DD280184A1

DD280184A1 - METHOD FOR PRODUCING A THICK TRANSPARENT ORIENTATION LAYER FOR THE ORIENTATION OF LIQUID CRYSTALS

Info

Publication number: DD280184A1
Application number: DD32581489A
Authority: DD
Inventors: Edeltraut Herzberg; Liane Petzold; Ilona Claar; Sigrid Engel; Horst Ladwig; Wolfgang Ewest
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1989-02-16
Publication date: 1990-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dicken, transparenten Orientierungsschicht fuer die Orientierung von Fluessigkristallen in elektrooptischen Anordnungen, wobei Gemische von zwei verschiedenen Polymeren, von denen eines kovalent an der Substratoberflaeche bindet und das andere eine hohe Transparenz aufweist, verwendet werden. Es ist moeglich, transparente Orientierungsschichten von 10-250 nm zu erhalten, die auf der Basis einer stabilen, defektfreien Orientierung einen hohen Kontrast und ein hohes Multiplexverhaeltnis in Fluessigkristallanzeigevorrichtungen bewirken.The invention relates to a method for producing a thick, transparent orientation layer for the orientation of liquid crystals in electro-optical arrangements, wherein mixtures of two different polymers, one of which covalently binds to the substrate surface and the other has a high transparency, are used. It is possible to obtain transparent alignment layers of 10-250 nm, which provide high contrast and high multiplexing in liquid crystal display devices based on a stable, defect-free orientation.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dicken, transparenten Orientierungsschicht für Flüssigkristalle, die in Flüfsigkristallanzeigevorrichtungen zur elektronisch gesteuerten Modulation des durchgehenden oder reflektierten Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und grafischen Informationen angewendet werden können.The invention relates to a method for producing a thick, transparent liquid crystal alignment layer which can be used in liquid crystal display devices for the electronically controlled modulation of the transmitted or reflected light and for the display of numbers, characters and graphic information.

Characteristic of the known state of the art

In Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ist eine homogene einkristalline Anordnung der Flüssigkristallmoleküle notwendig, die durch Orientierungsschichten induziert wird. Die Anforderungen an die Qualität der Orientierungsschichten nehmen zu, wenn die Flüssigkristallanzeigevorrichtungen Matrixanzeigen sind oder/und vom Schadt-Helfrich-Effekt abweichende Verfahren wie der STN- (F.Leenhouts, M.Schadt; J. Appl. Phys. 60 [9], 3275 [1986]),der SBE- [T. J.Scheffer, J. Nehring; Appl. Phys. Lett. 45 [10], 1021 [1984I) oder der OMI-Effekt (M. Schadt, F. Leenhouts; Appl. Phys. Lett. 50, 236 [1986]) zur Display- oder Flüssigkristallbauelementeherstellung genutzt werden sollen.In liquid crystal display devices, a homogeneous monocrystalline arrangement of the liquid crystal molecules is necessary, which is induced by orientation layers. The requirements for the quality of the orientation layers increase when the liquid crystal display devices are matrix displays and / or methods deviating from the Schadt-Helfrich effect, such as STN (F. Leenhouts, M. Schadt, J. Appl. Phys. 3275 [1986]), the SBE- [T. J. Scheffer, J. Nehring; Appl. Phys. Lett. 45 [10], 1021 [1984I] or the OMI effect (M. Schadt, F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50, 236 [1986]) should be used for display or liquid crystal component manufacturing.

Dies betrifft insbesondere die Stabilität der Orientierung unter den für LC-Matrixanzeigen üblichen Ansteuerbedingungen, die Vermeidung des Übersprechens und die Einstellung von Tiltwinkeln größer 3-5".This applies in particular to the stability of the orientation under the usual driving conditions for LC matrix displays, the avoidance of crosstalk and the setting of tilt angles greater than 3-5 ".

