DE2554417A1

DE2554417A1 - Fluessigkristallanzeigeelement

Info

Publication number: DE2554417A1
Application number: DE19752554417
Authority: DE
Inventors: Richard Kosei Oshiro; Akira Yasutake
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1976-06-10
Also published as: NL7514148A; FR2293761B1; JPS5182648A; CA1056936A; FR2293761A1; CH609467A5; GB1540838A

Description

Flüssigeristallanzeigeelement

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Flüssigkristallanzeigeelement mit starkem Kontrast und Anzeigekenndaten, die auch bei langfristigem Dauerbetrieb keine Veränderungen zeigen*

Es ist bekannt, Anzeigeelemente mit einem nematischen Flüssigkristall, dessen Molekülachsen eine schraubenförmig verlaufende kollektive Ausrichtung zeigen ("Feldeffekt-Flüssigkristall"), unter Verwendung von zwei Glassubstraten, deren Oberflächen zu beiden Seiten des Flüssigkristalls Dünnschichtelektroden tragen, so auszubilden, dass die die Elektroden tragenden Substratoberflächen mit einem die Elektroden bedeckenden Überzug beschichtet sind. Der Überzug besteht aus einem organischen Werkstoff und hat dann eine Dicke von 10 bis 40 nm, oder er besteht aus Siliciumdioxid, das gebräuchlicherweise im Vakuum auf die Substratoberfläche niedergeschlagen wird. Typische Werkstoffe für die aus organischem Material bestehenden Überzüge sind Phenoxy-Verbindungen oder Polyvinylchlorid. Ein wesentliches technisches Problem bei der Verwendung aus organischem Material bestehender Überzüge ist das der Haftung der Überzüge auf den Elektroden und der Oberfläche des Glassubstrats. Trotz dieser Nachteile werden die bestimmte Oberflächenzustände definierenden organischen

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Überzüge jedoch häufig verwendet, da sie aufgrund ihrer langen Kettenmoleküle mit hohem Wirkungsgrad in Abwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes auf die an- · grenzenden Moleküle des Flüssigkristalls ausrichtend wirken, Wenn das Flüssigkristallanzeigeelement bei höheren Umgebungstemperaturen eingesetzt werden soll oder bei Temperaturen im Bereich von gebräuchlich erweise etwa 300 bis 400 C durch Verschweissen oder Verkleben verschlossen werden soll, wird gebräuchlicherweise Siliciumdioxid als Überzugsmaterial auf den Elektroden und der Oberfläche · des Glassubstrats verwendet. Aufgrund der Härte dieses Werkstoffs ist es jedoch schwierig, auf seiner Oberfläche die zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle erforderliche gleichmässige und gleichmässig ausgerichtete Oberflächenstruktur zu erzeugen. Die Erzeugung solcher geometrischer Oberflächenstrukturen ist jedoch zur Erzeugung eines Ausrichtungseffektes auf die Flüssigkristallmoleküle erforderlich, da eine glatte Siliciumdi oxidober fläche auf die Flüssigkristallmoleküle nicht ausrichtend wirkt. Mit SiO₂-Beschichtungen versehene Anzeig'eelemente sind durch vergleichsweise geringere Kon— trastpegel der optischen Darstellung und durch ein geringfügig langsameres optisches Ansprechverhalten gekennzeichnet. Beide Erscheinungen sind auf einen nicht ausreichenden Grad der kollektiven Ausrichtung der Flüssigkristallmolekülachsen in Abwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes zurückzuführen.

Es besteht also ein Bedarf an optischen Zellen für Flüssigkristallanzeigeelemente, die zur Herstellung dichter, den Flüssigkristall einschliessender Verschlüsse hohen Temperaturen ausgesetzt werden können und damit zur Langzeitstabilität des Anzeigeelementes beitragen. Gleichzeitig soll ein solches Anzeigeelement jedoch einen hohen

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optischen Anzeigekontrast und ein rasches optisches Ansprechverhalten bezüglich veränderter elektrischer Feldzustände, die auf den Flüssigkristall einwirken, aufweisen. Weiterhin besteht nach wie vor ein Bedarf an einem mechanisch festen Überzug für die die Elektroden tragenden und an den Flüssigkristall angrenzenden Substratoberflachen,. wobei ein solcher Überzug so fest und zuverlässig auf den Elektrodenflächen und der Substratoberfläche haften muss, dass die Anzeigeelemente mit hoher Produktionsausbeute herstellbar sind. Dabei sollen diese Überzüge leicht und ohne grossen\bechnischen Aufwand aufbringbar sein.

