-
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
-
Orientieren eines Flüssigkristalls und eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,
insbesondere ein Verfahren zum Orientieren eines für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
geeigneten Flüssigkristalls, der mit einem amorphen Silicium-Funktionselement kombiniert
ist, und eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
-
Anzeigevorrichtungen mit einer Treibschaltelement-Anordnung sind bekannt.
Ein Beispiel solcher Anzeigevorrichtungen ist zum Beispiel in IEEE Transactions
on Elektron DevicesED-20, Seite 995 (1973) beschrieben.
-
Wenn ein großes Anzeige-Paneel, das mit Funktionselementen aus amorphem
Silicium (nachfolgend als "a-Si" -bezeichnet) als Schait-Elemente versehen ist,
unter Verwendung eines Flüssigkristalls betrieben werden soll, dessen Anzeigeeffekt
durch eine im wesentlichen zu dem Substrat senkrechte Orientierung bewirkt wird,
sollte den folgenden Orientierungsbehandlungsbedingungen genügt werden.
-
Insbesondere sollten die Orientierungsverfahren, die für eine Anzeigevorrichtung
geeignet sind, welche mit einer Dünnfilm-Transistoranordnung versehen ist, welche
an der Oberfläche wenigstens zwei verschiedene Funktionen und wenigstens zwei verschiedene
Materialien aufweist, den folgenden Bedingungen genügen.
-
(1) Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, ist die Neigungsrichtung
einheitlich, und es wird eine im wesentlichen homöotrope Ausrichtung erhalten.
-
(2) Das a-Si wird durch Hitze nicht nachteilig beeinflußt.
-
(3) Das a-Si enthält keine Verunreinigungen.
-
(4) Eine einheitliche Orientierung kann über große Bereiche hinweg
erhalten werden.
-
Darüber hinaus sollte das Orientierungsbehandlungsverfahren verläßlich
und billig sein, und sich für Massenbehandlung eignen.
-
Es sind viele Orientierungsverfahren für Flüssigkristall-Aneigevorrichtungen
vorgeschlagen worden, und diese Orientierungsverfahren befassen sich alle mit einer
Behandlung oder einer Einwirkung auf die Zwischenfläche zwischen dem Flüssigkristall
und dem Elektrodensubstrat.
-
Diese Verfahren können grob wie folgt klassifiziert werden: (1) Ein
Verfahren, bei dem eine Substratoberfläche, die selbst mit Säure oder Alkali gewaschen
worden ist, als aktive Oberfläche verwendet wird.
-
(2) Ein Verfahren, bei dem die Oberfläche mit physikalischen Mitteln
behandelt wird, wie zum Beispiel Reibungsbehandlung, schrfigwinklige Verdampfungsbeschichtung,
Ätzung und dergleichen.
-
(3) Ein Verfahren, bei dem ein Orientierungsmittel, wie zum Beispiel
Lecithin, verschiedene Polymere, oberflächenaktive Mittel und dergleichen, in Form
eines Films ausgebildet wird.
-
(4) Ein Verfahren, bei dem ein Orientierungsmittel, wie beispielsweise
eine Fettsäure, ein oberflächenaktives Mittel, das ein quaternäres Amin enthält,
und dergleichen zu dem Flüssigkristall hinzugefügt wird.
-
Diese bekannten Orientierungsverfahren eignen sich jedoch nicht für
große Anzeige-Paneelemit a-Si-Funktionselementen als Schalt-Elemente.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Orien-
tieren
eines Flüssigkristalls und eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Verfügung
zu stellen, die die oben geschilderten Nachteile nicht aufweisen.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Orientieren eines Flüssigkristalls zur Verfügung zu stellen, das sich für große
Anzeige-Paneele mit a-Si-Funktionselementen eignet.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren
zum Orientieren von Flüssigkristallen zur Verfügung zu stellen, bei welchem der
Flüssigkristall senkrecht zu dem Substrat mit dem a-Si-Funktionselement orientiert
ist.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Orientieren eines Flüssigkristalls zur Verfügung zu stellen, bei welchem ein Flüssigkristall
einheitlich und stabil senkrecht zu dem Substrat mit einem a-Si-Funktionselement
orientiert werden kann, ohne daß die Leistungsfähigkeit des a-Si-Funktionselements
verschlechtert wird.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist schließlich darin zu sehen
eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Flüssigkristall
enthält, welcher nach einem solchen Verfahren orientiert worden ist.
-
Die Erfindung betrifft erstens ein Verfahren zum Orientieren eines
Flüssigkristalls, bei welchem ein Flüssigkristall mit einer hitzebehandelten Oberfläche
eines Elektrodensubstrats in Berührung gebracht wird, welches mit einem Film versehen
ist, der durch Beschichten des Substrats mit einer Silanverbindung, die Alkoxyreste
und einen organischen Rest, welcher wenigstens einen Fluorsubstituierten Kohlenwasserstoffrest
aufweist, enthält,
gebildet worden ist, wobei die Hitzebehandlung
unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Erhitzungstemperatur und die
Behandlungszeit innerhalb eines Bereichs liegen, der durch ein Dreieck mit den Eckpunkten
(1,75p 0), (2,5 0) und (1,75; 3,7 in einem Koordinatensystem mit 1000x(reziproker
Wert der absoluten Temperatur) auf der Abszisse und ln kg auf der Ordinate gebildet
wird, wobei k' das Verhältnis von 300 Minuten zu der Behandlungszeit (min) bedeutet.
-
Die oben erwähnte Flitzebehandlungsbedingung wird nachfolgend mit
"Dreieck (1,75;0), (2,5 0) und (1,75; 3,7) Bedingung bezeichnet.
-
Die Erfindung betrifft zweitens eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,
die einen Flüssigkristall enthält, der dem oben erwähnten Orientierungsverfahren
unterzogen worden ist.
-
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1A einen Aufriß eines Teils eines
Substrats, das mit einer Treibschalt-Anordnung versehen ist; Fig 1B einen Querschnitt
durch das in Fig. 1A dargestellte Substrat; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine
Anzeigevorrichtung mit einem Substrat, das mit einer Treibschaltelement-Anordnung
versehen ist; Fig 3 eine Ersatzschaltung für die Anzeigevorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 ein Fließdiagramm, das die Herstellung eines Substrats erläutert, das einer
erfindungsgemäßen Orientierungsbehandlung unterzogen wird; Figuren 5A und 5B Querschnitte
durch eine Anzelgevorrichtung, bei welcher ein anderes Flüssigkristall-Orientierungsverfahren
angewandt wird als das erfindungsgerTIäße Verfahren;
Fig. 6 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen den Hitzebehandlungsbedingungen, das heißt
der Erhitzungstemperatur und der Behandlungszeit, und der Orientierungswirksamkeit
erläutert, wobei (l/T)x10³ auf der Abzisse und ln k' auf der Ordinate aufgetragen
sind und T die absolute Temperatur bedeutet; Fig. 7 ein Fließdiagramm, das die Herstellung
eines Substrats erläutert, das einer erfindungsgemäßen Orientierungsbehandlung unterzogen
wird; Fig. 8 ein Fließdiagramm, das die Herstellung eines Substrats erläutert, das
einer erfindungsgemäßen Orientierungsbehandlung unterzogen wird; und Fig. 9 einen
Querschnitt durch ein Substrat, das einer erfindungsgemäßen Orientierungsbehandlung
unterzogen worden ist.
