DE2854733A1 - Fluessigkristallzelle - Google Patents

Fluessigkristallzelle

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DE2854733A1 DE19782854733 DE2854733A DE2854733A1 DE 2854733 A1 DE2854733 A1 DE 2854733A1 DE 19782854733 DE19782854733 DE 19782854733 DE 2854733 A DE2854733 A DE 2854733A DE 2854733 A1 DE2854733 A1 DE 2854733A1
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William Alden Crossland
Joseph Hourigan Morrissy
Jack Rowland Peters
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Description

- 4 .W.A. Crossland-J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4
Flüssigkristallzelle
Diese Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristallzellen bei denen der Flüssigkristall zwischen einem klaren und einem gefärbten Zustand schaltbar ist.
Flüssigkristallzellen finden zunehmende Verwendung bei solchen Anwendungen wie Digital-Uhren und batteriebetriebenen Rechnern. Derartige Zellen bestehen normalerweise aus einer nematischen Drehzelle, welche zwischen gekreuzten Polarisatoren angeordnet ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann der Grad der Verdrehung variiert werden, wobei sich die optische Durchlässigkeit der Zelle ändert. Derartige Zellen sind einfach und wirkungsvoll, jedoch sind zu deren Betrieb Polarisatoren notwendig, welche die Helligkeit der Zelle heruntersetzen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine noch weiter vereinfachte Zelle anzugeben, die ohne die Helligkeit mindernde Polarisatoren auskommen sollte.
Die Lösung der Aufgabe ist dem ersten Anspruch entnehmbar. Vorteilhafte Ausführungsformen, abhängig davon, ob Flüssigkristalle mit positiver oder mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet werden, sind in den Unteransprüchen angegeben. Weiterhin sind den Ansprüchen besonders empfehlenswerte Substanzen zur Oberflächenbehandlung der den Flüssigkristall einschließenden Platten, sowie der Substanzen für die Flüssigkristallfüllung selbst, entnehmbar.
Die Zelle ist so gebaut, daß im Falle der Verwendung eines
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- 5 W. A. Crossland -J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4
Flüssigkristalls mit negativer dielektrischer Anisotropie, homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung hervorgerufen wird, wenn Spannung an die Zelle gelegt wird. Im Falle eines Flüssigkristalls mit positiver dielektrischer Anisotropie liegt dieser im ungeschalteten Zustand mit homogener Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung vor.
Die Erfindung wird in folgenden des durch die Figuren 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 & 2: schematische Darstellungen eines Teils einer Flüssigkristallzelle mit einem Flüssigkristall mit negativer dielektrischen Anisotropie
Fig. 3 & 4: Darstellung einer ähnlichen Zelle
mit einem Flüssigkristall positiver dielektrischer Anisotropie
Die Flüssigkristallzelle, die z.B. Teil eines Rechners oder einer Uhr sei η kann, enthält ein paar parallele transparente Glassplatten 11, von denen jedoch in allen Figuren nur eine eingezeichnet ist. Eine Platte 11 hat ein Elektrodenmuster 12, welches der Anzeige der Zelle entspricht. So kann das Elektrodenmuster z.B. der üblichen 7 Segment-Anzeige entsprechen. Die andere, nicht gezeigte Platte ist ganz mit Elektrodenmaterial beschichtet. Beide Elektroden sind durchsichtig und können aus Indiumziririoxid hergestellt sein.
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- 6 W.A. Crossland-J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4
Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Flüssigkristall 13 mit negativer dielektrischer Anisotropie, z.B. der Flüssigkristall Methoxybenzilidenbutylanilin, in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden homöotrop ausgerichtet. Homöotrope Ausrichtung in ungeschaltetem Zustand kann dadurch bewirkt werden, daß die nach innen zeigenden Oberflächen der Deckgläser mit einer verdünnten wässrigen Lösung entweder von Hexadecyltrimethylammoniumbromid oder von Lecithin behandelt werden. Weitere mögliche Methoden, um homöotrope Ausrichtung hervorzurufen, bestehen darin, sehr saubere Glasoberflächen zu verwenden, die eine homöotrope. Ausrichtung ohne Zusatzbehandlung hervorrufen, oder darin, geriebene oder bedampfte Platten zu verwenden, welche noi erweise parallel homogene Ausrichtung hervorrufen, aber welche homöotrope Ausrichtung bewirken, wenn diesselbe Oberfläche in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gerieben bzw. bedampft wird.
Der nematische Flüssigkristall enthält zusätzlich einen oder mehrere Farbstoffe, wobei normalerweise zwei benötigt werden. Der eine Farbstoff ist der dichroitische Farbstoff, welcher der Zelle ihre Farbe gibt, der zweite ist ein isotroper Farbstoff, welcher in geringer Menge zugesetzt wird, um die Restfarbe des dichroitischen Farbstoffs im ungeschalteten Zustand zu farblos zu kompensieren. Eine geeignete Farbstoff^kombination für diese Zwecke besteht aus 1,3 Gewichtsprozent des blauen Enthraquinin Farbstoffs N-l-(4-Hydroxyanthraquinon)-4 2-Butoxyanilin, zusammen mit 0,5 Gewichtsprozent des isotropen Farbstoffs Waxolin gelb A. Die Gewichtsprozentangaben beziehen sich auf das Gewicht des Flüssigkristalls.
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- 7 - .
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Wie in Figur 2 dargestellt,ruft eine an die Elektroden gelegte Spannung homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung des nematischen Flüssigkristalls im Gebiet des Elektrodenmusters 12 hervor. Die Zelle wird dadurch vom klaren Zustand in den gefärbten Zustand mit der Farbe des dichroitischen Farbstoffs überführt.
Um gute homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung zu erhalten wenn die Spannung angelegt wird, kann eine Oberflächenbehandlung der Glasplatten bevor die Elektroden aufgebracht werden, erforderlich seien. Eine Methode besteht darin, eine Siliziumoxydschicht auf die Glasplatte aufzudampfen, welche anschließend geätzt wird, um eine rauhe Oberfläche zu bilden. Stattdessen kann die Glasoberfläche abgerieben werden. Die Verwendung durchsichtiger aufgerauh ter Elektrodenschichten ist weiterhin denkbar.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine ähnliche Flüssigkristallzelle, in der ein nematischer Flüssigkristall 14 mit positiver dielektrischer Anisotropie verwendet wird. Ein geeignetes Material dafür ist die Cyanobiphenyl Mischung E? von BDH Chemicals Ltd. Dieser Flüssigkristall enthält eine kleine Menge eines diohroitischen Farbstoffs und er kann außerdem einen komplementären isotropen Farbstoff enthalten. Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, ist der Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes mit homogener ebener Gleichverteilung ausgerichtet und erscheint in diesem Zustand gefärbt. Ein elektrisches Feld ruft homöotrope Ausrichtung des nematischen Flüssigkristalls hervor, worauf er klar erscheint.
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- 8 W.A. Crossland-J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4
Es bestehen verschiedene Wege, um eine homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung des Flüssigkristalls mit positiver dielektrischer Anisotropie hervorzurufen. Eine durch eine Gasreaktion aufgebrachte Siliziumoxydschicht von 3,000 - 5,000 S Dicke kann z.B. über die Elektroden gedampft werden. Auch können die Oberflächen der Platten 11 mit einem oberflächenaktiven Material wie den von Matsume et al« in Applied Physics Letters 29, Nr. 2, 15. Juli, 1976 beschriebenen, behandelt werden. In jedem Falle kann es sich als notwendig erweisen, die Glasoberfläche aufzurauhen, um damit sicherzustellen, daß eine ebene Gleichverteilung in ausreichendem Maße erzielt wird.
Am Wirkungsprinzip der Zellen ändert sich nichts wenn nur eine der Platten durchsichtig ist und die andere Platte das Licht durch den Flüssigkristall und die andere Platte zurückreflektiert.
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Claims (7)

Patentanwalt Dipl.-Phys. Leo Thul Stuttgart W.A. Crossland-J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4 INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York Plüssigkristallzelle Patentansprüche
1) Plüssigkristallzelle mit zwei'mit Elektroden versehenen parallelen Platten, von denen mindestens eine durchsichtig ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall mit negativer oder positiver dielektrischer Anisotropie ist,
daß mindestens eine der Platten so beschaffen ist, daß sie homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung des nematischen Flüssigkristalls hervorruft, und daß in dem nematischen Flüssigkristall ein dichroitischer Farbstoff gelöst ist^mit dem der Flüssigkristall durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden zwischen der Eigenfarbe des Flüssigkristalls und der Farbe des dichroitischen Farbstoffes umschaltbar ist.
2) Plüssigkristallzelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall
Dr.
J/Sam -/-
6.12.78
909827/0 763 ^JGiNAL inspected
2&S4733
W.A. Crossland-J.H.Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-1J
negativ dielektrisch anisotrop ist, und daß die nach innen zeigenden Oberflächen der Elektrodenplatten mit einer verdünnten wässrigen Lösung von Hexadecyltrimethylammoniumbromid oder von Lecithin behandelt sind, um eine im nichtgeschalteten Zustand homöotrope Ausrichtung des nematischen Flüssigkristalls zu erzielen.
3) Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall Methoxybenzilidinbutylanilin ist.
4) Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall positiv dielektrisch anisotrop ist, und daß die nach innen zeigenden Oberflächen der Elektrodenplatten mit Hilfe einer Gasreaktion mit Siliziumdioxid beschichtet sind, um im nichtgeschalteten Zustand eine homogene Ausrichtung des nematischen Flüssigkristall zu erzielen.
5) Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall einen isotropen Farbstoff enthält, der die Restfarbe des dichroitischen Farbstoffs im klaren Zustand der Zelle zu farblos kompensiert.
6) Flüssigkristallzelle nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der dirchroitische Farbstoff N-I-(4 Hydroxyanthraquinon) -4- Butoxyanilin und der isotrope Farbstoff Waxolin gelb A ist.
7) Flüssigkristallzelle nach Anspruch 53
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- 3 W.A. Crossland-J.H*Morrissy-J.R.Peters-D.Coates 23-20-11-4
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des Flüssigkristalls mit dem dirchroitischen Farbstoff mit einer Oberfläche in Kontakt steht, die so beschaffen ist, daß sie eine homogene Ausrichtung mit ebener Gleichverteilung des nematischen Plüssigkristalls bewirkt.
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DE19782854733 1977-12-22 1978-12-19 Fluessigkristallzelle Withdrawn DE2854733A1 (de)

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