So werden zum Beispiel in Flüssigkristallanzeigen, in denen ein kleiner Tiltwinkel der Flüssigkristallmoleküle zur Oberfläche realisiert wird, Orientierungsstörungun am Rand der Elektrodenstrukturell der Bildpunkte beobachtet. (T. J. Scheffer, J. Nehring; Appl. Phys. Lett. 45 [10], 1021 [1984])For example, in liquid crystal displays in which a small tilt angle of the liquid crystal molecules to the surface is realized, orientation disturbance at the edge of the electrode pattern of the pixels is observed. (T.J. Scheffer, J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 [10], 1021 [1984])

Verfahren zur Vermeidung dieser Orientierungsstörungen in der Schicht bestehen in einer Vergrößerung der Tiltwinkel, wie es zum Beispiel durch Schrägbedampfen mittels Siliziummonoxid (T. Uchida e. a. Jap. J. Appl. Phys. 19, 2127 [1980]) beschrieben ist. Jedoch ist dieses Verfahren technologisch sehr aufwendig und insbesondere für großflächige Displays ökonomisch nicht vertretbar.Methods for avoiding these orientation disturbances in the layer are an increase in the tilt angles, as described, for example, by oblique vapor deposition using silicon monoxide (T. Uchida et al., Jap. J. Appl. Phys. 19, 2127 [1980]). However, this method is technologically very complicated and not economically justifiable especially for large displays.

Deshalb hat sich zur Orientierung von großformatigen Flüssigkristallanzeigen die Anwendung von organischen Polymeren, die zusätzlich nach dem Beschichten gerieben werden, durchgesetzt. In der EP-PS 0224243 wurde als ein geeignetes Orientierungsmittel Polyvinylalkohol und in der US-Patentschrift 4729638 Polyimid genannt. Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß diese Materialien auf den Oberflächen der Displaysubstrate schlecht haften und deshalb eine Vorbehandlung mit Adhäsionspromotein (Mosley e. a.; Display 8 [1], 17 (19871) erforderlich ist. In der DD-PS 21819b vvirH ausgeführt, zur Orientierung von Flüssigkristallen Copolymere des Maleinsäureanhydrids mit Aminen bzw. Aminosäuren (Polyamide) oder Alkoholen (Polyester) zu nutzen, die mit den für LC-Displays verwendeten Glassubstraten, die eine partiell hydrolysierte Oberfläche haben, eine kovalente Bindung eingehen. Jedoch hat sich hierbei gezeigt, daß diese Materialien nur ein dünnes Beschichten (< 10nm) der Gldsoberfläche gestatten, da sie in dicken Schichten wesentlich weniger transparent sind. Dadurch ist es nicht möglich, daß diese Orientierungsschichten gleichzeitig als Sperrschicht wirken können. Außerdom haben dünne Orientierungsschichten den Nachteil, daß beim Reiben Defekte auftreten, die sich störend auf die Qualität, insbesondere in Flüssigkristallmatrixanzeigen, auswirken.Therefore, the use of organic polymers, which are additionally rubbed after coating, has prevailed for the orientation of large-sized liquid crystal displays. EP-PS 0224243 mentioned polyvinyl alcohol as a suitable orienting agent and polyimide in US Pat. No. 4,729,638. A disadvantage here is that these materials adhere poorly to the surfaces of the display substrates and therefore a pretreatment with adhesion promotor (Mosley ea; Display 8 [1], 17 (19871) is required.) In DD-PS 21819b vvirH executed, for orientation of liquid crystals to use copolymers of the maleic anhydride with amines or polyamides or alcohols (polyesters), which form a covalent bond with the glass substrates used for LC displays, which have a partially hydrolyzed surface These materials can only thinly coat the surface of the surface (<10nm) because they are much less transparent in thick layers, which makes it impossible for these alignment layers to act as a barrier layer at the same time occur that interfere with the quality, esp particular in liquid crystal matrix displays.

Bekannte Orientierungsmittel, bei denen das Reiben dünne^r Schichten entfallen kann, sind monomolekulare Schichten, wie sie zum Beispiel in der US-PS 4674842 beschrieben sind. Jedoch ist solch eine Verfahrensweise sehr kompliziert und ist bisher auch nur für eine homöotrope Orientierung von Flüssigkristallen gelungen.Known orientation means, in which the rubbing can be omitted thin ^r layers are mono-molecular layers as they are described for example in U.S. Patent 4674842nd However, such a procedure is very complicated and so far has succeeded only for a homeotropic orientation of liquid crystals.

