DE4420585A1 - Electro-optical system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches System, enthaltend eine Flüssigkristallschicht zwischen zwei Substraten, welche mit Elektroden- und darüber angeordneten Orientierungsschichten versehen sind.The invention relates to an electro-optical system containing one Liquid crystal layer between two substrates, which with electrode and orientation layers arranged above are provided.
Elektrooptische Flüssigkristallsysteme erfordern üblicherweise eine Rand orientierung der Moleküle. Hierzu wird auf die mit Elektrodenschichten und ggf. weiteren Schichten wie z. B. Farbfilterschichten, Isolierschichten, Aus gleichsschichten usw. versehenen Substrate eine Orientierungsschicht aufgebracht, die direkt mit der Flüssigkristallschicht in Kontakt steht und den Flüssigkristallmolekülen ihre molekulare Orientierung als Vorzugs richtung aufzwingt.Electro-optical liquid crystal systems usually require an edge orientation of the molecules. For this, the electrode layers and if necessary, further layers such. B. color filter layers, insulating layers, off substrates provide an orientation layer applied, which is in direct contact with the liquid crystal layer and the liquid crystal molecules prefer their molecular orientation direction imposes.
Man kann unterscheiden zwischen planarer (auch als homogen bezeich neter) und homeotroper Orientierung, wobei die Vorzugsrichtung um einen Anstell- oder Tiltwinkel gegen die Substratebene bzw. gegen die Normale der Substratebene verkippt (getiltet) sein kann; im ersteren Fall spricht man von getiltet-planarer Orientierung, während man den letzteren Fall als getiltet-homeotrop bezeichnet. Je nach Größe des Verkippungswinkels unterscheidet man weiter zwischen low-tilt- und high-tilt-Orientierung.One can differentiate between planar (also called homogeneous neter) and homeotropic orientation, the preferred direction by one Angle of attack or tilt against the substrate level or against the normal the substrate level can be tilted; speaks in the former case one of tilted-planar orientation, while the latter case as called tilted-homeotropic. Depending on the size of the tilt angle one further distinguishes between low-tilt and high-tilt orientation.
Zur Erzeugung der Orientierungsschichten sind sowohl anorganische als auch organische Materialien vorgeschlagen worden.To generate the orientation layers, both inorganic and organic materials have also been proposed.
So ist es z. B. möglich, getiltet-planare Orientierungsschichten durch Bedampfen des Substrates mit SiO in einer Vakuumkammer zu erzeugen. Dabei wird eine planare Orientierung erhalten, wenn die Verdampfungs quelle einen Winkel von etwa 30° mit der Substratebene bildet; wenn die SiO-Verdampfungsquelle hingegen unter einem streifenden Winkel bezüg lich der Substratebene angeordnet ist, kommt es dagegen zur Ausbildung einer high-tilt-Orientierungsschicht. So it is z. B. possible, tilted-planar orientation layers Evaporation of the substrate with SiO in a vacuum chamber. A planar orientation is obtained when the evaporation source forms an angle of approximately 30 ° with the substrate plane; if the SiO evaporation source, however, at a grazing angle Lich arranged the substrate level, however, there is training a high-tilt orientation layer.
Die bei der industriellen Fertigung von elektrooptischen Flüssigkristall displays z.Z. gebräuchlichste Methode besteht darin, daß auf das Substrat eine dünne Polymerschicht aufgebracht wird, die anschließend unter Druckanwendung z. B. mit einem auf einer Walze aufgespannten Tuch oder ähnlichen Materialien gerieben wird, wodurch die Vorzugsrichtung festgelegt und ein Tilt-Winkel induziert wird. Es können verschiedene Polymermaterialien wie z. B. Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyimide ver wendet werden, wobei letztere wegen ihrer guten chemischen und thermischen Stabilität sehr gebräuchlich sind.The in the industrial manufacture of electro-optic liquid crystal displays currently The most common method is that on the substrate a thin polymer layer is applied, which is then under Pressure application z. B. with a cloth stretched on a roller or similar materials is rubbed, making the preferred direction fixed and a tilt angle is induced. It can be different Polymer materials such as B. polyvinyl alcohol (PVA) or polyimides ver be used, the latter because of their good chemical and thermal stability are very common.