-
Das erfindungsgemäße Orientierungsverfahren kann gemäß dem Fließdiagramm
von Fig. 4 durchgeführt werden.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird ein Orientierungsmittel 42 aus
einer Silanverbindung (s.u.) auf ein Substrat 41 aufgetragen, das in der Beschichtungsstufe
43 einer Orientierungsbehandlung unterzogen wird. Das so überzogene Substrat wird
in einer Hitzebehandlungsstufe 44 unter den nachfolgend erwähnten Bedingungen der
Erhitzungstemperatur und Behandlungszeit einer Hitzebehandlung und dann vorzugsweise
einer Reibungsbehandlung 45 unterzogen, um ein orientiertes Substrag 46 herzustellen.
-
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Orientierungsbehandlung
erreicht werden, ohne daß man das Substrat und das auf der Oberfläche des Substrats
ausgebildete Funktionselement einer unnötigen Wärmebelastung aussetzt. Bei einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Orientierungsbehandlung mit einem Glassubstrat,
das eine a-Si-Halbleiter-Schaltanordnung aufweist, durch-
geführt
Das Substrat mit der a-Si-Halbleiter-Schaltanordnung ist in den Figuren 1A, 1B und
2 dargestellt.
-
In Fig. 1A ist ein Substrat mit einer Gate-Leitung 102, einer Source-Leitung
101, einem Schaltelement 103, das durch diese Signal-Leitungen betrieben wird, und
einer Bildelektrode 104 versehen, die mit einer Drain-Elektrode des Schalt-Elements
verbunden ist.
-
In Fig. lB, die einen Querschnitt des Substrates von Fig. 1A zeigte
ist ein Substrat 105, eine Gate-Elektrode 102, eine Isolierungsschicht 106, ein
Bildelement 104, das mit einer Drain-Elektrode eines Schalt-Elements verbunden ist,
ein Halbleiter 103, n+-Schichten 107 und 107' und eine Source-Elektrode 101 dargestellt.
-
In der Fig. 2 wird eine Flüssigkristallschicht 205 als ein elektro-optisches
Material gezeigt, das zwischen einem Substrat 203, welches mit einer Schaltelement-Anordnung
204 versehen ist, und einem Gegensubstrat 201, welches eine Gegenelektrode 202 aufweist,
angeordnet ist.
-
In der Fig. 3 ist eine Ersatz schaltung für oben erwähnte Anzeigevorrichtung
dargestellt. An die Gate-Leitungen G1, G21 .. werden Treibspannungen angelegt, und
die Source-Leitungen S1, S2, ... werden mit Bildsignalen gespeist.
-
Wenn eine Treibspannung an die Gate-Leitung G1 angelegt wird, werden
alle Schalt-Elemente Soll, S12' ..., die mit der Gate-Leitung G1 verbunden sind,
leitend, und die Flüssigkristallzellen LCll, LC12, ... werden mit Blldsignalen gespeist.
Wenn die Treibspannung auf die Gate-Leitung G2 geschaltet wird, werden die Schalt-Elemente
Soll, S12 ... nicht-leitend, wobei die Bildsignale, mit denen die Flüssigkristalle
LC11, LC12, ... gespeist werden, durch die elektrostatische Kapazität der Flüssig-
kristallzellen
selbst beibehalten werden, und das Bildsignal der nächsten Leitung, das heißt der
Leitung G2, wird in die Source-Leitung eingespeist.
-
Tolerierbare Elitæebelastungen eines Substrats, wie es in den Figuren
1A und 1B dargestellt ist, liegen aus Sicherheitsgründen unter 5000C, vorzugsweise
unter 300"C, und insbesondere unterhalb 2000C.
-
Das erfindungsgemäß eingesetzte Orientierungsmittel ist eine Silanverbindung,
die Alkoxyreste und einen organischen Rest, welcher wenigstens einen Fluor-substituierten
Kohlenwasserstoffrest aufweist, enthält, und es handelt sich dabei vorzugsweise
um eine Verbindung der allgemeinen Formel CF3(CF2)n - Si(OR)3- (I) in welcher R
einen Alkylrest, wie beispielsweise einen Methylrest, einen Äthylrest und dergleichen,
und n eine Zahl von 1-20 bedeuten.
-
Die Silanverbindungen (I) können einzeln oder in Kombination eingesetzt
werden. Verbindungen der Formel (I), in welcher R einen Methylrest und n die Zahlen
3, 4, 5, 6 oder 7 bedeuten, werden bevorzugt.
-
Die Silanverbindung kann mit einem fluorhaltigen Lösungsmittel unter
Bildung einer 0,1- bis 5prozentigen Lösung verdünnt und auf die Oberfläche des Substrats
mittels Rotationsbeschichtung, Saug- bzw. Einweichbeschichtung, Aufbürsten oder
dergleichen aufgetragen werden. Nach dem Abtrocknen des Lösungsmittels wird unter
den oben erwähnten Bedingungen eine Hitzebehandlung durchgeführt, und dabei kann
ein Flüssigkristall, der mit dieser Oberfläche in Berührung steht, eine homöotrope
Ausrichtung zeigen.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde weiterhin gefunden, daß
diese Silanverbindungen den Halbleiter
nicht verunreinigen, vorzugsweise
sollte jedoch darauf geachtet werden, daß keinerlei Verunreinigungen untergemischt
werden.
-
Um eine sehr einheitliche und hochverläßliche Orientierung zu erreichen,
sollte die Hitzebehandlung im allgemeinen so durchgeführt werden, daß die Temperatur
mehr als 200"C, gewöhnlich mehr als 300"C, und die Behandlungszeit 10 Minuten bis
1 Stunde betragen. Wenn eine derartige Hitzebehandlung aber mit einem Substrat durchgeführt
wird, das ein a-Si-Funktionselement aufweist, geht die Funktionsfähigkeit des a-Si-Funktionselements
leider verloren. So beruht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung auf der Tatsache,
daß eine einheitliche und hochverläßliche Orientierung erreicht werden kann, ohne
daß die Funktionsfähigkeit des a-Si-Funktionselements verlorengeht.
-
Es kann selbst dann eine einheitliche homöotrope Ausrichtung erhalten
werden, wenn die Silanverbindung einer einstündigen Hitzebehandlung bei 150"C, also
Bedingungen, die außerhalb der erfindungsgemäßen Bedingungen liegen, unterzogen
wird. Eine solche homöotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls, wenn keine Spannung
angelegt ist, ist jedoch nicht ausreichend, um den Flüssigkristall in der Praxis
als Anzeigevorrichtung einzusetzen. Das heißt, daß sich die Flüssigkristallmoleküle
neigen und die Neigungsrichtungen der Moleküle die gleichen sein sollten, wenn an
den Flüssigkristall eine Spannung angelegt wird Andernfalls ist der Anzeigeeffekt
unzufriedenstellend, wenn die optische Änderung durch eine Polarisatorplatte beobachtet
wird, da der erhaltene Kontrast unregelmäßig wird.
-
In den Figuren 5A und 5B sind Querschnitte durch eine Anzeigekonstruktion
dargestellt, um die oben angesprochenen Dinge zu erläutern. Der Flüssigkristall
ist zwischen einem Substrat 51 mit einer Elektrode 53 und einem Substrat 52 mit
einer Elektrode 54 angeordnet, wobei we-
nigstens eine der Elektroden
transparent ist. Wenn die Elektrode einer homöotropen Orientierungsbehandlung unterzogen
wird, erhält man im wesentlichen einen Flüssigkristall 57 mit homöotroper Ausrichtung
im Oberflächenbereich der Elektrode.
-
Im Falle eines nematischen Flüssigkristalls neigen auch die Moleküle
des Flüssigkristalls, die sich außerhalb des Oberflächenbereichs der Elektrode befinden,
zu einer parallelen Ausrichtung, und man erhält daher insgesamt eine nahezu homöotrope
Ausrichtung, wenn die Dicke des Flüssigkristalls etwa einige pm bis 50 Um beträgt.
