DE2124151C2 - Flüssigkristallzelle - Google Patents

Description

Steges am Rand, verschmolzen werden und in mindestens einer Ecke der Einheit ein Entwässerungsloch in der einen Platte vorgesehen ist, das schließlich dicht verschlossen wird. For Flüssigkristallzellen sind derart hergestellte Mehrfach-Verglasungseinheiten nicht verwendbar, da bei dem for deren Herstellung notwendigen Verschmelzprozeß die Dünnschicht-Elektroden zerstört wurden und der geforderte enge lichte Abstand nicht, bzw. nicht mit der benötigten Toleranz, herstellbar im.

Durch die AT-PSen 2 61015 und 2 61016 ist die Verwendung praktisch ein Korn dicker Kornschichten zur Herstellung eines Elektrodensystems bekannt geworden, doch dienen dort die Körner nicht zwecks enger Distanzierung von Platten.

In der DE-PS 2159165 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristailzellen vorgeschlagen worden, bei dem zwei Platten aus anorganischem Werkstoff, von denen mindestens eine durchsichtig ist, unter Fixierung ihres Abstandes parallel zueinander angeordnet werden, bei dem der Zwischenraum zwischen den Platten mit einem Flüssigkristall gefüllt wird, und bei dem dieser Zwischenraum gegenüber dem Außenraum an den Randzonen abgedichtet wird, wobei zunächst auf die erste Platte Körner einer ausgewählten Kornfraktion mittels Aufsiebens, Aufstreuens oder des Siebdruckverfahrens so aufgebracht werden, daß die Körner eine einlagige Schicht bilden, in der der mittlere Abstand der Körner untereinander mindestens zehnmal so groß wie die mittlere Korngröße ist, und dann auf die mit Körnern bedeckte erste Platte die zweite Platte gelegt wird, worauf die Platten miteinander dicht verbunden werden.

Nach diesem Verfahren sind Flüssigkristallzellen einfach und kostensparend herstellbar, wobei eine Vielzahl von Körnern über die ganze Fläche der Platte weitgehend statistisch verteilt aufgebracht und der Abstand der Platten durch die Körner festgelegt wird. In dieser DE-PS 21 59 165 ist auch vorgeschlagen worden, die Platten durch eine Lotglasschicht abzudichten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Flüssigkristallzelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die noch einfacher herstellbar ist, als nach dem Verfahren nach der DE-PS 21 59 165 und die auch rauhen Praxisbedingungen einwandfrei entspricht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Körner in der in diskreten Bereichen angeordneten Lotglasschicht eingelagert sind und daß der Körnerwerkstoff im Verhältnis zum Lotgiaswerkstoff eine höhere Erweichungstemperatur aufweist.

Dadurch wird eine einfache Herstellung von Flüssigkristallzellen erreicht, wobei die Lotglasschicht mit den in ihr eingebetteten Körnern selbst die erforderliche Distanzierung der Platten gewährleistet. Dabei bleibt der gesamte den Flüssigkristall aufnehmende Raum zwischen den Platten im wesentlichen frei von Körnern, wodurch eine erhebliche Verbesserung der optischen Qualität erreicht wird und innerhalb des aktiven Bereiches des Flüssigkristalls optische Inhomogenitäten und Trübungen vermieden werden.

Zweckmäßigerweise ist der Plattenwerkstoff Glas.

Vorteilhafterweise weist der Körnerwerkstoff bei der Erweichungstemperatur des Lotglaswerkstoffes eine Zähigkeit auf, die mindestens um eine Zehnerpotenz höher liegt als die Zähigkeit des Lotglaswerkstoffes. μ

Abgesehen davon, daß mit den dargelegten Maßnahmen das angestrebte Ziel erreicht wird, können auch wesentlich dünnere Patten verwendet werden als bei den bekannten Ausführungen, was neben Material- und Platzersparnis noch die Möglichkeit zu vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung bietet, die unten beschrieben sind. Auch die Herstellung großflächiger Flüssigkristallzellen ist durch die Erfindung wesentlich erleichtert

Obgleich man in der Praxis hauptsächlich nematische kristalline Flüssigkeiten oder Gemische mit einer nematischen kristallinen Flüssigkeit als Hauptkomponente für Flüssigkristallzellen einsetzt, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern auf alle Sorten und Mischungen, sofern sie nur anisotropes Verhalten zeigen, anwendbar.

