DE2354736A1 - Elektrooptisches anzeigegeraet mit einer fluessigkristallschicht - Google Patents

Description

IBM Deutschland internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH 2354736

■'■-.■ \ " BÖblingen, den 31. Oktober 1973

^: bl-nr

Anmelderin: International Business Machines

' "'■ Corporation, Ärmonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeidüng

Aktenzeichen der Anmelder in:. Docket FI 9-72-022

Elektrooptisches Anzeigegerät mit einer Flüssigkristallschicht

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Anzeigegerät mit zwischen zwei auf trägerschichtgetragenen Elektroderimusterebenen angeordneten nematischen Flüssigkristallschicht und mit Steuer- und Signalschaltungen zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden.

Die Verwendung nematischer Flüssigkristall-Materialien und -Zusammensetzungen für elektroop'tische Lichtmodulation, wie z.B. in Bildanzeigegeräten zur Erzeugung alpha—numerischer' Zeichen, ist allgemein bekannt. Typische Geräte dieser Art und geeignete nematische Flüssigkristallmaterialien sind z.B. in den US-Patentsehriften Nr. 3625591, 3635269 und 3655270 beschrieben. Ein solches nematisches Flüssigkristall ist z.B. p-MethoxYbenzyliden-p-n-Butylanilin, welches auch unter dem Namen "¹¹MBBA" bekannt ist.

Bisher wurde in Fachkreisen akzeptiert (so auch in der US-Patentschrift Nr. 3503672), daß Ionenleitung notwendig ist, um nematische Flüssigkristalle in eine Streuordnung zu bringen.

FI 9-72-022 -

409 819/1079

Entsprechende Zusätze setzen den spezifischen Widerstand der

8 9

Flüssigkristallzelle auf etwa 10 — 10 Ohm/cm herab.

Es wurde jedoch festgestellt, daß dabei zwischen den Elektroden und solchen nematischen Flüssigkristallen Reaktionen auftreten, die die Lebensdauer der Bildzellen bei Gleichstrombetrieb auf wenige Stunden oder bei Betrieb mit Rechteckimpulsen auf wenige Wochen beschränken, wobei die Elektroden oft eine starke elektrolytische Korrosion aufweisen. Es wurde angenommen, daß die Korrosion dadurch eingeschränkt werden kann, daß man Metallelektroden mit einem Isolierfilm überzieht, wie es z.B. in den US-Patentschriften Nr. 3257903 und Nr. 3600060 beschrieben wird. In der ersten Patentschrift ist eine Anordnung beschrieben, die zweipolige Partikel benutzt, worin die Seite einer an den Partikeln angeordneten'Elektrode mit einem transparenten Schutzüberzug, wie z.B. Siliciummonoxyd, überzogen wird. Im zweiten Patent wird gezeigt, daß bei einem bestimmten Betrieb die Anwendung transparenter Isolierschichten aus geeignetem Material, wie Glas oder Plastik, als Schutzschicht auf transparenten Elektroden in Bildanzeigegeräten mit Cholesterin-Flüssigkristallen vorteilhaft ist. Solche Geräte verwenden jedoch Materialien, die nur feldempfindlich sind und zur Streuung keine Ionenleitung benötigen.

Im Bereich der nematischen· Flüssigkristallgeräte wurde eine solche Lösung nicht ernsthaft erwogen, da das gesamte angelegte Feld über dem dünnen Isolator erscheint und somit das nematische Flüssigkristall nicht in die Streuordnung gebracht wird.

Außerdem verwenden Flüssigkristallgeräte im allgemeinen bekanntlich Elektroden, die aus einem Bildteil und einem Leitungsteil zum Anschluß an eine geeignete Signalquelle zwecks Erzeugung eines elektrischen Feldes über der Zelle bestehen. Wird im Betrieb an ein solches Gerät ein Feld angelegt, so aktivieren sowohl der Bild- als auch der Leitungsteil oder die Segmente der Elektrode das nematische Flüssigkristallmaterial im Streu-

Fi_? 9-72-022 40981 9/1079

modus, wobei eine entsprechende optische Darstellung eines jeden Teiles im Bild sichtbar wird. Um den Effekt der Verbindungsleitung unter einem angelegten Signal so klein wie möglich zu halten, wird ihre Breite normalerweise auf die Mindestabmessungen reduziert, die zur Leitung eines elektrischen Signales zum Bildsegment der Elektrode noch zulässig sind.. Für die Breite des Leitungsteiles der Elektrode gibt es also eine Untergrenze für die richtige Signalleitung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrooptisches Anzeigegerät mit zwischen zwei auf trägerschichtengetragenen Elektrodenmusterebenen angeordneten nematischen Flüssigkristallschicht anzugeben. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine oder beide der Elektrodenmusterebenen mit zur Flüssigkristallschicht ausgerichteten Seite-mit einem dielektrischen überzug versehen ist (sind) .

