DE2401974A1

DE2401974A1 - Anzeigeelement auf der basis eines fluessigen kristalls

Info

Publication number: DE2401974A1
Application number: DE2401974A
Authority: DE
Inventors: Komei Asai; Masakazu Fukai; Akio Moriyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-01-18
Filing date: 1974-01-16
Publication date: 1974-07-25
Also published as: JPS4997636A; CA1016261A; FR2214931A1; FR2214931B1; US3865469A; GB1417672A; DE2401974B2

Description

Patentanwälte

16. Jan. 1974

LW/Xl/POS-32784

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., 1ΟΟ6, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka, Japan

Anzeigeelement auf der Basis eines flüssigen Kristalls

Die Erfindung betrifft ein Anzeigeelement auf der Basis eines flüssigen Kristalls, bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden, auf den Innenseiten durchsichtige Dünnschichtelektroden zum Anlegen einer ausseren Spannung tragenden Glassubstraten, zwischen denen der einen pleochromatlschen Farbstoff enthaltende flüssige Kristall gehalten wird. Insbesondere betrifft die Erfindung Anzeigeelemente für die zweifarbige Informationsdarstellung.

In bekannten Anzeigeelementen der genannten Art erzeugt

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man die zweifarbige Darstellung in der Weise, dass man dem flüssigen Kristall zwei oder mehrere Farbstoffe zusetzte, von denen entweder mindestens einer ein ausgeprägtes elektrisches Feldverhalten zeigte, während sich mindestens einer der anderen Farbstoffe im elektrischen Feld inert verhält, oder indem man dem flüssigen Kristall zwei oder mehrere Farbstoffe zusetzte, die ein ausgeprägt unterschiedliches Feldverhalten zeigten und unterschiedliche Farbphasen bildeten.

Mit den bekannten Vorrichtungen war es nicht immer einfach, eine über lange Zeit stabile und scharfe, verschleierungsfreie mehrfarbige. Anzeige zu erhalten. Ausserdem sind die einzusetzenden Farbstoffe, die zum Teil komplizierte Strukturen haben, durchaus nicht billig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Anzeigeelement auf der Basis eines flüssigen Kristalls zur zweifarbigen oder mehrfarbigen Informationsdarstellung zu schaffen, und zwar ein Anzeigeelement, das insbesondere wirtschaftlich hergestellt werden kann und eine qualitativ einwandfreie mehrfarbige Anzeige über lange Betriebszeiten beibehält.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Anzeigeelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Innenseite eines der beiden Glassubstrate zwischen der Glasoberfläche und der Dünnschichtelektrode eine dünne gefärbte Metalloxidschicht angeordnet ist.

Vorzugsweise besteht die Metalloxidzwischenschicht aus einem gefärbten Aluminiumoxid.

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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der gefärbten Metalloxidschicht und der Dünnschicht elektrode zum Schutz der gefärbten Oxidschicht noch eine dünne durchsichtige Isolatorschicht angebracht*

Die Herstellung der Metalloxidschicht kann dabei geeigneterweise in der Weise erfolgen, dass man auf die Oberfläche des Glassubstrats eine dünne Metallschicht aufdampft, diese anodisch in der Weise oxidiert, dass sie eine relativ poröse Oxidschicht bildet, die man dann mit dem ausgewählten Farbstoff imprägniert. Es ist dabei nicht erforderlich, dass die Metallaufdampfschicht in ihrer gesamten Stärke oxidiert wird, vielmehr kann es häufig durchaus zweckmässig sein, beispielsweise aus Gründen der Haftfestigkeit der Schichten, nur die Oberfläche der Metallaufdampfschicht zu oxidieren, so dass zwischen der Oberfläche des Glassubstrats und der Metalloxidschicht im fertigen Zustand noch eine dünne Metallschicht verbleibt.

