DE2805970B2

DE2805970B2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2805970B2
Application number: DE2805970A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 8011 Faistenhaar Kobale; Hans 8000 Muenchen Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1980-01-24
Also published as: JPS54129900A; DE2805970A1; FR2417156B1; IT1110526B; US4346963A; DE2805970C3; GB2014345A; GB2014345B; FR2417156A1; IT7920066A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs ! sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays. Derart aufgebaute Flüssigkristall-(FK-)Anzeigen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt; man vergleiche hierzu beispielsweise die DE-PS 21 60 469 oder die US-PS 38 63 332.

Die Trägerplatten von FK-Displays sollen einen möglichst geringen Abstand voneinander haben, weil sich wichtige Kenndaten der Anzeige mit zunehmender FK-Schichtdicke verschlechtern; insbesondere werden dabei die Schaltzeiten länger und die Schwellspannungen größer. Von modernen FK-Displays werden bereits Plattenabstände von weniger als 10 μ, in einzelnen Fällen sogar von höchstens 2 μ, verlangt Diese Forderungen lassen sich nicht ohne weiteres erfüllen und geben vor allem dann nach wie "or erhebliche Fertigungsprobieme auf, wenn man großflächige oder dünnwandige Substrate verwenden will.

Das geschilderte Distanzierproblem ist bereits seit Jahren Gegenstand intensiver Bemühungen und hat zu einer Fülle von Lösungsvorschlägen geführt. Alle diese Beiträge lassen sich, soweit sie über 2ine reine Weiterentwicklung des Rahmens hinausgehen, folgendermaßen gruppieren: entweder wird das gesamte Kammervolumen außerhalb der Segmentbereiche mit einer Masse ausgefüllt (beispielsweise DE-PS 21 60 469) oder man setzt eine Vielzahl von mehr oder weniger regellos verteilten Abstandskörpern wie Körner (DE-OS 21 59 165), lasererzeugte Aufwürfe (DE-PS 23 44 050) oder Glaslotsäuien (DE-OS 22 42 389) zwischen die Substrate. Beide Konzepte haben ihre Vor- und Nachteile. Die erste Alternative liefert relati\ genaue Distanzwerte, da die Platten in der unmittelbaren Umgebung der schaltbaren FK-Bereiche großflächig abgestützt werden, und ermöglicht einen sparsamen FK-Verbrauch, denn man braucht nur die durch die Segmentbereiche definierten Hohlräume zwischen den beiden Platten zu füllen; die Existenz mehrerer separater Räume erschwert allerdings das Einbringen des Flüssigkristall in das Display. Bei der zweiten Alternative ist zwar die Einfüllung unproblematisch, dagegen benötigt man mehr FK-Material; hinzu kommt, daß bei Körnern und Glaslotsäulen die Abstandsgenauigkeit mitunter zu wünschen übrig läßt — die Körner werden im allgemeinen durch eine Siebfraktionierung gewonneil und die Glaslotsäulen verändern beim Löten ihre Höhe — und daß das Laserkrater-Verfahren noch verhältnismäßig aufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige anzugeben, die rxakt voneinander distanzierte Platten hat, mit einer geringen FK-Menge auskommt und dabc" keinen besonderen Einfüll- oder Distanzieraufwand verlangt. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß drei Displayvarianten vorgesehen, die jeweils in den Ansprüchen 1,2 und 3 charakterisiert sind. Dabei können die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen auf zweierlei Weise realisiert sein: entweder man versieht die Trägerplatten mit einer Schicht, in der geeignet geformte Strukturen ausgespart sind, oder man schafft in den Trägerplatten Ausnehmungen. Geeignete Beschichtungslechniken sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 13; wie man besonders einfach bestimmte Teilflächen in einer Trägerplatte tiefer legt, ist in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.

Bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, in der erstmalig die bisher stets getrennt verfolgten Entwicklungslinien in bestimmter Weise miteinander kombiniert sind, kann das FK-Material bequem durch eine einzige öffnung eingegeben werden, da sämtliche Kammernohlräume miteinander verbunden sind. Das dabei benötigte FK-Volumen ist gering, da die FK-Schicht im Restbereich extrem dünn sein kann. Der Substratabstand läßt sich mit erprobten Beschichtungs- bzw. Vertiefungsverfahren mühelos bis auf ± 1 μ genau einstellen. Dabei ist von Vorteil, daß sich die Vorsprünge und Stützen die Entfernung zwischen den beiden Substraten teilen und man daher auch auf Techniken zurückgreifen kann, die an sich nur wenige μΐη hohe Vorsprünge bzw. Stützen liefern könnten (vergl. hierzu die bereits zitierte US-Patentschrift).