Ein Flüssigkristallanzeigeeleinent besteht gebräuchlicherweise aus einem ersten und einem zweiten durchsichtigen Substrat und optischen Polarisatoren, die auf der Aussenseite des Substrats angebracht sind. Auf den Innenseiten tragen die durchsichtigen Substrate in' bestimmten geometrischen Mustern oder Anordnungen Elektroden, die über extern zugängliche elektrische Kontakte ansteuerbar sind. Die Elektroden und die Substratoberfläche sind mit einem durchsichtigen Überzug beschichtet. Der Flüssigkristall ist zwischen den beiden einander gegenüberliegenden beschichteten Substratoberflächen angeordnet. Die Überzüge sollen fest auf den Elektrodenoberflächen und den dem Flüssigkristall zugekehrten nicht von den Elektroden bedeckten Substratoberflächenbereichen haften. Die dem Flüssigkristall zugekehrte Oberfläche des Überzugs trägt in einer Richtung ausgerichtete gleichmässige Schleifspuren oder Politurspuren oder eine anderweitig ausgebildete uniaxial ausgerichtete homogene Oberflächentextur über den gesamten Bereich, der mit dem Flüssigkristall direkt in Berührung steht. Ein flüssigkeitsdichter Verschluss umschliesst die Elektroden und den Flüssigkristall entlang der Aussenkanten der Struktur, so dass der eingeschlossene Flüssigkristall vor Umgebungseinflüssen vollständig geschützt ist.

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Der flüssigkeitsdichte Verschluss wird bei relativ hohen Temperaturen hergestellt, bei denen er rasch, fest und zuverlässig auf den Oberflächen der Überzüge haftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristallanzeigeelement dieser Art zu schaffen, das mit hoher Produktionsausbeute herstellbar ist, starke optische Anzeigekontraste ermöglicht und dessen qualitativ hochwertige Leistungskenndaten, insbesondere Leistungskenndaten der optischen Anzeige, auch dann nicht beeinträchtigt werden, wenn es während des Zusammenbaus relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wird, um einen hermetischen Verschluss des Flüssigkristalls gegenüber der Umgebung zu gewährleisten und die erzielbare Betriebsdauer des Anzeigeelementes dadurch spürbar zu verlängern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Anzeigeelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Er

findung im Querschnitt;

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung

ein Substrat eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit aufgebrachter Randdichtung;

Fig. 3 einen Schnitt nach 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 im Schnitt ein weiteres Ausführungs-

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beispiel der Erfindung und

Fig. 5 im Schnitt ein drittes Ausführungs

beispiel der Erfindung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel des Flüssigkristallanzeigeelementes der Erfindung ist in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Im Inneren der optischen Zelle des Anzeigeelementes ist ein nematischer Flüssigkristall 11 angeordnet, und zwar ein sogenannter Feldeffekt-Flüssigkristall oder ein Kristall mit schraubenförmiger kollektiver Ausrichtungsstruktur der Flüssigkristallmoleküle. Das in der Fig. 1 gezeigte Anzeigeelement ist für die Betrachtung und die Informationsdarstellung unter Ausnutzung der optischen Reflexion konzipiert. Auf der Aussenflache eines oberen durchsichtigen Substrats 13 ist ein Polarisator 12 angeordnet. Die Innenseite des durchsichtigen Substrats 13 trägt eine oder mehrere durchsichtige Dünnschichtelektroden 14. Die Dünnschichtelektroden 14 sind entsprechend der gewünschten Anzeigegeometrie angeordnet. Die durchsichtige Dünnschichtelektrode 14 und die nicht von dieser bedeckten Bereiche der inneren Oberfläche des ebenfalls durchsichtigen oberen Substrats 13 sind mit einem durchsichtigen Überzug 16 beschichtet. Die auf die optische Zelle bezogen innere Oberfläche des Überzugs 16 steht mit dem Flüssigkristall 11 direkt in Berührung. Ein unteres (zweites) Substrat 17 trägt auf seiner äusseren Oberfläche einen Polarisator 18. Die innere Oberfläche des unteren Substrats 17 trägt ebenfalls nach vorgegebener Geometrie eine oder mehrere durchsichtige Dünnschichtelektroden 19. Auf den durchsichtigen Dünnschichtelektroden 19 und den freiliegenden, nicht von den Dünnschichtelektroden 19 bedeckten Bereichen der inneren Oberfläche des unteren Substrats 17 ist ein weiterer durchsichtiger überzug 21 aufgebracht. Der Überzug 21 haftet fest

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auf den ihn tragenden Oberflächen. Die bezogen auf die optische Zelle innere Oberfläche des unteren durchsichtigen Überzugs 21 steht direkt in Berührung mit dem Flüssigkristall Der Flüssigkristall 11 ist zwischen den beiden Überzügen 16 und 21 und einer Randdichtung 22 in Berührung mit diesen Elementen hermetisch eingeschlossen. Das von der Oberseite her durch die Struktur hindurchtretende Licht wird auf der Rückseite der Struktur von der Oberfläche eines Reflektors reflektiert. Der reflektierte und durch den Flüssigkristall zurücklaufende Lichtstrahl liefert dem Beobachter ein von der Verteilung des elektrischen Feldes im Flüssigkristall 11 abhängiges Bild. Das elektrische Feld wird zwischen den Elektroden 14 und 19 durch an diese Elektroden angelegte elektrische Potentiale erzeugt.

