CH640064A5

CH640064A5 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung.

Info

Publication number: CH640064A5
Application number: CH297078A
Authority: CH
Inventors: Michel Goscianski
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB1597676A; FR2385113B2; JPS6230404B2; US4496220A; DE2810571A1; FR2385113A2; DE2810571C2; JPS53117453A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzei-gevorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Eine derartige Vorrichtung kann z.B. zur Wiedergabe von in Zeilen und Spalten angeordneten Daten verwendet werden, wobei jede Elektrode durch leitende Streifen gebildet wird, die durch Isolierstreifen (Zwischenräume) voneinander getrennt sind.

Es ist bekannt, dass bei der Herstellung einer Zelle mit Flüssigkristall das Problem der Ausrichtung der Molekülach-sën in der Nähe der Elektroden auftritt. Nach dem Stand der

Technik wird u.a. ein Verfahren angegeben (siehe z.B. die Aufsätze von I.L. Janning in der Zeitschrift «Applied Physics Letters», Band 21, S. 173,1972, und von E. Guyon, P. Pieran-sk-i und M. Boix in der Zeitschrift «Letters Applied Sciences and Engineering», Band 1, S. 19,1973), das darin besteht,

dass in einer schrägen Einfallsrichtung auf jede Elektrode eine dünne Siliciumoxidschicht (SiO) mit einer Dicke von einigen Nanometern aufgedampft wird. Die Orientierungsrichtung der Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls in der Nähe der Elektrode wird dabei von der Aufdampfrichtung, d.h. von der Richtung der Ebene des die Elektrode tragenden Substrats in bezug auf die Richtung, in der das Aufdampfen stattfindet, abhängig. Wenn der Winkel <x, den diese Richtung mit der Normalen auf dem Substrat einschliesst, einen Wert zwischen 45° und 80° aufweist, richten sich die Molekülachsen parallel zu dem Substrat in der Richtung aus, die senkrecht auf der Ebene steht, die durch die genannte Normale und die Aufdampfrichtung (nachstehend als Aufdampfebene -bezeichnet) bestimmt wird. Wenn das Aufdampfen dagegen in einer Richtung stattfindet, die zu dem Substrat praktisch parallel ist, d.h. wenn a (viel) grösser als 80° ist, richten sich die Molekülachsen parallel zu der Aufdampfebene aus mit einem Winkel in bezug auf das Substrat, der von einigen Grad bis zu einigen Graddekaden variieren kann.

Wenn es sich um eine Vorrichtung zur Wiedergabe von in Zeilen und Spalten angeordneten Daten handelt, ist die von der unter einem Winkel von 70° aufgedampften SiO-Schicht induzierte Vorzugsorientierung sehr befriedigend, solange die Zelle keiner elektrischen Spannung unterworfen wird; wenn jedoch in den angeregten Zonen eine elektrische Spannung bewirkt, dass die Moleküle in eine andere Richtung umklappen, werden zwei Zonen gebildet, in denen die Umklapprichtungen entgegengesetzt sind. In der Umgebung zweier benachbarter Ränder einer Elektrode sind die elektrischen Felder nämlich spiegelsymmetrisch, wodurch auch die Umklappbewegungen spiegelsymmetrisch sind und Gebiete mit entgegengesetzten Umklapprichtungen gebildet werden. Auf der Grenzlinie zwischen solchen Gebieten befindet sich eine optische Diskontinuität, die die Wiedergabe ungünstig beeinflusst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige optische Diskontinuitäten zu vermeiden.

Nach der Erfindung weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Die Richtung der Vorzugsorientierung ist von dem Typ des verwendeten Flüssigkristalls abhängig. Die genannte Richtung wird senkrecht zu den Elektrodenoberflächen gewählt, wenn es sich um einen Flüssigkristall mit homöotro-per Konfiguration handelt; sie wird parallel zu den Elektrodenoberflächen gewählt, wenn es sich um einen Flüssigkristall mit planarer Konfiguration oder mit nematischer schrau-benlinienförmiger Konfiguration handelt.

Das Verfahren zur Herstellung der letzteren Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist im Patentanspruch 4 definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt senkrecht zu den Flächen einer bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wobei die Orientierung der Moleküle unter dem Einfluss eines zwischen den Elektroden vorliegenden elektrischen Feldes angedeutet ist, und

Fig. 2 einen Teilschnitt senkrecht zu den Flächen einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung, wobei die Orientationsrichtung der Moleküle beim Fehlen eines elektrischen Feldes angedeutet ist.

In Fig. 1 werden die Substrate jeder Elektrode mit 11 und 12 bezeichnet. Eine der Elektroden, die auf dem Substrat 11

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liegt, wird durch leitende parallele Streifen gebildet, die z.B. zu der Zeichnungsebene senkrecht sind. Zwei solcher Streifen sind mit 13 und 14 bezeichnet. Zwischen den Streifen 13 und 14 befindet sich ein Isolierstreifen 15, d.h. ein Zwischenraum. Die andere Elektrode, die auf dem Substrat 12 liegt, wird z.B. durch Streifen gebildet, die zu der Zeichnungsebene parallel sind. Einer dieser Streifen ist mit 16 bezeichnet. Jeder Strich, wie der Strich 17, deutet die Achse eines Moleküls des Flüssigkristalls auf der Höhe der Streifen 13, 14 und 15 an. Nach dem bekannten Stand der Technik sind diese Streifen einer Behandlung unterworfen worden, die derart ist, dass die Achsen der Moleküle z.B. zu dem Substrat 11 parallel sind und in der Zeichnungsebene beim Fehlen eines elektrischen Signals zwischen den Streifen 13, 14 und 16 liegen. Die Spannung zwischen den genannten Streifen 13,14 und 16 führt zu einem elektrischen Feld. Durch das Vorhandensein des Isolierstreifens 15 wird auf der Höhe des Streifens 15 und zu beiden Seiten der mittleren Ebene dieses Streifens 15 das elektrische Feld in Richtung der Pfeile 18 und 19 orientiert, die zu der genannten mittleren Ebene symmetrisch sind, während in der Mitte der leitenden Streifen 14 und 13 das genannte Feld in Richtung der Pfeile 20 und 21 orientiert ist, die zu den Substraten 11 und 12 senkrecht sind. Dies hat zur Folge, dass unter dem Einfluss des genannten Feldes die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls, der annahmeweise dielektrisch positiv anisotrop ist, die in Fig. 1 dargestellten, durch die Striche 17 angedeuteten Lagen einnehmen. Es ist bekannt, dass dies zu optischen Diskontinuitäten im Flüssigkristall führt.

In Fig. 2 sind die Teile der Flüssigkristall-Anzeigevorrich-tung nach der Erfindung, die den Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 2 zeigt die Lage der Achsen der Moleküle in der Nähe der Substratelektrode 11 beim Fehlen eines der Zelle zuzuführenden elektrischen Signals, das ein elektrisches Feld erzeugt. Diese Achsen sind in Richtung der Striche, wie des Striches 22, orientiert.

Wenn es sich um einen nematischen Flüssigkristall handelt, der dielektrisch positiv anisotrop ist und eine planare Konfiguration oder eine schraubenlinienförmige nematische Konfiguration aufweist, die der in Fig. 2 betrachteten Konfiguration entspricht, sind die genannten Achsen zu den leitenden Streifen 14 und 13 diesen Streifen gegenüber parallel und sind unter demselben Winkel, z.B. einem Winkel von 20°, entlang der Isolierstreifen, z.B. des Streifens 15 oder 23, angeordnet. Beim Zuführen eines Signals wird die schräge Richtung der Molekülachsen den Isolierstreifen gegenüber eine Umklappbewegung in derselben Richtung der Molekülachsen den leitenden Streifen gegenüber induzieren, trotz der schrägen Richtung, die das elektrische Feld zu beiden Seiten der mittleren Ebene jedes der genannten Isolierstreifen aufweist und die dem Streifen 15 gegenüber durch die Pfeile 18 und 19 dargestellt ist. Diese Umklappbewegung erfolgt in Richtung des Pfeiles 9.

Es ist klar, dass sich die Erfindung auch auf die Zelle bezieht, deren nematischer Flüssigkristall eine negative dielektrische Anisotropie und eine homöotrope Konfiguration

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aufweist und für die die Richtung der Achsen der Moleküle in Nähe jeder Elektrode in einer Ebene liegt, die zu der genannten Elektrode senkrecht ist, wobei die Richtung der Achsen zu den leitenden Streifen senkrecht ist für die Kristallteile, die sich diesen Streifen gegenüber befinden, während diese Richtung schräg in bezug auf die genannte senkrechte Richtung unter einem Winkel von einigen Bogengrad bis zu einigen Zehn Bogengrad verläuft für die Flüssigkristallteile, die sich den Isolierstreifen gegenüber befinden.