-
Jedoch ist die Orientierungsrichtung tatsächlich geringfügig geneigt,
beispielsweise zeigt Fig. 5A, daß die Flüssigkristallmoleküle geringfügig geneigt,
und die Neigungsrichtungen auf den beiden Seiten der Linie A-A' verschieden sind.
Die Führungsleitungen, die mit den Elektroden 53 und 54 verbunden sind, sind ihrerseits
über eine Energiequelle 55 und einen Schalter 56 verbunden, der im Falle der Fig.
5A in Aus-Stellung steht, das heißt, daß an die Elekt:rodc'n keine Spannung angelegt
ist. Der Unterschied in der Neigungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Zustand
der homöotropen Ausrichtung ist gewöhnlich sehr klein und kann mit optischen Mitteln
nicht ausgemacht werden. Wenn der Schalter 56 jedoch in An-Stellung steht, wie dies
in Fig. 5 gezeigt wird, neigen sich die Moleküle im Falle eines Flüssigkristalls
mit negativer dielektrischer Anisotropie (mit einem Dipolmoment in senkrechter Richtung
zu der Längsachse des Moleküls) derart, daß die Moleküle auf der linken Seite der
Linie A-A' sich nach links neigen, während sich die Moleküle auf der rechten Seite
der Linie A-A' nach rechts neigen.
-
Ein solcher Neigungszustand wird oft als eine optische Uneinheitlichkeit
in einer Anzeigevorrichtung, in welcher
eine Polarisatorplatte
verwendet wird, oder in einer Gast-Wirt-Anzeigevorrichtung beobachtet, in welcher
dem Flüssigkristall ein dichroitischer Farbstoff zugesetzt worden ist. Diese Tendenz
ist insbesondere dann beträchtlich, wenn die Spannung der Energiequelle 55 eine
ungesättigte Spannung ist, die nicht ausreicht, um die Flüssigkristallmoleküle zu
einer vollständigen Neigung zu zwingen Solche optischen Uneinheitlichkeiten werden
als Unregelmäßigkeiten oder Fehler von Anzeige-Paneelen angesehen, die die Anzeigeleistungsfähigkeit
herabsetzen.
-
Es ist deshalb notwend-ig, daß anfänglich eine Orientierungsrichtung
vorliegt, die einer nahezu homöotropen Ausrichtung entspricht, wenn keine Spannung
angeleyt ist, und daß sich die Neigungsrichtung nach einer Seite neigt, wenn eine
Spannung angelegt wird.
-
Erfindungsgemäß wird ein Oberflächenzustand, bei dem die Flüssigkristallmoleküle
in einer einheitlichen Neigungsrichtung orientiert sind, erhalten, indem man eine
mit einer der oben erwähnten Verbindungen behandelte Oberfläche mit einem Baumwolltuch
in eine Richtung reibt. Wenn jedoch die Reibungsbehandlung bei einer Oberfläche
durchgeführt wird, die bei einer niedrigen Temperatur behandelt worden ist, wird
die Neigung so stark, das der daraus resultierende Kontrast unzureichend ist, oder
die Rückkehr zu der homöotropen Ausrichtung nach Abschalten der angelegten Spannung
so langsam vor sich geht, was augenscheinlich auf die vollständige Neigung der Moleküle
zurückzuführen ist, daß eine Art Gedächtniseffekt auftritt, obgleich eine einheitliche
Neigung erhalten werden kann.
-
Dieses Phänomen scheint darauf zurückzuführen zu sein, daß die Bindung
des aufgetragenen Orientierungsmittels an dem Substrat unzureichend ist.
-
Die hydrolysierte Struktur der Silanverbindung in (a) oben kann leicht
in Gegenwart von Luft, von an der Substratoberfläche adsorbiertem Wasser, Hitze
oder Katalysatoren gebildet werden. Andererseits tritt die glasähnliche Struktur
an der Substratoberfläche auch an der Oberfläche von verschiedenen Metalloxiden
auf. Streng genommen könnte die oben erwähnte Reaktion daher nicht ablaufen, jedoch
kann in jedem Falle angenommen werden, daß das Orientierungsmittel infolge einer
chemischen Reaktion, wie beispielsweise Kondensation unter Wasseraustritt und dergleichen,
eng an der Substratoberfläche haftet.
-
Unter der Annahme, daß eine Reaktion erster Ordnung erfolgt, wenn
die Dehydrierungsreaktion oder die Bindungsstufe der geschwindigkeitsbestimmende
Schritt ist, kann der Zusammenhang zwischen der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante
kl und der Reaktionszeit tl bei einer Temperatur T1 durch folgende Beziehung-ausgedrückt
werden:
Die vorliegende Erfindung beruht in der Auffindung von
geeigneten Mitteln, um diese Nachteile zu beheben. Beispielsweise wird ein gewünschtes
Flüssigkristallsubstrat mit homöotroper Ausrichtung erhalten, indem man eine Silanverbindung
der Formel CF(CF2)n-Si-(OCH3)3, in welcher n eine Zahl von 1 bis 20 bedeutet, auf
die Oberfläche eines Substrats auf trägt, das erhaltene Substrat unter der Dreieck
(1,75, 0), (2,5 t 0) und (1,75e 3,7) Bedingung hitzebehandelt, und das so hitzebehandelte
Substrat einer Reibungsbehandlung in einer Richtung unterzieht.
-
Erfindungsgemäß wird, wie bereits oben erwähnt, auf diese Weise eine
gewünschte Orientierung erhalten und ein Anzeige-Paneel hoher Verläßlichkeit und
hoher Qualität erzeugt Der erfindungsgemäße Orientierungsmechanismus ist noch nicht
genau bekannt. Jedoch könnte wenigstens der Mechanismus der Hitzebehandlungs-Bedingungen
wie folgt erklärt werden. Die Verbindung CF3(CFL), Si-(OC3)3 scheint als Orientierungsmittel
eine gute Orientierungsleistungsfähigkeit zu zeigen, wenn eine gute Bindung zwischen
der Verbindung und dem Substrat ausgebildet wird. Als eine ideale und zufriedenstellende
Bindung wird die nachfolgend angegebene Bindung (b) angesehen. Das heißt, es liegt
eine Glassubstratstruktur mit Si-O-Bindungen zusammen mit einer Verbindung mit Silanolgruppen
vor, welche aus der oben erwähnten Verbindung durch Hydrolyse der Endgruppen (Zustand
(a)) erhalten worden ist, und die Bindung erfolgt durch Kondensation unter Wasseraustritt,
wie dies in Zustand (b) gezeigt ist.
-
kl(Tl) = 1 In a (1) tl wobei a die Konzentration des Silanols am
Ende der Reaktion angibt. Unter der Annahme, daß die Konzentration diejenige ist,
bei der eine erfindungsgemäß erforderliche Orientierungsleistungsfähigkeit erzielt
werden kann, kann diese Konzentration als konstant angesehen werden.
-
Eine ähnliche Beziehung gilt für eine Behandlungszeit t2 und eine
Reaktionsgeschwindigkeitskonstante k2 bei einer anderen Temperatur T2: k2 (T2) =
1 In a (2) t2 Durch Zusammenfassen dieser beiden Beziehungen (1) und (2) erhält
man die folgende Beziehung: tl k2 = k1 (3) t2 Unter der Annahme, daß die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante
bei einer Zeit tl, wenn die Reaktions abgeschlossen ist, und bei einer Temperatur
T1 gleich 1 ist, erhält man aus der obigen Beziehung (3) folgenden Zusammenhang:
tl k2t= 1 (4).
-
t2 2 Die Größe k2' ist dabei nicht eine tatsächliche Geschwindigkeitskonstante,
sondern ein relativer Wert.
