CH632094A5

CH632094A5 - Fluessigkristallanzeige.

Info

Publication number: CH632094A5
Application number: CH1262678A
Authority: CH
Inventors: Meinolph Kaufmann; Allan R Dr Kmetz
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1982-09-15
Also published as: DE2856170A1; JPS5579415A; US4340277A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Eine solche Flüssigkristallanzeige ist bekannt aus der

DE-OS 24 22 509. Darin ist eine Anzeige beschrieben, bei welcher - im Gegensatz zu den üblichen nematischen Drehzellenanzeigen - nur ein Polarisator benötigt wird. Gemäss der DE-OS 24 22 509 wird dies durch die Verwendung von schräg einfallendem Licht ermöglicht, das über ausgewählte Zonen der Flüssigkristallschicht zum Reflektor gelangen muss. Der Kontrast wird nur durch jene Strahlen bewirkt, welche einerseits über nicht zwischen Elektroden liegenden Zonen der Flüssigkristallschicht zum Reflektor gelangen und andererseits durch Zonen reflektiert werden, welche beidseitig von Elektroden begrenzt sind. Mit dieser Methode kann ein Kontrast nur an den Kanten der einzelnen Segmente der Elektrodenmuster erzeugt werden. Daher müssen die bewährten Elektrodenmuster in eine Vielzahl kleiner, untereinander verbundener Elektrodenstreifen unterteilt werden um die Zahl der Kanten zu erhöhen. Dies vergrössert jedoch den photolithographischen Aufwand bei der Herstellung und reduziert die Lesbarkeit der Anzeige.

Ein weiterer Versuch, bei nematischen Drehzellenanzeigen den zweiten Polarisator zu eliminieren, ist ferner aus der DE-OS 24 32 601 bekannt. In dieser Schrift wird hierzu ein polarisierender Reflektor verwendet, der jedoch aus einem Viertel-wellenplättchen, aus einer zusätzlich benötigten weiteren cholesterinischen Flüssigkristallschicht sowie einer Absorptionsschicht zusammengesetzt ist. Durch diese vielen zusätzlich benötigten Elemente aber wird der Herstellungsaufwand nur vergrössert.

Schliesslich ist auch aus der DE-OS 24 32 601 eine nemati-sche Drehzellenanzeige ohne hinteren Polarisator bekannt. Nebst dem hierzu als zusätzliches Element benötigten Viertel-wellenplättchen bedingt dieser Vorschlag eine Abweichung von der 90°-Verdrillung der Zelle auf eine solche von nur 45°. Abgesehen davon, dass auch hier kein Element eingespart werden kann, hat die 45°-Verdrillung in der Regel bei der fertigen Zelle einen schwächeren Kontrast zwischen an- und abgeschalteten Zustand zur Folge.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine reflexive Flüssigkristallanzeige zu schaffen, welche verglichen mit den bisher bekannten Drehzellenanzeigen eine vergrösserte Helligkeit aufweist; verzerrungsfreie und gestochen scharfe Zeichen anzuzeigen vermag, wobei diese Zeichen mit der vollen Fläche der gewünschten Elektrodensegmente wiedergegeben werden können; einfacher und billiger herzustellen ist, und eine undurchsichtige hintere Platte ermöglicht

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein erster wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin,

dass einerseits der hintere Polarisator weggelassen werden kann.

Der Hintergrund der Anzeige wird dadurch um jenen Betrag heller, der ansonsten durch das jeweils zweimal notwendige Hindurchtreten des Lichtes durch den hinteren Polarisator verloren gehen würde. Andererseits können gemäss der vorliegenden Erfindung die vollen Flächen beliebig gewünschter Elektrodensegmente zur Anzeige gebracht werden. Diese beiden Tatsachen bewirken zusammen den hervorragenden Kontrast der erfindungsgemässen Anzeige. Die Lesbarkeit wird noch dadurch erhöht, dass gemäss der vorliegenden Erfindung der Reflektor im Zellinnern angebracht ist. Dies ermöglicht es, die hinter die Flüssigkristallmoleküle orientierende Vorzugsrichtung auf dem Reflektor selbst aufzubringen, wodurch Reflexion und Orientierung auf ein und derselben Ebene stattfinden, was verzerrungsfreie und gestochen scharfe Bilder zur Folge hat. Durch das Weglassen des hinteren Polarisators und durch das Aufbringen des Reflektors im Zelleninneren sind ausserdem die Vorteile gegeben, dass die Kosten zur Herstellung und Befestigung zweier Elemente ausserhalb der Zelle eingespart und die Anfälligkeit auf äusserliche Beschädigungen reduziert

