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FlUssigkristallanzeige mit wandorientierten Trägerplatten, Verfahren
zur Herstellung derartiger Flüssikristallanzeigen sowie Einrichtung zur Durchfthrung
des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige mit wandorientierten
Trägerplatten, zwischen denen die flüssigkristalline Substanz unter Zwischenschaltung
von Distanzele-menten angeordnet ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein
Verfahren zur Herstellung derartiger Flüssigkristallanzeigen sowie eine Einrichtung
zur Durchrührunz des Verfahrens.
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Aufgrund der niedrigen Schwellwertspannung werden Flüssigkristallanzeigen
heute mehrheitlich als sogenannte Drehzellen ausgeführt. Zwischen zwei mit leitenden
Schichten versehenen Trägerplatten befindet sich eine flüssigkristalline Substanz,
die nach Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den genannten Schichten die
Polarisationsrichtung des durch-die Anzeigeschicht
hindurchtretenden
Lichtes dreht. FlUssigkristallanzeigen dieser Art wurden in "Applied Physics Letters"
Vor. 18 No.4 vom 15.Febr.1971, S. 127-128 erstmals beschrieben Die Eigenschaften
dieser Flüssigkristallanzeigen hängen in entscheidendem Masse von der Technik ab,
mittels derer die Wandorientierung der Trägerplatten erzeugt worden ist. Die Autoren
der vorgenannten Publikation verwendeten ursprünglich Baumwolle.
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Die Trägerplatten wurden mit einem Baumvrollwattebausch gerieben.
Nach dem Einfüllen der fltissigkristallinen Substanz ordnen sich die Moleküle in
Reiberichtung. Stehen die Reiberichtungen der beiden Trägerpiatten senkrecht aufeinander,
so weist die zwischen den Platten befindliche Substanz eine schraubenförmige Struktur
auf. FUr eine Massenfertigung von Flüssigkristallanzeigen kommt eine derartige Technologie
aus naheliegenden GrÜnden nicht in Frage.
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In "Applied Physics Letters" Vol.4, S.173 (1972) wird ein Vrfahren
zur Herstellung von wandorientierten Trägerplatten angegeben, bei dem die Platten
mit einem im Vakuum au.fgedampften Film versehen werden. Eine mehr ins Detail gehende
Darstellung der sich bei diesem Verfahren ab spielenden Vorgänge findet sich in
"Letters in applied and engineering Science" 1973, Heft 1, Seiten 19 - 24.
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Dieser Publikation ist zu entnehmen, dass die Wandorientierung und
damit die Orientierung des Fltissigkristalls entscheidend vom Aufdampfwinkel abhängt,
und zwar lassen sich drei Winkelbereiche unterscheiden: 1. Liegt der Aufdampfwinkel
zwischen 450 und 900 (unter Aufdampfwinkel wird hier und im folgenden der Winkel
zwischen Trägerpiattenoberfläche und Aufdampfrichtung verstanden), so weist der
Flüssigkristall keine bevorzugte Orientierungsrichtung auf.
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2. Bei Aufdampfwinkeln zwischen 100 und 450 ergibt sich eine Orientierung
parallel zur Trägerplattenoberfläche und senkrecht zur Projektion der Aufdampfrichtung
auf der Plattenoberfläche.
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3. Bei Aufdampfwihkeln unterhalb 100 stellt sich eine Orientierung
in der Einfallsrichtung des Aufdampfstrahls ein.
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Durch eingehende wissenschaftliche und praktische Untersuchungen konnte
gezeigt werden, dass die oben geschilderte Abhängigkeit zwischen Orientierung und
Aufdampfwinkel weitgehend materialunabhängig ist, die Grenzen zwischen den Bereichen
nach Lift. 2 und 3 jedoch anders zu stecken sind. Es wurde gefunden, dass bereits
bei Aufdampfwinkeln unterhalb 15° die Wandorientierung annähernd mit der Aufdampfrichtung
übereinstimmt.
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Bei Anwendung von Aufdampfwinkeln nach den Ziff.2 bzw. 3 werden die
Träerplatten derart montiert, dass die Projektion der Aufdampfrichtung auf die Plattenoberfläche
der einen TrS-gerplatte senkrecht zu der der anderen Trägerplatte steht.
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Nach dem Einfüllen der flüssigkristallinen Substanz nimmt diese dann
die gewünschte schraubenförmige Struktur (in der englischsrachigen Literatur mit
"ist" bezeichnet) an. Izie Flüssigkristallanzeigen unterscheiden sich jedoch in
elektrischer und optischer Hinsicht, je nachdem, welcher Aufdampfwinkel benutzt
worden ist: Bei Aufdampfwinkeln zwischen 200 und 45 ordnen sich die. Moleküle des
Flüssigkriatalls parallel zur Trägerplattenoberfläche, ihr Neigungswinkel in bezug
auf diese Oberfläche (engl. "tilt angle) ist Null. Die fertige Flüssigkristallanzeige
hat zwar einen relativ scharfen Schwellwert, weist jedoch unzumutbare Ungleichförmigkeiten
auf, da Bereiche mit entgegengesetzter Verdrillung (ist) und Neigungswinkel (Tilt)
nebeneinander auftreten. Während die uneinheitliche Verdrillung durch eine Abänderung
des Verdrillungswinkels (z.B. weniger als 900) oder durch Zusatz von geringen Mengen
cholesterinischen FlÜssigkristalls eliminiert werden können, bleiben die durch den
Neigungswinkel hervorgerufenen durch derartige Massnahmen bestehen.
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Bei Aufdampfwinkeln unter 150 weisen die Moleküle des Flüssigkristalls
neben der 90°-Verdrillung einen von Null verschiedenen Neigungswinkel (tilt) auf.
Dieser liegt bei je 200. Daraus resultiert ein wenig scharfer Schwellwert für die
Aenderung der optischen Eigenschaften. Eine derartige Flüssigkristallanzeige ist
dann für Multiplexansteuerung wenig geeignet. Einzelheiten über die Abhängigkeit
von Neigungswinkel und Schwellwert und den Einfluss des Schwellwertes bei Multiplexansteuerung
sind in "Journal de Physique", Colloque C 4, supplement au n0 11 - 12, Tome 30,
Nov.-Dec; 1969, S. C 4 - 54 bis C 4 - 56, bzw. "IEEE Transactions on Electron Devices",
Vol. ED-21, No.2, Febr. 1971', S.146-155, näher erläutert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristallanzeige mit wandorientierten
Trägerplatten zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Anzeigen nicht aufweist
und den bekannten Anzeigen in elektrischer und optischer Hinsicht überlegen ist.
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Weiterhin soll en Verfahren zur Herstellung derartiger Flüssigkristallanzeigen
angegeben werden, das sich durch Einfachheit und Wirtschaftlichkeit auszeichnet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Einrichtung anzugeben, welche sich insbesondere für eine rationelle Mengenfertigung
einsetzen lässt.
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Die zur Lösung der erstgenannten Aufgabe dienende Flüssigkristallanzeige
ist erfindunggemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Wandorientierungswinkel der
einen Trägerplatte 00, der der anderen Trägerplatte von 0° verschieden, vorzugsweise
150 bis 250, ist.
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Das zur Lösung der zweitgenannten Aufgabe vorgesehene Verfahren kennzeichnet
sich dadurch, dass die eine Trägerplatte unter einem Aufdampfwinkel von weniger
als 150, die andere Trägerplatte unter einem Aufdampfwinkel von mehr als 150 bedampft
wird.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich
erfindungsgemäss durch eine Aufdampfeinrichtung mit mindestens einem Halteorgan
für die Trägerplatten, eine Bedampfungsquelle und Mittel zum Einstellen des Aufdampfwinkels
zwischen einem Win tlwert kleiner und einem Winkelwert grösser als 150.
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Mit den oben gekennzeichneten Trägerplatten aufgebaute Flüssigkristallanzeigen
weisen ausgezeichnete optische und elektrische Eigenschaften auf. Gegenüber herkömmlichen
Anzeigen, bei denen beide Trägerplatten in gleicher Weise mit einer Wandorientierung
gleichem Orientierungswinkels versehen sind,
zeichnen sie sich durch
hohen Kontrast und schärfer definierten Schwellwert aus, ohne dass die Klarheit
der Anzeige durch Ungleichmässigkeiten infolge "reverse teilt beeinträchtigt wird.
