DE3424530A1

DE3424530A1 - Verfahren zur herstellung einer orientierungsschicht auf einer ebenen oberflaeche einer platte und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3424530A1
Application number: DE19843424530
Authority: DE
Inventors: Hermann Mellingen Amstutz; Meinolph Rütihof-Baden Kaufmann; Jürgen Dr. Kirchdorf Nehring; Terry J. Dr. Forch Scheffer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1985-09-05
Also published as: HK78489A; GB2156860A; DE3424530C2; GB8505274D0; GB2156860B; US4705359A

Description

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ot/sc

Verfahren zur Herstellung einer Orientierungsschicht auf einer ebenen Oberfläche einer Platte und Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Orientierungsschicht auf einer ebenen Oberfläche einer Platte gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist z.B. aus der US-PS 3 834 792 bekannt.

Ein solches Verfahren ist vor allem zur Herstellung von Orientierungsschichten auf den dem Flüssigkristall zugewandten Substratoberflächen in Flüssigkristallanzeigen geeignet. Dabei werden auf besagten Oberflächen durch schräges Aufdampfen von beispielsweise SiO Strukturen, etwa Anordnungen geneigter säulenartiger Elemente erzeugt (siehe Goodman, L.A.; et al.: Topography of Obliquely Evaporated Silicon Oxide Films and its Effect on Liquid-Crystal Orientation, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-24, No. 7, 1977, S. 795-804), welche die optische Achse des Flüssigkristalls in der an die Substratoberfläche anschliessenden Grenzschicht parallel zu einer Vorzugsrichtung orientieren und damit aufgrund der Kohärenz inner-

halb des Flüssigkristalls dessen Konfiguration in der ganzen Anzeigezelle wesentlich beeinflussen.

Bei dem aus der US-PS 3 834 792 bekannten Herstellungsverfahren werden die zu beschichtenden Substratplatten in einer Vakuumapparatur paarweise oberhalb einer im wesentlichen punktförmigen Verdampfungsquelle so angeordnet, dass der von der Quelle ausgehende Teilchenstrom mit einem auf die Plattennormalen bezogenen Einfallswinkel von etwa 80° auf die Plattenoberflächen auftrifft. Die relative räumliche Lage der Platten und der Quelle ändert sich dabei während des AufdampfVorgangs nicht.

Da die durch die Orientierungsschichten bestimmte Vorzugsrichtung der optischen Achse an jedem Punkt der Oberfläche nicht nur von der Dicke der Orientierungsschicht, sondern vor allem empfindlich von der Einfallsrichtung des von der Quelle ausgehenden Teilchenstroms abhängt- der Vorverkippungswinkel zwischen der Vorzugsrichtung und der Oberfläche hängt dabei vom Einfallswinkel des Teilchenstroms ab (siehe auch: Scheffer, T.J.; Nehring, J: Accurate determination of liquid-crystal tilt bias angles, J. Appl.

Phys., Vol. 48, No. 5, 1977, S. 1783-1792), während die azimutale Orientierung der Vorzugsrichtung derjenigen des einfallenden Teilchenstroms entspricht - kann auf diese Weise wegen der räumlichen Divergenz des Teilchenstroms eine gleichmässige Ausrichtung der Vorzugsrichtung über die gesamte Plattenoberfläche nur erreicht werden, wenn der Abstand zwischen Quelle und Oberfläche im Vergleich zur Ausdehnung der letzteren sehr gross ist.

Eine solche Gleichmässigkeit ist, jedenfalls was die azimutale Orientierung betrifft - Ungleichmässigkeit der Vorverkippung wirkt sich weniger stark aus - unbedingt erforderlich, um befriedigende optische Eigenschaften der Flüssigkristallanzeige zu erreichen.

Um beispielsweise bei grossflächigen Matrixanzeigen mit 192 Punkten χ 280 Punkten und einer aktiven Fläche von etwa 14 cm χ 20 cm eine Orientierungsschicht mit einer tolerierbaren azimutalen Variation von weniger als 5° herzustellen, wäre mit dem bekannten Verfahren ein Abstand von der Quelle zur Substratoberfläche von mehr als 230 cm erforderlich. Ein derartiger Abstand liesse sich nur in grossen Vakuumkammern realisieren, mit entsprechend erhöhten Anlagekosten, längeren Abpumpzeiten und geringerem Plattendurchsatz.

