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Flüssiakristal lanzeiqe
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige mit verbesserter
Kennliniensteilheit.
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Flüssigkristallanzeigen oder -displays (LCD) sind Anordnungen, bei
denen sich zwischen zwei Elektroden, die insbesondere aus Zinn- oder Indiumoxid
bestehen, Flüssigkristalle befinden. Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes
vermögen derartige Anordnungen auffallendes Licht zu steuern und können daher in
Segmentanzeigen eingesetzt werden.
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Bei der statischen Ansteuerung von Flüssigkristallanzeigen wird jedes
Anzeigesegment einzeln angesteuert.
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Für jedes der Segmente ist dann eine separate Kontaktierung erforderlich.
Datenzeilen und Datenfelder sind - wegen der dabei erforderlichen hohen Anzahl von
Kontakten und Leiterbahnen - bei diesem System somit nicht realisierbar. Die Anzahl
der Kontakte und Leiterbahnen läßt sich zwar durch eine Matrixansteuerung erheblich
reduzieren. Der Multiplexgrad, d.h. die Anzahl der Spalten und Zeilen, der dabei
erreicht werden kann, bevor es zum Ubersprechen auf Nachbarzellen kommt, hängt aber
von der Kennliniensteilheit der Flüssigkristallanzeige ab. Verbesserungen in dieser
Hinsicht sind aber sehr schwierig.
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Bei Flüssigkristallanzeigen, die eine unzureichende Kennliniensteilheit
aufweisen, kann der -Multiplexgrad mittels des sogenannten U/2- bzw. U/3-Verfahrens
erhöht werden (siehe: Tagungsbericht über die "8. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle"
vom 6. und 7.4.1978, Seiten 92 bis 107). Hierbei wird aber : zugunsten des Multiplexgrades
- auf den optimalen Kontrast verzichtet, weil nur der untere Teil der Kennlinie
ausgenutzt wird. Eine steile Kennlinie bedeutet im übrigen, daß die Umorientierung
der Flüssigkristalle, beim Anlegen eines (elektrischen) Feldes, in einem engen Spannungsbereich
erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kennliniensteilheit von Flüssigkristallanzeigen
zu verbessern, ohne daß dabei Nachteile in anderer Hinsicht in Kauf genommen werden
müssen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Flüssigkristallanzeige erreicht,
bei der an die Oberfläche wenigstens einer der beiden Elektroden organische Reste
gebunden sind, die eine Redox-Gruppierung aufweisen, wobei sich die Orientierung
der Flüssigkristalle nach dem jeweiligen Zustand des Redoxsystems richtet, und bei
der eine für den beim Redoxvorgang notwendigen Stromfluß ausreichende elektrische
Leitfähigkeit vorhanden ist.
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Unter einer "Redox-Gruppierung" wird eine chemische Gruppierung verstanden,
die reversibel reduziert bzw.
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oxidiert werden kann. Der Redoxvorgang, d.h. die Reduktion bzw. Oxidation
der genannten chemischen Gruppierung, erfolgt dabei nicht durch ein elektrisches
Feld, sondern durch einen Stromimpuls, der den Redoxvorgang bewirkt. Der Redoxvorgang
führt zu einem Schalten der Flüssigkristallanzeige, d.h. zu einer Umorientierung
der
Flüssigkristalle; es erfolgt somit quasi ein elektrochemisches Schalten der Orientierungsschicht.
Dies bedeutet, daß sich die Orientierung der Flüssigkristalle nach dem jeweiligen
Zustand des Redoxsystems richtet. Bei einem derartigen Vorgang ist es ferner erforderlich,
daß für den beim Redoxvorgang notwendigen Stromfluß eine ausreichende elektrische
Leitfähigkeit vorhanden ist. Ist dies nicht ohnehin der Fall, beispielsweise aufgrund
von Verunreinigungen, die sich nicht immer vermeiden lassen, etwa in Form von Zersetzungsprodukten
der Flüssigkristalle, so können der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige auch
Leitsalze zugesetzt werden, wie Tetrabutylammoniumpikrat.
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In Flüssigkristallanzeigen sind zwei Arten von Orientierungsformen
der Flüssigkristalle von Bedeutung: die homogene und die homöotrope Orientierung.
Bei der homogenen Orientierung richten sich die Flüssigkristalle an einer (Orientierungs-)Schicht,
beispielsweise an der Elektrode, so aus, daß die Moleküllängsachsen (Direktoren)
parallel zur begrenzenden Oberfläche verlaufen. Bei der homöotropen Orientierung
erfolgt die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Weise, daß die Moleküllängsachsen
senkrecht zur begrenzenden Oberfläche stehen.
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Die Ausbildung der Art der Orientierung, homogen oder homöotrop, hängt
bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige von der chemischen Beschaffenheit
der Elektrodenoberflächeab. Geringfügige Änderungen in der chemischen Zusammensetzung
haben dabei eine Umorientierung der Flüssigkristalle zur Folge. Durch die reversible
Redoxreaktion werden nämlich die organischen Reste beispielsweise von einem hydrophoben
in einen hydrophilen Zustand überführt, wodurch ein Ubergang der Flüssigkristalle
in die andere Orientierungsart ermög-
licht wird, beispielsweise
von homogen in homöotrop.
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Die Auswahl der Flüssigkristalle bzw. der Flüssigkristallmischungen
richtet sich nach diesem Erfordernis.
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Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige wird also die Änderung
der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, die zur Informationsanzeige erforderlich
ist, durch die Änderung einer orientierenden Oberfläche bewirkt; die Änderung der
Orientierungsart der Oberfläche wird dabei durch einen Redoxvorgang ausgelöst.
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Die schaltbare Orientierungsschicht besteht dazu aus Molekülen, die
an der Elektrodenoberfläche verankert sind und eine Redox-Gruppierung aufweisen,
so daß durch einen Redoxvorgang die Orientierungsrichtung geändert werden kann.
Vorteilhaft kann dabei in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige eine schaltbare
Oberfläche mit einer nicht-schaltbaren Oberfläche kombiniert sein; weist die nicht-schaltbare
Oberfläche eine homöotrope Orientierungsschicht auf, so entsprechen die Schaltzustände
der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige denjenigen einer hybrid-nematischen
Zelle. In der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige können aber auch zwei schaltbare
Oberflächen mit unterschiedlichem Schaltverhalten vereinigt sein, wobei beispielsweise
eine homogene Orientierung von der einen Oberfläche im reduzierten Zustand der Redox-Gruppierung
der organischen Reste und von der anderen Oberfläche im oxidierten Zustand ausgelöst
wird; die Schaltzustände entsprechen dabei denjenigen von TN-Zellen, d.h. nematischen
Drehzellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige sind die organischen
Reste vorzugsweise über SiO-Gruppen an die Elektrodenoberfläche gebunden. Die Ausgangsverbin-
dungen,
die dafür verwendet werden, müssen deshalb Gruppen enthalten, die eine derartige
Verankerung ermöglichen. Dies sind beispielsweise Verbindungen, welche eine oder
mehrere SiOR-Gruppen aufweisen (R = Alkyl), d.h. Alkoxysilane. Diese Verbindungen
werden im Verlauf einer Art Verseifungsreaktion an die Elektrodenoberfläche gebunden.
Die Verankerung auf der Elektrodenoberfläche kann - anstelle von Silicium - in entsprechender
Weise auch über Phosphor und Schwefel oder über metallorganische Gruppen erfolgen.
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Die Verbindungen, die an die Elektrodenoberfläche gebunden werden,
müssen neben der Gruppierung, die zur Verankerung dient, eine Redox-Gruppierung
auf weisen.
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Diese Gruppierung ist vorzugsweise eine Chinon- bzw.
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eine entsprechende Hydrochinongruppe. Vorteilhaft kann die Redox-Gruppierung
aber auch eine aromatische Amino-, Nitro- oder Nitrilgruppe sein. Die organischen
Reste, die die Redox-Gruppierung tragen, weisen zwischen den bindenden Gruppen an
der Elektrodenoberfläche, d.h. beispielsweise den -SiO-Gruppen, und der Redox-Gruppierung
vorzugsweise eine aliphatische Kette auf.
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Da im homogenen Zustand ein einheitlicher Twistwinkel vorhanden sein
soll, weist bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige die Elektrodenoberfläche
vorteilhaft eine geometrische Überstruktur auf, beispielsweise in Form von Rillen
mit einem Abstand zwischen 1 und 100 Rm.
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Anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren soll die Erfindung noch
näher erläutert werden.
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Zur Einführung des organischen Restes in die Elektrodenoberfläche
werden beispielsweise Alkoxysilane der folgenden Struktur verwendet:
Derartige Verbindungen werden über drei SiO-Gruppen an die Elektrodenoberfläche
gebunden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Elektrode trägt dabei einen organischen
Rest, der als Redox-Gruppierung eine Brenzcatechingruppe trägt, d.h. eine Art Hydrochinon-Gruppe
aufweist. Der organische Rest kann durch anodische Oxidation in das in Fig. 2 dargestellte
Chinonderivat (o-Benzochinon) überführt werden. Diese Reaktion verläuft reversibel;
dasselbe gilt für den Ubergang Hydrochinon m p-Benzochinon.
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Für die Umorientierung ist eine Ladung von ca. 60 bis 100 pAs erforderlich.
Um die Schaltzeit möglichst gering zu halten, soll der spezifiscAe elektrische Widerstand
lediglich ca. 105 bis i0652 cm betragen.
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Dies kann erforderlichenfalls durch die Zugabe von Leitsalzen erreicht
werden.
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Anstelle von Verbindungen mit Hydrochinongruppen können als organische
Reste auch Verbindungen mit einer aromatischen Nitro- oder Aminogruppe verwendet
werden, wie und
Wird eine schaltbare Schicht mit entsprechenden organischen Resten
auf der einen Seite einer Flüssigkristallanzeige eingesetzt und auf der anderen
Seite eine homöotrop orientierende Schicht, so ergibt sich ein Schaltzustand, der
doppel brechend oder - bei einer Farbstoffzelle - farbig ist. Durch eine Redoxreaktion
läßt sich dieser Schaltzustand dann in einen Zustand überführen, der optisch inaktiv
bzw. farblos ist.
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6 Patentansprüche 2 Figuren
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