DE3234110A1

DE3234110A1 - Farb-fluessigkristall-darstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3234110A1
Application number: DE19823234110
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Masataka Tenri Nara Funada; Toshiaki Tenri Nara Takamatsu; Tatuo Sendai Miyagi Uchida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1983-03-31
Also published as: GB2152226B; GB8504575D0; DE3234110C2; US4593977A; GB2109123A; GB2109123B; GB2152226A

Description

; —Ζ · '

- 4 Beschreibung;

Die Erfindung betrifft Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen, die in einer Flüssigkristallzelle ein Färbfilter enthalten.

Es sind verschiedene Typen von Farb-Darstellungssystemen für Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen bekannt. So wird z.B. bei dem DAP-System die Doppelbrechung von Flüs-

]Q sigkristallmolekülen verwertet. Bei dem verzwirnten nematischen System wird ein Farbpolarisator als einer der Polarisatoren verwendet oder es ist ein Farbfilter für einen Polarisator vorgesehen. In dem Gast-Wirt-System wird ein dichroischer Farbstoff in einer Flüssigkristallschicht verwendet.

Bei dem DAP-System wird die Inklination der Flüssigkristallmoleküle durch Anlegung eines elektrischen Feldes kontrolliert. Verschiedene Farben können durch Interferenz des Lichts, das durch die Flüssigkristallzelle hindurchgeht, erzeugt werden. Die praktische Verwendung dieses Systems wird jedoch durch eine Anzahl von Faktoren behindert, wie beispielsweise das hohe Niveau der Technik, das erforderlich ist, um die Zelldicke zu kontrollieren, und die Abhängigkeit der Farbe von dem Betrachtungswinkel.

Systeme, in denen ein Farbpolarisator oder ein Farbfilter verwendet werden, sind erheblich besser als die DAP-Systeme. Die Farbe einer Darstellung wird durch schwankende Zelldicken nicht so stark wie beim DAP-System beeinflußt. Die Abhängigkeit der Farbe vom Betrachtungswinkel ist erheblich verbessert und eine Vielfarben-Darstellung kann ohne weiteres in einer einzigen Zelle erhalten werden. Es liegt keine Unscharfe der Farbe durch Parallaxe vor.

Das Gast-Wirt-System ist auch im wesentlichen von solchen Problemen, wie die Kontrolle der Zelldicke und die Abhängigkeit der Farbe vom Betrachtungswinkel, frei.

In einer herkömmlichen Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, die einen Farbfilter in einer Flüssigkristallzelle enthält, wird jedoch eine Schicht von Polyvinylalkohol zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle verwendet (The 28th Spring Meeting of Japan Society of Applied Physics -3Oa-Y-IO). Da Polyvinylalkohol in Wasser löslich ist, wird er zersetzt und er ist nicht dazu imstande, die richtige Molekülorientierung aufrechtzuerhalten, wenn im Verlauf einer langen Gebrauchszeit Wasser in die Zelle hineinkommt. Die Herstellung der Zelle erfordert einen komplizierten Prozeß und sie ist kostspielig, da eine Schicht aus Polyvinylalkohol auf einem Farbfilter gebildet werden muß.

Durch die Erfindung wird nun eine Vielfarben-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung vom beispielsweise verdreht nematischen oder Gast-Wirt-System zur Verfügung gestellt, die ein Farbfilter in einer Flüssigkristallzelle enthält. Die erfindungsgemäße Darstellungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schicht aus einem Polyimidharz enthält, die mindestens auf dem Farbfilter zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle ausgebildet ist. Bei dieser Schicht wird selbst dann7" wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt ist, ihre Kraft zur molekularen Orientierung nicht vermindert.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine neue und gewerblich verwertbare Farb-Flüssigkristall-Darstellungszelle zur Verfügung gestellt, die eine Schicht zur molekularen Orientierung und eine Farbfilterschicht, die als eine Schicht durch Einarbeitung eines Farbstoffes oder einer ähnlichen färbenden Substanz in die Orientierungsschicht gebildet worden ist, enthält.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 Farb-Flüssigkristall-Darstellungsyprrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die dadurch charakterisiert sind, daß sie eine Polyimidharzschicht für die Flüssigkri-Stallorientierung, die auf einem Farbfilter gebildet worden ist, enthalten; und

Fig. 5 bis β weitere Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung, die dadurch charakterisiert sind, daß sie eine kombinierte Farbfilter- und Flüssigkristall-Orientierungsschicht enthalten.

Die Figur 1 ist eine Draufsicht auf eine Farb-Flüssigkristall-DarStellungsvorrichtung, die eine Dreifarben-Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem transmissionsverdrehten nematischen System enthält.

Figur 2 ist eine entlang der Linie A-A der Figur 1 aufgenommene Querschnittsansicht.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht einer Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, die eine Dreifarben-Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom White-Taylor-Typ enthält.

Figur 4 ist eine Querschnittsansicht einer Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, die eine Dreifarben-Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom Heilmeier-Typ enthält.

