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Flüssigkristallanzeige mit einem Innentransflektor
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige mit
einer Flüssigkristallschicht, die zwischen einer Deck- und einer Grundplatte eingeschlossen
ist, und mit einem Transflektor, der auf der der Flüssigkristallschicht benachbarten
Innenfläche der Grundplatte angeordnet ist.
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Eine Flüssigkristallschicht weist eine optische Anisotropie auf, die
durch Einwirkung eines elektrischen Feldes beeinflusst werden kann. Das ermöglicht
beispielsweise, die von einer ersten Art von kristallinen Flüssigkeiten bewirkte
Drehung von polarisiertem Durchlicht mindestens teilweise aufzuheben oder die von
einer zweiten Art pleochroitischer Farbstoffe enthaltenden Flüssigkristallen bewirkte
Färbung des Durchlichts zu ändern.
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Diese Erscheinungen werden in den Flüssigkristallanzeigen praktisch
verwertet. Dazu sind auf der transparenten Deck-und ebensolchen Grundplatte, und
zwar jeweils auf der der eingeschlossenen kristallinen Flüssigkeit benachbarten
Innenfläche transparente Elektroden aufgebracht, die zum Erzeugen eines örtlich
begrenzten elektrischen Feldes wahlweise mit einer Spannungsquelle verbunden werden
können.
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Weiter können Flüssigkristallanzeigen einen halbdurch-
lässigen
Spiegel oder Transflektor enthalten, der das auf die Deckplatte fallende Auflicht
nach dem Durchgang durch die Flüssigkristallschicht teilweise reflektiert bzw. das
durch die Grundplatte eintretende Durchlicht teilweise transmittiert. Flüssigkristallanzeigen,
welche eine Drehung der Polarisationsrichtung von polarisiertem Licht bewirken,
enthalten weiter auf den Aussenflächen der Deck- und der Grundplatte je einen Polarisator,
deren Polarisationsrich-0 tungen um 90 gegeneina,;der gedreht sind. Flüssigkristallanzeigen,
welche eine Färbung des Durchlichts bewirken, benötigen keinen Polarisator.
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An jeder Grenzfläche zwischen Elementen mit unterschiedlichem optischen
Brechungsindex wird ein Teil des in die Flüssigkristallanzeige einfallenden oder
vom Transflektor zurückgeworfenen Lichts reflektiert. Ist der Transflektor auf der
Aussenseite der Grundplatte angeordnet und wird die Flüssigkristallanzeige seitlich,
d.h. nicht senkrecht zur Deckplatte betrachtet, dann sieht der Betrachter zwei nebeneinanderliegende
Bilder unterschiedlicher Helligkeit, nämlich das in der Flüssigkristallschicht erzeugte
Bild und den Schatten des gleichen Bildes auf der Oberfläche des Transf lektors.
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Dieses Doppelbild kann einfacherweise dadurch vermieden werden, dass
der Transflektor auf der Innenfläche der Grundplatte angeordnet wird. Bekannte Innentransflektoren
bestehen aus einer dünnen, etwa 2 Mm dicken Schicht Aluminiumpulver. Bei der Herstellung
dieser Innentransflektoren wird das mit einem geeigneten Binder zu einer Paste verarbeitete
Aluminiumpulver im Siebdruckverfahren auf die mit den transparenten Elektroden versehene
Grundplatte aufgetragen und danach das Bindemittel ausgeheizt. Dabei ist es möglich,
dass die Paste relativ grosse Staubteilchen ent-
hält oder beim
Siebdruck Staubteilchen in die Schicht eingebaut werden oder Aluminiumteilchen zu
einem grösseren Agglomerat zusammenbacken, das einander gegenüberliegende, auf der
Grund- und der Deckplatte angeordnete Elektroden, deren Abstand etwa 10 beim beträgt,
berührt. Wegen der sehr kleinen Abstände zwischen den auf der Grundplatte benachbarten
Elektroden oder den auf der Grund- und der Deckplatte einander gegenüberliegenden
Elektroden ist die elektrische Feldstärke zwischen diesen Elektroden relativ hoch.
Es ist darum möglich, dass ein ein Metallpulver enthaltender Innentransflektor nicht
die erforderliche Isolation zwischen den Elektroden gewährleistet. Das gilt insbesondere
für einen Innentransflektor mit Aluminiumpulver, dessen Isolierung nur durch die
natürliche Oxidschicht auf den Pulverteilchen gegeben ist.
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Um diesen Nachteil zu beheben, ist schon versucht worden, die Innenfläche
der Deckschicht mit einer dünnen, transparenten, isolierenden Schicht abzudecken.
