DE2722871A1 - Fluessigkristallzelle mit einer isolationsschicht auf siliciumoxidbasis - Google Patents

Fluessigkristallzelle mit einer isolationsschicht auf siliciumoxidbasis

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Description

SIEMENS AXTIENGESELLSGHAPT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 77 ρ 1 {] 5 8 BRD
Flüssigkristallzelle mit einer Isolationsschicht auf Siliciumoxidbasis
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallschicht zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihren einander zugewandten Flächen (Innenflächen) jeweils leitfähige Beläge tragen und von denen zumindest eine Trägerplatte auf ihrer Innenfläche zusätzlich mit einer Isolationsschicht auf Siliciumoxidbasis versehen ist. Ein solches Display mit einer Siliciumdixoidschicht ist "beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften 22 46 250 und 23 54 736 beschrieben.
Da sich Flüssigkristalle unter Gleichspannung zersetzen und Ansteuerverfahren ohne Gleichspannungskomponenten praktisch nicht realisierbar sind, müssen die Elektroden noch mit einer gleichstrommäßig isolierenden Schicht überzogen werden. Ein solcher Überzug hat eine Reihe von Anforderungen zu erfüllen: Er muß über einen hohen elektrischen Widerstand verfügen und möglichst porenfrei sein; er sollte darüber hinaus auf den verschiedenen Unterlagen (Substrat, Elektrode) in einem relativ großen Temperaturbereich gut haften, dabei
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mechanisch, thermisch und chemisch stabil sein, außerdem möglichst viel Licht durchlassen und nicht zuletzt ohne besonderen Fertigungsaufwand realisiert werden können. Ideal wäre es, wenn die Isolationsschicht zugleich auch noch im Flüssigkristall die erforderliche Ruhezustandstextur erzeugen könnte.
Gute Erfahrungen hat man bisher mit SiOg-Schichten gemacht. Siliciumdioxid ist hochisolierend, thermisch recht gut angepaßt und sehr stabil, es orientiert jedoch ohne zusätzliche Maßnahmen allenfalls plattenparallel ("homogen"). Benötigt man eine plattensenkrechte ("homöotrope") Molekülausrichtung, wie beispielsweise bei der dynamischen Streuung, dem DAP-Effekt oder bei "phase-change"-Effekten, und wollte man dabei auf die sonst so geeigneten SiOp-Schichten nicht verzichten, so müßte man auf der Schichtoberfläche bestimmte Silanolgruppen erzeugen und außerdem der Flüssigkristallsubstanz Orientierungsmittel zusetzen (vergl. hierzu Appl. Phys. Lett. 2£ (1973) 386; eine zusammenfassende Darstellung der verschiedenen Orientierungstechniken wird in RCA Review 3J>. (1974) 447 gegeben). Es liegt auf der Hand, daß ein solches Vorgehen eine weitere Fertigungsbelastung bedeutet und die Qualität des Flüssigkristalls nur verschlechtern kann. Hinzukommt, daß sich die aus SiO2 und Silanen gebildete Doppelschicht nur durch sorgfältige Abstimmung der jeweiligen Schichtdicken entspiegeln läßt.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Flüssigkristallanzeige mit einer Isolationsschicht, die vergleichbar günstige Eigenschaften wie eine SiO2-Schicht hat, dabei aber homöotrop orientiert und ohne störende Reflexionen auf einfache Weise realisiert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Display der eingangs genannten Art er-
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findungsgemäß vorgesehen, daß die Isolationsschicht neben Siliciumoxid Boroxid oder Zinnoxid oder Titanoxid oder eine Kombination unter diesen drei Zusätzen enthält. Das Siliciumoxid wird in der Regel Siliciumdioxid sein, es kommen aber auch Verbindungen der Zusammensetzung SiOx mit x> 1.5 in Frage. Die Oxidzusätze werden im allgemeinen als 320_, SnO2 und TiO2 vorliegen; bei Sn und Ti sind auch andere Wertigkeiten denkbar. Der Gehalt an Zinnoxid bzw. an Boroxid sollte möglichst nicht größer als 10 Gew# sein, da bei höheren Zinnoxidanteilen die Schicht ihre gute Isolationseigenschaft verliert und bei höheren Boroxidanteilen Borsäure ausgeschieden wird.
