DE2722900A1

DE2722900A1 - Verfahren zur herstellung einer eine fluessigkristallschicht homoeotrop orientierenden schicht

Info

Publication number: DE2722900A1
Application number: DE19772722900
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Krueger; Hans Dipl Chem Dr Pink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1978-11-23
Also published as: US4256377A; JPS53144768A; DE2722900C3; CH627558A5; AT368296B; DE2722900B2; ATA361978A; GB1597749A

Description

AKTIENGESELISCHAFT " Unser Zeichen Berlin und München VPA 77 F I 0 5 9 BRD

Verfahren zur Herstellung einer eine Flüssigkristallschicht homöotrop orientierenden Schicht

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine Plus si gier is tall schicht homöotrop orientierenden Schicht (Orientierungsschicht) auf einem vorzugsweise mit einem leitfähigen Belag 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), 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 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." 25. (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 auf mehr oder weniger plausible Vermutungen angewiesen ist.

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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 SiOp haben sich bisher am besten bewährt. SiO₂ orientiert jedoch, wenn überhaupt, dann nur plattenparallel ("homogen")· Benötigt man eine homöotrope Molekülausrichtung und wollte man auf das ansonsten so günstige SiO₂ nicht verzichten, so müßte man die SiOp-Oberfläche 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 SiO₂ und Silanolgruppen bestehenden Doppelschicht lassen sich nur durch sorgfältige Dickenabstimmung vermeiden.

In der DT-AS 23 13 730 wird eine SiO₂- oder TiOg-Schicht beschrieben, die zwischen der Elektrode und der Trägerplatte liegt und durch eine spezifische Oberflächenbehandlung (Wegätzen der darüberliegenden Leitschicht) eine homöotrope Orientierung erhält. Abgesehen davon, daß ein Ä'tzprozeß einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellt, lassen sich die damit hervorgerufenen Orientierungseffekte auch nicht ohne weiteres reproduzieren.

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77 P 1 0 5 9 BRD 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 SiOp-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 (^Me2^C)3)i_x(^SiOy^x ^{mit M}© = Al oder Cr und 0$x si und 1.9*7*2 besteht, zunächst eine organische Lösung, die die Elemente He und Si in geeignetem Verhältnis zueinander enthält, auf das Substrat gebracht wird und daß anschließend diese Lösung durch thermische Zersetzung in die Orientierungsschicht überführt wird. Gute Resultate liefern Mi s ch-Sch ich ten, bei denen also gilt 0<x<1. Dabei empfiehlt es sich in vielen Fällen, den Mischbereich zu begrenzen, und zwar auf 0 < χ * 0,8, insbesondere 0 < χ i 0.5, oder auf 0.9* x< 1. Das Siliciumoxid wird im allgemeinen als SiOp vorliegen, es sind aber auch y-Werte etwas unter 2 und in einzelnen Fällen sogar auch etwas größer als 2 denkbar. Neben den Oxiden ΜβρΟ, und SiO 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 wird, wirkt sich insofern günstig aus als das Substrat bei der anschließenden Wärmebehandlung formstabil bleibt.

In der bereits zitierten Auslegeschrift wird die dortige Zwischenschicht ebenfalls durch Eintauchen des Substrats in eine Lösung, in der eine Metallverbindung in einem organischen

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Lösungsmittel gelöst ist, und durch anschließendes Tempern erzeugt. Dabei handelt es sich allerdings ausschließlich um eine Si- bzw. Ti-Verbindung; außerdem führt die Aufbringtechnik dort noch nicht zu dem gewünschten Orientierungseffekt.

Die auf die vorgeschlagene Weise erzeugten Orientierungsschichten sind sehr stabil und orientieren, wie durch Langzeittests bestätigt werden konnte, ohne zusätzliche Yorkehrungen dauerhaft horaöotrop. Dies gilt überraschenderweise auch für MepO,-SiO -Schichten mit einem nur geringen

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Me₂P,-Anteil, beispielsweise wenigen Gew# AIgO,, bei denen man allenfalls eine schichtenparallele Molekülausrichtung erwartet hätte. Diese Pestkörperschichten sind außerdem praktisch frei von störenden pin-holes und schützen somit die Flüssigkristallschicht besonders wirkungsvoll vor einer chemischen oder elektrolytischen Zersetzung. Hinzu kommt ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil: Die Schichten lassen sich auch auf großflächige Unterlagen bequem und einwandfrei aufbringen und können - anders als etwa reine SiOp-Überzüge - durch geeignete Zusammensetzung der Lösung in relativ weiten Grenzen an ihre Partner thermisch und optisch angepaßt werden.