Andererseits führen die üblichen Bedampfungsabstände von etwa 30 cm, wie sie in den kleineren Vakuumkammern erreichbar sind, bei dem bekannten Verfahren und der genannten Plattengrösse zu Variationen in der azimutalen Orientierung von etwa 30°. Variationen solcher Grössenordnung und die damit verbundenen Variationen im Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls verursachen jedoch Schwankungen in der Farbe, der Betriebsspannung und der Ansprechzeit der fertigen Anzeigezelle, die nicht toleriert werden können.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (Koshida, N.: Largearea quashihomeotropic orientation of liquid crystal and its application to guest-host positive display, J. Appl. Phys., Vol. 52, No. 9, 1981, S. 5534-5536) wird statt der punktförmigen eine linear ausgedehnte Quelle von etwa 40 mm Länge verwendet. Es ist jedoch aus geometrischen Gründen klar, dass nur eine unendlich ausgedehnte Quelle zu einer wirklich gleichmässigen azimutalen Orientierung der Vorzugsrichtung über die gesamte bedampfte Oberfläche führen könnte. Eine begrenzte lineare Ausdehnung der Quelle kann die Ungleichmässigkeit nur mildern. Zudem erhöht die Ausdehnung der Quelle die Ungleichmässigkeiten in der Teilchenstromdichte und beeinträchtigt die Anwendung eines Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahrens.

Es ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt (Hiroshima, K.: Controlled High-Tilt-Angle Nematic Alignment Compa-

tible with Glass Frit Sealing, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 21, No. 12, 1982, S. L761-L763), bei welchem die Substratplatte während des Aufdampfvorgangs mit winkelabhängiger Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, so dass sich der Azimut des auf die Plattenoberfläche auftreffenden Teilchenstroms ständig ändert.

Abgesehen davon, dass eine vollständig gleichmässige azimutale Orientierung der Vorzugsrichtung bei grossen Platten und relativ kleinem Abstand Quelle - Platte auf diese Weise nicht erreicht werden kann, ist die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung kompliziert und aufwendig, da für jede Platte eine eigene drehbare Halterung mit entsprechend gesteuertem Antrieb erforderlich ist. Die Zahl der Platten, die im gleichen Arbeitsgang bedampft werden können, ist daher gering.

Es ist schliesslich für die selektive Beschichtung von mit parallen Rillen versehenen Polarisationsplatten aus der US-PS 3 046 839 ein Verfahren bekannt, bei dem die zu einer Seite orientierten Rillenflanken durch einen schräg auftreffenden Teilchenstrom mit einer Metallschicht versehen werden und die Stäbe eines Polarisationsgitters bilden. Um die Flächen der Rillenflanken möglichst gleichmassig hinsichtlich Dicke und Ausdehnung beschichten zu können, ist hier eine Blende zwischen Quelle und Platte vorgesehen, die einen Teilstrom ausblendet, durch den die Platte im Verlauf des AufdampfVorgangs im wesentlichen parallel zum Teilchenstrom hindurchbewegt wird. Die aufgedampfte Metallschicht hat lediglich die Funktion einer lichtundurchlässigen Schicht. Durch die im wesentlichen parallel zum Teilchenstrom durchgeführte Verschiebung ergibt sich zwar ein gleichmässiger Einfallswinkel, die azimutale Variation der Einfallsrichtung über die Plattenfläche bleibt jedoch davon unbeeinflusst, so dass eine Anwendung des bekannten Verfahrens zur Herstellung einer Orientierungsschicht für Flüssigkristalle gerade hinsieht-

