DE3871639T2

DE3871639T2 - Bildwiedergabezelle.

Info

Publication number: DE3871639T2
Application number: DE8888201578T
Authority: DE
Inventors: Johannes Jacobus Ponjee; Antonius Bernard Voermans
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2008-07-21
Also published as: JP2598471B2; DE3871639D1; JPS6448028A; EP0301660B1; US4902104A; EP0301660A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildwiedergabezelle mit zwei parallelen in einem geringen Abstand voneinander liegenden transparenten Substratplatten, die am Umfang mittels einer Dichtung miteinander verbunden sind, wobei die Platten an der einander zugewandten Oberfläche mit einer Elektrode und einer auf der Elektrode angebrachten Orientierungsschicht versehen sind, wobei diese Schicht einer Flüssigkristallinverbindung in dem durch die Platten und die Dichtung begrenzten Raum eine homeotrope oder eine abgewinkelte ("getiltete") Orientierung erteilt.
Für mehrere Arten flüssigkristallier Bildwiedergabezellen ist eine homeotrope Orientierung der flüssigkristallinen (FK) Verbindung gegenüber der Substratplatte mit der Elektrode notwendig. Bei einer homeotropen Orientierung haben die Molekülen der FK-Verbindung eine bevorzugte Lage senkrecht zu der Oberfläche der Substratplatte. Eine homeotrope Orientierung ist u.a. notwendig für FK- Wiedergabeanordnung mit dynamischer Streuung, mit ECB (electrically controlled birefringence = elektrisch gesteuerter Doppelbrechung) und mit cholesterischnematischen Phasenübergängen. In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0173.369 (PHN 11. 102) der Anmelderin wird beschrieben, daß eine Orientierungsschicht bestimmter Silanverbindungen eine homeotrope Orientierung herbeiführt.
Eine andere wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildwiedergabewlle zu schaffen, deren Orientierungsschicht eine Mehrschichtstruktur hat, die eine getiltete Orientierung der FK-Verbindungen herbeiführt.
Zum guten Verständnis sei darauf hingewiesen, daß eine Orientierungsschicht selbst nicht orientiert zu sein braucht. Eine derartige Schicht erteilt Molekülen einer flüssigkristallinen Verbindung eine Orientierung (m.a.w. induziert eine solche Orientierung).
Bei einer getilteten Orientierung werden die Molekülen der FK- Verbindung in einem Raumwinkel ("Tilt-Winkel") auf die Oberfläche der Orientierungsschicht orientiert. Dabei wird der Tiltwinkel gegenüber der Ebene der Orientierungsschicht berechnet. Ein Tiltwinkel von 15-30º ist von besonderer Bedeutung für sog. STN-Wiedergabeanordnungen (Super Twisted Nematic Display = hochverdrillte nematische Wiedergabeanordnung), in denen das flüssigkristalline Zellenmedium eine verdrillte Konfiguration von 180-360º hat. Unter Verdrillung wird in diesem Zusammenhang eine Drehung der mittleren Richtung (Direktor) der Längsachse der Molekülen der FK-Verbindung über die Zellendicke. Eine wichtige Wiedergabeanordnung mit einer Verdrillung von 270º ist als "Supertwist Birefringence Effect"-Zelle (SBE) (hochverdrillte Doppelbrechungseffekt-Zelle) bekannt. Aus J.Appl.Phys. 56 (2), 15 Juli 1974, Seiten 251-261 ist es beispielsweise bekannt, zum Erhalten einer getilteten Orientierung eine Orientierungsschicht aus SiO zu verwenden, die in einem Winkel von 80-86º gegenüber der Normalen auf der Substratoberfläche aufgedampft worden ist. Mit anderen Worten: eine schräge Aufdampfung. Dieser Prozeß ist aufwendig und weist den weiteren Nachteil auf, daß die Prozeßparameter schwer beherrschbar sind. Der Tiltwinkel ist abhängig von den Aufdampfbedingungen. Eine genaue und einheitliche Einstellung des Tiltwinkels ist nicht möglich.
Die Bildwiedergabezelle nach der Erfindung weist diesen Nachteil nicht auf. Insbesondere schafft die Erfindung die Möglichkeit, jeden erwünschten Tiltwinkel genau und einheitlich einzustellen.
Die obengenannten Aufgaben werden nach der Erfindung mit einer Bildwiedergabezelle der eingangs erwähnten Art erzielt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Orientierungsschicht eine Alkylmercaptan-Monoschicht aufweist.
Die Monoschicht erteilt den FK-Molekülen eine homeotrope Orientierung. Die Qualität der Orientierung (die Richtkraft) wird bei Zunahme der länge der Alkylgruppe gesteigert. Es wird vorzugsweise ein Alkylmercaptan verwendet, dessen Alkylgruppe mindestens 12 Kohlenstoffatome aufweist, insbesondere 12 bis 20 Kohlenstoffatome. Eine geeignete Orientierungsschicht weist eine Octadecylmercaptan-Monoschicht auf.
Die Orientierungsschicht wird über die Mercaptangruppe an der Oberfläche der Elektrode gebunden. Die langkettige Alkylgruppe der Mercaptanverbindung steht senkrecht zu der Oberfläche der Elektrode.
In einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle wird eine Orientierungsschicht verwendet, die eine Metallschicht und eine darauf angebrachte Alkylmercaptan-Monoschicht aufweist.
Die Mercaptanverbindung haftet einwandfrei an einer Metalloberfläche. Eine vorzugsweise verwendete Metallschicht ist eine Ag- oder Au- Schicht. Die Metallschicht wird mittels eines stromlosen Verfahrens, wie eines Aufdampfverfahrens oder eines Kathodenzerstäubungsverfahrens in einer sehr dünnen Schicht mit einer Dicke im Nanometerbereich aufgetragen.
