-
Flüssigkristall-Anzeige Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige
mit einer dünnen Flüssigkristallschicht zwischen transparenten Elektrodengrundplatten
aus Glas, auf das eine leitende Elektrodenschicht aufgebracht ist, sowie mit die
Elektrodengrundplatten sandwichartig einschließenden Polarisatoren. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die Elektrodengrundplatten einer solchen Flüssigkristall-Anzeige.
-
Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, für die transparenten Elektrodengrundplatten
billiges Sodaglas zu verwenden; es ist jedoch mit Schwierigkeiten behaftet, da die
Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
an der Oberfläche der
Elektrodengrundplatten aus Sodaglas leicht durcheinandergebracht wird. Bei Verwendung
von Borsilikatglas hingegen tritt dieses Problem nicht oder nicht in gleichem Maß
auf. Auf der anderen Seite muß die Flüssigkristallzelle zur Erhöhung der Stabilität
der Anzeigevorrichtung am Umfang und am Einlaßbereich für den Flüssigkristall mit
Epoxyharz oder ähnlichem vergossen und abgedichtet werden. Bei Verwendung von Borsilikatglas,
das einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt ( - 30 x 10 7/°
C), führt der unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen diesem
Glas und der Verguß- oder Abdichtmasse dazu, daß das Glas springt oder die Masse
bzw. der Klebstoff abblättert, wenn die Temperatur Oo C oder weniger, beispielsweise
-200 C, beträgt, so daß die Dichtung unwirksam wird. Bei Verwendung von Sodaglas
für die Elektrodengrundplatten tritt diese Erscheinung wiederum nicht auf. Von daher
gesehen wäre die Verwendung von Sodaglas zu fordern.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeige
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verwendung von Sodaglas als
Elektrodengrundplatten möglich ist, ohne daß die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
beeinträchtigt wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Flüssigkristall-Anzeige
mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
-
Der Nachteil einer Beeinflussung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
bei Verwendung von Elektrodengrundplatten aus Sodaglas wird erfindungsgemäß dadurch
beseitigt, daß die Kontaktfläche zwischen dem Flüssigkristall und dem Sodaglas der
Elektrodengrundpatte nahezu auf Null reduziert wird. Dadurch tragen die Elektrodengrundplatten
dazu bei, daß ein gewisser Orientierungseffekt in einer nematischen Flüssigkristallzusammensetzung
mit positiver dielektrischer Anisotropie bleibt, wenn diese Zusammensetzung in einer
Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeige verwendet wird.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand dreier Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 den Aufbau einer Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeige, Fig. 2 herkömmliche
Elektrodengrundplatten mit Elektroden einer Flüssigkristall-Anzeige und Fig. 3 erfindungsgemäße
Elektrodengrundplatten mit Elektroden für eine Flüssigkristall-Anzeige.
