DE2437636A1 - Fluessigkristallanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

• Flüssigkristallanzeigevorrichtung Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem nematischen Blüssigkristall, dessen dielektrische Anisotropie positiv ist und der mit in Drehrichtung ausgerichteten Nolekülen zwischen zwei Elektroden gebildet ist, ferner mit einer Einrichtung, um senkrecht zu den beiden Elektroden ein elektrisches Feld zu erzeugen un<i mit Polarisationsfiltern.
• Blüssigkristalle sind seit langer Zeit als Substanzen bekannt, die beim uebergang vom festen, kristallinen Zustand nicht direkt in den normalen, isotrop-flüssigen Zustand übergehen, sondern zuerst eine anisotrope, jedoch ebenfalls flüssige Zwischenphase durchlaufen. Seit kurzem haben Flüssigkristalle aufgrund der Änderung ihrer physikalischen Bigenschaften,insbesondere ihrer optischen Eigenschaften unter dem Einfluss eines elektrischen oder magnetischen Feldes besondere Bedeutung als Anzeigematerial mit geringem Energieverbrauch gewonnen. Derzeit wird überprüft, inwieweit Flüssigkristalle als Anzeigevorrichtungen für Armbanduhren, Tischrechner oder andere Geräte eingesetzt werden können.
• 2'lüssigkristalle werden in drei Typen eingeteilt, nämlich den smektischen, den nematischen und den cholesterischen Typ. Unter diesen ist im Hinblick auf eine praktische Anwendung in elektrooptischen Anzeigevorrichtungen der nematische Flüssigkristall der technisch derzeit interessanteste Flüssigkristall.
• Die Anzeigesysteme, in denen der elektro-optische Effekt des nematischen Blüssigkristalls ausgenutzt wird, lassen sich den beiden folgenden Prinzipien unterordnen.
• 1. Es wird für die Anzeige die Lichtstreuung ausgenutzt, die durch die zerstörungsfreie Störung des nematischen Blüssigkristallbereiches auf grund einer lonenwanderung im Plüssigkristall verursacht wird.
• 2. Es wird die Doppelbrechung der Moleküle der durch ein elektrisches Beld gesteuerten Blüssigkriætallschicht dadurch ausgenutzt, dass in Verbindung mit Polarisationsfiltern eine Anzeige ermöglicht wird.
• Das bei vorliegender Erfindung angewandte Prinzip entspricht dem zuletzt genannten. Es ist dem zuerst genannten Prinzip der dynamischen Streuung im Hinblick auf den Leistungsverbrauch, den Kontrast und die Lebensdauer überlegen. Es wird nun zunächst die Arbeitsweise einer Anzeigevorrichtung bei Anwendung des an zweiter Stelle genannten Prinzips näher erläutert.
• Zur Herstellung einer derartigen Anzeigevorrichtung wird die Zusammensetzung des nematischen Flüssigkristalls zwischen zwei transparenten Elektroden eingeschlossen, die mosaikförmig oder so hergestellt sind, dass sie numerische Segmente bilden. Wird die Oberfläche der transparenten Elektroden gleichzeitig mit einer Gaze, Watte oder dergleichen gerieben, dann werden die Moleküle der Flüssigkristall-Zusammensetzung, die in Berührung mit der geriebenen Oberfläche kommen, derart ausgerichtet, dass ihre Hauptachsen parallel zur Richtung des Reibens zu liegen kommen. Wird deshalb die Zusammensetzung des nematischen Flüssigkristalls zwischen zwei Elektroden eingeschlossen, die so zu einem Paar zusammengefügt sind, dass ihre Reibrichtungen senkrecht zueinander stehen, dann werden die eingeschlossenen Flüssigkristallmoleküle so orientiert, dass sie eine kontinuierliche Drehung der Art bilden, dass ihre mit der einen Elektrode in Berührung stehenden Hauptachsen und ihre mit der zweiten Elektrode in Berührung stehenden Hauptachsen um 90° gegeneinander gedreht sind. Im Hinblick auf auffallendes Licht wird dann eine optische Wirkung (Drehung) von 90° erhalten. Wird eine Flüssigkristallzelle mit dieser optischen Wirkung zwischen zwei Polarisationsfilter eingefügt, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, dann wird infolge der optischen Wirkung der Flüssigkristall zelle das auffallende Licht hindurchgelassen. Wird andererseits die Flüssigkristallzelle zwischen zwei Polarisationsfilter gefügt, deren Achsen parallel zueinander verlaufen, dann wird das auffallende Licht abgefangen.
