DE2539012A1 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY - Google Patents
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Abstract
Description
Flüssigkristallanzeige Die Erfindung betrifft eine FlUssigkristall-(FK-)Anzeige mit zwei Trägerplatten, die zwischen sich eine FlUssigkristall schicht hermetisch dicht einschließen und auf ihren einander zugewandten Flächen (Innenflächen) jeweils einen Elektrodenbelag sowie einen die FK-Schicht orientierenden ueberzug tragen, sowie Verfahren zur Herstellung. einer solchen Anzeige. Ein Display der genannten Bauweise ist beispielsweise aus der US-PS 3 834 792 bekannt; bei dieser Ausführung besteht der Überzug aus einer schräg aufgedampften Schicht.Liquid crystal display The invention relates to a liquid crystal (LC) display with two carrier plates with a hermetic liquid crystal layer between them enclose tightly and on their facing surfaces (inner surfaces) respectively wear an electrode coating as well as a coating that orientates the LC layer, and methods of manufacture. such an ad. A display of the said Construction is known, for example, from US Pat. No. 3,834,792; in this version the coating consists of an obliquely vapor-deposited layer.
Die Schrägbedampfungsmethode gewinnt unter den bislang bekaiintgewordenen und erprobten Wandorientierungstechniken (vergleiche hierzu den Ubersichtsartikel von F. J. Kahn in "Proc.-IEEE", Vol. 61, No. 7, Juli 1973, Seiten 823 bis 828) zunehmond an Bedeutung, da sie - ae nach Wahl des Materials und des Winkels zwischen der Bedampfungsrichtung und der Flächennormalen (Schrägbedampfungswinkel) - praktisch jegliche Vorzugsrichtung, also zur Plattenebene senkrechte, parallele oder schräge Molekülausrichtungen (flhomöotropell, "homogene" oder "verkippt homöotrope" beziehungsweise verkippt homogene" Orientierungen) induzieren kann und definierte, reproduzierbare Werte liefert. Insbesondere läßt sich durch Schrägbedampfung eine "einheitlich" homogene Ausrichtung herstellen, die beispielsweise für Zellen mit einer verdrillten FK-Schicht (sogenannte Drehzellen) eine wesentliche Voraussetzung bildet (bei einer einheitlich homogenen Orientierung liegen die FK-MolekUle nicht nur in einer zur Plattenebene parallelen Ebene, sondern auch zueinander parallel). Dennoch geben schrägbedampfte Schichten noch immer Probleme auf: Die bisher verwendeten dielektrischen Schichtmaterialien gehen mit einer Reihe von gängigen FK-Substanzen chemische Langzeitreaktionen ein und verlieren dadurch mit der Zeit ihre Orientierungskraft. Bei erhöhten Lager- oder Betriebstemperaturen vollziehen sich diese chemischen Umsetzungen sogar noch mit erheblich größeren Geschwindigkeiten. So geht beispielsweise die orientierende Wirkung von Siliciumoxidschichten, wenn sie mit Biphenylen in Berührung kommen, bei Temperaturen um 80 0 schon nach Monaten vollkommen verloren. Derartige Qualitätsverschlechterungen blockieren alle Bemühungen, den FK-Displays größere Anwendungsbereiche zu erschließen, und sind daher außerordentlich unbefriedigend.The inclined steaming method wins among those that have become known so far and tested wall orientation techniques (compare the review article by F. J. Kahn in "Proc.-IEEE", Vol. 61, No. 7, July 1973, pages 823 to 828) increasing in importance because they - ae depending on the choice of material and the angle between the steaming direction and the surface normals (oblique steaming angle) - practically any preferred direction, Molecular orientations perpendicular, parallel or oblique to the plane of the plate (flhomeotropic, "homogeneous" or "tilted homeotropic" or tilted homogeneous "orientations) can induce and deliver defined, reproducible values. In particular, lets create a "uniform" homogeneous alignment through oblique vapor deposition, for cells with a twisted LC layer (so-called rotary cells) forms an essential prerequisite (with a uniformly homogeneous orientation are the LC molecules not only in a plane parallel to the plate Level, but also parallel to each other). Nevertheless, obliquely evaporated layers still give always problems: The dielectric layer materials used up to now work long-term chemical reactions with a number of common LC substances and thereby lose their power of orientation over time. With increased storage or These chemical reactions even take place at operating temperatures significantly higher speeds. This is for example the orienting effect of silicon oxide layers when they come into contact with biphenyls at temperatures at 80 0 completely lost after months. Such quality degradation block all efforts to open up larger areas of application for LC displays, and are therefore extremely unsatisfactory.