-
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 transparente Elektrodengrundplatten bezeichnet,
zwischen die ein isolierender Abstandshalter 3 gefügt ist. Der zwischen ihnen befindliche
Spalt ist mit Flüssigkristallmaterial 4 aufgefüllt. Auf der Elektrodengrundplatte
1 befindet sich eine Elektrode, die in sieben Segmente unterteilt ist,
so
daß sich bei verschiedener Kombination der sieben Segmente die Zahlen 0 bis 9 darstellen
lassen. Die Elektrodengrundplatte 2 trägt der Elektrodengrundplatte 1 gegenüberliegend
eine gemeinsame Elektrode. Die Moleküle des Flüssigkristalls 4 sind in der Weise
orientiert, daß sich ihre Hauptachse an der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall
und der Elektrodengrundplatte 1 parallel zur Schwingungsebene eines Polarisators
5 befindet. An der Grenzfläche des Flüssigkristalls mit der Elektrodengrundplatte
2 sind die Moleküle so orientiert, daß sich ihre Hauptachse parallel zur Schwingungsebene
eines Analysators 6 befindet. Im Zwischenbereich der dünnen Flüssigkristallschicht
zwischen den beiden Elektroden ist die Orientierung der Moleküle parallel zu den
Elektroden und kontinuierlich verdreht, so daß ihre Richtungen einen maximalen Winkel
von 900 einschließen. Eine solche dünne Flüssigkristallschicht kann die Schwingungsebene
von Licht um 900 drehen, so daß sich eine helle Anzeige ergibt, wenn die Schwingungsebenen
der beiden Polarisationsglieder, d. h. des Polarisators und des Analysators im rechten
Winkel zueinander stehen. Grundsätzlich besitzt der nematische Flüssigkristall die
Fähigkeit, sich so zu orientieren, daß die Hauptachsen der Moleküle parallel zu
der Richtung liegen, in der eine Elektrodengrundplatte gerieben wurde. Um die aus
Fig. 1 ersichtliche Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu erzielen, werden
die Oberflächen beider Elektroden in einer Richtung mit Baumwolle oder ähnlichem
gerieben, wobei die Reiberichtungen beider Elektroden rechtwinklig zueinander sind.
-
Die Beschreibung trifft auch für den Fall zu, daß die Reiberichtungen
bei beiden Elektrodengrundplatten um 900 gedreht werden.
-
Wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 1 und 2 aufgebaut
wird, das einen gewissen kritischen Wert überschreitet, der von der Zusammensetzung
des Flüssigkristalls abhängt, dann richten sich die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle
parallel zu diesem Feld aus. Die mit den erwähnten 900 zusammenhängende optische
Aktivität geht dadurch verloren, so daß ein Bereich dunkel wird und sich eine Anzeige
ergibt. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, ergibt sich wieder die ursprüngliche
Orientierung.
-
Eine Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeige der beschriebenen Art ist
gegenwärtig mit zwei erheblichen Problemen behaftet: 1. Verschlechterung des Flüssigkristallmaterials
und 2. Durcheinanderbringen der Orientierung.
-
Was das Problem 1. anbetrifft, so bewirken Wasser, das einen schädlichen
Einfluß auf die Lebensdauer des Flüssigkristalls hat, oder andere von außen in die
Anzeige eindringende M&erialien eine Verringerung der Impedanz der dünnen Schicht,
eine Zersetzung des Flüssigkristalls oder darüberhinaus eine Bildung von Blasen
in der Flüssigkristallzelle. Dadurch wird die Funktion der Anzeige beeinträchtigt.
Das Problem 1. kann jedoch durch verbesserte Flüssigkristallmaterialien und einen
technischen Fortschritt beim
Einbringen und Abdichten des Flüssigkristalls
beherrscht werden.
-
Wenn gemäß Problem 2. die Orientierung in der dünnen Flüssigkristallschicht
gestört wird, ergibt sich dort eine Trübung oder Undunhsichtigkeit, Die zwischen
zwei Polarisationsglieder gesetzte dünne Flüssigkristallschicht führt dann zu einer
dunklen Anzeige..
-
Dadurch wird der Kontrast einer Anzeige beim Betrieb der Anzeigevorrichtung
schwach. Bei stärkerer Störung der Orientierung erhöht sich der Grad der Trübung
weiter, so daß der Kontrast noch schwacher wird. Bei einigen Flüssigkristallarten
oder einigen Reinigungsmethoden für die Elektrodengrundplatten geht die optische
Aktivität der dünnen Flüssigkristallschicht verloren, da die das Glas berührenden
Flüssigkristallmoleküle senkrecht zur Elektrodengrundplatte zu einer homöotropen
Strdtur orientiert sind.