Bei einem typischen Verfahren wird ein Polyimidfilm auf das mit Elek trodenschichten und ggf. weiteren Schichten versehene Substrat z. B. durch Spin-Goating in einer dünnen Schicht von z. B. 30-100 nm auf gebracht und bei 150-250°C gehärtet. Dann wird die Schicht ggf. wiederholt in dieselbe Richtung mit einem Baumwolltuch o. ä. bei einem Andruck von z. B. 5-25 kg/cm² gerieben.In a typical process, a polyimide film is coated on the Elek Trode layers and possibly further layers provided substrate z. B. by spin-going in a thin layer of e.g. B. 30-100 nm brought and hardened at 150-250 ° C. Then the layer is Repeatedly in the same direction with a cotton cloth or similar on one Proof of z. B. 5-25 kg / cm² grated.
Mit Polyimid-Orientierungsfilmen werden getiltet-planare Orientierungs filme erhalten, wobei der Tiltwinkel typischerweise 1-8° oder mehr beträgt.With polyimide orientation films tilted planar orientation received films, the tilt angle is typically 1-8 ° or more.
Homeotrope Oberflächenorientierungen können z. B. durch Beschichten mit Polyimiden, Lecithin oder quarternären Ammoniumverbindungen erhalten werden; weiterhin sind auch Chrom-Komplexe oder Silan verbindungen vorgeschlagen worden. Eine getiltet-homeotrope Orien tierung kann z. B. erhalten werden durch Reiben einer homeotropen Orientierungsschicht oder durch Aufbringen oberflächenaktiver Sub stanzen auf eine planar-getiltete Orientierungsschicht.Homeotropic surface orientations can e.g. B. by coating with polyimides, lecithin or quaternary ammonium compounds be preserved; chromium complexes or silane are also present connections have been proposed. A tilted-homeotropic orien can z. B. can be obtained by rubbing a homeotropic Orientation layer or by applying surface-active sub punch on a planar tilted orientation layer.
Schadt et al. schlagen in Jpn. J. Appl. Phys, 31(1992) 2155 vor, orien tierte Photopolymerbeschichtungen als Orientierungsschichten zu ver wenden, wobei diese i.a. eine planare oder low-tilt-Orientierung indu zieren. Zur Herstellung der orientierten Photopolymerbeschichtungen werden Photopolymere wie z. B. Poly(vinyl-4-methoxycinnamat) auf ein mit einer Elektrode versehenes Substrat aufgebracht und anschließend mit linear polarisiertem Licht bestrahlt. Schadt et al. beat in Jpn. J. Appl. Phys, 31 (1992) 2155, orien tated photopolymer coatings as orientation layers turn, these generally a planar or low-tilt orientation indu adorn. For the production of oriented photopolymer coatings are photopolymers such. B. Poly (vinyl 4-methoxycinnamate) on a with an electrode provided substrate and then with linearly polarized light.
Als Anwendung orientierter Photopolymerbeschichtungen wird von Schadt et al. u. a. ein Hybridflüssigkristalldisplay vorgeschlagen, welches Pixel mit unterschiedlichen Twist-Werten des Flüssigkristalls aufweist. Diese Hybriddisplays werden durch Anwendung einer Maskentechnik unter Änderung der Polarisationsrichtung des zur Härtung des photopolymeri sierbaren Materials verwendeten linear-polarisierten Lichts erhalten.As an application of oriented photopolymer coatings from Schadt et al. u. a. proposed a hybrid liquid crystal display, which pixel with has different twist values of the liquid crystal. These Hybrid displays are made using a mask technique Change in the direction of polarization to harden the photopolymeri obtainable material used linearly polarized light obtained.