Figur 5 ist eine Draufsicht auf eine Farb-Flüssigkristall-DarStellungsvorrichtung, die eine Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem ver-

drehten nematischen Transmissionssystem enthält und die einen gleichzeitig gebildeten Farbfilter und eine'Flüssigkristall-Orientierungsschicht enthält.

Figur 6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A der Figur 5 aufgenommen ist.

Figur 7 ist eine Querschnittsansicht einer Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, die eine Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom White-Taylor-Typ enthält und die eine kombinierte Farbfilter- und Flüssigkristall-Orientierungsschicht enthält; und

Figur 8 ist eine Querschnittsansicht einer Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung, die eine Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Tranemissions- und Gast-Wirt-System vom Heilmeier-Typ enthält und die eine kombinierte Farbfilter- und Flüssigkristall-Orientierungsschicht enthält.

In den Figuren 1 und 2 werden Darstellungsvorrichtungen gezeigt, bei denen Abtastelektroden (X-Elektroden) X₁, Xp · · · und X_1n, die jeweils aus einer transparenten leitfähigen Schicht bestehen, auf einem Substrat 1 durch Ehotoätzen oder sonstige Weise gebildet worden sind und Signalelektroden (Y-Elektroden) Y₁₁, Y₁₂, Y₁₃, Y₂₁, Y₂₂ • · ·Υ_η1» Y_n2 u*¹⁰· ^Yn3» ^die g^leicilermaßen aus einer transparenten leitfähigen Schicht bestehen, auf einem Substrat 2 gebildet worden sind, m und η sind beide ein Mehrfaches von 3. Die X-Elektroden haben eine Breite, die geringfügig mehr als dreimal größer ist als diejeni ge der Y-Elektroden. Die X- und Y-Elektroden kreuzen einander, um eine Matrixelektrodenstruktur zu bilden. Die Schnittpunkte der X- und Y-Elektroden definieren Bildelemente für eine Darstellung. Ein Rotfilter 9 ist auf der Y-Elektrode entsprechend den Bildelementen

— 8 —

_{3 3} (\* ^Yn3^ ^{auf der m}f von den Bildelementen (X₁, Y₁₁), (X₁, ^Y ₂₁)> «..und (X₁, Y₁) auf der ersten Linie vorgesehen. Ein Grünfilter 10 ist auf der Y-Elektrode entsprechend den Bildelementen (V Y₁₁), (X_1n, Y₂₁)» ··· und (X_m, Y_n1) auf der m'ten Linie von den Bildelementen (X₁, Y₁₂)> (X₁* ^Y ₂₂)> ··· ^una (X₁, Y_n2) auf der ersten Linie vorgesehen. Schließlich ist ein Blaufilter 11 auf der Y-Elektrode entsprechend den Bildelementen (X_1n, Y₁₂), (X_1n, Y₂₂), ... und (X_1n, Y_n2) auf der m'ten Linie von den Bildelementen (X₁, Y₁*), (X₁, Y₂,), ... und (X₁, Y_n^) auf der ersten Linie vorgesehen.

Die Farbfilter 9, 10 und 11 sind in der nachstehend beschriebenen Weise gebildet worden. Transparente Farbtinten bzw. -druckfarben v/erden aus der Tabelle I ausgewählt, die Siebprozeßtinten bzw. -druckfarben der NAZ-DAR 9000-Reihe (Produkte von NAZ-DAR Company International) zeigt. Die Y-Elektroden werden mit diesen Tinten bzw. Druckfarben bedruckt. Es handelt sich jedoch lediglich um Beispie-Ie für Tinten bzw. Druckfarben, die erfindungsgemäß verwendet werden können.

	Tabelle I
Farbe Nr.	Name
9081	PMS-warmes-Rot
9032	PMS-Rubinrot
9083	PMS-Rhodaminrot
9085	PMS-Reflexblau
9086	PMS-Prozeßblau
9087	PMS-Grün

(PMS = Pantone Matching System)

Gemäß der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform v/erden Farben Nr. 9Ο83 (Rot), 9Ο87 (Grün) und 9086 (Blau) verwendet. Rote, grüne und blaue Tinten bzw. Druck-

ι farben werden, nacheinander auf vorgewählte Elektroden durch Siebdrucken aufgedruckt und bei etwa 300 C 2 h lang in einem Ofen wärmebehandelt, wodurch die Rot-, Grün- und Blaufilter 9, 10 und 11 auf den Y-Elektroden gebildet werden. Die Bildelemente 4 haben eine rote Farbe, die Bildelemente 5 haben eine grüne Farbe und die Bildelemente 6 haben eine blaue Farbe.

Eine Schicht 8 zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle ist auf die Farbfilter 9 bis 11 aufgelegt. Sie ist aus einem Film eines Polyimidharzes (PiX Nr. 5400 von Hitachi Chemical Industrial Co., Ltd., Japan) gebildet worden.