Diese dielektrische Schicht verhindert Reaktionen zwischen dem Flüssigkristall und den Elektroden; diese Anordnung wird in einer Weise betrieben, bei der das angelegte Feld das nematische Flüssigkristall in Streuordnung'bringen kann. Für den Gleichstrombetrieb liegt das Signalniveau über der Durchschlagsspannung der-dielektrischen Überzugsschicht.' Der Wechselstrombetrieb wird in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß die Schwellenwertfrequenz (das ist die Frequenz, unter der die Spannung über der Flüssigkristallschicht unter den für ihre Erregung erforderlichen,Schwellenwert absinkt) durch Steuerung der Kapazitanz, die durch die Stärke und/oder die Wahl der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Übefzugsschicht beeinflußbar ist und durch Steuerung des elektrischen Widerstandes des Flüssigkristallmaterials über Dotierungszusätze festlegbar ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein nicht mit der dielektrischen Überzugsschicht bedecktes Elektrodenmuster bei Gleichstrombetrieb mit dem positiven Pol der;

Fi 9-72-022 4098 1 9/1Ö79 ^;

Signalquelle verbunden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das Anzeigegerät dadurch, daß die Elektrodenmusterbildelemente mit einem dünneren dielektrischen Überzug versehen sind als die anderen Teile der Elektrodenmusterebene. Für eine solche Ausgestaltung des Anzeigegerätes kann für Gleichstrombetrieb die Flüssigkristallschicht über den Elektrodenmusterbildelementen durch eine Spannung angeregt werden, die zwischen der Durchbruchsspannung der dünnen und der dicken' Teile der dielektrischen Überzugsschicht liegt.

Bei Signalerhöhung über den Wert für die Durchbruchsspannung der dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht sind auch die den Elektrodenmusterbildelementen benachbarten und diesen zugeordneten Leitersegmente als Zuleitung zu den Steuerschaltungen in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß einschaltbar. Die oben beschriebene Anordnung, bei der die Elektrodenmuster— bildelemente mit einem dünneren dielektrischen überzug versehen sind als die anderen Teile der Elektrodenmusterebene, läßt sich auch für den Wechselstrombetrieb erfindungsgemäß vorteilhaft anwenden: Dabei ist für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht eine höhere Schwellwertfrequenz als für die dünneren Teile vorgesehen.

Hierbei ist die Flüssigkristallschicht über den Elektrodenmusterbildelementen durch eine Frequenz anregbar, die zwischen der Schwellwertfrequenz für die dünnen Teile der dielektrischen Überzugsschicht und der Schwellwertfrequenz für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht liegt.

Bei Frequenzerhöhung über den Wert der Schwellwertfrequenz für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht sind auch die den Elektrodenmusterbildelementen benachbarten und diesen zugeordneten Leiterbildelemente einschaltbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben.■

Fi 9-72-022 ' 4098 1 9/1079

Es zeigen: >

Fig. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines elektrooptischen Anzeigegerätes mit einem dielektrischen Überzug über einer Elektrodenmusterebene»

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1. ' . .

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild einer nematischen Flüssigkristallzelle. . ."--■■

Fig. 4 eine Funktionskurve für den Wechselstrombetrieb einer nematischen Flüssigkristallzelle mit den Auswirkungen von' Frequenzänderungen auf das Potential über dem Kristall bei fester Klemmenspannung,,

Fig. 5 eine perspektivische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform eines elektrooptischen Anzeigegerätes»

Fig. 6 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5,

In Fig. 1 ist eine Flüssigkristallzelle gezeigt/ die sich als Bildanzeigezelle zur optischen Darstellung gewünschter Konfigurationen, und hier speziell von Zahlen, eignet»

Die Baueinheit wird von zwei planaren Trägerelementen 1 und 2 gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und einen eingeschlossenen Bereich definieren, in dem ein Film oder eine Schicht 3 aus nematischem Flüssigkristallmaterial angeordnet ist, die beispielsweise aus p-MethoxybenzYliden-p-n-Butylanilin bestehen kann, welches auch unter der Bezeichnung "MBBA" bekannt ist. Üblicherweise braucht nur eine der planaren Unterlagen transparent zu sein; die andere kann, abhängig von der gewünschten Betriebsart, transparent, reflektierend oder absorbierend sein. Aus zwei transparenten Unterlagen kann auch eine reflektierende Einheit gebildet werden, wenn die Außen-

Fi 9-72-022- 4098 19/1079

fläche einer Unterlage mit einem reflektierenden Film, z.B. aus Chrom, überzogen wird. Die Erfindung läßt sich auf alle diese Variationen für die verschiedenen Zwecke anwenden; sie wird jedoch, anschließend nur im Zusammenhang mit transparenten Unterlagen beschrieben.

Die Unterlage 2 umfaßt ein transparentes Substrat 4, auf dem ein Leiterfilmmuster niedergeschlagen- ist, welches sich z.B. zur numerischen Darstellung eignet. Andere Muster können jedoch ebenso verwendet werden.

