СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ Советский патент 1995 года по МПК G02F1/13 

Изобретение относится к технологии изготовления жидкокристаллических устройств.

В настоящее время известны различные способы получения слоев для ориентации жидких кристаллов. Все эти способы можно разделить на три группы: а) натирание поверхности подложки. К недостаткам этого способа следует отнести невозможность получения хорошей оптической однородности.

б) Нанесение на поверхность подложек слоя поверхностно-активного вещества. Существенным недостатком этой группы способов является трудоемкость синтеза веществ, используемых в качестве ориентанта.

в) Напыление в вакуумной камере различных веществ под углом к поверхности подложки. Недостатком этих способов является то, что в качестве материала для ориентирующих слоев используются моноокислы металлов и полупроводников, которые в процессе напыления требуют вакуума в рабочей камере в пределах 10^-8 - 10^-6 Тор, и больших скоростей испарения материала. А так же подвержены воздействию атмосферных факторов, которое приводит к потере ориентирующих свойств.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения слоев для ориентации ЖК-смесей методом напыления в вакуумной камере под углом к поверхности подложки слоя окиси цезия, который может быть принят за прототип.

Существенным недостатком прототипа является гигроскопичность окиси цезия. Данный недостаток приводит к тому, что работу по сборке и заливке ЖК-устройств необходимо производить в помещении с низкой влажностью в течении ближайшего времени после извлечения полученных слоев из вакуумной камеры (см. таблицу результатов сравнительных испытаний).

Цель изобретения - повышение стабильности ориентирующего слоя.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения слоев для ориентации жидкокристаллических смесей, заключающемся в нанесении слоя оксида металла путем термического испарения вещества в вакуумной камере на полированные подложки, установленные в оправе под углом к оси камеры, на подложку наносят слой двуокиси церия толщиной от 10 до 100 нм испарением лазерным или электронным лучом, при давлении в камере от 10^-6 до 10^-4 Тор.

Для улучшения однородности слоя предусмотрено вращение подложек вокруг оси рабочей камеры, совпадающей с направлением вектора диаграммы разлета пара.

Способ был реализован авторами на установке (см. чертеж), состоящий из следующих узлов: рабочей камеры 1, в которой установлены: сферическое 2 и плоское 3 зеркала, кассета 4 с подложками 5 и свидетелем 6, мишень 7, вакуумного насоса 8 и СО₂-лазера 9.

Лазерный луч через окно 10 в рабочей камере попадает на плоское зеркало, отражается от него и фокусируется сферическим зеркалом на мишени. Для увеличения срока службы сферического зеркала предусмотрено его вращение вокруг своей оси. Контроль толщины напыляемого слоя осуществляется с помощью фотометра 11 по свидетелю 6.

На вышеописанной установке была получена следующая реализация предлагаемого способа получения ориентирующих слоев из двуокиси церия.

Полированные подложки 5, диаметром 35 мм, устанавливались в кассете 4 под углом 84^о между нормалью к подложке и осью рабочей камеры 1. Затем рабочая камера вакуумировалась до достижения давления остаточной атмосферы 10^-5 Тор. С помощью неподвижного плоского 3 и вращающегося сферического 2, зеркал на мишени 7 из двуокиси церия фокусировался лазерный луч от непрерывного СО₂-лазера 9 мощностью 60 Вт. При этом вектор направления диаграммы разлета потока пара был направлен вдоль оси рабочей камеры. В ходе процесса на подложки напылялся слой толщиной порядка 70 нм. Контроль толщины слоя осуществлялся с помощью фотометра (поз. 11) по свидетелю 6. По достижении указанной толщины пленки энергетическое воздействие на мишень снималось.

Как показали исследования, при толщине напыляемого слоя в указанных пределах, на поверхности подложки формируется микрорельеф, хорошо различимый при наблюдении в электронный микроскоп при увеличении 13000^х и выше. В более тонких слоях двуокиси церия, микрорельеф не выявлен и ориентирующие свойства не обнаружены. В более толстых слоях, в следствии нарушения продольной структуры слоя, ухудшается однородность ориентации. Продольные структуры микрорельефа располагаются параллельно направлению потока пара, или под небольшим углом к нему, если при напылении слоя осуществлялось вращение подложек. Наиболее оптимальной скоростью вращения подложек является скорость от 1 до 10 об/мин, т.к. при скорости вращения меньше 1 об/мин улучшение однородности слоя, по сравнению со случаем когда подложки не вращаются, незначительно, а при скорости свыше 10 об/мин в слое возникают v-образные структуры, которые приводят к ухудшению ориентирующих свойств слоя.

Полученный в процессе напыления слоя двуокиси церия микрорельеф способствует устойчивой планарной ориентации нематического жидкого кристалла, типа ЖК-1282 и ЖК-807, с углом между директором молекулы и поверхностью подложки 4-6^о, причем молекулы ЖК укладываются параллельно продольным структурам микрорельефа. Толщина ориентирующего слоя не влияет на угол подвеса молекул ЖК. Микрорельеф возникает при остаточном давлении в рабочей камере не превышающем 10^-4 Тор, в противном случае образования необходимого для ориентации ЖК рельефа не происходит, а образуется рыхлый неориентированный слой. Нижняя граница остаточного давления в вакуумной камере не имеет существенного значения, так как давление в рабочей камере в процессе испарения определяется скоростью испарения материала мишени.

Эффективность заявляемого способа по сравнению с прототипом была доказана в ходе проведенных испытаний способа получения слоев из двуокиси церия, методом лазерного и электронно-лучевого испарения материала под малыми углами к поверхности подложки, для ориентации ЖК-смесей.

Испытания проводились с использованием полированных подложек диаметром 35 мм, изготовленных из: кварцевого стекла, стекла К8, ВаЕ₂, керамики, а также подложек с нанесенными ранее слоями фотопроводников (ZnSe, CdTe, Ge, Si, полимеры). В качестве прототипа был взят способ получения ориентирующих слоев из двуокиси цезия методом резистивного испарения под углом к поверхности подложки.

В ходе испытаний полученные обоими способами слои подвергались различным воздействием, после чего из них собирались ЖК-ячейки, на которых в скрещенных поляроидах фотоэлектрическим методом определялась равномерность ориентации ЖК.

Ориентация ЖК считалась удовлетворительной, если неравномерность пропускания не превышала 5% от среднего значения, при диаметре светового зонда 1 мм.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно:
1. Косонапыленные слои из CeO₂ могут подвергаться нагреванию без потери ими ориентирующих свойств.

2. Заливку жидкого кристалла в ячейку с ориентирующими слоями из двуокиси церия можно проводить на воздухе.

Качество ориентации ЖК не зависит от материала подложки.

Использование: технология жидкокристаллических индикаторов и может быть использовано для получения их ориентирующих слоев. Сущность: использование двуокиси церия для создания ориентирующих слоев путем нанесения его на подложку испарением исходного вещества лазерным или электронным лучом в вакуумной камере 10^-6- 10^-4 Тор и получения слоя толщиной 10 - 100 нм. Полученный ориентирующий слой выдерживает нагрев до 100°С и воздействие влажности длительное время без изменения своих свойств и обеспечивает устойчивую планарную ориентацию молекул нематических жидких кристаллов с углом между директором и подложкой 4 - 6°. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ, заключающийся в нанесении слоя оксида металла путем термического испарения вещества в вакуумной камере на полированные подложки, установленные в оправе под углом к оси камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности ориентирующего слоя, на подложку наносят слой двуокиси церия толщиной от 10 до 100 нм испарением лазерным или электронным лучом при давлении в камере от 10^-6 до 10^-4 Тор.