• Falls eine Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet wird, deren dielektrische Anisotropie positiv ist, d.h. bei der die Richtung der Hauptachse mit der des elektrischen Dipols annähernd übereinstimmt, werden die zwischen den Elektroden eingefügten Flüssigkristallmoleküle, falls sie einem elektrischen Feld zwischen den Elektroden ausgesetzt werden, so ausgerichtet, dass ihre Hauptachsen parallel zu den Feldlinien verlaufen. Da die Richtung der Hauptachse eines Flüssigkristallmoleküls mit der optischen Achse übereinstimmt, verliert die Flüssigkristall-Zusammensetzung ihre Doppelbrechungseigenschaft, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Die optische 900 Wirkung geht also verloren. Mit anderen Worten heisst dies, dass beim Anlegen eines elektrischen Feldes auffallendes Licht abgefangen wird,falls die Polarisationsfilter rechtwinklig zueinander angeordnet sind und durchgelassen wird, falls die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter parallel zueinander verlaufen. Die Verhältnisse sind also gerade umgekehrt zu denen, bei denen kein elektrisches Feld angelegt wird. Diese Eigenschaft macht den Flüssigkristall für eine elektro-optische Anzeige geeignet.
• Wird das erläuterte Prinzip bei einer Blüssigkristallanzeigevorrichtung angewandt, dann ist es unerlässlich, eine dünne Schicht der Zusammensetzung des nematischen Blüssigkristalls vorzusehen, die eine Drehorientierung aufweist. Im allgemeinen wird, wie bereits erwähnt wurde, die Elektrodenoberfläche mit Gaze, Watte oder dergleichen gerieben, um eine solche dünne Flüssigkristallschicht zu erzeugen, die eine Drehorientierung aufweist. Durch das Reiben entstehen viele feine Rillen auf der betreffenden Elektrodenoberfläche. Das mit der betreffenden Oberfläche in Berührung kommende Flüssigkristallmolekül wird so ausgerichtet, dass seine Hauptachsrichtung mit der Richtung der feinen Rille übereinstimmt. Die Ursache für die Ausrichtung des Moleküls in Richtung der Rille liegt darin, dass das Molekül lang und schlank ausgebildet ist. Liegen die Moleküle parallel zu den feinen Rillen, dann tritt im Bereich der Oberfläche keine Verformungsenergie auf.
• Von Einfluss auf die Ausrichtung eines Flüssigkristallmoleküls ist j jedoch nicht nur die Gestalt der Elektrodenoberfläche. Die Ausrichtung der Moleküle wird gestört falls die Elektrodenoberfläche mit Ölen oder Fetten verschmutzt ist oder falls Ionen anhaften, die mit den elektrische Dipole bildenden Molekülen zusammenwirken. Wer mit Flüssigkristallanzeigevorrichtungen zu tun hat, macht oft die Erfahrung der erwähnten Unannehmlichkeit, nämlich wenn durch die Berührung der Elektrodenoberfläche mit dem Finger während des Herstellungsprozesses der Flüssigkristallanzeigevorrichtung eine schlechte Ausrichtung verursacht wird, selbst wenn die vorhergehenden Arbeitsschritte, d.h. das Reinigen und Reiben fehlerfrei ausgeführt wurden oder wenn durch Verwendung von Elektroden, die nach dem Reinigen längere Zeit liegengelassen wurden, eine schlechte Ausrichtung der Moleküle die Folge ist. Sinne weitere Ursache, die eine Auswirkung auf die Ausrichtung der Flüssigkristallnoleküle hat, ist die chemische Zusammensetzung der Elektrodenplatten.
