DE7518619U

DE7518619U - Fluessigkristallanzeige mit wandorientierten traegerplatten

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Publication number: DE7518619U
Application number: DE19757518619
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-05-15
Filing date: 1975-06-11
Publication date: 1977-07-21
Also published as: ATA434077A; AT353330B; CH584904A5; AT356276B; DE2525979A1; ATA356276A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie,, Baden (Schweiz)

Flüssigkristallanzeige mit wandorientierten Trägerplatten, Verfahren zur Herstellung derartiger Flüssigkristallanzeigen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige mit wandorientierten Trägerplatten, zwischen denen die flüssigkristalline Substanz unter Zwischenschaltung von Distanzelementen angeordnet ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung derartiger Flüssigkristallanzeigen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

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 An-

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zeipceschicht hindurchtretenden Lichtes dreht. Flüssigkristallanzeigen dieser Art wurden in "Applied Physics Letterr," Vol.18 No. k vom Ii).Febr. 197! , 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. Die Trägerplatten wurden mit einem üaumv.'ollwattebausch gerieben. Nach dem Einfüllen der flüssigkristallinen Substanz ordnen sich die Moleküle in Reiberichtung. Stehen die Reiberichtungen der beiden Trägerplatten senkrecht aufeinander, so weist die zwischen den Platten befindliche Substanz eine schraubenförmige Struktur auf. Für eine Massenfertigung von Flüssigkristallanzeigen kommt eine derartige Technologie aus nahelegenden Gründen nicht ir. Frage.

In "Applied Physics Letters" Vol.U, S.173 (1972) wird ein Verfahren zur Herstellung, von wandorientierten Trägerplatter, angegeben, bei dem die Platten mit einem im Vakuum aufgedampften Film versehen werden. Eine mehr ins Detail gehende Darstellung der sich bei diesem Verfahren abspielenden 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 Flüssigkristalle entscheidend vom Aufdampfwinkel abhängt, und zwar lassen sich drei Winkelbereiche unterscheiden:

1. Liegt der Aufdampfwinkel zwischen ^5° und 90° (unter Aufdampfwinkel wird hier und im folgenden der Winkel zwischen Trägerplattenoberfläche und Aufdampfrichtung verstanden), so weist der Flüssigkristall keine bevorzugte Orientierungsrichtung auf.

2. Bei Aufdampfwinkeln zwischen 10 und ¹I^ ergibt sich eine Orientierung parallel zur Trägerplattenoberfläche und senkrecht zur Projektion der Aufdampfrichtung auf der Plattenoberfläche.

3. Bei Aufdampfwinkeln unterhalb 10 stellt sich eine Orientierung in der Einfallsrichtung des Aufdampfstrahls ein.

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 Ziff. 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 Trägerplatten derart montiert, dass die Projektion der Aufdampfrichtung auf die Plattenoberfläche der einen Trägerplatte senkrecht zu der der anderen Trägerplatte steht. Nach dem Einfüllen der flüssigkristallinen Substanz nirrrnt diese dann die gewünschte schraubenförmige Struktur (in der enp,-lischsrachigen Literatur mit "twist" bezeichnet) an. Die Flüssigkristallanzeigen unterscheiden sich jedoch in elektrischer und optischer Hinsicht, je nachdem, welcher Aufdampfwinkel benutzt worden ist:

Bei Aufdampfwinkeln zwischen 20 und ^5 ordnen sich die Moleküle des Flüssigkristall? parallel zur Trägerplattenoberflache, ihr Neigungswinkel in bezug auf diese Oberfläche (engl. "tilt angle") ist Null. Die fertige Flüssigkristallanzeige hat zwar einen relativ scharfen Schwellwert, weist jedoch unzuuutbaro Ungleichförmigkeiten auf, da Bereiche mit entgegengesetzter Verdrillung (Twist) und Neigungswinkel (Tilt) nebeneinander auftreten. Während die uneinheitliche Verdrillung durch eine Abänderung des Verdrillungswinkels (z.B. weniger als 90°) 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 15° weisen die Moleküle des Flüssigkristalls neben der 90°-Verdrillung einen von Null verschiedenen Neigungswinkel (tilt) auf. Dieser liegt bei je 20 . 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 Π 4, supplement au n° 11 - 12, Tome 30, Nov.-Dec. 1969, S. C k - 5¹* bis C ^ - 56, bzw. "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-21, No.2, Febr. 197¹I, S.146-155, näher erläutert.

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 Hinsicrt überlegen ist. Weiterhin soll ein 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 läs_st.

