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Flüssigkristallzelle"
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit einem Paar mit
Abstand nebeneinanderliegender, transparenter Trägerplatten, zwischen denen sich
kristalline Flüssigkeit befindet und auf deren einander zugewandten Flächen je eine
Elektrode aufgebracht ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Zelle.
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Bei einer kürzlich entwickelten Flüssigkristallzelle werden sogenannte
"verdrillte nematische Flüssigkristalle verwendet. Eine derartige Zelle besteht
aus zwei nahe aneinanderliegenden Trägerplatten bzw. Substraten, die zwischen sich
einen dünnen Flüssigkri stall film einschließen. Die einander zugewandten Flächen
der Trägerplatten sind so behandelt und so orientiert einander zugeordnet, daß die
Richtung der Achsen der an sich parallel zueinander liegenden Moleküle des Flüssigkristalls
allmählich von einer Trägerplatte zur anderen Trägerplatte hin um irgendeinen Winkel,
zum Beispiel um 900, gedreht oder "verdrillt" ist. Diese Schwenkung oder "Verdrillung"
der Richtung der Molekülachsen hat eine entsprechende Drehung der PolarisationsebeiE
von linear polarisiertem, durch den Flüssigkristallfilm fallendem Licht zur Folge.
Durch Einwirkung eines elektrischen Feldes ausgewählter Richtung auf verschiedene
Bereiche des Films kann die WVerdrillungW dieser Bereiche aufgehoben werden, so
daß dann die Polarisationsebene
von polarisiertem Licht in diesen
Bereichen nicht mehr gedreht wird. Nach Abschalten des elektrisdien Feldes kehren
die Flüssigkristalle wieder in den verdrillten Zustand zurück.
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Um die gewünschte Drillausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu
erhalten, ist es notwendig, die Richtung der Molekeile an jeder der Trägerplatten
zu beeinflussen oder auszurichten. Das kann dadurch erreicht werden, daß auf den
einander zugewandten Flächen der Trägerplatten eine Art von "gemaserter" Mikrostruktur
hergestellt wird, die eine definiete Orientierungsachse aufweist, längs derer sich
die Flüssigkristallmoleküle selbsttätig ausrichten. Durch um einen bestimmten Winkel
versizte Anordnung der einen Trägerplatte gegenüber der anderen und entsprechend
gegeneinander verdrehte Orientierung der Mikrostruktur der beiden Trägerplatten
kann dann die jeweils gewünschte Verdrillung im Flüssigkristallfilm erhalten werden.
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Eine zur Behandlung der Oberflächen der Trägerplatten benutzte Technik
besteht darin, die Oberfläche der Trägerplatten in einer Richtung mit einem Stoff
oder ähnlichem zu bearbeiten, nämlich zu reiben, abzuziehen od. dgl.. Der Einfachheit
halber wird in diesem Zusammenhang von "Schleifen" gesprochen. Das Schleifen umfaßt
also Reiben, Läppen, Abziehen usw.. Die geschliffenen Flächen sind jedoch temperaturempfindlich,
d. h. der durch das Schleifen erwünschte Effekt wird zerstört, wenn die geschliffene
Trägerplatte auf eine relativ hohe Temperatur von ungefähr 300°C erhitzt wird. Das
führt zu Schwierigkeiten beim Herstellen von Vorrichtungen, bei denen Flüssigkristalle
hermetisch einzuschließen sind, da die im allgemeinen zum Herstellen eines entsprechenden
Verschlusses benutzten Materialien, wie Glasfritten, auf hohe Temperaturen
erhitzt
werden müssen.
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Eine andere Technik zum Erzeugen einer "gemaserten" Mikrostruktur
besteht darin, eine Schicht aus Siliziummonoxid auf die Oberfläche der Trägerplatte
schräg aufzudampfen.
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In der US-PS 3 885 860 ist beispielsweise ein Verfahren zum Schrägaufdampfen
einer einzelnen Schicht auf jede Trägerplatte beschrieben worden. Weiterhin ist
es aus der US-PS 3 967 883 bekannt, zwei Schichten unter verschiedenen Winkeln schräg
auf jede der Trägerplatten aufzudampfen. Obwohl dieses Verfahren zu einer gemasertenn
Mikrostruktur führt, die relativ temperaturstabil ist und der zum hermetischen Versiegeln
der Vorrichtung erforderlichen Temperatur widerstehen kann, ist dieses Aufdampfverfahren
relativ kompliziert und zeitraubend, also für die Praxis zu aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine FlUssigkristallzelle
eingangs genannter Art zu schaffen, die eine geschliffene oder geriebene Oberfläche
aufweist, um eine Orientierung des Flüssigkristalls zu erhalten, in der der Schleif-
oder Reibeffekt den hohen zum Versiegeln bzw. Verschweißen der Zelle mit Glas erforderlichen
Temperaturen widerstehen kann, und die außerdem mit wirtschaftlich vertretbarem
Aufwand herzustellen ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß auf wenigstens einer
der einander zugewandten Flächen der Trägerplatten und auf den darauf befindlichen
Elektroden eine geschliffene, Siliziumdioxid enthaltende Schicht liegt.