Bei der Verwendung von porösem Aluminiumoxid als Metall— oxidschicht kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung diese Schicht nach der Imprägnierung mit dem Farbstoff vorteilhafterweise dadurch wieder verschlossen oder "versiegelt" werden, dass man auf die imprägnierte Schicht kochendes Wasser einwirken lässt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein

Ausführungsbeispiel des Anzeigeelementes gemäss der Erfindung im Querschnitt;

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Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel

des Anzeigeelementes im Querschnitt und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel

des Anzeigeelementes in der den Figuren 1 und 2 entsprechenden Darstellung.

In den Figuren wurden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Wie aus den Figuren 1 bis 3 zu erkennen ist, ist die Innenseite des einen Glassubstrats 1 mit einer durchsichtigen Dünnschichtelektrode 2 versehen. Diese Dünnschichtelektrode kann beispielsweise aus Indiumoxid oder Zinnoxid bestehen und in der für die Anzeige erforderlichen Rastergeometrie aufgebracht, beispielsweise aufgedampft sein. Das Glassubstrat 3 trägt die gefärbte Metalloxidschicht 5 und auf dieser die Dünnschichtelektrode 7 (Fig. 1). Zwischen den beiden Dünnschichtelektroden 2 und 7 befindet sich der mit dem pleochromatischen Farbstoff versetzte flüssige Kristall 9.

In den Fällen, in denen die Metalloxidschicht durch Oxidation einer aufgedampften Metallschicht in der Weise hergestellt wird, dass die Metallschicht nicht in ihrer gesamten Dicke oxidiert wird, weist die erhaltene Schichtstruktur zwischen dem Glassubstrat 3 (Fig. 2 und 3) und der Metalloxidschicht 5 noch eine Metallschicht 4 auf. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht 4 also eine Aluminiumschicht und die Schicht 5 eine gefärbte Aluminiumoxidschicht. Beide Schichten sind ebenso wie das Glassubstrat durchsichtig.

Die Metalloxidschicht 5 ist mit einem geeigneten Farbstoff

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gefärbt. Zweckmässigerweise kann zum Schutz dieser gefärbten Metalloxidschicht auf ihrer inneren Oberfläche eine durchsichtige Schicht 6 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht sein (Fig. 3). Diese Isolatorschicht 6 kann beispielsweise durch Aufdampfen von Magnesiumfluorid, Ceroxid, Glas, Siliciumoxid oder Titanoxid hergestellt werden.

Auf dieser dünnen Isolatorschicht 6 oder direkt auf der Metalloxidschicht 5 ist die Dünnschichtelektrode 7 angeordnet, Sie kann entsprechend der Dünnschichtelektrode 2 beispielsweise aus Indiumoxid oder Zinnoxid bestehen und ebenfalls entsprechend dem jeweils gewünschten Darstellungsraster angeordnet sein.

Zwischen den beiden beschichteten Glassubstraten 1 und ist ein elektrisch isolierender Abstandshalter 8 angeordnet, der eine Dicke von einigen bis einigen Zehn Mikrometern hat. In der so gebildeten optischen Zelle befindet sich der flüssige Kristall 9. Zum Betrieb des Anzeigeelementes wird unter Verwendung einer Spannungsquelle 10 an die Elektroden 2 und 7 eine Spannung angelegt.

Erforderlichenfalls können die Elektroden 2 und bzw. oder 7 insgesamt, einschliesslich ihrer Oberflächen, mit einer dünnen durchsichtigen Isolatorschicht beispielsweise aus Ceroxid, Titanoxid, Magnesiumfluorid, Glas oder Siliciumoxid, überzogen sein. Durch diese Massnahme kann die Ausrichtung der Moleküle des flüssigen Kristalls nach einer bestimmten vorgegebenen Richtung über die gesamte Oberfläche des Anzeigeelementes besonders gleichmässig und mit hohem Ausrichtungsgrad bewirkt werden.