]5 Die Polyimidharze, die für die Orientierungsschicht der erfindungsgemäßen Farb-Flüssigkristall-DarStellungsvorrichtungen verwendet werden können, schließen Polyimidharze ein, wie sie in den JA-OS»en 65960/1976, 3O859/1979 und 133359/1979 oder in der US-PA SN 230 541 vom 2. Februar 1981 beschrieben werden. Das bevorzugte Polyimidharz ist ein Polyimid-Siloxan-Harz, das dadurch hergestellt werden kann, daß man in einem organischen Lösungsmittel Diaminosiloxan mit der Formel (I) Γ

, R¹

H₂N - R -f- Si —O-f- Si-R- NH₂ CD

Si — O-j— Si ¹ / I
R¹ 'x R¹

worin R für eine zweiwertige organische Gruppe steht, R^f eine einwertige organische Gruppe ist und χ eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, mit einem Diamin mit der Formel (II)

H₂N- Q-NH₂ (II)

worin Q eine zweiwertige organische Gruppe ist, die von einem Siliziumatom frei ist, und einem Tetracarbonsäure-

• ·«· ■-■ "-"·^:" 3234 T10

-ιοί dianhydrid mit der Formel (III): .-««.-..

O	Il	O
Il	O	η
C T	C
i	C
Il
0

worin R" für eine vierwertige organische Gruppe steht, copolymerisiert, wodurch ein Polyamidosäure-Siloxan-Copolymerharz erhalten wird, und dieses erhitzt, damit eine innere Kondensation erfolgt.

In der obigen Formel (I) sind konkrete Beispiele für die Gruppe R Alkylengruppen, wie eine Methylen-, Ethylen-, Propylen-, Butylen-, Amylen-, Methy!propylen- oder Hexylengruppe, Alkenylengruppen, wie eine Vinylen- oder Propenylengruppe, Arylengruppen, wie eine Phenylen-, Naphthylen-, Phenanthrylen-, Anthrylen-, Indenylen-, Biphenylen-, Methylphenylen-, Dimethylphenylen-, Trimethylphenylen-, Ethylphenylen-, Chlorphenylen-, Aminophenylen- oder 1,2,4,5-Tetramethylphenylengruppe, Aralkylengruppen, wie eine Benzyliden-, Styryliden-, Cinnamyliden-, Cuminyliden-, Phenylethylen-, Phenylpropylen-, Phenylbutylen- oder Naphthylethylengruppe, Cycloalkylengruppen, wie eine Cyclopropylen-, Cyclobutylen-, Cyclopentylen-, Cyclohexylen-, Cyclopentyliden-, Cyclohexyliden- oder Cycloheptylidengruppe, heterocyclische Alkylengruppen, wie eine Furfuryliden- oder Indolylidengruppe, Halogenalkylengruppen, wie eine Tetrafluorethylen- oder Monobrombutylengruppe, oder andere Gruppen, wie -CH₂CH₂NHCH₂-, -CH₂OCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂SCH₂CH₂- oder -CH₂CH₂NHCh₂CH₂CH₂-.

Konkrete Beispiele für die Gruppe R¹ sind Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppen, z.B. eine Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Octyl-, Vinyl-, Alkyl-, Phenyl-, Xylyl.-, Naphthyl- oder

Tolylgruppe, Halogenalkyl-, Halogenalkenyl- Od(Bf₄,.Halogen-, arylgruppen, wie eine 3,3,3-Trifluorpropyl-, Chlorphenyl-, Bromphenyl-, Jf-Chlorbutyl- oder Dichlorphenylgruppe, hydrolysierbare organische Gruppen, wie eine Alkoxy-, Aryl-

5 oxy- oder Acyloxygruppe (z.B. eine Methoxy-, Isopropoxy-, Butoxy-, Phenoxy-, Acetoxy-, Propionyloxy- oder Benzoyloxygruppe).

Bevorzugte konkrete Beispiele für das Diaminoxiloxan (I) ■jO sind:

CH₁ CH₃

BzN - (CH2)3- Si - O - Si - (CHz)₃ - NH₂ CH₃ CH₃

CH₃ CH₃

H₂N - CCHz)₃- Si - O - Si - (CHz)₃ - NH₂ CH₃ CH₃

H₂N

Si-O-Si -{Ö)- NHz _

(o)

(θ) (θ)
H₂N -(CHz)₃ - Si - O - Si - (CH2)3 - NH₂

CH₃ CH₃ CH3

Si-O-Si -^/- NH2 CH3 CH3

Konkrete Beispiele für das Diamin (II) sind m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylpropan, 4,4'-Diaminodipheny!methan, Benzidin, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4-Diaminodiphenylsulfon, 3,3^t-Diaminodiphenylsul-

fön, 4,4'-Diaminodiphenylether, 2,6-Diaminopyrid;Ln, Bis- , (4-aminophenyl)-phosphinoxid, Bis-(4-aminophenyl)-N-methylamin, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3^f-Dimethoxybenzidin, 2,4-Bis-(ß-aminot-butyl)-toluol, Bis-(p-ß-amino-t-butylphenyl)-ether, p-Bis-(2-methyl-4-aminophenyl)-benzol, p-Bis-(i,1-dimethyl-5-aminopentyl)-benzol, m-Xylylendiamin, p-Xylylendiamin, Bis-(p-aminocyclohexyl)-methan, Ethylendiamin,. Propylendiamin, Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octame-