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Vorteilhaft ist es, wenn auf jeder der einander zugewandten Flächen
der Trägerplatten und auf den darauf liegenden Elektroden eine geschliffene, geriebene
usw., aus Siliziumdioxid
bestehende Schicht aufgebracht ist.
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Zwischen den Trägerplatten befindet sich der Flüssigkristallfilm.
Günstig ist es daher, wenn zwischen den Trägerplatten ein abdichtender Randwulst
vorgesehen ist, so daß die Trägerplatten zusammen mit dem Randwulst eine hermetisch
abgedichtete, den Flussigkristallfilm aufnehmende Kammer bilden.
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Der Randwulst kann dabei beispielsweise aus Glas bestehen.
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FUr das Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle besteht
die erfindungsgemäße Lösung darin, daß auf je einer Oberfläche zweier transparenter
Trägerplatten auf auf diese aufgebrachten Elektroden und auf allen nicht von den
Elektroden bedeckten Bereichen eine Siliziumdioxid enthaltende Schicht erzeugt wird,
daß auf den Siliziumdioxid-Schichten durch Schleifen, Abziehen oder Reiben eine
zum Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristallfilms orientierte Mikrostruktur
gebildet wird, daß die Trägerplatten mit einander zugewandten Siliziumdioxid-Schichten
auf Abstand, in übereinandergreifender Zuordnung aneinander befestigt werden, und
daß eine kristalline Flüssigkeit in den Raum zwischen den Trägerplatten eingebracht
wird.
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Es ist bei dem Verfahren günstig, wenn die Trägerplatten mit Hilfe
eines abdichtenden, sich zwischen den Trägerplatten erstreckenden und dort eine
hermetisch dichte Kammer bildenden Randwulstes oder Rahmens aneinander befestigt
werden, wobei die Kammer die kristalline Flüssigkeit aufnimmt. Als abdichtender
Randwulst oder als Rahmen kann vorteilhaft eine zwischen den Trägerplatten angeordnete
Glasfritte verwendet werden.
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Durch Erhitzen der letzteren bis zu ihrem Schmelzpunkt läßt sich dann
ein in sich und mit den Trägerplatten verschweißter Randwulst bzw. Rahmen aus Glas
bilden.
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Die erfindungsgemäßen, Siliziumdioxid enthaltenden Schichten können
auf verschiedene Weise hergestellt werden. Ein vorteilhaftes Verfahren besteht darin,
daß die Siliziumdioxid enthaltenden Schichten auf den Trägerplatten durch Erhitzen
von Silizium und Sauerstoff in einer Kammer erzeugt werden.
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Das dabei entstehende Siliziumdioxid wird bei dem Verfahren in der
Kammer unmittelbar auf den Trägerplatten abgeschieden. Die Siliziumdioxid enthaltenden
Schichten können aber auch durch Verdampfen von Siliziummonoxid im Vakuum und Abscheiden
einer Siliziummonoxid-Schicht auf den Trägerplatten hergestellt werden. Diese Siliziumoxid-Schicht
wird dann wenigstens an der Oberfläche durch Erhitzen zu Siliziumdioxid oxidiert.
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Anhand der schematischen Zeichnung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels
einer Flüssigkristallzelle werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle allgemein
mit 10 bezeichnet. Sie wird aus einem Paar von Substraten oder Trägerplatten 12
und 14 gebildet, die aus transparentem Material, wie Glas bestehen. Die Trägerplatten
12 und 14 befinden sich auf Abstand in übereinandergreifender Zuordnung, so daß
eine Oberfläche 16 der Trägerplatte 12 einer Oberfläche 18 der Trägerplatte 14 gegenüberliegt.
Zwischen den Trägerplatten 12 und 14 befindet sich ein Randwulst 20, bzw. ein Rahmen
aus hermetisch abschließendem bzw. versiegelndem Material. Der Randwulst 20 erstreckt
sich rund um die Trägerplatten, so daß Randwulst und Trägerplatte eine hermetisch
verschlossene Kammer umschließen. Auf jeder der Oberflächen 16 und 18 der Trägerplatten
12 und 14 befindet sich eine Elektrode 22 und 24 aus einem elektrisch leitendem
Material, wie Zinnoxid. Wenigstens eine der Elektroden
22 und
24 ist transparent. Die Elektroden 22 und 24 weisen Bereiche auf, die auf der jeweiligen
Oberfläche der Trägerplatte über den Randwulst 20 hinausragen, um als Anschlüsse
für die Elektroden zu dienen. Eine oder beide Elektroden 22 oder 24 sind mit einem
Muster versehen, daß irgendein wiederzugebendes Bild darstellt.4 Auf den Elektroden
22 und 24 und allen freiliegenden Bereichen der Flächen 16 und 18 der Trägerplatten
12 und 14 liegt je eine Schicht 26 bzw. 28, die Siliziumdioxid (SiO2) enthalten
oder aus diesem Material bestehen. Jedoch reichen die Siliziumdioxid-Schichten 26
und 28 nicht bis zu den Teilen der Elektroden 22 und 24, die sich über den Randwulst
20 hinauserstrecken. Die Siliziumdioxid-Schichten 26 und 28 haben jeweils vorzugsweise
eine Dicke von zwischen etwa 500 und 2000 Angström. Siliziumdioxid-Schichten mit
geringerer Dicke als etwa 500 Angström sind nicht stabil genug und Siliziumdioxid-Schichten,
die dicker als etwa 2000 Angström sind, bedingen höhere Spannungen zum Anregen der
Flüssigkristallzelle. Die Siliziumdioxid-Schichten 26 und 28 sind beide auf die
Weise geschliffen, abgezogen, gerieben od. dgl.