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werden können. Ein Vorteil des im Zelleninnern untergebrach- Hilfe einer Wechselspannungsquelle 19 der zwischen den Elek-ten Reflektors besteht ferner darin, dass keine tranparenten troden 3,4 befindliche Bereich des Flüssigkristalls 6 unter den Elektroden mehr auf der hinteren Platte verwendet werden Einfluss eines elektrischen Feldes gestellt werden. Im feldfreien müssen. Vielmehr erlaubt die vorliegende Erfindung die Benut- Zustand 7 des Flüssigkristalls 6 richten sich dessen Moleküle zung metallischer Leiter als Elektroden auf der hinteren Platte, s nach den auf den Platten 1,2 aufgebrachten Vorzugsrichtun-Dank der viel besseren Leitfähigkeit dieser letzteren, können gen, also um etwa 90° verdrillt, aus. Im feldfreien Zustand 7 unerwünschte Spannungsverluste entlang dünner und langer wird also die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht Zuleitungen vermieden werden. Gerade bei einem Multiexbe- im Verlaufe eines Durchtritts durch den Flüssigkristall 6 um trieb, für welchen sich die erfindungsgemässe Flüssigkristallan- etwa 90° gedreht. Ist jedoch zwischen den Elektroden 3,4 eine zeige auf Grund der hierzu geeigneten und vorgesehenen io Spannung angelegt, so wird, in Abhängigkeit der Höhe der Spannungsbereiche eignet, sind solche Spannungsverluste angelegten Spannung, die durch die vordere und hintere Voruntragbar. Da gemäss der vorliegenden Erfindung keine Trans- zugsrichtung erzeugte molekulare Struktur des Flüssigkristalls parenz der hinteren Platte mehr notwendig ist, kann für diese 6 auf der linken Figurenhälfte weitgehend zerstört und der irgendein anderes, billigeres und passenderes Material gewählt durch das elektrische Feld so deformierte Zustand 8 des FIüs-werden. Ebenso kann die Dicke der Platte je nach den gegebe- is sigkristalls 6 vermag die Polarisatinsebene von linear polarinen Umständen frei gewählt werden. sierten Licht im allgemeinen nicht mehr zu drehen. Wird

Nachfolgend wird nun die Erfindung anhand der Figuren jedoch an den Elektroden 3,4 nur eine Spannung angelegt, die 1 -5 ausführlich erläutert. Dabei zeigt: nicht zu weit über der sogenannten Freederickz-Schwellen-

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mögliches Ausführungsbei- Spannung VjfrJregt, und stets ^ 3 Vth bleibt, so bleibt die Fähigspiel einer erfindungsgemässen Flüssigkristallanzeige, 20 keit, die Polariesationsebene zu drehen, für Licht, das aus

Fig. 2 eine mögliche Ausgestaltung der vorderen Elektro- gewissen Richtungen den Flüssigkristall durchläuft, noch erhal-densegmente im Falle einer beispielsweise mit einer dreiziffri- ten, für andere Richtungen aber ist keine messbare Beeinflus-gen Anzeige versehenen erfindungsgemässen Flüssigkristallan- sung der Polarisationsebene mehr zu beobachten. Zur Defini-zeige, tion und Messung der Freederickz-Schwellenspannung V,h

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung im Moment des 25 wird auf M. Schadt und W. Helfrich, Appi. Phys: Lett 18 (1971) Aufbringens des Reflektors auf die hintere Platte vor dem 127 verwiesen. Demnach bestimmt sich

Erhitzen,

Fig. 4 den auf die hintere Platte aufgebrachten Reflektor *""1 /k + (k - 2 k„)

nach dem Erhitzen, und y — 2H 1/ J--*- 33

Fig. 5 den Reflektor in einer vergrösserten Darstellung. 30 th 2 I £0 A£

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Flüssigkristallanzeige 10 gezeigt. Diese besteht aus in CGS-Einheiten.

