzen aus diesen Vorteilen zu ziehen, ist es notwendig, das Phänomen zu unterdrücken, dass sich die Längsachse der flüssigkristallinen Moleküle entlang des elektrischen Betriebsfeldes ausrichtet und der Ladungstransport durch das flüssigkristalline Medium behindert wird, was dazu führt, dass keine Lichtemission stattfindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dies leicht durch Verwendung der flüssigkristallinen Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, zu erreichen, ohne andere wichtige Eigenschaften dafür aufzugeben.
  • Für die Verwendung in Hintergrundbeleuchtungseinheiten von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ist aus Gründen der Effizienz die Emission von polarisiertem Licht bevorzugt. Um eine Emission von polarisiertem Licht zu erreichen, ist eine Orientierung der Molekülausrichtung erforderlich. Wie in der WO 97/07654 und der japanischen Patentanmeldung 1999-24069 beschrieben bieten flüssigkristalline Materialien verglichen mit den Verfahren, in denen Polymerfilme gestreckt werden, eine bessere Ausrichtung mit bevorzugtem Orientierungsverfahren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung bieten die flüssigkristallinen Mischungen, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthalten, nicht nur eine bessere Ausrichtung, sondern unterdrücken auch das Phänomen, dass sich die flüssigkristallinen Moleküle entlang des elektrischen Feldes ausrichten. Sie besitzen daher den großen Vorteil durch die enorme Auswahl an Verbindungen und ein breites Verfahrensfenster. Die negative dielektrische Anisotropie gestattet es außerdem dem elektrischen Feld, die flüssigkristalline Orientierung zu erleichtern, da die Richtung des elektrischen Feldes und die kurze Achse der Moleküle perfekt übereinstimmen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf dem ersten transparenten Substrat, das aus Glas, Polycarbonat, Polyethersulfon usw. besteht, eine transparente Elektrode aus ITO usw. gefertigt. Polyimid, oder sein Vorläufer Polyaminsäure, wird als Orientierungsschicht auf das erste Substrat aufgetragen, und nach der Wärmebehandlung des Substrats, um das Lösungsmittel abzudampfen oder die Imidierung zu erleichtern, wird die Orientierungsschicht gerieben. Hierbei kann anstelle des Polyimids eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) verwendet werden, um den Lochinjektionsprozess zu erleichtern. In Abhängigkeit von den Materialien kann das erste Substrat ohne die Orientierungsschicht gerieben werden. Auf dem zweiten Substrat wird Metall mit geringer Austrittsarbeit als Gegenelektrode gebildet und die Oberfläche nötigenfalls gerieben. Auf das zweite Substrat kann ebenfalls eine Orientierungsschicht wie z.B. Polyamid aufgetragen werden, welche nach der Wärmebehandlung gerieben werden kann. Dieses Reiben ist nicht unbedingt notwendig und kann weggelassen werden, wenn die Metalloberfläche leicht zerkratzt. Eine Photo-Orientierungsschicht, wie sie in AM-LCD'96/IDW'96 Digest of Technical Papers S. 337 (1996) beschrieben ist, deren funktionelle Gruppe durch Bestrahlung mit polarisiertem Licht selektiv polymerisiert, ist bevorzugt, da sie mechanisches Reiben vermeidet und dementsprechend die Verwendung weicher Metallmaterialien als Elektrode gestattet. Polymer- oder Glasperlen oder Polymersäulen, die auf einem der Substrate gefertigt werden, werden als Abstandhalter verwendet, und zwei Substrate werden mit einem geeigneten Dichtungsmittel zusammengefügt, das auf einem der Substrate gebildet ist und durch Wärme oder UV-Licht polymerisiert wird. Die erhaltene Zelle wird nötigenfalls in Stücke geschnitten. Die flüssigkristallinen Mischungen, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthalten, werden je nach Notwendigkeit mit dem Fluoreszenzfarbstoff und Loch- oder Elektronentransportmaterialien gemischt und dann entweder in der nematischen Phase oder der isotropen Phase in die Zelle eingebracht. Die Einbringöffnung wird mit UV-polymerisierendem Mittel gefüllt. Wird eine Mehrzahl von Pixeln mit unterschiedlichen Farben gewünscht, so kann das Dichtungsmittel als Muster einer gewünschten Anzahl von Pixeln aufgetragen werden, und flüssigkristalline Mischungen, welche die jeweilige Farbe zeigen, können gleichzeitig und/oder nacheinander durch jede Einbringöffnung eingebracht werden. Bei einer geeigneten Temperatur zeigt das System flüssigkristalline Phase und neigt dazu, sich so auszurichten, dass die Längsachsen der Moleküle mit der Reibrichtung übereinstimmen. Für die Orientierung ist es insbesondere bevorzugt, wenn das System in der nematischen Phase bei mindestens Raumtemperatur gehalten wird. In Fällen, in denen die Steuerung der Ausrichtung schwierig ist, z.B. wenn das System nur eine smektische Phase besitzt, ist es zu empfehlen, das System in die isotrope Phase zu erhitzen und langsam abzukühlen. Ein solcher Prozess verbessert die Flüssigkristallorientierung erheblich. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, während des Abkühlungsprozesses ein elektrisches Feld anzulegen, da die Richtung des elektrischen Feldes mit der kurzen Achse der Moleküle übereinstimmt. Eine derartige Geometrie verbessert die Flüssigkristallorientierung. Diese Geometrie bleibt auch beim Anlegen von Betriebsspannung bestehen, was bedeutet, dass das ungünstige Phänomen, dass sich die Längsachse der Moleküle entlang des elektrischen Feldes ausrichtet und dazu führt, dass keine Lichtemission stattfindet, wie es bei herkömmlichen flüssigkristallinen Materialien der Fall ist, vermieden wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung treten die oben genannten bevorzugten Effekte auch in Systemen auf, in welche ein polymerisierbares flüssigkristallines Monomermaterial, wie ein flüssigkristallines Diacrylat, eingearbeitet ist. Nach Einbringen der flüssigkristallinen Materialien in eine Zelle werden die Moleküle in der flüssigkristallinen Phase orientiert. Während dieses Prozesses oder Abkühlungsprozesses ist es möglich, ein elektrisches Feld anzulegen, um die molekulare Orientierung zu erleichtern. Eine derartige Vorgehensweise verbessert die Flüssigkristallorientierung erheblich. Auch beim Betrieb besitzt das System eine bevorzugte Geometrie.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch der folgende Prozess möglich. Auf dem zweiten Substrat wird eine Metall- oder ITO-Elektrode gebildet und eine Orientierungsschicht, wie Polyimid, schichtförmig aufgetragen und gerieben. Es wird eine Zelle mit vorläufiger Dichtung gefertigt und die flüssigkristalline Mischung mit dem polymerisierbaren Mittel, wie flüssigkristallines Diacrylat, in die Zelle eingebracht. Während des Abkühlungs- Prozesses wird ein elektrisches Feld angelegt, um eine genau gesteuerte Ausrichtung zu erreichen. Nach Fixieren der Ausrichtung mittels UV-Bestrahlung wird das zweite Substrat entfernt und dann unter Verwendung eines Metalls mit geringer Austrittsarbeit die Gegenelektrode gebildet. Hier ist sogar Li oder Li-haltige Legierung, das/die an der Luft sehr aktiv ist, anwendbar. In diesem Falle wird die Zelle nach der Elektrodenbildung mit Epoxidharz oder inaktivem Metall bedeckt. Dieses Verfahren ist bevorzugt, da es die Verwendung eines Metalls mit sehr geringer Austrittsarbeit ermöglicht, und dementsprechend die Elektroneninjektionsleistung recht hoch wird, was tatsächlich zu einer hohen Lichtemissionsleistung führt.
  • Bezüglich der Energieniveaus für jedes Schichtmaterial ist es bevorzugt, dass in der Abfolge von der Lochinjektionsschicht zur Elektroneninjektionsschicht das Ionisationspotential der jeweiligen Schicht immer höher wird und/oder die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals einer jeden Schicht immer niedriger wird. Auch wenn nur eine dieser Bedingungen erfüllt ist, wird sie eine hocheffiziente Ladungsinjektion und dementsprechend hohe Lumineszenzleistung bewirken. Ist ein Leuchtmaterial eingearbeitet, so ist das Ionisationspotential mindestens eines Leuchtmaterials höher als diejenigen der benachbarten Schichten und/oder die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals mindestens eines Leuchtmaterials niedriger als diejenigen der benachbarten Schichten. Liegen zwei Arten von benachbarten Schichten vor, so ist es erwünscht, dass die obigen Bedingungen für beide Materialien erfüllt sind, sie ist aber auch für nur ein Material wirkungsvoll. Es ist erwünscht, dass die obigen Bedingungen für beide Ionisationspotentiale und die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals erfüllt sind, sie ist aber auch für nur eines von ihnen wirkungsvoll.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer erläutert.
  • Erfindungsform 1
  • Das Konzept der EL-Vorrichtung mit Verwendung der flüssigkristallinen, Licht emittierende Verbindungen gemäß der vorliegenden Verbindung ist in 1 gezeigt. Da das System die Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie 101 enthält, besitzt es eine negative dielektrische Anisotropie und es orientieren sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes die Längsachsen der Moleküle parallel zum Substrat. Diese Geometrie steht in guter Übereinstimmung mit derjenigen Geometrie, in der injizierte Ladungsträger recht problemlos durch das flüssigkristalline Medium transportiert werden. Wenn das System hingegen die Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie nicht enthält, richten sich die Längsachsen der Moleküle beim Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zum Substrat aus. In dieser Geometrie ist es nahezu unmöglich, injizierte Ladungsträger durch das flüssigkristalline Medium zu transportieren.
