DE2542235A1 - Fluessigkristall-anzeige mit bistabiler cholesterinischer fluessigkristall- schicht - Google Patents

Description

• Flüssigkristall-Anzeige mit bistabiler cholesterinischer
• FlüssiFkrista Schicht Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-(FK-)Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derart aufgebautes Display ist in "Berichte der Bunsen-Gesellschaft", Heft 9, 1974, Seiten 912 bis 914, insbesondere Abschnitt 4, beschrieben. Diese vorbekannte Ausführung ist matrixadressiert, wird von einem elektrischen Feld angesteuert und hat eine FK-Schlcht mit einer positiven Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten (DK).
• Einige cholesterinische BE Gemische zeigen unter gewissen Randbedingungen, insbesondere bei einer homöotropen Wandorientierung, einen Bistabilitätseffekt: Sie gehen oberhalb eines Schwellwertes Ecn aus ihrer energetisch stabilen, gewölmlich fokalkonischen Struktur in eine homöotrop nematische Orientierung über und kehren erst unterhalb eines scharf definierten Schwellwertes Enc - unter kurzzeitiger Ausbildung eines planar-konischen Zwischenzustandes -in ihre stabile Lage zurück. Das Verhältnis Ecn/Enc kann Werte bis zu 5 annehmen, unter Umständen ist es sogar möglich, den unteren Schwellwert zu ITull zu machen. In diesem Sonderfall, bei dem die auf den Plattenabstand normierte Ganghöhe der chara1steristischen cholesterinischen Schraubenstruktur mit den Elastizitätskonstanten der SK-Substanz in einer bestimmten Beziehung sehen muß, sind dann im feldfreien Zustand sowohl eine homöotrop-nematische als auch eine planar-konische Textur nebeneinander stabil; beide Texturen können hierbei ineinander überführt werden, wenn die DK-Anisotropie der FK-Substanz in Abhängigkeit von der Frequenz das Vorzeichen wechselt, beispielsweise mit wachsender Frequenz von positiven zu negativen Werten übergeht.
• Die geschilderte Zustands-Hysterese ist insbesondere für matrixadressierte, im Zeitmultiplex-Verfahren betriebene FK-Anzeigen außerordentlich wertvoll, da bei Matrixanzeigen die Information bekanntlich zeilenweise eingeschrieben und in jeder Zeile bis zum Ablauf der Bild-Periode gespeichert werden muß. Dabei kann eine um so größere Informationsmenge verarbeitet werden, je größer das Verhältnis zwischen der möglichen Speicherzeit und der erforderlichen Einschreibzeit, das sogenannte "Multiplex-Verhältnis", ist.
• Bistabile FE-Gemische könnten theoretisch ihre einmal erzeugte homöotrop-nematische Textur bei einem geeigneten Haltefeld nahezu unbegrenzt beibehalten, also Informationen beliebig lange speichern.
• In der Praxis ist ihr Speichervermögen jedoch drastisch reduziert, und zwar im wesentlichen deshalb, weil in jeden homöotrop-nematischen FK-Bezirk - ausgehend von Verunreinigungen sowie der stets fokal-konischen Umgebung des Bezirks - die energetisch günstigere fokal-konische Mesophase allmählich hineinwächst. Durch eine besonders sortfaltige Reinigung der Plattenoberflächen lassen sich die singulären Störkeime weitgehend eliminieren. Um auch den Informationsabbau vom Rande her unterdrücken zu können, ist in der eingangs zitierten Veröffentlichung bereits angeregt worden, die Fläche zwischen den Matrixelementen durch ein besonderes Elektrodensystem auf einer festen Spannung zu halten, die den FK in diesen Flächen stets nematisch läßt. Konkrete Realisierungsmöglichkeiten für solche unzerstörbar nematischen Bezirke sind der gewanten Arbeit allerdings nicht zu entnehmen; sie stehen bis heute noch aus.
• Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, Mittel und Wege zu finden, wie bei einem FK-Display mit bistabiler cholesterinischer SK-Schicht die beschriebenen nematischen Bezirke bzw. Ränder ohne allzugroßen Aufwand, vor allem auch frei von störenden Nebeneffekten, insbesondere ohne optische Verschlechterungen, verwirklicht werden können.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer FE-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß in einer ersten Ausführung vorgesehen, daß die Randelektroden ebenfalls auf den Platteninnenflächen aufgebracht sind, wobei zwischen den Bild- und den Randelektroden ein elektrisch isolierender Abstand verbleibt, und daß die Randelektroden jeweils mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen sind, die auch noch die benachbarten Bildelektroden teilweise überlappt. Alternativ hierzu ist eine FK-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß in einer zweiten Ausfuhrung dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Randelektroden und der Platteninnenfläche eine elektrisch isolierende Schicht (Zwischenschicht) befindet und die Randelektroden an die Bildelektroden (in Richtung der Plattennormalen gesehen) bündig angrenzen.
