DE3137229C2

DE3137229C2 - Entspiegelte Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE3137229C2
Application number: DE3137229A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Krüger; Frans Dr. 8000 München Leenhouts
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1985-02-14
Also published as: JPS5862627A; US4529272A; DE3137229A1

Abstract

Da die Trägerplatten einer Flüssigkristallanzeige mit optisch unterschiedlich dichten Schichten überzogen sind, stellen sich störende Reflexionen und Kontrastverluste ein. Um dies zu verhindern, wird vorgeschlagen, die Plattenbeschichtung folgendermaßen zu gestalten: Die Trägerplatten erhalten über ihren Leitschichten eine dielektrische Mehrfachschicht, deren oberste Schichte ("Orientierungsschicht") die Flüssigkristallschicht ausrichtet. Die unterste Schicht ("Basisschicht") der Mehrfachschicht hat einen Brechungsindex zwischen 1,40 und 1,50 sowie eine Dicke, die entweder zwischen 20 nm und 50 nm oder in den Bereichen (m 300/n ↓b ±13)nm liegt (m = natürliche ganze Zahl > 0, n ↓b = Brechungsindex der Basisschicht bei 550 nm). Die restlichen Schichten der Mehrfachschicht haben jeweils Brechungsindizes zwischen 1,60 und 1,70 und eine Gesamtdicke zwischen 20 nm und 70 nm. Die Leitschicht ist entweder höchstens 30 nm oder zwischen (m λ/2n ↓e ±8) nm dick ( λ = 550 nm, n ↓e = Brechungsindex der Leitschicht bei 550 nm). Die vorgeschlagene Beschichtung entspiegelt auch dann, wenn das Display mit unpolarisiertem Licht betrieben wird. Sie eignet sich daher auch vor allem für Flüssigkristallanzeigen mit eingelagertem Farbstoff.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei der ersten Trägerplatte (1)

4c) die Elektrode (11) eine Dicke d_e hat, für die gilt:

30

oder

(jüL - 10)mn <,ά,<(-—
\2n_e J V 2 Ji,

mn

(/J=550 nm, m« natürliche ganze Zahl>0, n_e=Brechungsindex der Elektrode),
4d) die Basisschicht (13) einen Brechungsindex Ub und eine Dicke db hat, für die gelten:

und
20n
oder

V n»

<_db<

und

4e) die übrigen Schichten (16,18) des Schichtensystems Brechnungsindizes n, und eine Gesamtdicke d_s\ -b haben, für die gelten:

1,60 Sn₁-S 1,70
und

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) einen Brechungsindex n, hat, für den gilt:

1,40 <n,< 1,60.

3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gilt:

0,l$5<n_e<2,05.
25 nm<d_e<30 nm, 1,44 <n_b< 1,48,
28 nm < <fc<45 nm und 25 nm < £&i_/,<40 nm.

4. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) aus Gias, die Leitschicht aus einer InjiVSnCk-Legieriing, die Basisschicht (13) aus SiO? und die Orientierungsschicht (18) aus einm Pciyimid bestehen.

5. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Trägerplatte (1) und der Elektrode (11) bzw. dem Schichtensystem eine weitere dielektrische Schicht (»Schutzschicht« 11) befindet, die aus der Trägerplatte (1) austretende Alkalionen abfängt und deren optische Dicke A/4 beträgt.

6. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daciurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Trägerplatte (1) und der Elektrode (11) bzw. dem Schichtensystem eine Siliziumdioxidschicht (7) befindet, daß die Trägerplatte (1) aus einem Glas, die Elektrode (11) aus einer In2O3/SnO2-Legierung, die Basisschicht (13) aus Siliziumdioxid, die Orientierungsschicht (18) aus einer Polyimidschicht bestehen und zwischen der Basisschicht (13) und der Orientierungsschicht (18) sich noch eine Schicht aus Aluminiumoxid (16) befindet

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Display ist aus der DE-OS 28 52 395 bekannt.

Die beiden Platten einer Flüssigkristallzelle tragen normalerweise ein System aus mehreren übereinandergeschichteten Filmen unterschiedlicher optischer Dichte. Eine solche Mehrfachschicht reflektiert einen Teil des auftreffenden Lichts, der dann, wenn er nicht unterdrückt wird, optisch störend in Erscheinung tritt und das Kontrastverhältnis verringert. Die Praxis hat gezeigt, daß es gar nicht so einfach ist, das Display auf akzeptable Weise zu entspiegeln. Das liegt vor allem daran, daß es Schwierigkeiten bereitet, das Anzeigenfeld sowohl über den Elektroden als auch im übrigen Bereich reflexarm zu gestalten, und daß man dieses Problem auch noch mit möglichst geringem Aufwand bewältigen muß, da Flüssigkristallanzeigen zu Massenartikeln geworden sind und ihre Fertigung dementsprechend unter erheblichen Kostendruck geraten ist.

