DE2548895A1

DE2548895A1 - Drehzelle mit schraegbedampften schichten

Info

Publication number: DE2548895A1
Application number: DE19752548895
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Kobale; Hans Dipl Phys Krueger; Hans-Peter Dipl Phys Dr Lorenz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1977-05-05
Also published as: FR2330026A1; CH594898A5; IT1068930B; US4066337A; GB1539971A; JPS5257838A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München ^ VPA ?5 P Π 86 BRD

Drehzelle mit schrägbedampften Schichten

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-(FK-)Anzeige, enthaltend eine Flüssigkristallschicht mit positiver dielektrischer Anisotropie zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils einen Elektrodenbelag sowie eine schräg aufgedampfte Schicht aufweisen, welche die benachbarten Moleküle der FK-Schicht wenigstens annähernd einheitlich homogen orientiert, wobei die Orientierungsrichtung an der einen Schicht zumindest angenähert senkrecht zur Orientierungsrichtung an der anderen Schicht verläuft ("Drehzelle mit schrägbedampften Schichten"), sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anzeige. Ein Display der geschilderten Art ist in der US-PS 3 834 792 beschrieben.

Eine Drehzelle hat nur dann einen über die ganze Fläche gleichmäßig hohen Kontrast und ein einheitliches Anspreehverhalten, wenn ihre FK-Schicht durch die Grenzflächen überall um exakt 90 ° verdrillt wird. Durch Schrägbedampfen der Trägerplatten kann man zwar Oberflächen mit einem hohen, reproduzierbaren Orientierungsvermögen herstellen, es ist aber bis heute noch nicht gelungen, die bei Drehzellen gebotene regelmäßige FK-Struktur auch über größere Flächenbereiche hinweg zu erzeugen. Dies läßt sich im wesentlichen darauf zurückführen, daß gewöhnlich von punktförmigen Quellen aus verdampft werden muß und somit bereits von der Geometrie der Anordnung her auf den Substraten eine Schicht mit einem von Ort zu Ort in der Größe und vor allem in der Richtung variierenden Schrägbedanipfungswinkel aufwächst. Setzt man nun wie üblich die beiden Platten um 90 ° gegeneinander verdreht zu einem

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Display zusammen, so stehen sich nahezu an jedem Ort des BiIdschirras Schichtenbereiche mit ungleichen Strukturabweichungen gegenüber, die dann zu einem von 90 ° verschiedenen Verdrillungswinkel oder gar - bei einem nicht eindeutig bevorzugten Drehsinn - zu Orientierungsstörungen mit der Folge lokaler Kontrasteinbrüche führen.

Homogeno Orientierungen lassen sich außer durch die Schrägbedampfungsmethode auch durch Reiben der Trägerplatten mit einem geeigneten Tuch hervorrufen. Eine solche mechanische Oberflächenbehandlung liefert aber selbst bei sorgfältigster Durchführung keine reproduzierbaren, wirklich einheitlichen Ausrichtungen; sie tritt unter den derzeit angewandten Orientierungstechniken mehr und mehr in den Hintergrund.

Um die geschilderten Unzulänglichkeiten abzustellen, ist bei einer FK-Ahzeige der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei der einen schrägbedampften Schicht der ¥inkel zwi sehen der Plattennormalen und der Bedampfungsrich-•fcung (Schrägbedampfungswinkel ct^) einen Wert über 75 ^α und "bei der anderen schrägbedampfen Schicht der Schrägbedainpfungswinkel (Schrägbedampfungswinkel ^O einen Wert unter 65 ° hat und daß die beiden Schrägbedampfungswinkel jeweils in wenigstens näherungsweise zueinander parallelen Ebenen liegen. Insbesondere sollte oc,j zwischen 80 und 89 ° und cc,, zwischen 60 und 40 ° liegen. Die besten Werte erhält man, wenn^ etwa 85 ° beträgt undoc« knapp unter 60 °, zwischen 55 ° und 60 °, liegt. Als Schichtmaterial hat sich vor allem Siliziumoxid bewährt*

Die Erfindung geht von der folgenden an sich bekannten Beobachtung aus:

Verringert man den Schrägbedampfungswinkel unter einen Wert von etwa 65 °, so richten sich die Moleküle nicht mehr in einer Ebene aus, die durch die Schrägbedampfungsrichtung und die

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Plattennormale aufgespannt wird (Bedampfungsebene), sondern sie stellen sich senkrecht zu dieser Ebene. Elektronenmikroskopische Untersuchungen haben ergeben, daß für diese auf den ersten Blick überraschende Molekülorientiorung Sprungs oder Abbruche verantwortlich sind, die sich quer zur Schrägbodarap~ xungsrichtung durch die gesamte Schicht hinziehen; diese Überstruktur entsteht offensichtlich erst unterhalb eines bestimmten Schrääbedanipfungsv/inkels, möglicherweise führen zunehmende Materialspannungen zu Abgleitprozessen und den beobachteten Verwerfungen.