Damit konnte zwar die angestrebte Verbesserung der Isolation bzw. Durchschlagsfestigkeit
zwischen den Elektroden der Deck- und der Grundschicht erreicht werden, das Erstellen
dieser isolierenden Schicht erfordert aber zusätzliche Arbeitsgänge und Kosten,
die nach Möglichkeit zu vermeiden sind. Weiter ist auch schon vorgeschlagen worden,
der Paste zusätzliche Stoffe beizumischen, die beim Ausheizen der aufgedruckten
Schicht zwischen der Innenfläche der Grundplatte bzw. den darauf aufgetragenen Elektroden
und den Teilchen des Transflektors eine zusätzliche Oxidschicht mit hohem elektrischen
Widerstand bilden. Mit diesem Vorschlag können die Isolation und Durchschlagsfestigkeit
des Transflektors verbessert werden, der Transflektor enthält aber immer noch Metallteilchen,
die gegebenenfalls eine elektrisch leitende Verbindung bilden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine
Flüssigkristallanzeige mit einem Innentransflektor zu schaffen, dessen mechanische
und optische Eigenschaften denen der bisher gebräuchlichen Transflektoren entsprechen,
dessen Herstellverfahren nicht aufwendiger als das für die bisher üblichen Transflektoren
ist und dessen Isolation sowohl zwischen benachbarten Elektroden auf der Grundplatte
als auch zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden auf der Deck- bzw. Grundplatte
auch bei hoher Betriebsspannung nicht beeinträchtigt wird.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Flüssigkristallanzeige
gelöst, deren auf der Innenfläche der Grundplatte aufgebrachter Transflektor mindestens
zum überwiegenden Teil aus kleinsten Teilchen besteht, von denen jedes einen transparenten
Träger aufweist, auf dessen Oberflächen eine transparente Beschichtung aufgebracht
ist, wobei der Brechungsindex der Beschichtung grösser ist als der des Trägers und
als der des Binders oder Füllstoffs.
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Bei der neuen Flüssigkristallanzeige kann der Innentransflektor aus
elektrisch nicht leitenden Plättchen mit einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung
bestehen, was eine bisher nicht erreichbare Isolation zwischen benachbarten und
Durchschlagsfestigkeit zwischen einander gegendberliegenucn Elektroden ermöglicht.
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Dazu bestehen bei einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Flüssigkristallanzeige
die transparenten Träger aus Glimmerplättchen und die Beschichtungen aus Titandioxid.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der neuen Flüssigkristallanzeige
mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den schematisch
gezeichneten Teilschnitt durch eine Ausführungsform der neuen Flüssigkristallanzeige
und Fig. 2 den ebenfalls schematisch gezeichneten, stark vergrösserten Schnitt durch
den Innentransflektor der Flüssigkristallanzeige gemäss Fig. 1.
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Die Dicken der Bauelemente und Schichten sowie deren Abstand voneinander
sind nicht massstäblich, sondern zur besseren Unterscheidung willktrlich gezeichnet.
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Die in Fig. 1 im Teilschnitt und schematisch gezeigte Flüssigkristallanzeige
enthält eine transparente Deckplatte 10 und eine ebensolche Grundplatte 11. Beide
Platten liegen an einem Rahmen 12 an, der den Abstand zwischen den Platten bestimmt
und mit diesen einen Raum 13 begrenzt. Auf den einander zugewandten Flächen der
Platten sind transparente Elektroden aufgebracht, von denen einfacherweise nur die
Elektroden 14, 15 mit Bezugszeichen identifiziert sind. Auf der der Deckplatte zugewandten
Fläche der Grundplatte und über den darauf befindlichen Elektroden ist ein Innentransflektor
16 angeordnet. Der Raum zwischen den beiden Platten ist mit einer Flüssigkristallschicht
17 gefüllt. Auf der der Deckplatte abgewandten Fläche der Grundplatte ist ein Lichtleiter
18 befestigt, in den von einer nicht gezeigten, seitlich angeordneten Lichtquelle
Licht eingestrahlt werden kann. Der Lichtleiter ist mit einer in der Draufsicht
weissen Grundschicht 19 hinterlegt.