Die bisher in der Literatur beschriebenen Orientierungsschichten erfüllen die sehr unterschiedlichen Anforderungen, die bei deren Verwendung in elektrooptischen Flüssigkristalldisplays gestellt werden, nicht immer in befriedigendem Umfang.The orientation layers described so far in the literature fulfill the very different requirements when using them in electro-optic liquid crystal displays are not always put in satisfactory scope.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, neue Orien tierungsschichten anzugeben und damit die Palette der dem Fachmann verfügbaren Orientierungsschichten zu vergrößern. Weiterhin lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue elektrooptische Flüssigkristallsysteme anzugeben, welche derartige Orientierungs schichten enthalten. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung entnimmt der Fachmann der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.The present invention was therefore based on the object of new orias Specification layers and thus the range of the specialist to enlarge available orientation layers. Furthermore, the present invention the task of new electro-optical Liquid crystal systems indicate which such orientation layers included. Other objects of the present invention the person skilled in the art takes from the following detailed description.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgaben durch die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Orientierungsschichten sowie der erfindungs gemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsysteme, welche derartige Orientierungsschichten enthalten, gelöst werden.It has been found that these tasks are accomplished by providing the Orientation layers according to the invention and the invention according electro-optic liquid crystal systems, which such Contain orientation layers, be solved.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung multidirek tionaler, d. h. zwei oder mehr Vorzugsrichtungen aufweisender Orien tierungsschichten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein photo härtbarer Precursor der Orientierungsschicht auf ein Substrat aufgebracht und nachfolgend mit linear polarisiertem Licht unter 2 oder mehr verschie denen Azimutwinkeln Φ beaufschlagt wird. Dabei kann die Belichtung alternierend bei den entsprechenden Azimutwinkeln oder auch zeitgleich bei Einstrahlung von Licht mit zwei oder mehr Vorzugsrichtungen der linearen Polarisation erfolgen. Gegenstand der Erfindung sind weiter multidirektionale Orientierungsschichten sowie elektrooptische Flüssig kristallsysteme, enthaltend eine Flüssigkristallschicht zwischen 2 Sub straten, welche mit Elektroden- und darüber angeordneten Orientierungs schichten versehen sind, wobei zumindest eine der Orientierungs schichten multidirektional orientiert ist.The invention relates to a method for producing multidirec national, d. H. two or more preferred directions of orias coating layers, which is characterized in that a photo curable precursor of the orientation layer applied to a substrate and then shift below 2 or more with linearly polarized light to which azimuth angles Φ are applied. The exposure alternating at the corresponding azimuth angles or at the same time when irradiating light with two or more preferred directions linear polarization. The invention further relates multidirectional orientation layers as well as electro-optic liquid crystal systems containing a liquid crystal layer between 2 sub straten, which with electrodes and arranged above orientation layers are provided, at least one of the orientation layers is multi-directional.
Zur Erzeugung der multidirektionalen Orientierungsschicht wird der Precursor der photohärtbaren Orientierungsschicht auf ein Substrat aufgebracht.To create the multidirectional orientation layer, the Precursor of the photocurable orientation layer on a substrate upset.
Das Substrat hat vorzugsweise eine ebene Oberfläche und kann aus verschiedenen Materialien wie z. B. Metall, Glas, Quarzglas oder Kunst stoff bestehen, wobei transparente Substrate bevorzugt sind. Besonders bevorzugt sind mit Elektroden beschichtete Substrate, wobei die Elektrodenbeschichtungen z. B. aus strukturiertem oder unstrukturiertem Zinnoxid oder Indium-Zinnoxid (ITO) bestehen können und insbesondere auch aktive Schaltelemente wie z. B. TFT′s (thin film transistor) oder MIM′s (metal-insulator-metal) aufweisen können. Die mit Elektroden beschich teten und nachfolgend mit multidirektionalen Orientierungsschichten ver sehenen Substrate können zur Herstellung elektrooptischer Flüssigkristall elemente verwendet werden, welche statisch, passiv, aktiv oder auch nach dem sogenannten In-plane switching-Verfahren (DE 40 00 451) ange steuert werden können.The substrate preferably has a flat surface and can be made of various materials such as B. metal, glass, quartz glass or art consist of material, with transparent substrates being preferred. Especially substrates coated with electrodes are preferred, the Electrode coatings e.g. B. from structured or unstructured Tin oxide or indium tin oxide (ITO) can exist and in particular also active switching elements such. B. TFT's (thin film transistor) or MIM's (metal-insulator-metal) can have. The coated with electrodes and then use multidirectional orientation layers substrates can be used to manufacture electro-optic liquid crystal elements are used, which are static, passive, active or after the so-called in-plane switching method (DE 40 00 451) can be controlled.
Die Substrate können neben der multidirektionalen Orientierungsschicht und der Elektrodenschicht auch noch weitere Beschichtungen wie z. B. Farbfilterbeschichtungen, als Diffusionsbarrieren wirkende Separator schichten etc. aufweisen, wobei die Reihenfolge dieser Beschichtungen weitgehend frei gewählt werden kann. Lediglich die multidirektionale Orientierungsschicht bildet in aller Regel die äußerste Schicht, die dann in dem elektrooptischen Flüssigkristalldisplay direkt mit dem zu orientieren den Flüssigkristall in Kontakt steht. The substrates can be used in addition to the multidirectional orientation layer and the electrode layer also other coatings such. B. Color filter coatings, separator acting as diffusion barriers layers etc., the order of these coatings can be chosen largely freely. Only the multidirectional Orientation layer usually forms the outermost layer, which then in to orient the electro-optic liquid crystal display directly with the the liquid crystal is in contact.