-
Für eine Temperatur Tn und eine Behandlungszeit tn ergibt sich demnach
folgende Beziehung: kn'= tl/tn (5).
-
In der Fig. 6 sind die Behandlungsbedingungen zusammen mit der Orientierungsleistungsfähigkeit
in ein Koordinatensystem eingetragen mit dem natürlichen Logarithmus
der
relativen Geschwindigkeitskonstante auf der Ordinate und 103 x - auf der Abszisser
wobei T die absolute Tem-T peratur bedeutet.
-
Die Bewertung der Orientierungsleistungsfähigkeit folgt in Fig. 6
mit den folgenden Symbolen: gute Orientierung A : geringfügig schlechte Orientierung
4 : unzureichende Orientierung.
-
Diese Bewertung ist relativ und beruht auf der Basis der Orientierungsleistungsfähigkeit,
die unter geeigneten Bedingungen, das heißt t = 300 Minuten bei 1500C, erhalten
worden ist.
-
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß eine zufriedenstellende Orientierung
in einem Bereich auf der Seite des Punktes 61 in bezug auf eine Linie 66, die die
Punkte 62 (2,5; 0) und 63 (1,75; 3,7) verbindet, erhalten wird. Ein bevorzugter
Bereich liegt auf der Seite des Punktes 61 mit Bezug auf eine Linie 67, die die
Punkte 64 (2,36; 0) und 65 (1,75; 3,15) verbindet. Die Hitzebehandlung des Substrats
erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur nicht oberhalb 3000C, wenn das Substrat
aus Glas besteht. Das heißt, es wird ein Bereich größer als 1,75 auf der Abszisse
bevorzugt. Es kann leicht eine Behandlungszeit von weniger als 300 Minuten angewandt
werden, so daß ein Bereich nicht kleiner als Null auf der Ordinate bevorzugt wird.
-
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform kann gemäß dem Fließdiagramm
von Fig. 7 durchgeführt werden.
-
In Fig. 7 wird ein Substrat 71, das einer Orientierungsbehandlung
unterzogen werden soll, mit einem Orientierungsmittel 72 in einer Beschichtungsstufe
74 überzogen, und das auf diese Weise überzogene Substrat wird in der Stufe
75
im Vakuum erhitzt, gefolgt von einer Reibungsbehandlungsstufe 76, um ein orientiertes
Substrat 73 herzustellen. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Hitzebehandlung
innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden, ohne daß das Substrat und das darauf
befindliche Funktionselement einer unnötigen Hitzebelastung ausgesetzt werden. Das
Verfahren kann auf ein Glassubstrat angewandt werden, das mit einer Schalt-Anordnung
aus einem a-Si-Halbleiter versehen ist.
-
Die tolerierbare Hitzebelastung des Substrats liegt gewöhnlich unterhalb
5000C, vorzugsweise unterhalb 3000C, und insbesondere unterhalb 2000C, und zwar
aus Sicherheitsgründen. Als Orientierungsmittel, die auf das Substrat auf -getragen
werden, werden Silanverbindungen, insbesondere diejenigen der allgemeinen Formel
(I) bevorzugt.
-
Die Hitzebehandlung des Orientierungsmittels kann bei einer niedrigen
Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitspanne' durch Erhitzen im Vakuum erfolgen,
und der erhaltene Film kann dem Flüssigkristall eine gute Orientierung verleihen.
-
Darüber hinaus hat die Erhitzung im Vakuum den Vorteil, daß die Hitzebehandlung
im wesentlichen durchgeführt wird, ohne daß die Metallelektrode auf der Oberfläche
des Substrats während der Hitzebehandlung einer oxidativen Atmosphäre ausgesetzt
wird.
-
Die erfindungsgemäße Erhitzung im Vakuum wird gewöhnlich bei Temperaturen
von 60 bis 2000C, Drücken von 10 2 mm Hg bis 10 mm Hg und während Behandlungszeiten
von 10 Minuten bis 3 Stunden durchgeführt.
-
Der Mechanismus der erfindungsgemäßen Behandlung ist nicht vollständig
klar, es wird jedoch angenommen, daß die Alkoxyreste des Orientierungsmittels thermisch
zersetzt oder hydrolysiert werden, und dann mit Hydroxygruppen oder Wasserstoffatomen
des Substrats unter Wasseraustritt kondensieren, was zu einer Bindung und festen
Haftung an dem Substrat führt. Der erhaltene Film ist so stark, daß die
homöotrope
Ausrichtung nach einer kräftigen Reibungsbehandlung mit einem Baumwolltuch beibehalten
wird, und darüber hinaus eine zufriedenstellende Einheitlichkeit der Neigungsrichtung
zu der Richtung der Reibungsbehandlung erreicht werden kann.
-
Es kann selbst dann eine einheitliche homöotrope Ausrichtung erreicht
werden, wenn das oben genannte Material an Luft auf ein Substrat aufgetragen und
1 Stunde auf 1500C erhitzt wird. Die dabei erhaltene Anzeigevorrichtung mit homöotroper
Ausrichtung hat jedoch einige Nachteile.
-
Wenn hier von einer "Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit homöotroper
Ausrichtung" die Rede ist, dann ist damit eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
gemeint, in welchor die Achsen der Flüssigkristallmoleküle in einer im wesentlichen
senkrechten Richtung zu dem Substrat ausgerichtet sind, wenn keine Spannung angelegt
ist, während die Neigungsrichtungen gleich sind, wenn eine Spannung angelegt ist.
-
Die Zustandsänderung der Molekülachsen, die durch Anlegen der Spannung
verursacht wird, kann mittels eines Polari -sators oder eines dichroitischen Farbstoffes,
der in dem Flüssigkristall aufgelöst ist, beobachtet werden, und dieser Effekt kann
für eine Anzeigevorrichtung ausgenützt werden. Wenn der Film aus der Silanverbindung
auf dem Substrat 1 Stunde bei 150"C hitzebehandelt wird, kann, wie bereits oben
erwähnt, eine Regelmäßigkeit der Neigungsrichtung der Flüssigkristallmolekülel nicht
erreicht werden. Als Folge davon umfaßt die resultierende optische Änderung unregelmäßige
Zustände, die den Anzeigeeffekt nachteilig beeinflussen.
-
Selbst wenn die Oberfläche des Orientierungsfilms, der unter den oben
erwähnten Erhitzungsbedingungen ausgebildet worden ist, mit einem Baumwolltuch einer
Reibungsbehand-
lung unterzogen wird, und die Neigungsrichtung
einheitlich wird, ist das Neigungsausmaß der Molekülachsen zu groß, selbst im anfänglichen
Zustand, bevor eine Spannung angelegt wird, oder es tritt teilweise ein unregelmäßiger
Gedächtniseffekt auf, wenn Spannung angelegt und dann abgeschaltet wird, da die
Molekülachsen zu sehr geneigt sind.
-
Wenn ein solches Phänomen auftritt, wird der Kontrast erniedrigt,
und es erscheint eine unregelmäßige Anzeige, was letztlich dazu führt, daß eine
solche Anzeigevorrichtung für den Gebrauch nicht besonders geeignet ist.
-
Während eine Kontrasterniedrigung und ein unregelmäßiger Gedächtniseffekt
durch die Reibungsbehandlung nicht auftreten, wenn die Erhitzung bei Temperaturen
von mehr als 2000C an Luft, beispielsweise bei 250"C, während 15 Minuten erfolgt,
ist eine solche hohe Temperaturbehandlung oberhalb 2000C bei Verwendung eines a-Si
nicht wünschenswert, wie bereits oben erwähnt wurde. Um an Luft bei einer Temperatur
von weniger als 2000C, beispielsweise bei einer Temperatur von 1500C, erhitzen zu
können, muß die Hitzebehandlung während mehr als 5 Stunden erfolgen, jedoch ist
eine solche Hitzebehandlung unzufriedenstellend lang, und die Produktivität ist
schlecht. Darüber hinaus führt eine derartige Hitzebehandlung an Luft zu anderen
Nachteilen, beispielsweise besteht bei der Hochtemperaturbehandlung und der Langzeitbehandlung
die Gefahr einer Oxidation der Metallelektrode, die dem Betrieb der Funktionselemente
dienen.