Zur Herstellung einer durchsichtigen gefärbten Aluminium-

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oxidschicht 5 kann beispielsweise in der folgenden Weise verfahren werden:

Auf das Glassubstrat 3 wird eine Aluminiumschicht 4 aufgedampft. Diese Aufdampfschicht wird dann anodisch oxidiert, und zwar beispielsweise in einer wässrigen Lösung« die 1,5 - 3,0% Oxalsäure enthält, unter Verwendung von einer Gleichspannung von 5 - 20 V. Die so durch anodische Oxidation erhaltene Aluminiumoxidschicht wird anschliessend in an sich bekannter Weise gefärbt. Farben mit praktisch jedem beliebigen Farbton sind für diese Zwecke an sich bekannt. Als Beispiel sei eine hellblaue Einf ärbung der durchsichtigen Alumiriiuitioxidschicht beschrieben.

Der blaue Farbstoff, beispielsweise "Aluminum Blue LDW" (Sand Co., Ltd.), wird in einer Menge von O,Γ g/l in destilliertem Wasser gelöst. Mit Natronlauge und Essigsäure wird ein pH von 3-4,5 eingestellt. In das so erhaltene Farbbad wird die durchsichtige Aluminiumoxidschicht bei einer Badtemperatur von 60 ⁰C 2 - 10 min lang eingetaucht. Sie wird anschliessend durch Eintauchen in kochendes Wasser versiegelt.

Zur wirksamen Ausnutzung der Absorptionsanisotropie des dem flüssigen Kristall zugesetzten pleochromatisehen oder dichromatischen Farbstoffs wird der flüssige Kristall, der zwischen den beiden Dünnschichtelektroden liegt, so ausgewählt, dass . seine Moleküle homöotrope, homogene und schraubenförmige Ausrichtungsstrukturen annehmen können. Bei der homöotropen Ausrichtungsstruktur sind die Längsachsen der Moleküle des flüssigen Kristalls senkrecht zur Elektrodenebene ausgerichtet, während sie bei der homogenen Ausrichtungsstruktur parallel und bei der schraubenförmigenAusrichtungsstruktur in schraubenförmiger Ausrichtung der Aufeinanderfolge der Molekülachsen

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ausgerichtet sind, wobei als Bezugsebene ebenfalls die Oberfläche bzw. die Hauptebene der parallel zueinander angeordneten Dünnschichtelektroden dient. Homöotrope Ausrichtungsstrukturen können durch Verwendung nematischer flüssiger Kristalle mit' negativer dielektrischer Anisotropie erhalten werden. Beispielsweise können die folgenden Stoffe

= N-

CH₃ (CH₂ )₂0~ C )-CH = N—

im Gewichtsverhältnis 1:1:1 miteinander gemischt werden. Diesem Gemisch wird ein die homöotrope Ausrichtungsstruktur stabilisierendes Additiv, beispielsweise Cetylgallat, in einer Menge von 1-4 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch, zugesetzt. Die homöotrope Ausrichtungsstruktur kann jedoch auch nach jeder beliebigen anderen an sich bekannten Methode erzeugt werden.

Als typisches Beispiel für einen Vertreter der grossen Gruppe der an sich bekannten pleochromatisehen oder dichromatischen Farbstoffe sei der dichromatische Farbstoff

JjO /t"\ (1)

genannt. Der Farbstoff (1) ist bei Betrachtung in Richtung der Längsachse der Moleküle farblos und bei Betrachtung in Richtung der Querachse der Moleküle rot. Durch Zugabe von etwa 1 % des Farbstoffes (1) zum flüssigen Kristall erscheint also die Anzeigefläche des Anzeigeelementes mit der

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blau gefärbten Metalloxidschicht blau oder violett. Beim Anlegen eines elektrischen Signals an das Element, dessen Spannung und dessen Frequenz so gewählt sind, dass noch keine dynamische Streuung des Lichtes auftritt, die jedoch über der Einsatzspannung für die IMorientierung liegen, werden die Moleküle des flüssigen Kristalls und mit diesen auch die färbenden Moleküle unter Signaleinwirkung mehr oder weniger in eine Richtung parallel zur Substratebene ausgerichtet, wodurch sich das Anzeigeelement nach rotviolett oder rot verfärbt. Zur Anzeige von Information kann das beschriebene Anzeigeelement seine Farbe also von blau (oder violett) nach rotviolett (oder rot), je nachdem, ob ein elektrisches Signal vorhanden ist oder nicht, ändern.

