DE19711827A1

DE19711827A1 - Gestapelte, parallaxenfreie Flüssigkristall-Anzeigezelle

Info

Publication number: DE19711827A1
Application number: DE19711827A
Authority: DE
Inventors: Anthony Cyrill Lowe
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: DE19711827C2; US5801796A; JP3177186B2; JPH1048662A; KR100232510B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zelle, die von der Vorder- zur Rückseite in zwei oder mehr getrennte Kammern unterteilt ist mit einem minimalen Abstand zwischen den Kammern, die für die Verwendung in flachformatigen Anzeigen geeignet ist.

Hintergrund

Die Leistung einer flachformatigen Flüssigkristallanzeige kann geringer sein als diejenige, die erforderlich ist, wenn eine einzelne Anzeigezelle verwendet wird. Dies kann für sowohl reflektierende als auch durchlässige oder Gegenlichtanzeigender Fall sein. Im Fall der reflektierenden Anzeigen können entweder das Kontrastverhältnis (KV) oder das Reflexionsvermögen (R) oder beide geringer sein als erforderlich, oder irgendeine andere Eigenschaft, wie z. B. die Betriebsspannung der Anzeige, kann außerhalb des geforderten Bereichs liegen, wie das die folgenden Beispiele der vorhandenen Technik zeigen.

Beispiel 1 Nematische Gast-Wirt-Anzeige

Eine nematische Gast-Wirt-Anzeige (Heilmeier, G.H. und Zanoni, L.A., Appl. Phys. Lett., Vol. 13, S. 91 (1968) benutzt eine Lösung eines zweifarbigen Farbstoffes (Gast) in einem nematischen Flüssigkristall (Wirt). Der Flüssigkristall ist im Wesentlichen parallel zu den Anzeigesubstraten ausgerichtet. Die Eigenschaften der Moleküle des Gastfarbstoffes werden so gewählt, daß sie sich parallel zu den Molekülen des Flüssigkristalls ausrichten und so, daß der Übergangsdipol für die Absorption des sichtbaren Lichtes im Wesentlichen parallel zu der geometrischen Achse (d. h. der Ausrichtungsrichtung) des Moleküls ist. Die Ausrichtungsrichtung auf dem oberen und unteren Substrat kann entweder parallel sein oder für, eine optimale Leistung, orthogonal (Lowe, A.C., Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 66, S.295, 1981). Die Anzeige wird durch einen polarisierenden Film betrachtet, der mit seiner übertragenden Achse parallel zu der Ausrichtungsrichtung auf dem oberen Substrat orientiert ist. Daher wird die Gast-Wirt-Schicht nur mit dem Licht des Polarisationszustandes beleuchtet, das durch die Moleküle des Gastfarbstoffes absorbiert werden kann; die Absorption von Licht ist wirkungsvoll und die Anzeige erscheint dunkel. Wenn ein elektrisches Feld quer zur G-W-Schicht mittels Elektroden auf dem oberen und unteren Substrat angelegt wird, werden der Flüssigkristall und daher auch die Farbstoffmoleküle senkrecht zu der Ebene der Anzeige gedreht, in welcher Orientierung wenig Licht durch den Farbstoff absorbiert wird und die Anzeige hell erscheint. Kontrastverhältnisse, die 10 : 1 überschreiten, können in solchen Anzeigen erreicht werden. Jedoch wird das Reflexionsvermögen im hellen Zustand durch das Vorhandensein des Polarisators stark verringert, was das Reflexionsvermögen auf ein praktisches Maximum von etwa 30% verringert. Die Betriebsspannung solch einer Anzeige ist mit ungefähr 4 Volt für ein volles Einschalten gering.

Beispiel 2 Cholesterische Gast-Wirt-Anzeige

Dies ist eine Weiterentwicklung der nematischen Gast-Wirt- Anzeige, die im Beispiel 1 beschrieben wurde. Durch das Hinzufügen eines chiralen Materials zu der Gast-Wirt-Mischung, um eine wendelförmige Teilungslänge zu erzeugen, die einige Male größer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist (White, D.L. und Taylor, G.N., J.Appl. Phys., Vol. 45, 5.4718, (1974), können beide Polarisationen des einfallenden Lichtes absorbiert werden, und ein vorderer Polarisator ist nicht mehr erforderlich. Dies erhöht das Reflexionsvermögen im hellen Zustand. Jedoch ist die Schwellspannung eines chiralen Systems der chiralen Teilung umgekehrt proportional. Dies hat die Wirkung des Erhöhens des Schwellwertes um einen Faktor von 4-5 über den nematischen G-W, der im Beispiel 1 beschrieben wurde. Darüberhinaus wird auch die Spannung, die für ein vollständiges Einschalten des Gerätes erforderlich ist, ebenfalls erhöht, und die Absorption von unpolarisiertem Licht in dem Zustand mit abgeschaltetem Feld ist weniger wirkungsvoll als die Absorption von polarisiertem Licht im Beispiel 1, so daß entweder das Kontrastverhältnis oder das Reflexionsvermögen beeinträchtigt werden muß.