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Der in Fig. 2 schematisch und stark vergrösserte Schnitt durch den
Innentransflektor 16 zeigt eine Vielzahl transparenter, plättchenförmiger Teilchen,
von denen nur die Teilchen 21, 22, 23, 24 mit einem Bezugszeichen identifiziert
sind. Jedes Teilchen besteht aus einem transparenten Träger 26, dessen beide Flächen
mit einer transparenten Beschich-
tung 27, 28 versehen sind. Die
Teilchen sind unregelmässig angeordnet, weisen aber eine Vorzugsrichtung auf, die
parallel zu der mit einer gestrichelten Linie angedeuteten Oberfläche der Grundplatte
verläuft. Die Teilchen backen bei dem noch zu beschreibenden Ausheizen und thermischen
Zersetzen des Binders in der zur Herstellung des Transflektors verwendeten Paste
zusammen, so dass der fertige Transflektor praktisch nur aus diesen Teilchen besteht,
wobei in den Zwischenräumen 29, 30, bi gegebenenfalls Binder oder Reste von Binder,
ein Füllstoff oder einfach Luft eingeschlossen ist.
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Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform der neuen Flüssigkristallanzeige
sind die Deck- und die Grundplatte 10, 11 aus Glas. Die Dicke der Platten beträgt
etwa 0,7 bis 0,8 mm, die Flächengrösse ist von der Anzahl und Grösse der anzuzeigenden
ipha-numerischen Zeichen oder Symbole abhängig. Die Elektroden werden durch Aetzen
einer vorgängig im Vakuum aufgedampften, etwa 25 nm dicken Schicht aus halbleitenden
Metalloxiden (üblicherweise Indiumoxid und Zinnoxid) gebildet. Der Abstand zwischen
benachbarten Elektroden, die zur Darstellung eines Zeichens benötigt werden, ist
sehr klein und beträgt vorzugsweise weniger als 50 pin. Damit kann erreicht werden,
dass der Betrachter die einzelnen Elektroden nicht mehr unterscheiden kann, sondern
nur noch 6 ru Zeichen als Ganzes sieht. Der Rahmen 12 besteht gewöhnlich aus einem
chemisch polymerisierten Kunststoff und weist eine typische Dicke von etwa 10 Fm
auf. Die Flüssigkristallschicht 17 enthält üblicherweise eine Mischung mehrerer
Flüssigkristalle und ausgewählter Zusätze. Für eine Flüssigkristallanzeige, deren
Farbe beim Anlegen einer elektrischen Spannung geändert wird, kann eine nematische
Grundsubstanz mit positiver dielektrischer Anisotropie, beispielsweise eine Mischung
von P-Butoxy-, P-Hexyloxy- und P-Octanoyloxybenzyliden-P-Aminobenzonitril mit einem
Gewichts-
verhältnis von 1:1:1 verwendet werden, welcher Grundsubstanz
etwa 5 bis 15% einer optisch aktiven Substanz, wie beispielsweise Cholesteryl Benzoat,
und etwa 0,2 bis 1% eines pleochroitischen Farbstoffs, wie Indophenol blau beigemischt
sind. Wenn an dieser Flüssigkristallanzeige keine Spannung liegt, erscheint dieses
Material bei etwa senkrechter Betrachtung blau. Sobald die Spannung zwischen zwei
gegenüberliegenden Elektroden einen Wert von etwa 5 Volt erreicht, erscheint das
Material farblos. Der Lichtleiter 18 ist einfacherweise eine Kunststoffolie, beispielsweise
Polymethylmetacrylat mit einer Dicke von etwa 0,5 mm. Als Grundschicht 19 kann ebenfalls
eine Kunststoffolie verwendet werden, beispielsweise eine geschäumte Styrol- oder
Polypropylenfolie mit einer Dicke von etwa 50 bis 150 Wie bereits mit Hilfe der
Fig. 2 beschrieben wurde, besteht der Innentransflektor 16 aus einer Vielzahl plättchenförmiger
Träger, deren Oberflächen mit einem Material beschichtet sind, dessen optischer
Brechungsindex grösser als der des Trägermaterials und des Füllstoffs ist. Ein für
diesen Zweck geeignetes Material sind die sogenannten Perlglanzpigmente. Ein besonders
gut geeignetes und insbesondere auch bei hohen Ausheiztemperaturen stabiles Material
sind mit Titandioxid beschichtete Glimmerplättchen, vorzugsweise solche mit einem
Flächendurchmesser zwischen 5 bis 50 und einem Schwerpunkt von etwa 20 Mm. Solches
Material ist beispielsweise unter der Bezeichnung Iriodin handelsüblich.