lieh der wichtigen azimutalen Orientierung keine Verbesserung herbeiführt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemässes Verfahren anzugeben, mittels dessen auf grossen Oberflächen bei geringem Abstand zwischen Quelle und Oberfläche eine Orientierungsschicht mit gleichmässiger Ausrichtung der Vorzugsrichtung, insbesondere was die azimutale Orientierung betrifft, hergestellt werden kann, sowie eine kostengünstig herstellbare Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie in Ansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass alle Punkte der bedampften Oberfläche dem einfallenden Teilchenstrom bezüglich der azimutalen Orientierung in genau der gleichen Weise ausgesetzt werden. Dadurch ergibt sich eine vollkommene Gleichmässigkeit in der azimutalen Orientierung der Vorzugsrichtung der optischen Achse des Flüssigkristalls an der Orientierungsschicht. Die Plattengrösse ist dabei in einer Richtung praktisch nur durch die Abmessungen der Vakuumkammer beschränkt. Der Abstand zwischen der Quelle und dem derselben zugewandten Plattenrand kann so klein sein, dass er auf den Platzbedarf und damit auf die Grosse der Vakuumkammer keinen nennenswerten Einfluss hat.

Zudem ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, verhältnismässig viele Platten in einem einzigen Arbeitsgang zu bedampfen, was dessen Wirtschaftlichkeit beträchtlich erhöht.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch Einfachheit und Robustheit aus und kann preiswert hergestellt werden.

. 8.

Nachfolgend soll nun die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die geometrische Konfiguration von Quelle, Blende und Platte bei dem erfindungsgemässen Verfahren in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2a ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Seitenansicht am Beginn eines Arbeitsgangs;

Fig. 2b die gleiche Vorrichtung am Ende des Arbeitsganges; Fig. 3 die Vorrichtung gemäss Fig. 2a in Vorderansicht;

Fig. 4a in Seitenansicht die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens anhand einer schematischen Darstellung, aus der die azimutale Orientierung hervorgeht;

Fig. 4b die schematische Darstellung der Fig. 4a in Vorderansicht ;

Fig. 5 die beim Aufdampfen auf eine gekrümmte Platte wesentlichen geometrischen Parameter;

Fig. 6a die schematische Anordnung eines Stapels gekrümmter Platten gemäss einer Weiterbildung der Erfindung;

Fig. 6b die Draufsicht auf eine bevorzugte Form der Blendenöffnung für eine Anordnung gemäss Fig. 6a;

Fig. 7 die Deformation der gekrümmten Platten nach Fig. 6a in Abhängigkeit von der Plattenlänge.

. ήο-

Die in Fig. 1 dargestellte geometrische Konfiguration für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt in perspektivischer Darstellung eine in einer Quellenebene 17 liegende, vorzugsweise punktförmige Quelle 1, eine parallel zu der Quellenebene 17 in einigem Abstand angeordnete, nur ausschnittsweise eingezeichnete Blende 3 mit einer Blendenöffnung 4, die der Einfachheit halber als quadratische Oeffnung dargestellt ist. Oberhalb der Blende 3 befindet sich eine Platte 2, auf deren eine Oberfläche 13 ein Teilchenstrom fällt, der von der Quelle 1 ausgeht und durch die Blendenöffnung 4 begrenzt wird.

Die Platte 2 ist aus einer gestrichelt eingezeichneten Ursprungslage, die zur Quellenebene 17 senkrecht steht, um eine Kippachse 12 und einen Kippwinkel £* so gekippt, dass die Oberfläche 13 der Quelle 1 zugewandt ist.

Die Quelle 1, die SiO, SiO₂, TiO₂, MgF-, Al₂O, oder ein anderes zur Herstellung von Orientierungsschichten geeignetes Material enthält, wird durch eine Widerstandsheizung oder mittels eines Elektronenstrahls zur Aussendung des Teilchenstroms veranlasst. Auch andere Verfahren zur Erzeugung eines Teilchenstroms sind denkbar, sofern der resultierende Strom hinreichend gerichtet ist, um mit einem definierten Einfallswinkel auf die Oberfläche 13 der Platte 2 aufzutreffen.

Die Platte 2 ist so positioniert, dass der Teilchenstrom die Oberfläche 13 überall unter einem Einfallswinkel & ψ trifft, wobei der Einfallswinkel !^ wie üblich als Winkel zwischen einen Strahl des Teilchenstroms und der Plattennormalen gemessen wird.