-
Repräsentative Beispiele für Silanverbindungen der allgemeinen Formel
(I) sind nachfolgend zusammengestellt: 1. CF3 (CF2)3 - Si - (OCH3)3 2. CF3 (CF2)4
- Si - (OCH3)3 3. CF3 (CF2)5 - Si - (OCH3)3 4. CF (CF2) - Si - (OCH3) 3 C'F (C -
Si --5. CF3 F2)7 (OCH3)3
6. CF3 (CF2)8 - Si - (OCH3)3 7. CF3 (CF2)10-
Si - (OCH333 Die Silanverbindungen können in verdünnter Form eingesetzt werden,
beispielsweise in Form einer 0,1- bis 5-gew.-prozentigen Lösung in einem fluorierten
Kohlenstofflösungsmittel, wie beispielsweise CF4, C2F6, C6F6 und dergleichen.
-
Die Beschichtung des Substrats mit der Lösung kann durch spinner"-Beschichtung,
Saug- oder Einweichbeschichtung, Aufbürsten oder dergleichen erfolgen.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in dem Fließdiagramm
von Fig. 8 dargestellt.
-
In Fig. 8 wird ein Substrat 81, das einer Orientierungsbehandlung
unterzogen werden soll, mit einem Grundierungsmittel 82 in der Beschichtungsstufe
85 überzogen. Anschließend folgen eine Trocknungsstufe 86, eine Beschichtungsstufe
87, in welcher ein Orientierungsmittel 83 auf den in der vorangegangenen Stufe 86
gebildeten Überzug aufgetragen wird, eine Erhitzungsbehandlungsstufe 88, und, falls
gewünscht, eine Reibungsstufe 89, wobei man ein orientiertes Substrat 84 erhält.
-
Alternativ hierzu kann eine Mischung aus dem Grundierungsmittel 82
und dem Orientierungsmittel 83 auf das Substrat 81, das einer Orientierungsbehandlung
unterzogen werden soll, aufgetragen werden. Anschließend wird getrocknet, und, falls
gewünscht, eine Reibungsbehandlung durchgeführt, um ein orientiertes Substrat 84
herzustellen. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine zufriedenstellende
Orientierungsbehandlung durchgeführt werden, ohne die Eigenschaften des Substrats
oder der Dünnfilm-Transistorelemente, die auf dem Substrat ausgebildet sind, nachteilig
zu beeinflussen Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann
die Orientierungsbehandlung bei einer a-Si-Halbleiter-Dünnfilm-Transistoranordnung,
die auf einem Glas substrat ausgebildet ist, angewandt werden. Die tolerierbare
Hitzebelastung des Substrats liegt aus Sicherheitsgründen unterhalb 5000C, vorzugsweise
unterhalb 3000C, und insbesondere unterhalb 2000C. Die Oberfläche der Transistoranordnung
umfaßt zwei oder mehr verschiedene Oberflächen aus verschiedenen Materialien, da
auf der Oberfläche der Transistoranordnung ein Chip aus a-Si-Material für die Schalt-Funktion,
metallische leitende Endstücke von diesem, wie beispielsweise eine Source-Elektrode
und Drain-Elektrode, Isolierungsfilme aus Siliciumnitrid oder Siliciumoxid, Oberflächenbereiche
von Glas, das als Substratmaterial verwendet wird, und dergleichen angeordnet sind.
-
Darüber hinaus hat die Substratoberfläche unebene Oberflächenbereiche,
die zwischen den Bereichen, die die oben erwähnten Chips, die Drain-Elektroden und
die Source-Elektroden umfassen, und den Bereichen existieren, die die Gate-Elektroden
im unteren Teil, Isolierungsschichten, Glassubstratoberflächen und dergleichen umfassen.
Die leicht unebenen Oberflächen stören eine einheitliche Orientierung des Flüssigkristalls.
-
In Fig. 9 ist ein Orientierungsfilm 99 und ein Grundierungsmittelfilm
98 auf dem Anzeigesubstrat, wie es in Fig. 1B dargestellt ist, ausgebildet. Hierfür
eingesetzte repräsentative Materialien sind: Aluminium für eine Bildelement-Elektrode
94, die mit einer Drain-Elektrode des Schalt-Elements und einer Source-Elektrode
97 verbunden ist, a-Si für einen Halbleiter 95; und Siliciumnitrid oder Siliciumdioxid
für eine Isolierungsschicht 93. Das Bezugszeichen 91 steht für ein Substrat, 92
für eine Gate-Elektrode, und 96 und 96' für n+-Schichten. Wenn beispielsweise das
Aluminium eine Dicke von 1000 A bis 2 ijm aufweist und die Kanal länge des Transistors
etwa 10 pm beträgt, stört eine solche geringfügige unebene
Struktur
eine einheitliche Orientierung, die für die Anzeige notwendig ist, da sich der Flüssigkristall
gleich in Abhängigkeit von dieser feinen unebenen Struktur ausrichtet.
-
Die erfindungsgemäße Ausführungsform kann das Problem, das durch die
Tatsache verursacht wird, daß Elemente, die die Oberfläche eines Anzeigesubstrats
mit einer Dünnfilm-Transistoranordnung bilden, aus verschiedenen Materialien bestehen,
wirksam lösen, und es kann darüber hinaus auch den verschiedenen erforderlichen
Bedingungen genügen. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung auf Anzeigevorrichtungen
angewandt werden, die ähnliche Techniken benützen, wie zum Beispiel solche mit einem
kristallinen Siliciumsubstrat oder einem SOS-Substrat.
-
Als Substrat kann kristallines Silicium oder Saphir verwendet werden,
jedoch liegt der Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eher darin, daß das
gesamte Verfahren der Herstellung von Dünnfilm-Transistoren bei niedriger Temperatur
durchgeführt werden kann, und daß ein Glas substrat oder ein Kunststoffilm wirksam
eingesetzt werden können.
-
Als Grundierungsmittel 92 können Alkylsilikatverbindungen eingesetzt
werden. Repräsentative Alkylsilikatverbindungen sind Alkylorthosilikate (Monomere),
Kondensate von mehreren Alkylorthosilikatmolekülen in geradkettiger oder verzweigter
Anordnung und dergleichen Rcipiels ft3r Kondnsate sind das riletramere und flexamere
von ihylorl.tlcsil iklt.
-
Diese Verbindung wird in Gegenwart einer geringen Menge einer Säure
an Luft, eines Lösungsmittels, oder an einer zu behandelnden Oberfläche oder in
Gegenwart von absichtlich zugesetztem Wasser leicht hydrolysiert, und mit dem resultierenden
Hydrolysat wird die zu behandelnde Oberfläche in Form eines Filmes beschichtet,
und dann wird das Hydrolysat durch die Kondensationsreaktion unter
Austritt
von Wasser an die Oberfläche über l'-Si-O-"-Bindungen in Form eines Films fixiert.
Wenn die Substratoberfläche daher aus Glas besteht, wird der Film direkt an die
SiOH-Gruppen der Glasoberfläche gefunden, und man erhält einen innig fixierten Film.