Zur Beseitigung der geschilderten Unzulänglichkeiten und Beschrankungen, insbesondere zur Schaffung einer Fldssigkristallanzeige, deren FK-Schicht thermisch langzeitstabil orientiert ist, dabei frei gewählt und außerdem ohne besonderen Aufwand auch einheitlich, vor allem einheitlich homogen, orientiert werden kann, wird bei einem Display der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, als wesentlichen Bestandteil des Uberzuges ein Nitrid zu nehmen. Insbesondere kommt dabei Siliciumnitrid in Frage; es sind aber auch andere Nitride wie beispielsweise Tantalnitrid denkbar.To eliminate the deficiencies and limitations described, in particular to create a liquid crystal display, the LC layer of which is thermally is oriented towards long-term stability, is freely selected and, moreover, without any special effort can also be oriented uniformly, above all uniformly homogeneous, is at a display of the type mentioned according to the invention proposed as essential To take part of the coating a nitride. In particular, silicon nitride comes here in question; however, other nitrides such as tantalum nitride are also conceivable.
Langzeitversuche im Zusammenhang mit der Erfindung haben ergeben, daß Nitride mit den überwiegend eingesetzten FK-Materialien nicht reagieren und insbesondere ihre an die FK-Schicht grenzende Oberfläche formstabil bleibt.Long-term tests in connection with the invention have shown that nitrides do not react with the mainly used LC materials and in particular, their surface adjoining the LC layer remains dimensionally stable.
Die erforderliche Wandorientierung läßt sich unter Verwendung eines Nitridüberzuges auf zweierlei Weise erzeugen: Entweder strukturiert man die Oberfläche des Nitridüberzuges selbst, vorzugsweise durch schräges Aufdampfen des Nitrids, oder aber man überzieht eine bereits mit einem orientierenden Mikroprofil versehene, insbesondere mit einer Zwischenschicht schrägbedampfte Oberfläche mit einem dünnen Nitrid-Uberzug(-film).The required wall orientation can be determined using a Create a nitride coating in two ways: Either you structure the surface of the nitride coating itself, preferably by vapor deposition of the nitride at an angle, or but one covers an already provided with an orienting micro profile, in particular with an intermediate layer vapor-deposited obliquely with a thin surface Nitride coating (film).
Eine Anzeige mit schrägbedampfter Schicht und zusätzlichem Nitridfilm verlangt zu ihrer Herstellung zwar einen Arbeitsgang mehr als eine Ausführung mit einer einzigen, schrägbedampften Nitridschicht, bietet jedoch eine Reihe von insbesondere bei Serienfertigungen ins Gewicht fallenden Vorteilen: Es wurde ermittelt, daß mit abnehmendem Schrägbedampfungswinkel der Winkel, der sich zwischen den Längsachsen der einzelnen FK-Moleküle und der Substratoberfläche einstellt (Anstellwinkel), kleiner wird. Diese Korrelation mag darauf zurückzuführen sein, daß eine schrägbedampfte Schicht eine Oberfläche aus zueinander parallelen zigarrenförmigen Ellipsoiden ausbildet, an die sich die einzelnen FK-MolekUle in der jeweils energetisch günstigsten Tangentialebene anlagern. Bei spielsweise führt ein Schrägbedampfungswinkel von 85 ° zu Anstellwinkeln größer als 20 ° und ein Schrägbedampfungswinkel von 60 0 zu dem für Drehzellen sehr günstigen Anstellwinkel von 5°.A display with an oblique vapor-deposited layer and an additional nitride film requires more than one execution for their production a single, obliquely vapor-deposited nitride layer, however, offers a number of in particular significant advantages in series production: It was determined that with decreasing oblique steaming angle of the angle between the longitudinal axes adjusts the individual LC molecules and the substrate surface (angle of attack), gets smaller. This correlation may be due to the fact that an obliquely vaporized Layer forms a surface of parallel cigar-shaped ellipsoids, to which the individual LC molecules are attached in the energetically most favorable tangential plane attach. For example, an inclined vapor deposition angle of 85 ° leads to angles of attack greater than 20 ° and an inclined vapor deposition angle of 60 0 compared to that for rotary cells favorable angle of attack of 5 °.