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 1 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 101
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    102
    Fluoreszenzfarbstoff
    103
    flüssigkristalline Mischung
    104
    das erste transparente Substrat
    105
    transparente Elektrode
    106
    Elektrode
    107
    das zweite Substrat
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie im Prinzip jede Verbindung angewendet werden, solange sie eine negative dielektrische Anisotropie besitzt. Bevorzugte Beispiele flüssigkristalliner Verbindungen mit negativer dielektrischer Anisotropie enthalten mindestens eine der Einheiten a bis f. Diese Beispiele sind die Verbindungen mit Gruppen mit hoher Elektronegativität, wie Halogen, Cyanogruppe, Trifluormethylgruppe, mit dem Benzolring unter einem bestimmten Winkel gegen die Moleküllängsachse verknüpft. Die Verbindungen, die zwei Fluorsubstituenten aufweisen (Struktur a), sind sowohl unter dem Gesichtspunkt der Stärke der Elektronegativität als auch der Wärme- und Lichtbeständigkeit besonders bevorzugt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind unter dem Gesichtspunkt der Betriebsspannung flüssigkristalline EL-Materialien mit niedrigem Ionisationspotential bevorzugt. Die Verbindungen, deren Ionisationspotential kleiner als 6,1 eV ist, sind besonders bevorzugt, da sie eine bemerkenswerte niedrige Betriebsspannung aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass Tolanderivate als derartige Verbindungen ausgezeichnete Wirkung zeigen, unter den Tolanderivaten sind die Verbindungen mit Struktur II besonders bevorzugt, da sie auch eine negative dielektrische Anisotropie und eine potentielle Energie von kleiner als 6,1 eV besitzen. In der Struktur I gibt es keine Einschränkung bezüglich der Anzahl der Kohlenstoffatome in R, unnötig viele Kohlenstoffatome sind einem Flüssigkristall jedoch abträglich. Daher liegt die Anzahl der Kohlenstoffatome in R vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 7 und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1 und 5.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung emittieren einige flüssigkristalline EL-Materialien selber Licht, einige emittieren jedoch nicht, weil das Rekombinationsverhältnis zwischen Elektronen und Löchern so klein ist oder ihre Emissionswellenlänge im UV-Bereich liegt. In diesem Falle kann ein Farbstoffmaterial dotiert werden, um die Emissionsleistung im sichtbaren Bereich zu fördern. Überwiegend werden Fluoreszenzfarbstoffe 102 als Farbstoffmaterial verwendet, dichroitische Farbstoffe werden für die Emission von polarisiertem Licht verwendet. Anwendbare Farbstoffe sind Acridinderivate, wie 3,6-Bis-dimethylaminoacridin, 9-Aminoacridin, 9-(4-Diethylamino-1-methylbutylamino)-3-chlor-7-methoxyacridin, Aryl-naphthalinsulfonate, wie N-Methyl-2-anilinonaphthalin-6-sulfonat, 2-p-Toluidinylnaphthalin-6-sulfonat, Cyaninfarbstoffe, wie 1,1'-Dihexyl-2,2'-oxacarbocyanin, 3,3'-Dipropylthia-dicarbocyanin(iodid), 5-[(3-Sulfopropyl-2(3H)-benzoxazolyliden)-2-butenyliden]-1,3-dibutyl-2-thiobarbitursäure, und andere Farbstoffe, wie Tetramethyldiaminodiphenylketoimin-Hydrochlorid, 1,6-Diphenyl-1,3,5-hexatrien, 2',4',5',7'-Tetrabromfluorescein, 2,7-Diamino-9-phenylphenanthrium-10-ethylbromid, 9-(o-Carboxyphenyl)-6-hydroxy-3H-xanthen-3-on, 4-Benzoylamido-4'-aminostilben-2,2'-disulfonat, Bis[3- phenyl-5-oxoisoxazol-4-yl]pentamethinoxonol, Bis[1,3-dibutylbarbitursäure(5)]pentamethinoxonol, α(9,11,13,15-cis,trans,trans,cis)-Octadecatetraensäure, β(9,11,13,15-alle-trans)Octadecatetraensäure, Perylen(dibenz[de,kl]anthracen), N-Phenyl-1-naphthylamin, Pyren-(benzo[def]phenantheren), 2,8-Dimethyl-3,7-diamino-5-phenylphenaziumchlorid, 4-Phenylspiro[furan-2(3H),1'-futalan]-3,3'-dion, o-Phthal-dicarboxaldehyd, 1-Dimethylaminonaphthalin-5-sulfonylchlorid, Fluoresceinisothiocyanat, 7-Chlor-4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol, N-Dansylaziridin, N-(1-anilinonaphthyl-4)maleimid, 7-Dimethylamino-4-methylcumarynyl)maleimid, N-(3-pyren)maleimid, Cumarin 6, BBOT (2,5-Bis-(5-tert-butyl-2-benz-oxazolyl)thiophen), Rubren, Nile Red. Die anwendbaren Farbstoffe sind nicht notwendig auf diese Farbstoffe beschränkt. Die Farbstoffe können entweder als Einzelverbindung verwendet werden, oder es können nötigenfalls mehrere Farbstoffe gemischt werden. Komplexe, wie (8-Hydroxychinolin)-aluminium, 3(Tris(2-phenylpyridin)iridium und Oligomere, wie Polyfluoren und Polyalkylthiophen, sind ebenfalls anwendbar.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können EL-Vorrichtungen mit dem folgenden Verfahren gefertigt werden. Eine transparente Elektrode 105, wie ITO, wird auf dem ersten transparenten Substrat 104 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 1 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Bezüglich der Höhe der Säulen gibt es keine Einschränkung, unter dem Gesichtspunkt einer niedrigeren Betriebsspannung ist 50 nm bis 1 μm bevorzugt und 100 nm bis 300 nm besonders bevorzugt. Was die Qualität des Materials für die Säulen betrifft, so ist zwar alles anwendbar, solange es isoliert, unter dem Gesichtspunkt der Belastung und Verarbeitbarkeit wird vorzugsweise photosensitives Acrylat verwendet. Anstelle der Säulenabstandhalter sind auch Perlenabstandhalter, wie sie für Flüssigkristallanzeigen eingesetzt werden, anwendbar. Für das transparente Substrat wird normalerweise Glas eingesetzt, je nach Erfordernissen sind jedoch auch Kunststoffe oder mit dünnen Glas überzogene Kunststoffe anwendbar. Auf das erste transparente Substrat 104, auf dem Abstandhalter gebildet sind, wird ein (in 1 nicht gezeigtes) Dichtungsmittel aufgestrichen. Das zweite Substrat 107, auf dem neben ITO ein Metall mit geringer Austrittsarbeit, wie Li-Al-Legierung (Li 0,2 %) als Gegenelektrode 106 gebildet ist, wird mit dem ersten transparenten Substrat 104 orientiert und das Dichtungsmittel durch Wärme oder UV-Behandlung gehärtet, während Druck ausgeübt wird, um die beiden Substrate im richtigen Abstand zu halten. Eine flüssigkristalline Mischung 103, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält und in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, wird in die oben gefertigte Zelle eingebracht und die Einfüllöffnung mit UV-polymerisierbaren Harz fixiert. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die Richtung der Molekülausrichtung durch das elektrische Feld gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der injizierte Ladungen problemlos transportiert werden. Der Fall, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in
  • 2 gezeigt senkrecht zu den Substraten ausgerichtet werden, tritt nie ein.
  • 2 zeigt einen solchen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept des Standes der Technik darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 202
    Fluoreszenzfarbstoff
    203
    flüssigkristalline Mischung
    204
    das erste transparente Substrat
    205
    transparente Elektrode
    206
    Elektrode
    207
    das zweite Substrat
  • Hier werden nur umgebende Elektroden erläutert. In-plane-switching-Elektroden, die auf demselben Substrat gefertigt sind, werden nicht erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nettowirkung in beiden Fällen jedoch genau die gleiche.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jeder Prozess im Prinzip in Luftatmosphäre durchgeführt werden. Wenn ein Teil der flüssigkristallinen Verbindungen leicht zu oxidieren ist oder die Metallelektrode zu aktiv ist und schnell erodiert, kann der Zellenfertigungsprozess unter Inertgasatmosphäre, wie Stickstoff, durchgeführt werden.
  • Erfindungsform 2
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 3 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 1 und 2 besteht darin, dass mindestens ein Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird.
