DE2809335C2

DE2809335C2 - Verfahren zur Herstellung einer den Flüssigkristall- Film eines Lichtmodulators begrenzenden Schicht

Info

Publication number: DE2809335C2
Application number: DE2809335A
Authority: DE
Inventors: Nade&zcaron;da Aleksandrovna Agal'cova; Vladimir Stepanovi&ccaron; Bannikov; Michail Kuz'mi&ccaron; Berestenko; Viktor Aleksandrovi&ccaron; Moskau/Moskva Bykov; Anatolij Ivanovi&ccaron; Minsk Dudar&ccaron;ik; Petr Petrovi&ccaron; Gajdenko; Vladimir Ivanovi&ccaron; Moskau/Moskva Grigos; Nade&zcaron;da K. Matveeva; Igor' Venjaminovi&ccaron; Mjagkov; Raisa Nikolaevna Salamatina; Pavel Stepanovi&ccaron; Sotnikov; Tatjana Ivanovna Stremina
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1985-02-21
Also published as: NL7802569A; JPS6232459B2; NL178629B; NL178629C; DE2809335A1; FR2383494B1; SU697950A1; JPS5439146A; CH624529GA3; CH624529B; FR2383494A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer den Flüssigkristall-Film eines Lichtmodulators begrenzenden Schicht, die eine homogene Orientierung des Flüssigkristalls bewirkt, mit einem dichroitischen Farbstoff als Polarisator, wobei die Schicht aus einem Lösungsmittel aufgebracht wird unter Anwendung von Scherkräften, die in Geschwindigkeitsgefälle in der Dicke hervorrufen.

Aus der DE-OS 24 57 641 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem ein Iangkettiges Polymer in einem Lösungsmittel gelöst wird, diese Mischung anschließend auf eine Unterlage aufgebracht und die Schicht dann Scherkräften ausgesetzt wird, die eine Verdünnung der Schicht und damit eine Ausrichtung der Moleküle des langkettigen Polymers bewirken, wobei dem Polymer ein dichroitischer Stoff als Polarisator zugesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, das in einfacher Weise die Orientierungswirkung auf den Flüssigkristall sowie auch die Polarisierung des Lichtes zu gewährleisten gestattet

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die eo Schicht aus einem aus der Lösung eines organischen dichroitischen Farbstoffes hergestellten Gels erzeugt wird, wobei die Farbstoffkonzentration von 1 bis 30 Gewichtsprozent beträgt

besonders dünne Schichten von nur 0.2 bis 0.4 μιπ Dicke, die nur ein Sechstel bis ein Zehntel der sonst erforderlichen Arbeitsspannung benötigen, crzielbar sind. Dadurch ergibt sich ein spezifischer Energieverbrauch von weniger als I Mikrowatt pro cm- Elektrodenoberfläche, was für die Lebensdauer der für die Speisung verwendeten Batterien wesentlich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Untcransprüchcn gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Bildung der Gelschicht in isometrischer Darstellung.

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie Π-ΙΙ in Fig. 1 mit Geschwindigkeitsvektoren.

Fig.3 die Anordnung der als Schichtträger dienenden Platten für das Zentrifugieren,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine Flüssig-Kristall-ZeIIe.

Aus einem festen Material, beispielsweise aus Glas, stellt man die Platten 1 (F i g. 1) einer Flüssigkristall-Zelle her. Dann erzeugt man aus einem transparenten elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Zinnoxid SnO oder Indiumoxid InO an den Oberflächen der Platten i. die für die Wechselwirkung mit dem flüssigen Kristall bestimmt sind, die Elektroden 2 durch katodisches Aufbringen im Vakuum oder durch thermische Zersetzung eines flüchtigen Mittels, beispielsweise von Zinntetrachlorid SnCl₄ in einer als eine der Komponenten Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre. Die gewünschte Geometrie der Elektroden 2 wird mit Hilfe von Prozessen der Fotolithographie oder Maskierung im Prozeß der Formung der transparenten Elektroden 2 vorgegeben.

Nach der Reinigung jeder Platte I von anorganischem Staub, beispielsweise mit Hilfe von Detergenzien und Ultraschallbehandlung, und von organischen Verunreinigungen, beispielsweise durch Waschen in organischen Lösungsmitteln oder durch Behandlung in Plasmaentladung bringt man auf die Oberfläche der Platte 1 der Küvette mit den transparenten Elektroden 2 einen Tropfen nichtorientierten Gels 3 eines dichroitischen Farbstoffes auf. Die Konzentration des Gels 3 des dichroitischen Farbstoffes wählt man in einem Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent und bemißt die Dosis (Menge) des Gels 3 so, daß bei gleichmäßiger nichtorientierter Verteilung der Moleküle des Gels3 über die Oberfläche der Platte 1 durch die Platte 10 bis 90% des auf diese einfallenden Lichtes hindurchgehen. Dann unterwirft man das Gel einer mechanischen Bearbeitung, indem man auf der Oberfläche der Platte 1 eine Schicht bildet und in dieser der Dicke nach ein Geschwindigkeitsgefälle von 10² bis 10⁷ s~^l erzeugt

