DE2838287C2

DE2838287C2 - Feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehtem nematischem Flüssigkristall und aufgedampften Ausrichtschichten

Info

Publication number: DE2838287C2
Application number: DE2838287A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Syuichi Nara Kozaki; Kiyoshi Toda; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1984-04-12
Also published as: JPS5440653A; US4240710A; CH644954A5; DE2838287A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— eine im wesentlichen senkrecht auf die Unterlagen (1) unmittelbar auf diese aufgebrachte isolierende und Unebenheiten egalisierende Zwischenschicht (13) aus SiO₂ mit einer Dicke von etwa 100 nm aufgebracht ist, und

— die erste SiO-Ausrichtschicht (14) auf die SiO₂-Zwischenschicht in einer Schichtstärke von weniger als 2,5 nm aufgebracht ist.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausrichtscnicht (14) in einem Winkel von 45 bis 60° zur Senkrechten aufgedampft ist.

Die Erfindung betrifft eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle (sogenannte TN-FEM-ZeI-Ie; TN-FEM = Twisted Nematic Field Effect Mode) gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Zelle ist aus der DE-OS 26 21 140 bekannt. Die genannte Offenlegungsschrift geht vom Stand der Technik mit nur einer SiO-Schicht aus. Es wird angegeben, daß die Verwendung nur einer Schicht zu einem stark betrachtungswinkelabhängigen Kontrast und zu Ungleichförmigkeit der Anzeige führt. Zum Vermeiden dieser Nachteile ist in der genannten Offenlegungsschrift angegeben, zwei Schichten aus SiO zu verwenden, und zwar eine erste mit etwa 50 nm Stärke, die mit etwa 60° zur Senkrechten aufgedampft ist, und eine zweite mit etwa 0,5—1,0 nm Stärke, die unter etwa 80° zur Senkrechten aufgedampft ist.

Andererseits ist in der DE-OS 25 33 705 angegeben, daß SiO-Schichten auf Bereichen des leitfähigen Musters einer Zellenplatte und auf Bereichen mit klarem Glas ungleichmäßig aufwachsen und daß dazuhin diese Schicht für !oner.strörne durchlässig ist, was zum Zerstören der darunter befindlichen leitfähigen Oxidschicht führt. Zum Vermeiden dieser Nachteile ist angegeben, unterhalb einer SiO-Schicht zunächst eine SiOrSchichi anzubringen. Die SiOrSchicht soll eine Stärke von etwa 10 nm und die SiO Schicht eine Starke von etwa 10 — 50 nm aufweisen.

Die Erfinder haben, wie es weiter unten noch ausführlicher erläutert wird, festgestellt, daß schräg aufgebrachte SiO-Schichten dazu fuhren, daß Blasenbildung in der Flüssigkristallzelle auftritt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigezelle der aus der DE-OS 26 21 140 bekannten Art so auszugestalten, daß der Effekt der Blasenbildung verringert ist

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Hauptanspruch gekennzeichnet Ein besonders vorteilhafter Bereich für die Aufdampfrichtung der ersten Ausrichtschicht ist in Anspruch 2 angegeben.

Die erfindungsgemäße Anzeigezelle zeichnet sich durch eine Schichtfolge einer egalisierenden Zwischenschicht aus SiO₂ und einer ersten und einer zweiten SiO-Ausrichtschicht aus, wobei die erste SiO-Ausrichtschicht besonders dünn ausgestaltet ist. Ihre Stärke beträgt nämlich weniger als 2,5 nm. Beträgt die Schichtstärke der ersten SiO-Ausrichtschicht zum Beispiel 6 nm, so tritt bereits erhebliche Blasenbildung auf.