Zweckmäßigerweise ist die die Körner enthaltende Lotglasschicht zumindest über Teilbereiche der Randzonen der Platten angeordnet

Es hat sich nämlich herausgestellt daß sich die zwischen die Platten eingebrachte kristalline Flüssigkeit zufolge der Kapillarkraft gewisse Zeit zwischen diesen hält, auch ohne vollständigen Verschluß des zwischen den Platten gebildeten Hohlraumes

Eine besonders lange Lebensdauer d :r Fiüssigfcristaiizelle wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt daß die Randzonen bis auf zunächst zwecks Einfüllens der kristallinen Flüssigkeit freibleibende Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen zur Gänze mit der die Körner enthaltenen Lotglasschicht versehen sind, welche Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen hermetisch abgeschlossen sind.

Nach einer Weiterbildung ist die Flüssigkristallzelle als Bildschirm, beispielsweise für einen Oszillator oder ein Fernsehempfangsgerät ausgebildet, wobei eine an sich bekannte Vorrichtung zur Erzeugung des Bildrasters vorgesehen !st Zur Ausbildung als Bildschirm eines Farbfernsehempfangsgerätes sind zweckmäßigerweise so viele Schientun kristalliner, mit den entsprechenden Farbstoffen dotierter Flüssigkeit vorgesehen, als Grundfarben zum Aufbau des Farbbildes herangezogen sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert

Die F i g. 1 bis 3 zeigen eine Flüssigkristallzelle mit die Platte praktisch zur Gänze bedeckenden Dünnschicht-Elektroden, und zwar

F i g. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I der F i g. 2,

F i g. 2 eine Draufsicht bei abgehobener Deckplatte und

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1. Die

F i g. 4 und 5 zeigen beispielsweise Ausbildungsmöglichkeiten für Dünnschicht-Elektroden.

Fig.6 zeigt einen Schnitt durch eine mehrlagige Flüssigkristallzelle.

Anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Flüssigkristallzelle wird das Grundprinzip der Erfindung erläutert. Sie besteht aus zwei an tier Innenseite praktisch zur Gänze mit Dünnschicht-Elektroden 11,12 bedeckten Glasplatten 1, 2, zwischen denen an ihren Randzonen 4, 5, 6, 7 eine Lotglasschicht 8 angeordnet ist, die einlagig angeordnete Körner 3 enthält, durch die der lichte Abstand der Platten 1,2 bestimmt ist Darüber hinaus ist zur Erhöhung der Widerstand-Zähigkeit insbesondere bei Druckbelastungen im Hohlraum 9 eine Insel 38 angeordnet die ebenfalls aus einer Körner 3 enthaltenden Lotglasschicht 8 besteht.

Das Aufbringen tier Lotglasschichten 8 samt Körnern 3 erfolgt zweckmäßig durch Siebdrucken, z. B. auf die bereits mit der Dünnschicht-Elektrode 12 bedeckte

Platte 2. Anschließend wird die Platte 1. die ebenfalls bereits mit der Dünnschicht-Elektrode ti bedeckt ist, aufgelegt und der Stapel auf die Verarbeitungstemperatur des Lotglases erhitzt. Durch Wahl eines Werkstoffes für die Körner 3, der bei dieser Temperatur im Vergleich zum Lotglas 8 noch hart bleibt, wird die genaue Distanzierung während der Erhitzung erreicht. Die Distanzierung während der Erhitzung ist bei idealen Oberflächen theoretisch durch die drei größten Körner 3 gegeben, praktisch durch eine weit größere Anzahl, sie entspricht jedoch der oberen Grenze des Kornspektrums. Nach dem Erkalten ist die derart hergestellte Distanzierung durch die Lotglasschicht 8 gegeben. Durch die Platten 1, 2 und die die Körner 3 enthaltende Lotglasschicht 8 ist der Hohlraum 9 bestimmt, wobei die Platten I₁ 2 eng, beispielsweise im Abstand von 20μτη, distanziert sind. Die Dicke der Dünnschicht-Elektroden 11,12 beträgt beispielsweise 0,5 um. Die Versetzung der Platten I, 2 erfolgt zwecks Erleichterung des Anschlus-ςρς an Hip nünncrhirhl-FIpIitroHpn 11 |2.