zwei Zellenplatten 1,2, welche zusammen mit dem sich zwi- Messtechnisch ergibt sich Vth als die Spannung, bei der die sehen diesen Platten befindlichen Flüssigkristall 6 die Zelle 29 optische Wirkung des verdrillten Flüssigkristalls sich zu ändern bilden. Die vordere, transparente Platte 1 ist auf der der Licht- 35 beginnt, vgl. Fig. 2 der genannten Publikation. Wird nun gemäss quelle 17 und dem Betrachter 18 zugewandten Seite mit einem dem grundlegenden Gedanken der vorliegenden Erfindung an linearen Polarisator 5 versehen. Auf der dem nematischen Flüs- die Elektroden 3,4 nur eine Spannung V gelegt, wobei 1,3 Vth sigkristall 6 zugewandten Seite der Platte 1 ist eine transpa- ^V ^ 2,5 V,h, vorzugsweise ^ 1,9 Vth, so ergibt sich die in Fig. 1 rente, leitfähige Schicht als vordere Elektrode 3 aufgebracht, durch die schräg gestellten Flüssigkristallmoleküle angedeu-welche im allgemeinen, wie etwa in Fig. 2 dargestellt, aus ver- 40 tete Situation des deformierten Zustandes 8, welcher auf fol-schiedenen, einzeln ansteuerbaren Elektrodensegmenten 3a - gende, erfindungsgemässe Weise eine Anzeige ermöglicht: 3u besteht, in Fig. 1 jedoch der Einfachheit halber aus einer ein- Von dem von der Lichtquelle 17 schräg einfallenden Licht sind zigen, leitfähigen Schicht bestehend dargestellt ist. Der Flüssig- in Fig. 1 drei charakteristische Strahlenbündel 11,12,13 darge-kristall 6 ist ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielek-, stellt. Das einfallende Lichtbündel 11 wird durch den Polarisa-trischer Anisotropie. Die dem Flüssigkristall 6 zugewandte 45 tor 15 linear so polarisiert, dass dessen Polarisationsebene nach Fläche der Platte 1 sowie die der vorderen Elektrode 3 sind mit dem Durchtritt durch den Polarisator 5 parallel zur Zeicheneiner z. B. durch Reiben erzeugten, die Flüssigkristallmoleküle in ebene liegt. Der feldfreie Zustand 7 des Flüssigkristalls 6 dreht einer Vorzugsrichtung orientierenden Struktur versehen. Im nun diese Polarisationsebene um 90°, welche Drehung nach der gewählten Beispiel der Fig. 1 verläuft diese Vorzugsrichtung Reflexion am Reflektor 9 auf dem Rückweg durch den Flüssigauf der vorderen Platte 1 parallel zur Zeichenebene. Ferner so kristall rückgängig gemacht wird, so dass das Lichtbündel 14 besteht die Flüssigkristallanzeige 10 aus einer zweiten, nicht frei durch den Polarisator 5 austreten und in das Auge eines notwendigerweise transparenten hinteren Platte 2, welche in Beobachters 18 treten kann. Dem Beobachter erscheint also einem geringen Abstand, etwa zwischen 2,5 bis 0,025 mm, parai- der in Fig. 1 links gezeichnete Teil der Anzeige hell. Für das ein-lel zur vorderen Platte 1 angeordnet ist, und die auf der dem fallende Lichtbündel 12 gilt das für das Lichtbündel 11 Gesagte. Flüssigkristall 6 zugewandten Fläche mit einer ebenfalls als 55 Nach der Reflexion durchläuft es jedoch den Flüssigkristall in eine leitfähige Schicht dargestellten hinteren Elektrode 4 ver- einer nahezu parallelen Richtung zu den Molekülen. Der nur sehen ist. Auch die hintere Elektrode 4 kann bedarfsmässig in unter schwachem Feldeinfluss stehende Flüssigkristall vermag mehrere, hier nicht dargestellte Elektrodensegmente unterteilt hier für die Richtung des reflektierten Lichtbündels 15 die Pola-sein. Die hintere Platte 2 ist ferner auf der dem Flüssigkristall 6 risationsebene nicht zurückzudrehen, weshalb das Lichtbündel zugewandten Fläche mit einem diffus streuenden Reflektor 9 60 15 den Polarisator 5 nicht passieren kann. Der Beobachter 18 versehen, welcher auf der dem Flüssigkristall 6 zugewandten empfängt von dieser Stelle der Anzeige 10 kein Licht, d.h. er Seite ebenfalls mit einer z.B. durch Reiben erzeugten Vorzugs- sieht diesen Teil der Anzeige 10 dunkel. Das von der Lichtrichtung versehen ist, die zu jener der vorderen Platte 1 bzw. quelle 17 einfallende Bündel 13 wird durch den Polarisator 5 Elektrode 3 um etwa 90° verdreht ist, also hier in Fig. 1 senk- ebenfalls mit der Polarisationsebene parallel zur Zeichenebene recht zur Zeichenebene gerichtet ist. Randseitig werden die 65 polarisiert. Für die Richtung des Bündels 13 jedoch hat der Platten 1,2 durch einen nicht dargestellten Verbindungssteg so unter schwachem Feldeinfluss stehende Zustand 8 des Flüssigverbunden, dass sie den Flüssigkristall 6 hermetisch in der Art kristalls 6 im rechten Teil der Anzeige 10 die gleiche drehende einer Zelle einschliessen. Anhand der Elektroden 3,4 kann mit Wirkung wie der feldfreie Zustand 7 des Flüssigkristalles 6 auf