• Ublicherweise wird die Elektrode für eine Blüssigkristallanzeigevorrichtung durch Fotoätzen einer transparenten leitenden Schicht im gewünschten Muster, wie einem Mosaikmuster oder in Form von numerischen Segmenten gewonnen, wobei die transparente leitende Schicht zuvor auf der Oberfläche einer Glasplatte gebildet worden ist. Demzufolge umfasst die Oberfläche der Elektrodenplatte der Flüssigkristallanzeigezelle einen Bereich aus einer transparenten leitenden Schicht und einen Bereich aus Glas. Wird die Flüssigkristallanzeigezelle einer Alterungsprüfung im Hinblick auf eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Licht, Feuchtigkeit, hohen Demperaturen etc. unterworfen, dann erweist sich, dass es sicherlich der Glasbereich ist, der im Hinblick auf die Ausrichtung der Moleküle Probleme verursacht. Der Bereich der transparenten leitenden Schicht verursacht im Hinblick auf die Ausrichtung normalerweise keine Probleme. Dies veranschaulicht in typischer Weise den Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche auf die Ausrichtung der Moleküle.
• Soweit es die Glasoberfläche betrifft, hängt die Alterung auch von der Zusammensetzung des Glases ab. Eine übliche Natronglasplatte enthält etwa 14 bis 16 O/o Na20, um die Verformbarkeit zu verbessern. Hierdurch wird jedoch die chemische Stabilität verringert. Dies ist der Grund dafür, dass die Ausrichtung der Moleküle durch Natronglas ungünstig beeinflusst wird, wenn dieses als Grundplatte der Elektrode der Flüssigkristallanzeigezelle benutzt wird.
• Wird Natronglas als Elektrodenplatte benutzt, dann entstehen keineProbleme, soferne der eingeschlossene Flüssigkristall Raumtemperatur ausgesetzt ist. Wird der Alterungstest jedoch in einem Thermostat bei 600 C ausgeführt, dann weist am dritten oder vierten Tag die mit der Glasoberfläche in Berührung stehende Flüssigkristallschicht eine Trübung auf. Wird der Test fortgesetzt, dann verschwindet die Ausrichtung der Moleküle vollständig. Obgleich auch Glas mit weniger Na2O diese BrscheLnung aufweist, tritt die Trübung in dem auf 600 a eingestellten Thermostatenspäter als bei dem üblichen Natronglas auf. Das Ausmass der Trübung wird abhängig von der Verringerung des Gehaltes an Na2O schwächer. Bei Quarzglas oder dergleichen, das kein Na20 enthält, tritt keine Trübung auf.
• Bekanntlich wird die chemische Stabilität des Glases abhängig von der Verringerung-des Gehaltes an Alkalimetalloxid, wie Na20 besser. Wird dies zusätzlich berücksichtigt, dann scheint es, dass die Trübungserscheinung in unmittelbarer Nachbarschaft der Glasoberfläche der Flüssigkristallanzeigezelle, die bei einer auf 600 C geregelten Raumtemperatur auftritt, durch das Alkalimetalloxid verursacht wird.
• Ausgehend von diesen Erkenntnissen haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, die Stabilität der Drehorientierung einer dünnen Schicht aus einer Flüssigkristall-Zusammensetzung bei der einleitend genannten Vorrichtung zu verbessern.
• Dies ist erfindungsgemäss dadurch möglich, dass wenigstens die mit der dünnen Flüssigkristallschicht in Berührung stehende Oberfläche der aus transparentem oder halbtransparentem Material bestehenden Elektroden in ihrer chemischen Zusammensetzung nicht mehr als 7 cSó Alkalimetalloxid enthält.
• Ein Glas, das etwa 7 % eines Alkalimetalloxids enthält, zeigt zwar eine Trübung; wird die Oberfläche jedoch mit Teflon (Polytetrafluoräthylen) oder dergleichen überzogen und dann gerieben, dann wird keine Trübung verursacht, selbst wenn die Anzeigezelle mehr als einen Monat lang in einen auf 600 C gehaltenen Thermostaten gelegt wird. Bei einem Gehalt von mehr als 7 % Alkalimetalloxid entsteht jedoch auch eine Trübung, wenn die Oberfläche mit Teflon überzogen ist.
• Im Hinblick auf die Herstellungskosten ist Natronglas mit einem grösseren Gehalt an Na2O als 7 % besser geeignet für die Elektrodenplatte. Ein solch billiges Glas kann Verwendung finden falls die chemische Zusammensetzung an seiner Oberfläche verändert wird. Dies kann gemäss einer Weiterbildung der Erfindung auf die folgenden Weisen geschehen.