In den Hohlraum 9 wird, z. B. durch die ausgesparte Füllöffnung 13, nematische kristalline Flüssigkeit IO oder ein Gemisch mit einer nematischen kristallinen Flüssigkeit als Hauptkomponente eingefüllt. Dabei dient die öffnung 14 als Entlüftungsöffnung. Die öffnungen 13, 14 werden nach dem Einfüllen der kristallinen Flüssigkeit IO mittels (nicht gezeichneten) Epoxydharzes verschlossen, wobei nur sehr kleine Berührungsflächen des Epoxydharzes mit der kristallinen Flüssigkeit 10. zudem an einem »toten Arm«, auftreten. Die Anzahl der öffnungen 13, 14 ist selbstverständlich weder auf zwei beschränkt, noch müssen sie in den Ecken einander diagonal gegenüberliegend angeordnet sein, doch hat sich die gezeichnete Ausführung als besonders praktisch erwiesen. Die Anzahl der Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen kann bis auf eine einzige Öffnung pro Flüssigkristallschicht reduziert werden, wenn die Luft zwischen den Platten 1, 2 vor dem Einfüllen der kristallinen Flüssigkeit 10 evakuiert wird, wobei man zweckmäßig von einem Dreiweghahn Gebrauch macht.

Bei Anlegen einer Spannung an die Dünnschicht-Elektroden 11, 12 wird die vorher lichtdurchlässige nematische kristalline Flüssigkeit 10 in bekannter Weise opak, wobei der Grad der Abschaltung von der Feldstärke abhängt. Deshalb kommt es darauf an, den Abstand der Platten 1, 2 exakt über die gesamte Fläche einzuhalten, wozu der Rahmen 4, 5, 6, 7 und die Insel 38 dienen, die von den die Körner 3 enthaltenden Lotglasschichten 8 gebildet werden. Die Steuerung kann auch durch ein magnetisches Feld erfolgen, in welchem Falle die Dünnschicht-Elektroden 11, 12 entbehrbar sind.

Soll die Flussigkristallzelle als steuerbare Lichtschranke dienen, so müssen die Dünnschicht-Elektroden U, 12 durchsichtig sein, wobei z.B. Zinn- oder Indiumoxid herangezogen werden kann. Bei der Ausbildung der Flüssigkristallzelle als steuerbarer Reflektor muß die vordere Dünnschicht-Elektrode, z. B. 11. durchsichtig, die hintere, z.B. 12, hingegen reflektierend sein, also vorzugsweise als Aluminium bestehen. In diesem Fall kann die Platte 2 aus undurchsichtigem Werkstoff gefertigt sein.

Da die Flussigkristallzelle aus chemisch und thermisch gut beständigen Werkstoffen robust ausgeführt und hermetisch verschlossen ist, eignet sie sich ohne weitere Schutzmaßnahmen für kristalline Flüssigkeiten

ίο verschiedenster Art, also neben solchen mit dem Anisotropiebereich bei Raumtemperatur auch für solche mit höher und tiefer liegendem Anisotropiebereich.

Durch Ausbildung der Dünnschicht-Elektroden 11, 12

υ in den verschiedensten Konfigurationen ist es bekanntlich möglich, verschiedene Zeichen, beispielsweise Ziffern und Buchstaben, gesteuert darzustellen. Die in F i g. 4 in der Draufsicht dargestellte Glasplatte 15 trägt beispielsweise eine Dünnschicht-Elektrodcn-Konfigura-

<;; iion 16, !7, !S, !9, 20. 2!, 22, wie sie für ein Siebensegment-Ziffernanzeigedisplay üblich ist. Die in Fig. 2 dargestellte Insel 38 kann in diesem Fall zweckmäßig in der Mitte der rechteckigen Innenfelder der aus den Segmenten gebildeten Figur angeordnet

. -, sein. Die in F i g. 5 dargestellte Glasplatte 23 ist ebenfalls mit einer Dünnschicht-Elektrode 24 bedeckt, die als Gegenelektrode für die in Fig. 4 dargestellte dienen kann.