-
Andererseits scheint ein Halbleiter-Isolierungsfilm, der Metalle oder
Silicium enthält, eine ähnliche Wirkung zu haben, und man erhält tatsächlich einen
Film hoher Adhäsionskraft.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die oben
erwähnte Verbindung hydrolysiert, indem man eine geringe Menge Säure und Wasser
zusetzt, was zur Bildung von -Si(OH)3 führt, und dann wird die auf diese Weise hydrolysierte
Verbindung zum Überziehen des Substrats eingesetzt.
-
Beispielsweise wird eine oben erwähnte Alkylsilikatverbindung in einem
niederen Alkohol als Lösungsmittel, wie zum Beispiel Methanol, Äthanol, Isopropanol
und dergleichen, gelöst, um eine 1- bis 25 %ige Lösung der Alkylsilikatverbindung
herzustellen, und dann werden 1 - 5 % Wasser und 0,01 - 2 % Chlorwasserstoffsäure
zu der genannten Lösung hinzugefügt, und man läßt das ganze mehr als 30 Minuten
stehen.Anschließend wird diese Lösung mittels Rotationsbeschichtung, Saug- bzw.
Einweichbeschichtung oder Aufbürsten auf die Oberfläche eines Substrats unter Bildung
eines Films auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht. Um überschüssiges Lösungsmittel
zu entfernen, läßt man den Film bei Zimmertemperatur stehen oder trocknet bei einer
gewünschten Temperatur zwischen Zimmertemperatur und 3000C während 5 - 60 Minuten.,
Die oben erwähnten Silanverbindungen, insbesondere die Silanverbindungen der allgemeinen
Formel (1) oben,werden, entweder allein oder in Kombination, in einem fluorierten
Kohlenstoff
lösungsmittel in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% gelöst. Die erhaltene Lösung wird
auf den oben erwähnten getrockneten Film aufgetragen. Die Auftragung kann mittels
eines "Spinners", mittels Einweichen oder Aufbürsten erfolgen. Nachdem das Lösungsmittel
auf natürliche Weise abgetrocknet ist, wird der erhaltene Film 10 Minuten bis 3
Stunden bei Temperaturen von 100 bis 3000C hitzebehandelt. Der auf diese Weise hitzebehandelte
Film wird dann mit einem flaumigen Baumwolltuch einer Reibungsbehandlungs in einer
Richtung unterzogen, um ein orientiertes Substrat zu erzeugen.
-
Ein Abstandshalter von 4 p - 50 ij ist sandwichartig zwischen zwei
orientierten Substraten angeordnet. Wenigstens eines dieser orientierten Substrate
ist dasjenige, das auf die oben geschilderte Weise erhalten wurde. In den sich bildenden
Zwischenraum zwischen den Substraten wird ein Flüssigkristall gegossen, und der
Randbereich versiegelt, um eine Flüssigkristal l-nnzcigezellc herzustellen. Werlll
der zwischen die Substrate gegossene Flüssigkristall in einem Zustand homöotroper
Ausrichtung vorliegt und eine negative dielektrische Anisotropie aufweist, wird
die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in eine Richtung senkrecht zu einem
elektrischen Feld geändert, das an die Elektroden angelegt wird, die mit jeweils
einem der beiden Substrate versehen sind. Diese Richtungsänderung der Flüssigkristallmoleküle
kann mit Hilfe eines dichroitischen Farbstoffs oder einem Polarisator beobachtet
werden, und deshalb kann diese Effekt für Anzeigevorrichtungen ausgenutzt werden.
-
Gemäß der oben erwähnten erfindungsgemäßen Behandlung kann eine stabile
und einheitliche Orientierung erzielt werden, und eine Anzeigevorrichtung, die dieser
Behandlung unterzogen worden ist, hat eine lange Lebensdauer und weist eine hohe
Verläßlichkeit auf. Diese Vorteile scheinen der geeigneten Auswahl an Grundierungsmittel
und
Orientierungsmittel sowie dem erfindungsgemäßen Behandlungsverfahren
zuzurechnen zu sein.
-
Durch Auftragen eines Grundierungsmittels wird auf den Oberflächen
von verschiedenen Materialien des Substrats ein Siliciumoxidfilm erzeugt. Der erhaltene
Film stellt eine zufriedenstellende Beschichtung dieser verschiedenen Materialien
dar, und die Oberfläche des Films eignet sich ausgezeichnet für die Anhaftung des
Orientierungsmittels.
-
Dies mag auf die Ähnlichkeit der chemischen Strukturen zurückzuführen
sein.
-
Darüber hinaus dient das Grundierungsmittel als ein Ausgleichsmittel
für die oben erwähnte feine unebene Oberfläche. Wenn das Grundierungsmittel in flüssiger
Form auf das Substrat aufgetragen wird, bedeckt der erhaltene Film die feinen unebenen
Stellen der Oberfläche, füllt die Vertiefungen aufgrund der Oberflächenspannung
aus und ergibt schließlich eine glatte Oberfläche. Als Folge davon können die nachteiligen
Effekte der Oberflächengestalt und -struktur, die unerwünschte Orientierungen verursachen,
verringert werden. Dies gestattet eine optimale Bearbeitung der Oberfläche des Substrats.
-
Darüber hinaus ermöglicht eine solche Filmbildung unter Verwendung
eines flüssigen Überzugsmaterials eine leichte Konzentrationskontrolle, und daher
kann die erhaltene Filmdicke leicht kontrolliert bzw. eingestellt werden.
-
Darüber hinaus können das Grundierungsmittel und das Orientierungsmittel
durch eine Niedertemperaturbehandlung in sehr starke Filme überführt werden. Dadurch
wird das Substrat und der Halbleiter durch die Wärmeeinwirkung nicht nachteilig
beeinflußt.
-
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Grundie-
rungsmittelschicht
als Schutzschicht dient, welche elektrochemische Veränderungen verhütet, die an
der Flüssigkristall schicht über der Orientierungsmittelschicht auftreten1 oder
eingedrungene Verunreinigungen daran hindert, Elektroden und Halbleiter nachteilig
zu beeinflussen.
-
Zusamnengefaßt erhält man gemäß der oben näher erläuterton Behandlung
eine einheitliche und stabile Orientierung, und darüber hinaus weist eine Anzeigevorrichtung,
die unter Verwendung einer solchen Behandlung hergestellt worden ist, eine hohe
Verläßlichkeit und eine lange Lebensdauer auf. Das Herstellungsverfahren für die
Anzeigevorrichtung kann sehr einfach sein, und es eignet sich für die Massenproduktion,
und die Bearbeitungskosten sind niedrig. Dieses Orientierungsverfahren und die damit
hergestellte Anzeigevorrichtung eignen sich daher für die kommerzielle Fertigung.
-
Die nachfolgenden Beispiele dienen der ErZäuterung der Erfindung.
-
Beispiele 1 - 15 Eine Mischung von CF3(CF2)3-Si-(OCH3)3, CF3(CF2)
4 Si-(OCH3)3, CF3(CF2)5-Si-(OCH3)3 und CF3(CF2)6-Si-(OCH3?3 (FSll6, Handelsbezeichnung
der Firma Daikin Kogyo, Japan) wurde mit einem fluorierten Kohlenstofflösungsmittel,
;'DAIFLON"-Lösungsmittel S-3 (Handelsbezeichnung der Firma Daikin Kogyo, Japan;
das Produkt besteht hauptsächlich aus Difluoräthan), um eine 0,2 °Óige Lösung zu
erhalten,verdünntund diese Lösung wurde dann mit Hilfe eines Spinners bei 3000 Upm
auf ein Elektrodensubstrat aufgebracht, gefolgt von einer 30minütigen Hitzebehandlung
bei 250"C. Anschließend wurde der hitzebehandelte Überzug mit einem flaumigen Acetat-Baumwolltuch
mit einer Noppenlänge von 2 mm einer Reibungsbehandlung in einer Richtung unterzogen.
Ein anderes Elektrodensubstrat wurde auf die gleiche Weise wie
rl
f,ci.n<l<l Die so behandelten beiden Elektrodensubstrate wurden sich gegenüberliegend
mit einem Abstandshalter mit einer Dicke von 6 pm angeordnet. Dann wurde eine Flüssigkristallzusammensetzung
mit negativer dielektrischer Anisotropie, die einen nematischen Flüssigkristall
aus Phenylcyclohexylcarboxylat (Handelsbezeichnung: EN-18, Firma Chisso, Japan)
enthieit,in den Zwischenraum gegossen, der durch die oben hergestellten, sich gegenüberliegenden,
transparenten Elektrodensubstrate gebildet wurde. Man erhielt eine einheitliche
anfängliche Orientierung, und sobald eine Spannung an die beiden Elektroden angelegt
wurde, trat ein einheitlicher Orientierungswechsel auf.
-
Der Rand der Zelle wurde mit einem Epoxy-Dichtungsmittel versiegelt,
und man ließ das ganze 1000 Stunden bei 80"C stehen. Es wurde keinerlei Änderung
in der Orientierungsrichtung und in den elektro-optischen Eigenschaften beobachtet.
Das Ergebnis ist aus Tabelle 1, Beispiel 14 (s.u.) ersichtlich.
-
Gemäß dem Verfahren von Beispiel 14 wurde eine Silanverbindung auf
Elektrodensubstrate aufgetragen, und eine Hitzebehandlung unter den in Tabelle 1
bei den Beispielen 1 bis 13 und 15 angegebenen Bedingungen durchgeführt, und anschließend
wurde auf die gleiche Weise wie oben eine Zelle hergestellt.
-
Jede Zelle wurde im Hinblick auf die Orientierung und die Beständigkeit
getestet, und die Ergebnisse waren meistens zufriedenstellend, wie dies aus Tabelle
1 hervorgeht.
-
In den Vergleichsbeispielen 1-6, in Tabelle 1 unten, wurde das oben
erläuterte Verfahren wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Film aus der Silanverbindung,
der auf dem transparenten Elektordensubstrat aufgetragen worden
war,
unter den in Tabelle 1 bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 angegebenen Bedingungen
hitzebehandelt wurde.
-
Die Zellen wurden auf die gleiche Weise, wie oben geschilder% hergestellt.
Diese erhaltenen Zellen wurden ebenfalls in bezug auf die Orientierung und die Beständigkeit
untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
-
Tabelle 1
| Beispiel Temperatur (°C) Zeit (min) Bewertung der |
| Orientierung~ |
| 1 150 300 Q |
| 2 150 180 # |
| 3 200 100 O |
| 4 200 80 0 |
| 5 200 60 |
| 6 200 40 |
| 7 210 90 o |
| 8- 210 60 |
| 9 220 90 0 |
| 10 220 60 0 |
| 11 235 60- 0 |
| 12 235 30 |
| 13 250 60 0 |
| 14 250 30 0 |
| 15 250 15 |
| Vergleichs- |
| beispiel |
| 1 150 60 |
| 2 200 30 |
| 3 200 15 |
| 4 210 30 |
| 5 220 . 30 |
| 6 235 15 A |
Symbole für die Bewertung der Orientierung: zufriedenstellende Orientierung A geringfügig
schlechte Orientierung ki unzureichende Orientierung
Beispiel 16
Durch Wiederholung des Verfahrens von Beispiel 1 wurde eine Zelle hergestellt, jedoch
mit der Ausnahme, daß ein Elektrodensubstrat, das mit einem Schalt-Element aus a-Si
versehen war, anstelle des transparenten -Elektrodensubstrats eingesetzt wurde.
Es wurde eine zufriedenstellende Orientierung erhalten, und wenn die Zelle betrieben
wurde, wurde eine zufriedenstellende Anzeigefunktion beobachtet, und darüber hinaus
änderte sich die Orientierungswirksamkeit selbst dann nicht, wenn die Zelle 3 Monate
oder länger stehengelassen wurde.
-
Aus den Beispielen 1 - 6 oben ist ersichtlich, daß ein Elektrodensubstrat,
das unter Anwendung der besonderen Hitzebehandlungs-Bedingungen hergestellt worden
ist, eine einheitliche und stabile Orientierung des Flüssigkristalls ergibt. Darüber
hinaus ist die Hitzebehandlung billig und gestattet eine hohe Produktivität, und
daher eignet sich das Verfahren für die Praxis und kommerzielle Fertigung.
-
Beispiel 17 Eine Mischung aus CF,(CF2) -Si-(OCH3) CF3(CF2) (OCH3)3,
CF3(CF2)5-Si-(OCH3)3 -und CF3(CF2)6-Si-(OCH3)3 (FS 116, Handelsbezeichnung der Firma
Daikin Kogyo, Japan) wurde in einem fluorierten Kohlenstoff lösungsmittel unter
Bildung einer 0,2 %igen Lösung gelöst.Die Lösung wurde mit Hilfe eines Spinners
bei 3000 Upm auf ein Glassubstrat aufgebracht, das mit einer Dünnfilm-Transistoranordnung
aus amorphem Silicium versehen war. Anschließend wurde 3 Stunden bei 150"C und 5
mm Hg erhitzt; die Oberfläche des erhaltenen Substrats wurde dann mit einem flaumigen
Acetat-Baumwolltuch mit einer Noppenlänge von 2 mm einer Reibungsbehandlung in einer
Richtung unterzogen.
-
Die Oberfläche eines Glassubstrats mit einer transparenten Elektrode
wurde einer ähnlichen Behandlung unterzogen, wie oben beschrieben wurde.
-
Die behandelten Oberflächen der Substrate wurden gegenüberliegend
angeordnet und mit einem Abstandshalter einer Dicke von 6 p auf Abstand gehalten.
Dann wurde die Flüssigkristallzusammensetzung mit negativer dielektrischer Anisotropie,
die auch im Beispiel 1 eingesetzt worden ist, in den Zwischenraum gegossen, der
durch die Substrate und den Abstandshalter gebildet wurde, gefolgt von der Versiegelung,
um eine einheitliche anfängliche Orientierung zu erhalten.
-
Das Schalt-Element der Anzeigevorrichtung wurde in Betrieb gesetzt,
um an den Flüssigkristall eine Spannung anzulegen.
-
Dabei trat ein einheitlicher Orientierungswechsel auf.
-
Beispiel 18 Es wurde eine Anzeigezelle hergestellt, indem das Verfahren
von Beispiel 17 wiederholt wurde, mit der Ausnahme, daß in dem Flüssigkristall ein
blauer dichroitischer j'nrbstolr x (Firma Merck Co.) zugesetzt wurde, ein Anthrachinonfarbstoff
der Formel
und dann wurden die Betriebs- und Nicht-Betriebszustände durch eine Polarisatorplatte
hindurch beobachtet. Das Anzeige-Paneel war frei von Unregelmäßigkeiten und wies
einen hohen Kontrast auf.
-
Beispiel 19 Eine 0,2 %ige Lösung einer Mischung von CF3(CF2)3-Si-(OCH3)3,
CF3(CF2)4-Si-(OCH3)3, CF3(CF2) 5-Si-(OCH3)3 und CF3(CF2)6-Si-(OCH3)3 in einem fluorierten
Kohlenstofflösungsmittel wurde auf die Oberflächen von zwei Glassubstraten aufgebracht,
die mit einer transparenten
Elektrode versehen waren, und zwar
unter Verwendung eines Spinners bei 3000 Upm. Anschließend wurde 2 Stunden bei einem
Druck von 10 2 mm Hg auf eine Temperatur von 1000C erhitzt, und dann wurde eine
Reibungsbehandlung vorgenommen. Die Substrate wurden anschließend zu einer Zelle
geformt und der nematische Flüssigkristall von Beispiel 1, dem der blaue dichroitische
Farbstoff von Beispiel 18 zugesetzt worden war, wurde in die Zelle gegossen. Anschließend
wurde die Anzeigevorrichtung durch Versiegeln fertiggestellt.
-
Die Betriebs- und Nicht-Betriebs zustände der auf diese Weise hergestellten
Anzeigevorrichtung wurden mit Hilfe einer Polarisatorplatte beobachtet, und es wurde
festgestellt, daß ein zufriedenstellender Orientierungswechsel auftrat.
-
Vergleichsbeispiel 7 Das Verfahren von Beispiel 19 wurde wiederholt,
mit der Ausnahme, daß die Hitzebehandlung,anstelle der Bedingungen von Beispiel
19,3 Stunden an Luft bei 1000C erfolgte.
-
Es wurden wiederum die Betriebs- und Nicht-Betriebszustände untersucht.
In dem Nicht-Betriebszustand, bei dem keine Spannung anlag, war das Ausmaß der Lichtabsorption
hoch.
-
Wenn der Betriebszustand mehr als 5 Minuten andauerte, trat teilweise
ein Gedächtnis-Phänomen auf.
-
Die in den Beispielen 1 - 19 beschriebenen Ausführungsformen können
auch unter Verwendung von Kunststoffsubstraten hergestellt werden. Das heißt, daß
der erfindungsgemäße orientierte Film auf einer transparenten Elektrode ausgebildet
werden kann, die aus einer Platte oder einem Film aus Polyesterharz, Polyimidharz,
Polyacrylnitrilharz und dergleichen besteht, um die Orientierungsbehandlung durch
zuführen.
-
Es können solche Kunststoff substrate verwendet werden, da
die
Orientierungsbehandlung innerhalb kurzer Zeit bei niedrigen Temperaturen durchgeführt
werden kann, und es sind wobei Produkte hoher Verläßlichkeit und langer Lebensdauer
erzielbar.
-
Aus den obigen Beispielen 1 - 19 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße
Verfahren folgende Vorteile hat: 1 Die Orientierung ist stabil und einheitlich.
-
2 Es kann ein Niedertemperatur-Behandlungsverfahren angewandt werden,
bei dem die Substrate und Halbleiter thermisch nicht nachteilig beeinflußt werden.
-
3. Der Halbleiter wird nicht durch Verunreinigungen beeinträchtigt.
-
4. Eine Metallelektrode wird nicht durch Oxidation nachteilig beeinflußt.
-
Aus diesen Gründen ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung mit hoher
Qualität zu erhalten, obgleich eine Elüssigkristallanzeige verwendet wird, bei der
das Substrat mit einem wärmeempfindlichen Funktionselement versehen ist, oder das
Substrat selbst wärmeempfindlich ist. Darüber hinaus kann durch Massenproduktion
bei niedrigen Kosten eine Anzeigevorrichtung hoher Verläßlichkeit und hoher Lebensdauer
hergestellt werden. Deshalb sind das Verfahren der Erfindung und die Anzeigevorrichtung
außerordentlich für kommerzielle Zwecke geeignet.
-
Beispiel 20 Zu einer 10 %igen Lösung von "ETHYL SILICATE 40" (Handelsbezeichnung-für
eine Mischung aus Tetramerem und Hexamerem von Äthylorthosilikat der Firma Nippon
Colcoat Chemical Co., Japan) in Methanol wurde destilliertes Wasser in einer Menge
von 5 % und Chlorwasserstoffsäure in
einer Menge von 1,5 %, bezogen
auf die Lösung, hinzugefügt, und dann wurde das ganze eine Stunde stehengelassen.
-
Die erhaltene Mischung wurde unter Verwendung eines Spinners bei 3000
Upm auf ein Elektrodensubstrat aufgetragen, und man ließ das ganze dann zum Trocknen
stehen.
-
Auf den erhaltenen Überzug wurde eine 0,2 %ige Lösung einer Mischung
von CF3<CF2)3-Si-(OCH3)3, CF3(CF2)4-Si-(OCH3)3, CF3(CF2)5-Si-(OCH3)3 und CF3(CF2)6-Si-(OCH3)3
(FS 116, Handelsbezeichnung der Firma Daiki Kogyo, Japan) in einem fluorierten Kohlenstofflösungsmittel
aufgetragen, gefolgt von einer 30minütigen Hitzebehandlung bei 2500C. Dann wurde
der hitzebehandelte Überzug mit einem flaumigen Acetat-Baumwolltuch mit einer Noppenlänge
von 2 mm einer Reibungsbehandlung in einer Richtung unterzogen. Ein anderes Elektrodensubstrat
wurde auf die gleiche Weise wie oben behandelt.
-
Die so behandelten beiden transparenten Elektrodensubstrate wurden
sich gegenüberliegend mit einem Abstandshalter einer Dicke von 6 pm dazwischen angeordnet.
Dann wurde ein Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie, EN-18 (Handelsbezeichnung
der Firma Chisso, Japan), in den Zwischenraum gegossen, der durch die sich gegenüberliegenden,
auf die oben beschriebene Weise hergestellten Elektrodensubstrate gebildet wurde.
Man erhielt eine anfängliche einheitliche Orientierung, und wenn eine Spannung an
die beiden Elektroden angelegt wurde, trat eine einheitliche Orientierungsänderung
auf.
-
Der Randbereich dieser Zelle wurde mit einem Epoxy-Dichtungsmittel
versiegelt, und man ließ das ganze 1000 Stunden bei 800C stehen. Es konnten keinerlei
Änderungen bezüqlich der Orientierung und der elektro-optischen Eigenschaften festgestellt
werden.
-
Beispiel 21 Eine Lösung von "ETHYL SILICATE 40" und CF3(CF2)3-Si-(CH3)3,
CF3(CF2)4-Si-(OCH3)3, CF3(CF2)5-Si-(OCH3)3 und CF3(CF2)6-Si-(OCH3)3 (FS 116, Handel
sbezi chnuqn der Firma Daikin Kogyo, Japan) in einer Mischung von Methanol und einem
fluorierten Kohlenstoff lösungsmittel wurde mit einem Spinner bei 3000 Upm auf ein
Elektrodensubstrat aufgetragen, gefolgt von einer Hitzebehandlung während 30 Minuten
bei 250°C. Anschließend wurde der hitzebehandelte Überzug mit einem flaumigen Acetat-Baumwolltuch
mit einer Noppenlänge von 2 mm einer Reibungsbehandlung in einer Richtung unterzogen.
Anschließend wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 eine Zelle hergestellt. Das
Ergebnis war ähnlich demjenigen von Beispiel 20.
-
Beispiel 22 Das Verfahren von Beispiel 20 wurde wiederholt, mit der
Ausnahme, daß ein Elektrodensubstrat mit einem Schalt-Element aus a-Si anstelle
des transparenten Elektrodensubstrats verwendet wurde, und es wurde eine Zelle hergestellt.
-
Es wurden die folgenden Ergebnisse gefunden: 1. Die Orientierung ist
stabil und einheitlich.
-
2. Es kann ein Niedertemperatur-Behandlungsverfahren angewendet werden,
ohne daß die Substrate und Halbleiter thermisch nachteilig beeinflußt werden. .
-
3. Der Halbleiter wird nicht durch Verunreinigungen verschmutzt.
-
4. Die Metallelektrode und der Halbleiter werden durch die Reaktionen
der Elektroden beim elektro-optischen Betrieb des Flüssigkristalls nicht nachteilig
beeinflußt.