Unter üblichen Bedingungen wird der von den Distanzelementen vorgegebene Mindestabstand zwischen den beiden Trägerplatten auch tatsächlich eingehalten, werden also die Stützen auf die Vursprünge stoßen. Für den Normalfall erfüllt, daher ein Display gemäß der vorgeschlagenen Alternative 1 seinen Zweck. Will man jedoch auch dann eine bestimmte Plattendistanz garantieren, wenn d·? Anzeige in einem relativ großen Temperaturbereich vbeitet oder wenig formstabile Substrate hat, so sind die Alternativen 2 und 3 vorzuziehen. Bei diesen Ausführungen stellt sich zwischen dem Überzug und der damit bedeckter. Platte eine mechanische Spannung ein, die die beschichtete Platte in einer Art »Bimetalleffekt« gegen die andere Trägerplatte durchdrückt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in zusätzlichen Ansprüchen charakterisiert

Die Erfindung soll nun anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 2 ebenfalls in einem Seitenschnitt die Flüssigkristall-Zelle eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich von der Ausführung der Fig. 1 im wesentlichen nur in de- Realisierung der Plattenvorsprünge unterscheidet.

Die Zeichnung ist schematisch gehalten. Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile eines Displays, beispielsweise die elektrischen Zuleitungen, sind weggelassen.

Das Display der F i g. 1 ist eine einstellige, polarisatorfreie 7-Segment-Flüssigkristallanzeige. Sie enthält im einzelnen eine vordere Trägerplatte 1 und eine hintere, mit einer diffus reflektierenden Rückfiäche ausgestattete Trägerplatte 2, die beide über einen Rahmen 3 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Außerdem sind die Trägerplatten auf ihren einanuer zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Belag versehen. Der Belag der rückwärtigen Trägerplatte ist durchgehend ausgebildet (Rückelektrode 4), während der Belag der vorderen Trägerplatte aus getrennt ansteuerbaren Segmenten (Elektrodensegmente 6) besteht. Die hintere Trägerplatte trägt zusätzlich ein Ansteuerteil 10, während die vordere Trägerplatte außen noch mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgebrachten Film 5 überzogen ist, der einen sehr viel höhere'! ihermischen Ausdehnungskoeffizienten als das aus Glas bestehende Substrat hat und bei normalen Umgebungstemperaturen die Platte 1 zur Platte Ϊ hin durchbiegen will. Dieser Film könnte aus MgO bestehen.

Die beiden Trägerplatten werden nicht nur über den

Rahmen sondern auch noch über weitere Abstandselemente gegeneinander distanziert. Der Figur entnimmt man, daß diese Elemente sich sämtlich in der von dem Rahmen und den beiden Substraten begrenzten Kammer befinden und dadurch gebildet sind, daß von der einen Trägerplatte Schichten (Distanzierschichten 7) und von der anderen Trägerplatte Stützen (Distanzierstützen 9) ausgehen. Die Distanzierschichten nehmen praktisch die gesamte Grundfläche der Kammer außerhalb der Anzeigebereiche (Restbereich) ein. Im vorliegenden Fall ist die Zelle so dimensioniert, daß die Flüssigkristallschicht in den Anzeigebereichen etwa 8±1 μηι dick ist und im Restbereich eine Stärke von 2 ±0,5 μιτι hat Die Trägerplatten haben eine Wandstärke von 0,6 mm.

Die in der Zellenkammer verbleibenden, untereinander verbundenen Hohlräume sind mit einer Flüssigkrisiaii-Schichi i i geiüiii, die durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung eingebracht worden ist. Der Flüssigkristall besteht im wesentlichen aus einer nematischen Substanz, der ein chiral-nematischer Zusatz sowie ein pleochroitischer Farbstoff beigegeben ist. Das Gemisch hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist an seinen plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert. Stellt sich diese Textur nicht spontan ein, so kann man sie mit einer der bekannten Orientierungstechniken (vergL hierzu beispielsweise M. Tobias »International Handbook of Liquid Crystal Display«. Ovum Press Ltd, London, Abschn. 7.2) herbeiführen. In dem Flüssigkristallgemisch ist der Anteil der chiral-nematischen Komponente, die den Flüssigkristall cholesterinisch verschraubt, so groß gewählt, daß die Ganghöhe der induzierten Verschraubung einen Wert zwischen der FK-Schichtdicke in den Segmentbereichen einerseits und im Restbereich andererseits annimmt. In diesem Fall orientieren sich die FK-Moleküle in den Segmentbereichen — abgesehen von den Grenzflächen — cholesterisch, im Restbereich dagegen durchgehend homöotrop.

Die Abstandsschichten lassen sich auf verschiedene Weise mit genau einstellbarer Dicke erzeugen: Beispielsweise durch Verdampfen oder Aufsputtern eines Glases, durch Eintauchen des Substrates in eine Lösung oder durch eine chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition = CVD). Bei der erstgenannten Aufbringtechnik empfiehlt es sich, eine vorwiegend aus SiO₂, Al₂O₃, CaO, Cr₂O₃ oder MgF₂ bestehende Schicht zu nehmen; hierfür geeignete Gläser befinden sich im Handel. Die Tauchschicht könnte aus SiO₂ oder SiO₂ · AI₂O₃ zusammengesetzt sein. Der in CVD-Technik hergestellte Überzug sollte vorzugsweise aus SiO₂, SiO₂ · AI₂O₃ oder aus SiO₂ · B₂O₃ bestehen. Neben den genannten Methoden kommen natürlich auch Siebdruck- oder Fototechnik in Frage. Beim Siebdruckverfahren, bei dem man gleich die endgültigen Strukturen aufdrucken kann, lassen sich kristallisierende Glaslote, aber auch organische Materialien verwenden; Glaslot