• Beide erfindungsgemäßen Display-Varianten haben gemeinsam, daß die i'K-Schicht praktisch querfeldfrei ist; werden die Randelektroden von Zwischenschichten getragen (Ausführung 2), so können sich keinerlei Querfelder ausbilden; sind die Randelektroden den Platten direkt und mit Abstand zu den Bildelektroden aufgetragen (Ausführung 1), dann existieren zwar Querfelder, diese Felder verlaufen jedoch im wesentlichen in der elektrisch isolierenden Schicht und dringen nur wenig in den FK ein. Damit können sich in beiden Fällen auch im Übergangsbereich zwischen Rand- und Bildelektrode keine unüberschaubaren und möglicherweise lokale Strukturstörungen hervorrufende Feldverhältnisse ergeben.
• Die Ausführung 1 hat den weiteren Vorteil, daß man mit den Randelektroden in der Ebene der Bildelektroden bleibt und damit die Kurzschlußgefahr des Displays nicht erhöht. Außerdem können alle Elektroden in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden.
• Die Ausführung 2 verlangt zwar eine sorgfältige Plattendistanzierung sowie mehrere Fertigungsschritte, erzeugt aber keinerlei Querfelder, gestattet eine bündige Bildelektroden-Begrenzung durch die Randelektroden und gibt schließlich aufgrund des verkürzten Abstandes zwischen den Randelektroden und ihren Gegenelektroden unter Umständen die Möglichkeit, mit relativ niedrigen Randelektrodenpotentialen auszukommen.
• Bei einer erfindungsgemäßen BE-Anzeige befinden sich die Bildschirmbereiche außerhalb der Bildsegmente stets in einem homöotropnematischen Zustands so daß man gewöhnlich für den gesamten Bildhintergrund einschließlich der gelöschten Bild segmente die homöotrop-nematischeStruktur und für das Bild selbst, d.h. seine einzelnen Segmente, die fokal-konische Orientierung wählen wird. Es 1 sind aber auch andexe Darstellungstechniken denkbar, insbesondere, wenn die Randelektroden so schmal sind, daß die ständigen nematischen Ränder optisch nicht in Erscheinung treten. Die beiden exturen kontrastieren optisch bekanntlich besonders stark gegeneinander, wenn man das Display zwischen zwei gekreuzte Polarisatoren setzt; in diesem Fall erscheinen die nematischen FK-Bereiche im dunkel Durchlichtbetriebvund die cholesterinischen FK-Bereiche hell (ein homöotrop-nematisch orientierter FK läßt Licht ungehindert und ohne Änderung seiner Polarisation durch, während ein fokal-konisch strukturierter FK Licht streut und depolarisiert).
• Mit besonderem Vorteil ist eine erfindungsgemäße BE Anzeige als Matrix-Anzeige ausgebildet und findet vor allem in Datensichtgeräten Verwendung.
• Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FK-Matrixanzeige in einem Seitenschnitt und Figur 2 und 9 von einem zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FK-Matrixanzeige einen Ausschnitt im Seitenschnitt.
• Alle dargestellten Display-Ausführungen werden in Transmission betrieben und unterscheiden sich konstruktiv lediglich in der Beschichtung der Platteninnenflächen.
• Die Ausführung der Figur 1 enthält im einzelnen zwei rägerplatten 1, 2, die auf ihren einander zugewandten Innenflächen jeweils einen Elektrodenbelag tragen. Jeder der beiden Elektrodenbeläge umfaßt zueinander parallele Bildstreifenleiter (Bildzeilenleiter S, Bildspaltenleiter 4); die Leiterscharen beider Trägerplatten stehen zueinander senkrecht, so daß sich insgesamt eine aus einzelnen Bildpunkten (Kreuzungspunkte der Bildzeilenleiter und Bildspaltenleiter) aufgebaute Bildmatrix ergibt. Zwischen den Bildstreifenleitern einer jeden Platteninnenfläche verlaufen, von den Bildstreifenleitern jeweils in einem elektrisch isolierenden Abstand gehalten, weitere Streifenleiter (Randstreifenleiter, Randzeilenleiter 5, Randspaltenleiter 6). Jeder Randstreifenleiter ist dabei mit einer elektrisch isolierenden Schicht 7 bzw. 8 überzogen, die auch noch die beiden benachbarten Bildstreifenieiter etwas überlappt. Beide Platten 1, 2 sind an ihren Rändern über einen Glaslotrahmen 9 in einer Distanz von etwa 15 /um miteinander verbunden. In der Kammer zwischen beiden Platten befindet sich eine FF-Schicht 10, die durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung im Glaslotrahmen eingegeben und durch Verschließen der Füllöffnung hermetisch dicht von der Umwelt abgeschlossen ist.
