DE2805884C3 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Fluoreszenzplatte - Google Patents

Description

reich. Die vordere Trägerplatte ist zusätzlich innen noch mit einem Film 5 überzogen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient deutlich kleiner ist als der des aus Glas bestehenden Substrats. Dieser Film, für den man beispiel· eise SiO₂. SI₂Oj oder SiO₂ ■ AI₂Oi 5 nehmen kön ,c. ist bei erhöhten Temperaturen aufgebracht worden und drückt die Trägerplatte nach Art eines Bimetalls zur anderen Platte hin durch. Der gleiche Effekt ließe sich natürlich auch erreichen, wenn man die Außenseite der Trägerplatte mit einem Überzug versieht, der sich bei Abkühlung stärker zusammenzieht als das Substratmaterial. Für diesen Außenfilm (vergl. hierzu Fig. 2) käme etwa MgO infrage. Diese Maßnahmen dienen dazu, daß der vorgesehene Abstand auch dann eingehalten w ird. wenn die Trägerplatten nicht ganz eben sind.

Die beiden Trägerplatten werden nicht nur über den Rahmen 6 sondern auch noch über weitere Abstandsclemente gegeneinander distanziert. Der Figur entnimmt man. daß diese Elemente sich sämtlich in der von dem Rahmen und den beiden Substraten begrenzten Kammer befinden und dadurch gebildet sind, daß von der einen Trägerplatte Schichten (Distanzierschichten 9) und \on der anderen Trägerplatte Stützen (Distanzierstützen 11) ausgehen. Die Distanzierschichten 2^r> nehmen praktisch die gesamte Grundfläche der Kammer (»Restbereich«) außerhalb der Anzeigebereiche ein. Im vorliegenden Fall ist die Zelle so dimensioniert, daß die Flüssigkristall-Schicht in den Anzeigebereichen etwa 8 ± 1 um dick ist und im Restbereich eine Stärke von 2 ± 0.5 um hai. Die Trägerplatten haben eine Wandstärke \on etwa 0.6 mm.

Die in der Zellenkammer verbleibenden, untereinander verbundenen Hohlräume sind mit einer Flüssigkrisiall-Schichi gefüllt, die durch eine (nicht dargestellte) )5 Füllöffnung eingebracht worden ist. Der Flüssigkristall ist eine nematische Substanz mit einem chiral-nematischen Zusatz und einem eingelagerten pleochroitischcn Farbstoff. Das Gemisch hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist an seinen plattenparallelen Grenz- ao flächen homöotrop orientiert. Stellt sich diese Textur nicht spontan ein. so läßt sie sich mit einer der bekannten Orientierungstechniken (vergl. hierzu beispielsweise M.Tobias. »International Handbook of Liquid Crystal Displays« Ovum Press. London. Absehn. 7.2) herbeiführen. In dem Flüssigkristallgemisch ist die chiral-nematische Komponente, die den Flüssigkristall cholesterisch verschraubt, so groß, daß die erzeugte Ganghöhe einen Wert zwischen der Flüssigkristall-Schichtdicke in den Anzeigebereichen einerseits und im Kestbcreich andererseits annimmt. In diesem Fall orientieren sich die Flüssigkristall-Moleküle in den Anzeigebereichen — abgesehen von den Moleküllagen an den Grenzflächen — cholesterisch, im Restbereich dagegen durchgehend homöotrop.

Die hinter der Zelle befindliche Fluoreszenzplatte 2 ist an ihren vier Seitenflächen jeweils mit einer Spiegelschicht 13 überzogen und enthält einzelne Lichtaustrittsfenster, und zwar in Form einer rückwärtigen Einkerbung 14 und einer auf der Plattenvorderseite angebrachten Streufläche 16. Jedes Fenster ist in Blickrichtung hinter einem der Elektrodensegmente 8 angeordnet. Die Platte ist so bemessen, daß sie seitlich nicht über die Flüssigkristall-Zelle hinausragt. Sie empfängt Licht von hinten — durch eine nur für das Anregungslicht durchlässige Absorptionsfolie 17 hindurch — und von vorn durch die transparenten Gebiete der Zelle.