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Das erfindungsgemäss Verfahren ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung
des Herstellungsvorganges. In einer einzigen Aufdampfeinrichtung können beide Trägerplattensorten
ohne wesentliche oder überhaupt keine Umbauten bedampft werden. Bildet man die Halteorgane
schwenkbar aus, so erfolgt der Uebergang von einer zur anderen Träerplattensorte
lediglich durch Einstellen des entsprechenden Winkels zwischen Trägerplattenoberfläche
und. Aufdampfrichtung. Es können jedoch auch beide Trägerplattensorten gleichzeitig
und in einer gemeinsamen Aufdampfeinrichtungbehandelt werden, wenn zwei Gruppen
Halte organe mit zugehörigen Trägerplatten unter den genannten unterschiedlichen
Winkeln zur Aufdampfrichtung vorgesehen sind.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Bedampfungsquelle verschiebbar
anzuordnen oder zwei feste, getrennt ansteuerbare Quellen zu verwenden, derart,
dass in der einen Stellung der Quelle bzw. bei Ansteuerung der einen festen Quelle
der Aufdampfwinkel unterhalb 150.liegt, in der anderen Stellung
der
Quelle bzw. bei Ansteuerung der zweiten festen Quelle der Aufdampfwinkel oberhalb
15 liegt. Bei diesen Varianten können die Halteorgane einfacher ausgebildet sein,
da eine Schwenkmöglichkeit in diesem Fall entbehrlich ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von in
der Zeichnung dargestellten Aus'führungbeispielen der Erfindung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine beispielsweise Aus führungs form
einer Flüssigkristallanzeige nach der Erfindung mit unterschiedlichen Wandorientierungen
der Trägerplatten, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens mit gleichzeitigem Aufdampfen unter unterschiedlichen
Winkeln, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Aufdampfen unter unterschiedlichen
Winkeln in zwei aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Form. einen Schnitt durch eine -Flüssigkristallanzeige.
Zwischen zwei Trägerplatten lj 2, welche
mit transparenten Elektroden
3, 4, z.B. Zinnoxid-Eflektroden, versehen sind, befindet sich eine fltissigkristalline
Substanz 5. Die Trägerplatten sind durch Distanzelemente 6 voneinander beabstandet.
Zur Erzielung einer Wandorientierung sind die dem Flüssigkristall 5 zugewandten
Oberflächen der Elektroden 3, 4 mit einer Siliziummonoxid-Schicht 7 versehen, welche
auf die im weiteren beschriebene Art und Weise auf die Trägerplatten aufgedampft
ist. Die Wandorientierungen beider Trägerplatten sind unterschiedlich: Die der einen
Trägerplatte verläuft senkrecht zur Zeichenebene, der Wandorientierungswinkel ist
00. Der Wandorientierungswinkel der anderen Trägerplatte ist von Null verschieden
und beträgt ca. 200. Aus zeichentechnischen Gründen und aus Gründen der Uebersichtlichkeit
sind nur die Flüssigkristall-Moleküle,die unmittelbar an die Siliziummonoxid - Schicht
angrenzenden, dargestellt. Der Finfachheit halber beträgt in Fig.l die Verdrillung
(twist) 900, während sie in der Praxis kleiner als 900 gewählt ist, bzw. der (nematischen)
flüssigkristallinen Substanz ein geringer Anteil cholsterinischen Materials beigefügt
ist.
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Die Aktivierung der Flüssigkristallanzeige erfolgt mittels einer geeigneten
Spannungsquelle 8, welche an die Elektroden 3, 4 angeschlossen ist.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Flüssikristallanzeigen
nach der Erfindung soll nachstehend anhand der in den Figuren 2 und 3 beispielsweise
veranschaulichten Einrichtungen erläutert werden. Diese Einrichtungen sind lediglich
schematisch dargestellt, wobei alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung
nicht wesentlichen Einzelheiten fortgelassen sind.
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Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung besteht aus einem Rezipienten
9, der mittels einer Vakuumpumpe 10 evakuierbar ist.
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Innerhalb des Rezipienten 9 ist eine Bedampfungsquelle 11 vorgesehen.
In dieser Quelle wird Bedampfungsmaterial 12, vorzugsweise Siliziummonoxid, mittels
einer von einer Stromquelle 13 gespeisten Heizeinrichtung 14 auf über 10000 C, der
Verdampfungstemperatur von SiO unter den gegebenen Druckverhältnissen, erhitzt.
Das Material verdampft und trifft auf die auf Halteorganen 15 angeordneten, bereits
mit (nicht dargestellten) Elektroden versehenen Trägerplatten 1 bzw. 2 unter einem
einstellbaren Wirlkelolla auf. Die Halteorgane 15 lassen sich um Drehachsen 16 schwenken,
wodurch der Aufdampfwinkel eingestellt werden kann. Der Rezipient enthält zwei Gruppen
Halteorgane mit darauf angeordneten Trägerplatten. Bei der einen Gruppe (links in
Fig.2) beträgt der Aufdampfwinkel z.B. 100, bei der anderen Gruppe (rechts in Fig.2)
liegt er bei z.B. 200.
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Selbstverständlich können mit der in Fig.2 dargestellten Einrichtung
sämtliche Trägerplatten unter dem gleichen Winkel bedampft werden. Das Bedampfen
der anderen Trägerplattensorte unter dem entsprechenden anderen Winkel erfolgt dann
nach neuer Justage der Halteorgane in einem weiteren Verfahrensschritt.