IQ thylendiamin, Nonamethylendiamin, Decamethylendiamin, 3-Methylheptamethylendiamin, 4,4^f-Dimethylheptarnethylendiamin, 2,11-Diaminododecan, 1,2-Bis-(3-aminopropoxy)-ethan, 2,2-Dimethy!propylendiamin, 3-Methoxyhexamethylendiamin, 2,5-Dimethylhexamethylendiamin, 5-Methylnoname-

^ 5 thylendiamin, 1^-Diaminocyclohexan, 1,12-Diaminooctadecan oder 2,5-Diamino-1,3,4-oxadiazol.

Weitere Beispiele für die Gruppe Q in dem Diamin (II) sind eine Ethylen-, Propylen-, Hexylen-, Ethylenoxyethylen-, Ethylenoxypropylen-, Propylenoxypropylen^ Phenylen-, Naphthylen-, Biphenylen- oder Anthrylengruppe oder eine Gruppe der Formel:

.: i

worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.

In der Formel (III) sind konkrete Beispiele der Gruppe R" Gruppen der Formeln:

CH2

SO₂

CH=CH

Konkrete Beispiele für das Tetracarbonsäuredianhydrid (III) sind Pyromellitsäuredianhydrid, Mellitsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4·- Diphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 3,3'»4,4'-Diphenylmethantetracarbonsäuredianhydrid, Bis-(3,4-dicarboxyphenyl)-etherdianhydrid, Bis-(3,4-dicarboxyphenyl)-sulfondianhydrid, 3,3' ^^'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Anthracentetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,7,8-Phenanthrentetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,8,9-Chrysentetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Triphenylentetracar· bonsäuredianhydrid, 3,4,9-Perylentetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,7,8-Coronentetracarbonsäuredianhydrid, 1,8,4,5-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid oder dergleichen.

Weiterhin können die Verbindungen (I), (II) und (III) in ihren jeweiligen Gemischen verwendet werden.

- 14 -

Bei der Copolymerisation der Verbindungen (I), (II) und (III) in einem organischen Lösungsmittel ist das Molver- ' ' hältnis (I) plus (II) : (III) geeigneterweise etwa 1:1, um ein Endprodukt mit einer gewünschten Struktur des PoIyimidrings zu erhalten. Wenn das Molverhältnis außerhalb des genannten Bereiches liegt, dann ist der resultierende Orientierungsfilm hinsichtlich der Hitzebeständigkeit, der Isolierungseigenschaften und der Orientierung nicht zufriedenstellend. Weiterhin beträgt das Molverhältnis von (I) und (II), das bei der Copolymerisation angewendet wird, geeigneterweise 0,5 : 9,5 bis 2,0 : 8,0, vorzugsweise 1 :9. Bei einer geringeren Menge von Diaminosiloxan (I) fehlt dem resultierenden Orientierungsfilm die ausreichende Abriebbeständigkeit. Wenn andererseits die

]5 Menge von (I) groß ist, dann ermangelt es dem resultierenden Orientierungsfilm an der Hitzebeständigkeit.

Die Reaktionsbedingungen der Copolymerisation und das organische Lösungsmittel werden in geeigneter Weise aus dem Stand der Technik ausgewählt.

Das resultierende Polyamidosäure-Siloxan-Copolymere besteht vermutlich aus den folgenden zwei Einheitsstrukturen:

oder

	O	0	O	H	- R
H	Il	Il	Il	- N
N -	C -	- R" - C -	- C - R" -
		/ \	/ \
	HOOC COOH		O	H
		Il	- N
	H	- C
Q -	N -
		HOOC COOE

Nach dem Erhitzen des Polyamidosäure-Siloxan-Copolymeren wird es innerlich unter Bildung des gewünschten Polyimid-Siloxan-Copolymerharzes kondensiert. Von diesem nimmt man an, daß es aus den folgenden zwei Struktureinheiten be-

5 steht:

oder

Weiterhin ist Pix Nr. 5400, wie oben beschrieben, eine Art eines Polyimid-Siloxan-Harzes, hergestellt aus
20

>- NH₂ und

ο ο 25

OMe OMe

I I

Si- O - Si -j C₂H₄NH₂,

OMe OMe

Im Handel erhältliche Polyimidharze sind weiterhin PiB, PiQ, KJR (diese drei Reihen werden von Hitachi Chemical Industrial Co., Ltd., Japan hergestellt) und Torayneece SP-710 und Torayneece SP-X11 von Toray Industries Inc., Japan.

Da die Orientierungsschicht 8 dünn und gleichförmig sein , muß, wird sie durch Spinnen aus einer Lösung des Harzes in einem Lösungsmittel, wie von N-Methylpyrrolidon, die auch ein Fluor enthaltendes oberflächenaktives Mittel, z.B. FC-431 von Sumitomo 3M Company, Japan, enthält, gebildet. Die Schicht 8 kann auch durch einen Offset-Walzenanstrich gebildet werden. In einem Ofen wird das PoIyimidharz vorläufig 5 min lang auf 60⁰C erhitzt, 1 h bei 150 i 2O⁰C getrocknet und 30 min bei etwa 300⁰C gebrannt. Die Harzoberfläche, die mit dem Flüssigkristall in Kontakt kommen soll, wird mit einem Poliertuch gerieben, wodurch die Orientierungsschicht 8 auf dem Substrat 2 bereitet wird. Ein weiterer Orientierungsfilm 8» wird auf der Innenoberfläche des Substrats 1 gebildet. Er wird auch aus einem Polyimidharzfilm gebildet, das von Wasser nicht beeinträchtigt wird, und seine Orientierungskraft verschlechtert sich daher selbst dann nicht, wenn Wasser in die Flüssigkristallzelle hineindringt.

Alternativ ist es möglich, die Orientierungsschicht 8» auf dem Substrat 1 aus Jedem beliebigen anderen anorganischen Material zu bilden, während die Schicht 8 auf den Farbfiltern 9 bis 11 aus einem Polyimidharz gebildet wird.

Das Substrat 1 und das Substrat 2 werden miteinander durch ein Dichtungsmaterial 3 verbunden, welches auf die Grundlagen entlang ihrer Kanten bzw. Ränder aufgebracht wird. Das Ganze wird durch Erhitzen in einem Ofen gehärtet. Das Dichtungsmaterial 3 kann ein Epoxyharz, Z.B.NX024 von Sumitomo 3M Company, Japan, sein. Der Hohlraum, der durch die Substrate 1 und das Dichtungsmaterial 3 definiert wird, wird mit dem Flüssigkristall 7 durch Vakuumeinspritzung oder dergleichen gefüllt.

Die Vorrichtung enthält weiterhin einen Polarisator 12, eine Energiequelle 13 und eine Lichtquelle 14. Wenn die Energiequelle 13 ein elektrisches Feld an den Flüssig-

kristall 7 durch die X- und Y-Elektroden anlegt, _t.dann das Licht, das durch die Lichtquelle 14 emittiert und durch den Polarisator 12 und den Flüssigkristall 7 hindurchgeht, dem Betrachter 15 ein rotes, grünes oder blaues Muster, das den Bildelementen 4, 5 oder 6 entspricht. Wenn ein Paar von Polarisatoren 12, wie mit P,. und P₂ angezeigt, verwendet wird, dann wirkt der Flüssigkristall 7 der verdrehten nematischen Konstruktion als Lichtverschluß bzw. -blende unter dem Einfluß des elektrischen Feldes. Wenn beispielsweise ein elektrisches Feld an die Y-Elektroden Y₁₁, Y₂₁, ..., und die X-Elektrode X₁ angelegt wird, dann erreicht nur das Licht, das durch den Rotfilter 9 hindurchgeht, den Betrachter 15 und eine Darstellung wird durch rote Punkte auf dem schwarzen Hintergrund gebildet. Wenn ein elektrisches Feld an eine geeignet ausgewählte Kombination der X- und Y-Elektroden angelegt wird, dann ist es möglich, eine Darstellung mit einer Farbe zu erhalten, die den ausgewählten Bildelementen entspricht.

In Figur 3 ist eine Vorrichtung gezeigt, die eine Dreifarben-Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur nach dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom White-Taylor-Typ enthält. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 verwendet und diese bezeichnen gleiche Teile und Komponenten der Figur 3. Rot-, Grün- und Blaufilter 9, 10 und 11 auf den Y-Elektroden werden aus transparenten Tinten bzw. Druckfarben durch Drucken und Brennen In der gleichen Weise, wie es im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 gezeigt wurde, erhalten. Polyimidharz-Orientierungsschichten 8 und 8^f werden auf den Innenoberflächen der Substrate 2 bzw. 1 gebildet und die Flüssigkristallmoleküle sind homogen zwischen den Schichten 8 und 8« orientiert. Die Flüssigkristalle 7 enthalten cholesterinische Kristalle als Wirt und einen dichroischen Farbstoff, bestehend aus einem Gemisch 20 aus Blaugrün-, Purpur- und Gelbfarbstoffen, als Gast.

Bei Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes prä-, sentiert sich die gesamte Oberfläche der Vorrichtung in schwarzer Farbe, da der Farbstoff 20 die maximale Absorption von Licht erreicht. Nach Anlegung eines elektrischen Feldes an bestimmte Bildelemente werden die entsprechenden Flüssigkristallmoleküle und der Farbstoff 20 homeotropisch ausgerichtet und der Farbstoff bricht fast vollständig die Absorption von Licht ab. Demgemäß ist es möglich, die Farben der Farbfilter 9 bis 11 unter den Flüssigkristallen 7 zu sehen. Wenn ein elektrisches Feld an eine geeignet ausgewählte Kombination der X- und Y-Elektroden angelegt wird, dann ist es möglich, eine Darstellung mit einer Farbe zu erhalten, die der ausgewählten Bildelementkombination entspricht, gerade so, wie es bei der Vorrichtung der Figuren 1 und 2 der Fall ist.

Die Figur 4 zeigt eine Vorrichtung, die eine Dreifarben-Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom Heilmeier-Typ enthält. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 3 verwendet, um gleiche Teile und Komponenten in der Figur 4 zu bezeichnen. Rot-, Grün- und Blaufilter 9 bis 11 werden auf den Y-Elektroden gebildet und Orientierungsschichten 8 und 8¹ werden auf den Farbfiltern 9 bis 11 bzw. den X-Elektroden gebildet. Die Flüssigkristalle 7 enthalten nematische Kristalle als Wirt und einen eingearbeiteten dichroischen Farbstoff 20 als Gast, der aus einem Gemisch aus Blaugrün-, Purpur- und Gelbfarbstoffen besteht.

In Abwesenheit eines elektrischen Feldes präsentiert sich die Vorrichtung in einer gesamt-schwarzen Farbe, da die Flüssigkristallmoleküle homogen ausgerichtet sind und der Farbstoff 20 eine maximale Lichtabsorption erreicht.

Wenn ein elektrisches Feld an bestimmte Bildelemente angelegt wird, dann werden die entsprechenden Flüssigkristallmoleküle und der Farbstoff homeotropisch ausgerich-

tet und es ist möglich, die Farben der Filter 9 bis 11 unter den Flüssigkristallen 7 zu sehen.

Bei allen Ausführungsformen, die in den Figuren 1 bis 4 gezeigt sind, ist es alternativ möglich, die Farbfilter auf den X-Elektroden vorzusehen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Flüssigkristallzelle vom Transmissionstyp begrenzt, sondern sie ist auch auf eine Zelle vom Reflexionstyp anwendbar. Die Erfindung ist weiterhin

•jO nicht auf ein XY-Matrixdarstellungs system begrenzt, sondern sie ist auch auf ein Segmentdarstellungssystem anwendbar. Die Anzahl der Farben ist nicht auf drei begrenzt. Die Zahl der Farben kann auch zwei oder vier oder mehr sein. Es ist z.B. möglich, leicht eine Darstellung eines Druckdiagramms in zwei oder mehreren Farben zu bilden.

Die erfindungsgemäße Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist hoch verläßlich und über lange Zeiträume beim Betrieb stabil. Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzellen zeigten keinerlei Verschlechterung der Orientierung nach mehr als 10 Tagen nach einem Hochtemperatur- und Feuchtigkeitstest bei 60°C und 90% relativer Feuchtigkeit. Vergleichbare Vorrichtungen mit einer Orientlerungsschicht aus Polyvinylalkohol zeigten eine Verschlechterung der Orientierung der Kristalle innerhalb mehreren Testtagen bei den gleichen Bedingungen.

In den Figuren 5 und 6 ist eine Vorrichtung gezeigt, die eine Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem verdrehten nematischen Transmissionssystem enthält. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 verwendet, um ähnliche Teile in den Figuren 5 und 6 zu bezeichnen. Die Farbfilter 16 und 18 sind jedoch aus transparenten Tinten bzw. Druckfarben, die aus der Tabelle I ausgewählt worden sind, gebildet. Die Tinten bzw. Druckfarben wurden in die Materialien ein-

gearbeitet, die die Orientierungsschicht bildeten. Die Tabelle I zeigt jedoch lediglich Beispiele der anwendbaren Tinten bzw. Druckfarben. Alternativ ist es nämlich auch möglich, beispielsweise Farbstoffe gemäß Tabelle II zu verwenden.

	Tabelle II
Kodak KAT Nr.	Name
C770	Kongorot
C624	Brillantgrün
C1264	Malachitgrün
C573	Methylenblau
C8679	Nilblau A

Gemäß den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen werden drei Farbdruckfarben hergestellt, indem Druckfarben bzw. Tinten Nr. 9Ο83 (rot), Nr. 9Ο87 (grün) und Nr. 9086 (blau) aus Tabelle I ausgewählt wurden und diese mit einem Polyimidharz PiX Nr. 5400 (Hitachi Chemical Industrial Co., Ltd., Japan) so vermischt wurden, daß 3edes resultierende Gemisch 30 Gew.-?S einer Druckfarbe enthielt. Die Druckfarben wurden durch Sieb- oder Offsetdrucken auf die vorgeschriebenen Bildelemente auf den Y-Elektroden aufgebracht. Obgleich es bevorzugt wird, ein Polyimidharz für die Orientierungsschicht, in die die Druckfarben eingearbeitet werden, zu verwenden, ist es auch möglich, ein beliebiges anderes geeignetes organisches Material zu verwenden. Die Druckfarben werden 2 h in einem Ofen bei etwa 300⁰C wärmebehandelt und sodann wird die Druckfarbenoberfläche mit einem Poliertuch oder dergleichen gerieben. Die Farbfilter 16 bis 18 werden somit auf den Y-Elektroden gebildet und sie dienen auch zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle.

Keine Farbdruckfarbe muß auf die X-Elektroden aufgebracht werden. Nach der Bildung des transparenten Elektrodenmu-

sters wird eine Schicht aus einem Polyimidharz,.p$er einem, beliebigen anderen Hochpolymeren auf die gesamte Oberfläche durch Sieb- oder Offsetdrucken oder Spinnen und Brennen aufgebracht. Die Harzoberfläche wird mit einem Poliertuch gerieben, wodurch eine Orientierungsschicht 19 auf den X-Elektroden gebildet wird.

Das Substrat 1 und das Substrat 2 werden miteinander durch ein Dichtungsmaterial 3 verbunden, das zwischen den Schichten entlang ihrer Ränder angeordnet ist. Das Ganze wird durch Erhitzen in einem Ofen gehärtet. Das Dichtungsmaterial kann beispielsweise ein Epoxyharz NX024 von Sumitomo 3M Company, Japan, sein. Der Hohlraum, der durch die Substrate 1 und 2 und das Dichtungsmaterial 3 definiert ist, wird mit Flüssigkristallen 7 durch Vakuuminjektion oder sonstige Weise gefüllt.

Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Flüssigkristallzelle enthält eine Farbfilterschicht, die auch als Schicht zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle dient. Wenn die Kraftquelle 13 ein elektrisches Feld an die Flüssigkristalle 7 durch die X- und Y-Elektroden anlegt, dann ergibt das Licht, das von der Lichtquelle 14 emittiert wird und durch den Polarisator 12 und die Flüssigkristallzelle hindurchgeht, für den Betrachter 15 ein rotes, grünes oder blaues Muster, das den Bildelementen 4, 5 oder 6 entspricht. Wenn ein Paar Polarisatoren 12 parallel zueinander, wie bei P^ und P2 angezeigt, vorgesehen ist, dann wirken die Flüssigkristalle 7 mit verdrehter nematischer Struktur als Lichtverschluß bzw. -blende. Wenn beispielsweise ein elektrisches Feld an die Y-Elektroden Y^^, Y^2» ···» und die X-Elektrode X. angelegt wird, erreicht nur das Licht den Betrachter 15, das durch das Rotfilter 16 hindurchgeht. Wenn ein elektrisches Feld an die geeignet ausgewählte Kombination der X- und Y-Elektroden angelegt wird, dann ist es möglich, eine Darstellung mit einer Farbe zu erhalten, die den ausgewählten Bildelemen-

ten entspricht. Die Farbfilter 16 bis 18 erstrecken sich , auch über das Glassubstrat und die Flüssigkristallmoleküle bleiben immer homeotropisch in diesen Spalten ausgerichtet. Demgemäß wird Licht durch den Polarisator 12, der naher an dem Betrachter 15 liegt, abgeschnitten und es erreicht diesen nicht.

Die Figur 7 zeigt eine Vorrichtung, die eine Flüssigkristallzelle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom White-Taylor-Typ enthält. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 5 und 6 verwendet und diese bezeichnen ähnliche Teile in der Figur 7. Kombinierte Orientierungs- und Farbfilterschichten 16 (rot), 17 (grün) und 18 (blau) werden auf den Y-Elektroden gemäß den im Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 beschriebenen Arbeitsweisen gebildet. Eine Orientierungsschicht 19 wird aus einem Polyimidharz oder einem beliebigen anderen Hochpolymeren auf den X-Elektroden gebildet. Die Flüssigkristalle 7, die die Zelle füllen, enthalten cholesterinische Kristalle als Wirt und einen eingearbeiteten dichroischen Farbstoff 20 als Gast. Letzterer besteht aus einem Gemisch aus Blaugrün-, Purpur- und Gelbfarbstoffen.

In Abwesenheit eines elektrischen Feldes präsentiert sich die Zelle in einer total schwarzen Darstellung, da der Farbstoff 20 die maximale Lichtabsorption erhält. Wenn ein elektrisches Feld auf die Jeweiligen Bildelemente angelegt wird, dann werden die entsprechenden Flüssigkristallmoleküle und der Farbstoff homeotropisch ausgerichtet und der Farbstoff bricht fast vollständig die Absorption von Licht ab. Es ist daher möglich, die Farben der Farbfilter 16 bis 18 unter den Flüssigkristallen 7 zu sehen. Wenn ein elektrisches Feld auf eine geeignet ausgewählte Kombination der X- und Y-Elektroden angelegt wird, dann ist es möglich, eine Darstellung mit einer Farbe zu erhalten, die der ausgewählten Bildelementkombination entspricht.