Beispiel 3 Cholesterische Textureffekte

Diese Effekte machen Gebrauch von der Tatsache, daß chirale, nematische Systeme Licht der Wellenlänge λ reflektieren, wobei λ mit der Teilungslänge P und dem durchschnittlichen Brechungsindex n_a des Flüssigkristalls in Beziehung steht durch λ = n_aP/2. (Crooker et al., US-Patent 5 200 845, Doane et al., US-Patent 5 384 067, Doane et al., US-Patent 5 437 811, West et al., US-Patent 5 453 863). Jedoch reflektiert die Flüssigkristallschicht zirkular polarisiertes Licht so, daß der elektrische Vektor des reflektierten Lichtes ein Spiegelbild der chiralen Wendel ist, d. h. eine rechtsdrehende Wendel reflektiert nur rechts drehendes, zirkular polarisiertes Licht. Unpolarisiertes Licht kann als aus zwei entgegengesetzt drehenden, zirkular polarisierten Komponenten zusammengesetzt betrachtet werden. Daher ist die theoretische Grenze des Reflexionsvermögens einer chiralen Schicht 50%. In der Praxis ist es weniger als das - etwa 40%. Diese Beispiele dienen dazu, zu zeigen, daß eine angemessene Kombination von hohem Kontrast, hohem Relektionsvermögen und minimaler Betriebsspannung im bekannten Stand der Technik nicht zu erhalten ist.

Der Kontrast und/oder die Reflexionsleistung von Anzeigen kann durch Benutzen eines gestapelten Aufbaus von zwei oder mehr Zellen verbessert werden. Andere Beispiele des bekannten Standes der Technik beziehen sich auf die Benutzung von gestapelten Zellen (Haim et al., US-Patent 4 537 687; Crooker et al., US- Patent 5 200 845). Diese werden durch Stapeln getrennter Zellen oder durch Herstellen komplizierterer Zellen gebildet, in denen ein Zwischensubstrat beiden Zellen gemeinsam ist, das die Rückseite der vorderen Zelle und die Vorderseite der hinteren Zelle bildet. Da solche Substrate eine merkliche Dicke besitzen (ungefähr 1 mm), ergibt sich eine wesentliche Parallaxe zwischen den Bildern, die in den beiden Zellen gebildet werden, wenn die Anzeige unter Winkeln außerhalb der Normalen betrachtet wird. Dies begrenzt die Verwendung solcher Anzeigen auf Anwendungen, wo die Größe der Rasterpunkte wesentlich größer als der Trennabstand zwischen den beiden Zellen ist. Alternativ (Yoshimisu, US-Patent 5 329 388) kann ein lichtleitender Film benutzt werden, um den Winkel, unter dem Licht von einer Zelle zu der anderen sich ausbreitet, auf einen Winkel dicht bei der Normalen zur Anzeigefläche zu beschränken. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der optische Wirkungsgrad solcher Filme nicht hoch ist und das Reflexionsvermögen oder die Durchlässigkeit verschlechtert werden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Flüssigkristall-Anzeigezelle anzugeben.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Flüssigkristall-Anzeigezelle anzugeben, die die nachteiligen Wirkungen der Parallaxe vermeidet.

Daher ist der bekannte Stand der Technik für Anwendungen ungeeignet, wo eine hohe Rasterpunktdichte und ein hoher Kontrast und/oder eine hohe Reflexionsleistung gleichzeitig gefordert werden, wie z. B. in reflektierenden oder hochdurchlässigen Computer-Anzeigen mit Gegenlicht.

Zusammenfassung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen neuen Zellenaufbau, der es ermöglicht, daß gestapelte Zellen gebildet werden, in denen das Zwischensubstrat so dünn ist, daß wenig oder keine Paralaxe zwischen den Bildern auftritt, die in zwei oder mehr Zellen gebildet werden. Zusätzlich ist die Dicke des Zwischensubstrates so, daß der Feldabfall über ihm gering ist (etwa 10%) verglichen mit dem über den Flüssigkristallschichten, und die gestapelte Zelle kann als eine einzelne Zelle adressiert werden. Dies vereinfacht die Verbindungen und die Steuerelektronik stark und verringert deren Kosten. Das Vermeiden der Notwendigkeit von transparenten Elektroden auf beiden Flächen des Zwischensubstrates verbessert auch die Durchlässigkeit (und das Reflexionsvermögen) des Gerätes. Natürlich kann das Zwischensubstrat, wenn das gefordert werden sollte, mit einem Muster transparenter Elektroden in der üblichen Weise versehen werden. Der Vorteil von im Wesentlichen keiner Parallaxe würde erhalten bleiben.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus einer Betrachtung der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung gelesen wird, von denen:

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B einen Querschnitt einer Zelle 10 zeigen, die ein transparentes vorderes Substrat 11 umfaßt und ein transparentes oder lichtundurchlässiges rückseitiges Substrat 12. Ein sehr dünnes Zwischensubstrat 13 wird zwischen zwei Substraten 11 und 12 gelagert, wodurch zwei Kammern 14 und 15 gebildet werden, die mit Flüssigkristallmaterial gefüllt sind. Das Substrat 11 ist auf seiner inneren Fläche mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material 16 beschichtet. Das Substrat 12 ist mit einer Anzahl von Elektroden 17 beschichtet, die auf seiner inneren Fläche aus einem transparenten oder einem lichtundurchlässigen, elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Das lichtundurchlässige, leitende Material kann reflektierend oder lichtabsorbierend sein. Die Flächen 16, 17 und 13, die dem Flüssigkristall ausgesetzt sind, können mit einem ausrichtenden Material beschichtet sein und poliert oder in irgendeiner anderen, in der Technik bekannten Weise behandelt sein, um das Ausrichten des Flüssigkristalls zu fördern. Die Ausrichtungsschichten 18 in dem oberen Teil der Zelle können von den Ausrichtungsschichten 19 in dem unteren Teil verschieden sein oder nicht. Ein elektrisches Feld kann zwischen die Schichten 16 und 17 mittels einer externen Quelle 20 und eines Schalters 21 angelegt werden. Fig. 1A zeigt die Zelle in dem Zustand mit abgeschaltetem Feld. Die Schraffur in dem oberen und unteren Teil der Zelle soll den Flüssigkristall als im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Substrate ausgerichtet zeigen, senkrecht zu der Ebene der Seite in dem oberen Teil und parallel zu der Seite in dem unteren Teil. Fig. 1B zeigt die Zelle in dem Zustand mit eingeschaltetem Feld, in welchem das gesamte Flüssigkristallmaterial im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Substrate ausgerichtet ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Abstandshalter 30, 31 auf den Substraten 11 bzw. 12. Die Größe und Anzahl der dargestellten Abstandshalter in dieser und den folgenden Figuren dient nur zu Veranschaulichungszwecken und stellt nicht die wirkliche Größe und Anzahl der Abstandshalter dar. Fig. 2 zeigt auch ein mögliches Verfahren, durch das ein Klebstoff 32, 33 rund um die Peripherie von 11 und 12 vorher durch eine Maske aufgebracht wird, um eine Randdichtung zu bilden. Dies vermeidet jede Notwendigkeit, das dünne Zwischensubstrat 13 anders als für Flüssigkristallausrichtung zu bearbeiten

Fig. 3A zeigt, wie die Abstandshalter 30, 31 sich überlappen, wenn die Zelle montiert wird. Fig. 3B zeigt detailliert einen Schnitt durch die Zelle an einem Punkt, wo das Zwischensubstrat 13 tatsächlich in seiner Position an dem Schnittpunkt der Abstandshalter 30 und 31 befestigt ist.

Fig. 4 zeigt das Zwischensubstrat 13 auf einem Tragrahmen 35 montiert, was es ermöglicht, daß der Film behandelt und flachgehalten wird, wobei seine Flächen ohne Kontakt mit festen Objekten sind. 13 kann an 35 mit einem Klebstoff befestigt oder mechanisch angeklemmt werden oder durch irgendwelche anderen geeigneten Mittel unter geeigneter, gleichförmiger Spannung gehalten werden. Während der Zellmontage sind das obere und untere Substrat 11, 12 in Bezug aufeinander ausgerichtet, wobei sich zwischen ihnen ein Raum 13 befindet. Durch geeignete mechanische Mittel werden sie dann in Kontakt bewegt, wie das durch die Pfeile gezeigt wird, und die Zelle wird durch Härten des Klebstoffes am Umfang abgedichtet.