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Mit der in Fig.3 beispielsweise dargestellten Einrichtung lassen sich,
ohne die Halteorgane der Trägerplatten zu veränderen, ebenfalls Trägerplatten unterschiedlicher
Wandorientierung herstellen. Wie in Fig.2 sind die Trägerplatten i, 2 den Halteorganenl5angeordnet.
Alle Halteorgane sind in einer Ebene symmetrisch zur Bedampfungsquelle angeordnet.
Die Bedampfungsquellellist senkrecht zu dieser Ebene verschiebbar. In der einen
(mit Position I bezeichneten) Stellung beträgt der Aufdampfwinkel z.B. 100, in der
anderen (mit Position II bezeichneten Stellung der Aufdampfquelle 11 beträgt der
Aufdampfwinkel z.B. 200.
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Sollen in mehreren Etagen angeordnete Trägerplatten mit einer Einrichtung
nach Fig. bedampft werden, so ist zur Realisierung unterschiedlicher Aufdampfwinkel
neben der Verschieblichkeit der Bedampfungsquelle auch eine Schwenkmöglichkeit der
der Halteorgane (ähnlich der in Fig2 ) vorzusehen, was durch
einfache
geometrische Ueberlegungen leicht einzusehen ist.
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Diese Variante ist aus Gründen der Uebersichtlichkeit in Fig.2 nicht
dargestellt. Anstelle einer verschiebbaren Aufdampfquelle können auch innerhalb
des Rezipienten 9 zwei getrennt ansteuerbare Quelle vorgesehen werden, welche in
den Positionen I und II fixiert sind.
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Wie eingangs erwähnt, können bei Anzeigen mit 90°-Verdrillung Unregelmässigkeiten
infolge entgegengesetzter Verdrillung entstehen. Diese lassen sich dadurch eliminieren,
dass entweder dem (nematischen) Flüssigkristall eine geringe Menge cholestrinischem
Material beigefügt wird, oder die Wandorientierungen der sich gegenüber liegenden
Trägerplatten einen Winkel von weniger als 900 einschliessen. Durch diese von 9,0
abweichende Verdrillung wird die flüssigkristalline Substanz quasi "vorgespannt",
so dass sich die Moleküle beim Anlegen des elektrischen Feldes im gleichen Drehsinn
entdrillen. Um auch dieser Tatsache Rechnung zu tragen, sind die Haiteorgane 4 der
Fig. 2 und 3 zusätzlich in der Trägerplattenebene drehbar ausgebildet.
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu dessen Durchführung vorgesehene
Einrichtung wurden eingehenden Untersuchungen unterzogen, deren Ergebnis gich wie
folgt darstellt:
Ausgangsmaterial waren mit Zinnoxid-Elektroden
versehene Trägerplatten. Eine Gruppe der so vorbereiteten Trägerplatten o wurde
in einer Einrichtung nach Fig.l oder 2 mit einer 300 A dicken Schicht aus Siliziummonoxid
durch Vakuumaufdampfen versehen. Die Bedampfungsquelle 3 war in einem Abstand von
ca.
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40 cm in einer Richtung parallel zu der Längsachse der Trägerplatten
und in einem Winkel von 100 zur Tr'igerplattenoberfläche angeordnet. Die andere
Trägerplattengruppe wiese den gleichen Abstand zur Bedampfungsquelle 3 auf, hatte
die gleiche Ausrichtung zur Bedampfungsquelle, jedoch betrug der Aufdampfwinkel
200 Beide Trägerplattensorten wurden zu Anzeigen zusammengesetzt, wobei die Längsachsen
der Trägerplatten einen Winkel von 100 einschlossen. Als Abstandhalter fanden 12/um
dicke Mylar-Distanzstücke Verwendung. Die Zelle wurde mit M II (vgl.
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Proc. of IEEE 60, S.1002(1972)) gefüllt. Das Ergebnis war eine 800-DrehzeIle,
welche ausgezeichnetecptische und elektrische Eigenschaften aufwies. Es konnten
keine Bereiche entgegengesetzter Verdrillung oder Unregelmässigkeiten infolge "reverse
tilt" festgestellt werden. Die Zelle hatte einen relativ scharfen Schwellwert und
wies einen steileren Kontrastanstieg nach Ueberschreiten des Schwellwertes auf.
Aus dem steileren Kontrastanstieg resultiert eine bessere Eignung der Drehzelle
für Multiplex-Ansteuerungen.