CH655804A5

CH655804A5 - Verfahren zur herstellung einer anzeigevorrichtung mit gast-wirt-fluessigkristall.

Info

Publication number: CH655804A5
Application number: CH9214/80A
Authority: CH
Inventors: Shoichi Ogawa
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1986-05-15
Also published as: GB2066497B; FR2471642B1; DE3045437A1; JPS5683718A; GB2066497A; FR2471642A1; US4357374A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit geneigt-homöotroper Orientierung, wobei als Wirt ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie und als Gast ein dichroitischer Farbstoff verwendet werden.

Eine Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist fol-gendermassen ausgebildet. Zwischen einem Paar Elektrodenplatten ist ein Flüssigkristall zusammen mit einem dichroiti-schen Farbstoff angeordnet. Durch Ein- oder Ausschalten verändert die Vorrichtung ihre Anzeigefarbe, und zwar durch Variation der Orientierung des Flüssigkristalls und des dichroiti-schen Farbstoffs. Im Rahmen von Forschung und Entwicklung sind verschiedene Untersuchungen im Hinblick auf die vorteilhaften Charakteristika dieser Anzeigevorrichtungen, nämlich der Fähigkeit, unterschiedliche Farben zu erzeugen und einen intensiven Hell-Dunkel-Kontrast zu erreichen, durchgeführt worden.

Bei der Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der als Wirt der nematische Flüssigkristall oder der gemischte nematische Flüssigkristall jeweils mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet wird und wobei als Gast der dichroiti-sche Farbstoff verwendet wird, wird vorzugsweise die Behandlung zur Erzielung der Orientierung in der Weise durchgeführt, dass ein Winkel 0i der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle 2 bezüglich der Richtung der Normalen h auf die Elektrodenoberfläche 1 von 10° oder weniger aufrechterhalten wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Dadurch wird bei Verwendung eines polaren Films das Kontrast Verhältnis erhöht. Es ist berichtet worden, dass es zur Erzielung einer derartig geneigt-homöotropen Orientierung erforderlich ist, eine gewünschte Gestaltanisotropie zu schaffen, indem man eine Schrägbedampfung der Oberflächen der Elektrodenplatten durchführt, welche beschichtet werden, und ausserdem eine Orientierungsbehandlung mit einem oberflächenaktiven Mittel durchführt, welches die homöotrope Orientierung erzeugt. Dieses Verfahren wird in «The 24th Japan Applied Physics Conference Prêt ext 29a-G-3, 1976» von Wada et al beschrieben. Bei der Schrägbedampfung ist es jedoch erforderlich, unter Verwendung von SiO als Beschich-tungsmaterial das Material mit einem grossen Winkel von etwa 85° bezüglich der Richtung der Normalen h auf die Elektrodenoberfläche 1, welcher in Fig. 2 als Winkel 02 bezeichnet ist, zu beschichten. Ausserdem ist die zulässige Dicke der Beschich-tung auf einen sehr engen Bereich, wie etwa 50 bis 120 À, begrenzt. Das ist für den praktischen Einsatz bemerkenswert ungünstig. Es ist bei einer derartigen Bedampfung und bei derartigen Bedampfungsbedingungen schwierig, eine Platte zu behandeln, die eine grosse Fläche aufweist. Es ist ebenfalls schwierig, das Verfahren bei einer Massenproduktion anzuwenden. Die Herstellungskosten sind folglich hoch. Die Schaffung der geneigt-homöotropen Orientierung ist demgemäss mit verschiedenen industriellen Schwierigkeiten und Nachteilen verbunden, falls die Oberflächenbehandlung durch Ausbildung der Schräg-bedampfungsschicht erfolgt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten verschiedenen Nachteile der herkömmlichen Schräg-bedämpfungstechnologie zu vermeiden und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit ausgezeichneter geneigt-homöotroper Orientierung zu schaffen, welche besser ist als die durch die herkömmliche Schrägbedampfungstechnologie erhaltene geneigt-homöotrope Orientierung bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man eine Elektrodenoberfläche mit einer anorganischen isolierenden Schicht beschichtet, die Schicht zur Schaffung der Orientierung in einem Nicht-Vakuum-Verfahren einer Reib- oder Polierbehandlung unterwirft; und die Schicht mit einem oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp behandelt, das zu der homöotropen Orientierung führt.

Erfindungsgemäss wird somit unter Verwendung eines ne-matischen Flüssigkristalls mit negativer dielektrischer Anisotropie zusammen mit einem dichroitischen Farbstoff eine Gast-Wirt-Flüssigkristallanzeigevorrichtung geschaffen.