In einer sehr speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildwiedergabezelle wird eine Orientierungsschicht verwendet, die eine Mehrschichtstruktur aufweist und ausgehend von der Elektrode, aus einer SiOx-Schicht, wobei x = 1 bis 2, einer diskontinuierlichen Metallschicht und einer auf der Metallschicht angebrachten Alkylmercaptan-Monoschicht aufgebaut ist.
Mit dieser besonderen Ausführungsform läßt sich eine getiltete Orientierung mit einem einstellbaren Tiltwinkel erzielen. Die verwendete Elektrode ist üblicherweise transparent und beispielsweise aus Zinnoxid oder aus ITO (Indium- Zinnoxid) hergestellt. Auf der Elektrode wird eine SiOx-Schicht, wie eine SiO-Schicht, aufgedampft. Die Schichtdicke ist gering und beträgt beispielsweise 10-30 nm. Die erhaltene SiOx-Schicht an sich bewirkt eine Orientierung der FK-Verbindungen, die sich parallel zu der Oberfläche erstreckt. Auf der SiOx-Oberfläche wird eine diskontinuierliche Metallschicht angebracht. Eine geeignete Metallschicht ist insbesondere eine Ag- oder Au-Schicht. Die Metallschicht wird unter Anwendung eines stromlosen Verfahrens, insbesondere eines Aufdampf- oder Kathodenzerstäubungsverfahrens niedergeschlagen. Das Aufdampfen bzw. die Kathodenzerstäubung erfolgt derart, daß nicht die ganze Oberfläche der SiOx-Schicht mit der Metallschicht bedeckt wird. Eine derartige diskontinuierliche - unterbrochene - Metallschicht kann beispielsweise durch Verwendung einer mit Öffnungen versehenen, Teile der Oberfläche der SiOx-Schicht bedeckenden Maske angebracht werden. Durch eine geeignete Wahl der Maske kann die Metallschicht in jedem beliebigen Muster angebracht werden.
Die diskontinuierliche Metallschicht ist vorzugsweise eine aufgedampfte Metallschicht in dem Inselzustand rundherum verteilt und mit einer Dicke von maximal etwa 10 nm.
Eine derartige diskontinuierliche Metallschicht läßt sich auf einfache Weise dadurch erzielen, daß das Aufdampfverfahren beendet wird, bevor die zu metallisierende Oberfläche mit einer kontinuierlichen Schicht bedeekt ist. In diesem Anfangszustand des Aufdampfverfahrens weist die Metallschicht eine Inselstruktur nicht miteinander verbundener, einzelner Gebiete auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Metallschicht eine Ag- oder Au-Schicht.
Die diskontinuierliche Metallschicht wird mit der bereits genannten Alkylmercaptän-Monoschicht versehen. Dazu wird das die diskontinuierliche Metallschicht aufweisende Substrat mit einer Lösung des Mercaptans in einem geeigneten Lösungsmittel, wie einem aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoff, beispielsweise Hexan. Die Behandlung läßt sich dadurch durchführen, daß das Substrat in die Mercaptanlösung getaucht und das Übermaß durch Spülen entfernt wird. Die Lösung kann auch über das Substrat (mit Metallschicht) vernebelt, versprüht oder vergossen werden.
Der erhaltene Tiltwinkel der flüssigkristallinen Verbindung ist abhängig von dem Verhältnis der Oberfläche der diskontinuierlichen Metallschicht zu der Oberfläche der nicht mit Metall abgedeckten SiOx-Schicht, und wird auch durch dieses Verhältnis bestimmt. Ist dieses Verhältnis hoch, so wird ein großer Tiltwinkel erhalten. Die Größe des Tiltwinkels nimmt zu, je nachdem die Bedeckung der SiOx- Schicht mit Metallgebieten zunimmt. Wenn die SiOx-Schicht kaum mit Metall versehen ist, ist der Tiltwinkel klein und liegt nahe bei dem Wert 0º, so daß die Orientierung nahezu planar ist. Sobald die SiOx-Schicht nahezu völlig mit Metall bedeckt ist, wird ein maximaler Tiltwinkel von etwa 90º erhalten und die Orientierung ist folglich nahezu homeotrop. Auch die Länge der Alkylkette des Alkylmercaptans und der Typ der flüssigkristallinen Verbindung beeinflussen den Tiltwinkel.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die einzige Figur einen Schnitt durch eine Wiedergabezelle nach der Erfindung darstellt.
In der Figur sind mit den Bezugszeichen 1 und 2 zwei parallele, in einigem Abstand voneinander liegende Substratplatten aus Glas bezeichnet. Die Platten sind am Umfang durch eine Abdichtung 3, die beispielsweise aus einem Elastomer hergestellt ist, miteinander verbunden. Die Platten 1 und 2 sind je an der einander zugewandten Oberfläche mit einer transparenten Elektrode 4 bzw. 5 versehen, die aus beispielsweise Indium-Zinnoxid hergestellt ist. Die Elektroden sind mit einer Schicht 6 bzw. 7 aus SiO versehen, die in einem Winkel von 40º mit der Normalen auf der Substratoberfläche aufgedampft worden ist. Die Schichtdicke beträgt 20 nm. Eine SiO- Schicht, die in einem Winkel von 30-70º mit der Normalen aufgedampft worden ist, bewirkt eine planare Orientierung der flüssigkristallinen Verbindungen. Auf der SiO- Schicht 6 bzw. 7 wird ein Goldfilm mit einer Dicke von 0,5 nm aufgedampft. Der Goldfilm mit dieser Dicke befindet sich in dem sog. Inselzustand, wobei auf der darunter liegenden SiO-Oberfläche einzelne Gebiete 8 bzw. 9 aus Gold niedergeschlagen sind. Die Gebiete 8 bzw. 9 sind mit einer nicht dargestellten Octadecylmercaptan Monoschicht versehen. Dazu sind die Substratplatten 1 und 2 während 3 Minuten in eine O,7%ige Lösung von Octadecylmercaptan in Hexan getaucht und danach in reinem Hexan gespült worden.
In dem durch Substratplatten 1, 2 und die Abdichtung 3 eingeschlossenen Zellenraum ist eine Flüssigkristanen Verbindung vorgesehen. Der Tiltwinkel der flüssigkristallinen Verbindung wurde magnetisch gemessen und beträgt 55º.

Claims

1. Bildwiedergabezelle mit zwei parallelen in einem geringen Abstand voneinander liegenden transparenten Substratplatten, die am Umfang mittels einer Dichtung miteinander verbunden sind, wobei die Platten an der einander zugewandten Oberfläche mit einer Elektrode und einer auf der Elektrode angebrachten Orientierungsschicht versehen sind, wobei diese Schicht einer Flüssigkristallinverbindung in dem durch die Platten und die Dichtung begrenzten Raum eine homeotrope oder eine abgewinkelte ("getiltete") Orientierung erteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht eine Alkylmercaptan-Monoschicht aufweist.

2. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht eine Metallschicht und eine darauf angebrachte Alkylmercaptan-Monoschicht aufweist.

3. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht eine Mehrschichtstruktur aufweist und ausgehend von der Elektrode, aus einer SiOx-Schicht, wobei x = 1 oder 2, einer diskontinuierlichen Metallschicht und einer auf der Metallschicht angebrachten Alkylmercaptan-Monoschicht aufgebaut ist.

4. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierliche MetalIschicht eine aufgedampfte Metallschicht in dem Inselzustand ist mit einer Dicke bis 10 nm.

5. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht eine Ag- oder Au-Schicht ist.

6. Bildwiedergabezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Octadecylmercaptan-Monoschicht verwendet wird.