DE2313730C2

DE2313730C2 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Anzeigeelementes mit einer nematischen flüssigkristallinen Schicht

Info

Publication number: DE2313730C2
Application number: DE19732313730
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Chem. Dr.Rer.Nat. 6501 Budenheim Dislich; Ewald Dipl.-Phys. 3224 Gruenenplan Hillmann; Paul 6500 Mainz Hinz
Original assignee: Deutsche Spezialglas AG
Current assignee: Deutsche Spezialglas AG
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1978-09-21
Also published as: IT1006164B; FR2222712A1; DE2313730B1; GB1428700A; CH565385A5; JPS49123348A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Anzeigeelementes mit einer nematischen flüssigkristallinen Schicht, bei dem zwei Glasplatten einseitig mit einer für sichtbares Licht transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht versehen, anschließend in wenigstens eine der Leitschichten die anzuzeigenden Informationselemente eingeätzt und schließlich die Glasplatten parallel zueinander mit den einander zugewandten Leitschichten als Seitenwandungen einer die flüssigkristalline Schicht aufnehmenden Küvette zusammengesetzt werden, wobei die zwischen den Glasplatten angeordnete flüssigkristalline Schicht im Bereich der Einätzungen durch eine Zwischenschicht aus transparentem, elektrisch nichtleitendem Material homöotrop vororientiert wird.

Im allgemeinen sind optische Anzeigeelemente mit einer flüssigkristallinen Schicht in der Weise aufgebaut, daß die flüssigkristalline Schicht mit einer Dicke von etwa 15 bis 20 μ zwischen zwei Glasplatten eingebettet ist, deren der flüssigkristallinen Schicht zugewandte Flächen mit einer dünnen transparenten Edelmetallschicht, beispielsweise Gold oder Silber, von etwa 50 nm Dicke bedeckt sind. Anstelle dünner, transparenter Edelmetallschichten können als transparente Leitschichten auch Schichten aus mit Antimonoxid dotiertem Zinnoxid oder aus mit Zinnoxid dotiertem Indiumoxid von etwa 80 μηι Dicke verwendet werden. In die vom Betrachter her vordere Leitschicht oder aber in beide Leitschichten sind Informationselemente, beispielsweise Buchstaben. Zahlen oder entsprechende Muster, eingeätzt, die, solange an die Leitschichten eine Spannung angelegt ist, bei rückwärtiger Beleuchtung des Anzeigeelementes für den Betrachter erkennbar sind. Diese bekannten Anzeigeelemente werden also in Transmission benutzt, wobei sie von hinten beleuchtet werden müssen. Andererseits sind auch Anzeigeelemente mit ähnlichem Aufbau bekannt, die sich von den für Transmission verwendeten Anzeigeelementen lediglich dadurch unterscheiden, daß die hintere, vom Betrachter entfernt liegende elektrische Leitschicht aus einem undurchsichtigen, metallisch reflektierenden Belag be steht Dabei kann es sich beispielsweise um eine entsprechend dicke Edelmetallschicht handeln. In diesem Fall ist keine rückwärtige Beleuchtung erforderlich, vielmehr lassen sich die Anzeigeelemente bei Beleuchtung von der Vorderseite her, beispielsweise bei

Tageslicht, verwenden.

Die in Anzeigeelementen der beschriebenen Art verwendete flüssigkristalline Schicht besteht beispielsweise aus einer Mischung aus MBBA und EBBA, allgemein aus einer Schiffschen Base. Die zwischen den Glasplatten angebrachte flüssigkristalline Schicht wird vor der Inbetriebnahme zunächst zumindest im Bereich der Einätzungen, an den Stellen also, an denen die elektrisch leitfähige Schicht weggeätzt ist, vororientiert. Diese Vororientierung kann einmal mechanisch erfol gen, indem die an der flüssigkristallinen Schicht anliegenden Glasplatten durch Reibung in einer Richtung so beeinflußt werden, daß sich die stabellenförmigen Kristallmoleküle im wesentlichen parallel zur Glasplatte und zur elektrischen Leitschicht ausrichten.

In diesem Fall spricht man von einer homogenen Orientierung. Wird dagegen in die flUssigkristalline Schicht nach dem Einfüllen in die durch die Glasplatten gebildete Küvette beispielsweise Lecithin eingegeben, so richten sich die stäbchenförmigen Flüssigkristallmo leküle wenigstens im Bereich der Einätzungen normal zur Ebene der Glasplatten aus, wobei sich eine sogenannte homöotrope Orientierung ergibt