Die Anzeigevorrichtung wird hergestellt, indem man eine Elektrodenoberfläche mit einem ausgewählten Beschichtungs-material beschichtet, die Schicht in einem Nicht-Vakuum-Verfahren zur Schaffung der Orientierung einer Reib- oder Polierbehandlung unterwirft und anschliessend die Oberfläche mit einem ausgewählten oberflächenaktiven Mittel, das eine homöotrope Orientierung erzeugt, behandelt. Auf diese Weise erhält man die Flüssigkristallanzeigevorrichtung für Positivanzeige, welche eine geneigt-homöotrope Orientierung aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Neigungswinkels 0i eines Flüssigkristalls auf einer Oberfläche einer Platte;

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Schrägbedampfung und

Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung.

Bei der erfindungsgemässen Flüssigkristall-Anzeigevorrich-tung gemäss Fig. 3 wird die Elektrode hergestellt, indem man jeweils Elektroden 12, 18 mit einem zweckentsprechenden Mu5

10

IS

20

25

3ü

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3

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ster auf jeder der Glasplatten 11, 19 ausbildet und die Oberfläche einer Oberflächenbehandlung zur Erzeugung des geneigt-homöotropen Zustandes unterwirft. Der angestrebte Zweck dieser Oberflächenbehandlung wird dadurch erreicht, dass man jeweils isolierende Schichten 13, 17 ausbildet und die jeweilige Schicht behandelt, um eine Orientierung zu erzeugen und anschliessend die Oberfläche mit einem oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp 14, 16 behandelt. Zur Ausbildung der isolierenden Schicht können verschiedene Materialien verwendet werden und es kommen vorzugsweise TÌO2, ZrOi, Hf02, SÌO2, Ge02, AI2O3, Ce02, CaF2 und MgF2 und insbesondere Zr02 und AI2O3 in Frage, da in diesen Fällen der Neigungswinkel von etwa 3 bis 10° vorgegeben wird. Optimal ist die Verwendung von Zr02, da in diesem Falle der Neigungswinkel von etwa 3 bis 5° vorgegeben ist. Falls der Neigungswinkel 0° beträgt, ist durch die homöotrope Behandlung eine ideale homöotrope Behandlung eine ideale homöotrope Orientierung vorgegeben. Dadurch ist die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle im Moment des Anlegens der Spannung nachteiligerweise dem Zufallsprinzip unterworfen.

Falls die Flüssigkristallmoleküle im Moment des Anlegens der Spannung bezüglich der spezifischen Richtung die geneigt-homöotrope Orientierung aufweisen, fallen die Flüssigkristallmoleküle in der spezifischen Richtung um und bleiben bei Anliegen der Spannung kontinuierlich in diesem umgefallenen Zustand. Falls der Neigungswinkel gross ist, wird selbst im «Un-sichtbar-Stadium» eine Anzeige erhalten. Der Neigungswinkel beträgt daher vorzugsweise weniger als 25° und insbesondere weniger als 10°. Vorzugsweise wird AI2O3 oder ZrÜ2 verwendet, da in diesem Falle der Neigungswinkel auf dem Minimum gehalten werden kann, bei dem das sichtbare Anfärben im «Un-sichtbar-Stadium» verhindert wird.

Zur Ausbildung der isolierenden Schicht wird vorzugsweise ein bekanntes Verfahren angewandt. Es kommen beispielsweise bekannte Vakuumverfahren wie beispielsweise eine Heizwider-standsbedampfung, eine Elektronenstrahlbedampfung, ein Sputterverfahren sowie bekannte chemische Verfahren wie beispielsweise ein Lösungsbeschichtungsverfahren in Frage. Als eine Behandlung zur Schaffung der Orientierung auf der Oberfläche der isolierenden Schicht wird vorzugsweise ein Reibverfahren angewendet, bei dem mit einem Baumwolltuch in einer Richtung gerieben wird oder es wird ein Polierverfahren angewendet, bei dem mit einer Diamantpaste oder dergleichen in einer Richtung poliert wird. Bei diesen Behandlungen wird in einem Nicht-Vakuumsystem gearbeitet; die benötigten Vorrichtungen sind folglich wirtschaftlich und die Behandlung ist für grosse Substrate geeignet.