Der Precursor der photohärtbaren Orientierungsschicht enthält eine oder mehrere Photopolymere oder -oligomere, welche im wesentlichen linear sind und deren Polymerisationsgrad vorzugsweise mindestens 5, ins besondere mindestens 10 und ganz besonders mindestens 20 beträgt. Der Begriff Photopolymere oder -oligomere bezeichnet photoreaktive Verbindungen, wobei diese die photoreaktive Gruppe entweder selbst enthalten oder aber mit photoreaktiven Zusätzen wie z. B. photoreaktiven Vernetzern reagieren.The precursor of the photocurable orientation layer contains one or several photopolymers or oligomers, which are essentially linear are and their degree of polymerization is preferably at least 5, ins particularly at least 10 and very particularly at least 20. The term photopolymers or oligomers denotes photoreactive Compounds, the photoreactive group itself contain or with photoreactive additives such. B. photoreactive Networkers react.
Die Forderung, daß die photopolymerisierbaren Oligomere oder Polymere eine im wesentlichen lineare Struktur aufweisen sollen, rührt daher, daß die multidirektionalen Orientierungsschichten 2 oder mehr eindimen sionale Vorzugsrichtungen aufweisen, die den stäbchenförmigen Flüssig kristallmolekülen eine Vorzugsrichtung aufzwingen. Bei Verwendung von im wesentlichen linearen Photooligomeren oder -polymeren ist die spätere Struktur der multidirektionalen Orientierungsschicht im Precursor schon vorgebildet. Durch die Bestrahlung mit linear polarisiertem Licht wird eine gerichtete Grosslinking-Reaktion induziert, wodurch die Photooligomere oder -polymere unter einer im wesentlichen parallelen Orientierung miteinander verknüpft werden. Dadurch wird ein mikroskopisches Array von eindimensionalen, parallelen Vorzugsrichtungen erzeugt, welches zur Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle dient.The requirement that the photopolymerizable oligomers or polymers should have an essentially linear structure is due to the fact that dim the multidirectional orientation layers 2 or more have preferential directions that the rod-shaped liquid force a preferential direction on crystal molecules. When using the later linear is essentially linear photo oligomers or polymers Structure of the multidirectional orientation layer in the precursor already preformed. By irradiation with linearly polarized light, a directed large-linking reaction induced, causing the photooligomers or polymers under a substantially parallel orientation be linked together. This creates a microscopic array of one-dimensional, parallel preferred directions, which for Edge orientation of the liquid crystal molecules is used.
Die Crosslinking-Reaktion kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. So ist es z. B. möglich, daß der Precursor der Orientierungs schicht neben im wesentlichen linearen Photooligomeren und/oder -polymeren bifunktionelle, photoreaktive Zusätze wie z. B. Bisazide enthält. Als Beispiel sei die Umsetzung von Polydienen mit 4-alkyl-2,5-bis(p-azido benzal)cyclohexanon genannt, welches eine maximale Absorption bei 365 nm aufweist.The crosslinking reaction can be carried out in various ways become. So it is z. B. possible that the precursor of the orientation layer in addition to essentially linear photo oligomers and / or polymers bifunctional, photoreactive additives such as B. contains bisazides. An example is the reaction of polydienes with 4-alkyl-2,5-bis (p-azido benzal) called cyclohexanone, which has a maximum absorption 365 nm.
