CH616757A5

CH616757A5 -

Info

Publication number: CH616757A5
Application number: CH874078A
Authority: CH
Inventors: Herbert Stanley Cole Jr; Charles Richard Stein
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1977-08-18
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1980-04-15
Also published as: GB2002943B; US4128313A; JPS5466859A; GB2002943A; DE2834771A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigezelle, bei so der die Anzeigesymbole dunkel auf hellem Hintergrund sichtbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer dichtroitischen Flüssigkristallzelle für eine Anzeige mit relativ dunklen Anzeigesymbolen auf einem relativ hellen Hintergrund.

Die bekannten dichroitischen Flüssigkristallanzeigen, bei-55 spielsweise Anzeigen, bei denen das Flüssigkristallmaterial der Träger für einen dichroitischen Farbstoff ist, arbeiten anscheinend am besten in der parallel nematischen Anordnung, bei der die längeren Achsen oder Direktoren beider Molekülarten, nämlich der Flüssigkristallmoleküle und der eingelagerten, lich-60 tabsorbierenden, dichroitischen Farbträgermoleküle im elektrisch nicht angeregten Zustand in dieselbe Richtung, parallel zur Wandung der Anzeigezelle ausgerichtet sind. In dieser Anordnung absorbieren die Moleküle den grössten Teil des einfallenden Lichtes und lassen den Hintergrund der Anzeige 65 ebenso wie jedes nicht aktivierte Zeichensegment dunkel erscheinen. Die Zeichensegmente werden elektrisch angeregt, um so die Moleküle rechtwinklig zur Wandung der Zelle auszurichten und um auf diese Weise einen weniger lichtabsorbieren-

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den Zustand zu erreichen, in dem relativ helle Zeichen gegen den dunklen Hintergrund dargestellt werden. Auf diese Weise werden im allgemeinen, weil die Zeichensegmente entweder im hellen oder dunklen Zustand betrieben werden können, die Hintergrundgebiete wegen der dort vorhandenen parallelen 5 Molekül-Ausrichtung relativ dunkel dargestellt und können bisher nur durch ständige elektrische Anregung der Hintergrundgebiete in den hellen Zustand gebracht werden. Die ständige elektrische Anregung ist aus der Sicht der Herstellungskosten für eine Anzeigezelle und der Erzeugung eines zusätzlichen i » Signals für diese Anregung unerwünscht. Dementsprechend ist eine dichroitische Flüssigkristallanzeige, die im parallel nematischen Modus arbeitet und ohne elektrische Anregung der Hintergrundgebiete einen relativ hellen Hintergrund aufweist, auf dem verhältnismässig dunkle Zeichen erscheinen, besonders 15 wünschenswert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer dichroitischen Flüssigkristallanzeigezelle zu schaffen, bei der der Hintergrund hell und die Zeichensegmente im nicht aktivierten Betriebszustand dunkel sind. Ausserdem will die 20 Erfindung eine neue dichroitische Flüssigkristallanzeigezelle mit dunklen Zeichen auf einem hellen Hintergrund schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Flüssigkristallanzeige-zellen mit dunklen Anzeigesymbolen auf hellem Hintergrund und das Verfahren zu deren Herstellung durch die Merkmale 25 des Anspruchs 1 und des Nebenanspruchs 12 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäss wird eine dichroitische Flüssigkristallanzeigezelle mit relativ dunklen Zeichen auf relativ hellem Hintergrund dadurch erzeugt, dass wenigstens eine der beiden auf einen durchsichtigen Träger aufgebrachten Zellelektroden in w einer Weise behandelt wird, dass über den gesamten Elektrodenbereich eine homöotropische Ausrichtungswirkung erzielt wird. Auf der behandelten Elektrode werden mittels einer entsprechend behandelten Maske bzw. einer passend geäzten oder entwickelten lichthärtenden Beschichtung die Zeichenseg- 35 mentbereiche maskiert, um in den Zeichensegmentbereichen Öffnungen bereitzustellen; auf den nicht abgedeckten Bereichen der Elektrode wird ein Parallel-Ausrichtungsfilm aus einem geeigneten oberflächenaktiven Stoff oder schräg aufgelagerten Siliziummonoxid aufgebracht. Nach dem Zusammenfü- 40 gen der Zelle nimmt das Flüssigkeitsgemisch, bestehend aus dem Flüssigkristallträger und dem darin enthaltenen dichroitischen Farbstoff in dem Zustand, in dem kein Feld anliegt, eine homöotropische oder eine parallele Ausrichtung an. Bei dem Anlegen eines Feldes zwischen den Elektroden eines Zeichen- 45 segmentes wird das dichroitische Flüssigkristallmaterial aus der parallelen Ausrichtung in die senkrechte Ausrichtung gezwungen, um so durch den Wechsel der normalerweise dunklen Erscheinung des Zeichensegmentes in dieselbe helle Erscheinung wie der Hintergrundbereiche das Zeichensegment «auszu- 50 löschen».

