DE2459058B2

DE2459058B2 - Fluessigkristall-anzeige

Info

Publication number: DE2459058B2
Application number: DE19742459058
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Suwa Nagano Suzuki (Japan)
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-13
Publication date: 1977-07-07
Also published as: DE2459058A1; JPS5093451A

Description

I.Verschlechterung des Flüssigkristallmaterialsund
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 Materialien eine Verringerung

der Impedanz der dünnen Schicht, eine Zersetzung des Flübsigkristalls oder darüber hinaus 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 Undurchsichtigkeit. 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 schwächer 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 hornöotropen Struktur 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 billigen 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 transparenten leitenden Film, wie Zinnoxyd (SnO₂) oder Indiumoxyd (InjOj) beschichtet werden, und daß dann der Teil des leitenden Films mittels einer Ätzbehandlung entfernt wird, der nicht Elektrode oder Leitungsdraht ist.

In F i g. 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 6O⁰C gealtert wird (force-aged), dann tritt keine Störung der Orientierung des Flüssigkristalls auf, wenn die Elektrodengrundplatten aus Borsilikatglas bestehen; bestehen die ^lektrodengrundplatten 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 verwendeten Flüssigkristalle sind Flüssigkristallmischungen mit den folgenden Strukturformeln, deren spezifischer Widerstand jeweils IO¹¹ £2 cm oder mehr beträgt:

RO \ O >- N N
O

R'

R _x O >■■ N N _x O OCR'

RO-< O V-N=N

R-< O >—N = N-< O VOCR'

3.

4.

RO-< O V-N = N-< O >-K'

R —< O V COO —< O V ^N

COO

-CN

(R, R'; gerade Alkylgruppenkeltc)

Die Flüssigkristallmischungen I und 2 besitzen eine negative dielektrische Anisotropie, während die Mischungen 3 und 4 eine positive dielektrische Anisotropie aufweisen. Die Störung oder das Durcheinanderbringen

>s 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

ίο 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,

3> richten sich in einigen Fällen alle Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den aus Glas bestehenden Elekirodengrundplatten 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 zwischen 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 umgebe

so nen Glasoberfläche und dem leitenden Teil der gemeinsamen Oberfläche auf, wobei die Transparen/ verringert wird. Auf der anderen Seite wird die Orientierung des Flüssigkristalls an keiner Stelle gestört, wenn das Glas der Hlektrodenplatten Borsilikatglas ist.

Es hat 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

ι«) ist bislang nicht bekannt.

Mit der Erfindung wird eine stabile Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeigc geschaffen, bei der F.lektrodengrundplatten aus billigem Sodaglas verwendet werden, ohne daß eine Störung der Orientierung des Flüssigkri-

i>5 stalls in Kauf genommen werden müßte. F i g. i zeigt eine Ausführungsform von Elektrodenmustcrn zweier erfindungsgemäßer Elektrodcngrundplatten. Alle schraffierten Bereiche in F i g. 3 sind mit einem

transparenten leitenden Film beschichtet. Lediglich die dünnen Grenzlinien entsprechender Segmente und Leitungsdrähte sind mittels Zinkpuder und Salzsäure geätzt; die Sodaglasgrundplatte 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 obenerwähnten 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 60⁰C zwischen zwei Polarisationsgliedcr (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 Sodaglasoberfiäche 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 Flüssigkristalls. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Flüssigkristall-Anzeige mit einer dünnen Flüssigkristallschicht zwischen transparenten Elektrodengrundplatten aus Glas, auf die eine Schicht aus leitendem Elektrodenmaterial aufgebracht ist, sowie mit die Elektrodengrundplatten sandwichartig einschließenden Polarisatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Sodaglas bestehenden Elektrodengrundplatten auf ihrer gesamten Oberflä- ι ο ehe mit dem leitenden Elektrodenmaterial beschichtet sind und daß die einzelnen, als Elektroden dienenden Segmente durch dünne, nicht beschichtete Linien voneinander getrennt sind.

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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige mil einer dünnen Flüssigkristallschicht zwischen transparenten Elektrodengrundplatten aus Glas, auf die eine Schicht aus leitenden Elektrodenmaterial aufgebracht ist, sowie mit die Elektrodengrundplatten sandwichartig einschließenden Polarisatoren. Eine derartige Flüssigkristall-Anzeige ist bekannt (DT-OS 22 14 891).

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 10'/° 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 O⁰C oder weniger, beispielsweise -20⁰C, beträgt, so daß die Dichtung unwirksam wird. Bei Verwendung von Sodaglas für die Elektrodengrundplatten tritt diese Erscheinung 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 wire;.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine FlüssigkristaH-Anzeige mit den in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Nachteil einer Beeinflussung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle bei Verwendung von Elektrodengrundplatten aus Sudaglas wird dadurch besei- do tigt, daß die Kontaktfläche zwischen dem Flüssigkristall und dem Sodaglas der Elektrodengrundplatte nahezu auf Null reduziert wird. Dadurch tragen die Elektrodengrundplatten dazu bei, daß ein gewisser Orientierungseffekt in einer nematischen Flüssigkristallzusammenset- <>s zung mit positiver dielektrischer Anisotropie bleibt, wenn diese Zusammensetzung in einer Feldeffekt-Flüssiakristall-Anzeige verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeige,

Fig.2 herkömmliche Elektrodengrundplatten mit Elektroden einer FlüssigkristaH-Anzeige und

Fig.3 erfindungsgemäße Elektrodengrundplatten mit Elektroden für eine FlüssigkristaH-Anzeige.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 transparente Elektrodengrundplatten bezeichnet, zwischen die ein isolierender Abstandhalter 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 Flüssigkristall mit der Elektrodengrundplatte 2 sind die Moleküle so orientiert, daß sich ihre Hauptachse parallel zur Schwingungsebene eines Analysator 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 90° einschließen. Eine solche dünne Flüssigkristallschicht kann die Schwingungsebene von Licht um 90" drehen, so daß sich eine helle Anzeige ergibt, wenn die Schwingungsebene 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 Hauptachse der Moleküle parallel zu der Richtung liegen, in der eine Elektrodengrundplatte gerieben wurde. Um die aus Fig. 1 ersichtliche Orientierung der Flüssigkristallmolekül zu erzielen, werden die Oberflächen beider Elektroden in einer Richtung mit Baumwolle oder ähnlichem geneben, wobei die Reiberrichtungen beider Elektroden rechtwinklig zueinander sind.

Die Beschreibung trifft auch für den Fall zu, daß die Reibrichtungen bei beiden Elektrodengrundplatten um 90° 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 90° 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: