DE2542166C3 - Flüssigkristallanzeige mit einer bistabilen cholesterinischen Flüssigkristallschicht - Google Patents

Flüssigkristallanzeige mit einer bistabilen cholesterinischen Flüssigkristallschicht

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Description

Die Hauptpatentanmeldung beschreibt eine Flüssigkristall-(FK-)Anzeige zur Darstellung von Bildern, mit zwei Trägerplatten, die zwischen sich eine cholesterinische FK-Schicht mit einer homöotropen Wandorientierung hermetisch dicht einschließen und auf ihren Innenflächen jeweils einen Elektrodenbelag tragen. Dabei hat die FK-Schicht zumindest in einem
J5 bestimmten Frequenzbereich eine positiv anisotrope Suszeptibilität und nimmt bei Feldstärken größer oder gleich einem eisten Schwellwert (Ecn) eine homöotrop nematische Textur an, in der sie in einem endlichen Feldstärkebereich (Bereich der Haltefeldsträke Eh ) mit einem unteren Schwellwert (E„a Enc < £* < Ecn) verbleibt. Ferner weisen die Elektrodenbeläge zum Aufbau des darzustellenden Bildes aus einzelnen Bildsegmenten mindestens eine getrennt ansteuerbare Bildelektrode vorzugsweise beide Elektrodenbeläge jeweils streifenförmige Bildelektroden (Bildzeilenleiter bzw. Bildspaltenleiter einer Bildmatrix), auf und enthält der Elektrodenbelag zumindest einer der beiden Trägerplatten zur Langzeitspeicherung der homöotrop nematischen Textur neben seiner Bildelektrode zusätzliehe Elektroden (Randelektroden), die im Betrieb der FK-Anzeige zwischen sich und ihren jeweiligen Gegenelektroden in der Flüssigkristall-Schicht eine Mindestfeldstärke (Er) größer oder gleich der Feldstärke des ersten Schwellwerts Ecn erzeugen. Gemäß einer der im Hauptpatent vorgeschlagenen Ausführungen sind die Randelektroden dadurch entstanden, daß die Bildelektrode bis auf schmale Randbereiche mit einer dielektrischen Schicht bedeckt ist, und derart angeordnet, daß jedes Bildsegment von einer Zone (Randzone) umgeben ist, auf der die Dicke der FK-Schicht größer ist als auf dem Bildsegment selbst. Dabei ist die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht kleiner als diejenige der FK-Schicht, insbesondere kleiner als deren Komponente in Richtung der
h) Längsachse der FK-Moleküle. Die dielektrische Schicht ist dabei so bemessen, daß in der FK-Schicht am Ort der Randzone eine Mindestieldstärke Er< Ecn und zugleich am Ort des von der Randzone eingeschlossenen
Bildsegments eine Haltefeldstärke (Ei,) herrschen kann.
Die Bildung eines unzerstörbar nematischen Bildsegment-Randes verhindert, daß in die einmal eingeschriebene und durch ein Haltefeld aufrechterhaltene homöotrop nematische Textur eines FK-Bezirkes die energetisch stabile cholesterinische Struktur der FK-Umgebung hineinwächst und damit die gespeicherte Information mit der Zeit vom Rande her abgebaut wird. Durch Erhöhung der Speicherzeit wird das Multiplexverhältnis der FK-Substanz, also das Verhältnis der maximal möglichen Speicherzeit zur erforderlichen Einschreibzeit, gesteigert und lassen sich somit größere Informationsinhalte in matrixadressierten FK-Displays verarbeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine FK-Anzeige gemäß der Hauptpatentanmeldung einen Aufbau zu finden, der besonders wenig Herstellungsprobleme aufgibt, sowie ein rationelles Fertigungsverfahren für ein solches Display anzugeben. Hierzu ist bei einer FK-Anzeige der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die dielektrischen Schichten zusammen mit den Bildelektroden aus einem gemeinsamen Maskier- und Ätzprozeß hervorgegangen sind.
Die vorgeschlagene Display-Ausführung kann folgendermaßen sehr bequem gefertigt werden:
Man überzieht die Trägerplatten zunächst ganzflächig mit einem Elektrodenbelag und dann — ebenfalls ganzflächig — mit der dielektrischen Schicht. Die derart doppeltbeschichtete Trägerplatte wird daraufhin photomaskiert; anschließend ätzt man die Bildelektroden, insbesondere die Bild-Streifenleiter einer Matrix, mit den von ihnen getragenen Schichten heraus. Hiernach legt man je zwei Trägerplatten gekreuzt übereinander, verfestigt ihre Ränder unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes, füllt die so entstandene Anordnung mit einer FK-Substanz und versiegelt sie schließlich. Dabei ist dafür Sorge zu tragen, daß die aus Bild-Elektrode und dielektrischer Schicht gebildete Doppelschicht nicht unterätzt wird; sie sollte sich vielmehr zur gegenüberliegenden Trägerplatte hin verjüngen. Bei einem derart schrägen Randprufil ragt die Bildelektrode in der Draufsicht an ihren Rändern über die ihr aufgetragene dielektrische Schicht hinaus und lassen sich dadurch, wie weiter unten im einzelnen angegeben, besonders hohe Feldstärken in der Randzone lokalisieren.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung soll nun anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind dabei einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
F i g. 1 das Ausführungsbeispiel in einem Seitenschnitt und
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig I.