2ü Ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel wird nachstehend in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht zur Schrägbedampfungstechnik,

F i g. 2 und 3 eine zum Stand der Technik gehörende Flüssigkristall-Anzeigezelle in Draufsicht bzw. Seitenansicht,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine Trägerplatte einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigezelle und

F i g. 5 eine Draufsicht zur Erläuterung der Verdampfungsrichtung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerplatte.
Zunächst soll in Verbindung mit Fig. 1 die beim

Ji Stand der Technik verwendete frühere Aufdampfungsmethode erläutert werden. Auf eine Glasunterlage (1) wird konventionell in einer Aufdampfungs- oder Aufsprühtechnik ein als Hauptbestandteil In₂O₃, SnO₂ oder dgl. enthaltender transparenter und leitfähiger

4(i Film durchgehend aufgetragen. Anschließend werden aus dem transparenten leitfähigen Film durch Ätzen in gewünschter Formgestaltung Elektroden 2 gebildet; ein Alternativweg wäre hier eine Masken-Aufdampfungstechnik. Danach wird unter einem geeigneten, beispiels-

4> weise 45° bis 70° oder 80° bis 85° betragenden Einfallswinkel ein SiO-FiIm bzw. ein Richtungsfilm 3 auf die Unterlage 1 mit den Elektroden 2 aufgebracht, wobei unter Einfallswinkel die Einfallsrichtung der aufgedampften Partikel gegenüber der Senkrechten zur

><> Oberfläche der Unterlage zu verstehen ist. Bei einem Einfallswinkelbereich zwischen 45° und 70^c' zeigen die Flüssigkristallmoleküle eine homogene Ausrichtung innerhalb der Ebene der Unterlage, während ihre Längsachsen senkrecht zur Einfallsrichtung der aufge-

■)> dampften Partikel stehen. Bei 80° bis 85° jedoch liegen die Flüssigkristallmoleküle parallel mit der Einfallsrichtung.

Vorausgesetzt, die Flüssigkristall-Anzeigezelle ist so eingerichtet, daß die Molekularausrichtungen zur

ti» Oberfläche der beiden gleichgerichteten Elektrodenunterlagen auf diese Weise zueinander senkrecht stehen, so weisen die Flüssigkristallmoleküle in der An/.cigezelle eine gedrehte Struktur gegenüber den beiden Unterlagen auf. und die Flüssigkristallanzeige läßt sich im Feldeffektbetrieb versteuern (TN-FEM-Anzeigc). Jedoch besitzen die. mit Hilfe der konventionellen Schrüghedampfungstcchnik hergestellten TN-ITM-An/.cigcii die nachstehend aufgeführten drei grundsiitz-

ichen Nachteile:

ι) Jede mögliche Oberflächenunebenheit oder -rauhheit der Unterlagen führt zu dem Mangel, daß bei der Schrägaufdampfung vorspringende Einfas- i sungskanten am Umfang der Ungleichmäßigkeit auftreten. Auch wenn man den abgelagerten SiO-FiIm zum Ausgleich der Oberflächenunebenheiten dicker macht, dann treten andere Probleme bezüglich der chemischen Stabilität auf, und es κ entwickeln sich Blasen durch Reaktion mit dem Flüssigkristall.

5) Es gibt Probleme der Neigungsabweichung. Für den Fall, daß die Aufdampfung unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 60° erfolgt, ist der 1 = aufgetragene Film beiderseits der Molekularausrichtungsrichtung symmetrisch, während die Flüssigkristallmoleküle senkrecht zur Einfallsrichtung der aufgedampften Partikel verlaufen. Dabei ist es sehr schwierig, die Flüssigkristallmolefcüle über die _> < ganze Auflage hinweg in einer bestimmten Richtung zu verdrehen, und so entstehen Verdrehneigungsabweichungen. In F i g. 2 drehen die Flüssigkristallmoleküle im Bereich I nach links und im Bereich II nach rechts, zwischen den Bereichen 2= besteht also eine unterschiedliche Verdrehrichtung. Das führt dann zu Neigungsabweichungen auf der in F i g. 2 mit c/bezeichneten Grenzlinie.