Fig. 5A zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht der Zone, in der sich die Abstandshalter bei einer Zelle mit drei Kammern überlappen, die ein vorderes Substrat 11, ein hinteres Substrat 12 und zwei Zwischensubstrate 13 und 40 umfaßt. Die Abstandshalter 30, 31 und 45 werden auf die Substrate 11, 12 und 40 gelegt. Fig. 5B zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht der Zone, in der sich die Abstandshalter bei einer Zelle mit vier Kammern überlappen, die ein vorderes Substrat 11, ein hinteres Substrat 12 und drei Zwischensubstrate 13, 40 und 41 umfaßt. Die Abstandshalter 30, 31 werden auf die Substrate 11 bzw. 12 aufgelegt. Ebenso sind zwei alternative Konfigurationen für das Auflegen der Abstandshalter 45, 46 dargestellt. In der linksseitigen Illustration der Fig. 5B sind die Abstandshalter 45 und 46 auf die Substrate 40 bzw. 41 aufgelegt. In der rechtsseitigen Illustration sind die Abstandshalter 45, 46 auf entgegengesetzten Seiten des Substrates 40 aufgelegt.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Doppel-Flüssigkristallzelle 10, in der ein transparentes vorderes Substrat 11 und ein transparentes oder lichtundurchlässiges hinteres Substrat 12 durch ein transparentes Zwischensubstrat oder eine Membran 13 getrennt sind und in einem Abstand von ihr gehalten werden. Die innere Fläche des Substrates 11 ist mit einem transparenten Elektrodenmaterial 16 beschichtet, z. B. Indium-Zinnoxid (IZO). Die innere Fläche des hinteren Substrates ist mit einem Elektrodenmaterial 17 beschichtet, das transparent oder lichtundurchlässig sein kann, reflektierend oder lichtabsorbierend, abhängig von dem speziellen Flüssigkristalleffekt, der benutzt wird. Diese Erfindung bezieht sich auf eine neue Zellenstruktur und die Mittel zu ihrer Herstellung. Sie kann mit mehreren, unterschiedlichen Flüssigkristalleffekten benutzt werden und daher mit mehreren, unterschiedlichen Adressierschemen. Wenn z. B. ein monostabiler Flüssigkristalleffekt in einer Anzeige mit hoher Auflösung benutzt wird, werden die Rasterpunkte durch eine aktive Matrix adressiert, in der jeder Rasterpunkt über einen Schalter einer integrierten Schaltung angesteuert wird, der ein Transistor, eine Diode oder ein Metall/Isolator/Metall (MIM)-Bauelement sein kann. In all diesen Fällen wird der Leiter 17 in eine Vielzahl von Elektroden geätzt, eine für jeden Rasterpunkt. Im Falle von TFT-gesteuerten Anzeigen ist die Elektrode 16 eine kontinuierliche Folie, und im Fall von Dioden und MIM wird sie in Streifen geätzt, einen für jede Spalte der Anzeige. In dem Fall von bistabilen Flüssigkristalleffekten, wie z. B. PSCT, mag eine aktive Matrix nicht erforderlich sein. Folglich wird 16 in Spaltenstreifen geätzt, und 17 wird in Zeilenstreifen geätzt, in einer Richtung orthogonal zu 16. Der nematische Gast-Wirt-Effekt wird als Beispiel für den Rest dieser Beschreibung benutzt. Dieser Effekt ist dazu geeignet, durch eine aktive Matrix adressiert zu werden, und die Elektroden 17 werden aus einem hochreflektierenden Metall gebildet, wie z. B. Aluminium. Alternativ könnten sie aus einem dielektrischen Spiegelstapel gebildet werden, der mit einem transparenten, leitenden Material beschichtet ist. Es wird jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Abstandshalter 30, 31 sind auf Substraten 11 und 12 aufgebracht. Die Abstandshalter sind genau lokalisiert, so daß, wenn die Substrate 11 und 12 zusammengebracht werden, Paare von Abstandshaltern auf gegenüberliegenden Substraten sich überlappen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Es sind verschiedene Verfahren in der Technik bekannt, um solche Abstandshalter aufzubringen. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, das Substrat mit einem Polymer, wie z. B. Polyimid, in einer Dicke zu beschichten, die im Wesentlichen gleich der geforderten Höhe der Abstandshalter ist. Der Film wird dann gehärtet, durch fotolithographische Mittel mit einem Muster versehen und durch einen reaktiven Ionenätzprozeß geätzt, um die geforderten Abstandshalter zurückzulassen. Die Dimensionen der Abstandshalter werden durch den benutzten Flüssigkristalleffekt bestimmt, die Rasterpunktteilung und die Genauigkeit der Bearbeitung, die benutzt wird, um die Substrate während der Zellmontage auszurichten. In diesem Beispiel wurde ihre Form und Größe so gewählt, daß gleichzeitig die Ausrichtungsgenauigkeit von 11 auf 12 minimiert wird und die Abstandshalter in ihrer Breite genügend schmal bleiben, um in den Lücken zwischen den Rasterpunkten verborgen zu bleiben. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf die spezielle Größe und die dargestellte Form beschränkt, und irgendeine geeignete alternative Größe und Form können verwendet werden. Typische Werte sind in dem vorliegenden Fall die Höhe zwischen 3 und 10 µm, die Länge zwischen 20 und 250 µm und eine geringere Breite als die Lücke zwischen den Rasterpunkten (5-20 µm). Das Positionieren der Abstandshalter in der Lücke zwischen den Rasterpunkten ist ein Vorteil, da sie dann nicht die optische Leistung der Anzeige stören oder verschlechtern. Die Substrate werden dann mit einer dünnen Schicht (wenige Zehntel eines Nanometers dick) eines ausrichtenden Polymers, wie z. B. Polyimid, drehbeschichtet, gehärtet und poliert, vorzugsweise in der Richtung der Längsachse der Abstandshalter.