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um auf ihnen eine orientierte, die Moleküle des Flüssigkristallfilms
ausrichtende Mikrostruktur zu erzeugen. Die orientierte Mikrostruktur umfaßt hierbei
mikroskopische Kerben, Riefen, Schrammen, Spitzen, Täler usw., die im wesentlichen
parallel zueinander liegen und geeignet sind, eine gleichsinnige Ausrichtung der
Flüssigkristallmoleküle zu verursachen. Der hermetisch verschlossene Raum zwischen
den Trägerplatten 12 und 14 ist mit kristalliner Flüssigkeit 30 gefüllt.
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Beim Herstellen der Flüssigkristallzelle 10 werden die Oberflächen
16
und 18 der Trägerplatten 12 und 14 zunächst mit den Elektroden 22 und 24 nach irgendeiner
bekannten Technik zum Abschneiden des jeweiligen Elektrodenmaterials versehen. Die
Elektroden 22 und 24 können dabei zum Bilden eines gewünschten Musters mit Hilfe
bekannter photolithographischer Verfahren begrenzt werden.
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Anschließend werden die Elektroden 22 und 24 und die freiliegenden
Flächen 16 und 18 der Trägerplatten mit Siliziumdioxid-Schichten 26 und 28 bedeckt.
Ein Verfahren zum Erzeugen von Siliziumdioxid-Schichten durch Abscheidung aus der
Dampfphase ist in der Zeitschrift "RCA Review", Band 28, Seite 153, März 1967, beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird eine Mischung von Stickstoff, Sauerstoff und Silan in
einer Kammer huber die Trägerplatten geführt und auf eine Temperatur von etwa 4500C
erhitzt, bei der Sauerstoff und Silan miteinander reagieren, so daß Siliziumdioxid
entsteht und auf den Trägerplatten niedergeschlagen wird. Bei einer Temperatur von
4500C wird das Siliziumdioxid in einer Schichtdicke von etwa 250 Angström pro Minute
auf den Trägerplatten abgeschieden. Bei einem anderen Verfahren zum Niederschlagen
von Siliziumdioxid-Schichten auf den Trägerplatten wird Siliziummonoxid aus der
Dampfphase im Vakuum abgeschieden, so daß zunächst Schichten aus Siliziummonoxid
entstehen.
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Diese Schichten werden dann in Sauerstoff auf eine Temperatur von
etwa 400 bis 5000C erhitzt, um wenigstens die Oberflächenbereiche - wenn nicht die
gesamte Siliziummonoxid-Schicht - zu Siliziumdioxid zu oxidieren.
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Anschließend werden die Siliziumdioxid-Schichten 26 und 28 mit einem
Stück Papier, einem Baumwolltupfer oder ähnlichem geschliffen, abgezogen oder gerieben.
Das Schleifen erfolgt gleichförmig in einer einzigen Richtung bei mäßigem Anpreßdruck
und mit wiederholtem Strich, um beste Ergebnisse zu erzielen.
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Die Trägerplatten 12 und 14 werden dann unter Zwischenlage des Materials
für den Randwulst 20 flach aufeinander gelegt.
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Anschließend wird die Anordnung auf eine Temperatur erhitzt, die erforderlich
ist, um das Material des Randwulstes 20 mit den Trägerplatten zu verschweißen und
dadurch eine hermetisch verschlossene Kammer zwischen den Trägerplatten herzustellen.
In diese Kammer wird dann die kristalline Flüssigkeit 30 durch eine Öffnung im Randwulst
20 eingeführt. Diese Öffnung wird anschließend ebenfalls verschlossen, versiegelt
bzw. verschweißt.
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Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle 10 bleibt der Ausrichteffekt,
der durch das Schleifen, Abziehen oder Reiben der Siliziumdioxid-Schichten 26 und
28 entstanden ist, auch nach dem Erhitzen der Anordnung auf eine zum Verbinden des
Randwulstes 20 mit den Trägerplatten erforderliche Temperatur erhalten. Es hat sich
ergeben, daß dieser Effekt auch beständig ist, wenn die Anordnung auf eine Temperatur
von etwa 5000C erhitzt wird, die erforderlich ist, um einen aus Glas bestehenden
Rahmen oder Randwulst 20 zu schmelzen und mit sich selbst und mit den Trägerplatten
zu verschweißen.
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