DE2401974B2

DE2401974B2 - Fluessigkristallanzeigeelement

Info

Publication number: DE2401974B2
Application number: DE19742401974
Authority: DE
Inventors: Komei Hirakata; Fukai Masakazu Nishinomiya; Moriyama Akio Katano; Asai (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-01-18
Filing date: 1974-01-16
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS4997636A; CA1016261A; FR2214931A1; DE2401974A1; US3865469A; FR2214931B1; GB1417672A

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeelement, bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden, •uf den Innenseiten durchsichtige Dünnschichtelektroden tragenden Glassubstraten, zwischen den ein Flüssigkristall angeordnet ist, der mit einem pleochromatischen Farbstoff versetzt ist, und einem parallel zu den Substraten ausgerichteten optischen Filter. Solche Anzeigeelemente dienen der zweifarbigen Informationsdarstellung.

Ein Anzeigeelement der genannten Art ist aus der Zeitschrift »Electronics« (Juli 1970), S. 64 bis 70, bekannt. Die bekannte Vorrichtung sieht eine optische Zelle mit einem angefärbten Flüssigkristall gebräuchlicher Bauart vor, parallel zu der auf der optischen Achse ein Farbfilter der Zelle vorgeschaltet ist. Dieser Filter muß vor der Zelle gesondert gehaltert und justiert werden. Dadurch wird der Preis der Vorrichtung erhöht und wird die Baulänge der Struktur in Richtung der optischen Achse verlängert.

Weiterhin ist bekannt, dem Flüssigkristall zur mehrfarbigen Anzeige nicht nur einen, sondern zwei oder mehrere Farbstoffe zuzusetzen. Von diesen Farbstoffen weist gebräuchlicherweise beispielsweise mindestens einer ein ausgeprägtes feldabhängiges optisches Verhalten auf, während sich mindestens einer der anderen Farbstoffe im gleichen elektrischen Feld inert oder ausgeprägt vom ersten Farbstoff verschieden verhält. Mit diesen Anzeigeelementen gelingt es jedoch kaum, über lange Zeit stabile und scharfe, verschleierungsfreie mehrfarbige Anzeigen zu erhalten. Außerdem sind die einzusetzenden Farbstoffe, die zum Teil komplizierte Strukturen haben, durchaus nicht billig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrfarbig anzeigende Flüssigkristallanzeigeelemente der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und wirtschaftlich hergestellt werden können und qualitativ einwandfreie mehrfarbige Anzeige über lange Betriebszeiten gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Anzeigeelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Filter eine dünne gefärbte Metalloxidschicht auf einem der beiden Glassubstrate zwischen der inneren Glasoberflüche und der Dünnschichtelektrode ist.

Beim Anzeigeelement der Erfindung bilden also die optische Zelle und das Filter eine Baueinheit. Dadurch entfallen Montage- und Justagearbeiten. Außerdem werden gesonderte Halterungen für das Filter nicht benötigt. Das Flüssigkristallanzeigeelement der Erfindung ist daher billiger herstellbar und kann mit kürzerer Baulänge hergestellt werden, was beispielsweise bei der Verwendung für Armbanduhren durchaus ausschlaggebend sein kann.

Vorzugsweise besteht die Metalloxidzwischenschicht aus einem gefärbten Aluminiumoxid.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der gefärbten Metalloxidschicht und der Dünnschichtelektrode 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 Metalloxidschicht 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 an Hand von Ausführungsbeispielen ir, Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 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 Anzeigeflementes in der den Fig. 1 und 2 entsprechenden Darstellung.

In den Figuren wurden für gieiche Teile gleiche Cezugszeichen verwendet.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, ist die Innenseite des einen Glassubstratr 1 nit einer «Durchsichtigen Dünnschichtelektrode 2 versehen. Diese Dünnsciiichtelektrode kann beispielsweise aus Indiumcxid 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 «lern 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 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 3 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 Aluminiumoxidschichl 5 kann beispielsweise in der folgenden Weise verfahren werden:

Auf das Glassubstrat 3 wird eine Aluminiumschicht 4 aufeedamrjft. Diese Aufdampfschicht wird dann anodisch oxidiert, und zwar beispielsweise in einer wäßrigen Lösung, die 1,5 bis 3,0% Oxalsäure enthält, unter Verwendung von einer Gleichspannung von 5 bis 20 V. Die so durch anodische Oxidation erhaltene Aiuminiumoxidschicht 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 Einfärbung der durchsichtigen Aluminiumoxidschicht beschrieben.