Erfindungsgemäss werden die Platte 2 und die Quelle 1 relativ zueinander, parallel zur Oberfläche 13 und im wesentlichen quer zur Richtung des Teilchenstroms mit konstanter Geschwindigkeit von einer ersten Position nach

einer zweiten Position verschoben. Die relative Verschiebung kann einerseits dadurch bewirkt werden, dass die Platte 2 in Ruhelage gehalten, dafür aber das System aus Quelle 1 und Blende 3 verschoben wird. Diese Art der Ver-Schiebung erfordert bei einer mit Widerstandsheizung arbeitenden Quelle jedoch flexible Hochstromzuführungen. Die relative Verschiebung wird daher andererseits bevorzugt durch ein Verschieben der Platte 2 erreicht, während die Quelle 1 und die Blende 3 in ihrer Position fixiert sind.

Die Verschiebung der Platte 2 erfolgt gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahren längs einer Geraden, die parallel zur Kippachse 12 und damit auch parallel zur Quellenebene 17 verläuft und in Fig. 1 durch die eingezeichneten Pfeile markiert ist.

Die Blendenöffnung 4, z.B. eine schlitzförmige Oeffnung konstanter Breite, lässt nur einen in Verschiebungsrichtung derart beidseitig begrenzten Teilchenstrom durch, dass die Platte 2 in der ersten Position und in der zweiten Position ausserhalb desselben liegen und ihn im Verlauf der Verschiebung vollständig durchquert. Bei einer solchen zwischen der ersten und zweiten liegenden mittleren Position, fällt, wie in Fig. 1 dargestellt, der Teilchenstrom auf eine Teilfläche 11 der Oberfläche 13. Im Extremfall kann diese Teilfläche 11 auch mit der gesamten Oberfläche 13 identisch sein.

Die erste und zweite Position, zwischen denen die Platte verschoben wird, sind in den Fig. 2a und 2b im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Oberhalb der Quelle 1 und der Blende 3 mit der Blendenöffnung 4 ist eine Mehrzahl von Platten 2 quer zur Verschiebungsrichtung aufeinanderfolgend in zwei fächerförmigen Konfigurationen auf einem Wagen 6 angeordnet, der längs zwei Schienen, von denen nur die eine 7a sichtbar ist, verschoben werden kann. Der Wagen 6 weist eine sich in Verschiebungsrichtung

•Ä·

erstreckende Zahnstange B auf, mit welcher ein Zahnrad 9 im Eingriff steht. Das Zahnrad 9 bewirkt so, angetrieben von einem Elektromotor 10, die Verschiebung des Magens 6 mit den Platten 2.

Die Blendenöffnung 4 liegt bei der gezeigten Anordnung vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittelebene 5, die durch die Quelle 1 geht und senkrecht zur Verschiebungsrichtung und damit auch zur Kippachse 12 der Fig. 1 verläuft.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2a und 2b dargestellte Vorrichtung in Vorderansicht, d.h. in der Verschiebungsrichtung gesehen. Zwischen den beiden Schienen 7a und 7b sind hier deutlich die fächerförmigen Konfigurationen won zweimal 7 Platten 2 zu erkennen, von denen jede im Bezug auf die Quelle 1 gerade soweit positioniert und geneigt ist, dass ihre eine Oberfläche in der Höhe von dem Teilchenstrom voll ausgeleuchtet wird, dass sie jedoch eine benachbarte Platte nicht abschattet.

Jeder Punkt auf der Platte 2 liegt auf einer Linie in der Plattenebene, die parallel zur Verschiebungsrichtung verläuft, wie in Fig. 4a durch die beispielhaft eingezeichneten Linien a, b und c angedeutet. Bei der Verschiebung der Platte 2 durch den Teilchenstrom tritt ein auf den Linien a, b oder c liegender Punkt am Ort P , P. oder

P in den Teilchenstrom ein und verlässt ihn am Ort Q , c a

Q. oder Q wieder. Dabei werden auf ein und derselben b c

Linie liegende Punkte in zeitlicher Aufeinanderfolge genau der gleichen Ueberlagerung von Einfallsrichtungen des auftreffenden Teilchenstroms ausgesetzt, was eine genau gleichmässige Ausbildung der Orientierungsschicht entlang dieser Linien garantiert.