In der Fig. 2 ist das untere Substrat 17 mit den durchsichtigen Dünnschichtelektroden 19 und dem durchsichtigen Überzug 21 , der auf den Dünnschichtelektroden 19 und der inneren freien Oberfläche des unteren Substrats 17 liegt, in perspektivischer Darstellung gezeigt. Von aussen zugängliche Leiterbahnen 20 ermöglichen die Herstellung elektrischer Kontakte, über die die einzelnen Elektroden 14 und 19 wahlweise durchschaltbar bzw. ansteuerbar sind. Der überzug 21 muss vor allem aus einem mechanisch stabilen und festen Werkstoff bestehen. Dieser Werkstoff muss gleichzeitig jedoch weich genug sein, um auf seine innere, in Fig. 2 aufwärts weisende Oberfläche die zuvor beschriebenen homogenen Oberflächentexturen aufbringen zu können. Diese Oberflächentexturen werden gebräuchlicherweise durch Polieren oder Schwabbeln erzeugt. Der Überzug 21 hat vorzugsweise eine Härte von kleiner als 7, insbesondere vorzugsweise eine Härte im Bereich von 5 bis 7 auf der Härteskala nach Mohs. Weichere Werkstoffe als solche mit einer Mohs-Härte von 5 neigen zum Verschmieren und lassen sich kaum noch mit einer : Politurtextur versehen. Auf den Oberflächen von Werkstoffen,

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deren Härte grosser als die Mohs-Härte 7 ist, lassen sich aufgrund der hohen Oberflächen wider stände kaum noch die gewünschten Oberflächentexturen in der erforderlichen Homogenität und Gleichmässigkeit herstellen.

Es sei angenommen, dass die innere Oberfläche des Überzugs eine in Richtung des Pfeils 24 in Fig. 2 verlaufende Oberflächentextur, beispielsweise eine Politurtextur, besitzt.

Als Werkstoff für die Überzüge 21 und 16 wird vorzugsweise Magnesiumfluorid verwendet, das auf die freie Oberfläche des Substrats 17 und die Oberfläche der durchsichtigen Dünnschichtelektroden 17 durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Zerstäubung aufgebracht werden kann. Das Aufdampfen im Vakuum erfolgt vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 150 und 400 °C, wobei sich die im Einzelfall gewählte Temperatur aus den jeweils angestrebten speziellen Kenndaten für den Überzug ergibt. Die Art und Weise der Einstellung bestimmter Eigenschaften und Kenndaten solcher Aufdampfschichten ist an sich bekannt und gebräuchlich und daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben. Das Aufdampfen im Vakuum kann prinzipiell bei jeder beliebigen Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Substrats 17 erfolgen. Im allgemeinen kann man davon ausgehen, dass die Haftung der Überzüge 16 und 21 auf den sie tragenden Oberflächen urn so besser ist, je höher die Temperatur, insbesondere die Substrattemperatur, beim Aufdampfen ist. Magnesiumfluoridüberzüge sind bis zu Temperaturen von 1000 ⁰C mechanisch stabil. Durch die an sich bekannten Zerstäubungsverfahren können die Überzüge auch bei tieferen Temperaturen mit hervorragender Haftung auf dem Substrat 17 und der durchsichtigen Dünnschichtelektrode 19 hergestellt werden. Die Zerstäubungsverfahren sind zwar etwas aufwendiger als einfaches Vakuumaufdampfen, jedoch können bei Anwendung eines Zerstäubungsverfahrens die Werkstoffe für das Substrat

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und die Elektroden freier gewählt werden.

In der in Fig. 2 gezeigten Weise ist die Anzeigefläche des Elementes, in der die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 19 nach einem vorgegebenen geometrischen Muster angeordnet sind, von einer Randdichtung 22 umgeben. In dem in Fig. 2 gezeigten und zuvor beschriebenen Herstellungsstadium wird die Randdichtung 22 beispielsweise durch Bedrucken der die Elektroden tragenden Oberfläche des unteren Substrats 17 mit einer SiO^-Emulsion aufgebracht. Das Bedrucken erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines Seidensiebdruckverfahrens. Ein Querschnitt der nach dem Aufdrucken der Randdichtung 22 erhaltenen Struktur ist in der Fig. 3 gezeigt. Das Material der auf der Oberfläche des Überzugs 21 auf dem unteren Substrat 17 angebrachten Randdichtung 22 ist noch nicht gehärtet bzw. hat noch nicht abgebunden. ^v