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Zur Herstellung des neuen Transflektors wird zuerst aus den Teilchen
und einem thermisch möglichst rückstandslos zersetzbaren Binder eine für den Siebdruck
geeignete Paste hergestellt. Eine derartige Paste enthält als Binder eine Mischung
von gleichen Gewichtsteilen Nitrocellulose in Amylacetat, dem 20 bis 30 Gew.% des
oben genannten Iriodin zugesetzt sind. Die Paste wird im Siebdruckverfahren auf
die
mit den Elektroden versehene Grundplatte aufgetragen, wqbei die Dicke der aufgetragenen
Schicht durch die Konzentration der Paste sowie durch die Dicke und die Maschenweite
des zum Druck verwendeten Siebs eingestellt werden kann.
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Die aufgedruckte Schicht wird zuerst getrocknet und danach während
etwa 15 Minuten auf eine Temperatur von 4000C bis 0 500 C erhitzt, wobei die Nitrocellulose
und das Amylacetat praktisch rückstandslos zersetzt und aus der Schicht ausgetrieben
werden. Der fertige Transflektor hat eine Dicke zwischen 1 bis 3 pm und vorzugsweise
etwa 2 ym.
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Ein mittels Iriodin 100F hergestellter Transflektor hat ein metallisches,
dem Aluminium ähnliches Aussehen mit einer teilweise diffusen und teilweise spiegelnden
Reflexion. Der Transflektor ist elektrisch nicht leitend und weist eine hohe, dem
Glimmer ähnliche Durchschlagsfestigkeit auf. Die Isolation ermöglicht, den Abstand
zwischen benachbarten Elektroden auf weniger als 50 pm zu verringern, und die Durchschlagsfestigkeit
gewährleistet auch dann eine ausreichende Isolation, wenn die Teilchen des Transflektors
wege irgendeiner Unregelmässigkeit in der Schicht einander gegenüberliegende Elektroden
berühren. Der Transflektor weist nach dem Ausheizen eine sehr gute Haftfestigkeit
auf der Grundplatte auf und ist auch gegen chemische Lösungsmittel beständig. Das
ermöglicht, die Oberfläche des Transflektors mecnisc in einer vorgegebenen Richtung
zu reiben oder mit Silan, das ist eine Silicium-Wasserstoff-Verbindung, zu behandeln,
wenn die Moleküle der zu verwendenden kristallinen Flüssigkeiten parallel oder senkrecht
zur Transflektorfläche ausgerichtet werden sollen. Diese Art der Behandlun einer
Oberfläche des zum Einfüllen der kristallinen Flüssigkeit vorgesehenen Raums ist
jedem Fachmann bekannt, weshalb hier auf eine weitere Beschreibung ausdrücklich
verzichtet wird.
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Die nachfolgende Tabelle zeigt die vergleichenden Messungen der Reflexion
und der Transmission an einem bisher gebräuchlichen, aus Aluminiumpulver bestehenden
und dem neuen mittels Iriodin hergestellten Transflektor. Die Messungen wurden an
Flüssigkristallanzeigen ausgeführt, die als optisch aktives Element eine Mischung
aus nematischen Flüssigkristallen ohne Zusatz von Farbstoffen enthielten. Die angegebenen
Werte für die Reflexion betreffen sowohl den diffusen als auch den spiegelnden Anteil.
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TABELLE I Aluminium Iriodin Dicke 0,5 - 1 2 - 3 pm Reflexion 43%
31% Transmission 12% 54% Wie aus den Messwerten zu ersehen ist, weist der neue Transflektor
eine geringere Reflexion auf als die bisher gebräuchlichen Aluminiumtransflektoren.
Das ist praktisch kein Nachteil, weil im allgemeinen soviel Umgebungslicht zum Ablesen
einer Flüssigkristallanzeige verfügbar ist, dass die verringerte Reflexion keine
für den Beobachter wahrnehmbare Verringerung der Helligkeit der Anzeige bewirkt.
Ausserdem kann die verringerte Reflexion des Transflektors durch die Reflexion der
Grundschicht verstärkt werden. Dagegen ist die mehrfache Verbesserung der Transmission
ein echter Vorteil. Sie ermöglicht, für eine vergleichsweise gleiche Helligkeit
der Anzeige eine Beleuchtungseinrichtung mit geringerer Anregungsenergie zu verwenden,als
bisher für Anzeigen mit einem Aluminiumtransflektor erforderlich war.
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Bezeichnungsliste 10 = Deckplatte 11 = Grundplatte 12 = Rahmen 13
= Raum 14, 15 = Elektroden 16 = Innentransflektor 17 = Flüssigkristallschicht 18
= Lichtleiter 19 = Grundschicht 21-24 = plättchenförmige Teilchen 26 = Träger 27,
28 = Beschichtung 29, 30) = Zwischenräume 31