  • 3 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 2 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 301
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    302
    Fluoreszenzfarbstoff
    303
    flüssigkristalline Mischung
    304
    das erste transparente Substrat
    305
    transparente Elektrode
    306
    Elektrode
    307
    das zweite Substrat
    308
    Orientierungsschicht
    309
    Orientierungsschicht
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 1 wird eine transparente Elektrode 305, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 304 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 3 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Die Elektrodenoberfläche wird mit einem Tuch gerieben, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Eine Orientierungsschicht 308, die aus Polyimid usw. besteht, kann schichtförmig auf das erste transparente Substrat 304 aufgetragen und nach der Wärmebehandlung gerieben werden. Für die Orientierungsschicht 308 kann neben Polyimid auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-Dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) angewendet werden, um die Lochinjektion aus der transparenten Elektrode 305 zu erleichtern. Die Oberfläche des zweiten Substrats 307, auf dem eine Elektrode 306 aus Metall mit geringer Austrittsarbeit zusätzlich zu ITO gebildet ist, wird nicht notwendig gerieben. Sie kann aber gerieben werden, um die flüssigkristalline Orientierung stärker zu machen. Zum Orientieren der Flüssigkristalle auf dem zweiten Substrat 307 wird vorzugsweise eine Photo-Orientierungstechnik angewandt, speziell wenn infolge einer mechanischen Behandlung, wie Reiben auf einer schichtförmig aufgetragenen Orientierungsschicht 309 wie Polyimid Ungünstiges eintritt, wie Abschälen der Elektrode oder Zerkratzen der Oberfläche, da Metall im Allgemeinen weich ist und ein Metall mit geringer Austrittsarbeit gegen mechanische Behandlung besonders schwach ist. Eine Photo-Orientierungstechnik ist auch für das erste transparente Substrat 304 anwendbar.
  • Das erste transparente Substrat 304 und das zweite Substrat 307, von denen mindestens eines für Flüssigkristallorientierung behandelt ist, werden orientiert und mittels eines Klebstoffs, der entweder durch Wärme oder UV-Licht gehärtet wird, fixiert. Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 1 wird eine flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält und in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, in die gefertigte Zelle eingebracht und die Einfüllöffnung wird mit einem UV-härtenden Harz fixiert. Die flüssigkristallinen Verbindungen orientieren sich entlang der Richtung der Orientierungsbehandlung. Die Zelle kann über die isotrope Temperatur der flüssigkristallinen Verbindungen erhitzt und langsam abgekühlt werden, um eine bessere Orientierung zu erzielen. Dieses Verfahren eliminiert das Problem, wie Fließorientierung. Anlegen einer Spannung während des Abkühlungsprozesses verbessert die Flüssigkristallorientierung nötigenfalls weiter. Da das System gemäß der vorliegenden Erfindung eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, orientieren sich die Längsachsen der Moleküle hier parallel zur Substratoberfläche, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die Längsachsen der Moleküle sich (wie in 2 gezeigt) entlang des elektrischen Feldes ausrichten, tritt nie ein.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Wenn der Farbstoff ein dichroitischer Farbstoff ist, liegen seine Übergangsmomente aufgrund der Orientierungsbehandlung entlang des Flüssigkristalldirektors, und dementsprechend wird das emittierte Licht polarisiert.
  • Hier werden nur umgebende Elektroden erläutert. In-plane-switching-Elektroden, die auf demselben Substrat gefertigt sind, werden nicht erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nettowirkung in beiden Fällen jedoch genau die gleiche. Bei In-plane-switching-Elektroden ist es wünschenswert, dass die anfängliche Flüssigkristallorientierung senkrecht zum elektrischen Feld ist, und die unter Bezugnahme auf Erfindungsform 2 beschriebene Orientierungsbehandlung ist bevorzugt. In diesem In-plane-switching-Modus können beide Elektroden undurchsichtig sein, und die Photo-Orientierungstechnik wird bevorzugt, da die Metallelektroden mechanisch schwach sind.
  • Erfindungsform 3
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 4 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 1 und 3 besteht darin, dass die flüssigkristalline Mischung eine polymerisierbare Verbindung enthält. Als polymerisierbare Verbindung ist jede Verbindung geeignet, solange sie mit den flüssigkristallinen Verbindungen kompatibel ist und durch Wärme- oder Lichtbehandlung polymerisiert. Unter dem Gesichtspunkt der einfachen Prozessdurchführung ist eine photopolymerisierbare Verbindung bevorzugt. Eine Verbindung mit einer mesogenen Gruppe ist unter dem Gesichtspunkt der Kompatibilität mit den flüssigkristallinen Verbindungen und der Orientierbarkeit bevorzugt. Unter dem Gesichtspunkt der Stabilisierung der Ausrichtung ist eine Verbindung mehr als zwei funktionellen Gruppen pro Molekül bevorzugt.
  • 4 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 3 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 401
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    402
    Fluoreszenzfarbstoff
    403
    polymerisierbare Verbindungen
    404
    das erste transparente Substrat
    405
    transparente Elektrode
    406
    Elektrode
    407
    das zweite Substrat
  • Beispiele photopolymerisierbarer Verbindungen sind, wie in SPIE, Bd. 1455, S. 110 beschrieben, Mischungen von Thiolen und Mercaptan (Handelsname: NOA65), Vinylcinnamatderivate oder Acrylatderivate. Flüssigkristalline Materialien mit photosensitiven Gruppen, die in Liquid Crystals, Bd. 18, S. 319 (1995) beschrieben sind, ergeben ebenfalls bevorzugte Effekte. Es sind nicht nur niedermolekulare Verbindungen, sondern auch Oligomere mit funktionellen Gruppen anwendbar.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 1 wird eine transparente Elektrode 405, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 404 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 4 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Das erste transparente Substrat 404 und das zweite Substrat 407, auf dem unter Verwendung eines Metalls mit geringer Austrittsarbeit, zum Beispiel Li-Al-Legierung (Li 0,2 %) zusätzlich zu ITO eine Gegenelektrode 406 gebildet ist, werden orientiert und mittels eines Klebstoffs, der entweder durch Wärme oder UV-Licht gehärtet wird, fixiert. Die gefertigte Zelle wird mit einer flüssigkristallinen Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält und in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, gefüllt und die Einfüllöffnung wird mit einem UV-härtenden Harz fixiert. Die flüssigkristallinen Verbindungen nehmen eine planare Orientierung an. Die Zelle kann nötigenfalls über die isotrope Temperatur der flüssigkristallinen Verbindungen erhitzt und langsam abgekühlt werden, um diese planare Orientierung zu verbessern. Die Polymerisations- oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zu den flüssigkristallinen Verbindungen kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Dieser Prozess kann Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung und/oder Pixelwandbildung oder beides sein, in Abhängigkeit davon, ob eine Photomaske verwendet wird oder nicht. Es hängt auch von der Menge an polymerisierbarer Verbindung ab. Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht zum Substrat stehen, tritt nie ein.
  • Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist.
  • Hier werden nur umgebende Elektroden erläutert. In-plane-switching-Elektroden, die auf demselben Substrat gefertigt sind, werden nicht erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nettowirkung in beiden Fällen jedoch genau die gleiche.
  • Erfindungsform 4
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 5 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 3 und 4 besteht darin, dass mindestens ein Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird.
  • 5 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 4 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 501
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    502
    Fluoreszenzfarbstoff
    503
    polymerisierbare Verbindungen
    504
    das erste transparente Substrat
    505
    transparente Elektrode
    506
    Elektrode
    507
    das zweite Substrat
    508
    Orientierungsschicht
    509
    Orientierungsschicht
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 1 wird eine transparente Elektrode 505, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 504 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 5 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Die Elektrodenoberfläche wird mit einem Tuch gerieben, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Eine Orientierungsschicht 508, die aus Polyimid usw. besteht, kann schichtförmig auf das erste transparente Substrat 504 aufgetragen und nach der Wärmebehandlung gerieben werden. Für die Orientierungsschicht 508 kann neben Polyimid auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-Dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) angewendet werden, um die Lochinjektion aus der transparenten Elektrode 505 zu erleichtern. Die Oberfläche des zweiten Substrats 507, auf dem eine Elektrode 506 aus Metall mit geringer Austrittsarbeit zusätzlich zu ITO gebildet ist, wird nicht notwendig gerieben, kann aber gerieben werden, um die flüssigkristalline Orientierung stärker zu machen. Zum Orientieren der Flüssigkristalle auf dem zweiten Substrat 507 wird vorzugsweise eine Photo-Orientierungstechnik angewandt, speziell wenn infolge einer mechanischen Behandlung, wie Reiben auf einer schichtförmig aufgetragenen Orientierungsschicht 509 wie Polyimid Ungünstiges eintritt, wie Abschälen der Elektrode oder Zerkratzen der Oberfläche, da Metall im Allgemeinen weich ist und ein Metall mit geringer Austrittsarbeit gegen mechanische Behandlung besonders schwach ist. Eine Photo-Orientierungstechnik ist auch für das erste transparente Substrat 504 anwendbar.
  • Das erste transparente Substrat 504 und das zweite Substrat 507, von denen mindestens eines für Flüssigkristallorientierung behandelt ist, werden orientiert und mittels eines Klebstoffs, der entweder durch Wärme oder UV-Licht gehärtet wird, fixiert. Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 3 wird eine flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält und in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, in die gefertigte Zelle eingebracht und die Einfüllöffnung wird mit einem UV-härtenden Harz fixiert. Die flüssigkristallinen Verbindungen orientieren sich entlang der Richtung der Orientierungsbehandlung. Die Zelle kann über die isotrope Temperatur der flüssigkristallinen Verbindungen erhitzt und langsam abgekühlt werden, um eine bessere Orientierung zu erzielen. Dieses Verfahren eliminiert das Problem, wie Fließorientierung. Anlegen einer Spannung während des Abkühlungsprozesses verbessert die Flüssigkristallorientierung nötigenfalls weiter. Da das System gemäß der vorliegenden Erfindung, eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, orientieren sich die Längsachsen der Moleküle hier parallel zur Substratoberfläche, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die Längsachsen der Moleküle sich (wie in 2 gezeigt) entlang des elektrischen Feldes ausrichten, tritt nie ein. Sobald auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 3 die erforderliche Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen erreicht ist, wird mittels UV-Bestrahlung die Polymerisations- oder die Vernetzungsreaktion durchgeführt. Zu den flüssigkristallinen Verbindungen kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Wie bei Erfindungsform 3 kann dieser Prozess Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung und/oder Pixelwandbildung oder beides sein, in Abhängigkeit davon, ob eine Photomaske verwendet wird oder nicht. Es hängt auch von der Menge an polymerisierbarer Verbindung ab.