Organische flüssigkristalline Polymere eignen sich, wie in der DE-OS 3020645 dargelegt ist, ebenfalls gut zur Orientierung von Flüssigkristallen. Sie sind jedoch sch' /er zugänglich und aus ökonomischen Gründen nicht akzeptabel.Organic liquid-crystalline polymers are also suitable, as described in DE-OS 3020645, for the orientation of liquid crystals. However, they are accessible and unacceptable for economic reasons.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Orientierungsschicht für Flüssigkristalle in elektrooptischen Anordnungen, das ökonomisch ist und einen hohen Kontrast sowie eine große Multiplexierbarkeit gewährleistet.The object of the invention is a process for producing an alignment layer for liquid crystals in electro-optical arrangements, which is economical and ensures high contrast and high multiplexability.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Orientierung von Flüssigkristallen in elektrooptischen Anordnungen ein Verfahren zur Herstellung von gut haftenden, transparenten Orientierungsschichten zu schaffen.The invention has for its object to provide for the orientation of liquid crystals in electro-optical arrangements, a method for producing well-adherent, transparent orientation layers.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung einer dicken, transparenten Orientierungsschicht für die Orientierung von Flüssigkristallen ein Gemisch aus einem bekannten, eine kovalente Bindung mit der hydrolysierten Glasoberfläche eingehenden Polymer und einem transparenten Polymer eingesetzt wird.According to the invention, this object is achieved in that a mixture of a known, a covalent bond with the hydrolyzed glass surface incoming polymer and a transparent polymer is used to produce a thick, transparent orientation layer for the orientation of liquid crystals.

Dabei geht eines der polymeren Materialien eine kovalente Bindung mit der partiell hydrolysieren Glasoberfläche ein. Da' Jr kommen bekannte Materialien wie Polyester, Polyesterimide, Polysiloxane und Polyamide in Frage, die Molekülfragmente enthalten, die durch ihre strukturelle Beschaffenheit eine kovalente Bindung mit der Glasoberfläche eingehen. Die vorher aufgeführten Materialien können nur als dünne Schichten verwendet werden, da sie nicht transparent sind.One of the polymeric materials forms a covalent bond with the partially hydrolyzed glass surface. There are known materials such as polyesters, polyester imides, polysiloxanes and polyamides which contain molecular fragments which due to their structural nature form a covalent bond with the glass surface. The materials listed above can only be used as thin layers because they are not transparent.

Deshalb wird zu dem kovalcnt an die Glasoberfläche bindendan Polymeren ein zweites gegeben, das in der Lage ist, auch bei größeren Schichtdicken transparent zu sein. Dafür eignen sich insbesondere Polystyrene, Polymethacrylate, Polyvinylalkohole, Polyvinylbutyral.Therefore, to the covalent bond to the glass surface binding to polymers, a second is given that is capable of being transparent even at larger layer thicknesses. In particular, polystyrenes, polymethacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinyl butyral are suitable for this purpose.

Von Polyvinylalkohol und Polyvinylbutyral ist bekannt, daß sie bei Temperaturen größer 300⁰C mit Glas kovalente Bindungen eingehen können. Dabei treten jedoch Zersetzungsprozesse auf.Polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral are known to be able to form covalent bonds with glass at temperatures greater than 300 ^° C. However, decomposition processes occur.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die transparenten Polymere zwischen den kovalent bindenden Polymeren eingelagert, und es entsteht eine einheitliche Orientierungsschicht, die auch bei Schichtdinken von 10 bis 250nm transparent ist und fest auf den Glassubstraten haftet. Beide Polymertypen können in ihren Haupt- bzw. Seitenketten über Spacergruppen mit mesogenen Einheiten verknüpft sein. Dabei werden in die Orientierungsschichten auch die für flüssigkristalline Polymere typischen Eigenschaften, wie günstiges Schaltverhalten in Displays und Vermeidung von Orientierungsstöi ungen, induziert.In the method according to the invention, the transparent polymers are intercalated between the covalently binding polymers, and a uniform orientation layer results, which is transparent even with layer dips of 10 to 250 nm and firmly adheres to the glass substrates. Both types of polymers can be linked in their main or side chains via spacer groups with mesogenic units. The orientation layers also induce the characteristics typical of liquid-crystalline polymers, such as favorable switching behavior in displays and avoidance of orientation stoichi.