Liegen die Punkte auf verschiedenen Linien, so unterscheiden sich zwar die zugehörigen EinfallswinkellA" , \l·. und γ' - es gilt, wie man aus Fig. 4b erkennt, J- < y⁴-. «^ iA -

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aber, bei konstanter Oeffnungsbreite durchläuft die Einfallsrichtung genau die gleichen azimutalen Orientierungen, wenn auch bei weiter von der Quelle 1 entfernten, etwa auf der Linie c liegenden Punkten in einem längeren Zeitabschnitt als bei näher an der Quelle, etwa auf der Linie a, liegenden. Daraus ergibt sich eine gleichmässige Ausbildung der Orientierungsschicht bezüglich der azimutalen Orientierung der Vorzugsrichtung der optischen Achse des Flüssigkristalls über die gesamte Oberfläche der Platte

Beispiel: In einer Standard-Vakuumkammer vom Typ BA-710 der Firma Balzers wurden in einer Anordnung gemäss Fig. 2a, b zwei Substratplatten der Grosse 24 cm χ 20 cm mit SiO durch eine Blendenöffnung mit 4 cm Breite bedampft. Der Abstand von der Quelle zum unteren 24 cm langen Rand der Substratplatten betrug dabei 30 cm. Bei einer Verschiebungsgeschwindigkeit von 4 cm/min wurde in ca. 8 min eine Orientierungsschicht aufgedampft. Ein auf einer Substratoberfläche sitzender Beobachter hätte bei dieser Geometrie die Quelle über einen Bogen von ca. 8° wandern sehen.

Die geringfügigen Unterschiede im Einfallswinkelγ schlagen sich höchstens in ebenso geringfügigen Abweichungen des Winkels zwischen der optischen Achse des Flüssigkristalls an der Orientierungsschicht einerseits und der Oberfläche andererseits, d.h. der Vorverkippung, nieder, was einen merklich geringeren Einfluss auf die elektrooptischen Eigenschaften der fertigen Flüssigkristallanzeige ausübt.

Obgleich durch die relative Verschiebung zwischen Platte 2 und Quelle 1 gemäss der Erfindung die azimutale Orientierung der aufgedampften Orientierungsschicht über die gesamte Oberfläche 13 vollkommen gleichmässig ist, bleiben dennoch Variationen im Einfallswinkel vA(siehe Fig. 4b) sowie insbesondere Variationen in der Dicke der aufgedampften Schicht, die von der besonderen Intensitätsverteilung

des von der Quelle 1 emittierten Teilchenstroms sowie vom Abstand Quelle-Platte herrühren.

Im praktischen Fall einer 35,5 cm χ 35,5 cm (14 inch χ 14 inch) grossen Substratplatte, die relativ/ zur Quelle so positioniert ist, dass der Einfallswinkel des auftreffenden Teilchenstroms im Zentrum der Platte etwa 85° beträgt und deren Zentrum 64 cm von der Quelle entfernt ist, wächst die Schichtdicke um einen Faktor 3 und der Einfallswinkel nimmt von 86,1° auf 83° ab, wenn man von der oberen zur unteren Plattenkante fortschreitet.

Um die Variation im Einfallswinkel Ϋ* zu verringern oder ganz auszuschalten, wird die Platte 2 gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens während der Verschiebung zur Quelle 1 hin konkav gebogen gehalten. Die für die Aufdampfung auf eine gekrümmte Substratplatte wesentlichen geometrischen Parameter sind in Fig. 5 wiedergegeben .

Die in der Quellenebene 17 liegende Quelle 1 emittiert den Teilchenstrom, der auf die gekrümmte Platte 2 auftrifft. Fig. 5 zeigt diese Anordnung in einem Schnitt durch die Mittelebene 5. Der obere Randstrahl des Teilchenstroms, der den oberen Rand der Platte 2 trifft, schliesst mit der Quellenebene 17 einen Winkel^, ein und legt eine Entfernung r, zurück. Der untere Randstrahl, der den unteren Rand der Platte trifft, hat entsprechende Werte (o r\ ^und ^Γη· Jedem zwischen den beiden Randstrahlen liegenden Teilchenstrahl des Teilchenstroms kann in gleicher Weise ein Winkel ό und eine Entfernung r sowie ein Einfallswinkel \^ zugeordnet werden, welcher durch die im Auftreffpunkt an der gekrümmten Platte 2 anliegende Tangente bzw. deren Normale definiert ist.