Das auf dem Substrat 4 gezeigte Elektrodenmuster ist für die numerische Darstellung in sieben Segmenten vorgesehen. Das Elektrodenmuster kann aus mehreren. Segmenten aus leitendem Material bestehen, die mit einem bestimmten Abstand voneinander niedergeschlagen werden. So Ist eine entsprechende Anzahl von Elektrodenbildsegmenfcen- 5 bis 11 definiert» Jedem ist ein Leitersegment 5A bis llÄ zugeordnet, welches zu einer Kante des Substrates verläuft„ wo eine Verbindung mit Adressierschaltungen hergestellt werden kann. Diese sind allgemein als Steuerschaltung 12 bezeichnet» FGr den Reflexionsbetrieb kann das Elektrodenmuster leitende reflektierende Filme z.B. aus Chrom umfassen. Diese Elektrodenfilme können in Dicken von etwa 1000 A niedergeschlagen werden.

Das gesamte Elektrodenniuster ist mit einem Film 15 aus dielektrischem Material überzogen, welcher auf der ganzen Innenfläche 16 des Substrates 4 niedergeschlagen werden kann. Für diesen Zweck geeignete dielektrische Zusammensetzungen sind Al₂O-, SiO_, Si-JST. und dergl. Diese Materialien können auf geeignete Weise, z.B. durch Hochfrequenzsprühen, aufgezogen werden. Wenn die Zelle transparent betrieben werden soll, muß auch der dielektrische überzug transparent sein? für den· Reflexionsbetrieb jedoch opaque» Dielektrische Überzüge wurden , z.B. mit Hochfrequenz aus A!„Q* in Dicken von 500, 1000 und 2000 8 und aus SiQ₂ bis zu 2_r5 Mikron aufgesprüht'. Die spe-

Fi 9-72-Ο22 409 8 19/1079

zifische Dicke des dielektrischen Films ist jedoch nicht kritisch, da es sich hierbei um Konstruktionskriterien handelt, die sich leicht für Signalbetriebsspannungen und/oder -frequenz en. (in den Zeichnungen als Signalquellen 2 6 dargestellt) bestimmen lassen.

Im Gleichstrombetrieb kann die Zelle z.B. mit jeder geeigneten Spannung oberhalb der Durchbruchsspannung des dielektrischen Filmes betrieben werden. Wenn andererseits die Signalquelle festlieget, kann der Niederschlag des. Dielektrikums so gesteuert werden, daß sich eine Dicke ergibt, die eine Durchschlagsspannung .unter dem Pegel der Signalquelle ergibt. Bei Versuchszellen wurde eine 40-Völt-Stromversorgung verwendet, um die Zellen über der Durchbruchsspannung von Filmen aus Al₉O-mit einer Dicke von 500bis 1000 R zu betreiben.

Im Wechselstrombetrieb kann man jede gewünschte Schwellenwertfrequenz innerhalb der praktischen Bereiche leicht dadurch erhalten, daß man die Kapazitanz des niedergeschlagenen dielektrischen Films und den elektrischen Widerstand des Flüssigkristallmaterials steuert. Die Kapazitanz des Filmes wird durch seine Dicke und durch seine Dielektrizitätskonstante bestimmt« die eine Materialkonstante ist. Der elektrische Widerstand des Flüssigkristallmaterials wird durch Zusatz geeigneter Dotierung'smittel. (wie z.B. 4-wertiger Ammöniaksalze) gesteuert.

Die Halteplatte 1 enthält ein Basissubstrat 17, auf dem ein Leiterüberzug 18 niedergeschlagen ist. Durchsichtigkeit oder Undurchsichtigkeit des Substrates 17 und der Elektrode 18 . werden durch die gewünschte Betriebsart der Zelle, bezogen auf den Lichtübertragungszustand der Trägereinheit 2, bestimmt. Für den transparenten Betrieb sind z.B. *das Substrat 17. (Glas) und die Elektrode 18 der Trägereinheit transparent. Beim reflektierenden Betrieb sind diese Elemente ebenfalls transparent, wenn die Trägereinheit 2 für die Reflexion geeignet ist. -..■■"'.·■".·" ι ■

FI 9-72-022

4098 19/1079

Wenn umgekehrt die Trägereinheit 1 für die Reflexion vorgesehen ist, sind die Komponenten der anderen Trägereinheit 2 transparent, so z.B. das Substrat 4 aus Glas, das Elektrodenmuster (In₇O-) und der dielektrische Film 15 (Al_0 ). Andererseits können auch alle Bestandteile beider Trägerelemente 1 und 2 transparente Filme enthalten, wenn ein reflektierender Film auf der Rückseite, eines der Trägerelemente 1 oder 2 aufgezogen wird.

Die ganze Zellenbaugruppe kann die Flüssigkristallschicht 3 zwischen den beiden Trägerelementen 1 und 2 durch eine konventionelle Dichtung am Umfang, wie z.B. eine Glasfritte oder Epoxydharze, einschließen.