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Pie zur Lösung der erstgenannten Aufgabe dienende Flüssigkristallanzeige ist erfindunggemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Wandorientierungswinkel der einen Trägerplatte.0 , der der anderen Trägerplatte von 0° verschieden, vorzugsweise 15 bis 25 , ist.

! Das zur Lösung der zweitgenannten Aufgabe vorgesehene Verfah-

j ren kennzeichnet sich dadurch, dass die eine Trägerplatte

unter einer, Aufdampfwinkel von weniger als 15°, die andere

Trägerplatte unter einem Aufdampfwinkel von mehr als 15 bedampft wird.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich erfindungsgemäss durch eine Aufdampfeinrichtung mit mindestens einem Halteorgan für die Trägerplatten, eine Bedampfunp;sn\i'?lle und Mittel zum Einstellen des Aufdampfwinkels zwischen einem Wineiklwert kleiner und einem WLnkelwert grosser als 15°.

Mit den oben gekennzeichneten Trägerplatten aufgebaute Flüssigkri:; tallanzeiren weisen ausgezeichnete optische und elektrische Eigenschaften auf. Gegenüber herkömmlichen Anzeigen, bei denen beido Trägerplatten in gleicher Weise mit einer
Wandorientierung gleichem Orientierungswinkels versehen sind,

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zeichnen sie sich durch hohen Kontrast und schärfer definierten Schwellwert aus, ohne dass die Klarheit der Anzeige durch Ungleichmässigkeiten infolge "reverse iIt" beeinträchtigt
wird.

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 Trägerplattensorte lediglich durch Einstellen des entsprechenden Winkels zwischen Trägerplattenoberfläche und Aufdampfrichtung. Es können jedoch auch beide Trägerplattensorten gleichzeitig und in einer gemeinsamen
Aufdampfeinrichtung behandelt werden, wenn zwei Gruppen Halteorgane mit zugehörigen Trägerplatten unter den genannten unterschiedlichen Winkeln zur Aufdampfrichtung vorgesehen sind.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Bedampfunpsquelle 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 15° liegt, in der anderen Stellung

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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 Sehwenkmöglichkeit in diesem Fall entbehrlich ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten AusführungBbeispielen der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine beispielsweise Ausführungsform 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.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form einen Schnitt durch eine Flüssigkristallanzeige. Zwischen zwei Trägerplatten Ij 2, wel-

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ehe mit transparenten Elektroden 3_f ^» z.B. Zinnoxid-ivlektroden, versehen sind, befindet sich eine flüssigkristalline Substanz 5. Die Trägerplatten sind durch Distanzelemente 6 voneinander beabstandet. Zur Erzielung eine*» Wandorientierung sind die dem Flüssigkristall 5 zugewandten Oberflächen der Elektroden 3, ¹I 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 0 . Der Wandorientierungswinkel der anderen Trägerplatte ist von Null verschieden und beträgt ca. 20 . Aus zeichentechnischen Gründen und aus Gründen der Uebersichtlichkeit sind nur die Flüssigkristall-Moleküle,die unmittelbar an die SiIiziummonoxid - Schicht angrenzenden, dargestellt. Der Einfachheit halber beträgt in Fig.l die Verdrillung (twi^t) 90°, während sie in der Praxis kleiner als 90° gewählt ist, bzw. der (nematischen) flüssigkristallinen Substanz ein geringer Anteil cholsterinischen Materials beigefügt ist.

Die Aktivierung der Flüssigkristallanzeige erfolgt mittels einer geeigneten Spannungsquelle 8, welche an die Elektroden 3, ¹J angeschlossen ist.

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Das erf indur.gsgemässe Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen nach der Erfindung soll nachstehend anhand der in der. Figuren 2 und 3 beispielsweise '/oranschaul i chten Einrichtungen erläutert werden. Diese Einrichtungen sind lediglich schenatisch darrestellt, wobei alle T(Ir das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Einzelheiten fortgelassen sind.

Die in Fig.? dargestellte Einrichtung ber.teht aus einem Rezipienten °, der mittels einer Vakuumpumpe 10 evakuierbar ist. Innerhalb des Hezipienten 9 ist eine Bedainpfunpr.quelle 11 vorgesehen. Tn dieser Quelle wird Bedampfungsmaterial 12, vorzugsweise Siliziummonoxid, mittels einer von einer Stromquelle 13 gespeisten Heizeinrichtung I¹I auf (ib"r 1000° C, der Verdampf unrstemperatur von SiO unter den gegebenen "ruck/erhäItnissen, erhitzt. Das Material verdampft und trifft au'.' die auf Halteorpranen 15 angeordneten, bereits mit ('nicht dargestellten) Elektroden versehenen Trägerplatten 1 bzw. 2 unter einem einstellbaren Winkel^ auf, Die Halteorgane 1^C3 lassen ci-:h 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. 10°, bei der anderen Gruppe (rechts in Fig.2) liegt er bei z.B. 20°.

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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 .

Mit der in Fig.3 beispielsweise dargestellten Einrichtung lassen sich, ohne die Halteorgane der Trägerplatten zu verändern, ebenfalls Trägerplatten unterschiedlicher Wandorientierung herstellen. Wie in Fig.2 sind die Trägerplatten 1, 2 den Halteorganen 15 angeordnet. Alle Halteorgane :;ind in einer Ebene.symmetrisch zur Bedampfungsquelle angeordnet. Die Bedampfungsquelle 11 ist senkrecht zu dieser Ebene verschiebbar. In der einen (mit Position I bezeichneten) Stellung beträgt der Aufdampfwinkel z.B. 10 , in der anderen (mit Position II bezeichneten Stellung der Aufdampfquelle 11 beträgt der Aufdampfwinkel z.B. 20°.

Sollen in mehreren Etagen angeordnete Trägerplatten mit einer Einrichtung nach Fig. 3 bedampft werden, so ist zur Realisierung unterschiedlicher Aufdampfwinkel neben der Verschieblichkeit der Bedampfungsquelle auch eine Schwenkmöglichkeit der der Halteorgane (ähnlich der in Fig 2 ) vorzusehen, was. durch

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einfache geometrische Ueberlegungen leicht einzusehen ist. 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.

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 90 einschliessen. Durch diese von 90° abweichende Verdrillung wird die flüssigkristalline Substanz quasi "vorgespannt", so dass sich die Moleküle b^im Anleger, des elektrischen Feldes im gleichen Drehsinn entdrillen. Um auch dieser Tatsache Rechnung zu tragen, sind die Halteorgane 4 der Fig. 2 und 3 zusätzlich in der Trägerplattenebene drehbar ausgebildet.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu dessen Durchführung vorgesehene Einrichtung wurden eingehenden Untersuchungen unterzogen, deren Ergebnis sich wie folgt darstellt:

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Ausgangsmaterial waren mit Zinnoxid-Elektroden versehene Trägerplatten. Eine Gruppe der so vorbereiteten Trägerplatten

ο 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. 'ΙΟ cm in einer Richtung parallel zu der Längsachse der Trägerplatten und in einem Winkel von 10 zur Trägerplattenoberfläche angeordnet. Die andere Trägerplattengruppe wiese den gleichen Abstand zur Bedampfungsquelle 3 auf, hatte die gleiche Ausrichtung zur Bedampfungsquelle, jedoch betrug der Aufdampfwinkel 20 . Beide Trägerplattensorten wurden zu Anzeigen zusammengesetzt, wobei die Längsachsen der Trägerplatten einen Winkel von 10° einschlossen. Als Abstandhalter fanden 12 .um dicke Mylar-DistanzstUcke Verwendung. Die Zelle wurde mit M II (vgl. Proc. of IEEE 60^ S. 1002(1972)) gefüllt. Das Ergebnis war eine 80 -Drehzelle, welche ausgezeichnetejcptische und elektrische Eigenschaften aufwies. Es konnten keine Bereiche entgegengesetzter Verdrillung oder Unregelmässigkeiten infolge "reve je tilt" festgestellt werden. Die Zelle hatte einen relativ scharfer Schwellwert und wies einen steileren Kontrastanstieg nach Ueberschreiten des Schwellwertes auf. Aus dem steileren Kontrastanstieg resultiert eine bessere Eignung der Drehzelle für Multiplex-Ansteuerungen.

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Claims

Ka/Ca 22.4.77 Schut zansprüche

1. Flüssigkristallanzeige mit wandorientierten Trägerplatten zwischen denen die flüssigkristalline Substanz unter Zwischenschaltung von Distanzelementen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandorientierungswinkel der einen Trägerplatte (1) 0°, der der anderen Trägerplatte (2) von 0° verschieden, vorzugsweise 15° bis 25° ist.

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wandorientierungen verursachenden Schichten (7) aus Siliziummonoxid bestehen.

3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Siliziummonoxid-Schicht (7) annähernd 300 Angstrom beträgt.

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