Das Zwischensubstrat ist ein Polymerfilm, der so dünn wie möglich sein muß, verträglich mit Handhabungs- und Verarbeitungsanforderungen. Ein bevorzugtes Beispiel ist Mylar (TM), ein Polyesterfilm, der von DuPont hergestellt wird, der in Dicken bis hinunter zu 0,9 µm verfügbar ist, aber jeder Film mit den erforderlichen optischen und mechanischen Eigenschaften ist geeignet. Andere Polymerfilme, wie z. B. Polyimide, aber nicht darauf beschränkt, Polyamide und Polyacrylate und ultradünnes Glas, Oxide oder andere transparente, dielektrische Filme würden auch innerhalb der bereits erwähnten Behandlungs- und Verarbeitungsbeschränkungen geeignet sein. Mylar wird als das bevorzugte Material in dieser Beschreibung benutzt. Es wird jetzt auf Fig. 4 Bezug genommen. Eine Folie 13 aus Mylar ist an einem festen, flachen Rahmen 35 befestigt, entweder durch einen Klebstoff oder mechanische Mittel, so daß sie unter leichter, gleichmäßiger Spannung gehalten wird. Der so montierte Film wird dann einem Erwärmungszyklus bis auf 200°C unterworfen. Dies bewirkt, daß eine bleibende Schrumpfung des Filmes auftritt, die ihn spannt und ebnet. Der Mylarfilm ist optisch anisotrop, und für das vorliegende Beispiel ist es wichtig, daß der Flüssigkristall entweder parallel oder senkrecht zu der optischen Achse ausgerichtet ist. Die axiale Richtung wird durch irgend ein geeignetes Verfahren bestimmt, wie z. B. das Prüfen des Films zwischen gekreuzten Polarisationsprismen, obgleich in der Praxis bei der Herstellung, wenn der Film von einer voluminösen Rolle geschnitten wird, die Richtung der optischen Achse im Wesentlichen konstant ist und nicht für jede Probe bestimmt werden muß. Dann wird der Film einem Ausrichtungsprozeß unterworfen. Jeder Prozeß, der mit den Behandlungseigenschaften des Filmes verträglich ist, kann benutzt werden. Kontaktlose Verfahren sind zu bevorzugen, aber Kontaktverfahren sind nicht ausgeschlossen. Ein Beispiel eines kontaktlosen Verfahrens besteht darin, beide Seiten des Films mit einer dünnen Ausrichtungsschicht aus Polyimid unter Drehen zu beschichten und dann jede Fläche paralleler UV-Strahlung in der geeigneten Richtung auszusetzen, um orthogonale Orientierungsrichtungen auf den beiden Flächen von 13 zu erzeugen.

Eine bevorzugte Methode jedoch, die sowohl die Notwendigkeit vermeidet, den Film 13 mit einer Ausrichtungsschicht vorzubeschichten als auch die Notwendigkeit für Reibungskontakt besteht darin, jede Seite des Filmes einem Ionenstrahl niedriger Energie auszusetzen, wie z. B. Argonionen, 0 bei einem Einfallswinkel zwischen 45° und 85° bezüglich der Normalen des Substrates in solchen Richtungen, daß die erforderlichen orthogonalen Ausrichtungsrichtungen parallel und senkrecht zu der optischen Achse auf den beiden Flächen von 13 vorgesehen werden. Um das auszuführen, wird eine dünne Mylarfolie über einen Rahmen gespannt. Der Film ist freitragend. Das Mylar wird direkt bestrahlt. Beachte, daß kein Polyimid auf das Mylar aufgegossen wird. Daher schützen wir die Benutzung von Mylar, einem freitragenden Film, einem Rahmen und seine Benutzung in einer Anzeige. Solche Verfahren werden in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 644884 und dem Titel "Atomic Beam Alignment of Liquid Crystals" beschrieben, die am gleichen Tage von Chaudhari et al. angemeldet wurde, die auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und durch Bezugnahme hierin eingegliedert wird.

Es wird jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein Klebstoff 32, 33 wird längs der Peripherie der Substrate 11 und 12 abgeschieden.

In der Praxis wird eine Lücke in dem Klebstoff gelassen, um eine Öffnung zu bilden, durch welche die Zelle nachfolgend gefüllt werden kann. Das Substrat 12 wird in ein Ausrichtwerkzeug plaziert. Der Film 13, der noch an dem Rahmen 35 befestigt ist, wird über 12 abgesenkt. Das Substrat 11 wird dann so positioniert, daß die Abstandshalter 30, 31 sich überlappen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Dann wird es herabgesenkt und in Kontakt mit 13 und 12 gedrückt, und der Klebstoff wird gehärtet. Der Mylarfilm 13 wird jetzt durch die periphere Klebstoffdichtung in Spannung gehalten, und der Zellenabstand wird auf den erforderlichen Präzisionsgrad gehalten, da der Film zwischen den Abstandshaltern an jedem Schnittpunkt der Abstandshalter befestigt wird. Die Dichte der Abstandshalter kann so justiert werden, daß sichergestellt ist, daß diese Forderung erfüllt wird. Überschüssiges Mylar wird längs der Peripherie der Zelle abgeschnitten, und die Zelle wird mit einer nematischen Gast-Wirt-Mischung gefüllt. Da die gleiche Mischung in beiden Kammern 14, 15 der Zelle benutzt wird, können die Füllöcher am Umfang benachbart sein. Bei anderen Beispielen müssen, wenn eine andere Flüssigkristallmischung in jeder Kammer benutzt wird, die Füllöcher gut getrennt sein, vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Anzeige. Die Zelle wird unter externem Überdruck gehalten, um sicherzustellen, daß ein positiver Kontakt an den Kreuzungspunkten der Abstandshalter an allen Stellen zustande kommt und die Füllöcher mit einem Klebstoff oder irgendeinem anderen geeigneten Material abgedichtet werden.