Die oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp können aus solchen Silantensiden ausgewählt werden, welche zu der homöotropen Orientierung führen (die organische Schicht ist geneigt oder verdreht und folglich liegt das Silan -oberflächenaktive Mittel in der geneigt-homöotropen Orientierung vor). Die oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp sind vorzugsweise organische Silanverbindungen der Formel R-SÌX3, wobei R für eine langkettige Alkyl- oder fluorierte Alkylgruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen, insbesondere eine Cm bis Cai-Alkylgruppe oder eine fluorierte C10 bis CNo-Alkylgruppe steht. Die Alkylgruppe kann verzweigt sein, falls irgendein nachteiliger Effekt auf die homöotrope Orientierung ausgeübt wird, wie beispielsweise bei einer Methylgruppe. Die Alkylgruppe kann weitere Elemente oder Gruppen neben Kohlenstoff, Wasserstoff und Fluoratomen umfassen. Im Hinblick auf die Erzeugung der ' homöotropen Orientierung ist R vorzugsweise eine geradkettige Alkyl- oder fluorierte Alkylgruppe, insbesondere eine Cic, bis C2n-Alkylgruppe oder eine fluorierte Cif, bis C^d-Alkylgruppe. X sollte eine Länge von 1/3 oder weniger der Länge von R aufweisen. Wenigstens 2 der Reste X sollten Gruppen sein, die durch Hydrolyse Hydroxylgruppen bilden. X ist vorzugsweise ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe, insbesondere eine Ci bis C3-Alkoxygruppe. Vorzugsweise sind 3 der Reste X ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe. Falls man in Kombination mit der isolierenden Schicht aus ZrÛ2 oder AI2O3 eine or-5 ganische Silanverbindung verwendet, die eine C|6 bis C2o-Alkyl-gruppe oder eine fluorierte Ci6 bis C2o-Alkylgruppe aufweist, erhält man den optimalen geneigt-homöotropen Winkel 0| von 3 bis 10°.

Falls eine organische Silanverbindung mit einer Alkylgruppe 10 oder einer fluorierten Alkylgruppe verwendet wird, die weniger als 10 Kohlenstoffatome aufweist, ist die homöotrope Orientierung schlechter. Falls man das bei der herkömmlichen Schrägbedampfung zur Erzeugung der geneigt-homöotropen Orientierung verwendete DMAOP (N,N-Dimethyl-N-octadecyl-3-ami-15 nopropyltrimethoxysilylchlorid) einsetzt, ist es schwierig, ein angestrebtes Ergebnis zu erhalten, und zwar trotz der auf der anorganischen isolierenden Schicht vorgegebenen Orientierung. Unter Verwendung des oberflächenaktiven Mittels vom Typ des organischen Silans ist der auf die Flüssigkristallschicht ausgeüb-20 te Orientierungsdefekt beträchtlich geringer.

Nach der Oberflächenbehandlung wird die Schicht durch erhitzen auf etwa 100 bis 200°C während 3 bis 120 Minuten gehärtet. Es werden ein Paar Elektrodenplatten in einem zweckentsprechenden Abstand von einander angeordnet und 25 die peripheren Bereiche der Platten werden mit einem Dichtmittel 15 abgedichtet. Der Flüssigkristall 20 wird in den Raum zwischen den Elektrodenplatten injiziert. Als Flüssigkristall wird ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet.

30 Der dem Flüssigkristall zugesetzte dichroitische Farbstoff hat vorzugsweise im Wellenlängenbereich seiner maximalen Adsorption im nematischen Flüssigkristall oder im gemischten ne-matischen Flüssigkristall ein grosses Verhältnis von einer Adsorption in der Hauptachsenrichtung zu einer Adsorption in der 35 Nebenachsenrichtung der Moleküle (dichroitisches Verhältnis). Geeignete dichroitische Farbstoffe umfassen Anthrachinonfarb-stoffe, Azofarbstoffe, Diazofarbstoffe, Styrolfarbstoffe und Azomethinfarbstoffe.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen 4« und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Bei einem Paar sauberer Elektrodenplatten wird auf jeder jeweils eine Oxidschicht mit einer Dicke von 80 nm durch eine 45 Elektronenstrahlbedampfung in einer Sauerstoffatmosphäre von 1,33 x IO 7 bar ausgebildet. Die Oberfläche der Elektrodenplatten mit der Oxidschicht wird durch Reiben mit einem Baumwolltuch behandelt. Nach dieser Reibbehandlung werden die Elektrodenplatten 30 Sekunden in eine Lösung, enthaltend 50 0,5 Gew.-% Trichlorstearylsilan (CikHstSìCIj) in Toluol eingetaucht, herausgenommen und mit Toluol gewaschen, um das überschüssige Trichlorstearylsilan zu entfernen. Auf diese Weise wird die Orientierungsschicht für die Flüssigkristalle gebildet. Die Elektrodenplatten werden durch Erhitzen auf 100°C wäh-55 rend 1 Stunde gehärtet und unter Verwendung der Elektrodenplatten wird eine Zelle zusammengebaut. Ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie vom gemischten Estertyp (EN-18, hergestellt von Chisso Co. Ltd.)

wird zusammen mit 0,5 Gew.-Vo dichroitischem Azofarbstoff 60 (GB-9, hergestellt von Nippon Kanko Shikiso Co. Ltd.) in die Zelle eingespritzt. Auf diese Weise wird eine Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeige hergestellt.