Der dielektrische Film kann alternativ auch auf die Elektrode 18 der Trägereinheit 1 aufgezogen werden, wenn das Elektrodenmuster und die verwendete Trägereinheit ohne Isolierfilm aus dielektrischem Material verwendet werden. Für den Reflexionsbetrieb können alle Komponenten beider Trägereinheiten 1 und-2 einschl. der Substrate, Elektroden und des Dielektrikums, transparent sein; auf die Außenfläche eines der Substrate 4 oder 17 muß dann ein reflektierender überzug aufgebracht werden.

Wo nur eine Elektrode vom Flüssigkristallmaterial isoliert ist, erwies es sich als vorteilhaft, die blanke, nichtisolierte Elektrode mit dem positiven Potential der Signalquelle zu verbinden, um eine maximale Einschränkung der Ioneninjektion auf das Betriebsniveau oder Bereitschaftsniveau unter dem Schwellenwert des Dielektrikums sicherzustellen.

In Versuchen, in denen solche Zellen mit blanken Elektroden (z.B. Chrom in der einen und In₂O^ in der anderen) verwendet wurden, fand man eine Schwellenwertspannung für destilliertes MBBA von 9 Volt Gleichstrom. Im Gegensatz dazu stellte man eine Schwellenwertspannung von 15 Volt Gleichstrom fest für das-

FI 9-72-022

4 0 9 8 1 9/1 079

selbe Material bei Verwendung -in einer Zelle, in der eine Elektrode aus feinem- 1000 A dicken Chromium mit einem 1000 Ä dicken Film aus Aluminiumoxyd (Al„0_) überzogen war.

Die Erfindung umfaßt auch das Überziehen beider Elektroden einer Zelle mit einem dielektrischen Material, wodurch die gegenseitige chemische Beeinflussung von Elektroden und Flüssigkristallmaterial weiter unterdrückt wird. Bei einer solchen Modifikation braucht auch die richtige Polarität für den Betrieb der Zelle durch die Signalquelle nicht berücksichtigt zu werden, da beide Elektroden gegen das Flüssigkristall isoliert sind. So wird die Ionenleitung'darin im Bereitschaftszustand oder bei reduziertem Signalpegel im Betriebszustand unterdrückt.

Es wurde zwar eine Zahlenanzeigezelle mit 7 Segmenten beschrieben, die Erfindung läßt sich jedoch auch auf andere Bildanzeigegeräte anwenden, die z.B. ein gekreuztes Gitterelektrodensystem verwenden. Solche Systeme arbeiten typischerweise mit einer Anordnung von parallelen, in einem bestimmten Abstand ,verlaufenden Elektrodenstreifen auf der Innenfläche eines von zwei in einem bestimmten Abstand angeordneten Substraten. Die Innenfläche des anderen Substrats ist ebenfalls mit einer. Anordnung paralleler Elektroden überzogen, welche rechtwinklig zu dem ersten Elektrodenfeld ausgerichtet sind. Im Betriebszustand wird das Flüssigkristall an den gewünschten Schnittpunkten der Elektroden erregt,.deren Auswahl durch geeignete Adressierschaltungen bekannter Art erfolgt.

Bei Gleichstrombetrieb wurde festgestellt, daß der größte Teil des gepulsten Signales am Anfang über dem dielektrischen Film steht, wenn das Signal eine abgestufte Spannung ist(z.B. ein Rechtecksignalimpuls von 30 Hz, 40 Volt; und 5 msec Dauer). Während sich das Feld aufbaut, überschreitet der Spannungspegel die Durchbruchsspannung des Dielektrikums, und zu diesem Zeitpunkt steht der größte Teil der Spannung über der nematischen Fl.üssigkristallschicht. Der Betrieb der Zelle ist somit gekennzeichnet durch eine gewisse Verzögerung in der Ein-

_Fi 9-72-022 4.09819/1079

schaltzeit. Die Zeit zum Erreichen der Durchbruchsspannung des Dielektrikums ist jedoch, verglichen mit der zum Aufbau der Streu-Betriebsbedingungen im Kristall benötigten Zeit, klein. Effektiv ergibt sich daraus die Tatsache, daß ein dünner dielektrischer Film die Einschaltzeit der Flüssigkristallzelle nicht wesentlich beeinflußt. Der Gleichstrombetrieb umfaßt natürlich gepulste und Rechtecksignale mit relativ langer Signalzeit von z.B. 30 Hz.

Elektrisch, gesehen, funktioniert der zwischen einer Metallelektrode und einer leitenden nematischen Kristallschicht angeordnete dielektrische Film genauso wie das Dielektrikum eines Kondensators. Auf diese Weise wird eine Ladung an der Berührungsfläche des dielektrischen Filmes und der Kristallschicht gespeichert, durch die die Ladung sich entladen muß, wenn das Signal abgeschaltet wird. Es wurde festgestellt, daß eine solche gespeicherte Ladung ausreicht, um das nematische MBBA-Flüssigkristall während einer nennenswerten Periode, wie z.B. die mit Versuchszellen erreichten 5 see, im Streuzustand zu halten. Im Gegensatz dazu liegt bei konventionellen nichtisolierten Zellen, die mit MBBA-Flüssigkristallmaterial arbeiten, die Einschaltzeit abhängig vom Treiberfeld zwischen 2O und 50" msec, und die Abschaltzeit liegt bei etwa 300 msec, wodurch der Wirkungsgrad der X-Y-Adressierung einer Punktmatrix heruntergesetzt wird.

Bei einer Abschaltzeit von 5 see oder mehr bei einer erfindungsgemäßen Zelle kann man also alle Punkte in einer Zeile einer X-Y-Anordnung erneut "füllen", bevor die Streuordnung in der Zelle auf ein nennenswertes Ausmaß abgesunken ist. Die Verwendung einer gespeicherten Ladung in dem dielektrischen Film dient der Verlängerung der sichtbaren Abschaltzeit eines mit nematischem Flüssigkristallmaterial· arbeitenden Bildanzeigegerätes, wobei die Zykluszeiten durch die im Dielektrikum gespeicherte Ladung bestimmt werden.

Fi 9-72-022 409819/1079

Im Wechselstrombetrieb wird die Kapazitanz der dielektrischen Schicht 15 in Verbindung mit dem spezifischen Widerstand der Flüssigkristallschicht dazu verwendet, eine Schwellenwertfrequenz der Erregung des Flüssigkristallmaterials mit Signalpeg ein aufzustellen, die unterhalt» der Durchbruchsspannung des Dielektrikums liegen. Die gewünschte Schwellenwertfrequenz kann dadurch festgelegt werden, daß man während des Niederschlages die Dicke des dielektrischen Filmes 15 und den Widerstand der Flüssigkristallschicht 3 durch Zugabe geeigneter Dotierungsmittel zur Flüssigkristallmasse entsprechend steuert." Zur Modifikation des spezifischen Widerstandes eignet sich Cholinchlorid als Dotierungsmittel für MBBA.

Anschließend wird der Wechselstrombetrieb erklärt- An der Berührungsfläche des dielektrischen Filmes 15 mit der nematischen Flüssigkristallschicht 3 bildet sich eine elektrische Doppelschicht während der Absorption von Dotierurigsionen. An der Berühr-ungs- bzw. Schnittfläche liegt also immer eine ' feste Ladung, und eine diffundierte Ladungsverteilung findet sich im Flüssigkristall neben der Schnittfläche„ Auf diese Weise kann man das Flüssigkristall·und die Elektrode mit dem Dielektrikum als Kapazitanz betrachten. Das Ersatzschaltbild der Zelle ist in Fig. 3C gezeigt, wo C„ den-entsprechenden Wert der nematischen Flüssigkristallzusammensetzung darstellt. In dieser Schaltung sind R und C- abhängig vom Flüssigkristallmaterial und dem Dotierungsmittel; C„ ist konstant, wenn der dielektrische Film einmal niedergeschlagen ist. Für nematische Flüssigkristallzellen liegt der Widerstand R des■Kristal1-

materials in der Größenordnung von 1 bis IO Megaohm/cm , abhängig vom Dotierungsniveau! C₁ beträgt allgemein etwa 150 pF/cm Repräsentative Werte für die Kapazitanz C₀ der dielektrischen Schicht 15 sind 0,O5 Mikrofarad/cm für einen 2OOO Ä dicken Film aus Al-O und etwa 5000 pF für einen 2,5 Mikron dicken Film aus SiO-· Die Auswirkung der Frequenzänderung der Spannung V_kr, die über der Flüssigkristallschicht 15 bei einer festen Klemmenspannung V^₁ über den Elektroden der Zelle erscheint, kann durch die nachfolgende Gleichung für einen

Fi 9-72-022 4 0 9 81971079

Sinusimpuls dargestellt werden:

₌ C2lCfRC₂)²

^Vkl

wobei der Wert für C wegen seiner Geringfügigkeit vernachlässigt werden kann.

Die Analyse der obigen Beziehung führt zu folgendem Schluß:

V, ist etwa gleich der angelegten Spannung, solange 2TTf größer Kr ,

ist als — ; aber V, ist wesentlich kleiner als die angelegte KC₂ ^ Jcr ^l

Spannung, wenn 2ü-f kleiner ist als — . Die Kurve in Fig. 4

RC₂

zeigt die Auswirkung verschiedener Frequenzen auf die Beziehung der Spannung V, über der Zelle. Aus der Kurve ist zu ersehen, daß für eine erfindungsgemäß hergestellte Zelle mit isolierter Elektrode unter einer festen angelegten Spannung die Spannung über der Flüssigkristallschicht 3 mit abnehmender Frequenz ebenfalls abnimmt, d.h. also direkt proportional ist. Nimmt man z.B. eine Flüssigkristallzusammensetzung an, deren Schwellenwertspannung V* etwa O₃5 der angelegten Spannung ist, dann geht aus Fig. 4 hervor, daß der Punkt V^ eine Schwellenwertfrequenz angibt, unter welcher die Spannung über der Flüssigkristallschicht unter den Schwellenwert absinkt. Oberhalb der Schwellenwertfrequenz kann die Zelle bis zur Abschaltfrequenz des Flüssigkristallmaterials betrieben werden, die eine Eigenschaft der jeweils verwendeten Zusammensetzung des Flüssigkristalls darstellt.

Es existiert also eine niederfrequente Abschaltschwelle, unter welcher das Potential über der Flüssigkristallschicht 3 unter die für die dynamische Streuung erforderliche Schwellenwertspannung abfällt. Diese Schwellenfrequenz wird im wesentlichen bestimmt durch den Widerstand R der Flüssigkristallschicht 3 und die Kapazitanz der dielektrischen Schicht 15, die beide von der Versuchsperson gesteuert werden können.

FI 9-72-022

4 09819/1079

Verwendet man z.B. ein nematisches Flüssigkristall, wie destilliertes MBBA, das mit Cholinchlorid so dotiert ist, daß. sich, ein spezifischer Widerstand von 0,4 χ 10 -Ohm/cm ergibt, bei einer Zelle mit.einer durch einen 2,5 Mikron dicken dielektrischen Film aus SiO' isolierten Elektrode (z.B. eine isolierte Chromelektrode) und legt eine Wechselspannung von 30 Volt an, so arbeitet die Zelle zwischen zwei Hertz und der Abschaltfrequenz der Flüssigkristallzusammensetzung, die bei etwa 120 Hertz liegt. Wenn das Flüssigkristallmaterial jedoch stärker dotiert wird, um seinen spezifischen Wider-

• 9 ' '.'""■

stand auf 0,2 χ 10 Ohm/cm zu modifizieren, so steigt die Schwellenf-requenz bei 30 Volt auf 40 Hertz. Oberhalb dieser Frequenz kann die Zelle bis zur Abschaltfrequenz des Flüssigkristallmaterials betrieben werden; die bei etwa 1000 Hz liegt,

Die Fig¹η 5 und 6 zeigen ein anderes Ausführüngsbeispiel der Erfindung. In der Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles .werden gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszahlen bezeichnet..

Grundsätzlich ist die Flüssigkristallzelle dieses Ausführungsbeispieles im wesentlichen mit der des vorhergehenden identisch. Die dielektrische Schicht ISA-ist an'der Innenseite des Substrates 4 über das Elektrodenmuster gezogen. Eine derartige Anordnung des dielektrischen Überzuges über einem Elektrodenmuster ermöglicht die wahlweise Erregung und/oder Unterdrückung der Erregung der FlüssigJcriställzusammensetzung, wenn ein Signal an die Elektroden über der Flüssigkristallschicht 3 angelegt wird.

Wie im vorigen Ausführüngsbeispiel,- ist die Zelle für die bildliche Darstellung numerischer Zeichen über wahlweise Aktivierung eines aus 7 Segmenten bestehenden Elektrodenmusters vorgesehen. Das Muster umfaßt im vorliegenden"Falle„die Bildelektrodensegmente 5 bis 11 und die entsprechenden Leitersegmente 5A bis HA, die zu einer Kante der Zelle zum An-

Fi 9-72-022 40 9 8-19/107 9 '' ^r

Schluß an die Signalquelle 26 unter Steuerung einer Adressierschaltung laufen, die allgemein mit Steuerschaltung 12 bezeichnet ist.

Die unterschiede in der dielektrischen Schicht bestehen aus relativ dünnen Pilmteilen des Dielektrikums, die über Teile der Elektroden gezogen sind, deren Erregung erwünscht ist, und aus wesentlich dickeren Filmteilen, die über den übrigen Bereichen der Elektroden liegen. Diese Konfiguration wurde in der gezeigten Zelle geschaffen, indem man zuerst mit Hochfrequenz einen transparenten dielektrischen SiO„-Film von etwa 25000 Ä über die gesamte Innenfläche 16 des Substrates 4 sprühte und dazwischen ein reflektierendes Chromelektrodenmuster einschl. der Bildsegmente 5 bis 11 und der Leiter— segmente 5A bis HA kapselte. Im nächsten Herstellungsschritt wurde durch konventionelle Photolithographie die Bereiche des Dielektrikums über den Bildsegmenten 5 bis 11 (des Elektrodenmusters auf dem Substrat 4) weggeätzt, um sie freizulegen. Anschließend wurde in einem zweiten Hochfrequenz—Sprühschritt SiO aufgesprüht und so relativ dünne transparente dielektrische Segmente 5B bis 11B von 1000 Ä über den Elektrodenbildsegmenten 5 bis 11 ausgebildet. Die Elektrodehbildsegmente 5 bis 11 sind mit entsprechend dünnen überzügen aus dielektrischen Filmteilen 5B bis HB überzogen, wogegen die Leitersegraente 5A bis HA mit dickeren überzügen der dielektrischen Schicht 15A versehen sind, die auch die übrigen Teile der Innenfläche 16 des Substrates 4 abdeckt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel besteht die Elektrode auf dem Substrat 17 aus einem transparenten Film aus In-O.

Die Durchbruchsspannung der dünnen dielektrischen Segmente 5B bis HB ist natürlich wesentlich niedriger als die des relativ dicken dielektrischen Überzuges 15A über den restlichen Teilen des Substrates 4, wozu auch das Dielektrikum über den Leitersegmenten 5A bis HA gehört. Durch Betreiben der Zelle mit eiiier Spannung, die zwischen der Durchbruchs spannung des

9-72-022 409819/1079

dünnen und des dicken dielektrischen Überzuges liegt, wird die Flüssigkristallschicht an den Bildsegmenten 5 bis 11 zur dynamischen Streuung angeregt. Erhöht man das Signal an der Zelle über die Durchbruchsspannung des dicken dielektrischen Teiles 15A, werden umgekehrt auch die benachbarten Teile der Flüssigkristallschicht 18 durch die Leitersegmente 5A bis HA eingeschaltet. Es können also verschiedene Teile der Flüssigkristallschicht der Reihe nach dadurch eingeschaltet werden, daß man die Durchbruchsspannung durch entsprechende Modifikation der Dicke eines über ein Elektrodenmuster gezogenen dielektrischen Filmes verändert. Die Durchbruchsspannungen für den Betrieb der Zelle müssen natürlich über' der Schwellenwertspannung der Flüssigkristallschicht liegen.

Solche gesteuerten Veränderungen der Dicke des Dielektrikums können in Verbindung mit gesteuerten Veränderungen des Widerstandes des Flüssigkristalles auch dazu verwendet werden, entsprechende Schwällenwertfrequenzen festzusetzen. Die Dicke der dielektrischen Bildelemente 5B bis 1IB kann in Verbindung mit dem Widerstand des Flüssigkristalles so gesteuert werden, daß eine Schwellenwertfrequenz festgelegt wird/ die. wesentlich unter der Abschaltfrequenz des Flüssigkristalles liegt, um einen praktischen Betriebsbereich festzulegen. Die Dicke des dicken dielektrischen Teiles kann dagegen so ausgelegt werden, daß für ihn eine zweite höhere Schwellenwertfrequenz festgelegt wird, die über der Äbschaltfrequenz des Kristalles liegt. Auf diese Weise kann die Zelle so betrieben werden, daß nur die Teile des Flüssigkristalles über den Elektrodenbildsegmenten 5 bis 11 zum Beispiel auf Frequenzen eingeschaltet werden, die oberhalb der angegebenen unteren Schwellenfrequenz und unterhalb der Abschaltfrequenz liegen.

Daraus folgt indirekt, daß man durch Veränderung der Dicke des Dielektrikums verschiedene Schwellenfrequenzen unterhalb der Abschaltfrequenz des Flüssigkristalles festlegen kann, um verschiedene Teile des Flüssigkristalles ein- oder auszuschalten.

Fi 9-72-022 4098 19/1079

Wenn der dielektrische überzug 15A z.B. über den Leitersegmenten 5A bis HA so ausgelegt ist, daß er eine hohe Schwellenfrequenz unter der Abschaltfrequenz der Flüssigkristallschicht hat, können die Bildsegmente 5 bis 11 bei Frequenzen zwischen der unteren Schwellenwertfrequenz des dünnen dielektrischen Filmes 5B bis HB und der hohen Schwellenfrequenz- des dickeren dielektrischen Film'es 15A eingeschaltet werden. Wenn die Frequenz über die Schwellenwertfrequenz des dickeren dielektrischen Filmes 15A angehoben wird, wird der Teil der Flüssigkristallschicht auch eingeschaltet, der den Leitersegmenten 5A bis HA gegenüberliegt, und zwar bis zur Abschaltfrequenz des Flüssigkristalles. Somit kann man mit jeder gewünschten Anzahl von Variationen der Dicke des Dielektrikums entsprechende Teile der Reihe nach schalten.

Zur Illustration dient die in den Fig"η 5 und 6 gezeigte Zelle, in der ein mit Chlor-Stilben,dotiertes nematisches Gemisch zwischen eine Elektrode aus In„O_ und eine mit SiO„ überzogene Chromelektrode gepackt ist. Die Flüssigkristallschicht hatte

einen spezifischen Widerstand von 10 Ohm/cm und eine Abschaltfrequenz von lOOO Hzο Die Chromelektrode ist in einer numerischen Bildanzeigeeinheit mit 7 Segmenten in der in den Fig'η 5 und 6 gezeigten Form angeordnet. Die dielektrischen Filmteile 5B bis 11B haben eine Dicke von 1000 R über den Bildsegmenten 5 bis 11, die übrigen Teile des.dielektrischen Filmes 15A einschl. des Überzuges über den Leitersegmenten 5A bis ILA haben eine Dicke von 2,5 Mikron. Bei 4O Volt CSpitze—Spitze) und Frequenzen bis zu 100 Hz ist die dynamische Streuordnung im Flüssigkristall auf die Teile" über den Elektrodenbildsegmenten 5 bis 11 beschränkt, und es zeigt sich keine sichtbare Streuung über den Elektrodenleitersegmenten 5A bis HA. Wenn die Frequenz auf 800 Hz angehoben wird, zeigt sich auch eine dynamische Streuung in den Teilen der Flüssigkristallschicht 15A gegenüber den Elektrodenleltersegmenten 5A bis HA.

409819/1079

FI 9-72-Q22 .

Claims (19)

1. ' Patentansprüche

   I./ Elektrooptxsch.es Anzeigegerät mit zwischen zwei auf trägerschicht-getragenen Elektrodenmusterebenen angeordneten nematischen Flüssigkristallschicht und mit Steuer— und Signalschaltungen zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der. Elektrodenmusterebene Cn) mit zur Flüssigkristallschicht (3) ausgerichteten Seite mit einem dielektrischen Überzug (15) versehen ist (sind) .
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerschicht transparent, die andere Trägerschicht je nach Betriebsart (Durchlicht- Oder Reflexionsbetrieb) transparent, reflektierend oder lichtabsorbierend ist. ' ■ .
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Trägerschichten (17, 4) transparent sind und die Außenfläche einer Trägerschicht zum Re-

   . flexionsbetrieb mit einem reflektierenden Überzug

   .oder

   versehen ist und/daß ein Elektrodenmuster für den Reflexionsbetrieb aus reflektierendem Material besteht.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster eine Stärke von ca. 1000 A

   hat. ■' - ;.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Überzug A1_O , SiO₂ oder Si₃N ist. -

   Fi 9-72-022 4 0 9 8 19/1079
6. 6. Anordnung nach Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der dielektrische Überzug durch Hochfrequenzsprühen auf die Elektrodenmusterebene aufbringbar ist.
7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Durchlichtbetrieb die dielektrischen Überzüge transparent und für den Reflexionsbetrieb der eine dielektrische überzug opaque ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gleichstrombetrieb das Signalniveau über der Durchschlagsspannung der dielektrischen Überzugsschicht (15) liegt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß für den Wechselstrombetrieb die Schwellenwertfreguenz (das ist die Frequenz, unter der die Spannung über der Flüssigkristallschicht unter den für ihre Erregung erforderlichen Schwellenwert absinkt) durch Steuerung der Kapazitanz, die durch die Stärke und/oder die Wahl der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Überzugsschicht beeinflußbar ist und durch Steuerung des elektrischen Widerstandes des Flüssigkeitskristallmaterials über Dotierungszusätze festlegbar ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsmittel 4-wertige Ammoniaksalze verwendbar sind.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht vom dielektrischen überzug bedeckte Elektrodenmuster aus dielektrischem Material besteht.

    40981-9/1079
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch, gekennzeichnet, daß das nicht mit der dielektrischen Überzugsschicht bedeckte Elektrodenmuster bei Gleichstrombetrieb mit dem positiven Pol der Signalquelle verbunden ist.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenmusterebene als durchgehende Schicht ausgebildet ist.
14. Ϊ4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmusterbildelemente 8 mit einem dünneren dielektrischen Überzug 8B versehen sind als die anderen Teile (8A) der Elektrodenmusterebene. ·
15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet^ daß für Gleichstrombetrieb die Flüssigkristallschicht 3 über den Elektrödenmusterbiläelementeh 8 durch eine Spannung anregbar ist/ die zwischen der Durchbruchsspannung der dünnen und der dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht liegt«,"
16. 16. Anordnung nach Anspruch "1.4, dadurch gekennzeichnet _e daß bei Signalerhöhung über den Wert für die Durchbruchs— spannung der dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht auch die den Elektrodenmusterbildelementen benachbarten diesen zugeordnete Leitersegmente (5A-SÄ) als Zuleitung zu den Steuerschaltungen (12) einschaltbar sind. . - ~
17. 17. Anordnung nach den Ansprüchen^ und 9y dadurch gekennzeichnet, daß fpr Wechselstrombetrieb für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht eine höhere Schwellenwertfrequenz als füi" die dünnen Teile vorgesehen ist. -■ ". ' ·" " . ■

    9-72-022 4 0.9819/1079
18. 18. Anordnung nach. Anspruch. 17, dadurch gekennzeichnet/ daß die Flüssigkristallschicht über den Elektrodenmus terbildelementen durch eine Frequenz anregbar ist, die zwischen der Schwellenwertfrequenz für die dünnen Teile der dielektrischen Überzugsschicht und der Schwellenwertfrequenz für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht liegt.
19. 19. . Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

    daß bei Frequenzerhöhung über den Wert der Schwellwertfrequenz für die dicken Teile der dielektrischen Überzugsschicht auch die den Elektrodenmusterbildelementen benachbarten diesen zugeordneten Leiterelemente einschaltbar sind.

    9-72-022 4098 19/1079

    Le e rs ei te