In dem in Fig. 4 gezeigten Querschnitt ist das obere Substrat 13, das durchsichtige Dunnschichtelektroden 14 nach einem vorbestimmten Muster trägt und mit einem Überzug 16 auf der Seite der Dunnschichtelektroden 14 versehen ist, dargestellt. Der Flüssigkristall 11 ist zwischen den inneren Oberflächen der Überzüge 16 und 21 eingeschlossen. Beide Überzugsoberflächen sind in der zuvor beschriebenen Weise mit gleichmässig in einer Richtung ausgerichteten Oberflächentexturen in der zuvor beschriebenen Weise versehen. Dabei liegt die Textur der Oberfläche des Überzugs vorzugsweise in der in Fig. 4 durch einen Pfeil 26 angegebenen Richtung. In dem in Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten Zustand des Anzeigeelementes stehen die durch die Pfeile 24 und 26 angedeuteten Texturrichtungen senkrecht aufeinander. ·

In diesem Verfahrensstadium des Zusammenbaus des Flüssig-

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kristallanzeigeelementes wird die Struktur zum Härten oder Schmelzen der SiO^-Emulsion der Randdichtung 22 auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 500 ⁰C erhitzt. Durch den bei diesen hohen Temperaturen einsetzenden oberflächlichen Schmelzprozess und Sinterprozess wird die Randdichtung 22 flüssigkeitsdicht und haftet dauerhaft auf den inneren Oberflächen der Überzüge 16 und 21, den Oberflächen der Elektroden 14 und 19 oder auf den inneren Oberflächen der Substrate 13 und 17, je nachdem, welche dieser Oberflächen mit der Randdf.chtung 22 in Verbindung steht. Die Schmelztemperatur für die Randdichtung 22 ist durch die Erweichungstemperatur der Substrate 13 und 17 bestimmt. Typischerweise erfolgt das Verschmelzen oder Verkleben und Dichten der Randdichtung 22 in der Weise, dass man die gesamte Struktur 45 min einer Temperatur von 360 C oder 10 min einer Temperatur von 400 °C aussetzt.

Die Randdichtung 22 dichtet den Flüssigkristall des Flüssigkristallanzeigeelementes hermetisch gegen die Umgebung, insbesondere gegen Wassermoleküle und Gase, ab. Solche Moleküle vermögen im Verlaufe der Zeit,ohne weiteres durch das Gitter der von den relativ grossen Molekülen typischer niedrig schmelzender Kunst st of fdichtungsina ssen für Flüssigkristallanzeigeelemente gebildeten Randdichtung hindurchzudiffundieren. Wenn auf diese Weise durch gebräuchliche Dichtungen Wassermoleküle hindurch in den Flüssigkristall gelangen, wird der spezifische elektrische Widerstand des Flüssigkristalls spürbar erniedrigt. Dadurch wird der in Gegenwart eines an den Elektroden 14 und 19 liegenden Potentials durch den Flüssigkristall fliessende Strom erheblich erhöht. Ströme in der Grössenordnung von 12 oder 14 nA vermögen dabei, in den durchsichtigen Dünnschichtelektroden 14 und 19 bereits Überhitzungen zu verursachen, wodurch diese Elektroden undurchsichtig werden und die optische Brauchbarkeit des Anzeigeelementes

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empfindlich beeinträchtigen oder das gesamte Anzeigeelement sogar unbrauchbar machen. Bei der Diffusion von Gasmolekülen durch die Randdichtung 22 hindurch in den Flüssigkristall bilden sich in der optischen Zelle Diskontinuitäten durch Gasbläschen, die ebenfalls die Anzeigequalität des Elementes stören.

In der Fig. 5 ist die verschlossene Struktur des Anzeigeelementes mit aufgebrachtem oberen Polarisator 12 und aufgebrachtem unteren Polarisator 18 gezeigt. In dieser Form kann das Anzeigeelement für den Durchlichtbetrieb eingesetzt werden. Der obere Polarisator 12 lässt dabei das polarisierte Licht durch, wenn dessen Achse in Richtung des Pfeils 26 liegt. Die Durchlässigkeitsachse des unteren Polarisators ist senkrecht zur Durchlässigkeitsachse des oberen Polarisators 12, also parallel zu dem in Fig. 2 gezeigten Pfeil 24, ausgerichtet. In diesem Zustand kann der Betrachter in Abwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes auf der Rückseite der Struktur hinter dem Polarisator 18 einen von einer Lichtquelle auf der Vorderseite der Struktur vor dem Polarisator ausgesandten Lichtstrahl wahrnehmen. Der durch den Polarisator 12 einfallende Lichtstrahl wird aufgrund des schraubenförmigen Verlaufs der Ausrichtung d-er Molekülachsen im nematischen Flüssigkristall 11 um 90 in seiner Polarisationsebene gedreht. Beim Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen den Elektroden 14 und 19 wird das durch den Polarisator 12 einfallende Licht in gleicher Weise polarisiert. In diesem Fall sind jedoch die Flüssigkristallmoleküle in Richtung des zwischen den Elektroden herrschenden elektrischen Feldes ausgerichtet, so dass die Ebene des sich im Flüssigkristall fortpflanzenden polarisierten Lichtes nicht gedreht wird. Das Licht weist beim Auf treffen auf den unteren Polarisator 18 also eine senkrecht zu diesem stehende Polarisationsebene auf. Es kann nicht durch den Polarisator 18 hindurchtreten. Die optische Zelle des An-

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Zeigeelementes ist also für den Durchtritt des optischen Strahls gesperrt.