Bei größeren Anstellwinkeln ist allgemein das Multiplexverhalten der FK-Schicht schlechter (die Spannungs-Kontrast-Kennlinie ist weniger steil) und außerdem speziell bei der Drehzelle auch noch der Betrachtungswinkelbereich eingeengt (bei Betrachtung unter einem dem Anstellwinkel entsprechenden Winkel verschwindet Jeglicher Kontrast). Verkleinert man den Anstellwinkel durch Verringerung des Schrägbedampfungswinkels, so muß man fertigungstechnische Nachteile in Kauf nehmen, denn es lassen sich um so mehr Platten in einem Arbeitsgang zugleich bedampfen, je spitzer der Winkel zwischen Bedampfungsrichtung und Substratoberfläche gemacht werden kann. Davon abgesehen wird mit abnehmendem Schrägbedampfungswinkel die Ansprechzeit der FK-Schicht größer.At larger angles of attack, the multiplex behavior is generally the LC layer worse (the voltage-contrast characteristic is less steep) and also Especially with the rotary cell, the viewing angle range is also narrowed (with Anything disappears when viewed at an angle corresponding to the angle of attack Contrast). If the angle of attack is reduced by reducing the inclined steaming angle, so you have to accept manufacturing disadvantages, because it can be the more plates you can steam at the same time in one operation, the more acute the angle between Direction of steaming and substrate surface can be made. Apart from that, the response time of the FK layer larger.
Ein dünner (Nitrid-)2berzug bildet nun die topologische Struktur einer schrägbedampften Zwischenschicht derart auf seine eigene Oberfläche ab, daß dieses Schichtengefüge hinsichtlich des Anstellwinkels wie eine Verringerung des Schrägbedampfungswinkels wirkt. Da ferner das Mikroprofil in einem mit wachsender Filmdicke stetig abnehmenden Ausmaß übertragen wird, kann man in weiten Grenzen jeden beliebigen Anstellwinkel erzeugen, ohne dabei von der fertigungstechnisch rationellsten Bedampfungsgeometrie abgehen oder geringere Schaltgeschwindigkeiten hinnehmen zu müssen. Eine genaue Anstellwinkel-Einstellung ist insbesondere bei Drehzellen von Interesse, da dort bei einer exakt um 90 ° verdrillten FK-Schicht die Anstellwinkel an beiden Trägerplatten etwas voneinander verschieden sein müssen, damit von beiden möglichen Drehsinnen der eine energetisch eindeutig begünstigt wird und somit eine von lokalen Fluktuationen freie Orientierung sichergestellt ist. Die optimalen Anstellwinkel sind generell bei homöotroper sowie homogener Orientierung von 90 ° beziehungsweise 0 ° verschieden, der genaue Wert hängt in erster Linie davon ab, mit welchem Effekt die FK-Zelle betrieben werden soll, und ist außerdem noch für verschiedene Parameter wie Sicfrbbarkeit, Multiplexbarkeit, Schalt- und Abschaltgeschwindigkeit unterschiedlich.A thin (nitride) coating now forms the topological structure of a obliquely vapor-deposited intermediate layer on its own surface in such a way that this Layer structure with regard to the angle of incidence such as a reduction in the inclined steaming angle works. Furthermore, since the micro profile decreases steadily with increasing film thickness Extent is transferred, you can use any angle of attack within wide limits without using the most efficient vaporization geometry from a manufacturing point of view going off or having to accept lower switching speeds. An exact Setting the angle of attack is of particular interest in rotary cells, since there in the case of an LC layer twisted exactly by 90 °, the angles of incidence on both carrier plates must be somewhat different from each other, so from both possible directions of rotation one of which is clearly favored energetically and thus one by local fluctuations free orientation is ensured. The optimal angles of attack are generally different for homeotropic and homogeneous orientation of 90 ° or 0 °, the exact value depends primarily on the effect with which the LC cell is used should be operated, and is also still for various parameters such as colorability, Multiplexability, switching and shutdown speed different.