  • Beim Anlegen eines elektrischen Feldes beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssig kristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Wenn der Farbstoff ein dichroitischer Farbstoff ist, liegen seine Übergangsmomente aufgrund der Orientierungsbehandlung entlang des Flüssigkristalldirektors, und dementsprechend wird das emittierte Licht polarisiert.
  • Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist.
  • Für das System, in dem eine polymerisierbare Verbindung verwendet und die anfängliche Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen fixiert wird, wie in Erfindungsformen 3 und 4, wird der ungünstige Zustand, dass sich die Längsachsen der Moleküle entlang des elektrischen Feldes orientieren, am Auftreten gehindert, wenn der Polymerisationsgrad und/oder die Vernetzungsdichte hoch genug ist. Um jedoch einen hohen Polymerisationsgrad und/oder eine hohe Vernetzungsdichte zu erhalten, ist ein hoher Gehalt an einer polymerisierbaren Verbindung erforderlich. Da der ungünstige Zustand, dass sich die Längsachsen der Moleküle entlang des elektrischen Feldes orientieren, gemäß der vorliegenden Erfindung nie eintritt, kann der Inhalt an Verbindungen ohne polymerisierbare funktionelle Gruppe erhöht und eine größere Vielfalt an Verbindungen verwendet werden. Das Verfahrensfenster wird ebenfalls breiter, da die Steuerung des Polymerisationsgrades und/oder der Vernetzungsdichte nicht so streng ist. Ist der Inhalt an Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie nicht hoch genug, um dem ganzen System eine negative dielektrische Anisotropie zu verleihen, so orientieren sich die Längsachsen der Moleküle entlang des elektrischen Feldes. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aufgrund der Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie selbst in diesem Fall die Schwellenspannung zum Orientieren der Längsachse der Moleküle entlang des elektrischen Feldes höher und der ungünstige Zustand, dass sich die Längsachsen der Moleküle entlang des elektrischen Feldes orientieren, praktisch unterdrückt. Somit bestehen auch in diesem Falle die Vorteile, dass eine größere Vielfalt an Verbindungen verwendet werden kann und das Verfahrensfenster breiter wird.
  • Hier werden nur umgebende Elektroden erläutert. In-plane-switching-Elektroden, die auf demselben Substrat gefertigt sind, werden nicht erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nettowirkung in beiden Fällen jedoch genau die gleiche. Bei In-plane-switching-Elektroden ist es wünschenswert, dass die anfängliche Flüssigkristallorientierung senkrecht zum elektrischen Feld ist, und die unter Bezugnahme auf Erfindungsform 2 beschriebene Orientierungsbehandlung ist bevorzugt. In diesem In-plane-switching-Modus können beide Elektroden undurchsichtig sein, und die Photo-Orientierungstechnik wird bevorzugt, da die Metallelektroden mechanisch schwach sind.
  • Erfindungsform 5
  • Eine weitere Form dieser Erfindung ist in 6 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 3 und 5 besteht darin, dass nach der Polymerisation und/oder der Vernetzungsreaktion das zweite Substrat entfernt und die Elektrode auf den polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen gebildet wird.
  • 6 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsformen 5 und 7 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 601
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    602
    Fluoreszenzfarbstoff
    603
    polymerisierbare Verbindungen
    604
    das erste transparente Substrat
    605
    transparente Elektrode
    606
    Elektrode
    607
    das zweite Substrat
    610
    Versiegelungsschicht
    611
    Wand
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 3 wird eine transparente Elektrode 605, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 604 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 6 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Gleichzeitig werden statt eines Dichtungsmittels, aber im selben Muster wie das Dichtungsmittel in Erfindungsform 3 Wände 611 gebildet. Das erste transparente Substrat 604 und das zweite Substrat 607, auf dem nötigenfalls die Elektrode gebildet wird, werden orientiert und mittels einer Druckvorrichtung fixiert. Die Zelle wird mit einer flüssigkristallinen Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, gefüllt. Die flüssigkristallinen Verbindungen nehmen eine planare Orientierung an. Die Zelle kann nötigenfalls über die isotrope Temperatur der flüssigkristallinen Verbindungen erhitzt und langsam abgekühlt werden, um diese planare Orientierung zu verbessern. Anlegen einer Spannung während des Abkühlungsprozesses verbessert die planare Flüssigkristallorientierung nötigenfalls weiter. Da das System gemäß der vorliegenden Erfindung eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, orientieren sich die Längsachsen der Moleküle hier parallel zur Substratoberfläche, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die Längsachsen der Moleküle sich (wie in 2 gezeigt) entlang des elektrischen Feldes ausrichten, tritt nie ein. Wird eine angemessene Orientierung ohne Anlegen einer Spannung erzielt, so ist die Elektrode auf dem zweiten Substrat nicht notwendig.
  • Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mitttels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zu den flüssigkristallinen Verbindungen kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation und/oder Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Wie in Erfindungsform 3 kann dieser Prozess Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung und/oder Pixelwandbildung oder beides sein, in Abhängigkeit davon, ob eine Photomaske verwendet wird oder nicht. Es hängt auch von der Menge an polymerisierbarer Verbindung ab. Nach der Reaktion wird das zweite Substrat entfernt. Ein Metall mit geringer Austrittsarbeit wird in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als zweite Elektrode 606 auf den polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 606 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Diese Versiegelungsschicht 610 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 606 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Die zweite Substratoberfläche kann mit einem fluorierten Polymer oder einem Haftvermittler modifiziert werden, um eine geringe Oberflächenenergie zur leichten Entfernung des zweiten Substrates zu erzielen.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 5 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind.
  • Erfindungsform 6
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 7 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 5 und 6 besteht darin, dass mindestens ein Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird.
  • 7 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsformen 6 und 8 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 701
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    702
    Fluoreszenzfarbstoff
    703
    polymerisierbare Verbindungen
    704
    das erste transparente Substrat
    705
    transparente Elektrode
    706
    Elektrode
    708
    Orientierungsschicht
    710
    Versiegelungsschicht
    711
    Wand
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 2 wird eine transparente Elektrode 705, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 704 gebildet, auf dem mit Photolithographietechnik (in 7 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet sind. Die Elektrodenoberfläche wird mit einem Tuch gerieben, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Eine Orientierungsschicht 708, die aus Polyimid usw. besteht, kann schichtförmig auf das erste transparente Substrat 704 aufgetragen und nach der Wärmebehandlung gerieben werden, um eine bessere Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen zu erzielen. Für die Orientierungsschicht 708 kann neben Polyimid auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-Dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) angewendet werden, um die Lochinjektion aus der transparenten Elektrode 705 zu erleichtern. Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 5 werden an den Grenzen der Vorrichtung Wände 711 gebildet, wenn die Abstandhalter gebildet werden. Sie können auch nach Einbringen der flüssigkristallinen Mischung gebildet werden, und zwar durch Photopolymerisation der in die flüssigkristalline Mischung eingearbeiteten polymerisierbaren Verbindung mittels einer Photomaske. Das erste transparente Substrat 704 und das zweite Substrat, auf dem nötigenfalls die Elektrode gebildet wird, werden orientiert und mittels einer Druckvorrichtung fixiert. Die Zelle wird mit einer flüssigkristallinen Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Farbstoffmaterial eingearbeitet ist, gefüllt. Die flüssigkristallinen Verbindungen orientieren sich entlang der Reibrichtung. Die Zelle kann nötigenfalls über die isotrope Temperatur der flüssigkristallinen Verbindungen erhitzt und langsam abgekühlt werden, um diese Orientierung zu verbessern. Dieser Prozess eliminiert das Problem, wie Fließorientierung. Anlegen einer Spannung während des Abkühlungsprozesses verbessert die planare Flüssigkristallorientierung nötigenfalls weiter. Da das System gemäß der vorliegenden Erfindung eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, orientieren sich die Längsachsen der Moleküle hier parallel zur Substratoberfläche, und eine solche Schwierigkeit wie diejenige, dass die Längsachsen der Moleküle sich (wie in 2 gezeigt) entlang des elektrischen Feldes ausrichten, tritt nie ein. Wird eine angemessene Orientierung nur mit der Orientierungsbehandlung des ersten Substrates erzielt, so sind die Elektrode oder Orientierungsschicht auf dem zweiten Substrat und der Prozess mit dem Anlegen einer Spannung nicht notwendig. Nach Erzielen der erforderlichen Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen wird auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 3 die Polymerisations- und/oder die Vernetzungsreaktion mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zu den flüssigkristallinen Verbindungen kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Dieser Prozess kann Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung und/oder Pixelwandbildung oder beides sein, in Abhängigkeit davon, ob eine Photomaske verwendet wird oder nicht. Es hängt auch von der Menge an polymerisierbarer Verbindung ab. Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 5 wird nach der Polymerisation und oder Vernetzungsreaktion das zweite Substrat entfernt. Ein Metall mit geringer Austrittsarbeit wird in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als zweite Elektrode 706 auf den polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 706 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Diese Versiegelungsschicht 710 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 706 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Die zweite Substratoberfläche kann zwecks guter Orientierung und leichter Entfernung des zweiten Substrats mit einer fluorierten Orientierungsschicht beschichtet oder mit PTFE, wie von Wittman et al. in Nature, Bd. 352, S. 414 (1991) beschrieben, modifiziert werden.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff wie in Erfindungsform 5 oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 6 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind. In Erfindungsform 6 wird, da die flüssigkristallinen Verbindungen sich uniaxial orientieren, wenn der Farbstoff ein dichroitischer Farbstoff ist, das emittierte Licht polarisiert.