Das geschilderte Orientierungsphänomen ermöglicht den Aufbau von Drehzellen, bei denen die beiden Trägerplatten nicht mehr zue.ins.nder gedreht, sondern statt dessen mit verschiedenen Schrägbsdaoipfungsv/inkeüη bedampft werden müssen. Diese Substitirtionssiöglichkeit ist besonders wertvoll, da sich für die beiden Trägerplaxten stets Positionen relativ zur Auf&ampfquelle finden lassen, in denen zumindest die Komponenten der Anfdamgawinkel in. den Ebenen der beiden Substrate die gleiche Ortsabnängigköit haben. Diese spezielle Gleichverteilung ist, wie leicht einzusehen, hinreichend und notwendig dafür, daß trotz nicht vollkommen einheitlich homogener Wandorientierungen die Verdrillungswinkel dennoch an jedem Ort des Bildschirms genau 90 ° betragen können. Sie ergibt sich, wenn die Abstandsrelation d^ sino6^ = dg sin et, eingehalten wird (d*, cL, sind die Abstände von der Aufdampfquelle zu entsprechenden Punkten der "beiden Platten); die Gleichung besagt, daß die Projektionen der Abstandsvektoren d*, do auf die Ebenen der jeweiligen Substrate gleich groß sein sollen. Hierbei sind für die Komponenten der Aufdampfwinkel längs der Plattennormalen und damit auch für die Größe der Winkel durchaus unterschiedliche Ortsfunktionen auf den gegenüberliegenden Platten des Displays zugelassen r solche Differenzen haben auf die Verdrillungswinkel keinen Einfluß.

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Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen« Es zeigen:

Fig. 1 das Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FK-An-

zeige im Querschnitt und
Fig. 2 die Anordnung der Trägerplatten während des Schrägbedsmpfungsprozesses. ·

Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile, beispielsweise elektrische Zuleitungen in Fig. 1 odor Halterungselemente und Gefäße in Fig. 2, sind in der Zeichnung der Übersicht halber weggelassen.

Das Ausfütirungsbeispiel der Fig, 1 ist eine vierstellige alphanumerische Anzeige und wird in Reflexion betrieben. Das Display enthält im einzelnen zwei rechteckige Trägerplatten 1, 2. die auf ihren einander zugewandten.Flächen Slektrodenbeläge (segaentierte Vorderelektrc-de 3_f durchgehende Rückelektrode 4) sowie jeweils eine schräg sufgcöarapfta Schicht 5» 6 tragen. Auf den Plattenaußenflächen sind jeweils Polarisatoren 7, 8 angebrachtj beide Polarisatoren stehen senkrecht aufeinander. Dar in Blickrichtung gesehen hintere Polarisator (Polarisator 8) ist zusätzlich mit einem Reflektor 9 abgedeckt. Beide Platten sind an ihren Randzonen über einen sie distanzierenden Glaslotrahmen 10 hermetisch dicht miteinander verbunden. In der von den Platten und dem Glaslot rahmen begrenzten Kammer ist durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung im Rahmen oder in einer der Trägerplatten eine FK-Schicht 11 eingegeben und nach Verschluß der Öffnung von der Umwelt vollkommen abgeschlossen.

Die Display-Teile bestehen aus folgenden Materialien: Die Trägerplatten sind aus Glas, die Elektroden aus SnOp oder Ino0₇, die schrägbedampften Schichten aus SiO, die Polarisatoren aus

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gerecktem Polyvinylalkohol mit eingelagerten Jodiden, der Reflektor ist eine metallisierte Folie oder eine spezielle Kunststoffolie, der Glaslotrahnen "besteht aus einem Glaslot mit niedrigem Schmelzpunkt und die FK-Schicht aus einem der üblichen geeigneten nematische FJ-üssigkristallgamische, Für weitere Herstellungs- und Betriebseinzelheiten wird auf die bereits zitierte US-Patentschrift sowie auf "Appl, Phys. Lett." 1j3 (1971), Seite 127 f. verwiesen.

In Fig, 2 ist rein schematisch die Geometrie der Anordnung ■während der Schrägbedampfung der beiden Trägerpiatten dargestellt. Beide .Trägerplatten erstrecken sich in Ebenen, die senkrecht zur Zeichenobene liegen. Ihr Abstand zu der mit 12 bezeichneten Aufd-sjipfquelle beträgt d^ beziehungsweise dp und ist ^swsils vom hinteren oberen Bezugspunkt 13 beziehungsweise 14 aus gemessen. Die Bezugspunkte sowie die Aufdampfquölle liegon in der Zeichencbone, die damit mit der Bedamofungsebene zusammenfällt, Die Sucstrate sind geg^n die Verbindungslinie zwischen ihren Bezugspunkten und tier Auf dampf quelle verkippt, und zwar beträgt bei der einen !Trägerplatte der WinksX ssischcn der Normalen und der Verbindungslinie (Schrägbedss?- fungstfinkelc«:..) 85 ° und bei der anderen Trägerplatte der entsprochende Winkel fc>2) &^*^& 58 °. Zwischen, den beiden Abständen d^ und d₂ gilt folgende Beziehung:

d,j . sin0^₁ = d₂ . sin cc,,.

Di.e Breitseiten der rechteckigen Trägerplatten stehen senkrecht auf der Bedampfungsebene.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kommen auch andere als alphanumerische Displays, beispielsweise Matrixanzeigen, in Frage. Auch hat man bei der konstruktiven Gestaltung freie Wahl, insbesondere kann die Anzeige statt in Reflexion in Transmission betrieben

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werden odor rait einer halbdurchlässigen Reflektorschicht varsohen sein. Weiterhin kann ei.n Polarisator entfallen und durch !•"•inlsgarang von dichroitischsn Farbstoffen in die FK-Schicht ersetzt werden. Schließlich steht es auch im Belieben u.es Fachmanns, dia beiden Trägerplatten in einem einzigen oder zwei getrennten Arbeitsgängen zu bedampfen.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Pate ntansprüche

\J\J Flüssigkristallanzeige, enthaltend: eine Flüssigkristallschicht mit positiver dielektrischer Anisotropie zwischen zwei Trägerplatten, die auf ihran einander zugewandten Flächen jeweils einen Elektrodenbalag sowie eine schräg aufgedampfte Schicht aufweisen, welche dio benachbarten Moleküle der Flüssigkristallschicht wenigstens annähernd einheitlich homogen orientiert, wobei die Orientierungsrichtung an der einan Schicht zumindest angenähert senkrecht zur Orientierungsrichtung an der anderen Schicht verläuft ("Drohzelle liiit schrägbedampften Schichten"), dadurch gekennzeichnet , daß bei der einen sclirägbadar.'.pften Schicht (5) der Winkel zwischen der Plattexvaormalen und der Bedampfimgsrichtung (Schrägbsdajapfungsv/inkel cc..) einen Wert über 75 ° und bei der anderen ten Schicht (6) der Schrägbedsmpfungswlzikel (S f ungGvinkeX CC^) einen ¥ert unter 65 ° hat und da3 die beiden Schrägbedampzungswinkel ös^eils in wenigstens näherungsweise zueinander parallelen Ebenen liegen.

2, Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß gilt 80 °£ ^X₁ ^ 89 ° und 40 °£= OC₂ "^^5 °, vorzugsweise ö^ etwa gleich 85 ° und 55 ⁰^ *~_z ^60°.

3* "Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägbedampfte Schicht (5, 6) aus Siliziumoxid besteht.

4. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden jeweils mit ei-

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nem Elektrodenbelag versehenen Trägerplatten mit einer Schicht unter einem ersten beziehungsweise ζν/ε-iten Schrägbedsiapfungswinkel (PC,,⁰^) bedampft und sodann ohne gegenseitige Verdrehung zusammengesetzt v/erden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet . daß gilt d.. sinCC^ --= d2 sinCc^, wobei d^ und d_? die Abstände zwischen einander entsprechenden Punkten, insbesondere einander entsprechenden Eckpunkten, auf den beiden Trägerplatten und der Aufdampfquelle sind.

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