] In der Figur 8 wird eine Vorrichtung beschriebe^.,, die eine Flüssigkristall2elle mit einer Matrixelektrodenstruktur gemäß dem Transmissions- und Gast-Wirt-System vom Heilmeier-Typ enthält. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 7 verwendet, die gleiche Teile in Figur B anzeigen. Kombinierte Orientierungs- und Farbfilterschichten 16 bis 18 werden auf den Y-Elektroden und eine Orientierungsschicht 19 auf der X-Elektrode ausgebildet. Die Flüssigkristalle 7 in einer Zelle enthalten nematisehe Kristalle als Wirt und einen als Gast eingearbeiteten dichroischen Farbstoff 20, der aus einem Gemisch aus Blaugrün-, Purpur- und Gelbfarbstoffen besteht.

In Abwesenheit eines elektrischen Feldes ergibt die Zelle eine vollständig schwarze Darstellung, da die Flüssigkristallmoleküle homogen ausgerichtet bleiben und der Farbstoff 20 die maximale Lichtabsorption erhält. Wenn ein elektrisches Feld an bestimmte Bildelemente angelegt wird, werden die entsprechenden Flüssigkristallmoleküle und der Farbstoff homeotropisch ausgerichtet und es ist daher möglich, die Farben der Farbfilter unter den Flüssigkristallen 7 zu sehen.

Bei allen in den Figuren 5 bis 8 gezeigten Ausführungsformen ist es alternativ möglich, die kombinierte Orientierungs- und Farbfilterschicht auf den X-Elektroden vorzusehen. Die Erfindung ist nicht auf Flüssigkristallzellen vom Transmissionstyp begrenzt, sondern sie ist auch auf Zellen vom Reflexionstyp anwendbar. Die Erfindung ist weiterhin nicht auf ein XY-Matrixdarstellungssystem begrenzt, sondern sie ist auch auf ein Segmentdarstellungssystem anwendbar. Die Anzahl der anwendbaren Farben ist nicht auf drei begrenzt, sondern kann alternativ auch zwei oder vier oder mehr sein. Es ist z.B. ohne weiteres möglich, eine Darstellung eines Druckdiagramms in zwei oder mehreren Farben zu erhalten.

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1 Die in den Figuren 5 bis β gezeigten Vorrichtungen haben eine einfache Konstruktion und sie sind aufgrund der Kombination der Orientierungsschicht und der Farbfilter leicht und billig herzustellen. Sie sind daher für die

5 Herstellung von Instrumenten in einem Motorfahrzeug besonders gut geeignet.

Leerseite

Claims

KRAUS & WEISERT 323Z>110 PATENTANWALT!. UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS D IPLO M C H EM I KER · D R.-I N G. AN N EKÄTE WEISERT DtPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-BOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON O8 9/79 7O 77-79 7O 78 · TELEX OS-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 3445 WK/rm SHARP KABUSHIKI KAISHA Osaka / Japan Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung Patentansprüche

1. Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung mit einem Farbfilter in einer Flüssigkristallzelle, dadurch gekennzeichnet , daß eine transparente
Schicht für die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zur Bedeckung von mindestens dem Farbfilter in der Flüssigkristallzelle vorgesehen ist, wobei die transparente Schicht aus einem Polyimidharz besteht.

2. Farb-Flüssigkristall-DarStellungsvorrichtung mit einem Farbfilter in einer Flüssigkristallzelle, dadurch gekennzeichnet , daß eine transparente'

Schicht für die Orientierung der FlüssigkristalLLmpleküle,, die einen Farbstoff oder eine ähnliche färbende Substanz enthält, um eine kombinierte Farbfilter- und Orientierungsschicht zu bilden, in der Flüssigkristallzelle vorgesehen ist.

3. Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die farbstoffartige färbende Substanz eine Farbdruckfarbe

^O bzw. -tinte ist.

4. Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die transparente Schicht für die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle aus einem Polyimidharz besteht.

5. Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimidharz ein Polyimid-Siloxan-Copolymerharz ^ist·

6. Farb-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid-Siloxan-Copolymerharz dadurch gebildet worden ist, daß in einem organischen Lösungsmittel ein Diaminosiloxan mit der Formel (I):

^H2^N -

worin R für eine zweiwertige organische Gruppe steht, R¹ für eine einwertige organische Gruppe steht und χ eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, mit einem Diamin mit der Formel (II):

* · * H₂N * * * « * » *
0 Λ · * «ι - V. _ _ Q _ NH₂

H₂N - O - NH₂ (,II)

worin Q für eine zweiwertige organische, von iJiliziumatomen freie Gruppe steht, und einem Tetracarbonsäuredianhydrid mit der Formel (III):

O O 11 Il C
ι C J
II I O O

o. .R" _y ο (in)

το \/ \/

worin R" für eine vierwertige organische Gruppe steht, copolymerisiert worden ist, wodurch ein Polyamidosäure-Siloxan-Copolymerharz erhalten worden ist, und indem dieses unter Erhitzen einer inneren Kondensation unterworfen worden ist.