Die Konfiguration der Zelle ist derart, daß in dem Zustand mit abgeschaltetem Feld die Kammer 14 eine unverdrillte, homogen ausgerichtete, nematische Gast-Wirt-Schicht enthält, die wirkungsvoll Licht absorbiert, das in der Richtung der Pfeile H-H in Fig. 3 polarisiert ist. Die Kammer 15 enthält eine ähnliche nematische Gast-Wirt-Schicht, aber mit der Ausrichtungsrichtung orthogonal zu der in Kammer 14. Diese Schicht absorbiert wirksam Licht, das in der Richtung des Pfeiles V-V polarisiert ist. Daher absorbiert die Zelle wirksam alles Licht, das auf sie fällt. Wenn ein Feld an die Zelle zwischen den Substraten 11 und 12 angelegt wird, drehen sich die Flüssigkristallmoleküle, die eine positive, dielektrische Anisotropie aufweisen, im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Anzeige. In dieser Orientierung wird die Absorption von einfallendem Licht durch die Farbstoffmoleküle minimiert und die Anzeige wird hochreflektierend. Diese Anzeige demonstriert das sehr geringe Reflexionsvermögen im Zustand mit abgeschaltetem Feld und die geringe Steuerspannung der bekannten Technik am Beispiel 1 und das hohe Reflexionsvermögen im Zustand mit eingeschaltetem Feld der bekannten Technik am Beispiel 2. Wegen des benutzten sehr dünnen Zwischensubstrates 13 gibt es effektiv keine Parallaxe der in der oberen und unteren Kammer der Zelle gebildeten Bilder. Ein Kontrast, der besser als 12 : 1 ist, ist mit einem Reflexionsvermögen von über 60% im eingeschalteten Zustand zu erreichen.

Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Benutzung von nematischen Materialien mit positiver dielektrischer Anisotropie, die sich mit den Molekülen parallel zu der Richtung eines angelegten elektrischen Feldes ausrichten.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des gestapelten Gast-Wirt-Effektes bezieht sich auf die Benutzung von nematischen Materialien mit negativer dielektrischer Anisotropie, die sich mit den Molekülen senkrecht zu der Richtung eines angelegten elektrischen Feldes ausrichten.

Der allgemeine Zellaufbau und die Eigenschaften für dieses Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen die gleichen wie für das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel. Was verschieden ist, ist, daß die Ausrichtungsschichten 18 in Fig. 1A derart sind, daß sie eine im wesentlichen homöotropische (senkrechte) Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in Kammer 14 bewirken, mit einer kleinen Neigungsvorspannung in Richtung des Pfeiles H-H in Fig. 3A. In ähnlicher Weise sind die Ausrichtungsschichten 19 in Fig. 1A derart, daß sie eine im Wesentlichen homöotropische Ausrichtung der Kristallmoleküle in der Kammer 15 bewirken, aber mit einer kleinen Neigungsvorspannung in der Richtung des Pfeiles V-V in Fig. 3A. Daher ist der Zustand mit abgeschaltetem Feld der Anzeige hell. Wenn ein elektrisches Feld zwischen den Substraten 11 und 12 angelegt wird, richten sich die Flüssigkristallmoleküle im Wesentlichen parallel zu den Substraten und parallel zu der Richtung H-H in Kammer 14 und parallel zu V-V in Kammer 15 aus. Daher ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Zustand bei eingeschaltetem Feld dunkel. Die Verfahren zur Erzeugung homöotropischer Ausrichtung mit einer Neigungsvorspannung sind in der Technik bekannt und werden hier nicht beansprucht. Das Reflexionsvermögen und das Kontrastverhältnis, die durch dieses Ausführungsbeispiel erzielbar sind, sind im wesentlichen die gleichen wie die, die beim ersten Ausführungsbeispiel erreichbar sind, aber dieses Ausführungsbeispiel ist im Zustand mit abgeschaltetem Feld hell im Gegensatz zu dunkel in dem Fall des ersten, bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bezieht sich auf Effekte, bei denen die Flüssigkristallschicht selbst Licht reflektiert, wie das im Beispiel 3 des Standes der Technik diskutiert wird. Hier ist der Zellenaufbau im Wesentlichen der gleiche wie der bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Jedoch sind in diesem Fall die Eigenschaften, die von dem Zwischensubstrat 13 gefordert werden, unterschiedlich. Die Kammern 14 und 15 werden mit chiralen, nematischen Materialien mit entgegengesetzten Drehrichtungen gefüllt, d. h. einer Schicht mit rechtsseitiger Drehrichtung in 14 und einer Schicht mit linksseitiger Drehrichtung in 15. Daher wird das Licht, das von 14 durchgelassen wird, links zirkular polarisiert, und dieser Polarisierungszustand muß erhalten bleiben, da es der Zustand ist, der durch das Material in 15 reflektiert wird. Daher muß 13 im wesentlichen optisch isotrop sein. Mit anderen Worten, es muß eine Doppelbrechung von Null aufweisen. In dem Fall der Mylarfilme ist dies mit einem einzelnen Film schwierig zu erreichen. Zwei im wesentlichen identische, doppelbrechende Filme jedoch, die orthogonal zueinander orientiert sind, erreichen die geforderten optischen Eigenschaften, da die Doppelbrechung in dem einen Film durch den anderen aufgehoben wird. Ein geeigneter, zusammengesetzter Film kann dadurch hergestellt werden, daß man einfach zwei solche Filme durch Evakuieren des Raumes zwischen ihnen zusammenbringt. Sie bleiben dann durch die Wirkung der Oberflächenkräfte in innigem Kontakt Alternativ kann ein Film, der im wesentlichen isotrop in der Ebene des Filmes ist, hergestellt werden durch Gießen oder Drehbeschichtung eines Polymermaterials und anschließendes Härten und Entfernen von dem Substrat, das fest oder flüssig sein kann. Die Zelle wird im wesentlichen in der gleichen Art verarbeitet wie bei dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Füllöcher für die beiden Kammern getrennt sind und die Kammern getrennt mit linksdrehenden und rechtsdrehenden Materialien gefüllt werden. Es sei bemerkt, daß die Ausrichtungsanforderungen entsprechend der Natur des benutzten Effektes unterschiedlich sein können, aber diese sind bereits im Stand der Technik beschrieben. Eine Zelle wie die hier beschriebene zeigt ungefähr das doppelte Reflexionsvermögen der Zellen, die im Stand der Technik beschrieben sind.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auch auf die Benutzung von Effekten, in denen die Flüssigkristallschicht Licht reflektiert. Hier wird die Doppelbrechung des Zwischensubstrates 13 ausgenutzt durch Anpassen seiner optischen Anisotropie derart, daß die optischen Weglängen parallel und senkrecht zu seiner optischen Achse sich um eine halbe Wellenlänge des Lichtes unterscheiden. In diesem Fall werden die Kammern 14 und 15 mit dem gleichen chiralen, nematischen Material gefüllt. Wir benutzen rechtsdrehendes Material als Beispiel, aber die Ausführungen treffen in gleicher Weise auflinksdrehende Materialien zu. Das links zirkular polarisierte Licht, das von 14 durchgelassen wird, wird jetzt umgewandelt in rechts zirkular polarisiertes Licht beim Durchgang durch 13 und wird jetzt durch 15 reflektiert. Da es schwierig ist, einen Film herzustellen, der genau ein Halbwellenverzögerer im ganzen sichtbaren Bereich des Spektrums ist, ist die Leistungsfähigkeit dieses Beispieles geringer als die in dem vorhergehenden Beispiel.

