DE2900867A1 - Fluessigkristall-anzeigezelle - Google Patents

Description

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Flüssigkristal1-Anzei gezelle

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 26 58 116.8)

Die Erfindung bezieht sich auf eine smektische Flüssigkristall-Anzeigezelle, welche eine Verbesserung der im

Hauptpatent (Patentanmeldung P 26 58 116.8) be-

schriebenen Flüssigkristall-Anzeigezelle darstellt.

Die Flüssigkristall-Anzeigezel Ie gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einer smektischen Flüssigkristal 1-Anzeigezelle mit inneren Elektroden, bei der eine Schicht aus smektischem Material zwischen zwei Elektrodenplatten angeordnet ist, wobei sich die Elektroden mindestens teilweise überlappen und jede dieser Elektroden mit einer elektrisch isolierenden zusammenhängenden Schicht bedeckt ist, deren Oberfläche einer derartigen Behandlung unterworfen wurde, daß sie eine rauhe Textur hat.

Es wurde gefunden, daß die Schalt-Schwellenspannung einer smektischen Flüssigkristall-AnzeigezelIe mit dynamischer Streuung, die gefüllt ist mit einem smektischen Material mit positiver dielektrischer Anisotropie, wie z.B. mit 4-n-0ctyl-4'-Cyanobiphenyl, von der Oberflächentextur der Elektroden oder einer diese Elektroden bedeckenden isolierenden Schicht abhängt. Insbesondere wurde gefunden,

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daß dann, wenn die Elektroden einer solchen Zelle mit einer Isolierschicht bedeckt wurden, die durch chemische Dampfphasenreaktion erhalten wurde, wie z.B. einer Siliziumoxidschient, die durch Reaktion von Silan mit Sauerstoff erhalten wurde, die glatte Oberfläche der niedergeschlagenen Schicht eine verhäl tnismä"i3i g hohe Schwellenspannung ergibt. Diese Schwellenspannung wird gemäß der Erfindung dadurch erniedrigt, daß die Oberfläche mit einer rauhen Textur versehen wird.

Die im folgenden gegebene Beschreibung einer smektischen Flüssigkristall-Anzeigezelle mit dynamischer Streuung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Nach dieser Beschreibung folgen Einzelheiten einer Anzahl von anderen Zellen, woraus hervorgeht, wie die Schwellenspannung von der Oberflächentextur beeinflußt wi rd.

In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Anzeigezelle gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Figuren 2 und 3 zeigen in Kurvenform die Oberflächentextur einer Anzahl verschiedener Proben mit unbeschichteten transparenten Elektroden auf einer Glasunterlage.

Figur 4 zeigt zwei Kurven der Oberflächentexturen von transparenten Elektroden auf einer Glasunterlage, welche mit Siliziumoxid beschichtet sind, und zwar vor und nach einer Ätzbehandlung.

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Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Schalt-Schwellenspannung und der Anzahl der Rauhigkeitspunkte auf der Oberfläche pro Abstandseinheit längs der Oberfläche.

In Figur 1 ist eine Anzeigezelle dargestellt, welche zwei Glasplatten 1 und 2 enthält, die durch eine Randabdichtung 3 miteinander verbunden sind, so daß sie ein Behältnis für eine Schicht von smektischem Material mit positiver dielektrischer Anisotropie bilden, wie z.B. 4-n-0ctyl-4'-Cyanobiphenyl, das in diesem Behältnis hermetisch eingeschlossen ist. Die Zelle wird durch ein in der Figur nicht dargestelltes Loch in der Randabdichtung 3 gefüllt. Nachdem die Zelle mit dem Material gefüllt wurde, wird dieses Loch verschlossen, beispielsweise mit einem Pfropfen aus Indium. Es kann zum Verschließen aber auch ein Lot verwendet werden,wenn das Loch zuvor metallisiert wurde.

Bevor die beiden Glasplatten miteinander verbunden werden, werden die inneren Oberflächen der Glasplatten mit transparenten Elektroden 5 und 6 versehen, die so ausgebildet sind, daß die gewünschte Darstellung erzielt wird, indem ein elektrisches Feld über der Dicke der Flüssigkristallschicht an mindestens ausgewählten Teilen derselben erzeugt wird. Zu diesem Zweck erstrecken sich die Elektroden über die Randabdichtung hinaus bis zu den Zonen 7 bzw. 8, so daß ein äußerer Anschluß möglich ist. Innerhalb der Randabdichtung sind die Elektroden mit einer transparenten Schicht 9 bzw. 10 aus elektrisch isolierendem Material bedeckt, wodurch das Fließen eines

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Gleichstromes durch die Flüssigkristallschicht verhindert wird, wenn die Elektroden an eine Gleichspannung angeschlossen werden. Ein bevorzugtes Material für diese transparenten Schichten ist Siliziumoxid, das durch chemische Dampfphasenreaktion von beispielsweise Si lan mit Sauerstoff niedergeschlagen wird. Diese transparenten Schichten haben eine typische Dicke zwischen 6000 und 8000 Angström. Die Oberfläche der in dieser Weise erhaltenen Siliziumoxidschichten ist verhältnismäßig glatt und hat typisch weniger als 10 Erhebungen mit einer Höhe von 20 Angström oder größer auf den Millimeter längs der Oberfläche. Die Oberfläche wird dann aufgerauht, beispielsweise durch Ätzen. Eine Ätzlösung, welche für diesen Zweck verwendet werden kann, besteht aus 12 Gewichtsteilen Wasser, 15 Gewichtsteilen Ammoniumbifluorid, 8 Gewichtsteilen Oxalsäure, 10 Gewichtsteilen Ammoniumsulfat, 40 Gewichtsteilen Glycerin und 15 Gewichtsteilen Bariumsulfat. Diese Lösung ätzt die Siliziumoxidschicht ziemlich schnell, so daß darauf geachtet werden muß, daß der Ätzprozeß rechtzeitig unterbrochen wird, bevor die Ätzlosung bis zu der darunterliegenden Elektrode vorgedrungen ist. Die Schicht wird typisch für etwa 3 Sekunden dem Ätzen unterworfen, bevor der Ätzprozeß unterbrochen wird.

Für den Betrieb einer Anzeigezelle, welche mittels eines Signals einer Frequenz eingeschaltet werden kann und mittels eines Signals einer anderen Frequenz gelöscht werden kann, enthält die Zelle ein Medium, das eine homöotrope Ausrichtung der Flüssigkristallschicht bewirkt.

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Dies kann die Form einer Oberflächenbehandlung der eingeschlossenen Zellenwände haben, beispielsweise mit Hexadecyl-Trimethylammoniumbromid, oder es kann in der Flüssigkristallschicht ein geeignetes oberflächenwirksames Mittel dispergiert sein, wie z.B. ein Polyamidharz niedriger Viskosität, das beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Versamid 100 in den Verkehr gebracht wird. Wenn das Polyamidharz verwendet wird, kann es nötig sein, ein weiteres Zusatzmittel zuzusetzen, um den Widerstand auf einen für die dynamische Streuung geeigneten Wert

herabzusetzen, typisch niedriger als 10 Ohm/cm.

Wenn die Schicht 4 20,um dick ist, so liegt die Schwellenspannung der dynamischen Streuung in dem Gebiet von 140 V eff. bei 50 Hz, wenn die Siliziumoxidschicht durch Ätzen aufgerauht wurde. Wenn jedoch die Schicht nicht geätzt wurde, erreicht die Zelle noch nicht einmal einen Schwellenspannungswert von 290 V eff. (290 V eff. war die maximale Spannung, welche die verwendete Stromversorgung liefern konnte).

Um zu untersuchen, wie die Schalt-Schwellenspannung durch die Rauhigkeit der Oberflächentextur, die in Kontakt mit dem Flüssigkristallmedium steht, beeinflußt wird, wurde eine Anzahl von Zellen hergestellt und ihre Schalt-Schwellenspannung wurde in Beziehung zu der Oberflächenrauhigkeit gesetzt. Eine Flüssigkristallzelle wurde hergestellt, bei der mit Elektroden beschichtete Platten verwendet wurden, welche von der Firma Optical Coating Laboratories Inc. (OCLI) bezogen worden waren. Die Oberflächenrauhigkeit wurde mittels eines Stiftes gemessen, der über die

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Elektrodenoberfläche gezogen wurde. Die dabei erhaltene Kurve ist bei (a) in Figur 2 dargestellt. Die mittlere Anzahl der Spitzen von 20 Angström oder mehr wurde zu etwa 140 pro mm geschätzt. Die Schalt-Schwellenspannung betrug 130 V. Gleiche Messungen wurden bei Zellen durchgeführt, die aus mit Elektroden beschichteten Platten aufgebaut waren, welche von der Firma Triplex bezogen worden waren. Bei ihnen wurde eine Schwellenspannung von 212 V ermittelt. Ein typischer Kurvenverlauf der Elektrodenrauhigkeit dieser Zelle ist bei (b) in Figur 2 dargestellt. Die Zahl der Spitzen von 20 Angstrom oder mehr wurde zu 60 pro mm geschätzt. Die Kurven, welche bei (c), (d) und (e) von Figur 3 dargestellt sind, wurden von drei Zellen erhalten, welche aus verschiedenen Proben von mit Elektroden beschichteten Platten hergestellt wurden, welche von der Firma Balzers bezogen worden waren. Die Rauhigkeit der einzelenen Kurven wurde zu 190, 95 und 75 Spitzen von 20 Angstrom oder mehr pro mm geschätzt. Die zugehörige Schalt-Schwellenspannung betrug 110 V, 195 V bzw. 202 V. Eine Zelle mit einer etwas glatteren Oberfläche wurde dadurch erhalten, daß ein paar von mit Elektroden beschichteten Platten, die von der Firma Balzers bezogen worden waren, einem Erhitzungsvorgang unterworfen wurden, bevor sie zusammengebaut wurden.

Die Platten wurden über Nacht auf eine Temperatur von 450⁰C erhitzt. Die Rauhigkeitskurve, die dann von der Elektrodenoberfläche einer solchen Platte erhalten wurde, ist bei (f) in Figur 2 dargestellt. Die Anzahl der Spitzen von 20 Angström oder mehr betrug etwa 15 pro mm. Die Schalt-Schwellenspannung der Zelle wurde mit über 290 V festgestellt.

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In Figur 4 sind die Kurven (g) und (h) dargestellt, welche die Oberflächenrauhigkeit von zwei Zellen wiedergeben, deren Elektroden durch eine chemische Dampfphasenreaktion zwischen Si lan und Sauerstoff mit SiIiziumoxid beschichtet wurden. Im Falle der Zelle, welche der Kurve (g) entspricht, wurde die Oberfläche nach dem Niederschlagungsprozeß nicht weiter behandelt, während im Falle der Zelle, der die Kurve (h) entspricht, die Oberfläche des Siliziumoxids dadurch aufgerauht wurde, daß sie drei Sekunden lang geätzt wurde, und zwar unter Verwendung der zuvor beschriebenen Ätzlösung. Die Kurve (g) hat etwa 50 Spitzen (von 20 Angström) pro mm und die Kurve (h) etwa 145 Spitzen von 200 Angström oder mehr pro mm. Die Schalt-Schwellenspannung der ungeätzten Zelle betrug mehr als 270 V, während die Schalt-Schwellenspannung der geätzten Zelle etwa 150 V betrug.

In Figur 5 ist der Zusammenhang zwischen der Schalt-Schwel lenspannung und der Anzahl der Spitzen von 20 Angström oder mehr pro mm für jede der Kurven (a) bis (g) dargestellt. Die bei den eingezeichneten Meßpunkten angeordneten Buchstaben bezeichnen die entsprechende Rauhigkeitskurve in den Figuren 2, 3 und 4. Der Meßpunkt (h) für die Kurve (h) ist ebenfalls eingezeichnet, obwohl in diesem Falle infolge der besonders großen Rauhigkeit der Oberfläche die Anzahl der Spitzen von 200 Angström oder größer angegeben ist, anstelle der Anzahl der Spitzen von 20 Angström oder größer.

Bei den obengenannten Messungen wurde vorausgesetzt, daß nach dem Anlegen einer bestimmten Spannung eine lOOprozentige Streuung über eine kreisförmige Zone von 10 mm

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Durchmesser innerhalb einer Sekunde nach dem Anlegen der Spannung erzielt wurde. Eine weitere Voraussetzung war die, daß die Löschspannung, die zuvor angelegt worden war, die geringste Spannung war, welche noch ein Löschen bewirkte. Solche Voraussetzungen bei den Messungen waren nötig, um Nebeneinflüsse auszuschalten, die dadurch hervorgerufen wurden, daß bei einem Löschen mit höherer Spannung die Schalt-Schwellenspannung beim darauffolgenden Einschalten der Zelle erhöht wurde.

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Claims (5)

1. Patentanwalt
   Dipl.-Phys. Leo Thul
   Stuttgart

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   International Standard Electric Corporation, New York

   Ansprüche

   l.|) Flüssigkristall-Anzeigezelle mit dynamischer Streuung, die mit Innenelektroden versehen und mit einem, mittels eines oberflächenwirksamen Stoffes homöotrop ausgerichteten smektischen Material gefüllt ist, wobei das smektische Material eine positive dielektrische Anisotrophie aufweist, nach Patent (Patentanmeldung P 26 58 116.8), dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß jede Elektrode mit einer elektrisch isolierenden zusammenhängenden Schicht bedeckt ist, deren Oberfläche eine Rauhigkeitstextur hat.
2. 2.) Flüssigkristal1-Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht aus Siliziumoxid besteht.
3. 3.) Flüssigkristall-AnzeigezelIe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht durch eine Dampfphasenreaktion erhalten ist.

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4. 4.) Flüssigkristall-Anzeigezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht durch eine Reaktion von Si lan mit Sauerstoff erhalten ist.
5. 5.) Flüssigkristal1-Anzeigezelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeitstextur durch Ätzen erzeugt ist.

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