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die Bündel 11,12 und 14. Daher erfährt das Lichtbündel 13 auf nis 1:1 gemischt) und Aluminium-Pigmenten mit einer mittleren seinem Weg zum Reflektor 9 eine Drehung der Polarisations- Länge von 2-12|i.m. Das gewichtsmässige Mischungsverhältnis ebene um'90°, wird jedoch auf dem Rückweg als reflektiertes von Binder 28 zu Aluminium-Pigment beträgt 1:10 bis 1:50. Die

Bündel 16 wegen der in dieser Richtung nicht stattfindenden Schichtdicke der Aluminiumbronze-Farbe variiert mit der Kon-

Rückdrehung der Polarisationsebene vom Polarisator 5 nicht 5 zentration an Aluminium-Pigmenten. In der Praxis hat sich eine durchgelassen. Damit aber sieht der Betrachter 18 die gesamte Dicke der aufgedruckten Aluminiumbronze-Farbe von 5 bis

Elektrodenfläche 3 dunkel, und es können die bewährten Elek- 20 um bewährt. Als Siebdruckschablone sind Siebe mit mehr trodenmuster, siehe hierzu Fig. 2, zur Bildanzeige verwendet als 100 Fäden pro cm geeignet; die Ausführungsbeispiele wur-

werden. den mittels eines Siebes (Estalmono 200 von Schweiz. Seiden-

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Reflektors "> gazenfabrik, St Gallen) mit 200 Fäden pro cm angefertigt. 9 besteht darin, dass dieser durch Beschichten der hinteren Sodann werden die beschichteten Platten etwa eine Stunde bei Elektrode 4 und der hinteren Platte 2 mit metallischen diffus ca. 400° bis 500 °C erhitzt. Während dieses Prozesses verbrennt reflektierenden Partikeln erzeugt wird. Dies ist nachfolgend der Binder 28 und verflüchtigt sich, ohne Rückstände zu bilden, unter Zuhilfenahme der Fig. 3,4 und 5 erläutert. Dabei zeigen wobei sich die Aluminium-Pigmente auf eine Gesamtdicke von die Fig. 3 und 4, wie die hintere Elektrode 4 und der verblei- i s 0,2 bis 5 Jim zusammenlagern. Nun werden die Platten geriebende, freie Teil der der Flüssigkristallschicht zugewandten ben. Nach der Montage der vorderen Platte 1 und dem entspre-Oberfläche der Platte 2 mit gegenseitig isolierten Metallteilen chenden Justieren der Platten 1 und 2 entsprechend der Form 20, beispielsweise Aluminium, beschichtet wird. Diese Metall- der Elektroden 3 und 4 erfolgt in einem Lötofen, ein aus der teile 20 weisen in den Ausbreitungsrichtungen der Elektroden- Drehzellenherstellung bekannter Glaslotprozess.

fläche eine Leitfähigkeit von < 10 jiS pro Quadrat auf und wir- 20 Ein weiteres Herstellungsverfahren ist das Spritz- oder Aufken als diffuser Reflektor 9. Die einzelnen aus Aluminium-Pig- sprühverfahren. Zu diesem Zwecke werden die Aluminium-Pig-menten bestehenden Metallteile 20, Fig. 5, sind mit einer in nor- mente von 2-12 Jim Länge in einem hochtourigen Mischwerk maier Atmosphäre sich bildenden Oxydschicht von 10 bis 100 oder mittels Ultraschall in einem leicht flüchtigen und nicht A Dicke überzogen; obwohl, wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, brennbaren Lösungsmittel wie z.B. Difluordichlormethan alle Teile eng und flach aneinander liegen, wirkt diese Oxyd- 25 (Freon TF von du Pont) gemischt. Der Gewichtsanteil von Aluschicht als Isolator; es ist daher nahezu keine Leitfähigkeit in minium-Pigmenten im Bindemittel beträgt 2-10%, wobei sorg-den Ausbreitungsrichtungen der Elektrodenfläche vorhanden. fältig darauf geachtet wird, dass die Mischung gleichmässig Aufgrund des geringen Teilchenbestandes ist jedoch eine sehr erfolgt, d.h. keine Agglomerate von Pigmenten feststellbar sind, gute kapazitive Kopplung in einer zu den Ausbreitungsrichtun- Eine derartige Mischung wird nun mit einer Spritzpistole unter gen der Elektrodenfläche normalen Richtung vorhanden. 30 einem Druck von 4-6 atü mit sehr feiner Düse auf die vorgerei-Die Herstellung dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles nigten hinteren Platten 2 aufgesprüht. Es hat sich gezeigt, dass eines Reflektors 9 kann sehr wirtschaftlich erfolgen. Die hin- bei diesem Verfahren das Lösungsmittel bereits verdunstet,

tere Platte 2 wird zuerst mit der hinteren Elektrode 4 versehen, bevor es auf die Platten 2 auftrifft, so dass eine weitgehend