In einer bevorzugten Ausführungsform erfährt nur eine der beiden leitenden Elektroden die Behandlung für eine Parallel-Ausrichtung, um so die Herstellungskosten noch weiter zu senken. ss

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. la eine lichtdurchlässige dichroitische Flüssigkristallanzeigezelle gemäss der Erfindung, zusammen mit einer Einrichtung zur Benutzung der Anzeigezelle, in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht,

Fig. lb die Flüssigkristallanzeigezelle nach Fig. 1, in einer Draufsicht und

Fig. 2a 2b u. 2c eine Flüssigkristallanzeigezelle in einer schematischen, perspektivischen bzw. seitlichen Ansicht zur Veranschaulichung von Verfahrensschritten gemäss der Erfindung, sowie die Wirkungsweise der Anzeigezelle in einer schematischen, seitlichen Ansicht.

Die Fig. la und lb stellen eine Flüssigkristallanzeige 10 dar, die ein linearpolarisierendes Filter enthält, das zwischen einer Lichtquelle 12 und einer dichroitischen Flüssigkristallzelle 14 angeordnet ist. Das Polarisationsfilter 11 ist so angeordnet, dass seine Polarisationsrichtung IIa in die horizontale Richtung zeigt, wie dies durch die Polarisationsvektorpfeile angedeutet ist, die senkrecht auf der Zeichenebene stehen.

Die Flüssigkristallzelle 14 enthält zwei nahezu durchsichtige, nichtleitende Träger 15a und 15b (aus Glas oder ähnlichem), von denen jeder eine im wesentlichen durchsichtige, elektrisch leitende Elektrode 16a oder 16b aufweist (aus Zinnoxid oder ähnlichem), die auf der Innenseite der Träger aufgebracht ist. Eine bestimmte Menge eines dichroitischen Flüssigkristallmaterials 18 füllt das Volumen zwischen den im Abstand zueinander angeordneten Elektroden 16a und 16b und ist zwischen diesen durch Dichtungsvorrichtungen 19 gehalten. Das Flüssigkristallmaterial 18 besteht aus Molekülen 20 eines nematischen Flüssigkristallstoffes in dem Moleküle 21 eines dichroitischen Färbematerials gelöst sind.

Es soll eine Anzeige gebildet werden, deren Anzeigesymbole 25 jeweils das bei Betrachtung von rechts des Trägers 15b der dargestellten durchsichtigen Anzeige als verhältnismässig dunkler Bereich gegen einen verhältnismässig hellen, aus der übrigen Anzeigefläche bestehenden Hintergrund 27 sichtbar ist. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Anzeige 10 genausogut eine Reflexionsanzeige sein könnte, die Reflektorelemente verwendet (aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt), die in bekannter Art in unmittelbarer Nähe derjenigen Oberfläche des Trägers 15b angeordnet sind, die der Elektrode 16b gegenüberliegt.

Der verhältnismässig helle (und daher im wesentlichen durchsichtige) Hintergrundbereich 27 wird gebildet, indem die länglichen Moleküle 20 bzw. 21 des Flüssigkristalls und des Farbträgers mit ihren Längsachsen oder Direktoren in eine gemeinsame Richtung, senkrecht zu der Elektrodenfläche 16, d.h. homöotropisch ausgerichtet, angeordnet werden.

Das Licht von der Lichtquelle 12 gelangt durch das Polarisationsfilter 11 und wird dort horizontal polarisiert; das homöotropisch ausgerichtete dichroitische Flüssigkristallmaterial 18 absorbiert verhältnismässig wenig von dem einfallenden Licht, wodurch die entsprechenden, sichtbaren Bereiche der Anzeige verhältnismässig hell erscheinen.