Die Crosslinking-Reaktion kann weiter auf der Verknüpfung photopoly merisierbarer Gruppen beruhen, welche in den im wesentlichen linearen Photooligomeren und/oder -polymeren des Precursors der Orientierungs schicht enthalten sind. Dabei können die photopolymerisierbaren Gruppen sowohl in den im wesentlichen linearen Photooligomeren oder -polymeren des Precursors der Orientierungsschicht angeordnet sein (Hauptketten verbindungen) oder sich aber auch in Seitengruppen befinden, welche seitlich an die im wesentlichen linearen Photooligomere oder -polymere angeheftet sind (Seitenkettenverbindungen). Daneben können natürlich auch photopolymerisierbare Verbindungen verwendet werden, welche photopolymerisierbare Gruppen in Haupt- und Seitenkettenverknopfung enthalten.The crosslinking reaction can continue on the photopoly linkage merizable groups based on the essentially linear Photooligomers and / or polymers of the orientation precursor layer are included. The photopolymerizable groups can both in the substantially linear photo oligomers or polymers of the precursor of the orientation layer (main chains connections) or are also in page groups, which laterally to the essentially linear photo oligomers or polymers are attached (side chain connections). Besides that, of course photopolymerizable compounds are also used, which photopolymerizable groups in the main and side chain linkage contain.
Besonders bevorzugt sind Seitenkettenverbindungen, bei denen benach barte Photopolymere und/oder -oligomere über in den Seitengruppen befindliche photopolymerisierbare Gruppen verknüpft werden.Side chain connections in which adj bearded photopolymers and / or oligomers over in the side groups located photopolymerizable groups are linked.
Das Polymerrückgrat der photopolymerisierbaren Seitenkettenverbindun gen basiert vorzugsweise auf C-C-Hauptketten, wobei insbesondere Poly- oder Oligovinyle und Poly- oder Oligoacrylate sowie deren Derivate ein gesetzt werden können. Weiterhin bevorzugt sind auch Polymere bzw. Oligomere mit Heteroatomen in der Hauptkette, beispielsweise Poly- oder Oligoether, -ester, -amide, -imide, -urethane sowie -siloxane.The polymer backbone of the photopolymerizable side chain compounds gene is preferably based on C-C main chains, with poly- or oligovinyls and poly- or oligoacrylates and their derivatives can be placed. Polymers or Oligomers with heteroatoms in the main chain, for example poly or Oligoethers, esters, amides, imides, urethanes and siloxanes.
An das Polymerrückgrat -(P)- sind photopolymerisierbare Gruppen PPG direkt oder über einen Spacer Sp angehängt. Schematisch:On the polymer backbone - (P) - are photopolymerizable groups PPG attached directly or via a spacer Sp. Schematic:
Beispiele für bevorzugte PPG′s sind in der folgenden Übersicht 1 auf geführt. Examples of preferred PPG's are in the following overview 1 guided.
In der folgenden Übersicht 2 sind bevorzugte Beispiele für Polymer rückgrate -(P)- bzw. Gruppierungen -(P)-Sp- angegeben, wobei für PPG insbesondere die oben angegebenen Strukturen einzusetzen sind. In the following overview 2 are preferred examples of polymer backbone - (P) - or groupings - (P) -Sp- specified, where for PPG in particular the structures specified above are to be used.
Vorstehender Übersicht 2 sind auch einige Beispiele für geeignete Spacer-Gruppen Sp zu entnehmen.Overview 2 above is also a few examples of suitable ones To take spacer groups Sp.
Durch die Spacer-Gruppen Sp und die photopolymerisierbaren Gruppen PPG kann der Abstand zwischen benachbarten Vorzugslinien in der gehärteten Orientierungsschicht beeinflußt werden. Bei der oben ange gebenen Verknüpfung benachbarter Oligomer- bzw. Polymerverbindungen durch den Zusatz bifunktioneller Agentien (Vernetzer) kann der Abstand benachbarter Vorzugslinien durch die Struktur des Vernetzermoleküls beeinflußt werden.Through the spacer groups Sp and the photopolymerizable groups PPG can be the distance between neighboring preferred lines in the hardened orientation layer can be influenced. At the above given linkage of adjacent oligomer or polymer compounds by adding bifunctional agents (crosslinkers) the distance can be increased neighboring preferred lines through the structure of the crosslinker molecule to be influenced.
Die angegebenen Strukturen sind nur beispielhaft zu verstehen und sollen die Erfindung lediglich erläutern, ohne sie zu begrenzen. Der Fachmann kann leicht weitere zur Erzeugung linearer, in einem günstigen Abstand angeordneter Vorzugsrichtungen geeignete Verbindungen angeben.The structures given are to be understood as examples only and are intended to be merely illustrate the invention without limiting it. The expert can easily generate more linear, at a convenient distance Specify suitable connections in the preferred directions.