Wird nun an die elektrischen Leitschichten eine Spannung angelegt, so bilden sich innerhalb der flüssigkristallinen Schicht in all den Bereichen, in denen die Leitschicht oder die Leitschichten nicht in Form der zur Anzeige zu bringenden Informationselemente weggeätzt ist bzw. sind, unorientierte, lichtstreuende Domänen, so daß die flüssigkristalline Schicht hier eine undurchsichtige, milchige optische Sperrschicht bildet. Die flüssigkristalline Schicht verliert also in all den Bereichen, die beidseitig von den die Glasplatten bedeckenden Leitschichten begrenzt sind, die vorgegebene anfängliche Orientierung, während diese im Bereich der Ausätzungen oder Informationselemente erhalten bleibt, so daß die flüssigkristalline Schicht an diesen Stellen transparent bleibt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die vorstehend beschriebene homogene Orientierung der flüssigkristal linen Schicht gewisse Nachteile bildet, weil andererseits auch im Bereich der Ausätzungen eine gewisse

Lichtstreuung erhalten bleibt und andererseits die Verwendung von Polarisierungsfolien nicht möglich ist. Wird andererseits, wie es eingangs angegeben ist, eine

homöotrope Vororientierung der flüssigkristallinen Schicht beispielsweise nach einem Verfahren erzeugt, wie es in »Appl. Phys. Lett.« 19 (1971), Seiten 213-215, beschrieben ist, wobei auf die Innenwandungen der Küvette ein dünner Überzug aus Lecithin aufgebracht

bj wird, so tritt der Nachteil auf, daß es im Laufe der Zeit innerhalb der flüssigkristallinen Schicht zu Diffusionsvorgängen kommen kann, die im Bereich der Informationsclemente eine Desorientierung mit hieraus resultie-

render Transparenzabnahme bewirken können. Dieser Nachteil tritt noch in verstärktem Maße auf, wenn, wie es bei einem anderen Verfahren bekannt ist, die homöotrope Vororientierung durch Zusatz von Lecithin zu der in der Küvette befindlichen flüssigkristallinen Schicht erzeugt wird, da hierbei ein Koni;entrationsgefälle von der Einfüllstelle bis zur gegenüberliegenden Seite der flüssigkristallinen Schicht erzeugt wird, wodurch Diffusionsvorgänge der beschriebenen Art geradezu unvermeidbar werden. Außerdem können Lecithinschichten der aus der Entgegenhaltung »AppL Phys. Lett.^ bekannten Art nur bei solchen Anzeigeelementen zur homöotropen Vororientierung verwendet werden, bei denen die erforderliche Abdichtung der Küvette durch Kunststoffverklebung erfolgt Wird die Küvette hingegen mit Glaslot verschlossen, so wird bei den dabei notwendigen Temperaturen das Lecithin zerstört, mit entsprechendem Verlust der Vororientierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattui.g zu schaffen, bei dem die flüssigkristalline Schicht dauerhaft und gleichmäßig homöotrop vororientiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Aufbringen der Leitschicht und dem Einätzen der Informationselemente als Zwischenschicht eine Schicht aus SiO₂ oder TiO₂ unmittelbar auf die Glasplatten) aufgebracht wird, indem die Glasplatte in eine Lösung einer entsprechenden Metallverbindung in einem organischen Lösungsmittel eingetaucht und anschließend getempert wird.

Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Tauchverfahren läßt sich eine lückenlose, nämlich »pinholefreie« Schicht erzielen, die im Aufdampfverfahren nicht erreicht werden kann und die offenbar den Effekt hat, daß aus den »pinholes« keinerlei Alkaliionen od. dgl. aus der Glasplatte in die flüssigkristalline Schicht austreten können, wodurch eine Beeinträchtigung der Vororientierung vermieden wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zwischenschicht als λ/4-Schicht für den Bereich des sichtbaren Lichtes aufgebracht wird. Hierbei ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer Teilentspiegelung, die besonders bei reflektiv betriebenen Anzeigeelementen zur Wirkung kommt.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die erwünschte Orientierung der flüssigkristallinen Schicht an den Kontaktstellen mit den Glasplatten, an den Stellen also, an denen die elektrischen Leitschichten weggeätzt sind, ohne zusätzliche mechanische Behandlung oder Beimischung eines Orientierungsmittels, wie Lecithin, automatisch erfolgt, wenn nur die Glasplatte vor dem Aufbringen der Leitschicht mit SiO₂ oder TiO₂ dünn beschichtet wird, so daß die flüssigkristalline Schicht nicht mehr mit der von der Produktion her oft unregelmäßigen oder durch den Ätzvorgang rauhen Glasoberfläche, sondern mit der SiO₂- bzw. TiO₂-Schicht in Kontakt kommt. Die w> Zwischenschicht aus SiO₂ oder TiO₂, die durch Eintauchen der Glasplatten in eine Lösung des Zwischenschichtmaterials in einem organischen Lösungsmittel und anschließendes Tempern hergestellt wird, bildet auf den Glasplatten eine dichte Schicht, so er> daß zusätzlich auch erreicht wird, daß keine Alkalien des Glassubstrats in die flüssigkristalline Schicht diffundieren können. Unabhängig vom Glassubstrat bietet sich also der flüssigkristallinen Schicht stets die gleiche Oberfläche an. Die Struktur der Oberfläche läßt sich durch die Lösungseinstellung und den an die durch Eintauchen erfolgende Beschichtung angeschlossenen Tempervorgang so beeinflussen, daß sich bezüglich der Flüssigkristallorientierung die gleiche Wirkung wie beispielsweise mittels einer Lecithinbeimischung erzielen läßt

Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung im Gegensatz zu dem aus »Appl. Phys. Lett« 19 (1971), Seiten 213—215, bekannten Verfahren die homöotrope Vororientierung nicht durch Lecithin erfolgt, sondern ausschließlich durch die im Gegensatz zu dem dort beschriebenen Anzeigeelement an der der flüssigkristallinen Schicht zugewandten Seite der Leitschicht angeordneten SiO₂- oder TCh-Schicht, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Anzeigeelemente auch mit Glaslot verschlossen werden, ohne daß durch die hierzu erforderlichen Temperaturen das Lecithin zerstört werden könnte. Auch treten die weiter oben erläuterten Diffusionsprobleme, die bei Verwendung von Lecithin beobachtet werden und zu einem späteren Verlust der Vororientierung führen können, bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Anzeigeelementen nicht auf.

Erfindungswesentlich ist es, daß die SiO₂- bzw. TiO₂-Schicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der beanspruchten Weise unmittelbar auf die Glasplatte aufgebracht wird. Weiterhin ist es erfindungswesentlich, daß das Aufbringen der SiO₂- bzw. TiO₂-Schichten durch Eintauchen der Glasplatte in eine Lösung einer entsprechenden Metallverbindung in einem organischen Lösungsmittel und anschließendes Tempern erfolgt, nicht aber beispielsweise durch Aufdampfen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch Verwendung von Aufdampfschichten keine homöotrope Orientierungswirkung erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn beispielsweise in der durch die US-PS 36 12 654 bekannten Art die SiOrSchicht nicht unmittelbar auf die Glasplatte, sondern im Anschluß an eine Leitschicht angeordnet wird. Ebenfalls zeigt eine aus der US-PS 37 00 306 vorbekannte, im Anschluß an die Leitschicht auf die Glasplatte aufgebrachte SiO-Aufdampfschicht keinerlei vororientierende Wirkung der durch das erfindungsgemäße Verfahren überraschenderweise erzielten Art.

Die aus einer Figur bestehende Zeichnung zeigt eine die flüssigkristalline Schicht begrenzende, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete Glasplatte im schematischen Schnitt.

Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist auf eine Glasplatte 1 in einer Dicke von beispielsweise λ/4 im Bereich des sichtbaren Lichtes, vorzugsweise abgestimmt auf die maximale Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges, also auf eine Lichtwellenlänge von 550 ηψ, eine SiO₂- oder TiO₂-Schicht 2 aufgebracht. Das Aufbringen der Schicht 2 erfolgt dadurch, daß die Glasplatte 1 in eine Lösung einer entsprechenden Metallverbindung in einem organischen Lösungsmittel eingetaucht und anschließend getempert wird, wodurch sich die Schicht 2 verfestigt. Mit anderen Worten, zur Herstellung der Schicht 2 wird ein pyrolyisches Verfahren angewandt. Anschließend wird in bekannter Weise auf die Zwischenschicht 2 eine elektrisch leitfähige Schicht 3 aufgebracht.

In die Schicht 3 werden die anzuzeigenden Informationselemente eingeätzt. Daraufhin steht die flüssigkristalline Schicht an den ausgeätzten Stellen nicht mehr

mit dem Glassubstrat 1 direkt, sondern lediglich mit der Zwischenschicht 2 in Kontakt, wodurch sich automatisch in diesen Kontaktbereichen die gewünschte, völlige Transparenz der flüssigkristallinen Schicht bewirkende Orientierung derselben ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Anzeigeelementes mit einer nematischen flüssigkristallinen Schicht, bei dem zwei Glasplatten einseitig mit einer für sichtbares Licht transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht versehen, anschließend in wenigstens eine der Leitschichten die anzuzeigenden Informationselemente eingeätzt und schließlich die Glasplatten parallel zueinander mit den einander zugewandten Leitschichten als Seitenwandungen einer die flüssigkristalline Schicht aufnehmenden Küvette zusammengesetzt werden, wobei die zwischen den Glasplatten angeordnete flüssigkristalline Schicht im Bereich der Einätzungen durch eine Zwischenschicht aus transparentem, elektrisch nichtleitendem Material homöotrop vororientiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Leitschicht und dem Einätzen der Informationselemente als Zwischenschicht eine Schicht aus SiO₂ oder TiO₂ unmittelbar auf die Glasplatten) aufgebracht wird, indem die Glasplatte in eine Lösung einer entsprechenden Metallverbindung in einem organischen Lösungsmittel eingetaucht und anschließend getempert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht als λ/4-Schicht für den Bereich des sichtbaren Lichtes aufgebracht wird.