Die verhältnismässig dunklen (und daher absorbierenden) Segmente 25 der Anzeigesymbole oder Ziffern werden erzeugt, indem die länglichen Moleküle 20' bzw. 21 ' des Flüssigkeitskristalls und des Farbträgers mit ihren Direktoren in eine gemeinsame Richtung parallel zur Elektrodenfläche 16 ausgerichtet angeordnet und mit der gemeinsamen Richtung parallel zur Polarisationsachse IIa des Polarisationsfilters 11 ausgerichtet ' werden. In dieser Parallelanordnung absorbieren die dichroitischen Farbträgermoleküle nahezu das gesamte polarisierte Licht und verhindern den Durchtritt von Licht zu der sichtbaren Anzeigeoberfläche.

i Beide Elektroden 16 werden entsprechend den Fig. 2a bis 2c so behandelt, dass die Bedingung für eine homöotropische Anordnung an der Grenze zwischen dem Flüssigkristallmaterial 18 und dem gesamten, hintergrundbildenden Bereich der Elektrode 16 erzeugt wird, um ein verhältnismässig helles Hinter-, grundgebiet sicherzustellen. Wenigstens eine der Elektroden 16, die auf ihrem zugehörigen Träger 15 angebracht ist, wird dann mit einer Schicht 30 aus lichthärtendem Material beschichtet. Durch Belichtung wird ein gewünschtes Muster, z.B. für segmentierte Ziffern, zweckentsprechend auf die lichthärtende ; Beschichtung 30 übertragen, sodann wird die Beschichtung 30 in an sich bekannter Weise entwickelt, um den Teil des lichthärtenden Materials 30 in dem jeweils belichteten Gebiet zu entfernen und um eine dem Muster entsprechende Öffnung 32 zu

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erzeugen, die durch die lichthärtende Beschichtung 30 hindurch bis zu der benachbarten Oberfläche der darunterliegenden Elektrode 16 (Fig. 2b) reicht. Es ist verständlich, dass die Beschichtung 30 genausogut eine Maske mit dem passenden Muster entsprechenden Öffnungen 32 sein kann, wobei die Maske flach auf der Oberfläche der Elektrode aufliegend gehalten ist.

Ein oberflächenaktiver Film 35 zur Parallelausrichtung, im folgenden Parallelausrichtungsfilm genannt, wird durch jede Öffnung 32 auf die Oberfläche der Elektrode 16 aufgetragen, wobei die verbleibende lichthärtende Beschichtung oder Maske 30 die Ablage des Parallelausrichtungsfilms 35 auf der übrigen, den Hintergrund bildenden Elektrode 16 verhindert. Der Parallelausrichtungsfilm 35 kann ein geeigneter flächenaktiver Stoff oder, wie dargestellt, schräg aufgebrachtes Siliziummonoxid (SiO) sein, das, wie durch einen Pfeil 37 gezeigt, in bekannter Weise unter einem Winkel © (typisch 60° ) gegen die Flächennormale der Elektrode (Fig. 2b) aufgebracht ist.

Die Maske oder Beschichtung 30 wird von der Elektrode 16 abgenommen, womit deren Oberfläche an bestimmten Stellen nunmehr den Parallelausrichtungsfilm 35 trägt. Die Zelle 14 ist derart aufgebaut, dass der Parallelausrichtungsfilm 35 jeweils der gegenüberliegenden Elektrode über das Volumen des dichroitischen Flüssigkristallmaterials 18 (Fig. 2c) zugekehrt ist. Wie bereits vorher erwähnt, muss nur eine der Elektroden 16a und 16b den auf ihrer Oberfläche gebildeten und dem Muster entsprechenden Parallelausrichtungsfilm 35 tragen, z.B. Elektrode 16a in Fig. 2c; es ist selbstverständlich, dass auch die jeweils andere Elektrode, beispielsweise 16b, einen dem Muster entsprechenden Parallelausrichtungsfilm 35 tragen kann, der auf der Elektrode nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde und dass sie dann so angeordnet wird, dass beide Muster sodann aufeinander ausgerichtet sind.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, bei der die Dichtungsvorrichtungen 19 (Fig. la) aus Glasschmelze oder ähnlichem bestehen, die zur Bildung eines das dichroitische Flüssigkristallmaterial 18 zwischen den Elektroden 16 haltenden flüssigkeitsdichten Verschlusses 19 auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt werden, kann alternativ das Herstellungsverfahren mit dem Schritt der Elektrodenmaskierung beginnen und auf den Arbeitsgang der Behandlung der Elektroden zur homöotropischen Ausrichtung verzichten, da für gewöhnlich bei den zur Bildung des Verschlusses 19 erforderlichen Temperaturen die innenliegend, einander zugekehrten Oberflächen beider Elektroden 16 ausreichend bis zu einem Grad gereinigt werden, der zur homöotropischen Ausrichtung jener Moleküle ausreicht, welche an den von dem Parallelausrichtungsfilm 35 freien Teil der Elektroden angrenzen. Es ist verständlich, dass der Parallelausrichtungsfilm 35 so beschaffen sein muss, dass er seine Ausrichtungseigenschaften bis zu den Temperaturen, die zur Bildung des Verschlusses 19 verwendet werden, verhältnismässig ungestört beibehält.