Noch ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung schließt Anzeigen ein, die mehr als zwei Kammern erfordern. Zum Beispiel würde eine Anwendung dieser Erfindung auf eine gestapelte Farbzelle, ähnlich der, die von Crooker et al. im US-Patent 5 200 845 beschrieben ist, eine Gesamtheit von sechs Kammern erfordern. Jedoch ist das enthaltene Prinzip ähnlich für jede Anzahl von Kammern größer als zwei. In solchen Fällen müssen Abstandshalter auf der geeigneten Anzahl von Flächen der Zwischensubstrate angebracht werden. Es wird jetzt auf Fig. 5A Bezug genommen. Eine Zelle mit drei Kammern wird durch Benutzen eines zusätzlichen Zwischensubstrates 40 hergestellt, auf dem Abstandshalter 45 hergestellt werden müssen. Es sei bemerkt, daß bei dieser Konfiguration die Abstandshalter 31, die auf dem Substrat 12 angeordnet sind, jetzt in eine Richtung senkrecht zu dem Fall für eine Zelle mit zwei Kammern gedreht sind.

Fig. 5B zeigt eine Zelle mit vier Kammern. Hier gibt es zwei Optionen für das Aufbringen von Abstandshaltern auf die Zwischensubstrate 40, 41. Entweder wird ein Satz von Abstandshaltern auf jedem aufgebracht (Abstandshalter 45, 46 auf die Substrate 40 bzw. 41) (linksseitige Illustration) oder beide Sätze von Abstandshaltern 45, 46 können auf dem Substrat 40 hergestellt werden (rechtsseitige Illustration). Die erstere Prozedur ist einfacher vom Herstellungsstandpunkt, aber die letztere ermöglicht eine einfachere Zellmontage, da die Anzahl von Substraten, die genau ausgerichtet werden müssen, von vier auf drei verringert wird.

Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, fallen den Fachleuten zahlreiche Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen ein, ohne den Gedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Flüssigkristallanzeige, umfassend:
zumindest zwei Kammern, die mittels einer dünnen transparenten Membran getrennt sind, die durch eine periphere Klebstoffdichtung in Spannung und mittels genau positionierter Abstandshalter in genauem räumlichem Abstand gehalten wird, und in der die Membran eine solche Dicke aufweist, daß im wesentlichen keine Parallaxe zwischen den Bildern vorhanden ist, die in den getrennten Kammern gebildet werden.

2. Zelle nach Anspruch 1, bei der der Flüssigkristalleffekt monostabil ist und über eine aktive Matrix gesteuert wird.

3. Zelle gemäß Anspruch 2, in der der Flüssigkristall zwei orthogonale, homogen ausgerichtete, nematische Gast-Wirt-Schichten sind.

4. Zelle gemäß Anspruch 3, in der die Ausrichtungsschichten auf der dünnen transparenten Membran parallel und senkrecht zu der in der Ebene verlaufenden optischen Achse der Membran angeordnet sind.