Die in den Richtungen der Pfeile 26 und 24 verlaufenden Oberflächentexturen auf den Oberflächen der Überzüge 16 bzw. 21 bewirken Vorzugsausrichtungen der langen Moleküle des Feldeffekt-Flüssigkristalls in Abwesenheit eines elektrischen Feldes. Sie führen gleichzeitig auch bei der Rückkehr des Flüssigkristalls in den Ruhezustand, also beim Abschalten des an die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 14 und 19 gelegten elektrischen Potentials, rascher zu einer Reorientierung der Flüssigkristallmolekül. Dadurch wird die optische Ansprechzeit verkürzt.

Auch das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist einen Polarisator 12 auf der Oberseite und einen Polarisator 18 auf der Unterseite auf, deren Polarisationsachsen senkrecht zueinander stehen. Aus diesem Grund sind die Oberflächentexturen auf den Oberflächen der Überzüge 21 und 16, die durch die Pfeile 24 und 26 angedeutet sind, unter einem Winkel von 90 zueinander ausgerichtet. Die Texturen . können jedoch auch unter anderen Winkeln zueinander stehen. Massgeblich ist hierbei die für das jeweilige Anzeigeelement gewünschte Ausrichtung der Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls 11 im Ruhezustand nach Abschalten des elektrischen Feldes.

Die in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung brauchen nicht nur im zuvor beschriebenen Feldmode betrieben zu werden, sondern können bei Wahl eines entsprechenden Flüssigkristalls 11 auch unter Ausnutzung der dynamischen Streuung des Lichtes im Kristalls betrieben werden. Bei dieser Betriebsart sind die Flussigkrxstallinolekule im Ruhezustand in Abwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene des Flussig-

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kristalls bzw. des Substrats ausgerichtet. Dabei neigen die Oberflächenmoleküle dazu, sich entsprechend der Oberflächentexturen, die durch die Pfeile 24 und 2 6 angedeutet sind, aufzurichten. Beim Anlegen von Steuersignalen an die von aussen zugänglichen Leiterbahnen 20 auf den Substraten 13 und 17 nehmen die Flüssigkristallmoleküle zwischen den jeweils angesteuerten Elektroden 14 und 19 mit ihren Längsachsen statistische Ausrichtungsverteilungen an. Dadurch wird durch den Flüssigkristall hindurchtretendes Licht dynamisch gestreut. Die in diesen Bereichen gegenüber den geordneten feldfreien Bereichen auftretende Streuung des Lichtes liefert den zur optischen Anzeige verwerteten Kontrast. Als Werkstoff für die Überzüge 16 und 21, die relativ weiche, aber mechanisch feste Oberflächen aufweisen müssen, wird vorzugsweise Magnesiumfluor id eingesetzt. Etwas härter als Magnesiumfluorid ist Bariumtitanat, das ebenfalls als Werkstoff für die durchsichtigen Überzüge 16 und 21 verwendet werden kann, dessen Oberflächenhärte jedoch noch nicht so gross ist, dass die Oberflächen solcher Bariumtitanatüberzüge durch Reiben oder Polieren mit einer einheitlich ausgerichteten Oberflächentextur versehen werden kann. Auch Titandioxid hat sich als sehr gutes Material für die Überzüge 16 und 21 erwiesen. Titandioxid ist bereits ein relativ harter Werkstoff, härter als Magnesiumfluorid, und ist daher bereits entsprechend schwierig zu polieren, jedoch haben praktische Versuche gezeigt, dass gleichmässige Oberflächentexturen in den Titandioxid überzügen erhalten werden konnten, die zu hervorragenden optischen Anzeigeergebnissen führten. Der Einsatz von Titandioxid und Bariumtitanat als Werkstoff für die durchsichtigen Überzüge hat sich insbesondere dann bewährt, wenn diese Überzüge durch Zerstäubungsverfahren aufgebracht werden. Mit Hilfe dieser Zerstäubungsverfahren aufgebrachte Überzüge aus Titandioxid und Bariumtitanat haften ausserordentlich fest sowohl auf

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den durchsichtigen Dünnschichtelektroden 14 und 19 als auch auf der Oberfläche der Substrate 13 und 17 selbst. Darüber hinaus sind Überzüge aus Bariurntitanat und Titandioxid bis zu Temperaturen von etwa 1000 C mechanisch vollkommen stabil.