Es hat sich herausgestellt, daß eine Isolationsschicht auf SiO -Basis ( χ >1.5), von der man allenfalls eine homogene Orientierung erwartet hätte, mit den vorgeschlagenen Zusätzen in der Tat homöotrop orientiert; eine befriedigende Erklärung dieses Phänomens steht noch aus. Die vorgeschlagene Schicht hat ähnlich gute Eigenschaften wie eine reine SiO2-Schicht und kann durch Wahl der Art und Menge des Zusatzes an die verschiedenen Partner thermisch und optisch gut angepaßt werden.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Isolationsschicht läßt sich folgendermaßen sehr rationell herstellen:
Zunächst stellt man eine Lösung her, die die Elemente Silicium, Bor, Zinn, Titan in einem vorgegebenen Mengenverhältnis zueinander enthält. Anschließend wird diese Lösung auf die mit der Isolationsschicht zu versehende Trägerplatte aufgetragen und durch thermische Zersetzung in die Isolationsschicht überführt. Die Lösung läßt sich besonders bequem durch Eintauchen der Trägerplatte oder durch Aufsprühen auftragen. Der Umstand, daß beim Tauchverfahren das Substrat
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beidseitig gleichmäßig beschichtet wird, wirkt sich insofern günstig aus als sich die Platte bei der anschließenden thermischen Behandlung nur wenig verzieht. Die aus der Lösung erzeugten überzüge sind nahezu pinhole-frei, weisen eine definierte Dicke auf und haben ein ausgeprägtes Orientierungsvermögen .
Die organische Ausgangslösung besteht vorzugsweise aus folgenden Komponenten:
Als Lösungsmittel kommen vorallem Ester niederer Karbonsäuren mit niederen Alkoholen und/oder niedere Alkohole in Frage. In diesen Lösungsmitteln können reine Verbindungen von Si, B, Sn und Ti mit niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren gelöst sein. Man könnte aber auch Halogenide von Si, B, Sn, Ti, die an ihren Anionen teilweise durch Säurereste von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren substituiert sind, oder Halogenide von Si, B, Sn, Ti, die an ihren Anionen teilweise oder vollständig durch Säurereste von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren und durch Hydroxyl- oder Alkoholreste niederer Alkohole substituiert sind, in Lösung geben.
Bei den niederen Carbonsäuren bzw. niederen Alkoholen sollte die Kohlenstoffkette im Molekül höchstens vier C-Glieder enthalten.
Aus der DT-AS 23 13 730 ist es an sich bereits bekannt, eine homöotrop orientierende Schicht durch Eintauchen einer Trägerplatte in eine Lösung, bestehend aus einem organischen Lösungsmittel und einer darin gelösten Metallverbindung, und anschließende Pyrolyse zu erzeugen. Hierbei handelt es sich allerdings um reine SiOp- bzw. TiOp-Schichten, die zudem ohne Isolationsfunktion zwischen dem Substrat und der Elektrode liegen sollen und außerdem ihre orientierende Wirkung erst durch eine spezielle Oberflächenbehandlung (Wegätzung einer darüberliegenden Leitschicht) erhalten.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit de-r Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in einem schematisierten Seitenschnitt eine Ziffernanzeige vom dynamisch streuenden Typ. Das Display besteht im einzelnen aus zwei Trägerplatten 1,2, die durch einen umlaufenden Rahmen 3 in einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten werden. Die vom Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzte Kammer ist mit einer Flüssigkristallsubstanz 4 gefüllt. Beide Trägerplatten sind auf ihren einander zugewandten Flächen mit leitfähigen Belägen versehen (durchgehende Rückelektrode 6, segmentierte Vorderelektrode 7) und zusätzlich mit einer Isolationsschicht 8 bzw. 9 überzogen. Im vorliegenden Fall bestehen die beiden Trägerplatten aus Weichglas, der Rahmen aus einem niedrigschmelzenden Glaslot, die leitfähigen Beläge aus antimondotiertem Zinnoxid und die Isolationsschichten aus SiO« mit 5 Gew# SnOp. Die Schichten können zwischen 500& und 5000S. dick sein, bevorzugt ist ein Bereich zwischen 1500a und 2000a .