Die Photooligomer- und/oder polymere des Precursors der Orientierungs schicht werden vorzugsweise in einem Lösungsmittel wie z. B. Methylen chlorid, Chlorbenzol, Toluol oder anderen Lösungsmitteln gelöst, wobei gegebenenfalls eine Vernetzerkomponente und/oder auch weitere Zusätze wie z. B. Haftvermittler beigegeben werden können. Es ist auch möglich, die Komponenten des Precursors ohne Zusatz eines Lösungs mittels, gegebenenfalls unter leichter Erwärmung miteinander zu mischen.The photooligomer and / or polymer of the precursor of the orientation Layer are preferably in a solvent such as. B. methylene chloride, chlorobenzene, toluene or other solvents, where optionally a crosslinker component and / or also others Additives such as B. Adhesion promoter can be added. It is also possible the components of the precursor without adding a solution by mixing, if necessary with gentle heating.
Der Precursor wird anschließend auf das gegebenenfalls vorbeschichtete Substrat z. B. durch Rakeln und insbesondere durch Spin-Coating aufge bracht. Anschließend wird die Lösungsmittelkomponente vorzugsweise durch Erwärmen auf Temperaturen von z. B. 50-100°C entfernt. Die Dicke der Precursor-Schicht beträgt zwischen 20 und 300 und vorzugsweise zwischen 40 und 100 nm.The precursor is then pre-coated on the optionally Substrate z. B. by knife coating and in particular by spin coating brings. Then the solvent component is preferred by heating to temperatures of e.g. B. 50-100 ° C removed. The fat the precursor layer is between 20 and 300 and preferably between 40 and 100 nm.
Danach wird die Precursor-Schicht mit linear polarisiertem Licht bestrahlt, wobei vorzugsweise monochromatisches Licht verwendet wird, welches an die maximale Absorptionswellenlänge der photopolymerisierbaren Gruppe bzw. Verbindung angepaßt ist. Then the precursor layer is irradiated with linearly polarized light, preferably monochromatic light is used which is on the maximum absorption wavelength of the photopolymerizable group or connection is adapted.
Zur Erzeugung der multidirektionalen Struktur der Orientierungsschicht wird der Precursor mit linear polarisiertem Licht unter verschiedenen Azimutwinkeln Φ bestrahlt. Dabei ist der Winkel Φ einer zweiten Bestrah lungsrichtung bezogen auf eine erste Bestrahlungsrichtung der Winkel in der Substratebene, der sich ergibt, wenn die Bestrahlungsquellen jeweils mit der Mittelnormale des Substrates verbunden werden. Die Bestrahlung mit linear polarisiertem Licht unter verschiedenen Winkeln Φ kann sowohl gleichzeitig als auch nacheinander, vorzugsweise jedoch gleichzeitig erfol gen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden mehrere kontinuier liche Vorzugslinien erzeugt, die sich ohne weitere Strukturierung über das ganze Display erstrecken, während die von Schadt et al. in Jpn. J. Appl. Phys. 31(1992) 2155 vorgeschlagene Maskentechnik zur Erzeugung von Pixeln mit verschiedenem Twist führte.To create the multidirectional structure of the orientation layer the precursor is used with linearly polarized light under different Azimuth angles Φ irradiated. The angle Φ is a second irradiation direction in relation to a first irradiation direction of the angle in the substrate level, which results when the radiation sources in each case be connected to the medium normal of the substrate. The radiation with linearly polarized light at different angles Φ can at the same time as well as successively, but preferably simultaneously By the method according to the invention, several are continuous preferential lines that can be created without further structuring entire display, while that of Schadt et al. in Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 2155 proposed mask technique for generating Pixel with different twist led.
Die den einzelnen Bestrahlungsrichtungen zugeordnete Bestrahlungs leistung kann sowohl gleichzeitig als auch verschieden gewählt werden, wodurch der relative Anteil der verschiedenen Vorzugsrichtungen an der Orientierungsschicht variiert werden kann. Die Bestrahlungsleistung beträgt typischerweise zwischen 5 und 50 mW/cm², wobei jedoch auch Abweichungen von diesen Werten möglich sind. Die Bestrahlungsdauer beträgt in der Regel zwischen 1 min oder weniger und 60 min, insbeson dere zwischen 1-5 min, wobei jedoch auch hier Abweichungen von diesen Werten möglich sind.The radiation assigned to the individual radiation directions performance can be selected both simultaneously and differently, whereby the relative share of the different preferred directions in the Orientation layer can be varied. The radiation power is typically between 5 and 50 mW / cm², but also Deviations from these values are possible. The radiation duration is usually between 1 min or less and 60 min, in particular between 1-5 min, but here too deviations from these Values are possible.