• Die Display-Teile bestehen aus folgenden Materialien: Die beiden Trägerplatten sind aus Glas, die Elektrodenbeläge aus SnO2 oder einer Mischung aus SnO2 und In203, die elektrisch isolierenden Schichten aus SiO2, der Glaslotrahmen aus einem Glaslot mit niedrigem Schmelzpunkt, die FK-Schicht beispielsweise aus einer nematischen Azoxy-Verbindung mit 7 bis 20 % Cholesterylchlorid (ZLI 319 der Fa. Merck) oder einer Schiffechen Base (RO-TN 200 der Fa.
• Hoffmann-La Roche) mit einem geeigneten cholesterinischen Zusatz.
• Der FE-Substanz könnte zur Kontrastverbesserung und/oder zur Schaffung einer farbigen Darstellung ein dichroitischer Farbstoff beigemischt sein.
• Die Matrixanzeige kann auf verschiedene Weise betrieben werden: Die Information wird zeilenweise eingeschrieben. Dabei steht an allen Bildpunkten der Matrix das Haltefeld ; nur an den Bildpunkten der selektierten Zeile steht informationabhängig entweder das Feld E = 0 oder 2 x Eh. Nach dem Einschreiben der letzten Zeile beginnt der Durchlauf wieder mit der ersten Zeile. Die Feldstärke Eh liegt im Bereich zwischen 0,6 und 1,2 V//um. Die Zeilenauswahlzeit hängt von der Schaltzeit für den Übergang cholesterinisch-nematisch ab und beträgt etwa 100 bis 200 ms (Beispiel 1).
• In einer abweichenden Ansteuerung wird die genannte Matrix vor dem Bildaufbau in den foR.al-konischen Zustand gebracht (E = O).
• Anschließend steht an allen Matrixbildpunkten wieder das Haltefeld Eh. Die Information wird zeilenweise eingeschrieben, derart, daß an diejenigen Bildpunkte, die nematisch werden sollen, das Feld 3 x Eh gelegt wird. Diese Ansteuerung hat gegenüber der zuerst beschriebenen den Vorteil, daß die Zeilenauswahlzeit auf 30 bis 50 ms reduziert ist (Beispiel 2).
• In einem weiteren Ansteuerungsverfahren wird die gesamte Matrix vor dem Bildaufbau mit einem Spannungsimpuls nematisch gemacht.
• Anschließend steht an allen Matrixbildpunkten Eh. Die Information wird zeilenweise eingeschrieben, und zwar wie im ersten Betriebsbeispiel. Die Zeilenauswahlzeit betragt 20 bis 30 ms, bestimmt durch die Schaltzeit vom nematischen in den cholesterinischen Zustand (Beispiel 3).
• Für weitere Betriebs- und Herstellungseinzelheiten sei auf die DU-OS 2 361 421 venfiesen.
• Alle Bildpunkte der Matrix sind von sich ergänzenden Randstreifenleitern vollständig umschlossen. Im Display-Betrieb liegen die Randstreifenleiter auf solchen Potentialen, daß in der FX Schicht am Ort der BiIdpunktränder ständig ein minimales elektrisches Feld Er größer als Ecn herrscht. Bei Wahl der geeigneten Randspannung ist zu beachten, daß die Feldstärke in den einzelnen Bildpunkträndern nicht überall gleich groß ist, da die Randstreifenleiter längs ihrer Erstreckung verschieden vorgespannte Gegenelektroden vorfinden, nämlich Rand- und Bildstreifenleiter und über sehr kurze Strecken auch die Platteninnenfläche selbst.
• Bei der Ausführung der Figur 2 befindet sich zwischen jedem Randstreifenleiter 5, 6 und der ihn tragenden Platte 1 bzw. 2 eine isolierende, ebenfalls streifenförmige Zwischenschicht (Isolierstreifen 11 bzw. 12). Durch diese Isolierstreifen ist der Abstand zwischen den Randstreifenleitern und den ihnen zugehörigen Gegenelektroden verkürzt, so daß man mit einer geringeren Spannung zur Erzeugung der erforderlichen Feldstärke Er auskommt. Außerdem kann der Randstreifenleiter so bemessen werden, daß er in der Draufsicht bündig an die Bildstreifenleiter angrenzt; damit sind den einzelnen R2ndstreifenleitern stets Streifenleiter als Gegenelektroden zugeordnet und herrschen sehr klare Feldverhältnisse. Dabei können die Banstreifenleiter den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Bildstreifenleitern gerade ausfüllen oder aber beide Bildstreifenleiter etwas überlappen.