Der Neigungswinkel des Flüssigkristalls bezogen auf die Normalenrichtung des Substrats wird durch Beobachten des In-65 terferenzmusters bestimmt, und zwar unter Verwendung eines Conoskops (hergestellt von Olympus Kogaku Kogyo K.K.). Der Neigungswinkel liegt in einem Bereich von 4 bis 10°. Beim Anlegen einer Spannung von 3,5 Volt (100 Hz) an die Anzeige-

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Vorrichtung wird auf der im wesentlichen farblosen Basis eine blaue Anzeige (Positiv-Anzeige) erzeugt und somit ein breiter Sichtwinkel geschaffen. Die Ansprechzeit bei 4 Volt und 100 Hz für t r und x d in einem Bereich von 350 bis 400 msec.

Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiel Durch die Elektronenstrahlbedampfung in einer 02-Atmo-sphäre von 6,65 x 109"8 bar wird jeweils eine Oxidschicht mit einer Dicke von 80 nm auf jeder Oberfläche eines Paars von sauberen Elektrodenplatten ausgebildet. Jede Oxidschicht wird durch Reiben mit einem Poliertuch Nr. 6, hergestellt von Hiro-ki Co., Ltd. behandelt. Nach der Reibbehandlung wird jede Elektrodenplatte mit einer Lösung, enthaltend Triäthoxystearyl-silan (Cis), Triäthoxydodecylsilan (Cn) oder Triäthoxyoctylsi-lan (CV:) in Isopropanol mit einer Konzentration von 0,1 % behandelt, und zwar mittels einer Schleuderbehandlung. Auf diese Weise wird jeweils eine Schicht zur Orientierung des Flüssigkristalls ausgebildet. Jede Elektrodenplatte wird durch Erhitzen auf 180°C während 20 Minuten gehärtet. Es wird jeweils unter Verwendung der Elektrodenplatten eine Zelle zusammengebaut, wobei man einen Zellenspalt von 10 u vorsieht. Der in Beispiel 1 verwendete Flüssigkristall wird in jede Zelle eingespritzt. Auf diese Weise werden jeweils Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeige-vorrichtungen hergestellt. In der Tabelle 1 sind die Bedingungen, die durchschnittlichen Neigungswinkel und die Orientierungsdefekte angegeben. Der Orientierungsdefekt wird folgen-dermassen bewertet:

Tabelle 1

5

Anorganisches Oxid

Silan-tensid

Neigungswinkel

Orientierungsdefekt

Beispiel 2

Zr02

Cl8

4

®

Beispiel 3

AIA

Cl8

10

®

Beispiel 4

10

Beispiel 5

Si02

Cm

14

®

Ce02

Cis

21

®

Beispiel 6

Zr02

C,2

4

o

Vergi.-Beispiel

Zr02

C8

—

X

Der Neigungswinkel wird mit dem Conoskop oder mit der Magnet-Kapazitivmethode bestimmt. Beim Vergleichsbeispiel 2o konnte der Neigungswinkel wegen des Orientierungsdefekts nicht gemessen werden.

Bei der erfindungsgemässen Gast-Wirt-FIüssigkristall-An-zeigevorrichtung handelt es sich um eine Farb-FIüssigkristall-Anzeigevorrichtung, welche eindeutige und klare Anzeigen Iie-25 fert und welche leicht in einer Massenproduktion hergestellt werden kann. Die Anzeigevorrichtung kann gegebenenfalls mit einem zweckentsprechenden Filter, einer Reflexionsfolie, einer polaren Folie, einer bedruckten Folie oder einer Beleuchtungseinrichtung in aufeinandergelegter Beziehung angeordnet wer-30 den. Es kann auch eine vielschichtige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hergestellt werden. Damit sind lediglich einige der verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten angedeutet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer Gast-Wirt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit geneigt-homöotroper Orientierung, wobei als Wirt ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie und als Gast ein dichroitischer Farbstoff verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Elektrodenoberfläche mit einer anorganischen isolierenden Schicht beschichtet, die Schicht zur Schaffung der Orientierung in einem Nicht-Vakuum-Verfahren einer Reiboder Polierbehandlung unterwirft; und die Schicht mit einem oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp behandelt, das zu der homöotropen Orientierung führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische isolierende Schicht aus TÌO2, ZrOi, HfOî, GeOï, SiOj, AI3O3, CeOi, CaF= oder MgF2 besteht und eine Dicke von nicht mehr als 30 nm aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp um eine organische Silanverbindung der Formel

R-SiXj handelt, wobei R für eine Cjo-C2o-Alkylgruppe oder fluorierte Alkylgruppe steht und wobei X für ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe steht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oberflächenaktiven Mittel vom Silantyp um eine organische Silanverbindung der Formel

R'-SiXs handelt, wobei R' eine Ck.-Qo -Alkyl- oder fluorierte Alkylgruppe bedeutet und wobei X für ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe steht.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht aus ZrOa oder AI2O3 besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht aus ZrO; besteht.