AT369901B - Verfahren zur herstellung von elektroden fuer fluessigkristallzellen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Flüssigkristallzellen, in welchen der DAP-Effekt (Deformation aufgerichteter Phasen) zur Erzeugung von Schwarz-Weiss-Kontrasten und elektrisch steuerbaren Farben verwendet wird. Derartige Zellen bestehen im wesentlichen aus zwei Glasplatten --1-- mit Elektrodenschichten --2--, zwischen welchen sich eine dünne, homöotrop (senkrecht) orientierte nematische   Flüssigkristallschicht --3-- mit   negativer dielektrischer Anisotropie befindet (Fig. 1).

   Wenn ein elektrisches Feld --4-- zwischen den beiden Elektroden wirksam ist, drehen sich die Flüssigkristall-Moleküle um einen bestimmten Winkel   4 >    aus der   Feldrichtung-4-heraus (Fig. 2).   Ordnet man diese Zelle zwischen zwei Polarisationsfolien --5-an (Fig. 1), so bemerkt man eine Änderung der Lichttransmission in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Wenn die Beleuchtung mit weissem Licht erfolgt, erzeugt die Zelle knapp oberhalb einer bestimmten Schwellenspannung Farben, die von der Höhe der angelegten Spannung U abhängen. Dieser Effekt beruht auf den Doppelbrechungs-Eigenschaften des Flüssigkristalls und wird   z. B.   in einer Veröffentlichung von R. A. Soref und M. J. Rafuse (Electrically Controlled Birefringence of Thin Nematic Films,   J. Appl.

   Phys. 43 [1972], 2029   bis 2037) genauer behandelt. Die Lichtrichtung wird für die folgenden Betrachtungen senkrecht auf die Elektrodenebene angenommen (Feldrichtung = Lichtrichtung). Bei Verwendung von herkömmlichen ebenen Dünnschicht-Elektroden tritt das Problem auf, das sich die Kipprichtung --6-- der Flüssigkristall-Moleküle   (Schnittlinie --6-- der Drehebene --7-- eines   Flüssigkristall-Moleküls mit der Elektroden-   ebene-2-gemäss Fig. 2)   in kleinen Bereichen der Flüssigkristallzelle willkürlich einstellt. Der Winkel   4 >    zwischen dieser Kipprichtung --6-- und der Polarisationsrichtung --8-- des Lichtes ist aber sehr wesentlich für die Intensität des durchgehenden Lichtes.

   Dies erkennt man aus der folgenden Formel für die relative Lichttransmission (gültig für gekreuzte Polarisatoren) : 
 EMI1.1 
 
In dieser Formel bedeutet 6   (t)   den in der Flüssigkristallschicht entstehenden optischen Gangunterschied infolge der Doppelbrechung, welcher vom Winkel t und damit von der angelegten Spannung U abhängt. Wenn die Flüssigkristall-Moleküle in verschiedene Richtungen kippen (gekennzeichnet durch verschiedene Winkel   e),   erhält man eine ungleichmässige Licht- bzw. Farbverteilung über die Zellenfläche (Fleckenbildung). 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Fleckenbildung durch eine einheitliche Vorverdrehung der Flüssigkristall-Moleküle um einen kleinen Winkel   e,   in bezug auf die Elektrodennormale (Fig. 3) zu verhindern. Diese Vorverdrehung muss schon im feldfreien Zustand der Zelle vorhanden sein und darf nur wenige Grad betragen, da sonst ein zu grosser Kontrastverlust auftritt. Für die gestellte Aufgabe sind schon einige Verfahren bekannt, die nachfolgend kurz charakterisiert werden. In der US-PS Nr. 3, 694, 053 wird in Spalte 4 ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Elektroden zuerst mit einem speziellen Tuch in einheitlicher Richtung gerieben werden und dann ein dünner organischer Film aus HMAB (hexadecyltrimethyl ammonium bromide) aufgesprüht wird. Die gewünschte Vorverdrehung der Flüssigkristall-Moleküle entsteht in Reibrichtung.

   Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass der organische Film keine hohen Temperaturen aushält, weshalb die bekannte Glaslottechnik zur Verbindung der beiden Glasplatten nicht anwendbar ist, da hiefür eine Erhitzung auf etwa   500 C   notwendig ist. 



   Ein weiteres Verfahren wird in der DE-OS 2330909 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird auf 
 EMI1.2 
 
B.D. Meyerhofer (RCA, USA) hervor, dass durch Schrägbedampfung einer glatten Elektrode kein genügend kleiner Vorverdrehungswinkel (einige Grad) in homöotrop orientierten Flüssigkristallschichten erzielt werden kann (D. Meyerhofer, Optimizing the Alignment of Liquid Crystal Displays, Conference Record of 1976 Biennial Display Conference, New York). 



   In der DE-OS 2319442 wird vorgeschlagen, die Elektroden mit feinen parallelen Rillen auszustatten (ohne zusätzliche Bedampfung). Im elektrischen Feld drehen sich die ursprünglich senkrecht zur Elektrodenebene ausgerichteten Moleküle in Rillenrichtung. Diese Methode hat den Nachteil, dass die Flüssigkristall-Moleküle in zwei entgegengesetzte Richtungen umkippen können, wo- 

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 durch an den Grenzen der Bereiche mit unterschiedlicher Kipprichtung Störungen entstehen. 



   In der gleichen DE-OS wird auch die Möglichkeit erwähnt, eine Molekül-Vorverdrehung durch ein parallel zur Plattenebene wirkendes elektrisches Feld zu erzielen bzw. auf ähnliche Weise durch ein magnetisches Feld. Beide Methoden sind aber mit grossen konstruktiven Schwierigkeiten verbunden. 