5. Zelle nach Anspruch 1, bei der der Flüssigkristalleffekt bistabil oder multistabil ist und über eine aktive Matrix oder eine passive Matrix gesteuert wird.

6. Zelle nach Anspruch 5, in der die dünne transparente Membran im wesentlichen optisch isotrop ist.

7. Zelle nach Anspruch 6, in der zwei Schichten eines chiralen, nematischen Materials von entgegengesetztem Drehsinn mit solchem Drall, daß der erforderliche Bereich des elektromagnetischen Spektrums reflektiert wird, als das Anzeigemedium benutzt werden.

8. Zelle nach Anspruch 5, in der die dünne, transparente Membran optisch anisotrop ist.

9. Zelle nach Anspruch 8, in der die dünne, transparente Membran im wesentlichen ein Halbwellenverzögerer bei der benutzten optischen Wellenlänge ist und in der das Flüssigkristallmaterial zwei Schichten von chiralem nematischem Material desselben Drehsinns sind.

10. Zelle gemäß Anspruch 1, in der die dünne transparente Membran ein organisches, polymeres Material ist.

11. Zelle nach Anspruch 1, in der die dünne, transparente Membran ein anorganisches, dielektrisches Material ist.

12. Zelle nach Anspruch 1, in der die Anzeige eine reflektierende Flüssigkristallanzeige ist.

13. Zelle nach Anspruch 1, bei der die Anzeige eine durchlässige Flüssigkristallanzeige ist.

14. Zelle nach Anspruch 1, bei der die transparente Membran keine auf ihren Flächen abgeschiedenen Elektroden aufweist.

15. Zelle nach Anspruch 1, in der die dünne, transparente Membran Elektroden aufweist, die auf einer oder beiden ihrer Oberflächen abgeschieden sind.

16. Struktur, umfassend:
ein erstes Substrat,
ein zweites Substrat,
wobei das erste Substrat in einem Abstand von dem zweiten Substrat angeordnet ist,
das erste Substrat benachbart angeordnet ist und
ein drittes Substrat zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, einen ersten Raum zwischen dem ersten und dritten Substrat bildet und einen zweiten Raum zwischen dem dritten und dem zweiten Substrat, wobei der erste und der zweite Raum ein Flüssigkristallmaterial enthalten.

17. Struktur nach Anspruch 16, bei der die Struktur eine Flüssigkristallanzeige ist.

18. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat optisch transparent ist und bei der zumindest eines der ersten und zweiten Substrate transparent ist.

19. Struktur nach Anspruch 16, bei dem der erste Raum eine erste Dicke, der zweite Raum eine zweite Dicke und das dritte Substrat eine dritte Dicke aufweist und die dritte Dicke wesentlich geringer ist als die erste und zweite Dicke.

20. Struktur nach Anspruch 16, bei der das Flüssigkristallmaterial in dem ersten Raum eine erste Ausrichtung und der Flüssigkristall in dem zweiten Raum eine zweite Ausrichtung aufweist.

21. Struktur nach Anspruch 20, bei der die erste und zweite Ausrichtung orthogonal zueinander sind.

22. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat eine erste Seite mit einer ersten Ausrichtungsschicht darauf aufweist und eine zweite Seite mit einer zweiten Orientierungsschicht darauf.

23. Struktur nach Anspruch 16, bei dem das dritte Substrat eine Membran ist.

24. Struktur nach Anspruch 23, bei der die Membran aus einem polymeren Material gebildet ist.

25. Struktur nach Anspruch 16, bei der das Flüssigkristallmaterial in dem ersten und zweiten Raum chirale, nematische Materialien mit entgegengesetztem Drehsinn sind.

26. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat optisch anisotrop ist.

27. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat im Wesentlichen ein Halbwellenverzögerer ist.

28. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat ein anorganisches, dielektrisches Material ist.

29. Struktur nach Anspruch 16, bei der das dritte Substrat Elektroden auf zumindest einer Seite aufweist.

30. Struktur, umfassend:
ein erstes und zweites, im wesentlichen planares Substrat wobei das erste Substrat benachbart zu und im wesentlichen parallel zu und in einem Abstand von dem zweiten Substrat angeordnet ist,
ein dünner, transparenter Film zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet ist,
der dünne, transparente Film in einem Abstand von dem ersten Substrat angeordnet ist aufgrund einer Vielzahl erster Abstandshalter, um einen ersten Raum zu bilden, und von dem zweiten Substrat in einem Abstand angeordnet ist aufgrund einer Vielzahl zweiter Abstandshalter,
die Vielzahl erster Abstandshalter im Wesentlichen in Ausrichtung mit der Vielzahl der zweiten Abstandshalter orientiert sind,
der dünne, transparente Film eine erste Fläche aufweist, die dem ersten Raum gegenüberliegt, und eine zweite Fläche, die dem zweiten Raum gegenüberliegt,
die erste Fläche geeignet ist, das Flüssigkristallmaterial in einer ersten Richtung auszurichten, und die zweite Fläche geeignet ist, um das Flüssigkristallmaterial in einem zweiten Raum in einer zweiten Richtung auszurichten.