  • Erfindungsform 7
  • Eine weitere Form dieser Erfindung ist in 6 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 5 und 7 besteht im Verfahren zur Fertigung der polymerisierten und/oder der vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 1 wird eine transparente Elektrode 605, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 604 gebildet. Wie in Erfindungsform 5 können mit Photolithographietechnik nötigenfalls (in 6 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe und Wände 611 gebildet werden. Auf der Elektrode 605 wird ein Film gebildet, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung mit gegebenenfalls eingearbeitetem Farbstoffmaterial in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst enthält. Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Hierbei erleichtert die Einarbeitung einer kleinen Menge eines Detergens die planare Orientierung. Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zur flüssigkristallinen Mischung kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder die Vernetzungsreaktion zu erleichtern.
  • As Detergenzien sind fluorierte Detergenzien, zum Beispiel FC-171 (Handelsname: 3M), besonders wirkungsvoll. Detergenzien mit photoreaktiven funktionellen Gruppen, zum Beispiel FX-13 (Handelsname: 3M) sind ebenfalls bevorzugt. Das Detergens wird in das polymerisierbare Mittel in einer Menge von 0,6 bis 1 Gew.-% eingearbeitet.
  • Die Filmdicke lässt sich über die Konzentration der Lösung, die Schleudergeschwindigkeit beim Aufschleudern, die Tauchgeschwindigkeit beim Tauchen und den Spalt zwischen den Substraten und der Rakel bei Druck- und Rakelauftragstechnik steuern. Unter dem Gesichtspunkt der Erniedrigung der Betriebsspannung ist eine Filmdicke von 50 nm bis 1 μm bevorzugt, und eine Filmdicke von 100 nm bis 300 nm ist besonders bevorzugt.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 5 wird ein Metall mit geringer Austrittsarbeit in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als zweite Elektrode 606 auf den polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 606 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Diese Versiegelungsschicht 610 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 606 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 7 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind.
  • Hier wird nur der Prozess beschrieben, bei dem die Pixelwände nach dem Einbringen der flüssigkristallinen Mischung in die Zelle gebildet werden. Es ist auch möglich, die Pixelwände gleichzeitig mit dem Bilden der Säulenabstandhalter mit Photolithographietechnik auf dem ersten Substrat zu bilden und jedes Pixel mit der nötigenfalls unterschiedlich farbiges Material enthaltenden flüssigkristallinen Mischung zu füllen, z.B. unter Verwendung einer Inkjet-Drucktechnik.
  • Erfindungsform 8
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 7 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 7 und 8 besteht darin, dass mindestens ein Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 2 wird eine transparente Elektrode 705, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 704 gebildet. Wie in Erfindungsform 6 können mit Photolithographietechnik nötigenfalls (in 7 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet werden. Auch können an den Grenzen der Vorrichtung Wände 711 gebildet werden, wenn die Abstandhalter gebildet werden. Sie können auch nach Einbringen der flüssigkristallinen Mischung gebildet werden, und zwar durch Photopolymerisation der in die flüssigkristalline Mischung eingearbeiteten polymerisierbaren Verbindung nötigenfalls mittels einer Photomaske. Die Elektrodenoberfläche wird mit einem Tuch gerieben, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Eine Orientierungsschicht 708, die aus Polyimid usw. besteht, kann schichtförmig auf das erste transparente Substrat 704 aufgetragen und nach der Wärmebehandlung gerieben werden, um eine bessere Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen zu erzielen. Für die Orientierungsschicht 708 kann neben Polyimid auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-Dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) angewendet werden, um die Lochinjektion aus der transparenten Elektrode 705 zu erleichtern. Um eine bessere Orientierung zu erhalten, kann eine Orientierungsschicht 708 aus einem fluorierten Polymer oder PTFE, wie in Nature, Bd. 352, S. 414 (1991) von Wittman et al. beschrieben, verwendet werden.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 7 wird auf dem ersten Substrat ein Film gebildet und einer Orientierungsbehandlung unterworfen, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung mit gegebenenfalls eingearbeitetem Farbstoffmaterial in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst enthält. Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Hierbei erleichtert die Einarbeitung einer kleinen Menge eines Detergens die planare Orientierung. Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zur flüssigkristallinen Mischung kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder die Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Wie in Erfindungsform 6 kann dieser Prozess Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung und/oder Pixelwandbildung oder beides sein, in Abhängigkeit davon, ob eine Photomaske verwendet wird oder nicht. Es hängt auch von der Menge an polymerisierbarer Verbindung ab. Da das erste Substrat eine Orientierungsbehandlung aufweist, orientieren sich die flüssigkristallinen Verbindungen entlang der Richtung der Orientierungsbehandlung. Diese Orientierung wird durch die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion fixiert.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 7 wird ein Metall mit geringer Austrittsarbeit in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als zweite Elektrode 706 auf den polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 706 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Diese Versiegelungsschicht 710 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 706 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Auf ähnliche Weise wie in Erfindungsform 7 beginnt beim Anlegen einer Spannung der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Da die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen durch die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion fixiert ist, wird ein ionischer Transport, der beim Anlegen extrem hoher Spannungen selten, wenn überhaupt zu beobachten war, unterdrückt. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 8 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind. In Erfindungsform 8 wird, da die flüssigkristallinen Verbindungen uniaxiale Orientierung besitzen, wenn der Farbstoff dichroitisch ist, das emittierte Licht polarisiert.
  • Wie in Erfindungsform 7 ist es auch möglich, die Pixelwände gleichzeitig mit dem Bilden der Säulenabstandhalter mit Photolithographietechnik auf dem ersten Substrat zu bilden und jedes Pixel mit der nötigenfalls unterschiedlich farbiges Material enthaltenden flüssigkristallinen Mischung zu füllen, z.B. unter Verwendung einer Inkjet-Drucktechnik.
  • Erfindungsform 9
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 8 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 7 und 9 besteht darin, dass die Schicht der flüssigkristallinen Verbindungen in zwei Schichten aufgeteilt ist, eine Lochtransportschicht und eine Elektronentransportschicht.
  • 8 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 9 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 801
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    802
    Fluoreszenzfarbstoff oder den Lochtransport erleichternde Verbindung
    803
    polymerisierbare Verbindungen
    804
    das erste transparente Substrat
    805
    transparente Elektrode
    806
    Elektrode
    810
    Versiegelungsschicht
    811
    Wand
    812
    der zweite Fluoreszenzfarbstoff oder den Elektronentransport erleichternde Verbindung
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 7 wird eine transparente Elektrode 805, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 804 gebildet. Wie in Erfindungsform 6 können mit Photolithographietechnik nötigenfalls (in 8 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet werden. Auch können an den Grenzen der Vorrichtung Wände 811 gebildet werden, wenn die Abstandhalter gebildet werden. Sie können auch nach Einbringen der flüssigkristallinen Mischung gebildet werden, und zwar durch Photopolymerisation der in die flüssigkristalline Mischung eingearbeiteten polymerisierbaren Verbindung nötigenfalls mittels einer Photomaske. Auf der Elektrode 805 wird ein Film gebildet, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Material eingearbeitet ist, das den Lochtransport erleichtert, zum Beispiel Aminderivate, dargestellt durch die Strukturen III(a), III(b) und III(c), in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst.
    Figure 00420001
    Figure 00430001
  • Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Hierbei erleichtert die Einarbeitung einer kleinen Menge eines Detergens die planare Orientierung. Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zur flüssigkristallinen Mischung kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder die Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Dieser Prozess kann hauptsächlich Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung, aber auch Pixelwandbildung sein. Unter dem Gesichtspunkt der Erniedrigung der Betriebsspannung ist eine Filmdicke von 10 nm bis 1 μm bevorzugt, und eine Filmdicke von 20 nm bis 300 nm ist besonders bevorzugt.
  • Auf den polymerisierten und/oder den vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen wird ein weiterer Film gebildet, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Material eingearbeitet ist, das den Elektronentransport erleichtert, zum Beispiel Triazolderivate, dargestellt durch die Strukturen III(d), III(e) und III(f), in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst.
    Figure 00440001
  • Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Hierbei erleichtert die Einarbeitung einer kleinen Menge eines Detergens die planare Orientierung. Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zur flüssigkristallinen Mischung kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder die Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Dieser Prozess kann hauptsächlich Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung, aber auch Pixelwandbildung sein. Unter dem Gesichtspunkt der Erniedrigung der Betriebsspannung ist eine Filmdicke von 10 nm bis 1 μm bevorzugt, und eine Filmdicke von 20 nm bis 300 nm ist besonders bevorzugt. Die Materialien, die den Elektronentransport erleichtern, sind häufig fluoreszierend. Fluoreszenzfarbstoffe mit einem gewünschten Wellenlängenbereich können nötigenfalls in eine der Schichten oder beide Schichten eingearbeitet werden. Wenn die flüssigkristallinen Verbindungen selber den Loch- und den Elektronentransport erleichtern, ist die zweite Schicht nicht notwendig und reicht die Einarbeitung eines Farbstoffs aus.