-
Das Glas für die Elektrodengrundplatten kann in Borsilikatglas mit
einem geringen Gehalt an Alkali und Sodaglas mit einem großen Gehalt an Alkali unterteilt
werden. Bei einer Massenherstellung von Flüssigkristall-Anzeigen ist die Verwendung
von billigem Sodaglas vorteilhaft, wie dies bereits vorher erwähnt wurde. Die Elektroden
auf den Elektrodengrundplatten werden dadurch hergestellt, daß die aus transparentem
Glas bestehenden Grundplatten mit einem transpartenten leitenden Film, wie Zinnoxyd
(SnO2) oder Indiumoxyd (In203) beschichtet werden, und daß dann der Teil des leitenden
Films mittels einer Ätzbehandlung entfernt wird, der nicht Elektrode oder Leitungsdraht
ist.
-
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer herkömmlichen Elektrodengrundplatte
dargestellt. Die linke Figur zeigt eine in Segmente unterteilte Elektrode, während
die rechte Figur eine gemeinsame oder Sammelelektrode darstellt. Die schraffierten
Bereiche stellen den leitenden Teil und der Rest die Glasoberfläche dar. Wenn eine
Flüssigkristallzelle, die aus zwei Elektrodengrundplatten, welche in zueinander
senkrechten Richtungen jeweils in einer Richtung mit Gaze oder absorbierender Baumwolle
gerieben wurden, und zwischen die ein Flüssigkristall gebracht wurde, besteht, bei
einer Temperatur von ungefähr 600 C gealtert wird (force-aged), dann tritt keine
Störung der Orientierung des Flüssigkristalls auf, wenn die Elektrodengrundplatten
aus Borsili katglas bestehen; bestehen die Elektrodengrundplatten jedoch aus Sodaglas,
dann bewirkt dieses leicht eine Störung der Orientierung. Im letzteren Fall wird
die Zelle in neun von zehn Fällen innerhalb einer Woche trübe oder undurchsichtig
oder bekommt eine homöotrope Orientierung; die Zelle wird dann unbrauchbar.
-
Die in dem obigen Versuch verwendet-en Flüssigkristalle sind Flüssigkristallmischungen
mit den folgenden Strukturformeln, deren spezifischer Widerstand jeweils 10t cm
oder mehr beträgt:
(R, R'; gerade Alkylgruppenkette) Die Flüssigkristallmischungen 1 und 2 besitzen
eine negative dielektrische Anisotropie, während die Mischungen 3 und 4 eine positive
dielektrische Anisotropie aufweisen. Die Störung oder das Durcheinanderbringen der
Orientierung ist erheblich zwischen dem leitenden Bereich und dem Glasbereich und
noch erheblicher zwischen gegenüberliegenden Glasbereichen. Zwischen gegenüberliegenden
leitenden Bereichen tritt keine Störung der Orientierung auf. Die Störung der Orientierung
des Flüssigkristalls hat eine Trübung oder Undurchsichtigkeit der dünnen Flüssigkristallschicht
zur Folge. Wenn die dünne Schicht zwischen zwei Polarisationsglieder gebracht wird,
erscheint die Anzeige dunkel. Wenn die Orientierung weiter gestört wird, richten
sich in einigen Fällen alle Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den aus Glas bestehenden
Elektrodengrundplatten aus und erreichen die homöotrope Orientierung. Dann verliert
die dünne Flüssigkristallschicht ihre optische Aktivität und der Teil zwischen den
Gläsern von Fig. 1 erscheint dunkel. Unter Verwendung der oben aufgeführten Flüssigkristallzusammensetzungen
1 bis 4
hat sich experimentell ergeben, daß die Orientierung des
Flüssigkristalls zwisehen dem leitenden Bereich der in Segmente unterteilten Elektrode
und demjenigen der gemeinsamen Elektrode (Fig. 2) überhaupt nicht gestört wird und
daß der Flüssigkristall dieses Teils transparent ist. Eine geringe Trübung taucht
zwischen den Leitungsdrähten und der Glasoberfläche und zwischen der von der Segmentelektrode
umgebenen Glasoberfläche und dem leitenden Teil der gemeinsamen Oberfläche auf,
wobei die Transparenz verringert wird. Auf der anderen Seite wird die Orientierung
des Flüssigkristalls an keiner Stelle gestört, wenn das Glas- der Elektrodengrundplatten
Borsilikatglas ist.
-
Es hat daher den Anschein, daß die Störung der Orientierung des Flüssigkristalls
vom Alkaligehalt der Elektrodengrundplattenoberfläche abhängt, der in Sodaglas größer
als in Borsilikatglas ist.
-
Der Grund hierfür ist bislang nicht bekannt.
-
Mit der Erfindung wird eine stabile Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeige
geschaffen, bei der Elektrodengrundplatten aus billigem Sodaglas verwendet werden,
ohne daß eine Störung der Orientierung des Flüssigkristalls in Kauf genommen werden
müßte. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform von Elektrodenmustern zweier erfindungsgemäßer
Elektrodengrundplatten. Alle schraffierten Bereiche in Fig. 3 sind mit einem transparenten
leitenden Film beschichtet. Lediglich die dünnen Grenzlinien entsprechender Segmente
und Leitungsdrähte sind mittels Zinkpuder und Salzsäure geätzt; die Sodaglas
grundplatte
ist nur an den geätzten Stellen freigelegt. Der übrige transparente leitende Film
außer den dünnen Grenzlinien wird mittels einer Photoschutzschicht vor dem Ätzen
geschützt.
-
Es ist erforderlich, die Breite der dünnen Linien freigelegter Sodaglasoberfläche
zu reduzieren, um den Teil des Flüssigkristalls kleiner zu machen, dessen Orientierung
gestört wird. Die dünnen Linien haben eine Breite, die etwas unter 0,1 mm oder mehr
liegt und können mit dem oben erwähnten Verfahren geätzt werden. Wenn eine dünne
Flüssigkristallschicht sandwichartig zwischen zwei Elektrodengrundplatten gelegt
wird, die jeweils in senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen gerieben wurden,
dann ist der größte Teil der Grenzschicht zwischen der Elektrodengrundplatte und
dem Flüssigkristall mit dem transparenten leitenden Film beschichtet, wobei kein
Teil des Flüssigkristalls zwischen Glasoberflächen und nur ein sehr geringer Teil
zwischen dem transparenten leitenden Film und der Glasoberfläche eingeschlossen
ist.
-
Wenn daher eine solche Zelle nach einer langen Alterung bei einer
hohen Temperatur von ungefähr 600 C zwischen zwei Polarisationsglieder (Polarisator
und Analysator), die in der Kreuz-Nicol-Anordnung sind, gebracht wird, dann wird
die Orientierung des Flüssigkristalls nicht gestört, so daß sich eine helle und
klare Sicht ergibt. Der extrem dünne Teil der dünnen Flüssigkristallschicht der
zwischen dem Glas und dem leitenden Film eingebettet ist, wird leicht gestört, jedoch
wird die Anzeige durch diese Störung praktisch kaum schädlich beeinflußt, da die
Breite der dünnen Linien etwas unter 0,1 mm liegt.
-
Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeige, deren Elektrodengrundplatten
dadurch hergestellt werden, daß eine Sodaglasoberfläche mit einem transparenten
leitenden Film beschichtet und dieser Film mit dünnen Ätzlinien geteilt wird, besitzt
eine Stabilität für lange Zeit ohne irgendwelche auffallende Störung der Orientierung
des Fiüssigkristalls. Durch die Verwendung billigen Sodaglases werden die Herstellungskosten
reduziert. Das ist im Hinblick auf die Herstellung von Flüssigkristall-Anzeigetafeln
vorteilhaft und wirkt sich insbesondere bei der Massenproduktion von Anzeigetafeln
für Geräte, wie Armbanduhren oder elektronische Tischrechner aus.