CH627558A5 - Verfahren zur herstellung einer eine fluessigkristallschicht homoeotrop orientierenden schicht. - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer eine fluessigkristallschicht homoeotrop orientierenden schicht. Download PDF

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CH627558A5 CH401978A CH401978A CH627558A5 CH 627558 A5 CH627558 A5 CH 627558A5 CH 401978 A CH401978 A CH 401978A CH 401978 A CH401978 A CH 401978A CH 627558 A5 CH627558 A5 CH 627558A5
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine Flüssigkristallschicht homöotrop orientierenden Schicht (Orientierungsschicht) auf einem mit einem leitfähigen Belag 55 versehenen Substrat.
Die Moleküle einer Flüssigkristallschicht müssen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, beispielsweise bei Flüssigkristallanzeigen mit dynamischer Streuung oder auf der Basis bestimmter Feldeffekte («DAP-Effekt», «phase-change»-Effekt), so im Ruhezustand senkrecht zur Substratebene («homöotrop») ausgerichtet sein. Für eine homöotrope Orientierung sind bislang die verschiedensten Techniken entwickelt worden, die jedoch, wenn sie brauchbare und vor allem auch reproduzierbare Resultate liefern, relativ kompliziert sind und sich insbesondere 65 für eine Fertigung in grösserem Massstab nur bedingt eignen (eine Übersicht über die derzeit praktizierten Orientierungsmethoden ist in der Arbeit v. L.A. Goodman in «RCA Rev.» 35
(1974) 447 enthalten). Dass man trotz intensiver Bemühungen noch keine wirklich befriedigende Ausrichttechnik gefunden hat, mag damit zusammenhängen, dass die eigentlichen Orientierungsmechanismen noch nicht richtig verstanden werden und man nach wie vor mehr oder weniger plausible Vermutungen angewiesen ist.
Wird eine Flüssigkristallschicht elektrisch geschaltet, so muss man ausserdem darauf achten, dass die Schicht vor jeglicher Gleichspannung, die bekanntlich einen Flüssigkristall zersetzt, geschützt ist. Zu diesem Zweck überzieht man die Elektroden einer Flüssigkristallanzeige in der Regel mit einer Isolationsschicht, da bei praktisch allen Ansteuerungstechniken gewisse Gleichspannungskomponenten unvermeidlich sind. Ein solcher Überzug hat eine Reihe von Forderungen zu erfüllen: Er muss über einen sehr hohen elektrischen Widerstand verfügen und einen möglichst gut haftenden, porenfreien Film bilden ; er sollte dabei mechanisch, thermisch und chemisch stabil sein, möglichst viel Licht durchlassen und nicht zuletzt auch ohne grossen Fertigungsaufwand hergestellt werden können. Ideal wäre eine Schicht, die zugleich homöotrop orientiert und elektrisch isoliert.
Isolationsschichten aus Si02 haben sich bisher am besten bewährt. Si02 orientiert jedoch, wenn überhaupt, dann nur plattenparallel («homogen»). Benötigt man eine homöotrope Molekülausrichtung und wollte man auf das ansonsten so günstige Si02 nicht verzichten, so müsste man die Si02-0berfläche silanisieren und/oder die Flüssigkristallschicht mit Orientierungsmitteln versetzen. Ein solches Vorgehen ist recht umständlich und der Qualität des Flüssigkristalls sicherlich nicht zuträglich. Hinzu kommt eine weitere Schwierigkeit: Störende Reflexionen an der aus Si02 und Silanolgruppen bestehenden Doppelschicht lassen sich nur durch sorgfältige Dickenabstimmung vermeiden.
In der DT-AS 23 13 730 wird eine Si02- oderTi02-Schicht beschrieben, die zwischen der Elektrode und der Trägerplatte liegt und durch eine spezifische Oberflächenbehandlung (Wegätzen der darüberligenden Leitschicht) eine homöotrope Orientierung erhält. Abgesehen davon, dass ein Ätzprozess einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellt, lassen sich die damit hervorgerufenen Orientierungseffekte auch nicht ohne weiteres reproduzieren.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem sich auf besonders einfache Weise eine langzeitstabile homöotrop orientierende Schicht herstellen lässt, die zudem im Bedarfsfall hochisolierend wirkt und ansonsten vergleichbar gute Eigenschaften wie eine Si02-Schicht hat. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss vorgesehen, dass zur Erzeugung einer Orientierungsschicht, die im wesentlichen aus (Me203)1.x(Si0y)x mit Me = Al oder Cr und 0 x < 1 und 1.9
y 2 besteht, zunächst eine organische Lösung, die die Elemente Me und Si in einem bestimmten Verhältnis zueinander enthält, auf das Substrat gebracht wird und dass anschliessend diese Lösung durch thermische Zersetzung in die Orientierungsschicht überführt wird. Gute Resultate liefern Misch-Schichten, bei denen also gilt 0 < x < 1. Dabei empfiehlt es sich in vielen Fällen, den Mischbereich zu begrenzen, und zwar auf 0 < x sS 0.8, insbesondere 0 < x 0.5, oder auf 0.9 x < 1. Das Siliciumoxid wird im allgemeinen als Si02 vorliegen, es sind aber auch y-Werte etwas unter 2 und in einzelnen Fällen sogar auch etwas grösser als 2 denkbar. Neben den Oxiden Me203 und SiOy wird die Schicht häufig noch einen gewissen Anteil an Hydraten haben und zwar vor allem dann, wenn aus dem Siliciumoxid das ursprünglich enthaltene Wasser nicht vollständig abgespalten worden ist.
Die Lösung lässt sich besonders rationell durch Eintauchen des Substrats oder durch Aufsprühen aufbringen. Der Umstand, dass beim Tauchverfahren der Träger beidseitig beschichtet
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wird, wirkt sich insofern günstig aus als das Substrat bei der zenden Glaslot, die leitfähige Beläge aus antimondotiertem anschliessenden Wärmebehandlung formstabil bleibt. Zinnoxid und die Isolationsschichten aus Siliciumdioxid mit ca.
In der bereits zitierten Auslegeschrift wird die dortige Zwi- 7 Gew.- % Aluminiumoxidzusatz. Die Schichten können allge-
schenschicht ebenfalls durch Eintauchen des Substrats in eine mein zwischen 300Â und 3000Â dick sein. Besonders günstig ist
Lösung, in der eine Metallverbindung in einem organischen Lö- 5 ein Dickenbereich zwischen 1500Â und 2000Â.
sungsmittel gelöst ist, und durch anschliessendes Tempern er- Die Isolationsschichten sind folgendermassen hergestellt zeugt. Dabei handelt es sich allerdings ausschliesslich um eine worden: Die bereits mit den fertigen Elektroden versehenen
Si- bzw. Ti-Verbindung ; ausserdem führt die Aufbringtechnik Trägerplatten wurden in eine Lösung mit einem Ester aus einer dort noch nicht zu dem gewünschten Orientierungseffekt. organischen Säure mit einem Alkohol als Lösungsmittel und
Die auf die vorgeschlagene Weise erzeugten Orientierungs- 10 einer darin gelösten Si/Al-organischen Verbindung eingetaucht schichten sind sehr stabil und orientieren, wie durch Langzeit- und mit einer konstanten Geschwindigkeit wieder herausgezo-tests bestätigt werden konnte, ohne zusätzliche Vorkehrungen gen (die Ziehgeschwindigkeit und die Konzentration im Ester dauerhaft homöotrop. Dies gilt überraschenderweise auch für bestimmen die Dicke der fertigen Schicht). Die so beschichteten Me203-Si0y-Schichten mit einem nur geringen Me203-Anteil, Trägerplatten wurden dann bei Temperaturen von 180 °C 10 beispielsweise wenigen Gew.-% A1203, bei denen man allenfalls 15 Minuten getrocknet und hiernach 30 Minuten lang einer Temerne schichtenparallele Molekülausrichtung erwartet hätte. Die- peratur von etwa 500 °C ausgesetzt. Während des Einbrennens se Festkörperschichten sind ausserdem parktisch frei von stö- wurden zugleich die beiden Trägerplatten durch Endverglasung renden pin-holes und schützen somit die Flüssigkristallschicht des Rahmens miteinander verfestigt.
besonders wirkungsvoll vor einer chemischen oder elektrolyti- Die erforderliche Pyrolyse lässt sich in einem relativ breiten sehen Zersetzung. Hinzu kommt ein weiterer, nicht zu unter- 20 Temperaturbereich (zwischen ca. 100 °C und 550 °C) herbeischätzender Vorteil: Die Schichten lassen sich auch auf grossflä- führen. Die günstigsten Brenntemperaturen liegen allerdings chige Unterlagen bequem und einwandfrei aufbringen und kön- bei 400 °C bis 500 °C, da mit wachsenden Prozesstemperaturen nen - anders als etwa reine SiOz-Überzüge - durch geeignete das Schichtengefüge noch fester wird und auch auf rauhen, mit Zusammensetzung der Lösung in relativ weiten Grenzen an ihre Fehlern versehenen Unterlagen einen einwandfreien Überzug Partner thermisch und optisch angepasst werden. 25 bildet.
Besonders geeignete Ausgangslösungen für das vorgeschla- Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte gene Verfahren sind in den Patentansprüchen 4-8 angegeben. Ausführungsbeispiel. So bleibt es dem Fachmann im Rahmen Die Erfindung soll nun an Hand eines besonders bevorzug- der vorliegenden Erfindung überlassen, aus den vorgeschlage-ten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung nen Schichtenbestandteilen diejenige Zusammensetzung zu ernäher erläutert werden. 30 mittein, die bei den jeweiligen Bedingungen des Einzelfalles am
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einem schemati- geeignetsten ist. Dabei ist es bei einer Flüssigkristallanzeige sierten Seitenschnitt eine Ziffernanzeige vom dynamisch streu- nicht immer erforderlich, die Innenflächen beider Trägerplatten enden Typ. Die Anzeige besteht im Einzelnen aus zwei Träger- mit einer Orientierungsschicht zu bedecken, da die Flüssigkri-
platten 1,2, die durch einen umlaufenden Rahmen 3 in einem stallsubstanz auch schon dann vor einem Gleichstromdurchfluss vorgegebenen Abstand voneinander gehalten werden. Die vom 35 geschützt ist, wenn nur die eine Elektrode mit der Isolations-
Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzte Kammer ist Schicht überzogen ist. In diesem Fall müsste dann auf andere mit einer Flüssigkristallsubstanz 4 gefüllt. Beide Trägerplatten Weise für die Molekülorientierung an der orientierungsschicht-
sind auf ihren einander zugewandten Flächen mit leitfähigen freien Grenzfläche gesorgt werden. Schliesslich ist es auch denk-
Belägen versehen (durchgehende Rückelektrode 6, segmentier- bar, die Orientierungsschicht auf ein elektrodenfreies Substrat te Vorderelektrode 7) und zusätzlich mit einer Isolationsschicht to aufzubringen, beispielsweise bei Flüssigkristalldisplays, bei de-
8,9 überzogen. Im vorliegenden Fall bestehen die beiden Trä- nen der Darstellungskontrast durch thermische Ansteuerung er-
gerplatten aus Weichglas, der Rahmen aus einem niederschmel- zeugt wird.
1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur Herstellung einer eine Flüssigkristallschicht homöotrop orientierenden Schicht auf einem mit einem leitfähigen Belag versehenen Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer orientierenden Schicht, die im wesent- 5 liehen aus (Me203)1.x(Si0y)x mit Me = AI oder Cr und Oëx<
    1 und 1.9 ë y ë 2 besteht, zunächst eine organische Lösung, die die Elemente Me und Si in einem bestimmten Verhältnis zueinander enthält, auf das Substrat gebracht wird und dass anschliessend diese Lösung durch thermische Zersetzung in die Orientie- 10 rungsschicht überführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Aufbringen der organischen Lösung durch Eintauchen des Substrats in diese Lösung erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 dass das Aufbringen der organischen Lösung durch Aufsprühen erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungs als Lösungsmittel Ester niederer Alkohole mit niederen Carbonsäuren und/oder niedere 20 Alkohole enthält.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung die Elemente Me und Si als reine Verbindungen mit einer niederen Mono- und/oder Dicar-bonsäure enthält. 25
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung die Elemente Me und Si als Metallhalogenide enthält, deren Anionen teilweise durch die Säurereste von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren substituiert sind. 30
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung die Elemente Me und Si als Metallhalogenide enthält, von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren und durch Hydroxyl- und/oder Alkoholatreste niederer Alkohole substituiert sind. 35
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle der niederen Carbonsäuren bzw. niederen Alkohole höchstens viergliedrige Kohlenstoffketten enthalten.
  9. 9. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 140 hergestellten orientierenden Schicht in einer Flüssigkristallanzeige.
  10. 10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Flüssigkristallanzeige mit einer Flüssigkristallschicht zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils 45 einen leitfähigen Belag tragen, versehen ist und der leitende Belag beider Trägerplatten segmentiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Trägerplatten (1,2) auf ihren Innenflächen mit einer orientierenden Schicht (8,9) versehen sind.
    50
CH401978A 1977-05-20 1978-04-14 Verfahren zur herstellung einer eine fluessigkristallschicht homoeotrop orientierenden schicht. CH627558A5 (de)

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