  • Als zweite Schicht kann nötigenfalls ein amorpher aufgedampfter, 10 nm bis 1 μm dicker Film des Materials, das den Elektronentransport erleichtert, verwendet werden. Auf dem zweischichtigen polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Film wird auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 5 ein Metall mit geringer Austrittsarbeit in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als Elektronen injizierende Elektrode gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 806 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Die Versiegelungsschicht 810 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 806 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 9 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind. Da die Schicht für den Lochtransport und die Schicht für den Elektronentransport in Erfindungsform 9 getrennt sind, kann eine bevorzugte Materialkombination konzipiert werden, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungstransportleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind.
  • Erfindungsform 10
  • Eine weitere Form dieser Erfindung wird in 9 erläutert. Der Unterschied zwischen Erfindungsform 9 und 10 besteht darin, dass mindestens ein Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird.
  • 9 zeigt einen Querschnitt einer Lumineszenzvorrichtung, die das Konzept der Erfindungsform 10 darstellt.
  • Erläuterung der Symbole:
    • 901
    Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie
    902
    Fluoreszenzfarbstoff oder den Lochtransport erleichternde Verbindung
    903
    polymerisierbare Verbindungen
    904
    das erste transparente Substrat
    905
    transparente Elektrode
    906
    Elektrode
    908
    Orientierungsschicht
    910
    Versiegelungsschicht
    911
    Wand
    912
    der zweite Fluoreszenzfarbstoff oder den Elektronentransport erleichternde Verbindung
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 2 wird eine transparente Elektrode 905, wie ITO, auf dem ersten transparenten Substrat 904 gebildet. Wie in Erfindungsform 6 können durch Photolithographietechnik nötigenfalls (in 8 nicht gezeigte) Säulenabstandhalter von wenigen Hundert nm Höhe Dutzende μm voneinander beabstandet gebildet werden. Auch können an den Grenzen der Vorrichtung Wände 911 gebildet werden, wenn die Abstandhalter gebildet werden. Sie können auch nach Einbringen der flüssigkristallinen Mischung gebildet werden, und zwar durch Photopolymerisation der in die flüssigkristalline Mischung eingearbeiteten polymerisierbaren Verbindung nötigenfalls mittels einer Photomaske. Die Elektrodenoberfläche wird mit einem Tuch gerieben, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern. Eine Orientierungsschicht 908, die aus Polyimid usw. besteht, kann schichtförmig auf das erste transparente Substrat 904 aufgetragen und nach der Wärmebehandlung gerieben werden, um eine bessere Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen zu erzielen. Für die Orientierungsschicht 908 kann neben Polyimid auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-Dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) angewendet werden, um die Lochinjektion aus der transparenten Elektrode zu erleichtern. Ein fluorierter Polymer- oder PTFE-Film wie in Nature, Bd. 352, S. 414 (1991) von Wittman et al. beschrieben kann ebenfalls als Orientierungsschicht 908 verwendet werden. Auch eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) auf dem geriebenen fluorierten Polymer- oder PTFE-Film kann als Orientierungsschicht 908 verwendet werden.
  • Auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 9 wird aus einer Lösung ein Film gebildet, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Material eingearbeitet ist, das den Lochtransport erleichtert, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst. Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Hierbei erleichtert die Einarbeitung einer kleinen Menge eines Detergens die planare Orientierung. Die Polyme risation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Zur flüssigkristallinen Mischung kann eine kleine Menge eines Photoinitiators hinzugegeben werden, um die Polymerisation oder die Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Dieser Prozess kann hauptsächlich Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung, aber auch Pixelwandbildung sein. Unter dem Gesichtspunkt der Erniedrigung der Betriebsspannung ist eine Filmdicke von 10 nm bis 1 μm bevorzugt, und eine Filmdicke von 20 nm bis 300 nm ist besonders bevorzugt. Da das erste Substrat einer Orientierungsbehandlung unterworfen wird, orientieren sich die flüssigkristallinen Verbindungen entlang der Richtung der Orientierung, und die Ausrichtung wird durch die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion fixiert. Man kann polarisiertes UV-Licht verwenden, um die flüssigkristalline Orientierung während der Polymerisation und/oder der Vernetzungsreaktion zu erleichtern. Polarisiertes UV-Licht regt selektiv nur diejenigen Moleküle an, deren Übergangsmoment entlang der Polarisationsrichtung liegt. Infolgedessen orientiert sich der Direktor der flüssigkristallinen Verbindungen in Abhängigkeit von der Art der photosensitiven Gruppe parallel oder senkrecht zur Polarisationsrichtung. Wenn die polarisierte UV-Bestrahlung ausreicht, um die flüssigkristallinen Verbindungen zu orientieren, kann die Orientierungsbehandlung für das erste Substrat entfallen.
  • Auf den polymerisierten und/oder den vernetzten flüssigkristallinen Verbindungen wird ein weiterer Film gebildet, der aus einer flüssigkristallinen Mischung besteht, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und eine polymerisierbare Verbindung enthält, in die gegebenenfalls ein Material eingearbeitet ist, das den Elektronentransport erleichtert, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst. Der Film wird aus der Lösung mittels Aufschleudern, Drucken, Tauchen oder Rakelauftragstechnik schichtförmig aufgetragen. Nach Wärmebehandlung des Substrats und Verdampfen des Lösungsmittels nehmen die flüssigkristallinen Verbindungen eine planare Orientierung ein. Da die darunter liegende Schicht orientiert ist, orientieren sich die schichtförmig aufgetragenen flüssigkristallinen Verbindungen ebenfalls. Die Polymerisation und/oder die Vernetzungsreaktion wird mittels UV-Bestrahlung durchgeführt. Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird fixiert.
  • Man kann polarisiertes UV-Licht verwenden, um die flüssigkristalline Orientierung während der Polymerisation und/oder der Vernetzungsreaktion zu erleichtern, wie für die erste Schicht der flüssigkristallinen Verbindungen. Dieser Prozess kann hauptsächlich Stabilisierung der Flüssigkristallausrichtung, aber auch Pixelwandbildung sein. Unter dem Gesichtspunkt der Erniedrigung der Betriebsspannung ist eine Filmdicke von 10 nm bis 1 μm bevorzugt, und eine Filmdicke von 20 nm bis 300 nm ist besonders bevorzugt. Die Materialien, die den Elektronentransport erleichtern, sind häufig fluoreszierend. Fluoreszenzfarbstoffe mit einem gewünschten Wellenlängenbereich können nötigenfalls in eine der Schichten oder beide Schichten eingearbeitet werden. Wenn die flüssigkristallinen Verbindungen selber den Loch- und den Elektronentransport erleichtern, ist die zweite Schicht nicht notwendig und reicht die Einarbeitung eines Farbstoffs aus.
  • Auf dem zweischichtigen polymerisierten und/oder vernetzten flüssigkristallinen Film wird auf die gleiche Weise wie in Erfindungsform 5 ein Metall mit geringer Austrittsarbeit in einem gewünschten Muster durch eine angemessene Maske als Elektronen injizierende Elektrode gebildet. Ist dieses Metall aktiv, so wird die gesamte Vorrichtung nach der Bildung der zweiten Elektrode 906 versiegelt, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. Die Versiegelungsschicht 910 wird gebildet, indem man anschließend eine inaktive Substanz auf der Elektrode 906 abscheidet und/oder mit einem Epoxidharz beschichtet.
  • Beim Anlegen einer Spannung beginnt der eingearbeitete Farbstoff oberhalb einer bestimmten Betriebsspannung Licht zu emittieren. Da das System eine negative dielektrische Anisotropie besitzt, stimmt die durch das elektrische Feld geregelte Molekülorientierung gut mit der Molekülausrichtung überein, bei der die injizierten Ladungen problemlos transportiert werden, und eine Schwierigkeit wie diejenige, dass die flüssigkristallinen Moleküle wie in 2 gezeigt senkrecht gegen das Substrat stehen, tritt nie ein. Die Polymerisation und/oder die Vernetzung verbessern die mechanische Festigkeit und dies bietet den Vorteil, dass die Zelle recht biegefest wird, was tatsächlich für Kunststoffsubstrate besonders geeignet ist, wie in Erfindungsform 3. In Erfindungsform 10 kann die Gegenelektrode auf den flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden, und es ist verglichen mit den Erfindungsformen 1 bis 4 verhältnismäßig einfacher, die gesamte Vorrichtung nach der Elektrodenbildung zu versiegeln, ohne sie der Luft auszusetzen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Metalls mit recht geringer Austrittsarbeit als Elektrode, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungsinjektionsleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind. Da die Schicht für den Lochtransport und die Schicht für den Elektronentransport in Erfindungsform 10 getrennt sind, kann eine bevorzugte Materialkombination konzipiert werden, was tatsächlich den Vorteil mit sich bringt, dass Vorrichtungen mit hoher Ladungstransportleistung, in anderen Worten, hoher Lichtemissionsleistung einfach herzustellen sind. In Erfindungsform 10 wird, da die flüssigkristallinen Verbindungen uniaxiale Orientierung besitzen, wenn der Farbstoff dichroitisch ist, das emittierte Licht polarisiert.
