DE2805970C3

DE2805970C3 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2805970C3
Application number: DE2805970A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 8011 Faistenhaar Kobale; Hans 8000 Muenchen Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2805970B2; FR2417156A1; IT7920066A0; GB2014345A; IT1110526B; JPS54129900A; US4346963A; DE2805970A1; FR2417156B1; GB2014345B

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays. Derart aufgebaute FIüssigkristaII-(FK-)Anzeigen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt; man vergleiche hierzu beispielsweise die DE-PS 21 60 469 oder die US-PS 38 63 332.

Die Trägerplatten von FK-Displays sollen einen möglichst geringen Abstand voneinander haben, weil sich wichtige Kenndaten der Anzeige mit zunehmender FK-Schichtdicke verschlechtern; insbesondere werden dabei die Schaltzeiten länger und die Schwellspannungen größer. Von modernen FK-Displays werden bereits Plattenabstände von weniger als 10 μ, in einzelnen Fällen sogar von höchstens 2 μ, verlangt. Diese Forderungen lassen sich nicht ohne weiteres erfüllen und geben vor allem dann nach wie vor erhebliche Fertigungsprobleme auf, wenn man großflächige oder dünnwandige Substrate verwenden will.

Das geschilderte Distanzierproblem ist bereits seit Jahren Gegenstand intensiver Bemühungen und hat 7ii einer Fülle von Lösungsvorschlägen geführt. ·'· He diese Beiträge lassen sich, soweit sie über eine reine Weiterentwicklung des Rahmens hinausgehen, folgendermaßen gruppieren: entweder wird das gesamte Kammervolumen außerhalb der Segmentbereiche mit einer Masse ausgefüllt (beispielsweise DE-PS 21 60 469) oder man setzt eine Vielzahl von mehr oder weniger regellos verteilten Abstandskörpern wie Körner (DE-OS 21 59 165), lasererzeugte Aufwürfe (DE-PS 23 44 050) oder Glaslotsäulen (DE-OS 22 42 389) zwischen die Substrate. Beide Konzepte haben ihre Vor- und Nachteile. Die erste Alternative liefert relativ genaue Distanzwerte, da die Platten in der unmittelbaren Umgebung der schaltbaren FK-Bereiche großflächig abgestützt werden, und ermöglicht einen sparsamen FK-Verbrauch, denn man braucht nur die durch die Segmentbereiche definierten Hohlräume zwischen den beiden Platten zu füllen; die Existenz mehrerer separater Rf ime erschwert allerdings das Einbringen des Flüssigkristalls in das Display. Bei der zweiten Alternative ist zwar die Einfüllung unproblematisch, dagegen benötigt man mehr FK-Material; hinzu kommt, daß bei Körnern und Glaslotsäulen die Abstandsgenauigkeit mitunter zu wünschen übrig läßt — die Körner werden im illgemeinen durch eine Ciebfraktionierung gewonnen und die Glaslotsäulen verändern beim Löten ihre Höhe — und daß das Laserkrater-Verfahren noch verhältnismäßig aufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige anzugeben, die exakt voneinander distanzierte Platten hat, mit einer geri.igen FK-Menge auskommt und dabei keinen besonderen Einfüll- oder Distanzieraufwand verlangt Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß drei Displayvarianten vorgesehen, die jeweils in den Ansprüchen 1,2 und 3 charakterisiert sind. Dabei können die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen auf zweierlei Weise realisier! sein: entweder man versieht die Trägerplatten mit einer Schicht, in der geeignet geformte Strukturen ausgespart sind, oder man schafft in den Trägerplatten Ausnehmungen. Geeignete Beschichtungstechniken sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 13; wie man besonders einfach bestimmte Teüflächen in einer Trägerplatte tiefer legt, ist in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.

Bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, in der erstmalig die bishuf stets getrennt verfolgten Entwicklüngslinien in bestimmter Weise miteinander kombiniert sind, kann das FK-Material bequem durch eine einzige Öffnung eingegeben werden, da sämtliche Kammerhohlräume miteinander verbunden sind. Das dabei benötigte FK-Volumen ist gering, da die FK-Schicht im Restbereich extrem dünn sein kann. Der Substratabstand läßt sich mit erprobten Beschichtungs- bzw. Vertiefungsverfahren mühelos bis auf ± 1 μ genau einstellen. Dabei ist von Vorteil, daß sich die Vorsprünge und Stützen die Entfernung zwischen den beiden Substraten teilen und man daher auch auf Techniken zurückgreifen kann, die an sich nur wenige μπι hohe Vorsprünge bzw. Stützen liefern könnten (vergl. hierzu die bereits zitierte US-Patentschrift).

Unter üblichen Bedingungen wird der von den Distanzelementen vorgegebene Mindestabstand zwischen den beiden Trägerplatten auch tatsächlich eingehalten, werden also die Stützen auf die Vorsprünge stoßen. Für den Normalfall erfüllt daher ein Display gemäß der vorgeschlagenen Alternative 1 seinen Zweck. Will man jedoch auch dan:* eine bestimmte Plattendistanz garantieren, wenn die Anzeige in einem relativ großen Temperaturbereich arbeitet oder wenig formstabile Substrate hat, so sind die Alternativen 2 und 3 vorzuziehen. Bei diesen Ausführungen stelk sich zwischen dem Überzug und der damit bedeckten Platte eine mechanische Spannung ein, die die beschichtete Platte in einer Art »Bimetalleffekt« gegen die andere Trägerplatte durchdrückt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in zusätzlichen Ansprüchen charakterisiert.

Die Erfindung soll nun anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter 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 Seitenschnitt die Flüssigkristall-Zelle eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich von der Ausführung der F i g. 1 im wesentlichen nur in der Realisierung der Plattenvorsprünge unterscheidet.

Die Zeichnung ist schematisch gehalten. Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile eines Displays, beispielsweise die elektrischen Zuleitungen, sind weggelassen.

Das Display der F i g. 1 ist eine einstellige, polarisatorfreie 7-Segment-FlUssigkristallanzeige. Sie enthält im einzelnen eine vordere Trägerplatte 1 und eine hintere, mit einer diffus reflektierenden Rückfläche ausgestattete Trägerplatte 2, die beide über einen Rahmen 3 hermetisch dicht miteinander verbunden sind. Außerdem sind die Trägerplatten auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Belag versehen. Der Belag der rückwärtigen Trägerplatte ist durchgehend ausgebildet (Rückelektrode 4), während der Belag der vorderen Trägerplatte aus getrennt ansteuerbaren Segmenten (Elektrodensegmes Ie 6) besteht. Die hintere Trägerplatte trägt zusätzlich ein Ansteuerteil 10. während die vordere Trägerplatte außen noch mit einem bei erhöhten Temperaturen aufgebrachten FiLn H überzogen ist, der einen sehr viel höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das aus Glas bestehende Substrat hat und bei normalen Umgebungstemperaturen die Platte 1 zur Platte 2 hin durchbiegen will. Dieser Film könnte aus MgO bestehen.

Die beiden Trägerplatten werden nicht nur über den

Rahmen sondern auch noch über weitere Abslaridselemente 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 7) und von der anderen Trägerplatte Stützen (Distanziefslützeh 9) ausgehen. Die Distanziefschichtert nehmen praktisch die gesamte Grundfläche der Kammer außerhalb der Anzeigebereiche (Restbereich) ein. Im vorliegenden Fall ist die Zelle so dimensioniert, daß die Flüssigkristallschicht in den Anzeigebereichen etwa 8+1 um dick ist und im Restbereich eine Stärke von 2+0,5 μηι hat. DieTrägerplatlen haben eine Wandstärke von 0,6 mm.

Die in der Zellenkammer verbleibenden, untereinander verbundenen Hohlräume sind mit einer Flüssigkristall-Schicht 11 gefüllt, die durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung eingebracht worden ist. Der Flüssigkristall besteht im wesentlichen aus einer nematischen Substanz, der ein chiral-nematischer Zusatz sowie ein pleochroitischer Farbstoff beigegeben ist. Das Gemisch hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist an seinen plattenparallelen Grenzflächen homöotrop orientiert. Stellt sich diese Textur nicht spontan ein, so kann man sie mit einer der bekannten Orientierungstechniken (vergl. hierzu beispielsweise M. Tobias »International Handbook of Liquid Crystal Display«, Ovum Press Ltd., London, Abschn. 7.2) herbeiführen. In dem Flüssigkristallgemisch ist der Anteil der chiral-nematischen Komponente, die den Flüssigkristall cholesterinisch verschraubt, so groß gewählt, daß die Ganghöhe der induzierten Verschraubung einen Wert zwischen der FK-Schichtdicke in den Segmeritbereichen einerseits und im Restbereich andererseits annimmt. In diesem Fall orientieren sich die FK-Moleküle in den Segmentbereichen — abgesehen von den Grenzflächen — cholesterisch, im Restbereich dagegen durchgehend homöotrop.

Die Abstandsschichten lassen sich auf verschiedene Weise mit genau einstellbarer Dicke erzeugen: Beispielsweise uufch Verdampfen uder Äufspultern eines Glases, durch Eintauchen des Substrates in eine Lösung oder durch eine chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition = CVD). Bei der erstgenannten Äufbringtechnik empfiehlt es sich, eine vorwiegend aus SiO₂, A12O3, CaO, Cr₂O3 oder MgF₂ bestehende Schicht zu nehmen; hierfür geeignete Gläser befinden sich im Handel, Die Tauchschichl könnte aus SiO₂ oder SiOj - Al₂Oj zusammengesetzt sein. Der in CVD-Techriik hergestellte Überzug sollte vorzugsweise aus SiO₂, SiO₂ · AI₂Oj oder aus SiO₂ · B₂O₃ bestehen. Neben den genannten Methoden kommen natürlich auch Siebdruckoder Fötötechnik in Frage, Beim Siebdruckverfahfefi, bei dem man gleich die endgültigen Strukturen aufdrucken kann, lassen sich kristallisierende Glaslote, aber auch organische Materialien verwenden; Glaslot muß bekanntlich nach dem Aufdruck noch gesintert werden. Besonders rationell ist eine Beschichtungstechnik, bei der ein Gemisch aus einem Glaslotpulver und einem (positiven oder negativen) Fotolack aufgesprüht oder durch ein sog. »Rollercoating« aufgebracht, dann mit einer Fototechnik strukturiert und schließlich bei ca. 500°C gesintert wird. Realisiert man die Vorsprünge und/oder die Distanzierstülzen nicht durch Beschichten sondern durch Ausnehmungen in den Substraten (F i g. 2) so empfiehlt es sich, diese Vertiefungen durch eine Sputterälztechnik herzustellen. Dabei sind diejenigen Substratbereiche (Erhebungen 12), die als Vorsprünge und/oder Stützen dienen sollen, durch eine Maske mit Fotolack oder Siebdrucklack abzudecken. Lackreste können durch Plasmaveraschen entfernt werden. Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei de ro in der einen Trägerplatte Gruben 13 eingeätzt und in diese Gruben die Segmentelektroden aufgebracht sind und bei dem auf der anderen Trägerplatte die Distanzierstützen durch eine Beschichtung erzeugt sind, kann besonders kostengünstig gefertigt werden.

Das Display arbeitet folgendermaßen: Es werden stets nur diejenigen Segmentelektroden angesteuert, die zum Hintergrund der darzustellenden Zahl gehören. In den angesteuerten Segmentbereichen sowie im Restbereich sind die Flüssigkristallmoleküle und damit auch die Farbstoffmoleküle plattensenkrecht ausgerichtet, so daß der Hintergrund hell erscheint. In den nicht angesteuerten Segmentbereichen behält die Flüssigkristall-Schicht ihre planar-cholesterinische bzw. fokal-konische Orientierung bei, diese Bezirke erscheinen in der Farbe des gewählten Farbstoffes.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So spielt es beispielsweise keine Rolle, ob die Distanzierschichten unmittelbar auf die Trägerplatten oder auf bereits vorhandene (leitfähige) Zwischenschichten aufgetragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Elektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der von dem Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben den Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläche) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch '⁵ gekennzeichnet, daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restfläche Distanzierstützen (9) ausgehen, die auf den Distanziervorsprüngen (7, 12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen.

2. Flüssig'/ristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatte!», die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Eiektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der von dem Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte (erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben den Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläehe) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten .rägerplatte auf der Restfläche Distanzierstüt^en (9) ausgehen, die auf den Distanziervorsprüngen (7, 12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen und daß zumindest eine der beiden Trägerplatten (1, 2) außen eine Schicht (5) aus einem Material trägt, das bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist, einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten nat als die Trägerplatte (1) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durchdrückt.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Trägerplatten, die durch einen Rahmen voneinander distanziert sind und auf ihren einander zugewandten Seiten (Innenseiten) jeweils elektrisch leitfähige Beläge tragen, von denen zumindest der eine Belag getrennt ansteuerbare Segmente (Elektrodensegmente) hat, und mit einer Flüssigkristallschicht in der Von dem Rahmen und den beiden Trägerplalten begrenzten Kammer, wobei die eine Trägerplatte |erste Trägerplatte) in der Kammer auf ihrer neben ilen Segmentflächen verbleibenden Fläche (Restfläche) Distanziervorsprünge zur anderen Trägerplatte (zweite Trägerplatte) hin aufweist, dadurch gekennte'chnet. daß von der zweiten Trägerplatte auf der Restfläche Dislanzierstützen (9) ausgehen, die auf ien Distanziervorsprüngen (7, 12) der ersten Trägerplatte (2 bzw. 1) ruhen und daß zumindest tine der beiden Trägerplatten (1, 2) innen eine Schicht (5) aus einem Material trägt, das bei erhöhten Temperaturen aufgetragen ist; einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als die Trägerplatte (1) und diese gegen die andere Trägerplatte (2) durchdrückt,

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzier* vorsprünge Und/oder Distanzierstützen durch Schichten (7,9) gebildet sind.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder Distanzierstützen dadurch gebildet sind, daß die Trägerplatte (1) bereichsweise Vertiefungen (12) hat.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (5) aus MgO besteht.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht (5) aus SiO₂, AI2O3 oder SiO₂ · Al₂O₃ besteht

8. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht, die vorzugsweise überwiegend aus SiO₂, Al₂O₃, CaO, Cr₂O₃ oder MgF₂ besteht, aufgedampft oder aufgesputtert wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

9. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Tauchschicht, die vorzugsweise aus SiO₂ oder SiO₂ · Al₂O₃ bestoht, aufgebracht wird und daß dann aus dieser Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ätzung freigelegt werden.

10. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/ocier der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch ·*, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder Distanzierstützen dadurch hergestellt werden, daß ein kristallisierendes Glaslot in Siebdrucktechnik aufgebracht und nachfolgend gesintert wird.

11. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstücke einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen durch Aufbringen eines organischen Materials in Fototechnik oder in Siebdrucktechnik hergestellt werden.

12. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende Schicht aus Glaslotpulver und Fotolack aufgetragen, vorzugsweise aufgesprüht oder aufgerollt wird, daß dann die Schicht maskiert und fotobeschichtet wird, daß hiernach aus der Schicht die schichtenfrei zu haltenden Plattenbereiche durch Ablösung freigelegt werden und daß schließlich die verbleibenden Schichtbereiche durch Erwärmen auf einige 10O⁰C zu einer glasigen Schicht gesintert werden.

13. Verfahren zur Herstellung der Distanziervorsprünge und/oder der Distanzierstützen einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanziervorsprünge und/ oder die Distanzierstützen durch Sputterätzen der Trägerplatte hergestellt werden, wobei die die Distanziervorsprünge und/oder die Distanzierstützen bildenden Plattenbereiche (Erhebungen 12) mit Fotolack oder Siebdrucklack abgedeckt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 3₍ dadurch gekenn' zeichnet, daß die Lackreste durch Plasmaveraschen entfernt werden.