In der Tabelle I sind Eigenschaften organischer,oberflächenkonditionierender Überzüge mit den zuvor beschriebenen Überzügen verglichen. Ein Vergleich zeigt, dass dicke organische durchsichtige Überzüge auf den Substratoberflächen eines Flüssigkristallanzeigeelementes zu Anzeigen mit starkem Kontrast führen können. Dabei werden Schichtdicken im Bereich von 0,5 bis 1 /um als "dick" bezeichnet. Der Nachteil dieser organischen Überzüge liegt jedoch in ihrer ungenügenden Temperaturbeständigkeit. Dadurch ist die Wahl des für die Randdichtungen zu wählenden Werkstoffs sehr beschränkt.' Es müssen wesentlich porösere Werkstoffe verwendet werden, als sie in der zuvor beschriebenen Weise in Form von SiO^-Emulsionen oder Glasmassen für die Randdichtung 22 verwendet werden können. Andererseits sind bei Verwendung von ^Überzügen aus organischem Werkstoff relativ dicke Überzüge erforderlich, da die Produktionsausbeute mit abnehmender Schichtdicke ebenfalls merklich sinkt. Auch nimmt bei zu dünnen Schichtdicken der aus organischem Werkstoff bestehenden Überzüge auch die Kontrastschärfe und -stärke ab, so dass bei der Anzeige KontrastSchwankungen auftreten.

Die beschriebenen Überzüge 16 und 21 können in den verschiedensten Anzeigeelementkonfigurationen rait den verschiedensten Arten von Flüssigkristallen verwendet werden. Den in der Tabelle I zusammengestellten Daten kann entnommen werden, dass im vorstehenden Sinne dicke •Überzüge 16 und 21 aus Magnesiumfluorid,Bariumtitanat oder Titandioxid starke optische Kontraste herzustellen er-

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möglichen, eine hohe Produktionsausbeute gewährleisten und dabei unempfindlich gegen hohe Temperaturen sind.. Die Erhöhung der Produktionsausbeute solcher Anzeigeelemente liegt im guten Haftungsgrad der Überzüge 16 und 21 auf den sie tragenden Oberflächen. Ausserdem weisen diese Überzüge eine sehr hohe innere mechanische Strukturfestigkeit auf, die ebenfalls zur Erhöhung der Produktionsausbeute beiträgt.

Dünne Überzüge 16 und 21 aus den genannten Werkstoffen weisen die zuvor beschriebenen Eigenschaften der dickeren Überzüge auf, zusätzlich jedoch vermögen sie,die erforderliche Betriebsspannung des Anzeigeelementes deutlich zu senken. Unter "dünnen" Überzügen werden dabei Überzüge mit Dicken zwischen 0,5 und 5 nra verstanden. Überzüge aus den genannten Werkstoffen haben sich im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 nm bis zu 1 /Um als voll funktionstauglich erwiesen. Die vorstehend beschriebenen Überzüge 16 und 21 stehen mit dem Flüssigkristall 11 direkt in Berührung und weisen an ihrer Oberfläche in gleichmässiger homogener Dichte und gleichmässiger Ausrichtung nach einer_#Vorzugsrichtung Oberflächenunregelmässigkeiten, also homogene Oberflächentexturen, auf ihren äusseren Oberflächen, die mit dem Flüssigkristall in Berührung stehen, auf. Diese Oberflächen stehen mit den Hauptoberflächen des Flüssigkristalls 11 in Berührung. Die relativ langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle richten sich im feldfreien Ruhezustand in der Richtung dieser Oberflächenstrukturen oder Texturen aus, und zwar sowohl wenn der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall mit schraubenförmiger kollektiver Ausrichtungsverteilung ist als auch wenn der Flüssigkristall für den Betrieb nach dem Prinzip der dynamischen Streuung des Lichtes ausgelegt ist, also sowohl für die homogenen als auch für die hornöotropen nematischen Flüssigkristalle. Wenn ein Bereich des Flüssigkristalls zwischen zwei Elektroden

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14 und 19 durch ein zwischen diesen Elektroden aufgebautes elektrisches Feld angeregt wird, weisen die ausgerichteten Moleküle an den Oberflächen der im Ruhezustand befindlichen Flüssigkristallbereiche eine hohe optische Durchlässigkeit .auf, so dass eine ausgeprägte Durchlässigkeitsdifferenz, also ein ausgeprägter optischer Kontrast,zwischen den angeregten Bereichen und den im Ruhezustand befindlichen Bereichen des Flüssigkristalls auftritt.