Da die Flüssigkristallmoleküle parallel zur Oberfläche der Unterlage verlaufen, bleibt außer- si dem beim Anlegen einer Spannung ihre Anstisgsrichtung gegenüber einem, durch die angelegte Spannung induzierten, elektrischen Feld unstabil, es bilden sich Domänen in der Flüssigkristallschicht und dabei Neigungsabweichungen (siehe F i g. 3). r Wie sich aus F i g. 3 entnehmen läßt, verlaufen die Neigungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in den beiden Bereichen I und II entgegengesetzt. Bei einem Einfallswinkel zwischen 80° und 85° können Verdrehung und Neigungsabweichungen fast voll- -a. ständig aufgehoben oder vermindert werden. In diesem Fall hat die Flüssigkristall-Anzeigezelle jedoch den Nachteil, daß unvermeidbar eine Interferenzfarbe durch die Zelle sichtbar und ferner das Kontrastverhältnis sehr stark reduziert ist, weil 4 > die Flüssigkristallmoleküle die Neigung zeigen, sich von der Oberfläche der Unterlage abzuheben. Diese Nachteile sind besonders schwerwiegend in bezug auf eine leicht ablesbare und leicht herstellbare Anzeige. v>

c) Das letzte wichtige Problem besteht darin, daß der schräg aufgebrachte Film aus SiO nicht genügend chemische Stabilität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist. Dies hat Bedeutung für eine längere Gebrauchsdauer der Flüssigkristallzelle, weil die >"· Blasenbildung gefördert wird.

Alle diese Nachteile werden bei der erf'ndungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigezelle durch einen transparenten, dreilagig aufgebauten Isolierfilm vermieden, der to zu einer hohen Anzeigequalität führt. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle besitzt ein Paar Unterlagen, die hier als Trägerplatte bezeichnet werden und von denen mindestens die eine transparent ist. Das nematische Flüssigkristallmatcrial hat eine positive < dielektrische Anisotropie mit einer aedreht-nematischen Ausrichtung /wischen den Trägcrplaiten. eine rrste Isolierschicht ist im wesentlichen längs der Normalrichtung der einen Trägerplatte aufgebracht, auf diese erste Isolierschicht ist eine zweite Isolierschicht schräg zur Normalrichtung der Trägerplatte aufgebracht, und schließlich ist auf die zweite Isolierschicht einedriue Isolierschicht schräg gegenüber einer um 90" zur Schrägrichtung verdrehten Richtung aufgebracht, wobei die Normal- bzw. Senkrechtlinie zur Trägerplatte als Rotationsachse anzusehen ist Auf diese Weise wird ein dreilagig ausgerichteter Film gebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Isolierschicht unter einem zwischen 45° und 60° ausgewählten Winkel gegenüber der Normallinie der Trägerplatte aufgedampft, während die dritte Isolierschicht unter einem zwischen 80° bis 85° ausgesuchten Winkel gegenüber der Normallinie der Trägerplatte bzw. Unterlage aufgedampft ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von F i g. 4 trägt eine nicht hochwertig bearbeitete bzw. leicht unebene Trägerplatte 11 aus Glas als Unterlage einen abgegrenzten transparenten leitfähigen Film 12 aus ΙΠ2Ο3, und auf diesen ist als erste Schicht des ausgerichteten Films ein dünner Film 13 aus SiO? oder dgl. mit einer Dicke von etwa 0,1 μηι in der Normalbzw. Senkrechtrichtung zur Trägerplattenoberfläche aufgedampft. Dann wird als zweite Schicht SiO mit einer Dicke von etwa 0,001 μΐη bis etwa 0,05 μΐη das Isoliermaterial SiO unter einem Winkel zwischen 45° bis 60° gegenüber der Richtung A von Fig. 5 aufgedampft. Danach wird als dritte Isolierschicht 15 wiederum SiO unter einem zwischen 80° bis 85° ausgewählten Einfallwinkel gegenüber der Richtung B in F i g. 5 mit einer unterhalb 0,003 μπι vorzugsweise zwischen 0,00015 bis 0,001 μπι liegenden Dicke aufgedampft. Die Aufgabe der ersten Isolierschicht 13 ist die Vermeidung des erstgenannten Problems a), nämlich die Trägerplatten-Oberflächenunebenheiten auszugleichen. Die erste Isolierschicht kann eine ganz ausgezeichnete Molekularausrichtung bewirken.