Es wurde gefunden, daß die Anordnung der linear polarisierten Licht quellen bezüglich der Substratebene, welche durch den Höhenwinkel Θ angegeben wird (Winkel zwischen Substratebene und Verbindungslinie Lichtquelle und Schnittpunkt der Mittel normalen mit der Substratebene), nicht sehr kritisch ist und in einem weiteren Bereich z. B. zwischen 10 und 90° (0° entspricht streifendem Lichteinfall) variiert werden kann. Auch der Pretiltwinkel der erfindungsgemäßen Orientierungsschichten, der typi scherweise zwischen 0° und 5° liegt, kann durch die Variation des Höhen winkels Θ nur unwesentlich beeinflußt werden. It was found that the arrangement of the linearly polarized light swell with respect to the substrate plane, which is determined by the height angle Θ is specified (angle between substrate plane and connecting line Light source and intersection of the means normal with the substrate plane), is not very critical and in another area z. B. between 10 and 90 ° (0 ° corresponds to grazing light). Also the Pretilt angle of the orientation layers according to the invention, the typi between 0 ° and 5 ° can be achieved by varying the height angle Θ can only be influenced insignificantly.
Es wurde weiter gefunden, daß die Stabilität der gehärteten Orientierungs schichten in der Regel verbessert werden kann, wenn der auf das Substrat aufgebrachte Precursor der Orientierungsschicht vor der Beaufschlagung mit linear polarisiertem Licht und/oder nach der Beaufschlagung mit linear polarisiertem Licht, mit unpolarisiertem Licht (Leistung z. B. 500-5000 mW/cm²) bestrahlt wird. Auch eine abschließende Wärmebehandlung der Orientierungsschicht bei Temperaturen zwischen 50 und 120°C und einer Behandlungsdauer zwischen 15 und einigen h ist i.a. vorteilhaft.It was further found that the stability of the hardened orientation layers can usually be improved if the on the substrate applied precursor of the orientation layer before loading with linearly polarized light and / or after exposure to linear polarized light, with unpolarized light (power e.g. 500-5000 mW / cm²) is irradiated. A final heat treatment of the Orientation layer at temperatures between 50 and 120 ° C and one Treatment duration between 15 and a few hours is generally advantageous.
Die erfindungsgemäßen multidirektionalen Orientierungsschichten weisen vorzugsweise 2-15, insbesondere 2-8, besonders bevorzugt mindestens 2 und ganz besonders mindestens 3 Vorzugsrichtungen auf.The multidirectional orientation layers according to the invention point preferably 2-15, in particular 2-8, particularly preferably at least 2 and especially at least 3 preferred directions.
Die erfindungsgemäßen Orientierungsschichten werden bevorzugt zur Herstellung von Flüssigkristalldisplays verwendet. Anwendungen sind jedoch auch in der Mikrooptik, integrierten Optik, im Zusammenhang mit optischen Sensoren und an anderer Stelle möglich.The orientation layers according to the invention are preferred for Manufacture of liquid crystal displays used. Applications are however also in micro-optics, integrated optics, related to optical sensors and elsewhere possible.