Tabelle I

Überzug

Stärke des relativer relative Überzugs Kontrast Produktionsausbeute

Härtungs- Betriebstemperatur spannung für Randdichtung

organisch	dick	stark	erhöht	150	⁰C	hoch
organisch	dünn	schwa ch	ernie drigt	150	°C	niedrig
Erfin dung	dick	stark	erhöht	400	°C	hoch
Erfin dung	dünn	schwach	erhöht	400	°C	niedrig

Auf diese Weise wird ein Flüssigkristallanzeigeelement geschaffen, das ausserordentlich lange und langfristig stabile Betriebsdauer ermöglicht. Dies ist im wesentlichen auf die vollkommen hermetische, und zwar sowohl flüssigkeitsundurchlässige als auch gasdichte, Abdichtung um den Rand des Flüssigkristalls herum zurückzuführen. Das Anzeigeelement zeichnet sich durch starken Kontrast zwischen den hellen und den dunklen Anzeigeflächen aus, der auf die Vorzugsausrichtung der Flüssigkristallmoleküle nach der Richtung der Schleifspuren auf den inneren Oberflächen der Überzüge in Abwesenheit eines elektrischen Feldes im Ruhezustand des Flüssigkristalls zurückzuführen ist. Ausserdem weisen die

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Anzeigeelemente eine verkürzte optische Anzeigeverzögerung auf, die ebenfalls auf die zuvor beschriebene Vorzugsausrichtung der langen Flüssigkristallmoleküle zurückzuführen ist.

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Claims

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Patentansprüche

t^i^Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigeelement mit einem ersten und einem zweiten Substrat, die im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig sind und einander zugekehrt eine erste und eine zweite Oberfläche aufweisen und auf jeder dieser Oberflächen nach einer vorgegebenen Geometrie ausgelegte durchsichtige Elektroden tragen und mit Kontakten, die eine elektrische Ansteuerung bestimmter Elektroden des vorgegebenen Elektrodenuiusters ermöglichen, gekennzeichnet durch einen Überzug aus Magnesiumfluorid, Bariumtitanat oder Titandioxid auf jedem der vorbestimmten Elektrodenmuster und den einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen, mit einem Feldeffekt-. Flüssigkristall zwischen beiden Überzügen, durch eine Randdichtung, die das Elektrodenmus'ter umschliesst und sich zwischen beiden Überzügen erstreckt und an deren Oberflächen fest und dichtend haftet und dadurch den - Flüssigkristall einschliesst und vor Umgebungseinflüssen hermetisch abschirmt, wobei jeder der Überzüge ein gleichmässiges Muster von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Schleif- oder Polierspuren aufweist, die mit dem Flüssigkristall direkt in Berührung stehen und in Abwesenheit eines äusseren elektrischen ■ Feldes eine Vorzugsausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in dieser Richtung bewirken, und durch einen

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oberen und einen unteren Polarisator, die auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Feldeffekt-Flüssigkristalls angeordnet sind, so dass ein optischer Kontrast zwischen den lichtdurchlässigen Bereichen des Anzeigeelementes und den lichtundurchlässigen Bereichen des Anzeigeelementes über lange Betriebszeichen hin beobachtbar ist, und zwar nach Massgabe elektrischer Felder, die durdi Anlegen elektrischer Potentiale zwischen bestimmten angesteuerten durchsichtigen Elektroden der Muster über die Kontakte erzeugt werden, und wobei ein schnelles optisches Ansprechverhalten durch die molekulare Vorzugsausrichtung, die durch die aufgeprägten Schleifspuren ausgelöst wird, erhältlich ist.
2. Flüssigkristallanzeigeeleraent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Randdichtung aus einer Glasmasse auf SiO₂-Basis besteht, die pulverförmig oder in Form eines suspendierten Pulvers aufgetragen und während des Zusammenbaus des Flüssigkristallanzeigeelementes bei hohen Temperaturen an Ort und Stelle geschmolzen wird, wodurch diese Randdichtung flüssigkeitsdicht ist und auch bei der hohen Temperatur ohne negativen Einfluss auf die Überzüge hergestellt werden kann.
3. Flüssigkristallanzeigeelement nach einem der Ansprüche

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1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Schleif-, Polier- oder Kratzspuren auf den Oberflächen der Überzuge auf der ersten und zweiten Substratoberfläche die gleiche Richtung aufweisen wie die Polarisationsachsen des am selben Substrat angebrachten oberen bzw. unteren Polarisators, wobei die Flüssigkristallmoleküle unter Einwirkung eines äusseren elektrischen Feldes aus einer kollinearen Ausrichtung mit den Polarisationsachsen der Polarisatoren herausgedrängt werden.
4. Flüssigkristallanzeigeelement mit einem ersten und einem zweiten durchsichtigen Substrat, von denen jedes auf seiner Aussenseite einen.Polarisator trägt, mit einer bestimmten Anordnung von äussen ansteuerbarer durchsichtiger Dünnschichtelektroden auf den innenseitigen Oberflächen der Substrate und mit einem Flüssigkristall · zwischen den Substraten, gekennz eichnet durch einen durchsichtigen Überzug, der auf jeder der Elektrodenanordnungen aufgebracht ist und sowohl an den Elektroden als auch an den Substraten haftet und dessen Oberfläche mit dem Flüssigkristall in Berührung steht und wobei dieser durchsichtige Überzug aus Magnesiumfluorid, Bariumtitanat oder Titandioxid besteht, durch eine Randdichtung, die die Elektrodenanordnungen umschliesst und auf den durchsichtigen Überzügen fest haftet und den Flüssigkristall vor Umgebungseinflüssen