ίο Der blaue Farbstoff wird in einer Menge von 0,1 g/l in destilliertem Wasser gelöst. Mit Natronlauge und Essigsäure wird ein pH von 3 bis 4,5 eingestellt. In das so erhaltene Farbbad wird die durchsichtige Aiuminiumoxidschicht bei einer Badtemperatur von 60" C 2 bis 10 min iang eingetaucht. Sie wird anschließend durch Eintauchen in kochendes Wasser versiegelt.

Zur wirksamen Ausnutzung der Absorptionsanisotropie des dem flüssigen Kristall zugesetzten pleochromatischen oder dichromatischen Farbstoffs wird der flüssige Kristall, der zwischen den beiden Dünnschich!- elektroden 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 AusrichtL'ngsstruktur parallel und bei der schraubenförmigen Ausrichtungsstruktur in schraubenförmiger Ausrichtung der Aufeinanderfolge der Molekülachsen ausgerichtet sind, wobei als Bezugsebene ebenfalls die Oberfläche bzw. die Hauptebene der parallel zueinander angeordneten Dünnschichtelektroden dient. Homöotrope Ausrichiungsstrukluren können durch Verwendung nematischer flüssiger Kristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie erhalten werden. Beispielsweise können die folgenden Stoffe

CH₃O-( O y CH=N-^ O y (CH₂I₁₁CH,

C₂H₅O -/ O >-CH=N^< O y (CH₂J₃CH,

CH₃(CH₂J₂O-

CH=N-

-(CH₂)^CH₃

im Gewichtsverhältnis 1:1:1 miteinander gemischt werden. Diesem Gemisch wird ein die homöotrope Ausrichiungsstruktur stabilisierendes Additiv, beispielsweise Cetylgallat, in einer Menge von 1 bis 4 Gewichtsprozent, 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 pleochromatischen oder dichromatischen Farbstoffe sei der dichromatische Farbstoff

OH

O ^ν-Ν--·Ν—χ O V-N-=N-\ O
\ / \ .

( O'

genannt. Der Farbstoff (1) ist bei Betrachtung in

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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 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 Umorientierung 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 Anzeigeelemenies mit einem flüssigen Krislall mit homogener Ausrichtungsstruktur können die Verbindungen

-r O V-CH=N-^ O V CN

CH₃(CH₂ J₁₁OC —<O >- CH =N—<^ O

CH₃(CH₂I₁O-(

CH=N-( O

im Gewichtsverhältnis 1:1:1 vermischt werden. Jeder

ίο dieser Stoffe weist im Gegensatz zu den Stoffen des vorhergehenden Beispiels eine positive dielektrische Anisotropie auf, d. h. also ε,, - e_x > 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 vorgegebenen Richtung reibt und die So behandelte optische Zelle mit dem flüssiger Kristall füllt, weisen die Moleküle des flüssigen Kristall« eine homogene Ausrichtungsstruktur auf. Das Anzei geelement ist in Abwesenheit eines elektrischen Felde· rot oder rotviolett gefärbt. Beim Anlegen eine: Spannung an die Elektroden richten sich die Moleküle des flüssigen Kristalls in der Weise auf, daß sk senkrecht zur Substratebene stehen. Die Anzeigeflächf erscheint blau oder blauviolett gefärbt.

Hierzu 1 Blatt Zeiphnungen

Claims

24 Ol Patentansprüche:

1. Fiüssigkristallanzeigeelement, bestehend aus iwei einander gegenüberliegenden, auf den Innen- s leiten durchsichtige Dünnschichtelektroden tragenden Glassubstraten, zwischen denen ein Flüssigkristall angeordnet ist, der mit einem pleochromatifchen Farbstoff versetzt ist, und einem parallel zu den Substraten ausgerichteten optischen Filter, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine dünne gefärbte Metalloxidschicht (5) auf einem der beiden Glassubstrate (3) zwischen der inneren Glasoberfläche und der Dünnschichtelektrode (7) ist.

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (5) eine gefärbte Aluminiumoxidschicht ·ϊΐ.

3. Anzeigeelement nach Anspruch 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 Anspruch 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 Restdikke verbleibt, daß 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 Dünnschichtelektrode nach Maßgabe des gewünschten Darstellungsrasters aufbringt, wobei man zum Schutz der gefärbten Aluminiumoxidschicht zwischen dieser und der Dünnschichtelektrode eine elektrisch isolierende durchsichtige Schutzschicht aufbringen kann.

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