Der Nitridüberzug kann neben der Stabilisierung und der Orientierungsoptimierung noch eine dritte Funktion erfüllen, wenn er hinreichend gut elektrisch isoliert. In diesem Fall werden Kurzschlüsse, die sonst durch elektrisch leitende Verunreinigungen in der Zellenkammer hervorgerufen werden könnten, verhindert und ist somit die Anzeige wirksamer gegen Funktionsstörungen und Ausfälle geschützt.The nitride coating can be used in addition to stabilization and orientation optimization still fulfill a third function if it is sufficiently well insulated electrically. In this case there will be short circuits that would otherwise be caused by electrically conductive impurities could be caused in the cell chamber, prevented and is therefore the display more effectively protected against malfunctions and failures.
Schließlich kann ein dünner Nitridfilm, an den keinerlei Profilanforderungen gestellt werden, problemlos aufgebracht und mit (unstabilen) Schichtmaterialien kombiniert werden, deren Aufdampfung die geringsten Schwierigkeiten macht und/oder die die besten Orientierungseigenschaften haben.After all, a thin nitride film can not meet any profile requirements be placed, easily applied and with (unstable) layer materials are combined whose vapor deposition causes the least difficulty and / or which have the best orientation properties.
Der Nitridfilm läßt sich besonders einfach "aufsputternn, also durch Zerstäubung einer das Nitrid enthaltenden Kathode auftragen. Wird der Film auf eine glatte Substratoberfläche aufgesputtert, so orientiert er die FK-Schicht homogen, allerdings mit einer regellosen Verteilung der FK-Moleki3le in der Substratebene ("uneinheitlich" homogen). Eine derartige Orientierung ist für eine Reihe von Anwendungsfällen, beispielsweise bei Farbfiltern oder Lichtventilen mit in die FK-Schicht eingelagerten pleochroitischen Farbstoffen oder bei Displays mit dynamischer Streuung, brauchbar.The nitride film can be "sputtered on" particularly easily, ie through Apply sputtering of a cathode containing the nitride. Will the movie turn to a sputtered on smooth substrate surface, so it orientates the LC layer homogeneously, however, with a random distribution of the LC molecules in the substrate plane ("inconsistent" homogeneous). Such an orientation is necessary for a number of applications, for example with color filters or light valves embedded in the LC layer pleochroic dyes or for displays with dynamic scattering.
Wollte man eine einheitlich homogene Vorzugsrichtung schaffen, so dampft man entweder das Nitrid selbst schräg auf, oder überzieht mit ihm eine schrägbedaapfte Zwischenschicht. Ein eine Zwischenschicht bedeckender Nitridfilm sollte unter 0,05 /um und vorzugsweise unter 0,02 Xum dick sein. Ein solcher Film kann außer durch (reaktives) Aufsputtern auch durch Pyrolyse, Aufdampfen oder Aufbringen und Trocknen einer verdünnen Lösung gebildet werden. Denkbar ist auch die thermische Zersetzung eines geeigneten Silans, vorzugsweise eines Silans mit einer aminofunktionellen Gruppe wie das Silan -Z-6020 der Firma Dow Corning mit der Strukturformel (CH3O)3-Si-(CH2)3-NH-CH2-CH-NH2. In diesem Fall geht man am besten von einer verdünnten Silan-Lösung aus, etwa einer 0,1 % bis 1 % Lösung in Aceton.If you wanted to create a uniform, homogeneous preferential direction, so you either vaporize the nitride itself diagonally, or cover a diagonally vaporized one with it Intermediate layer. A nitride film covering an intermediate layer should be below 0.05 / µm and preferably less than 0.02 µm thick. Such a film can save through (Reactive) sputtering also by pyrolysis, vapor deposition or application and drying a dilute solution. Thermal decomposition is also conceivable a suitable silane, preferably a silane with an amino functional one Group like the silane -Z-6020 from Dow Corning with the structural formula (CH3O) 3-Si- (CH2) 3-NH-CH2-CH-NH2. In this case, it is best to start with a dilute silane solution, such as one 0.1% to 1% solution in acetone.