  • In dieser Erfindungsform ist nur das Verfahren erläutert, in dem beide Schichten polymerisierte und/oder vernetzte Filme sind, gemäss der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Kombinationen der oben genannten Verfahren sind ebenfalls wirkungsvoll, beispielsweise eine Ausführungsform, bei der die erste Schicht ein polymerisierter und/oder ein vernetzter Film ist und eine Zelle in der Art gefertigt wird, dass die zweite Schicht ohne eine Polymerisation und/oder eine Vernetzungsreaktion und/oder Aufdampfen aus flüssigkristallinen Verbindungen gebildet werden kann.
  • In dieser Erfindungsform werden nur die Beispiele für zwei Schichten erläutert, gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der Schichten jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Es kann jede bevorzugte Anzahl von Schichten gefertigt werden, indem man denselben Prozess nach der Polymerisation und/oder der Vernetzungsreaktion wiederholt. Es ist unnötig, zu erwähnen, dass die Menge und Art der eingearbeiteten Verbindungen für jede Schicht angepasst werden können, um die optimalen Eigenschaften zu erzielen.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Ausführungsbeispielen genauer erläutert.
  • Beispiel 1
  • Auf einem Glassubstrat wird mit Photolithographietechnik eine 2 mm breite Streifenelektrode aus ITO gebildet. Perlenabstandhalter mit einem Durchmesser von 1,6 μm werden verteilt und ein Klebstoff aufgestrichen. Zwei Substrate werden orientiert, so dass die beiden Elektroden einander gegenüberliegen und einander kreuzen, so dass sie als Quadrate überlappen. Die Substrate werden zusammengedrückt und bei 150°C 2 Stunden wärmebehandelt.
  • Als flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, wird die folgende Mischung verwendet:
    Figure 00510001
    Figure 00520001
  • Die dielektrische Anisotropie Δε der flüssigkristallinen Mischung beträgt:
    –6,7.
  • Die Mischung wird zusammen mit 0,3 Gew.-% Cumarin 6 in die gefertigte Zelle eingebracht. Beim Anlegen eines 50-V-Gleichstroms an die Elektroden beobachtet man eine grüne Emission von Cumarin 6.
  • Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft und eine Shrielen-Textur beobachtet. Es wird gefunden, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt.
  • Neben Gleichspannung kann auch Wechselspannung an die Zelle angelegt werden, da die Zelle eine symmetrische Struktur aufweist. Beim Anlegen eines 40-V-Wechselstroms (10–100 Hz) an die gleiche Zelle beobachtet man eine grüne Emission vom Cumarin 6. In diesem Fall wird ebenfalls gefunden, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Cyan-biphenyl-flüssigkristalline Verbindungen (Handelsname: E7, Merck), deren dielektrische Anisotropie positiv ist, werden zusammen mit 0,3 Gew.-% Cumarin 6 in die in Beispiel 1 gefertigte Zelle eingebracht. Es wird eine Gleichspannung bis zu 150 V an die Elektroden angelegt, aber keine Lichtemission beobachtet. Anlegen einer höheren Spannung als 150 V führt zum elektrischen Durchschlag.
  • Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft. Wenn keine Spannung angelegt ist, beobachtet man eine Shrielen-Textur, was tatsächlich bedeutet, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt. Wird eine Gleichspannung von mehr als 15 V angelegt, so beobachtet man einen schwarzen Zustand, und dieser ändert sich nicht, wenn die Zelle gedreht wird. Dies bedeutet, dass die Längsachsen der Moleküle senkrecht zum Substrat stehen.
  • Beispiel 2
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird auf einem Glassubstrat eine Streifenelektrode aus ITO gebildet. Eine Polyimid-Orientierungsschicht (Handelsname AL-3046, JSR Corporation) wird auf das Substrat aufgeschleudert und das Substrat wird bei 200°C 1 Stunde wärmebehandelt und gerieben. Nach dem Verteilen von Perlenabstandhaltern wie in Beispiel 1 werden Zellen gefertigt. Zwei Substrate werden so orientiert, so dass die beiden Elektroden einander gegenüberliegen und einander kreuzen, so dass sie als Quadrate überlappen und die Reibrichtungen antiparallel verlaufen. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird die Mischung wie in Beispiel 1 offenbart als flüssigkristalline Mischung verwendet, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, und diese Mischung wird zusammen mit 0,3 Gew.-% Cumarin 6 in die gefertigte Zelle eingebracht. Beim Anlegen eines 50-V-Gleichstroms an die Elektroden beobachtet man eine grüne Emission von Cumarin 6. Die Polarisierung des emittierten Lichtes wird mittels eines Polarisators überprüft, und es wird gefunden, dass das Licht polarisiert ist.
  • Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft. Es wird gefunden, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt und der Direktor der flüssigkristallinen Verbindungen sich entlang der Reibrichtung orientiert, welche mit der Polarisationsrichtung des emittierten Lichtes zusammenfällt.
  • Da die Zellenstruktur symmetrisch ist, beobachtet man unabhängig von der Polarität eine grüne Emission, wenn eine ±50-V-Wechselspannung angelegt wird.
  • Beispiel 3
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 werden Zellen gefertigt. Als flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, wird die folgende Mischung verwendet:
    Figure 00540001
  • Die Mischung wird zusammen mit 0,3 Gew.-% Cumarin 6 in die Zelle eingebracht. Beim Anlegen eines 20-V-Gleichstroms an die Elektroden beobachtet man eine grüne Emission von Cumarin 6. Es wird gefunden, dass die Betriebsspannung verglichen mit Beispiel 1 erheblich erniedrigt ist. Die Polarisierung des emittierten Lichtes wird mittels eines Polarisators überprüft, und es wird gefunden, dass das Licht entlang der Reibrichtung polarisiert ist.
  • Das Ionisationspotential der flüssigkristallinen Mischung wird mit einem Riken-keiki AC-2 Photo-Elektronenspektrometer gemessen und es wird gefunden, dass es 6,03 eV beträgt. Zu Vergleichszwecken wird versucht, das Ionisationspotential der Mischung des Beispiels 1 zu messen. Es ist jedoch höher als 6,1 eV, die messbare Grenze des AC-2, und kann daher nicht gemessen werden.
  • Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft. Es wurde gefunden, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt und der Direktor der flüssigkristallinen Verbindungen sich entlang der Reibrichtung orientiert.
  • Beispiel 4
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird auf einem Glassubstrat, d.h. dem ersten Substrat, eine Streifenelektrode aus ITO gebildet. Unter Verwendung eines positiven Photoresists (Handelsname TFR H, Tokyo Ohkakogyo Co. Ltd.) und seines Verdünners werden 300 nm hohe Säulenabstandhalter, die eine quadratische Form von 10 μm × 10 μm besitzen und 200 μm voneinander beabstandet sind, gebildet und das Substrat wird bei 200°C 2 Stunden im Stickstoffstrom wärmebehandelt, um das Novolakharz zu härten. Eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) von Aldrich wird auf das Substrat aufgeschleudert und das Substrat wird bei 100°C 1 Stunde im Stickstoffstrom wärmebehandelt und gerieben. Als zweites Substrat wird Li-Al-Legierung (Li 0,2 %) auf ein Glassubstrat aufgedampft und mit Photolithographietechnik eine Streifenelektrode mit 2 mm Breite gebildet. Das zweite Sub strat wird ohne Orientierungsschicht gerieben. Das erste und das zweite Substrat werden so orientiert, dass die beiden Elektroden einander gegenüberliegen und einander kreuzen, so dass sie als Quadrate überlappen und die Reibrichtungen antiparallel verlaufen. Die beiden Substrate werden mit einem UV-härtbaren Mittel fixiert.
  • Als flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, wird die Mischung des Beispiels 3 verwendet. Als Diacrylat mit einem mesogenen Molekülteil wird Bis{4-6-(1-oxo-2-propenyl)oxyhexyloxybenzoesäure}2-methyl-1,4'-phenylenester mit der folgenden Struktur:
    Figure 00560001
    in einer Menge von 3 Gew.-% und Cumarin 6 in einer Menge von 0,3 Gew.-% eingearbeitet. Die gesamte Mischung wird in die Zelle eingebracht. Die Zelle wird bis auf 90°C erhitzt und langsam abgekühlt. Während der Abkühlungsperiode wird eine 5-V-Wechselspannung angelegt. Nach Erwerben einer einheitlichen Ausrichtung wird das Diacrylat durch UV-Bestrahlung polymerisiert und/oder vernetzt. Beim Anlegen einer 10-V-Gleichspannung (ITO: Anode, Li-Al-Legierung (Li 0,2 %): Kathode) beobachtet man eine grüne Emission von Cumarin 6. Die Polarisierung des emittierten Lichtes wird mittels eines Polarisators überprüft, und es wird gefunden, dass das Licht entlang der Reibrichtung polarisiert ist.
  • Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft. Es wird gefunden, dass die Längsachse der Moleküle parallel zum Substrat liegt und der Direktor der flüssigkristallinen Verbindungen sich entlang der Reibrichtung orientiert.
  • Beispiel 5
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 werden Zellen gefertigt, mit Ausnahme der folgenden drei Punkte: nämlich keine Li-Al-Legierungselektrode (Li 0,2 %) auf dem zweiten Substrat, kein Dichtungsmittel und kein Anlegen von Wechselspannung während des Abkühlungsprozesses.