Das Verfahren zum Erzielen der richtigen Orientierung der Molekülachsen auf der Höhe der Elektroden beim Fehlen eines der Zelle zuzuführenden elektrischen Signals ist von der Konfiguration des verwendeten Flüssigkristalls abhängig. Wenn der Kristall eine planare Konfiguration oder eine nematische schraubenlinienförmige Konfiguration aufweist, umfasst das Verfahren nach der Erfindung eine Oberflächenbehandlung jeder Elektrode und ihres Substrats, wobei die genannte Oberflächenbehandlung zwei aufeinanderfolgende SiO-Aufdampfschritte unter verschiedenen Einfallswinkeln in bezug auf das Substrat umfasst, wobei infolge des einen Aufdampfschrittes die leitenden Teile der Elektroden und infolge des anderen Aufdampfschrittes die isolierenden Teile überzogen werden, wobei die Dicken auf diese Weise angebrachter Schichten etwa einige Nanometer betragen. Der eine Aufdampfschritt wird in einer Richtung durchgeführt, die mit der Normalen auf dem Substrat eine erste Ebene bildet und mit der genannten Normalen einen Winkel einschliesst, der beträchtlich kleiner als 80°, und z.B. gleich 70° ist, wobei die Isolierstreifen vorher maskiert worden sind. Es ist bekannt, dass in diesem Falle die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls, in der Nähe der leitenden Streifen, gleichmässig zu der Ebene der Streifen parallel sind. Der andere Aufdampfschritt wird in einer Richtung durchgeführt, die mit der Normalen auf dem Substrat eine zweite Ebene bildet, die zu der genannten ersten Ebene senkrecht ist, wobei die genannte Richtung mit der Normalen auf dem Substrat einen Winkel einschliesst, der wesentlich grösser als 80° ist und z.B. 85° beträgt, und wobei die leitenden Streifen vorher maskiert wurden. Die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls weisen dann für die Moleküle, die sich in der Nähe der Isolierstreifen befinden, dieselbe schräge Richtung in bezug auf das Substrat auf,

wobei die genannten Achsen in Ebenen liegen, die zu dem Substrat senkrecht und zu den Achsen der Moleküle bei den leitenden Streifen parallel sind.

Nach einer Variante des Verfahrens erfolgt der eine Aufdampfschritt über die ganze Elektrode im ganzen Substrat, während der andere Aufdampfschritt nach der Maskierung nur der leitenden Streifen durchgeführt wird.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens wird zunächst der Aufdampfschritt unter dem Einfallswinkel von 85° durchgeführt, und zwar nach der Maskierung nur der leitenden Streifen, während der Aufdampfschritt unter dem Einfallswinkel von 70° darnach über die ganze Elektrode und Substratoberfläche ohne vorhergehende Maskierung durchgeführt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Flü^igkiist'dli-Anzeigevorrichtung mit einer Schicht eines nematischen Fliisi.igknst.iiis zwischen zwei parallelen Substratoberflächen, die je einen Satz von Elektroden aufweisen, wobei die Moleküle des Flüssigkristalls in der Nähe der Substratoberflächen eine Vorzugsorientierung in parallelen Ebenen senkrecht zur Substratebene aufweisen, welche Vorzugsrichtung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes geändert w erden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Vorzugsorientierung bezüglich der Substratebene in der Nähe der Elektroden verschieden ist vom entsprechenden Winkel in der Nähe der seitlichen Zwischenräume zwischen den Elektroden.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nematische Flüssigkristall eine negative dielektrische Anisotropie aufweist und homöo-trop ist, wobei die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls an der Oberfläche der Elektroden senkrecht zu den Elektro-denoberflächen sind.
3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nematische Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie aufweist und planar oder schraubenlinienförmig ist, wobei die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls an der Oberfläche der Elektroden parallel zu den Elektrodenoberflächen sind.
4. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeige-vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode und ihr Substrat einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, die zwei aufeinanderfolgende, bezüglich des Substrats unter verschiedenen Einfallswinkeln durchgeführte SiO-Aufdampfschritte umfasst, wobei während des einen Aufdampfschrittes die Elektroden und während des anderen Aufdampfschrittes nach vorgängiger Maskierung der Elektroden die isolierenden Teile mit Schichtdicken von mehreren Nanometern überzogen werden, dass ferner der eine Aufdampfschritt in einer ersten Richtung durchgeführt wird, die in einer ersten zum Substrat senkrechten Ebene liegt, wobei die erste Richtung und eine Normale auf das Substrat in der ersten Ebene liegen und miteinander einen Winkel kleiner als 80° einschliessen, und dass der andere Aufdampfschritt in einer zweiten Richtung durchgeführt wird, die in einer zweiten, zum Substrat und zur ersten Ebene senkrechten Ebene liegt, wobei die zweite Richtung und die Normale auf das Substrat in der zweiten Ebene liegen und miteinander einen Winkel grösser als 80° einschliessen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst nach der Maskierung der Elektroden der Aufdampfschritt unter einem Einfallswinkel grösser als 80° durchgeführt wird und darnach ohne vorgängige Maskierung der Aufdampfschritt unter einem Einfallswinkel kleiner als 80° über die Elektroden und die Substratoberfläche durchgeführt wird.