Die Abstandsschichten lassen sich auf verschiedene Weise mit genau einstellbarer Dicke erzeugen: Beispielsweise durch Verdampfen oder Aufsplittern eines Glases, durch Eintauchen des Substrats in eine Lösung oder durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition = VCD). Bei der ersten Aufbringtechnik empfiehlt es sich, eine vorwiegend aus SiO₂. AbOj CaO. Cr₂Oj oder Mgf-2 bestehende Schicht zu nehmen hierfür geeignete Gläser befinden sich im Handel. Die Tauchschichi könnte aus S1O2 oder SiO₂ · AI₂O: zusammengesetzt sein. Der in CVD-Technik hergestellte Überzug sollte vorzugsweise aus S1O2, S1O2 ■ AI2O oder aus SiO₂ ■ B₂Oj bestehen. Neben den genannter Methoden kommen natürlich auch Siebdruck- oder Fototechniken infrage. Beim Siebdruckverfahren, bei dem man gleich die endgültigen Strukturen aufdrucker kann, lassen sich kristallisierende Glaslotc aber auch organische Materialien verwenden: Glaslot muß bekanntlich nach dem Aufdruck noch gesintert werden Besonders rationell ist eine Technik, bei der ein Gemisch aus einem Glaslotpulver und einem positiven oder negativen Fotolack aufgesprüht oder durch ein sog. »Rollercoating« aufgetragen, durch eine Fotobelichiung mit anschließender Ablösung der belichteten bzw. unbelichteten Flächen geeignet strukturiert und dann bei ca. 500 C gesintert wird.

Realisiert man die Plattenvorsprünge und/oder die Distanzierstützen nicht durch Beschichten sondern durch Tieferlegen der Scgmentbcreiche (Fig. 2), so empfiehlt es sich.diese Vertiefungen durch Sputterätzen herzustellen. Beim Ätzen sind diejenigen Substratbereichc. die als Vorsprünge und/oder Stützen dienen sollen, durch eine Maske mit Fotolack oder Sicbdrucklack abzudecken. Lackreste können durch Plasmaveraschen entfernt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 sind in der einen, unbcschichtetcn Trägerplatte Gruben 18 eingeätzt und in diese Gruben die Segmentelcktrodcn aufgebracht und es sind die Distanzierstützen der anderen Trägerplatte durch Beschichtung erzeugt. Eine solche Version kann besonders kostengünstig gefertigt werden.

Das Display arbeitet folgendermaßen: Die Fluoreszcnzplatte leitet das auf sie treffende Umgebungslicht in ihrem Inneren auf die Lichtaustrittsfenster, aus der die eingefangene Strahlung nach vorn ausgekoppelt wird. In den nicht angesteuerten Anzeigebereichen. in denen die in der Flüssigkristall-Schicht eingelagerten Farbstoffmoleküle nicht in Lichtfortpflanzungsrichtung liegen, wird das Fluoreszenzlicht absorbiert, so daß diese Segmente in der Farbe des Farbstoffes erscheinen. In den jeweils angesteuerten Anzeigebereichen nehmen die Flüssigkristall-Moleküle und damit auch die Farbstoff-Moleküle eine plattensenkrechte Orientierung ein, in der sie lichtdurchlässig sind. Es entsteht ein in der Fluoreszenzfarbe leuchtendes Bild vor einem Untergrund, der teilweise — in den nicht angesteuerten Segmenten — die Farbe des Farbstoffs und teilweise — in den transparenten Zellengebieten — einen durch die Fluoreszenzplatte bestimmten Farbton hat. Um dem Untergrund eine homogene Farbe zu geben, sollten die Farbstoff-Farbe und die Farbe des Restbereiches aufeinander abgestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch Wahl eines geeigneten Farbstoffes oder aber durch Hinterlegung des Restbereiches mit einer passend getönten Folie geschehen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So bleibt es dem Fachmann überlassen, welche Herstellunestechniken er