Die zweite aufgedampfte Isolierschicht gewährleistet die Molekularausrichtung in einer bestimmten Richtung, also eine gedrehte Struktur der Flüssigkristallmoleküle.

Die dritte Isolierschicht verleiht der zweiten Isolierschicht eine Asymmetrie, die bei der Überwindung des zweiten, mit b) bezeichneten Problems der Neigungsabweichung hilfreich ist. Die chemische Stabilität des aufgelagerten SiO-Films gegenüber dem Flüssigkristall wird dadurch gewährleistet, daß die Summe der Dicken der zweiten und dritten SiO-Schichten unter etwa 0,05 μτη gehalten wird. Somit bietet der erfindungsgemäße dreilagige Film eine stabile und gute Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle über eine lange Lebensdauer der Anzeigezelle. Es sei darauf verwiesen, daß in Fig. 4 nur eine Unterlage bzw. Trägerplatte der Anzeigezelle mit der beschriebenen Gestaltung dargestellt ist. Wie der Fachmann weiß, benötigt die komplette Zelle zwei Unterlagen bzw. Trägerplatten dieser Art mit gleicher Gestaltung.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Nachdem In₂Oi mit einem Zusatz von 5,0 Gew.-% S11O2 in einer Dicke von 0,05 μιτι aufgedampft worden ist, wird SiOi als erste Ausrichtungsschiern, in einer Dicke von etwa 0.1 iim aus der Normalric'itung mit HiUe der Kleklronenstrahlmelhode aufgedampft. Danach wird die /weite Schicht aus SiO in einer Dicke von 0.002¹) um schräg aufgedampft unter einem Fmf.illsw inkel von W) gegenüber der Richtung A η Fig. 5. Schließlich wird die dritte Schicht aus SiO mit einer

Dicke von 0,0005 μηι unter einem Einfallswinkel von 85" aus Richtung ß von F i g. 5 aufgedampft.

In der oben beschriebenen Weise werden beide Unterlagen bzw. Trägerplatten der Flüssigkristallzelle hergestellt, dann positioniert und mit Hilfe eines 10 μηι dicken Abstandselementes so aneinander befestigt, daß die Schrügbedampfungsriehuingcn A der jeweils /weiten SiO-Schichten senkrecht zueinander stehen.

Das anschließend in die Zelle injizierte Flüssigkristallmaterial ist von der Firma BDII Co. zu beziehendes E-8 Bipheny I-Flüssigkristallnutteria I.

Die so hergestellte crfindungsgemiiße Flüssigkristall zelle erbringt befriedigende F.rgebnisse. die Flüssigkristallmoleküle sind chemisch stabil ohne Störunger durch Ungleichförmigkeilen der Tragerplaltenoberfläche oder Neigungsabweichiingen. Die fertige TN-FEM-Flüssigkristall-An/eigezelle halte, bei Verwendung eines Polarisators HN 42 von der Firma Polaroid Co. ein Kontraslverhältnis von 50 : I und ein gutes Ansprechverhaltcn. mil 70 ms Anstiegszeil und 120 ms Abklingzeit bei 25' C und 5 V.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffektsteuerbare
zelle mit

Flüssigkt istall-Anzeige-

— einem Paar von Unterlagen, von denen mindestens eine transparent ist

— einem zwischen den Unterlagen angeordneten verdrehtnematischen Flüssigkristallmaterial,

— je einer schräg zur Senkrechten auf die Unterlagen unter einem Winkel von 40 bis 70° zur Senkrechten aufgedampften ersten Molekül-Ausrichtschicht aus SiO, und mit

— einer auf die jeweils erste Ausrichtschicht um 90° gegenüber der ersten Aufdampfrichtung gedrehten Richtung und ebenfalls schräg in einem Winkel von 80 bis 85° zur Senkrechten auf die Unterlagen aufgedampften zweiten Molekular-Ausrichttechnik aus SiO, einer Stärke von weniger als 3 nm,