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abschirmt, vjobei die mit dem Flüssigkristall in Berührung stehende Oberfläche gleichmässige und gleichmässig in einer Richtung ausgerichtete Kratz- oder Schleifspuren aufweist, die, in Berührung mit dem Flüssigkristall, im Flüssigkristall eine Ausrichtung der Moleküle nach Vorzugsrichtungen in der Weise bewirken, dass beim Aufprägen elektrischer Signale, die zwischen den zu beiden Seiten des Flüssigkristalls einander gegenüberliegenden Elektroden ein elektrisches Feld erzeugen, das die Tendenz zeigt, die Flüssigkristallmoleküle aus ihrer mit der Richtung der Schleifspuren übereinstimmenden Vorzugsausrichtung auszulenken.
5. Flüssigkristallanzeigeelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Randdichtung aus einem flüssigkeitsdichten Glasmaterial besteht, dessen Schmelztemperatur oberhalb 300 ⁰C liegt und das zur Herstellung der Dichtung diesen Temperaturen ausgesetzt wird und dadurch eine langfristigere Abschirmung gegen Umwelteinflüsse ermöglicht.
6. Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Flüssigkristall, dessen einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen zwischen bestimmten Elektrodenmustern liegen, wobei den Elektroden elektrische Potentiale zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden aufprägbar sind, um dadurch die Transmission des sichtbaren Lichtes

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durch den Flüssigkristall zu verändern, gekennzeichnet durch einen durchsichtigen Überzug, der auf dein bestimmten Elektrodenmuster liegt, wobei der durchsichtige Überzug aus Magnesiumfluorid, Bariumtitanat oder Titandioxid besteht und bei Temperaturen bis zu 1000 C mechanisch stabil ist und gleichmässige und gleichraässig verteilte Oberflächenmuster von Kratz- oder Schleifspuren in einer Richtung auf den durchsichtigen Überzügen aufweisen, wobei diese Schleifspurmuster an die grossen Oberflächen der Flüssigkristalle angrenzen und mit diesen in Berührung stehen, so dass die Flüssigkristallmoleküle in Abwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes Vorzugsausrichtungen relativ zu den Schleifspuren annehmen, wodurch der Transmissionskontrast für sichtbares Licht zwischen den Flüssigkristallbereichen, die von einem elektrischen Feld ' erregt sind, und den angrenzenden nicht erregten FiüssigkriStallbereichen im Ruhezustand erhöht wird.
7. Anzeigeelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Überzug eine Dicke im Bereich von einigen zehntel Nanometern bis zu 1 ,um aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeigeelementes mit zwei einander in bestimmtem geometrischen Anordnungsmuster gegenüberliegenden durchsichtigen Elek-

• trodenanordnungen auf zwei einander zugekehrten Substratoberflächen, dadurch gekennzeichnet , dass

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man einen durchsichtigen Überzug aus Magnesiumfluorxd, Bariumtitanat oder Titandioxid mit im wesentlichen gleichmassiger Dicke und einer mechanisch festen Oberfläche über die beiden Elektrodenmuster aufbringt, dass man die mechanisch festen Oberflächen der durchsichtigen Überzüge so poliert, dass ein gleichmässiges Muster in einer Richtung einheitlich ausgerichteter Schleifspuren erhalten wird., dass ein Flüssigkristall zwischen die polierten Oberflächen und angrenzend an diese angeordnet wird und dass man den Rand des Flüssigkristalls zwischen den polierten Oberflächen abdichtet, so dass die Flüssigkristallmoleküle in den mit den polierten Oberflächen in Berührung stehenden Flüssigkristallbereichen in Richtung der Schleifspuren im Ruhezustand eine Vorzugsausrichtung annehmen und durch ein elektrisches Feld umorientierbar sind, das durch elektrische Potentiale aufgebaut wird, die zwischen den Elektroden an den beiden einander gegenüberliegenden Elektrodenmustern erzeugt sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Randdichtung des Flüssigkristalls bei einer Temperatur über 300 °C aufschmilzt und dadurch eine flüssigkeitsundurchlässige Schranke zur hermetischen Abschirmung des Flüssigkristalls gegen jegliche Umwelteinflüsse schafft.

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