Diese mechanische Bearbeitung kann durch geradlinige Bewegung eines rechteckigen Kratzers 5 aus einem festen elastischen Material über das Gel 3 parallel zur Oberfläche der Platte 1 in der durch den Pfeil 6 angedeuteten Richtung durchgeführt werden. Die auf diese Weise behandelte Schicht 4 des dichroitischen Farbstoffes weist eine molekular geordnete Struktur auf und ist ein Polarisator, dessen Polarisationsrichtung aufgrund der Schubkräfte im Prozeß der Herstellung der Schicht eindeutig vorgegeben wird. Die Geschwindigkeits-

Auf diese Weise werden die Orientierungswirkung es komponenten V_x in der Schicht 4 des Gels der Beweauf den Flüssigkristall wie auch die Polarisierung des gung des Kratzers 5 sind in F i g. 2 dargestellt Die Achse Lichtes ausschließlich aufgrund der anisotropen Struk- Zist senkrecht zu der Oberfläche der Platte 1 gerichtet tür eines dichroitischen Farbstoffes erreicht wodurch Zur Erzeugung von Standardbedingungen bei den

Formen der Schicht 4 (F i g. 3) wendet man zu eckmäßig ein Zentrifugieren der Platten mit einem Gel 3 bei einer Beschleunigung von 100 bis 50 000 m/s- an. Dabei sind die Platten 1 auf einer Trägerscheibe 7 in einem Abstand von Drehachse 8 angeordnet, der mehr als 5 bis 6 mal größer als die geometrischen Abmessungen der Platten 1 ist.

Als dichroitische Farbstoffe kommen Farbstoffe in Frage, die einen anisotropen Molekülbau aufweisen, beispielsweise Chrysophenin, Brillantgelb. Direkt blau ι ο Nr. 4, Benzopurpurin, lichtechtes Direktorange Nr. 5k. Säureblauschwarz und andere.

Die Auswahl des Farbstoffes wird bestimmt beispielsweise durch die geforderte Farbe der Polarisatoren. Als Lösungsmittel verwendet man vorzugsweise Wasser. Es υ können jedoch auch Gemische von Wasser mit organischen Lösungsmitteln verwendet werden. Zur Herstellung einer Schicht 4 der geforderten Dicke verwendet man Gele mit einem Gehalt an Farbstoff \on 1 bis 30 Gewichtsprozent. Die besten Resultate erz:e!t man bei der Verwendung von Azofarbstoffen, be^pielsweise von Benzopurpurin.

Das Lösungsmittel entfernt man aus der Schicht 4 durch Trocknung bei erhöhter Temperatur (bis 150⁰C). Man entfernt zweckmäßigerweise das Lösungsmittel durch Spülen der Platte 1 mit der Schicht 4 mit Luft oder einem anderen nichtaggressiven Gas bei einer Temperatur von 20 bis 150° C.

Erforderlicherweise können die Platten 1 mit dem Polarisator mit einer Lösung eines komplexbildenden jo Salzes oder einer Säure zur Veränderung der Farbe behandelt werden.

Bei der Anordnung solcher Platten 1 übereinander mit paralleler Orientierung der Polarisatoren sind sie transparent, und bei senkrechter Orientierung weisen sie eine intensive Farbe des Farbstoffes auf. Aus zwei auf diese Weise erhaltenen Platten 1 mit den Polarisatoren montiert man nach bekannter Methode eine Flüssigkristall-Zelle, füllt diese mit dem flüssigen Kristall 9 (F i g. 4) mit positiver dielektrischer Anisotropie und verschließt diese. Die Abdichtungen 10 können aus Glasfritte oder in dem flüssigen Kristall unlöslichen organischen Harzen hergestellt sein.

Bei diesem Verfahren der Herstellung vor. Flüssigkristall-Zellen wird die Orientierung der Moleküle des flüssigen Kristalls 9 in der Nähe der Oberfläche der Schichten 4 durch die Richtung der Anordnung der Moleküle des dichroitischen Farbstoffes in der Schicht 4 bestimmt.

Beim Anlegen eines elektrischen Potentials an die Ausführungskontakte 11, die an die transparenten Elektroden 2 angeschlossen sind, verändern sich die optischen Eigenschaften der Schicht des nematischen flüssigen Kristalls 9 so, daß die Bereiche unter den transparenten Elektroden 2 optisch dichter werden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Beispiele angeführt.

