DE4236734A1 - Flüssigkristallzelle und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallan­ zeigezelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so­ wie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Flüssig­ kristallzelle.

Flüssigkristallzellen der vorstehenden Art mit homöotroper Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle die nach dem soge­ nannten DAP-Effekt (Deformation aufgerichteter Phasen) bzw. dem ECB-Effekt (Electrically Controlled Birefrin­ gence) arbeiten, sind z. B. aus Appl.Phys. Letters, Volume 19, No. 10, Nov. 1971, Seite 391 bekannt. Bei Anlegen ei­ nes elektrischen Feldes senkrecht zu den Substratoberflä­ chen innerhalb einer solchen Zelle mit homöotroper Orientierung kippen die anfänglich ebenfalls senkrecht zu den Substratoberflächen orientierten, stäb­ chenförmigen FK-Moleküle mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen, wodurch sich Domänen unterschiedlicher Ausrichtung der Moleküle bilden. Die zwischen diesen Domä­ nen auftretenden Disklinatronen, die sich z. B. als Schlie­ ren bemerkbar machen, vermindern den Kontrast bei Einsatz einer Zelle als Anzeigevorrichtung erheblich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine FK-Zelle der eingangs genannten Art, so zu verbes­ sern, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes die Aus­ bildung unterschiedlich ausgerichteter Domänen weitgehend verhindert wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen FK-Zelle anzugeben.

Bei einer beschriebenen Zelle wird mit einfachen Mitteln eine zur Senkrechten leicht gekippte, einheitliche, nahezu homöotrope Ausrichtung der FK-Moleküle auf der Substra­ toberfläche erreicht, so daß bei Anlegen eines elektri­ schen Feldes ein weiteres Kippen aller Moleküle in der vorgegebenen Richtung bewirkt wird und damit eine kon­ trastvermindernde Schlierenbildung verhindert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße FK-Zelle und die Fig. 2 schematisch den Herstellungsvorgang zum Aufbringen der beschriebenen Orientierungsschicht.

Eine Schicht 5 aus einem nematischen Flüssigkristallmate­ rial mit negativer dielektrischer Anisotropie befindet sich zwischen zwei zueinander parallelen Substraten 1 und 2, die bevorzugt aus Glas bestehen. Zur elektrischen An­ steuerung der FK-Schicht 5 tragen die Innenflächen der Substrate 1 und 2 Elektrodenschichten 3 und 4, die bevor­ zugt aus ITO-Schichten (Indium-tin-oxid) bestehen und weitgehend transparent sind. Auf den an das FK-Material 5 angrenzenden Oberflächen der Substrate 1 und 2 bzw. der Elektrodenschichten 3 und 4 befinden sich die Orientie­ rungsschichten 6 und 7, mit denen den angrenzenden Molekü­ len der FK-Schicht 5 eine um wenige Winkelgrade gegen die Senkrechte zur Substratoberfläche gekippte Ausrichtung aufgezwungen wird.

Diese Orientierungsschichten bestehen jeweils aus einer monomolekularen Schicht einer Substanz, die mindestens eine einfach oder mehrfach ungesättigte Fettsäure auf­ weist, die in einer Vorzugsrichtung aufgebracht worden ist. Bevorzugt geeignet hat sich das Lecithin DML (Dimyri­ stoyl-α-Lecithin). Durch die gewinkelte Struktur dieses Lecithins stehen dessen Moleküle nicht senkrecht auf der Substratoberfläche, sondern sind gegenüber der senkrechten um einen kleinen Winkel gekippt. Wegen des Aufbringens der Lecithinmoleküle mit einer Vorzugsrichtung sind nahezu alle diese Moleküle mit ihrem Verkippungswinkel in eine Richtung orientiert. Hierdurch wird erreicht, daß alle an die Orientierungsschichten 6 und 7 angrenzenden FK-Mole­ küle die Orientierung der DML-Moleküle annehmen und damit mit ihrer Längsachse ebenfalls zur Senkrechten der Sub­ stratoberflächen leicht geneigt sind. Die beiden Substrate 1 und 2, werden wie die Fig. 1 zeigt, so zueinander aus­ gerichtet, daß die Vorzugsrichtungen der Orientierungs­ schichten 6 und 7 antiparallel zueinander, d. h. um 180° gegeneinander verdreht ausgerichtet sind. Somit orientie­ ren die an die DML-Schicht angrenzenden FK-Moleküle von beiden Substratoberflächen her den gesamten Flüssigkri­ stall. Es ist anzumerken, daß die Schichtdicke der FK- Schicht 5 typischerweise etwa das 300- bis 500-fache der Dicke der monomolehnlaren Orientierungsschichten 6 und 7 beträgt, diese dünnen Orientierungsschichten aber dennoch die Ausrichtung des gesamten Flüssigkristalls vorgeben.

Das Aufbringen der beschriebenen Orientierungsschichten 6 und 7 erfolgt bevorzugt mit dem in Fig. 2 dargestellten Langmuir-Blodgett-Verfahren, d. h. nach einem Tauch­ verfahren und wird im Folgenden beschrieben.

In einem Gefäß, dem sogenannten Trog 21 befindet sich eine Flüssigkeitsfüllung 22, welche insbesondere aus hochreinem Wasser besteht. Die Oberfläche dieser Flüssigkeit 22 ist mit einer monomolekularen Schicht des Orien­ tierungsmaterials 23 bedeckt. Das Orientierungsmaterial 23 enthält eine einfach ungesättigte Fettsäure, insbesondere ist das Lecithin DML geeignet.

Das Aufbringen dieser monomolekularen Schicht erfolgt durch Spreiten. Dabei wird ein Tropfen des stark verdünn­ ten, in einem Lösungsmittel wie Chloroform gelösten Le­ cithins mit Hilfe einer Pipette sehr vorsichtig auf die Flüssigkeitsoberfläche im Trog 21 gebracht. Dabei ver­ dampft das Lösungsmittel und die amphiphilen Lecithinmole­ küle verteilen sich als monomolekulare Schicht auf dem Wasser. Ihre polaren Kopfgruppen sind hierbei dem Wasser zugewandt, ihre hydrophoben Kohlenwasserstoffketten stehen nach oben. Der gewünschte zweidimensionale Druck , gemes­ sen als Oberflächenspannung, läßt sich mit Hilfe einer verschiebbaren Barriere einstellen. Für weitere Details wird auf die umfangreiche Fachliteratur zum Langmuir- Blodgett-Verfahren verwiesen.

Mit 24 ist ein Substrat bezeichnet, das einem der Sub­ strate 1 und 2 oder nach Fig. 1 entspricht und mit einer Orientierungsschicht 6 bzw. 7 gemäß Fig. 1 versehen wer­ den soll.

Zu diesem Zweck wird das Substrat, wie in Fig. 2 gezeigt, in die Flüssigkeit 22 eingetaucht und wieder herausgezo­ gen. Dabei überzieht sich die Oberfläche des Substrats 24 mit einer monomolekularen Schicht des Materials 23 von der Oberfläche der Flüssigkeitsfüllung 22. Durch die Tatsache, daß mit dem Eintauchen bzw. Herausziehen, z. B. in Richtung des Pfeils 25 eine Vorzugsrichtung entsteht, erhält auch die so aufgebrachte Orientierungsschicht eine Vorzugsrich­ tung, die der Eintauch- bzw. Herausziehrichtung entspricht und die dann später in der fertigen FK-Zelle bewirkt, daß den FK-Molekülen an ihrer angrenzenden Oberfläche eine einheitliche, leicht gekippte homöotrope Ausrichtung auf­ gezwungen wird. Dabei spielt es nur eine untergeordnete Rolle, welchen Winkel das Substrat mit der Wasseroberflä­ che bildet. Ein im wesentlichen senkrechtes Eintauchen und Herausziehen hat sich indes gut bewährt.

Claims (9)

1. Flüssigkristallzelle mit einer, zwischen zwei Orien­ tierungsschichten aufweisenden Substraten eingeschlossenen nematischen Flüssigkristallschicht mit negativer dielek­ trischer Anisotropie, wobei die Orientierungsschichten eine gleichartige zur Substratoberfläche im wesentlichen senkrechte homöotrope Ausrichtung der Flüssigkristallmole­ küle bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Orientierungsschicht aus einer eine Vorzugsrichtung auf­ weisenden Schicht einer amphiphilen Substanz besteht, de­ ren Molekühlstruktur mindestens eine ungesättigte Fett­ säure enthält.

2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Orientierungsschicht aus Lecithin, ins­ besondere Dimyristoyl-α-Lecithin, besteht.

3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht nur eine Mo­ leküllage aufweist.

4. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Substrate mit der gleichen Orientierungsschicht belegt und derart zueinander ausge­ richtet sind, daß ihre Vorzugsrichtungen gegeneinander verdreht, insbesondere um 180 Winkelgrade (antiparallel) gegeneinander verdreht sind.

5. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht auf das mit den Elektroden­ schichten und ggf. weiteren Schichten versehene Substrat nach dem Langmuir-Blodgett-Verfahren aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Flüssigkeitsoberfläche eine monomolekulare Schicht der amphiphilen Substanz aufgebracht wird und dann das mit der Orientierungsschicht zu versehende Sub­ strat in die Flüssigkeit eingetaucht und herausgezogen wird, wobei die Ziehrichtung die Vorzugsrichtung bestimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Orientierungsschicht durch einmali­ ges Tauchen aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch wiederholter Ein-und Austauchen mehrere jeweils monomolekulare Schichten auf dem Substrat aufgebracht werden.

9. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß daß die an die Oberfläche der Orientierungsschicht angrenzenden Flüssigkristallmoleküle eine um einen Winkel von von 0,1° bis 10°, insbesondere 0,1° bis 3° von der Senkrechten abweichende, gleichgerich­ tete Ausrichtung (gekippt homöotrop) aufweisen.