  • Als flüssigkristalline Mischung, die mindestens eine Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält, wird die Mischung des Beispiels 1 verwendet. Das Diacrylat des Beispiels 4 mit einem mesogenen Molekülteil wird in einer Menge von 30 Gew.-% und Cumarin 6 in einer Menge von 0,3 Gew.-% eingearbeitet. Die gesamte Mischung wird in die Zelle eingebracht. Die Fixierung der Substrate wird durchgeführt, indem das Diacrylat unter Verwendung einer Druckvorrichtung durch UV-Bestrahlung polymerisiert und/oder vernetzt wird. Das zweite Substrat wird entfernt und Li-Al-Legierung (Li 0,2 %) aufgedampft, um ein gewünschtes Muster durch eine angemessene Maske zu erhalten. Nach dem Aufdampfen wird, ohne die Probe der Luft auszusetzen, SiO aufgedampft. Die Probe wird mit einem Glassubstrat und einem UV-härtbaren Harz im Stickstoffstrom versiegelt.
  • Beim Anlegen einer 15-V-Gleichspannung (ITO: Anode, Li-Al-Legierung (Li 0,2 %): Kathode) beobachtet man eine grüne Emission von Cumarin 6. Die Polarisierung des emittierten Lichtes wird mittels eines Polarisators überprüft, und es wird gefunden, dass das Licht entlang der Reibrichtung polarisiert ist.
  • Beispiel 6
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird auf dem ersten Glassubstrat eine ITO-Elektrode gebildet. Eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) von Aldrich wird auf das Substrat aufgeschleudert und das Substrat wird bei 100°C 1 Stunde im Stickstoffstrom wärmebehandelt und gerieben.
  • Die Mischung des Beispiels 1, 30 Gew.-% des Diacrylats des Beispiels 4 mit mesogenem Molekülteil, 0,3 Gew.-% eines Detergens (Handelsname FX-13, 3M) und 3 Gew.-% Triphenyldiamin (Struktur III(b)) werden gemischt und so in Propylen-glycol-monomethyl-ether-acetat (PGMEA) gelöst, dass eine 5 gew.-%ige Lösung hergestellt wird. Die Mischung wird aus dieser Lösung auf das erste Substrat aufgeschleudert und das Substrat bei 80°C 1 Stunde wärmebehandelt. Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft und es wird gefunden, dass die flüssigkristallinen Verbindungen sich entlang der Reibrichtung orientieren. Die Diacrylatmonomere werden mittels UV-Bestrahlung im Stickstoffstrom polymerisiert und/oder vernetzt. Die Filmdicke beträgt 400 nm.
  • Als zweite Schicht wird (8-Hydroxychinolin)aluminium (von Aldrich) aufgedampft, so dass die Filmdicke 60 nm beträgt.
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 wird Li-Al als Kathodenelektrode dazu aufgedampft und, ohne die Probe der Luft auszusetzen, SiO aufgedampft. Die Probe wird mit einem Glassubstrat und einem UV-härtbaren Harz im Stickstoffstrom versiegelt.
  • Beim Anlegen einer 18-V-Gleichspannung (ITO: Anode, Li-Al-Legierung (Li 0,2 %): Kathode) beobachtet man eine grüne Emission von (8-Hydroxychinolin)aluminium.
  • Beispiel 7
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 wird auf dem ersten Glassubstrat eine ITO-Elektrode gebildet. Eine Mischung aus Poly(styrolsulfonat) und Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-1,4-dioxin) (PEDOT) von Aldrich wird auf das Substrat aufgeschleudert und das Substrat wird bei 100°C 1 Stunde im Stickstoffstrom wärmebehandelt und gerieben.
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 werden die Mischung des Beispiels 1, 30 Gew.-% eines Diacrylats mit mesogenem Molekülteil und der folgenden Struktur
    Figure 00590001
    0,3 Gew.-% eines Detergens (Handelsname FX-13, 3M) und 0,3 Gew.-% Cumarin 6 gemischt und so in Chloroform (CHCl3) gelöst, dass eine 5 gew.-%ige Lösung hergestellt wird. Die Mischung wird auf das erste Substrat aufgeschleudert und das Substrat bei 80°C 1 Stunde wärmebehandelt. Das Substrat wurde bis auf 120°C erhitzt und langsam abgekühlt. Die Ausrichtung der flüssigkristallinen Verbindungen wird mittels eines Polarisationsmikroskops überprüft und es wird gefunden, dass die flüssigkristallinen Verbindungen sich entlang der Reibrichtung orientieren. Die Diacrylatmonomere werden mit UV-Bestrahlung im Stickstoffstrom polymerisiert und/oder vernetzt. Die Filmdicke beträgt 300 nm.
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 wird Li-Al-Legierung (Li 0,2 %) als Kathodenelektrode aufgedampft und, ohne die Probe der Luft auszusetzen, SiO aufgedampft. Die Probe wird mit einem Glassubstrat und einem UV-härtbaren Harz im Stickstoffstrom versiegelt.
  • Beim Anlegen einer 17-V-Gleichspannung (ITO: Anode, Li-Al-Legierung (Li 0,2 %): Kathode) beobachtet man eine Emission von grünem Licht von Cumarin 6.
  • Beispiel 8
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 wird eine polymerisierte und/oder vernetzte Flüssigkristall-Probezelle hergestellt. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Diacrylat des Beispiels 7 mit mesogenem Molekülteil durch das Diacrylat mit der folgenden Struktur ersetzt wird:
    Figure 00600001
  • Beim Anlegen einer 16-V-Gleichspannung (ITO: Anode, Li-Al-Legierung (Li 0,2 %): Kathode) beobachtet man eine Emission von grünem Licht.

Claims (21)

  1. Elektrolumineszenzvorrichtung enthaltend ein erstes transparentes Substrat mit einer transparenten Elektrode auf seiner Innenfläche und ein zweites Substrat mit einer Elektrode auf seiner Innenfläche, wobei der Raum zwischen den beiden Substraten als Zelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle ein Elektrolumineszenzmaterial enthält, das eine flüssigkristalline Mischung enthaltend mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie enthält.
  2. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie in dem Elektrolumineszenzmaterial in einer Menge vorliegt, die ausreicht, dass das gesamte Elektrolumineszenzmaterial eine dielektrische Anisotropie ≤ 0 aufweist.
  3. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie mindestens eine der folgenden Einheiten a bis f enthält:
    Figure 00610001
    worin Hal Fluor, Chlor, Brom bedeutet.
  4. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Verbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie mindestens eine Einheit a enthält.
  5. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Verbindung enthält, deren Ionisationspotential kleiner als 6,1 eV ist.
  6. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verbindung, deren Ionisationspotential kleiner als 6,1 eV ist, ein Tolanderivat ist.
  7. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tolanderivat eine Verbindung der folgenden Formel ist:
    Figure 00620001
    worin n eine ganze Zahl von 1 bis 5 und R eine Alkylgruppe, deren Kohlenstoffanzahl von 1 bis 7 beträgt, oder eine Alkylcyclohexylgruppe, deren Kohlenstoffanzahl in der Alkylgruppe 1 bis 7 beträgt, bedeutet.
  8. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Mischung zumindest bei Raumtemperatur eine nematische Phase aufweist.
  9. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Mischung zusätzlich mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff enthält.
  10. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluoreszenzfarbstoff ein dichroitischer Farbstoff ist.
  11. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkristalline Mischung zusätzlich mindestens eine polymerisierbare Verbindung enthält.
  12. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine polymerisierbare Verbindung eine mesogene Gruppe enthält.
  13. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens ein Substrat eine Orientierungsschicht aufgetragen ist.
  14. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, enthaltend mindestens eine Lochtransportschicht und mindestens eine Elektronentransportschicht, dadurch gekennzeichnet, dass von der mindestens einen Lochtransportschicht zur mindestens einen Elektronentransportschicht das Ionisationspotential mindestens eines Paares von benachbarten Schichten immer höher wird und/oder die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals mindestens eines Paares von benachbarten Schichten immer niedriger wird.
  15. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 14, worin jede Schicht mindestens ein Leuchtmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionisationspotential des Leuchtmaterials der mindestens einen Elektronentransportschicht höher ist als das Ionisationspotential des Leuchtmaterials der mindestens einen Lochtransportschicht und/oder die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals des Leuchtmaterials der mindestens einen Elektronentransportschicht niedriger ist als die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals des Leuchtmaterials der mindestens einen Lochtransportschicht.
  16. Elektrolumineszenzvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie getrennte Pixelbereiche enthält.
  17. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Pixelbereiche mindestens eine zweifarbige lumineszente flüssigkristalline Mischung enthalten.
  18. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine polymerisierbare Verbindung enthaltende flüssigkristalline Mischung durch Anlegen eines elektrischen Feldes orientiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die orientierte flüssigkristalline Mischung durch Polymerisation und/oder Vernetzungsreaktion fixiert wird.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungsschicht gebildet, die gebildete Orientierungsschicht orientiert und die erzielte Orientierung der Orientierungsschicht durch Polymerisation und/oder Vernetzungsreaktion fixiert wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Orientierungsschicht mindestens eine zusätzliche Schicht gebildet wird, die eine andere Funktion als die Orientierungsschicht hat.
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