• Bei einem ersten Verfahren zur änderung des Oberflächenbereiches der Glasplatte wird auf die Natronglasoberfläche SiO2, SiO oder dergleichen aufgedampft. Im Hinblick auf die Aufdampftechnik ist SiO besser geeignet als SiO2, da letzteres durch einen Elektronenstrahl oder dergleichen erhitzt werden muss, um eine entsprechende Ablagerung zu erzielen. Ein Aufdampfen unter Verwendung eines Widerstandsheizers aus Metall, wie Wolfram bereitet Schwierigkeiten. Nachdem SiO bzw. SiO2 aufgedampft ist, wird das Glas bei einer Temperatur von 5000 C eine Stunde lang geglüht, so dass das Natronglas und die abgelagerte Schicht sich stärker miteinander verbinden. Auf diese Weise erhält man eine Glasplatte, von der wenigstens die chemische Zusammensetzung des Oberflächenbereiches kein Alkalimetalloxid enthält, so dass auch nicht das oben erwähnte Problem hinsichtlich der Ausrichtung der Moleküle auftritt, wenn das Glas als Elektrode einer Flüssigkristallan zeigezelle Verwendung findet.
• Die zweite Möglichkeit, die Oberfläche einer leicht herstellbaren Natronglasplatte zu verändern, besteht darin, dass diese längere Zeit in eine mit SiO2 gesättigte Kieselfluorwasserstoffsäure eingetaucht wird.
• Bekanntlich löst die Kieselfluorwasserstoffsäure Glas auf. Wird Glas jedoch längere Zeit in diese Säure eingetaucht, dann tritt folgende Erscheinung auf.SiO2 löst sich in der Kieselfluorwasserstoffsäure bis über ein bestimmtes Mass und es scheidet sich das übersättigte SiO2 auf der Glasoberfläche ab. Von dieser Brscheinung wird hier Gebrauch gemacht. Es wird auf der Oberfläche des Natronglases eine dünne Schicht aus SiO2 dadurch gebildet, dass das Natronglas in eine mit SiO2 gesättigte Eieselfluorwasserstoffsäure eingetaucht wird. Bei einem in der Praxis durchgeführten Behandlungsverfahren dieser Art wurde Natronglas in 1,4 Mol Kieselfluorwasserstoffsäure acht bis zehn Stunden lang eingetaucht, die mit SiO2 übersättigt war und eine Temperatur von etwa 550 C aufwies. Auf diese Weise wurde auf der Natronglasoberfläche eine dünne Schicht aus SiO2 gebildet, so dass die Zusammensetzung der Oberfläche des Glases der eines Quarzglases ähnlich wurde. Bei dem so behandelten Natronglas entstanden keinerlei Probleme, wenn dieses als Elektrodenplatte einer Flüssigkristallanzeigezelle benutzt wurde.
• Verwendet man entsprechend dieser Erfindung in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung Elektrodenplatten, von denen die chemische Zusammensetzung wenigstens der Oberfläche, die mit der dünnen Schicht der Flüssigkristallzusammensetzung in Verentbindung steht, kein Alkalimetalloxid, insbesondere kein Na20 hält, dann wird hierdurch weiter die Drehorientierung der dünnen Flüssigkristallschicht stabilisiert. Die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung wird hierdurch in weitem Umfang verbessert.

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem nematischen Flüssigkristall, der mit ausgerichteten Molekülen zwischen zwei Elektroden gebildet ist, ferner mit einer Einrichtung, um senkrecht zu den beiden Elektroden ein elektrisches Feld zu erzeugen und mit Polarisationsfiltern, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens die mit der dünnen Flüssigkristallschicht in Berührung stehende Oberfläche der aus transparentem oder halbtransparentem Material bestehenden Elektroden in ihrer chemischen Zusammensetzung nicht mehr als 7 % Alkalimetalloxid enthält.

2. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , dass die nicht mehr als 7 % Alkalimetalloxid enthaltende Oberfläche der Elektroden durch Aufdampfen von SiO bzw.

SiO2 erhalten wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , dass die nicht mehr als 7 % Alkalimetalloxid enthaltende Oberfläche der Elektroden durch Eintauchen einer Natronglasplatte in eine mit SiO2 übersättigte Kieselfluorwasserstoffsäure erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t , das die Glasplatte in iit SiO2 übersättigte 1,4 Mol Kieselfluorwasserstoffsäure bei 55° C acht bis zehn Stunden lang eingetaucht wird.