Die Isolationsschichten sind folgendermaßen hergestellt worden: Die bereits mit den fertigen Elektroden versehenen Trägerplatten wurden zunächst in eine Lösung mit einem Ester von Essigsäure und Äthanol als Lösungsmittel und darin gelösten Verbindungen des Si und Sn mit Essigsäure eingetaucht und mit konstanter Geschwindigkeit wieder herausgezogen (die Ziehgeschwindigkeit bestimmt die Dicke der endgültigen Schicht). Hiernach wurden die Substrate
"30 bei etwa 2000C 15 Minuten getrocknet und dann 30 Minuten lang einer Temperatur von 5000C ausgesetzt. Während die Lösung einbrennt, können die beiden Trägerplatten zugleich durch Endverglasung des Glaslotrahinens miteinander verfestigt werden. Eine pyrolytische Zersetzung stellt sich schon bei
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Temperaturen von etwa 10O0C ein, man sollte aber, wenigstens für eine kurze Zeit, bei relativ hohen Temperaturen tempern, denn mit steigender Brenntemperatur scheint das Schichtengefüge noch fester und porenärmer zu werden. Sehr gute Resultate erhält man mit Brenntemperaturen zwischen 4000C und 5000C.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So bleibt es dem Fachmann im Rahmen des vorliegenden Lösungsvorschlags überlassen, aus den Zusatzmaterialien und -mengen diejenigen Kombinationen zu ermitteln, die unter den jeweiligen Bedingungen des Einzelfalles am geeignetsten sind. Dabei lassen sich die Isolationsschichten auch auf andere Weise als durch Aufbringen einer Lösung mit anschließender thermischer Zersetzung erzeugen. Schließlich ist es auch nicht in jedem Fall erforderlich, die Innenflächen beider Trägerplatten mit einer Isolationsschicht zu bedecken, da die Flüssigkristallsubstanz auch schon dann vor einem Gleichstromdurchfluß geschützt ist, wenn nur die eine Elektrode mit der Isolationsschicht überzogen ist. In diesem Fall müßte dann auf andere Weise für eine geeignete Molekülorientierung an der isolationsschichtfreien Grenzfläche gesorgt werden.
12 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (12)

Paten ta
1. Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallschicht zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihren einander zugewandten Flächen (Innenflächen) jeweils leitfähige Beläge tragen und von denen zumindest eine Trägerplatte auf ihrer Innenfläche zusätzlich mit einer Isolationsschicht auf SiIiciumoxid-Basis versehen ist, dadurch gekenn zeichnet , daß die Isolationsschicht (8,9) neben Siliciumoxid Boroxid oder Zinnoxid oder Titanoxid oder eine Kombination unter diesen drei Zusätzen enthält.
2. Flüssigkri3tallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Siliciumoxid die chemische Formel SiO mit 1,5 <x $2, insbesondere χ = 2 hat.
3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet , daß der Boroxidzusatz höchstens 10Gew$ beträgt.
4. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Zinnoxidzusatz höchstens 10Gew^ beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung der Isolationsschicht einer Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst eine Lösung hergestellt wird, die die Elemente Si, B, Sn, Ti in einem vorgegebenen Mengenverhältnis zueinander enthält, daß anschließend diese Lösung auf die mit der Isolationsschicht zu versehende Trägerplatte aufgetragen wird und daß schließlich die aufgetragene Lösung durch thermische Zersetzung in die Isolationsschicht überführt wird.
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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn ζ e i c h ne t , daß das Aufbringen der Lösung durch Eintauchen der Trägerplatte in die Lösung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet , daß das Aufbringen der Lösung durch Aufsprühen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lösung als Lösungsmittel Ester niederer Carbonsäuren mit niederen Alkoholen und/oder niedere Alkohole enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in der Lösung reine Verbindungen der Elemente Si,3,Sn,Ti mit niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren gelöst sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in der Lösung Halogenide der Elemente Si,B,Sn,Ti gelöst sind, die an ihren Anionen teilweise durch Säurereste von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren substituiert sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in der Lösung Halogenide der Elemente Si,B,Sn,Ti gelöst sind, die an ihren Anionen zumindest teilweise durch Säurereste von niederen Mono-und/oder Dicarbonsäuren und durch Hydroxyl- oder Alkoholreste niederer Alkohole substituiert sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r ch gekennzeichnet , daß die Moleküle der niederen Carbonsäuren bzw. der niederen Alkohole höchstens 4-gliedrige Kohlenstoffketten enthalten.
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