ίο muß bekanntlich nach dem Aufdruck noch gesintert werden. Besonders rationell ist eine Beschichtungstechnik, bei der ein Gemisch aus einem Glaslotpulver und einem (positiven oder negativen) Fotolack aufgesprüht oder durch ein sog. »Rollercoating« aufgebracht, dann mit einer Fototechnik strukturiert und schließlich bei ca. 50O⁰C gesintert wird. Realisiert man die Vorsprünge und/oder die Distanzierstützen nicht durch Beschichten sondern durch Ausnehmungen in den Substraten (Fig. 2) so empfiehlt es sich, diese Vertiefungen durch eine Sputterätztechnik herzustellen. Dabei sind diejenigen Substratbereiche (Erhebungen 12), die als Vorsprünge und/oder Stützen dienen sollen, durch eine Maske mit Fotolack oder Siebdrucklack abzudecken. Lackreste können durch Plasmaveraschen entfernt werden. Das in Fi g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem in der einen Trägerplatte Gruben 13 eingeätzt und L- diese Gruben die Segmentelektroden aufgebracht sind und bei dem auf der anderen Trägerplatte die Distanzierstützen durch eine Beschichtung erzeugt sind, kann besonders kostengünstig gefertigt werden.

Das Display arbeitet folgendermaßen: Es werden stets nur diejenigen Segmentelektroden angesteuert, die zum Hintergrund der darzustellenden Zahl gehören. In den angesteuerten Segmentbereichen sowie im Restbereich sind die Flüssigkristallmoleküle und damit auch die Farbstoffmoleküle plattensenkrecht ausgerichtet, so daß der Hintergrund hell erscheint. In den nicht angesteuerten Segmentbereichen behält die Flüssigkristall-Schicht ihre planar-cholesterinische bzw. fokal-konische Orientierung bei, diese Bezirke erscheinen in der Farbe des gewählten Farbstoffes.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So spielt es beispielsweise keine Rolle, ob die Distanzierschichten unmittelbar auf die Trägerplatten oder auf bereits vorhandene (leitfähige) Zwischenschichten aufgetragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Elektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der von dem Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben den Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläche) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restfläche Distanzierstützen (9) ausgehen, die auf den Distanziervorsprüngen (7,12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerp!c,iten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Eiektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der von dem Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben den Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläehe) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restflächc Distanzitrstütze-.i (9) ausgehen, die auf den Distanziervorspi üngen (7, 12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhe*, und daß zumindest eine der beiden Trägerplatten (I₁ 2) außen eine Schicht (5) aus einem Material trägt, das bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist, einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als die Trägerplatte (1) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durchdrückt.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Elektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht ii. Her von dem Rahmen und den beiden Trägerplatte! so begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer aui ihrer neben den Segmentflachen verbleibenden Fläche (Restfläche) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restfläche Distanzierstützen (9) ausgehen, die auf den Distanziervorsprüngen (7, 12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen und daß zumindest eine der beiden Trägerplatten (I₁ 2) innen eine ^M Schicht (5) aus einem Material trägt, das bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist, einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als die Trägerplatte (I) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durchdrückt.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen durch

Schichten (7,9) gebildet sind.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen dadurch gebildet sind, daß die Trägerplatte (1) bereichsweise Vertiefungen (12) hat

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (5) aus MgO besteht

7. Anzeigevorrichtung nach einem der /-«nsprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (5) aus SiO₂, Al₂O₃ oder SiO₂ · Al₂O₃ besteht

8. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht die vorzugsweise überwiegend aus SiO₂, Al₂O₃, CaO, Cr₂O₃ oder MgF₂ besteht aufgedampft oder aufgesplittert wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

9. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß zunächst eine durchgehende Tauchschicht die vorzugsweise aus SiO₂ oder SiO₂ · Al₂O₃ besteht aufgebracht wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenlrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

10. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder Distanzierstützen dadurch hergestellt werden, daß ein kristallisierendes Glaslot in Siebdrucktechnik aufgebracht und nachfolgend gesintert wird.

11. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstücke einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervo^prünge und/oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines organischen Materials in Fototechnik oder in Siebdrucktechnik hergestellt werden.

12. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht aus Glaslotpulver und Fotolack aufgetragen, vorzugsweise aufgesprüht oder aufgerollt wird, dall dann die Schicht maskiert und fotobeschichtet wird, daß hiernach aus der Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ablösung freigelegt werden und daß schließlich die verbleibenden Schichtbereiche durch Erwärmen auf einige 10O⁰C zu einer glasigen Schicht gesintert werden.

13. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Sputterätzen der Trägerplatte hergestellt werden, wobei die die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen bildenden Plattenbereiche (Erhebungen 12) mit Fotolack oder Siebdrucklack abgedeckt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackreste durch Plasmaveraschen entfernt werden.