DE2246250C2 - Elektro-optische Vorrichtung - Google Patents

Elektro-optische Vorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige elektro-optische Vorrichtung ist in der DE-OS 2054 733 beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung ist der elektrisch leitende Film (Elektrode) auf einer der beiden Platten teilweise mit einem elektro-isolierenden Oberzug versehen, während der unbedeckte Teil der EJektrode in Kontakt mit dem Flüssigkristallmaterial ist Die Elektrode auf der anderen Platte besitzt keinen isolierenden Oberzug, sondern befindet sich in Kontakt mit dem FKissigkristallmaterial. Beim Anlegen eines Wechselspannungssignals an die Elektroden entsteht ein Bild, das die Form der vollständigen Elektroden besitzt, während das Anlegen einer Gleichspannung ein Bild erzeugt, das die Form desjenigen Teiles der teilweise überzogenen
Elektrode hat, der in Kontakt mit dem Flüssigkriställma-'verial ist Mit der bekannten Vorrichtung soll es ermöglicht werden, selektiv mehr als ein Bild darzustellen. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund des Ausfalls der Elektroden die Lebensdauer sehr beschränkt ist
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektro-optische Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine erhöhte Lebensdauer besitzt
Die erfindungsgemäße elektro-optische Vorrichtung besitzt die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Bei der Erfindung sind die beiden, die Elektroden bildenden elektrisch leitenden Filme vollständig mit
einem elektrisch isolierenden Überzug versehen, so daß ein Elektrodenausfsll vermieden wird, der beispielsweise durch Elektrolyse erfolgen kann, wenn ein elektrischer Strom durch das Flüssigkristallmaterial fließt beispielsweise, wenn dieses Material nicht die erforderliehe Reinheit besitzt Der elektrisch isolierende Überzug, der die beiden elektrisch leitenden Filme bedeckt, verhindert jeglichen Stromfluß durch die Vorrichtung oder reduziert einen derartigen Strom auf einen unschädlichen, äußerst niedrigen Wert Ein
*o weiterer Vorteil einer erfmduiigsgeriiäßen elektro-optischen Vorrichtung besteht darin, daß eins bessere optische Gleichförmigkeit der Zelle erzielt wird, da die Differenz der optischen Reflexionsfähigkeit am Übergang zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem leitenden Film einerseits und der optischen Reflexionsfähigkeit am Übergang zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem benachbarten Bereich der Platten anderseits, weniger erkennbar gemacht wird. Ein weiterer Vorteil einor erfindungsgemäßen elektro-optl· sehen Vorrichtung besteht darin, daß die leitenden Filme gegen Beschädigung geschützt werden, wie sie beispielsweise bei einem Reibeverfahren auftreten k&nn, das zur Ausrichtung der Flüssigkristallteilchen angewandt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der dünne, transparente, isolierende Überzug aus Siliziumoxid oder aus geschmolzenem oder gesintertem Glas. Der Ausdruck »Siliziumoxid« umfaßt sowohl Siliziumdioxid als auch Siliziummonoxid.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In diesen zeigt
F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektro-optischen
Vorrichtung;
F i g. 2 die Anordnung der Elektroden der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung;
F i g. 3 einen stark vergrößerten Ausschnitt einer der
Platten der in F i g, 1 gezeigten Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei transparenten Glasplatten 3 und 6 (Fi g, 1), die auf den einander zugewandten Seiten mit transparenten Elektroden 11 und 12 (Fig.2) versehen sind. Die transparenten Elektroden bestehen aus einer dünnen Schicht eines elektrisch Ititfähigen Materials, wie beispielsweise Indiumoxid, Zinnoxid, Gold oder dergleichen. Die Elektrode 11 besteht, wie aus Fig.2 ersichtlich, aus sieben nicht miteinander verbundenen Streifen, während die Elektrode 12 aus einem zusammenhängenden rechteckigen Bereich besteht Die Elektrodenmuster werden mittels herkömmlicher Fotoätztechniken unter Verwendung eines Ätzmittels, wie beispielsweise Salzsäure, zur Auflösung des elektrisch '5 leitfähigen Material hergestellt Die Elektroden sind mit elektrisch leitenden Anschlüssen (nicht gezeigt) versehen. Das Elektrodenmuster auf der Platte 3 kann statt der gezeigten 7-Streifen-Anordnung auch eine beliebige andere Konfiguration, beispielsweise eine 9-Streifen-Anordnung aufweisen. Das Elektrodenmuster auf der Platte 3 kann auch aus einer ersten Anordnung paralleler Streifen das Elektrodenmuster auf der Platte 6 aus einer zweiten Anordnung paralleler Streifen, die die ersten Streifen kreuzen, bestehen.
Nach dem Ätzen der Elektroden wird auf diesen ein schützender isolierender Überzug 13 (Fig.3) aufgebracht Eine Möglichkeit zum Aufbringen eines Überzuges besteht in der Vakuumablagerung von Siliziumoxid auf die die geätzten Elektroden aufweisende Fläche. Auf diese Weise können Isolationsschichten von 0,1 bis 1,0 μπι abgelagert werden. Eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen einer Isolierschicht besteht darin, mittels Siebdruck eine dünne Schicht eines geeigneten Materials auf die Oberfläche aufzubringen und anschließend die Platte in einem Brennofen zu erwärmen, um eine Glasur zu erhalten, wie dies weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei Zinnoxidelektroden angewandt, da diese hervorragende thermische Eigenschaften «> besitzen.
Die mit den Elektroden und dem schützenden Überzug versehenen Innenflächen der Planen werden gleichmäßig entlang einer Richtung poliert. Die Platten werden anschließend so zusammengelegt, daß sich die Polierrichtungen im rechten Winke! zueinander befinden, wobei ein dünnes Band aus Äthylen-Acrylsäure-Copolymer längs den Rändern der polierten Plattenfläche gelegt wird. In den freien Raum 5 zwischen den Platten 3 und 6 wird eine geeignete nematische kristalline Flüssigkeit eingebracht und die Platten werden unter Anwendung von Druck und Wärme (bis zu 1000C) miteinander verbunden. Das Copolymer benetzt die Plattenoberflächen in der Nähe der Plattenränder und bewirkt somit eine Versiegelung der Vorrichtung. Die 5S einander zugewandten Flächen 4 und 7 der Platten 3 und 6 der Vorrichtung besitzen einen Abstand von etwa 10 bis 30 μπι. Dieser Abstand wird durch nichtgezeigte Abstandsstücke aufrechterhalten. Die fertige Vorrichtung enthält somit eine dünne Schicht aus einer nematischen kristallinen Flüssigkeit zwischen den Platten. Ein typisches Beispiel für eine solche kristalline Flüssigkeit ist eine Mischung, bestehend aus 32 Gew.-% Methoxybenzilliden-n-Butylanilin, 58 Gew.-% Äthoxybenziliden-n-Butylanilin und 10Gew.-% p-n-Butoxybenziliden' + p-AminDbenzonitril. Diese nematische kristalline Flüssigkeit besitzt eine positive dielektrische Anisotropie, das heißt, in einem elektrischen Feld neigt diese dazu, daß sich ihre Moleküle parallel zur Feldrichtung ausrichten.
Durch Überstreichen der inneren Eleklrodenfläelien wird bewirkt, daß sich die Moleküle der kristallinen Flüssigkeit entlang dieser Richtung ausrichten. Diese Maßnahme kann durch Polieren der sauberen Oberfläche mit einem trockenen Tuch, beispielsweise mit einem dichten Poliertuch, erfolgen.
An die Elektroden U und 12 wird eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Bei nicht angelegtem elektrischen Feld richten sich die Molekülachsen der kristallinen Flüssigkeit parallel zu den Plattenoberflächen und längs der Polierrichtung aus. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes wechseln die Moleküle ihre Orientierung, so daß ihre Achse senkrecht zu den Platten, d.h. längs der Feldrichtung, verlaufen. Diese Wirkungen werden mit solchen flüssigen Kristallen erreicht, die an einem Ende des Moleküls einen starken, permanenten Dipol besitzen. Ein typisches Beispiel ist eine Mischung, die 40% Methoxybenziliden-n-Butylani-Hn (MBBA), 40% Äthoxyben vüiden-n-Butylanilin (ÄBBA) und 20% p-n-8utoxybcui.i!iden--f-p-Aminobenzonitril enthält Diese flüssigen Kristalle sind normalerweise bei Raumtemperatur flüssig.
Die Platten 3 und 6 werden zwischen Polarisatoren 2 und 8 angeordnet Von einer Lichtquelle 1 geliefertes Licht wird von dem Polarisator 2 auf die Platte 3 übertragen. Das die Platte 6 durchdringende Licht erreicht den Polarisator 8. Zwischen dem letzteren und dem Auge des Beobachters 10 ist ein Lkhtzerstreuungsschirm 9 angeordnet
Das von der Lichtquelle' 1 gelieferte und durch den Polarisator 2 hindurchgehende Licht ist in horizontaler Richtung polarisiert (Pfeil 21). Beim Durchgang durch die Flüssig-Kristallzelle wird es um 90° gedreht, so daß es in vertikaler Richtung polarisiert wird (Pfeil 23). Der Polarisator 8 ist so angeordnet, daß er nur in horizontaler Ebene polarisiertes Licht überträgt, so daß das vertikal polarisierte Licht den Polarisator S nicht durchdringen kann und der Beobachter 10 kein Licht auf dem Schirm 9 wahrnehmen kann. Wird das Feld eingeschaltet, dann beeinflußt die Flüssig-Kristallzelle die Polarisationsebene des Lichtes in dem vom elektrischen Feld beeinflußten Bereichen nicht, so daß das Licht die Flüssig-Kristallzelle innerhalb der genannten Bereiche horizontal polarisiert durchdringt, so daß es auch vom Polarisator 8 durchgelassen wird und der Beobachter 10 auf dem Schirm 9 ein helles Bild eines Zeichens auf einem dunklen Hintergrund sieht Der Polarisator 8 kann auch gegenüber der gezeigten Lage um 90° gedreht werden. In diesem Falle wird bei abgeschaltetem Feld das Licht übertragen und bei eingeschaltetem Feld ein dunkles Bild auf hellem Hint*T£rund erzeugt. Normalerweise werden Kontrastwerte von 30 :1 erreicht
Der Lichtzerstreuungsschirm 9 dient zur Qualitätsverbesserung des Bildes. Der Schirm dient außerdem ab Diffusor. Ohne diesem Schirm und unter zu Hilfenahme geeigneter Linsen kann das System auch zur Projektion eines Bildes verwendet werden.
Die Yonichtung kann durch Anlegen einer Gleichspannung an die Zelle betrieben werden, jedoch erfordert das durch den Überzug 13 isolierte Zeichen eine relativ hohe Spannung. Vorzugsweise erfolgt der Betrieb mit einer pulsierenden Gleichspannung, mit einer bipolaren Gleichspannung oder mit einer Wechselspannung. Die genaue erforderliche Spannung ist eine Funktion der Dicke und der Dielektrizitätskonstan-
te des Überzuges 13. Typische Schwellenspannungen sind 4 V bei Verwendung von unpolaren Gleichspannungsimpulsen mit 250 Impulsen pro Sekunde und 2 V bei Verwendung von 60 Hz Wechselspannung. Da es sich um eine Feldorientierung handelt, ist der Strom relativ niedrig. Die Frequenz der Wechselspannung kann zwischen 20Hz bis zu mehreren 1000 Hz variieren.
Die Schaltzeit beträgt etwa 10 Millisekunden zum Einschalten und 40 Millisekunden zum Abschalten.
Ein weiteres Merkmal des isolierenden Überzugs 13 besteht darin, daß er der Zelle eine optische Gleichmäßigkeit verleiht. Ohne diesen Überzug besitzt die Grenzfläche der Elektrode andere optische Reflektionseigenschaften als die Grenzfläche der kristallinen Flüssigkeit und der benachbarten Glasbereiche. Aus diesem Grunde sind die Elektroden sichtbar. Durch den Überzug sind die Elektrodenbereiche von der sie umgebenden Fläche praktisch nicht unterscheidbar. Ein w?!t?r?s vorteilhaftes Merkmal des Überzuges "
Beispiel 1
Es wurden zwei ähnliche elektro-optische Vorrichtungen an eine unipolare Gleichspannung von 10 V und mit einer Impulsfrequenz von 250 Hz angelegt. Die Vorrichtungen hatten den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Aufbau. Die Substrate 3 und 6 bestanden aus 10 cm · 10 cm großen Glasplatten. Die Elektroden 11 wurden nach Art einer 7-Strich-Matrix geätzt und die Elektrode 12 war eine geätzte Fläche. Für die Elektroden wurden Indiumoxid verwendet. Bei einer Vorrichtung wurde über die Elektroden ein dünner Überzug mit einer Dicke von etwa 1 μπι durch Vakuumablagerung von SiO aufgebracht, während bei der zweiten Vorrichtung kein solcher Überzug verwendet wurde. Mittels eines Poliertuches wurde die innere Fläche des Substrats 3 in horizontaler Richtung und die innere Fläche des Substrats 6 in vertikaler Richtung poliert. Der freie Raum der beiden Verrichtungen wurde mit einer Mischung, bestehend aus 40 Gew.-% Methoxybenziliden-n-Butylanilin (MBBA). 40Gew.-% Äthoxybenziliden-n-Butylanilin (ÄBBA) und 20 Gew.-% p-n-ButoxybenziIiden- + p-Aminobenzonitril gefüllt und anschließend abgedichtet. Die Polarisatoren 2 und 8
ίο werden so angeordnet, daß ihre Polarisationsrichtung horizontal verläuft.
Bei der Vorrichtung ohne den Schutzüberzug versagten die Elektroden nach einer kontinuierlichen Betriebszeit von 20 Stunden. Bei der Vorrichtung mit dem SiO-Schutzüberzug zeigten die Elektroden auch nach einem 2-monatigen ununterbrochenen Betrieb keine Anzeichen von Alterungserscheinungen. Es sei darauf hingewiesen, daß der einzige Unterschied zwischen den beiden Vorrichtungen der SiO-Überzug
besteht darin, daß er die Elektrodenbereiche während des Poliervorgangs schützt, so daß ein stärkeres Polieren bzw. Reiben der Elektroden möglich ist, ohne daß diese beschädigt werden.
Zwei Beispiele für das Ablagern des dünnen Überzugs 13 werden im folgenden näher beschrieben.
Beispiel 2
Es wurde eine zweite Vorrichtung unter Verwendung von transparenten Zinnoxidelektroden hergestellt. Mittels Siebdruck wurde auf die Elektrodenbereiche eine Vita 1001-Glasfritte aufgetragen. Die Platten wurden anschließend auf eine Temperatur von 615°C erwärmt, um die Fritte zu einer transparenten Glasschicht mit einer Di'.'ke von 0,1 μπι zu schmelzen oder zu sintern.
ίο Die Oberflächen wurden dann poliert und die nematische Mischung nach Beispiel 1 wurde in der Vorrichtung versiegelt. Die Lebensdauer und die Betriebseigenschaften waren ähnlich derjenigen, der mit der Schutzschicht versehenen Zelle nach Beispiel 1.
Obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eine lichtübertragende Vorrichtung ist, kann die Erfindung selbstverständlich auch für reflektierende und absorbierende Vorrichtungen verwendet werden, wobei in diesem Fall nur eine der aus einer Platte und
to den Elektroden bestehenden Anordnungen transparent zu sein braucht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    I. Elektro-optische Vorrichtung, die zwischen zwei voneinander beabstandeten Platten eine nematische kristalline Flüssigkeit enthält, bei der die einander zugewandten Seiten der Platten mit einem FtIm eines elektrisch leitenden Materials versehen sind und mindestens eine Platte und der auf dieser befindliche RIm transparent sind, bei der Vorrichtungen zum Verbinden einer elektrischen Spannungsquelle mit den beiden elektrisch leitenden Filmen vorgesehen sind und bei der sich auf dem elektrisch leitenden Film ein dünner transparenter, elektrisch isolierender Oberzug aus anorganischem Material befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Filme auf den einander zugewandten Seiten der beiden Platten vollständig mit dem Oberzug (13) überzogen sind.
    Z Elektro-optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne transparente Oberzug (43) aus Siliziumoxid oder aus geschmolzenem oder gesintertem Glas besteht.
    3. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne transparente Überzug (13) eine Dicke innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 μπι und 1,0 μηι besitzt
    4. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Seiten (4,7) der Platten (3, 6) einen Abstand von etwa 10 bis 30 μπι besitzen.
    5. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3,6) zwischri zwei Linearpolarisatoren (2, 8) angeordnet sind, die parallele Polarisationsebenen senkrecht zu den Platten (3, 6) aufweisen.
    6. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3, 6) zwischen zwei Linearpolarisatoren (2, 8) angeordnet sind, deren Polarisationsebenen senkrecht aufeinander und zu den Platten (3, 6) stehen.
    7. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische kristalline Flüssigkeit eine positive dielektrische Anisotropie besitzt
    8. Elektro-optische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische kristalline Flüssigkeit eine Mischung aus Methoxybenziliden-n-Butylanilin, Äthoxybenziliden-n-Butylanilin und p-n-Butoxybenziliden' + p- Aminobenzonitril ist.
    9. Elektro-optische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Glas bestehen.
    10. Elektro-optische Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne transparente Überzug (13) als eine Ausrichtestruktur für das nematische Flüssigkristallmaterial dient
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