Nach der Herstellung der Zelle 14, der Anordnung des Polarisationsfilters 11, das der äusseren Oberfläche eines Trägers, beispielsweise 15a, benachbart ist und vorzugsweise auf dieser flach aufliegt, und im nichtaktivierten Betriebszustand der Zelle 14, nehmen längliche Moleküle 40 des Flüssigkristalls und des dichroitischen Farbträgers die Parallelausrichtungsstel-lung zwischen den Teilen der Elektroden 16 mit dem Parallelausrichtungsfilm 35 (oder 35 und 35') ein, während die übrigen Moleküle 41 des Flüssigkristalls und des dichroitischen Farbträgers, die sich zwischen den von dem Parallelausrichtungsfilm 35 (-filmen) freien Teilen der Elektroden 16 befinden, die homöotropischen Ausrichtung einnehmen, bei der die Direktoren der Moleküle im wesentlichen senkrecht auf den Elektrodenoberflächen stehen. Auf diese Weise wird das Licht von den parallelausgerichteten Molekülen 40 absorbiert und von den homöotropisch ausgerichteten Molekülen 41 durchgelassen, um so dunkle Zeichen auf einem verhältnismässig hellen Hintergrund zu erzeugen. Nachdem die Zelle durch den Anschluss einer geeigneten elektrischen Spannungsquelle (aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt) zwischen den Elektroden 16a und 16b angeregt ist, verursacht das entstandene elektrische Feld E (dargestellt als gestrichelte Linie in Fig. 2c) die Drehung der vorher parallel zur Wandung ausgerichteten Moleküle 40, so dass ihre Längsachsen jeweils parallel zu den Feldlinien und damit rechtwinklig zu den Elektrodenflächen liegen, womit das Licht im wesentlichen hindurchgelassen wird, was zur Folge hat, dass das jeweilige, so angeregte Segment des Zeichens oder Anzeigesymbols von dem vorher dunklen Zustand in den hellen Zustand übergeht, wodurch seine relative Helligkeit nahezu der Helligkeit des Hintergrundgebiets wird, bei dem die Moleküle des dichroitischen Flüssigkristallmaterials schon mit ihrer Achse rechtwinklig zu den Elektrodenoberflächen ausgerichtet sind.

Das Ausführungsbeispiel, bei dem jede Elektrode einen Parallelausrichtungsfilm 35 trägt, der deckungsgenau ist mit einem anderen Parallelausrichtungsfilm 35' auf der jeweils gegenüberliegenden Elektrode, ist besonders dann nützlich, wenn schräg aufgebrachtes SiO verwendet wird, wobei die Richtung der schrägen Aufbringung in der Elektrodenebene um 90°, bezogen auf die jeweils andere Elektrode, vor der Herstellung einer Elektrode gedreht werden kann, wodurch alle Moleküle 40 zwar parallel zur Elektrodenfläche ausgerichtet werden aber der Folge der zwischen der einen und der anderen Elektrode 16 befindlichen Moleküle eine 90° -Verdrehung erteilt wird, um damit eine dichroitische, verdrillt-nematische Anzeige zu bekommen, bei der dennoch dunkle Zeichensymbole auf c'nem hellen Hintergrund sichtbar sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

616 757 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer dichroitischen Flüssigkristallanzeigezelle für eine Anzeige mit relativ dunklen Anzeigesymbolen auf einem relativ hellen Hintergrund, dadurch gekennzeichnet, dass a) zwei im wesentlichen durchsichtige Elektroden genommen werden und b) auf mindestens einer dieser Elektroden ein Überzug zur Parallelausrichtung in das Anzeigesymbol begrenzenden Gebieten hergestellt wird und dass anschliessend c) das restliche Oberflächengebiet jeder Elektrode so behandelt wird, dass eine homöotropisch ausrichtende Beschichtung erzeugt wird, dass d) die behandelten Oberflächen beider Elektroden sodann gegenüberstehend im Abstand zueinander angeordnet und e) der Raum zwischen den im Abstand zueinander stehenden Elektroden mit einem dichroitischen, nematischen Flüssigkristall-Material gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahrensschritt b) eine Maske mit die mit den Parallel-Ausrichtungsfilm zu beschichtenden Gebiete festlegende Öffnungen eng auf der Oberfläche wenigstens einer Elektrode angeordnet und durch jede Öffnung Parallel-Ausrichtungsmaterial auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Parallel-Ausrichtungsüberzugs gemäss dem Verfahrensschritt b) auf der Oberfläche wenigstens einer Elektrode eine lichtbeständige Materialschicht aufgetragen und die lichtbeständige Beschichtung in Bereichen, die wenigstens ein Gebiet eines Anzeigesymbols festlegen, belichtet und die belichtete lichtbeständige Beschichtung anschliessend entwik-kelt und dadurch eine durch die Beschichtung hindurchreichende Öffnung erzeugt wird, welche die das Anzeigesymbol definierenden Gebiete festlegt und dass schliesslich Parallel-Ausrichtungsmaterial durch jede Öffnung hindurch auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallel-Ausrichtungsmaterial ein oberflächenaktiver Stoff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallel-Ausrichtungsmaterial Siliziummon-oxid ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziummonoxid unter einem Winkel zur Flächennormalen der Elektrode schräg aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel im wesentlichen gleich 60° ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche jeder Elektrode ein Parallel-Ausrichtungsüberzug hergestellt wird und die behandelten Oberflächen in die gewünschte Anordnung zueinander gebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass die Parallel-Ausrichtungsüberzüge auf den beiden Elektroden eines Elektrodenpaares in der Ebene der Elektrodenoberfläche im wesentlichen um 90° gegeneinander verdreht aufgebracht werden, um so eine verdreht-nematische Flüssigkristallzelle zu erhalten.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahrensschritt c) die gesamte Oberfläche jeder Elektrode so behandelt wird, dass auf ihr

- vor dem Verfahrensschritt, bei dem Gebiete mit dem Parallel-Ausrichtungsüberzug auf der Oberfläche von wenigstens einer Elektrode hergestellt werden,

—die Bedingung für eine homöotropische Ausrichtung erzeugt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der Verfahrensschritt b) abgeschlossen ist, im Verlaufe des Verfahrensschrittes c) der Teil der Elektrodenoberfläche gereinigt wird, der frei von Parallel-Ausrichtungsüberzug ist und so auf dieser Oberfläche die Bedingung für eine homöotropische Ausrichtung erzeugt wird.

12. Flüssigkristallanzeigezelle, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, bei der die Anzeigesymbole dunkel auf hellem Hintergrund sichtbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste und eine zweite Elektrode (16a, 16b) aus im wesentlichen durchsichtigem und elektrisch leitendem Material aufweist, die beide im Abstand zueinander gegenüberstehend angeordnet sind und deren Zwischenraum mit einem dichroitischen, nematischen Flüssigkristallmaterial (18) ausgefüllt ist, dass auf der der jeweils anderen Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche wenigstens einer der beiden Elektroden (16a, 16b) ein die einzelnen Gebiete wenigstens eines Anzeigesymbols festlegender Parallel-Ausrichtungsüberzug (35) aufgebracht ist, so dass sich das sich in der Zelle befindliche Flüssigkristallmaterial (18) im nicht aktivierten Betriebszustand parallel ausrichtet (40) und dass die restliche Elektrodenoberfläche so behandelt ist, dass das sich hierüber befindliche Flüssigkristallmaterial (18) einen homöotropischen Ausrichtungszustand (41) annimmt, derart, dass die restlichen Elektrodenoberflächen als ein verhältnismässig heller Hintergrund sichtbar sind, in dem die Gebiete mit dem Parallel-Ausrichtungsüberzug (35) im nicht altivierten Zustand als verhältnismässig dunkle und im aktivierten Zustand als verhältnismässig helle Gebiete sichtbar sind.

13. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Paralle-Ausrichtungsüberzug (35) einen oberflächenaktiven Stoff enthält.

14. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Parallel-Ausrichtungsüberzug (35) Siliziummonoxid enthält.

15. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Elektroden (16a, 16b) auf einander ausgerichtete Gebiete mit Siliziummonoxid-Filme (35, 35') angeordnet sind und die Richtung der Parallel-Ausrich-tungswirkung der Siliziummonoxid-Filme (35,35') auf beiden Elektrodenoberflächen, bezogen auf die jeweils andere Elektrode (16a, 16b) im wesentlichen um 90° gegeneinander gedreht sind und dass das Flüssigkristallmaterial (18) zwischen den ausgerichteten Siliziummonoxid-Filmen (35,35') im nicht aktivierten Zustand eine verdrehte Struktur aufweist.