Die eingangs zitierte Offenlegungsschrift beschreibt einen Zellentyp, dessen beide Substrate über den Elektroden jeweils mindestens einen anorganischen Film tragen, der bei einer Wellenlänge von 590 nm einen Brechungsindex zwischen 1,5 und 2,2 hat, zwischen 50 nm und 200 nm dick ist und im übrigen mit Hilfe der Fresnel-Formeln optimiert werden muß. Eine solche Beschichtung ist unter Kostengesichtspunkten recht attraktiv, da die Elektrode normalerweise sowieso noch mit einer elektrisch isolierenden sowie mit einer orientierenden Schicht zu überziehen ist. Es hat sich allerdings herausgestellt, daß die erwähnten Materialangaben noch zu allgemein gehalten sind; sie reichen nicht aus, die Zellenreflexionen bei beliebigen, aber fest vorgegebenen Material- und Dickenwerten für das Substrat, die Leitschicht und den Flüssigkristall ohne weiteres zu unterbinden. Besonders unübersichtlich gestalten sich dabei die Verhältnisse, wenn das Display statt mit

polarisiertem mit unpolarisiertem Licht arbeitet Denn die doppelbrechende Flüssigkristallschicht hat für unterschiedlich polarisierte Strahlen verschiedene Brechungsindizes, ein Umstand, der bei den bisherigen Optimierungsbrechungen noch nicht ins Kalkül gezogen worden ist

In der JP-OS 53 48 541 wird von einer optisch entstörten Flüssigkristallanzeige berichtet bei der die transparenten Elektroden eine optische Dicke von etwa i/2 oder λ haben, optisch dichter sind als ihr Substrat -und mit einer — ihrerseits mit einem SiO-Orientierungsfilm überzogenen — SiO₂-Schicht bedeckt sind. Bei dieser Beschichtungsart, die ebenfalls keine zusätzlichen Antireflexschichten verlangt, kommt man nur dann zu annehmbaren Ergebnissen, wenn die vorgeschriebene Elektrodendicke präzise eingehalten wird — und selbst dann ist mitunter noch ein Farbstich wahrnehmbar.

In einer älteren, als DE-OS 31 35 552 nachveröffentlichten Patentanmeldung wird eine Flüssigkristallanzeige beschrieben, deren Substrate jeweils eine Schichtelektrode und darüber eine einzige dielektrische Entspiegelungsschicht tragen. Ein solcher Aufbau ist relativ einfach und kann, wenn die Brechungsindizes der Schichten auf die optischen Dichten des Flüssigkristalls und des Substrats abgestimmt sind und bestimmte Dikken aufweisen, die Reflexionen über den nicht angesteuerten Elektrodensegmenten in durchaus vertretbaren Grenzen halten. Es gelingt aber nicht ohne weiteres, auch die elektrodenfreien Bereiche des Anzeigenfeldes reflexionsarm zu gestalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, tine Flüssigkristallanzeige anzugeben, die auf ihrer gesamten Darstellungsfläche einwandfrei entspiegelt ist, und zwar auch gegenüber unpolarisierter Strahlung, und sich dabei rationell fertigen läßt; insbesondere soll es möglich sein, die Schichtmaterialien und -dicken innerhalb relativ weiter Grenzen frei wählen zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Berechnungen und Versuche haben übereinstimmend ergeben, daß sich bei dem hier vorgeschlagenen Flüssigkristalltyp die Reflexionen an den einzelnen Schichtengrenzen zu einer Gesamtreflexion summieren, die in den Elektrodenbereichen wie auch außerhalb der Elektroden nahezu gleichroß ist. Dieser Effekt trägt ganz wesentlich dazu bei, daß sich die ungeschalteten Elektrodensegmente optisch nicht mehr von ihrer Umgebung abheben. Im übiigen sind die Reflexionsfaktoren auch sehr gering — sie liegen typischerweise unter einem Wert von 3% — und können ohne weiteres auch auf Werte unter 1 % gedruckt werden. Man muß dann lediglich dafür sorgen, daß der Reflexionsgrad an einer einzigen Fläche, nämlich am Übergang zwischen der Trägerplatte und der ihr anliegenden dielektrischen Schicht, weniger als 1% beträgt. Hinzukommt, daß die Antireflexwirkung auch schon bei Verwendung einer relativ dünnen Verbundschicht über den Elektroden eintritt und somit das Display über gute Multiplexeigenschaften verfügt. (Je weniger dielektrisches Material sich zwischen Leitschicht und Flüssigkristallschicht befindet, desto größer ist der Anteil der angelegten Schaltspannung, der über der Flüssigkristallschicht abfällt und genutzt werden kann.)

In Fällen, in denen an die Qualität der optischen Vergütung besonders hohe Anforderungen gestellt werden, sollten die Trägerplatten noch mit einem zweiten System aus dielektrischen Schichten unterhalb der Elektrode bzw. des ersten Schichtensystems versehen werden. Dieses zusätzliche System, das zweckmäßigerweise insgesamt AIA dick ist bedeutet im Grunde keinen Mehraufwand, da preiswerte Trägerplatten von Haus aus mit einer Schutzschicht überzogen sind, die aus der Platte austretende Alkalionen abfängt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt in einem etwas schematisierten Seitenschnitt eine Sieben-Segment-Ziffernanzeige auf Flüssigkristallbasis. Die eigentliche Zelle enthält eine vordere Trägerplatte (Vorderplatte) 1, eine hintere Trägerplatte (Rückplatte) 2 und einen hinter der Rückplatte angeordneten Reflektor 3. Beide Platten sind über einen Rahmen 4 in einem definierten Abstand dicht miteinander verbunden. Die durch den Rahmen und die beiden Substrate gebildete Kammer ist mit einer Flüssigkristallschicht 6 gefüllt Beide Platten tragen auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils mehrere Schichten: eine Schutzschicht 7,8, eine Leitschicht (durchgehende Rückelektrode 9 auf der Rückplatte 2, mehrere getrennt ansteuerbare Segmentelektroden 11 auf der Vorderplatte 1), eine Isolationsschicht 12, 13, eine Zwischenschicht 14,15 und eine Orientierungsschicht 17,18. Die Flüssigkristallschicht 6 besteht aus einem nematischen Träger mit einem chiralen Zusatz; sie ist im ausgeschalteten Zustand planar-cholesterisch und im eingeschalteten Zustand homöotrop nematisch ausgerichtet. Die Zelle arbeitet mit dem sogenannten »phase-change«-Effekt der beispielsweise in der US-PS 38 33 287 ausführlich dargestellt wird.

Die Einzelteile des Displays sind im vorliegenden Fall folgendermaßen beschaffen:

Die Substrate bestehen aus einem gewöhnlichen Natrium-Silicatglas mit einem Brechungsindex n_t von 1,48. Die Schutzschicht ist aus Quarz oder einer anderen SiO2-Modifikation hergestellt; sie hat eine optische Dichte na von 1,46 und eine Stärke von 140 nm. Für die Elektroden ist eine In2O3/SnO2-Legierung gewählt, die einen Brechnungsindex n_e von etwa 2,0 hat und knapp 30 nm dick ist.

Die Isolationsschicht besteht aus dem gleichen Werkstoff wie die Schutzschicht und hat eine Stärke von ca. 35 nm. Über der Isolationsschicht liegt eine AbO3-Schicht und über dieser Schicht eine Polyimidschicht Die Aluminiumoxidschicht ist etwas dünner als 20 nm und hat eine optische Dichte von etwa 1,63. Der organische Überzug, der einen Brechnungsindex von etwa 1,65 hat, ist ca. 30 nm dick und an seiner den Flüssigkristall kontaktierenden Oberfläche gerieben, um die angrenzenden Flüssigkristallmoleküle homogen — mit einem Anstellwinkel von wenigen Grad — zu orientieren. Bei dem Flüssigkristallgemisch besteht der nematische Träger aus einem Gemisch von Biphenylen, der mit 3 Gew.-% der chiralen Verbindung ZLI 811 der Firma Merck dotiert ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kann man im Rahmen der vorgegebenen Wertbereiche auch völlig andere Kombinationen zusammenstellen und dabei die einzelnen Parameter relativ unabhängig voneinander variieren. Davon abgesehen reicht es in vielen Fällen aus, lediglich die mit den Segmentelektroden versehene Platte in der hier vorgeschlagenen Weise zu beschichten. Dies gi't vor allem dann, wenn die Rückelektrode

das gesamte Anzeigefeld einnimmt und somit auf der Rückplatte keine elektrodenfreien Bereiche existieren. Im übrigen kommen die Vorteile des Lösungsvorschlags auch dann zum Tragen, wenn die Flüssigkristallanzeige mit Polarisatoren ausgerüstet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

20

25

30

35

40

45

50

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60

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Claims

Patentansprüche: 1. Flüssigkristallanzeige mit

1) einer Flüssigkristallschicht und

2) zwei zueinander parallelen, die Flüssigkristallschicht zwischen sich einschließenden Trägerplatten, die

3) elektrisch leitende Beläge (Elektroden) tragen, wobei zumindest eine der beiden Trägerplatten (erste Trägerplatte) mit

4a) mehreren getrennt ansteuerbaren Elektroden und darüber mit

4b) einem System aus mehreren dielektrischen Schichten (Schichtensystem) versehen ist, deren Brechungsindizes Werte <2£ haben, deren Dicken zumindest bei den Schichten oberhalb der untersten Schicht (»Basisschicht«) unter 200 nm liegen und deren oberste Schicht (»Orientierungsschicht«) die angrenzenden Flüssigkristallmoleküle ausrichtet;