Besonders geeignete Ausgangslösungen für das vorgeschlagene Verfahren sind in den Patentansprüchen 4-8 angegeben.

Die Erfindung soll nun an Hand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einem schematisierten Seitenschnitt eine Ziffernanzeige vom dynamisch streuenden Typ. Das Display besteht im. Einzelnen aus zwei Trägerplatten 1,2,

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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 8,9 überzogen. Im vorliegenden Fall bestehen die beiden Trägerplatten aus Weichglas, der Rahmen aus einem niederschmelzenden Glaslot, die leitfähigen Beläge aus antimondotiertem Zinnoxid und die Isolationsschichten aus Siliciumdioxid mit ca. 7 Gew# Aluminiumoxidzusatz. Die Schichten können allgemein zwischen 300 Si und 3000 i dick sein. Besonders günstig ist ein Dickenbereich zwischen 1500 1 und 2000 Ä.

Die Isolationsschichten sind folgendermaßen hergestellt worden: Die bereits mit den fertigen Elektroden versehenen Trägerplatten wurden in eine Lösung mit einem Ester aus einer organischen Säure mit einem Alkohol als Lösungsmittel und einer darin gelösten Si/Al-organischen Verbindung eingetaucht und mit einer konstanten Geschwindigkeit wieder herausgezogen (die Ziehgeschwindigkeit und die Konzentration im Ester bestimmen die Dicke der fertigen Schicht). Die so beschichteten Trägerplatten wurden dann bei Temperaturen von 180⁰C 10 Minuten getrocknet und hiernach 30 Minuten lang einer Temperatur von etwa 500⁰C ausgesetzt. Während des Einbrennens wurden zugleich die beiden Trägerplatten durch Endverglasung des Rahmens miteinander verfestigt.

Die erforderliche Pyrolyse läßt sich in einem relativ breiten Temperaturbereich (zwischen ca. 100⁰C und 55O⁰C) herbeiführen. Die günstigsten Brenntemperaturen liegen allerdings bei 400⁰C bis 500⁰C, da mit wachsenden Prozesstemperaturen das Schichtengefüge noch fester wird und auch auf rauhen, mit Fehlern versehenen Unterlagen einen einwandfreien Überzug bildet.

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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So bleibt es dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung überlassen, aus den vorgeschlagenen Schichtenbestandteilen diejenige Zusammensetzung zu ermitteln, die bei den jeweiligen Bedingungen des Einzelfalles am geeignetsten ist. Dabei ist es bei einer Flüssigkristallanzeige nicht immer erforderlich, die Innenflächen beider Trägerplatten mit einer Orientierungsschicht 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 die Molekülorientierung an der orientierungsschichtfreien Grenzfläche gesorgt werden. Schließlich ist es auch denkbar, die Orientierungsschicht auf ein elektrodenfreies Substrat aufzubringen, beispielsweise bei Flüssigkristalldisplays, bei denen der Darstellungskontrast durch thermische Ansteuerung erzeugt wird.

10 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer eine Flüssigkristallschicht homöotrop orientierenden Schicht (Orientierungsschicht) auf einem vorzugsweise mit einem leitfähigen Belag versehenen Substrat, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung einer Orientierungsschicht, die im wesentlichen aus (Me₉O,)., _(SiO ) mit Me = Al oder Cr und Oi x< 1 und 1.9^7*2 besteht, zunächst eine organische Lösung, die die Elemente Me und Si in geeignetem Verhältnis zueinander enthält, auf das Substrat gebracht wird und daß anschließend diese Lösung durch thermische Zersetzung in die Orientierungsschicht überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Aufbringen der organischen Lösung durch Eintauchen des Substrats in diese Lösung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Aufbringen der organischen Lösung durch Aufsprühen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Lösung als Lösungsmittel Ester niederer Alkohole mit niederen Carbonsäuren und/oder niedere Alkohole enthält.

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 Dicarbonsäure enthält.

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ORIGINAL INSPECTED

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.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lösung die Elemente Me und Si als Metallhalogenide enthält, deren Anionen wenigstens teilweise durch die Säurereste von niederen Mono- und/oder Dicarbonsäuren und durch Hydroxyl- und/oder Alkoholatreste niederer Alkohole substituiert sind.

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. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellte Orientierungsschicht, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer Flüssigkristallanzeige.

10.Flüssigkristallanzeige mit einer Flüssigkristallschicht zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihren einander zugewandten Flächen (Innenflächen) jeweils einen leitfähigen Belag tragen, wobei der leitende Belag beider Trägerplatten segmentiert ist, dadurch gekennzeichnet , daß beide Trägerplatten (1,2) auf ihren Innenflächen zusätzlich mit einer nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten Orientierungsschicht (8,9) versehen sind.

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