Zusätzlich ist in Fig. 5 eine Blendenebene 14 eingeführt. Der Schnittpunkt der Blendenebene 14 mit dem Teilchen-

• /15-

strahl (A?, r) definiert einen linearen Parameter x, der den Teilchenstrahl festlegt. Die Forderung nach einem von den Parametern r, ρ bzw. χ unabhängigen Einfallswinkel V^* führt auf die Gleichung einer mathematischen Kurve, die als logarithmische Spirale bekannt ist und in den bereits definierten Polarkoordinaten /b> und r wie folgt geschrieben werden kann:

(1) r = r₀ exp U β - /&_Q)/tan (90 - f )) ,

wobei die Koordinaten r_Q, A ₀ dem Auftreffpunkt des unteren Randstrahls als einem festen Referenzpunkt zugeordnet sind.

Die Polarkoordinaten r,, Io , für den Auftreffpunkt des oberen Randstrahls erhält man aus der Bedingung, dass das Linienintegral über ein Kurvenstück der durch (1) definierten logarithmischen Spirale gleich der Höhe h der Platte 2 sein muss:

(2) Ji₁ = ß_Q + tan (90 -f) In (1 + (h · cos(90 -y-))/r_Q) ,

(3) T₁ = r₀ exp ((A₁ -^₀)/tan(90 -

Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) können bei bekannter Plattenhöhe und vorgegebenem Einfallswinkel J^ die entsprechenden Lagen und Krümmungen für eine Mehrzahl von fächerförmig angeordneten Platten gemäss Fig. 3 berechnet werden. Das Ergebnis einer solchen Rechnung für Platten 2 ist in Fig. 6a wiedergegeben.

Wie aus Fig. 6a ersichtlich, ist die für einen gleichförmigen Einfallswinkel^**'- im Beispiel der Fig. 6a ist )H - 85° - erforderliche Krümmung der Platten gering. Dies wird besonders deutlich aus der Fig. 7, in der in vergrössertem Massstab die Abweichung D der vierzehn 35,5 cm langen Platten aus Fig. 6a von einer geraden Grundlinie

• 4i>-

in Abhängigkeit von der Länge L aufgetragen ist. Entsprechen der Anordnung der 14 Platten zu zwei symmetrischen Fächern mit je 7 Platten ergeben sich 7 verschiedene Krümmungskurven, wobei die Krümmung von den aussenliegenden zu den innenliegenden Platten der Fig. 6a hin zunimmt und im Maximum etwa 2 mm beträgt.

Da als Substratplatten beispielsweise Glasplatten mit einer Dicke von etwa 0,7 mm verwendet werden, die ohne Schwierigkeiten bei der angegebenen Grosse um mehr als 15 mm aus der Mitte herausgebogen werden können, treten bei der maximalen Abweichung von 2 mm gemäss Fig. 7 keine Probleme auf.

Lage und Krümmung der Platten 2 in Fig. 6a können beispielsweise für den AufdampfVorgang durch senkrechte, seitlich angebrachte Halterungsplatten fixiert werden, in die entsprechend gekrümmte Nute eingefräst sind, in die die Platten 2 eingeschoben werden. Die Halterungsplatten sind ihrerseits auf einem Wagen gemäss Fig. 3 montiert, der in Fig. 6a der Uebersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet ist.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens berücksichtigt die Variation im Abstand Quelle-Platte sowie die gegebene Intensitätsverteilung des von der Quelle 1 ausgehenden Teilchenstroms. Diese Intensitätsverteilung gehorcht näherungsweise einem cos (90° -A)-Gesetz - /? ist hier wiederum der in Fig. 5 definierte Polarwinkel und daher gilt für die Dicke d der aufgedampften Schicht, wenn man einen konstanten Einfallswinkel voraussetzt, die folgende Proportionalität:

(4) d ^ (w/r) sin

wobei r der ebenfalls aus Fig. 5 bekannte Radius und w die Weite der Blendenöffnung an der durch den Parameter χ

aus Fig. 5 festgelegten Stelle der Blendenebene 14 ist.