Die dargestellte Display-Ausführung ist eine FK-Matrixanzeige und wird in Transmission betrieben. Sie enthält im einzelnen zwei Trägerplatten 1, 2, die auf ihren zueinander zugewandten Innenflächen jeweils einen Elektrodenbeiag tragen. Jeder Elektrodenbelag besteht aus zueinander parallelen, etwa ΙΟΟμίη voneinander beabstandeten Bildstreifenleitern bzw. Bildelektroden (Bildzeilenleiter 3, Bildspaltenleiter 4); beide Leiterscharen stehen zueinander senkrecht und bilden zusammen eine aus Bildpunkten bestehende ι,·ί Bildmatrix. Jeder Bildstreifenleiter trägt eine dielektrische Schicht 5 bzw. 6. Beide Trägerplatten sind an ihren Rändern durch einen Distanzrahmen 7 voneinander beabstandet und mittels eines Epoxi-Klebers 8 miteinander verbunden. Durch eine Einfüllöffnung ist eine FK-Substanz in die Kammer zwischen die Trägerplatten gegeben und durch Versiegelung der Einfüllöffnung hermetisch dicht von der Umwelt abgeschlossen.
Die einzelnen Display-Teile bestehen aus folgenden Materialien: Die beiden Trägerplatten sind aus Glas, die Elektrodenbeläge aus In2Os, die dielektrischen Schichten aus SiO2, der Distanzrahmen aus Mylar, der Glaslotrahmen aus einem Glaslot mit einem niedrigen Schmelzpunkt und die FK-Schicht aus einer nematischen Azoxy-Verbindung mit Cholesterylchlorid. Die Anzeige hat folgende Abmessungen: Plattenabstand etwa 13μιτι, Elektrodendicke etwa 0,3 μπι. Dicke der dielektrischen Schicht etwa 1 μπι.
Die Matrixanzeige wird folgendermaßen betrieben:
Zunächst bereitet man die gesamte Matrix durch Nematisch-Schreiben, also durch Anlegen einer Löschspannung von etwa 40 bis 80 V, vor. In diesem Zustand ist der gesamte Bildschirm vollkommen transparent (die — möglicherweise cholesterinischen — Bildschirmbereiche außerhalb der Bildpunkte sind so schmal, daß sie optisch gar nicht in Erscheinung treten). Nach erfolgter Löschung geht man auf eine Haltespannung von etwa 10—30 V zurück und beginrit nun, die Information zeilenweise nacheinander durch Unterbrechung der Haltespannung einzuschreiben. Der gesamte Vorgang wiederholt sich nach jedem Bildzyklus. Für weitere Betriebs- und Herstellungseinzelheiten wird auf die DE-OS 23 61 421 verwiesen.
Aus Fig.2 geht hervor, daß die aus Bild-Elektroden und dielektrischer Schicht gebildete Doppelschicht sich zur gegenüberliegenden Trägerplatte hin verjüngt. Ein solches Tafelberg-Profil mit schrägem Rand läßt sich in einem einzigen Ätzschritt erzeugen, da das Ätzmedium in der Doppelschicht mit konstanter Geschwindigkeit vordringt und daher der Doppelschichtrand dem Ätzmedium zur Platte hin einem stetig abnehmenden Zeitraum hindurch ausgesetzt ist. Man muß praktisch den Ätzvorgang nur frühzeitig genug abbrechen.