Die Erfindung soll nun an Hand eines in der einzigen Figur der Zeichnung schematisch im Querschnitt dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert werden: Die FK-Anzeige der Figur ist eine Drehzelle, sie dient zur Darstellung von Ziffern und wird im vorliegenden Fall in Transmission betrieben. Zwischen zwei transparenten Trägerplatten 1, 2 befindet sich eine Flüssigkristallachicht 3, die durch einen umlaufenden, mit einer Einfüllöffnung versehenen Glaslotraamen 4 eingegeben ist und nach Verschluß der Rahmenöffnung hermetisch dicht gegen die Umwelt abgeschlossen werden kann. Die beiden Platten tragen auf ihren Außenflächen jeweils Polarisatoren 6, 7, die im vorliegenden Fall zueinander gekreuzt stehen, Auf den einander zugewandten Innenflächen der Tragerplatten befinden sich jeweils Elektrodenbeläge 8, 9, von denen der eine (Elektrodenbelag 8) in an sich bekannter Weise segmentiert ist. Zusätzlich sind die Trägerplatten-Innenflä chen mit einer achrägbedampften Siliciumnitridschicht (Zwischenschicht) 11 beziehungsweise 12 versehen, die ihrerseits jeweils mit einem ueberzug 13, 14 - ebenfalls aus Si4N3 - überschichtet sind. Die einzelnen Display-Teile bestehen aus folgenden Materialien: Die Trägerplatten sind aus Glas, der Glaslotrahmen besteht aus einem Glaslot mit niedrigem Schmelzpunkt und für die Elektrodenbeläge ist SnO2 gewählt.The invention will now be based on one in the single figure of the drawing The exemplary embodiment shown schematically in cross section will be explained in more detail: The figure's FK display is a rotating cell, it is used to display digits and is operated in transmission in the present case. Between two transparent ones Carrier plates 1, 2 there is a liquid crystal layer 3, through a circumferential glass soldering chamber 4 provided with a filling opening is entered and hermetically sealed against the environment after the frame opening has been closed can be completed. The two plates each bear on their outer surfaces Polarizers 6, 7, which are crossed to one another in the present case, on the mutually facing inner surfaces of the support plates are each provided with electrode pads 8, 9, one of which (electrode coating 8) is segmented in a manner known per se is. In addition, the inner surfaces of the carrier plates are vapor-coated at an angle Silicon nitride layer (intermediate layer) 11 and 12, respectively, which in turn each with a coating 13, 14 - also made of Si4N3 - are covered. the individual display parts consist of the following materials: The carrier plates are made of glass, the glass solder frame consists of a glass solder with a low melting point and SnO2 is selected for the electrode coatings.
Zur Bildung des Nitridüberzuges ist im vorliegenden Fall gegen Ende des Schrägbedampfung3vorganges der Druck soweit erhbbt und damit die mittlere freie Weglänge so stark verringert worden, daß die auf dem Substrat auftreffenden Partikel sich nicht mehr in einer ausgeprägten Vorzugsrichtung abscheiden.The formation of the nitride coating is towards the end in the present case of the inclined vapor deposition process, the pressure rises so far and thus the mean free Path length has been reduced so much that the particles hitting the substrate no longer deposit in a pronounced preferred direction.
Diese Drucksteigerung, beispielsweise von 10-5 Torr auf 5 . 10 Torr, fillirt dazu, daß die bereits ausgebildete Schichtstruktur zum Teil wieder eingeebnet wird, derart, daß sich bei einem Schrägbedampfungswinkel von etwa 85 ° ein Anstellwinkel von ebenfalls etwa 5 ° ergibt. Da die Bedampfungsrichtungen beider Platten um 90 ° gegeneinander verdreht sind, erhält man eine ebenfalls um 90 ° verdrillte, einheitlich leicht verkippt homogene FK-Orientierung. PUr weitere Herstellungs- und Betriebseinzelheiten sei auf "Appl Phys. Lett.", Vol. 18, No. 4, 15. Febr. 1971, Seite 127 f. sowie auf die bereits zitierte Literatur verwiesen.This increase in pressure, for example from 10-5 Torr to 5. 10 torr, This leads to the fact that the layer structure that has already formed is partly leveled again is in such a way that at an inclined vapor deposition angle of about 85 ° there is an angle of attack of also about 5 ° results. Since the steaming directions of both plates are 90 ° are twisted against each other, one also obtains a uniform twisted by 90 ° slightly tilted homogeneous LC orientation. For further manufacturing and operating details see "Appl Phys. Lett.", Vol. 18, No. 4, February 15, 1971, page 127 f. And on refer to the literature already cited.
Eine schrägbedaipfte Siliciumnitridschicht kann durch Verdampfen von Siliciuniitrid oder auch reinem Silicium unter hochreiner Stickstoffatmosphäre aufgetragen werden. Es ist dabei besonders darauf zu achten, daß die Atmosphäre keinerlei Verunreinigungen, insbesondere keRnen Sauerstoff, enthält.An inclined silicon nitride layer can be formed by evaporation of Siliciuniitrid or pure silicon applied under a high purity nitrogen atmosphere will. It is particularly important to ensure that the atmosphere does not contain any impurities, in particular does not contain oxygen.
Man könnte für die Zwischenschicht auch andere Verbindungen, beispielsweise MgR2, Al203, ZnS, SiO oder Hartglas, nehmen. In diesem Fall bietet es sich an, den Überzug auf die schrägbedampfte Zwischenschicht aufzusputtern.Other compounds could also be used for the intermediate layer, for example Take MgR2, Al203, ZnS, SiO or hard glass. In this case, it makes sense to use the Sputter coating onto the obliquely vapor-deposited intermediate layer.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und genannten Herstellungsverfahren beschränkt. So braucht die der FK-Schicht zugewandte Grenzfläche nicht in jedem Fall ein Mikroprofil aufzuweisen, insbesondere eine schrägbedampfte Zwischenschicht zu sein. Auch kann die FK-Zelle im Rahmen der Erfindung mit Anzeigeprinzipien betrieben werden, die eine andere als eine (einheitlich) homogene Orientierung verlangen oder gestatten, insbesondere mit dynamischer Streuung, mit dei DAP-Effekt (DAP 8 Deformation aufgerichteter Phasen) oder des Bistabilitätseffekt.The invention is not limited to the illustrated embodiments and manufacturing processes mentioned are limited. So needs the one facing the LC layer The interface does not always have a micro-profile, in particular an oblique vapor-deposited one To be intermediate layer. The LC cell can also be based on display principles within the scope of the invention that require a different than a (uniform) homogeneous orientation or allow, especially with dynamic scattering, with the DAP effect (DAP 8 Deformation of erect phases) or the bistability effect.
14 Patentansprüche t Figur14 claims t figure
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DE3526973A1 (en) * | 1984-08-01 | 1986-02-06 | Sharp Kk | LIQUID CRYSTAL MIRROR-FREE MIRROR |
DE3808216A1 (en) * | 1987-05-28 | 1989-01-05 | Samsung Electronic Devices | REARVIEW MIRROR |
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1975
- 1975-09-02 DE DE19752539012 patent/DE2539012A1/en not_active Ceased
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OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
8131 | Rejection |