- W- 59/84

. /ir.

Um eine Orientierungsschicht konstanter Dicke zu erhalten, muss nach Formel (4) die Weite w proportional zu ^r/sin/S sein. Unter Verwendung von Gleichung (1) und umschreiben erhält man:

(5) w(x) = k(l + x²/z²)^1/2 exp((tan"¹(z/-x)-/$₀)/tan(90 -

mit einem Normierungsfaktor k und dem Abstand ζ zwischen Quellenebene 17 und Blendenebene 14. Der Normierungsfaktor k begrenzt die maximale Weite der Blendenöffnung auf praktikable Werte, z.B. 70 mm.

Eine gemäss Gleichung (5) berechnete Blendenöffnung 4 in der Blende 3 der Fig. 6a ist in der Draufsicht in Fig. 6b dargestellt. Die gesamte Blendenöffnung ist in Teilbereiche 16 aufgeteilt. Jeder der vierzehn Platten 2 ist ein eigener Teilbereich 16 zugeordnet, der einen entsprechenden Teilstrom 15 des gesamten Teilchenstroms ausblendet. Der zu einer ausgewählten Platte 2¹ gehörende Teilbereich 16 ist in Fig. 6b durch gestrichelte Begrenzungslinien markiert Innerhalb eines jeden Teilbereichs 16 ist die Weite w durch Gleichung (5) in Abhängigkeit von der linearen Koordinate χ in der Blendenebene 14 gegeben. Der Einfachheit halber sind alle Teilbereiche 16 zu einer grosser) Blendenöffnung 4 verbunden, wobei zwischen benachbarten Teilbereichen entsprechende sägezahnförmige Uebergänge vorgesehen sind. Zusätzlich ist aus Fig. 6b zu ersehen, dass die Weiten w der äusseren Teilbereiche gegenüber denen der inneren Teilbereiche etwas grosser sind, weil die zugehörigen Platten von der Quelle 1 entsprechend weiter entfernt sind, und die Intensitätsverteilung mit kleiner werdenden/? abfällt.

Eine von (4) abweichende Proportionalität erhält man unter der Voraussetzung, dass die Platten beim Aufdampfen nicht

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gemäss einer logarithmischen Spirale gebogen, sondern eben gehalten werden (siehe f"ig. 3), d.h. der Einfallswinkel lAnicht konstant ist:
d

(6) d/v(^w/r^s) · sin Δ · r · cos/ .

f ro j η

und )ß- sind dabei die Länge und der Einfallswinkel (J m

eines Strahles des Teilchenstroms, der in der Mittelebene 5 liegt und die Oberfläche 13 der Platte 2 auf der horizontalen Mittellinie der Platte trifft.

Die Bedingung konstanter Dicke d führt in diesem Fall zu der folgenden Proportionalität zwischen der Weite w und den anderen Grossen:

(7) w Aj (rVsin/4) · (l/(r

Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung einer Orientierungsschicht mit wollständig gleichmässiger azimutaler Orientierung. Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens eliminieren darüber hinaus Variationen des Einfallswinkels sowie der Dicke der aufgedampften Schicht, so dass auf einfache Weise grosse Substratplatten für Flüssigkristallanzeigen mit in allen Parametern gleichmässigen Orientierungsschichten versehen werden können, und die mit solchen Orientierungsschichten versehenen Flüssigkristallanzeigen vollkommen gleichmässige optische und elektro-optische Eigenschaften aufweisen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Orientierungsschicht auf einer ebenen Oberfläche (13) mindestens einer Platte (2, 2¹), bei welchem Verfahren die Oberfläche (13) einem auf dieselbe unter einem Einfallswinkel (>*) φ· auftreffenden, von einer Quelle (1) ausgehenden, divergenten Teilchenstrom ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

- zwischen der Quelle (1) und der Platte (2, 2¹) eine Blende (3) mit einer Blendenöffnung (4) angebracht ist,