Zur Herstellung eines Anzeigeelementes mit einem flüssigen Kristall mit homogener Ausrichtungsstruktur können die Verbindungen

CH₃ (CH₂J₃O-ZoN-CH = N-Z

CH„ (CH₉ ) _KO-f O >-CH =

-ΖθΛ

CH- (CH₀ Ji-OC-⁷ O }-CH = N-< 0 >-CN 0

im Gewichtsverhältnis 1:1:1 vermischt werden. Jeder dieser Stoffe weist im Gegensatz zu den Stoffen des vorhergehenden Beispiels eine positive dielektrische Anisotropie auf, d.h. also £ „ - £ j_> O.

Zu diesem flüssigen Kristall aus dem vorgenannten Stoffgemisch wird 1 % des Farbstoffs (1) hinzugesetzt. Wenn man die Oberflächen des Substrats einschliesslich der Oberflächen der Elektroden 2 und 7 mit einem Baumwolltuch in einer

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vorgegebenen Richtung reibt und die so behandelte optische Zelle mit dem flüssigen Kristall füllt, weisen die Moleküle des flüssigen Kristalls eine homogene Auerichtungsstruktur auf. Das Anzeigeelement ist in Abwesenheit eines elektrischen Feldes rot oder rotviolett gefärbt. Beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden richten sich die Moleküle des flüssigen Kristalls in der Weise auf, dass sie senkrecht zur Substratebene stehen. Die Anzeigefläche erscheint blau oder blauviolett gefärbt.

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Claims

Patentansprüche

(!^Anzeigeelement auf der Basis eines flüssigen Kristalls, bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden-, auf den Innenseiten durchsichtige Dünnschichtelektroden zum Anlegen einer äusseren Spannung tragenden Glassubstraten, zwischen denen der einen pleochromatischen Farbstoff enthaltende flüssige Kristall gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite eines der beiden Glassubstrate (3) zwischen der Glasoberfläche und der Dünnschichtelektrode (7) eine dünne gefärbte Metalloxidschicht (5) angeordnet ist.
2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidschicht (5) eine gefärbte Aluminiumoxidschicht ist.
3» Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine dünne durchsichtige Schutzschicht (6) aus elektrisch isolierendem Material, die zum Schutz des Farbstoffs in der Metalloxidschicht (5) zwischen dieser und der Dünnschichtelektrode (7) angeordnet ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Anzeigeelementes nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man auf das Glassubstrat eine Aluminiumschicht aufdampft, dass man die so erhaltene Aufdampfschicht zur Bildung einer dünnen porösen Aluminiumoxidschicht anodisch oxidiert, wobei man die Oxidation entweder so durchführt, dass die Aufdampfschicht in der gesamten Dicke oxidiert wird oder nur so lange durchführt, dass zwischen der anodischen Oxidschicht und dem Glassubstrat die Metallschicht in endlicher Restdicke verbleibt, dass

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man die Oxidschicht mit dem Farbstoff tränkt und dass man die so erhaltene getränkte poröse Oxidschicht durch Eintauchen in kochendes Wasser abdichtet und auf diese Schicht die Diinnschichtelektrode nach Massgabe des gewünschten Darstellungsrasters aufbringt, wobei man zum Schutz der gefärbten Aluminiumoxidschicht zwischen dieser und der Diinnschichtelektrode eine elektrisch isolierende durchsichtige Schutzschicht aufbringen kann.

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