für die Vorspränge einerseits und die Stützen andererseits im Einzelfall miteinander kombiniert. Außerdem ist es ohne Belang, ob die FK-Schicht in den Anzeigebereichen einen planar-cholesterinischen oder einen fokalkonischen Ruhezustand einnimmt. So kann der vorliegende Vorschlag auch auf ein Matrix-Display auf der Basis des sog. Bistabilitätseffektes (Berichte der Bunsengesellschaft, 9 (1974) 912) angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Schicht, die sich zwischen einer in Betrachtungsrichtung vorderen und einer hinteren Trägerplatte befindet und in Anzeigebereichen zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbar ist, sowie mit einer hinter den Trägerplatten angeordneten Platte, die aus einem Material mit einem Brechungsindex > 1 besteht, mit einem fluoreszierenden Zusatz versehen ist und den einzelnen Anzeigebereichen jeweils zugeordnete Lichtaustrittsfenster aufweist, wobei der neben den Anzeigebereichen verbleibende Restbereich der Trägerplatten zumindest gebietsweise lichtdurchlässig ist und die Flüssigkristall-Schicht in diesen Gebieten eine für die Lichtdurchlässigkeit geeignete Textur hat, die sich von der Textur der Flüssigkristall-Schicht in den nicht geschalteten Anzeigebereichen unterscheidet, nach Patent 26 25 864, dadurch gekennzeichnet, daß in den lichtdurchlässigen Gebieten die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte 4) auf ganzer Fläche vorspringt und die zweite Trägerplatte (3) mit Distanzierstützen (11) versehen ist. die an die Vorsprünge (Distanziervorsprünge 9) der ersten Trägerplatte (4) anschlagen, und daß die Flüssigkristall-Schicht (12) mindestens einen pleochroitischcn Farbstoff enthält, eine positive dielektrische Anisotropie hat, an ihren plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert ist und in den nicht geschalte- jo ten Anzeigebereichen eine cholesterinische Orientierung hat, deren Helixganghöhe so groß ist, daß die Flüssigkristall-Schicht (12) in den lichtdurchlässigen Gebieten, in denen sie dünner ist als in den Anzeigebereichen, sich nicht mehr cholesterisch orientieren kann und durchgehend homöotrop ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Helixganghöhe kleiner ist als die Dicke der Flüssigkristall-Schichl (12) in den Anzeigebcrcichen und größer ist als die Dicke der Flüssigkristall-Schicht (12) in den lichtdurchlässigen Gebieten.

3. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht (12) in den Anzeigebercichcn zwischen 6 und 10 μηι und in den lichtdurchlässigen Gebieten I —2 μιη dick ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Trägerplatten (3, 4) auf ihrer Innenseite zusätzlich mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgetragenen, vorzugsweise aus SiO₂AI₂Oj oder SiO₂ · AI₂Oj bestehenden Überzug (5) versehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der der Trägerplatte.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Trägerplatten (3, 4) auf ihrer Außenseite zusätzlich mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgetragenen, vorzugsweise aus MgO bcsiehcndcn Überzug (5) versehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als der der Trägerplatte.

b. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die b5 Distanziervorsprünge (9) und/oder die Distanzierstützen (11) jeweils durch eine auf die Trägerplatte (3,4) aufgebrachte Schicht gebildet sind.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge (9) und/oder die Distanzierstützen (11) dadurch gebildet sind, daß die Trägerplatte (3,4) in den Anzeigebereichen vertieft ist.

8. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise überwiegend aus SiO?, AI2O3, Ο2Ο3, CaO oder MgF2 besteht, aufgedampft oder aufgesputtert wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

&. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Tauchschicht, die vorzugsweise aus SiOj oder SiO₂ ■ AI₂Oj besteht, aufgebracht wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

10. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise aus SiO₂. SiO₂ · AI₂Oj oder SiO₂ · B₂Oj besteht, durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition) erzeugt wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Platienbcreiche durch Ätzung freigelegt werden.

11. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanziersiützcn einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprüngc und/ oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines kristallisierenden Glasloles in Siebdrucktechnik und durch nachfolgendes Sintern hergestellt werden.

12. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines organischen Materials in Fototechnik oder in Siebdrucktechnik hergestellt werden.

13. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprüngc und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht aus einem Glaslotpulvcr und einem Fotolack aufgebracht, vorzugsweise aufgesprüht oder aufgerollt, wird, daß dann diese Schicht maskiert und fotobelichtet wird und daß hiernach die Distan/iervorsprünge und/oder Distanzierstützen durch einen Ablöseprozeß herausgearbeitet und schließlich durch Erwärmung auf einige 100°C gesintert werden.

14. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dislanzicrvorsp "ünge und/ oder die Distunzierstüt/.cn durch Spultcrälzen der Trägerplatte hergestellt werden, wobei die die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen bildenden Plattenbereiche mit Fotolack oder Sicbdrucklack abgedeckt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackreste durch Plasmaveraschen entfernt werden.

Zum Gegenstand des Hauptpatents 26 25 864 gehört eine Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristallschicht, die sich zwischen einer in Betrachtungsrichtung vorderen und einer hinteren Trägerplatte befindet und in Anzeigebereichen zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbar ist, sowie mit einer hinter den Trägerplatten angeordneten Platte, die aus einem Material mit einem Brechungsindex >1 besteht, mit einem fluoreszierenden Zusatz versehen ist und den einzelnen Anzeigebereichen jeweils zugeordnete Lichtauctrittsfenster aufweist, wobei der neben den Anzeigebereichen verbleibende Restbereich der T~ägerplatten zumindest gebietsweise lichtdurchlässig ist und die Flüssigkristall-Schicht in diesen Gebieten eine für die Lichtdurchlässigkeit geeignete Textur hat, die sich von der Textur der Flüssigkristall-Schicht in den nicht geschalteten Anzeigebereichen unterscheidet. Ein solches Display liefert einen hohen Darstellungskontrast, da die als Helligkeitsverstärker wirkende Fluoreszenzplaue durch die Zelle hindurch Umgebungslicht empfangen kann.

Gemäß dem Hauptpatent läßt sich die örtlich verschiedene Flüssigkristall-Orientierung durch eine lokal entsprechend variierte Oberflächenpräparation der beiden Trägerplatten oder durch Erzeugung eines ständigen elektrischen Feldes im Restbereich realisieren. Diese Maßnahmen fühlen zwar zum gewünschten Erfolg, sie sind aber noch immer mit einem gewissen J5 Herstellungsaufwand bzw. einem unnötigen Leistungsverbrauch belastet.

Die Erfindung steht vor der Aufgabe, die eingangs genannte Anzeigevorrichtung auf der Grundlage des geschilderten Lösungsprinzips derart auszubilden, daß sie rationell und vor allem auch ohne weiteres in größeren Stückzahlen gefertigt werden kann. Hierzu ist bei dem eingangs genannten Display erfindungsgemäß vorgesehen, daß in den lichtdurchlässigen Gebieten die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) auf ganzer Fläche vorspringt und die zweite Trägerplatte mit Distanzierstützen versehen ist, die an die Vorsprünge (»Distanziervorsprünge«) der ersten Trägerplatte anschlagen, und daß die Flüssigkristall-Schicht mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält, eine positive dielektrische Anisotropie hat, an ihren plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert ist und in den nicht geschalteten Anzeigebereichen eine choles'.erinische Textur hat, deren Helixganghöhe so groß bemessen ist, daß die Flüssigkristall-Schicht in den lichtdurchlässigen Gebieten, in denen sie dünner ist als in den Anzeigebereichen, sich nicht mehr cholesterinisch orientieren kann und durchgehend homöotrop ist.