F i g. ^f zeigt einen Schnitt durch eine mehrlagige, und

κι zwar im besonderen dreitägige Flussigkristallzelle. wie sie beispielsweise für Bildschirme von Farbfernsehempfangsgeräten Verwendung finden kann. Vier Glasplatten 25, 26, 27 28 sind an den Randzonen ähnlich F i g. 2 mittels Körner 3 enthaltender Lotglasschichten 8

β distanziert und verbunden. Zwecks Einfüllung kristalliner Flüssigkeit 35, 36, 37 in die Hohlräume sind zweckmäßigerweise ähnlich Fig. 2 an zwei gegenüberliegenden Ecken pro Schicht zwei Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen 13, 14 vorgesehen, wobei man die

in öffnungen der mittleren Schicht vorteilhaft gegenüber jenen von erster und dritter Schicht diagonal versetzt. Die öffnungen können durch Freilassen eines Spaltes beim Aufbringen der Lotglasmenge 8. die zweckmäßig mitteis Siebdrucken ertoigt, nergestellt werden, !ede

4i Schicht kristalliner Flüssigkeit 35, 36, 37 ist von den übrigen räumlich völlig getrennt. Weiters ist es möglich, die Dünnschicht-Elektroden 29,30,31,32, 33,34 isoliert voneinander anzubringen, so daß auch bezüglich der elektrischen Steuerung eine völlige Trennung möglich

so ist. Somit ist ersichtlich jede Schicht 35, 36, 37 kristalliner Ffüssigkeit von den übrigen völlig unabhängig und kann daher auch aus verschiedenen bzv mit verschiedenen Fremdstoffen, beispielsweise Farbstoffen, insbesondere dichroitischen Flüssigkeiten, dotierten kristallinen Flüssigkeiten bestehen.

Bei kleinflächigen Flüssigkristallzellen kann die in F i g. 2 dargestellte Insel 38 entfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche: vorgesehen sind, als Grundfarben zum Aufbau des Farbbildes herangezogen sind,

1. Flüssigkristallzelle, bei der die kristalline Flüssigkeit zwischen Platten aus anorganischem Werkstoff eingebettet ist, von denen mindestens eine durchsichtig ist, wobei sich zwischen den Platten als Abstandhalter einlagig angeordnete Körner befinden und in diskreten Bereichen eine Lotglasschicht die Platten miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (3) in der in diskreten Bereichen (4, 5, 6, 7, 38) angeordneten Lotglasschicht (8) eingelagert sind und daß der Körnerwerkstoff im Verhältnis zum Lotglaswerkstoff eine höhere Erweichungstemperatur aufweist

2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenwerkstoff Glas ist

3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körnerwerkstoff bei der Erweichungstemperatur des Lotglaswerkstoffes eine Zähigkeit aufweist, die mindestens um eine Zehnerpotenz höher liegt als die Zähigkeit des Lotglaswerkstoffes.

4. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Körner (3) enthaltende Lotglasschicht (8) zumindest über Teilbereiche der Randzonen (4,5,6,7) der Platten (1, 2,15,23,25,26,27,28) angeordnet ist.

5. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennze lehnet, daß die Randzonen (4,5,6,7) bis auf zunächst zwecks Einfüllens der kristallinen Flüssigkeit frei bleibende Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen (13,14) zur Gänze mit der die Körner (3) enthaltenen Lotglasschicht (8) versehen smd, welche Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen (13, 14) hermetisch abgeschlossen sind.

6. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Körner (3) enthaltende Lotglasschicht (8) sowohl in Form eines Rahmens (4,5,6,7) entlang der Randzonen als auch in Form mindestens einer innerhalb des vom Rahmen umfaßten Hohlraums (9) angeordneten Insel (38) besteht.

7. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einen Stapel bildende Platten (25, 26, 27, 28) vorgesehen sind, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Platten kristalline Flüssigkeit (35,36,37) angeordnet ist (F ig. 6).

8. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Schichten (35, 36, 37) kristalliner Flüssigkeit aus verschiedenen kristallinen Flüssigkeiten oder mit verschiedenen Fremdstoffen dotierten kristallinen Flüssigkeiten bestehen.

9. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bildschirm, beispielsweise für einen Oszillator oder ein Fernsehempfangsgerät, ausgebildet ist, wobei eine an sich bekannte Vorrichtung zur Erzeugung des Bildrasters vorgesehen ist.

10. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bildschirm eines Farbfemsehempfangsgerätes ausgebildet ist, wobei so viele Schichten kristalliner, mit den entsprechenden Farbstoffen dotierter Flüssigkeiten (35, 36, 37) Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle, bei der die kristalline Flüssigkeit zwischen Platten aus anorganischem Werkstoff eingebettet ist, von denen mindestens eine durchsichtig ist, wobei sich zwischen den Platten als Abstandhalter einlagig angeordnete Körner befinden und in diskreten Bereichen eine Lotglasschicht die Platten miteinander verbindet

Unter einer Flüssigkristallzelle versteht man eine steuerbare Lichtschranke oder einen steuerbaren Reflektor, bei denen die zwischen Schmelz- und Klärpunkt auftretenden besonderen Eigenschaft kristalliner, d.h. anisotroper, Flüssigkeiten ausgenützt werden. Bei der Ausführung als Lichtschranke müssen sämtliche Platten und Dünnschicht-Elektroden durch sichtig sein, bei der Ausführung als Reflektor benötigt man neben durchsichtigen Platten und Dünnschichi-Elektroden mindestens eine reflektierende Dünnschicht-Elektrode, wobei deren Trägerplatte undurchsichtig sein kann.

Für Flüssigkristallzellen benutzt man in der Praxis vor allem nematische kristalline Flüssigkeiten und als steuernde Einflußgrößen vorzugsweise elektrische Felder. Für die praktische Anwendung ist es erforderlich, verhältnismäßig dünne Schichten der kristallinen Flüssigkeit zu bilden, deren Dicke in der Größenordnung von 10° bis ΙΦμηι, insbesondere von 5 bis 30 μπι liegt. Bisher ist man so vorgegangen, daß man zwischen Platten aus durchsichtigem Werkstoff, vor allem aus Glas, die je nach Erfordernis mit durchsichti gen bzw. reflektierenden Dünnschicht-Elektroden be deckt waren, am Plattenrand Streifen oder einen teilweise unterbrochenen Rahmen aus einer Folie angeordnet hat, deren Dicke dem lichten Abstand entsprach. Als Folienwerkstoff kam dabei hauptsächlich Polyhexafluoräthylen zum Einsat,-' Nach dem Einfüllen der kristallinen Flüssigkeit wurde die Zelle mit einem Epoxydharz verschlossen. Bei dieser Ausführungsform läßt in einiger Entfernung vom Rand die Konstanz des Abstandes, insbesondere bei Druckbelastungen, zu wünschen übrig. Dadurch ist die Herstellung großflächiger Flüssigkristallzellen erschwert, wenn nicht unmöglich. Ferner ist die Lebensdauer mit etwa 10« Stunden noch bescheiden, wofür vor allem der nicht völlig hermetische Verschluß, der das Eindiffundieren von Lösungsmitteldämpfen und Atmosphärilien nicht ausreichend verhindert, als Ursache genannt wird.

Einen zusammenfassenden Überblick über die Eigenschaften kristalliner Flüssigkeiten findet man z. B. bei: A. Saupe »Neuere Ergebnisse auf dem Gebiet der flüssigen Kristalle«, Zeitschrift für Angewandte Chemie, 80. Jahrgang (1968), Seiten 99 bis 115, oder bei: H. Sackmann und Dr. Demus »Eigenschaften und Strukturen thermotroper kristallinflüssiger Zustände«, Fortschritte der Chemischen Forschung, 12. Jahrgang (1969), Seiten 349 bis 386. Praktische Anwendungen sind z. B. in den US-Patentschriften Nr. 24 00 877, Nr. 25 24 286, Nr. 25 44 659, Nr. 31 35 207 und Nr. 33 22 485, bzw. in der Zeitschrift Electronics vom 6.7.1970, Seiten 64 bis 70, und in der Zeitschrift Electronic Design vom 13.9.1970,Seiten 76bis8!,beschrieben.

Durch die AT-PS 2 84 361 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Mehrfach-Verglasungscinheiten bekannt geworden, wobei die Platten unter Bildung eines