- die Platte (2, 2¹) und die Quelle (1) relativ zueinander, parallel zur Oberfläche (13) und im wesentlichen quer zur Richtung des Teilchenstroms mit näherungsweise konstanter Geschwindigkeit von einer ersten Position nach einer zweiten Position verschoben werden, und

- die Blendenöffnung (4) nur einen in der Richtung

der Verschiebung derartig beidseitig begrenzten Teilchenstrom durchlässt, dass die Oberfläche (13) der Platte (2, 2') in der ersten und zweiten Position ausserhalb des begrenzten Teilchenstroms liegt und ihn im Laufe der Verschiebung durchquert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verschiebung die Quelle (1) und die Blendenöffnung (4) fixiert sind, und die relative Verschiebung ausschliesslich durch eine Verschiebung der Platte (2, 2') bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Quelle (1) im wesentlichen punktförmig ist,

- die Blendenöffnung (4) symmetrisch zu einer durch die Quelle (1) gehenden Mittelebene (5) liegt, und

- die Verschiebung der Platte (2, 2') längs einer Geraden erfolgt, die auf der Mittelebene (5) senkrecht steht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Verschiebungsrichtung angeordneten Grenzen der Blendenöffnung (4) parallel v/erlaufen und senkrecht zur Verschiebungsrichtung ausgerichtet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Verschiebungsrichtung angeordneten Grenzen der Blendenöffnung (4) in dem für die Platte (2, 2') wesentlichen Blendenbereich so verlaufen, dass die in der Verschiebungsrichtung gemessene Weite (w) der Blendenöffnung (4) näherungsweise proportional

zu (rVsinp) (l/(r · cosy )) ist, wobei r und /o I m ο m /

die Polarkoordinaten eines in der Mittelebene (5) und auf der Oberfläche (13) liegenden Punktes in einem auf die Quelle (1) bezogenen Polarkoordinatensystem sind, welcher Punkt mit der Quelle (1) durch eine Gerade verbunden ist, die die Oeffnung (4) im Bereich derselben Oeffnungsweite (w) durchschneidet, und wobei r und y die Länge und der Einfallswinkel eines in der Mittel- o m

ebene (5) liegenden Strahles des Teilchenstroms sind, der die Oberfläche (13) der Platte (2) auf der horizontalen Mittellinie der Platte (2) trifft.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2, 2') während der Verschiebung zur Quelle (1) hin konkav gebogen gehalten wird, und die Schnittlinie der Platte (2, 2") mit der Mittelebene (5) im wesentlichen dem Verlauf einer logarithmischen Spirale der Form r = r_Q exp((/£ ->o_Q)/tan(90 - V*" )) folgt, wobei r, A und T_n, A~ die Polarkoordinaten zweier auf der Schnittlinie liegenden Punkte in einem auf die Quelle (1) bezogenen Polarkoordinatensystem sind und iA der Einfallswinkel des im Punkt (r,/?) auftreffenden Teilchenstroms ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Verschiebungsrichtung angeordneten Grenzen der Blendenöffnung (4) in dem für die Platte (2, 2¹) wesentlichen Blendenbereich so verlaufen, dass die in der Verschiebungsrichtung gemessene Weite (w) der Blendenöffnung (4) näherungsweise proportional zu r/sin/i? ist, wobei r und fi> die Polarkoordinaten eines in der Mittelebene (5) und auf der Oberfläche (13) liegenden Punktes in einem auf die Quelle (1) bezogenen Polarkoordinatensystem sind, welcher Punkt mit der Quelle (1) durch eine Gerade verbunden ist, die die Oeffnung (4) im Bereich derselben Oeffnungsweite (w) durchschneidet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass mehrere quer zur Verschiebungsrichtung aufeinanderfolgend fächerförmig angeordnete Platten (2, 2¹) zugleich verschoben werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine in Verschiebungsrichtung verlaufende Schiene (7a, 7b) aufweist sowie einen Wagen (6) bzw. Schlitten, welcher längs der Schiene (7a, 7b) verschiebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein antreibbares, ortsfestes Zahnrad (9) aufweist, welches mit einer am Wagen (6) bzw. Schlitten angebrachten, sich in Verschiebungsrichtung erstreckenden Zahnstange (8) in Eingriff steht.