Die Erfindung beruht auf folgender Beobachtung. Ein an den Trägerplatten homöotrrrn orientierter cholesterinischer Flüssigkristall, der jioii im feldfreien Zustand normalerweise planar oder fokal-konisch orientiert und erst oberhalb eines bestimmten Schwellenfeldes homöütrop wird, ist auch ohne Feld dann durchgehend plattensenkrecht ausgerichtet, wenn die Flüssigkristall-Schicht so dünn ist, daß sich eine Klementarhelix nicht mehr voll ausbilden kann. Dieser Orientierungseffekt wird bei der vorgeschlagenen Flüssigkristallanzeige dazu benutzt, die vorgeschriebene Texturdifferenzierung nicht mehr durch eine Oberflächenbehandlung oder durch Anlegen einer ständigen Spannung sondern durch eine Schichtdickenvariation zu verwirklichen. Die hierzu vorgeschlagenen Maßnahmen — von dem einen Substrat ausgehende Stützen ruhen auf Vorsprüngen des anderen Substrats — erweisen sich in mehrfacher Hinsicht als besonders günstig. So hissen sich die Vorsprünge und Stützen mit einer genau definierten Höhe herstellen, so daß man zu Zellenversionen mit extrem dünnen Flüssigkristall-Schichten in den Anzeigebereichen übergehen kann, bei denen bekanntlich die Schwellspannungen und die Schaltzeiten besonders geringe Werte haben. Darüber hinaus bringt die vorgeschlagene Plattendistanzierung noch zwei weitere Vorteile mit sich, die vor allem bei einer Massenfertigung ins Gewicht fallen: Man kommt mit einem relativ kleinen Flüssigkristall-Volumen aus und kann die Substanz durch eine einzige Einfüllöffnung in die Zelle einführen, da sämtliche mit dem Flüssigkristall zu füllenden Räume miteinander verbunden sind.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Plattenvorsprünge können durch Beschichtung der Substrate oder aber durch Schaffung von Vertiefungen herausgearbeitet werden. Beschichtet man die Platte, so ist es im Rahmen der Erfindung ohne Belang, ob die Schicht direkt auf das Substrat oder etwa auf bereits vorhandene (leitfähige) Schichten aufgetragen wird. Die Distanzierstützen können grundsätzlich nach den gleichen Verfahren wie die Vorsprünge erzeugt werden. Günstige Herstellungstechniken für die beiden Distanzierelemente sind in den Ansprüchen 6 bis 15 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dor Erfindung werden in zusätzlichen Ansprüchen charakterisiert.

Die Erfindung soll nun anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unier Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 2 ebenfalls in einem Seitenschnitl die Flüssigkristall-Zelle eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich von der Ausführung der F i g. 1 im wesentlichen nur in der Realisierung der Substratvorsprünge unterscheidet.

Die Zeichnung ist schemalisch gehalten. Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile eines Displays, beispielsweise elektrische Zuleitungen oder Halterungselemente, sind weggelassen.

Das Display der F i g. I ist eine einstellige, polarisatorfreie 7-Segment-Flüssigkristallanzeige. Sie besteht aus zwei Funktionseinheiten: aus einer Flüssigkristall-Zelle 1 und einer Fluoreszenzplatte 2, die sich in Betrachtungsrichtung hinter der Zelle befindet.

Die Zelle 1 enthält im einzelnen eine vordere Trägerplatte 3 und eine hintere Trägerplatte 4, die beide über einen Rahmen 6 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Die Trägerplatten sind außerdem auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Belag vergehen. Der Belag der rückwärtigen Trägerplatte ist durchgehend ausgebildet (Rückelektrode 7). während der Belag der vorderen Trägerplatte aus getrennt an steuerbaren Segmenten (Elektrodensegmente 8) besteht; die Elektrodensegmente definieren jeweils einen Anzeigebe-