In einem anschliessenden Siebdruckverfahren wird die homogene Reflektorstruktur erzielt wird. Grundsätzlich gesamte, im späteren Sichtbereich der Flüssigkristallanzeige 10 35 könnte der Reflektor bereits so in Flüssigkristallzellen verwen-

befindliche Oberfläche der hinteren Platte 2 mit der Alumini- det werden, ist jedoch noch weder wisch- noch kratzfest, so umbronze-Farbe bedruckt. Die isolierten Metallteile 20 werden dass sich eine anschliessende Wärmebehandlung bei einer also in Form einer dickflüssigen Aluminiumbronze-Farbe mit Temperatur von 400-500 °C und einer Dauer von ca 2 Min.

Aluminiumpigmenten im Binder 28 auf die hintere Platte 2 auf- empfiehlt, wobei die Reflektorstruktur thermisch verfestigt gebracht. Die Aluminiumbronze-Farbe besteht aus einem Bin- 40 wird, so dass die Platte 2 nun weitgehend abriebfest ist. der 28 (z.B. Nitrocellulose in Amylacetat im Gewichts-Verhält-

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkristallanzeige mit einer aus zwei planparallelen Platten bestehenden Zelle, deren Platten an ihren Innenflächen mit Elektrodenschichten versehen sind, von denen mindestens die auf der vorderen Platte durchsichtig und segmentiert ist, und mit einem Flüssigkristall mit positiv anisotroper Dielektrizitätskonstante innerhalb der Zelle, dessen Moleküle an den beiden Innenflächen der Zellenplatten Vorzugsrichtungen aufweisen, die um etwa 90° zueinander verdreht sind, und mit einem Polarisator an der vorderen jedoch nicht an der hinteren Zellenplatte, und mit einem Reflektor an der hinteren Zellenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) auf der Innenseite der hinterèn Zellenplatte (1) innerhalb der Zelle (29) angeordnet ist und eine die Vorzugsrichtung der angrenzenden Flüssigkristallmoleküle bestimmende Struktur aufweist, dass die Elektrodensegmente (3a.. .3u) vollflächig sind und dass der Wert der Betriebsspannung (V) zwischen dem 1,3- und dem 2,5fachen der Freedericksz-Schwellenspannung (Vth) liegt.
2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) aus auf die hintere Elektrodenschicht (4) und auf die Innenfläche der hinteren Platte (2) aufgebrachten gegenseitig isolierten Metallteilen (20) besteht, und eine Schichtleitfähigkeit von höchstens 10 jxS pro Quadrat aufweist, und die hintere Elektrodenschicht (4) vorzugsweise metallisch ist.
3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierten Metallteile (20) aus Aluminium-Pig-menten von 2 bis 12 p,m Länge bestehen und in Schichtdicken von 0,2 bis 5 |xm aufgebracht sind:
4. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den isolierten Metallteilen (20) 1 bis 5 % AI2O3 von 5 bis 10 (im Korngrösse beigemengt ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Flüsigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Elektrode (4) und die hintere Platte (2) in einer Dicke von 2 bis 10 (im mit einer Mischung bestehend aus einem Binder (28) und Metallteilen (20) beschichtet werden, und dass der Binder (28) in einem nachfolgenden Wärmeprozess bei Temperaturen von 300 bis 500 °C ausgetrocknet und verbrannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der hinteren Elektrode (4) und der hinteren Platte (2) in einem Siebdruckverfahren durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteile (20) Aluminium-Pigmente von 2 bis 12 jim Länge sind und das Gewichtsverhältnis von Aluminium-Pigmenten zu Binder (28) 50:1 bis 10:1 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der hinteren Platte (2) mittels eines feinmaschigen Siebes mit mehr als 100 Fäden/cm durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Pigmente mit einem leichtflüchtigen Binder (28) wie Difluordichlormethan gleichmässig gemischt und mittels Spritzverfahren unter einem Druck von 4 bis 6 atü auf die hintere Platte (2) aufgebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Platte (2) nach dem Spritzverfahren während wenigstens einer Minute bei einer Temperatur von 400 bis 500 °C wärmebehandelt wird.