Beispiel 1

Aus einem Tafelglas von 1 mm Dicke schneidet man so 10 mm χ 20 mm große Platten 1, bringt darauf elektrisch leitende Schichten aus Zinnoxid durch katodisches Aufstäuben auf. Dann erteilt man mit Hilfe gewöhnlicher Fotolithographie den transparenten Elektroden 2 die gewünschte Geometrie. Dann entfernt man to die Fotoschicht und reinigt die Oberfläche der Platte 1 von Staub und organischen Verunreinigungen. Nach diesen Operationen bringt man auf die Oberfläche der Platten 1 mit den Elektroden 2 eine Schicht eines Gels 3 auf. das wie folgt bereitet wird. Eine Einwaage des Farbstoffes Chrysophenin (I g) löst man in 40cm^J destilliertem Wasser unter Erhitzen auf und dampft auf ein Volumen \on 20 cm' ein. Die erhaltene Lösung kühlt man rasch auf auf eine Temperatur von 10 bis 15°C ab. Die erhaltene Masse wird bei einer Beschleunigung von 5 000 m/s-¹ wahrend 25 Minuten zentrifugiert. Dabei kommt es /ur Trennung in eine obere Schicht in Form von Lösung und eine untere Schicht in Form von Gel. Die Lösung wird abgezogen und das Gel zum Aufbringen auf die Platter 1 verwendet. Dazu bringt man die erforderliche Menge des Gels 3 auf die Platte 1 mit den Elektroden 2, legt auf diese eine polierte Glasplatte, die man parallel zu einer der Seiten der Platten 1 verschiebt. Die erhaltene Schicht 4 durchwärmt man an der Luft bei einer Temperatur von 150''C während 15 bis 20 Minuten. Dabei bildet sich ein gelb gefärbter Polarisator. Um eine braune Farbe zu erhalten, setzt man den Polarisator 5 Minuten lang Salzsäuredämpfen aus und trocknet ihn wahrend 15 bis 20 Minuten bei einer Temperatur von 150'" C.

Zw ei auf diese Weise erhaltene Platten 1 mit Polarisatoren verwendet man für die Herstellung einer Flüssigkristall-Zelle die man dann mit dem nematischen flüssigen Kristall 9 mit positiver dielektrischer Anisotropie füllt und verschließt. Eine damit hergestellte Anzeigevorrichtung wies einen spezifischen Energieverbrauch bei der Erregung von weniger als 1 Mikrowatt je lcm^: Oberfläche der Elektroden 2 auf.

Beispiel 2

Analog zu Beispiel 2 bereitet man Platten 1 mit transparenten Elektroden 2 und das Gel des dichroitischen Azofarbstoffes Benzopurpurin. Dann ordnet man die Platten 1 an der Oberfläche einer kegelförmigen Trägerscheibe 7 an, die um die Symmetrieachse 8 drehbar ist. Der Winkel der Mantellinie des Kegels der Trägerscheibe 7 zur Drehachse 8 beträgt 87'". während die Drehachse 8 lotrecht gerichtet ist. Der Mittelpunkt jeder Platte 1 ist in einem Abstand von 12 cm von dem Mittelpunkt der Trägerscheibe 7 angeordnet (Abmessungen der Platten 10 χ 20 mm). Dann bringt man auf die Oberfläche der Platten 1, die zur Wechselwirkung mit dem flüssigen Kristall bestimmt sind, mit einem Pinsel oder aus einer Spritzpistole eine Schicht des Gels 3 des Farbstoffes auf. deren Dicke inhomogen sein und in einem Bereich von 20.0 bis 200.0 μιη liegen kann. Dann wird die Trägerscheibe 7 in Rotation auf eine Geschwindigkeit von 800 U/min versetzt. Beim Zentrifugieren bildet sich infolge der Viskosität des Gels 3 an der Oberfläche der Platten 1 ein in der Dicke homogener (etwa 10 ,um) orientierter Film 4 des Gels 3 des Farbstoffes, der bei der Rotation der Trägerscheibe 7 rasch austrocknet, wobei seine Dicke sich auf auf 2 bis 5 μιη verringert. Nach dem Stillsetzen der Trägerscheibe 7 durchwärmt man die Platten 1 in einem Thermostaten bei einer Temperatur von 140⁰C während 15 Minuten. Man erhält purpurrot oder blaugefärbte Polarisatoren. Aus zwei auf diese Weise erhaltenen Platten 1 montiert man nach bekannter Methode eine Flüssigkristall-Zelle und füllt diese mit einem flüssigen Kristall mit positiver Anistropie. Der Bildkontrast der Symbole gegenüber dem Hintergrund erreichte den Wert 7 bis 16.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer den Flüssigkristall-Film eines Lichtmodulators begrenzenden Schicht, die eine homogene Orientierung des Flüssigkristalls bewirkt, mit einem dichroitischen Farbstoff als Polarisator, wobei die Schicht aus einem Lösungsmittel aufgebracht wird unter Anwendung von Scherkräften, die ein Geschwindigkcitsgefälle in der Dicke der Schicht hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem aus der Lösung eines organischen dichroitischen Farbstoffes hergestellten Gels erzeugt wird, wobei die Farbstoffkonzentration von 1 bis 30 Gewichtsprozent beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das auf Platten aufgebrachte Gel durch Zentrifugieren einer Beschleunigung von 100 bis 50 000 m/s² ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Gels durch geradlinige Bewegung eines Kratzers aus einem festen oder elastischen Material über die Schichtoberfläche den Scherkräften ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Lösung verwendete Lösungsmittel durch Spülen mit einem Gas. welches eine Temperatur von 20 bis 150⁰C aufweist, entfernt wird. jo

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dichroitische Farbstoff aus der Reihe der Azofarbstoffe gewählt ist.

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