Die eingesetzten polymeren Materialien werden in leichtsiedenden Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen gelöst und mit Hilfe bekannter Verfahren, wie Tauchen, Sprühen, Schleudern, Roller coating u. a. auf die Displayasubstrate aufgebracht.The polymeric materials used are dissolved in low-boiling solvents or solvent mixtures and using known methods such as dipping, spraying, spin coating, roller coating u. a. applied to the Displayasubstrate.

embodiments

1. Es werder Flüssigkristallmatrixanzeigen mit 10 χ 120 Punkten hergestellt. Zur Oberflächenorientierung werden die Gipssubstrate nach der Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht (ΠΟ) mit einer Lösung eines Polyamides mit der Strukturformel1. The liquid crystal matrix displays are manufactured with 10 χ 120 points. For surface orientation, the gypsum substrates after structuring of the electrically conductive layer (ΠΟ) with a solution of a polyamide having the structural formula

I CH - OH - CH - CH j I CH - CH - CH - CH 4

\ I Il /y-y If I I 'yI / y-y If I I 'y

R O-C C=O R CC ^(A) R OC C = OR CC ^(A)

Ii η* ^S0^ *0Ii η * ^S 0 ^ * 0

HO N-H uuuHO N-H uuu

ι RR

und Polystyren mit der Strukturformeland polystyrene with the structural formula

fCH ^m CHo τfCH ^m CHo τ

(B)(B)

in einem Schleuderverfahron beschichtet und danach 1 h bei 120°C ausgehärtet.coated in a spin-on machine and then cured at 120 ° C for 1 h.

Die Schichtdicke der erhaltenen transparenten Schicht liegt zwischen 100 und 150nm.The layer thickness of the obtained transparent layer is between 100 and 150 nm.

Gegenüber eines nur mit dem Polyamid A beschichteten Matrixdisplays haben die erhaltenen Anzeigen den Vorteil, daß eine zusätzliche Sperrschicht aus SiO₁₁ entfallen kann und daß bei einer Multiplexansteuerung mit 2,5V Effektivspannung nach 200h keinerlei Orientierungsstörungen auftraten. Die Vergleir.hsdisplays hatten diese Störungen schon nach 6h. Nach 200h hatten sich die Orientierungsstörungen auf 50% der Bildpunktfläche ausgedehnt.Compared to a matrix display coated only with the polyamide A, the displays obtained have the advantage that an additional barrier layer of SiO ₁₁ can be dispensed with and that no orientation disturbances occurred after 200 h in the case of a multiplex drive with 2.5 V rms voltage. The Vergleir.hsdisplays had these disturbances already after 6h. After 200 hours, the orientation disturbances had expanded to 50% of the pixel area.

2. Zur Orientierung der im Beispiel 1 genannten Matrixanzeige wird ein Gemisch aus Polyamid und Polymethylmethacryla! der allgemeinen Formel2. For orientation of the matrix display mentioned in Example 1, a mixture of polyamide and polymethyl methacrylate! the general formula

L CHCH

- C 4 ' Jy - C 4 ' Jy

Iy (C) Iy (C)

O-CO-C

OCH₃ OCH ₃

auf die Glassubstrate geschleudert und anschließend 45 min bei 150°C getrocknet. Die Schicht ist bis zu Schichtdicken von 250nm transparent.spun on the glass substrates and then dried at 150 ° C for 45 min. The layer is transparent up to layer thicknesses of 250nm.

Das erhaltene Display hat einen sehr guten Kontrast und es treten keine Orientierungsstörungen während des Betriebes auf.The display obtained has a very good contrast and there are no orientation disturbances during operation.

Claims

A process for producing a thick, transparent orientation layer for the orientation of liquid crystals in electro-optical arrangements, characterized in that a mixture of a known, a covalent bond with the hydrolyzed glass surface incoming polymer and a transparent polymer is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that are used as organic polymer matrix with high transparency polyvinyl alcohol, polystyrene, polymethyl methacrylate and / or polyvinyl butyral and as covalently binding polymers polyester imides, polyesters, polyacetals, polysiloxanes and / or polyamides.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the polymer materials contain mesogenic units in the main or side chains.