Der schräge Doppelschichtrand ist in der Figur durch eine Gerade 9 angenähert; diese Gerade bildet mit der Plattennormalen 10 einen Winkel χ von über 10°. Die gewählte FK-Substanz hat eine Dielektrizitätskonstante (DK) von 25, das SiO2 der dielektrischen Schicht dagegen eine DK von 3. Nach dem bekannten Satz, daß die Normalkomponente des dielektrischen Verschiebungsvektors D stetig durch die Grenzfläche zweier dielektrischer Medien hindurchtritt, ist die Feldstärke in den dielektrischen Schichten sehr hoch, in den darüberliegenden FK-Bereichen dagegen verhältnismäßig gering (geringer als im Fall ohne dielektrische Schichten). Dadurch werden die Potentiallinien deformiert und in die FK-Bereiche über den Bildpunkt-Rändern zusammengedrängt. Es ergeben sich dort Feldüberhöhungen von 2 :1, an den Randeckpunkten sogar von bis zu 4 : 1. In Fig. 2 ist die Feldstärkeverteilung über einem Streifenleiterprofil durch eine gestrichelte Linie 11 angedeutet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kommen neben Matrixanzeigen auch andere Displays in Frage, beispielsweise Anzeigen (mehrstelliger) alphanumerischer Ziffern oder auch graphische Displays. Man wird dabei gewöhnlich mit endlichen Schwellwerten E„c der Feldstärke arbeiten, in Sonderfällen kann dieser Wert aber auch zum Verschwinden gebracht werden (es sind dann sowohl die homöotroD nematische als auch eine
planarkonische Mesophase im feldfreien Zustand (meta-)stabil). Im übrigen hat man für die Betriebsart und auch, abgesehen von der Beschichtung der Platter.innenflächen, für die konstruktive Gestaltung der Anzeige freie Wahl.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Flüssigkristall-Anzeige zur Darstellung von Bildern, mit zwei Trägerplatten, die zwischen sich eine cholesterinische Flüssigkristall-Schicht mit einer homöotropen Wandorientierung hermetisch dicht einschließen und auf ihren Innenflächen jeweils einen Elektrodenbelag tragen, wobei die Flüssigkristall-Schicht zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich eine positiv anisotrope Suszeptibilität hat und bei Feldstärken größer oder gleich einem ersten Schwellwert (E0) eine homöotrop nematische Textur annimmt, in der sie in einem endlichen Feldstärkebereich (Bereich der Haltefeldstärken £/,) mit einem unteren Schwellwert (Ena E„C4 Eh < En,) verbleibt, wobei ferner zum Aufbau des darzustellenden Bildes aus einzelnen Bildsegmenten die Elektrodenbeläge mindestens eine getrennt ansteuerbare Bildelektrode, vorzugsweise beide E!ektrodenbeläge jeweils streifenförmige Bildelektroden (Bildzeilenleiter bzw. Bildspaltenleiter einer Bildmatrix), aufweisen und wobei schließlich zur Langzeitspeicherung der homöotrop nematischen Textur die Bildelektroden zumindest einer der beiden Trägerplatten jeweils bis auf schmale Randbereiche (Randelektroden) mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sind, deren Dielektrizitätskonstante (DK) kleiner ist als diejenige der FK-Schicht, insbesondere kleiner ist als deren Komponente in Richtung der Längsachse der FK-Moleküle, derart, daß jedes Bildsegment von einer Zone (Randzone) umgeben ist, auf der die Dicke der Flüssigkristall-Schicht größer ist als auf dem Bildsegment selbst und dadurch bei Ansteuerung des Bildsegments in der Flüssigkristall-Schicht am Ort der Randzone eine Mindestfeldstärke (Ei) größer oder gleich der Feldstärke (E^) des ersten Schwellwerts und zugleich am Ort des Bildsegments selbst eine Haltefeldstärke (Eh) herrscht, nach Patent P 25 42189.0, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Schichten (5, 6) zusammen mit den Bildelektroden (3, 4) aus einem gemeinsamen Maskier- und Ätzprozeß hervorgegangen sind.
2. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der dielektrischen Schicht (5, 6) stärker weggeätzt ist als der Rand der sie tragenden Bildelektrode (3, 4) und somit die aus Bildelektrode und dielektrischer Schicht gebildete Doppelschicht ein Profil nach Art eines Tafelbergs erhält.
3. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die schrägen Ränder des Tafelbergprofils annähernd erfassende Gerade mit der Platten-Normalen einen Winkel von mindestens 10° bildet.
4. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht aus S1O2 besteht.
5. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Bildmatrix, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (5, 6) jedem Bild-Streifenleiter bzw. jeder Bildelektrode (3,4) als ein Mittelsteg aufgetragen ist.
6. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Plattenabstand von 10 bis 20 μηι und einer Elektrodenbelagdicke von 0,1 bis 0,5 μιη die
dielektrische Schicht (5, 6) 0,6 bis 3 μιη dick ist und vorzugsweise aus SiO2 besteht
7. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten jeweils zunächst ganzflächig mit einem Elektrodenbelag, sodann ebenfalls ganzflächig mit einer dielektrischen Schicht überzogen werden, daß die derart doppeltbeschichteten Trägerplatten photomaskiert und daraufhin die Bildelektroden, insbesondere die Bild-Streifenleiter einer Matrix, einschließlich der von ihnen getragenen elektrischen Schichten herausgeätzt werden und daß hiernach jeweils zwei Trägerplatten zueinander gekreuzt gelegt, an ihren Rändern in einem bestimmten Abstand zueinander verfestigt werden und diese Anordnung mit einer FK-Substanz gefüllt und schließlich versiegelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der dielektrischen Schicht stärker weggeätzt wird als der Rand der sie tragenden Bildelektrode, so daß die aus Bildelektrode und der dielektrischen Schicht gebildete Doppelschicht ein Tafelberg-Profil erhält.
DE2542166A 1975-09-22 1975-09-22 Flüssigkristallanzeige mit einer bistabilen cholesterinischen Flüssigkristallschicht Expired DE2542166C3 (de)

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