DE2848581C2

DE2848581C2 - Speicherndes Flüssigkristall-Anzeigeelement

Info

Publication number: DE2848581C2
Application number: DE19782848581
Authority: DE
Inventors: David Bishops Stortford Hertfordshire Coates; William Alden Harlow Essex Crossland; Joseph Hourigan Dunmow Essex Morissy
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE2848581A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein speicherndes Flüssigkristall-Anzeigeelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Flüssigkristallanzeigen werden in zunehmendem Maße in der Technik verwendet. Die Veröffentlichung von J.G. Grabmaier und H.H. Krüger: "Flüssige Kristalle- Grundlagen und technische Anwendungen", erschienen in der VDI-Zeitschrift Band 115 (1973) Nr. 8 auf den Seiten 629 bis 638 bescheibt dabei auch Wirkungsweise und Aufbau einiger speichernder Arten.
In dem Buch "Nonemissive Electrooptic Displays", 1976, Plenum Press New York ist der prinzipielle Aufbau eines Flüssigkristall-Anzeigeelementes beschrieben (Seite 316). Den Seiten 134 bis 136 ist zu entnehmen, wie eine Ausrichtung der Moleküle durch Beschichten der Oberflächen der Deckplatten erreicht werden kann. Dies kann auch bei Flüssigkristallen mit einer smektischen Phase angewendet werden (Seite 136, dritter Absatz). Die Zugabe von pleochroitischen Farbstoffen zu Flüssigkristallen mit einem Phasenwechsel ist ebenfalls angeführt. Dabei wird der cholesterisch-nematische Phasenwechsel als der ideale Effekt für die Benützung mit Farbstoffen bezeichnet (Seite 36/37).
Aus den Applied Physics Letters, Band 19, 1971, Seiten 241 und 242 ist ein speicherndes Flüssigkristall-Anzeigeelement mit einem smektischen Flüssigkristall bekannt. In diesem smektischen Flüssigkristall ist kein Farbstoff gelöst und es werden auch keine Angaben zur Ausrichtung des Flüssigkristalls in seiner smektischen Phase gemacht.
Aus der DE-OS 25 58 409 ist eine Flüssigkristall-Anzeige mit einem smektischen Flüssigkristall zwischen zwei Deckplatten bekannt. Die dem Flüssigkristall zugewandten Oberflächen sind derart beschichtet, daß sich die Moleküle des Flüssigkristalls ohne ein anliegendes elektrisches Feld nach dem Abkühlen parallel zu den Oberflächen ausrichten. In diesem Zustand läßt die Anzeige kein Licht durch. Durch ein angelegtes elektrisches Feld werden die Moleküle senkrecht zu den Oberflächen ausgerichtet und die Anzeige wird lichtdurchlässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein speicherndes Flüssigkristall-Anzeigeelement mit einer farbigen Anzeige anzugeben, das eine gute Ablesbarkeit ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch angegebenen Mitteln. Ein derartiges Flüssigkristall-Anzeigeelement ist im Gegensatz zu Anzeigen vom Streutyp dazu fähig, eine Anzeige mit einem ziemlich weiten Betrachtungswinkel in Verbindung mit ausreichendem Kontrast und Helligkeit bei einer Betrachtung mit Umgebungslicht hervorzubringen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines durch die Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Flüssigkristallzelle und
Fig. 2 eine Darstellung der zwei extremen Zustände, die Teile der Zelle annehmen können.
Zwei Glasdeckplatten 1, 2 sind durch eine Umfangsdichtung 3 miteinander verbunden und bilden eine Hülle für den Flüssigkristall 5, der dicht in der Zelle eingeschlossen ist. Die Zelle wird durch eine Öffnung gefüllt, welche durch eine Unterbrechung des Umfangs der Dichtung gebildet wird. Nach dem Füllen der Zelle wird diese Öffnung durch einen Verschluß 4, zum Beispiel aus Indium, abgedichtet. Wenn die Umfangsdichtung 3 eine Dichtung aus geschmolzener Glassfritte ist, kann die Öffnung vor dem Füllen der Zelle metallisiert werden, worauf das Abdichten der Öffnung durch Löten erfolgt.
Bevor die zwei Platten miteinander verbunden werden, werden die nach innen zeigenden Oberflächen mit transparenten Elektroden (nicht gezeichnet) einer Form, die der geforderten Anzeige entspricht, versehen, wodurch ein elektriches Feld zwischen ausgewählten Teilen der Deckplatten angelegt werden kann. Zu diesem Zweck erstrecken sich Teile der Elektroden über das Gebiet der Dichtung 3, wodurch Verbindung von außen ermöglicht wird.
Mindestens eine der nach innen zeigenden Oberflächen, vorzugsweise jedoch beide, werden mit einer Schicht versehen oder einer anderen Oberflächenbehandlung unterzogen, durch deren Einwirkung die Flüssigkristallmoleküle eine pseudo-homogene Ausrichtung annehmen, wenn die Zelle von einer weniger geordneten nichtsmektischen Phase in der Abwesenheit eines angelegten elektrichen Feldes durch Kühlung in eine smektische Phase überführt wird.
Vorzugsweise wird die Umfangsdichtung 3 aus einer geschmolzenen Glassfritte hergestellt. Bei geeigneter Wahl der Fritte ist der Flüssigkristall weniger anfällig für Verunreinigung durch Material, welches aus der Dichtung herausgelöst wird, als dies im allgemeinen bei der Verwendung von Dichtungen der Fall ist, die aus gewissen anderen Materialien, wie z. B. Epoxydharz, hergestellt sind. Ein Nachteil bei der Verwendung von Glasfritten besteht darin, daß gewisse Ausrichttechniken für die Flüssigkristallmoleküle durchgeführt werden müssen, bevor die Zelle zusammengebaut wird, welche dann durch die zum Schmelzen der Fritten notwendigen Temperaturen zerstört werden. In diesem speziellen Beispiel wird die erforderliche Beschichtung zur Ausrichtung jedoch dadurch herbeigeführt, daß Siliziummonoxyd aufgedampft wird. Die Aufdampfung übersteht Temperaturen in der Gegend von 450°-500°C zufriedenstellend. Daher werden die Deckplatten 1 und 2 auf ihren nach innen zeigenden Oberflächen mit Siliziummonoxyd beschichtet, welches unter einem Winkel von etwa 25° zum Substrat aufgedampft wird. Dadurch wird eine pseudohomogene parallele Ausrichtung der Moleküle ohne Drehwinkel erzeugt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausrichtung in derselben Art und Weise erzielt wird, wie dies im Falle von nematischen Materialien erfolgt. Die Ausrichtung des smektischen Materials ist oberflächlich betrachtet ähnlich, weswegen die smektische Ausrichtung als parallel pseudohomogen bezeichnet wurde. Eine genaue Untersuchung der Ausrichtung zeigt jedoch, daß das smektische Material tatsächlich einen fokalkonischen Zustand angenommen hat, mit verhältnismäßig langen schlanken Konen, die in eine Vorzugsrichtung, statt nur zufällig, ausgerichtet sind. Typischerweise beträgt das Seitenverhältnis dieser Konen etwa 10 zu 1.
Dann wird die Zelle zusammengesetzt, wobei die zwei Deckplatten parallel zueinander stehen. Nach der Ausbildung der Umfangsdichtung 3 kann die Zelle gefüllt werden. Ein geeigneter Flüssigkristall ist die smektische A Phase 4-cyano-4&min;-n-octylbiphenyl. Um eine rote Anzeige zu erhalten, kann ein pleochroitischer Azofarbstoff zu dem smektischen Flüssigkristall zugesetzt werden. Bei Anwendungen, bei denen eine blaue Anzeige erwünscht ist, kann der Azofarbstoff durch einen pleochroitischen Anthraquinonfarbstoff ersetzt werden. Eine typische Füllung verwendet etwa 1,3% des blauen dichroitischen Farbstoffes 1-(4&min;-butyloxyanilin) -4-hydroxyanthraquinon zusammen mit etwa 0,05% Waxolin Gelb A. Das Waxolin Gelb, welches ein isotroper Farbstoff ist, wird zugesetzt, um das Restblau der Anzeige in ihrem homöotropen Zustand zu kompensieren, welches dadurch hervorgerufen wird, daß die Ordnung im smektischen Wirt weniger als 100% beträgt. Durch das Gelb wird das Restblau im wesentlichen in ein neutrales Grau Überführt. Die optische Dichte des Grau ist verhältnismäßig gering, so daß die Zelle im wesentlichen transparent erscheint.
Die Zelle kann in den pseudohomogenen Zustand, in dem sie blau erscheint, durch Heizung und anschließende Kühlung in Abwesenheit eines angelegten Feldes zurückgeführt werden. Beim Aufheizen erfährt der Flüssigkristall einen Phasenübergang von der smektischen Phase in eine weniger geordnete Phase und nimmt beim Abkühlen wieder die smektische Phase an. Um den Teil der Zelle, welcher zwischen den Elektroden liegt, in den homöotropen Zustand, der im wesentlichen neutral grau erscheint, zu überführen, wird ein elektrisches Feld geeigneter Stärke und Frequenz zwischen den Elektroden angelegt. Eine 20 µm dicke smektische Zelle wurde durch eine Spannung von 180 V bei 500 Hz mit einer Verzugszeit von etwa 0,1 Sek. und einer Anstiegszeit (10 bis 90%) von etwa 0,3 Sek. geschaltet. Dabei war die Zelle auf einer Temperatur zwischen 17 und 20°C. Die Anspruchszeit ist sehr temperaturabhängig, und ebenso frequenzabhängig. Bei einer Frequenz von 30 Hz beträgt die Verzugszeit weniger als die Hälfte und die Anstiegszeit weniger als ein Viertel der genannten Werte.
Die bisherige Beschreibung bezog sich auf Experimente mit einem einzigen Beispiel eines smektischen Materials. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines spezifischen Materials beschränkt. Wir erwarten auch, daß smektische B Materialien verwendet werden können, daß diese jedoch bei höheren Spannungen, als das beschriebene smektische A-Material arbeiten. Auch andere smektische Klassen können verwendet werden, vorausgesetzt daß diese Materialien die passende positive dielektrische Anisotropie aufweisen.
Da die Zelle durch Einwirkung von Wärme in den parallelen pseudohomogenen Zustand überführt wird, kann dieser Zustand auch durch örtliche Erwärmung herbeigeführt werden, wie dies durch einen über die Zelle geführten und in seiner lntensität modulierten Laserstrahl erzielt werden kann. In diesem Fall muß die Wellenlänge des Lasers so gewählt sein, daß seine Energie entweder von dem Flüssigkristall und dem zugefügten Farbstoff oder durch andere, den smektischen Material zugesetzte Stoffe, oder durch den Flüssigkristall benachbarte Materialien, wie zum Beispiel das der Elektroden, absorbiert wird.
Es hat sich herausgestellt, daß eine Zelle, deren Flüssigkristall sich zum Teil in der einen beschriebenen Phase und zum Rest in der anderen beschriebenen Phase befindet, lange Zeit ohne sichtbare Abnahme in diesem Zustand bleibt. Wir nehmen daher an, daß der Speichereffekt unbeschränkt ist.

Claims

Speicherndes Flüssigkristall-Anzeigeelement, das zwischen zwei Deckplatten, die in Blickrichtung zumindest teilweise überlappende Elektroden aufweisen, einen smektischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist, der oberhalb einer gewissen Temperatur eine ungeordnete Struktur aufweist und der durch eine Beschichtung auf den dem Flüssigkristall zugewandten Oberflächen der Deckplatten nach Abkühlung in paralleler pseudohomogener Ausrichtung vorliegt und dessen Anzeige durch eine einmalige für eine vorbestimmte Dauer angelegte niederfrequente Steuerspannung aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flüssigkristall (5) ein pleochroitischer Farbstoff gelöst ist.