• Das dritte Ausführungsbeispiel (Figur 3) unterscheidet sich von dem vorhergehenden Beispiel darin, daß die Trägerplatten mit einer durchgehenden, auch die Bildelektroden bedeckenden Zwischenschicht aus elektrisch isolierendem Material (Isolierüberzugl3 bzw. 14) überzogen sind. Jeder Isolierüberzug trägt jeweils einen leitenden Film, aus dem die Bildpunkte ausgespart sind und der somit die Form eines Netzes erhält (Randstreifenleiternetz 5 bzw. 6 ). Der Vorteil dieser Modifikation besteht darin, daß jedes Leiternetz nur einen Spannungsanschluß benötigt und einen relativ niedrigen Flächenwiderstand hat. Außerdem ist in jeder Randzone das Feld praktisch homogen verteilt und könnte man sogar bei Wahl einer Zwischenschicht mit einer geeigneten Dielektrizitätskonstanten auch noch die Feldstärken am Ort der Bildpunkte variieren, beispielsweise absenken. Allerdings ist auf eine sorgfältige Präparation dar-Zwi-Dehenschicht zu achten, damit es nicht an Stellen, an denen das Netz die Bildstreifenleiter kreuzt, zu Kurz schlüssen kommt (die Schicht darf keine durchgehenden sogenannten pin-holes aufweisen).
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So braucht man nicht unbedingt eine Matrix-Anzeige zugrunde zu legen; vielmehr kommen ganz allgemein FE-Displays in Frage, bei denen Information durch Anlegen eines Haltefeldes oder auch im feldfreien Zustand gespeichert werden soll, beispielsweise graphische Displays oder die üblichen Anzeigen für alphanumerische Ziffern. In der Regel wird man die Anzeige mit einem elektrischen Feld ansteuern, grundsätzlich ist aber auch der Betrieb mit einem Magnetfeld und dementsprechend einer FK-Schicht mit einer zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich positiv anisotropen magnetiecher Suszeptibilität möglich.
• 7 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims (7)

1. Pat entansrüche Flüssigkristallanzeige zur Darstellung von Bildern, mit zwei vrGgerplatten, 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 (Ecn) eine homöotrop-nematische Textur annimmt, in der sie in einem endlichen Feldstärke-Bereich (Haltefeldstärke-Bereich) mit einem unteren Schwellwert (Enc Enc < Ecn) verbleibt, wobei ferner zum Aufbau des darzustellenden Bildes aus einzelnen Bildsegmenten der Elektrodenbelag zumindest einer der beiden Trägerplatten getrennt ansteuerbare Bildelektroden, vorzugsweise der Elektrodenbelag beider Trägerplatten streifenförmige Bildelektroden (Bildzeilenleiter bzw.

   Bildspaltenleiter einer Bildmatrix), aufweist und wobei schließlich zur Langzeitspeicherung der homöotrop-nematischen Textur der Elektrodenbelag zumindest einer der beiden Trägerplatten zusätzliche, von seinen Bildelektroden elektrisch isolierte Elektroden (Randelektroden) enthält, die im Betrieb der Flüssigkristall-Anzeige auf einem solchen Potential liegen, daß in der Flüssigkristall-Schicht am Ort der Randelektroden eine minimale Feldstärke (Er) größer oder gleich Scn herrscht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Randelektroden (5, 6) ebenfalls auf den Platteninnenflächen aufgebracht sind, wobei ewischen den Bildelektroden (3, 4) und den Randelektroden ein elektrisch isolierender Abstand verbleibt, und daß die Randelektroden jeweils mit einer elektrisch isolierenden Schicht (7, 8) überzogen sind, die auch noch die benachbarten Bildelektroden teilweise überlappt.
2. 2. Flüssigkristall-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Randelektroden ( 5, 6) und der Platteninnenfläche eine elektrisch isolierende Schicht (11, 12; 13, 14) angeordnet ist und die Randelektroden an die Bildelektroden (3, 4), gesehen in Richtung der Plattennormalen, bündig angrenzen.
3. 3. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenschicht (oil, 12) die Bereiche zwischen den Bildelektroden (3, 4) gerade bedeckt.
4. 4. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenschicht (11, 12) die Bereiche zwischen den Bildelektroden (3, 4) bedeckt und außerdem benachbarte Bildelektroden etwas überlappt.
5. 5. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenschicht (13, 14) eine die Bildelektroden bedeckende, durchgehende Schicht ist.
6. 6. Flüssigkflstall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Bildmatrix, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Innenflächen beider Trägerplatten (1; 2) streifenförmige, längs der Bildstreifenleiter (3, 4) verlaufende Randelektroden (Randstreifenleiter 5, 6) aufweisen.
7. 7. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 5, mit einer Bildmatrix, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die durchgehende Schicht (13, 14) auf einer oder beiden Trägerplatten (1, 2) aufgebracht ist und daß die Randelektrcden ebenfalls eine durchgehende Schicht bilden (Randstreifenleiternetz 15, 16), aus der die Kreuzungepunkte der Bildstreifenleiter ausgespart sind.