   In der zuletzt genannten DE-OS wird auch beschrieben, wie man ohne eine Vorverdrehung der Moleküle durch Verwendung von optischen Verzögerungsfolien eine gleichmässige Intensitätsbzw. Farbverteilung in einer DAP-Zelle erhalten kann. Die Verwendung von zwei zusätzlichen optisch aktiven Folien verursacht jedoch einen Lichtverlust und eine Verteuerung der Zelle. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzielung einer einheitlichen Vorverdrehung der Flüssigkristall-Moleküle in einer DAP-Zelle vermeidet die Nachteile der bisher bekannten Verfahren. Es ist insbesondere auch mit der Glaslot-Verschlusstechnik kombinierbar, da keine organische Substanz und kein Reibprozess für die Zellenpräparation verwendet wird. Die erzielbaren Vorverdrehungswinkel liegen im Bereich von wenigen Grad und sind gut reproduzierbar. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf eine durch parallele Rillen wellig geformte Oberfläche eines transparenten Substrats eine erste transparente und elektrisch leitende Schicht senkrecht zur Substratoberfläche abgedampft wird, worauf eine zweite sehr dünne transparente und elektrisch leitende Schicht unter einem Winkel von etwa 30 bis 45  zur Substratoberfläche und senkrecht zu den Rillenlängsachsen aufgedampft wird, wobei das Material der zweiten Schicht vom Material der ersten Schicht verschieden ist. 



   Die Erfindung wird nun näher erläutert. Die   Glassubstrate --1-- werden   mit Diamantpaste (Körnung 1 pm) in einheitlicher Richtung geschliffen, so dass feine parallele Rillen --9-- entstehen (Fig. 4). Sodann werden sie sorgfältig gereinigt und anschliessend durch Anwendung bekannter Verfahren mit einer dünnen transparenten, elektrisch leitenden Schicht aus   z. B.   



  Indiumoxyd-Zinnoxyd oder einem andern geeigneten Elektrodenmaterial --2-- belegt. Diese Beschichtung erfolgt senkrecht zur Glasplattenebene. Anschliessend wird eine weitere sehr dünne 
 EMI2.1 
 werden die Rillen nur einseitig mit der Schicht --11-- bedeckt. Die Beschichtungsrichtung --10-schliesst einen Winkel von   900 mit   der Rillenrichtung --9-- und einen Winkel von 30 bis   450 mit   der Plattenebene ein. Für diese zweite Beschichtung eignet sich z. B. Gold. Abschliessend wird die Zelle nach bekannten Verfahren zusammengebaut, u. zw. so, dass die Rillenrichtungen --9-- der beiden   Zellenplatten-l-parallel   und die   Gold-Beschichtungsrichtungen-10-- entgegengesetzt   sind. 



   Dadurch entsteht die in Fig. 1 bereits angedeutete Vorverdrehung der Flüssigkristall-Moleküle. Die Zelle wird in bekannter Weise mit einem nematischen Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie gefüllt. Der Flüssigkristall muss homöotrop orientierbar sein und soll einen hiefür geeigneten Dotierstoff enthalten. 



   Die Wirkung der speziellen Elektroden beruht darauf, dass zwei gegenüberliegende Rillenflanken (. Fig. 5) unterschiedliche Materialzusammensetzung an der Oberfläche haben. Dadurch werden die Flüssigkristall-Moleküle unterschiedlich stark an die Oberfläche gebunden. Beispielsweise werden an der rechten Flanke (Fig. 5) die Flüssigkristall-Moleküle kräftig senkrecht an die Oberfläche gebunden, während an der linken Flanke nur schwache Bindungskräfte auf die Moleküle wirken. Da der Flüssigkristall sich wie ein elastisches Kontinuum verhält, stellt sich unter den gegebenen Verhältnissen eine unsymmetrische Verteilung der Molekülrichtungen ein (Fig. 5).

   In einiger Entfernung von der Oberfläche entsteht wegen der Fernordnung der Flüssigkristall-Moleküle eine einheitliche Vorverdrehung der Flüssigkristall-Moleküle um einen Winkel to,   u. zw.   in eine Richtung senkrecht zu den Rillen   (Fig. 5).   



   Wenn zwei mit dieser Methode hergestellte Elektroden in einer Anordnung gemäss Fig. 1 verwendet werden, erhält man die gewünschte Gleichmässigkeit der Lichttransmission bzw. Farbe, da die Flüssigkristall-Moleküle sich im elektrischen Feld in jene Richtung weiterdrehen, die durch die eingeprägte Vorverdrehung bereits festgelegt ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Flüssigkristallzellen zur Erzielung einer einheitlichen Vorverdrehung von homöotrop orientierten Flüssigkristall-Molekülen, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine durch parallele Rillen (9) wellig geformte Oberfläche eines transparenten Substrats (1) eine erste transparente und elektrisch leitende Schicht (2) senkrecht zur Substratoberfläche aufgedampft wird, worauf eine zweite sehr dünne transparente und elektrisch leitende Schicht (11) unter einem Winkel von etwa 30 bis 45 zur Substratoberfläche und senkrecht zu den Rillenlängsachsen aufgedampft wird, wobei das Material der zweiten Schicht (11) vom Material der ersten Schicht (2) verschieden ist.

   2. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Elektroden für Flüssigkristallzellen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) aus Indiumoxyd-Zinnoxyd und die zweite Schicht (11) aus Gold besteht.