Besonders bevorzugt können die erfindungsgemäßen Orientierungs schichten zur Herstellung ferroelektrischer Flüssigkristalldisplays nach dem von Lagerwall angegebenen SSFLG-Prinzip verwendet werden. Die Flüssigkristallschicht weist eine SmC*-Phase auf, wodurch die Flüssig kristallmoleküle an den Substratoberflächen einen Tiltwinkel von +0 oder -0 aufweisen. Diese oberflächeninduzierte Orientierung der Flüssigkristall moleküle setzt sich wegen der sehr geringen Dicke der Flüssigkristall schicht von typischerweise weniger als 3 µm durch die gesamte Flüssig kristallschicht fort, und man kann den Flüssigkristall zwischen 2 bistabilen Zuständen mit +Θ und -Θ schalten ("bookshelf geometry"). Es wurde gefunden, daß die Stabilität der beiden Schaltzustände erhöht werden kann, wenn die Substrate bidirektionale Orientierungsschichten aufweisen, deren beide Vorzugsrichtungen durch Bestrahlung mit 2 linear polarisier ten Lichtquellen erhalten wurden, welche gegeneinander um einen Azimutwinkel von Φ = 2Θ verdreht sind. Es wurde gefunden, daß derartige ferroelektrische Displays eine deutlich erhöhte Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen (Stoßfestigkeit) aufweisen als entsprechende Displays ohne bidirektionale Orientierungsschichten, wobei lediglich eine geringe und in jedem Fall akzeptable Erhöhung der Schaltspannung beobachtet wurde.The orientation according to the invention can be particularly preferred layers for the production of ferroelectric liquid crystal displays the SSFLG principle specified by Lagerwall. The Liquid crystal layer has an SmC * phase, which makes the liquid crystal molecules on the substrate surfaces have a tilt angle of +0 or Have -0. This surface-induced orientation of the liquid crystal Molecules settles because of the very thin thickness of the liquid crystal layer of typically less than 3 µm through the entire liquid crystal layer away, and you can liquid crystal between 2 bistable Switch states with + Θ and -Θ ("bookshelf geometry"). It was found that the stability of the two switching states are increased can, if the substrates have bidirectional orientation layers, the two preferred directions of which are linearly polarized by irradiation with 2 th light sources were obtained, which were opposed by one Azimuth angles of Φ = 2Θ are rotated. It has been found that such ferroelectric displays compared to a significantly increased stability have mechanical loads (shock resistance) as corresponding Displays without bidirectional orientation layers, whereby only one slight and in any case acceptable increase in switching voltage was observed.
Bevorzugt sind weiter auch Flüssigkristalldisplays mit erfindungsgemäßen Orientierungsschichten, welche nematische oder cholesterische Flüssig kristalle enthalten.Also preferred are liquid crystal displays with inventive Orientation layers, which are nematic or cholesteric liquid contain crystals.
Besonders bevorzugt ist etwa eine verdrillte nematische Zelle, die einen dotierten Flüssigkristall enthält, wobei die Pitchlänge des Flüssigkristalls stark temperaturabhängig sein kann. Die Substratplatten weisen eine multidirektionale Orientierung auf und zwingen dem Flüssigkristall bei einer bestimmten Temperatur in Abhängigkeit von der Dotierung einen bestimmten Twistwert auf. Bei einer Temperaturänderung ändert sich die Pitchlänge des Flüssigkristalls und der Twist springt diskret, wenn für die geänderte Pitchlänge p(T) durch die Orientierungsschichten ein energe tisch bevorzugter Twistzustand definiert wird. Die Änderung des Twistes bewirkt eine Transmissionsänderung, so daß die Anordnung als diskretes Thermometer arbeitet. Es stellt für den Fachmann eine ohne erfinderische Tätigkeit zu lösende Routineaufgabe dar, die Vorzugsrichtungen der multi direktionalen Orientierungsschichten, die Gesamtkonzentration des Dotierstoffes und seine Temperaturabhängigkeit so aneinander anzu passen, daß eine gewünschte Temperaturanzeige wie z. B. die Anzeige von 10 K-Sprüngen resultiert.For example, a twisted nematic cell is particularly preferred contains doped liquid crystal, the pitch length of the liquid crystal can be strongly temperature-dependent. The substrate plates have a multidirectional orientation and force the liquid crystal a certain temperature depending on the doping determined twist value. When the temperature changes, the temperature changes Pitch length of the liquid crystal and the twist jumps discretely if for that changed pitch length p (T) due to the orientation layers a narrow table preferred twist state is defined. The change in the twist causes a transmission change, so that the arrangement as a discrete Thermometer works. It represents one without the inventive for the expert Routine task to be solved represents the preferred directions of the multi directional orientation layers, the total concentration of the The dopant and its temperature dependency fit that a desired temperature display such. B. the ad of 10 K jumps results.
Die erfindungsgemäßen Orientierungsschichten werden vorzugsweise zur Herstellung von Flüssigkristalldisplays verwendet, wobei sie die Verbesse rung herkömmlicher Displays und auch die Realisierung vollständig neuer Displays ermöglichen. Den erfindungsgemäßen Orientierungsschichten kommt daher eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zu.The orientation layers according to the invention are preferably used for Manufacture of liquid crystal displays used, being the improvement conventional displays and also the implementation of completely new ones Enable displays. The orientation layers according to the invention is therefore of considerable economic importance.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |